JP6260454B2 - 樹脂被覆鋼管の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管の外周面に熱可塑性の樹脂を被覆する樹脂被覆鋼管の製造装置に関する。

外周面が樹脂で被覆された樹脂被覆鋼管は、高い防食性を有する。そのため、樹脂被覆鋼管は、原油用ラインパイプ、都市ガス供給管、プラント配管、水道用配管等に広く用いられている。

鋼管外周面への熱可塑性樹脂の被覆は、金型（ダイヘッド）からの押し出しによってなされる。被覆された樹脂がまだ軟らかい状態で鋼管をローラによって搬送すると、樹脂の表面にローラの圧痕等の疵が発生する。そのため、例えば特許文献１〜３に記載されるように、樹脂被覆鋼管は、搬送ローラに到達する前に水冷し、硬化させる。ここでの「樹脂の硬化」とは、加熱されて軟化した樹脂が冷却されて固くなることを意味する。

特公昭６３−２０６９５号公報（特許文献１）には、押し出された樹脂が鋼管に接触する位置から、鋼管の搬送方向下流側７００ｍｍの位置にリング状の水冷装置を配置し、さらに下流側において鋼管の上方および下方から鋼管に向かって水を噴射する複数のノズルを配置して水冷する方法が記載されている。

特開平６−２３８２６号公報（特許文献２）には、鋼管の斜め上方向および斜め下方向から、樹脂が被覆された鋼管に向かってミスト状の冷却水を噴射する方法が記載されている。

特許第５１８７４３５号公報（特許文献３）には、樹脂が被覆された鋼管に、上方からのみ冷却水を噴射する方法が記載されている。

特公昭６３−２０６９５号公報 特開平６−２３８２６号公報 特許第５１８７４３５号公報

上記した従来技術のいずれでも、樹脂が鋼管の外周面に接触した後、樹脂を水冷している。これに起因し、樹脂の表面性状が必ずしも良好にならない場合があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、表面性状の良好な樹脂被覆鋼管を安定して容易に得ることができる、樹脂被覆鋼管の製造装置を提供することを目的とする。

本発明の樹脂被覆鋼管の製造装置は、鋼管の外周面に熱可塑性の樹脂を被覆する樹脂被覆鋼管の製造装置であって、前記鋼管を長手方向に沿って搬送する搬送ローラと、前記鋼管を貫通させ、前記鋼管と同心状に前記樹脂を押し出すダイヘッドと、前記樹脂が前記鋼管の外周面と接触する位置よりも鋼管搬送方向上流側に配置され、前記樹脂の外周面に弾性的に接触する遮水部材と、前記遮水部材の鋼管搬送方向下流側に配置され、前記樹脂が前記鋼管の外周面と接触する位置よりも鋼管搬送方向上流側から前記樹脂の水冷が開始されるように、前記樹脂に向けて水を噴出する水冷装置と、を備える。

上記の樹脂被覆鋼管の製造装置において、前記ダイヘッドの鋼管搬送方向下流側の端部の位置から前記樹脂が前記鋼管の外周面と接触する位置までの距離をＬとしたとき、前記遮水部材は、前記ダイヘッドの鋼管搬送方向下流側の端部の位置から鋼管搬送方向下流側に（２／３）×Ｌの位置と、前記樹脂が前記鋼管の外周面と接触する位置から鋼管搬送方向上流側に２０ｍｍの位置との間の範囲内に配置されることが好ましい。

上記の樹脂被覆鋼管の製造装置において、前記水冷装置は、前記樹脂を少なくとも上方および下方から水流を噴出するノズルとすることが好ましい。前記遮水部材はポリウレタンからなるスポンジとすることが好ましい。

本発明の樹脂被覆鋼管の製造装置によれば、表面品質の良好な樹脂被覆鋼管を安定して容易に得ることができる。

図１は、本発明の樹脂被覆鋼管の製造装置の構成を示す図である。 図２は、遮水部材の斜視図である。

本発明者らは、冷却の不均一による樹脂表面の微小な凹凸、および冷却の遅れによる搬送時の疵の発生を抑制する方法について検討した。この検討は、樹脂が鋼管に被覆された後で樹脂の冷却を開始するのではなく、被覆される前から樹脂の冷却を開始することに着目して行った。

検討の結果、樹脂被覆鋼管の製造装置において、樹脂が鋼管の外周面と接触する直前の位置に、樹脂の外周面に弾性的に接触する遮水部材を配置し、樹脂が鋼管の外周面と接触する直前の位置から水冷を開始することにより、良好な表面性状を有する樹脂被覆鋼管を安定して容易に得られることを知見し、本発明を完成させた。

図１は、本発明の樹脂被覆鋼管の製造装置の構成を示す図である。樹脂被覆鋼管の製造装置は、ダイヘッド１および水冷装置２を備える。ダイヘッド１は円筒形の貫通孔１ａを備え、膜状の樹脂３を貫通孔１ａに対して同心状に押し出すことが可能である。貫通孔１ａには、鋼管４を同心状に貫通させ、樹脂３を鋼管４と同心状に押し出す。水冷装置２は複数の冷却水ノズル２ａを備え、樹脂３に向けて冷却水２ｂを噴出する。

樹脂３の押し出し方向に鋼管４を搬送し、樹脂３を押し出すダイヘッド１の貫通孔１ａに鋼管４を通過させることにより、鋼管４の外周面に樹脂３を被覆することができる。鋼管４の搬送は、図示しない搬送ローラを用いて行い、鋼管４の長手方向に沿って搬送する。ダイヘッド１から押し出された樹脂３は、円錐状に縮径しながら鋼管４の外周面に接近し、鋼管４の外周面と接触する。鋼管４の外周面には、樹脂３を被覆する前に粘着剤を塗布してもよい。樹脂３は、例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを使用することができる。

図２は、遮水部材の斜視図である。樹脂被覆鋼管の製造装置は、遮水部材５を備える。遮水部材５は、円形の貫通孔５ａを有する。遮水部材５は、貫通孔５ａに鋼管４が通過するように配置される。遮水部材５は、板状の弾性材からなる。これによって、遮水部材５の内周面（貫通孔５ａにより形成された内縁）は、樹脂３の外周面と弾性的に接触する。

遮水部材５は、樹脂３が鋼管４の外周面と接触する位置Ｂよりも鋼管搬送方向上流側に配置される。遮水部材５は、鋼管搬送方向に移動可能である。操業開始時は、遮水部材５を、位置Ｂよりも、鋼管搬送方向下流側に配置しておき、操業が安定してから遮水部材５を、所定の位置に移動させる。

遮水部材５の鋼管搬送方向下流側には、鋼管４の上方および下方に冷却水ノズル２ａを配置する。冷却水ノズル２ａの配置は、冷却水ノズル２ａから噴出される冷却水２ｂが、遮水部材５が樹脂３の外周面と接触する位置Ｃから樹脂３の鋼管搬送方向下流側の冷却が必要とされる位置までの所定の範囲に当たる位置とする。

なお、冷却水ノズル２ａも移動可能である。前述したように、操業開始から操業が安定するまでの間、遮水部材５は位置Ｂよりも鋼管搬送方向下流側に配置される。その間、冷却水ノズル２ａは遮水部材５と衝突しない位置に待避させる。操業が安定し、遮水部材５を所定の位置に移動させてから、冷却水ノズル２ａを所定の位置に移動させる。

遮水部材５の貫通孔５ａは、全周が樹脂３の外周面と接触するように直径を設定する。貫通孔５ａは、樹脂３の外周面に過剰な負荷を与えることなく弾性的に接触し、樹脂３の外周面と接触すると拡大することから、貫通孔５ａの直径は、樹脂３の外周面と接触する部分における樹脂３の直径と同じか、それよりも小さく設定する。

冷却水ノズル２ａを、冷却水２ｂが遮水部材５と樹脂３との接触位置Ｃに当たるように配置する。また、遮水部材５を、樹脂３が鋼管４の外周面と接触する位置Ｂよりも鋼管搬送方向上流側に配置する。これによって、位置Ｂよりも鋼管搬送方向上流側の位置Ｃから樹脂３の冷却を確実に開始することができる。すなわち、遮水部材５と樹脂３の外周面との接触位置Ｃが、樹脂３の冷却開始位置となる。

樹脂３が鋼管４の外周面と接触する位置Ｂよりも鋼管搬送方向上流側に遮水部材５が配置されているため、樹脂３は鋼管４と遮水部材５とに挟まれて圧下されることがない。そのため、樹脂３の表面に凹凸や皺、疵を発生させることなく、鋼管４を被覆することができる。また、冷却水２ｂが飛び跳ねたとしても、遮水部材５に遮蔽され、ダイヘッド１にかからない。そのため、ダイヘッド１の温度の変動を抑制することができ、安定して樹脂３を押し出すことができる。このように、本発明の樹脂被覆鋼管の製造装置によれば、表面性状の良好な樹脂被覆鋼管を安定して得ることができる。

ここで、ダイヘッド１の鋼管搬送方向下流側の端部の位置Ａから、ダイヘッド１から押し出された樹脂３が鋼管４の外周面と接触する位置Ｂまでの距離をＬとする。このとき、遮水部材５と樹脂３が接触する位置Ｃが、位置Ａの鋼管搬送方向下流側に（２／３）×Ｌの位置ａと、位置Ｂの鋼管搬送方向上流側に２０ｍｍの位置ｂとの間になるように、遮水部材５を配置することが好ましい。

位置ａよりも鋼管搬送方向上流側で樹脂３の外周面と接触するように遮水部材５を配置した場合、樹脂３の冷却開始時期が早すぎて、樹脂３が鋼管４の外周面と接触する前に過度に硬化するため、鋼管４に被覆された樹脂３に鋼管４の軸方向に皺が発生する。

遮水部材５は、鋼管搬送方向上流側の、樹脂３が鋼管４の外周面と接触する位置Ｂにできる限り近い位置に配置することが、樹脂３の表面品質を良好なものとする点で好ましい。しかし、操業時において、樹脂３が鋼管４の外周面と接触する位置を一定の位置に安定させることは困難である。樹脂３が鋼管４の外周面と接触する位置の変動の影響を考慮して、位置ｂを、位置Ｂの鋼管搬送方向上流側に２０ｍｍの位置とする。

遮水部材５はポリウレタンからなるスポンジとすることが好ましい。遮水部材５をスポンジとすることにより、遮蔽した冷却水２ｂが遮水部材５内に一旦保持され、その後、樹脂３の全周に供給されるため、樹脂３をより均一に遮水部材５と接触する位置（位置Ｃ）、すなわち樹脂３が鋼管４の外周面と接触する位置Ｂよりも鋼管搬送方向上流側から冷却することができる。また、遮水部材５をスポンジとすることにより、遮水部材５との接触による樹脂３の表面における疵の発生を抑制することができる。

遮水部材５は、前記図１および図２に示すように、外周部から貫通孔５ａにかけて次第に薄くなる形状とすることが好ましい。このような形状とすることにより、遮水部材５の強度を保持しつつ、樹脂３に接触する部分では強度を低くし、接触による樹脂３の損傷や、樹脂３の表面における疵の発生を抑制することができる。

本発明の樹脂被覆鋼管の製造装置の効果を確認するため、以下の製造試験を行い、その結果を評価した。

１．試験条件
樹脂被覆鋼管の製造装置として、前記図１に示す構成の装置を使用した。使用した鋼管の寸法は、外径８９．１ｍｍ、肉厚４．２ｍｍ、長さ５５００ｍｍとした。鋼管の表面には、あらかじめアスファルト系の粘着剤を厚さが０．３ｍｍとなるように塗布した。鋼管に被覆する樹脂は低密度ポリエチレンとし、被覆時の目標厚さは０．６ｍｍとした。鋼管の搬送速度は１５ｍ／ｍｉｎとした。前記図１に示す距離Ｌは４５０ｍｍであった。

冷却開始位置は、樹脂が鋼管の外周面と接触する位置（位置Ｂ）を基準として表１に示すとおりとした。試験番号１〜４における冷却水による冷却開始位置は、遮水部材と樹脂が接触する位置（位置Ｃ）と一致する。遮水部材は、ポリウレタンからなるスポンジを使用した。

試験番号１、２および４は、比較例である。試験番号１は、冷却開始位置を位置Ｂの鋼管搬送方向下流側３００ｍｍの位置とした。

試験番号２は、冷却開始位置を、試験番号１よりも位置Ｂに近い、位置Ｂから鋼管搬送方向下流側２０ｍｍの位置とした。試験番号４は、冷却開始位置を位置Ｂから鋼管搬送方向上流側３００ｍｍと、ダイヘッドに近い位置とした。

試験番号３は、本発明例であり、冷却開始位置を、本発明の規定を満たす位置Ｂから鋼管搬送方向上流側２０ｍｍの位置とした。

２．試験結果
試験結果の評価は、目視で観察した樹脂の表面状態とした。評価は、表１に冷却開始位置と併せて示した。比較例は、いずれも樹脂の表面状態は不芳であった。試験番号１では、冷却開始時期が遅く、冷却開始前に搬送ローラと接触したため、樹脂の表面に搬送ローラとの接触により疵が発生するとともに、冷却水の脈動による鋼管の周方向にすじ状の凹凸が発生した。

試験番号２では、冷却されていない樹脂が鋼管と遮水部材に挟まれる状態となるため、鋼管の振れによって樹脂が鋼管と遮水部材とによる圧下を受けて局部的に圧痕が発生した。試験番号４では、冷却開始時期が早すぎたため、鋼管の外周面と接触する前に樹脂の硬化が過度に進行し、鋼管の外周面と接触した後で鋼管軸方向の皺が発生した。

一方、本発明例の試験番号３では樹脂の表面状態は良好であった。また、ダイヘッドに冷却水がかからず、安定して樹脂の押し出しを行うことができた。

本発明の樹脂被覆鋼管の製造装置によれば、表面品質の良好な樹脂被覆鋼管を安定して容易に得ることができる。

１：ダイヘッド、 １ａ：ダイヘッドの貫通孔、 ２：水冷装置、
２ａ：冷却水ノズル、 ２ｂ：冷却水、 ３：樹脂、 ４：鋼管、 ５：遮水部材、
５ａ：遮水部材の貫通孔

Claims (4)

1. 鋼管の外周面に熱可塑性の樹脂を被覆する樹脂被覆鋼管の製造装置であって、
   前記鋼管を長手方向に沿って搬送する搬送ローラと、
   前記鋼管を貫通させ、前記鋼管と同心状に前記樹脂を押し出すダイヘッドと、
   前記樹脂が前記鋼管の外周面と接触する位置よりも鋼管搬送方向上流側に配置され、前記樹脂の外周面に弾性的に接触する遮水部材と、
   前記遮水部材の鋼管搬送方向下流側に配置され、前記樹脂が前記鋼管の外周面と接触する位置よりも鋼管搬送方向上流側から前記樹脂の水冷が開始されるように、前記樹脂に向けて水を噴出する水冷装置と、を備える樹脂被覆鋼管の製造装置。
2. 請求項１に記載の樹脂被覆鋼管の製造装置において、
   前記ダイヘッドの鋼管搬送方向下流側の端部の位置から前記樹脂が前記鋼管の外周面と接触する位置までの距離をＬとしたとき、
   前記遮水部材は、前記樹脂との接触位置が前記ダイヘッドの鋼管搬送方向下流側の端部の位置から鋼管搬送方向下流側に（２／３）×Ｌの位置と、前記樹脂が前記鋼管の外周面と接触する位置から鋼管搬送方向上流側に２０ｍｍの位置との間の範囲内になるように、配置される、樹脂被覆鋼管の製造装置。
3. 請求項１または２に記載の樹脂被覆鋼管の製造装置において、
   前記水冷装置は、前記樹脂を少なくとも上方および下方から水流を噴出するノズルである、樹脂被覆鋼管の製造装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂被覆鋼管の製造装置において、
   前記遮水部材はポリウレタンからなるスポンジである、樹脂被覆鋼管の製造装置。
   

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