(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の熱間圧延ラインにおいて、加熱炉の出側、粗圧延機の入側、及び仕上圧延機の入側の少なくとも一つの位置に設置されるデスケーリング装置を備え、該デスケーリング装置が、前記鋼板の表面に水を噴射し、これにより当該表面に形成されたスケールを除去するためのデスケーリングノズルを有し、該デスケーリングノズルが、水供給源からの水を加圧するポンプに接続され、該ポンプで加圧された水を前記鋼板の表面に噴射するデスケーリングシステムであって、
前記ポンプの入側に、該ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を、前記水供給源からの原水中の溶存酸素濃度よりも低下させる脱気装置を設けたことを特徴とするデスケーリングシステム。
【請求項２】
前記脱気装置は、前記ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を、前記水供給源からの原水中の溶存酸素濃度から０ｇ／ｌよりも大きく１×１０−３ｇ／ｌ以下まで低下させることを特徴とする請求項１記載のデスケーリングシステム。
【請求項３】
前記脱気装置が、真空脱気方式で前記ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を低下させることを特徴とする請求項１又は２記載のデスケーリングシステム。
【請求項４】
前記脱気装置が、加熱脱気方式で前記ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を低下させることを特徴とする請求項１又は２記載のデスケーリングシステム。
【請求項５】
前記脱気装置が、窒素パージ方式で前記ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を低下させることを特徴とする請求項１又は２記載のデスケーリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板表面のスケールを除去するためのデスケーリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の圧延ラインでは、鋼材を酸化性雰囲気の加熱炉に装入し、通常１１００〜１３００℃の温度域で数時間加熱した後に熱間圧延する。熱間圧延の際には、加熱時に生成した一次スケールおよび加熱炉から抽出後に生成する二次スケールが生じる。このようなスケールが除去されずに鋼材が圧延されると、スケールが製品である鋼板表面に食い込み、スケール疵となって残る。このスケール疵は、鋼板の表面性状を著しく損なうとともに、曲げ加工時にクラック発生の起点となるため、製品品質に重大な影響を及ぼす。
【０００３】
そのため、この問題の解決手段として、（１）鋼材表面に酸化防止材を塗布する（例えば特許文献１参照）、（２）鋼材の加熱温度をファイアライトの融点（約１１７０℃）以下にする（例えば特許文献２参照）、（３）完全無酸素化状態で圧延を行なう（例えば特許文献３参照）、（４）圧延前の温度、圧延中の温度を高温（約１０００℃以上）とする、（５）生成したスケールの完全なデスケーリングを行う（例えば特許文献４参照）、といった提案がされている。
【０００４】
しかし、（１）の手段は、煩雑な塗布作業が増えるのみならず、処理剤の費用がかかるため製造コストが高くなる。また、（２）は、鋼材を低温で加熱するため、圧延機の負担が増大するとともに、鋼種によっては材料特性を確保する観点から適用できない規格が存在する。また、（３）は、設備コストが莫大となるので現実的ではない。また、（４）は、加熱炉から高温で抽出となるため、燃料の原単価が増加し、スケールロスが増大する。
【０００５】
そこで、次なる解決手段として、（５）生成したスケールを完全に除去するという、いわゆるデスケーリングを行なう方策が有効である。デスケーリングを行うデスケーリングシステムは、通常、鋼板の表面に高圧の水を噴射し、その噴射された水の衝撃力によって鋼板のスケールを剥離して除去する。図３には、従来例のデスケーリングシステムを示す。
図３に示すデスケーリングシステム１０１は、鋼板の熱間圧延ラインにおいて、加熱炉１１０の出側（ＨＳＢ）に設置されたデスケラと呼ばれる第１デスケーリング装置１４０と、粗圧延機１２０の入側（ＲＳＢ）に設置された第２デスケーリング装置１５０と、仕上圧延機１３０の入側（ＦＳＢ）に設置された第３デスケーリング装置１６０とを備えている。
【０００６】
そして、第１デスケーリング装置１４０は、粗圧延機１１０から取り出された被圧延材（鋼板）Ｋの表裏面に水を噴射し、これにより当該表裏面に形成されたスケールを除去するための１対のデスケーリングノズル１４１を備えている。また、第２デスケーリング装置１５０は、第１デスケーリング装置１４０を経た被圧延材Ｋの表裏面に水を噴射し、これにより当該表裏面に形成されたスケールを除去するための１対のデスケーリングノズル１５１を備えている。更に、第３デスケーリング装置１６０は、粗圧延機１２０を経た被圧延材Ｋの表裏面に水を噴射し、これにより当該表裏面に形成されたスケールを除去するための１対のデスケーリングノズル１６１を備えている。
【０００７】
そして、各デスケーリングノズル１４１、１５１、１６１は、複数のポンプ１７０及びアキュムレーター１８０に配管を介して接続され、複数のポンプ１７０が水供給源１９０に接続されている。水供給源１９０からの水は、複数のポンプ１７０とアキュムレーター１８０とによって加圧されて高圧に安定的に保たれながら各デスケーリングノズル１４１、１５１、１６１から被圧延材Ｋの表裏面に向けて噴射される。噴射水の吐出量は、複数のポンプ１７０とアキュムレーター１８０とによって安定的に確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−２４９２１４号公報
【特許文献２】特公昭５８−１１６７号公報
【特許文献３】特公昭６０−１５６８４号公報
【特許文献４】特許第４０８４２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前述した（５）の解決手段に関し、特許文献４記載の技術は、デスケーリング装置に用いられるデスケーリングノズルの内部構造を見直すものであり、ノズル先端部のオリフィス（吐出孔）と、このオリフィスからテーパ各３０〜８０°で延びるテーパ部と、このテーパ部に連なる径大部とを有する構成とし、オリフィスの短径Ｄ２に対する径大部の内径の割合（Ｄ１／Ｄ２）を３以上とするノズルを開示している。
しかしながら、特許文献４に記載の技術は、従来のデスケーリングノズルの内部構造を最適化した技術なので、デスケーリング能力を大幅に向上させる上では限界があった。
従って、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スケールを一層効率よく除去できるデスケーリングシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、このような問題点に着目し、スケールを一層効率よく除去できる鋼板のデスケーリングシステムを提供すべく検討を重ねたところ、デスケーリングノズルから吐出した水流ジェットが液滴となり、鋼板スケール表面に発生するキャビテーションに着目した（図４参照）。そして、図５に示すように、このキャビテーションにより発生した気泡が消滅する際に発生する圧力が、条件によっては同液滴が衝突する際に発生する衝撃力に比して格段に大きくなるという事象を捉え、上記水流ジェットにキャビテーションを積極的に付与することができればデスケーリング能力を向上できると考えた。そこで、種々のデスケーリングシステム（図３において、符号１０１で示す）において、テストを実施し、鋭意研究を行った結果、デスケーリングノズル１４１、１５１、１６１から噴射される噴射水に含まれる溶存酸素濃度を低くすれば、衝撃波の伝播を阻害するガス性キャビテーション（気泡が消滅しにくく、発生圧力が小さいキャビテーション）が減少し、蒸気性キャビテーション（生成と消滅を繰り返し、発生圧力が大きいキャビテーション）が増大することを見出した。
【００１１】
そこで、本発明者らは、通常の噴射水（原水、溶存酸素濃度５×１０−３ｇ／ｌ）を噴射した際のデスケーリング能力を１として、噴射水中に含まれる溶存酸素濃度を変化させた噴射水を噴射したときのデスケーリング能力の変化を評価した。評価結果を図６に示す。図６からわかるように、噴射水中に含まれる溶存酸素濃度を７×１０−３ｇ／ｌ〜０．５×１０−３ｇ／ｌまで変化させた噴射水を噴射したとき、デスケーリング能力は、原水を噴射した時のデスケーリング能力を１として０．９倍程度から２．５倍程度まで変化した。つまり、原水に対して噴射水中に含まれる溶存酸素濃度が低い噴射水を噴射すれば、デスケーリング能力が噴射水を原水とした場合よりも大きくなることがわかった。
そこで、本発明者らは、ポンプ１７０の入側に脱気装置を設置し、噴射水に含まれる溶存酸素濃度を原水中に含まれる溶存酸素濃度よりも低下させることにより、デスケーリング能力を向上させ、スケールを一層効率よく除去できるデスケーリングシステムを発明するに至った。
【００１２】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に係るデスケーリングシステムは、鋼板の熱間圧延ラインにおいて、加熱炉の出側、粗圧延機の入側、及び仕上圧延機入側の少なくとも一つの位置に設置されるデスケーリング装置を備え、該デスケーリング装置が、前記鋼板の表面に水を噴射し、これにより当該表面に形成されたスケールを除去するためのデスケーリングノズルを有し、該デスケーリングノズルが、水供給源からの水を加圧するポンプに接続され、該ポンプで加圧された水を前記鋼板の表面に噴射するデスケーリングシステムであって、前記ポンプの入側に、該ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を、前記水供給源からの原水中の溶存酸素濃度よりも低下させる脱気装置を設けたことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明のうち請求項２に係るデスケーリングシステムは、請求項１記載のデスケーリングシステムにおいて、前記脱気装置は、前記ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を、前記水供給源からの原水中の溶存酸素濃度から０ｇ／ｌよりも大きく１×１０−３ｇ／ｌ以下まで低下させることを特徴としている。
更に、本発明のうち請求項３に係るデスケーリングシステムは、請求項１又は２記載のデスケーリングシステムにおいて、前記脱気装置が、真空脱気方式で前記ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を低下させることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明のうち請求項４に係るデスケーリングシステムは、請求項１又は２記載のデスケーリングシステムにおいて、前記脱気装置が、加熱脱気方式で前記ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を低下させることを特徴としている。
加えて、本発明のうち請求項５に係るデスケーリングシステムは、請求項１又は２記載のデスケーリングシステムにおいて、前記脱気装置が、窒素パージ方式で前記ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を低下させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のうち請求項１に係るデスケーリングシステムによれば、ポンプの入側に、ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を、水供給源からの原水中の溶存酸素濃度よりも低下させる脱気装置を設けたので、デスケーリングノズルから鋼板の表面に向けて噴射される噴射水中の溶存酸素濃度を低下させることができ、デスケーリング能力を向上でき、スケールを一層効率よく除去できる。
【００１６】
また、本発明のうち請求項２に係るデスケーリングシステムによれば、請求項１記載のデスケーリングシステムにおいて、前記脱気装置は、前記ポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を、前記水供給源からの原水中の溶存酸素濃度から０ｇ／ｌよりも大きく１×１０−３ｇ／ｌ以下まで低下させるので、デスケーリングノズルから鋼板の表面に向けて噴射される噴射水中の溶存酸素濃度を好適範囲に低下させることができ、デスケーリング能力を大幅に向上でき、スケールをより一層効率よく除去できる。当該溶存酸素濃度が０ｇ／ｌとすることは技術的に困難であるため、当該溶存酸素濃度は０ｇ／ｌよりも大きくすることが好ましい。一方、当該溶存酸素濃度が１×１０−３ｇ／ｌよりも高いと、デスケーリング能力の向上度合いが小さくなるため、当該溶存酸素濃度を１×１０−３ｇ／ｌ以下とすることが好ましい。
【００１７】
更に、本発明のうち請求項３、４及び５に係るデスケーリングシステムによれば、それぞれ、請求項１記載のデスケーリングシステムにおいて、前記脱気装置が、真空脱気方式、加熱脱気方式、窒素パージ方式でポンプに送り込まれる水中の溶存酸素濃度を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るデスケーリングシステムの一例を熱間圧延ラインとともに示す概略構成図である。
【図２】スプレー水によるスケール除去における水滴の鋼板への衝突モデルを示す説明図である。
【図３】従来例のデスケーリングシステムを熱間圧延ラインとともに示す概略構成図である。
【図４】デスケーリングノズルから吐出した水流ジェットが液滴となり、鋼板スケール表面に衝突する際にキャビテーションが発生する様子のイメージを示す模式図である。
【図５】図４に示すキャビテーションにより発生した気泡が消滅する際に圧力が発生する様子のイメージと、消滅時気泡半径／発生時気泡半径と気泡近傍発生圧力との関係を併せて示す図である。
【図６】通常の噴射水（原水、溶存酸素濃度５×１０−３ｇ／ｌ）を噴射した際のデスケーリング能力を１として、噴射水中に含まれる溶存酸素濃度を変化させた噴射水を噴射したときのデスケーリング能力の変化を評価した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るデスケーリングシステムの一例を熱間圧延ラインとともに示す概略構成図である。
図１に示すデスケーリングシステム１は、鋼板の熱間圧延ラインに備えられている。熱間圧延ラインは、上流側から下流側に向けて、被圧延材（鋼板）Ｋを加熱する加熱炉１０と、加熱炉１０から取り出された被圧延材Ｋを粗圧延する粗圧延機２０と、粗圧延された被圧延材Ｋを仕上圧延する仕上圧延機３０とを備えている。
ここで、デスケーリングシステム１は、鋼板の熱間圧延ラインにおいて、加熱炉１０の出側（ＨＳＢ）に設置されたデスケラと呼ばれる第１デスケーリング装置４０と、粗圧延機２０の入側（ＲＳＢ）に設置された第２デスケーリング装置５０と、仕上圧延機３０の入側（ＦＳＢ）に設置された第３デスケーリング装置６０とを備えている。
【００２０】
そして、第１デスケーリング装置４０は、加熱炉１０から取り出された被圧延材Ｋの表裏面に水を噴射し、これにより当該表裏面に形成されたスケールを除去するための１対のデスケーリングノズル４１を備えている。また、第２デスケーリング装置５０は、第１デスケーリング装置４０を経た被圧延材Ｋの表裏面に水を噴射し、これにより当該表裏面に形成されたスケールを除去するための１対のデスケーリングノズル５１を備えている。更に、第３デスケーリング装置６０は、粗圧延機２０を経た被圧延材Ｋの表裏面に水を噴射し、これにより当該表裏面に形成されたスケールを除去するための１対のデスケーリングノズル６１を備えている。
【００２１】
そして、各デスケーリングノズル４１、５１、６１は、水供給源１００からの水を加圧する複数のポンプ７０及びアキュムレータ８０に配管を介して接続されている。そして、水供給源１００からの水は、複数のポンプ７０とアキュムレータ８０とによって加圧されて高圧に安定的に保たれながら各デスケーリングノズル４１、５１、６１から被圧延材Ｋの表裏面に向けて噴射される。噴射水の吐出量は、複数のポンプ７０とアキュムレータ８０とによって安定的に確保される。
【００２２】
ここで、複数のポンプ７０の入側、即ち、水供給源１００の出側には、複数のポンプ７０に送り込まれる水中の溶存酸素濃度を、水供給源１００からの原水中の溶存酸素濃度よりも低下させる脱気装置９０が設けられている。脱気装置９０としては、真空脱気方式が用いられるが、加熱脱気方式や窒素パージ方式を用いて複数のポンプ７０に送り込まれる水中の溶存酸素濃度を低下させてもよい。そして、脱気装置９０の出側には、溶存酸素計９１が設置されている。
【００２３】
このように、複数のポンプ７０の入側に、複数のポンプ７０に送り込まれる水中の溶存酸素濃度を低下させる脱気装置９０を設けたので、水供給源１００から送られてくる原水中の溶存酸素濃度を脱気装置９０によって低下させ、複数のポンプ７０に送り込まれる水中の溶存酸素濃度を低下させる。これにより、各ポンプ７０から各デスケーリングノズル４１、５１、６１、各デスケーリングノズル４１、５１、６１から被圧延材Ｋの表裏面の表面に向けて噴射される噴射水中の溶存酸素濃度を低下させることができるので、デスケーリング能力を向上でき、スケールを一層効率よく除去できる。つまり、各デスケーリングノズル４１、５１、６１から被圧延材Ｋの表裏面の表面に向けて噴射される噴射水中の溶存酸素濃度を低下させることにより、衝撃波（図４参照）の伝播を阻害するガス性キャビテーション（気泡が消滅しにくく、発生圧力が小さいキャビテーション）が減少し、蒸気性キャビテーション（生成と消滅を繰り返し、発生圧力が大きいキャビテーション）が増大し、気泡消滅発生時に発生する圧力を増大させることができる。これにより、デスケーリング能力を向上させることができる。
【００２４】
そして、脱気装置９０によって、複数のポンプ７０に送り込まれる水中の溶存酸素濃度をどれくらい低下させるかについては、複数のポンプ７０に送り込まれる水中の溶存酸素濃度を、水供給源１００からの原水中の溶存酸素濃度（通常は、５×１０−３ｇ／ｌ程度）から０ｇ／ｌよりも大きく１×１０−３ｇ／ｌ以下まで低下させることが好ましい。当該溶存酸素濃度を１×１０−３ｇ／ｌにまで低下させると、全く脱気しない状態（通常は５×１０−３ｇ／ｌ程度）のデスケーリング能力に対してデスケーリング能力が２倍となる。従って、当該溶存酸素濃度を上記範囲にまで低下させることにより、各デスケーリングノズル４１、５１、６１から被圧延材Ｋの表裏面に向けて噴射される噴射水中の溶存酸素濃度を好適範囲に低下させることができ、デスケーリング能力を大幅に向上でき、スケールをより一層効率よく除去できる。当該溶存酸素濃度が０ｇ／ｌとすることは技術的に困難であるため、当該溶存酸素濃度は０ｇ／ｌよりも大きくすることが好ましい。一方、当該溶存酸素濃度が１×１０−３ｇ／ｌよりも高いと、デスケーリング能力の向上度合いが小さくなるため、当該溶存酸素濃度を１×１０−３ｇ／ｌ以下とすることが好ましい。
【００２５】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、複数のポンプ７０に送り込まれる水中の溶存酸素濃度をどれくらい低下させるかについては、複数のポンプ７０に送り込まれる水中の溶存酸素濃度を、水供給源１００からの原水中の状態の溶存酸素濃度に対して少しでも低下できればよく、必ずしも、複数のポンプ７０に送り込まれる水中の溶存酸素濃度を、水供給源１００からの原水中の状態の溶存酸素濃度（通常は、５×１０−３ｇ／ｌ程度）から０ｇ／ｌよりも大きく１×１０−３ｇ／ｌ以下まで低下させなくてもよい。
【００２６】
また、鋼板の熱間圧延ラインにおいて、デスケーリング装置は、加熱炉１０の出側、粗圧延機２０の入側、及び仕上圧延機３０の入側の少なくとも一つの位置に設置されていればよく、必ずしもすべての位置に設置されていなくてもよい。
また、ポンプ７０の台数は、複数台である必要はなく、１台であってもよい。
更に、溶存酸素計９１は、脱気装置９０の出側だけではなく、脱気前の溶存酸素濃度を管理するため脱気装置９０の入側にも設置してよい。
【実施例】
【００２７】
本発明の効果を検証すべく、図１に示す本発明例のデスケーリングシステム１及び図３に示す比較例のデスケーリングシステム１０１を用いて被圧延材Ｋに対して水を噴射し、そのときのデスケーリング能力について評価した。
本発明例において、脱気装置９０は気体分離膜を用いた膜式真空脱気装置を用い、同脱気装置９０の出側に溶存酸素計（ＤＯ計）９１を設置した。そして、脱気装置９０により、原水中の溶存酸素濃度（５×１０−３ｇ／ｌ）から１×１０−３ｇ／ｌまで低下させた。
【００２８】
一方、比較例においては、脱気装置９０を設置していないので、原水の状態の溶存酸素濃度（５×１０−３ｇ／ｌ）を有する水を複数のポンプ７０に送水した。
被圧延材Ｋとしての鋼材は、標準板幅１．２ｍ、標準板厚は、加熱炉１０の出側（ＨＳＢ）２２０ｍｍ、粗圧延機２０の入側（ＲＳＢ）２２０〜７０ｍｍ、仕上圧延機３０の入側（ＦＳＢ）６０〜４０ｍｍを使用した。
【００２９】
評価方法としては、以前に提案したデスケーリング能力評価モデル（特許第３１２９９６７号公報参照）を用いて評価した。つまり、評価結果であるデスケーリング能力は、噴射水が鋼材表面に衝突する際に発生する総衝撃力（Ｆ）及び単位衝撃力（Ｓ）で評価できる。図２は、噴射水によるスケール除去における水滴の鋼材への衝突モデルを示す図である。同図において、総衝撃力（Ｆ）及び単位衝撃力（Ｓ）は、以下の式で示すことができる。
Ｆ＝Ｐ０×ａ×Ｃ×（３／ｄ）×α×ｔ
Ｓ＝Ｆ／Ａ
但し、Ｆ：鋼板表面での噴射された水の総衝撃力［Ｎ］，Ｓ：鋼板表面での噴射された水の単位衝撃力［Ｐａ］，Ｐ０：噴射圧力［Ｐａ］，ａ：オリフィス面積［ｍ２］，Ｃ：音速［ｍ／ｓ］，ｄ：水滴の粒子径［ｍ］，α：係数，ｔ：衝撃波が液滴中を伝わる時間［ｓ］である。
評価結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
0005739367.tif 000002
【００３１】
表１からわかるように、脱気装置９０により、原水の状態の溶存酸素濃度（５×１０−３ｇ／ｌ）から１×１０−３ｇ／ｌまで低下させることにより、デスケーリング能力が噴射水を原水とした場合に対して２倍に向上し、デスケーリング能力に起因する品質不良の発生率も本発明例では比較例に対して１０％未満まで低減できた。
なお、図６を参照すると、請求項１に係る発明のように、脱気装置９０により、原水の状態の溶存酸素濃度（５×１０−３ｇ／ｌ）から溶存酸素濃度を低下させると、デスケーリング能力が噴射水を原水とした場合よりも大きくなることかわかる。
また、図６を参照すると、請求項２に係る発明のように、噴射水中の溶存酸素濃度を原水中の溶存酸素濃度（５×１０−３ｇ／ｌ）から０ｇ／ｌよりも大きく１×１０−３ｇ／ｌ以下まで低下させると、デスケーリング能力が噴射水を原水とした場合に対して２倍以上となることがわかる。
【符号の説明】
【００３２】
１  デスケーリングシステム
１０  加熱炉
２０  粗圧延機
３０  仕上圧延機
４０  第１デスケーリング装置
４１  デスケーリングノズル
５０  第２デスケーリング装置
５１  デスケーリングノズル
６０  第３デスケーリング装置
６１  デスケーリングノズル
７０  ポンプ
８０  アキュムレーター
９０  脱気装置
１００  水供給源
Ｋ  被圧延材（鋼板）
【図１】
0005739367.tif 000003
【図２】
0005739367.tif 000004
【図３】
0005739367.tif 000005
【図４】
0005739367.tif 000006
【図５】
0005739367.tif 000007
【図６】
0005739367.tif 000008