(57)【要約】  熱間圧延される際の走行する金属帯、特に鋼製の金属帯について、加圧水が供給されるノズルを有する噴霧レールを使用して水を金属帯の表面へと噴霧することによって、二次スケール除去のためのこのプロセスは、ノズルに３０ｂａｒを超えない低い水圧（好ましくは１０ｂａｒ未満であるが、４ｂａｒを下回ることがない）で供給が行なわれ、スケール除去の対象の表面へと噴霧される水について、高圧での二次スケール除去の通常の知られている方法において得られる熱の作用と定量的に同様の熱の作用をもたらし、すなわち帯の表面温度を約６００℃まで下げる冷却をもたらす目的で、前記ノズルが、噴霧される水によって帯の表面が冷却されることで帯から抽出される熱流束密度（ＨＦ）が、前記知られている高圧の操作において生じるそれと同様であるように調節されることを特徴とする。本発明は、圧延ミル列の仕上げ装置の上流および粗引き装置の上流など、任意の二次スケール除去に当てはまる。本発明は、スケール除去のコストの削減について、すぐに機能する回答を提供し、すなわち既存の産業装置の再構築との適合性に優れ、したがって必ずしも完全に新しい装置の再設置を必要としない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延の際に、走行する金属帯、特に鋼製の金属帯について、加圧水が供給されるノズルを有する噴霧レールを使用して水を金属帯の表面へと噴霧することによって、二次スケール除去のためのプロセスであって、前記ノズルに３０ｂａｒを超えない低い水圧で供給を行うことからなり、前記ノズルが、噴霧される水によって帯の表面が冷却されることで帯から抽出される熱流束密度（ＨＦ）が、前記知られている高圧の操作において達成されるものと同様であるように調節されることを特徴とする、プロセス。
【請求項２】
帯から抽出される熱流束密度（ＨＦ）が、９００から１１００℃の間の帯温度について６．５から２０ＭＷ／ｍ２の間であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
熱流束密度が、９００から１１００℃の間の帯温度について１０から１１ＭＷ／ｍ２の間であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
熱間圧延の際に、走行する金属帯、特に鋼製の金属帯について、加圧水が供給されるノズルを有する噴霧レールを使用して水を金属帯の表面へと噴霧することによって、二次スケール除去のためのプロセスであって、前記ノズルに３０ｂａｒを超えない低い水圧で供給を行うことからなり、スケール除去の対象の表面へと噴霧される水について、高圧での二次スケール除去の通常の知られている操作において得られる熱の作用と同様の熱の作用をもたらす目的で、前記ノズルが、前記高圧の操作によってもたらされる水の表面流量と同様の水の表面流量を帯へともたらすように調節されることを特徴とする、プロセス。
【請求項５】
水の表面流量が、２５００ｌ／ｍｉｎ／ｍ２よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
水の表面流量が、７５００ｌ／ｍｉｎ／ｍ２であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
ノズルに、１０ｂａｒ未満であるが３ｂａｒ未満に低下することがない水圧が供給されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
帯鋼の熱間圧延ミル列の仕上げ段の上流で実行されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
帯鋼の熱間圧延ミル列の粗引き段の上流で実行されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
金属帯の表面へと水を噴霧するためのノズルを有している噴霧レールを備えており、走行する金属帯、特に帯鋼について二次スケール除去を行う装置であって、噴霧レールの前記ノズルに水を供給するための「低圧」ユニットを含むことを特徴とする、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延の際に、走行する金属帯、特に鋼製の金属帯から、前記帯が圧延ミル列の粗引き段または仕上げ段に進入する前に、スケールを除去する作業に関する。
【背景技術】
【０００２】
この作業が、より一般的には、圧延作業の前に再加熱炉を出るときに鋼スラブに対して実行される「一次」スケール除去に対照させて、「二次スケール除去」として知られていることが思い起こされる。
【０００３】
また、帯鋼の二次スケール除去が、帯が炉を出る際の一次スケール除去の後で開放空気に位置するときに高温の金属の急激な再酸化によって形成される二次スケールとして知られるスケールを、帯の表面から取り除くことを目的としていることが、思い起こされる。したがって、これは圧延作業の最中に２回生じ、すなわち帯が圧延ミル列の粗引き段に進入する前に最初に生じ、その後に仕上げ段に進入する前に生じる。わかりやすくするために、以下では、仕上げ段への進入時の二次スケール除去の事例にのみ言及するが、それに関して述べられる内容が、大部分、粗引き段への進入時の二次スケール除去にも当てはまることを、理解すべきである。
【０００４】
二次スケールは、通常は、一般的には５０から１００μｍの間の厚さであって、かなり不規則な外観である金属酸化物からなる付着層の形態で存在する。二次スケール除去は、それが実施される仕上げ段への進入時に、圧延ロールへの酸化物の付着を避けるために、帯鋼が、その表面に、わずか２０から３０μｍまたはそれ以下の厚さを有する残留スケールの一様な層を有しているだけであれば、成功である。
【０００５】
これを行うために、スケール除去作業は、概略的には、わずかな距離を離して配置された噴霧レールであって、一般的には１３０から１５０ｂａｒを超え、特定の場合には２００ｂａｒを超える高圧が供給される噴射ノズルを備える噴霧レールによってもたらされる水の強力なジェットを、走行する帯の表面に衝突させることからなる。したがって、目的は、熱の作用（スケール除去システムへの進入時には約１１００℃である帯の表面温度が、ほぼ瞬時に６００℃近くまで低下する）を衝突時の水ジェットの大きな作用に起因する機械的な作用と組み合わせることで、スケールを割り、追い落とし効果によって表面から取り除くことにある。この作業は、一般的には、およそ１から２ｍの長さを有しており、仕上げ段の約５ｍ上流に配置され、高速で直線状に走行する帯鋼が通過し、１０度程度で流れに対向するように傾けられたノズルを備える上側および下側噴霧レールを収容しているスケール除去ボックスにおいて行われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高温段階を取り入れてなるあらゆる鋼の製造チェーンにおいて不可欠な関連である（圧延ミル列の全体を非酸化の雰囲気下に置くことが望ましいが、これは明らかに考えにくい）にもかかわらず、二次スケール除去は、大量の水を必要とするからではなく（使用された水はリサイクルされる）、高圧の水圧装置が使用されるために、依然として高価につく作業であり、この点に関して、特にポンプ及び回路の保守ならびに電気の消費に関し、コストの削減の可能性を考慮することが推奨される。
【０００７】
本発明の目的は、二次スケール除去の作業のコストを削減するという課題に対し、すぐに機能できる回答を提供することにあり、すなわち既存の装置の単純な再配置に適合し、したがって必ずしもまったく新しい二次スケール除去装置を再設置する必要がない回答を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的のため、本発明の一主題は、熱間圧延の際に、走行する金属帯、特に鋼製の金属帯について、加圧水が供給されるノズルを有する噴霧レールを使用して水を金属帯の表面へと噴霧することによって、二次スケール除去のためのプロセスであって、ノズルに３０ｂａｒを超えない低い水圧（好ましくは１０ｂａｒ未満であるが、約３ｂａｒを下回ることがない）で供給が行なわれ、スケール除去の対象の表面へと噴霧される水について、高圧での二次スケール除去の通常の知られている方法において得られる熱の作用と定量的に同様の熱の作用（すなわち、帯の酸化された表面の温度を約６００℃まで下げる冷却）をもたらす目的で、前記ノズルが、前記高圧の方法によってもたらされる水の表面流量と同様の水の表面流量を帯へともたらすように寸法付けられることを特徴とするプロセスである。
【０００９】
好ましくは、水の表面流量は、２５００ｌ／ｍｉｎ／ｍ２よりも大きく、有利には７５００ｌ／ｍｉｎ／ｍ２である。
【００１０】
本発明はまた、熱間圧延の際に、走行する金属帯、特に鋼製の金属帯について、加圧水が供給されるノズルを有する噴霧レールを使用して水を金属帯の表面へと噴霧することによって、二次スケール除去のためのプロセスであって、ノズルに３０ｂａｒを超えない低い水圧で供給が行なわれ、スケール除去の対象の表面へと噴霧される水について、高圧での二次スケール除去の通常の知られている方法において得られる熱の作用と定量的に同様の熱の作用をもたらす目的で、噴霧される水によって帯の表面が冷却されることで帯から抽出される熱流束密度（ＨＦ）が、前記知られている高圧の操作において達成されるものと同様であるように前記ノズルが調節されることを特徴とするプロセスに関する。
【００１１】
この場合、帯から抽出される熱流束密度（ＨＦ）が、９００から１１００℃の間の帯温度について６．５から２０ＭＷ／ｍ２の間である。
【００１２】
有利には、熱流束密度が、９００から１１００℃の間の帯温度について１０から１１ＭＷ／ｍ２の間である。
【００１３】
本発明によるプロセスは、種々の特徴を単独または組み合わせにて、さらに備えることができる：
ノズルに、１０ｂａｒ未満であるが３ｂａｒ未満に低下することがない水圧が供給される、
本発明のプロセスが、帯鋼の熱間圧延ミル列の仕上げ段の上流で実行される、
本発明のプロセスが、帯鋼の熱間圧延ミル列の粗引き段の上流で実行される。
【００１４】
最後に、本発明はまた、金属帯の表面へと水を噴霧するためのノズルを有している噴霧レールを備えており、走行する金属帯、特に帯鋼について二次スケール除去を行う装置であって、前記噴霧レールのノズルに水を供給するための「低圧」ユニットを含むことを特徴とする装置にも関する。
【００１５】
間違いなくすでに理解されているとおり、本発明は、酸化物の外皮の冷却への水のジェットの熱の効果が、帯の表面のこの酸化物の外皮の破砕への水のジェットの機械的な効果（すなわち、これまで考えられていたような強力なジェットの衝突時の「高圧洗浄」効果）よりも、二次スケール除去にはるかに有利に働くという発見に立脚している。
【００１６】
本発明のプロセスと従来の高圧プロセスとの間の熱の効果の同等さを特徴付けるために、水の表面流量（この流量が、スケール除去システムへの進入時の帯の温度に応じて調節されなければならないと理解される）、あるいは帯の温度および水の表面流量という両方のパラメータを統合する帯から抽出される熱流束密度に言及することができる。しかし、プロセスを表現および特徴付ける方法がどちらであっても、基本的な考えは同じであり、すなわち高圧ジェットを使用することによって生み出される熱的効果を保ちながら、低い圧力を使用することである。
【００１７】
仕上げ段の上流および粗引き段の上流において、二次スケール除去の成功が、除去すべき酸化物層の冷却の熱的効率に直接結び付いており、ほぼ除去すべき酸化物層の冷却の熱的効率にのみ結び付いており、したがって噴霧レールのノズルの供給圧力とは無関係であることが、明らかになっている。換言すると、熱的効率が同じであれば、スケール除去が高圧ジェットで実行されるか否かにかかわらず、得られる二次スケール除去の品質は同じである。
【００１８】
混乱を避けるために、ここで使用される「冷却の熱的作用」および「熱的効率」という表現が、同等であることを強調しておく。これらは、スケール除去ボックスにおける帯の短い滞在時間（わずか１秒程度）の間に、このボックスへの進入時の温度にかかわらずに、酸化物層の温度の約６００℃への低下を保証することが重要であるということを表現している。圧延ミル列において普通に測定することができる基本的な物理量が、抽出される熱流束密度であることが知られている。
【００１９】
このように、通例の強力なジェット（１００ｂａｒ以上）を「低圧」のジェット（３０ｂａｒ未満）で置き換えても、酸化物の外皮の剥離につながる熱収縮を保証するために充分である。酸化物の外皮は、控えめではあるがスケールの容易な除去という任務には充分以上であるジェットのエネルギによって、表面を横切る水の流れを用いた単純な一掃および運び去りの作用によって片付けられる。
【００２０】
これらのカスケード効果は、すでに述べたように、「高圧」ジェットによるものと同じ帯の酸化物層の冷却レベルがもたらされる場合、本発明による「低圧」ジェットによって得られ、この冷却レベルは、実際に、きわめて単純に帯への冷却水の表面流量を維持することによって達成される。
【００２１】
したがって、通例の「高圧」の水の供給を「低圧」の供給で置き換えることが、スケール除去の品質を損なうことなく顕著な経済的利点からの利益をこのようにして得るために、産業的にすぐに適用することができる技術的解決策となる。
【００２２】
添付の全１枚の図面を参照して提示される以下の説明に照らして、本発明をよりよく理解することができ、他の態様および利点がさらに明確に見えてくる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】沸騰曲線として知られる実験的に導き出された曲線のプロットであり、異なる噴霧水の水圧にて実行された仕上げ段への進入前の二次スケール除去の熱効率の比較を、帯の表面の温度に応じて示している。この熱効率が、金属帯の表面から抽出される表面熱流束密度（ＨＦ）（単位は、ＭＷ／ｍ２）によって、ｙ軸上に定量的に表現されている。
【図２】この二次スケール除去の効率を、仕上げ段における入り口温度に一致するように意図的に選択されたスケール除去対象の帯鋼の表面温度の範囲（９００から１０５０℃）について、残留するスケールの層の厚さ（ｅｃ）（単位はマイクロメートル）の観点で示している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１において、基準の曲線が、曲線Ａである。この曲線Ａは、１３０ｂａｒの圧力が供給されるノズルからの強力な水ジェットを使用して実行された従来の二次スケール除去から得られている。残りの２つの曲線ＢおよびＣは、それぞれ８ｂａｒの「低圧」ジェットを表わしており、一方（曲線Ｂ）は、噴霧水の表面流量を曲線Ａの「高圧」ジェットと同じ、すなわち７５００ｌ／ｍｉｎ／ｍ２にして実行した試験から得られており、他方（曲線Ｃ）は、大幅に少ない表面流量（１５００ｌ／ｍｉｎ／ｍ２）で実行した試験から得られている。
【００２５】
ここで、本発明による「低圧」二次スケール除去作業の成功を管理する基準が、酸化物層において、「高圧」ジェットで従来実行される熱作用（曲線Ａ）と同様の熱作用を維持することにあることを、再び思い起こすことが重要である。これは、最終的には、噴霧ボックスへの進入（例えば、炭素鋼について、一般的には約１１００℃）と圧延ミルの仕上げ段への進入（一般的には約１０３０℃）との間で、ブランクの温度の２０から１００℃（圧延される鋼の等級に依存する）の低下をもたらさなければならない。
【００２６】
これを達成するために、帯が噴霧レールの下方に滞在する時間が短い（１秒程度）ことに鑑みて、一方では酸化物の外皮の冷却速度を充分に高めることで、酸化物／金属の異なる熱収縮をもたらして、この外皮を可能な限り砕くことによって除去を成功させ、他方ではその後の帯の芯から表面へと向かう必然的な熱の入力によって、表面が仕上げ段への進入時に所望される温度を達成するように、帯の表面を約６００℃まで急激に低下させる冷却を、これらのレールの下方に用意することが推奨される。
【００２７】
したがって、帯の表面の高速な瞬間的冷却（数１００度／秒）によって表現されるこの熱の作用は、グラフからの３つの曲線のパラメータ化のために、測定から一般的にアクセスできる物理量、すなわち圧延の際に噴霧される水によって加工品から抽出される熱流束密度（略して、熱流速（Ｈｅａｔ  Ｆｌｕｘ）またはＨＦ）によって表現され、この量がＭＷ／ｍ２という単位で表現される。実際、この特徴量は、スケール除去装置のサイズを決定するために特に適している。なぜならば、この特徴量は、それ自体がスケール除去作業の定義から容易に得ることができるパラメータである帯のｍ２当たりの冷却水の流量（水の表面流量）に相関しており、概略的には冷却水の表面流量がＨＦの値に対応するからである。
【００２８】
したがって、見て取ることができるとおり、基準となる「高圧」スケール除去（曲線Ａ）のＨＦが、噴霧作業の全体（１１００から６００℃の範囲の表面温度）にわたって約１０ＭＷ／ｍ２で一定に保たれている。本発明による「低圧」スケール除去作業のＨＦは、同じ温度の範囲において、曲線Ｂを代表する実験例においては１０から１８ＭＷ／ｍ２の間に、曲線Ｃの場合においては６から１０ＭＷ／ｍ２の間に、それぞれ保たれている。
【００２９】
値ＨＦが、個々のスケール除去装置に特有のデータから実際に計算されたものであることに留意されたく、それらのデータは、最も重要なものだけを挙げると、冷却水の温度（ここでは、すべての試験において２０℃）、噴霧ノズルの種類、それらのノズルからの水の出口圧力、ノズル先端をスケール除去対象の帯の表面から隔てている距離、およびノズルの出口におけるジェットの開口角度である。
【００３０】
曲線Ｂおよび曲線Ｃについて、全体的な外観が同じであり、約４５０℃の帯表面温度まで、共通の上昇が観察され、その後に丘が続いている。丘の最高点は、どちらの曲線においても５５０から６００℃の間にあるが、このときの強度は異なる。次いで、減少が、スケール除去ボックスに進入する試験帯の共通の入り口温度である１１００℃まで、２つの曲線の間でほぼ平行に生じている。
【００３１】
これが、まさに本発明によるプロセスの工業的な利点が特に高く評価されるべき温度範囲（１１００から９００℃より広く）のレベルにあることに、留意されたい。なぜならば、帯鋼のための熱間圧延ミル列のほぼすべてが、９００から１１００℃の間に位置する仕上げ段への進入における帯温度にて動作しているからである。
【００３２】
実際、まさにこの温度範囲において、高圧の基準曲線Ａと低圧の曲線Ｂとの間でほぼ同等のスケール除去品質が観察され、同等さは、当然ながら、グラフにおけるＨＦ値（１０から１１ＭＷ／ｍ２の間）の同等さに相関している。他方で、これらの値に比べ、かなり低いＨＦ（７ＭＷ／ｍ２をわずかに下回る）を示している低圧の曲線Ｃは、これに相関して悪いスケール除去品質を示す。
【００３３】
実際に、図示のとおり、産業パイロットプラントにおいて実行され、図２に記録された試験によれば、この温度範囲において、６ｂａｒのＬＰ設定または１００ｂａｒのＨＰ設定のいずれを使用しても、厚さ２３μｍをわずかに超えるスケールの薄い層が残るだけであることが観察され、したがってこれら両方の選択肢においてスケール除去品質がほぼ同一であることを反映している。
【００３４】
これらの試験を、ＩＳＦ型の低炭素の帯鋼について、各々の事例において同一の１６０ｍｍという「ノズル−帯鋼」距離にて実行し、噴霧される水のノズル当たりの流量（１１０ｌ／ｍｉｎ）ならびに帯鋼の走行速度（６０ｍ／ｍｉｎ）および噴霧される水の温度（２０℃）に関しても各々の事例において同一にしたことを述べておく。スケール除去の効率を、スケール除去後の加工品の顕微鏡写真の断面を観察することによって、帯の表面の残余のスケールの厚さの測定から（ｙ軸について）評価した。
【００３５】
より一般的には、本発明によるスケール除去が、加工品から６．５から２０ＭＷ／ｍ２の間で熱流束密度の抽出に対して実行され、水の表面流量に関して言えば、２５００ｌ／ｍｉｎ／ｍ２を超える流量を基準として評価した。
【００３６】
上述の流速密度は、スケール除去ジェットの衝突の領域においてレールの下方で測定した。
【００３７】
ここで、これまでにすでに強調した内容、すなわち「高圧」スケール除去から本発明による「低圧」スケール除去へと移行するときに、従来の操作の熱効率（ＨＦ）を維持しての作業が重要であることが、図面による裏付けからも明らかである。
【００３８】
実際、維持すべき低圧のレベルの選択は、圧力が過剰に低下せず、すなわち最低でも約３から５ｂａｒである限りにおいて、ＨＦの維持に比べて二次的な重要性でしかないことがわかっている。そうでなければ、必要とされる水の表面流量、したがって必要とされるＨＦのレベル（１０ＭＷ／ｍ２程度）が、噴霧レールを増やさない限り、もはや達成できなくなると考えられ、にもかかわらず酸化物の外皮について金属の支持面からの脱離に必要な熱収縮作用を保証することがもはやできなくなる危険を伴う。
【００３９】
対照的に、３０ｂａｒを超える「低圧」では、産業規模の作業の経済的な利点が、この圧力レベルにおいては急激に不鮮明になる。なぜならば、そのために、今日において「高圧」システムにすでに使用されている装置と同じまたは同様の装置が必要になるからである。
【００４０】
本発明を、高圧の設定において使用されていたと考えられる水の表面流量と同等の表面流量をもたらすためにノズルの形態が必要に応じて調節された場合、低い圧力が供給されるポンプでの動作によって容易に実現でき、したがってエネルギが節約され、保守コストが削減されることが、理解される。
【００４１】
本発明のプロセスを実行するために使用されるノズルは、知られている高圧スケール除去プロセスに適用される帯からの距離と同じ距離を離して配置される。
【００４２】
二次スケール除去を達成するために高圧レールに代えて低圧レールを使用することに関係する他のさらなる利点として、以下の利点などが観察される：
低コストの低圧レールを分割することができる。レールを分割することで、可能な限り少ない噴霧が可能になり、すなわち帯のスケールの除去を、圧延ミル列の全幅ではなく一部についてのみ実行でき、これが水の節約およびループを循環する水の重量の削減につながり、これに対応して補助的なエネルギのコストが削減される、
仕上げ段への進入時の帯の熱を制御するためのアクチュエータとして、「低圧」レールを使用することができる、
水噴霧ノズルの摩耗が少ない、
装置（ポンプ、弁、回路、など）の保守コストが全体として削減される。
【００４３】
本発明が、上述した例には限定されず、多数の変形例および均等物へと適用されることは、言うまでもない。特に、本発明は、あらゆる形態の二次スケール除去に関係し、すなわち外気に触れた金属表面の高温酸化によってすでに形成されたスケールの除去に関すると想到される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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