(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出圧力４０ＭＰａ以上の圧力でノズルから水を吐出させ、吐出孔から鋼板までの距離１５０ｍｍ以下で鋼板の表面に衝突させてスケール除去を行うためのデスケーリングノズルであって、吐出流の吐出方向はノズル軸心に垂直な面内の１方向（以下「幅方向」という）に広がりを有し、該幅方向と垂直な方向（以下「厚み方向」という）に１．５〜２．５°の範囲の壊食厚み角度を有することを特徴とするデスケーリングノズル。
【請求項２】
吐出圧力４０ＭＰａ以上の圧力でノズルから水を吐出させ、吐出孔から鋼板までの距離１５０ｍｍ以下で鋼板の表面に衝突させてスケール除去を行うためのデスケーリング用フラットスプレーノズルであって、吐出孔の上流側に径拡大部を有し、該径拡大部の内径が吐出孔の短径の７〜１０倍であり、該径拡大部の長さＬは１００ｍｍ以上であることを特徴とするデスケーリング用フラットスプレーノズル。
【請求項３】
高Ｓｉ鋼の熱間圧延において、請求項１又は２に記載のデスケーリングノズルを用い、吐出孔から鋼板までの距離を７５〜１５０ｍｍとして、吐出圧力４０ＭＰａ以上の圧力でノズルから水を吐出させて鋼板表面のデスケーリングを行うことを特徴とするデスケーリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼を熱間圧延する際の圧延材表面のスケールを除去するためのデスケーリングノズル及び該デスケーリングノズルを用いたスケールの除去方法に関するものであり、特にＳｉ含有量が多い鋼を熱間圧延する際のデスケーリングノズル及びスケール除去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の熱間圧延に際しては、圧延に先立って鋼片を加熱炉に装入して１１００〜１４００℃の高温に加熱する。加熱炉内は酸化雰囲気なので、加熱中に鋼片の表面は酸化され、スケールが生成する。スケールは酸化鉄を主体とし、加熱炉から抽出された時点での鋼片表面のスケールの厚さは１〜２ｍｍに達する。このスケールが鋼片表面に付着したままで圧延を行うと、圧延材の表面にスケールが食い込み、スケール疵として残存する。このスケール疵の発生を防止するため、従来から圧延前の鋼板表面に１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ2の圧力で水を噴射してスケールを除去する方法が知られている。
【０００３】
しかし、スケールの剥離のしやすさは鋼の成分によっても異なり、特にＳｉ含有量が多い鋼に生成するスケールは、非常に剥離しにくいことが知られている。この理由は、スケール生成の際にファイアライト（Ｆｅ2ＳｉＯ4）が生成し、スケールと鋼との界面が複雑に入り組んだ特有の構造が形成されるからである。このような構造のスケールが生成する鋼を熱間圧延する場合には、上記のスケール除去方法ではスケールを十分に除去することができず、圧延後の製品表面にスケール疵が残存し、製品欠陥の原因となる。
【０００４】
高Ｓｉ鋼の上記問題を解決するため、吐出圧力３０ＭＰａ以上の高圧水を噴射してスケールを除去する方法が提案されている。特開平８−２４９３７号公報では、吐出圧力３００〜１０００ｋｇ／ｃｍ2（３０６〜１０２０ＭＰａ）、吐出圧力×吐出量（ｋｇ／ｃｍ2×リットル／ｃｍ2）≧０．８×（ｗｔ％Ｓｉ）でノズルから吐出させた液体の流れのうち液滴流領域で生成した液滴を鋼板表面に衝突させて清浄にする鋼板表面の清浄方法が記載されている。ノズルにはフラットスプレーノズルを用い、吐出流の広がり幅方向を熱延材の幅方向に設置し、噴射した水を熱延材の幅方向に広げている。
【０００５】
高圧水を噴射して噴流の壊食作用によってスケールを除去する方法においては、ノズルと鋼板表面との距離（噴射距離）によって壊食量にピークが生じる。最適な噴射距離においては、噴流が液滴に分離し、各液滴が鋼板表面に衝突したときに液滴の急圧縮により衝撃波を発生し、この衝撃波による水撃作用によって被衝突材を壊食する。一方、噴射距離が該最適噴射距離より短すぎると、噴流が十分に液滴に分離していないので壊食量が低減し、また噴射距離が該最適噴射距離より長すぎると、液滴がさらに微細に分離して噴霧化し、壊食量の低減を招くこととなる。前記特開平８−２４９３７号公報においては、ノズルと鋼板表面との距離の上限及び下限を吐出圧力とノズルの広がり角度との関数として規定している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような高圧水を用いるスケール除去方法により、従来の低圧水によるスケール除去方法に比較するとスケール除去能力が向上し、高Ｓｉ鋼においてもスケール疵を低減することができるようになった。しかし、高Ｓｉ鋼のスケールを十分に除去するためには従来のデスケーリングノズルではまだ十分ではなかった。また、ノズルと鋼板表面との距離を広げると壊食量が低減するため、該距離を短くせざるを得ない。そのため、鋼板表面での噴流の跳ね返り流によってノズルが破損するという問題、あるいは鋼板が波打っている場合にその鋼板がノズルに接触してノズルを破損するという問題があった。
【０００７】
本発明は、デスケーリングノズルの壊食能力を向上して高Ｓｉ鋼のスケール疵の一層の低減を図るとともに、鋼板表面での跳ね返り流によるノズル破損を防止し、また鋼板が波打っている場合にその鋼板の接触によるノズル破損を防止することのできるデスケーリングノズル及びデスケーリング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の特徴は、吐出圧力４０ＭＰａ以上の圧力でノズル１から水を吐出させ、吐出孔２から鋼板５までの距離１５０ｍｍ以下で鋼板の表面に衝突させてスケール除去を行うためのデスケーリングノズルであって、吐出流の吐出方向はノズル軸心に垂直な面内の１方向（以下「幅方向７」という）に広がりを有し、該幅方向と垂直な方向（以下「厚み方向８」という）に１．５〜２．５°の範囲の壊食厚み角度φを有することを特徴とするデスケーリングノズルにある。
【０００９】
本発明において、噴流の壊食厚みｂ（ｍｍ）は、アルミニウムＪＩＳ−５０５０の研磨面に３０秒間噴射を行い、壊食された部位の厚みｂである（図５）。また、壊食厚み角度φ（°）は、壊食厚みｂ（ｍｍ）とノズル吐出孔短径ｄｓ、噴射距離Ｈ（ノズル−鋼鈑距離）とから以下の式で算出する。
φ＝２ｔａｎ-1｛（ｂ−ｄｓ）／２Ｈ｝
フラットスプレーノズルを用いて鋼板５に吐出流４を噴射する状況を図５に示す。高圧水を用いたスケール除去においては、ノズル１からの適切な噴射距離Ｈにおいて吐出流４が最適な直径の液滴となるとともに、ひとつひとつの液滴が鋼板衝突時に液滴の急圧縮により衝撃波を発生し、この衝撃波による水撃作用で被衝突材を壊食する必要がある。ところが、吐出流４の同一流線上の前後に近接して液滴が存在すると、前側の液滴が鋼板表面に存在するうちに後ろ側の液滴が衝突するため、後ろ側の液滴は急圧縮による衝撃波を発生することができず、有効な壊食作用を発揮することができない。従来のフラットスプレーノズルによるスケール除去においては、液滴径が最適となる噴射距離Ｈにおいて、噴流領域の液相化率が十分に低下しておらず、液滴の存在密度が高すぎ、すべての液滴が有効な壊食作用を発揮していないことを本発明者らは明らかにした。
【００１０】
フラットスプレーノズルの幅方向の広がり角度θを大きくすれば、同一噴射距離Ｈにおいて噴流領域の液相化率を低下することはできる。しかし、広がり角度θが大きすぎると、幅方向外側の領域においては吐出流速の鋼板表面垂線成分が減少し、該幅方向外側領域での壊食量の低下という弊害が発生する。
【００１１】
本発明においては、吐出流の厚み方向８の壊食厚み角度φを増大することにより、液滴径が最適となる噴射距離Ｈにおいて、噴流領域の液相化率が十分に低下する。その結果、吐出流４の同一流線上の前後に近接して存在する液滴を低減することができ、すべての液滴が有効な壊食作用を発揮することができる。これにより、壊食量が最大になる噴射距離Ｈにおける壊食量ピークの値を増大することができるとともに、必要な壊食量を得ることができる噴射距離の範囲を増大することができた。その結果、必要な壊食量を確保しつつノズル１と鋼板５との間の距離を広げることが可能になり、鋼板からの噴流の跳ね返り流によるノズルの破損及び鋼板が波打っている場合にその鋼板の接触によるノズルの破損を防止することができるようになった。
【００１２】
従来一般に用いられていた鋼板のデスケーリングにおいては、スケールを破壊するためには鋼板表面における衝突噴流の水量密度を高める方が有利であり、そのためにはフラットスプレーノズルを使用する場合は噴流の壊食厚み角度φは薄い方が良好なスケール除去ができると考えられていた。本発明は、吐出圧力４０ＭＰａ以上の高圧で、かつノズル鋼鈑距離が１５０ｍｍ以下の場合のデスケーリングにおいては、逆に噴流の壊食厚み角度φを厚くした方が良好なスケール除去ができることを見出したところにその特徴がある。
【００１３】
本発明の第２の特徴は、吐出圧力４０ＭＰａ以上の圧力でノズル１から水を吐出させ、吐出孔２から鋼板５までの距離１５０ｍｍ以下で鋼板の表面に衝突させてスケール除去を行うためのデスケーリング用フラットスプレーノズルであって、吐出孔２の上流側に径拡大部３を有し、該径拡大部３の内径Ｄが吐出孔２の短径ｄｓの７〜１０倍であり、該径拡大部の長さＬは１００ｍｍ以上であることを特徴とするデスケーリング用フラットスプレーノズルにある。
【００１４】
従来のフラットスプレーノズルにおいては、吐出孔２の形状を長径／短径比の大きい楕円形状とし、吐出孔の上流側に整流器を配置したノズルが用いられていた。整流器としては、スタビライザーを用いたもの、あるいは単純に内径が８〜１４ｍｍ程度の拡大部を有するのみのものなどが知られている。このようなスプレーノズルを用いることにより、噴流の幅方向７には１０°〜５０°の広がり角度θを有し、噴流の厚み方向８には１．５°未満の厚み角度φの吐出流４が実現していた。吐出圧力４０ＭＰａ以上の高圧デスケーリングノズルにおいても同様であった。
【００１５】
本発明のノズルを図４に示す。
【００１６】
本発明においては、吐出孔２の上流側に径拡大部３を設け、径拡大部３の内径Ｄが吐出孔の短径ｄｓの７〜１０倍であり、径拡大部３の長さＬは１００ｍｍ以上とすることにより、壊食量が最大になる噴射距離Ｈにおける壊食量を増大することができるとともに、必要な壊食量を得ることができる噴射距離の範囲を増大することができた。本発明の吐出孔２の上流側に径拡大部３を設けたデスケーリングノズル１においては、吐出流４の厚み方向８の厚みが従来のフラットスプレーノズルに比較して厚くなっており、それがために液滴径が最適となる噴射距離において、噴流領域の液相化率が十分に低下し、上記第１の構成の発明と同様の理由によってほとんどの液滴が有効な壊食作用を発揮するようになったものと推定できる。幅方向７に広がりを有する吐出流４の幅方向７の任意の位置において吐出流の壊食厚みｂが増大しており、本発明の壊食作用の向上効果は吐出流のいずれの幅方向位置においても享受することができる。
【００１７】
本発明の第３の特徴は、高Ｓｉ鋼の熱間圧延において、上記第１又は第２の発明のデスケーリングノズルを用い、吐出孔から鋼板までの距離（噴射距離Ｈ）を７５〜１５０ｍｍとして、吐出圧力４０ＭＰａ以上の圧力でノズルから水を吐出させて鋼板表面のデスケーリングを行うことを特徴とするデスケーリング方法にある。
【００１８】
上記第１又は第２の発明のデスケーリングノズルの使用方法である。吐出圧力を４０ＭＰａ以上、噴射距離Ｈを１５０ｍｍ以下として本発明のデスケーリングノズルの性能を発揮する。更に、噴射距離Ｈを７５ｍｍ以上とすることにより、鋼板表面で反射した噴流がノズル１に衝突してノズルを破損することを防止でき、また鋼板が波打っている場合にその鋼板５がノズル１に接触してノズルを破損することを防止できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
スプレーノズル１の吐出孔２としては、従来のフラットスプレーノズルと同様、長径／短径比が１．４〜１．８の楕円形状の吐出孔２を用いることができる。長径／短径比を選択することによって噴流の幅方向の広がり角度を調整することができる。広がり角度θは、２０〜４０°の範囲が好適である。２０°未満ではスケール除去のためのカバー範囲が小さく、近接ノズルとしては不適であり、４０°を超えると噴流の幅方向両端で衝突流速の鋼板表面垂線成分が小さくなり、十分なスケール除去能力を発揮できない。吐出孔２の断面積は、必要な吐出流量を確保できるように選択することができる。通常は吐出孔２の断面積は１８〜７０ｍｍ2の範囲から選択する。
【００２０】
スプレー水の吐出圧力は４０〜１００ＭＰａの範囲とすることが好ましい。４０ＭＰａ未満では、１％以上のＳｉを含有する鋼材のスケール除去に十分な衝撃破壊力を得ることが難しいためであり、１００ＭＰａを超えると破壊力が大きすぎて均一性を得ることが難しくなるからである。
【００２１】
本発明のスプレーノズル１を用いてアルミ板の壊食量を評価した結果をもとに、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
吐出孔２には、短径２．６ｍｍ、長径３．８ｍｍの楕円形の吐出孔２を用い、吐出孔２の上流側の径拡大部３として径拡大部内径６〜２５ｍｍ、径拡大部長さ１５０ｍｍのものを用いた。吐出圧力は４５ＭＰａとし、吐出流量は１１０リットル／分、噴流の広がり角度θは３０°であった。このスプレーノズルを用い、径拡大部３の内径及び吐出孔２とアルミ板との間の距離（噴射距離Ｈ）を種々変更して噴流の壊食厚みｂを測定した。噴流の壊食厚みｂ（ｍｍ）は、アルミニウムＪＩＳ−５０５０の研磨面に３０秒間噴射を行い、壊食された部位の厚みを測定することで評価した。また、壊食厚み角度φ（°）は、壊食厚みｂ（ｍｍ）とノズル吐出孔短径ｄｓ、噴射距離Ｈとから以下の式で算出することができる。
φ＝２ｔａｎ-1｛（ｂ−ｄｓ）／２Ｈ｝
図１に吐出流の厚み方向８の壊食厚み角度φと壊食量との関係を示す。壊食厚み角度１°前後が従来例（径拡大部内径１４ｍｍ程度）である。壊食厚み角度φを１．５〜２．５°とすることにより壊食量が増大することがわかる。壊食厚み角度φを３°程度まで拡げると壊食深さが減少し、壊食量は逆に低下する傾向が見られた。
【００２３】
図２、３にノズル１の径拡大部内径／吐出孔短径比（Ｄ／ｄｓ）と壊食量との関係を示す。径拡大部内径／吐出孔短径比が本発明範囲の７〜１０倍において壊食量が改善され、従来例（径拡大部内径／吐出孔短径比が５．４）に比較して高い値を示す。
【００２４】
径拡大部３の長さＬは１００〜３００ｍｍとすることが好ましい。１００ｍｍ未満では、径拡大部の効果が十分発揮されず、ノズル厚み方向の広がりが不十分であり、３００ｍｍを超えて長く設けてもその効果は増大されないためである。
【００２５】
本発明のデスケーリングノズル１を用いて鋼板のデスケーリングを行う場合、吐出孔２と鋼板５表面との距離（噴射距離Ｈ）は１５０ｍｍ以下とする。高圧水噴射における液滴の衝撃力を利用するデスケーリングにおいて、噴射距離Ｈが１５０ｍｍを超えると液滴が小径化してしまい、必要な衝撃力が得られないからである。一方、噴射距離Ｈが過度に短いと有効な液滴が形成されず、衝撃力が得られないので、噴射距離Ｈは最短でも７５ｍｍ以上が必要である。好ましくは、噴射距離Ｈは１００ｍｍ以上とする。噴射距離Ｈを長くすると、鋼板表面で反射した噴流がノズルに衝突してノズルを破損することを防止でき、また鋼板が波打っている場合にその鋼板がノズルに接触してノズルを破損することを防止できる。そして、本発明のデスケーリングノズル１においては、上記アルミ板壊食量の結果から明らかなように衝撃力を確保できる噴射距離Ｈの範囲が広いので、噴流距離を１００ｍｍ以上としても十分にデスケーリング能力を保持することができる。
【００２６】
本発明のスケール除去を行う際の鋼材表面温度には特に制限はなく、一般的には、９５０℃〜１１００℃でスケール除去が行われている。
【００２７】
本発明において、高Ｓｉ鋼とは鋼中のＳｉ含有量が０．５重量％以上のものをいう。０．５重量％未満では、熱間圧延におけるスケールの除去状況がＳｉを含有しない一般の鋼とかわらないからである。
【００２８】
【実施例】
本発明のデスケーリングノズルを用いて、Ｓｉ含有量１〜２％の高Ｓｉ鋼の熱間圧延について、鋼板のデスケーリングを実施した。圧延に用いた鋼片サイズは、長さ８５００ｍｍ前後、幅は６００〜１５００ｍｍ、厚みは約２４０ｍｍである。本発明のスケール除去は仕上圧延前に実施し、そのときの鋼板厚みは約４０ｍｍである。
【００２９】
【表１】
0003924390.tif 000002
【００３０】
製造条件、使用したデスケーリングノズル１の諸元、及び処理結果を表１に示す。表１のＮｏ．１〜９が本発明例である。本発明範囲内使用条件でのデスケーリングノズルを使用することにより、スケール残存率はいずれも５％以下と良好な結果を得ることができた。
【００３１】
Ｎｏ．１０〜１５が比較例である。Ｎｏ．１０〜１３は径拡大部の内径Ｄが吐出孔の短径ｄｓの７倍未満であり、Ｎｏ．１４、１５は径拡大部の内径Ｄが吐出孔の短径ｄｓの１０倍を超えており、そのためいずれも壊食厚み角度φが１．５°未満となり、スケール残存率を改善することができなかった。
【００３２】
【発明の効果】
吐出圧力４０ＭＰａ以上の圧力でノズルから水を吐出させ、吐出孔から鋼板までの距離１５０ｍｍ以下で鋼板の表面に衝突させてスケール除去を行うためのデスケーリングノズルにおいて、１．５〜２．５°の範囲の厚み角度φを有することにより、あるいは吐出孔の上流側に径拡大部を有し、該径拡大部の内径が吐出孔の短径の７〜１０倍であり、該径拡大部の長さＬは１００ｍｍ以上とすることにより、デスケーリングノズルのデスケーリング能力を向上し、また必要なデスケーリング能力を有する噴射距離範囲を拡大することができた。これにより、高Ｓｉ鋼の熱間圧延におけるスケール疵の改善を図るとともに、ノズルと鋼板表面との距離を従来よりも大きくすることにより、デスケーリングノズルの寿命を延長することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】デスケーリングノズルの壊食厚み角度と壊食量の関係を示す図である。
【図２】デスケーリングノズルの噴射距離、径拡大部寸法Ｄ／ｄｓと壊食量の関係を示す図である。
【図３】デスケーリングノズルの径拡大部寸法Ｄ／ｄｓと壊食量の関係を示す図である。
【図４】本発明のデスケーリングノズルを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】デスケーリングノズルから鋼板に水を噴射している状況を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ノズル
２  吐出孔
３  径拡大部
４  吐出流
５  鋼板
６  吐出流衝突部
７  幅方向
８  厚み方向
Ｈ  噴射距離
Ｌ  径拡大部長さ
Ｄ  径拡大部内径
ｄｓ  吐出孔短径
ａ  噴流幅
ｂ  壊食厚み
θ  広がり角度
φ  壊食厚み角度
【図１】
0003924390.tif 000003
【図２】
0003924390.tif 000004
【図３】
0003924390.tif 000005
【図４】
0003924390.tif 000006
【図５】
0003924390.tif 000007