(57)【要約】【課題】  デスケーリング時における鋼材の冷却を抑制し、スケール除去のために必要なコストを削減することのできる鋼材のデスケーリング方法及びデスケーリング装置を提供する。【解決手段】  スケールの付着した鋼材の表面に低圧水を噴射してスケールの表層を冷却し、次いで高圧水又は高圧気体を鋼材の表面に噴射することを特徴とする鋼材のデスケーリング方法。【選択図】図２
2017144442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールの付着した鋼材の表面に低圧水を噴射してスケールの表層を冷却し、次いで高圧水又は高圧気体を鋼材の表面に噴射することを特徴とする鋼材のデスケーリング方法。
【請求項２】
低圧水の水量密度は、４５００〜８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２であることを特徴とする請求項１に記載の鋼材のデスケーリング方法。
【請求項３】
高圧気体は、ラバールノズルにより、０．５〜１．０ＭＰａの吐出圧力で噴射された気体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼材のデスケーリング方法。
【請求項４】
高圧水の吐出圧力は、５．０〜１５．０ＭＰａであることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼材のデスケーリング方法。
【請求項５】
鋼材の表面に付着したスケールを除去する鋼材のデスケーリング装置であって、
鋼材の表面に低圧水を噴射する前段ノズルと、
前段ノズルよりも出側に設けられ、高圧水又は高圧気体を鋼材の表面に噴射する高圧ノズルと、を有することを特徴とする鋼材のデスケーリング装置。
【請求項６】
前記前段ノズルは、４５００〜８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２の水量密度の低圧水を噴射可能であることを特徴とする請求項５に記載の鋼材のデスケーリング装置。
【請求項７】
前記高圧ノズルは、０．５〜１．０ＭＰａの吐出圧力で気体を噴射可能なラバールノズルであることを特徴とする請求項５又は６に記載の鋼材のデスケーリング装置。
【請求項８】
前記高圧ノズルは、５．０〜１５．０ＭＰａの吐出圧力で水を噴射可能であることを特徴とする請求項５又は６に記載の鋼材のデスケーリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デスケーリング時における鋼材の冷却を抑制し、スケール除去のために必要なコストを削減することのできる鋼材のデスケーリング方法及びデスケーリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延では、高温状態の鋼材を加熱炉から搬送し、次いで圧延機によって圧延を行う。高温状態の鋼材の表面には、鉄を主成分とした酸化スケールが発生する。酸化スケールが表面に存在した状態のままで鋼材を圧延機に通板すると、圧延機のワークロールに酸化スケールが噛み込まれて、鋼材表面に疵が発生して品質不良をもたらす。そこで、圧延機への通板前には、鋼材表面の酸化スケールを除去するデスケーリングが行われる。
【０００３】
図１を用いて、従来のデスケーリング方法について説明する。加熱炉１から搬送ローラ４によって搬送された高温状態の鋼材５の表面側及び裏面側には、デスケーリングノズル３ａ及び３ｂがそれぞれ設置される。これらのデスケーリングノズル３ａ、３ｂから噴射された高圧水によって、鋼材表面に付着した酸化スケールが除去される。高圧水の吐出圧としては、１５ＭＰａ〜５０ＭＰａ程度に設定されている。このようなデスケーリング方法を開示した文献として、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１４４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されているような、高圧水のみを用いたデスケーリング方法の問題点の１つとして、デスケーリングを行うためのコストが大きいという問題がある。例えば、鋼材の表面を覆う酸化スケールを完全に除去するためには、吐出圧の高い条件下で大量の水を噴射することが要求されるため、高圧水の噴射に用いられる高圧ポンプにかかる負荷が大きくなり、動力コスト（主に高圧ポンプ作動のための電気代）が大きくなってしまう。
【０００６】
また、高圧水のみを用いたデスケーリング方法の他の問題点として、デスケーリング時に鋼材の表面温度が低下してしまうことが挙げられる。具体的には、デスケーリング時に、鋼材の表面からスケール層が除去された後に、鋼材の表面に高圧水が接触することで、鋼材の表面温度が低下する。従来のデスケーリングに用いられる高圧水では、鋼材の表面における水が核沸騰状態となりやすく、比較的大きな熱伝達率を帯びることになり、鋼材の温度低下を招きやすい。さらに、高圧水では、鋼材の表面において温度むらが生じやすいという問題もある。
【０００７】
デスケーリング時に鋼材表面の温度が低下すると、その後の圧延過程で十分な形状の作りこみを行えないという問題が発生することがある。また、鋼材表面の温度低下が顕著であると、後段の圧延過程を行う前に、加熱炉等で鋼材を再加熱する必要が生じる。よって、デスケーリング時の冷却が大きいと、再加熱のための燃料コスト（再加熱コスト）も増大することになる。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みて想到されたものであり、鋼材表面の温度降下を防ぎ、スケールの除去に必要なコストを抑えることのできる、鋼材のデスケーリング方法及びデスケーリング装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］スケールの付着した鋼材の表面に低圧水を噴射してスケールの表層を冷却し、次いで高圧水又は高圧気体を鋼材の表面に噴射することを特徴とする鋼材のデスケーリング方法。
［２］低圧水の水量密度は、４５００〜８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２であることを特徴とする前記［１］に記載の鋼材のデスケーリング方法。
［３］高圧気体は、ラバールノズルにより、０．５〜１．０ＭＰａの吐出圧力で噴射された気体であることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の鋼材のデスケーリング方法。
［４］高圧水の吐出圧力は、５．０〜１５．０ＭＰａであることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の鋼材のデスケーリング方法。
［５］鋼材の表面に付着したスケールを除去する鋼材のデスケーリング装置であって、鋼材の表面に低圧水を噴射する前段ノズルと、前段ノズルよりも出側に設けられ、高圧水又は高圧気体を鋼材の表面に噴射する高圧ノズルと、を有することを特徴とする鋼材のデスケーリング装置。
［６］前記前段ノズルは、４５００〜８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２の水量密度の低圧水を噴射可能であることを特徴とする前記［５］に記載の鋼材のデスケーリング装置。
［７］前記高圧ノズルは、０．５〜１．０ＭＰａの吐出圧力で気体を噴射可能なラバールノズルであることを特徴とする前記［５］又は［６］に記載の鋼材のデスケーリング装置。
［８］前記高圧ノズルは、５．０〜１５．０ＭＰａの吐出圧力で水を噴射可能であることを特徴とする前記［５］又は［６］に記載の鋼材のデスケーリング装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によって、デスケーリング時の鋼材表面の温度低下を防ぎ、スケール除去に必要なコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、従来のデスケーリング装置の説明図である。
【図２】図２は、本発明のデスケーリング装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず、図２を用いて、本発明のデスケーリング装置について説明する。
【００１３】
加熱炉１から出された鋼材５は、搬送ロール４上を、高温状態のまま圧延機２に向かって（図２では、右から左へ）搬送される。高温状態において鋼材５の表面には鉄を主成分とする酸化スケール（単に、「スケール」と称することがある。）が形成される。加熱炉１から搬送されてきた鋼材５の表面は、スケールによって覆われている。圧延時にスケールが噛みこまれることで、鋼材５の表面に疵が生じることを防止するために、圧延機２に通板する前には、鋼材表面からスケールを除去するデスケーリングを行う必要がある。図２の例では、加熱炉１と圧延機２との間に、デスケーリング装置３３が設けられる。
【００１４】
本発明のデスケーリング装置３３は、鋼材５の通板方向に沿って２組のノズルを有し、鋼材の入側に前段ノズル１３ａ、１３ｂを有し、出側に高圧ノズル２３ａ、２３ｂを有する。これらのノズルは、鋼材５の上下面のスケールを除去できるように、鋼材５の上面側（前段ノズル１３ａと高圧ノズル２３ａ）と、鋼材５の下面側（前段ノズル１３ｂと高圧ノズル２３ｂ）とにそれぞれ設けられる。これらのノズルは、鋼材５の上面又は下面に向かって、広がりをもって流体を吐出できる構造となっている。また、図２には示されていないが、鋼材５の幅方向に沿って複数のノズルが１列に設けられることで、幅方向全体に亘ってスケールの除去が可能となっている。上記ノズルは、その傾斜角度が調節可能になっていてもよい。
【００１５】
本発明では、前段ノズル１３ａ及び１３ｂが鋼材５の表面のスケールに亀裂を発生させる機能を有し、高圧ノズル２３ａ及び２３ｂが亀裂の発生したスケールを除去する機能を有する。以下で詳細に説明する。
【００１６】
前段ノズル１３ａ、１３ｂからは、低圧水２６が噴射される。低圧水２６は、従来のデスケーリングで用いられている高圧水よりも低い吐出圧力でノズルから吐出される。低圧水の噴射では、従来のデスケーリングで行われていた高圧水の噴射に比べて、加圧ポンプの動力コストは小さくすむ。
【００１７】
低圧水の噴射によって、鋼材５の表面のスケールは剥離されないものの、スケールの表面に水が付着する。これによって、鋼材５の表面を覆っているスケール層の表面温度が低下する。一方で、スケールによって覆われている鋼材５の（母材の）表面自体は水と接触することなく、温度が低下しにくい状態にある。よって、温度が高いままに保たれる鋼材表面と、低圧水との接触によって温度が低下するスケール表面との間で、温度差が生じる。この温度差によって熱応力が発生し、スケール層には亀裂が生じる。
【００１８】
スケールに亀裂を生じさせることができるように、低圧水の各種条件を適宜調節することができる。例えば、低圧水の水量は４５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以上の水量密度であることが好ましい。これは、１分あたり、かつ鋼材１ｍ２あたり、４５００Ｌの水を吐出することを示す。水量密度がこれよりも小さいと、スケール層に十分な亀裂が生じず、後段でのスケール除去の過程で必要となる高圧水の水量が大きくなり、高圧ポンプの動力コストを十分に低減することができない。逆に、低圧水の水量を大きくしすぎると、低圧水の噴射段階で鋼材表面が冷却されてしまうこともあるし、低圧水噴射のために必要な動力コストが増大してしまう。なお、低圧水の水量が８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２を超えると、前記した発明の効果が飽和するため、水量の上限としては８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２が好ましい。低圧水の水量の上限値のより好ましい一例としては、５０００〜６５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２が挙げられる。
【００１９】
また、低圧水の圧力は、鋼材の上下面に水が十分に当たり、かつ鋼材の表面からスケールを剥離させない程度の圧力であればよい。例えば、低圧水の圧力は、０．１〜１．０ＭＰａ程度であればよい。
【００２０】
低圧水を噴射するための前段ノズル１３ａ、１３ｂとしては、市販のスプレーノズルを使用することができる。
【００２１】
従来の高圧水のみを用いたデスケーリングでは、スケールが剥離する際に鋼材と水とが接触し、かつ鋼材表面の水が熱伝達率の大きい核沸騰状態となるため、鋼材の表面温度が低下しやすい。一方で、本発明での前段ノズル１３ａ、１３ｂによる低圧水の噴射では、鋼材５の表面のスケールが剥離することはなく、鋼材と水とが接触することが防止されるため、鋼材５の温度低下が抑えられる。
【００２２】
本発明では、低圧水の噴射に次いで、高圧ノズル２３ａ、２３ｂによって高圧水又は高圧気体を鋼材の表面に噴射する。尚、前段ノズル１３ａ、１３ｂの後段において、高圧水と高圧気体との両方を噴射してもよいが、動力コストが増大するため、高圧水か高圧気体かのいずれかのみを噴射することが好ましい。
【００２３】
まず、後段において高圧気体を噴射する例について説明する。
【００２４】
高圧ノズル２３ａ、２３ｂによって、高圧気体が噴射されることで、鋼材５の表面における酸化スケールが除去される。高圧ノズル２３ａ、２３ｂでは、前段ノズル１３ａ、１３ｂによって亀裂の入れられたスケールを剥離できる程度の圧力、量の気体を吹き込めばよい。高圧ノズル２３ａ、２３ｂの好適例としては、ラバールノズルが挙げられる。ラバールノズルとは、ラバール構造を備えたエアノズルを意味する。ラバールノズルは、ノズルの軸線方向の中心部近傍で内径が最小となる構造を備えたノズルであり、超音速のガス流を得ることができる。ラバールノズルを用いることで、超音速状態にて気体を噴射することができ、スケールを確実に除去することができるようになる。また、ラバールノズルを用いる際の、気体の吐出圧力としては、０．５〜１．０ＭＰａ程度であればよい。
【００２５】
本発明では、前段ノズル１３ａ、１３ｂによって予めスケールに亀裂を入れているため、後段においてスケールを剥離するために必要な動力が少なくてすむ。前段に低圧水、後段（高圧ノズル）に高圧気体を用いることによっても、従来の高圧水のみを用いたデスケーリング方法に比べて、スケールを除去するための動力コストが少なくてすむ。
【００２６】
また、後段に高圧気体を用いる場合には、スケールを剥離する流体が液体（水）ではなく気体であることから、スケール剥離時に水と鋼材表面とが接触することで起こる鋼材表面の温度低下を防止することができる。よって、デスケーリング時における鋼材５の温度低下を防止することができる。
【００２７】
高圧ノズル２３ａ、２３ｂにおいて高圧気体として用いられるガスの種類は、特に制限されず、例えば圧縮空気を用いることができる。また、高圧気体として用いられるガスは、不活性ガスであることが好ましく、製鉄所内で容易に入手することのできる窒素ガスが特に好ましい。
【００２８】
また、図１にて示すように、従来のデスケーリング設備には、既に高圧水噴射用のノズル３ａ、３ｂが設けられている。この場合、従来の設備に既設されたデスケーリングノズル３ａ、３ｂを、低圧水噴射用の前段ノズル１３ａ、１３ｂとして使用し、後段に高圧気体噴射用の高圧ノズル２３ａ、２３ｂ（例えばラバールノズル）を新設することで、本発明に係るデスケーリング方法を行えるようになる。このように、従来のデスケーリング設備を利用して本発明のデスケーリング方法を行うこともでき、設備導入のためのイニシャルコストを抑えることもできる。
【００２９】
次に、後段（高圧ノズル）において高圧水を噴射する例について説明する。
【００３０】
高圧水は、亀裂の入ったスケールを剥離することができる程度の圧力を有する水であればよく、従来のデスケーリング設備で用いられるのと同等又は同等未満の圧力を有する高圧水を用いることができる。
【００３１】
高圧水の吐出圧力は、５．０ＭＰａ〜１５．０ＭＰａとすることができる。吐出圧力が５．０ＭＰａよりも小さいと、スケールが残存してしまうことがあり、１５．０ＭＰａよりも大きいと、スケール除去効果が飽和し余分な動力コストがかかることになる。
【００３２】
本発明では、前段にてスケールに亀裂が発生しており、これによりスケールの強度が低下している。よって、前段にて低圧水の噴射を行わない従来のデスケーリング方法に比べ、高圧水の吐出圧力を従来と同等とした場合でも、本発明では同量のスケールを除去するために必要な高圧水量が少なくてすむ。また、従来のデスケーリング方法と同等の高圧水量を用いる場合には、本発明では高圧水の吐出圧力を小さくすることができる。
【００３３】
上記のように、本発明では従来の方法に比べて高圧水量を削減することもできるし、高圧水の吐出圧力を小さくすることもできる。よって、本発明ではデスケーリングを行うために必要な動力コストを削減することができる。
【００３４】
高圧水量を削減すると、鋼材表面における水の気化時の抜熱量を抑えることができ、鋼材表面の温度低下を防止することができる。また、高圧水の吐出圧力を小さくすると、鋼材表面における水の状態を核沸騰状態（熱伝達率が大きい）から膜沸騰状態（熱伝達率が小さい）へと近づけることができ、鋼材表面の温度低下を防止することができる。
【００３５】
尚、図１に示すような従来のデスケーリング設備を流用する場合には、既存のデスケーリングノズル３ａ、３ｂを高圧水噴射用の高圧ノズル２３ａ、２３ｂとして使用し、前段に低圧水噴射用の前段ノズル１３ａ、１３ｂを新設してやればよい。また、既存のデスケーリングノズル３ａ、３ｂを低圧水噴射用の前段ノズル１３ａ、１３ｂとして使用し、後段に高圧水噴射用の高圧ノズル２３ａ、２３ｂを新設することもできる。
【００３６】
本発明で用いられる低圧水及び高圧水には、純粋な水に加えて無機塩等の不純物が含まれていてもよい。また、低圧水及び高圧水には、少量のスケール剥離剤等を含有させることもできる。
【００３７】
図２では、加熱炉１と圧延機２（粗圧延機）との間にデスケーリング装置３３を設ける例を示したが、デスケーリング装置３３の設置位置は、この例に限定されるわけではない。例えば、粗圧延機の後段で仕上げ圧延機の前段に、デスケーリング装置３３を配置することで、仕上げ圧延機直前の鋼材に付着したスケール除去を行うこともできる。
【００３８】
後段に高圧気体を用いる例では、後段に高圧水を用いる例に比べて、デスケーリング時における鋼材の冷却量をより抑えることができる。よって、板厚の比較的小さい鋼材や、スケールの付着量の小さい鋼材では、後段に高圧気体を用いて、鋼材の温度低下を抑えるようにすることが好ましい。
【００３９】
本発明のデスケーリング装置は、加熱炉において生成した酸化スケールだけでなく、その後の搬送過程や圧延過程で生成した酸化スケールを除去するのにも有効である。
【００４０】
また、図２には示していないが、前段ノズル１３ａ、１３ｂ又は高圧ノズル２３ａ、２３ｂは、搬送方向にそれぞれ複数列ずつ設けられていてもよい。この場合には、複数列からなる前段ノズル群の後段に、複数列からなる高圧ノズル群を設ければよい。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例を用いて、本発明について具体的に説明する。
【００４２】
図２で示されるデスケーリング装置３３を用いて、加熱炉１から搬出された鋼材５の上下面に付着したスケールを除去した。鋼材５としては、ＳＳ４００級の炭素鋼を使用した。表１に示すように、前段ノズル１３ａ、１３ｂ（１段目）にて噴射する水量を０（比較例）、４５００（本発明例）、５５００（本発明例）、６５００（本発明例、前記数値の単位は全て「Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２」）とした。さらに、後段の高圧ノズル２３ａ、２３ｂ（２段目）にて高圧気体又は高圧水を噴射した。尚、高圧気体としては、吐出圧力が０．９ＭＰａの圧縮空気を用い、高圧水としては、吐出圧力が５．０ＭＰａの水を用いた。それぞれの条件について、鋼材５の表面に付着した酸化スケールを除去するために必要な高圧ポンプによる電力使用コスト（動力コスト）と、加熱炉で余分に必要となる再加熱コストとを合算したトータルコストを計算した。１段目における水量が０Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２であり、２段目にて高圧水を噴射した例（従来例）におけるトータルコストを１とし、その他の例についてトータルコストの相対量を表１にコスト指標として示した。
【００４３】
１段目に低圧水を用いると、２段目が気体である例でも高圧水である例でも、コストを削減することができた。また、２段目が気体の場合でも高圧水の場合でも、１段目の低圧水量が５５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２となるまでは、低圧水量の増加とともにトータルコストの削減率が上昇しているが、１段目の低圧水量が５５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２から６５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２へと変化してもコスト指標は変化しておらず、１段目の低圧水量が５５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２程度で、コスト削減効果が飽和していることが示された。尚、１段目の水量が０であって、２段目で高圧気体を用いる例（従来例の高圧水を高圧気体に置き換えた例）は、本発明例ではないものの、従来例に比べてコスト指標を下げることができた。
【００４４】
次に、表２において、表１と同じ条件下において鋼材の冷却量を調べるため、デスケーリング実施後の鋼材を、デスケーリング実施前の鋼材と同程度の温度に戻すために必要な、加熱炉における再加熱コストを算出した。表１と同様、１段目の低圧水量が０で、２段目に高圧水を用いた例を従来例とし、その他の例については従来例を１とした際の相対値を表中に示した。
【００４５】
表２で示されているように、後段で高圧気体を用いる例及び高圧水を用いる例のいずれにおいても、前段で低圧水を噴射することによって、鋼材の冷却量を減少できることが示された。また、１段目の低圧水量が５５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２以上で、鋼材の冷却量低減効果は飽和することが示された。
【００４６】
【表１】
2017144442.tif 000003
【００４７】
【表２】
2017144442.tif 000004
【符号の説明】
【００４８】
１              加熱炉
２              圧延機
３ａ、３ｂ      デスケーリングノズル
４              搬送ローラ
５              鋼材
１３ａ、１３ｂ  前段ノズル
２３ａ、２３ｂ  高圧ノズル
３３            デスケーリング装置
２６            低圧水
【図１】
2017144442.tif 000005
【図２】
2017144442.tif 000006