CN103260779B - 钢板的氧化皮除去用喷嘴及钢板的氧化皮除去装置以及钢板的氧化皮除去方法 - Google Patents

钢板的氧化皮除去用喷嘴及钢板的氧化皮除去装置以及钢板的氧化皮除去方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够高效率地除去氧化皮的钢板的氧化皮除去用喷嘴。在氧化皮除去用喷嘴(1)中，喷嘴前端的喷出部具有：与形成圆筒状流路的大径部连续地设置的锥部(16)；形成在锥部出侧的第一孔口(20)；与第一孔口出侧连续且径向尺寸形成得比该第一孔口(20)的长径大的共振室(19)；以及形成在共振室(19)的出侧的第二孔口(15)。

Description

钢板的氧化皮除去用喷嘴及钢板的氧化皮除去装置以及钢板的氧化皮除去方法
技术领域
本发明涉及用于将钢板表面的氧化皮(scale)除去的氧化皮除去用喷嘴及钢板的氧化皮除去装置以及钢板的氧化皮除去方法。
背景技术
在钢材的轧制线上，将钢材装入到氧化性气氛的加热炉中，并在通常1100～1300℃的温度范围内加热数小时后进行热轧。在热轧时，产生在加热时生成的一次氧化皮及在从加热炉抽出后生成的二次氧化皮。若不除去这样的氧化皮就轧制钢材，则氧化皮侵入产品即钢板表面，形成并留下氧化皮缺陷。该氧化皮缺陷显著地损伤钢板的表面性状，并且在弯曲加工时成为裂纹产生的起点，因此对产品品质有重大的影响。
因此，作为解决该问题的方法，提出有：(1)在钢材表面涂布防氧化材料(例如参照专利文献1)，(2)使钢材的加热温度为铁橄榄石(fayalite)的熔点(大约1170℃)以下(例如参照专利文献2)，(3)以完全无氧化状态进行轧制(例如参照专利文献3)，(4)使轧制前的温度、轧制中的温度为高温(大约1000℃以上)，(5)将生成的氧化皮完全除去(例如参照专利文献4)等。
但是，(1)的方法不仅增加了繁杂的涂布作业，也由于花费处理剂的费用而提高了生产成本。另外，(2)由于以低温加热钢材，所以轧制机的负担增大，而且因钢材种类的不同，从确保材料特性的观点来看有的钢材种类无法适用该方法。另外，(3)由于设备成本很大而不现实。另外，(4)由于以高温从加热炉中抽出，所以燃料的单位消耗率增加，氧化皮损耗增大。
因此，作为接下来的解决方法，(5)将生成的氧化皮完全除去这一所谓的进行除氧化皮的对策是有效的。在进行除氧化皮的氧化皮除去装置中使用的氧化皮除去用喷嘴通常向钢板的表面喷射高压的水，通过该喷射的水的冲击力将钢板的氧化皮剥离并除去。
专利文献1：日本特开平1-249214号公报
专利文献2：日本特公昭58-1167号公报
专利文献3：日本特公昭60-15684号公报
专利文献4：日本专利第4084295号公报
专利文献5：日本专利第3129967号公报
发明内容
在此，关于(5)的解决方法，专利文献4所记载的技术重新研究氧化皮除去用喷嘴的内部构造，公开了如下的喷嘴：形成具有喷嘴前端部的孔口(喷出孔)、从该孔口以锥角30～80°延伸的锥部、和与该锥部相连的大径部的结构，并使大径部的内径D1相对于孔口的短径D2的比例(D1/D2)为3以上。
但是，专利文献4所记载的技术是将以往的氧化皮除去用喷嘴的内部构造最优化后的技术，因此在大幅提高除氧化皮能力方面存在极限。
因此，本发明人关注这样的问题点，为了提供能够更为高效率地除去氧化皮的、钢板的氧化皮除去用喷嘴及钢板的氧化皮除去装置以及钢板的氧化皮除去方法，使用以前提出的除氧化皮能力评价模型(参照专利文献5)进行了反复研究。
即，除氧化皮能力能够通过喷射水冲击钢材表面时产生的总冲击力(F)及单位冲击力(S)进行评价。图1是表示利用喷射水除去氧化皮时的水滴向钢板的冲击模型的图。在该图中，总冲击力(F)及单位冲击力(S)能够用以下的公式表示。
F＝P0×a×C×(3/d)×α×t
S＝F/A
其中，F：钢板表面上被喷射的水的总冲击力[N]，S：钢板表面上被喷射的水的单位冲击力[Pa]，P0：喷射压力[Pa]，a：孔口面积[m2]，C：声速[m/s]，d：水滴的粒子直径[m]，α：系数，t：冲击波在液滴中传播的时间[s]。
本发明人在基于上述除氧化皮能力评价模型进行反复研究后，关注液滴的粒子直径d[m]。而且，得到了如下新见解：若能够使液滴细微化，则总冲击力(F)及单位冲击力(S)增加，从而能够提高除氧化皮能力。因此，本发明人试制了各种喷嘴，进一步进行了锐意研究。其结果是，发现若在除氧化皮喷嘴前端的孔口的临近后方设置规定容量的共振室，并在该共振室的后方(喷出侧)形成同样的孔口，则液滴细微化，并且液滴的乱流动能增大，除氧化皮能力大幅提高，从而发明了更加优异的氧化皮除去用喷嘴及钢板的氧化皮除去装置以及钢板的氧化皮除去方法。
即，为了解决上述课题，本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去用喷嘴向钢板的表面喷射水，通过该喷射的水的冲击将钢板的氧化皮除去，该氧化皮除去用喷嘴的特征在于，喷嘴前端的喷出部具有：与形成圆筒状流路的大径部连续地设置的锥部；形成在该锥部出侧的第一孔口；与第一孔口出侧连续且径向尺寸设置得比该第一孔口的长径大的共振室；以及形成在该共振室的出侧的第二孔口。
以往的氧化皮除去用喷嘴从孔口喷出连续喷流而形成液滴流。但是，根据本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去用喷嘴，在喷出喷流周围的剪切层产生的振动中的、依赖于共振室容量的特定频率的振动增幅，形成具有周期性的间歇(不连续)喷流(或脉冲喷流)。由此，通过促进向液滴流的转变能够使液滴细微化，因此，能够使相同液滴在与钢材表面碰撞时产生的总冲击力(F)及单位冲击力(S)增大。其结果是，与以往喷嘴相比，大幅提高了除氧化皮能力。
在此，在本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去用喷嘴中，上述共振室的横截面形状能够采用各种形状，但优选使上述共振室的横截面为矩形。这是因为，在使液滴共振、增幅时，优选使其沿壁面垂直地反射。与此相对，若如横截面为圆形那样，若壁面为曲面，则流动扩散而难以增幅。
另外，在本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去用喷嘴中，优选的是，上述第二孔口呈椭圆状，上述共振室沿轴向的高度形成为第二孔口的长径的0.5～10倍的范围。
另外，为了解决上述课题，本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去装置具有在轧制工序中的轧制材料即钢板的上下配置的多个氧化皮除去用喷嘴，从各氧化皮除去用喷嘴将高压的水向轧制材料表面喷射来将轧制材料表面的氧化皮除去，该氧化皮除去装置的特征在于，作为上述氧化皮除去用喷嘴，安装有上述本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去用喷嘴中的任一方案的氧化皮除去用喷嘴。
根据本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去装置，各氧化皮除去用喷嘴发挥基于上述本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去用喷嘴中的任一方案的氧化皮除去用喷嘴产生的作用效果，因此通过上述的作用机理，能够高效率地除去氧化皮。
另外，为了解决上述课题，本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去方法为，从氧化皮除去用喷嘴将高压的水向轧制工序中的轧制材料即钢板表面喷射来将轧制材料表面的氧化皮除去的方法，该方法的特征在于，作为上述氧化皮除去用喷嘴，使用上述本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去用喷嘴中的任一方案的氧化皮除去用喷嘴，在轧制工序中的轧制材料的上下配置多个该氧化皮除去用喷嘴，从各氧化皮除去用喷嘴将高压的水向轧制材料表面喷射来将轧制材料表面的氧化皮除去。
根据本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去方法，所使用的氧化皮除去用喷嘴发挥基于上述本发明的一个方案的钢板的氧化皮除去用喷嘴中的任一方案的氧化皮除去用喷嘴产生的作用效果，因此通过上述的作用机理，能够高效率地除去氧化皮。
如上所述，根据本发明，能够高效率地除去轧制材料表面的氧化皮。
附图说明
图1是表示利用喷射水除去氧化皮时的水滴向钢板的冲击模型的说明图。
图2是表示具有本发明的钢板的氧化皮除去装置的轧制线的一例的概略结构图。
图3是表示本发明的氧化皮除去用喷嘴的一例的概略立体图。
图4是图3的X-X线概略剖视图。
图5是图3的喷嘴喷出部的概略主视图。
图6是表示在比较例中使用的、以往的氧化皮除去用喷嘴的喷出部的图。
具体实施方式
以下，说明本发明的一方式的具有氧化皮除去用喷嘴的、钢板的氧化皮除去装置的一个实施方式。
如图2所示，钢板的轧制工序包括：加热轧制材料(钢板)K的加热炉50、为了将从该加热炉50取出的轧制材料K上的氧化皮除去而设置在加热炉50出侧(HSB)的加热炉出侧除氧化皮机60、接着进行粗轧的粗轧机70、以及接着进行精轧的精轧机80。
本发明的氧化皮除去装置配置在各轧制工序中。即，在加热炉出侧除氧化皮机60上，加热炉出侧氧化皮除去用喷嘴的安装用连接器61配置在轧制材料K的上下。同样地，在粗轧机70的粗轧入侧(RSB)，氧化皮除去用喷嘴的安装用连接器62配置在轧制材料K的上下，在精轧机80的精轧入侧(FSB)，氧化皮除去用喷嘴的安装用连接器63配置在轧制材料K的上下。在各氧化皮除去用喷嘴的安装用连接器61、62、63上分别安装有后述的氧化皮除去用喷嘴1(以下简称为“喷嘴”)。安装在氧化皮除去用喷嘴的安装用连接器61、62、63上的氧化皮除去用喷嘴1通过配管与泵30、蓄能器40(accumulator)连接，能够将高压的水向轧制材料K的表面喷射。此外，该氧化皮除去装置具有多台泵30和蓄能器40，因此能够始终稳定地确保喷射的高压的水的压力和喷出量。
接着，详细说明喷嘴1。此外，图3是喷嘴1的概略主视图，图4是图3的X-X线概略剖视图，图5是图3的喷嘴前端的喷出部的概略主视图。
如图3～图5所示，喷嘴1主要由壳体2、喷嘴箱11、喷嘴尖端12构成。通过这些部件在喷嘴1的轴线方向上形成流路(或喷嘴孔)。
壳体2呈大致圆筒状且在内部具有流路(或喷嘴孔)，水能够从喷嘴1的上游侧一端流入到流路内。在壳体2的另一端安装喷嘴箱11。喷嘴箱11呈大致圆筒状，喷嘴尖端12安装在喷嘴1的前端部侧。喷嘴尖端12为超硬合金制，使喷出流从该喷嘴尖端12喷出。
此外，在本例中，壳体2包括：能够通过螺纹固定在喷嘴箱11上的第1壳体2a、和能够通过螺纹固定在第1壳体2a上的第2壳体2b。
在第2壳体2b的上游侧端部处的周面及端面(平坦面)上，沿周向隔开规定间隔地形成有沿轴向延伸的多个狭缝(或流入口)3。多个狭缝3作为用于抑制杂质的流入并使水流入的过滤器而发挥作用。另外，在第2壳体2b内的流路中配置有整流单元(或整流器或者稳定器)4。整流单元4用于将从狭缝3流入的水向喷嘴孔引导，且具有：从芯体沿放射方向延伸的多个整流板(整流翅)5；和在芯体的上游侧及下游侧同轴地形成、且各自的前端部分别朝向上下游方向而形成的锐角的圆锥部(上游侧或下游侧为前端逐渐变细的状态的圆锥部)6a、6b。这样的构成过滤器且具有整流单元的壳体2也能够称为过滤单元或整流壳体。
此外，整流单元4的整流板5与第2壳体2b的内壁抵接，并且通过固定机构(例如卡定、熔敷、粘着等)限制整流单元4向下游侧的移动。
壳体2的流路包括：从第2壳体2b的上游侧端部(流入口)到整流单元4的下游端、且实质上具有相同内径(即，与壳体2b的上游侧端部的内径相同的内径)的圆筒状流路P1；从上述整流单元4的下游端朝向下游方向直至第1壳体2a的中途部、且以缓慢的倾斜而呈锥状地变窄的倾斜流路(环状倾斜流路)P2；以及从该倾斜流路的下游端朝向下游方向延伸、且实质上具有相同内径(即，与倾斜流路P2的下游侧端部的内径相同的内径)的圆筒状流路P3。在本例中，形成倾斜流路(环状倾斜流路)P2的倾斜壁(锥部)的锥角形成为例如5～10°左右。
在喷嘴箱11内，从喷嘴1的前端部朝向上游方向依次安装有：超硬合金制的喷嘴尖端12、和形成有具有与上述第1壳体2a的下游端实质上相同的内径的流路的衬套(或环状侧壁)17。通过卡定层差部13限制喷嘴尖端12向前端部方向的脱落。
在此，在喷嘴1的前端的喷出部即喷嘴尖端12上形成有：与形成圆筒状流路的大径部连续地设置的锥部16；与锥部16出侧连续地设置的第一孔口20；以及与第一孔口20的出侧连续且径向尺寸设置为大于该第一孔口20的长径的共振室19。共振室19是将喷嘴尖端12分割而形成空间的构造，因此共振室19的材质与喷嘴尖端12相同，为超硬合金制。
此外，关于共振室19的具体结构，横截面形状可以是圆形，但优选是矩形形状。这是因为，若使共振室19的横截面形状为矩形形状，则在使液滴共振增幅时，可以使其沿壁面垂直地反射。
关于喷嘴尖端12的前端面，截面U字状的弯曲槽14沿半径方向形成，并且如图5所示，在弯曲槽14的弯曲凹面上，椭圆形状的喷出孔15作为第二孔口与共振室的出侧连续地设置。此外，弯曲槽14的底面也可以是以喷出孔15为最下部且随着朝向延伸方向(或半径方向)而两端部隆起的弯曲状底面。
由此，喷嘴1的沿轴线方向延伸的喷嘴的流路(喷嘴孔)包括：共振流路P6，其由在弯曲槽14上呈椭圆形状地开口而成的喷出孔(第二孔口)15、形成在喷嘴尖端12上的角筒状的共振室19、及形成在该共振室19的入侧的第一孔口20构成；圆锥状流路P5，其由从第一孔口20朝向轴线的上游方向直线地扩径而延伸的锥部(或圆锥状倾斜壁)16形成；圆筒状流路P4，其由衬套17内周形成，且从锥部16的上游端沿轴线方向以均匀的内径向上游方向连续；以及从圆筒状流路P4的上游端开始延伸的圆筒状大径流路(从圆筒状流路P4的上游端到整流单元4的上游端的流路)P3～P1。此外，能够使从锥部16的上游端以均匀的内径延伸的流路(在本例中为，从锥部16的上游端到缓慢的倾斜流路P2的下游端的圆筒状流路P3及P4)为大径部18。
另外，椭圆形状的第一孔口20及喷出孔15的任一个的长径/短径比都形成为1.5～1.8左右。另外，关于第一孔口20及喷出孔15与大径部18的关系，为使喷嘴小型化，将大径部18(圆筒状流路P3及P4、或从整流单元向下游方向延伸的倾斜流路P2的下游端)的内径D1相对于第一孔口20及喷出孔15的短径D2的比例(D1/D2)设定为4.5～6.9左右。另外，为了在喷射的水为低压及/或低流量的情况下也能够提高冲击力，锥部16的角度(锥角)θ设定为45～55°左右。
此外，在喷嘴箱11或壳体2的适当部位(在本例中为喷嘴箱2)，能够形成用于利用连接器(未图示)将喷嘴1安装于导管(未图示)上的锷部(或凸缘)等安装部。另外，为了提高定位精度、使喷出流沿规定方向平坦地或呈带状地喷射，也可以在喷嘴箱11上形成用于进行对导管的定位的凸部25。
接着，说明上述的钢板的氧化皮除去装置及安装在该钢板的氧化皮除去装置上的氧化皮除去用喷嘴1、以及使用喷嘴1的钢板的氧化皮除去方法的作用和效果。
在氧化皮除去装置的、氧化皮除去用喷嘴的安装用连接器61、62、64上安装喷嘴1。喷嘴1的前端的喷出部具有：与形成圆筒状流路的大径部18连续地设置的锥部16；形成在锥部16出侧的第一孔口20；与第一孔口20的出侧连续且径向尺寸设定得比该第一孔口20的长径大的共振室19；以及形成在共振室19的出侧的喷出孔(第二孔口)15。因此，在喷出喷流周围的剪切层产生的振动中的、依赖于共振室19的容量的特定频率的振动增幅，形成具有周期性的间歇(不连续)喷流(或脉冲喷流(pulsejet))。由此，通过促进向液滴流的转变能够使液滴细微化，因此，能够使相同液滴在与钢材表面碰撞时产生的总冲击力(F)及单位冲击力(S)增大。其结果是，与以往喷嘴相比，大幅提高了除氧化皮能力。因此，根据该氧化皮除去装置及安装在该氧化皮除去装置上的氧化皮除去用喷嘴1、以及使用喷嘴1的钢板的氧化皮除去方法，能够同时大幅改善除氧化皮的性能、效率。
实施例
以下，说明在实际的轧制材料K的轧制工序的氧化皮除去装置中采用上述实施方式中说明的喷嘴1的例子。使用如下的钢材：标准板宽为1.2m，关于标准板厚是，加热炉50的出侧为220mm、粗轧入侧(RSB)62为220～70mm、精轧入侧(FSB)63为60～40mm。与以往型(参照图6)的比较实验的结果如下表1所示。此外，在本例中，根据喷射压力P0[Pa]、除氧化皮流量[l/min]、及喷射距离H[m]将共振室19的高度h调整为第一及第二孔口15、19的长径D3的0.5～10倍的范围。
[表1]
从该表可知，关于除氧化皮能力，在任一工序中除氧化皮能力都提高为以往的1.3～1.5倍，泵30的用电量为以往的70％，于是，基于除氧化皮能力提高而能够减少的流量为30％，另外，由除氧化皮能力导致的不良品产生率也不足以往的50％，根据该氧化皮除去用喷嘴1，同时大幅改善了除氧化皮的性能、效率。
另外，根据与以往型(参照图6)的比较实验的结果，确认了若根据喷射压力P0[Pa]、除氧化皮流量[l/min]、及喷射距离H[m]而将共振室19的高度h调整为孔口15、19的长径D3的0.5～10倍的范围，则能够得到充分的效果。
此外，本发明的钢板的氧化皮除去用喷嘴及钢板的氧化皮除去装置以及钢板的氧化皮除去方法不限定于上述实施方式，毫无疑问能够在不脱离本发明的主旨的情况下进行各种变形。
附图标记说明
1(氧化皮除去用)喷嘴
2壳体
4整流单元
11喷嘴箱
12喷嘴尖端
14弯曲槽
15喷出孔(第二孔口)
16锥部(或圆锥状倾斜壁)
17衬套(或环状侧壁)
18大径部
19共振室
20第一孔口
30泵
40蓄能器
50加热炉
60加热路出侧除氧化皮机
61、62、63氧化皮除去用喷嘴的安装用连接器
70粗轧机
80精轧机
K轧制材料(钢板)
P1圆筒状流路
P2倾斜流路
P3圆筒状流路
P4圆筒状流路
P5圆锥状流路
P6共振流路

Claims (3)

1.一种钢板的氧化皮除去用喷嘴，向钢板的表面喷射水，通过该喷射的水的冲击而将钢板的氧化皮除去，所述氧化皮除去用喷嘴的特征在于，
喷嘴前端的喷出部具有：与形成圆筒状流路的大径部连续地设置的锥部；与该锥部出侧连续地形成的椭圆状的第一孔口；与该第一孔口出侧连续且径向尺寸设置得比该第一孔口的长径大的共振室；以及形成在该共振室的出侧的第二孔口，所述锥部的角度为45～55°，
所述共振室的横截面为矩形，
所述第二孔口呈椭圆状，所述共振室沿轴向的高度形成为第二孔口的长径的0.5～10倍的范围。
2.一种钢板的氧化皮除去装置，具有在轧制工序中的轧制材料即钢板的上下配置的多个氧化皮除去用喷嘴，从各氧化皮除去用喷嘴将高压的水向轧制材料表面喷射来将轧制材料表面的氧化皮除去，所述氧化皮除去装置的特征在于，
作为所述氧化皮除去用喷嘴，安装有权利要求1所述的氧化皮除去用喷嘴。
3.一种钢板的氧化皮除去方法，从氧化皮除去用喷嘴将高压的水向轧制工序中的轧制材料即钢板表面喷射来将轧制材料表面的氧化皮除去，所述方法的特征在于，
作为所述氧化皮除去用喷嘴，使用权利要求1所述的氧化皮除去用喷嘴，在轧制工序中的轧制材料的上下配置多个该氧化皮除去用喷嘴，从各氧化皮除去用喷嘴将高压的水向轧制材料表面喷射来将轧制材料表面的氧化皮除去。
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