JP2000210711A - 赤熱鋼管のデスケ―リング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】赤熱鋼管のデスケーリング能力を常に最高条件
にすることができデスケーリング装置を提供する。 【解決手段】圧力水噴射ノズル２０を半径方向に移動可
能にし、赤熱鋼管２０と噴射ノズル先端との距離（スタ
ンドオフ距離）を最適な一定範囲に設定できるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤熱鋼管のデスケ
ーリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】赤熱鋼管のデスケーリング装置はノズル
をリングの内側に円周方向に配置して一つのヘッダリン
グを構成している。そのノズルの配置角度とスタンドオ
フ距離（ノズル先端とパイプ表面までの距離）並びにノ
ズルのスプレー角度とパイプ径によって各々の位置関係
が決定される。

【０００３】一方デスケーリング装置のスケール剥離力
は流体の圧力および流量並びにスプレー角度およびスタ
ンドオフ距離で決まると言われているが、鋼管のデスケ
ーリングで重要視されているのは流体の圧力と流量およ
びスプレー角度である。

【０００４】それは、鋼管という形状に加えて多種のサ
イズ径の鋼管が存在するために、一つのサイズ径で一つ
のヘッダーリングを有する装置はコスト的にも段取替時
間にも無理があり、鋼管のサイズ別にグループ分けし
て、そのグループの最大径に合わせたヘッダーリングを
設計製作して、サイズ替で対応するのが一般的である。
このため、スタンドオフ距離はあまり重要視されずに、
先に述べた３点を基に設計されていた。ただしスタンド
オフ距離はノズルメーカーより一般的に２００ｍｍ以下
が推奨されている。その理由は、スタンドオフ距離≦２
００ｍｍのとき、大気中の流速減退係数Ｃｖ≒１と考え
られることによる。

【０００５】デスケーリングにおける衝突圧ｆの式は次
の通りである。

【０００６】ｆ＝（γ／ｇ）・Ｑ・Ｃｖ・（Ｖ／Ｓ） ただし、 ｆ：対象物表面での衝突圧（ｋｇ／ｃｍ²） γ：密度（ｋｇ／ｍ³） ｇ：重力加速度（９．８ｍ／ｓ²） Ｑ：流量（ｍ³／ｓ） Ｖ：流速（ｍ／ｓ）＝Ｃ×√（２ｇＨ） Ｃ：流量係数 Ｃｖ：大気中の流速減退係数 Ｓ：衝突面積（ｃｍ²）＝Ｂ×ｔ Ｂ：スプレー幅（ｃｍ） ｔ：スプレー厚み（ｃｍ） である。この式によると衝突圧ｆは流量密度と流速に比
例し、スプレーの衝突する面積に反比例していることが
分る。衝突面積を小さくするにはスタンドオフ距離を小
さくするか、あるいはスプレー厚みを薄くするかである
が、前者はノズル数の増大を意味し、さらに材料との衝
突というハード上の問題になることから敬遠されて後者
のスプレー厚みを薄くする技術が開発されてきた。その
技術手段として整流器の開発がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来、以上のような状
況で推移していたが、近年ウォータージェット（水噴流
の研究が進められて噴流構造と加工特性は密接な関係を
持っていることが知られ、加工特性の指標である壊食量
と噴流構造との比較からこれらの関係が明らかにされて
いる。噴流構造の中で流体が液滴化する領域が重要で、
これはスタンドオフ距離が重要なパラメータになってい
る。例えば、ウォータージェット技術事典（日本ウォー
タージェット学会：丸善）にも記載されている。

【０００８】液滴が衝突する衝撃力Ｆｉ、連続流のよど
み点圧力Ｐｉは次のように表すことができる。

【０００９】液滴が衝突する衝撃力 Ｆｉ＝ρＣｗＶ 連続流のよどみ点圧力 Ｐｉ＝ρＶ²／２ ただし ρ：水の密度 １０２ｋｇ・ｓ²／ｍ⁴ Ｃｗ：水の音速 １４５０ｍ／ｓ Ｖ：衝突速度 ｍ／ｓ＝Ｃｎ・√（２ｇＨ） Ｃｎ＝ノズル係数＝０．９ 圧力：２００ｋｇ／ｃｍ² のときＶ≒２００ｍ／ｓ これらのことが、熱延板系のデスケーリングで既知にな
っており、スタンドオフ距離の開発が行なわれている。

【００１０】一方、鋼管デスケーリングにも同じことが
考えられる。同じ圧力および流量並びにスプレー角度を
有したノズルを使用する場合に、最適なスタンドオフ距
離を一定に保ちながらデスケーリングすれば、大幅な能
力向上を期待することができる。

【００１１】デスケーリング能力が不足な場合、鋼管の
表面にスケールが残留すると外面アバタ、外面ピットお
よび外面肌荒れ等を生ずる。本発明は、デスケーリング
能力を常に最高条件に保ち、上記のような問題が生ずる
ことを防止することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するためになされたもので、その技術手段は、赤熱鋼
管のデスケーリング装置において、圧力水噴射ノズルを
半径方向に移動可能に形成したことを特徴とする赤熱鋼
管のデスケーリング装置である。この装置ではスタンド
オフ距離を任意に変更することができるようにした。

【００１３】従って、通過する赤熱鋼管の直径に応じ
て、ノズル先端と鋼管外表面との距離（スタンドオフ距
離）を予め定めた設定値に自動調整する制御器を備える
ことによって、この制御器は、プロセスコンピュータか
ら鋼管サイズのデータを与えられたとき、常に最高の条
件でデスケーリングを行うように制御する。

【００１４】

【発明の実施の形態】気中での水噴流の挙動は、ノズル
形状、噴流の速度、水噴流周りの条件などによって支配
される。以下では、ウォータージェット技術を応用する
場合の多くで見られるように、高速の円形断面の水噴流
を大気中に噴出させる場合について述べる。

【００１５】液体を比較的高速で静止大気中に噴出させ
た場合（レイノルズ数１０⁵程度）の噴流構造を模式的
に描いたものを図１０に示す。ノズル１００から噴出し
た直後の液体１０１の液体界面は滑らかであるが、すぐ
に表面波１０２が現れ、その波の振幅は下流に行くにし
たがって大きくなる。さらに下流では表面が渦状に巻き
込まれ、不安定な渦１０３が形成される。やがて、大き
く成長した表面波１０２の波頭部の巻き込みによって液
体内部に気体１０５が混入し、界面近くに多数の気泡を
含んだ乱れた界面が形成される。この下流ではヘアピン
状の突起１０４が成長し、その先端部がちぎれて液滴１
０６が発生するようになる。さらに下流では噴流の中心
部まで崩壊が進行して行き、液体が大きな液塊１０７に
分裂し、これらがさらに再分裂して、最終的に微小な液
滴１０８となる。

【００１６】図８に示す壊食量測定装置６０を用いて壊
食試験を行った。壊食量測定装置６０は、噴射ノズル６
１を備え、サンプル６２を壊食する。ノズル６１はノズ
ル先端とサンプル６２との距離を変更することができ
る。サンプル前後進アーム６３は支台６５上を往復シリ
ンダ６４によって前後進し、サンプル６２を試験位置、
取付取外し位置に往復させる。６６は排水管である。サ
ンプルとしてアルミ板（ＪＩＳ Ａ５０５２）を用いて
壊食実験を行い、スタンドオフ距離の最適値を検証し
た。

【００１７】噴射ノズル６１としてはＤＮＨ １１２５
を用い、噴射水は高圧ポンプ２台パラレル運転し、圧力
６５０ｋｇｆ／ｃｍ²ａｔで水量１２０リットル／ｍｉ
ｎを噴射した。結果を図９に示した。図９は横軸にスタ
ンドオフ距離をとり、縦軸に壊食量を示した。スタンド
オフ距離がある位置で壊食量が最大となる最適範囲があ
り、その範囲を下廻っても、上廻っても壊食量は低下す
る。

【００１８】以下、本発明の実施例の図面を参照して説
明する。

【００１９】図５は本発明装置の実施例のデスケーリン
グ装置１の縦断面図、図６はその正面図、図７はその平
面図を示すものである。図１は図５の部分拡大図、図２
はその正面図、図３は図２の部分拡大図、図４は図３の
上方から見た説明図である。

【００２０】ケーシング１０内に円環状のヘッダーリン
グ１１が設けられ給水管１２（図６、図７参照）を経て
高圧水が供給される。ヘッダーリング１１から多数の分
岐管１３が放射状に分岐してそれぞれ、噴射ノズル２０
に連結されている。本発明では噴射ノズル２０は半径方
向に移動するので、分岐管１３はこれに追随可能なよう
に高圧フレキシブルチューブをＵ字形に曲げて噴射ノズ
ル２０に連結されている。図５、図６に示されるよう
に、下側のノズルに連結する分岐管１４は多関節に曲げ
てスイベルジョイント１５で結合し、狭い空間内で噴射
ノズルの移動に追随するようになっている。

【００２１】噴射ノズル２０は半径方向に移動可能に支
持する２個の支持ローラ２１と、移動用ピニオン２２に
挾持されている。移動用ピニオン２２は噴射ノズル２０
の胴の外面に刻設されたラック２３と噛合い、噴射ノズ
ル２０を半径方向に前後進される。噴射ノズル２０は図
４に示すように噴射ノズル２０を包囲して保持するフレ
ーム２４及びガイドスリーブ２５（図１、図２参照）に
案内されて鋼管５０に近接又は離隔する方向に前後進す
る。

【００２２】上記移動用ピニオン２２にはチェンホイー
ル２６（図４参照）が設けられており、このチェンホイ
ール２６に巻き掛けられたチェーンがすべての噴射ノズ
ル２０のチェーンホイール２６に巻き掛けられ、すべて
の噴射ノズル２０が同時に同距離前後進するようになっ
ている。このチェーンホイール２６を駆動するウォーム
ギヤモータ３０がケーシング１０の外側（上面）に設け
られ、指令に応じて、噴射ノズル２０を所望距離だけ半
径方向に移動させ、赤熱鋼管５０の大小に応じて、噴射
距離（スタンドオフ距離を一定範囲内に調整する。

【００２３】なお、図５に示すように赤熱鋼管５０の進
行方向５１のケーシング内に逆噴射ヘッダーリング４
０、噴射ノズル４１が設けられている。この逆噴射ノズ
ル２０４１は飛散する水並びに剥離スケールを封じ込め
るものなのでスタンドオフ距離を調節するようになって
いない。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、デスケーリング装置は
水噴流の液滴範囲（水撃作用）を鋼管サイズに適応して
調整し、デスケーリング効果を最適化する。従来、管径
に応じて多数のデスケーリング装置を交換して適宜用い
ていたが、本発明では管径φ２０５ｍｍ〜φ４４３ｍｍ
の広範囲の鋼管に対して２台のデスケーリング装置でそ
れぞれ最適条件に適応可能である。従って、鋼管サイズ
の変更に伴う装置の取替が従来に比し著しく少なくてす
み、生産性向上を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の部分拡大側面図である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】図２の部分拡大側面図である。

【図４】図３の上方から見た説明図である。

【図５】実施例の縦断面図である。

【図６】図５の正面図である。

【図７】図５の平面図である。

【図８】壊食量測定装置である。

【図９】壊食量のグラフである。

【図１０】噴流構造の模式図である。

【符号の説明】

１ デスケーリング装置 １０ ケーシング １１ ヘッダーリング １２ 給水管 １３ 分岐管 １４ 分岐管 １５ スイベルジョイント ２０ 噴射ノズル ２１ 支持ローラ ２２ ピニオン ２３ ラック ２４ フレーム ２５ ガイドスリーブ ２６ チェーンホイール ３０ ウォームギヤモータ ４０ 逆噴射ヘッダ ４１ 逆噴射ノズル ５０ 赤熱鋼管 ５１ 赤熱鋼管の進行方向 ６０ 壊食量測定装置 ６１ 噴射ノズル ６２ サンプル ６３ サンプル前後進アーム ６４ 往復シリンダ ６５ 支台 ６６ 排水管 １００ ノズル １０１ 液体 １０２ 表面波 １０３ 渦 １０４ 突起 １０５ 気体 １０６ 液滴 １０７ 液塊 １０８ 液滴

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤熱鋼管のデスケーリング装置におい
   て、圧力水噴射ノズルを半径方向に移動可能に形成した
   ことを特徴とする赤熱鋼管のデスケーリング装置。
2. 【請求項２】 通過する赤熱鋼管の直径に応じて、ノズ
   ル先端と鋼管外表面との距離を予め定めた設定値に自動
   調整する制御器を備えたことを特徴とする請求項１記載
   の赤熱鋼管のデスケーリング装置。