JP2010264498A - 鋼板のデスケーリング方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スケール残りの発生がなく、適切にデスケーリングを行うことのできる鋼板のデスケーリング方法およびその装置を提供する。
【解決手段】デスケーリングノズル１２の振角γを調整して、横流れ水１５の通過・干渉がデスケーリング能力にそのまま影響する領域（干渉影響領域）が無くなるようにする。すなわち、干渉領域幅＝オーバーラップ領域幅となるようにしたものであり、ノズル１２の振角γを調整して、スプレー水１４の左側の外縁線１４ａ（横流れ水１５の左側の外縁線１５ａ）の水平方向成分が圧延材進行方向と平行になるようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板のデスケーリング方法およびその装置に関するものである。

熱間圧延材、即ち圧延前のスラブ及び圧延中の圧延材のスケールを除去する技術として、熱間状態の鋼板（圧延材）表面に高圧水を噴射してスケールを除去する技術（高圧水デスケーリング技術）が数多く提案されている。

ここで、従来の高圧水デスケーリング装置を図３により説明する。

図３（ａ）は、圧延ラインに直角な断面における圧延材１０と高圧水ヘッダ１１との関係と、圧延材１０の表面における高圧水（スプレー水）１４の噴射領域、即ちスプレー水１４が圧延材１０に衝突して形成される面（図３（ａ）の下側の図）とを示す。

一般に、熱間圧延材１０に高圧水１４を噴射する装置（高圧水デスケーリング装置）は、図３（ａ）に示すようなデスケーリングノズル１２（以下、単にノズルともいう）を数十個備えたデスケーリングノズルヘッダ１１（以下、単にヘッダともいう）を、圧延材１０の幅方向に設置し、ノズル１２より高圧水１４（例えば噴射圧：１０〜５０ＭＰａ）を噴射してスケールを除去する装置である。

この装置では、それぞれのノズル１２から噴射されるスプレー水１４の噴射領域は、圧延材１０の幅方向に対して１５゜程度の捩り角βをもって傾斜しており、スプレー水１４の両端部は両隣のノズル１２から噴射されるスプレー水１４の噴射領域と重ならないようになっている。この各ノズル１２の噴射領域が重ならないようにしてあるのは、スプレー水１４同士が空中で干渉して圧延材１０に対する衝突圧力が低下するのを避けるためである。

一方、上記各ノズル１２の噴射領域が、図示するように、圧延材１０の板幅方向（以下、単に幅方向という）でオーバーラップしている領域（オーバーラップ領域）を有しているのは、圧延材１０に対して幅方向でスプレー水１４が衝突しない領域をなくそうという思想からである。なお、オーバーラップ領域の幅方向長さ（オーバーラップ幅）は通常０〜３０ｍｍ程度である。

また、図３（ｂ）は、圧延ラインと平行な断面における圧延材１０とヘッダ１１との関係を示す。図に示すように、ノズル１２の向きは、圧延材１０の進行方向に対して、傾斜させて設けられており、その迎え角αの角度は、ノズル１２から圧延材１０に下ろした垂線から通常１０〜１５゜位となっている。

これは、圧延材１０に衝突したスプレー水１４によって剥離したスケールをスプレー水１４と共に斜め横方向に流し、圧延材１０表面から側方に流れ落ちるようにするためである。垂線距離がノズル高さＨである。

ところが、近年鋼板の材質を向上させるために、特にＳｉなどの元素を添加した鋼板の場合、スケールが剥離しにくくなってきている。これら難剥離性のスケールが残存する状況を観察すると、多くの場合、圧延ライン進行方向に伸びた筋状のスケールが幅方向に複数残っており、このようなスケール残りは従来のデスケーリング作用が幅方向で不均一であることを示すものである。

実際に、図３に示した通常のノズル配置において、スプレー水１４を噴射し、スプレー水１４の分布状況を調べた結果、図４に部分平面図を示すように、ノズル１２から噴射されたスプレー水１４（左側の外縁線１４ａ、右側の外縁線１４ｂ）は、鋼板（圧延材）１０に衝突した後、ノズル１２の迎え角の方向に、スプレー角θの広がりをもって、圧延材１０表面に沿って横流れ水１５（左側の外縁線１５ａ、右側の外縁線１５ｂ）として流れていくことが分かった。その際、ノズル１２Ｂ（図４において、噴射領域がオーバーラップ領域で圧延材進行方向下流側に位置するノズル）から噴射されたスプレー水１４による横流れ水１５が、隣のノズル１２Ａ（図４において、噴射領域がオーバーラップ領域で圧延材進行方向上流側に位置するノズル）の噴射領域を横切って流れていくことが認められた。

したがって、このような横流れ水１５が存在している領域では、圧延材１０表面へのスプレー水１４の衝突圧力が低下してしまい、デスケーリング作用が幅方向で不均一になっていると考えられた。

ここで、図４において、ノズル１２Ａの噴射領域のうち、隣のノズル１２Ｂからの横流れ水１５が通過してノズル１２Ａからのスプレー水１４と干渉する領域を干渉領域と呼び、干渉領域の幅方向の長さを干渉領域幅と呼ぶことにする。すなわち、ノズル１２Ｂからの横流れ水１５の左側外縁線１５ａがノズル１２Ａの噴射領域を通過する点Ｒから、ノズル１２Ａの噴射領域の右端Ｐまでの間が干渉領域であり、Ｒ−Ｐ間の幅方向長さが干渉領域幅ということになる。また、ノズル１２Ｂの噴射領域の左端Ｑから、ノズル１２Ａの噴射領域の右端Ｐまでの間がオーバーラップ領域であり、Ｑ−Ｐ間の幅方向長さがオーバーラップ幅ということになる。

そして、干渉領域のうち、オーバーラップ領域はノズル１２Ｂの噴射領域でカバーされるので、デスケーリング能力には直接影響しない。一方、オーバーラップ領域以外の領域はノズル１２Ｂによる横流れ水１５の干渉をそのまま受けてノズル１２Ａによるデスケーリング能力に影響がでるので、これを干渉影響領域と呼び、その幅方向長さを干渉影響領域幅と呼ぶことにする。すなわち、前記の点Ｒからノズル１２Ｂの噴射領域の左端Ｑまでの間が干渉影響領域であり、Ｒ−Ｑ間の幅方向長さが干渉影響領域幅ということになる。

なお、図３（ａ）、図４において、１３はノズル１２の軸線であり、軸線１３の水平方向成分（圧延材１０表面に投影した線）が圧延材進行方向（圧延材長手方向）となす角度を振角γと呼ぶことにする。通常、振角γは０°である。

従来、加熱炉から抽出されたスラブ等の１次スケールをオンラインでＨＳＢ（Hydraulic Scale Breaker）によりデスケーリングする際、及び熱間圧延中の鋼板の２次スケールをデスケーリングする際には、各ノズルからの高圧噴射水を重ねてオーバーラップ領域を設けることにより、圧延鋼板表面上の噴射水の衝突圧力が圧延材幅方向に均一に分布できると考えられてきた。その一例として、特許文献１では、可逆式熱間圧延機を用いて熱間圧延鋼板を圧延する際、鋼板のデスケーリング及び冷却を行いながら複数回圧延する熱間圧延鋼板の製造方法において、デスケーリングのため熱間圧延鋼板に向かって複数のノズルから噴出する高圧噴射水を一定値以上の衝突圧力で板幅方向に概ね均一に分布させるとしている。

また、特許文献２には、隣り合ったデスケーリングノズルをライン進行方向に対して上流向き、下流向きと交互に噴射方向を変えて配置し、隣り合うノズルからの噴射水が鋼板に衝突した位置での水膜間距離が０ｍｍ以上１００ｍｍ以下で、前段ノズルからの噴射水膜の鋼板に対する入射角度が０°から４°の間、後段ノズルからの噴射水膜の入射角度が０°から−４°の範囲にあるようにしたデスケーリング装置が記載されている。

また、特許文献３には、高圧水衝突部を所定の数式から求められる距離だけ間隔を空けてノズルを配置することが記載されている。

また、特許文献４には、複数列のデスケーリングヘッダを備えるデスケーリング装置において、１列目のノズルを横流れ水が干渉しない間隔、迎え角、捻り角、ノズル高さで配置するとともに、２列目のノズルを所定ピッチだけ幅方向にずらして配置することが記載されている。

また、特許文献５には、ノズルから噴射される高圧水の幅方向の流量を端部と中央部と他方の端部で異なる分布とすることで、スケール剥離ムラをなくす方法が記載されている。

特開平６−２８５５３４号公報 特許第３８４４２７９号公報 特開２０００−１７６５３３号公報 特許第３３３１８６０号公報 特開２００６−２４７７１４号公報

材料とプロセス、Ｖｏｌ.５、１９９２、ｐ．１５１０

しかし、特許文献１に記載の方法では、以下のような理由から問題点がある。デスケーリングノズルは噴射水が扇状に広がるフラットスプレー型が一般的であるから、ノズルから噴射された高圧水は鋼板に衝突した後も広がりながら鋼板の表面を流れ、図４に示したいわゆる横流れ水が発生する。この横流れ水が隣のノズルからの噴射領域に干渉し、幅方向長さに衝突圧力の小さい部分が生じる。その結果、スケールが取れ残ってしまう。

そして、特許文献２に記載の方法は、横流れ水による干渉がないのでスケール剥離ムラ軽減を達成することができるが、このようなデスケーリングノズルを圧延ロールの直近に配置すると高圧水によって剥離させたスケールが圧延ロール側に流れ、スケール噛み込みを発生させてしまうという問題点がある。

また、特許文献３に記載の方法は、間隔の空いた部分に対してもスケール剥離作用があるとしているが、それはスケールが剥離しやすい鋼種に限定されるものと考えられ、スケール剥離困難な鋼種の場合はやはりスケールが取れ残ってしまうという問題点がある。

さらに、特許文献４に記載のデスケーリング装置は、上述したように、デスケーリングヘッダが１列ではスケールが取れ残ってしまい、デスケーリングヘッダが２列以上あることが必要であるが、設置スペースのとれない圧延機回りには採用できない。またデスケーリングヘッダを複数列配置するため高圧水の水量増加、電力増加などのコスト高を伴い、また水量を多くすることによる温度低下も増大し、所定の圧延温度を確保できないという問題もある。また、同文献には横流れ水が干渉しない配置という記載があるものの、具体的な説明がなく、実施困難である。

そして、特許文献５では、ノズルから噴射される高圧水の流量についての記載がなされているが、実際のノズルで流量分布を変化させてもスケールむらが生じてしまう場合があった。流量分布をつけたノズルを単に用いるだけでは不十分であると思われる。

本発明は、従来の技術における上記の諸問題を解消し、スケール残りの発生がなく、適切にデスケーリングを行うことのできる鋼板のデスケーリング方法およびその装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］鋼板の幅方向に延設されたデスケーリングヘッダに配置された複数個のデスケーリングノズルから高圧水を噴射して行う鋼板のデスケーリング方法において、
所定の迎え角および捻り角を有し、かつ、隣接するデスケーリングノズルからの噴射領域同士が鋼板幅方向に所定のオーバーラップ幅を有するように前記デスケーリングノズルを配置するとともに、
鋼板表面に噴射された後の横流れ水が隣接するデスケーリングノズルの噴射領域を干渉する干渉領域幅が、前記隣接するデスケーリングノズルの噴射領域同士のオーバーラップ幅の範囲内に収まるように、前記デスケーリングノズルから高圧水を噴射することを特徴とする鋼板のデスケーリング方法。

［２］デスケーリングノズルとして、高圧水の噴射流量が幅方向で非対称なノズルを用い、鋼板までの噴射距離が長い側の噴射流量を鋼板までの噴射距離が短い側の噴射流量よりも大きくなるようにすることを特徴とする前記［１］に記載の鋼板のデスケーリング方法。

［３］鋼板の幅方向に備えられたデスケーリングヘッダに高圧水を噴射する複数個のデスケーリングノズルを配置してなる鋼板のデスケーリング装置において、
所定の迎え角および捻り角を有し、かつ、隣接するデスケーリングノズルからの噴射領域同士が鋼板幅方向に所定のオーバーラップ幅を有するように前記デスケーリングノズルが配置されているとともに、
鋼板表面に噴射された後の横流れ水が隣接するデスケーリングノズルの噴射領域を干渉する干渉領域幅が、前記隣接するデスケーリングノズルの噴射領域同士のオーバーラップ幅の範囲内に収まるように、前記デスケーリングノズルの軸線の水平方向成分が鋼板進行方向と角度をなして設置されていることを特徴とする鋼板のデスケーリング装置。

［４］デスケーリングノズルとして、高圧水の噴射流量が幅方向で非対称なノズルを用い、鋼板までの噴射距離が長い側の噴射流量が鋼板までの噴射距離が短い側の噴射流量よりも大きくなるように前記デスケーリングノズルがデスケーリングヘッダに設置されていることを特徴とする前記［３］に記載の鋼板のデスケーリング装置。

なお、本発明において、迎え角および捻り角は特に限定されるものではなく、一般的に用いられている所定の値を用いればよい。例えば、迎え角は５°〜１５°程度、捻り角は５°〜１５°程度とすればよい。

本発明によれば、Ｓｉなどの元素が添加されてスケールが剥離しにくい鋼板（圧延材）であっても、鋼板（圧延材）の幅全体に渡りスケール残りがなくなり、製品の品質が向上する。

本発明の一実施形態における部分平面図である。 本発明の一実施形態における部分正面図である。 従来のデスケーリング装置における部分正面図と部分側面図である。 従来のデスケーリング装置における部分平面図である。 従来例におけるアルミニウム板の壊食試験結果例である。 本発明例におけるアルミニウム板の壊食試験結果例である。

前述したように、鋼板進行方向に伸びた筋状のスケールが鋼板幅方向に複数残るスケール残りは、横流れ水として隣のノズルの噴射領域を横切って流れていくような水流の干渉によって発生する。そこで、この横流れ水による干渉を低減し、幅方向全体を均一にスケールを剥離させることを目的として本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、図４で示した干渉影響領域を無くすようにしたものであり、言い換えれば、干渉領域がオーバーラップ領域内に納まる（干渉領域幅≦オーバーラップ領域幅）ようにしたものである。

本発明の一実施形態を図１、図２により説明する。

図１はこの実施形態における部分平面図であり、図２はこの実施形態における部分正面図である。それぞれ、前述の従来技術における図４、図３（ａ）に対応している。

図１、図２に示すように、この実施形態は、ノズル１２の振角γ（ノズル１２の軸線１３の水平方向成分が圧延材進行方向となす角度）を調整して、干渉領域幅＝オーバーラップ領域幅となるようにしたものであり、これによって、干渉影響領域を無くしたものである。言い換えれば、図４における点Ｒ（ノズル１２Ｂからの横流れ水１５の左側外縁線１５ａがノズル１２Ａの噴射領域を通過する点）の幅方向位置と、点Ｑ（ノズル１２Ｂの噴射領域の左端）の幅方向位置を一致させるようにしたものである。

具体的には、ノズル１２の振角γを調整して、スプレー水１４の左側の外縁線１４ａ（横流れ水１５の左側の外縁線１５ａ）の水平方向成分が圧延材進行方向と平行になるようにしている。

このようにして、この実施形態においては、ノズル１２Ｂからの横流れ水１５がそのままノズル１２Ａによるデスケーリング能力に影響を及ぼす干渉影響領域を無くすようにしたので、幅方向でデスケーリング作用が不均一になることが防止される。その結果、鋼板（圧延材）１０の幅全体に渡りスケール残りの発生を抑止することができるようになる。

本発明者らは、上記の実施形態の効果を確認するために、実ラインの高圧水デスケーリング装置のデスケーリング性と実験室での高圧水による板の壊食試験結果が良い相関を持っているという報告（非特許文献１参照）に基づき、実験室において、図３、図４に示した従来のノズル配置（従来例）と、この実施形態のノズル配置（本発明例）とで、板の壊食試験を行った。ここで、壊食とは鉛板やアルミニウム板の表面がえぐりとられることを言う。

図５（従来例）、図６（本発明例）は、それぞれ２本のノズルを用いて、板厚６ｍｍの純アルミニウム板を壊食させた結果である。この時の条件は、ノズル１２のスプレー角θが４９゜、高圧水の水量が５８ｌ／ｍｉｎ、高圧水の噴射圧力が１５ＭＰａ、ノズル高さＨが８６ｍｍ、迎え角αが１０゜、捩り角βが５゜、ノズルピッチが７６ｍｍであった。

そして、従来例では、振角γが０°であり、干渉影響領域幅が５ｍｍを超えていたのに対して、本発明例では、振角γを５°にして、干渉影響領域幅が０ｍｍになるようにした。

図５（ｂ）に実物の写真、図５（ａ）にそれを描写した図を示すように、従来例では幅方向に壊食されていない部分がみられるが、図６（ｂ）に実物の写真、図６（ａ）にそれを描写した図を示すように、本発明例では幅方向に壊食されていない部分はない。

これによって、干渉領域幅＝オーバーラップ領域幅となるようにした上記の実施形態の効果が確認された。

上記の実施形態の効果は、図４で示した干渉影響領域を無くすことにより得られたものであり、干渉領域がオーバーラップ領域内に納まる（干渉領域幅≦オーバーラップ領域幅）ようにすれば、同様の効果が得られる。すなわち、場合によっては、振角γを大きくして、干渉領域幅＜オーバーラップ領域幅となるようにしてもよい。

ただし、振角γを１０°以上にすると、鋼板１０に到達するまでのスプレー水１４の左右の噴射距離が乖離してしまい、幅方向でデスケーリング能力に差が生じるため、振角γは１０°以下にすることが好ましい。

なお、本発明は、干渉影響領域が厳密に無いこと、すなわち干渉領域幅≦オーバーラップ領域幅であることが好ましいが、それを厳密に要求するものではない。スプレー水１４の幅方向端部近傍すなわち横流れ水１５の左側外縁線１５ａ近傍では流量がやや小さく、また、デスケーリング水（高圧水）１４のせん断力により幅方向にスケールが剥がれる効果もあることから、干渉影響領域幅が５ｍｍ以下であれば、スケール残りがなくなることが確認されている。すなわち、実質的に干渉影響領域はなく、干渉領域幅がオーバーラップ幅の範囲内に収まっていると言える。したがって、干渉影響領域幅が５ｍｍ以下になるように、振角γを調整すればよい。

また、振角γを付与させると、鋼板１０に到達するまでのスプレー水１４の左右の噴射距離が異なるので、噴射距離が長い側で鋼板１０への衝突力が弱まり、噴射距離が短い側に対してデスケーリング能力が劣ってしまう傾向がある。したがって、例えば、特許文献５に記載のデスケーリングノズルを用い、噴射スプレー水１４の幅方向噴射流量を左右非対称とし、噴射距離が短い方の流量を小さく、噴射距離が長い方の流量を大きくすると、鋼板１０への到達時の衝突力が均一化されるので、より好ましい。幅方向噴射流量を左右非対称にするのは、ノズル１２の形状を変化させることでも達成できる。

上記の実験室での高圧水による板の壊食試験結果を踏まえて、本発明を厚鋼板製造ラインに適用した。

厚鋼板製造ラインにおいて、厚板圧延機の前面および後面に設置されているデスケーリングヘッダは、図１〜図４に示したように、デスケーリングノズル１２が鋼板１０の進行方向に対して斜め向きに、かつ噴射領域が幅方向に端部がオーバーラップするような配置、すなわち、ノズル１２のスプレー角θが４９゜、高圧水１４の水量が５８ｌ／ｍｉｎ、高圧水１４の噴射圧力が１５ＭＰａ、ノズル高さＨが７６ｍｍ、迎え角αが１０゜、捩り角βが５゜、ノズルピッチが７６ｍｍ、オーバーラップ幅が１５ｍｍとなっている。

そして、厚さ２５０ｍｍのスラブを１２００℃まで加熱し、加熱炉出側のＨＳＢでスケールを一旦除去した後、圧延機直近に設置したデスケーリング装置でスケールを除去し、厚板圧延機で１５パスの圧延を行い、厚さ３０ｍｍ、板幅３００ｍｍとした。なお、この鋼材にはＳｉが０．１６％程度添加されており、スケールは比較的剥離しにくい鋼種である。１５パス中の合計１３パスのみ、鋼板（圧延材）進入側のデスケーリングノズルから高圧水を噴射してスケールの剥離を行った。

その際に、本発明例１として、図１、２に示すように、振角γを５°として、干渉影響領域幅を０ｍｍとした。その結果、本発明例１では、スケール残りがほとんど見られず、またその他の問題もなく、きわめて良好であった。

このときの、高圧水の衝突圧力を圧力センサによりオフラインで測定したところ、幅方向に圧力分布はあるものの、衝突圧力は全てスケール剥離のための衝突圧力以上であった。

また、本発明例２として、本発明例１の条件に加えて、幅方向噴射流量が左右非対称のノズルを用いた。このノズルの幅方向噴射流量は、噴射距離が長い側の流量が短い側の流量の約１．５倍であった。その結果、幅方向にほぼ均一な衝突圧力となり、スケール残りが皆無であった。

一方、比較例１として、図３、４に示すように、振角γを０°にした従来のノズル配置で実施した。その結果、スケール残りが発生し、外観も不良であった。

また、比較例２として、特許文献２に記載されたノズルの交互配置で実施した。その結果、スケール残りは認められなかったが、圧延機内でスケールの噛み込みが発生し、あばた状にスケールの押し込みが見られて外観不良となった。

さらに、比較例３として、特許文献５に記載された幅方向に流量を変えたデスケーリングノズルを用い、振角γを０°で実施した。その結果、干渉影響領域では、スケール残りが発生し、外観も不良であった。

１０ 鋼板（圧延材）
１１ デスケーリングヘッダ（ヘッダ）
１２ デスケーリングノズル（ノズル）
１２Ａ 左側のノズル
１２Ｂ 右側のノズル
１３ ノズルの軸線
１４ スプレー水（高圧水）
１４ａ スプレー水の左側の外縁線
１４ｂ スプレー水の右側の外縁線
１５ 横流れ水
１５ａ 横流れ水の左側の外縁線
１５ｂ 横流れ水の右側の外縁線

Claims (4)

1. 鋼板の幅方向に延設されたデスケーリングヘッダに配置された複数個のデスケーリングノズルから高圧水を噴射して行う鋼板のデスケーリング方法において、
   所定の迎え角および捻り角を有し、かつ、隣接するデスケーリングノズルからの噴射領域同士が鋼板幅方向に所定のオーバーラップ幅を有するように前記デスケーリングノズルを配置するとともに、
   鋼板表面に噴射された後の横流れ水が隣接するデスケーリングノズルの噴射領域を干渉する干渉領域幅が、前記隣接するデスケーリングノズルの噴射領域同士のオーバーラップ幅の範囲内に収まるように、前記デスケーリングノズルから高圧水を噴射することを特徴とする鋼板のデスケーリング方法。
2. デスケーリングノズルとして、高圧水の噴射流量が幅方向で非対称なノズルを用い、鋼板までの噴射距離が長い側の噴射流量を鋼板までの噴射距離が短い側の噴射流量よりも大きくなるようにすることを特徴とする請求項１に記載の鋼板のデスケーリング方法。
3. 鋼板の幅方向に備えられたデスケーリングヘッダに高圧水を噴射する複数個のデスケーリングノズルを配置してなる鋼板のデスケーリング装置において、
   所定の迎え角および捻り角を有し、かつ、隣接するデスケーリングノズルからの噴射領域同士が鋼板幅方向に所定のオーバーラップ幅を有するように前記デスケーリングノズルが配置されているとともに、
   鋼板表面に噴射された後の横流れ水が隣接するデスケーリングノズルの噴射領域を干渉する干渉領域幅が、前記隣接するデスケーリングノズルの噴射領域同士のオーバーラップ幅の範囲内に収まるように、前記デスケーリングノズルの軸線の水平方向成分が鋼板進行方向と角度をなして設置されていることを特徴とする鋼板のデスケーリング装置。
4. デスケーリングノズルとして、高圧水の噴射流量が幅方向で非対称なノズルを用い、鋼板までの噴射距離が長い側の噴射流量が鋼板までの噴射距離が短い側の噴射流量よりも大きくなるように前記デスケーリングノズルがデスケーリングヘッダに設置されていることを特徴とする請求項３に記載の鋼板のデスケーリング装置。