JP2017080786A - 形鋼の熱間圧延設備 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延中に生成するスケールのみならず、仕上圧延の終了後に行う水冷時に生成するスケールをも十分に除去することができる形鋼の熱間圧延設備を提供する。【解決手段】形鋼の熱間圧延設備１は、加熱炉２から搬送された被圧延材を粗圧延する粗圧延機３と、粗圧延機３の下流側に設置された中間圧延機群４と、中間圧延機群４の下流側に設置された仕上圧延機６と、仕上圧延機６の下流側に設置された水冷装置７とを備える。水冷装置７の下流側には、水冷装置７により水冷された形鋼のスケールを除去する水冷後デスケーリング装置１６が設置される。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｈ形鋼などの形鋼を熱間圧延するための形鋼の熱間圧延設備に関する。

Ｈ形鋼などの形鋼を、熱間圧延して製造する場合には、素材となるブルーム等を、熱間圧延設備における加熱炉で再加熱し、その後、粗圧延機、中間圧延機及び仕上圧延機にて温度や圧下率等を制御して圧延し、更に、冷却設備において冷却水を用いて冷却するのが一般的である。そして、製造された形鋼を出荷する際に、形鋼表面のスケールが部分的に剥離し、美麗さを損なうことから、当該スケールを圧延中及び圧延前に除去すること一般的に行われる
ここで、薄鋼板や厚鋼板、形鋼、棒鋼、線材等の鋼材を、熱間圧延して製造する方法として、従来、例えば特許文献１に示すものが知られている。

特許文献１に示す熱間圧延鋼材の製造方法は、鋼材を熱間圧延するに際し、熱延鋼材の表面温度以下で発火する発火剤を噴射するものであり、その熱間圧延設備として、上流側から下流側に向けて加熱炉、加熱炉出側のデスケーリング装置、粗圧延機群、粗圧延機群の各圧延機間のデスケーリング装置、仕上圧延機群入側のデスケーリング装置及び仕上圧延機群を備えている。また、粗圧延機群の前、粗圧延機群の各圧延機間、粗圧延機群と仕上圧延機群との間、仕上圧延機群の各圧延機間、仕上圧延機群の出側などに発火剤等の噴射装置を備えている。

そして、これらデスケーリング装置によって、圧延前及び圧延中に鋼材の表面に生成しているスケールを除去するとともに、発火剤に酸化抑制剤を含有させて噴射することにより、スケール生成の抑制をしている。
また、スケールを薄くすることを目的とした鋼板の製造法として、例えば、特許文献２に示すものが知られている。
特許文献２に示す鋼板の製造法は、鋼板の熱間圧延において、各圧下直後に高圧水で水冷しながら圧延を行い、圧延を終了後ただちに８００℃以下７００℃以上の温度まで水冷する。これにより、スケールが黒色・均一で薄く、密着性に優れ、曲げ加工時のスケール剥離・巻込みによる疵発生がなく、塗装性・レーザ切断性が良好で見栄えが良い鋼材ができることになる。

特開２００６−２７２４１１号公報 特開平７−４８６２３号公報

しかしながら、これら従来の特許文献１に示す熱間圧延鋼材の製造方法及び特許文献２に示す鋼板の製造法にあっては、次の問題点があった。
即ち、仕上圧延機の出側での圧延終了温度が高いと、圧延終了以降にスケールが再度生成し、スケール厚みが厚くなるという問題がある。Ｈ形鋼では、フランジとウェブの厚みの関係は、フランジの厚み＞ウェブの厚みであり、製造時の温度もフランジ＞ウェブとなる。このため、Ｈ形鋼の場合には特にフランジの外面のスケール厚が厚くなり、出荷時にフランジ外面表面のスケールが部分的に剥離し美麗さを損なうという問題がある。特許文献１に示す熱間圧延鋼材の製造方法の場合には、仕上圧延の終了後に再度生成するスケールを除去することができない。

一方、特許文献２に示す鋼板の製造法の場合には、圧延を終了後ただちに８００℃以下７００℃以上の温度まで水冷することにより、スケールを黒色・均一で薄くし、密着性に優れたものとしている。しかし、水冷時に生成するスケールの除去という点では十分ではなく、スケール厚みを十分に薄くすることができない。特に、Ｈ形鋼では、前述したように、フランジの外面のスケール厚を薄くする要請があり、特許文献１に示す鋼板の製造法では、フランジの外面のスケール厚を薄くする要請には応え難い。
従って、本発明はこの従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、圧延中に生成するスケールのみならず、仕上圧延の終了後に行う水冷時に生成するスケールをも十分に除去することができる形鋼の熱間圧延設備を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る形鋼の熱間圧延設備は、加熱炉から搬送された被圧延材を粗圧延する粗圧延機と、該粗圧延機の下流側に設置され、前記粗圧延機により粗圧延された被圧延材を中間圧延する中間圧延機群と、該中間圧延機群の下流側に設置され、前記中間圧延機群により中間圧延された被圧延材を製品寸法の形鋼に仕上圧延する仕上圧延機と、該仕上圧延機の下流側に設置され、前記仕上圧延機により仕上圧延された形鋼を水冷する水冷装置とを備え、該水冷装置の下流側に、前記水冷装置により水冷された形鋼のスケールを除去する水冷後デスケーリング装置を設置したことを要旨とする。

本発明に係る形鋼の熱間圧延設備によれば、仕上圧延機により仕上圧延された形鋼を水冷する水冷装置の下流側に、水冷装置により水冷された形鋼のスケールを除去する水冷後デスケーリング装置を設置したので、圧延中に生成するスケールのみならず、仕上圧延の終了後に行う水冷時に生成するスケールをも十分に除去することができる形鋼の熱間圧延設備を提供できる。

本発明の一実施形態に係る形鋼の熱間圧延設備の概略構成図である。 図１に示す熱間圧延設備における第７デスケーリング装置を模式的に示す図である。 仕上圧延機の出側でのＨ形鋼の表面温度と仕上圧延終了以降のＨ形鋼の表面に生成するスケールの厚さとの関係を示すグラフである。 比較例１に係る形鋼の熱間圧延設備の概略構成図である。 熱間圧延終了後のスケールの厚みを、本発明例と比較例１、比較例２とを対比して示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る形鋼の熱間圧延設備の概略構成図である。
図１に示す熱間圧延設備１は、形鋼としてのＨ形鋼Ｓ（図２参照）を熱間圧延して製造するものである。Ｈ形鋼Ｓは、上表面Ｗｕｓ及び下表面Ｗｌｓを有するウェブＷと、ウェブＷの両端に設けられ、それぞれ内面Ｆ１ｉｓ，Ｆ２ｉｓ及び外面ｆ１ｏｓ，Ｆ２ｏｓを有する一対のフランジＦ１、Ｆ２とを備えている。
ここで、熱間圧延設備１は、連続鋳造されたブルーム等の素材を、再加熱する加熱炉２と、加熱炉２から搬送された被圧延材を粗圧延する粗圧延機３とを備えている。

粗圧延機３は、いわゆるＢＤミル（ブレイクダウンミル）と呼ばれるもので、矩形状の被圧延材を断面略Ｈ字形の被圧延材に圧延していくものである。
そして、粗圧延機３の下流側には、粗圧延機３により粗圧延された被圧延材を中間圧延する中間圧延機群４が設置されている。中間圧延機群４は、いわゆるＵＲミルと呼ばれる粗ユニバーサル圧延機４ａと、いわゆるＥミルと呼ばれるエッジャー圧延機４ｂとを備えている。これら粗ユニバーサル圧延機４ａ及びエッジャー圧延機４ｂにより、断面略Ｈ字形の被圧延材を略製品寸法の被圧延材に圧延する。

また、中間圧延機群４の下流側には、中間圧延された被圧延材を所定温度にまで水冷する第１水冷装置５が設置されている。
更に、第１水冷装置５の下流側には、第１水冷装置５により水冷された被圧延材を仕上圧延する仕上圧延機６が設置されている。仕上圧延機６は、中間圧延機群４で略製品寸法に圧延された被圧延材を製品寸法のＨ形鋼Ｓに圧延する。
また、仕上圧延機６の下流側には、仕上圧延されたＨ形鋼Ｓを所定温度まで水冷する第２水冷装置７が設置されるとともに、第２水冷装置７の下流側には、水冷されたＨ形鋼Ｓを所定長さに切断するホットソー８が設置されている。

そして、加熱炉２の出側には、加熱炉２で生成された、被圧延材のスケールを除去する第１デスケーリング装置１０が設置されている。
また、粗圧延機３の入側には第２デスケーリング装置１１が設置され、粗圧延機３の出側には第３デスケーリング装置１２が設置されている。これら第２デスケーリング装置１１及び第３デスケーリング装置１２は、被圧延材が第１デスケーリング装置１０を出てから粗圧延終了までに発生した被圧延材のスケールを除去する。
更に、中間圧延機群４の入側には第４デスケーリング装置１３が設置され、中間圧延機群４の出側には第５デスケーリング装置１４が設置されている。これら第４デスケーリング装置１３及び第５デスケーリング装置１４は、被圧延材が第３デスケーリング装置１２を出てから中間圧延終了までに発生した被圧延材のスケールを除去する。

また、仕上圧延機６の入側には、第６デスケーリング装置１５が設置されている。第６デスケーリング装置１５は、被圧延材が第５デスケーリング装置１４を出てから仕上圧延終了までに発生した被圧延材のスケールを除去するようにしている。
そして、第２水冷装置７の下流側であってホットソー８の直前には、水冷後デスケーリング装置１６が設置されている。水冷後デスケーリング装置１６は、第２水冷装置７により水冷されたＨ形鋼Ｓのスケールを除去するものであり、仕上圧延終了からＨ形鋼Ｓが水冷後デスケーリング装置１６に至るまでに発生したＨ形鋼のスケールを除去する。つまり、熱間圧延設備１は、圧延中に生成するスケールのみならず、水冷後デスケーリング装置１６によって、仕上圧延の終了後に行う水冷時に生成するスケールをも十分に除去する。

ここで、図３を参照して、仕上圧延機６の出側でのＨ形鋼の表面温度と仕上圧延終了以降のＨ形鋼の表面に生成するスケールの厚さとの関係につき説明する。
図３に示すように、仕上圧延機６の出側でのＨ形鋼Ｓの表面温度が高くなればなるほど、仕上圧延終了以降のＨ形鋼Ｓの表面に生成するスケールの厚さが厚くなる。また、Ｈ形鋼Ｓの表面近傍の酸素濃度Ｏ_２（％）が高ければ高いほど、Ｈ形鋼の表面に生成するスケールの厚さが厚くなる。
仕上圧延機６の出側でのＨ形鋼Ｓの表面温度が高くなればなるほど、仕上圧延終了以降のＨ形鋼Ｓの表面に生成するスケールの厚さが厚くなるので、仕上圧延機６の出側でのＨ形鋼Ｓの表面温度が高いと、仕上圧延終了以降の水冷中においてもスケールが生成される。熱間圧延における被圧延材及びＨ形鋼Ｓの表面温度は、一般的に、加熱炉２の出側で１３００℃程度、仕上圧延機６の出側で８５０℃程度、第２水冷装置７の出側で６５０℃程度である。このため、被圧延材及びＨ形鋼Ｓの仕上圧延機６の出側での表面温度は８５０℃程度であるので、図３からわかるように、仕上圧延終了以降のＨ形鋼Ｓの表面に生成するスケールの厚さが最低でも１μｍはある。

特に、Ｈ形鋼Ｓでは、フランジＦ１，Ｆ２とウェブＷの厚みの関係は、フランジＦ１，Ｆ２の厚み＞ウェブＷの厚みであり、製造時の温度もフランジＦ１，Ｆ２＞ウェブＷとなる。このため、Ｈ形鋼Ｓの場合には特にフランジＦ１，Ｆ２の外面のスケール厚が厚くなってしまう。
このため、本実施形態における熱間圧延設備１では、第２水冷装置７の下流側に、第２水冷装置７により水冷されたＨ形鋼Ｓのスケールを除去する水冷後デスケーリング装置１６を設置し、仕上圧延終了からＨ形鋼が水冷後デスケーリング装置１６に至るまでに発生したＨ形鋼のスケールを除去するようにしている。つまり、熱間圧延設備１は、圧延中に生成するスケールのみならず、水冷後デスケーリング装置１６によって、仕上圧延の終了後に行う水冷時に生成するスケールをも十分に除去するようにしている。これにより、熱間圧延設備１で生成された全てのスケールを除去し、Ｈ形鋼Ｓの美麗な表面品質を得ることができる。

ここで、水冷後デスケーリング装置１６は、図２に示すように、Ｈ形鋼Ｓの一方のフランジＦ１の外面Ｆ１ｏｓに向けて高圧水を噴射するフランジ外面高圧水噴射装置１８と、Ｈ形鋼ＳのウェブＷの上表面Ｗｕｓに向けて高圧水を噴射するウェブ表面高圧水噴射装置１７とを備えている。
フランジ外面高圧水噴射装置１８は、水供給源（図示せず）に接続されたヘッダ１８ａを備えている。ヘッダ１８ａは、搬送ローラ１９上にあるＨ形鋼ＳのフランジＦ１に沿うように上下方向に延びており、そのヘッダ１８ａには、複数（本実施形態にあっては４個）の高圧水噴射ノズル１８ｂがヘッダ１８ａの延びる方向に沿って所定ピッチで設置されている。これら高圧水噴射ノズル１８ｂのそれぞれは、Ｈ形鋼Ｓの一方のフランジＦ１の外面Ｆ１ｏｓに向けて高圧水を噴射し、全ての高圧水噴射ノズル１８ｂからの高圧水によりフランジＦ１の外面Ｆ１ｏｓの全域をカバーするようになっている。ここで、「高圧水」とは、高圧水噴射ノズル１８ｂから噴射された水がフランジＦ１の外面Ｆ１ｏｓに衝突した際の圧力が１０―２０ＭＰａとなる程度の水の意味である。

このように、水冷後デスケーリング装置１６がＨ形鋼ＳのフランジＦ１の外面Ｆ１ｏｓに向けて高圧水を噴射するフランジ外面高圧水噴射装置１８を備えることにより、Ｈ形鋼ＳのフランジＦ１の外面Ｆ１ｏｓに圧延終了後に生成するスケールを除去することが可能となり、Ｈ形鋼の場合に特にフランジの外面のスケール厚が厚くなってしまう問題を解決することができる。
なお、フランジ外面高圧水噴射装置１８は、Ｈ形鋼Ｓの一方のフランジＦ１の外面Ｆ１ｏｓに向けて高圧水を噴射する位置のみならず、Ｈ形鋼Ｓの他方のフランジＦ２の外面Ｆ２ｏｓに向けて高圧水を噴射する位置にも設置してもよい。この場合、Ｈ形鋼ＳのフランジＦ２の外面Ｆ２ｏｓに生成するスケールをも除去することが可能となる。
また、フランジ外面高圧水噴射装置１８は、Ｈ形鋼Ｓの他方のフランジＦ２の外面Ｆ２ｏｓに向けて高圧水を噴射する位置のみに設置してもよい。

一方、ウェブ表面高圧水噴射装置１７は、水供給源（図示せず）に接続されたヘッダ１７ａを備えている。ヘッダ１７ａは、搬送ローラ１９上にあるＨ形鋼ＳのウェブＷが延びる水平方向に延びており、そのヘッダ１７ａには、複数（本実施形態にあっては４個）の高圧水噴射ノズル１７ｂがヘッダ１７ａの延びる方向に沿って所定ピッチで設置されている。これら高圧水噴射ノズル１７ｂのそれぞれは、Ｈ形鋼ＳのウェブＷの上表面Ｗｕｓに向けて高圧水を噴射し、全ての高圧水噴射ノズル１７ｂからの高圧水によりウェブＷの上表面Ｗｕｓの全域をカバーするようになっている。ここで、「高圧水」とは、高圧水噴射ノズル１７ｂから噴射された水がウェブＷの上表面Ｗｕｓに衝突した際の圧力が１０―２０ＭＰａとなる程度の水の意味である。

このように、水冷後デスケーリング装置１６がＨ形鋼ＳのウェブＷの上表面Ｗｕｓに向けて高圧水を噴射するウェブ表面高圧水噴射装置１７を備えることにより、Ｈ形鋼ＳのウェブＷの上表面Ｗｕｓに圧延終了後に生成するスケールを除去することが可能となる。
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれる変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。

例えば、水冷後デスケーリング装置１６を設置する位置は、第２水冷装置７よりも下流側の位置であれば、ホットソー８の入側に設置する必要は必ずしもなく、ホットソー８の出側であってもよい。
また、本発明においては、加熱炉２、粗圧延機３、中間圧延機群４、仕上圧延機６、第２水冷装置７及び水冷後デスケーリング装置１６を必須の構成要素とし、それ以外の装置については必須の構成要素とはしない。
更に、本発明の熱間圧延設備１は、Ｈ形鋼Ｓを製造する場合に限定されず、形鋼全般に適用され、例えば、鋼矢板、山形鋼、Ｉ形鋼やＴ形鋼を製造する場合に適用してもよい。

また、前述したように、フランジ外面高圧水噴射装置１８は、Ｈ形鋼Ｓの一方のフランジＦ１の外面Ｆ１ｏｓに向けて高圧水を噴射する位置のみならず、Ｈ形鋼Ｓの他方のフランジＦ２の外面Ｆ２ｏｓに向けて高圧水を噴射する位置にも設置してもよく、また、Ｈ形鋼Ｓの他方のフランジＦ２の外面Ｆ２ｏｓに向けて高圧水を噴射する位置のみに設置してもよい。
更に、Ｈ形鋼ＳのウェブＷの上表面Ｗｕｓに向けて高圧水を噴射するウェブ表面高圧水噴射装置１７は必ずしも設置しなくてもよい。

本発明の効果を検証すべく、図１に示す熱間圧延設備１を用いてＨ形鋼を製造した場合（本発明例）と、図４に示す熱間圧延設備１００を用いてＨ形鋼を製造した場合（比較例１）と、図４に示す熱間圧延設備１００を用いて第２水冷設備７の水冷条件を変更した場合とで、熱間圧延終了後のスケールの厚みの違いについて調査した。
図４に示す熱間圧延設備１００は、第２水冷装置７の下流側に水冷後デスケーリング装置１６を設置していない以外は図１に示す熱間圧延設備１と同様である。

ここで、本発明例の場合、図１に示す熱間圧延設備１を用いてＨ形鋼を製造し、その際のＨ形鋼の寸法及び鋼種、Ｈ形鋼の製造温度、圧延のパス数は次のとおりである。
Ｈ形鋼の寸法：８００ｍｍ（ウェブの幅）×３００ｍｍ（フランジの高さ）×１４ｍｍ（ウェブの厚み）×２６ｍｍ（フランジの厚み）
Ｈ形鋼の鋼種：４０ｋ鋼
Ｈ形鋼の製造温度：加熱炉出側１３００℃
仕上圧延機出側８５０℃
第２水冷装置出側６５０℃
圧延のパス数：２５パス

また、比較例１の場合、図４に示す熱間圧延設備１００を用いてＨ形鋼を製造し、その際のＨ形鋼の寸法及び鋼種、Ｈ形鋼の製造温度、圧延のパス数は本発明例と同様に次のとおりである。
Ｈ形鋼の寸法：８００ｍｍ（ウェブの幅）×３００ｍｍ（フランジの高さ）×１４ｍｍ（ウェブの厚み）×２６ｍｍ（フランジの厚み）
Ｈ形鋼の鋼種：４０ｋ鋼
Ｈ形鋼の製造温度：加熱炉出側１３００℃
仕上圧延機出側８５０℃
第２水冷装置出側６５０℃
圧延のパス数：２５パス

更に、比較例２の場合、図４に示す熱間圧延設備１００を用いてＨ形鋼を製造し、その際のＨ形鋼の寸法及び鋼種、Ｈ形鋼の製造温度、圧延のパス数は次のとおりである。
Ｈ形鋼の寸法：８００ｍｍ（ウェブの幅）×３００ｍｍ（フランジの高さ）×１４ｍｍ（ウェブの厚み）×２６ｍｍ（フランジの厚み）
Ｈ形鋼の鋼種：４０ｋ鋼
Ｈ形鋼の製造温度：加熱炉出側１３００℃
仕上圧延機出側８５０℃
第２水冷装置出側７２０℃
圧延のパス数：２５パス

本発明例、比較例１及び比較例２のそれぞれについて熱間圧延終了後のスケールの厚みを図５に示す。
図５からわかるように、本発明例の熱間圧延終了後のスケールの厚みは５０μｍであり、比較例１の場合のスケールの厚み８０μｍ及び比較例２の場合のスケールの厚み７０μｍよりも、当該スケールの厚みが薄くなることが確認された。
このため、本発明例の場合、スケールの割れ、剥離が抑制され、Ｈ形鋼の表面の美麗さを得ることができる。

１ 熱間圧延設備
２ 加熱炉
３ 粗圧延機
４ 中間圧延機群
４ａ 粗ユニバーサル圧延機
４ｂ エッジャー圧延機
５ 第１水冷装置
６ 仕上圧延機
７ 第２水冷装置（水冷装置）
８ ホットソー
１０ 第１デスケーリング装置
１１ 第２デスケーリング装置
１２ 第３デスケーリング装置
１３ 第４デスケーリング装置
１４ 第５デスケーリング装置
１５ 第６デスケーリング装置
１６ 水冷後デスケーリング装置
１７ ウェブ表面高圧水噴射装置
１７ａ ヘッダ
１７ｂ 高圧水噴射ノズル
１８ フランジ外面高圧水噴射装置
１８ａ ヘッダ
１８ｂ 高圧水噴射ノズル
１９ 搬送ローラ
Ｓ Ｈ形鋼
Ｆ１、Ｆ２ フランジ
Ｆ１ｉｓ、Ｆ２ｉｓ フランジの内面
Ｆ１ｏｓ、Ｆ２ｏｓ フランジの外面
Ｗ ウェブ
Ｗｕｓ ウェブの上表面
Ｗｌｓ ウェブの下表面

Claims (4)

1. 加熱炉から搬送された被圧延材を粗圧延する粗圧延機と、該粗圧延機の下流側に設置され、前記粗圧延機により粗圧延された被圧延材を中間圧延する中間圧延機群と、該中間圧延機群の下流側に設置され、前記中間圧延機群により中間圧延された被圧延材を製品寸法の形鋼に仕上圧延する仕上圧延機と、該仕上圧延機の下流側に設置され、前記仕上圧延機により仕上圧延された形鋼を水冷する水冷装置とを備え、該水冷装置の下流側に、前記水冷装置により水冷された形鋼のスケールを除去する水冷後デスケーリング装置を設置したことを特徴とする形鋼の熱間圧延設備。
2. 前記形鋼は、Ｈ形鋼であることを特徴とする請求項１に記載の形鋼の熱間圧延設備。
3. 前記水冷後デスケーリング装置は、前記Ｈ形鋼のフランジの外面に向けて高圧水を噴射するフランジ外面高圧水噴射装置を備えていることを特徴とする請求項２に記載の形鋼の熱間圧延設備。
4. 前記水冷後デスケーリング装置は、前記Ｈ形鋼のウェブの表面に向けて高圧水を噴射するウェブ表面高圧水噴射装置を備えていることを特徴とする請求項３に記載の形鋼の熱間圧延設備。

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