JP3149583B2 - 脱スケール方法 - Google Patents

脱スケール方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば鋼材、特に鋼
板、鋼管、条鋼、あるいは型鋼の製造過程で発生する酸
化スケールを効率的に除去可能な方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】鋼板、鋼管、条鋼、あるいは型鋼等の熱
間製造過程においては、これら鋼材の表面に酸化スケー
ルが発生するが、このスケールは圧延工程での押し込み
等による表面疵防止の観点から圧延前に除去しなければ
ならない。鋼材の製造過程で発生するスケールは、鋼材
の加熱過程すなわち加熱炉内で発生する1次スケール、
1次スケール除去後圧延過程で発生する2次スケール、
さらに圧延後の冷却過程で発生する3次スケールに大別
される。
【0003】1次スケールは、材質や在炉時間によって
も異なるが一般的に厚く、数mmにも達する。2次スケ
ールは、圧延速度や圧延温度によっても異なるが一般的
に1次スケールより薄く、数百μm程度である。さら
に、3次スケールは、鋼材温度が前二者に比べて低くス
ケール生成速度が低下しているので、百μm以下と薄く
なる。
【0004】従来、この熱間スケールの除去には高圧水
ジェットを噴射する方法が用いられている。そして、こ
の高圧水ジェットを噴射する方法では、1次スケール
は、加熱炉から出た直後で鋼材の温度が1000℃以上
であるとともに、搬送速度も10〜100m/分と遅い
ため、脱スケール圧力は比較的低圧でも可能であり、一
般的に100〜150kg/cm2 で行われている。ま
た、2次スケールになると、温度も若干低下し、さらに
圧延速度も100〜600m/分と高速になるので、脱
スケール圧力は150〜200kg/cm2 が必要とい
われている。また、3次スケールの除去には、温度も5
00〜600℃以下と低く、速度も600〜1000m
/分と非常に高速になるので、250〜400kg/c
2 の高圧が必要といわれている。なお、鋼材走行中の
接触、衝突によるノズルの損傷防止の観点から、高圧水
噴射ノズルは鋼材から通常200〜700mm離して設
置される。
【0005】近年、鋼材の多様化、高機能化、高性能化
が進み、種々の元素が添加された合金鋼が多用されはじ
めた。このような合金鋼のスケール構造は、従来の一般
炭素鋼と異なり地鉄への付着力が増加するので、上述し
た脱スケール圧力を備えた現状設備ではスケールの除去
が不十分であり、スケール疵が発生するという問題が起
こりはじめた。これに対処するため、脱スケール圧力の
増圧が検討されているが、合金鋼のスケールを完全に除
去するには1次あるいは2次スケールでも400〜70
0kg/cm2 以上の高圧が必要となる。しかし、この
ような高圧化には、現設備(高圧ポンプ、配管、アキュ
ムレータ、ヘッダー、ノズル等)のリプレースが必要で
あり、設備コストは言うまでもなく、メンテナンスも大
変になる。従って、低圧で高効率に脱スケールが可能な
方法及び装置が強く望まれている。
【0006】そこで、低圧で高効率の脱スケール法とし
て、特開昭59−76615号公報に記載されている
「ノズルを鋼材に近接させて鋼材面への衝突力を増加さ
せる方法」、特開昭59−20480号公報に記載さ
れている「粒径0.3mm以下の研掃材を投射する方
法」、特開昭61−119322号公報に記載されて
いる「高圧水ジェットに研掃材スラリーを混入噴射する
方法」、特開昭61−1410号公報に記載されてい
る「ブラシロールによる機械的除去方法」、特開昭5
8−128216号公報に記載されている「上記の方
法と他(例えば上記)の方法を併せた方法」等が提案
されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
の方法は、前述した鋼材走行時の接触、衝突によるノズ
ル損傷防止対策が必要であるとともに、本発明者の実
験、検討によればノズル近接化による衝突力の増加にも
限度があり、上記したような合金鋼の脱スケールにはや
はり水ジェットの増圧が必要であった。
【0008】また、及びの方法は、低圧での高効率
脱スケールは可能であるが、脱スケール後、研掃材のク
リーニングを十分に行わないと研掃材による押し込み疵
が発生し易い。また、跳ね返った研掃材による周辺機器
設備の摩耗も発生するため、その防護設備が必要であ
り、そのメンテナンスも大変である。
【0009】また、の方法は、ブラシの損耗が激し
く、頻繁にブラシの交換を行わなければならず、メンテ
ナンスコストが高くなる。さらに、の方法は、スケー
ルの除去効率は非常に良いものの、上述した欠点をそれ
ぞれ兼ね備えており、メンテナンスの問題が大きい。
【0010】本発明は、上記した問題点の全くない、低
圧で高効率の脱スケール方法を提供することを目的とし
ている。
【0011】
【課題を解決するための手段】液体を一定の圧力でノズ
ルから噴射する定常ジェット(連続ジェット)に比べ
て、この定常ジェットに時間的変動を付与した非定常ジ
ェット(不連続ジェット)では、水撃作用の発現により
物体への衝突圧力が増大することはよく知られている。
ちなみに、非定常ジェットでは、持続時間は短いが、そ
の衝突圧力は定常ジェットと比較して約一桁大きくな
る。従って、この非定常ジェットを加工、洗浄、破壊に
利用することが考えられ、定常ジェットに機械的、電気
的、あるいは自励共振的振動を加える種々の方法が考案
されている(山本勝弘、能美基彦;非定常高速水噴流に
ついて,ターボ機械,第17巻第11号,1989年1
1月)。
【0012】本発明者は、上記した知見に鑑み、高速水
ジェットの壊食特性に関して種々の調査、実験検討を行
い、上記した外部変動付与方式に対して、液体の内部か
らの変動発生方法を発明し、以下の本発明を成立させ
た。
【0013】すなわち、本発明の脱スケール方法は、加
圧した液体をノズルから噴射させることにより形成する
高圧液体ジェットを対象物に衝突させてスケールを除去
する脱スケール方法において、前記液体として、気泡を
大気圧下における体積割合で少なくとも1%以上分散さ
せた液体を使用することを要旨とするものである。本発
明方法において、ノズルから噴射させる液体に所要径以
下の気泡を大気圧下における体積割合で少なくとも1%
以上分散させるのは、後述する実験結果に基づくもので
ある。
【0014】
【作用】微量の気泡を分散混合した液体を加圧してノズ
ルから噴出すると、ノズル出口において前記液体は大気
圧まで減圧されるので、気体は発泡する。この発泡によ
り液体ジェットは分断されて液滴となるとともに、気泡
の急膨張により液滴はノズルからの噴出速度よりさらに
加速される。
【0015】すなわち、ノズル直上の流速がノズルから
の噴出速度に比べて十分小さいとしてこれを無視した場
合、ノズルから噴射される液体ジェットの速度Vl (m
/秒)は、ノズル直上の圧力をP0(Pa)、噴出され
る液体ジェット部の雰囲気圧力をPa(Pa)、液体の
密度をρl (kg/m3 )とすると、下記数式1で表さ
れる。なお、数式1でCはノズルの流量係数であり、ノ
ズルの形状や仕上げ状況によって異なるが、良好に仕上
げられた円形ノズルでは0.9〜1である。
【0016】
【数1】Vl =C〔2(P0−Pa)/ρl 〕1/2
【0017】一方、ノズル直上の流速がノズルからの噴
出速度に比べて十分小さいとしてこれを無視した場合、
ノズルから噴射される気体ジェットのノズル出口直後で
の速度Vg(m/秒)は、噴出される気体ジェット部の
雰囲気温度をTa(K)、気体の比熱比をκ(−)、ガ
ス定数をR(J/kg/K)とすると、下記数式2で表
される。
【0018】
【数2】
【0019】ちなみに、100kg/cm2 のノズル圧
力で大気中に噴射した場合、常温の水ではノズルの流量
係数を1とすると吐出流速は140m/秒であるが、常
温の空気では798m/秒と水の約5.7倍の速度にな
るとともに、衝撃波の発生を伴う。
【0020】そこで、気体を分散混合した液体をノズル
から噴射すると、急減圧のため、気体は発泡してその速
度は液体よりも速くなる。従って、発泡気体は液体ジェ
ットを分断して不連続ジェットを形成するとともに、発
泡気体が分断液滴を加速するので物体への衝突圧力はよ
り増加する。
【0021】以上より、かかる気体分散混合液体ジェッ
トを脱スケールに応用すれば、低圧で高能率のスケール
除去が可能となる。本発明方法は、上記した気体分散混
合液体ジェットを利用したものである。
【0022】
【実施例】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づ
いて説明する。図1は本発明方法を実施する装置の1実
施例を示す説明図である。
【0023】図1において、1は噴射液体の供給配管で
あり、この供給配管1を通ってタンク3内に供給される
噴射液体は液体流量調整弁2により供給量が調節され
る。また、このタンク3には圧縮空気の供給配管4を通
って圧縮空気が供給されるが、この圧縮空気は気体流量
調整弁5によって供給量を調節した後、例えばセラミッ
クフィルター6を介してバブリングさせ、例えば300
μm以下の微小気泡を噴射液体中に分散混合させてい
る。
【0024】そして、微小気泡を分散混合させた噴射液
体は、高圧ポンプユニット7に導かれ、ここで噴射所要
圧力まで加圧された後、脱スケール用ノズルヘッダー8
a・8bに供給されて、ノズル9から鋼材10の表裏面
に向けて噴射される。
【0025】この噴射過程において、噴射液体中に分散
混合した微小気泡は液体ジェットを分断するとともに液
滴を加速し、衝突力が強化された状態で鋼材10に衝突
し、良好な脱スケール能力を発揮する。
【0026】次に、本発明方法を実施した場合の効果を
実験的に検討した結果を、従来方法と比較して説明す
る。実験は、鋼材を電気炉により大気雰囲気下で加熱し
てスケールを発生させた後、本発明方法による非定常ジ
ェットを噴射してスケールの剥離除去状況を観察するこ
とにより行った。
【0027】使用した鋼材は、ファイヤライト(2Fe
O・SiO2 )の発生によりスケールの剥離除去性が悪
いと言われている、下記表1に示す化学成分を有する、
Siキルド鋼を用いた。
【0028】
【表1】
【0029】本実験で用いた本発明方法は、下記の諸元
の、図1に示す装置を用いて行った。 記 タンクの内容積 ;100リットル 高圧ポンプユニット ;55KW電動機駆動の能力が5
00Kg/cm2×52l/分の三連プランジャーポンプ セラミックフィルター;100メッシュ
【0030】本実験では、ノズルは内径が1.5mmの
ものを使用し、圧縮空気駆動のリニアーシリンダーに取
り付けて、前記鋼材上を一定の速度で移動させることに
よってスケールの除去を行った。また、従来方法は、タ
ンクでの空気バブリングを行わずに気泡混入のない水を
直接高圧ユニットに供給することにより行った。実験の
結果を下記表2に示す。本実験では、表2のように、脱
スケールの評価は、脱スケール部(ジェットが当たった
部分)のスケール残存率を目視判定により行った。表2
において、◎はスケール残存率が1〜2%未満を、○は
同じく2〜5%を、△は5〜10%を、×は10%を超
えたものを示している。
【0031】
【表2】
【0032】上記表2に示すように、スケールの除去率
の悪いSiキルド鋼において十分な脱スケールを行うた
めには、従来方法では400〜500Kg/cm2の高圧が必
要であったのに対して、本発明方法では気泡混入率を1
%以上にすれば脱スケール効果が現れ、気泡混入率を3
%にすると200〜300Kg/cm2と従来方法の約半分の
圧力で効率良く脱スケールが行えることが確認できた。
なお、本発明方法では、従来法に比べて低圧で効率よく
脱スケールが行えるが、ノズルから噴出後に気体の発泡
が起こるので、従来法に比べてジェット噴出騒音がわず
かに大きくなるが、実用上、差し支えることはない。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鋼材の脱スケールを比較的低圧で、かつ、効率よく行う
ことができ、品質の向上に有利である。また、従来の方
法、装置を使用して脱スケールを行う場合と比較してコ
ストの低減も図れる。
【0034】なお、本実施例では鋼材の脱スケールにつ
いてのみ説明したが、本発明の技術はこれに限らず、構
造物の表面洗浄剥離、すなわち、ビルの内外壁、床、天
井の洗浄、コンクリート面の洗浄剥離、構造物へのコー
ティング材の剥離洗浄、船舶の付着物の剥離洗浄、岩盤
の掘削等への応用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法実施する装置の1実施例を示す説明
図である。
【符号の説明】
1 噴射液体の供給配管 3 タンク 4 圧縮空気の供給配管 6 セラミックフィルター 7 高圧ポンプユニット 9 ノズル 10 鋼材
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−6010(JP,A) 特開 昭59−19019(JP,A) 特開 昭59−76615(JP,A) 特開 昭59−20480(JP,A) 特開 昭61−119322(JP,A) 特開 昭61−1410(JP,A) 特開 昭58−128216(JP,A) 特開 平6−142751(JP,A) 特開 昭63−309318(JP,A) 特開 平2−182315(JP,A) 特開 平6−179014(JP,A) 特開 昭53−18431(JP,A) 実開 昭64−20904(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 45/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加圧した液体をノズルから噴射させるこ
    とにより形成する高圧液体ジェットを対象物に衝突させ
    てスケールを除去する脱スケール方法において、前記液
    体として、気泡を大気圧下における体積割合で少なくと
    も1%以上分散させた液体を使用することを特徴とする
    脱スケール方法。
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