JP3994582B2

JP3994582B2 - 鋼板のデスケーリング方法

Info

Publication number: JP3994582B2
Application number: JP18315199A
Authority: JP
Inventors: 光岡田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2019-06-29
Also published as: JP2001009520A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延ラインにおける鋼板のデスケーリング方法、詳しくは、連続式熱間圧延機の仕上スタンドの入側で鋼板表面のスケールを除去し、二次スケールの生成を抑制してスケール疵のない表面性状の良好な熱延鋼板を製造するデスケーリング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱延鋼板は、通常１１００〜１３５０℃程度に加熱されたスラブに粗圧延、次いで仕上圧延を施して製造される。その際、スラブ加熱時に生じる一次スケールや、この一次スケールを除去した後に生じる二次スケールが鋼板表面に残存したまま圧延をおこなうと、鋼板表面にスケールが噛み込んだいわゆるスケール疵が発生し、製品品質を低下させる。このようなスケール疵の発生を防止する目的で、通常、圧延ラインには高圧水の噴射によりスケールを除去するデスケーリング装置が配置され、一次スケールや二次スケールを除去しながら圧延がおこなわれる。しかしながら、特に圧延温度が高い場合には、スケールの生成速度が大きく、デスケーリング装置から圧延機の間、あるいは圧延機間で生成する二次スケールの量が多くなりこれが原因でスケール疵が発生しやすい。
【０００３】
図１は、仕上スタンド７基（Ｆ１スタンド〜Ｆ７スタンド）による熱延鋼板の仕上圧延におけるＦ１スタンド入側から巻取りまでの鋼板表面温度とスケール厚の経時変化の一例を示すグラフである。
【０００４】
図１に示すように、Ｆ１スタンド入側に設置されたデスケーリング装置によりスケールは除去され、スケール厚は０ｍｍになるが、直ちに二次スケールの生成が始まり、Ｆ１スタンド入側ではスケール厚は５μｍ程度となる。ここで、鋼板は圧延されて延ばされるが、この時、スケールも同時に延ばされるためスケール厚は薄くなるが、Ｆ２スタンドに移動する間にスケールは成長し、スケール厚は７．３μｍ程度となる。この様に圧延による減厚と成長を繰り返しながらスケール厚は変化していく。図示例は、Ｆ１スタンド入側の鋼板表面温度が９７５℃の場合であるが、鋼板表面温度が高くなったり、圧延速度が遅い場合には各スタンド入側のスケール厚は更に大きくなる。
【０００５】
二次スケールによるスケール疵を防止する方法として、特開昭５７−１５４３０１号公報には、圧延直前に鋼板を冷却し、生成する二次スケールを抑制する方法が開示されている。しかし、二次スケールの抑制効果が不十分であるという問題や鋼板冷却により仕上温度が確保できないという欠点がある。
【０００６】
また、特開平０７−１７１６１０号公報には、仕上前段スタンド入側にデスケーリング装置を設け、圧延時のスケールが１０μｍを超える場合、鋼板表面に０．１５kgf/cm²以上の高圧水を噴射した後、１秒以内で圧延する方法が提示されている。しかし、製造条件によっては、スケール除去が不十分であったり、必要以上に高圧水を噴射する結果、鋼板の温度低下が大きく仕上温度が確保できないという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来の問題を解決し、鋼板の大幅な温度低下を抑制しながら二次スケールを効果的に除去してスケール疵のない表面性状の良好な熱延鋼板を製造する鋼板のデスケーリング方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、熱間圧延時に生成する二次スケールに起因して発生するスケール疵を防止して鋼板の品質向上を図るべく、スケール疵の発生要因とスケール除去に必要なデスケーリング条件を調査し、以下の知見を得た。
【０００９】
ａ．特開平０７−１７１６１０号公報に開示されたように高圧水の衝突圧を規定する方法では、鋼板速度が速い場合にはデスケーリング能力が不足しスケール除去が不十分となり、スケール厚が薄く鋼板速度が遅い場合には能力過多となり必要以上に鋼板が冷却されるという問題が生じる。
【００１０】
ｂ．高圧水の噴射によるスケールの剥離性は、衝突圧によって決まるのではなく、鋼板単位面積当たりに噴射された高圧水のエネルギ (吐出圧×流量／噴射面積) によって評価できる。
【００１１】
ｃ．スケール厚が薄いほど低いエネルギでスケールの除去が可能となる。
ｄ．スケール疵は、圧延時のスケール厚と鋼板表面温度の双方に密接な関係があり、スケール厚が鋼板表面温度により定まる限界値以下であればスケール疵は発生しない。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいて完成されたもので、その要旨は以下の通りである。
（１）熱間連続圧延機の仕上スタンドの入側にデスケーリング装置を設け、スプレー水の噴射により鋼板表面の二次スケールの除去を行うに際し、仕上スタンド入側の二次スケール厚を求め、次いで該二次スケール厚から二次スケール除去に必要な最低限の鋼板単位面積当たりの噴射エネルギＥｏを求め、次いでスプレー水の噴射による鋼板単位面積当たりの噴射エネルギＥがＥｏ〜Ｅｏ＋３５４４００（Ｊ／ｍ^２）の範囲になるように上記デスケーリング装置の噴射圧、ノズル流量、ノズル噴射幅を決定してスプレー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。
【００１３】
（２）上記仕上スタンド入側の二次スケール厚Ｙ（μｍ）が下記式を満足することを特徴とする上記（１）項に記載の鋼板のデスケーリング方法。
Ｙ＞−０．０２４Ｔ＋３１．０３
但し、Ｔ：仕上スタンド入側の鋼板表面温度（℃）
【００１５】
【発明の実施の形態】
スプレー水の噴射により鋼板表面に与えられるエネルギは、鋼帯単位面積当たりの噴射エネルギをＥ（Ｊ／ｍ²）とすると、下記（１）式で表される。なお、以下、Ｅを単に噴射エネルギともいう。
【００１６】
Ｅ＝Ｐ×Ｑ／（Ｗ×Ｖ）（１）
但し、Ｐ：スプレー水噴射吐出圧（Ｐａ）
Ｑ：ノズル１個当たりの流量（ｍ³／ｓｅｃ）
Ｗ：ノズル１個当たりの噴射幅（ｍ）
Ｖ：鋼板速度 (ｍ／sec)
以下、Ｐを噴射吐出圧、Ｑをノズル流量、Ｗをノズル噴射幅ともいう。
【００１７】
本発明者は、スケール厚を５〜３０μｍに調整した鋼板表面温度：１０００℃の鋼板（Ｃ：０．０５重量％、厚：８ｍｍ、幅：７０ｍｍ）を対象に、噴射吐出圧Ｐ：１０〜２０ＭＰａ、ノズル流量Ｑ：２０〜１００リットル／分、ノズル噴射幅Ｗ：３０〜１５０ｍｍ、鋼板速度：０．７〜２．０ｍ／ｓの条件でデスケーリング試験をおこない、スケール剥離が噴射エネルギＥとスケール厚Ｙとで整理できることを見い出した。
【００１８】
図２は、スケール剥離に及ぼす噴射エネルギとスケール厚の影響を示すグラフである。図２に示すように、図中の線（Ｅ＝1020Ｙ²＋4360Ｙ）より上の領域ではスケールの剥離が完全におこなわれ、スケール疵の発生が防止される。上記線より下の領域ではスケール残りが発生し、スケール疵が発生する。
【００１９】
また、発明者らは、スケール厚を２〜１６μｍに調整した鋼板表面温度：６００〜１１００℃の鋼板（Ｃ：０．０５重量％、厚：８ｍｍ、幅：７０ｍｍ）を対象に、モデル圧延機を用いて圧下率３５％の圧延をおこない、スケール厚が鋼板表面温度で定まる限界値以下では圧延時にスケール疵が発生しないことを見い出した。
【００２０】
図３は、スケール疵の発生とスケール厚、鋼板表面温度との関係を示すグラフである。同図に示すように、図中の線（Ｙ＝-0.024Ｔ＋31.03 ）より下の領域ではスケール疵が発生しない。すなわち、デスケーリングは、上記線より上の領域のスケール厚を有する鋼板に対して行えばよく、上記線より下の領域のスケール厚を有する鋼板に対してはデスケーリングの必要が無く、デスケーリングに伴う鋼板の温度低下を防止し、鋼板温度を高温に維持することができることが判った。
【００２１】
以下、上記検討結果を基に完成した本発明の方法を説明する。
図４は、デスケーリング装置を備えた熱間圧延機例の仕上スタンド７基のうち前段のＦ１スタンド〜Ｆ３スタンドを示す模式図である。同図において、符号１、２はデスケーリング装置、３〜５はそれぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３の各スタンド、６は鋼板、７はスタンド間ルーパを示す。
【００２２】
本発明に係るデスケーリング装置は、仕上圧延機の各スタンドの入側に設けることができる。
【００２３】
通常、Ｆ１スタンド入側では、複数台のデスケーリング装置が設置されており、デスケーリングが行われるが、その後の二次スケールの生成により、仕上前段スタンド通過時のスケール厚は５〜２０μｍ程度となり、特に薄物圧延時にはスケール疵が発生しやすい。したがって、本発明を実施するデスケーリング装置は、二次スケールが厚くなる仕上前段スタンド入側に設置するとよい。より好ましくは、Ｆ２スタンド入側である。但し、圧延条件によっては、仕上後段スタンドでスケール疵が発生することがある。そのような場合には、それぞれのスタンドの鋼板入側直前にデスケーリング装置を設けるのが望ましい。
【００２４】
次ぎに、仕上スタンド入側のスケール厚の求め方を説明する。
鋼板表面に生成するスケール厚Ｙ（μｍ）は、下記（２）式で表される放物線則から算出されるスケール重量増加量Ｗ（ｇ／ｃｍ²）から、下記（３）式で予測することができる。
【００２５】
Ｗ²＝Ｋｐ・ｔ（２）
但し、Ｋｐ＝α・ｅｘｐ（β／Ｔ）、
α、β：定数（例えば、低炭素鋼の場合、α=0.34 、β=-16612 ）、
Ｔ：鋼板表面温度（Ｋ）、
ｔ：鋼板表面温度Ｔでの保持時間。
【００２６】
Ｙ＝Ｗ／１６×７２／ρ×１００００（３）
但し、ρ：スケールの密度（5.7g/cma）。
【００２７】
スケール厚の計算には、鋼板表面温度と鋼板速度が必要であるが、温度計算用のデータには圧延機入側に設けた温度計の出力が、また、鋼板速度はワークロールの回転速度計の出力を用いることができる。温度計算には、入熱として、圧延による加工熱や摩擦熱など、放熱として、ロールとの接触、空冷、水冷などの影響を考慮し、鋼板の板厚方向のみの熱伝導として非定常一次元熱伝導方程式を導き、これを差分法によって解くことにより求めることができる。このようにして微小時間毎に表面温度を求め、また、Ｆ１スタンド入側に設置したデスケーリング装置でスケールは完全に剥離し、各スタンドでは二次スケールが圧下率に等しい圧下を受けると仮定することにより（３）式で各スタンド入側のスケール厚を求めることができる。
【００２８】
次ぎに、スケール除去に必要な最低限の鋼板単位面積当たりの噴射エネルギＥo の求め方を説明する。
【００２９】
図２に示すように、スケール除去に必要な最低限の鋼板単位面積当たりの噴射エネルギＥ _０（Ｊ／ｍ^２）は、スケール厚Ｙ（μｍ）の関数として、以下の（４）式で求めることができる。
【００３０】
Ｅ _０＝ｆ（Ｙ）
例えば、具体的には、スケール厚が３０μｍ未満の場合には、Ｅ _０は、以下の（５）式で表される。
【００３１】
Ｅｏ＝１０２０Ｙ^２＋４３６０Ｙ（５）
本発明では、スプレー水の噴射により鋼板に与える鋼板単位面積当たりの噴射エネルギＥがＥ _Ｏ〜Ｅｏ＋３５４４００（Ｊ／ｍ^２）の範囲になるように、（１）式に基づき、デスケーリング装置の噴射吐出圧Ｐ、ノズル流量Ｑ、ノズル噴射幅Ｗを決定してスプレー水を噴射する。ＥがＥｏ未満ではスケールの除去が不十分である。ＥがＥｏ以上であればスケールの剥離性に差はないが、Ｅｏ＋３５４４００（Ｊ／ｍ^２）より大きくなると鋼板温度の低下が大きくなる。従って、ＥはＥ _Ｏ以上、Ｅｏ＋３５４４００（Ｊ／ｍ^２）以下である。なお、噴射吐出圧Ｐは、５ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以下とするのが望ましい。
【００３２】
本発明では、仕上スタンド入側のスケール厚Ｙ（μｍ）が下記（６）式を満足するときのみに行うことが望ましい。
Ｙ＞-0.024Ｔ＋31.03 （６）
但し、Ｔ：仕上スタンド入側の鋼板表面温度（℃）。
【００３３】
図３に示すように、スケール疵発生の限界線はスケール厚をＹ（μｍ）、仕上スタンド入側の鋼板表面温度をＴ（℃）とするとＹ＝-0.024Ｔ＋31.03 で表される。すなわち、（６）式を満足しない条件では、デスケーリングの必要が無い。したがって、（６）式を満足する場合にデスケーリングを行うのが望ましい。
【００３４】
本発明の別の方法は、仕上スタンド入側のスケール厚Ｙ（μｍ）が下記（７）式を満足する場合には、スプレー水の噴射を停止することを特徴とする。
Ｙ≦-0.024Ｔ＋31.03 （７）
但し、Ｔ：仕上スタンド入側の鋼板表面温度（℃）。
【００３５】
スケール厚が（７）式を満足する場合は、圧延の際にスケール疵が発生しない。従って、スプレー水の噴射を停止することにより、鋼板の温度低下を防止し、鋼板温度を高温に維持することができる。また、デスケーリングコストを低減することができる。
【００３６】
なお、仕上スタンド入側のスケール厚、仕上スタンド入側の鋼板表面温度とは、それぞれ本発明を実施するデスケーリング装置が設けられた仕上スタンドの入側のスケール厚と鋼板表面温度を指す。例えば、上記デスケーリング装置がＦ１スタンドとＦ２スタンドの間に設けられている場合には、仕上スタンド入側とはＦ２スタンドの入側を指す。
【００３７】
ところで、熱延鋼板の仕上圧延では、通常、圧延機入側の鋼板温度ならびに鋼板速度は一定でなく鋼板の長手方向に変化する。すなわち、鋼板の先端から後端に向かって鋼板温度は低下し、鋼板速度は増加する。したがって、鋼板の長手方向にスケール厚と鋼板表面温度の分布を求め、スケール厚がスケール疵の発生範囲に達しない領域ではスプレー水の噴射を停止することが望ましい。
【００３８】
【実施例】
図４に示すようにＦ１スタンドとＦ２スタンドの入側にデスケーリング装置を備えた仕上スタンド７基で構成される熱間圧延機を用い、Ｆ２スタンド入側に設けたデスケーリング装置で本発明を実施した。なお、Ｆ２スタンド以降は、圧延速度が速く鋼板温度が低いので、スケール厚がスケール疵の発生範囲に達せず、Ｆ３以降のスタンドではデスケーリング装置を設ける必要はなかった。
【００３９】
図５は、図４のＦ２スタンド入側に取り付けられた本発明を実施するためのデスケーリング装置の一例で、その一部の構成を示す縦断面図であり、符号８はデスケーリングヘッダ、９はデスケーリングノズル、１０は圧延機のワークロールを示す。
【００４０】
図５に示すように、鋼板を挟んで上下に設けられたデスケーリング装置は、デスケーリングヘッダ８とデスケーリングノズル９を備え、図示していないデスケーリングポンプによりデスケーリングノズル９に供給されたスプレ水は鋼板表面に噴射される。デスケーリングノズルの圧延方向への傾きは１０°、デスケーリングノズルの先端から鋼板の表面までの距離は２００ｍｍとした。スプレー水が鋼板に衝突する位置からワークロール中心までの距離は１０００ｍｍである。
【００４１】
このようなデスケーリングが取り付けられた仕上スタンドにより、厚：１８ｍｍ、幅：１２００ｍｍの低炭素鋼（Ｃ：０．０５％）の鋼板を対象として、仕上寸法が厚：２．０ｍｍの熱延鋼板に圧延した。Ｆ２スタンド入側に設けたデスケーリング装置では、Ｆ１スタンド入側に設けたデスケーリング装置によるデスケーリング直後のスケール厚を０ｍｍとし、その後形成されるＦ２スタンド入側における二次スケールの厚さを鋼板速度と鋼板表面温度から（３）式で予測し、この予測したスケール厚に基づいてＥｏを求め、次いでＥがＥ _Ｏ〜Ｅｏ＋３５４４００（Ｊ／ｍ^２）の範囲となるように噴射圧、ノズル流量、ノズル噴射幅を調整した。圧延により得られた鋼板表面のスケール疵発生面積を調査してスケール疵発生面積比（スケール疵発生面積／鋼板表面総面積×１００％）を求め、スケール疵発生の程度を評価した。Ｆ７出側およびＦ１入側に設けた温度計で鋼板表面温度を測定して鋼板表面温度差（Ｆ１入側鋼板表面温度−Ｆ７出側鋼板表面温度）を求め、デスケーリングに伴う鋼板表面温度低下の程度を評価した。
【００４２】
表１にＦ２スタンド入側に設けたデスケーリング装置でのデスケーリング条件とともにスケール疵発生状況ならびに鋼板表面温度低下状況を示す。スケール疵発生状況は、スケール疵発生面積比が５％以下を○で、５％超を×で示した。鋼板表面温度低下状況は、鋼板表面温度差が１５０℃以下を○、１５０℃超を×で示した。なお、総合評価は、スケール疵発生状況と鋼板表面温度低下状況のいずれも○の場合を合格として○で、その他は不合格として×で表した。
【００４３】
【表１】

【００４４】
表１に示すように、Ｎｏ．１の参考例は、Ｆ２スタンド入側のスケール厚が（７）式を満足していたのでＦ２スタンド入側に設けたデスケーリング装置のスプレー水の噴射を停止したが、スケール疵の発生が無く表面性状は良好であった。噴射エネルギＥをＥｏ〜Ｅｏ＋３５４４００（Ｊ／ｍ^２）の範囲としてスプレー水を噴射したＮｏ．５〜７、９〜１３、２１、２５〜２７の本発明例では、スケール疵発生面積比が５％以下で表面性状良好な鋼板が得られ、鋼板表面温度差も１５０℃以下で温度低下が少なく良好であった。一方、Ｎｏ．２〜４、８、１６〜２０、２２〜２４の比較例では、スケール疵面積比が５％超で表面性状が不良であった。また、Ｎｏ．１４、１５、２８、２９の比較例では、スケール疵発生面積比は５％以下で良好であったが、鋼板表面の温度低下が大きく不良であった。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼板の表面温度の大幅な低下を防止しながら二次スケールを効果的に除去し、スケール疵のない表面品質に優れた熱延鋼板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】仕上スタンド７基による熱延鋼板の仕上圧延におけるＦ１スタンド入側から巻取りまでの鋼板表面温度とスケール厚の経時変化の一例を示すグラフである。
【図２】スケール剥離に及ぼすＥとスケール厚の影響を示すグラフである。
【図３】スケールの発生とスケール厚、鋼板表面温度との関係を示すグラフである。
【図４】デスケーリング装置を備えた熱間圧延機例の仕上スタンド７基のうち前段のＦ１スタンド〜Ｆ３スタンドを示す模式図である。
【図５】図４のＦ２スタンド入側に取り付けられた本発明を実施するためのデスケーリング装置の一例で、その一部の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１、２：デスケーリン装置、
３：Ｆ１スタンド、４：Ｆ２スタンド、
５：Ｆ３スタンド、６：鋼板、
７：スタンド間ルーパ、
８：デスケーリングヘッダ、
９：デスケーリングノズル、
１０：ワークロール。

Claims

熱間連続圧延機の仕上スタンドの入側にデスケーリング装置を設け、スプレー水の噴射により鋼板表面の二次スケールの除去を行うに際し、仕上スタンド入側の二次スケール厚を求め、次いで該二次スケール厚から二次スケール除去に必要な最低限の鋼板単位面積当たりの噴射エネルギＥｏを求め、次いでスプレー水の噴射による鋼板単位面積当たりの噴射エネルギＥがＥｏ〜Ｅｏ＋３５４４００（Ｊ／ｍ^２）の範囲になるように上記デスケーリング装置の噴射圧、ノズル流量、ノズル噴射幅を決定してスプレー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。
上記仕上スタンド入側の二次スケール厚Ｙ（μｍ）が下記式を満足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。
Ｙ＞−０．０２４Ｔ＋３１．０３
但し、Ｔ：仕上スタンド入側の鋼板表面温度（℃）