JP4400761B2 - スケール除去方法およびスケール除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧噴射ノズルから噴射した研掃材を鋼管内面に衝突させることにより鋼管内面のブラスト処理を行うスケール除去方法およびスケール除去装置に関する。

鋼管には、その目的に応じて熱処理が実施されることが多い。熱処理時に鋼管の内外表面に発生したスケールを除去する（脱スケールする）ことは、鋼管の品質を向上させるために重要である。鋼管内面の脱スケール法としては、鉄、ステンレス、アルミナ、珪砂などの研掃材を鋼管の内面に衝突させスケールを除去する、いわゆるブラスト処理が知られている。ブラスト処理としては、例えば、サンドブラスト、ショットブラスト、グリットブラストなどがあり、研掃材の噴射方法として、高圧噴射式もしくは負圧吸引式、またはこれらの組み合わせた方式が採用されている。

高圧噴射式のブラスト処理装置とは、例えば、回動自在のローラ上に鋼管を載置して鋼管を回転状態とし、鋼管の端部から高圧噴射ノズルを挿入し、高圧噴射ノズルから研掃材を鋼管内面に吹き付けつつ、長手方向に移動させることにより研掃材を鋼管内面に衝突させてスケールを除去するものである。ブラスト処理後の粉塵は、通常、高圧噴射ノズルを挿入した鋼管の端部とは反対側の端部に設置された集塵機によって回収される。

負圧吸引式のブラスト処理装置とは、例えば、鋼管の一端に吸引機を設置し、吸引機により鋼管内部を負圧にした状態で、他端から研掃材を装入し、鋼管内を移動する研掃材が管内面に衝突してスケールを除去するものである。

高圧噴射式のブラスト処理装置には、ノズルに研掃材を輸送するための管（輸送管）の長さが長尺となるため、広大な設備スペースを要するなどのデメリットがあり、負圧吸引式のブラスト処理装置には、研掃材の衝突角度が小さくなるため、スケール除去能力が低下するなどのデメリットがある。

出願人は、これらのブラスト処理装置のデメリットを補うべく、特許文献１において、鋼管の一方管端部内面についてブラスト処理を行う第１高圧噴射ブラスト処理部と、鋼管の他方管端部内面についてブラスト処理を行う第２高圧噴射ブラスト処理部と、鋼管の全長内面についてブラスト処理を行う負圧吸引ブラスト処理部とを並列配置し、これらブラスト処理部間に鋼管の受渡し装置を設けたスケール除去設備に関する発明を開示した。この発明では、負圧吸引ブラスト処理では除去しにくい鋼管の端部付近のスケールを、高圧噴射ブラスト処理で除去することとしている。

特開平１１−３２０４１３

高圧噴射ブラスト処理の集塵機に使用されるブロアは、負圧吸引ブラスト処理の吸引機に使用されるブロア（９０ｋW以上）に比べて、低容量（通常、４０ｋW程度またはそれ以下）のものが用いられる。これは、負圧吸引ブラスト処理の吸引機は、鋼管を負圧とし、研掃材を輸送するのに十分な気流を発生しなければならないのに対し、高圧噴射ブラスト処理では、研掃材の輸送が高圧噴射ノズルによって行われるため、その集塵機は、単に、粉塵（研掃材およびその破片、除去されたスケール等）の回収を目的とするものだからである。

図４は、従来の高圧噴射ブラスト処理における問題点を示す図である。図４に示すように、高圧噴射ブラスト処理では、例えば、コンプレッサ（図示せず）から圧縮空気を送ると共に、研掃材タンク（図示せず）から研掃材移送管１へ供給することで、ノズル２から高圧の研掃材（図示せず）が噴射される。研掃材移送管１の外径と被ブラスト材である鋼管３の内径との差が小さい場合または十分に大きい場合には、集塵機４としてノズル２での流量に応じた容量のブロアを用いることができる。しかし、上記の差がある一定範囲内にある場合には鋼管３内に流入する空気量が想定外に増大し、集塵機４の吸引能力を超え、粉塵５が大気中に発散する場合がある。

これは、ブラスト処理中、高圧噴射ノズル２から噴射された研掃材により、鋼管３内で研掃材および空気の流れが発生し、そのエジェクター効果により鋼管３には、その端部（図の左端部）付近から、高圧噴射ノズル２の流量の数倍程度の空気が流入することになるからである。

このような問題を解決するために、集塵機の容量を増加させることも考えられる。しかし、エジェクター効果は、鋼管の内径によって増減するため、集塵機の吸引能力をエジェクター効果が大きい場合に合わせて設計することは省エネルギーの観点から好ましくない。

本発明は、このような問題を解決するべくなされたものであり、エジェクター効果を抑え、高圧噴射ブラスト処理において小容量の集塵機でも大気中に粉塵が飛散することのないスケール除去方法およびスケール除去装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記（１）に示すスケール除去方法および下記（２）〜（４）に示すスケール除去装置を要旨とする。

（１）高圧噴射ノズルから噴射した研掃材を鋼管内面に衝突させることにより鋼管内面のブラスト処理を行うスケール除去方法であって、高圧噴射ノズルから噴出される研掃材の移送に従って鋼管端部から鋼管内部に流入する空気を、高圧噴射ノズルを摺動できる貫通孔を有する板材を用いて抑制しつつ、ブラスト処理を行うスケール除去方法。

（２）高圧噴射ノズルから噴射した研掃材を鋼管内面に衝突させることにより鋼管内面のブラスト処理を行うスケール除去装置であって、研掃材を噴射する高圧噴射ノズルと、ブラスト処理後の粉塵を回収する集塵機と、高圧噴射ノズルから噴出される研掃材の移送に従って鋼管端部から鋼管内部に流入する空気を、高圧噴射ノズルを摺動できる貫通孔を有する板材を用いて抑制する抑止手段とを有するスケール除去装置。

上記（２）に示すスケール除去装置としては、例えば、下記の(a)を採用するのが望ましい。

(a) 鋼管の高圧噴射ノズルの挿入端とは反対側の管端から粉塵を回収できるように集塵機が設置されており、抑止手段が、鋼管の高圧噴射ノズルの挿入端を覆うことができる大きさを有する板材で構成されていること。

（３）高圧噴射ノズルから噴射した研掃材を鋼管内面に衝突させることにより鋼管内面のブラスト処理を行うスケール除去装置であって、研掃材を噴射する高圧噴射ノズルと、ブラスト処理後の粉塵を回収する集塵機と、高圧噴射ノズルから噴出される研掃材の移送に従って鋼管端部から鋼管内部に流入する空気を抑制する抑止手段とを有し、鋼管の高圧噴射ノズルの挿入端とは反対側の管端から粉塵を回収できるように集塵機が設置されており、抑止手段が、高圧噴射ノズルの外周に取り付けられ、鋼管内径と同等の外径を有する円板材で構成されており、鋼管内を摺動できることを特徴とするスケール除去装置。

（４）高圧噴射ノズルから噴射した研掃材を鋼管内面に衝突させることにより鋼管内面のブラスト処理を行うスケール除去装置であって、研掃材を噴射する高圧噴射ノズルと、ブラスト処理後の粉塵を回収する集塵機と、高圧噴射ノズルから噴出される研掃材の移送に従って鋼管端部から鋼管内部に流入する空気を抑制する抑止手段とを有し、鋼管の高圧噴射ノズルの挿入端とは反対側の管端に抑止手段が設置され、鋼管の高圧噴射ノズルの挿入端と同一の管端から粉塵を回収できるように集塵機が設置されており、抑止手段が、鋼管端部を覆うことができる大きさを有する板材を用いることを特徴とするスケール除去装置。

本発明によれば、高圧噴射ブラスト処理において小容量の集塵機でも大気中に粉塵が飛散することがないので、省エネルギーと作業環境の向上とを同時に実現できる。

本発明に係るスケール除去装置の一例を示す図 本発明に係るスケール除去装置の他の例を示す図 本発明に係るスケール除去装置の他の例を示す図 従来のスケール除去装置を示す図 管内径およびノズル圧を種々変えて行った実験における管内径と管内空気流量との関係を示す図 本発明例および比較例における管内径と管内空気流量との関係を示す図 実験条件を示す図 管内流量の測定位置を示す図 位置指標Ｘと流量指標Ｙとの関係を示す図

図１〜３を使って、本発明の実施態様を説明する。図１に示すように、本発明に係るスケール除去装置７は、高圧噴射ノズル２から噴射した研掃材（図示せず）を鋼管３内面に衝突させることにより鋼管３内面のブラスト処理を行うスケール除去装置である。このスケール除去装置７は、研掃材を噴射する高圧噴射ノズル２と、ブラスト処理後の粉塵を回収する集塵機４と、高圧噴射ノズル２から噴出される研掃材の移送に従って鋼管３端部から鋼管３内部に流入する空気を抑制する抑止手段６とを有する。

これによりブラスト処理中、鋼管３の端部（図の左端部）から、鋼管３内部に流入する空気を抑制することができるため、集塵機の容量を増加させなくても、ブラスト処理によって生じた粉塵を回収することができる。

本発明に係るスケール除去装置７としては、例えば、図１に示すように、鋼管３の高圧噴射ノズル２の挿入端（図１の鋼管３の左端部）とは反対側の管端（図１の鋼管３の右端部）から粉塵を回収できるように集塵機４が設置されており、抑止手段６が、鋼管３の高圧噴射ノズル２の挿入端（図１の鋼管３の左端部）を覆うことができる大きさを有する板材で構成され、高圧噴射ノズル２を摺動できる貫通孔を有するものを用いることができる。

また、本発明に係るスケール除去装置７としては、例えば、図２に示すように、鋼管３の高圧噴射ノズル２の挿入端（図２の鋼管３の左端部）とは反対側の管端（図２の鋼管３の右端部）から粉塵を回収できるように集塵機４が設置されている点は図１に示す例と同様であるが、抑止手段６が、高圧噴射ノズル２の外周に取り付けられ、鋼管３内径と同等の外径を有する円板材で構成されており、鋼管３内を摺動できるものを用いることもできる。

本発明に係るスケール除去装置７としては、例えば、図３に示すように、鋼管３の高圧噴射ノズル２の挿入端（図３の鋼管３の左端部）とは反対側の管端（図３の鋼管３の右端部）に抑止手段６が設置され、鋼管３の高圧噴射ノズル２の挿入端（図３の鋼管３の左端部）と同一の管端から粉塵を回収できるように集塵機（図示せず）が設置されており、抑止手段６が、鋼管３端部を覆うことができる大きさを有する板材で構成されているものを用いることもできる。

抑止手段としては、ゴムその他の伸縮素材を用いるのが望ましい。また、鋼管端部からの空気の流入を抑止できる構成であれば、特に制限はないが、例えば、図２に示す例では、鋼管のサイズが大きく異なる場合には、抑止手段のサイズを変更する必要が生じるので、ブラスト処理する鋼管のサイズが変わる頻度が多い場合には、図１または図３に示す例のように、鋼管外径より十分に大きいサイズの板材を用いるのが望ましい。また、図１または図２では、噴射ノズル挿入端と反対側の管端に粉塵を回収するための集塵機２台が必要であるが、図３ではノズル挿入端と同一の管端から粉塵を回収するための集塵機１台でよい。従って、図３に示す例は、装置がシンプルで、かつ消耗部品点数を減らすことができるので、修繕費用の観点から望ましい。

高圧噴射ノズルで鋼管の全長に渡ってスケールを除去する場合には、輸送管を長尺化せざるを得ず、また、噴射させる研掃材の量を増加させる必要がある。従って、管内に研掃材が残存しやすく、研掃材の残存量が多くなると、輸送管の移動作業が困難となる場合があるので、本発明のスケール除去装置は、特に、高圧噴射ノズルで鋼管の管端のスケール除去を行う場合に有効である。

本発明の効果を確認するべく、まず、内径の異なる管の一端から高圧噴射ノズルを挿入し、ノズルの噴出圧力（ノズル圧）を種々変えて空気を噴出させ、ノズルを挿入したのとは反対側の管端における空気流量を確認する実験を行った。実験では、研掃材移送管の内径を５．２７ｍｍ、高圧噴射ノズルを用いてノズル圧で４．９〜３９．２Ｎ／ｃｍ^２）の空気を内径の異なる鋼管に空気を吹き込んだときに管端部から排出される空気量を測定した。その結果を図５に示す。

管内空気流量は、２Ｎｍ^３／ｍｉｎ以下であれば、１４．０ｋＷ（口径１００Φｍｍ，１７５０ｒｐｍ，−５０００ｍｍＡｑ）の低容量ブロアの集塵能力でもブラスト処理時に発生する粉塵を全て除去することができるが、５Ｎｍ^３／ｍｉｎを超えると、上記の低容量ブロアでは集塵が不十分となり、粉塵が大気中に飛散しやすくなる。従って、管内空気流量は、５Ｎｍ^３／ｍｉｎ以下に管理する必要があり、２Ｎｍ^３／ｍｉｎ以下であればより望ましい。

図５に示すように、ノズル圧が大きいほど、管内の空気流量が多くなる。例えば、管内径が５５ｍｍの例を見れば明らかなように、ノズル圧が４．９Ｎ／ｃｍ^２または９．８Ｎ／ｃｍ^２の例では、管内空気流量を５Ｎｍ^３／ｍｉｎ以下に抑えることができるが、ノズル圧が１９．６Ｎ／ｃｍ^２以上の例では、管内空気流量が５Ｎｍ^３／ｍｉｎを超える。一方、管内径が大きい場合にも管内の空気流量が多くなる。例えば、ノズル圧が２９．４Ｎ／ｃｍ^２の例を見れば明らかなように、管内径が３１ｍｍまたは４４ｍｍの例では、管内空気流量を５Ｎｍ^３／ｍｉｎ以下に抑えることができるが、管内径が５５ｍｍ以上の例では、管内空気流量が５Ｎｍ^３／ｍｉｎを超える。

次に、図１に示す本発明の抑止手段を用い、種々の管内径を有する管の一端に高圧噴射ノズルを挿入し、ノズルを挿入した側の管端を塞いだ状態で、ノズル圧３９．２Ｎ／ｃｍ^２の空気を噴出させ、上記と同様、ノズルを挿入したのとは反対側の管端における空気流量を確認する実験を行った。その結果を図６に示す。なお、図６中の比較例は、前掲の３９．２Ｎ／ｃｍ^２の例である。

図６に示すように、本発明例では、３９．２Ｎ／ｃｍ^２という高い圧力の空気を噴出させた場合でも管内の空気流量は、それほど増加せず、いずれの例においても管内空気流量を５Ｎｍ^３／ｍｉｎ以下に制限することができた。

続いて、図２および図３に示す抑止手段を用いて、上記と同様の実験を行ったが、図６に示す本発明例と同様、管内空気流量を５Ｎｍ^３／ｍｉｎ以下に制限することができた。

次に、粉塵が発生しない条件を検討するべく、外径が８８．９ｍｍ、１１４．３ｍｍおよび１７７．８ｍｍの鋼管を用意し、鋼管の一方端から高圧噴射ノズル（ノズル径：１０．０ｍｍ）を挿入し、研掃材を吹き付けつつ（噴射流量：５．９Ｎｍ^３／ｍｉｎ）、他端に接続した集塵機によりこれを吸入し（吸引流量：１１．９Ｎｍ^３／ｍｉｎ）、このときの粉塵の発生状況および管内流量を調査した。吸引流量／噴射流量（以下、「Ｙｃ」と呼ぶ。）は、２であった。実験は、図７に示すように、ノズル挿入側の管端の付近に、抑止手段として鋼管の内径以上の大きさの抑止板を用意し、管端と抑止板との距離ａを種々変えて行った。管内流量は、集塵機接続側の管端における円中心部の１点および円周部の４点、即ち、図８に「●」で示す５点、の流量の平均値である。

図９には、「距離ａ／ノズル径」（以下、「位置指標Ｘ」と呼ぶ。）と「管内流量／噴出流量」（以下、「流量指標Ｙ」と呼ぶ。）との関係を示す。図９に示すように、いずれの鋼管においても、位置指標Ｘの値が大きくなるほど、流量指標Ｙの値が大きくなる。その傾向は、鋼管のサイズが大きくなるほど、顕著となる。一方、いずれの鋼管においても、流量指標Ｙが２を超える、即ち、Ｙｃを超えると粉塵が発生した。従って、粉塵を防止するためには、流量指標ＹがＹｃを超えないことが重要である。管内流量が集塵機の吸引流量を超えないようにするためには、距離Ｘをノズル径との関係で適切な範囲に設定する必要がある。

本発明によれば、高圧噴射ブラスト処理において小容量の集塵機でも大気中に粉塵が飛散することがないので、省エネルギーで作業環境の向上を実現できる。

符号の説明

１．研掃材移送管
２．高圧噴射ノズル
３．鋼管
４．集塵機
５．粉塵
６．抑止手段
７．スケール除去装置

Claims (5)

1. 高圧噴射ノズルから噴射した研掃材を鋼管内面に衝突させることにより鋼管内面のブラスト処理を行うスケール除去方法であって、高圧噴射ノズルから噴出される研掃材の移送に従って鋼管端部から鋼管内部に流入する空気を、高圧噴射ノズルを摺動できる貫通孔を有する板材を用いて抑制しつつ、ブラスト処理を行うスケール除去方法。
2. 高圧噴射ノズルから噴射した研掃材を鋼管内面に衝突させることにより鋼管内面のブラスト処理を行うスケール除去装置であって、研掃材を噴射する高圧噴射ノズルと、ブラスト処理後の粉塵を回収する集塵機と、高圧噴射ノズルから噴出される研掃材の移送に従って鋼管端部から鋼管内部に流入する空気を、高圧噴射ノズルを摺動できる貫通孔を有する板材を用いて抑制する抑止手段とを有するスケール除去装置。
3. 鋼管の高圧噴射ノズルの挿入端とは反対側の管端から粉塵を回収できるように集塵機が設置されており、抑止手段が、鋼管の高圧噴射ノズルの挿入端を覆うことができる大きさを有する板材で構成されていることを特徴とする請求項２に記載のスケール除去装置。
4. 高圧噴射ノズルから噴射した研掃材を鋼管内面に衝突させることにより鋼管内面のブラスト処理を行うスケール除去装置であって、研掃材を噴射する高圧噴射ノズルと、ブラスト処理後の粉塵を回収する集塵機と、高圧噴射ノズルから噴出される研掃材の移送に従って鋼管端部から鋼管内部に流入する空気を抑制する抑止手段とを有し、
   鋼管の高圧噴射ノズルの挿入端とは反対側の管端から粉塵を回収できるように集塵機が設置されており、
   抑止手段が、高圧噴射ノズルの外周に取り付けられ、鋼管内径と同等の外径を有する円板材で構成されており、鋼管内を摺動できることを特徴とするスケール除去装置。
5. 高圧噴射ノズルから噴射した研掃材を鋼管内面に衝突させることにより鋼管内面のブラスト処理を行うスケール除去装置であって、研掃材を噴射する高圧噴射ノズルと、ブラスト処理後の粉塵を回収する集塵機と、高圧噴射ノズルから噴出される研掃材の移送に従って鋼管端部から鋼管内部に流入する空気を抑制する抑止手段とを有し、
   鋼管の高圧噴射ノズルの挿入端とは反対側の管端に抑止手段が設置され、鋼管の高圧噴射ノズルの挿入端と同一の管端から粉塵を回収できるように集塵機が設置されており、
   抑止手段が、鋼管端部を覆うことができる大きさを有する板材を用いることを特徴とするスケール除去装置。

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