JP4607701B2 - 熱間鋼材のメカニカルデスケーリング方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱間圧延ラインにおいて熱間圧延に先立ち、加熱炉から抽出されて圧延機へ搬送されるビレットなどの熱間鋼材の表面に発生しているスケールを除去する熱間鋼材のメカニカルデスケーリング方法及びその装置に関するものである。

鋼片の熱間圧延によって板材，線材，棒鋼などを製造する場合、加熱炉から抽出された熱間鋼材であるビレットの表面にはスケールが付着しており、このスケールを除去せずに熱間圧延を行うと、圧延後の製品に表面疵が発生する。このため、一般には、加熱炉から抽出されたビレットに高圧水を吹き付けることでビレット表面のスケールを除去する方法が用いられている。この高圧水を吹き付ける方法では、材質によっては完全にスケールを除去することが困難なものがあり、このため、高圧水の圧力を増加したり、あるいは流量を増加したりして、高圧水による衝突圧を高める対策がとられてきた。ところが、高圧水の圧力増加のために設備の大型化を招くこと、また、高圧水の流量増加によってビレットの温度低下が生じるために加熱炉でのビレットの加熱温度をより高くしておく必要があること、というような問題があった。

そこで、このような問題が生じない方法として、熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するメカニカルデスケーリング方法が挙げられるものの、ブラシロールによるメカニカルデスケーリング方法では、ブラシの摩耗や破損をできるだけ少なくして、ブラシロールの消耗費用をできるだけ少なくすることが必要となっている。

そのため、例えば、特開平４−１１５８６３号公報には、回転軸の外周に、先端に窒化ケイ素製の棒状体を有した弾性金属体を多数植設してなるブラシロールが示されており、これによりブラシロールの寿命を大幅に延長できることが記載されている。

また、特開昭６０−１１６７１３号公報には、ブラシロール３９のブラシ３９ａが所定量変形し切削能力が所定能力より低下したときに、ロール支持部材８，８とともに上下のブラシロール３９，３９を略垂直面内で約１８０度回転させて上下が互いに入れ替わるようにした後、再びブラシロール３９，３９を回転させて鋼片Ａのスケール除去を行うようにした熱間スケール除去装置が示されている。こうすることで、ロール支持部材８に対するブラシロール３９の回転方向が逆になり、ブラシ３９ａの各ワイヤに対して加わる力の方向が逆向きになって、各ワイヤの鋼片接触面が変わり、ワイヤ変形量が小さくなって、鋼片Ａに対する切削能力が元の所定能力に回復して、再びスケールの除去が良好に行えることが記載されている。
特開平４−１１５８６３号公報（第２頁、第３図） 特開昭６０−１１６７１３号公報（第１〜２頁、第４図）

しかしながら、発明者らは、熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するに際し、ブラシロールのワイヤブラシに塑性変形、破損が生じる主原因は、加熱炉から抽出されてスケール除去に供される熱間鋼材に大きな曲がりが存在し、この曲がりに追従してブラシロールを進退させるようになっていないことにあるとの知見を得た。

図７は従来方法においてブラシロールのワイヤブラシの塑性変形、破損が生じる原因を説明するための説明図である。同図に示すように、熱間鋼材１０１の上下に、互いに反対方向に、かつ熱間鋼材１０１の走行方向とは反対方向に回転する上ブラシロール１０２と下ブラシロール１０３とが配されている。そして、これらのブラシロール１０２，１０３は、図７の（ａ）に示すように、熱間鋼材１０１の曲がりのない部分に対して所定の押し込み量（一定値）となるように位置決めされている。

このため、図７（ｂ）に示すように、下方へ凸をなす曲がり部分が通過するときには、下ブラシロール１０３のワイヤブラシ１０３ａには大きな力がかかり、一方、熱間鋼材１０１に対して上ブラシロール１０２のワイヤブラシ１０２ａは非接触状態となってしまう。そして、図７（ｃ）に示すように、下方へ大きく凸をなす曲がり部分が通過するときには、下ブラシロール１０３のワイヤブラシ１０３ａは、過大な力がかかることで、塑性変形したり破損したりすることとなる。一方、熱間鋼材１０１の上面は、上ブラシロール１０２が接触せず、スケールが残存するスケール除去不良が発生することとなる。なお、加熱炉での加熱後に生じる熱間鋼材（ビレット）の曲がりは、断面積に対して長手方向長さの長い、線材用ビレットや棒鋼用ビレットで顕著となる。

本発明は前記知見に基づいて考え出されたものであり、その課題は、熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するに際し、曲がりが生じている熱間鋼材であっても、ワイヤブラシの塑性変形、破損を引き起こすことなく、良好にスケールを除去することができるようにした、熱間鋼材のメカニカルデスケーリング方法及びその装置を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するメカニカルデスケーリング方法において、熱間鋼材表面への前記ブラシロールの押付け力が一定となるように熱間鋼材に対し前記ブラシロールを進退させて該ブラシロールの位置を制御することを特徴とする熱間鋼材のメカニカルデスケーリング方法である。

請求項２の発明は、熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するメカニカルデスケーリング方法において、ロードセルにより熱間鋼材表面への前記ブラシロールの押付け力を測定し、その測定結果に基づいて前記ブラシロールの押付け力が一定となるように熱間鋼材に対し前記ブラシロールを進退させて該ブラシロールの位置を制御することを特徴とする熱間鋼材のメカニカルデスケーリング方法である。

請求項３の発明は、熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するメカニカルデスケーリング方法において、エアーシリンダにより前記ブラシロールを熱間鋼材表面に押付けるとともに、前記エアーシリンダ内の圧力が一定となるように圧力調整することを特徴とする熱間鋼材のメカニカルデスケーリング方法である。

請求項４の発明は、熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するメカニカルデスケーリング装置において、熱間鋼材に対して前記ブラシロールを進退させて、熱間鋼材の表面に前記ブラシロールを押付けるシリンダと、熱間鋼材表面への前記ブラシロールの押付け力を測定するロードセルと、前記ロードセルによる測定結果に基づいて熱間鋼材表面へのブラシロールの押付け力が一定となるように前記シリンダのロッドを伸縮調整して熱間鋼材に対し前記ブラシロールの位置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする熱間鋼材のメカニカルデスケーリング装置である。

請求項５の発明は、熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するメカニカルデスケーリング装置において、熱間鋼材に対して前記ブラシロールを進退させて、熱間鋼材の表面に前記ブラシロールを押付けるエアーシリンダと、前記エアーシリンダ内の圧力が一定となるように圧力調整する圧力制御弁とを備えたことを特徴とする熱間鋼材のメカニカルデスケーリング装置である。

本発明の方法又は装置によれば、熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するに際し、熱間鋼材表面へのブラシロールの押付け力が一定となるように熱間鋼材に対しブラシロールを進退させて該ブラシロールの位置を制御するようにしたものであるから、曲がりが生じている熱間鋼材であっても、該熱間鋼材表面にブラシロールを曲がりに追従して進退させて適切な押付け力で押付けることができ、ワイヤブラシの塑性変形、破損を引き起こすことなく、良好にスケールを除去することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による熱間鋼材の上下面用のメカニカルデスケーリング装置を示す概略構成図である。図２は本発明の方法を説明するための側面図、図３は図２のＡ矢視平面図である。

図１に示すように、１０はワイヤブラシ１０ａを有して熱間鋼材（ビレット）１の上面のスケールを除去するための上ブラシロール、２０はワイヤブラシ２０ａを有して熱間鋼材１下面のスケールを除去するための下ブラシロールである。上ブラシロール１０は、軸受（図示省略）を介して軸受ハウジング１１Ａ，１１Ｂに取り付けられており、軸受ハウジング１１Ａ，１１Ｂはガイドポスト３０Ａ，３０Ｂに上下移動可能に取り付けられている。そして、軸受ハウジング１１Ａ，１１Ｂに支持される上ブラシロール１０は、上エアーシリンダ１２Ａ，１２Ｂによって下方の熱間鋼材１に対して進退されるとともに、各軸受ハウジング１１Ａ，１１Ｂには、熱間鋼材１上面への上ブラシロール１０の押付け力を測定するロードセル１３Ａ，１３Ｂが取り付けられている。１４は上ブラシロール１０を回転させるための駆動用モータである。

同様に、ワイヤブラシ２０ａが植えられた下ブラシロール２０は、軸受（図示省略）を介して軸受ハウジング２１Ａ，２１Ｂに取り付けられており、軸受ハウジング２１Ａ，２１Ｂはガイドポスト３０Ａ，３０Ｂに上下移動可能に取り付けられている。そして、軸受ハウジング２１Ａ，２１Ｂに支持される下ブラシロール２０は、下エアーシリンダ２２Ａ，２２Ｂによって上方の熱間鋼材１に対して進退されるとともに、各軸受ハウジング２１Ａ，２１Ｂには、熱間鋼材１下面への下ブラシロール２０の押付け力を測定するロードセル２３Ａ，２３Ｂが取り付けられている。２４は下ブラシロール２０を回転させるための駆動用モータである。

４０は、ロードセル１３Ａ，１３Ｂ及び２３Ａ，２３Ｂによる測定結果に基づいて熱間鋼材１表面へのブラシロール１０，２０の押付け力が一定となるようにエアーシリンダ１２Ａ，１２Ｂ及び２２Ａ，２２Ｂのロッドを伸縮調整して熱間鋼材１に対しブラシロール１０，２０の位置を制御する制御装置である。制御装置４０は、電磁弁などを用いた公知の空気圧回路などを備えている。

さらに、図２，図３にブラシロール５０，６０のみを図示するように、ワイヤブラシ５０ａを有して熱間鋼材１の右側面のスケールを除去するための右ブラシロール５０と、ワイヤブラシ６０ａを有して熱間鋼材１の左側面のスケールを除去するための左ブラシロール６０とを有し、前述した上下面用のメカニカルデスケーリング装置と基本的構成が同じであって、熱間鋼材１の右の側面と左の側面とに付着しているスケールを除去する左右面用のメカニカルデスケーリング装置が備えられている。なお、図２，図３において、２は、加熱炉から抽出された熱間鋼材１を図における右側方向へ搬送するための搬送ローラである。

このように構成されるメカニカルデスケーリング装置を用いた熱間鋼材のメカニカルデスケーリング方法について説明する。熱間鋼材１に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材１のスケールを除去するに際し、制御装置４０は、ロードセル１３Ａ，１３Ｂから上ブラシロール１０の押付け力の測定値を読み込み、その測定結果に基づいて熱間鋼材１上面への上ブラシロール１０の押付け力が予め定められた略一定の値となるように上エアーシリンダ１２Ａ，１２Ｂのロッド１２Ａａ，１２Ｂａを伸縮調整して熱間鋼材１に対し上ブラシロール１０の位置を制御する。同時に、制御装置４０は、ロードセル２３Ａ，２３Ｂから下ラシロール２０の押付け力の測定値を読み込み、その測定結果に基づいて熱間鋼材１下面への下ブラシロール２０の押付け力が予め定められた一定値となるように下エアーシリンダ２２Ａ，２２Ｂのロッド２２Ａａ，２２Ｂａを伸縮調整して熱間鋼材１に対し下ブラシロール２０の位置を制御する。

同様にして、前記の、右ブラシロール５０と左ブラシロール６０とを有する左右面用のメカニカルデスケーリング装置についても、ロードセルによるブラシロール５０，６０の押付け力の測定結果に基づいて、熱間鋼材１の右側面への右ブラシロール５０の押付け力が予め定められた一定値となるように熱間鋼材１に対し右ブラシロール５０を進退させて該ブラシロール５０の位置を制御するとともに、熱間鋼材１の左側面への左ブラシロール６０の押付け力が予め定められた一定値となるように熱間鋼材１に対し左ブラシロール６０を進退させて該左ブラシロール６０の位置を制御する。

このように、ロードセルにより熱間鋼材１表面へのブラシロール１０，２０及び５０，６０の押付け力をそれぞれ測定し、その測定結果に基づいて前記ブラシロール１０，２０及び５０，６０の押付け力が一定となるように熱間鋼材１に対しこれらのブラシロールを進退させてそのブラシロール位置を制御するようにしたものであるから、熱間鋼材１に曲がりが生じている場合でも、該熱間鋼材表面にブラシロール１０，２０及び５０，６０を曲がりに追従して進退させて適切な押付け力で押付けることができ、ワイヤブラシ１０ａ，２０ａ及び５０ａ，６０ａの塑性変形、破損を引き起こすことなく、良好にスケールを除去することができる。

図４は本発明の第２の実施形態による熱間鋼材の上下面用のメカニカルデスケーリング装置を示す概略構成図である。前記のロードセル１３Ａ，１３Ｂ及び２３Ａ，２３Ｂと、制御装置４０に代えて圧力制御弁を設けている点以外は、前記の図１に示すメカニカルデスケーリング装置と同一構成なので、図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。

この実施形態の熱間鋼材の上下面用のメカニカルデスケーリング装置は、図４に示すように、熱間鋼材１の上面に上ブラシロール１０を押付ける上エアーシリンダ１２Ａ，１２Ｂ内の圧力が一定となるように圧力調整する圧力制御弁７１Ａ，７１Ｂを備えている。同様に、熱間鋼材１の下面に下ブラシロール２０を押付ける下エアーシリンダ２２Ａ，２２Ｂ内の圧力が一定となるように圧力調整する圧力制御弁７２Ａ，７２Ｂを備えている。

さらに、前記右ブラシロール５０と左ブラシロール６０とを有し、圧力制御弁を有する前記した上下面用のメカニカルデスケーリング装置と基本的構成が同じであって、熱間鋼材１の右の側面と左の側面とに付着しているスケールを除去する左右面用のメカニカルデスケーリング装置（図示省略）が備えられている。

このように構成されるメカニカルデスケーリング装置を用いた熱間鋼材のメカニカルデスケーリング方法について説明する。熱間鋼材１に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材１のスケールを除去するに際し、上エアーシリンダ１２Ａ，１２Ｂにより上ブラシロール１０を熱間鋼材１上面に押付けるとともに、圧力制御弁７１Ａ，７１Ｂにより、上エアーシリンダ１２Ａ，１２Ｂ内の圧力が予め定められた一定値となるように圧力調整される。同時に、下エアーシリンダ２２Ａ，２２Ｂにより下ブラシロール２０を熱間鋼材１下面に押付けるとともに、圧力制御弁７２Ａ，７２Ｂにより、下エアーシリンダ２２Ａ，２２Ｂ内の圧力が予め定められた一定値となるように圧力調整される。

同様にして、前記の、右ブラシロール５０と左ブラシロール６０とを有する左右面用のメカニカルデスケーリング装置についても、図示しないエアシリンダにより右ブラシロール５０を熱間鋼材１の右の側面に押付けるとともに、そのエアシリンダ内の圧力が予め定められた一定値となるように、図示しない圧力制御弁によって圧力調整される。同時に、図示しないエアシリンダにより左ブラシロール６０を熱間鋼材１の左の側面に押付けるとともに、そのエアシリンダ内の圧力が予め定められた一定値となるように、図示しない圧力制御弁によって圧力調整される。

このように、エアーシリンダにより前記ブラシロール１０，２０及び５０，６０を熱間鋼材１表面に押付けるとともに、圧力制御弁によって前記エアーシリンダ内の圧力が一定となるように圧力調整するようにしたものであるから、熱間鋼材１に曲がりが生じている場合でも、該熱間鋼材表面にブラシロール１０，２０及び５０，６０を曲がりに追従して進退させて適切な押付け力で押付けることができ、ワイヤブラシ１０ａ，２０ａ及び５０ａ，６０ａの塑性変形、破損を引き起こすことなく、良好にスケールを除去することができる。

前記図１〜図３に示すメカニカルデスケーリング装置を用いて、加熱炉から抽出された後、粗圧延機へ向けて走行しているビレットについて、上下・左右の４面に付着しているスケールの除去試験を行った。比較例は、従来方法と同様であってブラシロールの押込み量２０ｍｍ一定とした。

加熱炉から抽出された１５５ｍｍ角のビレットについて、スケール除去を行った後に、粗圧延機、中間圧延機、仕上げ圧延機、水冷装置及び最終仕上げ圧延機を経て、最終的にφ５．５ｍｍの線材を得た。この熱間圧延ラインにおいて、１本目、２０本目、１００本目の各ビレットから得られたφ５．５ｍｍの線材について、線材長さ方向における所定位置での表面疵の度合いを測定することにより、スケール除去の良否を評価するようにした。表１に実施例でのスケール除去の条件を示す。また、図５に本発明によるスケール除去を行った場合におけるφ５．５ｍｍの線材の表面疵レベルを示し、図６に比較例（従来方法）によるスケール除去を行った場合におけるφ５．５ｍｍの線材の表面疵レベルを示す。なお、図５，図６において、疵レベルは、１〜５の（１：良好、５：不良）５段階とした。

図６よりかわるように、比較例（従来方法）では、ビレットの曲がり部分とブラシロールのワイヤブラシとの接触が不十分となる箇所があり、１本目から疵レベル２の箇所があった。また、２０本目、１００本目では、スケール除去の度合いが著しく低下していた。

これに対して、図５よりわかるように、１本目、２０本目、１００本目の全てにおいて各測定箇所で疵レベル１が得られており、本発明によると、曲がりが生じている熱間鋼材であっても、該熱間鋼材表面にブラシロールを曲がりに追従して進退させて適切な押付け力で押付けることができ、ワイヤブラシの塑性変形、破損を引き起こすことなく、良好にスケールを除去することができた。これにより、従来方法に比べて、ブラシロールの寿命の延長と、熱間圧延製品の品質の向上を図ることができた。

本発明の第１の実施形態による熱間鋼材の上下面用のメカニカルデスケーリング装置を示す概略構成図である。 本発明の方法を説明するための側面図である。 図２のＡ矢視平面図である。 本発明の第２の実施形態による熱間鋼材の上下面用のメカニカルデスケーリング装置を示す概略構成図である。 本発明によるスケール除去を行った場合におけるφ５．５ｍｍの線材の表面疵レベルを示す図である。 比較例（従来方法）によるスケール除去を行った場合におけるφ５．５ｍｍの線材の表面疵レベルを示す図である。 従来方法においてブラシロールのワイヤブラシの塑性変形、破損が生じる原因を説明するための説明図である。

符号の説明

１…熱間鋼材
２…搬送ローラ
１０…上ブラシロール
１０ａ…ワイヤブラシ
１１Ａ，１１Ｂ…軸受ハウジング
１２Ａ，１２Ｂ…上エアーシリンダ
１３Ａ，１３Ｂ…ロードセル
１４，２４…駆動用モータ
２０…下ブラシロール
２０ａ…ワイヤブラシ
２１Ａ，２１Ｂ…軸受ハウジング
２２Ａ，２２Ｂ…下エアーシリンダ
２３Ａ，２３Ｂ…ロードセル
３０Ａ，３０Ｂ…ガイドポスト
４０…制御装置
５０…右ブラシロール
５０ａ…ワイヤブラシ
６０…左ブラシロール
６０ａ…ワイヤブラシ
７１Ａ，７１Ｂ，７２Ａ，７２Ｂ…圧力制御弁

Claims (5)

1. 熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するメカニカルデスケーリング方法において、熱間鋼材表面への前記ブラシロールの押付け力が一定となるように熱間鋼材に対し前記ブラシロールを進退させて該ブラシロールの位置を制御することを特徴とする熱間鋼材のメカニカルデスケーリング方法。
2. 熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するメカニカルデスケーリング方法において、ロードセルにより熱間鋼材表面への前記ブラシロールの押付け力を測定し、その測定結果に基づいて前記ブラシロールの押付け力が一定となるように熱間鋼材に対し前記ブラシロールを進退させて該ブラシロールの位置を制御することを特徴とする熱間鋼材のメカニカルデスケーリング方法。
3. 熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するメカニカルデスケーリング方法において、エアーシリンダにより前記ブラシロールを熱間鋼材表面に押付けるとともに、前記エアーシリンダ内の圧力が一定となるように圧力調整することを特徴とする熱間鋼材のメカニカルデスケーリング方法。
4. 熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するメカニカルデスケーリング装置において、熱間鋼材に対して前記ブラシロールを進退させて、熱間鋼材の表面に前記ブラシロールを押付けるシリンダと、熱間鋼材表面への前記ブラシロールの押付け力を測定するロードセルと、前記ロードセルによる測定結果に基づいて熱間鋼材表面へのブラシロールの押付け力が一定となるように前記シリンダのロッドを伸縮調整して熱間鋼材に対し前記ブラシロールの位置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする熱間鋼材のメカニカルデスケーリング装置。
5. 熱間鋼材の表面に回転するブラシロールを押付けて熱間鋼材表面のスケールを除去するメカニカルデスケーリング装置において、熱間鋼材に対して前記ブラシロールを進退させて、熱間鋼材の表面に前記ブラシロールを押付けるエアーシリンダと、前記エアーシリンダ内の圧力が一定となるように圧力調整する圧力制御弁とを備えたことを特徴とする熱間鋼材のメカニカルデスケーリング装置。

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