JP4658834B2 - 噴流式酸洗設備 - Google Patents

Description

本発明は、酸洗槽の入側及び出側にあるリンガーロール間で張力を付与した状態で鋼帯を水平に通板し、酸洗槽内の酸洗液に浸漬する噴流式酸洗設備に関する。

従来、熱間圧延鋼帯表面の酸化スケール皮膜を除去する酸洗設備として、塩酸や硫酸によるディップ式酸洗設備が知られている。通常ディップ式酸洗設備では、酸洗槽間にリンガーロールを設け、直列に並べた３槽程度の酸洗槽の中を底面に接しない程度のカテナリーに制御して通板する。そして、最近では、エネルギーコスト削減あるいは酸洗時間の短縮をはかるため、酸洗槽の深さが浅く、酸洗液を噴射して撹拌させるノズルを備えた噴流式酸洗設備（タービュランス型）が使われている。

通常、噴流式酸洗設備では、酸洗槽間にリンガーロールを設け、直列に並べた３槽程度の酸洗槽の中をカテナリー量が小さくなるように張力を付与して通板する。噴流式酸洗設備には、酸洗槽の深さが１〜１．５ｍ程度のディップ式に比べ酸洗槽の深さが０．５〜０．８ｍ程度と浅いものと、酸洗槽の深さを０．３ｍ程度として酸洗槽の底部に鋼帯が接触通板するもの（プッシュプル型の酸洗設備）とがある。酸洗槽内を通過する間に、酸洗液循環タンク内の酸洗液が酸洗槽の上下及び／又は側部に設けたノズルより噴射される。酸洗槽に供給された酸洗液は酸洗槽の入側及び出側に設けた排水口より再び酸洗液循環タンクへ戻る。

このような噴流式酸洗設備において酸洗効率を改善するためには、以下の２点が重要である。
（１）鋼帯と酸洗液との相対速度を上げること。
（２）鋼帯表面の酸化スケールを除去した酸洗液は濃度が低下するため、ノズルから噴射される新鮮な酸洗液を鋼帯表面に直接到達させること。

特に、酸洗槽の側部に側部ノズルを設置する噴流式酸洗設備では、側部ノズルから噴射された酸洗液が、酸洗槽内の酸洗液の移動によって流され、約１ｍの距離がある鋼帯中央部まで新鮮な酸洗液が十分に届かず、酸洗効率が低いことが問題となることがある。また、鋼帯の通板速度変化に伴い、前記鋼帯の酸洗槽内移動に伴う酸洗液の流れが変化することも上記問題の解決を困難にしている。

これに対して、特許文献１には、酸洗槽の側部に側部ノズルを設置する噴流式酸洗設備において、側部ノズルを鋼帯と１００ｍｍ以上離し、かつ鋼帯表面と垂直面内で５°以上の角度をなすように配置し、さらに側部ノズルから噴射する酸洗液の流量を１５０ｍ^３／ｈｒ以下の流量で、かつ流量＞１００００／（ｃｏｓθ２−１）^１／２とすることが提案されている。この特許文献１は、側部ノズルを上記のような構成とすることで、側部ノズルより噴射された酸洗液により、鋼帯面近傍に生じる境界層を破壊し酸洗効率を上げようとするものである。上記の境界層とは、鋼帯の移動に追従して酸洗液に流れが生じる領域のことであり、この境界層があると鋼帯面の酸化スケール皮膜への新鮮な酸洗液の供給が阻害され酸洗効率が低下する。そこで、特許文献１では、上述のとおり、側部ノズルより酸洗液を噴射し、境界層を破壊することで酸洗効率を上げようとしている。
特開２００１−２００８６号公報

しかし、特許文献１において側部ノズルは、酸洗槽の入側及び出側のノズルを補足する程度のもので、鋼帯の一方の端面側にのみ配置されているに過ぎない。すなわち、特許文献１において側部ノズルは、上記の境界層を破壊することを目的に設けられるもので、特許文献１には、側部ノズルから噴射される酸洗液が鋼帯の幅方向中央部へ到達しにくいことの認識はなく、その対策も記載されてない。

本発明が解決しようとする課題は、側部ノズルを設置する噴流式酸洗設備において、側部ノズルから噴射された酸洗液を鋼帯中央部まで到達させることができ、酸洗効率を上げることができるようにすることにある。

本発明は、酸洗槽の入側及び出側にあるリンガーロール間で張力を付与した状態で鋼帯を水平に通板し、酸洗槽内の酸洗液に浸漬する噴流式酸洗設備において、酸洗液を噴射する側部ノズルを酸洗槽の両側部に設け、側部ノズルからの酸洗液の噴射方向が、水平面内で、鋼帯の通板方向と直交する方向よりも酸洗槽の入側方向を向くように、側部ノズルを配置したことを特徴とする。

このように、本発明では、酸洗槽の両側部に設けた側部ノズルからの酸洗液の噴射方向が、水平面内で、鋼帯の通板方向と直交する方向よりも酸洗槽の入側方向を向くようにすることで、走行する鋼帯と酸洗液との相対速度が大きくなり、酸洗液の噴流が鋼帯中央部まで届きやすくなり、酸洗効率を上げることができる。

ここで、側部ノズルからの酸洗液の噴射方向を酸洗槽の入側方向に向けすぎる、すなわち、側部ノズルの酸洗槽入側方向への傾斜角度を大きく取りすぎると、鋼帯中央部までの距離が長くなり、酸洗液の噴流が鋼帯中央部まで届かなくなる。また、傾斜角度を小さくしすぎると、鋼帯と酸洗液とのライン方向の相対速度が小さくなってしまう。さらに、鋼帯の酸洗槽内移動に伴う酸洗液の流れは鋼帯の酸洗槽内移動速度に応じて変化する。

水平面内における側部ノズルからの酸洗液の噴射方向、すなわち、側部ノズルの酸洗槽入側方向への傾斜角度は、鋼帯の酸洗槽内移動速度に応じて変更可能とすることが好ましい。これにより、鋼帯の酸洗槽内移動速度が変化しても、鋼帯の酸洗槽内移動速度に応じた最適な側部ノズル傾斜角度に調整できる。この最適な側部ノズル傾斜角度は、酸洗槽の槽仕様（槽幅・深さ等）や側部ノズル仕様（口径、酸洗液噴射速度等）による影響を受け、それらの仕様により最適値が異なるので、実際には、鋼帯の代表通板速度毎（３０、６０、９０ｍｐｍ等）に、側部ノズルの傾斜角度を振り（０、２０、４０、６０度等）、事前通板テストを実施して酸洗後の鋼帯の表面状態を確認することにより決定する。あるいは、シミュレーションにより、酸洗液の流動解析を実施して決定してもよい。

本発明によれば、側部ノズルを設置する噴流式酸洗設備において、側部ノズルから噴射された酸洗液を鋼帯中央部まで到達させることができ、酸洗効率を上げることができる。

また、水平面内における側部ノズルの酸洗槽入側方向への傾斜角度を鋼帯の酸洗槽内移動速度に応じて変更可能とすれば、鋼帯の酸洗槽内移動速度が変化しても、鋼帯の酸洗槽内移動速度に応じた最適な側部ノズル傾斜角度に調整でき、同様に酸洗効率を上げることができる。

以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明に係る噴流式酸洗設備の一実施例を示す平面図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

鋼帯１は、酸洗槽２の入側及び出側にあるリンガーロール３，３間で張力を付与された状態で酸洗槽２の酸洗液内を水平に通板される。通板方向は矢印（符号７）で示すように図１において左から右方向である。図示の実施例では、入側及び出側のリンガーロール３，３の間隔は約１５ｍで、その間隔を４等分した酸洗槽２の両側部６ケ所に側部ノズル４を設けている。入側方向に酸洗液を流すので、各側部ノズル４からの噴流が干渉しない程度に入側の間隔より出側の間隔を狭くする方が望ましいことは言うまでもない。酸洗槽２の深さは通常２５０ｍｍ以下で、酸洗槽の幅は、約２ｍである。側部ノズル４から噴射された酸洗液は、入側あるいは出側のグラナイト又は耐酸レンガ製の堰５を乗越えて排水溝６に流れ込み、図示しない回収タンクに戻り、ポンプにより再び側部ノズル４に供給される。

本発明では、側部ノズル４から噴射された酸洗液を鋼帯中央部まで到達させて酸洗効率を上げるために、側部ノズル４からの酸洗液の噴射方向が、水平面内で、鋼帯１の通板方向と直交する方向よりも酸洗槽２の入側方向（図１において左方向）を向くようにする。具体的には図１に示すように、側部ノズル４の先端が水平面内で、鋼帯１の通板方向と直交する方向よりも酸洗槽２の入側方向を向くように、側部ノズル４を傾斜角度θだけ傾けて配置する。

図３は、図１に示す噴流式酸洗設備において、鋼帯の酸洗槽内移動速度を９０ｍｐｍ、側部ノズル４の口径を５０Ａ、側部ノズル４からの酸洗液の噴射速度を３ｍ／ｓとして、側部ノズル４の傾斜角度θを変えて酸洗液を噴射した場合の鋼帯幅方向における鋼帯と酸洗液との相対速度を示す。また、図４は、側部ノズル４の傾斜角度θと鋼帯中央部における鋼帯と酸洗液との相対速度との関係を示す。なお、一般に側部ノズル４の仕様は、上述のように口径５０Ａ・噴射速度３ｍ／ｓ程度で、大きく変わることはない。その理由は、同じ噴射流量で、口径を小さくし噴射速度を上げると、管路抵抗が大きくなり好ましくなく、また、同じ口径のままで噴射流量を増やすことも管路抵抗が大きくなり、さらにポンプ仕様を大きくする必要が出てくるので好ましくないからである。

図３及び図４に示すように、上述の条件の下では、側部ノズル４の傾斜角度θを４５度とした場合に最も鋼帯と酸洗液との相対速度が高くなり、側部ノズル４から噴射された酸洗液が鋼帯中央部まで届きやすいことがわかる。

ここで、図３及び図４の例は、鋼帯の酸洗槽内移動速度が９０ｍｐｍの場合であるが、鋼帯の酸洗槽内移動速度が変わると酸洗槽２の入側から出側に流動する酸洗液の量が変化し、これによって、鋼帯と酸洗液との相対速度が最も高くなるような側部ノズル４の傾斜角度θの最適値も変化する。したがって、本実施例では、鋼帯の酸洗槽内移動速度に応じて、常に鋼帯と酸洗液との相対速度が最も高くなるように、側部ノズル４の傾斜角度θを調整可能としている。例えば、鋼帯の酸洗槽内移動速度が小さくなるにつれて、鋼帯に伴って酸洗槽の入側から出側に流れる酸洗液の量が少なくなるため、鋼帯と酸洗液との相対速度を最も高くするには、側部ノズル４の傾斜角度θを小さくする必要があるが、本実施例では、側部ノズル４の傾斜角度θを調整可能としているため、容易に最適な側部ノズル４の傾斜角度θに調整できる。

具体的には、図５に一例を示すように、鋼帯の酸洗槽内移動速度Ｘと、最適な側部ノズルの傾斜角度Ｙとは正の相関関係がある。この関係に基づき、３０ｍｐｍのとき１０°、６０ｍｐｍのとき３０°、９０ｍｐｍのとき６０°といったように鋼帯の酸洗槽内移動速度毎に最適な側部ノズルの傾斜角度のデータを、側部ノズルの傾斜角度を調整する制御装置内に持ち、鋼帯の酸洗槽内移動速度が変わる毎に側部ノズルの傾斜角度を調整する。また、鋼帯の酸洗槽内移動速度Ｘ（ｍｐｍ）と最適な側部ノズルの傾斜角度Ｙ（ｄｅｇ）の基準データとの関係をＹ＝０．４Ｘのような関数関係として求めておき、この関数を用いて、鋼帯の酸洗槽内移動速度が変わる毎に側部ノズルの傾斜角度を調整してもよい。ここで、現実の側部ノズルの傾斜角度θは、図４のデータより、最適な側部ノズルの傾斜角度Ｙ（ｄｅｇ）±１０°とすることができる。

側部ノズル４の傾斜角度θの調整機構は、傾斜角度θを検出するポテンショメータと側部ノズル４を水平面内で回転駆動させる電動シリンダ等の組み合わせにより、容易に実現できる。側部ノズル４の回転駆動用アクチュエータは、前記電動シリンダに限定されるわけではなく、側部ノズルが回転駆動できればよく、電動機と歯車との組み合わせでも構わない。

本発明に係る噴流式酸洗設備の一実施例を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す噴流式酸洗設備において、側部ノズルの傾斜角度を変えて、酸洗液を噴射した場合の鋼帯幅方向における鋼帯と酸洗液との相対速度を示す。 側部ノズルの傾斜角度と鋼帯中央部における鋼帯と酸洗液との相対速度との関係を示す。 鋼帯の酸洗槽内移動速度と最適な側部ノズルの傾斜角度との関係を示す。

符号の説明

１ 鋼帯
２ 酸洗槽
３ リンガーロール
４ 側部ノズル
５ 堰
６ 排水溝
７ 通板方向

Claims (2)

1. 酸洗槽の入側及び出側にあるリンガーロール間で張力を付与した状態で鋼帯を水平に通板し、酸洗槽内の酸洗液に浸漬する噴流式酸洗設備において、酸洗液を噴射する側部ノズルを酸洗槽の両側部に設け、側部ノズルからの酸洗液の噴射方向が、水平面内で、鋼帯の通板方向と直交する方向よりも酸洗槽の入側方向を向くように、側部ノズルを配置したことを特徴とする噴流式酸洗設備。
2. 側部ノズルからの酸洗液の噴射方向が変更可能である請求項１に記載の噴流式酸洗設備。

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