JP5857653B2

JP5857653B2 - デスケーリング装置

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Publication number: JP5857653B2
Application number: JP2011249156A
Authority: JP
Inventors: 富永　健一; 健一富永
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-11-14
Also published as: JP2013103252A

Description

本発明は、被圧延材の表面酸化鉄（スケール）を除去するデスケーリング装置に関する。

被圧延材の圧延ラインでは、被圧延材を酸化性雰囲気の加熱炉に装入し、通常１１００〜１３００℃の温度域で数時間加熱した後に熱間圧延する。熱間圧延の際には、加熱時に生成した一次スケールおよび加熱炉から抽出後に生成する二次スケールが被圧延材の表面に生じる。このようなスケールが除去されずに被圧延材が圧延されると、スケールが製品である鋼板の表面に食い込み、スケール疵となって残る。このスケール疵は、鋼板の表面性状を著しく損なうとともに、曲げ加工時にクラック発生の起点となるため、製品品質に重大な影響を及ぼす。

このため、従来にあっては、被圧延材の表面に生成されたスケールを除去する技術として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
特許文献１に記載されたデスケーリングノズルは、ノズルから水を吐出させて被圧延材表面のスケールを除去するためのものであり、ノズルが、先端部の凹面又は凹部で開口した吐出孔と、この吐出孔から延びるテーパ部と、このテーパ部に連なる径大部とで構成されたノズル孔を備えているものである。

ところで、特許文献１に記載されたようなデスケーリングノズルは、例えば、図６に示すデスケーリング装置に用いられるのが一般的である。図６は、従来例のデスケーリング装置を示し、（Ａ）はデスケーリング装置の模式図、（Ｂ）は（Ａ）の矢印６Ｂ−６Ｂから見た図である。
図６（Ａ）に示すデスケーリング装置１０１は、有底円筒管状なすデスケーリング用ヘッダー１０と、デスケーリング用ヘッダー１０にアダプタ１２１を介して取付けられた複数のデスケーリングノズル１２０とを備えている。

ここで、デスケーリング用ヘッダー１１０は、中心軸ＣＬを中心とした断面円形状で中心軸ＣＬが延びる方向に沿って片端（図６（Ａ）における左端）から右方に延びる水供給用通路１１１を備えている。水供給用通路１１１は、デスケーリング用ヘッダー１１０の左端に開口し、右方において閉鎖され、その開口側が図示しない水供給源に接続されている。デスケーリング用ヘッダー１１０は、水供給用通路１１１の中心軸ＣＬが被圧延材１３０の幅方向に延びるように設置されている。

また、複数のデスケーリングノズル１２０は、図６（Ａ）に示すように、デスケーリング用ヘッダー１１０の外径面に、水供給用通路１１１の中心軸ＣＬに沿って、即ち被圧延材１３０の幅方向に沿って取り付けられる。各デスケーリングノズル１２０は、水供給用通路１１１の中心軸ＣＬが延びる方向に対して直交する方向に被圧延材１３０に向けて取り付けられ、噴射水が被圧延材１３０の全幅を覆うように取り付けられている。隣接するデスケーリングノズル１２０の配置ピッチはＰ２となっている。

そして、デスケーリング用ヘッダー１１０の内径面と外径面との間には、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、水供給用通路１１１と、デスケーリングノズル１２０に設けられたノズル孔（図示せず）との間を連通させる複数のノズル用連通孔１１２が形成されている。このノズル用連通孔１１２は、図６（Ｂ）に示すように、デスケーリング用ヘッダー１１０の内径側（水供給用通路１１１側）からデスケーリング用ヘッダー１１０の外径側（デスケーリングノズル１２０側）にかけて同一の直径を有する真円形状で形成されている。

このようなデスケーリング装置１０１において、被圧延材１３０の表面に形成されたスケールを除去する際には、水供給源から図６（Ａ）における矢印Ｘで示す方向（水供給用通路１１１の中心軸ＣＬが延びる方向）に水供給用通路１１１内に水が送水され、その水が各ノズル用連通孔１１２を通って各デスケーリングノズル１２０から被圧延材１３０の表面上に噴射される。その際、各デスケーリングノズル１２０からの噴射水の噴射角は図６（Ａ）に示すようにθ２であり、ノズル先端から噴射水の被圧延材当たり面の端部までの距離がＤ２となる。

特許第４０８４２９５号公報

ところで、このようなデスケーリング装置１０１において、デスケーリングの効率を高めるため、最近の製鉄業界では高圧水（１４．７１ＭＰａ（１５０ｋｇ／ｃｍ^２）以上の水圧を有する水）でデスケーリングを行うようになってきた。
このような高圧水でデスケーリングを行う際に、問題となるのはデスケーリング用ヘッダー１１０における機械的強度が弱い部分の損傷や破壊であり、特に、ノズル用連通孔１１２の部分（隣接するノズル用連通孔１１２間の壁部分）が最も薄肉で応力集中がり、損傷や破壊のおそれがある。水圧が高くなれば高くなるほど、十分な強度を確保する必要があるため、薄肉部を厚肉にするために隣接するノズル用連通孔１１２間の距離を大きくする必要がある。

ノズル用連通孔１１２の孔径を維持したまま隣接するノズル用連通孔１１２間の距離を大きくすると、ノズル用連通孔１１２の配列ピッチが大きくなるので、被圧延材１３０の幅方向を覆うデスケーリングノズル１２０の数が減るため、各デスケーリングノズル１２０の噴射角を、低圧水の場合よりも大きくして被圧延材１３０の全幅の噴射範囲をカバーする必要がある。各デスケーリングノズル１２０の噴射角を大きくすると、ノズル先端から噴射水の被圧延材当たり面の端部までの距離が低圧水の場合よりも大きくなり、各デスケーリングノズル１２０から噴射される噴射水の衝突圧が小さくなり、デスケーリング効率が悪くなってしまう問題があった。

一方、隣接するノズル用連通孔１１２間の距離は、デスケーリングノズル１２０を取り付ける構造上の理由から一定の値よりも小さくすることはできないが、低圧水（１４．７１ＭＰａ（１５０ｋｇ／ｃｍ^２）より小さい水圧を有する水）でデスケーリングを行う際には強度は問題とならなかった。
従って、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、デスケーリング用ヘッダーにおいて、隣接するノズル用連通孔間の壁部の強度を確保したまま、隣接するノズル用連通孔間の距離を小さくすることができるデスケーリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に係るデスケーリング装置は、管状に形成されるとともに、中心軸を中心とした断面円形状で中心軸が延びる方向に沿って延びる水供給用通路を有し、該水供給用通路の中心軸が被圧延材の幅方向に沿うように設置されたデスケーリング用ヘッダーと、該デスケーリング用ヘッダーの外壁面に前記水供給用通路の中心軸に沿って所定ピッチで取り付けられた複数のデスケーリングノズルと、前記デスケーリング用ヘッダーの内径面と外壁面との間に形成され、前記水供給用通路と、前記複数のデスケーリングノズルの各々に設けられたノズル孔との間を連通させる複数のノズル用連通孔とを備え、水を前記水供給用通路に送水し、当該水が前記水供給用通路から前記各ノズル用連通孔を通って前記各デスケーリングノズルから前記被圧延材の表面に向けて噴射されるデスケーリング装置において、前記各ノズル用連通孔は、前記デスケーリング用ヘッダーの内径側を、前記水供給用通路の中心軸が延びる方向を短径とするとともに前記水供給用通路の円周方向を長径とした楕円形状とし、前記デスケーリング用ヘッダーの外壁側を、真円形状とし、前記デスケーリング用ヘッダーの内径側から外壁側に向けて楕円形状から真円形状に連続的に変化する形状で形成されていることを特徴としている。

また、本発明のうち請求項２に係るデスケーリング装置は、請求項１記載のデスケーリング装置において、前記水供給用通路に送水される水が１４．７１ＭＰａ以上の圧力を有する高圧水であることを特徴としている。

本発明のうち請求項１に係るデスケーリング装置によれば、各ノズル用連通孔は、デスケーリング用ヘッダーの内径側を、水供給用通路の中心軸が延びる方向を短径とするとともに水供給用通路の円周方向を長径とした楕円形状とし、デスケーリング用ヘッダーの外壁側を、真円形状とし、デスケーリング用ヘッダーの内径側から外壁側に向けて楕円形状から真円形状に連続的に変化する形状で形成されているので、各ノズル用連通孔のデスケーリング用ヘッダーの内径側において短径側の応力集中係数が小さくなる。このため、ノズル用連通孔におけるヘッダー内径側の短径側の壁縁にかかる応力が小さくなるので、隣接するノズル用連通孔間の壁部の強度を確保したまま、隣接するノズル用連通孔間の距離を小さくすることができる。従って、高圧水を用いた場合でも、隣接するノズル用連通孔間の距離を、ノズル用連通孔が真円で低圧水を用いた場合とほぼ同じに維持できる。このため、ノズル用連通孔を真円とした場合において、高圧水を用いる際に隣接するノズル用連通孔間の薄肉部の強度を確保するために、隣接するノズル用連通孔間の距離を大きくせざるを得ない場合と比較して、ノズルの先端から噴射水の被圧延材当たり面の幅方向端部までの距離を小さくでき、衝突圧を大きくでき、デスケーリング効率を向上させることができる。

また、本発明のうち請求項２に係るデスケーリング装置によれば、請求項１記載のデスケーリング装置において、前記水供給用通路に送水される水が１４．７１ＭＰａ以上の圧力を有する高圧水であるので、衝突圧をより大きくでき、デスケーリング効率を一層向上させることができる。この際に、各ノズル用連通孔のデスケーリング用ヘッダーの内径側において短径側の応力集中係数が小さくなっているため、ノズル用連通孔におけるヘッダー内径側の短径側の壁縁にかかる応力を抑制することができる。

本発明に係るデスケーリング装置の実施形態を示し、（Ａ）は模式図、（Ｂ）は（Ａ）における矢印１Ｂ−１Ｂから見た図である。図１に示すデスケーリング装置において、水供給用通路の中心軸に対して直交する方向から切断した状態のノズル近傍の断面図である。図１に示すデスケーリング装置において、（Ａ）はノズル用連通孔をデスケーリング用ヘッダーの内径側から見た平面図、（Ｂ）はノズル用連通孔の正面図、（Ｃ）はノズル用連通孔をデスケーリング用ヘッダーの外径側から見た底面図である。ノズル用連通孔の楕円形状を説明するための図である。ノズル用連通孔を真円形状とした場合と、ノズル用連通孔をデスケーリング用ヘッダーの内径側を楕円形状とした場合との発生応力を比較するためのグラフである。従来例のデスケーリング装置を示し、（Ａ）はデスケーリング装置の模式図、（Ｂ）は（Ａ）の矢印６Ｂ−６Ｂから見た図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るデスケーリング装置の実施形態を示し、（Ａ）は模式図、（Ｂ）は（Ａ）における矢印１Ｂ−１Ｂから見た図である。図２は、図１に示すデスケーリング装置において、水供給用通路の中心軸に対して直交する方向から切断した状態のノズル近傍の断面図である。図３は、図１に示すデスケーリング装置において、（Ａ）はノズル用連通孔をデスケーリング用ヘッダーの内径側から見た平面図、（Ｂ）はノズル用連通孔の正面図、（Ｃ）はノズル用連通孔をデスケーリング用ヘッダーの外径側から見た底面図である。

図１に示すデスケーリング装置１は、例えば、熱間圧延ラインにおける加熱炉の出側、粗圧延機の入側、あるいは仕上圧延機の入側に設置され、１４．７１ＭＰａ以上の圧力を有する高圧水を用いて被圧延材３０上のスケールを除去するものである。デスケーリング装置１は、被圧延材３０の上側と下側に設置され、被圧延材３０に対して上下から被圧延材３０の表面（上面及び裏面）に向けて水を噴射する。

ここで、デスケーリング装置１は、図示しない水供給源に接続されているデスケーリング用ヘッダー（以下、単にヘッダーという）１０と、ヘッダー１０にアダプタ２１を介して取り付けられた複数のデスケーリングノズル（以下、単にノズルという）２０とを備えている。
ヘッダー１０は、有底円筒管状に形成され、内部に中心軸ＣＬを中心とした断面円形状で中心軸ＣＬが延びる方向に沿って片端（図１（Ａ）における左端）から右方に延びる水供給用通路１１を有している。水供給用通路１１は、ヘッダー１０の左端に開口し、右方において閉鎖され、その開口側が図示しない水供給源に接続されている。ヘッダー１０は、水供給用通路１１の中心軸ＣＬが被圧延材１３０の幅方向に延びるように設置されている。

また、複数のノズル２０は、図１（Ａ）に示すように、ヘッダー１０の外径面（外壁面）に、アダプタ２１を介して水供給用通路１１１の中心軸ＣＬに沿って、即ち被圧延材３０の幅方向に沿って取り付けられる。各ノズル２０は、水供給用通路１１の中心軸ＣＬが延びる方向に対して直交する方向に被圧延材３０に向けて取り付けられ、噴射水が被圧延材３０の全幅を覆うように取り付けられている。隣接するノズル２０の配置ピッチはＰ１となっている。

そして、ヘッダー１０の内径面と外径面との間には、水供給用通路１１と、複数のノズル２０の各々に設けられたノズル孔との間を連通させる複数のノズル用連通孔１２が形成されている。隣接するノズル用連通孔１２の配列ピッチもＰ１となっている。

また、各ノズル用連通孔１２は、図１（Ｂ）、図２、及び図３に示すように、ヘッダー１０の内径側を、水供給用通路１１の中心軸ＣＬが延びる方向を短径とし、水供給用通路１１の円周方向を長径とした楕円形状１２ａとしてある。また、各ノズル用連通孔１２は、図１（Ｂ）、図２、及び図３に示すように、ヘッダー１０の外径側を、真円形状１２ｂとし、ヘッダー１０の内径側から外径側に向けて楕円形状１２ａから真円形状１２ｂに連続的に変化する形状で形成してある。真円形状１２ｂの直径は楕円形状１２ａの短径と同じ大きさである。なお、図２及び図３に示すように、各ノズル用連通孔１２のヘッダー外径側には、アダプタ２１を取り付けるためのアダプタ取付凹部１３が形成されている。

ここで、各ノズル２０の取付け構造を図２を参照して簡単に説明する。各ノズル２０は、ノズル孔を有する略円筒体で形成され、その先端側に外側に突出する取付フランジ２０ａを備えている。アダプタ２１は、ヘッダー１０の外形側に溶接２２されるとともに、ノズル２０を収容可能な略円筒形状のアダプタ本体２１ａと、アダプタ本体２１ａに螺合する略円筒形状のキャップ２１ｂとからなっている。各ノズル２０の取付けにおいては、アダプタ２１のアダプタ本体２１ａをアダプタ取付凹部１３に嵌め込んでから溶接２２を施工し、アダプタ本体２１ａをヘッダー１０の外形側に取り付ける。次いで、ノズル２０を、アダプタ本体２１ａの先端側からアダプタ本体２１ａ内に収容するとともに、キャップ２１ｂを先端側からアダプタ本体２１ａに螺合することによりキャップ２１ｂとアダプタ本体２１ａとの間でノズル２０の取付フランジ２０ａを挟持する。これにより、各ノズル２０は、アダプタ２１に取り付けられる。

このようなデスケーリング装置１において、被圧延材３０の表面に形成されたスケールを除去する際には、水供給源から図１（Ａ）における矢印Ｘで示す方向（水供給用通路１１の中心軸ＣＬが延びる方向）に水供給用通路１１内に水が供給され、その水が各ノズル用連通孔１２を通って各ノズル２０から被圧延材３０の表面上に噴射される。

ここで、各ノズル用連通孔１２において、ヘッダー１０の内径側を、水供給用通路１１の中心軸ＣＬが延びる方向を短径とし、水供給用通路１１の円周方向を長径とした楕円形状１２ａとすることにより、各ノズル用連通孔１２のヘッダー１０の内径側を真円とする場合よりも、短径側の応力集中係数が小さくなる。このため、ノズル用連通孔１２における短径側の壁縁にかかる応力が小さくなるので、隣接するノズル用連通孔１２間の壁部の強度を確保したまま、隣接するノズル用連通孔１２間の距離を小さくすることができる。従って、高圧水を用いた場合でも、隣接するノズル用連通孔１２間の距離を、ノズル用連通孔が真円で低圧水を用いた場合とほぼ同じに維持できる。このため、図６に示すように、ノズル用連通孔１１２を真円とした場合において、高圧水を用いる際に隣接するノズル用連通孔１１２間の薄肉部の強度を確保するために、隣接するノズル用連通孔１１２間の距離を大きくせざるを得ない場合と比較して、ノズル２０の先端から噴射水の被圧延材当たり面の幅方向端部までの距離を小さくでき、衝突圧を大きくでき、デスケーリング効率を向上させることができる。

そして、隣接するノズル用連通孔１２間の距離は、図６に示す隣接するノズル用連通孔１１２間の距離よりも小さいので、隣接するノズル用連通孔１２の配列ピッチＰ１は、隣接するノズル用連通孔１１２間の配列ピッチＰ２よりも小さい。従って、被圧延材３０の全幅を噴射するために設置されるノズル２０の数もノズル１２０の数よりも多く、各ノズル２０からの噴射水の噴射角θ１も各ノズル１２０からの噴射水の噴射角θ２よりも小さい。

また、ノズル２０の先端から噴射水の被圧延材当たり面の幅方向端部までの距離Ｄ１も、ノズル１２０の先端から噴射水の被圧延材当たり面の幅方向端部までの距離Ｄ２よりも小さい。
ここで、図１及び図６を参照して、ノズル用連通孔を真円からヘッダー１０の内径側を楕円形状とした場合に、ノズル２０の先端から噴射水の被圧延材当たり面の幅方向端部までの距離Ｄ１が、ノズル１２０の先端から噴射水の被圧延材当たり面の幅方向端部までの距離Ｄ２よりも小さくなることについて説明する。

図６（Ａ）に示すように、ノズル１２０の先端から被圧延材１３０までの距離は、ノズル用連通孔１１２を真円とした場合、ノズル１２０の先端から噴射水の被圧延材当たり面の幅方向端部までの距離はＤ２、噴射水の噴射角はθ２であるので、Ｄ２ＣＯＳ（θ２／２）で表わせる。一方、図１（Ａ）に示すように、ノズル用連通孔１２のヘッダー１０の内径側を楕円形状とした場合、ノズル２０の先端から被圧延材３０までの距離は、ノズル２０の先端から噴射水の被圧延材当たり面の幅方向端部までの距離はＤ１、噴射水の噴射角はθ１であるので、Ｄ１ＣＯＳ（θ１／２）で表わせる。ノズル１２０の先端から被圧延材１３０までの距離とノズル２０の先端から被圧延材３０までの距離は等しいので、Ｄ２ＣＯＳ（θ２／２）＝Ｄ１ＣＯＳ（θ１／２）となる。
従って、Ｄ２／Ｄ１＝ＣＯＳ（θ１／２）／ＣＯＳ（θ２／２）が成立する。ここで、前述したように、各ノズル２０からの噴射水の噴射角θ１は各ノズル１２０からの噴射水の噴射角θ２よりも小さいので、Ｄ２はＤ１よりも大きく、Ｄ１はＤ２よりも小さくなる。

次に、図４を参照して、各ノズル用連通孔１２におけるヘッダー１０の内径側の楕円形状１２ａについて説明する。
各ノズル用連通孔１２の楕円形状１２ａは、図４において、隣接するノズル用連通孔１２間のピッチＰを５０〜１００ｍｍとし、仮想の真円形状のノズル用連通孔を想定し、その直径ｄを１０〜５０ｍｍとした場合において、短半径ａと長半径ｂとの関係が、ａ：ｂ＝１：２〜５となるように設定される。ここで、「仮想の真円形状のノズル用連通孔」とは、デスケーリング装置に存在はしないが、前記隣接するノズル用連通孔１２間のピッチＰよりも小さい任意の直径を有する真円形状のノズル用連通孔を仮に想定したものを意味する。

このような形状に楕円形状を設定をする方法について述べると、先ず、仮想の真円形状のノズル用連通孔１２を想定し（図４において上下真中の図を参照）、その応力集中を考える。
当該真円形状のノズル用連通孔１２において、ヘッダー１０の水供給通路の中心軸が延びる方向のＡ部でのヘッダー１０の断面を考えたとき、ノズル用連通孔１２の分だけヘッダー１０の肉厚が減少しており（図４における上の図を参照）、ヘッダー１０の肉厚は図中の斜線部のみとなる。従って、このＡ部でのヘッダー断面を考えたときのヘッダー肉厚の断面充填率ｎ_Ａを次のように設定する。
ｎ_Ａ＝（Ｐ−ｄ）／Ｐ …（１）

ここで、Ｐは隣接するノズル用連通孔１２間のピッチ、ｄは仮想の真円形状のノズル用連通孔１２の直径である。
また、当該真円形状のノズル用連通孔１２において、ヘッダー１０の水供給通路の中心軸が延びる方向と直交する水供給通路の円周方向のＢ部でのヘッダー１０の断面を考えたとき、そのヘッダー肉厚の断面充填率ｎ_Ｂを次のように設定する。
ｎ_Ｂ＝（１＋ｎ_Ａ）／２＝（２Ｐ−ｄ）／２Ｐ …（２）

そして、Ａ部でのヘッダー肉厚の断面充填率ｎ_ＡとＢ部での断面充填率ｎ_Ｂの逆数分だけヘッダー１０の内径部応力σ_０が応力集中すると考える。ここで、Ａ部は円孔の応力集中係数である３を考慮し、Ｂ部は円周方向力に対しては円孔の応力集中はしないと考えると、Ａ部の応力σ_Ａ０、Ｂ部の応力σ_Ｂ０はそれぞれ以下のように設定できる。
σ_Ａ０＝３×１／ｎ_Ａ×σ_０＝３（Ｐ−ｄ）／Ｐ×σ_０ …（３）
σ_Ｂ０＝１／ｎ_Ｂ×σ_０＝２Ｐ／（２Ｐ−ｄ）×σ_０ …（４）

次に、楕円形状のノズル用連通孔１２（図４において下の図を参照）の応力集中を考えると、楕円形状のノズル用連通孔１２において、ヘッダー１０の水供給通路の中心軸が延びる方向のＡ部での応力σ_Ａ（ノズル用連通孔１２における短径側の壁縁にかかる応力）及びヘッダー１０の水供給通路の中心軸が延びる方向と直交する水供給通路の円周方向のＢ部での応力σ_Ｂ（ノズル用連通孔１２における長径側の壁縁にかかる応力）が最も小さくなるのは、σ_Ａ＝σ_Ｂのときである。
σ_Ａ＝σ_Ｂ …（６）

また、楕円孔の応力集中の基礎式（機械工学便覧Ａ４）より、楕円形状の短半径をａ、長半径をｂ、真円形状のノズル用連通孔１２におけるＡ部での応力σ_Ａ０、真円形状のノズル用連通孔１２におけるＢ部での応力σ_Ｂ０とすると、以下の式が成立する。
σ_Ａ／σ_Ａ０＝１＋２（ａ／ｂ） …（８）
σ_Ｂ／σ_Ｂ０＝１＋２（ｂ／ａ） …（９）

この（８）式及び（９）式より、以下の（１０）式及び（１１）式が導かれる。
σ_Ａ＝（１＋２（ａ／ｂ））σ_Ａ０ …（１０）
σ_Ｂ＝（１＋２（ｂ／ａ））σ_Ｂ０ …（１１）
（６）式及び（１０）、（１１）式より、以下の（１２）式が導かれる。
（１＋２（ａ／ｂ））σ_Ａ０＝（１＋２（ｂ／ａ））σ_Ｂ０ …（１２）

この（１２）式を変形して、以下の（１３）式が導かれる。
σ_Ｂ０／σ_Ａ０＝〔ａ／ｂ〕〔（ｂ＋２ａ）／（ａ＋２ｂ）〕 …（１３）
そして、（３）式、（４）式、及び（１３）式より、σ_Ａ０とσ_Ｂ０を消去し、一般的なヘッダーの仕様である、隣接するノズル用連通孔１２間のピッチＰを５０〜１００ｍｍとし、仮想の真円形状のノズル用連通孔１２の直径ｄを１０〜５０ｍｍとした場合、短半径ａと長半径ｂとの関係が、ａ：ｂ＝１：２〜５となる。

このように、各ノズル用連通孔１２の楕円形状を、隣接するノズル用連通孔１２間のピッチＰを５０〜１００ｍｍとし、仮想の真円形状のノズル用連通孔を想定しその直径ｄを１０〜５０ｍｍとした場合において、短半径ａと長半径ｂとの関係が、ａ：ｂ＝１：２〜５となるように設定することにより、各ノズル用連通孔１２のヘッダー１０の内径側を真円とする場合よりも、短径側の応力集中係数が確実に小さくなり、ヘッダー１０の水供給通路の中心軸が延びる方向のＡ部での応力σ_Ａ、即ちノズル用連通孔１２における短径側の壁縁にかかる応力を確実に小さくすることができるとともに、ヘッダー１０の水供給通路の中心軸が延びる方向と直交する水供給通路の円周方向のＢ部での応力σ_Ｂ、即ちノズル用連通孔１２における長径側の壁縁にかかる応力が高くなりすぎるのを確実に防止することができる。

なお、長半径ｂが短半径ａの５倍よりも大きいと、楕円形状のノズル用連通孔１２において、ヘッダー１０の水供給通路の中心軸が延びる方向と直交する水供給通路の円周方向のＢ部での応力σ_Ｂが高くなりすぎてしまうおそれがある。
その一方、長半径ｂが短半径ａの２倍よりも小さいと、楕円形状のノズル用連通孔１２において、ヘッダー１０の水供給通路の中心軸が延びる方向のＡ部での応力σ_Ａが真円形状のノズル用連通孔１２におけるＡ部での応力σ_Ａ０に近くなりＡ部での応力σ_Ａがあまり小さくならない可能性がある。

従って、隣接するノズル用連通孔１２間のピッチＰを５０〜１００ｍｍとし、仮想の真円形状のノズル用連通孔１２の直径ｄを１０〜５０ｍｍとした場合、短半径ａと長半径ｂとの関係が、ａ：ｂ＝１：２〜５とすることが好ましい。
そして、ノズル用連通孔１２を真円形状とした場合と、ノズル用連通孔１２をヘッダー１０の内径側を楕円形状１２ａとした場合との発生応力の比較を図５に示す。ここで、比較されるノズル用連通孔１２を真円形状とした場合の直径ｄは３６ｍｍ、隣接するノズル用連通孔１２間のピッチＰは６５ｍｍである。また、ノズル用連通孔１２の楕円形状は、隣接するノズル用連通孔１２間のピッチＰを６５ｍｍとし、仮想の真円形状のノズル用連通孔を想定しその直径ｄを３６ｍｍとした場合において、短半径ａを２１ｍｍとし、長半径を５０ｍｍに設定してある。

図５を参照すると、ノズル用連通孔１２をヘッダー１０の内径側を楕円形状とし、ヘッダー１０の水供給通路の中心軸が延びる方向のＡ部での応力σ_Ａ、すなわちノズル用連通孔１２における短径側の壁縁にかかる応力が、ノズル用連通孔１２を真円形状とし、ノズル用連通孔１２におけるＡ部での応力σ_Ａ０に対して４７％減少していることがわかる。
また、図５を参照すると、前述の（１）〜（１３）式を用いて簡易な方法で短半径ａ及び長半径ｂを手計算により算出した値と、有限要素法（ＦＥＭ）解析による解析値とがほぼ同じ値となることもわかる。

なお、ノズル用連通孔１２のヘッダー１０の外径側は、アダプタ２１を取り付ける構造上、溶接取付けである必要があるため、真円１２ｂであると都合がよい。このため、各ノズル用連通孔１２は、ヘッダー１０の内径側を、水供給用通路１１の中心軸ＣＬが延びる方向を短径とするとともに水供給用通路１１の円周方向を長径とした楕円形状とし、ヘッダー１０の外壁側を、真円形状とし、ヘッダー１０の内径側から外壁側に向けて楕円形状から真円形状に連続的に変化する形状で形成してある。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、各ノズル用連通孔１２のヘッダー１０の内径側の形状は、水供給用通路１１の中心軸ＣＬが延びる方向を短径とするとともに水供給用通路１１の円周方向を長径とした楕円形状となっていればよく、楕円形状の設定として、隣接するノズル用連通孔間のピッチＰを５０〜１００ｍｍとし、仮想の真円形状のノズル用連通孔を想定し、その直径ｄを１０〜５０ｍｍとした場合において、短半径ａと長半径ｂとの関係が、ａ：ｂ＝１：２〜５となるように設定する必要は必ずしもない。

また、水供給用通路１１に送水される水は１４．７１ＭＰａ以上の圧力を有する高圧水である必要は必ずしもなく、１４．７１ＭＰａよりも低い圧力を有する低圧水であってもよい。
更に、ヘッダー１０は、管状に形成され、中心軸ＣＬを中心とした断面円形状で中心軸ＣＬが延びる方向に沿って延びる水供給用通路１１を有するものであれば、必ずしも有底円筒管状に形成される必要はない。

本発明の効果を検証すべく、図１に示す本発明例のデスケーリング装置１及び図６に示す比較例のデスケーリング装置１０１を用いて被圧延材３０に対して水を噴射し、そのときの衝突圧をそれぞれ調査した。
本発明例のデスケーリング装置１及び比較例のデスケーリング装置１０１を用いて操業する際の共通の操業条件としては、デスケーリング圧力（水供給用通路に送水される水の圧力）を４９．０３ＭＰａ、ヘッダー水量（デスケーリング水量）を５．０ｍ^３／ｍｉｎ、被圧延材の厚さを３０ｍｍ〜５５ｍｍ、通板速度を０．６７ｍ／ｓとした。

また、本発明例のデスケーリング装置１を用いて操業する際の共通の操業条件としては、隣り合うノズル用連通孔間の距離を６５ｍｍ、ノズル数を上側２７本、下側２７本、ヘッダーの幅を１７５５ｍｍ、各ノズル用連通孔のヘッダー内径側楕円形状をφ２１×５０ｍｍ、ヘッダー外径側真円形状をφ２１ｍｍとした。
また、比較例のデスケーリング装置１を用いて操業する際の共通の操業条件としては、隣り合うノズル用連通孔間の距離を１３０ｍｍ、ノズル数を上側１４本、下側１３本、ヘッダーの幅を上ヘッダー１８２０ｍｍ、下ヘッダー１６９０ｍｍ、各ノズル用連通孔の真円形状をφ３６ｍｍとした。

その結果、本発明例のデスケーリング装置１を用いて操業した場合、隣り合うノズル用連通孔間の距離が６５ｍｍ、噴射水の噴射角が３４°で、ノズルの先端から噴射水の被圧延材当たり面の材料幅方向端部までの距離が１１．９ｍｍ、そのときの衝突圧が４．４３ＭＰａＮ／ｍ^２であった。

一方、比較例のデスケーリング装置１を用いて操業した場合、隣り合うノズル用連通孔間の距離が１３０ｍｍ、噴射水の噴射角が５８°で、ノズルの先端から噴射水の被圧延材当たり面の材料幅方向端部までの距離が１３．０ｍｍ、そのときの衝突圧が３．８４ＭＰａであった。
従って、本発明例のデスケーリング装置１を用いて操業した場合の衝突圧は、比較例のデスケーリング装置１を用いて操業した場合の衝突圧に対し、〔（４．４３／３．８４）−１〕×１００＝１５％高くなった。この結果、デスケーリング効率も１５％上昇した。

１デスケーリング装置
１０デスケーリング用ヘッダー
１１水供給用通路
１２ノズル用連通孔
１２ａ楕円形状
１２ｂ真円形状
１３アダプタ取付凹部
２０デスケーリングノズル
２１アダプタ
３０被圧延材
ＣＬ水供給用通路の中心軸

Claims

管状に形成されるとともに、中心軸を中心とした断面円形状で中心軸が延びる方向に沿って延びる水供給用通路を有し、該水供給用通路の中心軸が被圧延材の幅方向に沿うように設置されたデスケーリング用ヘッダーと、該デスケーリング用ヘッダーの外壁面に前記水供給用通路の中心軸に沿って所定ピッチで取り付けられた複数のデスケーリングノズルと、前記デスケーリング用ヘッダーの内径面と外壁面との間に形成され、前記水供給用通路と、前記複数のデスケーリングノズルの各々に設けられたノズル孔との間を連通させる複数のノズル用連通孔とを備え、水を前記水供給用通路に送水し、当該水が前記水供給用通路から前記各ノズル用連通孔を通って前記デスケーリングノズルから前記被圧延材の表面に向けて噴射されるデスケーリング装置において、
前記各ノズル用連通孔は、前記デスケーリング用ヘッダーの内径側を、前記水供給用通路の中心軸が延びる方向を短径とするとともに前記水供給用通路の円周方向を長径とした楕円形状とし、前記デスケーリング用ヘッダーの外壁側を、真円形状とし、前記デスケーリング用ヘッダーの内径側から外壁側に向けて楕円形状から真円形状に連続的に変化する形状で形成されていることを特徴とするデスケーリング装置。
前記水供給用通路に送水される水が１４．７１ＭＰａ以上の圧力を有する高圧水であることを特徴とする請求項１記載のデスケーリング装置。