JP5983719B2 - 鋼材スケールの生成防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼材を加熱炉で加熱する際に、スケールの生成を防止する鋼材スケールの生成防止方法に関する。

スラブ等の鋼材が熱間圧延される場合、鋼材は通常加熱炉で１０００〜１３００℃に加熱された後、圧延される。鋼材が加熱炉で加熱される際、高温に加熱された鋼材の表面には、大気中の酸素との反応生成物の被膜であるスケールが多量に生成する。
スケールの生成は、鋼材の歩留り低下の原因となる。また、圧延時に鋼材表面に残存するスケールは、押し込み疵等の表面疵の原因となるため、品質の低下を招く。

スケールの生成を防止するために、鋼材の加熱時には様々な方法がとられている。例えば、特許文献１には、加熱前の鋼材表面を、粘結材および炭素粉を含有する下層組成物で被覆し、次いで下層組成物表面層を金属の粉末、金属の酸化物の粉末、無水ケイ酸、耐火物の粉末、水ガラスおよび水を含有する上層組成物で被覆することで、スケールの生成を抑制し、生成したスケールの剥離性を向上させる方法が開示されている。

また、例えば特許文献２には、合金鋼スラブの表面が完全に露出部分がないように冷延鋼板で包装し、さらに要所をスポットウエルデイングすることで、合金鋼スラブの表面の酸化防止をする方法が開示されている。
さらに、例えば特許文献３には、板材の一面にスケール抑制剤を塗布し、スケール抑制剤を塗布した面を内側にして被加熱鋼材を被覆し、加熱することで、スケールの生成を防止し、加熱後のスケール抑制剤の剥離性を向上させる方法が開示されている。

特開昭５９−１４４５１２号公報 特開昭５３−１１３２０９号公報 特開昭４９−７３３１４号公報

しかし、特許文献１に記載の方法は、鋼材の厚み方向に垂直な上面および下面の両面にスケール抑制剤である下層生成物と上層生成物とを塗布し、乾燥させなければならないため、作業負荷が大きくなる。
また、特許文献２に記載の方法は、スラブの裏面および側面にプレスボード、アスベストボードなどの間隙材などを添着してその上を冷延鋼板で全面包被し、冷延鋼板同士をスポット溶接等で目張りする必要がある。鋼材の裏面も包被するためにはクレーン等で鋼材を吊る作業が生じる上、スポット溶接作業も必要なため、鋼材１枚当たりの作業負荷が大きくなる。

さらに、特許文献３に記載の方法は、予め板材にスケール抑制剤を塗布した後、板材で被加熱鋼材を被覆し、さらに被覆後の接合部をスケール抑制剤で目バリをするため、作業負荷が大きくなる。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、鋼材の表面に生成するスケールの生成を小さい作業負荷で防止することが可能な、鋼材スケールの生成防止方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る鋼材スケールの生成防止方法は、加熱炉に鋼材を装入する際に上側となる鋼材の上面に、複数の第１の板材を、隣接する第１の板材同士の一部が重畳するように、且つ鋼材の上面が全て覆われるように載置する第１の板材載置工程と、第１の板材載置工程の後、第１の板材の上側に、少なくとも第１の板材同士が重畳する重畳部が覆われるように、少なくとも１つの第２の板材をさらに載置する第２の板材載置工程と、第２の板材載置工程の後、鋼材を加熱炉で加熱する加熱工程と、を含む。

また、この鋼材スケールの生成防止方法において、第１の板材および第２の板材は、それぞれの板厚が０．２〜１．５ｍｍの薄鋼板であるようにしてもよい。
また、この鋼材スケールの生成防止方法において、複数の第１の板材は、鋼材の上面に載置された状態で、鋼材の上面の全周からはみ出た第１の余剰領域を有し、第２の板材は、鋼材の上面に載置された状態で、鋼材の上面からはみ出た第２の余剰領域を有し、第２の板材載置工程の後、加熱工程の前に、鋼材の上面に垂直な面である鋼材の端面と第１の余剰領域とが対向し、端面と第２の余剰領域とが対向するように第１の余剰領域および第２の余剰領域を折り曲げる折り曲げ工程を含むようにしてもよい。
また、この鋼材スケールの生成防止方法において、加熱工程の前に、上面の反対側の面である鋼材の下面に、スケール抑制剤を塗布するスケール抑制材塗布工程を含むようにしてもよい。

本発明に係る鋼材スケールの生成防止方法によれば、鋼材の表面に生成するスケールの生成を小さい作業負荷で防止することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る鋼材スケールの生成防止方法において、第１の板材の載置方法を示す斜視図である。 同実施形態に係る鋼材スケールの生成防止方法において、第２の板材の載置方法を示す斜視図である。 同実施形態に係る鋼材スケールの生成防止方法において、第１の板材および第２の板材が載置された鋼材を示す斜視図である。 同実施形態に係る鋼材スケールの生成防止方法において、第１の板材および第２の板材で上面が被覆され、加熱炉に装入された鋼材を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１〜４に示す鋼材スケールの防止方法において、鋼材１０は、長さがＬ、幅がＷ、板厚がｔの略直方体からなるスラブである。また、鋼材１０は、加熱炉で加熱された後、熱間圧延されることで厚鋼板となる。

まず、本実施形態における鋼材スケールの防止方法では、鋼材１０を加熱炉に装入する前に、鋼材１０の下面１４にスケール抑制剤を塗布する、スケール抑制剤塗布工程が行われる。鋼材１０の下面１４は、加熱炉装入時に下側となる鋼材１０の面である。スケール抑制剤は、金属の粉末や酸化物の粉末等からなり、鋼材１０の鋼種、加熱炉での加熱時間や加熱温度等により、最適な組成および膜厚が適宜選択される。なお、スケール抑制剤は、所定の膜厚で均一に塗布されることが望ましい。スケール抑制剤の膜厚が均一でない場合、熱間圧延後に鋼板表面の手入れ等の工程が発生する可能性がある。本実施形態では、鋼材１０の下面１４にスケール抑制剤が塗布されることで、鋼材１０の下面１４でのスケールの生成が抑制される。

スケール抑制剤塗布工程の後、鋼材１０の上面１２に第１の板材２０を載置する、第１の板材載置工程が行われる。第１の板材２０は、加熱炉での加熱により酸化或いは消失し得る材質や板厚の略矩形の鋼板である。第１の板材２０は、例えば板厚が０．２〜１．５ｍｍで、折り曲げや切込み等の加工が容易な薄鋼板であり、鋼材１０の長手方向の長さがＬ１であり、鋼材１０の幅方向の長さがＷ１である。

図１および図２に図示した例のように、３枚の第１の板材２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、鋼材１０の上面１２を全て覆うように鋼材１０の長手方向に並んで載置され、隣接する第１の板材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ同士の一部が重畳して載置される。これにより、第１の板材２０ａ，２０ｂが重畳する重畳部２２ａが形成され、第１の板材２０ｂ，２０ｃが重畳する重畳部２２ｂが形成される。鋼材１０の長手方向の長さである重畳部２２ａ，２２ｂの幅は、１００ｍｍ以上でスケール抑制の効果を発現するが、４００ｍｍ超となると、スケール抑制の効果は飽和する。このため、重畳部２２ａ，２２ｂの幅は、１００ｍｍ以上、４００ｍｍ以下であることが好ましい。また、図２に図示した例のように、３枚の第１の板材２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、鋼材１０の上面１２に載置された状態において、上面１２よりも広い面積を有しており、上面１２の全周からはみ出た第１の余剰領域２４を有する。

第１の板材載置工程の後、鋼材１０に接する面と反対側となる第１の板材２０の上側の面に２枚の第２の板材３０ａ，３０ｂを載置する、第２の板材載置工程が行われる。第２の板材３０は、第１の板材２０と同様に、加熱炉での加熱により酸化或いは消失し得る材質や板厚の略矩形の鋼板である。第２の板材３０は、例えば板厚が０．２〜１．５ｍｍで、折り曲げや切込み等の加工が容易な薄鋼板であり、鋼材１０の長手方向の長さがＬ２であり、鋼材１０の幅方向の長さがＷ２である。

図３に図示した例のように、第２の板材３０ａは、少なくとも第１の板材２０ａ，２０ｂの重畳部２２ａよりも大きな面積を有し、少なくとも重畳部２２ａを全て覆うように載置される。同様に第２の板材３０ｂは、少なくとも第１の板材２０ｂ，２０ｃの重畳部２２ｂよりも大きな面積を有し、少なくとも重畳部２２ｂを全て覆うように載置される。また、本実施形態では、鋼材１０の幅方向に平行な方向における、第１の板材２０ａ，２０ｂ，２０ｃの長さＷ１と、第２の板材３０ａ，３０ｂの長さＷ２とは、同じ長さである。このため、図３に図示したように、第２の板材３０ａは、鋼材１０の上面１２の幅方向に対して、第１の板材２０ａ，２０ｂの第１の余剰領域２４と同じ長さだけ上面１２からはみ出た第２の余剰領域３４ａを有する。同様に、第２の板材３０ｂは、鋼材１０の上面１２の幅方向に対して、第１の板材２０ｂ，２０ｃの第１の余剰領域２４と同じ長さだけ上面１２からはみ出た第２の余剰領域３４ｂを有する。

第２の板材載置工程の後、第１の板材２０ａ，２０ｂ，２０ｃおよび第２の板材３０ａ，３０ｂを折り曲げる、折り曲げ工程が行われる。図３に図示したように、第１の余剰領域２４および第２の余剰領域３４ａ，３４ｂは、鋼材１０の板厚方向に平行な面である端面１６に対向するように折り曲げられる。図３に図示した例では、３枚の第１の板材２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、４つの端面１６に対して第１の余剰領域２４を有している。このため、第１の余剰領域２４には、４つの端面１６に対向して折り曲げ可能なように、切込み２６が４カ所に予め設けられる。

折り曲げ工程の後、鋼材１０を加熱炉に装入し加熱する、加熱工程が行われる。図４は、図３の後、第１の余剰領域２４および第２の余剰領域３４が端面１６に対向するように折り曲げられ、上面１２が被覆された鋼材１０が加熱炉に装入された状態を示す斜視図である。本実施形態では、鋼材１０は、バッチ式の加熱炉に装入され、加熱炉内では２つのスキッド４０ａ，４０ｂの上側に載置された状態で加熱される。

第１の板材２０ａ，２０ｂ，２０ｃおよび第２の板材３０ａ，３０ｂは、加熱工程において加熱炉内で加熱されることにより消失する。また、加熱後に第１の板材２０ａ，２０ｂ，２０ｃおよび第２の板材３０ａ，３０ｂの一部が消失せずに残った場合、加熱炉抽出後に行われるデスケーリングにより、残った第１の板材２０ａ，２０ｂ，２０ｃおよび第２の板材３０ａ，３０ｂの一部は鋼材１０の表面から完全に除去される。

このように、本実施形態に係る鋼材スケールの生成防止方法は、鋼材１０の上面１２に互いに一部が重畳するように複数の第１の板材２０を載置させ（第１の板材載置工程）、さらに第１の板材２０が重畳した重畳部２２が覆われるように、第２の板材３０を載置させ（第２の板材載置工程）、鋼材１０を加熱炉で加熱する（加熱工程）。これにより、鋼材１０の上面１２でのスケールの生成を防止することができる。さらに、本実施形態に係る鋼材スケールの生成防止は、第１の板材載置工程および第２の板材載置工程では、鋼材１０の上面１２に第１の板材２０および第２の板材３０を載置するだけである。このため、特許文献２に記載の方法に比べ、クレーンを用いた鋼材吊り上げ作業や、従来のスケール抑制剤を塗布して乾燥させる作業、板材同士を溶接する作業、板材の接合部をスケール抑制剤で目バリする作業等を行う必要がないため、作業負荷を小さくすることができる。

また、板材同士をスポット溶接で接合させる従来の方法では、板材同士の重畳した個所を全て溶接することが難しく、隙間ができる可能性が高いため、隙間から入り込んだ大気によりスケールが生成する場合があった。一方、本実施形態に係る鋼材スケールの生成防止方法では、重畳部２２の上側に第２の板材３０を設けることで、重畳部２２が全て第２の板材３０に覆われ、さらに第２の板材３０の重みにより重畳部２２の全ての領域で第１の板材２０同士の密着性が高まることから、従来よりも重畳部２２の隙間からの大気の入り込みを防ぐことができる。

さらに、スケール抑制剤のみを用いた従来の方法では、スケール抑制剤は液体であるため、膜厚に斑が生じやすく、均一な膜厚を形成するのが困難であった。例えば、スケール抑制剤の膜厚が薄い場合には、乾燥時にスケール抑制剤による被膜が剥離し、スケールの生成抑止の効果が低下する。また、スケール抑制剤の膜厚が厚い場合には、スケール抑制剤による被膜が圧延時にも剥離せずに、表面疵の原因となる場合があった。一方、本実施形態に係る鋼材スケールの生成防止方法では、上面１２の全ての領域で大気との接触が防止されるため、鋼材１０の上面１２においてスケール抑制剤のみを用いた従来の方法と比べて斑なくスケールの生成を防ぐことができる。このため、スケール抑制剤のみを用いた従来の方法では、鋼材１０の上面１２と下面１４の両面で表面疵が発生する可能性があったのに対して、本実施形態では上面１２での表面疵の発生を大幅に抑えることができる。これにより、本実施形態に係る鋼材スケールの生成防止方法では、表面疵による手入れや、歩留り低下を低減することができる。

また、本実施形態に係る鋼材スケールの生成防止方法では、第１の板材２０および第２の板材３０の第１の余剰領域２４および第２の余剰領域３４を、鋼材１０の端面１６に対向するように折り曲げる。これにより、鋼材１０の上面１２の端部での大気の入り込みを防ぐことができ、スケールの生成防止の効果をさらに向上させることができる。なお、本実施形態では、鋼材１０は厚鋼板となるスラブであり、圧延後に鋼材１０の端面１６に相当する端部の部位は切り落とされる。

また、上記の一実施形態では、本発明の公的な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、鋼材１０は厚鋼板となるスラブであるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、鋼材１０は薄鋼板となるスラブであってもよい。この際、鋼材１０の端面１６にスケールが生成すると、表面疵の原因となるため、端面１６についてもスケールの生成防止方法が用いられる。例えば、端面１６には下面１４と同様にスケール抑制剤が塗布されてもよい。また、例えば第１の余剰領域２４を折り曲げた状態で、第１の余剰領域２４が端面１６を全て覆うことができる長さの第１の板材２０および第２の板材３０が用いられ、上面１２および端面１６が全て被覆された状態で加熱されてもよい。

また、上記実施形態では、鋼材１０はバッチ式の加熱炉で加熱されるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、鋼材１０は、連続式の加熱炉で加熱されてもよい。
さらに、上記実施形態では、第１の板材２０ａ，２０ｂ，２０ｃの形状は略矩形の同じサイズの板材であり、第２の板材３０ａ，３０ｂの形状は略矩形の同じサイズの板材であるとしたが、本発明はかかる形状やサイズに限定されない。
さらに、上記実施形態では、第１の板材２０として３枚の板材が用いられ、第２の板材３０として２枚の板材が用いられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第１の板材２０として複数枚の板材が用いられ、第２の板材３０として少なくとも第１の板材２０の重畳部２２を覆うのに十分な枚数の板材が用いられてもよい。

本発明者が行った実験とその結果を、実施例として説明する。
鋼材１０には、難スケール剥離性の鋼種であるＮｉを２％含有する鋼種で、長さ５５００ｍｍ、幅１９００ｍｍ、板厚２６０ｍｍであるスラブを用いた。第１の板材２０および第２の板材３０には、長さ２０００ｍｍ、幅１２００ｍｍ、板厚０．３ｍｍの薄鋼板を、第１の板材２０に３枚、第２の板材３０に５枚用いた。

実施例で行った鋼材スケールの生成防止方法では、まず、鋼材１０の下面１４にスケール抑制剤を塗布し乾燥させた。
次いで、鋼材１０の上面１２に第１の板材２０を載置した。このとき、第１の板材２０を、鋼材１０の長手方向における重畳部２２の長さが１２５ｍｍとなるように載置し、第１の余剰領域２４が上面１２の各辺から垂直方向に５０ｍｍ以上はみ出すように載置した。

さらに、重畳部２２が覆われ、鋼材１０の幅方向において第１の板材２０と第２の板材３０との位置が合わさるように、第２の板材３０を載置した。
その後、図４に示したように、第１の余剰領域２４および第２の余剰領域３４を端面１６と対向するように折り曲げた。
次いで、上面１２が第１の板材２０と第２の板材３０とにより被覆された鋼材１０をバッチ式の加熱炉に装入し、鋼材１０が１１３０℃になるまで、７時間加熱した。

さらに、加熱した鋼材１０をデスケーリングし、粗圧延機および仕上圧延機で圧延加工し、端部を切断することで厚鋼板を製造した。
なお、比較例として、実施例で用いたスラブとサイズおよび鋼種が同様な鋼材１０について、従来のスケール生成防止方法を用いて加熱を行った。比較例では、鋼材１０の上面１２に実施例と同様に第１の板材２０を載置し、重畳部２２をスポット溶接で接合し、第１の余剰領域２４を端面１６と対向するように折り曲げた。その後、鋼材１０を実施例と同様に加熱および圧延加工し、端部を切断することで厚鋼板を製造した。

実施例および比較例のそれぞれの方法で、製造した厚鋼板について、表面疵の有無を調査した。
調査の結果、比較例では手入れが必要な表面疵が上面１２で発生したのに対して、実施例では上面１２、下面１４共に手入れが必要な表面疵は発生しなかった。また、スポット溶接を用いて重畳部２２を接合させる比較例の工程に比べ、実施例は第２の板材３０を重畳部２２に載置させるだけの工程であったため、作業負荷が大幅に軽減された。
以上の結果から、本発明に係る鋼材スケールの生成防止方法により、鋼材１０の表面に生成するスケールの生成を小さい作業負荷で防止することが可能になることが分かった。

１０ 鋼材
１２ 上面
１４ 下面
１６ 端面
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 第１の板材
２２ａ，２２ｂ 重畳部
２４ 第１の余剰領域
２６ 切込み部
３０ａ，３０ｂ 第２の板材
３４ａ，３４ｂ 第２の余剰領域
４０ａ，４０ｂ スキッド

Claims (4)

1. 加熱炉に鋼材を装入する際に上側となる前記鋼材の上面に、複数の第１の板材を、隣接する前記第１の板材同士の一部が重畳するように、且つ前記鋼材の上面が全て覆われるように載置する第１の板材載置工程と、
   前記第１の板材載置工程の後、前記第１の板材の上側に、少なくとも前記第１の板材同士が重畳する重畳部が覆われるように、少なくとも１つの第２の板材をさらに載置する第２の板材載置工程と、
   前記第２の板材載置工程の後、前記鋼材を加熱炉で加熱する加熱工程と、
   を含むことを特徴とする、鋼材スケールの生成防止方法。
2. 前記第１の板材および前記第２の板材は、それぞれの板厚が０．２〜１．５ｍｍの薄鋼板であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼材スケールの生成防止方法。
3. 複数の前記第１の板材は、前記鋼材の上面に載置された状態で、前記鋼材の上面の全周からはみ出た第１の余剰領域を有し、
   前記第２の板材は、前記鋼材の上面に載置された状態で、前記鋼材の上面からはみ出た第２の余剰領域を有し、
   前記第２の板材載置工程の後、前記加熱工程の前に、前記鋼材の上面に垂直な面である前記鋼材の端面と前記第１の余剰領域とが対向し、前記端面と前記第２の余剰領域とが対向するように前記第１の余剰領域および前記第２の余剰領域を折り曲げる折り曲げ工程を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の鋼材スケールの生成防止方法。
4. 前記加熱工程の前に、前記上面の反対側の面である前記鋼材の下面に、スケール抑制剤を塗布するスケール抑制材塗布工程を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼材スケールの生成防止方法。

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