JP6445674B2 - 軸方向が偏心配置された管内壁の混合噴流によるスケール除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷態金属の円形又は異形断面の管内壁表面のスケール除去の分野に属し、主に冷態金属管の内壁表面のスケールを連続的に除去することに用いられ、特別に設計された複数の偏心配置された噴流噴射ユニットにより、冷態金属管材とスケール除去装置とが簡単に平らでまっすぐに相対運動することで金属管の内壁表面のスケールを均一に除去することができる。本願は、冷態金属管材の内壁表面の噴流によるスケール除去の技術に関する発明である。

金属材料は、熱間圧延又は熱処理の過程において、表面に金属酸化物からなる緻密な被覆物、所謂「スケール皮」が一層で形成される。当該スケール皮は、その存在が更なる加工処理に影響を与える。即ち、材料の表面にある割れ目が早めに発見されなく、加工された完成品に品質問題があることになり、一方、スケール皮が金属表面に圧入されやすく、表面に品質問題が生じることになる。また、硬い酸化物の存在は、圧延ロール又は引抜台の摩耗を速めるとともに、当該棒材が実際に使用される前の防腐処理に困難をもたらす。また、特種鋼棒に対して、鋼棒表面の割れ目、条紋のような品質欠陥を曝すために、表面のスケール皮を除去して組織を露出させる必要がある。これにより生産労働者がその欠陥の所在を見つけて、対応的な救済措置を取り扱うことに寄与する。

上記に基づいて、金属管材は、熱間圧延成形の後、かつポストプロセス処理に入る前に、その表面のスケール皮を徹底的に除去する必要がある。

金属管材表面のスケール除去方式として、コスト及び生産プロセスの成熟度を考えて、現在に国内外の生産企業の全ては、化学湿式法による洗浄の加工方式を採用して表面のスケール皮を除去する。管材に対しては、通常に二種類の方式でスケール除去を行い、その一種がサンドブラスト、ショットブラストなどの物理的なスケール除去方式であり、もう一種が化学湿式法であり、即ち、硫酸、塩酸及びフッ化水素酸などの強酸性溶液を使用する方式によって、その表面のスケール皮の除去を実現する。

これらの方法のうち、化学湿式法の酸洗浄プロセスは、生産環境が悪く、かつ生産によって生成する多量の廃酸を循環再生処理しなければならない。現在、酸再生プロセスには、必然的に対応する廃気を排出することがあり、排出された廃気が含有する大量のＨＣｌ、ＳＯ_２などの酸性、腐食性の成分は、大気を直接に汚染する。

しかし、サンドブラスト又はショットブラストの方式によりスケール除去を行う場合、通常に管材の内表面の空間が有限であり、サンドブラスト又はショットブラストの方式は通常に大きな操作空間が必要とするので、このようなスケール除去のプロセスは、その結果として、管材表面が完全に洗浄されないとともに、酷い粉塵汚染をもたらし、プロセス生産工場の作業環境が大変ひどくなり、効果も悪く、後続のプロセスが要求する内壁表面品質を達成できない。

これに基づいて、管材の表面スケール除去の問題を解決するために、研究者は、研究を重ねて、多種の技術及び設備を開発して、上記の化学方法を替わて、金属表面のスケール皮を除去する。例えば、電解スケール除去、電解研削スケール除去、放電スケール除去、電子線スケール除去、レーザースケール除去、研磨スケール除去、反復曲げスケール除去、及び上述した異なる方法を組み合わせるスケール除去方法がある。これらの方法は、ここ数年の進展の過程において、高圧水噴流によるスケール除去技術の発展が最も早く、その工業化の進みも顕著になる。

関連特許を調べたところ、国外、特に日本、ドイツなどの冶金技術の先進国は、大勢の連続噴流、ブラシスケール除去技術を提出した。例えば、日本特許ＪＰ０６１０８２７７Ａは、連続冷間圧延ラインで酸噴射とブラシロールとの組み合わせを使用するスケール除去プロセスを公開し、日本特許ＪＰ５５０３４６８８Ａは、ＰＶ圧延スケール破壊−混合研磨材高圧噴流を結合するスケール除去方式を公開し、日本特許ＪＰ５７１４２７１０Ａ、ＪＰ５７０６８２１７Ａ、ＪＰ５９０９７７１１Ａ、及びカナダのＴＭＷ会社は、２００１年の後に、一連の鋼板表面のスケール皮の除去技術を公開し、米国特許ＵＳ２００８０１０８２８１（Ａ１）、ＵＳ２００８０１８２４８６（Ａ１）及びＵＳ２００９０２２７１８４（Ａ１）など、また、西欧ＵＳ５３８８６０２、日本特許ＪＰ０５０９２２３１Ａ、ＪＰ０９０８５３２９Ａ及びＪＰ２００２１０２９１５などがある。しかし、これらのいずれも棒、線材の表面のスケール皮の除去技術を公開していない。

大直径の金属管内壁のスケール除去について、その管内壁のサイズは大きいので、噴流スケール除去プロセスでノズルと噴流が要求する幾何サイズ空間を十分に満足できる。従って、簡単な円周方向に均一に配置された方案を採用することで、内壁の均一的なスケール除去を満足できる。一方、口径が小さく、空間が限られる金属管の内壁について、噴流ノズルと媒質需給管路の配置空間を十分に考慮する必要もある。よって、内壁スケール除去を実現するために、ねらいがある特別な偏心配置方案を採用する必要がある。公開された文献及び特許検索から、現在まで、類似な公開資料がまだ存在しないと発見した。

よって、本発明の目的は、軸方向が偏心配置された管内壁の混合噴流によるスケール除去装置を設計することで、冷態金属管材の内壁表面に対して連続的、高効率的、安定的なグリーンスケール除去技術を実現できる。

上記目的を達成するために、本発明の技術方案は、以下のようである。
本発明は、金属管材の内壁表面に対してスケール除去プロセスを連続的に行い、軸方向の偏心配置の方案によって、混合噴流ノズルと金属管材とが簡単に平らでまっすぐに相対運動することで、直径が一定の金属管材の内壁表面のスケール皮を効率的に除去する目的を達成できる。

具体的に、本発明の軸方向が偏心配置された管内壁の混合噴流によるスケール除去装置は、ストラットバーと、混合噴流噴射用の少なくとも２つのノズルユニットとを備え、前記ストラットバーは、金属管内に設置され、金属管の中心軸線と平行し、かつ偏心配置され、金属管の中心軸線と同心ではなく；前記混合噴流噴射用のノズルユニットは、ストラットバーの長手方向に沿って前後に設置され、ノズルユニットのそれぞれに、少なくとも２つの混合噴流ノズルが設けられ、ストラットバー軸線を円心として周りに発散するようにストラットバーの円周に沿って均一に配置され、かつ前後に設置されたノズルユニットの混合噴流ノズルは、スケール除去される金属管の内壁の円周方向に前後ずらして設置され、金属管の内壁の円周面をカバーできる有効なスケール除去領域になるように混合噴流ノズルマトリックスを形成する。

さらに、前記ストラットバーは、第一支持部と、第二支持部とを備え、前記第二支持部は第一支持部の一端から空間上の二回の曲げを経て延伸し、第一支持部と平行するように形成され、第一、第二支持部は、それぞれが偏心配置され、かつ偏心量が同じく、金属管の中心軸線を円心とする円周に角度ずれるように配置され；第一、第二支持部には、それぞれ少なくとも２つのノズルユニットが設置され、第一、第二支持部におけるノズルユニットの混合噴流ノズルは、スケール除去しようとする金属管の内壁の円周方向に前後ずらして設置され、金属管の内壁の円周面をカバーできる有効なスケール除去領域になるように混合噴流ノズルマトリックスを形成する。

また、前記第一、第二支持部の軸線は、それぞれ金属管の中心軸線を円心とする同心円の円周に設置され、かつ当該円周に均一に角度ずれて配置される。

さらに、前記ストラットバーは、第一支持部と、第二支持部と、第三支持部とを備え、前記第二支持部は、第一支持部の一端から空間上の二回の曲げを経て延伸し、第一支持部と平行するように形成され、前記第三支持部は、第二支持部の一端から空間上の二回の曲げを経て延伸し、第二支持部と平行するように形成され、前記第一、第二及び第三支持部は、それぞれが偏心配置され、かつ偏心量が同じく、金属管の中心軸線を円心とする円周に角度ずれるように配置され、第一、第二、及び第三支持部におけるノズルユニットの混合噴流ノズルは、スケール除去しようとする金属管の内壁の円周方向に前後ずらして設置され、金属管の内壁の円周面をカバーできる有効なスケール除去領域になるように混合噴流ノズルマトリックスを形成する。

また、前記第一、第二及び第三支持部の軸線は、それぞれ金属管の中心軸線を円心とする同心円の円周に設置され、かつ当該円周に均一に角度ずれて配置される。

また、前記混合噴流ノズルの軸方向とストラットバーの中心軸線は、一定の角度を成す。

本発明のメリットは、以下のようである。
本発明は、軸方向が偏心された複数ユニット混合ノズルの配置方式を採用し、噴射ユニットと管材内壁とが簡単に平らでまっすぐに相対運動することで、内径がより小さい金属管の内壁の均一、安定的なスケール除去効果を実現でき、高効率のスケール除去の目標を達成できる。

混合噴流の方式によって冷態管材の内壁のスケール除去を実現でき、従来のスケール除去プロセスに比べて、スケール除去プロセスがもっと環境にやさしく、グリーンであり、かつ生産コストが競争上の優位性を有する。

図１は本発明の実施例１の構造を示す模式図である。 図２は図１の側視図である。 図３は図１のＡ−Ａ断面図である。 図４は図１のＢ−Ｂ断面図である。 図５は図１のＣ−Ｃ断面図である。 図６は本発明の実施例２の構造を示す模式図である。 図７は図６の側視図である。 図８は本発明の実施例２におけるストラットバーの構造を示す模式図である。 図９は図６のＤ−Ｄ断面図である。 図１０は図６のＥ−Ｅ断面図である。 図１１は図６のＦ−Ｆ断面図である。

図１〜図５を参照すると、本発明の軸方向が偏心配置された金属管内壁の混合噴流によるスケール除去装置は、ストラットバー１及び混合噴流噴射用の３つのノズルユニット２、２’、２”を備え、前記ストラットバー１は、スケール除去される金属管１００内に設置され、金属管１００の中心軸線と平行し、かつ偏心配置され、金属管の中心軸線と同心ではない；前記混合噴流噴射用のノズルユニット２、２’、２”は、ストラットバー１の長手方向に沿って前後に設置され、ノズルユニット２、２’、２”のそれぞれには、少なくとも２つの混合噴流ノズル２１、２１’、２１”が設けられ、ストラットバー１軸線を円心として周りに発散するようにストラットバー１の円周に沿って均一に配置され、かつ前後に設置されたノズルユニット２、２’、２”の混合噴流ノズルは、スケール除去される金属管の内壁の円周方向に前後ずらして設置され、金属管の内壁の円周面をカバーできる有効なスケール除去領域になるように混合噴流ノズルマトリックスを形成する。ストラットバー１と金属管１００の内壁との間には、大きな間隔と小さな間隔を有し、前記大きな間隔は前記小さな間隔より大きい。即ち、図において、上側内壁とストラットバーとの間の間隔は、大きな間隔であり、下側内壁とストラットバーとの間の間隔は小さな間隔であり、上側内壁と下側内壁とは、ストラットバーを通る水平線により区分され、混合噴流ノズル２１、２１’、２１”はストラットバー１と金属管１００の内壁との間の大きな間隔の前記ストラットバー側に設置される。

図６〜図１１は、本発明の実施例２を示す。前記ストラットバー１は、第一支持部１１と、第二支持部１２と、第三支持部１３とを備え、前記第二支持部１２は、第一支持部１１の一端から空間上の二回の曲げを経て延伸し、第一支持部１１と平行するように形成され、前記第三支持部１３は、第二支持部１２の一端から空間上の二回の曲げを経て延伸し、第二支持部１２と平行するように形成され、前記第一〜第三支持部１１〜１３は、それぞれが偏心配置され、かつ偏心量が同じく、金属管１００の中心軸線を円心とする円周に角度ずれるように配置され、第一〜第三支持部１１〜１３におけるノズルユニット２、２’、２”の混合噴流ノズルは、スケール除去しようとする金属管の内壁の円周方向に前後ずらして設置され、金属管１００の内壁の円周面をカバーできる有効なスケール除去領域になるように混合噴流ノズルマトリックスを形成する。

また、前記第一〜第三支持部１１〜１３の軸線は、それぞれ金属管１００の中心軸線を円心とする同心円の円周に設置され、かつ当該円周に均一に角度ずれて配置される。

また、前記混合噴流ノズルの軸方向とストラットバーの中心軸線は、一定の角度を成す。

本発明のノズルユニットのいずれも、偏心曲げ形状を呈する一本のストラットバーに固定され、ノズルユニットのそれぞれにおける混合噴流ノズルは、各々の円心から発散するように配置され、即ち、混合噴流を発散させるように配置される。各ノズルユニットにおいて、混合ノズルは、管材円形断面の円周方向に沿って、典型的な偏心発散状を呈するように均一に配置される。同一のノズルユニットにおいて、各の２つのノズルの間には、断面の円周方向に沿う角度ズレ量が同じく、即ち、３つのノズルユニットが重なる場合、重なる方向の視図から、３つのノズルユニットが重なって隣り合う２つのノズルの間に、断面の円周方向に沿う角度ズレ量が同じである。

これによって、管材が軸方向に沿って平らでまっすぐに運動する場合、かつ全てのノズルユニットが噴射し、静止状態を保持して、管材の内壁が全てのノズルユニットを通った後に、管材の内壁がスケール皮の完全除去を実現する。

本発明は、混合噴流によるスケール除去効果及び管材の断面特性を十分に利用し、このような高圧噴流の方式により管材への連続的高速スケール除去を実現する。

Claims (10)

1. 金属管内に設置されたストラットバーと、混合噴流噴射用の少なくとも２つのノズルユニットとを備え、
   前記混合噴流噴射用の少なくとも２つのノズルユニットは、ストラットバーの長手方向に沿い、かつ金属管の内壁の軸方向の偏心位置で前記ストラットバーに設置され、
   ノズルユニットのそれぞれには、混合噴流ノズルが設けられ、前記混合噴流ノズルは、前記ストラットバーと前記内壁との間の間隔が大きい前記ストラットバー側に設置され、
   前記少なくとも２つのノズルユニットの混合噴流ノズルは、ストラットバー軸線を円心として発散するように配置され、
   前記ストラットバーは、前記ノズルユニットのそれぞれを設置するための第一支持部及び第二支持部を備え、
   前記第二支持部は、第一支持部の一端から空間上の二回の曲げを経て延伸して形成され、
   第一、第二支持部の軸線は、スケール除去しようとする金属管の中心軸線に対して偏心することを特徴とする金属管内壁の混合噴流によるスケール除去装置。
2. 前記少なくとも２つのノズルユニットの混合噴流ノズルは、金属管の内壁の円周面をカバーできる有効なスケール除去領域になるように混合噴流ノズルマトリックスを形成することを特徴とする請求項１に記載の金属管内壁の混合噴流によるスケール除去装置。
3. 前記第二支持部は、第一支持部の一端から空間上の二回の曲げを経て延伸し、第一支持部と平行するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の金属管内壁の混合噴流によるスケール除去装置。
4. 第一支持部及び第二支持部は、金属管の中心軸線と平行することを特徴とする請求項１に記載の金属管内壁の混合噴流によるスケール除去装置。
5. 前記第一支持部及び第二支持部の軸線は、それぞれ金属管の中心軸線を円心とする同心円の円周に配置され、かつ、当該円周に均一に角度ずれて配置されることを特徴とする請求項１に記載の金属管内壁の混合噴流によるスケール除去装置。
6. 前記ストラットバーは、さらに前記ノズルユニットを設置するための第三支持部を備え、前記第三支持部は、第二支持部の一端から空間上の二回の曲げを経て延伸して形成され、
   第三支持部の軸線は、スケール除去しようとする金属管の中心軸線に対して偏心することを特徴とする請求項１に記載の金属管内壁の混合噴流によるスケール除去装置。
7. 前記第三支持部は、第二支持部の一端から空間上の二回の曲げを経て延伸し、第二支持部と平行するように形成されることを特徴とする請求項６に記載の金属管内壁の混合噴流によるスケール除去装置。
8. 前記第一支持部、第二支持部及び第三支持部の軸線は、それぞれ金属管の中心軸線を円心とする同心円の円周に配置され、かつ、当該円周に均一に角度ずれて配置されることを特徴とする請求項６に記載の金属管内壁の混合噴流によるスケール除去装置。
9. 前記混合噴流ノズルの軸方向と、ストラットバーの中心軸線とは一定の角度を成すことを特徴とする請求項１に記載の金属管内壁の混合噴流によるスケール除去装置。
10. 前記ノズルユニットのそれぞれには、少なくとも２つの混合噴流ノズルが設置されることを特徴とする請求項１に記載の金属管内壁の混合噴流によるスケール除去装置。

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