JP6903665B2 - 除去すべき表層を有する物体を洗浄するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、装置に関して一方向に移動した、除去すべき表層を有する物体を洗浄、特にスケール除去するための、請求項1の前提部分に係る装置、及び物体を洗浄するための請求項13の前提部分に係る方法に関する。

除去すべき表層を有する物体、特に、除去すべきスケール層を有する熱間圧延材を洗浄、特にスケール除去するための一般的な装置は、例えばドイツ特許43 28 303 C2またはヨーロッパ特許1 798 424 B1から既知である。そのようなスケール除去装置は、鋼上に存在するスケール層を例えば圧延材の表面に高圧で衝突する高圧水ジェットによって除去するのに役立つ。この目的で使用されるフラットジェットノズルは、円筒形のノズル保持器に取り付けられており、ノズル保持器が圧延材に垂直な軸の周りに回転可能であり、装置を通過して移動する圧延材の表面を繰り返し通過させて圧延材からスケールを除去する。

引用した２つの文献では、複数のフラットジェットノズルを各々が有しているいくつかのノズルヘッドが、圧延材の移動方向に対して垂直に、隣り合って並んだ一列になって配置される。
従来技術から既知であるこれらの洗浄装置の欠点は、一つには、フラットジェットノズルが上に配置されているノズルヘッドの回転の結果として圧延材の縁部分に中央領域よりも多くの液体が作用し、ジェット噴霧による圧延材の不均一な冷却に起因するいわゆる熱条痕が圧延材上に生じるということである。

さらに、圧延材からスケールを除去する時にスケールの一部が圧延材の移動方向に除去されることがあり、それは次の圧延プロセスにおいて、先に加圧液体で除去したスケール片が後の圧延プロセスで圧延材表面に圧延され戻される恐れを伴う。
従来技術のもう一つの欠点は、圧延材上面においてスケールのみならずジェット液体自体も圧延材から指向的に除去されないという事実に起因する。結果として生じる圧延材表面上の液体の延びた不確定な滞留時間は、後に当てられるジェットに対して、質を低下させる減衰影響をもたらし、エネルギー的理由から望ましくない圧延材の冷却を引き起こし、信頼度の観点から好ましくない圧延材の底面とより冷たい上面との温度差を生じさせる。

本発明の目的は、装置に関してある方向に移動した、除去すべき表層を有する物体を洗浄するための、装置及び方法であって、上記の欠点をなくし、液体とエネルギーとの両方を節約して機能できる、装置及び方法を提供することである。
この目的は、請求項1の特徴を有する洗浄装置によって達成される。この目的はさらに、請求項12の特徴を有する洗浄方法によって達成される。

本発明に係る洗浄装置は、処理される表層に対して垂直であるかまたは傾いている中央軸受上で回転可能に保持される少なくとも1つのノズル保持器を有する。
少なくとも1つのノズル保持器は、作動時に加圧液体を出す、ノズル保持器のアーム内に保持される少なくとも1つのジェットノズルを有する。
ジェットノズルは、作動中に、表層に対して斜めにジェットノズルから出て来る液体ジェットを表層に作用させるように調整される。

この場合、少なくとも1つのジェットノズルは、中央軸受に対して平行に配向した回転シャフトの周りに回転可能にノズル保持器上に据え付けられており、ジェットノズルは、作動時に、物体の移動方向とジェットノズルから出て来る液体ジェットの配向とのなす表層の面内での角度が一定であるように回転可能に駆動される。
回転シャフトは、ジェットノズルのノズル筐体の入口開口部に通ずるノズル保持器の各アーム内の給送ラインに連結される加圧液体用の給送ラインを中に有する状態で、中央軸受内に収容される。

ジェットノズルからの液体ジェットの80bar〜1000barの圧力下での排出方向を定義するベクトルは、物体の移動方向の成分を有していない。
これにより、除去すべき層、特にスケール層を除去する液体ジェットは、ノズル保持器の回転を同時に伴いながら常に同じ方向に調整されることが可能になり、それは一方では、表層、特に圧延材表面の均質な処理を可能にし、それゆえ、作用を受ける圧延材の多数の表面の固有エネルギー流入量の差が低減されることによって著しくより少ない液体を使用する可能性が開かれる。

第２に、ジェットノズルのジェットの方向は一定に保たれ、それは、ジェットノズルが常に物体の移動方向とは逆の予め定められた速度成分を有しながら放射するようにジェットノズルを調整することを可能にし、それによって、とりわけスケール除去のための装置を跨いだ圧延材上に剥離スケール部分が残存して後の圧延プロセスにおいて圧延材の表面に圧延し戻されることになるのを回避でき、さらに、ジェット液体が圧延材の上面に長く留まり過ぎて不都合な冷却及び熱的非対称性を招くことになるのを回避できる。

ジェットノズルからの液体ジェットの排出方向により、液体ジェットの作用によって除去される表面の破片は常に物体の移動方向とは逆の方向に物体の表面から除去される。
本発明の有益な実施形態は、従属請求項の主題である。
本発明の有益な実施形態によれば、少なくとも1つのジェットノズルは、伝導装置によって動的に駆動されることができる。この伝導装置は、特に好ましくは、中央軸受に回転不能に据え付けられる中央第2歯車と、ジェットノズルに回転不能に据え付けられる第3歯車とに噛合する第1歯車がノズル保持器の各アーム内に回転可能に嵌め込まれ、第1及び第3歯車が同じ大きさであり、それによってジェットノズルとノズル保持器とで回転速度の量が等しくなるように、設計される。

第1歯車の半径の選択はさらに、ジェットノズルをノズル保持器の回転シャフトからの様々な距離で配置することを可能にし、それによってさらに、様々な長さのいくつかのアームを有するノズル保持器を形成することが可能であり、そのことは、液圧ジェットエネルギーの均一な表面分布の観点から有益である。
ノズル保持器を回転駆動するために、ノズル保持器は、好ましい実施形態によれば、中央軸受内に収容され回転可能に駆動される回転シャフトに、回転不能に連結されており、加圧液体の給送ラインは回転シャフト内に収容される。

あるいは、本発明のさらなる変形実施形態によれば、駆動歯車によって駆動される第4歯車は、ノズル保持器自体の上に回転不能に配置される。
好ましい実施形態によれば、ノズル保持器は少なくとも2つのアームを有し、それらの各々にジェットノズルが回転可能に据え付けられる。
さらなる好ましい実施形態によれば、複数のノズル保持器が並んで配置され、ノズル保持器のアームによって掃引される表面の回転半径は互いに部分的に重複する。これにより、そのようなノズル保持器を複数個有する装置を圧延材の幅に応じて装備することが可能である。

本発明のさらに有益な実施形態によれば、圧延材の移動方向とジェットノズルから出て来る液体ジェットの衝突線とのなす角度を決定するジェットノズルの配向は、予め決定することができる。
本発明に係る方法は、表層、特に圧延材表面に液体ジェットを掛ける時に少なくとも1つのジェットノズルが、ノズル保持器の中央軸受に対して平行に配向する回転シャフトの周りに回転するノズル保持器に関して、物体、特に圧延材の移動方向と、ジェットノズルから出て来る液体ジェット衝突線とのなす角度が一定に維持されるように回転することを特徴とする。
この場合、ジェットノズルは、回転するノズル保持器に関して、ジェットノズルからの液体ジェットの排出方向が常に物体の移動方向とは逆であるように回転する。

本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して以下に詳しく説明する。
2アーム型ノズル保持器を有する装置の第1の実施形態の斜視図を示す。 図1に示す装置の断面図を示す。 3つのアームを有するノズル保持器を備えた本発明に係る装置の代替実施形態の斜視図を示す。 図3に示す装置の立面図を示す。 一列に配置された複数の図3の装置の斜視図を示す。 図6a〜6dは、時間的に異なる回転位置にある図1に示す装置を下から見た時の図を示す。 図7a〜7dは、図3に従って形成された装置を時間的に異なる回転位置で上から見た時の平面図を示す。 ジェットノズルが様々な配向にある状態で図3に従って形成された装置を上から見た時の平面図を示す。

図についての以下の説明では、上、下、左、右、前、後ろなどの用語は各図において専ら、圧延材、中央軸受、ノズル保持器、アーム、ジェットノズルなどの例としての表示及び位置を指している。これらの用語は決して限定、すなわち種々の作用位置または反転対称な設計などによる限定をしていると理解されるべきでなく、これらの言及は変化し得るものである。

図1、図2及び図6a〜6dは、装置に関して移動方向xに移動され、除去すべき表層を有する物体2、特に熱間圧延材、特に平板または帯状体を加圧液体で洗浄、特にスケール除去するための、本発明に係る装置1の第1の変形実施形態を示す。
装置に関して移動方向Xに並進移動した熱間圧延材料をスケール除去するための装置及び方法に基づいて本発明をさらに説明することにするが、本発明はこの用途に限定されない。
スケール除去される圧延材は、詳しくは、平板または帯状体である。その他の構造の粗鋼に装置を使用することも企図される。

図1、図2及び図6a〜6dに示す実施形態では、装置は、2つのアーム31及び32を備えた2アーム型ノズル保持器3を有し、それは中央軸受5に関して回転可能に据え付けられている。
ノズル保持器3の回転駆動のために歯車6がノズル保持器3上に回転不能に据え付けられており、歯車6は、駆動歯車（図示せず）と確動係合しており、それゆえ作動時にノズル保持器3を回転させる。
圧延材2に面するノズル保持器3の底部からはジェットノズル4が各アーム31、32から突き出ており、作動時に加圧流体、例えば水が、圧延材の表面に存在するスケール層を剥離及び除去するためにジェットノズル4を通って出て来る。

図に示されている実施形態では、ジェットノズル4はフラットジェットノズルとして形成されており、それは液体ジェット12を好ましくは0°〜90°、特に好ましくは10°〜50°の噴霧角度βで圧延材の表面に吐出する。噴霧角度βは、ここでは、ジェットノズルの流路端部から処理表面までの液体ジェットの扇形の広がりであると理解される。
ジェットノズル4は、出ていく液体ジェット12が処理表面に垂直な面に対して0°〜40°、好ましくは5°〜20°の発射角度γに調整されるように、調整される。
使用する圧力は、80〜1000bar、好ましくは200〜400barの範囲内である。

各ジェットノズル4は筐体41によって囲まれており、筐体41上に第2歯車9、10が回転不能に外側に据え付けられている。筐体41はノズル保持器3内で回転可能に支持されている。
作動中にジェットノズル4から出て来る加圧液体の供給は、ロータリーシール42によって封止されておりかつノズル筐体41の入口開口部43に通ずる給送ライン14を介して、行われる。
ノズル保持器3の回転を対応するジェットノズル4の逆向き回転と結合させるために、図2に示すように第1歯車7、8がノズル保持器3の各アーム31、32の中に嵌め込まれ、当該歯車は、中央軸受5に回転不能に取り付けられた中央第2歯車11と、ジェットノズル4に回転不能に取り付けられた第3歯車9、10とに噛合する。

この場合、第1歯車7、8及び第3歯車9、10は同じ半径を有し、その結果、ノズル保持器3の中央軸5の周りでの回転速度はノズル保持器3に関してジェットノズル4の回転速度に一致する。
ここではノズルバーとして形成されているノズル保持器3に関してジェットノズル4が回転可能であること及び、中央軸5に関してノズル保持器3が回転移動することにより、図6a〜6d中に時間をずらして示されているように、圧延材の移動方向Xとジェットノズル4から出て来る液体ジェット12の衝突線とのなす角度αを一定に保つことが可能である。衝突線の用語は、吹付の法線方向において楕円形である衝突面の主軸として理解されるべきである。

液体ジェット12は、直線的及び圧延材表面に対して斜めに圧延材表面に衝突するが、そうして、削り取られたスケール及びジェット液体を圧延材の移動方向Xに関して常に同じ方向に吹き飛ばす定常的な圧延材表面からのスケールの除去を引き起こす。さらに、このようにして、従来技術から既知であるスケール除去装置に比べて水及びエネルギーの流入量を著しく低減することができる、というのも、圧延材表面の多数回の処理がより均質かつ効果的に行われる結果、一方においては液体、特に水のより少ない消費がもたらされ、他方においては、最適化された多数回の加圧水吹付が圧延材をより小さく冷却すること及び次の圧延プロセスの前の上記圧延材の再加熱がより少なくなるはずであることゆえにエネルギー消費の低減への寄与がもたらされるからである。

複数の歯車7、8、9、10、11から形成された伝導装置によってジェットノズル及びノズル保持器3の駆動装置を形成する際、排出方向bは、好ましくはジェットノズル4の排出方向bの最初の調節によって調節することができ、その結果、ジェットノズル4からの液体ジェット12の排出方向bを定義するベクトルが圧延材2の移動方向Xの成分を有さず、それによって、剥がれたスケール部分が圧延材の移動方向Xに除去されないことが保証される（さもなければ、装置によって先に剥がされたスケール部分が後の圧延プロセスにおいて再圧延されるであろう）。

図3〜5及び図7に本発明に係る装置のさらなる実施形態を示す。この実施形態では、3アーム型ノズル保持器3が3つのアーム31、32及び33によって形成されている。
アーム31、32、33は中央軸受5の半径方向においてそれらの半径方向長さが異なり、ジェットノズル4もまたノズル保持器3の回転シャフトからの距離が異なるようにノズル保持器3のそれぞれのアーム上に配置されている。
ノズル保持器3の駆動は、図3〜5及び図7に示す実施形態では、中央軸受5内に収容された回転シャフト16によって行われる。回転シャフト16の一端部はモーターフランジから突出しており、そこにモーターを固定することができ、それによって回転シャフト16が動的に駆動される。

回転シャフト16のこの端部の下には、中央軸受5の筐体51上に設けられた高圧連結17用の入口開口部があり、それを通って加圧液体が、回転シャフト16内に埋め込まれた給送ライン13内へと導入される。
回転シャフト16は、好ましくは、中央軸受5の筐体51内の回転軸受上に取り付けられる。
さらに、固定用フランジ52が中央軸受5の筐体51上に設けられ、それにより、圧延材2を移動させる搬送路の上または下に配置される運搬装置に筐体51を固定することができる。

筐体51の円筒形部分上には、ノズル保持器3内で係合した状態で第2歯車11が周囲に回転不能に固定されており、一方、回転シャフト16のノズル保持器3内に達している領域はノズル保持器3に回転不能に連結されている。
回転シャフト16を回転運動させると、ノズル保持器3は回転シャフト16と共に回転する。その結果、ノズル保持器3内の第1歯車7、8及び18は、静止した第2歯車11に関して回転させられて、第1歯車7、8、18の回転運動の結果としてさらに第3歯車9、10、19が逆方向に回転し、そうしてジェットノズル4の配向は中央軸受5の筐体51に関して一定に保たれる。

図5は、3アーム型ノズル保持器によってスケール除去するための並んで配置されたいくつかの装置の配置を示す。装置1は互いに関して反対方向に回転するように配置される。個々の装置を、各々隣り合ったノズル保持器3が同一方向に回転するように配置及び駆動することも企図される。
ジェットノズル4の配向の維持を図7a〜7dに再び示す。加圧液体の直線的衝突面がノズル保持器3の各回転位置で同じように並んでいることが明瞭に示されている。

図8は、ジェットノズル4の代替配向を示し、この場合、圧延材表面の左側部分の上ではノズル保持器3の回転位置は外側へ向かって圧延材の移動方向xに対して約45°の噴霧角度βで調整されており、圧延材表面の右側部分の上ではノズル保持器3の回転位置は外側へ向かって圧延材の移動方向xに対して約45°の噴霧角度βで調整されている。
例えば各ジェットノズル4を個々に調整することも企図される。この場合、ジェットノズル4の噴霧角度βを圧延材の移動方向とは反対の方向に調整してそれによって、剥がれたスケール部分がスケール除去のための装置とは反対側の圧延材上に残ることを回避すること（さもなければ、剥がれたスケール部分が後の圧延プロセスにおいて圧延材の表面に再圧延されるであろう）、ならびに圧延材の上面にジェット液体が長く留まり過ぎる（それは不都合な冷却及び熱的非対称性を招くであろう）のを回避することが重要である。

装置に対して移動方向xに並進移動した圧延材を、上記の装置を有する加圧液体でスケール除去する本発明に係る方法では、圧延材表面に液体ジェット12を吹き付ける間、に少なくとも1つのジェットノズル4は作動時に、圧延材2の移動方向xとジェットノズル4から出て来る液体ジェット12の衝突線とがなす角度αが一定に維持されるように、回転しているノズル保持器3に関してノズル保持器3の中央軸受5と平行に整列した回転シャフトの周りに回転する。この場合、ジェットノズル4は、回転するノズル保持器3に関して、ジェットノズル4からの液体ジェット12の排出方向が圧延材2の移動方向xとは反対方向の所定速度成分を常に有してもたらされるように、回転することが好ましい。

1 装置
2 物体
3 ノズル保持器
31 アーム
32 アーム
33 アーム
4 ジェットノズル
41 筐体
42 ロータリーシール
43 入口開口部
5 中央軸受
51 筐体
52 固定用フランジ
6 歯車
7 歯車
8 歯車
9 歯車
10 歯車
11 歯車
12 液体ジェット
13 給送ライン
14 給送ライン
15 ローラー軸受
16 回転シャフト
17 高圧連結部
18 歯車
19 歯車
a 回転方向
X 移動方向
b 排出方向
α Xと衝突線とのなす角度
β 噴霧角度
γ 発射角度

Claims (10)

1. 装置であって、
   前記装置に関して移動方向（x）に移動され、除去すべき表層を有する物体（2）を加圧液体で洗浄するための装置であって、
   前記物体（2）は、、平板または帯状体である熱間圧延材を含み、
   − 処理される前記表層に対して垂直であるかまたは傾いている中央軸受（5）上で回転可能に保持される少なくとも1つのノズル保持器（3）と、
   − 作動時に前記加圧液体を出す、前記ノズル保持器（3）の1つのアーム（31、32、33）内に保持される少なくとも1つのジェットノズル（4）とを備え、
   − 前記ジェットノズル（4）が、作動時に、前記表層に対する発射角度（γ）で斜めに前記ジェットノズル（4）から出て来る液体ジェット（12）を前記表層に作用させるように配向しており、
   − 前記ジェットノズル（4）のノズル筐体（41）の入口開口部（43）に通ずる前記ノズル保持器（3）の各アーム（31、32、33）内の給送ライン（14）に連結される前記加圧液体用の給送ライン（13）を有する、回転シャフト（16）が、前記中央軸受（5）内に収容されており、
   − 前記ジェットノズル（4）が作動時に、前記物体（2）の前記移動方向（x）と前記ジェットノズル（4）から出て来る前記液体ジェット（12）の配向とのなす前記表層の面内での角度（α）が一定であるように回転駆動される装置において、
   − 前記少なくとも1つのジェットノズル（4）が、前記中央軸受（5）に対して平行に配向する回転シャフトの周りに回転可能に前記ノズル保持器（3）上に取り付けられ、該ジェットノズル（4）は0°〜90°の噴霧角度（β）を有するフラットジェットノズルとして形成され、前記中央軸受（5）に回転不能に取り付けられる中央第2歯車（11）と、前記ジェットノズル（4）に回転不能に取り付けられる第3歯車（9、10、19）とに噛合する第1歯車（7、8、18）が前記ノズル保持器（3）の各アーム（31、32、33）内に回転可能に嵌め込まれ、前記第2歯車（11）と第3歯車（9、10、19）とは同じサイズであり、
   − 前記ジェットノズル（4）からの80bar〜1000barの圧力下での前記液体ジェット（12）の排出方向を定義するベクトルが前記物体（2）の前記移動方向（x）の成分を有していないことを特徴とする、装置。
2. 前記少なくとも1つのジェットノズル（4）が、歯車によってモータ駆動されることができることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
3. 前記中央軸受（5）内に収容される、回転可能に駆動される回転シャフト（16）に、前記ノズル保持器（3）が回転不能に連結され、前記加圧液体の前記給送ライン（13）が前記回転シャフト（16）内に収容される、請求項１又は２に記載の装置。
4. 駆動歯車によって駆動される第4歯車（6）が前記ノズル保持器（3）上に非回転式に配置されることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の装置。
5. 前記ノズル保持器（3）が少なくとも2つのアーム（31、32）を有することを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の装置。
6. 複数の前記ノズル保持器（3）が並んで配置されることを特徴とし、前記ノズル保持器（3）の前記アーム（31、32、33）によって掃引される表面の回転半径が互いに部分的に重複する、請求項１乃至５の何れかに記載の装置。
7. 並んで配置される前記ノズル保持器（3）が同じ回転方向（a）に駆動されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 並んで配置される前記ノズル保持器（3）がそれぞれ異なる回転方向（a）に駆動されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
9. 前記物体（2）の移動方向（x）と前記ジェットノズル（4）から出て来る前記液体ジェット（12）の衝突線とのなす角度（α）を決定する前記ジェットノズル（4）の配向を、予め決定することができることを特徴とする、請求項１乃至８の何れかに記載の装置。
10. 装置に関して移動方向（x）に移動され、除去すべき表層を有する物体（2）を洗浄するための方法であって、前記物体（2）は、平板または帯状体である熱間圧延材を含み、前記装置と共に加圧液体を有し、前記装置は、処理される前記表層に対して垂直であるかまたは傾いている中央軸受（5）上で回転可能に保持される少なくとも1つのノズル保持器（3）と、作動時に前記加圧液体を出す、前記ノズル保持器（3）の1つのアーム（31、32、33）内に保持される少なくとも1つのジェットノズル（4）とを備え、前記ジェットノズル（4）が、作動時に、前記表層に関して傾いて前記ジェットノズル（4）から出て来る液体ジェット（12）を前記表層に掛けるように配向しており、前記少なくとも1つのジェットノズル（4）が、前記表層への前記液体ジェット（12）の吹付時に、前記ノズル保持器（3）の前記中央軸受（5）に対して平行に配向する回転シャフトの周りに回転する前記ノズル保持器（3）に関して、前記物体の前記移動方向（x）と前記ジェットノズル（4）から出て来る前記液体ジェット（12）の配向とのなす角度（α）が前記表層の面内で一定に保たれるように回転される方法において、
    前記ジェットノズル（4）が、前記ノズル保持器（3）に関して、前記ジェットノズル（4）からの80bar〜1000barの圧力下にある前記液体ジェット（12）の排出方向が前記物体（2）の前記移動方向（x）とは逆の方向のベクトル成分を常に有してもたらされるように回転する工程を含む、方法。

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