JP7421094B2

JP7421094B2 - デスケーリング装置

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Publication number: JP7421094B2
Application number: JP2020055819A
Authority: JP
Inventors: 忠明浅野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2024-01-24
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: JP2021154323A

Description

本発明は、デスケーリング装置に関する。

鋼材（スラブ）を圧延機で圧延する熱間圧延ラインでは、圧延機の直前や直後にデスケーリング装置が設置される。デスケーリング装置は、鋼材の表面に加圧水を吹き付けてデスケーリング（スケールの除去）を行う。近年では、デスケーリングに十数ＭＰａ程度の高圧水を使用することが多く、デスケーリング装置の疲労破壊を防ぐ必要がある。

図５、図６に、従来のデスケーリング装置１００の一例を示す。デスケーリング装置１００は、ヘッダパイプ１０１を備える。熱間圧延ラインでは鋼材がその長手方向に搬送され、ヘッダパイプ１０１は、鋼材の上方で鋼材の幅方向に延伸するように配置される。ヘッダパイプ１０１は、パイプ材１０２と、プレート材１０３とにより構成される。パイプ材１０２は、その外周面の一部に、長手方向にわたって開口する開口部１０４を有する。プレート材１０３が、開口部１０４を塞ぐようにパイプ材１０２に溶接される。プレート材１０３には、パイプ材１０２の内部の水供給用通路１０５に連通する、複数のデスケーリングノズル取付用孔１０６が形成される。図５に示すように、各デスケーリングノズル取付用孔１０６にはアダプタ１０７が挿入されて溶接され、各アダプタ１０７に、鋼材の表面に加圧水を吹き付けるための不図示のデスケーリングノズルが装着される。

また、特許文献１には、デスケーリング装置において、デスケーリング用ヘッダーに形成される各ノズル用連通孔が、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る構成が開示されている。これにより、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。

特許第５８５７６５３号公報

図５、図６に示したようなデスケーリング装置では、ヘッダパイプ１０１を構成するパイプ材１０２とプレート材１０３との溶接部１０８に、亀裂が発生しやすいことが確認されている。溶接部１０８が応力集中部になるとともに、溶接部１０８は母材（パイプ材１０２やプレート材１０３）と比べて機械的強度が弱くなるためである。また、溶接部１０８に溶接不良が生じている場合には、さらに機械的強度が弱くなるおそれがある。

また、ヘッダパイプ１０１の内径側において、デスケーリングノズル取付用孔１０６の近傍（特に隣り合うデスケーリングノズル取付用孔１０６間の領域）で亀裂が発生しやすいことが確認されている。デスケーリングノズル取付用孔１０６の近傍で大きな応力が発生するためである。これに鑑みて、特許文献１では、各ノズル用連通孔（デスケーリングノズル取付用孔に相当）が、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るようにしているが、このような加工は難しく、加工コストがかかってしまう。また、楕円形状の短径側の応力集中係数は小さくなるが、逆に長径側の応力集中係数が大きくなることが懸念される。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、高圧水の使用に適したデスケーリング装置を提供することを目的とする。

本発明のデスケーリング装置は、ヘッダパイプを備えたデスケーリング装置であって、前記ヘッダパイプを構成する柱状部材の内部に、前記柱状部材の軸方向に延びる水供給用通路が形成され、前記柱状部材の外周面に形成された平面部に、前記柱状部材の軸方向に配置され、前記水供給用通路に連通する複数のデスケーリングノズル取付用孔が、並んで形成されており、前記ヘッダパイプとして、両端で開口するように貫通する水供給用通路が形成されたメインヘッダパイプと、一端で開口する有底の一端側水供給用通路及び他端で開口する有底の他端側水供給用通路が形成された一対のサイドヘッダパイプとを備え、前記メインヘッダパイプの両側に前記サイドヘッダパイプをそれぞれ同軸上に配置し、前記メインヘッダパイプの各端部に前記サイドヘッダパイプの前記一端を接続して、前記メインヘッダパイプの前記水供給用通路と前記一対のサイドヘッダパイプの前記一端側水供給用通路とが相まって第１の水供給用通路を構成し、前記一対のサイドヘッダパイプのうち一方の前記他端側水供給用通路が第２の水供給用通路を構成し、他方の前記他端側水供給用通路が第３の水供給用通路を構成することを特徴とする。

本発明によれば、高圧水の使用に適したデスケーリング装置を提供することができる。

実施形態に係るデスケーリング装置の構成を示す図であり、（ａ）が底面図、（ｂ）が背面図である。実施形態に係るデスケーリング装置の断面図であり、（ａ）がＡ線断面図、（ｂ）がＢ線断面図である。隔壁まわりの拡大図である。メインヘッダパイプとサイドヘッダパイプとの接続部を示す図である。従来のデスケーリング装置の一部構成を示す図である。従来のデスケーリング装置の断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１乃至図４を参照して、実施形態に係るデスケーリング装置１を説明する。図１は、デスケーリング装置１の構成を示す図であり、（ａ）が底面図、（ｂ）が背面図である。図２は、デスケーリング装置１の断面図であり、（ａ）がＡ線断面図、（ｂ）がＢ線断面図である（アダプタ９は省略）。図３は、隔壁１３まわりの拡大図である。図４は、メインヘッダパイプ２とサイドヘッダパイプ３Ｒとの接続部を示す図である。

熱間圧延ラインで圧延する鋼材は様々な幅を有しており、その幅に合わせてデスケーリングを行うことが、省エネの観点からも効率的である。本実施形態に係るデスケーリング装置１は、デスケーリング範囲を可変にするタイプであり、メインヘッダパイプ２と、一対のサイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒとを備える。メインヘッダパイプ２の両側に、サイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒがそれぞれ同軸上に配置される。熱間圧延ラインでは鋼材がその長手方向に搬送され、これらメインヘッダパイプ２及び一対のサイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒは、鋼材の上方で鋼材の幅方向に延伸するように配置される。本実施形態では、鋼材に向く面（図１（ａ）の面）を底面とし、図１に矢印で示すように鋼材の幅方向を左右と呼ぶ。

メインヘッダパイプ２は、ステンレス鋼製の柱状部材４により構成される。柱状部材４の内部には、柱状部材４の軸方向に延びる水供給用通路５が形成される。水供給用通路５は、断面が真円形の通路である。メインヘッダパイプ２では、両端で開口するように貫通する水供給用通路５が形成される。

柱状部材４の両端には、水供給用通路５と同軸上に配置された円筒形状の突出部６が一体成形される。突出部６は、サイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒとの接続部になるものである。

また、図２（ａ）に示すように、柱状部材４は、横断面が五角形の角柱状であり、柱状部材４の外周面に形成された平面部７に、水供給用通路５に連通する複数（本例では１４個）のデスケーリングノズル取付用孔８が形成される。複数のデスケーリングノズル取付用孔８は、柱状部材４の軸方向に配置され、所定のピッチで並んで形成される。各デスケーリングノズル取付用孔８は、水供給用通路５に対して直交するように配置され、開口側が大径、水供給用通路５側が小径の段差付きの真円孔として構成される。各デスケーリングノズル取付用孔８には、図２では不図示のアダプタ９が挿入されて溶接され、各アダプタ９に、鋼材の表面に加圧水を吹き付けるための不図示のデスケーリングノズルが装着される。なお、図１では、デスケーリングノズル取付用孔８及びアダプタ９の符号は一部にのみ記載する。

このように柱状部材４に水供給用通路５及びデスケーリングノズル取付用孔８を形成することにより構成されるメインヘッダパイプ２は、削り出し等の機械加工により形成される。

右側用のサイドヘッダパイプ３Ｒは、ステンレス鋼製の柱状部材１０により構成される。柱状部材１０の内部には、柱状部材１０の軸方向に延びる有底の水供給用通路１１、１２が形成され、その間に隔壁１３が形成される。水供給用通路１１は、柱状部材１０の一端で開口する有底の水供給用通路（一端側水供給用通路とも呼ぶ）であり、水供給用通路１２は、柱状部材１０の他端で開口する有底の水供給用通路（他端側水供給用通路とも呼ぶ）である。なお、メインヘッダパイプ２の端部に接続する側の端部を一端と呼ぶものとし、右側用のサイドヘッダパイプ３Ｒでは左端が一端になる。水供給用通路１１、１２は、断面が真円形の通路であり、メインヘッダパイプ２の水供給用通路５と同径である。図３に示すように、隔壁１３を構成する水供給用通路１１、１２の底部は、その周縁部が所定の曲率（例えばＲ１５（半径で１５ｍｍ）程度）を有する曲面形状を有する。

柱状部材１０の両端には、水供給用通路１１、１２と同軸上に配置された円筒形状の突出部１４、１５が一体成形される。一端の突出部１４は、メインヘッダパイプ２との接続部になるものであり、メインヘッダパイプ２の突出部６と同径である。

また、図２（ｂ）に示すように、柱状部材１０は、横断面が五角形の角柱状であり、柱状部材１０の外周面に形成された平面部１６に、水供給用通路１１、１２に連通する複数（本例では５個）のデスケーリングノズル取付用孔１７が形成される。なお、デスケーリングノズル取付用孔１７は、メインヘッダパイプ２のデスケーリングノズル取付用孔８と同様であり、ここではその説明を省略する。サイドヘッダパイプ３Ｒでは、サイドヘッダパイプ３Ｒの複数のデスケーリングノズル取付用孔１７のうちの一つが、一端側水供給用通路１１に連通し、残りが他端側水供給用通路１２に連通する配置になっている。なお、図１では、デスケーリングノズル取付用孔１７及びアダプタ９の符号は一部にのみ記載する。

このように柱状部材１０に水供給用通路１１、１２及びデスケーリングノズル取付用孔１７を形成することにより構成されるサイドヘッダパイプ３Ｒは、削り出し等の機械加工により形成される。
なお、左側用のサイドヘッダパイプ３Ｌは、右側用のサイドヘッダパイプ３Ｒと同様の構成を左右反転させたものであり、同じ構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

メインヘッダパイプ２の右側に、右側用のサイドヘッダパイプ３Ｒが同軸上に配置される。このとき、平面部７、１６が同方向を向き、同じ高さ位置になるように配置される。この状態で、図４に示すように、メインヘッダパイプ２の右端の突出部６と、サイドヘッダパイプ３Ｒの一端（左端）の突出部１４とが突き合わされて、その周囲が溶接される。このような円筒形状の突出部６、１４の溶接は、周方向の溶接で済み、溶接難易度は低い。同様に、メインヘッダパイプ２の左側に、左側用のサイドヘッダパイプ３Ｌが同軸上に配置され。このとき、平面部７、１６が同方向を向き、同じ高さ位置になるように配置される。この状態で、メインヘッダパイプ２の左端の突出部６と、サイドヘッダパイプ３Ｌの一端（右端）の突出部１４とが突き合わされて、その周囲が溶接される。このような円筒形状の突出部６、１４の溶接は、周方向の溶接で済み、溶接難易度は低い。
これにより、メインヘッダパイプ２の水供給用通路５と一対のサイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒの一端側水供給用通路１１とが相まって第１の水供給用通路１８を構成する。また、右側用のサイドヘッダパイプ３Ｒの他端側水供給用通路１２が第２の水供給用通路１９を構成し、左側用のサイドヘッダパイプ３Ｌの他端側水供給用通路１２が第３の水供給用通路２０を構成する。

メインヘッダパイプ２の中央部では、柱状部材４の外周面に、第１の水供給用通路１８に連通する連通孔部２１が設けられる。連通孔部２１から第１の水供給用通路１８に送水される。

右側のサイドヘッダパイプ３Ｒの他端（右端）の突出部１５には、供給管２２が溶接される。第２の水供給用通路１９には、供給管２２から送水される。また、右側のサイドヘッダパイプ３Ｒの柱状部材１０の外周面に、第２の水供給用通路１９に連通する連通孔部２３が設けられる。
左側のサイドヘッダパイプ３Ｌの他端（左端）の突出部１５には、第３の水供給用通路２０を閉塞するキャップ部材２４が溶接される。キャップ部材２４は、鋼管と鏡板を溶接したもので、キャップ部材２４の先端は、半円状（鏡板形状）になっている。また、左側のサイドヘッダパイプ３Ｌの柱状部材１０の外周面に、第３の水供給用通路２０に連通する連通孔部２５が設けられる。連通孔部２５は、右側のサイドヘッダパイプ３Ｒの連通孔部２３と不図示のパイプを介して接続する。これにより、第２の水供給用通路１９と第３の水供給用通路２０は連通される。

このようにしたデスケーリング装置１では、幅狭の鋼材に対してデスケーリングを行うときは、第１の水供給用通路１８だけを使用する。すなわち、連通孔部２１から第１の水供給用通路１８に送水することにより、第１の水供給用通路１８に連通するデスケーリングノズル取付用孔８、１７のデスケーリングノズルから水を噴射し、鋼材の表面に加圧水を吹き付ける。

そして、幅広の鋼材に対してデスケーリングを行うときは、第１の水供給用通路１８と、第２及び第３の水供給用通路１９、２０とを使用する。すなわち、連通孔部２１から第１の水供給用通路１８に送水することにより、第１の水供給用通路１８に連通するデスケーリングノズル取付用孔８、１７のデスケーリングノズルから水を噴射し、鋼材の表面に加圧水を吹き付ける。また、供給管２２から第２の水供給用通路１９に送水することにより、連通孔部２３、不図示のパイプ、連通孔部２５を介して第３の水供給用通路２０にも送水される。このようにして、第２及び第３の水供給用通路１９、２０に連通するデスケーリングノズル取付用孔１７のデスケーリングノズルから水を噴射し、鋼材の表面に加圧水を吹き付ける。

以上述べたように、メインヘッダパイプ２において、機械加工により、柱状部材４の内部に水供給用通路５が形成され、柱状部材４の外周面に形成された平面部７に、複数のデスケーリングノズル取付用孔８が形成される構成にしたので、図５、図６に示したようなパイプ材１０２とプレート材１０３との溶接部１０８をなくし、亀裂が発生しにくい構造にすることができる。

同様に、サイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒにおいて、機械加工により、柱状部材１０の内部に水供給用通路１１、１２が形成され、柱状部材１０の外周面に形成された平面部１６に、複数のデスケーリングノズル取付用孔１７が形成される構成にしたので、図５、図６に示したようなパイプ材１０２とプレート材１０３との溶接部１０８をなくし、亀裂が発生しにくい構造にすることができる。

また、メインヘッダパイプ２において、柱状部材４の外周面に形成された平面部７に、複数のデスケーリングノズル取付用孔８が形成される構成にしたので、図２（ａ）に示すように、デスケーリングノズル取付用孔８を含む断面面積を増やし、デスケーリングノズル取付用孔８の周囲を肉厚にして、デスケーリングノズル取付用孔８の近傍で発生する応力を小さくすることができる。この場合に、図５、図６に示したようにプレート材１０３に、デスケーリングノズル取付用孔１０６を形成するのと比べて、柱状部材４の外周面に形成された平面部７に、デスケーリングノズル取付用孔８を形成する場合、平面部７の大きさや平面部７の部分の肉厚に自由度を持たせることができ、適度な大きさや肉厚を設定することにより、デスケーリングノズル取付用孔８の近傍で亀裂が発生しないようにすることができる。

同様に、サイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒにおいて、柱状部材１０の外周面に形成された平面部１６に、複数のデスケーリングノズル取付用孔１７が形成される構成にしたので、図２（ｂ）に示すように、デスケーリングノズル取付用孔１７を含む断面面積を増やし、デスケーリングノズル取付用孔１７の周囲を肉厚にして、デスケーリングノズル取付用孔１７の近傍で発生する応力を小さくすることができる。この場合に、図５、図６に示したようにプレート材１０３に、デスケーリングノズル取付用孔１０６を形成するのと比べて、柱状部材１０の外周面に形成された平面部１６に、デスケーリングノズル取付用孔１７を形成する場合、平面部１６の大きさや平面部１６の部分の肉厚に自由度を持たせることができ、適度な大きさや肉厚を設定することにより、デスケーリングノズル取付用孔１７の近傍で亀裂が発生しないようにすることができる。

また、サイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒにおいて、柱状部材１０の内部に隔壁１３が一体的に形成されるので、第１の水供給用通路１８と第２及び第３の水供給用通路１９、２０とを分離する構造の機械的強度を高めることができる。しかも、隔壁１３を構成する水供給用通路１１、１２の底部が曲面形状を有するようにしたので、応力集中を避けることができる。
さらに、サイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒのデスケーリングノズル取付用孔１７が、一端側水供給用通路１１に少なくとも一つ連通するようにしたので、サイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒがメインヘッダパイプ２に接続する接続部に対して、隔壁１３をデスケーリングノズルの１スパン以上離すことができる。サイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒがメインヘッダパイプ２に接続する接続部は溶接部であり、母材（サイドヘッダパイプ３Ｌ、３Ｒやメインヘッダパイプ２）と比べて機械的強度が弱い。この溶接部を、応力集中しやすい隔壁１３から離して配置することができ、溶接部で発生する応力を低減させることができる。

以上のように、高圧水の使用に適したデスケーリング装置を提供することができる。

以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
上述した実施形態では、横断面が五角形の角柱状の柱状部材４、１０を説明したが、柱状部材の横断面形状は限定されるものではなく、柱状部材４、１０の外周面のうち、デスケーリングノズル取付用孔８、１７が形成される面が平面部であれば、どのような横断面形状でもよい。

１：デスケーリング装置
２：メインヘッダパイプ
３Ｌ：サイドヘッダパイプ（左側）
３Ｒ：サイドヘッダパイプ（右側）
４：柱状部材（メインヘッダパイプ）
５：水供給用通路（メインヘッダパイプ）
６：突出部（メインヘッダパイプ）
７：平面部（メインヘッダパイプ）
８：デスケーリングノズル取付用孔（メインヘッダパイプ）
９：アダプタ
１０：柱状部材（サイドヘッダパイプ）
１１：水供給用通路（サイドヘッダパイプ）一端側
１２：水供給用通路（サイドヘッダパイプ）他端側
１３：隔壁
１４：突出部（サイドヘッダパイプ）一端側
１５：突出部（サイドヘッダパイプ）他端側
１６：平面部（サイドヘッダパイプ）
１７：デスケーリングノズル取付用孔（サイドヘッダパイプ）
１８：第１の水供給用通路
１９：第２の水供給用通路
２０：第３の水供給用通路
２１：連通孔部（メインヘッダパイプ）
２２：供給管
２３：連通孔部（サイドヘッダパイプ：右側）
２４：キャップ部材
２５：連通孔部（サイドヘッダパイプ：左側）

Claims

ヘッダパイプを備えたデスケーリング装置であって、
前記ヘッダパイプを構成する柱状部材の内部に、前記柱状部材の軸方向に延びる水供給用通路が形成され、
前記柱状部材の外周面に形成された平面部に、前記柱状部材の軸方向に配置され、前記水供給用通路に連通する複数のデスケーリングノズル取付用孔が、並んで形成されており、
前記ヘッダパイプとして、両端で開口するように貫通する水供給用通路が形成されたメインヘッダパイプと、一端で開口する有底の一端側水供給用通路及び他端で開口する有底の他端側水供給用通路が形成された一対のサイドヘッダパイプとを備え、
前記メインヘッダパイプの両側に前記サイドヘッダパイプをそれぞれ同軸上に配置し、前記メインヘッダパイプの各端部に前記サイドヘッダパイプの前記一端を接続して、
前記メインヘッダパイプの前記水供給用通路と前記一対のサイドヘッダパイプの前記一端側水供給用通路とが相まって第１の水供給用通路を構成し、前記一対のサイドヘッダパイプのうち一方の前記他端側水供給用通路が第２の水供給用通路を構成し、他方の前記他端側水供給用通路が第３の水供給用通路を構成することを特徴とするデスケーリング装置。
前記サイドヘッダパイプのデスケーリングノズル取付用孔が、前記一端側水供給用通路に少なくとも一つ連通していることを特徴とする、請求項１に記載のデスケーリング装置。
前記一端側水供給用通路の底部及び前記他端側水供給用通路の底部のうち、少なくとも一つの底部は曲面形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のデスケーリング装置。