KR20130111616A - 강판의 스케일 제거용 노즐 및 강판의 스케일 제거 장치 그리고 강판의 스케일 제거 방법 - Google Patents

강판의 스케일 제거용 노즐 및 강판의 스케일 제거 장치 그리고 강판의 스케일 제거 방법 Download PDF

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켄타 가루베
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

스케일을 효율 좋게 제거할 수 있는 강판의 스케일 제거용 노즐을 제공한다. 스케일 제거용 노즐(1)은, 노즐 선단의 토출부(20)가, 원통 형상 유로를 형성하는 경대부(large diameter portion;18)에 연통하여 형성된 토출공(주류(main flow) 오리피스)(15) 및 분기공(branch flow)(분기류 오리피스)(19)을 갖고, 분기공(19)은, 경대부 내부의 수류(water flow)의 일부를, 토출공(15)으로부터 토출한 수류와의 경계부에 캐비테이션을 발생시키도록 토출한다.

Description

강판의 스케일 제거용 노즐 및 강판의 스케일 제거 장치 그리고 강판의 스케일 제거 방법{NOZZLE FOR DESCALING STEEL PLATE, DEVICE FOR DESCALING STEEL PLATE, AND METHOD FOR DESCALING STEEL PLATE}
본 발명은, 강판 표면의 스케일(scale)을 제거하기 위한 스케일 제거용 노즐 및 강판의 스케일 제거 장치 그리고 강판의 스케일 제거 방법에 관한 것이다.
강재(steel meterial)의 압연 라인에서는, 강재를 산화성 분위기의 가열로에 장입(裝入)하고, 통상 1100∼1300℃의 온도역에서 수 시간 가열한 후에 열간 압연한다. 열간 압연시에는, 가열시에 생성된 1차 스케일 및 가열로로부터 추출 후에 생성되는 2차 스케일이 발생한다. 이러한 스케일이 제거되지 않고 강재가 압연되면, 스케일이 제품인 강판 표면에 파고들어, 스케일 흠집이 되어 남는다. 스케일 흠집은, 강판의 표면 성상을 현저하게 손상시킴과 함께, 굽힘 가공시에 크랙 발생의 기점이 되기 때문에, 제품 품질에 중대한 영향을 미친다.
그 때문에, 전술의 문제의 해결 수단으로서, (1) 강재 표면에 산화 방지재를 도포한다(예를 들면 특허문헌 1 참조), (2) 강재의 가열 온도를 파이어라이트(fayalite)의 융점(약 1170℃) 이하로 한다(예를 들면 특허문헌 2 참조), (3) 완전 무(無)산소화 상태에서 압연을 행한다(예를 들면 특허문헌 3 참조), (4) 압연 전의 온도, 압연 중의 온도를 고온(약 1000℃ 이상)으로 한다, (5) 생성된 스케일을 완전하게 제거한다(예를 들면 특허문헌 4 참조)와 같은 제안이 이루어지고 있다.
그러나, (1)의 수단은, 번잡한 도포 작업이 증가할 뿐만 아니라, 처리제의 비용이 들기 때문에 제조 비용이 높아진다. 또한, (2)는, 강재를 저온에서 가열하기 때문에, 압연기의 부담이 증대함과 함께, 강종(鋼種)에 따라서는 재료 특성을 확보하는 관점에서 적용할 수 없는 규격이 존재한다. 또한, (3)은, 설비 비용이 막대해지기 때문에 현실적이지 않다. 또한, (4)는, 가열로로부터 고온에서 추출이 되기 때문에, 연료의 원단가가 증가하여, 스케일 로스가 증대한다.
그래서, 다음의 해결 수단으로서, (5) 생성된 스케일을 완전하게 제거한다라는, 소위 디스케일링을 행하는 방책이 유효하다. 디스케일링을 행하는 스케일 제거 장치에 이용되는 스케일 제거용 노즐은, 통상, 강판의 표면에 고압의 물을 분사하고, 그 분사된 물의 충격력에 의해 강판의 스케일을 박리하여 제거한다.
일본공개특허공보 평1-249214호 일본특허공보 소58-1167호 일본특허공보 소60-15684호 일본특허 제4084295호 공보
여기에서, (5)의 해결 수단에 관하여, 특허문헌 4에 기재된 기술은, 스케일 제거용 노즐의 내부 구조를 재검토하는 것이며, 노즐 선단부의 오리피스(토출공)와, 이 오리피스로부터 테이퍼각 30∼80°로 연장되는 테이퍼부와, 이 테이퍼부에 이어지는 경대부(large diameter portion)를 갖는 구성으로 하고, 오리피스의 단경 D2에 대한 경대부의 내경 D1의 비율(D1/D2)을 3 이상으로 하는 노즐이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 4에 기재된 기술은, 종래의 스케일 제거용 노즐의 내부 구조를 최적화한 기술이기 때문에, 디스케일링 능력을 대폭으로 향상시키는 데에 있어서는 한계가 있었다.
본 발명자는, 이러한 문제점에 주목하여, 스케일을 한 층 효율 좋게 제거할 수 있는 강판의 스케일 제거용 노즐 및 강판의 스케일 제거 장치 그리고 강판의 스케일 제거 방법을 제공하기 위해 검토를 거듭한 결과, 디스케일링용 노즐로부터 토출한 수류(water flow) 제트가 액적이 되어, 강판 스케일 표면에 발생하는 캐비테이션(cavitation)에 주목했다(도 1 참조). 그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 캐비테이션에 의해 발생한 기포가 소멸할 때에 발생하는 압력이, 조건에 따라서는 동(同) 액적이 충돌할 때에 발생하는 충격력에 비하여 현격하게 커진다는 사상을 파악하여, 전술의 수류 제트에 캐비테이션을 적극적으로 부여할 수 있으면 디스케일링 능력을 향상할 수 있다고 생각했다. 그래서, 여러 가지의 노즐을 시작(試作)하여 예의 연구를 행한 결과, 노즐을 소정의 형상으로 함으로써, 디스케일링 능력이 대폭으로 향상하는 것을 발견하여, 한 층 우수한 스케일 제거용 노즐 및 강판의 스케일 제거 장치 그리고 강판의 스케일 제거 방법을 발명하기에 이르렀다.
즉, 전술의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거용 노즐은, 강판의 표면에 물을 분사하고, 그 분사된 물의 충격에 의해 강판의 스케일을 제거하는 스케일 제거용 노즐로서, 노즐 선단의 토출부는, 원통 형상 유로를 형성하는 경대부에 연통하여 형성된 주류(main flow) 오리피스 및 분기류(branch flow) 오리피스를 갖고, 상기 분기류 오리피스는, 상기 경대부 내부의 수류의 일부를, 상기 주류 오리피스로부터 토출한 수류와의 경계부에 캐비테이션을 발생시키도록 토출하는 것을 특징으로 한다.
종래의 스케일 제거용 노즐은, 단일의 오리피스로부터의 수류(주류) 제트를 연속 분류(噴流)로서 토출하여 액적류를 형성하고 있었다. 그러나, 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거용 노즐에 의하면, 노즐 선단의 토출부를, 원통 형상 유로를 형성하는 경대부에 연통하여 형성된 주류 오리피스와 분기류 오리피스로 구성하고, 분기류 오리피스는, 경대부 내부의 수류의 일부를, 주류 오리피스로부터 토출한 수류와의 경계부에 캐비테이션을 발생시키도록 토출한다. 그 때문에, 노즐 내부의 수류의 일부를, 분기류 오리피스에 의한 분기 수로를 경유하여 토출시키고, 노즐의 주류 오리피스로부터 토출한 수류(주류) 제트의 수류와의 경계부에 캐비테이션을 발생시킬 수 있다. 이 결과, 종래 노즐에 비하여 디스케일링 능력을 대폭으로 향상시킬 수 있다.
여기에서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거용 노즐에 있어서, 분기류 오리피스로부터 토출하는(분기 수로를 경유하여 토출시킨) 수류를, 노즐의 주류 오리피스로부터 토출한 수류(주류) 제트의 외주를 둘러싸는 흐름으로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 주류 오리피스로부터 토출한 수류(주류) 제트의 수류와의 경계부에 캐비테이션을 적합하게 발생시킬 수 있다. 그 때문에, 종래 노즐에 비하여 디스케일링 능력을 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거용 노즐에 있어서, 상기 경대부 내부의 수류의 일부를 상기 분기류 오리피스에 도입하는 전체 수량(水量)에 대한 비율을, 0％를 초과 50％이하로 하는 것은 바람직하다.
또한, 전술의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거 장치는, 압연 공정에 있어서의 압연재인 강판의 상하에 배치되는 복수의 스케일 제거용 노즐을 구비하고, 각 스케일 제거용 노즐로부터 고압의 물을 압연재 표면에 분사하여 압연재 표면의 스케일을 제거하는 스케일 제거 장치로서, 상기 스케일 제거용 노즐로서, 상기 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거용 노즐 중 어느 일 실시형태의 스케일 제거용 노즐이 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거 장치에 의하면, 각 스케일 제거용 노즐이, 상기 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거용 노즐 중 어느 일 실시형태의 스케일 제거용 노즐에 의한 작용 효과를 나타내기 때문에, 전술한 작용기서(mechanism)에 의해, 스케일을 효율 좋게 제거할 수 있다.
또한, 전술의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거 방법은, 압연 공정에 있어서의 압연재인 강판의 표면의 스케일을, 스케일 제거용 노즐로부터 고압의 물을 압연재 표면에 분사하여 제거하는 방법으로서, 상기 스케일 제거용 노즐로서, 상기 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거용 노즐 중 어느 일 실시형태의 스케일 제거용 노즐을 이용하여, 당해 스케일 제거용 노즐을 압연 공정에서의 압연재의 상하에 복수 배치하고, 각 스케일 제거용 노즐로부터 고압의 물을 압연재 표면에 분사하여 압연재 표면의 스케일을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거 방법에 의하면, 사용하는 스케일 제거용 노즐이, 상기 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 스케일 제거용 노즐 중 어느 일 실시형태의 스케일 제거용 노즐에 의한 작용 효과를 나타내기 때문에, 전술한 작용기서에 의해, 스케일을 효율 좋게 제거할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 압연재 표면의 스케일을 효율 좋게 제거할 수 있다.
도 1은 디스케일링용 노즐로부터 토출한 수류 제트가 액적이 되어, 강판 스케일 표면에 충돌할 때에 캐비테이션이 발생하는 모습의 이미지를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 캐비테이션에 의해 발생한 기포가 소멸할 때에 압력이 발생하는 모습의 이미지와, 소멸시 기포 반경/발생시 반경과 기포 근방 발생 압력과의 관계를 아울러 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 강판의 스케일 제거 장치를 구비하는 압연 라인의 일 예를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 스케일 제거용 노즐의 일 예를 나타내는 개략 사시도이다.
도 5는 도 4의 Y-Y선의 면에서 축선 방향을 따라 절단한 개략 단면도이다.
도 6은 도 4의 노즐 토출부의 개략 정면도이다.
도 7은 비교예에서 사용한, 종래의 스케일 제거용 노즐의 토출부를 나타내는 도면이다.
도 8은 스프레이수(sprayed water)에 의한 스케일 제거에 있어서의 수적(water droplet)의 강판으로의 충돌 모델을 나타내는 설명도이다.
도 9는 수류(주류) 제트의 상태를 설명하는 도면이고, 도 9(a)는 본 발명의 스케일 제거용 노즐에서의 일 예이며, 도 9(b)는 종래의 스케일 제거용 노즐에서의 예이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 스케일 제거용 노즐을 구비하는 강판의 스케일 제거 장치의 일 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 강판의 압연 공정은, 피압연재(강판)(K)를 가열하는 가열로(50)와, 가열로(50)로부터 취출된 피압연재(K)로부터 스케일을 제거하기 위해 가열로(50) 출측(HSB)에 설치된 가열로 출측 디스케일러(60)와, 그것에 이어서 조압연(rough rolling)을 행하는 조압연기(70)와, 그것에 이어서 마무리 압연을 행하는 마무리 압연기(80)로 구성되어 있다.
본 발명의 스케일 제거 장치는 각 압연 공정에 배치된다. 즉, 가열로 출측 디스케일러(60)에는, 가열로 출측 스케일 제거용 노즐의 장착용 어댑터(61)가 피압연재(K)의 상하에 배치된다. 마찬가지로, 조압연기(70)의 조압연 입측(RSB)에는 스케일 제거용 노즐의 장착용 어댑터(62), 마무리 압연기(80)의 마무리 압연 입측(FSB)에는 스케일 제거용 노즐의 장착용 어댑터(63)가 각각 피압연재(K)의 상하에 배치된다. 각 스케일 제거용 노즐의 장착용 어댑터(61, 62, 63)의 각각에는, 후술하는 스케일 제거용 노즐(1)(이하, 단순히 「노즐」이라고도 함)이 장착되어 있다. 스케일 제거용 노즐의 장착용 어댑터(61, 62, 63)에 장착된 스케일 제거용 노즐(1)은, 펌프(30), 어큐뮬레이터(40)에 배관을 통과하여 접속되어 있으며, 고압의 물을 피압연재(K) 표면에 분사할 수 있다. 또한, 이 설비에서는, 복수대의 펌프(30)와 어큐뮬레이터(40)에 의해, 분사되는 고압수의 압력과 토출량을 항상 안정되게 확보할 수 있다.
다음으로, 노즐(1)에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 도 4는, 노즐(1)의 개략 사시도, 도 5는 도 4의 Y-Y선의 면에서 축선 방향을 따라 절단한 개략 단면도, 도 6은 도 4의 노즐 선단의 토출부의 개략 정면도이다.
도 4∼도 6에 나타내는 바와 같이, 노즐(1)은, 케이싱(2)과, 노즐 케이스(11)와, 노즐 팁(12)으로 주로 구성되어 있다. 그리고, 이들 부재에 의해 노즐(1)의 축선 방향으로 유로(또는 노즐공)가 형성되어 있다.
케이싱(2)은, 대략 원통 형상을 이루고 있으며 내부에 유로(또는 노즐공)를 구비하고, 노즐(1)의 상류측이 되는 일단으로부터 물이 유로 내로 유입 가능하게 되어 있다. 그리고, 케이싱(2)의 타단에 노즐 케이스(11)가 장착된다. 노즐 케이스(11)는 대략 원통 형상을 이루고, 노즐 팁(12)이 노즐(1)의 선단부측에 장착되어 있다. 노즐 팁(12)은 초경합금(cemented carbide)제이며, 이곳으로부터 토출류를 분출시킨다.
또한, 이 예에서는, 케이싱(2)은, 노즐 케이스(11)에 대하여 나사에 의해 고정 가능한 제1 케이싱(2a)과, 이 제1 케이싱(2a)에 대하여 나사에 의해 고정 가능한 제2 케이싱(2b)으로 구성되어 있다.
제2 케이싱(2b)의 상류측 단부에서의 둘레면 및 단면(평탄면)에는, 축 방향으로 연장되는 복수의 슬릿(또는 유입구)(3)이 둘레 방향으로 소정의 간격마다 형성되어 있다. 복수의 슬릿(3)은, 불순물의 유입을 규제하면서 물을 유입시키기 위한 필터로서 작용하는 것이다. 또한, 제2 케이싱(2b) 내의 유로에는, 정류 유닛(또는 정류기 혹은 스태빌라이저)(4)이 설치되어 있다.
정류 유닛(4)은, 슬릿(3)으로부터 유입된 물을 노즐공으로 안내하기 위한 것이며, 심체(core member)로부터 방사(放射) 방향으로 연장되는 복수의 정류판(정류 날개(blade))(5)과, 심체의 상류측 및 하류측에 동축으로 형성되고, 그리고 각각 선단부를 상하류 방향으로 향하게 형성된 예각인 원추부(상류측 또는 하류측이 끝으로 갈수록 가늘어지는 상태의 원추부)(6a, 6b)를 구비하고 있다. 이러한 필터를 구성하고 그리고 정류 유닛을 구비한 케이싱(2)은, 필터 유닛 또는 정류 케이싱이라고 칭할 수도 있다. 또한 정류 유닛(4)의 정류판(5)은 제2 케이싱(2b)의 내벽에 맞닿고 있음과 함께, 정류 유닛(4)은 고정 수단(예를 들면, 걸림, 용착, 고착 등)에 의해 하류측으로의 이동이 규제되고 있다.
케이싱(2)의 유로는, 제2 케이싱(2b)의 상류측 단부(유입구)로부터 정류 유닛(4)의 하류단에 이르고, 그리고 실질적으로 동일한 내경(즉, 케이싱(2b)의 상류측 단부의 내경과 동일한 내경)의 원통 형상 유로(P1)와, 전술의 정류 유닛(4)의 하류단으로부터 하류 방향을 향하여 제1 케이싱(2a)의 도중부에 이르고, 그리고 완만한 경사로 테이퍼 형상으로 좁아지는 경사 유로(환상 경사 유로)(P2)와, 이 경사 유로의 하류단으로부터 하류 방향을 향하여 연장되고, 그리고 실질적으로 동일한 내경(즉, 경사 유로(P2)의 하류측 단부의 내경과 동일한 내경)의 원통 형상 유로(P3)를 구비하고 있다. 이 예에서는, 경사 유로(환상 경사 유로)(P2)를 형성하는 경사벽(테이퍼부)의 테이퍼 각은, 예를 들면 5∼10° 정도로 형성되어 있다.
노즐 케이스(11) 내에는, 노즐(1)의 선단부로부터 상류 방향을 향하여, 초경 합금제의 노즐 팁(12)과, 전술의 제1 케이싱(2a)의 하류단과 실질적으로 동일한 내경의 유로가 형성된 부시(bushing; 또는 환상 측벽)(17)가 순차 장착되어 있다. 노즐 팁(12)은 괘지 단부(engagement stepped portion; 13)에 의해 선단부 방향으로의 빠짐이 규제되고 있다.
노즐(1)에는, 그 선단의 토출부가 되는 노즐 팁(12)이, 원통 형상 유로를 형성하는 경대부(18)와, 경대부(18)에 연속하여 형성된 테이퍼부(16)와, 테이퍼부(16) 출측에 연속하여 형성된 타원 형상의 토출공(15)으로 형성되어 있다. 노즐 팁(12)의 선단면은, 단면(斷面) U자 형상의 만곡홈(14)이 반경 방향으로 형성됨과 함께, 이 만곡홈(14)의 만곡 오목면에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 타원 형상의 토출공(15)이 출측에 연속하여 형성되어 있다. 또한, 만곡홈(14)의 저면은, 토출공(15)을 최하부로 하여 연출(extension) 방향(또는 반경 방향)을 향함에 따라 양단부가 융기된 만곡 형상 저면이라도 좋다.
여기에서, 노즐(1)은, 노즐 팁(12)과 노즐 케이스(11)와의 사이에, 원통 형상 유로를 형성하는 경대부(18)에 연통하여 형성된 2개의 분기공(분기류 오리피스)(19)을 갖는다. 각 분기공(19)은, 노즐 팁(12)의 둘레 방향을 따른 원호 형상(이 예에서는 원호의 중심은 축심과 일치)을 이루고 있으며, 노즐 내부의 수류의 일부를, 노즐 팁(12)의 토출공(15)으로부터 토출한 수류와의 경계부에 캐비테이션(C)을 발생시키도록 수류를 토출하도록 형성되어 있다(도 9(a) 참조). 또한, 각 분기공(19)은, 노즐 팁(12)의 둘레 방향을 따른 원호 형상으로 됨으로써, 토출하는 수류를, 토출공(15)으로부터 토출한 수류의 외주를 둘러싸는 흐름으로 하고 있다.
이에 따라, 노즐(1)의 축선 방향으로 연장되는 노즐의 유로(노즐공)는, 만곡홈(14)에 타원 형상으로 개구된 토출공(15)으로부터 축선의 상류 방향을 향하여 직선적으로 직경을 증가시켜 연장되는 테이퍼부(또는 원추형 경사벽)(16)에 의해 형성된 원추 형상 유로(P5)와, 노즐 팁(12)과 노즐 케이스(11)와의 사이에 형성된 분기공(19)으로 이루어지는 분기 유로(P6)와, 부시(17) 내주에 의해 형성되어 테이퍼부(16)의 상류단으로부터 축선 방향을 따라 실질적으로 동일한 내경으로 상류 방향으로 이어지는 원통 형상 유로(P4)와, 원통 형상 유로(P4)의 상류단으로부터 거의 동일한 내경으로 연장되는 원통 형상 경대 유로(원통 형상 유로(P4)의 상류단으로부터 정류 유닛(4)의 상류단에 이르기까지의 유로)(P3∼P1)로 구성된다. 또한, 테이퍼부(16)의 상류단으로부터 실질적으로 동일한 내경으로 연장되는 유로(이 예에서는, 테이퍼부(16)의 상류단으로부터 완만한 경사 유로(P2)의 하류단까지의 원통 형상 유로(P3 및 P4))를 경대부(18)로 할 수 있다.
또한 타원 형상의 토출공(15)은, 모두 그 장경(D3)/단경(D2) 비가, 1.5∼1.8 정도로 형성된다. 또한, 토출공(15)과 경대부(18)와의 관계에 대해서는, 노즐을 소형화하기 위하여, 토출공(15)의 단경(D2)에 대한 경대부(18)(원통 형상 유로(P3 및 P4)), 또는 정류 유닛으로부터 하류 방향으로 연장되는 경사 유로(P2)의 하류단)의 내경(D1)의 비율(D1/D2)을, 4.5∼6.9 정도로 설정하고 있다. 또한, 저압 및/또는 저류량이라도 충격력을 높이기 위해, 테이퍼부(16)의 각도(테이퍼각)(θ)는, 45∼55° 정도로 설정하고 있다.
또한, 노즐 케이스(11)나 케이싱(2)의 적소(이 예에서는, 노즐 케이스(2))에는, 어댑터(도시하지 않음)를 이용하여 도관(도시하지 않음)에 노즐(1)을 부착하기 위한 날밑부(또는 플랜지)(24) 등의 부착부를 형성할 수 있다. 또한, 노즐 케이스(11)에는, 위치 결정 정밀도를 높이고, 소정 방향으로 플랫 또는 띠 형상으로 토출류를 분사시키기 위해, 도관에 대한 위치 결정용 볼록부(25)를 형성해도 좋다.
다음으로, 전술한 강판의 스케일 제거 장치 및 이것에 장착된 스케일 제거용 노즐(1), 그리고 노즐(1)을 이용한 강판의 스케일 제거 방법의 작용·효과에 대해서 설명한다.
스케일 제거 장치의, 스케일 제거용 노즐의 장착용 어댑터(61, 62, 64)에는, 노즐(1)이 장착되어 있다. 노즐(1)은, 전술한 바와 같이, 노즐 선단의 토출부가, 원통 형상 유로를 형성하는 경대부(18)에 연속하여 형성된 테이퍼부(16)와, 테이퍼부(16) 출측에 연속하여 형성된 토출공(15)이 형성되고, 또한, 노즐 팁(12)과 노즐 케이스(11)와의 사이에는, 원통 형상 유로를 형성하는 경대부(18)에 연통하여 형성된 분기공(19)을 갖는다. 분기공(19)은, 노즐 내부의 수류의 일부를, 노즐 팁(12)의 토출공(15)으로부터 토출한 수류와의 경계부에 캐비테이션을 발생시키도록 토출한다. 이에 따라, 노즐의 오리피스로부터 토출한 수류(주류) 제트의 수류와의 경계부에 캐비테이션을 발생시킬 수 있다. 이 결과, 종래 노즐에 비하여 디스케일링 능력이 대폭으로 향상된다. 따라서, 이 스케일 제거 장치 및 이것에 장착된 스케일 제거용 노즐(1), 그리고 노즐(1)을 이용한 강판의 스케일 제거 방법에 의하면, 디스케일링의 성능, 효율 모두 대폭으로 개선할 수 있다.
[실시예]
이하, 전술의 실시 형태에서 설명한 노즐(1)을 실제의 피압연재(K)의 압연 공정에 채용한 예에 대해서 설명한다. 강재로서는, 표준 판폭 1.2m, 표준 판두께는, 가열로(50)의 출측 220㎜, 조압연 입측(RSB)(62)이, 220∼70㎜, 마무리 압연 입측(FSB)(63)이, 60∼40㎜를 사용했다. 종래형(도 7 참조)과의 비교 실험의 결과를 다음의 표 1에 나타낸다. 또한, 이 예에서는, 분사 압력(P0)[Pa], 디스케일링 유량[l/min] 및, 스프레이 거리(H)[m]에 따라서 노즐 내부의 수류의 일부를 전술의 분기공에 도입하는 전체 수량의 비율을, 0％를 초과 50％이하의 범위로 조정하고 있다.
평가 방법으로서는, 이전에 제안한 디스케일링 능력 평가 모델(일본특허 제3129967호 공보 참조)을 이용하여 검토했다.
즉, 디스케일링 능력은 분사수가 강재 표면에 충돌할 때에 발생하는 총충격력(F) 및 단위 충격력(S)으로 평가할 수 있다. 도 8은, 분사수에 의한 스케일 제거에 있어서의 수적의 강판으로의 충돌 모델을 나타내는 도면이다. 동 도면에 있어서, 총충격력(F) 및 단위 충격력(S)은, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
F＝P0×a×C×(3/d)×α×t
S＝F/A
단, F: 강판 표면에서의 분사된 물의 총충격력[N], S: 강판 표면에서의 분사된 물의 단위 충격력[Pa], P0: 분사 압력[Pa], a: 오리피스 면적[㎡], C: 음속[m/s], d: 수적의 입자경[m], α: 계수, t: 충격파가 액적 중을 통과하는 시간[s]이다.
Figure pct00001
동 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 디스케일링 능력은, 어느 공정에 있어서도 디스케일링 능력의 향상이 종래비로 1.3∼1.5배이며, 펌프(30)에서의 전력 사용량은 70％, 그리고, 디스케일링 능력 향상에 의한 유량의 삭감 가능대는 30％ 감(減), 또한, 디스케일링 능력에 기인하는 품질 불량 발생률도 종래비로 50％ 미만이 되었다. 따라서, 스케일 제거용 노즐(1)에 의하면, 디스케일링의 성능, 효율 모두 대폭으로 개선된 것을 알 수 있다.
또한, 종래형(도 7 및 도 9(b) 참조)과의 비교 실험의 결과에 의하면, 분사 압력(P0)[Pa], 디스케일링 유량[l/min] 및, 스프레이 거리(H)[m]에 따라서 노즐 내부의 수류의 일부를 분기공(19)에 도입하는 전체 수량의 비율을, 0％를 초과 50％이하의 범위로 조정하면, 충분한 효과가 얻어지는 것을 확인했다.
또한, 본 발명에 따른 강판의 스케일 제거용 노즐 및 강판의 스케일 제거 장치 그리고 강판의 스케일 제거 방법은, 전술의 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않으면 여러 가지의 변형이 가능한 것은 물론이다.
1 : (스케일 제거용)노즐
2 : 케이싱
4 : 정류 유닛
11 : 노즐 케이스
12 : 노즐 팁
14 : 만곡홈
15 : 토출공(주류 오리피스)
16 : 테이퍼부(또는 원추 형상 경사벽)
17 : 부시(또는 환상 측벽)
18 : 경대부
19 : 분기공(분기류 오리피스)
20 : 토출부
30 : 펌프
40 : 어큐뮬레이터
50 : 가열로
60 : 가열로 출측 디스케일러
61, 62, 63 : 스케일 제거용 노즐의 장착용 어댑터
70 : 조압연기
80 : 마무리 압연기
K : 피압연재(강판)
P1 : 원통 형상 유로
P2 : 경사 유로
P3 : 원통 형상 유로
P4 : 원통 형상 유로
P5 : 원추 형상 유로
P6 : 분기 유로

Claims (5)

  1. 강판의 표면에 물을 분사하고, 그 분사된 물의 충격에 의해 강판의 스케일을 제거하는 스케일 제거용 노즐로서,
    노즐 선단의 토출부는, 원통 형상 유로를 형성하는 경대부(large diameter portion)에 연통하여 형성된 주류(main flow) 오리피스 및 분기류(branch flow) 오리피스를 갖고, 상기 분기류 오리피스는, 상기 경대부 내부의 수류(water flow)의 일부를, 상기 주류 오리피스로부터 토출한 수류와의 경계부에 캐비테이션을 발생시키도록 토출하는 것을 특징으로 하는 강판의 스케일 제거용 노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분기류 오리피스로부터 토출하는 수류를, 상기 주류 오리피스로부터 토출한 수류의 외주를 둘러싸는 흐름으로 하는 것을 특징으로 하는 강판의 스케일 제거용 노즐.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 경대부 내부의 수류의 일부를 상기 분기류 오리피스에 도입하는 전체 수량(水量)에 대한 비율을, 0％를 초과 50％ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 강판의 스케일 제거용 노즐.
  4. 압연 공정에 있어서의 압연재인 강판의 상하에 배치되는 복수의 스케일 제거용 노즐을 구비하고, 각 스케일 제거용 노즐로부터 고압의 물을 압연재 표면에 분사하여 압연재 표면의 스케일을 제거하는 스케일 제거 장치로서,
    상기 스케일 제거용 노즐로서, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 스케일 제거용 노즐이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 강판의 스케일 제거 장치.
  5. 압연 공정에 있어서의 압연재인 강판의 표면의 스케일을, 스케일 제거용 노즐로부터 고압의 물을 압연재 표면에 분사하여 제거하는 방법으로서,
    상기 스케일 제거용 노즐로서, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 스케일 제거용 노즐을 이용하여, 당해 스케일 제거용 노즐을 압연 공정에서의 압연재의 상하에 복수 배치하고, 각 스케일 제거용 노즐로부터 고압의 물을 압연재 표면에 분사하여 압연재 표면의 스케일을 제거하는 것을 특징으로 하는 강판의 스케일 제거 방법.
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