WO2016174897A1 - スケール除去方法 - Google Patents

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WO2016174897A1
WO2016174897A1 PCT/JP2016/054568 JP2016054568W WO2016174897A1 WO 2016174897 A1 WO2016174897 A1 WO 2016174897A1 JP 2016054568 W JP2016054568 W JP 2016054568W WO 2016174897 A1 WO2016174897 A1 WO 2016174897A1
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WO
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scale removal
particle size
projection material
projection
size distribution
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PCT/JP2016/054568
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後藤　賢
直也 田沼
Original Assignee
新東工業株式会社
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    • B24C1/08—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for polishing surfaces, e.g. smoothing a surface by making use of liquid-borne abrasives
    • B24C1/086—Descaling; Removing coating films
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/04—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for de-scaling, e.g. by brushing
    • B21B45/06—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for de-scaling, e.g. by brushing of strip material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • B24C7/00—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts
    • B24C7/0092—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed by mechanical means, e.g. by screw conveyors

Definitions

  • the present disclosure relates to a scale removal method for removing a scale such as an oxide formed on a base material surface of a workpiece made of an iron-based material by shot blasting.
  • a wire rod made of ordinary steel, alloy steel, tool steel, bearing steel or the like becomes billet or the like by melting and continuous casting.
  • a billet etc. turns into a coil or a bar material through a rolling process.
  • the manufactured coil material or the like is removed from the scale by a bender or shot blasting process, and is subjected to a wire drawing or chemical conversion process. If it is difficult to remove the scale, pickling is performed before the vendor or shot blasting. However, pickling treatment is avoided as much as possible from the viewpoint of environmental impact.
  • the projecting material repeats the cycle of projection, recovery, fine powder removal, and projection.
  • the projection material is pulverized to become fine powder.
  • Such fine powder is selected and removed by a separator or the like. Since the amount of blasting material in the blasting device is reduced by the amount removed, the blasting material is replenished according to the amount of reduction, but if the blasting material is supplied, crushed, and discharged outside the device repeatedly, The particle size distribution of the projection material is different from the initial particle size distribution.
  • scale removal and preliminary scale removal are collectively referred to as scale removal
  • particles different from the initial stage of the projection material in the apparatus It is necessary to manage the diameter distribution so that it is a suitable condition for the scale removal process.
  • the projection material used for the scale removal treatment is generally used for other purposes such as deburring and improving the surface roughness.
  • the particle diameter and hardness can be appropriately selected according to the application, there is no projection material in which the particle diameter distribution or the like is specifically adjusted for the scale removal treatment.
  • the scale removal process described above is often performed as a continuous process in which a process is performed while conveying a workpiece, and a high processing speed is required.
  • the scale removal force is increased by using a projection material having a large particle diameter.
  • the following problems occur.
  • the shot blasting process of the wire rod a phenomenon that the swing of the wire rod increases due to the collision of the projection material occurs. Thereby, there is a problem that the projection material is not effectively projected onto the wire and the efficiency of scale removal is reduced.
  • a projection material is projected by a blast device, and the scale removal method performs removal of the scale of a workpiece made of an iron-based material, Projection material loading process in which an unused projection material having a Vickers hardness in the range of HV300 to 600 (Japanese Industrial Standard JIS Z 2244) is loaded into the blasting device, and the particles of the projecting material in the blasting device by operation of the blasting device A particle size distribution adjusting step for adjusting the particle size distribution to a predetermined particle size distribution, and a scale removing step for projecting the projection material after the particle size distribution adjusting step onto the surface of the workpiece.
  • the particle size distribution of the projection material after the adjustment step is a first particle having a particle size of more than 300 ⁇ m, a second particle having a particle size of 300 ⁇ m or less and exceeding 75 ⁇ m, and a particle size of 75 ⁇ m or less.
  • the particle size distribution of the projection material after adjusting the particle size distribution contains a large amount of the second particles for ensuring the coverage, and then the first particles with the largest scale removal power.
  • the ratio of the second particles may be 60% by weight or more, the ratio of the first particles may be 10 to 40% by weight, and the ratio of the third particles may be 10% by weight or less.
  • the workpiece may be formed by rolling.
  • the scale removal processing of a workpiece formed by rolling is often performed as a continuous processing in which processing is performed while conveying the workpiece, and the processing speed is high. It is required to be fast. Since this scale removal method has both high scale removal power and scale removal processing efficiency, it can be used for a workpiece in which a scale is formed on the surface of a base material by rolling.
  • the work piece may be a wire.
  • the work piece is a wire rod
  • the impact force of the projection material is large, a phenomenon occurs in which the wire rod shakes greatly due to the collision of the projection material, the projection material is not effectively projected onto the wire rod, and the scale removal There is a problem that efficiency is lowered.
  • this scale removal method a large amount of second particles having a particle diameter smaller than that of the first particles is contained. For this reason, since this scale removal method can reduce the impact force of a projection material conventionally, it can suppress the shaking of a wire. Therefore, this scale removal method enables efficient scale removal.
  • the particle diameter d of the projection material is 125 ⁇ m ⁇ d ⁇ 600 ⁇ m, and the frequency of the particle diameter d of the projection material is 212 ⁇ m ⁇ d ⁇ 300 ⁇ m in the frequency distribution (JIS G 5904).
  • the frequency of the particle diameter section 355 ⁇ m ⁇ d ⁇ 500 ⁇ m may be 0.3 to 1.0 times.
  • the projection material may be a mixture of a first projection material composed of particles having a particle size number 030 and a second projection material composed of particles having a particle size number 040.
  • the particle size number is defined in JIS Z0311: 2004.
  • the projection material used in this scale removal method mixes the first projection material adjusted so as to improve the scale removal force and the second projection material adjusted so as to improve the coverage. Can be produced.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of a blasting apparatus 1 used in the scale removal method according to the embodiment.
  • 1A is an overall configuration diagram of the blasting apparatus 1
  • FIG. 1B is an explanatory diagram showing an internal configuration of the projection chamber as seen in the direction of arrows AA in FIG. is there.
  • the blasting apparatus 1 has a configuration for performing a scale removal process of a wire as the workpiece W.
  • the scale removal method according to the embodiment is not limited to the method using the blast device 1.
  • the blast device 1 includes a hopper 11 that stores and supplies a fixed amount of the projection material, an impeller 22 that projects the projection material, a bucket elevator 13 that circulates the projection material, a projection material and a scale (mainly iron oxide), , A dust collector 15, a projection chamber 20, a control device (not shown), a carry-in mechanism for carrying a workpiece into the projection chamber 20, and a carry-out mechanism for carrying out the scale-removed workpiece from the projection chamber 20.
  • a hopper 11 that stores and supplies a fixed amount of the projection material
  • an impeller 22 that projects the projection material
  • a bucket elevator 13 that circulates the projection material
  • a projection material and a scale mainly iron oxide
  • the projection chamber 20 is arranged at predetermined intervals in the traveling direction of the workpiece inside the wire inlet / outlet and the projection chamber 20, and the guide member 21 for extending the wire in a straight line, and the traveling wire
  • four impellers 22 for projecting the projection material S from the top, bottom, left, and right directions, and a screw conveyor 23 attached to the bottom for collecting the projected projection material are provided.
  • the hopper 11 includes a storage portion 11a in which the projection material is stored, and a cut gate 11b that is provided below the storage portion 11a and for supplying the projection material to the impeller 22 in a fixed amount.
  • the cut gate 11b has a variable opening area and can supply a certain amount of projection material to the impeller 22.
  • the impeller 22 accelerates the projection material supplied from the hopper 11 by a rotating blade, and projects the projection material onto the workpiece that is carried into the projection chamber 20 and travels. Thereby, the scale removal process is performed on the workpiece.
  • the bucket elevator 13 is connected to the projection chamber 20.
  • the projection material after the scale removal processing, the scale removed from the workpiece (hereinafter referred to as the projection material) are conveyed to the bucket elevator 13 by the screw conveyor 23.
  • the bucket elevator 13 conveys the projection material and the like above the blasting apparatus 1 and supplies the blast material to the hopper 11 through the throwing-out portion 16.
  • a punching metal 18 is disposed between the throw-out portion 16 and the hopper 11. The punching metal 18 can remove a large scale or the like from the projection material or the like in advance.
  • the bucket elevator 13 is provided with a shot supply port 13a.
  • the projection material can be supplied from the shot supply port 13a.
  • the throwing-out part 16 is provided connected to the cyclone 14 and the hopper 11.
  • the cyclone 14 will be described.
  • the blast apparatus 1 When the blast apparatus 1 is operated, the projection material is broken and fine powder is generated. At that time, there is a concern that dust is generated in the projection chamber 20 and that the dust may cause a dust explosion, or that the quality of the workpiece may be deteriorated by adhering to or piercing the workpiece. Or, the projection material becomes too fine, and the scale cannot be completely removed. Therefore, in the throwing-out part 16, dust collection is performed by the airflow of the predetermined
  • the projection material since the projection material is small in size, it may be classified by the cyclone 14 together with the generated fine powder (removed scale or pulverized fine projection material).
  • the fine powder is collected by the dust collector 15 and discharged out of the apparatus.
  • the wind speed and the amount of airflow generated by suction by the dust collector 15 are controlled by the opening degree of the damper 19 provided between the dust collector 15 and the cyclone 14.
  • the classification ability of the cyclone 14 is controlled.
  • the classification accuracy is adjusted, and a desired particle size distribution described later is formed and maintained.
  • the projection material effective for removing the scale is supplied again to the projection chamber 20 and is circulated.
  • the amount of projection material in the apparatus decreases by the amount discharged to the outside of the blast device 1, it is necessary to replenish the amount of projection material corresponding to the decrease amount.
  • the decrease of the projection material is detected by the load current value of the impeller 22, and a new projection material is supplied from the shot supply port 13a.
  • a control device is a computer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and controls the configuration requirements of the blast device 1 described above.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating steps of the scale removal method according to the embodiment.
  • the blasting apparatus 1 is activated, and in step S1, a projection material filling process is performed.
  • a projection material loading step an unused projection material is loaded into the blast device 1 from the shot supply port 13a. The projection material will be described later.
  • a step of adjusting the particle size distribution (particle size distribution adjusting step) is performed. It is important to manage the particle size distribution of the projection material in the apparatus after adjusting the particle size distribution so that the scale can be efficiently removed.
  • step S2 the particle size distribution in the blasting apparatus after the particle size distribution adjustment satisfies the characteristic (second particle ratio) ⁇ (first particle ratio) ⁇ (third particle ratio).
  • the distribution is controlled.
  • the projection material is divided into a first particle having a particle diameter of 300 ⁇ m, a second particle having a particle diameter of 300 ⁇ m or less and exceeding 75 ⁇ m, and a third particle having a particle diameter of 75 ⁇ m or less.
  • Each particle has a particle size distribution rather than a single particle size.
  • the particle size distribution can be controlled so that the ratio of the second particles is 60% by weight or more, the ratio of the first particles is 10 to 40% by weight, and the ratio of the third particles is 10% by weight or less. Good.
  • the particle size distribution of the projection material after adjusting the particle size distribution contains a large amount of second particles smaller than the conventionally used particle size, and the first particles having a large scale removing power. Then, the distribution is characteristic of reducing or eliminating the third particles which are contained in large amounts and have low scale removing power. Since the coverage can be ensured by containing a large amount of the second granule, the scale removal processing efficiency can be improved.
  • the first granule has a high scale removing power and can shorten the scale removing time. And since the 3rd granule has low scale removal power and cannot remove scale effectively, it reduces as much as possible.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a particle size distribution adjusting step.
  • the particle size distribution adjusting step includes a method of adjusting to a particle size distribution in an operating mix state and a method of introducing a predetermined projection material so as to positively obtain a desired particle size distribution.
  • the particle size distribution of the projection material in the blast device 1 is a constant particle size different from the unused projection material distribution. Stable in distribution.
  • the operating mix refers to this state of stable particle size distribution.
  • an explanation will be given by taking as an example the adjustment of the particle size distribution to the state after the operating mix is formed.
  • step S21 for example, a dummy workpiece made of the same material as that of the workpiece is prepared, and in step S22, the blasting device 1 is activated to form a dummy workpiece.
  • a projecting material is projected under the same conditions as when removing the scale of the workpiece, and a series of operations for repeatedly discharging and replenishing fine powder outside the apparatus is performed.
  • the particle size distribution of the projection material in the blast apparatus 1 becomes a particle size distribution different from the particle size distribution of the unused projection material.
  • the dummy workpiece may be run like an actual workpiece or may be in a stationary state. Further, the projection material may be blanked without using a dummy workpiece.
  • step S23 the same determination as in step S5 described later is performed.
  • the process proceeds to step S25, and then returns to step S23. If the projection material is not replenished, the process proceeds to step S24.
  • step S24 it is determined whether or not the projection time has reached an equivalent time set in advance to form an operating mix. If the projection time has reached the equivalent time, the process proceeds to step S26, and if not, the process returns to step S23.
  • step S26 the projection material is sampled to measure the particle size distribution, and it is evaluated whether a desired particle size distribution (operating mix) is formed.
  • sampling of the projection material can be performed from the cut gate 11 b, the bucket elevator 13, and the throwing-out portion 16. If it is determined that a desired operating mix has been formed (step S26: YES), the process proceeds to step S3.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing changes in the particle size distribution in the particle size distribution adjusting step.
  • FIG. 4 schematically shows a process in which an operating mix is formed.
  • the particle diameter on the horizontal axis shows the lower limit value of the particle diameter section as a representative value.
  • the projection material that showed the particle size distribution of (A) in an unused state has a reduced weight fraction of the first particles and a broad particle size distribution of the second particles. It will become. This is because the first particles are pulverized and reduced, and the second particles and the like are generated.
  • the weight fraction of the first granules further decreases, and the particles below the second granules increase.
  • the third particles and below are discharged out of the machine and the increase is suppressed.
  • the first granule is replenished as much as the initial shot corresponds to the discharge amount, the decrease is suppressed. Therefore, the ratio of the 1st grain object, the 2nd grain object, and the 3rd grain object is stabilized in the state of (C).
  • step S26 If it is determined that the desired operating mix is not formed (step S26: NO), the process proceeds to step S27, the opening degree of the damper 19 is adjusted, and then the process returns to step S22.
  • step S27 for example, when there are many small-diameter particles, the opening degree of the damper 19 can be lowered and the classification force of the cyclone 14 can be lowered to remove it.
  • each process may be automatic or manual. When each process is automatically performed, each process is performed by the control device.
  • step S3 the workpiece to be scale-removed is set in the projection chamber 20.
  • the wire that is the workpiece is sequentially inserted into the guide member 21 from the upstream in the conveying direction (left direction in FIG. 1B) and positioned and arranged in a straight line. Then, the wire is pulled in a state where a predetermined tension is applied and travels in the right direction.
  • the scale formed on the surface of the workpiece is removed by projecting the projection material with the particle size distribution adjusted in step S4 (scale removal step).
  • the scale removal process is performed by projecting the projection material from the impellers 22 provided in the four directions onto the wire rod that is continuously supplied into the projection chamber 20 and travels. And the wire rod in which the scale removal process was performed is continuously carried out of the projection chamber 20 from a carry-out port, and is conveyed to the next process.
  • step S5 it is determined whether or not to replenish the projection material based on the load current value of the ammeter of the impeller 22 that is projecting the projection material. If the load current value is larger than the preset current value and less than or equal to the predetermined fluctuation value, it is determined that the projection material is not replenished, and the process proceeds to step S6. When the load current value is equal to or less than the preset current value or exceeds a predetermined fluctuation value, it is determined that the projection material is replenished, and the process proceeds to step S7. In step S7, a predetermined amount of new projection material is supplied from the shot supply port 13a, and the process returns to step S5. The projection material is replenished by a predetermined amount set in consideration of the load of the bucket elevator and the like. Thereby, a desired particle size distribution (in this embodiment, an operating mix) can be maintained.
  • a desired particle size distribution in this embodiment, an operating mix
  • step S6 it is determined whether or not there is a workpiece.
  • the process proceeds to step S5, and when the workpiece does not exist, that is, when all the workpieces to be subjected to the scale removal process are carried out of the projection chamber 20. It progresses to step S8 and the projection of a projection material is complete
  • the presence / absence of the workpiece may be determined by visual observation, or may be determined by a wire rod detection device that makes a determination using a magnetic or optical method.
  • step S9 it is determined whether or not to continue the scale removal process. When there is no next workpiece, the series of operations is terminated, and when there is a next workpiece, the operations after step S3 are repeated.
  • the particle size distribution of the projection material after the particle size distribution adjustment can be made a distribution suitable for scale removal of the workpiece. For this reason, the scale removal method described above can improve both the scale removal force and the scale removal processing efficiency.
  • the scale removal method according to the present embodiment can be used for a workpiece having a scale formed on the surface of a base material by rolling, such as a wire or a steel plate.
  • the scale of such a workpiece is firmly attached to the base material with a thickness of about several tens of ⁇ m, and a high scale removing force is required.
  • scale removal processing of a workpiece is often performed as a continuous processing in which processing is performed while the workpiece is being conveyed, and a high processing speed is required. Since the scale removal method according to the present embodiment has both high scale removal power and scale removal processing efficiency, it can be used for a workpiece having a scale formed on the surface of a base material by rolling.
  • the scale removal method according to the present embodiment a large amount of second particles having a particle diameter smaller than that of the first particles is contained. For this reason, since the scale removal method according to the present embodiment can reduce the impact force of the projection material as compared with the related art, it is possible to suppress the shaking of the wire and to efficiently remove the scale. Furthermore, since the scale removal method according to the present embodiment enables efficient scale removal, it is possible to omit the pickling treatment that has been conventionally performed as a pretreatment for the scale removal treatment.
  • the scale removal method according to the present embodiment can significantly improve the coverage by the second granule. Moreover, since the scale removal method according to the present embodiment can reduce the size of the dent, the surface roughness can also be improved.
  • the projectile is a shot selected from the range of Vickers hardness HV300-600.
  • the material and shape can be selected as appropriate, but in this embodiment, a spherical shot made of an iron-based material is used.
  • the iron-based material for example, C: 0.8 to 1.2% by weight, Mn: 0.35 to 1.20% by weight, Si: 0.40 to 1.50% by weight, P ⁇ 0.
  • a component system containing 05 wt%, S ⁇ 0.05 wt%, the balance Fe and inevitable impurities, and having a tempered martensite structure or a similar structure can be employed.
  • Such particles can be prepared by a known method such as a water atomizing method.
  • the projection material has sufficient hardness with respect to the workpiece at HV300 or more, and the projection material has sufficient toughness at HV600 or less.
  • the projection material of this embodiment has sufficient hardness and toughness, it can be used suitably for scale removal of the workpiece surface.
  • Vickers hardness HV is based on Japanese Industrial Standard JIS Z 2244 (2009).
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a particle size distribution of a projection material as an example that can be used in the scale removal method according to the embodiment.
  • the particle diameter d of the projection material is 125 ⁇ m ⁇ d ⁇ 600 ⁇ m, and the distribution of the particle diameter d of the projection material has the maximum frequency of the particle diameter section 212 ⁇ m ⁇ d ⁇ 300 ⁇ m in the frequency distribution (JIS G 5904).
  • the frequency is adjusted so that the frequency of the particle diameter section 355 ⁇ m ⁇ d ⁇ 500 ⁇ m is 0.3 to 1.0 times.
  • the measuring method of the particle size distribution is based on Japanese Industrial Standard JIS G 5904 (1966) and is shown by weight distribution.
  • a projection material having such a particle size distribution can be prepared by mixing a first projection material made of particles having a particle size number 030 and a second projection material made of particles having a particle size number 040. That is, the projection material is a mixture of the first projection material and the second projection material.
  • the scale removal force can be increased. However, since the number of particles per unit weight is reduced, the coverage (actual dent area of the projection material per fixed area) is reduced. Leading to a decline.
  • the second projection material can improve the coverage, but the scale removal force is lower than that of the first projection material, so the scale removal time becomes longer.
  • the projection material according to the embodiment by mixing these projection materials so as to have the particle size distribution described above, it is possible to maintain the respective advantages and supplement the portion where the scale removal capability is insufficient.
  • the scale removal force can be improved by the first projection material, and the coverage can be improved by the second projection material. That is, scale removal with improved scale removal power and scale removal processing efficiency can be performed.
  • the first and second projection materials are classified by using a sieve having a sieve size of 600 ⁇ m to 125 ⁇ m as defined in JIS Z 8801 (2006) using a known method such as a water atomization method to obtain a desired particle diameter. It can be prepared by mixing and adjusting so as to obtain a distribution.
  • the particle size distribution in the blasting apparatus after the particle size distribution adjusting step can be set to the above-described distribution suitable for scale removal of the workpiece without using a special device or method. .
  • the projection material supplied in steps S25 and S7 can be different from the projection material loaded in step S1.
  • a large diameter projection material can be supplied to form a desired operating mix.
  • the form of the projection material is not limited to shots, and grit, cut wires, and the like can also be used.
  • the 1st projection material and the 2nd projection material are good also as the same material, and may form with the material from which hardness differs.
  • the particle size distribution of the projection material after the particle size distribution adjustment contains a large amount of the second particles for ensuring the coverage, and the first particles having a large scale removal power.
  • it has a characteristic distribution in which the third granule is contained in a large amount and the scale removing power is low or eliminated.
  • the scale removal method according to the present embodiment can improve the scale removal force by the first granules and shorten the scale removal time, and can ensure the coverage by the second granules. Therefore, the scale removal method according to the present embodiment can improve both the scale removal power and the scale removal processing efficiency.
  • the scale removing method according to the present embodiment can be used for a workpiece having a scale formed on the surface of a base material by rolling, such as a wire or a steel plate.
  • a workpiece is a wire
  • the impact force of the projection material can be reduced as compared with the prior art.
  • the scale removal method according to the present embodiment can suppress the shaking of the wire, and enables efficient scale removal.
  • the scale removal method according to the present embodiment can omit the pickling treatment that has been conventionally performed as a pretreatment for the scale removal treatment.
  • the workpiece is a steel plate
  • a sufficient amount of cracks and delamination required in the subsequent steps can be introduced in the preliminary scale removal process in which the scale is cracked or delaminated by shot blasting.
  • the scale removal method according to the present embodiment can reduce the size of the dent, the surface roughness can also be improved.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the particle size distribution of the projection material and the finished state of the workpiece after the scale removal process in each particle size distribution.
  • the particle size distribution was measured by sampling the projection material at predetermined time intervals. The finished situation was visually observed and evaluated.
  • the weight fraction of the first granules decreases and the weight fraction of the second granules increases.
  • the deflection of the wire rod is large, and the probability of deviating from the projection pattern (projection range) increases, so the actual projection density decreases.
  • the number of particles at the time of comparing with the same particle weight will fall, and a coverage will fall.
  • the scale tends to remain and the finished state was not good.
  • the second particles were 60% by weight or more and the first particles were 40% by weight or less, the finished state was good. Thereby, it was confirmed that sufficient scale removal was possible by the particle size distribution of this embodiment.
  • Example 2 Examination of impact force and coverage by blasting material Using a blasting material produced by mixing a first blasting material made of steel shot with a particle size number 030 and a second blasting material made of steel shot with a particle size number 040 Then, the particle size distribution after adjusting the particle size distribution was evaluated (Examples (1) and (2)). Further, as a comparative example (3), a steel shot of ⁇ 300 ⁇ m (particle size range: 300 ⁇ m ⁇ d ⁇ 600 ⁇ m) was used. A test was also conducted. The projection density was 150 to 300 kg / m 2 . In both the examples and comparative examples, the projecting material was put into the projection test apparatus, and continuous operation and replenishment were repeated to form an operating mix. FIG.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the particle size distribution after adjusting the particle size distribution used in the study of impact force and coverage by the projection material.
  • the particle size distribution after adjusting the particle size distribution in Examples (1) and (2) is 78% by weight or more for the second particle, 15 to 20% by weight for the first particle, and 5 for the third particle. % By weight or less, which satisfies the particle size distribution of the present invention.
  • Example (1) 6.23 ⁇ 10 7 pieces / kg
  • Example (2) 8.77 ⁇ 10 7 pieces / kg
  • Comparative Example (3) 1.74 ⁇ 107 pieces / kg
  • the average impact force per particle was evaluated based on the particle size distribution. If the projection density is the same, the total impact force applied to the wire is the same even if the particle size distribution is different, but the average impact force per particle is different. This average impact force dominates the runout of the wire. It can be seen that the average impact force is 0.28 times in Example (1) and 0.20 times in Example (2) compared to Comparative Example (3), and is extremely small in Example. Thereby, according to the scale removal method of this embodiment, it was confirmed that the shake of a wire can be made small.
  • dent area A was calculated.
  • the dent area was 1.37 times in Example (1) and 1.46 times in Example (2) with respect to Comparative Example (3).
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the particle size distribution of a projection material that simulates an operating mix used in a scale removal test in which the particle size distribution adjustment state is changed. Examples a to d satisfy the particle size distribution of the present embodiment, and Comparative Examples e to h have few second particles and do not satisfy the particle size distribution of the present embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the particle size distribution and the projection density when the scale removal rate reaches 80%. Since the evaluation of the scale removal rate is visual, when the evaluation at 100% is performed, the measurement accuracy does not increase (does not come out), so the evaluation at 80% is made.
  • the projection density is preferably 20 kg / m 2 or less, but the conditions of Examples a to d, that is, the second granule having the particle size distribution of the present invention is 60% by weight, It was confirmed that the particle size distribution of the present invention is a suitable condition because the single particle is 10 to 40% by weight, the third particle is 10% by weight or less and the projection density is 20 kg / m 2 or less.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the surface state of the sample after the scale removal test. The finished situation was observed and evaluated visually. In the comparative example, it was confirmed that a scale was present when the projection density was in the range of 5 kg / m 2 to 20 kg / m 2 .
  • the scale was removed at a projection density of 30 kg / m 2 .
  • the comparative example required 30 kg / m 2 to finish.
  • a scale was present in the range where the projection density was 5 kg / m 2 to 10 kg / m 2 .
  • the scale was removed when the projection density was 20 kg / m 2 . That is, it was confirmed that the finishing was performed at 20 kg / m 2 in the examples.
  • an equivalent finish can be realized in a state where the projection density is 1/3 lower than that of the comparative example, and the scale removal processing time can be shortened. Further, it was confirmed that the surface roughness was reduced by about 20%.

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Abstract

ブラスト装置により投射材を投射し、鉄系材料からなる被加工物のスケールの除去を行うスケール除去方法であって、ビッカース硬度がＨＶ３００～６００の範囲の未使用の投射材をブラスト装置に装填する投射材装填工程と、ブラスト装置の操業により該ブラスト装置内の投射材の粒子径分布を所定の粒子径分布となるように調整する粒子径分布調整工程と、粒子径分布調整工程後の投射材を被加工物の表面に投射するスケール除去工程と、を備え、粒子径分布調整工程後の投射材の粒子径分布が、粒子径３００μｍを超える第１粒体と、粒子径３００μｍ以下で７５μｍを超える第２粒体と、粒子径７５μｍ以下の第３粒体と、に区分したときに、（第２粒体の比率）≧（第１粒体の比率）≧（第３粒体の比率）を充足する。

Description

スケール除去方法
　本開示は、鉄系材料からなる被加工物の母材表面に形成された酸化物などのスケールをショットブラスト処理により除去するスケール除去方法に関する。
　従来、熱間圧延などにより製造され、母材表面に形成された酸化物などのスケールを除去するために、主として鉄系材料からなる硬質粒子を被加工物の表面に投射するショットブラスト処理が行われてきた。普通鋼、合金鋼、工具鋼、又は軸受鋼等による線材は、溶解及び連続鋳造によりビレット等となる。ビレット等は、圧延工程を経てコイル又はバー材となる。製造されたコイル材等は、ベンダ又はショットブラスト処理によりスケールが除去され、伸線又は化成処理等が実施される。スケール除去が困難な場合は、ベンダ又はショットブラスト前に酸洗処理が行われる。しかしながら、酸洗処理は環境負荷などの観点より極力避けられている。
　ショットブラスト処理では、例えば特許文献１に開示されているように、線材を供給する線材供給手段と、線材供給手段から引き出されて走行する線材に対して投射材を投射する投射手段と、投射手段で投射材が投射された線材を巻き取る巻き取り手段とを有するショットブラスト装置を用いて、線材を張架状態で走行させながらショットブラスト処理が行われ、スケールが除去される。
　また、ステンレス鋼などの圧延鋼板では、例えば特許文献２に開示されているように、スケールを除去する酸洗処理において酸を浸透させやすくするために、ショットブラスト処理によりスケールに亀裂や剥離を生じさせる予備スケール除去処理が行われている。また、例えば特許文献３に開示されているように、ショットブラスト処理による予備スケール除去処理の後に、酸洗処理に代えて研削処理を行うスケール除去方法も提案されている。
特開２００３－３４０７２４号公報 特開昭６１－１１７２９１号公報 特開２００８－２０７２０３号公報
　ブラスト装置の操業において、所定量の投射材をブラスト装置に投入し、ブラスト処理を行うときに、投射材は、投射、回収、微粉の除去、投射のサイクルを繰り返す。投射を繰り返すと、投射材は粉砕され微粉となるが、このような微粉はセパレータなどにより選別、除去される。除去された分だけブラスト装置内の投射材量が減少するため、減少分に応じた投射材を補給するが、投射材の供給、粉砕、装置外への排出を繰り返していくと、装置内の投射材の粒子径分布は初期の粒子径分布とは異なる粒子径分布となる。ショットブラスト処理によるスケール除去処理、予備スケール除去処理（以下、スケール除去と予備スケール除去とを併せて、スケール除去、という。）を効率的に行うためには、装置内投射材の初期と異なる粒子径分布をスケール除去処理に好適な条件となるように管理する必要がある。
　ここで、スケール除去処理に用いられる投射材は、一般的に、バリ取り、表面粗度の向上などの他の用途にも用いられる。このため、用途に応じて粒子径及び硬度が適宜選定され得るものの、粒子径分布などがスケール除去処理に特化して調整された投射材は見当たらない。
　また、上述のスケール除去処理は、被加工物を搬送しながら処理を行う連続処理として行われることが多く、処理速度が速いことが要求される。しかし、処理速度を速くするために、例えば、粒子径の大きな投射材を用いてスケール除去力を高くした場合、下記の問題が生じる。線材のショットブラスト処理においては、投射材の衝突により線材の揺れが大きくなる現象が生じる。これにより、投射材が線材に有効に投射されなくなり、スケール除去の効率が低下してしまうという問題がある。また、鋼板に粒子径の大きい投射材を衝突させた場合、カバレージ（一定面積当たりにおける投射材の実打痕面積）が低下するため、後工程で必要な十分な量のクラック又は剥離を導入することができず、十分なスケール除去を行うことができない、または時間がかかるという問題がある。上述のように、スケール除去処理においては、高いスケール除去力とスケール除去処理効率とを併せ持つ粒子径分布調整がなされたスケール除去方法の要請がある。なお、鋼板のスケール除去処理の場合には、「スケール除去力」は、クラック、剥離を導入するための力を含み、「スケール除去処理効率」は、クラック、剥離を導入する効率を含む。
　そこで、本技術分野では、ショットブラスト処理によるスケール除去方法として、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させたスケール除去方法を提供することが望まれている。
　上記目的を達成するために、本発明の一側面に係るスケール除去方法では、ブラスト装置により投射材を投射し、鉄系材料からなる被加工物のスケールの除去を行うスケール除去方法であって、ビッカース硬度がＨＶ３００～６００（日本工業規格であるＪＩＳ　Ｚ　２２４４）の範囲の未使用の投射材をブラスト装置に装填する投射材装填工程と、ブラスト装置の操業により該ブラスト装置内の投射材の粒子径分布を所定の粒子径分布となるように調整する粒子径分布調整工程と、粒子径分布調整工程後の投射材を被加工物の表面に投射するスケール除去工程と、を備え、粒子径分布調整工程後の投射材の粒子径分布が、粒子径３００μｍを超える第１粒体と、粒子径３００μｍ以下で７５μｍを超える第２粒体と、粒子径７５μｍ以下の第３粒体と、に区分したときに、（第２粒体の比率）≧（第１粒体の比率）≧（第３粒体の比率）を充足する。
　このスケール除去方法では、粒子径分布調整後の投射材の粒子径分布を、カバレージを確保するための第２粒体を多量に含有し、スケール除去力が大きい第１粒体をそれに次いで多く含み、スケール除去力が低い第３粒体を少なくする、またはなくす、という特徴的な分布とする。これにより、このスケール除去方法は、第１粒体によりスケール除去力を向上させてスケール除去時間を短縮することができ、第２粒体によりカバレージを確保することができる。このため、このスケール除去方法は、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させることができる。
　第２粒体の比率は６０重量％以上、第１粒体の比率は１０～４０重量％、第３粒体の比率は１０重量％以下でもよい。粒子径分布調整後の装置内投射材の粒子径分布を、上記の粒子径分布にすることにより、このスケール除去方法は、第２粒体の比率をカバレージの確保に適したものとし、第１粒体の比率を十分なスケール除去力を確保するものとし、いずれにも寄与しない第３粒体を極力少なくすることができる。よって、このスケール除去方法は、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させることができる。
　被加工物は、圧延により形成されてもよい。線材、鋼板などの圧延（熱間および／または冷間）により形成された被加工物のスケール除去処理は、被加工物を搬送しながら処理を行う連続処理として行われることが多く、処理速度が速いことが要求される。このスケール除去方法は、高いスケール除去力とスケール除去処理効率とを併せ持つため、圧延により母材表面にスケールが形成された被加工物に用いることができる。
　被加工物は線材でもよい。被加工物が線材である場合には、投射材の衝撃力が大きいときに、投射材の衝突により線材の揺れが大きくなる現象が生じ、投射材が線材に有効に投射されなくなり、スケール除去の効率が低下してしまうという問題がある。このスケール除去方法では、粒子径が第１粒体よりも小さい第２粒体を多量に含有している。このため、このスケール除去方法は、投射材の衝撃力を従来より低減させることができるので、線材の揺れを抑制することができる。よって、このスケール除去方法は、効率的なスケール除去が可能である。
　投射材の粒子径ｄが１２５μｍ＜ｄ≦６００μｍであり、かつ、投射材の粒子径ｄの分布が頻度分布（ＪＩＳ　Ｇ　５９０４）における粒子径区間２１２μｍ＜ｄ≦３００μｍの頻度が最大となり、当該頻度に対して、粒子径区間３５５μｍ＜ｄ≦５００μｍの頻度が０．３～１．０倍であってもよい。
　このスケール除去方法では、特別な装置、方法によることなく、粒子径分布調整後におけるブラスト装置内の粒子径分布を被加工物のスケール除去に好適な上述の分布にすることができる。ここで、「粒子径区間２１２μｍ＜ｄ≦３００μｍの粒子」とは、ＪＩＳ　Ｚ８８０１（２００６）に規定の公称目開き３００μｍの標準ふるいを通過し、公称目開き２１２μｍの標準ふるいで捕獲された（通過しない）粒子を示す。また、粒子径区間の下限値以下の小径の粒子を最大５％程度含むことを許容するものとする。
　投射材は、粒度番号０３０の粒子からなる第１投射材と、粒度番号０４０の粒子からなる第２投射材との混合物でもよい。粒度番号は、ＪＩＳ　Ｚ０３１１：２００４に規定されている。このスケール除去方法で用いる投射材は、上述のように、スケール除去力が向上するように調整された第１投射材と、カバレージが向上するように調整された第２投射材と、を混合することにより作製することができる。
　本発明の種々の側面によれば、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させることができる。
実施形態に係るスケール除去方法に用いるブラスト装置の一例を示す説明図である。 実施形態に係るスケール除去方法の工程を示す説明図である。 粒子径分布調整工程の一例を示す説明図である。 粒子径分布調整工程における粒子径分布の変化を示す説明図である。 実施形態に係るスケール除去方法で使用可能な一例としての投射材の粒子径分布の模式図である。 投射材の粒子径分布と、各粒子径分布におけるスケール除去処理後の被加工物の仕上がり状態との関係を示す説明図である。 投射材による衝撃力及びカバレージの検討に用いた粒子径分布調整後の粒子径分布を示す説明図である。 粒子径分布調整状態を変えたスケール除去試験で用いた、オペレーティングミックスを模擬した投射材の粒子径分布を示す説明図である。 粒子径分布とスケール除去率が８０％に到達した時の投射密度との関係を示す説明図である。 スケール除去試験後の試料の表面状態を示す説明図である。
　実施形態に係るスケール除去方法について、図を参照して説明する。
　被加工物の表面に形成されたスケールの除去は、ブラスト装置により投射材を被加工物表面に投射することにより行われる。このようなブラスト装置として、図１に示す遠心型ブラスト装置を用いることができる。図１は、実施形態に係るスケール除去方法に用いるブラスト装置１の一例を示す説明図である。図１の（Ａ）は、ブラスト装置１の全体構成図であり、図１の（Ｂ）は図１の（Ａ）のＡ－Ａ矢視図で投射室の内部の構成を示す説明図である。このブラスト装置１は被加工物Ｗとして線材のスケール除去処理を行うための構成を有している。なお、実施形態に係るスケール除去方法は当該ブラスト装置１を用いた方法に限定されるものではない。
　ブラスト装置１は、投射材の貯留及び定量供給を行うホッパー１１、投射材を投射するインペラ２２、投射材を循環させる循環装置であるバケットエレベータ１３、投射材とスケール（主に酸化鉄）と、を分離するサイクロン１４、集塵機１５、投射室２０及び図示しない制御装置、投射室２０内に被加工物を搬入する搬入機構、投射室２０内からスケール除去処理済みの被加工物を搬出する搬出機構など、を備えている。
　投射室２０は、線材の搬入口、搬出口及び投射室２０の内部に、被加工物の走行方向に所定の間隔で配置され、線材を一直線に張り渡すための案内部材２１と、走行する線材に対し、上下左右方向から投射材Ｓを投射する４基のインペラ２２と、投射済の投射材を回収するために底部に装着されたスクリューコンベア２３などを備えている。
　ホッパー１１は、投射材が貯留される貯留部１１ａと、貯留部１１ａ下部に設けられ、投射材をインペラ２２に定量供給するためのカットゲート１１ｂと、を備えている。カットゲート１１ｂは、開口面積が可変に構成されており、一定量の投射材をインペラ２２に供給することができる。
　インペラ２２は、ホッパー１１から供給された投射材を、回転するブレードにより加速して、投射室２０内に搬入され走行する被加工物へ投射する。これにより、被加工物にスケール除去処理が行われる。
　バケットエレベータ１３は投射室２０に接続されて設けられている。スケール除去処理後の投射材、被加工物から除去されたスケールなど（以下、投射材等、という）はスクリューコンベア２３によりバケットエレベータ１３へ搬送される。バケットエレベータ１３は、この投射材等をブラスト装置１の上方に搬送し、投げ出し部１６を経てホッパー１１に供給する。ここで、投げ出し部１６とホッパー１１との間にはパンチングメタル１８が配置されている。パンチングメタル１８は、投射材等から大きなスケールなどをあらかじめ除去することができる。
　更に、バケットエレベータ１３にはショット補給口１３ａが設けられている。投射材は、ショット補給口１３ａから補給され得る。
　投げ出し部１６は、サイクロン１４及びホッパー１１に接続されて設けられている。ここでは、サイクロン１４について説明する。ブラスト装置１を操業した場合、投射材は割れ、微粉が発生する。その際、投射室２０内に粉塵が発生し、該粉塵が粉塵爆発を起こす危険を生じたり、被加工物への付着もしくは突き刺さることで被加工物の品質を低下させたりする懸念がある。または、投射材が細かくなり過ぎ、スケールが除去しきれなくなる。そのため、投げ出し部１６では、サイクロン１４を介して集塵機１５による吸引で生じる所定の風速・風量の気流によって集塵が行われる。大半の投射材は、パンチングメタル１８を通過してホッパー１１に供給される。しかし、投射材は、サイズが小さいので、発生した微粉（除去されたスケールや粉砕された微細な投射材）と一緒にサイクロン１４により分級されることがある。サイクロン１４では、微粉は、集塵機１５により回収され、装置外へ排出される。ここで、集塵機１５による吸引で生じる気流の風速・風量は、集塵機１５とサイクロン１４との間に設けられたダンパ１９の開度により制御される。これにより、サイクロン１４の分級能力が制御される。このように、分級精度が調整され、後述する所望する粒子径分布が形成、維持される。そして、スケール除去に有効な投射材は再度投射室２０へ供給され、循環使用される。
　ブラスト装置１外へ排出された量だけ装置内投射材量が減少するので、減少量に対応した量の投射材が補給される必要がある。投射材の減少はインペラ２２の負荷電流値により検知され、新たな投射材がショット補給口１３ａより補給される。
　図示しない制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたコンピュータであり、上述したブラスト装置１の構成要件を制御する。
　次に、ブラスト装置１を用い、被加工物の表面に形成されたスケールを除去する方法について説明する。図２は、実施形態に係るスケール除去方法の工程を示す説明図である。
　まず、ブラスト装置１を起動し、ステップＳ１において、投射材充填工程が実施される。投射材装填工程では、未使用の投射材をショット補給口１３ａよりブラスト装置１に装填する。投射材については後述する。
　続くステップＳ２において、粒子径分布を調整する工程（粒子径分布調整工程）が実施される。投射材は、粒子径分布調整後の装置内投射材の粒子径分布を効率的なスケール除去が行えるように管理することが重要である。
　ステップＳ２では、粒子径分布調整後におけるブラスト装置内の粒子径分布が（第２粒体の比率）≧（第１粒体の比率）≧（第３粒体の比率）を充足する特徴的な分布となるように制御される。ここで、投射材は、粒子径３００μｍを超える第１粒体と、粒子径３００μｍ以下で７５μｍを超える第２粒体と、粒子径７５μｍ以下の第３粒体と、に区分している。各粒体は単一粒径でなく、粒子径分布を有するものである。
　そして、第２粒体の比率は６０重量％以上、第１粒体の比率は１０～４０重量％、第３粒体の比率は１０重量％以下となるように粒子径分布を管理してもよい。
　粒子径分布調整後の投射材の粒子径分布は、カバレージを確保するために、従来用いられてきた粒子径より小さい第２粒体を多量に含有し、スケール除去力が大きい第１粒体をそれに次いで多く含み、スケール除去力が低い第３粒体を少なくする、またはなくす、という特徴的な分布とする。第２粒体を多量に含有することにより、カバレージを確保することができるので、スケール除去処理効率を向上させることができる。第１粒体はスケール除去力が高く、スケール除去時間を短縮することができる。そして、第３粒体はスケール除去力が低く、有効にスケールを除去することができないので、極力低減させる。
　図３は、粒子径分布調整工程の一例を示す説明図である。粒子径分布調整工程は、オペレーティングミックスの状態の粒子径分布に調整する方法と、積極的に所望の粒子径分布を得るように所定の投射材を投入する方法とがある。ブラスト装置１を操業し、投射、微粉の装置外排出、補給を繰り返し行う一連の操作の結果、ブラスト装置１内の投射材の粒子径分布は、未使用の投射材分布と異なる一定の粒子径分布で安定する。オペレーティングミックスとは、この安定した粒子径分布の状態を指す。ここでは、粒子径分布の状態をオペレーティングミックス形成後の状態に調整することを例にして説明する。
　粒子径分布調整工程においてオペレーティングミックスを形成するためには、まず、ステップＳ２１において、例えば被加工物と同様の材質からなるダミーワークを用意し、ステップＳ２２においてブラスト装置１を起動し、ダミーワークに被加工物のスケール除去時と同様の条件により投射材を投射し、微粉の装置外排出、補給を繰り返し行う一連の操作を行う。この結果、ブラスト装置１内の投射材の粒子径分布は、未使用の投射材の粒子径分布とは異なる粒子径分布となる。なお、ダミーワークは実際の被加工物のように走行させてもよいし、静止状態でもよい。また、ダミーワークを使用せず、投射材を空打ちしてもよい。
　ステップＳ２３では、後述するステップＳ５と同様の判断を行い、投射材を補給する場合にはステップＳ２５に進み、その後ステップＳ２３に戻る。投射材を補給しない場合にはステップＳ２４に進む。
　続くステップＳ２４では、投射時間がオペレーティングミックスを形成するためにあらかじめ設定される相当時間に到達したか否かを判断する。投射時間が相当時間に到達した場合にはステップＳ２６に進み、到達していない場合にはステップＳ２３に戻る。
　続くステップＳ２６では、投射材をサンプリングして粒子径分布を測定し、所望の粒子径分布（オペレーティングミックス）が形成されているかの評価を行う。ここで、投射材のサンプリングは、カットゲート１１ｂ、バケットエレベータ１３、投げ出し部１６から行うことができる。所望のオペレーティングミックスが形成されていると判断した場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）には、ステップＳ３に進む。
　図４は、粒子径分布調整工程における粒子径分布の変化を示す説明図である。図４では、オペレーティングミックスが形成される過程が模式的に示される。横軸の粒子径は、粒子径区間の下限値を代表値として示している。以下の粒子径分布の図で同様である。未使用の状態で（Ａ）の粒子径分布を示していた投射材は、（Ｂ)に示すように、第１粒体の重量分率が低下し、第２粒体の粒子径分布がブロードになっていく。これは第１粒体が粉砕され減少し、第２粒体以下が生成されるためである。オペレーティングミックスが形成されると、（Ｃ）に示すように、更に第１粒体の重量分率が低下し、第２粒体以下の粒子が増大していく。第３粒体以下は機外に排出され、その増加が抑制される。また、第１粒体はイニシャルショットが排出量に相当されるだけ補給されるためその減少が抑制される。そのため、第１粒体、第２粒体、第３粒体の割合が（Ｃ）の状態に安定する。
　所望のオペレーティングミックスが形成されてないと判断した場合（ステップＳ２６：ＮＯ）には、ステップＳ２７に進みダンパ１９の開度を調整した後に、ステップＳ２２に戻る。ステップＳ２７では、例えば、小径の粒子が多い場合には、ダンパ１９の開度を下げて、サイクロン１４の分級力を下げさせることにより除去する、などを行うことができる。
　上述の各工程（Ｓ２１－Ｓ２７）において、ステップＳ２３の判断に代えて、機外に排出される投射材の量で判断したりすることができる。また、判断を行わず、所定時間毎に投射材を補給することもできる。また、ステップＳ２７でダンパの調節を行わず、投射時間を延長することで対応することもできる。各工程は自動、手動は問わない。各工程が自動で行われる場合、制御装置により各工程が実施される。
　ステップＳ３では、スケール除去処理対象の被加工物を投射室２０内にセットする。被加工物である線材は、案内部材２１に搬送方向の上流（図１の（Ｂ）中左方向）から順次挿通されて一直線に位置決めされ配置される。そして、線材は、所定の張力が負荷された状態で牽引され、右方向に走行する。
　ステップＳ４において粒子径分布が調整された状態で投射材を投射することにより、被加工物の表面に形成されたスケールの除去を行う（スケール除去工程）。スケール除去処理は、投射室２０内に連続的に供給され走行する線材に、４方向に設けられたインペラ２２よりそれぞれ投射材が投射されて行われる。そして、スケール除去処理が行われた線材は、搬出口から連続的に投射室２０外へ搬出され、次工程へ搬送される。
　ステップＳ５では、投射材を投射中のインペラ２２のアンメータの負荷電流値により投射材を補給するか否かを判断する。負荷電流値があらかじめ設定した電流値より大きくかつ所定の変動値以下である場合には投射材を補給しないと判断してステップＳ６に進む。負荷電流値があらかじめ設定した電流値以下または所定の変動値を超えた場合には投射材を補給すると判断してステップＳ７に進む。そして、ステップＳ７において所定量の新たな投射材をショット補給口１３ａより補給し、ステップＳ５に戻る。投射材は、バケットエレベータの負荷などを勘案して設定した所定量分補給する。これにより、所望の粒子径分布（本実施形態ではオペレーティングミックス）を維持することができる。
　ステップＳ６では、被加工物の有無を判断する。被加工物が存在しスケール除去処理を継続する場合にはステップＳ５に進み、被加工物が存在しない場合、つまりスケール除去処理を行う被加工物がすべて投射室２０外に搬出された場合にはステップＳ８に進み投射材の投射を終了する。被加工物の有無の判断は、目視で行ってもよいし、磁気、光学的な手法により判断を行う線材検知装置により行ってもよい。
　ステップＳ９では、スケール除去処理を継続するか否かを判断する。次の被加工物がない場合には一連の操作を終了し、次の被加工物がある場合にはステップＳ３以下の操作を繰り返し実施する。
　上述のスケール除去方法によれば、粒子径分布調整後の投射材の粒子径分布を、被加工物のスケール除去に適した分布とすることができる。このため、上述のスケール除去方法は、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させることができる。
　本実施形態に係るスケール除去方法は、圧延により母材表面にスケールが形成された被加工物、例えば、線材、鋼板などに用いることができる。このような被加工物のスケールは数１０μｍ程度の厚さで母材に強固に付着しており、高いスケール除去力が要求される。また、このような被加工物のスケール除去処理は、被加工物を搬送しながら処理を行う連続処理として行われることが多く、処理速度が速いことが要求される。本実施形態に係るスケール除去方法は、高いスケール除去力とスケール除去処理効率とを併せ持つため、圧延により母材表面にスケールが形成された被加工物に用いることができる。
　被加工物は線材である場合には、投射材の衝撃力が大きいときに、投射材の衝突により線材の揺れが大きくなる現象が生じ、投射材が線材に有効に投射されなくなり、スケール除去の効率が低下してしまうという問題がある。本実施形態に係るスケール除去方法では、粒子径が第１粒体よりも小さい第２粒体を多量に含有している。このため、本実施形態に係るスケール除去方法は、投射材の衝撃力を従来より低減させることができるので、線材の揺れを抑制することができ、効率的なスケール除去が可能である。更に、本実施形態に係るスケール除去方法は、効率的なスケール除去が可能なので、従来スケール除去処理の前処理として行われていた酸洗処理を省略することができる。
　被加工物は鋼板である場合には、ショットブラスト処理によりスケールに亀裂や剥離を生じさせる予備スケール除去処理において、後工程で必要な十分な量のクラック、剥離を導入する必要がある。本実施形態に係るスケール除去方法は、第２粒体により大幅にカバレージを向上させることができる。また、本実施形態に係るスケール除去方法は、打痕の寸法も小さくすることができるので、表面粗さを向上させることもできる。
　以下、本実施形態の粒子径分布に調整可能な投射材の一例を示す。
　投射材は、ビッカース硬度ＨＶ３００～６００の範囲から選択されたショットである。材質、形状は適宜選定することができるが、本実施形態では、鉄系材料からなる球状のショットを用いる。ここで、鉄系材料として、例えば、Ｃ：０．８～１．２重量％、Ｍｎ:０．３５～１．２０重量％、Ｓｉ:０．４０～１．５０重量％、Ｐ≦０．０５重量％、Ｓ≦０．０５重量％、残部Ｆｅ及び不可避不純物を含む成分系であって、焼き戻しマルテンサイト組織若しくは類する組織を有する粒子を採用することができる。このような粒子は例えば水アトマイズ法等の公知の方法で作製することができる。ここで、投射材は、ＨＶ３００以上では被加工物に対して十分な硬度であり、ＨＶ６００以下では投射材が十分な靱性を有する。このように本実施形態の投射材は、十分な硬度と靱性とを併せ持つため、被加工物表面のスケール除去に好適に用いることができる。ビッカース硬度ＨＶは日本工業規格ＪＩＳ　Ｚ　２２４４（２００９）に基づくものである。
　図５は、実施形態に係るスケール除去方法で使用可能な一例としての投射材の粒子径分布の模式図である。投射材の粒子径ｄは、１２５μｍ＜ｄ≦６００μｍであり、投射材の粒子径ｄの分布は、頻度分布（ＪＩＳ　Ｇ　５９０４）における粒子径区間２１２μｍ＜ｄ≦３００μｍの頻度が最大となり、当該頻度に対して、粒子径区間３５５μｍ＜ｄ≦５００μｍの頻度が０．３～１．０倍であるように調整する。粒子径分布の測定方法は日本工業規格ＪＩＳ　Ｇ　５９０４（１９６６）に基づくものであり、重量分布で示している。
　このような粒子径分布を有する投射材は、粒度番号０３０の粒子からなる第１投射材と、粒度番号０４０の粒子からなる第２投射材と、を混合して作製することができる。つまり、投射材は、第１投射材と第２投射材との混合物である。
　例えば、スケール除去に第１投射材のみを用いると、スケール除去力を大きくすることができるが、単位重量あたりの粒子数が少なくなるため、カバレージ（一定面積当たりにおける投射材の実打痕面積）の低下に繋がる。一方、第２投射材は、カバレージを向上させることができるが、第１投射材に比べスケール除去力が低いため、スケール除去時間が長くなる。
　実施形態に係る投射材では、これらの投射材を上述の粒子径分布となるように混合することにより、それぞれの利点を維持し、スケール除去能力が不足する部分を補完することができる。第１投射材によりスケール除去力を向上させ、第２投射材によりカバレージを向上させることができる。つまり、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させたスケール除去を行うことができる。
　第１投射材及び第２投射材は、水アトマイズ法等の公知の方法により作製した粒子をＪＩＳ　Ｚ　８８０１（２００６）に規定の篩目６００μｍ～１２５μｍの篩を用いて分級し、所望の粒子径分布となるように混合、調整して作製することができる。
　上述の投射材を用いた場合、特別な装置、方法によることなく、粒子径分布調整工程後におけるブラスト装置内の粒子径分布を被加工物のスケール除去に好適な上述の分布にすることができる。
（変更例）
　ステップＳ２５、Ｓ７で補給する投射材はステップＳ１で装填する投射材と異なるものを用いることもできる。例えば、大径の投射材のみを補給して、所望のオペレーティングミックスを形成することもできる。また、投射材の形態はショットに限定されるものではなく、グリット、カットワイヤなどを用いることもできる。そして、第１投射材と第２投射材は、同じ材質としてもよいし、硬度が異なる材質で形成してもよい。
（実施形態の効果）
　本実施形態に係るスケール除去方法では、粒子径分布調整後の投射材の粒子径分布が、カバレージを確保するための第２粒体を多量に含有し、スケール除去力が大きい第１粒体をそれに次いで多く含み、スケール除去力が低い第３粒体を少なくする、またはなくす、という特徴的な分布となる。これにより、本実施形態に係るスケール除去方法は、第１粒体によりスケール除去力を向上させてスケール除去時間を短縮することができ、第２粒体によりカバレージを確保することができる。よって、本実施形態に係るスケール除去方法は、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させることができる。
　また、本実施形態に係るスケール除去方法は、圧延により母材表面にスケールが形成された被加工物、例えば、線材、鋼板などに用いることができる。被加工物が線材である場合には、投射材の衝撃力を従来より低減させることができる。このため、本実施形態に係るスケール除去方法は、線材の揺れを抑制することができ、効率的なスケール除去が可能である。更に、効率的なスケール除去が可能なので、本実施形態に係るスケール除去方法は、従来スケール除去処理の前処理として行われていた酸洗処理を省略することができる。被加工物が鋼板である場合には、ショットブラスト処理によりスケールに亀裂や剥離を生じさせる予備スケール除去処理において、後工程で必要な十分な量のクラック、剥離を導入することができる。また、本実施形態に係るスケール除去方法は、打痕の寸法も小さくすることができるので、表面粗さを向上させることもできる。
　以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。被加工物として、黒皮スケールが形成された機械構造用炭素鋼鋼材Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳ　Ｇ　４０５１：２００５）からなるφ２２ｍｍの丸棒を用意した。スケール除去処理は、インペラ型の投射装置を使用し、投射速度７３ｍ／ｓ、投射距離１００ｍｍ、投射角度９０°にて実施した。
（１）粒子径分布とスケール除去処理後の被加工物との関係
　第１粒体６８重量％、第２粒体３２重量％、第３粒体０重量％に調整されたスチールショットを用いてスケール除去処理を行い、ブラスト装置操業による第１粒体、第２粒体及び第３粒体の重量分率の経時変化と、各粒子径分布におけるスケール除去処理後の被加工物の仕上がり状態との関係を調べた。粒子径分布の変化を図６に示す。図６は、投射材の粒子径分布と、各粒子径分布におけるスケール除去処理後の被加工物の仕上がり状態との関係を示す説明図である。粒子径分布は、所定の時間間隔で投射材をサンプリングして測定した。仕上がり状況は、目視によりを観察、評価した。
　粒子径分布は、全体的な傾向としては、時間の経過に伴い、第１粒体の重量分率は減少し、第２粒体の重量分率は増大する。第１粒体が多い状態では、線材の振れが大きく、投射パターン（投射範囲）から外れる確率が高くなるため、実投射密度が低下する。また、第１粒体が多いと同じ粒子重量で比較した場合の粒子数が低下しカバレージが低下する。これにより、スケールが残りやすくなり、仕上がり状態はよくなかった。第２粒体が６０重量％以上、第１粒体が４０重量％以下になると、仕上がり状態が良好になった。これにより、本実施形態の粒子径分布により十分なスケール除去が可能であることが確認された。
（２）投射材による衝撃力及びカバレージの検討
　粒度番号０３０のスチールショットからなる第１投射材と、粒度番号０４０のスチールショットからなる第２投射材と、を混合して作製した投射材を用いて粒子径分布調整後の粒子径分布を評価した（実施例（１）、（２））また、比較例（３）として、φ３００μｍ（粒子径範囲：３００μｍ＜ｄ≦６００μｍ）のスチールショットでの試験も実施した。投射密度は１５０～３００ｋｇ／ｍ２とした。実施例、比較例ともに、投射材を投射試験装置に投入し、連続運転及び補給を繰り返してオペレーティングミックスを形成した。図７は、投射材による衝撃力及びカバレージの検討に用いた粒子径分布調整後の粒子径分布を示す説明図である。実施例（１）、（２）の粒子径分布調整後の粒子径分布は、いずれも第２粒体が７８重量％以上、第１粒体が１５～２０重量％、第３粒体が５重量％以下であり、本発明の粒子径分布を充足している。
　実施例（１）、（２）及び比較例（３）の１ｋｇ当たりの粒子数は以下の通りであった。
実施例（１）：６．２３×１０７個／ｋｇ
実施例（２）：８．７７×１０７個／ｋｇ
比較例（３）：１．７４×１０７個／ｋｇ
　まず、粒子径分布に基づき、粒子１つ当たりの平均衝撃力を評価した。投射密度が同じなら粒子径分布が異なっていても線材が受ける全衝撃力は等しくなるが、粒子１つ当たりの平均衝撃力が異なる。この平均衝撃力が線材の振れを支配している。平均衝撃力は、比較例（３）に対し、実施例（１）では０．２８倍、実施例（２）では０．２０倍となり、実施例では極めて小さくなることがわかる。これにより、本実施形態のスケール除去方法によれば、線材の振れを小さくすることができることが確認された。
　また、打痕面積Ａを計算した。直径Ｄの粒子が及ぼす打痕の直径をγＤ、直径Ｄの粒子数をＮαとすると、打痕面積Ａは以下の数式で表現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 打痕面積は、比較例（３）に対し、実施例（１）では１．３７倍、実施例（２）では１．４６倍となり、大きく向上することがわかった。これにより、本実施形態のスケール除去方法によれば、スケール除去の効率を向上させることができることが確認された。また、鋼板の予備スケール除去においては、続く酸洗工程において酸がしみ込む起点を多数形成することができ、効率的なスケール除去が可能となることが確認された。
（３）粒子径分布調整状態を変えたスケール除去試験
　粒子径範囲３００μｍ＜ｄ≦６００μｍのスチールショット、粒子径範囲７５μｍ＜ｄ≦３００μｍのスチールショット及び粒子径範囲３２μｍ＜ｄ≦７５μｍのスチールショットを用意し、それらを混合して各種粒子径分布を有する投射材を作製した。図８は、粒子径分布調整状態を変えたスケール除去試験で用いた、オペレーティングミックスを模擬した投射材の粒子径分布を示す説明図である。実施例ａ～ｄは本実施形態の粒子径分布を充足し、比較例ｅ～ｈは第２粒体が少なく本実施形態の粒子径分布を充足していないものである。そして、投射密度を変えてスケール除去試験を行い、スケール除去率が８０％となる投射密度を調べた。図９は、粒子径分布とスケール除去率が８０％に到達した時の投射密度との関係を示す説明図である。スケール除去率の評価は目視であるため、１００％での評価を実施すると、測定精度が上がらない（出ない）ため８０％での評価とした。
　ブラスト装置によるスケール除去では、投射密度は２０ｋｇ／ｍ２以下にすることが好ましいが、実施例ａ～ｄの条件、即ち、本発明の粒子径分布である第２粒体が６０重量％、第１粒体が１０～４０重量％、第３粒体が１０重量％以下で投射密度が２０ｋｇ／ｍ２以下となり、本発明の粒子径分布が好適な条件であることが確認された。
（４）スケール除去試験
　粒度番号０３０のスチールショットからなる第１投射材と、粒度番号０４０のスチールショットからなる第２投射材と、を混合して作製した投射材及び比較例としてφ３００μｍ（粒子径範囲：３００μｍ＜ｄ≦６００μｍ）のスチールショットについて、粒子径分布調整工程としてオペレーティングミックスを形成後に、スケール除去試験を実施した。図１０は、スケール除去試験後の試料の表面状態を示す説明図である。目視により仕上がり状況を観察、評価した。比較例では、投射密度が５ｋｇ／ｍ２～２０ｋｇ／ｍ２の範囲において、スケールが存在することが確認された。そして、投射密度３０ｋｇ／ｍ２の時点でスケールが除去された。このため、比較例では仕上がりまで３０ｋｇ／ｍ２を要した。これに対して、実施例では、投射密度が５ｋｇ／ｍ２～１０ｋｇ／ｍ２の範囲において、スケールが存在することが確認された。そして、投射密度２０ｋｇ／ｍ２の時点でスケールが除去された。つまり、実施例では２０ｋｇ／ｍ２で仕上がることが確認された。このように、実施例では比較例よりも投射密度が１／３低い状態で同等の仕上がりが実現でき、スケール除去処理の時間を短縮できることが確認された。また、表面粗さは２割程度低減することが確認された。
　１…ブラスト装置、１１…ホッパー、１１ａ…貯留部、１１ｂ…カットゲート、１３…バケットエレベータ、１３ａ…ショット補給口、１４…サイクロン、１５…集塵機、１６…投げ出し部、１８…パンチングメタル、１９…ダンパ、２０…投射室、２１…案内部材、２２…インペラ、２３…スクリューコンベア。

Claims (6)

  1. 　ブラスト装置により投射材を投射し、鉄系材料からなる被加工物のスケールの除去を行うスケール除去方法であって、
    　ビッカース硬度がＨＶ３００～６００の範囲の未使用の前記投射材を前記ブラスト装置に装填する投射材装填工程と、
    　前記ブラスト装置の操業により該ブラスト装置内の投射材の粒子径分布を所定の粒子径分布となるように調整する粒子径分布調整工程と、
    　前記粒子径分布調整工程後の投射材を被加工物の表面に投射するスケール除去工程と、
    を備え、
    　前記粒子径分布調整工程後の投射材の粒子径分布が、粒子径３００μｍを超える第１粒体と、粒子径３００μｍ以下で７５μｍを超える第２粒体と、粒子径７５μｍ以下の第３粒体と、に区分したときに、（第２粒体の比率）≧（第１粒体の比率）≧（第３粒体の比率）を充足する、
    　スケール除去方法。
  2. 　前記第２粒体の比率は６０重量％以上、前記第１粒体の比率は１０～４０重量％、前記第３粒体の比率は１０重量％以下である請求項１に記載のスケール除去方法。
  3. 　前記被加工物は、圧延により形成されている請求項１又は２に記載のスケール除去方法。
  4. 　前記被加工物は線材である請求項３に記載のスケール除去方法。
  5. 　前記投射材は、投射材の粒子径ｄが１２５μｍ＜ｄ≦６００μｍであり、かつ、投射材の粒子径ｄの分布が頻度分布における粒子径区間２１２μｍ＜ｄ≦３００μｍの頻度が最大となり、当該頻度に対して、粒子径区間３５５μｍ＜ｄ≦５００μｍの頻度が０．３～１．０倍である請求項１～４の何れか１項に記載のスケール除去方法。
  6. 　前記投射材は、粒度番号０３０の粒子からなる第１投射材と、粒度番号０４０の粒子からなる第２投射材との混合物である請求項５に記載のスケール除去方法。
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