JPH10220717A

JPH10220717A - 鋼材の熱間溶削方法とその装置

Info

Publication number: JPH10220717A
Application number: JP3695897A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Okuhara; 圭介奥原; Katsunori Miura; 勝徳三浦; Takahiro Abe; 高博阿部
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高温鋼材等の鋼材の表面、裏面、側面等にあ
る疵を除去するために、鋼材表層を溶削除去する際の溶
削方法および装置を提供するものである。【解決手段】燃料ガスと酸素ガスの噴出孔を複数配列
したノズルユニットを鋼材に近づけ、鋼材を移送しなが
ら該鋼材の表面層を溶削する鋼材の熱間溶削装置におい
て、前記ノズルユニット当接部の酸素噴出ノズル間に設
けられたスリット長さと整流体長さとの比が下記の式を
満たすと共に、整流体の基部表面と連続形成される先端
部近傍には角が存在しない形状としたことを特徴とす
る。Ｘ／Ｌ≦０．３０〜０．７５ただし、Ｘ：整流体長さＬ：スリット長さ【効果】溶削酸素が整流体に沿って整流化されるた
め、隣接ノズルユニット間の干渉による乱流を防止する
ことが可能となり、溶削後の鋼片表面に生じる深いえぐ
れ跡や、逆に未溶削の過剰に高い隆起を生じさせること
なく安定した溶削ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造設備また
は分塊設備から供給される高温鋼材等の鋼材の表面、裏
面、側面等にある疵を除去するために、鋼材表層を溶削
除去する際の溶削方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】省エネルギーおよび歩留向上を目的とし
て、連続鋳造設備または分塊設備から鋼材を熱間状態の
ままで後工程に搬送する直送圧延の拡大が進められてい
る。直送圧延時に鋼材の表層部にある疵をそのままの状
態で残留させることは製品の表面欠陥につながるので、
鋼材幅方向に対して並列配置した複数個のノズルユニッ
トで構成される溶削装置による連続鋳造設備、または分
塊設備から供給される赤熱状態の鋼材の全面溶削や上下
の二面溶削、または有害疵部だけを溶削する部分溶削が
採用されている。

【０００３】熱間で四面同時に溶削を行う全面溶削法や
二面溶削法は、他の疵除去方法と比較して高速、高効率
であり、精製手入れ工程での省工程効果が大きい。ま
た、冷間での溶削において焼き割れや焼入れ効果を起こ
しやすい高炭素鋼や合金鋼にも適用が可能である。

【０００４】このような溶削装置は図７に示すように下
方予熱ブロック１８、上方予熱ブロック１９、ノズルユ
ニット８から構成され、この鋼材溶削用のノズルユニッ
ト８（又は７）は鋼材の表面に向けて複数の吐出火口を
配列し、該鋼材の表層を溶削する従来の吐出火口の配列
方向は、鋼材の幅軸線方向に対して平行に配列せしめ、
鋼材の長手軸線方向に相対移動せしめて溶削するもので
あった。しかして、吐出火口は火口単位に流体量制御用
のオリフィスが設置され各吐出火口間の均一性を確保
し、吐出火口間を連通して吐出火炎が繋がって鋼材表面
に衝突するようにし、未溶削部が発生しないように考慮
している。

【０００５】しかるに、鋼材幅方向に対して並列配置し
た複数個のノズルユニットで構成される溶削装置では、
ノズルユニットが互いに当接して並置される隣合う位置
の鋼材の表面部は、溶削酸素流が過少となり溶削不足に
よる（未溶削が過剰に高い隆起部分）フィンを生じた
り、これとは逆に過剰となった場合深いえぐれ跡を生じ
たりする。

【０００６】これらを防止するために、例えば実開昭５
７−３４６８号公報の酸素放出ノズルがある。これは、
オリフィス板の両側部の高さをオリフィス板側辺に向け
て漸減させるよう約５〜３０°の角度で傾斜させてオリ
フィス板両側部を開放し、台形の酸素流れ整流体を設け
たノズルユニットから構成される酸素放出ノズルであ
り、部分溶削用ノズルとして用いられる。この他の方法
としては、例えば実開平２−１０９１３４号公報の酸素
放出ノズルがある。これは、各ノズルユニット当接部の
酸素放出ノズル間に先端に先細りテーパーを形成した酸
素流れ整流体を仕切り配置したノズルユニットから構成
される酸素放出ノズルがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、熱間鋼
材の四面溶削機内に鋼材幅方向に対して、並列配置した
複数個のノズルで構成されるノズルユニットで鋼材を溶
削する装置を用いて、溶削装置が鋼材の溶削面の凹凸に
与える影響を種々調査した。

【０００８】その結果、オリフィス板の両端部に整流体
を設けた部分は、溶削用の酸素放出流が過少となるため
に他の部分より溶削量が少なくなり、フィンが発生する
ことが判った。鋼材の表層近傍の介在物を除去するため
均一に全表面を溶削するには、鋼材幅方向に均一な溶削
酸素流を確保できなければ、この部分は後工程で鋼板圧
延を行うとスリバー状のヘゲ疵となって表れる。前述の
ように整流体近傍の鋼材溶削部分は、部分的な酸素流の
不足を招き溶削滓を伴ったフィンが発生し、この部分は
後工程での鋼板圧延では微細なヘゲが集合した白線状の
模様となって表れる。

【０００９】前述の実開平２−１０９１３４号公報で提
案のように整流体を設けることはそれなりの効果は期待
できるが、後述するようにその長さ、形状が適切でなけ
れば必ずしも万全な対応策が図られたとは云えず、多く
の改善の余地が残されていた。特に最近は、薄板製品の
加工性の要求が飛躍的に高まっており、優れた深絞り性
を得るため化学成分が重量比で０．００５％以下という
極低炭素鋼が用いられているが、この鋼材は高延性のた
め前記課題の解決を一層顕著に求められている。

【００１０】本発明はこのような鋼材表面の溶削欠陥の
発生を防止する溶削方法およびその装置を提供するもの
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、その手段とするところ
は、．燃料ガスと酸素ガスの噴出孔を複数配列したノズル
ユニットを鋼材に近づけ、鋼材を移送しながら該鋼材の
表面層を溶削する鋼材の熱間溶削装置において、前記ノ
ズルユニット当接部の酸素噴出ノズル間に設けられたス
リット長さと整流体長さとの比が下記（１）式の関係を
満たすことを特徴とする鋼材の熱間溶削方法。Ｘ／Ｌ≦０．３０〜０．７５・・・（１）ただし、Ｘ：整流体長さＬ：スリット長さ

【００１２】．燃料ガスと酸素ガスの噴出孔を複数配
列したノズルユニットを鋼材に近づけ、鋼材を移送しな
がら該鋼材の表面層を溶削する鋼材の熱間溶削装置にお
いて、前記ノズルユニット当接部の酸素噴出ノズル間に
設けられたスリット長さと整流体長さとの比が下記
（１）式の関係を満たすと共に、整流体の基部表面と連
続形成される先端部近傍には角が存在しない形状とした
ことを特徴とする鋼材の熱間溶削装置。Ｘ／Ｌ≦０．３０〜０．７５・・・（１）ただし、Ｘ：整流体長さＬ：スリット長さ

【００１３】．整流体の基部表面と連続形成される先
端部近傍を流線形状としたことを特徴とする記載の鋼
材の熱間溶削装置。．整流体の基部表面と連続形成される先端部近傍をな
だらかな円弧状としたことを特徴とする記載の鋼材の
熱間溶削装置。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者らは、鋼材表面の均一溶
削にノズルユニット間の整流体が大きく影響を及ぼして
いることに着目し、整流体を如何なる形状にすれば、均
一で良好な鋼材表面の溶削を行うことができるかを種々
検討を重ね本発明を開発したものである。すなわち、ノ
ズルユニットは図５にその一例を示したが、図５（ａ）
は前記図７のＺ−Ｚ矢視図、図５（ｂ）は同図５（ａ）
のＹ−Ｙ断面図である。

【００１５】図５（ａ）において溶削酸素ノズル１５は
中央部に位置し、その両側に予熱燃料ガスノズル１６と
予熱酸素ノズル１７を有し、一つのノズルブロック群を
形成し、これらのブロック群が鋼材（スラブ）の全幅方
向をカバーするように数個のブロック群の連設によって
ノズルユニットが構成されている。

【００１６】このようなノズルユニットにおいて図５
（ｂ）に示すようにブロック群同士が連設する部分にス
リット１３を有し、そのスリット長さＬに対し溶削酸素
の流れを整流化する整流体１０が整流体長さＸを持って
設置されている。しかして、ノズルユニット間の隙間の
影響をなくすため酸素の流れが整流化する形状を持った
干渉防止用の酸素流れ整流体をスリット長さとの間で、
特定の比率をもって配設を試みた結果最適の比率が得ら
れたものである。

【００１７】この比率はスリット長さをＬとし、整流体
長さをＸとした場合、下記（１）式の関係を満たされな
ければならない。Ｘ／Ｌ≦０．３０〜０．７５・・・（１）ただし、Ｘ：整流体長さＬ：スリット長さ

【００１８】前記（１）式に従えば、該整流体に沿って
両端近くの酸素が流れ、その結果、ノズルユニット間に
対向する鋼片表面への酸素流の過不足がなく、溶削後の
鋼片表面にノズルユニット間の深いえぐれ跡や、逆に未
溶削の過剰に高い隆起を生じさせることなく、安定した
溶削ができ、溶削に起因する成品欠陥が皆無とすること
ができる。

【００１９】本発明において、上記条件に限定したのは
Ｘ／Ｌが０．３０未満では整流体を設けた効果がなく、
またこの値が０．７５を超えると整流体が溶削鋼材表面
に近づき過ぎ、整流体で整流したスムーズな酸素流が得
られず、鋼材表面溶削の均一性に効果がないためであ
る。

【００２０】なお、オリフィス内に流出するシート状の
酸素流を整流化するための整流孔を均一に配列したオリ
フィス板を挿設することが行われるが、この場合にも本
発明は非常に有効に作用する。また、本発明においては
整流体の先端形状に種々の工夫を凝らし、酸素が均一に
流れ、溶削ムラの発生を極力抑えることに成功した。

【００２１】すなわち、従来では整流体を設けることに
ついての知見はあったが、その形状が酸素流に与える影
響については全く配慮されていなかった。そこで、本発
明者らは多くの実験研究を重ねた結果、整流体がほぼ直
線状の基部に繋がる部分および、その先端部近傍に角を
持った形状では酸素の流れが乱れ、渦流相の不均一な流
れとなり、鋼材表面溶削部分にムラが生ずるため流体が
スムーズに流れる形状が最良であり、その点からは先端
部は尖頭形状であっても、それに続く曲線が流線形を有
するものが好ましい。

【００２２】しかし、必ずしもこの形状に限られるもの
ではなく、先に述べたように流体の流れに渦流が起きな
いものであれば、それなりの効果を発揮できるものであ
り、直線状の基部に繋がる部分が例えば、なだらかな円
弧を描きながら変化するものが考えられ、何れにしても
基部との境目に角を持たず、さらに先端部近傍において
も角を有しないことが大切である。

【００２３】以下、本発明を図面を用いて具体的に説明
する。図４は熱間溶削装置の概略図である。被溶削材で
ある鋼材１は搬送用ロール２により溶削装置本体３に供
給される。前面ピンチロール４と溶削装置本体３との間
には、溶削中に発生するスラグの処理および集煙のため
スモークフード部６を有している。溶削装置本体３の内
部は上面および一側面を溶削するためのノズルユニット
群７と下面および他側面を溶削するためのノズルユニッ
ト群８によって構成している。これらのノズルユニット
群７、８の上下および両側面方向の位置調整作動はシリ
ンダー方式により実施される。なお、５は後面ピンチロ
ールである。

【００２４】図１（ｂ）は本発明に係る溶削ノズルユニ
ットの一例の概略図を示したもので、図１（ａ）は該装
置からの溶削酸素流速状況を示したものである。本発明
はノズルユニット当接部の酸素噴出ノズル間に酸素流れ
を調整する整流体１０を前記した特定の条件の元で設け
たものである。

【００２５】本発明者らが整流体１０について種々調査
した結果、整流体１０の形状により鋼材の溶削表面性状
が種々変化することについては前述した通りであり、図
３（ａ）に示す酸素放出端側の先端部が矩形状の整流体
では酸素流が乱される。そこで、図３（ｂ）に示すよう
な基部１１に繋がる部分から先端部１２にかけてなだら
かな円を描く流線形状が最も好ましく、またそれに類し
た形状で角が存在しないような形状、例えば図３（ｃ）
のような円弧状とすることが大切である。

【００２６】従来のノズルユニットの一例を示したのが
図２である。図２（ｂ）はノズルユニットの側断面概略
図であり、該ノズルユニットに対応した溶削酸素流量の
分布状態を示したのが図２（ａ）である。図２から明ら
かなように整流体を設けても、その長さおよび形状が適
切でなければ均一な酸素流速は得られず、酸素不足の場
合は鋼材表面が未溶削状態となる。このため、前記
（１）式で示した条件を満たしたうえ、図３に示す整流
体表面の基部１１と連続形成される先端部１２近傍にお
いては角張った部分を有さない酸素流れを形成する整流
体を設ける必要がある。

【００２７】整流体１０を設けることにより当接するノ
ズルユニットの互いの酸素流の干渉が防止できると共
に、先端部が滑らかな曲線を描くことにより整流体に沿
って酸素の流れが整流化される。この結果、鋼材１の表
面はノズルユニット間の深いえぐれ跡や、逆に未溶削の
過剰に高い隆起を生じさせることなく、安定した溶削が
できるようになる。

【００２８】また、整流体を設けるに当っては、その長
さ（Ｘ）とスリット長さ（Ｌ）との間に適正な関係が存
在し、前記した関係式（１）を満たさなければならな
い。そこで、本発明限定範囲の例と本発明範囲外の従来
例での整流体長さ（Ｘ）／スリット長さ（Ｌ）とユニッ
ト間ガス流速／平均ガス流速〔％〕の関係を図６に示
し、その差異を明らかにした。

【００２９】

【実施例】鋼材断面２５０ｍｍ×１２００ｍｍのスラブ
の表面溶削に際し、スリット長さ（Ｌ）１３０ｍｍ、整
流体長さ（Ｘ）９０ｍｍでＸ／Ｌ＝０．６９のノズルユ
ニットを用い、スラブの表面四面について溶削を行っ
た。この時の整流体の先端部形状は図３（ｂ）に示した
ように整流体基部から連続してなだらかな曲線をもって
流線形状を描いたものを用いた。同様の寸法を有するス
ラブ表面溶削について従来のノズルユニットを用いた場
合、スリット長さ（Ｌ）１３０ｍｍ、整流体長さ（Ｘ）
３８ｍｍでＸ／Ｌ＝０．２９２であり、整流体の形は図
３（ａ）に示すような形状であった。

【００３０】本発明例によれば、スラブ表面の溶削は均
一に行われ、そのスラブを圧延した鋼板において、ヘゲ
疵および白線状の模様が表われることなく、美麗な表面
性状を持った成品が得られた。

【００３１】

【発明の効果】本発明は酸素が整流体に沿って整流化さ
れるため、隣接ノズルユニット間の干渉による乱流を防
止することが可能となり、その結果、溶削後の鋼片表面
のノズルユニット間相当位置に生じる深いえぐれ跡や、
逆に未溶削の過剰に高い隆起を生じさせることなく安定
した溶削ができ、溶削部に起因する成品欠陥が皆無とな
る。このように本発明は従来の種々の欠陥を解消し、優
れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明整流体を具備したノズルユニットと溶削
酸素流の流速分布状況の一例を示す図

【図２】従来の整流体を具備したノズルユニットと溶削
酸素流の流速分布状況を示す図

【図３】整流体の先端部形状を示す図

【図４】鋼材溶削装置の概略を示した側面図

【図５】（ａ）は図７のＺ−Ｚ矢視図、（ｂ）は同図
（ａ）のＹ−Ｙ断面図

【図６】Ｘ／Ｌとユニット間ガス流速／平均ガス流速の
関係を示す図

【図７】下面のノズルユニットを示す斜視図

【符号の説明】

１鋼材２搬送用ロール３溶削装置本体４前面ピンチロール５後面ピンチロール６スモークフード７鋼材上面溶削ノズルユニット８鋼材下面溶削ノズルユニット１０整流体１１基部１２先端部１３スリット１５溶削酸素ノズル１６予熱燃料ガスノズル１７予熱酸素ノズル１８下方予熱ブロック１９上方予熱ブロック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスと酸素ガスの噴出孔を複数配列
したノズルユニットを鋼材に近づけ、鋼材を移送しなが
ら該鋼材の表面層を溶削する鋼材の熱間溶削装置におい
て、前記ノズルユニット当接部の酸素噴出ノズル間に設
けられたスリット長さと整流体長さとの比が下記（１）
式の関係を満たすことを特徴とする鋼材の熱間溶削方
法。Ｘ／Ｌ≦０．３０〜０．７５・・・（１）ただし、Ｘ：整流体長さＬ：スリット長さ
【請求項２】燃料ガスと酸素ガスの噴出孔を複数配列
したノズルユニットを鋼材に近づけ、鋼材を移送しなが
ら該鋼材の表面層を溶削する鋼材の熱間溶削装置におい
て、前記ノズルユニット当接部の酸素噴出ノズル間に設
けられたスリット長さと整流体長さとの比が下記（１）
式の関係を満たすと共に、整流体の基部表面と連続形成
される先端部近傍には角が存在しない形状としたことを
特徴とする鋼材の熱間溶削装置。Ｘ／Ｌ≦０．３０〜０．７５・・・（１）ただし、Ｘ：整流体長さＬ：スリット長さ
【請求項３】整流体の基部表面と連続形成される先端
部近傍を流線形状としたことを特徴とする請求項２記載
の鋼材の熱間溶削装置。
【請求項４】整流体の基部表面と連続形成される先端
部近傍をなだらかな円弧状としたことを特徴とする請求
項２記載の鋼材の熱間溶削装置。