JP2022063998A - スカーフユニットおよびスカーフ装置ならびに溶削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スキッドがステライト製の従来品よりもコスト面で有利なスカーフユニットおよびスカーフ装置、さらには溶削方法を提供する。【解決手段】ヘッドと、燃料ガス第１噴出口とシールド用酸素ガス噴出口を備えた上部予熱ブロックと、燃料ガス第２噴出口を備えた下部予熱ブロックと、被溶削物と接触するスキッドと該スキッドが取り付けられたシュー本体を備えたシューブロックを有しており、前記ヘッドの前面側に、前記上部予熱ブロックと前記下部予熱ブロックとが間を開けて溶削用酸素ガス噴出スロットを構成するように配設されているとともに、前記ヘッドの下面側に前記シューブロックが配設された、前記被溶削物を溶削するスカーフユニットであって、前記スキッドの材質がベリリウム銅であるスカーフユニット。【選択図】図４

Description

本発明はスカーフユニットおよびスカーフ装置ならびに溶削方法に関する。

溶削（スカーフィング）とは、通常、被溶削物（例えば鋼片）の脱炭層及び表面の疵（キズ）を酸素と燃料ガスの熱化学的酸化反応により除去する工程である（特許文献１）。製鉄所では鋼片の圧延前に行う表面処理である。この溶削を行う装置はスカーフ装置（またはスカーフィング装置）と呼ばれ、世界各地の製鉄所に設けられている。

スカーフ装置は、主には、鋼片等の被溶削物を載せて搬送するローラーテーブルと、該ローラーテーブルにより搬送される被溶削物を溶削するためのスカーフユニットから構成されている。このスカーフユニットから予熱のための炎（予熱炎）を被溶削物の表面に当てて予熱を行い、溶融ノロを発生させる。その後、溶削のための炎（溶削炎）に切り替えて、溶融ノロに大量の酸素を吹付けると同時に、ローラーテーブルを用いて被溶削物をスカーフユニットに向かって前進させて、酸化反応による溶融ノロを発生させながら溶削を行う。

特開平９－７６０６０号公報

ところで、スカーフユニットは、溶削時に被溶削物と対向するシューブロックを有しており、該シューブロックのスキッドと被溶削物とを接触させながら溶削が行われる。この被溶削物との接触部であるスキッドとして、従来、コバルトを主成分とし、クロムやタングステンなどからなる合金であるステライトが用いられている。なおステライトには種類があり、その種類によってクロム等の含有率が異なる。例えばステライト＃２１ではタングステンの含有は無い。

しかしながら、このコバルト基合金であるステライトの材料費はレアメタルであるコバルトの価格に左右されやすく、コバルトの価格高騰の場合にコスト面で厳しくなる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、スキッドがステライト製の従来品よりもコスト面で有利なスカーフユニットおよびスカーフ装置、さらには溶削方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ヘッドと、燃料ガス第１噴出口とシールド用酸素ガス噴出口を備えた上部予熱ブロックと、燃料ガス第２噴出口を備えた下部予熱ブロックと、被溶削物と接触するスキッドと該スキッドが取り付けられたシュー本体を備えたシューブロックを有しており、
前記ヘッドの前面側に、前記上部予熱ブロックと前記下部予熱ブロックとが間を開けて溶削用酸素ガス噴出スロットを構成するように配設されているとともに、前記ヘッドの下面側に前記シューブロックが配設された、前記被溶削物を溶削するスカーフユニットであって、
前記スキッドの材質がベリリウム銅であることを特徴とするスカーフユニットを提供する。

このようなものであれば、スキッドに関して、レアメタルであるコバルトをベースとするステライト製の従来品に比べてコスト面で有利に用意することができる。コバルトの価格が高騰化してもコストアップするのを防止することができる。これらの結果、鋼片等の溶削コストの低減を図ることができる。
また、ベリリウム銅であればステライトと遜色ない硬度が確保出来る。そのためスキッドが割れて被溶削物を損傷してしまうのを効果的に防ぐことができる。
また、ベリリウム銅は優れた冷却効果を持つため（熱伝導率が優れているため）、熱損傷を受ける量を減らすことができる。更に非磁性の為、溶融ノロやスケールを吸着することなく硬度の面からアグレッシブ摩耗に対しての効果もある。このように、耐熱性、耐摩耗性に優れたものとなる。

このとき、前記上部予熱ブロックと、前記下部予熱ブロックと、前記シュー本体の材質が銅であるものとすることができる。

このように上部予熱ブロック等として、冷却効果を考慮して、熱伝導率が優れている材質として銅が好ましい。

また本発明は、被溶削物を載せて搬送するローラーテーブルと、該ローラーテーブルにより搬送される前記被溶削物を溶削する１つ以上のスカーフユニットを有するスカーフ装置であって、
前記スカーフユニットが、上記の本発明のスカーフユニットであることを特徴とするスカーフ装置を提供する。

このようなものであれば、コスト面で有利なスカーフ装置となり、鋼片等の溶削コストの低減を図ることができる。
また、スカーフ装置自体の品質としても、従来品と同等、あるいはそれ以上のものとすることができる。

また、前記被溶削物の形状が直方体であり、
前記スカーフユニットが前記直方体の被溶削物における二面または四面に対して配設されており、該被溶削物における二面または四面を同時に溶削可能なものとすることができる。

このようなものであれば、鋼片等の被溶削物を効率良く溶削可能なものとなる。

また本発明は、被溶削物を溶削する溶削方法であって、
上記の本発明のスカーフ装置を用い、
前記ローラーテーブルに載せた前記被溶削物に対し、前記スカーフユニットにおける前記燃料ガス第１噴出口および前記第２噴出口から燃料ガスを供給するとともに前記シールド用酸素ガス噴出口から酸素ガスを供給し、前記被溶削物を予熱して溶融ノロを発生させた後、
前記ローラーテーブルにより前記予熱した被溶削物を前記スカーフユニット側に向かって搬送するとともに、前記シューブロックの前記スキッドを前記被溶削物に接触させつつ前記溶削用酸素ガス噴出スロットから酸素ガスを供給して前記被溶削物を溶削することを特徴とする溶削方法を提供する。

このようにすれば、鋼片等の被溶削物を、コスト面でより有利に、かつ、高品質に溶削することが可能である。

以上のように、本発明のスカーフユニットおよびスカーフ装置ならびに溶削方法であれば、ステライト製のスキッドを用いる従来に比べてコスト面で有利に用意することができ、その結果、スカーフユニット、スカーフ装置、溶削に要するコストを低減することができる。また、スカーフユニット、スカーフ装置自体の品質も良いものとすることができ、そのため高品質に溶削された製品を得ることができる。本発明であれば、スキッドが十分な硬度を確保できる上に、冷却効果、耐熱性、耐摩耗性が優れており、また非磁性による溶融ノロ等の吸着防止を図ることができる。

本発明のスカーフ装置の一例を示す説明図である。 被溶削物とその二面に対して配設したスカーフユニットの位置関係を示す説明図である。 被溶削物とその四面に対して配設したスカーフユニットの位置関係を示す説明図である。 本発明のスカーフユニットの一例を示す説明図である。 被溶削物の表面側の主面と対向して配設されるシューブロックの下面の一例を示す説明図である。 スカーフユニット周りの一例を示す説明図である。 予熱工程の様子を示す説明図である。 溶削工程の様子を示す説明図である。

以下、本発明について図面を参照して実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に本発明のスカーフ装置の一例を示す。溶削に関わる主要な箇所を図示している。なお、ここでは被溶削物として鋼片Ｓを例に挙げて説明する。より具体的には板状（直方体）のもの（鋼板）を例に挙げて説明するが、本発明のスカーフ装置１の溶削対象やその形状はこれに限定されない。

本発明のスカーフ装置１は、鋼片Ｓを載せて搬送するローラーテーブル２と、該ローラーテーブル２により搬送される鋼片Ｓを溶削する１つ以上の本発明のスカーフユニット３を備えている。なお、図１ではスカーフユニット３を簡単に直方体で図示しているが、より具体的な形状、構成例については後述する図４に示す。
ローラーテーブル２は複数のローラー４が並んで配置されており、不図示の駆動源によりローラー４を回転させることができ、該ローラー４の回転により、ローラー４上の搬送物（鋼片Ｓ）をスカーフユニット３に対して前後方向に自在に搬送可能になっている。

また、スカーフユニット３が鋼片Ｓの二面に対して配設されている。より具体的には、スカーフユニット３は鋼片Ｓの上面（表側の主面）と左側面（１つの側面）に対して配設されている。図２は、図１での矢印Ａの方向に沿って見た、被溶削物（鋼片Ｓ）とその二面に対して配設したスカーフユニット３の位置関係を示す説明図である。鋼片Ｓの上面側に３つのスカーフユニット３が位置するようにして構成されている（４つ並べて配設されており、そのうちの３つで上面を覆っている）。また鋼片Ｓの左側面の側に１つのスカーフユニット３が位置している。このような配設のものは、鋼片Ｓの二面を同時に溶削可能なものである。なお、鋼片Ｓの各面ごとに配設するスカーフユニット３の数は特に限定されず、各面のサイズに応じて適宜決定することができる。１つしか配設しないこともできるし、複数を並べて配設することも可能である。
他の実施形態として、図３にスカーフユニット３を鋼片Ｓの四面に対して配設した場合の例を示す。直方体の鋼片Ｓの上下面（表側と裏側の主面）の他、２つの側面側（左側面、右側面）にも各々スカーフユニット３が配設されており、鋼片Ｓを囲った状態となっている。具体的には、上面、下面に対して、各々４つ並べて配設しており、そのうちの３つで覆っている。また、左側面、右側面に対して、各々１つ配設している。このような構成のものは、鋼片Ｓの四面を同時に溶削可能なものである。
なお、これらに限定されず、鋼片Ｓの一面に対してのみスカーフユニット３を配設し、一面のみ溶削する構成とすることもできる。
溶削すべき面が複数である場合は、図２、３のようにスカーフユニット３を複数配設して複数面を同時溶削可能な構成としておくと効率良く溶削できるので好ましい。

これらのスカーフユニット３の動作とローラーテーブル２の動作は連動可能になっている。またスカーフユニット３はシリンダーを有する機構（不図示）で支持されており、自在に上下左右に動くことができるようになっている。スカーフユニット３はローラーテーブル２で搬送されて送り出されてくる鋼片Ｓの表面と接触しつつ溶削を行うことになるが、上記のシリンダー機構によってその鋼片Ｓの表面形状に沿って滑らかに上下方向や左右方向に動くようになっている。

以下では、上記の本発明のスカーフユニット３について詳述する。図４に本発明のスカーフユニット３の一例を示す。鋼片Ｓに対して酸素と燃料ガスを供給して熱化学的反応によって鋼片Ｓの表面に存在する脱炭層や疵を除去するための機構を備えたものである。
まず本発明のスカーフユニット３は大きく分けて、ヘッド５と、上部予熱ブロック６と、下部予熱ブロック７と、シューブロック８とからなっている。
なお、ヘッド５としては例えば真鍮製のものが挙げられる。また上部予熱ブロック６、下部予熱ブロック７、シューブロック８としては、例えば銅製のものとすることができる。銅製であれば、熱伝導率が優れており、高い冷却効果を発揮することができるので好ましい。ただし、これらの材質は特に限定されるものではない。

ヘッド５は、酸素ガスや燃料ガスを、後述する各ブロックの噴出口や溶削用酸素ガス噴出スロットに送るための集合配管を備えた構造となっている（マニホールド構造）。なお、この他、各ブロックの水冷用の水も送れるようになっている。

このヘッド５の前面側には、上部予熱ブロック６が配設されていると共に下部予熱ブロック７が配設されている。なお、これらの２つのブロックは間を開けるようにして配設されている。この２つのブロックの間が溶削用酸素ガス噴出スロット９を構成しており、酸素ガスを噴出可能になっている。
また上部予熱ブロック６には、燃料ガス第１噴出口１０とシールド用酸素ガス噴出口１１が備えられている。また下部予熱ブロック７には燃料ガス第２噴出口１２が備えられている。各々、酸素ガスまたは燃料ガスが噴出可能になっている。
燃料ガスの例としては、ＬＰＧやＬＮＧ、コークスガスが挙げられる。

また、ヘッド５の下面側にはシューブロック８が配設されている。このシューブロック８はその本体（シュー本体１３）にスキッド１４が取り付けられている。図５に、鋼片Ｓの表面側（上面側）の主面と対向して配設されるシューブロック８の下面（鋼片Ｓとの接触面）の一例を示す。スキッド１４は溶削時などにおいて鋼片Ｓと接触する箇所であり、５つのスキッド１４がシュー本体１３に設けられているが、その数や形状は特に限定されるものではない。

そして、本発明のスカーフユニット３においてはスキッド１４がベリリウム銅（例えば、ベリリウム銅アロイ２５（Ｃ１７２０））からなっている。
従来のスカーフユニットではスキッドの材質は、コバルトが基合金であるステライト（例えばステライト♯２１）であった。しかしながら、レアメタルであるコバルトはコストがかさみ、特に高騰した場合にコスト面で対応が難しい。
本発明のようにベリリウム銅製であれば、コバルトに比べて銅やベリリウムは入手しやすく、コスト面で極めて有利である。スキッドの材料費として、従来に比べてコストカットを図ることも可能である。
しかも、硬度に関しては従来品のようなステライトと比較しても遜色ない。例えばステライト＃２１の硬度はＨＲＣ３５程度（ＨＶ３５０）であるのに対して、ベリリウム銅はＨＶ１９０～３３０、さらにはスキッド作製時の時効処理効果によってＨＶ４００程度の硬度も期待できる。したがってスキッドが割れたり欠けたりして、鋼片Ｓの損傷が発生するのを十分に防止することが期待できる。

この他、ベリリウム銅であれば熱伝導率が優れており、冷却効率も高い（鉄の７倍）ため、スキッド自体が熱損傷の発生防止に効果的である。すなわち、スキッドのヒートクラックの発生の低減につなげることができる。耐熱性、耐摩耗性に優れているため有用である。

上記のベリリウム銅製のスキッド１４のシュー本体１３への作製方法は特に限定されないが、例えば作業員による溶接により作製することができる。この場合、ベリリウム銅ということで毒性があるため、溶接時のヒュームを作業員が吸引しないように管理する。具体例としては排気口（バキューム）を作業スペース近傍に設けて局所排気するなどし、作業員によるヒュームの吸引を防ぐと良い。
また、ベリリウム銅はステライトと異なり、ブロック状で市販等されており入手可能であるため、そのブロックをスキッドの形状に加工し、ビス留めによりシュー本体１３に固定したり、シュー本体１３に差込口等を形成してそこにブロックをはめ込むなどして固定することも可能である。

ところで本発明のスカーフ装置１（ここでは例として図３の形態）においては、図６に示すように、上記のスカーフユニット３の傍には、溶削前の予熱開始時に点火の役割を果たすイグナイター１５や、高圧水ノズル１６、１６’、スモークフード１７が配設されている。スモークフード１７は鋼片Ｓ周りを囲っている。高圧水ノズル１６は、予熱、溶削時に発生する溶融ノロ（鋼片Ｓの上下面から発生）を鋼片Ｓの周囲から高圧水を水平方向に噴出することにより吹き飛ばすものである。その吹き飛ばされた溶融ノロは高圧水と共に、高圧水ノズル１６の反対側に配設されているスモークフード１７の内壁に当たり、スモークフード１７内の高圧水により下方へ落とされ、不図示のスケールピットに流れるようになっている。
また上記説明は、鋼片Ｓの上下面からの溶融ノロを高圧水ノズル１６からの水平方向の高圧水により吹き飛ばす仕組みに関するものだが、この他に、垂直方向に高圧水を噴出し、鋼片Ｓの左右の２つの側面からの溶融ノロを吹き飛ばす別の高圧水ノズル１６’を設けることもできる。この垂直方向の高圧水ノズル１６’により、２つの側面からの溶融ノロをスケールピットに落とすことができる。

以上のような本発明のスカーフユニット３、また、これを備えたスカーフ装置１であれば、スキッド１４、さらには装置全体として、従来品に比べてコスト的に優れたものとすることができる。その結果、溶削に要するコストを低減することができ、ひいては製品（溶削物）価格の面でも有利である。またコスト面で有利なだけでなく、従来に比べて装置自体も製品も同程度の品質、あるいはより高品質なものを提供することができる。

次に、上記の本発明のスカーフ装置１を用いた本発明の溶削方法について説明する。ここでは簡単のため、スカーフユニット３を鋼片Ｓの表面側（上面側）にのみ配設する場合を例に挙げて説明する。なお、本発明はこれに限定されず、当然、前述したように鋼片Ｓの二面または四面に対して配設し、鋼片Ｓの二面または四面を同時溶削することも可能である。
まず、ローラーテーブル２上に鋼片Ｓを載置し、スカーフユニット３側に向かって搬送する。このとき、スカーフユニット３はローラーテーブル２や鋼片Ｓに対して十分に上方の位置に配設されている。
鋼片Ｓの端部がスカーフユニット３の下にまで搬送された後、スカーフユニット３を鋼片Ｓへ向かって動かし（この場合、下降させて）、スキッド１４を鋼片Ｓの表面（上面）に接触させる（クロージング工程）。

接触後、スカーフユニット３を鋼片Ｓの表面から離す。この離す間隔はおよそ１／２インチ（約１２．５ｍｍ）とすることができる。そしてローラーテーブル２により鋼片Ｓを少し引き（すなわち、スカーフユニット３から離れる方向に搬送する）、次の予熱工程においてスカーフユニット３からの予熱炎が鋼片Ｓの表面の端部にあたるように位置取りをする。

次に、スキッド１４が鋼片Ｓの表面に対して非接触の状態のまま、燃料ガス第１噴出口１０と燃料ガス第２噴出口１２から燃料ガスを高圧で噴出するとともに、シールド用酸素ガス噴出口１１から大流量（例えば３００～３５０ｋＰａ程度）の酸素ガス、溶削用酸素ガス噴出スロット９から小流量（例えば２ｋＰａ程度）の酸素ガスを噴出しつつ、イグナイター１５により点火し、予熱炎を発生させ、鋼片Ｓの表面に溶融ノロを発生させる（予熱工程）。この予熱工程の様子を図７に示す。このときの予熱炎は、鋼片Ｓの幅方向に線状の集中炎となる。
予熱時間としては、例えば、鋼片Ｓが熱片の場合は５秒ほど、冷片の場合は６０秒ほどとすることができる。

溶融ノロが発生後、ガスの流量切り替えを行い、予熱炎から溶削炎へと切り替える。すなわち、溶削用酸素ガス噴出スロット９からは大流量（例えば２００ｋＰａ程度）の酸素ガスを噴出する一方で、シールド用酸素ガス噴出口１１からは噴出口保護のみのため小流量の酸素ガス、また、燃料ガス第１噴出口１０と燃料ガス第２噴出口１２からは小流量の燃料ガスを噴出するに留める。同時に、スカーフユニット３を鋼片Ｓへ向かって動かし（下降させて）、スキッド１４を鋼片Ｓの表面に接触させつつ、ローラーテーブル２によって、鋼片Ｓをスカーフユニット３側へと搬送させる。このように溶融ノロに大量の酸素を吹き付けるとともに鋼片Ｓをスカーフユニット３に向かって前進させることで、酸化反応による溶融ノロを発生させながら次々と鋼片Ｓの表面を溶削していくことができる（溶削工程）。この溶削工程の様子を図８に示す。

なお、鋼片Ｓには反りや曲りがあるが、上記のようにスカーフユニット３のスキッド１４を鋼片Ｓの表面に接触させて密着させつつ溶削を行うことで（すなわち、スカーフユニット３と鋼片Ｓの距離を一定にしながら溶削を行うことで）、溶削代を鋼片Ｓの溶削面の全体において均一とすることができる。この溶削代としては、例えば１．５～４ｍｍ程度とすることができる。
また、溶削時には、図６で説明したような高圧水ノズル１６、１６’からの高圧水により不要な溶融ノロをスモークフード１７の内壁へ向かって吹き飛ばしつつ溶削することができる。
以上のような本発明の溶削工程によって、高品質の溶削物をコスト面で有利に得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…本発明のスカーフ装置、 ２…ローラーテーブル、
３…本発明のスカーフユニット、 ４…ローラー、 ５…ヘッド、
６…上部予熱ブロック、 ７…下部予熱ブロック、 ８…シューブロック、
９…溶削用酸素ガス噴出スロット、 １０…燃料ガス第１噴出口、
１１…シールド用酸素ガス噴出口、 １２…燃料ガス第２噴出口、
１３…シュー本体、 １４…スキッド、 １５…イグナイター、
１６、１６’…高圧水ノズル、 １７…スモークフード、
Ｓ…鋼片。

Claims (5)

1. ヘッドと、燃料ガス第１噴出口とシールド用酸素ガス噴出口を備えた上部予熱ブロックと、燃料ガス第２噴出口を備えた下部予熱ブロックと、被溶削物と接触するスキッドと該スキッドが取り付けられたシュー本体を備えたシューブロックを有しており、
   前記ヘッドの前面側に、前記上部予熱ブロックと前記下部予熱ブロックとが間を開けて溶削用酸素ガス噴出スロットを構成するように配設されているとともに、前記ヘッドの下面側に前記シューブロックが配設された、前記被溶削物を溶削するスカーフユニットであって、
   前記スキッドの材質がベリリウム銅であることを特徴とするスカーフユニット。
2. 前記上部予熱ブロックと、前記下部予熱ブロックと、前記シュー本体の材質が銅であることを特徴とする請求項１に記載のスカーフユニット。
3. 被溶削物を載せて搬送するローラーテーブルと、該ローラーテーブルにより搬送される前記被溶削物を溶削する１つ以上のスカーフユニットを有するスカーフ装置であって、
   前記スカーフユニットが、請求項１または請求項２に記載のスカーフユニットであることを特徴とするスカーフ装置。
4. 前記被溶削物の形状が直方体であり、
   前記スカーフユニットが前記直方体の被溶削物における二面または四面に対して配設されており、該被溶削物における二面または四面を同時に溶削可能なものであることを特徴とする請求項３に記載のスカーフ装置。
5. 被溶削物を溶削する溶削方法であって、
   請求項３または請求項４に記載のスカーフ装置を用い、
   前記ローラーテーブルに載せた前記被溶削物に対し、前記スカーフユニットにおける前記燃料ガス第１噴出口および前記第２噴出口から燃料ガスを供給するとともに前記シールド用酸素ガス噴出口から酸素ガスを供給し、前記被溶削物を予熱して溶融ノロを発生させた後、
   前記ローラーテーブルにより前記予熱した被溶削物を前記スカーフユニット側に向かって搬送するとともに、前記シューブロックの前記スキッドを前記被溶削物に接触させつつ前記溶削用酸素ガス噴出スロットから酸素ガスを供給して前記被溶削物を溶削することを特徴とする溶削方法。
   
   前記被溶削物の形状が直方体であり、
   前記スカーフユニットが前記直方体の被溶削物における二面または四面に対して配設されており、該被溶削物における二面または四面を同時に溶削可能なものであること

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