JP2000297331A - ガスジェット冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼板の均一な冷却が可能であって、しかも装
置の構成が簡単なガスジェット冷却装置を提供する。 【解決手段】 鋼板搬送装置と、搬送される鋼板に冷却
ガスを吹き付けるノズルが複数設けられたウインドボッ
クスとを備え、ウインドボックス内が通板方向に設けら
れた仕切り板により室に分割されていて、ウインドボッ
クスの各室に供給する冷却ガスの流量を調整することに
よって鋼板の冷却条件を調整可能なガスジェット冷却装
置において、ウインドボックスが２枚の仕切り板によっ
て３室に分割されていて、仕切り板が通板方向に対して
傾斜して配置されていることを特徴とするガスジェット
冷却装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウインドボックス
に設けられたノズルから、走行する鋼板に向けて、冷却
ガスを噴射して鋼板の冷却を行なうガスジェット冷却装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続焼鈍炉等における鋼板の温度は、一
般に鋼板の幅方向中央部で高くなり、幅方向端部では低
くなる傾向を示す。したがって、このような鋼板をガス
ジェット冷却装置によって冷却する際に、例えば板幅方
向に均一に冷却ガスを吹き付けても、鋼板の幅方向中央
部と幅方向端部とを均一な温度に冷却することは難し
い。

【０００３】また、ガスジェット冷却装置による鋼板の
冷却は、主に鋼板表面に直接的に吹き付けられる冷却ガ
ス噴流による強制対流冷却効果と、鋼板表面に吹き付け
られた後の冷却ガスが鋼板表面に沿って流れる平行流に
よる対流冷却効果とによって行なわれる。すなわち、例
えば鋼板表面に均一に冷却ガスを吹き付けた場合、強制
対流冷却効果は均一にできても、対流冷却効果を均一に
することはできない。冷却ガスの平行流は鋼板幅方向中
央部から鋼板幅方向端部へと向かうものであり、鋼板幅
方向端部では平行流の流量が増大して冷えやすくなるた
めである。

【０００４】したがって、連続焼鈍炉等に用いるガスジ
ェット冷却装置において、冷却のプロファイルを制御す
るには、強制対流冷却効果と対流冷却効果との総和を制
御しなければならない。そして、連続焼鈍炉等における
鋼板の冷却プロファイルとしては、以下の又はが好
ましい。 鋼板幅方向の全幅にわたって均一に冷却する。 鋼板幅方向端部から中央部へ向けて鋼板の冷えやす
さが漸増し、かつ鋼板幅方向における冷却条件の急激な
変化が少ない連続的な冷却プロファイルとする。

【０００５】このような観点から、特開昭６１−２５７
４２９号公報には、ウインドボックス内を、鋼板の通板
方向に平行な仕切り板で複数の室に仕切り、各室に吹き
込む冷却ガスの流量を流量調節弁によって調整して冷却
条件を制御する方法、及びウインドボックス端部のノズ
ルを斜めに塞ぐ方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図８は、上記公報記載
のガスジェット冷却装置を示す図面である。このガスジ
ェット冷却装置は、ウインドボックス２の内部が、鋼板
１の通板方向と平行な仕切り板６によって複数の室（１
室６０１、２室６０２、３室６０３）に分割されてお
り、各室に吹き込む冷却ガスの流量を流量調節弁４で調
整することの可能な構成となっている。

【０００７】図９のｔｓは、図８のガスジェット冷却装
置によって冷却を行なう鋼板の幅方向の温度分布を示し
たものである。鋼板の温度は鋼板中心において最も高
く、幅方向端部に向けて徐々に温度は下がっていく。一
方、図９のＲには、上記ガスジェット冷却装置の１〜３
室に吹き込む冷却ガスの流量を示す。

【０００８】図１０は、このガスジェット冷却装置によ
って鋼板の冷却を行なった場合の条件で、鋼板から冷却
ガスへの熱伝達をシミュレーションした結果を示す図表
である。図１０には、強制対流冷却効果による噴流熱伝
達値をシミュレーションした結果と、対流冷却効果によ
る平行流冷却をシミュレーションした結果とを示す。な
お本発明における噴流熱伝達値とは、鋼板中心から所定
距離の鋼板表面において、鋼板から鋼板表面の単位面積
を介して冷却ガスの噴流へと伝達される単位時間あたり
の熱量をいう。また、平行流伝達とは、鋼板中心から所
定距離の鋼板表面において、鋼板から鋼板表面の単位面
積を介して冷却ガスの平行流へと伝達される単位時間あ
たりの熱量をいう。図１０には、さらに噴流熱伝達値と
平行流熱伝達値との総和を合成熱伝達値として示してい
る。

【０００９】このガスジェット冷却装置による鋼板幅方
向の冷却プロファイルは、図１０に合成熱伝達値として
示される通り鋸歯状の凹凸を持ったものとなる。このよ
うな冷却を図９にｔｓとして示される温度分布の鋼板に
施しても、上述した連続焼鈍炉における好ましい冷却プ
ロファイルを達成することは困難であった。ウインドボ
ックス内部をさらに多くの室に仕切れば、合成熱伝達値
の分布をよりなめらかな曲線にすることは可能である
が、装置の構成が複雑となり、また設備費が増大すると
いう問題がある。

【００１０】一方、図１１は、ウインドボックス端部の
ノズルを斜めに塞ぐ方法の一例を示す図面である。この
図面に示した例では、ウインドボックス端部に設けられ
たノズル群を遮蔽板１２で傾斜状に塞いだものである。
このように構成したウインドボックスを用いたガスジェ
ット冷却装置によって鋼板の冷却を行なった場合の条件
で、鋼板から冷却ガスへの熱伝達をシミュレーションし
た結果を図１２に示す。この場合の合成熱伝達値は図１
２に示したとおり急勾配となり、鋼板を均一に冷却する
ことはやはり困難であった。

【００１１】本発明は、これら従来のガスジェット冷却
装置では図１０及び図１２に示されるように不均一で凹
凸な分布であった合成熱伝達値を、鋼板全幅にわたって
均一な値とするか、或いは鋼板中央に向けて漸増するな
めらかな曲線を描くように分布させることが可能であっ
て、しかも装置の構成が簡単なガスジェット冷却装置を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するものであって、その要旨とするところは以下の通り
である。 （１） 鋼板搬送装置と、搬送される鋼板に冷却ガスを
吹き付けるノズルが複数設けられたウインドボックスと
を備え、ウインドボックス内が通板方向に設けられた仕
切り板により室に分割されていて、ウインドボックスの
各室に供給する冷却ガスの流量を調整することによって
鋼板の冷却条件を調整可能なガスジェット冷却装置にお
いて、ウインドボックスが２枚の仕切り板によって３室
に分割されていて、仕切り板が通板方向に対して傾斜し
て配置されていることを特徴とするガスジェット冷却装
置。 （２） 冷却装置出側に設けられた温度検出装置と、制
御装置と、冷却ガス流量調節装置とを備え、温度検出装
置が冷却装置出側における鋼板幅方向の温度分布を測定
して温度信号を制御装置へ出力し、制御装置が温度検出
装置からの温度信号に応じて制御信号を冷却ガス流量調
節装置に出力し、冷却ガス調整装置が制御装置からの制
御信号に応じてウインドボックス内の各室に供給する冷
却ガスの流量を調整することを特徴とする前記（１）記
載のガスジェット冷却装置。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のガスジェット冷却装置は、鋼板搬送装置上を搬
送される鋼板に対して、ウインドボックスに設けられた
ノズルから冷却ガスを吹き付けて、鋼板の冷却を行なう
ものである。ここで、ウインドボックスは鋼板の表面側
と裏面側とのそれぞれに設け、２台のウインドボックス
で通板される鋼板を挟むように配置すれば、鋼板を表裏
両面から冷却できるので鋼板の冷却条件を制御しやす
く、好ましい。また、鋼板を挟むように配置した２台の
ウインドボックスを一組とし、これを搬送される鋼板に
対して複数連続して配置するようにしてもよい。

【００１４】本発明では、ウインドボックス内に仕切り
板を設け、ウインドボックスを３室に分割するものであ
る。そして、従来技術ではこの仕切り板を通板方向と平
行に設けていたが、本発明では仕切り板を通板方向に対
して傾斜させて設けることを最大の特徴とする。

【００１５】図２に、本発明にかかるウインドボックス
の一例を示す。このように、本発明に係るウインドボッ
クスは、通板方向に対して傾斜して設けられた仕切り板
によって３室に分割されている。このウインドボックス
では、仕切り板を対称に配置しているが、条件によって
は対称に配置しなくても良い。また、このウインドボッ
クスにたいして鋼板は、図の上方から下方へむけて通板
しても良いし、逆に図の下方から上方へ向けて通板して
も良い。

【００１６】図３には、図２に示したウインドボックス
を鋼板の表面側と裏面側との双方に配置し、両ウインド
ボックス間に鋼板を通板しつつウインドボックスに設け
られたノズルから冷却ガスを噴射している状態を示す模
式図である。図３には、鋼板に吹き付けられる冷却ガス
の噴流７と、鋼板表面に平行な冷却ガスの平行流８とを
併せて示す。

【００１７】図７は、仕切りを設けていないウインドボ
ックスに設けたノズルから、流量３０ｍ／秒で鋼板全面
に均一に冷却ガスを吹き付けた際の鋼板から冷却ガスへ
の熱伝達をシミュレーションした結果を示す図表であ
る。図３に示される通り、鋼板中央部から端部に向け
て、平行流熱伝達値が増大するために合成熱伝達値全体
が増加する傾向を示している。このことから、鋼板全面
に均一に冷却ガスを吹き付けると、鋼板端部が中央部よ
りも低温になりやすく、均一に冷却できないことが分か
る。

【００１８】したがって、本発明では、ウインドボック
スの各室に供給する冷却ガスの流量を調整し、ウインド
ボックス両端の室に設けられたノズルから噴出する冷却
ガスの流量が、ウインドボックス中央の室に設けられた
ノズルから噴出する冷却ガスの流量よりも小さくなるよ
うにする。このように冷却ガスを調節することによっ
て、鋼板端部における平行流の増大を抑え、鋼板端部で
の平行流冷却効果の増大を抑制し、鋼板をより均一に冷
却することができる。

【００１９】ここで、従来のように通板方向と平行な仕
切り板によってウインドボックスを室に仕切った場合に
は、比較的多量の冷却ガスの噴出を受ける鋼板中央部
と、比較的少量の冷却ガスの噴出を受ける鋼板端部との
境界が、鋼板が冷却装置を通板される間を通して一定と
なる。例え鋼板端部では平行流冷却効果が増大するとし
ても、前記境界近傍での冷却条件は変化せざるを得な
い。このため、従来の方法では、鋼板幅方向において冷
却履歴の異なる境界が明確となり、鋼板幅方向における
冷却条件を均一にできず、また冷却履歴が非連続的とな
り得る問題があった。

【００２０】しかし、本発明では仕切り板に傾斜を設け
ているので、ウインドボックス中央の室の幅は、鋼板入
側から出側に向けて増大するか、あるいは減少する。す
なわち、比較的多量の冷却ガスの噴出を受ける鋼板中央
部と、比較的少量の冷却ガスの噴出を受ける鋼板端部と
の境界が、鋼板が冷却装置内部を搬送されるに従い移動
して一定ではない。このため、鋼板幅方向において冷却
履歴の異なる境界は従来よりもあいまいとなり、従来の
方法よりも鋼板幅方向における冷却履歴の変化を、より
緩やかに、より連続的にすることが可能であり、鋼板全
体を均一に冷却することができる。

【００２１】この本発明の作用効果は、ウインドボック
スに設けられたノズルの構成が、鋼板中央部から鋼板端
部に向けて、ウインドボックス中央の室に設けられた比
較的多量の冷却ガスを噴出するノズルが漸減し、ウイン
ドボックス両端の室に設けられた比較的少量の冷却ガス
を噴出するノズルが漸増するように構成されていること
からも説明できる。

【００２２】ここで、仕切り板を通板方向に対して傾斜
させる角度は、１０°以上４５°以下とすることが好ま
しい。ノズルの配置は、鋼板の幅方向温度差を少なくす
るため、幅方向６０〜１５０mm、通板方向は８０〜２５
０mmの千鳥配列に配列される。板幅方向のノズルを仕切
り板で漸増させて仕切るには、ノズル配列より、上記仕
切り板角度は、１０°以上４５°以下とすることが好ま
しい。仕切り板を傾斜させる角度が１０°未満では、比
較的少量の冷却ガスを噴出するノズルを漸増することが
難しく鋼板幅方向における冷却履歴の変化を連続的にす
る効果に乏しくなるといった問題があり、また４５°超
では、板幅方向のノズルを急増して仕切ることになり、
鋼板幅方向における冷却履歴の変化が急激になるためで
ある。

【００２３】さらに本発明のガスジェット冷却装置は、
上記構成に加えて、冷却装置出側に設けた温度検出装置
と、制御装置と、冷却ガス流量調節装置とを備え、温度
検出装置が冷却装置出側における鋼板幅方向の温度分布
を測定して温度信号を制御装置へ出力し、制御装置が温
度検出装置からの温度信号に応じて制御信号を冷却ガス
流量調節装置に出力し、冷却ガス調整装置が制御装置か
らの制御信号に応じてウインドボックス内の各室に供給
する冷却ガスの流量を調整するようにしてもよい。この
ような構成とすることによって、冷却装置出側において
測定された鋼板幅方向の温度分布に応じて、ウインドボ
ックス中央の室と端部の室とに供給する冷却ガスの流量
を各々調節し、鋼板をより均一に冷却することが可能で
ある。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明に係るガスジェット冷却装置の一実施例を示す図
面である。この実施例において用いられるウインドボッ
クス２の構造は、図２に示される通りであって、ウイン
ドボックス２の幅は２０００mm、通板方向の長さは１１
００mmである。このウインドボックス２の仕切り板６
は、通板方向に対して各々２７°傾斜して配置されてい
て、ウインドボックスの鋼板入側端部における仕切り板
の間隔は１００mm、ウインドボックスの鋼板出側端部に
おける仕切り板の間隔は１２２０mmである。

【００２５】以上のような構造のガスジェット冷却装置
による鋼板の冷却をシミュレーションした。図４は、ウ
インドボックス中央の室に設けたノズルのノズル流速が
３０ｍ／秒、ウインドボックス端部の室に設けたノズル
のノズル流速が２０ｍ／秒となるようにした場合のシミ
ュレーション結果である。鋼板中央部から端部へ向けて
平行流冷却は増大するが、鋼板中央部から端部に向かう
に従って、ノズル流速３０ｍ／秒のノズルは漸減すると
共にノズル流速２０ｍ／秒のノズルが漸増する。したが
って噴流熱伝達値は鋼板中央部から端部に向かって減少
するので、噴流熱伝達値と平行流熱伝達値との総和であ
る合成熱伝達値を、鋼板幅方向の全幅において一定にす
ることができる。すなわち、本発明によれば鋼板幅方向
を均一に冷却することが可能である。

【００２６】図５は、ウインドボックス中央の室に設け
たノズルのノズル流速が３０ｍ／秒、ウインドボックス
端部の室に設けたノズルのノズル流速が１５ｍ／秒とな
るようにした場合のシミュレーション結果である。図６
に示される通り、この条件では、合成熱伝達値の分布
を、鋼板中央部を凸とした緩やかな放物線とできる。な
お、本実施例においてシミュレーションした噴流熱伝達
値及び平行流熱伝達値とは、鋼板長手方向の平均値であ
る。

【００２７】図６は、冷却装置の出側に鋼板１の幅方向
の温度分布を測定する幅方向温度計９を設置し、幅方向
温度計９の出力した鋼板幅方向の温度偏差に応じて、制
御装置１０が冷却ガス流量調節装置４を制御するガスジ
ェット冷却装置の一例を示す図面である。

【００２８】

【発明の効果】噴流熱伝達値と平行流熱伝達値との合計
からなる合成熱伝達値を、鋼板幅方向全幅にわたって均
一に、或いは滑らかな分布にすることができる。さら
に、コストの増大を招くことなく、鋼板の温度分布に応
じて適切に冷却条件を制御することが可能であって、種
々の板幅或いは温度分布の鋼板に適切に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスジェット冷却装置の一例を示す図
面である。

【図２】本発明のガスジェット冷却装置におけるウイン
ドボックスの一例を示す図面である。

【図３】本発明のガスジェット冷却装置により鋼板の冷
却を行なう際の態様を示す図面である。

【図４】本発明のガスジェット冷却装置による鋼板幅方
向における熱伝達分布のシミュレーション結果を示す図
表である。

【図５】本発明のガスジェット冷却装置による鋼板幅方
向における熱伝達分布のシミュレーション結果を示す図
表である。

【図６】本発明のガスジェット冷却装置の一例を示す図
面である。

【図７】鋼板全面に均一に冷却ガスを吹き付けた場合の
熱伝達をシミュレーションした結果を示す図表である。

【図８】従来のガスジェット冷却装置を示す図面であ
る。

【図９】図８に示した従来例における鋼板温度と冷却流
量分布を示した図表である。

【図１０】図８に示した従来例における熱伝達のシミュ
レーション結果を示す図表である。

【図１１】ウインドボックス端部のノズルを斜めに塞ぐ
従来法の一例を示す図面である。

【図１２】図１１に示した従来例における熱伝達のシミ
ュレーション結果を示す図表である。

【符号の説明】

１： 鋼板 ２： ウインドボックス ３： ノズル ４： 冷却ガス流量調節装置 ５： ブロワ ６： 仕切り板 ７： 噴流 ８： 水平流 ９： 幅方向温度計 １０： 制御装置 １１： 冷却帯 １２： 遮蔽板 ６０１： １室 ６０２： ２室 ６０３： ３室

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板搬送装置と、搬送される鋼板に冷却
   ガスを吹き付けるノズルが複数設けられたウインドボッ
   クスとを備え、ウインドボックス内が通板方向に設けら
   れた仕切り板により室に分割されていて、ウインドボッ
   クスの各室に供給する冷却ガスの流量を調整することに
   よって鋼板の冷却条件を調整可能なガスジェット冷却装
   置において、ウインドボックスが２枚の仕切り板によっ
   て３室に分割されていて、かつ仕切り板が通板方向に対
   して傾斜して配置されていることを特徴とするガスジェ
   ット冷却装置。
2. 【請求項２】 冷却装置出側に設けられた温度検出装置
   と、制御装置と、冷却ガス流量調節装置とを備え、温度
   検出装置が冷却装置出側における鋼板幅方向の温度分布
   を測定して温度信号を制御装置へ出力し、制御装置が温
   度検出装置からの温度信号に応じて制御信号を冷却ガス
   流量調節装置に出力し、冷却ガス調整装置が制御装置か
   らの制御信号に応じてウインドボックス内の各室に供給
   する冷却ガスの流量を調整することを特徴とする請求項
   １記載のガスジェット冷却装置。