JP2005238252A - Ｈ形鋼の冷却方法及び冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 極厚Ｈ形鋼やフランジ厚さに比べてウェブ厚さが相対的に厚いＨ形鋼において、ウェブ高さが大きくなっても均一冷却を可能とする。
【解決手段】 搬送用ローラの下方で圧延方向とそれぞれ平行に、かつ、前記ローラによって搬送されるＨ形鋼Ａの両フランジＡａ，Ａｃ間に配置した３本のヘッダー管２ａ〜２ｃに設けたノズル３ａ〜３ｃの、一方のフランジＡａ側に配置したヘッダー管２ａのノズル３ａから一方のフランジＡａ下部内面に向けて、他方のフランジＡｃ側に配置したヘッダー管２ｃのノズル３ｃから他方のフランジＡｃ下部内面に向けて、両ヘッダー管２ａ，２ｃの間に配置したヘッダー管２ｂのノズル３ｂからウェブＡｂ下面に向けて、それぞれ冷却水を噴射する。
【効果】 前記のようなＨ形鋼の冷却に際し、フランジとウェブとの均一冷却が可能になり、不均一冷却に伴う形状不良の発生を抑制できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、土木構造物や建築物に適用されるＨ形鋼の冷却方法及び装置に関し、特に、板厚が極めて厚いＨ形鋼（以下、「極厚Ｈ形鋼」と言う。）やフランジ厚さに比べてウェブ厚さが相対的に厚いＨ形鋼の冷却に有効な冷却方法及び装置に関するものである。

近年、土木構造物や建築物の柱材として採用されるＨ形鋼は高強度化、厚肉化する傾向にある。この高強度化、厚肉化されたＨ形鋼を安価に製造する手段として、冷却による焼き入れ処理が有効であり、種々の冷却方法や冷却装置が提案されている。

特に、極厚Ｈ形鋼の場合はウェブが相対的に厚いため、フランジに加えてウェブを積極的に冷却して、フランジとウェブを均一に冷却する必要が生じる。そこで、フランジ厚みとウェブ厚みに応じて各部の冷却速度および冷却終了温度がほぼ等しくなるように、搬送用ローラの下方に１本又は２本のヘッダー管を配置し、このヘッダー管に設置したノズルの噴射方向を最適に設定することで、フランジ下部内面とウェブ下面に供給される水量を調整して冷却量を制御する技術が開示されている。
特開平９−１０８１９号公報

すなわち、前記特許文献１に記載された技術では、例えば相対的にウェブを冷却したい場合は、ノズル角度を０°としてウェブに直接噴射水を当て、跳水でフランジを冷却する。逆にフランジを冷却したい場合は、フランジ面に噴射水が当たるようノズルの角度を傾け、その跳水でウェブを冷却しようとするものである。

しかしながら、この方法ではウェブ高さが大きなものには対応できず、冷却むらが生じる。また、直接噴射水の当たっていない面に対しては跳水を利用して冷却するため、水冷終了温度の制御が難しい。

本発明が解決しようとする問題点は、極厚Ｈ形鋼やフランジ厚さに比べてウェブ厚さが相対的に厚いＨ形鋼の場合、ウェブ高さが大きくなると均一な冷却が行えないという点である。

本発明のＨ形鋼の冷却方法は、
冷却する極厚Ｈ形鋼やフランジ厚さに比べてウェブ厚さが相対的に厚いＨ形鋼における冷却の均一化を可能とするため、
搬送用ローラの下方において圧延方向とそれぞれ平行に、かつ、前記ローラによって搬送されるＨ形鋼の両フランジ間に配置した３本のヘッダー管のそれぞれに設けたノズルの、
一方の前記フランジ側に配置したヘッダー管のノズルから前記一方のフランジ下部内面に向けて、
他方の前記フランジ側に配置したヘッダー管のノズルから前記他方のフランジ下部内面に向けて、
前記両ヘッダー管の間に配置したヘッダー管のノズルからウェブ下面に向けて、
それぞれ冷却水を噴射することを最も主要な特徴としている。

前記本発明のＨ形鋼の冷却方法では、
搬送されてくるＨ形鋼のウェブ高さやフランジ幅に応じて、フランジ側に配置した前記両ヘッダー管に設けたノズルからの冷却水の噴射方向を最適に調整すること、
或いは、
搬送されてくるＨ形鋼のウェブ高さに応じて、フランジ側に配置した前記両ヘッダー管のフランジ幅方向における水平方向位置を最適に調整すること、又は、搬送されてくるＨ形鋼のウェブ高さに応じて、前記全てのヘッダー管をウェブの高さ方向の最適位置に調整すること、
或いは、
フランジとウェブの冷却終了温度が略等しくなるように、フランジ下部両内面とウェブ下面に供給される水量を調節することが望ましい。

このようにすれば、搬送されてくるＨ形鋼のウェブ高さやフランジ幅が変更されても、可及的均一に冷却することができる。

また、前記の本発明のＨ形鋼の冷却方法を実施するＨ形鋼の冷却装置は、
搬送用ローラの下方において圧延方向とそれぞれ平行に、かつ、前記ローラによって搬送されるＨ形鋼の両フランジ間に配置された３本のヘッダー管と、
これらヘッダー管のそれぞれに設けられたノズルを備え、
一方の前記フランジ側に配置したヘッダー管のノズルからは前記一方のフランジ下部内面に向けて、
他方の前記フランジ側に配置したヘッダー管のノズルからは前記他方のフランジ下部内面に向けて、
前記両ヘッダー管の間に配置したヘッダー管のノズルからはウェブ下面に向けて、
それぞれ冷却水を噴射可能に構成したことを最も主要な特徴としている。

そして、前記本発明のＨ形鋼の冷却装置では、
搬送されてくるＨ形鋼のウェブ高さやフランジ幅に応じて、フランジ側に配置した前記両ヘッダー管に設けたノズルからの冷却水の噴射方向が最適となるように、前記ノズルの前記ヘッダー管に対する回動機構、又は、前記ヘッダー管の回動機構を設けること、
或いは、
前記ヘッダー管をフランジ幅方向に移動する移動機構、或いは、前記全てのヘッダー管をウェブ高さ方向に移動する移動機構を備えることが望ましい。

本発明は、一方のフランジ側に配置したヘッダー管のノズルから一方のフランジ下部内面に向けて、他方のフランジ側に配置したヘッダー管のノズルから他方のフランジ下部内面に向けて、前記両ヘッダー管の間に配置したヘッダー管のノズルからウェブ下面に向けて、それぞれ冷却水を噴射するので、
特に極厚Ｈ形鋼やフランジ厚さに比べてウェブ厚さが相対的に厚いＨ形鋼における冷却に際し、フランジとウェブとの均一冷却が可能になり、不均一冷却に伴う形状不良の発生を抑制することができる。

そして、フランジ側に配置した前記両ヘッダー管に設けたノズルからの冷却水の噴射方向を最適に調整し、或いは、フランジとウェブの冷却終了温度が略等しくなるように、フランジ下部両内面とウェブ下面に供給される水量を調節することで、搬送されてくるＨ形鋼のウェブ高さやフランジ幅が変更された場合にも、冷却が均一に行えるようになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図４を用いて詳細に説明する。
図１は本発明のＨ形鋼の冷却装置の概略構造を説明する断面図、図２は同じく長手方向の概要を示す図、図３はフランジ幅が広い場合の冷却状態を説明する図、図４はフランジ幅が狭い場合の冷却状態を説明する図である。

１は本発明のＨ形鋼の冷却装置であり、３本のヘッダー管２ａ〜２ｃを、その長手方向が圧延方向とそれぞれ平行となるようにして、搬送ローラの下方に、図１及び図２では並列状に、また図３及び図４では千鳥状に配置している。

このうちのＨ形鋼Ａの一方のフランジＡａ側に配置したヘッダー管２ａは、前記一方のフランジＡａの下部内面に冷却水を噴射するノズル３ａを複数備えている。また、中間に配置したヘッダー管２ｂは、ウェブＡｂの内面に冷却水を噴射するノズル３ｂを複数備えている。また、他方のフランジＡｃ側に配置したヘッダー管２ｃは、他方のフランジＡｃ下部内面に冷却水を噴射するノズル３ｃを複数備えている。なお、ノズル３ａ〜３ｃの個数は特に限定されるものではないが、例えば１ｍ当たり５個程度設置すればよい。

このように、本発明では、ヘッダー管２ａとヘッダー管２ｃを、それぞれ一方のフランジＡａ側と他方のフランジＡｃ側に配置することにより、これら両ヘッダー管２ａ，２ｃの間に、ウェブＡｂの下面中央に冷却水を直接噴射するノズル３ｂを備えたヘッダー管２ｂを配置することが可能となる。

このような構成により、各ノズル３ａ〜３ｃから噴射された冷却水の相互干渉が防止されるので、フランジＡａ，Ａｃの下部内面、ウェブＡｂの下面に冷却水を効率的に、かつ均一に噴射することができるようになる。また、ノズル３ａ〜３ｃの長手方向の設置間隔を従来に比べて小さくできるので、コンパクトな冷却装置となる。

図２に示したように、前記両フランジＡａ，Ａｃ側に配置されたヘッダー管２ａ，２ｃの長手方向に設置される複数のノズル３ａ，３ｃは、ヘッダー管２ａ，２ｃ自体が回動機構４ａ，４ｂにより回動しうるように構成されているか、或いは、図示省略したが、ノズル３ａ，３ｃがヘッダー管２ａ，２ｃに対してその長手方向と直角方向の断面内で回動が可能なように取り付けられており、例えば油圧モータや電動モータなどの駆動機構４ａａ，４ｂａでノズル３ａ，３ｃの噴射方向を調整できるようになっている。

このように、ノズル３ａ，３ｃの噴射方向を調整することにより、ウェブＡｂの高さが変更されても冷却装置１を変更することなく、フランジＡａ，Ａｃの下部内面を効果的に冷却することができる。

図１に示した例では、駆動機構４ａａ，４ｂａによってスクリュージャッキ４ａｂ1，４ｂｂ1を出し入れすることで、また、図３及び図４の例では、図示しないアクチュエータ等の駆動機構でロッド４ａｂ2，４ｂｂ2を押し引きすることで、それぞれリンク４ａｃ，４ｂｃを介してヘッダー管２ａ，２ｃを回動するものを示している。

また、図示省略したが、全てのヘッダー管２ａ〜２ｃは、ウェブＡｂの高さに応じて、油圧装置などによりウェブＡｂの高さ方向に移動可能なように構成するか、或いは、前記両ヘッダー管２ａ，２ｃをフランジＡａ，Ａｃの幅方向に移動可能なように構成することが望ましい。このような構成を採用することにより、ウェブＡｂの高さが大幅に変更されても冷却装置１を変更することなく、フランジＡａ，Ａｃの下部内面やウェブＡｂの下面を効果的に冷却することができる。

以上はＨ形鋼Ａの下方内面を冷却する装置について説明したが、Ｈ形鋼Ａの両外面や上方内面は一般に採用されている冷却装置５，６を採用する。すなわち、長手方向に複数のノズル５ａ，６ａを備えた複数のヘッダー管５ｂ，６ｂを両フランジＡａ，Ａｃの外側でフランジＡａ，Ａｃの幅方向に並べて配置し、これらのヘッダー管５ｂ，６ｂの長手方向に複数設置したノズル５ａ，６ａから両フランジＡａ，Ａｃの外面、両フランジＡａ，Ａｃの上部内面、ウェブＡｂの上面に冷却水を噴射する。

フランジＡａ，Ａｃの上部内面の冷却は、一方（他方）のフランジＡａ（Ａｃ）側に配置したヘッダー管６ｂのノズル６ａから他方（一方）のフランジＡｃ（Ａａ）側の内面に向けて冷却水を噴射することにより行う。一般的には、上記ヘッダー管６ｂをＨ形鋼ＡのフランジＡａ，Ａｃの外側に配置した材料誘導装置に取り付けることができる。この方法により、Ｈ形鋼Ａとノズル６ａとの接触を防止しながらフランジＡａ，Ａｃの上部内面を効果的に冷却することができる。なお、図２中の７はＨ形鋼Ａを紙面前後方向にシフトさせるためのローラを示す。

上記構成の本発明冷却装置にあっては、冷却するＨ形鋼ＡのウェブＡｂの高さＨｏとフランジ内寸Ｈｆに対応して、図３及び図４に示したように、左右に配置したフランジＡａ，Ａｃの下部内面冷却用のノズル３ａ，３ｃの噴射角度を調整し、また、必要に応じてウェブＡｂの内寸Ｈｉに合わせて左右のヘッダー管２ａ，２ｃを水平方向に移動させる。

さらに、ウェブＡｂの厚みｔｗとフランジＡａ，Ａｃの厚みｔｆに応じて、ウェブＡｂの下面冷却水量と、左右のフランジＡａ，Ａｃの下面内部冷却水量を調整することで、小型から大型な広範囲の大きさのＨ形鋼Ａの各部を任意の冷却速度及び冷却終了温度で冷却することができる。なお、両フランジＡａ，Ａｃの上面内部は上面内部冷却装置６で、両フランジＡａ，Ａｃの外面は外面冷却装置５で冷却する。

ウェブＡｂの高さＨｏが５６２ｍｍ、フランジＡａ，Ａｃの高さが５２０ｍｍ、ウェブＡｂの厚みｔｗが７０ｍｍ、フランジＡａ，Ａｃの厚みｔｆが５５ｍｍのＨ形鋼を、図１及び図２に示したように、それぞれ長手方向に５１個のノズル（１ｍあたり約５個）を固定配置したヘッダー管２ａ〜２ｃのうちのヘッダー管２ａ，２ｃを電動モータ４ａａ，４ｂａにより回転駆動可能とし、更にヘッダー管２ａ，２ｃを油圧ジャッキにて水平方向移動可能とした冷却装置の試験装置を使用し、ヘッダー管２ａ〜２ｃを基準設定位置（傾動角０°）に回動した状態で固定し、ヘッダー管２ａ，２ｃのノズル３ａ，３ｃからフランジＡａ，Ａｃの下部内面に向けそれぞれ２００トン／時間の冷却水を、また、ヘッダー管２ｂのノズル３ｂからウェブＡｂの下面中央部に向け３００トン／時間の冷却水を噴射して冷却した。

この実施例では、ウェブとフランジの水冷前温度がそれぞれ８５０℃、７８０℃であったものが、ウェブとフランジの水冷停止温度は、どちらも略６００℃で均一冷却が達成され、形状不良の発生はなかった。

一方、ヘッダー管２ｂを設けず、ウェブ下面に向けた冷却水の噴射を実施しない以外は実施例と同じ条件の比較例では、ウェブとフランジの水冷停止温度はそれぞれ７５０℃、６００℃で、形状不良が発生した。

ウェブＡｂの高さＨｏが３００ｍｍ、フランジＡａ，Ａｃの高さが３００ｍｍ、ウェブＡｂの厚みｔｗが２５ｍｍ、フランジＡａ，Ａｃの厚みｔｆが１９ｍｍのＨ形鋼（以下、「前者」という。）と、ウェブＡｂの高さＨｏが９００ｍｍ、フランジＡａ，Ａｃの高さが３００ｍｍ、ウェブＡｂの厚みｔｗが４０ｍｍ、フランジＡａ，Ａｃの厚みｔｆが３０ｍｍのＨ形鋼（以下、「後者」という。）を用いて冷却実験を行った。

前者ではヘッダー管２ａ，２ｃをそのノズル３ａ，３ｃがヘッダー管２ｂのノズル３ｂに接近する方向に角度２０°だけ基準設定位置から回動して固定した。一方、後者では、ヘッダー管２ａ，２ｃをそのノズル３ａ，３ｃがヘッダー管２ｂのノズル３ｂから離れる方向に角度２０°だけ基準設定位置から回動し、かつ、それぞれのヘッダー管２ａ，２ｃがヘッダー管２ｂから離れるように１００ｍｍだけ水平方向に移動させた状態で固定した。

ヘッダー管２ｂの噴射量は３００トン／時間、ヘッダー管２ａ，２ｃの噴射量はそれぞれ１９０トン／時間とし、これ以外の条件は、上記実施例１と同じとした。
前者では、ウェブとフランジの水冷前温度はそれぞれ８７０℃、７８０℃であったが、水冷後温度はそれぞれ６１０℃、５９０℃となった。一方、後者では、ウェブとフランジの水冷前温度はそれぞれ８５０℃、７６０℃であったが、水冷後温度はそれぞれ６１０℃、６００℃となった。両サイズとも冷却終了温度は、ウェブとフランジでほぼ同じであり、均一冷却が達成され、形状不良の発生がなかった。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

本発明は、Ｈ形鋼の冷却だけでなく、他の形鋼の冷却にも適用できる。

本発明のＨ形鋼の冷却装置の概略構造を説明する断面図である。 本発明のＨ形鋼の冷却装置の長手方向の概要を示す図である。 フランジ幅が広い場合の冷却状態を説明する図である。 フランジ幅が狭い場合の冷却状態を説明する図である。

符号の説明

１ 冷却装置
２ａ〜２ｃ ヘッダー管
３ａ〜３ｃ ノズル
４ａ，４ｂ 回動機構
Ａ Ｈ形鋼
Ａａ，Ａｃ フランジ
Ａｂ ウェブ

Claims (8)

1. 搬送用ローラの下方において圧延方向とそれぞれ平行に、かつ、前記ローラによって搬送されるＨ形鋼の両フランジ間に配置した３本のヘッダー管のそれぞれに設けたノズルの、
   一方の前記フランジ側に配置したヘッダー管のノズルから前記一方のフランジ下部内面に向けて、
   他方の前記フランジ側に配置したヘッダー管のノズルから前記他方のフランジ下部内面に向けて、
   前記両ヘッダー管の間に配置したヘッダー管のノズルからウェブ下面に向けて、
   それぞれ冷却水を噴射することを特徴とするＨ形鋼の冷却方法。
2. 搬送されてくるＨ形鋼のウェブ高さやフランジ幅に応じて、フランジ側に配置した前記両ヘッダー管に設けたノズルからの冷却水の噴射方向を最適に調整することを特徴とする請求項１記載のＨ形鋼の冷却方法。
3. 搬送されてくるＨ形鋼のウェブ高さに応じて、フランジ側に配置した前記両ヘッダー管のフランジ幅方向における水平方向位置を最適に調整することを特徴とする請求項２記載のＨ形鋼の冷却方法。
4. 搬送されてくるＨ形鋼のウェブ高さに応じて、前記全てのヘッダー管をウェブの高さ方向の最適位置に調整することを特徴とする請求項２記載のＨ形鋼の冷却方法。
5. フランジとウェブの冷却終了温度が略等しくなるように、フランジ下部両内面とウェブ下面に供給される水量を調節することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のＨ形鋼の冷却方法。
6. 搬送用ローラの下方において圧延方向とそれぞれ平行に、かつ、前記ローラによって搬送されるＨ形鋼の両フランジ間に配置された３本のヘッダー管と、
   これらヘッダー管のそれぞれに設けられたノズルを備え、
   一方の前記フランジ側に配置したヘッダー管のノズルからは前記一方のフランジ下部内面に向けて、
   他方の前記フランジ側に配置したヘッダー管のノズルからは前記他方のフランジ下部内面に向けて、
   前記両ヘッダー管の間に配置したヘッダー管のノズルからはウェブ下面に向けて、
   それぞれ冷却水を噴射可能に構成したことを特徴とするＨ形鋼の冷却装置。
7. 搬送されてくるＨ形鋼のウェブ高さやフランジ幅に応じて、フランジ側に配置した前記両ヘッダー管に設けたノズルからの冷却水の噴射方向が最適となるように、前記ノズルの前記ヘッダー管に対する回動機構、或いは、前記ヘッダー管の回動機構を設けたことを特徴とする請求項６記載のＨ形鋼の冷却装置。
8. 前記フランジ側に配置した両ヘッダー管をフランジ幅方向に移動する移動機構、或いは、前記全てのヘッダー管をウェブ高さ方向に移動する移動機構を備えたことを特徴とする請求項６又は７記載のＨ形鋼の冷却装置。
   

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