JP2005296976A - 金属板の冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数対の拘束ロールで拘束され通板中の金属板、例えば鋼板に対して冷却媒体を噴射する充円錐スプレーノズルを、幅方向と搬送方向にそれぞれ複数列配置する鋼板の冷却装置において、冷媒噴射ノズルの配置を少なくして設備費負担を軽減するとともに、冷却効率を高め、鋼板の幅方向の均一冷却を低コストで容易に実現できる鋼板の冷却装置および冷却方法を提供する。
【解決手段】 例えば、金属板が鋼板の場合には、噴流広がり角度αが５〜４０度の充円錐スプレーノズルを、噴射冷媒の鋼板表面との衝突面が鋼板表面で干渉しないように離して複数配置し、かつ、搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズルからの冷媒噴射形状を、搬送方向から搬送方向と直交する鉛直面に投影した場合、この鉛直面に幅方向で部分的にオーバーラップして投影されるように配置した鋼板の冷却装置と、この冷却装置を使用する冷却方法。
【選択図】 図３

Description

本発明は、熱間圧延工程や熱処理工程で搬送中の温度が数百度以上の金属板（鋼板、チタン板、銅板などを意味する、以下「金属板」という。）の冷却に関し、より詳しくは、形状特性が良好で材質が均一な金属板を得るために適用される金属板の冷却装置および冷却方法に関するものである。

例えば、熱間圧延された高温の鋼板は、巻取や酸洗工程などに搬送する際に冷却されるが、この際に、均一な材質特性および形状特性（平坦度）を確保することが重要であることから、特に板幅方向の温度分布が一様となるように制御冷却を行う必要がある。
このような冷却を行うための冷却装置として、例えば、特許文献１には、冷却媒体を噴射する多数のノズル噴射孔を有し、鋼材の搬送方向と平行に設置した冷却装置で、ノズル列を、
（１）搬送方向に対して斜行して配列する。
（２）隣接するノズル噴射孔の投影部がオーバーラップするように配列する。
（３）ノズル噴射孔を有する面の搬送方向の一部または全面に所定の間隔で幅方向にスリットノズルまたはノズル噴射孔を密に配置したノズル群を設ける。
（４）搬送方向で隣接するノズル噴射孔がオーバーラップし、かつ搬送速度によって鋼板のノズル噴射孔の直下域を通過する単位時間当たりの最低通過回数が変更するように配列する。
などによって、鋼材の冷却むらがなくなり、また早い搬送速度の鋼材も均一に冷却することができ、鋼材の機械的性質、加工性、溶接性、残留応力特性などを向上させることを意図した発明が提案されている。
しかし、この特許文献１の（１）〜（４）の発明では、いずれも３〜４ｍｍの小径の噴射ノズルを１５〜３０ｍｍの間隔で多数配置した冷却装置であり、搬送方向に多数列配置するものであることから、設備負担が大きくなること、ノズル詰まりなどのトラブルが多発して、冷媒の安定噴射の持続性に乏しいことなどの問題がある。また、冷媒噴射流は小径の棒状流であり冷却面積が小さいことから、特に、高温鋼材を急速冷却する場合には、さらに多数の冷媒噴射ノズルを密に配置し、かつ冷媒を高圧噴射する必要があり、上記問題はさらに顕著になる。

また、特許文献２には、冷媒噴射スプレーノズルを少なくとも鋼材搬送方向に密に配置することにより、鋼材搬送方向に隣り合う冷媒噴射スプレーノズルの噴射域が一部重複して噴射干渉域が形成されるようにし、鋼材搬送直交方向にほぼ均一で連続した噴射干渉域が形成された冷媒噴射スプレーにより熱鋼材を冷却することが提案されている。
また、搬送方向に長い噴射干渉域が形成された場合には、鋼材搬送直交方向に隣合うスプレーノズル間で冷却能が高くなり、鋼材幅方向に均等な冷却能が得られないことから、鋼材搬送直交方向に隣接するスプレー噴射ノズル間に、鋼材搬送方向に延在する邪魔板を設けて均等な冷却能を得ることも提案されている。
ここで用いている噴射スプレーノズルは、例えば冷媒を円錐形に噴射する従来一般のノズル（好ましくは噴射角が９０度以下のもの）であり、冷媒を広範囲に噴射可能であることから、少ないノズル配置にできる魅力があるが、構造上から冷媒は広がり角度αで充円錐形状に噴射されるため、冷却能力分布は、冷媒量分布と冷媒滴の厚鋼板との衝突面における法線方向の噴射速度分布に影響を受けることになる。例えば、冷媒量分布が均一であっても、噴射流の広がり角度αが例えば、９０度の場合では、冷媒噴射流の周辺部の法線方向噴射速度は、中心部に比較して３０％も低下する。
したがって、こうした法線方向の噴射速度分布が存在する限り、冷媒衝突面の直径方向、すなわち厚鋼板の幅方向で、冷却能力分布は不均一になり厚鋼板の幅方向の温度変化幅がかなり大きいものになる。
特許文献２では、少なくとも鋼材搬送方向に密に配置して噴射干渉域を形成することによって、上記の法線方向噴射速度の影響を少なくして冷却能力を確保できるように思われるが、隣り合う噴射スプレーノズル間の噴射干渉域間で冷媒滞留部が発生して対流が不十分になり、排出されない水が噴流自体を乱し、均一性の低下を招く、あるいは冷却効率が十分ではなく冷却コストが増大するという問題もある。
特開２００１−２３２４１３号公報 特開平８−２３８５１８号公報

本発明は、搬送中の金属板に対して冷媒（水、空気、水と空気の混合体、溶融塩などで代表される冷却媒体を意味する、以下「冷媒」と略称する。）を噴射する充円錐スプレーノズルを、鉛直状態にして幅方向と搬送方向にそれぞれ複数列配置してなる金属板の冷却装置において、冷媒噴射ノズルの配置を少なくして設備費負担を軽減するとともに、金属板表面での噴射冷媒の衝突、対流および流動・排出を好ましい状態にして冷却効率を高め、金属板の幅方向の均一冷却を低コストで容易に実現できる金属板の冷却装置および冷却方法を提供するものである。

本発明の金属板の冷却装置は、金属板の幅方向の均一冷却を効率的に実現するために、以下の（１）〜（５）の構成を要旨とする。
（１） 金属板を拘束通板させる複数対の拘束ロールを備え、各拘束ロール対間に冷媒噴射量制御可能な充円錐スプレーノズルを備えた冷却装置において、金属板に冷媒を噴射する充円錐スプレーノズルを、鉛直状態にして金属板の幅方向と搬送方向にそれぞれ複数列配置してなり、各充円錐スプレーノズルを、噴射冷媒の衝突面が金属板表面で干渉しないように離して配置し、かつ、各充円錐スプレーノズルからの冷媒噴射流を、搬送方向から金属板の搬送方向と直交する鉛直面に投影した場合において、金属板の搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズルの冷媒噴射流が、該鉛直面にその幅方向で部分的にオーバーラップして投影されるように配置したことを特徴とする金属板の冷却装置。
（２） （１）において、充円錐スプレーノズルとして、冷媒の噴射広がり角度が５〜４０度の充円錐スプレーノズルを用いたことを特徴とする金属板の冷却装置。
（３） （１）または（２）のいずれかにおいて、金属板の搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズル間での冷媒噴射流のオーバーラップの幅が、双方の充円錐スプレーノズルの冷媒噴射流の鉛直面での底面直径の０．４倍以上であることを特徴とする金属板の冷却装置。
（４） （１）〜（３）のいずれかにおいて、各拘束ロール対間単位で、各充円錐スプレーノズルからの冷媒噴射流の衝突面が、投影鉛直面の幅方向で部分的にオーバーラップして金属板の幅全体を覆うように、複数のノズル列を配置したことを特徴とする金属板の冷却装置。
（５） （１）〜（４）のいずれかの金属板の冷却装置を、複数対の拘束ロールで拘束通板中の金属板を冷却可能に配置し、該冷却装置の充円錐スプレーノズルからの噴射冷媒によって金属板を冷却し、冷却後の金属板の幅方向温度分布の均一性を高めることを特徴とする金属板の冷却方法。

本発明の金属板の冷却装置においては、冷媒を広範囲に噴射可能な充円錐スプレーノズルを用いるので、少ないノズル配置にして設備費負担を軽減することができ、噴流広がり角度αを５〜４０度にして法線方向の噴射速度分布の変化幅を５％以下にした複数の充円錐スプレーノズルを、金属板の幅方向と搬送方向に、冷媒衝突面が干渉しないように離して配置し、かつ搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズルを、その冷媒衝突面が幅方向で部分的にオーバーラップするように配置することにより、ノズル配置数を少なくして冷却効率を向上させるとともに、金属板の幅方向での冷却能力分布の変化幅を小さくして均一冷却でき、例えば金属板が鋼板である場合には、幅方向の表面温度分布幅を２０℃程度まで小さくして、安定した形状特性、表層組織を有する鋼板を得ることができる。

本発明の金属板の冷却装置は、鋼板の冷却に用いる場合には、例えば図１に示すように、熱間圧延機２の後段に配置するものであり、基本的には、複数の拘束ロール（例えば４ａ、４ｂ、４ｃ）と、この拘束ロール対間（例えば４ａと４ｂ間、４ｂと４ｃ間）に配置したノズル列群１ａ、１ｂ、１ｃからなり、このノズル列群１ａ、１ｂ、１ｃからの噴射冷媒で、各拘束ロール対間で拘束搬送される鋼板を冷却する構造を有するものであり、例えば、熱間圧延機２で熱間圧延して得られた７００〜１０００℃の高温の鋼板３を搬送中に室温〜７００℃に制御冷却するために適用して特に顕著な効果を奏するものである。
この金属板（鋼板）の冷却装置１のノズル列群１ａ、１ｂ、１ｃでは、それぞれ、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、充円錐形で鋼板３との冷媒衝突面が円形である冷媒噴射流５ａを形成し、冷媒を広範囲に分散・噴射衝突させることができるノズル５（以下「充円錐スプレーノズル」と呼称する。）を、図３および図４に示すように、冷媒衝突面が鋼板３上で干渉しないように離して、例えば鋼板３の幅方向では間隔ａをおいて、また搬送方向では間隔ｂをおいて、複数（列）配置してなるものである。

ここで、例えば、拘束ロール対間（例えば４ａと４ｂ間）でのノズル列群１ａにおいては、鋼板３の搬送方向で隣接する、例えば第１列目の充円錐スプレーノズル５_１と第２列目の充円錐スプレーノズル５_２は、鋼板３の搬送方向から見て双方の冷媒噴射流５ａ間で、部分的にオーバーラップするように配置するものである。
例えば、図５に示すように、鋼板３の搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズル５_１と５_２からの冷媒噴射流５ａを、搬送方向から鋼板３の搬送方向と直交する鉛直面Ｆに投影した場合において、この充円錐スプレーノズル５_１と５_２の冷媒噴射流５ａの形状が、鋼板３表面上で部分的にオーバーラップして投影されるように配置するものである。
このようなノズル配置にすることによって、ノズル配置数を少なくし冷却効率を向上可能にするとともに、特に鋼板３の幅方向において、冷却能力を支配する冷媒衝突面を安定形成し冷媒衝突面積分布の均一性を高めて冷却の均一性を高め、鋼板３の幅方向での温度分布の変化幅を２０℃以下にし、鋼板３の形状特性および材質特性を均質化可能にするものである。（請求項１の形態例に相当）

以下に本発明を、鋼板の冷却に用いる場合を例として、図３〜図６に基づき、具体的に説明する。ここでは、鋼板の冷却装置１のノズル列群１ａを形成する、搬送方向の１列目の充円錐スプレーノズル５_１と２列目の充円錐スプレーノズル５_２の例で代表説明する。
鋼板３の上下面を冷却するように充円錐スプレーノズル（５_１、５_２）を、鋼板３の上面側と下面側にそれぞれ配置されるものであるが、ここでは、上面側の冷却について説明し、下面側の冷却については説明を省略する。
なお、下面側の冷却については概念的には、充円錐スプレーノズル（５_１、５_２）を上面側の場合と同様に配置することにより、下面側でも鋼板の幅方向で均一冷却が可能であるが、冷媒噴射流の挙動が上面側と異なることから、下面側の冷却については上面側の冷却と好ましい冷却バランスを確保するための条件付加を考慮する。

本発明で鋼板の冷却装置１の各ノズル列群１ａ、１ｂ、１ｃを形成する充円錐スプレーノズル（５_１、５_２）は、冷媒を広範囲に噴射可能であることから、少ないノズル配置にできる魅力があるが、構造上から冷媒は広がり角度αで充円錐形状に噴射されるため、冷却能力分布は、冷媒量分布と冷媒滴の鋼板との衝突面における法線方向の噴射速度分布に影響を受けることになる。
例えば、冷媒量分布が均一であっても、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、冷媒の噴流広がり角度αが例えば、９０度の場合では、冷媒噴射流５ａの周辺部では噴射速度は、中心部に比較して３０％も低下する。こうした法線方向の噴射速度分布が存在する限り、冷媒衝突面の直径方向、すなわち鋼板３の幅方向で、冷却能力分布は不均一になり鋼板３の幅方向の温度変化幅を生じることは避けられない。

そこで、本発明では、充円錐スプレーノズル（５_１、５_２）の冷媒の噴流広がり角度αを小さくして法線方向の噴射速度変化を５％以下にし、冷却能力分布の不均一性を緩和することを考慮する。
法線方向の噴射速度変化を５％以下にするための噴流広がり角度αは、図６（ａ）から４０度以下であるが、噴流広がり角度αが５度未満では、冷却能力を支配する冷媒衝突面の面積が小さくなるため、ノズル配置数を多くする必要があり、前記したような問題を生じる。また、噴流広がり角度αが４０度超の場合には、法線方向の冷媒噴射速度分布の不均一を充分に緩和できなくなるため、オーバーラップの幅ｄを大きくする必要があることから、充分な冷却効率を安定確保できる冷媒流を形成できない懸念がある。したがって、噴流広がり角度αは５〜４０度であることが好ましい。（請求項３の形態例に相当）。

上記のように、法線方向の冷却能力分布の不均一を緩和した充円錐スプレーノズル５_１、５_２を、図３〜図４に示すように、鋼板３の幅方向に間隔ａをおいて、また搬送方向に間隔ｂをおいて、それぞれ複数配置するものであるが、例えば、複数の充円錐スプレーノズル５_１からなる第１列目のノズル列で見た場合、鋼板３の幅方向に隣接する各充円錐スプレーノズル５_１間の冷媒衝突面間に噴射冷媒が衝突しない領域があり、この領域は冷却効果を支配する噴射冷媒の衝突がないため、この第１列目のノズル列の各充円錐スプレーノズル５_１のみでは鋼板３の幅方向の冷却能力分布の不均一が顕著になる。
そこで、鋼板３の搬送方向で隣接する複数の充円錐スプレーノズル５_２からなる第２列目のノズル列の充円錐スプレーノズル５_２を、その冷媒衝突面が第１列目のノズル列の各充円錐スプレーノズル５_１の冷媒衝突面と干渉しない間隔ｂだけ離れた位置で、第１列目のノズル列の充円錐スプレーノズル５_１の冷媒衝突がない領域に形成されるように配置することによって、第１列目と第２列目のノズル列による鋼板３の幅方向の冷媒衝突面積の分布の均一性を高め、鋼板３の幅方向の冷却能力分布の不均一を緩和するものである。
なお、充円錐スプレーノズル５_１、５_２の鋼板３の幅方向における間隔ａは、双方の冷媒噴射流５ａの鋼板３との冷媒衝突面の直径Ｄよりオーバーラップの幅ｄ分を減じた程度とし、また充円錐スプレーノズル５_１と５_２との搬送方向の間隔ｂは、噴射冷媒を排出する流れを冷媒衝突流と干渉させないために、間隔ａの６０％以上離すことが好ましい。

鋼板３の搬送方向で隣接する第１列目と第２列目のノズル列の充円錐スプレーノズル５_１と５_２間では、図５に示すように、充円錐スプレーノズル５1 と５2 の冷媒噴射流形状が、搬送方向から鋼板３の搬送方向に直交する鉛直面に投影した際に、その幅方向で下部側に部分的にオーバーラップして投影されるように、充円錐スプレーノズル５_１と５_２を配置するものであり、充円錐スプレーノズル５_１、５_２における冷媒衝突面の法線方向の噴射速度分布変化に起因する、鋼板３の幅方向に対する冷却能力分布の不均一を、さらに緩和することが好ましい。
このオーバーラップの幅ｄの程度については、充円錐スプレーノズルの噴流広がり角度αにもよるが、例えば噴流広がり角度αを５〜４０度にして冷媒噴射速度変化を５％未満にした場合には、鋼板３表面に噴射衝突させた冷媒の流れを、冷却効率を安定確保できる流れにして流動排出させるために、オーバーラップの幅ｄを、充円錐スプレーノズル５_１と５_２の冷媒噴射流５ａの形状を搬送方向から鋼板３の搬送方向に直交する鉛直面Ｆに投影した場合の鉛直面Ｆでの冷媒噴射流５ａの底面直径Ｄの０．４倍以上にすることが好ましい。ここで冷媒噴射流５ａの底面直径Ｄとは、冷媒噴射流５ａの鋼板３表面との衝突面の直径Ｄに相当する。（請求項４の形態例に相当）。

図７は、本発明でいう鋼板の搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズル（５_１と５_２）間の冷媒衝突面のオーバーラップの幅ｄの意味を平面的に示したものであり、ここでは、便宜的に、冷媒噴射流５ａの鋼板３との冷媒衝突面を同じ位置で横方向に並べて示したものであり、図７（ａ）は、オーバーラップの幅ｄが、図５の鉛直面Ｆでの冷媒噴射流５ａの底面直径Ｄの０．４倍、すなわち、鋼板３の搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズル５_１と５_２の冷媒噴射流５ａの冷媒衝突面間の重なり比率（ｄ／Ｄ）が０．４の場合を示し、図７（ｂ）は、オーバーラップの幅ｄが、底面直径Ｄの１／２以上、例えば２／３の場合を示している。
このオーバーラップの幅ｄは、充円錐スプレーノズル（５_１と５_２）からの噴射冷媒の噴流広がり角度α、冷却能力の大小を左右するものである。搬送方向各部の冷却能力は、底面直径Ｄとオーバーラップの幅ｄ（または重なり角度θ）と噴流広がり角度αを用いて求めることができる。

図８は、搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズル（５_１と５_２）の冷媒衝突面間のオーバーラップの幅ｄと底面直径Ｄの比（重なり比率：ｄ／Ｄ）と、冷却能力の最大最小比率（−）の関係を、充円錐スプレーノズルの噴流広がり角度αが５度、４０度、６０度、１００度の場合に区分して表したものである。
ここで、冷却能力の最大最小比率（−）とは、搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズル（５_１と５_２）の冷媒衝突面の中心間における、冷媒衝突面の重なり比率：ｄ／Ｄによって変化する鋼板３の幅方向の冷却能力分布幅を、最大冷却能力（冷媒衝突面の中心部の冷却能力）に対する比率として示したものである。
図８から、充円錐スプレーノズルの噴流広がり角度αが５度、４０度の場合では、重なり比率（ｄ／Ｄ）を０．４にした場合において、最大冷却能力に対して０．９以上の冷却能力を確保でき、鋼板３の幅方向での冷却能力分布の変化幅を１０％以下に緩和可能であることを示している。冷却能力分布の変化幅が１０％以下になるように隣接する充円錐スプレーノズルを配置することにより、冷却後の鋼板３の幅方向表面温度分布の変化幅を２０℃以下にすることができる。
重なり比率（ｄ／Ｄ）を０．３５にした場合には、充円錐スプレーノズルの噴流広がり角度αを５度にしても最大冷却能力に対して０．８程度の冷却能力しか確保できないため、鋼板３の幅方向での冷却能力分布の変化幅を１０％以下にできないことを示しており、冷却後の鋼板３の幅方向表面温度分布の変化幅を２０℃以下にすることが難しい。

なお、充円錐スプレーノズルの噴流広がり角度αが６０度、１００度の場合では、重なり比率（ｄ／Ｄ）を０．４にしても、最大冷却能力に対して０．８程度の冷却能力しか確保できないため、鋼板３の幅方向での冷却能力分布の変化幅を１０％以下にすることができないことを示している。この角度αが６０度、１００度の場合で、重なり比率（ｄ／Ｄ）を０．７程度まで大きくすれば、最大冷却能力に対して０．９５程度の冷却能力を確保できるが、この場合、充円錐スプレーノズルを多く配置することになり、コスト負担が増大する。
これらのことから、噴流広がり角度αは５〜４０度、重なり比率（ｄ／Ｄ）は０．４〜０．７程度にすることが、より好ましい条件と言える。

上記の例では、鋼板３の搬送方向の第１列目の充円錐スプレーノズル５_１と第２列目の充円錐スプレーノズル５_２を、搬送方向と直交方向に平行に配置してオーバーラップ幅ｄを形成するようにしたが、冷却対象の鋼板条件（材質、サイズ、温度）、冷却条件などに応じて、第１列目のノズル列と第２列目のノズル列を交互に配置して、鋼板３の搬送方向に３列目、４列目というようにノズル列を増加配置を考慮することができる。
なお、特に高温の鋼板３を冷却する場合には、反りの防止、表層組織の均質化の観点では、鋼板３を最初に冷却する第１列目のノズル列を、第２列目のノズル列より多くの充円錐スプレーノズルで形成して、幅方向の広い領域を均一に冷却するのが有利である場合が多いが、第１列目のノズル列を、第２列目のノズル列より少ない充円錐スプレーノズルで形成することも考慮できる。
このように、複数のノズル列の充円錐スプレーノズル５_１、５_２の冷媒噴流５ａの衝突面を、鋼板３の幅方向全体に衝突させる場合の複数のノズル列配置としては、例えば図１のように、複数対の拘束ロール４ａ、４ｂ、４ｃを備え、拘束ロール４ａと４ｂ間にノズル列群１ａを配置し、拘束ロール４ａと４ｂ間にノズル列群１ｂを配置する場合では、この複数の拘束ロール対間すなわち、ノズル列群１ａとノズル列群１ｂトータルとして考慮することも考えられるが、各拘束ロール対間単位、すなわち、各ノズル列群単位で考慮することが望ましい。
これは、鋼板３を冷却するに際しては冷却能力は鋼板３の表面温度の変化に伴って変化するので、例えば、拘束ロール４ａと４ｂ間に配置のノズル列群１ａと、拘束ロール４ｂと４ｃ間に配置のノズル列群１ｂの冷媒噴流５ａの衝突面を鋼板３幅方向全体に衝突させても、鋼板３の進行方向で鋼板３の表面温度が大きく異なるため、例えば拘束ロール４ａと４ｂ間と、拘束ロール４ｂと４ｃ間では、冷却能力に差が生じて幅方向の冷却の均一性が悪化するからである。（請求項４の形態例に相当）。

上記のように構成した本発明の金属板の冷却装置１を、例えば図１に示した鋼板の熱間圧延ラインの冷却ゾーンに、搬送中の鋼板３を冷却可能に配置し、この冷却装置１に、冷媒の噴流広がり角度αが例えば５〜４０度である充円錐スプレーノズル５_１、５_２を、図９（ａ）に示すように鋼板３の搬送方向で冷媒衝突面が（重なり比率ｄ／Ｄ：０．４）程度干渉（オーバーラップ）する位置関係で配置し、この充円錐スプレーノズル５_１、５_２からの噴冷媒によって鋼板３を冷却した場合には、鋼板３の幅方向の冷却能力分布の変化幅は１０％以下であり、例えば８００〜４００℃の温度まで冷却した場合には、図９（ｂ）に示すように、鋼板３の幅方向の表面温度分布の均一性を安定確保でき、この温度分布の変化幅を２０℃以下にすることができ、反りもなく形状特性が良好で、表層組織の均一性を安定確保して機械的性質の低下要因のない鋼板を得ることができる。（請求項５の形態例に相当）。

なお、図１０に示すように、図９（ａ）の場合と同様の充円錐スプレーノズル５_１、５_２を、冷媒噴射流５ａの鋼板３との冷媒衝突面が干渉（オーバーラップ）しない範囲で近接して配置し、同じ量の冷媒（水）を噴射して鋼板３を冷却した場合では、鋼板３の幅方向の冷却能力分布の変化幅は１００％で、例えば４００℃の温度まで冷却後の鋼板３の幅方向の表面温度分布の変化幅は６０℃以上になり、形状特性、表層の組織の均一性が充分に満足できる鋼板を得ることができない。

また、図１１に示すように、図９（ａ）の場合と同様の充円錐スプレーノズル５_１、５_２を、鋼板３の搬送方向で冷媒衝突面が１／４（重なり比率ｄ／Ｄ：０．２５）程度干渉（オーバーラップ）する位置関係で配置し、この充円錐スプレーノズル５_１、５_２からの噴冷媒によって鋼板３を冷却した場合には、鋼板３の幅方向の冷却能力分布の変化幅は約５０％で、例えば４００℃の温度まで冷却後の鋼板３の幅方向の表面温度分布の変化幅は３５℃以上になり形状特性、表層の組織の均一性が充分に満足できる鋼板を得ることができない。

図１に示すように熱間仕上圧延機２によって熱間圧延した、表面温度が７５０〜７７０℃である厚み３０ｍｍ、幅３２００ｍｍの鋼板３を８０ｍ／分の速度で搬送中に、噴流広がり角度αが３０度の充円錐スプレーノズル５_１、５_２を図３〜図５に示すように配置した本発明の冷却装置１から冷媒として水を噴射圧力０．２ＭＰａで噴射して該鋼板を２０秒で、冷却帯を通過した直後に目標温度３９０〜４１０℃になるように冷却した。
ここで用いた充円錐スプレーノズル５_１、５_２は同じ特性のものであり、鋼板の幅方向の配置間隔ａが６０ｍｍ、搬送方向の配置間隔ｂが８０ｍｍで、ノズル先端が厚鋼板３の表面から１５０ｍｍの位置にあり、噴射水の厚鋼板３との衝突面の直径Ｄが４０ｍｍで、オーバーラップの幅ｄが１６ｍｍ（ｄ／Ｄ：０．４）になるように配置したものである。各充円錐スプレーノズルからの噴射水量はノズル１本当たり２０リットル／分にした。
その結果、表面温度が４００℃まで冷却された鋼板３の幅方向の表面温度分布の変化幅は約２０℃で、反りもなく形状特性は満足できるものであった。また、サンプル採取して組織分析したところ、表層の組織の均一性は充分に満足できるものであり、機械的性質の低下要因は認められなかった。

なお、本発明は、上記の内容に限定されるものではない。例えば、上記は冷却対象が鋼板である場合を主体に説明しているが、他の金属板、例えばチタン板、銅板等を冷却対象としても本発明の適用を考慮することができる。
また、充円錐スプレーノズルの構造条件、配置条件、冷媒の噴射条件などは、冷却対象の金属板条件（材質、サイズ、温度）、金属板に要求される表面品質、形状、機械的性質などを考慮して設定される冷却条件などに応じて、上記請求項を満足する範囲内で変更のあるものである。

本発明を適用した鋼板の冷却装置の配置例を示す側面概念説明図。 （ａ）図は、本発明の鋼板の冷却装置を構成する充円錐スプレーノズルと冷媒の噴流形状例を示す立体概念説明図、（ｂ）図は、（ａ）図の充円錐スプレーノズルから噴射した冷媒噴流の鋼板表面との衝突面形状例を示す概念説明図。 本発明による鋼板の冷却装置での充円錐スプレーノズルの配置例を示す平面概念説明図。 図３の側面説明図。 図３の充円錐スプレーノズルの配置例において、隣接する充円錐スプレーノズルからの冷媒噴射流形状を、搬送方向から搬送方向と直交方する鉛直面Ｆに投影した場合の鉛直面Ｆでの冷媒噴射形状例を示す概念説明図。 （ａ）図は、充円錐スプレーノズルの冷媒噴流の広がり角度αと、冷媒噴流の鋼板法線方向の速度比との関係を示す説明図、（ｂ）図は、充円錐スプレーノズルにおける冷媒噴流の広がり角度αと冷媒噴流の鋼板法線方向の速度分布を示す説明図。 搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズル間での冷媒噴流の衝突面の干渉（オーバーラップ）例を示す平面説明図で、（ａ）図は、オーバーラップが冷媒衝突面の直径の１／２の場合を示し、（ｂ）図は、オーバーラップが冷媒衝突面の直径の２／３の場合を示す。 充円錐スプレーノズルによる冷却能力の最大最小比率（−）と冷媒衝突面の重なり比率との関係を、充円錐スプレーノズルの噴流広がり角度別に区分して示した説明図。 （ａ）図は、本発明の鋼板の冷却装置の充円錐スプレーノズルの配置例を示す平面説明図、（ｂ）図は、冷却後の鋼板幅方向の表面温度分布を示す説明図。 本発明に対する比較例としての充円錐スプレーノズルの配置例を示す平面説明図。 本発明に対する比較例としての充円錐スプレーノズルの他の配置例を示す平面説明図。

符号の説明

１ 鋼板の冷却装置
１ａ、１ｂ、１ｃ ノズル列群
２ 熱間仕上圧延機
３ 鋼板
４ａ、４ｂ、４ｃ 拘束ロール
５、５_１、５_２ 充円錐スプレーノズル置
５ａ 冷媒噴射流
６ ヘッダー管
７ 板上冷媒

Claims (5)

1. 金属板を拘束通板させる複数対の拘束ロールを備え、各拘束ロール対間に冷媒噴射量制御可能な充円錐スプレーノズルを備えた冷却装置において、金属板に冷媒を噴射する充円錐スプレーノズルを、鉛直状態にして金属板の幅方向と搬送方向にそれぞれ複数列配置してなり、各充円錐スプレーノズルを、噴射冷媒の衝突面が金属板表面で干渉しないように離して配置し、かつ、各充円錐スプレーノズルからの冷媒噴射流を、搬送方向から金属板の搬送方向と直交する鉛直面に投影した場合において、金属板の搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズルの冷媒噴射流が、該鉛直面にその幅方向で部分的にオーバーラップして投影されるように配置したことを特徴とする金属板の冷却装置。
2. 充円錐スプレーノズルとして、冷媒の噴射広がり角度が５〜４０度の充円錐スプレーノズルを用いたことを特徴とする請求項１に記載の金属板の冷却装置。
3. 金属板の搬送方向で隣接する充円錐スプレーノズル間での冷媒噴射流のオーバーラップの幅が、双方の充円錐スプレーノズルの冷媒噴射流の鉛直面での底面直径の０．４倍以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属板の冷却装置。
4. 各拘束ロール対間単位で、各充円錐スプレーノズルからの冷媒噴射流の衝突面が、投影鉛直面の幅方向で部分的にオーバーラップして金属板の幅全体を覆うように、複数のノズル列を配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属板の冷却装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の金属板の冷却装置が、搬送中の金属板を冷却可能に配置し、該冷却装置の充円錐スプレーノズルからの噴射冷媒によって金属板を冷却し、冷却後の金属板の幅方向温度分布の均一性を高めることを特徴とする金属板の冷却方法。

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