JP2006095545A - Apparatus and method for cooling metallic material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for cooling a metallic material which can uniformly cool the metallic material without exchanging a spray device, even in the case of changing the shape or the size of a material to be cooled, and a method for cooling the metallic material, using this cooling apparatus. <P>SOLUTION: The cooling apparatus 5 for metallic material is provided with a header 2 having gas-liquid mixed spray nozzles 1, 1,... and the gas and the liquid supplied into the header 2, are individually supplied into the gas-liquid mixed spray nozzles 1, 1,... through the individual space in the header 2, and the header 2 is formed as a cylindrical shape and also, the gas-liquid mixed spray nozzles 1, 1,... are disposed at the inner peripheral surface 6 side of the header 2. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、金属材料の冷却装置及び金属材料の冷却方法に関し、特に、角形、丸形、H形、あるいはI形等の断面形状を有する、ビレット、ブルーム、又は形鋼等の高温鋼片又は高温鋼材を均一にかつ急速に冷却し得る、金属材料の冷却装置、及び当該冷却装置を用いる金属材料の冷却方法に関する。   The present invention relates to a metal material cooling device and a metal material cooling method, and in particular, a high-temperature steel piece such as a billet, bloom, or section steel having a cross-sectional shape such as square, round, H-shaped, or I-shaped. The present invention relates to a metal material cooling apparatus capable of uniformly and rapidly cooling a high-temperature steel material, and a metal material cooling method using the cooling apparatus.

製鋼工程の連続鋳造工程では、成分調整後の溶けた鋼が、連続的に、厚みのある鋼片へと固められ、鋼材の形状に応じて、ビレットやブルーム等の中間素材が製造される。このビレットやブルームは、モールド内で一次冷却されて半凝固状態となった後、モールド直下のビレットやブルームの引抜通路内で2次冷却される。ビレットやブルームの2次冷却では、通常、水噴射によるスプレイ冷却が行われており、ビレットやブルームの表面にスプレイノズルから冷却水が吹き付けられることで、引抜通路を通過するうちに徐々に冷却されて凝固したビレットやブルームとなる。   In the continuous casting process of the steel making process, the melted steel after component adjustment is continuously hardened into a thick steel piece, and intermediate materials such as billets and blooms are produced according to the shape of the steel material. The billet and bloom are first cooled in the mold to be in a semi-solid state, and then secondarily cooled in the drawing passage of the billet and bloom immediately below the mold. In secondary cooling of billets and blooms, spray cooling is usually performed by water jet, and cooling water is sprayed from the spray nozzle onto the surface of the billet or bloom so that it is gradually cooled while passing through the drawing passage. The billet and bloom solidified.

従来、上記2次冷却では、4方向からビレットやブルームの表面へと水が噴射され、当該2次冷却で使用される冷却装置(以下において、「スプレイ装置」と記述することがある。)は、各サイズのビレットやブルームに対する専用の装置となっていた。そのため、ビレットやブルームのサイズが変わる毎に、モールドを一旦オフラインに吊り出してスプレイ装置を交換する必要があり、かかる交換時の作業が製鋼工程の生産性を低下させる一因となっていた。   Conventionally, in the secondary cooling, water is sprayed from the four directions onto the billet or bloom surface, and a cooling device used in the secondary cooling (hereinafter sometimes referred to as a “spray device”). It was a dedicated device for billets and blooms of each size. Therefore, every time the size of the billet or bloom changes, it is necessary to hang the mold off-line once and replace the spray device, and this work at the time of replacement has been one of the causes of lowering the productivity of the steelmaking process.

一方、ビレットやブルームの断面形状は正方形や矩形であり、4方向からの冷却のみでは、ビレットやブルームに温度ムラが生じやすい。ここに、ビレットやブルームに温度ムラが生じると、その熱応力により反りや曲がりが発生しやすい。また、温度ムラに起因するひずみがビレットやブルームの内部に残留すると、製品へと切断した時にひずみが開放されて製品が変形するという不具合が生じやすい。そのため、鋼材の品質を向上させるためには、ビレットやブルームを均一に冷却することが重要である。   On the other hand, the billet or bloom has a square or rectangular cross-section, and the billet or bloom is likely to be uneven in temperature only by cooling from four directions. Here, when temperature irregularity occurs in the billet or bloom, warpage or bending is likely to occur due to the thermal stress. Further, if the strain caused by temperature unevenness remains in the billet or bloom, there is a tendency that the strain is released and the product is deformed when cut into a product. Therefore, in order to improve the quality of the steel material, it is important to cool the billet and bloom uniformly.

これまでに、ビレットやブルームの2次冷却に関する技術、及び当該2次冷却に適用可能な技術が、いくつか開示されてきている。ビレットの2次冷却に関する技術として、例えば、特許文献1には、ビレットサイズの変更時でも、スプレイ装置を交換せずにビレットを冷却し得る、スプレイ冷却方法およびスプレイ冷却装置に関する技術が開示されている。特許文献1に開示されている技術によれば、ビレット面とこれに対峙する各スプレイノズルとの距離を等しく変更し得る構成とすることで、スプレイ装置を交換せずに冷却することが可能になるとしている。また、特許文献1に開示されている技術では、円環状や8角形状の供給管にスプレイノズルが設けられる形態にも適用可能であるとされており、多方向から水が噴射される形態も考慮されている。他方、上記2次冷却に適用可能な技術として、例えば、特許文献2には、液とエアとを対向して衝突混合させるための混合アダプタを備える気液噴霧装置に関する技術が開示されている。
特開2000−312954号公報 特開平7−164121号公報
So far, several techniques relating to secondary cooling of billets and blooms and techniques applicable to the secondary cooling have been disclosed. As a technique related to secondary cooling of a billet, for example, Patent Document 1 discloses a technique related to a spray cooling method and a spray cooling apparatus that can cool a billet without changing the spray apparatus even when the billet size is changed. Yes. According to the technique disclosed in Patent Document 1, the distance between the billet surface and each spray nozzle facing the billet surface can be changed equally to enable cooling without replacing the spray device. It is going to be. Further, the technique disclosed in Patent Document 1 is also applicable to a form in which a spray nozzle is provided in an annular or octagonal supply pipe, and a form in which water is jetted from multiple directions is also possible. Has been taken into account. On the other hand, as a technique applicable to the secondary cooling described above, for example, Patent Document 2 discloses a technique related to a gas-liquid spray apparatus including a mixing adapter for causing liquid and air to collide and mix with each other.
JP 2000-312954 A JP 7-164121 A

しかし、特許文献1に開示されている技術で使用されているスプレイノズルは、サイズが大きいため、ノズルの配置密度(以下において、単に「ノズル密度」と記述する。)を十分に高くすることが困難である。したがって、上記構成を有するスプレイ冷却方法およびスプレイ冷却装置により多方向から水を噴射したとしても、ビレットを均一に冷却することは難しく、ビレットには温度ムラが生じやすいという問題があった。また、特許文献2に開示されている技術でも、大きなサイズのノズルが使用されているため、当該ノズルを有する気液噴霧装置を上記2次冷却に適用したとしても、ビレットやブルームを均一に冷却することは困難であるという問題があった。   However, since the spray nozzle used in the technique disclosed in Patent Document 1 has a large size, the nozzle arrangement density (hereinafter simply referred to as “nozzle density”) may be sufficiently increased. Have difficulty. Therefore, even if water is sprayed from multiple directions by the spray cooling method and the spray cooling device having the above-described configuration, it is difficult to cool the billet uniformly, and there is a problem that temperature unevenness is likely to occur in the billet. Further, even in the technique disclosed in Patent Document 2, since a large-sized nozzle is used, even if the gas-liquid spraying device having the nozzle is applied to the secondary cooling, the billet and the bloom are uniformly cooled. There was a problem that it was difficult to do.

そこで、本発明では、被冷却材の形状やサイズの変更時でもスプレイ装置を交換せずに金属材料を均一に冷却することが可能な金属材料の冷却装置、及び当該冷却装置を用いる金属材料の冷却方法を提供することを課題とする。   Therefore, in the present invention, a metal material cooling device capable of uniformly cooling the metal material without changing the spray device even when the shape or size of the material to be cooled is changed, and a metal material using the cooling device. It is an object to provide a cooling method.

本発明者らは、被冷却材の形状やサイズにかかわらず、装置交換をせずとも被冷却材を均一に冷却し得る技術につき、鋭意研究を行なった結果、以下の知見を得た。
1)気液混合スプレイノズルを備える冷却装置を用い、当該ノズルから噴射される気液混合物の気液比を変化させることで、被冷却材の形状やサイズが変更された場合であっても、冷却装置を交換することなく、被冷却材を冷却することが可能になる。
2)気液混合スプレイノズルにおいて、気体と液体とが個別に供給されるタイプの気液混合スプレイノズルを用いると、当該ノズルを小型化することが可能になる。そのため、冷却装置内におけるノズル密度を十分に高くすることが可能になり、被冷却材を均一に冷却することが可能になる。
As a result of earnest research on the technology capable of uniformly cooling the material to be cooled without replacing the device regardless of the shape and size of the material to be cooled, the present inventors have obtained the following knowledge.
1) Even when the shape and size of the material to be cooled are changed by changing the gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture ejected from the nozzle using the cooling device including the gas-liquid mixing spray nozzle, It becomes possible to cool the material to be cooled without replacing the cooling device.
2) In the gas-liquid mixing spray nozzle, if a gas-liquid mixing spray nozzle of a type in which gas and liquid are separately supplied is used, the nozzle can be miniaturized. Therefore, it is possible to sufficiently increase the nozzle density in the cooling device, and to cool the material to be cooled uniformly.

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。   The present invention has been made based on such knowledge. The present invention will be described below. In order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals in the accompanying drawings are appended in parentheses, but the present invention is not limited to the illustrated embodiment.

第1の本発明は、気液混合スプレイノズル(1、1、…)を備えるヘッダー(2)、を備え、ヘッダー(2)へと供給される気体及び液体は、当該ヘッダー(2)内の個別の空間(20、21)を介して、気液混合スプレイノズル(1、1、…)へと個別に供給され、ヘッダー(2)は筒状であるとともに、気液混合スプレイノズル(1、1、…)はヘッダー(2)の内周面(6)側に配置されていることを特徴とする、金属材料の冷却装置(5)により、上記課題を解決する。
ここに、「筒状」とは、ヘッダー(2)の内側を搬送される被冷却材(3)の側面を囲い込み得る形状を意味しており、その断面形状は特に限定されるものではない。本発明にかかる筒状のヘッダー(2)の断面形状例としては、三角形、矩形、円形、楕円形等を挙げることができる。
また、上記第1の本発明において、金属材料の冷却装置(5)は、気液混合スプレイノズル(1、1、…)から噴射される気液混合物(8、8、…)の気液比を制御する、気液比制御手段を備えていることが好ましい。ここに、本発明及び以下に示す発明において、気液比とは、1個のノズル(1)から噴射される気体流量と液体流量との比率を意味し、ノズル(1)から噴射される気体の流量をQ(L/min)、液体の流量をQ(L/min)とするとき、気液比Rは以下の式で与えられる。
R=Q/Q
1st this invention is provided with the header (2) provided with a gas-liquid mixing spray nozzle (1, 1, ...), and the gas and liquid supplied to a header (2) are in the said header (2). It is supplied individually to the gas-liquid mixing spray nozzles (1, 1,...) Via the individual spaces (20, 21), and the header (2) is cylindrical, and the gas-liquid mixing spray nozzle (1, 1,...) Are arranged on the inner peripheral surface (6) side of the header (2), and the above problem is solved by the metal material cooling device (5).
Here, the “cylindrical shape” means a shape that can surround the side surface of the material to be cooled (3) conveyed inside the header (2), and the cross-sectional shape thereof is not particularly limited. Examples of the cross-sectional shape of the cylindrical header (2) according to the present invention include a triangle, a rectangle, a circle, and an ellipse.
Moreover, in the said 1st this invention, the cooling device (5) of a metal material is a gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture (8, 8, ...) injected from a gas-liquid mixing spray nozzle (1, 1, ...). It is preferable to provide a gas-liquid ratio control means for controlling the above. Here, in the present invention and the invention shown below, the gas-liquid ratio means the ratio of the gas flow rate and the liquid flow rate injected from one nozzle (1), and the gas injected from the nozzle (1). The gas-liquid ratio R is given by the following equation, where Q g (L / min) and the liquid flow rate are Q w (L / min).
R = Qg / Qw

さらに、上記第1の本発明において、ヘッダー(2)が、少なくとも2つ以上に分割可能であることが好ましい。   Furthermore, in the first aspect of the present invention, it is preferable that the header (2) can be divided into at least two or more.

加えて、上記第1の本発明において、ヘッダー(2、2)の少なくとも一部に、間隙(7、7、…)が設けられていることが好ましい。   In addition, in the first aspect of the present invention, it is preferable that a gap (7, 7,...) Is provided in at least a part of the header (2, 2).

第2の本発明は、上記第1の本発明にかかる金属材料の冷却装置(5)を用いる、金属材料の冷却方法であって、気液混合スプレイノズル(1、1、…)から噴射される気液混合物(8、8、…)の気液比が、3以上であることを特徴とする、金属材料の冷却方法により、上記課題を解決する。   The second aspect of the present invention is a method of cooling a metal material using the metal material cooling device (5) according to the first aspect of the present invention, and is injected from a gas-liquid mixing spray nozzle (1, 1,...). The above-mentioned problems are solved by a method for cooling a metal material, wherein the gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture (8, 8,...) Is 3 or more.

上記第2の本発明において、気液混合物(8、8、…)の気液比が、被冷却材(3)の形状、搬送速度、及び材質にあわせて設定されることが好ましい。   In the second aspect of the present invention, it is preferable that the gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture (8, 8,...) Is set in accordance with the shape, conveying speed, and material of the material to be cooled (3).

第1の本発明によれば、筒状のヘッダー(2)内で個別に仕切られた空間(20、21)へと供給される気体及び液体が、気液混合スプレイノズル(1、1、…)へと個別に供給され、当該スプレイノズル(1、1、…)内で混合された気液混合物(8、8、…)が当該スプレイノズル(1、1、…)から噴射される、金属材料の冷却装置(5)とすることができる。かかる構成とすることで、上記ノズル(1、1、…)を小型化することが可能になり、冷却装置(5)内に備えられる上記ノズル(1、1、…)の間隔を短くすることが可能になる結果、ノズル密度を十分に高くすることが可能になる。したがって、第1の本発明によれば、被冷却材(3)の側面全体を均一に冷却することが可能な、金属材料の冷却装置(5)を提供することが可能になる。なお、第1の本発明にかかる金属材料の冷却装置(5)によれば、ノズル密度を十分に高くすることが可能であるので、当該冷却装置(5)を用いれば、被冷却材(3)を急冷することも可能になる。
また、第1の本発明において、さらに、気液混合スプレイノズル(1、1、…)から噴射される気液混合物(8、8、…)の気液比を制御する気液比制御手段が備えられていれば、冷却装置(5)の冷却能を変化させることが容易になり、装置交換をせずとも様々な形状やサイズの被冷却材を冷却し得る冷却装置(5)とすることが容易になる。したがって、かかる構成とすることで、被冷却材の形状やサイズにかかわらず、装置交換をせずとも被冷却材を均一に冷却し得る、金属材料の冷却装置(5)を提供することが容易になる。すなわち、第1の本発明によれば、装置交換を不要にすることが可能になるため、装置交換に要していた時間やコスト等を低減することが可能になる結果、被冷却材の生産性を向上させることが可能な、金属材料の冷却装置(5)を提供することも可能になる。
According to 1st this invention, the gas and liquid supplied to the space (20, 21) divided | segmented separately in the cylindrical header (2) are gas-liquid mixing spray nozzles (1, 1, ...). ), And the gas-liquid mixture (8, 8,...) Mixed in the spray nozzle (1, 1,...) Is injected from the spray nozzle (1, 1,...) It can be a material cooling device (5). With this configuration, the nozzles (1, 1,...) Can be downsized, and the interval between the nozzles (1, 1,...) Provided in the cooling device (5) can be shortened. As a result, the nozzle density can be made sufficiently high. Therefore, according to 1st this invention, it becomes possible to provide the cooling device (5) of a metal material which can cool the whole side surface of a to-be-cooled material (3) uniformly. According to the metal material cooling device (5) according to the first aspect of the present invention, the nozzle density can be sufficiently increased. Therefore, if the cooling device (5) is used, the material to be cooled (3 ) Can be rapidly cooled.
Further, in the first aspect of the present invention, gas-liquid ratio control means for controlling the gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture (8, 8,...) Ejected from the gas-liquid mixing spray nozzle (1, 1,. If provided, it is easy to change the cooling capacity of the cooling device (5), and the cooling device (5) can cool a material to be cooled of various shapes and sizes without replacing the device. Becomes easier. Therefore, with this configuration, it is easy to provide a metal material cooling device (5) that can cool the material to be cooled uniformly without replacing the device regardless of the shape and size of the material to be cooled. become. That is, according to the first aspect of the present invention, since it is possible to eliminate the need for device replacement, it is possible to reduce the time, cost, etc. required for device replacement. It is also possible to provide a metal material cooling device (5) capable of improving the property.

さらに、上記第1の本発明において、ヘッダー(2)が少なくとも2つ以上に分割可能であれば、例えば、被冷却材(3)が冷却装置(5)内で突っ掛かった様な場合であっても、筒状のヘッダー(2)を分割することで、冷却装置(5)全体を移動させることなく、その突っ掛かりを復旧することが可能になるため、メンテナンス性が向上する。したがって、かかる構成とすることで、被冷却材(3)を均一に冷却することが可能であるとともに、生産性を一層向上させることが可能な、金属材料の冷却装置(5)を提供することが可能になる。   Furthermore, in the first aspect of the present invention, if the header (2) can be divided into at least two or more, for example, the material to be cooled (3) is stuck in the cooling device (5). However, by dividing the cylindrical header (2), it is possible to recover the bump without moving the entire cooling device (5), so that the maintainability is improved. Therefore, by providing such a configuration, it is possible to provide a cooling device (5) for a metal material that can cool the material to be cooled (3) uniformly and can further improve the productivity. Is possible.

加えて、上記第1の本発明において、ヘッダー(2、2)の少なくとも一部に間隙(7、7、…)が設けられていれば、筒状のヘッダー(2)の内周面(6)側に存在する液体を当該間隙(7、7、…)から排出することが可能になる。したがって、かかる構成とすることで、さらに、液体の排出性を向上させることが可能な、金属材料の冷却装置(5)を提供することが可能になる。   In addition, in the first aspect of the present invention, if a gap (7, 7,...) Is provided in at least a part of the header (2, 2), the inner peripheral surface (6) of the cylindrical header (2). ) Side liquid can be discharged from the gap (7, 7,...). Therefore, with this configuration, it is possible to provide the metal material cooling device (5) that can further improve the liquid discharge performance.

第2の本発明によれば、気液混合物(8、8、…)の気液比を3以上とすることで、被冷却材(3)の温度ムラを容易に低減することが可能になる。また、気液混合物(8、8、…)の気液比を変更することで、冷却装置(5)の冷却能を適宜変化させることが可能になる。したがって、第2の本発明によれば、被冷却材の形状やサイズにかかわらず装置交換をせずとも被冷却材を均一に冷却し得る、金属材料の冷却方法を提供することが可能になる。   According to the second aspect of the present invention, by setting the gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture (8, 8,...) To 3 or more, it becomes possible to easily reduce the temperature unevenness of the material to be cooled (3). . Moreover, it becomes possible to change the cooling capacity of a cooling device (5) suitably by changing the gas-liquid ratio of a gas-liquid mixture (8, 8, ...). Therefore, according to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a metal material cooling method capable of uniformly cooling a material to be cooled without replacing the device regardless of the shape and size of the material to be cooled. .

上記第2の本発明において、気液混合物(8、8、…)の気液比が、被冷却材(3)の形状、搬送速度、及び材質にあわせて設定されれば、被冷却材の形状やサイズに応じて冷却能を適宜制御し得る、金属材料の冷却方法を提供することが可能になり、様々な形状やサイズの被冷却材を均一に冷却することが容易になる。   In the second aspect of the present invention, if the gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture (8, 8,...) Is set in accordance with the shape, transport speed, and material of the material to be cooled (3), It becomes possible to provide a metal material cooling method capable of appropriately controlling the cooling capacity according to the shape and size, and it becomes easy to uniformly cool the materials to be cooled having various shapes and sizes.

以下、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明に理解を容易にするため、従来の冷却装置と本発明の冷却装置との差異を、図を用いて概説する。図1は、本発明の冷却装置、及び従来の冷却装置の一部を示す外観図である。図1(a)は、第1実施形態にかかる本発明の冷却装置の一部を、また、図1(b)は、従来の冷却装置の一部を、それぞれ概略的に示している。なお、以下の説明では、冷却媒体として水を使用した場合について記述する。以下において、「気液比」は「気水比」ということがある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
First, in order to facilitate understanding of the present invention, differences between the conventional cooling device and the cooling device of the present invention will be outlined with reference to the drawings. FIG. 1 is an external view showing a part of a cooling device of the present invention and a conventional cooling device. FIG. 1A schematically shows a part of the cooling device of the present invention according to the first embodiment, and FIG. 1B schematically shows a part of the conventional cooling device. In the following description, a case where water is used as a cooling medium will be described. Hereinafter, the “gas / liquid ratio” may be referred to as “gas / water ratio”.

図1(a)に示すように、第1実施形態にかかる本発明の冷却装置5は、気液混合スプレイノズル(以下において、単に「ノズル」と記述することがある。)1、1、…を備えている。当該ノズル1、1、…は、半円筒状のヘッダー2、2の内周面6側に配置されており、これら2つのヘッダー2、2により、円筒状のヘッダーが形成されている。上下二つに分割されているヘッダー2、2の内側を通る棒状の被冷却材3は、図示されていないライン上に配置され、図の奥から手前へと向かう方向に搬送されており、ノズル1、1、…から噴射される気液混合物8、8、…により、冷却されている。ここに、本発明にかかる冷却装置5において、ヘッダー2、2には、別々の配管4a、4bを介して気体(以下において、「空気」と記述する。)と水とが供給され、当該ヘッダー2、2へと個別に供給された空気及び水は、それぞれ、ヘッダー2、2内に設けられている別々の空間へと供給される。一方、冷却装置5に備えられているノズル1、1、…には、気液混合物8、8、…を噴射する出側流路と複数の流路とが設けられており、ヘッダー2、2へと供給された空気及び水は、各ノズル1、1、…に設けられている別々の流路を介してノズル1、1、…へと供給される。そして、上記空気及び水は、当該ノズル1、1、…内で気液混合物8、8、…となり、ノズル1、1、…の出側流路から、被冷却材3へ向けて噴射される。なお、本発明にかかるヘッダー2、2には、複数の間隙7、7、…が設けられており、ヘッダー2、2の内周面6、6側に溜まった水は、当該間隙7、7、…を通ってヘッダー2、2の外側へと排出される。また、図1(a)に示す上下のヘッダー2、2は、複数のネジ9、9、…を介して固定されている。加えて、第1実施形態にかかる冷却装置5は、図示されていない気液比制御手段により、ノズル1、1、…から噴射される気液混合物の気液比を適宜変更可能な構成となっている。さらに便宜上、図1(a)では、図の最手前側に配置されているノズル1、1、…及び間隙7、7、…のみを示しているが、当該ノズル1、1、…は一定の間隔で千鳥状に配置されている一方、間隙7、7、…は被冷却材3の進行方向(図1の奥から手前へと向かう方向)に、例えば溝状等の形態で形成されているものとする。   As shown in FIG. 1 (a), the cooling device 5 according to the first embodiment of the present invention includes a gas-liquid mixing spray nozzle (hereinafter sometimes simply referred to as “nozzle”) 1, 1,. It has. The nozzles 1, 1,... Are arranged on the inner peripheral surface 6 side of the semicylindrical headers 2, 2, and the two headers 2, 2 form a cylindrical header. The rod-shaped material 3 to be cooled passing through the inside of the headers 2, 2 divided into upper and lower parts is arranged on a line (not shown), and is conveyed in the direction from the back to the front of the figure. It is cooled by the gas-liquid mixture 8, 8,... Ejected from 1, 1,. Here, in the cooling device 5 according to the present invention, gas (hereinafter referred to as “air”) and water are supplied to the headers 2 and 2 via separate pipes 4 a and 4 b, respectively. The air and water individually supplied to 2 and 2 are supplied to separate spaces provided in the headers 2 and 2, respectively. On the other hand, the nozzles 1, 1,... Provided in the cooling device 5 are provided with an outlet-side flow path for injecting the gas-liquid mixture 8, 8,. The air and water supplied to the nozzles 1 are supplied to the nozzles 1, 1,... Via separate flow paths provided in the nozzles 1, 1,. And the said air and water become the gas-liquid mixture 8, 8, ... in the said nozzle 1,1, ..., and are injected toward the to-be-cooled material 3 from the exit side flow path of the nozzle 1,1, .... . The headers 2, 2 according to the present invention are provided with a plurality of gaps 7, 7..., And the water accumulated on the inner peripheral surfaces 6, 6 side of the headers 2, 2 is the gaps 7, 7. ,... Are discharged to the outside of the headers 2 and 2. Further, the upper and lower headers 2 and 2 shown in FIG. 1A are fixed via a plurality of screws 9, 9. In addition, the cooling device 5 according to the first embodiment has a configuration in which the gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture ejected from the nozzles 1, 1,. ing. For the sake of convenience, FIG. 1A shows only the nozzles 1, 1,... And the gaps 7, 7,. While being arranged in a staggered manner at intervals, the gaps 7, 7,... Are formed in the traveling direction of the material to be cooled 3 (direction from the back to the front in FIG. 1), for example, in the form of a groove. Shall.

これに対し、図1(b)に示すように、従来の冷却装置55は、気液混合スプレイノズル(以下において、単に「ノズル」と記述することがある。)51、51、…が備えられたリング状のヘッダー52、52、…を複数備えている。図1(b)に示すように、従来の冷却装置55では、通常、ヘッダー52、52、…の4箇所にノズル51、51、…が備えられ、かかるノズル51、51、…から噴射される気液混合物により、被冷却材53は冷却される。なお、図1(b)におけるヘッダー52、52、…、及びノズル51、51、…には、気体供給管54a、54a、…、及び液体供給管54b、54b、…を介して、気体及び液体が供給されている。また、図1(b)における被冷却材53は、図示されていないライン上に配置されているものとする。
なお、図7に、上記従来のノズル51を概略的に拡大して示す。図7に示すように、従来のノズル51の内部へと供給された空気と混合促進手段51bに衝突して微粒化された水とは混合室51cにおいて混合されて気液混合物となり、当該気液混合物は、ノズルチップ51aから被冷却材に向けて噴射される。図1(b)にかかるノズル51は、図7にかかるノズル51を簡略化して示したものである。
On the other hand, as shown in FIG. 1B, the conventional cooling device 55 includes gas-liquid mixing spray nozzles (hereinafter sometimes simply referred to as “nozzles”) 51, 51,. A plurality of ring-shaped headers 52, 52,. As shown in FIG. 1B, in the conventional cooling device 55, nozzles 51, 51,... Are usually provided at four locations of headers 52, 52,. The material 53 to be cooled is cooled by the gas-liquid mixture. .. And the nozzles 51, 51,... In FIG. 1B through the gas supply pipes 54a, 54a,... And the liquid supply pipes 54b, 54b,. Is supplied. Moreover, the to-be-cooled material 53 in FIG.1 (b) shall be arrange | positioned on the line which is not shown in figure.
FIG. 7 schematically shows the conventional nozzle 51 in an enlarged manner. As shown in FIG. 7, the air supplied to the inside of the conventional nozzle 51 and the water atomized by colliding with the mixing promoting means 51b are mixed in a mixing chamber 51c to form a gas-liquid mixture. The mixture is sprayed from the nozzle tip 51a toward the material to be cooled. The nozzle 51 according to FIG. 1B is a simplified illustration of the nozzle 51 according to FIG.

図1(b)に示す従来の冷却装置55によっても、各ヘッダー52、52、…に備えられるノズル51、51、…の数を増やすことにより、被冷却材53における温度ムラをある程度まで低減し得る冷却を行うことは可能であるとも考えられる。しかし、従来の冷却装置55に備えられるノズル51、51、…は、例えば「こぶし大」程度の大きさを有しており、ヘッダー52、52、…に備えられるノズル51、51、…の密度を十分に高めることは困難であるため、各ヘッダー52、52、…に備え得るノズル51、51、…が少数に留まる結果、被冷却材53の温度ムラを低減し難いという問題があった。   Also by the conventional cooling device 55 shown in FIG. 1B, the number of nozzles 51, 51,... Provided in each header 52, 52,. It is also possible that the cooling that is obtained is possible. However, the nozzles 51, 51,... Provided in the conventional cooling device 55 have a size of, for example, “fist size”, and the density of the nozzles 51, 51,. Since it is difficult to sufficiently increase the number of nozzles 51, 51,... That can be provided in each header 52, 52,..., There is a problem that it is difficult to reduce temperature unevenness of the material 53 to be cooled.

ここで、図2及び図3に、本発明の冷却装置5に備えられ得るノズル1及びヘッダー2の形態例を概略的に示す。図2及び図3において、図の上下方向が鉛直方向である。   Here, FIG. 2 and FIG. 3 schematically show examples of the nozzle 1 and the header 2 that can be provided in the cooling device 5 of the present invention. 2 and 3, the vertical direction is a vertical direction.

図2は、ノズル1の形態例を概略的に示す断面図であり、図2(a)は、一定の空間を有する混合部13を備えるノズル1の断面図、図2(b)は、単なる合流部である混合部13を備えるノズル1の断面図、図2(c)は、副流路を含まない鉛直方向断面を示す図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the form of the nozzle 1, FIG. 2A is a cross-sectional view of the nozzle 1 including the mixing unit 13 having a certain space, and FIG. Sectional drawing of the nozzle 1 provided with the mixing part 13 which is a confluence | merging part, FIG.2 (c) is a figure which shows the vertical direction cross section which does not contain a subchannel.

本発明にかかるノズル1は、上述の本発明にかかる冷却装置5等に使用されるチップ状のノズル(以下において、単に「ノズル」と記述する。)1であって、入り側流路11、混合部13、及び出側流路12がこの順に配置されてノズル1を貫通する主流路18と、ノズルの側面19から混合部13へと通じるとともに流れ方向が主流路18に対して30〜60度の角度をなす複数の副流路14、14、…とを備え、入り側流路11はその入口側開口が混合部側開口より小であるとともに、流路側面15の流れ方向に対する傾斜が5〜25度の角度をなしている。   The nozzle 1 according to the present invention is a chip-like nozzle (hereinafter simply referred to as “nozzle”) 1 used in the above-described cooling device 5 according to the present invention. The mixing section 13 and the outlet-side flow path 12 are arranged in this order and lead to the main flow path 18 passing through the nozzle 1 and the side face 19 of the nozzle to the mixing section 13 and the flow direction is 30 to 60 with respect to the main flow path 18. .., And the inlet side channel 11 has an inlet side opening smaller than the mixing unit side opening, and the channel side surface 15 is inclined with respect to the flow direction. The angle is 5 to 25 degrees.

一方、図3は、ノズル1を備えるヘッダー2の鉛直方向断面の一部を概略的に示す図であり、ノズル1が設置されているヘッダー2の箇所、及びその周辺のみを拡大して示す断面図である。   On the other hand, FIG. 3 is a diagram schematically showing a part of a vertical cross section of the header 2 including the nozzle 1, and an enlarged cross section showing only the portion of the header 2 where the nozzle 1 is installed and its periphery. FIG.

本発明にかかるヘッダー2は、上記ノズル1を備え、入り側流路11の入口側開口に通じる第1流体供給部20と、副流路14、14のノズル側側面開口に通じる第2流体供給部21と、これら流体供給部を仕切る第1隔壁30と、第2流体供給部21と被噴射面側とを仕切る第2隔壁31とを備え、ノズル1は、第1隔壁30及び第2隔壁31に固定されるとともに、出側流路12は、第2隔壁31の被噴射面側に開口している。なお、本発明にかかるヘッダー2では、例えば、第1流体供給部20内に空気が、第2流体供給部21内に水が、それぞれ供給されている。第1流体供給部20内の空気は、入り側流路11を通ってノズル1内へと供給されるとともに、第2流体供給部21内の水は、副流路14、14を通ってノズル1内へと供給され、ノズル1の混合部13において混合された後、かかる気液混合物は、出側流路12を通って、出口側開口より図3の下方へと噴射される。   The header 2 according to the present invention includes the nozzle 1 and includes a first fluid supply unit 20 that communicates with the inlet-side opening of the inlet-side channel 11 and a second fluid supply that communicates with the nozzle-side side openings of the sub-channels 14 and 14. The nozzle 21 includes a first partition 30 and a second partition, and a first partition 30 that partitions the fluid supply unit, a second partition 31 that partitions the second fluid supply unit 21 and the ejection surface side. In addition to being fixed to 31, the outlet-side flow path 12 opens to the ejection surface side of the second partition wall 31. In the header 2 according to the present invention, for example, air is supplied into the first fluid supply unit 20 and water is supplied into the second fluid supply unit 21. Air in the first fluid supply unit 20 is supplied into the nozzle 1 through the inlet-side flow path 11, and water in the second fluid supply unit 21 passes through the sub-flow paths 14, 14 to the nozzle. After being supplied into 1 and mixed in the mixing section 13 of the nozzle 1, the gas-liquid mixture passes through the outlet side flow path 12 and is jetted downward from the outlet side opening in FIG. 3.

図2及び図3に示すように、本発明の冷却装置5に備えられるノズル1は、当該ノズル1に設けられている複数の流路を介して、空気と水とが個別に供給される構造を有している。そのため、従来よりも小型(例えば、1/3程度の大きさ)のノズル1、1、…とすることが可能になり、当該ノズル1を備えるヘッダー2では、ノズル密度を十分に高くすることが可能になる。したがって、当該ヘッダー2を備える本発明にかかる冷却装置5では、被冷却材3を均一に冷却することが可能になるため、被冷却材3の温度ムラを低減することが可能になる。さらに、本発明にかかる冷却装置5は、各種ノズルの中でも冷却能の高い気液混合スプレイノズル1、1、…を備えているため、被冷却材3の温度ムラを容易に低減することが可能になるとともに、被冷却材3を急冷することも可能になる。なお、本発明において、冷却装置5に備えられるノズル1、1、…のノズル密度は、被冷却材3を均一に冷却し得る密度であれば特に限定されるものではないが、例えば、100個/m以上とすることが好ましく、かかる密度にて配置されるノズル1、1、…の配置形態は、千鳥状とすることが好ましい。 As shown in FIGS. 2 and 3, the nozzle 1 provided in the cooling device 5 of the present invention has a structure in which air and water are individually supplied through a plurality of flow paths provided in the nozzle 1. have. Therefore, it is possible to make the nozzles 1, 1,... Smaller than the conventional one (for example, about 1/3 size), and in the header 2 including the nozzles 1, the nozzle density can be sufficiently increased. It becomes possible. Therefore, in the cooling device 5 according to the present invention including the header 2, the material to be cooled 3 can be uniformly cooled, so that the temperature unevenness of the material to be cooled 3 can be reduced. Furthermore, since the cooling device 5 according to the present invention includes gas-liquid mixing spray nozzles 1, 1,... Having high cooling ability among various nozzles, it is possible to easily reduce temperature unevenness of the material 3 to be cooled. At the same time, the material 3 to be cooled can be rapidly cooled. In the present invention, the nozzle density of the nozzles 1, 1,... Provided in the cooling device 5 is not particularly limited as long as it is a density that can cool the material to be cooled 3 uniformly. / M 2 or more, and the arrangement of the nozzles 1, 1,... Arranged at such a density is preferably staggered.

また、本発明の冷却装置5では、ノズル1、1、…から噴射される気液混合物の気液比を、被冷却材の形状やサイズに応じて適宜変更することが好ましい。気液比を変更することで、冷却装置5の冷却能を変更することが可能になるため、被冷却材の形状やサイズにかかわらず、装置交換をせずとも被冷却材を均一に冷却し得る、金属材料の冷却装置5とすることが容易になる。   Further, in the cooling device 5 of the present invention, it is preferable to appropriately change the gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture ejected from the nozzles 1, 1,... According to the shape and size of the material to be cooled. By changing the gas-liquid ratio, the cooling capacity of the cooling device 5 can be changed, so that the cooling material can be uniformly cooled without replacing the device regardless of the shape and size of the cooling material. It becomes easy to obtain the metal material cooling device 5 to be obtained.

ここに、気液比とは、1個のノズルから噴射される気体流量と液体流量との比率を意味し、ノズル1から噴射される空気の流量をQ(L/min)、水の流量をQ(L/min)とするとき、気液比(気水比)Rは以下の式で与えられる。
R=Q/Q
Here, the gas-liquid ratio means the ratio of the gas flow rate injected from one nozzle to the liquid flow rate, the flow rate of air injected from the nozzle 1 is Q g (L / min), and the flow rate of water. Is Q w (L / min), the gas-liquid ratio (gas-water ratio) R is given by the following equation.
R = Qg / Qw

上述のように、本発明にかかる冷却装置5は、高い冷却能を有する気液混合スプレイノズル1を高密度で配置可能である。そのため、後述するように、例えば、本発明において気液比を3とすれば、従来の冷却装置において気液比を40とした場合の冷却能に到達することが可能になり、被冷却材3の温度ムラを容易に低減することが可能になる。したがって、本発明にかかる冷却装置5を用いて金属材料を冷却する場合、ノズル1から噴射される気液混合物の気液比は、3以上とする。一般に、気液比を高くすれば冷却能を高くすることが可能であるとされているが、気液比を高くすると冷却装置5のランニングコストが増加する。そのため、ランニングコストを低減しつつ十分な冷却能を確保するという観点から、より好ましい気液比は、5以上10以下である。   As described above, the cooling device 5 according to the present invention can arrange the gas-liquid mixing spray nozzles 1 having high cooling ability at high density. Therefore, as will be described later, for example, if the gas-liquid ratio is set to 3 in the present invention, it becomes possible to reach the cooling capacity when the gas-liquid ratio is set to 40 in the conventional cooling device, and the material to be cooled 3 It is possible to easily reduce the temperature unevenness. Therefore, when the metal material is cooled using the cooling device 5 according to the present invention, the gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture ejected from the nozzle 1 is set to 3 or more. Generally, it is said that if the gas-liquid ratio is increased, the cooling ability can be increased. However, if the gas-liquid ratio is increased, the running cost of the cooling device 5 increases. Therefore, a more preferable gas-liquid ratio is 5 or more and 10 or less from the viewpoint of securing sufficient cooling ability while reducing running cost.

本発明にかかる冷却装置5を用いて金属材料を冷却する場合、当該装置5から噴射される気液混合物の気液比は、被冷却材3の形状、搬送速度、及び材質にあわせて適宜設定する。このようにすることで、空気及び水の浪費を抑えつつ、被冷却材3を均一に冷却することが可能になる。以下に、被冷却材3の形状、搬送速度、及び材質にあわせた気液比の設定例について説明する。   When the metal material is cooled using the cooling device 5 according to the present invention, the gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture ejected from the device 5 is appropriately set according to the shape, the conveying speed, and the material of the material 3 to be cooled. To do. By doing in this way, it becomes possible to cool the to-be-cooled material 3 uniformly, suppressing the waste of air and water. Below, the example of setting the gas-liquid ratio according to the shape of the to-be-cooled material 3, a conveyance speed, and a material is demonstrated.

<形状に応じた設定>
被冷却材とノズルとの距離(以下において、「冷却面距離」と記述する。)が遠くなると、気液混合物の衝突速度が小さくなるため被冷却材は冷やされ難くなり、反対に冷却面距離が近くなると、気液混合物の衝突速度が大きくなるため被冷却材は冷やされやすくなる。したがって、例えば、異なる2つの被冷却材の断面が相似形である場合には、断面積が大きくなるほど気液比を小さくする。このようにすることで、被冷却材3のサイズにかかわらず被冷却材に対する冷却能を一定に保つことが可能になる。このほか、異なる2つの被冷却材の断面が相似形である場合には、断面積が大きくなるほど当該被冷却材の熱容量が大きくなるため、被冷却材の搬送速度が一定の場合には、断面積が大きくなるほど気液比を大きくすることで、被冷却材の冷却停止温度を一定に保つことが可能になる。また、例えば、被冷却材がH形鋼やI形鋼である場合には、同一の被冷却材内であっても、当該被冷却材の部位によって上記冷却面距離にばらつきが生じやすい。したがって、かかる被冷却材を冷却する場合には、冷却面距離が近いノズルから噴射される気液混合物の気液比を小さくする一方、上記距離が遠いノズルから噴射される気液混合物の気液比を大きくすることが好ましい。このように制御することで、各被冷却面を均一に冷却することが可能になる。
<Setting according to shape>
When the distance between the material to be cooled and the nozzle (hereinafter referred to as “cooling surface distance”) is increased, the collision speed of the gas-liquid mixture decreases, so that the material to be cooled becomes difficult to be cooled. Since the collision speed of the gas-liquid mixture increases, the material to be cooled is easily cooled. Therefore, for example, when the cross-sections of two different materials to be cooled are similar, the gas-liquid ratio is reduced as the cross-sectional area increases. By doing in this way, it becomes possible to keep the cooling capacity with respect to a to-be-cooled material constant irrespective of the size of the to-be-cooled material 3. In addition, when the cross-sections of two different materials to be cooled are similar, the heat capacity of the material to be cooled increases as the cross-sectional area increases. By increasing the gas-liquid ratio as the area increases, the cooling stop temperature of the material to be cooled can be kept constant. Further, for example, when the material to be cooled is H-shaped steel or I-shaped steel, the cooling surface distance is likely to vary depending on the portion of the material to be cooled even in the same material to be cooled. Therefore, when cooling such a material to be cooled, the gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture ejected from the nozzle having the short cooling surface distance is reduced, while the gas-liquid mixture of the gas-liquid mixture ejected from the nozzle having the far distance is used. It is preferable to increase the ratio. By controlling in this way, each surface to be cooled can be uniformly cooled.

<搬送速度に応じた設定>
被冷却材の搬送速度が速くなると、当該被冷却材が本発明にかかる冷却装置内に留まる時間が短くなるため、被冷却材は冷やされ難くなる一方、上記搬送速度が遅くなると、冷却装置内に留まる時間が長くなるため、被冷却材は冷却されやすくなる。したがって、本発明において、被冷却材3の搬送速度が速い場合には気液比を大きくする一方、同搬送速度が遅い場合には気液比を小さくすることが好ましい。
<Setting according to transport speed>
When the conveyance speed of the material to be cooled increases, the time for which the material to be cooled stays in the cooling device according to the present invention is shortened, so that the material to be cooled becomes difficult to be cooled. Therefore, the material to be cooled is easily cooled. Therefore, in the present invention, it is preferable to increase the gas / liquid ratio when the conveyance speed of the material 3 to be cooled is high, and to decrease the gas / liquid ratio when the conveyance speed is low.

<材質に応じた設定>
例えば、MnやSiを多く含有する鋼材を冷却すると、当該鋼材の表面に、厚みが厚くて剥がれ難いスケールが形成されやすい。ここに、かかるスケールは、鋼材の冷却を促進する効果を有することが知られている。そのため、上記鋼材を冷却する場合には、気液比を小さくすることが好ましい。このほか、冷却されやすい被冷却材を冷却する場合には気液比を小さくし、冷却され難い被冷却材を冷却する場合には気液比を大きくすることで、他の条件(搬送速度、形状、冷却時間等)が同一であれば、本発明にかかる冷却装置によって冷却された被冷却材の温度を一定にすることも可能になる。
<Setting according to material>
For example, when a steel material containing a large amount of Mn or Si is cooled, a scale that is thick and difficult to peel is easily formed on the surface of the steel material. Here, it is known that such a scale has an effect of promoting cooling of the steel material. Therefore, when cooling the steel material, it is preferable to reduce the gas-liquid ratio. In addition, when cooling a material to be cooled that is easy to cool, the gas-liquid ratio is reduced, and when cooling a material that is difficult to cool, the gas-liquid ratio is increased to increase other conditions (conveying speed, If the shape, cooling time, etc.) are the same, the temperature of the material to be cooled cooled by the cooling device according to the present invention can be made constant.

便宜上、上記説明では、空気と水との気液混合物が噴射される形態について記述したが、本発明にかかるヘッダー並びにノズルに供給される気体及び液体は、空気及び水のみに限定されるものではない。本発明では、被冷却材を十分に冷却することが可能であるとともに、環境に与える負荷が小さく、ランニングコストを抑制することが可能な気体及び液体であれば、好適に用いることができる。   For convenience, in the above description, the form in which the gas-liquid mixture of air and water is jetted is described. However, the gas and liquid supplied to the header and the nozzle according to the present invention are not limited to air and water. Absent. In the present invention, any gas and liquid that can sufficiently cool the material to be cooled, have a small load on the environment, and can reduce running costs can be preferably used.

また、上記説明では、図1に示すように、円筒状のヘッダーを有する冷却装置について記述したが、本発明にかかるヘッダーの断面形状は、円形に限定されるものではない。本発明にかかる筒状のヘッダーが備える他の断面形状の具体例としては、図4に示すように、矩形等を挙げることができる。ここに、図4は、ヘッダー及び被冷却材の形状が異なるのみで、図4に示す冷却装置15の機能は、図1に示す冷却装置と何ら変わりはない。そのため、図4において、図1と対応する部位に図1と同じ符号を付し、その説明を省略する。   Moreover, in the said description, as shown in FIG. 1, although the cooling device which has a cylindrical header was described, the cross-sectional shape of the header concerning this invention is not limited to a circle. As a specific example of another cross-sectional shape provided in the cylindrical header according to the present invention, a rectangle or the like can be given as shown in FIG. Here, FIG. 4 differs only in the shapes of the header and the material to be cooled, and the function of the cooling device 15 shown in FIG. 4 is not different from the cooling device shown in FIG. Therefore, in FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG.

なお、本発明にかかる金属材料の冷却装置及び冷却方法によって冷却され得る金属材料は、特に限定されるものではなく、その形状も特に限定されるものではない。本発明にかかる金属材料の冷却装置及び冷却方法によって冷却され得る金属材料の具体例としては、四角形、円形、又は、H形、I形等の断面形状を有するビレットやブルーム、又は形鋼等の鋼材を挙げることができる。ここに、例えば、鋼材が冷却される場合、冷却装置によりその一部が過冷却されると、過冷却された部分の表面組織はマルテンサイト変態し、機械試験の強度や降伏強度が非常に大きくなり、圧延加工等をする際に割れや形状不良が生じやすくなる。かかる不具合は、被冷却材の温度ムラを15℃以下に収めることで、低減することが可能になる。したがって、本発明において、鋼材を冷却する場合には、当該被冷却材の温度ムラが15℃以下に収まるように、上記各種条件を設定することが好ましい。   The metal material that can be cooled by the metal material cooling device and the cooling method according to the present invention is not particularly limited, and the shape thereof is not particularly limited. Specific examples of the metal material that can be cooled by the metal material cooling device and the cooling method according to the present invention include a square, a circle, a billet, a bloom having a cross-sectional shape such as an H shape, an I shape, or a shape steel. Steel materials can be mentioned. Here, for example, when a steel material is cooled, if a part of the steel is supercooled by a cooling device, the surface structure of the supercooled part undergoes martensitic transformation, and the mechanical test strength and yield strength are very large. Thus, cracks and shape defects are likely to occur during rolling. Such inconvenience can be reduced by keeping the temperature unevenness of the material to be cooled at 15 ° C. or less. Therefore, in the present invention, when the steel material is cooled, it is preferable to set the above various conditions so that the temperature unevenness of the material to be cooled falls within 15 ° C. or less.

本発明にかかる冷却装置及び冷却方法について、実施例を参照しつつ、さらに具体的に説明する。なお、本発明にかかる冷却装置に備えられるノズルについては、適宜、図2で使用した符号を付して説明する。   The cooling device and the cooling method according to the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, about the nozzle with which the cooling device concerning this invention is equipped, the code | symbol used in FIG. 2 is attached | subjected suitably and demonstrated.

1.試験条件
本発明にかかる冷却装置(実施例)に備えられるノズル1は、入り側流路11の直径が1〜1.6mm、副流路14の直径が3〜6mm、出側流路12の直径が3〜12mmであり、ノズル1の鉛直方向長さは20mmであった。これに対し、従来の冷却装置(比較例)に備えられるノズルは、気体用の入口穴直径が6mm、液体用の入口穴直径が5.5mm、出口穴直径が6〜7mmであり、比較例にかかるノズルの鉛直方向長さは120mmであった。なお、比較例にかかるノズルの気体用の入口穴は実施例にかかる入り側流路11と、比較例にかかるノズルの粒態様の入口穴は実施例にかかる副流路14と、比較例にかかる出口穴は実施例にかかる出側流路12と、それぞれ対応している。
比較例にかかるノズルは、実施例にかかるノズルの先端と同程度に細い先端を有するものの、比較例にかかるノズルの根元(本体ヘッダー側)には空気と水とを混合させるための混合室が備えられていた。そのため、ノズル全体としての大きさは、比較例にかかるノズルが実施例にかかるノズルの5〜6倍程度となり、本比較例にかかるヘッダー1個に設けることが可能なノズルの最大数は、4個であった。
1. Test conditions In the nozzle 1 provided in the cooling device (example) according to the present invention, the diameter of the inlet channel 11 is 1 to 1.6 mm, the diameter of the auxiliary channel 14 is 3 to 6 mm, and the outlet channel 12 The diameter was 3 to 12 mm, and the vertical length of the nozzle 1 was 20 mm. In contrast, the nozzle provided in the conventional cooling device (comparative example) has a gas inlet hole diameter of 6 mm, a liquid inlet hole diameter of 5.5 mm, and an outlet hole diameter of 6 to 7 mm. The vertical length of the nozzle was 120 mm. In addition, the inlet hole for the gas of the nozzle concerning a comparative example is the entrance side flow path 11 concerning an Example, the inlet hole of the particle | grain aspect of the nozzle concerning a comparative example is the subflow path 14 concerning an Example, and a comparative example. Such outlet holes respectively correspond to the outlet flow paths 12 according to the embodiment.
Although the nozzle according to the comparative example has a tip that is as thin as the tip of the nozzle according to the embodiment, a mixing chamber for mixing air and water is provided at the base (the main body header side) of the nozzle according to the comparative example. It was provided. Therefore, the size of the entire nozzle is about 5 to 6 times that of the nozzle according to the comparative example, and the maximum number of nozzles that can be provided in one header according to this comparative example is 4 It was a piece.

本実施例及び本比較例における試験条件を、表1にあわせて示す。   Table 1 shows the test conditions in this example and this comparative example.

Figure 2006095545
Figure 2006095545

ここに、表1において、周方向のノズル間隔とは、略円形の断面形状を有するヘッダーの周方向に備えられているノズルの間隔を意味し、45度の場合(実施例)は円筒状のヘッダーの同一円周上に8個のノズルが、90度の場合(比較例)はリング状のヘッダーの同一円周上に4個のノズルが、それぞれ配置されていることを意味している。また、進行方向のノズル間隔とは、被冷却材の進行方向に備えられているノズルの間隔を意味している。さらに、ノズル流量とは、ノズルから噴射される気液混合物の流量を意味している。加えて、冷却ゾーン長さとは、被冷却材の進行方向において本発明にかかるノズル及びヘッダーが配置されている長さを意味している。なお、表1に示すように、本実施例では気水比を3〜15の範囲で変化させたのに対し、本比較例では、15〜40の範囲で気水比を変化させた。   Here, in Table 1, the nozzle interval in the circumferential direction means the interval between nozzles provided in the circumferential direction of the header having a substantially circular cross-sectional shape, and in the case of 45 degrees (example), it is cylindrical. Eight nozzles are arranged on the same circumference of the header, and the case of 90 degrees (comparative example) means that four nozzles are arranged on the same circumference of the ring-shaped header. The nozzle spacing in the traveling direction means the spacing between nozzles provided in the traveling direction of the material to be cooled. Furthermore, the nozzle flow rate means the flow rate of the gas-liquid mixture ejected from the nozzle. In addition, the cooling zone length means the length in which the nozzle and the header according to the present invention are arranged in the traveling direction of the material to be cooled. As shown in Table 1, the air / water ratio was changed in the range of 3 to 15 in the present example, whereas the air / water ratio was changed in the range of 15 to 40 in the present comparative example.

2.試験結果
上記試験条件に基づいて、120mm径の棒鋼を800℃から500℃まで冷却した。当該冷却時における冷却能比と気水比との関係を、図5に示す。図5において、実線及び破線は、それぞれ、実施例及び比較例の結果を示している。図5は、本実施例にかかる冷却装置で気水比を15に設定した場合における冷却能を1(基準)として、本実施例において他の気水比(3、5、7、10)とした場合の冷却能、及び本比較例において各気水比(15、20、25、30、40)とした場合の冷却能の程度をそれぞれ計算し、その計算結果を示したものである。なお、本実施例において、気水比を15よりも大きくすれば、気水比が15である場合よりも冷却能自体はさらに高くなると考えられるが、あわせてランニングコストも増加する。したがって、便宜上、本実施例にかかる気水比は15を上限とした。
2. Test results Based on the above test conditions, a 120 mm diameter steel bar was cooled from 800 ° C to 500 ° C. The relationship between the cooling capacity ratio and the air / water ratio during the cooling is shown in FIG. In FIG. 5, the solid line and the broken line indicate the results of the example and the comparative example, respectively. FIG. 5 shows the cooling capacity when the air / water ratio is set to 15 in the cooling device according to the present embodiment as 1 (reference), and other air / water ratios (3, 5, 7, 10) in this embodiment. In this comparative example, the cooling capacity and the degree of cooling capacity in each comparative example (15, 20, 25, 30, 40) are calculated, and the calculation results are shown. In this embodiment, if the air / water ratio is greater than 15, the cooling capacity itself is considered to be higher than when the air / water ratio is 15, but the running cost also increases. Therefore, for convenience, the air-to-water ratio according to the present embodiment is set to 15 as an upper limit.

図5に示すように、気水比を大きくして空気の流量を増加させると、被冷却材である棒鋼に衝突する液滴の流速が増加するため、冷却能は増加する。しかし、空気の流量がある量を超えると(比較例の気水比40)、液滴の径が小さくなりすぎるとともに液滴の流速増加の効果も頭打ちになる結果、蒸気膜を貫通する運動量が得られず、冷却能はやや低下する。そのため、本比較例にかかる冷却装置の冷却能比は、最大でも0.7以下に留まった。これに対し、本実施例にかかる冷却装置では、気水比を3としても、0.9以上の冷却能比を確保することができた。したがって、本実施例及び本比較例の結果から、本発明にかかる冷却装置は、少なくとも気水比を3以上とすることで、従来の冷却装置よりも高い冷却能を有することが確認された。   As shown in FIG. 5, when the air-to-water ratio is increased and the air flow rate is increased, the flow rate of the liquid droplets that collide with the steel bar that is the material to be cooled increases, so that the cooling capacity increases. However, if the air flow rate exceeds a certain amount (the air / water ratio 40 in the comparative example), the droplet diameter becomes too small and the effect of increasing the droplet flow velocity reaches its peak, resulting in momentum penetrating the vapor film. It cannot be obtained, and the cooling capacity is slightly reduced. Therefore, the cooling capacity ratio of the cooling device according to this comparative example stayed at 0.7 or less at the maximum. On the other hand, in the cooling device according to the present example, even when the air / water ratio was set to 3, a cooling capacity ratio of 0.9 or more could be secured. Therefore, from the results of this example and this comparative example, it was confirmed that the cooling device according to the present invention has a higher cooling capacity than the conventional cooling device by setting the air / water ratio to 3 or more.

図5にかかる結果が得られた際と同様の試験条件下で上記棒鋼を冷却した場合における、棒鋼の温度ムラを調べた結果を図6に示す。図6において、実線及び破線は、それぞれ、実施例及び比較例の結果を示している。なお、図6における温度ムラは、1次元の熱伝導方程式を用いて算出した。
図6に示すように、本実施例にかかる冷却装置では、気水比を3以上に設定することで、温度ムラを15℃以下に抑えることができた。これに対し、比較例にかかる冷却装置では、気水比を40に設定すれば、温度ムラを約15℃とすることができたが、気水比を30以下に設定すると温度ムラが15℃を超え、比較例にかかる冷却装置において気水比を15に設定すると、温度ムラは40℃となった。したがって、本実施例にかかる冷却装置において気水比を3以上に設定すれば、棒鋼の温度ムラを15℃以下に抑えることが可能であることから、本発明によれば、被冷却材を均一に冷却し得ることが確認された。
FIG. 6 shows the result of investigating the temperature unevenness of the steel bar when the steel bar is cooled under the same test conditions as when the result shown in FIG. 5 was obtained. In FIG. 6, the solid line and the broken line show the results of the example and the comparative example, respectively. The temperature unevenness in FIG. 6 was calculated using a one-dimensional heat conduction equation.
As shown in FIG. 6, in the cooling device according to this example, the temperature unevenness could be suppressed to 15 ° C. or less by setting the air / water ratio to 3 or more. On the other hand, in the cooling device according to the comparative example, if the air / water ratio was set to 40, the temperature unevenness could be about 15 ° C., but if the air / water ratio was set to 30 or less, the temperature unevenness was 15 ° C. When the air / water ratio was set to 15 in the cooling device according to the comparative example, the temperature unevenness was 40 ° C. Therefore, if the air / water ratio is set to 3 or more in the cooling device according to the present embodiment, it is possible to suppress the temperature unevenness of the steel bar to 15 ° C. or less. It was confirmed that it could be cooled.

第1実施形態にかかる本発明の冷却装置及び従来の冷却装置の一部を概略的に示す外観図である。It is an external view which shows roughly a part of cooling device of the present invention concerning the 1st embodiment, and the conventional cooling device. ノズルの形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of a form of a nozzle roughly. ヘッダー及びノズルの形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of a form of a header and a nozzle roughly. 本発明の冷却装置に備えられるヘッダーの形態例を概略的に示す外観図である。It is an external view which shows roughly the example of the form of the header with which the cooling device of this invention is equipped. 気水比と冷却能比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an air-water ratio and a cooling capacity ratio. 気水比と温度ムラとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an air-water ratio and temperature nonuniformity. 従来のノズルを概略的に示す外観図である。It is an external view which shows the conventional nozzle schematically.

符号の説明Explanation of symbols

1、51 ノズル
2、52 ヘッダー
3、53 被冷却材(金属材料)
4a 空気供給配管
4b 水供給配管
5、15、55 冷却装置
6 内周面
7 間隙
20 第1流体(空気)供給部
21 第2流体(水)供給部
1, 51 Nozzle 2, 52 Header 3, 53 Material to be cooled (metal material)
4a Air supply pipe 4b Water supply pipe 5, 15, 55 Cooling device 6 Inner peripheral surface 7 Gap 20 First fluid (air) supply part 21 Second fluid (water) supply part

Claims (5)

気液混合スプレイノズルを備えるヘッダー、を備え、
前記ヘッダーへと供給される気体及び液体は、該ヘッダー内の個別の空間を介して、前記気液混合スプレイノズルへと個別に供給され、
前記ヘッダーは筒状であるとともに、前記気液混合スプレイノズルは前記ヘッダーの内周面側に配置されていることを特徴とする、金属材料の冷却装置。
A header with a gas-liquid mixing spray nozzle,
The gas and liquid supplied to the header are individually supplied to the gas-liquid mixing spray nozzle through individual spaces in the header,
The metal material cooling device, wherein the header is cylindrical and the gas-liquid mixing spray nozzle is disposed on an inner peripheral surface side of the header.
前記ヘッダーが、少なくとも2つ以上に分割可能であることを特徴とする、請求項1に記載の金属材料の冷却装置。 The metal material cooling device according to claim 1, wherein the header can be divided into at least two or more. 前記ヘッダーの少なくとも一部に、間隙が設けられていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の金属材料の冷却装置。 The metal material cooling device according to claim 1, wherein a gap is provided in at least a part of the header. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属材料の冷却装置を用いる、金属材料の冷却方法であって、
前記気液混合スプレイノズルから噴射される気液混合物の気液比が、3以上であることを特徴とする、金属材料の冷却方法。
A metal material cooling method using the metal material cooling device according to any one of claims 1 to 3,
The method for cooling a metal material, wherein a gas-liquid ratio of a gas-liquid mixture ejected from the gas-liquid mixing spray nozzle is 3 or more.
前記気液混合物の気液比が、被冷却材の形状、搬送速度、及び材質にあわせて設定されることを特徴とする、請求項4に記載の金属材料の冷却方法。
The method for cooling a metal material according to claim 4, wherein a gas-liquid ratio of the gas-liquid mixture is set in accordance with a shape, a conveying speed, and a material of a material to be cooled.
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