JP2009220158A - 鋼材の冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚鋼板や熱延鋼板などを大水量で冷却する場合に、鋼板を高冷却速度で均一にかつ安定して水冷することが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】ノズルヘッダ２内から冷却水を外部へ排出可能とする冷却水排出管５と、冷却水供給制御手段６とノズルヘッダ２の間に空気を導入可能とする空気導入管１０とを備えているともに、ノズル４はノズルヘッダ２内に所定長さ貫通し、ノズル４の冷却水流入口は少なくとも冷却水排出管５の下端部より上方に位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、厚鋼板、薄鋼板、形鋼等の鋼材の冷却装置および冷却方法に関し、特に、冷却水の注水／停止を迅速に行い、冷却温度の的確な制御や冷却後の温度ムラの低減を図るものである。

熱間圧延により鋼材（厚鋼板、薄鋼板、形鋼等）を製造するプロセスでは、近年、鋼材を冷却して圧延温度を調整したり、圧延直後の鋼材を急速冷却したりして、組織を微細化したり、パーライト、ベーナイトやマルテンサイトなどの変態組織を制御して、鋼材の強度や加工性を上げる技術の開発が盛んである。

それに関して、たとえば、圧延直後の鋼板を冷却装置に通板して冷却を行う際、鋼板の先端と尾端が冷却装置に進入する時間が異なるため、冷却装置の入側では空冷時間の差に起因して鋼板の長手方向に温度分布が発生する。すなわち、鋼板の最高温度は、その先端部付近にあり（例えば約８６０°Ｃ）、鋼板の最低温度は、その後端部付近にある（例えば約８２０°Ｃ）。鋼板において均一な材質を得るためには、冷却停止温度を鋼板内で均一にすることが重要であるが、そのためには、冷却中に、冷却装置入側での温度の差を打ち消すように、冷却を鋼板の長手方向に制御する必要がある。また、冷却後の温度が狙いの温度よりも高いあるいは低い場合には、これを修正する処置が必要である。

この問題に関しては、通常、冷却装置からの冷却水の流量を変化させることによって、冷却能力を変更する方法が採用されている。一方、冷却水の流量の変化では大きな温度変化を伴う場合には対応できないので、例えば熱延のランアウトテーブルなどでは、冷却水噴射ゾーン長さを調整する方法が採用されている。冷却水噴射ゾーン長さの調整は、冷却ノズルからの冷却水の供給を噴射／停止することによって行っている。

このような冷却の制御に関しては、冷却装置の優れた応答性が重要であり、冷却水供給指令を出してから、冷却水が鋼板に実際に供給されるまでの時間（冷却水開始遅れ時間）、および、冷却水供給停止指令を出してから、鋼板上への冷却水の供給が実際に停止するまでの時間（冷却水停止遅れ時間）が短くなければならない。特に、冷却水停止遅れ時間が短いことが最も重要である。

ところが、通常のノズルヘッダでは、特に上面側を冷却するノズルヘッダでは、特に冷却水を停止するときに問題が生じる。

鋼板上面側のノズルは鉛直下向きにノズル孔が開口し、鋼板下面側のノズルは鉛直上向きにノズル孔が開口しているが、冷却水の元弁を閉止した場合、重力の影響から鋼帯上面側では元弁からノズル間の冷却給水配管に溜まった水も含めてノズルから出るため、元弁を急速に閉止しても水が急には止まらない。

これに対して、様々な検討がなされており、たとえば以下に示すような技術が提案されている（特許文献１〜８）。

特許文献１は、スリットノズルに冷却水を供給する水槽の内部において、ノズル出口からシール可能な機構を設けて、冷却水がノズルから噴射するのを停止する方法を開示している。

特許文献２は、スリットノズルについて、ノズル噴射孔のギャップが可変となっており、冷却水の噴射／停止に応じてこのギャップを開いたり閉じたりする方法を開示している。

特許文献３は、スリットノズルの下流側部分に可動枠を設けると共に、ノズル出口にこれを遮蔽可能なシャッターを設けることによって、ノズル出口からの不必要な冷却水の注出を回避し、もって、オンオフ特性を改善する方法を開示している。

特許文献４は、スリットノズルに関して、ノズルヘッダに高圧空気配管を接続して、冷却水元弁を閉止すると同時に高圧空気を封入することにより、ノズル孔から高速で水を排水させる方法を開示している。

特許文献５は、スプレーノズルに関して、ノズルヘッダからU字方の屈曲部を設けた配管にスプレーノズルを取り付け、屈曲部の頂点に高圧空気導入配管を接続して、冷却水元弁を閉止すると同時に、空気を吹き込み高速で水を排水する方法について開示している。

特許文献６は、ヘアピンラミナーについて、ヘアピンノズルのＵ字部に小さな穴をあけ、冷却水元が閉止したときに、この小孔から空気が進入して、速やかに冷却水がノズル内から排水される方法について開示されている。

特許文献７は、ヘアピンラミナーについて、ヘアピンノズルのＵ字部が冷却水を供給する配管よりも高い位置に設置して、冷却水元弁を閉止しても、Ｕ字部よりも給水配管側の水がノズル孔から出ないようにする方法について開示している。

特許文献８は、ヘッダを内管と外管の２重構造にし、ヘッダ内管の上方に４ｍｍ以下の隙間を空けて、ここで冷却水を保持し、ヘッダ外管と内管の隙間に残存する水のみをノズルを通って外部に排出される方法を開示している。
特開昭５３−３０９１２号公報 特開平９−１９７１１号公報 特開昭５５−５４２１０号公報 特開平１０−１９２９４５号公報 特開２００１−７９６０８号公報 特開昭４９−１２９６０９号公報 特開昭４９−１２９６０８号公報 特開２００１−３２１８２１号公報

特許文献１〜８では、それぞれのノズル形式に合わせて工夫されており、大きな効果がある。しかし、近年、材質制御の観点から冷却速度を極めて高くする傾向にあり、これを達成するために大水量噴射可能な冷却ノズルが開発されており、この大水量噴射可能な冷却ノズルに対しては、特許文献１〜８の技術で対応できないケースが多い。

たとえば、特許文献１や特許文献２におけるように、スリットノズルの出口や水槽内部で冷却水を遮断する方法においては、スリットノズル自体は大水量噴射可能な冷却方式ではあるが、長期間にわたるノズルの使用によって、冷却水の遮蔽をもたらすシール部分が損傷し、シールが不完全になって、適切な遮蔽効果が得られなくなる。また、特に、厚鋼板のように、板幅が５ｍにもおよぶ幅広のスリットノズルでは、遮蔽機構が構造的に難しく、実用的ではない。

また、特許文献３におけるように、スリットノズルの出口に開閉可能なシャッターを設ける方法においては、その効果は確実であるが、シャッターを設置するため広いスペースが必要となる。そのため、スリットノズルを長手方向に複数列設置して、冷却速度を高くする必要がある場合では、シャッターの退避スペースを確保する観点から、密に配置することが出来ず、冷却速度を高めるのには限界がある。

さらに、特許文献４や特許文献５に記載されている方法では、冷却水を停止すると同時にエアーを封入すると、エアー圧によりヘッダ内の水がノズルから噴射されるが、大水量を噴射可能なノズルヘッダはそもそもヘッダ容量が大きく、大量の空気でヘッダ内を置換する必要がある。また、水の逃げ口はノズル孔であるため、空気で置換している間にノズルから水が噴射してしまい、冷却水の停止指令からある時定数を持って水が停止する。

また、特許文献６や特許文献７に記載されている方法では、ヘアピンラミナーのようなＵ字型の配管にノズルが取り付けられている構造しか採用が出来ない。一方、ヘアピンラミナーはＵ字管を取り付ける関係上あまりコンパクトなヘッダにはならず、大流量噴射にはあまり向いていない。特許文献１や特許文献２のスリットラミナーと同じく長手方向に密な配置ができず冷却速度を高めることが出来ない。

また、特許文献８に記載されている方法は、特に大水量噴射可能なヘッダに特化させて検討されており、実用性も高い。ただし、ヘッダ外管の容量分は冷却水元弁を閉止しても水が出てしまうが、特に冷却水停止後はノズルへの冷却流入口とヘッダ内液面のヘッド差で冷却水がでる。特にこのヘッド差が小さくなった領域では、水がノズル孔からちょろちょろと漏れ出す状況が長時間続くため問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、大水量冷却、特に厚鋼板、薄鋼板等の鋼材を冷却する比較的設備幅の広い冷却装置で大水量噴射する場合（特に冷却水量密度を１５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ^２以上で噴射する場合）において、優れた応答性を有し、特に、冷却水停止遅れ時間（冷却水供給停止指令を出してから、鋼板上への冷却水の供給が実際に停止するまでの時間）を短くし、ノズル出口からの不必要な冷却水の注出を回避し、かつ、長期間使用しても、ノズル出口からの冷却水の漏れがなく、冷却ムラを防止することが可能な鋼材の冷却装置および冷却方法、すなわち鋼材を高冷却速度で均一にかつ安定して水冷することができる鋼材の冷却装置および冷却方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］冷却水供給源に冷却水供給管を介して接続されたノズルヘッダと、冷却水供給管に設けられた冷却水供給制御手段と、前記ノズルヘッダに取り付けられたノズル群とを備えて、鋼材上面に冷却水を供給する鋼材の冷却装置において、前記ノズルヘッダ内から冷却水を外部へ排出可能とする冷却水排出管と、前記冷却水供給制御手段と前記ノズルヘッダの間に空気を導入可能とする空気導入管とを備えているとともに、前記ノズル群の各ノズルは前記ノズルヘッダ内に所定長さ貫通し、各ノズルの冷却水流入口は少なくとも前記冷却水排出管の下端部より上方に位置していることを特徴とする鋼材の冷却装置。

［２］前記冷却水排出管と前記空気導入管にはそれぞれ開閉弁が取り付けられているとともに、前記冷却水排出管と前記空気導入管の開閉弁を同時に開閉する制御装置を備えていることを特徴とする前記［１］に記載の鋼材の冷却装置。

［３］冷却水供給制御手段によってノズルヘッダへの冷却水の供給を停止してから、鋼材上面への冷却水の供給が停止するまでの時間を冷却水停止遅れ時間とし、許容される冷却水停止遅れ時間をｔｏ（ｓｅｃ）とした場合に、前記各ノズルの流入口の総断面積Ａ１（ｍ^２）、前記冷却水排水管の流路の断面積Ａ２（ｍ^２）、前記空気導入管の流路の断面積Ａ３（ｍ^２）、前記空気導入管の空気圧力Ｐ（Ｐａ）、冷却水の密度ρｗ（ｋｇ／ｍ^３）、空気の密度ρａ（ｋｇ／ｍ^３）、前記冷却水供給制御手段によってノズルヘッダへの冷却水の供給を停止した後に、残留冷却水が前記各ノズルから流出し得る領域の、冷却水供給管内の容積とノズルヘッダ内の容積の合計容積Ｖ（ｍ^３）が以下の関係を満たすことを特徴とする前記［１］または［２］に記載の鋼材の冷却装置。
Ｖ／（（Ａ１＋Ａ２）×（２Ｐ／ρｗ）^０．５）≦ｔｏ ・・・（１）
Ｖ／（Ａ３×（２Ｐ／ρａ）^０．５）≦ｔｏ ・・・（２）

［４］許容される冷却水停止遅れ時間ｔｏを１０ｓｅｃ以下とすることを特徴とする前記［３］に記載の鋼材の冷却装置。

［５］前記各ノズルの冷却水流入口の高さ位置は前記冷却水排水管の上端部の高さ位置以上になっていることを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の鋼材の冷却装置。

［６］前記各ノズルの冷却水流入口の高さ位置は、水平面に対してすべて同じ高さ位置にあることを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載の鋼材の冷却装置。

［７］前記［１］〜［６］のいずれかに記載の鋼材の冷却装置による鋼材の冷却方法であって、鋼材上面への冷却水の供給を停止する場合は、冷却水供給制御手段によってノズルヘッダへの冷却水の供給を停止すると同時に、冷却水排水管と空気導入管にそれぞれ取り付けられた開閉弁を開状態とすることを特徴とする鋼板の冷却方法。

本発明を用いることにより、冷却水停止遅れ時間を極めて短くし、ノズル出口からの不必要な冷却水の注出を回避し、鋼材の冷却の制御性を大幅に改善できる。その結果、鋼材を高冷却速度で均一にかつ安定して水冷することが可能となり、鋼材の長手方向における温度むらに起因する材質欠陥の発生を防止し、材質はずれを少なくして、品質の高い鋼材を製造することができる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでは、鋼板を対象にして述べるが、形鋼等の他の鋼材についても同様に適用することができる。

図１、図２は、本発明の一実施形態に係る鋼板の冷却装置を示す概略説明図であり、図１は鋼板（図示せず）の長手方向（搬送方向）から見た図（正面図）、図２は鋼板（図示せず）の幅方向から見た図（側面図）である。

図１、図２に示すように、本発明の一実施形態に係る鋼板の冷却装置は、鋼板上面に冷却水を噴射するようになっており、冷却水供給源に冷却水供給管１を介して接続されたノズルヘッダ２と、冷却水供給管１に設けられた冷却水供給制御手段６と、ノズルヘッダ２に取り付けられたノズル（ノズル群）４とからなる基本構造を有している。

そして、ノズルヘッダ２は、例えば内管２ａと外管２ｂからなる２重管構造になっており、ノズルヘッダ２のノズル設置面は水平であり、またノズル４はノズルヘッダ外管２ｂの内部まで貫通しており、各ノズル４の冷却水流入口（ノズル４の上端）４ａは高さ位置が水平方向に揃っている。

また、冷却水供制御手段６は、電気信号によって開閉動作を行う開閉弁（例えば、電磁弁）からなっており、信号を送って、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）６を開放すれば、冷却水供給源からの冷却水が冷却水供給管１を通ってノズルヘッダの内管２ａに供給される。このようにして内管２ａ内に供給された冷却水は、その上方部分に形成された貫通孔２ｃを通って、ノズルヘッダ外管２ｂ内に供給され、均一な圧力でノズル４の冷却水流出口（ノズルの下端）４ｂから噴出し、鋼板上面に冷却水が供給される。そして、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）６を閉鎖すれば、ノズルヘッダ１内への冷却水の供給は遮断される。

しかし、その際に、冷却水供給管１の内径や長さに起因して、冷却水供給用開閉弁６とノズルヘッダ内管２ａとの間の冷却水供給管１内やノズルヘッダ２内に溜まっている冷却水の量は多い。そのため、上述の基本構造だけの場合には、鋼板上面への冷却水の供給を停止する際に、冷却水供給用開閉弁６を閉じて、冷却水供給源からノズルヘッダ２への冷却水の供給を停止しても、冷却水供給管１内やノズルヘッダ２に残留している冷却水（図１の網掛けされている領域の冷却水）が重力によって下方に移動し、ノズル４を通って鋼板上面に排出されてしまう。

そこで、この実施形態に係る鋼板の冷却装置においては、上記のような冷却水供給管１内やノズルヘッダ２内に残存する冷却水をノズルヘッダ２内から鋼板存在領域外（鋼板が通過する板道の外側）に排出できるようにした冷却水排出配管５を備えている。この冷却水排出管５は、少なくともその下端がノズルヘッダ２内に貫通した各ノズル４の冷却水流入口４ａよりも下方に位置するように、一端がノズルヘッダ２の外管２ｂに接続され、その途中には冷却水排出制御手段（例えば、電磁開閉弁）８が取り付けられている。

そして、冷却水排出制御手段（冷却水排出用開閉弁）８は、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）６が開放されているときに閉鎖され、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）６が閉鎖されているときに開放されるようになっている。すなわち、冷却水供給用開閉弁６と冷却水排出用開閉弁８の開閉動作は相互に逆に行われる。

これによって、冷却水供給用開閉弁６を閉鎖して、冷却水の供給を停止した場合に、冷却水供給管１内やノズルヘッダ２内に残存する冷却水を、冷却水排出管５を通過させて外部にある排水溝９に排出することができる。

また、上記の冷却水排水機構（冷却水排出配管５、冷却水排出制御手段８）だけではなく、さらに冷却水供給管１やノズルヘッダ２内に残存する冷却水をノズルヘッダ２内から鋼板存在領域外（鋼板が通過する板道の外側）に円滑に排出できるように空気導入管１０を備えている。この空気導入管１０は、一端が冷却水供給管１に接続され、その途中には空気導入制御手段（例えば、電磁弁などの空気導入用開閉弁）７が取り付けられている。

そして、空気導入制御手段（空気導入用開閉弁）７は、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）６が開放されているときに閉鎖され、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）６が閉鎖されているときに開放されるようになっている。すなわち、冷却水供給用開閉弁６と空気導入用開閉弁７の開閉動作は相互に逆に行われる。これは、先に述べた冷却水排出管５の冷却水排水用開閉弁８と連動して動作される。

これによって、冷却水供給用開閉弁６を閉鎖して、冷却水の供給を停止した場合に、空気導入管１０に空気を導入することにより、冷却水供給管１内やノズルヘッダ２内に残存する冷却水に圧力を加え、ノズル４あるいは冷却水排出管５を通過させて、冷却水供給管１内やノズルヘッダ２内に残存する冷却水を外部に短時間に排出することができる。

ちなみに、上記のように、この実施形態においては、冷却水排水管５と空気導入管１０の両方を備える必要があり、その理由を以下に説明する。

たとえば、単純に冷却水排水管５のみを作動させて、冷却水供給管１内やノズルヘッダ２内から残留水を排出したとする。その場合、図３に示すように、冷却水排水管５からある程度排水された時点で、排水された水の容量だけ空気が流入しなくてはならないが、この空気は、特に設けた流入口がなく、配管の継ぎ目などの隙間からわずかずつ流入して、且つ水よりも軽いため浮上して、冷却水供給管１内の最も高さの高い部位に溜まっていく。その際に、空気の流入量よりも冷却水の排出量が多い場合、残留水の自重に引っ張られて、溜まった空気は負圧状態となる。このため、冷却水供給管１内やノズルヘッダ２内の残留冷却水は、負圧の空気に引っ張られて、冷却水排水管５から排水されにくくなり、冷却水の停止が遅くなる。

一方、空気導入管１０のみ作動させた場合であるが、空気を強制的に流入させて、冷却水供給管１内およびノズルヘッダ２内を加圧状態とすることにより、その押し付け圧で残留冷却水をノズル４から排出することになる。冷却水供給管１内やノズルヘッダ２内の残留冷却水に対して、ノズル４の開口面積が小さい場合、短時間で残留冷却水を排水するためには、かなり高い圧力と風量を導入する必要がある。また、冷却水の供給圧力よりも高い空気圧力を掛けると、ノズル４から高い圧力で冷却水が噴射するため、通常の冷却時よりもよく冷えることから、空気導入管１０による空気の導入開始から、ノズル４からの冷却水の噴射停止までの時間だけ、過冷却が発生して好ましくない。

以上のことから、冷却水排水管５と空気導入管１０は同時に作動させる必要がある。

なお、この実施形態においては、ノズルヘッダ外管２ｂに冷却水排出管５を接続しているが、さらに冷却水排出管５をノズルヘッダ内管２ａまたは冷却水供給管１いずれか一方若しくは両方に追加して接続することでもよい。また、冷却水排水管５の必要な流路断面積が得られない場合は、たとえばノズルヘッダ外管２ｂの複数箇所に面積の小さい冷却水排水管を取り付けてもかまわない。

同じく、空気導入管１０は、ここでは、冷却水供給管１の上方に取り付けているが、さらにノズルヘッダ内管２ａやノズルヘッダ外管２ｂに取り付けたり、それらを組み合わせて取り付けたりしてもかまわない。

ちなみに、ノズルヘッダ外管２ｂには冷却水排出管５を必ず接続して、且つノズルヘッダ内管２ａの下方で、ノズル４の上端（冷却水流入口）４ａの水平高さ位置よりも下方に接続することが好ましい。なぜなら、残留冷却水は重力に従ってノズルヘッダ２中の下部に溜まるが、ノズル４の上端４ａよりも低い位置の冷却水はノズル４から流出しない。そのため、各ノズル４の上端４ａは少なくとも冷却水排水管５の下端部より上方に位置している必要があるが、速やかにノズル４から流出する残留冷却水を停止するためには、ノズル４の長さをある程度長くしてノズルヘッダ２内に貫通させるとともに、ノズル４の冷却水流入口４ａよりも垂直方向で下方に冷却水排水管５の上端が来るように接続する。これにより、残留冷却水の液面レベルを速やかにノズル４の流入口４ａよりも低くすることが可能となり、ノズル４から噴射する冷却水が速やかに停止する。なお、図２は、ノズル４の流入口４ａよりも冷却水排水管５の上端の位置を低くする場合の例を示しているが、ノズル４の流入口４ａよりも冷却水排水管５の上端をＨだけ低くすることを意味している。このＨの値は理論的にはゼロでもよいが、機械の取り付け精度なども考慮して５〜２０ｍｍ程度の値とすると好適である。

ただし、先に述べたように、冷却水排水管５の必要な流路断面積が確保できない場合は、複数の冷却水排水管５を設置し、その一部の冷却水排水管５をノズル４の上端４ａよりも下方に配置し、不足の流路断面積を確保するために、他の冷却水排水管５をノズル４の上端４ａよりも上方に配置してもかまわない。

また、各ノズル４の冷却水流入口４ａの位置は水平面に対して同じ位置にあると良い。こうすることで、ノズルヘッダ２内の液面レベルと各ノズル４の冷却水流入口４ａのレベルが平行になるため、すべてのノズル４が同時に冷却水の流出を停止することができる。

なお、図１、図２では、ノズル４の噴射方向を鉛直下向きとしたもので説明したが、例えば図４のように、ノズル４の噴射方向を斜め下向きに噴射する場合でも、ノズル４の冷却水流入口４ａをやはり水平面に対して一致させ、且つノズル４の冷却水流入口４ａよりも下方に冷却水排水管５を接続すれば同様の効果を得ることができる。

次に、冷却水排水管５の流路断面積（冷却水排水管５が複数本ある場合は合計流路断面積）は、各ノズル４の断面積を合計した総断面積よりも大きいことが必要であり、最低でも冷却水排出管５の流路断面積がノズル４の総断面積の２倍以上、好ましくは１０倍以上とする。それによって、より短時間で残留冷却水を冷却水排出管５から排出し、ノズル４を通って流出する冷却水の量を低減することが可能だからである。なお、ノズル４の断面積は、ノズル内の最小断面積となる位置で定義する。例えばノズル４内にテーパーがついており、ノズル４の冷却水流入口４ａよりも冷却水流出口４ｂの断面積が小さい場合は、冷却水流出口４ｂの位置でノズル断面積を定義する。

そして、許容される冷却水停止遅れ時間（冷却水供給用開閉弁６によってノズルヘッダ２への冷却水の供給を停止してから、鋼板上面への冷却水の供給が停止するまでの時間）の値をｔｏ（ｓｅｃ）とした場合に、各ノズル４の断面積の総断面積Ａ１（ｍ^２）、冷却水排水管５の流路の断面積（冷却水排水管５が複数本ある場合は合計流路断面積）Ａ２（ｍ^２）、空気導入管１０の流路の断面積（空気導入管１０が複数本ある場合は合計流路断面積）Ａ３（ｍ^２）、空気導入管１０の空気圧力Ｐ（Ｐａ）、冷却水の密度ρｗ（ｋｇ／ｍ^３）、空気の密度ρａ（ｋｇ／ｍ^３）、冷却水供給用開閉弁６が閉鎖した後に、その状態のままだと、その部分に残留した冷却水がノズル４から流出し得る領域の、冷却水供給管１内の容積とノズルヘッダ２内の容積の合計容積Ｖ（ｍ^３）が以下の関係を満たすことが必要である。
Ｖ／（（Ａ１＋Ａ２）×（２Ｐ／ρｗ）^０．５）≦ｔｏ ・・・（１）
Ｖ／（Ａ３×（２Ｐ／ρａ）^０．５）≦ｔｏ ・・・（２）

ちなみに、式（１）、（２）は、ｔｏ（ｓｅｃ）以内に残留冷却水の排水を完了させるための関係式である。

許容される冷却水停止遅れ時間ｔｏが例えば１ｓｅｃの場合は、両式の右辺を１ｓｅｃとして計算すれば、この実施形態に係る冷却装置の必要なスペックが算出できる。

なお、上記において、合計容積Ｖ（ｍ^３）は、ｔｏ（ｓｅｃ）以内に排水を完了させるべき残留冷却水の量を意味するものであり、前述したように、図１で網掛けした部分の容積である。すなわち、冷却水供給用開閉弁６からノズルヘッダ２までの冷却水供給管１の容積の内、冷却水供給用開閉弁６から立ち上がっている部分の容積Ｖａを除いた容積Ｖ１と、ノズルヘッダ２の全容積の内、ノズル４の冷却水流入口４ａから下方に位置する部分の容積Ｖｂを除いた容積Ｖ２との合計が合計容積Ｖとなる（Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２）。容積Ｖａの個所に残留した冷却水は重力の作用によってノズルヘッダ２には流入しないし、容積Ｖｂの個所に残留した冷却水も重力の作用によってノズル４に流入しないからである。

ここで、この式（１）、（２）を導出するに至った理屈を説明する。

まず、式（１）はノズルヘッダ２内の残留冷却水が排出される条件についての記載である。冷却水供給用開閉弁６が閉鎖した後にノズル４および冷却水排水管５から流出する冷却水の総量は、前述した合計容量Ｖと同じである。これに対して、ノズル４および冷却水排水管５から流出する冷却水の流出速度は、ノズルヘッダ２の内圧からベルヌーイの関係式より、（２Ｐ／ρｗ）^０．５となり、この流出速度に各ノズル４の総断面積Ａ１と冷却水排水管５の断面積Ａ２との合計面積を掛け合わせたものが単位時間の排水流量となる。よって、上記の合計容量Ｖを単位時間の排水流量で割ったものが冷却水停止遅れ時間ｔ１となる。すなわち、
ｔ１＝Ｖ／（（Ａ１＋Ａ２）×（２Ｐ／ρｗ）^０．５） ・・・（３）
一方、式（２）はノズルヘッダ２内および冷却水供給管１内を冷却水から空気に置換するための時間についての記載である。ノズルヘッダ２内への空気導入速度は先に説明したベルヌーイの式から（２Ｐ／ρａ）^０．５となり、この空気導入速度に空気導入管１０の断面積Ａ３を掛け合わせたものが単位時間の空気導入量になる。よって、前記の合計容量Ｖを単位時間の空気導入量で割ったものが冷却水停止遅れ時間ｔ２となる。すなわち、
ｔ２＝Ｖ／（Ａ３×（２Ｐ／ρａ）^０．５） ・・・（４）
そして、式（１）、（２）の両者（ｔ１≦ｔｏ、ｔ２≦ｔｏ）が成り立たなければ、狙いの冷却水停止遅れ時間ｔｏとすることができない。

例えば、式（１）のみ成立して、式（２）が成立しない場合、空気の導入量が少ないため、ノズルヘッダ２内を十分に加圧できず、残留冷却水は円滑に排水しないし、式（２）が成立して、式（１）が成立しない場合は、もともと排水する能力が無いため、式（１）の時間でしか残留冷却水が排水できない。すなわち、式（３）から求められる冷却水停止遅れ時間ｔ１と式（４）から求められる冷却水停止遅れ時間ｔ２の長い方で冷却水停止遅れ時間が決定されるのである。

つまり、式（３）に基づく冷却水停止遅れ時間ｔ１は排水律速の冷却水停止遅れ時間であり、式（４）に基づく冷却水停止遅れ時間ｔ２は空気導入律速の冷却水停止遅れ時間であるということができる。

厚鋼板の冷却では、一旦冷却装置で冷却した後に鋼板を払いだして、ふたたび冷却装置の直下を冷却しないで通板させる場合があるが、この場合では、許容される冷却水停止遅れ時間ｔｏは５〜１０ｓｅｃであればよい。一方、熱延鋼板の仕上圧延後の冷却などでは、許容される冷却水停止遅れ時間ｔｏが１〜３ｓｅｃ程度というケースもある。そのため、許容される冷却水停止遅れ時間ｔｏ（１〜１０ｓｅｃ）に応じて、式（１）、（２）を満たすように設備設計するのが好ましい。ちなみに、おおよそ、鋼板の熱間圧延設備では冷却水停止遅れ時間１０ｓｅｃ以下が必要条件となるため、この条件は満たす必要がある。

このような状況ではあるが、具体的な例をいくつか示す。

（１）厚鋼板の温度調整の例
図５に厚鋼板の圧延中における温度調整の例を示す。

厚鋼板では高強度鋼を製造するに当たって、制御圧延を実施することがある。制御圧延では、図５に示すように、加熱炉６０で加熱された素材（スラブ）２１を一定厚みまで厚板圧延機６１で圧延した後、素材（厚鋼板）２１の温度をある程度下げて、再度厚板圧延機６１で圧延をして、製品を製造する。

ここで、厚鋼板２１の温度を下げる工程では、放冷を行う場合もあるが、放冷にかかる時間が長いため、時間短縮の観点から冷却装置群５１まで搬送して、冷却装置群５１の冷却水を噴射した状態で、厚鋼板２１を通板させながら冷却することがある（図５中の（ａ）〜（ｂ）の状態）。通板後の厚鋼板２１は、厚板圧延機６１に戻して再び圧延を行う（図５中の（ｄ）の状態）。ここで、厚板圧延機６１に厚鋼板２１を戻す場合、一旦冷却装置群５１の冷却水を停止してから搬送しないと、冷却装置群５１により厚鋼板２１が想定より冷えてしまうため、図５中の（ｃ）の状態のように、一旦冷却装置群５１の冷却水を停止してから、厚鋼板２１を搬送する。

その際、厚板圧延機６１に厚鋼板２１を戻す準備をするために必要な時間内で冷却水が完全に停止していることが好ましい。冷却水の停止指令を出しても、ノズルヘッダ内の残留冷却水が排水されるのに時間がかかると、垂れ水程度の水が厚鋼板２１に掛かってしまうが、この垂れ水程度の少ない水流は厚鋼板２１を均一に冷却せず、厚鋼板２１上に水溜りのように乗ってしまい、局所的な過冷却を起こすことが特に品質上問題となる。

そのため、速やかに冷却水が停止するのが好ましいが、一般的に厚鋼板の圧延ラインでこのような処理をするためには、搬送機構の逆送にかかる時間が５〜１０ｓｅｃ程度あるため、この時間内に冷却水が停止することが望まれる。したがって、許容される冷却水停止遅れ時間ｔｏは少なくとも１０ｓｅｃ以内ということになる。

（２）熱延鋼板のランアウト冷却の例
図６に熱延鋼板のランアウト冷却の例を示す。

仕上圧延機７２で仕上圧延後の熱延鋼板２２は、ランアウト冷却装置群と呼ばれる冷却装置群５２、７５で所定の温度まで冷却された後に、コイラー７４で巻き取られる。仕上圧延後の熱延鋼板２２は５００〜７０ｍ程度の長さがあり、熱延鋼板２２の先端から尾端を圧延するまでに１分程度掛けている。そのため、例えば熱延鋼板２２の圧延前温度が時間と共に下がるため、熱延鋼板２２の尾端では先端よりも温度が低くなる。そのため、圧延速度を加速させ、圧延尾端ほど圧延速度を速くする。一方、熱延鋼板２２の先端は仕上圧延完了後、減速してコイラー７４で安定して巻き付くようにしている。このように熱延鋼板２２の圧延速度は熱延鋼板２２の全長で大きく変化する。材質制御の観点からは、コイラー巻き取り温度は一定にしなければならないため、圧延速度（通板速度）の変化に追従して、冷却装置群５２、７５の冷却装置（冷却ユニット）５０、７５ａからの冷却水の噴射／停止を繰り返す。また、例えば、加熱炉における加熱時にスキッドマークと呼ばれる搬送機構による過冷部などを起因とした外乱により目標の温度から外れる場合は、加減速時と同様に表面温度計７５で測定した温度に基づいて誤差分をフィードバック制御して、冷却ユニット５０、７５ａからの冷却水の噴射／停止制御を行う。

一例として、図６（ａ）に示すように、冷却装置群５２、７５の８台の冷却ユニット５０、７５ａの内、上流側の４台の冷却ユニット５０、７５ａから冷却水の噴射を行っていて、熱延鋼板２２の温度が所定よりも低かった場合には、例えば、図６（ｂ）に示すように、上流側の４台目の冷却ユニット５０、７５ａの冷却水を停止して温度調整を行う。

その際に、通板速度は４００〜１０００ｍｐｍときわめて速いため、冷却水の噴射／停止が速やかになされなければ、その応答時間（冷却水開始遅れ時間、冷却水停止遅れ時間）分の長さが巻き取り温度外れを起こしてしまう。例えば、６００ｍｐｍ（１０ｍ／ｓ）で通板する場合、冷却水の噴射／停止の応答が１ｓｅｃ遅れると、熱延鋼板２２の１０ｍ分に温度が外れた領域が発生してしまう。巻き取り温度外れは強度過剰あるいは強度不足などの問題があるため、許容範囲を外れると、切り落としによる歩留まり低下を招く。このようなことから、一般的には熱延鋼板のランアウト冷却に適用する場合は、１〜３ｓｅｃ程度の応答時間が必要となる。

なお、上記（１）、（２）においては、冷却装置群は、冷却水の噴射／停止を迅速に行う観点から、なるべく大きさの小さい冷却ユニットを複数台設置して、冷却する温度量（何度冷却するか）により冷却ユニットの台数を決定すればよく、図１等に示した本発明の冷却装置（冷却ユニット）５０を鋼板搬送方向に所望数だけ並べて配置すればよい。

なお、本発明の冷却装置５０は、冷却水排水管５をノズルヘッダ２の鋼板進行方向側面に設置できるため、鋼板進行方向にはノズル４を密に配置可能である。そのため、先行文献３のようなシャッター機構と比較して設備がコンパクトになり、本発明の優位性を示すものである。

次に、この実施形態に係る鋼板の冷却装置の動作について、図１に基づいて以下に説明する。

先ず、鋼板の冷却を行うために、鋼板の上面に冷却水を供給する場合には、電気信号（水冷開始指示）を送って、冷却水供給用開閉弁６を開放する。それと同時に、またはそれに先立って電気信号が送られて、冷却水排出用開閉弁８と空気導入用開閉弁７は閉鎖される。これによって、冷却水供給源からの冷却水は、冷却水供給管１を通り、ノズルヘッダ２の内管２ａに供給され、内管２ａ内に供給された冷却水は、貫通孔２ｃを通って、ノズルヘッダ２の外管２ｂ内に供給された後、均一な圧力でノズル４の冷却水流出口４ｂから噴出し、鋼板の上面全体を冷却する。

次いで、鋼板の上面上への冷却水の供給を停止する場合には、電気信号（水冷停止指示）を送って、冷却水供給用開閉弁６を閉鎖する。それと同時に、冷却水排出用開閉弁８と空気導入用開閉弁７が開放される。これによって、冷却水供給管１内およびノズルヘッダ２内に残留した冷却水は大半が冷却水排出管５を通過して排水溝９に排出されるとともに、一部はノズル４から排出される。その際、短時間で残留冷却水がなくなるため、ノズル４からの冷却水の垂れは短時間でなくなる。

このようにして、この実施形態に係る鋼板の冷却装置においては、冷却水供給停止指令を出してから、鋼板上への冷却水の供給が実際に停止するまでの時間（冷却水停止遅れ時間）が極めて短くなり、ノズル４からの不必要な冷却水の流出が回避されて、優れた水冷停止特性（オフ特性）が得られ、鋼板の冷却の制御性を大幅に改善できる。その結果、鋼板を高冷却速度で均一にかつ安定して水冷することが可能となり、鋼板の長手方向における温度むらに起因する材質欠陥の発生を防止し、材質はずれを少なくして、品質の高い鋼板を製造することができる。

ここで、以下のスペックのノズル４について、冷却水排水管５の流路断面積Ａ２、空気導入管１０の流路断面積Ａ３、空気導入管１０の空気圧力を様々変化させて、冷却水停止遅れ時間を調査した。

ここで、冷却水供給管１およびノズルヘッダ２の幾何学的な関係は、図７、８に示すが、冷却水供給管１の容積をＶ１、ノズルヘッダ２の外管２ｂは矩形とし、幅をｗ、長さをＬ、ノズル４の上端４ａよりも上方の高さをｈ、ノズルヘッダ２の内容積をＶ２、ノズル４はφｄの円形ノズルとし、その冷却水流出口４ｂの合計断面積をＡ１とした場合の、ノズルヘッダ２等のスペックを以下に示す。ここで、前述したが、冷却水供給管１の容積Ｖ１とは、冷却水供給用開閉弁６からノズルヘッダ２までの容積の内、冷却水供給用開閉弁６から立ち上がっている部分の容積を除いた容積を指し、ノズルヘッダ２の内容積Ｖ２とは、ノズル４の冷却水流入口４ａよりも上方に位置する部分の内容積を指す。

冷却水供給管：長さ１０ｍ、管径φ２８０ｍｍ、容積Ｖ１＝０．２４ｍ^３
ノズルヘッダ：幅ｗ＝２４００ｍｍ、高さｈ＝６００ｍｍ、長さＬ＝９００ｍｍ、
内容積Ｖ２＝１．３０ｍ^３
冷却ノズル：口径φ６ｍｍ、本数１２０本、合計断面積Ａ１＝０．００３４ｍ^３
冷却水：冷却水量３５００Ｌ／ｍｉｎ、水量密度１６００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ^２
なお、最大幅２４００ｍｍとなる熱延鋼板を製造することを想定して、ノズルヘッダ４の幅ｗは２４００ｍｍとした。

上記のスペックの基で、冷却水排水管５の流路断面積Ａ２、空気導入管１０の流路断面積Ａ３、空気導入管１０の空気圧力を様々変化させて、実際の冷却水停止遅れ時間ｔｒを調査した結果（例１〜例１５）を表１に示す。

例１は、冷却水排水管５および空気導入管１０を設置しなかった場合であり、このときの冷却水停止遅れ時間ｔｒは１８０ｓｅｃと極めて長い。

例２は、空気導入管１０のみを設置した場合であり、式（３）から求められた冷却水停止遅れ時間ｔ１は１９．０８ｓｅｃ、式（４）から求められた冷却水停止遅れ時間ｔ２は１．１９ｓｅｃである。実際の冷却水停止遅れ時間ｔｒは１．８０ｓｅｃであり、ｔ１とｔ２で時間の長い方の冷却水停止遅れ時間ｔ１とほぼ同じ時間となっていることがわかる。

例３は、冷却水排水管５のみを設置した場合であるが、空気を導入していないためノズルヘッダ２内の内圧が定義できず、式（３）、式（４）による冷却水停止遅れ時間ｔ１、ｔ２は計算できないが、実測の冷却水停止時間ｔｒは３０ｓｅｃと極めて長い。

例４〜１５は、冷却水排水管５と空気導入管１０の両方を取り付けて様々な条件で実施した場合である。前述したことだが、ほぼ冷却水停止遅れ時間ｔ１、ｔ２の長いほうに律速して実際の冷却停止遅れ時間ｔｒが決定される。

前述したように、実際の操業では、許容される冷却水停止遅れ時間ｔｏを１０ｓｅｃ以下にするケースが多いため、例４〜１０のような範囲で設計すればよい。

本発明の実施例１として、本発明を厚鋼板の冷却に適用した。

まず、図９に示すような、熱間圧延後の厚鋼板をオンラインで冷却する場合の工程について説明する。ちなみに、近年、高強度鋼を製造するために、圧延中に厚鋼板を冷却し、その後の圧延を低温で行う制御圧延（ＣＲ）がなされているが、ここでは、本発明の冷却装置を鋼板上面の冷却装置として採用した。

厚鋼板の圧延ラインでは、加熱炉６０で素材（スラブ）を１２００℃程度まで加熱した後、厚板圧延機６１によりリバース圧延を行い、ある板厚になった段階で本発明の冷却装置５０からなる冷却装置群５１まで搬送して、ここで通過させながら冷却を行ったのち、厚板圧延機６１まで搬送して再び圧延を行う。圧延完了後は表面温度計６５により鋼板２１の温度分布を測定してローラーレベラー６２で形状矯正を行う。

ここで、本発明の冷却装置５０の使い方であるが、図５で説明したように、本発明の冷却装置５０が冷却水を噴射した状態で、鋼板２１を冷却装置５０の直下を搬送して冷却し、冷却水を停止した後に、再び本発明の冷却装置５０の直下にきた段階で冷却水を噴射し、所定時間冷却した後に冷却水を停止してから厚板圧延機６１まで搬送した。

なお、厚鋼板２１は、板幅４８００ｍｍ、板長１５ｍ、板厚５０ｍｍの寸法のものを冷却装置５０の直下まで搬送し、ここで２０ｓｅｃ間冷却して、１０００℃から９００℃まで冷却を実施した。冷却後の温度は表面温度計６５により測定した。

ここで、本発明の冷却装置（冷却ユニット）５０のスペックは下記の通りである。

冷却水供給管：長さ５ｍ、管径φ４００ｍｍ、容積Ｖ１＝１．３ｍ^３
ノズルヘッダ：幅ｗ＝５４００ｍｍ、高さｈ＝６００ｍｍ、長さＬ＝９００ｍｍ、
内容積Ｖ２＝２．９１ｍ^３
冷却ノズル：口径φ６ｍｍ、本数５４０本、合計断面積Ａ１＝０．０１５３ｍ^３
冷却水：冷却水量１５７１５Ｌ／ｍｉｎ、水量密度３２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ^２
そして、この本発明の冷却ユニット５０を鋼板搬送方向に３台並べて冷却装置群５１を構成した。

なお、この実施例１では、冷却水停止遅れ時間の目標値ｔｏを１０ｓｅｃ以下、冷却後の鋼板２１内の温度偏差ΔＴを２０℃以内とした。

そして、比較例１として、冷却水排水管５および空気導入管１０を使用しなかった場合、比較例２として、空気導入管１０のみを使用した場合、比較例３として、冷却水排水管５のみ使用した場合、本発明例１として、冷却水排水管５および空気導入管１０を使用した場合を比較した。

その結果を表２に示す。また、本発明例１、比較例１について、冷却装置群５１で冷却した後の板幅方向の表面温度測定結果を図１０に示す。

表２および図１０に示すように、本発明例１では、冷却水停止遅れ時間ｔｒが４．９ｓｅｃと速やかに冷却水が停止したため、冷却後の温度偏差ΔＴが１０．０℃と良好であった。これに対して、比較例１では、冷却水停止遅れ時間ｔｒが１８０ｓｅｃと長時間冷却水が出つづけたため、鋼板２１にノズル４からの垂れ水が掛かり、全体的に狙いの９００℃より低い温度になるとともに、ノズル４からの垂れ水が鋼板２１に乗ったままとなり、局所的な過冷却が発生して温度偏差ΔＴも９０℃と大きくなった。

また、表２に示すように、空気導入管１０のみを使用した比較例２では、冷却水停止遅れ時間ｔｒが１３ｓｅｃであったが、搬送中に鋼板２１の一部に冷却水が掛かり、このため冷却後の温度偏差ΔＴは３０℃程度となってしまった。また、冷却水排水管５のみを使用した比較例３では、冷却水停止遅れ時間ｔｒが３０ｓｅｃであったため、鋼板２１に冷却水が掛かり、その乗り水が局所化冷却を起こして、冷却後の温度偏差ΔＴは５０℃と大きくなった。

本発明の実施例２として、本発明を熱延鋼板の仕上圧延後のランアウトテーブル冷却に適用した。

まず、図１１に示すような、熱間圧延後の熱延鋼板をランアウトテーブルで冷却する場合の工程について説明する。

熱延鋼帯の圧延ラインでは、加熱炉７０で厚さ２５０ｍｍ程度の素材（スラブ）を１２００℃程度まで加熱し、粗圧延機群７１でのリバース圧延によって３０ｍｍ程度まで圧下した後、６〜７機の圧延機から構成されている仕上げ圧延機群７２で３ｍｍ程度まで圧延する。その後、ランアウトテーブル７３で冷却し、表面温度計７６で測定した後、コイラー７４で巻き取る。

近年、高強度鋼を製造するために、巻き取り温度を目標値から外れないように、様々な制御がなされる。特に、大水量冷却により高強度熱延鋼帯を製造するニーズが高い。そこで、本発明の冷却装置（冷却ユニット）５０をランアウトテーブル７３における熱延鋼帯２０上面の冷却装置として採用した。

ここで、本発明の冷却装置（冷却ユニット）５０のスペックは下記の通りである。

冷却水供給管：長さ１０ｍ、管径φ２８０ｍｍ、容積Ｖ１＝０．２４ｍ^３
ノズルヘッダ：幅ｗ＝２４００ｍｍ、高さｈ＝６００ｍｍ、長さＬ＝９００ｍｍ、
内容積Ｖ２＝２．３０ｍ^３
冷却ノズル：口径φ６ｍｍ、本数１２０本、合計断面積Ａ１＝０．００３４ｍ^３
冷却水：冷却水量３５００Ｌ／ｍｉｎ、水量密度１６００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ^２
そして、この本発明の冷却ユニット５０を熱延鋼帯搬送方向に１５台並べて上面冷却装置群５２を構成した。

なお、熱延鋼帯２２の下面側の冷却については、既設のスプレー冷却装置７５ａによる下面冷却装置群７５を用いた。

ここで、本発明の冷却装置５０の使い方であるが、本発明の冷却装置５０で冷却した後に表面温度計７６で温度を測定し、目標温度に対して実績温度が低くなっていれば、所定台数の冷却ユニット５０の冷却水を停止し、目標温度に対して実績温度が高くなっていれば、冷却水を停止していた冷却ユニット５０の内の所定台数から冷却水を噴射する。

なお、熱延鋼帯は、板幅１２００ｍｍ、板厚３.２ｍｍ、板長５００ｍの寸法とし、仕上圧延機出側では８５０℃、巻き取り温度を５００℃で制御した。

なお、この実施例２では、冷却水停止遅れ時間の目標値ｔｏを３ｓｅｃ以下、冷却後の熱延鋼帯２２内の温度偏差ΔＴを１５℃以内とした。

そして、比較例４として、冷却水排水管５および空気導入管１０を使用しなかった場合、比較例５として、空気導入管１０のみを使用した場合、比較例６として、冷却水排水管５のみ使用した場合、本発明例２として、冷却水排水管５および空気導入管１０を使用した場合を比較した。

その結果を表３に示す。また、本発明例２、比較例４について、冷却装置群５２で冷却した後、コイラー７４の前に設置した表面温度計７７で板幅中央部の長手方向の表面温度測定した結果を図１２に示す。

表３および図１２に示すように、本発明例２では、冷却水停止遅れ時間ｔｒが１．９ｓｅｃと速やかに冷却水が停止したため、冷却後の温度偏差ΔＴが８℃と良好であった。これに対して、比較例４では、冷却水停止遅れ時間ｔｒが１８０ｓｅｃと長時間冷却水が出つづけ、温度が目標値になっていないのを検知してから冷却水停止指令を出しても、冷却水が出つづけているため、局所的に過冷却となり、冷却後の温度偏差ΔＴも１１０℃と大きかった。

また、表３に示すように、空気導入管１０のみを使用した比較例５では、冷却水停止遅れ時間ｔｒが２１．７ｓｅｃであったが、冷却水停止後の冷却水が出てしまい、狙った温度にうまく調整できず、冷却後の温度偏差ΔＴは４０℃程度となってしまった。また、冷却水排水管５のみを使用した比較例６では、冷却水停止遅れ時間ｔｒが１５ｓｅｃであったため、狙った温度にうまく調整できず、冷却後の温度偏差ΔＴは２０℃程度となってしまった。

本発明の一実施形態の概略説明図（正面図）である。 本発明の一実施形態の概略説明図（側面図）である。 排水配管のみ使用した場合に冷却水停止時間が長くなる説明図である。 本発明の一実施形態の他の概略説明図（側面図）である。 本発明を厚鋼板の冷却に適用した場合の厚鋼板の製造過程を説明した図である。 本発明を熱延鋼板の冷却に適用した場合の熱延鋼板の製造過程を説明した図である。 本発明の一実施形態の寸法や記号の説明図（正面図）である。 本発明の一実施形態の寸法や記号の説明図（側面図）である。 本発明の実施例１においる厚鋼板の圧延ラインを示す図である。 本発明の実施例１においる冷却後の厚鋼板の幅方向温度分布である。 本発明の実施例２においる熱延鋼板の圧延ラインを示す図である。 本発明の実施例２においる冷却後の熱延鋼板の長手方向温度分布である。

符号の説明

１ 冷却水供給管
２ ノズルヘッダ
２ａ ノズルヘッダ内管
２ｂ ノズルヘッダ外管
２ｃ 貫通孔
４ ノズル
４ａ ノズルの上端（冷却水流入口）
４ｂ ノズルの先端（冷却水流出口）
５ 冷却水排水管
６ 冷却水給水制御手段（冷却水供給用開閉弁）
７ 空気導入制御手段（空気導入用開閉弁）
８ 冷却水排水制御手段（冷却水排水用開閉弁）
９ 排水溝
１０ 空気導入管
２１ 厚鋼板
２２ 熱延鋼帯
５０ 本発明の冷却装置（冷却ユニット）
５１ 厚鋼板の製造に適用した本発明の冷却装置群
５２ 熱延鋼帯の製造に適用した本発明の冷却装置群
６０ 加熱炉
６１ 厚鋼板圧延機
６２ 矯正機
６５ 表面温度計
７０ 加熱炉
７１ 熱延鋼帯粗圧延機群
７２ 熱延鋼帯仕上げ圧延機群
７３ ランアウトテーブル
７４ コイラー
７５ 熱延鋼帯の既設下面冷却装置群
７５ａ 熱延鋼帯の既設下面冷却装置
７６ 表面温度計
７７ 表面温度計

Claims (7)

1. 冷却水供給源に冷却水供給管を介して接続されたノズルヘッダと、冷却水供給管に設けられた冷却水供給制御手段と、前記ノズルヘッダに取り付けられたノズル群とを備えて、鋼材上面に冷却水を供給する鋼材の冷却装置において、前記ノズルヘッダ内から冷却水を外部へ排出可能とする冷却水排出管と、前記冷却水供給制御手段と前記ノズルヘッダの間に空気を導入可能とする空気導入管とを備えているとともに、前記ノズル群の各ノズルは前記ノズルヘッダ内に所定長さ貫通し、各ノズルの冷却水流入口は少なくとも前記冷却水排出管の下端部より上方に位置していることを特徴とする鋼材の冷却装置。
2. 前記冷却水排出管と前記空気導入管にはそれぞれ開閉弁が取り付けられているとともに、前記冷却水排出管と前記空気導入管の開閉弁を同時に開閉する制御装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の冷却装置。
3. 冷却水供給制御手段によってノズルヘッダへの冷却水の供給を停止してから、鋼材上面への冷却水の供給が停止するまでの時間を冷却水停止遅れ時間とし、許容される冷却水停止遅れ時間をｔｏ（ｓｅｃ）とした場合に、前記各ノズルの流入口の総断面積Ａ１（ｍ^２）、前記冷却水排水管の流路の断面積Ａ２（ｍ^２）、前記空気導入管の流路の断面積Ａ３（ｍ^２）、前記空気導入管の空気圧力Ｐ（Ｐａ）、冷却水の密度ρｗ（ｋｇ／ｍ^３）、空気の密度ρａ（ｋｇ／ｍ^３）、前記冷却水供給制御手段によってノズルヘッダへの冷却水の供給を停止した後に、残留冷却水が前記各ノズルから流出し得る領域の、冷却水供給管内の容積とノズルヘッダ内の容積の合計容積Ｖ（ｍ^３）が以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材の冷却装置。
   Ｖ／（（Ａ１＋Ａ２）×（２Ｐ／ρｗ）^０．５）≦ｔｏ ・・・（１）
   Ｖ／（Ａ３×（２Ｐ／ρａ）^０．５）≦ｔｏ ・・・（２）
4. 許容される冷却水停止遅れ時間ｔｏを１０ｓｅｃ以下とすることを特徴とする請求項３に記載の鋼材の冷却装置。
5. 前記各ノズルの冷却水流入口の高さ位置は前記冷却水排水管の上端部の高さ位置以上になっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋼材の冷却装置。
6. 前記各ノズルの冷却水流入口の高さ位置は、水平面に対してすべて同じ高さ位置にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鋼材の冷却装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の鋼材の冷却装置による鋼材の冷却方法であって、鋼材上面への冷却水の供給を停止する場合は、冷却水供給制御手段によってノズルヘッダへの冷却水の供給を停止すると同時に、冷却水排水管と空気導入管にそれぞれ取り付けられた開閉弁を開状態とすることを特徴とする鋼板の冷却方法。

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