JP2010167501A - 鋼板の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却能力に優れ、冷却後の鋼板の温度分布が小さな鋼板の冷却装置を提供する。
【解決手段】鋼板４の移動方向及び幅方向に沿って複数配列されたスプレーノズル３ｃから水噴流を噴射させて鋼板４を冷却させる冷却装置において、水噴流の最大広がり角度が１０°〜３０°、スプレーノズル先端から一面までの距離が２００ｍ〜７００ｍ、一面上における水噴流の水量密度が２ｍ^３／ｍ^２／分以上であり、一面上における各水噴流の噴流衝突領域が鋼板の幅方向に沿って相互に少なくとも接するとともに幅方向に対する傾斜方向に沿って相互に少なくとも接し、かつ幅方向に沿って配列される噴流衝突領域同士が各噴流衝突領域の半径の０％以上１００％以下の範囲の重なり幅をもって重なり合わされるように、複数のスプレーノズルが配置され、熱伝達率が６０００（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）以上である冷却装置を採用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、熱間圧延工程や熱処理工程で搬送中の鋼板の冷却に関し、特に、温度が９５０℃以上の鋼板を効率よく冷却することが可能な技術に関するものである。

一般に鋼板の圧延設備は、加熱炉と粗圧延装置と複数の圧延スタンドからなる仕上げ圧延装置とが、鋼板の移動方向に沿って１列に配列されて概略構成されている。鋳造設備から供給されたスラブは、圧延を容易にするために、加熱炉によって１２００℃程度に加熱されてから粗圧延装置に供給され、粗圧延装置によって厚さ３０〜５０ｍｍ程度の粗圧延鋼板に加工される。その後、クロップシャー処理,デスケーリング処理、を経て仕上げ圧延装置に送られる。このときの粗圧延鋼板の表面温度は加熱炉の設定にもよるが１１００℃ないし１１５０℃程度になる場合がある。

仕上げ圧延装置においては、スケール疵の発生を防止するために、粗圧延鋼板の温度を１０５０℃以下にしてから圧延を行ないたいという要請が有る。粗圧延直後の粗圧延鋼板の表面温度は前述のように１１００℃ないし１１５０℃程度なので、仕上げ圧延前に５０℃ないし１００℃程度冷却させる必要が有る。従来は、粗圧延鋼板を仕上げ圧延装置の手前で一旦停めて放冷し、鋼板の表面温度が１０５０℃以下になるのを待ってから仕上げ圧延装置に送っていたが、この待ち時間の発生によって生産効率が低下するという問題があった。

生産効率を改善させるには、仕上げ圧延装置の手前に冷却装置を配置して鋼板を冷却させれば良いが、現実には、粗圧延装置と仕上げ圧延装置の間には、デスケーリング装置、表面温度計、エッジャー装置、クロップシャー装置等の設備が既に配置されており、冷却装置を設置しようにもそのスペースが極めて限られるという事情が有る。このため、仕上げ圧延前のスペースが限られることから、冷却時間が１秒程度で鋼板温度が４０℃以上低下するだけの冷却能力が必要である。

一方、従来から様々な鋼板の冷却装置が提案されている。
例えば、特許文献１（特開２００１−２４０９１５号公報）には、鋼板上に複数の冷却ノズルを配置し、各冷却ノズルから棒状の水噴流を噴射させて鋼板を冷却する技術が開示されている。この特許文献１に記載の技術によれば、鋼板上における棒状の水噴流の噴流衝突領域が相互に離間しており、鋼板に対する噴流衝突領域の面積率が数％程度と低くなっている。またこの特許文献１に記載の技術は、仕上げ圧延後という記載から、表面温度９００℃以下の鋼板に適用されるものであり、仕上げ圧延前の１０００℃程度の高温の鋼板に適用されるものではない。１０００℃程度の鋼板に対し,本技術を適用して棒状の水噴流を噴射させると、鋼板上の水噴流の衝突領域では水が直接鋼板に当たって効率よく冷却が行なわれるものの、衝突領域の周辺では水流が鋼板表面に沿って流れるため、９５０℃以上の高温鋼板を冷却する際には水流と鋼板との境界で水の蒸発による蒸気膜が発生し、この蒸気膜の影響によって効率よく冷却が行なわれなくなる。このように、特許文献１に記載の技術を高温の鋼板に適用しても、冷却能力を高めることができない問題があった。
仕上げ圧延前の高温の鋼板に対して特許文献１に記載の技術を適用するためには、冷却能力を補うために冷却ノズルを何台も設置する必要が生じるが、上述のように粗圧延装置と仕上げ圧延装置の間のスペースが限られているので、設置台数が制限され、結果的に冷却能力が不足してしまう。

また特許文献２（特開２００２−１２６８１４号公報）には、仕上げ圧延装置の手前において、温度調整のために鋼板を待機させることによって生じる遅れ時間の解消を目的として、粗圧延装置を構成する複数の粗圧延スタンドの間に冷却水を噴射する冷却装置を配置し、仕上げ圧延前での温度を予測してあらかじめ冷却する技術が開示されている。しかし、この方法では、仕上げ圧延直前で予測値が外れた場合リカバリーが困難であり、また、冷却装置による冷却水の具体的な噴射方法は開示されていない。

更に、特許文献３（特公昭６０−４８２４１号公報）には、デスケーリング装置と仕上げ圧延装置の第１スタンドとの間、または仕上げ圧延装置の第１スタンドと第２スタンドとの間に、鋼板のスケール疵発生臨界温度以上の幅方向中央部を強制冷却する水冷装置が開示されている。しかし、最近の多品種少量生産の傾向から、仕上げ圧延装置には幅の異なる鋼板が供給されることがあり、文献３の装置では鋼板の幅方向の温度を均一にするのが難しくなるという問題がある。また同文献の図５に示すように、仕上げ圧延装置の第１スタンドの直前に水冷装置が配置されているので、鋼板の表面温度が低下したまま圧延が行なわれることになり、鋼板の品質に悪影響が及ぶ可能性がある。また、冷却装置による冷却水量、ノズルの種類、ノズルと鋼板の距離などの設置方法の具体的な開示されていない。

更にまた、特許文献４（特開平８−２３８５１８号公報）には、鋼板に対して複数のスプレーノズルから水噴流を噴射させ、鋼板上における水噴流の噴射域を相互に重なるようにした冷却方法が開示されている。しかし、この特許文献５には、スプレーノズルの噴射角度について９０°以下がよいとされるに留まっており、噴射角度と設置スペースとの関係について何ら詳細に検討されていない。また、スプレーノズルから鋼板までの距離と設置スペースとの関係についても何ら開示されていない。更に、特許文献４では、主に仕上げ圧延後の厚鋼板の冷却を対象にしており、９５０℃以上の厚鋼板を短時間で冷却するための水量、ノズルと鋼板の距離などの設置方法などの開示はなされていない。以上のことから、特許文献４に記載された技術をそのまま圧延設備に適用しようとしても、設置スペースの問題を解消できないし、冷却能力を確保できるか否かが明確ではない。

また、従来の装置による厚鋼板の冷却能力としては非特許文献１に記載があり、仕上げ圧延後で温度域は本発明の目的温度域より低くなっているが４０ｍｍの板厚で約２０℃／秒となっている。水の冷却能力は、図２２に示すように鋼板の表面温度により、膜沸騰域、遷移沸騰域、核沸騰域と異なっている。本発明の目的温度域である９５０℃以上の高温鋼板では一般に膜沸騰域であり、熱伝達率は低くなっている。すなわち、従来技術との比較でわかるように本発明の目的で必要とされる冷却能力は冷却温度域をも考慮に入れると、非常に高いものであることがわかる。これまでに冷却時間が１秒程度で４０ｍｍ程度の鋼板温度が５０℃以上低下するだけの冷却能力を備えた装置は、工業的には示されていない。

特開２００１−２４０９１５号公報 特開２００２−１２６８１４号公報 特公昭６０−４８２４１号公報 特開平８−２３８５１８号公報

小俣、吉村、山本、「高度な製造技術で応える高品質高性能厚鋼板」、ＮＫＫ技報、ＪＦＥスチール株式会社、２００２年１１月、Ｎｏ．１７９、ｐ．５８

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、冷却能力が十分であり、冷却後の鋼板の幅方向および長手方向の温度分布のバラツキが小さく、しかも装置自体がコンパクトで広い設置スペースがなくても圧延設備の付加させることが可能であり、圧延工程の効率を向上させることが可能な冷却装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の鋼板の冷却装置は、一方向に移動される２０ｍｍ厚以上の鋼板の一面に対し、鋼板の移動方向及び鋼板の幅方向に沿って複数配列されたスプレーノズルから各々略充錐体形状の水噴流を噴射させて前記鋼板を冷却させる鋼板の冷却装置において、前記冷却装置の下流側に少なくとも１台以上の圧延スタンドを有し、前記一面上における前記水噴流の水量密度が２ｍ^３／ｍ^２／分以上であるとともに、前記水噴流の形状が充円錐形状、充楕円錐形状、長円錐形状のいずれかまたはこれらが混在したものであり、前記一面上における前記各水噴流の噴流衝突領域が鋼板の幅方向に沿って少なくとも相互に連続するとともに、鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って少なくとも相互に連続するように、前記複数のスプレーノズルが前記鋼板の上面及び下面の両側に配置されており、熱伝達率が最大で６０００（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）以上であり、冷却停止してから復熱した時の表面温度が９５０℃以上に制御するものであることを特徴とする。
また、本発明の鋼板の冷却装置においては、前記略充錐体形状の水噴流の最大広がり角度が１０°以上３０°以下の範囲であり、前記スプレーノズル先端から前記一面までの距離が２００ｍｍ以上７００ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。
なお、噴流衝突領域が連続するとは、噴流衝突領域が相互に接していることを含み、また噴流衝突領域が相互に重なり合わされていることも含む。
また本発明の鋼板の冷却装置においては、前記一面上における前記水噴流の水量密度が８ｍ^３／ｍ^２／分以上であることが好ましい。
また本発明の鋼板の冷却装置においては、前記一面上における前記各水噴流の噴流衝突領域が鋼板の移動方向に沿って相互に稠密に接するように前記複数のスプレーノズルが配置されていることが好ましい。
また本発明の鋼板の冷却装置においては、前記鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って配列される噴流衝突領域同士が各噴流衝突領域の半径の０％以上１００％以下の範囲の重なり幅をもって重なり合わされるように、前記複数のスプレーノズルが配置されていることが好ましい。
また本発明の鋼板の冷却装置においては、前記鋼板の幅方向に沿って配列される噴流衝突領域同士が各噴流衝突領域の半径の０％以上１００％以下の範囲の重なり幅をもって重なり合わされるように、前記複数のスプレーノズルが配置されていることが好ましい。
また本発明の鋼板の冷却装置においては、前記上面側に配置されるスプレーノズルの水量密度と、前記下面側に配置されるスプレーノズルの水量密度との比（下面側／上面側）が、１以上２以下の範囲であることが好ましい。
また本発明の鋼板の冷却装置においては、各スプレーノズルにおける水量密度が同一の値に設定されていることが好ましい。
また本発明の鋼板の冷却装置においては、前記鋼板の移動方向の上流側及び下流側に一対の水切り用スプレーノズルを配置させ、これら水切り用スプレーノズルの間に前記複数のスプレーノズルが配置されていることが好ましい。

本発明の鋼板の冷却装置は、９５０℃以上の高温の鋼板に対して好適に適用される。ここで、鋼板に対する冷却能力は熱伝達率（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）、あるいは鋼板の冷却速度で評価することができる。鋼板の冷却速度は、冷却前後の鋼板の厚み方向断面の平均温度の差を冷却時間で除したものである。
本発明の冷却装置においては、水噴流による噴流衝突領域が鋼板の幅方向及び幅方向に対する傾斜方向に沿って少なくとも相互に連続しているので、これにより鋼板の表面温度が連続的に低下される。上記の熱伝達率は、図２２に示すように鋼板の表面温度により、膜沸騰域、遷移沸騰域、核沸騰域と異なっており、９５０℃以上の高温鋼板では一般に膜沸騰域であり、熱伝達率は低くなっている。冷却対象である鋼板の温度が低くなると遷移沸騰域に入り、冷却能力が向上する傾向にあるので、鋼板に水噴流が衝突している間に鋼板一面の温度が徐々に低下することにより熱伝達率が次第に高まり、冷却能力を向上させることが可能になる。

また本発明の冷却装置によれば、水噴流の最大広がり角度と、ノズル先端から鋼板までの距離とが上記の範囲に設定されているので、冷却装置自体をコンパクトにすることができ、既存の圧延設備に容易に導入させることが可能になる。また、水噴流の最大広がり角度を３０°以下に設定することで、鋼板に対する水噴流の垂直方向の成分を増やすことができ、冷却能力をより高めることができる。
更に、水量密度が２ｍ^３／ｍ^２／分以上、より好ましくは８ｍ^３／ｍ^２／分以上に設定されているので、冷却能力を大幅に向上できる。

また本発明の冷却装置によれば、噴流衝突領域が鋼板の移動方向に沿って相互に稠密に接することによって、鋼板の移動方向に沿って複数の噴流衝突領域の連続する部分が多くなり、鋼板の表面温度がより低下される。このため、熱伝達率が更に高まり、冷却能力をより向上させることが可能になる。
また、本発明の冷却装置によれば、鋼板の幅方向に沿って配列される噴流衝突領域同士が上記の重なり幅をもって重なり合わされるので、鋼板の幅方向の冷却能力にバラツキが生じるおそれがなく、鋼板を均一に冷却することが可能になる。
また、鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って配列される噴流衝突領域同士が上記の重なり幅をもって重なり合わされることによって、鋼板の移動方向の冷却能力にバラツキが生じるおそれがなく、鋼板を均一に冷却することが可能になる。
また本発明の冷却装置によれば、複数のスプレーノズルが鋼板の両面側に配置されていることによって、冷却能力をより向上できる。

以上説明したように、本発明によれば、高い冷却能力があり、冷却後の鋼板の幅方向および長手方向の温度分布のバラツキが小さく、しかも装置自体がコンパクトで広い設置スペースがなくても圧延ラインの付加させることが可能であり、圧延工程の効率を向上させることが可能な冷却装置を提供できる。
また、本発明の冷却装置は、表面温度が９５０℃以上の鋼板に対して好適に適用できる。

図１は本発明の実施形態の冷却装置を備えた圧延装置の一例を示す側面模式図である。 図２は、本発明に係るスプレーノズルにおける水噴流の噴射状態を示す図であって、Ａは水噴流が円錐形状となるフルコーンスプレーノズルの例を示す斜視図であり、Ｂは水噴流が楕円錐形状となる楕円型スプレーノズルの例を示す斜視図であり、Cは水噴流が長円錐形状となる長円型スプレーノズルの例を示す斜視図である。 図３は本発明の実施形態である冷却装置のスプレーノズルの配置及び噴流衝突領域の一例を示す平面模式図である。 図４は水噴流の最大広がり角度と、スプレーノズル先端から鋼板の一面までの距離との関係を示すグラフである。 図５は本発明の実施形態である冷却装置のスプレーノズルの配置及び噴流衝突領域の別の例を示す平面模式図である。 図６は本発明の実施形態である冷却装置のスプレーノズルの配置及び噴流衝突領域の他の例を示す平面模式図である。 図７は本発明の実施形態である冷却装置のスプレーノズルの配置及び噴流衝突領域の更に別の例を示す平面模式図である。 図８は本発明の実施形態である冷却装置のスプレーノズルの配置及び噴流衝突領域の更に他の例を示す平面模式図である。 図９は実験例１において用いた冷却装置の構成を示す側面模式図である。 図１０は、鋼板の温度と冷却時間（冷却回数）との関係を示すグラフである。 図１１は、図１０の拡大図である。 図１２は、冷却１回目における冷却時間と熱伝達率との関係を示すグラフである。 図１３は、冷却２回目における冷却時間と熱伝達率との関係を示すグラフである。 図１４は、鋼板の温度と冷却時間との関係を示すグラフである。 図１５は、冷却前の鋼板の温度と、鋼板の下面側から水噴流を噴射させて冷却した際の鋼板の降下温度との関係を示す図であって、鋼板厚さが４０ｍｍの場合のプロット図である。 図１６は、冷却前の鋼板の温度と、鋼板の上面側から水噴流を噴射させて冷却した際の鋼板の降下温度との関係を示す図であって、鋼板厚さが２０ｍｍの場合のプロット図である。 図１７は、冷却前の鋼板の温度と、鋼板の下面側から水噴流を噴射させて冷却した際の鋼板の降下温度との関係を示す図であって、鋼板厚さが２０ｍｍの場合のプロット図である。 図１８は、冷却前の鋼板の温度と、鋼板の上面側から水噴流を噴射させて冷却した際の鋼板の降下温度との関係を示す図であって、鋼板厚さが２０ｍｍの場合のプロット図である。 図１９は、冷却前の鋼板の温度と、鋼板の下面側から水噴流を噴射させて冷却した際の鋼板の降下温度との関係を示す図であって、鋼板水噴流の最大広がり角度が１５°、ノズル先端から鋼板までの距離が４４０ｍｍの場合のプロット図である。 図２０は、実施例１の冷却装置を用いて鋼板を冷却させた際のノズル及び噴流衝突領域の配置と熱伝達率との関係を示す模式図である。 図２１は、比較例１の冷却装置を用いて鋼板を冷却させた際のノズル及び噴流衝突領域の配置と熱伝達率との関係を示す模式図である。 図２２は、水冷時の鋼板表面温度と熱伝達率の関係を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する図は、本発明に係る鋼板の冷却装置の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の冷却装置の寸法関係とは異なる場合がある。
本発明は、仕上げ圧延前または仕上げ圧延中の温度が９５０℃以上の圧延鋼板または厚みが２０〜１５０ｍｍ程度の厚鋼板（以下、鋼板と総称する）を冷却対象とし、主として粗圧延後、鋼板の上面側と下面側に対してスプレーノズルからの水（例えば、水、または水と空気の混合体などの冷却媒体で、本発明では「水」という）噴流によって冷却を行なう場合に適用されるものである。

図１には本実施形態の冷却装置を備えた圧延設備の一例を示す。この圧延設備は、図１に示すように、粗圧延装置１と、仕上げ圧延装置２と、本発明に係る冷却装置３とから概略構成されている。粗圧延装置１の上流側には図示略の加熱炉が備えられており、この加熱炉によって圧延前の鋼スラブを１２００℃ないし１２５０℃程度に加熱する。この加熱によって鋼スラブが圧延がされやすくなるとともに、狭幅処理における傷の発生が防止される。粗圧延装置１は、複数の粗圧延ロールが鋼板４の移動方向に沿って一列に配列されて構成されている。なお、図１には粗圧延装置の最終粗圧延ロール１ａのみを示している。この粗圧延装置１によって、圧延前の鋼スラブが３０〜５０ｍｍ程度の厚みになるまで圧延される。

粗圧延装置１の下流側には、図示しないデスケーリング装置、エッジャー装置、クロップシャー装置、鋼板の表面温度計等が配置されている。

更に、仕上げ圧延装置２の手前には、本発明に係る冷却装置３のノズルボックス３ａ、３ｂが配置されている。図１ではノズルボックス３ａ、３ｂが鋼板４の上面４ａ側及び下面４ｂ側に配置されており、上面４ａ側及び下面４ｂ側から水噴流を噴射できるように構成されている。ノズルボックス３ａ、３ｂには、スプレーノズル３ｃが鋼板４の移動方向及び幅方向に沿って複数設置されている。

また、図１には、仕上げ圧延装置２の一部を示している。仕上げ圧延装置２は、複数の圧延スタンドが鋼板４の移動方向（圧延方向）に沿って一列に配列されて構成されている。図１には、１段目の圧延スタンドＦ１の圧延ローラ２ａと２段目の圧延スタンドＦ２の圧延ローラ２ｂを示している。

次に、本発明に係る冷却装置３について詳細に説明する。本発明に係る冷却装置３は、図１に示すように、複数のスプレーノズル３ｃが備えられたノズルボックス３ａ、３ｂと、各スプレーノズル３ｃに水を供給するための図示しない供給配管と、供給配管の上流側に配置された図示しない加圧ポンプと、加圧ポンプを制御する図示しない制御装置とから構成されている。この制御装置は、スプレーノズル３ｃに対する水の供給圧をスプレーノズル毎に自由に設定できるようになっている。

冷却装置を構成するスプレーノズル３ｃは、図２に示すように、水噴流が円錐形状となるフルコーン型スプレーノズルであっても良く（図２Ａ）、水噴流が楕円錐形状となる楕円型スプレーノズルであっても良く（図２Ｂ）、水噴流が長円錐形状となる長円型スプレーノズルであっても良く（図２Ｃ）、これら図２Ａないし図２Ｃに示すスプレーノズルが混在していても良い。

図３には、スプレーノズル３ｃの配置例と、そのスプレーノズルから鋼板に向けて噴射された水噴流による噴流衝突領域との関係を平面図で示す。ここで、噴流衝突領域とは、スプレーノズルから噴射された充錐体状の水噴流が鋼板の上面または下面に直接衝突する領域を指す。また、図３に示す例は、フルコーン型スプレーノズルを使用した例である。以下、図５ないし図８においても同様である。
図３に示すように、スプレーノズル３ｃは、鋼板４の幅方向に沿って４列に配列されるとともに鋼板４の幅方向に対する傾斜方向に沿って４列に配列されており、合計で１６個が配置されている。図３における鋼板の幅方向に対する傾斜方向とは、幅方向に対して６０°傾斜した方向である。また、各スプレーノズル３ｃはほぼ等間隔に配置されている。このように配列されたスプレーノズル３ｃの各中心点を線で結ぶと、図３に示すように略正三角形となる。

上記のように配列されたスプレーノズル３ｃからの水噴流による噴流衝突領域Ｍは、図３の点線で示すように、鋼板の幅方向及び幅方向に対する傾斜方向に沿ってそれぞれ相互に接しているとともに、鋼板の移動方向に沿って相互に稠密に接している。このように噴流衝突領域Ｍが相互に接するのは、各スプレーノズル３ｃが所定の間隔をもって配置されるとともに、各スプレーノズル３ｃによって噴射される水噴流が一定の広がり角を持った充錐体形状であるために、図１に示すように、スプレーノズル３ｃから鋼板４に至るまでの間に、水噴流が各スプレーノズル３ｃの間の領域にまで広がるためである。

鋼板上において噴流衝突領域Ｍを図３に示すように相互に接触させるためには、水噴流の最大広がり角度と、スプレーノズル先端から鋼板までの距離との関係を制御すれば良い。たとえば、水噴流の衝突領域の面積を変化させないようにする場合で、噴流衝突部の円の直径を１００ｍｍ程度にする場合には、図４に示すように、水噴流の最大広がり角度をｘとし、スプレーノズル先端から鋼板までの距離をｙとしたとき、ｙ＝５９２３．４ｘ^{−１．０１５５}の関係になるように広がり角度と距離を調整すれば良い。

また、本実施形態においては、水噴流の最大広がり角度を１０°以上３０°以下の範囲に設定することが好ましい。最大広がり角度を１０°以上に設定することによって、スプレーノズル同士の間隔を極端に狭める必要がなくなる。また、最大広がり角度を１０°以上にすることで、噴流衝突領域が狭くなりすぎず、噴流衝突領域同士を少なくとも接触させることができる。一方、最大広がり角度を３０°以下に設定することによって、鋼板の上面または下面に対する水噴流の垂直方向の速度成分を大きくすることができ、鋼板に対して水を直接に衝突させる能力が向上し、水と鋼板との間で効率よく熱交換が行なわれ、熱伝達率が向上する。

また本実施形態においては、スプレーノズル先端から鋼板までの距離を２００ｍｍ以上７００ｍｍ以下の範囲に設定することが好ましい。
距離を２００ｍｍ以上にすることで、ノズルの直下に変形された鋼板が送られた場合でもノズルと鋼板とが干渉するおそれがない。更に距離を７００ｍｍ以下に設定することで、ノズルが鋼板の下面側に設置された場合であってもノズルと鋼板との距離が離れすぎずに、水噴流を鋼板に確実に衝突させることができる。

また、各スプレーノズルによる水噴流の水量密度は２ｍ^３／ｍ^２／分以上とすることが好ましく、８ｍ^３／ｍ^２／分以上とすることがより好ましい。水量密度を２ｍ^３／ｍ^２／分以上に設定することによって、十分な量の水を鋼板の一面または他面に供給することができ、水と鋼板との間で効率よく冷却が行なわれて熱伝達率が向上する。
更に、鋼板の上面側と下面側の両側から水噴流を噴射させる場合には、上面側と下面側の水量密度を一致させても良く、異なる値に設定しても良い。異なる値に設定する場合には、水量密度の比（下面側／上面側）を１以上２以下の範囲にすることが好ましい。上面側においては、水噴流として鋼板に衝突した後の水が、鋼板上を水流となって流れる際に、ある程度の冷却効果が期待できるため、下面側の水量密度に対する上面側の水量密度を小さくすることができる。

水量密度の制御は、各スプレーノズルに供給する水の供給圧力を制御すれば良い。供給圧力の最適範囲はスプレーノズルの性能によっても異なるが、例えば０．００５ＭＰａ以上０．５ＭＰａの範囲に設定すれば良い。

なお、図３における各噴流衝突領域Ｍは、相互に接しているだけで重なり合わされていない。従って鋼板４の幅方向並びにその傾斜方向に沿って配列される噴流衝突領域Ｍ同士の重なり幅はそれぞれ、各噴流衝突領域Ｍの半径の０％となる。
また、噴流衝突領域Ｍの半径は、水噴流の最大広がり角度とノズル先端から鋼板までの距離で決まるが、６０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下の範囲が良く、８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下の範囲がより良い。

以下、従来技術では解消されなかった問題点を指摘しつつ、本実施形態による効果を説明する。
高温の鋼板をスプレーノズルからの水噴流によって冷却する際においては、水が高温の鋼板に接したときに沸騰現象を起こすために、鋼板を効率よく冷却できない場合がある。例えば、鋼板上面側においては、各スプレーノズルから大量の水噴流を衝突させると、噴流衝突領域では冷却されるが、衝突後に板上水となった冷却水は、この冷却水と鋼板間に発生する水蒸気の存在もあり、冷却に充分寄与しないで排出される懸念がある。また板上水が多い場合には、各スプレーノズルからの水噴流が鋼板表面に充分に到達できず、充分な冷却効率が得られないおそれもある。
一方、厚鋼板の下面側においては、各スプレーノズルから大量の水噴流を衝突させた場合、噴流衝突領域は冷却されるが、衝突後の冷却水は、高温の鋼板表面上で発生した水蒸気及び重力によって鋼板から離脱し冷却に寄与しないため、充分な冷却効率が得られない場合がある。

上記の現象に対して本実施形態の冷却装置によれば、鋼板表面の一定の領域において水噴流を鋼板表面に効率的に到達させることにより上記の現象を緩和して、十分な冷却能力を安定確保して冷却効率を高めることができる。すなわち、最大広がり角度が１０°以上３０°以下の水噴流を噴射させることによって、水噴流における垂直成分を増加させ、これにより鋼板に対して水噴流を効率よく衝突させることが可能になり、冷却を効率よく行うことができる。

また、鋼板に水噴流を噴射させて冷却を行なう場合において、冷却能力の指標となる熱伝達率は、前述のように鋼板の表面温度が低いほど高くなる傾向がある。すなわち、鋼板の表面温度が低下した状態で更に水噴流を噴射させれば、冷却能力がより向上する。ところで、９５０℃かまたはそれ以上に加熱された鋼板は内部エネルギーが大きいため、一つのスプレーノズルで水を噴射させただけでは、表面温度が一時的には低下するものの、鋼板内部の熱によって復熱して膜沸騰領域温度まで上がってしまい、熱伝達率を高くできない場合がある。

このような現象に対して本実施形態の冷却装置によれば、鋼板上における複数の噴流衝突領域が、鋼板の幅方向並びに幅方向に対して６０°傾斜した方向に沿ってそれぞれ相互に接触されているので、噴流衝突領域が鋼板の移動方向に沿って相互に稠密に接する状態になり、これにより鋼板に対して連続して水噴流を衝突させることが可能となり、一つの水噴流によって冷却された鋼板を次の水噴流によって表面温度が上がる前に冷却できるので、熱伝達率を高めることができ、鋼板の冷却能力をより向上させることができる。より具体的には、熱伝達率を６０００（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）以上にすることができる。

また、鋼板上における水噴流による複数の噴流衝突領域を、鋼板の幅方向に沿って相互に接触させることによって、冷却後の鋼板の幅方向の温度のバラツキを小さくすることができる。

従って本実施形態の冷却装置によれば、温度が９５０℃以上の鋼板を効率よく冷却することが可能になる。この冷却装置を従来の圧延装置に組み込むことで、遅れ時間を解消することができ、圧延鋼板の生産性を大幅に向上できる。
すなわち、加熱炉によって１２００℃ないし１２５０℃程度に加熱された鋼スラブは、図１に示す粗圧延装置によって圧延されるとともにデスケーリング処理等が施されることによって、粗圧延後の時点で１０５０℃ないし１１５０℃程度の温度まで冷却される。そして、上記の冷却装置によって鋼板の上面側及び下面側から水噴流を噴射させて鋼板を冷却することにより、短時間のうちに鋼板が５０℃ないし１００℃程度に降温させることができ、鋼板の温度を１０００℃ないし１０５０℃程度にすることができる。このようにして１０５０℃以下に冷却された鋼板を、直ちに次の仕上げ圧延工程に送ることができるので、圧延工程の生産性を向上させることができる。また鋼板の温度が最高でも１０５０℃程度であるので、仕上げ圧延工程内では１０００℃以下となり、スケールの発生を防止することができる。

次に、本実施形態の冷却装置に適用可能なスプレーノズルの種々の配置例を図５ないし図８を参照して説明する。なお、これらの図に示す配置例においては、水噴流の最大広がり角度、ノズル先端から鋼板までの距離、水量密度等の条件は、図３において説明した場合と同様である。
図５には、スプレーノズルの配置の別の例を示す。この例におけるスプレーノズル３ｃは、図３の場合と同様に、鋼板４の幅方向に沿って配列されるとともに鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って４列に配列されている。なお、配置列数は設置スペースに応じて変化するものである。図５における鋼板の幅方向に対する傾斜方向とは、幅方向に対して６０°を越えて７５°以下の範囲まで傾斜された方向である。各スプレーノズル３ｃは、鋼板の幅方向に沿って等間隔に配置されるとともに、幅方向に対する傾斜方向に沿って等間隔に配置されている。このように配列されたスプレーノズルの各中心点を線で結ぶと、図５に示すように略二等辺三角形となる。

上記のように配列されたスプレーノズル３ｃからの水噴流による噴流衝突領域Ｍは、図５の点線で示すように、鋼板の幅方向に沿って相互に重なるとともに、鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って相互に接しているとともに、鋼板の移動方向に沿って相互に稠密に接している。鋼板の幅方向に沿う噴流衝突領域Ｍの重なり幅は、各噴流衝突領域Ｍの半径の０％を越えて１００％以下の範囲とすることが好ましく、０％以上４０％以下の範囲がより好ましい。また、噴流衝突領域Ｍの半径は、水噴流の最大広がり角度とノズル先端から鋼板までの距離で決まるが、６０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下の範囲が良く、８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下の範囲がより良い。

図５に示したスプレーノズル３ｃの配列によれば、噴流衝突領域Ｍが鋼板の幅方向に沿って相互に重なり合わされているので、水噴流の水量密度を部分的に高めることができ、冷却能力をより向上させることができる。

図６には、スプレーノズル３ｃの配置の他の例を示す。この例におけるスプレーノズル３ｃは、図３の場合と同様に、鋼板４の幅方向に沿って４列に配列されるとともに鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って４列に配列されており、合計で１６個が配置されている。図６における鋼板の幅方向に対する傾斜方向とは、幅方向に対して３０°以上６０°以下の範囲まで傾斜された方向である。各スプレーノズル３ｃは、鋼板の幅方向に沿って等間隔に配置されているとともに、鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って等間隔に配置されている。このように配列されたスプレーノズル３ｃの各中心点を線で結ぶと、略正三角形または略二等辺三角形となる。

上記のように配列されたスプレーノズル３ｃからの水噴流による噴流衝突領域Ｍは、図６の点線で示すように、鋼板の幅方向並びにその傾斜方向に沿ってそれぞれ相互に重なり合わされている。鋼板の幅方向に沿う噴流衝突領域Ｍの重なり幅は、各噴流衝突領域の半径の０％を越えて１００％以下の範囲とすることが好ましく、０％以上４０％以下の範囲がより好ましい。また、鋼板の幅方向の傾斜方向に沿う噴流衝突領域Mの重なり幅は、各噴流衝突領域の半径の０％を越えて１００％以下の範囲とすることが好ましく、０％以上６０％以下の範囲がより好ましい。なお、これら幅方向に沿う重なり幅と、幅方向の傾斜方向に沿う重なり幅とはそれぞれ、一致させても良く、異なる値に設定させても良い。なお、噴流衝突領域Ｍの半径は図５の場合と同様である。

図６に示したスプレーノズル３ｃの配列によれば、噴流衝突領域Ｍが鋼板の幅方向及び幅方向の傾斜方向に沿ってそれぞれ重なり合わされているので、水噴流の水量密度を部分的に高めることができ、冷却能力をより向上させることができる。

図７には、スプレーノズル３ｃの配置の更に別の例を示す。この例におけるスプレーノズル３ｃは、図３の場合と同様に、鋼板４の幅方向に沿って４列に配列されるとともに鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って４列に配列されており、合計で１６個が配置されている。図７における鋼板の幅方向に対する傾斜方向とは、幅方向に対して３０°以上６０°未満の範囲まで傾斜された方向である。各スプレーノズル３ｃは、鋼板の幅方向に沿って等間隔に配置されているとともに、幅方向に対する傾斜方向に沿って等間隔に配置されている。このように配列されたスプレーノズルの各中心点を線で結ぶと、図７に示すように略二等辺三角形となる。

上記のように配列されたスプレーノズル３ｃからの水噴流による噴流衝突領域Ｍは、図７の点線で示すように、鋼板の幅方向に沿って相互に接するとともに鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って相互に重ね合わされる。鋼板の幅方向の傾斜方向に沿う噴流衝突領域Ｍの重なり幅は、各噴流衝突領域の半径の０％を越えて１００％以下の範囲とすることが好ましく、０％以上６０％以下の範囲がより好ましい。なお、噴流衝突領域Ｍの半径は図５の場合と同様である。

図７に示したスプレーノズル３ｃの配列によれば、噴流衝突領域が鋼板の幅方向に沿って相互に重なり合わされるので、水噴流の水量密度を部分的に高めることができ、冷却能力をより向上させることができる。

図８には、スプレーノズル３ｃの配置の更に他の例を示す。この例におけるスプレーノズル３ｃは、図３の場合と同様に、鋼板４の幅方向に沿って配列されるとともに鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って４列に配列されている。図８における鋼板の幅方向に対する傾斜方向とは、幅方向に対して６０°を越えて８０°以下の範囲まで傾斜された方向である。各スプレーノズル３ｃは鋼板の幅方向に沿って等間隔に配置されている。また、各スプレーノズル３ｃは鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って一組おきに等間隔に配置されている。このように配列されたスプレーノズル３ｃの各中心点を線で結ぶと、図８に示すように略平行四辺形となる。

上記のように配列されたスプレーノズル３ｃからの水噴流による噴流衝突領域Ｍは、図８の点線で示すように、鋼板の幅方向に沿って相互に接するとともに鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿ってジグザグに接している。

図８に示したスプレーノズル３ｃの配列によれば、噴流衝突領域Ｍが鋼板の幅方向に沿って接するとともに、幅方向のその傾斜方向に沿ってジグザグに接しているので、水噴流衝突領域が全体的に広くなり、移動する鋼板に対する水噴流の接触時間が長くなるので、鋼板の移動速度が比較的遅い場合に冷却能力を効果的に高めることができる。

（実験例１）
図９に示す試験装置を用いて冷却能力の確認実験を行なった。
図９に示す試験装置１１は、基台１２と、この基台１２上において図中左右方向に往復移動するとともに試験片Ｓを載せる試験片ステージ１３と、基台１２の上方に固定されたノズルボックス１４とから概略構成されている。ノズルボックス１４には、フルコーン型スプレーノズル１５が２３基設置されている。スプレーノズル１５は、試験片ステージ１３の移動方向に沿って４列に配列され、当該移動方向と直交する方向に沿って４ないし５列に配列されている。また、スプレーノズル１５の配列は、図３に示した配列と同じ配列とされている。鋼板の幅方向のノズルピッチを１００ｍｍとし、圧延方向のノズルピッチを１２０ｍｍとした。

スプレーノズル１５による水噴流の最大広がり角度は１５°ないし３０°に設定され、ノズル先端から試験片の上面までの距離Ｌは２００ｍｍないし４９０ｍｍに設定され、ノズルに対する供給圧力は０．３６ＭＰａないし０．４ＭＰａに設定され、水量密度は９．１ｍ^３／ｍ^２／分ないし１２．８ｍ^３／ｍ^２／分に設定される。また、試験片ステージ１３の移動速度は５２ｍ／分〜８２ｍ／分に範囲に設定されている。そして、試験片Ｓに対して水噴流が噴射された際の噴射領域の幅Ｗは、試料片ステージ１３の移動方向に沿っておよそ５８０ｍｍに設定されている。また試験片ステージ１３は、試験片Ｓを噴射領域の外側で折り返して往復移動させるようになっている。１回の通過による冷却時間は０．４２〜０．６７秒である。

試験片Ｓは、縦３００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚みが２０ｍｍまたは４０ｍｍの鋼板である。そして、一面をノズルボックス１４側に向けて試験片ステージ１３上に設置されている。試験片Ｓは予め、１２５０℃に加熱されている。

上記の試験装置を用いて、冷却条件を様々な条件に設定して冷却実験を行なった。実験は、試験片ステージ１３を基台１２上で往復移動させるとともに、各スプレーノズル１５から水噴流ｍを噴射させることにより試験片Ｓを冷却した。そして、試験片Ｓの表面温度、表面から１ｍｍ深さの温度、表面から９．５ｍｍ深さの温度をそれぞれ経時的に測定した。詳細な冷却条件を表１に示し、試験結果を図１０〜図１９に示す。

図１０には、試験例１の実験結果を示す。図１０中、横軸は冷却時間であり、縦軸は鋼板（試験片）の温度である。図１０に示すように、試験片ステージを６往復させて試験片に水噴流を連続して合計１２回噴射させると、鋼板の温度（表面から１ｍｍおよび９．５ｍｍ深さの温度）が１２５０℃から４００℃以下に低下することがわかる。
図１１には、図１０の拡大図を示す。図１１に示すように、水噴流が衝突した瞬間に、１ｍｍ深さの温度が一旦急激に低下するが、再び温度が上昇していることがわかる。また、９．５ｍｍ深さの温度は、水噴流が衝突してから温度の減少量が大きくなり、徐々に減少量が一定になることがわかる。このときの温度減少幅はおよそ４３℃である。なお、９．５ｍｍ深さの温度が水噴流の衝突前後で一定の速度で減少しているのは空冷の影響によるものである。
図１１から明らかなように、鋼板表面（深さ１ｍｍ）の温度が急激に減少すると、鋼板内部（深さ９．５ｍｍ）における熱が鋼板表面に伝熱され、表面近くの温度がある程度回復するとともに、鋼板内部の温度が若干低下し、鋼板全体として温度が徐々に低下することがわかる。

図１２及び図１３には、図１０及び図１１における実験データの解析結果を示す。図１２及び図１３は、熱伝達率と冷却時間との関係を示すグラフである。また図１２は１回目の水噴流衝突時（冷却時）のグラフであり、図１３は２回目の水噴流衝突時（冷却時）のグラフである。

図１２に示す曲線には４つのピークが認められるが、このうちの左から順に１本目から４本目までのピークは、試験片の移動方向に沿って４列に配列したスプレーノズルのそれぞれの水噴流の衝突に対応するものである。また、図１３に示す曲線には４つのピークが認められるが、このうちの左から順に１本目から３本目までのピークは、試験片の移動方向に沿って４列に配列したスプレーノズルのそれぞれの水噴流の衝突に対応するものである。

図１２に示すように、冷却時間が増加するにつれて、曲線のピークの最大値が徐々に増加し、最後の列のスプレーノズルによる水噴流が衝突したときに熱伝達率が１００００（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）を越えていることがわかる。このように熱伝達率が徐々に大きくなったのは、鋼板の表面温度が１列目から４列目の水噴流に次々に衝突されることによって鋼板の表面温度が徐々に低下したためと考えられる。

図１３は、２回目の冷却時の熱伝達率と冷却時間との関係を示すグラフだが、図１２と比較すると２列目の水噴流の衝突によって熱伝達率が既に１００００（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）を越えて１５０００（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）まで達していることがわかる。これは、１回目の冷却で鋼板の温度が４０℃近く低下したためである。

図１４には、初期の鋼板温度を１１００℃とし、板厚を４０ｍｍとして、図１２、１３の結果を元に鋼板内の温度分布を計算によって求めた、水噴流を１回だけ衝突させた場合の冷却時間と鋼板温度との関係を示す。なお、図中には板厚半分の結果を示す。また各測定温度の平均温度を算出している。図１４に示すように、鋼板の表面に近い部分ほど冷却時の温度降下が大きくなっており、鋼板の厚みに関わらず、図１０及び図１１と同じ挙動を示すことがわかる。また、平均降下温度が４３℃程度であり、図１１の場合とほぼ同じ挙動であることがわかる。

図１５には、表１における試験例１の解析結果を示す。図１５は、図９に示す試験装置を上下反対にして鋼板の下から水噴流を噴射させるようにし、ステージ往復時の高温域での冷却試験結果である。この図１５では、各冷却開始前の表面下０．５ｍｍの深さにおける鋼板温度を横軸に取り、各回毎の冷却による温度降下量を縦軸に取っている。

図１５に示すように、鋼板の温度が１０５０℃以下になった辺りから温度降下量が最高で５２℃の温度降下を達成していることがわかる。また、鋼板温度が１０５０℃以上でも３８℃程度の温度降下量を示しており、冷却速度で４０℃／秒以上と十分な冷却能力が得られていることがわかる。

次に図１６には、表１における試験例２の解析結果を示す。図１６は、図９に示すように鋼板の上から水噴流を噴射させるようにし、ステージを往復させた際の高温域での冷却試験結果である。この図１６では、各冷却開始前の表面下０．５ｍｍの深さにおける鋼板温度を横軸に取り、各回毎の冷却による温度降下量を縦軸に取っている。

図１６に示すように、鋼板の上面側から水噴流を噴射させた場合は、鋼板の温度降下量が最大で６６℃にまで達していることがわかる。この結果は、図１５の場合よりも冷却効率が優れていることを示している。これは、鋼板の上面側から水噴流を噴射させた場合には、上面に衝突した後の水が水流となって鋼板上面を流れるので、この板上水が冷却効果に寄与しているためと考えられる。一方、図１５に示すように鋼板の下面側から水噴流を噴射させた場合は、下面に衝突した水が重力の作用で直ちに鋼板下面から離れてしまうため、冷却能力が若干低下したものと考えられる。
図１５、１６より、この試験例により,1回の冷却で４０℃／秒以上の冷却速度を確保しており,仕上げ圧延前では,たとえば,１〜２テーブルロール間程度の非常に短い区間に冷却装置を設置するだけで温度調整が可能であることを示している。

以上の図１５及び図１６の結果から、鋼板の上面側及び下面側から同時に水噴流を噴射させる場合において、上面側と下面側における冷却能力のバランスを取るには、上面側の冷却能力を若干抑制すれば良い。具体的には、鋼板の上面側に配置されるスプレーノズルの水量密度と、下面側に配置されるスプレーノズルの水量密度との比（下面側／上面側）を、１以上２以下の範囲で設定すれば良い。

次に図１７には、表１における試験例３の解析結果を示す。図１７は、図９に示す試験装置を上下反対にして鋼板の下から水噴流を噴射させるようにし、ステージ往復時の高温域での冷却試験結果である。この図１７では、各冷却開始前の表面下０．５ｍｍの深さにおける鋼板温度を横軸に取り、各回毎の冷却による温度降下量を縦軸に取っている。

図１７に示すように、鋼板の温度によらずに最低で２１℃の温度降下を達成しているおり、冷却速度で４０℃／秒以上と十分な冷却能力が得られていることがわかる。

次に図１８には、表１における試験例４の解析結果を示す。図１８は、図９に示すように鋼板の上から水噴流を噴射させるようにし、ステージ往復時の高温域での冷却試験結果である。この図１８では、各冷却開始前の表面下０．５ｍｍの深さにおける鋼板温度を横軸に取り、各回毎の冷却による温度降下量を縦軸に取っている。

図１８に示すように、鋼板の上面側から水噴流を噴射させた場合であっても、鋼板の温度によらずに温度降下量が最低で２４℃の温度降下を達成していることがわかる。鋼板の温度降下量が最大で３４℃にまで達していることがわかる。この結果は、図１７の場合よりも冷却効率が優れていることを示している。これは、図１５及び図１６の場合と同様に、鋼板の上面側から水噴流を噴射させた場合には、上面に衝突した後の水が水流となって鋼板上面を流れ、この板上水が冷却効果に寄与しているためと考えられる。

以上の図１７及び図１８の結果から、仕上げ圧延装置の第１圧延スタンドＦ１と第２圧延スタンドＦ２の間に冷却装置を設置した場合であっても、鋼板の上面側及び下面側から同時に水噴流を噴射させる場合には、上面側と下面側における冷却能力のバランスを取るために、上面側の冷却能力を若干抑制する必要があることがわかる。具体的には、上面側と下面側の水量密度との比（下面側／上面側）を１以上２以下の範囲で設定すれば良い。

図１９には、試験例５の結果を示す。この試験例５では、ノズル条件を試験例３及び４と同一にした上で、試験片の移動速度を試験例１及び２と同一にして冷却実験を行なった。
図１９の条件でも、４０℃以上の温度降下をほぼ達成していることがわかる。従って、ノズル先端から鋼板までの距離を４９０ｍｍ程度にしても、ノズルの広がり角度を調整することで十分な冷却能力が得られることが判明した。

（実験例２）
上記実験例１で使用した試験装置を実施例１の冷却装置とした。
また、圧延方向のノズルピッチを２００ｍｍとしたこと以外は実施例１の冷却装置と同様にして、比較例１の冷却装置を組み立てた。

実施例１及び比較例１の冷却装置を用いて、圧延鋼板の冷却実験を行なった。幅１５００ｍｍ、長さ８０ｍ、厚さ４０ｍｍの圧延鋼板を用意し、この鋼板を１１００℃まで加熱した。そして、通板速度４５ｍ／分の速度で冷却装置下を通過させながら、鋼板の温度を測定した。ノズル条件は、表１の試験例１の条件と同一にした。測定結果から、熱伝達率の挙動を調べた。結果を図２０及び図２１に示す。

図２０に示すように、実施例１の冷却装置においては、鋼板がノズル列を通過する度に熱伝達率のピークが発現し、このピーク値が徐々に高まっていることがわかる。また、ピーク同士の間の谷間の部分では、熱伝達率の減少が少なくなっており、これがピーク値の上昇に寄与しているものと考えられる。ピーク同士の間の谷間の部分で熱伝達率の落ち込みが少ないのは、噴流衝突領域が鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って相互に接しているために、圧延方向に沿って噴流衝突領域が連続する部分が多くなり、これにより鋼板が常に水噴流によって冷却されて、谷間の部分でも熱伝達率が高くなったためと考えられる。

一方、図２１に示すように、比較例１の冷却装置においては、実施例１と同様に、鋼板がノズル列を通過する度に熱伝達率のピークが発現しているものの、実施例１のようにピーク値が徐々に高まることがなく、ほぼ一定のピーク値を示していることがわかる。また、ピーク同士の間の谷間の部分では、熱伝達率の現象が大きくほとんど０になっており、これがピーク値が伸びずに一定なる原因であると考えられる。
ピーク同士の間の谷間の部分で熱伝達率の落ち込みが大きいのは、噴流衝突領域が鋼板の圧延方向に沿って離間しているために、水噴流が衝突しない時間が発生し、この時間内において、一旦冷却された鋼板の表面温度が鋼板内部の熱によって再び上昇してしまい、結果的に熱伝達率が低くなったためと考えられる。

以上のことから、噴流衝突領域は、鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って必ず接していることが、熱伝達率を高くするのに必要であることがわかる。

（実験例３）
フルコーン型スプレーノズルを用意し、このスプレーノズルをＡないしＤの配置パターンに配置させた。また、ノズル先端から鋼板上面までの距離を１５０ｍｍないし８００ｍｍの範囲とし、水量密度を３ｍ^３／ｍ^２／分ないし８ｍ^３／ｍ^２／分の範囲とし、水噴流の最大広がり角度を５°ないし３５°の範囲に設定した。このようにして実施例２〜１０及び比較例２〜５の冷却装置を組み立てた。

なお、スプレーノズルの配置パターンＡは、図３に示した配置パターンと同一であり、噴流衝突領域の半径は５０ｍｍである。また配置パターンＢは、図５に示した配置パターンと同様の配置であって、噴流衝突領域の半径を５０ｍｍとし、幅方向の重なり幅を噴流衝突領域の半径の２０％とし、幅方向に対する傾斜方向の角度を６４°とした配置である。
また配置パターンＣは、図７に示した配置パターンと同様の配置であって、幅方向に対する傾斜方向の角度を４５°とし、噴流衝突領域の半径を５０ｍｍとし、傾斜方向の重なり幅を噴流衝突領域の半径の６０％とした配置である。
また配置パターンＤは、図６に示した配置パターンと同様の配置であって、噴流衝突領域の半径を５０ｍｍとし、幅方向の重なり幅を噴流衝突領域の半径の２０％とし、幅方向に対する傾斜方向の角度を４５°とし、傾斜方向の重なり幅を噴流衝突領域の半径の７０％とした配置である。

実施例２〜１０及び比較例２〜５の冷却装置を用いて、圧延鋼板の冷却実験を行なった。幅１５００ｍｍ、長さ８０ｍ、厚さ４０ｍｍの圧延鋼板を用意し、この鋼板を１０００℃ないし１２００℃に加熱した。そして、通板速度５０ｍ／分の速度で冷却装置下を通過させながら、鋼板の温度を測定した。結果を表２及び表３に示す。

表２及び表３に示すように、実施例２〜１０によれば、冷却能力および均一性に優れることがわかる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、スプレーノズルの配置について上記の実施形態ではフルコーン型スプレーノズルを例にして説明したが、本発明はこれに限らず、楕円形型スプレーノズルや長円型スプレーノズルを適用しても良い。

また本発明の鋼板の冷却装置においては、前記鋼板の移動方向の上流側及び下流側に一対の水切り用スプレーノズルを配置させ、これら水切り用スプレーノズルの間に前記複数のスプレーノズルが配置されてもよい。水切り用スプレーノズルとしては、例えばフラットスプレーノズルを用いれば良い。この構成によって、複数のスプレーノズルからの水流が、水切り用スプレーノズルによる水噴流によって塞き止められ、鋼板の移動方向またはその反対方向に沿って流れることなく鋼板の幅方向に沿って排水されるので、鋼板をより均一に冷却することができる。

４…鋼板
４ａ…上面（一面）
４ｂ…下面（一面）
３ｃ…スプレーノズル
Ｍ…噴流衝突領域

Claims (9)

1. 一方向に移動される２０ｍｍ厚以上の鋼板の一面に対し、鋼板の移動方向及び鋼板の幅方向に沿って複数配列されたスプレーノズルから各々略充錐体形状の水噴流を噴射させて前記鋼板を冷却させる鋼板の冷却装置において、
   前記冷却装置の下流側に少なくとも１台以上の圧延スタンドを有し、
   前記一面上における前記水噴流の水量密度が２ｍ^３／ｍ^２／分以上であるとともに、
   前記水噴流の形状が充円錐形状、充楕円錐形状、長円錐形状のいずれかまたはこれらが混在したものであり、
   前記一面上における前記各水噴流の噴流衝突領域が鋼板の幅方向に沿って少なくとも相互に連続するとともに、
   鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って少なくとも相互に連続するように、前記複数のスプレーノズルが前記鋼板の上面及び下面の両側に配置されており、
   熱伝達率が最大で６０００（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）以上であり、
   冷却停止してから復熱した時の表面温度が９５０℃以上に制御するものであることを特徴とする鋼板の冷却装置。
2. 前記略充錐体形状の水噴流の最大広がり角度が１０°以上３０°以下の範囲であり、冷却停止してから復熱した時の表面温度が９５０℃以上に制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の冷却装置。
3. 前記スプレーノズル先端から前記一面までの距離が２００ｍｍ以上７００ｍｍ以下の範囲であり、冷却停止してから復熱した時の表面温度が９５０℃以上に制御するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼板の冷却装置。
4. 前記一面上における前記各水噴流の噴流衝突領域が鋼板の移動方向に沿って相互に稠密に接するように前記複数のスプレーノズルが配置されており、冷却停止してから復熱した時の表面温度が９５０℃以上に制御するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに一項に記載の鋼板の冷却装置。
5. 前記鋼板の幅方向に沿って配列される噴流衝突領域同士が各噴流衝突領域の半径の０％以上１００％以下の範囲の重なり幅をもって重なり合わされるように、前記複数のスプレーノズルが配置されており、冷却停止してから復熱した時の表面温度が９５０℃以上に制御するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の鋼板の冷却装置。
6. 前記鋼板の幅方向に対する傾斜方向に沿って配列される噴流衝突領域同士が各噴流衝突領域の半径の０％以上１００％以下の範囲の重なり幅をもって重なり合わされるように、前記複数のスプレーノズルが配置されており、冷却停止してから復熱した時の表面温度が９５０℃以上に制御するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の表面温度が９５０℃以上の鋼板の冷却装置。
7. 前記上面側に配置されるスプレーノズルの水量密度と、前記下面側に配置されるスプレーノズルの水量密度との比（下面側／上面側）が、１以上２以下の範囲であり、冷却停止してから復熱した時の表面温度が９５０℃以上に制御するものであることを特徴とする請求項６に記載の鋼板の冷却装置。
8. 各スプレーノズルにおける水量密度が同一の値に設定されており、冷却停止してから復熱した時の表面温度が９５０℃以上に制御するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の鋼板の冷却装置。
9. 前記鋼板の移動方向の上流側及び下流側に一対の水切り用スプレーノズルを配置させ、
   これら水切り用スプレーノズルの間に前記複数のスプレーノズルが配置されており、冷却停止してから復熱した時の表面温度が９５０℃以上に制御するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の鋼板の冷却装置。

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