JP2013185217A

JP2013185217A - 鋼帯の冷却装置

Info

Publication number: JP2013185217A
Application number: JP2012051819A
Authority: JP
Inventors: Hisatoshi Wakabayashi; 久幹若林
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】冷却媒体の流量もしくは排出流速が適切に加味された数式を構成要件として備え、もって鋼帯のばたつきを効果的に抑制することのできる鋼帯の冷却装置を提供すること。
【解決手段】鋼帯Ｓの搬送方向に延設する一対のチャンバー１，１と、チャンバー間に設けられた複数対のパイプ３Ａであって、それぞれの対３Ａのパイプ３，３間の第１の隙間Ｇ１を鋼帯Ｓが搬送されるようになっており、各対３Ａのパイプ３，３がチャンバー１の延設方向に第２の隙間Ｇ２を置いて設けられており、チャンバー１，１の内部を介して提供された冷却媒体がパイプ３に提供され、パイプ３の有する吐出口３ａから冷却媒体が鋼帯Ｓに吐出されるようになっている鋼帯の冷却装置１０であって、パイプ３から吐出された冷却媒体が鋼帯Ｓに提供され、鋼帯Ｓで反転した冷却媒体が第２の隙間Ｇ２を介して排出される冷却媒体のレイノルズ数：ReがRe≦21000を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続焼鈍炉や連続溶融亜鉛メッキ設備で適用される鋼帯の冷却装置に関するものである。

連続焼鈍炉では、鋼帯を加熱および冷却し、次いで必要に応じて過時効処理等しているが、所望の特性を有する鋼帯を製作するには、加熱温度や加熱時間の他、如何にして効果的に冷却できるかが重要な要素となっている。たとえば、耐フルーティング性などを良好なものとするには、冷却速度を高めるとともに過時効処理をおこなうのが好ましい。

一方、連続溶融亜鉛メッキ設備においては、連続焼鈍によって鋼帯を加熱し、次いで所定温度まで冷却した後に溶融亜鉛メッキ槽に浸漬し、鋼帯の表面に溶融亜鉛を被覆した後に冷却装置で冷却している。

このように、連続焼鈍炉や連続溶融亜鉛メッキ設備においては鋼帯を冷却装置で冷却しているが、鋼板の生産性向上の観点から、冷却設備における冷却能のさらなる向上が叫ばれている。

冷却装置における冷却能の向上を図るには高速で多量の冷却媒体（冷却エア、冷却ガス、冷却水など）を鋼帯に吹き付ける必要があるが、このように高速で多量の冷却媒体を鋼帯に吹き付けた際には冷却媒体の流出バランスが崩れ易く、仮に冷却装置に鋼帯を押さえる押さえロールが適所に配設されている場合であっても、鋼帯の搬送方向における押さえロールと押さえロールの間の領域において鋼帯が大きくばたついてしまい（押さえロールの設置場所には自ずと制約があり、押さえロール間の間隔を密にすることは難しく、また、密にすればするほど鋼帯への冷却媒体の提供が阻害され易くなる）、このばたつきを十分に抑制できないという問題が生じ易くなってしまう。

ここで、特許文献１には、冷却媒体を供給する一対のチャンバー、一対のチャンバーに両端を連接された等しい長さbの複数対のパイプ対から構成された鋼帯の冷却装置が開示されている。

より具体的には、一対のチャンバーは鋼帯を挟んで幅方向の両端側で鋼帯の走行方向に沿って配設され、パイプ対は鋼帯を挟んで板厚方向に対向して設けられるとともに鋼帯の走行方向に均等な所定の離間距離aを設けて複数対配設され、パイプ対を構成する２本のパイプにはそれぞれ複数個の所定の大きさを有する孔状又は所定の幅を有する一条のスリット状の吹出し口が鋼帯表面に冷却媒体を噴射可能に設けられ、吹出し口の合計面積Aとパイプ対間の離間距離Lが、次式：A≦α×｛a×b×(n-1)｝（ここで、A：吹出し口の合計面積（mm^２）、a：パイプ対間の離間距離(mm)、b：パイプ対の長さ(mm)、n：パイプ対の個数、α：装置係数で0.02）を満足する鋼帯の冷却装置が開示されている。

この冷却装置によれば、鋼帯のばたつき（振動）を好ましくは200mm未満に抑制することができ、冷却時の通板性を向上させて鋼帯のスリ疵発生を防止することができるとしている。

ところで、特許文献１で開示する上式の内容を分析するに、この式の意味するところは、装置係数を0.02、すなわち1/50に規定した上で、１本当たりのパイプの吹き出し口の合計面積を、１本のパイプの両側（上下）の分担排出面積の1/50以下に調整するという内容となっている。

すなわち、この式には、冷却媒体の流量もしくは排出流速といったファクターは存在しておらず、あくまでも冷却媒体が吐出される吐出口の面積とパイプ間を排出される排出面積の関係を規定しただけのものである。

ところで、既述するように、冷却装置における冷却能の向上を図るためには、高速で多量の冷却媒体を鋼帯に吹き付ける必要があり、この際の鋼帯のばたつきが大きな問題となっていることに鑑みると、冷却媒体の流量もしくは排出流速によって鋼帯のばたつきは大きく異なることから、これら冷却媒体の流量もしくは排出流速が適切に加味された数式を構成要件として有する鋼帯の冷却装置の発案が望ましい。

そして、本発明者等は、このような観点から研究開発を進めた結果、冷却媒体の流量もしくは排出流速をファクターの一つとするより適切な数式をその構成要件として備えた冷却装置の発案に至っている。

特許第４７２５７１８号明細書

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、冷却媒体の流量もしくは排出流速が適切に加味された数式を構成要件として備え、もって鋼帯のばたつきを効果的に抑制することのできる鋼帯の冷却装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による鋼帯の冷却装置は、鋼帯の搬送方向に延設する一対のチャンバーと、該一対のチャンバー間に設けられた複数対のパイプであって、それぞれの対のパイプ間の第１の隙間を鋼帯が搬送されるようになっており、各対のパイプがチャンバーの延設方向に第２の隙間を置いて設けられている複数対のパイプと、から構成され、それぞれのチャンバーの内部を介して提供された冷却媒体がそれぞれのパイプに提供され、それぞれのパイプの有する吐出口から冷却媒体が鋼帯に吐出されるようになっている鋼帯の冷却装置であって、それぞれのパイプから吐出された冷却媒体が鋼帯に提供され、鋼帯で反転した冷却媒体が前記第２の隙間を介して排出される冷却媒体のレイノルズ数：Reが次式を満足する、（式）Re≦21000（ここで、Re=v×L/ν、v:冷却媒体の排出流速でV=Q/2/60/n/A(m/sec)、Q:冷却媒体の流量(m³/min)、n:パイプ対の個数、A:冷却媒体の排出面積（第２の隙間の面積）で、A=a×b(m²)、a: 第２の隙間の高さ、b:パイプのチャンバー間長さであって第２の隙間の幅、:第２の隙間相当長さで、L=2a×b/(a+b)(m)、ν:冷却媒体の動粘度（20℃における））、鋼帯の冷却装置である。

本発明の鋼帯の冷却装置は、好適には連続焼鈍炉や連続溶融亜鉛メッキ設備で適用されるものであり、鋼帯の搬送方向に隙間（第２の隙間）を置いて複数対のパイプが配設され、各対のパイプの隙間（第１の隙間）を鋼帯が通過するように構成されている。

そして、パイプの吐出口から吐出された冷却媒体が鋼帯に提供され、鋼帯で反転してきた冷却媒体がパイプ間の第２の隙間を介して排出されるようになっており、この構成において、この排出部を構成する第２の隙間を介して排出される冷却媒体のレイノルズ数：ReをRe≦21000の数値範囲内に調整することを特徴としている。なお、この第２の隙間の面積は、一対のチャンバー間に複数対のパイプが配設されることより、チャンバー間の幅（パイプの長さ）とパイプ対間の隙間の高さの積となる。

レイノルズ数：Reは冷却媒体の有する慣性力と粘性力の比を表す無次元数であり、冷却媒体が持っている粘性と慣性（冷却媒体の有する力で流量や流速によるもの）がどのようなつりあいの状態にあるかを表すものである。たとえば、このレイノルズ数が大きければ大きいほど慣性の力が大きくなり、冷却媒体の有する粘性力でその慣性を引っ張ることが出来ず、流体が散らばってしまう状態（たとえば乱流）となる。

一本のパイプの全ての吐出口から鋼帯に吐出された流量の冷却媒体は、鋼帯を通過することがないため、鋼帯で反転された後、吐出された全ての量の冷却媒体が排出部である第２の隙間を介して排出されると仮定することができる。そして、この場合、たとえば第２の隙間の面積に対して冷却媒体の流量（もしくは流速）が多すぎる（もしくは速すぎる）ことは、この流量等に応じた適切な排出面積が確保されていないことを意味するものであり、結果として、十分に排出し切れない冷却媒体に起因して鋼帯が大きくばたつくことになる。

すなわち、レイノルズ数を所望範囲内に調整できるような冷却媒体の流量もしくは排出流速と排出部の面積を規定することによって、冷却媒体の流量もしくは排出流速が適切に加味され、鋼帯のばたつき抑制効果に優れた冷却装置を提供することが可能となる。

言い換えれば、冷却媒体の流量もしくは排出流速に応じて、鋼帯が大きくばたつくことのない適切な第２の隙間の面積（排出部の面積）を設定することが可能となる。

ここで、パイプに設けられた吐出口は、平面形状が円形、楕円形、多角形等の孔が複数設けられた形体のほか、細長のスリットの形体などであってもよい。また、吐出口が突起状であってもよい。

また、冷却媒体としては、室温もしくは室温よりも低温に冷却されたエアや不活性ガス、常温もしくはそれよりも低温の水等の液体とエアや不活性ガスの混合体などが適用できる。

本発明者等は、冷却部である第２の隙間の面積を固定して冷却媒体の流量（もしくは流速）を種々変化させ（したがって、レイノルズ数が変化する）、それぞれの場合における鋼帯のばたつきの様子を確認する実験をおこなっている。

たとえば一対のパイプ間の第１の隙間を400mm程度に設定し、その中央位置で鋼帯を搬送させるように装置を構成することができるが（したがって、一対のパイプそれぞれの吐出口から鋼帯までの離間はともに200mm程度）、この構成において、ばたつきはあるもののその振幅が小さいものを問題なし、多少大きなばたつきはあるものの鋼帯とパイプが接触しない程度のものをほぼ問題なし、ばたつきが大きくて鋼帯とパイプが接触してしまうものを問題ありとし、問題なし、およびほぼ問題なしのものを合格にするとした実験において、レイノルズ数：Re＝21000が臨界値となることが実証されている。この場合には、レイノルズ数：Re≦21000の条件を満足するように冷却媒体の流量もしくは排出流速が調整される。

以上の説明から理解できるように、本発明の鋼帯の冷却装置によれば、鋼帯で反転した冷却媒体が排出部を介して排出される際の冷却媒体のレイノルズ数：Reを所望範囲に規定することにより、鋼帯に提供されて鋼帯で反転され、排出部を介して排出される冷却媒体の流量もしくは排出流速が加味され、鋼帯のばたつき抑制効果に優れた鋼帯の冷却装置を提供することができる。

鋼帯の冷却装置の実施の形態の斜視図である。図１のII矢視図であって装置内を搬送される鋼帯とともに示した図である。図１のIII矢視図であって装置内を搬送される鋼帯とともに示した図である。

以下、図面を参照して本発明の鋼帯の冷却装置の実施の形態を説明する。
（鋼帯の冷却装置の実施の形態）
図１は不図示の連続溶融亜鉛メッキ設備で適用される鋼帯の冷却装置の斜視図であり、図２は図１のII矢視図であって装置内を搬送される鋼帯とともに示した図であり、図３は図１のIII矢視図であって装置内を搬送される鋼帯とともに示した図である。

連続溶融亜鉛メッキ設備は、溶融亜鉛や溶融アルミ等の溶融金属からなるめっき浴が収容され、その内側に耐火煉瓦等がライニングされてなるめっきポットを主たる構成要素としたものであり、このめっきポット内にシンクロールが回転自在に配設され、スナウト等を介して焼鈍炉から送られてきた鋼帯が溶融金属内に浸漬され、シンクロールを介して鉛直上方に搬送されるようになっている。そして、このめっきポットの上方に図１で示す鋼帯の冷却装置１０が配設されている。

図示する冷却装置１０は、対向する一対のチャンバー１，１と、これらチャンバー１，１間に配設された複数対のパイプ（２つのパイプ３，３から一対のパイプ３Ａが構成される）と、チャンバー１，１に装着されたダクト２とから大略構成されている。

一対のパイプ３Ａの間に鋼帯Ｓが搬送されるようになっており、一対のパイプ３Ａを構成するそれぞれのパイプ３ともに、鋼帯Ｓに対向する箇所には複数の吐出孔３ａが開設されている。

そして、ダクト２の内部に設けられた流路（図１の点線）が各パイプ３に流体連通しており、不図示のブロアから吐出されたエア（図１のＸ１方向）は、流路を介してパイプ３の両端に提供され（図１のＸ２方向）、パイプ３の各吐出孔３ａから冷却媒体として鋼帯Ｓに吐出されるようになっている（図１のＸ３方向）。

また、一方のパイプ３Ａを構成する２つのパイプ３，３間には隙間Ｇ１（第１の隙間）があり、図３で示すようにその長さは2tであって、その中央位置もしくはその近傍に鋼帯Ｓが搬送されるようになっている（したがって、双方のパイプ３と鋼帯Ｓの距離はt）。

一方、図２で示すように、各対のパイプ３Ａ，３Ａ間には隙間Ｇ２（第２の隙間）があり、その高さはａ、幅（一対のチャンバー間の距離）はｂとなっている。

図２で示すように冷却装置１０内を鋼帯Ｓが搬送された際に（同図のＹ方向）、各パイプ３の吐出孔３ａからエアが提供され（図１，３のＸ３方向）、提供されたエアは鋼帯Ｓで反転してパイプ３側に戻り、各対のパイプ３Ａ，３Ａ間の隙間Ｇ２（の面積ａ×ｂ）を介して外部に排出される（図３のＸ４方向）。

ここで、それぞれのパイプ３（の全ての吐出孔３ａ）から吐出されたエア（冷却媒体）は鋼帯Ｓに提供され、鋼帯Ｓで反転したエアが第２の隙間Ｇ２（排出部）の面積ａ×ｂを介して排出されるに当たり、この排出部におけるエアのレイノルズ数：Reが次式を満足するようにエアの吐出流量もしくは排出速度と排出部の面積が調整されている。
Re≦21000 ・・・・・・・・・（式）

ここで、Re=v×L/ν（無次元量）、v:冷却媒体の排出流速でV=Q/2/60/n/A(m/sec)、Q:冷却媒体の流量(m³/min)、n:パイプ対の個数、A:冷却媒体の排出面積（第２の隙間の面積）で、A=a×b(m²)、a: 第２の隙間の高さ、b:パイプのチャンバー間長さであって第２の隙間の幅、L:第２の隙間相当長さで、L=2a×b/(a+b)(m)、ν:冷却媒体の動粘度（20℃における）。

この場合には、レイノルズ数：Re≦21000の条件を満足するように、エアの流量もしくは排出流速が調整される。

このようにレイノルズ数を所望範囲内に調整できるような冷却媒体の流量もしくは排出流速と排出部の面積を規定する冷却装置１０を適用することにより、冷却媒体の流量もしくは排出流速が適切に加味され、鋼帯Ｓのばたつき抑制効果に優れた冷却装置となる。

[レイノルズ数の最適範囲を規定するための実験とその結果]
本発明者等は、レイノルズ数の最適範囲を規定するための実験をおこなった。この実験では、鋼帯とパイプの間の離間（図３のt）を200mmとし、以下の表２で示すように冷却媒体であるエアの流量（および流速）を種々変化させながら（13ケース）、各ケースでの排出部（パイプ間の第２の隙間）でのレイノルズ数を算定するとともに、鋼帯のばたつきの態様を観察した。なお、各ケースともに同じである他の基本的な実験条件を表１に示している。

ここで、鋼帯のばたつきの態様については、ばたつきはあるもののその振幅が小さいものを問題なし（表中では○）、多少大きなばたつきはあるものの鋼帯とパイプが接触しない程度のものをほぼ問題なし（表中では△）、ばたつきが大きくて鋼帯とパイプが接触してしまうものを問題あり（表中では×）とし、問題なし、およびほぼ問題なしのものを合格としている。

表２の結果より、Reが15700以下での結果は○、Reが17000〜21000で△、Reが21000よりも大きな範囲で×であることが実証されている。

この結果より、装置の排出部におけるレイノルズ数Re≦21000の範囲となるように、冷却媒体の流量もしくは排出流速を調整したり、排出部の面積を調整するのがよいことが分かる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…チャンバー、２…ダクト、３…パイプ、３Ａ…一対のパイプ、３ａ…吐出孔、１０…鋼帯の冷却装置、Ｓ…鋼帯、Ｇ１…隙間（第１の隙間）、Ｇ２…隙間（第２の隙間）

Claims

鋼帯の搬送方向に延設する一対のチャンバーと、該一対のチャンバー間に設けられた複数対のパイプであって、それぞれの対のパイプ間の第１の隙間を鋼帯が搬送されるようになっており、各対のパイプがチャンバーの延設方向に第２の隙間を置いて設けられている複数対のパイプと、から構成され、
それぞれのチャンバーの内部を介して提供された冷却媒体がそれぞれのパイプに提供され、それぞれのパイプの有する吐出口から冷却媒体が鋼帯に吐出されるようになっている鋼帯の冷却装置であって、
それぞれのパイプから吐出された冷却媒体が鋼帯に提供され、鋼帯で反転した冷却媒体が前記第２の隙間を介して排出される冷却媒体のレイノルズ数：Reが次式を満足する、
（式）Re≦21000
ここで、Re=v×L/ν、
v:冷却媒体の排出流速でV=Q/2/60/n/A(m/sec)、Q:冷却媒体の流量(m³/min)、
n:パイプ対の個数、
A:冷却媒体の排出面積（第２の隙間の面積）で、A=a×b(m²)、a: 第２の隙間
の高さ、b:パイプのチャンバー間長さであって第２の隙間の幅、
L:第２の隙間相当長さで、L=2a×b/(a+b)(m)、
ν:冷却媒体の動粘度（20℃における）、
鋼帯の冷却装置。