JP2014111281A - 制御された冷却のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低い流量においてさえ流量を迅速に変化させること、より迅速に適正な流量を達成すること、また、流入が停止されたときに水の滴下を止めることを可能にすることができる、高温のプレート状又はストリップ状の金属の制御された冷却のための装置及び制御方法が提案される。
【解決手段】第１の弁（７）が前記ヘッダーに導管によって接続され、第２の弁（８）が前記第１の弁の前記中央供給管とは逆の側に接続されており、少なくとも前記第１の弁が、前記ヘッダーの前記冷却流体による充填中に空気が前記ヘッダーから逃げるのを可能とするように開とされるとともに、前記ヘッダーが前記冷却流体によって充填された状態にある際には前記冷却流体が前記ヘッダーから逃げるのを防止し、少なくとも前記第２の弁が、前記ヘッダーが前記冷却流体で充填された後は空気が前記ヘッダー中に戻らないように防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、高温のプレート状又はストリップ状の形状にされた金属の制御された冷却の一般的分野に関し、特に鋼ストリップ及びプレートの加速された冷却及び直接焼入れに関する。

熱間圧延された鋼の制御された冷却は、望ましい微細構造及び特性を得るために非常に重要である。近代的なプレート及びホットストリップミルは通常、この目的のために強力な冷却システムを使用し、よって温度及び冷却速度の正確な制御は非常に重要である。水が冷却流体として使用されることが多い。

従来技術から使用可能な冷却システムの多くの異なる設計がある。最も一般的なタイプの１つは、Ｕ字状筒型層状冷却ヘッダーである。主な水の供給は、大口径の管を介してであり、水は複数のＵ字状管から流出し、製品上に流れ落ちる。Ｕ字状管が使用される理由は、主供給管が、流入が停止された場合であってさえ、水で充填され続けることである。これは、流入の開始とＵ字状管からの水の流出との間の時間的遅延が最小化されるということを意味している。それはまた、流入が停止された場合に、少量の水しかＵ字状管から滴下しないということを意味している。

しかし、Ｕ字状管のタイプのヘッダーには多くの制限がある。実際には、Ｕ字状管は限定された流量範囲にわたって、明瞭に規定された流量パターンしか与えないことがわかっている。良好な流量パターンを与える最大流量と最小流量との間の比は、通常約３．１である。他の制限としては、噴射口が冷却される製品の上に大きな距離を離して配置されていることであり、このことは冷却効率を低下させる。

従来のＵ字状管の設計の制限によって、多くの現在のシステムは、代わりに複数噴射口タイプのヘッダーを使用している。これら設計のいくつかが特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４に開示されている。主水供給管は、水をヘッダー中に供給する。ヘッダーの内側には、多数の水の噴流を生成する多数のノズルがある。この複数噴射口タイプの設計には、多くの利点がある。多数の噴流は、Ｕ字状管タイプのヘッダーより多くの冷却力を提供する。さらに、この設計は、噴流を冷却される製品のより近くに位置させることを可能とし、このことは冷却力をさらに増加させる。また、多数の小さい噴流は、より広い範囲の安定した流量を使用することを可能にする。安定した最大流量と最小流量との間の比は、Ｕ字状管に対する約３：１に比較して２０：１以上である。複数噴流タイプのヘッダーはＵ字状管タイプのヘッダーより多くの利点を提供するが、いくつかの欠点をも有している。流入が停止された場合に、供給管中の水はノズルを通じて排出される。このことは、さらなる冷却を必要としない製品上に水が滴下するので望ましくない。また、このことは、冷却を必要とする次の製品のために流入が開始された場合に、流量が適性になる前に供給管が再充填されなければならないということを意味している。

他の望ましくない特徴は、低流量において、流量を変化させるのに長い時間がかかることである。これは、ノズルから出る流量が、ノズルにおける圧力の平方根に比例するからである。最大流量においては、ヘッダー中の圧力は通常、約４バール又は約４０メータ水柱である。したがって、最大流量と最小流量との間の２０：１の比では、最小流量に対して必要となる圧力は、４０／（２０ｘ２０）メータにすぎず、０．１メータにしかすぎない。供給管は通常直径３０ｍｍであるので、これは、最小流量に対して供給管が部分的にしか充填されていないということを意味する。供給管中に入る流量が変化する場合に、ノズルから出る流量は、管中の水面が正しい新しい平衡レベルに達するまでは、供給管中に入る流量に釣り合わない。平衡レベルに達するまでには、非常に低い流量においては、１００秒以上かかる。

欧州特許第０１７６４９４号明細書 欧州特許第０１７８２８１号明細書 欧州特許第０２３３８５４号明細書 欧州特許第０２９７０７７号明細書

したがって本発明の目的は、低い流量においてさえ流量を迅速に変化させることを可能にすることによって、複数噴射孔タイプの冷却ヘッダーの欠点を克服することである。本発明の別の目的は、より迅速に適正な流量を達成することを可能にするとともに、流入が停止されたときに水の滴下を止めることを可能にすることである。

この目的は、請求項１に係る装置と、請求項９に係る制御方法とを備える本発明によって解決される。

本発明の装置によれば、第１の弁は、ヘッダーが冷却用流体で充填されている間には、空気がヘッダーから逃げられるように、また空気がヘッダーの中に戻らないように配置される。第１の弁は、接続管によりヘッダーの最高部に接続されるように設けられる。第１の弁は、空気がヘッダーから逃げるのを可能にするとともに、ヘッダーが冷却流体で充填されている間には、ヘッダーから空気が逃げるのを可能にする。本発明による装置は、迅速な起動及び停止を可能にする。ヘッダーが完全に充填されるのを確実とすることができ、低流量において動作する場合の安定した操業が確実とされる。本発明の装置の特定の実施形態によれば、第１の弁はフロートタイプの弁である。この弁は、空気がヘッダーから出るのを可能とするが、ヘッダーが充填された状態にある場合に冷却流体が出るのを防止する。

本発明の装置の特定の実施形態によれば、第２の弁は第１の弁に接続されている。第２の弁は、空気がヘッダーに戻るのを防止している。

本発明の装置のさらに特定の実施形態によれば、第２の弁は逆止弁である。これは、ヘッダー中の圧力が低下した場合に、ヘッダーの中に空気が進入するのを回避する。

本発明の装置の好適な実施形態によれば、第１の弁は電動弁であり、この弁は、ヘッダーが充填されている間に空気がヘッダーから逃げるのを可能とするとともに、ヘッダーが充填状態にある場合に空気がヘッダーに戻るのを妨げるように操作される。この操作モードのため、完全に自動化された制御が可能である。

別の好適な実施形態は、第２の弁が電動弁である場合に達成される。これは、ヘッダーの改良された制御を可能にする。

本発明の装置の有利な実施形態においては、電動ソレノイド弁が、第１の弁と第２の弁との間の接続管中に配置され、空気が、ヘッダーの排液のためにヘッダー中に戻るのを可能にする。この追加的な弁は、必要に応じてヘッダーの迅速な排液を確実とする。

さらに、本発明の装置の有利な実施形態は、排液弁によって拡張可能であり、この排液弁はヘッダーに、特にノズル担持体に取り付けられ、ヘッダーからの冷却流体のさらに迅速な排液を可能にする。これは、ヘッダー又はノズルからの無制御な滴下が回避されなければならない場合には常に妥当である。

高温のプレート状又はストリップ状の金属、特に鋼の、冷却流体による制御された、ヘッダーによる冷却のための装置であって、中央供給管と、ノズル担持体中に配置された複数のノズルとを備える装置の操業のための本発明の制御方法によれば、ヘッダーは完全に水で充填され、空気が操業中に第１の弁によってヘッダーの中に入らないようにされている。制御された充填及び空気のヘッダー中への戻りを制御するか又は空気が逃げないように制御するために、流量条件はより高度に制御することができる。本発明の制御方法の好ましい実施形態は、ヘッダーが充填されている間に空気がヘッダーから出るのを可能とするように、また、ヘッダーが充填状態にある場合に空気がヘッダーの中に戻らないようにするのを可能とするように、第１の弁が操作されることを特徴としている。

本発明の制御方法の別の好ましい実施形態は、ヘッダー中における測定された圧力が第１の弁の制御のための入力値として使用されることを特徴としている。この圧力は、ヘッダーにおけるその時の充填レベルの改良された検知を可能にする。例えばヘッダー中の充填レベルなどの他の測定値も同様に使用することができる。

本発明の制御方法の特定の実施形態によれば、ヘッダーの充填中に流体供給部から供給される流体の流量は増加される。このことは、完全に充填されたヘッダーと、ヘッダーが操業条件に置かれるべき際の迅速な応答を可能にする迅速な充填とを確実にする。さらに、増加した流量は、空気がヘッダーから完全に取り除かれることを確実にする。

本発明の制御方法の特定の実施形態によれば、ヘッダーは操業中完全に充填された状態に維持される。この特定の条件は、ノズルにおける冷却流体の流量が低い値まで減少された際においてさえ、ヘッダーの安定した操業を可能にする。ヘッダーがいつも充填状態に維持され、ヘッダー及び供給管における水の高さをノズルにおける圧力を変化させるために変える必要がないので、ヘッダー中への流量に対するさらなる変化は、ノズルから出る流量を直ちに変化させる。

本発明の制御方法の好ましい実施形態によれば、部分的な真空がヘッダー中に生じ、ノズルにおける流体圧力がヘッダー中の水の高さによる圧力より小さくなる。この方法は、低流量の冷却流体の場合においてさえ、空気がヘッダーに進入できないということを確実にする。したがって、ヘッダーの中に空気が入ることができないので、流量は、既存のヘッダーによるよりも低い値まで減少させることができる。よって、低流量においてさえ、冷却流体のシステム及び流量は安定した状態に維持される。

本発明は、本発明が説明される実施形態に限定されることがない状態で、本発明の可能な実施形態を表わす添付の図面において、より詳細に後述される。

従来技術によるヘッダーの断面図である。 本発明によるヘッダーの断面図である。

図１は、供給管２と、ノズル担持体４に配置された複数のノズル３とを有するヘッダー１を示している。冷却流体は５においてヘッダーに進入する。次いで、主供給管２から冷却媒体がノズル担持体４中に流れ、ノズル３を通じて出る。冷却媒体の噴流６がノズル３によって生ずる。水が冷却媒体として使用されることが多いが、本発明によれば、他の媒体又は媒体の混合物を使用することもできる。フロートタイプ弁７は、この実施形態においては供給管２の頂部であるヘッダー１の頂部に接続されている。フロートタイプ弁７は、冷却流体が作動している場合に空気がヘッダー１から逃げることを可能にするが、冷却流体が逃げることは許容しない。ヘッダー１及び供給管２が冷却流体で充填されると、フロートが上昇し出口を閉塞する。

従来技術によるヘッダーにおいては、ヘッダー中への５における流量が減少し、よってこの流れがノズル３から出るようにするために必要とされる冷却流体の先端部がノズルより上の供給管２の頂部の高さより低い場合に、フロートタイプ弁７は、空気がヘッダー１中に戻るのを可能とし、供給管２中の冷却流体のレベルは、ノズルから出る流量がヘッダー中への流入量と釣り合うまで低下する。ヘッダーの大きな容量のために、ヘッダー中の水の高さが安定してノズル３から出る流量６がヘッダー５中への流入量と等しくなるまでには１００秒若しくはそれ以上かかる。本発明によるヘッダーはこのような問題を克服する。

図２は、フロート弁７に接続された逆止弁８を付加された、本発明によるヘッダーを示している。この逆止弁は、空気がシステム内に戻るのを防止する。

フロートタイプ弁７と逆止弁８との組み合わせは、システムの操業を大幅に改善する。ヘッダーが、低流量においてさえ水で充填されているので、ヘッダー５への流量の変化は、ノズル３から出る流量を直ちに変化させる。

また、流入が停止された場合には、ヘッダー１の排液は大幅に減少される。これは、ヘッダーが作動していない場合には冷却流体のヘッダー１からの滴下が少なくなり、流量が必要とされる場合にはヘッダー１が既に充填状態にあるので殆ど瞬時に起動されるということを意味している。

システムの操業をさらに改善するために、フロートタイプ弁７と逆止弁８との組み合わせにおける特定の制御方法が必要とされる。冷却流体の流入５が最初に起動された場合に、大量の流れが、ヘッダー１が完全に充填されるのを確実にするために使用される。システムが冷却流体で完全に充填されるのを確実にするために、この流量は、ノズル３を通じてこの流量生み出すのに必要とされる冷却流体の先端がノズル３より上の逆止弁７の高さよりも上にあるようにするのに十分に大量でなければならない。この予備充填中に使用される流量が多いほど、ヘッダー１はより迅速に充填される。

ヘッダー１が充填された状態になると、冷却流体の流入量５は必要とされるレベルまで減少される。逆止弁８は、空気がヘッダーの中に戻るのを防止し、これにより冷却流体のレベルは低下せず、システムは冷却流体で充填された状態に維持される。必要とされる流量が少ない場合には、部分的な真空が供給管２の上部に生じて、ノズル３における冷却流体の圧力は、ノズル３から出る流量がヘッダー１内への流量と等しい適正な平衡圧力に達する。システムが冷却流体で充填された状態に維持されており、変化するのはヘッダー１における圧力のみであるので、ノズル３から出る流れは殆ど瞬時にヘッダー１中に流入する流量の変化に応答する。

制御された冷却のための装置が所定時間作動されないか、又はヘッダー１から冷却流体が滴下しないように停止することが必要とされる場合には、冷却流体をヘッダー１からの排液が可能であることが望ましい。この場合には、電動ソレノイド弁９を開けて空気をヘッダー１内に戻すことを可能とし、冷却流体をノズル３を通じて排液させる。付加的な弁１０を、必要に応じてより迅速な廃液を提供するように付加することができる。

フロートタイプ弁７及び逆止弁８を使用する好適な実施形態が、望まれる目的を達成する簡単な方法であるが、これら同じ目的は電動弁のような別の実施形態によって達成することが可能であることは明白である。本発明の本質は、ヘッダー１が冷却流体によって完全に充填されており、望ましい流量を生じさせるために必要とされる圧力がノズル３より上のシステムの高さより小さい場合でさえも空気の侵入が防止されており、これを達成するために部分的な真空が生成されることである。

１・・・ヘッダー
２・・・供給管
３・・・ノズル
４・・・ノズル担持体
６・・・噴流
７・・・フロートタイプ弁
８・・・逆止弁
９・・・電動ソレノイド弁
１０・・・付加的な弁

Claims (15)

1. 高温のプレート又はストリップ状の金属の、ヘッダーを使用した、冷却流体による制御された冷却のための装置であって、
   中央供給管（２）と、ノズル担持体（４）中に配置された複数のノズル（３）と、を備える装置において、
   第１の弁（７）が前記ヘッダーに導管によって接続され、第２の弁（８）が前記第１の弁（７）の前記中央供給管（２）とは逆の側に接続されており、
   少なくとも前記第１の弁（７）が、前記ヘッダーの前記冷却流体による充填中に空気が前記ヘッダーから逃げるのを可能とするように開とされるとともに、前記ヘッダーが前記冷却流体によって充填された状態にある際には前記冷却流体が前記ヘッダーから逃げるのを防止し、
   少なくとも前記第２の弁（８）が、前記ヘッダーが前記冷却流体で充填された後は空気が前記ヘッダー中に戻らないように防止することを特徴とする装置。
2. 前記金属が鋼であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 高温のプレート又はストリップ状の金属の、ヘッダーを使用した、冷却流体による制御された冷却のための装置であって、
   中央供給管（２）と、ノズル担持体（４）中に配置された複数のノズル（３）と、を備える装置において、
   第１の弁（７）が前記ヘッダーに導管によって接続されており、
   少なくとも前記第１の弁（７）は、前記ヘッダーの前記冷却流体による充填中に空気が前記ヘッダーから逃げるのを可能とするように開とされるとともに、前記ヘッダーが前記冷却流体によって充填された状態にある際には前記冷却流体が前記ヘッダーから逃げるのを防止し、
   前記第１の弁（７）は電動弁であり、該電動弁が、前記ヘッダーの充填中には空気が前記ヘッダーから出るのを可能とし、前記ヘッダーが充填された状態にある場合には空気が前記ヘッダー中に戻らないように防止するように作動されることを特徴とする装置。
4. 前記金属が鋼であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記第１の弁は、フロートタイプ弁（７）であり、前記第２の弁は逆止弁（８）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
6. 前記第２の弁（８）は電動弁であることを特徴とする請求項１、２、又は５のいずれか一項に記載の装置。
7. 電磁弁（９）が前記第１の弁（７）と前記第２の弁（８）との間の接続管中に配置され、前記電磁弁（９）は、前記ヘッダー（１）の排液のために空気が前記ヘッダーの中に戻るのを可能にしていることを特徴とする請求項１、２、５、及び６のいずれか一項に記載の装置。
8. 排液弁（１０）が前記ヘッダー（１）に取り付けられ、前記ヘッダー（１）からの前記冷却流体の迅速な排液を可能にしていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記排液弁（１０）は、前記ノズル担持体（４）に取り付けられていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
   
10. 高温のプレート状又はストリップ状の金属の、中央供給管（２）と、ノズル担持体（４）中に配置された複数のノズル（３）と、を備えるヘッダー（１）を使用した、冷却流体による制御された冷却のための請求項１、２、及び５〜９のいずれか一項に記載の装置の操業のための制御方法であって、
    前記ヘッダー（１）の充填中には、少なくとも前記第１の弁（７）は空気が前記ヘッダー（１）から出るのを可能にするように作動され、
    前記ヘッダーが充填された状態にある際には、少なくとも前記第１の弁（７）は前記冷却流体が前記ヘッダー（１）から逃げるのを防止するように作動され、
    前記ヘッダー（７）が前記冷却流体によって充填された後及び操業中には、前記第２の弁（８）が、空気が前記ヘッダー中に入らないように防止するように作動されることを特徴とする制御方法。
11. 高温のプレート状又はストリップ状の金属の、中央供給管（２）と、ノズル担持体（４）中に配置された複数のノズル（３）と、を備えるヘッダー（１）を使用した、冷却流体による制御された冷却のための請求項３、４、８、及び９のいずれか一項に記載の装置の操業のための制御方法であって、
    前記ヘッダー（１）の充填中、前記ヘッダー（１）が前記冷却流体によって充填された後及び操業中には、空気は少なくとも前記第１の弁（７）によって前記ヘッダー（１）中に入らないように防止され、
    少なくとも前記第１の弁（７）は、前記ヘッダー（１）の充填中には空気がヘッダー（１）から出るのを可能にし、前記ヘッダー（１）が前記冷却流体によって充填された状態にある場合には空気が前記ヘッダー（１）に戻らないように防止するように作動されることを特徴とする制御方法。
12. 前記ヘッダー（１）中の測定された圧力が、前記第１の弁（７）の制御のための入力値として使用されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の制御方法。
13. 前記ヘッダー（１）の充填中には、流体供給部（５）から供給される流体の流量は増加することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の制御方法。
14. 前記ヘッダー（１）は、操業中は完全に充填された状態に維持されていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の制御方法。
15. 前記ノズル（３）より上の流体圧力が、望ましい噴流（６）の流量のために必要とされる圧力より小さい場合には、部分的な真空が前記ヘッダー（１）の上部中に作られることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の制御方法。

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