JP2508927B2 - フランジ水冷装置の流量設定方法 - Google Patents

フランジ水冷装置の流量設定方法

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JP2508927B2
JP2508927B2 JP3044953A JP4495391A JP2508927B2 JP 2508927 B2 JP2508927 B2 JP 2508927B2 JP 3044953 A JP3044953 A JP 3044953A JP 4495391 A JP4495391 A JP 4495391A JP 2508927 B2 JP2508927 B2 JP 2508927B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フランジ水冷装置の流
量設定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、H形鋼やI形鋼等の断面形状が
複雑な形鋼を熱間圧延する場合、断面各部の肉厚差に起
因する断面内の温度差によって、冷却後に曲りや座屈等
の形状不良が生じることが知られている。
【0003】そこで、この形状不良を防止するために、
熱間圧延中あるいは圧延後に厚肉部であるフランジを強
制的に水冷して、形鋼断面内の温度分布を均一化する方
法が行われている。
【0004】図8はH形鋼圧延ラインの一例であり、圧
延材は加熱炉5で加熱均熱された後、ブレークダウンミ
ル6で粗圧延され、次いで中間ユニバーサルミル7とエ
ッジングミル8で最終製品に近い寸法・形状まで圧延さ
れた後、仕上ユニバーサルミル9で整形される。そし
て、その後H形鋼搬送ラインの両側にフランジ水冷装置
4でフランジ両面が強制的に水冷されることによって、
断面内の温度差は小さくなり、次工程で所定の長さに切
断された後、放冷される。
【0005】フランジ水冷装置4としては、図9に示す
ように、スプレーノズルを多数個配置した多段ノズルヘ
ッダー3が用いられている。
【0006】この多段ノズルヘッダーにおける流量設定
方法に関しては、特開平2−92413号公報により開
示されているように、被冷却面全体を各段ノズルからの
冷却水噴射衝突面の冷却能力でもって評価する方法が採
られている。
【0007】すなわち、予め各段のノズルから一定の水
量密度で噴射した時の冷却速度を基に、各段ノズルの噴
射領域ごとに実効水量密度を求め、この実効水量密度と
流下水が0の最上段の実効水量密度との比を、上方から
下方へ流下する水量密度と実際の水量密度との関数とし
て表すことにより、各段ノズルの水量を設定する方法で
ある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
2−92413号公報により開示された方法は、ノズル
の段数が多く、しかもノズルの取付角度が同じ場合には
有効であるが、ノズルの段数が少ないたとえば2〜3段
冷却には、ノズルの取付角度も各段で異なるため、不向
きであることが判った。
【0009】すなわち、2〜3段冷却においては、各ノ
ズルの噴射領域内においてそのノズル自体の噴射水の流
下の影響が大きく、冷却面全体を噴射面として評価でき
ないためである。
【0010】したがって、本発明の主たる目的は、圧延
によってH形鋼やI形鋼等のフランジを有する形鋼を製
造する際、曲りや座屈等の形状不良の発生を防止し、か
つノズルの段数が少ないたとえば2〜3段冷却にも適用
できるフランジ冷却装置の流量設定方法を提供するもの
であり、さらに詳しくは、形鋼断面内の温度分布を均一
化するために、高精度でかつ簡便な冷却能力評価式でも
って各ノズルの水量を設定できるフランジ水冷装置の流
量設定方法を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明は、フランジ面が水平面に対してほぼ垂直の状態の形
鋼に対向して高さ方向多段に多数個冷却水噴射ノズルが
配置されたフランジ水冷装置によって、熱間圧延中ある
いは圧延後に前記形鋼が搬送される過程でそのフランジ
面を強制冷却する際の流量設定方法であって前記各段ノ
ズルより噴射した時の冷却水のフランジ面衝突域におけ
る熱伝達率αS 、および流水域における熱伝達率α
F と、前記各段ノズルの水量Qi との次記(A)式およ
び(B)式で表される関係を予め求めておき、 αS =f(Qi )……(A) αF =g(Qi )……(B) 各段ノズルの熱伝達率αi を下記(C)式の関係として
評価し、 αi =lS αS +lF αF ×h(ΣQ/Qi )……(C) ここに、f,g,h=関数 i=ノズルの段数S =搬送方向の各段ノズルの衝突域長さ比率 lF =搬送方向の各段ノズルの流水域長さ比率 ΣQ/Qi =上方ノズルからの流下水量/当該ノズルの水量 前記各段ノズルの熱伝達率αi を目標熱伝達率として与
えることにより、前記各段ノズルの水量Qi を各段ごと
に順次設定することを特徴とするフランジ水冷装置の流
量設定方法である。
【0012】
【作用】本発明者が、図1(B)に示すように、熱間圧
延後のH形鋼1のフランジ1fに対して高さ方向3段に
冷却水噴射ノズル2が配置されたフランジ水冷装置4に
よって、H形鋼1のフランジ1f面に冷却水を噴射し、
強制冷却を行ったところ、次のようなことが判った。
【0013】(1)垂直なフランジ面に衝突した噴射水
は、表面に沿う流下水となって下方へ流れるが、下方の
ノズルの噴射域Sの下には流れ込まず、下方の流水域F
に流れる。 (2)多段スプレー冷却において、図2に示すように、
冷却能力の指標である熱伝達率は、直接噴射水が当たる
噴射衝突域Sと流下水流れる流水域Fとに区分でき
る。 (3)各段ノズルの冷却能力制御範囲としては、図1
(A)に示すように、噴射衝突域Sと流水域Fとで形成
される平行四辺形として扱うことができる。上記実験結
果より、本発明においては、各段スプレーノズル2から
噴射された冷却水のフランジ衝突域Sと上方からの流下
水のない流水域Fの熱伝達率αS ,αF (kcal/m2h
℃)は図3および図4に示すように、水量Qi (l/min
・本)の関数として整理できる。 αS =f(Qi )……(1) αF =g(Qi )……(2) 一方、上方からの流下水(ΣQ)の影響は、図5に示す
ように、流水域の熱伝達率倍数kに関し、流下水と当該
水量との比(ΣQ/Qi )で整理できる。 k=h(ΣQ/Qi )……(3) そこで、上記の各式より、各段ノズルの冷却能力α
i (kcal/m2h℃)は、搬送方向の各段ノズルの衝突域
および流水域の長さ比率をlS ,lF とすれば次式で表
すことができる。 αi =lS f(Qi )+lF g(Qi )×h(ΣQ/Qi )……(4) =F(Qi )……(4)’、 Qi =F-1(αi )……(5) すなわち、各段ノズルでの目標冷却能力として各々の熱
伝達率αi が与えられれば、(5)式より上段から順次
各段ノズルの水量を設定することができる。
【0014】そして、その後上記各段ノズルの設定水量
に基づいて、各段ノズルから冷却水を噴射してH形鋼の
フランジを水冷することにより、H形鋼断面内の温度分
布を均一化することができるので、冷却後の曲りや座屈
等の形状不良の発生を防止することができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例によりさら
に具体的に説明する。本発明を実施するための圧延ライ
ンとしては、前述の図8に示す圧延ラインをそのまま適
用することとし、以下の条件でH形鋼のフランジの強制
水冷を実施した。
【0016】本発明に係るフランジ水冷装置4として
は、図1(A)、(B)に示すように、水平面に対しほ
ぼ垂直なフランジ1fに対し高さ方向に3段にスプレー
ノズルを伏角γおよびひねり角δをもって配置し、スプ
レーノズル2の上段の噴射角を40°、中段および下段
の噴射角を80°とした。また、水冷装置4の取付ピッ
チは、H形鋼の搬送方向において250mm毎の千鳥状配
列とし、高さ方向には75mmピッチ毎に取り付けた。表
1には、各段ノズルの取付角度を示す。また、ノズル2
…群とフランジ1f面との水平距離は200mmとした。
【0017】
【表1】
【0018】次に、H形鋼のフランジ水冷に先立って、
本発明によるフランジ水冷装置の流量設定方法を説明す
る。なお、表2には、本実施例における目標停止温度を
725℃とし、各段における目標熱伝達率を予め計算に
より設定した。
【0019】
【表2】
【0020】まず、フランジ水冷装置の流量の設定は、
上段ノズルの水量から求めた。 αi =lS f(Qi )+lF g(Qi )×h(ΣQ/Qi )……(4) ここで、表1のノズル条件より、 上段ノズルの衝突域の長さ比率lS =0.34 上段ノズルの流水域の長さ比率lF =0.66 また、上段であることから流下水ΣQ=0より、 流水域の熱伝達率倍数k=h(ΣQ/Qi )=1.0 また、上段ノズルの水量と熱伝達率の関係から、 衝突域の熱伝達率αS =f(Qi )=15.4Q1 2.52 流水域の熱伝達率αF =g(Qi )=145Q1 0.81 したがって、上段ノズルの冷却能力は、 α1 =5.24Q1 2.52 +95.7Q1 0.81 ……(6) (6)式より、図6に示す図を表すことができるので、
その結果、 α1 =1500kcal/m2h ℃の水量はQ1 =8l/min
・本が得られる。
【0021】次に、中段ノズルの水量を上記と同様にし
て求める。
【0022】中段ノズルの衝突域の長さ比率lS =0.
6 中段ノズルの流水域の長さ比率lF =0.4 衝突域の熱伝達率αS =f(Qi )=2.0Q2 2.52 流水域の熱伝達率αF =g(Qi )=875Q2 0.27 したがって、中段ノズルの冷却能力は、 α2 =1.2Q2 2.52 +350Q2 0.27 ×h(8/Q2 )……(7) (7)式より、図6に示す図を表すことができるので、
その結果、 α2 =2500kcal/m2h ℃の水量はQ2 =18l/mi
n ・本が得られる。
【0023】ちなみに、図5より流水域の熱伝達率倍数
k=h(8/18)=1.04が求まる。
【0024】そして最後に、下段ノズルの水量を上記と
同様にして求める。
【0025】下段ノズルの衝突域の長さ比率lS =0.
43 下段ノズルの流水域の長さ比率lF =0.57 衝突域の熱伝達率αS =f(Qi )=1.1Q3 2.52 流水域の熱伝達率αF =g(Qi )=746Q3 0.27 したがって、下段ノズルの冷却能力は、 α3 =0.47Q3 2.52 +425Q3 0.27 ×h(26/Q3 )……(8) (8)式より、図6に示す図を表すことができるので、
その結果、α3 =1500kcal/m2h ℃の水量はQ3
16l/min ・本が得られる。
【0026】ちなみに、図5より流水域の熱伝達率倍数
k=h(26/16)=1.14が求まる。
【0027】なお、表2には、前述の各段ノズルにおけ
る目標熱伝達率とともに、上記方法により求められた本
発明法による流量設定値と従来法による流量設定値とを
示した。
【0028】なお、前記伏角(γ)およびひねり角
(δ)は、ウェブ面に冷却水が乗らないように、かつ冷
却不足、過冷却とならないようにその角度は決定される
が、両者共30°以下であれば問題なくその目的を達成
できる。また、ノズルの配置は、噴射角度、距離によっ
て決定されるが、千鳥状配置とすることが好ましい。さ
らに、本実施例においては、上段から決定した実施例を
示したが、必ずしも上段から順次決定する必要はない。
【0029】そして、これら本発明法および従来法によ
り設定された流量設定値を基に、ウェブ高さ550×フ
ランジ巾250×ウェブ厚さ9/フランジ厚22(単位
mm)のH形鋼の850℃のフランジ面を、約12秒間搬
送しながら、強制冷却した。その結果、図7に示すよう
に、従来法においては、温度分布にかなりのバラツキが
見られるのに対し、本発明法によれば、±10℃でほぼ
目標通りの停止温度を実現することができる。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高精度で
かつ簡便な冷却能力評価式でもって各ノズルの水量を設
定でき、その結果冷却後のH形鋼断面内の温度分布を均
一化することができるので、曲りや座屈等の形状不良の
発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)本発明の係る冷却制御のメカニズムを示
す図である。 (B)本発明法によるスプレーノズルの配置状態を示す
側面図である。
【図2】衝突域と流水域の温度と熱伝達率の関係を示す
図である。
【図3】衝突域における水量と熱伝達率の関係を示す図
である。
【図4】流下水のない流水域における水量と熱伝達率の
関係を示す図である。
【図5】流下水の影響を示す図である。
【図6】熱伝達率と水量の関係を示す図である。
【図7】圧延後のフランジ水冷前後の温度測定結果を示
す図である。
【図8】H形鋼の圧延ラインを示す概略図である。
【図9】従来法によるスプレーノズルの配置状態を示す
側面図である。
【符号の説明】
1 H形鋼 1f フランジ 2 スプレーノズル 3 冷却ヘッダー 4 フランジ水冷装置 5 加熱炉 6 ブレークダウンミル 7 中間ユニバーサルミル 8 エッジングミル 9 仕上ユニバーサルミル

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フランジ面が水平面に対してほぼ垂直の状
    態の形鋼に対向して高さ方向多段に多数個冷却水噴射ノ
    ズルが配置されたフランジ水冷装置によって、熱間圧延
    中あるいは圧延後に前記形鋼が搬送される過程でそのフ
    ランジ面を強制冷却する際の流量設定方法であって 前記各段ノズルより噴射した時の冷却水のフランジ面衝
    突域における熱伝達率αS 、および流水域における熱伝
    達率αF と、前記各段ノズルの水量Qi との次記(A)
    式および(B)式で表される関係を予め求めておき、 αS =f(Qi )……(A) αF =g(Qi )……(B) 各段ノズルの熱伝達率αi を下記(C)式の関係として
    評価し、 αi =lS αS +lF αF ×h(ΣQ/Qi )……(C) ここに、f,g,h=関数 i=ノズルの段数S =搬送方向の各段ノズルの衝突域長さ比率 lF =搬送方向の各段ノズルの流水域長さ比率 ΣQ/Qi =上方ノズルからの流下水量/当該ノズルの水量 前記各段ノズルの熱伝達率αi を目標熱伝達率として与
    えることにより、前記各段ノズルの水量Qi を各段ごと
    に順次設定することを特徴とするフランジ水冷装置の流
    量設定方法。
JP3044953A 1991-03-11 1991-03-11 フランジ水冷装置の流量設定方法 Expired - Lifetime JP2508927B2 (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0292413A (ja) * 1988-09-29 1990-04-03 Nippon Steel Corp 形鋼の強制冷却方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0292413A (ja) * 1988-09-29 1990-04-03 Nippon Steel Corp 形鋼の強制冷却方法

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