JP2692518B2

JP2692518B2 - ホットストリップ冷却装置

Info

Publication number: JP2692518B2
Application number: JP33188292A
Authority: JP
Inventors: 豊和寺本; 宗浩石岡; 善道日野; 健人佐々木; 由紀男石口; 雪彦岡崎
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1997-12-17
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JPH06179012A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延鋼帯等の高温
の帯状物（ホットストリップ）に水流を当てて冷却する
冷却装置に関する。特には、パイプラミナ式ノズルから
流下するラミナ流を用いた強冷却と、完全分散液滴のシ
ャワーを用いた弱冷却とを任意に切替えて行うことので
きる冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼帯の熱間圧延ラインに例をとって、以
下従来技術を説明する。熱間圧延後のストリップを冷却
するランナウトテーブル上を、走行するストリップの上
面を冷却する冷却装置においては、ストリップのウェー
ビングによる冷却装置の破損を防止するため、ストリッ
プから１．２〜１．８ｍ程度上方に冷却ノズルを設置し
ている。図１０は、ランナウトテーブルに設置されてい
る従来のホットストリップ冷却装置を示す図であって、
（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。このような場
合、図１０に示すような冷却用ノズルとして、ヘッダ６
より供給される水をパイプ状ノズル５を用いてラミナー
フロー１１とするパイプラミナ冷却装置が、高い冷却機
能を有するため一般に広く用いられている。

【０００３】しかしながら、近年高温材料の冷却にも一
段と高精度の温度制御が要求されるようになっており、
様々な問題も生じてきている。というのは、パイプラミ
ナ冷却装置は比較的強冷却には適するが、流量などを減
少させてもそれ程大きく冷却能が低下しないので、特に
熱伝達率の大きくなる約６００℃以下の領域では、スト
リップ温度を正確に制御することが困難となる。このた
めに、鋼板の巻取温度不良や歪が発生して、良好な材質
・形状の製品が得られない等の問題が起きていた。

【０００４】その対策としては、比較的冷却能が低くて
制御しやすいスプレーノズル等を緩冷却用としてパイプ
ラミナ式ノズル（以下パイプノズル）と併せて設置し、
所要の冷却パターンに応じて両冷却装置を使い分ける装
置が採用されてきた。またあるいは、特許公告昭和６３
−５００８６号公報（図１１）に開示されているよう
に、パイプノズル５の直下に出入り自在な冷却水分散板
３を設け、ラミナーフロー１１をこの板１に当てて分散
させることにより、冷却水を必要に応じて散水させるこ
とのできる冷却装置も提案されている。この冷却水分散
によって、鋼板７上に落下する時の冷却水の衝突圧を小
さくして冷却能を低下させ、緩冷却用としてラミナーフ
ロー冷却と兼用することができる。

【０００５】そのほか、特開昭６３−２０１２１号公報
に開示されているように、パイプノズルの冷却水入口に
気体を供給する気体ノズルを設け、供給される気体によ
って冷却水の流れを乱し、かつ流量を制御することによ
り緩冷却用として兼用する装置も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のスプレーノズル
併設装置やラミナフロー分散装置によって、ホットスト
リップの冷却温度制御能力はある程度は改善された。し
かし、次の様な、設備上又は温度制御上の問題点が残っ
ている。スプレーノズル併設装置においては、ラミナフロー
用のパイプノズルと散水用のスプレーノズルの両者を設
置する必要があるため、設備設置スペースの確保や設備
費用が高くなる点で問題があった。

【０００７】冷却水分散板を設けたラミナフロー分
散装置においては、パイプノズル出口部に設けた冷却水
分散板のみでは、スプレーノズルのような十分な散水状
態を得ることが困難であった。そのため、パイプラミナ
冷却特有の、ラミナーフロー落下点に当る鋼板の部分の
過冷却の問題があった。というのは、図１０（Ｂ）にお
いては、ラミナーフロー１１は、冷却水分散板３によっ
て十分に分散された散水１５となってホットストリップ
７上に落下するように描かれてはいるけれども、実際
は、ラミナフロー１１の直下の部分に、大粒・高速の水
滴が集中する傾向を防止することが困難なのである。

【０００８】パイプノズル入口部に気体吹き込みノ
ズルを設けたラミナフロー分散装置においては、ノズル
入口部において流れを乱すために、ノズル出口部では十
分に乱れた流れ（ノズル外周方向への流れ）が得られな
かった。そのため、鋼板の部分的過冷却が避けられず、
鋼板温度の不均一が生じ、その結果、鋼板の巾方向に材
質の不均一が生じたり鋼板形状の歪が発生する等の問題
があった。

【０００９】本発明は、従来のホットストリップ冷却装
置の有する上述の問題点を解決し、同一のノズルで強冷
却と緩冷却の両モードが可能であり、緩冷却に使用する
場合には十分に冷却水を液滴状に分散させることがで
き、そのため被冷却材の巾方向に均一な冷却を実現で
き、かつ取扱の容易なホットストリップ冷却装置を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のホットストリップ冷却装置は、走行するホ
ットストリップに上部から水流を当てて冷却する冷却装
置であって；ストリップ巾方向に複数配列されたパイプ
ラミナ式ノズルと；該ノズル下に進退自在又はＯＮ−Ｏ
ＦＦ自在に設けられ、該ノズルから落下するラミナフロ
ーをストリップ長手方向に偏向させると同時に、該ラミ
ナフローをストリップ巾方向に広げて落下させる水流偏
向巾広げ手段と；該手段から落下する水流路に設けられ
た透過型水分散板と；を具備することを特徴とする。

【００１１】

【作用】パイプラミナ式ノズルから落下するラミナフロ
ーは、水流偏向巾広げ手段が退いているかＯＦＦの時は
まっすぐ落下してホットストリップに当る。しかし、同
手段がラミナフローの流路に進出しているかＯＮしてい
る時は、水流偏向巾広げ手段によってストリップ長手方
向に方向を変えられて透過型水分散板上に落下する。ま
た上記手段は、ラミナフローをストリップ巾方向に広げ
る役目も果す（長手方向にも広がってもよい）。このた
め、同手段を通過した水流は、巾方向により均一化され
た流れとなって、上記分散板上に落ちる。同板では、水
の流れはさらに分散されて、より完全な分散液滴の集合
（散水）となってストリップ上に降り注ぐ。このため、
ホットストリップの均一な緩冷却が可能となる。

【００１２】本発明のホットストリップとは、相対的に
高温状態にある帯状の材料（無機物、金属、有機物、複
合材等）を意味する。また、冷却媒体としては“水”と
表現はされているが、他の液体（アルコール、油、液体
金属等）等も本発明の対象となりうる。水流偏向巾広げ
手段は、以下の実施例に説明されている水流誘導板方式
や気流吹付け方式に限定されるものではなく、ラミナフ
ローの方向を変えることができてかつその巾を広げるこ
とができるものであれば他の方式を用いてもよい。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例に係る冷却装置の図及びそれ
を用いて行った操業結果のグラフを参照しつつ説明す
る。図１は、本発明の一実施例に係る冷却装置（水流誘
導板方式）の構成及び運転状態を表す図である。（Ａ）
は散水緩冷却モードを、（Ｂ）はラミナフロー強冷却モ
ードの状態である。

【００１４】図１（Ｂ）において、水流誘導板１は直下
に垂れ下がった“退”の位置にある。このため、冷却水
ヘッダー６から供給された冷却水は、ノズル５からラミ
ナフロー１１となってまっすぐ下に落下して、強い衝突
圧でホットストリップ７に当り、これを冷却する。これ
が強冷却モードである。ここでストリップ７はランナウ
トローラ８上を矢印の方向に走行している。

【００１５】一方、図１（Ａ）においては、水が実質的
に透過不能な板製の水流誘導板１は、回転駆動軸２によ
ってθだけ回転して持ち上げられていて、ラミナフロー
１１に当っている。そのため、ラミナフロー１１は、水
流誘導板１によって偏向され偏向水流１３となってい
る。なお、水流誘導板１は、ヘッダ６のノズル５のある
全範囲にわたって、ヘッダ６と平行に配置されている。
水流１３は、図２に示すように、水流誘導板１上で末広
がりの水流となって、ストリップ巾方向に水量の均一な
帯状流となる。この帯状の偏向水流１３は、金網のよう
なもので作られた冷却分散板３を通過して、ほぼ完全な
分散液滴の集合（散水１５）となって、ストリップ７上
に降り注ぐ。

【００１６】このようにして、被冷却材に衝突するまで
に冷却水は、誘導板１により被冷却材巾方向に広げら
れ、さらに分散板３によって完全に液滴状に分散される
ので、板巾方向に局部的な過冷却が発生することなく均
一に冷却することができる。このような構成によって、
本実施例の冷却装置は、強冷却用として使用する場合は
誘導板をノズル直下から外し、緩冷却用として使用する
場合は誘導板をノズル直下に位置させることにより、同
一のノズルによって強冷却モードと緩冷却モードの両方
で使用できる。

【００１７】液滴の被冷却材上での衝突圧は、ラミナ流
としてパイプノズルより一様に落下した場合の衝突圧に
比べて非常に小さいので、ラミナ流の場合に衝突点で形
成されるブラックスポットのような強冷却域が形成され
ず、また衝突後の流れによる被冷却材上での冷却水の攪
乱効果なども生じないので、ラミナ流即ち誘導板を使用
しない場合に比べ大幅に冷却能が低下し、鋼板等の緩冷
却を行うことができる。しかも冷却水は、誘導板及び分
散板により一様に分散するので、液滴の落下時の分布は
隣接するノズル間でも均一となり、したがって冷却装置
長手方向にみて水量分布がほぼ均一となるので、高温材
料をその巾方向でより均一に冷却することが可能とな
る。

【００１８】上記のように本実施例装置に依れば、同一
のノズルにおいて、誘導板をノズル直下に出入りさせる
だけで簡単に強緩両用に冷却能を変化させることができ
るので、例えば熱延ホットランテーブルにおいて、冷却
バンク毎あるいは冷却装置毎に冷却水供給のＯＮ−ＯＦ
Ｆによる従来の制御の他に、誘導板を用い、ノズルへの
冷却水量を変化させることにより精密な冷却能制御も可
能である。

【００１９】例えば、緩冷却時には冷却水は誘導板に衝
突し、冷却装置長手方向に広げられるのでノズルへの供
給する冷却水量を変化させても冷却装置長手方向の水量
均一性が維持され、さらに分散板によって一様に液滴に
分散されるので、冷却水量を変化させても被冷却材上の
水量を密度の均一性を保持したまま変更可能で、冷却能
を制御することができ、従来のパイプノズル出口直下に
冷却水分散板を設置した冷却装置の問題点であった冷却
水量を変化させた時の巾方向の不均一性も解消すること
ができるのである。

【００２０】分散板３は、金網あるいは板に一定ピッチ
で多数の穴を穿孔したもの等、衝突した冷却水を下方へ
分散、通過させることが可能となっている。分散板３は
その効果を高めるため、板間の間隔をあけて複数枚重ね
て用いてもよい。冷却水を分散させた時の冷却能は、冷
却水ヘッダ６への流量調整弁（図示せず）により冷却水
流量を調整することによって行われる。

【００２１】図３は、本発明の他の一実施例に係る冷却
装置（樋付きの水流誘導板方式）の構成を表す図であ
る。図４は、図３の冷却装置の運転状態を表す図であ
る。（Ａ）は無冷却モード、（Ｂ）は散水緩冷却モー
ド、（Ｃ）はラミナフロー強冷却モードの状態である。

【００２２】この実施例の特徴は、樋９がヘッダ６の直
下にその全巾にわたって設けられていることである。水
流誘導板１の回転駆動軸２は、この樋９の側板の上縁に
添設されている。図４の（Ａ）のように、水流誘導板１
が回転駆動軸２によって右斜め上に持ち上げられると、
（図のθが約１１０℃）、水流誘導板１に当った冷却水
ラミナフロー１１は全量左下方向に誘導されて樋９内面
に入る。この水は、樋の端部（ストリップ７の巾方向端
より外に伸びている）から、ランナウトテーブル外に排
出される。このため、ノズル５から出る水はストリップ
の冷却には供されない。これが無冷却モードである。

【００２３】次に、図４（Ｂ）のように、水流誘導板１
が右斜め下の冷却水分散板３方向に向くと、ラミナフロ
ー１１は、水流誘導板１によって偏向・巾拡大されて偏
向水流１３となり、冷却水分散板３へと導かれる。この
水は、冷却水分散板３で、分散され散水１５となってス
トリップ７上に落下する。これが散水緩冷却モードであ
る。図４（Ｃ）においては、水流誘導板１は直下に垂れ
下がって下り、ラミナフロー１１は水流誘導板１に干渉
することなく、そのままストリップ７上に落下する。こ
れがラミナフロー強冷却モードである。この実施例で
は、ヘッダ６への水供給をＯＮ−ＯＦＦすることなく、
ストリップの冷却のＯＮ−ＯＦＦ、強−緩を制御するこ
とができ、応答性が良くかつ精緻なストリップの冷却温
度のコントロールが可能である。

【００２４】図５は、本発明の他の一実施例に係る冷却
装置（気流吹付け方式）の構成及び運転状態を表す図で
ある。（Ａ）は散水緩冷却モードを、（Ｂ）はラミナフ
ロー強冷却モードの状態である。冷却水ヘッダの下方近
傍には、圧縮空気管２１と、同管２１の側方に気流２５
を吹き出す空気吹出口２２とが設けられている。空気吹
出口２２は、冷却水のノズル５に一対一対応して（個別
に）ストリップ巾方向に配列されたエアノズルである。
又は、空気吹出口２２は冷却水のノズル５の列の全巾に
わたって伸びるスリットであってもよい。

【００２５】本実施例の冷却装置を緩冷却モードで使用
する場合には、図５（Ａ）のように冷却水ノズル５出口
部の気体供給装置（空気吹出口２２）から噴出させた気
体ジェットを冷却水ラミナフロー１１に衝突させ、同フ
ローをストリップ７の巾方向に広げるとともに、流下方
向を斜め下方に偏向させる。流下方向が偏向させられた
偏向水流３３は、その流下経路に位置し、冷却水が透過
可能な冷却水分散板３に衝突し、散水３５となって下方
に分散落下する。このようにして被冷却材（ストリップ
７）に衝突するまでに、冷却水は、気流によりストリッ
プ巾方向に広げられ、さらに分散板によって完全に液滴
状に分散されるので、ストリップ７は板巾方向に局部的
な過冷却が発生することなく均一に冷却することができ
る。

【００２６】一方、強冷却モードで使用する場合は、図
５（Ｂ）のように、気体供給装置（空気吹出口２２）か
らの気体供給を停止することにより、パイプノズル５に
おいて直管部で整流化されたラミナ流がストリップ７上
に直接落下するので、被冷却材上で衝突圧が高くなり高
冷却能を得ることができる。すなわち、本実施例の装置
は、強冷却モードで使用する場合は気体供給装置からの
気体ジェットを冷却水に衝突させることにより、同一の
ノズルを用いて、強冷却用と緩冷却用の両方で使用でき
る。空気流吹付け方式の本装置には、可動部がないので
操業上のトラブルもない。

【００２７】図６は、図１に示す水流誘導板方式及び従
来の冷却装置において、冷却水分散板３直下のストリッ
プ巾方向における冷却水量の分布を測定してプロットし
たグラフである。装置諸元は、ノズル径１６mm、ノズル
ピッチ８０mm、冷却水流量１６．５リットル／min 、誘
導板として巾１００mmの鋼板を勾配３０℃で設置し、分
散板として線径２mm、目開き５mmの金網を３枚重ねて用
いた。従来例としては、誘導板を使用することなく、分
散板としては実施例と同じものをノズル直下に設置した
時の水量分布を示した。図から明らかなように、従来例
に見られるノズル位置での水量のピークが実施例におい
ては消失しており、誘導板を用いる本発明の方が冷却水
分布の均一性がよいことがわかる。

【００２８】一方、図７は、温度９００℃、板厚１２mm
の鋼板を速度１ｍ／sec で移動させて、図１の冷却装置
を用いて冷却した時の温度７００℃における冷却水量と
冷却能の関係を示すグラフである。図７に示されている
ように、冷却水流量が比較的少ない範囲でも、流量の変
化に対応して冷却時の冷却能がある程度リニアに変化す
るので、冷却水量をコントロールすることにより所要の
冷却能の値に調節できる。

【００２９】図８は、実施例及び従来例の冷却装置を用
い、ノズル１本あたりの冷却水量を１５リットル／min
とした時の板巾方向の温度分布測定例を示すグラフであ
る。同図には、誘導板を使用しないで分散板をノズル直
下に設置した場合（従来例）の温度分布も合せて示した
が、従来例ではノズル位置直下の部分で局部的に強く冷
却されているのに対し、本実施例ではその傾向が少なく
鋼板巾方向の温度均一性が良いことがわかる。

【００３０】図９は、図５に示す気流吹付け方式の冷却
装置及び従来例の冷却装置において、冷却水分散板直下
のストリップ巾方向における冷却水量の分布を測定して
プロットしたグラフである。装置諸元は、ノズル径２０
mm、ノズルピッチ８０mm、冷却水流量１６．１リットル
／min 、気体供給装置（エアノズル５×２０mm、気体供
給ヘッダ圧０．５kg/cm²）を用い、分散板として線径２
mm、目開き５mmの金網を３枚重ねて用いた。同図には、
従来例として、気体供給装置を使用することなく、分散
板としては本実施例と同じものをノズル直下に設置した
時の水量分布も示した。図から明らかなように、従来例
に見られるノズル位置で水量のピークが実施例において
はほとんどなくなっており、気体供給装置を用いる本発
明の方が冷却水分布の均一性がよいことがわかる。この
実施例の気流吹付け方式の冷却装置を用いた場合も、水
流誘導板方式の装置と同様の冷却能特性、ストリップ板
巾方向の冷却温度分布が得られた。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のストリップ冷却装置は以下の効果を発揮する。同一の冷却水ノズルで緩冷却から強冷却まで広範囲
な条件のストリップ冷却を行うことができる。特に緩冷
却域で冷却水量を変化させた場合の冷却能制御特性が優
れている。

【００３２】ストリップ巾方向の冷却水量分布をほ
ぼ完全に均一化できるので、同方向の冷却温度分布を均
一にできる。、の結果、様々な材質、板厚、走行速度のスト
リップについて、精緻な温度制御下で冷却できるので、
製品の高品質化と操業の能率向上・安定化が可能とな
る。装置構成が簡単でコンパクトにしうるため、装置価
格が安価でありかつ既存ラインへの付設も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る冷却装置（水流誘導板
方式）の構成及び運転状態を表す図である。（Ａ）は散
水緩冷却モードを、（Ｂ）はラミナフロー強冷却モード
の状態である。

【図２】図１の冷却装置をＣ−Ｃの方向に見た図であ
る。

【図３】本発明の他の一実施例に係る冷却装置（樋付き
の水流誘導板方式）の構成を表す図である。

【図４】図３の冷却装置の運転状態を表す図である。
（Ａ）は無冷却モード、（Ｂ）は散水緩冷却モード、
（Ｃ）はラミナフロー強冷却モードの状態である。

【図５】本発明の他の一実施例に係る冷却装置（気流吹
付け方式）の構成及び運転状態を表す図である。

【図６】図１に示す水流誘導板方式及び従来例の冷却装
置において、冷却水分散板直下のストリップ巾方向にお
ける冷却水量の分布を測定してプロットしたグラフであ
る。

【図７】図７は、温度９００℃、板厚１２mmの鋼板を速
度１ｍ／sec で移動させて、図１の冷却装置を用いて冷
却した時の温度７００℃における冷却水量と冷却能の関
係を示すグラフである。

【図８】実施例および従来例の冷却装置を用いて鋼板を
冷却し、板巾方向の温度分布を測定した一例を示すグラ
フである。

【図９】図５に示す気流吹付け方式の冷却装置及び従来
例の冷却装置において、冷却水分散板直下のストリップ
巾方向における冷却水量の分布を測定してプロットした
グラフである。

【図１０】ランナウトテーブルに設置されている従来の
ホットストリップ冷却装置を示す図であって、（Ａ）は
側面図、（Ｂ）は正面図である。

【図１１】特公昭６３−５００８６に開示された、冷却
水分散板３を有する冷却装置を表す図である。

【符号の説明】

１水流誘導板２回転駆動軸３冷却水分散板５ノズル６冷却水ヘッダ７ホットストリップ８ランナウトローラ１１ラミナフロー１３偏向水流１５散水２１圧縮空気管２２空気吹出口２５気流３３偏向水流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木健人東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者石口由紀男東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者岡崎雪彦東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】走行するホットストリップに上部から水
流を当てて冷却する冷却装置であって；ストリップ巾方
向に複数配列されたパイプラミナ式ノズルと；該ノズル
下に進退自在又はＯＮ−ＯＦＦ自在に設けられ、該ノズ
ルから落下するラミナフローをストリップ長手方向に偏
向させると同時に、該ラミナフローをストリップ巾方向
に広げて落下させる水流偏向巾広げ手段と；該手段から
落下する水流路に設けられた透過型水分散板と；を具備
することを特徴とするホットストリップ冷却装置。
【請求項２】上記の水流偏向巾広げ手段が、水流誘導
板と該板の駆動装置とからなる請求項１記載のホットス
トリップ冷却装置。
【請求項３】上記の水流偏向巾広げ手段が、気流を上
記ラミナ流に対して吹付けうる気流吹付け装置と、該装
置のＯＮ−ＯＦＦ装置とからなる請求項１記載のホット
ストリップ冷却装置。