JP2786551B2 - 鋼板の冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延機又は厚板圧
延機の出口に配置される鋼板冷却設備に適用されるもの
であって、冷却水により効率よく鋼板を冷却し得る鋼板
の冷却装置に関し、鋼板の連続焼鈍炉出口の浸漬型水冷
却装置に適用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延施設において、熱間圧延後の高
温のストリップは一定温度まで冷却されてから熱延コイ
ルとして巻き取られる。その冷却・巻き取り装置を図６
に示す。すなわち、この図に表されるように、熱間仕上
圧延機１により最終板厚まで圧延された高温ストリップ
２はランナウトテーブル上に設けた冷却装置３により一
定温度に水冷却されてからコイラ４に巻きとられる。

【０００３】この冷却装置３は水冷却方式によりストリ
ップを冷却するものであり、従来は図７に示すように、
ストリップ２の上方に、ストリップ２の搬送方法に沿っ
て複数の注水ヘッダ５を互いに平行に配設すると共に、
各注水ヘッダ５のヘアピンノズル６ａから冷却水を棒状
層流に注水する方法が行われていた。

【０００４】しかし、最近になり、図８に示すように注
水ヘッダ５の長手方向に沿って細隙状のスリットを有す
るノズル６を設け、このスリット６から噴出する板状層
流水７を注水するスリットラミナ冷却方式が採用される
ようになった。

【０００５】一方、冷却効率の向上は単に省エネルギに
つながるだけでなく、冷却効率向上に伴うストリップの
冷却速度の向上は材質の改善に関係するから、更に冷却
能率の向上が要求される場合がある。このような要求に
対し、現在は上述したスリットラミナ冷却方式よりも更
に冷却効果のすぐれた方式として、図９に示すように、
強制冷却水流８をストリップ２面上に吹きつける水ジェ
ット冷却と呼ばれる方式が提案されている（特開昭５８
−８６９０４号公報及び特開昭６１−７０１５号公報参
照）。

【０００６】この水ジェット冷却方式は、ストリップ２
に対面設置したガイド１０ａ，１０ｂとストリップ２の
間に充満された冷却水中で、スリット状ノズル９ａ，９
ｂより吐出させた低圧板状水８ａ，８ｂをストリップ２
に衝突させることおよび衝突後の低圧板状水８ａ，８ｂ
がストリップ面上を高速流となってガイド１０ａ，１０
ｂの流出口へ向って流れる噴出流によって、ストリップ
２を冷却するものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来の冷却方式
によれば、噴流衝突部では十分に効率の高い熱伝達が可
能となるが、それ以外の部分では、冷却水と被冷却体と
の間に薄い蒸気膜が形成されるいわゆる膜沸騰状態とな
り、伝達される熱量が小さく冷却不十分となっていた。

【０００８】また、冷却効果を高めるべく噴流ノズルの
数を増加することが考えられるが、噴流ノズルの数を増
加するには、現在以上の膨大な冷却水水量が必要とな
り、経済的に成立しない。さらに、現在の水の利用効率
は顕熱利用だけを考えても１０％程度と小さい。

【０００９】従って、冷却水の利用効率を高めつつ、冷
却効果を高くしなければならないという課題を有してい
た。

【００１０】一方、ストリップ２を冷却する場合におい
て、その板厚及び材質等の仕様が変更されると、それに
伴ってストリップ２の冷却速度を変更する必要がある。
また、ストリップ２の板幅方向での温度制御を行うに
は、冷却水流量を板幅方向に沿って調整するなどしなけ
ればならない。しかし、従来の装置では、このような変
更、調整を行う機構がなく、適切な冷却が困難であっ
た。

【００１１】以上より本発明は、冷却水の利用効率を高
めつつ、冷却効果を高くし、さらには、ストリップであ
る鋼板の仕様が変ったり、板幅方向の温度差が発生した
場合でも、鋼板の冷却速度、温度分布を容易に制御でき
る鋼板の冷却装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による鋼板の冷却
装置は、圧延される鋼板を底壁とすると共に該鋼板を挾
むローラ及び該鋼板の端部を囲む側壁を周壁として区画
される空間内に冷却水を保持するプールと、一端側が該
鋼板に対向するように冷却水中に挿入されるノズルと、
前記鋼板の板幅方向に沿って複数設置され且つ該ノズル
がそれぞれ取付けられると共に内部に気体を保持する気
室と、該気室にそれぞれ連結されて該気室内の気体を脈
動させる脈動源と、前記気室にそれぞれ設置され且つ前
記気室に形成される開口の開き量を調整して脈動圧を調
整する開口面積調整装置とを有することを特徴とするも
のである。

【００１３】

【作用】冷却水が脈動源による脈動により、圧延されて
移動する鋼板、ローラ及び側壁で区画される空間から、
冷却水がノズル内に吸込まれ、さらに、ノズル内からの
吐出し時における冷却水が噴流となり、膜沸騰状態とな
っている蒸気膜を貫通して鋼板に噴流が到達する。

【００１４】この冷却に際して、鋼板の板厚、材質等の
仕様が変更された場合、その都度、開口面積調整装置に
より開口の開き量を調整して、気室及びノズル内の気体
の圧力変動幅を変え、冷却能力を調節する。

【００１５】一方、鋼板の板幅方向に沿って温度差が生
じた場合、各気室に対応する開口面積調整装置により、
それぞれの開口の開き量を調整して、気室及びノズル内
の気体の圧力変動幅を変え、鋼板の板幅方向に沿って冷
却能力を調節する。

【００１６】

【実施例】本発明の鋼板の冷却装置に係る一実施例を図
１から図５に示し、これらの図に基づき本実施例を説明
する。

【００１７】本実施例の冷却システムが表わされる図１
に示すように、テーブルローラ２０上を走行する鋼板で
あるストリップ２、ストリップ２を上方から押える押え
ローラ２１、ストリップ２の端部を囲う奥側の側壁２２
及び手前側の図示しない側壁、ストリップ２を下方から
支えると共に下ノズルを兼ねる下ケーシング２３等によ
り冷却水１２が貯められる空間が区画形成され、この空
間がプール４０となる。また、このプール４０への冷却
水１２の供給は、図示しない冷却水配管で行われる。

【００１８】さらに、プール４０内の冷却水１２中に、
プール４０外から伸びる多数の管状のダクトであるノズ
ル１３が挿入されて配管されており、このノズル１３の
一端側はストリップ２に対向するように位置している。
そして、ノズル１３の他端側は共鳴管である空気室１４
に接続されている。

【００１９】つまり、複数のノズル１３が１組となっ
て、図１上、ストリップ２の進行方向である左右方向に
それぞれ伸びる空気室１４にそれぞれ接続されている。
また、空気室１４は、ストリップ２の板幅方向に沿って
複数設置されている。この一方で、それぞれの空気室１
４は、図上、左側に位置して、空気室１４内の圧力を変
動させる脈動源１９に連結されている。

【００２０】ここで本実施例の基本構造を図３に示し、
この図に基づき本実施例を説明する。

【００２１】図３に示すように、脈動源１９が空気室１
４内の空気の圧力を例えば±０．１気圧の圧力範囲で変
動すると、ノズル１３中に形成される水柱１６の上端面
が上下し、これに伴う周期的な噴流１７が最高約４ｍ／
ｓの流速でストリップ２に衝突し、ストリップ２を冷却
する。このとき、ストリップ２の表面温度が５００℃以
上であって、ストリップ２の冷却水１２との接触部に蒸
気膜１８が形成される膜沸騰状態にある場合でも、噴流
１７は蒸気膜１８を貫通して直接にストリップ２と接触
し、ストリップ２が冷却される。

【００２２】さらに、本実施例の脈動源１９の拡大側面
図を図５（ａ）に示すと共に、同じく脈動源１９の拡大
平面図を図５（ｂ）に示し、説明する。

【００２３】図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、
空気室１４の一端に連結されるシリンダ２５にピストン
２４が移動自在に位置しており、ピストン２４には、基
端側がクランク軸２７と連結する連接棒２６の先端側が
連結されている。また、クランク軸２７は、クランク軸
２７を回転するモータ２８と連結されており、これらシ
リンダ２５、ピストン２４、連接棒２６及びクランク軸
２７等により構成されるクランク機構で、モータ２８の
回転運動がピストン２４の往復運動に変換される。従っ
て、このピストン２４の往復運動に伴い空気室１４内に
圧力変動が生じることとなる。

【００２４】また、図２に示すように、各脈動源１９
は、一つのモータ２８に一本のクランク軸２７で連結さ
れており、モータ２８の回転で、すべての空気室１４内
に圧力変動が生じることとなる。さらに、各空気室１４
には、圧力調整用の開口６１が形成されており、この開
口６１を、空気室１４の外側に設置された油圧シリンダ
６３に取付けられて移動する調整板６２が、開閉する。

【００２５】つまり、空気室１４内の空気１５の圧力変
動幅を大きくし、噴流１７の圧力を高くしたい場合は、
調整板６２を油圧シリンダ６３によって図中、左側に移
動して、開口６１の開き量を小さくする。他方、圧力変
動幅を小さくし、噴流１７の圧力を低くしたい場合は、
調整板６２を図中、右側に移動して開口６１の開き量を
大きくする。従って、これら油圧シリンダ６３及び調整
板６２が開口面積調整装置となる。

【００２６】また、冷却するストリップ２の仕様が変更
されると、各々の空気室１４に形成された開口６１の空
気流通面積を調節して、圧力変動幅を調整し、冷却能力
をストリップ２の仕様に合せたものとする。さらに、ス
トリップ２の板幅方向に沿って温度差が生じた場合は、
板幅方向の温度分布に応じて各々の空気室１４の開口６
１の空気流通面積をそれぞれ調節して、圧力変動幅を調
整し、冷却能力をストリップ２の温度分布に対応させた
ものとする。

【００２７】次に、空気室１４に形成される開口６１の
位置について説明する。

【００２８】図４に示すように、脈動が与えられた空気
室１４は共鳴状態にあり、一例として示される半波長
（λ／２）の共鳴は、空気１５の圧力Ｐと粒子速度ｖの
位相が９０°の角度でずれ、空気室１４の両端部におい
て圧力Ｐ高い波形となる。従って、この圧力Ｐの高い部
分に圧力調整用の開口６１を設けることにより、閉管で
あった空気室１４が開管となり、この空気室１４から空
気１５が洩れると共に、空気室１４内での圧力Ｐの高い
領域がずれ、ノズル１３からの噴流１７の噴出圧の有効
使用領域が変化する。

【００２９】以上のように、脈動圧を調整する開口６１
を設けると共に、その開き量を変えて気体流通面積を調
整可能としたので、ストリップ２の仕様が変わっても、
ストリップ２の冷却速度を容易に制御できることとな
る。また、ストリップ２の板幅方向の温度差が生じて
も、板幅方向の温度分布を容易に制御できることとな
る。

【００３０】尚、本実施例に示される開口６１、調整板
６２及び油圧シリンダ６３等を有するような構造とした
結果、空気室１４内の圧力変動幅の調整をクランク軸２
７の回転数の変更により行なう必要がなくなり、高価な
変速機を用いる必要もなくなった。また、各々の空気室
１４内の圧力変動幅を個々に調整する場合においても、
各々の脈動源１９のクランク軸の回転数を個々に変更す
る必要がなくなり、それぞれ高価なモータ及び変速機を
設置する必要もなくなった。

【００３１】

【発明の効果】本発明の鋼板の冷却装置によれば、冷却
水を鋼板上に貯めると共に、脈動源と気室を介して接続
されたノズルの一端側をこの冷却水中に挿入するような
構造とした結果、ノズル内に周期的な冷却水の移動が生
じ、この移動によりノズル開口から生ずる噴流が鋼板に
衝突して、熱伝達を阻害する蒸気膜の発生をノズル直下
において妨げる。しかも、噴流は脈動流のため、一様な
流れの水流は生ぜず、ノズルを多数鋼板上に設置しても
必要な冷却水量は増加しない。

【００３２】従って、冷却水供給量を増加することな
く、ノズルからの脈動流により、従来の１．５倍から３
倍程度の能力の高効率な熱伝達が鋼板上で可能となり、
鋼板の冷却速度が高まる。

【００３３】以上より、圧延される鋼板の材質制御範囲
が拡大し、また、冷却帯の長さを短縮することが可能と
なる。

【００３４】一方、気室に開口及び開口面積調整装置を
設けて、気体流通面積を調節することにより、鋼板の仕
様が変っても、その都度、気室内の圧力変動幅を調整し
て鋼板の冷却速度を容易に制御することができる。ま
た、鋼板の板幅方向に温度差が生じた場合でも、板幅方
向に沿って並ぶ各々の気室の開口の気体流出面積をそれ
ぞれ調節することにより、鋼板の板幅方向の温度分布を
容易に制御することができる。

【００３５】以上より、複数の脈動源の回転速度を個々
に変更する必要がなく、１個のモータなどの駆動源で各
々の脈動源を駆動でき、また、高価な変速装置を必要と
しないので、設備費を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋼板の冷却装置に係る一実施例の冷却
システムを表す斜視図である。

【図２】本発明の一実施例に係る鋼板の冷却装置の平面
図である。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図４】本発明の一実施例の空気室内の圧力分布及び速
度分布を表す図であって空気室内の共鳴を示す説明図で
ある。

【図５】本発明の一実施例の脈動源を表す側面図及び平
面図である。

【図６】従来の技術に係る熱間圧延後の高温ストリップ
の冷却、巻取り工程の説明図である。

【図７】従来の技術に係るヘアピンラミナ冷却装置によ
る冷却状態を表す斜視図である。

【図８】従来の技術に係るスリットラミナ冷却装置によ
る冷却状態を表す斜視図である。

【図９】従来の技術に係る水ジェット冷却装置による冷
却状態を表す斜視図である。

【符号の説明】

２ ストリップ １３ ノズル １４ 空気室 １９ 脈動源 ２１ 押えローラ ２２ 側壁 ４０ プール ６１ 開口 ６２ 調整板 ６３ 油圧シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21B 45/02 C21D 9/573

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧延される鋼板を底壁とすると共に該鋼
   板を挾むローラ及び該鋼板の端部を囲む側壁を周壁とし
   て区画される空間内に冷却水を保持するプールと、一端
   側が該鋼板に対向するように冷却水中に挿入されるノズ
   ルと、前記鋼板の板幅方向に沿って複数設置され且つ該
   ノズルがそれぞれ取付けられると共に内部に気体を保持
   する気室と、該気室にそれぞれ連結されて該気室内の気
   体を脈動させる脈動源と、前記気室にそれぞれ設置され
   且つ前記気室に形成される開口の開き量を調整して脈動
   圧を調整する開口面積調整装置とを有することを特徴と
   する鋼板の冷却装置。