JP3114573B2

JP3114573B2 - Ｈ形鋼の冷却方法及び装置

Info

Publication number: JP3114573B2
Application number: JP07155738A
Authority: JP
Inventors: 誠中世古; 晃夫藤林
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-06-22
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 2000-12-04
Anticipated expiration: 2015-12-04
Also published as: JPH0910819A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｈ形鋼の冷却方法及び
装置に係り、さらに詳しくは、極厚のＨ形鋼の冷却に際
して特に有効なＨ形鋼の冷却方法及び装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、建築材の主材としてフランジのみ
ならずウェブの厚い極厚のＨ形鋼が求められている。こ
のような極厚のＨ形鋼の焼き入れ処理にあたっては、従
来のＨ形鋼の焼き入れ処理、すなわち、フランジ外面の
冷却に加えて、Ｈ形鋼のフランジ内面とウェブも積極的
に冷却する必要が生じてきた。従来のＨ形鋼のフランジ
内面を冷却する装置としては、例えば、特開昭５２−１
０４４４７号、特開昭５２−１０４４５１号、特公昭５
７−５４２０６号公報に示された発明があるが、これら
はＨ形鋼の上下の曲がりを防ぐため、あるいは、冷却後
にウェブの座屈によって生じるウェブ波を防止するため
に、Ｈ形鋼の下部のフランジ内面の冷却をねらったもの
で、フランジ内面及びウェブを積極的に冷却するもので
はなく、むしろ、ウェブには水がかからないようにする
ことが一般的であった。

【０００３】これに対して、新しく求められている極厚
のＨ形鋼の焼き入れ処理においては、フランジの外面及
び下部内面の冷却に加えて、ウェブ面も積極的に冷却す
る必要があり、さらに、一般的には、フランジとウェブ
ではフランジの方が厚いため、全面的に均一な冷却を施
すためには、フランジ面とウェブ面から奪われる熱量を
独立に制御する必要がある。このようなＨ形鋼の冷却装
置として、特開平６−２９７０２８号公報には、Ｈ形鋼
のフランジ上部の内面の間にヘッダーを挿入して冷却水
を噴射するようにした冷却装置が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平６−２９７０２
８号公報に記載された装置は、冷却装置が搬送用ローラ
の上部に突出していて、Ｈ形鋼の内面に挿入されている
ため、Ｈ形鋼の左右方向の曲がりやＨ形鋼のズレによっ
て、Ｈ形鋼が冷却装置と衝突するおそれがある。また、
Ｈ形鋼のサイズが変更されるたびに冷却装置の交換が必
要で、生産ラインを停止しなければならないばかりでな
く、交換のために４人の作業員で約１．１時間を要して
いた。さらに、Ｈ形鋼のウェブ上面は、滞留水により下
面に対して過冷却となるため、上面と下面では同一の冷
却を行うことができず、フランジの傘折れや倒れ等のＨ
形鋼の形状不良が生じていた。

【０００５】本発明は、上記の課題を解決すべくなされ
たもので、Ｈ形鋼の内面下部の冷却を行うにあたり、Ｈ
形鋼のフランジ幅、フランジ高さ、フランジ厚み、ウェ
ブ厚みの各サイズが変更されても冷却装置を取り替える
必要がなく、フランジ下部内面とウェブ下面のそれぞれ
の冷却を制御することのできるＨ形鋼の冷却方法及び装
置を得ることを目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明に係るＨ形鋼の冷却方法は、Ｈ形鋼の搬送
用ローラーの下にこの搬送用ローラーと直交して設置さ
れ、冷却水の噴射角度が可変のノズルを備えた１本又は
２本のヘッダー管からなるＨ形鋼の下面冷却装置を備
え、Ｈ形鋼のフランジ厚み及びウェブ厚みに応じて各部
の冷却速度及び冷却終了温度がほぼ等しくなるようにノ
ズルの噴射角度を設定し、フランジ下部内面とウェブ下
面に供給される水量を調整して冷却量を制御するように
したものである。

【０００７】（２）また、本発明に係るＨ形鋼の冷却装
置は、Ｈ形鋼の搬送用ローラーの間に位置する複数のノ
ズルを備え、搬送用ローラーの下にこの搬送用ローラー
と直交して設置された１本又は２本のヘッダー管と、ヘ
ッダー管又はノズルを回動する回動機構とからなる下面
冷却装置を備えたものである。

【０００８】（３）また、本発明に係るＨ形鋼の冷却装
置は、Ｈ形鋼の搬送用ローラーの下にこの搬送用ローラ
ーと直交して並設された２本のヘッダー管と、これら２
本のヘッダー管に交互にかつヘッダー管の軸方向と直角
方向に回動可能に装着された複数のノズルと、これらノ
ズルをそれぞれ独立して回動させる回動機構と、Ｈ形鋼
のウェブ厚み及びフランジ厚みに基いて回動機構を制御
し、ノズルの噴射角度及び水量を設定するノズル回動制
御装置とからなる下面冷却装置を備えたものである。

【０００９】（４）さらに、上記（２）又は（３）のＨ
形鋼の冷却装置は、ヘッダー管を水平方向又は垂直方向
に移動させる駆動機構を備えたものである。

【００１０】

【作用】冷却するＨ形鋼のフランジ厚みとウェブ厚みに
対応してノズルの噴射角度を調整し、また、必要に応じ
てＨ形鋼のフランジ内法に合わせてヘッダー管を水平方
向又は垂直方向に移動させる。そして、搬送用ローラー
上を搬送されるＨ形鋼のフランジ外面をフランジ外面冷
却装置で、また、上面を上面冷却装置で冷却すると共
に、下面を本発明に係る下面冷却装置により冷却する。
これにより、Ｈ形鋼の各部はほぼ等しい冷却速度及び冷
却終了温度で冷却される。

【００１１】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の第１の実施例の斜視図、図２
はその正面図である。図において、１は搬送用ローラー
８上を連続して搬送される圧延後のＨ形鋼で、２はウェ
ブ上面、３はウェブ下面、４はフランジ外面、５はフラ
ンジ上部内面、６はフランジ下部内面、７はフィレット
部である。また、ｔ_wはウェブ厚み、ｔ_fはフランジ厚
み、Ｂ_iはフランジ内法、Ｂ_oはフランジ外法である。

【００１２】１０は搬送用ローラー８の下方に、搬送用
ローラー８と直交して設置された圧延後のＨ形鋼１の下
面を冷却する下面冷却装置で、２本のヘッダー管１１
ａ，１１ｂがＨ形鋼１の搬送方向と平行に並設されてお
り、両ヘッダ管１１ａ，１１ｂにはそれぞれ搬送用ロー
ラー８の間に位置するノズルヘッダー１２が交互に設け
られている。そして、各ノズルヘッダー１２には市販の
スプレーノズル１３が１本又は複数本取付けられてい
る。この、ノズル１３の形式はスプレーノズルに限定す
るものではなく、他の形式のものを用いてもよい。な
お、以下の説明では、ノズル１３とこれが取付けられた
ノズルヘッダー１２を総称して単にノズル１３という。

【００１３】この下面冷却装置１０は、ノズル１３がヘ
ッダー管１１ａ，１１ｂに固定されて、ヘッダー管１１
ａ，１１ｂ自体が回動機構（図示せず）により回動しう
るように構成され、又は、各ノズル１３がヘッダー管１
１ａ，１１ｂにその軸方向と直角方向に回動可能に装着
され、ヘッダー管１１ａ，１１ｂに取付けた回動機構
（図示せず）に連結されてそれぞれ回動しうるように構
成されており、ノズル１３の噴射角度θを例えば０〜８
０°の範囲で調整しうるようになっている。

【００１４】また、両ヘッダー管１１ａ，１１ｂは、フ
ランジ内法Ｂ_iに合わせて、アクチュエータ等からなる
駆動機構（図示せず）により幅方向（水平方向）に移動
しうるようになっている。この場合、Ｈ形鋼１のサイズ
変更によって両ヘッダー管１１ａ，１１ｂのノズル１３
が接触しないように、ノズル１３は搬送用ローラー８の
間に１つおきに交差して設けられている。

【００１５】本発明においては、フランジ外面４、フラ
ンジ上部内面５及びウェブ上面２も、別途設けられたフ
ランジ外面冷却装置と上面冷却装置（何れも図示せず）
によって冷却される。この場合、フランジ上面冷却装
置、上面冷却装置及び前述の下面冷却装置１０は、それ
ぞれ独立して冷却量を調節しうるようになっているが、
一般には、Ｈ形鋼１の上下の曲がりを防ぐため、上面冷
却装置と下面冷却装置１０によって冷却されるフランジ
上部内面５とフランジ下部内面６の冷却量、及びウェブ
上面２とウェブ下面３の冷却量をそれぞれ等しくするこ
とが望ましい。

【００１６】図３は圧延後のＨ形鋼１の表面温度が８０
０℃、フランジ下部内面６への冷却水の水量密度が１０
００Ｌ／min ｍ²のときの、フランジ下部内面６の熱流
束（冷却能力ｑ_f）とウェブ下面３の熱流束（冷却能力
ｑ_w）の関係を示す線図である。この図は噴射角θを変
えることによってフランジ下部内面６とウェブ下面３の
冷却能力の比を変更可能であることを示している。すな
わち、噴射角度θが０°に近い場合はフランジ下部内面
６に衝突した冷却水がほぼ１００％跳ね返ってウェブ下
面３へ到達するため、ウェブ下面３の水量密度が大きく
ウェブ下面３の冷却能力が高い。逆に、噴射角度θが９
０°に近い場合はフランジ下部内面６に衝突した冷却水
のうち跳ね返ってウェブ下面３へ到達する水量が少ない
ためウェブ下面３の冷却が低い。なお、この図３の関係
は、水量密度が１０００Ｌ／minｍ²の場合のものであ
るが、他の水量密度２００〜２０００Ｌ／min ｍ²の場
合、表面温度が２００〜１０００℃の場合でも、ほぼ同
じである。実際には、冷却したいＨ形鋼１のフランジ厚
みｔ_fに必要なフランジ冷却能力ｑ_fを決定し、続いて
このＨ形鋼のウェブ厚みｔ_wに応じたウェブ冷却能力ｑ
_wを決定し、その比（ｑ_w／ｑ_f）を求める。次に図３
に基づいて、ノズル噴射角θを決定し、別に設けたノズ
ル回転制御装置（図示せず）によって調整する。この際
所要の水量密度は、公知の熱流束（冷却能力）と水量密
度、表面温度の関係式から決定する。この方法によっ
て、任意のフランジ厚みｔ_f，ウェブ厚みｔ_wの圧延後
のＨ形鋼１の最適冷却を実現することができる。なお、
必要に応じでヘッダー管１１ａ，１１ｂを水平方向に両
者の間隔を調整する。

【００１７】上記のように構成した本実施例において
は、圧延後のＨ形鋼１のフランジ厚みｔ_fとウェブ厚み
ｔ_wに対応して、図３に基き、ノズル回転制御装置によ
りノズル１３の噴射角度θを調整し、また、必要に応じ
てＨ形鋼１のフランジ内法Ｂ_iに合わせてヘッダー管１
１ａ，１１ｂを水平方向に移動させる。そして、搬送用
ローラー８上を搬送されるＨ形鋼１のフランジ外面４を
フランジ外面冷却装置で、また、上面を上面冷却装置で
冷却すると共に、フランジ下部内面６に向けて下面冷却
装置１０のノズル１３から冷却水を噴射し、冷却する。
このとき、フランジ下部内面６に衝突した冷却水の一部
は、跳水となってウェブ下面３へ流れ、ウェブ下面３を
冷却する。

【００１８】本実施例に係る下部冷却装置１０（ヘッダ
ー管１１ａ，１１ｂの長さ２０ｍ）の上に設けた搬送用
ローラー８に、長さ２３ｍ、高さ５７２ｍｍ、幅４８０
ｍｍ、ウェブ厚みｔ_w３０ｍｍ、フランジ厚みｔ_f６０
ｍｍの圧延後のＨ形鋼１を通過させた。フランジ下部内
面６に対しては、ノズル１３の噴射角度θを３２°、冷
却水の水量密度を１０００ｌ／min ｍ²に設定し、Ｈ形
鋼１のフランジとウェブの温度が８６０℃から焼入れの
冷却を行った。なお、ノズル１３の噴射角度θは、フラ
ンジ厚みｔ_fとウェブ厚みｔ_wの比（ｔ_w／ｔ_f）が
０．５であるから、図３の冷却比と噴射角度θの関係を
用いて３２°とした。このようにすれば、任意のフラン
ジ厚みｔ_fとウェブ厚みｔ_wに対して最適の噴射角度θ
を設定することができる。

【００１９】上記のような条件で圧延後のＨ形鋼１を２
分間冷却し、復熱したのち温度測定を行った結果、フラ
ンジの表面温度が５０３℃、ウェブの表面温度が５１０
℃となり、十分にフランジとウェブの冷却量の制御を行
うことができた。本実施例によれば、圧延後のＨ形鋼１
全体でほぼ同じ冷却速度が得られるので、材質の均一化
をはかることができ、その上、上下の曲がりも発生しな
かった。

【００２０】実施例２．第１の実施例では、圧延後のＨ
形鋼１の下面冷却装置１０を、２本のヘッダー管１１
ａ，１１ｂを並設して構成した場合を示したが、本実施
例は１本のヘッダー管により下面冷却装置１０を構成し
たものである。図４は本実施例の斜視図、図５はその正
面図である。Ｈ形鋼１の搬送用ローラー８の下方に設置
された１本のヘッダー管１１には、各搬送用ローラー８
の間に位置してそれぞれ２本のノズルヘッダ１２ａ，１
２ｂに取付けた１本または複数本のノズル１３が設けら
れている。

【００２１】これら各ノズル１３は、例えば、ヘッダー
管１１に取付けた回動機構（図示せず）により、それぞ
れ独立して反対方向に回動し、ノズル１３の噴射角度θ
を設定しうるようになっている。また、ノズル１３を含
むヘッダー管１１は、例えばアクチュエータの如き駆動
機構（図示せず）により、垂直方向（上下方向）に移動
しうるように構成されている。なお、図示してないが、
本実施例においても、第１の実施例と同様に、フランジ
外面冷却装置及び上部冷却装置が設けられている。

【００２２】上記のように構成した本実施例において、
ノズル１３の噴射角度θは、Ｈ形鋼１のフランジ厚みｔ
_fとウェブ厚みｔ_wにより図３によって決定され、ノズ
ル回動制御装置によりそれぞれノズル１３を０〜５５°
の範囲で回動して設定される。そして、噴射角度θが設
定されたのち、必要に応じてフランジ内法Ｂ_iに合わせ
て駆動機構によりヘッダー管１１を垂直方向に移動さ
せ、適正な位置に調整する。

【００２３】本実施例に係る下面冷却装置１０（冷却水
バッファ１１の長さ２０ｍ）により、長さ２３ｍ、高さ
５７２ｍｍ、幅４８０ｍｍ、ウェブ厚みｔ_w３０ｍｍ、
フランジ厚みｔ_f６０ｍｍの圧延後のＨ形鋼１を冷却し
た。このとき、フランジ下部内面６に対してはノズル１
３の噴射角度θを３２°、冷却水水量密度を１０００ｌ
／min ｍ²に設定し、Ｈ形鋼１のフランジとウェブの温
度が８６０℃から冷却を行った。２分間冷却し、復熱し
たのち温度測定を行った結果、フランジの表面温度が５
０５℃、ウェブの表面温度が４９８℃となり、フランジ
とウェブの冷却量の制御を十分に行うことができた。本
実施例によれば、均一な材質のフランジとウェブが得ら
れ、また上下の曲がりも発生しなかった。本実施例によ
れば第１の実施例に比べて構造が簡単で、設備費の安価
なＨ形鋼の冷却装置を得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】

（１）本発明に係るＨ形鋼の冷却方法は、Ｈ形鋼の搬送
用ローラーの下に搬送用ローラーと直交して設置され、
冷却水の噴射角度が可変のノズルを備えた１本又は２本
のヘッダー管からなるＨ形鋼の下面冷却装置を備え、Ｈ
形鋼のフランジ厚み及びウェブ厚みに応じて各部の冷却
速度及び冷却終了温度がほぼ等しくなるようにノズルの
噴射角度を設定し、フランジ下部内面とウェブ下面に供
給される水量を調整して冷却量を制御するようにしたの
で、次のような効果を得ることができる。

【００２５】（Ａ）Ｈ形鋼のフランジ内面の冷却を円滑
かつ均一に行うことができ、また、ウェブとフランジの
それぞれの冷却量を独立して制御することができる。（Ｂ）ウェブとフランジ内面の冷却量を制御することに
より、全断面の均一冷却を行うことができるので、フラ
ンジ部、ウェブ部各部の材質が一定となる。さらに、曲
がりの発生及びウェブ波の発生を防止することができる
ので高品質のＨ形鋼を得ることができる。

【００２６】（Ｃ）Ｈ形鋼のサイズ変更に対して、ノズ
ルの噴射角度の調整が容易なので、設備の稼動率を落す
ことなく作業の簡素化をはかることができる。（Ｄ）Ｈ形鋼のサイズが変更されても下面冷却装置を交
換する必要がないので、従来のように交換のための作業
員と時間（４人で約１．１時間）を必要としない。この
ため設備の稼動率が向上し、また、ランニングコストも
低減できる。（Ｅ）下面冷却装置が搬送用ローラーの下方に設けられ
ているので、Ｈ形鋼と下面冷却装置が接触するおそれが
ない。

【００２７】（２）また、本発明に係るＨ形鋼の冷却装
置は、Ｈ形鋼の搬送用ローラーの間に位置する複数のノ
ズルを備え、搬送用ローラーの下に搬送用ローラーと直
交設置された１本または２本のヘッダー管とヘッダー管
又はノズルを回動する回動機構とからなる下面冷却装置
を備えたので、上記（１）と同様の効果を得ることがで
きる。

【００２８】（３）さらに、本発明に係るＨ形鋼の冷却
装置は、Ｈ形鋼の搬送用ローラーの下にこの搬送用ロー
ラーと直交して並設された２本のヘッダー管と、これら
２本のヘッダー管に交互にかつヘッダー管の軸方向と直
角方向に回動可能に装着された複数のノズルと、これら
ノズルをそれぞれ独立して回動させる回動機構と、Ｈ形
鋼のウェブ厚み及びフランジ厚みに基いて回動機構を制
御し、ノズルの噴射角度及び水量を設定するノズル回動
制御装置とからなる下面冷却装置を備えたので、上記
（１）と同様の効果を得ることができる。

【００２９】（４）上記（２）又は（３）のＨ形鋼の冷
却装置において、ヘッダー管を水平方向又は垂直方向に
移動させる駆動機構を備えたので、ノズルを常に最適位
置に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の斜視図である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】ノズル噴射角度とフランジとウェブとの冷却比
の関係を示す線図である。

【図４】本発明の第２の実施例の斜視図である。

【図５】図５の正面図である。

【符号の説明】

１Ｈ形鋼２ウェブ上面３ウェブ下面４フランジ外面５フランジ上部内面６フランジ下部内面８搬送用ローラー１０下面冷却装置１１，１１ａ，１１ｂヘッダー管１２，１２ａ，１２ｂノズルヘッダ１３ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平８−323402（ＪＰ，Ａ) 特開平８−257621（ＪＰ，Ａ) 特開平６−218422（ＪＰ，Ａ) 特開平６−87018（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−104451（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−104447（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−104450（ＪＰ，Ａ) 特開平６−297028（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−89108（ＪＰ，Ｕ) 実開昭51−148406（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 45/02 320 C21D 9/00 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｈ形鋼の搬送用ローラーの下に該搬送用
ローラーと直交して設置され、冷却水の噴射角度が可変
のノズルを備えた１本又は２本のヘッダー管からなるＨ
形鋼の下面冷却装置を備え、前記Ｈ形鋼のフランジ厚み及びウェブ厚みに応じて各部
の冷却速度及び冷却終了温度がほぼ等しくなるように前
記ノズルの噴射角度を設定し、フランジ下部内面とウェ
ブ下面に供給される水量を調整して冷却量を制御するこ
とを特徴とするＨ形鋼の冷却方法。
【請求項２】Ｈ形鋼の搬送用ローラーの間に位置する
複数のノズルを備え、前記搬送用ローラーの下に該搬送
用ローラーと直交して設置された１本又は２本のヘッダ
ー管と、該ヘッダー管又は前記ノズルを回動する回動機構とから
なる下面冷却装置を備えたことを特徴とするＨ形鋼の冷
却装置。
【請求項３】Ｈ形鋼の搬送用ローラーの下に該搬送用
ローラーと直交して並設された２本のヘッダー管と、これら２本のヘッダー管に交互にかつ該ヘッダー管の軸
方向と直角方向に回動可能に装着された複数のノズル
と、これらノズルをそれぞれ独立して回動させる回動機構
と、前記Ｈ形鋼のウェブ厚み及びフランジ厚みに基いて前記
回動機構を制御し、ノズルの噴射角度及び水量を設定す
るノズル回動制御装置とからなる下面冷却装置を備えた
ことを特徴とするＨ形鋼の冷却装置。
【請求項４】ヘッダー管を水平方向又は垂直方向に移
動させる駆動機構を備えたことを特徴とする請求項２又
は３記載のＨ形鋼の冷却装置。