JP3406013B2 - スプレー冷却方法 - Google Patents
スプレー冷却方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は冷却媒体に水又は気水混
合体を用いるスプレー冷却方法に関する。このような冷
却は例えばロール冷却、鋼板冷却、Ｈ形鋼冷却等あらゆ
る分野において利用することができる。 【０００２】 【従来の技術】従来の冷却媒体に水を用いるスプレーノ
ズルによる冷却方法の設計、計画、制御では、冷却水量
の分布を重要視したものが全てであり、冷却の制御は冷
却水量の調整によっていた。すなわち、従来は、冷却ノ
ズルの冷却効率については論じられていないのが現状で
あり、専ら、ノズルの組合せ、水量制御などにより均一
冷却することを試みていた。このような従来技術では例
えば、Ｈ形鋼のフランジ等の全面を均一に冷却すること
は困難であった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来、スプレーノズル
を用いる冷却では、ノズルから噴射された冷却水が被冷
却面に衝突したとき均一な冷却水分布となるように冷却
ノズルが作られていた。このような均一な冷却水分布の
冷却ノズルを用いて、熱間鋼板を冷却した場合において
も均一な冷却を得られていない。 【０００４】本発明者らが、冷却水量以外の冷却に寄与
する因子を調査、研究した結果、冷却面における冷却水
の衝突圧力並びに水膜パターンが冷却水量とともに冷却
能力を決定する重要な因子であることが判明した。本発
明はこのような新たな知見に基づくスプレー冷却方法を
提供することを目的とするものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は、高温の鋼板、
Ｈ形鋼のフランジ等平面部又はロール面等をスプレー冷
却するに当たり、 （ａ）冷却水の冷却面への衝突圧力を0.05〜0.5 ｇｆ／
ｍｍ2 の範囲に設定し、 （ｂ）冷却水の衝突圧力のばらつきを設定値の±２０％
以内とし、 （ｃ）冷却水の水膜パターンを長方形又は正方形、又は
長方形のコーナ部が丸味を帯びてなる長円形の形状と
し、 （ｄ）冷却水の被冷却面に衝突する部分でのスプレー水
膜横幅を２５ｍｍ以上として冷却することを特徴とする
スプレー冷却方法である。 【０００６】 【作用】本発明者らは、スプレー冷却において、冷却に
寄与する因子を調査、研究した研究開発実験結果を図に
従って説明する。 （１）有効水量密度について 移動中の被冷却体を冷却する場合について調査すると、
図１に示すようにノズルピッチを変え冷却水横幅（進行
方向の冷却幅）を変化させることで冷却効率が大幅に変
化することが判明した。ここで、冷却水横幅は、（単一
ノズルによるスプレー水膜横幅ｂ）×（進行方向一定距
離内でのノズル数ｎ）と定義される。つまり、スプレー
冷却の場合に、単に冷却水量のみを増加すればよいので
はなく、有効に冷却に関与する水量すなわち、有効水量
密度が冷却効果に寄与する。図１は全噴出水の水量密度
（すなわち全水量密度）と有効冷却に関与する有効水量
密度との関係を示したものである。ここで、全水量密度
とは、図６のように複数のノズルからのスプレー水膜が
鋼板上で重ならないという前提で、鋼板が単位時間、単
位面積あたりにうける水の量を意味し、（単位時間あた
りの単一ノズルの噴出水量Ｑ）／（単一ノズルによるス
プレー水膜面積Ｓ）により求められ、図６でいうとＳ＝
（スプレー水膜横幅ｂ）×（スプレー水膜高さｈ）であ
る。また、有効水量密度とは、従来知られている熱伝達
係数αと水量密度Ｗ及び鋼板温度Ｔとの関係：α＝ｆ
（Ｗ，Ｔ）を用いて、この関係におけるαとＴに、実測
した熱伝達係数（鋼板水冷面の反対側に熱電対をつけて
採取した冷却曲線から算出）と鋼板温度を代入してＷを
逆算することにより得られる量のことである。曲線１、
２および３はそれぞれノズルピッチを１００ｍｍ、２０
０ｍｍ、４００ｍｍとしたもので、材料（被冷却体）通
過速度２．０ｍ／ｓｅｃの場合である。曲線１と曲線２
においては、ほぼ等しい全水量密度約２×１０3 リット
ル／ｍ2 ・ｍｉｎに対して、有効水量密度は著しい差が
ある。曲線２と曲線３の全水量密度約１×１０3 リット
ル／ｍ2 ・ｍｉｎについても同様である。 【０００７】すなわちノズルピッチを密にする（進行方
向一定距離内でのノズル数ｎを増やす）と冷却水横幅が
増大して有効水量密度が上昇する。そこで、本発明のス
プレー冷却においては、冷却水横幅を増大させるもう一
つの方法として、冷却水の衝突圧力が低下しない範囲で
単一ノズルのスプレー水膜横幅を大きくすることを指向
した。 （２）スプレー水膜の横幅（水膜横幅）ｂとフランジ幅
方向高さ（水膜高さ）ｈ 前述のように高い冷却効率を得るためには、冷却水の衝
突圧力が低下しない範囲でスプレー水膜横幅を大きくす
ることが重要である。表１に示す条件で試験を行い、そ
の結果を図５にしめした。スプレーの水膜横幅が薄い
（狭い）と、全水量密度Ｗｎが増加しても、有効水量密
度Ｗｅはほとんど変化がなく、Ｗｅ／Ｗｎは表１に示す
通りスプレーの水膜横幅が１０ｍｍと１５ｍｍで大きな
変化はないが、２５ｍｍでは著しく上昇する。なお、水
膜高さｈは進行方向（冷却方向）と直交する方向の長さ
成分であり、単一ノズルによるスプレー水膜パターンが
ほぼ矩形であれば冷却効率すなわち有効水量密度には関
与しない。従って、スプレー水膜横幅を２５mm以上にす
るとよい。 【０００８】本発明者等は、さらにスプレー水膜のパタ
ーンが一辺５０ｍｍの正方形となるようなノズルを用い
た場合についても実験を行なったが、この場合において
も高い冷却効率を得ることが判明した。 【０００９】 【表１】【００１０】すなわちノズルからスプレーされるスプレ
ー水膜のパターンは平面的に従来は図７の（ａ）または
（ｂ）にそれぞれ示すように円形又は楕円形であったた
め、被冷却面の有効水量密度が低かった。このため本発
明では、被冷却面の有効水量密度を上げるべく図７の
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）にそれぞれ示すようにノズルか
らスプレーされるスプレー水膜のパターンを正方形、長
方形、または長円形（長方形のコーナ部が丸味を帯びた
形状）として、水膜パターン内の偏差を極力少くしたも
のとする。 【００１１】図７の（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す本発
明の水膜パターンを形成するノズルを用いて被冷却面に
スプレーする際には、図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に
それぞれ示すように正方形、長方形または長円形の水膜
パターンを形成する単一のノズルを被冷却面の長手方向
に所定ノズルピッチで配置するか、あるいは図８の
（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）にそれぞれ示すように正方形や
長円形の水膜パターンを形成するノズルを上下に複数個
組み合わせたものを被冷却面の長手方向に所定ノズルピ
ッチで配置して均一にスプレー冷却することも可能であ
る。 【００１２】（３）冷却水衝突圧力０．０５ｇｆ／ｍｍ
2 以上について 冷却面における冷却水の衝突圧力が冷却水の水量と共に
冷却能力を決定する重要な因子である。図２は、スプレ
ー水膜横幅（ｂ）を２０ｍｍとしたノズルＡ、Ｂと、ス
プレー水膜横幅（ｂ）を５０ｍｍとしたノズルＣをそれ
ぞれ用いて、衝突圧力が熱伝達係数に影響することを確
認した結果を示している。 【００１３】すなわちノズルＡとノズルＢは従来から使
われていたものであるが、従来から行われている水量調
整だけでは均一に冷却されていない点に注目し、詳細に
ノズル特性を調査した結果が図２に示すグラフである。
図２において従来使われていたノズルＡ及びノズルＢの
衝突圧力がほぼラップする0.25(gf/mm2)において、一方
のノズルＢの水量が４(l/min) であるのに対し、他方の
ノズルＡの水量が６(l/min) と水量差があるにもかかわ
らずそれぞれの熱伝達係数αが600(kcal/m2h℃) と同一
であった。 【００１４】従来使われていたノズルＡ、Ｂのこのよう
な現象がスプレー内で発生した場合、不均一冷却となっ
たり、また水量調整に対する冷却能力調整がむずかしい
ノズルとされていた。しかし、少ない水量で高熱伝達係
数αを得る条件を整理すると、ノズルピッチを密にする
こと、スプレー水膜横幅を厚く（広く）することなどか
ら類推すると、冷却水を均一に分布させ、かつ衝突圧力
も均一にし、あるレベル以上の衝突圧力を維持できれ
ば、有効水量密度が上昇できると考えて試作したのが本
発明で使用するノズルＣ（例：水膜パターンが矩形のも
の；水膜横幅５０ｍｍとして使用）である。 【００１５】前述の図２においては、冷却水の冷却面に
対する衝突圧力(gf/mm2)と、冷却水の水量Ｑ(l/min)
と、熱伝達係数α (kcal/m2h℃) との関係を示してい
る。本発明で使用するノズルＣによれば、従来使われて
いたノズルＡ、Ｂに比較して冷却水の水量Ｑが少ない場
合でも、ノズルＣのスプレー水膜横幅増加効果が発揮さ
れて極めて高い熱伝達係数α (kcal/m2h℃) が得られ
る。 【００１６】ノズルＣでは冷却水の衝突圧力が 0.03gf/
mm2 と 0.05gf/mm2 の場合の衝突圧力における熱伝達係
数αを比較すると 600kcal/m2h℃から 900kcal/m2h℃に
大幅に改善されている。そして衝突圧力が 0.05gf/mm2
から0.2gf/mm2 に上昇するにつれて熱伝達係数αは 900
kcal/m2h℃から1100kcal/m2h℃に、0.2gf/mm2 以上から
は徐々に上昇し、衝突圧力が0.5gf/mm2 を越えると熱伝
達係数αは飽和し、衝突圧力がこれ以上増加しても効果
が少ない。したがって本発明では、冷却水の冷却面への
衝突圧力を0.05〜0.5gf/mm2 の範囲に設定するものであ
る。 【００１７】（４）冷却水の衝突力の冷却水衝突面での
均等化。 フランジ幅200mm のＨ形綱を長手方向に1.0m/sの速度で
移動しながら、その中央部を水膜高さ100mm のスプレー
ノズルで冷却した。図３はこのときのフランジ幅を縦軸
にとり、横軸に各フランジ幅位置の熱伝達率（＝熱伝達
係数）を示した。図３において、○印は従来使われてい
たノズルＡ、Ｂによるフランジ幅方向の熱伝達率の分布
を示し、×印は本発明で使用するノズルＣによるフラン
ジ幅方向の熱伝達率の分布を示す。従来使われていたノ
ズルＡ、Ｂによれば直接冷却範囲の熱伝達率にばらつき
が大きいのに対し、本発明で使用するノズルＣによれ
ば、ばらつきの少ない均一な熱伝達率で冷却されること
が分かる。 【００１８】図４は本発明で使用するノズルＣを用いて
受圧面積６mm×50mmの冷却面に冷却水量がほぼ一定の冷
却水を噴射したときの衝突圧力の分布を示したものであ
る。そのときの水圧はそれぞれ圧力2.0 、1.5 、1.0 、
0.5 kgf/cm2 の４種とした。図４の衝突圧力の分布は
0.05gf/mm2 以上の範囲にある。図３に×印で示すよう
に、本発明による直接冷却範囲の熱伝達係数α (kcal/m
2h℃) は優れた値を示している。しかし図３に○印で示
すように従来使われていたノズルから噴射された水膜に
おいては衝突面でのフランジ幅方向の位置により熱伝達
率にばらつきがあり、直接冷却範囲の中央部と端部では
違いがある。このため熱伝達率をほぼ一定に保つために
は経験的にこの衝突圧力のばらつきを設定値±20％程度
におさえることが望ましい。 【００１９】 【実施例】図６に示すようなＨ形鋼の冷却を本発明方法
により実施した。フランジ幅がそれぞれ150mm 、200mm
、250mm 、300mm のＨ形綱のフランジを図６に示すノ
ズルパターンで水冷した。Ｈ形鋼のフランジのみを冷却
するため、冷却水がウェブ側に飛散するのを防止する必
要があり、ノズルのスプレー方向を図６に示す斜方型と
し、冷却水衝突圧力を0.2(gf/mm2) で均一とし、スプレ
ー水膜横幅ｂをそれぞれ20mm、40mmにし、ノズルピッチ
ｐを200mm 、100mm として、総使用水量Ｑを同一とし
た。またその時のスプレー水膜高さをｈとした。その結
果を表２に示した。実施例では、冷却効率（有効水量密
度）が約２倍に改善され、均一に冷却することができ
た。 【００２０】 【表２】 【００２１】 【発明の効果】本発明によれば、スプレーノズルを用い
る冷却において、従来検討されていなかった新規な要因
によってノズルの形状、配列、操業条件等を規定して、
冷却効率の高い冷却を実現することができる。
合体を用いるスプレー冷却方法に関する。このような冷
却は例えばロール冷却、鋼板冷却、Ｈ形鋼冷却等あらゆ
る分野において利用することができる。 【０００２】 【従来の技術】従来の冷却媒体に水を用いるスプレーノ
ズルによる冷却方法の設計、計画、制御では、冷却水量
の分布を重要視したものが全てであり、冷却の制御は冷
却水量の調整によっていた。すなわち、従来は、冷却ノ
ズルの冷却効率については論じられていないのが現状で
あり、専ら、ノズルの組合せ、水量制御などにより均一
冷却することを試みていた。このような従来技術では例
えば、Ｈ形鋼のフランジ等の全面を均一に冷却すること
は困難であった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来、スプレーノズル
を用いる冷却では、ノズルから噴射された冷却水が被冷
却面に衝突したとき均一な冷却水分布となるように冷却
ノズルが作られていた。このような均一な冷却水分布の
冷却ノズルを用いて、熱間鋼板を冷却した場合において
も均一な冷却を得られていない。 【０００４】本発明者らが、冷却水量以外の冷却に寄与
する因子を調査、研究した結果、冷却面における冷却水
の衝突圧力並びに水膜パターンが冷却水量とともに冷却
能力を決定する重要な因子であることが判明した。本発
明はこのような新たな知見に基づくスプレー冷却方法を
提供することを目的とするものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は、高温の鋼板、
Ｈ形鋼のフランジ等平面部又はロール面等をスプレー冷
却するに当たり、 （ａ）冷却水の冷却面への衝突圧力を0.05〜0.5 ｇｆ／
ｍｍ2 の範囲に設定し、 （ｂ）冷却水の衝突圧力のばらつきを設定値の±２０％
以内とし、 （ｃ）冷却水の水膜パターンを長方形又は正方形、又は
長方形のコーナ部が丸味を帯びてなる長円形の形状と
し、 （ｄ）冷却水の被冷却面に衝突する部分でのスプレー水
膜横幅を２５ｍｍ以上として冷却することを特徴とする
スプレー冷却方法である。 【０００６】 【作用】本発明者らは、スプレー冷却において、冷却に
寄与する因子を調査、研究した研究開発実験結果を図に
従って説明する。 （１）有効水量密度について 移動中の被冷却体を冷却する場合について調査すると、
図１に示すようにノズルピッチを変え冷却水横幅（進行
方向の冷却幅）を変化させることで冷却効率が大幅に変
化することが判明した。ここで、冷却水横幅は、（単一
ノズルによるスプレー水膜横幅ｂ）×（進行方向一定距
離内でのノズル数ｎ）と定義される。つまり、スプレー
冷却の場合に、単に冷却水量のみを増加すればよいので
はなく、有効に冷却に関与する水量すなわち、有効水量
密度が冷却効果に寄与する。図１は全噴出水の水量密度
（すなわち全水量密度）と有効冷却に関与する有効水量
密度との関係を示したものである。ここで、全水量密度
とは、図６のように複数のノズルからのスプレー水膜が
鋼板上で重ならないという前提で、鋼板が単位時間、単
位面積あたりにうける水の量を意味し、（単位時間あた
りの単一ノズルの噴出水量Ｑ）／（単一ノズルによるス
プレー水膜面積Ｓ）により求められ、図６でいうとＳ＝
（スプレー水膜横幅ｂ）×（スプレー水膜高さｈ）であ
る。また、有効水量密度とは、従来知られている熱伝達
係数αと水量密度Ｗ及び鋼板温度Ｔとの関係：α＝ｆ
（Ｗ，Ｔ）を用いて、この関係におけるαとＴに、実測
した熱伝達係数（鋼板水冷面の反対側に熱電対をつけて
採取した冷却曲線から算出）と鋼板温度を代入してＷを
逆算することにより得られる量のことである。曲線１、
２および３はそれぞれノズルピッチを１００ｍｍ、２０
０ｍｍ、４００ｍｍとしたもので、材料（被冷却体）通
過速度２．０ｍ／ｓｅｃの場合である。曲線１と曲線２
においては、ほぼ等しい全水量密度約２×１０3 リット
ル／ｍ2 ・ｍｉｎに対して、有効水量密度は著しい差が
ある。曲線２と曲線３の全水量密度約１×１０3 リット
ル／ｍ2 ・ｍｉｎについても同様である。 【０００７】すなわちノズルピッチを密にする（進行方
向一定距離内でのノズル数ｎを増やす）と冷却水横幅が
増大して有効水量密度が上昇する。そこで、本発明のス
プレー冷却においては、冷却水横幅を増大させるもう一
つの方法として、冷却水の衝突圧力が低下しない範囲で
単一ノズルのスプレー水膜横幅を大きくすることを指向
した。 （２）スプレー水膜の横幅（水膜横幅）ｂとフランジ幅
方向高さ（水膜高さ）ｈ 前述のように高い冷却効率を得るためには、冷却水の衝
突圧力が低下しない範囲でスプレー水膜横幅を大きくす
ることが重要である。表１に示す条件で試験を行い、そ
の結果を図５にしめした。スプレーの水膜横幅が薄い
（狭い）と、全水量密度Ｗｎが増加しても、有効水量密
度Ｗｅはほとんど変化がなく、Ｗｅ／Ｗｎは表１に示す
通りスプレーの水膜横幅が１０ｍｍと１５ｍｍで大きな
変化はないが、２５ｍｍでは著しく上昇する。なお、水
膜高さｈは進行方向（冷却方向）と直交する方向の長さ
成分であり、単一ノズルによるスプレー水膜パターンが
ほぼ矩形であれば冷却効率すなわち有効水量密度には関
与しない。従って、スプレー水膜横幅を２５mm以上にす
るとよい。 【０００８】本発明者等は、さらにスプレー水膜のパタ
ーンが一辺５０ｍｍの正方形となるようなノズルを用い
た場合についても実験を行なったが、この場合において
も高い冷却効率を得ることが判明した。 【０００９】 【表１】【００１０】すなわちノズルからスプレーされるスプレ
ー水膜のパターンは平面的に従来は図７の（ａ）または
（ｂ）にそれぞれ示すように円形又は楕円形であったた
め、被冷却面の有効水量密度が低かった。このため本発
明では、被冷却面の有効水量密度を上げるべく図７の
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）にそれぞれ示すようにノズルか
らスプレーされるスプレー水膜のパターンを正方形、長
方形、または長円形（長方形のコーナ部が丸味を帯びた
形状）として、水膜パターン内の偏差を極力少くしたも
のとする。 【００１１】図７の（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す本発
明の水膜パターンを形成するノズルを用いて被冷却面に
スプレーする際には、図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に
それぞれ示すように正方形、長方形または長円形の水膜
パターンを形成する単一のノズルを被冷却面の長手方向
に所定ノズルピッチで配置するか、あるいは図８の
（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）にそれぞれ示すように正方形や
長円形の水膜パターンを形成するノズルを上下に複数個
組み合わせたものを被冷却面の長手方向に所定ノズルピ
ッチで配置して均一にスプレー冷却することも可能であ
る。 【００１２】（３）冷却水衝突圧力０．０５ｇｆ／ｍｍ
2 以上について 冷却面における冷却水の衝突圧力が冷却水の水量と共に
冷却能力を決定する重要な因子である。図２は、スプレ
ー水膜横幅（ｂ）を２０ｍｍとしたノズルＡ、Ｂと、ス
プレー水膜横幅（ｂ）を５０ｍｍとしたノズルＣをそれ
ぞれ用いて、衝突圧力が熱伝達係数に影響することを確
認した結果を示している。 【００１３】すなわちノズルＡとノズルＢは従来から使
われていたものであるが、従来から行われている水量調
整だけでは均一に冷却されていない点に注目し、詳細に
ノズル特性を調査した結果が図２に示すグラフである。
図２において従来使われていたノズルＡ及びノズルＢの
衝突圧力がほぼラップする0.25(gf/mm2)において、一方
のノズルＢの水量が４(l/min) であるのに対し、他方の
ノズルＡの水量が６(l/min) と水量差があるにもかかわ
らずそれぞれの熱伝達係数αが600(kcal/m2h℃) と同一
であった。 【００１４】従来使われていたノズルＡ、Ｂのこのよう
な現象がスプレー内で発生した場合、不均一冷却となっ
たり、また水量調整に対する冷却能力調整がむずかしい
ノズルとされていた。しかし、少ない水量で高熱伝達係
数αを得る条件を整理すると、ノズルピッチを密にする
こと、スプレー水膜横幅を厚く（広く）することなどか
ら類推すると、冷却水を均一に分布させ、かつ衝突圧力
も均一にし、あるレベル以上の衝突圧力を維持できれ
ば、有効水量密度が上昇できると考えて試作したのが本
発明で使用するノズルＣ（例：水膜パターンが矩形のも
の；水膜横幅５０ｍｍとして使用）である。 【００１５】前述の図２においては、冷却水の冷却面に
対する衝突圧力(gf/mm2)と、冷却水の水量Ｑ(l/min)
と、熱伝達係数α (kcal/m2h℃) との関係を示してい
る。本発明で使用するノズルＣによれば、従来使われて
いたノズルＡ、Ｂに比較して冷却水の水量Ｑが少ない場
合でも、ノズルＣのスプレー水膜横幅増加効果が発揮さ
れて極めて高い熱伝達係数α (kcal/m2h℃) が得られ
る。 【００１６】ノズルＣでは冷却水の衝突圧力が 0.03gf/
mm2 と 0.05gf/mm2 の場合の衝突圧力における熱伝達係
数αを比較すると 600kcal/m2h℃から 900kcal/m2h℃に
大幅に改善されている。そして衝突圧力が 0.05gf/mm2
から0.2gf/mm2 に上昇するにつれて熱伝達係数αは 900
kcal/m2h℃から1100kcal/m2h℃に、0.2gf/mm2 以上から
は徐々に上昇し、衝突圧力が0.5gf/mm2 を越えると熱伝
達係数αは飽和し、衝突圧力がこれ以上増加しても効果
が少ない。したがって本発明では、冷却水の冷却面への
衝突圧力を0.05〜0.5gf/mm2 の範囲に設定するものであ
る。 【００１７】（４）冷却水の衝突力の冷却水衝突面での
均等化。 フランジ幅200mm のＨ形綱を長手方向に1.0m/sの速度で
移動しながら、その中央部を水膜高さ100mm のスプレー
ノズルで冷却した。図３はこのときのフランジ幅を縦軸
にとり、横軸に各フランジ幅位置の熱伝達率（＝熱伝達
係数）を示した。図３において、○印は従来使われてい
たノズルＡ、Ｂによるフランジ幅方向の熱伝達率の分布
を示し、×印は本発明で使用するノズルＣによるフラン
ジ幅方向の熱伝達率の分布を示す。従来使われていたノ
ズルＡ、Ｂによれば直接冷却範囲の熱伝達率にばらつき
が大きいのに対し、本発明で使用するノズルＣによれ
ば、ばらつきの少ない均一な熱伝達率で冷却されること
が分かる。 【００１８】図４は本発明で使用するノズルＣを用いて
受圧面積６mm×50mmの冷却面に冷却水量がほぼ一定の冷
却水を噴射したときの衝突圧力の分布を示したものであ
る。そのときの水圧はそれぞれ圧力2.0 、1.5 、1.0 、
0.5 kgf/cm2 の４種とした。図４の衝突圧力の分布は
0.05gf/mm2 以上の範囲にある。図３に×印で示すよう
に、本発明による直接冷却範囲の熱伝達係数α (kcal/m
2h℃) は優れた値を示している。しかし図３に○印で示
すように従来使われていたノズルから噴射された水膜に
おいては衝突面でのフランジ幅方向の位置により熱伝達
率にばらつきがあり、直接冷却範囲の中央部と端部では
違いがある。このため熱伝達率をほぼ一定に保つために
は経験的にこの衝突圧力のばらつきを設定値±20％程度
におさえることが望ましい。 【００１９】 【実施例】図６に示すようなＨ形鋼の冷却を本発明方法
により実施した。フランジ幅がそれぞれ150mm 、200mm
、250mm 、300mm のＨ形綱のフランジを図６に示すノ
ズルパターンで水冷した。Ｈ形鋼のフランジのみを冷却
するため、冷却水がウェブ側に飛散するのを防止する必
要があり、ノズルのスプレー方向を図６に示す斜方型と
し、冷却水衝突圧力を0.2(gf/mm2) で均一とし、スプレ
ー水膜横幅ｂをそれぞれ20mm、40mmにし、ノズルピッチ
ｐを200mm 、100mm として、総使用水量Ｑを同一とし
た。またその時のスプレー水膜高さをｈとした。その結
果を表２に示した。実施例では、冷却効率（有効水量密
度）が約２倍に改善され、均一に冷却することができ
た。 【００２０】 【表２】 【００２１】 【発明の効果】本発明によれば、スプレーノズルを用い
る冷却において、従来検討されていなかった新規な要因
によってノズルの形状、配列、操業条件等を規定して、
冷却効率の高い冷却を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】全水量密度と有効水量密度との関係を示すグラ
フである。 【図２】衝突圧力と熱伝達係数との関係を示すグラフで
ある。 【図３】冷却面の熱伝達率分布を示すグラフである。 【図４】衝突圧力分布を示すチャートである。 【図５】スプレー水圧力と各水量密度の関係を示すグラ
フである。 【図６】実施例のＨ形鋼のスプレーノズル冷却の説明図
である。 【図７】ノズルからのスプレー水膜パターンを示す平面
図である。 【図８】ノズルからのスプレー水膜により被冷却面を冷
却する場合のパターンの組み合わせ状況を示す説明図で
ある。 【符号の説明】 α 熱伝達係数 Ｗ 水量 ｂ 水膜横幅 ｈ 水膜高さ Ｗｅ 有効水量密度 Ｗｎ 全水量密度
フである。 【図２】衝突圧力と熱伝達係数との関係を示すグラフで
ある。 【図３】冷却面の熱伝達率分布を示すグラフである。 【図４】衝突圧力分布を示すチャートである。 【図５】スプレー水圧力と各水量密度の関係を示すグラ
フである。 【図６】実施例のＨ形鋼のスプレーノズル冷却の説明図
である。 【図７】ノズルからのスプレー水膜パターンを示す平面
図である。 【図８】ノズルからのスプレー水膜により被冷却面を冷
却する場合のパターンの組み合わせ状況を示す説明図で
ある。 【符号の説明】 α 熱伝達係数 Ｗ 水量 ｂ 水膜横幅 ｈ 水膜高さ Ｗｅ 有効水量密度 Ｗｎ 全水量密度
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 藤本 洋二
岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な
し） 川崎製鉄株式会社 水島製鉄所内
(56)参考文献 特開 平２−92413（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−317948（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−284914（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−337535（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−179340（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B21B 27/10
B21B 45/00
C21D 1/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 冷却媒体に水又は気水混合体を用いてス
プレー冷却するに当たり、冷却水の冷却面への衝突圧力
を0.05〜0.5 ｇｆ／ｍｍ2 の範囲に設定し、冷却水の衝
突圧力のばらつきを設定値の±２０％以内とし、冷却水
の水膜パターンを長方形又は正方形、又は長方形のコー
ナ部が丸味を帯びてなる長円形の形状とし、冷却水の被
冷却体に衝突する部分でのスプレー水膜横幅を２５ｍｍ
以上として冷却することを特徴とするスプレー冷却方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02947093A JP3406013B2 (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | スプレー冷却方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02947093A JP3406013B2 (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | スプレー冷却方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH06238320A JPH06238320A (ja) | 1994-08-30 |
| JP3406013B2 true JP3406013B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=12276992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02947093A Expired - Fee Related JP3406013B2 (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | スプレー冷却方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3406013B2 (ja) |
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| US8012406B2 (en) | 2006-09-12 | 2011-09-06 | Nippon Steel Corporation | Method of arranging and setting spray cooling nozzles and hot steel plate cooling apparatus |
| KR101039174B1 (ko) | 2007-07-30 | 2011-06-03 | 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 | 열 강판의 냉각 장치, 열 강판의 냉각 방법 및 프로그램 |
| JP7381873B2 (ja) * | 2020-01-16 | 2023-11-16 | 日本製鉄株式会社 | Ｈ形鋼の製造方法 |
-
1993
- 1993-02-18 JP JP02947093A patent/JP3406013B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JPH06238320A (ja) | 1994-08-30 |
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