JP3528740B2

JP3528740B2 - 鋼材の冷却装置

Info

Publication number: JP3528740B2
Application number: JP2000042744A
Authority: JP
Inventors: 誠中世古; 晃夫藤林; 鶴和有村; 操槙ノ原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2004-05-24
Anticipated expiration: 2020-02-21
Also published as: JP2001232413A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延材の厚鋼
板、熱延鋼板（鋼帯）、形鋼等の鋼材の冷却装置に係
り、さらに詳しくは、熱間圧延中又は熱間圧延後の高温
鋼材を冷却水等の冷却媒体によって加速冷却等を行う鋼
材の冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、熱間圧延中又は熱間圧延後の
高温鋼材面に、冷却媒体として冷却水を用いて冷却する
ことはよく知られており、熱間鋼材を搬送しながら冷却
することも行われている。この場合、厚鋼板では水膜状
の冷却液を落下して冷却を行うスリットラミナー冷却
が、熱延鋼板ではフルコーンスプレーノズルを配列した
スプレー群による冷却が行われ、また、形鋼の冷却、例
えばＨ形鋼のフランジの冷却についてもスプレー群によ
る冷却が行われていた。

【０００３】しかし、近年、鋼材の機械的性質、加工
性、溶接性などを向上させるために、加速冷却手段には
高冷却能力、均一冷却性能が求められ、その手段の一つ
として、箱型に形成した冷却装置の冷却面側の板に径が
数ｍｍの多数の噴射孔を設け、この冷却装置に冷却水等
を供給して噴射孔から噴射させる多孔板噴流タイプの冷
却装置（以下、多孔板冷却装置という）が使用されてい
る。なお、この多孔板冷却装置は、柱状噴流冷却装置と
呼ばれることもある。

【０００４】従来の多孔板冷却装置の一例として、特開
昭６２−２５９６１０号公報あるいは特開平１０−２６
３６６９号公報に開示された発明がある。特開昭６２−
２５９６１０号公報に記載された発明は、列設ロール間
のスペースにおいて、鋼板の下面と平行しかつ近接して
配置した鋼板ガイドより直接噴射され、かつ鋼板幅員方
向に並列する柱状噴射冷却水列によって、ロール間の鋼
板下面を冷却するようにしたものである（従来技術
１）。

【０００５】また、特開平１０−２６３６６９号公報に
記載された発明は、鋼材に対してほぼ直角に設けた柱状
噴流ノズルを一定間隔の千鳥状に配置し、鋼材面に衝突
した後の流動水が、隣接する柱状噴流ノズルからの流動
水と衝突して発生する干渉流によって囲まれ、ノズル直
下を細胞核とみなす同一形状のハニカムセル状の冷却面
群を形成させたもので、柱状噴流ノズルからの柱状噴流
はハニカム状のセルに拘束されて、鋼材に衝突した後の
冷却水の流動挙動は集合流となり、不規則流動水による
偏冷却もなく、鋼材の幅方向に均一な冷却が可能となる
としている（従来技術２）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術１は、
狭いピッチで配置されたロール間に沈める鋼材の下面冷
却装置に多孔板冷却装置を用いて、鋼材の上面の冷却能
力と下面の冷却能力を均一にしようとしたものである
が、ロール間に冷却装置を沈めたのでは、空冷部分と冷
却部分の繰り返しとなるため冷却能力に限界があるた
め、高冷却能力を得ることは困難であり、さらに、高速
で移動する鋼材を冷却する際に問題があった。

【０００７】従来技術２は、鋼材の搬送方向と直交する
幅方向に縞模様に発生する温度ムラを解消するために、
柱状噴流群のノズルを一定間隔で千鳥状に配置して、隣
どうしの冷却水の干渉によって発生するハニカム状の冷
却面群を形成させるようにしたものであり、ノズルの間
隔は、ノズル口径ｄに対して３ｄ〜１０ｄが望ましいと
している。

【０００８】しかしながら、この冷却方法では、高速で
移動する鋼材を冷却する際に次のような問題があった。
図１５は従来技術２における多孔板冷却装置の平面図及
びこれによって冷却した鋼板の各種の搬送速度による冷
却後の幅方向の温度分布を示す線図で、２０は冷却装
置、２１はこれに設けた多数の柱状噴射ノズルの噴射孔
を示し、径４ｍｍの噴射孔２１を、冷却装置２０の幅方
向Ｗ（鋼材の搬送方向と直交する方向）に間隔４０ｍｍ
（＝１０ｄ）、長手Ｌ方向（鋼板の搬送方向）に間隔２
５ｍｍ（≒６ｄ）で千鳥状に設けたものである。

【０００９】図１５（ａ），（ｂ）は、搬送方向の長さ
Ｌが１ｍの冷却装置２０により、搬送速度約３０ｍｐｍ
の鋼板を２秒間冷却した場合の冷却後の鋼板の幅方向の
表面温度分布を、また、図１５（ｃ），（ｄ）は搬送方
向の長さＬが２ｍの冷却装置２０により、搬送速度約６
０ｍｐｍの鋼板を２秒間冷却した場合の冷却後の鋼板の
幅方向の表面温度分布を示す。さらに、図１５（ｅ），
（ｆ）は、搬送方向の長さＬが４ｍの冷却装置２０によ
り、搬送速度１２０ｍｐｍの鋼板を２秒間冷却した場合
の冷却後の鋼板の幅方向の表面温度分布を示すものであ
る。図から明らかなように、鋼板の搬送速度が早くなる
ほど温度ムラが大きくなることがわかる。これは冷却装
置２０から噴出する冷却水の挙動が大きく影響している
ためである。

【００１０】図１６に従来技術２の冷却装置の冷却水の
被冷却面での挙動を示す。図１６において、噴射孔２１
より噴射された冷却水が被冷却面に直接当る部分を直下
域Ａ、被冷却面に当った冷却水が直下域Ａから被冷却面
上を放射状に広がって流れる領域を流水域Ｂと呼び、ま
た、被冷却面上を流れる冷却水が隣接する噴射孔２１か
ら噴射した冷却水と衝突する領域を干渉域Ｃと呼ぶ。

【００１１】上記のような冷却挙動において、それぞれ
の冷却領域の冷却能力は、被冷却面が停止している場
合、直下域Ａが最も高く、次に干渉域Ｃが高く、流水域
Ｂが最も低い。干渉域Ｃが流水域Ｂより冷却能力が高い
のは、隣どうしの冷却水が衝突した干渉域Ｃの冷却面上
で冷却水が攪拌されるためと考えられる。

【００１２】ところが、被冷却面が高速で移動すると、
直下域Ａでは衝突力が強いためもともと高い冷却能力を
有するが、干渉域Ｃでは冷却能力が低下する。さらに、
搬送速度を速くしていくと、干渉域Ｃの冷却能力は流水
域Ｂの冷却能力と同等の冷却レベルになる。これは、干
渉域Ｃでの被冷却面が高速で移動するために、冷却水の
攪拌効果がなくなり、干渉域Ｃも流水域Ｂと同じように
冷却水が被冷却面上を流れている状態になるためであ
る。

【００１３】したがって、被冷却面を高速搬送すればす
るほど、冷却能力は噴射孔２１の直下域Ａのみに支配さ
れるようになり、図１７に示すように、ノズルの直下域
Ａだけが冷却が促進されて他の領域は冷却が全く進まな
くなる。なお、図１７は被冷却面を高速搬送した場合の
被冷却面の表面温度分布を示すもので、２０は冷却装
置、２１は噴射口、２２は冷却水の送水管、２４は被冷
却材２３の被冷却面を示し、線図は被冷却面２４の冷却
後の幅方向の表面温度分布を示すものである。

【００１４】特に、膜沸騰現象が伴う約５００℃以上の
温度の被冷却面では、直下域Ａでは冷却能力の低い膜沸
騰状態が、被冷却面の温度が下がることにより遷移沸騰
状態を経て冷却能力の高い核沸騰状態となる。一方、流
水域Ｂでは、被冷却面の温度が下がらないために膜沸騰
状態から核沸騰状態になりにくい。さらに、干渉域Ｃで
は、被冷却材の搬送速度が遅いときは、膜沸騰状態から
核沸騰状態へと遷移するが、搬送速度が速くなると流水
域Ｂと同様に膜沸騰状態から核沸騰状態への遷移がしに
くくなる。このため、直下域Ａだけ冷却が進んで、流水
域Ｂと干渉域Ｃは冷却が進まなくなる。このことが、高
温の被冷却面での不均一冷却の大きな原因になってい
る。

【００１５】一般に、製造過程における鋼材の搬送速度
は、圧延機の回転数や鋼材の製品の長さ、鋼材の厚み、
温度低下の防止等によって異なり、特に仕上りが薄い鋼
材ほど搬送速度が速い場合が多く、したがって薄い鋼材
ほど不均一冷却が発生し易い。近年では高生産性が重要
視されており、搬送速度を速くすることも重要になって
いる。

【００１６】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、高冷却能力を有する多孔板冷却装置にお
いて、搬送速度が異なっても均一冷却を実現することの
できる鋼材の冷却装置を提供することを目的としたもの
である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋼材の冷却
装置は、沸騰現象を伴う高温鋼材に向って冷却水を噴射
する多数のノズル噴射孔を有し、前記鋼材の製造ライン
に該鋼材の搬送方向と平行に設置された冷却装置であっ
て、前記多数のノズル噴射孔を有する面の搬送方向の一
部又は全面に所定の間隔で幅方向に、スリットノズル又
は前記ノズル噴射孔の幅方向の間隔より密にノズル噴射
孔を配置したノズル群を設けたものである。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］図１は本発明の
実施の形態１に係る鋼材の冷却装置の説明図である。図
において、１０は所定の間隔で鋼材である厚鋼板１１の
製造ラインに設置された搬送ロールである。１は搬送ロ
ール１０の間において、厚鋼板１１の上下に対向して設
置された箱状の多孔板冷却装置（以下、単に冷却装置と
いう）で、厚鋼板１１と対向する面２（以下、冷却面と
いう）には多数のノズル噴射孔３が設けられており、こ
のノズル噴射孔３から送水管８によって供給された冷却
媒体（以下、冷却水という）を噴射して、搬送中の厚鋼
板１１を冷却する（なお、以下の説明及び図面には、冷
却装置１の送水管８は省略してある）。

【００２１】図２は図１の冷却装置の平面図である。こ
の冷却装置１は、厚鋼板１１の搬送方向（矢印Ｓで示
し、以下単に搬送方向という）の長さＬ、幅Ｗの冷却面
２に、径ｄの多数のノズル噴射孔３を、搬送方向の間隔
ＤＬ、幅方向の間隔ＤＷで千鳥状に設けたものである
が、搬送方向の各ノズル列４の先端部のノズル噴射孔３
ａと、後端部のノズル噴射孔３ｎとを結んだ線を搬送方
向と平行に配置せず、斜行させたものである。

【００２２】すなわち、各ノズル列４の先端部のノズル
噴射孔３ａを固定軸とし、後端部のノズル噴射孔３ｎ
を、ノズル噴射孔３ａを固定軸とする搬送方向の軸線５
（以下、基準線という）から、幅方向のノズル間隔ＤＷ
分ずらせて配置し、ノズル噴射孔３ａと３ｎを結ぶ線上
に、それぞれ間隔２ＤＬで複数のノズル噴射孔３を設け
て、各ノズル列４を形成したものである。

【００２３】本実施の形態においては、例えば、搬送方
向の長さＬ：１１００ｍｍ、幅Ｗ：３０００ｍｍの冷却
装置１の冷却面２に、径ｄ：４ｍｍのノズル噴射孔３
を、搬送方向に間隔ＤＬ：２５ｍｍ、幅方向に間隔Ｄ
Ｗ：３０ｍｍで千鳥状に設け、かつ、各ノズル列４を、
その後端部のノズル噴射孔３ｎを基準線５に対して３０
ｍｍずつずらせて、斜行して配列した。これにより、各
ノズル列４の搬送方向に隣接するノズル噴射孔３は互い
に０．５ｍｍオーバーラップするため、厚鋼板２１の被
冷却面上には必ず冷却直下域Ａ（投影部）が存在する。

【００２４】［実施例１］冷却面２における冷却部が、
搬送方向約１０００ｍｍ、幅方向約２８００ｍｍの冷却
装置を、厚鋼板製造ラインの圧延機の前面に、搬送方向
に沿って上下にそれぞれ２５台ずつ設置した。そして、
これらの冷却装置１によって、板厚５５ｍｍ、板幅２２
００ｍｍ、長さ５．８ｍ、平均温度８５０℃の厚鋼板１
１の温度を下げて圧延制御を行うべく、ノズル噴射孔３
から平均水量密度３０００ｌ／min ｍ² の冷却水を噴射
し、上下の冷却装置１の間を搬送速度６０ｍｐｍで厚鋼
板１１を通過させた。冷却時間は約２５秒である。冷却
１０秒後に放射温度計で測定した厚鋼板１１の幅方向の
上面温度分布は図３に示す通りで、温度ムラを生ずるこ
となく冷却することができた。これにより厚鋼板の機械
的性質、加工性、溶接性、残留応力特性などを大幅に向
上させることができる。

【００２５】［実施の形態２］本実施の形態は、図４に
示すように、本発明に係る冷却装置を鋼材であるＨ形鋼
１２のフランジ外面の冷却に適用したものである。な
お、実施の形態１と同一又は相当部分には同じ符号が付
してある。本実施の形態は、Ｈ形鋼製造ラインの両側
に、冷却装置１の冷却面２をフランジ外面とそれぞれ対
向して設置し、搬送中のＨ形鋼１２のフランジを冷却す
るようにしたものである。

【００２６】この冷却装置１は、図５に示すように、Ｈ
形鋼１２の搬送方向の長さＬ、幅方向Ｗからなる冷却面
２に、径ｄのノズル噴射孔３を搬送方向に間隔ＤＬ、幅
方向に間隔ＤＷで千鳥状に設けたものであるが、搬送方
向の各ノズル列４を搬送方向と平行に配置せず、斜行さ
せたものである。すなわち、各ノズル列４の搬送方向の
先端部のノズル噴射孔３ａを固定軸とし、後部側を長さ
Ｌ₁ （以下、斜行配置区画という）ごとに、後端部のノ
ズル噴射孔３ｎを基準線５から幅方向のノズル間隔ＤＷ
分ずつずらせて、ノズル噴射孔３ａと３ｎを結ぶ線上に
それぞれ間隔２ＤＬで複数のノズル噴射孔３を設けて、
ノズル列４を形成したものである。

【００２７】本実施の形態において、例えば、搬送方向
の長さＬ：４２００ｍｍ、幅Ｗ：３００ｍｍの冷却装置
１の冷却面２に、径ｄ：４ｍｍのノズル噴射孔３を、斜
行配置区画Ｌ₁ ：１０００ｍｍごとに、搬送方向の間隔
ＤＬ：２５ｍｍ、幅方向の間隔ＤＷ：３０ｍｍで千鳥状
に設け、かつ、各ノズル列４の後端部のノズル噴射孔３
ｎを、基準線５に対してそれぞれ３０ｍｍずらせて配置
し、この斜行配置区画Ｌ₁ を図６に示すように搬送方向
に４区画設けて冷却装置１を構成した。これにより、各
ノズル列４の搬送方向に隣接するノズル噴射孔３は互い
に０．５ｍｍオーバーラップするため、Ｈ形鋼１２のフ
ランジ上には必ず冷却直下域Ａが存在する。

【００２８】［実施例２］上記のように構成した冷却装
置１を、仕上げ圧延機の後方１５ｍからＨ形鋼製造ライ
ンの両側に対向してそれぞれ連続して６台設置した。そ
して、ウェブ高さ８００ｍｍ、フランジ幅３００ｍｍ、
ウェブ厚み１４ｍｍ、フランジ厚み２８ｍｍ、長さ６０
ｍで、フランジ平均温度８６０℃のＨ形鋼２２を、冷却
装置１から平均水量密度３０００ｌ／min ｍ² の冷却水
を噴射し、搬送速度１２０ｍｐｍで製造ライン上を通過
させた、冷却時間は約１３秒である。冷却１０秒後に放
射温度計で測定したフランジの幅方向の外面温度分布は
図７に示す通りで、温度ムラを生ずることなく冷却する
ことができた。これにより、Ｈ形鋼の機械的性質、加工
性、溶接性などを大幅に向上させることができる。

【００２９】［実施の形態３］本実施の形態は、実施の
形態２の冷却装置１のノズル噴射孔３の配置を変更した
ものである。すなわち、図８（ａ）に示すように、例え
ば、Ｈ形鋼の搬送方向の長さＬ：４２００ｍｍ、幅Ｗ：
３００ｍｍの冷却装置１の冷却面２に、径ｄ：４ｍｍの
ノズル噴射孔３をランダムに約８４０個設けたものであ
る。この場合、冷却するＨ形鋼のフランジの各部は、搬
送方向の延長線上でノズル噴射孔３の直下域Ａを１回以
上必ず通過するようにした。

【００３０】一例として、冷却装置１の冷却面２に、１
ｍ² あたり６６０個のノズル噴射孔３をランダムに設け
ることにより、Ｈ形鋼のフランジの搬送方向の延長線上
における各部が、連設した２台の冷却装置１の間でノズ
ル噴射孔３の直下域Ａを少なくとも８回通過するように
設定したが、通過回数が３回以上であれば、冷却の均一
性が高くなる。しかし、あまりノズル噴射孔３を増加す
ると、冷却水量が増えて不経済であり、また設備費も高
くなるので、冷却の均一性が保たれる範囲でノズル噴射
孔３の数を少なくすることが望ましい。

【００３１】また、鋼材の搬送速度が速くなると、ノズ
ル噴射孔３の直下域Ａを同じ回数通過しても冷却に温度
ムラが発生するので、鋼材の被冷却部の搬送方向の各部
が最低でも１回、望ましくは数回以上直下域Ａを通過す
るようにノズル密度を決定し、ノズル噴射孔３を配置す
ればよい。鋼材の搬送速度と、ノズル噴射孔３の直下域
Ａの最低通過数との関係の一例を図９に示す。図９から
明らかなように、搬送速度が早くなるほど、直下域Ａを
通過する回数を増やす必要があることがわかる。なお、
図９の関係は、他の実施の形態においても適応するもの
である。

【００３２】［実施例３］上記のように構成した冷却装
置１を、実施の形態２の場合（図４参照）と同様に、仕
上げ圧延機の後方１５ｍからＨ形鋼製造ラインの両側に
ぞれぞれ連続して６台設置した。なお、ランダムに設け
たノズル噴射孔３の数は、１ｍ² あたり６６０個であっ
た。そして、ウェブ高さ８００ｍｍ、フランジ幅３００
ｍｍ、ウェブ厚み１４ｍｍ、フランジ厚み２８ｍｍ、長
さ６０ｍで、フランジ平均温度８６０℃のＨ形鋼を、冷
却装置１から平均水量密度３０００ｌ／min ｍ² の冷却
水を噴射し、搬送速度１２０ｍｐｍで製造ライン上を通
過させた。冷却時間は約１３秒である。冷却１０秒後に
放射温度計で測定したフランジの幅方向の外面温度分布
は図８（ｂ）に示す通りで、温度ムラを生ずることなく
冷却することができた。

【００３３】［実施の形態４］本実施の形態は、実施の
形態２のノズル噴射孔の配置及びその一部の形状を変更
したものである。すなわち、図１０（ａ）に示すよう
に、例えばＨ形鋼の搬送方向の長さＬ：４２００ｍｍ、
幅Ｗ：３００ｍｍの冷却装置１の冷却面に、径ｄ：４ｍ
ｍのノズル噴射孔３を、搬送方向に間隔ＤＬ：２５ｍ
ｍ、幅方向に間隔ＤＷ：３０ｍｍで千鳥状に、かつ搬送
方向のノズル列４を搬送方向と平行に設けると共に、搬
送方向の先端部側及びその後方１０００ｍｍごとに、幅
方向に幅２ｍｍのスリットノズル６を２本並設したもの
である。したがって、１台の冷却装置１に８本のスリッ
トノズル６が設けられている。

【００３４】［実施例４］上記のように構成した冷却装
置１を、実施の形態２の場合（図４参照）と同様に、仕
上げ圧延機の後方１５ｍからＨ形鋼製造ラインの両側に
それぞれ６台設置した。そして、ウェブ高さ８００ｍ
ｍ、フランジ幅３００ｍｍ、ウェブ厚み１４ｍｍ、フラ
ンジ厚み２８ｍ、長さ６０ｍで、フランジ平均温度８６
０℃のＨ形鋼を、冷却装置１から平均水量密度３０００
ｌ／min ｍ² の冷却水を噴射し、搬送速度１２０ｍｐｍ
で製造ライン上を通過させた。冷却時間は約１３秒であ
る。冷却１０秒後に放射温度計で測定したフランジの幅
方向の外面温度分布は図１０（ｂ）に示す通りで、温度
ムラを生ずることなく冷却することができた。

【００３５】本実施の形態においては、ノズル噴射孔３
を従来技術と同様に、搬送方向のノズル列４が搬送方向
と平行になるように千鳥状に設けたが、さらに、搬送方
向に所定の間隔で、幅方向の複数のスリットノズル６を
設けたので、Ｈ形鋼のフランジは、スリットノズル６の
直下域Ａを１秒間に４回通過し、その都度幅方向の全域
が直下域Ａによって一度に冷却されるため、温度ムラを
無くすことができたのである。なお、スリットノズル６
は１本ずつでもよく、その幅や間隔も適宜変更すること
ができる。また、冷却装置１の冷却面２の全面に亘って
所定の間隔でスリットノズル６を設けた場合を示した
が、例えば、冷却装置１の先端部側など、その一部に設
けてもよい。

【００３６】［実施の形態５］本実施の形態は、実施の
形態２のノズル噴射孔の配置を変更したものである。す
なわち、図１１（ａ）に示すように、例えば、搬送方向
の長さＬ：４２００ｍｍ、幅Ｗ：３００ｍｍの冷却装置
１の冷却面２に、径ｄ：４ｍｍのノズル噴射孔３を、搬
送方向の間隔ＤＬ：２５ｍｍ、幅方向の間隔ＤＷ：３０
ｍｍで千鳥状に、かつ搬送方向のノズル列４を搬送方向
と平行に約８４０個設けると共に、搬送方向の先端部側
及びその後方１０００ｍｍごとに、幅方向に径ｄ：４ｍ
ｍのノズル噴射孔３を２列千鳥状に密に配置（幅方向の
間隔：６ｍｍ）してノズル群７を設けたものである。し
たがって、１台の冷却装置１に４列の密なノズル群７が
設けられている。ノズル群７における各ノズル噴射孔３
のオーバーラップ部は約１ｍｍである。

【００３７】［実施例５］上記のような冷却装置１を、
実施の形態２の場合（図４参照）と同様に、仕上げ圧延
機の後方１５ｍからＨ形鋼製造ラインの両側に、それぞ
れ連続して６台設置した。そして、ウェブ高さ８００ｍ
ｍ、フランジ幅３００ｍｍ、ウェブ厚み１４ｍｍ、フラ
ンジ厚み２８ｍｍ、長さ６０ｍで、フランジ平均温度８
６０℃のＨ形鋼のフランジを、冷却装置１から平均水量
密度３０００ｌ／min ｍ² の冷却水を噴射し、搬送速度
１２０ｍｐｍで製造ライン上を通過させた。冷却時間は
約１３秒である。冷却１０秒後に放射温度計で測定した
フランジ幅方向の外面温度分布は図１１（ｂ）に示す通
りで、温度ムラを生ずることなく冷却することができ
た。

【００３８】本実施の形態においては、ノズル噴射孔３
を従来技術と同様に、搬送方向のノズル列が搬送方向と
平行になるように千鳥状に設けたたが、さらに、搬送方
向の幅方向に所定の間隔で、２列のノズル孔３を千鳥状
に密に配置したノズル群７を設けたので、フランジはこ
のノズル群７の直下域Ａを１秒間に約４回通過し、その
都度幅方向の全域が直下域Ａによって一度に冷却される
ため、温度ムラをなくすことができたのである。なお、
冷却装置１の冷却面の全面に亘って所定の間隔でノズル
群７を設けた場合を示したが、例えば冷却装置１の先端
部側など、その一部に設けてもよい。

【００３９】［実施の形態６］図１２は本発明の実施の
形態６に係る鋼材の冷却装置の説明である。図におい
て、１０は８００ｍｍ間隔で鋼材である熱延鋼板１３の
製造ラインに設置された外径２８０ｍｍの搬送ロールで
ある。この搬送ロール１０の間には、搬送方向の長さ
Ｌ、幅Ｗで、冷却面２に多数のノズル噴射孔３が設けら
れた箱状の下面冷却装置１ａが設置されており、また、
この下面冷却装置１ａと対向して同じ構造の上面冷却装
置１ｂが設置されている（以下の説明では、下面冷却装
置１ａと上面冷却装置１ｂを合せて、単に冷却装置１と
いうことがある）。

【００４０】図１３（ａ）に冷却装置１の一例（但し、
冷却面だけ示してある）を示す。この冷却装置１は、搬
送方向の長さＬ：５００ｍｍ、幅Ｗ：３０００ｍｍの冷
却面２に、径ｄ：３ｍｍの多数のノズル噴射孔３を、搬
送方向に間隔ＤＬ：１５ｍｍ、幅方向に間隔ＤＷ：２１
ｍｍで千鳥状に設けたものであるが、実施の形態１の場
合と同様に、搬送方向の各ノズル列４の先端部のノズル
噴射孔３ａと、後端部のノズル噴射孔３ｎを結んだ線
を、基準線５と平行にせず、斜行させたものである。

【００４１】すなわち、各ノズル列４の後端部のノズル
噴射孔３ｎを、基準線５から幅方向のノズル間隔ＤＷ：
２１ｍｍ分ずらせて配置し、ノズル噴射孔３ａと３ｎを
結ぶ線上に間隔２ＤＬで複数のノズル噴射孔３を設け
て、ノズル列４を形成したものである。これにより、各
ノズル列４の搬送方向に隣接するノズル噴射孔３は、互
いに０．７ｍｍのオーバーラップする。

【００４２】［実施例６］冷却面２における冷却部が、
搬送方向が約４８０ｍｍ、幅方向が約２８００ｍｍの下
面冷却装置１ａを、熱延鋼板２３の製造ラインの仕上げ
圧延機の後方１０ｍから、搬送方向に沿って搬送ロール
１０の間に４０台設置すると共に、これと対向して４０
台の上面冷却装置１ｂを設置した。

【００４３】そして、これらの冷却装置１により、板厚
５．０ｍｍ、板幅２２００ｍｍ、長さ５．８ｍ、平均温
度８８０℃の熱延鋼板２３を冷却すべく、上下それぞれ
４０台の冷却装置１から平均水量密度５０００ｌ／min
ｍ² の冷却水を噴射し、平均搬送速度約６００ｍｐｍで
製造ライン上を通過させた。冷却時間は約３．２秒で、
熱延鋼板２３は冷却装置１の間を通過する間に、ノズル
噴射孔３の直下域Ａを上下それぞれ４０回通過する。し
たがって、１秒間にノズル直下域を１２回通過すること
になる。冷却１０秒後に放射温度計で測定した熱延鋼板
２３の幅方向の上面温度分布は１３（ｂ）に示す通り
で、温度ムラを生ずることなく冷却することができた。
これにより熱延鋼板の機械的性質、加工性、溶接性など
を大幅に向上させることができる。

【００４４】［比較例］本発明に係る冷却装置と、従来
の冷却装置との鋼材の冷却効果を比較するために、実施
の形態２に係る冷却装置１のノズル噴射孔３の配置を変
更し、各ノズル列を鋼材であるＨ形鋼の搬送方向（基準
線）と平行に設けて、比較例の冷却装置を構成した。す
なわち、図１４（ａ）に示すように、搬送方向の長さ
Ｌ：４２００ｍｍ、幅Ｗ：３００ｍｍの箱状の冷却装置
１の冷却面２に、外径ｄ：４ｍｍのノズル噴射孔３を、
搬送方向の間隔ＤＬ：２５ｍｍ、幅方向の間隔ＤＷ：３
０ｍｍで、搬送方向と平行に、かつ千鳥状に約８４０個
設けた。

【００４５】そして、実施の形態２の場合と同様に、仕
上げ圧延機の後方１５ｍから搬送ラインの両側に対向し
てそれぞれ６台設置し、ウェブ高さ８００ｍｍ、フラン
ジ幅３００ｍｍ、ウェブ厚み１４ｍｍ、フランジ厚み２
８ｍｍ、長さ６０ｍ、フランジ平均温度８６０℃のＨ形
鋼を、冷却装置から平均水量密度３０００ｌ／min ｍ ²
の冷却水を噴射し、搬送速度１２０ｐｍｐで搬送ライン
上を通過させた。冷却時間は約１３秒である。

【００４６】冷却１０秒後に放射温度計で測定したフラ
ンジ幅方向の外面温度分布を図１４（ｂ）に示す。図か
ら明らかなように、比較例の冷却装置においては、温度
差ΔＴが約１００℃に達する大きい温度ムラが発生し、
本発明の実施の形態２に係る冷却装置により冷却した場
合（図７）に比べて冷却効果が著しく劣ることがわかっ
た。また、後日このＨ形鋼のフランジの幅方向の硬度分
布について調査したところ、冷却温度のムラに起因した
約５０Ｈｖの硬度ムラがあることがわかった。

【００４７】上記の説明において、実施の形態１では厚
鋼板を、実施の形態２〜５ではＨ形鋼を、また実施の形
態６では熱延鋼板をそれぞれ構造の異なる冷却装置で冷
却する場合を示したが、これら冷却装置は上記各鋼材に
専用のものではなく、適宜選択して使用することができ
る。また、主としてＨ形鋼のフランジの冷却について説
明したが、例えば溝形鋼や山形鋼等の形鋼さらにはその
他の鋼材を冷却することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明は、沸騰現象を伴う高温鋼材に向
って冷却水を噴射する多数のノズル噴射孔を有し、鋼材
の製造ラインにこの鋼材の搬送方向と平行に設置された
鋼材の冷却装置であって、多数のノズル噴射孔を有する
面の搬送方向の一部又は全面に所定の間隔で幅方向に、
スリットノズル又はノズル噴射孔を密に配置したノズル
群を設けたので、鋼材の被冷却部の冷却ムラがなくな
り、また、搬送速度の早い鋼材も均一に冷却することが
でき、これにより、厚鋼板、熱延鋼板、Ｈ形鋼等の形鋼
などの鋼材の機械的性質、加工性、溶接性、残留応力特
性などを大幅に向上させることができた。

【００４９】

【００５０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る鋼材の冷却装置の
説明図である。

【図２】図１の冷却装置の平面図である。

【図３】実施の形態１の冷却装置によって冷却した厚鋼
板の幅方向の上面温度分布を示す線図である。

【図４】本発明の実施の形態２に係る鋼材の冷却装置の
説明図である。

【図５】図４の冷却装置の一部平面図である。

【図６】図４の冷却装置の全体構成を示す平面図であ
る。

【図７】実施の形態２の冷却装置によって冷却したＨ形
鋼のフランジの幅方向の外面温度分布を示す線図であ
る。

【図８】本発明の実施の形態３に係る冷却装置の平面図
及びこれによって冷却したＨ形鋼のフランジの幅方向の
外面温度分布を示す線図である。

【図９】鋼材の搬送速度とノズル噴射孔の直下域の最低
通過数との関係を示す線図である。

【図１０】本発明の実施の形態４に係る冷却装置の平面
図及びこれによって冷却したＨ形鋼のフランジの幅方向
の外面温度分布を示す線図である。

【図１１】本発明の実施の形態５に係る冷却装置の平面
図及びこれによって冷却したＨ形鋼のフランジの幅方向
の外面温度分布を示す線図である。

【図１２】本発明の実施の形態６に係る鋼材の冷却装置
の説明図である。

【図１３】図１２の冷却装置の平面図及びこれによって
冷却した熱延鋼板の幅方向の上面温度分布を示す線図で
ある。

【図１４】本発明と比較する比較例の冷却装置の平面図
及びこれによって冷却したＨ形鋼のフランジの幅方向の
外面温度分布を示す線図である。

【図１５】従来の多孔板冷却装置の例の平面図及びこれ
によって冷却した鋼板の幅方向の表面温度分布を示す線
図である。

【図１６】従来の冷却装置の被冷却面での冷却水の挙動
を示す説明図である。

【図１７】従来の冷却装置の被冷却面での冷却水の挙動
を示す説明図である。

【符号の説明】

１冷却装置２冷却面３ノズル噴射孔４ノズル列５基準線６スリットノズル７ノズル群８送水管１０搬送ロール１１厚鋼板１２Ｈ形鋼１３熱延鋼板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ２１Ｄ 9/573 １０１Ｃ２１Ｄ 9/573 １０１Ｚ (72)発明者槙ノ原操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 (56)参考文献特開昭62−259610（ＪＰ，Ａ) 特開平８−238518（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−149954（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 45/02 320

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】沸騰現象を伴う高温鋼材に向って冷却水
を噴射する多数のノズル噴射孔を有し、前記鋼材の製造
ラインに該鋼材の搬送方向と平行に設置された冷却装置
であって、前記多数のノズル噴射孔を有する面の搬送方向の一部又
は全面に所定の間隔で幅方向にスリットノズルを設けた
ことを特徴とする鋼材の冷却装置。
【請求項２】沸騰現象を伴う高温鋼材に向って冷却水
を噴射する多数のノズル噴射孔を有し、前記鋼材の製造
ラインに該鋼材の搬送方向と平行に設置された冷却装置
であって、前記多数のノズル噴射孔を有する面の搬送方向の一部又
は全面に所定の間隔で幅方向に、前記ノズル噴射孔の幅
方向の間隔より密にノズル噴射孔を配置したノズル群を
設けたことを特徴とする鋼材の冷却装置。