JP3978160B2 - フラットスプレーノズルを用いた熱間圧延鋼板の冷却方法および冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延された厚鋼板または薄鋼板の冷却方法および冷却装置に関する。
具体的には、熱間圧延鋼板の通板方向に対して直角に複数のヘッダーを配設し、隣り合うヘッダー毎にフラットスプレーの拡がり方向を各ヘッダー間中心軸に対して対称に傾けて熱間圧延された鋼板を冷却する方法および冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延された鋼板を、冷却水を用いて冷却する方法は、従来から行われているが、鋼板の上部は複数のノズルから吹き付けられた水がお互いに干渉し合い、その干渉部で水が滞留する。この滞留した水（以下、板上水と呼ぶ）が冷却能を著しく阻害するだけでなく、さらに板幅方向に板上水の量が異なるため、板幅方向に温度差が生じる。一方、鋼板の下部は冷却しても水が溜まらないため、鋼板上面と下面の冷却速度も異なるといった不均一冷却状態となり、結果として冷却後の鋼板形状が悪化するだけでなく、鋼板肉厚方向の材質変化など問題が生じていた。
そこで、この板上水を低減するために、冷却水が熱間圧延鋼板に衝突する面が、円形ではなく楕円形の形状となるフラットスプレーノズルを使用して、衝突後の余分な冷却水を鋼板幅方向に流し、外部へ排出しやすくしていた。
【０００３】
図１０は、特開昭６０−１２１２２９号公報に記載されたフラットスプレーノズル配列を従来技術の一例として示すものである。鋼板幅方向に複数配置されたスプレーノズルを捩ることで板上水の排水性を向上させることが開示されている。
図１０（ａ）は、各ヘッダー毎にフラットスプレーが複数設置され、その噴射形状が同一方向に傾いた配置（以下、平行配置と呼ぶ）を示している。一方、 図１０（ｂ）は、フラットスプレーの拡がり方向を各ヘッダー間中心軸に対して対称に傾ける配置（以下、ハの字配置と呼ぶ）を示している。平行配置は水流が干渉し合って板上水が発生しやすいのに対して、ハの字配置は、それぞれ相対するスプレー間で、流水がほぼ同一方向となるため、お互いの衝突があっても流水が滞留することなく、いずれかの鋼板幅方向に流れ、外部へ排出されやすくなる。
現在、多くの現場で使用されているフラットスプレーは、厚み拡がり角が7°から15°程度、ノズル噴射縦横比率が0.05から0.15程度であり、鋼板への冷却水衝突面が長楕円の形状を呈している。ここでいう厚み拡がり角とはフラットスプレーの厚さ方向の広がり角をいい、ノズル噴射縦横比率とはフラットスプレー形状の厚さＢ（縦）と幅Ａ（横）との比率Ｂ/Ａをいい、図９に示すとおりである。
【０００４】
このフラットスプレーを前述のハの字配置とすることにより、板上水は低減し、余分な冷却水の排水性が向上する。しかしその反面、個々のフラットスプレーから噴射される冷却水は、一般の円錐形状に噴射するスプレーに比べて鋼板への衝突面積が狭く、鋼板表面全体を均一に冷却できないという欠点があった。そこで、フラットスプレーノズルを適用するに当たっては、冷却面積を広くするために、ノズル本数を増やしたり、ノズル先端を鋼板からできるだけ遠ざけたりして冷却することで対応していた。
しかし、ノズル本数を増やすことは、設備費用、保守メンテナンス費用を引き上げることになり、好ましくない。またノズル先端を鋼板から遠ざけ過ぎると、単位面積あたりの冷却能を低下させるだけでなく、冷却水の噴射が、ノズル近辺に設置されているピンチロール等に接触してはみ出してしまうことにもなり、不具合を生じていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６０−１２１２２９号公報
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、ノズル本数を増やしたり、単位面積あたりの冷却能を低下させたりすることなく、排水性に優れた鋼板の均一冷却を実現することができるフラットスプレーノズルを用いた熱間圧延鋼板の冷却方法および冷却装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果、スプレーノズルの縦横噴射比率を特定範囲内とすることによって、ノズル本数を増やしたり、単位面積あたりの冷却能を低下させたりすることなく、排水性に優れた鋼板の均一冷却を実現することができるフラットスプレーノズルを用いた熱間圧延鋼板の冷却方法および冷却装置を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）熱間圧延鋼板の通板方向に対して直角に複数のヘッダーを配設し、該ヘッダーには複数の冷却用フラットスプレーノズルが取り付けられ、隣り合う該ヘッダー毎に前記フラットスプレーの拡がり方向を各ヘッダー間中心軸に対して対称に傾ける熱間圧延鋼板の冷却方法において、ノズル噴射縦横比率が０．２以上、０．４以下の範囲内にある前記フラットスプレーノズルを用いて、前記熱間圧延鋼板に冷却媒体を噴射することを特徴とするフラットスプレーノズルを用いた熱間圧延鋼板の冷却方法。
（２）前記冷却媒体が、空気と水が混合された冷却媒体であることを特徴とする請求項1に記載のフラットスプレーノズルを用いた熱間圧延鋼板の冷却方法。
（３）熱間圧延鋼板の通板方向に対して直角に複数のヘッダーを配設し、該ヘッダーには複数の冷却用フラットスプレーノズルが取り付けられ、隣り合う該ヘッダー毎に前記フラットスプレーの拡がり方向を各ヘッダー間中心軸に対して対称に傾ける熱間圧延鋼板の冷却装置において、ノズル噴射縦横比率が０．２以上、０．４以下の範囲内にある前記フラットスプレーノズルを用いることを特徴とするフラットスプレーノズルを用いた熱間圧延鋼板の冷却装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１乃至図９を用いて詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の実施形態を例示する図である。
図１および図２において、１はフラットスプレーノズル、２はフラットスプレーの噴射形状、３は鋼板、５はピンチロール、６はヘッダーを示す。
熱間圧延を終了した鋼板は走行しながら、まず上下1対から成る前段ピンチロール５に挟まれ、冷却ゾーンを通過する。さらに鋼板が後段のピンチロール５´に挟まれることにより、鋼板に多少の反りや曲がりがあっても、正しい方向に誘導される仕組みになっている。冷却ゾーンには、通板方向に対して直角かつ水平に上側2本、下側2本のヘッダー６が配設されており、さらに、それぞれのヘッダーには複数の冷却用フラットスプレーノズルが直線的に取り付けられており、隣り合う該ヘッダー毎に前記フラットスプレーの拡がり方向を各ヘッダー間中心軸に対して対称に傾けることにより、前述の板上水を排出し易くして鋼板を均一に冷却できるようにしている。
本発明を薄鋼板の冷却に適用する場合には、水圧の影響による鋼板走行中のバタつきや、浮き上がりを防止するため、本実施形態のように、鋼板の上下面を同種のノズルと配置で鋼板に対して面対称に噴射することが好ましい。
一方、厚鋼板の場合には、単位長さ当たりの重量が大きく水圧による通板性の影響を受けにくいため、鋼板の上下面を対称に冷却する必要はなく、表裏面における冷却速度がほぼ同じならば、上面を本発明の冷却方法で冷却し、下面は本発明以外の冷却方法としてもよい。
【０００８】
また、本発明においては、ノズル噴射縦横比率が０．２以上、０．４以下の範囲内にあるフラットスプレーノズルを用いることにより、ノズル本数を増やしたり、単位面積あたりの冷却能を低下させたりすることなく、排水性に優れた鋼板の均一冷却を実現することができ、冷却能力と板上水の排水性とを両立させている。
ここに、ノズル噴射縦横比率とは、前述の図９に示す通り、フラットスプレー形状の厚さＢ（縦）と幅Ａ（横）との比率Ｂ/Ａをいい、ノズル噴射口の縦横比率とほぼ一致する。
また、本発明においては冷却媒体は問わず、通常の水を用いてもよいが、個々のフラットノズル先端の近傍に、高圧空気を供給するための配管をヘッダーからの冷却水配管と合流する形で取り付けることによって、霧吹きの原理で冷却水を細かい粒子状にして、これを鋼板表面にめがけて噴射して、気体と水とが混合した冷却媒体とすることによって、衝撃力を増加させ、板上水の排出性能をさらに向上させることができる。
鋼板を急速かつ低温度域まで冷却する必要がある場合は、以上述べた冷却設備を鋼板の進行方向に沿って直列に複数配置することによって可能となる。
また、上面側と下面側のノズルは、鋼板面を中心に対称に配置されており、鋼板の表裏によって冷却条件の差異が起こらないよう配慮されている。
【０００９】
【実施例】
本発明の冷却方法を下記条件にて実施した結果を以下に例示する。
＜実施条件＞
・水量Qw＝30m³／min
・空気量Qa＝20Nｍ³／h
・気水比（空気／水の重量比）＝0.013
・水量密度W＝0.9m³／min・m²
・ハの字捩り角θ：15°
・鋼板とノズル先端の間隔（ノズル高さ）：150mm
図３に示すように、ノズル直下の位置およびノズル直下からそれぞれ鋼板の長手方向に30mm、60mm、90mm離れた位置での冷却能を噴射縦横比の異なるノズルを用いて測定を行った。鋼板の表面温度に応じた冷却能の特性変化を図４、図５、図６にまとめた。
【００１０】
図４は鋼板温度が600℃の場合の冷却能を表している。いずれの条件の場合も冷却媒体は鋼板表面に直接接触せず、膜沸騰状態となる。ノズル直下の冷却能が最も高く、距離が離れるに従って冷却能が低下する傾向にある。しかしノズル噴射縦横比の違いによる冷却能の変化は認められなかった。
図５は鋼板温度が500℃の場合であって、遷移沸騰状態に該当する。ノズル噴射縦横比が0.2付近を越えると、ノズル直下以外の測定点では冷却能が増加する傾向が見られる。言い換えると、ノズル噴射縦横比が0.20以上であれば、ノズル直下から離れた位置においても、冷却能の減衰が緩和される効果があることを意味している。
【００１１】
図６は鋼板温度が３００℃の場合であって、核沸騰状態に該当する。この温度領域では先に述べた遷移沸騰状態の特徴が更に顕著となる。ノズル直下から３０ｍｍおよび６０ｍｍ離れた位置での測定では、ノズル噴射縦横比が０．２付近を超えると急激に冷却能の改善が見られる。すなわち、ノズル直下における冷却能との差が縮まり、より均一な冷却が可能となる。
その一方で、噴射縦横比が大きくなり過ぎると、冷却媒体の飛び散る指向性は失われ、隣り合うノズル同士から吐出した冷却媒体が干渉し合い排水性が阻害され、板上水が形成されやすくなる。
排水性の良否を評価する尺度として、図７に示すような隣り合ったスプレーノズル間に滞留した板上水高さを用いるものとすると、ノズル縦横比と板上水高さは、図８に示す関係となる。ノズル縦横比が０．４付近を超えると、著しく板上水高さが増加し、もはや鋼板を均一に冷却することが困難な状況となる。
以上述べた通り、本発明の条件に従って、フラットスプレーノズルの噴射縦横比を０．２から０．４の範囲内に設定すれば、より均一な鋼板冷却が実現可能となることが確認された。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、スプレーノズルの縦横噴射比率を特定範囲内とすることによって、ノズル本数を増やしたり、単位面積あたりの冷却能を低下させたりすることなく、排水性に優れた鋼板の均一冷却を実現することができるフラットスプレーノズルを用いた熱間圧延鋼板の冷却方法および冷却装置を提供することができ、鋼板の冷却能力アップと冷却均一化を両立できる上、単位冷却面積あたりのフラットスプレーノズル本数を減らして、設備費用、保守メンテナンス費用を削減できるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示す図である。
【図２】 本発明の実施形態を示す図である。
【図３】 本発明における実施例を示す図である。
【図４】 本発明における膜沸騰領域（６００℃）における冷却能特性を示す図である。
【図５】 本発明における遷移沸騰領域（５００℃）における冷却能特性を示す図である。
【図６】 本発明における核沸騰領域（３００℃）における冷却能特性を示す図である。
【図７】 本発明の板上水の高さを示す図である。
【図８】 本発明のノズル縦横比率と板上水高さとの関係を示す図である。
【図９】 本発明の厚み広がり角とノズル縦横比率とを示す図である。
【図１０】従来の鋼板の冷却方法を示す図である。
【符号の説明】
１・・・フラットスプレーノズル、
２・・・フラットスプレーの噴射形状、
３・・・鋼板、
４・・・冷却媒体の流れ、
５,５´・・・ピンチロール、
６・・・ヘッダー、
８・・・鋼板面上のスプレー衝突形状、９・・・板上水

Claims (3)

1. 熱間圧延鋼板の通板方向に対して直角に複数のヘッダーを配設し、該ヘッダーには複数の冷却用フラットスプレーノズルが取り付けられ、隣り合う該ヘッダー毎に前記フラットスプレーの拡がり方向を各ヘッダー間中心軸に対して対称に傾ける熱間圧延鋼板の冷却方法において、ノズル噴射縦横比率が０．２以上、０．４以下の範囲内にある前記フラットスプレーノズルを用いて、前記熱間圧延鋼板に冷却媒体を噴射することを特徴とするフラットスプレーノズルを用いた熱間圧延鋼板の冷却方法。
2. 前記冷却媒体が、空気と水が混合された冷却媒体であることを特徴とする請求項１に記載のフラットスプレーノズルを用いた熱間圧延鋼板の冷却方法。
3. 熱間圧延鋼板の通板方向に対して直角に複数のヘッダーを配設し、該ヘッダーには複数の冷却用フラットスプレーノズルが取り付けられ、隣り合う該ヘッダー毎に前記フラットスプレーの拡がり方向を各ヘッダー間中心軸に対して対称に傾ける熱間圧延鋼板の冷却装置において、ノズル噴射縦横比率が０．２以上、０．４以下の範囲内にある前記フラットスプレーノズルを用いることを特徴とするフラットスプレーノズルを用いた熱間圧延鋼板の冷却装置。

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