JP4214134B2 - Thick steel plate cooling device - Google Patents
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Description
本発明は、熱間圧延により厚鋼板を製造する際に、仕上圧延した厚鋼板を冷却する場合に適用される厚鋼板の冷却装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thick steel plate cooling apparatus applied when cooling a finish-rolled thick steel plate when producing a thick steel plate by hot rolling.
熱間圧延により厚鋼板を製造する際に、機械的性質に優れ均一な材質特性および形状特性を有する厚鋼板を得るために、通常、仕上圧延後の厚鋼板を拘束ロール間で拘束して通板しながら、その上面側と下面側に冷却水を噴射し、厚鋼板の板幅方向の温度分布および板厚方向で温度分布の対称性が安定確保されるように、厚鋼板の両面を冷却することが行われている。
このような冷却に関しては、例えば、特許文献1に、図9に示すように、上ロール5aと下ロール5bからなる拘束ロール51、52間で拘束して通板する鋼板6の上面側に配置した鋼板幅方向に長いノズル11からなるノズル列11sを配置し、下面側に、上面側のノズル列11sより多いノズル12からなるノズル列12sを配置して、ノズル列11sとノズル列12sから冷却水wを注水し鋼板6を両面から冷却することが開示されている。
この特許文献1の冷却の場合、上面側のノズル列11sと下面側のノズル列12sは、拘束ロール51、52間で鋼板6に対して冷却水wが衝突を開始する鋼板長さ方向の位置を、鋼板6の上面側と下面側で一致させるように配置して、鋼板6の冷却過程における鋼板6上下面の各微小部における温度の経時変化が、鋼板6の厚さ中心面を対称面として同一(対称)になる冷却を意図するものである。ここで用いる上面側のノズル列11sが、鋼板幅方向に長い1列の長い1列のスリットノズルで構成され、下面側のノズル列12sが、スリットノズル、スプレーノズル、円管ラミナーノズル、導管付き円管噴流ノズル、または多孔ノズルのいずれかで構成されるとの記載がある。
When producing a thick steel plate by hot rolling, in order to obtain a thick steel plate having excellent mechanical properties and uniform material properties and shape properties, the thick steel plate after finish rolling is usually restrained between restraining rolls. While cooling, both sides of the thick steel plate are cooled so that the temperature distribution in the plate width direction of the thick steel plate and the symmetry of the temperature distribution in the plate thickness direction are stably secured. To be done.
Regarding such cooling, for example, in
In the cooling of this
特許文献1の冷却では、その実施例に記載されるように、上面側に1列のスリットノズル列を配置し、下面側にスリットノズル、導管付き円管噴流ノズルや円管ラミナーノズルなどを広い領域に対して複数列配置し、上面側のノズル列に相対する位置、板上水存在領域に関係なく鋼板の下面側の全領域に対して、冷却水wを一様に注水するようにしている。
ここで、鋼板の冷却過程における鋼板上下面の温度の経時変化を、鋼板厚さ中心面を対称面として同一(対称)にする必要があるが、鋼板の上面側では、ノズルからの水噴流が衝突する部分と、板上水が流れる部分が存在する。
この水噴流の衝突部分は冷却能力が大きく、かつ安定しているが、板上水部分は冷却能力が小さい。これは、水噴流が垂直方向から衝突する場合と、鋼板に沿って平行に流れる場合では、鋼板に対する冷却能力が異なることによる。鋼板下面側では、板上水のような不安定要因はないため、冷却が均一に行なわれるものの、鋼板上面側では冷却能力分布が存在するため、鋼板の上面側と下面側からバランスよく冷却することが難しい。そのため、鋼板の上面側と下面側の温度の対称性を十分に確保できない場合があり、鋼板の平坦度および材質の均一化を安定的に確保することが難しいという問題がある。
In the cooling of
Here, it is necessary to make the time-dependent change of the temperature of the upper and lower surfaces of the steel plate during the cooling process of the steel plate the same (symmetric) with the steel plate thickness center plane as the symmetry plane, but on the upper surface side of the steel plate, the water jet from the nozzle There are parts that collide and parts where water on the plate flows.
The impinging part of this water jet has a large cooling capacity and is stable, but the on-board water part has a small cooling capacity. This is because the cooling capacity for the steel sheet is different between when the water jet collides from the vertical direction and when the water jet flows in parallel along the steel sheet. On the lower surface side of the steel plate, there is no instability like water on the plate, so cooling is performed uniformly, but since there is a cooling capacity distribution on the upper surface side of the steel plate, cooling is performed with good balance from the upper surface side and the lower surface side of the steel plate. It is difficult. For this reason, there may be a case where sufficient temperature symmetry between the upper surface side and the lower surface side of the steel plate cannot be ensured, and there is a problem that it is difficult to stably ensure flatness and material uniformity of the steel plate.
このような問題の解消を意図した冷却方法として、特許文献2に、図10に示すように、拘束ロール51、52間で、高温状態の厚鋼板を噛み込んで搬送(通板)しながら、拘束ロール51、52間で厚鋼板上下面に注水する場合に、上面側と下面側に相対するように位置を合わせて配置した、1列以上の上面側注水ノズル列(ここでは131〜136)および下面側注水ノズル列(ここでは141〜146)から注水することが開示されている。
この特許文献2の冷却の場合、下面側の注水ノズル列により形成される厚鋼板面上の水噴流衝突部の総面積が、拘束ロール51、52間領域(略中心間距離L領域)の鋼板面積の60%以上を占めるように注水することにより、厚鋼板6の上下面を効率的に、かつバランスよく冷却して、厚鋼板6の上面側と下面側の温度の対称性を確保し、厚鋼板6の平坦度の向上と材質の均一化を図るものである。
しかし、上面側と下面側に相対するように位置を合わせて配置した注水ノズル列からの水流衝突部の面積を、拘束ロール51、52間の厚鋼板面積の60%以上にするためには、特に上面側においては、大きい拘束ロール51、52間の厚鋼板面積を水流衝突面で実質的に埋める場合を含むことになり、衝突した冷却水を排出する流れと、噴流が干渉して対流する干渉対流部が厚鋼板の幅方向で不均一に発生し、冷却効率の低下と冷却の不均一を生じるという懸念がある。
また、特許文献2でいう60%以上を確保するためには、例えば図11に示すように、横線部を水の衝突噴流で全て埋めるとともに、拘束ロール5と厚鋼板6の斜線部領域まで水噴流を衝突させる必要がある。そのために、拘束ロール5と厚鋼板6に挟まれた空間に水噴流を斜めに噴射する必要があり、多くの注水ノズルを斜め吹きできる複雑な装置が必要で機器製作上の費用が嵩むという問題もある。
In the case of the cooling of
However, in order to make the area of the water flow collision part from the water injection nozzle row arranged so as to face the upper surface side and the lower surface side to be 60% or more of the thick steel plate area between the
Further, in order to secure 60% or more as referred to in
本発明は、上記従来の冷却方法での課題を有利に解決して、搬送(通板)中の厚鋼板を噛み込んだ拘束ロール対間で厚鋼板の上下面をスプレーノズルからの水噴流により冷却する場合に、厚鋼板の上下面を効率的に冷却して、上下面の温度の対称性、板幅方向の温度の均一性を確保し厚鋼板の平坦度の向上と材質の均一化を図れる厚鋼板の冷却装置を提供するものである。 The present invention advantageously solves the above-described problems in the conventional cooling method, and the upper and lower surfaces of the thick steel plate are sprayed by a water jet from a spray nozzle between a pair of restraining rolls that have bitten the thick steel plate being conveyed (through plate). When cooling, the upper and lower surfaces of the thick steel plate are efficiently cooled to ensure the symmetry of the temperature of the upper and lower surfaces and the uniformity of the temperature in the plate width direction to improve the flatness of the steel plate and make the material uniform. The present invention provides a cooling apparatus for thick steel plates.
本発明の厚鋼板の冷却装置は、厚鋼板の均一冷却(特に上下面の均一冷却)を効率的に実現するために、以下の(1)〜(4)の構成を要旨とする。
(1) 熱間圧延された厚鋼板を拘束して通板する上ロールと下ロールからなる複数対の拘束ロールと、通板方向の前後で隣り合う各拘束ロール対間を通板する厚鋼板の上・下面に水を噴射する複数のスプレーノズルを有する上面側ノズルボックスと下面側ノズルボックスを備えた厚鋼板の冷却装置であって、上面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の噴流衝突部の衝突圧力が2kPa以上の部位の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域の鋼板表面積の4%〜90%の範囲内で、下面側のノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の噴流衝突部の衝突圧力が2kPa以上の部位の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域の鋼板表面積の4%〜100%の範囲内になるように各スプレーノズルを配置したことを特徴とする厚鋼板の冷却装置。
(2) (1)において、上面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の噴流衝突部の衝突圧力が2kPa以上の部位の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、下面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の噴流衝突部の衝突圧力が2kPa以上の部位の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和の4%〜100%の範囲内になるように上面側ノズルボックスおよび下面側ノズルボックスに各スプレーノズルを配置したことを特徴とする厚鋼板の冷却装置。
(3) (1)または(2)において、上面側のノズルボックスに配置されるスプレーノズルが、フラットスプレーノズル、フルコーンスプレーノズル、楕円型スプレーノズル、長円型スプレーノズル、多孔柱状スプレーノズルのいずれか1種または複数種からなり、下面側のノズルボックスに配置されるスプレーノズルが、フラットスプレーノズル、フルコーンスプレーノズル、楕円型スプレーノズル、長円型ノズルのいずれか1種または複数種からなることを特徴とする厚鋼板の冷却装置。
(4) (1)〜(3)のいずれかにおいて、スプレーノズルが、水と空気を混合噴射可能な構造を有することを特徴とする厚鋼板の冷却装置。
The apparatus for cooling a thick steel plate according to the present invention has the following configurations (1) to (4) in order to efficiently realize uniform cooling of the thick steel plate (particularly uniform cooling of the upper and lower surfaces).
(1) A plurality of pairs of restraining rolls composed of an upper roll and a lower roll for restraining and passing a hot-rolled thick steel sheet, and a thick steel sheet for passing between each pair of restraining rolls adjacent in the front and rear directions in the threading direction. a cooling device thick steel plate having a top side nozzle box and the lower surface side nozzle box having a plurality of spray nozzles for spraying water to the upper and lower surface of the water jets from the spray nozzles of the upper surface nozzle box jet The total area of the collision surface with the thick steel plate surface where the collision pressure of the collision portion is 2 kPa or more is 4% to the surface area of the steel plate in the distance between the roll outer peripheral surfaces (La) in the closest distance between the pair of restraining rolls. Within 90% of the range, the total area of the collision surface with the thick steel plate surface where the collision pressure of the jet collision part of the water jet from each spray nozzle of the nozzle box on the lower surface side is 2 kPa or more is Nearest distance A thick steel plate cooling apparatus in which each spray nozzle is disposed so as to fall within a range of 4% to 100% of the steel plate surface area in the distance between the outer peripheral surfaces of the rolls (La).
(2) In (1), the total area of the collision surface with the thick steel plate surface where the collision pressure of the jet collision portion of the water jet from each spray nozzle of the upper surface side nozzle box is 2 kPa or more is the lower surface side nozzle box. A nozzle box on the upper surface side so that the collision pressure of the jet collision part of the water jet from each of the spray nozzles is within the range of 4% to 100% of the total area of the collision surface with the thick steel plate surface at the site of 2 kPa or more A cooling apparatus for thick steel plates, wherein each spray nozzle is arranged in a lower surface side nozzle box.
(3) In (1) or (2), the spray nozzle arranged in the nozzle box on the upper surface side is a flat spray nozzle, a full cone spray nozzle, an elliptical spray nozzle, an oval spray nozzle, or a porous columnar spray nozzle. The spray nozzle that is composed of any one or a plurality of types and is arranged in the nozzle box on the lower surface side is a flat spray nozzle, a full cone spray nozzle, an elliptical spray nozzle, or an oval type nozzle. A thick steel plate cooling device.
(4) The thick steel plate cooling apparatus according to any one of (1) to (3), wherein the spray nozzle has a structure capable of mixing and injecting water and air.
本発明では、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域の鋼板表面積に対する水噴流の噴流衝突部の衝突圧力が2kPa以上の部位の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和の割合(%)を、厚鋼板の上面側と下面側で規定範囲内で選択することにより、厚鋼板上での衝突水流の滞留部の不均一な発生を抑制して冷却効率を安定確保し、冷却後の厚鋼板の温度の均一化(特に上・下面の温度の対称性の確保)を図ることができ、厚鋼板の平坦度を向上させることができるので、冷間矯正や精整コストの節減ができる。
また、残留応力も低減させることができ、鋼板加工時の変形を抑制して加工精度を容易に安定確保できる。また、材質の均一化の確保も容易になる。
さらに、厚鋼板の上面側に対する水噴流の噴流衝突部の衝突圧力が2kPa以上の部位の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和と、下面側に対する水噴流の噴流衝突部の衝突圧力が2kPa以上の部位の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和との割合(%)を規定範囲内で選択することにより、板上水の影響を考慮して厚鋼板の上・下面の温度の対称性をさらに安定的に確保して上記効果をさらに確実なものにすることができる。
また、スプレーノズルを、水と空気を同時混合噴射できるような構造にすることにより、水量の調整範囲が広く、また、水噴流の衝突力も調整しやすいので、冷却制御範囲を広くすることができ、水量を少なくした場合に水噴流の厚鋼板への衝突力が弱くなるという現象の緩和でき、所望の冷却能力を安定確保することが容易になるなどの効果もある。
In the present invention, the collision surface of the surface of the thick steel plate where the collision pressure of the jet collision portion of the water jet with respect to the steel plate surface area in the distance between the outer peripheral surfaces of the rolls (La) which is the closest distance between the pair of restraining rolls is 2 kPa or more . By selecting the ratio (%) of the total area within the specified range on the upper surface side and lower surface side of the thick steel plate, it is possible to suppress uneven generation of the stagnant portion of the impinging water flow on the thick steel plate and to improve the cooling efficiency. It is possible to ensure stability, to make the temperature of the steel plate after cooling uniform (particularly to ensure the symmetry of the upper and lower surface temperatures), and to improve the flatness of the steel plate. Refinement costs can be reduced.
In addition, residual stress can be reduced, and deformation during steel plate processing can be suppressed to ensure stable processing accuracy easily. In addition, it is easy to ensure uniform material.
Furthermore, the sum of the areas of the collision surface of the water jet against the upper surface side of the thick steel plate and the surface of the collision with the thick steel plate surface at the portion where the collision pressure of the water jet flow is 2 kPa or more, and the collision pressure of the jet collision portion of the water jet against the lower surface side is 2 kPa. By selecting the ratio (%) of the area of the collision surface with the thick steel plate surface in the above part within the specified range, the temperature of the upper and lower surfaces of the thick steel plate is symmetrical in consideration of the influence of water on the plate. The above-mentioned effect can be further ensured by ensuring the stability more stably.
In addition, by making the spray nozzle so that water and air can be mixed and injected simultaneously, the adjustment range of the water amount is wide, and the collision force of the water jet is easy to adjust, so the cooling control range can be widened. Further, when the amount of water is reduced, the phenomenon that the collision force of the water jet against the thick steel plate becomes weak can be alleviated, and there is an effect that it is easy to stably secure a desired cooling capacity.
本発明は、熱間圧延後の温度が700〜950℃程度で厚みが3〜150mm程度の厚鋼板を冷却対象とし、主として仕上圧延後、厚鋼板の上面側と下面側に対してスプレーノズルからの水(例えば水、または水と空気の混合体などの冷却媒体で、本発明では「水」という。)噴流によって冷却を行う場合に適用されるものである。
熱間圧延された高温の厚鋼板を搬送(通板)しながら冷却する場合には、一般には厚鋼板をスプレーノズルからの水噴流によって冷却する。この際に単位面積当たり水噴流密度と噴流衝突点密度を増加すれば冷却能力が増加することは、よく知られていることである。しかし、水が高温の厚鋼板に接したときに沸騰現象を起こすために、厚鋼板の温度領域によっては、上記のように水噴流量、水噴流衝突点密度を増加させても正比例的に冷却能力が増加しない場合がある。
例えば、厚鋼板上面側においては、各スプレーノズルから大量の水噴流を衝突させた場合、水噴流衝突点領域は冷却されるが、衝突後に板上水となった冷却水は、この冷却水と厚鋼板間に発生する水蒸気の存在もあり、冷却に充分寄与しないで排出される懸念がある。また板上水が多い場合には、各スプレーノズルからの水噴流が厚鋼板表面に充分に到達できず、充分な冷却効率が得られない。
一方、厚鋼板の下面側においては、各スプレーノズルから大量の水噴流を衝突させた場合、水噴流衝突点領域は冷却されるが、衝突後の冷却水は、重力と高温厚鋼板表面に発生した水蒸気により厚鋼板から離脱し冷却に寄与しないため、充分な冷却効率が得られない場合がある。
The present invention is intended to cool a thick steel plate having a temperature after hot rolling of about 700 to 950 ° C. and a thickness of about 3 to 150 mm, mainly from the spray nozzle to the upper surface side and the lower surface side of the thick steel plate after finish rolling. This is applied when cooling is performed by a jet of water (for example, a cooling medium such as water or a mixture of water and air, which is referred to as “water” in the present invention).
When cooling hot-rolled hot steel plates while conveying (passing) them, the steel plates are generally cooled by a water jet from a spray nozzle. In this case, it is well known that the cooling capacity increases if the water jet density and jet collision point density per unit area are increased. However, in order to cause a boiling phenomenon when water comes into contact with a hot steel plate, depending on the temperature range of the steel plate, even if the water jet flow rate and the water jet collision point density are increased as described above, The ability may not increase.
For example, on the thick steel plate upper surface side, when a large amount of water jets collide from each spray nozzle, the water jet collision point area is cooled, but the cooling water that has become the plate water after the collision is There is also the presence of water vapor generated between the thick steel plates, and there is a concern that they will be discharged without contributing sufficiently to cooling. In addition, when there is a large amount of water on the plate, the water jet from each spray nozzle cannot sufficiently reach the surface of the thick steel plate, and sufficient cooling efficiency cannot be obtained.
On the other hand, on the lower surface side of the thick steel plate, when a large amount of water jets collide from each spray nozzle, the water jet collision point area is cooled, but the cooling water after the collision is generated on the surface of gravity and the high temperature thick steel plate. Since it is separated from the thick steel plate by the steam and does not contribute to cooling, sufficient cooling efficiency may not be obtained.
本発明では、このような現象を、厚鋼板表面の一定の面積領域で水噴流を厚鋼板表面に効率的に到達させることにより緩和して、十分な冷却能力を安定確保して冷却効率を高め、特に厚鋼板上下面の温度の対称性を安定確保するものである。
基本的には、厚鋼板の上面側では、冷却効率を低下させることもある板上水(板上に沿って流れる水流、本発明では「板上水」という。)による干渉対流部の発生を抑制するために、拘束ロールの半径領域には、水噴流を衝突させないようにして、厚鋼板上での板上水による干渉対流部の不均一な発生を抑制し、冷却能の高い水噴流を厚鋼板表面に十分に到達させて、冷却効率を安定確保し安定的な冷却を実現可能にするものである。
厚鋼板の下面側では、厚鋼板上・下面側での均一冷却を安定的に実現可能にするために、厚鋼板上面側の冷却能力に応じた冷却能力を確保するように、水噴流を厚鋼板下面側に衝突させ、上面側と下面側の冷却能力をバランスさせるものである。下面側の場合には、上面側のように板上水による冷却がないことから、厚鋼板表面の一定の面積領域での水噴流の衝突面積を大きくすることが有効である。
In the present invention, such a phenomenon is mitigated by efficiently allowing the water jet to reach the surface of the thick steel plate in a certain area of the surface of the thick steel plate, thereby ensuring sufficient cooling capacity and increasing the cooling efficiency. In particular, the temperature symmetry of the upper and lower surfaces of the thick steel plate is ensured stably.
Basically, on the upper surface side of the thick steel plate, the occurrence of interference convection due to the water on the plate (the water flow flowing along the plate, which is called “water on the plate” in the present invention) may reduce the cooling efficiency. In order to suppress this, the water jet is prevented from colliding with the radial region of the restraining roll, and the occurrence of interference convection due to the surface water on the thick steel plate is suppressed, and a water jet with high cooling capacity is provided. By sufficiently reaching the surface of the thick steel plate, stable cooling efficiency can be secured and stable cooling can be realized.
On the lower surface side of the thick steel plate, in order to stably realize uniform cooling on the upper and lower surface sides of the thick steel plate, the water jet is thickened so as to ensure the cooling capacity according to the cooling capacity on the upper surface side of the thick steel plate. It is made to collide with the steel plate lower surface side, and the cooling capacity of the upper surface side and the lower surface side is balanced. In the case of the lower surface side, there is no cooling by the water on the plate unlike the upper surface side, so it is effective to increase the collision area of the water jet in a certain area region on the surface of the thick steel plate.
本発明は、具体的には、上ロールと下ロールからなる複数の拘束ロール対間で、高温状態の厚鋼板を拘束して搬送しながら、厚鋼板の上下面に水を噴射して厚鋼板を冷却する冷却装置において、厚鋼板の上面側と下面側に、それぞれ、多数のスプレーノズルを配置したノズルボックスを、各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域の鋼板表面積に対して、上面側では4%〜90%の範囲内、下面側では4%〜100%の範囲内になるように配置するものである。
なお、ここで噴流衝突部とは、噴流の衝突圧力が2kPa以上の部分と定義する。特に、上面側では板上水が滞留した状態でこの値以上の圧力が必要であり、これを下回ると高温鋼板上の沸騰により生じた蒸気膜を噴流が貫通して鋼板に到達できず、十分な冷却能力を得ることができない。たとえば、図12に示すようにノズル種類が異なると同じノズル入口圧力と水量でも衝突圧力分布が大きく変化する場合があり、その際の冷却能力は、2kPa以下で急激に低下する傾向がある。
上面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域の鋼板表面積の4%未満では、水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積が十分ではなく、充分な冷却能力を確保できない。また、90%超では、水流の干渉対流部が不均一に発生し、冷却能の高い水噴流が板上水によって厚鋼板表面に衝突しないで冷却に充分に寄与しないまま厚鋼板に沿って排出される水流が増加し、冷却効率の低下とともに冷却の不均一を生じやすい。なお、衝突面積が4〜30%では、板上水による冷却の比率が多いために冷却能力がやや低く、水量を変化させて冷却能力を調整する場合に水量の変化に対して冷却能の変化が一定でなく調整がやや難しくなる。しかしながら、噴流領域が小さいため、仕様動力は小さく冷却効率は良好である。また、衝突面積が80〜90%では、冷却能力は衝突面積の増加とともに大きくなるものの板上水の流れの滞留部が発生し始め、幅方向の均一性がやや劣るという短所がある。したがって、上面側の面積率としては30〜80%がより望ましい。衝突面積が30%以上になると、板上水の領域を衝突噴流により十分攪拌できるようになるために、水量調節時でも水量の変化に応じて冷却能力が決まるようになる。
下面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和については、基本的には、上面側の冷却能力とバランスするように設定するものであるが、ノズルボックスの鋼板表面積の4%未満では、水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積が十分ではなく、充分な冷却能力を確保できない。なお、冷却能力は衝突面積の増加とともに向上するので衝突面積率は高いほうが望ましい。しかし、95%を超えると噴流間の干渉が発生し始め、均一性が低下するため、95%以下が望ましい。しかし、下面側の場合には上面側ほどの均一性の低下はないので、衝突面積が100%であってもよい。(請求項1の形態例に相当)。
Specifically, the present invention provides a thick steel plate by injecting water onto the upper and lower surfaces of a thick steel plate while restraining and transporting the thick steel plate in a high temperature state between a plurality of constraining roll pairs consisting of an upper roll and a lower roll. In the cooling device that cools the steel plate, a nozzle box in which a large number of spray nozzles are arranged on the upper surface side and the lower surface side of the thick steel plate, respectively, and the total area of the collision surface with the thick steel plate surface of the water jet from each spray nozzle is , Within the range of 4% to 90% on the upper surface side and within the range of 4% to 100% on the lower surface side with respect to the steel plate surface area in the distance between the outer peripheral surfaces of the rolls (La) in the closest distance between the pair of restraining rolls It arranges to become.
Here, the jet collision portion is defined as a portion where the jet collision pressure is 2 kPa or more. In particular, on the upper surface side, the pressure above this value is necessary in the state where the water on the plate stays, and below this value, the jet cannot penetrate the vapor film generated by boiling on the high-temperature steel plate and reach the steel plate. Can not get a good cooling capacity. For example, as shown in FIG. 12, when the nozzle types are different, the collision pressure distribution may change greatly even with the same nozzle inlet pressure and water amount, and the cooling capacity at that time tends to rapidly decrease below 2 kPa.
The total surface area of the impinging surface of the water jet from each spray nozzle of the upper surface side nozzle box with the surface of the thick steel plate is 4 of the steel plate surface area in the distance between the outer circumferential surfaces of the rolls (La). If it is less than%, the area of the collision surface with the thick steel plate surface of the water jet is not sufficient, and sufficient cooling capacity cannot be ensured. Further, if it exceeds 90%, the interference convection part of the water flow is generated unevenly, and the water jet with high cooling ability does not collide with the surface of the thick steel plate by the water on the plate and is discharged along the thick steel plate without sufficiently contributing to the cooling. The increased water flow tends to cause uneven cooling as the cooling efficiency decreases. In addition, when the collision area is 4 to 30%, the cooling rate is slightly low because the ratio of cooling by water on the plate is large, and when the cooling capacity is adjusted by changing the water volume, the change in cooling capacity with respect to the change in water volume Is not constant and adjustment is a little difficult. However, since the jet region is small, the specification power is small and the cooling efficiency is good. On the other hand, when the collision area is 80 to 90%, the cooling capacity increases with an increase in the collision area, but a stagnant portion of the flow of water on the plate starts to occur, and the uniformity in the width direction is slightly inferior. Therefore, the area ratio on the upper surface side is more preferably 30 to 80%. When the collision area is 30% or more, the water on the plate can be sufficiently stirred by the collision jet, so that the cooling capacity is determined according to the change in the water amount even when adjusting the water amount.
The total area of the collision surface of the water jet from each spray nozzle of the lower surface side nozzle box with the thick steel plate surface is basically set to balance with the cooling capacity on the upper surface side. If it is less than 4% of the steel plate surface area of the box, the area of the collision surface with the thick steel plate surface of the water jet is not sufficient, and sufficient cooling capacity cannot be secured. In addition, since the cooling capacity improves as the collision area increases, it is desirable that the collision area ratio is high. However, if it exceeds 95%, interference between jets starts to occur and the uniformity is lowered, so 95% or less is desirable. However, in the case of the lower surface side, the uniformity does not decrease as much as the upper surface side, so the collision area may be 100%. (Corresponding to the embodiment of claim 1).
厚鋼板の上面側と下面側間では、上面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、下面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和の4%〜100%の範囲内になるように、上面側ノズルボックスおよび下面側ノズルボックスに各スプレーノズルを配置することが好ましい。
上面側では、板上水による冷却効果があるので、各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和は、下面側の各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和よりも小さくして、上面側と下面側の冷却能力バランスを確保することが可能であるが、上面側の水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、下面の衝突面積の4%未満では、上面側の冷却能力が小さ過ぎ、上面側と下面側の冷却能力バランスを確保することが難しくなる。また、30%以下では、下面に比較して板上水により冷却される領域が大きく、水量調節時の冷却能力変化の予測が難しく上下の冷却能力のバランス調節がやや難しい。また、100%超では、上面側の冷却能力が大き過ぎ、上面側と下面側の冷却能力バランスを確保することが難しくなる。したがって、上面側の衝突面積率は下面側衝突面積率の30〜100%が望ましい。
下面側では、上面側のように板上水の影響は受けないので、水噴流の衝突面の面積の総和は、上面側との冷却能力がバランスするように、スプレーノズルを選択し配置する。(請求項2の形態例に相当)。
Between the upper surface side and the lower surface side of the thick steel plate, the total area of the collision surface of the water jet from each spray nozzle of the upper surface side nozzle box with the surface of the thick steel plate is the water jet flow from each spray nozzle of the lower surface side nozzle box. It is preferable to arrange each spray nozzle in the upper surface side nozzle box and the lower surface side nozzle box so as to be within the range of 4% to 100% of the total area of the collision surface with the steel plate surface.
On the upper surface side, there is a cooling effect by the water on the plate, so the total area of the collision surface with the thick steel plate surface of the water jet from each spray nozzle is the same as the thick steel plate surface of the water jet from each spray nozzle on the lower surface side. It is possible to secure a balance between the cooling capacity on the upper surface side and the lower surface side, but the total area of the collision surface with the thick steel plate surface of the water jet on the upper surface side is smaller. If the collision area of the lower surface is less than 4%, the cooling capacity on the upper surface side is too small, and it becomes difficult to ensure a balance between the cooling capacity on the upper surface side and the lower surface side. In addition, if it is 30% or less, the area cooled by the water on the plate is larger than the lower surface, and it is difficult to predict the change in cooling capacity when adjusting the amount of water, and it is somewhat difficult to adjust the balance between the upper and lower cooling capacity. Further, if it exceeds 100%, the cooling capacity on the upper surface side is too large, and it becomes difficult to ensure a balance between the cooling capacity on the upper surface side and the lower surface side. Therefore, the collision area ratio on the upper surface side is desirably 30 to 100% of the collision area ratio on the lower surface side.
Since the lower surface side is not affected by water on the plate unlike the upper surface side, the spray nozzles are selected and arranged so that the total area of the impinging surfaces of the water jets balances the cooling capacity with the upper surface side. (Corresponding to the embodiment of claim 2).
なお、上記特許文献2に、厚鋼板面上の水噴流衝突部が、拘束ロール間領域の鋼板面積の60%以上を占めるように注水することが開示されているが、この60%以上は、本発明で上面側で規定する「拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域の厚鋼板面積に対する水噴流衝突部の総面積4%〜90%の範囲外である。
例えば、拘束ロール径が350mm、拘束ロール対間距離1050mmの場合を例にとれば、特許文献2でいう拘束ロール中心間距離(L)は1050mmであるのに対して、本発明でいう「拘束ロール対間で最も近い距離にある外周面間」距離(La)は700mmである。したがって、特許文献2でいう60%以上とは、1050mm領域の厚鋼板の面積の60%以上を意味しており、本発明の700mm領域の厚鋼板の面積に換算すると、90%以上に相当し、本発明の目的を十分に達成することは難しくなる条件である。
In addition, in
For example, in the case where the diameter of the restraint roll is 350 mm and the distance between the restraint rolls is 1050 mm, the distance (L) between the restraint roll centers in
厚鋼板の上面側を冷却する場合には、板上水による冷却効果があるため、水噴流衝突面で厚鋼板面を完全にカバーする必要はない。しかし、板上水は噴射された水噴流の減衰を生じさせ、この水噴流の厚鋼板表面への到達を阻害し冷却能力を低下させる懸念があるため、水噴流の広がりを狭くするなどの配慮が必要である。そこで、上面側のノズルボックスに配置されるスプレーノズルとしては、水噴流の広がり角度を0〜100度としたフラットスプレーノズル、楕円型スプレーノズル、長円型スプレーノズル、水噴流の広がり角度を0〜40度としたフルコーンスプレーノズル、あるいは多孔柱状スプレーノズルから選択使用し、水噴流の厚鋼板表面への到達力を大きくすることが有効である。
厚鋼板の下面側を冷却する場合には、冷却に寄与するのは、基本的には水噴流の衝突面のみであることから、下面側のノズルボックスに配置されるスプレーノズルとしては、上面側のノズルボックスで用いる多孔柱状スプレーノズルは水噴流の衝突面積を大きくする際には不利であるので用いない。すなわち、水噴流の広がり角度を0〜100度としたフラットスプレーノズル、楕円型スプレーノズル、長円型スプレーノズル、水噴流の広がり角度を0〜40度としたフルコーンスプレーノズルから選択使用し、水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積を大きくすることが有効である場合が多い。
When cooling the upper surface side of the thick steel plate, there is a cooling effect by the water on the plate, and therefore it is not necessary to completely cover the thick steel plate surface with the water jet impingement surface. However, because the water on the plate causes the attenuation of the injected water jet, and there is a concern that this water jet may reach the surface of the thick steel plate and reduce the cooling capacity. is required. Therefore, as the spray nozzles arranged in the nozzle box on the upper surface side, a flat spray nozzle, an elliptical spray nozzle, an oval spray nozzle, a water jet spreading angle of 0 to 100 degrees with a water jet spreading angle of 0 to 100 degrees. It is effective to select and use a full cone spray nozzle or a porous columnar spray nozzle set to -40 degrees to increase the reaching force of the water jet to the surface of the thick steel plate.
When cooling the lower surface side of a thick steel plate, it is basically only the collision surface of the water jet that contributes to cooling, so the spray nozzle placed in the nozzle box on the lower surface side is the upper surface side. The perforated columnar spray nozzle used in this nozzle box is not used because it is disadvantageous when increasing the collision area of the water jet. That is, a flat spray nozzle having a water jet spread angle of 0 to 100 degrees, an elliptical spray nozzle, an oval spray nozzle, and a full cone spray nozzle having a water jet spread angle of 0 to 40 degrees are selectively used. It is often effective to increase the area of the collision surface of the water jet with the steel plate surface.
なお、本発明で使用する各スプレーノズルは、複数種組み合わせ使用することもでき、上・下面側で同じ種類のものを対応させて配置することは必須要件ではない。例えば、搬送方向の最初の一列にフラットスプレーノズルを配置し、その後に複数のフルコーンスプレーノズル列を配置した場合では、フラットノズルで厚鋼板の幅方向の均一性と厚鋼板表面の急冷を行い、その後フルコーンノズルで均一性を確保しつつ、水噴流の衝突面積を大きくして、冷却能力を向上させるという考え方である。
なお、冷却に際して、表面温度を低下させてから冷却を行うことは、厚鋼板の冷却時の水の沸騰形態が膜沸騰・遷移沸騰領域から始まる場合に有利である。これは、一般に水で冷却を行う場合、厚鋼板表面温度と冷却能力(学術用語では熱流束などと称する)の関係では、熱流束はアルファベットのNに似た形をしており、厚鋼板の表面温度が低下するとともに、冷却能力が向上する温度領域があることに起因している。このため、厚鋼板表面温度を低下させた方が冷却能力が高くなるのである。
In addition, each spray nozzle used by this invention can also be used in combination of multiple types, and it is not an essential requirement to arrange the same types corresponding to the upper and lower surfaces. For example, when a flat spray nozzle is placed in the first row in the transport direction and multiple full cone spray nozzle rows are placed after that, the flat nozzle performs uniformity in the width direction of the steel plate and quenches the steel plate surface. Then, while ensuring uniformity with a full cone nozzle, the idea is to increase the collision area of the water jet and improve the cooling capacity.
In cooling, it is advantageous to perform cooling after lowering the surface temperature when the boiling form of water at the time of cooling the thick steel plate starts from the film boiling / transition boiling region. Generally, when cooling with water, the heat flux has a shape similar to the letter N in the relationship between the surface temperature of the steel plate and the cooling capacity (referred to as heat flux in scientific terms). This is due to the fact that there is a temperature region in which the cooling temperature is improved as the surface temperature decreases. For this reason, the cooling capacity becomes higher when the steel plate surface temperature is lowered.
このような冷却をフラットスプレーノズルだけで行う場合、厚鋼板表面温度を低下させた後、水噴流の衝突面積を大きくするためにはノズル数が多くなり不利である。また、フルコーンスプレーノズルとフラットスプレーノズルは、ノズルの水量が同じとしても、衝突面積が異なり、衝突面での水量密度はフラットスプレーノズルの方が設計上大きくしやすく、冷却能力の局所的拡大には有利である。このように、ノズルの特性を考慮してスプレーノズルを組み合わせた設計をすることが可能であり、有利な場合がある。
また、各スプレーノズルとその配置は、厚鋼板条件、圧延条件、圧延工程で求められる温度、形状条件に応じて予め設定された冷却条件に応じて決められるものであるが、厚鋼板の温度変動、冷却温度変動があるため、水流密度範囲を制御できるようにすることが好ましい。そのために、制御精度を確保しやすいスプレーノズルと配置を選択するとともに、温度計流量計などのセンサー、水量制御装置を配置することを考慮する。(請求項3の形態例に相当)。
When such cooling is performed only with a flat spray nozzle, it is disadvantageous to increase the number of nozzles in order to increase the collision area of the water jet after lowering the surface temperature of the thick steel plate. In addition, the full cone spray nozzle and the flat spray nozzle have different collision areas even if the nozzles have the same amount of water, and the flat spray nozzle is easier to design in terms of the water amount density at the collision surface, and the cooling capacity is locally expanded. Is advantageous. Thus, it is possible to design a combination of spray nozzles in consideration of nozzle characteristics, which may be advantageous.
In addition, each spray nozzle and its arrangement are determined according to the steel plate conditions, rolling conditions, the temperature required in the rolling process, and the cooling conditions set in advance according to the shape conditions. Since the cooling temperature varies, it is preferable to be able to control the water flow density range. Therefore, it is considered to select a spray nozzle and an arrangement that can ensure control accuracy, and to arrange a sensor such as a thermometer flow meter and a water amount control device. (Corresponding to the embodiment of claim 3).
また、各スプレーノズルを、水と空気を同時混合噴射できるような構造を有する二流体スプレーノズルとすることもできる。二流体スプレーノズルとした場合、水量の調整範囲が広く、また、水噴流の衝突力も調整しやすいので、冷却制御範囲を広くできる。
さらに、二流体スプレーノズルとした場合、水量を多く出す場合には、水だけでも充分に強い噴流を形成できるが、水量が低下すると衝突力が弱くなるという現象を緩和できるため、少ない水量領域のみで空気を噴射するという構成をとり空気を噴射するための経済的負担を軽減することが可能である。(請求項4の形態例に相当)。
Each spray nozzle may be a two-fluid spray nozzle having a structure capable of simultaneously mixing and spraying water and air. In the case of the two-fluid spray nozzle, the adjustment range of the water amount is wide and the collision force of the water jet can be easily adjusted, so that the cooling control range can be widened.
Furthermore, when a two-fluid spray nozzle is used, when a large amount of water is to be produced, a sufficiently strong jet can be formed with water alone, but the phenomenon that the collision force becomes weak when the amount of water decreases can be alleviated, so only a small amount of water region Therefore, it is possible to reduce the economic burden for injecting air. (Corresponding to the embodiment of claim 4).
上・下面側ともスプレーノズルを厚鋼板の幅方向に配列する場合の配置ピッチは、ノズルの種類によっても異なるが、基本的に好ましくは、ノズル本数は極力増加を抑える観点から、水噴流の衝突面が直接的に干渉しないように離して配置する。
また、スプレーノズルを厚鋼板の搬送方向に配列する場合、特に上面側で好ましくは、水噴流の干渉対流部が不均一に発生する懸念を解消するために、この搬送方向で隣接するスプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面が直接的に干渉しないように離して配置し、搬送方向で隣接するスプレーノズルからの水噴流を搬送方向から厚鋼板の搬送方向と直交する鉛直面(垂直面)に投影した場合に、搬送方向で隣接する水噴流の衝突面が厚鋼板表面の幅方向で、衝突面の面積の10%〜70%(相当)程度重なるように配置して、ノズルボックス単位で各スプレーノズルによる厚鋼板幅方向の水量密度の均一性を確実に保証することが好ましい。
なお、この重なり部による指標は、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離領域の鋼板表面積に対する衝突面積の総和という面積率による指標とは異なるものであり、重なり部による指標も大きければ面積率による指標も大きくなる傾向があるが、これらは必ずしも一致しない。
The arrangement pitch when the spray nozzles are arranged in the width direction of the thick steel plate on both the upper and lower sides differs depending on the type of nozzle, but basically, from the viewpoint of suppressing the increase in the number of nozzles as much as possible, the collision of water jets is preferable. Place them apart so that the surfaces do not interfere directly.
In addition, when arranging the spray nozzles in the conveying direction of the thick steel plate, preferably on the upper surface side, from the adjacent spray nozzles in this conveying direction, in order to eliminate the concern that the interference convection part of the water jet is generated unevenly. The water jets are arranged so that the surface of the water jet colliding with the steel plate surface does not directly interfere, and the water jet from the spray nozzle adjacent in the transport direction is perpendicular to the transport direction of the steel plate from the transport direction ( When projected onto a vertical plane), the nozzles are arranged so that the collision surface of adjacent water jets in the conveying direction overlaps by about 10% to 70% (equivalent) of the area of the collision surface in the width direction of the steel plate surface. It is preferable to ensure the uniformity of the water density in the width direction of the thick steel plate by each spray nozzle in a box unit.
In addition, the index by this overlapping part is different from the index by the area ratio that is the sum of the collision areas with respect to the steel plate surface area in the distance between the outer peripheral surfaces of the rolls at the closest distance between the pair of restraining rolls. If it is larger, the index based on the area ratio tends to be larger, but these are not necessarily the same.
スプレーノズルを厚鋼板の幅方向に配列する場合、特に上面側では、水噴流の干渉対流部が不均一に発生する懸念を解消するために、隣接するスプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面が直接的に干渉しないように離して配置することが望ましい。下面側でのスプレーノズル配列については、水噴流の干渉対流部が不均一に発生する懸念は少ないので、厚鋼板の幅方向、搬送方向とも、隣接するスプレーノズルからの水噴流の衝突面が干渉するように配置しても問題はない。
上・下面側に使用する各スプレーノズルの種類(仕様)、数、配列は、厚鋼板のサイズ範囲(厚み・幅)、温度、冷却目標温度に応じて選択し、下面側に配置するスプレーノズルの配置領域は上面側のスプレーノズルの配置と板上水作用領域を考慮して冷却能力がバランスするように選択使用するものである。たとえば、ノズル数は上面側下面側での面の姿勢により変えるものではなく、選択したノズル種と衝突面積により決定されるものである。
When arranging the spray nozzles in the width direction of the thick steel plate, especially on the upper surface side, in order to eliminate the concern that the interfering convection part of the water jet will be generated unevenly, It is desirable to arrange them so that the collision surfaces of the two do not interfere directly. As for the spray nozzle arrangement on the lower surface side, there is little concern that the interference convection part of the water jet will occur unevenly, so the collision surface of the water jet from the adjacent spray nozzle interferes in both the width direction and transport direction of the steel plate. There is no problem even if it arranges so.
The type (specifications), number, and arrangement of each spray nozzle used on the upper and lower surfaces are selected according to the size range (thickness / width), temperature, and cooling target temperature of the thick steel plate, and are arranged on the lower surface. The arrangement area is selected and used so as to balance the cooling capacity in consideration of the arrangement of the spray nozzle on the upper surface side and the on-board water action area. For example, the number of nozzles is not changed by the posture of the surface on the upper surface side lower surface side, but is determined by the selected nozzle type and the collision area.
以下、本発明の厚鋼板の冷却装置の実施例1について、図1〜図4に基づいて説明する。
図1は、本発明の厚鋼板の冷却装置を配置した仕上圧延機から厚鋼板の冷却装置までの厚鋼板製造設備配置例を示すものである。
ここでは、仕上圧延機1、熱間矯正装置3、拘束ロール対間(51、52間)に配置された冷却水を噴射する上面側ノズルボックス4aと、下面側ノズルボックス4bからなる冷却装置4が、搬送方向に順次配置されている。実際には、拘束ロール51、52は、搬送方向に複数対配置され、上面側ノズルボックス4aと下面側ノズルボックス4bは搬送方向に複数配置されたものであるが、ここでは、拘束ロール対間(ここでは51、52間)に配置された上面側ノズルボックス4aと下面側ノズルボックス4bで代表説明する。
Hereinafter, Example 1 of the cooling apparatus for a thick steel plate according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows an example of arrangement of thick steel plate manufacturing equipment from a finish rolling mill having a thick steel plate cooling device of the present invention to a thick steel plate cooling device.
Here, finishing
上面側ノズルボックス4aは、より具体的には、図2に示すように、搬送方向の前後に配置された、上ロール5aと下ロール5bからなる拘束ロール51、52間で拘束されて搬送される厚鋼板6の上面側に配置されるものであり、図4(a)に示すように、複数のフルコーンスプレーノズル7を厚鋼板6の幅方向と搬送方向に、それぞれ水噴流7aの衝突面が、干渉しないように離して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板6の搬送方向には、71、72、73、74の4列のノズル列を配置しており、各列間では、図3に示すように、水噴流7aを搬送方向から鉛直面に投影した場合に、搬送方向で隣接する、例えばノズル列71と72のフルコーンスプレーノズル7の水噴流7aの衝突面間で、厚鋼板6表面の幅方向に衝突面の面積の30%(相当)程度の重なり部dが形成されるように配置し、各ノズル列71〜74からの各フルコーンスプレーノズル7の水噴流7aによる厚鋼板6幅方向の水量密度の均一化を図るようにしている。
この上面側ノズルボックス4aで用いたフルコーンスプレーノズル7は、図5(a)に示すように、水噴流7aの形状が円錐形で、厚鋼板6表面との衝突面が円形であり、水噴流7aの広がり角度αが35度のものである。
この図4(a)の上面側ノズルボックス4aでは、各ノズル列71〜74の4列のノズル列を形成している各フルコーンスプレーノズル7の水噴流7aの衝突面の面積の総和Soが、拘束ロール51、52の最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域における厚鋼板の面積S(La×厚鋼板幅w)の40%になるように配置している。
Upper
Here, four
As shown in FIG. 5 (a), the full
In the upper
一方、下面側ノズルボックス4bは、上面側ノズルボックス4aと厚鋼板6を挟んで相対するように配置されるものであり、図4(b)に示すように、上面側ノズルボックス4aと同様の複数のフルコーンスプレーノズル8を厚鋼板6の幅方向に、それぞれ、水噴流8aの衝突面が干渉しないように離して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板6の搬送方向には、81〜84の4列のノズル列を配置しており、各列間では、図4(b)に示すように、水噴流8aを搬送方向から鉛直面に投影した場合に、搬送方向で隣接する、例えばノズル列81と82のフルコーンスプレーノズル8の水噴流8aの衝突面間で、厚鋼板6表面の幅方向に衝突面の面積の40%(相当)程度の重なり部dが形成されるように配置し、各ノズル列81〜84からの各フルコーンスプレーノズル8の水噴流8aによる厚鋼板6幅方向の水量密度の均一化を図るようにしている。
この下面側ノズルボックス4bで用いたフルコーンスプレーノズル8は、図5(a)に示すように、水噴流8aの形状が円錐形で、厚鋼板6表面との衝突面が円形であり、水噴流8aの広がり角度αが40度のものである点で上面側ノズルボックス4aの各フルコーンスプレーノズル7とは、若干異なるものである。
この図4(b)の下面側ノズルボックス4bでは、各ノズル列81〜84の4列のノズル列を形成している各スプレーノズル8の水噴流8aの衝突面の面積の総和Suが、拘束ロール51、52の最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域における厚鋼板6の面積S(La×厚鋼板幅w)の50%になるように配置している。
この実施例1での上面側ノズルボックス4aでは、各ノズル列71〜74の4列のノズル列を形成している各フルコーンスプレーノズル7の水噴流7aの衝突面の面積の総和Soが、下面側ノズルボックス4bの各ノズル列81〜84の4列のノズル列を形成している各フルコーンスプレーノズル8の水噴流8aの衝突面の面積の総和Suの80%になるように各スプレーノズル7を配置している。
なお、本実施例による実験結果は後述する表1の実験例4に相当している。
On the other hand, the lower surface
Here, four
As shown in FIG. 5A, the full
In the lower surface
In the upper
In addition, the experimental result by a present Example is equivalent to Experimental example 4 of Table 1 mentioned later.
以下、本発明の厚鋼板の冷却装置の実施例2について、図6(a)〜(c)に基づいて説明する。
この実施例2は、実施例1と同様の厚鋼板製造設備で、上面側ノズルボックス4aを、図6(a)、(b)に示すように、実施例1と同様のフルコーンノズル7を同様に配置して形成しており、各フルコーンスプレーノズル7からの水噴流7aの厚鋼板6との衝突面の面積の総和Soが、拘束ロール51、52の最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域における厚鋼板6の面積Sの40%になるように配置したものである。
Hereinafter, Example 2 of the thick steel plate cooling device of the present invention will be described with reference to FIGS.
This Example 2 is a steel plate manufacturing facility similar to that of Example 1, and the upper
一方、下面側ノズルボックス4bは、上面側のノズルボックス4aと厚鋼板6を挟んで相対するように下面側に配置されるものであり、長円型スプレーノズル9を、図6(a)、(c)に示すように、長径方向を搬送方向に対して斜めにし隣接する水噴流9aの厚鋼板6との衝突面が干渉しないように離して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板6の搬送方向には、複数の長円型スプレーノズル9からなる91、92、93、94の4列のノズル列を配置しており、各ノズル列間では、図6(b)、(c)に示すように、水噴流9aを搬送方向から鉛直面(垂直面)に投影した場合に、搬送方向で隣接する、例えばノズル列91と92の長円型スプレーノズル9の水噴流9aの衝突面間で、厚鋼板6表面の幅方向に、衝突面の面積の50%(相当)程度の重なり部dを形成するように配置して、各ノズル列91〜94からの各長円型スプレーノズル9の噴射流9aによる厚鋼板6幅方向の水量密度の均一化を図るようにしている。
On the other hand, the lower surface
Here, four
この下面側ノズルボックス4bで用いた長円型スプレーノズル9は、図5(d)に示すように、水噴流9a形状が略扇形状であり、厚鋼板6表面との衝突面は長円形のものであり、長径側の水噴流9aの広がり角度εは80度、短径側の水噴流9aの広がり角度(θ)は20度のものである。
この下側ノズルボックス4bでは、各ノズル列91〜94の各長円型スプレーノズル9からの水噴流9aの衝突面の面積の総和Suは、拘束ロール51、52の最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域における厚鋼板6の面積Sの80%になるように配置している。
この実施例2での上面側ノズルボックス4aでは、各フルコーンノズル7からの水噴流7aの厚鋼板6との衝突面の面積Soが、下面側ノズルボックス4bの各長円型スプレーノズル9からの水噴流9aの厚鋼板6との衝突面の面積Suの50%になっている。
なお、本実施例による実験結果は後述する表1の実験例5に相当している。
As shown in FIG. 5 (d), the
In the
In the upper surface
In addition, the experimental result by a present Example is equivalent to Experimental example 5 of Table 1 mentioned later.
以下、本発明の厚鋼板の冷却装置の実施例3について、図7(a)、(b)、(c)、(d)に基づいて説明する。
この実施例3は、実施例1、2と同様の厚鋼板製造設備で、上面側のノズルボックス4aを、図7(a)に示すように、図5(c)に示すような楕円型スプレーノズル10を、図7(c)に示すように、長径方向を厚鋼板6の幅方向に平行にし、搬送方向と厚鋼板6幅方向で隣接する楕円型スプレーノズル10からの水噴流10aの衝突面が干渉しないように離して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板6の搬送方向には、複数の楕円型スプレーノズル10からなる101、102、103、104の4列のノズル列を配置しており、この各ノズル列間では、図7(b)に示すように、噴射流10aを搬送方向から鉛直面に投影した場合に、搬送方向で隣接する、例えばノズル列101と102の楕円型スプレーノズル10の水噴流10aの衝突面間で、厚鋼板6表面の幅方向に、衝突面の面積の40%(相当)程度の重なり部dを形成するように配置して、各ノズル列101〜104からの各楕円型ノズル10の噴射流10aによる厚鋼板6幅方向の水量密度の均一化を図るようにしている。
Hereinafter, Embodiment 3 of the thick steel plate cooling device of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 (a), (b), (c), and (d).
Example 3 is a thick steel plate manufacturing facility similar to Examples 1 and 2, and the
Here, four nozzle rows of 10 1 , 10 2 , 10 3 , 10 4 composed of a plurality of
なお、この上面側ノズルボックス4aで用いた楕円型ノズル10は、図5(c)に示すように水噴流10aの形状が略扇形状であり、厚鋼板6表面との衝突面は楕円形のものであり、水噴流10aの長径側の広がり角度γは70度、短径側の水噴流10aの広がり角度δは30度のものである。
この上面側ノズルボックス4aでは、各ノズル列101〜104の各楕円型ノズル10からの水噴流10aの衝突面の面積の総和Soが、拘束ロール51、52の最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域における厚鋼板6の面積Sの80%になるように各楕円型スプレーノズル10を配置している。
In the
In the upper
一方、下面側ノズルボックス4bは、上面側のノズルボックス4aと厚鋼板6を挟んで相対するように下面側配置されるものであり、上面側ノズルボックス4aと同様、楕円型スプレーノズル10を、長径方向を厚鋼板6の幅方向に平行にして厚鋼板6の幅方向と搬送方向に、それぞれ、水噴流の10aの衝突面が干渉するのを許容して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板6の搬送方向には、複数の楕円型ノズル10からなる101、102、103、104の4列のノズル列を配置しており、各ノズル列間では、図7(b)、(c)に示すように、噴射流10aを搬送方向から鉛直面に投影した場合に、搬送方向で隣接する、例えばノズル列101と102の楕円型スプレーノズル10の水噴流10aの衝突面間で、厚鋼板6の幅方向に衝突面の面積の40%(相当)程度の重なり部dを形成するように配置して、各ノズル列101〜104からの各楕円型スプレーノズル10の噴射流10aによる厚鋼板6幅方向の水量密度の均一化を図るようにしている。
On the other hand, the lower surface
Here, four nozzle rows of 10 1 , 10 2 , 10 3 , 10 4 made up of a plurality of
この下面側ノズルボックス4aで用いた楕円型スプレーノズル10は、図5(c)に示すように水噴流10a形状が略扇形状であり、厚鋼板6表面との衝突面は楕円形のものであり、長径側の水噴流10aの広がり角度γは70度、短径側の水噴流10aの広がり角度δは30度のものである。
この下面側ノズルボックス4bでは、各ノズル列101〜104の各楕円型ノズル10からの水噴流10aの衝突面の面積の総和Suと、拘束ロール51、52間の最も近い距離にあるロール外周面間距離(La)領域における厚鋼板6の面積Sの100%になるように配置している。
この実施例3での上面側ノズルボックス4aでは、各楕円型スプレーノズル10からの水噴流10aの厚鋼板6との衝突面の面積Soが、下面側ノズルボックス4bの各楕円型スプレーノズル10からの水噴流9aの厚鋼板6との衝突面の面積Suの90%になるように各楕円型スプレーノズル10を配置している。
なお、本実施例による実験結果は後述する表1の実験例6に相当している。
As shown in FIG. 5C, the
In this lower surface
In the upper surface
In addition, the experimental result by a present Example is equivalent to Experimental example 6 of Table 1 mentioned later.
なお、上記の実施例1〜3では、図5(a)に示すフルコーンスプレーノズル、(c)に示す楕円型スプレーノズル、(d)に示す長円型スプレーノズルを用いたが、(b)に示すフラットスプレーノズルや、(e)に示す多孔柱状スプレーノズルなど、充分な噴射圧力と噴射量(水量密度)を制御可能なスプレーノズルを選択使用することができる。 また、図8に示すように、例えば図5(b)に示すような水噴流形状15aを有するフラットスプレーノズル15と、図5(a)に示すような水噴流形状7aを有するフルコーンスプレーノズル7とを組み合わせ使用することもできる。図8では、上面側ノズルボックス4aの場合で示したが、下面側ノズルボックス4bの場合でも、同様に各種のスプレーノズルを任意に組み合わせ使用することもできる。
In Examples 1 to 3, the full cone spray nozzle shown in FIG. 5 (a), the elliptical spray nozzle shown in (c), and the oval spray nozzle shown in (d) were used. A spray nozzle capable of controlling a sufficient injection pressure and injection amount (water density) can be selected and used, such as a flat spray nozzle shown in FIG. Further, as shown in FIG. 8, for example, a
[実験例]
図1で示したような設備配置例にして、各拘束ロール対間に配置した上面側ノズルボックス4aと下面側ノズルボックス4bを、厚鋼板6の搬送方向に10対配置してなる厚鋼板冷却装置において、上面側・下面側のノズルボックス4a、4bのスプレーノズルの種類、ノズル仕様、ノズル数、配置条件、組み合わせ条件、厚鋼板6の表面積Sに対するノズルからの水噴流の衝突面の面積の比率So/S、Su/S、So/Suを変更した本発明の各実施例(実施例1〜3のようなスプレーノズル配置例による実施例を含む)について、冷却水による厚鋼板の冷却実験を行った。
この実験では、厚鋼板6の品質を左右する形状不良や材質不均一などを評価するために、(1)厚鋼板幅方向温度の均一性、(2)板厚方向温度の均一性、(3)冷却目標温度との差の3点を評価指標とした。その結果を、So/S、Su/S、So/Suの範囲が本発明の範囲外になる比較例の場合とともに表1に示す。
比較例は、本発明で規定する範囲の一部を満足するが、全ての範囲は満足しない例である。実験条件は、下記のとおりであり、比較例の実験条件は本発明の実験例と同じにした。
(1)厚鋼板幅方向温度の均一性については、冷却直後の厚鋼板6の搬送方向の先尾端1mを除き、さらに幅方向の両端部各100mmを除いた領域で、厚鋼板6の上・下面の幅方向の温度偏差の平均値で示したものである。表1では幅均一目標温度とし、ここでは30℃に設定した。
(2)板厚方向温度の均一性については、冷却直後の厚鋼板6上下面の幅方向中央部の温度差(上面温度−下面温度)の平均値を示したものである。表1では上下均一目標温度とし、ここでは20℃に設定した。
(3)冷却目標温度との差については、冷却直後の厚鋼板6上面の幅方向中央部の温度の平均値と冷却目標温度との差(実績温度−目標温度)を示したものである。表1では負の値になる場合は冷却能力が低く、正の値になる場合は冷却能力が高いことを示す。
[Experimental example]
In the example of equipment arrangement as shown in FIG. 1, the steel plate cooling is performed by arranging 10 pairs of the upper surface
In this experiment, in order to evaluate the shape defect or material non-uniformity that affects the quality of the
The comparative example is an example that satisfies a part of the range defined by the present invention but does not satisfy the entire range. The experimental conditions were as follows, and the experimental conditions of the comparative example were the same as those of the experimental example of the present invention.
(1) About the uniformity of the temperature in the width direction of the thick steel plate, the thickness of the
(2) Regarding the uniformity of the temperature in the plate thickness direction, the average value of the temperature difference (upper surface temperature-lower surface temperature) at the center in the width direction of the upper and lower surfaces of the
(3) About the difference with cooling target temperature, the difference (actual temperature-target temperature) of the average value of the temperature direction center part of the
(実験条件)
厚鋼板
板厚:25mm
板幅:4000mm
温度:800℃
冷却目標温度:500℃
冷却時間:10秒
各拘束ロール
ロール径:350mm
ロール中心間距離(L):1050mm
ロール外周面間距離(La):700mm
搬送速度:70m/分
各上面側ノズルボックス
水量密度:1.0m3/m2/分
噴射圧 :0.2MPa
各下面側ノズルボックス
水量密度:1.2m3/m2/分
噴射圧 :0.2MPa
(Experimental conditions)
Thick steel plate Thickness: 25mm
Board width: 4000mm
Temperature: 800 ° C
Cooling target temperature: 500 ° C
Cooling time: 10 seconds Each restraint roll Roll diameter: 350 mm
Roll center distance (L): 1050 mm
Distance between roll outer peripheral surfaces (La): 700 mm
Conveying speed: 70 m / min Each upper surface side nozzle box Water density: 1.0 m 3 / m 2 / min Injection pressure: 0.2 MPa
Each bottom side nozzle box Water density: 1.2 m 3 / m 2 / min Injection pressure: 0.2 MPa
表1に示すように、本発明の条件(特に請求項1、2)を満足する実験例1〜7では、最終のノズルボックス出側の拘束ロール52を通過して5秒後の厚鋼板6の上面側の温度と下面側の温度を測定したところ、上記(1)厚鋼板幅方向温度の均一性、(2)板厚方向温度の均一性の2点の評価指標をいずれも満足しており、反りや残留応力の極めて小さい、形状、材質ともに均一性に優れた、十分に満足できる厚鋼板6を得ることができた。 なお、冷却後の厚鋼板6の平均温度(上・下面の幅方向中央部温度の平均値)は、冷却目標温度に対して、±30℃の範囲内にあり、十分に満足できる冷却を実現できた。これに対して、本発明の条件を一部を満足し、全部(特に請求項1、2)の条件を満足しない比較例1〜8では、(1)、(2)の双方、または一方を満足することができず、形状、材質ともに、満足できる均一性に優れた厚鋼板6は得ることができなかった。なお、冷却後の厚鋼板6の平均温度は、冷却目標温度に対して、(−)側で30℃を超え、十分な冷却能力を確保できないものもあった。
As shown in Table 1, in Examples 1-7 satisfy the conditions of the present invention (in
本発明は、上記の各実施例の内容に限定されるものではない。例えば上面側ノズルボックスと下面側ノズルボックスの搬送方向の配置数、各ノズルボックスを構成する各スプレーノズルの種類(構造)や仕様、配置(数、配列)条件、各ノズル列からの水噴射条件、拘束ロールの径、配置条件などについては、対象厚鋼板のサイズ(特に厚み)温度、搬送速度、目標冷却温度、冷却時間、冷却速度などに応じて、上記請求項の範囲内で変更のあるものである。 The present invention is not limited to the contents of the above embodiments. For example, the number of upper-side nozzle boxes and lower-side nozzle boxes arranged in the transport direction, the type (structure) and specifications of each spray nozzle that constitutes each nozzle box, the arrangement (number, arrangement) conditions, and the water injection conditions from each nozzle row The diameter of the constraining roll, the arrangement conditions, and the like are changed within the scope of the above claims according to the size (particularly thickness) temperature, transport speed, target cooling temperature, cooling time, cooling speed, etc. of the target thick steel plate. Is.
1 仕上圧延機 2 欠番
3 熱間矯正装置 4 冷却装置
4a 上面側ノズルボックス 4b 下面側ノズルボックス
51、52 拘束ロール 5a 上ロール
5b 下ロール 6 厚鋼板
7 フルコーンスプレーノズル
7a 水噴流 71〜74 ノズル列
8 フルコーンスプレーノズル 8a 水噴流
81〜84 ノズル列 9 長円型スプレーノズル
9a 水噴流 91〜94 ノズル列
10 楕円型スプレーノズル 10a 水噴流
101〜104 ノズル列 11 特許文献1の上ノズル口
11s 特許文献1の上ノズル列 12 特許文献1の下ノズル口
12s 特許文献1の下ノズル列
131〜136 特許文献2の上面側注水ノズル列
141〜146 特許文献2の下面側注水ノズル列
15 フラットスプレーノズル 15a 水噴流
L 拘束ロール対間中心間距離
La 拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離
W 厚鋼板幅
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