JP4460147B2 - 圧延材の冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延のままで使用される非調質鋼等の圧延材の冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許第２５７９７２１号公報に開示されている鋼の製造方法によれば、鋼片の熱間圧延に際して、圧延材の圧下開始温度、圧延材の圧下率、パス毎の冷却速度及び圧下終了温度を指定して制御圧延を行い、その後空冷あるいは加速冷却することで強靭な鋼を得るようにしている。
特開平３−５６６２３号公報に開示されている冷却方法によれば、圧延材の温度が５００℃前後の線材・棒鋼をオンラインで冷却するために、冷却装置を入口・中間・出口の３ゾーンに区分して構成し、入口ゾーンと出口ゾーンには冷却水を充満させ、中間ゾーンから冷却水を排水するようにしたものであり、入口ゾーンは蒸気膜を破るように高圧・高水量として、中間ゾーンは冷却水の攪拌能力を高めるために排水量を調整可能な配水管を２個以上設けて入口ゾーンと出口ゾーンの冷却水の排水量を調整可能とし、出口ゾーンは流量を絞って冷却水の水切り能力を高めるようにしてある。
実開平５−６５４０９号公報に開示されている冷却装置によれば、圧延機の出口または入口に接近して圧延材が通過可能な小径孔を備えた冷却管本体と、スリットノズルを介して冷却管本体と連通している冷却水供給環体を備えることにより、冷却水供給環体から冷却管本体に供給する冷却水の流出を極力抑えて圧延材を浸漬冷却するようにしてある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許第２５７９７２１号公報の技術のように加速冷却を行う場合には、冷却専用の設備を用いて冷却するために、圧延ライン上で余分なスペースがとられ、そして圧延時には制御圧延を行うために必要となる圧下率の制御や冷却速度等の制御が必要であった。このため圧延ラインのスペース効率や制御作業に改善すべき余地があり、また、空冷による場合には冷却速度が遅いので所定の圧延材温度に下がるまでの待機時間が長くなり圧延効率を低下させる不都合があった。
特開平３−５６６２３号公報による技術では、入口ゾーンと出口ゾーンに約２．５ｋｇ／ｃｍ^２ の水圧で冷却水を供給しながら中間ゾーンの冷却水の排水量を制御することにより冷却水量を節約しながら５００℃以下の圧延材を冷却する点で効果があるものの、サイズがφ５０〜φ１２０前後であって冷却前の温度が８００℃〜９００℃前後である圧延材を短時間に急速に冷却することにより組織を微細化して非調質鋼等を得るために毎分１００ｔ／秒程度の大容量の冷却能力が要求される場合には、冷却能力が不足する問題点があった。
加えて、冷却能力を十分に発揮させるためには圧延材を冷却装置の中心を常に通過させて圧延材の全周にわたって冷却状態の片寄りが発生しないように維持する必要があるものの、この従来技術ではこの冷却装置の前後に圧延材を中心に誘導するための装置を設ける必要があり、例えば狭い圧延機スタンド間に冷却装置と案内装置の二種類の機器を配置するのが困難な問題点があった。
また、実開平５−６５４０９号公報の技術では、圧延材を冷却管内に充満させた冷却水の中を通過させることにより圧延材を冷却する効果を得られるものの、前記の従来例と同様に大容量の強制冷却を行うには冷却能力が不足する問題や案内装置を併用するためのスペースが得にくい問題があった。
本発明の目的は、冷却装置の冷却効率を維持したままでより設置スペースの効率化を実現することができ、短時間で圧延材を強制冷却する効果を得ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷却装置は、圧延材を案内するために内部に内孔を有する筒状のガイドであるデリバリーガイドまたはエントリーガイドをガイドボックスに取り付けてあり、液体、気体または気水等の冷却媒体を圧延材に噴射するための複数の噴射ノズルを上記ガイドに設けてあり、上記噴射ノズルはこのガイドの内孔に面して円周方向と圧延材の進行方向に沿って配置されており、噴射ノズルは噴射する冷却媒体によって圧延材の温度を制御可能とするものである。
本発明の冷却装置において、圧延材の全周面に亘っての均一な冷却を実現するために、ガイドボックスにガイドローラーを回転可能にかつ高さ調整可能に設けて、圧延材を上記ガイドの中心に誘導案内できるようにする。ガイドの取付け位置として、ガイドがデリバリーガイドである場合にはその出側に、エントリーガイドの場合には入側とする。
本発明の冷却装置において、ガイドがデリバリーガイドである場合には、その内孔を通過した圧延材に付着した冷却媒体を除去するために、デリバリーガイドの出側に圧延材の進行方向と逆方向に冷却媒体を噴出するための噴射ノズルを設ける。
本発明の冷却装置において、ガイドの内孔に噴射された冷却媒体の攪拌と排出を円滑して冷却効率をより一層高めるために、排出口を上記ガイドに上記内孔に面して円周方向と上記圧延材の進行方向に沿って複数配置する。
【０００５】
【作用】
ガイドの内孔を通過する圧延材に対して、噴射ノズルにより圧延材に近接した位置から冷却媒体を噴射して圧延材を短時間に強制冷却する。冷却媒体は噴射圧によってガイドの内孔で攪拌されながら圧延材を冷却した後に排出される。
ガイドがデリバリーガイドであってかつその出側に逆噴射ノズルを設けてある場合には、噴射ノズルから冷却媒体を圧延材に噴射することにより、圧延材に付着した冷却媒体を水切りする。
ガイドボックスのガイドにガイドローラーを設けてある場合には、圧延材をガイドの内孔の中心に誘導して圧延材を効率よく冷却する。圧延機で圧延されて冷却装置を通過する圧延材はガイドローラーで常にガイドの中心にセンタリングされるから、圧延材の全周面にわたって均一に冷却される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる冷却装置は、圧延のままで使用される非調質鋼のように圧延冷却過程で析出する窒化物、炭化物および炭窒化物等の析出を微細に制御する必要のある圧延材を圧延する圧延ラインに組み込まれており、冷却媒体としては、水、圧縮空気と水の混合体からなる気水および圧空（圧縮空気）等が使用されるが、本実施例では冷却媒体として水（以下「冷却水」という。）を使用している。
図５に示す圧延ラインは、６スタンドの仕上圧延機列からなり、前段の圧延ロールＲ１から後段側（図右側）に向けて圧延ロールＲ２〜Ｒ５（中間の圧延ロールは図示せず。）が配置されていると共に、最終段の圧延ロールＲ６の出口直近に冷却装置Ｇが配置されている。
冷却装置Ｇの冷却機構（水冷機構）の本体は、図１〜図４に示すようにガイドボックス５内に取り付けられている筒状のガイド１で構成されており、圧延機出口ガイド機能と冷却機能を有している。ガイド１はデリバリーガイド及びエントリーガイドから選択され、図示の例では円筒状のデリバリーガイド１を選択している。デリバリーガイド１は、内部に圧延材を案内するための内孔１ｂを有している。デリバリーガイド１には、その外面から内孔１ｂへ達する孔１ａが円周方向に間隔をおいて開けられ、しかも同様の孔１ａが軸心方向（圧延材の進行方向）に全長にわたって間隔をおいて形成されている。
デリバリーガイド１の上部には冷却水パイプ２が取付け板３によって取り付けられており、冷却水パイプ２の下部には噴射ノズル４を取り付けてある。各噴射ノズル４の先端側が孔１ａ内に挿入され、孔は噴射口として内孔１ｂに面し、内孔１ｂを通過する圧延材に対してこれを囲みかつきわめて近い位置から大量の冷却水を噴射して、この圧延材を短時間にかつ均一に強制冷却を可能としている。噴射ノズル４が挿入されない孔１ａは冷却水の排出口１ａ１（図４）として使用される。
図１及び図２において、デリバリーガイド１の先端部１ｃは先端デリバリーガイド部６に嵌合されており、デリバリーガイド１の後端部側（図１右側）には圧延材の冷却と水切りを行うためのリング状の逆噴射ヘッダー７が嵌合されている。デリバリーガイド１の後端部側に配置してある逆噴射ヘッダー７には逆噴射ノズル８が設けられている。逆噴射ノズル８は圧延材の進行方向と逆方向に冷却水を圧延材に対して噴射して、この圧延材の冷却と水切りを行う。
噴射ノズル４と逆噴射ノズル８はいずれも圧延材の寸法に合わせて冷却媒体の噴射パターンと噴射量を調整可能にしてある。
デリバリーガイド１はガイドボックス５に側板５ａと押さえ板５ｂで固定されている（図２）。
また、図１に示すようにガイドボックス５の後端部側にはガイドローラーである水平ローラー９が偏芯支持軸１０により回転自在に軸支されている。水平ローラー９の高さは、偏芯支持軸１０に設けてあるウォーム１０ａに噛合するピニオン１１を回動することにより調整可能である。水平ローラー９の高さ調整によって、デリバリーガイド１の内孔１ｂを冷却されながら通過する圧延材を、この内孔の中心に位置決めすることができる。換言すれば、水平ローラー９は先端デリバリーガイド部６と共に、圧延ロールで圧下された圧延材をデリバリーガイド１の内孔１ｂの冷却に最適な位置に位置決めして通過させることができる。このため、デリバリーガイド１により圧延材の全周面にわたっての冷却を均一に行うことができ、そして圧延材がデリバリーガイド１と接触することにより発生する疵を防止することができる。
【０００７】
次に冷却作用について説明する。
最終圧延ロールＲ６で圧延された圧延材は先端デリバリーガイド部６から内孔１ｂへ入り、図１右方向に進行し、やがてデリバリーガイド１の後端から排出される。圧延材がデリバリーガイド１の内孔１ｂを通過する過程では、噴射ノズル４から圧延材に向けて噴射された冷却水はデリバリーガイド１内で攪拌されながら圧延材を冷却した後、順次排出口１ａ１から排出されることにより常に新鮮な冷却水がデリバリーガイド１の内孔１ｂに供給される。圧延材は、これと極めて近接している噴射ノズル４から噴射した冷却水により、所定の温度に強制冷却される。またデリバリーガイド１の後端側において、逆噴射ノズル８は圧延材の進行方向と逆方向に冷却水を圧延材に対して噴射して、この圧延材に付着している冷却水の水切りを行う。
デリバリーガイド１を用いて冷却水によって、圧延ロールで圧延した直後の圧延材を急速な冷却速度で冷却することにより、圧延材の結晶組織を微細化して機械的特性を大幅に改善することができる。
圧延材の冷却速度を調整する場合は、供給する冷却水の圧力、水量および噴射ノズル４の取付け数量、噴射パターン及び噴射量を変更すればよく、所定の位置におけるこの冷却装置Ｇの圧延材の入口温度と出口温度を計測して調整を行うものである。
【０００８】
本発明において、非調質鋼の圧延に限らず、圧延ラインの所要の場所に冷却装置Ｇを組み込み、圧延材の鋼種成分、圧下量及び圧延材の冷却速度等を管理することにより圧延材の組織を微細化して機械的性質を高めることができる。
図示する冷却装置では、主に仕上圧延機の出口側に設置してこの仕上圧延機で圧下した圧延材を空冷よりも速い速度で急速に冷却することにより、結晶組織を微細化して圧延材強度を高めるために使用している。しかしながら、冷却装置の設置位置は出口側に限定されない。すなわち、圧下後の圧延材温度が復熱により微細化された結晶粒が粗大化する温度に上昇するのを防止する目的や、圧延材の圧延機入口温度を所定の温度まで急速に冷却して圧延開始までの待機時間を短縮する目的に使用する観点から、仕上圧延機の出口側に限らず、仕上圧延機の前段側や後段側、さらに圧延機と圧延機の中間等の任意の位置に使用することもできる。ガイド１が入側に配置される場合には、エントリーガイドとして機能する。ガイドがエントリーガイドである場合には、その構成はデリバリーガイドを示す図１において、圧延材の進行方向が右側から左側方向となるので、その構成は先端エントリーガイド部が先端デリバリーガイド部６に対応し、かつエントリーガイドの出側に位置され、そして水平ローラー９に対応するガイドローラーがエントリーガイドの入側に配置されることになる。このエントリーガイドでは逆噴射ノズル８に対応する逆噴射ノズルは設けない。
また、従来は圧下による復熱によって圧延材の組織の微細化効果が失われるのを防止するために、例えば圧下による復熱で圧延材の温度が９５０℃を越えないようにするために、圧延の待機を行って圧延材の温度が所定の温度に下がるまで待つ必要があり、この圧延待機時間が圧延効率を低下させる原因の１つとなっていたが、本発明の冷却装置を前段の圧延機等の前後や中間等の所要の位置に配置することにより、圧延材を常に適切な温度に調整することが可能になるから、圧延待機時間をなくして効率的に圧延を行うことができる。
【０００９】
【実施例】
圧延ラインは６スタンドの仕上圧延機列からなり、最終段の圧延ロールＲ６の出口直近に冷却装置Ｇを配置した。冷却装置Ｇの水冷機構の本体を構成しているデリバリーガイド１は円筒状のものであり、図３に示すように孔１ａは８列設けられ、このうち４列に噴射ノズル４を備えた４本の冷却水パイプ２が取り付けられ、残りの４列の孔１ａは冷却水の排出口１ａ１（図１）として使用した。噴射ノズル４と逆噴射ノズル８は市販品のスプレーノズルを使用し、圧延材の寸法に合わせて冷却媒体の噴射パターンと噴射量を調整した。
本実施例では、最終段の圧延ロールＲ６出側に設置した冷却装置Ｇを使用して、圧延ロールＲ６で圧延したφ８３で通過速度が約２ｍ／秒で温度が約８００℃の圧延材に対して、デリバリーガイド１内を通過させる過程で噴射ノズル４から約１０ｋｇ／ｃｍ^２ の水圧と約１００ｔ／Ｈの水量の冷却水を噴射させることにより、圧延材と極めて近接して設置してある噴射ノズル４から噴射した冷却水により、１００℃／秒以上の冷却速度で圧延材を所定の温度に強制冷却することができた。
このように、圧延ロールで圧延した直後の圧延材を従来の水冷却や空気冷却に比べて急速な冷却速度で冷却することにより、圧延材の結晶組織を微細化して機械的特性を大幅に改善することができた。
本実施例によれば、非調質鋼の圧延に限らず圧延ラインの所要の場所に本装置を組み込み、圧延材の鋼種成分、圧下量及び圧延材の冷却速度等を管理することにより圧延材の組織を微細化して機械的性質を高めることができた。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、ガイドの内孔において圧延材に対して近接した位置から大容量の冷却媒体を噴射すると共に、冷却媒体を攪拌しながら圧延材を冷却するので、効率よく圧延材を急速かつ均一に冷却することができ、特に最終圧延された圧延材にあってはその機械的特性を改善して切削後の調質を不要とする鋼を圧延することができる。
本発明によれば、冷却機構を組み込んであることにより、従来のように圧延ライン上に特別な冷却設備を設置する必要がないので、設置スペースや費用の節約をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却装置の使用状態を示す一部切欠断面図である。
【図２】冷却装置における水冷機構を展開して示す斜視図である。
【図３】デリバリーガイドを示す拡大正面図である。
【図４】図３ＩＶ−ＩＶ拡大端面図である。
【図５】圧延ラインを示す構成概略図である。
【符号の説明】
Ｇ 冷却装置
Ｒ１，Ｒ２ 圧延ロール
Ｒ６ 最終圧延ロール
１ デリバリーガイド（ガイド）
１ａ 孔
１ａ１ 排出口（孔）
１ｂ デリバリーガイドの内孔
４ 噴射ノズル
５ ガイドボックス
６ 先端デリバリーガイド部
８ 逆噴射ノズル
９ 水平ローラー（ガイドローラー）
１０ 偏芯支持軸
１１ ピニオン

Claims (8)

1. 圧延ロールにより圧延された圧延材の温度を制御するための冷却装置であり、
   ガイドボックスと、
   上記ガイドボックスに支持され、内部に上記圧延ロールで圧延された上記圧延材を案内するための内孔を有している筒状のガイドと、
   上記ガイドの外面から上記内孔へ達しており、上記ガイドの円周方向に間隔をおいて配置されていると共に、上記圧延材の進行方向に間隔をおいて上記ガイドの全長に亘って配置されている複数の孔と、
   上記ガイドの上記孔に取り付けてあり、上記内孔に面して円周方向と上記圧延材の進行方向に沿って複数配置してある冷却媒体の噴射ノズルと
   を具備しており、
   上記圧延材の進行方向に間隔をおいて配置されている上記複数の孔は、噴射ノズルを挿入している孔と、上記噴射ノズルを挿入していない孔である排出口とが、交互に配置されており、
   上記噴射ノズルは上記内孔を通過する上記圧延材に対して冷却媒体を噴射可能であることを特徴とする圧延材の冷却装置。
2. ガイドは、デリバリーガイドであることを特徴とする請求項１記載の圧延材の冷却装置。
3. デリバリーガイドは、最終圧延ロールの出口直近に配置されていることを特徴とする請求項２記載の圧延材の冷却装置。
4. デリバリーガイドは、その出側に圧延材を上記内孔の中心に案内するための高さ調整可能なガイドローラーを設けていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の圧延材の冷却装置。
5. デリバリーガイドは、その出側に、内孔を通過した圧延材に付着した上記冷却媒体を除去するための逆噴射ノズルを設けてあり、上記逆噴射ノズルは上記圧延材の進行方向とは逆方向に圧延材に対して冷却媒体を噴射可能であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の圧延材の冷却装置。
6. ガイドは、エントリーガイドであることを特徴とする請求項１記載の圧延材の冷却装置。
7. エントリーガイドは、その入側に圧延材を上記内孔の中心に案内するための高さ調整可能なガイドローラーを設けてあることを特徴とする請求項６記載の圧延材の冷却装置。
8. ガイドの内孔の内周面には円周方向に凹溝と突条部とが交互に配置され、各凹溝及び各突条部は圧延材の進行方向に沿って内孔全長に亘って形成され、上記ガイドの外面から上記内孔へ達する孔が上記各凹溝に面していることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の圧延材の冷却装置。

Images