JP4555700B2

JP4555700B2 - 水スプレーユニット

Info

Publication number: JP4555700B2
Application number: JP2005034860A
Authority: JP
Inventors: 一基塚越; 和宏西山; 龍司山本; 博則上野; 理洋中川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2025-02-10
Also published as: JP2006218515A

Description

本発明は、高温の鋼板を高い冷却速度で、かつ、鋼板の面内及び表裏面を均一に冷却するための水スプレーユニットに関する。

近年、厚鋼板製造プロセスにおいて、低温域での大圧下圧延を特徴とする制御圧延と、５００℃前後まで急冷却した後に空冷することを特徴とする制御冷却とを組み合わせて、高強度かつ高靭性の鋼板を得る技術が広く実生産に適用されている。この方法により、低合金で溶接性にも優れた高強度かつ高靭性の鋼板が低コストで製造できる。
制御冷却を効果的に行なうには、細粒組織を得るために目標温度まで急速に冷却できる技術と、急速冷却を行なっても材質の均一性や鋼板の形状などを悪化させないための鋼板面内あるいは表裏面を均一に冷却する技術とが必要である。これらの技術に対する要求は、鋼板の性能に対する要求が高度化するにつれて厳しくなっており、これに対応し、高温の鋼板を冷却する場合の冷却速度を高めるには、冷却水量の増加や冷却水の高速化などが効果的であり、高圧水をスプレーノズル、あるいはスリットノズルから鋼板に噴出する方法が多く使用されてきている。

しかしながら、これらの方法では、鋼板上面の冷却において、ノズルから噴出された冷却水が鋼板上面に衝突した後、鋼板上を流れ、干渉水となって、鋼板サイド（端部）から流出する。それにより、最終的に鋼板は、板幅方向（鋼板の幅方向）での冷却能が、鋼板の端部ほど大きくなり板幅方向での冷却の不均一が生じる。
これを防止するための従来技術として、冷却水のノズルヘッダーを鋼板の幅方向に分割し、板幅方向の水量を制御する方法や、板幅方向に遮蔽板を設けて板幅方向水量分布を制御する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６１−１９３７１７号公報

しかしながら、前記した従来技術においては、未だ解決すべき以下の問題があった。
冷却水のノズルヘッダーには、鋼板の冷却能を均一にするために、多数の小径ノズル又は小幅のスリットノズルが配置されているので、ノズルの閉塞が発生し易く、これにより板幅方向の水量制御が困難であり、且つ、保守も難しかった。また、ノズル及び冷却水のヘッダーの製作も難しかった。特許文献１の方法では、遮蔽板を移動させて水量を変えるので、高い精度で水量を制御できなかった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、高温の鋼板を高い冷却速度で、しかも、鋼板の面内及び表裏面を均一に冷却でき、保守が簡単にできる水スプレーユニットを提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る水スプレーユニットは、隣り合う上下対となる水切りロール間に配置され、１）搬送される鋼板の上面に水を噴射する水ノズル、及び該水ノズルに連結されると共に水供給源に連結される水室を有する上部ユニットと、２）前記鋼板の下面に水を噴射する水ノズル、及び該水ノズルに連結されると共に前記水供給源に連結される水室を有する下部ユニットとを有する水スプレーユニットであって、
前記上部ユニット及び前記下部ユニットは、それぞれ仕切板で分割された前記水室を前記鋼板の幅方向に複数形成するケーシングを収納するハウジングを備え、前記上部ユニット及び前記下部ユニットの前記水ノズルは前記ケーシングに着脱可能に取付けられ、
しかも、前記上部ユニットの前記水ノズルの水入口、及び前記水供給源から供給される水の水出口は、それぞれ前記水室内にあって、前記水入口が前記水出口よりも高位置にあり、かつ前記上部ユニットの前記水ノズルは前記水室内にそれぞれ複数あって、該複数の水ノズルの水入口は同一高さ位置となっている。

前記目的に沿う第２の発明に係る水スプレーユニットは、第１の発明に係る水スプレーユニットにおいて、前記下部ユニットの前記水ノズルは該下部ユニットの前記水室内にそれぞれ複数設けられ、前記下部ユニットの前記水室内にある前記水ノズルの水入口が該水室内にある前記水出口よりも低位置にある。

請求項１、２に係る水スプレーユニットにおいては、上部ユニットの水ノズルの水入口が水供給管の水出口よりも高位置にあるので、常時水室内の水を水ノズルの水入口の位置まで貯留することができる。これにより、水室への水の供給によって、すぐに水ノズルを介して鋼板に水を噴射でき、水の噴射時の応答性が向上する。また、水の噴射の停止時でも、水室内に貯留されている水によって鋼板の輻射熱を遮断できる。

請求項２に係る水スプレーユニットにおいては、下部ユニットの水ノズルの水入口が水供給管の水出口よりも低位置にあるので、常時水室内の水を水供給管の水出口の位置まで貯留することができる。これにより、常時水ノズル内に水が存在し、水室への水の供給によって、すぐに水ノズルを介して鋼板に水を噴射でき、水の噴射時の応答性が向上する。また、水の噴射の停止時でも、水室内に貯留されている大量の水によって鋼板の輻射熱を遮断できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る水スプレーユニットを使用した鋼板の冷却設備の説明図、図２は同水スプレーユニットの上部ユニットの構成図、図３は同水スプレーユニットの下部ユニットの構成図、図４は同水スプレーユニットの板幅方向の構成を模式的に示す説明図、図５は本発明の第２の実施の形態に係る水スプレーユニットの模式的な構成図である。

図１〜図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る水スプレーユニット１０について説明する。
図１に示すように、鋼板の冷却設備１０ａは、複数組、例えば３組の上下対となる上水切りロール１１及び下水切りロール（いわゆる搬送ロール）１２からなる水切りロール対１２ａにより拘束されて搬送される高温状態の鋼板１３に水を噴射して冷却する水スプレーユニット１０を備えている。水スプレーユニット１０は、隣り合う水切りロール対１２ａの間に配置されており、鋼板１３の上方に設けられ鋼板１３の上面に水を噴射する水ノズル１４を有する上部ユニット１５及び鋼板１３の下方に設けられ鋼板１３の下面に水を噴射する水ノズル１４ａを有する下部ユニット１６によって構成されている。

図２に示すように、上部ユニット１５は、水供給源から水供給用ヘッダー管を介して水を供給する冷却水管１７が接続される水供給口１８が設けられたケーシング２１を有し、ケーシング２１には水供給口１８に連結されると共に、複数の水ノズル１４が連結された水室１９が形成されている。水供給口１８には、水室１９内に位置する水供給管４０が接続され、水供給用ヘッダー管、冷却水管１７、水供給口１８、及び水供給管４０を介して水室１９に水が供給される。

また、図３に示すように、下部ユニット１６は、水供給源から図示しない別の水供給用ヘッダー管を介して水を供給する冷却水管１７ａが接続される水供給口１８ａが設けられたケーシング２２を有し、ケーシング２２には水供給口１８ａに連結されると共に、複数の水ノズル１４ａが連結された水室２０が形成されている。水供給口１８ａには、水室２０内に位置する水供給管４０ａが接続され、水供給用ヘッダー管、冷却水管１７ａ、水供給口１８ａ、及び水供給管４０ａを介して水室２０に水が供給される。

図４に示すように、ケーシング２１、２２には、それぞれ鋼板１３の板幅方向に複数、例えば、１０個に分割された水室１９、２０が形成されている。また、ケーシング２１、２２は、箱形のハウジング２３、２４内に取り外し可能にそれぞれ収納されている。以下、水スプレーユニット１０の構成について詳しく説明する。

まず、図２及び図４を参照して、上部ユニット１５について説明する。
図２に示すように、箱形で下側は開放されたハウジング２３は、鋼板１３の搬送方向に平行に間隔をあけて対向して配置された対となる正面視して矩形状の垂直板２５、２６と、垂直板２５、２６の上下方向の中間位置をボルト２７を介して取り外し可能に固定された平面視して矩形状の水平板２８とを有している。また、ハウジング２３の垂直板２５、２６の下部には、複数の水ノズル１４の対応位置に貫通孔３０が設けられた矩形板状のエプロン３１が、ボルト２９を介して取り外し可能に固定されている。

ここで、ハウジング２３を構成する垂直板２５、２６、及び水平板２８の剛性を高くすることにより、ハウジング２３内のケーシング２１を保護できる。これによって、鋼板１３が水スプレーユニット１０を通過する際に、鋼板１３がハウジング２３に衝突しても、ケーシング２１がその衝撃に耐えることができる。また、ハウジング２３によって、高温状態の鋼板１３が水スプレーユニット１０を通過する際の熱変形のトラブルもなくすことができる。

ケーシング２１は、ハウジング２３の水平板２８の下面に当接する矩形状の天井板３２、天井板３２の搬送方向の両端部にボルト（図示せず）を介して垂直に連結された対となる矩形状の側板３３、３４、及び側板３３、３４の下端部をボルト（図示せず）を介して水平に連結された矩形状の底板３５に、天井板３２、側板３３、３４及び底板３５の内側面に接する矩形状の仕切板３６が板幅方向に所定の間隔（ピッチＰ）をあけて９枚取付けられている。９枚の仕切板３６によって、ケーシング２１が板幅方向に分割されて１０個の水室１９が形成されている（図４参照）。なお、ケーシング２１内の板幅方向には、仕切板を設けずに１つの水室を形成してもよく、また、仕切板を１枚又は９枚を除く複数枚設けて、水室を複数個形成してもよい。なお、仕切板３６は、天井板３２に図示しないボルトを介して取り外し可能に取付けられている。

底板３５には、水ノズル１４がねじ締結機構３９により着脱可能に取付けられ、水ノズル１４は水室１９内に設けられて水室１９内の水を吸入する水入口３７と、底板３５の下面より突出して水室１９内の水を鋼板１３に向けて噴射する水噴出口３８とを有している。ねじ締結機構３９は、底板３５に設けられた雌ねじ５１、及び水ノズル１４に設けられ、底板３５の雌ねじ５１に螺着可能な雄ねじ５２によって構成されている。更に、水ノズル１４には、雄ねじ５２の下方にリング状の突出片５３が形成され、水ノズル１４を所定の位置に設置できるようになっている。また、水ノズル１４は、図示しないリング及びワッシャー等によってシールされている。

水ノズル１４は、底板３５の搬送方向に隙間をあけて、複数、例えば、６つ、また１つの水室１９に対して板幅方向に隙間をあけて、複数、例えば、３つ、すなわち、１つの水室１９に対して、１８個の水ノズル１４が千鳥配置、すなわち、２列の隣り合う水ノズル１４が交互に配置されている。なお、水ノズル１４は千鳥配置が好ましいが、この限りではない。また、水噴出口３８の形状は、鋼板１３に均一に水を噴出するために、断面円形に形成するのが好ましい。

板幅方向両側、例えば、板幅方向両端からそれぞれ３つの水室１９に接続された冷却水管１７は図示しない流量調整弁を介して、また、板幅方向中央側、例えば、板幅方向中央の４つに接続された冷却水管１７は直に、水供給用ヘッダー管から水が供給されてケーシング２１内の各水室１９に給水可能となっている。これにより、鋼板１３の板幅方向の両端部側にある水室１９に供給する水量を流量調整弁でそれぞれ調整して、板幅に応じて鋼板１３の端部の冷却を制御することができ、鋼板１３の端部の過冷却を防止して鋼板１３を均一に冷却することができる。
ハウジング２３の垂直板２５、２６の下端部にボルト２９を介して取り外し可能に固定されているエプロン３１には、ケーシング２１の底板３５から突出する水ノズル１４の先部が嵌入する略円柱状の貫通孔３０が形成されている。また、ケーシング２１の底板３５とエプロン３１とは、図示しない複数のねじにより一体的に連結されている。

水ノズル１４の高さ方向の中間位置に形成された水入口３７は、水供給口１８の下流側に接続された水供給管４０の水出口４１より高位置に配置されるので、水ノズル１４の水入口３７の位置が水室１９内の水の下限位置（図中破線で示す）となり、水室１９内に常時水ノズル１４の水入口３７の位置まで水が貯留される。更に水供給用ヘッダー管及び冷却水管１７を介して水室１９に水を供給すると、すぐに水が水噴出口３８から噴射される。また、水の噴射の停止時においても、鋼板１３の輻射熱は、水室１９内に貯留された水によって遮断され、ケーシング２１の熱変形を防止できる。

次に、図３及び図４を参照して、下部ユニット１６について説明する。なお、上部ユニット１５と同一の構成要素については同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
下部ユニット１６は、実質的に上部ユニット１５を上下対称に配置した構成となっており、下部ユニット１６のケーシング２２の上部に位置する天井板３５ａは、上部ユニット１５のケーシング２１の底板３５と実質的に同じ構造となっており、また、下部ユニット１６のケーシング２２の下部に位置する底板３２ａは、上部ユニット１５のケーシング２１の天井板３２と実質的に同じ構造となっている。

下部ユニット１６では、水供給口１８ａの下流側に接続された水供給管４０ａの水出口４１ａが、水ノズル１４ａの高さ方向の中間位置に形成された水入口３７より上方に配置され、水供給管４０ａの水出口４１ａの位置が水室２０内の水の下限位置（図中破線で示す）となり、水室２０内には常時水供給管４０ａの水出口４１ａの位置まで水が貯留されている。これによって、水の噴射の停止時においても、鋼板１３の輻射熱が水室２０内の水によって遮断され、ケーシング２２の熱変形を抑えることができる。また、水供給用ヘッダー管及び冷却水管１７ａを介して水室２０に水を供給すると、応答性よく水が水ノズル１４ａの水噴出口３８から噴射される。更に、下部ユニット１６は、水室２０への注水停止後も、水室２０の内部に水が残存するため、水供給管４０ａの水抜けにも対応することができる。

次いで、本発明の一実施の形態に係る水スプレーユニット１０の上部ユニット１５（下部ユニット１６も同じ）の使用方法及び作用（又は動作）について説明する。
ケーシング２１の底板３５には、各水室１９の対応位置に１８個の水ノズル１４が隙間を開けて、ねじ締結機構３９により取付けられており、ケーシング２１の底板３５にエプロン３１を一体的にねじ締結した後、ハウジング２３内にケーシング２１を収納して、ハウジング２３の垂直板２５、２６の下端部にボルト２９によってエプロン３１を固定する。

上水切りロール１１及び下水切りロール１２により拘束されて搬送される高温状態の鋼板１３の上面（下面）に、上部ユニット１５（下部ユニット１６）の水ノズル１４（１４ａ）を介して水を噴射して鋼板１３を冷却する。この際、水ノズル１４の高さ方向の中間位置に形成された水入口３７が、水供給口１８の下流側に接続された水供給管４０の水室１９内での水出口４１より高位置であるので、水室１９内には常時水入口３７より低い位置まで水が貯まっており、水供給用ヘッダー管及び冷却水管１７を介して水室１９に水を供給すると、すぐに水が水ノズル１４の水噴出口３８から噴射される。また、水の噴射の停止時においても、鋼板１３の輻射熱は、水室１９内に貯留されている水によって遮断され、ケーシング２１の熱変形等の問題を防止することができる。更に、鋼板１３の板幅方向に分割している水室１９に供給する水量を両端部に設けた流量調整弁で調整することにより、板幅に応じて鋼板１３の端部の冷却を制御することができ、特に鋼板１３の端部の過冷却を防止することができる。

水ノズル１４を交換する場合には、ボルト２９を取り外してエプロン３１をケーシング２１と共にハウジング２３から取り外した後、更にケーシング２１からエプロン３１を取り外す。次に、ケーシング２１の底板３５にねじ締結された交換対象となる水ノズル１４を取り外して、新しい水ノズル１４をケーシング２１の底板３５に取付けた後、エプロン３１をケーシング２１に取付け、ケーシング２１と一体となったエプロン３１をボルト２９を介してハウジング２３に取付ける。また、事前に新しい水ノズル１４を取付けた新しいケーシング２１を古いものと交換することもできる。

なお、特殊な工具を使用して、ハウジング２３から取り外されてエプロン３１と一体となっているケーシング２１から交換対象となる水ノズル１４をエプロン３１の貫通孔３０を介して取り外して、新しい水ノズル１４を取付けた後、エプロン３１をケーシング２１と共にハウジング２３に取付けることもできる。このように、エプロン３１はケーシング２１とねじ締結により連結され、更に、ハウジング２３に複数のボルト２９により取り外し可能に取付けられているので、エプロン３１をケーシング２１と共に取り外すことができ、ケーシング２１にねじ締結された水ノズル１４の保守（交換や取り替え）が極めて簡単に行なえる。

次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る水スプレーユニット６０について説明する。なお、水スプレーユニット１０と同一の構成要素については同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
水スプレーユニット６０は、鋼板１３の上面に水を噴射する上部ユニット６１及び鋼板１３の下面に水を噴射する下部ユニット６２によって構成されている。

ここで、上部ユニット６１は、下方が開放となった箱形のハウジング６７内に３個のケーシング６４が板幅方向に並んで取り外し可能に収納されている。各ケーシング６４には、２枚の仕切板３６によって分割されて鋼板１３の板幅方向に３個の水室６３が形成されている。すなわち、この３個の水室６３は、一体構造となって群となっている。
また、下部ユニット６２は、鋼板１３の板幅方向に複数、例えば、２枚の仕切板３６によって３分割されて水室６８が形成されたケーシング６９を備え、複数、例えば、３群のケーシング６９が板幅方向に並んで各群を構成する水室６８が一体構造となり、上方が開放となった箱形のハウジング７２内に３群のケーシング６９が板幅方向に並んで取り外し可能に収納されている。

水スプレーユニット６０では、上部ユニット６１の各ケーシング６４がそれぞれハウジング６７から脱着可能となって、下部ユニット６２の各ケーシング６９がそれぞれハウジング７２から脱着可能となっているので、各ケーシング６４、６９の脱着及び交換が容易にできる。また、ハウジング６７には、各ケーシング６４に対応した３枚のエプロン７３がそれぞれ取付けられ、各ケーシング６４の脱着及び交換を容易にしている。また、ハウジング７２には、各ケーシング６９に対応した３枚のエプロン７６がそれぞれ取付けられ、各ケーシング６９の脱着及び交換を容易にしている。なお、ハウジング６７、７２には、各ケーシング６４、６９毎にエプロン７３、７６を脱着可能に取付けたが、ハウジング６７、７２にそれぞれ１枚のエプロンを脱着可能に取付けてもよい。

本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記した実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の水スプレーユニットを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態の水スプレーユニットにおいて、ケーシングを仕切板によって板幅方向に分割して複数の水室を設けたが、分割された水室の数も任意である。更に、ハウジングにエプロンを取付けなくてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る水スプレーユニットを使用した鋼板の冷却設備の説明図である。同水スプレーユニットの上部ユニットの構成図である。同水スプレーユニットの下部ユニットの構成図である。同水スプレーユニットの板幅方向の構成を模式的に示す説明図である。本発明の第２の実施の形態に係る水スプレーユニットの模式的な構成図である。

符号の説明

１０：水スプレーユニット、１０ａ：鋼板の冷却設備、１１：上水切りロール、１２：下水切りロール、１２ａ：水切りロール対、１３：鋼板、１４、１４ａ：水ノズル、１５：上部ユニット、１６：下部ユニット、１７、１７ａ：冷却水管、１８、１８ａ：水供給口、１９、２０：水室、２１、２２：ケーシング、２３、２４：ハウジング、２５、２６：垂直板、２７：ボルト、２８：水平板、２９：ボルト、３０：貫通孔、３１：エプロン、３２：天井板、３２ａ：底板、３３、３４：側板、３５：底板、３５ａ：天井板、３６：仕切板、３７：水入口、３８：水噴出口、３９：ねじ締結機構、４０、４０ａ：水供給管、４１、４１ａ：水出口、５１：雌ねじ、５２：雄ねじ、５３：突出片、６０：水スプレーユニット、６１：上部ユニット、６２：下部ユニット、６３：水室、６４：ケーシング、６７：ハウジング、６８：水室、６９：ケーシング、７２：ハウジング、７３、７６：エプロン

Claims

隣り合う上下対となる水切りロール間に配置され、１）搬送される鋼板の上面に水を噴射する水ノズル、及び該水ノズルに連結されると共に水供給源に連結される水室を有する上部ユニットと、２）前記鋼板の下面に水を噴射する水ノズル、及び該水ノズルに連結されると共に前記水供給源に連結される水室を有する下部ユニットとを有する水スプレーユニットであって、
前記上部ユニット及び前記下部ユニットは、それぞれ仕切板で分割された前記水室を前記鋼板の幅方向に複数形成するケーシングを収納するハウジングを備え、前記上部ユニット及び前記下部ユニットの前記水ノズルは前記ケーシングに着脱可能に取付けられ、
しかも、前記上部ユニットの前記水ノズルの水入口、及び前記水供給源から供給される水の水出口は、それぞれ前記水室内にあって、前記水入口が前記水出口よりも高位置にあり、かつ前記上部ユニットの前記水ノズルは前記水室内にそれぞれ複数あって、該複数の水ノズルの水入口は同一高さ位置となっていることを特徴とする水スプレーユニット。
請求項１記載の水スプレーユニットにおいて、前記下部ユニットの前記水ノズルは該下部ユニットの前記水室内にそれぞれ複数設けられ、前記下部ユニットの前記水室内にある前記水ノズルの水入口が該水室内にある前記水出口よりも低位置にあることを特徴とする水スプレーユニット。