JP4691875B2

JP4691875B2 - 多孔板冷却装置

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Publication number: JP4691875B2
Application number: JP2003147349A
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: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2020-02-21
Also published as: JP2003320409A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔板冷却装置に係り、より詳しくは、箱型に形成した冷却装置の冷却面側の板に径が数ｍｍの多数のノズル噴射孔を設け、この冷却装置に冷却水等を供給してノズル噴射孔から柱状の噴流冷却水を噴射させて高温鋼材を冷却するようにした多孔板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１０−２６３６６９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２５ｍｍ（≒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６０ｍｐｍ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多孔板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】
本発明は、沸騰現象を伴う高温鋼材に向って柱状噴流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多孔板冷却装置であって、
（１）前記搬送方向のノズル列を、各ノズル列の搬送方向に隣接するノズル噴射孔が幅方向にオーバーラップするように、前記搬送方向に対して斜行して配列した。
（２）前記搬送方向のノズル列を、各ノズル列の搬送方向に隣接するノズル噴射孔が幅方向にオーバーラップするように、前記搬送方向に対して斜行して配列して斜行配置区画となし、該斜行配置区画を前記搬送方向に複数区画設けた。
ものである。
【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３ａ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ＤＷ：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３０ｍｍ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２２００ｍｍ、長さ５．８ｍ、平均温度８５０℃の厚鋼板１１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３ｎ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６０ｍ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、１ｍ² 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：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８００ｍｍ、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：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：４ｍｍ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８００ｍｍ、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８６０℃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：２１ｍｍ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：３０ｍｍ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２８ｍｍ、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 ｍ² 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柱状噴流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多孔板冷却装置であって、
（１）前記搬送方向のノズル列を、各ノズル列の搬送方向に隣接するノズル噴射孔が幅方向にオーバーラップするように、前記搬送方向に対して斜行して配列し、
（２）前記搬送方向のノズル列を、各ノズル列の搬送方向に隣接するノズル噴射孔が幅方向にオーバーラップするように、前記搬送方向に対して斜行して配列して斜行配置区画となし、該斜行配置区画を前記搬送方向に複数区画設けたので、
次のような効果を得ることができる。
【００４９】
鋼材の被冷却部の冷却ムラがなくなり、また、早い搬送速度の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。
【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

Claims

沸騰現象を伴う高温鋼材に向って柱状噴流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多孔板冷却装置であって、
前記搬送方向のノズル列を、各ノズル列の搬送方向に隣接するノズル噴射孔が幅方向にオーバーラップするように、前記搬送方向に対して斜行して配列したことを特徴とする多孔板冷却装置。
沸騰現象を伴う高温鋼材に向って柱状噴流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多孔板冷却装置であって、
前記搬送方向のノズル列を、各ノズル列の搬送方向に隣接するノズル噴射孔が幅方向にオーバーラップするように、前記搬送方向に対して斜行して配列して斜行配置区画となし、該斜行配置区画を前記搬送方向に複数区画設けたことを特徴とする多孔板冷却装置。