JP4796575B2 - 鋼板冷却設備用冷却ヘッダー - Google Patents

Description

本発明は冷却水を注水する冷却ヘッダー関し、より詳しくは鋼板の冷却効率を極大化することができる鋼板冷却設備用冷却ヘッダーに関するものである。

圧延機を通過した鋼板はランアウトテーブル（Ｒｕｎ Ｏｕｔ Ｔａｂｌｅ）で冷却される。冷却では、主に冷却水を利用し、ノズルを通じて鋼板に噴射する方式が使用されている。このうち、ノズルを通じて冷却水を噴射する冷却ヘッダーは、冷却水の噴射方式によって乱流式、スプレー式、および層流式に分けることができる。

乱流噴射式冷却ヘッダーは、内部に高圧力を加えて鋼板に冷却水を噴射する。よって、乱流噴射式冷却ヘッダーには、圧力を形成させる補助装置が必ず必要であるから、全体的な設備が複雑になり、設置費がたくさん必要となるという欠点がある。また、ノズルを通じて噴射される冷却水の速度が非常に速いから、鋼板を冷却させる流動が非常に不安定である。よって、乱流噴射式冷却ヘッダーを利用して熱延鋼板を冷却させれば、熱延鋼板の幅方向に沿っての温度偏差が大きく発生する。

これに対し、スプレー噴射式冷却ヘッダーは非常に小さな直径のノズルを通じて冷却水を噴霧する装置であって、たいてい鋼板の全面にわたって冷却水を均一に噴射することができる。しかし、スプレー噴射式冷却ヘッダーは、単位時間に排出される冷却水の量が非常に少ないので、熱延鋼板を速かに冷却させることができず、冷却効率も落ちる。したがって、スプレー噴射式冷却ヘッダーによっては熱延鋼板の冷却温度を容易に制御することができない。

前記のような二つの装置とは異なり、層流噴射式冷却ヘッダーは先に言及した問題点をある程度解決したものであって、比較的安定化した冷却水を注水して鋼板を幅方向にわたって均一に冷却させる。

図１はこのような特徴を持つ従来層流噴射式冷却ヘッダーの断面を示すものである。
図１に示すように、従来層流噴射式冷却ヘッダーは、大別して、冷却水が保存される外槽１０と、鋼板の表面に注水される冷却水の流れを案内する内槽２０と、外槽１０に冷却水を供給する冷却水供給配管３０とから構成されている。ここで、内槽２０と冷却水供給配管３０とは鋼板の幅方向に長く形成される。

冷却供給配管３０は２列の内槽２０の間に設置され、端部には、両内槽２０に冷却水をそれぞれ供給するために、排出口３１が形成されている。ただ、排出口３１から排出された冷却水が直ちに内槽２０に流入すれば、冷却水の流動が速くて不安定になることがあるので、排出口３１が内槽２０の入口よりも低く位置している。また、冷却水の流れをより確実に層流に作るために、冷却水が内槽２０に移動する経路上に穿孔板４０と流動安定化フィルター５０とが設置されている。よって、最終的に内槽２０を経て排出孔２１に注水される冷却水は非常に安定的に流動する。

しかし、このような構造の従来の層流噴射式冷却ヘッダーは、一つの外槽１０にただ２列の排出孔２１のみが形成されているので、多量の冷却水を一度に排出させるのに限界があり、高い冷却速度を得にくい。したがって、従来の層流噴射式冷却ヘッダーで高温の鋼板を急速冷却させるためには、非常に多くの冷却ヘッダーを直列に連結しなければならないので、全体的な装置の大きさが大きくなり、これによる設備費用もたくさん必要となる問題点がある。

本発明は前記のような問題点を解決するためのものであり、比較的安定した層流状の冷却水を注水させながら高温の鋼板を急速冷却させるように、一つの胴体に複数列の排出孔が形成された鋼板冷却設備用冷却ヘッダーを提供することを目的とする。

本発明の一実施例によれば、仕上げ圧延機によって熱間圧延された鋼板を冷却させる冷却ヘッダーであって、前記鋼板の幅および長手方向に整列された複数の排出孔が形成された胴体、前記冷却ヘッダーの内部に設置され、側面に冷却水が噴出される排出口が形成された冷却水配管、下方に傾くように前記排出口の前方に設置され、前記排出口から噴出される冷却水を前記冷却ヘッダーの全面にわたって均等に分散させる傾斜板、前記排出孔の上部に設置され、冷却水の流れを均一にする穿孔板、および前記排出孔と前記穿孔板との間に設置され、冷却水の流動を安定した層流に転換させる流動安定化フィルターを含む鋼板冷却設備用冷却ヘッダーが提供される。

本発明は層流状の冷却水を多列に噴射して高温の鋼板を急速に冷却させることができ、これにより鋼板の冷却制御をより円滑に実行することができる。

以下、本発明の好適な実施例を例示図面に基づいて詳細に説明する。
図２は本発明の鋼板冷却設備用冷却ヘッダーの一実施例による概略的な構成を示す図であり、図３は図２に示す流動安定化フィルターの断面を拡大して示す図であり、図４は図２に示す排出孔の断面を拡大して示す図である。

図２に示すように、本発明の冷却ヘッダーは、胴体１００、冷却水配管１２０、傾斜板１３０、穿孔板１４０、および流動安定化フィルター１５０から構成されている。
胴体１００は断面矩形の長い筒構造であり、鋼板の幅方向（図面の鉛直方向）に長く設置されている。胴体１００の底面には、冷却水が排出される複数の排出孔１１０が形成されている。本発明では、できるだけ多くの量の冷却水を鋼板に排出させるために、無数に多くの排出孔１１０が胴体１００の横および縦方向に多列に形成されている。特に、排出孔１１０を鋼板の長手方向に複数列に形成して、相対的に多くの量の冷却水が注水されるようにする。隣接した排出孔１１０間の間隔は２０〜３０ｍｍに形成されることが望ましい。これは、それぞれの排出孔１１０を通じて漏水される冷却水が互いに影響されないように限定した数値である。さらに、排出孔１１０の直径が３ｍｍ以下より小さければ、冷却水の排出流動が不安定になりやすいので、排出孔１１０の直径は５〜１０ｍｍに形成することが望ましい。

胴体１００の上部には、冷却水タンクに保存された冷却水を胴体１００に供給する冷却水配管１２０が設置されている。この冷却水配管１２０の側面には排出口１２１が形成されている。排出口１２１は、冷却水が上方に噴出できるように、冷却水配管１２０の上部の側面に形成されている。前記排出口１２１は、冷却水配管１２０の中心を通る水平軸から上方に０〜３０°の範囲に形成されることが望ましい。

排出口１２１の前方には傾斜板１３０が設置されている。傾斜板１３０は、排出口１２１から水平方向に噴出された冷却水が冷却ヘッダー１００の底面に反射されるように、下方に傾いている。よって、排出口１２１から噴出された冷却水は傾斜板１３０とぶつかって多数の水流に散らばった後、穿孔板１４０の全領域に分散される。この時、冷却水の分散効果を一層極大化させるためには、傾斜板１３０の面をデコボコにした方が良い。一方、本実施例では冷却水配管１２０が鋼板の幅方向に設置されているが、場合によっては、長手方向に設置されることも可能である。

冷却水配管１２０と傾斜板１３０との下側には、無数に多くの孔が形成された穿孔板１４０が設置されている。穿孔板１４０は胴体１００の底面と平行に設置されて、傾斜板１３０にぶつかって落ちる冷却水をさらに分散させ、流速を１次的に減らす役目をする。

穿孔板１４０と排出孔１１０との間には流動安定化フィルター１５０が設置されている。図３に示すように、流動安定化フィルター１５０は多角形の断面を持つ複数のパイプを並置したパイプ構造体と、このパイプ構造体上に設置される多孔性パッド１５５とから構成されている。このパイプの断面は四角形、五角形、六角形などでもよい。パイプ１５１は、冷却ヘッダー１００の全面積にわたって前後および左右方向に配設されて一定の格子構造を持つことができる。パイプ１５１の上面は完全に開放されているが、下面は部分的に開放されているので、上部の開口面積が下部の開口面積より大きい。よって、四角パイプ１５１を通過する冷却水はこのようなパイプ１５１の上下開口面積の差によって移動速度が遅くなって層流化する。一方、四角パイプ１５１の長さが長い場合には、層流化した冷却水がパイプ１５１に沿って移動するにしたがって渦流が発生することができるので、必要によって、図３に示す渦流防止用隔板１５２を設置することができる。

パイプ１５１の上面には、多孔性パッド１５５が結合されている。この多孔性パッド１５５はスポンジのように一定量の冷却水をいつも含有しているが、その含有限度を超えれば、パイプ１５１に通過させる。さらに、多孔性パッド１５５は冷却水を水平方向に移送させることもある。これは、微細な纎維組職からなる多孔性パッド１５５の毛細管作用によるものである。すなわち、多孔性パッド１５５は、穿孔板１４０から落ちる冷却水の速度を減らし、冷却水の水平分布を均一にする一種の緩衝の役目をする。

したがって、穿孔板１４０、多孔性パッド１５５およびパイプ１５１を順次通過した冷却水は胴体１００の水平面にわたって実質的にほぼ均一になるだけでなく、その落下速度も大きく低下するので、胴体１００の排出孔１１０を通じて注水される時には流動の流れが安定化した層流になる。

一方、胴体１００の底面を形成する板は所定の厚さを持ち、この板に形成された排出孔１１０は、図４に示すように、下方に次第に狭くなるノズル形態である。これは、多くの安定化段階を経ながら増加した冷却水の流速をある程度回復させるためのものである。

一般的に、層流噴射式冷却ヘッダーから注水される冷却水は流速が非常に遅い。よって、冷却ヘッダーから遠くなるほど冷却水の水流がますます細くなって、実質的に鋼板表面を冷却させる冷却水の断面積が減少する。本発明は、このような点に勘案して、排出孔１１０を前述した形態に変形したものである。したがって、本発明によれば、鋼板表面に注水される冷却水の水流が一定に維持されて、実質的に鋼板に衝突する冷却水の断面積が増大する効果がある。一方、排出孔１１０の傾斜角は胴体１００と鋼板間の距離によって変わるが、排出孔１１０の傾斜角θを９０〜１２０°にすることが望ましい。

以上、鋼板冷却設備用冷却ヘッダーについての技術思想を添付図面に基づいて説明したが、これは本発明の最良の実施例を例示的に説明したものであり、本発明を限定するものではない。また、この技術分野の通常の知識を持った者であれば、誰でも本発明の技術思想の範疇を逸脱しない範囲内で多様な変形および模倣が可能であろう。

従来の層流噴射式冷却ヘッダーを示す図である。 本発明に係る鋼板冷却設備用冷却ヘッダーの一実施例による概略的な構成を示す図である。 図２に示す流動安定化フィルターの断面を拡大して示す図である。 図２に示す排出孔の断面を拡大して示す図である。

Claims (11)

1. 仕上げ圧延機によって熱間圧延された鋼板を冷却させる冷却ヘッダーであって、
   前記鋼板の幅および長手方向に整列された複数の排出孔が形成された胴体、
   前記冷却ヘッダーの内部に設置され、側面に冷却水が噴出される排出口が形成された冷却水配管、
   前記排出口から離れる方向に上部から下部に向けて傾くように前記排出口の前方に設置され、前記排出口から噴出される冷却水を前記冷却ヘッダーの全面にわたって均等に分散させる傾斜板、
   前記排出孔の上部に設置され、冷却水の流れを均一にする穿孔板、および
   前記排出孔と前記穿孔板との間に設置され、冷却水の流動を安定した層流に転換させる流動安定化フィルター、を含む鋼板冷却設備用冷却ヘッダー。
2. 前記冷却水配管と前記傾斜板とは前記胴体の幅方向に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の鋼板冷却設備用冷却ヘッダー。
3. 前記流動安定化フィルターは、
   多角形の断面を持つ複数のパイプを並置させたパイプ構造体と、
   前記パイプ構造体の上面に設置される多孔性パッドとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の鋼板冷却設備用冷却ヘッダー。
4. 前記パイプの断面は、四角形、五角形または六角形のいずれか一つであることを特徴とする、請求項３に記載の鋼板冷却設備用冷却ヘッダー。
5. 前記パイプは、上部の開口面積が下部の開口面積より大きく形成され、上下面開口と連結されて、層流冷却水を案内するための渦流防止用隔板をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の鋼板冷却設備用冷却ヘッダー。
6. 前記傾斜板の面は、前記排出口から噴出された冷却水が前記穿孔板により均等に分散されるように、デコボコに形成されることを特徴とする、請求項１に記載の鋼板冷却設備用冷却ヘッダー。
7. 前記排出口は、冷却水が上方に噴出できるように、前記冷却水配管の中心を通る水平軸から上方に０〜３０°の範囲に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の鋼板冷却設備用冷却ヘッダー。
8. 前記排出孔の直径は５〜１０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の鋼板冷却設備用冷却ヘッダー。
9. 前記排出孔の間隔は２０〜３０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の鋼板冷却設備用冷却ヘッダー。
10. 前記排出孔は、前記鋼板方向に次第に直径が減少する形の傾斜面を持つことを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の鋼板冷却設備用冷却ヘッダー。
11. 前記排出孔の傾斜面の角度は９０〜１２０°であることを特徴とする、請求項１０に記載の鋼板冷却設備用冷却ヘッダー。

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