JP5100826B2 - ストリップを冷却するための冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷間ロールスタンドでの変形後のストリップを冷却するための冷却装置に関する。

特許文献１は、ロール対の間の複数の冷却ユニット内に配設された冷却装置を開示する。この冷却装置は、スチールプレートＭに沿って、スチールプレートの幅にわたって配設されている。冷却剤ヘッドは、厚いスチールプレートＭの上下に存在し、移送方向に３０〜７５°の角度の複数のノズルから成る。
冷却装置は、例えば特許文献２からも基本的に公知である。そこに開示された冷却装置は、冷却すべきストリップの下に配設され、それぞれ、共通のタンクからの冷媒を、直角にストリップの下面にスプレーする複数のノズルを有する。下面に直角に当たった後、ストリップの下面の冷媒は、ノズルから若干離れたところで再びストリップの下面からタンクに戻るまで、先ず半径方向に逃げるか、下面で半径方向に排除される。半径方向への排除では、スプレーされた冷媒の個々の粒は、ストリップの流れ方向の運動方向成分をもって排除されるが、他の粒は、ストリップの流れ方向とは反対方向の方向成分をもって排除される。後者の方の粒は、反体方向に流れるストリップの下面の接触領域で剪断力にさらされており、この剪断力は、冷媒のこれらの粒に乱れを生じさせ、これによりストリップと冷媒の間の熱伝導を高める。ストリップの流れ方向に排除された冷媒の粒は、乱れが少ないことに基づいて、流れ方向とは反対方向に排除される粒よりも本質的に少ない程度の排熱にしか寄与しない。加えて、冷媒の個々の粒は、ストリップの下面に当たった時に、先ず、速度Ｖsenkrecht ＝０に減速され、その後初めて再び半径方向に加速され、このようにして、従来技術では、非常に多くのエネルギーが失われる。従って、粒を半径方向に加速させるために使用可能なエネルギーは、限定的であり、これは、結果として、ストリップの流れ方向に対して反対方向の冷媒の半径方向の排除を限定的な長さもしくは面でしか行なわれないものにする。更にまた、これは、結果として、相応の冷却面を同様に相応に少ないものにする。その点で、従来技術の冷却装置は、非効果的で非効率的である。

特開昭６０−２０６５１６号公報 特開平１１−１２９０１７号公報

この従来技術から出発して、本発明の根底にある課題は、排熱を本質的に効果的で効率的なものにするように、公知の冷却装置と、この冷却装置の公知の使用と、公知の冷却装置を運転するための方法を発展させることにある。

この課題は、請求項１の対象によって解決される。具体的には、
作動位置で、ストリップの表面に対して平行に冷間ロールスタンドの出側に配設された平坦なプレートが設けられていること、
ノズルが、作動位置で、ストリップの表面とこれに向かい合うプレートの間の空間内でストリップの流れ方向に対向するスプレー方向が鋭角となる１０°≦α≦２０°のスプレー角αで冷媒をスプレーするように配設されていること
によって解決される。

ストリップの流れ方向に対向する鋭角な１０°≦α≦２０°のスプレー角αで全冷媒をスプレーすることによって、有利なことに、特に、スプレーされる冷媒の全量が、反体方向に流れるストリップによって引き起こされる剪断力を与えられ、この剪断力に依存した、冷媒の乱流場を、ストリップの表面とこれに向かい合うプレートの間のフラットな空間内で形成するために寄与するとの効果が得られる。従来技術とは違って、スプレーされる冷媒の一部だけではなく、全量が、乱流場を生じさせるために寄与するので、本発明は、有利なことに、同じ量の冷媒が、本質的に大きな熱伝導を、即ち、従来技術で可能であったよりも大きな熱量の排出を、可能にし、その点で、本発明の対象は、比較可能な従来技術よりも効率的である。

従来技術とは違い、本発明の場合、ストリップの表面に冷媒が鋭角に当たることによって、冷媒が、ノズルを出た後に直ぐに、ストリップの流れ方向とは反対方向の運動方向成分をもって移動されること、が保証される。鋭角の時に生じる反射損失は、垂直に当たる場合よりも本質的に少なく、従って、ストリップの表面に対する流れ方向とは反対方向の冷媒の広がり、即ち有効冷却長さ、は、従来技術よりも本質的に大きい。その結果、本発明により形成された、流れ方向とは反対方向の空間内の乱流場は、従来技術よりも本質的に長く／深く形成されており、これにより、本質的に良好な熱伝導が得られ、多くの熱をストリップから排出することができる。その点で、本願の装置は、従来技術から公知の装置よりも本質的に効果的である。

最後に、本発明による方法の本質的な別の利点を述べる。ストリップ流に対向する鋭角な角度で冷媒を本発明によりストリップの表面に供給することに基づいて、ストリップの表面は、有利なことに、完全に又は少なくとも部分的に、予め付着しているロールエマルジョンが除去される。これにより、スクイーズローラユニットの使用と、例えば脱塩水をスプレーするための１つ又は複数のノズルバーの使用を組み合わせて、例えば異なったエマルジョンの作用を受けるスタンド間での、冷媒を分離する可能性や、ストリップをクリーニングする可能性が生じる。このようなユニットは、所定の表面状態又は清浄度を生じさせるために必要である。本発明による冷却装置は、ロールギャップ内の摩擦係数の適合を達成するために、入側で最小量の潤滑剤がストリップに塗布されるスタンドの出側で、特に有利に使用することができる。これらの例では、入側で塗布されたロールエマルジョンが、最も十分に圧延時にロールギャップ内で使用される。圧延後に出側でストリップの表面に残っているエマルジョン残留物は、最小であり、問題なく、本発明による装置によって、二次的効果として、除去することができる。適切な摩擦係数に適合するための最小量の潤滑ユニットの使用は、ストリップのクリーニングと冷媒の分離によって最適に利用することができる。

第１の実施例によれば、本発明による冷却装置は、複数のノズルを有し、これらノズルは、特に少なくとも１つのノズルバーに配設され、このノズルバーが、ストリップの流れ方向に対して横に配設されている。複数のノズルのこの配設により、有利なことに、ストリップ流れ方向に対して横にも乱流場の平面的な大きな広がりが得られ、これにより、その冷却作用が、更に改善される。選択的に、これらノズルは、プレート内に埋設されている。

本発明による冷却装置は、有利なことに、冷媒が個々のノズルから出る圧力及び／又は流速又は空間内にスプレーされる冷媒の量又はスプレー方向を適切に個々に変更することによって冷却装置の冷却能力の制御又はコントロールをするための制御又はコントロール装置を有する。このようにして、制御又はコントロール装置は、いつでも、圧延プロセス中のストリップの所望の最適な温度管理を可能にする。制御又はコントロールは、有利なことにプロセスモデルによって支援される。

冷媒のスプレー方向の三次元的な調整は、有利なことに、ストリップの面に対して垂直な面内での鋭角なスプレー角αの可変調整だけでなく、ストリップの面に対して平行な面内での方位角βの調整も可能にする。方位角βの可変調整は、特に、ストリップの周縁領域のノズルにとって有利である。これは、若干ストリップの中心に向かって傾斜させたスプレー方向にノズルを調整することによって、僅かな冷媒しか、ストリップの領域から排除されず、多少とも利用せずに流出しないようにすることができるからである。

しかしながら、スプレー角α又は方位角βのそれぞれの調整時に、スプレー方向が、常にストリップの流れ方向に対向する方向成分を備えることが重要である。これは、これによってのみ、強い冷却作用に対して責任のある乱流場の形成が保証されるからである。

選択的に、装置は、プレートを作動位置又はストリップ流外の整備位置に可変に位置決めするための位置決め装置を備えることができる。名前からわかるように、整備位置は、整備のために、特にプレートにノズルが統合されている場合には、作動位置よりも本質的に都合がいい。整備位置又は静止位置は、特に自動的に、異常時又は圧延工程の終了後に作動される。圧延プログラムの異常は、特に、ストリップに亀裂が生じた場合に生じ、この亀裂は、例えば、低下するストリップ張力の信号によって信号化される。その際には、ストリップのスクラップを排除するために、ストリップ流からのプレートの取り出しが必要である。

ノズルとプレートは、ストリップの上面と向かい合うように設けても、ストリップの下面に向かい合うように設けてもよい。

選択的に、プレートは、ストリップよりも若干広く、プレートは、その周縁部に、ストリップの流れ方向に対して平行に突出するエッジを備え、これらエッジは、ストリップの周縁部を、作動位置で、できるだけ少ない間隔を置いて包囲する。プレートのこれらのエッジは、同様に、冷媒が周縁領域で非常に迅速に流出し、大きな冷却作用を有しないとの前記の問題と反対に作用する。エッジは、横から流出する水に対向し、冷却装置の良好な冷却能力に寄与する。ストリップの上面側のプレートのエッジと、ストリップの下面側のプレートのエッジが、ストリップの周縁領域でオーバーラップする場合で、特に、その際に、これらエッジの間にシールが更に設けられている場合に、特に効果的に、冷媒の横からの流出が防止される。その場合には、冷媒の横からの流出は、有利なことに完全に遮断さら、冷媒は、圧延方向又は圧延方向とは反対方向にのみ流出可能である。その場合は、冷却作用が特に大きい。

本発明による冷却装置は、有利なことに、特に装置がリバーススタンドと協働して使用されるか、圧延ラインの隣接する２つのロールスタンドの間のスタンド間冷却装置として使用される場合に、（冷間）圧延装置の能力の拡大も生じさせる。特にこの適用例で、本発明による冷却装置は、前記機能原理に基づいて非常に効果的な冷却を、即ち単位時間当たりの強い冷却を、可能にする。この強い冷却は、ストリップがパス間で熱くなることを防止し、有利なことに、高い圧延速度を可能にするか、従来技術よりも高い及び／又は速い連続的なリダクションを可能にする。このようにして、冷間圧延装置の能力が本質的に高められる。

前記課題は、更に、本発明による冷却装置を運転するための方法によって解決される。この解決策の利点は、冷却装置に関して挙げた前記利点に一致する。

本発明による冷却装置とこの冷却装置を運転するための本発明による方法の別の有利な形成は、従属請求項の対象である。

流出巣ストリップとその下に配設された移行テーブルを有する冷間圧延装置の出側を示す。 移行テーブルに埋設されたノズルを示す。 ストリップの下面と上面のための冷却カセットの形態のノズルバーを有する本発明によるプレートを示す。 作動位置の冷却カセットを示す。 横にオーバーラップするエッジを有する作動位置の冷却カセットの横断面図を示す。 ストリップ流から整備位置に旋回させた冷却カセットを示す。

実施例の形の図に関連させて本発明を以下で詳細に説明する。

図１は、冷間ロールスタンド３００の出側を、左に向かって出るストリップ２００と共に示す。ストリップの下に、移行テーブルの形態のプレート５００が配設されている。冷間ロールスタンドから間隔Ｋｍｉｎを置いて、ストリップの流れ方向に対して横に、移行テーブル内に、複数の個々のノズル１１２を有するノズルバー１１０が配設されている。

図２は、ノズル１１２もしくはノズルバー１１０の移行テーブル５００内での配設を示す。ストリップの流れ方向Ｌとは反対方向にストリップの下面に対して鋭角なスプレー角αで冷媒４００をスプレーするように、ノズルが移行テーブル内に配設されていることが、具体的に認められる。反対の方向Ｌに流れるストリップ２００との接触により、剪断力が、冷媒の粒子に作用し、この剪断力は、冷媒内に、乱流場の形成を生じさせる。乱流場は、ストリップ２００の下面と移行テーブル５００の上面の間のフラットな空間Ｈ内に形成される。このフラットな空間Ｈの高さＳは、一方で、ストリップ２００と移行テーブル５００の直接的な接触を回避するために、それ程小さく選択しなくてもよい。他方で、高さＳは、それ程大きくしなくてもよい。これは、高さが大きくなるほど、所望の冷却能力の実現を可能にするために必要な冷媒の量が多くなるからである。

本発明による冷却装置の冷却能力は、個々のノズル１１２において、それぞれ、冷媒４００が個々のノズルを出る圧力又は流速及び／又は冷媒の量及び／又は冷媒の三次元的なスプレー方向Ｒを適切に調整もしくは変更することによって、制御又はコントロール装置１２０によって個々に制御もしくはコントロールすることができる。冷却装置は、α＝１０°〜２０°のスプレー角αの時に、特に効果的である。

本発明による冷却装置の効果及び効率は、ノズルバー１１０の中心のノズル１１２−ｎの方位角βが０°で、ストリップの周縁部の近傍のノズル１１２−１、１１２−Ｎの方位角βが０°ではないように調整することによって、更に改善することができる。具体的には、冷媒が、それぞれ若干ストリップの中心に向かってストリップの下面にスプレーされるように、ストリップの周縁部の近傍のノズルを調整することを、推奨する。ストリップの中心に向かうようにノズルの位置調整をすることによって、有利なことに、これらノズルからスプレーされる冷媒が、できるだけ効果的に乱流場の構成に寄与し、できるだけ少ない、これらノズルから放出される冷媒しか、ストリップの周縁部を超えて、ストリップの流れ方向Ｌに対して横の図１に示した矢印Ｖの方向に、冷却に寄与せずに流出しないようにすることができる。

本発明による冷却装置は、３００００Ｗ／ｍ^２Ｋまでの冷却能力を可能にする。

図３は、それぞれ１つのノズルバー１１０を有する本発明によるプレート５００を示し、この構成を、以下では冷却カセットとも呼ぶ。図３は、符号の添え字Ｉで示した、ストリップ２００の上面のための冷却カセットと、符号の添え字ＩＩで示した、ストリップの下面のための冷却カセットを示す。符号５１０−Ｉと５１０−ＩＩは、プレートの周縁部のエッジを示す。図３には、更に、図３に示した整備もしくは静止位置から図４に示した作動位置への冷却カセットの旋回及びその逆の冷却カセットの旋回を可能にする、冷却カセットに付設された位置決め装置６００−Ｉ及び６００−ＩＩが認められる。更に、図３には、作動位置で、ストリップ表面からの冷却カセットの間隔の微調整を可能にするスピンドル７００が認められる。導入部で述べたように、具体的な高さは、乱流場の形成に対して、これにより冷却作用の効果に対して、大きな影響を有する。高さは、乱流場の流れの断面を決定し、従って、高さは、特にストリップ速度とストリップ振動に依存して個々に調整される。

図４は、冷却カセット５００−Ｉ，５００−ＩＩの既に述べた作動位置を示し、この作動位置で、冷却カセットもしくはプレートが、圧延されたストリップ２００の下面及び／又は上面に対して平行に位置決めされている。

図５は、作動位置の冷却カセットの横断面図を示す。上と下の冷却カセットの横のエッジ５１０−Ｉ，５１０−ＩＩがストリップ２００の周縁部を包囲することが認められる。このようにして、冷却水の横からの流出が阻害され、これにより、冷却装置の冷却作用が、全体的に改善される。上の冷却カセット５００−Ｉのエッジと下の冷却カセット５００−ＩＩのエッジの間のシール５２０によって、冷媒の横からの流出が完全に遮断され、これにより、冷却作用が最大になる。その場合、冷却水は、圧延方向又は圧延方向とは反体方向にしか、冷却カセットによって構成される領域から出ることができない。

図６は、他の方向から見た、図３と同様の整備もしくは静止位置の上の冷却カセット５００−Ｉと下の冷却カセット５００−ＩＩを示す。

１１０ ノズルバー
１１２ ノズル
１２０ 制御又はコントロール装置
２００ ストリップ
３００ 冷間ロールスタンド
４００ 冷媒
５００ プレートもしくは移行テーブル
５００−Ｉ 冷却カセット
５００−ＩＩ 冷却カセット
５１０−Ｉ エッジ
５１０−ＩＩ エッジ
５２０ シール
６００−Ｉ 位置決め装置
６００−ＩＩ 位置決め装置
７００ スピンドル

Claims (20)

1. 冷却装置が、冷媒（４００）をストリップ（２００）にスプレーするための少なくとも１つのノズル（１１２）を有する、冷間ロールスタンド（３００）での変形後のストリップ（２００）を冷却するための冷却装置（１００）において、
   作動位置で、ストリップ（２００）の表面に対して平行にプレート（５００）が設けられていること、
   ノズルが、作動位置で、ストリップ（２００）の表面とこれに向かい合うプレート（５００）の間の空間（Ｈ）内でストリップ（２００）の流れ方向（Ｌ）に対向するスプレー方向（Ｒ）が鋭角となる１０°≦α≦２０°のスプレー角（α）で冷媒（４００）をスプレーするように配設されていること
   を特徴とする冷却装置。
2. １つ又は複数のノズル（１１２）が、プレート（５００）内に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 複数のノズル（１１２）が、少なくとも１つのノズルバー（１１０）に配設され、このノズルバーが、ストリップ（２００）の流れ方向（Ｌ）に対して横にプレート（５００）内に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
4. ノズル（１１２）又はノズルバー（１１０）が、作動位置で、少なくとも間隔Ｋｍｉｎを置いて冷間ロールスタンドから離れて配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の冷却装置。
5. ストリップ速度に依存して、冷媒（４００）が個々のノズル（１１２）から出る圧力又は流速及び／又は空間（Ｈ）内にスプレーされる冷媒の量及び／又はスプレー方向（Ｒ）を適切に個々に変更することによって冷却装置（１００）の冷却能力の制御又はコントロールをするための制御又はコントロール装置（１２０）が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の冷却装置。
6. ノズル（１１２）のスプレー方向（Ｒ）が、三次元的に、常にストリップ（２００）の流れ方向（Ｌ）に対抗する方向成分で、可変調整可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の冷却装置。
7. プレート（５００）を作動位置又はストリップ流外の整備位置に可変に位置決めするための位置決め装置（６００）が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の冷却装置。
8. 作動位置でストリップの表面とこれに向かい合うプレートの表面の間の間隔（Ｓ）をストリップ速度とストリップ振動に依存して可変調整するために、位置決め装置が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の冷却装置。
9. プレートの少なくとも一方の側で、エッジ（５１０）が突出し、このエッジが、圧延方向（Ｌ）に対して平行に形成され、作動位置でストリップ（２００）の周縁部を、所定の間隔で少なくとも部分的に包囲することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の冷却装置。
10. 作動位置で、向かい合うようにストリップ（２００）の上面に対して位置決め可能な第１のプレート（５００−Ｉ）が設けられていること、作動位置で、向かい合うようにストリップの下面に対して位置決め可能な第２のプレート（５００−ＩＩ）が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の冷却装置。
11. 作動位置で、少なくともストリップの一方の側で、第１のプレートと第２のプレートの向かい合うエッジ（５１０−Ｉ，５１０−ＩＩ）が、シール（５２０）によって相互にシールされていることを特徴とする請求項１０の冷却装置。
12. 第２のプレートが、ストリップのための移行テーブルであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の冷却装置。
13. 冷間ロールスタンド（３００）が、リバーススタンド又はワンウエイ冷間ロールスタンド又はサイジングスタンドであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の冷却装置。
14. 冷媒（４００）をストリップ（２００）の表面にスプレーするステップを有する、冷間ロールスタンド（３００）での変形後のストリップ（２００）を冷却するための冷却装置（１００）を運転するための方法において、
    冷媒（４００）が、ストリップの表面とこれに向かい合うプレート（５００）の間の空間（Ｈ）内で、ストリップ（２００）の流れ方向（Ｌ）に対向して鋭角となる１０°≦α≦２０°のスプレー角（α）でスプレーされることを特徴とする方法。
15. 冷媒（４００）が空間内にスプレーされる圧力又は流速及び／又は空間（Ｈ）内にスプレーされる冷媒の量及び／又はスプレー角（α）を適切に変更することによって、冷却装置（１００）の冷却能力が、制御又はコントロールされることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 圧力又は流速が、ストリップのそれぞれ現在の速度に依存して調整されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 圧力又は流速が、測定されたプロセス値又はプロセスモデルによって計算されたプロセス値に依存して設定されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. 冷媒が、ストリップの周縁部の近傍で、ストリップの面に対して平行な面内でストリップの中心に向かう方位囲角（β）で、ストリップの表面にスプレーされることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１つに記載の方法。
19. 冷媒（４００）が、ストリップの上面及び／又は下面にスプレー可能であり、上面及び下面に対する冷却能力が、互いに依存せずに調整又はコントロール可能であることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１つに記載の方法。
20. ストリップに亀裂が生じた場合、プレートが、ノズルと共に自動的にストリップ流外に移動されることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか１つに記載の方法。

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