JP5114655B2 - ルーズコイルの冷却設備及び冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は，非同心円状に巻き取られた鋼線材であるルーズコイルの冷却設備及びルーズコイルの冷却方法に関する。

熱間圧延後，ルーズコイルは空気を吹きかけられ，あるいは冷却流体に浸漬されて冷却される。このときの冷却に使われる冷却設備としては，従来から，空気を冷却媒体とするステルモア（特許文献１），温水を冷却媒体とするＥＤＣ（特許文献２），溶融塩を冷却媒体とするＤＬＰ（特許文献３）が知られている。

しかしながら，前記従来の冷却設備によってルーズコイルを冷却した後，鋼線材は長手方向に強度の不均一さが生じ，この不均一さはルーズコイルの半周長の周期を持つ周期的な変化であることが分かってきた。

そこで従来は，冷却槽内で冷却媒体を攪拌し，冷却槽内のルーズコイルに噴出される冷却媒体の流速を制御することにより，ルーズコイルの冷却速度の不均一さを抑えることが考えられた。例えば，前記ＤＬＰでは冷却媒体である溶融塩を攪拌するために，エアーバブリングによる攪拌が行われている（特許文献４）。また，冷却媒体をルーズコイルにスプレーし，冷却する方法も提案されている。
特開平１０−１７９４３号公報 特開平６−１００５４号公報 特開昭５７−９２１３６号公報 実開昭５９−４４７６４号公報

しかしながら，前記エアーバブリングによる攪拌では，冷却媒体の強制的に付与する流速が小さく，ルーズコイルへの熱伝達率を大きく，また一様にすることが困難である。
また，前記スプレーによる冷却では，冷却媒体をルーズコイルにスプレーした場合，冷却媒体が噴出される部分と鋼線材が重なり陰になった部分での熱伝達率の差が大きく，冷却速度の不均一さが大きくなる。

さらに，ルーズコイルの冷却速度の不均一さが生じる原因について，本発明の研究から以下の知見を得た。図４に基づいて説明すると，ルーズコイル１００は幅方向Ｄに密度が異なり，ルーズコイル１００の幅方向端部１０１，１０１で鋼線材が密集している。したがって，均一な冷却媒体の中でルーズコイル１００を冷却すると，ルーズコイル１００の冷却速度に不均一さを生じるためである。即ち，ルーズコイル１００の幅方向端部１０１，１０１における冷却速度は，ルーズコイル１００の中心部の冷却速度に比べて遅くなる。

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，冷却槽内での冷却媒体によるルーズコイルの幅方向端部の冷却速度を向上し，ルーズコイルの幅方向に対して冷却速度の不均一さを低減することにより，鋼線材の平均強度を高くするとともに，長手方向の強度の不均一さを軽減することを目的としている。

前記の目的を達成するため，本発明のルーズコイルの冷却設備は，非同心円状に巻き取られた鋼線材のルーズコイルを連続して冷却槽内の冷却媒体内に浸漬し，当該冷却槽内の搬送装置によって前記ルーズコイルを搬送し，前記ルーズコイルを冷却する冷却設備において，前記ルーズコイルの幅方向端部へ向けて上方から冷却媒体を噴出する噴出しノズルが前記冷却槽内に設けられ，前記噴出しノズルから噴出された冷却媒体の流線上であってかつ前記冷却槽内のルーズコイルの下方に設けられた冷却媒体の吸い込み部と，当該吸い込み部から吸い込んだ冷却媒体を前記噴出しノズルへ循環させる循環系統と，当該循環系統に付随する冷却媒体を冷却する冷却装置とを有することを特徴としている。

また，前記の目的を達成するため，本発明のルーズコイルの冷却設備は，非同心円状に巻き取られた鋼線材のルーズコイルを連続して冷却槽内の冷却媒体内に浸漬し，当該冷却槽内の搬送装置によって前記ルーズコイルを搬送し，前記ルーズコイルを冷却する冷却設備において，前記ルーズコイルの幅方向端部へ向けて上方から冷却媒体を噴出する噴出しノズルが前記冷却槽内に設けられ，前記噴出しノズルから噴出された冷却媒体の流線上であってかつ冷却槽の底部に形成された開口部と，前記冷却槽からの冷却媒体が流入する受液槽と，当該受液槽内の冷却媒体を前記噴出しノズルへ循環させる循環系統とを有することを特徴としている。

本発明においては，鋼線材が密集している前記ルーズコイルの幅方向端部に，前記噴出しノズルから冷却媒体を噴出させることによって，当該ルーズコイルの幅方向端部の冷却速度を速めることができる。これにより，当該ルーズコイルの幅方向端部における強度が高くなるために，鋼線材の平均強度も高くなる。

前記噴出しノズルから前記ルーズコイルの幅方向端部に噴出された冷却媒体は，前記吸い込み部へ向かって一方向に流れ，当該前記ルーズコイルの幅方向端部の冷却速度をより速くすることができ，ルーズコイルの幅方向端部を通過した冷却媒体の流れが吸い込み部に吸収され，前記冷却槽内を循環する冷却媒体の流れが遅くなるため，ルーズコイル中央部における冷却媒体の流速を幅方向端部に比べて低減できる。また，前記吸い込み部から吸い込んだ冷却媒体は前記循環系統とこれに付随する前記冷却装置を用いて，前記噴出しノズルから噴出される冷却媒体の少なくとも流量または温度を制御することができる。したがって，ルーズコイルの幅方向に対して冷却速度の不均一さを低減することができる。

前記循環系統には，付随する冷却媒体を冷却する冷却装置または加熱する加熱装置とを，さらに有するようにしてもよい。

さらに別な観点によれば，本発明では，ルーズコイルを連続して冷却槽内の冷却媒体内に浸漬し，前記ルーズコイルを冷却する方法において，前記ルーズコイルの幅方向端部に対して，噴出しノズルから冷却媒体を噴出させ，当該冷却媒体の吸い込み部を前記噴出しノズルから噴出された冷却媒体の流線上でかつ前記冷却槽内のルーズコイルの下方に設置し，前記吸い込み部から当該冷却媒体を吸い出し，前記噴出しノズルへ循環させることを特徴としている。また，別な観点によれば，本発明では，ルーズコイルを連続して冷却槽内の冷却媒体内に浸漬し，前記ルーズコイルを冷却する方法において，前記ルーズコイルの幅方向端部に対して，噴出しノズルから冷却媒体を噴出させ，前記冷却槽の底部に開口部を前記噴出しノズルから噴出された冷却媒体の流線上でかつ前記冷却槽内のルーズコイルの下方に形成し，前記開口部から当該冷却媒体を流れ出させ，前記噴出しノズルへ循環させることを特徴としている。この方法により，冷却槽内での冷却媒体によるルーズコイルの幅方向端部の冷却速度を向上させることができる。

この場合，前記冷却媒体の少なくとも流量または温度を制御することにより，ルーズコイルの冷却速度を制御するようにしてもよい。

また，前記冷却設備が前記冷却槽から冷却媒体が流入する前記受液槽を有する場合，前記冷却槽内の冷却媒体の温度は，前記受液槽内の冷却媒体の温度よりも高くなるようにしてもよい。

本発明によれば，冷却槽内での冷却媒体によるルーズコイルの幅方向端部の冷却速度を向上し，ルーズコイルの幅方向に対して冷却速度の不均一さを低減することができる。したがって，ルーズコイルの幅方向端部における強度が高くなるために，鋼線材の平均強度も高くなり，鋼線材の長手方向の強度の不均一さを軽減することができる。

以下，本発明の好ましい実施の形態について，図１に基づいて説明する。図１は本実施の形態にかかるルーズコイルの冷却設備１の断面を示している。

本実施の形態にかかる冷却設備１は，上面が開口し，長手方向に続く冷却槽２を有している。この冷却槽２の中には，冷却媒体としての溶融塩３が貯留されている。冷却槽２内には，搬送装置としての搬送ローラー５が冷却槽２の長手方向と直角に配置されている。搬送ローラー５は複数配置されている。これら搬送ローラー５は，そのすべて，あるいは任意のローラーが，モーターなどの適宜の駆動装置（図示せず）によって回転駆動するようになっている。ルーズコイル４は搬送ローラー５の上に置かれる。したがって，搬送ローラー５の回転によって，ルーズコイル４は，冷却槽２の長手方向に沿って次々と搬送されていく。

ルーズコイル４の幅方向端部の上方には，溶融塩３の噴出しノズル６が複数配置されている。本実施の形態においては，４ヶ所に噴出しノズル６が設けられている。噴出しノズル６は溶融塩３に浸されている。これは噴出しノズル６から噴出される溶融塩３に気泡が混入しないようにするためである。

噴出しノズル６から噴出された溶融塩３の流線上であってかつ冷却槽２内のルーズコイル４の下方に，溶融塩３の吸い込み部７，７が配置されている。吸い込み部７，７は，合流ヘッダ８ａの両端に設けられている。合流ヘッダ８ａは吸引管８の一端部に接続されており，この吸引管８の他端部はポンプ９に接続されている。ポンプ９には吐出管１０が接続され，冷却槽２内の上方にて，分岐ヘッダ１０ａがこの吐出管１０に接続されている。分岐ヘッダ１０ａには噴出しノズル６が４ヶ所に設けられている。このような構成により，吸い込み部７，７から吸い込まれた溶融塩３は，吸引管８，吐出管１０を経て，再び噴出しノズル６へと供給され，噴出しノズル６からルーズコイル４へと噴出される。すなわち，溶融塩３はこのルートを循環している。
さらに吐出管１０には，吐出管１０内を流れる溶融塩３を冷却するための冷却装置１１が設けられている。吸い込み部７，７から吸い込まれた溶融塩３の温度を４５０℃とすると，この冷却装置１１によって，溶融塩３は例えば４００℃まで冷却される。

本実施の形態にかかる冷却設備１は以上のように構成されており，次にその運転例について説明する。熱間圧延後，ルーズコイル４は，冷却処理するために冷却槽２内を搬送ローラー５により搬送され，溶融塩３内に浸漬される。これによって，熱間圧延され約８００℃になっていたルーズコイルは，約４５０℃まで冷却される。

このルーズコイル４の冷却中に，ルーズコイル４の鋼線材が密集している幅方向端部１０１に向けて，噴出しノズル６から溶融塩３が噴出される。噴出された溶融塩３の大部分は，その流線上でかつルーズコイル４の下方に配置された吸い込み部７に吸い込まれる。噴出しノズル６と吸い込み部７の間を，溶融塩３はその流線を乱すことなく流れるため，溶融塩３の流線上に在るルーズコイルの幅方向端部１０１を効果的に冷却することができる。

吸い込み部７から吸い込まれた溶融塩３は，合流ヘッダ８ａ，吸引管８を経て，ポンプ９により吐出管１０，分岐ヘッダ１０ａを通り，再び噴出しノズル６から噴出されるが，ルーズコイル４からの熱移動により，吸い込み部７から吸い込まれた溶融塩３は昇温している。そのため，噴出しノズル６に送る前に，冷却装置１１によって溶融塩３は冷却される。この冷却装置１１によって，溶融塩３は例えば４５０℃から４００℃に冷却される。
冷却装置１１によって冷却された溶融塩３は，噴出しノズル６に送られる。

以上のように，この実施の形態の冷却設備１によれば，ルーズコイル４の幅方向端部１０１に対して，常に設定温度まで冷却された溶融塩３を噴出しノズル６から噴出させることができるので，冷却槽内１での溶融塩３によるルーズコイル４の幅方向端部１０１の冷却速度を向上し，ルーズコイル４の幅方向に対して冷却速度の不均一さを低減することができる。したがって，鋼線材の長手方向の強度の不均一さを軽減することができる。
なお，噴出しノズル６から噴出される溶融塩３の流量は，このポンプ９によって制御されるので，このポンプ９を制御して噴出しノズル６からの溶融塩３の噴出量をコントロールすることで，冷却速度をさらに調整して，より微細な冷却速度の均一性の制御をすることが可能である。

次に他の実施の形態にかかる冷却設備について，図２に基づいて説明する。図２は他の実施の形態にかかるルーズコイルの冷却設備２０の断面を示している。

この冷却設備２０の構成は，図１における冷却設備１の構成と以下の点が異なる。
まずこの冷却設備２０は，冷却槽２に，より小型化した冷却槽２を採用するとともに，この冷却槽２の下方に，冷却槽２よりも大型の受液槽２２を配置している。そして，冷却槽２の底部には噴出しノズル６の流線上に開口部２１，２１が形成されている。なお，受液槽２２内の溶融塩３の液面はこの開口部２１，２１の下方にある。そして，ポンプ９は受液槽２２の内部に設けられている。

他の実施の形態にかかる冷却設備２０は以上のように構成されている。そしてこの冷却設備２０によれば，噴出しノズル６から噴出された溶融塩３の大部分は，その流線上でかつ冷却槽２の底部に形成された開口部２１に吸い込まれる。開口部２１に吸い込まれた溶融塩３は，開口部２１の下方に設けられた受液槽２２に落下して流入する。また，冷却槽２内の溶融塩３にオーバーフロー２３があった場合，このオーバーフロー２３も受液槽２２に流入する。受液槽２２内の溶融塩３は，ポンプ９によって吐出管１０内を流れて噴出しノズル６に送られる。
このように冷却設備２０によれば，前出実施の形態にかかる冷却設備１において採用された吸い込み部７を設けることなく，噴出しノズル６から開口部２１に至る溶融塩３の流れを形成することができる。

さらに，吐出管１０に設けられている冷却装置１２に代えて加熱装置を設置してもよい。これにより，冷却槽２内の溶融塩３の温度を受液槽２２内の溶融塩３の温度よりも高くすることができる。例えば受液槽２２内の溶融塩３の温度が５５０℃である場合，受液槽２２から冷却槽２に循環中の溶融塩３を加熱装置により加熱することにより，冷却槽２内の溶融塩３の温度を受液槽２２内の溶融塩３の温度もよりも高い６００℃とすることができる。
また，ルーズコイル４から冷却槽２内の溶融塩３に伝達される熱により，冷却槽２内の溶融塩３の温度は上昇する傾向にある。これにより連続的に操業している場合は，加熱装置を稼動させず，冷却槽２に循環する溶融塩３の量を制御することにより，冷却槽２内の溶融塩３の温度を受液槽２２内の溶融塩３の温度よりも高温に制御することができる。
これにより，溶融塩３の使用可能温度の上限であって，受液槽２２から冷却槽２に循環中の溶融塩３を冷却する冷却装置１２の使用可能温度よりも高い温度にて，ルーズコイル４の冷却を行なうことも可能となり，冷却設備２０の使用可能温度範囲を拡大することができる。

さらに他の実施の形態にかかる冷却設備について，図３に基づいて説明する。図３は他の実施の形態にかかるルーズコイル の冷却設備４０の断面を示している。

この冷却設備４０は，図２における冷却設備２０に，ルーズコイル４の中心部の上方にさらに噴出しノズル４１を有している。この噴出しノズル４１によってルーズコイル４の中央部にも溶融塩３を噴出し，ルーズコイル４全体をより速く冷却することができる。
かかる場合であっても，ルーズコイル４の幅方向端部１０１を重点的に冷却するために，噴出しノズル６及び４１から噴出される溶融塩３の流量を調節するのが好ましい。噴出しノズル６を複数配置した場合，各ノズルの径を異なったものとしてもよい。これにより，より微細な冷却速度の制御が可能である。また，噴出しノズル６を幅方向に複数配置することで，ルーズコイル４の不均一さに応じて，これを適切に是正することが可能である。
このようにノズル６をルーズコイル４の幅方向端部１０１に配置し，中央部にノズル４１を配置することにより，ルーズコイル４の幅方向全体としての溶融塩３の流速を速くするとともに，幅方向端部１０１に噴出される溶融塩３の流速をさらに速くすることにより，より一層速やかで不均一さの少ないルーズコイル４の冷却が可能である。
さらに、開口部２１の位置または開口面積を最適にし、あるいはこれらを変動可能とすることにより，さらに速やかで不均一さの少ないルーズコイル４の冷却が可能である。

本発明は，熱間圧延後，非同心円状に巻き取られた鋼線材のルーズコイルの冷却に有用である。

本実施の形態にかかるルーズコイルの冷却設備の縦断面図である。 他の実施の形態にかかるルーズコイルの冷却設備の縦断面図である。 他の実施の形態にかかるルーズコイルの冷却設備の縦断面図である。 ルーズコイルの平面図である。

符号の説明

１ ルーズコイルの冷却設備
２ 冷却槽
３ 溶融塩
４ ルーズコイル
５ 搬送ローラー
６ 噴出しノズル
７ 吸い込み部
８ 吸引管
８ａ 合流ヘッダ
９ ポンプ
１０ 吐出管
１０ａ 分岐ヘッダ
１１ 冷却装置
１２ 冷却設備もしくは加熱装置
２０ ルーズコイルの冷却設備
２１ 開口部
２２ 受液槽
２３ オーバーフロー
１００ ルーズコイル
１０１ ルーズコイルの幅方向端部

Claims (8)

1. 熱間圧延後，非同心円状に巻き取られた鋼線材のルーズコイルを連続して冷却槽内の冷却媒体内に浸漬し，当該冷却槽内の搬送装置によって前記ルーズコイルを搬送し，前記ルーズコイルを冷却する冷却設備において，
   前記ルーズコイルの幅方向端部へ向けて上方から冷却媒体を噴出する噴出しノズルが前記冷却槽内に設けられ，
   前記噴出しノズルから噴出された冷却媒体の流線上であってかつ前記冷却槽内のルーズコイルの下方に設けられた冷却媒体の吸い込み部と，
   当該吸い込み部から吸い込んだ冷却媒体を前記噴出しノズルへ循環させる循環系統と，
   を有することを特徴とする，ルーズコイルの冷却設備。
2. 熱間圧延後，非同心円状に巻き取られた鋼線材のルーズコイルを連続して冷却槽内の冷却媒体内に浸漬し，当該冷却槽内の搬送装置によって前記ルーズコイルを搬送し，前記ルーズコイルを冷却する冷却設備において，
   前記ルーズコイルの幅方向端部へ向けて上方から冷却媒体を噴出する噴出しノズルが前記冷却槽内に設けられ，
   前記噴出しノズルから噴出された冷却媒体の流線上であってかつ前記冷却槽の底部に形成された開口部と，
   前記冷却槽からの冷却媒体が流入する受液槽と，
   当該受液槽内の冷却媒体を前記噴出しノズルへ循環させる循環系統と，
   を有することを特徴とする，ルーズコイルの冷却設備。
3. 前記循環系統は冷却媒体を冷却する冷却装置をさらに有することを特徴とする，請求項１又は請求項２に記載のルーズコイルの冷却設備。
4. 前記循環系統は冷却媒体を加熱する加熱装置をさらに有することを特徴とする，請求項２に記載のルーズコイルの冷却設備。
5. 熱間圧延後，非同心円状に巻き取られた鋼線材のルーズコイルを連続して冷却槽内の冷却媒体内に浸漬し，前記ルーズコイルを冷却する方法において，
   前記冷却槽内で前記ルーズコイルの幅方向端部に対して，噴出しノズルから冷却媒体を噴出させ，
   当該冷却媒体の吸い込み部を前記噴出しノズルから噴出された冷却媒体の流線上でかつ前記冷却槽内のルーズコイルの下方に設置し，
   前記吸い込み部から当該冷却媒体を吸い出し，前記噴出しノズルへ循環させることを特徴とする，ルーズコイルの冷却方法。
6. 熱間圧延後，非同心円状に巻き取られた鋼線材のルーズコイルを連続して冷却槽内の冷却媒体内に浸漬し，前記ルーズコイルを冷却する方法において，
   前記冷却槽内で前記ルーズコイルの幅方向端部に対して，噴出しノズルから冷却媒体を噴出させ，
   前記冷却槽の底部に開口部を前記噴出しノズルから噴出された冷却媒体の流線上でかつ前記冷却槽内のルーズコイルの下方に形成し，
   前記開口部から当該冷却媒体を流れ出させ，前記噴出しノズルへ循環させることを特徴とする，ルーズコイルの冷却方法。
7. 前記冷却媒体の少なくとも流量または温度を制御することにより，前記ルーズコイルの冷却速度を制御することを特徴とする，請求項５又は請求項６に記載のルーズコイルの冷却方法。
8. 熱間圧延後，非同心円状に巻き取られた鋼線材のルーズコイルを連続して冷却槽内の冷却媒体内に浸漬し，前記ルーズコイルを冷却する方法において，請求項４に記載の冷却設備を用いるとともに，前記冷却槽内の冷却媒体の温度を，前記冷却槽からの冷却媒体が流入する前記受液槽内の冷却媒体の温度よりも高くすることを特徴とする，ルーズコイルの冷却方法。

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