JP5471935B2

JP5471935B2 - 条鋼圧延材の冷却装置

Info

Publication number: JP5471935B2
Application number: JP2010166867A
Authority: JP
Inventors: 幸博緒方; 直紀末富; 真志東田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-07-26
Also published as: JP2012024821A

Description

本発明は、条鋼圧延材の冷却装置に関する。

棒鋼や線材（以下、棒鋼や線材を「条鋼」という。）は、鋼片を加熱し、熱間圧延し、冷却されて製造される。条鋼を急速冷却する場合には、例えば、特許文献１に記載されるような、浸漬型の冷却装置が用いられるのが一般的である。特許文献１に記載される浸漬型冷却装置では、冷却される鋼材を、筒状の冷却ゾーン（冷却管）内を通過させ、冷却管内で、ノズルから噴射する冷却水の直接衝突冷却と、内部を充満して流れる冷却水による浸漬冷却とによって、鋼材が冷却される。

一方、鋼管の冷却方法として、例えば、特許文献２には、冷却対象である鋼管の外側に同心円状に配置された複数のスプレーノズルからなるスプレーノズル群を複数配置し、鋼管に冷却水を噴射して冷却する方法が記載されている。この方法によれば、鋼管を周方向と軸方向の両方向に均一に冷却することができるとされている。

特開昭６３−４２３２５号公報特開２００８−２６１０１８公報

Ｃを０．３８〜０．５５％含有する中炭素鋼、合金鋼などの鋼材を高靭性化して、熱間圧延後に通常行っていた熱処理（焼入れ、焼戻し等）を省略するべく、熱間圧延直後に急速冷却を実施した後、６００℃程度まで復熱させ、その後放冷にて常温まで冷却する試みが近年なされている。

すなわち、この試みは、通常の熱間圧延鋼材では、熱間圧延したままでは高い靭性を得ることができないという課題を解決するために、熱間圧延後から５秒以内に表面温度をＭｓ点以上６００℃以下の温度まで急速冷却し、その後表面温度を５００〜７００℃の範囲まで復熱させ、さらに室温まで大気放冷するものである。これによって、熱間圧延直後の組織を微細化し、熱間圧延ままの状態で焼入れ・焼戻し材並みの高靭性化を達成することができる。

このような観点から、熱間圧延の直後の条鋼を、急速に６００℃以下まで冷却でき、その後５００〜７００℃に復熱できる冷却装置が求められている。

しかし、特許文献１の冷却装置は、浸漬冷却を前提としているために、浸漬された圧延材の周囲に蒸気膜が発生し、熱間圧延の最終パス後５秒以内に圧延材の表面温度を６００℃以下まで急速冷却することは困難である。また、特許文献１の冷却装置は、冷却効率のみ検討されているだけで、その後の復熱については全く考慮されていない。

一方、特許文献２の発明では、スプレーノズルが露出した構成となっている。高速で連続的に圧延される条鋼の連続圧延ラインでは、圧延材は先端が高速かつ不安定な状態で流れていくため、圧延材の先端に曲がりやたわみが生じているような場合に特許文献２に記載の冷却装置を通過させると、スプレーノズルを損傷させ、また冷却帯内での鋼材の詰まりによるトラブル等を発生するおそれがある。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたものであって、設備損傷や操業停止をすることなく鋼材を急速に冷却できると共に、鋼材の復熱をも容易に行える条鋼圧延材の冷却装置を提供することを目的とする。

本発明は、下記の条鋼圧延材の冷却装置を要旨とする。

（１）冷却管の外側に複数の高圧水スプレーノズルを配置した冷却ユニットを１以上有し、高温の条鋼圧延材を、その軸方向に搬送し、冷却管内に通過させて冷却する装置であって、
冷却管が、条鋼圧延材の冷却に用いられた水を排出する貫通孔を複数有し、
冷却ユニットは、冷却管の外側に複数の高圧水スプレーノズルを同心円状に配置したノズルヘッダーを、条鋼圧延材の軸方向に複数列配置して構成され、
隣り合うノズルヘッダー同士の円周方向における高圧水スプレーノズルの位置がθ／２（但し、θは各ノズルヘッダーにおいて、各高圧水スプレーノズル同士が構成する角度）ずれており、貫通孔の冷却管の軸方向の内径が、冷却管の周方向の内径よりも長い条鋼圧延材の冷却装置。

（３）貫通孔の冷却管の軸方向後端側の側面が傾斜部を有する上記（１）の条鋼圧延材の冷却装置。

本発明によれば、設備損傷や操業停止をすることなく鋼材を急速に冷却できると共に、鋼材の復熱をも容易に行える。よって、Ｃを０．３８〜０．５５％含有する中炭素鋼、合金鋼などの鋼材を高強度化するとともに、高靭性化することが可能となるので、圧延後に通常行っていた熱処理（焼入れ、焼戻し等）を省略することができる。

本発明に係る条鋼圧延材の冷却装置の例を示す図本発明に係る条鋼圧延材の冷却装置の例を示す拡大図本発明に係る条鋼圧延材の冷却装置におけるノズルヘッダーの例を条鋼圧延材の軸方向から見た図本発明に係る条鋼圧延材の冷却装置における貫通孔の例を示す図（ａ）上面図（ｂ）横断面図本発明に係る条鋼圧延材の冷却装置における貫通孔の他の例を示す図（ａ）上面図（ｂ）横断面図本発明に係る条鋼圧延材の冷却装置における高圧水スプレーノズルの配置例を示す図（ａ）一段目のノズルヘッダーにおける高圧水スプレーノズルの配置を示す図（ｂ）二段目のノズルヘッダーにおける高圧水スプレーノズルの配置を示す図

図１および図２に示すように、本発明の条鋼圧延材の冷却装置１０においては、冷却管１の外側に複数の高圧水スプレーノズル２を配置した冷却ユニット３を１以上有し、搬送手段４などにより、高温の条鋼圧延材５を、その軸方向（図１の矢印の方向）に搬送し、冷却管１内に通過させて冷却する装置である。冷却管１は、条鋼圧延材５の冷却に用いられた水を排出する貫通孔６を複数有する。このように高圧水を条鋼圧延材５に噴出し、冷却管１が条鋼圧延材５の冷却に用いられた水を排出する貫通孔６を複数有することにより、鋼材を急速に冷却できると共に、鋼材の復熱をも容易に行える。

最も圧延機に近い冷却ユニット３の上流には、円錐形のガイド９を設けるのが好ましい。条鋼圧延材５は、先端に曲がりが生じる場合がある。ガイド９があれば、条鋼圧延材５に曲がりが生じた場合であっても、条鋼圧延材を円滑に冷却ユニット３の冷却管１に導入できる。同様に、各冷却ユニット３における冷却管１の上流側にガイド１ａを設けることで、条鋼圧延材をさらに円滑に冷却ユニット３の冷却管１に導入できる。

冷却ユニット３は、図２および図３に示すように、冷却管１の外側に複数の高圧水スプレーノズル２を同心円状に配置したノズルヘッダー７を、条鋼圧延材５の軸方向に複数列配置して構成される。複数の高圧水スプレーノズル２を同心円状に配置したノズルヘッダー７の単位にすることで、高圧水スプレーノズル２の噴出圧力や流量を調整しやすく、また、ノズルヘッダー７単位で改修することが可能となり、メンテナンスが容易になる。冷却ユニット３は、冷却管１の外側に複数の高圧水スプレーノズル２を同心円状に等間隔に配置する。このように等間隔で配置することにより、冷却ムラが発生しにくくなる。

一つのノズルヘッダー７に含まれる高圧水スプレーノズル２の数には、制約はないが、冷却効率の観点からは、３つ以上であることが好ましい。ただし、各高圧水スプレーノズル２から噴射される水同士が接触するほど、高圧スプレーノズル２同士の間隔が狭くしても、冷却効率は向上しない。よって、冷却管の寸法と高圧スプレーノズル２の仕様との関係にもよるが、一つのノズルヘッダー７に含まれる高圧水スプレーノズルの数は６つ以下にするのが好ましい。

高圧スプレーノズル２は、条鋼圧延材に高圧水を噴射できるものであればよい。ただし、スプレーノズルチップ先端と鋼材との距離、噴射流量および圧力によりスプレー噴射角度および噴射拡散幅が決まる。冷却効率を確保する観点からは、噴出拡散幅は、隣り合うノズルから噴出される高圧水が重なり合うように設定することが好ましい。

貫通孔６の形状には、特に制約はないが、例えば、図４および図５に示すような形状のものが好ましい。特に、貫通孔６は、水の導入と排出とを兼ねたものであることが好ましい。これは、熱交換に用いられた水の排出を円滑に行うことによって、条鋼圧延材の急冷に寄与するとともに、冷却装置を出た後の条鋼圧延材の復熱をも容易にするからである。

貫通孔６の形状は、例えば、図５に示すように、冷却管１の軸方向の内径Ｗａが、冷却管１の周方向の内径Ｗｂよりも長いことが好ましい。熱交換に用いられた水は、条鋼圧延材５の搬送に追随して流れるため、冷却管１の軸方向が長い、即ち、Ｗａ＞Ｗｂの貫通孔６を設けることにより、水の排出を促進できる。図４および図５に示すように、貫通孔６は、その冷却管１の軸方向後端側の側面が傾斜部８を有することが好ましい。これは、条鋼圧延材５の搬送時に貫通孔６に接触した場合にも円滑に通材できるようにするためである。上記の貫通孔６で排出できなかった水は、冷却管１の後端から排出されることになる。

隣り合うノズルヘッダー７同士の高圧水スプレーノズル２は、千鳥状に配列されており、図６に示すように、冷却管１の円周方向における隣り合うノズルヘッダー７同士の高圧水スプレーノズル２の位置は、θ／２（但し、θは各ノズルヘッダー７において、高圧水スプレーノズル２同士が構成する角度）ずれている。このように配列することにより、高効率の冷却を実現することが可能となる。

冷却管１軸方向における隣り合うノズルヘッダー７同士の間隔には、特に制約がないが、広すぎると冷却効率が低下し、狭すぎても冷却効率が上昇せず、節水の観点からは好ましくない。このため、冷却管１軸方向における隣り合うノズルヘッダー７同士の間隔は、ノズルヘッダー７の直径をＤとすると、１．５Ｄ〜２．０Ｄとすることが好ましい。

なお、図１に示す例では、３つの冷却ユニット３を配置した例を示しているが、冷却ユニット３の数には、制約がない。但し、複数あれば、一部の冷却ユニット３における冷却水の噴射を止めることにより、冷却効率および復熱を調整しやすくなる。また、たとえば複数の冷却ユニット３の内の下流側の冷却ユニット３の冷却水の噴射を常時止めておくことにより、下流側の冷却ユニット３の冷却管１は保温カバーとしての作用効果を発揮する。すなわち、上流側の冷却ユニット３で急速冷却された条鋼圧延材５は、下流側の冷却ユニット３を通過する際にはその冷却管１により周囲の空気と遮断されるため放冷されにくく、復熱効果を高めることができる。さらに、図１に示す例では、一つの冷却ユニットに含まれるノズルヘッダー７が８つの例を示しているが、その数にも制約はない。冷却される条鋼圧延材の寸法、求められる冷却効率、装置のスペースなどから決定すればよい。ただし、条鋼圧延材のサイズによる段取り替えを容易にするため、一つの冷却ユニットあたり５〜１０個のノズルヘッダーを有することが好ましい。

本発明によれば、設備損傷や操業停止をすることなく鋼材を急速に冷却できると共に、鋼材の復熱をも容易に行える。よって、Ｃ：０．３８〜０．５５％を含有する中炭素鋼、合金鋼などの鋼材を高強度化するとともに、高靭性化することが可能となるので、圧延後に通常行っていた熱処理（焼入れ、焼戻し等）を省略することができる。

１冷却管
１ａガイド
２高圧水スプレーノズル
３冷却ユニット
４搬送手段
５条鋼圧延材
６貫通孔
７ノズルヘッダー
８傾斜部
９ガイド
１０本発明の条鋼圧延材の冷却装置

Claims

冷却管の外側に複数の高圧水スプレーノズルを配置した冷却ユニットを１以上有し、高温の条鋼圧延材を、その軸方向に搬送し、冷却管内に通過させて冷却する装置であって、
冷却管が、条鋼圧延材の冷却に用いられた水を排出する貫通孔を複数有し、
冷却ユニットが、冷却管の外側に複数の高圧水スプレーノズルを同心円状に配置したノズルヘッダーを、条鋼圧延材の軸方向に複数列配置して構成され、
隣り合うノズルヘッダー同士の円周方向における高圧水スプレーノズルの位置がθ／２（但し、θは各ノズルヘッダーにおいて、各高圧水スプレーノズル同士が構成する角度）ずれており、貫通孔の冷却管の軸方向の内径が、冷却管の周方向の内径よりも長いことを特徴とする条鋼圧延材の冷却装置。
貫通孔の冷却管の軸方向後端側の側面が傾斜部を有することを特徴とする請求項１に記載の条鋼圧延材の冷却装置。