JP5531852B2 - Method for determining refrigerant flow rate - Google Patents

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本発明は、鋼板を急冷することが可能な、冷媒流量の決定方法及び鋼板の冷却装置に関する。   The present invention relates to a method for determining a refrigerant flow rate and a steel sheet cooling apparatus capable of rapidly cooling a steel sheet.

自動車用や構造材用等として用いられる鋼材は、強度、加工性、靭性といった機械的特性に優れることが求められ、これらの機械的特性を総合的に高めるには、熱延鋼板の結晶粒を微細化することが有効である。そのため、微細結晶粒を有する熱延鋼板を得るための製造方法が数多く模索されてきている。また、結晶粒を微細化すれば、合金元素の添加量を削減しても優れた機械的性質を具備した高強度熱延鋼板を製造することが可能になる。   Steel materials used for automobiles, structural materials, etc. are required to have excellent mechanical properties such as strength, workability, and toughness. It is effective to reduce the size. Therefore, many manufacturing methods for obtaining a hot rolled steel sheet having fine crystal grains have been sought. Further, if the crystal grains are refined, it is possible to produce a high-strength hot-rolled steel sheet having excellent mechanical properties even if the addition amount of the alloy element is reduced.

熱延鋼板の結晶粒の微細化方法としては、熱間仕上げ圧延の特に後段において、高圧下圧延を行ってオーステナイト粒を微細化するとともに粒内に圧延歪を蓄積させ、冷却後(又は変態後)に得られるフェライト粒の微細化を図る方法等が知られている。そして、オーステナイト粒の再結晶や回復を抑制してフェライト変態を促進させるという観点からは、圧延後の短時間で鋼板を所定の温度以下まで冷却することが有効である。すなわち、微細結晶粒を有する熱延鋼板を製造するためには、熱間仕上げ圧延に引き続き、従来よりも早く冷却することが可能な冷却装置を設置し、圧延後の鋼板を急冷することが有効である。   As a method of refining crystal grains of hot-rolled steel sheet, particularly in the latter stage of hot finish rolling, high-pressure rolling is performed to refine austenite grains and accumulate rolling strain in the grains, after cooling (or after transformation) And the like, and the like. From the viewpoint of suppressing the recrystallization and recovery of austenite grains and promoting ferrite transformation, it is effective to cool the steel sheet to a predetermined temperature or less in a short time after rolling. In other words, in order to manufacture hot rolled steel sheets with fine crystal grains, it is effective to install a cooling device that can cool faster than before, followed by hot finish rolling, and rapidly cool the rolled steel sheet. It is.

このような鋼板の冷却装置に関して、例えば特許文献1には、拘束ロール対間を通板する厚鋼板の上・下面に水を噴射する複数のスプレーノズルを有する上面側・下面側ノズルボックスを備えた厚鋼板の冷却装置に関する技術が記載されている。この特許文献1には、複数種類のスプレーノズルが開示されているほか、冷却に及ぼす板上水の影響についても検討がなされている。また、特許文献2には、連続鋳造機の二次冷却帯において、スラブ短辺面を、衝突圧が5×10−3MPa以上の高圧スプレー水で冷却するスラブ連続鋳造方法が開示されている。また、特許文献3には、熱間圧延ライン等のラインで熱間圧延された高温鋼板等の被冷却板を冷却装置によって水冷するに際して、冷却される被冷却板上に滞留した冷却水を、水及び空気の流体噴射によって排出する水切り方法及びその装置に関する技術が開示されている。また、特許文献4には、冷却ムラを低減することが可能な鋼板の冷却装置が開示されている。 Regarding such a steel sheet cooling device, for example, Patent Document 1 includes an upper surface side / lower surface side nozzle box having a plurality of spray nozzles for injecting water onto the upper and lower surfaces of a thick steel plate that passes between a pair of restraining rolls. A technology related to a cooling apparatus for thick steel plates is described. In Patent Document 1, a plurality of types of spray nozzles are disclosed, and the influence of water on the plate on cooling is also studied. Patent Document 2 discloses a slab continuous casting method in which a slab short side surface is cooled with high-pressure spray water having a collision pressure of 5 × 10 −3 MPa or more in a secondary cooling zone of a continuous casting machine. . Further, in Patent Document 3, when cooling a cooled plate such as a high-temperature steel plate hot-rolled in a line such as a hot rolling line with a cooling device, the cooling water staying on the cooled plate to be cooled is A technique related to a draining method and apparatus for discharging water and air by fluid injection is disclosed. Patent Document 4 discloses a steel sheet cooling device that can reduce cooling unevenness.

特開2006−35311号公報JP 2006-35311 A 特開2005−177841号公報JP 2005-177841 A 特開2002−121616号公報JP 2002-121616 A 特開2006−35233号公報JP 2006-35233 A

しかしながら、ノズルから鋼板へ向けて噴射した冷媒を鋼板表面に衝突させて鋼板を急冷する際に、特許文献1に開示されている技術を用いると、鋼板の上面に板上水が滞留しやすい。板上水が滞留している鋼板に冷媒を単に噴射しても鋼板を急冷することは困難であるため、特許文献1に開示されている技術を用いても鋼板を急冷することは困難であるという問題があった。また、特許文献2に開示されている技術を圧延後の鋼板の冷却へと単に適用すると、板上水が滞留しやすく、鋼板を急冷することは困難であるという問題があった。これらの問題は、特許文献1〜特許文献4の技術を組み合わせたとしても、解決することが困難であった。   However, when the technique disclosed in Patent Document 1 is used to rapidly cool the steel sheet by causing the coolant jetted from the nozzle toward the steel sheet to collide with the steel sheet surface, the on-board water tends to stay on the upper surface of the steel sheet. Since it is difficult to rapidly cool the steel sheet even if the refrigerant is simply sprayed onto the steel sheet where the on-board water is retained, it is difficult to rapidly cool the steel sheet even using the technique disclosed in Patent Document 1. There was a problem. Further, when the technique disclosed in Patent Document 2 is simply applied to cooling of a steel plate after rolling, there is a problem that water on the plate tends to stay and it is difficult to rapidly cool the steel plate. These problems are difficult to solve even if the techniques of Patent Documents 1 to 4 are combined.

そこで、本発明では、板上水が滞留していても鋼板を急冷することが可能な、冷媒流量の決定方法、及び、鋼板の冷却装置を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a refrigerant flow rate determination method and a steel plate cooling device capable of rapidly cooling a steel plate even when water on the plate is retained.

本発明者は、超微細結晶粒を有する熱延鋼板(以下において、「超微細粒鋼」ということがある。)の製造に関する研究調査を行い、以下の知見を得た。
(1)図1に示されるように、Ar3点以上の温度域で圧延された後、0.2秒以内に720℃までの冷却を完了すると、結晶粒をさらに微細化することが可能になる。
(2)Ar3点以上の例えば820℃から720℃までの100℃降下の冷却を、圧延後0.2秒以内で終了させるには、600℃/s以上の冷却速度で急冷を行う必要がある。
(3)鋼板へと噴射された冷却水が鋼板に衝突する圧力(面圧)と鋼板の冷却速度との間には相関があり(図2参照)、冷却水が鋼板に衝突する圧力を増大させることによって鋼板の冷却速度を増大させることが可能になる。そのため、600℃/s以上の冷却速度で急冷を行うには、鋼板へ向けて噴射した高圧ジェット水が衝突する圧力を3.5kPa以上にする必要がある。なお、図2における「鋼板の平均冷却速度」は3mm厚の鋼板の上下面に均等に高圧ジェット水を衝突させて冷却した場合の板厚方向1/4深さにおける冷却速度である。また、図2における「高圧ジェット水が鋼板に衝突する圧力」とは、鋼板の片面に衝突する圧力であり、後述する「平均衝突圧Ps」のことである。
The present inventor conducted research on the production of hot-rolled steel sheets having ultrafine crystal grains (hereinafter sometimes referred to as “ultrafine grain steel”), and obtained the following knowledge.
(1) As shown in FIG. 1, after rolling in a temperature range of Ar3 point or higher and completing cooling to 720 ° C. within 0.2 seconds, the crystal grains can be further refined. .
(2) In order to finish cooling at 100 ° C. from 820 ° C. to 720 ° C., for example, at an Ar3 point or higher, within 0.2 seconds after rolling, it is necessary to perform rapid cooling at a cooling rate of 600 ° C./s or higher. .
(3) There is a correlation between the pressure (surface pressure) at which the cooling water sprayed onto the steel plate collides with the steel plate and the cooling rate of the steel plate (see FIG. 2), and the pressure at which the cooling water collides with the steel plate is increased. By making it, it becomes possible to increase the cooling rate of a steel plate. Therefore, in order to perform rapid cooling at a cooling rate of 600 ° C./s or higher, it is necessary to set the pressure at which high-pressure jet water injected toward the steel plate collides to 3.5 kPa or higher. In addition, the “average cooling rate of the steel plate” in FIG. 2 is a cooling rate at a depth of ¼ depth in the plate thickness direction when the high-pressure jet water is uniformly collided with the upper and lower surfaces of the 3 mm thick steel plate. Further, the “pressure at which the high-pressure jet water collides with the steel sheet” in FIG. 2 is a pressure that collides with one surface of the steel sheet, and is an “average collision pressure Ps” described later.

上述のように、微細粒鋼を製造するためには、圧延後に600℃/s以上の冷却速度で急冷する必要がある。一方、本発明者らは、鋼板の冷却には扇形の噴流を形成し適度な広がりと貫通力を併せ持つフラットスプレーノズル(「扇形ノズル」と呼ぶこともある。)を用いることが有効であるとの知見を得ており、これまでに特許文献4に係る発明等を完成させている。しかしながら、かかる急冷では、鋼板の幅方向及び搬送方向に多数のノズルを配置した状態で大量の冷媒を鋼板上に噴射するため、鋼板へと噴射された冷媒が鋼板の上面に滞留しやすくなる。このような板上に滞留する冷媒(以下において、「板上水」ということがある。)は、スプレーの鋼板への衝突力を低下させるため、冷媒の噴射量を単純に増加させても想定通りの急冷能力が得られない可能性がある。そこで、フラットスプレーノズルを用いた鋼板の急冷を行う際の条件を特定すべく、板上水の高さと、冷却水が鋼板に衝突する圧力(面圧)との関係を調査した。その内容を以下に示す。   As described above, in order to produce a fine-grained steel, it is necessary to rapidly cool after rolling at a cooling rate of 600 ° C./s or more. On the other hand, the present inventors believe that it is effective to use a flat spray nozzle (sometimes referred to as a “fan-shaped nozzle”) that forms a fan-shaped jet and has an appropriate spread and penetration force for cooling the steel sheet. The invention according to Patent Document 4 has been completed so far. However, in such rapid cooling, a large amount of refrigerant is injected onto the steel plate in a state in which a large number of nozzles are arranged in the width direction and the conveying direction of the steel plate, so that the refrigerant injected onto the steel plate tends to stay on the upper surface of the steel plate. Such refrigerant staying on the plate (hereinafter sometimes referred to as “water on the plate”) reduces the collision force of the spray on the steel plate, so it is assumed that the injection amount of the refrigerant is simply increased. Street quenching capacity may not be achieved. Then, in order to specify the conditions at the time of rapid cooling of the steel plate using a flat spray nozzle, the relationship between the height of the water on the plate and the pressure (surface pressure) at which the cooling water collides with the steel plate was investigated. The contents are shown below.

実験装置の模式図を図3に示す。プランジャーポンプで加圧した上水をノズル(フラットスプレーノズル)から噴射し、圧力測定孔を有するアクリル製の衝突面(600mm角)での衝突圧を測定した。冷却水噴流の中心点と衝突面との距離H(以下において、「噴射距離H」ということがある。)は、300mmとした。ノズルから噴射された冷却水噴流の頂角α(以下において、「噴流頂角α」ということがある。)は約37π/180rad、ノズルへの給水圧Pn(以下において、「ノズル圧」ということがある。)が1.5MPaの時にノズルから噴射される冷却水の流量Q(以下において、ノズルから噴射される冷却水の流量を「ノズル流量」ということがある。)は33.5L/minであった。板上水滞留をモデル化するため、衝突面の周囲にアクリル製の堰を設け、余分な板上水が外側に溢れ出るようにして、その高さで板上水の液面高さHw(以下において、「板上水高さ」と呼ぶことがある。)を調整した。液面高さHwは0〜450mm(0mm、100mm、200mm、300mm、及び、450mmの5通り)とした。衝突面には直径1mmの圧力測定孔を10mmピッチで開け、タッチチューブにて内径10mmのアクリルパイプと接続し、その水柱を読み取った。板上水表面の位置を0kPaとすることで動圧のみを読み取った。また、衝突面をスプレーの厚さ方向へ移動して厚さ方向の衝突圧分布も測定した。   A schematic diagram of the experimental apparatus is shown in FIG. Clean water pressurized by a plunger pump was sprayed from a nozzle (flat spray nozzle), and the collision pressure at an acrylic collision surface (600 mm square) having a pressure measurement hole was measured. The distance H between the center point of the cooling water jet and the collision surface (hereinafter sometimes referred to as “injection distance H”) was 300 mm. The apex angle α of the cooling water jet injected from the nozzle (hereinafter sometimes referred to as “jet apex angle α”) is approximately 37π / 180 rad, and the water supply pressure Pn to the nozzle (hereinafter referred to as “nozzle pressure”). The flow rate Q of cooling water injected from the nozzle when the pressure is 1.5 MPa (hereinafter, the flow rate of cooling water injected from the nozzle may be referred to as “nozzle flow rate”) is 33.5 L / min. Met. In order to model on-board water retention, an acrylic weir is installed around the collision surface so that excess on-board water overflows to the outside, and the height of the on-board water level Hw ( In the following, the “water height on the plate” may be referred to)). The liquid level height Hw was set to 0 to 450 mm (5 types of 0 mm, 100 mm, 200 mm, 300 mm, and 450 mm). Pressure measurement holes with a diameter of 1 mm were formed on the collision surface at a pitch of 10 mm, connected to an acrylic pipe with an inner diameter of 10 mm with a touch tube, and the water column was read. Only the dynamic pressure was read by setting the position of the water surface on the plate to 0 kPa. In addition, the impact pressure distribution in the thickness direction was also measured by moving the impact surface in the thickness direction of the spray.

図4及び図5は、衝突圧分布に及ぼす液面高さの影響を示す図であり、ノズル圧1.5MPa、噴射距離H=300mmの場合の結果である。図4(a)はHw=0mm、図4(b)はHw=100mm、図4(c)はHw=200mm、図5(a)はHw=300mm、図5(b)はHw=450mmの場合の結果である。図4(a)〜図4(c)に示すように、Hwが200mm以下の場合には、衝突圧の高い部位の形状(以下において、「衝突圧形状」ということがある。)が略楕円形となった。これに対し、図5(a)及び図5(b)に示すように、Hwが300mm以上の場合には、衝突圧形状が円形に近づいた。したがって、今回の実験条件下では、Hwが300mm以上になると、フラットスプレーノズルによる冷却の特性が得られ難くなることが判明した。また、衝突圧の最大値は、Hw=200mmで半減し、Hw=300mmの時に最小となった。   4 and 5 are diagrams showing the influence of the liquid level height on the collision pressure distribution, and are the results when the nozzle pressure is 1.5 MPa and the injection distance H is 300 mm. 4A is Hw = 0 mm, FIG. 4B is Hw = 100 mm, FIG. 4C is Hw = 200 mm, FIG. 5A is Hw = 300 mm, and FIG. 5B is Hw = 450 mm. Is the result of the case. As shown in FIGS. 4A to 4C, when Hw is 200 mm or less, the shape of the portion with high collision pressure (hereinafter, sometimes referred to as “collision pressure shape”) is substantially oval. It became a shape. In contrast, as shown in FIGS. 5A and 5B, when Hw was 300 mm or more, the collision pressure shape approached a circle. Therefore, it has been found that under the present experimental conditions, when the Hw is 300 mm or more, it becomes difficult to obtain the cooling characteristics by the flat spray nozzle. Moreover, the maximum value of the collision pressure was halved at Hw = 200 mm, and was minimum when Hw = 300 mm.

図6及び図7は、ノズル直下衝突圧分布に及ぼすノズル圧の影響を示す図であり、噴射距離H=300mmの場合の結果である。図6(a)はHw=0mm、図6(b)はHw=100mm、図6(c)はHw=200mm、図7(a)はHw=300mm、図7(b)はHw=450mmの場合の結果である。図6(a)〜図6(c)に示すように、Hwが200mm以下の場合には、衝突圧のピークが2つ認められ、ほぼ台形状の分布が得られたが、図7(a)及び図7(b)に示すように、Hwが300mm以上になると、衝突圧のピークが1つのみとなり山形の分布となった。したがって、図6及び図7の結果からも、今回の実験条件下では、Hwが300mm以上になると、フラットスプレーノズルによる冷却の特性が得られ難くなることが判明した。また、図6(a)〜図7(b)にそれぞれ示すように、すべての液面高さの場合において、最大衝突圧はノズル圧にほぼ比例し、衝突圧分布の形状は液面高さが同じであればノズル圧によらず同様の形状(相似形)となった。   6 and 7 are diagrams showing the influence of the nozzle pressure on the collision pressure distribution immediately below the nozzle, and are the results when the injection distance H = 300 mm. 6A is Hw = 0 mm, FIG. 6B is Hw = 100 mm, FIG. 6C is Hw = 200 mm, FIG. 7A is Hw = 300 mm, and FIG. 7B is Hw = 450 mm. Is the result of the case. As shown in FIGS. 6A to 6C, when Hw is 200 mm or less, two impact pressure peaks are recognized, and a substantially trapezoidal distribution is obtained. As shown in FIG. 7B and FIG. 7B, when Hw is 300 mm or more, there is only one peak of the collision pressure, and the distribution is mountain-shaped. Therefore, from the results of FIGS. 6 and 7, it has been found that under the present experimental conditions, it becomes difficult to obtain the cooling characteristics by the flat spray nozzle when the Hw is 300 mm or more. Further, as shown in FIGS. 6A to 7B, the maximum collision pressure is almost proportional to the nozzle pressure at all liquid level heights, and the shape of the collision pressure distribution is the liquid level height. Were the same (similar) regardless of nozzle pressure.

上述の衝突圧分布試験の中でノズル圧0.5MPa、1.0MPa、1.5MPaの場合について、ノズル圧、ノズル流量、平均流量密度、及び、平均衝突圧Psを表1に示す。   Table 1 shows the nozzle pressure, nozzle flow rate, average flow density, and average collision pressure Ps for the nozzle pressures of 0.5 MPa, 1.0 MPa, and 1.5 MPa in the above-described collision pressure distribution test.

ここに、平均衝突圧Psとは、板上水がない場合(Hw=0mm)のスプレーの衝突圧であり、噴流衝突有効域に衝突した冷却水の力(衝突力)を、当該噴流衝突有効域の面積で除することによって算出することができる値であり、以下に述べる整理式(式E)により計算した値である。図8に、噴流衝突有効域、噴射距離H、噴流頂角α、及び、冷媒噴流衝突域の長軸長さLsの概念を示す。噴流衝突有効域は図8に示すように、1辺の長さが冷媒噴流衝突域の長軸長さLs(=2×H×tan(α/2))であり、もう1辺の長さが噴流衝突幅40mm(冷媒噴流衝突域の中心線の両側±20mm幅)である長方形で定義される。 Here, the average collision pressure Ps is the collision pressure of the spray when there is no water on the plate (Hw = 0 mm), and the force (collision force) of the cooling water that has collided with the jet collision effective area is used as the jet collision effective. It is a value that can be calculated by dividing by the area of the area, and is a value calculated by the rearrangement formula (formula E) described below. FIG. 8 shows the concept of the jet collision effective area, the injection distance H, the jet apex angle α, and the major axis length Ls of the refrigerant jet collision area. As shown in FIG. 8, in the jet collision effective area, the length of one side is the major axis length Ls (= 2 × H × tan (α / 2)) of the refrigerant jet collision area, and the length of the other side. Is defined by a rectangle having a jet collision width of 40 mm (± 20 mm width on both sides of the center line of the refrigerant jet collision area).

<冷媒噴流衝突域の長軸長さLsの定義>
図8に示す冷媒噴流衝突域の長軸長さLsは、鋼板の幅方向に複数のノズルを並べる場合に、以下に述べるように、鋼板の幅方向に均一な冷却能分布が得られるようにするための基準となる長さである。図9は、後述する本発明の鋼板の冷却装置に備えられているノズル列から噴射された冷媒が鋼板の上面に衝突することによって形成された冷媒噴流衝突域の形態を示す図である。図9の紙面左右方向が鋼板の幅方向であり、3つのノズル列から噴射された冷媒によって鋼板上面に形成された冷媒噴流衝突域の一部を抽出して示している。図9には、鋼板の幅方向の全ての点が、1つのノズル列から噴射された冷媒によって形成される冷媒噴流衝突域を2回通過する様子が示されており、鋼板の幅方向のノズルピッチNp[m]、ねじり角β[rad]、冷媒噴流衝突域の長軸長さLs[m]、及び、隣接噴流間隔Jd[m]も併せて示している。この場合、Ls=Np×2/cosβとなるように冷媒噴流衝突域の長軸長さLsを調節することで、鋼板の幅方向の全ての点が、各ノズル列において冷媒噴流衝突域を丁度2回ずつ通過することになり、均一な冷却能分布が得られることになる。
<Definition of long axis length Ls of refrigerant jet collision area>
The major axis length Ls of the refrigerant jet collision area shown in FIG. 8 is such that, when a plurality of nozzles are arranged in the width direction of the steel plate, a uniform cooling capacity distribution is obtained in the width direction of the steel plate as described below. It is the length that becomes the standard for doing. FIG. 9 is a diagram showing a form of a refrigerant jet collision area formed by a refrigerant jetted from a nozzle array provided in a steel plate cooling device of the present invention, which will be described later, colliding with the upper surface of the steel plate. The left-right direction in FIG. 9 is the width direction of the steel sheet, and a part of the refrigerant jet collision area formed on the upper surface of the steel sheet by the refrigerant injected from the three nozzle rows is extracted and shown. FIG. 9 shows a state in which all the points in the width direction of the steel plate pass twice through the refrigerant jet collision area formed by the refrigerant injected from one nozzle row. The pitch Np [m], the twist angle β [rad], the major axis length Ls [m] of the refrigerant jet collision area, and the adjacent jet interval Jd [m] are also shown. In this case, by adjusting the major axis length Ls of the refrigerant jet collision area so that Ls = Np × 2 / cos β, all the points in the width direction of the steel plate are exactly the refrigerant jet collision area in each nozzle row. It will pass through twice, and a uniform cooling capacity distribution will be obtained.

前述の実験で用いたノズルをノズル圧1.5MPa、噴射距離H=300mmとして噴射した時の流量分布を測定した結果を図10に示す。流量分布は、図11に示すように10mm幅のスリット状の計量枡を、鋼板の幅方向(冷媒噴流衝突域の長軸方向)に複数個並べ、各計量枡に1分間に堆積する冷却水の量を計測して求めた。図10からわかるように、実験で用いたノズルでは、鋼板の幅方向中央約±60mm幅でほぼ均一な流量分布が得られるが、その両側では外側に向けてほぼ直線的に減少する流量分布となる。   FIG. 10 shows the result of measuring the flow rate distribution when the nozzle used in the above-described experiment is ejected with a nozzle pressure of 1.5 MPa and an ejection distance H = 300 mm. As shown in FIG. 11, the flow distribution is such that a plurality of 10 mm-wide slit-shaped measuring rods are arranged in the width direction of the steel sheet (long axis direction of the refrigerant jet collision area), and cooling water is deposited on each measuring rod for 1 minute. The amount of was measured and determined. As can be seen from FIG. 10, in the nozzle used in the experiment, a substantially uniform flow distribution is obtained at a width of about ± 60 mm in the center in the width direction of the steel sheet, but on both sides, the flow distribution decreases almost linearly toward the outside. Become.

冷媒噴流衝突域の長軸長さLsとしては、例えば、図10に示すように、鋼板の幅方向中央の均一な流量分布域での平均流量をQmとする時、流量が直線的に減少する両側の領域でQm/2となる位置を冷媒噴流衝突域の長軸の両端とし、その間の長さをLsと定義することができる。この場合、図10の測定例ではLs=200mmとなる。但し、Lsの定義方法としては、上述のように鋼板の幅方向に複数のノズルを並べる場合に、均一な冷却能分布を得る目的から決められるものであれば、この例に限るものではなく、使用するノズルから得られる流量分布の形状によって定義方法を変えてもよい。   As the major axis length Ls of the refrigerant jet collision area, for example, as shown in FIG. 10, the flow rate decreases linearly when the average flow rate in the uniform flow distribution region at the center in the width direction of the steel sheet is Qm. The positions of Qm / 2 in the regions on both sides can be defined as both ends of the major axis of the refrigerant jet collision area, and the length between them can be defined as Ls. In this case, Ls = 200 mm in the measurement example of FIG. However, the definition method of Ls is not limited to this example as long as it is determined for the purpose of obtaining a uniform cooling capacity distribution when arranging a plurality of nozzles in the width direction of the steel plate as described above. The definition method may be changed depending on the shape of the flow distribution obtained from the nozzle to be used.

<衝突圧整理式の導入>
板上水のない場合について衝突圧整理式を作成するため、図3に示す実験装置を用い板上水高さHw=0mmとして噴射距離H=300〜800mm、ノズル流量Q=33.5〜134L/min、ノズル圧Pn=0.75〜1.5MPa、噴流頂角α=15π/180〜40π/180radの範囲でノズル及び噴射条件を変えて実験を行い、縦軸に平均衝突圧Ps[kPa]を、横軸に流量密度Ws[m/(m・min)]とノズル圧Pnの0.5乗との積をとって整理した結果を図12に示す。図12における平均衝突圧Psは、例えば図4(a)に示す衝突圧分布測定結果を、図8で定義した噴流衝突有効域内で平均した値である。また、図12における冷媒の流量密度Wsは、ノズル流量Qを噴流衝突有効域の面積As[m]で除した値、即ち、
Ws=Q/(1000×As) …(式A)
As=2×H/1000×tan(α/2)×40/1000 …(式B)
である。
<Introduction of collision pressure control type>
In order to create a collision pressure arrangement formula for the case where there is no water on the plate, the experimental apparatus shown in FIG. 3 is used, the water height on the plate Hw = 0 mm, the injection distance H = 300 to 800 mm, and the nozzle flow rate Q = 33.5 to 134L. / Min, nozzle pressure Pn = 0.75 to 1.5 MPa, jet apex angle α = 15π / 180 to 40π / 180 rad, the experiment was performed by changing the nozzle and injection conditions, and the vertical axis represents the average collision pressure Ps [kPa] ] Are shown in FIG. 12 as a result of taking the product of the flow density Ws [m 3 / (m 2 · min)] and the nozzle pressure Pn to the 0.5th power on the horizontal axis. The average collision pressure Ps in FIG. 12 is, for example, a value obtained by averaging the collision pressure distribution measurement results shown in FIG. 4A within the jet collision effective region defined in FIG. Further, the flow rate density Ws of the refrigerant in FIG. 12 is a value obtained by dividing the nozzle flow rate Q by the area As [m 2 ] of the jet collision effective area, that is,
Ws = Q / (1000 × As) (Formula A)
As = 2 × H / 1000 × tan (α / 2) × 40/1000 (Formula B)
It is.

図12より、平均衝突圧Psは、流量密度Wsとノズル圧Pnをパラメータとして以下の式Cで整理できることが判明した。
Ps=0.689×Ws×Pn0.5 …(式C)
式Aと式C、式Bより、以下の式D及び式Eが得られる。
Ps=0.689×Q/(1000×As)×Pn0.5 …(式D)
=0.689×Q/(80×H/1000×tan(α/2))×Pn0.5
…(式E)
From FIG. 12, it was found that the average collision pressure Ps can be arranged by the following formula C using the flow density Ws and the nozzle pressure Pn as parameters.
Ps = 0.589 × Ws × Pn 0.5 (Formula C)
From the formulas A, C, and B, the following formulas D and E are obtained.
Ps = 0.589 × Q / (1000 × As) × Pn 0.5 (Formula D)
= 0.689 × Q / (80 × H / 1000 × tan (α / 2)) × Pn 0.5
... (Formula E)

ここで噴流衝突有効域の幅をノズルの噴射条件に依らず冷媒噴流衝突域の中心線の両側±20mmとしているが、これは本発明に係る冷却装置での使用が想定されるスプレーの噴射条件においては、スプレー衝突範囲が少なくとも冷媒噴流衝突域の中心線の両側±20mmの範囲内に納まると考えられること、即ち冷媒噴流の板上水の貫通能力や冷却特性への影響を評価する上では冷媒噴流衝突域の中心線の両側±20mmの範囲を考慮すれば十分であると考えられるためである。また、ノズルの仕様や噴射条件により衝突幅は微妙に変化するが、この変化量はノズルのタイプ(噴流膜厚が厚めのタイプ、薄めのタイプなど)にも影響されるため噴射条件による整理が非常に困難であり、噴射条件やノズルタイプにより平均範囲の幅を変えると整理が非常に複雑となり、工業的な性能評価に利用する目的に対して適さないと考えられるためである。   Here, the width of the jet collision effective area is set to ± 20 mm on both sides of the center line of the refrigerant jet collision area regardless of the nozzle injection condition. This is the spray injection condition assumed to be used in the cooling device according to the present invention. Therefore, it is considered that the spray collision range is at least within ± 20 mm on both sides of the center line of the refrigerant jet collision area, that is, in evaluating the influence of the refrigerant jet on the penetration capacity and cooling characteristics of the water on the plate. This is because it is considered sufficient to consider the range of ± 20 mm on both sides of the center line of the refrigerant jet collision area. In addition, the collision width slightly changes depending on the nozzle specifications and injection conditions, but the amount of change is affected by the type of nozzle (thick jet film thickness type, thin type, etc.). This is because it is very difficult, and if the width of the average range is changed depending on the injection conditions and the nozzle type, the arrangement becomes very complicated and it is considered that it is not suitable for the purpose of use in industrial performance evaluation.

ここで上述の図4〜図7の衝突圧分布測定結果から判明した衝突圧分布形状への板上水高さの影響を定量的に整理する方法を検討した。即ち、ノズルからの噴流が板上水を貫通し、その衝突圧の大きさ及びその分布形状を板上水下でも維持するためには、噴流の衝突圧を板上水の静水圧より十分に大きくする必要があると考え、噴流の平均衝突圧と板上水の静水圧との比をパラメータとして整理を行った。   Here, a method of quantitatively organizing the influence of the water height on the plate on the collision pressure distribution shape determined from the above-described collision pressure distribution measurement results of FIGS. That is, the jet flow from the nozzle penetrates the water on the plate, and in order to maintain the magnitude and distribution of the collision pressure even under the water on the plate, the collision pressure of the jet is sufficiently higher than the hydrostatic pressure of the plate water. The ratio of the average impinging pressure of the jet and the hydrostatic pressure of the water on the plate was arranged as a parameter.

Hwが100mm、200mm、300mmのそれぞれの場合における静水圧Ph[kPa]は、冷媒に水を用いているので水の密度ρ[kg/m]=1000、重力加速度g=9.81[m/s]とすると、
Ph=ρ×g×Hw/1000/1000
=9.81×Hw/1000 …(式F)
で求めることができる。即ち、Hw=100mmの時はPh=0.98kPa、Hw=200mmの時はPh=1.96kPa、Hw=300mmの時はPh=2.94kPa、Hw=450mmの時はPh=4.41kPaとなる。表1に示す0.5MPa、1MPa、及び、1.5MPaの各ノズル圧における平均衝突圧Psを、各Hwにおける静水圧Phで割った値を表2に示す(各欄上段の数字)。
The hydrostatic pressure Ph [kPa] in each case of Hw of 100 mm, 200 mm, and 300 mm uses water as the refrigerant, so the density of water ρ [kg / m 3 ] = 1000, and the gravitational acceleration g = 9.81 [m] / S 2 ]
Ph = ρ × g × Hw / 1000/1000
= 9.81 × Hw / 1000 (Formula F)
Can be obtained. That is, when Hw = 100 mm, Ph = 0.98 kPa, when Hw = 200 mm, Ph = 1.96 kPa, when Hw = 300 mm, Ph = 2.94 kPa, and when Hw = 450 mm, Ph = 4.41 kPa. Become. Table 2 shows values obtained by dividing the average collision pressure Ps at each nozzle pressure of 0.5 MPa, 1 MPa, and 1.5 MPa shown in Table 1 by the hydrostatic pressure Ph at each Hw (the numbers in the upper row of each column).

表2の各欄下段の3つの記号は、左から順に、(i)均一性、(ii)衝突長、(iii)平均衝突圧に関する判定結果であり、図6及び図7の衝突圧分布測定結果から以下の基準により判断した。   The three symbols at the bottom of each column in Table 2 are the determination results regarding (i) uniformity, (ii) collision length, and (iii) average collision pressure in order from the left, and the collision pressure distribution measurement in FIGS. 6 and 7 is performed. Judging from the results, the following criteria were used.

(i)均一性:図6(a)のHw=0mmの場合、幅方向距離50mm及び−50mmの位置において衝突圧のピークが発生し、−50mm〜50mmの間で衝突圧のバラツキが±15%以内に収まり、ほぼ均一な分布が得られている。したがって、Hw>0mmの場合の均一性に関する判定基準を以下の通りとした。
○:幅方向距離−50mm〜50mmの間で衝突圧のバラツキが±15%以内
×:幅方向距離−50mm〜50mmの間で衝突圧のバラツキが±15%を超える
(I) Uniformity: When Hw = 0 mm in FIG. 6A, a collision pressure peak occurs at a position in the width direction distance of 50 mm and −50 mm, and the variation of the collision pressure is −15 mm between −50 mm and 50 mm. %, And an almost uniform distribution is obtained. Therefore, the criteria for uniformity when Hw> 0 mm were set as follows.
○: Collision pressure variation between width direction distances -50mm to 50mm within ± 15% ×: Collision pressure variation between width directions distance -50mm to 50mm exceeds ± 15%

(ii)衝突長:図6(a)のHw=0mmの場合、衝突圧幅方向距離−100mm〜100mmの外側まで衝突圧が分布している。したがって衝突長に関する判定基準を以下の通りとした。
○:衝突圧分布範囲が幅方向距離−100mm〜100mmより外側
×:衝突圧分布範囲が幅方向距離−100mm〜100mmの内側
(Ii) Collision length: When Hw = 0 mm in FIG. 6A, the collision pressure is distributed to the outside of the collision pressure width direction distance −100 mm to 100 mm. Therefore, the criteria for the collision length are as follows.
○: Collision pressure distribution range outside width direction distance −100 mm to 100 mm ×: Collision pressure distribution range inside width direction distance −100 mm to 100 mm

(iii)平均衝突圧:幅方向距離−50mm〜50mmにおける平均衝突圧をHw=0mmの場合と相対的に比較し、冷却能力に関する判定基準を以下の通りとした。
◎:平均衝突圧がHw=0mmの場合より増加
○:平均衝突圧がHw=0mmの場合と同程度
×:平均衝突圧がHw=0mmの場合の約1/2以下
(Iii) Average collision pressure: The average collision pressure at a distance in the width direction of −50 mm to 50 mm was relatively compared with the case of Hw = 0 mm, and the criterion for the cooling capacity was as follows.
A: Increased when the average collision pressure is Hw = 0 mm. O: Same as that when the average collision pressure is Hw = 0 mm. X: About 1/2 or less when the average collision pressure is Hw = 0 mm.

表2より、Ps/Ph<1.0の場合には、Hw=0mmの場合に比べて全体に、衝突圧分布バラツキの増加(均一性の低下)、衝突長の減少、及び、平均衝突圧の低下が生じ、ノズルから噴射された冷却水が板上水を十分に貫通できていないと考えられる。また、1.0<Ps/Ph<2.0の場合には、衝突長の減少や平均衝突圧の低下が生じている。これに対し、Ps/Ph>2.0の場合には均一性・衝突長・平均衝突圧ともにHw=0mmの場合と同等又はそれ以上の性能の分布が得られることがわかる。即ちPs/Ph<2.0の場合には、少なくとも衝突圧分布バラツキの増加(均一性の低下)、衝突長の減少、及び、平均衝突圧の低下の何れかが生じ、フラットスプレーノズルを用いた冷却の特徴である冷却均一性と高冷却能が得られ難くなる。それゆえ、表2より、微細粒鋼を製造する際の急冷を行うためには、最低でも、Ps/Ph>2.0とする必要があることが示唆された。一方、表2より、Ps/Ph>3.0とした場合は、板上水がない場合よりも衝突圧を高めることができ、更なる冷却促進を図ることが可能となる。   From Table 2, in the case of Ps / Ph <1.0, compared with the case of Hw = 0 mm, the collision pressure distribution variation (decrease in uniformity), the collision length, and the average collision pressure as a whole are reduced. It is considered that the cooling water jetted from the nozzles cannot sufficiently penetrate the plate water. Further, when 1.0 <Ps / Ph <2.0, the collision length is decreased and the average collision pressure is decreased. On the other hand, in the case of Ps / Ph> 2.0, it can be seen that the distribution of performance equal to or higher than that in the case of Hw = 0 mm is obtained for the uniformity, the collision length, and the average collision pressure. That is, in the case of Ps / Ph <2.0, at least one of an increase in collision pressure distribution variation (decrease in uniformity), a decrease in collision length, and a decrease in average collision pressure occurs, and a flat spray nozzle is used. It is difficult to obtain the cooling uniformity and the high cooling ability that are the features of the conventional cooling. Therefore, it was suggested from Table 2 that at least Ps / Ph> 2.0 is required to perform rapid cooling when producing fine-grained steel. On the other hand, from Table 2, when Ps / Ph> 3.0, the collision pressure can be increased more than when there is no water on the plate, and further cooling can be promoted.

以上のように、Ps/Ph>2.0とすることにより、板上水が生じている場合であっても板上水がない場合と同等性能の衝突圧分布を維持することができる。更にPs/Ph>3.0とすることにより、板上水がない場合より更に衝突圧を高めることが可能となる。一方、これまでの試験結果で図2に示すように、高圧ジェットの衝突圧と冷却能との間には相関があり、3.5kPa以上の平均衝突圧を確保できれば3mm厚の鋼板で600℃/s以上、8kPa以上の平均衝突圧を確保できれば1000℃/s以上の急冷を実現することが可能である。したがって高流量密度のため板上水が大量に生じる場合でも、Ps/Ph>2.0、好ましくはPs/Ph>3.0とし、且つ、板上水がない場合で3.5kPa以上の平均衝突圧が得られる噴射条件を実現することで、600℃/s以上の冷却速度で且つ均一な冷却を実現することが可能となる。   As described above, by setting Ps / Ph> 2.0, it is possible to maintain the collision pressure distribution with the same performance as when there is no water on the plate even when water on the plate is generated. Further, by setting Ps / Ph> 3.0, it is possible to further increase the collision pressure as compared with the case where there is no water on the plate. On the other hand, as shown in FIG. 2 in the test results thus far, there is a correlation between the collision pressure of the high-pressure jet and the cooling ability. If an average collision pressure of 3.5 kPa or more can be secured, a steel plate with a thickness of 3 mm is 600 ° C. It is possible to achieve rapid cooling of 1000 ° C./s or more if an average collision pressure of / s or more and 8 kPa or more can be secured. Therefore, even if a large amount of on-board water is generated due to high flow density, Ps / Ph> 2.0, preferably Ps / Ph> 3.0, and an average of 3.5 kPa or more in the absence of on-board water By realizing the injection conditions for obtaining the collision pressure, it is possible to realize uniform cooling at a cooling rate of 600 ° C./s or more.

以上の調査から、本発明者らは、以下の知見を得た。
1)ノズル圧を一定にしたまま冷却水を鋼板へ噴射した場合、板上水の液面高さHwが閾値を超えると鋼板へと噴射された冷却水が鋼板に衝突する圧力(衝突圧)の低減が顕著になる。
2)平均衝突圧Psと板上水の静水圧Phとの比Ps/Phが2.0を超えるように噴射することで、板上水がない場合と同等性能の衝突圧分布を維持することが可能となる。
3)更にPs/Phが3.0を超えるように噴射することで、板上水がない場合よりも衝突圧を高めることができ、より一層の冷却促進を図ることが可能となる。
4)したがって、板上水が滞留している鋼板を急冷するには、Ps/Ph>2.0、望ましくはPs/Ph>3.0を満たす冷媒をノズルから噴射すれば良い。
また、本発明者らは、上記知見1)〜4)のほかに、以下の知見も得た。
5)ノズルから鋼板へ向けて噴射された冷媒噴流が鋼板へと衝突することにより形成される冷媒噴流衝突域の長軸の両端と冷媒噴流の中心点とで形成される三角形の、冷媒噴流の中心点における頂角(噴流頂角α)は、ノズルへと供給される冷媒の圧力(以下において、「ノズル圧」ということがある。)が高くなるほど単調に増加して一定の値(最大値)に収束し、ノズル圧を0.3MPa以上にすると、噴流頂角の減少代を最大値から10%以内に抑えることが可能になる。噴流頂角αの減少代を抑えることにより、鋼板を均一に冷却することが可能になるので、ノズル圧は0.3MPa以上とすることが好ましい。
本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。以下、本発明について説明する。
From the above investigation, the present inventors obtained the following knowledge.
1) When the cooling water is sprayed onto the steel sheet with the nozzle pressure kept constant, the pressure at which the cooling water sprayed onto the steel sheet collides with the steel sheet when the liquid surface height Hw of the plate water exceeds the threshold (collision pressure) The reduction of becomes remarkable.
2) Maintaining a collision pressure distribution with the same performance as when there is no board water by injecting the ratio Ps / Ph of the average collision pressure Ps to the hydrostatic pressure Ph of board water exceeding 2.0. Is possible.
3) Further, by injecting so that Ps / Ph exceeds 3.0, it is possible to increase the collision pressure as compared with the case where there is no water on the plate, and it is possible to further promote cooling.
4) Therefore, in order to rapidly cool the steel sheet in which the on-board water stays, a refrigerant satisfying Ps / Ph> 2.0, preferably Ps / Ph> 3.0 may be injected from the nozzle.
In addition to the above findings 1) to 4), the present inventors have also obtained the following findings.
5) The triangular shape of the refrigerant jet formed by both ends of the major axis of the refrigerant jet collision area formed by the collision of the refrigerant jet injected from the nozzle toward the steel plate with the steel plate and the center point of the refrigerant jet The apex angle (jet apex angle α) at the center point increases monotonously as the pressure of the refrigerant supplied to the nozzle (hereinafter, sometimes referred to as “nozzle pressure”) increases to a constant value (maximum value). ) And the nozzle pressure is set to 0.3 MPa or more, it is possible to suppress the reduction margin of the jet flow apex angle within 10% from the maximum value. By suppressing the reduction margin of the jet apex angle α, it becomes possible to cool the steel plate uniformly, so the nozzle pressure is preferably 0.3 MPa or more.
The present invention has been completed based on these findings. The present invention will be described below.

本発明は、ノズルへと供給可能な冷媒の流量の最大値をQ[L/min]、ノズルの先端から鋼板へ向けて噴射された冷媒噴流の中心点と鋼板の表面との距離をH[mm]、冷媒噴流が鋼板へと衝突することにより形成される冷媒噴流衝突域の長軸の両端と冷媒噴流の中心点とで形成される三角形の冷媒噴流の中心点における頂角をα[rad]、冷媒噴流の中心線と鋼板の表面の垂線とのなす角をγ[rad]、ノズルへと供給される冷媒の圧力をPn[MPa]、ノズルの先端から鋼板へ向けて噴射された冷媒の流量密度をWd[m/(m・min)]、冷媒による急冷を適用可能な鋼板の板幅の最大値をWp[m]とするとき、下記式1を満たすようにQが決定されることを特徴とする、冷媒流量の決定方法である。
17.2×Q/{2×H×tan(α/2)/cosγ}×Pn0.5
>2×0.319×Wd0.667×Wp0.69 …(式1)
In the present invention , the maximum value of the flow rate of the refrigerant that can be supplied to the nozzle is Q U [L / min], and the distance between the center point of the refrigerant jet injected from the tip of the nozzle toward the steel plate and the surface of the steel plate is H [Mm], the apex angle at the center point of the triangular coolant jet formed by the both ends of the major axis of the coolant jet collision area formed by the coolant jet colliding with the steel plate and the center point of the coolant jet α [ rad], the angle formed between the center line of the refrigerant jet and the perpendicular of the surface of the steel plate is γ [rad], the pressure of the refrigerant supplied to the nozzle is Pn [MPa], and the nozzle is injected from the tip of the nozzle toward the steel plate When the flow rate density of the refrigerant is Wd [m 3 / (m 2 · min)], and the maximum value of the plate width of the steel sheet to which quenching with the refrigerant can be applied is Wp [m], Q U Is a method for determining the refrigerant flow rate.
17.2 × Q U / {2 × H × tan (α / 2) / cos γ} × Pn 0.5
> 2 × 0.319 × Wd 0.667 × Wp 0.69 (Formula 1)

ここで、「冷媒噴流衝突域の長軸」とは、冷媒噴流衝突域が帯状又は長円状である場合には、図13に示すように、当該冷媒噴流衝突域の長い方の軸をいう。これに対し、冷媒噴流衝突域が円形であって長軸と短軸とが同じ長さである場合には、冷媒噴流衝突域の直径をいう。また流量密度Wdは後述する式S又は式S’で定義される。   Here, the “major axis of the refrigerant jet collision area” refers to the longer axis of the refrigerant jet collision area as shown in FIG. 13 when the refrigerant jet collision area is in the shape of a band or an ellipse. . On the other hand, when the refrigerant jet collision area is circular and the major axis and the minor axis have the same length, the diameter of the refrigerant jet collision area is referred to. Further, the flow density Wd is defined by an expression S or an expression S ′ described later.

また、上記本発明において、ノズルへと供給する冷媒の流量を所定の流量制御範囲において制御可能とし、流量制御範囲の最大値を上記Qとし、流量制御範囲の最小値をQ[L/min]とするとき、Qが下記式2を満たすように決定されることが好ましい。
9.4×Q/{2×H×tan(α/2)/cosγ}
≧2×0.319×Wd0.667×Wp0.69 …(式2)
In the present invention, the flow rate of the refrigerant supplied to the nozzle can be controlled within a predetermined flow rate control range, the maximum value of the flow rate control range is set to the above Q U, and the minimum value of the flow rate control range is set to Q L [L / min], Q L is preferably determined so as to satisfy the following formula 2.
9.4 × Q L / {2 × H × tan (α / 2) / cosγ}
≧ 2 × 0.319 × Wd 0.667 × Wp 0.69 (Expression 2)

ここで、上記式2は、上記式1のPnに0.3を代入して整理した式である。換言すれば、上記式1において、Pnを0.3MPa以上として噴流頂角αの減少代を抑えつつノズル流量を制御することが好ましい旨を表した式が、上記式2である。   Here, the above equation 2 is an equation arranged by substituting 0.3 for Pn of the above equation 1. In other words, in the above formula 1, the formula 2 expresses that it is preferable to control the nozzle flow rate while suppressing the reduction margin of the jet apex angle α by setting Pn to 0.3 MPa or more.

また、上記本発明において、Qが下記式3を満たすように決定されることが好ましい。
17.2×Q/{2×H×tan(α/2)/cosγ}×Pn0.5
>3×0.319×Wd0.667×Wp0.69 …(式3)
In the above present invention, that the Q U is determined so as to satisfy the following equation 3 preferred.
17.2 × Q U / {2 × H × tan (α / 2) / cos γ} × Pn 0.5
> 3 × 0.319 × Wd 0.667 × Wp 0.69 (Formula 3)

本発明では、ノズルへと供給可能な冷媒の流量の最大値Qが、式1を満たすように決定される。ここで、式1の左辺は平均衝突圧Psに相当し、式1の右辺の0.319×Wd0.667×Wp0.69はPhに相当するため、式1はPs>2×Phと表現することもできる。すなわち、本発明では、平均衝突圧Psと板上水の静水圧Phとの比Ps/Phが2.0を超えるように、Qが決定される。したがって、本発明によれば、板上水が滞留していても鋼板を急冷することが可能な、冷媒流量の決定方法を提供することができる。また、本発明において、Pnを0.3MPa以上にして流量を最大値がQとなる範囲で制御しつつ鋼板を急冷することにより、噴流頂角αの減少代を常に10%以内に抑制することが可能になり、その結果、鋼板を均一に急冷し且つ急冷直後の温度(急冷停止温度)を高精度に制御することが容易になる。さらに、Ps/Phが3.0を超えるようにQが決定されることにより、板上水がない場合よりも衝突圧を高めることができるので、更なる冷却促進を図ることが可能になる。
In the present invention, the maximum value Q U of the flow rate of the refrigerant that can be supplied to the nozzle is determined so as to satisfy Equation 1. Here, since the left side of Equation 1 corresponds to the average collision pressure Ps and 0.319 × Wd 0.667 × Wp 0.69 on the right side of Equation 1 corresponds to Ph, Equation 1 satisfies Ps> 2 × Ph. It can also be expressed. That is, in the present invention , Q U is determined such that the ratio Ps / Ph between the average collision pressure Ps and the hydrostatic pressure Ph of the on-plate water exceeds 2.0. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a method for determining a refrigerant flow rate that can rapidly cool a steel plate even when water on the plate is retained. In the present invention, the steel sheet is rapidly cooled while the flow rate is controlled within a range where the maximum value becomes Q U by setting Pn to 0.3 MPa or more, so that the reduction margin of the jet apex angle α is always suppressed to within 10%. As a result, it becomes easy to uniformly cool the steel sheet and control the temperature immediately after the rapid cooling (quenching stop temperature) with high accuracy. Furthermore, by Ps / Ph is Q U to exceed the 3.0 is determined, it is possible to enhance the impact pressure than without the plate clean water, it is possible to achieve a further cooling promoting .

720℃までの冷却所要時間と得られるフェライト粒径との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the required time for cooling to 720 degreeC, and the ferrite particle size obtained. 高圧ジェット水の鋼板面衝突圧力と鋼板の平均冷却速度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the steel plate surface collision pressure of high pressure jet water, and the average cooling rate of a steel plate. 実験装置の形態を説明する図である。It is a figure explaining the form of an experimental apparatus. 衝突圧分布に及ぼす液面高さの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of the liquid level height which gives to collision pressure distribution. 衝突圧分布に及ぼす液面高さの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of the liquid level height which gives to collision pressure distribution. ノズル直下衝突圧分布に及ぼすノズル圧の影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of the nozzle pressure which acts on the collision pressure distribution right under a nozzle. ノズル直下衝突圧分布に及ぼすノズル圧の影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of the nozzle pressure which acts on the collision pressure distribution right under a nozzle. 噴流衝突有効域の概念を説明する図である。It is a figure explaining the concept of a jet collision effective area. 鋼板の表面に形成される冷媒噴流衝突域を説明する図である。It is a figure explaining the refrigerant | coolant jet collision area | region formed in the surface of a steel plate. 流量分布の測定結果と冷媒噴流衝突域の長軸長さの定義方法を示す図である。It is a figure which shows the measurement method of flow volume distribution, and the definition method of the major axis length of a refrigerant | coolant jet collision area. 流量分布の測定方法を示す図である。It is a figure which shows the measuring method of flow volume distribution. 冷媒の流量密度Ws及びノズル圧Pnと平均衝突圧Psとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flow volume density Ws of a refrigerant | coolant, the nozzle pressure Pn, and the average collision pressure Ps. 噴射距離H[m]、噴流頂角α[rad]、冷媒噴流の中心線、冷媒噴流の中心点、冷媒噴流衝突域、冷媒噴流衝突域の中心線、及び、冷媒噴流層と追記の長軸長さLsを定義する図である。図13(a)は冷媒を鉛直に噴射した場合を示す図であり、図13(b)は冷媒噴流の中心線が鋼板表面の垂線と向かい角γ(≠0)をなすように、冷媒を噴射した場合を示す図である。Injection distance H [m], jet apex angle α [rad], refrigerant jet center line, refrigerant jet center point, refrigerant jet collision area, refrigerant jet collision area center line, and refrigerant jet layer and long axis of additional recording It is a figure which defines length Ls. FIG. 13 (a) is a diagram showing a case where the refrigerant is jetted vertically, and FIG. 13 (b) shows that the refrigerant jet is placed so that the center line of the refrigerant jet forms an angle γ (≠ 0) with the perpendicular to the surface of the steel sheet. It is a figure which shows the case where it injects. ノズル毎にブロック状に分割された板上水と鋼板を示す図である。It is a figure which shows the board water and the steel plate divided | segmented into the block shape for every nozzle. 板上水高さ分布計算結果の検証用試験装置を説明する正面図である。It is a front view explaining the test apparatus for verification of a board water height distribution calculation result. 図15のXVI−XVI断面図である。It is XVI-XVI sectional drawing of FIG. 図15及び図16の試験装置で測定した板上水高さ分布と、計算で求めた板上水高さ分布との比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison with the board | substrate water height distribution measured with the test apparatus of FIG.15 and FIG.16, and the board | substrate water height distribution calculated | required by calculation. 流量密度Wdと板上水高さHwとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flow rate density Wd and the board top water height Hw. 圧延直後の鋼板を急冷する冷却装置とその周囲に配置された機器を説明する図である。It is a figure explaining the cooling device which quenches the steel plate immediately after rolling, and the apparatus arrange | positioned around it. 急冷停止直後の幅方向の温度分布測定結果を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution measurement result of the width direction immediately after a rapid cooling stop.

以下、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

1.冷媒流量の決定方法
本発明の冷媒流量の決定方法では、ノズルへと供給可能な冷媒流量の最大値Qが、下記式Gを満たすように決定される。
17.2×Q/{2×H×tan(α/2)}×Pn0.5>2×Ph …(式G)
式Gにおいて、H[mm]は、ノズルの先端から鋼板へ向けて噴射された冷媒噴流の中心点と鋼板の表面との距離(噴射距離)であり、α[rad]は、ノズルから噴射された冷媒噴流が鋼板へと衝突することにより形成される冷媒噴流衝突域の長軸の両端と冷媒噴流の中心点とで形成される三角形の冷媒噴流の中心点における頂角(噴流頂角)である。また、Pn[MPa]は、ノズルへと供給される冷媒の圧力(ノズル圧)であり、Ph[kPa]は、鋼板の上面における冷媒の静水圧(板上水の静水圧)である。なお、後述する本発明の鋼板の冷却装置による急冷工程の適用対象である鋼板の厚みは通常2〜6mmの範囲であり、噴射距離Hに対して鋼板厚みが十分小さいため、便宜上、上述の噴射距離Hの定義を「冷媒噴流の中心点とパスラインとの距離」で代用してもよい。
1. The method for determining the coolant flow rate determination method invention of the refrigerant flow rate, the maximum value Q U supply to the refrigerant flow rate to the nozzle is determined so as to satisfy the following equation G.
17.2 × Q U / {2 × H × tan (α / 2)} × Pn 0.5 > 2 × Ph (Formula G)
In Formula G, H [mm] is the distance (injection distance) between the center point of the refrigerant jet injected from the tip of the nozzle toward the steel plate and the surface of the steel plate, and α [rad] is injected from the nozzle. The apex angle (jet apex angle) at the center point of the triangular refrigerant jet formed by both ends of the major axis of the refrigerant jet collision zone formed by the collision of the refrigerant jet against the steel plate and the center point of the refrigerant jet is there. Pn [MPa] is the pressure of the refrigerant supplied to the nozzle (nozzle pressure), and Ph [kPa] is the hydrostatic pressure of the refrigerant on the upper surface of the steel plate (hydrostatic pressure of water on the plate). In addition, since the thickness of the steel plate which is the application object of the rapid cooling process by the cooling device of the steel plate of this invention mentioned later is the range of 2-6 mm normally, and the steel plate thickness is sufficiently small with respect to the injection distance H, the above-mentioned injection | pouring for convenience. The definition of the distance H may be substituted by “the distance between the center point of the refrigerant jet and the pass line”.

図13は、式Gにおける噴射距離H[m]及び噴流頂角α[rad]を定義する図である。冷媒噴流の中心点は、スプレーノズルから放射状に広がる冷媒噴流を構成する液滴群が飛散する方向の基点となる点であり、通常はノズルの最先端から数mm〜十数mm程度ノズル内部に入った位置にある。図13(a)は、冷媒噴流の中心線が鋼板表面の垂線と平行になるように、冷媒を鉛直に噴射した場合(以下において、「鉛直吹きする場合」ということがある。)の形態を示す図であり、図13(b)は、冷媒噴流の中心線が鋼板表面の垂線と向かい角γ(≠0)をなすように、冷媒を噴射した場合(以下において、「斜め吹きする場合」ということがある。)の形態を示す図である。図13(a)に示すように、上記式Gの「2×H×tan(α/2)」は、鋼板表面に形成される冷媒噴流衝突域の長軸長さLs[mm]のことである。すなわち、上記式Gは、冷媒を鉛直吹きする場合にQが満たすべき条件を定義している。したがって、冷媒を鉛直吹きする場合(γ=0の場合)と、冷媒を斜め吹きする場合(γ≠0の場合)とを考慮すると、本発明では、下記式Hを満たすようにQを決定すれば良い。
17.2×Q/{2×H×tan(α/2)/cosγ}×Pn0.5>2×Ph
…(式H)
なお、図13(a)及び(b)に示した形態は、何れも冷媒噴流の中心線と冷媒噴流衝突域の中心線とが直交する場合である。しかしながら、例えばノズルを搬送方向の圧延機側に向い角γで傾けると同時に、図9に示すように板幅方向に対して所定の角度βでねじった場合、冷媒噴流の中心線と冷媒噴流衝突域の中心線とが交わる角度が直角ではなくなる。この場合、厳密には冷媒噴流衝突域の長軸長さLsは上記式Hの「2×H×tan(α/2)/cosγ」で計算される値よりやや長くなる。但し、向い角γが15°以下程度と小さい場合は、Lsを「2×H×tan(α/2)/cosγ」で計算しても誤差が十分小さいので、式Hをそのまま用いても構わない。また向い角γが15°より大きく誤差が無視できない場合は、Lsの増加割合を幾何学的に計算し、式H中の噴射距離HにLsの増加割合を乗算して補正した上で式Hを用いることが望ましい。
FIG. 13 is a diagram for defining the injection distance H [m] and the jet apex angle α [rad] in the equation G. The central point of the refrigerant jet is the base point in the direction in which the droplets that make up the refrigerant jet that radiates from the spray nozzle are scattered, and is usually several mm to several tens of mm from the tip of the nozzle. It is in the position. FIG. 13A shows a form in which the refrigerant is injected vertically so that the center line of the refrigerant jet is parallel to the perpendicular to the surface of the steel sheet (hereinafter sometimes referred to as “vertical blowing”). FIG. 13B shows a case where the refrigerant is injected such that the center line of the refrigerant jet forms an angle γ (≠ 0) with the perpendicular to the surface of the steel sheet (hereinafter “obliquely blown”). It is a figure which shows. As shown in FIG. 13A, “2 × H × tan (α / 2)” in the above formula G is the major axis length Ls [mm] of the refrigerant jet collision area formed on the steel plate surface. is there. That is, the formula G defines the conditions to be satisfied by Q U when blowing vertically refrigerant. Therefore, in consideration of the case where the refrigerant is blown vertically (when γ = 0) and the case where the refrigerant is blown obliquely (when γ ≠ 0), in the present invention, Q U is determined so as to satisfy the following formula H: Just do it.
17.2 × Q U / {2 × H × tan (α / 2) / cos γ} × Pn 0.5 > 2 × Ph
... (Formula H)
The configurations shown in FIGS. 13A and 13B are cases where the center line of the refrigerant jet and the center line of the refrigerant jet collision area are orthogonal to each other. However, for example, when the nozzle is tilted at an angle γ facing the rolling mill in the conveying direction and at the same time twisted at a predetermined angle β with respect to the plate width direction as shown in FIG. 9, the center line of the refrigerant jet and the refrigerant jet collision The angle at which the center line of the area intersects is not a right angle. In this case, strictly speaking, the major axis length Ls of the refrigerant jet collision area is slightly longer than the value calculated by “2 × H × tan (α / 2) / cos γ” of the above formula H. However, when the direction angle γ is as small as about 15 ° or less, even if Ls is calculated by “2 × H × tan (α / 2) / cos γ”, the error is sufficiently small. Absent. If the angle of directivity γ is greater than 15 ° and the error cannot be ignored, the increase rate of Ls is calculated geometrically, corrected by multiplying the injection distance H in equation H by the increase rate of Ls, and then the equation H It is desirable to use

また、鋼板の上面に噴射された冷媒は鋼板上を板幅中央から鋼板の幅方向両側に向けて流れ、鋼板の幅方向両端部から外側に排出されるため、板幅中央において最も板上水高さが高くなる。即ち、ノズルから噴射された冷媒噴流による板上水の貫通能力は、板幅中央において最も低下する。この板幅中央における板上水の静水圧Phは、流量密度Wd[m/(m・min)]及び板幅Wp[m]により整理でき、本発明では、下記式1を満たすようにQを決定することができる。
17.2×Q/{2×H×tan(α/2)/cosγ}×Pn0.5
>2×0.319×Wd0.667×Wp0.69 …(式1)
In addition, the coolant sprayed on the upper surface of the steel sheet flows on the steel sheet from the center of the sheet width toward both sides in the width direction of the steel sheet and is discharged outward from both ends in the width direction of the steel sheet. Height increases. That is, the through-water penetration ability by the refrigerant jet injected from the nozzle is the lowest at the center of the plate width. The hydrostatic pressure Ph on the plate at the center of the plate width can be arranged by the flow density Wd [m 3 / (m 2 · min)] and the plate width Wp [m]. In the present invention, the following formula 1 is satisfied. Q U can be determined.
17.2 × Q U / {2 × H × tan (α / 2) / cos γ} × Pn 0.5
> 2 × 0.319 × Wd 0.667 × Wp 0.69 (Formula 1)

上記式G、式H、及び、式1において、左辺は平均衝突圧Psに相当する。そのため、これらの式を満たすように最大流量Qを決定すると、平均衝突圧Psと板上水の静水圧Phとの比Ps/Phが2.0を超えるように、Qを決定することができる。ここで、上述のように、Ps/Phが2.0を超えると、板上水が滞留している鋼板を急冷することが可能になる。したがって、上記式G、式H、及び、式1を満たすように最大流量Qを決定することにより、本発明によれば、板上水が滞留していても鋼板を急冷することが可能な、冷媒流量の決定方法を提供することができる。さらに、上記式1の右辺を3×0.319×Wd0.667×Wp0.69に変更した下記式3を満たすように、すなわち、Ps/Phが3.0を超えるように最大流量Qを決定することにより、板上水がない場合よりも衝突圧を高めることができるので、更なる冷却促進を図ることが可能になる。
17.2×Q/{2×H×tan(α/2)}×Pn0.5
>3×0.319×Wd0.667×Wp0.69 …(式3)
In the above formula G, formula H, and formula 1, the left side corresponds to the average collision pressure Ps. Therefore, when determining the maximum flow rate Q U so as to satisfy these equations, such that the ratio Ps / Ph with hydrostatic pressure Ph of the average impact pressure Ps and the plate clean water is more than 2.0, to determine the Q U Can do. Here, as described above, when Ps / Ph exceeds 2.0, it is possible to rapidly cool the steel sheet in which the on-board water is retained. Therefore, the formula G, wherein H and, by determining the maximum flow rate Q U so as to satisfy the formula 1, according to the present invention, capable of rapidly cooling the steel sheet even if the plate clean water staying A method for determining the refrigerant flow rate can be provided. Further, the maximum flow rate Q is set so as to satisfy the following formula 3 in which the right side of the formula 1 is changed to 3 × 0.319 × Wd 0.667 × Wp 0.69 , that is, Ps / Ph exceeds 3.0. By determining U , the collision pressure can be increased as compared with the case where there is no water on the plate, so that further cooling can be promoted.
17.2 × Q U / {2 × H × tan (α / 2)} × Pn 0.5
> 3 × 0.319 × Wd 0.667 × Wp 0.69 (Formula 3)

<衝突圧の計算方法>
以下に、平均衝突圧Psの計算式の意味について説明する。冷媒噴流の鋼板への衝突力F[kN]は、理論的には単位時間あたりにノズルから噴射される冷媒噴流の運動量に等しいので、以下の式Iで求められる。
F=ρ×Q/(1000×60)×V/1000 …(式I)
ここで、Q:ノズル流量[L/min]、ρ:冷媒の密度[kg/m]、V:ノズル出口における噴流速度[m/s]である。また、Vは運動エネルギ保存の法則から、以下の式Jで求められる。
V=C×(2×Pn×10/ρ)0.5 …(式J)
ここで、C:ノズルの損失係数[−]である。
<Collision pressure calculation method>
Below, the meaning of the calculation formula of average collision pressure Ps is demonstrated. Since the collision force F [kN] of the refrigerant jet to the steel plate is theoretically equal to the momentum of the refrigerant jet injected from the nozzle per unit time, it can be obtained by the following formula I.
F = ρ × Q / (1000 × 60) × V / 1000 (Formula I)
Here, Q: nozzle flow rate [L / min], ρ: refrigerant density [kg / m 3 ], and V: jet velocity [m / s] at the nozzle outlet. Moreover, V is calculated | required by the following formula | equation J from the law of kinetic energy conservation.
V = C × (2 × Pn × 10 6 / ρ) 0.5 (Formula J)
Here, C is the loss factor [−] of the nozzle.

鋼材の冷却装置では冷媒には通常水を用いるのでρ=1000とすると、式I及び式Jから、衝突力Fについての理論式(下記式K)が求まる。
F=0.745×C×Q/1000×Pn0.5 …(式K)
In a steel cooling device, water is usually used as a refrigerant. Therefore, assuming that ρ = 1000, a theoretical formula (the following formula K) for the collision force F can be obtained from Formula I and Formula J.
F = 0.745 × C × Q / 1000 × Pn 0.5 (Formula K)

一方、スプレー噴流による衝突力は全て噴流衝突有効域内に加わるとして、式Kの理論式からPsを求めると、
Ps=F/As
=0.745×C×Q/(1000×As)×Pn0.5 …(式L)
となる。式Dと式Lより、
C=0.925 …(式M)
となる。式Lと式M、式Bより
Ps=0.745×C×Q/(1000×As)×Pn0.5
=0.745×0.925×Q
/(2×H×tan(α/2)×40/1000)×Pn0.5
=17.2×Q/(2×H×tan(α/2))×Pn0.5 …(式N)
となる。
On the other hand, assuming that the collision force due to the spray jet is all added within the jet collision effective area,
Ps = F / As
= 0.745 x C x Q / (1000 x As) x Pn 0.5 (Formula L)
It becomes. From Formula D and Formula L,
C = 0.925 (Formula M)
It becomes. From Formula L, Formula M, and Formula B Ps = 0.745 × C × Q / (1000 × As) × Pn 0.5
= 0.745 x 0.925 x Q
/ (2 × H × tan (α / 2) × 40/1000) × Pn 0.5
= 17.2 × Q / (2 × H × tan (α / 2)) × Pn 0.5 (Formula N)
It becomes.

<板上水高さ分布の計算方法>
以下に、板上水高さの幅方向分布の計算方法を説明する。
図14に示すように、鋼板の幅方向全体にわたり均等な間隔でノズルを配置し冷却水を噴射する場合を考え、板上水をノズル毎にブロック状に分割し、鋼板の幅方向中央を対称として端部側から順にブロックの番号をi=0〜Nとして(N:鋼板半幅上に存在するノズル個数)、ブロック(i)の板上水高さをh(i)[m]、幅方向に流れる流速をv(i)[m/s]、搬送方向のノズル列の間隔をSr[m]、冷却水噴射幅をWn[m](=板幅Wp)とした時、非圧縮性流れに関するエネルギ保存則から、
h(n)=h(n−1)+{(v(i−1)−v(i)
+Cd×Wn/2/(N+1)×((v(i−1)+v(i))/2)}/(2×g) …(式O)
v(i)=(N−i)×Q/(1000×60×h(i)×Sr) …(式P)
が、成り立つ。ここでCd[m−1]は幅方向流れの圧損係数で1.0とした。
<Calculation method of water distribution on board>
Below, the calculation method of the width direction distribution of board water height is demonstrated.
As shown in FIG. 14, considering the case where nozzles are arranged at equal intervals over the entire width direction of the steel sheet and the cooling water is injected, the water on the board is divided into blocks for each nozzle, and the center in the width direction of the steel sheet is symmetrical. As the block numbers i = 0 to N in order from the end side (N: the number of nozzles existing on the half width of the steel plate), the plate water height of the block (i) is h (i) [m], the width direction When the flow velocity flowing through the nozzle is v (i) [m / s], the interval between the nozzle rows in the transport direction is Sr [m], and the cooling water injection width is Wn [m] (= plate width Wp), the incompressible flow From the energy conservation law
h (n) = h (n−1) + {(v (i−1) 2 −v (i) 2 )
+ Cd × Wn / 2 / (N + 1) × ((v (i−1) + v (i)) / 2) 2 } / (2 × g) (formula O)
v (i) = (N−i) × Q / (1000 × 60 × h (i) × Sr) (Formula P)
Is true. Here, Cd [m −1 ] is 1.0 as a pressure loss coefficient of the widthwise flow.

また板端部から流れ落ちる水の流速v(0)とh(0)の関係は、
v(0)=Cf×(2×g×h(0)/2)0.5 …(式Q)
と表すことができる。ここでCf[−]は堰から水が溢れて流れ落ちる場合の流量係数であり、0.6とした。式Qと式Pでi=0としてv(0)とh(0)を求め、次にh(i) (i=1〜N)の初期値をh(0)として、
(a)式Pを用いたv(i) (i=1〜N)の計算、及び、
(b)式Oを用いたh(i) (i=1〜N)の計算、
を(a)(b)の計算結果の変化が十分小さくなるまで繰り返すことにより、板上高さ分布h(i)を求めることができる。
The relationship between the flow velocity v (0) and h (0) of the water flowing down from the edge of the plate is
v (0) = Cf × (2 × g × h (0) / 2) 0.5 (Formula Q)
It can be expressed as. Here, Cf [−] is a flow coefficient when water overflows from the weir and flows down, and is set to 0.6. V (0) and h (0) are obtained by setting i = 0 in the formulas Q and P, and then the initial value of h (i) (i = 1 to N) is set to h (0).
(A) v (i) using equation P (i = 1 to N), and
(B) Calculation of h (i) (i = 1 to N) using equation O,
Is repeated until the change in the calculation results of (a) and (b) becomes sufficiently small, the plate height distribution h (i) can be obtained.

図15及び図16に、上述の板上水高さ分布計算結果を検証するための試験を行った試験装置を示す。図15の紙面左右方向及び図16の紙面奥/手前方向が、鋼板の幅方向である。図15が試験装置の正面図であり、図16が図15のXVI−XVI断面図である。図15では、水の流れ方向を矢印で示している。給水管が接続され冷却水を噴射可能なヘッダーの下面(ノズル面)には、鋼板の幅方向に62mmピッチ×25列=1550mm、幅方向と直角方向(奥行き方向)に54mmピッチ×6列=324mmの範囲にわたり、計25×6=150個の内径6mmのキリ穴状ノズルが格子状に設けられている。またヘッダーのノズル面から150mm下方に幅1550mm、奥行き750mmの鋼板を設置して、鋼板上に柱状ジェット流を噴射した。この時の鋼板上の板上水高さ分布を測定するため、鋼板の奥行き方向前後及び鋼板の幅方向の片側の計3方にアクリル板の側壁を設け、鋼板の幅方向のもう一方の側からのみ板上水が外に流れ出すようにした。この場合、鋼板の幅方向の開放側を鋼板の端部、側壁側を流れの対称性から板幅が2倍の鋼板の板幅中央にあたると考えることができ、3100mm幅の鋼板(両端開放)の幅方向全体に冷却水を噴射した場合(冷却水噴射幅Wn=板幅Wp=3.1m)の板上水高さ分布を測定することができる。また、奥行き方向前後にも側壁を設け、その間隔を750mmとしているが、ノズル列は奥行き方向に6列なので、ノズル列の間隔は平均的には750÷6=125mm(式PのSr=0.125m)の場合に相当する。   FIG. 15 and FIG. 16 show a test apparatus that has performed a test for verifying the above-described on-board water height distribution calculation result. The left-right direction in FIG. 15 and the back / near direction in FIG. 16 are the width direction of the steel sheet. 15 is a front view of the test apparatus, and FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line XVI-XVI of FIG. In FIG. 15, the direction of water flow is indicated by arrows. On the lower surface (nozzle surface) of the header to which the water supply pipe is connected and can inject cooling water, 62 mm pitch × 25 rows = 1550 mm in the width direction of the steel plate, 54 mm pitch × 6 rows in the direction perpendicular to the width direction (depth direction) = A total of 25 × 6 = 150 drill hole nozzles with an inner diameter of 6 mm are provided in a lattice shape over a range of 324 mm. Further, a steel plate having a width of 1550 mm and a depth of 750 mm was installed 150 mm below the nozzle surface of the header, and a columnar jet flow was sprayed onto the steel plate. In order to measure the water height distribution on the steel plate at this time, side walls of the acrylic plate were provided in three directions in total, one on both sides of the steel plate in the depth direction and on the width direction of the steel plate, and the other side in the width direction of the steel plate. The water on the plate only flows out from the outside. In this case, it can be considered that the open side in the width direction of the steel plate corresponds to the end of the steel plate, and the side wall side corresponds to the center of the plate width of the steel plate having a double plate width from the symmetry of the flow. It is possible to measure the on-board water height distribution when the cooling water is jetted in the entire width direction (cooling water jet width Wn = plate width Wp = 3.1 m). Side walls are also provided before and after the depth direction, and the interval between them is 750 mm. Since the nozzle rows are 6 rows in the depth direction, the interval between the nozzle rows is 750 ÷ 6 = 125 mm on average (Sr = 0 in Formula P) .125m).

なお、図15及び図16に示す試験装置でキリ穴状ノズルを用いたのは、板上水への周辺の空気の巻き込み割合が比較的少なく、板上水高さが精度良く測定可能なためである。冷却ノズルとして、本発明による装置で用いるフラットスプレーノズルを用いた場合と、キリ穴状ノズルを用いた場合では、個々のノズルどうしの噴流形態は異なっているが、両ノズルの場合ともに、鋼板上に衝突した個々のノズルの噴流は一旦放射状に広がり、隣接するノズル間で衝突して上昇し、ノズル噴流間の隙間を通って鋼板の幅方向の端部側に流れ出ていくといった、板幅全体で見た大まかな冷却水流れは同様であり、ノズルタイプによらず、上述の計算方法により板上水高さ分布を概ね予測できると考えられる。   The reason why the drilled nozzle is used in the test apparatus shown in FIGS. 15 and 16 is that the surrounding air is relatively small in the water on the plate and the water on the plate can be accurately measured. It is. When the flat spray nozzle used in the apparatus according to the present invention is used as the cooling nozzle and when the drill hole nozzle is used, the jet forms of the individual nozzles are different. The jets of the individual nozzles that collided with each other once spread radially, collided between adjacent nozzles, risen, and flow out to the end in the width direction of the steel sheet through the gaps between the nozzle jets. The rough cooling water flow seen in (1) is the same, and it is considered that the on-board water height distribution can be roughly predicted by the above-described calculation method regardless of the nozzle type.

図15及び図16に示す試験装置で測定した板上水高さ分布と、上述の方法により計算で求めた板上水高さ分布との比較を図17に示す。図17の縦軸は板上水高さHw[mm]、横軸は幅方向位置x[m]である。ヘッダー流量Qh[m/min]は、噴射幅Wnを3.1m幅とした場合の流量(試験で実際にヘッダーに流した流量の2倍)として、Qh=1.0、3.0、5.5の3通りに変えた場合について試験と計算を行った。図17において、試験結果は○(Qh=1.0)、△(Qh=3.0)、及び、□(Qh=5.5)の記号で、計算結果は点線(Qh=1.0)、破線(Qh=3.0)、及び、実線(Qh=5.5)の曲線で示している。図17に示すように、試験により得られた板上水高さ分布を計算で精度良くシミュレーションできることがわかる。 FIG. 17 shows a comparison between the on-board water height distribution measured by the test apparatus shown in FIGS. 15 and 16 and the on-board water height distribution calculated by the above-described method. The vertical axis | shaft of FIG. 17 is board water height Hw [mm], and a horizontal axis is the width direction position x [m]. The header flow rate Qh [m 3 / min] is Qh = 1.0, 3.0, as the flow rate when the injection width Wn is 3.1 m width (twice the flow rate actually passed through the header in the test). Tests and calculations were performed for the case of changing to 5.5. In FIG. 17, the test results are symbols of ○ (Qh = 1.0), Δ (Qh = 3.0), and □ (Qh = 5.5), and the calculation result is a dotted line (Qh = 1.0). , A broken line (Qh = 3.0) and a solid line (Qh = 5.5). As shown in FIG. 17, it can be seen that the on-board water height distribution obtained by the test can be accurately simulated by calculation.

図18に、板幅Wp[m]が0.9〜1.8の4通りの場合について、板幅全体にわたり冷却水を噴射した場合(Wn=Wp)の流量密度Wd[m/(m・min)]と板上水高さが最も高くなる板幅中央における板上水高さHw[mm]の関係についての計算結果を○(Wp=0.9)、□(Wp=1.2)、△(Wp=1.5)、及び、◇(Wp=1.8)の記号で示す。図18の縦軸は板上水高さHw[mm]、横軸は流量密度Wd[m/(m・min)]である。図18では、各板幅の場合について、以下の式Rで計算した結果を、4種類の曲線で示している。
Hw=32.5×Wd0.667×Wp0.69 …(式R)
ここでWdはノズル1列あたりの冷却水の流量をQn[m/min]、鋼板の幅方向のノズルピッチをNp[m]として、Qn=2×N×Q、Wp=2×N×Npから、
Wd=Qn/(Wp×Sr) …(式S)
=Q/(Np×Sr) …(式S’)
で求められる。
図18に示すように、式Rにより、板幅中央における板上水高さHwを整理できることがわかる。
In FIG. 18, when the plate width Wp [m] is 0.9 to 1.8, the flow rate density Wd [m 3 / (m) when cooling water is injected over the entire plate width (Wn = Wp). 2 · min)] and the calculation result of the relationship between the plate water height Hw [mm] at the plate width center where the plate water height is the highest, ○ (Wp = 0.9), □ (Wp = 1. 2), Δ (Wp = 1.5), and ◇ (Wp = 1.8). The vertical axis | shaft of FIG. 18 is board water height Hw [mm], and a horizontal axis | shaft is flow volume density Wd [m < 3 > / (m < 2 > * min)]. In FIG. 18, the result calculated by the following formula R for each plate width is shown by four types of curves.
Hw = 32.5 × Wd 0.667 × Wp 0.69 (Formula R)
Here, Wd is Qn = 2 × N × Q, Wp = 2 × N × where Qn [m 3 / min] is the flow rate of cooling water per nozzle row and Np [m] is the nozzle pitch in the width direction of the steel plate. From Np
Wd = Qn / (Wp × Sr) (Formula S)
= Q / (Np × Sr) (Formula S ′)
Is required.
As shown in FIG. 18, it can be seen that the on-board water height Hw at the center of the plate width can be arranged by the formula R.

また、高さHwの板上水により生じる鋼板上の静水圧Ph[kPa]は式Fで求められるので、式Fに式Rを代入することにより、板幅中央における静水圧Ph[kPa]は、
Ph=0.319×Wd0.667×Wp0.69 …(式T)
で求められる。
Further, since the hydrostatic pressure Ph [kPa] on the steel plate generated by the water on the plate having the height Hw is obtained by Formula F, by substituting Formula R into Formula F, the hydrostatic pressure Ph [kPa] at the center of the plate width is ,
Ph = 0.319 × Wd 0.667 × Wp 0.69 (Formula T)
Is required.

2.鋼板の冷却装置
図9に示すように、本発明の冷却装置は、鋼板上面に長円状の冷媒噴流衝突域を形成する複数のノズルを備え、これら複数のノズルが鋼板の幅方向に所定の間隔Npで配置されることによってノズル列が構成されており、一般にはこのノズル列が所定の間隔Srで鋼板の搬送方向(鋼板の幅方向と直行する方向)へ2列以上備えられている。鋼板の冷却装置に備えられる複数のノズルから、このように冷媒を噴射して鋼板を冷却することにより、鋼板を均一に冷却することが可能になる。さらに、本発明の鋼板の冷却装置に備えられる各ノズルへと供給可能な冷媒流量の最大値Q[L/min]は、上記式1〜上記式3のいずれかを満たすように決定される。冷媒流量の最大値Qがこのようにして決定されることにより、板上水が滞留している鋼板を急冷することが可能になる。したがって、本発明によれば、板上水が滞留している鋼板を急冷することが可能な、鋼板の冷却装置を提供することができ、冷媒噴流衝突域を図9に示すような形態とすることにより、板上水が滞留している鋼板を均一に急冷することが可能な、鋼板の冷却装置を提供することができる。
また、ノズル列が1列のみの場合は、通常板上水は形成されないが、例えば仕上圧延機のワークロール出側直近にノズル列を1列のみ配置し、ワークロール側にノズルを傾斜させて斜め吹きした場合は、鋼板に衝突した冷媒の大部分がワークロール側に流れ、ワークロールと冷媒噴流に挟まれる形で堰き止められるため、板上水が形成される場合がある。この場合は、便宜的に搬送方向のノズル列間隔Srを、例えばワークロール表面と鋼板表面との間の鋼板に垂直な方向の間隔が20mmとなる位置から図9に示す冷媒噴流の中心線と鋼板表面の交点を結んでできる「ノズル列の衝突中心線」までの距離として、流量密度Wdを式S又は式S’で計算することで、上記式1〜上記式3のいずれかを満たすように各ノズルへと供給可能な冷媒流量の最大値Q[L/min]を決定することができる。ノズル列間隔Srを「ワークロール表面と鋼板表面との間の鋼板に垂直な方向の間隔が20mmとなる位置」からとしたのは、間隔が20mm以下となる領域(ワークロールと鋼板と間の間隙)には実質的に冷媒が殆どもぐりこむことができないと考えられるためである。
2. Steel Plate Cooling Device As shown in FIG. 9, the cooling device of the present invention includes a plurality of nozzles that form an oblong refrigerant jet collision area on the upper surface of the steel plate, and the plurality of nozzles are predetermined in the width direction of the steel plate. Nozzle rows are configured by being arranged at an interval Np. Generally, two or more nozzle rows are provided at a predetermined interval Sr in the conveying direction of the steel plate (direction perpendicular to the width direction of the steel plate). By cooling the steel plate by injecting the coolant from the plurality of nozzles provided in the steel plate cooling device, the steel plate can be uniformly cooled. Furthermore, the maximum value Q U [L / min] of the refrigerant flow rate that can be supplied to each nozzle provided in the steel sheet cooling device of the present invention is determined so as to satisfy any one of the above formulas 1 to 3. . By maximum value Q U of the refrigerant flow rate is determined in this way, it becomes possible to quench the steel sheet plate clean water staying. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a steel plate cooling device capable of rapidly cooling the steel plate in which the on-board water stays, and the refrigerant jet collision area is configured as shown in FIG. Thus, it is possible to provide a steel plate cooling device capable of uniformly and rapidly cooling a steel plate in which water on the plate is retained.
In addition, when the number of nozzle rows is only one, water on the plate is not normally formed. For example, only one row of nozzles is arranged in the vicinity of the work roll exit side of the finish rolling mill, and the nozzle is inclined to the work roll side. When obliquely blowing, most of the refrigerant that has collided with the steel sheet flows to the work roll side and is dammed in a form sandwiched between the work roll and the refrigerant jet, so that on-plate water may be formed. In this case, for convenience, the nozzle row interval Sr in the transport direction is set, for example, from the position where the interval in the direction perpendicular to the steel plate between the work roll surface and the steel plate surface is 20 mm from the center line of the refrigerant jet shown in FIG. As the distance to the “collision center line of the nozzle row” formed by connecting the intersections of the steel plate surfaces, the flow rate density Wd is calculated by the formula S or the formula S ′ so as to satisfy any of the formulas 1 to 3 above. The maximum value Q U [L / min] of the refrigerant flow rate that can be supplied to each nozzle can be determined. The nozzle row interval Sr is determined from “the position where the interval in the direction perpendicular to the steel plate between the work roll surface and the steel plate surface is 20 mm” because the interval is 20 mm or less (between the work roll and the steel plate). This is because it is considered that substantially no refrigerant can be trapped in the gap).

また、図12に示すように、冷媒の流量密度と平均衝突圧Psとの間には相関があり、冷媒の流量密度を増大させるほど、平均衝突圧Psを増大させることが可能になる。図12は板上水がない場合の測定データであるが、本発明の鋼板の冷却装置に備えられる各ノズルへと供給可能な冷媒流量の最大値Q[L/min]を、上記式1〜上記式3のいずれかを満たすように決定することで、実機で板上水が形成されている場合においても図12に示す衝突圧を維持することが可能となる。冷媒の流量密度を10m/(m・min)以上とすることで、上記式Cから通常の鋼板冷却装置で用いられるノズル圧の範囲(0.3〜2.0MPa)においても平均衝突圧を3.5kPa以上とすることが可能であり、その場合図2より600℃/s以上の急冷能力を実現することが可能となる。したがって、本発明の鋼板の冷却装置において、冷媒の流量密度を10m/(m・min)以上とすることにより、鋼板を急冷することが容易になる。 Also, as shown in FIG. 12, there is a correlation between the refrigerant flow density and the average collision pressure Ps, and the average collision pressure Ps can be increased as the refrigerant flow density is increased. FIG. 12 shows measured data when there is no water on the plate. The maximum value Q U [L / min] of the refrigerant flow rate that can be supplied to each nozzle provided in the steel plate cooling device of the present invention is expressed by the above equation 1. -By determining so that either of the said Formula 3 may be satisfy | filled, even when board water is formed with an actual machine, it becomes possible to maintain the collision pressure shown in FIG. By setting the flow rate density of the refrigerant to 10 m 3 / (m 2 · min) or more, the average collision pressure is also obtained in the range of nozzle pressure (0.3 to 2.0 MPa) used in the normal steel plate cooling device from the above formula C. Can be set to 3.5 kPa or more, and in that case, it is possible to realize a rapid cooling ability of 600 ° C./s or more from FIG. Therefore, in the steel plate cooling apparatus of the present invention, it is easy to rapidly cool the steel plate by setting the flow rate density of the refrigerant to 10 m 3 / (m 2 · min) or more.

本発明の鋼板の冷却装置は、少なくとも1列以上のノズル列において、幅方向に所定の流量分布が形成されるようにノズル間で噴射する冷却水の流量を変化させるとともに、少なくとも1個以上のノズルにおいて、供給可能な冷却水の流量の最大値Q[L/min]が、上記式1〜上記式3のいずれかを満たすように決定される。かかる形態とすることにより、例えば最も板上水が溜まりやすい幅中央付近のノズルから噴射される冷却水の流量が両端部側のノズルに比べて大きくなるように同じノズル圧で流量の異なるノズルを配置し、少なくとも幅中央付近のノズルに供給可能な冷却水の最大流量を上記式1〜上記式3のいずれかを満たすように設定することで、中央付近の板上水が高くなるために端部に比べて冷却能が低下することを防止し、幅方向に均一な冷却が可能になる。 The steel plate cooling device of the present invention changes the flow rate of cooling water injected between nozzles so that a predetermined flow rate distribution is formed in the width direction in at least one or more nozzle rows, and at least one or more nozzle rows. In the nozzle, the maximum value Q U [L / min] of the flow rate of the cooling water that can be supplied is determined so as to satisfy any one of the above formulas 1 to 3. By adopting such a configuration, for example, nozzles with different flow rates at the same nozzle pressure are used so that the flow rate of cooling water sprayed from the nozzle near the center of the width where water on the plate is most likely to collect is larger than the nozzles at both ends. The maximum flow rate of cooling water that can be arranged and at least supplied to the nozzle near the center of the width is set so as to satisfy any of the above formulas 1 to 3, so that the water on the plate near the center becomes high. It is possible to prevent the cooling ability from being lowered compared to the portion and to perform uniform cooling in the width direction.

下記表3に示すそれぞれの場合について、上記式Nを用いて板上水がない場合の衝突圧Psを算出し、上記式Tを用いて板幅Wpが1.6mであるときのPhを算出し、これらの比Ps/Phを計算した。実験条件(実験条件1〜6)を表3に、実験条件1の結果を表4に、実験条件2の結果を表5に、実験条件3の結果を表6に、実験条件4の結果を表7に、実験条件5の結果を表8に、実験条件6の結果を表9に、それぞれ示す。表3において、0.3MPaと記載された列のノズル流量Q[L/min]は、ノズル圧が0.3MPaの時のノズル流量Q[L/min]であり、1.5MPaと記載された列のノズル流量Q[L/min]は、ノズル圧が1.5MPaの時のノズル流量Q[L/min]である。表3には、ノズル詰まり発生の結果についても示した。表4〜表9において、Ps>3Phの場合に判定を◎、3Ph≧Ps>2Phの場合に判定を○とし、Ps≦2Psの場合に判定を×とした。実験条件1〜6において設定可能なノズル圧Pnの最大値は2.0MPaであり、ノズル圧を0.3〜2.0MPaの範囲で制御可能とした。また、表3における理論ノズル径Dt[mm]とは、ノズル孔の内径が最小となる位置において、孔断面が円形の場合の径と考えられ、下記式Uで算出する。
Dt=(4/π×Qo/60/(2×Po/ρ)0.50.5 …(式U)
ここで、Po[MPa]は基準ノズル圧(表3では0.3MPa)、Qo[L/min]はノズル圧が基準ノズル圧の時のノズル流量である。
For each case shown in Table 3 below, the above equation N is used to calculate the collision pressure Ps when there is no water on the plate, and the above equation T is used to calculate Ph when the plate width Wp is 1.6 m. These ratios Ps / Ph were calculated. Table 3 shows the experimental conditions (experimental conditions 1 to 6), Table 4 shows the results of experimental condition 1, Table 5 shows the results of experimental condition 2, Table 6 shows the results of experimental condition 3, Table 6 shows the results of experimental condition 4. Table 7 shows the results of the experimental condition 5 in Table 8, and Table 9 shows the results of the experimental condition 6. In Table 3, the nozzle flow rate Q [L / min] in the row described as 0.3 MPa is the nozzle flow rate Q [L / min] when the nozzle pressure is 0.3 MPa, and is described as 1.5 MPa. The nozzle flow rate Q [L / min] in the row is the nozzle flow rate Q [L / min] when the nozzle pressure is 1.5 MPa. Table 3 also shows the result of nozzle clogging. In Tables 4 to 9, when Ps> 3Ph, the determination is ◎, when 3Ph ≧ Ps> 2Ph, the determination is ○, and when Ps ≦ 2Ps, the determination is ×. The maximum value of the nozzle pressure Pn that can be set under the experimental conditions 1 to 6 is 2.0 MPa, and the nozzle pressure can be controlled in the range of 0.3 to 2.0 MPa. The theoretical nozzle diameter Dt [mm] in Table 3 is considered to be the diameter when the hole cross section is circular at the position where the inner diameter of the nozzle hole is minimum, and is calculated by the following formula U.
Dt = (4 / π × Qo / 60 / (2 × Po / ρ) 0.5 ) 0.5 (Formula U)
Here, Po [MPa] is the reference nozzle pressure (0.3 MPa in Table 3), and Qo [L / min] is the nozzle flow rate when the nozzle pressure is the reference nozzle pressure.

表4に示すように、実験条件1では、ノズル圧Pnが0.7MPa以下の場合にPs≦2Phとなった。これに対し、ノズル圧Pnが1.0〜1.5MPaの場合にはPs>2Phとなり、板上水がない場合と同等性能の衝突圧分布が得られた。また、ノズル圧Pnが2.0MPaの場合にはPs>3Phとなり、板上水のない場合より更に高い冷却能が得られた。すなわち、実験条件1において、板上水がない場合と同等以上の性能の衝突圧分布が得られるノズル圧の範囲は、1.0MPa≦Pn≦2.0MPaであり、Pnの上限値と下限値との比は2となった。したがって、実験条件1では、広範囲にノズル圧を制御することは困難であった。   As shown in Table 4, under experimental condition 1, Ps ≦ 2Ph was obtained when the nozzle pressure Pn was 0.7 MPa or less. On the other hand, when the nozzle pressure Pn was 1.0 to 1.5 MPa, Ps> 2Ph, and a collision pressure distribution having the same performance as that obtained when there was no water on the plate was obtained. Further, when the nozzle pressure Pn was 2.0 MPa, Ps> 3Ph, and a higher cooling ability was obtained than when there was no water on the plate. That is, in the experimental condition 1, the range of the nozzle pressure at which a collision pressure distribution with a performance equal to or better than the case where there is no water on the plate is obtained is 1.0 MPa ≦ Pn ≦ 2.0 MPa, and the upper limit value and lower limit value of Pn The ratio was 2. Therefore, under the experimental condition 1, it is difficult to control the nozzle pressure over a wide range.

表5に示すように、実験条件2では、ノズル圧Pnが0.5MPa以下の場合にPs≦2Phとなった。これに対し、ノズル圧Pnが0.7〜1.0MPaの場合にはPs>2Phとなり、板上水がない場合と同等性能の衝突圧分布が得られた。また、ノズル圧Pnが1.5〜2.0MPaの場合にはPs>3Phとなり、板上水のない場合より更に高い冷却能が得られた。すなわち、実験条件2において、板上水がない場合と同等以上の性能の衝突圧分布が得られるノズル圧の範囲は、0.7MPa≦Pn≦2.0MPaであり、Pnの上限値と下限値との比は約2.86となった。したがって、実験条件2は実験条件1よりも広範囲にノズル圧を制御することができた。   As shown in Table 5, under experimental condition 2, Ps ≦ 2Ph when the nozzle pressure Pn was 0.5 MPa or less. On the other hand, when the nozzle pressure Pn was 0.7 to 1.0 MPa, Ps> 2Ph, and a collision pressure distribution having the same performance as that obtained when no water on the plate was present was obtained. Further, when the nozzle pressure Pn was 1.5 to 2.0 MPa, Ps> 3Ph, and a higher cooling ability was obtained than when no water was on the plate. That is, in the experimental condition 2, the range of the nozzle pressure at which a collision pressure distribution with a performance equal to or better than the case without water on the plate is obtained is 0.7 MPa ≦ Pn ≦ 2.0 MPa, and the upper limit value and the lower limit value of Pn The ratio was about 2.86. Therefore, the experimental condition 2 was able to control the nozzle pressure over a wider range than the experimental condition 1.

表6に示すように、実験条件3では、ノズル圧Pnが0.3MPaの場合にPs≦2Phとなった。これに対し、ノズル圧Pnが0.5〜0.7MPaの場合にはPs>2Phとなり、板上水がない場合と同等性能の衝突圧分布が得られた。また、ノズル圧Pnが1.0〜2.0MPaの場合にはPs>3Phとなり、板上水のない場合より更に高い冷却能が得られた。すなわち、実験条件3において、板上水がない場合と同等以上の性能の衝突圧分布が得られるノズル圧の範囲は、0.5MPa≦Pn≦2.0MPaであり、Pnの上限値と下限値との比は4となった。したがって、実験条件3は実験条件2よりも更に広範囲にノズル圧を制御することができた。   As shown in Table 6, under experimental condition 3, Ps ≦ 2Ph was obtained when the nozzle pressure Pn was 0.3 MPa. On the other hand, when the nozzle pressure Pn was 0.5 to 0.7 MPa, Ps> 2Ph, and a collision pressure distribution having the same performance as that obtained when there was no water on the plate was obtained. Further, when the nozzle pressure Pn was 1.0 to 2.0 MPa, Ps> 3Ph, and a higher cooling ability was obtained than when no water was on the plate. That is, in the experimental condition 3, the range of the nozzle pressure at which a collision pressure distribution with a performance equal to or higher than that in the case where there is no water on the plate is obtained is 0.5 MPa ≦ Pn ≦ 2.0 MPa, and the upper limit value and the lower limit value of Pn The ratio to was 4. Therefore, the experimental condition 3 was able to control the nozzle pressure in a wider range than the experimental condition 2.

表7に示すように、実験条件4では、ノズル圧Pnが0.3MPaの場合にもPs>2Phとなり、今回のノズル圧制御範囲内では板上水がない場合と同等以上の性能の衝突圧分布が得られた。具体的には、ノズル圧Pnが0.3〜0.5MPaの場合にPs>2Phとなり、板上水がない場合と同等性能の衝突圧分布が得られた。また、ノズル圧Pnが0.7〜2.0MPaの場合にはPs>3Phとなり、板上水のない場合より更に高い冷却能が得られた。すなわち、実験条件4において、板上水がない場合と同等以上の性能の衝突圧分布が得られるノズル圧の範囲は、0.3MPa≦Pn≦2.0MPaであり、Pnの上限値と下限値との比は約6.67となった。したがって、実験条件4は広範囲にノズル圧を制御することができ、実験条件3よりも鋼板を急冷しやすい条件であった。   As shown in Table 7, in the experimental condition 4, even when the nozzle pressure Pn is 0.3 MPa, Ps> 2Ph, and the collision pressure having the same or better performance than the case where there is no water on the plate within the current nozzle pressure control range. A distribution was obtained. Specifically, when the nozzle pressure Pn was 0.3 to 0.5 MPa, Ps> 2Ph, and a collision pressure distribution having the same performance as that obtained when there was no water on the plate was obtained. In addition, when the nozzle pressure Pn was 0.7 to 2.0 MPa, Ps> 3Ph, and a higher cooling ability was obtained than when there was no water on the plate. That is, in the experimental condition 4, the range of the nozzle pressure at which the collision pressure distribution having the same or better performance as that in the case where there is no water on the plate is obtained is 0.3 MPa ≦ Pn ≦ 2.0 MPa, and the upper limit value and the lower limit value of Pn The ratio was about 6.67. Therefore, the experimental condition 4 was a condition in which the nozzle pressure could be controlled over a wide range, and the steel sheet was easier to cool than the experimental condition 3.

表8に示すように、実験条件5では、ノズル圧Pnが0.3MPaの場合にもPs>2Phとなり、今回のノズル圧制御範囲内では板上水がない場合と同等以上の性能の衝突圧分布が得られた。具体的には、ノズル圧Pnが0.3MPaの場合にPs>2Phとなり、板上水がない場合と同等性能の衝突圧分布が得られた。また、ノズル圧Pnが0.5〜2.0MPaの場合にはPs>3Phとなり、板上水のない場合より更に高い冷却能が得られた。すなわち、実験条件5において、板上水がない場合と同等以上の性能の衝突圧分布が得られるノズル圧の範囲は、0.3MPa≦Pn≦2.0MPaであり、Pnの上限値と下限値との比は約6.67となった。また、実験条件5では、実験条件4よりも、Ps>3Phとなるノズル圧の範囲が広がった。したがって、実験条件5は広範囲にノズル圧を制御することができ、実験条件4よりも更に鋼板を急冷しやすい条件であった。   As shown in Table 8, under the experimental condition 5, even when the nozzle pressure Pn is 0.3 MPa, Ps> 2Ph, and the collision pressure having the same or better performance than the case where there is no water on the plate within the current nozzle pressure control range. A distribution was obtained. Specifically, when the nozzle pressure Pn was 0.3 MPa, Ps> 2Ph, and a collision pressure distribution having the same performance as that obtained when there was no water on the plate was obtained. Further, when the nozzle pressure Pn was 0.5 to 2.0 MPa, Ps> 3Ph, and a higher cooling ability was obtained than when no water was on the plate. That is, in the experimental condition 5, the range of the nozzle pressure at which the collision pressure distribution having the same or better performance as that without water on the plate is obtained is 0.3 MPa ≦ Pn ≦ 2.0 MPa, and the upper limit value and lower limit value of Pn The ratio was about 6.67. Moreover, in the experimental condition 5, the range of the nozzle pressure that satisfies Ps> 3Ph is wider than in the experimental condition 4. Therefore, the experimental condition 5 was a condition in which the nozzle pressure could be controlled over a wide range, and the steel sheet was more easily cooled than the experimental condition 4.

表9に示すように、実験条件6では、ノズル圧Pnが0.3MPaの場合にもPs>3Phとなり、今回のノズル圧制御範囲内では、板上水がない場合より更に高い冷却能が得られた。すなわち、実験条件6において、板上水がない場合と同等以上の性能の衝突圧分布が得られるノズル圧の範囲は、0.3MPa≦Pn≦2.0MPaであり、Pnの上限値と下限値との比は約6.67となった。また、実験条件6では、実験条件5よりも、Ps>3Phとなるノズル圧の範囲が広がった。したがって、実験条件6は広範囲にノズル圧を制御することができ、実験条件5よりも更に鋼板を急冷しやすい条件であった。   As shown in Table 9, under the experimental condition 6, even when the nozzle pressure Pn is 0.3 MPa, Ps> 3Ph, and within this nozzle pressure control range, higher cooling ability is obtained than when there is no water on the plate. It was. That is, in the experimental condition 6, the range of the nozzle pressure at which a collision pressure distribution with a performance equal to or better than the case where there is no water on the plate is obtained is 0.3 MPa ≦ Pn ≦ 2.0 MPa, and the upper limit value and the lower limit value of Pn The ratio was about 6.67. Moreover, in the experimental condition 6, the range of the nozzle pressure that satisfies Ps> 3Ph is wider than in the experimental condition 5. Therefore, the experimental condition 6 was a condition in which the nozzle pressure could be controlled over a wide range, and the steel sheet was more easily cooled than the experimental condition 5.

一般に、製造鋼種により仕上板厚、仕上温度、急冷直後の温度(急冷停止温度)及び急冷中の通板速度である仕上速度が異なり、これらの製造条件に応じて、使用するヘッダー(ノズル列)数を制御することになるが、更に冷却水温の変動や仕上温度の変動、鋼板の表面性状の変動などの外乱要因により、急冷停止温度が目標の範囲内(例えば目標急冷停止温度±10℃)に入らない場合が生じる。このような場合に、使用するヘッダー数のみ(ヘッダー毎の噴射ON/OFF)で制御を行うと、条件によっては1ヘッダーをON/OFFしただけで急冷停止温度が20〜30℃変化してしまい、急冷停止温度を細かく制御することが困難となる。このような場合は、例えば使用するヘッダーのうち出側から2〜3ヘッダーについてノズル圧を低減して冷却量を調整する手段が有効となる。   Generally, the finishing plate thickness, finishing temperature, temperature immediately after quenching (quenching stop temperature), and finishing speed, which is the plate feeding speed during quenching, vary depending on the type of steel produced, and the header (nozzle row) to be used depends on these manufacturing conditions. Although the number is controlled, the quenching stop temperature is within the target range (for example, the target quenching stop temperature ± 10 ° C) due to disturbance factors such as fluctuations in cooling water temperature, finishing temperature, and surface properties of the steel sheet. There is a case that does not enter. In such a case, if control is performed with only the number of headers to be used (injection ON / OFF for each header), depending on the conditions, the quenching stop temperature may change by 20-30 ° C just by turning ON / OFF one header. It becomes difficult to finely control the quenching stop temperature. In such a case, for example, a means for adjusting the cooling amount by reducing the nozzle pressure for 2-3 headers from the outlet side among the headers to be used is effective.

冷却能力は、図2に示すように衝突圧の0.6乗に比例する。また、ノズルが同じであればノズル流量Qはノズル圧Pnの0.5乗に比例すること及び式Dから、衝突圧Psはノズル圧Pnに比例することになる。したがって、冷却能力はノズル圧Pnの0.6乗に比例する。そこで、最大ノズル圧が2.0MPaの場合、1.0MPaまでノズル圧を半減できれば1ヘッダーあたりの冷却能力を約2/3に、また0.7MPaまで低下できれば約1/2に調整することができ、10℃前後の刻みで急冷停止温度を制御することが可能となって、高精度な急冷停止温度制御が可能となる。   The cooling capacity is proportional to the 0.6th power of the collision pressure as shown in FIG. Further, if the nozzles are the same, the nozzle flow rate Q is proportional to the 0.5th power of the nozzle pressure Pn, and the collision pressure Ps is proportional to the nozzle pressure Pn from Expression D. Therefore, the cooling capacity is proportional to the 0.6th power of the nozzle pressure Pn. Therefore, if the maximum nozzle pressure is 2.0 MPa, the cooling capacity per header can be adjusted to about 2/3 if the nozzle pressure can be halved to 1.0 MPa, and can be adjusted to about 1/2 if it can be reduced to 0.7 MPa. In addition, the rapid cooling stop temperature can be controlled in steps of about 10 ° C., and the rapid cooling stop temperature control can be performed.

以上のように、実験条件1ではノズル圧Pnを1.0MPa以上に設定することにより、上記式1を満たし、板上水がない場合と同等性能の衝突圧分布が得られた。また、実験条件2ではノズル圧Pnを0.7MPa以上に、実験条件3ではノズル圧Pnを0.5MPa以上に、それぞれ設定することにより、上記式1を満たした。また、実験条件4〜6ではノズル圧Pnを0.3MPa以上に設定することにより、上記式1を満たした。さらに、実験条件1ではノズル圧Pnを2.0MPaに設定することにより、板上水がない場合よりも更に高い冷却能が得られた。同様に、実験条件2、3、4、5、及び6では、それぞれ、ノズル圧Pnを1.5MPa以上、1.0MPa以上、0.7MPa以上、0.5MPa以上、及び0.3MPa以上に設定することにより、板上水がない場合よりも更に高い冷却性能が得られた。加えて、実験条件4〜6では、板上水がない場合と同等以上の性能の衝突圧分布が得られるノズル圧の上限値と下限値との比が5を超えていたため、ノズル圧を低下させて1ヘッダーあたりの冷却能を制御することが容易になり、急冷停止温度を高精度に制御することが容易になった。また、実験条件3〜6では、理論ノズル径が6mm以上であったため、ノズル詰りは発生しなかった。これに対し、実験条件1〜2ではノズル径が6mm未満であったため、ノズル詰りが発生した。すなわち、理論ノズル径が6mm以上のノズルを用いることにより、ノズル詰りの発生を防止することができた。ノズル詰りの発生を防止することにより、鋼板を均一に冷却することが容易になるため、鋼板を均一に急冷し得る形態にする等の観点からは、理論ノズル径が6mm以上のノズルを用いることが好ましい。   As described above, under the experimental condition 1, by setting the nozzle pressure Pn to 1.0 MPa or more, the collision pressure distribution having the same performance as that in the case of satisfying the above formula 1 and no water on the plate was obtained. Moreover, the said Formula 1 was satisfy | filled by setting the nozzle pressure Pn to 0.7 MPa or more in the experimental condition 2, and setting the nozzle pressure Pn to 0.5 MPa or more in the experimental condition 3, respectively. Moreover, in the experimental conditions 4-6, the said Formula 1 was satisfy | filled by setting the nozzle pressure Pn to 0.3 Mpa or more. Furthermore, in the experimental condition 1, by setting the nozzle pressure Pn to 2.0 MPa, a higher cooling ability was obtained than when there was no water on the plate. Similarly, in the experimental conditions 2, 3, 4, 5, and 6, the nozzle pressure Pn is set to 1.5 MPa or more, 1.0 MPa or more, 0.7 MPa or more, 0.5 MPa or more, and 0.3 MPa or more, respectively. As a result, higher cooling performance was obtained than when there was no water on the plate. In addition, in the experimental conditions 4 to 6, the ratio between the upper limit value and the lower limit value of the nozzle pressure at which the collision pressure distribution with the same or better performance as the case without water on the plate was obtained exceeded 5, so the nozzle pressure was reduced. Thus, it becomes easy to control the cooling capacity per header, and it becomes easy to control the quenching stop temperature with high accuracy. Moreover, in the experimental conditions 3-6, since the theoretical nozzle diameter was 6 mm or more, nozzle clogging did not occur. On the other hand, since the nozzle diameter was less than 6 mm in the experimental conditions 1 and 2, nozzle clogging occurred. In other words, nozzle clogging could be prevented by using a nozzle having a theoretical nozzle diameter of 6 mm or more. By preventing the occurrence of nozzle clogging, it becomes easy to cool the steel plate uniformly. From the viewpoint of making the steel plate uniformly coolable, use a nozzle having a theoretical nozzle diameter of 6 mm or more. Is preferred.

次に、圧延直後の熱延鋼板を急冷する試験(急冷試験)を行った。当該試験に用いた装置を、図19に簡略化して示す。図19において、鋼板1は紙面左側から右側の方向(熱延仕上圧延機2から水切りロール5の方向)へと搬送され、図19では一部符号の記載を省略している。急冷試験では、熱延仕上圧延機2のワークロール2a、2bの直後から、冷却装置3のヘッダーを鋼板1の上面側に30列(3a、3a、…)及び下面側に24列(3c、3c、…)、鋼板1の搬送方向に並べ、圧延直後の熱延鋼板1を急冷する試験を行った。ノズル仕様・噴射条件については表3に示す実験条件1〜6の場合について試験を行った。なお給水源には吐出圧2.0MPaのポンプを用い、途中の給水配管で生じる圧損を考慮して、全ての実験条件においてノズル圧Pnの最大値を1.5MPaとした。したがって、各実験条件においてノズルに供給可能な最大流量Qは、表3に示す1.5MPaにおけるノズル流量Qとなる。
搬送方向のヘッダーピッチ(表3の搬送方向ノズルピッチSr)については、極力表3に示す条件としたが、鋼板1の下面においては通板性を確保するため、約1300mmピッチで直径300mmの搬送ロール4、4、4を配置しており、搬送ロール4が間に挟まったヘッダー3c、3cの間ではヘッダーピッチが300mm広がっている。また、最もワークロール2a、2bに近い先頭(搬送方向上流側)の1列目及び2列目のヘッダー3a、3a、3c、3cについては、極力ワークロール2a、2bの圧下点(鋼板1の上面と接触するワークロール2aの下死点及び鋼板1の下面と接触するワークロール2bの上死点)近傍から急冷が開始できるように、ワークロール2a、2b側に傾斜させて斜め吹きしており、向かい角γを1列目は30°、2列目は15°とした。また、冷却装置3の出側には水切りロール5、5を鋼板1の上面側及び下面側に設置し、上面側に設置した水切りロール5は上下に昇降可能とした。また、鋼板1の上面側のノズル3b、3b、…とパスラインとの間、及び、鋼板1の下面側のノズル3d、3d、…とパスラインとの間には、ノズル3b、3b、…やノズル3d、3d、…への鋼板衝突を防止し、鋼板先端の通板性を確保するため、上ガイド板6、6、…及び下ガイド板7、7、…をそれぞれ設置した。なお、上ガイド板6、6、…及び下ガイド板7、7、…には、ノズル3b、3b、…やノズル3d、3d、…から噴射された冷却水が通過するための噴射孔が設けられている。さらに、下ガイド板7、7、…には、下面側のノズル3d、3d、…から噴射され下ガイド板7、7、…と鋼板1の下面の間に溜まる冷却水を、下面側のヘッダー(3c、3c、…)の間から下方に排出するための排出孔も設けられている。
なお、下面側のノズル3d、3d、…については、鋼板下面に噴射された冷却水は下ガイド板7、7、…に設けられた排出孔から下方に排出されるため、上面側のノズル3b、3b、…のように、板上水を貫通するのに必要な流量やノズル圧を必ずしも確保する必要はない。しかしながら、上下面の冷却能力はできるだけ等しくすることが望ましいこと、及び冷却水噴流から受ける衝突圧が鋼板1の上下面で大きく異なっていると、鋼板1が変形して上ガイド板6、6、…又は下ガイド板7、7、…に擦れて鋼板1の表面にすり疵が生じる可能性があることから、下面側のノズル3d、3d、…の流量及びノズル圧は、上面側のノズル3b、3b、…とほぼ同等の大きさとすることが望ましい。そこで、当該試験では下面側のノズル3d、3d、…の流量、ノズル圧及び幅方向のノズルピッチを、上面側のノズル3b、3b、…と等しくした。
また、急冷試験に供される鋼板1の圧延条件は、仕上板厚を3.2mm、板幅を1600mm、仕上温度を890℃、仕上速度を毎分600mとし、冷却装置3による急冷停止温度の目標値を650℃とした。
Next, a test (quenching test) for rapidly cooling the hot-rolled steel sheet immediately after rolling was performed. The apparatus used for the test is shown in a simplified manner in FIG. In FIG. 19, the steel plate 1 is conveyed from the left side to the right side (the direction from the hot rolling finish rolling mill 2 to the draining roll 5), and in FIG. 19, some reference numerals are omitted. In the rapid cooling test, immediately after the work rolls 2a, 2b of the hot rolling finishing mill 2, the header of the cooling device 3 is arranged in 30 rows (3a, 3a,...) On the upper surface side of the steel plate 1 and 24 rows (3c, 3c, ...), arranged in the conveying direction of the steel sheet 1, and a test for rapidly cooling the hot-rolled steel sheet 1 immediately after rolling was performed. As for the nozzle specifications / injection conditions, tests were conducted for the experimental conditions 1 to 6 shown in Table 3. Note that a pump with a discharge pressure of 2.0 MPa was used as the water supply source, and the maximum value of the nozzle pressure Pn was set to 1.5 MPa under all the experimental conditions in consideration of pressure loss generated in the water supply pipe on the way. Thus, the maximum flow rate Q U that can be supplied to the nozzle at each experimental condition, the nozzle flow rate Q in 1.5MPa shown in Table 3.
The header pitch in the transport direction (the transport direction nozzle pitch Sr in Table 3) was set as shown in Table 3 as much as possible. However, in order to ensure the plate-passability on the lower surface of the steel plate 1, the transport is about 1300 mm pitch and 300 mm in diameter. The rolls 4, 4, and 4 are arranged, and the header pitch is widened by 300 mm between the headers 3c and 3c with the transport roll 4 sandwiched therebetween. For the headers 3a, 3a, 3c, and 3c in the first row and the second row that are closest to the work rolls 2a and 2b (the upstream side in the transport direction), Inclined toward the work rolls 2a and 2b so that rapid cooling can be started from near the bottom dead center of the work roll 2a in contact with the upper surface and the top dead center of the work roll 2b in contact with the lower surface of the steel plate 1. The opposite angle γ was 30 ° in the first row and 15 ° in the second row. Moreover, the draining rolls 5 and 5 were installed in the upper surface side and lower surface side of the steel plate 1 at the exit side of the cooling device 3, and the draining roll 5 installed in the upper surface side was able to raise / lower up and down. Further, between the nozzles 3b, 3b,... On the upper surface side of the steel plate 1 and the pass line, and between the nozzles 3d, 3d,. In order to prevent the steel plate from colliding with the nozzles 3d, 3d,..., And to ensure the plate-passability at the tip of the steel plate, the upper guide plates 6, 6,. The upper guide plates 6, 6,... And the lower guide plates 7, 7,... Are provided with injection holes through which the cooling water injected from the nozzles 3 b, 3 b,. It has been. Further, the lower guide plates 7, 7,... Are supplied with cooling water sprayed from the lower surface side nozzles 3 d, 3 d,... And collected between the lower guide plates 7, 7,. A discharge hole for discharging downward from between (3c, 3c,...) Is also provided.
For the lower surface side nozzles 3d, 3d,..., The cooling water sprayed on the lower surface of the steel plate is discharged downward from the discharge holes provided in the lower guide plates 7, 7,. Like 3b,..., It is not always necessary to ensure the flow rate and nozzle pressure necessary to penetrate the water on the plate. However, it is desirable that the cooling capacities of the upper and lower surfaces be as equal as possible, and if the impact pressure received from the cooling water jet is greatly different between the upper and lower surfaces of the steel plate 1, the steel plate 1 is deformed and the upper guide plates 6, 6, ... or rubbing against the lower guide plates 7, 7,..., And the surface of the steel plate 1 may be crushed, so the flow rate and nozzle pressure of the lower surface side nozzles 3 d, 3 d,. It is desirable that the size be approximately the same as 3b,. Therefore, in this test, the flow rate, the nozzle pressure, and the nozzle pitch in the width direction of the lower surface side nozzles 3d, 3d,... Were made equal to the upper surface side nozzles 3b, 3b,.
Moreover, the rolling conditions of the steel sheet 1 subjected to the rapid cooling test are as follows: the finishing plate thickness is 3.2 mm, the plate width is 1600 mm, the finishing temperature is 890 ° C., the finishing speed is 600 m / min, and the quenching stop temperature of the cooling device 3 is The target value was 650 ° C.

表3に示す実験条件1の場合は、ノズル圧Pnを1.5MPaとすることで840℃/sの冷却速度で鋼板1を急冷することができたが、先頭から上面側の30列の全ヘッダー3a、3a、…及び下面側の24列の全ヘッダー3c、3c、…にそれぞれ接続されたノズル3b、3b、…及びノズル3d、3d、…から冷却水を噴射しても、目標の650℃まで鋼板1を急冷することができなかった。そのため、仕上速度を毎分250mまで低下させる必要が生じ、圧延能率が大幅に低下した。   In the case of the experimental condition 1 shown in Table 3, the steel plate 1 could be rapidly cooled at a cooling rate of 840 ° C./s by setting the nozzle pressure Pn to 1.5 MPa. Even if cooling water is injected from the nozzles 3b, 3b,... And the nozzles 3d, 3d,... Connected to the headers 3a, 3a,. The steel sheet 1 could not be rapidly cooled to 0 ° C. Therefore, it was necessary to reduce the finishing speed to 250 m / min, and the rolling efficiency was greatly reduced.

また、表3に示す実験条件2の場合は、ノズル圧Pnを1.5MPaとすることで970℃/sの冷却速度で鋼板1を急冷することができたが、先頭から上面側の30列の全ヘッダー3a、3a、…及び下面側の24列の全ヘッダー3c、3c、…にそれぞれ接続されたノズル3b、3b、…及びノズル3d、3d、…から冷却水を噴射しても、目標の650℃まで鋼板1を急冷することができなかった。そのため、仕上速度を毎分400mまで低下させる必要が生じ、圧延能率が大幅に低下した。更に、表3に示す実験条件3の場合は、ノズル圧Pnを1.5MPaとすることで1100℃/sの冷却速度で鋼板1を急冷することができ、先頭から上面側の30列の全ヘッダー3a、3a、…及び下面側の24列の全ヘッダー3c、3c、…にそれぞれ接続されたノズル3b、3b、…及びノズル3d、3d、…から冷却水を噴射することで目標の650℃まで鋼板1を急冷することができた。   Further, in the case of the experimental condition 2 shown in Table 3, the steel plate 1 could be rapidly cooled at a cooling rate of 970 ° C./s by setting the nozzle pressure Pn to 1.5 MPa. , And the nozzles 3b, 3b,... And nozzles 3d, 3d,... Connected to the 24 headers 3c, 3c,. The steel sheet 1 could not be rapidly cooled to 650 ° C. Therefore, it was necessary to reduce the finishing speed to 400 m / min, and the rolling efficiency was greatly reduced. Furthermore, in the case of the experimental condition 3 shown in Table 3, the steel plate 1 can be rapidly cooled at a cooling rate of 1100 ° C./s by setting the nozzle pressure Pn to 1.5 MPa. , And the nozzles 3b, 3b,... And nozzles 3d, 3d,... Connected to the headers 3a, 3a,. The steel plate 1 could be rapidly cooled.

また、表3に示す実験条件4の場合は、ノズル圧Pnを1.5MPaとすることで1270℃/sの冷却速度で鋼板1を急冷することができ、先頭から上下各19列のヘッダー3a、3a、…及びヘッダー3c、3c、…にそれぞれ接続されたノズル3b、3b、…及びノズル3d、3d、…から冷却水を噴射することで、目標の650℃まで鋼板1を急冷することができた。また、表3に示す実験条件5の場合は、ノズル圧Pnを1.5MPaとすることで1370℃/sの冷却速度で鋼板1を急冷することができ、先頭から上下各14列のヘッダー3a、3a、…及びヘッダー3c、3c、…にそれぞれ接続されたノズル3b、3b、…及びノズル3d、3d、…から冷却水を噴射することで、目標の650℃まで鋼板1を急冷することができた。なお、実験条件5では、ノズル圧Pnを0.3MPaとしても、超微細粒鋼を製造するのに必要な目標の冷却速度600℃/sを達成することができた。また、表3に示す実験条件6の場合は、ノズル圧Pnを1.5MPaとすることで1520℃/sの冷却速度で鋼板1を急冷することができ、先頭から上下各13列のヘッダー3a、3a、…及びヘッダー3c、3c、…にそれぞれ接続されたノズル3b、3b、…及びノズル3d、3d、…から冷却水を噴射することで、目標の650℃まで鋼板1を急冷することができた。なお、実験条件6では、ノズル圧Pnを0.3MPaとしても、超微細粒鋼を製造するのに必要な目標の冷却速度600℃/sを達成することができた。   Further, in the case of the experimental condition 4 shown in Table 3, the steel plate 1 can be rapidly cooled at a cooling rate of 1270 ° C./s by setting the nozzle pressure Pn to 1.5 MPa. , And the nozzles 3b, 3b,... And the nozzles 3d, 3d,... Connected to the headers 3c, 3c,..., Respectively, to rapidly cool the steel plate 1 to the target 650 ° C. did it. Further, in the case of the experimental condition 5 shown in Table 3, the steel plate 1 can be rapidly cooled at a cooling rate of 1370 ° C./s by setting the nozzle pressure Pn to 1.5 MPa, and the headers 3a in the upper and lower 14 rows from the top. , And the nozzles 3b, 3b,... And the nozzles 3d, 3d,... Connected to the headers 3c, 3c,..., Respectively, to rapidly cool the steel plate 1 to the target 650 ° C. did it. In experimental condition 5, even when the nozzle pressure Pn was set to 0.3 MPa, the target cooling rate of 600 ° C./s necessary for producing ultrafine-grained steel could be achieved. In the case of the experimental condition 6 shown in Table 3, the steel plate 1 can be rapidly cooled at a cooling rate of 1520 ° C./s by setting the nozzle pressure Pn to 1.5 MPa. , And the nozzles 3b, 3b,... And the nozzles 3d, 3d,... Connected to the headers 3c, 3c,..., Respectively, to rapidly cool the steel plate 1 to the target 650 ° C. did it. In experimental condition 6, even when the nozzle pressure Pn was set to 0.3 MPa, the target cooling rate of 600 ° C./s necessary for producing ultrafine-grained steel could be achieved.

図19の急冷設備3(冷却装置3)の出側に設けた、鋼板上面の幅方向温度分布を測定可能な温度計(不図示)を用いて、急冷停止直後における鋼板1の幅方向の温度分布を測定した。図20(a)に上記実験条件5の場合の温度分布測定結果を、図20(b)に上記実験条件2の場合の温度分布測定結果を示す。急冷停止温度は急冷後の製品の機械特性に大きな影響を及ぼすため、所定の範囲内(本実施例では650±10℃)に収める必要があるが、加熱時の加熱炉内での温度ムラ、圧延前の空冷時間の変化や圧延速度の変化等により、鋼板1の長手方向で急冷開始温度(仕上温度)が変動するため、急冷途中で一部のノズルにおいて仕上温度の変動に応じて流量制御を行い、温度制御を行う必要がある。実験条件5の場合、及び実験条件2の場合は、共に、冷却水を噴射している上下各ヘッダー3a、3a、…及びヘッダー3c、3c、…のうち、出側(水切りロール5の側)から上下各6列のヘッダー3a、3a、…及びヘッダー3c、3c、…にそれぞれ接続されたノズル3b、3b、…及びノズル3d、3d、…のノズル圧Pnを0.3〜1.5MPaの間で調節することで、流量を制御し急冷停止温度の制御を行った。即ちノズル圧Pnを最大の1.5MPaから0.3MPaまで低下させることで、噴流頂角の減少代を最大値から10%以内に抑えつつ、冷却能を約2/5に調整することができ、広範囲な冷却能制御が可能となる。
実験条件5の場合は、ノズル圧Pnが0.3〜1.5MPaの全範囲において、板上水がない場合と同等性能の衝突圧分布が得られ、均一に急冷することが可能であった。一方、実験条件2の場合は、ノズル圧Pnが0.3〜0.5MPaの範囲で板上水による衝突圧の減衰が顕著となり、急冷時に冷却不均一が発生した。その結果、図20(a)に示すように、実験条件5の場合は、鋼板1の幅方向の温度バラツキを目標の±10℃以内に抑えることができ、鋼板1を均一に急冷することが可能となった。一方、図20(b)に示すように、実験条件2の場合は、ノズルピッチに起因する細かい温度変動がより顕著となった。また板上水の高さ分布が図17に示すように幅方向中央側が端部側に比べてより高くなるため、冷却能低下が幅中央側でより大きくなり、幅中央部に比べて端部側がの温度が低下する傾向が顕著となる。このため、鋼板1の幅方向の温度バラツキを目標の±10℃以内に抑えることができず、鋼板1を均一に急冷することができなかった。
The temperature in the width direction of the steel sheet 1 immediately after stopping the rapid cooling using a thermometer (not shown) provided on the outlet side of the rapid cooling equipment 3 (cooling device 3) in FIG. Distribution was measured. FIG. 20A shows a temperature distribution measurement result in the case of the experimental condition 5, and FIG. 20B shows a temperature distribution measurement result in the case of the experimental condition 2. Since the quenching stop temperature has a great influence on the mechanical properties of the product after quenching, it is necessary to keep it within a predetermined range (650 ± 10 ° C. in this embodiment), but the temperature unevenness in the heating furnace during heating, The rapid cooling start temperature (finishing temperature) fluctuates in the longitudinal direction of the steel sheet 1 due to changes in the air cooling time before rolling, changes in the rolling speed, etc., so the flow rate is controlled according to fluctuations in the finishing temperature at some nozzles during rapid cooling. It is necessary to perform temperature control. In the case of the experimental condition 5 and the experimental condition 2, both of the upper and lower headers 3a, 3a,... And the headers 3c, 3c,. The nozzle pressure Pn of the nozzles 3b, 3b,... And the nozzles 3d, 3d,... Connected to the headers 3a, 3a,. By adjusting the interval, the flow rate was controlled and the quenching stop temperature was controlled. In other words, by reducing the nozzle pressure Pn from the maximum of 1.5 MPa to 0.3 MPa, the cooling capacity can be adjusted to about 2/5 while suppressing the decrease in the jet apex angle to within 10% from the maximum value. A wide range of cooling capacity control is possible.
In the case of the experimental condition 5, in the whole range where the nozzle pressure Pn is 0.3 to 1.5 MPa, a collision pressure distribution having the same performance as that in the case where there is no water on the plate is obtained, and it is possible to uniformly cool rapidly. . On the other hand, in the case of the experimental condition 2, when the nozzle pressure Pn is in the range of 0.3 to 0.5 MPa, the collision pressure is significantly attenuated by the water on the plate, and uneven cooling occurs during rapid cooling. As a result, as shown in FIG. 20A, in the case of the experimental condition 5, the temperature variation in the width direction of the steel sheet 1 can be suppressed within the target ± 10 ° C., and the steel sheet 1 can be uniformly and rapidly cooled. It has become possible. On the other hand, as shown in FIG. 20B, in the case of the experimental condition 2, the fine temperature fluctuation due to the nozzle pitch became more remarkable. Further, as shown in FIG. 17, since the height distribution on the plate is higher on the center side in the width direction than on the end side, the cooling capacity decrease is larger on the center side of the width, and the end portion compared to the width center portion. The tendency of the temperature of the side to decrease becomes remarkable. For this reason, the temperature variation in the width direction of the steel plate 1 could not be suppressed to within the target ± 10 ° C., and the steel plate 1 could not be uniformly cooled rapidly.

本発明の冷媒流量の決定方法、及び、鋼板の冷却装置は、超微細結晶粒を有する熱延鋼板の製造に用いることができる。また、超微細結晶粒を有する熱延鋼板は、自動車用、家電用、機械構造用、建築用等の用途に使用される素材として用いることができる。   The method for determining the refrigerant flow rate and the steel sheet cooling apparatus of the present invention can be used for manufacturing a hot-rolled steel sheet having ultrafine crystal grains. Moreover, the hot-rolled steel sheet having ultrafine crystal grains can be used as a material used for applications such as automobiles, household appliances, machine structures, and buildings.

1…鋼板
2…熱延仕上圧延機
3…冷却装置
3a、3c…ヘッダー
3b、3d…ノズル
4…搬送ロール
5…水切りロール
6…上ガイド板
7…下ガイド板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steel plate 2 ... Hot rolling finishing rolling mill 3 ... Cooling device 3a, 3c ... Header 3b, 3d ... Nozzle 4 ... Conveyance roll 5 ... Draining roll 6 ... Upper guide plate 7 ... Lower guide plate

Claims (3)

ノズルへと供給可能な冷媒の流量の最大値をQ[L/min]、前記ノズルの先端から鋼板へ向けて噴射された冷媒噴流の中心点と前記鋼板の表面との距離をH[mm]、前記冷媒噴流が前記鋼板へと衝突することにより形成される冷媒噴流衝突域の長軸の両端と前記冷媒噴流の中心点とで形成される三角形の冷媒噴流の中心点における頂角をα[rad]、前記冷媒噴流の中心線と前記鋼板の表面の垂線とのなす角をγ[rad]、前記ノズルへと供給される前記冷媒の圧力をPn[MPa]、前記ノズルの先端から前記鋼板へ向けて噴射された前記冷媒の流量密度をWd[m/(m・min)]、前記冷媒による急冷を適用可能な前記鋼板の板幅の最大値をWp[m]とするとき、下記式1を満たすように前記Qが決定されることを特徴とする、冷媒流量の決定方法。
17.2×Q/{2×H×tan(α/2)/cosγ}×Pn0.5
>2×0.319×Wd0.667×Wp0.69 …(式1)
The maximum value of the flow rate of the refrigerant that can be supplied to the nozzle is Q U [L / min], and the distance between the center point of the refrigerant jet injected from the tip of the nozzle toward the steel plate and the surface of the steel plate is H [mm. ], The apex angle at the center point of the triangular coolant jet formed by the both ends of the major axis of the coolant jet collision area formed by the coolant jet colliding with the steel plate and the center point of the coolant jet is α [Rad], an angle formed by the center line of the refrigerant jet and the perpendicular of the surface of the steel plate is γ [rad], the pressure of the refrigerant supplied to the nozzle is Pn [MPa], and the tip of the nozzle is When the flow density of the refrigerant injected toward the steel plate is Wd [m 3 / (m 2 · min)], and the maximum value of the plate width of the steel plate to which quenching by the refrigerant is applicable is Wp [m] The Q U is determined so as to satisfy Equation 1 below. A method for determining the refrigerant flow rate.
17.2 × Q U / {2 × H × tan (α / 2) / cos γ} × Pn 0.5
> 2 × 0.319 × Wd 0.667 × Wp 0.69 (Formula 1)
前記ノズルへと供給する前記冷媒の流量を所定の流量制御範囲において制御可能とし、前記流量制御範囲の最大値を前記Qとし、前記流量制御範囲の最小値をQ[L/min]とするとき、前記Qが、下記式2を満たすように決定されることを特徴とする、請求項1に記載の冷媒流量の決定方法。
9.4×Q/{2×H×tan(α/2)/cosγ}
≧2×0.319×Wd0.667×Wp0.69 …(式2)
And controllable in flow rate a predetermined flow control range of the refrigerant supplied to the nozzle, the maximum value of the flow rate control range and the Q U, the minimum value of the flow rate control range Q L and [L / min] The method for determining the refrigerant flow rate according to claim 1, wherein the Q L is determined so as to satisfy the following formula 2.
9.4 × Q L / {2 × H × tan (α / 2) / cosγ}
≧ 2 × 0.319 × Wd 0.667 × Wp 0.69 (Expression 2)
前記Qが、下記式3を満たすように決定されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の冷媒流量の決定方法。
17.2×Q/{2×H×tan(α/2)/cosγ}×Pn0.5
>3×0.319×Wd0.667×Wp0.69 …(式3)
Wherein Q U, characterized in that is determined so as to satisfy the following equation 3, the method for determining the flow rate of refrigerant according to claim 1 or 2.
17.2 × Q U / {2 × H × tan (α / 2) / cos γ} × Pn 0.5
> 3 × 0.319 × Wd 0.667 × Wp 0.69 (Formula 3)
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