JP5801909B2 - 移動する金属のストリップから冷却液を除去するための方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、連続ライン内で前進する金属のストリップに液体冷却剤を加え（apply）、そして引き続いて、当該金属ストラップから冷却剤を除去するための方法及び装置に関する。この発明は、限定しないが好適には、シングルスタンド又はマルチスタンドの冷間圧延機における金属のストリップの冷却に関する。さらに詳細には、この発明は、アルミニウムのストリップ等の金属のストリップを液体冷却するための方法及び装置に関する。

アルミニウムストリップ（本明細書で用いられる「アルミニウム」という用語は、アルミニウム基合金又は純粋なアルミニウム金属を指す）等の金属シートの処理において、当該金属シートは、しばしば冷却液（例えば水）を加えることにより冷却され、その直後に冷却液が除去され、次いでさらなる処理又は巻き取りが行われる。例えば、被覆金属シートは、被覆ラッカーのレイヤの印加及び熱硬化の後に、冷却されて、又は熱間圧延されたアルミニウムストリップは、冷却された後、熱間圧延ラインの末尾において、又は別個のコイル・トゥ・コイル工程（coil-to-coil operation）において巻き取られる。当該場合において、冷却液は多くの場合、金属シートの一方側のみに加えられ、当該接触が損傷（例えば被覆レイヤに対して）又は望ましくないマーキングもしくはステインを生じさせる場合、冷却液が金属シートの他方側に接触することを妨げるための工程が行われる。

当該冷却が実行されるさらに重要な状況は、それぞれが、通常、上ワークロール及び下ワークロール（これらの間をストリップが通過する）と上ワークロール及び下ワークロールのそれぞれ上及び下に（且つ接触して）位置する上バックアップロール及び下バックアップロールを備える、１つの又はタンデム連続の圧延スタンドにおいて冷間加工により金属（特にアルミニウム）ストリップを薄板化する間に行われる。薄板化が行われるストリップは、冷間圧延ラインの上流側端部におけるコイルから繰り出され、圧延スタンド（単数又は複数）を通過した後、ラインの下流側端部におけるコイルに巻き取られ、このように冷間圧延操作は実質的に連続的に行われる。ストリップの冷間加工に関しては、各圧延スタンドのニップ部通過のときにストリップ温度が上昇してしまうことは不可避である。シングルスタンドの圧延機において、この温度上昇は、ストリップが室温付近で圧延機に進入するかぎり、通常、問題とはならない。しかし、マルチスタンドタンデムの圧延機においては、数台の圧延スタンドにおいてストリップ温度の上昇が累積され、たとえ室温で進入したとしても、ストリップの中間温度及び／又は出口温度が許容可能限界を超過することもある。例えば３スタンド圧延機のコンピュータモデル解析は、ストリップの出口温度が、主に圧延される特定合金、ストリップの薄板化程度、及び圧延条件に応じては、摂氏３００度にも達し得ることを示す。一方、ストリップ破損等の処理信頼性に関する考慮、及び製品性能に関する冶金学的ならびに機械的な考慮は、冷間圧延されたアルミニウムストリップの出口温度又は巻き取り温度が、通常、製品に応じて、摂氏１００度乃至摂氏１８０度にあることを要求する。なお、典型的に、限界値は約摂氏１５０度である。さらに、いくつかの製品の場合には、冷間圧延されたストリップの巻き取り温度がいくつかの事前規定された範囲内にあることが、効率の最大化及び後続の処理工程における便宜のために、大いに有利となることであろう。

同時に、冷間圧延されたストリップが冷却されるとき、冷却工程が製品品質の他の側面に悪影響を及ぼさないことが重要である。例えば、水はコスト及び効果の観点から好適な液体冷却剤であるが、水が存在すると圧延スタンドにおける圧延潤滑剤の性能が損なわれ、ストリップがアルミニウム又は他のウォーターステインを生じ得る金属である場合、巻き取りコイルにおける残留水は許容不能な表面ステインを生じるかもしれない。

１９９７年１２月３０日にＳｉｖｉｌｏｔｔｉらに発行された特許文献１は、ストリップの下面上にのみ液体冷却剤の上向きジェットを加えて、ストリップの下面に対して直接的に液ナイフを案内することで下面から冷却剤を除去することにより、これらの問題点を解決し、水平に前進する金属のストリップを冷却するプロセス及び装置を提供する。任意の所与の冷間圧延機が、通常、様々な異なる板幅の金属のストリップを圧延するために様々なときに用いられることを考慮して、横方向に移動可能な重なり合う金属シャッタのアレイが、ストリップ経路の両側に沿ってわずか下方に、圧延工程を受ける特定ストリップの側方縁部を越えて、冷却材の上向きジェットを偏向させるために設けられた。それにより、シャッタは冷却用ジェットが上面上に撥ね掛かること、及び上述の問題点を発生させることを妨げる。

米国特許第５，７０１，７７５号明細書

上記特許取得済みの解決策は、かなりの効果を発揮するものであるが、いくつかの冷却材が依然としてシャッタを避けてストリップの上面に接触することが可能であることが経験的に示された。当該接触を妨げるために、ストリップに最接近する移動シャッタの上方側面に取り付けられた垂直ブラシを提供することが一般に行われるようになった。ストリップが前進すると、ブラシは両端部においてストリップの下面に対して押圧し、圧力下で穏やかに、ときには強く広がり、その結果、シャッタとストリップの縁部との間の間隙が閉じられて液体の貫通が妨げられることとなる。一方、この解決策も、特にストリップの板幅が異なる長手方向位置においていくらか変動する場合に、必ずしも常に正確にストリップの両縁部にブラシを配置することが可能であるとは限らないという点で問題点を有する。そのため、液体冷却剤がストリップの上面に拡がることが可能となり、及び／又はストリップの縁部において冷却が不均一となり、それにより、縁部の歪み（例えば両縁部におけるストリップのしわ又はバックリング）が生じることとなる。したがって、この方法及び装置は、さらに改善される必要がある。

この発明の代表的な実施形態は、金属のストリップを冷却する方法を提供する。この方法は、側方縁部を有する金属のストリップをストリップ前進方向に連続的に前進させるステップと、ストリップの板幅全体にわたって下方から金属のストリップの下面上に冷却液を供給するステップと、冷却液が金属のストリップの上面に接触することを妨げるステップと、そして引き続いて、任意選択で、ストリップの前記下面から前記冷却液を除去するステップと、を含む。冷却液が金属のストリップの上面に接触することは、金属のストリップの少なくとも１つの側方縁部に近接する金属のストリップの上面の直上にガス案内チャネルを形成し、ストリップの上面から離間する方向に冷却液を偏向させるために、ストリップの中心から離間して少なくとも一方の側方縁部に向かう方向にガス案内チャネルを通してガスを圧送することにより、妨げられる。このようにして、ストリップの側方縁部（１つ又は両方）においてストリップの下方から出現する冷却液は、ストリップが前進するにつれてストリップの板幅に生じ得るいかなる軽微な変動（当該変動は直線状の側方ストリップ縁部において軽微なうねりを生じさせ得る）が生じたとしても、ストリップの上面から離間する方向に案内される。ガス案内チャネルは、ガスがストリップの側方縁部に向かって略水平面に移動するように制約又は制限し、ガスの分散（特に上向きの分散）を妨げることを支援する。それにより、ガスはストリップの上面に沿ってストリップの側方縁部を直接横切って流れることとなる。ガス案内チャネルは、冷却液が両方の側面から上面に接触することを確実に妨げるように、前進するストリップの両方の側方縁部の上方に形成されることが好ましいが、いくつかの状況ではストリップの一方の側部のみにガス案内を設けることが好ましい場合もある。

ガス案内チャネルは、好適には、少なくとも１つの側方縁部に近接するストリップの上面から上方に上向きに離間して少なくとも１つの静止カバープレートを配置することにより形成される。なお、ガス案内チャネルは、上面とカバープレートとの間に形成される。カバープレートは、好適には少なくともストリップの少なくとも１つの側方縁部まで、より好適には側方縁部を越えて、最も好適には冷却液の上向きの供給が存在するすべての位置をカバーし且つストリップの側方縁部を越えて、ストリップの側方に延在するように配置される。

冷却液は、好適には、ストリップの下方で横断的に延在し且つストリップの少なくとも１つの側方縁部を越えて側方に延在する少なくとも１つのマニホールドから上向きに供給される（それにより、ストリップの下面の全部が、ストリップがマニホールド（単数又は複数）を通過するときのストリップの板幅の変動に関わらず、確実に冷却される）。

ストリップの側方縁部（１つ又は両方）を外向きに越えて延在するマニホールド（単数又は複数）の端部から供給される冷却液の少なくとも一部は、ストリップに並行して設けられた少なくとも１つの静止シャッタによって下向きに偏向されてもよい。これは、好適には、冷却液の上向きジェットの上方に着座し且つ上向きジェットを下方に偏向させるストリップ自体と略同一垂直方向高さに配置された平坦プレートである。しかし、ストリップの板幅における変化を可能にするのに十分に広い間隙が存在することが必要であるため、シャッタは、通常、ストリップに過剰に近接して配置されることがない。その場合、冷却液は、間隙を通して上向きに通り抜けるかもしれない。しかし、当該液体のいずれもが、ガス案内チャネルを通るガスによって、ストリップから離間するように偏向される。もちろん、ガス案内チャネルにおけるガスの流れが、それ自体で全部の冷却液を側方ストリップ縁部（１つ又は両方）を越えて偏向させるのに十分である場合、当該シャッタは省略されてもよい。

ガスは、好適には、ストリップの内側に配置されたガス案内チャネルの端部に配置された少なくとも１つの長尺空気ナイフから加圧ガスを供給することにより、ガス案内チャネルを通して圧送される。最も好適には、空気ナイフは、加圧ガスがストリップの水平上面に対して３０度乃至４５度の角度でガス案内チャネルに供給されるように、傾けられる。ガスは、例えば５０乃至１５０ポンド／立方インチ（３４５乃至１０３４キロパスカル）の初期圧力、例えば４０乃至５０立方フィート／分（１８．９乃至２３．６リットル／秒）の流速で、ガス案内チャネルを通して圧送されてもよい。通常、ガスは側方縁部の縁部に対して直角であるガス案内チャネルを通して案内される。しかし、ガス案内チャネルは、ガス案内チャネルが上流側側部及び下流側側部を有するように、ストリップ前進方向に長尺状であってもよい。その場合、ガスは、上流側側部と下流側側部との間のガス案内チャネルの中央においてはストリップの側方縁部に対して略直角で、しかしガス案内チャネルのそれぞれ上流側側部及び下流側側部に近接するストリップの側方縁部に対してはわずかに上流向きの角度及び下流向きの角度で、案内されてもよい。

他の代表的な実施形態は、側方縁部を有する長尺金属のストリップがストリップ前進方向に略水平に前進されるときに当該ストリップを冷却するための装置を提供する。この装置は、前進するストリップの下面上にストリップの前記側方縁部の間のストリップの板幅全体にわたって冷却液を上向きに案内するための冷却剤供給設備と、前記冷却液が金属のストリップの上面に接触することを妨げるための手段と、そして引き続いて、任意選択で、ストリップの前記下面から冷却液を除去するための除去装置と、を備える。冷却液が金属のストリップの上面に接触することを妨げるための手段は、ストリップの上方に少なくとも１つのガス案内チャネルを形成するために金属のストリップの少なくとも１つの側方縁部に近接するストリップの上面の上方に当該上面から上向きに離間して配置された少なくとも１つのカバープレートと、ほぼ前記側方縁部に向かって少なくとも１つのガス案内チャネルを通してガスを供給するためにガス案内チャネルの内側端部に配置されたガス供給装置と、を備える。

この装置において、少なくとも１つのカバープレートは、好適には、少なくともストリップの少なくとも１つの側方縁部まで、及び好適には当該側方縁部を越えて、ストリップの側方に延在する。

冷却液の上向きの供給は、好適には１つ又は複数（好適には２つ以上）の冷却液マニホールドにより提供される。当該冷却液マニホールドのそれぞれには、冷却液を上向き方向に供給するために配置された少なくとも１つの開口部が設けられる。１つ又は複数のマニホールドは、通常、ストリップを横切るように向けられ、ストリップ前進方向に並列に配列される。好適にはカバープレート（単数又は複数）は、冷却液の上向きジェットの全部がガス案内チャネルにおけるガスの流れにより影響されるように、冷却液マニホールドの全ての上方でストリップ前進方向に延在する。しかし、いくつかの場合においては、マニホールドの全ての上方でカバープレートを延在するのに十分な空間が存在しないこともある。当該場合においては、ガス案内チャネル内のガスの方向は、部分的に上流向き及び下流向きに向けられる。それにより、冷却液の上向きの流れが存在する全ての位置において側方縁部（単数又は複数）にわたってガスが供給されることになり、冷却液の全てがストリップの上面から離間するように偏向されることになる。さらに、ストリップの下方において近接するマニホールド同士の間に比較的大きい間隙が存在する場合、ガス案内チャネル内を流れるガスは、マニホールド同士の間の間隙の上方を通るように案内されるガスが、ほとんどないか又は全くない状態で、主にマニホールドの直ちに上方のストリップの縁部（単数又は複数）にわたって通るように向けられてもよい。

この装置は、好適には、ストリップの側方縁部（単数又は複数）を越えて供給される前記冷却液の一部を下向きに偏向させるために配置された１つ又は複数の静止シャッタを、ストリップの側方縁部（１つ又は両方）の近傍に備えてもよい。当該シャッタは、ストリップがシャッタ（単数又は複数）を通過して前進するときにストリップの板幅の変動を吸収するための間隙を形成するために、ストリップと略同一の垂直方向高さにおいて、且つ近接する側方縁部から１つの距離において、全般に配置される。カバープレートは、全般に、シャッタ（単数又は複数）よりもさらに高い垂直方向レベルにあり、シャッタ（単数又は複数）の上方において部分的に又は完全に、またさらにはシャッタ（単数又は複数）の遠方側部さえも越えて、延在してもよい。

ガス案内チャネル（単数又は複数）にガスを供給するために用いられる装置は、好適には、長尺空気ナイフである。この空気ナイフは、好適には、ストリップの前記上面に対して３０度乃至４５度の角度でガスをストリップの側方縁部に向かって供給するために、向けられる。空気ナイフは、ガスが通過する単一の長尺スロット、又は方向調節可能なノズルが提供された複数のガス流出口を有してもよい。さらに、空気ナイフは、中央領域と上流側領域と下流側領域とを有してもよく、中央領域はストリップの少なくとも１つの側方縁部に対して略直角にガスを案内するように向けられ、上流側領域は上流向きの角度で側方縁部に向かってガスを案内するように向けられ、下流側領域は下流向きの角度で側方縁部に向かってガスを案内するように向けられる。

ガスがストリップの各側方縁部に案内されるとき、好適には２つのカバープレートが設けられる。なお、各カバープレートは、各長手方向側部においてストリップの上方に位置する。カバープレートの内側縁部は、１つ又は複数の空気ナイフが各カバープレートにより形成されるガス案内チャネルにガスの流れを導入するために配置されることが可能である距離によって隔てられてもよい。代替的には、単一のカバープレートは、空気ナイフがストリップとカバープレートとの間に配置される状態で、又はガスがストリップの各側部上のガス案内チャネルに導入されるように空気ナイフがカバープレートに設けられたスロットを通る状態で、ストリップの両方の側部に対して用いられる。

カバープレート（単数又は複数）は、前進する金属のストリップの上方に配置された支持フレーム等から懸下されてもよく、カバープレート（単数又は複数）が支持フレームに対して上昇及び下降されることを可能にする枢動支持体を備えてもよい。支持フレームは、前進するストリップ、カバープレート（単数又は複数）、マニホールド、シャッタ（単数又は複数）等に完全にわたって延在する箱状構造の形態を取ってもよい。なお、支持フレームは、側方壁部により支持される。

単一のカバープレート又は各カバープレートは、好適には０．５インチ乃至１．５インチ（１．３ｃｍ乃至３．８ｃｍ）の距離だけ、より好適には１インチ（２．５ｃｍ）±１０％だけ、ストリップから上向きに離間される。これにより、間隙は、充分なガスの流れ及び体積を可能とする一方で、ガスがストリップの上面の近傍に限定されることを可能にする。しかし、他の間隔及び寸法も特定状況において好適となり得る。

この発明のさらなる実施形態は、側方縁部を有する金属のストリップを冷間圧延するための装置を提供し、この装置は、前記金属のストリップの板厚を小さくするための少なくとも１つの圧延スタンドと、前記少なくとも１つの圧延スタンドのすぐ下流側で前記金属のストリップを冷却するための装置と、を有する。金属のストリップを冷却するための装置は、上述の装置を含む。

比較目的で提供された、冷却されるストリップに対して横方向平面に沿った先行技術に係る冷却装置の垂直断面模式図である。 この発明の実施形態を示す同様の垂直断面模式図である。 下方の構成要素を明らかにするために支持フレームが取り外された状態の図２の装置の平面図である。 追加的な設備を含む図２及び図３に示す種類の装置の斜視図である。 図４の装置の部分を形成する設備の斜視図である。 動作中の装置を示す図４の装置の部分斜視図である。 空気ナイフの代替的な設計を示す、図３の部分と同様の図面である。

図１は、前述した種類の先行技術に係る装置を示す。なお、当該装置については、この発明の代表的な実施形態を理解するための基礎として後に簡単に説明する。図１の装置は、米国特許第５，７０１，７７５号（この特許の全内容は、参照により本明細書に特に組み込まれる）に示す装置の修正例である。この図面は、ストリップが冷却される位置、例えばシングルスタンド又はマルチスタンドの冷間圧延機の圧延スタンド（図示せず）の下流側の冷却ステーション、にいる観察者に向かう方向に水平前進する金属のストリップ１２の断面を示す。一連の水平横断的な冷却マニホールド１４（そのうちの１つのみが図１に示される）がストリップの下方に設けられ、ストリップ前進方向に互いに対して離間する。各マニホールド１４の上方側面には、冷却液のジェット１５（垂直矢印により模式的に表される）を上向きに金属のストリップ１２の下面１６に供給する連続的長手方向スロットが設けられる。冷却液は、通常、水であり、今後は水として呼称するが、任意の他の効果的な液体冷却剤であってもよい。ジェット１５は、好適にはストリップ１２の板幅全体の下方で延在する連続的な水のカーテンを形成し、このカーテンは、圧延工程に起因するストリップの高温を所望範囲内の温度に効果的に低下させる。しかし、同じ装置を異なる板幅の金属のストリップに対して使用可能とするために、マニホールド１４は、圧延機で圧延され得る最も幅広いストリップに対応できる程度にまで側方に延在する。そのため、マニホールド１４は、後に示す比較的狭い金属のストリップ１２の側方縁部１７を越えて延在する。水平シャッタ１８のアレイは、ストリップの側方縁部１７を越えて延在するマニホールド１４の端部領域から出現するウォータージェット１５の上向き走行を遮断して偏向させるために、ストリップの各側方縁部に沿って設けられる。シャッタ１８は、垂直方向にスタックされ、異なる板幅のストリップに適応するために互いに対して並行に移動することができる。固定された垂直側面プレート１９は、さらに冷却水を冷却装置の境界へと制限する。冷却水は、マニホールド１４の下方において集水槽（図示せず）等に収集され、後の使用のためにリサイクルされてもよい。米国特許第５，７０１，７７５号のこの修正例は、シャッタの内側縁部と金属のストリップの近接する側方縁部１７との間のいかなる間隙も遮断する弾性遮蔽壁を形成するために、金属のストリップ１２の縁部１７に最も近接するシャッタ１８の上面上に取り付けられた直立ブラシ２０を有する。これによりストリップの上面２２上への水の浸透又は撥ね掛かりが妨げられるが、この種類の装置に対する短所は依然として存在する。

図２及び図３は、この発明の１つの代表的な実施形態を示す模式図である。図１に示す構成要素と同様又は同等の構成要素は、これらの図面及び後続の図面において同一の参照番号により特定される。冷却装置１０において、略水平で長尺で無孔で平坦なカバープレート２５が、冷却ステーション３４の範囲内でストリップの各側方縁部１７に沿ってストリップ１２の真上に設けられる。各カバープレート２５は、金属のストリップ１２の上面２２と、そのすぐ上に覆い被さるカバープレート２５と、の間にガス案内チャネル２４を形成する。ガス（通常は空気であるが代替的には任意の他の好適な低反応性のガスであってもよい）は、空気ナイフ装置２８（「空気ナイフ」という用語は、この種の装置に対して従来から用いられるものであるために本明細書において用いられるが、この装置は空気以外のガスも供給してもよい）の長尺ノズル２７からガス案内チャネル２４内に圧送される。ガスは金属のストリップ１２の各側方領域上でガス案内チャネル２４を通してカバープレートの中央からほぼストリップの側方縁部１７に向かう方向に矢印２９により表される空気の移動ストリームを形成する。ストリップ１２の各側部上の空気ナイフ２８には、各空気ナイフの両端部に至るチューブ３１（図３参照）を介して加圧空気が供給される。次に、これらのチューブは、例えばコンプレッサ（図示せず）等の加圧空気源に接続される。空気の移動ストリーム２９は、図２の湾曲矢印３０により模式的に示されるようにストリップ１２の側方縁部１７においてストリップ１２の下方から出現するあらゆる水をストリップの上面２２から外向きに離間する方向に偏向させるような速度及び／又は流量を有するように構成される。この装置１０において、図１のスタックされたシャッタ１８は、単一の横方向に移動可能なシャッタ３２により置き換えられている。しかし、スタックされたシャッタも任意選択で代替的に用いられてもよい。垂直方向位置に関して、シャッタ３２は、表面２２上への撥ね掛かりを妨げてシャッタ下方へ空気の偏向を回避するために、ストリップ１２と同程度の高さであることが好ましい。しかし、ストリップよりも低くてもよい。ウォータージェット１５は、たとえストリップ１２の板幅がその長さに沿って変動したとしてもストリップの下面１６全体にわたり均一な冷却が達成されるように、ストリップ１２の側方縁部１７に至るまで延在することができる。ストリップが前進するときのストリップの板幅のいかなる変動も、ストリップの側方縁部１７とシャッタ３２の近接する側方縁部との間にわずかな間隙３３を設けることで吸収されてもよい。冷却水が上述の間隙３３を通って上向きに通過したとしても、上記で示した方法でストリップから離間するように偏向される。一般に、間隙３３は、冷却工程を受ける特定ストリップの板幅の起こり得る変動を吸収するために必要となる程度の幅となるべきである。好適にはシャッタ３２は、間隙３３が約０．２５インチ（０．６ｃｍ）乃至約１インチ（２．５ｃｍ）程度となる位置に移動される。間隙３３に対するより好適な範囲は、０．２５インチ乃至０．５インチ（０．６乃至１．２ｃｍ）である。

例示する実施形態において、カバープレート２５は、図３の平面図から最もよくわかるように、好適にはストリップ前進方向において冷却ステーション３４の長さ全体に対してストリップ１２の上方で、すなわち、冷却剤マニホールド１４の全ての長手方向長さの上方で完全に、延在する。シャッタ３２及び冷却マニホールド１４の端部部分は、カバープレート２５の下方に配置されるが、破線で示される。

カバープレート２５は、好適にはストリップ１２の上方の、ある高さに配置されるべきである。なお、この高さは、好適には層流状態で空気流の適切な流速及び流量を可能にする一方で上面２２にわたって空気ナイフ２８から出現する移動空気ストリーム２９を側方縁部１７に制約する、流す、及び案内するのに効果的な深さをガス案内チャネル２４に与えるものである。当該ガス案内チャネルを形成することにより、カバープレートは、空気流をこれらの縁部に案内して空気における放散又は渦流の形成を妨げることにより、ストリップの側方縁部１７における空気によって水を偏向させる能力を強化する。ストリップ上方でのカバープレートの上の高さが大きすぎる場合、カバープレートは空気ストリームに対して案内効果又はチャネル効果を有さず、空気ストリームは過剰に分散又は上昇されてストリップ縁部において冷却水の所望の偏向が達成されないことになる。逆に高さが小さすぎる場合、ガス案内チャネル２４は浅くなり、空気流の体積及び／又は速度を低下させることになる。一般に、金属のストリップの上面２２の上の０．５インチ（１．３ｃｍ）乃至１．５インチ（３．５ｃｍ）の高さが大多数の場合に好適であり、最も好適な高さは１インチ（２．５ｃｍ）±１０％である。図２からわかるように、カバープレート２５の内側縁部（すなわち内向き縁部又は前縁）は、好適には空気をガス案内チャネル２４内に導入することを支援及び円滑化するために面取りされる。

空気ナイフ２８のために用いられる空気の圧力は、金属のストリップの縁部１７において望ましい水の偏向が形成されるのに十分な圧力であるべきである。一般に５０乃至１５０ポンド／平方インチ（３４５ｋＰａ乃至１０３４ｋＰａ）の圧力が効果的であり、４０乃至５０立方フィート／分（１８．９乃至２３．６リットル／秒）の流速が好適であるが、他の好適な圧力及び流速も所望の効果を達成するために用いられてもよく、各ケースに対して必要に応じて経験的に決定されてもよい。

カバープレート２５は、好適にはストリップの縁部１７から内向きに何らかの距離にわたって金属のストリップ１２と重なるべきである。例えば６０インチ（１５２ｃｍ）の板幅を有するストリップに対して重なりは３乃至４インチ（７．６ｃｍ乃至１０．２ｃｍ）であるべきであるが、好適な重なりは一般にストリップ板幅が大きくなるにつれて大きくなる。外側側部において、カバープレート２５は、好適には少なくとも側方縁部１７まで延在するべきであり、より好適には間隙３３上方まで延在するべきであり、最も好適にはシャッタ３２上方を越えて完全にカバーするべきであるが、理想的には側面プレート１９よりも短くあるべきである。内側側部において、カバープレート２５はストリップの中心付近まで延在してもよいが、その場合、空気ナイフがストリップ縁部１７から最大距離に位置することになり、結果として空気流の効果が低下してしまう。両方の側方縁部１７まで及び両方の側方縁部１７を越えてストリップの板幅全体を横断的に延在する単一のカバープレート２５を有することも可能である。その場合、空気ナイフ２８はカバープレート２５とストリップ１２との間の間隙内に配置されてもよい。

空気ナイフ２８は、好適には金属のストリップ１２の中心に向かう方向でカバープレート２５から内向きにわずか約１インチ（２．５ｃｍ）の位置に配置され、空気ナイフのノズル２７は、好適にはストリップに対して３０乃至４０度の空気の衝突角度が提供されるように、好適には水平と垂直との間の角度で側方縁部１７に向けられる。空気ナイフ２８はカバープレート２５の一体化部分として作られてもよい。

図４は、冷却テーブル３６を含む追加的設備を有する図２及び図３の実施形態を示す、冷却ステーション３４における装置の斜視図である。なお、冷却テーブル３６は、シート１２が冷却ステーションを通して前進するときに冷却マニホールド１４及びシート１２を支持する。冷却テーブルは、整備又は修理の間に容易なアクセスのために下降又は上昇されるように、横断旋回軸４４を中心として蝶番式に取り付けられる。例示する実施形態において、カバープレート２５は箱状カバーの形態の支持フレーム３５の内部表面から懸下される。なお、支持フレーム３５は、金属のストリップ１２が冷却ステーションを通して前進するとき、金属のストリップ１２の上面２２の大部分をカバーする。支持フレーム３５は、整備又は修理を支援するために、当初の姿勢から上昇すなわち上向きに枢動されて（pivoted）もよく、それにより、支持されたカバープレート２５及び空気ナイフ２８が上昇され、金属のストリップ１２及び冷却設備に対する自由なアクセスが可能となる。冷却ステーション３４を通るストリップ１２の経路は保持ローラ４０により略水平に保持され、それに次いでストリップ１２は、図示のようにわずかに上向きに偏向される。この図面には図示しないが、冷却液除去装置が保持ローラ４０の下方でストリップの下面にわたって設けられる。この装置は、好適には液ナイフ（例えば米国特許第５，７０１，７７５号に開示される）又は水切りブレード式のワイパーストリップである。この装置は、あらゆる冷却液をストリップの下面から完全に除去する。そして、オイルがストリップの下面１６にアプリケータ４１から加えられ、その余剰分がワイパー４２によって除去される。

カバープレート２５が支持フレーム３５から懸下される方法が、図５においてより明らかに示される。なお、図５では、支持フレーム３５自体は、より明瞭化するために省略される。各カバープレート２５は入口取付バー４６及び出口取付バー４７に堅固に取り付けられる。出口取付バー４７はその両端部において長尺リンク４３に枢動可能に取り付けられ、入口取付バーは蝶番バー４９に枢動可能に取り付けられる。次に、リンク４３は支持フレーム３５（図５に図示せず）の内側表面に取り付けられた枢動プレート４８に枢動可能に取り付けられる。蝶番バー４９も、枢動バー４８を介して支持フレーム３５の内側表面に枢動可能に取り付けられる。支持フレーム３５に対するカバープレート２５の垂直方向高さは、支持フレーム３５に固定されたターンバックル組立体５０（又は例えば液圧ピストン／シリンダ構成等の他の装置）を備える調節機構により決定される。リンク４３及び蝶番バー４９は、カバープレートの高さがターンバックル組立体５０の操作により調節されるため、カバープレートが略水平に保持されることを可能にする。この構成は、積み込みのために、カバープレートが支持フレーム３５の内側表面までほぼ完全に上昇されることを可能にする。前述のように空気ナイフ２８は端部ブラケット５１によりカバープレート２５の内側側面から懸下されるため、カバープレート２５と並行して移動する。蝶番バー４９及び枢動（pivot）バー４５は、好適には、圧延に耐えられる鉄鋼製であり、より敏感な下流側部材（例えば空気ナイフ２８）を保護するために偶然のストリップ破損の衝撃を吸収することができる。

図６は、ストリップ１２の一方端のみにおける空気及び冷却水の流れを示す図４の装置の部分模式図である。カバープレート２５は、側方縁部１７に近接するストリップ１２の部分及びシャッタ３２に重なる。カバープレート２５により隠される場所におけるこれらの構成要素は破線で示される。間隙３３がストリップ１２とシャッタ３２との間に存在し、ウォータージェット３０はストリップ及びシャッタの下方のマニホールド（図示せず）からこの間隙を通して出現する。空気ナイフ２８からの空気ストリーム２９は、矢印により示され、ストリップ１２とカバープレート２５との間で延在する。空気ストリームがジェット３０に遭遇すると、冷却水は、外向きに案内されるプルーム５２（カバープレートの下面及び／又はシャッタの上面に沿って前進する）として、ストリップ１２から離間する方向に方向転換される。なお、プルーム５２は、ほぼ図面に示す形状（６０インチ（１５２．４ｃｍ）の板幅のストリップと、３乃至４インチ（７．６乃至１０．２ｃｍ）だけストリップと重なるカバープレートと、ストリップとカバープレートとの間の０．７５インチ（１．９ｃｍ）の間隙と、ストリップ縁部から外向きに０．２５乃至１インチ（０．６４乃至２．５ｃｍ）延在するシャッタと、カバープレートから１インチ（２．５ｃｍ）内側に位置する長さが３０インチ（７６．２ｃｍ）の空気ナイフと、３０乃至４５度の衝突角度と、４０乃至５０立方フィート／分の空気流を生成するための約８０ポンド／平方インチの加圧空気と、を有する実施形態に基づく形状）を有する。これらのプルームからの冷却水は、シャッタ３２と冷却テーブル３６の垂直側面プレート１９との間の間隙に流れ込む。

空気ストリーム２９が間隙３３を通して出現するウォータージェット３０のそれぞれに直接的に接触するように、空気ナイフを一連のマニホールド１４に完全にわたって延在することが望ましい一方で、装置の他の様々な構成要素の存在のために支持フレーム３５の下方で利用可能な空間が限られることが多々あることが図４から理解されるであろう。したがって、いくつかの場合においては、ストリップ前進方向においてマニホールド１４の全てに完全にわたって、特に一連の当該マニホールドのうちの最初及び最後において、延在する空気ナイフを設けることが不可能である場合もある。当該場合において、図７の部分図で示すように、空気ナイフ２８をその端部４５において角度を付けることが望ましい。結果として、これらの両端部からの空気ストリームは、カバープレートの上流領域及び下流領域に向かって拡がり、それにより空気ナイフにより直接的にカバーされないマニホールドに向かって拡がることとなる。このことは、端部マニホールドからのストリップの上面上への水漏れを妨げることを支援する。図７においては、単一の、角度を付けられた両端部を有する空気ナイフが示されるが、各ナイフは、３つの別個のより短い空気ナイフで置き換えられてもよい。なお、これらの３つの空気ナイフは、中央ナイフがストリップ縁部１７に平行であり、２つの端部ナイフが図５に示す単一ナイフの両端部４５と同様に、すなわち、カバープレートの上流領域及び下流領域に向かって、向けられた状態となっている。さらなる代替物として、直線状空気ナイフには内部リブ（図示せず）が提供され、これらの内部リブにより、角度が付けられた外向きの流れがナイフの各端部から形成されてもよい。さらなる代替物として、空気ナイフには、単一の長尺スロットに代わって、ナイフの長さに沿って多数のスイベルノズルが設けられてもよい。次いで、これらのノズルは、カバープレート下方で最も好適な空気流を提供するように個別に向けられてもよい。当該場合において、上述の空気ナイフの場合におけるように、単にカバープレートの上流領域及び下流領域に向かって端部ノズルに角度を付けるのみではなく、例えばより多くの空気が冷却剤マニホールドに直接的に重なる位置へ、当該マニホールド同士の間のゾーンへよりも、案内されるように、中央ノズルにも角度を付けることが望ましい場合もある。

上述のように、この空気ストリームの角度を付けられた指向は、空気ナイフが冷却剤マニホールド１４の全部を必ずしもカバーしない（重ならない）場合に、特に望ましい。しかし、この種類の角度を付けられた指向は、空気ナイフがマニホールド全部をカバーするのに十分な長さを有する場合にも依然として望ましい。これは、カバープレート２５の下方の空気の移動ストリームは、いくつかの場合においては、カバープレートの外側縁部に向かって移動するときに集束する傾向を有する場合があり、カバープレートの入口側及び出口側において比較的停滞したゾーンが形成されるためである。したがって、外向きに角度を付けられた指向は、これらの潜在的な停滞ゾーンにより多くの空気を案内し、停滞ゾーンの形成を妨げる。

可能な場合、空気ナイフがカバープレートの入口位置及び出口位置においてカバープレートを越えて突出するように、それぞれのカバープレートよりも長い空気ナイフを提供することが望ましい場合もある。このことにより、カバープレート下方の移動空気ストリームが入口端部及び出口端部において停滞ゾーンを有さないことが確実となることが支援される。

上記の実施形態の全ては、金属のストリップ１２のレベルより上に噴出する冷却水の量を最小化するためにシャッタ３２を用いる。当該シャッタ３２がほとんどの場合においては望ましいが、空気のストリーム２９が、マニホールドの端部からのウォータージェットの全てがストリップの上面から離間する方向に確実に偏向されるように十分に強い場合、当該シャッタ３２の全てが省略されてもよい。さらに、カバープレート２５がシャッタの外部（外側）縁部を越えて延在するものとして図示されているが、いくつかの場合においては、カバープレート２５は、それほどの距離まで延在される必要はなく、ガス案内チャネル２４から出現する空気のストリーム２９が出現するウォータージェットを適切に偏向させるのに十分に強力である場合及びストリップ縁部からの距離が空気ストリームに過度の放散を生じさせない距離である場合には、実際にはストリップ１２の縁部１７にまで延在する必要がない。シャッタが設けられない場合、装置内における水の噴霧の範囲の何らかの制御を設けるために、カバープレートが少なくともマニホールドから出現するウォータージェットの外部（外側）端部まで延在することが好適である。さらに、上述の実施形態においてはカバープレート２５は、ストリップ１２の両側側部に沿って設けられるが、ストリップの一方の側部にのみ単一のカバープレートを有する実施形態がいくつかの場合において望ましい場合もある。通常、両側の縁部を同様に冷却することが望ましいが、ストリップの各側部はそれ自体の機能を有する。さらに、いくつかの場合においては、近接する一方の側方縁部から他方の側方縁部まで金属のストリップの上方を完全に延在する単一のカバープレートを設けることが望ましい場合もある。空気ナイフは、ストリップ縁部に向かう所望の空気ストリームが形成されるように、当該ストリップの下方に、又は当該ストリップを通って延在して、取り付けられてもよい。反対側に向けられた流出口を有する単一の空気ナイフが、当該場合に効果的であってもよい。

上記に記載したこの発明の実施形態は、シングルステージ又はマルチステージの冷間圧延機内での使用を意図するものであるが、移動ストリップ物品が一方の側部上で冷却される一方で他方の側部と冷却液との接触が避けられる場合に、当該実施形態は常に代替的に用いられてもよい。本明細書の教示において説明したように、これは、被覆ラッカーのレイヤを印加及び熱硬化した後に被覆済み金属シートを冷却するステップ、熱間圧延ラインの終点で巻き取られる前に熱間圧延されたアルミニウムストリップを冷却するステップ、スタンドアロンのコイル・トゥ・コイル工程の間に金属のストリップを冷却するステップ、又はさらなる圧延又は表面前処理工程の前に予冷却することによりストリップを熱的に処理するステップを含んでもよい（しかし、これらに限定されない）。

この発明の他の実施形態及び変形例は、上記の説明を綿密に検討した後に、当業者に明らかとなることであろう。当該実施形態及び変形例は、下記の特許請求の範囲に含まれる範囲において、この発明の一部を形成する。

Claims (33)

1. 金属のストリップを冷却する方法であって、
   側方縁部を有する金属のストリップを、前記金属のストリップから離間したカバープレートの下で金属のストリップ前進方向に水平に連続的に前進させるステップと、
   前記金属のストリップの板幅全体にわたって下方から前記金属のストリップの下面上に冷却液を供給するステップと、
   前記側方縁部のうちの少なくとも１つに隣接する前記金属のストリップの上面の真上に、前記上面の少なくとも一部分と前記カバープレートの少なくとも一部分とによって形成されたガス案内チャネルを形成するステップと、
   前記上面から冷却液をそらすために、前記金属のストリップと平行な方向であり且つ前記金属のストリップの中心から離間して前記少なくとも１つの側方縁部に向かう方向に前記ガス案内チャネルを通してガスを圧送するステップと、を備える方法。
2. 前記カバープレートは、前記金属のストリップの側方に、前記金属のストリップの前記少なくとも１つの側方縁部まで延在するように配置される、請求項１に記載の方法。
3. 前記カバープレートは、前記金属のストリップの側方に、前記金属のストリップの前記少なくとも１つの側方縁部を越えて延在するように配置される、請求項１に記載の方法。
4. 前記冷却液は、前記金属のストリップの下方で横断的に延在し且つ前記金属のストリップの前記少なくとも１つの側方縁部を越えて側方に延在する少なくとも１つのマニホールドから上向きに供給される、請求項１に記載の方法。
5. 前記金属のストリップの前記少なくとも１つの側方縁部を越えて外向きに延在する前記少なくとも１つのマニホールドの端部から供給される前記冷却液の少なくとも一部は、前記金属のストリップに平行に設けられた少なくとも１つの静止シャッタにより下向きに変えられる、請求項４に記載の方法。
6. 前記少なくとも１つの静止シャッタは、前記金属のストリップが前記少なくとも１つの静止シャッタに対して前進されるときの前記金属のストリップの板厚の変動に適応するのに十分に広い間隙を提供するために、前記金属のストリップの前記少なくとも１つの側方縁部から側方間隔をもって配置される、請求項５に記載の方法。
7. 前記ガスは、前記ガス案内チャネルの端部において前記金属のストリップの内側に配置された少なくとも１つの長尺のエアナイフ装置から加圧された前記ガスを供給することにより、前記ガス案内チャネルを通して圧送される、請求項１に記載の方法。
8. 前記エアナイフ装置は、加圧された前記ガスが上面に対して３０度乃至４５度の角度で供給されるように、角度を付けられている、請求項７に記載の方法。
9. 前記ガスは、３４５乃至１０３４キロパスカルの初期圧力で前記ガス案内チャネルを通して圧送される、請求項１に記載の方法。
10. 前記ガスは、１８．９乃至２３．６リットル／秒の流速で前記ガス案内チャネルを通して圧送される、請求項１に記載の方法。
11. 前記ガス案内チャネルは、前記金属のストリップ前進方向に長尺状であり、上流側側部及び下流側側部を有し、
    前記ガスが、前記上流側側部と前記下流側側部との間の前記ガス案内チャネルの中央での前記金属のストリップの前記少なくとも１つの側方縁部に直角で向けられるものの、前記ガス案内チャネルの前記上流側側部及び前記下流側側部では前記金属のストリップの前記側方縁部に上流向きの角度及び下流向きの角度でそれぞれ向けられる、請求項１に記載の方法。
12. 前記ガス案内チャネルは、前記金属のストリップの前記側方縁部の両方の上方に形成される、請求項１に記載の方法。
13. 前記金属のストリップの前記下面から前記冷却液を除去するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
14. 側方縁部を有する長尺の金属のストリップが金属のストリップ前進方向に水平に前進されるときに前記金属のストリップを冷却するための装置であって、
    前記前進する金属のストリップの下面上に前記金属のストリップの前記側方縁部の間の前記金属のストリップの板幅全体にわたって冷却液を上向きに案内するための冷却剤供給設備と、
    前記金属のストリップの上面の上方に配置されるともに前記上面から上向きに離間したカバープレートであって、前記カバープレートと前記前進する金属のストリップの前記上面とが、少なくとも１つの側方縁部に隣接する前記前進する金属のストリップの前記上面の真上にガス案内チャネルを形成するカバープレートと、
    前記金属のストリップと平行であり且つほぼ前記少なくとも１つの側方縁部に向かって前記ガス案内チャネルを通してガスを供給するために前記ガス案内チャネルの内側端部に配置されたガス供給装置と、を備える、装置。
15. 前記カバープレートは、前記金属のストリップの側方に、少なくとも前記金属のストリップの前記少なくとも１つの側方縁部まで延在する、請求項１４に記載の装置。
16. 前記カバープレートは、前記金属のストリップの側方に、前記金属のストリップの前記少なくとも１つの側方縁部を越えて延在する、請求項１４に記載の装置。
17. 前記冷却剤供給設備は、前記冷却液を供給するために配置された少なくとも１つの開口部を備えるとともに前記金属のストリップを横切るように向けられた少なくとも１つの冷却液マニホールドを備える、請求項１４に記載の装置。
18. 前記冷却剤供給設備は、それぞれが前記冷却液を供給するために配置された少なくとも１つの開口部を備えるとともに前記金属のストリップを横切るように向けられた２つ以上の冷却液マニホールドを備える、請求項１４に記載の装置。
19. 前記カバープレートは、前記金属のストリップ前進方向において前記２つ以上の冷却液マニホールドの全ての上方で延在する、請求項１８に記載の装置。
20. 前記カバープレートは、前記金属のストリップ前進方向において前記２つ以上の冷却液マニホールドのうちの全てではなく一部の上方で延在する、請求項１８に記載の装置。
21. 前記冷却剤供給設備は、前記金属のストリップの前記少なくとも１つの側方縁部を越えて上向きに冷却液を供給する、請求項１４に記載の装置。
22. 前記少なくとも１つの側方縁部を越えて供給された前記冷却液の一部を下向きに変えるために配置された前記金属のストリップの前記少なくとも１つの側方縁部におけるシャッタを備え、前記シャッタは、前記金属のストリップが前進するときの前記金属のストリップの板幅の変動に適応するための間隙を形成するために、前記少なくとも１つの側方縁部から距離をおいて配置されている、請求項２１に記載の装置。
23. 前記ガス供給装置は、少なくとも１つのエアナイフ装置である、請求項１４に記載の装置。
24. 前記少なくとも１つのエアナイフ装置は、前記金属のストリップの前記上面に対して３０度乃至４５度の角度で前記ガスを供給するように向けられている、請求項２３に記載の装置。
25. 前記少なくとも１つのエアナイフ装置は、前記ガスが通過する単一の長尺スロットを有する、請求項２３に記載の装置。
26. 前記少なくとも１つのエアナイフ装置は、方向調節可能なノズルを備えた複数のガス流出口を有する、請求項２３に記載の装置。
27. 前記少なくとも１つのエアナイフ装置は、中央領域と上流側領域と下流側領域とを有し、前記中央領域は、前記金属のストリップの前記少なくとも１つの側方縁部に直角で前記ガスを向けるように構成され、前記上流側領域は、前記少なくとも１つの側方縁部に上流向きの角度で前記ガスを向けるように構成され、前記下流側領域は、前記少なくとも１つの側方縁部に下流向きの角度で前記ガスを向けるように構成された、請求項２３に記載の装置。
28. 前記カバープレートは、前記前進する金属のストリップの上方に配置された支持フレームから懸下されている、請求項１４に記載の装置。
29. 前記カバープレートは、前記カバープレートが前記支持フレームに対して上昇又は下降されることを可能にする枢動支持体を備える、請求項２８に記載の装置。
30. 前記カバープレートは、１．３ｃｍ乃至３．８ｃｍの距離だけ前記金属のストリップから上向きに離間される、請求項１４に記載の装置。
31. 前記カバープレートは、２．５ｃｍ±１０％の距離だけ前記金属のストリップから上向きに離間される、請求項１４に記載の装置。
32. 側方縁部を有する金属のストリップを冷間圧延するための設備であって、
    前記金属のストリップの板厚を小さくするための少なくとも１つの圧延スタンドと、前記少なくとも１つの圧延スタンドの下流側で前記金属のストリップを冷却するための装置と、を備え、
    前記金属のストリップを冷却するための前記装置は、請求項１４に記載の装置を備える、設備。
33. 前記金属のストリップの前記下面から前記冷却液を除去するための除去装置をさらに備える、請求項１４に記載の装置。

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