JP6021649B2 - 線材の製造ライン及び線材冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、線材を製造する製造ライン及び線材を冷却する線材冷却装置に関する。

ビレット等の鋼材を連続圧延して条鋼線材を製造する熱間圧延装置は、上流側から、加熱炉、粗圧延機、仕上圧延機、ピンチロール、巻取機が順番に配設されている。鋼材は、加熱炉で加熱され、連続的に圧延を施された後、条鋼線材となり、巻取機でリング状に巻線される。リング状とされた条鋼線材は、冷却床を移送されつつ下方から吹き出す強風により空冷を実施することで冷却が行われる（ステルモアタイプの冷却床）。

斯かる冷却床における冷却の制御は、条鋼線材の品質を決定する上でも重要なものである。そこで、このような冷却床において、強風により空冷に加え、冷却水を噴霧することで冷却を行う技術も開発されている。
例えば、特許文献１は、コンベヤ上を非同心リング状態で搬送される線材の上方から、０．５〜３ｍ^３／ｍｉｎの水量を気水ミストとして吹付けると共に、線材リング端の真横から下６０°の範囲の両サイドから、線材の層厚部に０．１〜１ｍ^３／ｍｉｎの水量を気水ミストとして吹付け、線材を冷却する熱延線材の均一急冷方法を開示する。

特許文献２は、熱間圧延後の線材をコイル状としてクーリングコンベヤで搬送しつつ冷却するコイル線材冷却装置において、クーリングコンベヤ両端部上方から線材上面に向けて冷却流体を供給する上部冷却装置と、クーリングコンベヤ下方から線材下面に向けて冷却流体を供給するとともにクーリングコンベヤ両端部下方位置において冷却流体をクーリングコンベヤ内方に案内する偏流板を備える下部冷却装置と、を有するコイル線材冷却装置を開示する。

特開平１−３１３１０８公報 実開昭５５−７１６０７公報

条鋼線材の製造ラインに設けられた巻取機において、リング状とされた条鋼線材は、搬送方向に沿ってずれつつ折り重なるようになって上で、冷却床を移送される。リングがずれた形で重畳された条鋼線材（重畳リング線材）は、線材の粗に重なった部分（粗部）と密に重なった部分（密部）とが存在することとなり、密部を効果的に冷却することが重要となる。冷却を適切に行えない場合、密部となった部分の品質が得られない恐れがある。タブ入り時の温度が一定温度以上である場合に表面品質不良が発生しやすく、そのため、冷却床にて可及的速やかに、条鋼線材を冷却する必要がある。

このような冷却を冷却床にて実施しようとした場合、特許文献１，２の技術は有効なものと思われるが、実際の現場では、以下のような問題が発生することが報告されている。
例えば、特許文献１の技術では、冷却床に設けられたスリットからエアが噴出する部分にミスト状とされた冷却水を噴霧するため、ミストがエアにより巻き上げられる状況が発生し、所望とする冷却能を得ることができず表面品質不良が発生する虞がある。また、十分な冷却には多量のミスト噴霧が必要となり非効率的である。

特許文献２では、特許文献１の技術で起こり得る難点を偏流板を用いることで解決するものとなっているが、偏流板だけでは、エアによるミストの巻き上げを抑制することは困難である。そのため、特許文献１と同様に、所望とする冷却能を得ることができず密部となった部分の品質が得られない恐れがある。また、十分な冷却には多量のミスト噴霧が必要となり非効率的である。加えて、特許文献２の技術では、ミストノズルが斜め上に配置されているため、線材密部の下面領域の冷却能が小さいといった欠点もある。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、冷却床の上を搬送される重畳リング線材を冷却するに際して、線材の重なりの粗密によらず均一な冷却を行うことで、線材の品質をより安定させることができる線材の製造ライン及び線材冷却装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る線材の製造ラインは、圧延機で圧延された線材をリング状に巻き取る巻取機と、この巻取機の下流側に配置され且つリング状に巻き取られた線材を搬送する搬送面を有する冷却床とを備えた線材の製造ラインであって、前記冷却床は、前記搬送面上で搬送される線材に対して空冷用のブロアを吹き込むために当該冷却床の長手方向に隣接するように設けられたスリットと、前記線材に対して側方斜め上方向からミスト状の冷却水を噴射する斜下ミストノズルと、前記線材に対して側方水平方向からミスト状の冷却水を噴射する水平ミストノズルとを備えており、前記斜下ミストノズル及び水平ミストノズルは、それぞれ隣接する前記スリットの間に配置されており、前記斜下ミストノズルと水平ミストノズルとは、前記線材の搬送方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする。

好ましくは、前記斜下ミストノズル及び水平ミストノズルは、搬送面上で前記冷却床の搬送方向に重畳された線材の密部に対してミスト状の冷却水を噴射するように配置されているとよい。
本発明に係る線材冷却装置は、巻取機でリング状に巻き取られた線材を冷却しながら搬送する冷却床を備えた線材冷却装置であって、前記冷却床は、前記線材を搬送する搬送面上で搬送される線材に対して空冷用のブロアを吹き込むために当該冷却床の長手方向に隣接するように設けられたスリットと、前記線材に対して側方斜め上方向からミスト状の冷却水を噴射する斜下ミストノズルと、前記線材に対して側方水平方向からミスト状の冷却水を噴射する水平ミストノズルとを備えており、前記斜下ミストノズル及び水平ミストノズルは、それぞれ隣接する前記スリットの間に配置され、前記斜下ミストノズルと水平ミストノズルとは、前記線材の搬送方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする。

好ましくは、前記斜下ミストノズル及び水平ミストノズルは、搬送面上で前記冷却床の搬送方向に重畳された線材の密部に対してミスト状の冷却水を噴射するように配置されているとよい。

本発明に係る線材の製造ライン及び線材冷却装置を用いることで、冷却床の上を搬送される重畳リング線材を冷却するに際して、線材の重なりの粗密によらず均一な冷却を行うことができ、線材の品質をより安定させることが可能となる。

（ａ）は、条鋼線材の製造ラインの模式図であり、（ｂ）は巻取機より下流側を模式的に示した図である。 冷却床を斜視した図である。 冷却床を平面視した図である。 冷却床を幅方向に対し垂直方向で断面視した図であり、斜下ミストノズルの配置状況を示した図である。 冷却床を幅方向に対し垂直方向で断面視した図であり、水平ミストノズルの配置状況を示した図である。 冷却床に載置した条鋼線材（重畳リング線材）の断面を示した図である。 水平ミストノズルを設けた場合の冷却能力を、ミストノズルを設けない従来例と比較した図である。 斜下ミストノズルを設けた場合の冷却能力を、従来例と比較した図である。 水平ミストノズル及び斜下ミストノズルを交互に設けた場合の冷却能力を、従来例と比較した図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態による線材（条鋼線材）の製造ライン及び線材冷却装置を説明する。なお、以下に説明する実施形態において、条鋼線材の製造ライン及び線材冷却装置における同一の構成部材には、同一の符号及び同一の名称を付すこととする。従って、同一の符号及び同一の名称が付された構成部材については、同じ説明を繰り返さない。

まず、図１を参照しながら、本実施形態による条鋼線材の製造ラインを説明する。
図１（ａ）に示すように、製造ライン１は、ビレットなどの鋼材を連続圧延して条鋼線材を製造する設備であり、上流側から下流側に向けて順に、鋼材を加熱する加熱炉３、デスケーラ４、粗圧延機５、中間列圧延機６、仕上圧延機７、巻取機８が順番に配置されている。仕上圧延機７は、中間列圧延機６の下流側に配置されたブロックミル１０（ＶＢＭ）と、このブロックミル１０よりも下流側に配置されたサイジングミル１１（ＲＳＭ）との２つの圧延機から構成されている。なお、仕上圧延機７は、ブロックミル１０及びサイジングミル１１を備えたものに限定されない。

中間列圧延機６とブロックミル１０の間には、条鋼線材２を冷却する複数の第１冷却装置１２が配置され、ブロックミル１０とサイジングミル１１の間にも複数の第２冷却装置１３が配置され、サイジングミル１１と巻取機８との間にも複数の第３冷却装置１４が配置されている。また、図１（ｂ）に示すように、巻取機８の下流側には、第１冷却装置１２〜第３冷却装置１４の他に、巻取機８で巻き取り後の線材を冷却する線材冷却装置１５が配置されている。

このような条鋼線材の製造ライン１において、条鋼線材２を製造するにあたっては、まず、上流側に配置された加熱炉３内に条鋼線材２の元となる鋼材を導入し、その後、デスケーラ４で鋼材の表面についたスケールを剥離させる。
デスケールした鋼材を粗圧延機５及び中間列圧延機６にて所定の大きさに圧延して条鋼線材２とし、その条鋼線材２を第１冷却装置１２で冷却してブロックミル１０にて仕上げ圧延を開始する。ブロックミル１０で圧延した条鋼線材２は、第２冷却装置１３により冷却され、サイジングミル１１にて最終圧延が行われる。最終圧延が行われた条鋼線材２は、第３冷却装置１４によって冷却されて、巻取機８でリング状に巻かれ、線材冷却装置１５によって下流側に搬送される。

本発明では、巻取機８の巻き取り後の線材（条鋼線材）２を線材冷却装置１５によって冷却するに際して、冷却の構造を工夫することにより、搬送されている条鋼線材２の線密部２５の冷却を均一化し、特に、表面品質不良の発生を抑制することとしている。
以下、図１〜５を用いて線材冷却装置１５について詳しく説明する。なお、線材冷却装置１５は、幅方向中央部を中心として左右対称であるため、図３では左側半分を示し、説明を行う。線材冷却装置１５の右側半分の構成は左側半分で説明したものと同じである。

図１〜３に示すように、線材冷却装置１５は、巻き取り後の条鋼線材２を冷却しながら搬送する冷却床２０を備えている。冷却床２０は、巻取機８から集束機２６に向けて、板状とされた複数の搬送デッキ２１を並列させて連接することにより構成されている。搬送デッキ２１の上面２１ａは、条鋼線材２を搬送する搬送面とされている。
このような冷却床２０において、搬送デッキ２１の中央から幅方向にそれぞれ所定距離だけ離れた位置には、無端状のチェーン（図示せず）が長手方向に掛け渡され、この一対の無端状のチェーンを同期させながら等速で回動させることにより、搬送デッキ２１（搬送面２１ａ）の条鋼線材２を搬送させることができるようになっている。

搬送デッキ２１上では、条鋼線材２は螺旋を描きながら載置されてリング状となり、条鋼線材２の載置状態を見ると、リング状の中心は搬送方向にずれた状態となっていて、条鋼線材２同士は搬送方向に重畳している。搬送デッキ２１に搬送されている条鋼線材２は、互いに重なりながらリング状になるため説明の便宜上、搬送デッキ２１上の条鋼線材のことを「重畳リング線材」ということがある。

各搬送デッキ２１には、重畳リング線材２に対して空冷用のブロア（空気）を吹き込むための複数のスリット２２（スリット状の長孔）が形成されている。
図３に示すように、具体的には、搬送デッキ２１の幅方向に３つのスリット２２ａ、２２ｂ、２２ｃが設けられており、各スリット２２ａ、２２ｂ、２２ｃの開口部の長さ（幅方向の長さ）は、同じとされている。スリット２２ａ、２２ｂ、２２ｃの開口幅は、１５ｍｍとされている。

搬送デッキ２１の幅方向に中央に位置するスリット２２ｂは、長手方向（搬送方向）のピッチ（配列ピッチ）が１３０ｍｍとされ、搬送デッキ２１の幅方向に両側に位置するスリット２２ａ、２２ｃは、長手方向のピッチが１３０ｍｍとされている。搬送デッキ２１の幅方向に中央に位置するスリット２２ｂのピッチを、搬送デッキ２１の幅方向に両側に位置するスリット２２ａ、２２ｃのピッチより短くしてもよい。

搬送デッキ２１の裏面側には、図示しない冷却空気供給用の風箱が設置されていて、この風箱からの風がスリット２２から上方に吹き出すようになっている。スリット２２から上方に吹き出した風は、重畳リング線材２を空冷することとなる。
上述したように、搬送デッキ２１（搬送面２１ａ）に形成したスリット２２の他に、線材冷却装置１５は、重畳リング線材２をミスト状の冷却水によって冷却するミストノズル２３（冷却手段）を備えている。

図２〜５に示すように、ミストノズル２３は、搬送デッキ２１の幅方向の側方に配置され、水平方向及び斜め上方からミスト状の冷却水を搬送面２１ａに向けて噴射するものである。詳しくは、ミストノズル２３は、搬送面２１ａの斜め上方からミスト状の冷却水を噴射する斜下ミストノズル２３ａと、搬送面２１ａの側方から水平方向にミスト状の冷却水を噴射する水平ミストノズル２３ｂとの２種類のノズルから構成されている。

斜下ミストノズル２３ａは、搬送デッキ２１の幅方向両側に設置された側壁２４の上方にそれぞれ設置されている。さらに詳しくは、図２及び図５に示すように、斜下ミストノズル２３ａの先端部は、冷却床２０に近づくにしたがって下側に移行した下さがりとなっていて、先端部の延長線上（噴射軸）は、搬送面２１ａの幅方向端部側に向けられていて、搬送面２１ａ上を移動している重畳リング線材２に対して、当該重畳リング線材２の線密部２５（線材２が密集している幅方向両端部）に対して、斜め上方向からミスト状の冷却水を噴射することができるようになっている。

水平ミストノズル２３ｂは、側壁２４の下部であって搬送面２１ａの延長線と側壁部２４とが交差するコーナ部付近に設置されている。さらに詳しくは、水平ミストノズル２３ｂの軸心は搬送面２１ａと平行となっていて、先端部の延長線上は、反対側の側壁２４に向けられていて、搬送面２１ａ上を移動している重畳リング線材２に対して、当該重畳リング線材２の線密部２５に対して、側方からミスト状の冷却水を噴射することができるようになっている。

図２、３に示すように、搬送面２１ａを平面視した場合は、各斜下ミストノズル２３ａは、当該搬送面２１ａの長手方向に沿って所定の間隔で配置されていて、搬送面２１ａの長手方向（搬送方向）に隣接するスリット２２ａ、２２ｃの間に配置された状態となっている。平面視では、斜下ミストノズル２３ａは、搬送面２１ａの幅方向端部側であって、スリット２２ａ、２２ｂの間の噴霧エリアＱ１に冷却水を噴霧できるようになっている。

また、各水平ミストノズル２３ｂは、当該搬送面２１ａの長手方向（搬送方向）に沿って所定の間隔で配置され、斜下ミストノズル２３ａが配置されていないスリット２２ａ、２２ｃの間に設けられた状態となっている。平面視では、水平ミストノズル２３ｂは、搬送面２１ａの幅方向端部側であって、斜下ミストノズル２３ａが噴霧しないスリット２２ａ、２２ｂの間の噴霧エリアＱ２に冷却水を噴霧できるようになっている。

この実施形態では、斜下ミストノズル２３ａは、エア圧（空気圧）は０．２〜０．３ＭＰａとし、液圧（水圧）は０．１〜０．２ＭＰａとし、エア量（空気量）は、２９〜７４ＮＬ／ｍｉｎ、噴霧量は４〜３３Ｌ／ｈｒ、気水比（空気と水との割合）を１００〜５００としている。また、斜下ミストノズル２３ａの噴霧パターンは充円錐形でその拡がり角は２０度とし、汎用の気水予混合充円錐スプレーノズルを用いている。また、水平ミストノズル２３ｂのエア圧、液圧エア量、噴霧量、気水比は、上述した斜下ミストノズル２３ａと同じとしており、噴霧パターンは、斜下ミストノズル２３ａとは異なり、扇形でその拡がり角は４５度とし、汎用の気水予混合扇形スプレーノズルを用いている。

以上、冷却手段２３によれば、斜下ミストノズル２３ａによって、主に、重畳リング線材２の線密部２５の上側部分を冷却すると共に、水平ミストノズル２３ｂによって、主に、重畳リング線材２の線密部２５の横側部分を冷却をすることができ、これら斜下ミストノズル２３ａ及び水平ミストノズル２３ｂによって重畳リング線材２の線密部２５を均一に冷却している。

さて、斜下ミストノズル２３ａと水平ミストノズル２３ｂとの配置についてさらに詳しく見ると、これらは搬送方向に交互に配置されている。
詳しくは、図３に示すように、搬送デッキ２１の幅方向両側に、搬送方向に並べられた複数のスリット２２ａにおいて、上流側から順に、第１スリットＡ、第２スリットＢ、第３スリットＣ、第４スリットＤ、第５スリットＥ、第６スリットＦ、第７スリットＧ、第８スリットＨとすると、第１スリットＡと第２スリットＢとの間、第３スリットＣと第４スリットＤとの間、第５スリットＥと第６スリットＦとの間、第７スリットＧと第８スリットＨとの間に、水平ミストノズル２３ｂが設けられている。

一方、第２スリットＢと第３スリットＣとの間、第４スリットＤと第５スリットＥとの間、第６スリットＦと第７スリットＧとの間に、斜下ミストノズル２３ａが設けられている。
以上述べた本実施形態の線材冷却装置１５の冷却能力について説明する。
図７〜９は、斜下ミストノズル２３ａ及び水平ミストノズル２３ｂを設けなかった場合（従来例）の冷却能力を１．０とし、スリット２２、斜下ミストノズル２３ａ及び水平ミストノズル２３ｂを配置した（本発明）の冷却能力についてまとめたものである。

冷却能力を評価するに際しては、図６の重畳リング線材２の断面図（重畳リング線材２の断面において、図６に示すように線材は楕円状の分布となる）に示すように、１〜４までの上面側と、５〜８までの下面側と、９の側面側と、１０の内部側について、従来例と本発明との温度を測定して評価を行った。また、従来例及び本発明では、「空気圧０．２ＭＰａ、液圧０．１ＭＰａ」としたミスト条件１と、「空気圧０．３ＭＰａ、液圧０．２ＭＰａ」としたミスト条件２との２つの条件で比較を行った。

また、従来例及び本発明では、冷却効果を確実に確認するため、線材冷却装置をステルモアタイプのものとし、線材を搬送しないオフラインの状態（チェーンを取り外した状態）で、搬送デッキ２１上に重畳リング線材２を模擬した被冷却物を載置して実験を行った。斜下ミストノズル２３ａ及び水平ミストノズル２３ｂの幅は、１５ｍｍで一定とし、冷却するためのエア（空気）は常温とした。斜下ミストノズル２３ａ及び水平ミストノズル２３ｂの冷却空気の噴出速度は５０ｍ／ｓの一定とした。

図７に示すように、水平ミストノズル２３ｂを設けた場合、重畳リング線材２の上面側、下面側、側面、内部共に、ミストノズルを設けない従来例に比べ冷却能力が最低でも１．１〜１．６倍程度向上した。また、図８に示すように、斜下ミストノズル２３ａを設けた場合も、ミストノズルを設けない従来例に比べ冷却能力が最低でも１．１〜２．４倍程度向上した。さらに、図９に示すように、斜下ミストノズル２３ａ及び水平ミストノズル２３ｂを交互に配置した場合、従来例に比べ冷却能力が向上した。

以上、本発明によれば、冷却床２０に、スリット２２と、斜下ミストノズル２３ａと、水平ミストノズル２３ｂとを設けたうえで、斜下ミストノズル２３ａ及び水平ミストノズル２３ｂを、それぞれ隣接するスリット２２の間に配置すると共に、重畳リング線材２の搬送方向に沿って交互に配置しているため、重畳リング線材２の重なりの粗密によらず均一な冷却を行うことができ、表面品質不良を発生しない温度域まで素早く冷却することができるようになり、線材の品質をより安定させることができた。

ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 製造ライン
２ 条鋼線材
３ 加熱炉
４ デスケーラ
５ 粗圧延機
６ 中間列圧延機
７ 仕上圧延機
８ 巻取機
１０ ブロックミル
１１ サイジングミル
１２ 第１冷却装置
１３ 第２冷却装置
１４ 第３冷却装置
１５ 線材冷却装置
２０ 冷却床
２１ 搬送デッキ
２１ａ 搬送面
２２ スリット
２３ ミストノズル
２３ａ 斜下ミストノズル
２３ｂ 水平ミストノズル
２４ 側壁
２５ 線密部

Claims (4)

1. 圧延機で圧延された線材をリング状に巻き取る巻取機と、この巻取機の下流側に配置され且つリング状に巻き取られた線材を搬送する搬送面を有する冷却床とを備えた線材の製造ラインであって、
   前記冷却床は、前記搬送面上で搬送される線材に対して空冷用のブロアを吹き込むために当該冷却床の長手方向に隣接するように設けられたスリットと、前記線材に対して側方斜め上方向からミスト状の冷却水を噴射する斜下ミストノズルと、前記線材に対して側方水平方向からミスト状の冷却水を噴射する水平ミストノズルとを備えており、
   前記斜下ミストノズル及び水平ミストノズルは、それぞれ隣接する前記スリットの間に配置されており、前記斜下ミストノズルと水平ミストノズルとは、前記線材の搬送方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする線材の製造ライン。
2. 前記斜下ミストノズル及び水平ミストノズルは、搬送面上で前記冷却床の搬送方向に重畳された線材の密部に対してミスト状の冷却水を噴射するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の線材の製造ライン。
3. 巻取機でリング状に巻き取られた線材を冷却しながら搬送する冷却床を備えた線材冷却装置であって、
   前記冷却床は、前記線材を搬送する搬送面上で搬送される線材に対して空冷用のブロアを吹き込むために当該冷却床の長手方向に隣接するように設けられたスリットと、前記線材に対して側方斜め上方向からミスト状の冷却水を噴射する斜下ミストノズルと、前記線材に対して側方水平方向からミスト状の冷却水を噴射する水平ミストノズルとを備えており、
   前記斜下ミストノズル及び水平ミストノズルは、それぞれ隣接する前記スリットの間に配置され、前記斜下ミストノズルと水平ミストノズルとは、前記線材の搬送方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする線材冷却装置。
4. 前記斜下ミストノズル及び水平ミストノズルは、搬送面上で前記冷却床の搬送方向に重畳された線材の密部に対してミスト状の冷却水を噴射するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の線材冷却装置。