JP6024407B2 - 鋼板の冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、高温の鋼板（例えば、熱間圧延中の鋼帯や厚板等）を冷却するための冷却装置および冷却方法に関するものである。

熱間圧延ラインにおいて制御圧延を行う場合、必要に応じて、圧延途中の段階で冷却装置によって圧延材（鋼板）を所定の温度まで冷却することが行われる（例えば、特許文献１）。

その際に用いられる冷却装置（鋼板冷却装置）は、通常、鋼板の上方から鋼板の上面に向かって冷却水を噴射する冷却装置（上面冷却装置）と、鋼板の下方から鋼板の下面に向かって冷却水を噴射する冷却装置（下面冷却装置）を組み合わせている。

ここで、図３に、従来の一般的な下面冷却装置を示す。

図３に示すように、従来の下面冷却装置においては、テーブルローラ６によって搬送されている鋼板７に対して冷却を行う場合は、タンク１から給水ホンプ２により冷却水を移送し、給水切換弁３および給水配管５を通過させて、ノズルヘッダ８に冷却水を供給し、冷却ノズル８ａより冷却水を鋼板７の下面に向けて噴射・到達させる。

一方、鋼板７に対して冷却を行う必要がない場合は、給水切換弁３を戻り配管４の方向に切換えて、冷却水をタンク１に戻すようにしている。

なお、ノズルヘッダ８の近傍には圧力計９を設置して、冷却水の供給圧力を計測している。

このような鋼板冷却装置においては、鋼板を適切に冷却するためには、高い噴射応答性が求められる。具体的には、冷却水の噴射開始を指示してから実際に冷却ノズル８ａから所定流量の冷却水の噴射が開始するまでの時間（冷却水噴射開始遅れ時間）や、冷却水の噴射停止を指示してから実際に冷却ノズル８ａからの冷却水の噴射が完全に停止するまでの時間（冷却水噴射停止遅れ時間）が短いことが望まれる。

もし、噴射応答性が悪く、冷却水噴射開始遅れ時間や冷却水噴射停止遅れ時間が長いと、過渡的な冷却水の噴射状態（不完全な噴射状態）が続くことになり、鋼板に冷却ムラが生じ、材質のバラツキが発生して、品質上問題となる。また、冷却装置での冷却が必要でない鋼板は、冷却ノズルからの冷却水の噴射が完全に停止するまで、冷却装置の入口で待機することになり、圧延ラインにアイドルタイムが発生してしまう。

このような噴射応答性に影響を与える要因としては、給水切換弁３の応答速度（切換え速度）と、残留冷却水の処理がある。

まず、前者の給水切換弁３の切換え速度については、高速で作動する自動弁（例えば、電磁弁）を採用することが考えられる。

次に、後者の残留冷却水の問題について述べる。

通常、鋼板冷却装置で鋼板を所定の温度まで冷却したら、給水配管５に設けられている給水切換弁３を切換えて、ノズルヘッダ８への冷却水の供給を停止することになるが、給水切換弁３以降の給水配管５およびノズルヘッダ８内に残留している冷却水（残留冷却水）が給水配管５およびノズルヘッダ８内の残圧等によって冷却ノズル８ａから噴射し続ける。

ちなみに、上面冷却装置では、まず、残圧によって残留冷却水が噴射し、残圧がなくなると自重によって残留冷却水が噴射する。一方、下面冷却装置では、残圧によって残留冷却水が噴射し、残圧がなくなると残留冷却水の噴射は停止する。

このような残留冷却水の噴射については、給水切換弁３からノズルヘッダ８までの間に排水配管と排水弁を分岐させて設置して、迅速に残圧を抜くとともに、残留冷却水を排水配管によって排水することが考えられている（例えば、特許文献２）。

特開２００７−２０３３７０号公報 特開２０１０−２１４４３３号公報

しかしながら、上述した噴射応答性を高める技術には、以下のような問題点がある。

まず、給水切換弁３として、高速で作動する自動弁を採用する技術の場合、その自動弁の高速作動にともなって、急激な圧力変動（サージ圧）が生じ、それによる衝撃（水撃）が発生し、給水配管５、圧力計９等が損傷する危険性がある。

また、給水切換弁３から冷却ノズル８ａまでの間に排水弁と排水配管を設置する技術の場合、高速で排水弁を操作する必要があるので、水撃、特に負の水撃現象といわれている水柱分離により、給水配管５、圧力計９等が損傷するという大きな問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、高温の鋼板を冷却するに際して、鋼板の下面に向かって冷却水を噴射する下面冷却装置を対象にして、給水切換弁等の高速作動によって発生する水撃を的確に抑制しつつ、高い噴射応答性を発揮することができる鋼板の冷却装置および冷却方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。

［１］鋼板の下面に向かって冷却水を噴射する冷却ノズルと、該冷却ノズルが取り付けられたノズルへッダと、該ノズルへッダに冷却水を供給する給水配管と、該給水配管に設置されて当該給水配管による前記ノズルへッダへの冷却水の供給を行うか行わないかを切換える自動弁と、該自動弁を通過せずに前記ノズルへッダに冷却水を供給して、前記給水配管による前記ノズルへッダへの冷却水の供給を行わない場合は、鋼板の下面に冷却水が到達しない高さで冷却水を前記冷却ノズルから噴射するようにするバイパス給水機構と、前記自動弁以降の給水配管または前記ノズルへッダから分岐した排水配管と、該排水配管に設置されて当該排水配管による排水を行うか行わないかを切換える排水弁とを備えていることを特徴とする鋼板の冷却装置。

［２］前記［１］に記載の鋼板の冷却装置を用いた鋼板の冷却方法であって、前記バイパス給水機構によって冷却水が冷却ノズルから常時噴射するようにしておき、鋼板の下面の冷却を開始する際には、前記自動弁を前記給水配管による前記ノズルへッダへの冷却水の供給を行う側に切換え、鋼板の下面の冷却を停止する際には、前記自動弁を前記給水配管による前記ノズルへッダへの冷却水の供給を行わない側に切換えるとともに、前記排水弁を前記排水配管による排水を行う側に切換えた後、前記冷却ノズルから噴射した冷却水が鋼板の下面に到達しない高さになったら、前記排水弁を前記排水配管による排水を行わない側に切換えることを特徴とする鋼板の冷却方法。

本発明においては、高温の鋼板を冷却するに際して、自動弁（給水切換弁）や排水弁の高速作動によって発生する水撃を的確に抑制しつつ、高い噴射応答性を発揮することができる。

本発明の一実施形態における鋼板冷却装置（下面冷却装置）を示す概略図である。 本発明の一実施形態における鋼板と冷却水の位置関係を示す正面図である。 従来の鋼板冷却装置（下面冷却装置）を示す概略図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における鋼板冷却装置（下面冷却装置）を示す概略図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態における鋼板冷却装置（下面冷却装置）は、テーブルローラ６によって搬送されている鋼板７の下面に向かって冷却水を噴射する冷却ノズル８ａと、冷却ノズル８ａが取り付けられたノズルへッダ８と、ノズルへッダ８に冷却水を供給する給水配管（メイン給水配管）５と、給水配管５に設置されて給水配管５によるノズルへッダ８への冷却水の供給を行うか行わないかを切換える自動弁（例えば、電磁弁）３と、自動弁３を通過せずにノズルへッダ８に冷却水を供給するバイパス給水機構１３と、自動弁３以降の給水配管５（または、ノズルへッダ８）から分岐した排水配管１９と、排水配管１９に設置されて排水配管１９による排水を行うか行わないかを切換える排水弁（例えば、電磁弁）１８とを備えている。なお、図１において、１はタンク、２は給水ポンプ（メイン給水ポンプ）、４は戻り配管、９は圧力計である。

そして、バイパス給水機構１３は、バイパス給水配管２０と、給水ポンプ（バイパス給水ポンプ）１４と、減圧弁１５と、逆止弁１７とを備えており、メイン給水配管５によるノズルへッダ８への冷却水の供給を行わない場合は、図２に示すように、鋼板７の下面に冷却水１６が到達しない高さで冷却水１６を冷却ノズル８ａから噴射するようになっている。なお、その際には、噴射された冷却水１６はノズルヘッダ８やテーブルローラ６を冷却することになる。

上記のような、この実施形態における鋼板冷却装置（下面冷却装置）を用いて鋼板の冷却を行う際には、以下の手順で鋼板の冷却開始と冷却停止を行うようにしている。

（Ｓ０）まず、バイパス給水機構１３によって冷却水が冷却ノズル８ａから常時噴射するようにしておく。

（Ｓ１）そして、鋼板７の下面の冷却を開始する際には、自動弁３をメイン給水配管５によるノズルへッダ８への冷却水の供給を行う側に切換える。

（Ｓ２）そして、鋼板７の下面の冷却を停止する際には、自動弁３をメイン給水配管５によるノズルへッダ８への冷却水の供給を行わない側に切換えるとともに、排水弁１８を排水配管１９による排水を行う側に切換える。その後、冷却ノズル８ａから噴射した冷却水が鋼板７の下面に到達しない高さになったら、排水弁１８を排水配管１９による排水を行わない側に切換える。

以降、冷却を行う鋼板に対して、（Ｓ１）、（Ｓ２）を繰り返す。

もちろん、冷却を行わない鋼板に対しては、（Ｓ１）、（Ｓ２）は行わずに、冷却装置を通過させる。

このようにして、この実施形態においては、バイパス給水機構１３によって冷却水が冷却ノズル８ａから常時噴射するようにしているので、自動弁（給水切換弁）３や排水弁１８が高速作動しても、急激な圧力変動（サージ圧）や水撃の発生が抑制され、給水配管５や圧力計９等が損傷することが防止される。

その結果、この実施形態においては、高温の鋼板を冷却するに際して、自動弁（給水切換弁）３や排水弁１８の高速作動によって発生する水撃を的確に抑制しつつ、高い噴射応答性を発揮することができる。

本発明例として、図１、図２に示した本発明の一実施形態における冷却装置を用いて鋼板の冷却を行った。

また、比較のために、従来例として、図３に示した冷却装置を用いて鋼板の冷却を行った。

その結果、従来例では、自動弁３を０．３ｓｅｃで作動させた場合、常用圧力０．２ＭＰａに対して、圧力計９には１．５ＭＰａのサージ圧が生じた。このとき、圧力計９等の機器が損傷するなどのトラブルが発生した。

これに対して、本発明例では、バイパス給水機構１３を経由して常に０．０２ＭＰａの冷却水を供給した。これによって、自動弁３を０．３ｓｅｃで作動させた場合でも、サージ圧は０．３ＭＰａに抑制され、水撃が軽減された。その結果、圧力計９等の機器が損傷するなどのトラブルが発生することはなかった。

１ タンク
２ 給水ポンプ（メイン給水ポンプ）
３ 自動弁（給水切換弁）
４ 戻り配管
５ 給水配管（メイン給水配管）
６ テーブルローラ
７ 鋼板
８ ノズルヘッダ
８ａ 冷却ノズル
９ 圧力計
１３ バイパス給水機構
１４ 給水ポンプ（バイパス給水ポンプ）
１５ 減圧弁
１６ 冷却水
１７ 逆止弁
１８ 排水弁
１９ 排水配管
２０ バイパス給水配管

Claims (2)

1. 鋼板の下面に向かって冷却水を噴射する冷却ノズルと、該冷却ノズルが取り付けられたノズルへッダと、該ノズルへッダに冷却水を供給する給水配管と、該給水配管に設置されて当該給水配管による前記ノズルへッダへの冷却水の供給を行うか行わないかを切換える自動弁と、前記給水配管による前記ノズルヘッダへの冷却水の供給を行う場合は、前記ノズルヘッダへの冷却水の供給を行うように自動弁を切り替えて、前記給水配管により前記ノズルヘッダへの冷却水の供給を行い、前記給水配管による前記ノズルへッダへの冷却水の供給を行わない場合は、鋼板の下面に冷却水が到達しない高さで冷却水を前記冷却ノズルから常時噴射するようにする、該自動弁を通過せずに前記ノズルへッダに冷却水を供給可能なバイパス給水機構と、前記自動弁以降の給水配管または前記ノズルへッダから分岐した排水配管と、該排水配管に設置されて当該排水配管による排水を行うか行わないかを切換える排水弁とを備えていることを特徴とする鋼板の冷却装置。
2. 請求項１に記載の鋼板の冷却装置を用いた鋼板の冷却方法であって、前記バイパス給水機構によって冷却水が冷却ノズルから常時噴射するようにしておき、鋼板の下面の冷却を開始する際には、前記自動弁を前記給水配管による前記ノズルへッダへの冷却水の供給を行う側に切換え、鋼板の下面の冷却を停止する際には、前記自動弁を前記給水配管による前記ノズルへッダへの冷却水の供給を行わない側に切換えるとともに、前記排水弁を前記排水配管による排水を行う側に切換えた後、前記冷却ノズルから噴射した冷却水が鋼板の下面に到達しない高さになったら、前記排水弁を前記排水配管による排水を行わない側に切換えることを特徴とする鋼板の冷却方法。

Images