JP7004018B2

JP7004018B2 - 棒鋼の冷却方法および棒鋼の製造方法、ならびに冷却ミストの吹き付け装置

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Publication number: JP7004018B2
Application number: JP2020038385A
Authority: JP
Inventors: 啓之福田; 広和杉原; 匡将佐藤; 幸治小橋
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2022-01-21
Anticipated expiration: 2040-03-06
Also published as: CN213530189U; JP2020164984A

Description

本発明は、熱間圧延が終了して冷却床へ送給され、さらに冷却床から排出された後に所定の長さに切断された棒鋼を、所定の本数ずつ結束して棒鋼の束（以下、棒鋼束という）とし、その棒鋼束を複数段の井桁状に積み上げた集積体（以下、段積み体という）に、霧状の冷却水（以下、冷却ミストという）を吹き付けて冷却する冷却方法および棒鋼の製造方法、ならびに冷却ミストの吹き付け装置に関するものである。

一般に棒鋼は、連続鋳造で得た鋼片（たとえばビレット等）を加熱炉に送給して所定の温度まで加熱し、引き続き熱間圧延を行なって丸棒状の長尺素材とした後、冷却床にて空冷し、次いで所定の長さに切断するという工程を経て製造される。こうして得られた棒鋼は矯正や検査の工程に供されるので、それらの作業の精度向上、使用する機器の耐用性向上の観点から、棒鋼を50℃以下まで冷却する必要がある。

そこで、冷却床から排出されて所定の長さに切断された棒鋼を、さらに冷却する技術が検討されている。

たとえば、棒鋼を一定の本数ずつ結束した棒鋼束をクレーン等で運搬して井桁状の段積み体を形成し、そのまま空冷する技術が検討されている。この冷却技術は、大気中へ放熱することによって緩やかに冷却する技術であるから、棒鋼の反りや曲り等の変形は防止できる。しかし、冷却に要する所要時間が長くなるのは避けられず、棒鋼の寸法あるいは段積み体内の棒鋼の配列、段積み体周辺の温度や風量等に応じて変化するものの、50℃以下まで冷却するのに３～５日程度の時間が必要となる。したがって、段積み体の置き場が不足する、あるいは、在庫管理に多大な労力を要する等の問題が生じる。

特許文献１には、棒鋼束を空冷してＭ_S点まで冷却し、その後、浸漬水冷する技術が開示されている。この技術は、棒鋼束を段積み体として積み上げる必要はなく、かつ短時間で冷却できるので、冷却工程の作業効率を高めることができる。しかし、浸漬水冷を繰り返し行なうことによって水槽内の冷却水の温度が上昇するので、冷却能力を安定して維持するためには冷却水を水槽と冷却塔の間で循環させる必要がある。

したがって特許文献１に開示された技術は、水槽や冷却塔のみならず、冷却水を流通させる配管が必須であることから、設備が複雑になり、そのメンテナンスに多大な労力を要するという問題がある。また、浸漬水冷による急速な冷却に起因して、棒鋼の反りや曲り等の変形が発生し易くなるという問題も発生する。

特開2017-221968号公報

本発明は、従来の技術の問題点を解消し、簡便な装置で効率良く、しかも反りや曲りを発生させずに棒鋼を冷却することが可能な冷却方法を提供することを目的とし、さらに、その冷却方法を適用した棒鋼の製造方法、ならびに棒鋼の冷却に好適な冷却ミストの吹き付け装置を提供することを目的とする。

本発明者は、簡便な装置で効率良く棒鋼を冷却する技術について検討した。そして、棒鋼束を複数段の井桁状に積み上げた段積み体は、置き場の床面に対して垂直方向に優れた通気性を有することに着目した。つまり、垂直方向の気流によって棒鋼を効率良く冷却する技術を開発すれば、大規模な設備（たとえば水槽、冷却塔、配管等）を設置する必要はなく、簡便な設備（たとえばミストノズル等）で冷却できる。

こうして研究を進めた結果、棒鋼束が井桁状に交差して形成される垂直方向の隙間に冷却ミストを噴射すれば、その冷却ミストが段積み体の内部を容易に通り抜けるので、段積み体全体を効率良く冷却できることを見出した。

次に、冷却ミストの微細な水滴の大きさと冷却特性との関係について研究した。その結果、垂直方向に噴射する水滴の粒子径を適正な範囲に維持することによって、冷却能力の更なる向上を図ることが可能であり、しかも冷却速度が浸漬水冷よりも遅いので棒鋼の反りや曲りを防止できることが判明した。このような冷却ミストによる冷却においては、水槽や冷却塔は不要である。

冷却ミストを噴射することによって棒鋼の表面にスケール（たとえば付着物、錆等）が生じた場合は、冷却ミストの噴射を停止した後でスケールを除去すれば、その棒鋼を支障なく矯正や検査に供することができる。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、熱間圧延が終了して冷却床へ送給され、さらに冷却床から排出された後に所定の長さに切断された棒鋼を結束して棒鋼束とし、棒鋼束を２束以上互いに間隔を設けかつほぼ平行に平積みして第１段を形成し、次いで第２段として２束以上の棒鋼束を互いに間隔を設けかつ第１段の棒鋼束に対してほぼ直角に平積みすることによって井桁状に積み上げて、引き続き必要に応じて第３段以降の棒鋼束を井桁状に積み上げることによって２段以上の段積み体を形成して冷却する冷却方法において、段積み体の内部の棒鋼束が交差することによって形成される縦隙間のうちのうち第１段の棒鋼束とそのすぐ上の第２段の棒鋼束とによって形成される縦隙間に第１段の下方から平均粒子径が300μｍ以下の水滴からなる冷却ミストを噴射して棒鋼を冷却する棒鋼の冷却方法である。
また、本発明は、熱間圧延が終了して冷却床へ送給され、さらに冷却床から排出された後に所定の長さに切断された棒鋼を一定の本数ずつ結束して棒鋼束とし、棒鋼束を２束以上互いに間隔を設けかつほぼ平行に平積みして第１段を形成し、次いで第２段として２束以上の棒鋼束を互いに間隔を設けかつ第１段の棒鋼束に対してほぼ直角に平積みすることによって井桁状に積み上げて、引き続き必要に応じて第３段以降の棒鋼束を井桁状に積み上げることによって２段以上の段積み体を形成して冷却する冷却方法において、段積み体の内部の棒鋼束が交差することによって形成される縦隙間のうちのうち第１段の棒鋼束とそのすぐ上の第２段の棒鋼束とによって形成される縦隙間に第１段の下方から平均粒子径が300μｍ以下の水滴からなる冷却ミストを噴射して棒鋼を冷却する棒鋼の冷却方法である。
なお、本発明では、所望の平均粒子径の水滴を得るために、所定の水量や水圧等を前提条件として所定の粒子径の水滴ミストが得られるように設計および製作がなされたミストノズルを使用する。
すなわち、本発明で冷却ミストの水滴の平均粒子径（ザウター平均粒子径）が300μｍ以下であるとは、平均粒子径（ザウター平均粒子径）が300μｍ以下の水滴からなる冷却ミストが得られるように設計および製作がなされたミストノズルにより冷却ミストが噴射されていることを指す。

本発明の棒鋼の冷却方法においては、気流を発生させ、該気流により冷却ミストを段積み体へ吹き付けることが好ましい。
また、本発明の棒鋼の冷却方法においては、第１段の下方から冷却ミストを上方に噴射することが好ましく、冷却ミストの水滴の平均粒子径は20～120μｍの範囲内であることが好ましい。さらに、段積み体の内部に、各辺の長さが0.1ｍ以上かつ面積が0.04ｍ²以上である縦隙間を４～16箇所設けることが好ましい。

また本発明は、上記した方法で冷却した段積み体から棒鋼束を回収し、さらに棒鋼束を解束する棒鋼の製造方法である。

本発明の棒鋼の製造方法においては、冷却した棒鋼束を段積み体から回収し、さらに棒鋼束を解束して棒鋼を取り出した後、棒鋼のスケールを除去することが好ましい。

さらに本発明は、熱間圧延が終了して冷却床へ送給され、さらに冷却床から排出された後に所定の長さに切断された棒鋼を結束して棒鋼束とし、棒鋼束を２束以上互いに間隔を設けかつほぼ平行に平積みして第１段を形成し、次いで第２段として２束以上の棒鋼束を互いに間隔を設けかつ第１段の棒鋼束に対してほぼ直角に平積みすることによって井桁状に積み上げて、引き続き必要に応じて第３段以降の棒鋼束を井桁状に積み上げて形成した２段以上の段積み体に対して、段積み体の内部の棒鋼束が交差することによって形成される縦隙間のうち前記第１段の前記棒鋼束とそのすぐ上の前記第２段の前記棒鋼束とによって形成される縦隙間に第１段の下方から冷却ミストを吹き付ける吹き付け装置であって、冷却ミストを発生させるミストノズルと、前記段積み体に吹き付ける前記冷却ミストの水滴の平均粒子径を300μｍ以下に制御する制御部と、を有する冷却ミストの吹き付け装置である。
また、本発明は、熱間圧延が終了して冷却床へ送給され、さらに冷却床から排出された後に所定の長さに切断された棒鋼を一定の本数ずつ結束して棒鋼束とし、棒鋼束を２束以上互いに間隔を設けかつほぼ平行に平積みして第１段を形成し、次いで第２段として２束以上の棒鋼束を互いに間隔を設けかつ第１段の棒鋼束に対してほぼ直角に平積みすることによって井桁状に積み上げて、引き続き必要に応じて第３段以降の棒鋼束を井桁状に積み上げて形成した２段以上の段積み体に対して、段積み体の内部の棒鋼束が交差することによって形成される縦隙間のうち前記第１段の前記棒鋼束とそのすぐ上の前記第２段の前記棒鋼束とによって形成される縦隙間に第１段の下方から冷却ミストを吹き付ける吹き付け装置であって、冷却ミストを発生させるミストノズルと、前記段積み体に吹き付ける前記冷却ミストの水滴の平均粒子径を300μｍ以下に制御する制御部と、を有する冷却ミストの吹き付け装置である。

本発明の冷却ミストの吹き付け装置においては、冷却ミストをミストノズルから段積み体へ吹き付けるための気流を発生させる送風機を有していることが好ましい。また、本発明の冷却ミストの吹き付け装置においては、制御部が、ミストノズルに、第１段の下方から冷却ミストを上方に噴射させることが好ましく、冷却ミストの水滴の平均粒子径は20～120μｍの範囲内であることが好ましい。さらに、段積み体の内部に、各辺の長さが0.1ｍ以上かつ面積が0.04ｍ²以上である縦隙間を４～16箇所設けられていることが好ましい。

本発明によれば、簡便な装置で効率良く、しかも反りや曲りを発生させずに棒鋼を冷却することが可能となり、産業上格段の効果を奏する。

棒鋼束を井桁状に積み上げた段積み体の例を模式的に示す斜視図である。冷却ミストの吹き付け装置の例を模式的に示す斜視図である。図１に示す段積み体に冷却ミストを噴射する例を模式的に示す平面図である。図１に示す段積み体に冷却ミストを噴射する例を模式的に示す側面図である。図１に示す段積み体に冷却ミストを噴射する他の例を模式的に示す側面図である。

棒鋼は、連続鋳造で得た鋼片（たとえばビレット等）を加熱炉に送給して所定の温度まで加熱し、引き続き熱間圧延を行なって丸棒状の長尺素材とした後、冷却床にて空冷し、次いで所定の長さ（すなわち、製品規格上要請される長さ。例えば、４～13ｍ程度）に切断するという工程を経て製造される。こうして得られた棒鋼を更に冷却するために、棒鋼を所定の本数ずつ結束して棒鋼束とし、その棒鋼束を井桁状に積み上げて段積み体を形成する。図１は、段積み体の例を模式的に示す斜視図である。

ここで図１を参照して、段積み体２について説明する。
まず、棒鋼３を所定の本数ずつ結束して棒鋼束４とし、多数の棒鋼束４を井桁状に積み上げる。棒鋼束４を構成する棒鋼３の本数は、棒鋼束４ごとに異なっていてもかまわない。ただ、棒鋼３を結束して棒鋼束４を作製する工程の作業効率を高める観点から、および／または、多数の棒鋼束４を井桁状に積み上げたとき段積み体２の安定性を高める観点から、棒鋼束４を構成する棒鋼３の本数は一定であることが好ましい。たとえば、棒鋼３を一定の本数（図１の例では10本）ずつ結束して棒鋼束４とし、多数の棒鋼束４を井桁状に積み上げる。このとき、段積み体２をさらに安定させるために、各々の棒鋼束４における棒鋼３の配列を統一（図１の例では３本－４本－３本）して結束することがさらに好ましい。なお、図１では棒鋼３を結束するための結束帯は図示を省略する。

そして、段積み体２の第１段として２束以上の棒鋼束４（図１の例では６束）をほぼ平行に並べて、かつ棒鋼束４の間に間隔を設けて平積みする。その間隔は、後述する冷却ミストが段積み体２の内部を通り抜ける際の通路となるものであり、互いに隣り合う棒鋼束４の間に間隔を設ける。ただし間隔の広さは、必ずしも同一とする必要はない。

棒鋼束４をほぼ平行に並べるのは、第１段の棒鋼束４と後述する第２段の棒鋼束４とで形成される縦方向の隙間（以下、縦隙間という）の内部を効率的に冷却ミスト５が通り抜けるようにするためである。棒鋼束４は厳密に平行に並んでいることが好ましいが、必ずしも平行でなくても、冷却ミスト５が通り抜けることが可能であれば支障はない。よって、棒鋼束４の方向の平均値に対して±10°以内のずれは許容される。棒鋼束４の方向のずれは±５°以内が更に好ましい。ほぼ平行とは、棒鋼束４の方向の平均値に対して、ずれがこの範囲内であることを指す。

また、棒鋼束４内の棒鋼３が置き場の床面と接触して疵が発生するのを防止するために、床面に架台１を設置し、その架台１上に棒鋼束４を載置することが好ましい。

次いで、段積み体２の第２段として、２束以上の棒鋼束４（図１の例では６束）を第１段の棒鋼束４に対してほぼ直角に並べて、かつ棒鋼束４の間に間隔を設けて平積みすることによって井桁状に積み上げる。

段積み体２の第２段として２束以上の棒鋼束４をクレーン等によって並べる際に、棒鋼束４の方向を、段積み体２の第１段の棒鋼束４に対してほぼ直角にするのは、縦隙間の内部を効率的に冷却ミスト５が通り抜けるようにするためである。つまり、縦隙間が四角柱状に形成されると、冷却ミスト５が通り抜け易くなる。したがって、第２段の棒鋼束４は、第１段の棒鋼束４に対して厳密に直角に並んでいることが好ましいが、必ずしも直角でなくても、冷却ミスト５が通り抜けることが可能であれば支障はない。よって、棒鋼束４の方向の平均値に対して±10°以内のずれは許容される。棒鋼束４の方向のずれは±５°以内が更に好ましい。ほぼ直角とは、棒鋼束４の方向の平均値に対して、ずれがこの範囲内であることを指す。

段積み体２を３段以上に積み上げる場合は、引き続き、第３段以降の棒鋼束４を第２段の棒鋼束４と同様に井桁状に順次積み上げて、図１に示すような段積み体２を形成する。

こうして得られた段積み体２に冷却ミストを噴射して棒鋼束４を冷却する。ここで、本発明の冷却ミストの吹き付け装置８の一例を図２に斜視図として示す。また、冷却ミストの噴射について、図３および図４を参照して説明する。

図２に示す吹き付け装置８は、軸流型の送風機７の周囲または正面に複数個のミストノズル６を配置したものである。吹き付け装置８は、送風機７を有していてよく、送風機７によって発生した気流が冷却ミストをミストノズル６から段積み体２に吹き付けることができる。なお図２では、ミストノズル６に冷却水を供給するホースは図示を省略する。

また、図示を省略するが、送風機５として高圧エアノズルを使用して、ミストノズル６から冷却ミストを段積み体２に吹き付ける構成にしても良い。あるいは、エアと水の二流体ノズルを使用することも可能である。

また、図示を省略するが、吹き付け装置８は、縦隙間に吹き付ける冷却ミストの水滴の平均粒子径を所定の範囲に制御する制御部を有する。制御部は、ミストノズル６に、縦隙間のうち第１段の棒鋼束とそのすぐ上の第２段の棒鋼束とによって形成される縦隙間に前記第１段の下方から冷却ミストを吹き付けるよう制御することもできる。また、制御部は、吹き付け装置８のその他の機能を制御することもできる。制御部としては、特に限定されないが、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を有するコンピュータ等の情報処理装置とすることができる。

図３および図４に示すように、冷却ミスト５は、段積み体２内の互いに交差する棒鋼束４で形成される縦方向（すなわち置き場の床面に対して垂直方向）の隙間に、下方から上方へ向かって噴射される。具体的には、段積み体２の第１段の下方に配設されるミスト発生装置６（たとえばミストノズル等）から冷却ミスト５を噴射する。以下では、ミスト発生装置６の一例として、ミストノズルを使用する例について説明する。なお図３および図４では、ミストノズル６に冷却水を供給するホースは図示を省略する。
また、本発明では、上方とは垂直方向に対して、±10度の範囲内の方向も含めるとする。好ましくは、±５度の範囲内である。

ミストノズル６から上方へ向かって噴射された冷却ミスト５は、高温の棒鋼束４によって大気が加熱されて発生する上昇気流、およびミストノズル６から冷却ミスト５とともに噴射される噴射気流の相乗効果で、縦隙間の内部を容易に上昇する。つまり、冷却ミスト５を下方から上方へ噴射することによって、冷却ミスト５が段積み体２の内部を円滑に通り抜けるので、段積み体２全体を効率良く冷却することが可能となる。

また、ミストノズル６の下側に送風機７を配設（図４参照）して、縦隙間内で冷却ミスト５を上方へ噴き上げることが好ましい。送風機７から生じる上昇気流によって、棒鋼束４（すなわち棒鋼３）を一層効率良く冷却することが可能となる。とくに棒鋼束が冷えてきて、大気が加熱されて発生する上昇気流が小さくなったときに、送風機７の効果が大きくなる。送風機７からは0.5ｍ／sec以上、5ｍ／sec以下の風速で噴射することが好ましい。0.5ｍ／ｓより小さいと、送風機７から生じる上昇気流による冷却効果が小さく、また、5ｍ／secより大きいと、ミストが蒸発する前に段積み体２を通りぬける量が多くなり、冷却効率が低下してしまうだけでなく、他の場所へミストが飛散し、周囲が水で濡れてしまう惧れが発生する。送風機７の構成は特に限定せず、従来から知られている手段（たとえばエアノズル等）を使用する。あるいは、ミストノズル６と送風機７を一体化した二流体ノズルを使用しても良い。上記の気流の風速は、公知の風速計により測定することができる。

縦隙間に噴射された冷却ミスト５の水滴は、棒鋼束４（すなわち棒鋼３）との熱交換によって蒸発する。したがって、水滴を回収するための設備（たとえば水槽塔）、および、冷却水として循環使用するための設備（たとえば冷却塔、配管等）を設置する必要はない。冷却ミストを噴射することによって棒鋼３の表面にスケール（たとえば錆等）が生じた場合は、段積み体２から棒鋼束４を回収し、さらに結束を解放（以下、解束という）して棒鋼３を取り出した後、スケールを除去して後工程（たとえば加工、検査等）に送給する。棒鋼束４を解束する手段ならびにスケールを除去する手段は特に限定せず、従来から知られている技術を使用する。

冷却ミスト５の水滴は、平均粒子径が小さいほど、蒸発に必要な熱量が少ないので、蒸発し易くなる。しかし平均粒子径が20μｍ未満では、冷却ミストの水滴が気流とともに段積み体２の内部に進入した後、中央部に到達する前に蒸発してしまうので、段積み体２全体を冷却するのが困難になる場合がある。
一方で、平均粒子径が大きいほど、蒸発に必要な熱量が増加して、冷却に要する所要時間を短縮できる。しかし平均粒子径が300μｍを超えると、段積み体２全体が冷却された後も水滴が残留するので、水滴を回収するための設備および冷却水として循環使用するための設備を設置しなければならず、複雑な設備のメンテナンスに多大な労力を要する。また、水滴が大きいため、気流に乗りにくく、段積み体２全体を冷却するのが困難になる。したがって、冷却ミストの水滴の平均粒子径は300μｍ以下とする。より好ましくは20～120μｍの範囲内であり、この範囲内であれば、前述した気流に乗って段積み体上部へ冷却ミストが到達しやすく、冷却効率も高まり、また、冷却後の棒鋼３の置き場の床面が極度に濡れることはなく、作業性が良くなる。水滴の平均粒子径が大きいほうが、冷却能力が大きくなるため、所望の温度にまで棒鋼を冷却するのに要する時間を短縮できるが、冷却後の棒鋼３の置き場の床面の濡れが残りやすい。これに対して、水滴の平均粒子径が小さいほうが、冷却後の棒鋼３の置き場の床面は乾きやすいものの、冷却能力が小さくなるので、所望の温度にまで棒鋼を冷却するのに要する時間は長くなる。このため、本発明を実施する場合には、冷却に要する時間と、冷却後の置場の床面の濡れ具合の許容度とのバランスを考慮して、水滴の平均粒子径を20～120μｍの範囲内で選択すればよい。なお、冷却ミストの水滴の粒子径を制御する方法は、特に限定されるものではなく、公知の手法を用いて、所望の粒子径の冷却ミストを生成するように設計されたミストノズルを使用すれば良い。また、前述した制御部（図示せず）が、段積み体２に所定の平均粒子径を有する水滴からなる冷却ミストをミストノズル６に吹き付けさせる。
本発明では、所望の平均粒子径の水滴を得るために、所定の水量や水圧等を前提条件として所定の粒子径の水滴ミストが得られるように設計および製作がなされたミストノズルを使用する。
すなわち、本発明で冷却ミストの水滴の平均粒子径（ザウター平均粒子径）が300μｍ以下であるとは、平均粒子径（ザウター平均粒子径）が300μｍ以下の水滴からなる冷却ミストが得られるように設計及び製作されたミストノズルにより噴射されていることを指す。

こうして冷却ミストを噴射して冷却することによって、棒鋼３の冶金学的な変態が発生した場合は、棒鋼３が変形（たとえば反り、曲り等）する、あるいは棒鋼３の機械的性質が変化する等の問題が生じて、後工程の進捗に支障をきたす場合がある。したがって、棒鋼３の冶金学的な変態が終了した後で冷却ミストを噴射することが好ましい。

縦隙間の各辺の長さが0.1ｍ未満では、冷却ミスト５を伴う上昇気流が妨げられて、冷却効率が低下する場合がある。また、縦隙間の面積が0.04ｍ²未満では、冷却ミスト５を伴う上昇気流が妨げられて、冷却効率が低下する場合がある。したがって、縦隙間の各辺の長さは0.1ｍ以上、縦隙間の面積は0.04ｍ²以上が好ましい。

つまり、各辺の長さが0.1ｍ未満の縦隙間や面積が0.04ｍ²未満の縦隙間に冷却ミストを噴射すると、冷却ミストが水平方向に広がって、段積み体２内の上昇気流を阻害する惧れが生じる。

段積み体２内の縦隙間の数が３箇所以下では段積み体２全体が均一に冷却されず、冷却効率が低い部分の冷却に長時間を要する場合がある。一方で17箇所以上の縦隙間を設けるためには、段積み体２を大きくせざるを得ないので、段積み体２の置き場として広大な敷地が必要となる場合がある。したがって、縦隙間の数は４～16箇所が好ましい。

段積み体２内の縦隙間は、必ずしも全ての棒鋼束４の両側（すなわち各棒鋼束４毎に幅方向の両側）に設けなくても良いが、棒鋼束４を均一に冷却する観点から、棒鋼束４毎に縦隙間を設けることが好ましい。棒鋼束４の少なくとも片側に縦隙間が存在すれば、縦隙間に隣接しない棒鋼束４が存在する場合に比べて、より効率的な冷却が可能となる。したがって、棒鋼束４を２束隣接させて、その両側（すなわち各棒鋼束４の片側ずつ）に縦隙間を設けることが一層好ましい。

棒鋼として丸棒鋼を用いて冷却実験を行なうために、棒鋼束を井桁状に積み上げて段積み体を形成した。段積み体は、丸棒鋼を17本ずつ結束した棒鋼束を９束ずつ互いに間隔を設け、かつ平行に並べて第１段とし、第２段以降も９束ずつ直下の段の棒鋼束に対して直角に並べ、井桁状に積み上げて全10段の段積み体とした。したがって、図１に示す例よりも大きい段積み体である。こうして14体の段積み体を形成した。

そして、吹き付け装置（図２参照）のミストノズルから縦隙間に冷却ミストを噴射（図４参照）した。冷却ミストの噴射条件は表１に示す通りである。冷却ミストとして噴射する冷却水の流量は合計４Ｌ／min、水温は30℃であった。また、送風機を使用する場合は、ミストノズルの下側にエアノズルを配設（図５参照）し、風速５ｍ／secで縦隙間に噴射した。

丸棒鋼はCを0.42～0.48質量％含有する機械構造用の炭素鋼であり、直径は55mm、長さは７ｍである。段積みが完了した時の丸棒鋼の温度は350℃であり、この状態から冷却しても冶金学的な変態が発生しない温度であった。

この段積み体を冷却しながら、丸棒鋼の最高温度が50℃まで低下するのに要する所要時間を測定した。丸棒鋼の最高温度は２次元放射温度計を用いて上方から測定し、測定範囲内の最高温度を検出することにより測定した。その結果を冷却時間として表１に示す。なお、段積み体の置き場の大気温度は平均34℃であった。

表１中の発明例１～１１は、冷却ミストの粒子径、縦隙間の寸法、送風機の使用有無を様々に組み合わせて冷却実験をおこなった例であり、冷却時間は29～48hrの範囲内であった。冷却ミストの平均粒子径を60μｍとした発明例２、５、６、８では、冷却が終了した後、段積み体の置き場の濡れは認められなかった。冷却ミストの平均粒子径を120μｍとした発明例１、３、４、７では、置き場の濡れが発生したが、溜った水を置き場から排出する必要はなかった。

なお発明例１～１１では、冷却ミストの吹き付けを停止した後、一部の丸棒鋼にスケールが発生していたが、ショットブラストによって容易にスケールを除去できた。また、丸棒鋼の変形（たとえば反り、曲り等）は認められなかった。

一方で比較例１は、冷却ミストの吹き付けを行なわず、大気中へ放熱することによって段積み体を緩やかに冷却した例である。したがって、丸棒鋼の最高温度が50℃まで低下するまでに91時間を要し、発明例１～８に比べて大幅に増加した。

比較例２は、棒鋼束を互いに接触させて、縦隙間を設けずに段積み体を形成し、ミストノズルから冷却ミスト（平均粒子径60μｍ）を噴射した例である。この例では、丸棒鋼の最高温度が50℃まで低下するまでに85時間を要し、発明例１～８に比べて大幅に増加した。

比較例３では、段積み体の縦隙間から冷却ミストの平均粒子径を400μｍとして冷却した例である。この例では、噴射された冷却ミストが蒸発せずに、置き場の床面が多量に濡れたため、段積み体の冷却実験を中止した。

以上に説明した冷却実験が終了した後、発明例１～１１ならびに比較例１～３の段積み体から夫々任意の棒鋼束を回収し、さらに解束して丸棒鋼を１本取り出して、組織を顕微鏡観察したところ、いずれもフェライト－パーライト組織であり、異常な組織は認められなかった。

なお、ここでは丸棒鋼（すなわち断面が円形の棒鋼）を冷却する例を示したが、本発明の対象は丸棒鋼に限定されるものではなく、角棒鋼（すなわち断面が矩形などの多角形の棒鋼）の冷却にも適用できることは言うまでもない。

１架台
２段積み体
３棒鋼
４棒鋼束
５冷却ミスト
６ミストノズル
７送風機
８吹き付け装置

Claims

熱間圧延が終了して冷却床へ送給され、さらに該冷却床から排出された後に所定の長さに切断された棒鋼を結束して棒鋼束とし、該棒鋼束を２束以上互いに間隔を設けかつほぼ平行に平積みして第１段を形成し、次いで第２段として２束以上の前記棒鋼束を互いに間隔を設けかつ前記第１段の前記棒鋼束に対してほぼ直角に平積みすることによって井桁状に積み上げて、引き続き必要に応じて第３段以降の前記棒鋼束を井桁状に積み上げることによって２段以上の段積み体を形成して冷却する冷却方法において、
前記段積み体の内部の前記棒鋼束が交差することによって形成される縦隙間のうち前記第１段の前記棒鋼束とそのすぐ上の前記第２段の前記棒鋼束とによって形成される縦隙間に前記第１段の下方から平均粒子径が300μｍ以下の水滴からなる冷却ミストを上方に噴射して前記棒鋼を冷却する棒鋼の冷却方法。
熱間圧延が終了して冷却床へ送給され、さらに該冷却床から排出された後に所定の長さに切断された棒鋼を一定の本数ずつ結束して棒鋼束とし、該棒鋼束を２束以上互いに間隔を設けかつほぼ平行に平積みして第１段を形成し、次いで第２段として２束以上の前記棒鋼束を互いに間隔を設けかつ前記第１段の前記棒鋼束に対してほぼ直角に平積みすることによって井桁状に積み上げて、引き続き必要に応じて第３段以降の前記棒鋼束を井桁状に積み上げることによって２段以上の段積み体を形成して冷却する冷却方法において、
前記段積み体の内部の前記棒鋼束が交差することによって形成される縦隙間のうち前記第１段の前記棒鋼束とそのすぐ上の前記第２段の前記棒鋼束とによって形成される縦隙間に前記第１段の下方から平均粒子径が300μｍ以下の水滴からなる冷却ミストを上方に噴射して前記棒鋼を冷却する棒鋼の冷却方法。
気流を発生させ、該気流により前記冷却ミストを前記段積み体へ吹き付ける請求項１または２に記載の棒鋼の冷却方法。
前記冷却ミストの水滴の平均粒子径が20～120μｍの範囲内である請求項１～３のいずれか一項に記載の棒鋼の冷却方法。
前記段積み体の内部に、各辺の長さが0.1ｍ以上かつ面積が0.04ｍ²以上である前記縦隙間を４～16箇所設ける請求項１～４のいずれか一項に記載の棒鋼の冷却方法。
請求項１～５のいずれか一項に記載の方法で冷却した段積み体から棒鋼束を回収し、さらに前記棒鋼束を解束する棒鋼の製造方法。
冷却した棒鋼束を段積み体から回収し、棒鋼束を解束して棒鋼を取り出した後、前記棒鋼のスケールを除去する請求項６に記載の棒鋼の製造方法。
熱間圧延が終了して冷却床へ送給され、さらに該冷却床から排出された後に所定の長さに切断された棒鋼を結束して棒鋼束とし、該棒鋼束を２束以上互いに間隔を設けかつほぼ平行に平積みして第１段を形成し、次いで第２段として２束以上の前記棒鋼束を互いに間隔を設けかつ前記第１段の前記棒鋼束に対してほぼ直角に平積みすることによって井桁状に積み上げて、引き続き必要に応じて第３段以降の前記棒鋼束を井桁状に積み上げて形成した２段以上の段積み体に対して、前記段積み体の内部の前記棒鋼束が交差することによって形成される縦隙間のうち第１段の棒鋼束とそのすぐ上の第２段の棒鋼束とによって形成される縦隙間に前記第１段の下方から冷却ミストを吹き付ける吹き付け装置であって、
前記冷却ミストを発生させるミストノズルと、
前記段積み体に吹き付ける前記冷却ミストの水滴の平均粒子径を300μｍ以下に制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記ミストノズルに、前記第１段の下方から前記冷却ミストを上方に噴射させる冷却ミストの吹き付け装置。
熱間圧延が終了して冷却床へ送給され、さらに該冷却床から排出された後に所定の長さに切断された棒鋼を一定の本数ずつ結束して棒鋼束とし、該棒鋼束を２束以上互いに間隔を設けかつほぼ平行に平積みして第１段を形成し、次いで第２段として２束以上の前記棒鋼束を互いに間隔を設けかつ前記第１段の前記棒鋼束に対してほぼ直角に平積みすることによって井桁状に積み上げて、引き続き必要に応じて第３段以降の前記棒鋼束を井桁状に積み上げて形成した２段以上の段積み体に対して、前記段積み体の内部の前記棒鋼束が交差することによって形成される縦隙間のうち第１段の棒鋼束とそのすぐ上の第２段の棒鋼束とによって形成される縦隙間に前記第１段の下方から冷却ミストを吹き付ける吹き付け装置であって、
前記冷却ミストを発生させるミストノズルと、
前記段積み体に吹き付ける前記冷却ミストの水滴の平均粒子径を300μｍ以下に制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記ミストノズルに、前記第１段の下方から前記冷却ミストを上方に噴射させる冷却ミストの吹き付け装置。
前記冷却ミストを前記ミストノズルから前記段積み体へ吹き付けるための気流を発生させる送風機を有する請求項８または９に記載の冷却ミストの吹き付け装置。
前記制御部は、前記平均粒子径を20～120μｍの範囲内に制御する請求項８～１０のいずれか一項に記載の冷却ミストの吹き付け装置。
前記段積み体の内部に、各辺の長さが0.1ｍ以上かつ面積が0.04ｍ²以上である前記縦隙間が４～16箇所設けられた請求項８～１１のいずれか一項に記載の冷却ミストの吹き付け装置。