JPH03285709A - 高温材料の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、液膜状のラミナフローにより熱鋼板等の高
温材料を均一冷却するための冷却装置に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 一般に、幅広の高温材料を冷媒で冷却するに際し、冷媒
吐出用ノズルとしてスリ・ノドノズルを用いラミナフロ
ーを生じさせた方がパイプノズルを用いた場合よりも冷
却能力が高くなり、しかも材料幅方向の冷却均一性にも
優ることが知られており、近年、例えば熱延ホットラン
テーブルにおいてもスリソトラミナによる冷却法が多用
されるようになってきた。しかしながら、最近、高温材
料の冷却にも一段と微妙な制御が要求されるようになっ
たこともあり、スリットノズルを用いた場合であっても
冷却能の均一性確保に関して様々な問題の指摘がなされ
ている。

例えば、オンラインにて鋼板等を熱間処理する場合には
、 （イ）　　フィン効果により板側端部が中央部よりも適
冷される傾向にあるため、これを水量分布が幅方向に均
一なラミナフローにより冷却したとしても板幅方向の冷
却にどうしても不均一が生じてしまう （Ｉｌ）　　また、ラミナフローを用いて鋼板上面を冷
却する場合、流下する板状流の水量分布が幅方向に均一
であっても、流下して板上面に載った冷却水は板幅方向
のどの部位に位置していようとも何れ板端部から落下す
ることとなるため、端部における冷却水の通過量が中央
部におけるよりも多くなり、端部の方がその分だけ適冷
されることになる 等の理由から両端部が中央部に比べ適冷される傾向があ
り、このため歪や利質不均−が生じがちである等の問題
があった。

そこで、従来、これらの問題を解決すべ（、第８図で示
すように冷媒ヘッダ（１）に接続されたスリットノズル
（２）の出口部外側に進退自在なロンド（３）を配置す
ると共に、その進退を調整装置（４）で調整することで
ノズル出口部におけるスリット間隔を調節し、流下する
冷媒流に任意の流量分布を作り出そうとする対策が採ら
れてきた。即ち、この対策は、例えば両端部が中央部に
比べ適冷される傾向にある熱延鋼板の冷却ではロンド（
３）の進退を調整してノズル出口部の壁を歪ませ、中央
部における流量密度が最大となるような断面凸形の流量
分布が得られるようにスリンＩ・間隔を調節して中央付
近での冷却能向」−を図り、幅方向の均一冷却を行う等
の形態で実施されてきた。

そして、このようなスリットノズルの出口間隔を調節し
て均一冷却を図る手段に関しては、例えば「板ノズル幅
方向に所定間隔で取付けたスリット間隙開閉器を作動さ
せて任意の冷却パターンを作り出す手法（実公昭６１〜
３５５５１号）」、「ノズル先端部両側面の幅方向に所
定間隔でロンドを配置し、これに押込量調整器具を取付
けてロンドの押込量を調節しスリット間隔分布を調節し
て任意の冷却パターンを作り出す手法（実公昭６２−２
９１３０　ｑ）Ｊ或いは「ノズルの長辺側部材の少なく
とも一方を可撓薄板とすると共に短辺側部材を蛇腹形式
にして間隙方向に伸縮可能とし、かつノズルの先端部に
押圧装置を設けてスリンＩ・凹陥分布を調節可能とする
手法（実公平１−１６５２４号）」等の提案も見られる
。

〈発明が解決しようとする課題〉 そして、上述の如きノズル出口部のスリット間隔分布を
調節する手段によって幅広材の均一冷却効果は一段と改
善されることとなったが、それでも実作業において次の
ような問題点が認められた。

即ち、必要な冷却パターンを確保するためノズル出口部
におけるスリット間隔を太き目に広げたような場合に流
下する冷媒膜の膜切れが起こり易く、そのためこの冷却
手段ば極く限られた冷媒流量範囲でしか用いることがで
きないと言う問題があったのである。

その上、前記各提案になる手段には、これらの他に各々
次のような不都合も指摘された。

例えば、鋼板等の両端部における適冷を防止すべく板幅
中央部において流量が最大となるような凸形の流量分布
を実現するためには、ノズル下部位置の両端部における
ノズル間隔を最小とする必要があり、かつ膜切れを防止
すべく押し込みによりこれを調節する場合には該両端部
での外側からの押し込み変形量を最大としなければなら
ない。

そして、前記実公昭６１−３５５５１号及び実公昭６１
−２９１３０号として提案された装置では、この状態は
圧縮力によるノズル短辺側壁部材の弾性変形によって実
現される訳である。しかし、スリットノズル壁部材の弾
性変形能向上には限度があるため変形可能な歪量はどう
しても非常に小さくなってしまい、従って上記各装置で
は任意の割合でスリット間隔にクラウンを設けることが
極めて困難であることから十分に実用的なものとは言え
ない。

これに対して、前記実公平１−１６５２４号として提案
された装置では、ノズル短辺側壁部材を蛇腹形式として
いるため上述のような問題はそれほど深刻ではないもの
の、蛇腹部等の形状が複雑なため製作や保守に多大の費
用を必要とする上、冷媒流の流れが十分に安定しないこ
とから高流量域では鋼板上での飛び跳ねが、また低流量
域では膜切れが起き易く、広範囲な熱処理制御を行うに
当って使用可能な冷媒の流量範囲が十分ではなから った。しかも、幅方向に滑らかな間隔分布を実現するた
めにはより多くの押圧量調節器を必要とする等の問題も
あった。

このようなことから、本発明の目的は、従来の冷却装置
に指摘される前記問題点を払拭し、板幅方向に任意の幅
広い冷媒流量分布を与えながら、しかも広い流量範囲に
亘って流量の変化によらず安定した膜状ラミナ流を形成
することができ、各種冷却パターンを自在に実現し得る
取り扱いの容易な高温材料の冷却装置を提供することに
置かれた。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、上記目的を達成すべく様々な実験を繰り返し
ながら行われた本発明者等の研究によって完成されたも
のであり、 「第１図に例示した如く、冷媒ヘッダ（１）に接続され
た入口部から冷媒を取り入れると共に下部の出口部から
これを流下させるスリットノズル（２）を備えた冷却装
置において、ノズルのスリット形状を前記入口部におけ
るスリット間隔ｔ、が出口部におけるスリット間ｌｉｔ
。の３倍以上（ｔ＋／　ｔｏ　”−３）であるテーバ状
とし、かつ前記出口部の外側幅方向にノズル壁を弾性変
形させて出ロ部スリット間隅分布を調整する１個以上の
ノズル壁引張装置（５）を列設して高７７Ａ利料の冷却
装置を構成することにより、出口部のスリット間Ｈｔ＋
を広げた場合でも常に安定した液膜流を形成して膜切れ
や飛びはね等を防止し、従来型のノズルでは適用できな
かった冷媒流量域においてもノズル交換なしに任意の冷
却パターンの下で円滑な冷却を実施し得るようにした点
」 を特徴とするものである。なお、第１図における符号６
は冷媒供給管を、そして７は整流板をそれぞれ示してい
る。

即ち、本発明は、スリットノズルによって形成したラミ
ナフローにて高温材料を冷却する装置において、スリッ
トノズルに任意の出口間隔分布を作り出すための°ノズ
ル出口部の長辺壁を弾性変形させる手段”として該長辺
壁を部分的に引張って拡開させる引張装置を設けると共
に、スリットノズルの形状を特定テーバ比を有する楔形
としたことを骨子としているが、以下、本発明をその作
用と共により詳細に説明する。

〈作用〉 さて、本発明に係わるスリットノズル冷却装置では、第
１に所望冷却パターンを得るための“′ノズル出口部に
おけるスリン１〜間隔分布”の調節をノズル長辺壁を引
張ることのみによって行うようにしたので、該調整がノ
ズル短辺壁の性質にそれほど大きな影響を受けることが
なく、そのため従来型スリットノズル冷却装置の如き押
込みによって調節する場合に比べ非常に滑らかな間隔分
布を容易に得ることができる。また、スリットノズル冷
却装置を上記の如き構成としたので、冷却条件が変更さ
れたような場合でもそれに対応した最適冷却状態を迅速
かつ容易に作り出すことができ、変更された冷却条件に
合わせてノズル交換を要することもないなど、作業能率
が大幅に向上する。

第２に、本発明に係わるスリットノズル冷却装置ではノ
ズルのスリット形状が１冷媒入口部におけるスリット間
隔ｔ、が出口部のスリット間隔ｔ。よりも顕著に大きい
テーバ形状」とされているため、出口部でのスリット間
隔を相当に広げた場合でも安定した液膜流を確保するこ
とができ、ノズル出口部から侵入した空気により膜切れ
が引き起こされるようなことが無くなる。これは、ノズ
ルに供給された冷却媒体の流れが前記テーバによって増
速され、ぞのためノズル内（特に出口部）冷却媒体の静
圧が効果的に高まる結果によるものである。

従って、ノズル出口のスリット間隔を小さい値に抑えな
くても下限界流量を引き下げることができ、広範囲な流
量域に亘る任意の冷却パターン制御が可能となる。

なお、第２図は、ノズルのスリット形状をテーパ化する
ことによる液膜形成効果の調査結果であり、ノズル出口
部におけるスリット間隔（初期間隔：１０ｍ）を幅方向
中央部が最大となる凸型の分布（出口中央部スリット間
隔：１５ｎ）とした場合の、テーバスリットのテーバ比
（ｔ＋／ｌｏ）と膜切れを起こさない下限界流量との関
係を示したグ０ ラフでである。この第２図からも、従来型のテパ形状で
ない（テーバ比−１）スリットを有するノズルに比べ、
スリット形状をテーバ化した場合には大幅に下限界流量
が引き下げられることが分かった。

ここで、例え膜切れを起こしていない場合であっても、
従来型ノズルではテーバスリットを有するノズルに比し
て出口部付近で発生ずる液流の乱れが大きくなり、均一
な冷却は困難である。

そして、例えば熱鋼板の冷却工程等で均一な冷却を図る
には、実際上ノズル出口部におけるスリット間隔を最大
開口部で初期出口部スリット間隔の少なくとも倍以上拡
大するのが望ましいことや、前記第２図に示したテーパ
比の膜切れに対する効果等を考慮すれば、拡開前のスリ
ット初期テーバ化（ｔ＋／ｌｏ）は３以上とする必要が
ある。即ち、テーパ比が３未満では広い流量範囲に亘っ
て安定した円滑な液膜を確保することができない。

ところで、ノズル出口部におけるスリット間隔をノズル
壁引張装置によって広げる場合の実現可能間隔範囲はス
リンＩ・ノズルの大きさ、形状、材質等により決まるが
、健全な液膜を確保するにば出口部における最大スリッ
ト間隔をノズル人口部におけるスリット間隔ｔ１以下と
しなげればならないことから、ノズル出口部におけるス
リブ１−初期間隔む。に対するスリンＩ・間隔拡大率の
最大値はスリン１へのテーバ比以下に設定されることと
なる。

また、本発明に係わるスリンＩ・ノズル冷却装置は、ノ
ズルの配設高さくノズル有効高さ）を向上できる点でも
極めて有効である。

即ち、一般にオンラインでラミナフロ−により熱鋼板を
上面から冷却する場合、被処理鋼板が衝突してノズルが
破損されるのを防止するため、ノズル設置位置は鋼板に
対してできるだけ高くするのが望ましいが、該設置位置
を成る限界高さ以北とすると流下液流の下部において流
れが不安定になり、均一な冷却ができなくなる。この限
界高さを“ノズル有効高さ”と呼ぶが、ノズルのスリッ
ト形状をテーバ状にすると共にノズル出口部におけるス
リット間隔分布を凸形化（７た場合には、流１ 下液流の安定性が大幅に向」ニし、前記ノズル有効高さ
の増大につながることが分かったのである。

なお、第３図は、テーパ比が４のテーパスリットを有す
るノズルの出口部を凸形化した場合の、ノズル出口中央
部におけるスリット間隔とノズル有効高さとの関係を示
すグラフであるが、この第３図からも、本発明に係わる
スリットノズル冷却装置ではノズルの有効高さを顕著に
向上できることが明らかである。

しかも、このようにノズルの設置高さを高くすると流下
液流と被冷却材料面との衝突圧が増加するが、これによ
り冷却能も向上する。従って、これらと流量分布の凸型
化による幅方向均一冷却効果等とが相俟って、冷却する
鋼板等の平坦性や均質性を大幅に向上させることが可能
となる。

続いて、本発明の効果を実施例によって更に具体的に説
明する。

〈実施例〉 まず、第１図に略示した如き本発明に係わるスリットノ
ズル冷却装置を準備し、その性能試験を］　２ 実施した。なお、使用したスリットノズル冷却装置は、
スリットノズル（２）の出口部において任意のスリット
間隔分布を得るため、該出ロ部タ■側の幅方向に５基の
ノズル壁引張装置（５）が等間隔で設置されており、ノ
ズル入口部におけるスリット間隔１、と出口部における
スリット間隔ｔ。（初期ｔ。−１０朋）の比ｔ＋／ｌｏ
が４であるようなテーパスリットを有したものであった
。

第４図に、上記ノズル冷却装置においてノズル壁引張装
置を作動させ、ノズル出口部におけるスリット間隔分布
が“幅方向中央部におけるスリット間隔が初期間隔の２
倍となるような凸形の分布”となるようにした場合の、
幅方向における冷却水流量分布の測定結果を示した。

この第４図からも、本発明装置ではスリン１−間隔を２
倍に広げた場合でも流下水の膜切れを起こすことなく幅
方向に任意の流量分布が得られることが明らかである。

従って、第８図で示したような従来型冷却装置よりも広
範囲な均一冷却制御が可能となることが分かる。

３ ４ 次に、熱延ランナウトテーブルの第５図に示す箇所で上
記本発明に係わる冷却装置を用い、板厚３．５ｍ、板幅
１．２０Ｏｎ＋の高温鋼板を　８５０℃から４００℃ま
で冷却したときの冷却終了時点における板幅方向の温度
分布を調査した。なお、第５図における符号８は温度計
を示している。

この調査結果を、第８図で示したような従来型冷却装置
場合のそれと対比させて第６図に示した。

第６図に示される結果からも、本発明装置によると従来
装置に比して板幅方向の温度ムラを大幅に改善すること
ができ、鋼板の平坦不良や材質の不均一を減らし得たこ
とが確認できる。

なお、この実施例では、幅方向中央部において最大とな
るようにノズル出口部のスリット間隔を広げた場合の調
査結果のみを示したが、本発明装置においてはその他任
意の滑らかなノズル出口部スリット間隔分布を容易に設
定することもでき、この場合でも、ノズルスリット形状
がテーパ状であるために従来の出口間隔調節型スリット
ノズルよりも安定した冷却性能が得ることば言うまでも
ない。

また、場合によっては、第７図に示すようにノズルのス
リットに最初から任意のギヤ・ノブ分布を設けておき、
これに上記ノズル壁引張装置を取付けて冷却装置を構成
しても良好な結果を得ることができる。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、被処理材幅方
向に任意の円滑な流量分布を簡単かつ迅速に設けること
ができ、しかも広い流量範囲に亘って流下冷却液流を安
定化させて液膜切れや被処理材上での飛び跳ね等を防止
しつつ幅方向に均一な冷却を行うことを可能とした、有
効ノズル高さの高いスリットノズル冷却装置を提供する
ことができるなど、産業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる冷却装置の１例を示した模式
図であり、第１図（ｂｌは第１図（ａ）の側面状況の説
明図である。 ５ 第２図は、ノズルスリットのテーパ比と下限流量との関
係を示したグラフである。 第３図は、ノズル出口中央部のスリンＩ・間隔とノズル
有効高さとの関係を示したグラフである。 第４図は、本発明実施例装置で得られた幅方向における
冷却水流量分布を示すグラフである。 第５図は、実施例で採用したホットランテーブルでの本
発明実施例装置の配置図である。 第６図は、本発明冷却装置と従来冷却装置とによって達
成された板幅方向の温度分布比較図である。 第７図は、本発明の実施態様の１つを例示した概念図で
ある。 第８図は、従来のスリットノズル冷却装置の概略説明図
である。 図面において、 １・・・冷媒ヘッダ、　　　　２・・・スリットノズル
３・・・ロッド、　　　　　　４・・・調整装置５・・
・ノズル壁引張装置、　　６・・・給水管。 ７・・・整流板、　　　　　　８・・・温度計。 ６ ７ 第１ 図 （ａ） （ｂ） 第２図 テーバ比 第３ 図 ノズル中央部の出口間隔（ｍｍ） 第４ 図 板幅方向位置 （ｍｍ） 板中央からの距離 （ｍｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　冷媒ヘッダに接続された入口部から冷媒を取り入れる
   と共に下部の出口部からこれを流下させるスリットノズ
   ルを備えた冷却装置において、ノズルのスリット形状を
   前記入口部におけるスリット間隔が出口部におけるそれ
   の３倍以上であるテーパ状とし、かつ前記出口部の外側
   幅方向に、ノズル壁を弾性変形させて出口部スリット間
   隔分布を調整する１個以上のノズル壁引張装置を列設し
   て成ることを特徴とする、高温材料の冷却装置。