JPH05138229A - 高温鋼板等の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却水膜の縮流を防止し、高温鋼板等の跳ね
上がりに対しても十分に耐える冷却装置を得ること。 【構成】 高温鋼板等の冷却装置は、テーブル・ローラ
（１７）上の高温鋼板（１８）等の上面にスリットノズ
ル（１５）から層流の冷却水膜（１９）を落下させて鋼
板（１８）等を冷却する。この冷却装置は、スリットノ
ズル（１５）の長手方向両端部直下に配置されていて冷
却水膜（１９）の落下幅を調節する１対のマスキング樋
（５）と、マスキング樋（５）の先端底部から垂下する
コの字形水膜案内（７）と、水膜案内（７）の上部にお
いてマスキング樋（５）内に取り付けられていて水膜
（１９）の幅を仕切る整流板（４）と、マスキング樋
（５）をスリットノズル（１５）の長手方向に移動させ
る駆動機構（１１）とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温鋼板等の冷却装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高温鋼板等の冷却には、スリット
ノズルから落下する層流の冷却水膜による冷却方法があ
る。この方法は、パイプノズルを用いた冷却方法より
も、冷却能力が高く、板幅方向の冷却均一性にも優れて
いることは広く知られている。

【０００３】例えば、熱延ホットランテーブルにおいて
も、近年スリットラミナによる冷却法が多用されるよう
になっている。しかしながら、より均一性の高い冷却能
を得るにあたっては、スリットノズルを用いた場合でも
様々な問題点が生じている。例えば、オンラインにおい
て鋼板等を熱間加工する場合、一般に、板両端部におい
てフイン効果により中央部に比べ過冷される傾向があ
る。また、ラミラフロー（層流）を用いて板上面を冷却
する場合、板状に落下させる水量分布が幅方向に均一で
あっても、板上に乗った冷却水はいずれ板端部より落下
するため、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、やはり端部の方がその分過冷される
ことになる。以上の理由から、両端部が中央部に比べ過
冷される傾向にあり、このためにこれまで歪の発生や材
質の不均一などの問題が生じていた。

【０００４】そこで、このための対策として従来、図８
に示すように、スリットノズル１５から落下する水膜流
１９の両端の一部を樋２１により遮断（マスキング）
し、テーブル・ローラ１７上の鋼板１８の両端部の一定
範囲において水膜流１９が直接衝突して高冷却能を有す
る衝突域を無くすことにより、端部における過冷却を無
くし、幅方向に均一に冷却を図る方法が取られてきた。

【０００５】このスリットノズルを用いる冷却方法とし
て、例えば、特開昭５９−１９７３１３号公報には、ノ
ズルと鋼板との間に注水幅を調節する受水板を鋼板幅方
向に移動可能に設け、この受水板で受けた冷却水を排水
する受樋を受水板の近傍に設ける方法が示されている。
しかしながら、このようなマスキング樋を用いる方法に
よっても、十分に均一冷却が行うことができなかった。
ノズル及びマスキング装置は鋼板の跳ね上がりによる衝
突事故を防止するため、通常１．５ｍ程度鋼板より上方
に離している。マスキング樋により両端部を遮断された
水膜流が落下するにしたがって、その新たに形成された
両端部において縮流２０が発生する（図８参照）。これ
は表面張力により水膜端部が中央部に引っ張られること
により端部が棒状に収縮する現象である。水膜の幅が減
少して冷却可能な幅が減少するばかりでなく、縮流部に
おける流量密度は他の平滑な部分より大幅に増加してい
る。このため、マスキングを施した場合に生じた縮流が
鋼板に衝突する箇所のみ過冷却され、冷却後の板幅方向
の温度分布が不均一となり、したがって鋼板の機械的性
質も不均一となる。

【０００６】以上の理由のため、従来より縮流による過
冷却を解消するために、いろいろな対策が講じられてき
た。例えば、上記マスキング樋を併用した際に発生する
縮流を防止する方法としては、実開昭６２−６９０９号
公報に示されるように、水膜を遮断する遮断樋の先端部
に水膜と接して誘導する水膜案内部材を垂設する方法が
採られてきた。その他、スリットノズルにおける縮流を
防止する方法としては、ノズル出口の両端位置で、特公
昭５５−１２０８１号公報に示されるように、層流案内
ロッドを下方に向かって垂設することにより、または実
開昭６１−１２２００３号公報に示されるように、水膜
と接して誘導する板状の水膜誘導体を垂設することによ
り、水膜端を流れる水が中央側に引かれるのを防ぐ方法
が採られてきた。

【０００７】上述のように、棒状または板状の水膜誘導
体を用いる方法によってマスキングによる均一冷却能力
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。

【０００８】層流案内ロッドを水膜両端部に垂設する方
法による場合、ロッド材としては板の跳ね上がりによる
破損事故を防止するため容易に曲がる弾性体を使用する
必要がある。棒状で任意の方向に曲がるために表面張力
により板幅中央側に引っ張られて、鋼板上への落下時に
水膜の幅がマスキングによる幅より減少してしまい、鋼
板への水膜の噴射幅が制御できなくなってしまうという
問題点があった。

【０００９】また、棒状であるため水との接触面積を十
分にとることができず、すなわち、水との接着力が十分
でなく、振動等の外乱により水とロッドとが離れ易く、
しかも一旦離れるとロッドだけまっすぐに戻り、水膜は
再び縮流して離れたままになって、縮流を解消すること
ができなくなってしまうという問題が生じていた。

【００１０】また、板状の水膜誘導体を垂設する方法に
よる場合、上述のロッドの場合のように板幅中央部に引
っ張られる問題は解消できたが、薄板状の誘導体をその
片面または両面が水膜に接するように垂設するため、冷
却水は鉛直板面上に沿って流れなければならなかった。
しかしながら、上記のように、実用上マスキング樋は鋼
板から１．５ｍ程度上方に設置しなければならず、した
がって、誘導体も１．５ｍ程度の長さが必要となる。こ
のような長さの薄板に沿って水膜が流れた場合、途中で
乱れが発達して乱流状態となる。その結果、両端部から
水膜流が乱され、しかも、その位置で誘導体から離れて
しまい、鋼板を所定の注水幅にわたって均一に冷却する
ことができなくなるという問題が生じていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】スリットノズルから落
下する冷却水膜の幅調節をするマスキング樋において、
冷却水膜に縮流を生ぜずに水膜幅を正確に制御できる高
温鋼板等の冷却装置を得ることにある。

【００１２】また、鋼板等の跳ね上がりに対しても十分
に対処できる冷却装置を得ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の高温鋼板等の冷
却装置は、高温鋼板等の上面にスリットノズルから層流
の冷却水膜を落下させて鋼板等を冷却する冷却装置にお
いて、前記スリットノズルの長手方向両端部直下に配置
されていて前記冷却水膜の落下幅を調節する１対のマス
キング樋と、該マスキング樋の先端底部から垂下するコ
の字形水膜案内と、該水膜案内の上部において前記マス
キング樋内に取り付けられていて前記水膜の幅を仕切る
整流板と、前記マスキング樋を前記スリットノズルの長
手方向に移動させる駆動機構とからなる手段によって、
上記課題を解決している。

【００１４】前記コの字形水膜案内は２枚の側挟板の間
にスペーサを設けた構造にするか、または前記コの字形
水膜案内は２枚の側挟板に複数のスペーサと複数の仕切
板とによって複数の案内水路を設けた構造にすることが
できる。

【００１５】

【作用】本発明の高温鋼板等の冷却装置は、膜状水流を
形成するスリットノズルの出口直下に近接した１対のマ
スキング樋により、その水膜両端部を遮断して鋼板等の
被冷却材上への水膜の噴射幅を任意に調節可能とし、被
冷却材両端部への冷却水の注水を制限して端部過冷却を
防止することができる。さらに、１対のマスキング樋を
それぞれの相対する側の端部により、２枚の薄板よりな
る側挟板間にスペーサのみまたはスペーサをかいして仕
切板を挟持する構造としたコの字形水膜案内を、マスキ
ング樋により両端を遮断された水膜の端部に沿うように
垂下させることにより、スリットラミナの水膜端部が、
側挟板または仕切板とこれらより幅の狭いスペーサとの
間にできる間隙部に補捉されて付着する。

【００１６】したがって、水膜が離れたりすること無
く、安定にその水膜端部をコの字型水膜案内に沿わせて
均一な水膜を形成することができ、しかも、水膜が流下
途中で乱れたりすることがないので、鋼板の衝突を避け
るために必要な高さにマスキング樋を設置できる。

【００１７】また、コの字型水膜案内を構成する部材を
弾性材とすることにより、搬送方向に自由に変形させる
ことができるので、鋼板が跳ね上がりなどにより衝突し
た場合でも、破損すること無く、メンテナンス性におい
ても優れた装置とすることができる。さらに、コの字型
水膜案内の上端部に整流板を鉛直かつ水膜に垂直に交差
するように設けることにより、水膜の案内板上端部に衝
突した際の乱れを抑制し、整流するので、均一で安定し
た水膜流を得ることができる。

【００１８】本発明は、スリットノズルにおいてマスキ
ング樋によりその注水幅を任意に設定可能として、鋼材
の端部冷却を防ぐと共に、マスキング樋の端部に案内を
水膜端に沿って垂設することにより、水膜を乱すこと無
く安定して縮流の発生及び水膜噴射幅の減少を防止し、
鋼板が衝突した場合でも、破損することが無く、均一な
水膜の鋼材上への注水が可能となるので、局所的な過冷
却を生じること無く高精度な均一冷却が可能である。

【００１９】

【実施例】図１から４までを参照して、本発明の高温鋼
板等の冷却装置は、テーブル・ローラ１７上の高温鋼板
１８等の上面にスリットノズル１５から層流の冷却水膜
１９を落下させて鋼板１８等を冷却する冷却装置であっ
て、スリットノズル１５の長手方向両端部直下に配置さ
れていて冷却水膜１９の落下幅を調節する１対のマスキ
ング樋５とマスキング樋５の先端底部から垂下するコの
字形水膜案内７と、水膜案内７の上部においてマスキン
グ樋５内に取り付けられていて水膜１９の幅を仕切る整
流板４と、マスキング樋５をスリットノズル１５の長手
方向に移動させる駆動機構１１とからなる。

【００２０】本発明に係る冷却装置では、例えば、図１
−４に示す実施例において、マスキング樋５の一端の中
心線上に切り込みを設け、間にスペーサ３を挟持した２
枚の側挟板１および２よりなるコの字型水膜案内７を嵌
め込む構造にする。さらに、案内７のスペーサ３を側挟
板１、２枚の幅より短くして側挟板間に空隙Ａを設け
る。マスキング樋５は、冷却水が空隙Ａ内に流れ込むよ
うに、水膜がほぼ桶の中心線上に衝突する位置に設置す
る。

【００２１】したがって、マスキング樋５によりその両
端部を除去された水膜１９は、その新たに形成される落
下水膜の両端部が空隙Ａ内に補捉される形となり、空隙
Ａ内は案内７全長にわたり冷却水で満たされる。冷却水
膜１９は、空隙Ａ内の冷却水をかいして側挟板１、２お
よびスペーサ３に付着することになる。この付着力は付
着面積が水膜の厚みに比べてかなり広いので十分大きい
ものとなり、水膜端部は案内７上端より下端まで離れる
ことなく安定して付着する。

【００２２】図３に示すように、空隙Ａの一部は、マス
キング樋５内に設ける構造にすることにより、水膜１９
がより安定して案内７に付着することが実験により確認
することができる。マスキング樋５内の空隙部長さをＬ
_２、樋外側の空隙長さをＬ_１とするとき、Ｌ_２＝０の場
合より、Ｌ_２≒Ｌ_１とした方がより水膜付着性が増し、
案内の性能が向上する。

【００２３】ここで、空隙Ａの長さＬ_１およびＬ_２は水
膜厚みの数倍（１０〜３０ｍｍ）程度とし、空隙Ａの間
隔Ｄは、空隙内が冷却水で満たされる必要があるので、
スリットノズルの出口ギャップと同程度か、またはやや
小さ目とする必要がある。間隙Ａ内での冷却水流れは、
流路が壁面により囲まれているために、壁面での摩擦力
の影響を大きく受け、冷却水の落下流速は自由水膜部、
間隙Ａ部の順に従い大幅に減少する。一般に壁面での摩
擦力による乱れの発達割合は、流速に比例する。このた
め、流速の小さい間隙内では乱れは殆ど発生せず、した
がって、マスキング樋５により端部を遮断された水膜流
を、乱れを生じさせることなく所定の幅を保ったまま、
鋼板上に噴射することができるのである。

【００２４】一方マスキング樋５端部に整流板４をコの
字型水膜案内７の上端に接しかつ鉛直に設置することに
より、マスキング樋５や案内７上端部に衝突した冷却水
が空隙Ａへの流れを乱すのを防ぎ、間隙に鉛直に流入す
るように整流できるので、乱れの無い水膜１９を形成す
ることができる。また、マスキング樋５内に流入し水膜
より排除された冷却水は、整流板４を取り付けかつ樋を
図２に示すようにθだけ傾けることにより、案内７と反
対側の樋５の下面に設けた排水管６より外部に排除され
る。この場合、例えばθは１０〜４５度程度とすれば良
く、また整流板４の高さは１０〜５０ｍｍ程度、厚さは
０．２〜１ｍｍ程度すれば良い。

【００２５】実操業上の都合で間隙Ａと水膜の位置が幾
分ずれる恐れのある場合は、例えば、図５に示す実施例
のようにスペーサ２２間に仕切板２３を別に挟持する構
造とし、側挟板１、２と仕切板２３との間に複数個の間
隙を設けてもよい。この場合、水膜の位置が案内板中央
部からずれたとしても、何れかの間隙内に流れ込むの
で、水膜は案内板から離れることなく安定して付着す
る。ここで、各間隙の間隔はスリットノズル１５の出口
ギャップと同程度か、またはやや小さ目とするのが望ま
しい。また、仕切板２３の幅は側挟板の幅と同程度とす
ればよい。

【００２６】図１は本発明の実施例に基づく冷却装置の
実操業における構成例を示したものである。スリットノ
ズル１５の両端部直下に近接されたマスキング樋５は、
駆動棒９をかいして油圧シリンダ１１によりノズル１５
の長手方向に移動可能に設置されているので、水膜の鋼
板１８への注水幅を任意に設定することができる。ま
た、マスキング樋５により除去された冷却水は、樋下面
に接続された排水管６を通り外部に設けた排水樋１２へ
排出される。

【００２７】一方、両側のマスキング樋５の相対する面
にコの字型水膜案内７を垂設する。このときマスキング
樋５により両端部の冷却水を除去された水膜は案内７に
沿って流れ、案内７間に均一な水膜が形成される。この
水膜の幅は落下するとともに減少すること無く一定に保
たれ鋼板１８上面に落下する。なお、案内７の側挟板
１、２には薄鋼板などの弾性板、スペーサ３にはゴム板
を用いるので、鋼板等の冷却材が跳ね上がって案内７に
衝突したとしても、案内７は容易に変形しまた直ちに真
っ直ぐに戻るので、破損事故は起きにくく、また衝突後
も瞬時に元通りに案内７に沿って流れる水膜が形成され
る。被冷却材と案内７下端との距離ｈは操業条件にもよ
るが、通常１００〜３００ｍｍ程度とすればよい。

【００２８】図６は図１に示した本発明の実施例の場合
に得られた流量分布を示したものである。ただし、比較
のため図６の左側は図８に示した従来法により水膜のマ
スキングを行った結果を示した。図より分かるように、
従来法による場合は端部で縮流が発生するため、中央部
の３〜４倍近い流量密度の箇所が形成され前述のように
局所的な過冷却の原因となる。本発明装置による場合は
縮流が形成されないので膜端部までほぼ均一な物量分布
が得られることがわかる。

【００２９】図７は熱延ホットランテーブルにおいて、
本発明による冷却装置を用いて板厚３．６ｍｍ、板幅１
２００ｍｍの鋼板の上面冷却を行った場合の、冷却後の
鋼板表面の温度分布を従来法による場合との比較を行っ
たものである。ただし、マスキング幅は鋼板両端部より
１５０ｍｍとした。図よりわかるように本発明によれ
ば、マスキング装置により注水幅を調節できるので、鋼
板端部において過冷却を防ぐことができ、しかも水膜端
部において縮流が発生しないため、従来の場合のように
縮流部が鋼板上面に直接噴射されることによる局部過冷
却を生ぜず、板幅方向全体にわたって均一に冷却できる
ことがわかる。

【００３０】

【発明の効果】本発明冷却装置によれば、スリットノズ
ルより噴射される冷却水膜の被冷却材上への注水幅を任
意に設定できるので被冷却材の端部における過冷却をな
くすことができ、また鋼板の跳ね上がりなどによる衝突
時も破損することがなく、しかも水膜端部での縮流の発
生、水膜幅の減少や乱れを起すことなく安定して均一な
厚みの水膜を形成し、噴射幅を正確に制御することがで
きるので、局所的な過冷却を生じず被冷却材の幅方向に
高精度に均一冷却を行うことを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却装置の正面図である。

【図２】図１の一部の拡大正面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線からみた平面図であ
る。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線からみた端面図である。

【図５】図３と同様の図面の一部であって、別の変更例
を示す。

【図６】鋼板上の幅方向の流量密度を示すグラフであ
る。

【図７】鋼板冷却後の表面温度分布を示すグラフであ
る。

【図８】従来の冷却装置の正面図である。

【符号の説明】

１： 側挟板、 ７： コの字形水膜案内、 ３、２
２： スペーサ、 ４：整流板、 ５： マスキング
樋、 ６： 排水管、 ９： 駆動棒、 １１：油圧シ
リンダ、 １２： 排水樋、 １５： スリットノズ
ル、 １９： 水膜、 ２０： 縮流、 ２３： 仕切
板、 １８： 鋼板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温鋼板等の上面にスリットノズルから
   層流の冷却水膜を落下させて鋼板等を冷却する冷却装置
   において、前記スリットノズルの長手方向両端部直下に
   配置されていて前記冷却水膜の落下幅を調節する１対の
   マスキング樋と、該マスキング樋の先端底部から垂下す
   るコの字形水膜案内と、該水膜案内の上部において前記
   マスキング樋内に取り付けられていて前記水膜の幅を仕
   切る整流板と、前記マスキング樋を前記スリットノズル
   の長手方向に移動させる駆動機構とからなる高温鋼板等
   の冷却装置。
2. 【請求項２】 前記コの字形水膜案内は２枚の側挟板の
   間にスペーサを設けた構造を特徴とした請求項１記載の
   装置。
3. 【請求項３】 前記コの字形水膜案内は２枚の側挟板間
   に複数のスペーサと複数の仕切板とによって複数の案内
   水路を設けたことを特徴とした請求項１記載の装置。