JPH0570710U - 高温鋼材の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温の鋼材を所定の温度まで均一かつ高精度
に制御冷却する装置を提供する。 【構成】 この冷却装置は、給水管に接続され上部に長
手方向に所定の間隔で通水管４を接続した下部ヘッダ３
と、下部において該通水管４に接続されかつその最頂部
においてスリット状の冷却水出口を有する均圧ヘッダ１
２と、長手方向に所定の間隔で曲管ノズル５が接続され
た分圧ヘッダ２と、円弧上の断面を有しかつ複数列の長
手方向に所定の間隔および孔径分布を有する細孔７群を
設けかつ該均圧ヘッダ１２に長手方向軸回りに回転自在
に取付けられた整流板１から構成される。

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この考案は加熱された鋼板等の高温の鋼材を所定の温度まで均一かつ高精度に 制御しながら冷却を行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

高温の鋼材を水等の冷媒で冷却する装置として、従来から、図７（縦断面図） および図８（正面図）で示すような、冷媒吐出用ノズルとしてパイプ状ノズル１ ３を用いてラミナフローを生じさせるパイプラミナ冷却装置が知られている。 この冷却装置によれば、整流板間１５へ供給された冷却水は整流孔１６からヘ ッダ１４に入り、パイプ状ノズル１３に供給される。

【０００３】 そして、熱延ホットランテーブルにて鋼材上面を冷却する場合等では、板の跳 ね上がりによる破損事故防止のため、冷却装置の冷却ノズルは鋼板面から１．２ 〜１．８ｍ程度上方に配置する必要があるが、このような場合において前記パイ プラミナ冷却装置では、非常に高い冷却能力が発揮されることから、このパイプ ラミナ冷却装置は現在でも広く使用されていて冷却装置の座を守り続けている。

【０００４】 しかしながら、近年、高温鋼材の冷却に関して均一性や精度の面で更に優れた 制御が要求されるようになってきたこともあって、前記パイプラミナ冷却装置に も様々な問題点が指摘されるようになった。 例えば、オンラインにて鋼板を熱間加工する場合、図７および図８で示される 従来型の冷却装置では、制御弁によりヘッダ１４への冷媒の供給が停止された後 も、サイフォン効果によって数本のペイプノズル１３から冷媒が吐出し続ける場 合が多く、ノズル群からの冷媒の吐出を瞬時に停止することができないので、ヘ ッダごとの冷媒供給のＯＮ・ＯＦＦ制御により鋼板温度を精度良く制御すること ができなかった。

【０００５】 また、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 り板両端部が中央部よりも過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。また、（ロ）ラミナフローを用いて鋼板上面を冷却する場合 、流下するパイプラミナ流の水量分布が幅方向に均一であっても、流下して板上 面にのった冷媒は板幅方向のどの部位に位置していようとも、何れ板端部より落 下することになるため、端部における冷媒の通過量が中央部におけるより大きく なり、端部の方がその分だけ過冷されことになる等の理由から両端部が中央部に 比べ過冷される傾向があり、このため材質不均一や歪が生じがちである等の問題 点があった。

【０００６】 このため鋼板等の端部過冷を防止するためには、中央部における冷媒量が最大 となるようなクラウン型の流量分布を冷却装置の機能および冷却条件に応じて予 め設定して鋼材上に吐出する必要が生じてきた。しかしながら図７および図８に 示すような従来型の冷却装置では、板幅方向に流量勾配を設けることができず、 このため様々な工夫がなされてきた。

【０００７】 即ち群をなすパイプ状それぞれの入口部またはその管路途中にオリフィスを設 けて、各パイプノズル内に流入する冷媒流を十分に絞り、これにより各ノズルに 流入する冷媒流量を精度良く調節してヘッダ長手方向に所定の流量分布を形成さ せようとの提案がみられるようになってきた。

【０００８】 例えば、特公昭５９−１９７３１３号公報によれば、ラミナフローノズルと鋼 板との間にラミナフローノズルからの冷却水の方向を変え、鋼板への注水幅を調 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出 する受樋を受水板の近傍に設けることにより、鋼板上に落下する冷却水の幅を任 意に調節して両端部より所定幅だけにおいて冷却水が直接落下しないようにして 端部過冷を防止する装置が提案されている。

【０００９】 また、実公昭６３−４４１６８号公報によれば、円筒上のヘッダの上部に山形 状のプレス成形体を着脱可能に取付けてヘッダの冷媒の流入室を形成すると共に 、この冷媒流入室より垂下するノズルの上端開口にオリフィス駒を装着して板幅 は方向の流量分布を所定の勾配に設定し、均一冷却性と温度制御性を確保する装 置が提案されている。

【００１０】 さらに実開昭６２−１３１７１３号公報によれば、主円筒管に内接した２重の 副円筒管をそれぞれ相対回転自在に設け、一方の副円筒管の周壁には、相対回転 に伴い板幅方向への開口範囲を形成し得る開口範囲規制用副孔を形成し、他の副 円筒管の周壁には相対運動に伴い板幅方向への噴出水量分布を選択し得る水量分 布規制用の副孔群を形成することにより、オンライン上で所定の複数の水量分布 パターンを形成できるようにし、鋼板を均一に冷却する装置が提案されている。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

上述のようにバイプノズルと鋼板との間に受水板を移動可能に設けて鋼板上へ の冷却水の落下幅を調節することにより、あるいは群をなすパイプ状ノズルの入 口部にオリフィスを設けて板幅方向に所定の流量分布を設けることにより、均一 冷却能力や温度制御能力は一段と改善されることになったが、それでも実際には 以下のような問題点が認められた。

【００１２】 即ち、前記特公昭５９−１９７３１３号公報のように受水板により冷媒注水幅 を鋼板の幅より狭めた場合、注水域境界で急激に冷却能が変化してしまうが、実 際の鋼板端部過冷はなだらかな変化で生じている場合が多く、この方法では温度 分布を正確に均一にすることが困難であった。

【００１３】 また、前記実公昭６３−４４１６８号公報のようにノズル上端入口にオリフィ ス駒を装着する装置の場合、オリフィスで縮流した流れがそのままノズル管内を 落下することからノズル管内に空気溜りが生じて十分な整流がなされず、従って 冷媒流が鋼材上に落下した時に鋼材面上に形成される液溜りを貫通して攪乱させ る効果が減少し、冷却能力が低下していた。

【００１４】 そして、前記実開昭６２−１３１７１３号公報のように内接する幅円筒管を回 転自在に設けて水量分布を変化させる装置では、冷却水を主円筒管端部より供給 せざるを得ないため円管長手方向に圧力勾配が生じ、即ち給水口側の圧力が低下 するため副円筒管周壁に設けた副孔群の穴径分布と実際に得られる流量分布とは かなり差が生じていた。また円筒管に冷媒が停止された後にサイホン効果により 冷媒が吐出し続ける現象は依然として解決されていなかった。

【００１５】 このようなことから本考案が目的としたのは、従来の冷却装置に指摘される前 記問題点を払拭し、ヘッダ長手方向に所定の設定通りに正確に流量分布を制御す ることができ被冷却材の幅方向に均一な冷却が実現できると共にＯＮ・ＯＦＦ制 御性にも優れた高温鋼材の冷却装置を提供することであった。

【課題を解決するための手段】

【００１６】 本考案は、上記目的を達成するためになされたものであって、図１（正面図） 及び図２（縦断面図）で例示したごとく、高温鋼材の冷却装置を、給水管に接続 され上部に長手方向に所定の間隔で通水管４を接続した下部ヘッダ３と、下部に おいて該通水管４に接続されかつその最頂部においてスリット状の冷却水出口を 有する均圧ヘッダ１２と、長手方向に所定の間隔で曲管ノズル５が接続された分 圧ヘッダ２と、円弧上の断面を有しかつ複数列の長手方向に所定の間隔および孔 径分布を有する細孔７群を設けかつ該均圧ヘッダ１２に長手方向軸回りに回転自 在に取付けられた整流板１からなる構成とすることにより、優れたＯＮ・ＯＦＦ 制御性を有すると共に、被冷却材幅方向での均一冷却性をも著しく向上させた点 に大きな特徴を有している。

【００１７】

【作 用】

以下、本考案に係る高温鋼材の冷却装置の詳細並びにその作用を実施例図面に 基づいて説明する。 前記図１および図２は本考案に係る冷却装置の１例を略示した説明図（図１は 縦断面図で図２は正面図）であり、フランジ１０を介してその一端が給水管（図 示は省略）に接続された筒状の下部ヘッダ３は、その上部に長手方向に所定の間 隔で複数本の通水管４が付設され、これらを介して均圧ヘッダ１２の下部と接続 されている。即ち給水管より下部ヘッダ３内に送られた冷媒は、順次均圧管１２ 内に送られていく。ここで下部ヘッダ３内では片側より給水されるために、給水 側の圧力が低くなり圧力勾配が生じるが、均圧ヘッダ１２内への長手方向に複数 の箇所より管軸と直角に供給されるために、冷媒同士が十分混り合い、均圧ヘッ ダ１２内では圧力勾配を殆ど解消することができるのである。この場合、通水管 ４同士の間隔は細かいほど均一性は増していくが、制作コストの面も考慮すると 、考案者が行った実験結果によれば、通水管４の間隔を３００mm以下とすれば通 常の使用条件では問題ないことが分っている。

【００１８】 均圧ヘッダ１２内にはスリット状の出口が最頂部において長手方向に設けられ 、さらに箱型の分圧ヘッダ２が接続された構造となっている。そして分圧ヘッダ ２の一方の側壁よりパイプ状ノズル群５が列設されている。即ち均圧ヘッダ１２ 内に供給された冷媒は最頂部より分圧ヘッダ内２に流れ込み、さらにその側壁の ノズル入口６よりパイプノズル５内に流れ込み、ノズル５より吐出した冷媒が被 冷却材上に落下する。

【００１９】 この場合ノズル群５は、図８に示す従来タイプのノズル１３のように付設され たヘッダ１５より上方に伸びるのではなく、分圧ヘッダ２より水平に伸びる構造 としたので、ノズル入口部において立ち上がり部が生じず、従ってサイフォン効 果が発生しないので、ヘッダ内への冷媒停止後直にノズル群全体で一斉に冷媒の 吐出が停止し、特にＯＦＦ時の応答性は大幅に改善された。この時ノズル５の長 さｌは、短いほどＯＮ・ＯＦＦ応答性は向上するが、一方で十分に整流化された ラミナ流を得るためには、分圧ヘッダ内圧力を負圧（大気圧以下）とする必要が ある。この分圧ヘッダ圧力をＰ_H とするとき、管長ｌ［ｍ］との関係は下記の数 １で示される。

【００２０】

【数１】 Ｐ_H＝ρＶｏ²／２ − ρｇｌ ［Ｐａ］ （１）

【００２１】 ここでρ＝密度〔kg/m³〕、ｇ＝重力加速度〔m/s²〕、Ｖo ＝ノズル吐き出し 流速〔m/s〕である。よってラミナ流を得るためにはＰ_H ≦０より、下記の数２ を満たせばよい。

【００２２】

【数２】 ｌ≧Ｖｏ²／２ｇ ［ｍ］ （２）

【００２３】 通常の使用条件では、Ｖｏは１．５ｍ以下であるからｌは１２０mm以上とすれ ば十分である。

【実施例】

【００２４】 以下に本考案の具体的な実施態様を説明する。均圧ヘッダ１２内には、円弧状 （実施例図２では半円）の断面を持つ整流板１が挿入されており、またその両端 の円筒部において均圧ヘッダ１２の両端部により、ゴムリング１１を介して回転 自在に支えられている。さらに整流板１の一端は、均圧ヘッダより外側に伸ばさ れ、ギア８が取付けられているので、これとチェーンにより接続されたギア９を 介してモータのトルクを与えて整流板を任意の角度だけ回転させることができる 。

【００２５】 また整流板１の周壁上には、所定の間隔および孔径分布をもつ細孔群７が長手 方向に複数列設けられており、さらに整流板１と分圧ヘッダ２とが接しており、 分圧ヘッダ２と整流板１により隔室が形成されている。このため、整流板１を適 当な角度だけ回転させることにより、分圧室２の下壁に整流板１上に設けられた 任意の細孔列７を配置することができるので、整流板１上に予め実操業で必要と なる数通りの板幅方向の流量分布に対応する孔径分布を設けておき、被冷却材の 幅等の冷却条件に応じて、整流板１を回転させて、適切な水量分布を選択するこ とができる。

【００２６】 即ち均圧ヘッダ１２内で長手方向に均一な圧力分布の流れが得られるので、分 圧ヘッダ２内に通じる細孔よりその面積に正確に比例した流量の冷媒が細孔を通 って分圧ヘッダ２に流れ込む。よって長手方向に所定の流量分布をもったパイプ ノズル群から吐出されるラミナフローを得ることができる。ここで分圧ヘッダ２ 内では細孔径分布に応じて圧力勾配ができ、特に急激に変化する分布を設けた場 合は、分圧ヘッダ２内に長手方向の流れが生じる場合がある。このため分圧ヘッ ダの縦断面積はなるべく小さい方が良く、その高さｂおよび幅ａはそれぞれノズ ル径の２倍以下とすることが望ましい。あるいはより正確に流量分布を設定する ためには、図３に示す実施例のように分圧ヘッダ２内に適切な間隔で仕切板１７ により区切り、この中で圧力分布を一定とすることにより、仕切板間隔単位で正 確に流量分布を設定することができる。

【００２７】 図４は整流板１上に設けた配置図７の実施例であり、ａ列〜ｄ列の４通りの流 量分布が得られるように穴径分布が設定されている。図５はこの場合に得られた 流量分布を示したものであり、例はａ列のように細孔の孔径分布が均一な場合に は、板幅方向全域にわたってほぼ均一な流量分布が得られることがわかる。また 、ｂ〜ｄ列のように左右対称で中央部で細孔径が最大となるクラウン型の孔径分 布を選択した場合には、図５に示すように孔径分布に従った左右対称のクラウン 型の流量分布を得ることができることがわかる。

【００２８】 また、図６は、図４の結果が得られたのと同じ装置を使用してヘッダへの給水 停止時のＯＦＦ特性、即ちノズルから冷却水の吐出が停止するまでに要する時間 の調査結果を示している。 この図６からも、本考案に係る装置では、ＯＦＦ応答性も従来装置に比べ大幅 に向上するので、鋼板温度を精度良く制御することが可能となることが明らかで ある。

【００２９】

【考案の効果】

以上に説明したごとく、この考案によれば、高温鋼板等の被冷却材を幅方向で 均一に冷却することができ、ＯＮ・ＯＦＦ制御性に優れていて被冷却材の精密な 温度制御が行える冷却装置を提供できるなど、産業上有用な効果がもたらされる 。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る冷却装置の正面図である。

【図２】本考案に係る冷却装置の縦断面図である。

【図３】本考案に係る別の実施例の冷却装置の正面図で
ある。

【図４】本考案に係る冷却装置の整流板上に設けた細孔
群の配置図である。

【図５】本考案に係る冷却装置の流量分布の測定結果を
示すグラフである。

【図６】本考案に係る冷却装置と従来の冷却装置とのＯ
ＦＦ時の応答性を比較したグラフである。

【図７】従来の冷却装置の正面図である。

【図８】従来の冷却装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１：整流板 ２：分圧ヘッダ ３：下部ヘッダ ４：通水管 ５：パイプノズル ６：ノズル入口 ７：細孔 ８：ギア ９：ギア １０：フランジ板 １１：ゴムリング １２：均圧ヘッダ １３：パイプノズル １４：ヘッダ １５：整流板管 １６：整流孔 １７：隔壁

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 給水管に接続されかつ長手方向に所定の
   間隔で上部に通水管を接続した下部ヘッダと、下部にお
   いて該通水管に接続されかつその最頂部においてスリッ
   ト状の冷却水出口を有する均圧ヘッダと、長手方向に所
   定の間隔で曲管ノズルが列設されかつ下部において該均
   圧ヘッダ出口に接続された分圧ヘッダと、円弧状の断面
   を有しかつ複数列の長手方向に所定の間隔及び孔径分布
   を有する細孔群を設けかつ該均圧ヘッダ内に長手方向軸
   回りに回転自在に取付けられた整流板により構成されて
   いることを特徴とする高温鋼材の冷却装置。 【０００１】