JPH06212279A - 高温金属板の下面冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】長期間使用しても高温金属板の幅方向および長
手方向の冷却の均一性を保つ高温金属板の下面冷却装置
を提供する 【構成】高温金属板の下面冷却装置５０の下面冷却ヘッ
ダ５１の上部に気泡を抜くための小孔５２ａを形成し、
下面冷却ヘッダ５１に冷却水が供給されている限りは、
この下面冷却ヘッダ５１内に気泡が溜まらないような構
造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば熱延鋼板の製造
プロセスで熱延鋼板の下面を冷却する際に使用される高
温金属板の下面冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属板の冷却過程では気体又は液体が冷
却材として用いられるが、高温金属板の焼入れを行う場
合には特に高い冷却能力が要求されるため、このような
場合、冷却材を水にするのが一般的である。また冷却水
の供給方法としては、例えば熱間仕上圧延後の鋼板の冷
却においては、冷却水をノズルから噴霧状又は水束（水
柱又は水膜）状にして供給する方法が一般的に用いられ
ている。

【０００３】ところで近年の熱延鋼板の製造プロセスで
は、搬送される鋼板の通板速度を上げて生産効率を高め
るために、この鋼板を冷却する冷却装置の冷却能力を向
上させることが重要な課題とされている。冷却能力を向
上させる方法としては、冷却水の量を増大させパイプ形
状のパイプノズルまたはスリット状の開口を有するスリ
ットノズルから冷却水を上述のように水束状になるよう
に鋼板に供給する方法が知られており（特公昭６１−２
４０８７号公報参照）、冷却時に鋼板の上面と下面に生
じる蒸気膜を破ってこの上面と下面に冷却水を直接衝突
させている。パイプノズルまたはスリットノズルから冷
却水を水束状にして供給する場合、比較的低い圧力を付
与することで大量にしかも安定した冷却水を鋼板に供給
できるという利点がある。搬送される鋼板の上面と下面
はそれぞれ異なる構造の冷却装置で冷却され、このうち
下面を冷却するための従来の下面冷却装置の構造を、図
面を参照して説明する。

【０００４】図４に示す下面冷却装置１０は、ヘッダ１
１の内部にノズル１２が差し込まれて形成されており、
ノズル１２は鋼板の幅方向（図４の紙面に垂直な方向）
に等ピッチで配列されている。また、図５に示す下面冷
却装置２０は、パイプノズル２１の一端がヘッダ２２に
溶接などで取り付けられて形成されている。

【０００５】ところで、熱延鋼板の製造プロセスにおい
ては熱延鋼板全体にわたって均一な材質を得ることが重
要であり、鋼板の搬送方向（以下、長手方向という。）
の冷却を均一にするための技術としては、必要冷却時間
に基づいて冷却水配管バルブをオンオフ制御し鋼板温度
を所定温度に保ちながら冷却する技術が知られている
（例えば、特開昭５５−２４７０７号公報参照）。また
鋼板の幅方向の冷却を均一にするための技術としては、
ノズルから供給される冷却水量を幅方向に均一化する技
術が知られている（例えば、実公昭６２−１７４６７号
公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す従来の下面
冷却装置１０では、冷却水をヘッダに注入する際に気泡
を含んだ冷却水がヘッダ内に注入されると、この気泡は
ヘッダ内の上部１３に蓄積される。特に図４に示す構造
の下面冷却装置１０のヘッダ１１ではヘッダ１１の内部
にノズル１２が差し込まれており気泡が容易に排出され
ないため気泡が蓄積されやすく、気泡が蓄積されると冷
却水の供給を制御する制御バルブのオンオフによる冷却
水供給の応答性が悪くなる。このように冷却水供給の応
答性が悪くなると、熱間仕上圧延後の鋼板は５〜２０ｍ
／ｓ程度の高速で冷却設備内を通過するため、長手方向
に均一な冷却ができなくなる結果、長手方向の冷却ムラ
による鋼板の材質の悪化が避けられないという問題があ
る。

【０００７】また、図４に示すように、ヘッダ１１の上
部１３に気泡が蓄積された部分が生じると、この部分が
乾燥し冷却水に含まれている油分やカルシウムなどの不
純物が固まる。この不純物の固まりが徐々に成長してく
るとヘッダ内やパイプノズル内に詰りが発生し、鋼板の
幅方向に複数配列されたパイプノズルから供給される冷
却水の量にムラが生じ、この結果鋼板の幅方向に均一な
冷却ができなくなり、幅方向の冷却ムラによる鋼板の材
質の悪化が避けられないという問題がある。

【０００８】これに対し、図５に示すように、パイプノ
ズル２１の先端をヘッダ２２に取り付けて空気が溜る箇
所をなくすという案もあるが、従来から行っている溶接
などによる取り付け方法ではパイプノズルの取り付け精
度が悪く、鋼板の幅方向でパイプノズルの向きがばらつ
き幅方向の冷却ムラが生じるなどの問題がある。また、
スリットノズルを図５のように取り付ける場合は、ノズ
ルが短かすぎて安定した膜状の流れにならず鋼板の幅方
向に均一な流れを作り出すことが困難であり、幅方向の
冷却ムラが生じ易い。

【０００９】また、図４、図５に示すいずれの構造であ
っても、冷却装置のヘッダにはそのヘッダが位置するゾ
ーンによっては数サイクルの長時間にわたって冷却水の
注入が停止されることがあり、このようにヘッダへの冷
却水の注入が長時間にわたって完全に停止すると冷却水
に含まれている不純物がヘッダ内で沈殿し、ヘッダ内の
詰りが促進され鋼板の幅方向の冷却の均一性が損なわれ
るという問題がある。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑み、長期間洗浄し
なくても高温金属板の幅方向および長手方向の冷却の均
一性を保つ高温金属板の下面冷却装置を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の高温金属板の下面冷却装置は、冷却水を柱状
又は膜状になるように高温金属板の下面に供給するノズ
ルを備えた、高温金属板の下面を冷却する高温金属板の
下面冷却装置において、（１）上記ノズルが取り付けら
れた、上部に空気抜き用の孔が形成されたヘッダ、
（２）上記ノズルから前記高温金属板への冷却水の供給
を停止している間、少量の冷却水を上記ヘッダに注入す
る注入手段、を備えたことを特徴とするものである。

【００１２】ここで、上記注入手段が、注入される前記
少量の冷却水の量と前記孔から排出される冷却水の量と
が略等しくなり、前記ヘッダ及び前記ノズルに冷却水が
満たされるように冷却水を調節する冷却水調節手段であ
ることが好ましい。また、上記孔の大きさは、空気が抜
けさえすればよいため、直径が数ｍｍ程度あれば十分で
ある。即ち、この孔の直径は３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に
あるものが好適である。孔の直径が１０ｍｍを越えると
ヘッダ内圧が下がり、ノズル内の水位が下がるので応答
性が劣る。また直径が３ｍｍ未満であると孔に詰りを発
生し易い。

【００１３】

【作用】本発明の高温金属板の下面冷却装置のヘッダの
上部には空気抜き用の孔が形成されているため、冷却水
が気泡を含んでヘッダ内に流れ込んできてもこの孔から
気泡を排出することができ、ヘッダの上部に気泡が蓄積
されない。この結果、蓄積された気泡の排出などに伴う
ロスタイムがないため、冷却水の供給を制御する制御バ
ルブのオンオフによる冷却水供給の応答性を良好に保持
でき高温金属板を長手方向に均一に冷却することができ
る。また、上述のようにヘッダの上部に気泡が蓄積され
ないためヘッダ内に乾燥部分が生じることが無く、冷却
水に含まれる不純物が固まりヘッダ内やパイプノズル内
に詰りが生じることもない。したがって高温金属板へ供
給する冷却水の幅方向の量が不均一にならず、高温金属
板の幅方向の冷却の均一性を損なうことが無い。

【００１４】また、高温金属板への冷却水の供給を停止
した間でもヘッダ内にはわずかではあるが冷却水が供給
されているため、ヘッダ内には冷却水が満たされ流れが
あり不純物が沈殿することが少くなり、設備保全性が向
上する。また、本発明の高温金属板の下面冷却装置は柱
状又は膜状の冷却水を高温金属板に供給するものである
ため、高温金属板下面に冷却水を大量にしかも安定して
供給することができ、冷却設備の能力ひいては生産効率
の向上をはかることができる。

【００１５】ここで、ノズルから高温金属板への冷却水
の供給を停止している間、ヘッダの上部に形成された孔
から排出される冷却水の量と注入手段からヘッダに注入
される少量の冷却水の量を略等しくし、ヘッダ及びノズ
ルに冷却水を満たすようにした場合は、ヘッダ内やパイ
プノズル内の詰りの防止という効果を最低量の冷却水で
得ることができる。

【００１６】

【実施例】本発明の高温金属板の下面冷却装置の一実施
例を、図面を参照して説明する。図１は本実施例の高温
金属板の下面冷却装置の概略構成を示す斜視図、図２は
図１の高温金属板の下面冷却装置の縦断面図である。ま
た、図３は図１の高温金属板の下面冷却装置を用いた熱
延鋼板の冷却装置の全体を示す模式図である。

【００１７】先ず、図３を参照して、熱間仕上圧延され
た鋼板が冷却される工程を説明する。鋼板３０は、熱間
仕上圧延機３１で加工された後コイラ３２に達するまで
の間、この鋼板３０の上下面を冷却する冷却装置４０で
冷却される。この冷却装置４０では、冷却水は、鋼板搬
送ラインに隣接した注水系元管４１からバルブ制御装置
４２によってオンオフ制御される制御バルブ４３、枝管
４４を経て上面冷却ヘッダ４５、下面冷却ヘッダ５１に
供給され、パイプノズル４７，５２から柱状になって鋼
板３０に供給される。

【００１８】次に、図１、図２を参照して、冷却装置４
０のうち、鋼板の下面を冷却する高温金属板の下面冷却
装置を説明する。高温金属板の下面冷却装置５０には、
円柱状の下面冷却ヘッダ５１とこの下面冷却ヘッダ５１
の内部に差し込まれた複数のパイプノズル５２が備えら
れており、このパイプノズル５２は鋼板３０の幅方向に
等ピッチで配列されている。また下面冷却ヘッダ５１の
側壁には、外部からの冷却水をこの下面冷却ヘッダ５１
に注入するための枝管４４が設けられている。さらにこ
の下面冷却ヘッダ５１の上部には、冷却水に含まれる気
泡を抜くための小孔５１ａが形成されており、下面冷却
ヘッダ５１に冷却水が供給されている限りは、この下面
冷却ヘッダ５１内に気泡が溜まらないような構造となっ
ている。下面冷却ヘッダ５１の内部に気泡が溜らないた
め、バルブ制御装置４２（図３参照）によって制御バル
ブ４３（図３参照）にオン信号が出されて冷却水の供給
が開始されるまでに遅れを生じない。したがって、鋼板
長手方向を均一に冷却する精度が向上する。

【００１９】空気を抜くための小孔５１ａは、下面冷却
ヘッダ５１の端部側の壁の上部に形成されているため、
空気と一緒に排出される冷却水５４は制御バルブ４３の
オンオフによらず鋼板３０に供給されることはなく、鋼
板３０の幅方向温度差を生じる外乱となることもない。
空気を完全に排出するためには、小孔５１ａは下面冷却
ヘッダ５１の最上部に設けることが望ましい。この場
合、この小孔５１ａから排出される冷却水５４を鋼板３
０の下面に供給しないように遮蔽する板などを設ける
と、冷却水５４が鋼板３０に供給されることを防止でき
る。この小孔５１ａの大きさは、空気が抜けさえすれば
よいため、直径が数ｍｍ程度あれば十分である。具体的
には、小孔５１ａの直径は３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあ
ることが好適である。なお、小孔５１ａの直径が１０ｍ
ｍを越えると下面冷却ヘッダ５１の内圧が下がり、パイ
プノズル５２内の水位が下がるので応答性が劣る。この
小孔５１ａの直径が３ｍｍ未満であると小孔５１ａに詰
りが発生し易い。

【００２０】ここで、冷却水の密度をρ、下面冷却ヘッ
ダ５１から外部に突出しているパイプノズル５２の長さ
をｈ、パイプノズル５２における圧力損失をΔＰ、小孔
５１ａからの冷却水排出速度をｖ、小孔５１ａの面積を
Ｓから下面冷却ヘッダ５１に注入される冷却水の体積流
量をＱ、重力加速度をｇとすると、 Ｑ＝Ｓ×ｖ、かつｈ＝ｖ² ／２ｇ−ΔＰ／ρｇ となるように設計することにより、最小量の冷却水で下
面冷却ヘッダ５１内に気泡を溜めず、下面冷却ヘッダ５
１内とパイプノズル５２内に冷却水を満たしておくこと
ができる。

【００２１】再び図３に戻って、制御バルブ４３の構造
を説明する。制御バルブ４３（図３参照）には、完全に
締まることがないように予めクリアランスが設けられて
おり、バルブ制御装置４２（図３参照）からオフ信号が
出されている間はごく少量の冷却水を下面冷却ヘッダ５
１に供給することができるような構造となっている。こ
のため、鋼板３０への冷却水の供給を停止している間も
下面冷却ヘッダ５１内では冷却水の流れがあるため、下
面冷却ヘッダ５１の内部が乾燥して冷却水に含まれる不
純物が固まってヘッダ内に詰りを生じることがなくな
る。このため、長期間洗浄をしなくても幅方向に均一な
冷却水量を維持することができ、幅方向均一冷却の精度
が向上し、設備保全性を向上させることができる。ま
た、上記のクリアランスに代えて、少量の冷却水が常時
流れるバイパスを形成してもよい。

【００２２】なお、本実施例の高温金属板の下面冷却装
置では柱状冷却水で熱延鋼板下面を冷却する設備として
示したが、本発明はこれに限るものではなく、膜状冷却
水で冷却する設備に用いても良いし、他の金属板の冷却
設備に用いてもよい。また、本実施例では冷却水が下面
冷却ヘッダの一方のみから供給される場合を示したが、
複数の冷却水注入路をもつ下面冷却ヘッダに小孔を設け
たものであってもよい。小孔の数は１つに限らず複数設
けてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の高温金属板
の下面冷却装置は、ヘッダ内に注入され気泡を排出し内
部に気泡が溜まらない構造になっており、制御バルブの
オンオフに対する応答性が優れ、また長期間洗浄しない
で使用してもヘッダ内の詰りが少ないため、長期間使用
されても高温金属板の幅方向および長手方向の冷却の均
一性を保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の高温金属板の下面冷却装置
の概略構成を示す斜視図である。

【図２】図１の高温金属板の下面冷却装置の縦断面図で
ある。

【図３】図１の高温金属板の下面冷却装置を用いた熱延
鋼板の冷却装置の全体を示す模式図である。

【図４】従来の下面冷却装置を示す概略構成図である。

【図５】従来の下面冷却装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

３０ 鋼板 ４３ 制御バルブ ５０ 高温金属板の下面冷却装置 ５１ 下面冷却ヘッダ ５１ａ 小孔 ５２ パイプノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 和夫 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 桑子 浩 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社千葉製鉄所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却水を柱状又は膜状になるように高温
   金属板の下面に供給するノズルを備えた、高温金属板の
   下面を冷却する高温金属板の下面冷却装置において、 前記ノズルが取り付けられた、上部に空気抜き用の孔が
   形成されたヘッダと、 前記ノズルから前記高温金属板への冷却水の供給を停止
   している間、少量の冷却水を前記ヘッダに注入する注入
   手段を備えたことを特徴とする高温金属板の下面冷却装
   置。
2. 【請求項２】 前記注入手段が、注入される前記少量の
   冷却水の量と前記孔から排出される冷却水の量とが略等
   しくなり、前記ヘッダ及び前記ノズルに冷却水が満たさ
   れるように冷却水を調節する冷却水調節手段であること
   を特徴とする請求項１記載の高温金属板の下面冷却装
   置。