JPH0810432Y2 - 高温鋼板の下面冷却装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この考案は、熱間圧延直後の高温鋼板や熱処理のため
に加熱された高温鋼板の下面を効率良く冷却する装置に
関する。

〈従来技術とその課題〉 現在、鋼板の熱間圧延プロセスでは、第２図に示すよ
うに、仕上圧延機１を出た高温鋼板２を多数のローラ３
が一定ピッチで配設されたランアウトテーブル４上へ送
り出し、このランアウトテーブル上を走行通過中に上部
冷却ノズル群５と下部冷却ノズル群６から噴射された冷
却水により所定の温度まで冷却してから、ダウンコイラ
ー７に巻き取る手法が一般に採用されている。また、鋼
板の高温熱処理に際しても同様の冷却手法が採用される
が、何れも、鋼板上面を冷却する上部冷却ノズルとして
は第３図に示されるようなラミナーノズルを、そして鋼
板下面を冷却する下部冷却ノズルとしては第４図に示さ
れるようなフラットスプレーノズルを用いるのが一般的
である。なお、第３図において、符号８はラミナーノズ
ルを、９は冷却ヘッダーを、そして10は冷却水流をそれ
ぞれ示している。

この場合、鋼板上面に噴射された冷却水は鋼板に衝突
した後もその上面に沿って流れるので効率的な２次的冷
却がなされるのに対し、鋼板下面側では鋼板に衝突した
後の冷却水がその下面を伝った流れを形成することは殆
んどなく、このために生じる“鋼板上下面における冷却
能力のアンバランス”が従来から大きな問題となってい
た。

そこで、このような問題の解消を目指した多くの提案
がなされたが、その代表的なものの一つに、第５図（第
５図（ａ）は要部平面図、第５図（ｂ）は要部正面図）
で示したような上面に柱状水ノズル11を多数配設した冷
却ヘッダー12を用いて高温鋼板の下面を冷却する方法が
ある（特開昭62−259610号）。

しかし、上記第５図に示した方法では、冷却面積の拡
大と言う面からすればこれまでの方法より有利であるも
のの、やはり次のような問題点が指摘された。

即ち、鋼板下面に衝突した後の冷却水は下面を伝った
流れを形成するようになるけれども、鋼板の表面温度が
700°以上の高温域にある場合には、固液接触界面に蒸
気膜が発生するため鋼板下面に沿った冷却水は該蒸気膜
に遮られて鋼板表面から離れ易い状態で流れることとな
る。そのため、流水部での冷却能力は上面ほど大きくは
なく、下面全体としての冷却能力の向上効果は単に“ノ
ズルからの冷却水が衝突する面の面積が拡大した分”の
みに止まるもので、従来からの課題を十分に解決するも
のとは言えなかったのである。

このようなことから、本考案が目的としたのは、冷却
対象鋼板の表面温度が例え700℃以上の高温であったと
しても下面からの効率の良い冷却を行うことができ、鋼
板上下面における冷却能力のアンバランスを十分に解消
し得る“高温鋼板の下面冷却装置”を提供することであ
った。

〈課題を解決するための手段〉 本考案者は、上記目的を達成すべく様々な観点に立っ
て研究を重ねた結果、以下に示すような事項が明らかと
なった。即ち、 （ａ）高温鋼板下面の冷却能力を向上させるためには、
単に冷却水が鋼板面に沿って流れる部分の面積を大きく
するだけではなく、冷却水の噴流が鋼板に直接衝突する
面の面積を増大させる必要があること。

第６図は鋼板の表面温度と冷却水からの熱伝達率割合
（流水部／衝突面）の関係を示すグラフであるが、この
第６図からも、鋼板表面温度が高くなるほど熱伝達率が
小さくなり（特に700℃以上の鋼板の下面冷却でこの傾
向が著しい）、これを大きくするには冷却水の衝突面積
を大きくする必要のあることが分かる。

（ｂ）冷却水と鋼板の直接衝突面積を大きくするノズル
としては、フラットノズルや柱状水ノズルよりも第７図
に示したフルコーンノズルの方が適しており、またフル
コーンノズルであれば0.2〜0.6kg/cm²の低圧下でも良好
な液滴化が可能であること。

（ｃ）フルコーンノズルを使用した高温鋼板下面の冷却
において十分な冷却能を引き出すには、該ノズルの噴射
角度を所定範囲に規制すると共に、ノズル吐出口先端の
位置を出来るだけ鋼板下面に近付けることが必要である
こと。

本考案は、上記知見事項等を基に完成されたものであ
り、 「ローラテーブル上を走行する高温鋼板の下面を冷却
する装置を、第１図（第１図（ａ）は要部正面図、第１
図（ｂ）は要部平面図）に例示したように、鋼板下面に
対向する噴射角:70〜120°のフルコーン型ノズル13が複
数取付けられた冷却ヘッダー14をローラテーブルのロー
ラ3,3間に配置すると共に、そのノズル13の吐出口先端1
3a位置を前記ローラ３の軸芯又はそれよりも鋼板下面に
近い位置に設定して構成した点」 に大きな特徴を有している。

〈作用〉 本考案に係る高温鋼板の下面冷却装置では、ノズル13
のスプレー形状としてフルコーン型を採用し、かつノズ
ル13の吐出口先端13aの位置をスプレー冷却水がローラ
３の表面と衝突しない範囲でローラ径の軸芯又はそれよ
りも上方（鋼板下面に近い位置）の範囲に配置したた
め、冷却水と鋼板の直接衝突面積を最大限に大きくで
き、高い冷却能が確保される。しかも、前記ノズル13の
噴射角度を70〜120°に調整したことにより、フルコー
ン型ノズル13の冷却能力を最大限活かすことが可能とな
り、これらの手立てによって従来にない極めて高い冷却
能の確保が可能となる。これは、フルコーン型ノズル13
は、その噴射角が70°より小さくなると円錐状スプレー
外側周辺の液滴の反発が大きくなり、逆に120°より大
きくなると中心部の液滴が粗になってどちらも冷却能力
の低下を引き起こすことを見出した成果によるものであ
る。

即ち、第８図はフルコーン型ノズルの噴射角と高温鋼
板下面の冷却能力の関係を示したグラフであるが、この
第８図からも、前記噴射角を70〜120°とすることによ
って高い冷却能を確保できることが分かる。

ところで、本考案に係る冷却装置において、より好ま
しくは、冷却ヘッダー14上におけるフルコーン型ノズル
13の板幅方向への取付けピッチを鋼板への冷却水衝突面
直径の1/4〜1/8の範囲（ノズルのラップ率:4〜８の範
囲）に設定するのが良い。取付けピッチを上記範囲とす
ることによって、低圧下でも水スプレー空間内の液滴存
在割合が大幅に大きくなると共に、その存在が空間的に
より均一化するため、上面冷却（ラミナー冷却）とほぼ
同等の冷却能力が700℃以上の高温域でも安定して実現
できるようになる。

なお、第９図はノズルのラップ率と熱伝達率割合の関
係を示したグラフであるが、ラップ率を４以上とするこ
とにより冷却能力が著しく向上することが分かる。

また、第10図は、後述する実施例の結果を基に得られ
た“高温鋼板下面の冷却手法と熱伝達率との関係”を示
すグラフであるが、本考案に係る冷却装置を使用した場
合でかつ前記ラップ率を４以上とした場合には、その熱
伝達率は本考案に係る効果のうちの最も“上面ラミナー
冷却”側となり、殆んど上面冷却と等しい冷却能力を確
保できることが明らかである。

上述のように、本考案に係る冷却装置は非常に優れた
冷却能力を有するものであり、同様構成の冷却装置は鋼
板下面のみの冷却だけでなく、要すれば上面をも均一に
冷却することもできる。しかし、薄鋼板の場合では鋼板
がはねたりして設備を破壊する恐れがあるため、上面冷
却に適用する場合は厚肉のスラブ等のようにはねたりす
る危険性のないものに限るのが好ましい。

続いて、本考案の効果を実施例によって更に具体的に
説明する。

〈実施例〉 以下、本考案を、第１図，第２図に示す実施例に基づ
いて説明する。

ローラピッチ:400mm,ローラ径:300mmのローラテーブ
ルの下部に前記第１図に示したタイプの下面冷却装置を
配置して高温鋼板（表面温度700〜900℃）の冷却試験を
行った。なお、第１図においては鋼板上面冷却ノズル
（ラミナー冷却ノズル）の図示が省略されていることは
言うまでもない。

ここで、フルコーン型ノズル13のノズル吐出口先端4a
位置は、高温鋼板２により破損されないように鋼板下面
から130mm離れた位置とした。なお、フルコーン型ノズ
ル13は噴射角:90°のものを使用し、噴射圧力は0.06〜
0.02MPaに調整した（この場合のスプレー冷却水がロー
ラ３の表面と衝突しない角度は92°以下であり、冷却水
の鋼板衝突面の直径は260mmであった）。

また、板幅方向のノズル取付けピッチは、65.0〜32,5
mmの範囲で種々種々変更して試験した。

この冷却試験によって確認された冷却能力を、“上面
ラミナー冷却での冷却能力”並びに“従来手段（特開昭
62−259610号に係る手段）での冷却能力”と比較して前
記第10図に示した。

第10図に示された結果からも明らかなように、本考案
に係る装置を適用した場合には、大気圧以下の低圧下で
あっても上面冷却なみの冷却能力が700℃以上の高温域
で得られることが確認できた（なお、本考案に係る試験
結果で得られた最も上面ラミナー冷却に近い値は、板幅
方向のノズルピッチを50mmとした場合のものである）。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、本考案によれば、大気圧以下の
低圧下で広い冷却面積と高い冷却効率を達成できる高温
鋼板の下面冷却装置が提供され、例えば700℃以上の高
温域での冷却能力を上面冷却なみに引き上げることが容
易に可能となって冷却能のアンバランス是正が実現でき
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、本考案に係る冷却装置例の概要説明図であ
り、第１図（ａ）はその要部正面図を、第１図（ｂ）は
要部平面図をそれぞれ示している。 第２図は、熱間圧延プロセスにおけるホットラン冷却の
概要説明図である。 第３図は、パイプラミナーノズルの概要図である。 第４図は、フラットノズルの説明図である。 第５図は、従来の高温鋼板下面冷却装置の概要説明図で
あり、第５図（ａ）はその要部平面図を、第５図（ｂ）
は要部正面図をそれぞれ示している。 第６図は、冷却域での熱伝達率割合を示したグラフであ
る。 第７図は、フルコーン型水スプレーノズルの説明図であ
る。 第８図、ノズル噴射角と冷却能力の関係を示すグラフで
ある。 第９図は、ラップ率と熱伝達割合との関係を示すグラフ
である。 第10図は、水量密度及び高温鋼板下面の冷却手法と熱伝
達率との関係を示すグラフである。 図面において、 １……仕上圧延機,2……高温鋼板,3……ローラ,4……ラ
ンアウトテーブル,5……上部冷却ノズル群,6……下部冷
却ノズル群,7……ダウンコイラー,8……ラミナーノズ
ル,9,12,14……冷却ヘッダー,10……冷却水流,11……柱
状水ノズル,13……フルコー型ノズル,13a……ノズル吐
出口先端。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ローラテーブル上を走行する高温鋼板の下
   面を冷却する装置であって、鋼板下面に対向する噴射
   角:70〜120°のフルコーン型ノズルが複数取付けられた
   冷却ヘッダーをローラテーブルのローラ間に配置すると
   共に、そのノズルの吐出口先端位置を前記ローラの軸芯
   又はそれよりも鋼板下面に近い位置に設定して成ること
   を特徴とする、高温鋼板の下面冷却装置。