JPH11197733A - 鋼板の冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼板の冷却において、冷却水供給停止指令を
出してから冷却水の供給が実際に停止するまでの時間を
短くし、ノズル出口からの不必要な冷却水の注出を回避
し、長期間使用しても、ノズル出口からの冷却水の漏れ
がなく冷却ムラを防止する。 【解決手段】 鋼板近傍に配置され、冷却水供給源に冷
却水供給管３を介して接続されたノズルヘッダ１と、冷
却水供給管３に設けられた冷却水供給制御手段４と、ノ
ズルヘッダ１に取付けられたスリットノズル２とからな
り、ノズルヘッダ１は、圧縮ガス供給源に圧縮ガス供給
管５を介して接続され、圧縮ガス供給管５には、圧縮ガ
ス供給制御手段６が設けられた冷却装置を使用し、冷却
水供給制御手段を４を開、圧縮ガス供給制御手段６を閉
とすることにより、スリットノズル２から冷却水を鋼板
表面上に噴射して鋼板を冷却し、冷却水の噴射を停止す
るときには、冷却水供給制御手段５を閉、圧縮ガス供給
制御手段６を開とすることにより、ノズルヘッダ１内に
一定時間圧縮ガスを供給しヘッダ１内に残存する冷却水
をスリットノズル２から排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、熱間圧延された
高温の鋼板、特に、厚鋼板を冷却するための方法および
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延された高温の厚鋼板の冷却にお
いて、近年の材質制御の要求の観点から、大量の冷却水
を用いて鋼板をオンラインで焼入れ処理する、所謂、
「ＤＱプロセス」等の急冷却が求められている。

【０００３】一般に、圧延直後の鋼板を冷却装置に通板
して冷却を行う際、冷却装置の入側での鋼板の長手方向
の温度分布は、図２に示す通りであり、鋼板の最高温度
は、その先端部付近における約８４０°Ｃであり、一
方、鋼板の最低温度は、その後端部付近における約７７
０°Ｃである。このような実情に鑑み、鋼板の均一な材
質を得るためには、冷却停止温度を鋼板内で均一にする
ことが重要であるが、そのためには、冷却中に、冷却装
置入側での温度差を打ち消すように、冷却を鋼板の長手
方向に制御する必要がある。

【０００４】この問題に関しては、通常、冷却装置の流
量を変化させることによって、冷却能力を変更する方法
が採用されているが、特に、鋼板の先端や後端の温度の
降下が著しい部分では、冷却ノズルからの冷却水の供給
を停止して、冷却を制御する必要がある。

【０００５】このような冷却の制御に関しては、冷却装
置の応答性に優れたオンオフ特性が重要であり、即ち、
冷却水供給指令を出してから、冷却水が鋼板に実際に供
給されるまでの時間、および、冷却水供給停止指令を出
してから、鋼板上への冷却水の供給が実際に停止するま
での時間が非常に短くなければならない。

【０００６】上述した応答性に優れたオンオフ特性を有
する、鋼板の冷却装置に関して、特公昭５８−５７３０
号公報は、ヘッダ内への冷却水の供給の停止を行うと同
時に、ノズル出口に柱状の回転体を設け、これを回転さ
せることによって、水槽から供給される冷却水を遮断し
て、ノズル出口からの不必要な冷却水の注出を回避し、
もって、オンオフ特性を改善する方法を開示している
（以下、「先行技術１」という）。

【０００７】また、特公昭５７−３７３６号公報は、ス
リットノズルに冷却水を供給する水槽の内部において、
冷却水の供給を遮断する方法を開示している（以下、
「先行技術２」という）。

【０００８】また、特公昭６３−９８８７号公報は、ス
リットノズルの下流側部分に可動枠を設けると共に、ノ
ズル出口にこれを遮蔽可能な遮蔽蓋を設けることによっ
て、ノズル出口からの不必要な冷却水の注出を回避し、
もって、オンオフ特性を改善する方法を開示している
（以下、「先行技術３」という）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先行技
術１および２におけるように、スリットノズルの出口や
水槽内部で冷却水を遮断する方法では、長期間にわたる
ノズルの使用によって、冷却水の遮蔽をもたらすシール
部分が損傷し、シールが不完全になって、適切な遮蔽効
果が得られなくなる。また、特に、厚鋼板のように、板
幅が５ｍにもおよぶ幅広のスリットノズルでは、遮蔽機
構が構造的に難しく、実用的ではない。

【００１０】また、先行技術３におけるように、スリッ
トノズルの出口に開閉可能な蓋を設ける方法において
は、開閉のための機構が複雑になり、その結果、設備費
用の高騰化を招くという問題を有していた。しかも、こ
の先行技術３の方法を適用しても、長期間の使用による
シール部からの水漏れを回避することはできず、冷却ム
ラの原因となっていた。

【００１１】従って、この発明の目的は、応答性に優れ
たオンオフ特性を有し、特に、冷却水供給停止指令を出
してから、鋼板上への冷却水の供給が実際に停止するま
での時間を極めて短くし、ノズル出口からの不必要な冷
却水の注出を回避し、しかも、長期間使用しても、ノズ
ル出口からの冷却水の漏れがなく、冷却ムラを防止する
ことが可能な、鋼板の冷却装置および冷却方法を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
は、鋼板の近傍に配置され、冷却水供給源に冷却水供給
管を介して接続されたノズルヘッダと、前記冷却水供給
管に設けられた冷却水供給制御手段と、前記ノズルヘッ
ダに取り付けられた、前記鋼板の板幅方向に伸びるノズ
ル出口を有するスリットノズルとからなる鋼板の冷却装
置において、前記ノズルヘッダは、圧縮ガス供給源に圧
縮ガス供給管を介して接続され、そして、前記圧縮ガス
供給管には、圧縮ガス供給制御手段が設けられているこ
とに特徴を有するものである。

【００１３】請求項２に記載した発明は、請求項１に記
載した装置を使用し、前記冷却水供給制御手段を開と
し、前記圧縮ガス供給制御手段を閉とすることにより、
前記冷却水供給管を通りスリットノズルから冷却水を鋼
板の表面上に噴射して鋼板を冷却し、鋼板表面上への冷
却水の噴射を停止するときには、前記冷却水供給制御手
段を閉とし、そして、前記圧縮ガス供給制御手段を開と
することによって、前記圧縮ガス供給管からノズルヘッ
ダ内に一定時間圧縮ガスを供給し、前記ノズルヘッダ内
に残存する冷却水を前記スリットノズルから排出した
後、前記圧縮ガスの供給を止めることに特徴を有するも
のである。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施態様の鋼板
の冷却装置を、図１を参照しながら以下に詳細に説明す
る。図１は、この発明の実施態様の鋼板の冷却装置を示
す概略説明図である。

【００１５】この発明の実施態様の鋼板の冷却装置Ａ
は、図１に示すように、ノズルヘッダ１と、スリットノ
ズル２と、冷却水供給制御手段４とからなる基本構造を
有している。

【００１６】ノズルヘッダ１は、両端が閉塞された円筒
形状に形成されており、鋼板９の板幅と実質的に同一の
長さを有している。このノズルヘッダ１は、複数対のロ
ール８間を通過する鋼板９の表面から上方に所定間隔を
あけて、鋼板９の板幅方向に沿って配置されている。上
述したノズルヘッダ１の上部は、冷却水供給管３を介し
て冷却水供給源（図示せず）に接続されている。

【００１７】スリットノズル２は、鋼板９の板幅と実質
的に同一の長さを有しており、スリット状のノズル出口
２ａが、鋼板９の板幅方向と実質的に平行になるよう
に、ノズルヘッダ１の下部に取り付けられている。

【００１８】冷却水供給制御手段４は、電気信号によっ
て開閉動作を行う制御機構（図示せず）を備えた制御
弁、例えば、電磁弁からなっており、上述した冷却水供
給管３に設けられている。従って、冷却水供給制御手段
４（例えば、電磁弁）の制御機構（例えば、ソレノイド
コイル）に電気信号を送り、これを開放すれば、冷却水
供給源からの冷却水が、冷却水供給管３を通ってノズル
ヘッダ１を経由し、均一な圧力でスリットノズル２のノ
ズル出口２ａから噴出し、これによって、鋼板の表面全
体が冷却される。勿論、冷却水供給制御手段４の制御機
構に電気信号を送り、これを閉じれば、ノズルヘッダ１
内への冷却水の供給は遮断される。

【００１９】この発明の鋼板の冷却装置Ａは、上述した
基本構造に加えて、圧縮ガス供給管５および圧縮ガス供
給制御手段６を備えている。圧縮ガス供給管５は、上述
したノズルヘッダ１の上方寄りの側部を、圧縮ガス供給
源（図示せず）に接続している。ここにおいて使用され
る圧縮ガスの成分は任意であり、例えば、安価な空気が
使用される。

【００２０】圧縮ガス供給制御手段６は、電気信号によ
って開閉動作を行う制御機構７を備えた制御弁、例えば
電磁弁からなっており、上述した圧縮ガス供給管５に設
けられている。冷却水供給制御手段４が閉になったとき
には、圧縮ガス供給制御手段６は速やかに開になって、
圧縮ガスを、ある一定時間ノズルヘッダ１に供給した
後、圧縮ガス供給制御手段６は閉になる。

【００２１】次に、上述したこの発明の装置を使用する
鋼板の冷却方法について説明する。鋼板の冷却を行うた
めに、鋼板の表面上に冷却水を供給する場合には、先
ず、冷却水供給制御手段４の制御機構（図示せず）に電
気信号を送って、冷却水供給制御手段４を開放する。こ
のとき、圧縮ガス供給制御手段６は閉じられている。従
って、冷却水供給源からの冷却水は、冷却水供給管３を
通り、ノズルヘッダ１を経由し、均一な圧力でスリット
ノズル２のノズル出口２ａから噴出する。これによっ
て、鋼板の表面全体は冷却される。

【００２２】鋼板の冷却を制御するために、鋼板表面上
への冷却水の供給を停止する場合には、冷却水供給制御
手段４の制御機構（図示せず）に電気信号を送ってこれ
を閉じる。冷却水供給制御手段４が閉じられた際には圧
縮ガス供給制御手段６は開になって、圧縮ガスが一定時
間ノズルヘッダ１内に供給される。

【００２３】このようにして供給された圧縮ガスによっ
て、ノズルヘッダ１内に残存する冷却水は、スリットノ
ズル２から極めて短時間の間に外部に排出される。一定
時間圧縮ガスが供給され、ノズルヘッダ１内からの残存
冷却水の排出が終わった後は、圧縮ガス供給制御手段６
は閉になり、その後は、ノズル出口２ａからの冷却水の
漏れはなくなる。一定時間、圧縮ガスが供給された後
は、圧縮ガス供給制御手段６は閉になり、圧縮ガスの供
給が停止されるので、圧縮ガスの供給量は少なく経済的
である。このように、本発明によれば、鋼板に対する冷
却水の供給および停止に、応答性の優れたオンオフ特性
が得られる。

【００２４】

【実施例】次に、この発明を、実施例により比較例と対
比しながら更に詳細に説明する。図３に示すように、各
対間のピッチが１０００ｍｍに保持された１０対のロー
ル８間を搬送される圧延後の厚鋼板を冷却するための装
置を複数基準備した。即ち、複数対のロール８の各対間
に、両端が閉塞された円筒形状のノズルヘッダ１を、そ
の軸線方向がロール８の軸線方向と平行になるように、
鋼板の上面から上方に所定間隔をあけて配置した。

【００２５】次いで、冷却水供給制御手段４として、１
つの入口ポートおよび３つの出口ポートを有する電磁弁
を使用し、その入口ポートを冷却水供給源（図示せず）
に接続し、３つの出口ポートを、３本の冷却水供給管３
を介して上述したノズルヘッダ１に接続した。

【００２６】スリットノズル２は、上述したノズルヘッ
ダ１にその長さ全長に亘って形成されていた。ノズルヘ
ッダ１の長さおよび内径、スリットノズル２のノズル出
口２ａの長辺および短辺の長さ、並びに、そこから供給
される冷却水の量は、以下の通りであった。 (1) ノズルヘッダ１の長さ ： ５ｍ (2) ノズルヘッダ１の内径 ： ２２０ｍｍ (3) ノズル出口２ａの長辺の長さ： ５ｍ (4) ノズル出口２ａの短辺の長さ： ５ｍｍ (5) 冷却水の量 ： １０００リットル／分 更に、上述したノズルヘッダ１の上方寄りの側部に、そ
れぞれ圧縮ガス供給制御手段６としての電気弁を備えた
３本の圧縮ガス供給管５の一端をそれぞれ接続し、各々
の他端を圧縮ガス供給源（図示せず）に接続した。この
圧縮ガス供給源から供給される圧縮ガスとして空気を使
用した。空気圧力は、０．５ＭＰａであった。

【００２７】更に、上述した１つの冷却水供給制御手段
４としての電磁弁および上述した３つの圧縮ガス供給制
御手段６としての電磁弁は、シーケンサによって、冷却
水供給制御手段４としての電磁弁が閉になると同時に、
圧縮ガス供給制御手段６としての電磁弁が一定時間開と
なるようにプログラムされている。なお、この圧縮ガス
を供給する時間は、供給された圧縮ガスの大気状態での
体積がノズルヘッダと冷却水供給管内に残存する冷却水
の体積とほぼ同じかあるいは多少多くなるように調整さ
れている。

【００２８】次いで、上述した冷却装置のオフ特性を、
下記の通り調べた。即ち、冷却水供給制御手段４として
の電磁弁を開放して、冷却水供給源からの冷却水をスリ
ットノズル２のノズル出口２ａから供給し、もって、鋼
板の冷却を行った。この状態において、圧縮ガス供給制
御手段６としての電磁弁は閉じられていた。

【００２９】次いで、冷却水供給手段としての電磁弁を
閉じた。このように冷却水供給制御手段４としての電磁
弁を閉じると、圧縮ガス供給制御手段６としての電磁弁
が自動的に３秒間開放され、圧縮ガス供給源からの圧縮
空気がノズルヘッダ１内およびスリットノズル２内に供
給され、これ等に残存する冷却水がスリットノズル２の
ノズル出口２ａから排出され、かくして、冷却水の供給
が完全に停止した。冷却水供給制御手段４としての電磁
弁を閉じてから、冷却水の供給が完全に停止するまでの
所要時間は約１．５秒と極めて短かった。このとき、圧
縮ガス供給制御手段６は３秒間開となっており、その後
これを閉じた。

【００３０】上述したように、この発明の冷却装置のオ
フ特性は、ノズルヘッダ１内およびスリットノズル２内
に残存する冷却水が、圧縮空気によって押し出されて排
出される時間によって決定され、従来の冷却装置におけ
るオフ特性よりも著しく優れていた。しかも、冷却水の
供給停止後には、スリットノズル２のノズル出口２ａか
らの冷却水垂れは全く認められなかった。

【００３１】なお、上述した実施例においては、圧縮ガ
ス供給源とノズルヘッダ１とを、電磁弁を備えた３本の
圧縮ガス供給管５によって接続したが、鋼板の板幅方向
におけるオフ特性を均一にするために、電磁弁を備えた
４本以上の圧縮ガス供給管５を使用することが望まし
い。また、圧縮ガス供給管５の内径、供給される圧縮ガ
スの圧力は、ノズルヘッダ１およびスリットノズル２の
空間の体積および要求されるオフ特性によって決定され
る。

【００３２】更に、この発明の上述した冷却装置によっ
てもたらされる冷却特性を、以下に述べる方法に従って
調べた。先ず、図３に示すように、上述したスリットノ
ズル２を備えたノズルヘッダ１と同一のものを、鋼板の
下面側にも配置した。但し、冷却水供給停止指令後にお
いても、鋼板の下面側に配置したノズルヘッダ１内に残
留する冷却水は、重力に逆らって、鋼板の裏面に供給さ
れることはないので、鋼板の下面側に配置したこのノズ
ルヘッダ１には、圧縮ガス供給制御手段を備えた圧縮ガ
ス供給管を接続しなかった。

【００３３】この発明の冷却装置を含む上述した設備を
用いて、厚鋼板をオンラインで冷却した。鋼板の寸法、
初期温度および搬送速度は、以下の通りであった。 次いで、冷却装置入側通過時の鋼板の長手方向における
温度プロファイル、即ち、冷却前の鋼板の温度プロファ
イルを温度計によって測定した。このようにして測定さ
れた冷却前の鋼板の温度プロファイルを図４に示す。図
４は、鋼板の板幅中央部の温度と鋼板の後端部からの距
離との関係を示すグラフである。図４において、上述し
た冷却前の鋼板の温度プロファイルは「(a) 冷却前」と
記されている。

【００３４】次いで、鋼板を複数の冷却装置を順次通過
させながら、後段３段において、鋼板の後端部から１．
２ｍの位置に対応する部分が通過するタイミングで、各
冷却装置の冷却水供給制御手段４としての電磁弁を順次
閉じた。これにより、後段３段に位置する冷却装置の圧
縮ガス供給制御手段６としての電磁弁が順次自動的に３
秒間開放され、圧縮ガス供給源からの圧縮空気がノズル
ヘッダ１内およびスリットノズル２内に供給され、これ
等に残存する冷却水がスリットノズル２のノズル出口２
ａから排出され、かくして、冷却水の供給が完全に停止
した。

【００３５】このような冷却を実施しながら、冷却装置
出側通過時の鋼板の長手方向における温度プロファイ
ル、即ち、冷却後の鋼板の温度プロファイルを温度計に
よって測定した。このようにして測定された冷却後の鋼
板の温度プロファイルを図４に併せて示す。図４におい
て、上述した冷却後の鋼板の温度プロファイルは「(b)
冷却後本発明」と記されている。

【００３６】図４から明らかなように、鋼板の後端部の
温度降下が、冷却装置入側で、即ち、冷却前において約
７０°Ｃであったものが、冷却装置出側で、即ち、冷却
後において約２５°Ｃに減少していた。このようにして
冷却された鋼板を、冷却床で常温まで冷却したが、反り
等の歪みは全く発生しなかった。また、鋼板の長手方向
の硬度を測定したが、特に、焼きムラはなく、均一な硬
度分布を有しており、材質のばらつきは非常に少なかっ
た。従って、材質はずれによる鋼板端部の格下げはな
く、製品歩留りは１００％であった。

【００３７】〔比較例〕上述した実施例における設備と
同一の設備を使用し、同一の条件下で、厚鋼板をオンラ
インで冷却した。但し、上述した設備に含まれたこの発
明の冷却装置において、圧縮ガス供給制御手段を常に閉
じた状態にすることによって、ノズルヘッダ内への圧縮
空気の供給を行わず、このようにしてこの発明の範囲外
の装置（以下、「比較装置」という）を使用した。

【００３８】鋼板を複数の比較装置を順次通過させなが
ら、後段３段において、鋼板の後端部から１．２ｍの位
置に対応する部分が通過するタイミングで、各比較装置
の冷却水供給制御手段としての電磁弁を順次閉じ、各比
較装置のノズルヘッダへの冷却水の供給を停止した。こ
こにおいて、圧縮ガス供給制御手段は上述したように常
に閉じた状態に維持されており、ノズルヘッダ内への圧
縮空気の供給は行われなかった。

【００３９】このような冷却を実施しながら、比較装置
出側通過時の鋼板の長手方向における温度プロファイ
ル、即ち、冷却後の鋼板の温度プロファイルを温度計に
よって測定した。このようにして測定された冷却後の鋼
板の温度プロファイルを図４に併せて示す。図４におい
て、上述した冷却後の鋼板の温度プロファイルは「(c)
冷却後比較例」と記されている。

【００４０】図４から明らかなように、比較装置におい
ては、鋼板の後端部の温度降下が、比較装置出側で、即
ち、冷却後においても依然として約７０°Ｃであり、冷
却前における温度降下と殆ど変化がなかった。これは、
冷却水の供給停止指令を出しても、冷却水の供給が実際
に停止するまでに約２０秒かかっていたため、冷却水の
供給停止指令後にも、鋼板の後端部に冷却水が落下して
いたためと考えられる。このようにして冷却された鋼板
を、冷却床で常温まで冷却したところ、反り等の歪みが
発生していた。また、鋼板の長手方向の硬度を測定した
ところ、焼きムラによる硬度の高い部分が存在してお
り、材質のばらつきが大きかった。その結果、材質はず
れによる鋼板端部の格落ちが０．５６ｍであり、製品歩
留りは９７％であった。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、冷却水供給停止指令を出してから、鋼板上への冷却
水の供給が実際に停止するまでの時間を極めて短くし、
ノズル出口からの不必要な冷却水の注出を回避し、もっ
て、鋼板の冷却の制御性を大幅に改善し、その結果、鋼
板の長手方向における焼きむらに起因する材質欠陥の発
生を防止し、材質はずれを少なくして、製品歩留りを向
上することができ、しかも、長期間使用しても、ノズル
出口からの冷却水の漏れを確実に防止することができ、
かくして、有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施態様の鋼板の冷却装置を示す概
略説明図である。

【図２】圧延直後の鋼板を冷却装置に通板して冷却を行
う際の、同装置の入側での鋼板の長手方向の温度分布を
示すグラフである。

【図３】実施例において使用した、この発明の冷却装置
を含む冷却設備の概略説明図である。

【図４】鋼板板幅中央部の温度と鋼板後端部からの距離
との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

Ａ：この発明の実施態様の冷却装置 １：ノズルヘッダ ２：スリットノズル ３：冷却水供給管 ４：冷却水供給制御手段 ５：圧縮ガス供給管 ６：圧縮ガス供給制御手段 ７：制御機構 ８：ロール ９：鋼板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福岡 和也 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板の近傍に配置され、冷却水供給源に
   冷却水供給管を介して接続されたノズルヘッダと、前記
   冷却水供給管に設けられた冷却水供給制御手段と、前記
   ノズルヘッダに取り付けられた、前記鋼板の板幅方向に
   伸びるノズル出口を有するスリットノズルとからなる鋼
   板の冷却装置において、 前記ノズルヘッダは、圧縮ガス供給源に圧縮ガス供給管
   を介して接続され、そして、前記圧縮ガス供給管には、
   圧縮ガス供給制御手段が設けられていることを特徴とす
   る、鋼板の冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置を使用し、前記冷
   却水供給制御手段を開とし、前記圧縮ガス供給制御手段
   を閉とすることにより、前記冷却水供給管を通りスリッ
   トノズルから冷却水を鋼板の表面上に噴射して鋼板を冷
   却し、鋼板表面上への冷却水の噴射を停止するときに
   は、前記冷却水供給制御手段を閉とし、そして、前記圧
   縮ガス供給制御手段を開とすることによって、前記圧縮
   ガス供給管からノズルヘッダ内に一定時間圧縮ガスを供
   給し、前記ノズルヘッダ内に残存する冷却水を前記スリ
   ットノズルから排出した後、前記圧縮ガスの供給を止め
   ることを特徴とする、鋼板の冷却方法。