JPS5871339A - 帯状鋼板の冷却方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、連続的に移送される加熱された帯状鋼板の冷
却方法及び装置に関するものである。

従来、焼鈍後のステンレス鋼板を常温まで冷却する装置
あるいは炭素鋼その他の帯状鋼板を加熱した後、笥、冷
する手段として第１図に示すように加熱された鋼板を水
に直接浸けて冷却するものがある。第１図において、（
１）が帯状鋼板で同帯状鋼板ｉｌｌは加熱炉（２）によ
り加熱されて、加熱炉（２）から出た後、冷却水タンク
（３）に導びかれ、その中に満たされている冷却水１４
１に＆して直接冷却されるようになっている。＋６＋は
デフレクタロールである。

前記のように加熱された帯状鋼板（１）を冷却水（４１
に直接浸けると、板幅方向の不均一な冷却に起因して「
しわ」　「折れ」等が発生する。次にその原因を説明す
る。

一般に加熱された銅板を水に直接浸けると、その冷却曲
線が第２図のようになる。第２図において、Ａ−８間は
安定した蒸気膜が形成されている膜Ｓ線領域、Ｂ−０間
は核沸騰領域である。この核沸騰現象は、−板の表面温
度が４００℃＠度で始まるとされている。ところでこの
核沸騰を誘発する要因は板のｍｌが一番であるが、その
他鋼板の一＆面疵やスケール、汚れｅＫよっても誘発さ
れる。これらの表面疵等は一板の幅方向に対して均一に
分布していないので、第３図に不すように、核沸騰の開
始点は、板幅方向に対して不均一となる。また冷却水の
流動状態も核沸騰を不均一にする要因である。例えば、
ｍｅの輻方向の２点のａ点、ｂ点を比較すると、ａ、ｂ
点の何れでも安定した蒸気膜のある間（例えばτ１）は
、互の温度差Δ１　、　／が非常に小さいが、前記の要
因により、ａ点で先に核沸騰が始まると、τ２では互の
間に２００℃〜６００℃の温度差Δｔ１ｔ！１：生じ「
しわ」［折ｔ１．−Ｊ従来、冷延薄鋼板を特定温度の水
性浴中に浸漬して冷却するに当り、沸騰水性浴の熱的不
均一性を解消し、冷却速度を増大させて処・埋時間を短
縮する手段として％開昭５３−１３７０２０号公報に記
載のものが知られている。この方法は、冷延薄鋼板をそ
の再結晶温度に加熱した抜、７５℃より高い温度、でき
れば８０℃ないし１５０℃に維持した水性浴に浸漬する
ことにより連続した２段階で冷却するが、第１段階では
水性浴による薄板の冷却速度を２５℃／抄ないし１８０
　’Ｃ／秒として、薄板を２００Ｌないし４２５℃に冷
却し、かつ℃／抄で表わす冷却速度（■とミリメートル
で表わす厚さ（ｅ）との積を２５より大きな値〔すなわ
ち（Ｖｘｅ）ｌ＞２５１、できハ、ば６５より大きな値
〔即ち（ＶＸｅ）ｌ＞３５１に維持し、第２段階では水
性浴による薄板の冷却速度を９０℃／秒ないしｓｏｏ℃
／秒、できれば１５０℃／秒ないし４５０℃／秒とし、
かつ℃／抄で表わす冷却速＆（Ｖｌと＜’）メートルで
表わす厚さくｅ）との積を７５以上の値〔即ち（ＶＸｅ
）２＞７５１、できれば９５以上の値〔即ち（Ｖｘｅ）
＞９５１に維持することを特徴とする冷延薄鋼板の連続
熱処理法であって、前記公報には、水性浴の温度が４０
℃〜６０℃であれば板の暢に沿って破断荷重に大きなバ
ラツキをパすが、上記のように８０〜９８℃にすれば、
このバラツキが次第に減少し、′Ｃ行くという事が記載
されている。

ところで、その発明は、前記第１段階の熱水浸漬によっ
て冷却した薄板を焼戻しく再熱）した後、別に設けた熱
水に第２１！階の浸漬を行い前記冷却とは速度の異なる
冷却を行って炭素を析出（過時効）せしめるもののよう
である。しかし何れにしても前記のような冷却速度、峙
に第２段階の冷却では前述のような板幅方向の不均一性
に基く板幅方向の温度差（第３図のΔ１１）が、相当大
きくて厚さが１−以下の＃板で（工「しわ」その他の変
形が発生することは避けられない。このような４＆の熱
水浸漬による冷却速度の実態については実験例によって
後述するが、一般に鋼板の温度が１５０℃〜２００℃以
下でなければ、薄−板を水中に浸漬冷却した際、板幅方
向に１しわ」その他の変形の発生が避けられないことは
周知である。

！！に板厚１．　Ｏｙｍ以下の薄い鋼ストリップを形状
よく冷却する方法及び装置として特公昭４９−４６０７
号公報に記載のものが知られている。この方法及び装置
のうち、方法は、ス）　ＩＪツブ面に対して配蟹した板
状噴流噴出機構において、該板状冷却水噴流を多段に形
成せしめ、しかもその水温を６０℃以下となし、０．１
Ｋｔ／儒２以上のボックス内水圧で噴射させることを特
徴とするもの、装置は、冷却水を噴射するスプレーボッ
クスをストリップの両側に対設し、前記スプレーボック
スに板状噴流を形成するスリットを多段に形成したこと
を特徴とするもので、この発明によれば、ストリップが
一般に膜沸騰の下限とされている４００℃以下に冷却さ
れるまでストリップをストリップの幅方向において均一
に冷却し、それＫよってストリップの形状を良好に保つ
ことができて、前述の加温水２ｍによる冷却手段よりは
優れているが、冷却水の温度が６０℃以下であるため、
鋼板の冷却初期からかなりの冷却速度で急冷するもので
ある。前記発明では、ストリップを７００〜８００℃の
高温より４５０℃以下に５００℃／ａｅｃ　〜３００’
Ｃ／ｓｅａの速度で冷却する必要のあるシェルフ処理に
利用するならば、その効果が著しいとされているが、本
願の明細書に彼達しているラミナーフロー冷却による実
験にて明らかなように、６５℃以下の冷却水による初期
冷却速度は相当速くて、前述のように一板の幅方向に相
当な温度差が生ずるため板ＫｒＬわ」　「折れ」等の発
生することが多かった。

さらに、前記公報に記載の発明は、その噴射圧力が０．
１　ｈ／ｙｒ２以上であり、α１８呻／備２〜０．７２
Ｖ４／ｃＩｎ２の実施例を示し、最通条件はボックス内
水圧０．６６　Ｋ１７ｃｍ２であるとされているが、そ
の公報にに２載（第２貝４欄〜第６貝５欄）のように、
噴射冷却では幅方向に一様な強さを持つ板状噴流が安定
して噴射し得ることが必須普件であり、噴流がストリッ
プに衝突した佐、ストリップの表面を流れることにより
不均一な蒸気膜が生じ不為−な冷却が起り、これを防ぐ
ためにストリップの進行方向に狭い間隔で板状噴流を形
成する必要や、ヘッダー内にそらせ板を傾斜させて設は
流れを迂回せしめて、ス）　ＩＪツブの輪方向に均一な
流れとして噴射させるとともに、各噴流の強さを一様に
する必要かあるとなっている。

さらにまた、スリットの間隔、間隙、方向を任意に選択
できるようなノズル板の狩妹な構造や、ヘッダー内の水
圧を歪ゲージ式圧力変ｌＩ８器で一計測し、その常用圧
を所定の値に設定せしめるような複雑な噴水機構を用い
、しかも、ス）　ＩＪツブの形状を史に良好にするため
には最上部のスリットを下向きＫＬ−ｊｊ流がス）　Ｉ
Ｊッゾに衝突した後、上方に跳ね上るのを抑制する必要
があるとなっている。

前記の板状噴流を多段に形成せしめた水噴射式冷却子ｌ
Ｉ！については、その公報に記載のようにその構造が極
めて複雑であり、そらせ板やノズル板の設計、調整及び
水圧の抑制が困難であると共ｋ。

ＩＪ！に、このような冷却手段では、高温の鋼ス）　Ｉ
Ｊタッグ冷却水を噴射して急冷するためにストリップの
圧延直角方向に極度の湾曲（Ｇ反り）が生じる。

前記の特公昭４９−４６０７号公報の発明は、その発明
を実施した際に１スプレーボツクスの下側（出側）でス
トリップが少なくとも４００℃以下に冷却されているの
で、かなりの熱収縮を起しており、この熱収縮により上
部の未冷却部のス）　ＩＪツブの幅方向に圧縮応力が生
じ、この応力を緩和するため、ストリップの圧延直角方
向に「反り」を生じる。そこで、その発明者は特公昭５
６−４７３２８号公報の発明によって前記の「反り」防
止方法を開発している。この事実を見ても板状多段噴流
によるストリップの急冷では「Ｃ反りＪが避けられない
ことが明らかである。

本発明は、従来の帯状鋼板の冷却における前記したよう
な問題点に対処するものであって、垂直方向に連続的に
移送されるカロ熱された帯状鋼板の両面全域に、８０〜
１００℃の冷却水による薄い水膜流を同時に形成せしめ
つつ自然流下させて、鋼板を緩やかに冷却して４００℃
よりもかなり低湿まで鋼板表面に安定した膜沸＃塊象を
継続せしめたのち、部分的に核沸ａ現象に移る前にて、
鋼板の板方向の各点を同時に前記冷却水と同等あるいは
低湿の冷却水にて冷却することによりＭｇＩ２を一挙に
核沸連にｆ換せしめ急冷することを特徴とする帯状鋼板
の冷却方法、及び加熱された帯状鋼板を垂直方向に連続
移送する装置と、該−板の両＠に投首され水面が大気に
開放されて鋼板の両面に対向し？・鵬に略等しい謡の水
平な壜を備え８０〜１００℃の冷却水を供給するラミナ
ーフロー装置と、該ラミナー７０−装置の下側にて一板
移送方向に移動可能圧して鋼板の両面全幅にわたって冷
却水を供給するＷ、２のラミナーフロー装置あるいは一
板の全幅にわたって水平な板状噴流を形成するスリット
を備えた水ジェット裟首とを備えたことを特徴とする特
許請求の範囲１の方法に使用される帯状ｗ４板の冷却装
置に係り、その目的とする処は、加熱されて垂直方向に
移送される帯状鋼板を冷却用水により、「しわ」、１折
れ」、「Ｃ反り」等を発生させずに冷却することができ
る帯状鋼板の冷却方法及び装置を供する点にある。

次に、本発明の帯状鋼板の冷却方法及び装置を第４．５
図に示す一実施例により説明する。

第４図は、焼鈍後のステンレス−檄の冷却装置の１例で
、鋼板ｉｌｌは焼鈍炉（２）を出て世直方向に連続的に
移送され、ガスジェット装置ｔ３＋からのガス噴流によ
って予冷却された後、本発明に係る冷却装ｆｌｌＫよっ
て冷却される。即ち本例において予冷却されたｍ＆ｔｌ
ｌは、まず鋼板ｔｌｌの両面に配置さねたラミナーフロ
ー装置（４）からの水膜流を受けて冷却され史にその下
に配重さＪまた新たな２段目のラミナーフロー装置（５
）からの水膜流を受けて冷却される。

冷却水は、タンク（６）で温度６Ａ節装置（７）Ｋより
蒸気Ｓ又は冷水Ｗの鑞菫を加減されることによって１０
０℃近（即ち８０〜ｉｏｏ′Ｃｈ温１３を副動し、ポン
プ（８）でラミナーフロー装置（４）および（５）へ共
相される。冷却に使用した水はタンク＋９１に溜り、ポ
ンプ＋ｌｌｊによって丹び冷却水タンク（６１に戻る。

更に、２段目のラミナーフロー装ｆ１５；は、＠１１１
１の移送方向に沿って移動できるように移動装＆Ｕυに
支持されている。このため、ポンプ（８）と２段目のラ
ミナーフロー装置（５）との配管の１部にフレキシブル
ホース０３を使用している。また、２段目のラミナーフ
ロー装置・ｊ）へ供給する冷却水温度は１０００近くで
ある必要はなく後述のよ５にこれより低い任意の温度に
選定できる。従って、ｉｌ！ｉ目のラミナーフロー４＋
ｔ１＋４）と２段目のラミナーフロー装置（５）へ供給
する冷却水の温度が異なる場合は当然タンク（６）およ
びポンプ田；は２組となる。

勿論、冷却水の加熱は蒸気のみならず成熱ヒータその他
を１５１−用しても良く、加Ｍｌｆｆｌｔもタンク内で
なく配管禾路でも良い。またラミナーフロー装置（４）
および（５）への供給もポンプである必要はなくタンク
を別に設けてこれを高所に配してヘッドタンクとして使
用することも考えられる。タンク（９）は前述のように
冷却水を循環使用するための容器の役目と、更に一板１
１）を冷却する役目を持っており、タンク＋６１の温度
調節装置（７）と同様な温度調節装置０３を有する。Ｕ
供家外界と冷却装置の隔壁で、冷却過程で発生した蒸気
はフロ７０９で排気される。

また２段目のラミナーフロー装置（５；については、こ
れに代えて、水ジェツト装置を設置しても良い。

この水ジェツト装置も第４図に示す移動装ｆｌｈ＋υと
同様な移動装置に支持され、冷却水は１収目のラミナー
フロー装置（４）への冷却水と同温度の場合は同じタン
ク（６）からまた異なる温度の場合は別のタンクからポ
ンプ等で圧送する。

第５図（Ａ）に、第４図のラミナーフロー装置１４１．
　ｔ５＋の断面図を示し、嬉５図（Ｎにおいてｉｌｌは
鋼板、（４−２）はラミナーフロー装置ｆ　ｔ４１の堰
、（４−３）は冷却水供給管、（４−４）は波型防止板
であって、堰（４−２）は鋼板（１）に相対する面を銅
板ｔｉ＋と略４．　等しい幅に水平に切欠いだ構造であ
って、冷却用水は自由表面を有しその切欠き部をオーバ
ーフローするかたちで鋼板ｉｌｌの幅方向全面に水膜流
を形成して自然流下し、一板（１）を冷却する。

また、波型防止板（４−４）は、供給される冷却用水に
よる堰（４−２）内の水面の波立ちを防止して、安定し
た水膜流を得るためのものである。

第５図（Ｂｌは、第４図における２段目のラミナーフロ
ー装置ｔ　ｔ５１に代える水ジェツト装置の断面図を示
し、同図において（１）は鋼板、（転）はジェットノズ
ル、輪は冷却水供給管である。

水ジエツトノズル■はチューブを用いて銅板ｔｌ）Ｋ相
対する側に該１ＩＩ４板（１）の幅に略弄しい幅の水平
なスリット状の開口部を設けたものであって、ポンプ等
で圧送された冷却水はこの開口部から鋼板１１１の輪方
向全面に板状１１ｔｔｉＬとして噴射されて鋼板（ｉｌ
を冷却することができる。

更に、前記したような装置によれば、後述するように１
段目のラミナーフロー装置（４）において、−板１１）
を緩やかに冷却して、４００℃よりもかなり低温まで鋼
板表面に安定した膜沸騰現象を継続せしめることができ
、部分的に核沸騰現象に移る前にて、２段目のラミナー
フロー装置（５）又は水ジェツト装置によりｍ椴ｍの板
幅方向の各点を同時に前者の冷却水と同等あるいは低温
の冷却水にて冷却することにより膜沸騰を一挙に核沸騰
に変換せしめ急冷することができる。

図示した本発明の冷却方法及び装置は前記したようにな
っており、次にその作用、効果につ℃・て説明すると、 （イ）、当初のラミナーフロー装置における冷却用水の
水温を１００℃近く即ち８０〜１００℃にしたことＫつ
いては、第６図にラミナーフロー装置（４）による冷却
水温度を変えた場合の冷却実験ヅータを示し、冷却水の
温度が高くなるに従い、だんだんと冷却−−がゆるやか
Ｋなり冷却水温度が高くなると核沸騰が始まって急檄に
１ｉｌｌ＆の温１！Ｌ降下が始まる＠に温度的にフラッ
トになる傾向、卸ち時間的に一板の温度があまり変化し
１ｊ＜１ぶる□。この鋼板の温度のあまり変化しない区
間にどける鋼板表面に形成さまた蒸気膜は安定であるけ
ｔｌども破れる（核沸騰が始まる）寸前の状態にあり、
冷却水の温度が１００℃に近ずく程前記区１−１が長く
なる。このことは１次に運べる２段目のラミナーフロー
装置又は水ジェツト装置による冷却にとって極めて重装
なことである。

（ロ）次Ｋ、２段目のラミナーフロー装置又は水に鋼板
（１１の温度があまり変化しなくなった区間では蒸気膜
が破れる寸前の状態であり、この区間ではラミナー又は
水ジェツトによって容易に破られ核沸騰開始点が板幅方
向に対して強制的に略均−にできるので、第７図に示す
ような冷却曲岩が得られる。同図に示す点線部は、１段
目のラミナーのみで冷却を続行した場合の曲線で、鋼板
輻方向の２点ａ、　ｂの間にΔｔ′という大きな温度差
を生じ「しわ」　「折れ」の原因となるが、２段目のラ
ミナー又は水ジェツトを使用した場合ａ、　ｂの温度差
はΔｔのように小さくなり［しわ」　「折れ」等を生じ
ない。

以上２つの相乗作用により容易に従来の欠点を解消でき
る効果を生じる。すなわち、■１段目の冷却水の温度が
常温付近だと温度的にフラットな区間が無いか若しくは
非常Ｋｍかいため、どこに破られる寸前の蒸気膜がある
か確認できず、事実上２段目のラミナー又は水ジェツト
の位置の選定ができないため前記の効果は望めない（２
段目の位置が時間的に早すぎると、強固な蒸気膜を破る
ことは非常に困難であり、遅すぎると第７図破線の状態
を過ぎた後となり、効果がない）。このような理由を第
６図の傾向からみて、１段目の冷却水の温度は８０℃〜
１００℃とするのが良い。

■具体的には２段目のラミナー又は水ジェツトは鋼板の
厚さ、薯動速度等によって上下に位置を動かす必要を生
ずる。しかし１段目の冷却水の温度と８０Ｃ〜１００℃
にすることによって前述のように蒸気膜が破れる寸前の
区間が長くなるため、それ程慎１に位置決めを行う必要
がなく操作も惨めて容易となる。

なお２段目の冷却水ｉ！度は何度でもかまわない。

これは第６図にみられるよ５に蒸気膜が破れた後の鋼板
の温度降下勾配に冷却水温ｆｆｋよる顕著な差が無いた
めで、２１ｇ目の冷却水１１度は必要な銅板の冷却温度
から決めれば良い。この必要な＊＆の冷却温度とは第４
図におけるタンク（９１ｋ　ＩＮ板を浸けて冷却しても
「しわ」が発生しない鋼板の温度という意味で経験的Ｋ
１１ｌ板の温度が１５０〜２００℃以下であわばタンク
（９）の水温が如何にあろうともしわが発生しないとい
う事実がある（ただし。

第４図に示すようにタンク（９）は略大気圧下にあり水
温が０℃以下はあり得ないと考えて）。

従って、２段目の冷却水温度は前記経験的事実を満足す
るよう選べば良く、実際には、１段目の冷却水１ｉ［（
８０〜１００℃）と同等かそれより低い温度となる。し
かし、このような冷却水温度でなおタンク１９）に浸か
る直前の鋼板温度が１５０〜２００℃以下をキープでき
ない場合は当然２段目以降の冷却能力を増すため冷却装
置の段数を増すことが考えられる。このように丁れば第
４図におけるタンク（９）内の水温は最早や「しわ」の
発生に関与しなくなり、この水温はその他の操業条件か
ら決まる冷却装置出口で必要な一板温度から決定し温度
ｗＩ４整すれば良い・ 以上本発明を実施例について説明したが、勿論本発明は
このような実施例にだけ局限されるものではなく、本発
明の精神を逸脱しない範Ｈ内で種々の設計の改変を施し
うるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の帯状鋼板の冷却装置を示す一面図、第２
図は同冷却装瞳を用いて冷却した場合の冷却曲線を示す
説明図、第６図は核沸騰の開始漬を示す説明図、第４図
は本発明＆Ｃ保る帯状鋼板の冷却装置の一実施例を示す
側面図、第５図ＩＡＩは１段目、２段目のラミナーフロ
ー装置を拡大して示す縦断側面図、第５（Ｂ）は２段目
のラミナーフロー装置に代える水ジェツト装置の横断面
図、第６図は１段目のラミナーフロー装置による冷却水
１！度を変えた場合の冷却曲線図、第７図は２段目のラ
ミナーフロー装置又は水ジェツト装置における冷却曲線
図である。 復代理人　弁理士　開本重文 （外２名） 第１図 第２図 時間（τ） 時間（Ｔ） 第５図 （８） ↓ 第６図 時間（ｓｅｅ） 哨　間″ｃ（ｓ■）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）垂直方向に連続的に移送される加熱された帯状鋼板
   の両面全域に、８０〜１００℃の冷却水による薄い水膜
   流を同時に形成せしめつつ自然流下させて、鋼板を緩や
   かに冷却して４００℃よりもかなり低温まで鋼板表面に
   安定した膜沸！ＩＩ現家を継続せしめたのち、部分的に
   核沸騰現象に移る前にて、鋼板の板幅方向の各点を同時
   に前記冷却水と同等あるいは低温の冷却水にて冷却する
   ことＫより膜沸騰を一挙に核沸騰に変換せしめ急冷する
   ことを特徴とする帯状鋼板の冷却方法。 ２）加熱された帯状鋼板を垂直方向に連続移送する装置
   と、該鋼板の両側に設置され水面が大気に開放されて鋼
   板の両面に対向し全幅に略等しい輻の水平な堰を備え８
   ０〜１００Ｃの冷却水を供給するラミナーフロー装置と
   、該ラミナーフロー装置の下＠にて鋼板移送方向に移動
   可能にして一板の両面全幅にわたって冷却水を供給する
   第２のラミナーフロー装置あるいは一板の全幅にわたっ
   て水平な仮状噴流を形成するスリットを備えた水ジェッ
   ト装置とを備えたことを特徴とする特許請求の範囲１の
   方法に使用される帯状鋼板の冷却装置。