JPS5884650A - 長尺の熱い金属材のための冷却方法および冷却装置 - 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、長尺の熱い金属材、殊に連続鋳造された鋼製
のビレットストランド ームストランドのだめの冷却方法および冷却装置であっ
て、単数又は複数の媒体を噴霧することによって制御さ
れた熱導出が行なわれる形式のものに関する。

そのような冷却方法もしくは冷却装置は、例えば連続鋳
造材、圧延材等のような金属材を冷却する際の制御され
た冷却に役だち、この場合一方で内部では丑だ液状のス
トランドを固めるだめの迅速なストランド外皮形成が目
的とされかつ他方で所定の組織特性を獲得するようにし
たい。

連続鋳造スラブもしくは連続鋳造ビレットを冷却する際
にそのつと所望の金属組織の前もって与えられた冷却特
性線を調整もしくは制御するだめに長尺の金属材の幅全
体を横切る冷却ゾーンを冷媒で負荷することは公知であ
る〔１９７６年２月２６日干１］の「シュタール・ラン
ト・アイゼン（Ｓｔａｈｌ　ｕｎｄ　Ｅｉｓｅｎ）　ｌ
　９６Ｎｒ．４の１６５〜１６８ページの論文「Ｄｅｒ
　Ｗａｒｍｅｊｉｂｅｒｇａｎｇｂｅｉｍ　　Ｓｐｒｉ
ｔｚｋｊｉｈｌ．ｅｎ　　ｈｅｉｓｓｅｒ　　Ｓｔａｈ
ｌｏｂｅｒｆｌａｃｈｅｎ（熱い鋼の表面をスプレー冷
却する際の熱伝達）」参照〕。この場合完全円錐ノズル
（円形のスプレー範囲）か又は扁平ジェット流ノズル（
だ円形のスプレー範囲）の並置されているスプレー範囲
からゾーン幅が得られる。このような冷却ゾーンは強制
的にそのつど２つの支持部材の間に配置されており、こ
れらの支持部材はノズルのだめの中間スペースをあけて
間隔をおいて金属材を案内するかあるいは搬送する。ち
ょうどなおノズルおよび該ノズルの供給管のだめのスペ
ースを残す最小間隔をおいて支持部材を配置することは
、金属材冷却の分野において確立された技術であり、こ
の技術に対する干渉又は変更は不可能であると思われる
。

垂直の負荷と結びつけられている欠点は金属材の表面の
急激な冷却である。公知技術ｊ（よればそのようなスプ
レー冷却では冷却しようとする部材の表面に対して垂直
に向けられた、冷却液体の衝撃パルスが該表面に対して
平行に該表面に沿って流過する冷却液体における衝撃パ
ルスよりもかなり大きくなっている。スプレー冷却の両
方の形式、スプレーノズル冷却および層流冷却はとりわ
け水の衝突形式で異なっている。

スプレーノズル冷却では水のジェット流が極めて多くの
小さい滴に分解し、これらの滴は比較的大きい衝突面上
に分配されて冷却しようとする部材に到達する。この技
術は既に詳しく述べたように結果的に金属材の表面の円
形かあるいはだ円形の範囲をしばしば急激に冷却するよ
うになる。層流冷却では閉鎖された水ジェツト流が小さ
い衝突面で同様に冷却しようとする部材に垂直に突き当
たる。衝突する水は表向に対して平行に通路流として流
出する。

一成分冷却（大きい滴直径）の場合でも二成分冷却（小
さい滴直径）の場合でも、金属材の表面に対して垂直の
衝撃パルスによって瞬間的に大きい熱量が導出され、こ
の熱量は局部的々過冷却ひいては熱応力につ々がり、即
ち表面もしくは表面１（近い範囲内１でひび割れが生じ
る危険につながる。　　　　　　　′□ それゆえ本発明の課題は、冷却が改善されるだめの必要
条件を提供することである。殊に急激な冷却作用を生せ
しめること外しに金属材の表面（（おける冷却媒体配分
が均等（Ｃされることによって冷却方法の調整を改善し
だい。さらｔｃ冷却方法の改善で冷却装置を簡素化した
い。

この設定されている課題は、単数もしくは複数の冷却媒
体をスプレージェット流で金属材の縦軸線に対して平行
に噴霧し、その際ノズルにより圧力エネルギから速度エ
ネルギに変換されたスプレージェット流速度に相応して
、へ障スプレージェット流の速度が高い場合に金属材の
表面に対する傾斜角度が小さくなりかつスプレージェッ
ト流の速度が低い場合に金属材の表面に対する傾斜角度
が大きくなるように、ノズル開口から各スプレージェッ
ト流を金属材の表面に斜めに噴霧することによって解決
されている。

それによって、抜熱が従来よりも大きい面を介して均等
に行なわれしかも金属材の寸法および特性に容易に抜熱
を烏合させることができる形式で熱導出が調整される。

他方で冷却媒体は本発明ＩＣより垂直の負荷の場合より
も任意に多くかあるいは僅かに多く金属材の表面に到達
し、（７） 急激な冷却を生ぜしめることはない。さらに本発明によ
る方法は金属材の外面の等しくない強さに冷却しようと
する側面のために有利に使用可能である。殊に曲げられ
たストランドのためにもこの方法を有利に使用可能であ
る。この方法を使用するために適した、支持部材の大き
い間隔を連続鋳造装置内に設けることができるの１（対
し、・圧延機内で薄板を冷却する際に特別の処置を講じ
る必要がないことは自明である。

その次にこの本発明による方法を実施するだめの冷却装
置は次のように構成されている。即ち、金属材の側面毎
に少なくとも１つのノズルが設けられておシ、さらにス
プレージェット流を生せしめるノズルがそれぞれ金属材
の表面に向けて制限された角度で傾斜させられて金属材
の縦軸線の方向に配置されており、かつ壕だ金属材の外
面の回りでほぼ一平面内に配置されているノズルのスプ
レージェット流がそれぞれ金属材の長さ内で制御された
少なくとも１つの冷却ゾーンを形成するようになってい
る。この手（８） 段は冷却装置のだめのコストを著しく減少させ、従って
冷却装置の簡素化が得られる。

圧延機内で薄板を冷却する際には横断面の端面側でノズ
ルが不要であることは自明である。

さらｊ（本発明によって、金属材の光面に対するスプレ
ージェット流の勾配がほぼ５°〜６０゜であることが定
められている。この勾配は良好な効率を有する方法が使
用可能である限界を示すものである。

本発明の別の改善策で、ノズルがそれらのスプレージェ
ット流で金属材の引出方向とは反対に向けられて配置さ
れていることが定められている。それによって、金属材
の表面上に集められて動く望ましくない冷却媒体を除く
ことができる。

前記ノズルがそれらのスプレージェット流で金属材の縦
軸線に対して交番する方向を有するように配置されてい
ることで本発明による冷却装置の別の実施例が生じる。

この手段は一定の値から出発でき調整される容易に制御
可能な冷却ゾーンを所定の個所に形成するだめに役だつ
３、金属材の外面を取り巻き冷却媒体のための供給源と
接続している少なくとも１つの中空リングが各冷却区域
に配属させられており、該中空リングにノズルが接続さ
れていることで本発明による冷却装置の別の特徴が生じ
る。従来使用されている多数のノズルリングの代わりに
本発明によれば各冷却ゾーンのだめに冷却媒体を供給す
るだめにはもう唯一の中空リングしか必要でない。それ
故この手段は同様に冷却装置の簡素化に役たつ。

それぞれの中空リングのために別個の供給源が設けられ
ていることによって本発明による冷却装置の別の改善策
が得られる。この手段は例えば二成分冷却方法を行なう
ために種々異なった複数の冷却媒体を供給することを可
能にする。

さらに本発明による冷却装置は次の通りに構成されてい
る。即ち、前記供給源が集合導管として構成されており
、該集合導管に中空リングが固定されている。この場合
全部の中空リングがそれぞれ１つの集合導管によって冷
却媒体を供給される。

さらに、吐出されるスプレージェット流のだめの案内装
置が少なくとも１つのノズルに配属させられていること
によって本発明による冷却装置の付加的な特徴が与えら
れている。この案内装置は冷却しようとする金属材にス
プレージェット流を適応させるのに役たつ。

最終的に、種々異なった凝集状態の冷却媒体のためにノ
ズルが構成されている状態で当該冷却装置が構成されて
いる。それに従ってそのようなノズルは滴を形成するだ
めの装置および／又は種々異なった冷却ガスを供給する
だめのそのような装置を備えつけられていてもよい。

次に図面につき本発明の詳細な説明する。

図面では、円弧整直型か、鉛直型かあるいは水平型の連
続鋳造設備で鋳造することができ連続的に、製造される
プルームストランドが平面図で図示されている。図示の
装置ではもちろん例えば圧延板か、圧延棒材か、連続鋳
造法で鋳造されだスラブストランドかあるいはビレット
ストランドのような長尺の熱い金属材を冷却することが
できる。

金属材１は鋳造された鋼から成っていてかつやはり図示
されていない連続鋳造鋳型から矢印によって図示されて
いる引出方向２で動かされる。この鋼製の鋳造ストラン
ドの図面は、鉛直に引き出される鋳造ストランドも水平
に延びている鋳造ストランドもあるいは曲げられた鋳造
ストランドをも図面内で見い出すことができるように選
択されている。冷却ゾーン３と４との間に存在している
のではあるがすべての場合に必要ではない支持部材はも
はや図示されていない。各冷却ゾーン３もしくは４の始
めには単数又は複数の中空リング５ａ、５ｂが配置され
ておシ、これらの中空リングは図示の実施例では２つの
冷却媒体のために構成されている。中空リング５ａは金
属材１を取り巻いてお如、該金属材１は方形の鋳造スト
ランドの場合にはそれぞれ２つの側面６ａおよび６ｂを
有している。

本発明によりこれらの側面を冷却しようとする場合には
、側面６ａもしくは６ｂごとにそれぞれ１つのノズル７
ａ、７ｂおよびＩＣが設けられており、これらのノズル
はそれぞれ１つのスプレージェット流８を生ぜしめる。

これらのスプレージェット流８はそれぞれゆるやかに傾
斜した一定の角度で金属材の表面１ａに向けられている
。さらにこの場合ノズル７　ａ、　　７ｂ、　７ｃは金
属材の縦軸線１ｂに対して平行に位置決めされている。

しかしながらノズル７ａ、７ｂ。

７ｃは付加的に冷却ゾーン３もしくは４ごとに金属材の
横断面の１平面内でも位置決めされており、従って若干
の冷却ゾーン３もしくは４が金属材の長さ内に形成され
る。

ところで中空リング５ａはＬ字形ベンド管９自結合され
ており、該り字形ベンド管９自体はノズル７ａ、７ｂ、
７Ｃの１つに接続されている。さらにＬ字形ベンド管９
は中空リング５ａを介して集合導管１０に接続されてお
り、該集合導管１０内では冷却媒体１１（例えば水）が
送られる。

類似の構成で中空リング５ｂが集合導管１２に接続され
ており、該集合導管１２内では別の冷却媒体１３（例え
ば空気）が送られる。両方の冷却媒体１１および１３は
ノズル７ａ、７ｂ。

７ｃの内部で混合される。２バールとほぼ１０バールと
の間になることがある、集合導管１０もしくは１２内で
生せしめられる圧力１（応じて、圧力エネルギがノズル
７ａ、７ｂ、７ｃ内で速度エネルギに変換され、該速度
エネルギに冷却ゾーン３又は４の一方の到達可能な距離
が左右される。側面６ａが比較的僅かな冷却を必要とす
るので、ノズル開口の相応した設計で、スプレージェッ
ト流８の僅かな勾配が選択されているノズル７ｃおよび
側面６ｂのスプレージェット流８であてはまるよりも側
面６ａのスプレージェット流８が急勾配に調駕されてい
る。有利な傾斜角度（金属材の表面１ａとスプレージェ
ット流８の中実軸線との間の角度）は最低で５゜と最高
で６０°との間に位置している。

図示したように、表面を流れる水の流出を制御するため
にはノズル７ａ、７ｂ、７ｃがそれらの、冷却区域３内
のスプレージェット流８で金属材の引出方向２とは反対
１・ζ位置していることが金属材の傾斜した表面１ａに
好都合である。

それ故また図示されているように、冷却ゾーンごとに交
番する方向を有しているようにノズル７ａ、７ｂ、７ｃ
を冷却シー７３および４内に配置することが定められて
いる。

単数もしくは複数の冷却媒体の圧力および量を個々に調
整するためには、中空リング５ａ。

５ｂのそれぞれが詳しくは図示されていない別個の供給
源（例えば集合導管１０．１２）を備えつけられていて
もよい。

そのつと冷却媒体の組み合わせに応じてかあるいはまた
単独の冷却媒体を使用する場合でもノズル７ａ−，７ｂ
、７ｃに案内装置１４ａ。

１４１〕、１４Ｃ等が配属させられており、該案内装置
１４ａ、１４ｂ、１４ｃは集合導管１０もしくは１２に
固定されている。

（１５） ノズル７Ｃによシ生ぜしめられたスプレージェット流８
は図示されているように負荷面１５内に降下し、該負荷
面１５はそれらの端部から見てほぼ方形の面を形成して
おり、それによって金属材１の極めて均等な冷却を得る
ことができる。同時に金属材の表面１ａに対する５°と
６０’との間の傾斜角度の設定値ともちろん冷却媒体１
１もしくは１３の圧力および量とは、冷却の強度を調節
するためのパラメータとなっている。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明ＩＣよる冷却装置の一実施例を示した概略
平面図である。 １・・・金属材、１ａ−表面、１ｂ・・・縦軸線、２・
・・引出し方向、３．４・冷却ゾーン、５ａ、　５ｂ・
・中空リング、６・・外面、６ａ、６ｂ・・・側面、７
ａ、７ｂ、７ｃ・・・ノズル、８・・スプレージェット
流、９・・・Ｌ字形ベンド管、１０．１２・・・集合導
管、１１．１３・・・冷却媒体、１４ａ、１４ｂ。 （１６）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　長尺の熱い金属材のための冷却方法であって、単
   数又は複数の媒体を噴霧することによって制、御された
   熱導出を行なう形式のものにおいて、単数もしくは複数
   の冷却媒体をスプレージェット流で金属材の縦軸線に対
   して平行に噴霧し、その際、スプレージェット流の速度
   が高い場合に金属材の表面に対する傾斜角度が小さくな
   シかつスプレージェット流の速度が低い場合に金属材の
   表面に対する傾斜角度が犬きくなるように、ノズルによ
   り圧力エネルギから速度エネルギに変換されたスプレー
   ジェット流速度に相応してノズル開口から各スプレージ
   ェット流を金属材の表面に斜めに噴霧することを特徴と
   する、長尺の熱い金属材のだめの冷却方法。 ２、長尺の熱い金属材のだめの冷却装置であって、単数
   又は複数の媒体を噴霧することによって制御されだ熱導
   出が行なわれる形式のものにおいて、金属材（１）の側
   面（６ａ、６ｂ）毎に少なくとも１つのノズル（７ａ、
   ７ｂ。 ７Ｃ）が設けられており、さらにスプレージェット流（
   ８）を生せしめるノズル（７ａ。 ７ｂ、７Ｃ）がそれぞれ金属材の表面（１ａ）に向けて
   制限された角度で傾斜させられて金属材の縦軸線（１ｂ
   ）の方向に配置されており、かつまた金属材の外面（６
   ）の回りでほぼ一平面内に配置されているノズルのスプ
   レージェット流（８）が金属材の長さ内でそれぞれ制御
   された冷却ゾーン（３，４）を形成するようになってい
   ることを特徴とする、長尺の熱い金属材のだめの冷却装
   置。 ３、　金属材の表面（１ａ）に対するスプレージェット
   流（８）の勾配がほぼ５°〜６ｏ０である特許請求の範
   囲第２項記載の冷却装置。 ４、　前記ノズル（７ａ、　　７　ｂ、’７　ｃ　）が
   それらのスプレージェット流（８）で金属材の引出方向
   （２）とは反対ｊ（向けられて配置されている特許請求
   の範囲第６項記載の′冷却装置。 ５、　ノズル（７ａ、７ｂ、７ｃｌがそれらのスプレー
   ジェット流（８）で金属材の縦軸線（１ｂ）に対して交
   番する方向を有するように配置されている特許請求の範
   囲第２〜第４項のいずれか１つの項に記載の冷却装置。 ６　金属材の外面（６）を取り巻き冷却媒体のだめの供
   給源と接続している少なくとも１つの中空リング（５ａ
   、５ｂ）が各冷却区域（３，４）に配属させられており
   、該中空リングにノズル（７ａ、７ｂ、７ｃ）が接続さ
   れている特許請求の範囲第２〜５項のいずれか１つの項
   に記載の冷却装置。 ７　それぞれの中空リング（５ａ、５ｂ）のために別個
   の供給源が設けられている特許請求の範囲第２〜６項の
   いずれか１つの項に記載の冷却装置。 ８　前記供給源が集合導管（１０，１２）として構成さ
   れており、該集合導管（１０，１２）に中空リング（５
   ａ、５ｂ）が固定されている特許請求の範囲第２〜７項
   のいずれか１つの項に記載の冷却装置。 ９　前記ノズル（７ａ、７ｂ、７Ｃ）の少なくとも１つ
   のノズルに、吐出されるスプレージェット流（８）のだ
   めの案内装置（１４ａ。 １４ｂ、１４Ｃ等）が配属させられている特許請求の範
   囲第２〜８項のいずれか１つの項に記載の冷却装置。 １０　　種々異なった凝集状態の冷却媒体（１１゜１３
   ）のためにノズル（７ａ、７ｂ、７ｃ）が構成されてい
   る特許請求の範囲第２〜９項のいずれか１つの項に記載
   の冷却装置。