JPS6043209B2 - 鋼板の冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鋼板の冷却装置に関するものである。

従来、鋼を強靭にする目的で急冷、または、廃人れが
行われてきているが、これは多くはオフ・ラインでなさ
れていた。

しかし、オフ・ラインでの急冷は鋼板の再加熱を必要と
するので非常に不経済であると同時に昨今の高生産性と
いつた方向に対処することができないという問題があつ
た。こうした問題点からオン・ラインで行える冷却方法
の開発が始められた。 オン・ラインでの冷却は圧延時
の鋼材の保有熱を有効に利用し、その上、材質的にも優
れた鋼を安価に生産てきるため極めて有利であるが、圧
延直後の鋼板の反り、冷却開始温度、圧延作業の関係等
から冷却速度、冷却停止温度の制御が難しいといつた問
題点があり、制御性の優れたオン・ラインでの急冷方法
の確立が望まれていた。

また、廃人れを要しない普通材においても圧延後の精
整工程では鋼材温度がある程度低くないと、即ち２００
〜３００℃以下でないと作業に支障をきたすので、この
ために圧延後、空冷するか、シャワー冷却をして温度を
下げなければならないが、実操業では空冷をすると広い
場所を要し、また時間も掛るのでシャワー冷却をするの
が普通であるが、この場合も冷却ゾーンが相当に長くな
るという問題点があつた。

上記問題点を解決する方法として、例えば、本願発明
者等が先に、特開昭５１−６１４１５号（以下先行発明
という）として提案した厚鋼板の冷却方法がある。

これは、千鳥状に配列したラミナーフローノズル群によ
り圧延完了後の鋼板をオンラインで水冷することに特徴
を有するものであり、多大の効果を得ている。しかし、
上記先行発明においては、その冷却水の供給方法に若干
の問題がある。

すなわち、例えば、上記先行発明において、板厚３２７
ｍ１板長さ３０ｍ１板巾加の厚鋼板に、上面３６０ｅ／
分・イ、下面７２０ｆ／分・イの冷却条件で冷却水を供
給して前記厚鋼板を冷却する場合のラミナーフローノズ
ルの配列の相違による冷却能力の変化を調べるために行
なつた実施例が記載されているが、この場合、上記冷却
条件で冷却水を供給するには、上面ラミナーフロー用と
して２１．６ｄ／分、下面スプレー用として４３．２ｄ
／分と合計６４．８ｄ／分以上の水量が必要となる。こ
の水量を供給する配管および弁類は、上面ラミナーフロ
ー用としては５００Ａ１下面スプレー用としては７００
Ａで合計８５０Ａという大型なものが必要である。一般
的に流体を制御する機器は、水撃作用による危険を防止
するため、その開閉時間を長くとつている。

この傾向は、前記機器が大型になるほど大きい。例えば
、上記８５０Ａの配管に設けられる弁の開閉時間は、電
動弁て約１分間である。

前述の実施例で８０００Ｃ〜５０００Ｃを１００Ｃ／秒
で冷却しようとする場合、銅板全体が冷却ゾーンに入つ
た後、弁を開き始めてから冷却する方法を採ると、冷却
完了後弁を閉塞し終るまでに、約２分（資）秒を要し、
圧延最少ピッチ２分を妨たげることになる。一方、予め
冷却ゾーンに冷却水を供給しておき、ここに圧延機から
出た鋼板を導入する方法を採ると、冷却むらの発生原因
となり好ましくない。厚鋼板の冷却速度は、冷却水の流
量制御が正確にコントロールできなければ維持不可能で
あることは明白であるが、大型の機器は、前述の如く開
閉速度と作動速度が非常に遅いため、従来から行なわれ
ている圧延ロール冷却およびデスケーリング等の冷却水
と切り離すことによつて、圧力変動の外乱を受けない別
系統の冷却水供給ラインを設けないと、これら外乱の影
響を受けて流量制御が正確に行なえない。

また、上記上面ラミナーフローおよび下面スプレーの冷
却に際して、ラミナーフローノズルへの供給圧力は１ｋ
９／Ｃｌｔ以下が好ましく、スプレーノズルへの供給圧
力は２ｋ９／ｃ！ｌ〜５ｋ９／Ｃｌｔの範囲が好ましい
。

このように、上下面の各々のノズルに供給する流体の圧
力の制御は、厚鋼板の冷却条件によつて可変する必要が
ある。これは、同一系統内への内乱となつて流量制御を
困難にし、厚鋼板の材質のバラツキ原因となる。一方、
厚鋼板への冷却水の供給は、鋼板全体に一斉に行なわな
いと、冷却バラツキが発生するので好ましくないがこの
ように一斉に冷却水を噴出、停止を行なうには、弁の開
閉速度および残圧等に問題があり、通常のシヤツトオフ
弁の使用は困難である。

以上、鋼板上面をラミナーフローにより、下面をスプレ
ーにより冷却する鋼板のオンライン冷却方法において問
題となる点をまとめると以下の通りである。

すなわち、１従来の鋼板冷却用シャワーに比し、冷却速
度が早いので、大量の水が必要であり、大型の配管およ
び弁類等の機器が必要となる。２前記大型の弁類等の機
器は、作動時間が長いので、冷却サイクル時間の増大お
よび流量制御精度の低下を招く。

３圧延設備には大量の冷却水を使用するので、前記配管
をこれと同一系統内に組み入れると、他の影響を受ける
。

これを解決するためには、鋼板冷却用を別系統とすれば
良いのてあるが、このようにすると、ポンプ、浄水設備
等が新らたに必要となり設備費がかさむ。４鋼板上下面
の冷却方法に、ラミナーフローとスプレーの違いがある
ので、各ノズルへの供給圧力は冷却条件によつて可変的
に制御しなければならない。

５冷却水の供給および停止は単位面積当りの密度を安定
させて、鋼板全面に均一かつ同時にしかも速やかに行な
われなければならない。

この発明は、鋼板上面側にラミナーフローノズル群が配
設され、鋼板下面側にスプレーノズル群が配設されてい
て、圧延設備全体に供給される冷却水の管路から分岐し
て設けられた同一管路の冷却水が、前記ラミナーフロー
ノズル群および前記スプレーノズル群に夫々異なる圧力
および流量■で、かつ変化自在に供給される熱間圧延厚
鋼板のオンライン冷却装置にして、前記分岐して設けら
れた同一管路には、目標スプレー圧力に対して差圧制御
機能を有する１次減圧弁が並列に配設され、前記１次減
圧弁の下流側管路は、上面ラミナーフロー管路と、下面
スプレー管路とに分岐され、前記上面ラミナーフロー管
路には、上流側から、目標ラミナーフロー圧力に対して
差圧制御機能を有する２次減圧弁と、流量調整弁と、流
量計と、絞り弁付三方切換弁とが順次配設され、前記下
面スプレー配管には、上流側から、並列に配設された流
量調整弁と、流量計と、絞り弁付三方切換弁とが順次配
設されていることに特徴を有する。

この発明を実施例により図面とともに説明する。

第１図は、鋼板上面をラミナーフローで、下面をスプレ
ーにより冷却する冷却方法を示す概略図である。

図中矢印方向から搬送され、熱間圧延機１で圧延された
鋼板３は、搬送テーブルローラ２によつて、鋼板上面側
に配設されたラミナーフローノズル４とヘッダ５群およ
び銅板下面側に配設されたスプレーノズル６とヘッダ７
群からなる冷却帯２２に搬送され、ここで冷却される。

上記ラミナーフローノズル４とスプレーノズル６から鋼
板３面に噴射される冷却水は、第２図に示される管路系
統につて供給される。すなわち、圧延設備全体に供給さ
れる管路系統から分岐された冷却水は、一次減圧弁１１
ａ，１１ｂにより、他の圧力変動を制御することによつ
て、冷却に必要な一定圧力に保持される。一般に、大口
径の減圧弁は、作動時間および圧力制御精度に問題があ
るので、使用する弁としては、ダイヤフラム型自動調整
弁を用い、これを２台並列に設けて、これらを同時に開
閉作動させる。１次減圧弁を２台並列に設定した理由は
、次の通りである。

即ち、１台の大口径の１次減圧弁を用いた場合には、弁
の開閉が短時間に行なわれないので、圧力制御精度が低
下する。この結果、無駄な冷却水が．消費されると共に
圧力制御の低下によつて冷却速度にバラツキが生じ材質
が不均一となり、しかも、大口径の弁はその製作費用が
小口径のものに比し著しく高いからである。このときの
設定圧力は、スプレーノズル６に供給する圧力に合わせ
−る。上記スプレーノズル６に供給する冷却水の圧力は
、減圧されず、そのまま上記一次減圧弁１１ａ，１１ｂ
から流量調整弁１７ａ，１７ｂに送られ、ここで、鋼板
３の板厚、温度および冷却速度等の条件に応じて冷却水
の流量が調整される。

前記流量調整弁１７ａ，１７ｂからの冷却水は、流量計
１８でその流量が計測され、三方切換弁１９、絞り弁９
、およびヘッダ７を経てスプレーノズル６（第１図参照
）から鋼板下面に噴射される。前記流量調整弁１７ａ，
１７ｂは、大口径のものとなるので、前記一次減圧弁１
１ａ，１１ｂと同様、２台並列に設け、これらを同時に
開閉作ｌ動させる。流量調整弁を２台並列に設置したの
は、次の理由による。即ち、流量制御精度を向上させる
と共に設備を軽減させるためである。流量制御精度が向
上する理由は次の通りである。即ち、一般に弁は、その
開限、閉限付近で弁開度と量特性に相関がなくなり流量
制御が不能となる。従つて、１台の弁を流れる流量を１
１２とし、２台で流量制御をすれば制御不能域が弁１台
の場合に比べて１１２となるからである。前記流量調整
弁１７ａ，１７ｂは、鋼板３の性質を左右する冷却水を
制御するものであるから電動スプールディスク型を用い
、弁開度と流量の制御が再現性、精度の点で一段と向上
するようになつている。前記電動スプールディスク型の
弁を用いた理由は、一般に流量調整弁としては、バタフ
ライ弁、玉形弁、仕切弁等が使用されるが、弁開度と流
量の相関が二次曲線となつて相関精度および再現性精度
が悪いのに対し、前記スプールディスク型の調整弁は、
スプール移動量による断面積の変化を弁開度パーセンテ
ージと１次比例する形状に、スプールの開口部を設ける
ことができるからである。一方、上記ラミナーフローノ
ズル４からの冷却水の噴出圧力は前述したように、１ｋ
９／Ｃｌｔ以下が好ましいので、上記一次減圧弁１１ａ
，１１ｂで減圧した後、更に、ダイヤフラム型自動調整
弁を用いた２次減圧弁１２て減圧し、一定圧力を保持す
る。

更に、前述のようにして減圧された冷却水は、上記スプ
レーノズル６の場合と同様に、流量調整弁１３で流量調
整が行なわれ、流量計１４、三方切換弁１５、絞り弁８
およびヘッダ５を経てラミナーフローノズル４（第１図
参照）から鋼板上面に噴射される。この発明において、
供給する冷却水量は各鋼板の冷却条件によつて異なるた
め以下のようにして決定する。

すなわち、一般的に流量は次式により表わされる。

ここで、Ｑ：流量、 Ａ：断面積、 ■：流速、 ｇ：重力の加速度、 ｈ：圧力水頭 を夫々示す。

従つて、上式において、Ｑをノズルからの冷却水の噴出
量とし、ノズル断面積を一定とすれば、ノズルに供給す
る圧力を冷却条件によつて設定することによつて必要な
冷却水量が得られる。

これを第２図にしたがつて説明すれば、流量調整弁１３
および１７ａ，１７ｂを夫々のノズル４および６に必要
な流量を前記流量調整弁１３および１７ａ，１７ｂの弁
開度、すなわち、断面積の変化によつて調整し供給する
。しかし、前記流量調整弁１３および１７ａ，１７ｂ以
前の段階で圧力が変化すれば、同一弁開度であつても流
量が変動する。従つて、上記第１および第２減圧弁１１
ａ，１１ｂおよび１２で前記流量調整弁１３および１７
ａ，１７ｂに供給される冷却水の圧力をたえず一定に保
持させる必要がある。ところが、上記第１および第２減
圧弁１１ａ，１１ｂおよび１２の圧力設定に際しては、
この発明の冷却装置が配管と弁類によつて構成されてい
て、これらを通る冷却水の流速および流量を関数として
以下の式て表わされる圧力損失が発生することを考慮に
入れる必要がある。

ここで、Ｉ−ｎ：配管圧力損失、 λ：配管摩擦係数、 １：配管長さ、 ｄ：配管径、 ｖ：流速、 Δｐ：弁圧力損失、 Ｑ：流量、 Ｃｖ：弁容量係数、 Ｋ：定数 を夫々示す。

上式で表わされる圧力損失は、ノズルの噴出圧力の低下
を招くので、上記流量調整弁１３および１７ａ，１７ｂ
１第１、第２減圧弁１１ａ，１１ｂおよび１２は、これ
ら配管および弁類による圧力損失を補なうだけの圧力で
各ノズルに供給しなければならない。

以上をまとめると、 Ｐ１：減圧弁の設定圧力、 Ｐ２：ノズルの噴出圧力、 ΔＰ１：流量調整弁の圧力損失、 Ｈ，：配管の圧力損失、 ΔＰ２：流量調整弁以外の弁類圧力損失とすれば、
であり、減圧弁設定圧力Ｐ１から自然発生するΔＰ１の
圧力損失とＨ，およびΔＰ２の配管および弁類の圧力損
失を引いたものが、求めるノズルからＰ２の噴出圧力に
なるようにしなければならない。

上記第１減圧弁１１ａ，１１ｂは弁出側の圧力を検出し
、この検出圧力が一定に保持できるように自動圧力調整
機能（差圧制御機能）を有しているが、必らず遅れが発
生する。この遅れを防止するために比例動作、比例積分
動作および比例積分、微分動作等を行なわせているが、
やはり、おくれは発生する。この遅れは冷却水量の変動
となる。また、厚鋼板の冷却は圧延作業ピッチ毎に開始
、終了が伴なうが、このときの冷却水噴出停止時に必ら
ず不安定な水量を鋼板に供給することにノなる。

更に、通常の冷却装置では元弁を開閉して冷却水の供給
停止を行なつているが、上記この発明の冷却装置でこれ
を行なうと、上記減圧弁１１ａ，１１ｂは元弁１０が完
全開後、ある遅れ時間経過７したのちでないと圧力が安
定しない。

これらの問題を解決るために、この発明の冷却装置では
上記減圧弁１１ａ，１１ｂに仕切弁の機能を持たせたダ
イヤフラム型自動調整弁を使用している。

このダイヤフラム型の長所は、仕切弁のフ機能回路を自
動圧力調整回路に安価に組込むことができ、しかも開閉
作動時間が他の形式の自動調整機能を有する減圧弁に比
し速く、設備費が安価であることである。しかし、上記
のようにしても、圧力安定までの遅れ時間を除くことは
できないので、この発明では不安定な冷却水を別系統に
逃がし、安定鋼板側に切換え供給する方法を採つている
。

この切換動作は、三方切換弁１５および１９で行ない、
逃がし系統側には絞り弁１６および２０を設け、鋼板え
の供給管路と逃がし管路の圧力損失を等しくして切換時
の圧力変動防止を計つている。また、仕切弁の機能を持
たせた減圧弁１１ａ，１１ｂにおいて、これを閉から開
にした際における水撃作用の対策としては、前記減圧弁
１１ａ，１１ｂの構造を閉時に最大流量の約１０％をリ
ークさせる構造のものにし、逃がし管路側に満たしてお
けば良い。

一方、圧延作業ピッチが短かい場合には、上記減圧弁１
１ａ，１１ｂの開閉を行なわず、三方切換弁１５および
１９の切換のみで冷却水の供給停止を行なつても良い。

次に、この発明の冷却装置の具体的な操作態様について
、第３図を参照しながら説明する。すなわち、第１図に
示されるように鋼板３は熱間圧延機１で圧延後、テーブ
ルローラ２で搬送され、冷却帯入側に２台設置された例
えば赤外線感光式のホットメタルディテクタ（以下ＨＭ
Ｄという）２１ａおよび２１ｂのうち一方のＨＭＤ２ｌ
ａによつて減速停止される。この後、引続いて他方のＨ
ｒ！４Ｄ２１ｂによつて冷却帯に搬入される。このテー
ブル搬送中または減速停止時において、流量調整弁１３
および１７ａ，１７ｂはその弁開度が調整され必要供給
流量が設定される。この際、冷却水の供給時間も合わせ
て冷却時間タイマで設定．する。一方、前記ＵＭＤ２ｌ
ａの減速停止指令によつて減圧弁１１ａ，１１ｂを強制
開にし、同時に圧力安定所要時間を設定した減圧弁タイ
マがＴ１時間のカウントを開始する。また、鋼板搬送テ
ーブルは通常圧延時の搬送速度から前記ＨＭＤ．２ｌａ
の減速停止指令によつて加速冷却の搬送速度に切換わり
、鋼板の後端が完全に冷却帯に入り終つた時点で前記Ｕ
ＭＤ２ｌｂが作動し、減圧弁タイマがＴ１時間で作動完
了していれば、三方切換弁１５および１９は鋼板冷却管
路側え切換わ−リ、冷却を開始する。これと同時に、前
記冷却時間タイマが作動を開始し、設定時間Ｔ２完了後
、三方切換弁１５および１９を逃がし管路側に切換える
。上記冷却時間タイマの作動完了信号は、減圧弁１１ａ
，１１ｂの弁閉鎖指令となつており、これによつて減圧
弁１１ａ，１１ｂは閉塞し、加速冷却は完了する。

上記各動作に対して、冷却水量の状態は減圧弁１１ａ，
１１ｂの強制開で減圧弁タイマの作動時間Ｔ１によつて
Ｑ１の冷却水が逃がし管路に流れ、冷却時間タイマの作
動吟間Ｔ２によつてＱ２の冷却水が鋼板に供給され、減
圧弁１１ａ，１１ｂの強・制閉によつてＱ３の冷却水が
逃がし管路に流れる。

鋼板の加速冷却サイクルにおいて、Ｑ１＋Ｑ２が逃がし
管路に流れる無駄な損失冷却水であり、この発明によれ
ば、この損失冷却水の量を可能な限り減少させ鋼板冷却
用のＱ２の流量精度を高度に保つことができるのである
。

なお、上記減圧弁１１ａ，１１ｂは４００Ａダイヤフラ
ム型で全閉から全開まで５〜６秒の作動時間で行ない、
全閉から設定圧力に安定するまでは１４〜１鰍を要して
いる。

従つて、上記減圧弁タイマのＴ１はｎ秒に設定する。こ
の作動時間は４００Ａの弁の作動時間では最大級の速度
であり、例えば電動形のものでは全閉から全開まで１０
〜Ｂ秒を要する。一方、上記三方切換弁１５および１９
は空気シリンダ型で切換所要時は１〜２秒である。

この切換所要時間が長ければ、冷却水が逃がし管路と鋼
板管路側の両方に流れてしまうので、圧力損失の変化と
なつて減圧弁の自動圧力調整機能が作動する。これは圧
力を変動させることとなり安定した流量が得られない。
従つ、前記三方切換弁１５および１９の切換所要時間は
３〜４秒以内にしなければならない。なお、上記流量調
整弁１３および１７ａ，１７ｂの作動時間は圧延ピッチ
に支障のない範囲で良く、全閉から全開まて２０〜２聞
２程を要する電動型を使用すると良い。

以上説明したように、この発明によれは、鋼板上面側に
ラミナーフローノズル群が配設され、下面側にはスプレ
ーノズル群が配設されている冷却装置により鋼板を冷却
するに際して、前記各ノズルに供給する冷却水の量が変
動してもこの影響を受けず常に安定した冷却水を前記各
ノズルに供給できるとともに大型の弁類を使用しないの
で、作動時間が短縮され冷却水の流量制御が高精度に行
なえるなど種々の有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋼板のオンライン冷却装置の概略図、第２図
は、この発明の実施例の管路系統図、第３図は、同実施
例の操作態様を示す説明図である。 図面において、１・・・・・・熱間圧延機、２・・・・
・・テーブルローラ、３・・・・・・鋼板、４・・・・
・・ラミナーフローノズル、５・・・・・・ヘッダ、６
・・・・・スプレーノズル、７・・・・・・ヘッダ、８
・・・・・・絞り弁、９・・・・・・絞り弁、１０・・
・・・・元弁、１１ａ，１１ｂ・・・・一次減圧弁、１
２・・・・・・２次減圧弁、１３・・・・・・流量調整
弁、１４・・・・・流量計、１５・・・・・三方切換弁
、１６・・・・・・絞り弁、１７ａ，１７ｂ・・・・・
・流量調整弁、１８・・・・・・流量計、１９・・・・
・三方切換弁、２０・・・・・・絞り弁、２１ａ，２１
ｂ・・・・・・ＨＭＤｌ２２・・・・・・冷却帯。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋼板上面側にラミナーフローノズル群が配設され、
   鋼板下面側にスプレーノズル群が配設されていて、圧延
   設備全体に供給される冷却水の管路から分岐して設けら
   れた同一管路の冷却水が、前記ラミナーフローノズル群
   および前記スプレーノズル群に夫々異なる圧力および流
   量で、かつ変化自在に供給される熱間圧延厚鋼板のオン
   ライン冷却装置にして、前記分岐して設けられた同一管
   路には、目標スプレー圧力に対して差圧制御機能を有す
   る１次減圧弁が並列に配設され、前記１次減圧弁の下流
   側管路は、上面ラミナーフロー管路と、下面スプレー管
   路とに分岐され、前記上面ラミナーフロー管路には、上
   流側から、目標ラミナーフロー圧力に対して差圧制御機
   能を有する２次減圧弁と、流量調整弁と、流量計と、絞
   り弁付三方切換弁とが順次配設され、前記下面スプレー
   配管には、上流側から、並列に配設された流量調整弁と
   、流量計と、絞り弁付三方切換弁とが順次配設されてい
   ることを特徴とする、鋼板の冷却装置。