JPS6261656B2 - - Google Patents

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、急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１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４に浸して直接冷却されるよ
うになつている。５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４
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。

一般に加熱された鋼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〜Ｂ間は安定した蒸気膜が形成されている
膜沸騰領域、Ｂ〜Ｃ間は核沸騰領域である。この
核沸騰現象は、鋼板の表面温度が400℃程度で始
まるとされている。ところでこの核沸騰を誘発す
る要因は板の温度が一番であるが、その他鋼板の
表面疵やスケール、汚れ等によつても誘発され
る。これらの表面疵等は鋼板の幅方向に対して均
一に分布していないので、第３図に示すように、
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、鋼板の幅方向の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τ_１）は、互の温度
差Δt₁′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、τ_２では互の間に
200℃〜300℃の温度差Δt₁を生じ「しわ」「折
れ」等が発生する。

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理時間を短縮
する手段として特開昭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後、75℃より高い温
度、できれば80℃ないし150℃に維持した水性溶
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段階では水性溶による薄板の冷却速度を
25℃／秒ないし180℃／秒として、薄板を200℃な
いし425℃に冷却し、かつ℃／秒で表わす冷却速
度（Ｖ）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（Ｖ×ｅ）_１＞25〕、
できれば35より大きな値〔即ち（Ｖ×ｅ）_１＞
35〕に維持し、第２段階では水性溶による薄板の
冷却速度を90℃／秒ないし500℃／秒、できれば
150℃／秒ないし450℃／秒とし、かつ℃／秒で表
わす冷却速度（Ｖ）とミリメートルで表わす厚さ
(e)との積を75以上の値〔即ち（Ｖ×ｅ）_２＞
75〕、できれば95以上の値〔即ち（Ｖ×ｅ）＞95〕
に維持することを特徴とする冷延薄鋼板の連続熱
処理法であつて、前記公報には、水性溶の温度が
40℃〜60℃であれば板の幅に沿つて破断荷重に大
きなバラツキを示すが、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て行くとい
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つて冷却した薄板を
焼戻し（再熱）した後、別に設けた熱水に第２段
階の浸漬を行い前記冷却とは速度の異なる冷却を
行つて炭素を析出（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、特に第２段階の冷却では前述のよな板幅方向
の不均一性に基く板幅方向の温度差（第３図のΔ
t₁）が、相当大きくて厚さが１mm以下の薄板では
「しわ」その他の変形が発生することは避けられ
ない。このような薄板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つて後述するが、一
般に鋼板の温度が150℃〜200℃以下でなければ、
薄鋼板を水中に浸漬冷却した際、板幅方向に「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。

更に板厚1.0mm以下の薄い鋼ストリツプを形状
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、ストリツプ面に対して配
置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、0.1Kg／cm²以上のボツクス内水圧で
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ツクスをストリツプの両
側に対設し、前記スプレーボツクスに板状噴流を
形成するスリツ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、ストリツプが一
般に膜沸騰の下限とされている400℃以下に冷却
されるまでストリツプをストリツプの幅方向にお
いて均一に冷却し、それによつてストリツプの形
状を良好に保つことができて、前述の加温水浸漬
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、ストリツプを700〜800℃の高温より450℃
以下に500℃／sec〜300℃／secの速度で冷却する
必要のあるシエ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、本願の明細書に後
述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、前述のように鋼板の幅方向に
相当な温度差が生ずるため板に「しわ」「折れ」
等の発生することが多かつた。

さらに、前記公報に記載の発明は、その噴射圧
力が0.1Kg／cm²以上であり、0.18Kg／cm²〜0.72Kg／
cm²の実施例を示し、最適条件はボツクス内水圧
0.36Kg／cm²であるとされているが、その公報に記
載（第２頁４欄〜第３頁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要件であり、噴流がス
トリツプに衝突した後、ストリツプの表面を流れ
ることにより不均一な蒸気膜が生じ不均一な冷却
が起り、これを防ぐためにストリツプの進行方向
に狭い間隔で板状噴流を形成する必要や、ヘツダ
ー内にそらせ板を傾斜させて設け流れを迂回せし
めて、ストリツプの幅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
要があるとなつている。

さらにまた、スリツトの間隔、間隙、方向を任
意に選択できるようなノズル板の特殊な構造や、
ヘツダー内の水圧を歪ゲージ圧力変換器で計測
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、ストリツプの形
状を更に良好にするためには最上部のスリツトを
下向きにし噴流がストリツプに衝突した後、上方
に跳ね上るのを抑制する必要があるとなつてい
る。

前記の板状噴流を多段に形成せしめた水噴射式
冷却手段については、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
に、更に、このような冷却手段では、高温の鋼ス
トリツプに冷却水を噴射して急冷するためにスト
リツプの圧延直角方向に極度の湾曲（Ｃ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、スプレーボツクスの下側（出
側）でストリツプが少なくとも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トリツプの
幅方向に圧縮応力が生じ、この応力を緩和するた
め、ストリツ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53―47328号公
報の発明によつて前記の「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
ストリツプの急冷では「Ｃ反り」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つて、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騰現象を継続せしめたの
ち、部分的に核沸騰現象に移る前にて、鋼板の板
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幅の水平な堰を備え80〜100
℃の冷却水を供給するラミナーフロー装置と、該
ラミナーフロー装置の下側にて鋼板移送方向に移
動可能にして鋼板の両面全幅にわたつて冷却水を
供給する第２のラミナーフロー装置あるいは鋼板
の全幅にわたつて水平な板状噴流を形成するスリ
ツトを備えた水ジエツ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」、「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鋼板の冷却装置
の１例で、鋼板１は焼鈍炉２を出て垂直方向に連
続的に移送され、ガスジエツト装置３からのガス
噴流によつて予冷却された後、本発明に係る冷却
装置によつて冷却される。即ち本例において予冷
却された鋼板１は、まず鋼板１の両面に配置され
たラミナーフロー装置４からの水膜流を受けて冷
却され更にその下に配置された新たな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で温度調節装置７により蒸
気Ｓ又は冷水Ｗの流量を加減されることによつて
100℃近く即ち80〜100℃に温度調節し、ポンプ８
でラミナーフロー装置４および５へ供給される。
冷却に使用した水はタンク９に溜り、ポンプ１０
によつて再び冷却水タンク６に戻る。更に、２段
目のラミナーフロー装置５は、鋼板１の移送方向
に沿つて移動できるように移動装置１１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１２を使用している。また、２段目のラミナ
ーフロー装置５へ供給する冷却水温度は100℃近
くである必要はなく後述のようにこれより低い任
意の温度に選定できる。従つて、１段目のラミナ
ーフロー装置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８は２組となる。

勿論、冷却水の加熱は蒸気のみならず電熱ヒー
タその他を使用しても良く、加熱位置もタンク内
でなく配管系路でも良い。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ツドタ
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、更に鋼板１を冷却する役目を持つてお
り、タンク６の温度調節装置７と同様な温度調節
装置１３を有する。１４は外界と冷却装置の隔壁
で、冷却過程で発生した蒸気はブロワ１５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、水ジエツト装置を設置しても
良い。この水ジエツト装置も第４図に示す移動装
置１１と同様な移動装置に支持され、冷却水は１
段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４，
５の断面図を示し、第５図Ａにおいて１は鋼板、
４―２はラミナーフロー装置４の堰、４―３は冷
却水供給管、４―４は波立防止板であつて、堰４
―２は鋼板１に相対する面を鋼板１と略等しい幅
に水平に切欠いだ構造であつて、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１の幅方向全面に水膜流を形成して自
然流下し、鋼板１を冷却する。

また、波立防止板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Ｂは、第４図における２段目のラミナー
フロー装置５に代える水ジエツト装置の断面図を
示し、同図において１は鋼板、４２はジエツトノ
ズル、４３は冷却水供給管である。

水ジエツトノズル４２はチユーブを用いて鋼板
１に相対する側に該鋼板１の幅に略等しい幅の水
平なスリツト状の開口部を設けたものであつて、
ポンプ等で圧送された冷却水はこの開口部から鋼
板１の幅方向全面に板状噴流として噴射されて鋼
板１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、
鋼板１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を移る前
にて、２段目のラミナーフロー装置５又は水ジエ
ツト装置により鋼板１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
ようになつており、次にその作用、効果について
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℃にしたことに
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デーテを
示し、冷却水の温度が高くなるに従い、だんだ
ん冷却曲線がゆるやかになり冷却水温度が高く
なると核沸騰が始まつて急激に鋼板の温度降下
が始まる前に温度的にフラツトになる傾向、即
ち時間的に鋼板の温度があまり変化しなくな
る。この鋼板の温度のあまり変化しない区間に
おける鋼板表面に形成された蒸気膜は安定であ
るけれども破れる（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
記区間が長くなる。このことは、次に述べる２
段目のラミナーフロー装置又は水ジエツト装置
による冷却にとつて極めて重要なことである。

(ロ) 次に、２段目のラミナーフロー装置又は水ジ
エツト装置による作用については、前述のよう
に鋼板１の温度があまり変化しなくなつた区間
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エツトによつて容易に
破られ核沸騰開始点が板幅方向に対して強制的
に略均一にできるので、第７図に示すような冷
却曲線が得られる。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、鋼板幅方向の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エツトを使
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
にフラツトな区間が無いか若しくは非常に短か
いため、どこか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
ジエ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エツト
は鋼板の厚さ、移動速度等によつて上下に位置
を動かす必要を生ずる。しかし１段目の冷却水
の温度と80℃〜100℃にすることによつて前述
のように蒸気膜が破れる寸前の区間が長くなる
ため、それ程慎重に位置決めを行う必要がなく
操作も極めて容易となる。

なお２段目の冷却水温度は何度でもかまわな
い。これは第６図にみられるように蒸気膜が破れ
た後の鋼板の温度降下勾配に冷却水温度による顕
著な差が無いためで、２段目の冷却水温度は必要
な鋼板の冷却温度から決めれば良い。この必要な
鋼板の冷却温度とは第４図におけるタンク９に鋼
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に鋼板の温度が150〜
200℃以下であればタンク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）。

従つて、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
冷却水温度（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９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。このようにすれば第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鋼板温度から決定し温度調
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囲内で
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側面
図、第２図は同冷却装置を用いて冷却した場合の
冷却曲線を示す説明図、第３図は核沸騰の開始点
を示す説明図、第４図は本発明に係る帯状鋼板の
冷却装置の一実施例を示す側面図、第５図Ａ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５Ｂは２段目のラミナーフロー
装置に代える水ジエ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温度
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エツト装置における冷
却曲線図である。

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騰現象を継続せ
   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幅
   の水平な堰を備え80〜100℃の冷却水を供給する
   ラミナーフロー装置と、該ラミナーフロー装置の
   下側にて鋼板移送方向に移動可能にして鋼板の両
   面全幅にわたつ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鋼板の全幅にわたつて水平
   な板状噴流を形成するスリツトを備えた水ジエツ
   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。