JPS6358208B2

JPS6358208B2 -

Info

Publication number: JPS6358208B2
Application number: JP10003283A
Authority: JP
Inventors: Koro Takatsuka; Mitsuru Moritaka; Yutaka Ichida
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1983-06-02
Filing date: 1983-06-02
Publication date: 1988-11-15
Also published as: JPS59226122A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、線材、棒鋼の浸漬冷却管に関する。周知の如く、熱間圧延により製造される線材、
棒鋼等の線条材は、仕上圧延機列後に設置された
冷却帯において、機械的性質のコントロール及び
スケール生成の抑制などのために、熱間圧延直後
の高温から所定温度にまで冷却される。このよう
な冷却帯においては、冷却媒体として通常水が用
いられている。この水冷に際しては、線条材の周
囲、長手方向及び断面方向に均一に冷却するこ
と、並びに高い冷却能を実現することなどが大切
である。冷却能を向上させることは、所定の温度
降下量を得るための冷却水流量を節減できるた
め、ポンプ動力を小さくできるなどの利点があ
る。また熱間連続圧延においては、中間圧延機列と
仕上圧延機列との間などのスタンド間冷却帯で、
圧延材に冷却水を供給した後、再度仕上圧延機列
により圧延する制御圧延が行なわれている。この
制御圧延は、加熱温度、圧延温度、圧下率等を制
御して行なう熱間圧延法であつて、線条材におけ
る結晶粒の微細均一化、機械的性質の改善を目的
としており、圧延仕上りの状態で焼ならし処理材
と同等の組織及び機械的性質を有する線条材を製
造することができるものである。この制御圧延の
温度パターンを実現させるためにも、スタンド間
冷却帯は出来るだけ高い冷却能（熱伝達係数）を
有し、かつ制御範囲が大きなものでなければなら
ない。上記各種の圧延工程における冷却帯においては
従来種々の形式の冷却管が用いられている。例えば、冷却管内管の両端部付近に内管の周方
向に一定間隔に配置したノズル（スリツト）か
ら、該内管の軸心部を走行する圧延材に対し、圧
延材の進行方向に冷却水をスプレー状に噴射する
スプレー方式のものがある。このスプレー方式のものでは、圧延材に高圧水
が直接あたつている所では冷却能は高いが、他の
部分では低いという欠点があり、冷却帯の長さや
冷却水流量及びポンプ動力に比して冷却効率が小
さいものである。そこで本願出願人は、実公昭57−14965号にお
いて冷却能の優れた浸漬型式の冷却管を提供し
た。これによると、冷却管両端部に設けた環状ノ
ズルから冷却水を対向して噴出させて冷却管の開
口を施蓋する水膜を形成すると共に、冷却管の長
手方向中央部から冷却水を管内に供給し、管内部
に冷却水を充満させるものであつた。この浸漬型
式の冷却管によれば、冷却管の軸心部を走行する
高温の線条材は、管内に充満した冷却水に浸漬さ
れた状態となり、冷却水との接触時間が長くな
り、かつ均一に冷却されることになり、極めて高
い冷却能を得ることができる。この浸漬型式の冷
却管は、冷却水をいかにして管内に充満させるか
を主眼点として開発されたものであつた。しかし、その後の研究により、浸漬型式の冷却
管の冷却能は、管内での冷却水の流れの状態によ
り大きな影響を受けることが判明した。そして流
れの状態は、冷却水供給量と冷却水供給部圧力
（ノズル部圧力）及び冷却水供給部内の環状ノズ
ル周方向の冷却水圧力分布に影響を受け、これら
は最終的に環状ノズルの断面積によつて左右され
ることが判明した。そこで、本発明は、前記研究に基づき、環状ノ
ズルのスリツト断面積を適切なものにすることに
より、冷却能の向上を図つた線材、棒鋼用の浸漬
冷却管を提供することを目的とする。従つて、その特徴とする処は、水平軸心を有す
る筒体両端部に該軸心と同心状に設けられた環状
ノズルから筒体内方に向けて冷却水を噴出せしめ
て筒体内部に冷却水を充満させ、該筒体軸心部を
貫通して走行する線材又は棒鋼を浸漬冷却する冷
却管において、前記両端部の環状ノズルのスリツ
ト断面積の合計Ａ（mm²）が、 40・Ｑ≦Ａ≦1200・Ｑ／√ 但しＤ；環状ノズルの内径（mm）Ｑ；冷却水流量（m²／hr）に設定されている点にある。以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述す
る。第１図に示す本発明に係る浸漬型式の冷却管１
は、水平状に配置される筒体２と、筒体２の両端
部外周面に外嵌されたジヤケツト３と、該ジヤケ
ツト３に接続された冷却水供給管４と、前記筒体
２の両端面に同心状に延設された入口ガイド部５
と出口ガイド部６とからなる。入口ガイド部５の
内面はテーパー面に形成されている。前記筒体２の軸方向中央部の下面には、排水口
７が開設されている。筒体２の両端部で前記ジヤ
ケツト３の内方に位置している部分と、入側ガイ
ド部５及び出側ガイド部６とは、各々ジヤケツト
３内部と筒体２内部とを連通する環状のノズル８
を構成している。このノズル８は筒体軸心と同心
で筒体２の内向きに開口し、筒体２の軸心に対す
る指向角度を第１図に示すように入口側をθ₁、出
口側をθ₂とすると、 30゜≦（θ₁、θ₂）≦60゜になるよう設定されている。尚、環状ノズル８の
内径Ｄは約60mm〜120mm、筒体２の全長Ｌは約700
mm〜1000mmとされ、冷却管１本あたりの供給水量
Ｑは、15〜50m³／hrである。環状ノズル８のスリツト巾ｔは、スリツト断面
積の合計Ａ（mm²）が、 40・Ｑ≦Ａ≦1200・Ｑ／√ を満足するように設定される。次に、スリツト総断面積Ａを前記の如く設定し
た理由につき説明する。前記浸漬式の冷却管１を用い、ノズル指向角度
θ、スリツト巾ｔ、及び冷却水供給量Ｑを種々変
化させて冷却能に影響を及ぼすと考えられる冷却
管１内の冷却水の流れの状況を観察した。その結果、一般的な傾向として、冷却水供給量
Ｑが多くなるにつれ、また同一冷却水量Ｑでも、
スリツト巾ｔが小さくなる程、ノズル８からの冷
却水の噴出速度が大きくなり、それに伴ない、冷
却管１入口側及び出口側からの空気の吸込みが多
くなつて、冷却管１内で気泡の生成量が多くな
る。また同一スリツト巾ｔであれば、ノズル指向
角度θが小さい方が気泡が生成しやすい傾向があ
ることが判明した。気泡の生成は、線材、棒鋼等の線条材と冷却水
との間に断熱層を存在させることになり、冷却表
面の沸騰膜除去のために好ましくなく、冷却能の
低下をもたらす。この気泡の生成の程度は、冷却水の噴出速度、
すなわち冷却水供給部内（ジヤケツト３内）の圧
力の高低に依存すると見なされる。そこで、ノズル指向角度θが30°≦θ≦60°冷却
管１を用いて、冷却水供給部３に圧力計を取付
け、各冷却条件（冷却水供給量Ｑ、ノズル指向角
度θ、スリツト巾ｔ）における冷却水供給部３の
圧力を測定し、その時の気泡の生成状況を調べ
た。その結果、冷却水供給部３内の圧力水頭ｈが、
およそ４ｍ以上になると、いずれの冷却条件の場
合も冷却管１内において、冷却管１の入口側及び
出口側から空気の吸込みによる気泡の生成がかな
り大きくなることが判つた。従つて、この種の浸漬型式冷却管１において、
気泡の生成による冷却能の低下を防止するために
は、冷却水供給部３の圧力が、ｈ≦４ｍ（0.4気圧以下） … とすることが望ましい。ところで、前記冷却管１において、冷却水供給
量（Ｑm³／hr）、ノズルのスリツト断面積（Ａm²）
及び冷却水供給部３の圧力（ｈｍ）の関係は、次
式で表わされる。Ｑ＝Cs Ａ√2 … Cs；ノズル係数≒0.80 ｇ；重力加速度よりｈ＝Ｃ・（Ｑ／Ａ）² … Ｃ＝１／Cs²・2g＝7.97×10^-2 前記、式より、ｈ≦４ｍとなるノズル８の
スリツト断面積（Ａmm²）の範囲は、となる。一方、均一冷却のためには、環状ノズル８周方
向各部における流量の変動ができるだけ小さい方
が好ましい。ところが、環状ノズル８では、その頂部と下端
部とでは高低差により圧力差が生じ、頂部での冷
却水供給部３の圧力をｈとすると、下端部での圧
力は（ｈ＋Ｄ×10^-8）となる。前述した如く、本
発明においてはｈ≦４ｍであり低圧であるところ
から、環状ノズル８の内径Ｄによる圧力差は無視
することができない。この圧力差による流量変動は少なくとも10％程
度以下にすることが望ましいところから、前記
式よりとなる。従つて、式よりｈ≧4.26×10^-3D（4.26×10^-4D気圧） … であることが必要である。従つて式と式より但し単位はＡ〔mm²〕、Ｑ〔m²／hr〕、Ｄ〔mm〕となる。従つて、式と式より、最適なスリツト断面
積(A)は、 40・Ｑ≦Ａ≦1200・Ｑ／√ となるのである。第２図は上記の関係をグラフに表わしたもので
あり、Ｄ＝60mm、90mm、120mmにおいて所定冷却
水流量Ｑに対するスリツト断面積Ａの範囲を示し
ている。いずれもグラフ中の斜線内のＡの値を採
用すればよい。前記本発明に係る冷却管１によれば、所定圧力
ｈの冷却水が供給管４を介してジヤケツト３内に
供給され、該冷却水は環状ノズル８から筒体２内
部内方に向つて噴出される。このノズル８からの
噴出流は筒体２の中心部に向つて流れ、中央部で
衝突して筒体２内に充満しようとする。このと
き、冷却水の一部は排水口７より排出されるが、
供給された冷却水の残りの部分は筒体２の両端部
開口から排出され、この開口部を水流によつて満
たす。これらの結果として、給水開始後迅速に筒
体２内部は冷却水で充満されて、浸漬状態に達す
る。しかして、上記浸漬状態において、入口ガイド
部５より線材又は棒鋼の線条材９が筒体２の軸心
部を貫通して走行することにより、線条材９は冷
却水に浸漬された状態で冷却される。この浸漬冷却において、ノズル８のスリツト断
面積Ａを40・Ｑ≦Ａ≦1200・Ｑ／√に設定して
いるので、冷却管１内での気泡の生成量が少な
く、しかも環状ノズル周方向各部から冷却管内へ
は均一な冷却水流量が得られるため、冷却能及び
冷却の均一性の向上が図られる。表１に、この種の浸漬型式冷却管１において、
ｈ＝0.6ｍ、５ｍの場合の冷却能を比較して示し
ている。

【表】この表１から明らかな如くｈ＝0.6ｍの方がｈ
＝５ｍのものより冷却能が優れている。即ち、ｈ
＝0.6のものは40・Ｑ≦Ａを満たしており、優れ
た冷却能を与えることがわかる。尚、前記冷却管１において、その筒体２の中途
部の側面に排水口７を設けたので、冷却管１内に
おける冷却水の有効な置換率（冷却水供給量Ｑに
対する冷却管中央部排水口７からの冷却水の排出
量Qeの比；Qe／Ｑ）を高めることができた。一般に、浸漬型式の冷却管においては、この冷
却水の有効な置換率が低ければ、それは冷却管内
に冷却水の一部が留まることを意味し、該冷却水
の溜まりにより冷却管内の平均水温が上昇し、圧
延材定常部に対する冷却能は、圧延材先端部に対
する冷却能に比べ低くなる。即ち、線条材の先端
部と定常部とでは冷却水温度に差が生じ、長手方
向に不均一な冷却となる。これに対し、冷却管中央部から冷却水を管内に
供給し、冷却管の両端部より排水する従来の構造
の冷却管（実公昭57−14965号に記載のもの）で
あれば、冷却管の長さが短かい場合は冷却水の入
れ替わりが良好に行なわれるため問題ないが、冷
却管の長さが長くなると（本実施例では筒体２の
内径は約60mm〜120mm、長さは700mm〜1000mm）、
冷却水の一部が管内に溜まることになり、冷却水
の置換率が低下して好ましいものではなかつた。本実施例では、筒体２の中途部の側面に排水口
７を設けることにより、冷却水の有効置換率を高
めたので、このような不均一冷却の問題点が解決
された。尚、本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、第３図に示すように筒体２の上側面に長
手方向に沿つて排気孔１０を設けた冷却管１にも
適用される。このように上側に排気孔１０を設け
ることにより、冷却管１内に生成した気泡を有効
に排出することができ、更に冷却能の向上が図ら
れる。本発明によれば、40・Ｑ≦Ａ≦1200・Ｑ／√
としたので、環状ノズルからの冷却水の噴出速度
は小さくなり、気泡の生成を防止して冷却能の向
上を図ると共に、冷却管の冷却水供給部内の圧力
（ノズル部圧力）も小さくていいため、冷却水供
給用ポンプの動力費の大巾な低減が可能となるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した冷却管の断面図、第
２図は供給水量Ｑと環状ノズル径Ｄに対する40・
Ｑ≦Ａ≦1200・Ｑ／√の関係を示すグラフ、第
３図は本発明に係る他の実施例を示す断面図であ
る。１……冷却管、２……筒体、３……ジヤケツト
（冷却水供給部）、８……環状ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】１水平軸心を有する筒体両端部に該軸心と同心
状に設けられた環状ノズルから筒体内方に向けて
冷却水を噴出せしめて筒体内部に冷却水を充満さ
せ、該筒体軸心部を貫通して走行する線材又は棒
鋼を浸漬冷却する冷却管において、前記両端部の
環状ノズルのスリツト断面積の合計Ａ（mm²）が、 40・Ｑ≦Ａ≦1200・Ｑ／√ 但しＤ；環状ノズルの内径（mm）Ｑ；冷却水流量（m²／hr）であることを特徴とする線材、棒鋼用の浸漬冷却
管。