WO2012011578A1 - 鋼板の冷却装置及び鋼板の冷却方法 - Google Patents

鋼板の冷却装置及び鋼板の冷却方法 Download PDF

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WO2012011578A1
WO2012011578A1 PCT/JP2011/066742 JP2011066742W WO2012011578A1 WO 2012011578 A1 WO2012011578 A1 WO 2012011578A1 JP 2011066742 W JP2011066742 W JP 2011066742W WO 2012011578 A1 WO2012011578 A1 WO 2012011578A1
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WO
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spray nozzle
water
cooling
nozzle row
row group
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Application number
PCT/JP2011/066742
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English (en)
French (fr)
Inventor
山本 龍司
芹澤 良洋
朋哉 小田
尚徳 川村
直剛 田原
上尾 英孝
小川 健一
公司 首藤
Original Assignee
新日本製鐵株式会社
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Publication date
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    • B21B45/02Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203Cooling
    • B21B45/0209Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0233Spray nozzles, Nozzle headers; Spray systems
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    • B21B45/0215Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0218Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device that cools a steel plate obtained by hot rolling while horizontally restraining it with a restraining roll and a method for cooling the steel plate.
  • the hot-rolled steel sheet after finish rolling in hot rolling is cooled to a predetermined temperature while being transported after being restrained by restraint rolls after the finish rolling mill. Between each restraining roll pair, a plurality of spray nozzles that inject cooling water onto the upper and lower surfaces of the cooling device, for example, the hot steel plate, are arranged, and the hot steel plate is cooled by the cooling water.
  • the cooling mode after finish rolling is an important factor that determines the mechanical properties, workability, and weldability of the steel sheet, and the hot steel sheet is uniformly cooled to a predetermined temperature. It is important to do.
  • the hot steel sheet is cooled by the cooling water as described above, it is difficult to uniformly cool the hot steel sheet due to the influence of the hot water on the hot steel sheet, particularly on the upper surface side of the hot steel sheet. That is, the on-board water on the hot steel plate is discharged in the width direction of the hot steel plate, but the on-board water and the water jet of cooling water injected on the hot steel plate interfere with each other. Thereby, a cooling water becomes non-uniform
  • Patent Document 1 discloses a cooling method that allows the water jet to sufficiently reach the upper surface of the thermal steel sheet by adjusting the collision area of the water jet from the spray nozzle or adjusting the spread angle of the water jet. Has been. In the case of this method, sufficient cooling capacity can be secured and the hot steel sheet can be cooled uniformly.
  • the cooling capacity required for the cooling device differs depending on the type and application of the steel plate. Therefore, it is desired that the cooling device can uniformly cool the hot steel sheet as described above and can select a wide cooling capacity control range.
  • Patent Document 2 discloses a cooling device that has spray nozzles having different amounts of cooling water to be sprayed and uses the spray nozzles according to the required cooling capacity (cooling water amount).
  • the required cooling capacity cooling water amount
  • Patent Document 3 discloses a cooling device provided with an air-water spray nozzle that injects two fluids (air and cooling water) in order to ensure a spray pattern.
  • the air-water spray nozzle requires an air compressor, air piping, and the like for supplying air, and the manufacturing cost of the cooling device increases.
  • the nozzle structure of the air / water spray nozzle is complicated and easily clogged, the maintenance cost is increased in addition to the manufacturing cost of the cooling device.
  • the pressure control between air and water is complicated, and it is difficult to keep the air / water ratio constant, and the cooling capacity changes depending on the air / water ratio.
  • the cooling device has a problem that it is difficult to accurately control the cooling capacity because there are too many influence factors.
  • the present invention has been devised in view of the above-described problems, and when cooling a hot-rolled steel sheet after hot rolling, a steel sheet cooling apparatus that uniformly cools the steel sheet while controlling the cooling capacity over a wide range. And it aims at provision of the cooling method of a steel plate.
  • a steel sheet cooling device includes a plurality of restraint roll pairs for restraining and passing a steel sheet; and disposed opposite to each other with the steel sheet interposed between the restraint roll pairs.
  • An upper cooling device and a lower cooling device having a plurality of spray nozzle rows, wherein the plurality of spray nozzle rows are arranged along the plate passing direction of the steel plate, and each spray nozzle row is A plurality of the same spray nozzles arranged in the width direction of the steel plate; when viewed along the plate passing direction, each spray nozzle row is a group of upstream spray nozzle rows relatively upstream And the downstream spray nozzle row group relatively downstream; the number of the spray nozzles belonging to the upstream spray nozzle row group is the spray nozzle belonging to the downstream spray nozzle row group Less than the number.
  • the ratio of the total number of the spray nozzle rows to the number of spray nozzle rows belonging to the upstream spray nozzle row group is the spray nozzle. It is preferably an integer ratio that is the same or approximate to the ratio between the maximum injection amount and the minimum injection amount of each spray nozzle belonging to the column.
  • the steel sheet cooling device further includes a control unit that controls cooling water sprayed from the plurality of spray nozzle rows toward the steel sheet; sprayed toward the steel sheet.
  • a control unit that controls cooling water sprayed from the plurality of spray nozzle rows toward the steel sheet; sprayed toward the steel sheet.
  • the steel sheet cooling device is supplied to the water supply header; a water supply header that supplies the cooling water to the upstream spray nozzle row group and the downstream spray nozzle row group; A flow control valve that adjusts the flow rate of the cooling water; a first control valve that controls permission or prohibition of the supply of the cooling water supplied from the water supply header to the upstream spray nozzle row group; and the water supply header And a second control valve that controls permission or prohibition of supply of the cooling water supplied to the downstream spray nozzle row group.
  • the steel sheet cooling device supplies a first water supply header that supplies the cooling water to the upstream spray nozzle row group, and supplies the cooling water to the downstream spray nozzle row group.
  • the adjacent intervals in the plate passing direction of the spray nozzle rows belonging to the upstream spray nozzle row group are It is preferable that the adjacent intervals in the plate passing direction of the spray nozzle rows belonging to the downstream spray nozzle row group are the same.
  • the amount of water on the steel plate is small, and the water on the plate is moved in the plate passing direction of the steel plate as the steel plate moves. That is, it is discharged to the downstream side of the steel sheet and does not stay so much on the upstream side. For this reason, the cooling water sprayed to the upstream side of the steel plate is not affected by the water on the plate, and the steel plate can be cooled uniformly.
  • the steel plate according to any one of (1) to (5) above
  • the cooling device moves toward the upstream position along the plate passing direction with respect to the area of the plate water that stays on the steel plate.
  • the upstream spray nozzle row group may be arranged so that the cooling water is jetted from the side spray nozzle row group.
  • the total amount of water to be sprayed toward the steel plate is the upstream spray.
  • the cooling water is jetted from both the upstream spray nozzle row group and the downstream spray nozzle row group, while the total water amount is the upstream spray nozzle row.
  • the control unit may control the injection of the cooling water so that the cooling water is injected only from the upstream spray nozzle row group.
  • uniform cooling can be performed with a smaller number of spray nozzles, a smaller number of nozzle rows, and a smaller flow rate control valve, and a wide cooling capacity range.
  • the equipment configuration is simple and there is only one type of nozzle, it is possible to reduce equipment construction costs and maintenance costs.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a part of a hot rolling facility having a cooling device 1 according to the present embodiment.
  • a finish rolling mill 2 In the hot rolling facility, as shown in FIG. 1, a finish rolling mill 2, a hot straightening device 3, and a cooling device 1 are provided in this order in the sheet passing direction of a steel plate (hot steel plate) H. Yes.
  • the rolling mill 2 hot-rolls the steel sheet H discharged from a heating furnace (not shown) and rolled by a rough rolling mill (not shown).
  • the hot straightening device 3 straightens the shape of the steel plate H after finish rolling.
  • the cooling device 1 cools the steel sheet H after hot correction to a predetermined temperature, for example, 350 ° C.
  • the steel sheet H rolled by the finish rolling mill 2 is corrected by the hot straightening device 3 and then cooled by the cooling device 1 during conveyance.
  • the hot straightening device 3 may be provided on the downstream side (rear side) of the cooling device 1. Alternatively, the hot straightening device 3 may be provided on both the upper side and the lower side across the steel plate H of the cooling device 1.
  • the cooling device 1 includes a plurality of restraining roll pairs 10, an upper cooling device 11 and a lower cooling device 12, and a control unit 5.
  • the plurality of constraining roll pairs 10 includes a constraining roll 10a disposed above the steel plate H and a transporting roll 10b disposed below.
  • the restraining roll 10a and the transporting roll 10b are arranged in the horizontal direction along the plate passing direction of the steel plate H, and cause the steel plate H to pass through.
  • Each constraining roll pair 10 is composed of two constraining rolls arranged vertically.
  • the steel plate H is conveyed in a state of being sandwiched between the upper and lower restraining rolls.
  • the lower restraining roll may be referred to as a transport roll. Further, the steel roll H is sandwiched between the restraining roll 10a and the transport roll 10b.
  • An upper cooling device 11 that cools the upper surface side of the steel plate H and a lower cooling device 12 that cools the lower surface side of the steel plate H are respectively disposed between the adjacent pair of restraining rolls 10 and 10.
  • the upper cooling device 11 and the lower cooling device 12 are disposed to face each other with the steel plate H interposed therebetween.
  • the cooling device 1 can cool the upper and lower surfaces of the steel plate H.
  • the upper cooling device 11 and the lower cooling device 12 have a plurality of spray nozzle rows 21. This spray nozzle row 21 is arranged along the plate passing direction of the steel plate H, and each spray nozzle row 21 has a plurality of identical spray nozzles 20 arranged in the width direction of the steel plate H. .
  • the lower cooling device 12 is provided with a plurality of spray nozzles, for example, full cone spray nozzles (not shown) arranged side by side in the sheet passing direction and the width direction of the steel plate H. Although the full cone nozzle of the lower cooling device 12 is not shown, the discharge water amount is slightly larger than the full cone spray nozzle of the upper cooling device 11 shown in FIG. Cooling water is sprayed onto the steel plate H from the full cone spray nozzle, and the steel plate H is cooled from the lower surface side by a water jet of cooling water.
  • the upper cooling device 11 has a plurality of spray nozzles for injecting cooling water onto the upper surface of the steel sheet H as shown in FIGS. 2 and 3, and in this embodiment, a full cone spray nozzle 20.
  • the full cone spray nozzle 20 can inject a conical water jet as shown in FIG.
  • the plurality of full cone spray nozzles 20 form nozzle rows in the width direction of the steel plate H as shown in FIGS. 2 and 3, and the nozzle rows are arranged in a plurality of rows in the sheet passing direction.
  • positioned along with 9 rows is comprised.
  • a plurality of spray nozzles 20 are arranged in the width direction of the steel plate H in each of the spray nozzle rows 21a to 21i. That is, the plurality of full cone nozzles 20 are arranged in a staggered manner in a horizontal sectional view. With this configuration, the cooling water sprayed from the full cone spray nozzle 20 is sprayed onto the upper surface of the steel plate H.
  • the nine spray nozzle rows 21a to 21i are spray nozzle rows 21a to 21a in which each spray nozzle row 21 is relatively upstream when viewed in the plate passing direction.
  • it is grouped into two spray nozzle row groups 22 and spray nozzle row groups 23 arranged in the plate passing direction of the steel plate H.
  • the spray nozzle row group disposed on the upstream side of the steel plate H upstream side of the steel plate H
  • the upstream spray nozzle row group 22 the spray disposed on the downstream side of the steel plate H (downstream side of the steel plate H).
  • the nozzle row group is referred to as a downstream spray nozzle row group 23.
  • the upstream spray nozzle row group 22 includes, for example, three spray nozzle rows 21a to 21c
  • the downstream spray nozzle row group 23 includes, for example, six spray nozzle rows 21d to 21i. Yes.
  • a method of setting the number of spray nozzle rows 21a to 21i in the upstream spray nozzle row group 22 and the downstream spray nozzle row group 23 will be described later.
  • the arrangement position of the upstream spray nozzle row group 22 will also be described later.
  • Each end of the full cone spray nozzle 20 is connected to one end of a supply pipe 24 that supplies cooling water to the full cone spray nozzle 20.
  • the supply pipe 24 extends vertically upward from the full cone spray nozzle 20, and the other end of the supply pipe 24 is disposed in a nozzle box 30 capable of storing cooling water.
  • the inside of the nozzle box 30 is divided into two storage chambers 31 and 32.
  • the supply pipe 24 of the full cone spray nozzle 20 of the upstream spray nozzle row group 22 is accommodated in the upstream storage chamber 31 disposed on the upstream side of the steel plate H.
  • the supply pipe 24 of the full cone spray nozzle 20 of the downstream spray nozzle row group 23 is accommodated in the downstream storage chamber 32 arranged on the downstream side of the steel plate H.
  • cooling water is always stored up to the position of the other end of the supply pipe 24.
  • the cooling water is immediately supplied to the full cone spray nozzle 20 via the supply pipe 24. Therefore, the reaction of the upper cooling part 11 becomes quick, and the steel plate H can be cooled appropriately. Even when cooling is not performed, the cooling water stored in the storage chambers 31 and 32 can prevent the nozzle box 30 from being damaged by heating (from the hot steel plate).
  • a supply header 40 for supplying cooling water to the nozzle box 30 (upstream spray nozzle row group 22 and downstream spray nozzle row group 23) is disposed above (upstream side) the nozzle box 30.
  • a flow rate adjustment valve 41 is provided above (upstream) the supply header 40. By opening / closing the flow rate adjusting valve 41, the cooling water flows through the supply header 40, and the flow rate of the cooling water supplied to the supply header 40 is adjusted (controlled).
  • a pipe 42 communicating with the supply header 40 is connected to the upstream storage chamber 31.
  • An on / off control valve (first control valve) 43 is provided in the pipe 42, and the on / off control valve 43 supplies cooling water from the supply header 40 to the upstream storage chamber 31 (upstream spray nozzle row group 22).
  • Permit or prohibit (on / off or valve opening / closing) is controlled.
  • a pipe 44 communicating with the supply header 40 is also connected to the downstream storage chamber 32.
  • An on / off control valve (second control valve) 45 is provided in the pipe 44, and the on / off control valve 45 supplies cooling water from the supply header 40 to the downstream storage chamber 32 (downstream spray nozzle array group 23).
  • Permit or prohibit (on / off or valve opening / closing) is controlled.
  • the flow rate adjustment valve 41, the on / off control valve 43, and the on / off control valve 45 are connected to the control unit 5.
  • the control unit 5 controls the cooling water sprayed from the plurality of spray nozzle rows 21 toward the steel plate H.
  • the spray nozzle rows 21 belonging to the upstream spray nozzle row group 22 have the same adjacent interval a in the plate passing direction, and each spray nozzle belonging to the downstream spray nozzle row group 23. It is preferable that the adjacent space
  • the spray nozzle row 21c disposed on the most downstream spray nozzle row group 23 side of each spray nozzle row 21 belonging to the upstream spray nozzle row group 22, and each spray nozzle belonging to the downstream spray nozzle row group 23 It is preferable that the adjacent space
  • column 21 is equal to the adjacent space
  • the required amount of cooling water is determined from the cooling rate required for the steel sheet H and the cooling stop temperature.
  • the flow rate adjustment valve 41 is controlled by the control unit 5 so that the cooling water amount of the cooling water is supplied, and the flow rate of the cooling water supplied to the supply header 40 is adjusted.
  • the controller 5 determines whether both the on / off control valves 43 and 45 are opened or only the on / off control valve 43 is opened, as will be described later.
  • both the on / off control valves 43 and 45 are opened by the control unit 5, while the required amount of cooling water is increased in the upstream spray row.
  • the on / off control valve 43 When it is less than the maximum amount of water in the group 22, only the on / off control valve 43 is opened by the control unit 5. Then, for example, the cooling water is supplied from the supply header 40 to the upstream storage chamber 31 by opening the on / off control valve 43. The cooling water in the upstream storage chamber 31 is injected to the steel sheet H through the supply pipe 24 and the full cone spray nozzle 20 of the upstream spray nozzle row group 22. Similarly, for example, by opening the on / off control valve 45, the cooling water is supplied from the supply header 40 through the outlet storage chamber 32, the supply pipe 24 of the downstream spray nozzle array group 23, and the full cone spray nozzle 20. Is injected into. As described above, in the upper cooling device 11, the injection of the cooling water is controlled for each of the spray nozzle row groups 22 and 23.
  • the rated maximum load pressure of the full cone nozzle 20 is 0.3 MPa.
  • the injection angle ⁇ of the water jet from the full cone spray nozzle 20 shown in FIG. 4 depends on the nozzle load pressure of the full cone spray nozzle 20.
  • FIG. 5 shows the result of investigation by the inventors on this point.
  • the horizontal axis in FIG. 5 indicates the nozzle load pressure, and the vertical axis indicates the change rate of the injection angle. Referring to FIG. 5, it can be seen that when the nozzle load pressure is about 0.04 MPa (dotted line in FIG.
  • the rate of change of the spray angle of the full cone spray nozzle 20 decreases rapidly.
  • the nozzle load pressure is 0.04 MPa or less, it is not possible to secure a so-called spray pattern, which is an area where the water jet from the full cone spray nozzle 20 collides with the steel plate H. Therefore, in order to cool the steel plate H appropriately, it turns out that the nozzle load pressure of the full cone spray nozzle 20 is 0.04 MPa or more. In this embodiment, the nozzle load pressure is 0.04 MPa or more, but this is only an example.
  • the inventors investigated the cooling water amount of the full cone spray nozzle 20 necessary for ensuring the nozzle load pressure of 0.04 MPa or more, that is, for ensuring the spray pattern.
  • the result is shown in FIG.
  • the horizontal axis in FIG. 6 indicates the nozzle load pressure, and the vertical axis indicates the cooling water amount of the full cone spray nozzle 20.
  • the range of the cooling water amount that secures the spray pattern is a range in which the ratio of the maximum water amount and the minimum water amount of the full cone spray nozzle 20 is approximately 3: 1.
  • FIG. 7 shows the relationship between the nozzle load pressure of the full cone spray nozzle 20 and the water density of the cooling water supplied from the upper cooling device 11.
  • the water density indicates the amount of cooling water per unit area of cooling water sprayed on the steel plate H between the pair of restraining rolls 10a and 10b arranged with the steel plate H interposed therebetween. Therefore, hereinafter, the water density or the cooling water quantity may be described, but both are synonymous.
  • the cooling capacity required for the cooling device 1 that is, the required cooling water amount (water density) differs depending on the type and application of the steel plate H.
  • the required amount of cooling water is larger than the maximum amount of water in the upstream spray row group 22 (the range of the solid line on the upper side in the graph of FIG. 7)
  • Cooling water is jetted onto the upper surface of the steel plate H from both the side spray nozzle row group 22 and the downstream spray nozzle row group 23.
  • the on-board water 50 staying on the steel plate H spreads over the entire upper surface of the steel plate H between the pair of restraining rolls 10 and 10.
  • the on-board water 50 and the cooling water sprayed from the upstream spray nozzle row group 22 and the downstream spray nozzle row group 23 are forcibly stirred over the entire surface of the steel plate H, the steel plate H Is uniformly cooled at least in the width direction of the steel plate H. Therefore, in order to avoid the influence of the on-plate water 50, it is necessary to secure the spray pattern of each full cone spray nozzle 20.
  • the nozzle load pressure of the full cone spray nozzle 20 needs to be 0.04 MPa or more.
  • such nozzle load pressure can be ensured, and the steel sheet H can be cooled appropriately.
  • the nozzle load pressure of the full cone spray nozzle 20 when the required amount of cooling water (water density) decreases, the nozzle load pressure of the full cone spray nozzle 20 also decreases.
  • the water density required in FIG. 7 is about 0.55 m 3 / m 2 / min or less, that is, when it is less than the maximum water quantity of the upstream spray row group 22, the upstream spray nozzle row group 22 and the downstream spray nozzle. If cooling water is supplied from both of the row groups 23, it becomes impossible to secure a nozzle load pressure of 0.04 MPa in each full cone spray nozzle 20.
  • the cooling water is sprayed onto the upper surface of the steel sheet H only from the upstream spray nozzle row group 22 and the cooling water injection from the downstream spray nozzle row group 23 is stopped.
  • the required water density is a water density of about 0.55 m 3 / m 2 / min or less (the range of the solid line on the lower side in the graph of FIG. 7), that is, the maximum water quantity of the upstream spray train group 22.
  • the on-board water 50 on the steel plate H becomes small as shown in FIG. 9, and the on-board water 50 flows in the plate passing direction of the steel plate H, that is, downstream of the steel plate H as the steel plate H moves.
  • the ratio of the number of the spray nozzle rows 21a to 21c of the group 22 (three rows) is the ratio of the maximum water amount to the minimum water amount of the full cone spray nozzle 20, that is, the above-mentioned 3: 1.
  • the nozzle load pressure of each full cone spray nozzle 20 is when the number of rows in the upstream spray nozzle row group 22 is 3.
  • a spray pattern can be secured when the number of upstream spray nozzle array groups 22 is 3, but the number of upstream spray nozzle array groups 22 is less. In the case of four or more rows, the spray pattern may not be secured. That is, when the number of upstream spray nozzle row groups 22 is 4 or more, the range of water density that can secure the spray pattern and cool the steel plate H appropriately is the number of upstream spray nozzle row groups 22. It becomes narrower than the range of the water density in the case of three rows. Incidentally, in the present embodiment, the ratio of the controllable maximum water density to the minimum water density, that is, the cooling capacity control range is as wide as 9: 1.
  • the ratio between the number of all the spray nozzle rows 21a to 21i and the number of the spray nozzle rows 21a to 21c of the upstream spray nozzle row group 22 is the maximum water amount and the minimum amount of the full cone spray nozzle 20. Most preferably, it is an integer ratio that is the same as or close to the ratio to the amount of water.
  • the ratio of the maximum water amount to the minimum water amount of the full cone spray nozzle 20 is 3: 1
  • the number of rows of all the spray nozzle rows 21a to 21i and the upstream spray nozzle row group 22 is 3: 1
  • the ratio of the number of spray nozzle rows 21a to 21c to the number of rows is 3: 1
  • the ratio of the number of spray nozzle rows is not limited to this.
  • the ratio of the number of spray nozzle rows is the ratio of the maximum water amount and the minimum water amount of the spray nozzle, the ratio of the number of spray nozzle rows can be set to various values.
  • the ratio of the maximum water amount to the minimum water amount is, for example, 7: 3, the number of rows of all spray nozzle rows (7 rows) and the spray nozzles of the upstream spray nozzle row group
  • the ratio of the number of columns (3 columns) is also set to 7: 3.
  • the ratio between the maximum water amount and the minimum water amount of the full cone spray nozzle 20 is not expressed as an integer ratio
  • the ratio of the number of rows to 21c may be set to an integer ratio that approximates the ratio of the maximum water amount and the minimum water amount of the full cone spray nozzle 20.
  • the ratio of the maximum water volume when the minimum water volume is 1 is rounded off to the integer.
  • the ratio of the maximum water amount to the minimum water amount is, for example, 1: 3.1, it can be set to 1: 3 by rounding off the decimal point of 3.1.
  • the integer ratio between the maximum water amount and the minimum water amount of the full cone spray nozzle 20 obtained in this way may be set to the approximate integer ratio. It is not preferred that there is an uncontrollable water density range between the maximum water density and the minimum water density. Accordingly, the ratio of the number of spray nozzle rows of the upstream spray nozzle row group 22 to the number of rows of all spray nozzle rows may be approximated to be smaller than the ratio of the maximum water amount and the minimum water amount of the spray nozzle. preferable. In the present invention, it is not necessary to provide an upper limit for the ratio of the number of spray nozzle rows. However, even if the nozzle load pressure is increased to, for example, about 0.7 MPa, the ratio of the maximum water amount to the minimum water amount is about 4 and may be 4 or less. If necessary, the upper limit may be 3.5, 3 or 2.5.
  • the on-board water 50 may flow and stay on the downstream side of the steel plate H depending on the required amount of cooling water.
  • the upstream spray nozzle row group 22 is preferably arranged so that the cooling water sprayed from the upstream spray nozzle row group 22 does not interfere with the on-board water 50.
  • the upstream spray nozzle row group 22 is arranged so that the cooling water is jetted from the upstream spray nozzle row group 22.
  • the inventors have intensively studied the range where the on-board water 50 exists on the steel plate H when the cooling water is injected only from the upstream spray row group 22. Specifically, first, in a state where the steel plate H is stationary, the cooling water having the maximum water amount W in the upstream spray row group 22 is injected from the upper cooling device H to the steel plate H, and the plate at the center in the plate width direction is injected. The height hc of clean water was derived from experiments. Next, when cooling water having the same water density W is sprayed on the steel plate H that has been passed at the plate passing speed Ls, an experiment is conducted on the range in which the cooling water spreads as the plate water 50 to the steel plate H as shown in FIG. went.
  • the range X 0 where the on-board water 50 shown in FIG. 9 exists is represented by the following formula (1).
  • the range X 0 is the distance from the center of the constraining roll pair 10 on the downstream side of the steel sheet H to the end of the plate clean water 50.
  • the board water height hc in Formula (1) shows the height of the board water 50 in the center of the width direction of the steel plate H, and is represented by the following formula (2).
  • X 0 horizontal extent of the plate clean water 50 (m)
  • hc height of the plate clean water 50 in the plate width direction center of the case steel H is in a quiescent state (m)
  • S constraining roll pair 10 10
  • center-to-center distance m
  • Ls plate speed of steel plate H (m / min)
  • “29.4” is a constant having a dimension of (m / min 2 ).
  • W density of cooling water sprayed from the upper cooling device 11 (m 3 / m 2 / min)
  • B width of the steel plate H (m)
  • “0.04” is a constant having a dimension of (m ( ⁇ 1/3) / min (2/3) ).
  • the range X 0 where the on-board water 50 exists on the steel plate H is calculated by the above formula (1).
  • the position of the upstream end of the range X 0 is present the plate clean water 50 is substantially the same as the position of the upstream end of the example downstream spray nozzle row group 23 as shown in FIG.
  • the upstream spray nozzle row group 22 is located at a position where the water jet of the cooling water jetted from the downstream spray nozzle row 21c does not interfere with the plate water 50, that is, the downstream end of the water jet is on the downstream side. It is arranged in the center range X 0 or more away from the constraining roll pair 10.
  • the upstream spray nozzle row group 22 injects the cooling water in a place where there is almost no on-plate water 50, the region of the steel plate H to which the injected cooling water hits is uniformly cooled. That is, since the flowing direction of the on-board water 50 is the same as the passing direction of the steel plate H, the on-board water 50 is not much stirred. Thus, the steel plate H can be cooled uniformly by suppressing the stirring of the on-plate water 50.
  • injection of the cooling water to the upper surface of the steel plate H is controlled for each of the spray nozzle row groups 22 and 23.
  • the required cooling capacity is high, that is, when the required amount of cooling water is larger than the maximum amount of water in the upstream spray row group 22 (in the range of the upper solid line in the graph of FIG. 7)
  • Cooling water whose flow rate is controlled is supplied to the supply header 40.
  • both of the on / off control valves 43 and 45 are opened, and cooling water is sprayed onto the upper surface of the steel plate H from all the spray nozzle row groups 22 and 23.
  • the nozzle load pressure of the full cone spray nozzle 20 is high, even if the plate water 50 stays on the steel plate H, the spray pattern of each full cone spray nozzle 20 can be secured, and the plate water 50 as a whole. Therefore, the steel plate H can be uniformly cooled. Therefore, the steel plate H can be uniformly cooled to a predetermined temperature.
  • the flow rate adjustment The flow rate of the cooling water is controlled by the valve 41, and this cooling water is supplied to the supply header 40. Then, only the on / off control valve 43 is opened, for example, the cooling water is injected onto the upper surface of the steel plate H only from the upstream spray nozzle row group 22 of the steel plate H, and the cooling water is injected from the downstream spray nozzle row group 23 of the steel plate. To stop.
  • the nozzle load pressure of the full cone spray nozzle 20 is high, and the amount of cooling water sprayed onto the steel sheet H can be set to a predetermined amount while maintaining the spray pattern.
  • the plate water 50 on the steel plate H becomes a small amount, and the plate water 50 flows in the plate passing direction of the steel plate H as the steel plate H moves, that is, on the downstream side of the steel plate H.
  • the cooling water sprayed to the upstream side of the steel plate H is not influenced by the plate water 50, and the steel plate H can be cooled uniformly. Therefore, the steel plate H can be uniformly cooled to a predetermined temperature.
  • the steel sheet H can be uniformly cooled to a predetermined temperature while controlling the cooling capacity over a wide range.
  • the cooling capacity of all the full cone spray nozzles 20 in the upper cooling device 11 is the same.
  • the cooling water sprayed from the full cone spray nozzle 20 affects each other. Since the feeding can be suppressed, the cooling water does not become uneven with respect to the steel sheet H.
  • the injection of the cooling water is controlled for each of the upstream spray nozzle array group 22 and the downstream spray nozzle array group 23, so that it is also applicable when the required cooling capacity is high or low, or at the boundary of the cooling capacity. it can. Therefore, the cooling capacity control range can be selected over a wide range.
  • the cooling capability of all the full cone spray nozzles 20 is the same, there exists an effect that control of the full cone spray nozzle 20 at the time of cooling the steel plate H becomes easy.
  • the number of rows of all the spray nozzle rows 21a to 21i and the number of rows and ratios of the spray nozzle rows 21a to 21c of the upstream spray nozzle row group 22 are the ratios of the maximum water amount and the minimum water amount of each full cone spray nozzle 20. Is set to For this reason, when the required cooling capacity decreases, the injection of the cooling water from the downstream spray nozzle row group 23 can be stopped at an appropriate timing as described above. Therefore, the cooling capacity control range can be maximized while ensuring the required cooling capacity.
  • the upstream spray nozzle row group 22 is disposed at a position where the water jet of the cooling water sprayed from the downstream spray nozzle row 21c does not interfere with the plate water 50, the upstream spray nozzle row group.
  • the cooling water jetted from 22 is not affected by the on-board water 50.
  • the spray pattern of each full cone spray nozzle 20 can be secured as described above. Therefore, even when the required cooling capacity is low, the steel sheet H can be appropriately cooled.
  • the steel plate H can be uniformly cooled in the present embodiment, but the inventors have verified this effect. Specifically, when the required amount of cooling water is smaller than the maximum amount of water in the upstream spray row group 22, the cooling water was sprayed onto the steel sheet H only from the upstream spray nozzle row group 22 as shown in FIG. 9.
  • FIG. 11 The horizontal axis in FIG. 11 indicates the position in the width direction of the steel plate H, and the vertical axis indicates the cooling rate at each position in the width direction of the steel plate H. Referring to FIG. 11, the cooling rate is substantially uniform in the width direction of the steel plate H, and it was confirmed that the steel plate H can be cooled uniformly.
  • a cooling device according to a second embodiment of the present invention will be described.
  • 12 to 15 show the steel plate cooling apparatus according to the second embodiment.
  • the steel material is a thick plate, and the member and apparatus on the upper side of the steel plate will be described.
  • the description of the same members as those in the first embodiment is omitted.
  • the second embodiment is different in that a water supply header is provided for each of the upstream spray nozzle row group and the downstream spray nozzle row group, and a flow rate adjusting valve is provided for each of the water supply headers. This is different from the first embodiment.
  • the steel plate cooling device 100 includes an upper cooling device 111 and a lower cooling device 112.
  • the upper cooling device 111 includes a small flow rate cooling unit (upstream spray nozzle row group) 110 and a large flow rate cooling unit (downstream spray nozzle row group) 130 as shown in FIG.
  • the small flow rate cooling unit 110 and the large flow rate cooling unit 130 are disposed on the upper side of the steel plate H.
  • the small flow rate cooling unit 110 includes a small flow rate water supply header (first water supply header) 117.
  • the small flow rate water supply header 117 supplies cooling water to the small flow rate cooling unit 110.
  • the large flow rate cooling unit 130 includes a large flow rate water supply header (second supply header) 137.
  • the large flow rate water supply header 137 supplies cooling water to the large flow rate cooling unit 130.
  • the steel plate cooling apparatus 100 includes a flow rate adjusting valve (first flow rate adjusting valve) 114 that adjusts the flow rate of the cooling water supplied to the small flow rate water supply header 117, and the flow rate of the cooling water supplied to the large flow rate water supply header 137. And a flow rate adjustment valve (second flow rate adjustment valve) 134 for adjusting the pressure. Further, the flow rate adjusting valves 114 and 134 are connected to a flow rate adjusting unit (control unit) 149. Further, flow path switching three-way valves 115 and 135 which are one of on / off control valves are connected to the flow rate adjusting unit 149.
  • first flow rate adjusting valve first flow rate adjusting valve
  • second flow rate adjustment valve second flow rate adjustment valve
  • the flow rate adjusting unit 149 controls opening and closing of the flow rate adjusting valves 114 and 134 and the flow path switching three-way valves 115 and 135, and controls the cooling water sprayed from the plurality of cooling water spray nozzles 126 toward the steel plate H.
  • the small flow rate water supply header 117 is connected to a cooling water tank (not shown) via a small flow rate cooling water supply pipe 112.
  • a flow rate adjusting valve 114 and a flow path switching three-way valve 115 are attached to the small flow rate cooling water supply pipe 112.
  • One outlet of the flow path switching three-way valve 115 is connected to a small flow rate water supply header 117 via a small flow rate cooling water supply pipe 112.
  • this direction switching is referred to as opening.
  • the other outlet of the flow path switching three-way valve 115 is connected to a cooling water tank (not shown) via a return pipe (not shown).
  • this direction switching is referred to as closing.
  • the large flow rate cooling unit 130 also includes a large flow rate cooling water supply pipe 132, a flow rate adjustment valve 134, and a flow path switching three-way valve 135.
  • the flow control valve 114 of the small flow cooling unit 110 and the flow control valve 134 of the large flow cooling unit 130 are proportional to the ratio of the number of cooling water spray nozzles of the large flow cooling unit 130 to the number of cooling water spray nozzles of the small flow cooling unit 110. It is preferable to set the opening so as to achieve the supplied water density. Thereby, the amount of cooling water from the cooling water spray nozzle 126 of the small flow rate cooling unit 110 and the cooling water spray nozzle 146 of the large flow rate cooling unit 130 is maintained constant, and the steel sheet H can be uniformly cooled.
  • the small flow rate cooling unit 110 includes a small flow rate nozzle header 122, and the large flow rate cooling unit 130 includes a large flow rate cooling water nozzle header 142.
  • a small flow rate nozzle water supply pipe 119 is connected to the small flow rate nozzle header 122, and a large flow rate nozzle water supply pipe 139 is connected to the large flow rate nozzle header 142.
  • a small flow cooling water spray nozzle 126 is attached to the small flow nozzle header 122, and a large flow cooling water spray nozzle 146 is attached to the large flow nozzle header 142.
  • the small flow cooling water spray nozzle 126 and the large flow cooling water spray nozzle 146 are the same. Further, the intervals in the plate passing direction of the small flow cooling water spray nozzle 126 and the large flow cooling water spray nozzle 146 are equal. Further, the intervals in the plate passing direction of the cooling water spray nozzles 126 and 146 of the adjacent small flow rate cooling unit 110 and the large flow rate cooling unit 130 are also equal to the intervals in the plate passing direction of the other cooling water spray nozzles 126 and 146. Yes. As a result, the deviation in the amount of water on the plate is reduced, and the steel plate is uniformly cooled.
  • the small-flow-rate cooling water spray nozzle 126 penetrates the bottom plate 124 of the small-flow-rate nozzle header 122, the upper-end cooling water inlet 127 is located near the top plate 123, and the lower-end jet outlet 28 is the bottom plate. Projecting downward from 124.
  • the large flow nozzle header 142 has the same structure as the small flow nozzle header 122, and the large flow cooling water spray nozzle 146 has the same structure as the small flow cooling water spray nozzle 126.
  • the distance g between the top plate 123 of the small flow rate nozzle header 122 and the cooling water inlet 127 of the small flow rate cooling water spray nozzle 126 and the top plate 143 of the large flow rate nozzle header 142 and the cooling water inlet 147 of the large flow rate cooling water spray nozzle 146. Is preferably 3 to 8 mm.
  • the gap g is less than 3 mm, the pressure applied to each cooling water inlet is not uniform, and water is likely to be discharged from the cooling water spray nozzle closest to the nozzle water supply pipes 119 and 139. Thereby, the difference in the amount of water sprayed from each spray nozzle 126, 146 may occur.
  • the interval g exceeds 8 mm, it takes too much time for the small flow nozzle header 122 and the large flow nozzle header 142 to be filled with water after the start of water injection. Furthermore, when the gap g exceeds 8 mm, water accumulated between the cooling water inlets 127 and 147 and the top plates 123 and 142 of the headers when water injection from the cooling water spray nozzles 126 and 146 is stopped. The water will droop from the cooling water spray nozzles 126 and 146 until they are all gone.
  • a small flow rate cooling unit 150 and a large flow rate cooling unit 170 on the lower side of the steel plate H similar to the small flow rate cooling unit 110 and the large flow rate cooling unit 130 are arranged.
  • the gap g is the gap g between the bottom plate 64 of the small flow nozzle header 162 and the cooling water inlet 67 of the small flow cooling water spray nozzle 166, and the large flow nozzle header. This is the distance g between the bottom plate 184 of 182 and the cooling water inlet 187 of the large flow rate cooling water spray nozzle 186.
  • FIG. 14 schematically shows the arrangement of the small flow cooling water spray nozzle 126 (166) and the large flow cooling water spray nozzle 146 (186).
  • a large number of small-flow-rate cooling water spray nozzles 126 (166) and large-flow-rate cooling water spray nozzles 146 (186) are arranged at regular intervals in the steel plate width direction and the steel plate conveyance direction, respectively.
  • the small flow cooling water spray nozzle 126 (166) and the large flow cooling water spray nozzle 146 (186) have the same nozzle diameter, and the number of small flow cooling water spray nozzles is smaller than the number of large flow cooling water spray nozzles.
  • FIG. 15 shows the relationship between the water supply density (m 3 / m 2 / min) and the nozzle water supply pressure (MPa).
  • the spray pattern securing limit pressure is a nozzle water supply pressure (for example, 30 kPa) indicating whether or not a predetermined spray pattern determined by the nozzle can be secured.
  • the nozzle water supply pressure needs to be equal to or higher than the spray pattern securing limit pressure.
  • the water supply density for obtaining a necessary cooling rate is determined. This is a region where the nozzle water supply pressure is equal to or higher than the spray pattern securing limit pressure with reference to FIG. 15 and the water supply density, and water is supplied to both the small flow nozzle header 122 and the large flow nozzle header 142 or to one of them.
  • the flow rate adjustment unit 149 determines whether to do this.
  • cooling water is supplied to both the small flow nozzle header 122 and the large flow nozzle header 142, and a to If it is in the range of b, the cooling water is supplied only to the small flow rate nozzle header 122.
  • the flow rate control valves 114 and 134 adjust the spray water amount and the spray pressure from each nozzle through the small flow nozzle header 122 and the large flow nozzle header 142 so as to be constant.
  • the steel plate cooling device 100 includes a flow rate adjusting unit 149 on the upper surface side of the steel plate as shown in FIG.
  • the flow rate adjusting unit 149 controls the cooling water sprayed toward the steel plate H from the small flow rate cooling water spray nozzle 126 and the large flow rate cooling water spray nozzle 146.
  • the cooling rate is determined from, for example, the component and mechanical characteristics (material) of the target steel plate by a host computer, and the zone water supply density is obtained from this cooling rate and the plate thickness of the target steel plate.
  • the flow rate adjusting unit 149 determines the zone water supply density and the nozzle header (both the large flow rate water supply header 137 and the small flow rate water supply header 117 or only the small flow rate water supply header 117) to be used from FIG.
  • the zone water supply density and the nozzle header information to be supplied are input to the flow rate adjustment unit 149.
  • the nozzle header information uses both the large flow rate water supply header 137 and the small flow rate water supply header 117
  • the water supply amount density ratio is further input to the flow rate adjustment unit 149.
  • the flow rate adjusting unit 149 determines the valve opening signal of the flow rate adjusting valves 114 and 134 and the flow path switching three-way valves 115 and 135 based on the input zone water supply density, nozzle header information, and water supply density ratio. And a signal for releasing the.
  • the flow rate adjustment unit 149 closes the flow path switching three-way valve 115, opens the flow path switching three-way valve 135, and sets the flow rate control valve.
  • a valve opening signal 134 is output.
  • the flow rate adjustment unit 149 closes the flow path switching three-way valve 135, opens the flow path switching three-way valve 115, and sets the flow rate control valve.
  • the valve opening signal 114 is output. The same applies to the flow rate adjustment unit (control unit) 189 on the lower surface side of the steel plate H.
  • the cooling units 110 and 130 (upper cooling device 111) on the upper side of the steel plate have been described above, but the cooling units 150 and 170 (lower cooling device 112) on the lower side of the steel plate H have the same structure as that on the upper side. That is, the cooling water feed pipe 152, the feed water header 157, the nozzle feed pipe 159, the nozzle header 162, and the cooling water spray nozzle 166, and the cooling water feed pipe 172, the feed water header 177, the nozzle feed pipe 179, the nozzle header 182 and the cooling
  • the water spray nozzle 186 has the same structure as the upper cooling device 111 on the upper side of the steel plate H.
  • the flow rate adjusting valves 154 and 174, the flow path switching three-way valves 155 and 175, and the flow rate adjusting unit 189 also have the same structure as the upper cooling device 111 on the upper side of the steel plate H.
  • the steel sheet cooling device 100 Prior to accepting the rolled hot thick steel plate H, the steel sheet cooling device 100 supplies water at a zone water supply density (for example, 1.5 m 3 / m 2 / min) in the cooling zone in which the steel plate cooling device 100 is disposed.
  • the nozzle header information for example, the large flow rate water supply header 137 and the small flow rate water supply header 117
  • the feed amount density ratio for example, 2.0
  • the flow rate adjusting unit 149 supplies the water supply density of each of the small flow rate cooling unit 110 and the large flow rate cooling unit 130 (for example, the small flow rate cooling unit: 0.5 m 3 / m 2 / min, the large flow rate cooling unit: 1 0.0 m 3 / m 2 / min), the opening degree of the flow control valves 114 and 134 is determined based on the determined water supply density, and the flow control valves 114 and 134 are The opening degree information from which the water supply density is obtained is output. The flow rate adjusting valves 114 and 134 are activated when the opening degree information is input, and the opening degree corresponds to the information.
  • the cooling water in the small flow rate cooling water supply pipe 112 sequentially passes through the small flow rate water supply header 117 and the small flow rate nozzle supply pipe 119 and flows into the small flow rate unit 122.
  • the cooling water in the large flow rate cooling water supply pipe 132 passes through the large flow rate water supply header 137 and the large flow rate nozzle supply pipe 139 in the same manner as described above and flows into the large flow rate unit 142.
  • the cooling water fills the small flow unit 122 and the large flow unit 142 in a short time, and the cooling water is supplied from the small flow side cooling water spray nozzle 122 of the small flow unit 122 and the large flow side cooling water spray nozzle 146 of the large flow unit 142. Are injected almost simultaneously.
  • the water supply density ratio output from the host computer to the flow rate adjusters 149 and 189 is calculated from the cooling zone water supply density.
  • the water supply density ratio is preferably a water supply density ratio proportional to the number of nozzles of the large flow nozzle header 142 relative to the number of nozzles of the small flow nozzle header 122, or a value close thereto, but in any case both headers It is necessary to set the pressure in 122 and 142 to a value equal to or higher than the spray pattern securing limit pressure. Further, the lower cooling units 50 and 70 of the steel plate H are similarly adjusted.
  • the hot thick steel plate H is passed and cooling is started.
  • the water injection stop information is input from the host computer to the flow rate adjusting unit 149. .
  • the flow path switching three-way valves 115 and 135 are closed and the water supply is stopped.
  • the injection of cooling water from the small flow rate side cooling water spray nozzle 122 and the large flow rate side cooling water spray nozzle 146 is immediately stopped.
  • the above description is a case where the cooling water is injected from both the small flow unit 110 and the large flow unit 130.
  • the nozzle header information small flow rate water supply header 117 for supplying water is input from the host computer to the flow rate adjustment units 149 and 189.
  • the opening degree of the flow rate adjustment valve 114 of the water supply target unit 110 is determined, and the flow rate adjustment valve 114 and the flow path switching three-way valve 115 are sent from the host computer to the flow rate adjustment units 149 and 189 in the same manner as described above.
  • An operation signal is output.
  • the present invention is not limited to the first and second embodiments. That is, (A) Although the embodiment has been described for a thick plate, the present invention can also be used for a thin plate and a shaped steel. In the case of a thick plate, it can also be used for roller quenching, which is a cooling facility after heat treatment. (B) Although the flow rate adjusting units (control units) 149 and 189 are provided in the upper cooling device and the lower cooling device, one flow rate adjusting unit may control both the upper cooling device and the lower cooling device. (C) In each of the above embodiments, a full cone nozzle has been described. However, in the present invention, other nozzle types may be used. (D) In each of the above embodiments, the nozzle types and the number of rows of the upper cooling device and the lower cooling device may be different.
  • the present invention is useful for cooling a steel sheet obtained by hot rolling while horizontally restraining it with a restraining roll.
  • Cooling device 1 Finishing rolling mill 3 Hot straightening device 10a Restraining roll 10b Conveying roll 10 Restraining roll pair 11 Upper cooling device 12 Lower cooling device 20 Full cone spray nozzles 21a to 21i Spray nozzle row 22 Upstream spray nozzle row group 23 downstream spray nozzle array group 24 supply pipe 30 nozzle box 31 upstream storage chamber 32 downstream storage chamber 40 header 41 flow control valve 42 piping 43 on / off control valve 44 piping 45 on / off control valve 50 plate water 100 steel plate cooling device 110 , 150 Small flow rate cooling unit 112, 152 Small flow rate cooling water feed pipe 114, 154 Flow rate control valve 115, 155 Three-way valve for channel switching 117, 157 Small flow rate water feed header 119, 159 Small flow rate nozzle feed pipe 122, 162 Flow Nozzle Header 126, 166 Small Flow Cooling Water Spray Nozzle 130, 170 Large Flow Cooling Unit 132, 172 Large Flow Cooling Water Supply Pipe 134, 174 Flow Control Valve 135, 175 Three-way Valve

Landscapes

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  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)

Abstract

 この鋼板の冷却装置は、鋼板を拘束通板させる複数の拘束ロール対と;これら拘束ロール対間の位置で前記鋼板を間に挟んで互いに対向して配置され、複数のスプレーノズル列を有する上部冷却装置及び下部冷却装置と;を備え、前記複数のスプレーノズル列が、前記鋼板の通板方向に沿って配列されており、各々のスプレーノズル列が、前記鋼板の幅方向に並べられた複数の同一のスプレーノズルを有し;前記通板方向に沿って見た場合に、前記各スプレーノズル列が、相対的に上流側にある上流側スプレーノズル列群と、相対的に下流側にある下流側スプレーノズル列群とに分類され;前記上流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数が、前記下流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数より少ない。

Description

鋼板の冷却装置及び鋼板の冷却方法
 本発明は、熱間圧延して得られた鋼板を水平に拘束ロールで拘束通板しながら冷却する冷却装置及び鋼板の冷却方法に関する。
 本願は、2010年07月22日に、日本に出願された特願2010-164522号及び2010年10月19日に、日本に出願された特願2010-234715号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 熱間圧延の仕上げ圧延後の熱鋼板は、仕上げ圧延機後、拘束ロールで拘束されて搬送される間に所定の温度まで冷却される。各拘束ロール対間には、冷却装置、例えば熱鋼板の上下面それぞれに冷却水を噴射する複数のスプレーノズルが配置され、冷却水によって熱鋼板が冷却される。熱鋼板の熱間圧延においては、この仕上げ圧延後の冷却の様態が鋼板の機械的特性、加工性、溶接性を決定する重要な因子となっており、熱鋼板を均一に所定の温度に冷却することが重要となっている。
 しかしながら、上述のように冷却水によって熱鋼板を冷却する場合、特に熱鋼板の上面側では、熱鋼板上に滞留する板上水の影響を受けて、熱鋼板を均一に冷却することが難しい。すなわち、熱鋼板上の板上水は熱鋼板の幅方向に排出されるが、この板上水と熱鋼板上に噴射される冷却水の水噴流とが干渉する。これにより、冷却水が熱鋼板の幅方向に不均一となる。
 そこで、特許文献1には、スプレーノズルからの水噴流の衝突面積を調整したり、水噴流の広がり角度を調節したりして、水噴流を熱鋼板の上面に十分に到達させる冷却方法が開示されている。この方法の場合、冷却能力を十分に確保でき、熱鋼板を均一に冷却することができる。
 ここで、熱間圧延においては、鋼板の種類、用途などによって冷却装置に要求される冷却能力が異なる。したがって、冷却装置には、上述したように熱鋼板を均一に冷却すると共に、冷却能力制御範囲を広範囲に選択できることが望まれている。
 この状況下において、例えば要求される冷却能力が低い場合、すなわち熱鋼板に噴射される冷却水量が少量の場合、スプレーノズルのノズル負荷圧力が小さくなる。これにより、当該スプレーノズルからの水噴流の熱鋼板への衝突部面積(以下、「スプレーパターン」という)の確保が困難になる。このため、特許文献1に記載した冷却方法では、冷却水量が少量の場合はスプレーノズルからの水噴流が板上水の影響を受け、熱鋼板を均一に冷却することが困難である。
 そこで、特許文献2には、噴射する冷却水量の異なるスプレーノズルを有し、要求される冷却能力(冷却水量)に応じてスプレーノズルを使い分ける冷却装置が開示されている。しかしながら、熱鋼板の上面を冷却する際に、各スプレーノズルから噴射される冷却水量の差が大きい場合、スプレーノズルからの冷却水量の多い水噴流が冷却水量の少ない水噴流に影響を与えるため、冷却水が熱鋼板の幅方向に対して不均一となる。また、このように異なる冷却水量のスプレーノズルを同時に使用すると冷却不均一が発生するため、この冷却装置を適用できる条件は限られており、冷却能力範囲を十分に広げることができない場合がある。
 また、特許文献3には、スプレーパターンを確保するため、2つの流体(空気と冷却水)を噴射する気水スプレーノズルを備えた冷却装置が開示されている。しかしながら、気水スプレーノズルは、空気を供給するためのエアコンプレッサやエア配管等が必要となり、冷却装置の製造コストが高くなる。また、気水スプレーノズルのノズル構造が複雑で目詰まりしやすいため、冷却装置の製造コストに加えてメンテナンス費用も高くなる。さらに、空気と水との圧力制御が複雑で、気水比を一定に保つことが困難であり、この気水比によって冷却能力が変化する。このように、前記冷却装置は、影響因子が多すぎて正確な冷却能力制御を行うのが困難であるという問題点がある。
日本国特開2006-82115号公報 日本国特開2007-301568号公報 日本国特開2006-219732号公報
 本発明は、上述した問題点に鑑み案出されたものであり、熱間圧延後の熱鋼板を冷却する際に、冷却能力を広範囲に制御しつつ、鋼板を均一に冷却する鋼板の冷却装置及び鋼板の冷却方法の提供を目的とする。
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
 すなわち、
(1)本発明の一態様に係る鋼板の冷却装置は、鋼板を拘束通板させる複数の拘束ロール対と;これら拘束ロール対間の位置で前記鋼板を間に挟んで互いに対向して配置され、複数のスプレーノズル列を有する上部冷却装置及び下部冷却装置と;を備え、前記複数のスプレーノズル列が、前記鋼板の通板方向に沿って配列されており、各々のスプレーノズル列が、前記鋼板の幅方向に並べられた複数の同一のスプレーノズルを有し;前記通板方向に沿って見た場合に、前記各スプレーノズル列が、相対的に上流側にある上流側スプレーノズル列群と、相対的に下流側にある下流側スプレーノズル列群とに分類され;前記上流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数が、前記下流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数より少ない。
(2)上記(1)に記載の鋼板の冷却装置は、前記各スプレーノズル列の総列数と、前記上流側スプレーノズル列群に属するスプレーノズル列の列数との比が、前記スプレーノズル列に属する各スプレーノズルの最大噴射量と最小噴射量との比に同一又は近似する整数比であることが好ましい。
(3)上記(2)に記載の鋼板の冷却装置は、前記複数のスプレーノズル列から前記鋼板に向かって噴射される冷却水を制御する制御部をさらに備え;前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部が前記冷却水の噴射を制御する;ことが好ましい。
(4)上記(3)に記載の鋼板の冷却装置は、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群に対して前記冷却水を供給する給水ヘッダーと;前記給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する流量調節弁と;前記給水ヘッダーから前記上流側スプレーノズル列群へ供給される前記冷却水の供給を許可または禁止を制御する第1制御弁と;前記給水ヘッダーから前記下流側スプレーノズル列群へ供給される前記冷却水の供給の許可または禁止を制御する第2制御弁と;をさらに備えてもよい。
 (5)上記(1)に記載の鋼板の冷却装置は、前記上流側スプレーノズル列群に前記冷却水を供給する第1給水ヘッダーと、前記下流側スプレーノズル列群に前記冷却水を供給する第2給水ヘッダーと、前記第1給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する第1流量調節弁と、前記第2給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する第2流量調節弁と、前記複数のスプレーノズル列から前記鋼板に向かって噴射される冷却水を制御する制御部と、をさらに備え;前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部が前記冷却水の噴射を制御する;ことが好ましい。
(6)上記(1)から(5)のいずれか1項に記載の鋼板の冷却装置は、前記上流側スプレーノズル列群に属する前記各スプレーノズル列の前記通板方向における互いの隣接間隔が同一であり;前記下流側スプレーノズル列群に属する前記各スプレーノズル列の前記通板方向における互いの隣接間隔が同一である;ことが好ましい。
(7)上記(1)から(5)のいずれか1項に記載の鋼板の冷却装置は、前記通板方向における前記各スプレーノズル列の隣接間隔が全て同一であることが好ましい。
 ところで、鋼板の上面に噴射される全体の冷却水量が上流側スプレー列群の最大水量より少ない場合、鋼板上の板上水が少量となり、板上水は鋼板の移動に伴い鋼板の通板方向、すなわち鋼板の下流側に排出され、上流側にはそれほど滞留しない。このため、鋼板の上流側に噴射される冷却水が板上水の影響を受けず、鋼板を均一に冷却できる。
 このような場合で且つ、鋼板上の板上水が鋼板の下流側の拘束ロール対側に滞留する場合において、(8)上記(1)から(5)のいずれか1項に記載の鋼板の冷却装置は、前記上流側スプレーノズル列群から最大噴射量を噴射させたとき、前記鋼板上に滞留する板上水の領域よりも前記通板方向に沿った上流側の位置に向かって前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水が噴射されるように、前記上流側スプレーノズル列群が配置されていてもよい。
(9)上記(1)から(5)のいずれか1項に記載の鋼板の冷却装置を用いて前記鋼板を冷却する際に、前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部により前記冷却水の噴射を制御しても良い。
(10)上記(9)に記載の鋼板の冷却方法であって、前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水を最大噴射量で噴射させたときに前記鋼板上に滞留する板上水の領域を予め求め;前記領域よりも前記通板方向に沿った上流側の位置に、前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水が噴射されるように、前記上流側スプレーノズル列群を配置してもよい。
 本発明によれば、より少ないスプレーノズル数で且つより少ないノズル列数で、更にはより少ない流量調節弁で、広い冷却能力範囲を持ち均一な冷却を行うことができる。また、簡単な設備構成であり、ノズルの種類も一種類であるため、設備建設費用の低減や維持管理コストの低減を図ることができる。
本発明の第1実施形態にかかる冷却装置を有する熱延設備の一部の構成の概略を示す側面図である。 同冷却装置の上部冷却装置の縦断面視における構成の概略を示す説明図である。 同冷却装置の上部冷却装置の水平断面視における構成の概略を示す説明図である。 同冷却装置のスプレーノズルから冷却水が噴射される様子を示した説明図である。 同冷却装置のスプレーノズルのノズル負荷圧力と噴射角度との関係を示したグラフである。 同冷却装置のスプレーノズルのノズル負荷圧力と冷却水量との関係を示したグラフである。 同冷却装置のスプレーノズルのノズル負荷圧力と上部冷却装置から供給される冷却水の水量密度との関係を示した説明図である。 要求される冷却能力が高い場合に、鋼板が冷却される様子を示す説明図である。 要求される冷却能力が低い場合に、鋼板が冷却される様子を示す説明図である。 下流側スプレーノズル列群からのみ冷却水が噴射される場合の説明図である。 同冷却装置を用いて冷却された鋼板の幅方向の各位置における冷却速度を示すグラフである。 本発明の第2の実施の形態にかかる冷却装置の全体を示す側面図である。 同冷却装置のノズルヘッダーを模式的に示す斜視図である。 同冷却装置のノズルヘッダーに取り付けられた冷却水スプレーノズルの配置を示す平面図である。 小流量ノズルヘッダーおよび大流量ノズルヘッダーからの給水量密度とノズル給水圧力との関係を示すグラフである。
[第1の実施形態]
 以下、本発明の第1実施の形態について説明する。図1は本実施の形態にかかる冷却装置1を有する熱延設備の一部の構成の概略を示している。
 熱間圧延設備には、図1に示すように、仕上げ圧延機2と、熱間矯正装置3と、冷却装置1とが、鋼板(熱鋼板)Hの通板方向にこの順で設けられている。圧延機2は、加熱炉(図示せず)から排出され粗圧延機(図示せず)で圧延された鋼板Hを熱間圧延する。熱間矯正装置3は、仕上げ圧延後の鋼板Hの形状を矯正する。冷却装置1は、熱間矯正後の鋼板Hを所定温度、例えば350℃まで冷却する。これらにより、仕上げ圧延機2で圧延された鋼板Hは、熱間矯正装置3で形状を矯正された後、搬送中に冷却装置1によって冷却される。
 なお、冷却後に矯正するようなレイアウトつまり、熱間矯正装置3を冷却装置1の下流側(後面側)としても差し支えない。あるいは、冷却装置1の鋼板Hを挟んで上部側及び下部側の双方に熱間矯正装置3を備えていても良い。
 冷却装置1は、複数の拘束ロール対10と、上部冷却装置11及び下部冷却装置12と、制御部5とを備えている。
 複数の拘束ロール対10は、鋼板Hよりも上側に配置されている拘束ロール10aと下側に配置されている搬送ロール10bとを備えている。この拘束ロール10a及び搬送ロール10bは、鋼板Hの通板方向に沿って水平方向に並べられており、鋼板Hを拘束通板させる。各拘束ロール対10は、上下に配置された2つの拘束ロールにより構成されている。鋼板Hは、この上下の拘束ロールの間に挟み込まれた状態で搬送される。なお、下側の拘束ロールを搬送ロールと称する場合もある。
 また、拘束ロール10aと搬送ロール10bとは、鋼板Hを挟み込んでいる。
 隣り合う拘束ロール対10、10の間には、鋼板Hの上面側を冷却する上部冷却装置11と、鋼板Hの下面側を冷却する下部冷却装置12とが各々配置されている。具体的には、上部冷却装置11及び下部冷却装置12が、鋼板Hを間に挟んで互いに対向して配置されている。この構成により、冷却装置1は、鋼板Hの上下面を冷却することができる。また、上部冷却装置11及び下部冷却装置12は、複数のスプレーノズル列21を有している。このスプレーノズル列21は、鋼板Hの通板方向に沿って配列されており、各々のスプレーノズル列21が、鋼板Hの幅方向に並べられた複数の同一のスプレーノズル20を有している。
 下部冷却装置12には、鋼板Hの通板方向及び幅方向に並べて配置された複数のスプレーノズル、例えばフルコーンスプレーノズル(図示せず)が設けられている。下部冷却装置12のフルコーンノズルは図示しないが、図2に示す上部冷却装置11のフルコーンスプレーノズルより吐出水量がやや大きなものとなっている。このフルコーンスプレーノズルから鋼板Hに冷却水が噴射され、冷却水の水噴流によって鋼板Hが下面側から冷却される。
 上部冷却装置11は、図2及び図3に示すように鋼板Hの上面に冷却水を噴射する複数のスプレーノズル、本実施の形態においてはフルコーンスプレーノズル20を有している。フルコーンスプレーノズル20は、図4に示すように円錐状の水噴流を噴射することができる。
 複数のフルコーンスプレーノズル20は、図2及び図3に示すように鋼板Hの幅方向にノズル列を成し、そのノズル列は通板方向に複数列並んでいる。例えば図2及び図3では、9列に並べて配置されたスプレーノズル列21が構成されている。各スプレーノズル列21a~21iには、複数のスプレーノズル20が鋼板Hの幅方向に並べて配置されている。すなわち、複数のフルコーンノズル20は、水平断面視において千鳥状に配置されている。この構成により、フルコーンスプレーノズル20から噴射される冷却水は、鋼板Hの上面に噴射される。
 9列のスプレーノズル列21a~21iは、図2及び図3に示すように、通板方向に沿って見た場合に、各スプレーノズル列21が相対的に上流側にあるスプレーノズル列21a~21cと下流側にあるスプレーノズル列21d~21iに分類される。具体的には、鋼板Hの通板方向に配置された2つのスプレーノズル列群22とスプレーノズル列群23とにグループ化されている。以下、鋼板Hの上流側(鋼板Hの上流側)に配置されるスプレーノズル列群を上流側スプレーノズル列群22といい、鋼板Hの下流側(鋼板Hの下流側)に配置されるスプレーノズル列群を下流側スプレーノズル列群23という。そして、上述したように上流側スプレーノズル列群22は例えば3列のスプレーノズル列21a~21cから構成され、下流側スプレーノズル列群23は例えば6列のスプレーノズル列21d~21iから構成されている。なお、これら上流側スプレーノズル列群22、下流側スプレーノズル列群23におけるスプレーノズル列21a~21iの列数の設定方法については後述する。また、上流側スプレーノズル列群22の配置位置についても後述にて説明する。
 各フルコーンスプレーノズル20には、フルコーンスプレーノズル20に冷却水を供給する供給管24の一端部が接続されている。供給管24はフルコーンスプレーノズル20から鉛直上方に延伸し、供給管24の他端部は冷却水を貯留可能なノズルボックス30内に配置されている。
 ノズルボックス30の内部は、2つの貯留室31、32に区画されている。鋼板Hの上流側に配置された上流側貯留室31には、上流側スプレーノズル列群22のフルコーンスプレーノズル20の供給管24が収容される。また、鋼板Hの下流側に配置された下流側貯留室32には、下流側スプレーノズル列群23のフルコーンスプレーノズル20の供給管24が収容される。そして、各貯留室31、32には、常時、供給管24の他端部の位置まで冷却水が貯留されている。これによって、後述するヘッダー40から貯留室31、32に冷却水が供給されると、直ぐに冷却水が供給管24を介してフルコーンスプレーノズル20に供給される。したがって、上部冷却部11の反応が迅速になり、鋼板Hを適切に冷却することができる。また、冷却が行われない場合でも、各貯留室31、32に貯留された冷却水によって、ノズルボックス30の(熱鋼板からの)加熱による損傷を防止することができる。
 ノズルボックス30の上方(上流側)には、ノズルボックス30(上流側スプレーノズル列群22及び下流側スプレーノズル列群23)に冷却水を供給する供給ヘッダー40が配置されている。この供給ヘッダー40の上方(上流側)には流量調節弁41が設けられている。この流量調節弁41の開閉によって、供給ヘッダー40の内部に冷却水が流通し、供給ヘッダー40の内部に供給される冷却水の流量が調節(制御)される。上流側貯留室31には、供給ヘッダー40に連通する配管42が接続されている。配管42にはオンオフ制御弁(第1制御弁)43が介設され、このオンオフ制御弁43によって供給ヘッダー40から上流側貯留室31(上流側スプレーノズル列群22)への冷却水の供給の許可または禁止(オンオフあるいは、弁の開閉)が制御される。同様に、下流側貯留室32にも供給ヘッダー40に連通する配管44が接続されている。配管44にはオンオフ制御弁(第2制御弁)45が介設され、このオンオフ制御弁45によって供給ヘッダー40から下流側貯留室32(下流側スプレーノズル列群23)への冷却水の供給の許可または禁止(オンオフあるいは、弁の開閉)が制御される。
 また、流量調節弁41、オンオフ制御弁43、オンオフ制御弁45は、制御部5に接続されている。制御部5は、複数のスプレーノズル列21から鋼板Hに向かって噴射させる冷却水を制御する。
 また、図2に示すように、上流側スプレーノズル列群22に属する各スプレーノズル列21の通板方向における互いの隣接間隔aが同一であり、下流側スプレーノズル列群23に属する各スプレーノズル列21の通板方向における互いの隣接間隔bが同一であることが好ましい。さらには、上流側スプレーノズル列群22に属する各スプレーノズル列21の、最も下流側スプレーノズル列群23側に配置されたスプレーノズル列21cと、下流側スプレーノズル列群23に属する各スプレーノズル列21の、最も上流側スプレーノズル列群22側に配置されたスプレーノズル列21dとの隣接間隔cは、隣接間隔a及び隣接間隔bと等しいことが好ましい。すなわち、通板方向における各スプレーノズル列21の隣接間隔が全て同一であることが好ましい。
 更には、各スプレーノズル列21の鋼板の幅方向における互いの隣接間隔eが全て同一であることが好ましい。
 以上の構成の上部冷却装置11では、先ず、鋼板Hに要求される冷却速度や冷却停止温度から、要求される冷却水量を決定する。その冷却水量の冷却水が供給されるように、制御部5により流量調節弁41が制御され、供給ヘッダー40に供給される冷却水の流量が調節される。このとき、後述するようにオンオフ制御弁43、45を両方開放するのか、あるいはオンオフ制御弁43のみを開放するのかが制御部5において決定される。このとき、要求される冷却水量が上流側スプレー列群22の最大水量より多い場合、制御部5によりオンオフ制御弁43、45の両方が開放され、一方、要求される冷却水量が上流側スプレー列群22の最大水量より少ない場合、制御部5によりオンオフ制御弁43のみが開放される。そして、例えばオンオフ制御弁43を開放することで、供給ヘッダー40から上流側貯留室31に冷却水が供給される。上流側貯留室31内の冷却水は、上流側スプレーノズル列群22の供給管24、フルコーンスプレーノズル20を介して鋼板Hに噴射される。同様に、例えばオンオフ制御弁45を開放することで、供給ヘッダー40から、出側貯留室32、下流側スプレーノズル列群23の供給管24、フルコーンスプレーノズル20を介して冷却水が鋼板Hに噴射される。このように、上部冷却装置11では、スプレーノズル列群22、23毎に冷却水の噴射が制御される。
 次に、上述したスプレーノズル列群22、23におけるスプレーノズル列21a~21iの列数の設定方法及び上流側スプレーノズル列群22の配置位置について、上部冷却装置11を用いた鋼板Hの冷却方法と共に説明する。
 スプレーノズル列21a~21iの列数及び上流側スプレーノズル列群22の配置位置を設定するにあたり、先ず、後述する実施の形態で用いられるフルコーンスプレーノズル20を例として用いてその特性について説明する。このフルコーンノズル20の定格の最大負荷圧力は0.3MPaである。
 図4に示したフルコーンスプレーノズル20からの水噴流の噴射角度αは、フルコーンスプレーノズル20のノズル負荷圧力に依存する。この点について発明者らが調べた結果を図5に示す。図5の横軸はノズル負荷圧力を示し、縦軸は噴射角度の変化率を示している。図5を参照すると、ノズル負荷圧力が約0.04MPa(図5中の点線)以下において、フルコーンスプレーノズル20の噴射角度の変化率が急激に減少することが分かる。このことは、ノズル負荷圧力が0.04MPa以下の場合、フルコーンスプレーノズル20からの水噴流の鋼板Hへの衝突部面積、いわゆるスプレーパターンが確保できないことを示している。したがって、鋼板Hを適切に冷却するためには、フルコーンスプレーノズル20のノズル負荷圧力が0.04MPa以上必要であることが分かる。なお、本実施形態では、ノズル負荷圧力が0.04MPa以上としたが、一例に過ぎない。
 また、発明者らは、このノズル負荷圧力の0.04MPa以上を確保するため、すなわちスプレーパターンを確保するために必要なフルコーンスプレーノズル20の冷却水量について調べた。その結果を図6に示す。図6の横軸はノズル負荷圧力を示し、縦軸はフルコーンスプレーノズル20の冷却水量を示している。図6を参照すると、スプレーパターンを確保する冷却水量の範囲は、フルコーンスプレーノズル20の最大水量と最小水量の比がほぼ3:1の範囲であることが分かった。
 ここで、冷却装置1の上部冷却装置11を用いた鋼板Hの冷却について説明する。図7は、フルコーンスプレーノズル20のノズル負荷圧力と上部冷却装置11から供給される冷却水の水量密度との関係を示している。なお、水量密度は、鋼板Hを挟んで配置された拘束ロール対10a、10b間の鋼板Hに噴射される冷却水の単位面積当たりの冷却水量を示している。したがって、以下、水量密度あるいは冷却水量と記載する場合があるが、両者は同義である。
 上述したように、熱間圧延においては、鋼板Hの種類、用途などによって冷却装置1に要求される冷却能力、すなわち要求される冷却水量(水量密度)が異なる。例えば要求される冷却水量が上流側スプレー列群22の最大水量より多い場合(図7のグラフ中、上側の実線の範囲)、この高水量密度を確保するため、例えば図8に示すように上流側スプレーノズル列群22と下流側スプレーノズル列群23の両方から鋼板Hの上面に冷却水が噴射される。この場合、冷却水量が上流側スプレー列群22の最大水量より多いため、鋼板H上に滞留する板上水50は、拘束ロール対10、10間において鋼板Hの上面全面に拡がっている。具体的には、板上水50と、上流側スプレーノズル列群22及び下流側スプレーノズル列群23から噴射された冷却水とが鋼板Hの表面全体で強制的に撹拌されるので、鋼板Hは、少なくとも鋼板Hの幅方向に均一に冷却される。したがって、この板上水50の影響を避けるため、各フルコーンスプレーノズル20のスプレーパターンを確保する必要がある。すなわち、上述したようにフルコーンスプレーノズル20のノズル負荷圧力は0.04MPa以上必要となる。図7のグラフ中、上側の実線の範囲では、かかるノズル負荷圧力を確保することができ、鋼板Hを適切に冷却できる。
 一方、図7に示すように、要求される冷却水量(水量密度)が減少すると、フルコーンスプレーノズル20のノズル負荷圧力も減少する。例えば図7で要求される水量密度が約0.55m/m/min以下の場合、すなわち上流側スプレー列群22の最大水量より少ない場合、上流側スプレーノズル列群22と下流側スプレーノズル列群23の両方から冷却水を供給すると、各フルコーンスプレーノズル20において、0.04MPaのノズル負荷圧力を確保できなくなる。
 そこで、上流側スプレーノズル列群22のみから鋼板Hの上面に冷却水を噴射し、下流側スプレーノズル列群23からの冷却水の噴射を停止する。ここで、要求される水量密度が約0.55m/m/min以下の水量密度の場合(図7のグラフ中、下側の実線の範囲)、すなわち上流側スプレー列群22の最大水量より少ない場合、図9に示すように鋼板H上の板上水50が少量となり、板上水50は鋼板Hの移動に伴い、鋼板Hの通板方向、すなわち鋼板Hの下流側に流れる。したがって、上述のように下流側スプレーノズル列群23からの冷却水の噴射を停止する。これにより、図7のグラフに示すように上側の実線が下側の実線に移行し、上流側スプレーノズル列群22におけるフルコーンスプレーノズル20のノズル負荷圧力は急激に上昇する。したがって、フルコーンスプレーノズル20のスプレーパターンを確保することができ、鋼板Hを適切に冷却することができる。
 このように下流側スプレーノズル列群23からの冷却水の噴射を停止する場合、本実施の形態のように、全てのスプレーノズル列21a~21iの列数(9列)と上流側スプレーノズル列群22のスプレーノズル列21a~21cの列数(3列)との比が、フルコーンスプレーノズル20の最大水量と最小水量との比、すなわち上述した3:1となるのが最も好ましい。例えば上流側スプレーノズル列群22のスプレーノズル列21の列数が4列以上の場合、各フルコーンスプレーノズル20のノズル負荷圧力は、上流側スプレーノズル列群22の列数が3列の場合に比べて小さくなる。そうすると、要求される冷却水量がさらに少なくなった場合に、上流側スプレーノズル列群22の列数が3列の場合にはスプレーパターンを確保できるが、上流側スプレーノズル列群22の列数が4列以上の場合にはスプレーパターンを確保できない場合が生じる。すなわち、上流側スプレーノズル列群22の列数が4列以上の場合の、スプレーパターンを確保して鋼板Hを適切に冷却できる水量密度の範囲が、上流側スプレーノズル列群22の列数が3列の場合の水量密度の範囲に比べて狭くなる。因みに、本実施の形態では、制御可能な冷却水の最大水量密度と最小水量密度との比、すなわち冷却能力制御範囲は、9:1と広範囲になる。一方、上流側スプレーノズル列群22の列数が2列以下になると、各フルコーンスプレーノズル20から噴射されるべき冷却水量が最大水量を超え、要求される水量密度を確保できない。したがって、上述したように全てのスプレーノズル列21a~21iの列数と上流側スプレーノズル列群22のスプレーノズル列21a~21cの列数との比が、フルコーンスプレーノズル20の最大水量と最小水量との比に同一または近似する整数比であることが最も好ましい。
 なお、本実施の形態では、フルコーンスプレーノズル20の最大水量と最小水量との比が3:1であったため、全てのスプレーノズル列21a~21iの列数と上流側スプレーノズル列群22のスプレーノズル列21a~21cの列数との比を3:1としたが、スプレーノズル列数の比はこれに限定されない。上述したようにスプレーノズル列数の比がスプレーノズルの最大水量と最小水量との比であれば、スプレーノズル列数の比は種々の値に設定できる。例えば冷却装置に用いるスプレーノズルを変更し、その最大水量と最小水量の比が例えば7:3である場合、全てのスプレーノズル列の列数(7列)と上流側スプレーノズル列群のスプレーノズル列の列数(3列)との比も7:3と設定される。
 また、フルコーンスプレーノズル20の最大水量と最小水量との比が整数比で表されない場合には、全てのスプレーノズル列21a~21iの列数と上流側スプレーノズル列群22のスプレーノズル列21a~21cの列数との比は、フルコーンスプレーノズル20の最大水量と最小水量の比と近似する整数比に定めてもよい。具体的には、最小水量を1とした場合の最大水量の比率を、小数点以下を四捨五入して整数とする。例えばその最大水量と最小水量の比が例えば1:3.1である場合、3.1の小数点以下を四捨五入して1:3とすることができる。こうして得られたフルコーンスプレーノズル20の最大水量と最小水量の整数比を、上記近似する整数比としてもよい。
 最大水量密度と最少水量密度の間に、制御できない水量密度範囲があることは好ましくない。そこで、全てのスプレーノズル列の列数との上流側スプレーノズル列群22のスプレーノズル列の列数の比が、スプレーノズルの最大水量と最小水量との比より小さくなるように近似することが好ましい。
 本発明において、前記のスプレーノズル列数の比に、上限を設ける必要はない。しかしながら、ノズル負荷圧力をたとえば0.7MPa程度まで上げても最大水量と最小水量の比とは4程度であり,4以下としてもよい。必要に応じて、その上限を3.5、3又は2.5としてもよい。
 また、上述において図9を用いて説明したように、要求される冷却水量によっては、板上水50は鋼板Hの下流側に流れて滞留する場合がある。この場合、上流側スプレーノズル列群22は、上流側スプレーノズル列群22から噴射される冷却水が板上水50と干渉しないように配置されるのが好ましい。具体的には、上流側スプレーノズル列群22から最大噴射量を噴射させたとき、鋼板H上に滞留する板上水50の領域よりも通板方向に沿った上流側の位置に向かって、上流側スプレーノズル列群22から冷却水が噴射されるように上流側スプレーノズル列群22が配置されていることが好ましい。
 さらに発明者らは、上流側スプレー列群22からのみ冷却水が噴射されている場合、鋼板H上で板上水50が存在する範囲について鋭意検討を行った。具体的には、先ず、鋼板Hを静止させた状態で、上部冷却装置Hから鋼板Hに上流側スプレー列群22の最大水量の水量密度Wの冷却水を噴射し、板幅方向中心における板上水の高さhcを実験により導出した。次に、通板速度Lsで通板させた鋼板Hに同じ水量密度Wの冷却水を噴射した場合に、冷却水が図9に示すように板上水50として鋼板Hに拡がる範囲について実験を行った。そして、板上水50の鋼板H上の高さ分布は、幅方向に2次分布であると仮定した。その結果、図9に示す板上水50が存在する範囲Xは、下記式(1)で表されるという知見を得た。なお、範囲Xは、鋼板Hの下流側の拘束ロール対10の中心から板上水50の端部までの距離を示している。また、式(1)における板上水高さhcは、鋼板Hの幅方向中心における板上水50の高さを示し、下記式(2)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
但し、X:板上水50の水平方向の範囲(m)、hc:鋼板Hが静止状態の場合の板幅方向中心における板上水50の高さ(m)、S:拘束ロール対10、10の中心間距離(m)、Ls:鋼板Hの通板速度(m/min)
 また、上記式(1)中、「29.4」は(m/min)の次元を有する定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
但し、W:上部冷却装置11から噴射される冷却水の水量密度(m/m/min)、B:鋼板Hの幅(m)
 また、上記式(2)中、「0.04」は(m(-1/3)/min(2/3))の次元を有する定数である。
 以上のように、鋼板H上で板上水50が存在する範囲Xは上記式(1)で算出される。なお、この板上水50が存在する範囲Xの上流側端部の位置は、図9に示したように例えば下流側スプレーノズル列群23の上流側端部の位置とほぼ同じである。そして、上流側スプレーノズル列群22は、その下流側のスプレーノズル列21cから噴射される冷却水の水噴流が板上水50と干渉しない位置、すなわち水噴流の下流側端部が下流側の拘束ロール対10の中心から範囲X以上離れた位置に配置される。これにより、上流側スプレーノズル列群22は、板上水50のほとんどないところに、冷却水を噴射するので、噴射されている冷却水が当たる鋼板Hの領域は、均一に冷却される。すなわち、板上水50の流れる方向が、鋼板Hの通板方向と同じであるため、板上水50はあまり撹拌されない。このように、板上水50の撹拌を抑えることにより、鋼板Hを均一に冷却することができる。
 以上の実施の形態によれば、スプレーノズル列群22、23毎に鋼板Hの上面への冷却水の噴射が制御される。例えば要求される冷却能力が高い場合、すなわち要求される冷却水量が上流側スプレー列群22の最大水量より多い場合(図7のグラフ中、上側の実線の範囲)、先ず、流量調節弁41によって流量が制御された冷却水が供給ヘッダー40に供給される。そして、オンオフ制御弁43、45の両方を開放し、全てのスプレーノズル列群22、23から鋼板Hの上面に冷却水を噴射する。この場合、フルコーンスプレーノズル20のノズル負荷圧力が高いので、鋼板H上に板上水50が滞留していても、各フルコーンスプレーノズル20のスプレーパターンを確保でき、板上水50が全体的に強制撹拌されるので、鋼板Hを均一に冷却可能である。したがって、鋼板Hを所定の温度に均一に冷却することができる。
 一方、例えば要求される冷却能力が低い場合、すなわち要求される冷却水量が上流側スプレー列群22の最大水量より少ない場合(図7のグラフ中、下側の実線の範囲)、先ず、流量調節弁41によって冷却水の流量が制御され、この冷却水が供給ヘッダー40に供給される。そして、オンオフ制御弁43のみを開放し、例えば鋼板Hの上流側スプレーノズル列群22のみから鋼板Hの上面に冷却水を噴射し、鋼板の下流側スプレーノズル列群23からの冷却水の噴射を停止する。この場合、フルコーンスプレーノズル20のノズル負荷圧力が高く、スプレーパターンを維持したまま、鋼板Hに噴射される冷却水量を所定の水量とすることができる。また、鋼板H上の板上水50が少量となり、板上水50は鋼板Hの移動に伴い鋼板Hの通板方向、すなわち鋼板Hの下流側に流れる。このため、鋼板Hの上流側に噴射される冷却水が板上水50の影響を受けず、鋼板Hを均一に冷却できる。したがって、鋼板Hを所定の温度に均一に冷却することができる。以上のように本実施の形態によれば、冷却能力を広範囲に制御しつつ、鋼板Hを所定の温度に均一に冷却することができる。
 ここで、下流側スプレーノズル列群23からのみ冷却水が噴射される場合の不都合な点について説明する。
 この場合、図10に示すように、板上水50が噴射領域より上流側に流れる。板上水50の流れる方向と鋼板Hの通板方向とが逆であるため、板上水50に不規則な流れが生じ、噴射領域の上流側で鋼板Hの冷却が幅方向や長手方向に不均一になる。したがって、下流側スプレーノズル列群23からのみ冷却水を噴射させることは好ましくない。
 次に、全てのスプレーノズル列21a~21iには、同一のフルコーンスプレーノズル20を配置した利点について説明する。この場合、上部冷却装置11において全てのフルコーンスプレーノズル20の冷却能力が同一である。上述したように異なる冷却能力のスプレーノズルを用いた場合、冷却水が鋼板Hに対して不均一となるが、本実施の形態は、フルコーンスプレーノズル20から噴射される冷却水が互いに影響を与え合うことを抑えることができるため、冷却水が鋼板Hに対して不均一とならない。このため、上流側スプレーノズル列群22と下流側スプレーノズル列群23毎に冷却水の噴射を制御して、要求される冷却能力が高い場合と低い場合、あるいはその冷却能力の境界においても適応できる。したがって、冷却能力制御範囲を広範囲に選択することができる。なお、全てのフルコーンスプレーノズル20の冷却能力が同一であるので、鋼板Hを冷却する際のフルコーンスプレーノズル20の制御が容易になるという効果もある。
 さらに、全てのスプレーノズル列21a~21iの列数と上流側スプレーノズル列群22のスプレーノズル列21a~21cの列数と比は、各フルコーンスプレーノズル20の最大水量と最小水量との比に設定されている。このため、要求される冷却能力が減少した場合、上述したように適切なタイミングで下流側スプレーノズル列群23からの冷却水の噴射を停止できる。したがって、要求される冷却能力を確保しつつ、冷却能力制御範囲を最大限にすることができる。
 また、上流側スプレーノズル列群22は、その下流側のスプレーノズル列21cから噴射される冷却水の水噴流が板上水50と干渉しない位置に配置されているので、上流側スプレーノズル列群22から噴射される冷却水が板上水50の影響を受けない。しかも、上述したように各フルコーンスプレーノズル20のスプレーパターンを確保できる。したがって、要求される冷却能力が低い場合でも、鋼板Hを適切に冷却することができる。
 以上のように本実施の形態では鋼板Hを均一に冷却することができるが、この効果について発明者らは検証を行った。具体的には、要求される冷却水量が上流側スプレー列群22の最大水量より少ない場合に、図9に示したように上流側スプレーノズル列群22のみから鋼板Hに冷却水を噴射した。
 そして、鋼板Hを100℃以下まで冷却した場合の750℃から600℃の冷却速度の幅方向分布を測定した結果を図11に示す。図11の横軸は鋼板Hの幅方向の位置を示し、縦軸は鋼板Hの幅方向の各位置での冷却速度を示している。図11を参照すると、冷却速度は鋼板Hの幅方向にほぼ均一となり、鋼板Hを均一に冷却できることが確認された。
[第2の実施形態]
 次に、本発明の第2の実施形態の冷却装置について説明する。
 図12~図15は、この第2の実施の形態であり、鋼板冷却装置を示している。以下、鋼材が厚板であり、鋼板上側の部材および装置について説明する。以下の説明において、第1の実施の形態と同様の部材の説明は省略する。
 また、第2実施の形態は、上流側スプレーノズル列群,下流側スプレーノズル列群それぞれに給水ヘッダーが設けられている点、及びこれら給水ヘッダーごとに流量調節弁が設けられている点において第1実施の形態と相違する。
 鋼板冷却装置100は、上部冷却装置111と下部冷却装置112とを備えている。上部冷却装置111は、図12に示すように、小流量冷却ユニット(上流側スプレーノズル列群)110および大流量冷却ユニット(下流側スプレーノズル列群)130を備えている。これら小流量冷却ユニット110および大流量冷却ユニット130は、鋼板Hの上側に配置されている。
 小流量冷却ユニット110は、小流量給水ヘッダー(第1給水ヘッダー)117を備えている。この小流量給水ヘッダー117は、小流量冷却ユニット110に冷却水を供給する。また、大流量冷却ユニット130は大流量給水ヘッダー(第2供給ヘッダー)137を備えている。この大流量給水ヘッダー137は、大流量冷却ユニット130に冷却水を供給する。
 また、鋼板冷却装置100は、小流量給水ヘッダー117に供給される冷却水の流量を調節する流量調節弁(第1流量調節弁)114と、大流量給水ヘッダー137に供給される冷却水の流量を調節する流量調節弁(第2流量調節弁)134とを備えている。
 さらに、流量調節弁114,134は、流量調整部(制御部)149に接続されている。さらに、オンオフ制御弁のひとつである流路切替用三方弁115,135が流量調整部149に接続されている。
流量調整部149は、流量調節弁114,134及び流路切替用三方弁115,135の開閉を制御し、複数の冷却水スプレーノズル126から鋼板Hに向かって噴射させる冷却水を制御する。
 小流量給水ヘッダー117は小流量冷却水給水管112を介して冷却水タンク(図示しない)に接続されている。小流量冷却水給水管112には、流量調節弁114および流路切替用三方弁115が取り付けられている。流路切替用三方弁115の一方の出口は小流量冷却水給水管112を介して小流量給水ヘッダー117に接続されている。以下、この方向の切り替えを開放と称する。また、流路切替用三方弁115の他方の出口は戻り管(図示しない)を介して冷却水タンク(図示せず)に接続されている。以下、この方向の切り替えを閉止と称する。
 同様に、大流量冷却ユニット130も大流量冷却水給水管132、流量調節弁134、および流路切替用三方弁135を備えている。
 小流量冷却ユニット110の流量調節弁114および大流量冷却ユニット130の流量調節弁134は、小流量冷却ユニット110の冷却水スプレーノズル数に対する大流量冷却ユニット130の冷却水スプレーノズル数の比に比例した給水量密度となる開度とすることが好ましい。これにより、小流量冷却ユニット110の冷却水スプレーノズル126および大流量冷却ユニット130の冷却水スプレーノズル146からの冷却水量が一定に維持され、鋼板Hを均一に冷却することができる。
 小流量冷却ユニット110は小流量ノズルヘッダー122を備え、また大流量冷却ユニット130は大流量冷却水ノズルヘッダー142を備えている。図13に示すように、小流量ノズルヘダー122には小流量ノズル給水管119が接続され、また大流量ノズルヘッダー142には大流量ノズル給水管139が接続されている。さらに、小流量ノズルヘッダー122には小流量冷却水スプレーノズル126が取り付けられ、また大流量ノズルヘッダー142には大流量冷却水スプレーノズル146が取り付けられている。
 小流量冷却水スプレーノズル126と大流量冷却水スプレーノズル146は同一である。また、小流量冷却水スプレーノズル126および大流量冷却水スプレーノズル146の通板方向の間隔は等しくなっている。さらに、隣り合う小流量冷却ユニット110および大流量冷却ユニット130の冷却水スプレーノズル126、146の通板方向の間隔も、その他の冷却水スプレーノズル126、146の通板方向の間隔と等しくなっている。これにより、板上水の溜まり量に偏差が少なくなり、鋼板は均一に冷却される。
 図13に示すように、小流量冷却水スプレーノズル126は、小流量ノズルヘッダー122の底板124を貫通し、上端の冷却水入口127が天板123近くに位置し、下端の噴出口28は底板124から下方に突出している。大流量ノズルヘッダー142は、小流量ノズルヘッダー122と同様の構造であり、大流量冷却水スプレーノズル146は、小流量冷却水スプレーノズル126と同様の構造である。
 小流量ノズルヘッダー122の天板123と小流量冷却水スプレーノズル126の冷却水入口127との間隔gおよび大流量ノズルヘッダー142の天板143と大流量冷却水スプレーノズル146の冷却水入口147との間隔gを3~8mmとすることが好ましい。間隔gが3mm未満であると、各冷却水入口に加わる圧力が均等にならず、ノズル給水管119、139に一番近い冷却水スプレーノズルで水が出やすい等が生じる。これにより、各スプレーノズル126,146から噴射される水量の差が発生する可能性がある。また、間隔gが8mmを超えると、注水が開始してから小流量ノズルヘッダー122および大流量ノズルヘッダー142に水が充満するまでの時間がかかりすぎる。さらにまた、間隔gが8mmを超えると、冷却水スプレーノズル126、146からの注水を停止したときに、冷却水入口127、147とこれらヘッダーの天板123、142との間に溜まった水がすべてなくなるまで、冷却水スプレーノズル126、146から水が垂れてしまう。
 また、鋼板Hの上側には、小流量冷却ユニット110および大流量冷却ユニット130と同様の鋼板Hの下側の小流量冷却ユニット150および大流量冷却ユニット170が配置されている。この小流量冷却ユニット150および大流量冷却ユニット170では、上記間隔gはそれぞれ小流量ノズルヘッダー162の底板64と小流量冷却水スプレーノズル166の冷却水入口67との間隔g、および大流量ノズルヘッダー182の底板184と大流量冷却水スプレーノズル186の冷却水入口187との間隔gである。
 図14は、小流量冷却水スプレーノズル126(166)と大流量冷却水スプレーノズル146(186)との配置を模式的に示している。図14に示すように、多数の小流量冷却水スプレーノズル126(166)と大流量冷却水スプレーノズル146(186)とが鋼板幅方向と鋼板搬送方向とにそれぞれ一定間隔で配置されている。また、小流量冷却水スプレーノズル126(166)と大流量冷却水スプレーノズル146(186)とはノズル径が等しく、かつ小流量冷却水スプレーノズル数は大流量冷却水プレーノズル数より少ない。
 図15は、給水量密度(m/m/min)とノズル給水圧力(MPa)との関係を示している。
 スプレーパターン確保限界圧力とは、ノズルによって決まる所定のスプレーパターンが確保可能か否かのノズル給水圧力(例えば、30kPa)である。熱間鋼板を均一に冷却するには、ノズル給水圧力をスプレーパターン確保限界圧力以上とする必要がある。このため、鋼板(鋼材)Hの冷却では、必要な冷却速度(鋼材の成分と確保すべき材質によって決まる)を得るための給水量密度を決定する。これは、給水量密度と図15を参照して、ノズル給水圧力がスプレーパターン確保限界圧力以上である領域で、小流量ノズルヘッダー122と大流量ノズルヘッダー142の両方に、またはいずれか一方に給水するかを流量調整部149により決定する。
 具体的には、図15に示すように、決定した給水量密度がb~cの範囲であれば、小流量ノズルヘッダー122と大流量ノズルヘッダー142との両方に冷却水を給水し、a~bの範囲であれば、小流量ノズルヘッダー122だけに冷却水給水する。また、流量調節弁114、134により小流量ノズルヘッダー122、大流量ノズルヘッダー142を介して各ノズルからの噴射水量および噴射圧力は一定になるように調整されている。
 鋼板冷却装置100は、図12に示すように鋼板上面側に流量調整部149を備えている。この流量調整部149は、小流量冷却水スプレーノズル126及び大流量冷却水スプレーノズル146から鋼板Hに向かって噴射される冷却水を制御する。この流量調整部149において、例えば上位計算機により対象鋼板の成分及び機械的特性(材質)等から冷却速度が決定され、この冷却速度と対象鋼板の板厚とからゾーン給水量密度が求められる。さらに、流量調整部149において、このゾーン給水量密度と図15から使用するノズルヘッダー(大流量給水ヘッダー137及び小流量給水ヘッダー117の両方、または、小流量給水ヘッダー117のみ)とを決定する。
 このようにして求めたゾーン給水量密度と給水するノズルヘッダー情報とが流量調整部149に入力される。ここで、ノズルヘッダー情報が大流量給水ヘッダー137と小流量給水ヘッダー117との両方を使用する場合には、さらに給水量密度比が、流量調整部149に入力される。そして、流量調整部149は、この入力されたゾーン給水量密度、ノズルヘッダー情報、給水量密度比に基づいて流量調節弁114、134の弁開度信号と、流路切替用三方弁115、135を開放する信号とを出力する。また、前記ノズルヘッダー情報が大流量給水ヘッダー137のみを使用する場合には、流量調整部149は流路切替用三方弁115を閉止し、流路切替用三方弁135を開放し、流量調節弁134の弁開度信号を出力する。また、前記ノズルヘッダー情報が小流量給水ヘッダー117のみを使用する場合には、流量調整部149は流路切替用三方弁135を閉止し、流路切替用三方弁115を開放し、流量調節弁114の弁開度信号を出力する。また、鋼板Hの下面側の流量調整部(制御部)189も同様である。
 以上、鋼板上側の冷却ユニット110、130(上側冷却装置111)について説明したが、鋼板Hの下側の冷却ユニット150、170(下側冷却装置112)も上側と同様の構造をしている。すなわち、冷却水給水管152、給水ヘッダー157、ノズル給水管159、ノズルヘッダー162、および冷却水スプレーノズル166、ならびに冷却水給水管172、給水ヘッダー177、ノズル給水管179、ノズルヘッダー182、および冷却水スプレーノズル186は、鋼板Hの上側の上部冷却装置111と同様の構造をしている。また、流量調節弁154、174、流路切替用三方弁155、175、および流量調整部189も、鋼板Hの上側の上部冷却装置111と同様の構造をしている。
 ここで、上記のように構成された鋼板冷却装置100について、その操作と作動の例について説明する。
 鋼板冷却装置100が圧延された熱間厚鋼板Hを受け入れるに先立って、鋼板冷却装置100が配置された冷却ゾーンのゾーン給水量密度(例えば、1.5m/m/min)、給水するノズルヘッダー情報(例えば、大流量給水ヘッダー137と小流量給水ヘッダー117)、および小流量冷却ユニット110に対する大流量冷却ユニット130の給水量密度比(例えば2.0)が、上位計算機から鋼板Hの上側の流量調整部189に入力される。これにより流量調整部149は、小流量冷却ユニット110と大流量冷却ユニット130との各々の給水量密度(例えば、小流量冷却ユニット:0.5m/m/min、大流量冷却ユニット:1.0m/m/min)を決定して、その決定した各々の給水量密度を基にして流量調節弁114、134の開度を決定し、そして、流量調節弁114、134に対して上記給水量密度が得られる開度情報を出力する。流量調節弁114、134はこの開度情報を入力すると作動して、その情報に対応した開度となる。これによって、小流量冷却水給水管112の冷却水は、小流量給水ヘッダー117、小流量ノズル供給管119を順次通過して小流量ユニット122に流入する。また、大流量冷却水給水管132の冷却水は、前記同様に大流量給水ヘッダー137、大流量ノズル供給管139を順次通過して大流量ユニット142に流入する。冷却水は短時間で小流量ユニット122および大流量ユニット142に充満し、小流量ユニット122の小流量側冷却水スプレーノズル122、および大流量ユニット142の大流量側冷却水スプレーノズル146から冷却水がほぼ同時に噴射される。
 なお、上記上位計算機から流量調整部149、189に出力する給水量密度比は、冷却ゾーン給水量密度から算定する。しかし、給水量密度比は、小流量ノズルヘッダー122のノズル数に対する大流量ノズルヘッダー142のノズル数に比例した給水量密度比、またはそれに近い値にすることが好ましいが、いずれにしても両ヘッダー122、142内の圧力がスプレーパターン確保限界圧力以上の値にすることが必要である。また、鋼板Hの下側の冷却ユニット50、70も同様に調整される。
 上記の状態で熱間厚鋼板Hが通板されて冷却が開始され、熱間厚鋼板Hがこの鋼板冷却装置100を通過すると、前記流量調整部149に上位計算機から注水停止情報が入力される。これにより、流量調整部149から流路切替用三方弁115、135の閉止信号を出力することにより、該流路切替用三方弁115、135が閉止して給水が停止する。これに伴って、小流量側冷却水スプレーノズル122及び大流量側冷却水スプレーノズル146からの冷却水の噴射が直ちに停止する。
 以上説明は、小流量ユニット110及び大流量ユニット130の両方から冷却水を噴射する場合であるが、小流量ユニット110のみから冷却水を噴射する場合は、鋼板冷却装置100が配置された冷却ゾーンにおけるゾーン給水量密度、給水するノズルヘッダー情報(小流量給水ヘッダー117)が上位計算機から流量調整部149、189に入力される。これにより、給水対象のユニット110の流量調節弁114の開度を決定すると共に、流量調節弁114、流路切替用三方弁115に対して前記と同様に上位計算機から流量調整部149、189に動作信号が出力される。
 この発明は、上記第1,第2の実施の形態に限られない。すなわち、
(A)実施の形態は厚板について説明したが、この発明は薄板、形鋼にも利用可能である。また、厚板の場合、熱処理後の冷却設備であるローラークエンチにも利用できる。
(B)上部冷却装置及び下部冷却装置にそれぞれ流量調整部(制御部)149,189を設けたが、1つの流量調整部が上部冷却装置及び下部冷却装置の両方を制御しても良い。
(C)上記各実施の形態では、フルコーンノズルで説明したが、本発明では,他のノズルの形式を使用することも可能である。
(D)上記各実施の形態では、上部冷却装置及び下部冷却装置のノズル形式,列数が異なっていても良い。
 以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な第1,第2実施の形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
 本発明は、熱間圧延して得られた鋼板を水平に拘束ロールで拘束通板しながら冷却する際に有用である。
  H  鋼板
  1  冷却装置
  2  仕上げ圧延機
  3  熱間矯正装置
  10a 拘束ロール
  10b 搬送ロール
  10 拘束ロール対
  11 上部冷却装置
  12 下部冷却装置
  20 フルコーンスプレーノズル
  21a~21i スプレーノズル列
  22 上流側スプレーノズル列群
  23 下流側スプレーノズル列群
  24 供給管
  30 ノズルボックス
  31 上流側貯留室
  32 下流側貯留室
  40 ヘッダー
  41 流量調節弁
  42 配管
  43 オンオフ制御弁
  44 配管
  45 オンオフ制御弁
  50 板上水
  100 鋼板冷却装置
  110、150 少流量冷却ユニット
  112、152 小流量冷却水給水管
  114、154 流量調節弁
  115、155 流路切替用三方弁
  117、157 小流量給水ヘッダー
  119、159 小流量ノズル給水管
  122、162 小流量ノズルヘッダー
  126、166 小流量冷却水スプレーノズル
  130、170 大流量冷却ユニット
  132、172 大流量冷却水給水管
  134、174 流量調節弁
  135、175 流路切替用三方弁
  137、177 大流量給水ヘッダー
  139、179 大流量ノズル給水管
  142、182 大流量ノズルヘッダー
  146、186 大流量冷却水スプレーノズル
  149、189 流量調整部
 

Claims (10)

  1.  鋼板を拘束通板させる複数の拘束ロール対と;
     これら拘束ロール対間の位置で前記鋼板を間に挟んで互いに対向して配置され、複数のスプレーノズル列を有する上部冷却装置及び下部冷却装置と;
    を備え、
     前記複数のスプレーノズル列が、前記鋼板の通板方向に沿って配列されており、各々のスプレーノズル列が、前記鋼板の幅方向に並べられた複数の同一のスプレーノズルを有し;
     前記通板方向に沿って見た場合に、前記各スプレーノズル列が、相対的に上流側にある上流側スプレーノズル列群と、相対的に下流側にある下流側スプレーノズル列群とに分類され;
     前記上流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数が、前記下流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数より少ない;
    ことを特徴とする鋼板の冷却装置。
  2.  前記複数のスプレーノズル列の総列数と、前記上流側スプレーノズル列群に属するスプレーノズル列の列数との比が、前記スプレーノズル列に属する各スプレーノズルの最大噴射量と最小噴射量との比に同一又は近似する整数比である
    ことを特徴とする請求項1に記載の鋼板の冷却装置。
  3.  前記複数のスプレーノズル列から前記鋼板に向かって噴射される冷却水を制御する制御部をさらに備え;
     前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部が前記冷却水の噴射を制御する;
    ことを特徴とする請求項2に記載の鋼板の冷却装置。
  4.  前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群に対して前記冷却水を供給する給水ヘッダーと;
     前記給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する流量調節弁と;
     前記給水ヘッダーから前記上流側スプレーノズル列群へ供給される前記冷却水の供給の許可または禁止を制御する第1制御弁と;
     前記給水ヘッダーから前記下流側スプレーノズル列群へ供給される前記冷却水の供給の許可または禁止を制御する第2制御弁と;
    をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の鋼板の冷却装置。
  5.  前記上流側スプレーノズル列群に冷却水を供給する第1給水ヘッダーと、
     前記下流側スプレーノズル列群に冷却水を供給する第2給水ヘッダーと、
     前記第1給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する第1流量調節弁と、
     前記第2給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する第2流量調節弁と、
     前記複数のスプレーノズル列から前記鋼板に向かって噴射される冷却水を制御する制御部と、
    をさらに備え;
     前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部が前記冷却水の噴射を制御する;
    ことを特徴とする請求項1に記載の鋼板の冷却装置。
  6.  前記上流側スプレーノズル列群に属する前記各スプレーノズル列の前記通板方向における互いの隣接間隔が同一であり;
     前記下流側スプレーノズル列群に属する前記各スプレーノズル列の前記通板方向における互いの隣接間隔が同一である;
    ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の鋼板の冷却装置。
  7.  前記通板方向における前記各スプレーノズル列の隣接間隔が全て同一であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の鋼板の冷却装置。
  8.  前記上流側スプレーノズル列群から最大噴射量を噴射させたとき、
     前記鋼板上に滞留する板上水の領域よりも前記通板方向に沿った上流側の位置に向かって前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水が噴射されるように、前記上流側スプレーノズル列群が配置されている
    ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の鋼板の冷却装置。
  9.  請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の鋼板の冷却装置を用いて前記鋼板を冷却する際に、
     前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部により前記冷却水の噴射を制御する;
    ことを特徴とする鋼板の冷却方法。
  10.  前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水を最大噴射量で噴射させたときに前記鋼板上に滞留する板上水の領域を予め求め;
     前記領域よりも前記通板方向に沿った上流側の位置に、前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水が噴射されるように、前記上流側スプレーノズル列群を配置する;
    ことを特徴とする請求項9に記載の鋼板の冷却方法。
     
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