WO2020261547A1

WO2020261547A1 - 鋼材の冷却装置及びこの冷却装置を使用した鋼材冷却設備

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Publication number: WO2020261547A1
Application number: PCT/JP2019/025877
Authority: WO
Inventors: 啓次高木
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-12-30
Also published as: CN112139265B; JP7006846B2; CN213256296U; CN112139265A; JPWO2020261547A1

Abstract

鋼材（ＳＭ）が内部を通過する直線状の冷却パイプ（１１）と、冷却パイプの外周の一部に形成された冷却タンク（１９）と、冷却タンクに貯留された冷却水を冷却パイプの内周全域から鋼材に噴射させる噴射スリット（２１）と、を備え、冷却パイプに、肉厚方向を貫通するローラー挿入孔（１５）が形成され、冷却パイプの外側で回転自在に支持された支持ローラー１７の一部が、ローラー挿入孔を通過して冷却パイプの内部に突出して配置され、冷却パイプの内部を通過する鋼材の下部を支持ローラーが支持することを特徴とする鋼材の冷却装置。

Description

鋼材の冷却装置及びこの冷却装置を使用した鋼材冷却設備

　本発明は、棒鋼、線材などの長尺な鋼材を冷却する冷却装置及びこの冷却装置を使用した鋼材冷却設備に関する。

　棒鋼、線材などの長尺な鋼材を製造する複数の圧延機（粗圧延機、中間圧延機、仕上圧延機）を備えた熱間圧延設備では、所定の一対の圧延機の間、或いは仕上げ圧延機の後段に、鋼材を冷却する鋼材冷却設備が配置されている。
　鋼材冷却設備は、例えば特許文献１の冷却装置を、冷却する鋼材の進行方向に沿って所定の間隔をあけて直列に複数配置することで構成されている。
　特許文献１の冷却装置は、鋼材が通過する直線状の冷却パイプと、冷却パイプの内部に冷却水を噴射する冷却水噴射ノズルと、を備え、冷却水噴射ノズルは、冷却パイプの外周の一部に形成された冷却タンクと、冷却タンクに貯留された冷却水を冷却パイプの内周全域から噴射させる噴射スリットと、を備えている。そして、鋼材冷却設備の挿入口から挿入された鋼材が各冷却装置の冷却パイプ内部を通過すると、各冷却装置の冷却水噴射ノズルから噴射する冷却水で鋼材が連続的に冷却される。

特開２０１８－１２３３５４号公報

　ところで、鋼材冷却設備の各冷却装置の冷却パイプ内部を通過する鋼材は、鋼材の自重により下方へたわみ、冷却パイプ内部の下側を通過する場合がある。上述の特許文献１に記載の技術において、冷却パイプの内周全域から噴射スリットを介して冷却水を噴射するのは、鋼材の全周にわたって均一に冷却水が供給されるようにして、鋼材周方向の冷却ムラが生じることを回避するためである。しかし、鋼材が冷却パイプの軸心からずれて下側を通過すると、噴射スリットから噴射される冷却水による冷却能力が、鋼材の周方向で均一とはならず、冷却ムラが発生するおそれがある。また、冷却パイプ内で鋼材が自重により下方向にたわみ、冷却パイプの下側の内壁に接触すると、品質に影響を及ぼすおそれがある。

　そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、冷却ムラを無くし、高品質に鋼材を冷却することができる鋼材の冷却装置及びこの冷却装置を使用した鋼材冷却設備を提供することを目的としている。

　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る鋼材の冷却装置は、熱間圧延設備で圧延された棒鋼、線材などの長尺な鋼材を冷却する冷却装置であって、鋼材が内部を通過する直線状の冷却パイプと、冷却パイプの外周の一部に形成された冷却タンクと、冷却タンクに貯留された冷却水を冷却パイプの内周全域から鋼材に噴射させる噴射スリットと、を備え、冷却パイプに、肉厚方向を貫通するローラー挿入孔が形成され、冷却パイプの外側で回転自在に支持された支持ローラーの一部が、ローラー挿入孔を通過して冷却パイプの内部に突出して配置されており、冷却パイプの内部を通過する鋼材の下部を支持ローラーが支持している。

　また、本発明の一態様に係る鋼材冷却設備は、上述した態様に係る鋼材の冷却装置を第１冷却装置と称し、第１冷却装置に対して支持ローラーおよび支持ローラーのローラー挿入口を有さない冷却装置を第２冷却装置と称すると、複数台の第１冷却装置と、複数台の第２冷却装置とが、鋼材の進行方向に沿って、互いの間に所定の隙間を設けながら直列に配置され、隣り合う前記第1冷却装置の間に、第２冷却装置が直列に配置され、隣り合う前記第1冷却装置の間隔が、冷却パイプの内径の８０倍以下の値に設定されている。

　本発明に係る鋼材の冷却装置及びこの冷却装置を使用した鋼材冷却設備によれば、冷却パイプに設けられている支持ローラーが、自重により鋼材が冷却パイプの下側に移動するのを抑制しているので、冷却ムラを無くし、高品質に鋼材を冷却することができる。

本発明に係る熱間圧延設備の仕上げ圧延機の後段に第１実施形態の鋼材の鋼材冷却設備を備えた概略構成図である。第１実施形態の鋼材の鋼材冷却設備を示す図である。図２で示した鋼材冷却設備で使用されているローラー付き冷却装置（第１冷却装置）であり、冷却パイプに支持ローラーが設けられている装置である。図２で示した鋼材冷却設備に使用されているローラー無し冷却装置（第２冷却装置）であり、冷却パイプに支持ローラーが設けられていない装置である。本発明に係る熱間圧延設備の粗圧延機の後段に第２実施形態の鋼材冷却設備を備えた概略構成図である。本発明に係る熱間圧延設備の中間圧延機の後段に第３実施形態の鋼材冷却設備を備えた概略構成図である。

　次に、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
　また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

　図１に示すように、普通鋼、合金鋼、ステンレス鋼等の圧延素材ＲＭを熱間圧延し、例えば断面円形の長尺な鋼材ＳＭを製造する熱間圧延設備１は、粗圧延機２、中間圧延機３及び仕上げ圧延機４と、仕上げ圧延機４の後段に配置されている本発明に係る第１実施形態の鋼材冷却設備５と、を備えている。

　第１実施形態の鋼材冷却設備５は、図２に示すように、鋼材ＳＭの進行方向に沿って複数の冷却装置が所定の間隔を設けて直列に配置されている。本実施形態では、１３個の冷却装置が直列配置されており、１３個の冷却装置は、後述する２種類の第１冷却装置６及び第２冷却装置７で構成されている。
　そして、鋼材冷却設備５は、１３台の冷却装置（複数の第１冷却装置６及び第２冷却装置７）の下側を囲むように鋼材ＳＭの進行方向に延在し、底板８ａが排水口８ｂに向けて下り傾斜を付けて形成されている樋形状の排水パン８と、排水パン８の内部の長尺方向に延在して１３台の冷却装置に接続している第１及び第２水供給管９，１０と、を備えている。

　図３は、鋼材ＳＭの進行方向に沿って直列に配置されている複数の冷却装置のうちの第１冷却装置６を具体的に示すものである。
　第１冷却装置６は、鋳鉄又は鋳鋼で形成されており、冷却パイプ１１と、冷却水噴射ノズル１２と、を備えている。
　冷却パイプ１１は、直線状に延在する円筒部材であり、端部に向かうに従い拡径形状とした一端開口部１１ａを鋼材ＳＭの進入口（以下、進入口１１ａ）とし、他端開口部１１ｂを鋼材ＳＭの出口（以下、出口１１ｂ）としている。

　ここで、冷却パイプ１１内部を通過する鋼材ＳＭの直径Ｍｄは、冷却パイプ１１の内径Ｐｄの３０％以下に設定されている。
　冷却パイプ１１の上部外周には、吊り具のフックが係合可能な係合孔１３ａを形成した被吊り部１３が上方に突出して形成されている。
　冷却パイプ１１の下部外周には、第１水供給管９（或いは第２水供給管１０）の上部外周から立ち上がっている固定部９ａ（１０ａ）にボルト結合で固定される固定連結部１４が形成されている。
　冷却パイプ１１の下部には、肉厚方向に貫通するローラー挿入孔１５が形成され、ローラー挿入孔１５の周囲の冷却パイプ１１の下部外周には、軸受け部１６が形成されている。

　そして、冷却パイプ１１の外部からローラー挿入孔１５に支持ローラー１７の一部が挿入されている。支持ローラー１７は、回転軸１８に同軸固定されており、回転軸１８は、軸受け部１６に設けたベアリング（不図示）に回転自在に支持されている。回転軸１８は、冷却パイプ１１の軸線Ｐよりも下方に水平に配置されており、且つ、上方から見ると軸線Ｐと回転軸１８とが直交している。
　支持ローラー１７はセラミック製ローラーであり、鋼材ＳＭが接触するローラー表面は、鋼材ＳＭの直径より大きな曲率半径の凹曲面が回転軸１８の軸方向に沿って形成されている形状、或いは略１２０°の角度で軸方向に沿ってＶ字状に開いた面が形成されている形状である。

　冷却水噴射ノズル１２は、冷却パイプ１１の出口１１ｂ側の外周を囲んで形成されている環状タンク１９と、環状タンク１９に冷却水を供給する供給口２０と、環状タンク１９に貯留された冷却水を冷却パイプ１１の内周全域から噴射させる噴射スリット２１と、を備えている。冷却水噴射ノズル１２の供給口２０は、第１及び第２水供給管９，１０の何れかに接続している。噴射スリット２１は、冷却水の噴射方向が開口部（鋼材ＳＭの進入口）１１ａ側に傾いた方向となるように、円錐面状に設けてある。
　そして、冷却パイプ１１の固定連結部１４が第１水供給管９（或いは第２水供給管１０）の固定部９ａ、（１０ａ）に固定されることで、第１冷却装置６は、第１水供給管９（或いは第２水供給管１０）の上部に固定配置される。

　次に、図４は、鋼材ＳＭの進行方向に沿って直列に配置されている複数の冷却装置のうちの第２冷却装置７を具体的に示すものである。
　第２冷却装置７が第１冷却装置６と異なる点は、第１冷却装置６の冷却パイプ１１に形成されているローラー挿入孔１５、軸受け部１６、支持ローラー１７が、第２冷却装置７の冷却パイプ１１には存在していない点である。
　そして、第２冷却装置７と第１冷却装置６とのその他の構造は、大きさ、形状などが全て同一である。

　ここで、第１冷却装置６を、ローラー付き冷却装置６と称し、第２冷却装置７を、ローラー無し冷却装置７と称する。
　ローラー付き冷却装置６は、図２で示した鋼材冷却設備５において、一番左から右に向って４台目（符号６Ａで示す装置）と、一番左から右に向って９台目（符号６Ｂで示す装置）と、一番右（符号６Ｃで示す装置）との位置に合計３台配置されている。
　また、ローラー無し冷却装置７は、図２の鋼材冷却設備５において、第１冷却装置６Ａの左側に３台配置され、ローラー付き冷却装置６Ａとローラー付き冷却装置６Ｂとの間に４台配置され、ローラー付き冷却装置６Ｂとローラー付き冷却装置６Ｃとの間に３台配置され、合計１０台配置されている。

　また、１３台のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及びローラー無し冷却装置７は、隣り合う冷却装置との間に１０mm～５０mmの間隔Ｌをあけて直列に配置されている。
　ここで、隣り合うローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ同士の間隔Ｋ１と、隣り合うローラー付き冷却装置６Ｂ，６Ｃ同士の間隔Ｋ２は、ローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ（或いは、ローラー無し冷却装置７）の冷却パイプ１１の内径Ｐｄを８０倍した基準間隔Ｄ以下の値に設定されている（Ｄ＝Ｐｄ×８０、Ｋ１≦Ｄ、Ｋ２≦Ｄ）。

　次に、第１実施形態の鋼材冷却設備５の動作について説明する。
　鋼材冷却設備５の第１及び第２水供給管９，１０に冷却水が供給されると、複数のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及びローラー無し冷却装置７の供給口２０から環状タンク１９に冷却水が溜められ、環状タンク１９の冷却水が噴射スリット２１を通過して冷却パイプ１１の内周全域から噴射する。

　仕上げ圧延機４で仕上げ圧延が行われて鋼材冷却設備５に送り出されてきた鋼材ＳＭは、鋼材ＳＭの進行方向に沿って直列に配置されている複数のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及びローラー無し冷却装置７の冷却パイプ１１の進入口１１ａから出口１１ｂに向けて通過していき、各冷却パイプ１１の内周全域から噴射する冷却水が接触することで冷却されていく。噴射スリット２１は、冷却水の噴射方向が進入口１１ａ側へ向けて傾くように設けられているので、噴射スリット２１から噴射された冷却水は、鋼材ＳＭに衝突した後に冷却パイプ内を進入口１１ａ側へ向けて流れる。冷却パイプ１１の内周面と鋼材ＳＭとの間の空間は冷却水で充満されるが、冷却パイプ１１内の冷却水が進入口１１ａへと流れる間に、鋼材ＳＭを冷却する。

　鋼材ＳＭに接触し、温度が上昇して冷却能が低下した冷却水は、ローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃでは、そのほとんどが冷却パイプ１１の進入口１１ａを通過して、一部は出口１１ｂ及びローラー挿入孔１５を通過して排水パン８の底板８ａに流れていき、排水口８ｂから回収される。また、ローラー無し冷却装置７では、鋼材ＳＭに接触した冷却水はそのほとんどがが、冷却パイプ１１の進入口１１ａを通過して、一部は出口１１ｂを通過して排水パン８の底板８ａ、排水口８ｂ側に流れていく。

　ここで、鋼材冷却設備５において鋼材ＳＭの搬送方向に沿って直列に配列された冷却装置の全てがローラー無し冷却装置７である場合、仕上げ圧延機４から送られてきた鋼材ＳＭは、鋼材冷却設備５内において鋼材ＳＭの自重により下方向へたわみ、鋼材ＳＭが、鋼材冷却設備５の冷却通路（冷却パイプ１１）内の下側を通過する場合がある。鋼材ＳＭがある冷却装置７の冷却却パイプ１１内の下側に片寄って通過すると、その冷却装置７では、鋼材の周方向にそって均一に冷却が行うことができなくなる。また、冷却パイプ１１内での鋼材ＳＭの下側への片寄りが大きくなると、鋼材ＳＭが冷却パイプ１１の内周と接触し、鋼材ＳＭの表面に疵が生ずることもある。

　そこで、本実施形態の鋼材冷却設備５は、鋼材ＳＭの進行方向に沿って直列に配置されている複数の冷却装置の中に、３台のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃが配置されており、これらローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃの支持ローラー１７が、冷却パイプ１１を通過する鋼材ＳＭの下側に接触することで鋼材ＳＭの下部を支持するので、自重により鋼材ＳＭが冷却パイプ１１の下側を通過することが防止される。支持ローラー１７と鋼材ＳＭとは接触するものの、支持ローラーは鋼材ＳＭの移動にともなって回転するので、冷却パイプ１１の内面と接触する場合に比べると、鋼材ＳＭに疵が生じることはほとんどない。

　また、本実施形態の鋼材冷却設備５は、鋼材ＳＭの進行方向に沿って直列に配置する冷却装置の全てをローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃとせず、隣り合うローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ同士の間隔（或いは、６Ｂ，６Ｃ同士の間隔）が、ローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ（或いは、ローラー無し冷却装置７）の冷却パイプ１１の内径Ｐｄを８０倍した基準間隔Ｄ以下の値となるように、少数のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃを配置するだけで、自重により鋼材ＳＭが冷却パイプ１１の下側を通過することが防止される。

　次に、第１実施形態の鋼材冷却設備５の効果について説明する。
　鋼材冷却設備５の複数のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及びローラー無し冷却装置７の冷却パイプ１１を通過する鋼材ＳＭには、各冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，７の冷却水噴射ノズル１２の環状タンク１９に溜められた冷却水が噴射スリット２１を通過して冷却パイプ１１の内周全域から噴射するので、鋼材ＳＭを効率良く冷却することができる。
　また、仕上げ圧延機４から送り出されてきた鋼材ＳＭには自重による下方へのたわみが発生し、このたわみにより、鋼材ＳＭが鋼材冷却設備５の冷却通路の下側を通過すると、冷却水を噴出する噴射スリット２１と鋼材ＳＭとの距離が、鋼材ＳＭの周方向位置によって大きく変化するため、鋼材ＳＭの周方向に沿った冷却ムラが発生するおそれがある。また、鋼材ＳＭが冷却通路（冷却パイプ１１）の下側の内壁に接触すると、鋼材ＳＭの品質に悪影響を及ぼすおそれがある。

　そこで、本実施形態は、３台のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃの支持ローラー１７が、冷却パイプ１１を通過する鋼材ＳＭの下側に接触することで鋼材ＳＭが冷却パイプ１１の下側を通過するのを防止することができる。このため、冷却ムラを防止することができる。また、鋼材ＳＭが冷却パイプ１１の下側の内壁に接触するのを防止し、鋼材ＳＭの品質に悪影響を与えることがない。
　また、鋼材冷却設備５において鋼材ＳＭの進行方向に沿って直列に配置する複数の冷却装置は、隣り合うローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ同士の間隔（或いは、６Ｂ，６Ｃ同士の間隔）が冷却パイプ１１の内径Ｐｄを８０倍した基準間隔Ｄ以下の値となるように、少数のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃを配置するだけで、自重により鋼材ＳＭが冷却パイプ１１の下側を通過することを防止することができるので、鋼材冷却設備５の設備費用の低減化を図ることができる。

　ここで、鋼材ＳＭの自重によるたわみで鋼材ＳＭが冷却パイプ１１内の下側を通過することを防止する観点からは、進行方向に沿って直列に配置する複数の冷却装置の全て冷却装置をローラー無し冷却装置７とし、隣り合うローラー無し冷却装置７の間隔Ｌを支持ローラー１７を配置できる程度の大きな間隔にすることが考えられる。しかし、この間隔Ｌを大きくすると、間隔Ｌの位置を鋼材ＳＭが通過する間は、鋼材ＳＭの冷却は行われないことになる。隣り合う冷却装置間の間隔Ｌは、上述のとおり冷却能が低下した冷却水を排出するために設けられるものであり、この排出ができる程度の長さであれば、小さくするほど冷却設備単位長さあたりの冷却能力は向上でき、具体的には１０～５０ｍｍでよい。

　本実施形態のように、進行方向に沿って直列に配置する複数の冷却装置のうちのいくつかを、ローラー付き冷却装置６とすることで、隣り合う冷却装置６あるいは７の間の間隔Ｌを小さく設定して冷却装置としての冷却能力を確保しつつ、かつ、鋼材ＳＭが冷却パイプ内の下側を通過することを防止できる。
　また、仕上げ圧延機４から鋼材冷却設備５に送り出されてきた鋼材ＳＭは、粗圧延機２で粗圧延工程を行った後の鋼材ＳＭ、或いは、中間圧延機３で中間圧延工程を行った後の鋼材ＳＭと比較して振動が少なく、ローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃの支持ローラー１７には、大きな衝撃力が加わらないので、セラミック製の支持ローラー１７とすることで、耐熱性、耐摩耗性に優れた支持ローラー１７とされ、ローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃを長期に渡って使用することができる。

　さらに、鋼材冷却設備５を構成する複数のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及びローラー無し冷却装置７には、冷却パイプ１１に係合孔１３ａを設けた被吊り部１３が形成されているので、所定の冷却装置の交換作業を行う場合には、冷却パイプ１１の固定連結部１４と第１水供給管９（或いは第２水供給管１０）の固定部９ａ（１０ａ）との固定状態を解除し、被吊り部１３の係合孔１３ａに吊り具（吊上げ装置）のフックを係合することで、交換作業を簡単に行うことができる。

　次に、図５は、熱間圧延設備１の粗圧延機２の後段に、本発明に係る第２実施形態の鋼材冷却設備５が配置されていることを示している。
　第２実施形態の鋼材冷却設備５は、図２と同様の配置順番で、３台のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃと、１０台のローラー無し冷却装置７が配置されている。
　本実施形態の鋼材冷却設備５が、第１実施形態と異なる点は、３台のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃの冷却パイプ１１に配置されている支持ローラー１７が、鋳鉄又は鋳鋼製のローラーで形成されている点である。
　粗圧延機２から鋼材冷却設備５に送り出されてきた鋼材ＳＭは振動が大きく、ローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃの支持ローラー１７には大きな衝撃力が加わる。このため、鋳鉄又は鋳鋼製の支持ローラー１７とすることで、耐衝撃性、耐熱性、耐摩耗性に優れた支持ローラー１７とされ、ローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃを長期に渡って使用することができる。

　さらに、図６は、熱間圧延設備１の中間圧延機３の後段に、本発明に係る第３実施形態の鋼材冷却設備５が配置されていることを示している。
　第３実施形態の鋼材冷却設備５も、図２と同様の配置順番で、３台のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃと、１０台のローラー無し冷却装置７が配置されている。
　本実施形態の鋼材冷却設備５が、第１及び第２実施形態と異なる点は、３台のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃの冷却パイプ１１に配置されている支持ローラー１７が、超硬合金（タングステン・カーバイト）製のローラーで形成されている点である。
　中間圧延機２から鋼材冷却設備５に送り出されてきた鋼材ＳＭは、粗圧延機２から送り出されてきた状態ではないが比較的振動が大きく、ローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃの支持ローラー１７に衝撃力が加わる。このため、超硬合金製の支持ローラー１７とすることで、耐衝撃性、耐熱性、耐摩耗性に優れた支持ローラー１７とされ、ローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃを長期に渡って使用することができる。

　なお、鋼材冷却設備５を構成する複数のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃに、冷却パイプ１１内部を通過する鋼材ＳＭが鋼材ＳＭの進行方向に直交する方向（例えば左右方向や上方向）に蛇行移動するのを接触により抑制する他のローラー（ここでは拘束ローラ－と云う）を設けてもよい。同様に、ローラー無し冷却装置７の冷却パイプ１１内部に、鋼材ＳＭが鋼材ＳＭの進行方向に直交する方向に蛇行移動するのを接触により抑制する他の拘束ローラーを設けてもよい。拘束ローラーについても、支持ローラーと同様に、冷却パイプに肉厚方向を貫通して形成された拘束ローラー挿入孔を通過して、冷却パイプの内部に突出して配置される。

　次に、本発明に係る鋼材冷却設備と、本発明とは異なる比較例の鋼材冷却設備について、仕上げ圧延機４から送り出された鋼材ＳＭの冷却能力、冷却される鋼材ＳＭの品質などについて比較した。
　先ず、本発明に係る鋼材冷却設備は、図２の鋼材冷却設備５と同様に、ローラー付き冷却装置６Ａが図２の一番左から右に向って４台目、ローラー付き冷却装置６Ｂが一番左から右に向って９台目、ローラー付き冷却装置６Ｃが一番右の位置に配置されている（合計３台のローラー付き冷却装置）。また、ローラー無し冷却装置７は、図２に示すように、一番左から第１冷却装置６Ａとの間に３台配置され、ローラー付き冷却装置６Ａとローラー付き冷却装置６Ｂとの間に４台配置され、ローラー付き冷却装置６Ｂとローラー付き冷却装置６Ｃとの間に３台配置され、合計１０台配置されている。

　また、ローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及びローラー無し冷却装置７を構成する冷却パイプ１１の内径Ｐｄは４８mmである。そして、仕上げ圧延機４から送り出されてきた鋼材ＳＭの直径Ｍｄは２４mmである。これにより、冷却パイプ１１の内径Ｐｄは、鋼材ＳＭの直径Ｍｄの３０％を上回る値に設計されている。
　また、鋼材ＳＭは、１０m/secの速度でローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及びローラー無し冷却装置７の冷却パイプ１１を通過する。

　そして、隣り合うローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ同士の間隔Ｋ１が１８２０mmに設定され、隣り合うローラー付き冷却装置６Ｂ，６Ｃ同士の間隔Ｋ２が１３９０mmに設定されている。冷却パイプ１１の内径Ｐｄが４８mmなので、間隔Ｋ１、Ｋ２は、内径Ｐｄを８０倍した基準間隔Ｄ＝３８４０mm以下に設定されている。
　一方、比較例の鋼材冷却設備は、図２の鋼材冷却設備５においてローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃが配置されている位置に、ローラー無し冷却装置７が替わって配置され、１３台の全てがローラー無し冷却装置７である。その他の配置位置や構造は、本発明に係る鋼材冷却設備と同一である。

　次に、仕上げ圧延機４から９００℃で送り出されてきた鋼材ＳＭについて、本発明に係る鋼材冷却設備と、比較例の鋼材冷却設備とを冷却した結果を述べる。
　本発明に係る鋼材冷却設備は、３台のローラー付き冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及びローラー無し冷却装置７の冷却パイプ１１を通過する鋼材ＳＭに、各冷却装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，７の冷却水噴射ノズル１２の環状タンク１９に溜められた冷却水が噴射スリット２１を通過して冷却パイプ１１の内周全域から噴射され、鋼材ＳＭは略８００℃まで冷却されることが確認された。

　また、本発明に係る鋼材冷却設備を通過した鋼材ＳＭには、冷却ムラが発生せず、外周などに冷却パイプ１１の内壁との接触による傷などが発生していないことも確認された。
　一方、比較例の鋼材冷却設備も、１３台のローラー無し冷却装置７の冷却パイプ１１を通過する鋼材ＳＭに、各冷却装置７の冷却水噴射ノズル１２の環状タンク１９に溜められた冷却水が噴射スリット２１を通過して冷却パイプ１１の内周全域から噴射され、鋼材ＳＭが略８００℃まで冷却されることが確認された。

　しかし、比較例の鋼材冷却設備を通過した鋼材ＳＭには、冷却ムラがあり、外周などに冷却パイプ１１の内壁との接触による傷などが発生しているのが確認された。これは、仕上げ圧延機４から送り出されてきた鋼材ＳＭのたわみにより、鋼材ＳＭが各冷却装置７の冷却パイプ１１の下側を通過し、冷却水を噴出する噴射スリット２１と鋼材ＳＭとの距離が、鋼材ＳＭの周方向位置によって大きく変化するため、鋼材ＳＭの周方向に沿った冷却ムラが発生するのである。また、鋼材ＳＭが冷却パイプ１１の下側の内壁に接触してしまい、鋼材ＳＭの外周に傷が発生してしまうからである。

１　熱間圧延設備
２　粗圧延機
３　中間圧延機
４　仕上げ圧延機
５　鋼材冷却設備
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ　ローラー付き冷却装置（第１冷却装置）
７　ローラー無し冷却装置（第２冷却装置）
８ａ　底板
８ｂ　排水口
８　排水パン
９　第１水供給管
９ａ、１０ａ　固定部
１０　第２水供給管
１１　冷却パイプ
１１ａ　進入口
１１ｂ　出口
１２　冷却水噴射ノズル
１３　被吊り部
１３ａ　係合孔
１４　固定連結部
１５　ローラー挿入孔
１６　軸受け部
１７　支持ローラー
１８　回転軸
１９　環状タンク
２０　供給口
２１　噴射スリット
Ｄ　隣り合うローラー付き冷却装置同士の基準間隔
Ｌ　一対の冷却装置どうしの隙間
ＳＭ　鋼材
Ｐｄ　冷却パイプの内径

Claims

　熱間圧延設備で圧延された棒鋼、線材などの長尺な鋼材を冷却する冷却装置であって、
　前記鋼材が内部を通過する直線状の冷却パイプと、
　前記冷却パイプの外周の一部に形成された冷却タンクと、
　前記冷却タンクに貯留された冷却水を前記冷却パイプの内周全域から前記鋼材に噴射させる噴射スリットと、を備え、
　前記冷却パイプに、肉厚方向を貫通するローラー挿入孔が形成され、
　前記冷却パイプの外側で回転自在に支持された支持ローラーの一部が、前記ローラー挿入孔を通過して前記冷却パイプの内部に突出して配置されており、前記冷却パイプの内部を通過する前記鋼材の下部を前記支持ローラーが支持することを特徴とする鋼材の冷却装置。
　前記鋼材の直径は、前記冷却パイプの内径の３０％以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の鋼材の冷却装置。
　前記冷却パイプに、吊上げ装置が係合可能な被吊り部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼材の冷却装置。
　前記冷却装置は、前記熱間圧延設備を構成する仕上げ圧延機の後段に配置されており、
　前記支持ローラーがセラミック製であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の鋼材の冷却装置。
　前記冷却装置は、前記熱間圧延設備を構成する粗圧延機と中間圧延機との間に配置されており、
　前記支持ローラーが鋳鉄又は鋳鋼製であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の鋼材の冷却装置。
　前記冷却装置は、前記熱間圧延設備を構成する中間圧延機と仕上げ圧延機との間に配置されており、
　前記支持ローラーが超硬合金製であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の鋼材の冷却装置。
　請求項１から６の何れか１項に記載の冷却装置を第１冷却装置と称し、
該第1冷却装置に対して、前記支持ローラーおよび支持ローラーのローラー挿入口を有さない冷却装置を第２冷却装置と称すると、複数台の前記第１冷却装置と、複数台の前記第２冷却装置とが、前記鋼材の進行方向に沿って、互いの間に所定の隙間を設けながら直列に配置され、
　隣り合う前記第1冷却装置の間に、前記第２の冷却装置が直列に配置され、隣り合う前記第1冷却装置の間隔が、前記冷却パイプの直径の８０倍以下の値に設定されていることを特徴とする鋼材冷却設備。
　複数の前記第１冷却装置、前記第２冷却装置のうちの１以上の冷却装置が、前記冷却パイプ内での前記鋼材の進行方向に直交する少なくとも一方向への移動を拘束する拘束ローラーを有し、
　該拘束ローラーは、その一部が、前記冷却パイプに肉厚方向を貫通して形成された拘束ローラー挿入孔を通過して、冷却パイプの内部に突出して配置されてなる、請求項７に記載の鋼材冷却設備。