WO2023248389A1 - 金属帯の冷却装置、金属帯の熱処理設備及び金属帯の冷却方法 - Google Patents

金属帯の冷却装置、金属帯の熱処理設備及び金属帯の冷却方法 Download PDF

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WO2023248389A1
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WO
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metal strip
cooling
effective collision
axis
metal
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Application number
PCT/JP2022/024953
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English (en)
French (fr)
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桂司 水田
寛和 古瀬
孝典 永井
Original Assignee
Ｐｒｉｍｅｔａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｊａｐａｎ株式会社
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573—Continuous furnaces for strip or wire with cooling

Definitions

  • the present disclosure relates to a metal strip cooling device, a metal strip heat treatment facility, and a metal strip cooling method.
  • the heated metal strip is sometimes rapidly cooled in order to obtain a metal strip with desired properties.
  • WO 2006/000001 discloses a continuous metal strip processing line with a rapid cooling section including nozzles for spraying a liquid or a mixture of gas and liquid.
  • the strip is cooled in a rapid cooling section at a rate between 400°C/sec and 1200°C/sec by spraying the above-mentioned liquid or mixture onto the strip from a nozzle. ing.
  • a metal strip cooling device includes: A cooling device for cooling a running metal strip, a plurality of nozzles each configured to spray a cooling medium onto the surface of the metal strip; Among the effective collision areas of the plurality of nozzles, the length La in the running direction of an ineffective collision area between a pair of effective collision areas adjacent in the running direction of the metal band, and the length La of the pair of effective collision areas.
  • the ratio La/Ln with the center-to-center distance Ln in the running direction is 0.2 or more and 0.6 or less
  • the effective collision area is a region where the collision density of the liquid contained in the cooling medium sprayed from the nozzle onto the surface of the metal strip on the surface is 50% or more of a maximum value.
  • the metal strip heat treatment equipment includes: a furnace for heat treating the metal strip; the above-mentioned cooling device configured to cool the metal strip heat-treated in the furnace; Equipped with.
  • a method for cooling a metal strip includes: A cooling method for cooling a running metal strip using a cooling device including a plurality of nozzles, the method comprising: Spraying a cooling medium onto the surface of the metal band from the plurality of nozzles to cool the metal band, In the cooling step, the length La in the running direction of an ineffective collision area between a pair of effective collision areas adjacent in the running direction of the metal band among the effective collision areas of the plurality of nozzles; Spraying the cooling medium on the surface of the metal strip so that the ratio La/Ln of the pair of effective collision areas to the center-to-center distance Ln in the running direction is 0.2 or more and 0.6 or less,
  • the effective collision area is a region where the collision density of the liquid contained in the cooling medium sprayed from the nozzle onto the surface of the metal strip on the surface is 50% or more of a maximum value.
  • a metal strip cooling device a metal strip heat treatment facility, and a metal strip cooling method that can efficiently cool a metal strip are provided.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a metal strip heat treatment facility to which a cooling device according to an embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a cooling device according to an embodiment viewed from the thickness direction of a metal band.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an effective ejection area of a nozzle.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a cooling device according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a cooling device according to an embodiment. It is a graph showing the relationship between the ratio La/Ln and the heat transfer coefficient between the cooling medium sprayed onto the metal strip. It is a graph showing the relationship between the length Le of the effective collision zone and the heat transfer coefficient between the cooling medium sprayed onto the metal band.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a metal strip heat treatment facility to which a cooling device according to an embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a cooling device according to an embodiment viewed from the thickness direction
  • FIG. 2 is a view of the surface of a metal strip cooled by a cooling device according to an embodiment, viewed from the thickness direction.
  • FIG. 2 is a view of the surface of a metal strip cooled by a cooling device according to an embodiment, viewed from the thickness direction.
  • FIG. 2 is a view of the surface of a metal strip cooled by a cooling device according to an embodiment, viewed from the thickness direction.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a plurality of effective collision areas Re lined up in the width direction of a metal band.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a plurality of effective collision areas Re lined up in the width direction of a metal band. It is a graph which shows an example of the time change of the temperature of a specific part of a metal band during heat treatment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a metal strip heat treatment facility to which a cooling device according to an embodiment is applied.
  • the heat treatment equipment 100 includes a first furnace (not shown) for heating a metal strip S (for example, a steel strip), a roll 6 for conveying the metal strip S, and the above-mentioned first furnace.
  • the arrow in FIG. 1 indicates the conveyance direction (running direction, moving direction) of the metal band S.
  • the metal strip S is conveyed in the vertical direction (from the bottom to the top in the illustrated example) between the rolls 6, 6 installed apart in the vertical direction. It has become.
  • a pair of guide rolls 8, 8 are provided between the rolls 6, 6 so as to sandwich the metal band S, thereby suppressing the bending and twisting of the metal band S.
  • the cooling device 1 is configured to cool a running metal strip.
  • the cooling device 1 includes a pair of ejection units 10, 10 provided on both sides of the metal band S in the thickness direction (plate thickness direction) with the pass line of the metal band S interposed therebetween.
  • the pair of ejection units 10, 10 are configured to eject the cooling medium toward the surface of the metal strip S. In this manner, by spraying the cooling medium from the jetting units 10, 10 toward the surface of the metal strip S, the metal strip S can be effectively cooled.
  • the cooling device 1 may be configured to cool the metal strip S that is conveyed (traversed) from above downward or along the horizontal direction.
  • the cooling device 1 may include an ejection unit provided on at least one of both sides of the metal band S in the thickness direction (that is, the vertical direction).
  • the heat treatment equipment 100 includes a second furnace (not shown; that is, a furnace provided downstream of the cooling device 1 in the transport direction of the metal strip S) for reheating the metal strip S cooled by the cooling device 1. You may be prepared.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the cooling device 1 according to one embodiment viewed from the thickness direction of the metal band S.
  • the ejection unit 10 includes a plurality of nozzles 16, each of which is configured to spray a cooling medium toward the surface of the metal strip S.
  • the plurality of nozzles 16 constitute a plurality of nozzle rows 14 arranged along the running direction (conveyance direction) of the metal strip S.
  • Each of the plurality of nozzle rows 14 is constituted by a plurality of nozzles 16 arranged along the width direction of the metal band S.
  • the cooling medium may be water, a liquid mainly composed of water, or a mixture of water and a gas.
  • Each of the plurality of nozzle rows 14 may be provided in the header section 12 configured to be supplied with a cooling medium.
  • the header section 12 and a plurality of nozzles 16 provided on the header section 12 communicate with each other, and the cooling medium supplied to the header section is sprayed toward the surface of the metal strip S by the plurality of nozzles 16. It has become so.
  • a plurality of header parts 12 each extending along the width direction of the metal band S may be arranged along the running direction of the metal band S.
  • the header portion 12 may have a box shape extending along the width direction of the metal band S.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the effective ejection area of the nozzle 16.
  • FIG. 3 schematically shows a collision area R0 and an effective collision area Re, which are areas on the surface of the metal band S where the cooling medium 17 sprayed from the nozzle 16 and the liquid contained in the cooling medium 17 collide. It is shown. Note that FIG. 3 shows the collision area R0 and the effective collision area Re when the surface of the metal band S is viewed from above.
  • Graph (a) in FIG. 3 shows the position on the x-axis (straight line Lx) extending in the first direction (direction indicated by arrow a) on the surface of the metal band S and the position of the cooling medium sprayed from a certain nozzle 16. It is a graph showing the relationship between the collision density (the amount of liquid supplied per unit time and per unit area) W on the surface of the contained liquid.
  • Graph (b) in FIG. 3 shows the position on the x-axis (straight line Lx) extending in the first direction (direction indicated by arrow a) on the surface of the metal band S and the position of the cooling medium sprayed from a certain nozzle 16. It is a graph showing the relationship between the collision density (the amount of liquid supplied per unit time and per unit area) W on the surface of the contained liquid.
  • FIG. 3 shows the position on the y-axis (straight line Ly) extending in the second direction (direction indicated by arrow b) perpendicular to the first direction on the surface of the metal band S, and the position from the nozzle 16 It is a graph showing the relationship between the collision density W of the liquid contained in the sprayed cooling medium on the surface. Note that the x-axis and the y-axis intersect at the center of the collision area R0 (the center of the effective collision area Re).
  • the effective impact area Re (see FIG. 3) of the nozzle 16 is the impact area where the liquid contained in the cooling medium 17 sprayed from the nozzle 16 onto the surface of the metal band S collides with the surface of the metal band S.
  • R0 (see FIG. 3) is a region where the collision density W of the liquid contained in the cooling medium 17 sprayed from the nozzle 16 onto the surface of the metal band S is 50% or more of the maximum value.
  • the collision density W is the maximum value Wmax at the center position x0 of the collision area R0, and the collision density W is the maximum value 50 at the positions x1 and x2 at both ends. %(Wmax/2).
  • the collision density W is the maximum value Wmax at the center position y0 of the collision area R0, and the collision density W is 50% (Wmax/2) of the maximum value at the positions y1 and y2 at both ends.
  • the area surrounded by the outline Re* which includes the area between x1 and x2 on the x-axis and the area from y1 to y2 on the y-axis, is the effective collision area Re.
  • the outline Re* of the effective collision area Re has a shape in which a pair of semicircular arcs (SC1, SC2) are connected by two mutually parallel straight lines (SL1, SL2). Further, the length of the effective collision area Re in the first direction is a, and the length in the second direction is b.
  • FIG. 4 and 5 are diagrams for explaining the configuration of the cooling device 1 according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a plurality of effective collision areas Re formed on the surface of the metal band S by the plurality of nozzles 16 constituting the cooling device 1.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a pair of effective collision areas Re adjacent to each other in the running direction of the metal band S, and a pair of cooling media 17 forming the pair of effective collision areas Re.
  • a plurality of effective collision areas Re are formed on the surface of the metal band S by a plurality of nozzles 16.
  • the arrangement of the plurality of effective collision areas Re has a shape corresponding to the arrangement of the plurality of nozzles 16 (indicated by broken lines).
  • the plurality of effective collision areas Re shown in FIG. 4 have the same shape.
  • Each of the plurality of effective collision areas Re shown in FIG. 4 has a shape extending along the straight line L1 in the figure.
  • the straight line L1 is inclined with respect to the width direction of the metal band S.
  • the inclination angle of the straight line L1 with respect to the width direction is ⁇ .
  • a pair of effective collision areas Re adjacent in the running direction of the metal band S have the same shape; They may have mutually different shapes.
  • the ineffective collision area Rn between the pair of effective collision areas Re is determined by the distance Ln between the centers of a pair of effective collision areas Re adjacent in the running direction of the metal band S.
  • the ratio La/Ln of the length La in the running direction is 0.2 or more and 0.6 or less.
  • a pair of effective collision areas Re that are adjacent to each other in the running direction of the metal band S are the effective collision areas Re of a pair of nozzles 16, 16 (for example, nozzles 16A, 16B in FIG. 4) included in the same nozzle row 14.
  • the effective collision areas Re-A and Re-B in FIG. 4 may be used.
  • the distance Ln between the centers of the pair of effective collision areas Re-A and Re-B in the traveling direction of the metal band S is d1
  • the distance Ln between the centers of the pair of effective collision areas Re-A and Re-B is d1.
  • the length La of the non-effective collision area Rn in the running direction of the metal band S is c1.
  • a pair of effective collision areas Re adjacent in the running direction of the metal band S are defined by a pair of nozzles 16, 16 included in respective nozzle rows 14, 14 adjacent in the running direction of the metal band S (for example, in FIG. It may be the effective collision area Re of the nozzles 16A, 16C in FIG. 4 (for example, the effective collision areas Re-A and Re-C in FIG. 4).
  • the distance Ln between the centers of the pair of effective collision areas Re-A and Re-C in the running direction of the metal band S is d2
  • the distance between the centers of the pair of effective collision areas Re-A and Re-C is d2.
  • the length La of the non-effective collision area Rn in the running direction of the metal band S is c2.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the above-mentioned ratio La/Ln (horizontal axis) and the heat transfer coefficient between the cooling medium sprayed onto the metal strip S (vertical axis).
  • the heat transfer coefficient in the graph is the measurement result of the heat transfer coefficient when water was sprayed onto the metal band S at 400° C. to cool the metal band S.
  • the heat transfer coefficient is high when the ratio La/Ln is 0.2 or more and 0.6 or less. That is, when the above-mentioned ratio La/Ln is 0.2 or more and 0.6 or less, the cooling efficiency of the metal strip S by the cooling medium sprayed from the nozzle 16 of the cooling device 1 is high. The reason for this is thought to be as follows.
  • the width of the non-effective collision area Rn formed between the effective collision areas Re in the running direction of the metal band S is It can be secured to some extent. Therefore, the liquid contained in the cooling medium that is ejected from the nozzle 16 and collides with the surface of the metal strip S can leave the surface of the metal strip S via the non-effective collision region Rn without staying in the effective collision region Re. can. As a result, the supply of the cooling medium newly ejected from the nozzle 16 to the surface of the metal band S is less likely to be obstructed, and the cooling efficiency is improved.
  • the ineffective collision region Rn that does not contribute to cooling of the metal band S is not too wide in the running direction of the metal band S. For this reason, the width of the effective collision area Re in the traveling direction of the metal band S can be maintained, so that the cooling efficiency is improved. Therefore, according to the embodiment described above, the metal strip S can be efficiently cooled.
  • the above-mentioned ratio La/Ln is 0.45 or more and 0.5 or less.
  • the above-mentioned heat transfer coefficient is particularly high when the above-mentioned ratio La/Ln is 0.45 or more and 0.5 or less. That is, when the above-mentioned ratio La/Ln is 0.45 or more and 0.5 or less, the cooling efficiency of the metal strip S by the cooling medium sprayed from the nozzle 16 of the cooling device 1 is particularly high.
  • the width of the non-effective collision area Rn formed between the effective collision areas Re can be ensured larger.
  • the supply of the cooling medium newly ejected from the nozzle 16 to the surface of the metal band S is less likely to be hindered, and the cooling efficiency is further improved.
  • the ineffective collision region Rn that does not contribute to cooling the metal band S can be made narrower. Therefore, since the effective collision area Re can be widened, the cooling efficiency is further improved. Therefore, according to the embodiment described above, the metal strip S can be cooled more efficiently.
  • the length Le of each of the above-mentioned pair of effective collision areas Re in the running direction of the metal band S is 80 mm or more and 140 mm or less.
  • the length Le in the running direction of each metal band S in the pair of effective collision areas Re-A and Re-B in FIG. 4 is b1.
  • the length Le in the running direction of each metal band S in the pair of effective collision areas Re-A and Re-C in FIG. 4 is also b1.
  • FIG. 7 shows the relationship between the length Le (horizontal axis) of the effective collision area Re in the running direction of the metal strip S and the heat transfer coefficient (vertical axis) between the cooling medium sprayed onto the metal strip S. It is a graph showing a relationship. Note that the heat transfer coefficient in the graph is the measurement result of the heat transfer coefficient when water was sprayed onto the metal band S at 400° C. to cool the metal band S. These measurement results of the heat transfer coefficient were obtained while changing the above-mentioned length Le and while changing the collision density of the liquid contained in the cooling medium on the surface of the metal band S.
  • the heat transfer coefficient is high when the length Le is 80 mm or more and 140 mm or less. That is, when the above-mentioned length Le is 80 mm or more and 140 mm or less, the cooling efficiency of the metal strip S by the cooling medium sprayed from the nozzle 16 of the cooling device 1 is high. The reason for this is thought to be as follows.
  • the length Le of the effective collision area Re of the nozzle 16 is 80 mm or more, it takes a certain amount of time for the metal band S to pass through the effective collision area Re, so the metal band S is effective. While passing through the collision region Re, the surface temperature of the metal band S tends to shift from the film boiling region to the transition boiling region. Therefore, the metal strip S can be cooled more efficiently. Furthermore, in the above embodiment, since the length Le of the effective collision area Re of the nozzle 16 is 140 mm or less, the moving distance of the liquid film formed within the effective collision area Re to the non-effective collision area Rn is relatively small. short.
  • the liquid film formed in the effective collision area Re easily flows out into the non-effective collision area Rn, and can smoothly leave the surface of the metal band S via the non-effective collision area Rn.
  • the supply of the cooling medium newly ejected from the nozzle 16 to the surface of the metal band S is less likely to be hindered, and the cooling efficiency is further improved. Therefore, according to the embodiment described above, the metal strip can be cooled more efficiently.
  • FIGS. 8 to 10 are views of the surface of the metal strip S cooled by the cooling device 1 according to one embodiment, viewed from the plate thickness direction, and schematically show the effective collision area Re of the nozzle 16 of the cooling device 1.
  • FIG. 8 to 10 an effective collision area Re exists for each of the plurality of nozzles 16, and the arrangement of the plurality of effective collision areas Re has a shape corresponding to the arrangement of the plurality of nozzles 16.
  • the effective impact area Re of the nozzle 16 is circular. That is, the outline Re* of the effective collision area Re has an arc shape.
  • each of the plurality of effective collision areas Re shown in FIGS. 9 and 10 has a shape extending in the width direction of the metal band S (direction of the straight line L1).
  • the effective collision area Re of the nozzle 16 is aligned with a first axis La that extends along the width direction of the metal band S (or extends in the direction of the straight line L1). , and a second axis Lb extending in a direction intersecting the first axis La, and the length of the first axis La is longer than the length of the second axis Lb.
  • the first axis La is along the width direction of the metal band S means that the angle ⁇ of the first axis La with respect to the width direction (indicated by the straight line LW) is less than 45 degrees.
  • the first axis La and the second axis Lb are perpendicular to each other.
  • the effective collision area Re has a shape having a first axis La along the width direction of the metal band S and a second axis Lb intersecting the first axis La, and the first axis La is Since it is longer than the second axis Lb, the length of the effective collision area Re in the running direction of the metal band S (direction intersecting the width direction) is unlikely to become excessively long. Therefore, the liquid contained in the cooling medium sprayed from the nozzle 16 easily moves from the effective collision area Re to the non-effective collision area Rn (see FIG. 3), and moves to the non-effective collision area Rn without staying in the effective collision area Re. It becomes easier to separate smoothly from the surface of the metal band S through the process. Thereby, the supply of the cooling medium newly ejected from the nozzle 16 to the surface of the metal band S is less likely to be hindered, and the cooling efficiency is further improved.
  • the first axis La mentioned above is inclined with respect to the width direction of the metal band S. That is, in some embodiments, the angle ⁇ (see FIG. 9 or 10) of the first axis La with respect to the width direction of the metal band S (direction of the straight line LW) is larger than 0.
  • the angle ⁇ mentioned above is 18 degrees or less.
  • the timing at which the metal band S entering the effective collision area Re is cooled does not vary greatly depending on the position in the width direction. Therefore, the difference in the timing at which the surface temperature of the metal band S in the width direction reaches the transition boiling temperature can be reduced. Therefore, uneven cooling in the width direction of the metal band S can be suppressed more effectively.
  • the above-mentioned angle ⁇ is greater than or equal to 5 degrees and less than or equal to 15 degrees.
  • the effective collision area Re of the nozzle 16 has a first axis La along the width direction of the metal band S as a long axis, and It has an elliptical shape whose short axis is the orthogonal second axis Lb.
  • the contour of the effective collision area Re of the nozzle 16 Re* is a pair of semicircular arcs SC1, SC2 connected by two straight lines SL1, SL2. It has a shape. Note that in the exemplary embodiment shown in FIG. 10, the pair of semicircular arcs SC1 and SC2 have the same radius, and the two straight lines SL1 and SL2 are parallel to each other.
  • a shape formed by a pair of semicircular arcs and two parallel straight lines connecting the semicircular arcs, as shown in FIG. 10, will be referred to as an elliptical shape.
  • the outline Re* of the effective collision area Re has a shape in which a pair of semicircular arcs SC1 and SC2 are connected by two straight lines SL1 and SL2, so that the cooling medium is sprayed over the entire length of the metal band S in the running direction. It is possible to widen the region in which the integrated value of the amount is uniform in the width direction. Therefore, uneven cooling in the width direction of the metal band S can be reduced more effectively.
  • FIGS. 11 and 12 are diagrams schematically showing a plurality of effective collision areas Re (Re1 to Re5) lined up in the width direction of the metal band S.
  • Each of these effective collision areas Re has an elliptical shape (see FIG. 10).
  • each of the plurality of effective collision regions Re1 to Re5 extends along the width direction of the metal band S, and its length (long axis length) is a.
  • the angle of the extending direction (long axis direction; direction indicated by straight line L1) of the plurality of effective collision areas Re1 to Re5 with respect to the width direction of the metal band S is ⁇ (0 degrees ⁇ ⁇ ⁇ 45 degrees). .
  • the long axes of the plurality of effective collision areas Re1 to Re5 have end points A1 to A5 on one side in the width direction of the metal band S, and end points B1 to B5 on the other side in the width direction of the metal band S, respectively.
  • the end point A of one effective collision area Re (for example, Re1 in FIGS. 11 and 12) among the plurality of effective collision areas arranged in the width direction of the metal band S, and the end point A in the width direction of the metal band S.
  • the other effective collision area Re (effective collision area Re4 in FIGS. 11 and 12) having the end point B closest to the end point A (A1 in FIGS. 11 and 12) of the one effective collision area Re.
  • the distance L in the width direction of the metal band S from the end point B (B4 in FIGS. 11 and 12), the length a of the long axis of the effective collision area Re, and the angle ⁇ of the long axis with respect to the width direction are calculated by the following formula. It has the relationship (a). -0.1 ⁇ L/(a ⁇ cos( ⁇ )) ⁇ 0.1...(a)
  • end point A of one effective collision area Re described above for example, end point A1 of effective collision area Re1
  • end point B of another effective collision area Re described above for example, effective collision area Re4
  • the effective collision area that the metal band S passes through when traveling by the length of the effective collision area Re (a ⁇ sin ( ⁇ ))
  • the numbers are different.
  • the length (L) of the section Ra other than the section Rb, which occupies most of the area in the sheet width direction is shorter than the length (a x cos ( ⁇ )) of the effective collision area Re in the sheet width direction. It becomes easier to suppress temperature unevenness in the width direction of the plate after passing through the collision area Re. Therefore, if the above-mentioned distance L, the length a of the long axis of the effective collision area Re, and the angle ⁇ of the long axis with respect to the width direction satisfy the above formula (a), the cooling unevenness of the metal band S after cooling can be reduced. can be suppressed more effectively.
  • FIG. 13 is a graph showing an example of a change in temperature of a specific portion of the metal band S over time when the metal band S is heat-treated using the cooling method according to some embodiments.
  • the metal strip S at temperature T0 is heated in the first furnace to raise the temperature to temperature T1, and then maintained at temperature T1 until time t1. do.
  • the metal band S is cooled to a temperature of approximately T2 using the cooling device 1 described above (cooling step). Thereafter, the metal strip S is heated in a second furnace, and the temperature of the metal strip S is maintained at T2 from time t3 to t4.
  • the above-mentioned temperature T1 may be a temperature of 600°C or higher.
  • the above-mentioned temperature T2 may be a temperature in a range of 100° C. or more and 400° C. or less. That is, in the above-mentioned cooling step, a cooling medium is sprayed from the nozzle 16 of the above-mentioned cooling device 1 onto the surface of the metal strip S at a temperature of 600° C. or higher to cool the metal strip S to a temperature range of 100° C. or higher and 400° C. or lower. You can do it like this. Further, after the cooling step, the temperature of the metal band S may be maintained within a temperature range of 100° C. or more and 400° C. or less.
  • the above-mentioned heat treatment that is, heat treatment in which the metal strip S is heated to a high temperature of 600 degrees Celsius or higher, rapidly cooled to a temperature range of 100 degrees Celsius to 400 degrees Celsius, and then maintained in the temperature range, can be applied to electrical steel sheets or high tensile strength steel sheets. It may also be applied to steel manufacturing processes.
  • the cooling medium in the above-mentioned cooling step, may be sprayed onto the surface of the metal strip S from a plurality of nozzles 16 so that the cooling rate of the metal strip S is 500° C. per second or more. .
  • the cooling medium in the cooling step described above, may be sprayed onto the metal strip S such that the amount of cooling medium sprayed per square meter of the surface of the metal strip S is 500 liters or more per minute.
  • a metal strip cooling device (1) includes: A cooling device for cooling a running metal strip (S), a plurality of nozzles (16) each configured to spray a cooling medium onto the surface of the metal strip; Among the effective collision areas (Re) of the plurality of nozzles, the length La in the running direction of a non-effective collision area (Rn) between a pair of effective collision areas adjacent in the running direction of the metal band; The ratio La/Ln of the pair of effective collision areas to the center-to-center distance Ln in the traveling direction is 0.2 or more and 0.6 or less, The effective collision area is a region where the collision density of the liquid contained in the cooling medium sprayed from the nozzle onto the surface of the metal strip is 50% or more of a maximum value.
  • the cooling device includes a plurality of nozzles, and the effective collision area of each of the plurality of nozzles is formed on the surface of the metal strip. Then, the ratio La/Ln of the length La in the running direction of the ineffective collision area between a pair of effective collision areas adjacent in the running direction of the metal band and the distance Ln between the centers of the pair of effective collision areas is determined. Since it is 0.2 or more and 0.6 or less, the metal strip can be efficiently cooled. The reason for this is thought to be as follows. That is, in the above configuration, since the above-mentioned ratio La/Ln is 0.2 or more, the width of the metal band in the running direction of the non-effective collision area formed between the effective collision areas can be secured to some extent.
  • the liquid contained in the cooling medium that is ejected from the nozzle and collides with the surface of the metal strip can leave the surface of the metal strip via the non-effective collision zone without staying in the effective collision zone.
  • the supply of the cooling medium newly ejected from the nozzle to the metal strip surface is less likely to be obstructed, and the cooling efficiency is improved.
  • the ineffective collision area that does not contribute to cooling is not too wide in the running direction of the metal band. Therefore, the width of the effective collision area in the running direction of the metal strip can be maintained, and thus the cooling efficiency is improved. Therefore, according to the configuration (1) above, the metal strip can be efficiently cooled.
  • the ratio La/Ln between the length La of the ineffective collision area in the traveling direction and the center-to-center distance Ln is 0.45 or more and 0.5 or less.
  • the metal strip can be cooled more efficiently. That is, in the above configuration, since the above-mentioned ratio La/Ln is 0.45 or more, it is possible to ensure a larger width in the traveling direction of the metal band of the non-effective collision area formed between the pair of effective collision areas. Therefore, as described above, the supply of the cooling medium newly ejected from the nozzle to the metal strip surface is less likely to be hindered, and the cooling efficiency is further improved. Further, in the above configuration, since the above-mentioned ratio La/Ln is 0.5 or less, the ineffective collision area that does not contribute to cooling can be made narrower in the running direction of the metal band. For this reason, the effective collision area can be widened in the running direction of the metal band, and thus the cooling efficiency can be further improved. Therefore, according to the configuration (2) above, the metal strip can be cooled more efficiently.
  • the length Le of each of the pair of effective collision areas in the traveling direction is 80 mm or more and 140 mm or less.
  • the length Le of the effective collision area of the nozzle in the running direction of the metal strip is 80 mm or more, it takes a certain amount of time for the metal strip to pass through the effective collision area. While passing through the effective collision zone, the surface temperature of the metal band tends to enter the transition boiling zone from the film boiling zone. Therefore, the metal strip can be cooled more efficiently.
  • the length Le of the effective collision area of the nozzle is 140 mm or less, the distance traveled in the running direction of the metal strip from the liquid film formed within the effective collision area to the ineffective collision area. is relatively short.
  • the liquid film formed in the effective collision area easily flows out into the non-effective collision area, and can smoothly leave the surface of the metal band through the non-effective collision area.
  • the supply of the cooling medium newly ejected from the nozzle to the surface of the metal band is less likely to be obstructed, and the cooling efficiency is further improved. Therefore, according to the configuration (3) above, the metal strip can be cooled more efficiently.
  • the effective collision area has a shape having a first axis (La) along the width direction of the metal band and a second axis (Lb) intersecting the first axis, The first axis is longer than the second axis.
  • the effective collision area has a shape having a first axis along the width direction of the metal band and a second axis intersecting the first axis, and the first axis is the second axis. Since it is longer than the shaft, the length of the effective collision area in the running direction of the metal band (direction intersecting the width direction) is unlikely to become excessively long. Therefore, the liquid contained in the cooling medium sprayed from the nozzle easily moves from the effective collision area to the non-effective collision area, and smoothly leaves the surface of the metal strip through the non-effective collision area without staying in the effective collision area. It becomes easier.
  • the metal strip can be cooled more efficiently.
  • the first axis is inclined with respect to the width direction.
  • the first axis is inclined with respect to the width direction of the metal band, compared to the case where the first axis is not inclined with respect to the width direction of the metal band, In the traveling direction, it is possible to increase the proportion of the area where the effective collision area exists. Therefore, uneven cooling in the running direction of the metal strip can be suppressed, thereby making it easier to manufacture a metal strip with good quality.
  • An angle ( ⁇ ) of the first axis with respect to the width direction is 18 degrees or less.
  • the angle of the first axis with respect to the width direction of the metal strip is 18 degrees or less, the timing at which the metal strip entering the effective collision area is cooled varies greatly depending on its position in the width direction. Therefore, the difference in the timing at which the surface temperature of the metal strip in the width direction reaches the transition boiling temperature can be reduced. Therefore, uneven cooling in the width direction of the metal strip can be suppressed, thereby making it easier to manufacture a metal strip with good quality.
  • the angle of the first axis with respect to the width direction is 5 degrees or more and 15 degrees or less.
  • the angle of the first axis with respect to the width direction of the metal strip is 5 degrees or more and 15 degrees or less, uneven cooling in the running direction and width direction of the metal strip can be more effectively suppressed. be able to. Therefore, it becomes easier to manufacture a metal strip of good quality.
  • the outline (Re*) of the effective collision area has a shape in which a pair of semicircular arcs are connected by two straight lines.
  • the contour of the effective collision area has a shape in which a pair of semicircular arcs are connected by two straight lines, so that the cumulative value of the amount of refrigerant sprayed over the entire length of the metal strip in the running direction is
  • the uniform area can be widened. Therefore, it is possible to more effectively reduce cooling unevenness in the width direction of the metal band.
  • the metal strip heat treatment equipment (100) includes: a furnace for heat treating the metal strip;
  • the cooling device (1) according to any one of (1) to (8) above, configured to cool the metal strip heat-treated in the furnace; Equipped with.
  • the cooling device includes a plurality of nozzles, and the effective collision area of each of the plurality of nozzles is formed on the surface of the metal strip. Then, the ratio La/Ln of the length La in the running direction of the ineffective collision area between a pair of effective collision areas adjacent in the running direction of the metal band and the distance Ln between the centers of the pair of effective collision areas is determined. Since it is 0.2 or more and 0.6 or less, the metal strip can be efficiently cooled. The reason for this is thought to be as follows.
  • the width of the metal band in the running direction of the non-effective collision area formed between the effective collision areas can be secured to some extent. Therefore, the liquid contained in the cooling medium ejected from the nozzle and collided with the surface of the metal strip can leave the surface of the metal strip via the non-effective collision zone without staying in the effective collision zone. As a result, the supply of the cooling medium newly ejected from the nozzle to the surface of the metal strip is less likely to be obstructed, and the cooling efficiency is improved.
  • the ineffective collision area that does not contribute to cooling is not too wide in the running direction of the metal band. Therefore, the width of the effective collision area in the running direction of the metal strip can be maintained, and thus the cooling efficiency is improved. Therefore, according to the configuration (9) above, the metal strip can be efficiently cooled.
  • a method for cooling a metal strip includes: A cooling method for cooling a running metal strip (S) using a cooling device (1) including a plurality of nozzles (16), Spraying a cooling medium onto the surface of the metal band from the plurality of nozzles to cool the metal band, In the cooling step, among the effective collision areas (Re) of the plurality of nozzles, a non-effective collision area (Rn) between a pair of effective collision areas adjacent in the running direction of the metal band is removed in the running direction.
  • the cooling medium is applied to the surface of the metal strip so that the ratio La/Ln between the length La and the distance Ln between the centers of the pair of effective collision areas in the running direction is 0.2 or more and 0.6 or less.
  • the effective collision area is a region where the collision density of the liquid contained in the cooling medium sprayed from the nozzle onto the surface of the metal strip on the surface is 50% or more of a maximum value.
  • the cooling device includes a plurality of nozzles, and the effective collision area of each of the plurality of nozzles is formed on the surface of the metal strip. Then, the ratio La/Ln of the length La in the running direction of the ineffective collision area between a pair of effective collision areas adjacent in the running direction of the metal band and the distance Ln between the centers of the pair of effective collision areas is determined. Since it is 0.2 or more and 0.6 or less, the metal strip can be efficiently cooled. The reason for this is thought to be as follows.
  • the width of the metal band in the running direction of the non-effective collision area formed between the effective collision areas can be secured to some extent. Therefore, the liquid contained in the cooling medium that is ejected from the nozzle and collides with the surface of the metal strip can leave the surface of the metal strip via the non-effective collision zone without staying in the effective collision zone. As a result, the supply of the cooling medium newly ejected from the nozzle to the surface of the metal strip is less likely to be obstructed, and the cooling efficiency is improved.
  • the ineffective collision area that does not contribute to cooling is not too wide in the running direction of the metal band. Therefore, the width of the effective collision area in the running direction of the metal strip can be maintained, and thus the cooling efficiency is improved. Therefore, according to the method (10) above, the metal strip can be efficiently cooled.
  • the cooling medium is sprayed onto the surface of the metal strip from the plurality of nozzles so that the amount of the cooling medium sprayed per square meter of the surface of the metal strip is 500 liters or more per minute. .
  • the cooling medium is sprayed onto the metal strip in such a manner that the amount of cooling medium sprayed per square meter of the surface of the metal strip is 500 liters or more per minute.
  • the metal strip can be efficiently cooled.
  • the cooling medium is sprayed onto the surface of the metal strip at a temperature of 600° C. or higher to cool the metal strip to a temperature range of 100° C. or higher and 400° C. or lower.
  • a cooling medium is sprayed onto the metal band at a temperature of 600°C or higher to cool the metal band to a temperature range of 100°C or higher and 400°C or lower. Therefore, when cooling the metal strip in this temperature range, the metal strip can be efficiently cooled.
  • the cooling medium is sprayed onto the surface of the metal band so that the length Le of the effective collision area in the running direction is 80 mm or more and less than 140 mm.
  • the length Le of the effective collision area of the nozzle in the running direction of the metal strip is 80 mm or more, it takes a certain amount of time for the metal strip to pass through the effective collision area. While passing through the effective collision zone, the surface temperature of the metal band tends to enter the transition boiling zone from the film boiling zone. Therefore, the metal strip can be cooled more efficiently.
  • the length Le of the effective collision area of the nozzle is 140 mm or less, the distance traveled in the running direction of the metal strip from the liquid film formed in the effective collision area to the ineffective collision area. is relatively short.
  • the liquid film formed in the effective collision area easily flows out into the non-effective collision area, and can smoothly leave the surface of the metal band through the non-effective collision area.
  • the supply of the cooling medium newly ejected from the nozzle to the surface of the metal band is less likely to be obstructed, and the cooling efficiency is further improved. Therefore, according to the method (13) above, the metal strip can be cooled more efficiently.
  • the effective collision area has a first axis (La) along the width direction of the metal band and a second axis (Lb) perpendicular to the first axis, and The cooling medium is sprayed onto the surface of the metal strip so that the first axis is longer than the second axis.
  • the effective collision area has a shape having a first axis along the width direction of the metal band and a second axis intersecting the first axis, and the first axis is parallel to the second axis. Since it is longer than the shaft, the length of the effective collision area in the running direction of the metal band (direction intersecting the width direction) is unlikely to become excessively long. Therefore, the liquid contained in the cooling medium sprayed from the nozzle easily moves from the effective collision area to the non-effective collision area, and smoothly leaves the surface of the metal strip through the non-effective collision area without staying in the effective collision area. It becomes easier.
  • the metal strip can be cooled more efficiently.
  • the cooling medium is sprayed onto the surface of the metal strip while the first axis is inclined with respect to the width direction.
  • the traveling direction since the first axis is inclined with respect to the width direction of the metal strip, compared to the case where the first axis is not inclined with respect to the width direction of the metal strip, In the traveling direction, it is possible to increase the proportion of the area where the effective collision area exists. Therefore, uneven cooling in the running direction of the metal strip can be suppressed, thereby making it easier to manufacture a metal strip with good quality.
  • the cooling medium is sprayed onto the surface of the metal strip so that the outline of the effective collision area has a shape in which a pair of semicircular arcs are connected by two straight lines.
  • the outline of the effective collision area has a shape in which a pair of semicircular arcs are connected by two straight lines, the cumulative value of the amount of refrigerant sprayed over the entire length of the metal strip in the running direction is The uniform area can be widened. Therefore, it is possible to more effectively reduce cooling unevenness in the width direction of the metal band.
  • expressions expressing shapes such as a square shape and a cylindrical shape do not only mean shapes such as a square shape and a cylindrical shape in a strict geometric sense, but also within the range where the same effect can be obtained. , shall also represent shapes including uneven parts, chamfered parts, etc.
  • the expressions "comprising,””including,” or “having" one component are not exclusive expressions that exclude the presence of other components.
  • Cooling device 6 Roll 8 Guide roll 10 Ejection unit 12 Header section 14 Nozzle rows 16, 16A to 16C Nozzle 17 Cooling medium 100 Heat treatment equipment A (A1 to A5) End point B (B1 to B5) End point La 1st axis Lb 2nd Axis Ln Distance between centers R0 Collision area Re Effective collision area Re* Contour Rn Ineffective collision area S Metal band

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Abstract

金属帯の冷却装置は、走行する金属帯を冷却するための冷却装置であって、前記金属帯の表面に冷却媒体を噴霧するようにそれぞれ構成された複数のノズルを備え、前記複数のノズルの有効衝突域のうち、前記金属帯の走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域の間の非有効衝突域の前記走行方向における長さＬａと、前記一対の有効衝突域の前記走行方向における中心間距離Ｌｎとの比Ｌａ／Ｌｎは、０．２以上０．６以下であり、前記有効衝突域は、前記ノズルから前記金属帯の表面に噴霧される前記冷却媒体に含まれる液体の前記表面における衝突密度が最大値の５０％以上となる領域である。

Description

金属帯の冷却装置、金属帯の熱処理設備及び金属帯の冷却方法
　本開示は、金属帯の冷却装置、金属帯の熱処理設備及び金属帯の冷却方法に関する。
　金属帯の製造工程において、所望の性質を有する金属帯を得る等の目的で、加熱後の金属帯を急冷することがある。
　特許文献１には、液体又はガスと液体の混合物を噴霧するためのノズルを含む急速冷却部を備えた連続金属ストリップ処理ラインが開示されている。この連続金属ストリップ処理ラインでは、急速冷却部にて、ノズルから上述の液体又は混合物をストリップに噴霧することにより、４００℃／秒から１２００℃／秒の間の速度でストリップを冷却するようになっている。
特表２０２０－５１３４８０号公報
　金属帯の製造工程において、金属帯の急冷時等に金属帯を効率的に冷却することが望まれる。
　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、金属帯の効率的な冷却が可能な金属帯の冷却装置、金属帯の熱処理設備及び金属帯の冷却方法を提供することを目的とする。
　本発明の少なくとも一実施形態に係る金属帯の冷却装置は、
　走行する金属帯を冷却するための冷却装置であって、
　前記金属帯の表面に冷却媒体を噴霧するようにそれぞれ構成された複数のノズルを備え、
　前記複数のノズルの有効衝突域のうち、前記金属帯の走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域の間の非有効衝突域の前記走行方向における長さＬａと、前記一対の有効衝突域の前記走行方向における中心間距離Ｌｎとの比Ｌａ／Ｌｎは、０．２以上０．６以下であり、
　前記有効衝突域は、前記ノズルから前記金属帯の表面に噴霧される前記冷却媒体に含まれる液体の前記表面における衝突密度が最大値の５０％以上となる領域である。
　また、本発明の少なくとも一実施形態に係る金属帯の熱処理設備は、
　金属帯を熱処理するための炉と、
　前記炉で熱処理された前記金属帯を冷却するように構成された上述の冷却装置と、
を備える。
　また、本発明の少なくとも一実施形態に係る金属帯の冷却方法は、
　走行する金属帯を、複数のノズルを含む冷却装置を用いて冷却する冷却方法であって、
　前記複数のノズルから前記金属帯の表面に冷却媒体を噴霧して前記金属帯を冷却するステップを備え、
　前記冷却するステップでは、前記複数のノズルの有効衝突域のうち、前記金属帯の走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域の間の非有効衝突域の前記走行方向における長さＬａと、前記一対の有効衝突域の前記走行方向における中心間距離Ｌｎとの比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上０．６以下となるように、前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧し、
　前記有効衝突域は、前記ノズルから前記金属帯の表面に噴霧される前記冷却媒体に含まれる液体の前記表面における衝突密度が最大値の５０％以上となる領域である。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、金属帯の効率的な冷却が可能な金属帯の冷却装置、金属帯の熱処理設備及び金属帯の冷却方法が提供される。
一実施形態に係る冷却装置が適用される金属帯の熱処理設備の概略構成図である。 一実施形態に係る冷却装置を金属帯の厚さ方向から見た模式図である。 ノズルの有効噴射領域を説明するための模式図である。 一実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための図である。 一実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための図である。 比Ｌａ／Ｌｎと金属帯に噴霧される冷却媒体との間の熱伝達率との関係を表すグラフである。 有効衝突域の長さＬｅと金属帯に噴霧される冷却媒体との間の熱伝達率との関係を表すグラフである。 一実施形態に係る冷却装置によって冷却される金属帯の表面を板厚方向から視た図である。 一実施形態に係る冷却装置によって冷却される金属帯の表面を板厚方向から視た図である。 一実施形態に係る冷却装置によって冷却される金属帯の表面を板厚方向から視た図である。 金属帯の幅方向に並ぶ複数の有効衝突域Ｒｅを模式的に示す図である。 金属帯の幅方向に並ぶ複数の有効衝突域Ｒｅを模式的に示す図である。 熱処理時における金属帯の特定部位の温度の時間変化の一例を示すグラフである。
　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
（熱処理設備の構成）
　図１は、一実施形態に係る冷却装置が適用される金属帯の熱処理設備の概略構成図である。同図に示すように、熱処理設備１００は、金属帯Ｓ（例えば鋼帯）を加熱するための第１の炉（不図示）と、金属帯Ｓを搬送するためのロール６と、上述の第１の炉で加熱された金属帯Ｓを冷却するための冷却装置１と、を備えている。即ち、金属帯Ｓの搬送方向における第１の炉の下流側に冷却装置１が設けられていてもよい。なお、図１中の矢印は、金属帯Ｓの搬送方向（走行方向、移動方向）を示す。
　図１に示す例示的な実施形態では、上下方向に離れて設置されたロール６，６の間を、金属帯Ｓが上下方向に（図示する例では下方から上方に向かって）搬送されるようになっている。ロール６，６の間には、金属帯Ｓを挟むように一対のガイドロール８，８が設けられており、これにより、金属帯Ｓの撓みや捩れが抑制されるようになっている。
　冷却装置１は、走行する金属帯を冷却するように構成される。冷却装置１は、金属帯Ｓのパスラインを挟んで、金属帯Ｓの厚さ方向（板厚方向）における両側に設けられる一対の噴出ユニット１０，１０を含む。一対の噴出ユニット１０，１０は、金属帯Ｓの表面に向けて冷却媒体を噴き出すように構成されている。このように、金属帯Ｓの表面に向けて噴出ユニット１０，１０から冷却媒体を吹き付けることにより、金属帯Ｓを効果的に冷却することができる。
　特に図示しないが、幾つかの実施形態では、冷却装置１は、上から下方向或いは水平方向に沿って搬送される（走行する）金属帯Ｓを冷却するように構成されてもよい。この場合、冷却装置１は、金属帯Ｓの厚さ方向（即ち上下方向）における両側のうち少なくとも一方に設けられる噴出ユニットを含んでもよい。
　熱処理設備１００は、冷却装置１で冷却された金属帯Ｓを再度加熱するための第２の炉（不図示；すなわち、金属帯Ｓの搬送方向における冷却装置１の下流側に設けられる炉）を備えていてもよい。
　図２は、一実施形態に係る冷却装置１を金属帯Ｓの厚さ方向から見た模式図である。図２に示すように、噴出ユニット１０は、金属帯Ｓの表面に向けて冷却媒体を噴霧するようにそれぞれ構成された複数のノズル１６を含む。複数のノズル１６は、金属帯Ｓの走行方向（搬送方向）に沿って配列される複数のノズル列１４を構成する。複数のノズル列１４の各々は、金属帯Ｓの幅方向に沿って配列される複数のノズル１６によって構成される。冷却媒体は、水、又は、水を主成分とする液体或いはそれらと気体の混合体であってもよい。
　複数のノズル列１４の各々は、冷却媒体が供給されるように構成されたヘッダ部１２に設けられていてもよい。ヘッダ部１２と、該ヘッダ部１２に設けられた複数のノズル１６とが連通しており、ヘッダ部に供給される冷却媒体が、該複数のノズル１６によって金属帯Ｓの表面に向けて噴霧されるようになっている。図１及び図２に示すように、金属帯Ｓの幅方向に沿ってそれぞれ延びる複数のヘッダ部１２が、金属帯Ｓの走行方向に沿って配列されていてもよい。ヘッダ部１２は、金属帯Ｓの幅方向に沿って延びる箱型の形状を有していてもよい。
　ここで、図３を参照して、ノズル１６の有効衝突域について説明する。図３は、ノズル１６の有効噴射領域を説明するための模式図である。図３には、ノズル１６から噴霧された冷却媒体１７、及び、該冷却媒体１７に含まれる液体が衝突する金属帯Ｓの表面上の領域である衝突域Ｒ０及び有効衝突域Ｒｅが模式的に示されている。なお、図３には、金属帯Ｓの表面を平面視した場合における衝突域Ｒ０及び有効衝突域Ｒｅが示されている。
　図３中のグラフ（ａ）は、金属帯Ｓの表面上の第１方向（矢印ａの示す方向）に延びるｘ軸（直線Ｌｘ）上における位置と、あるノズル１６から噴霧された冷却媒体に含まれる液体の該表面における衝突密度（単位時間あたり、単位面積あたりの供給液体量）Ｗとの関係を示すグラフである。図３中のグラフ（ｂ）は、金属帯Ｓの表面上の第１方向に直交する第２方向（矢印ｂの示す方向）に延びるｙ軸（直線Ｌｙ）上における位置と、当該ノズル１６から噴霧された冷却媒体に含まれる液体の該表面における衝突密度Ｗとの関係を示すグラフである。なおｘ軸とｙ軸とは、衝突域Ｒ０の中心（有効衝突域Ｒｅの中心）で交わっている。
　本明細書において、ノズル１６の有効衝突域Ｒｅ（図３参照）とは、ノズル１６から金属帯Ｓの表面に噴霧される冷却媒体１７に含まれる液体が金属帯Ｓの表面に衝突する衝突域Ｒ０（図３参照）のうち、該ノズル１６から金属帯Ｓの表面に噴霧される冷却媒体１７に含まれる液体の該表面における衝突密度Ｗが最大値の５０％以上となる領域である。
　図３に示す例では、ｘ軸（直線Ｌｘ）上では、衝突域Ｒ０の中心位置ｘ０において衝突密度Ｗが最大値Ｗｍａｘであり、両端部の位置ｘ１及びｘ２において衝突密度Ｗが最大値の５０％（Ｗｍａｘ／２）である。ｙ軸（直線Ｌｙ）上では、衝突域Ｒ０の中心位置ｙ０において衝突密度Ｗが最大値Ｗｍａｘであり、両端部の位置ｙ１及びｙ２において衝突密度Ｗが最大値の５０％（Ｗｍａｘ／２）である。そして、ｘ軸におけるｘ１からｘ２までの間の領域、及び、ｙ軸におけるｙ１からｙ２までの領域を含む、輪郭Ｒｅ＊で囲まれる領域が、有効衝突域Ｒｅである。
　図３に示す例では、有効衝突域Ｒｅの輪郭Ｒｅ＊は、一対の半円弧（ＳＣ１，ＳＣ２）を２本の互いに平行な直線（ＳＬ１，ＳＬ２）で接続した形状を有している。また、有効衝突域Ｒｅの第１方向における長さはａであり、第２方向における長さはｂである。
　図４及び図５は、一実施形態に係る冷却装置１の構成を説明するための図である。図４は、冷却装置１を構成する複数のノズル１６によって金属帯Ｓの表面にそれぞれ形成される複数の有効衝突域Ｒｅの一例を示す模式図である。図５は、金属帯Ｓの走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域Ｒｅ、及び、該一対の有効衝突域Ｒｅを形成する一対の冷却媒体１７を模式的に示す図である。
　図４に示すように、金属帯Ｓの表面には、複数のノズル１６によって複数の有効衝突域Ｒｅが形成される。なお、複数の有効衝突域Ｒｅの配列は、複数のノズル１６（破線で示される）の配列に対応する形状を有する。図４に示す複数の有効衝突域Ｒｅは互いに同一の形状を有している。図４に示す複数の有効衝突域Ｒｅの各々は、図中の直線Ｌ１に沿って延びる形状を有している。直線Ｌ１は、金属帯Ｓの幅方向に対して傾斜している。直線Ｌ１の幅方向に対する傾斜角度はθである。
　図５に示すように、複数のノズル１６の有効衝突域Ｒｅ（図４参照）のうち、金属帯Ｓの走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域Ｒｅの間には非有効衝突域Ｒｎが形成される。
　なお、典型的な実施形態では、例えば図４に示すように、金属帯Ｓの走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域Ｒｅは同一の形状を有するが、隣り合う一対の有効衝突域Ｒｅは互いに異なる形状を有していてもよい。
　幾つかの実施形態では、金属帯Ｓの走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域Ｒｅの前記走行方向における中心間距離Ｌｎに対する、該一対の有効衝突域Ｒｅの間の非有効衝突域Ｒｎの前記走行方向における長さＬａの比Ｌａ／Ｌｎは、０．２以上０．６以下である。
　なお、金属帯Ｓの走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域Ｒｅは、同一のノズル列１４に含まれる一対のノズル１６，１６（例えば、図４におけるノズル１６Ａ，１６Ｂ）の有効衝突域Ｒｅ（例えば、図４における有効衝突域Ｒｅ－ＡとＲｅ－Ｂ）であってもよい。図４において、上述の一対の有効衝突域Ｒｅ－Ａ，Ｒｅ－Ｂの金属帯Ｓの走行方向における中心間距離Ｌｎはｄ１であり、該一対の有効衝突域Ｒｅ－Ａ，Ｒｅ－Ｂの間の非有効衝突域Ｒｎの金属帯Ｓの走行方向における長さＬａはｃ１である。
　あるいは、金属帯Ｓの走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域Ｒｅは、金属帯Ｓの走行方向にて隣り合うノズル列１４，１４にそれぞれ含まれる一対のノズル１６，１６（例えば、図４におけるノズル１６Ａ，１６Ｃ）の有効衝突域Ｒｅ（例えば、図４における有効衝突域Ｒｅ－ＡとＲｅ－Ｃ）であってもよい。図４において、上述の一対の有効衝突域Ｒｅ－Ａ，Ｒｅ－Ｃの金属帯Ｓの走行方向における中心間距離Ｌｎはｄ２であり、該一対の有効衝突域Ｒｅ－Ａ，Ｒｅ－Ｃの間の非有効衝突域Ｒｎの金属帯Ｓの走行方向における長さＬａはｃ２である。
　ここで、図６は、上述の比Ｌａ／Ｌｎ（横軸）と、金属帯Ｓに噴霧される冷却媒体との間の熱伝達率（縦軸）との関係を表すグラフである。なお、グラフ中の熱伝達率は、４００℃の金属帯Ｓに水を噴霧して該金属帯Ｓを冷却した際の熱伝達率の計測結果である。これらの熱伝達率の計測結果は、上述の比Ｌａ／Ｌｎを変化させながら、また、金属帯Ｓの表面における冷却媒体に含まれる液体の衝突密度を変化させながら、取得されたものである。
　図６のグラフからわかるように、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上０．６以下であるときに、上述の熱伝達率が高い。すなわち、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上０．６以下であるときに、冷却装置１のノズル１６から噴霧された冷却媒体による金属帯Ｓの冷却効率が高い。この理由は以下のように考えられる。
　即ち、上述の実施形態では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上であるので、有効衝突域Ｒｅ同士の間に形成される非有効衝突域Ｒｎの金属帯Ｓの走行方向における広さをある程度確保できる。よって、ノズル１６から噴出されて金属帯Ｓの表面に衝突した冷却媒体に含まれる液体が、有効衝突域Ｒｅに滞留せずに非有効衝突域Ｒｎを介して金属帯Ｓの表面から離れることができる。これにより、新たにノズル１６から噴出される冷却媒体の金属帯Ｓ表面への供給が妨げられ難くなり、冷却効率が向上する。また、上述の実施形態では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．６以下であるので、金属帯Ｓの走行方向において、金属帯Ｓの冷却に寄与しない非有効衝突域Ｒｎが広すぎない。このため、金属帯Ｓの走行方向における有効衝突域Ｒｅの広さを維持できるため、冷却効率が向上する。よって、上述の実施形態によれば、金属帯Ｓを効率的に冷却することができる。
　幾つかの実施形態では、上述の比Ｌａ／Ｌｎは、０．４５以上０．５以下である。
　図６のグラフからわかるように、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．４５以上０．５以下であるときに、上述の熱伝達率が特に高い。すなわち、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．４５以上０．５以下であるときに、冷却装置１のノズル１６から噴霧された冷却媒体による金属帯Ｓの冷却効率が特に高い。
　即ち、上述の実施形態では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．４５以上であるので、有効衝突域Ｒｅ同士の間に形成される非有効衝突域Ｒｎの広さをより大きく確保できるので、上述のように、新たにノズル１６から噴出される冷却媒体の金属帯Ｓ表面への供給がより妨げられ難くなり、冷却効率がより向上する。また、上述の実施形態では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．５以下であるので、金属帯Ｓの冷却に寄与しない非有効衝突域Ｒｎをより狭くすることができる。このため、有効衝突域Ｒｅを広くすることができるため、冷却効率がより向上する。よって、上述の実施形態によれば、金属帯Ｓをより効率的に冷却することができる。
　幾つかの実施形態では、金属帯Ｓの走行方向における上述の一対の有効衝突域Ｒｅの各々の長さＬｅが８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下である。
　なお、図４における一対の有効衝突域Ｒｅ－Ａ，Ｒｅ－Ｂの各々の金属帯Ｓの走行方向における長さＬｅはｂ１である。図４における一対の有効衝突域Ｒｅ－Ａ，Ｒｅ－Ｃの各々の金属帯Ｓの走行方向における長さＬｅもｂ１である。
　ここで、図７は、金属帯Ｓの走行方向における有効衝突域Ｒｅの長さＬｅ（横軸）と、金属帯Ｓに噴霧される冷却媒体との間の熱伝達率（縦軸）との関係を表すグラフである。なお、グラフ中の熱伝達率は、４００℃の金属帯Ｓに水を噴霧して該金属帯Ｓを冷却した際の熱伝達率の計測結果である。これらの熱伝達率の計測結果は、上述の長さＬｅを変化させながら、また、金属帯Ｓの表面における冷却媒体に含まれる液体の衝突密度を変化させながら、取得されたものである。
　図７のグラフからわかるように、上述の長さＬｅが８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下であるときに、上述の熱伝達率が高い。すなわち、上述の長さＬｅが８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下であるときに、冷却装置１のノズル１６から噴霧された冷却媒体による金属帯Ｓの冷却効率が高い。この理由は以下のように考えられる。
　即ち、上述の実施形態では、ノズル１６の有効衝突域Ｒｅの長さＬｅが８０ｍｍ以上であるので、金属帯Ｓが有効衝突域Ｒｅを通過するのにある程度時間を要するため、金属帯Ｓが有効衝突域Ｒｅを通過している間に、金属帯Ｓの表面温度が膜沸騰領域から遷移沸騰領域に入りやすくなる。このため、金属帯Ｓをより効率的に冷却することができる。また、上述の実施形態では、ノズル１６の有効衝突域Ｒｅの長さＬｅが１４０ｍｍ以下であるので、有効衝突域Ｒｅ内に形成される液膜の非有効衝突域Ｒｎまでの移動距離が比較的短い。よって、有効衝突域Ｒｅ内に形成された液膜が非有効衝突域Ｒｎに流出しやすく、該非有効衝突域Ｒｎを介して金属帯Ｓの表面からスムーズに離れることができる。これにより、新たにノズル１６から噴出される冷却媒体の金属帯Ｓ表面への供給が妨げられ難くなり、冷却効率がより向上する。よって、上述の実施形態によれば、金属帯をより効率的に冷却することができる。
　なお、１つの有効衝突域Ｒｅでの冷却中に膜沸騰領域から遷移沸騰領域に入ると、金属帯Ｓ表面から液体への熱流束が急激に上がり、次の有効衝突域Ｒｅに入るまで遷移沸騰領域の温度に維持されやすいため、金属帯Ｓの温度低下がスムーズに進む。これに対し、１つの有効衝突域Ｒｅでの冷却中に膜沸騰領域から遷移沸騰領域に入る手前までしか冷却が進まないと、金属帯Ｓの表面温度が回復（上昇）してしまい、次の有効衝突域Ｒｅに入ったときに、再度膜沸騰領域からの冷却となってしまい、冷却効率が低下する。この点において、上述したように、有効衝突域Ｒｅの長さがある程度長いほうが有利である。
　図８～図１０は、それぞれ、一実施形態に係る冷却装置１によって冷却される金属帯Ｓの表面を板厚方向から視た図であり、冷却装置１のノズル１６の有効衝突域Ｒｅを模式的に示す図である。なお、図８～図１０に示す例では、複数のノズル１６の各々について有効衝突域Ｒｅが存在し、複数の有効衝突域Ｒｅの配列は、複数のノズル１６の配列に対応する形状を有する。
　幾つかの実施形態では、例えば図８に示すように、ノズル１６の有効衝突域Ｒｅは、円形である。すなわち、有効衝突域Ｒｅの輪郭Ｒｅ＊は円弧形状を有する。
　幾つかの実施形態では、図９及び図１０に示す複数の有効衝突域Ｒｅの各々は、金属帯Ｓの幅方向に沿う方向（直線Ｌ１の方向）に延びる形状を有している。
　幾つかの実施形態では、例えば図９及び図１０に示すように、ノズル１６の有効衝突域Ｒｅは、金属帯Ｓの幅方向に沿って延びる（あるいは直線Ｌ１の方向に延びる）第１軸Ｌａ、及び、該第１軸Ｌａに交差する方向に延びる第２軸Ｌｂを有する形状を有し、第１軸Ｌａの長さは第２軸Ｌｂの長さよりも長い。なお、第１軸Ｌａが金属帯Ｓの幅方向に沿っている、とは、幅方向（直線ＬＷで示す）に対する第１軸Ｌａの角度θが４５度未満であることを意味する。なお、図９及び図１０に示す例示的な実施形態では、上述の第１軸Ｌａと第２軸Ｌｂとが直交している。
　上述の実施形態では、有効衝突域Ｒｅは、金属帯Ｓの幅方向に沿った第１軸Ｌａ及び該第１軸Ｌａに交差する第２軸Ｌｂを有する形状を有するとともに、第１軸Ｌａが第２軸Ｌｂよりも長いので、金属帯Ｓの走行方向（幅方向に交差する方向）における有効衝突域Ｒｅの長さが過度に長くなりにくい。よって、ノズル１６から噴霧された冷却媒体に含まれる液体が有効衝突域Ｒｅから非有効衝突域Ｒｎ（図３参照）に移動しやすく、有効衝突域Ｒｅに滞留せずに非有効衝突域Ｒｎを介して金属帯Ｓの表面からスムーズに離れやすくなる。これにより、新たにノズル１６から噴出される冷却媒体の金属帯Ｓ表面への供給が妨げられ難くなり、冷却効率がより向上する。
　幾つかの実施形態では、上述の第１軸Ｌａは、金属帯Ｓの幅方向に対して傾斜している。即ち、幾つかの実施形態では、金属帯Ｓの幅方向（直線ＬＷの方向）に対する第１軸Ｌａの角度θ（図９又は図１０参照）が０よりも大きい。
　この場合、特定の幅方向位置に着目すると、第１軸Ｌａを金属帯Ｓの幅方向に対して傾斜させない場合（即ち、第１軸Ｌａが幅方向に対して平行である場合）に比べて、金属帯Ｓの走行方向において、有効衝突域Ｒｅが存在する領域の割合を大きくすることができる。よって、金属帯Ｓの走行方向における冷却むらを抑制することができ、これにより、品質の良好な金属帯Ｓを製造しやすくなる。
　幾つかの実施形態では、上述の角度θが１８度以下である。
　上述の実施形態では、上述の角度θが１８度以下であるので、有効衝突域Ｒｅに侵入する金属帯Ｓの冷却されるタイミングが幅方向の位置によって大きく異なることがない。このため、金属帯Ｓの板幅方向においての表面温度が遷移沸騰温度となるタイミングの差を小さくすることができる。よって、金属帯Ｓの幅方向における冷却むらをより効果的に抑制することができる。
　幾つかの実施形態では、上述の角度θが５度以上１５度以下である。
　上述の実施形態では、上述の角度θが５度以上１５度以下であるので、金属帯Ｓの走行方向及び幅方向における冷却むらをさらに効果的に抑制することができる。よって、品質の良好な金属帯をより製造しやすくなる。
　幾つかの実施形態では、例えば図９に示すように、ノズル１６の有効衝突域Ｒｅは、金属帯Ｓの幅方向に沿った第１軸Ｌａを長軸とし、かつ、該第１軸Ｌａに直交する第２軸Ｌｂを短軸とする楕円の形状を有する。
　幾つかの実施形態では、例えば図１０に示すように、ノズル１６の有効衝突域Ｒｅの輪郭Ｒｅ＊有効衝突域の輪郭は、一対の半円弧ＳＣ１，ＳＣ２を２つの直線ＳＬ１，ＳＬ２で接続した形状を有する。なお、図１０に示す例示的な実施形態では、一対の半円弧ＳＣ１，ＳＣ２は同一の半径を有し、２つの直線ＳＬ１，ＳＬ２は互いに平行である。以下、例えば図１０に示すような、一対の半円弧と、該半円弧を接続する２本の平行な直線とで形成される形状を、便宜的に長円形状と呼ぶ。
　上述の実施形態では、有効衝突域Ｒｅの輪郭Ｒｅ＊は、一対の半円弧ＳＣ１，ＳＣ２を２つの直線ＳＬ１，ＳＬ２で接続した形状を有するので、金属帯Ｓの走行方向全長にわたる冷却媒体の噴霧量の積算値が幅方向で均一となる領域を広くすることができる。よって、金属帯Ｓの幅方向における冷却むらをより効果的に低減することができる。
　図１１及び図１２は、金属帯Ｓの幅方向に並ぶ複数の有効衝突域Ｒｅ（Ｒｅ１～Ｒｅ５）を模式的に示す図である。これらの有効衝突域Ｒｅの各々は長円形状（図１０参照）を有する。図１１及び図１２に示す例において、複数の有効衝突域Ｒｅ１～Ｒｅ５の各々は、金属帯Ｓの幅方向に沿って延びており、その長さ（長軸の長さ）はａである。また、複数の有効衝突域Ｒｅ１～Ｒｅ５の延在方向（長軸の方向；直線Ｌ１で示す方向）の金属帯Ｓの幅方向に対する角度はθ（ただし、０度＜θ＜４５度）である。また、複数の有効衝突域Ｒｅ１～Ｒｅ５の長軸は、金属帯Ｓの幅方向における一方側の端点Ａ１～Ａ５、及び、金属帯Ｓの幅方向における他方側の端点Ｂ１～Ｂ５をそれぞれ有する。
　幾つかの実施形態では、金属帯Ｓの幅方向に並ぶ複数の有効衝突域のうち、一の有効衝突域Ｒｅの端点Ａ（例えば図１１及び図１２のＲｅ１）と、金属帯Ｓの幅方向にて該一の有効衝突域Ｒｅの端点Ａ（図11及び図１２のＡ１）に最も近接する端点Ｂを有する他の一の有効衝突域Ｒｅ（図１１及び図１２では有効衝突域Ｒｅ４）の端点Ｂ（図１１及び図１２ではＢ４）との金属帯Ｓの幅方向における距離Ｌ、有効衝突域Ｒｅの長軸の長さａ、及び、該長軸の幅方向に対する角度θが、下記式（ａ）の関係を有する。
　－０．１≦Ｌ／（ａ×ｃｏｓ（θ））≦０．１　…（ａ）
　金属帯Ｓの幅方向において、上述の一の有効衝突域Ｒｅの端点Ａ（例えば有効衝突域Ｒｅ１の端点Ａ１）と、上述の他の一の有効衝突域Ｒｅの端点Ｂ（例えば有効衝突域Ｒｅ４の端点Ｂ４）との間の区間Ｒａと、それ以外の区間Ｒｂとでは、金属帯Ｓが有効衝突域Ｒｅの長さ（ａ×ｓｉｎ（θ））だけ走行したときに通過する有効衝突域の数が異なる。
　例えば、図１１では、金属帯Ｓが有効衝突域Ｒｅの長さ（ａ×ｓｉｎ（θ））だけ走行したとき、区間Ｒａでは２つの有効衝突域Ｒｅを通過するのに対して、区間Ｒｂでは３つの有効衝突域Ｒｅを通過する。また例えば、図１２では、金属帯Ｓが有効衝突域Ｒｅの長さ（ａ×ｓｉｎ（θ））だけ走行したとき、区間Ｒａでは４つの有効衝突域Ｒｅを通過するのに対して、区間Ｒｂでは３つの有効衝突域Ｒｅを通過する。
　したがって、板幅方向における大部分を占める区間Ｒｂ以外の区間Ｒａの長さ（Ｌ）が、有効衝突域Ｒｅの板幅方向における長さ（ａ×ｃｏｓ（θ））に対して短いほうが、有効衝突域Ｒｅを通過後の板幅方向における温度むらを抑えやすくなる。よって、上述の距離Ｌ、有効衝突域Ｒｅの長軸の長さａ、及び、該長軸の幅方向に対する角度θが上記式（ａ）を満たすことにより、冷却後の金属帯Ｓの冷却むらをより効果的に抑制することができる。
　図１３は、幾つかの実施形態に係る冷却方法を用いて金属帯Ｓを熱処理するときの、金属帯Ｓの特定部位の温度の時間変化の一例を示すグラフである。
　図１３に示すように、幾つかの実施形態では、時刻ｔ０にて、温度Ｔ０の金属帯Ｓを第１の炉で加熱して温度Ｔ１まで昇温させた後、時刻ｔ１まで温度Ｔ１で維持する。時刻ｔ１からｔ２の間、上述した冷却装置１を用いて、金属帯Ｓを温度Ｔ２程度の温度まで冷却する（冷却ステップ）。その後、金属帯Ｓを第２の炉で加熱して、時刻ｔ３からｔ４の間、金属帯Ｓの温度をＴ２で維持する。
　上述の温度Ｔ１は、６００℃以上の温度であってもよい。また、上述の温度Ｔ２は、１００℃以上４００℃以下の範囲の温度であってもよい。すなわち、上述の冷却ステップでは、６００℃以上の金属帯Ｓの表面に上述の冷却装置１のノズル１６から冷却媒体を噴霧して、１００℃以上４００℃以下の温度範囲まで金属帯Ｓを冷却するようにしてもよい。また、冷却ステップの後、金属帯Ｓの温度を１００℃以上４００℃以下の温度範囲に維持するようにしてもよい。
　上述の熱処理、すなわち、金属帯Ｓを６００℃以上の高温に熱した後、１００℃～４００℃の温度範囲に急冷した後に当該温度範囲温度に維持するような熱処理は、電磁鋼板や、高張力鋼の製造工程に適用されてもよい。
　幾つかの実施形態では、上述の冷却ステップでは、金属帯Ｓの冷却速度が毎秒５００℃以上となるように、複数のノズル１６から金属帯Ｓの表面に冷却媒体を噴霧するようにしてもよい。あるいは、上述の冷却ステップでは、金属帯Ｓの表面１平方メートル当たりへの冷却媒体の噴霧量が毎分５００リットル以上となるように、金属帯Ｓに冷却媒体を噴霧するようにしてもよい。冷却ステップにおいて上述した冷却装置１を用いることで、金属帯Ｓを効率的に急冷することができる。
　上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る金属帯の冷却装置（１）は、
　走行する金属帯（Ｓ）を冷却するための冷却装置であって、
　前記金属帯の表面に冷却媒体を噴霧するようにそれぞれ構成された複数のノズル（１６）を備え、
　前記複数のノズルの有効衝突域（Ｒｅ）のうち、前記金属帯の走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域の間の非有効衝突域（Ｒｎ）の前記走行方向における長さＬａと、前記一対の有効衝突域の前記走行方向における中心間距離Ｌｎとの比Ｌａ／Ｌｎは、０．２以上０．６以下であり、
　前記有効衝突域は、前記ノズルから前記金属帯の表面に噴霧される前記冷却媒体に含まれる液体の前記表面における衝突密度が最大値の５０％以上となる領域である。
　上記（１）の構成によれば、冷却装置は複数のノズル含み、金属帯の表面に、複数のノズルの各々の有効衝突域が形成される。そして、金属帯の走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域の間の非有効衝突域の該走行方向における長さＬａと、一対の有効衝突域の中心間距離Ｌｎとの比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上０．６以下であるので、金属帯を効率的に冷却することができる。この理由は以下のように考えられる。
　即ち、上記構成では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上であるので、有効衝突域同士の間に形成される非有効衝突域の金属帯の走行方向における広さをある程度確保できる。よって、ノズルから噴出されて金属帯の表面に衝突した冷却媒体に含まれる液体が、有効衝突域に滞留せずに非有効衝突域を介して金属帯の表面から離れることができる。これにより、新たにノズルから噴出される冷却媒体の金属帯表面への供給が妨げられ難くなり、冷却効率が向上する。また、上記構成では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．６以下であるので、金属帯の走行方向において、冷却に寄与しない非有効衝突域が広すぎない。このため、金属帯の走行方向における有効衝突域の広さを維持できるため、冷却効率が向上する。よって、上記（１）の構成によれば、金属帯を効率的に冷却することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記非有効衝突域の前記走行方向における長さＬａと、前記中心間距離Ｌｎとの前記比Ｌａ／Ｌｎは、０．４５以上０．５以下である。
　上記（２）の構成によれば、上述の比が０．４５以上０．５以下であるので、金属帯をより効率的に冷却することができる。即ち、上記構成では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．４５以上であるので、一対の有効衝突域の間に形成される非有効衝突域の金属帯の走行方向における広さをより大きく確保できるので、上述のように、新たにノズルから噴出される冷却媒体の金属帯表面への供給がより妨げられ難くなり、冷却効率がより向上する。また、上記構成では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．５以下であるので、冷却に寄与しない非有効衝突域を金属帯の走行方向にてより狭くすることができる。このため、金属帯の走行方向にて有効衝突域を広くすることができるため、冷却効率がより向上する。よって、上記（２）の構成によれば、金属帯をより効率的に冷却することができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
　前記走行方向における前記一対の有効衝突域の各々の長さＬｅが８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下である。
　上記（３）の構成では、金属帯の走行方向におけるノズルの有効衝突域の長さＬｅが８０ｍｍ以上であるので、金属帯が有効衝突域を通過するのにある程度時間を要するため、金属帯が有効衝突域を通過している間に、金属帯の表面温度が膜沸騰領域から遷移沸騰領域に入りやすくなる。このため、金属帯をより効率的に冷却することができる。また、上記（３）の構成では、ノズルの有効衝突域の長さＬｅが１４０ｍｍ以下であるので、有効衝突域内に形成される液膜の非有効衝突域までの金属帯の走行方向における移動距離が比較的短い。よって、有効衝突域内に形成された液膜が非有効衝突域に流出しやすく、該非有効衝突域を介して金属帯の表面からスムーズに離れることができる。これにより、新たにノズルから噴出される冷却媒体の金属帯表面への供給が妨げられ難くなり、冷却効率がより向上する。よって、上記（３）の構成によれば、金属帯をより効率的に冷却することができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
　前記有効衝突域は、前記金属帯の幅方向に沿った第１軸（Ｌａ）及び前記第１軸に交差する第２軸（Ｌｂ）を有する形状を有し、
　前記第１軸は、前記第２軸よりも長い。
　上記（４）の構成によれば、有効衝突域は、金属帯の幅方向に沿った第１軸及び該第１軸に交差する第２軸を有する形状を有するとともに、第１軸が第２軸よりも長いので、金属帯の走行方向（幅方向に交差する方向）における有効衝突域の長さが過度に長くなりにくい。よって、ノズルから噴霧された冷却媒体に含まれる液体が有効衝突域から非有効衝突域に移動しやすく、有効衝突域に滞留せずに非有効衝突域を介して金属帯の表面からスムーズに離れやすくなる。これにより、新たにノズルから噴出される冷却媒体の金属帯表面への供給が妨げられ難くなり、冷却効率がより向上する。よって、上記（４）の構成によれば、金属帯をより効率的に冷却することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
　前記第１軸は、前記幅方向に対して傾斜している。
　上記（５）の構成によれば、第１軸が金属帯の幅方向に対して傾斜しているので、第１軸を金属帯の幅方向に対して傾斜させない場合に比べて、金属帯の走行方向において、有効衝突域が存在する領域の割合を大きくすることができる。よって、金属帯の走行方向における冷却むらを抑制することができ、これにより、品質の良好な金属帯を製造しやすくなる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
　前記第１軸の前記幅方向に対する角度（θ）は１８度以下である。
　上記（６）の構成によれば、金属帯の幅方向に対する第１軸の角度が１８度以下であるので、有効衝突域に侵入する金属帯の冷却されるタイミングが幅方向の位置によって大きく異なることがないので、金属帯の板幅方向においての表面温度が遷移沸騰温度となるタイミングの差を小さくすることができる。よって、金属帯の幅方向における冷却むらを抑制することができ、これにより、品質の良好な金属帯を製造しやすくなる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
　前記第１軸の前記幅方向に対する角度は５度以上１５度以下である。
　上記（７）の構成によれば、金属帯の幅方向に対する第１軸の角度が５度以上１５度以下であるので、金属帯の走行方向及び幅方向における冷却むらをより効果的に抑制することができる。よって、品質の良好な金属帯をより製造しやすくなる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（４）乃至（７）の何れかの構成において、
　前記有効衝突域の輪郭（Ｒｅ＊）は、一対の半円弧を２つの直線で接続した形状を有する。
　上記（８）の構成によれば、有効衝突域の輪郭は、一対の半円弧を２つの直線で接続した形状を有するので、金属帯の走行方向全長にわたる冷媒の噴霧量の積算値が幅方向で均一となる領域を広くすることができる。よって、金属帯の幅方向における冷却むらをより効果的に低減することができる。
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る金属帯の熱処理設備（１００）は、
　金属帯を熱処理するための炉と、
　前記炉で熱処理された前記金属帯を冷却するように構成された上記（１）乃至（８）の何れか一項に記載の冷却装置（１）と、
を備える。
　上記（９）の構成によれば、冷却装置は複数のノズル含み、金属帯の表面に、複数のノズルの各々の有効衝突域が形成される。そして、金属帯の走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域の間の非有効衝突域の該走行方向における長さＬａと、一対の有効衝突域の中心間距離Ｌｎとの比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上０．６以下であるので、金属帯を効率的に冷却することができる。この理由は以下のように考えられる。
　即ち、上記構成では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上であるので、有効衝突域同士の間に形成される非有効衝突域の金属帯の走行方向における広さをある程度確保できる。よって、ノズルから噴出されて金属帯の表面に衝突した冷却媒体に含まれる液体が、有効衝突域に滞留せずに非有効衝突域を介して金属帯の表面から離れることができる。これにより、新たにノズルから噴出される冷却媒体の金属帯表面への供給が妨げられ難くなり、冷却効率が向上する。また、上記構成では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．６以下であるので、金属帯の走行方向において、冷却に寄与しない非有効衝突域が広すぎない。このため、金属帯の走行方向における有効衝突域の広さを維持できるため、冷却効率が向上する。よって、上記（９）の構成によれば、金属帯を効率的に冷却することができる。
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る金属帯の冷却方法は、
　走行する金属帯（Ｓ）を、複数のノズル（１６）を含む冷却装置（１）を用いて冷却する冷却方法であって、
　前記複数のノズルから前記金属帯の表面に冷却媒体を噴霧して前記金属帯を冷却するステップを備え、
　前記冷却するステップでは、前記複数のノズルの有効衝突域（Ｒｅ）のうち、前記金属帯の走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域の間の非有効衝突域（Ｒｎ）の前記走行方向における長さＬａと、前記一対の有効衝突域の前記走行方向における中心間距離Ｌｎとの比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上０．６以下となるように、前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧し、
　前記有効衝突域は、前記ノズルから前記金属帯の表面に噴霧される前記冷却媒体に含まれる液体の前記表面における衝突密度が最大値の５０％以上となる領域である。
　上記（１０）の方法によれば、冷却装置は複数のノズル含み、金属帯の表面に、複数のノズルの各々の有効衝突域が形成される。そして、金属帯の走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域の間の非有効衝突域の該走行方向における長さＬａと、一対の有効衝突域の中心間距離Ｌｎとの比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上０．６以下であるので、金属帯を効率的に冷却することができる。この理由は以下のように考えられる。
　即ち、上記構成では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上であるので、有効衝突域同士の間に形成される非有効衝突域の金属帯の走行方向における広さをある程度確保できる。よって、ノズルから噴出されて金属帯の表面に衝突した冷却媒体に含まれる液体が、有効衝突域に滞留せずに非有効衝突域を介して金属帯の表面から離れることができる。これにより、新たにノズルから噴出される冷却媒体の金属帯表面への供給が妨げられ難くなり、冷却効率が向上する。また、上記構成では、上述の比Ｌａ／Ｌｎが０．６以下であるので、金属帯の走行方向において、冷却に寄与しない非有効衝突域が広すぎない。このため、金属帯の走行方向における有効衝突域の広さを維持できるため、冷却効率が向上する。よって、上記（１０）の方法によれば、金属帯を効率的に冷却することができる。
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の方法において、
　前記冷却するステップでは、前記金属帯の表面１平方メートル当たりへの前記冷却媒体の噴霧量が毎分５００リットル以上となるように、前記複数のノズルから前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧する。
　上記（１１）の方法によれば、金属帯の表面１平方メートル当たりへの冷却媒体の噴霧量が毎分５００リットル以上となるように、金属帯に冷却媒体を噴霧するようにしたので、このように金属帯を急冷する場合において、金属帯を効率的に冷却することができる。
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１０）又は（１１）の方法において、
　前記冷却するステップでは、６００℃以上の前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧して、１００℃以上４００℃以下の温度範囲まで前記金属帯を冷却する。
　上記（１２）の方法によれば、６００℃以上の金属帯に冷却媒体を噴霧して、１００℃以上４００℃以下の温度範囲まで金属帯を冷却する。よって、この温度帯で金属帯を冷却する場合において、金属帯を効率的に冷却することができる。
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１０）乃至（１２）の何れかの方法において、
　前記冷却するステップでは、前記有効衝突域の前記走行方向における長さＬｅが８０ｍｍ以上１４０ｍｍ未満となるように、前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧する。
　上記（１３）の方法では、金属帯の走行方向におけるノズルの有効衝突域の長さＬｅが８０ｍｍ以上であるので、金属帯が有効衝突域を通過するのにある程度時間を要するため、金属帯が有効衝突域を通過している間に、金属帯の表面温度が膜沸騰領域から遷移沸騰領域に入りやすくなる。このため、金属帯をより効率的に冷却することができる。また、上記（１３）の方法では、ノズルの有効衝突域の長さＬｅが１４０ｍｍ以下であるので、有効衝突域内に形成される液膜の非有効衝突域までの金属帯の走行方向における移動距離が比較的短い。よって、有効衝突域内に形成された液膜が非有効衝突域に流出しやすく、該非有効衝突域を介して金属帯の表面からスムーズに離れることができる。これにより、新たにノズルから噴出される冷却媒体の金属帯表面への供給が妨げられ難くなり、冷却効率がより向上する。よって、上記（１３）の方法によれば、金属帯をより効率的に冷却することができる。
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１０）乃至（１３）の何れかの方法において、
　前記冷却するステップでは、前記有効衝突域が、前記金属帯の幅方向に沿った第１軸（Ｌａ）と、前記第１軸に直交する第２軸（Ｌｂ）と、を有し、かつ、前記第１軸が前記第２軸よりも長い形状となるように、前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧する。
　上記（１４）の方法によれば、有効衝突域は、金属帯の幅方向に沿った第１軸及び該第１軸に交差する第２軸を有する形状を有するとともに、第１軸が第２軸よりも長いので、金属帯の走行方向（幅方向に交差する方向）における有効衝突域の長さが過度に長くなりにくい。よって、ノズルから噴霧された冷却媒体に含まれる液体が有効衝突域から非有効衝突域に移動しやすく、有効衝突域に滞留せずに非有効衝突域を介して金属帯の表面からスムーズに離れやすくなる。これにより、新たにノズルから噴出される冷却媒体の金属帯表面への供給が妨げられ難くなり、冷却効率がより向上する。よって、上記（１４）の方法によれば、金属帯をより効率的に冷却することができる。
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１４）の方法において、
　前記冷却するステップでは、前記第１軸を前記幅方向に対して傾斜させた状態で、前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧する。
　上記（１５）の方法によれば、第１軸が金属帯の幅方向に対して傾斜しているので、第１軸を金属帯の幅方向に対して傾斜させない場合に比べて、金属帯の走行方向において、有効衝突域が存在する領域の割合を大きくすることができる。よって、金属帯の走行方向における冷却むらを抑制することができ、これにより、品質の良好な金属帯を製造しやすくなる。
（１６）幾つかの実施形態では、上記（１４）又は（１５）の方法において、
　前記冷却ステップでは、前記有効衝突域の輪郭が、一対の半円弧を２つの直線で接続した形状を有するように、前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧する。
　上記（１６）の方法によれば、有効衝突域の輪郭は、一対の半円弧を２つの直線で接続した形状を有するので、金属帯の走行方向全長にわたる冷媒の噴霧量の積算値が幅方向で均一となる領域を広くすることができる。よって、金属帯の幅方向における冷却むらをより効果的に低減することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
　本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
１　　　　冷却装置
６　　　　ロール
８　　　　ガイドロール
１０　　　噴出ユニット
１２　　　ヘッダ部
１４　　　ノズル列
１６，１６Ａ～１６Ｃ　ノズル
１７　　　冷却媒体
１００　　熱処理設備
Ａ（Ａ１～Ａ５）　端点
Ｂ（Ｂ１～Ｂ５）　端点
Ｌａ　　　第１軸
Ｌｂ　　　第２軸
Ｌｎ　　　中心間距離
Ｒ０　　　衝突域
Ｒｅ　　　有効衝突域
Ｒｅ＊　　輪郭
Ｒｎ　　　非有効衝突域
Ｓ　　　　金属帯

Claims (15)

  1. 　走行する金属帯を冷却するための冷却装置であって、
    　前記金属帯の表面に冷却媒体を噴霧するようにそれぞれ構成された複数のノズルを備え、
    　前記複数のノズルの有効衝突域のうち、前記金属帯の走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域の間の非有効衝突域の前記走行方向における長さＬａと、前記一対の有効衝突域の前記走行方向における中心間距離Ｌｎとの比Ｌａ／Ｌｎは、０．２以上０．６以下であり、
    　前記有効衝突域は、前記ノズルから前記金属帯の表面に噴霧される前記冷却媒体に含まれる液体の前記表面における衝突密度が最大値の５０％以上となる領域である
    金属帯の冷却装置。
  2. 　前記非有効衝突域の前記走行方向における長さＬａと、前記中心間距離Ｌｎとの前記比
    Ｌａ／Ｌｎは、０．４５以上０．５以下である
    請求項１に記載の金属帯の冷却装置。
  3. 　前記走行方向における前記一対の有効衝突域の各々の長さＬｅが８０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下である
    請求項１又は２に記載の金属帯の冷却装置。
  4. 　前記有効衝突域は、前記金属帯の幅方向に沿った第１軸及び前記第１軸に交差する第２軸を有する形状を有し、
    　前記第１軸は、前記第２軸よりも長い
    請求項１又は２に記載の金属帯の冷却装置。
  5. 　前記第１軸は、前記幅方向に対して傾斜している
    請求項４に記載の金属帯の冷却装置。
  6. 　前記第１軸の前記幅方向に対する角度は１８度以下である
    請求項５に記載の金属帯の冷却装置。
  7. 　前記第１軸の前記幅方向に対する角度は５度以上１５度以下である
    請求項６に記載の金属帯の冷却装置。
  8. 　前記有効衝突域の輪郭は、一対の半円弧を２つの直線で接続した形状を有する
    請求項４に記載の金属帯の冷却装置。
  9. 　金属帯を熱処理するための炉と、
    　前記炉で熱処理された前記金属帯を冷却するように構成された請求項１又は２に記載の冷却装置と、
    を備えることを特徴とする金属帯の熱処理設備。
  10. 　走行する金属帯を、複数のノズルを含む冷却装置を用いて冷却する冷却方法であって、
    　前記複数のノズルから前記金属帯の表面に冷却媒体を噴霧して前記金属帯を冷却するステップを備え、
    　前記冷却するステップでは、前記複数のノズルの有効衝突域のうち、前記金属帯の走行方向にて隣り合う一対の有効衝突域の間の非有効衝突域の前記走行方向における長さＬａと、前記一対の有効衝突域の前記走行方向における中心間距離Ｌｎとの比Ｌａ／Ｌｎが０．２以上０．６以下となるように、前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧し、
    　前記有効衝突域は、前記ノズルから前記金属帯の表面に噴霧される前記冷却媒体に含まれる液体の前記表面における衝突密度が最大値の５０％以上となる領域である
    金属帯の冷却方法。
  11. 　前記冷却するステップでは、前記金属帯の表面１平方メートル当たりへの前記冷却媒体の噴霧量が毎分５００リットル以上となるように、前記複数のノズルから前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧する
    請求項１０に記載の金属帯の冷却方法。
  12. 　前記冷却するステップでは、６００℃以上の前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧して、１００℃以上４００℃以下の温度範囲まで前記金属帯を冷却する
    請求項１０又は１１に記載の金属帯の冷却方法。
  13. 　前記冷却するステップでは、前記有効衝突域の前記走行方向における長さＬｅが８０ｍｍ以上１４０ｍｍ未満となるように、前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧する
    請求項１０又は１１に記載の金属帯の冷却方法。
  14. 　前記冷却するステップでは、前記有効衝突域が、前記金属帯の幅方向に沿った第１軸と、前記第１軸に直交する第２軸と、を有し、かつ、前記第１軸が前記第２軸よりも長い形状となるように、前記金属帯の表面に前記液体を噴霧する
    請求項１０又は１１に記載の金属帯の冷却方法。
  15. 　前記冷却するステップでは、前記第１軸を前記幅方向に対して傾斜させた状態で、前記金属帯の表面に前記冷却媒体を噴霧する
    請求項１４に記載の金属帯の冷却方法。
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