JPH0122326B2

JPH0122326B2 -

Info

Publication number: JPH0122326B2
Application number: JP55089983A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kunioka; Zenichi Ono; Shigeo Mitsui
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1980-07-03
Filing date: 1980-07-03
Publication date: 1989-04-26
Also published as: JPS5716124A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、熱間圧延された棒鋼材を、全長に
わたり均等に、かつ効率的に強制冷却し得る、棒
鋼材の冷却方法に関するものである。棒鋼の製造に当り、熱間圧延の最終スタンドを
出た高温の棒鋼材は、冷却床において冷却された
後、所定の長さに切断され、製品となる。上記した高温の棒鋼材を冷却するに当り、これ
を空気中での自然冷却により行なうと、前記棒鋼
材の最終パス時における温度が950〜1050℃の高
温のため、冷却に長時間を要し、その間における
空気中の酸素との接触時間が長いので、酸化量が
多くなる。その結果、棒鋼材の表面に、二次スケ
ールが発生し、外観、加工性、施工性等が劣化し
て、製品の品質低下を招く上、冷却に長時間を要
するところから、冷却床に広い面積を必要とし、
設備の大型化、高温による環境悪化等の問題が生
ずる。上記問題を解決するため、従来から熱間圧延後
の棒鋼材を冷却水により強制冷却することが行な
われている。このような強制冷却の方法として、
従来、二重水冷筒式冷却用筒体による冷却スプレーノズルによる冷却が知られている。第１図は上記の二重水冷筒式
冷却用筒体の概略正面図で、冷却用筒体は、冷却
水の導入管３が設けられた外筒１と、外筒１より
小径の内筒２とからなり、内筒２には、その円周
方向にわたつて、内筒２の軸線を通過する棒鋼材
５に対し、法線方向に複数の冷却水噴出口４が設
けられ、外筒１と内筒２との間に、導入管３から
送りこまれた冷却水を前記噴出口４から内筒２内
へ噴出させ、この噴出流および内筒２内に充満し
た冷却水によつて、棒鋼材５の冷却が行なわれ
る。第２図は上記のスプレーノズル式冷却体の概
要を示す慨略正面図で、冷却水の導入管６が設け
られたリング状の冷却管７に、その軸芯を通過す
る棒鋼材５に対し、法線方向に複数のスプレーノ
ズル８が設けられており、このようなリング状の
冷却管７を、棒鋼材５のパスラインに沿つて一定
の間隔で複数個列設の上、前記スプレーノズル８
から噴出する冷却水により、棒鋼材５の冷却が行
なわれる。しかるに、上記の二重水冷筒式冷却用筒体を
使用した冷却には、次のような問題があつた。 (1) 被冷却材が異形棒鋼の場合は、冷却水噴出口
４から常時冷却水が噴射されていると、前記異
形棒鋼材５が内筒２内へ進入したときに、異形
棒鋼材５に形成されている横ふしによつて、内
筒２内に充満されている冷却水が、異形棒鋼材
の進行方向に一時的に押出される現象が生ず
る。その結果、異形棒鋼材のパス方向先端部付
近と、その他の部分とでは、冷却後の温度に大
きな差が生じ、先端部付近のみが過冷却となる
ため、全長にわたる均等冷却が不可能となる。
例えば、異形棒鋼材５の先端部付近以外の表面
温度が、冷却後850℃となるように冷却流量を
設定して冷却を行なつた場合、その先端部から
５〜６ｍの部分は、500〜700℃に過冷却され
る。その結果、異形棒鋼材５にその長さ方向に
わたる彎曲が生じ、以降の工程におけるトラブ
ルの原因となる。 (2) 異形棒鋼材５に形成された、各横ふし部分の
冷却状態を見ると、異形棒鋼材５の進行方向に
面した横ふしの前面側は、反対の横ふし後面側
に比べ、冷却水に多く接触する結果、過冷却と
なり、温度降下が大きい。このように、横ふし
の前面側と後面側とにおける冷却温度の相違
は、異形棒鋼材５の硬度、降伏点等、機械的性
質に大きな影響を与え、また赤さび状の付着物
（Fe₂O₃・xH₂O）の発生を招く。 (3) 噴出口４からの冷却水噴射を常時行なわず、
異形棒鋼材５の先端が冷却用筒体に進入したと
きに、これを検知して冷却水の噴射を開始し、
異形棒鋼材全長にわたつて均一な温度となるよ
うに、冷却水の水量等を制御して冷却を行なえ
ば、上記した問題の(1)は解決されるが、棒鋼材
のパススピードが10〜30m/sに達する最近の高
速ミルにおいて、上記の如き制御注水を行なう
ことは容易でなく、そのためには、多額の設備
投資が必要とされる。また、上記のスプレーノズル式冷却は、均等
冷却の点では優れているが、冷却能が小さいため
水冷ラインが長くなり、最近の高速ミルでは殆ん
ど応用が出来ない。この発明は、上述のような観点から、熱間圧延
された棒鋼、特に異形棒鋼の冷却における上述し
た問題点を解決し、棒鋼の全長を均等に、かつ効
率的に強制冷却し得る、冷却用筒体を使用した棒
鋼材の冷却方法を提供するもので、冷却用筒体の
同一円周上に所定間隔をおき、かつ前記筒体の軸
線方向に所定間隔で配置された多数の噴射口を、
前記筒体の法線に対して所定角度傾斜させて設
け、前記噴射口から噴射される冷却水をして、筒
体の軸線に沿つて中空部を有する旋回流を形成さ
せると共に、前記中空部の径を少なくとも棒鋼材
の呼径より小となし、この中空部に棒鋼材を通過
させ、冷却水の旋回流によつて冷却を行なうこと
に特徴を有するものである。次に、この発明を実施例により、図面と共に説
明する。第３図には、この発明の方法に使用される冷却
用筒体の一例が長さ方向の断面図により、第４図
には、第３図のＡ―Ａ線断面図により示されてい
る。図面において、１４は外筒９と内筒１０とか
らなる冷却用筒体で、外筒９には冷却水の導入管
１１が設けられている。１２は、内筒１０に設け
られた複数の冷却水噴射口で、内筒１０の法線に
対して所定角度θ傾斜させて設けてあり、内筒１
０の同一円周上に等間隔で、かつ内筒１０の軸線
方向に所定間隔で配置されている。このような冷却用筒体１４において、導入管１
１から外筒９と内筒１０との空間部に冷却水を注
水すると、前記冷却水は、内筒１０に設けられた
冷却水噴射口１２から、内筒１０内に噴射される
が、冷却水噴射口１２は上述した如く、内筒１０
の法線に対して所定角度θ傾斜させて形成されて
いるため、前記冷却水噴射口１２から噴射される
冷却水の流量が一定量以上になると、内筒１０内
で噴射された冷却水に慣性が発生し、冷却水は第
５図に示す如く内筒１０の内周に沿つて旋回を始
める。そして、この旋回による遠心力で、内筒１
０の軸線に沿つて中空部１３が生成される。前記中空部１３は、内筒１０の径、冷却水の投
下水量、冷却水噴射口１２の傾斜角度等によつ
て、その径を自由に選択することができるから、
冷却すべき異形棒鋼材５の直径によつて、中空部
１３を適切な径となすことにより、前述した従来
技術の問題点を解決することができる。即ち、上記した中空部１３の径を、異形棒鋼材
５が通過したときに、旋回する冷却水に触れて冷
却され、しかも、異形棒鋼材５に形成されている
横ふしによつて冷却水が押出されない程度の径に
すれば、異形棒鋼材５は、その先端部付近が過冷
却されることなく、全長にわたつて均一に冷却さ
れる。このような中空部１３の径は、少なくとも異形
棒鋼材５の直径以下であることが必要で、直径以
上では冷却効果が少ない。また、冷却水は、内筒１０の内周面に沿つて円
周方向に旋回しているから、異形棒鋼材５におけ
る各横ふし部分の、その進行方向から見て前面側
および反対の後面側のいずれも均一に冷却され、
従来の如く、横ふし前面側のみが過冷却されるこ
とはない。上記した、内筒１０内に冷却水旋回流により形
成される中空部１３の径は、本発明者等による実
際の操業経験から、異形棒鋼材５の呼径の50〜80
％が好ましい。第６図イ，ロは、中空部１３の径
と異形棒鋼材５の呼径との関係を示す説明図であ
る。図面において、５は内筒１０内を通過する異
形棒鋼、５ａはその横ふし、５ｂはその縦ふし
で、１３は内筒１０内にその軸線に沿つて生成さ
れた中空部である。Ｄは異形棒鋼材５の呼径、Ａ
およびＢは、中空部１３の径で、ＡはＤ×80％の
場合、ＢはＤ×50％の場合を示す。第１表には、異形棒鋼５の呼径Ｄが32mm、25
mm、および16mmの場合において、内筒１０に形成
された中空部１３の径を、異形棒鋼５の呼径の30
〜100％となした場合における異形棒鋼５の冷却
状態が示されている。なお、同表において、呼径
が32mmの異形棒鋼５に対し、その呼径の50％の中
空部１３を形成させる場合の条件は、下記の通り
であり、その他各種の径の中空部は、下記に準じ
て形成される。内筒径：80mm 冷却水噴射口の傾斜角度： 5゜冷却水の流量： 4/s

【表】上記第１表において、○印は適正冷却を、△印
はやや冷却不足を、×印は冷却不足を、●印はや
や局部過冷却を、そして、●●印は局部過冷却を
夫々示す。また、第７図は上記第１表の関係をグ
ラフで表わしたもので、Ｘは適正冷却領域を、Ｙ
は過冷却領域を、またＺは冷却不足領域を示す。
第１表および第７図から明らかなように、中空部
１３の径が、異形棒鋼の呼径の80％を超えると、
内筒の内周面に沿つて旋回する冷却水が異形棒鋼
に十分接触せず、従つて冷却不足が生じ、一方、
異形棒鋼の呼径の50％未満では、前述した従来技
術の欠点が改善されず、先端部付近のみの過冷却
が発生する。第８図には、この発明方法により冷却を行なう
場合の設備の一例が示されている。図面におい
て、１５ａ，１５ｂ，１５ｃは圧延スタンド、１
４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅは、前記
圧延スタンド１５ａ〜１５ｃに続いて列設された
上述の冷却用筒体、１６は前記冷却用筒体１４ａ
〜１４ｅに冷却水を必要な水量および圧力により
供給するためのポンプ装置、１７は流量計、１８
は最終の冷却用筒体１４ｅに続いて設けられた、
異形棒鋼がもたらす冷却水の水切り機能を備えた
水切り兼誘導樋、１９は誘導樋、２０はピンチロ
ーラ、２１は温度計である。冷却用筒体１４における内筒および外筒の径並
びに長さの一例を挙げると、次の通りである。内筒径……被冷却材の直径＋（40〜80mm）外筒径……内筒径＋（40〜60mm）長さ ……500〜1000mm また、内筒１０内に形成される中空部１３の径
は、冷却水噴射口１２の傾斜角度によつて変える
ことができる。第２表にその一例を示す。

【表】上述した設備において、第７図に示した矢印の
パスラインにより送りこまれた棒鋼材は、圧延ス
タンド１５ａ，１５ｂ，１５ｃによつて所定の径
に圧延された後、冷却用筒体１４ａ〜１４ｅから
なる水冷ゾーンにより均一に冷却が施され、水切
り兼誘導樋１８、誘導樋１９を経て、次の工程へ
と送られる。上記した実施例においては、冷却用筒体１４は
５基設けられているが、この基数は、仕上圧延ス
ピード、棒鋼材の径、目標冷却温度等の条件によ
り定められる。下記第３表にその一例を示す。

【表】なお、上記した複数基の冷却用筒体における冷
却水噴射口の傾斜方向を、各冷却用筒体によつて
変え、冷却水の旋回流の向きを冷却用筒体毎に正
逆交互に行なわせれば、異形棒鋼の横ふしが傾め
の場合やクロス状の場合に効果的である。また、冷却水の旋回流が異形棒鋼の長さ方向に
形成された縦ふしに当たることにより、冷却水に
撹乱作用が生ずるため、この撹乱作用により、少
ない水量で効率的な冷却が可能となる効果もあ
る。更に、内筒に設けられた冷却水噴射口の傾斜
を、内筒の法線に対して傾斜させると共に、内筒
の軸線方向に対しても傾斜させるときは、冷却水
に内筒の軸線に沿う中空部が形成された状態で、
螺旋状に旋回しつつ、上流側から下流側に向う流
れが生ずる。従つて、このような流れを、ノンフ
リクシヨンガイドあるいは移送手段としても利用
することができる。以上詳述したように、この発明によれば、棒鋼
材を全長にわたり均等に冷却することができ、先
端部付近の過冷却による変形等が生ずることはな
く、また二次スケールも発生しないから、機械的
性質及び外観の優れた高品質の棒鋼が得られ、し
かも効率的に、高度な制御系等特別な設備も要せ
ず冷却が行なえる等、工業上優れた効果がもたら
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の二重水冷筒式冷却装置を示す概
略正面図、第２図は同じくスプレーノズル式冷却
装置を示す概略正面図、第３図はこの発明に使用
される冷却装置の一例を示す長さ方向の断面図、
第４図は第３図Ａ―Ａ線断面図、第５図はこの発
明の冷却状態を示す説明図、第６図イ，ロはこの
発明における中空部の径と異形棒鋼の径との関係
を示す説明図、第７図は中空部の径と冷却効果の
関係を示す図、第８図はこの発明方法を実施する
場合の設備の一例を示す説明図である。図面にお
いて、５…異形棒鋼材、９…外筒、１０…内筒、１１
…導入管、１２…冷却水噴射口、１３…中空部、
１４…冷却用筒体、１５…圧延スタンド、１６…
ポンプ装置、１７…流量計、１８…水切り兼誘導
樋、１９…誘導樋、２０…ピンチローラ、２１…
温度計。

Claims

【特許請求の範囲】１冷却用筒体の同一円周上に所定間隔をおき、
かつ前記筒体の軸線方向に所定間隔で配置された
多数の噴射口から噴射する冷却水により、前記筒
体内を通過する棒鋼材の冷却を行なう棒鋼材の冷
却方法において、前記噴射口を、前記筒体の法線に対して所定角
度傾斜させて設け、前記噴射口から噴射される冷
却水をして、筒体の軸線に沿つて中空部を有する
旋回流を形成させると共に、前記中空部の径を少
なくとも棒鋼材の呼径より小となし、この中空部
に棒鋼材を通過させ、冷却水の旋回流によつて冷
却を行なうことを特徴とする棒鋼材の冷却方法。