JPH0433716A - 形鋼の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、特にＨ形鋼のフランジ冷却に用いられる形鋼
冷却装置に関する。

［従来の技術］ Ｈｆｆ’３鋼は、鋼板や鋼管に比較してその断面か特異
な形状をしているので、その熱間圧延による製造過程に
おいて種々の原因により残留応力か発生し、製品の変形
や機械的強度の低下等の好ましくない結果を招く。この
残留応力は主として圧延材料であるＨ形鋼の特異形状に
もとづくフランジ部２０とウェブ部２１の温度差によフ
て生ずるのて、圧延中のフランジ２０とウェブ２１の温
度差かある一定値内におさまるように、板厚の厚いフラ
ンジ部のみを強制冷却することにより、残留応力を低減
化する目的のためにフランジ冷却装置は配置される。こ
のＨ形鋼のフランジ冷却装置の技術は特開昭５５−４２
１４６、特開昭６２−２４８５０７　、特開平０１−２
６２０１６号公報で開示されている。

以下、その従来技術を第７〜９図に基ついて説明する。

複数個のノズル１を配設したノズルヘッダー２を複数本
組み込んだ冷却ユニット２５を、Ｈ形鋼か搬送される方
向に沿って複数組設け（以下、複数組の冷却ユニットの
中の一組々々を冷却ゾーンと呼ぶ）だものが知られてお
り、Ｈ形鋼のサイズや圧延速度に応して該ノズル１より
噴射される冷却水の水量を水量調整弁６で調整し、また
冷却水を噴射する冷却ゾーンの数を選択して、Ｈ形鋼の
フランジを前記ノズル１より噴射される冷却水により、
所定の冷却速度のもとに所定の温度まて冷却する方法が
とられている。

Ｈ形鋼のフランジ冷却装置による冷却方法の詳細を説明
する。

Ｈ形鋼がフランジ冷却装置に図示しないローラテーブル
により搬送されてくると、複数ゾーンに分割されたフラ
ンジ冷却装置の冷却ゾーン２５をＨ形鋼の先端か通過す
るまで、冷却水は開閉弁４により遮断されている。これ
は冷却水か噴射されている状態の中にＨ形鋼が侵入する
と、該冷却ゾーン２５のノズル１より噴射された冷却水
か、Ｈ形鋼のウェブ２１の上部に多量に乗ってしまい、
圧延中のフランジ２０とウェブ２１の温度差かある一定
植内におさまるように、板厚の厚いフランジ部のみを強
制冷却することにより、残留応力を低減化するという制
御が成立しなくなるからである。Ｈ形鋼の先端か冷却ゾ
ーンを通過すると同時に、該冷却ゾーンのノズルより冷
却水か噴射され、Ｈ形鋼のフランジ部のみか冷却され、
Ｈ形鋼の後端か該冷却ゾーンを通過すると、省エネルギ
ーなどのために該冷却ソーン２５から噴射されている冷
却水は、開閉弁４により遮断される。

またノズル１より噴射された冷却水かフランジを飛び越
えてウェブ上面に乗るとウェブ部の不必要かつ不都合な
温度低下をきたし、フランジ冷却の目的である板厚の厚
いフランジ部を冷却し、ウェブ部は冷却しないで、フラ
ンジ部とウェブ部の温度差をある一定値におさまるよう
という制御か成立しないようになる。従って、一般にノ
ズル１の取り付は姿勢を下向きに設定して、ノズル１よ
り噴射された冷却水かフランジ部を飛び越えてウェブ部
に乗らないようにしている。またＨ形鋼の数種類のフラ
ンジ幅サイズに対応するために、第８図に示すようにノ
ズルヘッダー２を複数段設けて、サイズに応じ冷却水を
噴射するヘツタ−２を選択するようにしてフランジ水冷
を実施している。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このように構成しているフランジ水冷装置に
は次のような問題点かある。

（１）Ｈ形鋼】８が当該冷却ゾーン２５を通過したと同
時に、開閉弁４は瞬時に開き、冷却水をノズルヘッダー
２に供給するが、液体供給配管２２（以後、冷却水供給
配管と呼ぶ）の途中およびノズルヘッダー２に空隙２３
かあるためにこの空隙２３が供給される冷却水によって
充填されるまでの時間ロスか起こる。その結果１．ノズ
ル１から瞬時に冷却水か噴射されないため、その時間ロ
スの分に相当する長さか冷却されない。そのため、冷却
されないＨ形鋼の先端には形状、強度等の品質上の問題
かｌ↓しる。

そこて、この問題を解決するため、時間ロス分たけ早目
に開閉弁を開くことも考えられるがその時間ロスは２〜
１５秒とバラツキか大きく的確な冷却水噴射かできない
。

前記配管内に空隙か発生する原因は、Ｈ形鋼の後端か当
該ソーン２５を通過して開閉弁４か遮断さ３ｚ、次のＨ
形鋼の先端か当該ゾーン２５を通過し前記開閉弁４が開
いて、当該ゾーン２５より冷却水を噴射するまての間、
冷却水か当該ゾーン２５に供給されないため、その間に
当該ゾーンのノズルヘッダー２およびその冷却水供給配
管２２内の冷却水か、ノズルヘッダー２に配設されたノ
ズル１より外部に漏洩してしまうためである。

（２）前記欠点を解除すへく、Ｈ形鋼の先端か当該ゾー
ン２５に侵入する前に前記開閉弁４を開き、Ｈ形鋼の先
端か当該ゾーン２５に侵入する直前に開閉弁４を遮断し
、Ｈ形鋼の先端か当該ゾーン２５を通過すると同時に開
閉弁４を開いて、配管２２内の空隙の悪影響かないよう
な方法が取られているが、この方法によれば不必要な冷
却水を大量に消費することになり、不経済である。

（３）またさらに、冷却停止温度の制御のためＨ形鋼が
当該ゾーン２５を通過している間に、開閉弁４を遮断し
てＨ形鋼のフランジ水冷を停止しようとする場合におい
て、開閉弁４か遮断されて冷却水の供給か停止しても、
ノズル１の先端より冷却水か漏洩するため所定の冷却停
止温度の制御か崩れてしまい、Ｈ形鋼の内部に残留応力
が発生し、形状が崩ね製品の品質を悪化させるという問
題点がある。

これは開閉弁４が遮断され、冷却水の供給か停止した瞬
間に冷却水供給配管２２内に圧縮されて残留しているエ
アーか膨張し、それに相当する冷却水が、ノズル１より
排出されるか、その結果当該圧縮エアーの圧力が大気圧
よりも低くなり、今度は、ノズル１の噴射口よりエアー
が配管内に侵入するか、この現象が繰り返されることに
より、ノズル１の噴射口より断続的に冷却水か漏洩する
ためである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、当該ゾーン２５に冷却水を供給する配管２２内およ
び複数個のノズル１を配設したノズルヘッダー２内に、
常に冷却水が充満するようにして空隙２３が発生しない
ようにし、開閉弁４が開くと同時に瞬時にノズル１より
冷却水が噴射するようにして、開閉弁４が開いてからノ
ズル１より冷却水が噴射するまての時間ロスを極小とす
るとともに、大量の冷却水を消費すること無く、かつ開
閉弁４か遮断されると同時に、確実にノズル１からの冷
却水が停止し、冷却水の供給が停止した瞬間にノズル１
の噴射口よりエアーが配管２５内部に侵入しないように
して、フランジ冷却に悪影響を及ぼすノズル１からの冷
却水の漏洩を皆無とじた生産性の高いフランジ水冷装置
を提供することを目的とする。

その目的達成のため、本発明は、ノズル姿勢を斜め下方
向に設定し、該ノズルを複数個ノズルヘッダーに配列し
、該ノズルヘッダーに液体供給管を接続し、該液体供給
管とは別個に、補給液供給管を前記ノズルヘッダーに接
続する。そして、必要に応してその補給液供給管に圧力
制御弁および／または流量制御弁を設けたり、さらに、
複数個のノズルを、逆Ｕ字状のノズル用技管を介しノズ
ルヘッダーに配列し、該逆Ｕ字状の枝管をノズルヘッダ
ーの上部に設けたり、ノズルヘッダー上部に自動エアー
抜き機構を設けたり、ノズルとノズルヘッダーの間にク
ラッキング圧力を有するチェック弁を設けたりする。

［作用］ 上記手段により、ノズルヘッダーなとの液体供給管内の
空気溜まりかなくなり、その空気溜まりによるノズルか
らの液噴出の応答遅れをなくした。

この作用を、発明者等は、冷却液体として水を用いて、
Ｈ形鋼のフランジを冷却するフランジ水冷実験を実施し
、以下の知見を得た。すなわち、（１）ノズル１から流
出する冷却水の水量に相当する水量を、すなわち、ノズ
ル１に対して水切れを発生させない少量の水量を、冷却
水供給配管２２とは別個の補給水供給配管２３から供給
することにより、冷却水供給配管２２、特に複数個のノ
ズル１か設けられたノズルヘッダー２内に空隙（空気溜
まり）２３か発生することを防止することかできる。

ノズル１か通常１向きであるため、冷却水供給配管２２
に設けられた開閉弁４が遮断されて冷却水の供給か停止
した場合、該ノズルヘッダー２に設けられだ複数個のノ
ズル１から冷却水か少量なから流出し、逆にエアーがノ
ズル１よりノズルヘッダー２内に流入し、その結果、冷
却水供給配管２２、特に複数個のノズル１か設けられた
ノズルヘッダー２内に空隙（空気溜まり）２３が発生す
る。

空隙か発生すると、該ノズル１からの冷却水の漏洩量は
増幅され、最終的には該ノズルヘッダー２内は完全な空
間となることがあるが、本発明の方法は、この不都合な
現象を防止するために極めて有効である。

（２）補給水供給配管２３に圧力制御弁または流量調整
弁を各々設けるか、または組合せて設け、補給水配管２
３の圧力または流量を一定に保つことにより、より精度
の高い補給水の供給が可能である。

冷却水供給配管２２とは別系統の補給水系統２３の圧力
が変動して、所定圧力よりも圧力が低くなった場合、ノ
ズル１から流出する冷却水の水量に相当する補給水が供
給されないのて、冷却水供給配管２２の配管内に空隙か
発生するという不都合な現象が起こり、また逆に所定圧
力よりも補給水配管２３の圧力が高くなった場合は、ノ
ズル１より多くの水量が噴出するので本来かかるへきで
ないＨ形鋼のフランジ部に冷却水がかかり、冷却制御が
成立しなくなるという不都合な結果を招く。かかる不都
合な現象を解消する上で補給水配管２３に圧力制御弁ま
たは流量調整弁を各々設けるか、または組合せて設け、
補給水系統の圧力もしくは流量を一定に保つことが、極
めて有効であることか実験により明らかとなった。

（３）ノズルへの枝管１７を、該ノズルヘッダー２の中
心よりも上側から分岐するように構成することにより、
ノズルヘッダー２に空隙２６の発生を防止てきる。すな
わち、冷却水が噴射されることにより、ノズルヘッダー
２内に空隙かあったとしても、冷却水と共にエアーはノ
ズル１より排出されるので、空隙の発生はそわ以後は起
こらない。

（４）冷却水供給配管２２、特に複数個のノズル１か設
けられたノズルヘッダー２内に発生する空隙（空気溜ま
り）２６を除去するために、冷却水供給配管２２の途上
に自動エア抜き機構２４を設けることにより、ノズルヘ
ッダー２に空隙２６の発生を防止てきる。−数的に、冷
却水の中には常に少量の空気か含まれており、この空気
が時間の経過と共に徐々に冷却水供給配管２２の途上、
特に凸字型の配管の上部やノズルヘッダー２の上部に蓄
積されるので、この空気を除去するために自動エア抜き
機構２４は極めて有効であることが分った。自動エア抜
き機構のタイプとしては、例えば第４図（ａ）に示すよ
うなりラッキング圧力を有したチェック弁１５を用いる
ことかできる。さらに該チェック弁の１５のゴミつまり
を防止するために、チェック４１５の上流側に図示しな
いフィルタを設けても良い。

（５）前記冷却水を噴射するノズル１に、液体流出防止
機構を設けることにより、ノズルヘッダー２に空隙２６
の発生を防止できる。

ノズル噴射口の上流側に、クラッキング圧力を有するチ
ェック弁式の流体流出防止機構１４を設けることが、前
記不都合な現象の解消に極めて有効であることが分かっ
た。すなわち、冷却水供給配管２２に設けられた開閉弁
４か遮断されて冷却水の供給が停止した場合において、
該ノズルヘッダー２に設けられた複数個のノズル１から
は流体流出防止機構１４の作用により冷却水は流出せず
、かつ外部からのエアーの流入も遮断されるのて、ノズ
ルヘッダー内部の空隙は発生しない。

第６図（ａ）は、冷却水供給配管２２内およびノズルヘ
ッダー２内に空隙がある場合において、開閉弁４が開閉
したときのノズルヘッダー２の部分での圧力の挙動を実
測したチャートであり、第６図（ｂ）はこれらの空隙を
無くしたときのタイムチャートを示す。両者の間には、
明らかに圧力の仕上かりおよび立ち下がりの時間に差異
が認められ、上記（１）〜（５）の対策を講じて、冷却
水供給配管２２内およびノズルヘッダー２内に空隙が無
いようにすることが、開閉弁４の開閉に対する、ノズル
１部での冷却水の噴射・停止の応答性向上に極めて有効
であることを実証している。

［実施例コ 第１図に、本発明の第１項の実施例を示す。

２２は冷却水供給配管、２３は補給水供給配管である。

冷却水配管２２には流量を調整する流量調整弁６、流量
を計測する流量計５、冷却水の通水・遮断を行う開閉弁
４そして冷却水の逆流を防止する逆止弁３が設けられて
いる。補給水供給配管２３には、冷却水が補給水配管内
に流れ込むのを防止するための逆止弁８が設けられてお
り、この補給水供給配管２３は前記冷却水供給配管２２
の逆止弁３の下流側に連結される。冷却水および補給水
はノズルヘッダー２に供給され、ノズル１より噴射され
る。−本のノズルヘッダー２とそのノズルへツタ′−に
配設される複数のノズル１は、一つの冷却ユニット２５
を構成しており、それは被冷却材に対して左右対称に配
置されていて、一つの冷却ゾーンを構成している。通常
、この冷却ゾーンは被冷却材の流れ方向に沿って複数ゾ
ーン設けられる。

冷却水をノズル１より噴射する場合は、冷却水供給配管
２２の開閉弁４が開き冷却水はノズルへ・ンター２を経
由してノズル１より噴射される。このとき冷却水か補給
水配管２３の方に流れ込まないように、逆止弁８が設け
られており、また、補給水の圧力は冷却水の圧力よりも
低く、補給水は冷却水供給配管２２側に流れないのて、
流量調整弁６て調整された冷却水量が変動すること無く
ノズル１より噴射される。

開閉弁４か遮断されると、冷却水の供給が停止されるの
て補給水供給配管２３より補給水が逆止弁８を介してノ
ズルヘッダー２へと供給され、ノズル１より流出する。

このときの補給水の量は、エアかノズルヘッダー内に逆
流しない程度の水量かノズル１より流出する程度でよい
。

第２図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第２項の実施例であ
る。

第２図（ａ）は第１図の補給水供給配管２３に、圧力調
整機構として減圧弁１０と圧力計１１を配設した実施例
であり、補給水の供給量を一定値に保持する目的て設け
られる。

第２図（ｂ）は複数の冷却ユニッｉ・２５に接続された
補給水配管の別の実施例てあり、一つの減圧弁ｌＯによ
り圧力調整された補給水が、複数ユニットに供給される
ように構成されている。

第２図（ｃ）は第２図（ｂ）の実施例で示される圧力調
整機構として、減圧弁のかわりにリリーフ弁１２を配設
した実施例である。

第２図（ｄ）は第２図（ｂ）の実施例で示される圧力調
整機構としての減圧弁１０の代わりに、流量調整機構と
しての流量調整弁１３を配設した実施例である。

第２図（ｅ）は補給水供給配管２３に圧力調整機構とし
て減圧弁１０を設け、さらに流量調整機構としての流量
調整弁１３を組み合わせて使用した例てあり、補給水の
水源を冷却水供給水源と同一にした実施例である。

第３図に、本発明の第３項の実施例を示す。

枝管１７はノズルヘッダー２の上部よりとられているか
、この取りたし位置は真−トに限定されず、ノズルヘッ
ダー２の上半分ならとの位置でもよい。

第４図（ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第４項の実施例であ
る。

第４図（ａ）はノズルヘッダー２の上部に自動エア抜き
機構として、冷却水の供給圧力よりも低いクラッキング
圧力を有する逆止弁１５を設けた実施例である。この取
りたし位置は真上に限定されず、ノズルヘッダー２の上
半分ならとの位置でもよい。

第４図（ｂ）はノズルヘッダー２の上部に自動エア抜き
機構として、開閉弁１６を設けた実施例である。この取
りだし位置は真上に限定されず、ノズルヘッダー２の上
半分ならとの位置てもよい。この開閉弁は、冷却水供給
配管２２の開閉弁４の開閉に合わせて開閉される。

第４図（Ｃ）は冷却水供給配管の途上の凸部に自動エア
抜き機構２４を配設した実施例である。

第５図は、本発明の第５項の実施例であり、ノズル１の
上流側に冷却水の供給圧力よりも低いクラッキング圧力
を有する逆止弁１４を設けた実施例である。

第６図はノズルからの冷却水噴出開始の応答遅れ時間を
示したもので、（ａ）は本発明の応答遅れ時間、（ｂ）
は従来の応答遅れ時間を示す。テスト条件は、ヘッダー
管の圧力は０．５〜３．０ｋｇ／ｃｍ２、ヘッダー管の
サイズは２インチ、ノズルはへツター管１本に対し、１
５個装置しており、サイズは３／８インチで、ノズル１
個あたりの流量は４．５〜１１Ｉｌ／ｍｉｎである。又
、開閉弁４からへツタ−２まての配管サイズは１％イン
チで長さは１０ｍ〜２５ｍである。

この図は縦軸にノズルヘッダー内の冷却水圧力、横軸に
時間を取り、開閉弁が開いて冷却水圧力が何秒て規定の
圧力に達するかを計測したもので、従来では開閉弁開か
ら圧力立ち上がりまで２〜１５秒を必要とし、空気溜ま
りの量次第で大きなばらつきがあった。ところが本発明
では開閉弁開から圧力立ち上がりまて０．５秒と応答遅
れ時間か短くなり、その時間のばらつきも殆となくなっ
た。

逆に、冷却水噴出停止の場合もほぼ同じような応答遅れ
時間の結果がでた。

このため、本発明は応答性が非常に良いので、Ｈ形鋼長
さ方向に適正な冷却が可能となった。例えば、従来の（
ｂ）図で圧力立ち上かり時間か１０秒の場合、規定の圧
力でないとフランジ全面を冷却するためのノズル噴出角
度に達しないので、１０秒手前で開閉弁を開く必要があ
る。その場合、Ｈ形鋼の先端は冷却ノズル位置に達して
いないので冷却水はＨ形鋼の先端からかなり侵入し、ウ
ェブの上部に溜まる。そのため、ウェブを冷却し、Ｈ形
鋼が変形したり、強度低下の原因である内部応力を発生
させる。

また、Ｈ形鋼先端通過とほぼ同時に開閉弁を開くとＨ形
鋼フランジの高さ方向の不均一冷却か生しる。本発明は
このような問題を一挙に解決てきる。

［発明の効果］ 本発明は下記の顕著な効果を奏する。

■冷却水噴出開始および停止の応答遅れ時間かないのて
、形鋼長さ方向の必要な位置に適正な冷却かてきる。

■形鋼フランジの高さ方向の均一な冷却かてきる。特に
冷却水噴出開始および噴出終了時に最も効果がある。

■形鋼のウェブへ冷却水を吹き掛けて、ウェブを冷却し
、形鋼が変形したり、強度低下の原因である内部応力を
発生させることかなくなる。

■形鋼の冷却による変形を僅少にてき、かつ、内部応力
の小さい形鋼を製造できる。

■ノズルヘッダー等の冷却水配管系の空気溜まりの影響
を僅少にするため、形鋼冷却前の約１５秒間冷却水噴出
を行い、冷却直前て開閉弁を閉め、その後、形鋼先端が
冷却ゾーンに侵入してきたと同時に冷却水を噴出する従
来の方法と比較して、本発明者試算で５００．ＯＯＯ［
ｌ＋３／年の冷却水の低減を図れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１項の発明の詳細な説明図、第２図
（ａ）は本発明の第２項の発明の詳細な説明図、第２図
（ｂ）は本発明の第２項の発明の別の実施例の説明図、
第２図（Ｃ）は本発明の第２項の発明の別の実施例の説
明図、第２図（ｄ）は本発明の第２項の発明の別の実施
例の説明図、第２図（ｅ）は本発明の第２項の発明の別
の実施例の説明図、第３図は本発明の第３項の発明の詳
細な説明図、第４図（ａ）は本発明の第４項の発明の詳
細な説明図、第４図（ｂ）は本発明の第４項の発明の別
の実施例の説明図、第４図（Ｃ）は本発明の第４項の発
明の別の実施例の説明図、第５図は本発明の第５項の発
明の詳細な説明図、第６図（ｂ）は従来技術の圧力立上
かり応答性の実測チャート、第６図（ａ）は本発明によ
る圧力立上がり応答性の実測チャート、第７図は従来技
術の説明図、第８図は従来技術の説明図、第９図は従来
技術の説明図である。 １・・・ノズル、２・・・ノズルヘッダー１３・・・逆
止弁、４・・・開閉弁、５・・・流量計、６・・・流量
調整弁、７・・・集合へツタ−１８・・・逆止弁、９・
・・集合へツタ−１ＩＯ・・・減圧弁、１１・・・圧力
計、１２・・・リリーフ弁、１３・・・流量調整弁、１
４・・・逆止弁、１５・・・逆止弁、１６・・・開閉弁
、１７・・・枝管、１８・・・Ｈ形鋼、１９・・・搬送
ローラ、２０・・・フランジ、２１・・・ウェブ、２２
・・・冷却水供給配管、２３・・・補給水供給配管、２
４・・・自動エアー抜き機構、２５・・・冷却ユニット
（冷却ゾーン）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ノズル姿勢を斜め下方向に設定し、該ノズルを複数
   個ノズルヘッダーに配列し、該ノズルヘッダーに液体供
   給管を接続し、該液体供給管とは別個に、補給液供給管
   を前記ノズルヘッダーに接続してなることを特徴とする
   形鋼の冷却装置。 ２、補給液供給管に圧力制御弁および／または流量制御
   弁を設けてなることを特徴とする請求項１記載の形鋼の
   冷却装置。 ３、複数個のノズルを逆Ｕ字状のノズル用枝管を介して
   ノズルヘッダーに配列し、該逆Ｕ字状の枝管をノズルヘ
   ッダーの上部に設けてなることを特徴とする請求項１又
   は２記載の形鋼の冷却装置。 ４、ノズルヘッダー上部に自動エアー抜き機構を設けて
   なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載
   の形鋼の冷却装置。 ５、ノズルとノズルヘッダーの間にクラッキング圧力を
   有するチェック弁を設けてなることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれか１項記載の形鋼の冷却装置。