JPH08155528A

JPH08155528A - 金属板の冷却装置

Info

Publication number: JPH08155528A
Application number: JP29677794A
Authority: JP
Inventors: Yoshimichi Hino; 善道日野
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】均一かつ広い範囲で冷却能の制御が可能な金
属板の冷却装置を提供する。【構成】ラミナーフロー４を偏向させる導流板２と、
導流板２から落下する冷却水を透過して分散させる透過
型分散板１とを有するラミナーフロー方式の金属板の冷
却装置において、導流板２および透過型分散板１の双方
を上下方向に移動させる高さ調節機構３を備えているこ
とを特徴とする金属板の冷却装置である。【効果】導流板２と透過型分散板１の上下方向の距離
を適切に配置することにより、透過型分散板１に当たる
冷却水の運動量の鉛直成分を大幅に低下させることがで
きる。その結果冷却水の分散効果が得られ、冷却能を大
幅に小さくできる。同時に、冷却水の分散も均一化され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱延鋼板等の高温の
金属板を所望の冷却速度で均一に冷却することのできる
金属板の冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱延鋼板等の高温の金属板を冷却する装
置については、種々の冷却装置が開発されているが、中
でも熱間圧延機のランナウトテーブルの冷却装置が代表
的なものである。ここでは、金属板の上面を冷却するた
めに金属板の上方数１０ｃｍ〜２ｍに冷却ノズルを設置
している。冷却方式としては、スプレ方式に比べて、水
圧をかける必要がないこと、ノズル詰まりが起こりにく
いこと、また冷却能が高いこと等の理由で、ラミナフロ
ー方式が広く用いられている。このラミナフロー方式に
用いられるノズルは、パイプ状のノズルであり、ヘッダ
から供給される冷却水をラミナフローとして金属板の表
面に到達させるいわゆるパイプラミナ冷却装置である。

【０００３】しかしながら、ラミナフロー方式では冷却
能は高いが冷却能の調節範囲は狭い。それは、水量を絞
ると平均的な冷却能は低下するものの、金属板の場所に
より冷却能が不均一となるためである。一般に、水量を
絞った場合、ラミナフロー直下では冷却能がそれ程低下
しないのに対して、ラミナフロー直下から離れた部分の
冷却能は大幅に低下する。その結果、金属板の幅方向に
冷却の強い部分と弱い部分が生じ、幅方向の材質に不均
一が生じる原因ともなる。このように冷却水量を絞った
場合に発生する冷却能の不均一を防ぐための対策として
は、次のような技術が提案されている。

【０００４】特開昭５３−８５７０８号公報記載の技術
（従来技術）は、ラミナフローを大型受皿状の容器
（シャワタンク）で受け止めて、底面に設けた多数の散
水孔から金属板に散水するものである。この散水孔の孔
径とピッチにより薄物に適した冷却散水量を得ようとし
ている。

【０００５】特開昭６２−１２４０１４号公報記載の技
術（従来技術）は、ラミナフローを透過型の水分散板
で分散させて、金属板に散水するものである。この技術
では、スケール等による水分散板の目詰まりを防ぐた
め、網目の比較的大きい網目板を用いている。また、こ
の網目板は、必要に応じて複数用いて互いにずらせて配
置し、実質的な網目の寸法を小さくしている。

【０００６】また、別の技術（従来技術）では、ラミ
ナフローのヘッダの間の空間に、緩徐冷却専用の冷却装
置を設置したものもある（第２８回日本伝熱シンポジウ
ム講演論文集、１９９１−５）。

【０００７】更に、特開平６−１７９０１２号公報記載
の技術（従来技術）は、ラミナフローを水流誘導板と
透過型の水分散板で分散させて、金属板に散水するもの
である。この技術では、水流誘導板により冷却水が金属
板の幅方向に均一化される。その後水分散板で散水とな
り金属板に降り注ぐので、均一な緩冷却が可能となる。

【０００８】図４は、この技術の冷却装置を板幅方向か
ら見た立面図である。図中、１は水分散板、２は水流誘
導板、４はラミナフロー、５はパイプノズル、６はヘッ
ダ、７は水滴、８は金属板、９は搬送ローラ、２２は回
転駆動軸をそれぞれ示す。図４（ａ）は、水流誘導板２
を回転駆動軸２２で回転して（持ち上げて）ラミナフロ
ー４の流路の中に入れて流路を偏向させ、金属板８を緩
冷却する場合を示し、同図（ｂ）は、水流誘導板２をラ
ミナフロー４の流路から外して通常の急冷を行う場合を
示す。このように、この技術では水流誘導板２を回転駆
動させて、位置が固定された水分散板１に冷却水を導く
ことにより、緩冷却と通常のラミナフロー冷却を切り換
えている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、冷却
水を一旦タンク（シャワタンク）に溜めているのでこれ
が一種のヘッダとなる。従って、その底面の散水孔の孔
径が１ｃｍ程度と大きければ、この散水孔から流出する
冷却水は再度ラミナフローを形成するので、結果として
冷却能を小さくすることができない。そのため、この技
術では孔径の最適値を０．５〜２．０ｍｍとしている。
しかし、通常の金属製造の工場では、冷却水に循環水等
の固形物の多い水を用いているので、このような小さな
孔径では散水孔が詰まり易く、実用的でない。

【００１０】従来技術では、ラミナフローを透過型の
水分散板で分散させているが、実際にはそれ程均一な分
散は得られない。それは、ラミナフローが基本的に渦な
しの流れであり、冷却水の運動量の方向が鉛直方向に揃
っているため、メッシュ等の分散板を数枚透過させる程
度では、水流の運動量の低減および方向転換が十分図れ
ないためである。また、水流の運動量が十分低減されて
いないことにより、冷却能力もあまり小さくならないと
いう問題がある。

【００１１】従来技術は、ラミナフローのヘッダの間
の空間に、緩徐冷却専用の冷却装置を設置する必要があ
る。しかし、これらのヘッダは密集して設置されている
ので、その間隙に別の緩徐冷却専用のノズルを設置する
のは現実的でない。また、これらの別のノズルのため
に、別の冷却水の配管系統を必要とするため、冷却装置
全体の構造が複雑となり、メンテナンスもしにくくな
る。

【００１２】従来技術は、従来技術〜に比べて、
水流誘導板により冷却水を金属板の幅方向に均一化し、
その後水分散板で分散させるので、均一な緩冷却が可能
となる。しかしながら、冷却能の調節はラミナフローの
水量調節で行う必要があり、冷却能力はその水量調節の
範囲に制限される。しかし、ラミナフローの水量調節の
範囲は小さく（下限は通常水量の半分程度）、更に冷却
能を低くすることは困難である。

【００１３】この発明は、これらの課題を解決し、均一
かつ広い範囲で冷却能の制御が可能な金属板の冷却装置
を提供するためになされたものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ラミ
ナーフローを偏向させる導流板と、導流板から落下する
冷却水を透過させて分散させる透過型分散板とを有する
ラミナーフロー方式の金属板の冷却装置において、導流
板および透過型分散板の双方を上下方向に移動させる高
さ調節機構を備えていることを特徴とする金属板の冷却
装置である。

【００１５】請求項２の発明は、前記導流板と前記透過
型分散板が、板幅方向に複数に分割されていることを特
徴とする請求項１記載の金属板の冷却装置である。

【００１６】

【作用】まず、パイプノズルから出た冷却水は、その流
路に導流板が設置されていると、導流板に当たり方向を
転換する。ここで、冷却水はラミナフローであり、従っ
て渦なしの流れであるため導流板の表面で跳ね返ること
なく、導流板の表面に沿って水膜状に拡がった水流とな
る。隣接するパイプノズルから出た冷却水も、同様に水
膜状の水流となって拡がるので、導流板の表面には連続
した水膜が形成される。

【００１７】ここで、冷却水の運動量は、ラミナフロー
が導流板に当たることにより、その鉛直方向の成分が大
幅に減少する。また、冷却水の運動量の導流板に沿った
成分も、導流板表面との摩擦により低下するので、結
局、冷却水は運動量が小さくなった状態で導流板の縁を
離れる。その後、冷却水は水膜状のまま透過型分散板に
当たり、分散されて水滴状となり金属板に落下する。

【００１８】この発明においては、金属板に当たる冷却
水の運動量は、金属板までの鉛直方向の距離の縮小に伴
い減少する。透過型分散板により分散された冷却水の冷
却能は、スプレ冷却の冷却水の冷却能と同様、水滴の運
動量に依存すると考えられる。スプレ冷却の冷却水の冷
却能は、水滴の運動量の増加に伴い単調増加することが
知られている。従って、金属板までの鉛直方向の距離の
縮小に伴い水滴の運動量が減少するので、冷却能も低下
する。このように、透過型分散板と金属板の距離を調節
することにより、冷却能を変化させることができる。

【００１９】また、導流板の高さが調節できるので、導
流板から透過型分散板までの上下方向の距離を短くでき
る。仮に、この距離が長いと、水膜状の冷却水の運動量
が重力加速度により大きく増加してから透過型分散板に
当たるため、冷却水の分散効果が得にくくなる。この発
明では、この距離を短くすることにより透過型分散板に
当たる水流の運動量を小さくできるので、透過型分散板
での冷却水の分散角度が大きくなり、冷却水が広い範囲
に水滴状に分散して金属板に到達する。

【００２０】このように、導流板の高さの調節により冷
却水の分散効果が大きくなるので、冷却能は大きく低下
する。従って、好ましくは、導流板から透過型分散板ま
での上下方向の距離が短くできるよう寸法設計するのが
よい。また、透過型分散板に当たる冷却水は、板幅方向
に連続した水膜状の形態となっており、透過後の冷却水
即ち水滴も板幅方向の分布が均一となる。

【００２１】請求項２の発明は、これらの導流板と透過
型分散板が板幅方向に分割されているので、板幅方向の
冷却能を変化させることが可能となる。これは、透過型
分散板の高さを板幅方向について変化させることより可
能である。通常は板幅両端部の導流板と透過型分散板に
ついて、それらの高さ即ち金属板までの鉛直方向の距離
を小さくして冷却能を低下させる。これにより、金属板
の板幅両端部の過冷却を防ぎ、板幅方向の冷却速度を均
一化させることができる。

【００２２】

【実施例】図１は、この発明の冷却装置を板幅方向から
見た立面図である。図中、１は透過型分散板、２は導流
板、３は高さ調節機構、４はラミナフロー、５はパイプ
ノズル、６はヘッダ、７は水滴、８は金属板、９は搬送
ローラをそれぞれ示す。透過型分散板１と導流板２は、
高さ調節機構３により高さ方向に移動でき所定の高さに
固定される。

【００２３】この実施例では、冷却水はヘッダ６からパ
イプ状ノズル５に供給され、ラミナフロー４が形成され
る。ラミナフロー４は導流板２で水膜状の流れに変化す
る。この水膜状の流れは、透過型分散板１に斜め方向か
ら供給される。その後、冷却水は透過型分散板１を透過
して水滴７となって金属板８まで落下する。

【００２４】図２は上記の実施例の斜視図である。図
中、１０は囲い、１１は退避機構を示し、他の符号は図
１に同じである。囲い１０は、冷却水が透過型分散板１
を超えて流出するのを防ぐために設置され、退避機構１
１は、透過型分散板１と導流板２をラミナフローから退
避させるための機構で、この実施例ではエアシリンダに
よりライン方向に水平移動するようになっている。

【００２５】この実施例の装置の諸元は、パイプノズル
の口径２０ｍｍ、その板幅方向の配列の間隔は１００ｍ
ｍ、その金属板からの高さ１５００ｍｍであり、透過型
分散板は、孔径５ｍｍのステンレス製のパンチングメタ
ルが上下方向に３枚積層されている。

【００２６】また、導流板については、隣接するラミナ
フローが変化してできた水膜状の流れを弱めるため、表
面の摩擦抵抗を高くするのが望ましい。種々試みたとこ
ろ、導流板の表面にエキスパンドメタルを張りつけるこ
とにより、透過型分散板に供給される冷却水が、目視観
察で板幅方向において完全に均一となった。

【００２７】この冷却装置を用いて、高温の鋼板に対す
る冷却能を測定した。測定方法は、８５０℃の鋼板を搬
送ロールで通過させ、鋼板の温度変化を測定し冷却能を
求めた。各パイプノズルの流量は毎分１６リットルと
し、測定結果から、鋼板の表面温度が８００〜６００℃
の温度領域における平均の熱伝達係数を計算した。

【００２８】表１は、この熱伝達係数の計算結果を示す
表である。ここでは、透過型分散板の高さを金属板の上
方０．８ｍとした場合に（表中の「本発明ＩＩ」）、通
常の約半分の冷却能が得られている。この条件で更に冷
却水量を半分にすることにより（表中の「本発明ＩＩ
Ｉ」）、均一性を損なうことなく通常の４０％まで冷却
能を低下させることが可能となっている。

【００２９】

【表１】

【００３０】図３は、別の実施例の斜視図である。この
実施例では、装置を板幅方向に３分割して冷却能を変え
ている。図では、板幅両端部の高さを低くしているの
で、金属板の板幅中央部に比べて端部の冷却能が小さく
なる。その結果、金属板の端部の過冷却を防止すること
ができる。

【００３１】なお、以上の実施例では、導流板２は透過
型分散板１に固定されているが、導流板２を透過型分散
板１に高さ調節可能なメカニズムで取り付けてもよい。
あるいは、それぞれの高さが調節できるよう、個別に駆
動装置を設けてもよい。また、実施例では、高さ調節機
構３あるいは退避機構１１は、エアシリンダにより上下
あるいは水平移動するようになっているが、この発明に
おける駆動装置は、油圧シリンダや電動機でもよい。ま
た、退避機構１１の退避方向は、ライン方向に限定され
るものではなく、板幅方向に退避させてもよい。

【００３２】

【発明の効果】この発明では、導流板と透過型分散板の
上下方向の位置を可変とする機構を備えているので、導
流板と透過型分散板を適切に配置することができ、透過
型分散板に当たる冷却水の運動量の鉛直成分を大幅に低
下させることができる。その結果冷却水の分散効果が十
分に得られ、冷却能を大幅に小さくできる。また、導流
板と透過型分散板を用いているので、冷却水の均一な分
散が保証される。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の１実施例の冷却装置を板幅方向から見た
立面図。

【図２】上記の冷却装置の斜視図。

【図３】別の実施例の冷却装置の斜視図。

【図４】従来技術の冷却装置を板幅方向から見た立面
図。

【符号の説明】

１透過型分散板２導流板３高さ調節機構４ラミナフロー８金属板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ラミナーフローを偏向させる導流板と、
導流板から落下する冷却水を透過させて分散させる透過
型分散板とを有するラミナーフロー方式の金属板の冷却
装置において、導流板および透過型分散板の双方を上下
方向に移動させる高さ調節機構を備えていることを特徴
とする金属板の冷却装置。
【請求項２】前記導流板と前記透過型分散板が、板幅
方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項１
記載の金属板の冷却装置。