JPS6070124A - 断面ほぼ円形の細長いワ−クの冷却装置 - 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、鋳造、圧延あるいは押し出し成形されたほぼ
円形の熱い金属ワークのような単品、あるいは連続鋳造
、熱間圧延機ある込は押し出し機から出てくるビレット
、丸棒ヤ平棒のようなワークの一様な冷却に関する。本
発明は特に、複数の冷却水カーテンが圧延機の間ないし
出口セクションにおいて水平のパスラインに沿ってワー
クの外周面に供給されるか、冷却材が押し出し成形され
たワークがダイスから出た直後にワークに供給されるよ
うな装置および方法に関する。

〔従来技術と問題点〕

従来周知のように冷却材はワークの最終温度を制御する
ために供給される。冷却材は巻き取シ工程あるいは収集
工程を含む圧延工程の種々の段階で酸化を抑える作用を
する。

いくつかの形式の冷却装置および方法が仕上げラインの
最終圧延スタンドの後あるいは出口セクションにおける
押し出し工程後に圧延された熱い丸棒や平棒を冷却する
ために実用されている。米国特許第４０Ｆ１４７９８号
　明細書に記載されている装＃は、ワークに向けられだ
水流に対するスロットを持った端部が開いてタンデム配
置された多数のトラフ（樋）を有している。別の装＠は
丸棒あるいは平棒がそこを通過する際にそれらを冷却す
るための高圧の水スプレィを持った一連の箱を有してい
る。さらに別の装置はタンデム配置され水を収容してい
る複数の冷却管を有し、その水の中にワークが漬けられ
、ワークはその中を通して送られる。

上述の全ての装置は、冷却が一様でなく、冷却容量が限
られ、有用な空間において除去される曜位熱量当たりの
水量に関して効率が悪く、生産性を低くしていると言っ
たいくつかの問題がある。

ワークはワークの外面に沿って一様に冷却されないか有
効に冷却されず、しげしげ非均−な顕微鏡組織が生じ、
非均−な冶金学的特性および物理的特性が生ずる。また
非均−で低い効率の冷却のために、酸化物の形成が変化
し、許容できない表面状態が生ずる。

従来の装置の別の欠点は、最近の圧延機およびプレスに
おいて冷却すべきワークが送られる速度が速い場合に明
らかになり、ワークを必要な温度を得るまでに時間がか
かる。これらの配慮は、一般に複数のスプレィないしト
ラフと管から成る出口セクションは大きな距離にわたっ
て伸び、それによってプラントの大きな領域を占める。

スプレィ装置は、圧延された熱いワークの温度を制御す
るために、粗圧延、中間圧延および仕上げ圧延ラインな
いしそのスタンドの間に位置される。米国特許第３８Ｆ
１９５０７号　明細書は、圧延ライン間に配置されてワ
ークの長手方向および円周方向に冷却材を供給するため
に配置された複数のスプレィノズルを持った水冷却装置
を示し°〔いる。

ここでもオた高圧スプレィノズルの周知の非能率に加え
て、ワーク表面において非均−な冷却が生ずることが分
かる。

所望の冷却効果を得るために複数のスプレィノズルが必
要とされるので、この米国特許明細書における装置は非
常に長くなる。即ち複数の水冷却装置が必要であり、そ
れによって大きな空間を占める。またこの装置は、トラ
フおよび管と共に金属の回りに水蒸気膜が形成されると
言う別の欠点を生じ、水の冷却効率が著しく低下される
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、所望の顕微鏡組織が得られ、表面酸化
物の生成を減少し、表面状態を改善し、これが従来の冷
却装置より非常に狭い領域で行えるようなほぼ円形の熱
い金属ワークの最終温度を得るための最適の冷却装置を
提供することにある。

本発明の別の目的は、圧延機あるいは押し出し機の出口
セクションないし圧延機のスタンド間において、出口セ
クションにおいてワークにおけるより所望の顕微鏡組織
が得られ、スタンド間に位置された装置によって生産率
が高められるように熱込円形の金属ワークを一様に冷却
する冷却水カーテンを供給する装置を提供することにあ
る。

本発明の更に別の目的は、その中を通ってワークが移動
する中央開口と、ワークの移動通路に対して平行に伸び
る細長い開口を持ちかつワークの長子部分に沿って低圧
の冷却水カーテンを供給するためにワークに対して半径
方向に位置された複数の同じ間隔を隔てられたノズルと
を持った環状ヘッダを提供することにある。

次に本発明のこれらの目的および他の目的を図面に示し
た実施例を参照して説明する。

〔実施例〕

高温ワークがスタンド間を移動する際あるいは圧延機ま
たは押し出し機から出る際、ワークの温度は複数の低圧
冷却水カーテン即ち移動するワークの上における長手方
向の低圧の冷却水カーテンを供給することによって低下
される。これらの冷却水カーテンは、ワークが圧延バイ
トあるいはダイス開口によって形成されたほぼ水平のバ
ヌラインに沿って移動するワークを受け入れるように設
けられたヘッダによって形成され、そのヘッダの入シロ
圧力は２ＤｐＢｉより低く、冷却水カーテンの出口圧力
は３　ｐｓｉより低い。

この冷却材ヘッダの構成が本発明の要旨であり、そのヘ
ッダは第１図〜第３図に符号１０で示されている。図面
において同一符号は同一構成要素を示している。ワーク
の直径と送シ速度、冷却前の温度および除去すべき熱量
のようなワークあるいは製品の所定のパラメータに対し
、ノズルの数、冷却材の容量および冷却水カーテンの寸
法が所望の生産量、減面率およびないしワークの冶金学
的特性を得るために選ばれる。

第１図において水ヘツダ１０は所定の容積の水を受け入
れ、一様な間隔を隔てられた複数のノズル１２を有し、
各ノズル１２の間に断面半円形の入り口部材１４が位置
されている。これらのノズル１２および部材１４はその
中をワーク１８が通る中央開口１６の回りに配置されて
いる。

第２図はヘッダ１０の別の構成要素を明らかに示してい
る。ヘッダ１０は主に外側円筒状中空ノヘウジング加か
ら成り、このノーウジング加は２つの端面ρと冴を有し
、第２図の左側に示したように前方円板２６が、第２図
の右側に示したように後方円板路がそれぞれ開口に合わ
せてハウジング加に取シっけられている。両方の円板２
６　、２８はそれぞれ、円筒状ハウジング加の一婦面冴
を越えて前方円板２６を受けるための距離だけ突き出し
ている管部材あを受け入れて支持するための中央開口間
、３２を有している。前方円板２６は管部材３４の上に
取シつけられている。第１図に示したように前方円板２
６は、前方円板２６を押圧する室３６内の水の重さに確
実に抗して前方円板２６を保持するために必要な複数の
個所でハウジング頒にボルト止めされている。

後方円板路の外径および後方円板路の開口３２の外径は
、後方円板路が管部材調の回如に円節状ハウジング加の
中にびったシと設けられるような大きさである。管部材
３４に設けられた後方円板路によって形成された隙間４
６を通って室■から水が漏れることを防止するガヌケッ
ト部材４２を保持するシール保持リング４０が、管部材
あの回圧に設けられ、後方円板路の切シ欠き部の中には
め込まれている。

保持リング４０を後方円板路に固定するために複数のボ
ルト・ナツト４８が円周方向に配置されている。

円節状ハウジング加、前方円板が、後方円板路および管
部材Ｍの集合体は、管部材３４のほぼ中央に位置されて
取シつけられた内側環状部材５０によって２つの室３６
　、４４に分けられている囲す室を形成している。この
環状部材（資）は円筒状ハウジング頷の内周面に溶接で
取シつけられ、細長い入り口部材１４を支持している。

水は平らな環状部材間にある開口５２を通って後方室４
４から前方室３６に流れることができる。開口５２は複
数の断面半円形の細長い入り口部材１４に連通し、水け
この部材１４の中に流れ込む。各部材１４には相応して
協働する開口５２がある。部材１４は第２図に示されて
いるように切り欠き部分５４を有している。

第２図の右側において環状部材間に２分割構造物５８が
溶接され、この構造物５８は大きな室４４内に小さな氷
室を形成している。この構造物５８はリング部材６０と
第２図においてその右側端に接している平らな円板６２
とから成っている。円板６２け管部材あの回如に設けら
れ、２分割構造物５８によって形成された小さな室に室
４４から水が流れ込めるようにした隙間６４ヲ形成して
いる。

室４４は低圧水を受け入れ、この低圧水はへラダ１０の
頂部に位置されて右側室４４に連通している入りロ６１
ｉ通ってヘッダ１０に供給される。この入り口６■は円
節状ハウジング加にある開口に溶接された環状部材であ
る。入り口６１の回如に設けられたフランジ６３けヘッ
ダ１０をたわみ継手によって冷却材供給ラインに接続で
きるようにしている。

管部材あの内周面は第２図の左側が面取シされ、ワーク
１８が矢印で示した方向に移動する際、そこでワーク１
８はヘッダ１０の中に入る。この面取シ部分は開口１６
へのワーク１８の入シ込みを容易にかつ安全にし、ワー
ク１８に損傷が生ずる危険を減少している。

第１図および第３図は円箭状ハウジング頷の左側に設け
られた［７１Ｊンク部材６６および右側に設けられたブ
ラケット６Ｂを示している。これらの部材６６およびね
じ付きブラケット６Ｂは、ワーク１８がヘッダ１０を通
って移動する際にワーク１８が良好に心出しされ、ヘッ
ダ１０がＵリンク６６を介して圧延ラインあるいは押し
出し機に固く取シつけられるように、ヘッダ１０を垂直
に位置決めしている。ワーク１８の直径に関するヘッダ
１０の所望の位置決めは、ねシケきボスト７２において
ナツト７０を調整することによって行われる。フランジ
６３によるヘッダ１０の冷却材供給ラインへのたわみ継
手はこの所望の垂直調整を可能にしている。

ノズル１２はヘッダ１０の左側室３６内において管部材
３４に配置されている。第１図および第２図は管部材３
４におけるノズル１２の構成および取り付は構造を示し
、その構成は一般に知られている。冷却水カーテンはこ
れらのノズル１２の形状によって形成され、各ノズル１
２は主に２つの側壁７４と２つの端壁７６から成シ、こ
れらの端７４．７６は細長い入り口開ロア８とこの入り
口開ロア８より小さい横断面積の出口開口８０とを持っ
た長方形の構造物を形成している。第２図に示されるよ
うに、側壁７４の頂部は面取りされ、２つの端壁７６は
側壁７４より高い。

この構成はノズル１２の開ロア８への冷却材の流れに指
向性を持たせ最適にする。出口開口ＢＯは側壁７４に取
シつけられているか一体に形成されて管部材３４の中に
伸びているテーパ付き部材８２によって形成されている
。第１図に示されているように、ノズル１２は側壁７４
の外側における切り欠きにきっちりとはめ込捷れて取シ
囲んでいる割りリング８４ｆｔ。

使用して管部材３４に保持されている。管部材３４およ
び前方円板あの構造は、ボルト３３に緩めることによっ
て管部材３４がノズル１２と共に１つのユニットとして
＠シ外して交換できるようになっている。

これは実際において点検および修理のためにヘッダｌの
中に容易に入ることを許し、ノズル１２は必要により管
部材３４において取り外して交換できる。

従って出口開口８０から出る水は第２図に示されている
ように細長い密集した冷却水カーテンはワーク１８の外
側面に半径方向および縦方向に衝突し、そこで冷却水カ
ーテンは裂かれ、水膜を形成して隣りの冷却水カーテン
によって形成される水膜と突き当てるために、衝突領域
から両方向に離れて移動する。この冷却材供給方式は冷
却系統を非常に効率を良くしコンパクトにし、この冷却
系統は従来の複雑な冷却系統と同じか大きな冷却容量を
有している。

この冷却ヘッダ１０のコンパクトで熱効率の良−構成は
、所望の顕微鏡組織を形成することおよび酸化物の形成
を抑えることが必要である場合に、限られた空間の領域
に設置でき、それにもかかわらず大きな冷却材の容量を
供給できる。

ヘッダ１０における水の通路は次の通りである。

即ち低圧の冷却材は入り口６１を通って右側の入り口塞
４４に入り、そこで冷却材は液圧を良好に平衡するため
に部材Ｍの回りを流れる。冷却材は右側室部から構造物
５８の小さな環状室に入シ、開口５２を通って複数の細
長い部材１４から右側室部に流れ込む。冷却材は第１図
に示されているように細長い部材１４の側壁を越えて流
れ、そこでノズル１２の入り口通路７Ｂに向けられ、そ
こから冷却水カーテンが移動するワーク１８の上に供給
される。１つの細長い部材１４はその隣りの２個のノズ
ル１２への流れをより一様に供給するようにするか、部
材１４の開いていない部分が開口５２から出る水が直接
隣りのノズルに流れることを防止して、差圧を減少し滑
らかな冷却材の流れを得るように２つの細長い部材１４
の間に位置されたノズル１２への一様な水の流れを導く
ために２つの細長い部材１４が協働する。

第１図は細長い部材１４の開いていない部分あるいは断
面半円形部分がノズル１２の入り口に接近して位置され
ていることを明らかに示している。言い換えれば開いて
いない部分はハウジング加の内周面に対して凸面をして
いる。ヘッダ１０の構成要素のほとんどの継目は溶接さ
れ、適尚なパツキンで気密にシールされている。

冷却水カーテンがワーク１８の長手方向部分に沿って半
径方向に衝突した後、開口１６内の冷却材は最適に配置
されている加工領域において管部材３４０両側端から流
れ出る。ワーク１８は単品であるか、後で巻かれる数フ
ィートにわたって伸びる連続部片である。

本発明の有利な適用において、直径が約５７８”の圧延
済みの熱い炭素鋼棒を約３３００フィート／の送シ速度
で有効に冷却で六る。冷却ヘッダ１ｏは同じ間隔を隔て
て半径方向に配置された５個のノズルから成シ、各ノズ
ルは２”ＸＬ／８”の寸法をしておシ、約１５フイート
／秒の出口速度で約６０ガロン／分の流量を生ずる。

本発明の使用によって、ワークの最適な最終温度制御は
最小の空間で行われ、生産量を高め、所望の顕微鏡組織
および物理的性質が得られる。この温度制御は、まず増
産に対して最適の温度を得るためおよび出口セクション
において最後のスタンドの後で最適の顕微鏡組織を保持
し、表面の寸法変形を最小にするために、仕上げライン
のスタンド間に前述のヘッダを使用することによって行
われる。温度制御の最適化はコンピュータおよび温度セ
ンサーを使用して全自動化できる。

なお本発明の優れた実施例において本発明の原理と操作
について説明したが、細部について変更できるこ七は勿
論である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に基づく装置の一部断面側面図、第２図
は第１図における２−２線に沿う断面図、第３図は第１
図における３−３線に沿った平面図である。 １０；ヘッダ、１２：ノズル、１４：入り口部材、１６
：中央開口、１８：ワーク、加“円瞭状ハウジング、２
６：前方円板、２８：後方円板、３６　、４４　：室、
５８；同心的構造物、７４：側壁、７６；側壁、７８：
入り口部分、８０：出口部分。 出願人代理人　猪　股　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、冷却水カーテンが断面はぼ円形の熱い金属ワークを
   冷却するために供給される断面はぼ円形の細長いワーク
   の冷却装置において、円形ヘッダ（１０）が、円筒状密
   閉ハウジング（２０）であってこのハウジング（２０）
   を冷却材を受け入れるための第１の室（４４）と第２の
   室（３６）とに分ける区画手段（５０）およびワーク（
   １８）がその中を移動するために構成および配置された
   手段Ｃ３４）を有している円筒状密閉ハウジング（２０
   ）、前記ヘッダ（１０）に冷却材を供給するために第１
   の室（４４）に連通している入り口（６１）、冷却材を
   拡散するために第１の室（４４）の中に構成および配置
   されて冷却材が第１の室（４４）からその室の中に移動
   する際冷却材の流量を制限するための室と流路を持って
   いる同心的手段（５Ｂ）、前記第２の室（３６）の中に
   冷却材を冷却水カーテンの形でワーク（１８）の外面に
   長手方向に沿って半径方向に形成するように構成および
   配置された半径方向に隔てられた複数のノズル（１２）
   　、第２の室（３６）において同心的手段（５８）に連
   通ずる流路を持った冷却材制限および指向手段（１４）
   から構成され、この冷却材制限および指向手段（１４）
   が、ワーク（１８）を有効に一様に冷却するためにヘッ
   ダ（１０）の中央開口（１６）に冷却水カーテンを形成
   するために同心的手段（５８）から直ぐ隣如のノズル（
   １２）に冷却材を導き入れるように構成されて少なくと
   も２個の燐圧のノズル（１２）と交互に配置されている
   ことを特徴とする断面はぼ円形の細長いワークの冷却装
   置。 ２、複数のノズル（１２）が第２の室（３６）において
   中央開口（１６）を形成するために円周方向に等しく隔
   てられて位置され、各ノズル（１２）が入シロ部分（７
   ８）と出口部分（８０）有し、前記各冷却材制限および
   指向手段（１４）が少なくとも２個のノズル（１２）の
   間で第２の室（３６）の中に円周方向に配置されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のヘッダ
   。 ３、各冷却材制限および指向手段（１４）が第２の室（
   ３６）の横寸法とほぼ同じ縦方向長さを有し、断面半円
   形の形をし、冷却材がこの部材（１４）の回りを流れ、
   少なくとも２個の隣りのノズル（１２）の入り目部分（
   ７Ｆｌ）　Ｋ流れ込むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載のヘッダ。 ４、入り目部分（７４）の長さが断面半円形の部材（１
   ４）とほぼ同じであることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項に記載のヘッダ。 ５、ワーク（１８）が中央同心開口（１６）の中心線に
   沿って移動するようにヘッダ（１０）を位置決めし、ヘ
   ッダ（１０）をその位置に固定する手段を持った調整手
   段（６６，６８）を有していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のヘッダ。 ６、円筒状ハウジング（２ｏ）が同心開口（１６）を形
   成するためにヘッダ（１０）に設けられた着脱可能なプ
   レー）＋２６．２８）から成り、ヘッダ（１０）から除
   去した際ヘッダ（１０）の中に入れるように前記着脱可
   能なプレート（２６，２Ｂ＞と一体ユニットとして除去
   すべく構成および配置されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のヘッダ。 乙ノズル（１２）が中央開口（１６）を形成するために
   ヘッダ（１０）の中に配置され、前記着脱可能ガプレー
   ）（２６，２８）を除去した際にノズル（１２）が除去
   および交換できるようにノズル（１２）を前記中央開口
   成形手段（３４）に着脱可能に固定する保持手段（８４
   ）を有していることを特徴とする特許請求の範囲第６項
   に記載のヘッダ。 ８、各ノズル（１２）が少なくとも２つの＠壁（７６）
   および２つの側壁（７４）から成シ、冷却材が側壁（（
   ７４）を越えてノズル（１２）に流れることを制限する
   ように、側壁（７４）が端壁（７６）より低いことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のヘッダ。 ９、冷却水カーテンが断面はぼ円形の熱い金属ワークを
   冷却するために供給される断面はｔ！円形の細長いワー
   クの冷却装置において、その中をワーク（１８）が移動
   する中央同心開口（１６）および冷却材を受け入れる室
   （３６）を有しているヘッダ（１０）が、前記室（３６
   ）の中に冷却材を冷却水カーテンの形でワーク（１８）
   の外面に長手方向に沿って半径方向に形成するように構
   成および配置さｎた半径方向に隔てられた複数のノズル
   （１２）を有していることを特徴とする断面はぼ円形の
   細長いワークの冷却装置。 １０、ヘッダ（１０）が、前記室（３６）の中に少なく
   とも２個のノズル（１２）と交互に配置され、ワーク（
   １８）を一様に冷却するために中央開口（１６）に冷却
   水カーテンを形成するため冷却材を隣シのノズル（１２
   ）に導き入れるように構成された冷却材制限および指向
   手段（１４）を有していることを特徴とする特許請求の
   範囲第９項に記載のヘッダ。 １１、ヘッダＣｌ０）をワーク（１８）が中央開口（１
   ６）の中心線に沿って移動されるように位置決めし、ヘ
   ッダ（１０）をその位置に固定する手段を持った調整手
   段（６６，６Ｆ３）を有していることを特徴とする特許
   請求の範囲第９項に記載のヘッダ。