JPS6070126A - 金属板の下面冷却装置 - 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】 この発明は、金属板の下面冷却装置に関するものである
。

従来、鋼板等の金属板を冷却するには、スプレー冷却法
、ラミナーフロー冷却法およびミストジェット冷却法々
ど各種水冷方法を組み合わせて冷却していた。

例えば、特開昭５２−５８９０９号公報には、金属板の
上面をラミナーフロー水により、そして下面をスプレー
水によって冷却する方法が開示されている。このように
金属板をその上面および下面から冷却する場合には、前
記上面および下面の冷却能力をバランスさせて冷却歪の
発生および金属板の材質のバラツキを防止する必要があ
り、冷却能力をバランスさせることは、金属板の板厚が
厚くなる程重要となる。

従来、金属板の下面をスプレー水により、その上面をラ
ミナーフロー水により冷却する場合には。

前記公報に記載てれているように、均一冷却を行うため
に下面冷却用のスプレー水量は、上面冷却２− 用のラミナーフロー水量に対して２．０〜２．５倍にし
て金属板の上面および下面の冷却能力のバランスを図っ
ていた。

これは以下の理由による。即ち、金属板の下面に噴射さ
せるスプレー水は、前記下面に衝突後はとんど冷却に寄
与せずに落下するのに対して、金属板の上面に落下させ
るラミナーフロー水は、前記上面に衝突後も金属板の上
面上に滞溜して流動するために２次的冷却効果を有する
。このために冷却に供する水量が同一であっても冷却能
力に差が生じる。

つ捷り、金属板の下面をスプレー水によって冷却する方
法は、水の有効利用、省資源および省エネルギーといっ
た観点からみると極めて無駄の多い冷却法といえる。

上述した問題点を解決する方法として、特開昭５５−１
５６６１２号公報に開示される金属板の下面冷却法があ
る。以下、この方法を従来技術という。この方法は、金
属板の下方部に水槽を設け。

この水槽の水面下に冷却水噴射用ノズルを垂直。

３− かつ、上向きに設け、ノズルから水中に噴射する水によ
って水面上に噴流水を噴出させ、この噴流水によって金
属板の下面を冷却するものである。

この方法によれば、水槽の水面上に噴出する噴流水の流
量は、ノズルから噴射した水の流量に比べて数倍となる
。これは、ノズルから噴射する水力水槽内の水を同伴し
て水面上に噴出するからである。

従って、上記従来技術によれば金属板の下面を広範囲に
冷却することができ、しかも、前記下面に衝突した後の
水の大部分は水槽内に落下して再度使用されるので、ス
プレー水による冷却法に比べて冷却能力が優れ、しかも
冷却水の使用量が少なくて済むといった点で格段に優れ
ている。

しかし、上記従来技術には次のような問題点がある。即
ち、従来技術の冷却能力は、水槽内の水面上から噴出す
る噴流水の流量によって変化し。

この噴流水の流量はノズルから噴出する水に同伴される
同伴水の流量によって変化する。前記同伴水の流量を決
める要因の１つにノズル先端部と水４− 面との間の距離がある。即ち、ノズル先端部と水面との
間の距離が変化すれば、これに伴って同伴水の流量は変
化する。従って、従来技術の冷却法によって金属板の下
面を均一かつ安定して冷却するには、ノズル先端部と水
面との間の距離を常に一定に維持する必要がある。しか
し、金属板の下面に衝突した後の多量の噴流水が水槽内
に落下すると、これによって水面レベルは大きく波打っ
て上下動する。特にノズル先端部と水面との距離が比較
的短かい場合には、水面レベルの上下動のためにノズル
先端部が水面上に露出することすらある。

また、多量の噴流水が水槽内に落下する際に、周囲の空
気が水中に巻き込まれるので、水面部分の水は無数の気
泡を含んで白濁する。前記噴流水１は気泡を含んだ水を
同伴して水面上に噴出するので、完全な層流にはならな
い。このために噴流水は、金属板の下面に沿って円形状
に流れないので、冷却能力が低下する。

このように、従来技術には均一かつ安定して金５− 網板の下面を冷却することができないといった問題があ
った。

また、近年、靭性に優れた高張力鋼板等を製造するに際
し、熱間圧延後の熱鋼板をオンラインで制御冷却するこ
とによって合金成分を低減する、安価外高級グレード鋼
板の製造方法が開発された。

このようなオンライン制御冷却を行う場合、目標の製品
グレードを得るために、冷却能力は鋼板の板厚等に応じ
て制御する必要があり、この冷却能力の制御範囲が広い
ほど製造品種を拡大することができる。

冷却能力の制御面から前述した従来技術を検討すると、
従来技術の噴流水による冷却方法は、噴流水の高さが水
面から約８００Ｍを超えると噴流水頂部の流れが乱れて
不連続となる。これによって金属板の下面に沿って流れ
る噴流水の性質が大幅に低下するので、噴流水の高さは
約８００　ｍｎｄ、ＩＩ下とする必要がある。

ところで、上記従来技術において金属板の下面に衝突し
た水をほぼ１００％水槽内に落下させて６一 水槽内の水をオーバーフローさせ、これによって水面レ
ベルを一定レベルに維持する（では、搬送ロールよりさ
らに下方部に水面レベルが来るように水槽を設置する必
要がある。しかし、このように水槽を設置すると金属板
の下面と水面との間の距離が長くなるので、噴流水頂部
の流れが不連続と々る部分、即ち、低流速部分で金属板
の下面の冷却を行うこと（（なる。これは冷却能力の点
から不利であるばかりでなく、ノズルから噴射させる水
の流量調整による冷却能力の制御範囲が極めて小さくな
る。

つまり、ノズルからの噴射水の流量を少くした場合は、
噴流水頂部においても層流状態が維持できるものの金属
板の下面に到達し得ない危険性もある。逆に、ノズルか
らの噴射水の流量を多くした場合は、噴流水は金属板の
下面に到達するものの噴流水頂部においてはもはや層流
状態が維持できずスプレー水に近い状態となってノズル
からの噴射水量をいくら増加させても冷却能力は飽和す
る。

このように従来技術では金属板の下面まで噴流−マー 水を到達させ、しかもその頂部の水流を乱さない範囲で
冷却能力を調整することは困難であることから、冷却能
力の制御範囲が狭いという問題があった。

この発明は、上述した問題点を解決するためになされた
ものであって。

金属板の下方部に、前記金属板の下面と間隔をあけて水
平に設置された水槽と、前記水槽の底部に垂直に、かつ
、上向きに固定された冷却水噴射用ノズルとからなり、
前記ノズルはその先端部が。

前記水槽内の水面下に没する長さを有する、金属板の下
面冷却装置において。

前記ノズルの上部に、前記ノズルの断面と略相似形をな
し、かつ、前記ノズルの断面より大きい断面を有し、下
端部が前記水面下に没し、上端部が前記金属板の下面に
近接する長さを有する導管を固定してなることに特徴を
有する。

この発明の一実施態様を図面を参照しながら説明する。

第１図は、この発明の一実施態様の概略説明図８− である。第１図において、水槽１は金属板２の下方部に
水平に設置されている。ヘッダー管３に取り付けられた
ノズル４は、水槽１の底壁１ａを貫通して垂直に前記底
壁１ａに固定されている。ノズル４の上端部は、水槽ｌ
の側壁上すの上端部（水面レベル）より所定距離下方に
下がっている。ノズル４より大径の導管５は、その下端
部が水面下になるように、ノズル４の上部に垂直に、か
つノズル４と同心円状に固定されている。

ノズル４から水を噴射させると、この噴射水は水槽中の
水を同伴して導管５の先端部から水面上に噴出する。導
管５から噴出する噴流水の量Ｑ′は、ノズル４からの噴
射水の量Ｑの数倍と々るので、金属板２の下面は、あた
かも大径ノズルから噴出した水によって冷却される場合
と同様にして冷却される。導管５からの噴流水は、金属
板２の下面に衝突した後、水槽ｌ内に落下する。

第２図に導管５から噴出する噴流水の水面からの噴出高
さｈと、ノズルからの噴射水量Ｑとの関係を示し、第３
図に、金属板下面に衝突した後、９− 前記下面にそって流れる前記噴射水のぬれ半径Ｘと、ノ
ズルからの噴射水量Ｑとの関係を示し、第４図に、ノズ
ルからの噴射水量Ｑと導管からの噴流水量Ｑ′との比（
水量比率）　Ｑ’／’Ｑと、　ノズルからの噴射水量Ｑ
との関係を示す。

第２〜第４図に示される結果は、第１図に示した本発明
装置および導管が設けられていない点を除いて本発明装
置と同一の構造の従来装置により行ったものである。こ
のときの試験条件は、以下の通りである。

ノズル４の径Ｄ　：　９＃ｎφ。

ノズル４の先端部と水面との間の距離Ｈ：１００ｍ＋＋
＋、水槽１の水面と金属板２の下面との間の距離Ｂ：３
１０　ｍｍ。

導管５の径Ｄ′：２７−５０ｒｎｍ、 導管５の水面上の長さ鳥：２５０　ｒｎｍ、導管５の水
面下の長さｆ２：　２５〜２００ｍｍ、ノズル４からの
噴射水量Ｑ：２０〜５０４／／ｍ１ｎ０第２０〜ら明ら
か々ように、本発明装置によって得られた、導管５から
の噴流水の噴出高さｈは、１０− 金属板２０下面に衝突し後水槽１内に落下した噴流水に
よって水面が激しく変動するにもかかわらず、導管５の
仕切り効果によって殆んど変化しない。

しかも、ノズル４からの噴射水により同伴される同伴水
は、導管５の下端部が水面下に没している関係で、金属
板２の下面から落下した噴流水によって持ち込まれた気
泡を殆んど有さす、しかも、前記噴流水は導管５内を流
れるので、金属板２の下面に衝突するまでの間に、空気
を巻き込むことも殆んどなく、透明でかつ整流されたも
のである。

従って、噴流水の横断面は真円状となり、金属板２の下
面に衝突した後も、きれいに放射状に広がって前記下面
にそって流れるので、安定した冷却能力を得ることがで
きる。

冷却能力を左右する要因の１つである。噴流水の噴出高
さり、ぬれ半径Ｘおよび水量比率Ｑ’／　Ｑは、ノズル
４からの噴射水量Ｑによって調整することができること
は勿論、導管５の径Ｄ′を変させることによっても自在
に調整することができる。

例えば、第４図に示されるように、水量比率ｏｙ。

は導管５の径Ｄ′を大きくすれば、約６倍程度にするこ
とも可能であシ、前述した従来技術の約２倍にもするこ
とができる。

また、噴流水の水面からの噴出高さｈおよびぬれ半径Ｘ
は、導管５の径Ｄ′を小さくすればやはり容易に大きく
することができる。特に、ぬれ半径Ｘは、従来技術の２
倍以上にすることもできる。

冷却下限水量、即ち、金属板２の下面に到達する限界水
量も１例えば導管５の径Ｄ′を２７駿とした場合には、
第２図および第３図に示されるように。

従来技術よりも５ｔ／ｍｉｎ　程度下げることもできる
など、冷却能力を広範囲に調整することができる。

第５図に、導管５の水面下の長さＬ２と前記噴流水の水
面からの噴出高さｂとの関係を示す。第５図から明らか
なように、前記１□が小さいと水面の波打ちの影響を受
けたり、気泡を巻き込むことによって、前記りは小さく
なり冷却能力を低下させる。これとは逆に前記１２が大
き過ぎると同伴流が導管５内に吸引される際の抵抗が大
きくなり、やはり前記りは小さくなって好ましく々い。

このようなことから、導管５の水面下の深さ１２は、上
述した事項を考慮して決定する必要がある。

次に−この発明の実施例について説明する。

約９００℃の温度に加熱された厚さ３２ｒｎｊｎの鋼板
の下面を１本発明装置により前述した条件と同一条件（
但し＋　Ｄ’＝２７ｍ＋＋＋、　Ｌ２＝１００＋ｎｍ）
に従かイー　３０　ｍ／ｍｉｎ　相当でオツシレーショ
ン冷却を行った。

この結果を、導管を設け々かった以外は本発明装置と同
一構造の従来装置によシ１本発明と同一条件で冷却した
場合の結果と合わせて第６図に示す。

第６図から明らかなように１本発明装置は、水量比率Ｑ
’／Ｑに関しても従来装置と同等あるいはそれ以上であ
υ、ぬれ半径Ｘにいたっては従来装置よりも格段に優れ
ている。また、冷却能力は同じ噴射水量で冷却しても従
来装置の２倍近く増大している。さらに、冷却能力の制
御範囲も従来袋１３− 置に比べて２倍程度広がっている。

次に、この発明の装置を厚鋼板オンライン冷却装置の下
面冷却用に使用した例を第７図に示す。

第７図に示されるように、横長の水槽ｌは、搬送ローラ
６間の鋼板７の幅方向に水平に設置されている。水槽ｌ
の底壁１ａには複数本のノズル４が、鋼板幅方向および
搬送方向に所定間隔をあけて垂直に固定されている。水
槽ｌの底壁１ａの下面にはヘッダー箱８が固定されてい
る。水槽１の１対の側壁１ｂの間隔は、鋼板７の下面に
衝突した後の大部分の水を水槽内に回収するために、搬
送ローラ６の最小間隔より若干広くなっている。複数本
のノズル４の各々の上部には、導管５がその下端部が水
没するように固定されている。複数本の導管５において
搬送ローラ６に近接した導管５は、その上半部が搬送ロ
ーラ６側にわん曲している。このように導管５をわん曲
させても特別圧損が犬きくなら々い限り、前述した直管
とほぼ同様な効果が得られ、特に、わん曲溝管５を使用
すると鋼板下面の隅々にまで噴流水を行きわたらすこと
ができ１４− る。

導管５の断面形状は、前述したように一様でなくても良
く、第８図に示されるように、その下端部を上端部に比
べて広くしても良く、これによって同伴流速が速くなる
のでそれだけ噴流水の水面からの噴出高さを高くするこ
とができる。また。

第９図に示されるように、導管５を上下に２分割し、噴
出側の導管５′として種々の形状のものを用意すれば導
管５′を変えることによって冷却能力の調整をすること
も可能である。

ノズル４の断面形状は、前述したような円形状に限らず
、スリット状であっても良く、この場合には使用する導
管５の断面形状もノズル４の形状に合ったものを使用す
る。

導管５を水槽ｌ内の所定位置に固定する手段は。

特に限定されず１通常、搬送ローラ間に設けられること
が多いローラエプロンに固定しても、または、水槽１中
に設けた架台等により固定しても良い。

以上説明したように、この発明によれば、従来技術によ
る冷却装置に比べて、金属板の下面を均一かつ安定して
冷却することができ、しかも、冷却能力の制御範囲を広
くすることができるといった有用か効果がもたらされる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施態様の概略説明図。 第２図は、ノズルからの噴射水量と、噴流水の水面から
の噴出高さとの関係を示すグラフ、第３図は、ノズルか
らの噴射水量と、ぬれ半径との関係を示すグラフ、第４
図は、ノズルからの噴射水量と、水量比率との関係を示
すグラフ、第５図は、導管の水面下の長さと、噴流水の
水面からの噴出高さとの関係を示すグラフ、第６図は、
ノズルからの噴射水量と、平均冷却速度との関係を示す
グラフ、第７図は、この発明の装置を厚鋼板のオンライ
ン冷却装置に使用した場合の概略説明図、第８図および
第９図は、導管の他の形状を示す断面図である。図面に
おいて、 １・・・水槽　１ａ・・・底壁 ■ｂ・・・側壁　２・・・金属板 ３・・・ヘッダー管　４・・・ノズル ５・・・導管　５′・・・噴出側導管 ６・・・搬送ローラ　７・・・鋼板 ８−・・ヘッダー箱 出願人　日本鋼管株式会社 代理人　潮　谷　奈津夫（他２名） −コ−７− ノア　ｌｉ　ハ゛・シ；＝、ｈｎｌＨｋスｔ　Ａ’　Ｎ
　Ｏ（Ｌ／ｖ、ｉｎ　）第４図 ノス゛ルがらの哨ｑ寸本量Ｑ　（（！／ａＬπ）ノ△ル
ノＪ’ＪＬＩノ”ｉ”１ｍｊ／Ａ至１ｄｘ−ｎｕｖ−ｈ
７第５図 勇青の水面下の長さｆ！、ｚ　（ｍｍ）＝＝＝−＝＝１ ） 尺 １４５− 皺 手続補正書（自発） 昭和５８年ｌＯ月２４日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 特願昭５１９−１７７０９７　号 ２・発明の名称 金属板の下面冷却装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都千代田区丸の内−丁目１番２号止Ａ（Ａ蒜
）　日本鋼管株式会社 代表者　金　尾　實 自　発 ６、補正の対象 ７、補正の内容　別紙の通り （１）明細書の特許請求の範囲の欄を以下の通り訂正す
る。 ［金属板の下方部に、前記金属板の下面と間隔をあけて
水平に設置された水槽と、前記水槽の下方より上向きに
固定された冷却水噴射用ノズルとからなり、前記ノズル
はその先端部が、前記水槽内の水面下に没する長さを有
する、金属板の下面冷却装置において、 前記ノズルの上部に、前記ノズルの断面と略相似形を々
し、かつ、前記ノズルの断面より大きい断面を有し、下
端部が前記水面下に没し、上端部管を固定してなること
を特徴とする、金属板の下面冷却装置。」 （２）　明細書、第３、発明の詳細な説明の欄、８行目
、 「上面上」とあるを、 「上面」に訂正する。 （３）　明細書、第５頁、発明の詳細な説明の欄、下か
ら４〜１行目、 １　− 「完全な・・・・低下する。」とあるを、「層流にはほ
ど遠い状態の流れとなり、このために噴流水の、金属板
の下面に沿って流れる能力が低下し、その結果、冷却能
力が低下する。」に訂正する。 （４）　明細書、第８頁、発明の詳細な説明の欄、８〜
９行目、 「前記水槽の・・・・・・上向きに」とあるを、「前記
水槽の下より上向きに」に訂正する。 （５）明細書、第８頁、発明の詳細な説明の欄、下から
５行目、 「が金属板・・・・・長さを有する」とあるを、「が前
記水槽内の水面上に露出する長さを有する」に訂正する
。 （６）　明細書、第１１頁、発明の詳細な説明の欄、１
行目、 「衝突し後」とあるを、 「衝突した後」に訂正する。 以上 　２−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 金属板の下方部に、前記金属板の下面と間隔をあけて水
   平に設置された水槽と、前記水槽の底部に垂直に、かつ
   、上向きに固定された冷却水噴射用ノズルとからなり、
   前記ノズルはその先端部が。 前記水槽内の水面下に没する長さを有する。金属板の下
   面冷却装置において。 前記ノズルの上部に、前記ノズルの断面と略相似形をな
   し、かつ、前記ノズルの断面より大きい断面を有し、下
   端部が前記水面下に没し、」コ端部が前記金属板の下面
   に近接する長さを有する導管を固定してなることを特徴
   とする。金属板の下面冷却装置。 １−