JP3449295B2 - Apparatus and method for cooling lower surface of high-temperature steel sheet - Google Patents
Apparatus and method for cooling lower surface of high-temperature steel sheetInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、高温鋼板の下面
冷却技術に関するもので、特に高温鋼板の均一冷却を可
能とする導管付噴水冷却装置の改良及びこれを用いた高
温鋼板の下面冷却方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lower surface cooling technique for a high temperature steel sheet, and more particularly to an improvement of a fountain cooling device with a conduit that enables uniform cooling of the high temperature steel sheet and a lower surface cooling method for the high temperature steel sheet using the same. It is a thing.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般的に、熱間圧延された高温鋼板は、
仕上げ圧延機を出たところで冷却装置を通過することに
よって冷却される。熱延鋼板や厚鋼板などの冷却装置
は、上面と下面とに分かれた複数のバンクにより構成さ
れており、上面ではスリットラミナー又はスプレー、下
面ではジェットやスプレーなどによる冷却が行われてい
る。このとき、鋼板が水平状態にあるため、鋼板上面の
冷却水は鋼板表面をその端部へ移動する間にこれを冷却
し、次いで鋼板外へ落下する。これに対して、鋼板下面
の冷却水は鋼板を冷却した直後、重力により落下する。
従って、鋼板の上面と下面とを同じ水量で冷却した場
合、上面では滞留水の影響により、下面と比較して冷却
能が強くなる。その結果、冷却終了後の鋼板の上面と下
面とではその温度が一致しないため、鋼板に歪が発生す
る原因となる。このため、例えばスプレー冷却を鋼板の
上下面に対して行った場合、下面冷却水量を上面冷却水
量の２．０〜３．０倍程度にして上面と下面の冷却能の
バランスを図っている。このように、鋼板の上面と下面
とを同時に冷却する場合、上面水量と比較して下面水量
を多くしなければならないので莫大な冷却水量が必要と
なり、設備コストやランニングコストの増大を招く。2. Description of the Related Art Generally, hot-rolled high temperature steel sheets are
When it exits the finish rolling mill, it is cooled by passing through a cooling device. A cooling device for a hot-rolled steel plate or a thick steel plate is composed of a plurality of banks divided into an upper surface and a lower surface, and a slit laminar or spray is performed on the upper surface and a jet or spray is used on the lower surface. At this time, since the steel plate is in the horizontal state, the cooling water on the upper surface of the steel plate cools it while moving the steel plate surface to the end thereof, and then falls outside the steel plate. On the other hand, the cooling water on the lower surface of the steel plate falls by gravity immediately after cooling the steel plate.
Therefore, when the upper surface and the lower surface of the steel sheet are cooled with the same amount of water, the upper surface has a higher cooling capacity than the lower surface due to the influence of the accumulated water. As a result, the temperatures of the upper surface and the lower surface of the steel sheet after cooling are not the same, which causes strain in the steel sheet. Therefore, for example, when spray cooling is performed on the upper and lower surfaces of the steel sheet, the lower surface cooling water amount is set to about 2.0 to 3.0 times the upper surface cooling water amount to balance the cooling ability of the upper surface and the lower surface. In this way, when cooling the upper surface and the lower surface of the steel sheet at the same time, the amount of lower surface water needs to be larger than the amount of upper surface water, which requires an enormous amount of cooling water, resulting in an increase in equipment cost and running cost.
【０００３】この問題点を解決する手段に関して、従来
から種々の研究開発がなされており、例えば特公昭６３
−４６０４号公報には、次のような高温鋼板の下面冷却
装置が開示されている。この装置は、高温鋼板の下方に
水槽が設けられ、冷却水噴射用ノズルが、その上端部即
ち先端部が水槽内水面下に没する位置に、鉛直上向きに
設けられ、更にこの冷却水噴射用ノズルの周囲を取り囲
んで、このノズル断面積より大きい断面積の内径を有
し、下端部が水槽内水面下に、上端部が水槽内水面上に
露出する長さを有する導管が設けられた構造のものであ
る（以下、「先行技術１」という）。以後、上記冷却装
置による冷却を導管付噴水冷却と呼ぶ。[0003] Various research and development have been conventionally made on means for solving this problem, for example, Japanese Patent Publication Sho 63.
Japanese Patent No. 4604 discloses the following lower surface cooling device for a high-temperature steel plate. In this device, a water tank is provided below the high-temperature steel plate, and a cooling water injection nozzle is provided vertically upward at a position where the upper end, that is, the tip end, is submerged below the water surface in the water tank. A structure that surrounds the periphery of the nozzle and has a conduit having an inner diameter that is larger than the nozzle cross-sectional area, a lower end of which is below the water surface in the water tank, and an upper end that is exposed above the water surface of the water tank. (Hereinafter referred to as "Prior Art 1"). Hereinafter, the cooling by the cooling device will be referred to as a fountain cooling with a conduit.
【０００４】先行技術１の導管付噴水冷却によれば、ノ
ズルから噴射された水は、水槽内の水を同伴して水面上
に噴出するため、水槽の上方に噴出する同伴水の流量
は、ノズルから噴射した水の流量の数倍となる。また、
高温鋼板の下面に衝突した冷却水は、その大半が水槽内
に落下して再度使用される。従って、この方法によれ
ば、単なるスプレー水による冷却方法に比べて冷却能が
優れており、しかも冷却水の利用効率がよい。また、ノ
ズル断面積よりも大きい断面積の内径を有する導管から
冷却水が噴出するため、あたかも大径ノズルによって冷
却されている場合と同様の冷却効果が得られる。According to the fountain cooling with a conduit of Prior Art 1, since the water jetted from the nozzle accompanies the water in the water tank and spouts above the water surface, the flow rate of the entrained water spouting above the water tank is It is several times the flow rate of water sprayed from the nozzle. Also,
Most of the cooling water that has collided with the lower surface of the high-temperature steel plate falls into the water tank and is reused. Therefore, according to this method, the cooling capacity is superior to the cooling method using mere spray water, and the cooling water utilization efficiency is good. Further, since the cooling water is jetted from the conduit having the inner diameter of the cross-sectional area larger than the nozzle cross-sectional area, the same cooling effect as when cooling by the large-diameter nozzle is obtained.
【０００５】図１１に、上記導管付噴水冷却の原理を説
明する図を示す。図１１は、鋼板搬送方向に平行な鋼板
及び冷却装置等の鉛直断面図であり、高温鋼板１の下方
のテーブルローラー２ａ、２ｂの中央に、冷却水８が収
容された水槽３が設置されている。冷却水噴射用ノズル
６は、水槽３の底部３ａ及びヘッダー５上部を貫通して
鉛直上向きに設置されている。冷却水噴射用ノズル６
は、その上端を水槽内液面レベル８ａより所定距離だけ
下に位置させることにより、完全に水没している。導管
７は、冷却水噴射用ノズル６より大径で、その下端部が
水面下に位置し、上端部は満水状態となる水槽内液面レ
ベル８ａより上部に位置するような長さを有しており、
冷却水噴射用ノズル６の上端から所定間隔を空けて上方
に固定されている。FIG. 11 shows a diagram for explaining the principle of cooling the fountain with a conduit. FIG. 11 is a vertical cross-sectional view of a steel plate parallel to the steel plate conveying direction, a cooling device, and the like. A water tank 3 containing cooling water 8 is installed in the center of the table rollers 2a and 2b below the high-temperature steel plate 1. There is. The cooling water jet nozzle 6 penetrates the bottom portion 3a of the water tank 3 and the upper portion of the header 5 and is installed vertically upward. Nozzle 6 for cooling water injection
Is completely submerged by positioning its upper end below the liquid level 8a in the water tank by a predetermined distance. The conduit 7 has a diameter larger than that of the cooling water injection nozzle 6, and has a length such that the lower end thereof is located below the water surface and the upper end thereof is located above the liquid level 8a in the water tank which is full of water. And
The cooling water jet nozzle 6 is fixed upward from the upper end of the nozzle 6 with a predetermined space.
【０００６】上述した鋼板下面の冷却装置によって冷却
水噴射用ノズル６からヘッダー５の冷却水４を噴射させ
ると、噴射された冷却水は、水槽内冷却水８を同伴して
導管７の先端から水面上に噴出される。導管７から噴出
する同伴水の水量は、冷却水噴射用ノズル６から噴射さ
れる噴射水の水量の数倍となるので、大流量の冷却水で
冷却を行った場合とほぼ同等の冷却能を得ることができ
る。導管７から噴射された同伴水は、高温鋼板１の下面
に衝突した後、水槽３内に落下する。従って、水槽内液
面レベル８ａは常に初期レベルに維持される。When the cooling water 4 for the header 5 is jetted from the cooling water jetting nozzle 6 by the cooling device for the lower surface of the steel plate, the jetted cooling water is accompanied by the cooling water 8 in the water tank from the tip of the conduit 7. Ejected on the surface of the water. Since the amount of the entrained water ejected from the conduit 7 is several times the amount of the ejected water ejected from the cooling water ejecting nozzle 6, a cooling capacity almost equal to that in the case of cooling with a large amount of cooling water is provided. Obtainable. The entrained water injected from the conduit 7 collides with the lower surface of the high-temperature steel plate 1 and then drops into the water tank 3. Therefore, the liquid level 8a in the water tank is always maintained at the initial level.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述した鋼板の下面冷
却装置によって、実際に高温鋼板の冷却を行う場合に
は、鋼板は幅が広く長さが長いので、鋼板の幅方向と長
さ方向にそれぞれ複数の冷却水噴射用ノズルと導管との
セット（以下、ノズル・導管ユニットという）を設ける
必要がある。しかし、鋼板に向かって導管から噴射され
た冷却水の衝突間隔が広くなると、衝突点から離れた領
域では、冷却水が重力のために落下するので、鋼板が冷
却水により冷却されない領域が発生する場合がある。こ
のような状態で、高温鋼板を通過させて冷却を行なう
と、鋼板には温度むらの発生、冷却能の低下、材質上の
不均一、及び歪の発生によるプレス等矯正工程増大の問
題が発生する。逆に、衝突点間隔を狭くすれば上記のよ
うな問題はなくなるが、冷却水噴射ノズルの本数を増や
すことが必要となり、冷却水量の増加、排水系の増強工
事や大容量ポンプが必要となり、コスト高を招く。When the high-temperature steel plate is actually cooled by the above-described bottom surface cooling device for steel plate, since the steel plate has a wide width and a long length, the width direction and the length direction of the steel plate are It is necessary to provide a set of a plurality of cooling water injection nozzles and a conduit (hereinafter referred to as a nozzle / conduit unit). However, when the collision interval of the cooling water jetted from the conduit toward the steel plate becomes wider, the cooling water falls due to gravity in the area away from the collision point, so that the steel plate is not cooled by the cooling water in some areas. There are cases. If cooling is performed by passing through a high temperature steel plate in such a state, unevenness in temperature, deterioration of cooling capacity, non-uniformity of material, and increase in correction process such as pressing due to distortion occur in the steel plate. To do. On the contrary, if the collision point interval is narrowed, the above problem disappears, but it is necessary to increase the number of cooling water injection nozzles, increase the amount of cooling water, strengthen drainage system and large capacity pump, Incurs high costs.
【０００８】また、適正な冷却水量を導管から噴射でき
ない場合、例えば、水槽内の冷却水量が少ない場合には
同伴水が導管先端から鋼板まで到達せず、適正な冷却が
行なわれない。一方、水量が多い場合で、図１２に示す
ように、冷却装置の上方に高温鋼板が存在しない場合に
は、導管7の設置角度によっても差が生じるが、冷却水
噴射用ノズル6から噴射され水槽内冷却水８を同伴した
噴流水の内数%が、水槽３の外に飛散するので、水槽3内
の液面8aが次第に低くなる。その結果、冷却水の噴射を
開始してから、ある時間が経過すると、水槽3内の液面
は破線8bで示すよう、導管7の下端よりも低くなる。そ
の結果、水槽内冷却水を同伴せず、冷却水噴射用ノズル
6から冷却水４が直接噴射する「吹き上がり現象」と呼
ばれる状態になる。Further, when an appropriate amount of cooling water cannot be injected from the conduit, for example, when the amount of cooling water in the water tank is small, the entrained water does not reach the steel plate from the tip of the conduit and proper cooling cannot be performed. On the other hand, when the amount of water is large and there is no high-temperature steel plate above the cooling device as shown in FIG. 12, there is a difference depending on the installation angle of the conduit 7, but the nozzle 6 for cooling water sprays the water. Since a few% of the jet water accompanied by the cooling water 8 in the water tank scatters out of the water tank 3, the liquid level 8a in the water tank 3 gradually decreases. As a result, the liquid level in the water tank 3 becomes lower than the lower end of the conduit 7 after a certain time has elapsed from the start of the cooling water injection, as indicated by the broken line 8b. As a result, the nozzle for cooling water injection does not entrain the cooling water in the water tank.
A state called "blowing up phenomenon" in which the cooling water 4 is directly jetted from 6 starts.
【０００９】このような、吹き上がり現象が一度発生す
ると、水槽3の上方に噴射する水量は、水槽内冷却水８
の同伴がなされていた場合と比較して少なくなり、あた
かも、円管ジェット冷却と同様の噴射状態となる。その
後、鋼板1が冷却装置に入ると、図１１で示した状態に
なり、冷却水は鋼板1に衝突して水槽3内に戻るため、再
び水槽内冷却水８の同伴が生じ、通常の導管付噴水冷却
が行なわれるようになる。その結果、鋼板のTop端にお
いて冷却能の低下や温度むらが発生する。Once such a blow-up phenomenon occurs, the amount of water injected above the water tank 3 is equal to the cooling water 8 in the water tank.
Is less than that in the case of being accompanied, and the injection state is as if circular pipe jet cooling. After that, when the steel plate 1 enters the cooling device, the state shown in FIG. 11 is reached, and the cooling water collides with the steel plate 1 and returns to the inside of the water tank 3, so that the cooling water 8 in the water tank again accompanies and the normal conduit The attached fountain will be cooled. As a result, lowering of cooling capacity and uneven temperature occur at the top end of the steel sheet.
【００１０】また、冷却水噴射用ノズル６の内径、導管
７の内径、導管７の長さが最適でない場合、冷却水噴射
用ノズル６から噴射された冷却水は、水槽内冷却水８に
十分運動量を与えることができないため、水槽内冷却水
８を同伴することができず、前記と同様な理由で吹き上
がり現象が発生する。この場合は、水槽内の液面レベル
と関係なく吹き上がり現象が発生するため、導管付噴水
冷却の特徴である、水槽内の水を同伴することにより少
ない水量で高い冷却能を得るという利点を生かすことが
できない。When the inner diameter of the cooling water injection nozzle 6, the inner diameter of the conduit 7, and the length of the conduit 7 are not optimal, the cooling water injected from the cooling water injection nozzle 6 is sufficient for the cooling water 8 in the water tank. Since the momentum cannot be given, the cooling water 8 in the water tank cannot be entrained, and the blowing-up phenomenon occurs for the same reason as above. In this case, since the phenomenon of blowing up occurs regardless of the liquid level in the water tank, the advantage of cooling the fountain with a conduit, which is the advantage of entraining the water in the water tank and obtaining a high cooling capacity with a small amount of water, is provided. I can't make use of it.
【００１１】実際に導管付噴水冷却装置の設計を行なう
にあたって、このような問題点を考慮した上で、温度む
らが無く、均一な冷却を行なうための指針に関する提案
は従来なされていない。When actually designing a fountain cooling device with a conduit, in consideration of such a problem, no proposal has been made regarding a guideline for uniform cooling without temperature unevenness.
【００１２】本発明の目的は、高温鋼板の下面を前記導
管付噴水冷却によって、少ない水量でかつ均一な温度分
布で冷却することが可能となる高温鋼板の下面冷却装置
及び高温鋼板の冷却方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a lower surface cooling apparatus for a high temperature steel sheet and a method for cooling a high temperature steel sheet, which makes it possible to cool the lower surface of a high temperature steel sheet with the above-described conduit fountain cooling with a small amount of water and a uniform temperature distribution. To provide.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記観点
から試験研究を重ねて詳細に検討した結果、水平状態で
冷却ラインを搬送される高温鋼板の下面側の冷却装置と
して、導管付噴水冷却装置を用い、その装置諸元を適切
に設計し、また、そのような装置を用いて適切な冷却条
件を設定すれば、所期目標を達成することができること
が明らかとなった。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted extensive tests and researches from the above viewpoints, and as a result, as a cooling device on the lower surface side of a high-temperature steel sheet conveyed in a cooling line in a horizontal state, with a conduit. It was clarified that the intended target can be achieved by using a fountain cooling device, designing the device specifications appropriately, and setting appropriate cooling conditions using such a device.
【００１４】請求項１記載の高温鋼板の下面冷却装置は
次の特徴を有するものである。まず、導管付噴水冷却装
置は下記の構成を有する。即ち、水平な高温鋼板の下方
部に設けられた水槽と、その水槽に満たされた冷却用水
の水面下に没する位置にあって鉛直上向きに噴射口が向
けられた冷却水噴射用ノズルと、その冷却水噴射用ノズ
ルの外径よりも大きな内径を有し、下端が冷却水噴射用
ノズルの噴射口よりも高い位置に位置し、上端が上記冷
却用水の水面よりも高い位置に位置し、その下端及び上
端が共に開口しており、軸心が冷却水噴射用ノズルの軸
心と一致している導管と、冷却水噴射用ノズルに上記冷
却水を供給する冷却水供給機構とからなっている。上記
冷却装置において、冷却水噴射用ノズルと導管とでノズ
ル・導管ユニットが構成され、鋼板の幅方向に所定のピ
ッチで所定数のユニットが配設されている。鋼板の幅方
向に並んだユニット横列が、鋼板の長さ方向に所定のピ
ッチで所定数が配設されている。The underside cooling device for a high temperature steel plate according to claim 1 has the following features. First, the conduit fountain cooling device has the following configuration. That is, a water tank provided in the lower portion of the horizontal high-temperature steel plate, a cooling water jet nozzle with the jet port directed vertically upward at a position submerged below the water surface of the cooling water filled in the water tank, Having an inner diameter larger than the outer diameter of the cooling water injection nozzle, the lower end is located at a position higher than the injection port of the cooling water injection nozzle, and the upper end is located at a position higher than the water surface of the cooling water, The lower end and the upper end are both open, and the pipe has an axial center aligned with the axial center of the cooling water injection nozzle, and a cooling water supply mechanism for supplying the cooling water to the cooling water injection nozzle. There is. In the above cooling device, a nozzle / conduit unit is constituted by the cooling water jet nozzle and the conduit, and a predetermined number of units are arranged at a predetermined pitch in the width direction of the steel sheet. A predetermined number of unit rows arranged in the width direction of the steel plate are arranged at a predetermined pitch in the length direction of the steel plate.
【００１５】このような導管付噴水冷却装置において、
冷却水噴射用ノズルの内径dがd≧2mmであって、導管か
ら噴出する冷却水の軸心の鋼板との衝突点の鋼板幅方向
の間隔lwと、導管の内径Dとの比lw／Dが 2≦lw／D≦8で
ある。In such a fountain cooling device with a conduit,
The inner diameter d of the cooling water injection nozzle is d ≧ 2 mm, and the ratio lw / D of the interval lw in the steel plate width direction at the collision point of the cooling water ejected from the conduit with the steel plate and the inner diameter D of the conduit. Is 2 ≦ lw / D ≦ 8.
【００１６】請求項２記載の高温鋼板の下面冷却装置
は、請求項１記載の発明において、更に、導管の内径D
と冷却水噴射用ズルの内径dとの比D／dが2≦D／d≦8を
満たし、且つ導管の長さLと導管の内径Dとの比L／Dが5
≦L／Dを満たすことが付加されていることに特徴を有す
るものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a bottom surface cooling device for a high temperature steel sheet, further comprising: an inner diameter D of the conduit.
And the inner diameter d of the cooling water spraying nozzle D / d satisfies 2 ≦ D / d ≦ 8, and the ratio L / D between the length L of the conduit and the inner diameter D of the conduit is 5
The feature is that the addition of satisfying ≦ L / D is added.
【００１７】請求項３記載の高温鋼板の下面冷却装置
は、請求項１又は２記載の冷却装置において、更に、導
管の上方への向きが、高温鋼板を搬送するためのテーブ
ルローラーの方向に湾曲もしくは傾斜していることに特
徴を有するものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a lower surface cooling apparatus for a high temperature steel sheet according to the first or second aspect, wherein the conduit has an upward direction curved toward a table roller for conveying the high temperature steel sheet. Alternatively, it is characterized by being inclined.
【００１８】請求項４記載の高温鋼板の下面冷却装置
は、請求項１〜３記載の冷却装置のいずれかにおいて、
更に、水槽の下部に、冷却水噴射用ノズルに供給する冷
却水の圧力分布を均一化させるためのヘッダーが配設さ
れていることに特徴を有するものである。A lower surface cooling device for a high temperature steel plate according to claim 4 is the cooling device according to any one of claims 1 to 3, wherein
Further, the present invention is characterized in that a header for equalizing the pressure distribution of the cooling water supplied to the cooling water injection nozzle is arranged in the lower part of the water tank.
【００１９】請求項５記載の高温鋼板の下面冷却方法
は、請求項１〜４記載の冷却装置のいずれかを用いて鋼
板の下面を均一に冷却することに特徴を有するものであ
る。The method for cooling the lower surface of the high temperature steel sheet according to claim 5 is characterized in that the lower surface of the steel sheet is uniformly cooled by using any one of the cooling devices according to claims 1 to 4.
【００２０】請求項６記載の高温鋼板の下面冷却方法
は、請求項５記載の冷却方法のいずれかにおいて、導管
から噴出する冷却水の噴出高さＨがＨ≦1000mmとなるよ
うに、冷却水噴射用ノズルに供給する冷却水の供給条件
を調節することに特徴を有するものである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a bottom surface cooling method for a high temperature steel sheet according to the fifth aspect, wherein the cooling water jetted from the conduit has a jet height H of H ≦ 1000 mm. The feature is that the supply condition of the cooling water supplied to the injection nozzle is adjusted.
【００２１】請求項７記載の高温鋼板の冷却方法は、請
求項６記載の冷却方法のいずれかに、更に、鋼板の上面
に対する冷却能と下面に対する冷却能とが等しくなるよ
うな冷却水噴出条件を付加することに特徴を有するもの
である。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a cooling method for a high-temperature steel sheet according to any one of the sixth to sixth aspects, wherein cooling water jetting conditions are such that the cooling ability for the upper surface of the steel sheet is equal to the cooling ability for the lower surface. It is characterized by the addition of.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】一般に、水冷では冷却の形態が3
つ存在する。図１は、冷却条件を一定にした場合の高温
鋼板の冷却過程における鋼板表面温度と熱流束との関係
を説明する図である。高温鋼板を冷却すると、まず鋼板
表面と冷却水との間に蒸気膜が存在する膜沸騰状態にな
る。これは鋼板の表面温度が非常に高いために、冷却水
は鋼板表面に到達する前に蒸発し、直接鋼板に接触する
ことの無い沸騰現象で、常に鋼板と冷却水との間には、
蒸気膜が存在しており、熱流束は小さく、冷却能が小さ
い。鋼板表面温度が下がってくるとやがて膜沸騰から遷
移沸騰へと移行する。この移行点の熱流束は一般的に極
小熱流束点と呼ばれる。遷移沸騰領域では鋼板表面を覆
っていた安定した蒸気膜はもはや安定に存在できなくな
り、局所的に蒸気膜が崩壊して、冷却水と鋼板表面が直
接接触を起こすようになる。その時、熱流束は急激に増
大し、沸騰状態は遷移沸騰へと移行する。さらに、鋼板
表面温度が低下すると今度は蒸気膜が存在しなくなり、
鋼板のほぼ全面が冷却水と接触し、局所的に蒸気泡が発
泡した状態、即ち核沸騰になる。この時、熱流束は極大
点に達した後に徐々に減少する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Generally, there are three cooling modes in water cooling.
Exist. FIG. 1 is a diagram illustrating a relationship between a steel plate surface temperature and a heat flux in a cooling process of a high temperature steel plate when a cooling condition is constant. When the high-temperature steel plate is cooled, first, a film boiling state in which a vapor film exists between the steel plate surface and the cooling water is obtained. This is a boiling phenomenon in which the surface temperature of the steel sheet is very high, the cooling water evaporates before reaching the steel sheet surface and does not directly contact the steel sheet.Always between the steel sheet and the cooling water,
Due to the existence of the vapor film, the heat flux is small and the cooling capacity is small. When the surface temperature of the steel plate decreases, film boiling transitions to transition boiling. The heat flux at this transition point is generally called the minimum heat flux point. In the transition boiling region, the stable vapor film covering the steel plate surface can no longer exist stably, the vapor film locally collapses, and the cooling water comes into direct contact with the steel plate surface. At that time, the heat flux rapidly increases, and the boiling state transitions to transition boiling. Furthermore, when the surface temperature of the steel plate decreases, the steam film no longer exists,
Almost the entire surface of the steel sheet comes into contact with the cooling water and vapor bubbles locally form, that is, nucleate boiling occurs. At this time, the heat flux gradually decreases after reaching the maximum point.
【００２３】沸騰現象には、以上説明した膜沸騰、遷移
沸騰及び核沸騰の３つの状態が存在するが、その伝熱特
性は温度の降下と共に熱流束が減少する膜沸騰及び核沸
騰と、温度の降下と共に熱流束が増大する遷移沸騰とに
分けられる。従来の方法で高温鋼板を冷却する場合、ど
んなに均一な冷却を行なおうとしても、圧延後の鋼板表
面温度や表面性状が均一でないため、冷却過程で局所的
な温度むらが発生する。これは前述の沸騰形態を用いて
次のように説明することができる。The boiling phenomenon has the three states of film boiling, transition boiling and nucleate boiling described above. Its heat transfer characteristics are film boiling and nucleate boiling, in which the heat flux decreases with decreasing temperature. It is divided into transitional boiling, in which the heat flux increases as When a high-temperature steel sheet is cooled by the conventional method, no matter how uniform cooling is performed, the surface temperature and surface properties of the steel sheet after rolling are not uniform, so that local temperature unevenness occurs in the cooling process. This can be explained as follows using the boiling mode described above.
【００２４】即ち、高温鋼板を冷却していくと、膜沸
騰、遷移沸騰、次いで核沸騰を通過して低温に到達する
が、鋼板の表面温度が膜沸騰領域から遷移沸騰領域にな
ると同時に急激に熱流束が増大する。このため、鋼板の
初期温度分布や表面性状の違いにより、鋼板各部分で膜
沸騰から遷移沸騰へ移行するタイミングのずれが発生
し、そのためある瞬間で鋼板内では膜沸騰で冷却されて
いる部分と核沸騰で冷却されている部分とで大きな温度
差が生じる。これが、冷却後の鋼板に、温度むら、平坦
度不良、残留応力、あるいは材質むらを生じさせる原因
である。従って、鋼板冷却の初期段階で膜沸騰が発生し
ない冷却条件を実現することにより、均一な温度分布で
冷却することができ、歪のない鋼板を製造することがで
きることに着眼した。That is, when the high-temperature steel sheet is cooled, it reaches a low temperature by passing through film boiling, transition boiling, and then nucleate boiling, but the surface temperature of the steel sheet rapidly changes from the film boiling region to the transition boiling region. Heat flux is increased. For this reason, due to the difference in initial temperature distribution and surface texture of the steel sheet, a shift in the timing of transition from film boiling to transition boiling occurs in each portion of the steel sheet, so at a certain moment within the steel sheet, the portion cooled by film boiling A large temperature difference occurs between the part cooled by nucleate boiling. This is the cause of uneven temperature, poor flatness, residual stress, or uneven material in the steel sheet after cooling. Therefore, by realizing the cooling condition in which film boiling does not occur in the initial stage of cooling the steel sheet, it is possible to cool with a uniform temperature distribution and to manufacture a steel sheet without distortion.
【００２５】以上の観点から、本発明者等は種々の冷却
方式を用いて詳細に検討を行なった結果、投入水量に対
して噴出水量を増大させることができる導管付噴水冷却
装置が最も有効であるとの結論に至った。この冷却装置
を最適化して高温鋼板の冷却に使用したところ、温度む
らのない鋼板を製造することができた。From the above viewpoints, the present inventors have made detailed studies using various cooling methods, and as a result, the fountain cooling system with a conduit capable of increasing the jetted water amount relative to the input water amount is the most effective. I came to the conclusion that there is. When this cooling device was optimized and used for cooling a high temperature steel sheet, it was possible to manufacture a steel sheet without temperature unevenness.
【００２６】次に、本発明の実施の形態を、図を参照し
ながら詳細に説明する。本発明の高温鋼板の下面冷却装
置の構造は、図１１に示した導管付噴水冷却装置を改良
するものであり、前述した通りにその設計諸元を決めた
理由を説明する。図２（ａ）、（ｂ）に、導管付噴水冷
却装置の各部位の定義及びその幾何学的な関係を示す。Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The structure of the lower surface cooling device for a high temperature steel plate of the present invention is an improvement of the fountain cooling device with a conduit shown in FIG. 11, and the reason why the design specifications are determined as described above will be explained. 2A and 2B show the definition of each part of the fountain cooling device with a conduit and its geometrical relationship.
【００２７】ここで、
lW：鋼板幅方向に並んだ冷却水噴射用ノズル６の列（ノ
ズル横列という）中のノズル６のピッチ
lL：鋼板長手方向に並んだ冷却水噴射用ノズル６の列
（ノズル縦列という）中のノズル６のピッチ
但し、ノズル６は、所謂千鳥状に配置されている。
d ：冷却水噴射用ノズル６の内径
D：導管７の内径
L : 導管７の長さ
H : 導管７から噴出する冷却水の噴出高さ
H' :導管７の先端から鋼板までの高さ
次に、この発明の冷却装置の諸元及び冷却条件を上述し
た通り限定した理由を説明する。Here, l W : Pitch of the nozzles 6 in the row of cooling water jet nozzles 6 arranged in the width direction of the steel plate (referred to as nozzle row) l L : Cooling water jet nozzles 6 arranged in the steel plate longitudinal direction The pitch of the nozzles 6 in a row (called a nozzle column) However, the nozzles 6 are arranged in a so-called staggered pattern. d: Inner diameter of the cooling water jet nozzle D: Inner diameter of the conduit L: Length of the conduit H: Height of cooling water sprayed from the conduit H ': Height from the tip of the conduit 7 to the steel plate Next The reason why the specifications and cooling conditions of the cooling device of the present invention are limited as described above will be explained.
【００２８】（１）冷却水噴射用ノズルの内径d
冷却水噴射用ノズル6の内径dが小さいほど、噴射冷却水
の圧力損失が大きくなる。この圧力損失は、冷却水噴射
用ノズル６管内を流れるときの摩擦による圧力損失と、
冷却水が冷却水噴射用ノズル６に流入する時の圧力損失
とからなり、下記式（１）で表わすことができる。(1) Inner Diameter d of Cooling Water Injection Nozzle The smaller the inner diameter d of the cooling water injection nozzle 6, the greater the pressure loss of the injected cooling water. This pressure loss is due to the pressure loss due to friction when flowing in the cooling water jet nozzle 6 pipe,
It consists of the pressure loss when the cooling water flows into the cooling water jet nozzle 6, and can be expressed by the following formula (1).
【００２９】[0029]
【数１】 (1) 但し、 ΔP ：圧力損失ヘッド [m] λ ：冷却水噴射用ノズル管内摩擦係数 =0.3146Re1/4 ここで、Reはレイノルズ数Re=Va d/ν ν : 動粘性係数 ［m2/s］ Ｌ0：冷却水噴射用ノズル６の長さ [m] Va：冷却水噴射用ノズル内流速 [m/s] g ：重力加速度 [m2/s][Equation 1] (1) where ΔP: Pressure loss head [m] λ: Cooling water injection nozzle pipe friction coefficient = 0.3146Re 1/4 where Re is Reynolds number Re = Vad / ν ν: Dynamic viscosity coefficient [m 2 / s] L 0 : Length of cooling water jet nozzle 6 [m] Va: Flow velocity in cooling water jet nozzle [m / s] g: Gravitational acceleration [m 2 / s]
【００３０】ξ：ヘッダー５から冷却水噴射用ノズル６
に流入するときの損失係数≒0.5
上記式（１）において、右辺第一項目は、冷却水がノズ
ル６管内を流れるときの摩擦損失であり、第二項目は、
冷却水がノズル６に流入するときの損失である。通常、
工業用に使用されているポンプの噴出圧力は6kg/cm2程
度が最も多いため、式(1)により求まる圧力損失は6kg/c
m2以下にしなければ冷却水噴射用ノズル６から冷却水を
噴射させることができない。また、直接焼入れの熱処理
を目的として冷却を行なう場合は、鋼板の上面側で1000
l／min．m2以上の水量を噴射しなければ焼き入れに必要
な冷却速度を得ることができない。一方、鋼板を冷却す
る場合、上面側は鋼板上に冷却水が滞留するが、下面側
は重力の影響で冷却水は鋼板に衝突後落下する。従っ
て、下面側の冷却水量は上面側の冷却水量の2〜3倍程度
に増やさなければならない。即ち、下面側は2000〜3000
l／min. m2程度の水量が必要となる。Ξ: Cooling water jet nozzle 6 from header 5
In the above equation (1), the first item on the right side is the friction loss when the cooling water flows in the pipe of the nozzle 6, and the second item is
This is the loss when the cooling water flows into the nozzle 6. Normal,
Since the jet pressure of a pump used for industrial purposes is about 6 kg / cm 2 most, the pressure loss calculated by equation (1) is 6 kg / c.
If it is not more than m 2, the cooling water cannot be jetted from the cooling water jet nozzle 6. When cooling for the purpose of direct quenching heat treatment, 1000
l / min. The cooling rate required for quenching cannot be obtained without spraying a water amount of m 2 or more. On the other hand, when cooling the steel sheet, cooling water stays on the steel sheet on the upper surface side, but on the lower surface side, the cooling water falls after colliding with the steel sheet due to the influence of gravity. Therefore, the cooling water amount on the lower surface side must be increased to about 2 to 3 times the cooling water amount on the upper surface side. That is, the bottom side is 2000-3000
Water volume of about l / min.m 2 is required.
【００３１】そこで、許容圧力損失として所定値を与え
た場合に噴射可能限界となる、ノズル内流速Va limitと
ノズル内径ｄとの関係、及びノズルからの噴射流量Qd l
imitとノズル内径ｄとを求める。式（１）においてVaを
Va limitとおいた式を変形して、式（２）が得られる。Therefore, the relationship between the nozzle internal flow velocity Va limit and the nozzle inner diameter d, which is the injection limit when a predetermined value is given as the allowable pressure loss, and the injection flow rate Qd l from the nozzle.
Find imit and nozzle inner diameter d. Va in equation (1)
Equation (2) is obtained by modifying the equation with Va limit.
【００３２】[0032]
【数２】 (2)[Equation 2] (2)
【００３３】これから、ノズル内径ｄとノズル1本当た
りからの噴射限界流量Qd limitとの関係を求めると、式
(3)になる。From this, the relationship between the nozzle inner diameter d and the injection limit flow rate Qd limit from one nozzle can be obtained by the following equation:
It becomes (3).
【００３４】[0034]
【数３】 (3) 但し、 Qd limit : 噴射限界流量 [m3/s] Va limit : 噴射限界流速 [m/s][Equation 3] (3) However, Qd limit: injection limit flow rate [m 3 / s] Va limit: injection limit flow velocity [m / s]
【００３５】よって、単位面積当たりに投入する必要が
ある水量Q'と、導管内径Ｄとノズル内径ｄの比D／dとか
ら、鋼板下面単位面積当たりのノズル本数Ｎを、式
（４）により求めることができる。Therefore, the number of nozzles N per unit area of the lower surface of the steel plate is calculated by the formula (4) from the amount of water Q'needed to be supplied per unit area and the ratio D / d of the conduit inner diameter D and the nozzle inner diameter d. You can ask.
【００３６】[0036]
【数４】 (4) 但し、 Q' : 冷却に必要な単位面積当たりの水量 [m3/s] N : 単位面積当たりのノズル本数 [本/m2][Equation 4] (4) However, Q ': amount of water required per unit area for cooling [m 3 / s] N: number of nozzles per unit area [no./m 2 ]
【００３７】よって、式(2)〜(4)より、D/d=8、L／D＝
５、圧力損失ΔP＝6kg/cm2のとき、冷却に必要な単位面
積当たりの水量Ｑ’が3000l／min.m2となるときに必要
な単位面積当たりのノズル本数とノズル内径ｄとの関係
を求めると、図３に示す通りである。これより、冷却水
噴射用ノズルの内径dが2mm以下になると急激に多くのノ
ズル本数を必要とすることがわかる。このことから、d
を2mm以下にするとノズル本数の増化のために建設コス
トが高くなる。また、一般的に使われている工業用水で
はスラッジ等を多く含むため、ノズルの詰まりが発生し
やすいので、内径2mm以上の冷却水噴射用ノズルが必要
となる。以上によりこの発明では、冷却水噴射用ノズル
6の内径dは、d≧2mmに限定した。Therefore, from the equations (2) to (4), D / d = 8, L / D =
5. When the pressure loss ΔP = 6 kg / cm 2 , the relationship between the number of nozzles per unit area and the nozzle inner diameter d required when the amount of water Q'per unit area required for cooling is 3000 l / min.m 2. Is obtained as shown in FIG. From this, it can be seen that when the inner diameter d of the cooling water jet nozzle becomes 2 mm or less, a large number of nozzles are required rapidly. From this, d
If it is less than 2 mm, the construction cost will increase due to the increase in the number of nozzles. Further, since generally used industrial water contains a large amount of sludge and the like, clogging of the nozzle is likely to occur, so that a cooling water jet nozzle having an inner diameter of 2 mm or more is required. As described above, in the present invention, the cooling water jet nozzle is provided.
The inner diameter d of 6 was limited to d ≧ 2 mm.
【００３８】（２）鋼板幅方向のノズルピッチlwと導管
内径Dとの比lw/D
鋼板幅方向のノズルピッチlwと導管内径Dの関係は、最
も重要な因子である。導管から噴射された冷却水は、鋼
板に衝突した後、鋼板に平行に流れる。しかし、重力の
影響があるため、ある距離までは、鋼板と平行に流れる
ものの、その後落下してしまう。また、実際に高温鋼板
の下方から冷却水を噴射すると、重力の影響のみなら
ず、衝突点から鋼板に平行に流れていた水はある距離だ
け離れたところで、運動量が減衰するため膜沸騰が発生
してしまい、常温の鋼板に冷却水を衝突させた場合と比
較して、はるかに短い距離で落下が始まる。最適なノズ
ルピッチlwを調べるために、小型の導管付噴水冷却装置
を製作して、熱間実験を行なった。(2) Ratio of nozzle pitch lw in the steel sheet width direction to conduit inner diameter D 1w / D The relationship between the nozzle pitch lw in the steel sheet width direction and the conduit inner diameter D is the most important factor. The cooling water injected from the conduit collides with the steel plate and then flows parallel to the steel plate. However, due to the influence of gravity, it flows parallel to the steel plate up to a certain distance, but then falls. Also, when cooling water is actually sprayed from below the high-temperature steel plate, not only the effect of gravity but also the water flowing in parallel to the steel plate from the collision point is separated by a certain distance, the momentum is attenuated, and film boiling occurs. Then, compared to the case where the cooling water is collided with the steel plate at room temperature, the falling starts at a much shorter distance. In order to investigate the optimum nozzle pitch lw, a small fountain cooling device with a conduit was manufactured and hot experiments were conducted.
【００３９】実験は板厚30mm、板幅500mm、板長1000mm
の炭素鋼を加熱して、鋼板の下面側表面温度が800℃に
なった時点で霧吹きにより温度むらを10℃程度つけた状
態で、小型の導管付噴水冷却装置を用い、投入水量、即
ち冷却水噴射用ノズル出口水量Qdを、15〜35l/minの範
囲内で変化させて冷却を行った。ここで、導管内径D=27
mm、冷却水噴射用ノズル内径d=6mmとして、導管先端か
ら鋼板下面までの距離Ｈ’を140mmとし、１５秒間冷却
した。冷却後の鋼板下面側の表面温度を走査型放射温度
計により測定し、その温度偏差を求めた。その結果を図
４に示す。In the experiment, the plate thickness is 30 mm, the plate width is 500 mm, and the plate length is 1000 mm.
When the surface temperature of the lower surface of the steel plate reaches 800 ° C, the temperature unevenness is maintained at about 10 ° C by spraying when the carbon steel of The amount of water Qd at the outlet of the water jet nozzle was changed within the range of 15 to 35 l / min for cooling. Where conduit inner diameter D = 27
mm, the nozzle inner diameter for cooling water injection was d = 6 mm, the distance H ′ from the tip of the conduit to the lower surface of the steel plate was 140 mm, and cooling was performed for 15 seconds. The surface temperature of the lower surface of the steel sheet after cooling was measured with a scanning radiation thermometer, and the temperature deviation was obtained. The result is shown in FIG.
【００４０】この実験により、鋼板下面側の表面温度偏
差が10℃以上に拡大しない条件にするためには、鋼板幅
方向のノズルピッチlwと導管内径Dとの比lw/Dを、2≦lw
/D≦8にしなければならないことが分かる。冷却初期の
段階で、膜沸騰が発生している場合には、先に述べた原
理より霧吹きでつけた初期温度むらが拡大していくが、
2≦lw/D≦8の条件下で適正な水量により冷却を行なえ
ば、温度むらが拡大せず、膜沸騰が完全にない状態で冷
却できることが実証できた。According to this experiment, in order to make the condition that the surface temperature deviation on the lower surface side of the steel plate does not expand to 10 ° C. or more, the ratio lw / D between the nozzle pitch lw in the steel plate width direction and the conduit inner diameter D is set to 2 ≦ lw
It turns out that / D ≦ 8 must be set. If film boiling occurs in the initial stage of cooling, the initial temperature unevenness created by spraying will expand according to the principle described above.
It has been proved that if the cooling is performed with an appropriate amount of water under the condition of 2 ≦ lw / D ≦ 8, the temperature unevenness does not expand and the film boiling can be completely eliminated.
【００４１】（３）導管の内径Dと冷却水噴射用ノズル
の内径dとの比D/d
鋼板長手方向のノズルピッチl Lの大きさ如何は、鋼板
の通過冷却を行っている場合は、下面の冷却能と上面の
冷却能とが冷却バンク単位で釣合っているかぎり、鋼板
の温度むら発生原因とはならない。この場合、各冷却装
置の幾何学的寸法により、実験室的に鋼板の幅方向及び
長さ方向のノズル最適ピッチを求めることができる。但
し、鋼板幅方向のノズル配置は、鋼板の均一冷却をする
ためには、lw/Dの値が上記条件である2≦lw/D≦8を満た
し、一直線上に配置する必要がある。また、テーブルロ
ーラー上の鋼板の搬送を停止して行なう一斉冷却をした
場合は、均一冷却をするために、鋼板長手方向のノズル
ピッチl Lは、必ず鋼板幅方向のノズルピッチlwと一致
させる必要がある。(3) The ratio of the inner diameter D of the conduit to the inner diameter d of the cooling water jet nozzle D / d The size of the nozzle pitch l L in the longitudinal direction of the steel plate is As long as the cooling capacity of the lower surface and the cooling capacity of the upper surface are balanced in units of cooling banks, this does not cause uneven temperature of the steel sheet. In this case, the optimum nozzle pitches in the width direction and the length direction of the steel sheet can be experimentally obtained from the geometrical dimensions of each cooling device. However, in order to uniformly cool the steel plate, the nozzle arrangement in the width direction of the steel plate needs to be arranged on a straight line with the value of lw / D satisfying the above condition 2 ≦ lw / D ≦ 8. In addition, when batch cooling is performed by stopping the transportation of the steel plate on the table roller, the nozzle pitch l L in the steel plate longitudinal direction must always match the nozzle pitch l w in the steel plate width direction in order to achieve uniform cooling. There is.
【００４２】この導管付噴流では、投入水量、即ち冷却
水噴射用ノズル出口流量Ｑdと、水槽内の冷却水を同伴
して導管から噴出される導管出口流量ＱDとの間には、
次の関係がある。冷却水噴射用ノズル及び導管から噴出
される噴射水の運動量保存の法則より、In this jet with a conduit, between the amount of input water, that is, the nozzle outlet flow rate Qd for cooling water injection and the conduit outlet flow rate Q D ejected from the conduit along with the cooling water in the water tank,
It has the following relationships: From the law of conservation of momentum of jet water jetted from the cooling water jet nozzle and conduit,
【００４３】[0043]
【数５】 (5) が得られる。一方、冷却水量に関して、[Equation 5] (Five) Is obtained. On the other hand, regarding the amount of cooling water,
【００４４】[0044]
【数６】 (6)[Equation 6] (6)
【００４５】[0045]
【数７】 [Equation 7]
【００４６】(7) となる。但し、 Qd : 冷却水噴射用ノズル6から噴出する水量 QD : 導管7から噴出する水量 Vd : 冷却水噴射用ノズル6から噴射する冷却水の流速 VD : 導管7から噴射する冷却水の流速 π : 円周率(=3.14)It becomes (7). However, Q d : Water amount jetted from the cooling water jet nozzle 6 Q D : Water amount jetted from the pipe 7 V d : Flow velocity of cooling water jetted from the cooling water jet nozzle 6 V D : Cooling water jetted from the pipe 7 Flow velocity π: Pi (= 3.14)
【００４７】式(5)より、式（８）の関係が導かれ、From the equation (5), the relation of the equation (8) is derived,
【００４８】[0048]
【数８】 (8)[Equation 8] (8)
【００４９】式(6)及び(7)より、式（９）が導かれる。From equations (6) and (7), equation (9) is derived.
【００５０】[0050]
【数９】 (9)[Equation 9] (9)
【００５１】従って、式(8)及び(9)から下記式(10)の関
係が導かれる。Therefore, the relationship of the following expression (10) is derived from the expressions (8) and (9).
【００５２】[0052]
【数１０】 (10)[Equation 10] (Ten)
【００５３】即ち、投入水量である冷却水噴射用ノズル
6から噴射される冷却水量Ｑdを基準として、導管7から
噴出する水量ＱDをより多くするためには、導管内径Dと
冷却水噴射用ノズル内径dの比D/dを大きく取ればよい。
ただし、D/d>8とすると、ノズルから噴射される冷却水
の運動量が水槽内の同伴流にうまく伝達されず、いわゆ
る吹き上がり現象が発生する傾向が生じる。吹き上がり
現象が発生すると、噴射される冷却水量ＱDは同伴水が
ある場合と比較して、数分の1の水量になり、さらに冷
却水噴射用ノズル内径ｄが導管内径Ｄの数分の１である
ため、鋼板幅方向のノズルピッチlwと導管内径Dの比率l
w/ Dが見かけ上大きくなり、図４で示したように、均一
に冷却することができない。また、D/dが2より小さい場
合は、同伴効果がほとんど無く、均一な温度分布で冷却
を行うためには、莫大な投入冷却水が必要となる。以上
により、この発明では、導管7の内径Dと冷却水噴射用ノ
ズル6の内径dとの比D/dを、2≦D/d≦8に限定するのが望
ましい。That is, a nozzle for jetting cooling water, which is the amount of input water
In order to increase the amount Q D of water ejected from the conduit 7 with reference to the amount Q d of cooling water injected from 6, the ratio D / d of the inner diameter D of the conduit and the inner diameter d of the nozzle for jetting cooling water should be set large. .
However, if D / d> 8, the momentum of the cooling water injected from the nozzle is not well transmitted to the entrained flow in the water tank, and a so-called blow-up phenomenon tends to occur. When the rising phenomenon occurs, the amount of cooling water to be injected Q D becomes a fraction of the amount of water compared to the case where there is entrained water, and the inner diameter d of the cooling water injection nozzle is equal to the inner diameter D of the conduit to a few minutes. Since it is 1, the ratio l of the nozzle pitch lw in the steel plate width direction to the conduit inner diameter D
w / D is apparently large, and uniform cooling cannot be performed as shown in FIG. Further, when D / d is less than 2, there is almost no entrainment effect, and an enormous amount of cooling water is required for cooling with a uniform temperature distribution. As described above, in the present invention, it is desirable to limit the ratio D / d of the inner diameter D of the conduit 7 and the inner diameter d of the cooling water jet nozzle 6 to 2 ≦ D / d ≦ 8.
【００５４】（４）導管長さLと導管内径Dとの比L/D
導管長さLと導管内径Dとの関係は次の通り決めた。即
ち、冷却水噴射用ノズルから噴射された冷却水が導管を
通る際にその流れに発生した乱れを十分に減衰させて、
なおかつ冷却水噴射用ノズルから供給される冷却水の運
動量を水槽内の同伴流に十分伝えることにより吹き上が
り現象が発生しないように設定することが重要である。
そのための条件として、この発明では5≦L/Dに限定し
た。(4) Ratio of conduit length L to conduit inner diameter D L / D The relationship between conduit length L and conduit inner diameter D was determined as follows. That is, the turbulence generated in the flow of the cooling water injected from the cooling water injection nozzle when passing through the conduit is sufficiently attenuated,
Moreover, it is important to set the momentum of the cooling water supplied from the cooling water injection nozzle to be sufficiently transmitted to the entrained flow in the water tank so that the phenomenon of blowing up does not occur.
In the present invention, the condition for that is limited to 5 ≦ L / D.
【００５５】（５）導管の湾曲ないし傾斜
次に、一般の鋼板製造ラインでは、通常、テーブルロー
ラーによって鋼板を搬送しているので、直管の導管を鉛
直上方に向けて用いると、テーブルローラー近傍におけ
る冷却が十分ではないので、上下面でその冷却能分布を
一致させることが難しい場合がある。この場合には、図
５に示すように、テーブルローラー２ａ、２ｂ近傍の導
管１０、１０をテーブルローラー２ａ、２ｂ側に湾曲さ
せることにより、鋼板とテーブルローラーの隙間に冷却
水を流し込むことによって上下面で冷却能分布を一致さ
せることが可能となる。この場合においても、均一な鋼
板冷却をするためには、鋼板幅方向のノズルピッチ（l
w）と導管内径（D）との比を本発明の要件を満たすよう
にすることが必要である。なお、図５に示した例では、
ノズル横列（鋼板幅方向に並んだノズル列）３列の内、
前列及び後列を湾曲させているが、鋼板上面の冷却の型
式によっては、前列又は後列の一方のみ、あるいは３列
全部を適宜、湾曲させても構わない。また、導管は湾曲
させる代わりに、適宜傾斜させても同等の効果を得るこ
とができる。(5) Bending or Inclination of Conduit Next, in a general steel plate manufacturing line, since a steel plate is normally conveyed by a table roller, if a straight pipe conduit is used vertically upward, the vicinity of the table roller will be described. In some cases, it is difficult to match the cooling capacity distributions on the upper and lower surfaces, because the cooling is insufficient. In this case, as shown in FIG. 5, the conduits 10 and 10 near the table rollers 2a and 2b are curved toward the table rollers 2a and 2b, so that cooling water is poured into the gap between the steel plate and the table roller. It is possible to match the cooling capacity distribution on the lower surface. Even in this case, the nozzle pitch (l
It is necessary to ensure that the ratio of w) to the inner diameter of the conduit (D) meets the requirements of the invention. In the example shown in FIG. 5,
Of the three rows of nozzles (nozzle rows arranged in the steel plate width direction),
Although the front row and the rear row are curved, depending on the type of cooling of the upper surface of the steel sheet, only one of the front row or the rear row or all three rows may be curved appropriately. Further, the same effect can be obtained by appropriately tilting the conduit instead of bending it.
【００５６】（６）冷却水噴射用ノズルのヘッダー
また、各冷却水噴射用ノズルから噴射される水量のバラ
ツキを防止し、安定した噴水高さを得ることにより、一
層良好な鋼板冷却をすることができる。そのためには、
冷却水噴射用ノズルに供給される冷却水の水圧分布を均
一化させるために、冷却水噴射用ノズルの手前に、冷却
水を一旦溜めるためのヘッダー５を設けるのが効果的で
ある。図６は、水槽の下部に冷却水噴射用ノズルのヘッ
ダー５を設け、そのヘッダー５の構造を二重管とした場
合の鋼板下面冷却装置の鉛直断面図であり、（ａ）はそ
の冷却ライン横断面方向、（ｂ）は縦断面方向である。
ヘッダー5は、鋼板幅方向に長い二重管構造となってお
り、内側に均圧管9がその中心軸をヘッダー5の軸心に一
致させて設置されている。また、均圧管9には、両側か
ら冷却水4が供給できる構造となっており（（ａ）参
照）、供給された冷却水4は均圧管9の周面下部の穴より
ヘッダー５内周下部に噴出し、ヘッダー5内周上部に回
流する。冷却水噴射用ノズル６のヘッダー5に供給され
た冷却水は、上端部に設置されている冷却水噴射用ノズ
ル6から噴出する。(6) Cooling Water Jet Nozzle Header Further, it is possible to prevent variations in the amount of water jetted from each cooling water jet nozzle and to obtain a stable height of the jet water, thereby further cooling the steel plate. You can for that purpose,
In order to make the water pressure distribution of the cooling water supplied to the cooling water injection nozzle uniform, it is effective to provide a header 5 for temporarily storing the cooling water in front of the cooling water injection nozzle. FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of a steel plate lower surface cooling device in which a header 5 of a cooling water injection nozzle is provided in the lower part of a water tank, and the structure of the header 5 is a double pipe, and (a) is its cooling line. The cross-sectional direction is shown, and (b) is the vertical cross-sectional direction.
The header 5 has a double pipe structure that is long in the width direction of the steel plate, and a pressure equalizing pipe 9 is installed inside the header 5 with its central axis aligned with the axial center of the header 5. Further, the pressure equalizing pipe 9 has a structure in which the cooling water 4 can be supplied from both sides (see (a)), and the supplied cooling water 4 is below the inner peripheral portion of the header 5 from the hole in the lower peripheral surface of the pressure equalizing pipe 9. To the upper part of the inner circumference of the header 5. The cooling water supplied to the header 5 of the cooling water jetting nozzle 6 is jetted from the cooling water jetting nozzle 6 installed at the upper end portion.
【００５７】このような構造にすると、ヘッダー5内で
の冷却水の流れが複雑になり、ヘッダー5内の一部に偏
った流れとならないので、ヘッダー5の上端部5aでの水
圧分布は均一となり、冷却水噴射用ノズル6から噴射さ
れる冷却水は、鋼板長手方向及び幅方向に対して均一に
噴射することができる。この例ではヘッダー5を二重管
構造としたが単管であっても、冷却水噴射用ノズル６管
内流速が常に2m/s以下となるように設計すれば同等の効
果を期待できる。また、冷却水を上述したように均圧管
９の両側から供給するという2系統のみからに留めず、3
あるいは4系統からというように、より多数の系統から
供給すれば、一層水圧分布の均一化を図ることができ
る。With such a structure, the flow of the cooling water in the header 5 becomes complicated, and the flow does not become unevenly distributed in a part of the header 5, so that the water pressure distribution at the upper end 5a of the header 5 is uniform. Therefore, the cooling water jetted from the cooling water jetting nozzle 6 can be jetted uniformly in the longitudinal direction and the width direction of the steel sheet. In this example, the header 5 has a double pipe structure, but even if it is a single pipe, the same effect can be expected if the cooling water jet nozzle 6 is designed so that the flow velocity in the pipe is always 2 m / s or less. Further, as described above, the cooling water is supplied from both sides of the pressure equalizing pipe 9 and is not limited to only two systems.
Alternatively, if the water is supplied from a larger number of systems, such as from four systems, the water pressure distribution can be made more uniform.
【００５８】（７）導管から噴出される冷却水の噴出高
さH
導管7から噴出される冷却水の噴出高さHは、1000mm以上
とすると、下面冷却装置上に鋼板が無い場合に冷却装置
外に散逸しやすくなる。この結果、水槽内の液面高さが
導管の下端より低くなるため、吹き上がり現象が発生し
て、上記で述べた理由で冷却能が低くなる。また、この
場合は、吹き上がり現象が発生した後に、下面冷却装置
の上に高温鋼板が搬送されると、水槽内に冷却水が戻る
ため、同伴が始まり、適正な噴水状態となる。このた
め、鋼板のTop端のみが冷却不足となる。以上の理由の
ため、導管7から噴出される冷却水の噴水高さHは、1000
mm以下に限定した。但し、噴水高さHの下限値として
は、冷却水が鋼板下面に十分に到達する高さを必要と
し、導管付噴水冷却の常法における噴水高さと、導管上
端と鋼板下面間の距離との差を参考にして適宜決める。(7) Ejection height H of cooling water ejected from the conduit If the ejection height H of the cooling water ejected from the conduit 7 is 1000 mm or more, the cooling device is used when there is no steel plate on the lower surface cooling device. It is easy to dissipate outside. As a result, the height of the liquid level in the water tank becomes lower than the lower end of the conduit, so that the phenomenon of blowing up occurs, and the cooling capacity becomes low for the reason described above. Further, in this case, when the high temperature steel plate is conveyed onto the lower surface cooling device after the occurrence of the blowing-up phenomenon, the cooling water returns to the inside of the water tank, so that entrainment starts and a proper fountain state is achieved. For this reason, only the top end of the steel sheet is insufficiently cooled. For the above reason, the fountain height H of the cooling water ejected from the conduit 7 is 1000
Limited to mm or less. However, as the lower limit of the fountain height H, the height that the cooling water sufficiently reaches the bottom surface of the steel plate is required, and the fountain height in the conventional method of cooling fountain with a conduit and the distance between the top end of the conduit and the bottom surface of the steel plate The difference is used as a reference to make an appropriate decision.
【００５９】（８）鋼板上下面の冷却能バランス
各冷却バンクにおいて、トータルの抜熱量が鋼板上面と
下面において一致していれば、冷却バンク出側において
鋼板上下面の温度は一致する。しかし、鋼板長手方向の
冷却能分布が大きく異なると、冷却の過程で鋼板の上下
面に大きな温度偏差が発生し、その結果歪が発生するこ
とが有る。例として上面と下面の長手方向の冷却能分布
が図７（ａ）、（ｂ）のようになっている場合を考え
る。この時、ハッチングで表せる面積が冷却面の上面と
下面で一致している場合は、鋼板上下面において図８に
示すように、冷却過程で温度偏差が発生したのち、最終
的に同一の温度となる。(8) Balancing of cooling capacity on the upper and lower surfaces of the steel plate In each cooling bank, if the total heat removal amount is the same on the upper surface and the lower surface of the steel sheet, the temperatures on the upper and lower surfaces of the steel sheet are the same on the cooling bank outlet side. However, if the cooling capacity distribution in the longitudinal direction of the steel sheet is greatly different, a large temperature deviation may occur on the upper and lower surfaces of the steel sheet during the cooling process, resulting in distortion. As an example, consider the case where the cooling capacity distributions in the longitudinal direction of the upper surface and the lower surface are as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). At this time, when the area that can be represented by hatching is the same on the upper surface and the lower surface of the cooling surface, as shown in FIG. Become.
【００６０】高温鋼板は、温度が低くなると収縮するの
で、冷却過程における鋼板上下面の温度偏差に対応して
応力が発生する。この時、上下面の温度差に起因した鋼
板の応力が弾性変形の範囲であれば、図９のCASE1のよ
うな変形の過程をたどり最終的な歪は、発生しない。し
かし、CASE2,3のように冷却の過程で塑性変形が発生す
ると、塑性応力が残留する為、冷却後の鋼板には歪が発
生する。そこで、極力長手方向における冷却面の上面と
下面において、冷却能分布を極力一致させて、冷却過程
における鋼板の上下面における温度偏差を減らし、弾性
変形の範囲で冷却することが好ましい。Since the high temperature steel sheet shrinks when the temperature becomes low, stress is generated corresponding to the temperature deviation between the upper and lower surfaces of the steel sheet during the cooling process. At this time, if the stress of the steel sheet due to the temperature difference between the upper and lower surfaces is within the elastic deformation range, the deformation process as in CASE1 in FIG. 9 is followed and no final strain occurs. However, when plastic deformation occurs in the cooling process as in CASE 2 and 3, plastic stress remains, so that strain occurs in the steel sheet after cooling. Therefore, it is preferable to make the cooling capacity distributions on the upper surface and the lower surface of the cooling surface in the longitudinal direction as much as possible to minimize the temperature deviation between the upper and lower surfaces of the steel plate in the cooling process, and to cool in the elastic deformation range.
【００６１】以上よりわかるように、請求項１に係る発
明の装置は主として、高温鋼板の下面を均一に冷却する
ことができる装置に関するものであり、請求項２に係る
発明の装置は高温鋼板の下面の均一冷却に加えて更に、
下面ノズルからの冷却水吹き上がり現象を確実に防止し
得るものである。従って、請求項１の要件を完全に満た
していれば、請求項２に係る発明の要件を完全には満た
していなくても大きく外れていない限り、請求項１の冷
却装置を適宜用いて、鋼板表面の温度偏差、鋼板の歪
量、あるいは鋼板材質規格の各許容範囲に応じた、目的
とする鋼板冷却を行なうことができる。また、請求項３
に係る発明の装置で鋼板を冷却すれば、鋼板上下面の冷
却能分布を確実に等しくすることが可能となるので、一
層均一な温度分布で歪が少ない鋼板製造が可能な冷却が
可能となり、請求項４に係る発明の装置で鋼板を冷却す
れば、冷却水噴射用ノズルからの噴出冷却水量が一層安
定するので、冷却条件の変動が抑制され、より安定した
鋼板冷却が可能となる。As can be seen from the above, the device of the invention according to claim 1 mainly relates to a device capable of uniformly cooling the lower surface of the high-temperature steel plate, and the device of the invention according to claim 2 is In addition to uniform cooling of the lower surface,
The phenomenon that the cooling water blows up from the lower surface nozzle can be reliably prevented. Therefore, as long as the requirements of claim 1 are completely satisfied, the steel sheet is appropriately used by using the cooling device of claim 1 as long as the requirements of the invention of claim 2 are not completely deviated even if they are not greatly deviated. The target steel sheet cooling can be performed according to the temperature deviation of the surface, the amount of distortion of the steel sheet, or each allowable range of the steel sheet material standard. Further, claim 3
By cooling the steel sheet with the device of the invention according to, since it is possible to surely equalize the cooling capacity distribution of the steel plate upper and lower surfaces, it is possible to cool the steel sheet can be manufactured with less distortion with a more uniform temperature distribution, If the steel plate is cooled by the device of the invention according to claim 4, the amount of the cooling water jetted from the cooling water jetting nozzle becomes more stable, so that the fluctuation of the cooling condition is suppressed and more stable steel plate cooling becomes possible.
【００６２】[0062]
【実施例】次に、この発明を実施例により更に説明す
る。EXAMPLES Next, the present invention will be further described with reference to examples.
【００６３】図１０に、この発明の高温鋼板の下面冷却
装置を用いて、圧延後の厚鋼板を冷却した場合のライン
方向の概略鉛直断面図を示す。幅5000mmの搬送機構を有
するラインにおいて、鋼板1を挟んでその上下で1対をな
すの拘束ロール11a,11bが900mmピッチで10組設けられ、
拘束ロール11a,11bの各組相互間が冷却バンクになって
いる。各冷却バンクの鋼板上面側にはスリットラミナー
ノズル12が設けられており、ここから冷却水を噴射させ
た。また、各冷却バンクの鋼板下面側には導管付噴水冷
却装置13が設置されている。FIG. 10 shows a schematic vertical sectional view in the line direction when the thick steel plate after rolling is cooled using the lower surface cooling apparatus for a high temperature steel plate of the present invention. In a line having a conveying mechanism with a width of 5000 mm, 10 pairs of restraining rolls 11a and 11b that are paired above and below the steel plate 1 at 900 mm pitch are provided.
A cooling bank is provided between each pair of the restraint rolls 11a and 11b. A slit laminar nozzle 12 is provided on the upper surface side of the steel plate of each cooling bank, and cooling water is jetted from here. Further, a fountain cooling device 13 with a conduit is installed on the lower surface side of the steel plate of each cooling bank.
【００６４】表１及び表２に、実施例及び比較例の下面
冷却装置である導管付噴水冷却装置13の各部寸法および
冷却水量等の試験条件を示す。なお、この導管付噴水冷
却装置13では、下側の拘束ロール11b近傍を冷却するこ
とができるように、ライン方向中央部の導管を除いた導
管を拘束ロール11bの方向に向けて湾曲させてある。ま
た、各ノズル横列内の板幅方向ノズルピッチ（lw）は等
しいが、前後の隣接するノズル横列同士間で、幅方向ノ
ズルピッチの１／２長さだけずらした所謂千鳥配置とし
た。冷却水噴射用ノズルのヘッダーは、図６に示した二
重構造とした。なお、鋼板の冷却ラインの入側と出側に
は、高温鋼板の下面側の温度プロフィールを計測するた
めの走査型放射温度計14a及び14bを設置した。Tables 1 and 2 show the test conditions such as the dimensions of each part and the cooling water amount of the conduit-equipped fountain cooling device 13 which is the lower surface cooling device of Examples and Comparative Examples. In this pipe-equipped fountain cooling device 13, the conduit except for the conduit at the central portion in the line direction is curved toward the constraining roll 11b so that the vicinity of the lower constraining roll 11b can be cooled. . Further, the nozzle pitch (lw) in the plate width direction in each nozzle row is the same, but a so-called staggered arrangement is used in which the adjacent nozzle rows in the front and rear are shifted by ½ of the nozzle pitch in the width direction. The header of the cooling water jet nozzle has the double structure shown in FIG. In addition, scanning radiation thermometers 14a and 14b for measuring the temperature profile of the lower surface side of the high temperature steel sheet were installed on the inlet side and the outlet side of the cooling line of the steel sheet.
【００６５】[0065]
【表１】 [Table 1]
【００６６】[0066]
【表２】 [Table 2]
【００６７】このような冷却装置に、温度800℃の板厚3
0mm、板幅3500mm、板長15000mmの厚鋼板を、表1及び表
２に示した条件で50mpmの速度で通過させつつ冷却し
た。表３に、冷却後の厚鋼板の平均温度、冷却速度、板
の長手及び幅方向の温度偏差、歪み発生状況、冷却水の
吹き上がり現象の有無、および厚鋼板冷却の総合的な評
価を示す。In such a cooling device, a plate thickness 3 at a temperature of 800 ° C.
A thick steel plate having a plate width of 0 mm, a plate width of 3500 mm and a plate length of 15000 mm was cooled while passing it at a speed of 50 mpm under the conditions shown in Tables 1 and 2. Table 3 shows the average temperature of the thick steel plate after cooling, the cooling rate, the temperature deviation in the lengthwise and widthwise directions of the plate, the strain occurrence state, the presence or absence of the phenomenon of cooling water blowing up, and the comprehensive evaluation of the thick steel plate cooling. .
【００６８】[0068]
【表３】 [Table 3]
【００６９】実施例１では、請求項１の要件は満たして
いるものの、導管内径Dと冷却水噴射用ノズル内径dの比
D/dが8.4であり、請求項２のD/dの上限値８よりわずか
に大きい。そのため、冷却水噴射用ノズルから噴射され
た水は水槽内の冷却水を完全には同伴させることができ
なかったものの、噴出状況は比較的安定していた。その
ため、冷却水噴射から鋼板が冷却装置に搬送されるまで
の間に、吹き上がり現象の発生は無かった。冷却後の鋼
板温度は、TOP端がBOTTOM端と比較して25℃程度高かっ
たが、幅方向の温度むらおよび歪の発生は無かった。In the first embodiment, although the requirement of claim 1 is satisfied, the ratio of the inner diameter D of the conduit to the inner diameter d of the cooling water jet nozzle is
The D / d is 8.4, which is slightly larger than the upper limit 8 of the D / d of claim 2. Therefore, although the water sprayed from the cooling water spraying nozzle could not completely entrain the cooling water in the water tank, the spraying condition was relatively stable. Therefore, no blow-up phenomenon occurred during the period from the jet of cooling water until the steel sheet was conveyed to the cooling device. The temperature of the steel sheet after cooling was higher by 25 ° C at the TOP edge than at the BOTTOM edge, but there was no temperature unevenness or strain in the width direction.
【００７０】また、冷却後の鋼板平均温度は530℃であ
り、冷却能としては問題はなかった。さらに、常温まで
放冷した後、鋼板の各位置で材質の測定を行ったとこ
ろ、各位置でバラツキがあったものの許容範囲内の強度
・硬度を得ることができた。Further, the average temperature of the steel sheet after cooling was 530 ° C., and there was no problem in cooling ability. Furthermore, after cooling to room temperature, the material was measured at each position of the steel sheet. As a result, it was possible to obtain strength / hardness within an allowable range although there were variations at each position.
【００７１】実施例２では、請求項１の要件は満たして
いるものの、導管長さLと導管内径Dの比L/Dが4.5であ
り、請求項２のL/Dの上限値５よりわずかに小さい。そ
のため、冷却水噴射用ノズルから噴射された水は水槽内
の冷却水を完全には同伴させることができなかったもの
の、噴出状況は比較的安定していた。そのため、冷却水
噴射から鋼板が冷却装置に搬送されるまでは吹き上がり
現象は発生しなかった。冷却後の鋼板温度は、TOP端がB
OTTOM端と比較して25℃程度高かったが、幅方向の温度
むらおよび歪の発生は無かった。また、冷却後の鋼板平
均温度は実施例1と同じく530℃であり、冷却能としては
問題はなかった。さらに、常温まで放冷した後、鋼板の
各位置で材質の測定を行ったところ、各位置でバラツキ
があったものの許容範囲内の強度・硬度を得ることがで
きた。In Example 2, although the requirement of claim 1 is satisfied, the ratio L / D of the conduit length L to the conduit inner diameter D is 4.5, which is less than the upper limit value 5 of L / D of claim 2. Small. Therefore, although the water sprayed from the cooling water spraying nozzle could not completely entrain the cooling water in the water tank, the spraying condition was relatively stable. Therefore, no blow-up phenomenon occurred until the steel sheet was conveyed to the cooling device after the cooling water was jetted. The steel plate temperature after cooling is B at the TOP end.
It was about 25 ℃ higher than the OTTOM edge, but there was no temperature unevenness or strain in the width direction. Further, the average temperature of the steel sheet after cooling was 530 ° C. as in Example 1, and there was no problem in cooling ability. Furthermore, after cooling to room temperature, the material was measured at each position of the steel sheet. As a result, it was possible to obtain strength / hardness within an allowable range although there were variations at each position.
【００７２】実施例３では、請求項１の要件は満たして
いるものの、導管から噴出される同伴水の噴出高さHが1
053mmであり、請求項６のHの上限値１０００ｍｍよりわ
ずかに高い。そのため、冷却水量が増大したが、噴出高
さが高いことによる噴流水の散逸は比較的少なかったた
め、冷却水噴射から鋼板が通過するまでの間は、吹き上
がり現象の発生はなかった。冷却後の鋼板温度は、鋼板
のTOP端がBOTTOM端と比較して25℃程度高かったが、幅
方向の温度むら及び歪の発生は無かった。また、冷却後
の鋼板平均温度は実施例１と同じく、530℃であり、冷
却能としての問題はなかった。さらに、常温まで放冷し
た後、鋼板の各位置で材質の測定を行ったところ、鋼板
のTOPとBOTTOMでバラツキがあったものの許容範囲内の
強度・硬度を得ることができた。In the third embodiment, although the requirement of claim 1 is satisfied, the jetting height H of the entrained water jetted from the conduit is 1
It is 053 mm, which is slightly higher than the upper limit value of H of claim 6 of 1000 mm. As a result, the amount of cooling water increased, but the amount of jet water dissipated due to the high jet height was relatively small. Therefore, no blow-up phenomenon occurred during the period from the jet of cooling water to the passage of the steel sheet. The temperature of the steel sheet after cooling was higher by 25 ° C at the TOP edge of the steel sheet than at the BOTTOM edge, but there was no temperature unevenness or strain in the width direction. Further, the average temperature of the steel sheet after cooling was 530 ° C. as in Example 1, and there was no problem in cooling ability. Furthermore, when the material was measured at each position of the steel sheet after being left to cool to room temperature, it was possible to obtain strength and hardness within the allowable range, although there were variations in TOP and BOTTOM of the steel sheet.
【００７３】実施例４では、請求項２の要件を満足して
いる。その結果、長手方向及び幅方向共にほぼ均一に冷
却がなされており、吹き上がり現象、歪等の発生はなか
った。また、冷却後の鋼板平均温度は実施例１より１０
℃低く520℃となった。さらに、常温まで放冷した後、
鋼板の各位置で材質の測定を行ったところ、どの位置で
もほぼ同等の強度・硬度を得ることができた。The fourth embodiment satisfies the requirement of claim 2. As a result, cooling was performed almost uniformly in both the longitudinal direction and the width direction, and there was no occurrence of blow-up phenomenon or distortion. Further, the average temperature of the steel sheet after cooling was 10 as in Example 1.
The temperature was ℃ lower than that of 520 ℃. After cooling to room temperature,
When the material was measured at each position of the steel sheet, almost the same strength and hardness could be obtained at any position.
【００７４】実施例５では、請求項２の要件を満足して
いる。その結果、冷却後の鋼板は長手及び幅方向にほぼ
均一に冷却がなされており、吹き上がり現象、歪等の発
生はなかった。また、冷却後の鋼板平均温度は実施例１
より１０℃低く520℃となった。さらに、常温まで放冷
した後、鋼板の各位置で材質の測定を行ったところ、ど
の位置でもほぼ同等の強度・硬度を得ることができた。
ただし、冷却水噴射用ノズル径が実施例１と比較して大
きくなっているため、冷却水量が実施例１より増えてい
る。このため、ノズル内径は10mm以下が望ましい。The fifth embodiment satisfies the requirement of claim 2. As a result, the steel sheet after cooling was cooled almost uniformly in the longitudinal and width directions, and there was no occurrence of blow-up phenomenon or distortion. Moreover, the average temperature of the steel sheet after cooling is the same as in Example 1.
It was 520 ° C, 10 ° C lower. Furthermore, when the material was measured at each position of the steel sheet after cooling to room temperature, it was possible to obtain almost the same strength and hardness at any position.
However, since the diameter of the cooling water injection nozzle is larger than that of the first embodiment, the amount of cooling water is larger than that of the first embodiment. Therefore, the inner diameter of the nozzle is preferably 10 mm or less.
【００７５】比較例1では、冷却水噴射用ノズルの内径d
が1mmであり、請求項１のｄの下限値２ｍｍより小さ
い。そのため、下面冷却水を噴射して数秒後に下面ノズ
ルの詰まりが発生した。そのため、噴射圧力が実施例と
比較して、噴射圧力が2.5倍となりポンプにかかる負荷
が増大した。また、ノズルの詰まりの結果、それぞれの
ノズルで噴出高さがばらついており、幅・長手方向で最
大100℃の温度差が発生した。また、冷却後の鋼板平均
温度も実施例１と比較して60℃高く、冷却能が低くなっ
た。さらに、鋼板内で100℃の温度偏差がついたため、
鋼板に歪が発生し、プレス等の矯正工程が必要となっ
た。常温まで放冷した後、鋼板の各位置で材質の測定を
行ったところ、強度、硬さ等が鋼板の各位置で大きく異
なり、材質不良が発生した。In Comparative Example 1, the inner diameter d of the cooling water jet nozzle
Is 1 mm, which is smaller than the lower limit of 2 mm of d in claim 1. Therefore, the lower surface nozzle was clogged several seconds after the lower surface cooling water was jetted. Therefore, the injection pressure was 2.5 times that of the example, and the load on the pump was increased. In addition, as a result of nozzle clogging, the ejection height varied among the nozzles, and a maximum temperature difference of 100 ° C occurred in the width and length directions. Further, the average temperature of the steel sheet after cooling was 60 ° C. higher than that of Example 1, and the cooling ability was low. Furthermore, since there was a temperature deviation of 100 ° C within the steel plate,
Distortion occurred in the steel plate, and a correction process such as pressing was required. When the material was measured at each position of the steel sheet after being left to cool to room temperature, the strength, hardness, etc. were significantly different at each position of the steel sheet, and a material defect occurred.
【００７６】比較例２では、幅方向のノズルピッチlwと
導管内径Dの比lw/Dが11.5となっており、請求項１のlw/
Dの上限値８より大きい。幅方向のノズルピッチが広す
ぎるために、鋼板に衝突した冷却水が重力の影響で落下
してしまい、冷却がなされない領域が発生した。その結
果、平均的な下面側の冷却能が低下したため、冷却後の
平均鋼板温度は実施例１と比較して70℃高くなった。ま
た、下面側の冷却能が低いために、冷却中の鋼板の上下
面温度がアンバランスとなり歪が発生した。その結果、
プレス等の精整工程を必要とした。また、常温まで放冷
した後、鋼板の各位置で材質の測定を行ったところ、温
度不均一が発生したため、強度、硬さ等が鋼板の各位置
で大きく異なり、材質不良が発生した。In Comparative Example 2, the ratio lw / D between the nozzle pitch lw in the width direction and the conduit inner diameter D is 11.5.
It is larger than the upper limit of D of 8. Since the nozzle pitch in the width direction was too wide, the cooling water that collided with the steel plate dropped due to the effect of gravity, and there was a region where cooling was not performed. As a result, the average cooling ability on the lower surface side was lowered, and the average steel sheet temperature after cooling was 70 ° C. higher than that in Example 1. Further, since the cooling capacity on the lower surface side is low, the temperature of the upper and lower surfaces of the steel sheet during cooling becomes unbalanced and distortion occurs. as a result,
A refinement process such as pressing was required. Moreover, when the material was measured at each position of the steel sheet after being left to cool to room temperature, temperature nonuniformity occurred, so that the strength, hardness, etc. were significantly different at each position of the steel sheet, and a material defect occurred.
【００７７】比較例３では、ノズル横列を長手方向に3
列と減らしたため、下面側の冷却能が低下して、冷却後
の平均鋼板温度は実施例１と比較して60℃高くなった。
また、鋼板長手方向の上下面で冷却能分布がアンバラン
スとなり、鋼板に歪が発生した。その結果、プレス等の
精整工程を必要とした。また、常温まで放冷した後、鋼
板の各位置で材質の測定を行ったところ、温度不均一が
発生したため、強度、硬さ等が鋼板の各位置で大きく異
なり、材質不良が発生した。In Comparative Example 3, the nozzle rows are arranged in the longitudinal direction by 3
Since the number of rows was decreased, the cooling capacity on the lower surface side was lowered, and the average steel sheet temperature after cooling was 60 ° C. higher than that in Example 1.
Further, the cooling capacity distribution became unbalanced on the upper and lower surfaces of the steel sheet in the longitudinal direction, and distortion occurred in the steel sheet. As a result, a refining process such as pressing was required. Moreover, when the material was measured at each position of the steel sheet after being left to cool to room temperature, temperature nonuniformity occurred, so that the strength, hardness, etc. were significantly different at each position of the steel sheet, and a material defect occurred.
【００７８】以上のことから、本実施例では、請求項
1を満たした場合は、長手方向の温度むらが多少発生す
るが、幅方向温度偏差、冷却能力不足、鋼板の歪、材質
不良等の問題は発生せず、均一冷却が達成された。更
に、請求項2を完全に満たした場合は、幅及び長手方向
の温度偏差、冷却能力不足、鋼板の歪、材質不良等の問
題は、全く発生しなかった。このことから実施例で操業
することにより鋼板の材質が安定したことにより歩留り
が高くなり、また、精整工程の省略が可能となったた
め、鋼板の製造コストが安くなった。From the above, in the present embodiment, the claims
When 1 was satisfied, temperature unevenness in the longitudinal direction occurred to some extent, but problems such as temperature deviation in the width direction, insufficient cooling capacity, steel plate distortion, and material defects did not occur, and uniform cooling was achieved. Furthermore, when claim 2 was completely satisfied, there were no problems such as temperature deviations in the width and longitudinal directions, insufficient cooling capacity, distortion of the steel sheet, and material defects. From this, the yield of the steel sheet was increased by the stable operation of the material of the steel sheet by the operation in the example, and the refinement step could be omitted, so that the production cost of the steel sheet was reduced.
【００７９】[0079]
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
鋼板冷却時における鋼板下面側の温度分布を均一とする
ことが可能であり、鋼板の均一冷却が可能となった。そ
の結果、鋼板の材質が安定化し、また、鋼板歪みが減少
してプレス等による矯正工程が減少し、鋼板歩留が上昇
する。このような高温鋼板の下面冷却装置及びその冷却
方法を提供することができ、工業上有用な効果がもたら
される。As described above, according to the present invention,
It is possible to make the temperature distribution on the lower surface side of the steel sheet uniform during cooling of the steel sheet, and it is possible to uniformly cool the steel sheet. As a result, the material of the steel plate is stabilized, the distortion of the steel plate is reduced, the number of correction processes such as pressing is reduced, and the steel plate yield is increased. It is possible to provide such a bottom surface cooling apparatus for a high-temperature steel sheet and a cooling method thereof, and to bring industrially useful effects.
【図１】高温鋼板の冷却過程における鋼板表面温度と熱
流束との関係を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a relationship between a steel plate surface temperature and a heat flux in a cooling process of a high temperature steel plate.
【図２】本発明における導管付噴水冷却装置の各部位の
定義及びその幾何学的な関係を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the definition of each part of the conduit-equipped fountain cooling device according to the present invention and its geometrical relationship.
【図３】本発明の導管付噴水冷却装置を用い、所定の冷
却条件下において所定の冷却に必要な単位面積当たりの
ノズル本数とノズル内径との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the number of nozzles per unit area and the nozzle inner diameter required for predetermined cooling under predetermined cooling conditions using the fountain cooler with a conduit of the present invention.
【図４】本発明の導管付噴水冷却装置を用いたときの、
鋼板幅方向ノズルピッチと導管内径との比と、冷却投入
水量と、鋼板に発生した温度偏差との関係を示した図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing a case where the fountain cooling device with a conduit of the present invention is used,
It is a figure showing the relation between the ratio of the nozzle pitch in the steel plate width direction and the inner diameter of the conduit, the amount of cooling input water, and the temperature deviation generated in the steel plate.
【図５】本発明の導管付噴水冷却装置における湾曲導管
の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a curved conduit in the fountain cooling apparatus with conduit of the present invention.
【図６】本発明の導管付噴水冷却装置における均圧ヘッ
ダーの構造例を示す図である。FIG. 6 is a view showing a structural example of a pressure equalizing header in the fountain cooling apparatus with conduit of the present invention.
【図７】冷却バンク入側から出側に至る鋼鈑上下面の冷
却能分布の一例を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the cooling capacity distribution on the upper and lower surfaces of the steel plate from the inlet side to the outlet side of the cooling bank.
【図８】図７の鋼鈑上下面冷却能分布の場合の上下面の
温度偏差の変化を説明する模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a change in temperature deviation between the upper and lower surfaces in the case of the cooling capacity distribution of the steel plate upper and lower surfaces of FIG. 7.
【図９】図８の鋼鈑上下面の温度偏差の変化があった場
合の歪み発生限界を説明する模式図である。9 is a schematic diagram illustrating a strain generation limit when there is a change in temperature deviation between the upper and lower surfaces of the steel plate in FIG.
【図１０】本発明の導管付噴水冷却装置による圧延後の
高温厚鋼板冷却工程のライン方向概略鉛直断面図であ
る。FIG. 10 is a schematic vertical cross-sectional view in the line direction of a high temperature thick steel plate cooling process after rolling by the fountain cooling device with a conduit of the present invention.
【図１１】導管付噴水冷却の原理を説明するライン方向
概略鉛直断面図である。FIG. 11 is a schematic vertical cross-sectional view in the line direction for explaining the principle of cooling the fountain with a conduit.
【図１２】導管付噴水冷却装置における吹き上がり現象
を説明する図である。FIG. 12 is a diagram for explaining a blow-up phenomenon in a fountain cooling device with a conduit.
１ 高温鋼板 2a テーブルローラー 2b テーブルローラー ３ 水槽 3a 水槽底部 3b 水槽壁面 ４ 冷却水噴射用ノズルへの冷却水 ５ 冷却水噴射用ノズルのヘッダー 5a ヘッダー上端部 ６ 冷却水噴射用ノズル ７ 導管 8a 水槽内液面レベル 8b 吹き上がり現象が発生する液面レベル ９ 均圧管 10 湾曲導管 11a 拘束ロール 11b 拘束ロール 12 上面スリットラミナーノズル 13 下面導管付噴水冷却装置 14a 冷却装置入側の下面放射温度計 14b 冷却装置出側の下面放射温度計 15 水槽内の冷却水 1 high temperature steel plate 2a table roller 2b table roller 3 aquarium 3a Water tank bottom 3b water tank wall 4 Cooling water to nozzle for cooling water injection 5 Header of nozzle for cooling water injection 5a header top 6 Cooling water injection nozzle 7 conduits 8a Liquid level in water tank 8b Liquid level at which the rising phenomenon occurs 9 Pressure equalizing pipe 10 curved conduit 11a Restraint roll 11b restraint roll 12 Top slit laminar nozzle 13 Fountain cooler with bottom conduit 14a Lower surface radiation thermometer on the inlet side of the cooling device 14b Lower surface radiation thermometer on the outlet side of the cooling device 15 Cooling water in the water tank
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内村 孝 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−70126（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B21B 45/02 320 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takashi Uchimura 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nippon Kokan Co., Ltd. (56) References JP-A-60-70126 (JP, A) (58) Survey Areas (Int.Cl. 7 , DB name) B21B 45/02 320
Claims (7)
槽と、当該水槽に満たされた冷却用水の水面下に没する
位置にあって鉛直上向きに噴射口が向けられた冷却水噴
射用ノズルと、当該冷却水噴射用ノズルの外径よりも大
きな内径を有し、下端が当該冷却水噴射用ノズルの前記
噴射口よりも高い位置に位置し、上端が前記冷却用水の
水面よりも高い位置に位置し、当該下端及び上端が共に
開口し、軸心が前記冷却水噴射用ノズルの軸心と一致し
ている導管と、前記冷却水噴射用ノズルに当該冷却水を
供給する冷却水供給機構とからなる高温鋼板の下面冷却
装置において、 前記冷却水噴射用ノズルと前記導管とからなるノズル・
導管ユニットは、前記鋼板の幅方向に所定のピッチで所
定数が配設されてノズル・導管ユニット横列を構成し、
当該ユニット横列は、前記鋼板の長さ方向に所定のピッ
チで所定数が配設されており、そして、 前記冷却水噴射用ノズルの内径dは、d≧2mmを満たし、
前記導管からの噴流冷却水の中心の前記鋼板との衝突点
の当該鋼板幅方向の間隔lwと、前記導管の内径Dとの比l
w／Dは 2≦lw／D≦8を満たしていることを特徴とする、
高温鋼板の下面冷却装置。1. A water tank provided in a lower portion of a horizontal high-temperature steel plate, and a cooling water jet with a jet port directed vertically upward at a position submerged below the water surface of the cooling water filled in the water tank. A nozzle and an inner diameter larger than the outer diameter of the cooling water injection nozzle, the lower end is located at a position higher than the injection port of the cooling water injection nozzle, and the upper end is higher than the water surface of the cooling water. A conduit located at a position, the lower end and the upper end of which are both open, and the axis of which coincides with the axis of the cooling water injection nozzle, and the cooling water supply which supplies the cooling water to the cooling water injection nozzle. In a lower surface cooling device for a high temperature steel plate, which comprises a mechanism, a nozzle comprising the cooling water jet nozzle and the conduit.
The conduit unit is a row of nozzles / conduit units in which a predetermined number is arranged at a predetermined pitch in the width direction of the steel plate.
The unit row, a predetermined number is arranged at a predetermined pitch in the length direction of the steel sheet, and the inner diameter d of the cooling water injection nozzle satisfies d ≧ 2 mm,
Ratio l of the distance lw in the width direction of the steel plate at the collision point of the center of the jet cooling water from the conduit with the steel plate and the inner diameter D of the conduit.
w / D is characterized by satisfying 2 ≦ lw / D ≦ 8,
Lower surface cooling device for high temperature steel sheet.
に、前記導管の内径Dと前記ノズルの内径dとの比D／dが
2≦D／d≦8を満たし、且つ前記導管の長さLと当該導管
の内径Dとの比L／Dが5≦L／Dを満たすことが付加されて
いることを特徴とする、高温鋼板の下面冷却装置。2. The cooling device according to claim 1, further comprising a ratio D / d of an inner diameter D of the conduit and an inner diameter d of the nozzle.
High temperature, characterized in that 2 ≦ D / d ≦ 8 is satisfied, and that the ratio L / D between the length L of the conduit and the inner diameter D of the conduit satisfies 5 ≦ L / D. Lower surface cooling device for steel plates.
て、更に、前記導管の上方への向きが、前記高温鋼板を
搬送するためのテーブルローラーの方向に湾曲もしくは
傾斜していることを特徴とする、高温鋼板の下面冷却装
置。3. The cooling device according to claim 1 or 2, wherein the upward direction of the conduit is curved or inclined toward a table roller for transporting the high-temperature steel plate. A lower surface cooling device for high temperature steel sheets.
において、更に、前記水槽の下部に、前記冷却水噴射用
ノズルに供給する冷却水の圧力分布を均一化させるため
のヘッダーが配設されていることを特徴とする、高温鋼
板の下面冷却装置。4. The cooling device according to claim 1, further comprising a header disposed below the water tank for equalizing the pressure distribution of the cooling water supplied to the cooling water injection nozzle. A bottom surface cooling device for a high-temperature steel plate, which is characterized by being installed.
を用いて前記鋼板の下面を均一に冷却することを特徴と
する、高温鋼板の下面冷却方法。5. A method for cooling the lower surface of a high-temperature steel sheet, which comprises uniformly cooling the lower surface of the steel sheet using the cooling device according to claim 1.
いて、前記導管から噴出する冷却水の噴出高さＨがＨ≦
1000mmとなるように、前記冷却水噴射用ノズルに供給す
る冷却水の供給条件を調節することを特徴とする、高温
鋼板の下面冷却方法。6. The cooling method according to claim 5, wherein the jetting height H of the cooling water jetted from the conduit is H ≦ H.
A method for cooling a lower surface of a high-temperature steel plate, characterized in that the supply condition of the cooling water supplied to the cooling water injection nozzle is adjusted so as to be 1000 mm.
更に、前記鋼板の上面に対する冷却能と下面に対する冷
却能とが等しくなるように冷却水噴出条件を調整するこ
とを付加することを特徴とする、高温鋼板の冷却方法。7. The cooling method according to claim 6,
Further, the method for cooling a high temperature steel sheet is characterized in that the cooling water jetting condition is added so that the cooling ability for the upper surface and the cooling ability for the lower surface of the steel sheet are equalized.
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1999
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