JP4930318B2 - 鋼板の下面冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、高強度鋼板等の製造工程における仕上げ圧延後の鋼板の下面を冷却する、鋼板の下面冷却装置に関する。

高強度鋼の製造工程に含まれる冷却工程では、冷却開始温度が高く冷却停止温度が低いため、冷却温度範囲が大きく、温度むらが発生しやすい。この温度むらは、冷却後に生じる鋼板の形状不良（平坦不良）の一因となる。形状不良の鋼板を下流工程へ搬送すると故障等（ローラー傷や製品表面傷、出荷搬送トラブル）の原因となるため、形状不良の鋼板は、形状を矯正する必要がある。ところが、製品の強度が高いと、冷却後に発生した平坦不良（反り、耳波、中伸び形状等）をオンラインレベラーで完全に矯正することが困難になる。それゆえ、冷却前の形状を平坦にし、冷却中に鋼材の厚み方向等の温度むら発生を防止して、冷却後の形状不良を抑制することが重要となる。さらに、製品の材質強度バラツキ（主として製品の表面強度と裏面強度とのバラツキ）を防止するには、冷却中の鋼板表裏面（上下面）の温度変化履歴を同一に制御することが重要である。

一般に、鋼板表面へと放出された冷却媒体（以下「冷却水」ということがある。）は、鋼板表面（以下「上面」ということがある。）に滞留し、鋼板上面に滞留した冷却水は、鋼板上面へと放出された冷却水によって攪拌されるが、鋼板裏面（以下「下面」ということがある。）へと放出された冷却水は、その後、鋼板下面の下方へと落下する。そのため、鋼板上面へと放出される冷却水の量（以下「冷却水量」という。）と鋼板下面へと放出される冷却水量とが同一なら冷却能は上面側が大きく、スプレーノズル等を用いて鋼板上面の冷却能と鋼板下面の冷却能とを等しくするには、鋼板の下面側に配置されたノズルから放出される冷却水量を、鋼板の上面側に配置されたノズルから放出される冷却水量の約２倍にする必要がある。このため、冷却ゾーン全体の最大冷却能力は、鋼板下面の冷却能に左右されやすく、鋼板のサイズ（板厚、板幅等）により停止温度のバラツキが大きくなる。

鋼板下面の冷却能を向上させるには、冷却水と接触する鋼板下面の面積（以下「冷却面積」ということがある。）を増大させることが有効である。しかし、冷却面積の増大には限界がある。この理由は、一般に、鋼板とノズルとの衝突を避けるべく、ノズルは、鋼板下面から下方に離して設置されるため、鋼板を搬送する搬送ロールの上面と面する鋼板下面には冷却水が衝突し難いからである。

また、季節変動による水温変化により、鋼板上面の冷却能は大きく左右される。この理由として、鋼板上面の滞留水の面積割合が大きく、水温の影響が大きいためと考えられる。これに対し、鋼板下面の冷却能は、鋼板上面の冷却能と比較して、水温の変化に左右され難い（上面の約半分である）。そのため、鋼板上面の冷却能と鋼板下面の冷却能とを等しくするには、鋼板上面の冷却能の変化に合わせて鋼板下面へと放出される冷却水量を大きく変化させる必要がある。しかし、通常、冷却水をヘッダーへと供給するポンプの能力は一定であるため、冷却水量を極端に変化させることはできない。それゆえ、鋼板下面の冷却能力の制御範囲は小さくなりやすく、冷却停止温度外れ発生率が上昇し、製品品質及び生産性が低下しやすい。また、通常、鋼板下面へと放出される冷却水量は鋼板上面へと放出される冷却水量よりも多く（上面へと放出される冷却水量の約１．５〜２倍と変動）、上下面へと放出される冷却水量の比の設定は鋼板の材質やサイズにより変化するため、鋼板の板厚方向で温度むらや形状不良が発生する確率が大きくなる。したがって、鋼板の板厚方向における温度むらを低減するには、鋼板下面の冷却能を向上させることが重要である。

鋼板下面の冷却能を向上させること等を目的とした技術として、例えば、特許文献１には、水面下にノズルを備える水槽を配置し、ノズルから放出された冷却水を、当該ノズルと鋼板との間に配置された導管を通して鋼板下面へ衝突させると同時に、水槽内の水を随伴水流として鋼板下面に衝突させることにより、大量の冷却水を鋼板の下面へと衝突させて鋼板下面の冷却能を増大させる、高温鋼板の下面冷却装置が開示されている。また、特許文献２には、鋼板下面と平行な上面を有するノズルヘッダーの幅方向と長手方向に柱状冷却水噴射ノズル（以下「柱状噴射ノズル」という。）を複数設け、長手方向に沿う各ノズル列は鋼板下面に向かう角度を相違した傾斜列とされた、鋼板下面の冷却装置が開示されている。

特開２００１−１０２７号公報 特開昭６２−２５９６１０号公報

しかし、特許文献１に開示されている技術では、特に夏場等、水槽内の冷却水の温度が上昇すると、鋼板下面の冷却能が減少して冷却能の制御が困難になるという問題があった。さらに、特許文献１に開示されている技術では、ノズルと鋼板との間に導管が配置されるため、ヘッダー面と鋼板下面との距離が大きくなりやすい。そのため、ノズルから放出される冷却水量を少なくすると冷却水が鋼板下面に衝突し難くなるという問題もあった。さらに、特許文献１に開示されている技術では、ヘッダー面と鋼板下面との距離が大きくなりやすいので、ヘッダー面と鋼板下面との間に位置する冷却水を、鋼板下面と常に接触する状態で保持することが困難であり、鋼板下面の冷却能を鋼板上面の冷却能と同等にするのが困難であるという問題もあった。

また、全てのノズルからヘッダー面の垂直上向きに冷却水が噴射されるように柱状噴射ノズル５列を配置した冷却装置（図８参照）と、ノズルから噴射される冷却水の角度が全て異なるように柱状噴射ノズル５列を配置した冷却装置（図９参照）と、を用いて鋼板下面を冷却したところ（図８及び図９において、点線矢印は冷却水の進行方向を示す。）、７５０℃以上の高温からの冷却時に、図８に示す冷却装置の方が、図９に示す冷却装置よりも鋼板下面の冷却能が高く、図９に示す冷却装置では冷却温度降下量が減少した。これは、鋼板下面に衝突した冷却水が鋼板の搬送方向に流れ、鋼板下面へ斜めに放出されるべき冷却水の衝突を妨げているためであると考えられる。そのため、特許文献２に開示されている、鋼板下面に向かう角度を相違した複数のノズル列を備えた冷却装置では、特に高温からの冷却時に鋼板下面の冷却能が低下しやすいという問題があった。

そこで、本発明は、高温から冷却する場合であっても、鋼板下面の冷却能を向上させることが可能な、鋼板の下面冷却装置を提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするため、添付図面の参照符号を括弧書きにて付記することがあるが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

本発明の第１の態様は、鋼板（１）の進行方向に間隔を開けて配設された複数の搬送ロール（２、２、…）の間に配置されるヘッダー部（３）と、該ヘッダー部に配置された複数の噴射ノズル（４、４、…）と、を備え、噴射ノズルから放出された冷却媒体によって、搬送ロール上を搬送される鋼板の下面が冷却され、ヘッダー部の外縁に、放出された冷却媒体がヘッダー部の下方へと落下することを妨げる落下阻害手段（６）が備えられ、鋼板の下面と面するヘッダー部の表面と、鋼板の下面と面する落下阻害手段の表面とのなす角Ｘが、９０°＜Ｘ＜１８０°であることを特徴とする、鋼板の下面冷却装置（２０）である。
本発明の第２の態様は、鋼板（１）の進行方向に間隔を開けて配設された複数の搬送ロール（２、２、…）の間に配置されるヘッダー部（３）と、該ヘッダー部に配置された複数の噴射ノズル（４、４、…）と、を備え、噴射ノズルから放出された冷却媒体によって、搬送ロール上を搬送される鋼板の下面が冷却され、ヘッダー部の外縁に、放出された冷却媒体がヘッダー部の下方へと落下することを妨げる落下阻害手段が備えられ、鋼板の下面と面するヘッダー部の表面と、鋼板の下面と面する落下阻害手段の表面とのなす角Ｘが、１８０°＜Ｘ≦２００°であることを特徴とする、鋼板の下面冷却装置である。

ここに、「噴射ノズル（４、４、…）」は、圧延後の鋼板（１）を冷却する冷却装置で使用される噴射ノズルであれば、その形態は特に限定されるものではない。本発明で好適に使用される噴射ノズル（４、４、…）の具体例としては、柱状噴射ノズルを挙げることができる。さらに、「冷却媒体」とは、鋼板（１）を冷却する際に使用される流体を意味し、本発明で使用可能な冷却媒体の具体例としては、工業用水等を挙げることができる。さらに、落下阻害手段（６）が備えられる「ヘッダー部（３）の外縁」とは、例えば、ヘッダー部（３）が、鋼板（１）の搬送方向上流側及び下流側、並びに、鋼板（１）の幅方向両端側に端面を有する四角柱形状である場合には、鋼板（１）の搬送方向上流側及び下流側の端面、又は、鋼板（１）の搬送方向上流側及び下流側の端面並びに鋼板（１）の幅方向両端側の端面を、落下阻害手段（６）が備えられるヘッダー部（３）の外縁とすることができる。さらに、「落下阻害手段（６）」とは、噴射ノズル（４、４、…）から鋼板下面へ向けて放出された冷却媒体が、ヘッダー部（３）の下方へ落下することを妨げ得る手段であれば、その形態は特に限定されるものではなく、例えば、金属板等により構成することができる。さらに、「角Ｘが、９０°＜Ｘ＜１８０°」とは、落下阻害手段（６）が、ヘッダー部（３）の上面に冷却水が溜まるようにヘッダー部（３）の上面と鈍角を形成する形態で、備えられることを意味し、「角Ｘが、１８０°＜Ｘ≦２００°」とは、落下阻害手段が、鋼板（１）がヘッダー部（３）に万が一衝突した時に衝撃を受けにくくする形態で、備えられることを意味する。ここで、角Ｘは、１６０°＜Ｘ≦２００°（但し、Ｘ＝１８０°は除く。）とすることが好ましい。

また、上記本発明の第１の態様及び上記本発明の第２の態様において、落下阻害手段（６）が、複数の搬送ロール（２、２、…）の軸心を通る水平面と、鋼板（１）の下面との間に備えられることが好ましい。

また、上記本発明の第１の態様及び上記本発明の第２の態様（変形例も含む）において、鋼板（１）の進行方向上流側の落下阻害手段（６）の端面と、鋼板（１）の進行方向下流側の落下阻害手段（６）の端面との距離をＳ、隣り合う搬送ロール（２、２）の軸心間距離をＩ、搬送ロール（２、２）の半径をＲ、とするとき、Ｉ−２Ｒ＜Ｓ＜Ｉを満たすことが好ましい。

本発明の鋼板の下面冷却装置によれば、ヘッダー部（３）の外縁に落下阻害手段が備えられるので、鋼板（１）の下面とヘッダー部（３）とによって挟まれる空間に、鋼板（１）の下面と常に接触する形態で、冷却媒体を存在させることができる。かかる形態とすることにより、鋼板（１）の上面と同様に、鋼板（１）の下面にも所定の厚さの水膜を形成することができるので、限られた総水量の中でも鋼板下面の冷却能を容易に向上させることができる。さらに、鋼板下面の略全面に亘って所定の厚さの水膜を形成することができるので、高温から冷却する場合であっても、鋼板下面の冷却能を向上させることができる。その結果、鋼板（１）の板厚方向における温度むらを低減することができ、形状不良の発生を抑制することができる。そのため、本発明によれば、形状不良の鋼板をラインの途中で切断したり、コールドレベラーやプレス機で形状を矯正したりする工程を省略できるので、生産コストを低減することができ、製品の品質も向上させることができる。

発明者らは、鋼板下面の冷却能を制御するため、新たな水冷方法について検討した。現在の技術における鋼板の下面冷却装置では、鋼板下面に衝突した冷却水が、冷却装置の下方へと落下する。そこで、新たな冷却手法として、冷却装置に備えられるヘッダーの上面と鋼板下面との間に水を溜めて、鋼板の下面冷却能を向上させることとした。

（Ａ）ヘッダーの上面と鋼板下面とを接近させ、冷却装置の下方へと落下する冷却水以上の量の冷却水を、ヘッダーに配置されたノズルから鋼板下面へと供給すれば、ヘッダー上面と鋼板下面との間に、鋼板下面と常に接触する状態で冷却水を存在させることができる（鋼板の下面に水膜を形成することができる）。そして、水膜が形成された鋼板の下面に向けて冷却水を放出すると、水膜を構成する冷却水を強攪拌することができるので、鋼板の下面冷却能を向上させることができる。

（Ｂ）鋼板の下面に水膜を形成しやすくするためには、ヘッダーの外縁に冷却水の落下を妨げる部材（落下阻害手段）を設ければ良い。また、ヘッダーの外縁に、伸縮自在な落下阻害手段を設ければ、鋼板の下面に形成される水膜の大きさを制御することができるので、鋼板下面の冷却能を制御することが容易になる。さらに、搬送ロールの上面と鋼板下面とによって挟まれる空間へと張り出す形態で落下阻害手段を設けることにより、冷却水が到達し難い鋼板の下面部位にも水膜を形成することができるので、鋼板の下面冷却能を向上させることが容易になる。

上記（Ａ）及び（Ｂ）に示す着想に基づいて、その具体化を検討した結果、発明者らは、搬送ロールの間に配置されたヘッダーの上面と面する鋼板下面部分では、柱状噴射ノズルから放出された柱状冷却水噴流を、鋼板下面へ垂直に衝突させることで、冷却能を向上させることができることを知見した。この際、鋼板下面へと向かう柱状冷却水噴流の鉛直方向の運動量を大きくすると、鋼板下面に発生する蒸気膜を強制排除することができ、核沸騰状態下で鋼板下面を強冷却することが可能になる。さらに、鋼板の下面に水膜を形成し、当該水膜を構成する冷却水を柱状冷却水噴流で強攪拌すれば、冷却水が到達し難い搬送ロールの上面と面する鋼板下面部位にも冷却水を供給することができる。それゆえ、水膜が形成された鋼板の下面へ向けて冷却水を放出することにより、冷却面積を増大させることができ、その結果、鋼板の下面冷却能を向上させることが可能になることを知見した。

これらの知見に基づき、発明者らは実験を行った。その結果、鋼板下面とノズル上面との距離を３０ｍｍ〜１００ｍｍ程度に近づけると、その隙間に冷却水を充満させることができ、鋼板の上面と同様に、鋼板の下面も、浸漬攪拌状態下での強冷却が可能になることを知見した。かかる状態で鋼板の下面を冷却することができるのは、鋼板の下面直下に水膜が形成されることによると考えられる。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。
以下、本発明の実施の形態について説明する。

１．第１実施形態
図１は、第１実施形態にかかる本発明の鋼板の下面冷却装置（以下「第１実施形態にかかる冷却装置」ということがある。）の形態例を示す概念図である。図２は、第１実施形態にかかる冷却装置と、鋼板及び搬送ロールとの位置関係を示す概念図である。図２の紙面上下方向が鋼板の板厚方向、図２の紙面左右方向が鋼板の搬送方向であり、図２の紙面奥／手前方向が鋼板の幅方向である。第１実施形態にかかる冷却装置の構造を容易に理解可能とするため、図２では、鋼板の幅方向に備えられる落下阻害手段の記載を省略している。図３は、距離Ｓ及び距離Ｉと半径Ｒとの関係を示す概念図である。以下、図１〜図３を参照しつつ、第１実施形態にかかる冷却装置について説明する。

図１に示すように、第１実施形態にかかる冷却装置１０（以下「冷却装置１０」ということがある。）は、ヘッダー部３と、当該ヘッダー部３に配置された複数の柱状噴射ノズル４、４、…（以下「噴射ノズル４、４、…」という。）と、を備え、ヘッダー部３の外縁に落下阻害手段５が備えられている。冷却装置１０を使用する際には、図２に示すように、鋼板１を搬送する搬送ロール２、２、…の間にヘッダー部３が配置される。そして、図示されていない配管を介してヘッダー部３へ冷却媒体（冷却水）が供給され、当該ヘッダー部３に配置された複数の噴射ノズル４、４、…から鋼板１の下面へ向けて冷却水を放出することにより、鋼板１の下面を冷却する。図１及び図２に示すように、冷却装置１０には、ヘッダー部３の端面から張り出す形態で設けられた落下阻害手段５が備えられている。そして、当該落下阻害手段５は、搬送ロール２、２、…の軸心を通る水平面と鋼板下面との間の空間に配置され、ヘッダー部３の、鋼板１の搬送方向上流側端面に設けられた落下阻害手段５ａと、同搬送方向下流側端面に設けられた落下阻害手段５ｂは、搬送ロール２、２の上面と鋼板１の下面とによって挟まれる空間に配置されている。

冷却装置１０には、落下阻害手段５が備えられているので、噴射ノズル４、４、…から鋼板１の下面へ向けて放出された冷却水は、落下阻害手段５によって、ヘッダー部３の下方への落下を妨げられる。このようにして落下を妨げられた冷却水は、ヘッダー部３及び落下阻害手段５と鋼板１の下面とによって挟まれる空間に留まりやすく、冷却装置１０を、図２に示すように鋼板１の下面近傍（噴射ノズル４、４、…の先端と鋼板１の下面との距離が３０ｍｍ〜１００ｍｍ程度となる位置。以下同じ。）へ配置すると、当該空間に留まった冷却水が鋼板１の下面と接触し、鋼板１の下面には水膜が形成される。このように、冷却装置１０を用いて鋼板１の下面を冷却すると、鋼板１の上面に形成されるような水膜を鋼板１の下面に形成することが可能になるので、鋼板１の下面冷却能を向上させることができる。

さらに、落下阻害手段５のうち、落下阻害手段５ａ及び落下阻害手段５ｂは、搬送ロール２、２の上面と鋼板１の下面とによって挟まれる空間に張り出す形態（落下阻害手段５ａの鋼板搬送方向上流側端面と落下阻害手段５ｂの鋼板搬送方向下流側端面との距離をＳ、搬送ロール２、２の軸心間距離をＩ、搬送ロール２、２の半径をＲとするとき、Ｉ−２Ｒ＜Ｓ＜Ｉとなる形態。図３参照）で備えられている。落下阻害手段５を備えない従来の冷却装置（図８参照）に備えられる柱状噴射ノズルを用いて鋼板１の下面を冷却すると、ヘッダー部３と面する鋼板１の下面部位は容易に冷却可能である反面、搬送ロール２、２の上面と面する鋼板１の下面部位には冷却水を到達させることが困難であるため、当該部位は冷却し難く、鋼板下面の長手方向で温度むらが発生しやすい。ところが、冷却装置１０には、搬送ロール２、２の上面と鋼板１の下面とによって挟まれる空間に張り出す形態で設けられた落下阻害手段５ａ及び落下阻害手段５ｂが備えられるので、搬送ロール２、２の上面と面する鋼板１の下面部位にも水膜を形成することができ、当該部位も容易に冷却することができる。それゆえ、冷却装置１０によれば、鋼板１の下面の長手方向における温度むらを低減することが可能になり、その結果、鋼板１の下面冷却能を向上させることが可能になる。

２．第２実施形態
図４は、第２実施形態にかかる本発明の鋼板の下面冷却装置（以下「第２実施形態にかかる冷却装置」ということがある。）の形態例を示す概念図である。図５は、第２実施形態にかかる冷却装置と、鋼板及び搬送ロールとの位置関係を示す概念図である。図５の紙面上下方向が鋼板の板厚方向、図５の紙面左右方向が鋼板の搬送方向であり、図５の紙面奥／手前方向が鋼板の幅方向である。第２実施形態にかかる冷却装置の構造を容易に理解可能とするため、図５では、鋼板の幅方向に備えられる落下阻害手段の記載を省略している。図４及び図５において、図１及び図２と同様の構成を採るものには、これらの図で使用した符号と同符号を付す。以下、図３〜図５を参照しつつ、第２実施形態にかかる冷却装置について説明する。

図４に示すように、第２実施形態にかかる冷却装置２０（以下「冷却装置２０」ということがある。）は、ヘッダー部３と、当該ヘッダー部３に配置された複数の噴射ノズル４、４、…と、を備える。図４中、ヘッダー部３の外縁に備えられた落下阻害手段６の上面とヘッダー部３の上面とのなす角Ｘは、９０°＜Ｘ＜１８０°と図示されているが、角Ｘは１８０°≦Ｘ≦２００°でもよい。冷却装置２０を使用する際には、図５に示すように、鋼板１を搬送する搬送ロール２、２、…の間にヘッダー部３が配置される。そして、図示されていない配管を介してヘッダー部３へ冷却水が供給され、当該ヘッダー部３に配置された複数の噴射ノズル４、４、…から鋼板１の下面へ向けて冷却水を放出することにより、鋼板１の下面を冷却する。図４及び図５に示すように、冷却装置２０には、ヘッダー部３の上面から斜め張り出す形態で設けられた落下阻害手段６が備えられている。そして、当該落下阻害手段６は、搬送ロール２、２、…の軸心を通る水平面と鋼板下面との間の空間に配置され、ヘッダー部３の、鋼板１の搬送方向上流側端面に設けられた落下阻害手段６ａと、同搬送方向下流側端面に設けられた落下阻害手段６ｂは、搬送ロール２、２の上面と鋼板１の下面とによって挟まれる空間に配置されている。

冷却装置２０には、落下阻害手段６が備えられているので、噴射ノズル４、４、…から鋼板１の下面へ向けて放出された冷却水は、ヘッダー部３の表面から斜め張り出す形態で設けられた落下阻害手段６によって囲まれる空間に留まりやすく、ヘッダー部３の下方への落下を妨げられる。このようにして落下を妨げられた冷却水は、ヘッダー部３及び落下阻害手段６と鋼板１の下面とによって挟まれる空間に留まり易く、冷却装置２０を、図５に示すように鋼板１の下面近傍へ配置することで、当該空間に留まった冷却水が鋼板１の下面と接触し、鋼板１の下面には水膜が形成される。なお、角Ｘが１８０°≦Ｘ≦２００°の場合、冷却水は下方に落下しやすくなるが、この場合でも、冷却水の圧力を上げることにより、冷却水を当該空間に留めることができ、鋼板１の下面は水膜を形成することができる。このように、冷却装置２０を用いて鋼板１の下面を冷却すると、鋼板１の上面に形成されるような水膜を鋼板１の下面に形成することが可能になるので、鋼板１の下面冷却能を容易に向上させることができる。

さらに、落下阻害手段６のうち、落下阻害手段６ａ及び落下阻害手段６ｂは、搬送ロール２、２の上面と鋼板１の下面とによって挟まれる空間に張り出す形態（落下阻害手段６ａの鋼板搬送方向上流側端面と落下阻害手段６ｂの鋼板搬送方向下流側端面との距離をＳ、搬送ロール２、２の軸心間距離をＩ、搬送ロール２、２の半径をＲとするとき、Ｉ−２Ｒ＜Ｓ＜Ｉとなる形態。図３参照。）で備えられている。落下阻害手段６を備える冷却装置２０によれば、搬送ロール２、２の上面と面する鋼板１の下面部位にも水膜を形成することができるので、当該部位も容易に冷却することができる。それゆえ、冷却装置２０によれば、鋼板１の下面の長手方向における温度むらを低減することが可能になり、その結果、鋼板１の下面冷却能を向上させることが可能になる。

３．第３実施形態
図６は、第３実施形態にかかる本発明の鋼板の下面冷却装置（以下「第３実施形態にかかる冷却装置」ということがある。）の形態例を示す概念図である。図７は、第３実施形態にかかる冷却装置と、鋼板及び搬送ロールとの位置関係を示す概念図である。図７の紙面上下方向が鋼板の板厚方向、図７の紙面左右方向が鋼板の搬送方向であり、図７の紙面奥／手前方向が鋼板の幅方向である。第３実施形態にかかる冷却装置の構造を容易に理解可能とするため、図６では、鋼板の幅方向に備えられる落下阻害手段の記載を省略している。図６及び図７において、図１及び図２と同様の構成を採るものには、これらの図で使用した符号と同符号を付す。以下、図６及び図７を参照しつつ、第３実施形態にかかる冷却装置について説明する。

図６に示すように、第３実施形態にかかる冷却装置３０（以下「冷却装置３０」ということがある。）は、ヘッダー部３と、当該ヘッダー部３に配置された複数の噴射ノズル４、４、…と、ヘッダー部３の上面に鋼板１の搬送方向と平行に配置された複数の流水制御板７、７、…と、を備え、ヘッダー部３の外縁に落下阻害手段５が備えられている。冷却装置３０を使用する際には、図７に示すように、鋼板１を搬送する搬送ロール２、２、…の間にヘッダー部３が配置される。そして、図示されていない配管を介してヘッダー部３へ冷却水が供給され、当該ヘッダー部３に配置された複数の噴射ノズル４、４、…から鋼板１の下面へ向けて冷却水を放出することにより、鋼板１の下面を冷却する。図６及び図７に示すように、冷却装置３０には、冷却装置１０と同様に、ヘッダー部３の端面から張り出す形態で設けられた落下阻害手段５が備えられている。そして、当該落下阻害手段５は、搬送ロール２、２、…の軸心を通る水平面と鋼板下面との間の空間に配置され、ヘッダー部３の、鋼板１の搬送方向上流側端面に設けられた落下阻害手段５ａと、同搬送方向下流側端面に設けられた落下阻害手段５ｂは、搬送ロール２、２の上面と鋼板１の下面とによって挟まれる空間に配置されている。

冷却装置３０には、冷却装置１０の構成に加え、さらに、鋼板１の下面とは接触しない形態で配置された流水制御板７、７、…が備えられている。この流水制御板７、７、…は、噴射ノズル４、４、…から放出されて鋼板１の下面に衝突した冷却水が、鋼板１の幅方向へ移動することを制限する機能を担う。このように、鋼板１の幅方向への冷却水の移動が制限されると、鋼板１の幅方向両端側からヘッダー部３及び落下阻害手段５の下方へと落下する冷却水の量を低減することができるので、鋼板１の下面における、幅方向端部の過冷却を低減することが可能になる。すなわち、冷却装置３０を用いて鋼板１の下面を冷却すると、冷却装置１０によって得られる効果に加え、さらに、鋼板１の幅方向端部の過冷却を低減することが可能になる。

冷却装置３０において、流水制御板７、７、…の高さは、鋼板１の下面に接触しない高さであり、かつ、鋼板の幅方向への冷却水の移動を制限し得る高さであれば、特に限定されるものではないが、搬送ロール２、２の上端面（鋼板１の下面）より５ｍｍ〜２０ｍｍ低いことが好ましい。５ｍｍ未満であると、鋼板１が流水制御板７、７、…に接触する可能性があり、２０ｍｍを超えると鋼板の幅方向への冷却水の移動を十分に制限することが困難になる。

冷却装置３０において、ヘッダー部３に備えられる流水制御板７、７、…の数は、鋼板の幅方向への冷却水の移動を制限し得る数であれば、特に限定されるものではない。また、流水制御板７、７、…の鋼板１の幅方向における間隔は、特に限定されるものではないが、５０ｍｍ〜２００ｍｍ間隔で配置されることが好ましい。ここで、鋼板１の下面の幅方向中央と接触する冷却水が鋼板１の幅方向へと移動する速さは、鋼板１の下面の幅方向端部と接触する冷却水が鋼板１の幅方向へと移動する速さよりも遅いので、鋼板１の幅方向中央部に配置される流水制御板７、７、…の間隔は、鋼板１の幅方向端部に配置される流水制御板７、７、…の間隔よりも広くすることができる。

冷却装置３０において、流水制御板７、７、…は、鋼板１の下面冷却能を容易に向上可能とする観点から、噴射ノズル４、４、…から鋼板１の下面へ向けて放出される冷却水の流れを妨げない位置に配置されることが好ましい。また、冷却装置３０において、噴射ノズル４、４、…から鋼板１の下面へ向けて放出される冷却水の放出方向は、特に限定されるものではないが、噴射ノズル４、４、…から放出された冷却水が流水制御板７、７、…と接触せずに鋼板１の下面と直接接触することにより、鋼板１の下面冷却能を容易に向上可能とする観点からは、ヘッダー部３上面の法線方向上側へ冷却水が放出されることが好ましい。

また、第３実施形態にかかる本発明の鋼板の下面冷却装置に関する上記説明では、冷却装置１０に流水制御板７、７、…が備えられた形態の冷却装置３０を例示したが、第３実施形態にかかる本発明の鋼板の下面冷却装置が採り得る形態はこれに限定されるものではなく、冷却装置２０に流水制御板７、７、…が備えられた形態の鋼板の下面冷却装置とすることも可能である。

本発明の鋼板の下面冷却装置に関する上記説明では、搬送ロールの軸心を通る水平面と鋼板の下面との間に落下阻害手段が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、搬送ロールの軸心を通る水平面よりも下方に落下阻害手段が備えられる形態とすることも可能である。ただし、鋼板の下面近傍に落下阻害手段を配置することにより、鋼板の下面に水膜を形成しやすくして鋼板の下面冷却能を向上させやすくする等の観点からは、搬送ロールの軸心を通る水平面と鋼板の下面との間に落下阻害手段が備えられる形態とすることが好ましい。

また、本発明の鋼板の下面冷却装置に関する上記説明では、Ｉ−２Ｒ＜Ｓ＜Ｉを満たす落下阻害手段が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。ただし、搬送ロールの上面と面する鋼板の下面部位にも水膜を形成しやすくすることにより、鋼板の長手方向における温度むらを低減可能な形態とする等の観点からは、Ｉ−２Ｒ＜Ｓ＜Ｉを満たす落下阻害手段が備えられる形態とすることが好ましい。

また、本発明の鋼板の下面冷却装置に関する上記説明では、四角形形状をしたヘッダー部上面の四方向の外縁に落下阻害手段が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。ただし、搬送ロールの上面と面する鋼板の下面部位にも水膜を形成しやすい形態とすることにより、鋼板の長手方向における温度むらを低減しやすい形態とする等の観点からは、少なくとも、鋼板の搬送方向上流側端面及び同搬送方向下流側端面に、落下阻害手段が備えられることが好ましい。また、鋼板下面の幅方向略全面に亘って水膜を形成することにより鋼板の下面冷却能を向上させやすい形態とする等の観点からは、鋼板の搬送方向上流側及び下流側端面に加え、さらに、鋼板の幅方向両端側にも落下阻害手段が備えられる形態とすることが好ましい。本発明の鋼板の下面冷却装置における落下阻害手段が、鋼板の幅方向両端側に備えられる場合には、鋼板下面の幅方向端部における過冷却を抑制する等の観点から、鋼板の幅方向における落下阻害手段の端面は、鋼板の幅方向両端面よりも外側に位置することが好ましい。

また、本発明の鋼板の下面冷却装置に関する上記説明では、形状が固定された落下阻害手段が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、ヘッダー部から外側に張り出した落下阻害手段の形状を変更可能な形態（例えば、広げたり折り畳んだりすることで伸縮可能に構成された落下阻害手段が備えられる形態）とすることも可能である。形状を変更可能な形態の落下阻害手段が備えられれば、鋼板の下面に形成される水膜の面積を制御することができ、鋼板の下面冷却能の制御が容易になるため好ましい。

また、本発明の鋼板の下面冷却装置において、搬送ロールの上面と鋼板下面とによって挟まれる空間に張り出した落下阻害手段の、鋼板の搬送方向上流側（又は、下流側。以下同じ。）端面と、当該端面と面する搬送ロールの表面との距離（隙間）をＤとするとき、鋼板の下面に水膜を形成可能であれば、距離Ｄは特に限定されるものではない。ただし、鋼板の下面冷却能を向上させやすい形態とする等の観点からは、Ｄを２０ｍｍ以下とすることが好ましく、搬送ロールの回転を妨げない距離を確保する等の観点からは、Ｄを１０ｍｍ以上とすることが好ましい。

本発明の鋼板の下面冷却装置において、ヘッダー部に配置される噴射ノズルの配置形態は特に限定されるものではないが、鋼板の下面冷却能を向上させやすくする等の観点からは、噴射ノズルを千鳥状に配置することが好ましい。

以下、実施例の結果を示しつつ、本発明についてさらに説明する。

１．冷却水量と水膜の厚さと距離Ｓとの関係
ヘッダー面と水平に設けられた落下阻害手段を備える参考例の鋼板の下面冷却装置（Ｒ＝２００ｍｍ、Ｉ＝７５０ｍｍ、Ｓ＝４１０ｍｍ（Ｄは落下阻害手段の角度により多少変化））を用い、落下阻害手段における距離Ｓを変化させて、噴射ノズル４、４、…から放出される冷却水の総水量と鋼板の下面に形成される水膜の厚さと距離Ｓとの関係を調べた。その結果、噴射ノズル４、４、…から放出される冷却水の総水量が多いほど形成される水膜の厚さが厚くなり、距離Ｓが小さくなるほど形成される水膜の厚さが厚くなった。ここでは、鋼板の下面に厚さ２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の水膜が形成されたことが確認できた。
この結果により、冷却装置のスペックにより、距離Ｓと冷却水の総水量を調整することにより、鋼板の下面に冷却に十分な水膜を形成できることがわかった。

２．鋼板の下面冷却能と水膜との関係
ヘッダー面と水平に設けられた落下阻害手段を備える参考例の鋼板の下面冷却装置（Ｒ＝２００ｍｍ、Ｉ＝７５０ｍｍ、Ｓ＝４２０ｍｍ、Ｄ＝１７ｍｍ）と、冷却装置１０から落下阻害手段５を除いた形態の冷却装置（以下「比較例にかかる冷却装置」という。）と、を用いて、鋼板の下面冷却能と水膜の有無との関係を調べた（以下、鋼板の下面冷却能と水膜との関係を調べる際に使用した参考例の鋼板の下面冷却装置を「参考例にかかる冷却装置」という。）。参考例にかかる冷却装置、及び、比較例にかかる冷却装置のそれぞれを、噴射ノズル４、４、…の上面と鋼板下面との距離が４０ｍｍとなるように配置し、噴射ノズル４、４、…から鋼板の下面へ向けて、圧力０．３［ＭＰａ］、水量密度１５００［ｌ／ｍ^２／ｍｉｎ］の冷却水を放出して、鋼板の下面を冷却した。参考例にかかる冷却装置を用いた冷却では、鋼板下面と冷却装置上面との間に冷却水が充満し、鋼板の下面に厚さ４０ｍｍの水膜が形成された。その結果、比較例にかかる冷却装置を用いた場合における鋼板下面の温度降下量を１とすると、参考例にかかる冷却装置を用いた場合における鋼板下面の温度降下量は１．３となった。すなわち、鋼板の下面に水膜を形成して冷却することにより、鋼板の下面冷却能が３０％向上した。したがって、本発明の鋼板の下面冷却装置によれば、鋼板の下面冷却能を向上させることが可能になる。

第１実施形態にかかる冷却装置の形態例を示す概念図である。 第１実施形態にかかる冷却装置と鋼板及び搬送ロールとの位置関係を示す概念図である。 距離Ｓ及び距離Ｉと半径Ｒとの関係を示す概念図である。 第２実施形態にかかる冷却装置の形態例を示す概念図である。 第２実施形態にかかる冷却装置と鋼板及び搬送ロールとの位置関係を示す概念図である。 第３実施形態にかかる冷却装置の形態例を示す概念図である。 第３実施形態にかかる冷却装置と鋼板及び搬送ロールとの位置関係を示す概念図である。 従来の冷却装置の形態例を示す概念図である。 従来の冷却装置の形態例を示す概念図である。

符号の説明

１…鋼板
２…搬送ロール
３…ヘッダー部
４…噴射ノズル
５、６…落下阻害手段
７…流水制御板
１０、２０、３０…鋼板の下面冷却装置

Claims (4)

1. 鋼板の進行方向に間隔を開けて配設された複数の搬送ロールの間に配置されるヘッダー部と、該ヘッダー部に配置された複数の噴射ノズルと、を備え、
   前記噴射ノズルから放出された冷却媒体によって、前記搬送ロール上を搬送される鋼板の下面が冷却され、
   前記ヘッダー部の外縁に、放出された前記冷却媒体が前記ヘッダー部の下方へと落下することを妨げる落下阻害手段が備えられ、
   前記鋼板の下面と面する前記ヘッダー部の表面と、前記鋼板の下面と面する前記落下阻害手段の表面とのなす角Ｘが、９０°＜Ｘ＜１８０°であることを特徴とする、鋼板の下面冷却装置。
2. 鋼板の進行方向に間隔を開けて配設された複数の搬送ロールの間に配置されるヘッダー部と、該ヘッダー部に配置された複数の噴射ノズルと、を備え、
   前記噴射ノズルから放出された冷却媒体によって、前記搬送ロール上を搬送される鋼板の下面が冷却され、
   前記ヘッダー部の外縁に、放出された前記冷却媒体が前記ヘッダー部の下方へと落下することを妨げる落下阻害手段が備えられ、
   前記鋼板の下面と面する前記ヘッダー部の表面と、前記鋼板の下面と面する前記落下阻害手段の表面とのなす角Ｘが、１８０°＜Ｘ≦２００°であることを特徴とする、鋼板の下面冷却装置。
3. 前記落下阻害手段が、前記複数の搬送ロールの軸心を通る水平面と、前記鋼板の下面との間に備えられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼板の下面冷却装置。
4. 前記鋼板の進行方向上流側の、前記落下阻害手段の端面と、前記鋼板の進行方向下流側の、前記落下阻害手段の端面との距離をＳ、隣り合う前記搬送ロールの軸心間距離をＩ、前記搬送ロールの半径をＲ、とするとき、Ｉ−２Ｒ＜Ｓ＜Ｉを満たすことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼板の下面冷却装置。

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