JP5421892B2 - 鋼板の冷却装置、熱延鋼板の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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例えば特許文献1には、搬送ロール間に設けられたスリットジェットと、該搬送ロール間の鋼板下面全体を覆うカバーの幅方向全体に亘ってスリットジェットの給水及び排水が可能な程度に隙間を開ける態様が開示されている。
特許文献2には、柱状噴流を給水するヘッダと鋼板下面ガイドを一体とし、鋼板下面ガイド内にノズルを設ける態様が開示されている。
特許文献3には、冷却手段としてフルコーンノズルを用いるとともに、熱延鋼板の中央にのみ幅狭のガイドを設ける態様が開示されている。
特許文献4には、下面ガイドとして幅の狭い保護板を適当な間隔で並べる、又は格子状に組み合わせた形状とする、孔を開けた板を用いる等して柱状噴流により供給された冷却水の排水を確保している態様が開示されている。
特許文献5および特許文献6には、冷却水を供給するための孔と排水するための孔とを設けることにより排水を円滑にするガイドが開示されている。
また、特許文献6では、冷却水を供給するための孔にノズルの先端を直接挿入する態様が開示されている。
特許文献7には、下面ガイドに給排水通路形成部材が設けられており、給水側と排水側とを分離して排水の円滑化を図る技術が記載されている。
特許文献2に記載の下面ガイドでは、冷却水の増大、高密度化により排水が追い付かない可能性があり、排水性の向上が求められる。
特許文献3に記載の下面ガイドでは、排水性は大きく確保できるもののガイド部分の冷却が低くなり冷却ムラを生じる虞がある。
特許文献4に記載の下面ガイドでは、ノズルからの噴流が該ガイドの一部に衝突して、該噴流が乱されることによる冷却能への影響が懸念される。また、給水と排水とが干渉して冷却能を低下させてしまう虞もある。
特許文献5に記載の下面ガイドでは、特に鋼板板幅方向の噴流孔間隔が狭い場合には、十分な排水性を確保することができない。仮に鋼板板幅方向の噴流孔間隔が十分広く、排水性を確保することができても、下面ガイドの孔を通してどのように給水、排水がなされるかについては言及されていない。
特許文献6および特許文献7に記載の下面ガイドでは、給水路と排水路とが分離され、排水能力の向上が図られている。
しかしながら、特許文献6に記載の下面ガイドではガイド板自体にノズルの先端を挿入する態様であり、鋼板からの熱の影響を受けやすいことから冷却ノズルの劣化が懸念される。一方でその熱の影響を避けるために冷却ノズルと鋼板との距離を大きく取ると、噴流が鋼板の適切な位置に噴射されない等の虞があり冷却能力が大きく減衰する問題がある。
また特許文献7に記載の下面ガイドでは、噴射された冷却水の一部が下面ガイドに設けられた給水孔を通過できず、鋼板冷却に寄与しないために、冷却水の一部が無駄となる虞がある。
X2/X1≦1/4
を満たし、冷却ノズルからの冷却水の噴射は流入孔に通じる通水路内に行われることを特徴とする鋼板の冷却装置である。
本実施形態では、冷却ヘッダ21aは鋼板板幅方向、すなわち図2の紙面奥/手前方向に延在する配管であり、このような冷却ヘッダ21a、21a、…が通板方向に並列されている。
導管21b、21b、…は冷却ヘッダ21aから分岐する複数の細い配管であり、その開口端部が鋼板上面側に向けられている。導管21b、21b、…は、冷却ヘッダ21aの管長方向に沿って、すなわち鋼板板幅方向に複数、櫛歯状に設けられている。
図3からわかるように本実施形態では、隣り合うノズル列では、鋼板板幅方向の位置をずらすように配置し、さらにその隣のノズル列と鋼板板幅方向位置が同じとなるように、いわゆる千鳥状配列としている。これにより搬送される鋼板の鋼板板幅方向における噴流の衝突領域が、ノズル列を通過するごとに均一化され、鋼板板幅方向における冷却ムラを低減させることが可能となる。
L=2PW/cosβ
の関係が成り立つように、冷却ノズルを配置した。ここでは2回通過としたが、これに限定されることはなく、3回以上通過するように構成してもよい。
なお、鋼板板幅方向における冷却能の均一化を図るという観点から、通板方向で隣り合うノズル列では、互いに逆の方向に冷却ノズルを捻った。
また、本実施形態では、上記利点の観点から通板方向に隣り合うノズル列を千鳥状配列とする形態としたが、これに限定されるものではなく、冷却ノズルが通板方向に直線上に並列される形態であってもよい。
流入孔32、32、…は上記した冷却ノズル21c、21c、…に対応する位置に設けられ、その形状も噴流の形状に対応するものとしている。従って、流入孔32、32、…は、鋼板板幅方向に並列されて流入孔列32Aを形成するとともに、該流入孔列32A、32A、…が通板方向に並列されている。ここで、流入孔の形状は特に限定されるものではなく、冷却ノズルからの噴流がガイド板にできるだけ当たらないように形成されていればよい。具体的には使用される冷却ノズルの噴流の特性にもよるが、1つの冷却ノズル21cからの単位時間当りの冷却水噴出量の10%以上は上面ガイド30のガイド板31に衝突しないように通過する形状であることが好ましい。さらに限られたスペースに効率よく流入孔32、32、…を設ける観点から、流入孔の開口形状は、冷却水噴流の横断面形状(噴出方向軸に直交する断面)に略相似形であることが好ましい。
すなわち、ガイド板31では通板方向に沿って流入孔列32Aと流出孔列33Aとが交互に配置されている。
本実施形態では逆流防止片33p、33pは略平行に立設されているが、逆流防止片33p、33p間をその下端側より上端側が狭くなるように立設させてもよい。これにより、逆流防止片と後述する排水通路形成部の立設される片(35a、35c)との間の流路断面積を広く確保することができる。
また、流出孔列33Aに対向する片35bのうち、流出孔列33A側の面には該流出孔列33Aの真上となる位置に整流片36が設けられている。整流片36の形状は、片35bに衝突する排水を後述するように逆流防止片33p、33pが設けられた排水通路の底面方向へ分離するように整流化できる形状が好ましい。例えば、逆三角形、台形、楔型やその他突起型形状を挙げることができる。
さらに、上面ガイド30によれば、鋼板上面側に供給された大量の冷却水を適切に排出することが可能となる。第一に、上面給水手段21、21、…により供給された冷却水は鋼板を冷却した後その一部は板幅方向に流れ、下方に落下して排水される。しかしながら供給された冷却水量、密度が大きいと当該排水では追い付かずに滞留水が厚く形成されてしまう。これに対して上面ガイド30ではさらなる排水通路を設けることにより滞留水を薄く維持することが可能となる。詳しくは次の通りである。
これによりガイド板31の上面側に達した冷却水は図7の紙面奥/手前方向に移動して排水される。このとき流出孔33の縁には逆流防止片33p、33pが設けられているので、再び流出孔33から冷却水が戻ることを抑制している。
このように円滑な排水と滞留水の抑制により鋼板板幅方向における冷却ムラを小さく抑えることも可能となる。これにより均一な品質を有する鋼板を得ることができる。冷却ムラは、冷却水の板幅方向温度ムラが±30℃以内であることが好ましい。
ガイド板31の上面側のうち鋼板板幅方向中央部を高く形成し、幅方向両端に向けて低くなるように傾斜を設けても良い。これによれば高低差により、冷却水がガイド板31の両端に移動しやすくなり、さらに円滑な排水を促進することができる。
また、ポンプ等を設置して強制的に排水させる、または排水通路形成部内を負圧にすることにより冷却水を排水通路形成部内に導入しやすくして排水性を向上させてもよい。
また、上面ガイド自体を上下方向に移動可能に形成し、上面ガイド30を通板に影響を与えない範囲で下方に移動することで滞留水に押しつけ、強制的に排水通路形成部内に導く構成としてもよい。
上面ガイド130では、排水通路形成部135、135、…がガイド板31から分離して形成されている。従って、排水通路形成部135、135、…では、片35a、35a、…と逆流防止片33p、33p、…とが底板135d、135d、…により連結されるとともに、片35c、35c、…と逆流防止片33p、33p、…とは底板135e、135e、…により連結されて排水通路の底部を形成している。このように分離した上面ガイド130としてもよい。
図8(b)に表わした上面ガイド130’は、さらに逆流防止片133p’、133p’、…がガイド板31の上面側に延在している形態である。
上面ガイド230でも、排水通路形成部235、235、…がガイド板31から分離して形成されている。従って、排水通路形成部235、235、…では、片35a、35a、…と逆流防止片233p、233p、…とが底板235d、235d、…により連結されるとともに、片35c、35c、…と逆流防止片233p、233p、…とは底板235e、235e、…により連結されて排水通路の底部を形成している。また、逆流防止片233p、233p、…がガイド板31の上面側に延在している。上面ガイド230では、ガイド板31と排水通路形成部235、235、…との間に冷却ノズル21c、21c、…の他、ヘッダ21a、21a、…及び導管21b、21b、…もここに含んでいる。このような上面ガイド230としてもよい。
流入孔42、42、…は上記した各冷却ノズル22c、22c、…に対応する位置に設けられる。従って、流入孔42、42、…は、鋼板板幅方向に並列されて流入孔列42Aを形成するとともに、流入孔列42A、42A、…が通板方向に並列されている。1つの冷却ノズル22cに対して1つの対応する流入孔42が設けられることが好ましい。これにより給排水を適切に分離して円滑な排水が可能となる。
流入孔42、42、…の開口形状は、特に限定されるものではないが、効率よく冷却水がここを通過するために、ガイド板41に冷却ノズル22c、22c、…からの噴流ができるだけ当たらないように形成されていることが好ましい。具体的には使用される冷却ノズルの噴流の特性にもよるが、1つの冷却ノズル22cからの単位時間当りの冷却水噴出量の10%以上は下面ガイド40のガイド板41に衝突しないように通過する形状であることが好ましい。
さらに限られたスペースに効率よく当該流入孔42、42、…を設ける観点から、流入孔の開口形状は、冷却水噴流の横断面形状(噴出方向軸に直交する断面形状)に略相似形であることが好ましい。
すなわち、ガイド板41では通板方向に沿って流入孔列42Aと流出孔列43Aとが交互に配置されている。
α・W・H≦(Lg・W−N・Lg・Wg)/2 (1)
ここで、Wは下面ガイド40の板幅方法の大きさ(m)、Hは下面ガイド40の上面と通板される鋼板1の下面との距離(m)、Wgは鋼板侵入防止手段43sの板幅方向の大きさ(m)、Nは鋼板侵入防止手段43sが板幅方向に配置される数をそれぞれ表わしている。αは係数でありα=0.5程度が好ましい。
これによれば、式(1)の右辺は流出孔43、43、…の合計の開口面積を表わし、左辺は、噴流が噴射された後に流出孔43、43、…に達する間に冷却水が移動する通路(下面ガイド40の上面と鋼板1の下面との間)の流路断面積を表わす。そして右辺である流出孔43、43、…の合計の開口面積を左辺の流路断面積から決まる面積以上にすることにより、排水抵抗を小さく抑えることができる。
給排水通路形成部材45は、流入孔列42Aとこれに隣接する流出孔列43A、43Aとの境界部分のうち、ガイド板41の下面側から垂下して通板方向及び鋼板板幅方向に並列される板状の部材が組み合わされて形成された部材である。このような板状の部材が組み合わされることにより、通板方向及び鋼板板幅方向に並列された複数の筒状の空間が形成されている。すなわち、当該筒状の内側空間を冷却水噴流が通過し、その外側を排水が通過することにより、給水路と排水路とを分けることができる。さらに詳しくは次の通りである。ここでは1つの筒状空間を形成する部材について説明する。
さらに、下面ガイド40によれば、鋼板下面側に供給された大量の冷却水を適切に排出することが可能となる。詳しくは次の通りである。
冷却ノズル22cから噴射された冷却水は、板状部材45a、45b、45c、45dにより囲まれる筒状の内側を通り、流入孔42から鋼板1の下面に達し、該鋼板1を冷却する(図14(b))。その後冷却水はガイド板41の上面を図14(a)に直線矢印で示した方向に移動し、図14(b)に直線矢印で示したように流出孔43、43から下方に落下して排水される。
下面ガイドにおいて、下面給水手段により供給された冷却水のうち80%以上を流出孔から排水することが好ましい。これにより非常に高い冷却効率を確保することができる。
また、このように円滑な排水と滞留水の抑制により鋼板板幅方向における冷却ムラを小さく抑えることも可能となる。これにより均一な品質を有する鋼板を得ることができる。冷却ムラは、冷却水の鋼板板幅方向温度ムラが±30℃以内であることが好ましい。
仮に板状部材45c、45dでなく、単なる板状の部材である板材をここに配置すると、噴流と板材との間の圧力(気圧)が低下し、噴流が板材に引き寄せられる。噴流が板材間の中心を正確に通過すれば、噴流が板材に引き寄せられる力が等しくなるため噴流は直進する。ところが、実際には製造上の公差、装置の振動等により、噴流が板材間の中心を正確に通過し続けることはあり得ず、必ず板材のどちらかに接近する。一度どちらかの板材に接近してしまうと、噴流と板材壁面との間の圧力はさらに低下し、噴流はさらにその板材に移動する。そして最終的には板材の壁面側に引き寄せられ、噴流に曲がりが生じてしまう。この効果はコアンダ効果として知られている。コアンダ効果により噴流に曲がりが生じると、本来噴射すべき噴流の鋼板に対する位置と、実際に噴射される位置とが異なり、大きな冷却ムラを生じる虞がある。
これに対して、本実施形態の給排水通路形成部材45によれば、板状部材45c、45dに設けられた孔により板状部材45c、45dを挟んで給水のための通水路内側と外側とで気圧を概ね等しくすることができ、通水路内の気圧の低下を防止することができる。すなわち、コアンダ効果が生じる原因を根本的に解消することが可能となる。これにより噴流の曲がりを抑えることが可能となる。
従って、本実施形態によれば、冷却ノズルと鋼板との位置を離隔しても鋼板の適切な位置に冷却水を噴射することができる。これにより冷却ノズルを熱等に起因する劣化から保護することも可能である。また、噴流が広がりを有するスプレー形態の場合には、ノズルと鋼板とをある程度離隔させることによって広い範囲の冷却が可能となるので、本実施形態の効果がさらに顕著なものとなる。
また、板状部材45c’、45d’に板状部材45c、45d同様の連通手段を設け、噴流の曲がりを抑えることも可能である。
X2/X1≦1/4 (2)
ここで、通水路の通水方向全長に亘って式(2)を満たしている必要はなく、通水路の少なくとも出口においてこれを満たしていればよい。ただし、通水路の形状はできるだけ噴流の形状に沿ったものであることが好ましい。これにより噴流と板状部材との間に不要な空間が生じることが防止され、より効率よくコアンダ効果に起因する噴流の曲がりを防止することができる。
すなわち、給排水通路形成部材45’’によれば、上記コアンダ効果により板状部材45c’’、45d’’に噴流が引き寄せられたとしても、噴流の曲がりは小さく抑えられ、目標とする鋼板の位置へ噴流を導くことができる。
また、噴流と板状部材との接触及び摩擦を抑制する観点から、次式(3)を満たすことがさらに好ましい。
X2/X1<1/4 (3)
また、鋼板板幅方向の両端部に配置される冷却ノズルに対しては、給排水通路形成部材の板状部材45c、45dのうち、鋼板板幅方向外側に配置される板状部材45c、又は板状部材45dは備えられることなく開放された形態を有する最端部給排水通路形成部材を設けてもよい。これは、鋼板板幅方向両端に備えられる冷却ノズルではこれより外側に冷却ノズルが配置されないことから、必ずしも四周を囲む通水路を必要としないからである。
当該次の鋼板の先端が熱間仕上げ圧延機列11の最終スタンド11gに噛み込む数秒前に、冷却装置20の冷却水の噴射が開始され、鋼板の先端が冷却装置20を通過した直後に冷却水の噴射圧力がほぼ所定値となるように制御される。また、鋼板1の先端がピンチロール13を通過した直後に上側ロール13aを下降させ、鋼板1のピンチを開始する。
従って、このように操業される冷却装置20を熱間仕上げ圧延機列11の下流側に備える熱延鋼板の製造装置により、熱延鋼板を製造すれば、高密度、大量の冷却水を用いて冷却することが可能になる。すなわち、かかる製造方法により熱延鋼板を製造することで、組織が微細化された熱延鋼板を製造することが可能になる。
10 製造装置
11 圧延機列
11g 最終スタンド
12 搬送ロール
13 ピンチロール
20 冷却装置
21 上面給水手段
21a 冷却ヘッダ
21b 導管
21c 冷却ノズル
22 下面給水手段
22a 冷却ヘッダ
22b 導管
22c 冷却ノズル
30 上面ガイド
31 ガイド板
32 流入孔
32A 流入孔列
33 流出孔
33A 流出孔列
33p 逆流防止片
35 排水通路形成部
36 整流片
40 下面ガイド
41 ガイド板
42 流入孔
42A 流入孔列
43 流出孔
43A 流出孔列
45 給排水通路形成部材
45a 板状部材
45b 板状部材
45c 板状部材
45d 板状部材
Claims (13)
- 熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドの下工程側に配置され、搬送ロール上を搬送される鋼板を冷却可能に設けられた複数の冷却ノズルを備える鋼板の冷却装置であって、
前記冷却ノズルは、前記鋼板が通過する部位の上面側及び下面側に設けられて該鋼板が通過する部位に向けて冷却水を噴射可能とされ、
前記下面側には下面ガイドが設けられ、
前記下面ガイドは、前記下面側の冷却ノズルから噴射される前記冷却水が通過すべき流入孔と、前記冷却水が下方に落下して排出可能に通過すべき流出孔と、を有し、
前記流入孔は前記鋼板搬送方向に並列されるとともに、前記流出孔は前記鋼板搬送方向に並列される隣接する前記流入孔の間に配置され、
前記流入孔、及び前記流出孔のうち少なくとも1つには、前記流入孔に通じる通水路及び前記流出孔から通じる排水路を形成する給排水通路形成部材を有し、
前記給排水通路形成部材により形成される前記流入孔に通じる前記通水路は、前記冷却ノズルから噴射される噴流を囲むように形成されているとともに、前記通水路の壁の少なくとも一部には前記通水路の内外を通じる連通手段を備えており、
前記冷却ノズルからの冷却水の噴射は前記流入孔に通じる通水路内に行われることを特徴とする鋼板の冷却装置。 - 前記給排水通路形成部材の一端側は前記流入孔の縁に連結されていることを特徴とする請求項1に記載の鋼板の冷却装置。
- 前記鋼板板幅方向両端に備えられる流入孔又は流出孔に具備される前記給排水通路形成部材である最端部給排水通路形成部材は、前記鋼板板幅方向端部側の壁を欠くことにより前記噴流を囲むことなく、前記最端部給排水通路形成部材の内外が連通していることを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼板の冷却装置。
- 前記給排水通路形成部材の前記連通手段により、前記通水路の内側と外側との気圧差が、前記連通手段を設けないときに比べて低減されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の鋼板の冷却装置。
- 熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドの下工程側に配置され、搬送ロール上を搬送される鋼板を冷却可能に設けられた複数の冷却ノズルを備える鋼板の冷却装置であって、
前記冷却ノズルは、前記鋼板が通過する部位の上面側及び下面側に設けられて該鋼板が通過する部位に向けて冷却水を噴射可能とされ、
前記下面側には下面ガイドが設けられ、
前記下面ガイドは、前記下面側の冷却ノズルから噴射される前記冷却水が通過すべき流入孔と、前記冷却水が下方に落下して排出可能に通過すべき流出孔と、を有し、
前記流入孔は前記鋼板搬送方向に並列されるとともに、前記流出孔は前記鋼板搬送方向に並列される隣接する前記流入孔の間に配置され、
前記流入孔、及び前記流出孔のうち少なくとも1つには、前記流入孔に通じる通水路及び前記流出孔から通じる排水路を形成する給排水通路形成部材を有し、
前記給排水通路形成部材により形成される前記流入孔に通じる前記通水路は、前記冷却ノズルから噴射される噴流を囲むように形成されているとともに、前記噴流の中心における流量に対して流量が50%となる位置を噴流端部とし、該噴流端部間を噴流厚さX1とするとともに、前記通水路の壁面と前記噴流端部との距離をX2としたとき、少なくとも前記通水路出口において、
X2/X1≦1/4
を満たし、
前記冷却ノズルからの冷却水の噴射は前記流入孔に通じる通水路内に行われることを特徴とする鋼板の冷却装置。 - 前記冷却ノズル1つに対して1つの前記流入孔が設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の鋼板の冷却装置。
- 前記流出孔から通じる排水路は、下部の流路断面が上部の流路断面積より広く形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の鋼板の冷却装置。
- 前記冷却ノズルはフラットスプレーノズルであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の鋼板の冷却装置。
- 熱間仕上げ圧延機列における最終スタンドと、請求項1〜8のいずれか一項に記載の鋼板の冷却装置と、を鋼板搬送方向に順に備えることを特徴とする熱延鋼板の製造装置。
- 熱間仕上げ圧延機列における最終スタンドと、請求項1〜8のいずれか一項に記載の鋼板の冷却装置と、冷却水の水切りを行う水切り手段とを、鋼板搬送方向に順に備えることを特徴とする熱延鋼板の製造装置。
- 前記鋼板の冷却装置が備える冷却ノズルのうち、最も上工程側に配置される冷却ノズルは前記最終スタンドのハウジングの内側に配置されている請求項9又は10に記載の熱延鋼板の製造装置。
- 前記鋼板の冷却装置が備える冷却ノズルのうち、少なくとも前記最終スタンドに最も近い前記冷却ノズルの冷却水噴射口が、前記最終スタンドのワークロール出口に位置すべき鋼板に向けられていることを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載の熱延鋼板の製造装置。
- 請求項9〜12のいずれか一項に記載の熱延鋼板の製造装置を用いて、熱間仕上げ圧延機列における最終スタンドで圧延された鋼板を処理する工程を含むことを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
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