JP6367162B2 - 鋼帯の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼帯の冷却装置に関するものである。

従来、金属ストリップ（鋼帯）を冷却する方法として、特許文献１に示されるように、鋼帯に対して冷却水を噴霧する方法が開示されている。また、特許文献２に示されるように、鋼帯に対してワイピングノズルを用いてガスを吹き付けることを考慮して、鋼帯に冷却空気を吹き付ける方法が想定される。

特開平９−２７９２５５号公報 特開２０１３−７０９５号公報

ここで、鋼帯に対して冷却水を噴霧する場合、鋼帯の表面が水で酸化したり、水によって鋼帯の表面に沸騰膜が形成され、品質の劣化や十分な冷却が行えないという課題がある。一方、鋼帯に対して冷却空気を吹き付ける場合、冷却による収縮で鋼帯が凹む、ひずむ等で変形したり、鋼帯の表面が冷却空気中の酸素で酸化したりする、また、十分な冷却速度が得られないという課題がある。

そこで、本発明は、鋼帯の酸化や沸騰膜の形成及び鋼帯の変形を抑制しながら、十分な冷却性能を得ることができる、鋼帯の冷却装置を提供することを目的とする。

本発明は、
鋼帯の冷却装置であって、
前記鋼帯を移送する鋼帯移送部材と、
前記鋼帯移送部材によって移送されている前記鋼帯に対して、液化二酸化炭素を噴射する、ガスノズルと、を備えており、
前記ガスノズルは、前記鋼帯を挟んで所定の隙間を有して、両側に対向するよう一対として設けられていることを特徴とする。

液化二酸化炭素によって鋼帯を冷却するので、鋼帯の酸化や沸騰膜の形成を抑制しながら、十分な冷却性能を得ることができる。液化二酸化炭素を噴射することによって鋼帯を冷却するので、鋼帯が凹凸を有する場合でも、鋼帯を均一に冷却できる。また、鋼帯を挟んで両側から液化二酸化炭素を噴射するので、鋼帯の冷却効果を向上させることができ、また、冷却による鋼帯の変形を抑制できる。
また、ガスノズルと鋼帯との間に所定の隙間を設けることによって、ガスノズルから噴射された液化二酸化炭素が気化し、またその気化熱で一部が凝固して、ドライアイスを含む二酸化炭素ガスが鋼帯に吹き付けられることとなる。その結果、鋼帯の表面に液化二酸化炭素の沸騰膜ができても、その沸騰膜をドライアイスの粒によって破壊することができ、鋼帯の冷却効果を向上させることができる。

本発明は、更に、次のような構成を備えるのが好ましい。
（１）前記冷却装置は、前記ガスノズルから噴射された液化二酸化炭素に向けて一酸化炭素ガスを噴射するようになっている。
（２）前記冷却装置は、前記ガスノズルの下方に粉粒体を収容する流動層を備えており、
前記鋼帯移送部材は、前記流動層の上方に設けられ、前記鋼帯を上方から前記粉粒体内に導入し、前記粉粒体から上方に向けて前記鋼帯を取り出すようになっており、
前記流動層は、前記ガスノズルから噴射された液化二酸化炭素が凝固したドライアイスの一部を回収可能となっている。

前記構成（１）によれば、一酸化炭素ガスを噴射することによって、噴射雰囲気の酸素ポテンシャルを低下させ、また噴射雰囲気を還元性雰囲気とすることができ、その結果、鋼帯の酸化を防止することができる。

前記構成（２）によれば、ガスノズルから噴射された液化二酸化炭素が凝固したドライアイスを流動層で回収することによって、流動層内の粉粒体をさらに冷却することができ、粉粒体による鋼帯の冷却効果をさらに向上させることができる。

要するに、本発明によると、鋼帯の酸化や沸騰膜の形成を抑制しながら、十分な冷却性能を得ることができる、鋼帯の冷却装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る鋼帯の冷却装置の概略図である。 別の実施形態に係る鋼帯の冷却装置であって、鋼帯に液化二酸化炭素をスプレー後、流動層内に収容された粉粒体で鋼帯を冷却する、鋼帯の冷却装置の概略図である。 図２に示される流動層の上面図である。

図１は、本発明の実施形態に係る鋼帯の冷却装置１０の概略図である。冷却装置１０は、鋼帯Ｓを上方から下方に向けて移送する鋼帯移送部材２と、超低温の液化二酸化炭素をスプレーする液化二酸化炭素スプレー装置１１と、を備えている。

鋼帯移送部材２は、鋼帯Ｓを連続的に移送するために、液化二酸化炭素スプレー装置１１が鋼帯Ｓに対してスプレーする箇所の上方に少なくとも１つの案内ローラ２１と、上記箇所の下方に少なくとも１つの案内ローラ２２と、を備えている。鋼帯移送部材２は、案内ローラ２１、２２によって、鋼帯Ｓを、鉛直方向において上方から下方に向けて移送するようになっている。

液化二酸化炭素スプレー装置１１は、液化二酸化炭素を収容するタンクやボンベ等の第１収容容器１２と、第１収容容器１２に連結され、鋼帯移送部材２によって鉛直方向下方に移送されている鋼帯Ｓに対して液化二酸化炭素を噴射する第１ガスノズル１３と、を備えている。

第１ガスノズル１３は、鋼帯Ｓを挟んで左右両側に対向するよう一対として設けられている。そして、各第１ガスノズル１３と鋼帯Ｓとの間には所定の隙間が形成されている。所定の隙間は、すくなくとも１０ｍｍ程度の空間を有している。なお、一対の第１ガスノズル１３は、鋼帯Ｓを挟んでそれぞれ、鋼帯Ｓから等距離の位置に配置されている。

液化二酸化炭素スプレー装置１１は、さらに、第１ガスノズル１３から噴射された液化二酸化炭素に向けて一酸化炭素ガスを噴射するようになっている、第２ガスノズル１４と、第２ガスノズル１４に連結され、一酸化炭素ガスを収容する第２収容容器１５と、を備えている。

前記構成の冷却装置１０によれば、次のような効果を発揮できる。

（１）液化二酸化炭素によって鋼帯Ｓを冷却するので、鋼帯Ｓの酸化や沸騰膜の形成を抑制しながら、十分な冷却性能を得ることができる。

（２）液化二酸化炭素を噴射することによって鋼帯Ｓを冷却するので、鋼帯Ｓが凹凸を有する場合でも、鋼帯を均一に冷却できる。

（３）鋼帯Ｓを挟んで左右両側から液化二酸化炭素を噴射するので、鋼帯Ｓの冷却効果を向上させることができ、また、冷却によって鋼帯Ｓが一方向にたわんで変形することを抑制できる。

（４）第１ガスノズル１３と鋼帯Ｓとの間に所定の隙間を設けることによって、第１ガスノズル１３から噴射された液化二酸化炭素が気化し、またその気化熱で一部が凝固して、ドライアイスを含む二酸化炭素ガスが鋼帯に吹き付けられることとなる。その結果、鋼帯Ｓの表面に液化二酸化炭素の沸騰膜ができても、その沸騰膜をドライアイスの粒によって破壊することができ、鋼帯Ｓの冷却効果を向上させることができる。

（５）一対の第１ガスノズル１３は、鋼帯Ｓを挟んでそれぞれ、鋼帯Ｓから等距離の位置に配置されているので、鋼帯Ｓの表裏が均等に冷却され、冷却による鋼帯Ｓの熱変形を抑制することができる。

（６）冷却装置１０は、第１ガスノズル１３から噴射された液化二酸化炭素に向けて、第２ガスノズル１４から一酸化炭素ガスを噴射するようになっているので、噴射された一酸化炭素ガスによって、噴射雰囲気の酸素ポテンシャルを低下させ、また噴射雰囲気を還元性雰囲気とすることができ、その結果、鋼帯Ｓの酸化を防止することができる。

上記別の実施形態では、第１ガスノズル１３は、鋼帯Ｓを挟んで左右両側に対向するよう一対として設けられているが、さらに、第１ガスノズル１３は、鋼帯Ｓの移送方向（鉛直方向下方）に沿って複数対設けられていても良い。さらに、第１ガスノズル１３は、鋼帯Ｓを挟んでそれぞれ、鋼帯Ｓの移送方向に直交する方向（左右方向）に所定間隔をおいて、鋼帯Ｓの全幅に亘って複数設けられていても、スリット形状を有していても良い。このように第１ガスノズル１３を配置することによって、鋼帯Ｓを全体にわたって均一に冷却することができる。

（別の実施形態）
上記実施形態に加え、冷却装置１０は、鋼帯Ｓに液化二酸化炭素をスプレー後、流動層内に収容された粉粒体で鋼帯Ｓを冷却する、流動層を備えていても良い。

図２は、本発明に係る別の実施形態であって、鋼帯に液化二酸化炭素をスプレー後、流動層内に収容された粉粒体で鋼帯を冷却する、鋼帯の冷却装置の概略図である。別の実施形態は、鋼帯を冷却する粉粒体を収容する流動層を有している点で上記実施形態と異なっており、その他の構成は上記実施形態と同じである。このため、別の実施形態の説明においては、上記実施形態と同じ部分には同じ符号を付し、それらの内容については詳しい説明を省略する。図３は、図２に示される流動層の上面図である。

図２及び図３に示されるように、冷却装置１０は、粉粒体を収容する流動層１と、流動層１の上方及び流動層１内に設けられ、鋼帯Ｓを上方から粉粒体内に導入し、粉粒体から上方に向けて鋼帯を取り出す、鋼帯移送部材２と、流動層１の下部に設けられ、粉粒体の下部から上方へ向けてガスを噴射する第３ガスノズル３と、流動層１の底壁及び側壁に取り付けられ、粉粒体を冷却する冷却部材４１、４２と、を備えている。

流動層１には、粉粒体として、具体的にはドライアイス粉粒体が収容されている。ドライアイス粉粒体の粒径は５０〜５００μｍであり、硬度は６０Ｈｖ（モース硬度２）以下となっている。

鋼帯移送部材２は、鋼帯Ｓを連続的に移送するために、少なくとも流動層１外であって流動層１の上方に３つの案内ローラ２１、２２、２４と、流動層１内に１つの案内ローラ２３と、を備えている。鋼帯移送部材２は、鋼帯Ｓを、流動層１の上方から鉛直方向下方に向けて流動層１の内部へ、流動層１の端部から離れた領域に導入し、流動層１の端部から離れた領域から、鉛直方向から若干傾斜させて、上方に取り出すようになっている。したがって、鋼帯Ｓは、流動層１内において、流動層１の端部近傍に位置しないようになっている。

第３ガスノズル３は、流動層１の底壁の両端部に設けられており、流動層１内において、鉛直方向上方にむけてガスを噴射するようになっている。したがって、第３ガスノズル３から噴射されるガスは、粉粒体内の鋼帯Ｓに直接は衝突しないようになっている。また、第３ガスノズル３から噴射されたガスは、流動層１に収容された粉粒体を流動層１内で循環させるようになっている。

図３に示されるように、冷却部材４１は、第３ガスノズル３に挟まれるように、流動層１の底壁の内壁に取り付けられており、鋼帯Ｓは、冷却部材４１の内側で、流動層１内に導入され、流動層１から取り出されるようになっている。また、冷却部材４２は、第３ガスノズル３を囲むように、流動層１の側壁の内壁に取り付けられており、冷却部材４２の下端部は、流動層１内を移送される鋼帯Ｓの下端位置よりも下方に位置するようになっている。

流動層１は、第１ガスノズル１３及び第２ガスノズル１４の下方に配置されており、第１ガスノズル１３から鋼帯Ｓに噴射された液化二酸化炭素、及び、第２ガスノズル１４から噴射された一酸化炭素ガスの一部を回収可能となっている。

前記構成の冷却装置１０によれば、次のような効果を発揮できる。

（１）流動層１内を流動する粉粒体によって鋼帯Ｓを冷却するので、鋼帯Ｓの酸化や沸騰膜の形成を防止でき、また、空気で冷却する場合のように鋼帯を変形させることもなく、冷却性能を向上させることができる。

（２）粉粒体によって鋼帯Ｓを冷却するので、鋼帯Ｓが凹凸を有する場合でも、冷媒を鋼帯表面に接触させることができ、鋼帯を均一に冷却できる。さらに、第３ガスノズル３から噴射されるガスによっても粉粒体を冷却できるので、粉粒体による鋼帯Ｓの冷却効果を向上させることができる。

（３）流動層１内で第３ガスノズル３から噴射されたガスが上昇しながら鋼帯Ｓに接触するとその部分に境膜が生じ熱伝導の効率が低下する。それに加えて、ガスが空気の場合、空気の比熱は小さく、流動層内の空気による泡はランダムに発生するので、この泡が鋼帯Ｓに接触すると鋼帯Ｓの温度分布に悪い影響を与える。ここで、流動層１内で、第３ガスノズル３から噴射されるガスを鋼帯に直接衝突させないことによって、境膜の形成による熱伝導の効率の低下やガスの鋼帯への直接接触による鋼帯の温度分布の変動の問題が生じることを防止できる。

（４）流動層１の内壁には、粉粒体を冷却する冷却部材４１、４２が設けられているので、冷却部材４１、４２によって、粉粒体の冷却を促進することができ、その結果、鋼帯Ｓの冷却も促進できる。

（５）第３ガスノズル３は、流動層１の底板の端部に設けられており、冷却部材４２は、第３ガスノズル３の上方であって、流動層１の側壁に設けられているので、流動層１の底板の端部に設けられた第３ガスノズル３から噴射されたガスによって、流動層１の下部の端部に位置する粉粒体が、流動層１の上部の端部に移動し、第３ガスノズル３の上方であって流動層１の側壁に設けられている冷却部材４２で冷却される。したがって、冷却部材４２で冷却された粉粒体が鋼帯Ｓ近傍に位置することとなり、粉粒体による鋼帯Ｓの冷却効果をさらに向上させることができる。

（６）冷媒が粉粒体、すなわち固体粉粒体で構成されているので、熱容量の大きい液体や泥状（スラリー状）のものを用いるよりも、熱伝導率が向上し、冷却効率を向上させることができる。

（７）粉粒体の粒径は５０〜５００μｍであり、その硬度は６０Ｈｖ（モース硬度２）以下という特定の性質を有するので、粉粒体の粒径と硬度が所定の範囲で均一に構成されることによって、粉粒体の熱伝導率を向上させ、また、粉粒体が鋼帯に接触することによる鋼帯への物理的影響を低減することができる。

（８）超低温の粉粒体であるドライアイスを用いることによって、鋼帯の冷却速度を速くすることができる。

（９）鋼帯移送部材２は、鋼帯Ｓを、鉛直方向下方に向けて流動層１に導入するようになっているので、鋼帯Ｓの導入による流動層１内の粉粒体の抵抗を小さくすることができる。

（１０）鋼帯移送部材２は、鋼帯Ｓを、鉛直方向から若干傾斜させて上方に取り出すようになっているので、鋼帯Ｓの取り出しによる流動層１内の粉粒体の乱れを小さくすることができる。

（１１）冷却装置１０は、第１ガスノズル１３から噴射された液化二酸化炭素が凝固したドライアイスを流動層１で回収することによって、流動層１内の粉粒体をさらに冷却することができ、粉粒体による鋼帯Ｓの冷却効果をさらに向上させることができる。

上記別の実施形態では、流動層１内に収容された粉粒体で鋼帯Ｓを冷却する前に、鋼帯Ｓに液化二酸化炭素をスプレーするようになっているが、流動層内に収容された粉粒体で鋼帯を冷却した後、鋼帯に液化二酸化炭素をスプレーしても良い。この場合、鋼帯を冷却するだけでなく、鋼帯に付着した粉粒体を、液化二酸化炭素のスプレーによって効果的に除去することができる。また、第２ガスノズルは第１ガスノズルに内蔵されても良く、あらかじめ二酸化炭素と一酸化炭素を混合したガスを第１ガスノズルから噴射しても良い。

特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、上記実施形態に対して各種変形及び変更を行うことも可能である。

本発明では、鋼帯の酸化や沸騰膜の形成を抑制しながら、十分な冷却性能を得ることができる、鋼帯の冷却装置を提供できるので、産業上の利用価値が大である。

１ 流動層
１０ 冷却装置
１１ 液化二酸化炭素スプレー装置 １２ 第１収容容器 １３ 第１ガスノズル
１４ 第２ガスノズル １５ 第２収容容器
２ 鋼帯移送部材
２１ 案内ローラ ２２ 案内ローラ ２３ 案内ローラ ２４ 案内ローラ
３ 第３ガスノズル
４１ 冷却部材 ４２ 冷却部材
Ｓ 鋼帯

Claims (3)

1. 鋼帯の冷却装置であって、
   前記鋼帯を移送する鋼帯移送部材と、
   前記鋼帯移送部材によって移送されている前記鋼帯に対して、液化二酸化炭素を噴射する、ガスノズルと、を備えており、
   前記ガスノズルは、前記鋼帯を挟んで所定の隙間を有して、両側に対向するよう一対として設けられており、
   前記冷却装置は、前記ガスノズルの下方に粉粒体を収容する流動層を備えており、
   前記粉粒体は、前記ガスノズルから噴射された液化二酸化炭素が凝固したドライアイスを回収したものを含むことを特徴とする、冷却装置。
   
2. 前記冷却装置は、前記ガスノズルから噴射された液化二酸化炭素に向けて一酸化炭素ガスを噴射するようになっている、請求項１記載の冷却装置。
   
3. 前記鋼帯移送部材は、前記流動層の上方に設けられ、前記鋼帯を上方から前記粉粒体内に導入し、前記粉粒体から上方に向けて前記鋼帯を取り出すようになっている、請求項１又は２に記載の冷却装置。

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