JP6875549B2 - 金属ストリップまたは金属薄板の冷却のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、搬送区間の上で搬送される金属ストリップまたは金属薄板の冷却のための装置に関する。

鋼材料の製造の際に、これら鋼材料の機械的な特性は、多様な方法で影響され得る。
所定の合金元素の補充によって、強度の増大は達成される（固溶硬化（Ｍｉｓｃｈｋｒｉｓｔａｌｌｈａｅｒｔｕｎｇ））。より高い転位密度を達成するために、圧延の間じゅう、それに加えて、仕上げ圧延ライン温度は降下され得る（転位硬化（Ｖｅｒｓｅｔｚｕｎｇｓｈａｅｒｔｕｎｇ））。微少合金元素−例えばＮｂ、Ｖ、または、Ｔｉ−の付加合金化によって析出が形成され、これら析出は、強度の増大を誘起する（析出硬化（Ａｕｓｓｃｈｅｉｄｕｎｇｓｈａｅｒｔｕｎｇ））。
前記で述べられたメカニズムは、但し、このことによって、製造される材料の靭性が不都合に影響されることの欠点を有している。それに対して、組織の微細な粒構造（細粒硬化（Ｆｅｉｎｋｏｒｎｈａｅｒｔｕｎｇ））は、製造された鋼材料の強度特性、および、同時に靭性特性に対して、有利な影響を及ぼす。小さな粒径によって、鋼材料の強度特性と靭性特性とは、改善される。

連続鋳造圧延設備、および、熱間ストリップ圧延ラインの作動において公知である、合金元素及び／または微少合金元素の前記で述べられた添加は、そのような添加が、費用がかさみ、且つ、付加的に種々の大枠の条件によって制限されることの欠点を免れない。

従来技術により、金属ストリップまたは金属薄板の製造において、これら金属ストリップまたは金属薄板の冷却を、搬送区間の幅にわたって延在する冷却ビームによって行うことは公知であり、この搬送区間に沿って、これら金属ストリップまたは金属薄板が輸送される。
図４は、従来の冷却ビームの概略的に簡略化された側面図を示しており、この冷却ビームにおいて、流出開口部の幾何学的形状が、搬送区間の幅にわたって、もしくは、この冷却ビームの長手方向軸線に沿って、一定に保持されている。

鋼材料の製造の際に、（フェライト）粒径の減少は、一般的に、強度の増大を引き起こし、このことは、ホールペッチの関係式（Ｈａｌｌ−Ｐｅｔｃｈ−Ｇｌｅｉｃｈｕｎｇ）によって説明される。これに従って、この強度増大は、粒径に反比例している。
冷却率の増大によって、最終製品の粒径の減少は達成され、従って、冷却の強化でもって、比較的に高硬度の材料の製造が可能である。この関連において、最終製品の靭性特性が、微細なフェライト粒によって改善されることは補足的に指摘されるべきであり、このことは、コットレルペッチの関係（Ｃｏｔｔｒｅｌｌ−Ｐｅｔｃｈ−Ｂｅｚｉｅｈｕｎｇ）によって説明される。

粒径の減少の目的で、冷却ビームから金属ストリップまたは金属薄板に対して排出される水量が増大される場合、図４に従う従来の冷却ビームにおいて、水の流動の流動技術的な変化に基づいて、搬送区間の幅にわたっての不均等な作用（Ｂｅａｕｆｓｃｈｌａｇｕｎｇ）を生じさせる。
水量の増大の際に、流入部とは反対の側（図４内において、画像領域内において左側に示された冷却ビームの端面側）における動圧は増大し、且つ、このことによって、金属ストリップまたは金属薄板の表面の方向における、噴射高さの無制限の形成を防止する。その結果として、図４内において概略的に簡略化されて図示されている三角形の噴射パターン形状を生じさせる。その際、流出開口部に対して隣接する水噴射流の高さは、それぞれに、導出される冷却液体の量に相応する。
流入部から離れる方向において（もしくは、画像領域内において左側で示された、冷却ビームの端面側の方向において）、これに伴って、冷却液体の導出される量が増大し、このことは、搬送区間の幅にわたっての不利な不均等な温度分布を誘起する。

特許文献１から、請求項１の上位概念による特徴を有する装置が公知である。

特許文献２は、金属ストリップまたは金属薄板の冷却のための装置を示しており、この装置において、１つの冷却ビームが、金属ストリップの上側において配置されており、且つ、小管体の様式の、この冷却ビームの流出開口部が、この冷却ビームの両方の端面側において、複数の供給導管を通って冷却液体を供給される。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第４０ ０９ ８６８ Ａ１号明細書 特開平０８−１６４４１０ Ａ号公報

相応して、本発明の根底をなす課題は、金属ストリップまたは金属薄板の製造において、冷却を、簡単な手段によって最適化することであり、従って、このことによって、金属的な材料のより良好な機械的な特性が達成される。

この上記の課題は、請求項１内において規定された特徴を有する装置によって解決される。

本願発明による装置は、搬送区間の上で搬送される金属ストリップの冷却のために利用され、その際、冷却液体が、向かい合ってそれぞれに冷却されるべき金属ストリップまたは金属薄板の上側および下側において配置されており且つそれぞれに搬送区間の幅にわたって延在する、冷却ビームの流出開口部を通って、金属ストリップの方向に排出される。

これに伴って、冷却液体は、１００と２００ｍ^３／（ｍ^２＊ｈ）との間の特有の量でもって、金属ストリップの表面に対して排出され、その際、冷却液体の分配が、搬送区間の幅にわたって放物線状である。

搬送区間の幅にわたっての、冷却液体の放物線状の量分布は、冷却液体の上述された高い特有の量の際に、金属ストリップのストリップエッジ部において、そこで流出する冷却液体による冷却のために、付加的な無視することができない分量を生じさせるということの事情を考慮する。

これに伴って、搬送区間もしくは金属ストリップの縁部において、この搬送区間の中央との比較においてよりも冷却液体のより少ない量を提供する放物線状の量分布によって、金属ストリップの縁部もしくはエッジ部において、過冷却の様式における不均等な冷却を生じさせることは、効果的に防止され得る。

本発明に従う装置に関して、この目的のために、個々の流出開口部に、それぞれに適合された流動断面積が割り当てられており、その際、冷却液体の供給管のための接続位置に対して反対側に位置する、冷却ビームの端面側に隣接する流出開口部の流動断面積が、この接続位置に対して直接的に隣接する流出開口部の流動断面積よりも小さいことは行われる。

冷却されるべき金属ストリップまたは金属薄板の上側および下側において配置されている、それぞれの冷却ビームの個々の流出開口部に、それぞれに適合された流動断面積が、および、この目的のために、割り当てられた流出開口部の入口領域内において配置されているそれぞれに１つの絞り部が、割り当てられている。
それぞれに、それら絞り部に割り当てられた流出開口部の入口領域内における、該絞り部の配置は、
これら絞り部が、これら流出開口部に、流動技術的に前接続されていることを意味する。

このことに関して、個々の流出開口部にそれぞれに適合されて割り当てられている流動断面積が、個々の絞り部の構成によって達成もしくは規定されることは、指摘されるべきである。このことは、これら流出開口部が、それぞれに同じ開口断面積を有する、例えば複数の小管体によって形成され得ることの利点を誘起し、このことがコスト利点を導く。

個々の前記流出開口部は、それぞれに、小管体の様式で形成されており、これら小管体が、前記冷却ビームのケーシングに装着されていることは、同様に可能である。
その際、−前記で述べられているように−個々の小管体に、絞り部が、流動技術的に前接続されており、これら絞り部が、個々の流出開口部のために、それぞれに適合された流動断面積を規定することは、それに加えて行われ得る。

金属ストリップの上側および下側における、金属ストリップの表面での、前記で述べられている冷却液体の分配は、上側もしくは下側での金属ストリップの均等な冷却を誘起する。冷却液体でもっての、金属ストリップの表面の作用が、この金属ストリップの下側において、この金属ストリップの上側でよりも、少なくとも２０％大きいことによって、製造される金属ストリップのための可能な限り最高の平坦度が調節されもしくは達成される。

本願発明による冷却ビームが、複数の冷却グループに取り付けられていることは可能であり、これら冷却グループが、金属ストリップのための１つの搬送区間に沿って配置されている。
搬送区間に沿っての、金属ストリップのための単一の温度分布の調節のために、本発明に従い、横方向噴射装置が、個々の冷却グループの間に取り付けられていることは行われ得、その際、１つの横方向噴射装置を用いて、金属ストリップの上に存在する水が高い信頼性で除去される。このことによって、冷却液体、特に水が、巻き取り機内へと帯同もしくは走入可能であることは防止され、このことによって、この水による、金属ストリップの所望されない冷却が回避される。

本願発明を用いて、金属ストリップの製造の際の、この金属ストリップに関する冷却率は、効果的に、ストリップ幅にわたっての均等な温度分布でもって増大され得る。
この冷却率の増大は、フェライト粒径の減少を生起し、この減少が、他方また、製造された金属ストリップの強度特性の改善を結果として招く。
相応して、本願発明の使用、および、このことから結果として生じる、フェライト粒の微細化、および、これに伴って現れる強度増大によって、さもなければ、強度の増大のために投入されるであろう合金元素の割合分を、省略することは可能である。このことによって、同じ強度の金属ストリップまたは金属薄板を、先に述べたように、しかしながら、低いコストでもって生産することは可能である。このことは、特に、その鋼の種類の強度が、微少合金元素、Ｔｉ、Ｖ、および、Ｎｂを用いて増大される、該鋼の種類において可能である。

以下で、本発明の有利な実施形態を、概略的に簡略化された図に基づいて詳しく説明する。

金属ストリップの冷却のための本発明には従っていない装置に関する、図２の線Ａ−Ａに沿っての断面図であり、その際、冷却ビームが、この金属ストリップの上側と下側とにおいて配置されている。 金属ストリップを製造するための、その搬送区間もしくは仕上げ圧延ラインの最後の圧延スタンドを有する該搬送区間もしくは仕上げ圧延ラインの概略的な側方眺望と、巻き取り設備と共に引き続いての薄層状の冷却装置との図である。図である。 更に別の実施形態による、本発明に従う装置に関する、図２の線Ａ−Ａに沿っての断面図の図である。 従来の冷却ビームの断面図である。

以下で、図１から３までの参照のもとで、金属ストリップの冷却のための、本発明に従う装置１０、および、相応する方法に関する、有利な実施形態を説明する。この装置１０は、図内において、簡略的に、且つ、特に尺度無しに図示されている。

装置１０は、搬送区間１２の上で搬送される金属ストリップ１４の冷却に利用される。搬送区間１２は、原理的に簡略化されて図２内において側面図において示されている。
この搬送区間１２が、仕上げ圧延ラインの一部分であることは可能であり、この仕上げ圧延ラインの最後の圧延スタンドもしくは圧延機が、図２内において参照符号「１」によって指示されている。この圧延機１から、金属ストリップ１４は、巻き取り機２の方向に、図２の図示内において従って左側から右側へと輸送される。
搬送区間１２に沿って、複数の、いわゆる増強された冷却グループＶＫが、即ち、−金属ストリップ１４の輸送方向Ｔ（図２を参照）に関して搬送区間１２に沿って見て−、旧来の冷却グループＫＫの上流側および下流側に配置されている。搬送区間１２の上で輸送される金属ストリップの温度の測定のために、これら冷却グループに隣接して、複数の温度計４が設けられている。

ここで、別途に、図内において、デカルト座標系が記入されていることは指摘される。その際、ｘ方向は、搬送区間１２に沿っての金属ストリップ１４の輸送方向に相応する。ｙ方向は、搬送区間１２もしくは金属ストリップ１４の幅に相応する。ｚ方向は、垂直方向の延長に相応し、且つ、装置１０の構造高さを明瞭に示している。

図１は、図２の線Ａ−Ａに沿っての断面ガイドを示しており、且つ、増強された冷却グループＶＫの一部である、本発明には従っていない装置１０の側面図を図示している。装置１０は、金属ストリップ１４の長手方向軸線に関して、即ち、この金属ストリップの上方および下方に対称的に形成されており、従って、図１の簡略化のために、ただ金属ストリップ１４の上方に配置されているこの装置１０の構成要素だけが参照符号を付けられている。

装置１０は、冷却ビーム１６を備えており、これら冷却ビームが、金属ストリップ１４の上側と下側に配置されている。それぞれのこの冷却ビーム１６は、この冷却ビームの端側面において、接続位置１８を有しており、この接続位置に、冷却液体のための供給管２０が接続され得る。供給管２０を通って、冷却ビーム１６は、冷却液体を供給され、このことは、図１内において、概念「流入」によって、および、供給管２０の内側での相応する矢印によって、識別しやすくされている。

冷却ビーム１６の長手方向軸線に沿って、複数の流出開口部２２が設けられており、これら流出開口部は、いわゆる小管体の様式で形成されている。これら小管体２２は、冷却液体を金属ストリップ１４の方向に排出することの目的のために利用される。
射出された冷却液体は、図１内において理想化されて、それぞれに垂直方向の線Ｆによって図案化されており、これら冷却液体が、金属ストリップ１４に対して、この金属ストリップの上側および下側において衝突する。

個々の小管体２２の様式の冷却ビーム１６のこれら流出開口部に、それぞれに絞り部２４が、流動技術的に前接続されている。
図１内において、例示的に３つのそのような絞り部２４が、拡大されて−且つ原理的に強度に簡略化されて−円内において示されている。この内で、これら絞り部２４を通って、小管体２２の前方の開口部２６の方向に流動する冷却液体は、それぞれに弓形の矢印Ｆによって図案化されている。

絞り部２４に関して、別個に、これら絞り部全てが異なる流動断面積を有しており、この流動断面積が、冷却ビーム１６の長手方向軸線に沿って、即ち、接続位置１８から離れる方向において連続して逓減して形成されていることは指摘される。
例示的に図１内において３つの円内において示されているこれら絞り部２４の比較は、これら絞り部２４の流動断面積が、図１の図示平面内において右側から左側へと連続して逓減して形成されている、もしくは、より小さくなることを明瞭に示している。このようにして、個々の小管体２２に、それぞれに適合された流動断面積が割り当てられている。

図１内において金属ストリップ１４の上側に配置されている、冷却ビーム１６に関して、その際、絞り部２４の流動断面積が、つい今しがた説明されたと同じ方法で、同様に、接続位置１８から離れる方向において連続して逓減して形成されていることは理解される。

冷却ビーム１６の小管体２２から比較的に多くの量の冷却液体が、−金属ストリップ１４の上側において、例えば４０と１５０ｍ^３／（ｍ^２＊ｈ）との間の特有の量でもって、および、金属ストリップ１４の下側において、例えば４０と２００ｍ^３／（ｍ^２＊ｈ）との間の特有の量でもって−金属ストリップ１４に導出される場合、接続位置１８から離れる方向における、冷却ビーム１６の長手方向軸線に沿っての、絞り部２４の流動断面積の特徴的な減少のおかげで、所望された、直線的に均等な冷却液体Ｆの分配が、搬送区間もしくは金属ストリップ１４の幅Ｂにわたって生起する。
このことは、図１の噴射パターンによって具体的に説明されている。このことから、この金属ストリップの幅Ｂにわたって、即ち、この金属ストリップの上側と同様に下側においても、金属ストリップ１４の均等な温度プロファイルが得られる。

図３は、同様に、図２の線Ａ−Ａに沿っての断面ガイドを示しており、且つ、本発明に従う装置１０の側面図を図示している。図１においてと同じ方法において、この本発明に従う実施形態は、向かい合って位置する２つの冷却ビーム１６を有しており、これら冷却ビームの間に、金属ストリップ１４が、搬送区間１２の上で、もしくは、この搬送区間に沿って輸送される。簡略化された図示の目的で、しかしながら、この金属ストリップ１４は、図３の図示内において図示されていない。

図３の実施形態において、冷却ビームの小管体２２を通って、金属ストリップ１４の上側と下側とにおいて、冷却液体の極めて多い特有の量が、例えば１００と２００ｍ^３／（ｍ^２＊ｈ）との間の量でもって、この金属ストリップの表面上に排出される。
そのように多い水量において、流出する冷却液体は、金属ストリップ１４のストリップエッジ部もしくは縁部の上で、冷却のために付加的な無視することができない量を供給する。相応して、個々の流出開口部２２にそれぞれに流動技術的に前接続されている絞り部２４の流動断面積は、搬送区間１２の幅Ｂにわたって、もしくは、冷却ビーム１６の長手方向軸線に沿って、冷却液体の放物線状の分配が生起するように選択されている。
図１の実施形態においてと同じ方法において、その際、接続位置１８に対して反対側の、冷却ビーム１６の端面側に（図３の画像領域内において全く左側で）隣接する、流出開口部２２のための絞り部２４の流動断面積は、直接的に接続位置１８に隣接する、流出開口部２２のための絞り部２４の流動断面積よりも小さい。このことは、冷却ビーム１６のそれぞれの端面側における絞り部２４が示されている、図３の両方の円の比較によって明確になる。
説明されているように、このことによって、接続位置１８に対して直接的に隣接する、流出開口部２２の領域内における動圧の不利な形成は、低減され得る。

本願発明の置換のために、図１及び／または図３に従う装置が、図２に従う搬送区間１２に沿って、それぞれに参照符号「ＶＫ」によって指示されているいわゆる増強された冷却グループ内へと取り付けられていることは行われ得る。このような増強された冷却グループＶＫによって、搬送区間１２の前方の領域および後方の領域内において、この搬送区間１２の上で輸送される金属ストリップ１４に関する冷却率を増大することは可能である。これら増強された冷却グループＶＫの内側での、金属ストリップ１４の表面の特有の作用は、その際、金属ストリップ１４の上側と下側とにおける冷却のために説明された、前記で述べられた値に相応する。
冷却液体でもっての、これら高い特有の作用は、旧来の冷却グループＫＫとの比較において、少なくとも４０％の冷却率の増大を許容する。その結果として、金属ストリップ１４の温度を、−不変の輸送速度において−より短い時間内において、もしくは、短縮された道程区間内において、予め決定された温度に冷却すること、または、選択的に、金属ストリップ１４の製造において、場合によってはより大きな輸送速度に調節することは可能である。

１ 圧延機
２ 巻き取り機
４ 温度計
１０ 装置
１２ 搬送区間
１４ 金属ストリップ／金属薄板
１６ 冷却ビーム
１８ 接続位置
２０ 供給管
２２ 流出開口部、小管体
２４ 絞り部
２６ 流出開口部２２の前方の開口部
Ｂ 搬送区間１２の幅
Ｆ 冷却液体
ＫＫ 旧来の冷却グループ
Ｔ （搬送区間１２に沿っての金属ストリップ１４の）輸送方向
ＶＫ 増強された冷却グループ

Claims (1)

1. 搬送区間（１２）の上で搬送される金属ストリップまたは金属薄板、または、圧延ラインの出側における熱間ストリップの冷却のための装置（１０）であって、
   この装置が、冷却ビーム（１６）を備え、
   これら冷却ビームが、向かい合って、それぞれに冷却されるべき前記金属ストリップまたは金属薄板（１４）の上側および下側において配置されており、且つ、前記搬送区間（１２）の幅（Ｂ）にわたって延在し、その際、これら冷却ビーム（１６）が、それぞれに、これら冷却ビームの一方の端面側において１つの接続位置（１８）を有し、この接続位置に、冷却液体（Ｆ）のための供給管（２０）が接続可能であり、および、
   前記装置が、複数の流出開口部（２２）を備え、
   これら流出開口部が、前記冷却ビーム（１６）の長手方向軸線に沿って設けられており、その際、冷却液体（Ｆ）が、これら流出開口部（２２）を通って冷却されるべき前記金属ストリップまたは金属薄板（１４）の方向に導出可能である、
   様式の上記装置において、
   個々の前記流出開口部（２２）が、それぞれに、小管体の様式で形成されており、これら小管体が、前記冷却ビーム（１６）のケーシングに装着されていること、
   冷却されるべき前記金属ストリップまたは金属薄板（１４）の上側において配置されている前記冷却ビーム（１６）の前記流出開口部（２２）を通って、前記金属ストリップまたは金属薄板（１４）に対して、この金属ストリップまたは金属薄板の上側において排出される、冷却液体（Ｆ）の特有の量が、１００と２００ｍ^３／（ｍ^２＊ｈ）との間の値であること、
   冷却されるべき前記金属ストリップまたは金属薄板（１４）の下側において配置されている前記冷却ビーム（１６）の前記流出開口部（２２）を通って、前記金属ストリップまたは金属薄板（１４）に対して、この金属ストリップまたは金属薄板の下側において排出される、冷却液体（Ｆ）の特有の量が、１００と２００ｍ^３／（ｍ^２＊ｈ）との間の値であること、
   冷却されるべき前記金属ストリップまたは金属薄板（１４）の上側および下側において配置されている、それぞれの冷却ビーム（１６）の個々の前記流出開口部（２２）に、
   それぞれに適合された流動断面積が、および、このために、割り当てられた前記流出開口部（２２）の入口領域内において配置されているそれぞれに１つの絞り部（２４）が、割り当てられていること、
   その際、前記接続位置（１８）に対して反対側の、前記冷却ビーム（１６）の端面側に隣接する流出開口部（２２）と割り当てられた前記絞り部（２４）との流動断面積が、前記接続位置（１８）に対して直接的に隣接する流出開口部（２２）と割り当てられた前記絞り部（２４）の流動断面積よりも小さく、
   その際、前記絞り部（２４）の前記流動断面積は、冷却液体（Ｆ）の分配が、前記搬送区間（１２）の前記幅（Ｂ）にわたって放物線状であるように選択されていること、および、
   冷却されるべき前記金属ストリップまたは金属薄板（１４）の上側において配置されている前記冷却ビームと、冷却されるべき前記金属ストリップまたは金属薄板（１４）の下側において配置されている前記冷却ビーム（１６）とが、金属ストリップ（１４）の長手方向軸線に関して、即ち、この金属ストリップの上方および下方に対称的に形成されていること、
   を特徴とする装置（１０）。

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