JPH1171618A

JPH1171618A - 圧延製品の冷却装置

Info

Publication number: JPH1171618A
Application number: JP24781497A
Authority: JP
Inventors: Claude Nivoche; クロード・ニヴォシュ
Original assignee: Selas SA
Current assignee: Selas SA
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、無毒ガスを用いて３５０ｋＣａｌ
／ｍ²．ｈ．℃よりも大きい熱伝達率を有する圧延製品
を冷却できる冷却装置を提供することにある。【解決手段】帯鋼のような圧延製品１を冷却する圧延
製品の冷却装置であって、圧延製品１は冷却装置の前を
動き、ボックス１０のガスを加圧する加圧手段４を具備
する圧延製品の冷却装置である。ボックス１０が、パイ
プを形成する複数のフィン１１を有し、各フィンは圧延
製品１の少なくとも１つの表面に向けられた少なくとも
１つのガス出口開口を有し、各フィン１１の開口は、圧
延製品１の横方向に整列配置され、２つの互いに隣接す
るフィンの間のそれぞれのスペース１３は、圧延製品１
の表面に垂直な方向での深さＰと、圧延製品の長手方向
での幅Ｌとを有し、これら深さと幅とにより、ガス５の
排出が、隣接フィンからのガスの噴出を妨害することな
しに可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に帯鋼のような
強磁性又は非強磁性の圧延製品を冷却する冷却装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ローラを垂直に横切って、連続した処理
チャンバを通過する圧延製品の熱処理は公知である。自
動車車体の鋼板メーカでは、連続的な焼なまし又は電気
メッキラインが使用されており、これらのラインでは鋼
が６００℃〜９００℃までの温度に加熱される。この場
合、これら製品には急速で均一な冷却が必要となり、製
品の温度は、必要な品質により５００℃以下の温度に下
げなければならない。

【０００３】そこで、種々の冷却法が今まで使用されて
きた。例えば、圧延製品を冷却されたローラを通過させ
たり、圧延製品を液体又は半液体媒体の中に浸漬させる
ことは公知である。これら二相伝導又は対流冷却法は、
４００ｋＣａｌ／ｍ²．ｈ．℃以上の局所熱伝達率を備
えるが、温度はわずかに下がるだけである。更にこれら
の方法は、圧延製品の酸化の問題が発生するという欠点
を有し、また圧延製品が冷却液又は冷却固体に接触する
と、偏平欠陥がしばしば発生する。

【０００４】別のタイプの方法、すなわちガス噴射法は
前述の欠点を有しない。米国特許第４３６３４７１号明
細書に開示されている鋼焼なましラインでは、帯鋼が一
連のガスブロワノズルを収容するボックスの前を通過す
る。ところが、これらノズルは、ボックスの表面からわ
ずかしか突出していない。このため、ガスが帯鋼に衝突
した後にそのガスを排出することは、ボックスにより妨
害されてしまう。これにより、背圧領域がノズルとボッ
クスとの間に発生し、冷却ガスが帯鋼に向かって吹付け
られるのが妨害される。更にガスは、圧延製品の幅を越
えて横方向にしか逃れることができず、これにより圧延
製品の端部において不均一な冷却が発生して、偏平欠陥
が発生することがある。このタイプの装置により形成さ
れる熱伝達率は、窒素と５％の水素との混合気を含有す
るガスにおいて２００ｋＣａｌ／ｍ²．ｈ．℃を越え
ず、空気の場合には更に低くなる。

【０００５】“圧延鋼の焼なましにおける発展”誌（Ｐ
ｒａｄａｎ及びＧｕｐｔａ編集，１９９２）に記載の
Ｔ．Ｋａｉｈａｒａ等著の論文“シートゲージについて
のＫＭ−ＣＡＬにおける新技術”には、最大率５０℃／
ｓが０．７ｍｍの厚さの圧延製品において達成され、こ
れは約１７５ｋＣａｌ／ｍ²．ｈ．℃の熱伝達率に相当
することが開示されている。同誌に記載のＨｉｒｏｓｈ
ｉＴａｋｅｃｈｉ著の論文“冷間圧延及び表面コーテ
ィングされた薄鋼板についての連続焼なましの冶金技術
における最近の発展”では、ガス出口の開口が圧延製品
から５０ｍｍの距離に配置されているにもかかわらず、
０．３５ｍｍの厚さよりも薄い鋼板においては１００℃
／ｓより良好な冷却率を得ることができないことが開示
されている。なお、この冷却率は２００ｋＣａｌ／
ｍ²．ｈ．℃の熱伝達率に相当する。

【０００６】文献ＷＯ９２／０２３１６に開示されてい
る冷却装置では、押出し部材がフィン形パイプの間を水
平に動き、これらのパイプは押出し部材に対して横方向
にガス出口の開口を有している。食い違いに配置された
上面フィン及び底面フィンの相対的位置のみが、押出し
部材の均一な冷却を得るために記載されている。しかし
この文献では、ガスが押出し部材に衝突した後にそのガ
スを排出するという問題が論じられていない。押出し部
材へのガスの衝突は、フィンとフィンとの間の停滞ガス
により妨害される。

【０００７】ＩＭＯＳＥ著の論文“連続焼なましにおけ
る加熱及び冷却技術”（ＩＳＩＪＴｒａｎｓａｃｔｉｏ
ｎｓ誌，第２５巻，１９８５，９１１〜９３２）は、最
大で２５０ｋＣａｌ／ｍ²．ｈ．℃に等しい熱伝達率
が、ガスの流速及び体積を増加し、圧延製品とブロワノ
ズルとの間の距離を短縮し、ガスを水素で濃厚化するこ
とにより得られる。しかし、この熱伝達率の値は、圧延
製品の冷却を大幅に加速するにはやはり小さすぎる。

【０００８】更に、熱伝達率を増加させるために水素含
量を増加するすべての方法は、安全基準に整合させるの
が困難であり、作業者に大きな危険をもたらしている。
下記の表は６００℃から４００℃へ帯鋼を冷却するため
に今までに提案された種々の方法を要約している。

【０００９】

【表１】

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、無毒
ガスを用いて３５０ｋＣａｌ／ｍ²．ｈ．℃よりも大き
い熱伝達率を有する圧延製品を冷却できるガス噴射型冷
却装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、帯鋼のような圧延製品を冷却する圧延製
品の冷却装置であって、前記圧延製品は前記冷却装置の
前を動き、少なくとも１つのボックスのガスを加圧する
加圧手段を具備し、前記ボックスは、パイプを形成する
複数のフィンを有し、各フィンは圧延製品の少なくとも
１つの表面に向けられた少なくとも１つのガス出口開口
を有し、前記各フィンの開口は、圧延製品の横方向に整
列配置されている圧延製品の冷却装置において、２つの
互いに隣接するフィンの間のそれぞれのスペースが、前
記圧延製品の表面に対して垂直な方向での深さと、前記
圧延製品の長手方向での幅とを有し、前記深さ及び前記
幅は、隣接する前記フィンからのガスの流出を妨害する
ことなしにガスを排出できるように定められ、前記フィ
ンの前記開口の組の出口におけるｍ³／ｓ単位での前記
ガスの流量に対して、前記フィンと前記隣接フィンのい
ずれか１つとの間のスペースのｍ²単位での横断面の比
が、２０より小さく、前記横断面は、前記圧延製品に対
して垂直な平面の中に位置し、前記圧延製品の運動方向
に対して平行に位置する横断面に対応している。

【００１２】開口列の間に設けられているスペースに起
因して、吹込まれたガスの排出が容易になる。したがっ
て、ガスジェットの放出は妨害されず、ジェットの流速
は２２０ｍ／ｓに達することも可能である。ガス流量
を、分離スペースの横断面に応じて定められている閾値
より低く維持することにより、冷却装置中のガスの循環
は規則的であり、ガスは端部を不均一に冷却することな
く出されることになる。したがって、本発明の冷却装置
は、鋼連続処理ラインで使用される連続熱処理に良好に
適する。このようにして、従来のガスブロワ型装置で得
られる冷却率よりも大幅に高い冷却率が得られる。すな
わち、３５０ｋＣａｌ／ｍ²．ｈ．℃を越える熱伝達率
が得られる。

【００１３】本発明の１つの有利な実施の形態では、各
スペースの深さが２００ｍｍより大きく、有利には３０
０ｍｍより大きい。圧延製品の表面に衝突した後のガス
の戻り流は、この深さにより出口開口の後部とボックス
との間で容易化される。これは、出口開口のレベルにお
けるガスの蓄積を防止し、これにより冷却ガスの吹付け
が、出口開口と出口開口との間で逃れにくい停滞ガスに
より妨害されるということが無くなる。

【００１４】本発明の１つの有利な実施の形態では、互
いに隣接するフィンの間の距離が、同一フィンの中のそ
れぞれ２つの開口の間の距離の０．８〜５倍である。こ
のようにしてフィンは、ガス出口開口の高さにおいて互
いに充分に接近して位置し、これにより、出口開口を通
過する圧延製品のすべての表面が均一に冷却される。

【００１５】本発明の別の１つの実施の形態では、少な
くとも１つの冷却装置を有する冷却設備において、安定
化ローラが冷却装置の互いに反対の側にそれぞれ設けら
れており、前記安定化ローラは圧延製品を７゜より小さ
い角度で偏向させている。このようにして、高い冷却能
力を得ることができ、ローラは、吹付け冷却ガスの圧力
の作用に起因する振動から圧延製品を保護している。本
発明のその他の特徴及び利点は、以下の説明から明らか
になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。

【００１７】本発明の冷却装置は、帯鋼の処理に通常使
用される連続的な焼なましラインの中に組込まれてい
る。これらの帯鋼は、０．１５ｍｍと２．３ｍｍとの間
の厚さを有している。これら帯鋼の幅は、約０．６ｍ〜
２ｍである。帯鋼を熱処理する場合、該帯鋼を非常に短
時間で約６００℃〜９００℃から５００℃以下の温度に
冷却する必要がある。溶融金属の浴中に浸漬することに
より帯鋼をコーティング又は高温焼入れした後に冷却す
る場合、帯鋼が高温浸漬コーティングされた後に該帯鋼
を非常に急速に冷却して２００℃〜３００℃の温度に下
げることが重要である。この冷却は空気により達成され
る。

【００１８】図１及び図２において、圧延製品１はコン
ベヤローラ２の間を矢印Ｆ方向の垂直に通過する。冷却
装置は、ボックス１０をガスにより圧力印加する加圧手
段４を有している。ボックス１０は、圧延製品１の表面
に平行に延在しており、加圧冷却ガス５の高速流をボッ
クス１０の中に導入するように構成された少なくとも１
つのファン４によりガスが供給されるようになってい
る。勿論、ボックスの高さ一面にわたり均一に分散配置
されている複数のブロワファンを使用することもでき
る。しかも、ファン４は、コンプレッサに取り換えるこ
ともできる。簡単化のために、１つのボックス１０だけ
しか図２には示されていないが、本発明の装置は有利に
は、圧延製品１に対して対称に配置されている第２のボ
ックス１０を有することにより、圧延製品１の両面を同
時に冷却することも可能である。

【００１９】ボックス１０は、フィン１１の形をした複
数のパイプを有し、圧延製品１の表面側に向いているガ
ス５の出口開口１２は、フィン１１の端部に設けられて
いる。各フィン１１の開口１２は、圧延製品１の横方向
に一列に整列配置されている。図３及び図４に示すよう
に、２つの互いに隣接するフィン１１の間の各スペース
１３は、圧延製品１の表面に対して垂直な方向での深さ
Ｐを有するとともに、圧延製品１の長手方向での幅Ｌを
有し、深さＰ及び幅Ｌは、ガス５の排出を可能にするの
に充分な大きさに定められている。それぞれの開口１２
は、ボックス１０から圧延製品１に向かって延在するフ
ィン１１により形成されたパイプの端部に配置されてい
る。

【００２０】ガス５は、圧延製品１に衝突した後に後部
へ向かってフィンとフィンとの間を流れて逃れることが
できるようになっている。圧延製品１を酸化させないよ
うに冷却を保護雰囲気中、例えば窒素と水素との混合気
の中で行わなければならない場合、すべての冷却装置
は、密封ジャケットで公知なように取囲まれており、こ
れにより、吹付けられたガスは回収されて、ガス加圧手
段の中で連続的に再利用される。再利用動作は、ガス回
収ステップ、ガス冷却ステップ及び再注入ステップを含
んでいる。ボックス１０中のガス５の温度は、１００℃
以下にある。

【００２１】互いに隣接するフィン１１の間の距離Ｄ
は、当該フィン１１の開口１２の間の距離ｄの０．８〜
５倍である。この距離Ｄは、開口１２の高さの個所にお
ける流れ方向Ｆでのフィン１１の間の距離に相当してい
る。同一の列の開口１２の間の距離ｄは一定である。互
いに隣接するフィン１１の間の距離Ｄは、３０ｍｍ〜２
００ｍｍであることが好ましい。

【００２２】更に、図４に示すように、開口１２は、圧
延製品１の長手方向に整列させて配置でき、これにより
開口１２は、互いに隣接する方形の４つのコーナを形成
している。代替的に開口１２は、図１に示すように食い
違いに配置でき、これによって開口１２は、互いに隣接
するひし形のコーナを形成している。したがって、冷却
ガスジェットの分布は、圧延製品１のすべての表面にわ
たり均一となっている。開口１２には円形、矩形、細長
形等の孔又は小さな溝がある。各フィン１１は、圧延製
品１に向かって溝を形成する単一の出口開口を有するこ
ともある。

【００２３】本装置を正しく操作し、圧延製品１を急速
に冷却するために、それぞれの分離スペース１３の深さ
Ｐは２００ｍｍより大きいことが重要であり、好ましく
は３００ｍｍより大きい方が有利である。フィン１１の
すべての開口１２の出口におけるガス５のｍ³／ｓ単位
での流量対して、フィン１１と隣接フィン１１との間の
スペース１３のｍ²単位での横断面Ｓの比は、２０より
小さい。横断面Ｓは、圧延製品１に対して垂直な平面の
中に位置し、この圧延製品１の運動方向に対して平行に
位置する横断面に対応している。したがって、排気口へ
向かって又はポンプ吸込み入口へ向かって（ガスが再利
用されるかされないかによる）フィン１１の間のスペー
ス１３の中を流れて逃れる際のガス５の流速は、これら
スペース１３の中の乱流を制限するため、２０ｍ／ｓの
臨界値より小さく維持されている。すなわち、このよう
な乱流は、ガス５が圧延製品１に衝突した後にそのガス
５が排出する動作を妨害する。

【００２４】開口１２の等価直径は５ｍｍ〜１５ｍｍで
ある。すなわち、等価直径とは、開口１２と同一の横断
面領域を有する円形の直径に相当する直径のことであ
る。前述のことを前提として、冷却装置は出口開口１２
が圧延製品１の表面からの距離ｌに位置するように配置
すると有利である、すなわち、距離ｌは、開口１２の等
価直径の５〜１２倍であり、好ましくは等価直径の６〜
８倍が有利である。距離ｌを変更できるように、ボック
ス１０が圧延製品１に対して垂直の方向で可動であると
有利である。すなわち、このようにするとボックス１０
は、圧延製品１に接近させたり圧延製品１から遠ざけた
りすることが可能となる。

【００２５】図５に示すように、パイプを形成する各フ
ィン１１は、ガスの流れの方向、すなわちボックス１０
から出口開口１２へ向かう方向で減少する横断面を有し
ている。フィン１１の中の内部導管の高さは、圧延製品
１が動く方向である垂直方向Ｆで連続的に減少してい
る。出口開口１２は、その横断面がフィン１１の出口横
断面とほぼ同一であるような横断面輪郭を有している。
この構造により、出口におけるガスの流速が大きくな
り、しかもその際、望ましくないヘッドロスは制限され
ることになる。フィン１１及び出口開口１２は、鋳造、
成形、プレス、組立て及び／又は機械加工により製造す
ることができる。

【００２６】図６において、本発明の冷却設備は少なく
とも１つの冷却装置２１を有している。安定化ローラ２
０は冷却装置２１の互いに反対側にそれぞれ設けられて
おり、これら安定化ローラ２０は、圧延製品１を７゜よ
り小さい角度で偏向するように構成されている。これら
安定化ローラ２０は、とりわけ開口１２と圧延製品１と
の間の距離ｌが短い場合に圧延製品１の振動を制限する
ものである。安定化ローラ２０は横方向に可動であり、
すなわち圧延製品１に対して垂直に可動であり、これに
より圧延製品１を整列させることができ、安定化ローラ
２０は電動機により駆動されて圧延製品１を移動させて
いる。

【００２７】２つの安定化ローラ２０の高さ方向での距
離は、６ｍ以下か同等であり、同一の冷却装置２１の中
のパイプのスタック（立て筒）の高さは５ｍ以下か同等
である。これにより圧延製品１の振動が最小化され、し
かも非常に高い冷却能力が得られる。冷却装置２１は、
好ましくは圧延製品１の長手方向に複数のフラットフィ
ン１１を有し、それぞれのフィンは１１は複数の開口１
２を有し、これにより本発明の冷却装置２１の開口１２
の全横断面は、フィン１１の組により覆われる表面領域
の１％〜５％であり、有利にはこの表面領域の２％〜４
％である。

【００２８】冷却装置２１は、圧延製品１のそれぞれの
側に少なくとも１つのボックス１０を有している。ボッ
クス１０は、好ましくは圧延製品１と同一の側に配置さ
れる複数のボックス１０ａ，１０ｂを有している。この
ようにして１〜７個のボックス１０が圧延製品１の幅を
越えて並んで配置され、その圧力は、横方向に均一の冷
却を達成すべく互いに独立して調整されている。冷却強
さは、所望の熱特性に応じて圧延製品１の幅にわたり変
化させることが可能である。

【００２９】水素と窒素との混合気として使用されるガ
スの場合、水素の含量は有利には５％以下である。ガス
は空気又は純粋な窒素でもよい。本発明の冷却装置によ
り、０．８ｍｍの厚さの帯鋼は、８０℃／ｓを越える割
合で冷却することが可能となる。すなわち、４００ｋＣ
ａｌ／ｍ²．ｈ．℃に少なくとも等しい熱伝達率に相当
する割合で冷却できる。勿論、本発明は、前述の実施の
形態に制限されず、本発明の範囲を逸脱することなしに
多数の変更を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却装置を示す正面図である。

【図２】図１の装置の側面図である。

【図３】圧延製品に対する冷却装置の配置を示す概念図
である。

【図４】ブロワ開口のそれぞれの配置を示す概念図であ
る。

【図５】本発明の冷却装置のフィンを示す概念図であ
る。

【図６】本発明による冷却設備を示す概略図である。

【符号の説明】

１圧延製品２コンベヤローラ４ファン５ガス１０ボックス１１フィン１２出口開口１３スペース２０安定化ローラ２１冷却装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯鋼のような圧延製品１を冷却する圧延
製品の冷却装置であって、前記圧延製品１は前記冷却装
置の前を動き、少なくとも１つのボックス１０のガスを
加圧する加圧手段４を具備し、前記ボックス１０は、パ
イプを形成する複数のフィン１１を有し、各フィン１１
は圧延製品１の少なくとも１つの表面に向けられた少な
くとも１つのガス出口開口１２を有し、前記各フィン１
１の開口１２は、圧延製品１の横方向に整列配置されて
いる圧延製品の冷却装置において、２つの互いに隣接するフィン１１の間のそれぞれのスペ
ース１３が、前記圧延製品１の表面に対して垂直な方向
での深さＰと、前記圧延製品１の長手方向での幅Ｌとを
有し、前記深さＰ及び前記幅Ｌは、隣接する前記フィン
１１からのガスの流出を妨害することなしにガス５を排
出できるように定められ、前記フィン１１の前記開口１
２の組の出口におけるｍ³／ｓ単位での前記ガス５の流
量に対して、前記フィン１１と前記隣接フィン１１のい
ずれか１つとの間のスペース１３のｍ²単位での横断面
Ｓの比が、２０より小さく、前記横断面Ｓは、前記圧延
製品１に対して垂直な平面の中に位置し、前記圧延製品
１の運動方向に対して平行に位置する横断面に対応して
いることを特徴とする圧延製品の冷却装置。
【請求項２】各スペース１３の深さＰが２００ｍｍよ
り大きく、好ましくは３００ｍｍより大きいことを特徴
とする請求項１に記載の圧延製品の冷却装置。
【請求項３】互いに隣接するフィン１１の間の距離Ｄ
が、同一フィン１１の中のそれぞれ２つの開口１２の間
の距離ｄの０．８〜５倍であることを特徴とする請求項
１又は請求項２に記載の圧延製品の冷却装置。
【請求項４】互いに隣接するフィン１１の間の距離Ｄ
が３０ｍｍ〜２００ｍｍであることを特徴とする請求項
１から請求項３のうちのいずれか１つの請求項に記載の
圧延製品の冷却装置。
【請求項５】同一フィン１１の中のそれぞれ２つの開
口１２の間の距離が一定であることを特徴とする請求項
１から請求項４のうちのいずれか１つの請求項に記載の
圧延製品の冷却装置。
【請求項６】フィン１１の横断面が、ボックス１０か
ら開口１２へ向かう方向に減少することを特徴とする請
求項１から請求項５のうちのいずれか１つの請求項に記
載の圧延製品の冷却装置。
【請求項７】圧延製品１と同一の側に配置される複数
のボックス１０ａ，１０ｂを具備し、前記ボックス１０
ａ，１０ｂは前記圧延製品１の幅を越えて並んで位置決
めされ、それぞれのボックス１０ａ，１０ｂの中の圧力
は互いに独立して調整されることを特徴とする請求項１
から請求項６のうちのいずれか１つの請求項に記載の圧
延製品の冷却装置。
【請求項８】開口１２と圧延製品１の表面との間の距
離ｌが、前記開口１２の等価直径の５〜１２倍であるこ
とを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか
１つの請求項に記載の圧延製品の冷却装置。
【請求項９】ガス５が水素と窒素との混合気であり、
前記冷却装置が密封包囲部材により取囲まれ、前記ガス
５が連続的に再利用されることを特徴とする請求項１か
ら請求項８のうちのいずれか１つの請求項に記載の圧延
製品の冷却装置。
【請求項１０】フィン１１と開口１２が鋳造、成形、
プレス及び組立て及び／又は機械加工されることを特徴
とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１つの請
求項に記載の圧延製品の冷却装置。
【請求項１１】請求項１から請求項１０のうちのいず
れか１つの請求項に記載の少なくとも１つの圧延製品の
冷却装置２１を有する冷却設備において、安定化ローラ
２０が冷却装置２１の互いに反対の側にそれぞれ設けら
れ、前記安定化ローラ２０は、圧延製品１を７゜より小
さい角度で偏向させることを特徴とする冷却設備。