(57)【要約】【課題】冷却対象を丸棒とした場合に、丸棒２を均一に冷却することが簡単に行うことができるようにする。【解決手段】冷却対象である丸棒２が内部に配置される筒体３と、筒体３内に周方向の同一断面当たり２個以上の冷却ノズル４とを備え、冷却ノズル４は、当該冷却ノズル４から噴射された冷却媒体が筒体３の内壁に当たるように配置されている。冷却ノズル４は、筒体３の周方向に等間隔で配置されている。冷却ノズル４の水平角度及び筒体３内に配置する同一断面の冷却ノズル４の個数を丸棒２の半径及び筒体３の半径より設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象である丸棒が内部に配置される筒体と、前記筒体の周方向の同一断面当たりに対し２個以上配置される冷却ノズルとを備え、前記冷却ノズルは、当該冷却ノズルから噴射された冷却媒体が筒体の内壁に当たるように配置されていることを特徴とする丸棒用冷却装置。
【請求項２】
前記冷却ノズルは、筒体の周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の丸棒用冷却装置。
【請求項３】
前記冷却ノズルの水平角度は式（１）を満たし、且つ、筒体内に配置する同一断面の冷却ノズルの個数は、式（２）を満たしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の丸棒用冷却装置。
【数１】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、金属材料などの丸棒を冷却する丸棒用冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属材料等の素材（粗材）を冷却する方法として様々な冷却方法が開示されている（例えば、特許文献１〜特許文献２）。
特許文献１の素材の冷却方法では、気泡を含む泡含有冷却剤を用い、素材と該泡含有冷却剤とを接触させて、該素材を冷却していた。
特許文献２の粗材の冷却方法では、高温状態の粗材と、該粗材を収容可能な収容室及び開口窓を備えた保温箱と該開口窓の開口度を可変に閉じる開閉シャッタとをもつ箱状の粗材冷却装置とを用い、該粗材冷却装置の該収容室に高温状態の該粗材を収容し、該粗材の引張強度特性が急激に変化する温度領域までは、該開口窓の開口度を大きくするシャッタ開放操作を行い、該粗材の引張強度特性が急激に変化する温度領域において、該開口窓の開口度を小さくするか該開口窓を閉塞するシャッタ閉塞操作を行い、該粗材が該温度領域よりも実質的に降温したら該開閉シャッタの開口度を大きくするシャッタ開放操作を行うことで冷却を行っている。
【特許文献１】特開平９−１１８９１５号公報
【特許文献２】特開平９−２４１７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、泡含有冷却剤を直接素材に接触させて素材を冷却しているが、素材の形状を丸棒とした場合には、泡含有冷却剤が丸棒に付着しにくく、所望の冷却速度が得られないばかりか、丸棒を均一に冷却することができないのが実情である。
特許文献２では、粗材の冷却を行うためには、冷却の際に引張強度特性に応じて開閉シャッタの開閉操作を行わなければならず、冷却の際の制御が複雑で冷却装置の構造も複雑である。粗材を丸棒とした場合には、特許文献２の装置では、余りにも大掛かりな装置であり冷却コストも非常に大となる。
【０００４】
そこで、本発明は、冷却対象を丸棒とした場合に、その丸棒を均一に冷却することが簡単に行える丸棒用冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明の手段は、冷却対象である丸棒が内部に配置される筒体と、前記筒体の周方向の同一断面当たりに対し２個以上配置される冷却ノズルとを備え、前記冷却ノズルは、当該冷却ノズルから噴射された冷却媒体が筒体の内壁に当たるように配置されている点にある。  
【０００６】
前記冷却ノズルは、筒体の周方向に等間隔で配置されていることが好ましい。
【０００７】
前記冷却ノズルの水平角度は式（１）を満たし、且つ、筒体内に配置する同一断面の冷却ノズルの個数は、式（２）を満たしていることが好ましい。
【０００８】
【数２】
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【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷却対象を丸棒とした場合に、丸棒を均一に冷却することが簡単に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の丸棒用冷却装置について説明する。
図１、図２に示すように、本発明の丸棒用冷却装置１は、金属材料などから構成された丸棒２を冷却する装置であって、冷却対象である丸棒２が内部に配置される筒体３と、筒体３に設けられた複数の冷却ノズル４とを備えている。
筒体３の外周面には、内外を貫通させた開口部５が周方向に複数形成され、この各開口部５に冷却ノズル４を挿入保持する管状の保持部材６が装着されている。冷却ノズル４の先端部（噴霧側）が筒体３の径内方向に向くように保持部材６に冷却ノズル４が挿入保持されている。
【００１１】
詳しくは、筒体３を断面視すると、同一断面において、筒体３の手前側（図２の下側）に１つの開口部５ａが設けられ、この手前側と対向する奥側（図２の上側）に１つの開口部５ｂが設けられ、ぞれぞれの開口部５ａ，５ｂにそれぞれ保持部材６ａ、６ｂが取り付けられている。そして、各保持部材６ａ、６ｂに冷却ノズル４が挿入保持されている。言い換えれば、筒体３内には、周方向の同一断面当たり少なくとも２個以上の冷却ノズル４、４が設けられ、それぞれの冷却ノズル４、４は周方向に等間隔で配置されると共に、両者の冷却ノズル４、４は対向している。
【００１２】
また、各冷却ノズル４は、当該冷却ノズル４から噴射された冷却媒体が筒体３の内壁７に当たるように配置されている。具体的には、各冷却ノズル４の噴射口の中心ラインＣＬが筒体３の内壁７と交差するように各冷却ノズル４が配置されていて、噴射口から放射された冷却媒体が筒体３の内壁７に当たりながら、筒体３と丸棒２との間を旋回状に流れるものとなっている。なお、丸棒２を冷却する冷却媒体は、水、エアー、水とエアーとの混合、ポリマー等である。
冷却ノズル４の水平角度θ２は、式（１）を満たすものとなっている。
【００１３】
【数３】
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【００１４】
図２に示すように、筒体３の半径は、詳しくは、筒体３の内径のことである。冷却ノズル４の水平角度θ２は、冷却ノズル４の噴射口の中心ラインＣＬと筒体３の中心線Ｃとの角度である。冷却ノズル４の水平角度θ２が小さ過ぎると、冷却ノズル４から噴射された冷却媒体が丸棒２に当たってしまい、大き過ぎると冷却ノズル４から噴射された冷却媒体が筒体３の内壁７に当たらなくなる。式（１）の左辺は、冷却ノズル４の水平角度θ２の下限値を示したもので、中心ラインＣＬが丸棒２とオーバラップせず、これにより、冷却ノズル４からの冷却媒体が直接、丸棒２に当たることを可及的に防止するものとなっている。
【００１５】
式（１）の右辺は、冷却ノズル４の水平角度θ２の上限値を示したもので、冷却ノズル４が筒体３の外側に向いて内壁７に当たらなくなってしまうことを防止するものとなっている。
筒体３内であって、同一断面内に配置する冷却ノズル４の個数Ｎ１は、即ち、同一円周上に配置した冷却ノズル４の個数Ｎ１は、式（２）を満たすものとなっている。
【００１６】
【数４】
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【００１７】
式（２）の右辺は、冷却ノズル４の水平角度θ２が式（１）を満たす条件下で、筒体３の周方向に沿って均等に冷却ノズル４を配置した場合の個数ある。後述するように、式（２）を満たさないような多くの冷却ノズル４が配置されると、冷却媒体の流動性の向上がが減少することから、冷却ノズル４の個数は式（２）の右辺よりも少ない個数が好ましい。なお、式（２）の数値「１８０」、「９０」は角度のことである。冷却ノズル４の圧力は、式（３）から設定されるものとなっている。
【００１８】
【数５】
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【００１９】
冷却ノズル４の流量及び圧力を式（３）によって設定することによって、冷却ノズル４から噴射した冷却媒体を丸棒２の周囲の筒体３に沿って旋回させながら流すことが確実に行うことができる。
さて、図３に示すように、丸棒用冷却装置１を側面から見て、丸棒２に対する軸方向の冷却を考えた場合、丸棒２に対して当該丸棒２の上端から下端までの全範囲を冷却ノズル４によって冷却することが好ましい。ここで、軸方向に配置した冷却ノズル４の個数をＮ２、冷却ノズル４の軸方向における噴射角度をθ１、冷却ノズル４の垂直ずらし角度（水平部分Ｘと中心ラインＣＬとの軸方向の角度）をθ３、丸棒２の軸心Ｏ２から冷却ノズル４までの距離ｒとしたとき、噴射角度θ１、垂直ずらし角度θ３、軸方向の冷却ノズル４の個数Ｎ２及び距離ｒの関係は式（４）を満たすものとなっている。なお、この実施形態では、軸方向の冷却ノズル４の個数Ｎ２は１個となっているが複数（例えば、２個）にしてもよく、この場合は、軸方向に等間隔で配置することが好ましい。
【００２０】
【数６】
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【００２１】
式（４）のｒ×ｔａｎ（θ３）＋ｒ×ｔａｎ（（θ１−θ３））は、１つの冷却ノズル４がカバーできる軸方向の噴射長さを示しており、式（４）は複数の冷却ノズル４による軸方向の噴射長さが丸棒２の長さよりも大であることを示している。これによって、丸棒２に対して当該丸棒２の上端から下端までのエリアを冷却ノズル４によって満遍なく冷却することができる。
冷却ノズル４の垂直ずらし角度θ３は−１０度以上６０度以下（−１０°≦θ３≦６０°）であることが好ましく、さらには、０°≦θ３≦４５°であることが好ましい。
【００２２】
本発明の丸棒用冷却装置１の動作を冷却方法と共に説明する。
丸棒２を冷却するにあたっては、まず、丸棒２を筒体３の下開口部９又は上開口部１０を介して挿入し、筒体３の内部に丸棒２を配置する。このとき、丸棒２の軸心Ｏ１と筒体３の軸心Ｏ２とを一致させて同一軸上に丸棒２を配置する。また、丸棒２の上端が上開口部５から外側へはみ出さないように配置すると共に、丸棒２の下端が下開口部５から外側へはみ出さないように配置する。
このように、筒体３に配置した丸棒２は、例えば、圧延加工や鍛造加工などがなされた鉄鋼材料であって、冷却開始温度は５００℃〜１２００℃である。
【００２３】
丸棒２を筒体３内に配置後、各冷却ノズル４から冷却媒体を噴射すると、冷却媒体が筒体３の内壁７に当てつつ沿わせながら螺旋状に流れることとなる。即ち、内壁７に当たることによってミスト状や霧状となった冷却媒体によって筒体３内を充満させて、丸棒２の外周の雰囲気温度が低下させることができ、丸棒２を均一に冷却することができる。
以上のように、丸棒２を筒体３内で冷却するにあたっては、筒体３内に少なくとも２つの冷却ノズル４を配置して、冷却ノズル４から噴射された冷却媒体を筒体３の内壁７に当てることで、丸棒２を冷却している。このようにすることで、冷却ノズル４から噴射された冷却媒体の丸棒２に対する直接的な冷却作用（冷却ノズル４から噴射した冷却媒体が丸棒２にダイレクトに当たって冷却する）ではなく、筒体３の内壁７に当たって跳ね返った冷却媒体の間接的な冷却作用や冷却媒体による丸棒２の外周の雰囲気温度の低下による冷却作用などによって、丸棒２の外周面を満遍なく冷却することができる。
【００２４】
また、筒体３内に配置した冷却ノズル４を、筒体３の軸心方向に等間隔で、且つ、筒体３の周方向に等間隔で配置することによって、丸棒２の上端から下端までの広範囲に亘って均一に冷やすことができる。
さらに、冷却ノズル４の水平角度θ２を式（１）を満たすように設定し、筒体３内に配置する同一断面の冷却ノズル４の個数Ｎ１を式（２）を満たすように設定することによって、丸棒２の同一断面を見たときに、その全周の回りに冷却媒体が流動し易くなる。
このため、丸棒２の全周を満遍なく冷却できると共に、冷却ノズル４から噴射した冷却媒体が直接、丸棒２に当たってしまうと言うことを極力防止することができる。また、冷却媒体が丸棒２に当たったとしても、この場合は、一度、筒体３の内壁に当たった冷却媒体の跳ね返りであるため、冷却媒体は拡散され、より均一に広範囲に丸棒２を冷却できる。これにより、冷却コストが少なくて済み、且つ、冷却制御も流量調整も容易となる。
【００２５】
冷却ノズル４の圧力は、式（３）により設定することによって、冷却媒体が丸棒２の回りを螺旋状に回り易くすることができる。その結果、丸棒２の外周の全体の雰囲気温度を効率良く下げて、丸棒２を冷却することができ、流速があるため冷却能が直接噴霧よりも高くすることができる。
以上のように本発明では、丸棒２を間接的に冷却するようにしているため、上記の効果に加え、冷却ノズル４から噴射したときの冷却媒体の圧力分布に差があっても丸棒２への温度分布への影響を極力小さくすることができる。
【００２６】
表１は、本発明の丸棒用冷却装置１で丸棒２の冷却を行った実施例の一例と、本発明の丸棒用冷却装置１を用いずに丸棒２の冷却を行った比較例の一例を示したものである。この実施例及び比較例においては、冷却直後の丸棒２の外周（外周面）の温度分布において最高温度と最低温度との温度差が、３０℃未満であれば最良（表１、評価「○」）、３０℃以上６０℃未満であれば良好（表１、評価「△」）、６０℃以上であれば不良（表１、評価「×」）とした。なお、評価における温度差の閾値は、過去の実績などから品質上の観点から設定をした。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
比較例１では、同一断面内に配置した冷却ノズル４の個数Ｎ１は２個以上であるが、直接噴霧（冷却ノズル４から噴射した冷却媒体が直接丸棒２に当たる）であるため、丸棒２の外周における温度差が６０℃以上となった（表１、評価「×」）。
比較例２では、同一断面内に配置した冷却ノズル４の個数Ｎ１は１個であり、２個以上でないため、丸棒２の外周における温度差が６０℃以上となった（表１、評価「×」）。
比較例３では、同一断面内に配置した冷却ノズル４の個数Ｎ１は２個以上であり、間接噴霧であるが、冷却対象、即ち、素材形状が角棒（表１、□３０）であったため、効果が得られず、温度差が６０℃以上となった（表１、評価「×」）。
【００２９】
実施例１〜実施例６では、、同一断面内に配置した冷却ノズル４の個数Ｎ１は２個以上であり間接噴霧であるため、丸棒２の外周における温度差を３０℃未満や３０℃以上６０℃未満とすることができた（表１、評価「○」、評価「△」）
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３０】
上記実施形態では、筒体３内に丸棒２が収まる形態（丸棒２の上端が上開口部５から外側へ突出せず、且つ、丸棒２の下端が下開口部５から外側へ突出しない）であったが、図４に示すように、長尺の丸棒２を筒体３に挿入して、筒体３と丸棒２とがオーバラップする部分を冷却するものであってもよい。具体的には、丸棒２に沿って移動させる移動手段を筒体３に取り付け、筒体３を位置固定の丸棒２に対して移動させることで冷却してもよい。逆に筒体３や冷却ノズル４は位置固定で丸棒２を長手方向に移動させる移動手段を設け、筒体３に対して丸棒２を移動させることで冷却してもよい。
【００３１】
なお、このような長尺な丸棒２を冷却する場合は、式（４）のＬを、丸棒２と筒体３とがオーバラップしている部分の長さ（オーバラップ長さ）として置き換えた上で、式（４）により、噴射角度θ１、垂直ずらし角度θ３、軸方向の冷却ノズル４の個数Ｎ２、距離ｒ及オーバラップ長さＬを求めるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】丸棒用冷却装置の概略斜視図である。
【図２】丸棒用冷却装置の水平断面図である。
【図３】丸棒用冷却装置の側面図である。
【図４】丸棒の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  丸棒用冷却装置
２  丸棒
３  筒体
４  冷却ノズル
５  側面開口部
７  内壁
８  噴射口
９  上開口部
１０  下開口部
θ１  噴射角度
Ｃ  中心線
ＣＬ  中心ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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