(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、前記複数の噴射孔から冷却水を噴射して前記形鋼のフランジを水冷する形鋼冷却方法であって、
前記水冷ヘッダの各面から噴射される最大噴射量に対する最小噴射量の噴射割合が、８０％以上となるように、前記水冷ヘッダへの噴射圧力又は前記水冷ヘッダの分割高さを設定することを特徴とする形鋼冷却方法。
【請求項２】
垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、前記複数の噴射孔から冷却水を噴射して前記形鋼のフランジを水冷する形鋼冷却方法であって、
前記水冷ヘッダの最下面から噴射される冷却水の噴射量に対する、前記水冷ヘッダの前記形鋼の冷却最上面高さにおける噴射量の噴射割合が、８０％以上となるように噴射圧力を設定することを特徴とする形鋼冷却方法。
【請求項３】
垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、前記複数の噴射孔から冷却水を噴射して前記形鋼のフランジを水冷する形鋼冷却方法であって、
予め前記水冷ヘッダに供給する冷却水の噴射圧力を設定し、その設定された噴射圧力により、前記水冷ヘッダの最下面から噴射される冷却水の噴射量に対する、前記水冷ヘッダのある冷却面における噴射量の噴射割合が、８０％となる冷却面高さ以下の範囲内で、分割高さを設定し、その分割高さにより前記水冷ヘッダを多段に分割することを特徴とする形鋼冷却方法。
【請求項４】
垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、前記複数の噴射孔から冷却水を噴射して前記形鋼のフランジを水冷する形鋼冷却装置であって、
前記水冷ヘッダの最下面から噴射される冷却水の噴射量に対する、前記水冷ヘッダの前記形鋼の冷却最上面高さにおける噴射量の噴射割合が、８０％以上となる噴射圧力の冷却水を、前記水冷ヘッダへ供給する手段を備えることを特徴とする形鋼の冷却装置。
【請求項５】
垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、前記複数の噴射孔から冷却水を噴射して前記形鋼のフランジを水冷する形鋼冷却装置であって、
最低必要噴射圧力をＰmin[ＭＰａ] 、冷却水の密度をρ[ｋｇ／ｍ3]、重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]、形鋼の冷却最上面の高さをｈ[ｍ]として、前記水冷ヘッダに、下式により求められるＰmin[ＭＰａ] 以上の噴射圧力の冷却水を供給する手段を備えることを特徴とする形鋼の冷却装置。
Ｐmin ＝ρ×ｇ×ｈ×２／１００００００
【請求項６】
垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、前記複数の噴射孔から冷却水を噴射して前記形鋼のフランジを水冷する形鋼の冷却装置であって、
予め前記水冷ヘッダに供給する冷却水の噴射圧力を設定し、その設定された噴射圧力により、前記水冷ヘッダの最下面から噴射される冷却水の噴射量に対する、前記水冷ヘッダのある冷却面における噴射量の噴射割合が、８０％となる冷却面高さ以下の範囲内で、前記水冷ヘッダを多段に分割する手段と、
分割された前記水冷ヘッダの各部に前記設定された噴射圧力の冷却水を供給する手段とを備えることを特徴とする形鋼の冷却装置。
【請求項７】
垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、前記複数の噴射孔から冷却水を噴射して前記形鋼のフランジを水冷する形鋼の冷却装置であって、
予め前記水冷ヘッダに供給する冷却水の噴射圧力を設定し、ｈmax[ｍ]を水冷ヘッダを分割したときの１段当たりの最大の高さ、Ｐｊ[ＭＰａ]を設定された噴射圧力、冷却水の密度をρ[ｋｇ／ｍ3]、重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]として、前記水冷ヘッダを、下式により求められるｈmax[ｍ]以下の範囲内で、前記水冷ヘッダを多段に分割する手段と、
分割された前記水冷ヘッダの各部に前記設定された噴射圧力の冷却水を供給する手段とを備えることを特徴とする形鋼の冷却装置。
ｈmax ＝Ｐｊ／(２×ρ×ｇ)×１００００００
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｈ形鋼等の垂直面、又は垂直に近い面上を冷却する形鋼の冷却方法及びその装置に関し、特に、その冷却装置の冷却媒体に冷却水等の液体媒体を用いるにあたって、均一冷却をおこなうための冷却装置の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、熱間圧延中、又は熱間圧延後の高温鋼材面に冷却媒体として冷却水を用いて冷却することは行われており、かつ熱間鋼材を搬送しながら冷却を行うことも行われていた。
【０００３】
また、Ｈ形鋼フランジ冷却では形状制御のためのスプレー群による冷却が行われてきたが、近年、形鋼を含む鋼材の機械的性質、加工性、溶接性を向上させるための加速冷却手段には、高冷却能、均一冷却が求められ、その手段の一つとして、箱型に形成した冷却装置の冷却面側の板に数ミリの噴射孔を多数あけ、その箱型の冷却装置に冷却水等を流し込んで噴射孔から冷却水等を噴射させる多孔板噴流タイプの冷却装置（以下、多孔板冷却装置と呼ぶ）が使われている。尚、この多孔板冷却装置は柱状噴流冷却装置と呼ばれることもある。
そして、多孔板冷却装置を用いたＨ形鋼のフランジ冷却技術としては、特開平９−１０８２０号公報に開示されたような「形鋼の冷却方法及びその装置」があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−１０８２０号公報に記載のものは、Ｈ形鋼を冷却するにあたり、Ｈ形鋼の両脇に設置された多孔板冷却装置から冷却媒体として冷却水等を垂直面であるＨ形鋼のフランジに対して噴射している。
一般にＨ形鋼のフランジは１５０〜３００［ｍｍ］、また極厚Ｈ形鋼のフランジは４００〜５００［ｍｍ］以上あり、冷却装置の冷却面の高さは必然的に５００［ｍｍ］以上となる。ところが、垂直面を冷却する多孔板冷却装置の冷却面が高くなると以下に説明するような問題点があった。
【０００５】
図７は従来の多孔板冷却装置から噴射された冷却水の流れを模式的に示した図である。
図において、１はＨ形鋼、２は多孔板冷却装置、３は多孔板冷却装置２の噴射孔、４は送水管、５は冷却水の流線、７はバルブである。
図７に示すように、従来の多孔板冷却装置２では、上端側の冷却水の噴射が弱まってしまい、冷却水が下端側の冷却水の噴射に比べ、Ｈ形鋼１の上端のフランジにあたらなくなる。このままで冷却を行うと冷却後のフランジ温度は、図８の６に示すような温度分布となり、フランジ上下で温度偏差が生じてしまい、製品の形状不良や強度不足等の原因となっていた。
【０００６】
また、多孔板冷却装置２の上端側に冷却水があたらなくなるのは、噴射圧が足りないためによるものである。そのため、冷却水等の供給を増加させれば、噴射圧は高まりフランジ上部まで冷却することが可能であるが、それでもそのときの噴射圧が不十分だと、フランジ上端に比べてフランジ下端の噴射水の流速が速いため、図３に示すような冷却ムラに起因したフランジ上下の温度備差が生じていた。また、実際には、設備制約の範囲から大量に冷却水を噴射することは不経済であった。
【０００７】
このように、従来では、Ｈ形鋼のフランジ等の垂直面を冷却する多孔板冷却装置で均一冷却するためには、最低必要な噴射圧が不明であり、また、冷却水等の供給が制限される場合は、多孔板冷却装置で均一冷却を実現することが不可能であった。
【０００８】
本発明は、高強度・高靭性の形鋼を安価に製造するため、形鋼のフランジ外面から均一に加速冷卸することができる形鋼冷却方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る形鋼冷却方法は、垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、複数の噴射孔から冷却水を噴射して形鋼のフランジを水冷する形鋼冷却方法であって、水冷ヘッダの各面から噴射される最大噴射量に対する最小噴射量の噴射割合が、８０％以上となるように、水冷ヘッダへの噴射圧力又は水冷ヘッダの分割高さを設定するものである。
【００１０】
また、本発明に係る形鋼冷却方法は、垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、複数の噴射孔から冷却水を噴射して形鋼のフランジを水冷する形鋼冷却方法であって、水冷ヘッダの最下面から噴射される冷却水の噴射量に対する、水冷ヘッダの形鋼の冷却最上面高さにおける噴射量の噴射割合が、８０％以上となるように噴射圧力を設定するものである。
【００１１】
また、本発明に係る形鋼冷却方法は、垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、複数の噴射孔から冷却水を噴射して形鋼のフランジを水冷する形鋼冷却方法であって、予め水冷ヘッダに供給する冷却水の噴射圧力を設定し、その設定された噴射圧力により、水冷ヘッダの最下面から噴射される冷却水の噴射量に対する、水冷ヘッダのある冷却面における噴射量の噴射割合が、８０％となる冷却面高さ以下の範囲内で、分割高さを設定し、その分割高さにより水冷ヘッダを多段に分割するものである。
【００１２】
また、本発明に係る形鋼冷却装置は、垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、複数の噴射孔から冷却水を噴射して形鋼のフランジを水冷する形鋼冷却装置であって、水冷ヘッダの最下面から噴射される冷却水の噴射量に対する、水冷ヘッダの形鋼の冷却最上面高さにおける噴射量の噴射割合が、８０％以上となる噴射圧力の冷却水を、水冷ヘッダへ供給する手段を備えるものである。
【００１３】
また、本発明に係る形鋼冷却装置は、垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、複数の噴射孔から冷却水を噴射して形鋼のフランジを水冷する形鋼冷却装置であって、最低必要噴射圧力をＰmin[ＭＰａ] 、冷却水の密度をρ[ｋｇ／ｍ3]、重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]、形鋼の冷却最上面の高さをｈ[ｍ]として、水冷ヘッダに、下式により求められるＰmin[ＭＰａ] 以上の噴射圧力の冷却水を供給する手段を備えるものである。
Ｐmin ＝ρ×ｇ×ｈ×２／１００００００
【００１４】
また、本発明に係る形鋼冷却装置は、垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、複数の噴射孔から冷却水を噴射して形鋼のフランジを水冷する形鋼の冷却装置であって、予め水冷ヘッダに供給する冷却水の噴射圧力を設定し、その設定された噴射圧力により、水冷ヘッダの最下面から噴射される冷却水の噴射量に対する、水冷ヘッダのある冷却面における噴射量の噴射割合が、８０％となる冷却面高さ以下の範囲内で、水冷ヘッダを多段に分割する手段と、分割された水冷ヘッダの各部に設定された噴射圧力の冷却水を供給する手段とを備えるものである。
【００１５】
また、本発明に係る形鋼冷却装置は、垂直面あるいは垂直に近い面を有する形鋼の熱間圧延工程において、多数の噴射孔を設けた水冷ヘッダに冷却水を供給し、複数の噴射孔から冷却水を噴射して形鋼のフランジを水冷する形鋼の冷却装置であって、予め水冷ヘッダに供給する冷却水の噴射圧力を設定し、ｈmax[ｍ]を水冷ヘッダを分割したときの１段当たりの最大の高さ、Ｐｊ[ＭＰａ] を設定された噴射圧力、冷却水の密度をρ[ｋｇ／ｍ3]、重力加速度をｇ[ｍ／ｓ2]として、水冷ヘッダを、下式により求められるｈmax[ｍ]以下の範囲内で、水冷ヘッダを多段に分割する手段と、分割された水冷ヘッダの各部に設定された噴射圧力の冷却水を供給する手段とを備えるものである。
ｈmax ＝Ｐｊ／(２×ρ×ｇ)×１００００００
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の形鋼の冷却装置による形鋼の冷却の概要について説明する。
本発明者らは、Ｈ形鋼等のフランジ垂直面を均一に冷却するための、噴射圧と多孔板冷却装置の噴射孔である多孔板面、及び噴射指数との関係を調査し、図２に示すような結果を得た。
ここで、噴射指数は最下面から噴射される冷却水の量を１００［％］としたときのそれぞれの位置での噴射割合である。
図２に示すように、被冷却面の高さが高くなると噴射指数が低下することがわかる。
【００１７】
また、図３は噴射指数と温度偏差の関係を説明するグラフであり、各Ｈ形鋼フランジサイズ（フランジ幅５００［ｍｍ］、フランジ幅３００［ｍｍ］、フランジ幅１５０［ｍｍ］）における噴射指数と均一冷却度の関係を示したものである。
図３に示すように、噴射指数が８０［％］以上においては、Ｈ形鋼のフランジの上下平均温度差が±２０［℃］以内となっており、また、この上下平均温度差では、Ｈ形鋼の仕上がり時の曲がりが小さいことが分かった。
【００１８】
このことから、本発明者らは、多孔板冷却装置による冷却時に、噴射指数が８０［％］以上となる噴射圧を確保するか、又は噴射圧が決まっているときは噴射指数が８０［％］以上となるように、多孔板冷却装置の冷却ヘッダーを分割すれば良いことを発見した。
【００１９】
たとえば、多孔板冷却装置の高さが５００［ｍｍ］の場合は、図２に示すように、噴射圧は約０．０１０［ＭＰａ］以上を確保すれば、噴射指数が８０［％］以上となり均一冷却が可能である。
また、噴射圧が０．００２［ＭＰａ］に制限される場合においては、図２に示すように、多孔板冷却装置の分割間隔を１段あたり１００［ｍｍ］又は１００［ｍｍ］以下とすれば均一冷却が可能であり、例えば、１段あたり１００［ｍｍ］とした場合で多孔板冷却装置の高さが５００［ｍｍ］必要となる場合は、高さ方向に５段設置し、均等に冷却液を配分することにより、どの部分でも噴射指数を８０［％］以上確保でき均一冷却が可能である。
【００２０】
そこで、本発明者らは、下記の式１に示すような、Ｈ形鋼等の多孔板面の高さをｈ［ｍ］としたときに、噴射指数が８０［％］となるのに必要となる冷却媒体の噴射圧（Ｐｍｉｎ［ＭＰａ］）を定める式を求めた。
したがって、この式１により算出される噴射圧（Ｐｍｉｎ［ＭＰａ］）以上の圧力設定を行えば、均一冷却が可能となる。
【００２１】
Ｐｍｉｎ＝ρ×ｇ×ｈ×２／１００００００  …（１）
但し、
ρは冷却水の密度（＝１０００［ｋｇ／ｍ３］）
ｇは重力加速度（＝９．８０６６５［ｍ／ｓ２］）
である。
【００２２】
また、下記の式２に示すような、必要とされる水量密度、あるいは確保される冷却水量及び噴射孔の口径と個数から、噴射圧（Ｐ［ＭＰａ］）が一定の条件下で、均一冷却を可能とする噴射指数８０［％］を確保できる多孔板１段当たりの水冷面高さ（ｈｍａｘ［ｍ］）を定める式を求めた。
したがって、この式２により算出される高さ（ｈｍａｘ［ｍ］）以下に１段あたりの高さ設定を行えば、均一冷却が可能となる。
【００２３】
ｈｍａｘ＝Ｐ／（２×ρ×ｇ）×１００００００  …（２）
但し、
ρは冷却水の密度（＝１０００［ｋｇ／ｍ３］）
ｇは重力加速度（＝９．８０６６５［ｍ／ｓ２］）
である。
【００２４】
実施の形態１．
この実施の形態は、上記の式１を用いて、噴射指数が８０［％］となるのに必要となる冷却媒体の噴射圧（Ｐｍｉｎ［ＭＰａ］）を定め、この噴射圧（Ｐｍｉｎ［ＭＰａ］）に基づいて、形鋼の冷却装置の各部を構成するようにしたものである。
図１は本発明の一実施の形態に係る形鋼の冷却装置の構成を示す図である。
図において、１は被冷却物であるＨ形鋼、２は多孔板冷却装置、３は多孔板冷却装置の噴射孔、９は搬送ロールである。
多孔板冷却装置２は図示しない仕上げ圧延機の後方２０［ｍ］から、長さ５０［ｍ］、高さ０．５［ｍ］で、搬送ラインの両側に設置されている。
【００２５】
次に、この実施の形態の処理手順について説明する。
図４はこの実施の形態の処理手順を示すフローチャートである。
まず、冷却面の高さｈ［ｍ］を決定する（Ｓ１００）。
例えば、Ｈ形鋼のサイズは、幅６１２［ｍｍ］、高さ４９０［ｍｍ］、ウェブ厚み４０［ｍｍ］、フランジ厚み８０［ｍｍ］で、必要冷却高さ（ｈ）は０．５［ｍ］である。
【００２６】
そして、式１を用いて最低必要噴射圧力（Ｐｍｉｎ［ＭＰａ］）を算出する（Ｓ１０１）。
例えば、必要冷却高さ（ｈ）＝０．５［ｍ］では、最低必要噴射圧力（Ｐｍｉｎ［ＭＰａ］）は、
0003617418.tif 000002
となり、
Ｐｍｉｎ＝約０．００９８［ＭＰａ］となる。
【００２７】
そして、Ｓ１０１で算出された最低必要噴射圧力（Ｐｍｉｎ［ＭＰａ］）に基づいて、多孔板冷却装置２からの噴射圧力（Ｐｊ［ＭＰａ］）を決定し、噴射圧力（Ｐｊ［ＭＰａ］）から下記の式３により噴射速度（Ｖｊ［ｍ／ｓ］）を決定する（Ｓ１０２）。
【００２８】
Ｖｊ＝√（２００００００×（Ｐｊ−Ｐζ）／ρ）  …（３）
但し、
ρは冷却水の密度（＝１０００［ｋｇ／ｍ３］）
Ｐζは圧力損失［ＭＰａ］
である。
【００２９】
例えば、Ｐｍｉｎ＝０．００９８［ＭＰａ］の場合、Ｐｍｉｎ以上の噴射圧力ということで、Ｐｊ＝０．０１２［ＭＰａ］に決定。
そのときの噴射速度（Ｖｊ［ｍ／ｓ］）は、圧力損失（Ｐζ［ＭＰａ］）を０．０００２［ＭＰａ］として、
0003617418.tif 000003
となり、
Ｖｊ＝約４．８５［ｍ／ｓ］となる。
なお、圧力損失Ｐζは０［ＭＰａ］とおいても差し支えない。
【００３０】
そして、噴射孔口径（Ｄｊ［ｍ］）と噴射孔密度（Ｎｊ［個／ｍ２］）を決定し、そのときの水量密度（ｑｗ［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］）を下記の式４により確認する（Ｓ１０３）。
【００３１】
ｑｗ＝Ｖｊ×（Ｄｊ／２）２×π×Ｎｊ×６００００  …（４）
但し、πは円周率である。
【００３２】
例えば、噴射孔口径（Ｄｊ［ｍ］）は直径０．００３［ｍ］、噴射孔密度（Ｎｊ［個／ｍ２］）は５００［個／ｍ２］と決定し、そのときの水量密度（ｑｗ［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］）は、
0003617418.tif 000004
となり、
ｑｗ＝約１０３０［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］となる。
【００３３】
そして、必要最低水量密度（ｑｗ  ｍｉｎ［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］）を確認し、水量密度（ｑｗ［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］）が必要最低水量密度（ｑｗ  ｍｉｎ［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］）以上か否かを判断する（Ｓ１０４）。
そして、Ｓ１０４で水量密度（ｑｗ［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］）が必要最低水量密度（ｑｗ  ｍｉｎ［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］）に満たないと判断されれば、能力不能としてＳ１０２に戻り、噴射圧を増大させる。
例えば、冷却能力から必要な最低水量密度（ｑｗ  ｍｉｎ［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］）は１０００［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］であり、ｑｗ＞ｑｗ  ｍｉｎであるので、冷却能力は満足している。
【００３４】
そして、水冷装置長さ（Ｌ［ｍ］）と冷却装置高さ（ｈｃ［ｍ］）から下記の式５により全冷却水量（Ｑ［ｔ／ｈ］）を確認し、設備制約範囲外か否かを判断する（Ｓ１０５）。
Ｓ１０５で、設備制約範囲外と判断されれば、Ｓ１０３に戻り、噴射孔・噴射孔密度を調整する。
【００３５】
Ｑ＝ｑｗ×Ｌ×ｈｃ×０．０６  …（５）
【００３６】
例えば、水冷装置長さ（Ｌ＝５０［ｍ］×２、両側に設置のため）、冷却装置高さ（ｈｃ＝０．５［ｍ］）から、全冷却水量（Ｑ［ｔ／ｈ］）は、
0003617418.tif 000005
となり、
Ｑ＝３０９０［ｔ／ｈ］となる。
この全冷却水量（Ｑ［ｔ／ｈ］）は、本設備の能力範囲内であった。
【００３７】
そして、全水量と噴射圧量を参考に、配管とバルブのサイズを決定する（Ｓ１０６）。
【００３８】
以上の手順をもって製作した多孔板冷却装置２に、仕上げ圧延後のフランジ上平均温度８１０［℃］、フランジ下平均温度８１４［℃］のほぼ上下均一温度のＨ形鋼１を、２５［ｍｐｍ］の速度で、通過冷却を行った。冷却時間は約１２０秒である。
その結果、復熱後のフランジ上平均温度は５０８［℃］、フランジ下平均温度は５０５［℃］と均一冷却が行われ、フンランジ上下の平均温度差は３［℃］であった。放冷後のＨ形鋼には上下曲がり等の変形は無く、かつフランジ強度も上下で同じ値だった。
【００３９】
実施の形態２．
この実施の形態は、上記の式２を用いて、必要とされる水量密度、あるいは確保される冷却水量及び噴射孔の口径と個数から、噴射圧（Ｐ［ＭＰａ］）が一定の条件下で、均一冷却を可能とする噴射指数８０［％］を確保できる多孔板１段当たりの水冷面高さ（ｈｍａｘ［ｍ］）を定め、この水冷面高さ（ｈｍａｘ［ｍ］）に基づいて、形鋼の冷却装置の各部を構成するようにしたものである。
図５は本発明の他の実施の形態に係る形鋼の冷却装置の構成を示す図である。図において、１は被冷却物であるＨ形鋼、２は多孔板冷却装置、３は多孔板冷却装置の噴射孔、４は送水管、５は冷却水の流線、７はバルブ、８は仕切り板である。
【００４０】
多孔板冷却装置２は図示しない仕上げ圧延機の後方２０［ｍ］から、長さ５０［ｍ］、高さ０．５［ｍ］で、搬送ラインの両側に設置されている。また、被冷却物となるＨ形鋼のサイズは、幅６１２［ｍｍ］、高さ４９０［ｍｍ］、ウェブ厚み４０［ｍｍ］、フランジ厚み８０［ｍｍ］で、必要冷却高さ（ｈ）は０．５［ｍ］である。
【００４１】
次に、この実施の形態の処理手順について説明する。
図６はこの実施の形態の処理手順を示すフローチャートである。
まず、必要最低水量密度を冷却能力から１０００［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］と決定する（Ｓ１１０）。
そして、噴射孔口径（Ｄｊ［ｍ］）と噴射孔密度（Ｎｊ［個／ｍ２］）を決定し、そのときの噴射速度（Ｖｊ［ｍ／ｓ］）を下記の式６により確認する（Ｓ１１１）。
【００４２】
Ｖｊ＝ｑｗ／（（Ｄｊ／２）２×π×Ｎｊ×６００００）  …（６）
但し、πは円周率である。
【００４３】
例えば、噴射孔口径（Ｄｊ［ｍ］）は直径０．００４［ｍ］、噴射孔密度（Ｎｊ［個／ｍ２］）は５００［個／ｍ２］と決定し、そのときの噴射速度（Ｖｊ［ｍ／ｓ］）は、
0003617418.tif 000006
となり、
Ｖｊ＝約２．６５［ｍ／ｓ］となる。
【００４４】
そして、噴射速度（Ｖｊ［ｍ／ｓ］）から噴射圧力（Ｐｊ［ＭＰａ］）を下記の式７により求める（Ｓ１１２）。
Ｐｊ＝ρ×Ｖｊ２／２００００００＋Ｐζ  …（７）
但し、
ρは冷却水の密度（＝１０００［ｋｇ／ｍ３］）
Ｐζは圧力損失［ＭＰａ］
である。
【００４５】
例えば、圧力損失（Ｐζ［ＭＰａ］）を０．０００２［ＭＰａ］として、
0003617418.tif 000007
となり、
Ｐｊ＝約０．００３７［ＭＰａ］となる。
なお、圧力損失（Ｐζ［ＭＰａ］）は０［ＭＰａ］とおいても差し支えない。
【００４６】
そして、上記の式２により、噴射圧力（Ｐｊ［ＭＰａ］）から最大分割高さ（ｈｍａｘ［ｍ］）を求め、必要冷却高さ（ｈ［ｍ］）と最大分割高さ（ｈｍａｘ［ｍ］）を比較し、分割の必要性を判断する（Ｓ１１３）。
例えば、噴射圧力Ｐｊ＝０．００３７のときの、最大分割高さ（ｈｍａｘ［ｍ］）は、
0003617418.tif 000008
となり、
ｈｍａｘ＝約０．１８９［ｍ］となった。
【００４７】
そして、ｈ＝０．５［ｍ］なので、ｈ＞ｈｍａｘとなり、必要冷却高さ（ｈ［ｍ］）の方が、最大分割高さ（ｈｍａｘ［ｍ］）よりも大きくなっているため、多孔板冷却装置２を分割（多段化）する必要があると判断する。
【００４８】
そして、水冷装置長さ（Ｌ［ｍ］）と冷却装置高さ（ｈｃ［ｍ］）から下記の式８により全冷却水量（Ｑ［ｔ／ｈ］）を確認し、設備制約範囲外か否かを判断する（Ｓ１１４）。
Ｓ１１４で、設備制約範囲外と判断されれば、Ｓ１１１に戻り、噴射孔・噴射孔密度を調整する。
【００４９】
Ｑ＝ｑｗ×Ｌ×ｈｃ×０．０６  …（８）
【００５０】
例えば、水冷装置長さ（Ｌ＝５０［ｍ］×２、両側に設置のため）、冷却装置高さ（ｈｃ＝０．５［ｍ］）から、全冷却水量（Ｑ［ｔ／ｈ］）は、
0003617418.tif 000009
となり、
Ｑ＝３０００［ｔ／ｈ］となる。
この全冷却水量（Ｑ［ｔ／ｈ］）は、本設備の能力範囲内であった。
【００５１】
そして、最大分割高さ（ｈｍａｘ［ｍ］）以下となるように、分割距離（ｈｂ［ｍ］）を決定し、分割距離（ｈｂ［ｍ］）と必要冷却高さ（ｈ［ｍ］）から分割の段数（Ｎｂ［ｍ］）を決定する（Ｓ１１５）。
例えば、ｈｍａｘ＝０．１８９［ｍ］の場合、ｈｍａｘ以下の分割距離ということで、ｈｂ＝０．１［ｍ］に決定し、必要冷却高さ（ｈ［ｍ］）＝０．５［ｍ］なので、段数（Ｎｂ［段］）を５段、１段当たりの送水量を６００［ｔ／ｈ］とし、各段の間に仕切り板８を設置する。
【００５２】
そして、段数と１段当たりの送水量から配管とバルブのサイズを決定する（Ｓ１１６）。
【００５３】
以上の手順をもって製作した多孔板冷却装置２に、仕上げ圧延後のフランジ上平均温度約８２６［℃］、フランジ下平均温度約８３２［℃］のほぼ上下均一温度のＨ形鋼１を、２０［ｍｐｍ］の速度で、通過冷却を行った。冷却時間は約１５０秒である。
その結果、復熱後のフランジ上平均温度は約４９２［℃］、フランジ下平均温度は約４９４［℃］と均一冷却が行われ、フランジ上下の平均温度差は２［℃］であった。放冷後のＨ形鋼には上下曲がり等の変形は無く、かつフランジ強度も上下で同じで値であった。
【００５４】
次に、本発明に対する比較例として、仕上げ圧延機の後方２０［ｍ］から設置され、長さ５０［ｍ］、高さ０．５［ｍ］の搬送ラインの両側に設置された図７に示すような従来の多孔板冷却装置を用いて比較試験を行った結果について説明する。多孔板例脚装置の噴射孔口径は直径０．００４［ｍ］、噴射孔密度は約５００［個／ｍ２］で、これに冷却水量３２００［ｔ／ｈ］を供給し、水量密度は約１０７０［ｌ／ｍｉｎ・ｍ］であり、水量密度から得られる冷却能力としては十分であった。
【００５５】
そして、そのときの得られた噴射圧は０．００４２［ＭＰａ］であった。
なお、この噴射圧より上記式２で求められる最大分割高さは０．２１［ｍ］である。
【００５６】
また、被冷却物となるＨ形鋼のサイズは幅６１２［ｍｍ］、高さ４９０［ｍｍ］、ウェブ厚み４０［ｍｍ］、フランジ厚み８０［ｍｍ］で、本比較例の多孔板型冷却装置に仕上げ圧延後のフランジ上平均温度約８３３［℃］、フランジ下平均温度約８３６［℃］のほぼ上下均一温度のＨ形鋼を該多孔板冷却装置に、２０［ｍｐｍ］の速度で、通過冷却を行った。冷却時間は約１５０秒である。
【００５７】
その結果、復熱後の温度分布は図８に示すように、フランジ上平均温度は約７２３［℃］、フランジ下平均温度は約４３４［℃］と上下の温度差が２８９［℃］発生し、放冷後のＨ形鋼は１０［ｍ］あたり、０．７［ｍ］の上下曲がりが生じ、形状不良となった。また、フランジ強度もフランジ上部の強度が不足していた。
【００５８】
なお、実施の形態１、２では、Ｈ形鋼の冷却の例で説明したが、垂直面あるいは垂直に近い面を有する鋼材の冷却に適用することもできる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、水冷ヘッダの最下面から噴射される冷却水の噴射量に対する、水冷ヘッダの形鋼の冷却最上面高さにおける噴射量の噴射割合が、８０％以上となるように噴射圧力を設定し、また、予め水冷ヘッダに供給する冷却水の噴射圧力を設定し、その設定された噴射圧力により、水冷ヘッダの最下面から噴射される冷却水の噴射量に対する、水冷ヘッダのある冷却面における噴射量の噴射割合が、８０％となる冷却面高さ以下の範囲内で、分割高さを設定し、その分割高さにより水冷ヘッダを多段に分割するようにしたので、多数の噴射孔が設けたれた水冷ヘッダによる形鋼の均一冷却が可能となり、機械的性質、加工性、溶接性を大幅に向上させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る形鋼の冷却装置の構成を示す図である。
【図２】冷却面の高さと各噴射圧における噴射指数を説明するためのグラフである。
【図３】噴射指数と温度偏差の関係を説明するためのグラフである。
【図４】実施の形態１の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る形鋼の冷却装置の構成を示す図である。
【図６】実施の形態２の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】従来の多孔板冷却装置から噴射された冷却水の流れを模式的に示した図である。
【図８】不均一冷却時の冷却後のＨ形鋼のフランジ温度分布を示す概略図である。
【符号の説明】
１  Ｈ形鋼
２  多孔板冷却装置
３  多孔板冷却装置の噴射孔
４  送水管
５  冷却水の流線
６  フランジ温度分布
７  バルブ
８  仕切り板
９  搬送ロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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