(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
形鋼の搬送経路にパスラインを挟んで設けられ、互いに接離する方向に移動する一対のサイドガイドと、前記一対のサイドガイドそれぞれの上方または下方の少なくとも一方にパスラインに沿って千鳥状に設けられ、パスラインに対して他側のフランジの内面を冷却する複数の内面冷却ノズルと、前記内面冷却ノズルの噴射方向を調整する噴射方向調整機構とを備え、前記一対のサイドガイドの下方に設けられた内面冷却ノズルは、サイドガイドの前面より反パスライン側に設けられていることを特徴とする形鋼の内面冷却装置。
【請求項２】
一対のサイドガイドの下方に設けられた内面冷却ノズルの先端に向けて水または空気を噴射するスケール除去用のノズルが設けられている請求項１に記載の形鋼の内面冷却装置。
【請求項３】
内面冷却ノズルの上下方向の位置を調整するノズル位置調整機構を備える請求項１または２に記載の形鋼の内面冷却装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載したいずれかの内面冷却装置と、一対のサイドガイドそれぞれに設けられ、フランジの外面を冷却する複数の外面冷却ノズルとを備える形鋼の冷却装置。
【請求項５】
請求項１〜４に記載したいずれかの冷却装置を用いて形鋼を冷却する際に、一方のサイドガイドに設けられた内面冷却ノズルにより他方のサイドガイド側に位置するフランジの内面を冷却し、他方のサイドガイドに設けられた内面冷却ノズルにより一方のサイドガイド側に位置するフランジの内面を冷却することを特徴とする形鋼の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、形鋼の冷却装置および冷却方法に係り、さらに詳しくは、極厚Ｈ形鋼や極厚平行フランジ溝形鋼といった極厚の形鋼の冷却に用いて有効な形鋼の冷却装置および冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高層の建築構造物用の柱材として、フランジおよびウェブの肉厚が厚い極厚のＨ形鋼や平行フランジ溝形鋼などの形鋼が使用されている。これらの極厚の形鋼は、高強度、高靱性および高溶接性などの性能が求められ、この性能を得るために、前記極厚の形鋼を熱間圧延ライン中で冷却する冷却方法や冷却装置が多数提案されている。
【０００３】
例えば、新日鉄技報第３６８号（１９９８）の７８頁には、極厚Ｈ形鋼の中間圧延工程において、ウェブやフランジを水冷装置を用いて冷却しつつ、その厚み方向に圧下するという、いわゆる熱加工制御圧延法による極厚Ｈ形鋼の製造方法が記載されている。
【０００４】
この熱加工制御圧延法における極厚の形鋼の冷却においては、フランジの外面および内面の冷却に加えて、ウェブ面も積極的に冷却する必要があり、このような極厚のＨ形鋼の冷却装置が、特開平６−３１３３１号公報、特開平６−７１３０１号公報、特開平６−２９７０２８号公報および特開平７−１８８７６３号公報に示されている。
【０００５】
特開平６−３１３３１号公報に示された冷却装置は、フランジの内面に近接して設けられた内面冷却ノズルを備える。特開平６−７１３０１号公報に示された冷却装置は、粗ユニバーサルミルの前後面にフランジの内面に近接して設けられた内面冷却ノズルとＲ部内面冷却ノズルとを備える。これらの冷却装置では、内面冷却ノズルやＲ部内面冷却ノズルがフランジの内面に近接して設けられているために、搬送されるＨ形鋼の上下方向の反り、左右の曲がりおよび位置ズレなどによって、Ｈ形鋼が冷却ノズルと衝突するおそれがある。
【０００６】
特開平６−２９７０２８号公報に示された冷却装置は、Ｈ形鋼のフランジの内面、ウェブの表面およびフィレット（フランジとウェブとの接続部）の内面に沿って設けられた壁面に冷却ノズルを備え、Ｈ形鋼の両フランジ間に配置されている。そのため、この冷却装置では、Ｈ形鋼の上下方向の反り、左右方向の曲がりやＨ形鋼の位置ズレなどによって、Ｈ形鋼が冷却装置と衝突するおそれがある。また、Ｈ形鋼のサイズが変更されるたびに冷却装置の交換が必要となり、生産ラインを停止しなければならない。
【０００７】
特開平７−１８８７６３号公報に示された冷却装置は、Ｈ形鋼のフランジの内面およびウェブの上面に近接して配置される箱型の冷却部材を備える。この冷却装置では、ウェブの幅方向に分割された箱型の冷却部材が両フランジの内面間の寸法（以下、ウェブ内幅と表す）に応じて移動するため、Ｈ形鋼のウェブ内幅の変更に伴い冷却装置を交換する必要はない。しかし、箱型の冷却部材がＨ形鋼の両フランジ間に配置されているため、Ｈ形鋼の搬送中の上反り、左右曲がりや位置ズレなどによって、Ｈ形鋼が冷却装置と衝突するおそれがある。
【０００８】
このように、従来のＨ形鋼の冷却装置は、いずれもフランジ内面用の冷却装置が両フランジ間に設けられているため、Ｈ形鋼の上方向の反り、左右方向の曲がりやＨ形鋼の位置ズレによって、Ｈ形鋼が冷却装置やノズルと衝突するおそれがある。
【０００９】
両フランジ間を避けた位置に内面冷却装置が設けられたＨ形鋼の冷却装置が特開２００１−１２９６０７号公報に提案されている。
【００１０】
図４は、前記特開２００１−１２９６０７号公報に提案された冷却装置を模式的に示す正面図である。同図において、冷却装置は、サイドガイドを兼ねた多孔板方式のフランジ外面冷却装置１、スプレー方式の上側フランジ内面冷却装置２および下側フランジ内面冷却装置３により構成されている。
【００１１】
フランジ外面冷却装置１は、搬送ローラ４により搬送されるＨ形鋼Ｈの両側に設けられたサイドガイド１ａに水噴射用の孔が複数設けられた構造であり、これらの孔から冷却水を噴射してＨ形鋼Ｈの外面を冷却する。
【００１２】
上側フランジ内面冷却装置２は、サイドガイド１ａの上部から、他方のサイドガイド１ａの方向に張り出した上部支持部材２ａに設けられたヘッダー管２ｂに複数の上ノズル２ｃが設けられている。下側フランジ内面冷却装置３は、サイドガイド１ａの下方から他方のサイドガイド１ａの方向に張り出した下部支持部材３ａに設けられたヘッダー管３ｂに複数の下ノズル３ｃが設けられている。
【００１３】
そして、同図において右側の上ノズル２ｃおよび下ノズル３ｃは、Ｈ形鋼Ｈの右側のフランジの内面に冷却水を噴射するように噴射角度θが設定されている。同様に左側の上ノズル２ｃおよび下ノズル３ｃは、Ｈ形鋼Ｈの左側のフランジの内面に冷却水を噴射するように噴射角度θが設定されている。
【００１４】
この冷却装置では、上ノズル２ｃおよび下ノズル３ｃは、Ｈ形鋼Ｈの両フランジ間に設けられていないため、Ｈ形鋼Ｈの左右方向の曲がりやＨ形鋼Ｈの位置ズレによって、Ｈ形鋼Ｈが上ノズル２ｃまたは下ノズル３ｃと衝突するおそれはない。また、この冷却装置は、フランジ外面冷却装置１がサイドガイド１ａを兼ねているため、Ｈ形鋼Ｈの両フランジの外面間の寸法（以下、ウェブ高さと表す）が変わることにより、上ノズル２ｃおよび下ノズル３ｃの水平方向の位置を設定し直す必要はない。
【００１５】
しかし、前記の構造の冷却装置では、上側フランジ内面冷却装置２のヘッダー管２ｂおよび上ノズル２ｃが他方のサイドガイド１ａの方向に張り出した上部支持部材２ａにより支持されている。すなわち、上部支持部材２ａはＨ形鋼Ｈのフランジに比較的近い上方位置に設けられている。そのため、Ｈ形鋼Ｈの上方向の反りにより、Ｈ形鋼Ｈが上部支持部材２ａなどに衝突するおそれがある。
【００１６】
また、左右のヘッダー管２ｂが互いに近接しているため、ウェブ内幅が小さいＨ形鋼Ｈを冷却する場合に、左右の上ノズル２ｃを所定の位置に設定しようとすると、左右のヘッダー管２ｂ同士および左右の上ノズル２ｃ同士が互いに干渉することがある。これを避けるために、左右の上ノズル２ｃを互いに干渉しない位置に設定すると噴射角度θが小さくなり、左右の上ノズル２ｃから噴射される冷却水によるフランジの内面冷却が効果的におこなえないおそれがある。この現象は、下側フランジ内面冷却装置３の場合にも生じる。
【００１７】
さらに、Ｈ形鋼Ｈに高圧の冷却水が噴射されると、Ｈ形鋼Ｈの表面に付着しているスケールが冷却水の噴射により剥離して落下する。このスケールは、熱間圧延により材料の新生面が発生する都度生成するため、Ｈ形鋼Ｈの中間圧延のような複数パスの繰り返し圧延の場合には、冷却水が噴射される各パスにおいてスケールが剥離して落下する。そのため、一方のサイドガイド１ａから他方のサイドガイド１ａの方向に張り出した下部支持部材３ａに設けられた前記下ノズル３ｃに、冷却時に剥離したスケールが落下して付着するおそれがある。
【００１８】
このように、下ノズル３ｃにスケールが付着すると、徐々にスケールが堆積し、放置するとノズル詰まりが発生し、また、下ノズル３ｃの噴射角度の設定機構などが機能しなくなるおそれがある。したがって、冷却装置の安定稼働のためには、下ノズル３ｃに堆積するスケールの除去を頻繁に行う必要があり、そのための工数が必要となる。
【００１９】
ところで、極厚の形鋼を熱間圧延ラインで製造する際にフィレットが他の部分より高温となり、圧延された極厚の形鋼の横断面における組織が不均一になることがある。これを避けるために、粗圧延による中間材の圧延の際にフィレットの内面を集中的に冷却する方法が採用されることがある。しかし、前記の特開２００１−１２９６０７号公報に提案された冷却装置を用いてフィレットの内面を集中的に冷却しようとすると、上ノズル２ｃの噴射角度θが小さいために冷却水をフィレットの内面に集中して噴射することが極めて難しく、冷却水がフランジの内面にも噴射される。これを防止するために、上ノズル２ｃの噴射角度θを大きくするために、上部支持部材２ａを他側のサイドガイド１ａの方向に張り出すと、左右の上ノズル２ｃの位置がより接近し、冷却可能なＨ形鋼のウェブ内幅がさらに制限されることになる。これは、下ノズル３ｃの場合も同様である。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、Ｈ形鋼や平行フランジ溝形鋼などの形鋼を中間圧延あるいは仕上げ圧延などの熱間圧延後に冷却する際に、ウェブ内幅の小さい形鋼であってもそのフランジおよびフィレットの内面を効果的に冷却することができ、また、冷却水の噴射により落下したスケールがノズルなどに堆積するのを防止することのできる形鋼の冷却装置および冷却方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨は次の（１）の形鋼の内面冷却装置と、（２）の形鋼の冷却装置と（３）の形鋼の冷却方法にある。
【００２２】
（１）形鋼の搬送経路にパスラインを挟んで設けられ、互いに接離する方向に移動する一対のサイドガイドと、前記一対のサイドガイドそれぞれの上方または下方の少なくとも一方にパスラインに沿って千鳥状に設けられ、パスラインに対して他側のフランジの内面を冷却する複数の内面冷却ノズルと、前記内面冷却ノズルの噴射方向を調整する噴射方向調整機構とを備え、前記一対のサイドガイドの下方に設けられた内面冷却ノズルを、サイドガイドの前面より反パスライン側に設けることを特徴とする形鋼の内面冷却装置。また、一対のサイドガイドの下方に設けられた内面冷却ノズルの先端に向けて水または空気を噴射するスケール除去用のノズルを設けるのが好ましい。さらに、内面冷却ノズルの上下方向の位置を調整するノズル位置調整機構を備えるのが好ましい。
【００２３】
（２）上記（１）に記載の内面冷却装置と、一対のサイドガイドそれぞれに設けられ、フランジの外面を冷却する複数の外面冷却ノズルを備える形鋼の冷却装置。
【００２４】
（３）上記（１）または（２）に記載した形鋼の冷却装置を用い、一方のサイドガイドに設けられた内面冷却ノズルにより他方のサイドガイド側に位置するフランジの内面を冷却し、他方のサイドガイドに設けられた内面冷却ノズルにより、一方のサイドガイド側に位置するフランジの内面を冷却することを特徴とする形鋼の冷却方法。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の形鋼の冷却装置を図１および図２に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の形鋼の冷却装置の一例を模式的に示す正面図である。図２は、図１の上側内面冷却ノズルの配置の態様を示す上面図である。
【００２７】
図１において、形鋼の冷却装置（以下、単に冷却装置と表すこともある）は、一対のサイドガイド１０ａ、１０ｂと、外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂと、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂと、下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂと、スケール除去用ノズル７０と冷却水回収部８０とを備える。
【００２８】
一対のサイドガイド１０ａ、１０ｂは、冷却される例えばＨ形鋼ＨのパスラインＰ（図２参照）方向に長く、その長手方向の複数位置の下部にスライドベース１１を備える。スライドベース１１は、Ｈ形鋼Ｈをその軸方向に搬送する複数の搬送ローラ９０間に設けられた複数の架台１２上に、パスラインＰを挟んで搭載されている。このスライドベース１１には、図示を省略したラックが設けられ、架台１２には、前記ラックに噛み合う図示を省略したピニオンと電動機が設けられ、この電動機の駆動により、一対のサイドガイド１０ａ、１０ｂは互いに接離する方向に同期して水平移動する。
【００２９】
このサイドガイド１０ａ、１０ｂは、その対向する前面の間隔が、Ｈ形鋼Ｈのウェブ高さより所定量大きくなるように、前記電動機の駆動によりその位置が調整され、通過するＨ形鋼Ｈの大きな左右方向の曲がりや位置ズレを防止している。
【００３０】
サイドガイド１０ａ、１０ｂには、その長手方向に長いヘッダー管２１が設けられ、このヘッダー管２１の長手方向の複数位置に、外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂが、その先端をパスラインＰの方向に向けて設けられている。なお、この外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂを設けるために、前記サイドガイド１０ａ、１０ｂの該当位置の少なくとも前面には図示を省略した孔部が形成されている。
【００３１】
ヘッダー管２１の例えば両端位置には、リンク２３の一端が固定され、リンク２３の他端は、前記スライドベース１１に設けられた揺動型の油圧シリンダー２４のピストンロッドの先端に設けられたピンに支持されている。この揺動型油圧シリンダー２４を駆動することにより、ヘッダー管２１がその軸まわりに回動して、外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂの向きが調整される。このリンク２３と揺動型油圧シリンダー２４とにより外面冷却ノズルの噴射方向調整機構２２が構成される。
【００３２】
サイドガイド１０ａ、１０ｂの上方には、下面が前記パスラインＰ側に向かって低い傾斜面とされ、サイドガイド１０ａ、１０ｂの長手方向に長い上部ベース３１が、上面が前記上部ベース３１の下面と同じ方向の傾斜面とされたくさび４１を介して設けられている。このくさび４１には、電動機４２とギア４３とが設けられ、電動機４２を駆動することにより、くさび４１がパスラインＰの方向に水平移動し、その上部に設けられた上部ベース３１を昇降させて、後述する上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂおよびヘッダー管３３の上下位置を調整する。このくさび４１、電動機４２およびギア４３により上側ノズルの位置調整機構４０が構成される。
【００３３】
上部ベース３１の両端付近を含む長手方向の複数の位置には、支持部材３２が設けられ、この支持部材３２に支持されて、上部ベース３１の長手方向に長いヘッダー管３３が設けられている。ヘッダー管３３の長手方向の複数位置には、上部内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂが、その先端をパスラインＰに対して他側にあるフランジＦｂ、Ｆａの内面に向けて設けられている。すなわち、一方の上側内面冷却ノズル３０ａは、その先端をＨ形鋼Ｈの他方のフランジＦｂの内面に向けて設けられ、他方の上側内面冷却ノズル３０ｂは、その先端をＨ形鋼の一方のフランジＦａの内面に向けて設けられている。
【００３４】
この上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂは、図２に示すように一方の上側内面冷却ノズル３０ａのパスラインＰ方向の配置間隔と、他方の上側内面冷却ノズル３０ｂのパスラインＰ方向の配置間隔を同一とし、パスラインＰ方向の配置位置を異ならせて千鳥状に設けられている。
【００３５】
ヘッダー管３３の例えば両端位置には、リンク４６の一端が固定されている。このリンク４６の他端は、前記上部ベース３１に設けられた揺動型の油圧シリンダー４７のピストンロッドの先端に設けられたピンに支持されている。この揺動型油圧シリンダー４７を駆動することにより、ヘッダー管３３がその軸まわりに回動して、上側フランジ冷却ノズル３０ａ、３０ｂの向きが調整される。このリンク４６と揺動型油圧シリンダー４７とにより上側ノズルの噴射方向調整機構４５が構成される。
【００３６】
サイドガイド１０ａ、１０ｂの下方には、サイドガイド１０ａ、１０ｂの長手方向に長い図示を省略した下部ベースがくさび６１を介して設けられ、くさび６１には、電動機６２とギア６３とが設けられている。この電動機６２を駆動することにより、くさび６１がパスラインＰの方向に水平移動して、その下部に設けられた下部ベースを昇降させ、後述する下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂおよびヘッダー管５３の上下位置を調整する。このくさび６１、電動機６２およびギア６３により下側ノズルの位置調整機構６０が構成される。
【００３７】
下部ベースの長手方向の複数の位置には、支持部材５２が設けられ、この支持部材５２に支持されて、下部ベースの長手方向に長いヘッダー管５３が、前記サイドガイド１０ａ、１０ｂの前面より反パスライＰ側に設けられている。そして、このヘッダー管５３の長手方向の複数位置には、下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂが、その先端をパスラインＰに対して他側にあるフランジＦｂ、Ｆａに向けられている。また、この下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂは、前記サイドガイド１０ａ、１０ｂの前面より反パスラインＰ側に設けられている。この下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂも、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂと同様に、パスラインＰ方向の配置位置を異ならせて千鳥状に設けられている。
【００３８】
ヘッダー管５３の例えば両端位置には、リンク６６の一端が固定され、リンク６６の他端は、図示を省略した下部ベースに設けられた揺動型の油圧シリンダー６７のピストンロッドの先端に設けられたピンに支持されている。この揺動型油圧シリンダー６７を駆動することにより、ヘッダー管５３がその軸まわりに回動して、下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂの向きが調整される。このリンク６６と揺動型油圧シリンダー６７とにより下側ノズルの噴射方向調整機構６５が構成される。
【００３９】
複数の下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂそれぞれの先端に向かってスケール除去用ノズル７０が設けらている。このスケール除去用ノズル７０は、配管７１に接続され、必要時に下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂの先端に空気または水を吹き付けて、下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂの詰まりを防止する。
【００４０】
一方の上部ベース３１の長手方向の両端付近それぞれに設けられた２つの支持部材３２には、パスラインＰと直交する水平方向に筒状の保持具８１が設けられ、この保持具８１に配管８２が保持されている。なお、配管８２は図示を省略した排水装置に接続され、図示を省略した回転駆動機構によりその軸周りに回動する。サイドガイド１０ａ、１０ｂの間を搬送されるＨ形鋼ＨのウェブＷの上面より若干高い位置には、冷却水回収部８０が設けられ、冷却水回収部８０はダクト８３を介して配管８２に接続されている。この冷却水回収部８０は、常時は上方の退避位置にあり、必要時に前記回転駆動機構の駆動により、図示の位置に下降する。
【００４１】
前記の外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂが設けられたヘッダー管２１、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂが設けられたヘッダー管３３、および下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂが設けられたヘッダー管５３には、図示を省略した圧力水供給配管を介して圧力水が供給がされる。
【００４２】
なお、図１および図２に示す冷却装置は、外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂが設けられたヘッダー管２１、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂが設けられたヘッダー管３３、および下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂが設けられたヘッダー管５３を、一対のサイドガイド１０ａ、１０ｂそれぞれに各１本設けたが複数本設けてもよい。
【００４３】
外面冷却ノズルの噴射方向調整機構２２は、リンク２３と揺動型油圧シリンダー２４とにより構成したが、電動モータとギアあるいはリンク機構を組み合わせた構成としてもよい。上側ノズルの噴射方向調整機構４５および下側ノズルの噴射方向調整機構６５も同様である。
【００４４】
上側ノズルの位置調整機構４０は、くさび４１、電動機４２およびギア４３により構成したが、例えば油圧シリンダー等他の直線移動機構により構成してもよい。下側ノズルの位置調整機構６０も同様である。
【００４５】
図１および図２に示す冷却装置のとおり、ヘッダー管５３および下側内面ノズル５０ａ、５０ｂをサイドガイド１０ａ、１０ｂの前面より反パスラインＰ側に設け、また、複数の下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂそれぞれの先端に向かってスケール除去用ノズル７０を設けることが必要である。
【００４６】
上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂおよび下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂの向きの調整により、対象とする全ての寸法のＨ形鋼ＨのフランジＦａ、Ｆｂの内面の冷却が可能な場合は、ノズル位置調整機構４０、６０は設けなくてもよい。
【００４７】
形鋼の上面に冷却水が溜まるおそれのないときは、冷却水回収部８０を設けなくてもよい。
【００４８】
図１および図２に示す冷却装置を用いてＨ形鋼Ｈの全面を冷却する場合は、次のようにしておこなう。
【００４９】
まず、冷却されるＨ形鋼Ｈのウェブ高さに応じて、一対のサイドガイド１０ａ、１０ｂの対向する前面間の間隔を調整する。次に、Ｈ形鋼Ｈのフランジ幅に応じて、外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂの向きを調整する。この調整は、外面冷却ノズルの噴射方向調整機構２２により、ヘッダー管２１を回動させておこなう。また、Ｈ形鋼Ｈのウェブ内幅、フランジ幅に応じて上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂの向きを調整する。この調整は、上側ノズルの噴射方向調整機構４５により、ヘッダー管３３を回動させておこなう。この際、必要により、上側ノズルの位置調整機構４０により、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂおよびヘッダー管３３の上下位置を調整する。下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂも同様の操作によりその向きを調整する。
【００５０】
この状態で、搬送ローラ９０上を搬送されるＨ形鋼Ｈに向かって、前記冷却ノズル２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ、５０ａ、５０ｂから冷却水を噴射する。この冷却水の噴射により、Ｈ形鋼Ｈの一方のフランジＦａの外面は一方の外面冷却ノズル２０ａから噴射される冷却水により冷却され、他方のフランジＦｂの外面は他方の外面冷却ノズル２０ｂから噴射される冷却水により冷却される。
【００５１】
また、Ｈ形鋼Ｈの一方のフランジＦａの内面のうちウェブＷより上部の内面およびその近傍のウェブＷの上面は、他方の上側内面冷却ノズル３０ｂから噴射される冷却水により冷却される。他方のフランジＦｂの内面のうちウェブＷより上部の内面およびその近傍のウェブＷの上面は、一方の上側内面冷却ノズル３０ａから噴射される冷却水により冷却される。
【００５２】
Ｈ形鋼Ｈの一方のフランジＦａの内面のうちウェブＷより下部の内面およびその近傍のウェブＷの下面は、他方の下側内面冷却ノズル５０ｂから噴射される冷却水により冷却される。他方のフランジＦｂの内面のうちウェブＷより下方の内面およびその近傍のウェブＷの下面は、一方の下側内面冷却ノズル５０ａから噴射される冷却水により冷却される。このようにして、Ｈ形鋼Ｈの全面が冷却される。
【００５３】
この冷却により、Ｈ形鋼ＨのウェブＷの上面に冷却水が溜まり、冷却水を除去する必要が生じた場合は、冷却水回収部８０を図１に示す位置に下降させ、図示を省略した排水装置を作動させて、冷却水を回収して排出する。
【００５４】
Ｈ形鋼Ｈが冷却される際、一対のサイドガイド１０ａ、１０ｂによりＨ形鋼Ｈの左右方向の曲がりや位置ズレが防止されるため、Ｈ形鋼Ｈが左右方向に変位して冷却ノズル２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ、５０ａおよび５０ｂに衝突することはない。
【００５５】
上部内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂが、その先端をパスラインＰに対して他側にあるフランジＦｂ、Ｆａの内面に向けて設けられているため、上部内面ノズル３０ａ、３０ｂをサイドガイド１０ａ、１０ｂの前面からパスラインＰ方向に大きく張り出して設ける必要がないから、Ｈ形鋼Ｈがその上方向の反りにより上方に変位しても、Ｈ形鋼Ｈが上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂなどに衝突することはない。上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂおよび下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂが千鳥状に設けられているので、噴射される冷却水は干渉することがない。
【００５６】
下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂおよびヘッダー管５３が、サイドガイド１０ａ、１０ｂの前面より反パスライＰ側に設けられているので、冷却によって剥離して落下するスケールが、下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂやヘッダー管５３に堆積することはない。また、スケールが散乱して下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂに付着しても、スケール除去ノズル７０から水または空気を噴射することにより、下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂにスケールが堆積するのを防止することができる。
【００５７】
以上の説明は、Ｈ形鋼Ｈの全面を冷却する場合の冷却方法である。Ｈ形鋼ＨのフランジＦａ、Ｆｂの外面のみを冷却する場合は、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂおよび下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂからの冷却水の噴射を停止させればよい。Ｈ形鋼ＨのフランジＦａ、Ｆｂの内面およびウェブＷの上下面を冷却する場合は、外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂからの冷却水の噴射を停止させればよい。
【００５８】
また、Ｈ形鋼ＨのフランジＦａ、ＦｂおよびウェブＷのうち、フィレットの内面を冷却する場合は、外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂからの冷却水の噴射を停止させ、上側ノズルの噴射方向調整機構４５および下側ノズルの噴射方向調整機構６５により、一方の上側内面冷却ノズル３０ａおよび下側内面冷却ノズル５０ａが他方のフランジＦｂ側のフィレットの内面に向くように調整する。また、他方の上側内面冷却ノズル３０ｂおよび下側内面冷却ノズル５０ｂが一方のフランジＦａ側のフィレットの内面に向くように調整する。その後、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂおよび下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂから冷却水を噴射すればよい。
【００５９】
図１および図２に示す冷却装置を用いて平行フランジ溝形鋼（以下、単に溝形鋼と表す）の全面を冷却する場合は、次のようにしておこなう。まず、溝形鋼の搬送姿勢に応じて、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂと下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂとのいずれかを選択する。
【００６０】
すなわち、溝形鋼が、ウェブを下側とした姿勢で搬送される場合は、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂを選択する。ウェブを上側とした姿勢で搬送される場合は、下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂを選択する。
【００６１】
次に、冷却される溝形鋼のウェブ高さに応じて、一対のサイドガイドの１０ａ、１０ｂの対向する前面間の間隔を調整する。続いて、溝形鋼のフランジ幅に応じて、外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂの向きを調整する。この調整は、外面冷却ノズルの噴射方向調整機構２２によりおこなう。また、溝形鋼の搬送姿勢に応じて選択された例えば上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂの向きを、ウェブ内幅、フランジ幅に応じて調整する。この調整は、上側ノズルの噴射方向調整機構４５によりおこなう。この際、必要により、上側ノズルの位置調整機構４０により、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂおよびヘッダー管３３の上下位置を調整する。下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂが選択された場合は、同様の操作によりその向きを調整する。
【００６２】
この状態で、搬送ローラ９０上を搬送される溝形鋼に向かって、前記ノズル２０ａ、２０ｂ、３０ａ（４０ａ）、３０ｂ（４０ｂ）から冷却水を噴射する。この冷却水の噴射により、溝形鋼一方のフランジの外面は一方の外面冷却ノズル２０ａから噴射される冷却水により冷却され、他方のフランジの外面は他方の外面冷却ノズル２０ｂから噴射される冷却水により冷却される。
【００６３】
また、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂが選択された場合は、溝形鋼の一方のフランジの内面およびその近傍のウェブ内面が、他方の上側内面冷却ノズル３０ｂから噴射される冷却水により冷却され、他方のフランジの内面およびその近傍のウェブ内面が、一方の上側内面冷却ノズル３０ａから噴射される冷却水により冷却される。下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂが選択された場合は、溝形鋼の一方のフランジの内面およびその近傍のウェブ内面が、他方の下側内面冷却ノズル５０ｂから噴射される冷却水により冷却され、他方のフランジの内面およびその近傍のウェブ内面が、一方の下側内面冷却ノズル５０ａから噴射される冷却水により冷却される。このようにして、溝形鋼の全面が冷却される。
【００６４】
上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂが選択された場合、冷却により溝形鋼の内面に冷却水が溜まり、冷却水を除去する必要が生じた場合は、冷却水回収部８０を図１に示す位置に下降させ、図示を省略した排水装置を作動させて、冷却水を回収して排出する。
【００６５】
以上のように、図１および図２に示す冷却装置を用いれば、対象とする形鋼がＨ形鋼、溝形鋼のいずれであっても、冷却ノズルを選択することにより、その全面、外面および内面のいずれかを選択して冷却することができる。しかし、冷却の対象とされる位置が内面の場合は、外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂ、ヘッダー管２１および外面冷却ノズルの噴射方向調整機構２２を設ける必要はない。
【００６６】
また、冷却の対象とされる位置が溝形鋼の内面の場合で、溝形鋼のウェブを下側とした姿勢で搬送される場合は、下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂ、支持部材５２、ヘッダー管５３、下側ノズルの位置調整機構６０および下側ノズルの噴射方向調整機構６５を設けなくてもよい。ウェブを上側とした姿勢で搬送される場合は、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂ、上部ベース３１、支持部材３２、ヘッダー管３３、上側ノズルの位置調整機構４０および上側ノズルの噴射方向調整機構４５を設けなくてもよい。
【００６７】
図３は、本発明の冷却装置を備えた形鋼の熱間圧延設備列の一例を示す配置図である。同図において、上流側からブレークダウンミルＢ、第１の粗ユニバーサルミルＣ１、エッジャーミルＤ、第２の粗ユニバーサルミルＣ２および仕上ユニバーサルミルＥが搬送装置を介して設けられている。本発明の例えば図１および図２に示す冷却装置Ａは、第１の粗ユニバーサルミルＣ１の上流側、第２の粗ユニバーサルミルＣ２の下流側および仕上ユニバーサルミルＥの下流側のいずれか１個所以上に設けられる。
【００６８】
冷却装置Ａが第１の粗ユニバーサルミルＣ１の上流側および第２の粗ユニバーサルミルＣ２の下流側に設けられる場合は、第１の粗ユニバーサルミルＣ１、エッジャーミルＤおよび第２の粗ユニバーサルミルＣ２を往復して粗圧延された中間材が、各パスごとの粗圧延後に冷却される。
【００６９】
第１の粗ユニバーサルミルＣ１、エッジャーミルＤおよび第２の粗ユニバーサルミルＣ２を往復して中間材に圧延する粗圧延では、各パス毎にウェブ厚およびフランジ厚が徐々に圧下されて薄くなるため、一対のサイドガイド１０ａ、１０ｂの間隔をパス毎に徐々に狭め、外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂとフランジの外表面までの距離や冷却水の噴射領域を所定範囲に保つ。
【００７０】
また、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂおよび下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂの噴射角度をパス毎に調整し、中間材の比較的高温部である上下４個所のフィレットの内面を集中的に冷却する。
【００７１】
中間材を冷却する冷却装置Ａは、第１の粗ユニバーサルミルＣ１の上流側と第２の粗ユニバーサルミルＣ２の下流側のいずれか一方に設けてもよい。
【００７２】
冷却装置Ａが仕上げユニバーサルＥの下流側に設けられる場合は、仕上圧延された形鋼の全面が冷却される。この場合も、形鋼の寸法に応じて、サイドガイド１０ａ、１０ｂの間隔、上側内面冷却ノズル３０ａ、３０ｂおよび下側内面冷却ノズル５０ａ、５０ｂの噴射角度を寸法に応じて調整する。
【００７３】
【実施例】
図３に示す熱間圧延設備列の第１の粗ユニバーサルミルＣ１の上流側に本発明の冷却装置を設けた。なお、冷却装置は、外面冷却ノズル２０ａ、２０ｂが設けられたヘッダー２１を上下に２段備える以外は図１および図２に示す構造とした。
【００７４】
この熱間圧延設備列により、幅１６００ｍｍ、厚さ３００ｍｍの連続鋳造スラブを加熱炉で１２５０〜１３００℃に加熱し、ブレークダウンミルＢにより１０数パスの往復圧延を行って粗形鋼片とし、続いて第１の粗ユニバーサルミルＣ１、エッジャーミルＤおよび第２の粗ユニバーサルミルＣ２により１９パスの往復圧延を行って中間材とし、その後、仕上げユニバーサルミルＥにより１パスの整形圧延を行い、フランジ幅６１２ｍｍ、ウェブ内幅５２０ｍｍ、フランジ厚み７０ｍｍ、ウェブ厚み８０ｍｍの引張強度が５００ＭＰａ級のＨ形鋼を製造した。
【００７５】
このＨ形鋼の製造工程において、中間材に圧延される際の各パス毎に、冷却装置により中間材のフランジ外面および４個所のフィレットを冷却した。冷却装置の仕様および冷却条件は次のようにした。
【００７６】
冷却ゾーンの長さ：１０ｍ、
フランジ外面冷却の冷却範囲：３００ｍｍ、
フランジ１個所当たりの外面冷却の冷却水量：６００リットル／ｍ２／分、
フィレット冷却の冷却範囲：１００ｍｍ、
フィレット１個所当たりの冷却水量：２６０リットル／ｍ２／分、
冷却時の材料搬送速度：３ｍ／秒。
【００７７】
冷却装置で冷却の際に剥離して落下したスケールは、下側内面冷却ノズルに堆積しなかった。製造されたＨ形鋼を、その圧延方向中央部で切断し、切断面の温度を走査型温度計にて測定した。その結果、Ｈ形鋼の断面の温度は、７００〜９００℃であった。
【００７８】
また、比較のために、フィレットの冷却はおこなわず、フランジ外面の冷却を前記の条件でおこなう方法（比較例１）と、フィレットおよびフランジ外面ともに冷却をおこなわない方法（比較例２）とにより、Ｈ形鋼を製造した。
【００７９】
製造されたＨ形鋼を、その圧延方向中央部で切断し、切断面の温度を走査型温度計にて測定した。その結果、比較例１により製造されたＨ形鋼の断面の温度は、７００〜９５０℃であり、とくにフィレット部近傍に９５０℃を越える高温域が部分的に生じた。比較例２より製造されたＨ形鋼の断面の温度は、７００〜１０５０℃であり、とくにフィレット部近傍に１０５０℃を越える高温域が部分的に生じた。
【００８０】
【発明の効果】
この発明の形鋼の冷却装置によれば、Ｈ形鋼や平行フランジ溝形鋼などの形鋼を中間圧延あるいは仕上げ圧延などの熱間圧延後に冷却する際に、ウェブ内幅の小さい形鋼であってもその内面を容易に冷却することができる。また、下側内面ノズルをサイドガイドの前面より反パスラインＰ側に設けるから、冷却水の噴射により落下したスケールがノズルなどに堆積するのを防止することができる。下側内面冷却ノズルそれぞれの先端に向かってスケール除去用ノズルを設ければ、前記防止効果はさらに大きい。この発明の形鋼の冷却方法によれば、形鋼のフランジおよびフィレットの内面を効果的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の形鋼の冷却装置の一例を模式的に示す正面図である。
【図２】図１の上側内面冷却ノズルの配置の態様を示す上面図である。
【図３】本発明の形鋼の冷却装置を備えた形鋼の熱間圧延設備列の一例を示す配置図である。
【図４】特開２００１−１２９６０７号公報に提案された冷却装置を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
１：フランジ外面冷却装置、
２：上側フランジ内面冷却装置、
３：下側フランジ内面冷却装置、
４：搬送ローラ、
１０ａ、１０ｂ：サイドガイド、
１１：スライドベース、
１２：架台、
２０ａ、２０ｂ：外面冷却ノズル、
２１、３３、５３：ヘッダー管、
２２：外面冷却ノズルの噴射方向調整機構、
２３、４６、６６：リンク、
２４、４７、６７：揺動型の油圧シリンダー、
３０ａ、３０ｂ：上側内面冷却ノズル、
３１：上部ベース、
３２、５２：支持部材、
４０：上側ノズルの位置調整機構、
４１、６１：くさび、
４２、６２：電動機、
４３、６３：ギア、
４５：上側ノズルの噴射方向調整機構、
５０ａ、５０ｂ：下側内面冷却ノズル、
６０：下側ノズルの位置調整機構、
６５：下側ノズルの噴射方向調整機構、
７０：スケール除去用ノズル、
８０：冷却水回収部、
８１：保持具、
８２：配管、
８３：ダクト、
９０：搬送ローラ、
Ｈ：Ｈ形鋼、
Ｆａ、Ｆｂ：フランジ、
Ｗ：ウェブ、
Ｐ：パスライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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