(57)【要約】【課題】  Ｈ型鋼の安定した加速冷却を行う冷却設備を提供する。【解決手段】  ライン搬送方向に複数に分割されてＨ型鋼の冷却設備において、分割された前記冷却設備は、搬送ライン方向に沿って対面し、且つ、搬送ライン側に沿った側面に多数配列された冷却水の噴射孔を有する第１段目の多孔噴射冷却装置と、相隣る第２段目の多孔噴射冷却装置との間にあり、対向し、且つ垂直に配設された一対のガイドローラユニットとを備えており、該一対のガイドローラユニットの各一部開放部より外周面を突出したガイドローラの外周間の最小距離Ｂｒを、前記対面した多孔噴射冷却装置間の最小距離Ｂｈよりも小さくなるようにし、且つ、ウェブ高さＢｕに対して、Ｂｒ−Ｂｕ＝１０〜４０ｍｍ、Ｂｈ−Ｂｕ＝６０〜１２０ｍｍとしたＨ型鋼の冷却設備。【選択図】  図１
2006051513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔噴流方式によりＨ形鋼のフランジ外面の冷却を行う、ライン搬送方向に複数に分割されたＨ形鋼の冷却設備において、
該冷却設備は、分割された第１段目の前記冷却設備として、搬送ライン方向に沿って対面して設けられ、また、搬送ライン側に沿った側面に多数配列された冷却水の噴射孔を有する第１段目の多孔噴射冷却装置と、
該第１段目の多孔噴射冷却装置に相隣る第２段目の分割された冷却設備として、搬送ライン方向に沿って対面して設けられ、また、搬送ライン側に沿った側面に多数配列された冷却水の噴射孔を有する第２段目の多孔噴射冷却装置と、
該第１段目の多孔噴射冷却装置と第２段目の多孔噴射冷却装置との間にあって、前記搬送ラインを挟んで対向して、且つ垂直に配設された一対のガイドローラユニットとを備えており、
該ガイドローラユニットは、第１段目の多孔噴射冷却装置に付帯して配設されており、また、ガイドローラ軸により支えられたガイドローラと、該ローラ軸を支承する箱状形のガイドローラボックスとを有しており、
また、該箱状形のガイドローラボックスは、搬送ライン側の側面に前記ガイドローラの外周面の一部が突出する開放部を有し、
且つ、該一対のガイドローラユニットに各備えられたガイドローラの外周間の最小距離Ｂｒを、前記ライン搬送方向に沿って対面して設けられた多孔噴射冷却装置間の最小距離Ｂｈよりも小さくなるように、ガイドローラーユニットを配設したことを特徴とするＨ形鋼の冷却設備。
【請求項２】
前記一対のガイドローラーユニットに各備えられたガイドローラ外周間の最小距離Ｂｒは、冷却設備を通過するＨ形鋼の断面の大きさおよび長さ、並びに温度条件により、調整可能であることを特徴とする請求項１に記載のＨ形鋼の冷却設備。  
【請求項３】
前記多孔噴射冷却装置の対面する最小距離Ｂｈと、該第１段目の多孔噴射冷却装置に連なる前記一対のガイドローラーユニットのガイドローラ外周間の最小距離Ｂｒと、Ｈ形鋼のウェブ高さＢｕにおいて、ＢｒとＢｕとの差Δ1 は１０〜４０ｍｍであり、且つ、ＢｈとＢｕとの差Δ2 は６０〜１２０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のＨ形鋼の冷却設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｈ形鋼フランジ面の均一冷却を行うための冷却設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、熱間の粗、仕上圧延を行った後、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いる。また、近年Ｈ形鋼における機械的性質、溶接性に対する要求が高くなってきており、このためＨ形鋼の材質における合金成分の検討および加速冷却手段による材料組織の微細化が図られている。
この合金成分による対応は、低コスト化の要求に必ずしも合致するものではなく、したがって、冷却速度を、例えば５℃／ｓｅｃ以上とする加速冷却による組織の微細化によりこれら機械的性質、溶接性に対する要求に対処することが望まれている。
この加速冷却手段の一つとして、箱型に形成した冷却装置の冷却面側板に直径数ミリの孔を多数配列し、その箱型の冷却装置に冷却水を流し込み多孔噴射方式により冷却を行う冷却装置（以下、多孔噴射冷却装置という）が実用化されている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００１−１９１１０７号公報
【０００３】
一般的に高強度、高靱性を有するＨ形鋼の製造では、圧延素材からの粗圧延を経て仕上圧延を行い、仕上圧延後に加速冷却により、Ａｒ3 温度以上から５００℃〜６５０℃程度まで急冷し組織の作り込みが図られる。
一方、冷却設備として多孔噴射冷却装置による冷却ゾーン（Ａゾーン、Ｂゾーン）および鋸断による指定寸法長さに切断する切断ゾーンを効率よく駆動することにより、顧客の要求に合ったＨ形鋼を速やかに提供する努力がされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
顧客の要求長さの変化に対応するために、長尺のＨ形鋼を適宜切断することが行われており、また冷却設備は、Ｈ形鋼の断面サイズに速やかに対応しながら安定に搬送する冷却設備であることが要求されている。ところで、仕上圧延で左右のアンバランスが生じるとＨ形鋼は搬送方向に対して平行とはならず、ある程度の曲がりが発生し、冷却設備内の搬送に不具合を生じる可能性があった。
【０００５】
即ち、従来の冷却設備の冷却ラインは、云ってみれば長い側面ガイドを兼ねたようなものであり、冷却ラインの隙間を余り詰めすぎると僅かに曲がったＨ形鋼の安定な搬送が損なわれ、また、隙間をあけ過ぎるとＨ形鋼が蛇行した時に噴射孔からの冷却水の噴流長さが変わり、左右の冷却むらが生じ、これが新たなＨ形鋼の曲がり変形を生み出す。
【０００６】
本発明は、上記に鑑み、Ｈ形鋼の冷却設備としてフランジの加速冷却を左右で均等に保ち安定な搬送を可能とする冷却設備を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＨ形鋼の冷却設備は、
１）  多孔噴流方式によりＨ形鋼のフランジ外面の冷却を行う、ライン搬送方向に複数に分割されたＨ形鋼の冷却設備において、
該冷却設備は、分割された第１段目の前記冷却設備として、搬送ライン方向に沿って対面して設けられ、また、搬送ライン側に沿った側面に多数配列された冷却水の噴射孔を有する第１段目の多孔噴射冷却装置と、
該第１段目の多孔噴射冷却装置に相隣る第２段目の分割された冷却設備として、搬送ライン方向に沿って対面して設けられ、また、搬送ライン側に沿った側面に多数配列された冷却水の噴射孔を有する第２段目の多孔噴射冷却装置と、
該第１段目の多孔噴射冷却装置と第２段目の多孔噴射冷却装置との間にあって、前記搬送ラインを挟んで対向して、且つ垂直に配設された一対のガイドローラユニットとを備えており、
該ガイドローラユニットは、第１段目の多孔噴射冷却装置に付帯して配設されており、また、ガイドローラ軸により支えられたガイドローラと、該ローラ軸を支承する箱状形のガイドローラボックスとを有しており、
また、該箱状形のガイドローラボックスは、搬送ライン側の側面に前記ガイドローラの外周面の一部が突出する開放部を有し、
且つ、該一対のガイドローラユニットに各備えられたガイドローラの外周間の最小距離Ｂｒを、前記ライン搬送方向に沿って対面して設けられた多孔噴射冷却装置間の最小距離Ｂｈよりも小さくなるように、ガイドローラーユニットを配設したものである。
【０００８】
２）上述１）において、前記一対のガイドローラーユニットに各備えられたガイドローラ外周間の最小距離Ｂｒは、冷却ライン設備を通過するＨ形鋼の断面の大きさおよび長さ、並びに温度条件により、調整可能であるものであり、
３）上述２）において、前記多孔噴射冷却装置の対面する最小距離Ｂｈと、該第１段目の多孔噴射に連なる前記一対のガイドローラーユニットのガイドローラ外周間の最小距離Ｂｒと、Ｈ形鋼のウェブ高さＢｕにおいて、ＢｒとＢｕとの差Δ1 は、１０〜４０ｍｍとし、且つ、ＢｈとＢｕとの差Δ2 は、６０〜１２０ｍｍとしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＨ形鋼の冷却設備により、顧客の要求に合った、高強度、高靱性で高品質のＨ形鋼を安定に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における冷却ライン設備の１例を示す説明図である。
図２は、図１における部分拡大した説明図である。
図３は、本実施の形態１におけるガイドローラユニットの１例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
図４は、本実施の形態１における多孔噴射冷却装置の１例を示す説明図である。
【００１１】
図において、１はテーブルローラおよびエプロンによる搬送ラインと、搬送ラインを挟んで対面して配設された第１段目および第２段目の多孔噴射冷却装置を有する冷却装置を示し、２はＨ形鋼を冷却設備に搬送するためのモータ駆動（図示せず）による鋼製のテーブルローラ、３はガイドローラユニットであって、冷却ラインの端部に設けられＨ形鋼を搬送テーブルの中央を通るように案内する対するガイドローラを備えたものであり、２１はテーブルローラ間に設けられた落下防止のための鋼板製のエプロン、１０はＨ形鋼、１０ａはＨ形鋼のフランジ、１０ｂはＨ形鋼のウェブである。
【００１２】
また、１１は搬送ライン側の垂直な側面に多数の配列された噴射孔１１ａを有し、加圧した冷却水を噴射する第１段目の箱状形の多孔噴射冷却装置、１１ａは該多孔噴射冷却装置の搬送ライン側の垂直な側面に多数配設された直径数ミリ程度の噴射孔、１１ｂは前記多孔噴射冷却装置の多数配設された噴射孔１１ａより噴射される加圧冷却水の噴射流である。
さらに、１２は前記第１段目の多孔噴射冷却装置にガイドローラユニットを介して連なる第２段目の多孔噴射冷却装置であり、３１は前記ガイドローラユニット内に設けられた駆動装置を有しない円筒状のガイドローラ、３２は該ガイドローラを収納し支承するための、搬送ライン側面にガイドローラ外周面の一部が突出する開放部を有する箱状形のガイドローラボックスを示す。
また、３３はガイドローラ３１に固定されガイドローラ３１をガイドローラボックス３２に支承するためのガイドローラ軸であり、Ｂｒは搬送ラインを挟んで垂直に対面するガイドローラ３１の外周間の最小距離を示し、Ｂｈはラインを挟んで対面する第１段目の箱状形の多孔噴射冷却装置１１間の最小距離を示すものである。
【００１３】
図１において、熱間圧延工程を終わった約８５０〜９００℃のＨ形鋼１０は、並列された鋼製のテーブルローラ２と該テーブルローラー２間を遮蔽する落下防止用の鋼板製のエプロン２１を搬送ラインとして搬送され、第１段目の冷却ラインの入り口側におけるガイドローラユニット３を介して、第１段目の冷却ラインへと導入される。
【００１４】
導入された約８５０〜９００℃のＨ形鋼１０は、入り口側のガイドローラユニット３に連なる搬送ラインに沿って対面して設けられた第１段目の多孔噴射冷却装置間に導かれ、図４および図３に示される多孔噴射冷却装置１１間において加速冷却される。
多孔噴射冷却装置１１による加速冷却は、多孔噴射冷却装置１１を構成する区分された箱状本体の搬送ライン側の側面に多数配列された直径数ｍｍの噴射孔１１ａから加圧されて連続噴射される冷却水の噴射流１１ｂによりＨ形鋼１０のフランジ１０ａの外側面を加速冷却するものである。
【００１５】
前記多孔噴射冷却装置１１による加速冷却により、Ｈ形鋼１０の平均温度は約５５０〜６５０℃となり、これによりＨ形鋼断面は微細化されたフェライト組織となり強度アップが図られる。なお、Ｈ形鋼１０の断面寸法により、Ｈ形鋼１０の多孔噴射冷却装置１１間の通過時間が調整される。
なお、Ｈ形鋼１０の断面寸法により、加速冷却には第１段目および第２段目の多孔噴射冷却装置１１、１２を連続して使用する場合と、第１段目の多孔噴射冷却装置１１のみを使用する場合とがある。
【００１６】
しかしながら、図５の（ａ）に示すような正常な搬送状態に比べて、ガイドローラの間隔が狭すぎた場合は、Ｈ形鋼１０の先端が曲がった状態で搬送された場合ガイドローラ部分に突っ掛かり、搬送が停止するなどのトラブルが発生する。また、Ｈ形鋼が長手方向に或程度曲がった場合は、図５の（ｂ）に示すように、曲がりの膨らんでいる箇所が多孔噴射冷却装置１１の多孔板に当たってこれを損傷させたり、摩耗させたりして設備保全性が悪化する。特に、ウェブやフランジの厚みが４０ｍｍ以上ある極厚Ｈ形鋼が突っ掛かった場合は、設備が壊れることがあるので、間隔を狭すぎないようにすることが重要である。
また、図５の（ｃ）に示すように間隔をあけ過ぎた場合は、Ｈ形鋼が蛇行した時に噴射孔からの冷却水の噴流長さが変わり、それによる左右の冷却むらが生じて強度が許容範囲に入らなかったり、これが新たなＨ形鋼の曲がり変形を生み出したりする。
【００１７】
多孔噴射冷却装置１１とフランジ面との間の距離、すなわち冷却水噴射距離の適正値は、噴射圧力、水量によって異なるが、３０〜６０ｍｍとすることが好ましい。
図６のグラフに示すように、噴射距離が短すぎると、噴射後落下する冷却水の排出部分が狭くなり水はけが悪くなる。これによって、フランジ下部での冷却能力が低下する。また、噴射距離が長すぎると、噴射後の落下水などが邪魔することによって冷却水が直接フランジ面に当たりにくくなるため冷却能力が低下する。  この場合冷却水が、図７に示すように放物線を描いて落下するので、フランジ上部が冷えにくくなる。したがってＨ形鋼が搬送ラインの中心線から大きくずれた状態では冷却がフランジの上下左右で不均一になり、所定の材質を確保することが困難となる。
【００１８】
したがって、適正な噴射距離を３０〜６０ｍｍにするために、対面する多孔噴射冷却装置１１の多孔板間の距離は、ウェブ高さより６０〜１２０ｍｍ長くし、且つ、対面するガイドローラ間の距離はウェブ高さより１０〜４０ｍｍ長くすることが必要である。
例えば、ウェブ長さを７００ｍｍとすると、前記ガイドローラ間の距離を７２０ｍｍ、多孔板間の距離を７８０ｍｍとすれば、Ｈ形鋼は突っ掛かることなく安定に搬送され、また左右で冷却が不均一になることが防止される。
【００１９】
出願人は、数多くの実験および実際のＨ形鋼生産ラインでの作業における実証の結果、併行して配設されたガイドローラ３１の外周間の距離Ｂｒとウェブ高さＢｕと差Δ1 は、１０〜４０ｍｍとし、且つ、その前段工程の第１段目の多孔噴射冷却装置１１の多孔板間の最小距離Ｂｈとウェブ高さＢｕとの差Δ2 は６０〜１２０ｍｍであることが好ましく、また、１０ｍｍ程度のオフセンター（ライン中心からのずれ）があった場合でもＨ形鋼のフランジ面左右で均等、且つ適正な冷却能力が得られることの知見を得た。
【００２０】
なお、ガイドローラの冷却設備は１５〜２５ｍ毎に１対設置して、Ｈ形鋼がある長さ進行するごとにセンタリングし直すようにすると更に効果的である。例えば、５０ｍ長さの冷却設備の場合、多孔噴射冷却装置１１を左右に３対設置して、その間に２箇所のガイドローラを設置すれば、冷却ゾーンが長い場合でも左右の冷却をより均一化することができる。
【実施例１】
【００２１】
本実施例１の冷却設備の概要は下記のとおりである。
Ｈ形鋼仕様
極厚Ｈ形鋼（Ｈ×Ｂ×ｔ1 ×ｔ2 ：７００×５００×５０×６０）長さＬ：２０ｍ
但し、Ｈ：ウェブ高さ（ｍｍ）、Ｂ：フランジ幅（ｍｍ）、ｔ1 ：ウェブ厚（ｍｍ）、        ｔ2 ：フランジ厚（ｍｍ）
第１段目の多孔噴射冷却装置：  ＪＦＥ製１型多孔噴射冷却装置
長さ×高さ＝２０ｍ×５１０ｍｍ
第２段目の多孔噴射冷却装置：（第１段目の多孔噴射冷却装置に準じる）
ガイドローラユニット：
ガイドローラ：外径×長さ＝２８５ｍｍφ×６００ｍｍ  鋼製中空円筒
ガイドローラボックス：巾×高さ×開放部幅＝３７０ｍｍ×６００ｍｍ×１８０ｍｍ
テーブルローラ：
外径×配設ピッチ＝３６０ｍｍφ（鋼管）×１５００ｍｍ  （モータ駆動）
搬送速度ｖ：１．３ｍ／ｓｅｃ
ガイドローラとウェブ高さとの差Δ1：  Δ1 ＝Ｂｒ−Ｂｕ＝２０ｍｍ
多孔噴射冷却装置の多孔板とウェブ高さの差Δ2：  Δ2 ＝Ｂｈ−Ｂｕ＝８０ｍｍ
冷却前温度Ｔ１：約８８０℃
第１段冷却後温度Ｔ２：約７４０℃
第２段冷却後温度Ｔ３：約５８０℃（目標冷却温度）
【００２２】
上記仕様のＨ形鋼１０を熱間圧延により成形し、即、連続して入り口側ガイドローラユニット３を介して冷却ラインに搬送投入した。この際のＨ形鋼１０の冷却前温度Ｔ１は約８８０℃であった。
第１段目の冷却ラインの多孔噴射冷却装置１１間において、常温の冷却水を所定噴射圧力Ｐｊで上記噴射孔よりＨ形鋼フランジ外面に均一に噴射しつつ搬送し、次いで第１段目の多孔噴射冷却装置１１に付帯されたガイドローラユニット３より突出されたガイドローラ３１間に強制導入して、これを通過させた。この部分でのＨ形鋼の温度は、約７４０℃であった。
さらに該Ｈ形鋼１０を第２段目の冷却ラインの多孔噴射冷却装置１２間に導入冷却し、その冷却ライン出口において、温度が目標冷却温度である約５８０℃に冷却されていることを確認した。
【００２３】
また、顕微鏡による組織検査の結果、フランジ部は均一で緻密な組織となっていることが確認され、これにより機械的強度がほぼ目標の値、例えば引張強度がσｔ≧４０ｋｇ／ｍｍ2となることが確実となった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、Ｈ形鋼の冷却装置に関するものであるが、Ｈ形鋼に限らず冷却水を水平方向に噴射して熱間鋼材の加速冷却を行う全ての冷却に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷却設備の１例を示す説明図である。
【図２】図１における部分拡大（テーブルローラーは図示せず）した説明図である。
【図３】本実施の形態１に係るガイドローラユニットの１例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】本実施の形態１に係る多孔噴射冷却装置の１例を示す説明図である。
【図５】冷却ラインにおける多孔噴射冷却装置の開度とＨ形鋼の状態を示す説明図であり、（ａ）は開度が正常な場合、（ｂ）は狭すぎる場合、（ｃ）は広すぎる場合を示す。
【図６】冷却水噴射距離と冷却能力の関係を示す説明図である。
【図７】噴射距離が長過ぎた場合の冷却水の噴射流線状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  冷却設備、２  テーブルローラ、２１  エプロン、３  ガイドローラユニット、１０  Ｈ形鋼、１０ａ  フランジ、１０ｂ  ウェブ、１１  多孔噴射冷却装置（第１段目）、１１ａ  噴射孔、１１ｂ  噴射流、１２  多孔噴射冷却装置または鋸断ライン（第２段目）、３１  ガイドローラ、３２  ガイドローラボックス、３３  ガイドローラ軸、Ｂｒ  ガイドローラ外周間最小距離、Ｂｈ  多孔噴射冷却装置間最小距離。
【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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