(57)【要約】【課題】  スプレー冷却ノズルの数量の数量を増さず、冷却ムラを低減することができる鋼材の冷却方法を提供することを目的とする。【解決手段】  鋼材であるＨ形鋼を形成する熱間圧延ラインの冷却ゾーンに、Ｈ形鋼を搬送する搬送ローラの頂点より低い位置において、先端面５に形成された吐出孔４、吐出孔４に注ぐ第一の流路１と、第一の流路１の流路断面積よりも小さな流路断面積で吐出孔４に注ぐ第二の流路２とを具備する冷却ノズル１０を、第一の流路１側が第二の流路２側よりもＨ形鋼のフランジ内面に近接するように傾斜して、該フランジ内面に向けて配置する工程と、冷却ノズル１０から前記Ｈ形鋼のフランジ内面に向かって冷却水を噴射する工程とを有し、噴射された冷却水によって前記Ｈ形鋼のフランジ内面を冷却する。【選択図】        図１
2006150420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端面に形成された吐出孔と、該吐出孔に冷却水を注ぐ第一の流路および第二の流路とを具備し、前記吐出孔から噴射される冷却水量が前記第二の流路側により多くなる冷却ノズルを、前記第一の流路側が前記第二の流路側よりも鋼材の表面に近接するように傾斜して配置する工程と、
前記冷却ノズルから前記鋼材の表面に向かって冷却水を噴射する工程とを有し、噴射された冷却水によって前記鋼材を冷却する鋼材の冷却方法。
【請求項２】
前記冷却ノズルの第一の流路の流路断面積が前記冷却ノズルの第二の流路の流路断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の鋼材の冷却方法。
【請求項３】
前記冷却ノズルの先端断面の中心軸線が前記鋼材の表面に対して、３０〜７５°傾斜することを特徴とする請求項１または２記載の鋼材の冷却方法。
【請求項４】
鋼材であるＨ形鋼を形成する熱間圧延ラインの冷却ゾーンに、前記Ｈ形鋼を搬送する搬送ローラの頂点より低い位置において、先端面に形成された吐出孔と、該吐出孔に冷却水を注ぐ第一の流路と、該第一の流路の流量よりも少ない流量で前記吐出孔に冷却水を注ぐ第二の流路とを具備する冷却ノズルを、前記第一の流路側が前記第二の流路側よりも前記Ｈ形鋼のフランジ内面に近接するように傾斜して、該フランジ内面に向けて配置する工程と、
前記冷却ノズルから前記Ｈ形鋼のフランジ内面に向かって冷却水を噴射する工程とを有し、噴射された冷却水によって前記Ｈ形鋼のフランジ内面を冷却する鋼材の冷却方法。
【請求項５】
鋼材であるＨ形鋼を形成する熱間圧延ラインの冷却ゾーンに、搬送される前記Ｈ形鋼のフランジ高さよりも高い位置において、先端面に形成された吐出孔と、該吐出孔に冷却水を注ぐ第一の流路と、該第一の流路の流量よりも少ない流量で前記吐出孔に冷却水を注ぐ第二の流路とを具備する冷却ノズルを、前記第一の流路側が前記第二の流路側よりも前記Ｈ形鋼のフランジ内面に近接するように傾斜して、該フランジ内面に向けて配置する工程と、
前記冷却ノズルから前記Ｈ形鋼のフランジ内面に向かって冷却水を噴射する工程とを有し、噴射された冷却水によって前記Ｈ形鋼のフランジ内面を冷却する鋼材の冷却方法。
【請求項６】
前記冷却ノズルの第一の流路の流路断面積が前記冷却ノズルの第二の流路の流路断面積よりも大きいことを特徴とする請求項４または５記載の鋼材の冷却方法。
【請求項７】
前記冷却ノズルの先端断面の中心軸線が前記Ｈ形鋼のフランジ内面の表面に対して、３０〜７５°傾斜することを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の鋼材の冷却方法。
【請求項８】
前記冷却ノズルの第一の流路の流路断面積が、前記冷却ノズルの第二の流路の流路断面積の２〜４倍の大きさであることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の鋼材の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の冷却方法、特に、冷却水を噴射して鋼材を冷却する鋼材の冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の熱間粗圧延や熱間仕上圧延に際し、圧延中または圧延後に鋼材の水冷を行う場合、鋼材表面に棒状あるいは膜状の冷却水を流し込むラミナー冷却や、霧状の冷却水を噴射するスプレー冷却が一般的である。
厚板など平板形状の鋼材をスプレー冷却する場合、鋼材の冷却される表面（以下「冷却面」と称す）の上下にスプレーノズルを設け、冷却水を噴射する中心線（以下「噴射方向」と称す）が冷却面に対して垂直になるようなノズルレイアウトとするのが一般的である。
【０００３】
これに対し、鋼管やＨ形鋼など立体形状をもつ鋼材をスプレー冷却する場合、必ずしも噴射方向が冷却面に対して垂直となるわけではない。このため、冷却ノズルに近い範囲と冷却ノズルから遠い範囲とでは冷却能に差（いわゆる「冷却ムラ」）が生じ、冷却後の鋼材品質が位置によって不均一になることがあった。特に、冷却ノズルから遠い範囲は、冷却不足によって強度が不足して品質が低下するという問題があった。
そして、かかる強度不足を補うために、Ｍｎ，Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ等といった強化元素を添加しなければならず、コスト増を余儀なくされていた。
【０００４】
そこで、Ｈ形鋼のフランジ内面をスプレー冷却する場合に前記冷却ムラを低減すために、次の発明が開示されている。
（Ａ）複数列のスプレー冷却ノズルを配置する発明（例えば、特許文献１参照）、
（Ｂ）冷却水の噴射角度を可変にする発明（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５２−１０４４５１号公報（３頁、図６）
【特許文献２】特開平９−１０８１９号公報（３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に開示された発明は、以下のような問題を抱えていた。
（ａ）スプレー冷却ノズルの数量および冷却ノズルヘッドの数量が増加するため、製造コストが高くなる。
（ｂ−１）噴射角度を可変にする可変手段が必要になるため、製造コストが高くなる。
（ｂ−２）また、飛散水に曝される可動部を保守点検する必要があるため、保全コストが高くなる。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するためのものであり、スプレー冷却ノズルの数量を増すことなく、冷却ムラを低減することができる鋼材の冷却方法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】
【０００８】
（１）本発明の鋼材の冷却方法は、先端面に形成された吐出孔と、該吐出孔に冷却水を注ぐ第一の流路および第二の流路とを具備し、前記吐出孔から噴射される冷却水量が前記第二の流路側により多くなる冷却ノズルを、前記第一の流路側が前記第二の流路側よりも鋼材の表面に近接するように傾斜して配置する工程と、
前記冷却ノズルから前記鋼材の表面に向かって冷却水を噴射する工程とを有し、噴射された冷却水によって前記鋼材を冷却する。
【０００９】
（２）前記（１）において、前記冷却ノズルの第一の流路の流路断面積が前記冷却ノズルの第二の流路の流路断面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
（３）前記（１）または（２）において、前記冷却ノズルの先端断面の中心軸線が前記鋼材の表面に対して、３０〜７５°傾斜することを特徴とする。
【００１１】
（４）鋼材であるＨ形鋼を形成する熱間圧延ラインの冷却ゾーンに、前記Ｈ形鋼を搬送する搬送ローラの頂点より低い位置において、先端面に形成された吐出孔と、該吐出孔に冷却水を注ぐ第一の流路と、該第一の流路の流量よりも少ない流量で前記吐出孔に冷却水を注ぐ第二の流路とを具備する冷却ノズルを、前記第一の流路側が前記第二の流路側よりも前記Ｈ形鋼のフランジ内面に近接するように傾斜して、該フランジ内面に向けて配置する工程と、
前記冷却ノズルから前記Ｈ形鋼のフランジ内面に向かって冷却水を噴射する工程とを有し、噴射された冷却水によって前記Ｈ形鋼のフランジ内面を冷却する。
【００１２】
（５）鋼材であるＨ形鋼を形成する熱間圧延ラインの冷却ゾーンに、搬送される前記Ｈ形鋼のフランジ高さよりも高い位置において、先端面に形成された吐出孔と、該吐出孔に冷却水を注ぐ第一の流路と、該第一の流路の流量よりも少ない流量で前記吐出孔に冷却水を注ぐ第二の流路とを具備する冷却ノズルを、前記第一の流路側が前記第二の流路側よりも前記Ｈ形鋼のフランジ内面に近接するように傾斜して、該フランジ内面に向けて配置する工程と、
前記冷却ノズルから前記Ｈ形鋼のフランジ内面に向かって冷却水を噴射する工程とを有し、噴射された冷却水によって前記Ｈ形鋼のフランジ内面を冷却する。
【００１３】
（６）前記（４）または（５）において、前記冷却ノズルの第一の流路の流路断面積が前記冷却ノズルの第二の流路の流路断面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
（７）前記（４）乃至（６）の何れかにおいて、前記冷却ノズルの先端断面の中心軸線が前記Ｈ形鋼のフランジ内面の表面に対して、３０〜７５°傾斜することを特徴とする。
【００１５】
（８）前記（４）乃至（６）の何れかにおいて、前記冷却ノズルの第一の流路の流路断面積が、前記冷却ノズルの第二の流路の流路断面積の２〜４倍の大きさであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、吐出孔から噴射される冷却水が、第二の流路側により多くなるため、冷却不足が懸念される範囲に向かって、より多量の冷却水を供給することが可能なるから、冷却ムラが低減する。
このとき、冷却ノズルは固定されてままであって、数量を増す必要がないから、装置が簡素であって、製造コストや保全コストが高くなることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（冷却ノズル）
図１は本発明の実施形態に係る鋼材の冷却方法に使用する冷却ノズルを模式的に示すものであって、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面視の断面図、（ｃ）は正面図である。
図１において、冷却ノズル１０は、棒状の本体６の先端面５に形成された吐出孔４と、吐出孔４に注ぐ第一の流路１と、第一の流路１の流路断面積よりも小さな流路断面積で吐出孔４に注ぐ第二の流路２とを具備する。このとき、第一の流路１と第二の流路２とは、吐出孔４の後面側（本体側に同じ）の合流部３において合流している。
また、本体６の後端面７には、第一の流路１および第二の流路２の流入孔が開口している。
なお、本体６の中心を含む仮想面９（図中、位置「イ」、位置「ロ」、位置「ハ」、位置「ニ」を含む面に同じ）を「噴射中心面９」と称し、図中、二点鎖線で示している。したがって、吐出孔４はスリット状（溝状）であって、噴射中心面９の一部を含むように形成されている（所定の厚さをもって噴射中心面９内に位置しているに相当する）。
【００１８】
したがって、所定水圧の冷却水が、第一の流路１および第二の流路２にそれぞれ供給されると、それぞれの流路を直進した冷却水は、合流部３において略垂直に方向転換して合流し、撹拌状態になって吐出孔４から噴出される。このとき、流路断面積がより大きな第一の流路から吐出孔４に注がれる水量が、流路断面積がより小さな第二の流路から吐出孔４に注がれる水量よりも多いため、吐出孔４から噴射される冷却水は、噴射中心面９に対して非対称に分布、すなわち、第二の流路側により多量の冷却水が噴射されることになる。
【００１９】
図２は、図１に示す冷却ノズルから噴射される冷却水の様子を示す模式図である。
図２において、冷却ノズル１０は前述のように冷却水を非対称に噴射するから、噴射中心面９に垂直な面２０ｈでは、噴射中心面９に対して非対称な山形「Ｏ〜Ａ１〜Ａ２・・・Ａ７」で模式的に示される流量分布をもっている。すなわち、第二の流路側（図中、右側）に明りょうなピークＡ５が表れている。また、かかる垂直な面２０ｈを冷却ノズル１０から遠ざければ、かかる非対称な流量分布を維持したまま、単位面積あたりの流量が単純に減少することになる。
一方、噴射中心面９に対して傾斜した面２０ｓにおいては、前述のように冷却ノズル１０から遠ざかるほど、単位面積あたりの流量が減少するものの、噴射中心面９に対して流量が多い側（図中、右側）が遠くなるようにすれば、かかる非対称な流量分布が緩和され、単位面積あたりの流量の不均一性が解消されることになる。
【００２０】
すなわち、頂上が略平坦な略台形「Ｏ〜Ｂ１〜Ｂ２・・・Ｂ７」で模式的に示すように、ピークＡ５が消失し、広い範囲で単位面積あたりの流量が略均一になっている。
よって、鋼材の表面に対して噴射中心面９を傾斜せざるを得ない場合であっても、位置「Ｂ２〜Ｂ７」に相当する範囲、あるいは位置「Ｂ３〜Ｂ７」に相当する範囲内に被冷却面が位置するなどすれば、該被冷却面の最端部の位置「Ｂ７」を除けば略均一に冷却されることになる。
一方、鋼材の表面に対して噴射中心面９が垂直であるものの、例えば、障害物があって、鋼材の幅方向の中心を噴射中心面９に対して偏位（オフセット）せざるを得ない場合であっても、位置「Ａ２〜Ａ６」に相当する範囲、あるいは位置「Ａ３〜Ａ６」に相当する範囲内に被冷却面が位置するようにすれば、該被冷却面の全域は略均一に冷却されることになる。
【００２１】
図３は、従来の冷却ノズルから噴射される冷却水の様子を示す模式図であって、図２に示す本発明における冷却ノズルとの差違を説明するためのものである。
図３において、従来の冷却ノズル９０は、冷却水を噴射中心面９に対して対称に噴射するから、噴射中心面９に垂直な面２０ｈでは、噴射中心面９に対して対称な山形「Ｏ〜Ｃ１〜Ｃ２・・・Ｃ７」で模式的に示される流量分布をもっている。すなわち、噴射中心面９に明りょうなピークＣ３が表れている。また、かかる垂直な面２０ｈを冷却ノズル９０から遠ざければ、かかる対称な流量分布を維持したまま、単位面積あたりの流量が単純に減少することになる。
【００２２】
一方、噴射中心面９に対して傾斜した面２０ｓにおいては、前述のように冷却ノズル９０から遠ざかる位置（図中、右側）ほど、単位面積あたりの流量が減少するから、流量分布は非対称になって、単位面積あたりの流量の不均一性が顕著になる。
すなわち、冷却ノズル９０に近い側（図中、左側）には、より多量の冷却水が供給されてピークＤ２が形成され、冷却ノズル９０から遠い側（図中、右側）には、供給される冷却水が少量になってなだらかな裾野が形成された非対称な山形「Ｏ〜Ｄ１〜Ｄ２・・・Ｄ７」で模式的に示される流量分布を呈する。つまり、広い範囲で単位面積あたりの流量が不均一になっている。
【００２３】
よって、鋼材の表面に対して噴射中心面９が傾斜せざるを得ない場合、例えば、障害物があって、位置「Ｄ２〜Ｄ７」に相当する範囲、あるいは、例えば、障害物があって、鋼材の幅方向位置「Ｄ３〜Ｄ７」に相当する範囲内に被冷却面を位置させたのでは、該被冷却面は均一に冷却されないことになる。このことは、略均一に冷却される被冷却面が極めて狭くなることに同じであるから、所定の広がりの被冷却面を具備する鋼材を冷却しようとすると、複数の冷却ノズルを設置することが必要になったり、冷却ノズルの移動が必要になったりすることに結びついていた。
同様に、鋼材の表面に対して噴射中心面９が垂直であるものの、鋼材の幅方向の中心を噴射中心面９に対して偏位（オフセット）せざるを得ない場合、たとえば、位置「Ｃ２〜Ｃ６」に相当する範囲、あるいは位置「Ｃ３〜Ｃ６」に相当する範囲内に被冷却面が位置する場合、該被冷却面の冷却は不均一になっている。
【００２４】
このことから、本発明の冷却ノズル１０によると、鋼材の表面が噴射中心面９に対して傾斜している場合（垂直でないに同じ）や、オフセットしている場合に、鋼材の広い範囲において均一な冷却が実行されることが分かる。
【００２５】
（Ｈ形鋼の冷却方法）
図４および図５は、本発明の実施形態に係る鋼材の冷却方法に使用する設備を示すものであって、図４が熱間圧延ラインを概説する模式図、図５は冷却設備を概説する模式図である。
【００２６】
(熱間圧延ライン)
図４において、熱間圧延ライン１００は、所定の温度に加熱または調整された熱間圧延素材（ブルーム）を粗形状にする粗圧延機１１０と、該粗形状に熱間圧延された被圧延材を所定の断面形状のＨ形鋼にする仕上圧延機１３０と、該仕上形状に熱間圧延されたＨ形鋼を所定の冷却速度でもって所定の冷却停止温度にまで冷却する冷却設備２００と、該冷却によって所定の材料強度が保証されたＨ形鋼を所定長さに切断する図示しない鋸断機とを有している。このとき、被圧延材の表面温度は温度計１２０、１４０によって測定され、加工温度と加工量とがコントロールされた圧延が実施される。なお、これら各機器の間には複数の搬送ローラ１５０が配置され、一方の搬送ローラ１５０と他方の搬送ローラ１５０の間に配置された図示しないエプロンによって搬送テーブルが形成されている。
【００２７】
（Ｈ形鋼の冷却設備）
図５において、Ｈ形鋼の冷却設備２００（以下「冷却設備２００」と称す）は、Ｈ形鋼２０のフランジ２０ｆの外面２３ｆを冷却するフランジ外面冷却部２３０と、Ｈ形鋼２０のフランジ２０ｆの下側内面２１ｆを冷却するフランジ下側内面冷却部２１０と、Ｈ形鋼２０のフランジ２０ｆの上側内面２２ｆを冷却するフランジ上側内面冷却部２２０とを有している。なお、図５において、冷却設備２００およびＨ形鋼２０は左右対称であるため、各部位についてその片側のみに符号を付している。
【００２８】
（フランジ下側内面冷却部）
フランジ下側内面冷却部２１０は、搬送ローラ１５０の間で、搬送ローラ１５０の頂点を結ぶ面よりも低い位置に設置され、搬送されてくるＨ形鋼２０のフランジ２０ｆの下側内面２１ｆに向かって、斜め上方に冷却水を噴射する冷却ノズル１０を具備している。
冷却水は、図示しない冷却水圧送手段（圧送ポンプ、切り替えバルブ、バルブ制御装置等を具備している）から冷却水配管２１１を経由して冷却ノズル１０に到達している。このとき、噴射中心面とフランジ２０ｆの下側内面２１ｆとは、たとえば、５０°の角をなしている。ここで、噴射中心面とフランジ２０ｆの下側内面２１ｆのなす角とは、冷却ノズルの先端断面の中心線（図１の先端吐出孔４の断面の中心線）と前記鋼材のフランジ内面の表面とのなす角を言う。
また、冷却水配管２１１は、フランジ外面冷却部２３０に連結された連結用下架台２１２に設置されているから、冷却ノズル１０はフランジ外面冷却部２３０と一体的に移動する。
冷却ノズル１０が前述のように冷却水を非対称に噴射するから、フランジ２０ｆの下側内面２１ｆは、下端部からフィレット部（フランジ２０ｆの下側内面２１ｆとウェブ２０ｗの下面との交差部に同じ）にわたる広い範囲が、略均一に冷却されることになる。
【００２９】
（フランジ上側内面冷却部）
フランジ上側内面冷却部２２０は、搬送されるＨ形鋼２０との衝突を避けるため搬送ローラ１５０から所定の距離だけ上方に設置され、搬送されてくるＨ形鋼２０のフランジ２０ｆの上側内面２２ｆに向かって、斜め下方に冷却水を噴射する冷却ノズル１０を具備している。
冷却水は、図示しない冷却水圧送手段（圧送ポンプ、切り替えバルブ、バルブ制御装置等を具備している）から冷却水配管２２１を経由して冷却ノズル１０に到達している。このとき、噴射中心面とフランジ２０ｆの上側内面２２ｆとは、たとえば、５０°の角をなしている。また、冷却水配管２２１は、フランジ外面冷却部２３０に連結された連結用上架台２２２に設置されているから、冷却ノズル１０はフランジ外面冷却部２３０と一体的に移動する。
冷却ノズル１０が前述のように冷却水を非対称に噴射するから、フランジ２０ｆの上側内面２２ｆは、上端部からフィレット部（フランジ２０ｆの上側内面２２ｆとウェブ２０ｗの上面との交差部に同じ）にわたる広い範囲が、略均一に冷却されことになる。
【００３０】
（フランジ外面冷却部）
フランジ外面冷却部２３０は、複数の隔壁によって仕切られた複数の貯水室（図示しない）を具備し、貯水室の圧延ライン側の壁面はＨ形鋼２０の搬送用のガイドとして機能すると共に、該壁面に穿設された多数の冷却水流出孔（図示しない）が冷却ノズルとして機能している（いわゆる「多孔板水冷ノズル」に同じ）。なお、冷却水流出孔のピッチ等は任意に選べるため、高水量密度たとえば１０００〜３０００リットル／分ｍ2（（ｌｉｔｔｅｒ／ｍｉｎ／ｍ2）での冷却が容易に実現されるものである。
また、各貯水室に供給される冷却水の流量と圧力は、図示しない制御手段によって制御されているから、前記冷却水流出孔からは所定の流量のラミナーフローが形成され、所望冷却が実行されることになる。
【００３１】
なお、フランジ外面冷却部２３０は、圧延ラインの幅方向に進退自在な移動台車（図示しない）に設置され、Ｈ形鋼２０のウェブ幅（梁せいに同じ）の大きさに応じて進退するから、フランジ外面冷却部２３０はフランジ２０ｆの外面２３ｆから好適な位置において、外面２３ｆの冷却を実行することができる。
また、冷却水配管２１１および冷却水配管２２１はフランジ外面冷却部２３０と同一の移動台車に設置されているから、フランジ下側内面冷却部２１０およびフランジ上側内面冷却部２２０の冷却ノズル１０は、フランジ２０ｆの下側内面２１ｆおよび上側内面２２ｆの冷却をそれぞれ実行することができる。
【００３２】
（実施例） 
以下、本発明の実施例を、熱間仕上圧延後のサイズがウェブ高さ８００ｍｍ、ウェブ厚１９ｍｍ、フランジ幅４００ｍｍ、フランジ厚４０ｍｍであるＨ型鋼について説明する。
すなわち、図４に示すＨ形鋼の製造設備において、Ｈ形鋼は圧延機１１０および仕上圧延機１３０において粗圧延および仕上圧延をされた後に冷却設備２００においてフランジ内外面に冷却水が供給される。冷却設備２００の後方（図中、右側）では、放射温度計１４０で復熱後のフランジ２０ｆの外面２３ｆの表面温度分布を測定し、品質管理を行っている。
この製品は、引張強度４９０ＭＰａ以上を要求されており、そのためには復熱後のフランジ２０ｆの外面２３ｆの表面温度が全面で５８０〜６６０℃の範囲内におさまっているかを判定し、品質管理を行っている。
【００３３】
なお、比較のための比較例１は、単一流路の先端に正面視で楕円形状の吐出孔を具備する、従来の冷却ノズルを用いたもの、比較のための比較例２は、第一の流路と第二の流路とを具備する冷却ノズルであって、それぞれの流路の流路断面積が等しい（１：１）ものである。
また、本発明の実施例１〜実施例３は、それぞれ第一の流路と第二の流路とを具備する冷却ノズルであって、実施例１は、第一の流路の流路断面積が第二の流路の流路断面積の２倍である（２：１）もの、実施例２は、第一の流路の流路断面積が第二の流路の流路断面積の４倍である（４：１）もの、実施例３は、第一の流路の流路断面積が第二の流路の流路断面積の６倍である（６：１）ものである。
そして、比較例１および２、実施例１〜３の何れにおいても、冷却ノズル1個あたりの冷却水量は、８０リットル／分（ｌｉｔｔｅｒ／ｍｉｎ）である。
【００３４】
表１は、比較例１および２、実施例１〜３におけるフランジ２０ｆの外面温度の復熱後の測定結果（フランジ端部、クォータ部、フィレット部）と、引張試験結果と、合金成分添加のコスト比較とをまとめたものである。
何れの場合も、フランジ２０ｆの外面２３ｆの冷却は略均一に行うことができた。また、放射温度計１４０にて測定した復熱後のフランジ幅方向温度分布と製品の一部を切り出して行った引張試験結果は、フランジ内面に供給した冷却水の水量分布にほぼ対応している。
【００３５】
【表１】
2006150420.tif 000003
【００３６】
（比較例１） 
比較例１では、楕円状の吐出孔の従来の冷却ノズルを用いたので噴射角が狭く、フランジ幅の１／４部分（以後「クォータ部」と称す）に冷却水が集中した。クォータ部は十分に冷え、６１０℃となった。フランジ端部から３０ｍｍの位置（以下「フランジ端部」と称す）やフィレット部には冷却水がほとんど供給されず、それぞれ６８５℃、７００℃までにしか冷えなかった。
引張試験では、要求された強度をクォータ部では確保できたが、それ以外の部分では確保できなかった。この結果、新たな合金成分の添加が必要となり、製造コストが上がった。
【００３７】
（比較例２） 
比較例２では、２系統の流路をもつ冷却ノズルを用いて流路断面積比を1：1とした。それぞれ流路からの流れが吐出孔近くで合流し、撹拌されるため、比較例１において用いた従来の冷却ノズルよりは噴射角が大きく、フィレット近傍にも冷却水を供給することができた。ただし、冷却水の流量分布は図３に示すような噴射中心面に対して対称であるから、冷却水は冷却ノズルに近いクォータ部よりも手前、すなわちフランジ端部側に集中した。一番遠いフィレット部まで到達する冷却水量はわずかであった。この結果、フランジ端部、クォータ部、フィレット部の温度はそれぞれ６２５℃、６５０℃、６７０℃となった。
引張試験では、フランジ端部、クォータ部で要求された強度を確保できたが、フィレット部では確保できないケースも少しあった。強度がやや不足した分、新たに少々の合金成分添加を行ったので、製造コストはやや高かった。
【００３８】
（実施例１） 
実施例１では、２系統の流路をもつ冷却ノズルを用いて流路断面積比を２：１とした。流路断面積の大きい方の主流が冷却ノズル噴射の噴射中心面よりも遠方に噴射されるため、フランジ内面に到達する冷却水の流量分布は、図２の傾斜した面２０ｓに示すように比較的均一になって、冷却の均一性は飛躍的に向上した。フランジ端部、クォータ部、フィレット部の温度は表１に示すように全て品質管理の許容範囲内におさまっている。
引張試験では、全ての部分が要求された強度を確保できた。新たに合金成分の添加を行う必要がなかったので、製造コストを低く抑えることができた。
【００３９】
（実施例２） 
実施例２は、２系統の流路をもつ冷却ノズルを用いて流路断面積比を４：１としたものであり、実施例１（流路断面積比を２：１としたもの）と同様の作用効果が得られた。
【００４０】
（実施例３） 
実施例３では、２系統の流路をもつ冷却ノズルを用いて流路断面積比を６：１とした。流路断面積の大きい方の主流が冷却ノズル噴射の中心線よりも遠方に噴射されるが、主流の流量が多すぎて、フィレット部付近が集中的に冷えた。逆に、フランジ端部に供給される冷却水が少なくなりすぎた。この結果、フランジ端部、クォータ部、フィレツト部の温度はそれぞれ６７０℃、６４０℃、６２５℃となった。
引張試験では、クォータ部、フィレット部で要求された強度を確保できたが、フランジ端部では確保できないケースも少しあった。強度がやや不足した分、新たに少々の合金成分添加を行ったので、製造コストはやや高かった。
【００４１】
なお、本発明は、冷却水の噴射方向と冷却面とのなす角が３０〜７５°のとき、顕著な作用効果を奏する。
すなわち、かかる角度が７５〜９０°という垂直に近い角度では、従来の冷却ノズル（比較例１または比較例２参照）における冷却であっても流量分布が大きく偏位（バラツクに相当する）しないため、あえて、本発明の冷却ノズル（噴出する冷却水の非対称分布を特徴とする）を使用することはない。しかしながら、かかる角度が３０〜７５°という斜め向きの角度において、より均一な冷却が要求される場合に、本発明の冷却ノズルが有効であることは明らかである。
一方、前記角度が３０°未満の場合は、本発明の冷却ノズル使用したとしても傾きが大きすぎるので、所定の冷却面に冷却水をコントロールして供給することが難しくなる。しかしながら、かかる場合をとらざるをえない場合、従来の冷却ノズルよりも本発明の冷却ノズルの方が優れていることは明らかである。
【００４２】
実施例１および２では、流路の断面積比率を２：１〜４：１として示したが、これは本発明の技術を用いるのに最も好適な条件であって、他の面積比率であってもある程度の効果は発揮される。たとえば、比較例２や実施例３では、フランジの温度は最高でも６７０℃におさまっており、従来の技術を用いた比較例１と比べると合金成分のコストをいくらか下げることができる。
【００４３】
本発明は、熱間圧延後のＨ形鋼の搬送時の冷却、すなわち、冷却ノズルをパスラインより下方に設置してフランジの下部内面を冷却する場合に好適である。すなわち、搬送されるＨ形鋼が冷却ノズルに衝突することがなく、冷却水の噴射が冷却面に対して斜めになるのに対応して、本発明の冷却ノズルは冷却水を非対称に噴射することができるからである。
一方、フランジの下部内面を冷却する場合に、冷却ノズルをパスラインより上方に設置すると、Ｈ形鋼がねじれたりして搬送され冷却ノズルに衝突した場合に冷却ノズルが破損するので好ましくない。また、スプレー噴射と冷却面がなす角が垂直に近くなるので、本発明の効果を十分に発揮できない。
【００４４】
また、熱間圧延後のＨ形鋼の搬送時に、冷却ノズルをＨ形鋼の高さよりも上方に設置してフランジ上部の内面を冷却する場合も、冷却水の噴射が冷却面に対して斜めになるので、好適である。
一方、冷却ノズルをＨ形鋼の高さよりも上方に設置しない場合、すなわちＨ形鋼左右の上部フランジ間に冷却ノズルを設置する場合は、Ｈ形鋼が冷却ノズルに衝突し冷却ノズルが破損する可能性があるので好ましくない。また、スプレー噴射と冷却面がなす角が垂直に近くなるので本発明の技術の効果を十分に発揮できない。
【００４５】
（その他の実施形態）
以上、本発明の実施形態として、Ｈ形鋼のフランジ内面を冷却する場合を例にして説明しているが、本発明はこれに限るものではなく、たとえば厚鋼板に対して冷却水を斜め方向に噴射する場合に適用してもいいし、鋼管の周りに冷却ノズルを配してスプレー冷却を行う場合などに用いてもよい。
また、本発明は、文字通り鋼材に限定するものではなく、非鉄金属や非金属材料の冷却にも適用できるものである。
【００４６】
さらに、冷却水を非対称に噴射する冷却ノズルとして、流路断面積が相違する一対の流路を具備するものについて説明しているが、本発明はこれに限定するものではなく、たとえば、流路断面積が同一または相違する一対の流路を具備するものについて、それぞれの流路に供給する冷却水の圧力を相違させたり、吐出孔の位置を一方の流路に近づけて設けたりしてもよい。
なお、噴射される冷却水の量が見掛け上対称であっても、噴射される冷却水の冷却能が非対称であるものは、本発明の範囲内にあるものである。
また、一対の流路を形成する要領は限定するものではなく、それぞれ別個に形成してもよいし、共通の流路を形成して、これを仕切り板によって一対の流路に分割してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように本発明の鋼材の冷却方法は、被冷却面の法線と冷却ノズルの噴射中心面とが平行でない場合における各種材料の冷却方法として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る鋼材の冷却方法に使用する冷却ノズルを模式的に示すものであって、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面視の断面図、（ｃ）は正面図。
【図２】図１に示す冷却ノズルから噴射される冷却水の様子を示す模式図。
【図３】従来の冷却ノズルから噴射される冷却水の様子を示す模式図。
【図４】本発明の実施形態に係る鋼材の冷却方法に使用する設備を示す熱間圧延ラインを概説する模式図。
【図５】本発明の実施形態に係る鋼材の冷却方法に使用する設備を示す冷却設備を概説する模式図。
【符号の説明】
【００４９】
１  第一の流路
２  第二の流路
３  合流部
４  吐出孔
５  先端面
６  本体
７  後端面
８  ネジ
９  噴射中心面
１０  冷却ノズル
２０  形鋼
２０ｆ  フランジ
２０ｈ  面
２０ｓ  面
２０ｗ  ウェブ
２１ｆ  下側内面
２１ｗ  下面
２２ｆ  上側内面
２３ｆ  外面
１００  熱間圧延ライン
１１０  粗圧延機
１２０  温度計
１３０  仕上圧延機
１４０  放射温度計
１５０  搬送ローラ
２００  冷却設備
２１０  フランジ下側内面冷却部
２１１  冷却水配管
２２０  フランジ上側内面冷却部
２２１  冷却水配管
２３０  フランジ外面冷却部
【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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