(57)【要約】  長手方向（Ａ）に走行する金属基材（１）を冷却する方法であって、該方法は基材（１）の第１の表面上に少なくとも１つの第１の冷却流体ジェットを噴出し、基材（１）の第２の表面上に少なくとも１つの第２の冷却流体ジェットを噴出することを含み、第１及び第２の冷却流体ジェットは、第１の表面及び第２の表面上に第１の層流冷却流体流及び第２の層状流をそれぞれを形成するように、５ｍ／秒以上の冷却流体速度で噴出され、第１及び第２の層状冷却流体流は基材（１）の接線方向であり、第１及び第２の層状冷却流体流は、それぞれ基材（１）の第１の所定の長さ及び第２の所定の長さにわたって広がり、第１及び第２の長さは、基材が核沸騰によって第１の温度から第２の温度に冷却されるように決定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向（Ａ）に走行する金属基材（１）を冷却する方法であって、前記方法は、前記基材（１）の第１の表面上に少なくとも１つの第１の冷却流体ジェットを噴出し、前記基材（１）の第２の表面上に少なくとも１つの第２の冷却流体ジェットを噴出することを含み、
前記第１及び第２の冷却流体ジェットが、前記第１の表面上及び前記第２の表面上にそれぞれ第１の層状冷却流体流及び第２の層状冷却流体流を形成するために、５ｍ／秒以上の冷却流体速度で噴出され、前記第１及び第２の層状冷却流体流が基材（１）に対し接線方向にあり、前記第１及び第２の層状冷却流体流が、それぞれ基材（１）の第１の所定の長さ（Ｌ１）及び第２の所定の長さ（Ｌ２）にわたって広がり、
前記第１及び第２の冷却流体ジェットが各々噴出中に長手方向Ａと共に所定の角度（α）を形成し、前記所定の角度（α）は５°〜２５°の間に含まれ、前記第１及び第２の所定の長さ（Ｌ１、Ｌ２）は、基材（１）が核沸騰によって第１の温度から第２の温度に冷却されるように決定される、方法。
【請求項２】
第１の長さ（Ｌ１）と第２の長さ（Ｌ２）との間の差が、第１の長さ（Ｌ１）及び第２の長さ（Ｌ２）の平均の１０％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の冷却流体ジェット及び第２の冷却流体ジェットが、基材（１）の中央面に対して対称である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の冷却流体ジェットが、前記第１及び第２の表面上にそれぞれ所定の距離（Ｈ）から噴出され、前記所定の距離（Ｈ）が５０〜２００ｍｍの間に含まれる、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１及び第２の所定の長さ（Ｌ１、Ｌ２）の各々が、０．２ｍ〜１．５ｍの間に含まれる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の温度が、６００℃以上である、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の温度が、８００℃以上である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
基材（１）が、０．２ｍ／秒〜４ｍ／秒の間に含まれる速度で走行している、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
第１の温度から第２の温度への冷却中に第１及び第２の表面の各々から引き出される平均熱流量束が、３〜７ＭＷ／ｍ２の間に含まれる、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
基材が２〜９ｍｍの厚さを有し、基材が２００℃／秒以上の冷却速度で８００℃から５５０℃まで冷却される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の冷却流体ジェットの各々が、３６０〜２７００Ｌ／分／ｍ２の間に含まれる特定の冷却流体流速で噴出される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属基材が鋼板である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
第１及び第２の層状冷却流体流が、基材（１）の幅にわたって広がる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
金属基材を熱間圧延し、熱間圧延された金属基材を請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法で冷却することを含む、金属基材の熱間圧延方法。
【請求項１５】
金属基材を熱処理し、熱処理した金属基材を請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法で冷却することを含む、金属基材の熱処理方法。
【請求項１６】
金属基材（１）の冷却装置（８）であって、
−  基材（１）の第１の表面上に少なくとも１つの第１の冷却流体ジェットを噴出するように構成された第１の冷却ユニット（９）
−  基材（２）の第２の表面上に少なくとも１つの第２の冷却流体ジェットを噴出するように構成された第２の冷却ユニット（１０）
を備え、第１及び第２の冷却ユニット（９、１０）は、第１及び第２の冷却流体ジェットが長手方向Ａと共に所定の角度（α）を形成し、所定の角度（α）が５°〜２５°の間に含まれるように、第１及び第２の冷却流体ジェットをそれぞれ噴出するように構成され、
第１及び第２の冷却ユニット（９、１０）は、前記第１の表面及び前記第２の表面上に第１の層状冷却流体流及び第２の層状冷却流体流をそれぞれ形成し、第１及び第２の層状冷却流体流は基材（１）に対し接線方向にあり、それぞれ基材の第１の所定の長さ（Ｌ１）及び第２の所定の長さ（Ｌ２）にわたって広がるように、第１及び第２の冷却流体ジェットをそれぞれ５ｍ／秒以上の冷却流体速度で噴出するように構成される、装置。
【請求項１７】
第１の冷却ユニット（９）が、第１の冷却流体ジェットを噴出するように構成された少なくとも１つの第１の冷却ヘッダ（１１；１１’）を備え、第２の冷却ユニット（１０）が、第２の冷却流体ジェットを噴出するように構成された少なくとも１つの第２の冷却ヘッダ（１７）を備える、請求項１６に記載の冷却装置（８）。
【請求項１８】
第１の冷却ヘッダ（１１；１１’）及び第２の冷却ヘッダ（１７）が各々、第１の冷却流体ジェット及び第２の冷却流体ジェットをそれぞれ噴出するノズル開口部（３９；７５）を備えるヘッダノズル（３３；７１）を備える、請求項１７に記載の冷却装置（８）。
【請求項１９】
各ヘッダノズル（３３；７１）が、長手方向（Ａ）と共に所定の角度（α）を形成する、請求項１８に記載の冷却装置（８）。
【請求項２０】
第１の冷却ヘッダ（１１；１１’）及び第２の冷却ヘッダ（１７）の各々が、冷却流体供給回路（１３、１９；１３’）に接続され、前記冷却流体供給回路には、１〜２バールの間に含まれる冷却流体圧力で冷却流体が供給される、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項２１】
各冷却流体供給回路（１３、１９；１３’）が、冷却流体が最大で２ｍ／秒の速度で冷却流体供給回路（（１３、１９；１３’）内を循環するように構成される、請求項２０に記載の冷却装置。
【請求項２２】
前記第１及び第２の冷却ユニット（９、１０）の少なくとも１つが、前記第１の所定の長さ（Ｌ１）及び／又は前記第２の所定の長さ（Ｌ２）の下流の冷却流体流を防止するように適合された、冷却流体流を停止させるための装置（２５）を備える、請求項１６から２１のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項２３】
請求項１６から２２のいずれか一項に記載の冷却装置を含む熱間圧延設備。
【請求項２４】
請求項１６から２２のいずれか一項に記載の冷却装置を含む熱処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属基材を冷却する方法に関する。
【０００２】
特に、本発明は、この基材の製造中、特に基材の熱間圧延の終了時又は熱処理中に金属基材、例えば、鋼板を冷却することに適用される。
【背景技術】
【０００３】
冷却の終了時に所望の微細構造及び機械的特性を得ることを確実にするために、このような冷却中、冷却速度を可能な限り制御しなければならない。
【０００４】
ＥＰ１４２８５８９Ａ１号には、スリットノズルからの冷却流体のジェットを板の上面に、また管状ノズルから板の下面に吹き込むことにより、冷却流体溜めが形成され、この冷却流体溜めを通過させることにより鋼板が冷却される、鋼板の冷却方法が開示される。
【０００５】
しかし、このような冷却方法の適用により、板の表面の平坦性欠陥がもたらされる可能性がある。このような欠陥は、板内の冷却速度の不均一性、特に板の上面とその下面との間、及び板の表面と中心部との間の冷却速度の差異によって引き起こされる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１４２８５８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、基材内、特に基材の厚さに温度の不均一性を誘導することなく、金属基材の迅速かつ制御された冷却を可能にする、基材を冷却するための方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的のために、本発明の目的は、長手方向に走行する金属基材を冷却する方法であって、前記基材の第１の表面上に少なくとも１つの第１の冷却流体ジェットを噴出し、前記基材の第２の面に少なくとも１つの第２の冷却流体ジェットを噴出することを含み、
第１及び第２の冷却流体ジェットは、前記第１の表面上及び第２の表面上にそれぞれ第１の層状冷却流体流及び第２の層状冷却流体流を形成するように、５ｍ／秒以上の冷却流体速度で噴出され、前記第１及び第２の層状冷却流体流は基材に対し接線方向にあり、前記第１及び第２の層状冷却流体流はそれぞれ基材の第１の所定の長さ及び第２の所定の長さにわたって広がり、前記第１及び第２の長さは、基材が核沸騰により第１の温度から第２の温度に冷却されるように決定される該方法である。
【０００９】
本発明による方法は、個々に又は任意の技術的に可能な組み合わせに従って取られる、以下の特徴の１つ又は複数を含むことができる。
−  第１の長さと第２の長さとの間の差は、第１の長さ及び第２の長さの平均の１０％未満である；
−  第１の冷却流体ジェット及び第２の冷却流体ジェットは、基材の中央面に対して対称である；
−  前記第１及び第２の冷却流体ジェットは各々噴出中に長手方向と共に所定の角度を形成し、前記所定の角度は５°〜２５°の間に含まれる；
−  前記第１及び前記第２の冷却流体ジェットは、それぞれ所定の距離から前記第１及び第２の表面に噴出され、前記所定の距離は５０〜２００ｍｍである；
−  前記第１及び第２の所定の長さの各々は０．２ｍ〜１．５ｍの間に含まれる；
−  前記第１の温度は６００℃以上である；
−  前記第１の温度は８００℃以上である；
−  前記基材は、０．２ｍ／秒〜４ｍ／秒の間に含まれる速度で走行している。
−  第１の温度から第２の温度への冷却中に第１及び第２の表面の各々から引き出された平均熱流量束は、３〜７ＭＷ／ｍ２の間に含まれる；
−  基材は２〜９ｍｍの間に含まれる厚さを有し、基材は２００℃／秒以上の冷却速度で８００℃から５５０℃まで冷却される；
−  前記第１及び第２の冷却流体ジェットの各々は、３６０〜２７００Ｌ／分／ｍ２の間に含まれる特定の冷却流体流速で噴出される；
−  前記金属基材は鋼板である；
−  前記第１及び第２の層状冷却流体流は、基材の幅にわたって広がる。
【００１０】
本発明の目的はまた、金属基材を熱間圧延する方法であり、該方法は、金属基材を熱間圧延し、熱間圧延された金属基材を本発明による方法で冷却することを含む。
【００１１】
本発明の目的はまた、金属基材を熱処理する方法であって、該方法は金属基材を熱処理し、熱処理した金属基材を本発明による方法で冷却することを含む。
【００１２】
また、本発明の目的は、金属基材の冷却装置であって、
−  基材の第１の表面上に少なくとも１つの第１の冷却流体ジェットを噴出するように構成された第１の冷却ユニット、
−  基材の第２の表面上に少なくとも１つの第２の冷却流体ジェットを噴出するように構成された第２の冷却ユニット
を備え、第１及び第２の冷却ユニットは、前記第１の表面及び前記第２の表面上に第１及び第２の層状冷却流体流を形成するために、第１及び第２の冷却流体ジェットをそれぞれ５ｍ／秒以上の冷却流体速度で噴出するように構成され、前記第１及び第２の層状冷却流体流は基材接線方向にあり、基材の第１の所定の長さ及び第２の所定の長さにわたってそれぞれ広がる該装置である。
【００１３】
本発明による冷却装置は、個々に又は任意の技術的に可能な組み合わせに従って取られる、以下の特徴の１つ又は複数を含むことができる。
−  第１の冷却ユニットは、第１の冷却流体ジェットを噴出するように構成された少なくとも１つの第１の冷却ヘッダを備え、第２の冷却ユニットは、第２の冷却流体ジェットを噴出するように構成された少なくとも１つの第２の冷却ヘッダを備える；
−  第１の冷却ヘッダ及び第２の冷却ヘッダは各々、第１の冷却流体ジェット及び第２の冷却流体ジェットをそれぞれ噴出するためのノズル開口を備えるヘッダノズルを備える；
−各ヘッダノズルは、長手方向と共に所定の角度を形成し、所定の角度は５°〜２５°の間に含まれる；
−  前記第１及び第２の冷却ユニットの少なくとも１つは、前記第１の所定の長さ及び／又は前記第２の所定の長さの下流で冷却流体流を防止するように適合された、冷却流を停止させるための装置を備える；
−  第１及び第２の冷却ヘッダの各々は冷却流体供給回路に接続され、前記冷却流体供給回路には１〜２バールの間に含まれる冷却流体圧力で冷却流体が供給される；
−  各冷却流体供給回路は、冷却流体が冷却流体供給回路内を最大２ｍ／秒の速度で循環するように構成される。
【００１４】
本発明の目的はまた、本発明による冷却装置を含む熱間圧延設備である。
【００１５】
本発明の目的はまた、本発明による冷却装置を含む熱処理設備である。
【００１６】
本発明は、添付の図面を参照して実施例として与えられた以下の説明を読むことにより、より深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による冷却装置を含む熱間圧延ラインの概略図である。
【図２】図１の冷却装置の冷却モジュールの概略図である。
【図３】図２の冷却モジュールの冷却ヘッダ及び供給回路によって形成されるアセンブリの正面から見た部分断面概略図である。
【図４】図３のアセンブリの、図３のＩＶ−ＩＶ平面に沿った断面図である。
【図５】板の表面上の異なる冷却流体ジェット噴出速度についての、板の表面温度に対する、図２〜図４の冷却モジュールによって板から引き出された熱流量を示すグラフである。
【図６】基材の表面に形成された流体流に対する、基材の走行方向と共に冷却流体ジェットによって形成される角度αの影響を示す概略図である。
【図７】基材の表面に形成された流体流に対する、基材の走行方向と共に冷却流体ジェットによって形成される角度αの影響を示す概略図である。
【図８】図２〜４による冷却モジュールによる冷却中の板の上面及び下面の温度の時間依存変化を示すグラフである。
【図９】図９は、図２〜４に従う装置の冷却モジュールの入口及び出口における、板の表面の、板の先端から後端までの長手方向の温度プロファイルを示すグラフである。
【図１０】最先端技術による方法によって冷却された基材の平坦度を示すグラフである。
【図１１】本発明による方法によって冷却された基材の平坦度を示すグラフである。
【図１２】別の実施形態による冷却モジュールの冷却ヘッダ及び供給回路によって形成されるアセンブリの正面から見た部分断面概略図である。
【図１３】図１２のアセンブリの、図１２の平面ＩＸ−ＩＸに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、炉２及び圧延機３からの排出時に走行方向Ａにおいて移動する金属基材１を示す。例えば、基材１の走行方向Ａは実質的に水平である。
【００１９】
次いで、基材１は冷却装置４を通過し、ここで、基材は、例えば、基材の圧延の終了時の温度に実質的に等しい初期温度から、例えば、室温、即ち、約２０℃である最終温度まで冷却される。
【００２０】
基材１は、好ましくは０．２〜４ｍ／秒の間に含まれる走行速度で冷却装置４を走行方向Ａに通過する。
【００２１】
基材１は、例えば、３〜１１０ｍｍの間に含まれる厚さを有する金属板である。
【００２２】
初期温度は、例えば、６００℃以上、特に８００℃以上、さらには１０００℃を超える。
【００２３】
冷却装置４では、少なくとも１つの第１の冷却流体ジェットが基材１の第１の表面上に噴出され、少なくとも１つの第２の冷却流体ジェットが基材１の第２の表面上に噴出される。冷却流体は、例えば、水である。
【００２４】
第１及び第２の冷却流体ジェットは、それぞれ第１の表面及び第２の表面上に第１の層状冷却流体流及び第２の層状冷却流体流を形成するために、５ｍ／秒以上の冷却流体速度で走行方向Ａに噴出される。
【００２５】
第１及び第２の冷却流体ジェットは、好ましくは、３６０〜２７００Ｌ／分／ｍ２の間に含まれる特定の冷却流体流速で放出される。
【００２６】
第１及び第２の冷却流体ジェットの噴出速度は、例えば、２０ｍ／秒以下、より好ましくは１２ｍ／秒以下である。
【００２７】
好ましくは、第１の冷却流体ジェットの噴出速度及び第２の冷却流体ジェットの噴出速度は実質的に等しい。
【００２８】
冷却流体ジェットの噴出速度は、ここでは、絶対的な方法で、即ち、冷却装置４の不動部分に対して表現され、走行している基材１に対して表現されるわけではない。
【００２９】
本発明者らは、ある速度での第１及び第２の冷却流体ジェットの噴出が５ｍ／秒以上であれば、第１及び第２の表面の両方で冷却流体の層流が、少なくとも０．２ｍ、一般には少なくとも０．５ｍ、最大１．５ｍの長さにわたり得られることを実際に発見した。特に、基材１が水平面内を走行するとき、下面である第２の面上を流れる冷却流体に重力が作用しているにもかかわらず、第１及び第２の表面で冷却流体の層流が、少なくとも０．２ｍ、一般には少なくとも０．５ｍ、最大１．５ｍの長さにわたって得ることができる。
【００３０】
好ましくは、第１の冷却流体ジェット及び第２の冷却流体ジェットは、基材１の中央面、即ち、基材１の第１及び第２の表面に平行であり、これらの第１及び第２の表面から半分の距離に位置する長手方向の面に対して対称的である衝撃線上で第１及び第２の表面にそれぞれ衝突する。
【００３１】
第１及び第２の層状冷却流体流は、基材１の接線方向にあり、基材１の幅にわたって広がる。さらに、第１及び第２の層状冷却流体流は、各々基材１の所定の長さにわたって広がる。特に、第１の層状冷却流体流は、基材１の第１の所定の長さＬ１にわたって広がり、第２の冷却流体流は、基材の第２の所定の長さＬ２にわたって広がる。
【００３２】
第１の所定の長さＬ１及び第２の所定の長さＬ２は同様である。特に、第１の所定の長さＬ１と第２の所定の長さＬ２との間の差は、第１及び第２の所定の長さの平均の１０％未満である。
【００３３】
冷却流体の速度と組み合わせると、第１及び第２の冷却流体ジェットのこの対称性により、基材１の中央面に対して実質的に対称的な第１及び第２の表面に冷却流体流を形成することができ、その厚さにおける基材１の均一な冷却を得ることが可能になる。
【００３４】
第１及び第２の所定の長さＬ１及びＬ２は、基材１が核沸騰によって第１の温度から第２の温度に冷却されるように決定される。
【００３５】
好ましくは、第１及び第２の所定の長さＬ１、Ｌ２の各々は、０．２ｍ〜１．５ｍの間、より好ましくは０．５ｍ〜１．５ｍの間に含まれる。
【００３６】
核沸騰は、遷移沸騰及び膜沸騰とは区別される。
【００３７】
膜沸騰は、一般に、この基材の高温で基材を冷却する場合、即ち、基材の表面の温度がより高い温度の閾値より高い場合に生じる。核沸騰は、基材の低温で、即ち、基材の表面の温度がより低い温度の閾値よりも低い場合に生じる。遷移沸騰は中間温度で、特に基材の表面の温度がより低い温度の閾値からより高い温度の閾値の間に含まれる場合に生じる。
【００３８】
遷移沸騰では、冷却中に引き出される熱流量は温度の減少関数である。その結果、基材の最低温度を有する領域は、基材の残りの部分よりも急速に冷却される。特に、転移沸騰では、基材の２つの表面の温度の不均一性は、表面間の冷却速度の差をもたらし、これは基材の温度の初期不均一性を高める傾向がある。
【００３９】
これらの温度の不均一性は、基材内で非対称な内部ひずみを生じ、これはひいては基材の変形及び基材表面の平坦性欠陥を引き起こす。
【００４０】
逆に、核沸騰では、冷却中に引き出される熱流量は、温度の増加関数である。その結果、基材の最も冷たい領域がよりゆっくりと冷却され、そのことは基材の温度の不均一性を弱める。
【００４１】
一般に、基材の冷却は遷移沸騰で開始され、そのことは基材の温度の不均一性を悪化させる傾向がある。
【００４２】
しかし、本発明者らは、基材の各表面上に、５ｍ／秒以上の冷却流体速度で冷却流体ジェットを噴出して、基材の各表面上に、基材と接線方向にあり、所定の長さにわたって広がる層流冷却流体流を形成すると、高温、特に６００℃より高い温度、さらには８００℃又は１０００℃より高い温度から核沸騰において基材を冷却することが可能になることを発見した。
【００４３】
したがって、基材１は、その冷却前に基材１が示し得る温度の不均一性を弱める傾向がある条件下でもっぱら冷却される。
【００４４】
第１及び第２の冷却流体ジェットは、それらの噴出中、長手方向と共に所定の角度、好ましくは５°〜２５°の間に含まれる角度を形成する。また、第１及び第２の冷却流体ジェットは、それぞれ第１及び第２の表面から所定の距離から噴出され、この所定の距離は好ましくは５０〜２００ｍｍの間に含まれる。
【００４５】
実際、本発明者らは、５°〜２５°の間に含まれる角度及び／又は５０〜２００ｍｍの間に含まれる所定の距離により、基材の各表面上での層状冷却流体流の形成が促進され、高い冷却速度が提供されることを発見した。特に、第１の温度から第２の温度への基材の冷却中、各表面から引き出される平均熱流量束は、例えば、３〜７ＭＷ／ｍ２の間に含まれる。
【００４６】
特に、本発明者らは、５°〜２５°の間に含まれる角度により、基材の各表面上に層状冷却流体流を形成することが可能になり、高温から核沸騰において基材を冷却することが可能になることを発見した。これに反して、本発明者らは、第１及び／又は第２の冷却流体ジェットがその噴出中に形成する長手方向との角度が２５°より大きい場合、流体の逆流が、基材の走行方向Ａとは反対の方向に生じることを発見した。この逆流は冷却流体の流れを乱し、それは結果として層流ではない。その結果、基材は核沸騰によって冷却されない。
【００４７】
例えば、基材が２〜９ｍｍの間に含まれる厚さを有する場合、２００℃／秒以上の冷却速度で基材を８００℃から５５０℃まで冷却することができる。
【００４８】
本発明の一実施形態による冷却装置４が図２、図３及び図４にさらに詳細に示される。
【００４９】
図示された例では、基材１は、水平方向に走行しており、基材１の第１の表面は基材１の走行中に上方に向いた上面であり、基材１の第２の表面は、基材１の走行中に下方に向き、ローラに支持される下面である。
【００５０】
以下の全てにおいて、その選択された方向が示され、図に関して意味される。特に、「上流」及び「下流」という用語は、図においてその選択された方向性に対し相対的に意味される。これらの用語は、走行する基材１に関して使用される。また、「横」、「長手」及び「垂直」という用語は、長手方向である基材１の走行方向Ａに関して理解されるべきである。特に、「長手」という用語は基材１の走行方向Ａに平行な方向を指し、「横」という用語は基材１の走行方向Ａと直交し、基材１の第１及び第２の表面に平行な面に含まれる方向を指し、「垂直」という用語は、基材１の走行方向Ａと直交し、基材１の第１及び第２の表面に直交する方向を指す。
【００５１】
さらに、「長さ」によって、長手方向の物体の寸法が参照され、「幅」によって横方向の物体の寸法が参照され、「高さ」によって垂直方向の物体の寸法が参照される。
【００５２】
図２に示す装置４は、少なくとも１つの冷却モジュール５を備え、冷却モジュール５は、所定数の冷却装置８を備える。
【００５３】
各冷却装置８は、基材１を走行方向Ａに走行させ、この走行中に基材１を第１の温度から第２の温度まで核沸騰で冷却するように構成される。
【００５４】
特に、以下でより詳細に説明するように、各冷却装置８は、基材１の第１の表面上及び第２の表面上に冷却流体の層流を生成するように構成され、この層流は、基材１の全幅にわたって、及び基材１の走行方向Ａに沿って基材１の所定の長さＬ１、Ｌ２にわたって広がる。
【００５５】
この目的のために、各冷却装置８は、基材１の第１の表面上に第１の冷却流体ジェットを、基材１の第２の表面上に第２の冷却流体ジェットを噴出するように構成され、第１及び第２の冷却流体ジェットの噴出速度は５ｍ／秒以上である。
【００５６】
図示の例では、冷却モジュール５は、基材１の走行方向Ａに沿って互いに続く２つの冷却装置８を備える。
【００５７】
第１の装置８は、第１の温度から第２の温度まで基材１を冷却することを目的とするものであり、基材１の走行方向において第１の装置８の下流に配置された第２の装置８は、第２の温度から第３の温度まで基材を冷却することを目的とするものである。
【００５８】
各冷却装置８は、第１のユニット９及び第２のユニット１０を備える。
【００５９】
冷却中に基材１の第１の表面の前に、この例では基材の上方に配置されることが意図される第１のユニット９は、基材１の第１の表面上に冷却流体の層流を生成するように構成され、この層流は、基材１の全幅にわたって、及び基材１の第１の所定の長さＬ１にわたって広がる。
【００６０】
冷却中に基材１の第２の表面の前に、この例では基材の下方に配置されることが意図される第２のユニット１０は、基材１の走行を確実にし、基材１の第２の表面上に冷却流体の層流を生成するように構成され、この層流は、基材１の全幅にわたって、及び基材１の第２の所定の長さＬ２にわたって広がる。
【００６１】
この目的のために、第１のユニット９は、図２に模式的に示され、図３及び図４により詳細に示される第１の冷却ヘッダ１１と、第１の冷却ヘッダ１１の冷却流体供給用の回路１３と、第１の冷却ヘッダ１１によって生成された冷却流体の流れを停止させ、それによりこの冷却流体流が所定の長さより長い基材１の長さにわたって広がるのを防止するように適合された、冷却流体の流れを停止させるための装置１５とを備える。
【００６２】
冷却装置８の第２のユニット１０は、第１のユニット９と同様に、第２の冷却ヘッダ１７と、第２の冷却ヘッダ１７に冷却流体を供給する回路１９とを備える。第２のユニット１０は、基材１の走行を確実にするよう構成された第２のローラ２０をさらに備える。
【００６３】
第１の冷却ヘッダ１１及び第２の冷却ヘッダ１７は、冷却方法の適用中に基材１の中央面に対して実質的に対称である。
【００６４】
また、供給回路１３及び１９は、冷却方法の適用中に基材１の中央面に対して実質的に対称である。
【００６５】
続いて、図３及び図４を参照して、第１の冷却ヘッダ１１及び供給回路１３について説明するが、この説明は、第２の冷却ヘッダ１７及び供給回路１９に対称的に適用できると考えられる。
【００６６】
好ましくは、冷却モジュール５の第１の装置８は、第１のユニット９及び第２のユニット１０に加えて、第１の上流側ローラ２３及び第２の上流側ローラ２１を含む２つの上流側ローラを備える。上流側ローラ２１及び２３は、基材１の走行方向に対して、第１の装置８の第１のユニット９及び第２のユニット１０から上流に位置する。
【００６７】
第２の上流側ローラ２１は、基材１の走行を確実にすることを目的とする。
【００６８】
第１の上流側ローラ２３は、概ね円柱状をなし、基材１の全幅にわたって横方向に延びる。
【００６９】
第１の上流側ローラ２３は、冷却モジュール５から基材１の上流側に向かう冷却流体流を防止するために、基材１の走行する第１の表面に接触するように構成される。第１の上流側ローラ２３はさらに、基材１と第１の冷却ヘッダ１１との間の考えられる接触を防止することを意図された安全装置である。
【００７０】
さらに、冷却モジュール５の最後の装置は、説明した例では第２の装置８であり、冷却モジュール５の下流側の冷却流体流を防止するように適合された、冷却流体流を停止させる追加の装置２５を備える。
【００７１】
各装置８は、さらに、装置８の下流の冷却流体の流出を導き、制御するように構成された上部偏向器２７及び下部偏向器２８を備える。特に、上部偏向器２７は、装置１５によって停止される走行する冷却流体が基材１上を逆流することを防止する。
【００７２】
第１の冷却ヘッダ１１及び関連する供給回路１３は、図３及び図４に概略的に示される。
【００７３】
図３は、第１の冷却ヘッダ１１と供給回路１３とによって形成されるアセンブリの一部を切断した、走行方向Ａとは反対の方向に沿った正面図であり、図４は、図３に示すアセンブリの、図３のＩＶ−ＩＶ面に沿った断面図である。
【００７４】
第１の冷却ヘッダ１１には、供給回路１３を介して加圧された冷却流体が供給され、少なくとも１つの第１の冷却流体ジェットを基材１の第１の表面上に噴出するように構成される。この冷却流体ジェットは、好ましくは、基材１の全幅にわたって横方向に広がる連続ジェットである。
【００７５】
第１の冷却ヘッダ１１は、ヘッダノズル３３及び流路３５を備える。
【００７６】
ヘッダノズル３３は、冷却される基材１の幅以上の幅にわたって、走行する基材１に対して横方向に延びる。
【００７７】
ヘッダノズル３３には、冷却流体を運ぶための導管３７を形成する貫通オリフィスが設けられる。導管３７は、冷却される基材１の幅以上の幅にわたって横方向に延び、流路３５に接続された上流端と下流端との間で垂直の長手方向面内に延びる。下流端は開口を形成し、それを通って、供給回路１３によって吹き込まれ、流路３５、ひいては導管３７を横切る冷却流体が冷却流体ジェットとして基材１上に噴出される。
【００７８】
開口は、走行する基材１に対して横方向に延びる連続したスロット又は開口部３９を形成する。開口部３９は、冷却される基材１の幅以上の幅を有する。
【００７９】
好ましくは、導管３７は、導管３７の上流側から下流側に向かって減少する部分を有し、これは、開口部３９の出口において、供給回路１３において、２ｍ／秒未満の冷却流体の初期速度から少なくとも５ｍ／秒の速度で噴出される冷却流体ジェットの形成を可能にする。実際には、後述するように、２ｍ／秒 未満の速度で供給回路１３内で冷却流体を循環させることにより、この供給回路１３における圧力損失を最小限に抑えることができ、したがって回路に供給するために必要な圧力１３を低下させることができる。
【００８０】
好ましくは、導管３７の下流端は、走行方向Ａと共に５°〜２５°の間、特に１０°〜２０°の間に含まれる角度αを形成する。したがって、第１の冷却ヘッダ１１による冷却流体ジェットの噴出中に、この冷却流体ジェットは、走行方向Ａと共に５°〜２５°の間、特に１０°〜２０°の間に含まれる角度αを形成する。
【００８１】
このような角度αは、基材１上に冷却流体の層流を生じさせ、基材１の急速な冷却速度に達するのに寄与する。実際、上述のように、２５°より大きい角度αは、基材の走行方向Ａとは反対の方向に流体の逆流を生じるであろう。この逆流は、冷却流体の流れを乱し、その結果、それは層流ではないであろう。
【００８２】
また、第１の冷却ヘッダ１１は、基材１の冷却時に、開口部３９が基材１の第１の表面から所定の距離Ｈに位置するように、走行する基材１の上方に位置するよう構成される。
【００８３】
距離Ｈは、５０〜２００ｍｍの間に含まれることが好ましい。
【００８４】
開口部３９を基材１の表面から所定の距離Ｈに配置することにより、基材１との衝突時の冷却流体ジェットの速度を制御することができる。特に、基材１の表面上の冷却流体流は層状のままであり、この冷却流体の流れは、基材１の急速冷却を得るために、所定の長さＬにわたって十分な速度を有する。
【００８５】
流路３５は、供給回路１３によって供給される冷却流体をヘッダノズル３３まで運ぶように構成される。
【００８６】
流路３５は、開口部３９の幅に実質的に等しい幅にわたって横方向に延び、供給回路１３に接続されることを意図した上流端と、導管３７の上流端に接続された下流端との間で実質的に垂直方向に延びる。したがって、流路３５は、導管３７を実質的に垂直方向に伸ばす。
【００８７】
流路３５は、２つの実質的に垂直な横壁３５ａ、３５ｂによって画定される。
【００８８】
好ましくは、流路３５は、その上流端と下流端との間に実質的に一定の部分を有する。特に、流路３５の両方の横壁３５ａ、３５ｂは平行である。
【００８９】
供給回路１３は、冷却流体分配ネットワークから受け取った冷却流体流を第１の冷却ヘッダ１１まで運ぶように意図される。
【００９０】
供給回路１３は、冷却ヘッダ１１の供給導管４３と、分配導管４５と、冷却流体を提供するための主導管４７とを下流から上流に有する。このようにして、冷却流体分配ネットワークから受け取った冷却流体流は、主導管４７によって、次いで分配導管４５によって、次いで供給導管４３によって、冷却ヘッダ１１まで、特に流路３５まで運ばれる。
【００９１】
供給導管４３は、冷却流体を流路３５に供給することが意図される。
【００９２】
供給導管４３は流路３５の幅と実質的に同じ幅にわたって横方向に延びる。供給導管４３は、ほぼ円筒形の形状を有し、実質的に円筒形の側壁と２つの端壁とを備える。したがって、供給導管４３の両端は閉鎖される。
【００９３】
供給導管４３は、その側壁に、後述するように主導管４７を通過させることができる実質的に円形の開口を有する。
【００９４】
また、供給導管４３は、その側壁に、流路３５の上流端に接続された横方向開口５１を備える。開口５１は、供給導管４３の幅のほぼ全体にわたって横方向に延びる。
【００９５】
好ましくは、開口５１は、流路３５の第１の壁３５ａの上縁に接続された供給導管４３の第１の横方向縁と、この第２の壁３５ｂの上縁から離れて流路３５の第２の壁３５ｂに接続された第２の横方向縁との間に画定される。
【００９６】
分配導管４５は、供給導管４３の全幅にわたって、冷却流体を提供するための主導管４７によって提供される冷却流体流を分配することが意図される。
【００９７】
分配導管４５は、供給導管４３の内部で、流路３５の幅及び供給導管４３の幅と実質的に等しい幅にわたって横方向に延びる。
【００９８】
分配導管４５は概ね円筒形であり、実質的に円筒形の側壁及び２つの端壁を備える。したがって、分配導管４５の両端は閉じられる。
【００９９】
分配導管４５の側壁は、供給導管４３の側壁と共に、供給導管４３の内側で冷却流体を循環させるための空間５３を画定する。空間５３は、概ねリング形状である。
【０１００】
分配導管４５は、その側壁に、後述するように主導管４７との接続を可能にする実質的に円形の開口５５を備える。開口５５は、供給導管４３の側壁に形成された対応する開口と位置合わせされる。
【０１０１】
好ましくは、これらの開口は、導管３３及び３５の端部から半分の距離に配置される。
【０１０２】
また、分配導管４５の側壁には、分配導管４５に含まれる冷却流体を供給導管４３の空間５３に分配することを可能にすることを意図した複数のオリフィス５７が設けられる。
【０１０３】
オリフィス５７は、例えば、横方向に整列され、分配導管４５の全幅にわたって延びる。
【０１０４】
オリフィス５７は、例えば、等距離である。
【０１０５】
したがって、オリフィス５７は、分配４５から横方向に沿って均一な供給管路４３へ冷却流体の分配を確実にすることを可能にする。
【０１０６】
好ましくは、図４に示すように、分配導管４５の側壁は、流路３５の第２の壁３５ｂの上縁に接合され、オリフィス５７は、分配導管４５の下部に位置し、流路３５の第２の壁３５ｂに面している。
【０１０７】
このようにして、供給導管４３の空間５３は、オリフィス５７から通路３５まで冷却流体を運ぶための一方向流路を形成する。
【０１０８】
このような構成は、横方向に沿って導管４３の空間５３の全体に冷却流体を均一に分配することを確実にし、導管４３内の圧力低下を最小にすることを可能にする。
【０１０９】
冷却流体を提供する主導管４７は、冷却流体分配ネットワークに接続され、このネットワークによって提供される冷却流体を分配導管４５まで運ぶように構成される。
【０１１０】
したがって、主導管４７は、冷却流体分配ネットワークに接続されることを意図された上流端と、分配導管４５に接続された下流端との間に延びる。
【０１１１】
特に、主導管４７の下流端は、供給導管４３の対応する開口を介して分配導管４５の開口５５に接続される。
【０１１２】
主導管４７は、横方向に延びる円筒形状を有する第１の部分４７ａと、第１の部分を分配導管４５の開口５５に接続する、円形断面を有する第２の屈曲部分４７ｂとを備える。
【０１１３】
開口４９の縁は、開口４９を介して供給管４３の外側に冷却液が漏れることを回避するために、主管路４７と密閉可能に接合される。
【０１１４】
このように設計されているので、供給回路１３は、第１の冷却ヘッダ１１の出口で３６０〜２，７００Ｌ／分／ｍ２の間に含まれる表面流速で５ｍ／秒を超える速度で噴出される冷却流体ジェットを得るために、冷却流体分配ネットワークによって２バール以下の圧力で提供される冷却流体の流れを第１の冷却ヘッダ１１まで運ぶことができる。
【０１１５】
特に、供給回路１３は圧力低下を最小限に抑え、そのことにより比較的低い圧力からこのような噴出速度を得ることが可能になる。特に、上述した供給回路１３の構成により、この回路１３では２ｍ／秒未満の冷却流体の循環速度が維持され、それにより圧力低下を最小限に抑えることができる。
【０１１６】
２バール以下、例えば、１バールを超える低圧の使用により、冷却装置１のエネルギー消費が最小限に抑えられ、特に冷却流体分配ネットワークの圧力が４バールに等しいであろう装置と比較して、冷却流体の供給に必要な電気消費量が約５分の１に低減される。
【０１１７】
冷却流体流を停止させる装置１５は、第１の冷却ヘッダ１１によって生成された冷却流体流を停止させ、それによりこの冷却流体流が所定の長さＬより長い基材１の長さにわたって流れることを回避するように適合される。
【０１１８】
冷却流体流を停止させる装置１５は、基材１の走行方向において第１の冷却ヘッダ１１より下流側に配置される。冷却流体流を停止させる装置１５は、例えば、走行する基材１の第１の表面と接触し、第１の冷却ヘッダ１１からの冷却流体の流れが基材１の走行方向において第１のローラ６１を越えて流れるのを防止するように構成された第１のローラ６１を備える。
【０１１９】
第１のローラ６１は、概ね円柱形状を有し、基材１の全幅にわたって横方向に延びる。
【０１２０】
第１のローラ６１は、第１の冷却ヘッダ１１が基材１の第１の表面上に噴出する冷却流体ジェットの衝突領域と基材１の第１の表面上の第１のローラ６１の接触領域との間の距離が所定の距離Ｌと等しくなるように、第１の冷却ヘッダ１１より下流側に配置される。
【０１２１】
第２のローラ２０は、走行する基材１の中央面に対して第１のローラ６１と対称に配置されることが好ましい。
【０１２２】
記載した例では、第２の装置８の第１のユニット９の下流に配置された、冷却流体流を停止させる追加装置２５は、所定の長さＬ１を超えて冷却モジュール５から下流の冷却流体流を防止することが意図される。
【０１２３】
この追加の停止装置２５は、第１のローラ６１の下流に配置される。
【０１２４】
装置２５は、例えば、加圧された冷却流体ジェットを、基材に垂直な方向に又は基材１の走行方向Ａとは反対の方向に基材１に送るように構成されたノズルを備える。例えば、基材の走行方向Ａとこの加圧された冷却流体ジェットとの間に形成される角度は、６０°〜９０°の間に含まれる。
【０１２５】
運転中、基材１は、好ましくは０．５ｍ／秒〜２．５ｍ／秒の間に含まれる走行速度で、走行方向Ａにおいてローラ３、２１及び１９によって走行するように設定される。
【０１２６】
この走行中、基材１は冷却モジュール５内、特に冷却装置８の各々の中を循環する。
【０１２７】
冷却モジュール５への進入の間の基材１の初期温度は、６００℃よりも高く、特に８００℃より高い。例えば、冷却モジュール５への進入時の基材１の初期温度は、９００℃よりも高い。
【０１２８】
装置８の各々における基材１の走行中、第１の冷却流体ジェットは、基材１の第１の表面上に第１の冷却ヘッダ１１によって噴出され、第２の冷却流体ジェットは、基材１の第２の表面上に第２の冷却ヘッダ１７によって噴出される。
【０１２９】
この目的のために、冷却流体分配ネットワークは、２バール未満、好ましくは１バールを超える圧力下で冷却流体供給回路１３及び１９の各々に供給する。
【０１３０】
冷却流体流は、冷却流体を供給する主導管４７内の回路１３及び１９の各々を循環して、次いで分配導管４５内を循環し、次いでオリフィス５７を介して供給導管４３内の全幅にわたって供給導管４３内を循環する。
【０１３１】
冷却流体流は、回路１３及び１９の各々を２ｍ／秒以下の速度で循環する。
【０１３２】
次いで、冷却流体流は、第１のヘッダ１７及び第２のヘッダ１１の各々の流路３５を循環し、次にヘッダノズル３３の導管３７を循環する。
【０１３３】
温度が好ましくは３０℃未満である冷却流体は、第１のヘッダ１１及び第２のヘッダ１７の開口部３９を通って第１及び第２の冷却流体ジェットとして噴出される。
【０１３４】
第１及び第２の冷却流体ジェットは、基材１の第１の表面及び下面上に基材１と実質的に平行な冷却流体の層流を形成することによって、基材１の走行方向Ａに、５ｍ／秒以上、好ましくは１２ｍ／秒未満の噴出速度で噴出される。
【０１３５】
この冷却流体流は、基材１の全幅にわたって、基材１の第１の表面上の第１の所定の長さＬ１にわたって、及び基材１の第２の表面上の第２の所定の長さＬ２にわたって広がる。
【０１３６】
したがって、基材１は、核沸騰において第１の温度から第２の温度まで冷却される。
【０１３７】
第１の温度は、第１及び第２の冷却流体ジェットの衝突領域における基材１の温度に対応し、第２の温度は、停止装置１５における基材１の温度に対応する。
【０１３８】
特に、第１の冷却装置８の入口における基材１の温度は、冷却モジュール５の入口における基材１の初期温度に等しい。したがって、第１の冷却装置８を通過する間、基材１は、核沸騰条件下で、６００℃超、特に８００℃超、例えば、９００℃超の温度から冷却される。
【０１３９】
このように、本発明による冷却装置及び方法は、基材内、特に基材の第１の表面と第２の表面との間の温度の不均一性を誘発することなく、制御された方法で基材を効果的に冷却することができる。
【０１４０】
本発明者らは、図２〜図４の装置から、基材１の温度に依存して、基材１の第１及び第２の表面上の冷却流体により基材１から引き出された熱流量に対する冷却流体の噴出速度の影響を研究した。この影響は図５に示される。
【０１４１】
この図５において、冷却流体の噴出速度が５ｍ／秒未満、例えば、２．８ｍ／秒に等しい場合（曲線Ａ）、基材１は、基材１の温度が３７０℃未満の場合のみ核沸騰で冷却される。
【０１４２】
これらの条件下で、基材１の温度又は冷却された基材１の領域の温度が低いほど、引き出された熱流量はより低くなる。このような条件下では、基材１の最も冷たい領域がよりゆっくりと冷却され、それにより基材１の考えられる温度の不均一性が弱められる可能性が与えられる。
【０１４３】
それにもかかわらず、冷却流体の噴出速度が２．８ｍ／秒に等しい場合には、基材１の温度が３７０℃未満の場合にのみ核沸騰条件が達成されるため、熱間圧延又は熱処理の後の基材１の冷却の開始からは核沸騰条件は得られない。
【０１４４】
実際に、基材１の温度が約３７０℃〜８００℃の間に含まれるとき、基材１は遷移沸騰で冷却される。これらの条件下では、基材１の温度又は冷却された基材１の領域の温度が低いほど、引き出された熱流量が大きくなる。このような条件下では、基材１の最も冷たい領域がより急速に冷却され、そのことは基材１の考えられる温度の不均一性を強める傾向がある。
【０１４５】
基材１の温度が約８００℃より高いと、基材１は膜沸騰で冷却される。これらの条件下では、引き出された熱流量は、温度と共に実質的に不変であるが、例えば、４００℃において核沸騰で引き出され得る熱流量よりも小さいままである。
【０１４６】
したがって、冷却流体の噴出速度が５ｍ／秒未満である場合、例えば、この速度が２．８ｍ／秒に等しい場合、６００℃超、さらには８００℃超、さらには９００℃の初期温度からの冷却開始時に得られる冷却条件は、遷移沸騰条件、又はその後に遷移沸騰条件が続く膜沸騰条件である。
【０１４７】
これらの場合の両方において、基材１は、少なくとも部分的に遷移沸騰でその初期温度から最終温度まで冷却され、そのことは温度の不均一性を悪化させる傾向がある。
【０１４８】
基材１の第１及び第２の表面に向かう冷却流体の噴出速度が増加すると、例えば、それが４ｍ／秒に等しい場合（曲線Ｂ）、核沸騰条件はより高い温度（約４００℃）まで得られることがわかる。
【０１４９】
さらに、遷移沸騰において、引き出された熱流量の温度による変化、即ち、引き出された熱流量対温度の代表曲線の傾きは絶対値において減少する。
【０１５０】
換言すれば、冷却流体の噴出速度が４ｍ／秒に等しい場合、遷移沸騰状態での冷却は、冷却流体の噴出速度が２．８ｍ／秒に等しい場合よりも、基材１の温度不均一性をより少ない程度でしか悪化させない。
【０１５１】
冷却流体の噴出速度がさらに増加し、５ｍ／秒より大きく、特に６ｍ／秒（曲線Ｃ）及び７．４ｍ／秒（曲線Ｄ）に等しくなると、基材１からの引き出された熱流量は、９００°に達する温度又は９００°を超える温度にまで及ぶ温度の範囲にわたって、基材１の温度の増加関数である。
【０１５２】
したがって、基材１を、もっぱら核沸騰において、９００℃を超える温度から室温まで冷却することができる。
【０１５３】
したがって、図５は、第１及び第２の冷却流体ジェットの噴出速度が５ｍ／秒以上である場合、基材１は、６００℃を超える又はさらに８００℃を超える又はさらには９００℃を超える初期温度から核沸騰でもっぱら冷却され得ることを示す。
【０１５４】
したがって、基材１を、その冷却前に基材１が含むことがある温度の不均一性を弱める傾向がある条件下でもっぱら冷却することができる。
【０１５５】
図５において、冷却流体ジェットの噴出速度が速いので、少なくとも４００℃〜１，０００℃の間の温度範囲において、基材１から引き出された熱流量が全てより大きいことがさらに分かる。
【０１５６】
したがって、図５は、５ｍ／秒以上の速度で第１及び第２の冷却流体ジェットを噴出することにより、基材１の効果的な冷却を得ることができることを示す。
【０１５７】
本発明者らはまた、開口部３９と基材１の表面との間の距離Ｈ、及び第１又は下部冷却流体ジェットが噴出中に走行方向Ａと共に形成する角度αが、基材１について、基材１の冷却速度に対して及ぼす影響を研究した。
【０１５８】
これらの影響は、それぞれ以下の表１及び２、及び図６及び７に示される。
【０１５９】
表１には、異なる距離Ｈで得られた相対的な冷却速度が報告されている。相対的な冷却速度は、距離Ｈ＝６０ｍｍで得られた冷却速度に対する距離Ｈで得られた冷却速度の比として表１で計算される。
【０１６０】
【表１】
2019505388.tif 000003
【０１６１】
表２には、異なる角度αで得られた相対的な冷却速度が報告されている。相対的な冷却速度は、角度α＝１０°で得られた冷却速度に対する角度αで得られた冷却速度の比として表２で計算される。
【０１６２】
【表２】
2019505388.tif 000004
【０１６３】
図６及び図７は、２つの異なる角度αについての基材１上の流体流を示す。図６及び図７には、基材１の第１の表面及び冷却流体ジェット及び流れのみが示される。
【０１６４】
図６では、長手方向Ａと共に冷却流体ジェットによって形成される角度αは約３５°、即ち、２５°より大きい。図６に示すように、この角度のために、冷却流体の一部は、走行方向Ａとは反対に逆流しＢ、その結果、基材の表面の冷却流体流は乱れており、層流ではないので、基材はもっぱら核沸騰によって冷却されるのではなく、むしろ遷移沸騰によって少なくとも部分的に冷却される。
【０１６５】
対照的に、図７では、長手方向Ａと共に冷却流体ジェットによって形成される角度αは２５°である。この角度では、冷却流体は走行方向Ａに逆流することはない。むしろ走行方向Ａに沿って流れる冷却流体は層流であるので、基材はもっぱら核沸騰によって冷却される。
【０１６６】
また、冷却速度に対する冷却流体の表面流速の影響を研究し、得られた冷却速度を従来技術による方法によって得られた冷却速度と、等しい表面流速で比較するために試験を行った。
【０１６７】
したがって、表３は、３，３６０Ｌ／秒／ｍ２の表面流速、及び１０２０Ｌ／秒／ｍ２の表面流速の場合に、８００℃〜５５０℃の間で本発明による方法によって得られた、℃／秒で表される冷却速度対冷却された基材１の厚さを示す。
【０１６８】
これらの性能を、３，３６０Ｌ／秒／ｍ２及び１０２０Ｌ／秒／ｍ２の冷却流体表面流速の場合に、冷却流体ジェットが基材１の表面に直角に噴出される従来技術の標準方法によって得られたものと比較する。
【０１６９】
【表３】
2019505388.tif 000005
【０１７０】
表３は、最小表面流速（１０２０Ｌ／秒／ｍ２）について本発明による方法によって得られた基材１の冷却速度が、特に最大表面流速（３，３６０Ｌ／秒／ｍ２）で得られた速度での標準方法によって得られた基材１の冷却速度よりも大きいことを示す。
【０１７１】
したがって、これらの試験は、本発明による方法が、既存の方法よりも大きな冷却流体流速を必要とすることなく、基材１の特に効果的な冷却を得る可能性を与えることを示す。
【０１７２】
また、本発明者らは、約１，１５０℃の初期温度から室温まで、３０ｍｍの厚さを有する基材１の第１及び第２の表面の冷却プロファイルを研究した。
【０１７３】
したがって、図８は、時間に対する、上面及び下面である基材１の第１の（曲線Ｉ）及び第２の（曲線Ｊ）表面の温度の時間依存変化を示す。この図は、基材１の第１の表面及び第２の表面の冷却プロファイルが類似していることを示す。
【０１７４】
特に、５ｍ／秒以上の噴出速度で第２の表面、この例では下面への冷却流体ジェットの噴出は、基材の下面に形成される冷却流体流１が、長さＬ２にわたって基材１の下面と接触したままであり、基材１の上面及び下面の対称的な冷却、したがってその厚さにおいて基材１の均一な冷却を得る可能性を与える。
【０１７５】
この図はまた、基材１の冷却が非常に急速であり、上面及び下面が１１５０°から２００℃未満の温度まで５０秒未満で冷却されることを示す。
【０１７６】
図９は、図２及び図４に示される冷却モジュール５の入口（曲線Ｋ）及びこのモジュール５の出口（曲線Ｌ）での長手方向における基材１の表面にわたる温度分布を示す。
【０１７７】
これらの曲線の横座標は、長手方向における基材１上の測定点の標準化された位置を表す。
【０１７８】
このように、基材１は、冷却モジュール５への進入前に、基材１の先端から後端の間で長手方向における温度の不均一性を有し、この不均一性は、モジュール５の出口で強烈に弱められることがわかる。
【０１７９】
したがって、図９は、基材１はもっぱら核沸騰条件下でモジュール５によって冷却され、そのことは基材１の先端から後端の間に最初に存在する温度の不均一性を弱めることを可能にするという事実を示す。
【０１８０】
したがって、本発明による方法により、非常に良好な平坦性の品質を有する基材１を得ることが可能になる。
【実施例】
【０１８１】
例及び比較として、図１０及び図１１は、技術水準による冷却方法（図１０）又は本発明による冷却方法（図１１）のいずれかによって冷却された２つの基材の、基材の幅にわたる表面のプロファイルを示す。
【０１８２】
図１０及び図１１において、ｘ軸は基材の幅にわたる測定点の位置を表し、ｙ軸は平坦度＝（ε１１−（ε１１）平均）.１０５（ここで、（ε１１）平均は基材の幅にわたるε１１の平均値である。）で表される各測定点の平坦度を報告する。
【０１８３】
図１０の基材は、遷移沸騰によって少なくとも部分的に冷却された一方、図１１の基材は、もっぱら核沸騰によって本発明に従って冷却された。
【０１８４】
これらの図の比較により、基材が核沸騰によって冷却される本発明による方法は、技術水準の方法と比較して改善された基材平坦性を達成することを可能にすることが示される。
【０１８５】
図１２及び図１３は、図３及び図４に示すアセンブリの別の実施形態による冷却ヘッダ１１’及び供給回路１３’を示す。
【０１８６】
この実施形態は、図３及び図４を参照して説明した実施形態とは、主に、冷却ヘッダ１１’が流路３５を備えておらず、供給回路１３’が冷却流体を提供するための主導管４７を備えていない点で異なる。
【０１８７】
したがって、この実施形態では、冷却ヘッダ１１’はヘッダノズル７１によって形成される。
【０１８８】
ヘッダノズル７１は、図３及び図４を参照して説明したヘッダノズル３３と機能的に類似する。
【０１８９】
特に、ヘッダノズル７１は、冷却される基材１の幅以上の幅にわたって、走行する基材１に対して横断方向に延びる。
【０１９０】
ヘッダノズル７１には、冷却流体を運ぶための導管７３を形成する貫通オリフィスが設けられる。導管７３は、冷却される基材１の幅以上の幅にわたって横方向に延び、上流端と下流端との間の垂直な長手方向面内に延びる。導管７３の上流端は供給回路１３’に直接接続される。下流端は開口を形成し、供給回路１３’によって吹き込まれ、導管３７を横切る冷却流体はその開口を通って冷却流体ジェットとして基材上に噴出される。
【０１９１】
開口は、図３及び図４を参照して説明した開口部３９と類似する開口部７５を形成する。
【０１９２】
導管７３は、導管７３の上流側から下流側に向かって減少する部分を有し、それは開口部７５の出口において２ｍ／秒未満の冷却流体の初期速度から少なくとも５ｍ／秒の速度で供給回路１３’へ噴出される冷却流体ジェットの形成を可能にする。実際、後述するように、２ｍ／秒未満の速度で供給回路１３’内で冷却流体を循環させることにより、この供給回路１３’における圧力低下を最小限に抑えることができ、したがって、回路１３’に供給するのに必要な圧力を低下させることができる。
【０１９３】
好ましくは、導管７３の下流端は、走行方向Ａと共に５°〜２５°の間、特に１０°〜２０°の間に含まれる角度αを形成する。
【０１９４】
また、この代替案によれば、供給回路１３’は、冷却ヘッダ１１’の供給導管８３及び分配導管８５を備える。したがって、冷却流体分配ネットワークから受け取った冷却流体の流れは、分配導管８５、次いで供給回路８３を通って冷却ヘッダ１１’まで運ばれる。
【０１９５】
供給回路８３は、ヘッダノズル７３に冷却流体を供給することが意図される。
【０１９６】
供給導管８３は、ヘッダノズル７３の幅と実質的に等しい幅にわたって横方向に延びる。供給導管８３は、円筒形の一般的な形状を有し、実質的に円筒形の側壁及び２つの端壁を備える。これらの端壁の両方には、以下に説明するように、供給回路８３を通過させることを可能にすることが意図された実質的に円形の貫通オリフィス８７が設けられる。
【０１９７】
供給導管８３はまたその側壁に導管７３内に開口する横方向開口８９を備える。開口８９は供給導管８３の幅の実質的全体にわたって横方向に延びる。
【０１９８】
分配導管８５は、冷却流体分配ネットワークに接続され、この分配ネットワークによって提供される冷却流体流を供給導管８３の全幅にわたって分配することが意図される。
【０１９９】
分配導管８５は、円筒形の一般的な形状を有し、冷却流体分配ネットワークに各々接続された２つの端部８５ａ、８５ｂの間に横方向に延びる。導管８５は、端部８５ａ、８５ｂの間に、供給導管８３の内部に延びる中央部分を備える。両端部８５ａ、８５ｂは、供給導管８３から貫通オリフィス８７を通って開口する。
【０２００】
したがって、分配導管８５の側壁は、供給導管８３の側壁と共に、供給導管８３内で冷却流体を循環させるための空間９１を画定する。空間９１は、概ねリング形状である。
【０２０１】
また、分配導管８５の側壁には、分配導管８５から空間９１への冷却流体の分配を可能にすることが意図された複数のオリフィス９５が設けられる。
【０２０２】
オリフィス９５は、例えば、横方向に整列され、導管８５の全幅にわたって延びる。
【０２０３】
オリフィス９５は、例えば、等距離である。
【０２０４】
この代替案によれば、供給回路１３’は、１，０００〜３，５００Ｌ／分／ｍ２の間に含まれる表面流速で、冷却ヘッダ１１’の出口で５ｍ／秒を超える速度で噴出される冷却流体ジェットが得られるように、冷却流体分配ネットワークによって２バール以下の圧力で提供される冷却流体流を冷却ヘッダ１１’まで運ぶことができる。
【０２０５】
特に、供給回路１３’は、回路１３と同様に、圧力低下の最小化を可能にし、それにより比較的低い圧力から５ｍ／秒を超える噴出速度を得る可能性が与えられる。
【０２０６】
上記の例示的な実施形態は非限定的であることを理解すべきである。
【０２０７】
特に、別の実施形態によれば、冷却装置及びモジュールは、熱処理ラインに一体化される。次いで、冷却装置及びモジュールは、基材の熱処理温度に実質的に等しい初期温度から室温まで基材を焼き入れすることによって、基材１を核沸騰で冷却することが意図される。初期温度は、例えば、８００℃より高く、さらには１００℃より高くてもよい。
【０２０８】
さらに、記載されたモジュール５は２つの冷却装置８を備えるが、モジュール内の装置８の数は変化してもよく、２つよりも多くても少なくてもよい。
【０２０９】
また、偏向器を省略してもよいし、装置が１つの上部偏向器又は１つの下部偏向器のみを備えてもよい。
【０２１０】
さらに、代案によれば、冷却流体流を停止させるための装置１５は、ローラ６１に加えて又はその代わりに、加圧された冷却流体ジェットを基材に直交する方向又は基材１の走行方向とは反対の方向に基材１上に送るように構成されたノズルを備える。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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