(57)【要約】 【課題】線材コイルの蛇行やコイル径の変更等に伴って必然的に生じる、冷却床上への非同心コイル状線材の幅両端部の載置位置の変動や変化に関わらず、線密部で不均一な冷却を生じさせることがない線材冷却装置を提供する。【解決手段】熱間圧延直後の線材が、冷却床１直上をローラコンベアまたはチェーンコンベアにて非同心リング状態で搬送される間に、冷却床１の長手方向に一定間隔で列設されたスリットノズル５，５，…，５を介して、上記線材に向かって冷却流体を噴出し、このスリットノズル５からの噴流と該噴流によって生じる巻込流とを利用して上記線材の冷却を行う線材冷却装置において、冷却床１の幅員端部に設置された側壁３の高さＨと、スリットノズル５端から側壁３内面までの距離Ｌとが、下記式の関係を満たすことを特徴とする。    式  １．３６Ｌ≦Ｈ≦２．１５Ｌ（ただし、Ｌ≧５０ｍｍ）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延直後の線材が、冷却床直上をローラコンベアまたはチェーンコンベアにて非同心リング状態で搬送される間に、該冷却床の上面にその幅員方向に伸びるスリットノズルであって、同冷却床の長手方向に一定間隔で列設されたスリットノズルを介して、前記線材に向かって冷却流体を噴出し、このスリットノズルからの噴流と該噴流によって生じる巻込流とを利用して前記線材の冷却を行う線材冷却装置において、前記冷却床の幅員端部に設置された側壁の高さＨと、前記スリットノズル端から該側壁内面までの距離Ｌとが、下記式の関係を満たすことを特徴とする線材冷却装置。
式  １．３６Ｌ≦Ｈ≦２．１５Ｌ（ただし、Ｌ≧５０ｍｍ）
【請求項２】
さらに、前記線材のリング径Ｄに応じて前記側壁の高さＨおよび前記スリットノズル端から該側壁内面までの距離Ｌを調整可能とする側壁高さ・距離調整手段を備えた請求項１に記載の線材冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステルモアタイプの線材冷却装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延された直後の線材は、一定ピッチずらした連続するリング状態（以下「非同心リング状態」とも称す。）で、搬送手段（ローラコンベアまたはチェーンコンベア）にて冷却床上を搬送される間に、冷却床上面（ノズルデッキ）に設けられたスリットノズルを介して噴出される冷却空気等によって冷却される。
【０００３】
該リング状線材は、その連続するリング部分を一定ピッチでずらせて重なりあった形態のため、非同心リング状線材の幅両側部分は重なり密度が大であり、幅中央部分は線材の重なり密度が小である。
【０００４】
このため、幅両側部分（以下「線密部」という。）を幅中央部分（以下「線粗部」という。）と同じ冷却条件で冷却すると、幅両側部分（線密部）の冷却が不足して線材に冷却ムラが生じやすく、材質が不均一となることが知られている。このため、幅両側部分（線密部）と幅中央部分（線粗部）とで冷却条件を変更し、幅両端部分（線密部）の冷却を特に強化する冷却方式が種々提案されている。
【０００５】
〔従来技術１〕
例えば、本出願人は、ノズルの適切な間隔を保ち、同一平面に対して同角度で並列するノズルから高速風を噴出させ、ノズル間に発生する負圧部を生じさせることにより、負圧部に沿って巻き込み流を発生させ、線密部への風量を確保して、線材の品質ばらつきを小さくする冷却装置を提案した（特許文献１参照）。
【０００６】
〔従来技術２〕
さらに、本出願人は、一様流冷却域と交互流（噴出流）冷却域における伝熱形態の相違に着目し、交互流冷却域における境膜破壊による伝熱係数の増大作用を利用して、これをエッジ部（線密部）の冷却に適用するとともに、中央部には一様流冷却域における冷却方式を適用することにより、非同心リング状線材の全幅に亘る均一な冷却を可能とする冷却装置を完成し、これを実機に適用することで、線材の品質改善に大いに貢献してきた（特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、線材コイルが搬送手段（ローラコンベアまたはチェーンコンベア）上に一定ピッチでずらせて載置され、搬送させるに際し、コイルが多少なりとも蛇行するので、そのリング幅両端部は、冷却床上の所定位置に常に正確に載置されるわけではなく、その載置位置には必然的に多少の変動（ズレ）が生じる。また、顧客からの要求等に応じて線材コイル径を変更した場合には、そのリング幅両端部の冷却床上への載置位置は当然変化する。
【０００８】
一方、上記従来技術２では、非同心リング状線材を線粗部および線密部に２分し、各部に対して冷却形態を変えた冷却装置を適用している。ここで、非同心リング状態で搬送される線材は、その幅方向外側ほど密になることが自明である。したがって、上記従来技術２の冷却装置において、線密部冷却域が冷却床の幅員方向でほぼ一定の冷却能力分布を有する場合や、該線密部冷却域が該幅員方向外側にいくほど冷却能力が低下するような分布を有する場合には、上記コイルの蛇行やコイル径変更等に伴って必然的に生じる載置位置の変動や変化ともあいまって、上述の交互流冷却方式を適用しても該線密部に不均一な冷却が生じやすく、材料特性にばらつきが発生するおそれがある。
【特許文献１】特開昭６２−１６６０１８号公報
【特許文献２】特開昭６３−１８８４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、線材コイルの蛇行やコイル径の変更等に伴って必然的に生じる、冷却床上への非同心コイル状線材の幅両端部の載置位置の変動や変化に関わらず、線材コイル内、特に線密部で不均一な冷却を生じさせることがない線材冷却装置およびそれを用いた線材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】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために、冷却床上における風速分布を測定するなど鋭意検討の結果、線密部冷却域（すなわち、交互流冷却域）の幅方向冷却能力分布は、冷却床上に設けられた側壁の、高さおよびスリットノズル端からの設置距離に強く依存することを見出した。そして、この知見に基づき、該側壁の、高さとスリットノズル端からの設置距離との関係を定量化することによって、下記の発明を完成するに至った。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、熱間圧延直後の線材が、冷却床直上をローラコンベアまたはチェーンコンベアにて非同心リング状態で搬送される間に、該冷却床の上面にその幅員方向に伸びるスリットノズルであって、同冷却床の長手方向に一定間隔で列設されたスリットノズルを介して、前記線材に向かって冷却流体を噴出し、このスリットノズルからの噴流と該噴流によって生じる巻込流とを利用して前記線材の冷却を行う線材冷却装置において、前記冷却床の幅員端部に設置された側壁の高さＨと、前記スリットノズル端から該側壁内面までの距離Ｌとが、下記式の関係を満たすことを特徴とする線材冷却装置である。
式  １．３６Ｌ≦Ｈ≦２．１５Ｌ（ただし、Ｌ≧５０ｍｍ）
【００１２】
請求項２に記載の発明は、さらに、前記線材のリング径Ｄに応じて前記側壁の高さＨおよび前記スリットノズル端から該側壁内面までの距離Ｌを調整可能とする側壁高さ・距離調整手段を備えた請求項１に記載の線材冷却装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、冷却床の幅員端部に設置された側壁の高さＨを、スリットノズル端から該側壁内面までの距離Ｌの１．３６倍以上、２．１５倍以下とすることで、線密部冷却域は、冷却床の幅員方向外側にいくほど冷却能力が上昇するので、冷却床上への非同心コイル状線材の幅両端部の載置位置が多少変動しても、線密部で不均一な冷却を生じさせることがなくなり、線材の品質をより安定させることができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ、さらに詳細に説明する。
【００１５】
図１は、実施形態に係る冷却装置の幅員端部における噴流の形態を模式的に示す斜視図、図２は、図１におけるＸ−Ｘ線断面図、図３は、図１におけるＹ−Ｙ線断面図である。なお、これらの図においては、説明の都合上、搬送手段（チェーンコンベア）と非同心リング状線材を省略して冷却床の部分のみを図示した。
【００１６】
本実施形態に係る冷却装置は、図１に示すように、冷却空気を噴出するための冷却床１と、図示しない非同心リング状線材を搬送するための図示しないチェーンコンベアとで構成されている。
【００１７】
冷却床１は、その幅員両端部に側壁３を立設するとともに、冷却床１の上面はノズルデッキ４とされ、同デッキ４の裏面側には、図示しない冷却空気供給用の風箱が設置されている。
【００１８】
上記チェーンコンベアは、１対の無端状チェーンからなり、同チェーンは、同期等速で回動され、ノズルデッキ４の直上をその長手方向に沿って一定速度で移動するように構成されている。
【００１９】
熱間圧延直後のリング状線材（線材コイル）は、図示しないレイングヘッドにて、リング中心を一定ピッチずらして平面展開した状態（非同心コイル状）で上記チェーンコンベア上に載置され、このチェーンコンベアの移動に伴って、冷却床１（ノズルデッキ４）上をその長手方向に一定速度で搬送される。
【００２０】
ノズルデッキ４（冷却床１の上面）には、その幅員方向に伸びるスリットノズル５，５，…，５が、同デッキ４の長手方向に一定間隔で列設されており、上記図示しない風箱から供給された冷却空気が該スリットノズル５，５，…，５から上向きに噴出される。
【００２１】
ここで、図１および２に示すように、スリットノズル５，５，…，５から噴出する冷却空気で形成される噴出流Ａは、所定の高さまではコアＤを形成し、その後流れ幅を広げて隣同士の噴出流Ａが合流する。この結果、相隣るスリットノズル５，５間に負圧域Ｅを生じ、この負圧域Ｅ内部に噴出流Ａの一定方向流れと異なる巻込み流Ｂ（乱流）が発生する（特許文献２、第４頁右下欄下から５行目〜第４頁左上欄上から６行目参照）。そして、非同心リング状線材の線密部が、上記噴出流域（コア）Ｄと巻込み流域（負圧域）Ｅとを交互に通過することで、境膜破壊による伝熱係数の増大作用を利用して冷却効率を高めることができる。
【００２２】
しかしながら、巻込み流域Ｅは乱流状態といえども、その流速は噴出流域Ｄより必然的に低いため、線密部の冷却効率は巻込み流域Ｅでの冷却能力が律速することとなる。
【００２３】
そして、巻込み流域Ｅでの冷却能力は、同流域Ｅでの幅員方向の風速分布に影響される。すなわち、非同心コイル状線材は、上述したように、その幅端部に近づくほど線材の重なりが密になることから、巻込み流域Ｅでの幅員方向の風速分布は、側壁３に近づくほど（外側にいくほど）風速が高くなるようにすることで、より均一な冷却が可能となり冷却効率が上昇する。また、このような側壁３に近づくほど高風速となる風速分布とすることで、線材コイルの蛇行やコイル径の変更によって、線密部の載置位置が冷却床１の幅員方向に多少ずれても、上記より均一な冷却が常に維持されることとなる。
【００２４】
ところで、上記巻込み流Ｂは、図３の幅員方向断面図に示すように、主として、冷却装置外部から側壁３の上方を越えて負圧域Ｅに流入する流れで形成されることから、上記風速分布は、側壁高さＨおよびスリットノズル５端から側壁３内面までの距離（以下、「側壁設置距離」ともいう。）Ｌに依存して変化する。そして、巻込み流域Ｅでの幅員方向の風速分布が、側壁３に近づくほど風速が高くなるようにするためには、巻込み流域Ｅへの流入領域Ｆにおいてできるだけノズルデッキ４に平行な均一流Ｃとすることが望ましく、このような均一流Ｆを実現するためには、下記式（１）の関係を満たせばよい（後記実施例参照）。
【００２５】
１．３６Ｌ≦Ｈ≦２．１５Ｌ（ただし、Ｌ≧５０ｍｍ）  …式（１）
【００２６】
ここで、１．３６Ｌ≦Ｈ≦２．１５Ｌとしたのは、Ｈが１．３６Ｌ未満、または、      ２．１５Ｌ超になると、巻込み流域Ｅにおける幅員方向の風速分布に、側壁に近づいても風速がもはや増加しなくなる領域、あるいは、風速が却って低下する領域が出現し、上記作用効果を奏さなくなるためである。
【００２７】
また、Ｌ≧５０ｍｍとしたのは、スリットノズル端から一定の距離を保つことで、側壁３の施工作業を容易にするためと、非同心リング状線材と側壁３との接触を防止するためである。
【００２８】
なお、線材コイル径が拡大すると、チェーンコンベア２への載置時および搬送時における蛇行量も増加し、側壁３との接触のおそれも増大することから、上記スリットノズル５端からの距離Ｌは、コイル径に応じて適宜拡大するのが望ましい。
【００２９】
また、側壁高さＨは、側壁３の本来の機能である脱線防止機能を発揮させるため、１００ｍｍ以上とするのが望ましい。
【００３０】
（変形例）
上記実施形態では、非同心コイル状線材の搬送手段としてチェーンコンベアを例示したが、チェーンコンベアと同様、搬送手段として常用されるローラコンベアを用いてもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、側壁として固定式のものを例示したが、側壁高さ・距離調整手段を備えた可動式のものを用いて、その高さＬおよびスリットノズル端からの設置距離Ｈを変更可能に構成してもよい。
【実施例】
【００３２】
本発明に係る線材冷却装置の作用効果を確証するため、ステルモアタイプの冷却装置を用い、線材を搬送しないオフラインの状態、すなわち、チェーンコンベアを取り外し冷却床のみの状態として、所定の側壁設置距離Ｌにて側壁高さＨを種々変更して冷却空気を噴出し、冷却床上の巻込み流域における幅員方向の風速分布を測定する試験を実施した。
【００３３】
以下の試験において、スリットノズル幅は１５ｍｍ（一定）、冷却空気は常温の空気、スリットノズルからの冷却空気噴出速度は５０ｍ／ｓ（一定）とした。
【００３４】
風速の測定は、定温度型熱線風速計（株式会社日本化学工業製、商品名：アネモマスター２４−６１１１）を用いた。そして、この風速計を、隣り合う２本のスリットノズルの中間線上に沿って、スリットノズル端側からノズルデッキ中央側に向かって一定ピッチ（２５ｍｍ）で移動させ、ノズルデッキの上方２０ｍｍおよび８５ｍｍの高さ位置における風速を測定した（図２の風速測定位置参照）。これらの高さ位置は、非同心コイル状線材がノズルデッキの上方１００ｍｍ以下の範囲を通過することから決定した。また、各測定位置における風速の測定は、ノズルデッキの幅員方向に垂直な面内にて４５°ごとに３６０°全方位について行ったが、各測定位置において方位によらず風速はほぼ一定（多くとも±１０％以内の差異）である（すなわち、乱流であることを示している）ことを確認した。よって、各測定位置における上記全方位の風速の算術平均値を、各測定位置における風速の代表値として用いることとした。
【００３５】
図４および５に、スリットノズル端から側壁までの距離Ｌを１７５ｍｍとしたときにおける、各測定高さ位置における風速分布の測定結果を示す。これらの図より明らかなように、側壁の高さＨが３００ｍｍの場合には、側壁からの距離が小さくなる（すなわち、側壁に近づく）にしたがって風速が単調に増加しており、本発明の作用効果を奏するのに対し、他の側壁高さ（１００ｍｍ、２００ｍｍ、４００ｍｍ）の場合には、途中で風速変化が増加から減少に転じている箇所が存在し、本発明の作用効果を奏しなくなることがわかる。
【００３６】
そこで、本発明の作用効果を奏しうる側壁高さＨの臨界値を明らかにするため、以下の解析を試みた。なお、図４と図５とを比較してわかるように、風速分布曲線の変化は、測定高さ位置によらずほぼ同様の挙動を示すことから、以下の解析においては、測定高さ位置２０ｍｍの測定結果のみを用いた。
【００３７】
測定高さ位置２０ｍｍにおける、側壁高さＨと風速との関係を側壁からの距離ごとにプロットし、これを図６に示す。
【００３８】
同図に示すように、側壁高さＨが２３８ｍｍ未満になると側壁からの距離６５ｍｍと９０ｍｍとの間で風速の大小関係が逆転し、また、側壁高さが３７７ｍｍを超えると側壁からの距離１６５ｍｍと１９０ｍｍとの間で風速の大小関係が逆転しているのがわかる。これに対し、側壁高さが２３８〜３７７ｍｍの間では、側壁からの距離が小さくなる（すなわち、側壁に近づく）にしたがって、風速が単調に増加するのがわかる。
【００３９】
よって、側壁設置距離Ｌ＝１７５ｍｍにおいて、本発明の作用効果を奏しうる側壁高さＨの範囲は２３８〜３７７ｍｍとなる。
【００４０】
ここで、側壁設置距離Ｌ＝０ｍｍ、つまり、スリットノズル端に接して側壁を設置する場合を想定すると、図３から類推されるように、側壁高さＨ＝０ｍｍ（すなわち、側壁なし）のときに、ノズルデッキに略平行な均一流れが最も良く得られ、ノズルデッキの幅員中央側から側壁の設置位置（すなわち、隣り合う２本のスリットノズル端の中間点）に近づくとともに風速が単調に増加すると考えられる。
【００４１】
上記解析結果および考察より、側壁高さＨの臨界値（上下限値）は側壁設置距離Ｌと直線関係にあると考えられ、上限値は２３８／１７５≒１．３６、下限値は３７７／１１７５≒２．１５となることから、本発明の作用効果を奏するためには、側壁高さＨと側壁設置距離Ｌとの間には、１．３６Ｌ≦Ｈ≦２．１５Ｌの関係が成立する必要があることがわかる。ただし、上述したように、施工上の制約等により、実際には側壁設置距離Ｌは５０ｍｍ以上とする必要がある。
【００４２】
したがって、本発明の範囲は、図７の灰色部分の領域で示されることとなる。同図中、○印は発明例、×印は比較例を示す。同図において、従来１１００ｍｍの線材コイル径に対し、側壁として発明例１のＬ＝５０ｍｍ、Ｈ＝１００ｍｍの組み合わせを採用していたのに対し、線材コイル径を１２２５ｍｍに拡大するにあたり、コイルの蛇行量の増加によるズレ代を考慮して、発明例２のＬ＝１７５ｍｍ、Ｈ＝３００ｍｍの組み合わせを採用することで、線材コイル径を拡大しても、線密部で不均一な冷却を生じさせることがなくなり、線材の品質をより安定させることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態に係る冷却装置の幅員端部における噴流の形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図２におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】測定高さ位置８５ｍｍにおける、冷却床幅員方向の風速分布を示すグラフ図である。
【図５】測定高さ位置２０ｍｍにおける、冷却床幅員方向の風速分布を示すグラフ図である。
【図６】測定高さ位置２０ｍｍにおける、側壁高さと風速との関係を示すグラフ図である。
【図７】本発明の範囲を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…冷却床
３…側壁
４…ノズルデッキ
５…スリットノズル
Ａ…噴出流
Ｂ…巻込み流
Ｃ…均一流
Ｄ…噴出流域（コア）
Ｅ…巻込み流域（負圧域）
Ｆ…流入領域
【図１】
2008290114.tif 000003
【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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