(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｕ形鋼矢板の仕上圧延機からその搬送方向の下流側に位置するエアーノズルであって、流速１０ｍ／ｓ以上の空気を前記Ｕ形鋼矢板のウェブの上面もしくは下面または両面に供給する前記エアーノズルを、搬送方向に、前記Ｕ形鋼矢板のウェブ幅の２倍以内の間隔で連続的に配したことを特徴とするＵ形鋼矢板の冷却設備。
【請求項２】
前記ウェブ上面に空気を供給する前記エアーノズルを、搬送テーブル上から側方に退避させておき、前記Ｕ形鋼矢板の先端が進入した後に前記Ｕ形鋼矢板の上方に前記エアーノズルを移動させて、送風冷却を開始することを特徴とする請求項１記載のＵ形鋼矢板の冷却設備。
【請求項３】
Ｕ形鋼矢板の仕上圧延機から搬送方向下流側において、エアーノズルにより流速１０ｍ／ｓ以上の空気を、厚さが１２ｍｍ以上であるＵ形鋼矢板のウェブの上面もしくは下面または両面に供給することにより、自然放冷を超える冷却速度から焼入速度未満でウェブを冷却することを特徴とするＵ形鋼矢板の冷却方法。
【請求項４】
仕上圧延後の分割作業中または分割待機中に、前記Ｕ形鋼矢板のウェブを冷却することを特徴とする請求項３に記載のＵ形鋼矢板の冷却方法。
【請求項５】
前記ウェブの上面に空気を供給する前記エアーノズルを、搬送テーブル上から側方に退避させておき、前記Ｕ形鋼矢板の先端が進入した後に前記Ｕ形鋼矢板の上方に前記エアーノズルを移動させて、送風冷却を開始することを特徴とする請求項３または４記載のＵ形鋼矢板の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間仕上圧延後にＵ形鋼矢板を冷却するためのＵ形鋼矢板の冷却設備および冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、Ｕ形鋼矢板の一般的な形状を示す断面図である。図６に示すように、Ｕ形鋼矢板１は、ウェブ部２、フランジ部３及び爪部４によって構成されている。このＵ形鋼矢板１は、一般に素材を加熱し、粗圧延機、一台以上の中間圧延機、仕上圧延機によって圧延され、例えば分割機（鋸断機ともいう）によって所定の製品長に分割されて、冷却床にてほぼ常温にまで冷却される。一般に、ウェブ部２の肉厚がフランジ部３の肉厚より厚いため、圧延終了直後は、ウェブ部２の方がフランジ部３より温度が高く、ときにはその温度差が１００℃以上となる。
【０００３】
図７は、仕上圧延後のウェブ部２とフランジ部３の温度履歴を示す線図である。ウェブ部２及びフランジ部３はともに変態点以上の温度で仕上圧延を終了するのが一般的であるが、仕上圧延後の図７の（イ）においては、肉厚の薄いフランジ部３が先に変態し、その変態膨張によって、図８に示すように、ウェブ部２を内側にし、フランジ部３の爪部４を外側とする上反りが発生する。
その後、図７の（ロ）においては、フランジ部３は変態が終了してますます温度が低下するのに対し、肉厚の厚いウェブ部２は、変態が開始され、その変態発熱によって温度低下が鈍化し、ときには温度上昇に転ずることもある。フランジ部３はウェブ部２よりも温度降下が大きく熱収縮も大きいため、図９に示すように、ウェブ部２を外側にしフランジ部３の爪部４を内側とする下反りが発生する。
図７の（ハ）では、ウェブ部２の変態が終了し、Ｕ形鋼矢板１の断面内での熱拡散や周囲への放熱が進んで、ウェブ部２とフランジ部３の温度差がある程度小さくなると下反りは低減し、最終的には上反りへと変化する。
【０００４】
このような反りが発生すると、搬送の際に反った部分がエプロン１１やテーブルロール１０にぶつかって変形し、この部分が製品とならず、歩留まりを低下させるばかりか、設備を破損させるなどの問題も発生する。また、搬送能力が低下し、生産性を著しく低下させる。特に下反りが発生した場合は、図９に示すように、Ｕ形鋼矢板１の先端と尾端が搬送テーブルのエプロン１１に乗り上げ、テーブルロール１０と接触しなくなるため、搬送が不能となる。その結果、前述のように、ウェブ部２とフランジ部３の温度差が小さくなって下反りが小さくなるまで、その場で放冷し、待機しなければならない。
【０００５】
この下反りを解消あるいは低減させる手法として、従来、以下の技術が提案されている。
最終仕上圧延前にウェブ部２の温度をフェライト変態温度Ａｒ3 以下に設定し、かつウェブ部２とフランジ部３の温度差を５０℃以内に設定して、図６に示す逆Ｕ字姿勢で仕上圧延を行い、その後、Ｕ形鋼矢板１を反転させてＵ字姿勢で冷却を行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、仕上圧延終了後、直ちにＵ形鋼矢板１を反転してＵ字姿勢の状態で先端部分と後端部分を拘束し、ウェブ部２とフランジ部３の温度差を８０℃以下になるまで強制冷却を行う方法もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−２１５２０３号公報（第１８頁、第５図−第６図）
【特許文献２】特開昭６３−２２０９１７号公報（第９８頁−第９９頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の方法（特許文献１）では、下反りを防止するために、Ｕ形鋼矢板をＵ字姿勢にするための反転装置が新たに必要となり、膨大な設備コストがかかるという問題があった。また、Ｕ字姿勢で搬送すると、テーブルロールと接触するため、ウエブ表面に疵が発生する恐れがあった。
【０００９】
また、仕上圧延終了後拘束し、強制冷却を行う従来の方法（特許文献２）では、Ｕ形鋼矢板の製造ライン内に拘束装置が設置されることになり、設備コストがかかるという問題があった。また、反転や拘束をするためには時間がかかり、生産性を著しく阻害するという問題があった。
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、Ｕ形鋼矢板を逆Ｕ字姿勢で圧延し、冷却を行うことによって、反りを防止することができるＵ形鋼矢板の冷却設備および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】
【００１１】
本発明にかかるＵ形鋼矢板の冷却設備は、Ｕ形鋼矢板の仕上圧延機からその搬送方向の下流側に位置するエアーノズルであって、流速１０ｍ／ｓ以上の空気をＵ形鋼矢板のウェブの上面もしくは下面または両面に供給するエアーノズルを、搬送方向に、Ｕ形鋼矢板のウェブ幅の２倍以内の間隔で連続的に配するものである。
【００１２】
また、Ｕ形鋼矢板の冷却設備は、ウェブ上面に空気を供給するエアーノズルを、搬送テーブル上から側方に退避させておき、Ｕ形鋼矢板の先端が進入した後にＵ形鋼矢板の上方にエアーノズルを移動させて、送風冷却を開始するものである。
【００１３】
本発明にかかるＵ形鋼矢板の冷却方法は、Ｕ形鋼矢板の仕上圧延機から搬送方向下流側において、エアーノズルにより流速１０ｍ／ｓ以上の空気を、厚さが１２ｍｍ以上であるＵ形鋼矢板のウェブの上面もしくは下面または両面に供給することにより、自然放冷を超える冷却速度から焼入速度未満でウェブを冷却するものである。
【００１４】
また、Ｕ形鋼矢板の冷却方法は、仕上圧延後の分割作業中または分割待機中に、Ｕ形鋼矢板のウェブを冷却するものである。
【００１５】
また、Ｕ形鋼矢板の冷却方法は、ウェブの上面に空気を供給するエアーノズルを、搬送テーブル上から側方に退避させておき、Ｕ形鋼矢板の先端が進入した後にＵ形鋼矢板の上方にエアーノズルを移動させて、送風冷却を開始するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｕ形鋼矢板の仕上圧延後に発生する下反りを防止することができ、生産性の大幅な向上を図ることができる。また、仕上圧延前の冷却装置、仕上圧延後の反転装置や拘束装置が不要であり、設備コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１及び図２は、本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板の冷却設備の説明図及びその要部の斜視図である。図に示すように、Ｕ形鋼矢板１は、ウェブ部２、フランジ部３及び爪部４から構成されており、Ｕ形鋼矢板１の有効幅はｘ、有効高さはｙである。そして、Ｕ形鋼矢板１は逆Ｕ字姿勢で搬送ライン上に載置されており、テーブルロール１０に接触してエプロン１１上を搬送されるようになっている。エプロン１１には幅方向のほぼ中央に貫通孔１２が設けられており、貫通孔１２内にはウェブ部２の下方より空気を噴射する下部エアーノズル１３が取り付けられ、下部エアー配管１４を介して下方より上方に送風してウェブ部２の下面を冷却するようになっている。
【００１８】
また、ウエブ部２の上方には下部エアーノズル１３と対向して、空気を噴射する上部エアーノズル２０が取り付けられ、上部エアー配管２１を介して上方より下方に送風してウェブ部２の上面を冷却するようになっている。なお、この上部エアーノズル２０は、通常は搬送ライン上方からずれて、図３に示す位置（側方）に退避している。Ｕ形鋼矢板１の生産ラインでは、Ｈ形鋼など他の種類の形鋼を生産する場合があるうえ、Ｕ形鋼矢板１の先端が上に反って進入してくる場合には、退避していると、上部エアーノズル２０などが破損しないですむ。なお、搬送ライン上には分割機３０（図５参照）が設けられている。
【００１９】
Ｕ形鋼矢板１の冷却は以下のようにして行われる。図１、図２及び図５に示すように、Ｕ形鋼矢板１を逆Ｕ字姿勢にして、仕上圧延機４０を出て搬送ライン上を搬送されるＵ形鋼矢板１のウェブ部２の上面と下面を、上下のエアーノズル２０，１３からの空気を噴射して送風冷却する。このとき、送風冷却する部分は、長手方向に分割する前のＵ形鋼矢板１の長さの５０％以上の長さとすればよい。５０％より長ければ、送風中は下反りが発生しにくくなり、図４に示すように、生産能率が急激に上昇する。逆に、５０％より短いと、Ｕ形鋼矢板１の部分的な下反りを許容することとなり、生産能率の向上効果はほとんど期待できなくなる。ただし、この５０％という基準は、設備で許容できる下反り量によって変化する場合がある。
【００２０】
上下のエアーノズル２０，１３が、搬送方向にＵ形鋼矢板１のウエブ幅の２倍以内の間隔で設置されれば、空気がウェブ部２に当たる面積率を十分に確保することができる。これは、空気噴射では水などの液体噴射の場合と違って、上下のエアーノズル２０，１３から広角に噴射することができず、広くても噴射角が５０°程度であり、また噴射範囲２２が円形になるという特徴を持つためである。搬送方向が長軸となる楕円状の噴射ができないので、搬送方向にＵ形鋼矢板１のウエブ幅の２倍以上の間隔で上下のエアーノズル２０，１３を設置することは好ましくない。
【００２１】
上下のエアーノズル２０，１３から噴出する空気の流速を１０ｍ／ｓ以上とすれば、放冷の場合と比べて冷却速度が１．３〜３倍程度になるので、その分、搬送に要する時間が短くなって、生産性が向上する。流速が１０ｍ／ｓ以下であると、噴射圧力が低いため、冷却能力が著しく低下するうえ、上下のエアーノズル２０，１３間の噴射量のばらつきも大きくなるので、好ましくない。
【００２２】
本発明によれば、ウェブ部２の冷却速度を自然放冷を超え、かつ、焼入速度未満で送風冷却するので、従来の放冷を行っていた場合と冷却履歴がほとんど変わらず、良好な品質が得られる。焼入速度は、鋼の成分によって異なるため、フォーマスタ試験などによってあらかじめ冷却速度の上限を把握し、それより小さい冷却速度で冷却すればよい。焼入速度以上であれば、伸びなどの機械的性質が満足されなくなることがあるので、好ましくない。なお、上記の説明では、上下のエアーノズル２０，１３から空気を噴射してＵ形鋼矢板１のウエブ部２を冷却する場合を示したが、状況によりいずれか一方のエアノズル（２０又は１３）からのみ空気を噴射してウエブ部２を冷却してもよい。
【実施例】
【００２３】
本発明の技術を、ウェブ部２の厚みが１８ｍｍ、ウェブ部２の幅が３６０ｍｍ、フランジ部３の厚みが１１ｍｍ、有効幅ｘが６００ｍｍ、有効高さｙが２１０ｍｍのＵ形鋼矢板１を製造する場合に適用した実施例を、従来の技術と比較して説明する。なお、フォーマスタ試験で調査したこの鋼の焼入速度は４℃／ｓであった。すべての条件で、図５に示すように、圧延ラインの仕上圧延機４０と分割機３０の間で、かつ、Ｕ形鋼矢板１の上下に、Ｕ形鋼矢板１の左右対称軸上の搬送方向に沿って、一列に４００ｍｍピッチで、上下に各９０ずつエアーノズル２０，１３を設置した。５０°の噴射角を持つエアーノズル２０，１３からは、空気を、流量０．５７Ｎｍ3 ／ｍｉｎで円錐状に噴射した。ウェブ部２の上部に噴射された空気は、すぐに周囲へ拡散したので、フランジ部３を冷却させることがなかった。また、ウェブ部２の下部に噴射された空気は、Ｕ形鋼矢板１の先尾端から、エプロン１１との間を開口部として流出するほか、フランジ部３の内面に沿って流れ、Ｕ形鋼矢板１の爪部４の下端とエプロン１１の隙間から流出した。
【００２４】
表１に、実施例において必要な設備、送風冷却による温度降下、冷却速度および実施結果としての生産能率を、従来の技術と比較して示す。
【００２５】
【表１】
0004682894.tif 000002
【００２６】
比較例１は、仕上圧延前に冷却を行い、仕上圧延後にＵ字姿勢に反転した後、拘束し、冷却を行う従来技術である。仕上圧延前の冷却で、ウェブ部２の温度をフェライト変態温度Ａｒ3 以下まで下げるために、最も長い時間を要し、生産能率が７０ｔｏｎ／ｈｒであった。
【００２７】
比較例２は、仕上圧延前に冷却を行わず、仕上圧延後にＵ字姿勢に反転した後、拘束し、冷却を行う従来技術である。仕上圧延が終了するのを待って、製品を反転させ、拘束して冷却するなどのハンドリングに、長い時間を要したために、生産能率は８０ｔｏｎ／ｈｒであった。
【００２８】
実施例１は、本発明の技術であり、仕上圧延前の冷却は行わず、仕上圧延後、逆Ｕ字姿勢を変えずに分割機３０まで搬送し、停止させて分割作業を行っている間に、分割前の製品長さ６０ｍに対し、６０％の長さすなわち３６ｍの送風冷却設備を設置し、ウェブ部２を、冷却速度２℃／ｓで冷却させたものである。
また、Ｕ形鋼矢板１が分割機３０に進入すると同時に、ウェブ部２の上下部への空気の噴出を開始した。上下のエアーノズル２０，１３から噴出する空気の流速を３０ｍ／ｓとした。冷却速度を２℃／ｓとする弱冷却を行ったため、冷却中に焼きが入ることはなく、従来製造しているＵ形鋼矢板１の材質と同じものが得られた。
【００２９】
従来技術（比較例１，２）と比べると、仕上圧延前の冷却装置、仕上圧延後の反転装置および拘束装置が不要となったので、設備コストを大幅に低減することができた。また、製品長さの中心付近６０％の長さでウェブ部２を冷却したので、仕上圧延後の下反りが一部低減され、下反りによる搬送不能となる時間が短くなった。いずれの従来技術も生産能率が低かったのに対し、仕上圧延前の冷却、反転、拘束の時間がなくなり、仕上圧延後の分割作業中の停止している状態で冷却を行ったために、時間を有効に利用することができたので、生産能率は１０５ｔｏｎ／ｈｒに向上した。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＵ形鋼矢板の冷却設備の説明図である。
【図２】図１の要部の斜視図である。
【図３】図１の上部エアーノズルを搬送ライン上方からずらした状態の縦断面図である。
【図４】冷却設備の長さと生産能率の関係を示す線図である。
【図５】本発明の実施例の圧延ラインを示す説明図である。
【図６】逆Ｕ字姿勢のＵ形鋼矢板を示す縦断面図である。
【図７】ウェブ部とフランジ部の仕上圧延後の温度履歴を示す線図である。
【図８】Ｕ形鋼矢板の上反りの状態を示す斜視図である。
【図９】Ｕ形鋼矢板の下反りの状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  Ｕ形鋼矢板、２  ウェブ部、３  フランジ部、４  爪部、１０  テーブルロール、１１  エプロン、１３  下部エアーノズル、１４  下部エアー配管、２０  上部エアーノズル、２１  上部エアー配管、２２  エアーの噴射範囲、３０  分割機、４０  仕上圧延機、ｘ  有効幅、ｙ  有効高さ。
【図１】
0004682894.tif 000003
【図２】
0004682894.tif 000004
【図３】
0004682894.tif 000005
【図４】
0004682894.tif 000006
【図５】
0004682894.tif 000007
【図６】
0004682894.tif 000008
【図７】
0004682894.tif 000009
【図８】
0004682894.tif 000010
【図９】
0004682894.tif 000011