(57)【要約】【課題】鋼板の冷却能力を増加させることができる鋼板冷却用ノズルおよびそれを用いた鋼板の冷却装置を提供すること。【解決手段】搬送される高温の鋼板に冷却水を供給して鋼板を冷却する冷却装置において冷却水を吐出する鋼板冷却用ノズル２２であって、内部が冷却水の流路となる長尺管状をなし、一方の端部が冷却水を流入する流入口２２１であり、他方の端部が冷却水を吐出する吐出口２２２であり、流路は、流入口側の入側流路２２３と、吐出口側の出側流路２２４と、これら入側流路および出側流路の間のテーパ部２２５とを有し、入側流路２２３の直径が、出側流路２２４の直径よりも大径である。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送される高温の鋼板に冷却水を供給して鋼板を冷却する冷却装置において冷却水を吐出する鋼板冷却用ノズルであって、
内部が冷却水の流路となる長尺管状をなし、一方の端部が冷却水を流入する流入口であり、他方の端部が冷却水を吐出する吐出口であり、
前記流路は、前記流入口側の入側流路と、前記吐出口側の出側流路と、これら入側流路および出側流路の間のテーパ部とを有し、
前記入側流路の直径が、前記出側流路の直径よりも大径であることを特徴とする鋼板冷却用ノズル。
【請求項２】
前記テーパ部のテーパ角度は１０〜１４０°であることを特徴とする請求項１に記載の鋼板冷却用ノズル。
【請求項３】
全長Ｌと出側流路の直径Ｄ２との比率Ｌ／Ｄ２が２５以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼板冷却用ノズル。
【請求項４】
前記入側流路の長さは、全長Ｌの６０％以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鋼板冷却用ノズル。
【請求項５】
全長Ｌの長さが３００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の鋼板冷却用ノズル。
【請求項６】
搬送される高温の鋼板に冷却水を供給して鋼板を冷却する鋼板の冷却装置であって、
鋼板の幅方向に沿って設けられたヘッダと、
前記ヘッダに設けられた、冷却水を吐出するノズルと、
前記ヘッダに所定の圧力で冷却水を供給する給水配管と
を具備し、
前記ノズルとして、請求項１から請求項５のいずれかに記載の鋼板冷却用ノズルを用いることを特徴とする鋼板の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延ラインにおける高温の鋼板に冷却水を供給する鋼板冷却用ノズルおよびそれを用いた鋼板の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板の熱間圧延ラインには、圧延温度を制御するために鋼板の冷却装置が設けられている。鋼板の冷却装置としては、高い冷却速度で冷却して組織を微細化する観点から、鋼板に冷却水を供給する水冷式のものが多用されている。
【０００３】
水冷式の冷却装置は、鋼板の上下に設けられ、いずれも鋼板の幅方向に延びるヘッダと、ヘッダに設けられた複数のノズルと、ヘッダに所定の圧力で冷却水を供給する給水配管とを有している。このような冷却設備に用いられるノズルとしては、管状のものが知られている（例えば特許文献１）。
【０００４】
このような冷却装置においては、近時、より一層の冷却能力の向上が求められている。冷却装置の鋼板冷却能力は、国岡らの研究（非特許文献１）から、ノズルから吐出する冷却水の（流量×衝突速度）の０．５乗に比例することがわかっている。これより鋼板冷却能力を向上させるためには、ノズル径を大きくして流量を増加させるか、ノズル径を小さくし衝突速度を増加させることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０９０３５５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】国岡ら，日本機械学会論文集Ｂ編  ４５巻，３９０号，Ｐ２７９（１９７９年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ノズル径を大きくして流量を増加させる場合には、それにともなって衝突速度が低下してしまい、一方、ノズル径を小さくて衝突速度を増加させると流量が少なくなってしまう。すなわち、管状ノズルにおいて、流量と衝突速度は相反するものであり、一方を増加させると他方が減少するため、これらを制御して冷却能力を増加させることは現実的ではない。また、鋼板の下面を冷却する下面冷却装置は鋼板搬送テーブルロールの間という限られたスペースの中に設置されることが求められるため、ノズル本数を増加させて冷却能力を増加させることも困難である。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、鋼板の冷却能力を増加させることができる鋼板冷却用ノズルおよびそれを用いた鋼板の冷却装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の（１）から（６）を提供する。
（１）搬送される高温の鋼板に冷却水を供給して鋼板を冷却する冷却装置において冷却水を吐出する鋼板冷却用ノズルであって、
内部が冷却水の流路となる長尺管状をなし、一方の端部が冷却水を流入する流入口であり、他方の端部が冷却水を吐出する吐出口であり、
前記流路は、前記流入口側の入側流路と、前記吐出口側の出側流路と、これら入側流路および出側流路の間のテーパ部とを有し、
前記入側流路の直径が、前記出側流路の直径よりも大径であることを特徴とする鋼板冷却用ノズル。
（２）前記テーパ部のテーパ角度は１０〜１４０°であることを特徴とする（１）に記載の鋼板冷却用ノズル。
（３）全長Ｌと出側流路の直径Ｄ２との比率Ｌ／Ｄ２が２５以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載の鋼板冷却用ノズル。
（４）前記入側流路の長さは、全長Ｌの６０％以上であることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の鋼板冷却用ノズル。
（５）全長Ｌの長さが３００ｍｍ以上であることを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の鋼板冷却用ノズル。
（６）搬送される高温の鋼板に冷却水を供給して鋼板を冷却する鋼板の冷却装置であって、
鋼板の幅方向に沿って設けられたヘッダと、
前記ヘッダに設けられた、冷却水を吐出するノズルと、
前記ヘッダに所定の圧力で冷却水を供給する給水配管と
を具備し、
前記ノズルとして、（１）から（５）のいずれかに記載の鋼板冷却用ノズルを用いることを特徴とする鋼板の冷却装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、限られたスペースにおいて、流量と衝突速度の両方を向上させることが可能となり、鋼板の冷却能力を向上させることができるので、既設の冷却装置においてノズルの構造を変更するのみで安価に鋼板の冷却能力を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用される鋼板の熱間圧延ラインを示す概略図である。
【図２】図１の熱間圧延ラインにおける下面冷却装置を示す正面図である。
【図３】図１の熱間圧延ラインにおける下面冷却装置を示す側面図である。
【図４】下面冷却装置に用いる本発明に係るノズルを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明が適用される鋼板の熱間圧延ラインを示す概略図である。この熱間圧延ライン１は、スラブを加熱する加熱炉１１と、仕上圧延機１２と、仕上圧延後の鋼板Ｐを搬送する搬送テーブル１３とを有する。搬送テーブル１３は鋼板Ｐの搬送方向に沿って複数配列されたテーブルローラ１４を有しており、鋼板Ｐはテーブルローラ１４上を搬送される。
【００１３】
搬送テーブル１３の下方には、テーブルローラ１４の間から鋼板Ｐの下面に冷却水を供給して鋼板Ｐを冷却する下面冷却装置２０Ａが鋼板Ｐの搬送方向に沿って所定間隔で複数設置されている。一方、搬送テーブル１３の上方には、鋼板Ｐの上面に冷却水を供給して鋼板を冷却する上面冷却装置２０Ｂが鋼板Ｐの搬送方向に沿って所定間隔で複数設置されている。
【００１４】
このような熱間圧延ライン１においては、加熱炉１１から抽出されたスラブに仕上圧延機１２によって仕上圧延が施され、所定の仕上温度で所定の仕上板厚の鋼板Ｐとなった後、高温の鋼板Ｐが搬送テーブル１３に搬送される。そして、搬送テーブル１３を搬送されている鋼板Ｐに下面冷却装置２０Ａと上面冷却装置２０Ｂから冷却水が噴射され、鋼板Ｐが冷却される。
【００１５】
下面冷却装置２０Ａは、図２の正面図および図３の側面図に示すように、鋼板Ｐの幅方向に沿って延びるヘッダ２１と、ヘッダ２１に設けられた冷却水を鋼板Ｐに吐出する複数のノズル２２と、ヘッダ２１に所定の圧力で冷却水を供給する給水配管２３とを有しており、給水配管２３からヘッダ２１を経てノズル２２から冷却水が鋼板Ｐに吐出される。上面冷却装置２０Ｂも、同様に、ヘッダと、ノズルと、給水配管とを有している。
【００１６】
ノズル２２は、図４に示すように、内部が冷却水流路となる長尺管状をなし、一方の端部が冷却水を流入する流入口２２１、他方の端部が冷却水を吐出する吐出口２２２となっている。内部の流路は、流入口２２１側の入側流路２２３と、吐出口２２２側の出側流路２２４と、これらの間のテーパ部２２５とを有している。そして、入側流路２２３の直径Ｄ１と出側流路２２４の直径Ｄ２とはＤ１＞Ｄ２の関係を満たすようになっている。すなわち、入側流路２２３が大径部、出側流路２２４が小径部となり、テーパ部２２５は縮径テーパとなっている。なお、図４において、Ｌはノズル全体の長さ（ノズル長さ）、Ｌ１は入側流路２２３の長さ、Ｌ２は出側流路２２４の長さ、Ｌ３はテーパ部２２５の長さである。
【００１７】
このようにノズル２２は、その入側流路２２３が大径部となっているので、冷却水の流入流量を多くすることができる。また、一般的に流体噴射ノズルにおいて、テーパ部では圧力損失は小さいため、出側流路２２４の径Ｄ２を従来と同じとすると、衝突速度は従来よりも大きくすることができる。このため、ノズル２２を用いることにより、上述した非特許文献１に示されている、（流量×衝突速度）の０．５乗に比例する鋼板冷却能力を向上させることができる。
【００１８】
また、一般的にテーパ角度θが１０°≦θ≦１４０°の範囲では、テーパ部の圧力損失がほとんど変わらないことが知られているので（特開２００５−１２５２７８号公報の段落００３７参照）、テーパ角度θがこの範囲とすることが好ましい。なお、テーパ角度θは、図４に示すように、テーパ部の内壁面を含む円錐の頂角である。
【００１９】
ノズルの圧力損失を低減する観点からは、大径の入側流路２２３の長さをノズル２２全長の６０％以上とすることが好ましい。また、ノズル２２の吐出口２２２から吐出される冷却水の直進性を確保する観点から、ノズル長さＬと出側流路２２４の径Ｄ２との比率Ｌ／Ｄ２を２５以上とすることが好ましい。ノズル２２の長さＬは特に問わないが、下面冷却装置２０Ａに用いる場合には、冷却性を確保するためヘッダ２１を鋼板Ｐから離し、ノズル２２の先端を鋼板Ｐに近接させることが好ましく、このような観点からノズル２２の長さＬを３００ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２０】
このようにノズル２２を用いることにより、限られたスペースにおいて、流量と衝突速度の両方を向上させることが可能となり、鋼板の冷却能力を向上させることができるので、既設の冷却装置においてノズルの構造を変更するのみで安価に鋼板の冷却能力を上昇させることができる。
【００２１】
なお、上面冷却装置２０Ｂは、設計上の都合によりヘッダの配置やノズルの設置方法が下面冷却装置２０Ａとは異なるが、上面冷却装置２０Ｂに用いるノズルの構造は、ノズル２２と基本的に同じものを用いることができる。
【実施例】
【００２２】
次に、本発明の実施例について説明する。
本発明を満たす本発明例のノズルとして、全長Ｌが４３０ｍｍ、入側流路（大径部）の長さＬ１が２８０ｍｍ、出側流路（小径部）の長さＬ２が１４９．１ｍｍ、テーパ部の長さＬ３が３．１ｍｍ、入側流路の直径Ｄ１が７．１ｍｍ、出側流路の直径Ｄ２が６．０ｍｍ、テーパ角度θが２０°のものを準備し、比較例のノズルである全長Ｌが４３０ｍｍで流路の直径が６．０ｍｍのストレート管状のノズルと冷却能力を比較した。
【００２３】
その結果、比較例のノズルは、ヘッダ圧力が２７．５ｍＡｑ、衝突速度が１３．９ｍ／ｓであるのに対し、本発明例のノズルは、ヘッダ圧力が２５ｍＡｑ、衝突速度が１４．３ｍ／ｓであり、冷却水流量は従来のノズルの流量を１とすると１．０２８となった。すなわち、本発明例のノズルは、比較例のノズルよりも冷却水の流量および衝突速度を大きくすることができることが確認された。冷却能力は（流量×衝突速度）の０．５乗に比例するから、本発明例と比較例についてこの値を求めて比率を計算したところ、比較例を１とすると本発明例では１．０２９となった。すなわち本発明例では比較例よりも冷却能力が約３％向上することが確認された。
【符号の説明】
【００２４】
１  熱間圧延ライン
１１  加熱炉
１２  仕上圧延機
１３  搬送テーブル
１４  テーブルローラ
２０Ａ  下面冷却装置
２０Ｂ  上面冷却装置
２１  ヘッダ
２２  ノズル（鋼板冷却用ノズル）
２３  給水配管
２２１  流入口
２２２  吐出口
２２３  入側流路
２２４  出側流路
２２５  テーパ部
Ｐ  鋼板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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