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CN101247902B - 厚钢板的冷却装置 - Google Patents

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CN101247902B
CN101247902B CN2005800513726A CN200580051372A CN101247902B CN 101247902 B CN101247902 B CN 101247902B CN 2005800513726 A CN2005800513726 A CN 2005800513726A CN 200580051372 A CN200580051372 A CN 200580051372A CN 101247902 B CN101247902 B CN 101247902B
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Abstract

一种厚钢板的冷却装置，具有：约束经热轧制的厚钢板并使其通过的由上辊和下辊所构成的多对约束辊；和多个喷嘴，该喷嘴对通过在通过方向上前后相邻的约束辊对之间的厚钢板的上·下表面喷射水；该冷却装置的特征在于，该多个喷嘴配置成：(i)来自上表面侧的各喷嘴的水喷流与厚钢板表面冲击的冲击面的面积的总和，在约束辊对间相距最近的辊外周面之间的钢板表面积的4～90％的范围内，且(ii)来自下表面侧的各喷嘴的水喷流与厚钢板表面冲击的冲击面的面积的总和，在约束辊对间相距最近的辊外周面之间的钢板表面积的4～100％的范围内。

Description

厚钢板的冷却装置
技术领域
本发明涉及在通过热轧制制造厚钢板时在对精轧的厚钢板进行冷却的情况下所适用的厚钢板的冷却装置。
背景技术
为了在通过热轧制制造厚钢板时，得到机械性质优异具有均匀的材质特性以及形状特性的厚钢板，通常在由约束辊对精轧的厚钢板进行约束并通过的情况下，对其上表面侧和下表面侧喷射冷却水，以得到在厚钢板的板宽度方向上的温度分布的对称性以及能够确保板宽度方向上的温度分布的对称性稳定的方式，对厚钢板的两面进行冷却。
关于这样的冷却，例如如图9所示，在由上辊5a与下辊5b所构成的约束辊51、52之间约束并通过的钢板6的上表面侧，在钢板宽度方向上配置具有较长喷嘴11的喷嘴列11s，在下表面侧配置具有比上表面侧的喷嘴列11s更多的喷嘴12的喷嘴列12s，从喷嘴列11s和喷嘴列12s对钢笔6的两面注水冷却水，从两面对钢板6进行冷却，该内容已在特开平11-347629号公报中公开。
在特开平11-347629号公报所公开的冷却装置中，通过在上表面侧的喷嘴列11和下表面侧的喷嘴列12s中，在约束辊51、52之间，使开始对钢板6冲击冷却水的钢板长度方向的位置在钢板6的上表面侧和下表面侧一致，从而在钢板6的冷却过程中，以钢板6的上·下表面的各微小部分的温度的随时间变化以钢板6的厚度中心面为对称面而变得相同(对称)的方式进行冷却。
在特开平11-347629号公报所公开的冷却装置中使用的、上表面侧的喷嘴列11s，是在钢板宽度方向上由较长的1列狭缝喷嘴构成的，另外，下表面侧的喷嘴列12s是由狭缝喷嘴、喷雾喷嘴、圆管片状喷嘴(laminarnozzle)、带导管的圆筒喷流喷嘴或者多孔喷嘴中的任意一种构成的。
在特开平11-347629号公报所公开的冷却装置中，如该实施例，在上表面侧配置一列狭缝喷嘴列，在下表面侧，在较大范围配设多列狭缝喷嘴、带导管的圆筒喷流喷嘴、圆管分层喷嘴等，与板上水的存在区域没有关系地，对上表面侧的与喷嘴列相对的位置，对钢板的下表面侧的全部区域同样地注水冷却水。
这里，在钢板的冷却过程中，有必要使得钢板上下表面的温度的随时间变化以钢板厚度中心面为对称面而变得一样(对称)，在钢板的上表面侧存在来自喷嘴的水喷流所冲击的部分与板上水流动的部分，各部分的冷却能力不同，因此，上述温度的随时间变化的调整是很难的。
冷却能力，在水喷流所冲击的部分较大而且稳定，在板上水流动的部分较小。这是因为，在水喷流从垂直方向冲击的情况与水沿着钢板平行流动的情况下，对钢板的冷却能力不同。
在钢板的下表面侧，没有板上水那样的不稳定因素，因此，冷却均匀地进行，但在钢板的上表面侧存在冷却能力的大小分布，因此，很难从钢板的上表面侧和下表面侧平衡良好地进行冷却。
因此，存在不能充分确保钢板的上表面侧和下表面侧的温度的对称性的情况，其结果，存在难以确保钢板的平坦度以及材质的均匀化稳定这样的问题。
意在解决上述问题的冷却方法，已在特开2004-1082号公报中公开。在上述公报所公开的冷却方法中，如图10所示，在在约束辊51、52之间，一边啮入运送(通过)高温状态的厚钢板，一边对厚钢板的上·下表面进行注水的情况下，从以上表面侧与下表面侧相对应的方式位置对合地配置的一列以上的上表面侧注水喷嘴列(这里是131～136)，以及下表面侧注水喷嘴列(这里是141～146)进行注水。
在特开2004-1082号公报所公开的冷却方法的情况下，以由下表面侧的注水喷嘴列所形成的厚钢板表面上的水喷流冲击部的总面积，占到约束辊51、52之间的区域(大致中心之间距离L区域)的钢板面积的60％以上的方式进行注水，对厚钢板6的上·下表面有效且平衡良好地进行冷却，从而确保厚钢板6的上表面侧和下表面侧的温度的对称性，并谋求厚钢板6的平坦度的提高以及材质的均匀化。
但是，为了使来自以上表面侧与下表面侧相对应的方式位置对合地配置的注水喷嘴列的水流冲击部的面积，在约束辊51、52之间的钢板面积的60％以上，包括尤其在上表面侧以水流冲击部实质地掩埋较大的约束辊51、52之间的钢板面积的情况，在厚钢板的宽度方向上不均匀地发生将冲击的冷却水排出的水流、和与喷流干涉对流的干涉对流部，其结果是，存在冷却效率低下、发生冷却不均匀这样的可能性。
另外，如特开2004-1082号公报所公开的冷却方法，为了确保水流冲击部的面积在约束辊之间的厚钢板面积的60％以上，例如如图11所示，有必要用水的冲击喷流完全掩埋横线部并且水喷流冲击直至约束辊5和厚钢板6的斜线部区域。
因此，有必要在约束辊5和厚钢板6所夹持空间，使水喷流倾斜地喷射，因而必需能够将较多的注水喷嘴倾斜配置那样构成的复杂构造的装置，终究也存在设备制作上的费用较高这样的问题。
发明内容
本发明提供一种厚钢板的冷却装置，该装置能够有利地解决上述现有的冷却方法中的问题，在啮入有运送(通过)中的厚钢板的约束辊对之间对厚钢板的上下表面用来自喷嘴的水喷流进行冷却的情况下，能够对厚钢板的上下表面有效地进行冷却，确保上下表面的温度的对称性、板宽度方向的温度的均匀性，谋求厚钢板的平坦度的提高和材质的均匀化。
本发明的厚钢板的冷却装置，为了有效地实现厚钢板的均匀冷却(尤其是上下表面的均匀冷却)，以下面的(1)～(4)所记载的构成为要旨。
(1)一种厚钢板的冷却装置，具有：约束经热轧制的厚钢板并使其通过的由上辊和下辊所构成的多对约束辊；和多个喷嘴，该喷嘴对通过在通过方向上前后相邻的约束辊对之间的厚钢板的上·下表面喷射水；该冷却装置的特征在于，该多个喷嘴配置成：
(i)来自上表面侧的各喷嘴的水喷流与厚钢板表面冲击的冲击面的面积的总和，在处于约束辊对中相距最近的辊外周面之间的钢板表面积的4～90％的范围内，且
(ii)来自下表面侧的各喷嘴的水喷流与厚钢板表面冲击的冲击面的面积的总和，在处于约束辊对中相距最近的辊外周面之间的钢板表面积的4～100％的范围内。
(2)根据上述(1)所记载的厚钢板的冷却装置，其特征在于，
所述上表面侧以及下表面侧的喷嘴配置成：
(iii)来自上表面侧的各喷嘴的水喷流与厚钢板表面冲击的冲击面的面积的总和，在来自下表面侧的各喷嘴的水喷流与厚钢板表面冲击的冲击面的面积的总和的4～100％的范围内。
(3)根据上述(1)或(2)所记载的厚钢板的冷却装置，其特征在于，
配置在所述上表面侧的喷嘴，是由扁平喷嘴、实心锥喷嘴、椭圆形喷嘴、长圆形喷嘴、多孔柱状喷嘴中的任意一种或多种构成的，而且配置在所述下表面侧的喷嘴，是由扁平喷嘴、实心锥喷嘴、椭圆形喷嘴、长圆形喷嘴中的任意一种或多种构成的。
(4)根据上述(1)至(3)中任一项所记载的厚钢板的冷却装置，其特征在于，
所述喷嘴，具有能够混合水和空气进行喷射的构造。
根据本发明，在厚钢板的上表面侧与下表面侧在规定的范围内选择水喷流的冲击面的面积的总和相对于处于约束辊对中相距最近的辊外周面之间(La)的厚钢板表面积的比例(％)，从而抑制在厚钢板上产生冲击水流的滞留部的不均匀、确保冷却效率稳定，能够谋求冷却后的厚钢板的温度的均匀化(尤其是确保上·下表面的温度的对称性)。
其结果，在本发明中，能够使厚钢板的平坦度提高，能够减少冷矫正、精整成本。
另外，根据本发明，也能够降低厚钢板内的残留应力，能够抑制钢板加工时的变形，容易地确保加工精度稳定。另外，根据本发明，也能够容易地谋求厚钢板的材质的均匀化。
还有，根据本发明，通过在规定的范围内选择对于厚钢板的上表面侧的水喷流与厚钢板表面的冲击面的面积的总和与对于下表面侧的水喷流与厚钢板表面的冲击面的面积的总和的比例(％)，从而考虑板上水的影响，能够确保厚钢板的上·下表面的温度的对称性更加稳定，使得上述效果变得更加可靠。
另外，在本发明中，通过将喷嘴设为能够将水和空气同时混合喷射的构造，从而能够扩大水量的调整范围，另外也易于调整水喷流的冲击力，所以能够扩大冷却控制范围。
其结果是，在本发明中，在水流变少的情况下能够缓和水喷流对厚钢板的冲击力变弱这样的现象，从而容易确保所希望的冷却能力稳定。
附图说明
图1是表示配置有本发明的厚钢板冷却装置的设备配置的一个例子的图。
图2是表示本发明的实施例1的厚钢板冷却装置的图。
图3是表示图2所示的厚钢板冷却装置的正面的图。
图4是表示图2以及图3所示的冷却装置的图。(a)表示上表面侧冷却装置的喷嘴排列。(b)表示下表面侧冷却装置的喷嘴排列。
图5是表示在本发明的厚钢板冷却装置中所使用的各种喷嘴的图。(a)表示实心锥喷嘴。(b)表示扁平喷嘴。(c)表示椭圆形喷嘴。(d)表示长圆形喷嘴。(e)表示多孔柱状喷嘴。
图6是表示本发明的实施例2的厚钢板冷却装置的图。(a)表示厚钢板冷却装置的侧面。(b)表示厚钢板冷却装置的正面。(c)表示下表面侧冷却装置中的喷嘴排列。
图7A是表示本发明的实施例3的厚钢板冷却装置的图。(a)表示厚钢板冷却装置的侧面。(b)表示厚钢板冷却装置的正面。
图7B是表示图7A所示的厚钢板冷却装置中的喷嘴排列的图。(a)表示上表面侧冷却装置中的喷嘴排列。(b)表示下表面侧冷却装置中的喷嘴排列。
图8是表示本发明的其他实施例(组合使用喷嘴的例子)的厚钢板冷却装置的图。
图9是表示现有的钢板冷却装置的图。
图10是表示现有的其他钢板冷却装置的图。
图11是表示图10所示的现有的钢板冷却装置中的冷却区域与喷嘴排列的图。
图12是表示在喷嘴排出压力为0.3MPa、水量100L/min的条件下从高度150mm的喷嘴喷射水喷流的情况下的、冲击压力分布和冷却能力(冷却速度)的图。(a)表示使用椭圆形喷嘴A(扩展角度：长径方向115度/短径方向60度)和长圆形喷嘴B(扩展角度：长径方向90度/短径方向25度)的情况下的冲击压力分布。(b)表示在对板厚19mm的厚钢板进行单面冷却的情况下的水喷流冲击压力与冷却速度的关系。另外，测定位置是板厚的中心。
具体实施方式
本发明，以热轧制后的温度在700～950℃左右、厚度3～150mm左右的厚钢板为冷却对象，主要适用于在精轧后，通过来自对着厚钢板的上表面侧和下表面侧的喷嘴的水喷流，对厚钢板进行冷却的情况。
另外，在本发明中，“水”意味着水、或者水和空气的混合体等冷却媒介物。
在一边对热轧制后的高温的厚钢板进行运送(使钢板通过)一边进行冷却的情况下，一般通过来自喷嘴的水喷流进行冷却。在这种情况下”如果增加单位面积的水喷流密度和水喷流冲击点密度，就增加了冷却能力。
但是，在水与高温的厚钢板接触时，引起沸腾现象，所以存在根据厚钢板的温度区域，即便增加水喷流密度及/或水喷流冲击点密度，冷却能力也不会正比例地增加的情况。
例如，在从各喷嘴向厚钢板的上表面侧冲击大量的水喷流的情况下，水喷流冲击点附近的区域被冷却，但是冲击后变成板上水的冷却水，还受到在冷却水与厚钢板之间所生成的水蒸气的存在的影响，存在没有充分有助于厚钢板的冷却即被排出的可能性。
另外，在板上水较多的情况下，来自各喷嘴的水喷流不能够充分地到达厚钢板的表面，得不到充分的冷却效率。
一方面，在从各喷嘴向厚钢板的下表面侧冲击大量的水喷流的情况下，水喷流冲击点附近的区域被冷却，但是冲击后的冷却水，由于在高温的厚钢板表面所产生的水蒸气和重力，从厚钢板脱离无助于冷却，因此得不到足够高的冷却效率。
本发明，通过在厚钢板表面的一定的面积区域使水喷流有效地到达厚钢板的表面，从而缓和上述现象的发生，确保足够的冷却能力稳定提高冷却效率，尤其是确保厚钢板的上·下表面的温度的对称性稳定。
基本来说，为了抑制在厚钢板的上表面侧由于也会使得冷却效率降低的板上水(意味着在厚钢板上流动的水流，在本发明中称为“板上水”)导致产生干涉对流部，在约束辊的半径区域，不冲击水喷流，从而抑制在厚钢板上由于板上水而导致不均匀地产生干涉对流部，使得冷却能力高的水喷流充分到达厚钢板表面，确保冷却效率稳定，能够实现稳定的冷却。
在厚钢板的下表面侧，为了确保与厚钢板的上表面侧的冷却能力相应的冷却能力、稳定地实现厚钢板的上·下表面侧的均匀的冷却，使水喷流冲击厚钢板的下表面侧，从而使上表面侧与下表面侧的冷却能力平衡。
在对厚钢板的下表面侧进行冷却的情况下，没有像上表面侧的冷却那样利用板上水冷却，因此，将厚钢板表面的一定面积区域中的水喷流的冲击面积设得较大是有效的。
具体而言，在用由上辊和下辊所构成的多个约束辊对一边约束一边运送高温的厚钢板、对厚钢板的上·下表面喷射水以对厚钢板进行冷却的冷却装置中，在厚钢板的上表面侧和下表面侧，分别配置多个喷嘴，使得来自各喷嘴的水喷流与厚钢板表面的冲击面的面积的总和相对于约束辊对中相距最近的辊外周面之间(La)的钢板表面积，上表面侧在4～90％的范围内，下表面侧在4～100％的范围内。
另外，在本发明中，定义喷流冲击部是水喷流的冲击压力在2kPa以上的部分。尤其是，在厚钢板的上表面侧滞留有板上水的状态下，水喷流的冲击压力必须在2kPa以上。如果水喷流的冲击压力低于2kPa，则水喷流不能够贯通高温的厚钢板上的由于沸腾所产生的蒸汽膜而到达钢板，因此不能得到足够的冷却能力。
例如，如图12所示，如果喷嘴的种类不同(椭圆形喷嘴A和长圆形喷嘴B)，即便喷嘴排出压力(0.3MPa)和水量(100L/min)相同，冲击压力分布仍有较大变化(参照图12(a1)以及(a2))。此时，如果冲击压力在2kPa以下，则冷却能力(冷却速度)急剧下降(参照图12(b))。
如果上表面侧的来自各喷嘴的水喷流与厚钢板表面的冲击面的面积的总和，小于在约束辊对中相距最近的辊外周面之间(La)的钢板表面积的4％，则水喷流与厚钢板表面的冲击面的面积不够大，不能够确保足够的冷却能力。
上述冲击面的面积率，优选，在10％以上。另外，如果上述冲击面的面积率超过90％，则不均匀地产生水流的干涉对流部，冷却能力高的水喷流，受板上水妨碍，没有与厚钢板表面冲击，其结果，增加了没有充分地帮助冷却就沿着厚钢板排出的水流，冷却效率降低并且容易发生冷却不均匀。
另外，如果上述冲击面的面积率在4～20％，则由板上水所进行的冷却的比例变得较大，冷却能力稍有下降，在使水量变化以对冷却能力进行调整的情况下，针对水量的变化冷却能力的变化并非一定，冷却能力的调整变得稍加困难。但是，喷流区域较小，所以规定动力较小，冷却效率良好。
另外，如果上述冲击面的面积率在80～90％，则冷却能力伴随冲击面积的增加而增加，但开始产生板上水的流动的滞留部，宽度方向上的冷却的均匀性稍稍变差。因此，上表面侧的上述面积率，更加优选在20～80％。
当上述冲击面的面积率在20％以上时，能够通过冲击喷流充分地搅拌板上水的存在区域，所以即便在对水量进行调节时，也能够根据水量的变化确定冷却能力。
下表面侧的来自各喷嘴的水喷流的与厚钢板表面的冲击面的面积的总和，基本而言，以与上表面侧的冷却能力平衡的方式予以设定，如果不满钢板表面积的4％，则水喷流与厚钢板表面的冲击面不足，不能够确保足够的冷却能力。作为上述面积率，优选在10％以上。
冷却能力，伴随水喷流的冲击面积的增加而提高，所以优选，冲击面积率高的。但是，如果超过95％，则开始产生喷流之间的干涉，冷却的均匀性降低，所以优选在95％以下。
另外，在下表面侧的冷却时，没有上表面侧那样的均匀性的降低，所以冲击面积可以为100％(权利要求1的形态)。
优选，在厚钢板的上表面侧和下表面侧，以上表面侧的来自各喷嘴的水喷流与厚钢板表面的冲击面的面积的总和，为下表面侧的来自各喷嘴的水喷流与厚钢板表面的冲击面的面积的总和的4～100％的方式，将各喷嘴配置在上表面侧和下表面侧。
在上表面侧因为有由板上水所产生的冷却效果，所以使得来自各喷嘴的水喷流的与厚钢板表面的冲击面的面积的总和，与下表面侧的来自各喷嘴的水喷流与厚钢板表面的冲击面的面积的总和相比较小，能够确保上表面侧与下表面侧的冷却能力的平衡。
但是，如果上表面侧的水喷流与厚钢板表面的冲击面的面积的总和，不满下表面的冲击面积的4％，则上表面侧的冷却能力过小，难以确保上表面侧与下表面侧的冷却能力的平衡。
另外，如果上表面侧的冲击面积不满30％，则与下表面侧相比较，在上表面侧由板上水所冷却的区域变大，难以预测水量调节时的冷却能力的变化，对上·下表面侧的冷却能力的平衡进行调节稍稍变难。
另外，如果上表面侧的冲击面积超过100％，则上表面侧的冷却能力变得过大，难以确保上表面侧与下表面侧的冷却能力的平衡。因此，优选，上表面侧的冲击面积率为下表面侧的冲击面积率的30～100％。
在下表面侧，没有像上表面侧那样受到板上水的影响，所以适当选择配置喷嘴来调整水喷流的冲击面的面积的总和，使得与上表面侧的冷却能力平衡(权利要求2的形态)。
另外，在特开2004-1082号公报中公开了：以厚钢板表面上的水喷流冲击部占到约束辊之间的钢板面积的60％以上的方式进行注水，该“60％以上”，在本发明中的、在上表面侧所规定的“水喷流冲击部的总面积相对于在约束辊对中相距最近的辊外周面之间(La)的厚钢板表面积为4～90％”的范围以外。
例如，在约束辊直径为350mm、约束辊对之间的距离为1050mm的情况下，相对于特开2004-1082号公报所定义的约束辊的中心间的距离(L)为1050mm，本发明所定义的在约束辊对中相距最近的外周面之间(La)为700mm。
即，根据特开2004-1082号公报记载的定义的“60％以上”，意味着在1050mm区域上的厚钢板的面积的60％以上，换算为本发明的700mm区域上的厚钢板的面积，相当于“90％以上”，是难以充分实现本发明的目的的条件。
在对厚钢板的上表面侧进行冷却的情况下，有由板上水所产生的冷却效果，所以没有用水喷流冲击面完全覆盖整个厚钢板表面的必要。但是，存在板上水使水喷流的流势衰减、阻碍水喷流到达厚钢板表面、使冷却能力降低的可能性，所以必然有使水喷流的扩展缩窄等顾虑。
在此，配置在上表面侧的喷嘴，从水喷流的扩展角度在0～100度的扁平喷嘴、椭圆形喷嘴、长圆形喷嘴、水喷流的扩展角度在0～40度的实心锥喷嘴或者多孔柱状喷嘴(参照图5)中适当选择使用，可有效地使水喷流的向厚钢板表面的到达力变大。
在对厚钢板的下表面侧进行冷却的情况下，对冷却有帮助的，基本而言，仅是水喷流的冲击面附近，所以作为配置在下表面侧的喷嘴，优选水喷流的冲击面积较大的喷嘴。
在上表面侧所使用的多孔柱状喷嘴，在增大水喷流的冲击面积时不利，所以不作为下表面侧的喷嘴使用。下表面侧的喷嘴，从水喷流的扩展角度在0～100度的扁平喷嘴、椭圆形喷嘴、长圆形喷嘴、水喷流的扩展角度在0～40度的实心锥喷嘴(参照图5)中适当选择使用，可有效地增大水喷流的与厚钢板表面的冲击面的面积。
另外，在本发明所使用的各喷嘴，还可以组合使用多种喷嘴。没有必要在上·下表面侧对应地配置相同种类的喷嘴。
例如，在运送方向上在最初的一列配置扁平喷嘴之后配置多个实心锥喷嘴列的情况下，用扁平喷嘴确保厚钢板的宽度方向上的冷却的均匀性地进行厚钢板表面的冷却，之后，用实心锥喷嘴一边确保冷却的均匀性，一边增大水喷流的冲击面积从而提高冷却能力。
另外，在冷却时，使厚钢板的表面温度降低接着进行冷却，这在冷却时的水的沸腾形态是从膜沸腾·迁移沸腾区域开始的情况下有利。
这是因为，一般来说在用水进行冷却的情况下，由于厚钢板表面温度和冷却能力(技术用语为热流通量)的关系，热流通量为类似于字母N的形状，存在在厚钢板的表面温度降低的同时冷却能力提高的温度区域。因此，使厚钢板的表面温度下降，可提高冷却能力。
但是，在仅用扁平喷嘴进行这样的冷却的情况下，在使厚钢板的表面温度降低后，为了使水喷流的冲击面积变大，需要多个喷嘴，这是不利的。
另外，实心锥喷嘴和扁平喷嘴，即便喷嘴的水量相同，冲击面积也不同。扁平喷嘴，能够将冲击面上的水量密度设计得较大，所以在使冷却能力局部扩大的情况下，是有利的。
这样，能够考虑喷嘴的特性，组合各种喷嘴，设计冷却装置。各种喷嘴的组合，会对提高冷却效率有利。
另外，各喷嘴及其配置，根据冷却条件而设定，该冷却条件是相应于厚钢板条件、轧制条件、在轧制工序中所要求的温度·形状条件而预先设定的，优选，设定成能够与厚钢板的温度变化、冷却温度的变化相应地对水流密度范围进行控制。
因此，不仅需要选择容易确保控制精度的喷嘴及配置，并且还需要考虑对温度计、流量计等传感器、水量控制装置进行配置(权利要求3的形态)。
另外，也能够将各喷嘴设为，具有能够混合水和空气并同时喷射的构造的二流体喷嘴。二流体喷嘴，是水量的调节范围较大、水喷流的冲击力也容易调整的喷嘴，所以如果采用二流体喷嘴，就能够拓宽冷却控制范围。
还有，在使用二流体喷嘴的情况下，仅增加水量就能够形成足够强的喷流，而缓和了当水量降低时冲击力减弱这样的现象，所以能够制成仅在较少水量的情况下喷射空气这样的喷嘴构造，所以能够减轻用于喷射空气的经济负担(权利要求4的形态)。
在上·下表面侧将喷嘴配置在厚钢板的宽度方向上的情况下的排列间距，因喷嘴的种类而不同，但基本来说，优选，从极力抑制喷嘴个数的增加的观点出发，设为水喷流的冲击面不会直接干涉的排列间距。
另外，在将喷嘴排列在厚钢板的运送方向上的情况下，尤其是在上表面侧，优选，为了消除不均匀地产生水喷流的干涉对流部的可能性，以来自运送方向上相邻的喷嘴的水喷流与厚钢板表面的冲击面不会直接干涉的方式分离地配置，而且配置成：在将来自运送方向上相邻的喷嘴的水喷流，从运送方向向与厚钢板的运送方向垂直的铅直面(垂直面)投影的情况下，在运送方向上相邻的水喷流的冲击面，在厚钢板的表面的宽度方向上，重合冲击面的面积的10～70％(相当)左右。
在将喷嘴在厚钢板的上表面侧排列在运送方向上的情况下，优选，如上述那样配置，在约束辊的轧制方向上一组的单位中，可靠地保证由各喷嘴所产生的在厚钢板宽度方向上的水量密度的均匀性。
另外，上述重合部所涉及的指标，与“冲击面积的总和”相对于在约束辊对中相距最近的辊外周面之间的钢板表面积这样的面积率(指标)不同。
如果上述重合部所涉及的指标变大，则上述面积率(指标)也有变大的倾向，但这些指标未必一致。
在将喷嘴排列在厚钢板的宽度方向上的情况下，尤其是在上表面侧，优选，为了消除不均匀地产生水喷流的干涉对流部的可能性，以来自相邻的喷嘴的水喷流与厚钢板表面的冲击面不会直接干涉的方式分离地配置。
关于下表面侧的喷嘴的排列，因为不均匀地产生水喷流的干涉对流部的可能性较小，所以可以在厚钢板的宽度方向、运送方向上都配置成来自相邻的喷嘴的水喷流的冲击面干涉。
在上·下表面所使用各喷嘴的种类(规格)、数量、排列方式，根据厚钢板的尺寸(厚度·宽度)、温度、冷却目标温度来选择，还有，下表面侧的喷嘴的配置区域，要考虑上表面侧的喷嘴的配置和板上水作用区域、使得冷却能力平衡地设定。例如，喷嘴数量，不是根据在上表面侧、下表面侧的面的姿态而改变的，而是由选择的喷嘴种类和冲击面积决定的。
实施例1
以下，关于本发明的厚钢板冷却装置的实施例1，基于图1～4进行说明。
图1表示配置了本发明的厚钢板冷却装置的厚钢板制造设备配置例。这里，在运送方向上顺次配置：精轧机1、热矫正装置3、约束辊对(51、52)以及配置在约束辊对(51、52)之间的由上表面侧冷却装置4a和下表面侧冷却装置4b所构成的冷却装置4。
实际上，在运送方向上配置有多对约束辊对51、52，在上述多对之间在运送方向上配置有上表面侧冷却装置4a和下表面侧冷却装置4b，这里以配置在约束辊对(51、52)之间的上表面侧冷却装置4a和下表面侧冷却装置4b进行说明。
上表面侧冷却装置4a，如图2所示，被配置在厚钢板6的上表面侧，该厚钢板约束在由上辊5a和下辊5b所构成的、在运送方向上前后配置的约束辊对51、52之间地运送，如图4(a)所示，多个实心锥喷嘴7，以在厚钢板6的宽度方向和运送方向上各个水喷流7a的冲击面不会干涉的方式分离地排列。
这里，在厚钢板6的运送方向上配置有四列喷嘴列71、72、73、74，将喷嘴列配置成：在各喷嘴列之间，如图3所示，在将水喷流7a从运送方向向铅直面投影的情况下，在运送方向上相邻的例如喷嘴列71和72的实心锥喷嘴7的水喷流7a的冲击面之间，在厚钢板6表面的宽度方向上冲击面的面积的30％(相当)左右形成重合部d。
通过采用这样的喷嘴列配置，能够使来自各喷嘴列71～74的各实心锥喷嘴7的水喷流7a所产生的厚钢板6的宽度方向上的水量密度均匀化。
上表面侧冷却装置4a所使用的实心锥喷嘴7，如图5(a)所示，水喷流7a的形状为圆锥形，与厚钢板6表面的冲击面为圆形，水喷流7a的扩展角度α为35度。
在图4(a)所示的上表面侧冷却装置4a中，形成各喷嘴列71～74的各实心锥喷嘴7排列成：各实心锥喷嘴7的水喷流7a的冲击面的面积的总和So，为在约束棍子对51、52的相距最近的辊外周面之间(La)的、厚钢板的面积S(La×厚钢板宽度w)的40％。
一方面，下表面侧冷却装置4b是夹持着厚钢板6、与上表面侧冷却装置4a相对地配置的，如图4(b)所示，与上表面侧冷却装置4a相同，将多个实心锥喷嘴8以在厚钢板6的宽度方向上各个水喷流8a的冲击面不会相互干涉的方式分离地排列。
这里，在厚钢板6的运送方向上配置有四列喷嘴列81～84，将喷嘴列配置成：在各喷嘴列之间，如图4(b)所示，在将水喷流8a从运送方向向铅直面投影的情况下，在运送方向上相邻的例如喷嘴列81和82的实心锥喷嘴8的水喷流8a的冲击面之间，在厚钢板6表面的宽度方向上，冲击面的面积的40％(相当)左右形成重合部d。
通过采用这样的喷嘴列配置，能够使来自各喷嘴列81～84的各实心锥喷嘴8的水喷流8a所产生的厚钢板6的宽度方向上的水量密度均匀化。
下表面侧冷却装置4b所使用的实心锥喷嘴8，如图5(a)所示，水喷流8a的形状为圆锥形，与厚钢板6表面的冲击面为圆形，水喷流8a的扩展角度α为40度，在这一点上与上表面侧冷却装置4a所使用的实心锥喷嘴7多少不同。
在图4(b)所示的下表面侧冷却装置4b中，形成各喷嘴列81～84的各实心锥喷嘴8配置成：各实心锥喷嘴8的水喷流8a的冲击面的面积的总和Su，为在约束棍子51、52的相距最近的辊外周面之间(La)的、厚钢板的面积S(La×厚钢板宽度w)的50％。
在实施例1的上表面侧冷却装置4a中，将形成各喷嘴列71～74的各实心锥喷嘴7配置成：各实心锥喷嘴7的水喷流7a的冲击面的面积的总和So，为下表面侧冷却装置4b中的形成各喷嘴列81～84的各实心锥喷嘴8的水喷流8a的冲击面的面积的总和Su的80％。
另外，根据实施例1的实验结果，与后述的表1的实验例4相当。
实施例2
以下，关于本发明的厚钢板冷却装置的实施例2，基于图6(a)～(c)进行说明。
实施例2与实施例1相同，上表面侧冷却装置4a，如图6(a)以及(b)所示，排列有实心锥喷嘴7，实心锥喷嘴7被配置成：来自各实心锥喷嘴7的水喷流7a的与厚钢板6的冲击面的面积的总和So，为在约束棍子对51、52的相距最近的辊外周面之间(La)的、厚钢板6的面积S的40％。
另一方面，下表面侧冷却装置4b夹持着厚钢板6、与上表面侧冷却装置4a相对地配置在下表面侧，其中，长圆形喷嘴9，如图6(a)以及(c)所示，被配置成：使长径方向相对于运送方向倾斜，并以相邻的水喷流9a的与厚钢板6的冲击面不会相干涉的方式分离。
在此，在厚钢板6的运送方向上，配置由多个长圆形喷嘴9构成的4列喷嘴列91、92、93、94，将喷嘴列配置成：在各喷嘴列之间，如图6(b)以及(c)所示，在将水喷流9a从运送方向向铅直面(垂直面)投影的情况下，在运送方向上相邻的例如喷嘴列91和92的长圆形喷嘴9的水喷流9a的冲击面之间，在厚钢板6表面的宽度方向上，冲击面的面积的50％(相当)左右形成重合部d。
通过采用这样的喷嘴列配置，能够使来自各喷嘴列91～94的各长圆形喷嘴9的水喷流9a所产生的厚钢板6的宽度方向上的水量密度均匀化。
下表面侧冷却装置4b所使用的长圆形喷嘴9，如图5(d)所示，水喷流9a的形状为大致扇形，与厚钢板6表面的冲击面为长圆形，长径侧的水喷流9a的扩展角度ε为80度，短径侧的水喷流9a的扩展角度(θ)为20度。
在下表面侧冷却装置4b中，各喷嘴列91～94的各长圆形喷嘴9，配置成：来自各长圆形喷嘴9的水喷流9a的冲击面的面积的总和Su，为在约束棍子51、52的相距最近的辊外周面之间(La)的、厚钢板6的面积S的80％的方式排列。
在实施例2的上表面侧冷却装置4a中，来自各实心锥喷嘴7的水喷流7a的与厚钢板6的冲击面的面积So，为来自下表面侧冷却装置4b的各长圆形喷嘴9的水喷流9a的与厚钢板6的冲击面的面积Su的50％。
另外，根据实施例2的实验结果，与后述的表1的实验例5相当。
实施例3
以下，关于本发明的厚钢板冷却装置的实施例3，基于图7A(a)以及(b)、图7B(a)以及(b)进行说明。
实施例3与实施例1以及2相同，上表面侧冷却装置4a，如图7A(a)所示配置，将图5(c)所示的椭圆形喷嘴10，如图7B(a)所示，配置成：长径方向与厚钢板6的宽度方向平行，并且以来自在运送方向和厚钢板6的宽度方向上相邻的椭圆形喷嘴10的水喷流10a的冲击面不会干涉的方式分离。
这里，在厚钢板6的运送方向上排列有由多个椭圆形喷嘴10所构成的4列喷嘴列101、102、103、104，将喷嘴列配置成：在各喷嘴列之间，如图7A(b)所示，在将水喷流10a从运送方向向铅直面投影的情况下，在运送方向上相邻的例如喷嘴列101和102的椭圆形喷嘴10的水喷流10a的冲击面之间，在厚钢板6表面的宽度方向上，冲击面的面积的40％(相当)左右形成重合部d。
通过采用这样的喷嘴列配置，能够使来自各喷嘴列101～104的各椭圆形喷嘴10的水喷流10a所产生的厚钢板6的宽度方向上的水量密度均匀化。
另外，上表面侧冷却装置4a所使用的椭圆形喷嘴10，如图5(c)所示，水喷流10a的形状为大致扇形，与厚钢板6表面的冲击面为椭圆形，水喷流10a的长径侧的扩展角度γ为70度，短径侧的水喷流10a的扩展角度δ为30度。
在上表面侧冷却装置4a中，各椭圆形喷嘴10配置成：来自各喷嘴列101～104的各椭圆形喷嘴10的水喷流10a的冲击面的面积的总和So，为在约束棍子对51、52的相距最近的辊外周面之间(La)的、厚钢板6的面积S的80％。
另一方面，下表面侧冷却装置4b以夹持着厚钢板6、与上表面侧冷却装置4a相对的方式配置在厚钢板的下表面侧，与上表面侧冷却装置4a同样地，椭圆形喷嘴10配置成：长径方向与厚钢板6的宽度方向平行，并且容许在厚钢板6的宽度方向和运送方向上各个水喷流10a的冲击面干涉。
这里，在厚钢板6的运送方向上排列有由多个椭圆形喷嘴10所构成的4列喷嘴列101、102、103、104，将喷嘴列配置成：在各喷嘴列之间，如图7A(b)以及图7B(a)所示，在将水喷流10a从运送方向向铅直面投影的情况下，在运送方向上相邻的例如喷嘴列101和102的椭圆形喷嘴10的水喷流10a的冲击面之间，在厚钢板6的宽度方向上，冲击面的面积的40％(相当)左右形成重合部d。
通过采用这样的喷嘴列配置，能够使来自各喷嘴列101～104的各椭圆形喷嘴10的水喷流10a所产生的厚钢板6的宽度方向上的水量密度均匀化。
下表面侧冷却装置4a所使用的椭圆形喷嘴10，如图5(c)所示，水喷流10a的形状为大致扇形，与厚钢板6表面的冲击面为椭圆形，长径侧的水喷流10a的扩展角度γ为70度，短径侧的水喷流10a的扩展角度δ为30度。
在下表面侧冷却装置4b中，各喷嘴列101～104的各椭圆形喷嘴10配置成：来自各椭圆形喷嘴10的水喷流10a的冲击面的面积的总和Su，为在约束棍子对51、52的相距最近的辊外周面之间(La)的、厚钢板6的面积S的100％。
在实施例3的上表面侧冷却装置4a中，各椭圆形喷嘴10配置成：来自各椭圆形喷嘴10的水喷流10a的与厚钢板6的冲击面的面积So，为来自下表面侧冷却装置4b的各椭圆形喷嘴10的水喷流10a的与厚钢板6的冲击面的面积Su的90％。
另外，根据实施例3的实验结果，与后述的表1的实验例6相当。
另外，在实施例1～3中，使用图5(a)所示的实心锥喷嘴，图5(c)所示的椭圆形喷嘴、图5(d)所示的长圆形喷嘴，但在本发明中可以适当选择使用图5(b)所示的扁平喷嘴、图5(e)所示的多孔柱状喷嘴16(水喷流形状16a)等能够控制足够的喷射压力和喷射量(水量密度)的喷嘴。
另外，在本发明中，如图8所示，也可以将例如图5(b)所示的具有水喷流形状15a的扁平喷嘴15和如图5(a)所示的具有水喷流形状7a的实心锥喷嘴7组合使用。
如图8所示的喷嘴的组合，以上表面侧冷却装置4a进行图示，但是在下表面侧冷却装置4b中，同样地能够将各种喷嘴适当地组合使用。
实验例
在图1所示的设备配置中，将配置在各约束辊对之间的上表面侧冷却装置4a与下表面侧冷却装置4b，在厚钢板6的运送方向上配置10对。
在这10对厚钢板冷却装置中，改变排列于上表面侧冷却装置4a以及下表面侧冷却装置4b的喷嘴的种类、喷嘴规格、喷嘴数量、排列条件、组合条件、水喷流的冲击面的面积相对于厚钢板6的表面积S的比率So/S、Su/S、So/Su，进行厚钢板的冷却实验。
在该冷却实验中，为了评价影响厚钢板6的品质的形状不良、材质不均等，将(i)厚钢板的宽度方向上的温度均匀性、(ii)厚钢板的板厚方向上的温度均匀性以及(iii)与冷却目标温度的差这三点作为评价指标。
将该结果与So/S、Su/S、So/Su的值在本发明的范围以外的比较例的结果一并表示在表1中。
比较例是满足本发明所规定的范围的一部分而没有满足该范围的全部的例子。实验条件如下所述，比较例的实验条件与本发明的实验例相同。
(i)厚钢板的宽度方向上的温度的均匀性，由从刚冷却后的厚钢板6去掉运送方向上的前端和尾端1m并去掉宽度方向的两端部各100mm而得的区域中的、厚钢板6的上·下表面的宽度方向的温度偏差的平均值表示。在表1中，将宽度均匀目标温度设定为30℃。
(ii)厚钢板的板厚方向上的温度的均匀性，由刚冷却后的厚钢板6的上·下表面的宽度方向中央部的温度差(上表面温度-下表面温度)的平均值表示。在表1中，将上下均匀目标温度设定为20℃。
(iii)与冷却目标温度的差，由刚冷却后的厚钢板6的上表面的宽度方向中央部的温度的平均值与冷却目标温度之差(实际温度-目标温度)表示。在表1中表明，变为负值时冷却能力较低，变为正值时冷却能力较高。
(实验条件)
厚钢板
板厚：25mm
板宽：4000mm
温度：800℃
冷却目标温度：500℃
冷却时间：10秒
各约束辊
辊直径：350mm
辊中心间距离(L)：1050mm
辊外周面间距离(La)：700mm
运送速度：70m/分
各上表面侧喷射
水量密度：1.0m3/m2/分
喷射压力：0.2MPa
各下表面侧喷射
水量密度：1.2m3/m2/分
喷射压力：0.2MPa
表1
上表面侧喷嘴 下表面侧喷嘴 So/S(％) Su/S(％) 宽度均匀目标30℃   上下表面均匀目标20℃   与冷却目标温度的差 综合评价
实验例   1   扁平   扁平   5   5   30   20   -30   ○
  2   扁平   长圆形   5   40   30   -10   -25   ○
  3   扁平   椭圆形   5   80   30   -20   -20   ○
  4   实心锥   实心锥   40   50   25   20   -5   ○
  5   实心锥   长圆形   40   80   25   10   10   ○
  6   椭圆形   椭圆形   80   100   30   10   30   ○
  7   扁平·实心锥   扁平·实心锥   80   90   20   10   40   ○
上表面侧喷嘴 下表面侧喷嘴 So/S(％) Su/S(％) 宽度均匀目标30℃   上下表面均匀目标20℃   与冷却目标温度的差 综合评价
比较例   1   扁平   扁平   3   3   40   20   -35   ×
  2   多孔柱状   长圆形   3   6   40   0   -30   ×
  3   多孔柱状   实心锥   3   100   40   -30   -10   ×
  4   实心锥   扁平   40   3   25   60   -15   ×
5 实心锥 实心锥 95 100 50 20 30 ×
  6   实心锥   扁平   95   3   50   80   20   ×
  7   长圆形   长圆形   40   20   30   55   -10   ×
  8   长圆形   实心锥   40   38   30   25   -5   ×
(注)综合评价：○表示满意  ×表示不满意
如表1所示，在满足本发明的条件(权利要求1、2)的实验例1～7中，对通过最终的出侧约束辊52后经过5秒钟的厚钢板6的上表面侧的温度与下表面侧的温度进行测量，都满足上述(i)厚钢板的宽度方向上的温度的均匀性、(ii)厚钢板的板厚方向上的温度的均匀性这两点的评价指标，能够得到翘曲和残留应力极小、形状、材质皆是均匀性优异、十分令人满意的厚钢板6。
另外，冷却后的厚钢板6的平均温度(上·下表面的宽度方向中央部温度的平均值)，相对于冷却目标温度，在±30℃的范围内，实现十分令人满意的冷却。
与此相对，在部分满足本发明的条件但并不满足全部(权利要求1、2)的条件的比较例1～8中，不能够满足(i)以及(ii)的双方或者一方的评价指标，也就不能得到形状、材质都令人满意的、均匀性优异的厚钢板6。
另外，冷却后的厚钢板6的平均温度，相对于冷却目标温度，在(-)侧超过30℃，不能够确保足够的冷却能力。
本发明，并不限定于上述实施例中所采用的条件。例如，上表面侧喷嘴和下表面侧喷嘴的运送方向上的排列数、各喷嘴的种类(构造)或规格、排列条件(数量、列)、来自各喷嘴列的水喷射条件、约束辊的直径、配置条件等，可以根据作为冷却对象的厚钢板的尺寸(尤其是厚度)、温度、运送速度、目标冷却温度、冷却时间、冷却速度等，在权利要求所规定的范围内，适当地变更。
如上所述，根据本发明，能够提高厚钢板的平坦度，所以能够减少冷矫正、精整成本。另外，也能够降低残留应力，能够抑制钢板加工时的变形从而容易确保加工精度稳定。还有，也容易确保材质的均匀化。
因此，本发明在钢铁产业中利用可能性非常大。

Claims (4)

1.一种厚钢板的冷却装置，具有：约束经热轧制的厚钢板并使其通过的由上辊和下辊所构成的多对约束辊；和多个喷嘴，该喷嘴对通过在通过方向上前后相邻的约束辊对之间的厚钢板的上·下表面喷射水；该冷却装置的特征在于，该多个喷嘴配置成：
(i)来自上表面侧的各喷嘴的水喷流与厚钢板表面冲击的冲击面的面积的总和，在约束辊对间相距最近的辊外周面之间的钢板表面积的4～40％的范围内，且
(ii)来自下表面侧的各喷嘴的水喷流与厚钢板表面冲击的冲击面的面积的总和，在约束辊对间相距最近的辊外周面之间的钢板表面积的4～100％的范围内，
(iii)上述(i)、(ii)的水喷流与厚钢板的上表面侧以及下表面侧表面冲击的喷流冲击部的冲击压力为2kPa以上。
2.根据权利要求1所记载的厚钢板的冷却装置，其特征在于，
所述上表面侧以及下表面侧的喷嘴配置成：
来自上表面侧的各喷嘴的水喷流与厚钢板表面冲击的冲击面的面积的总和，在来自下表面侧的各喷嘴的水喷流与厚钢板表面冲击的冲击面的面积的总和的4～100％的范围内。
3.根据权利要求1或2所记载的厚钢板的冷却装置，其特征在于，
配置在所述上表面侧的喷嘴，是由扁平喷嘴、实心锥喷嘴、椭圆形喷嘴、长圆形喷嘴、多孔柱状喷嘴中的任意一种或多种构成的，而且配置在所述下表面侧的喷嘴，是由扁平喷嘴、实心锥喷嘴、椭圆形喷嘴、长圆形喷嘴中的任意一种或多种构成的。
4.根据权利要求1至3中任一项所记载的厚钢板的冷却装置，其特征在于，
所述喷嘴，具有能够混合水和空气进行喷射的构造。
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