JP4714752B2 - スチール加工物のスパイラル冷却 - Google Patents

Description

発明の背景
スチール加工物を鋼片、バー、またはワイヤから切り出すスチールミルでは、圧延絞りプロセスが続くと高温の加工物の温度が上昇する。スチールミルのオペレータは、この現象を認識して、圧延絞りスタンド間でこの高温の工作物に冷水をスプレィして、温度を下げ、圧延絞りプロセスを続行できるようにする。この冷却法の問題点は、高温のスチールロッドが冷却媒体（通常、水）を通過する際に、高温のスチールロッドのある領域が、他の領域より早く冷却されて、「ストライピング」と呼ばれる現象を示す製品が生じることである。この現象では、スチール加工物の表面に、より高温である部分を示す縞で空間を埋めた暗い縞領域が現れる。これらの縞は、加工物の長さに沿って現れ、続いて加工物に圧延操作を行うときに問題を引き起こし、スクラップのスチール製品ができることになる。この場合、工作物は、物理特性が変化した（硬さが不均一であるなど）スチール合金となり、均一な製品特性を得る圧延が難しくなる。

本出願で実施される発明は、圧延絞りスチールミルのスタンド間での冷却の使用であり、本発明によれば、高温のスチール製品を均一に冷却して、粒状組織が均一であり、オペレータが最終製品を成功裏に市場に出すことができるようにするのに必要な物理的特性を維持して連続的な圧延プロセスにかけることができる、スチールバーまたはロッドを産出することができる。

本発明の主題である冷却システムは、一般的に、冷却媒体として水を使用し、高温のスチール製品に適用される。冷媒が冷却デバイスを通過して、高温の加工物の周りにスパイラル状態で出てゆく。冷却媒体は、デバイスを通って、圧延ミルの圧延絞りステージ間を高温のスチール製品が通過する間に、高温のスチール製品の前面に当たるように方向付けられる。

冷却媒体は、複数の特別な形状のオリフィスを通って高温のスチール製品に当たるように方向付けられる。このオリフィスは、移動する高温の加工物を取り囲むように湾曲されており、この湾曲したスロットは、幅が変化してスチールロッドが通過する際にスチールロッドに冷媒をテーパ状に供給するようになっている。冷媒の供給は、加工物の上流位置において最も多く、冷却デバイスを通る移動方向において次第に少なくなる。

冷却デバイス自体は、高温のスチール加工物を取り囲んでおり、高温のスチール製品が通過するときに、全側部から、高温のスチール加工物へ冷媒が均一かつ一定して当たるようになっている。

図１を参照すると、本発明の冷却デバイス１０の斜視図が示されている。ここで、デバイス１０は、ベース１２を有しており、このベースはデバイス１０を予めあるフレームワークに挟むのに好適な形状をしている。このフレームワークにいくつかのデバイス１０を連続的に装着して、圧延絞りを行っている高温のスチールロッド又はバーを冷却することができる。デバイス１０は、また、円筒形状部１４を有し、中空形状をしており、高温のスチール加工物を通過させることができる。

図１は、高温のスチール加工物がデバイス１０に容易に入るようにするテーパ状入口開口１６を有するデバイス１０を示す。

図２を参照すると、デバイス１０の断面が示されている。ベース１２は開口１８を具え、冷媒（水など）をデバイス１０に入れるようになっている。冷媒はダクト２０を介して、円筒状のチャンバ１４へ送り込まれる。チャンバ１４自体が、共に好適に固定されている一対の中空状シェルを具えており、密封構造を形成している。

基本的に、チャンバ１４は、シリンダ２２と、その中に同軸に配置されたチャンバ２４を具える。チャンバ２４は、一般的な中空シリンダの形状をしており、テーパ状開口１６を具え、高温のスチール加工物がその中に容易に入るようになっている。基本的に、シリンダ２２とシリンダ２４は、その間にプレナム２６を形成している。

中空シリンダ２４には、シリンダ２４を貫通する独特の形状の開口２８が設けられている。

開口２８の形状は重要である。開口２８の前側に向いた部分は、後縁部３０より実質的に大きい。開口２８はシリンダ２４の表面周囲に完全に延在しており、ダクト２０へ冷媒を注入して、高温の加工物に均一に当てる。ここを通る加工物の全面が、そこに当たっている冷媒に晒されることが重要である。

高温の加工物の表面に当たっている冷媒の量は、加工物が通過し始めるときに最も多く、加工物が通過していくにつれて冷媒の流れは着実に減少してゆく。この冷却デバイスがどのようにして素晴らしい製品を作るかははっきりわかっていないが、素晴らしい製品ができる。スチールとして知られている化合物は、その歴史を反映している物質の結果である。高温から低温へ急激に冷却されると、スチール化合物中にカーボン成分が特別な粒状組織として現れる。

冷却プロセスがもっとゆっくりであれば、スチール製品の粒状組織は全く違ったものになる。従って、シリンダ２４の冷媒開口の形状が、ミルで加工されているスチール製品の粒状組織を変えるであろう。

乾燥している次の圧延ステージに冷却したスチール製品を送出する必要もあり、従って、本発明の冷却デバイス１０を通る通路の最後のところで高温のスチール加工物をエアパージする必要がある。

図３は、本発明の冷却システム用に設定した典型的なミルの構成を示す。冷媒導管３２と３４を設けて、冷媒をシステムに導出入する。符号３６は、冷媒の分配ダクトを示す。ここで、高温のスチールロッド３８（破線で示す）が、符号４６でガイドに入るところが示されている。ガイド４６を通過した後、高温の加工物はローラガイド４２に入る。次いで、加工物は一対のストリッパデバイス４０に入り、このデバイスで、高温の加工物３８が冷却デバイス１０に入る前に、高温のスチール加工物３８の表面からあらゆる外部デブリスを除去する。これによって、デバイス１０内の冷媒オリフィスのつまりから生じる問題を防ぐ。加工物がデバイス１０とエアパージデバイス４０を通過した後にこのプロセスを再度繰り返す。

この操作中に一対のミルスタンド間で、（この場合）６の個別ステージにおいて、高温の加工物に冷媒を当てる。

加工物がスチールであるので、ミルスケールに伴って常に問題が存在する。このようなスケールによって、冷却デバイス１０の通路２８をもふさぐべきではない。加工物がデバイス１０を通過する前にこのスケールを取り除くステップが実行される。

本発明は、製鉄業に非常に重要である。本発明の冷却デバイス１０は、従来技術の冷却デバイスより長さが非常に短い。

確実に知られてはいないが、従来技術のデバイスではおびただしい蒸気が発生し、蒸気の冷却能力は水のそれより低い。本発明では、加工物を複数の冷却デバイスに晒すことによって冷却し、このデバイスでは、水が蒸発してしまう前に、各冷却デバイスが加工物の表面全体に水をスプレィする。高温の加工物の表面に水を供給するオリフィスのスパイラル形状は、過度に強調されることはない。

冷却デバイス１０の内部形状は、ここを通過する高温の加工物の形状とサイズに合致したものでなくてはならない。例えば、断面が六角形のバーを製造している場合は、デバイス１０の加工物の通路も同様に断面六角形である必要がある。加工物の通路と加工物の間に適当なクリアランスが維持されなくてはならない。

上述の説明と関連する図面に記載されている教示の利点をもって、当業者は、本発明の多くの変形例や、その他の実施例を考えることができる。従って、本発明は、ここに開示された特別な実施例に限定されるものでなく、これらの変形例や実施例も特許請求の範囲に含まれることを意図している。

図１は、本発明の冷却デバイスの斜視図である。 図２は、図１に示すデバイスの断面図であり、冷媒オリフィスを示している。 図３は、図１に示す冷却デバイスの典型的な設置例を示す図である。

Claims (6)

1. スチールミルの圧延絞りステージ間を通過する際にスチール加工物を冷却する冷却ボックスにおいて：
   静止装着スタンドにクランピングする形状をしたベースと；
   その中をスチール加工物を通過させるために前記ベースに固定されている中空形状のデバイスと；を具え、
   前記中空形状のデバイスが、その中に形成したシリンダ状プレナムを具え、
   前記プレナムがその中に形成した一連のスロットを有し、その中を通って冷媒の通過が可能となり、前記加工物に冷媒を当てるようにしたことを特徴とする冷却ボックス。
2. 請求項１に記載の冷却ボックスにおいて、前記ベースが加圧下で前記プレナムを冷媒源に連通させる導管を有することを特徴とする冷却ボックス。
3. 請求項１に記載の冷却ボックスにおいて、前記加工物と前記中空形状のデバイスが断面において丸いことを特徴とする冷却ボックス。
4. 請求項１に記載の冷却ボックスにおいて、前記加工物が断面において丸くないことを特徴とする冷却ボックス。
5. 高温のスチール加工物を冷却する冷却デバイスにおいて：
   高温のスチール加工物が通過しうるサイズの入口開口と通路を有する中空形状のデバイスを具え、
   前記デバイスが、一体的に固定された外側シリンダと内側シリンダである二つの部材を具え、これらの部材間に密封したプレナムを形成しており、
   前記内側シリンダがその中に形成した冷媒スロットを有し、その中を冷媒を通過させて前記加工物に当てるように構成されており、
   前記スロットが、各冷媒スロットの最も広い部分が前記入口開口近傍にあるように配置されており、
   前記プレナムを冷媒源に連結する導管を具えることを特徴とする冷媒デバイス。
6. スチールミルの圧延スタンド間を通過する際に高温のスチール加工物を冷却する方法において：
   冷却デバイスを通って前記高温のスチール加工物を通過させるステップであって、当該冷却デバイスによって冷媒が逃がされ、この冷却デバイスを通過する際に前記高温の加工物に冷媒を当てるステップを具え、
   前記冷却デバイスが一連のスロットを具え、前記冷媒がそこを通って逃げるようにし、前記スロットが前記冷却デバイスの上流側で最も幅が広いことを特徴とする方法。

Images