專(zhuān)利名稱(chēng)：軋制鋼材的冷卻裝置以及冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)熱軋后的導(dǎo)軌等的長(zhǎng)尺寸軋制鋼材進(jìn)行冷卻的冷卻裝置以及冷卻方法。本申請(qǐng)以2008年2月27日在日本提出的特愿2008-046461和2008年2月28日在日本提出的特愿2008-048383為基礎(chǔ)而主張其優(yōu)先權(quán)，并引用其中的內(nèi)容。
背景技術(shù)：
在重載荷鐵道、曲線區(qū)間所使用的鐵道用導(dǎo)軌要求具有通常導(dǎo)軌以上的耐磨損 性。因此，熱軋后，在從奧氏體域溫度開(kāi)始直到珠光體轉(zhuǎn)變結(jié)束為止的期間，進(jìn)行通過(guò)加速 冷卻來(lái)提高導(dǎo)軌頭部的強(qiáng)度的處理。近年來(lái)，為了進(jìn)一步提高耐磨損性，直到過(guò)共析區(qū)域?yàn)?止使碳素量增加的珠光體系導(dǎo)軌已經(jīng)開(kāi)發(fā)并實(shí)用化(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。然而，若為了提高耐磨損性而增加碳素量，則在導(dǎo)軌頭部容易生成初析滲碳體，存 在導(dǎo)軌的韌性以及延展性大幅下降的問(wèn)題。因此，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，為了抑制導(dǎo)軌柱部的初析滲碳體的生成，并且在導(dǎo)軌頭部 使?jié)B碳體比率高、高硬度的珠光體組織穩(wěn)定生成，公開(kāi)了下述珠光體系導(dǎo)軌的制造方法使 導(dǎo)軌頭部在從奧氏體域溫度開(kāi)始直到700 500°C為止的期間，以1 10°C /S的速度加 速冷卻，進(jìn)一步使導(dǎo)軌柱部在從奧氏體域溫度開(kāi)始直到750 600°C為止的期間，以1 IO0C /S的速度加速冷卻。另一方面，作為導(dǎo)軌的加速冷卻方法，根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，已知有下述方法(1) 使用噴霧的方法(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3 5)，(2)使用空氣等的氣體的方法(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)6、 7)，(3)將導(dǎo)軌頭部浸漬在冷卻液中的方法(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)8、9)。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)平8-144016號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)平9-137228號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)昭47-7606號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4 日本特開(kāi)昭54-147124號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)5 日本特開(kāi)平8-319515號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)6 日本特開(kāi)昭61-149436號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)7 日本特開(kāi)昭61-279626號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)8 日本特開(kāi)昭57-85929號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)9 日本特開(kāi)平8-170120號(hào)公報(bào)為了在高碳素導(dǎo)軌鋼中使珠光體組織穩(wěn)定生成，需要使加速冷卻時(shí)的冷卻速度更 快。然而，在通過(guò)上述的以往的加速冷卻方法來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻時(shí)，存在以下的問(wèn)題。若液滴與高溫物體接觸，則在液滴和高溫物體之間形成蒸氣膜，會(huì)發(fā)生液滴在高 溫物體上浮游的蒸汽膜現(xiàn)象。在冷卻介質(zhì)使用液體(1)和(3)的方法的情況下，由于在導(dǎo) 軌表面形成的蒸氣膜，阻礙了導(dǎo)軌和冷卻介質(zhì)的接觸，因而冷卻速度產(chǎn)生差異。其結(jié)果，在 導(dǎo)軌上產(chǎn)生溫度偏差，若溫度偏差變大，則有在鋼組織中產(chǎn)生偏差的危險(xiǎn)。
此外，與使用液體的冷卻方法相比，使用氣體作為冷卻介質(zhì)的(2)的方法有冷卻 速度慢的難點(diǎn)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而作出的，目的在于提供一種軋制鋼材的冷卻裝置以及冷 卻方法，能夠抑制在長(zhǎng)尺寸的軋制鋼材表面形成蒸氣膜從而大幅度提高冷卻速度，并且能 夠?qū)崿F(xiàn)均勻的加速冷卻。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明軋制鋼材的冷卻裝置，對(duì)熱軋后的長(zhǎng)尺寸的軋制鋼材 進(jìn)行冷卻，具備沿上述軋制鋼材的長(zhǎng)度方向配置的多個(gè)腔室。上述多個(gè)腔室分別具有吹出 口，將冷卻用加壓空氣從上述腔室朝向上述軋制鋼材吹出，上述冷卻用加壓空氣是從與上 述腔室連接的氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入腔室的冷卻用加壓空氣；噴嘴板，以與上述軋制鋼材面對(duì)的 方式設(shè)置在該吹出口，并具有多個(gè)噴嘴孔；冷卻水供給噴嘴，向上述腔室內(nèi)供給冷卻水；以 及整流板，設(shè)置在上述氣體導(dǎo)入口與上述冷卻水供給噴嘴之間，防止從上述氣體導(dǎo)入口導(dǎo) 入的上述冷卻用加壓氣體與上述噴嘴板直接相撞。本發(fā)明的冷卻裝置使冷卻介質(zhì)通過(guò)上述 噴嘴板的上述噴嘴孔向上述軋制鋼材噴射，進(jìn)行該軋制鋼材的表面的均勻冷卻，上述冷卻 介質(zhì)混合了從上述冷卻水供給噴嘴供給的上述冷卻水和從上述氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入且被上述 整流板整流后的冷卻用加壓氣體。若冷卻介質(zhì)使用液體，雖然能夠確保大的冷卻能力，但由于在軋制鋼材的表面形 成有蒸氣膜，因此冷卻速度會(huì)產(chǎn)生差異，成為不均勻的冷卻。因此，本發(fā)明中，在朝向軋制鋼 材從吹出口噴出冷卻用加壓氣體的腔室內(nèi)，設(shè)置用于供給冷卻水的冷卻水供給噴嘴，通過(guò) 混合冷卻用加壓氣體和冷卻水并從噴嘴板經(jīng)由噴嘴孔向垂直于軋制鋼材表面的方向(優(yōu) 選垂直)噴霧噴射，能夠提高水滴的沖突速度，迅速除去附著在軋制鋼材上的水滴。由此， 阻礙了蒸氣膜的形成，能夠使冷卻速度不變動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)均勻的冷卻。另外，也可以考慮使用提高了冷卻用加壓氣體相對(duì)于冷卻水的比率的高氣水比的 噴嘴，但若希望一下子均勻地冷卻長(zhǎng)尺寸軋制鋼材，則需要多個(gè)噴嘴，由于噴嘴的維護(hù)頻繁 發(fā)生，作為工業(yè)化設(shè)備是不現(xiàn)實(shí)的。針對(duì)從噴嘴板經(jīng)由噴嘴孔噴出的冷卻用加壓氣體，若觀察腔室的長(zhǎng)度方向即軋制 鋼材的長(zhǎng)度方向的噴出分布，則氣體導(dǎo)入口附近的噴出量最多，隨著離開(kāi)氣體導(dǎo)入口而減 少?lài)姵隽俊Ｔ谠摖顟B(tài)下，在從冷卻水供給噴嘴朝向噴嘴板供給冷卻水的情況下，在冷卻用加 壓氣體的流動(dòng)強(qiáng)的氣體導(dǎo)入口附近，水滴被來(lái)自背后的冷卻用加壓氣體推壓，從噴嘴板經(jīng) 由噴嘴孔而噴射的水量減少。其結(jié)果，在腔室整體中水量產(chǎn)生了差異。因此，在本發(fā)明中，在氣體導(dǎo)入口和冷卻水供給噴嘴之間設(shè)置整流板，從氣體導(dǎo)入 口導(dǎo)入的冷卻用加壓氣體經(jīng)由整流板向腔室整體流動(dòng)，防止了腔室整體的水量的差異。此外，在本發(fā)明的軋制鋼材的冷卻裝置中，也可以在上述整流板上形成多個(gè)孔。但是，在形成孔的情況下，優(yōu)選使在面對(duì)上述氣體導(dǎo)入口的位置形成的上述孔的 各單位面積的合計(jì)面積比在其他位置形成的上述孔的各單位面積的合計(jì)面積小，以使從上 述噴嘴板經(jīng)由噴嘴孔而噴出的冷卻用加壓氣體的噴出量在上述腔室的長(zhǎng)度方向均勻。此外，在本發(fā)明的軋制鋼材的冷卻裝置中，優(yōu)選使上述冷卻水供給噴嘴指向上述 噴嘴板。
上述冷卻用加壓氣體的體積流量相對(duì)于上述冷卻水的體積流量的比為1000 50000。上述冷卻用加壓氣體的體積流量相對(duì)于上述冷卻水的體積流量的比稱(chēng)為氣水比。 在高氣水比的情況下，由于在軋制鋼材的表面形成的蒸氣膜利用冷卻用加壓氣體 被排除，阻礙了蒸氣膜的形成，從而確保穩(wěn)定的冷卻。此時(shí)，若氣水比不足1000，則冷卻速度 的差異大，若氣水比超過(guò)50000，則冷卻效果飽和。上述冷卻用加壓氣體可以是空氣或氮?dú)狻Ｔ诒景l(fā)明中沒(méi)有限定冷卻介質(zhì)的種類(lèi)，從容易使用性和經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn)來(lái)看優(yōu)選空 氣或氮?dú)?。也可以從上述冷卻水供給噴嘴以噴霧狀、噴淋狀或流水狀供給上述冷卻水。無(wú)論從冷卻水供給噴嘴供給的水滴的粒徑如何，從噴嘴板經(jīng)由噴嘴孔噴射的噴霧 的粒徑分布是大致同一傾向，這一點(diǎn)本發(fā)明者等已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)而得到了確認(rèn)。其理由在于， 在腔室內(nèi)供給的冷卻水通過(guò)噴嘴板暫時(shí)合體，在合體后的冷卻水與冷卻用加壓氣體一起從 噴嘴板的孔噴射時(shí)再分散。因此，供給的冷卻水可以是噴霧狀、噴淋狀、流水狀中的一種，也可以從冷卻水供 給噴嘴僅供給冷卻水，也可以混合冷卻水和冷卻用加壓氣體來(lái)供給。主要是，向噴嘴板上供 給規(guī)定的水量即可。也可以上述軋制鋼材是導(dǎo)軌，以在該導(dǎo)軌的頭頂部和上述腔室之間有間隙的方 式配置上述腔室，從上述噴嘴板的上述噴嘴孔向上述導(dǎo)軌的頭頂部噴射上述冷卻介質(zhì)，也 可以上述軋制鋼材是導(dǎo)軌，以在該導(dǎo)軌的頭側(cè)部和上述腔室之間有間隙的方式配置上述腔 室，從上述噴嘴板的上述噴嘴孔向上述導(dǎo)軌的頭側(cè)部噴射上述冷卻介質(zhì)。通過(guò)這樣，能夠在 相對(duì)于導(dǎo)軌頭部的表面的垂直方向上噴霧噴射。上述各腔室的上述腔室形成為具備擴(kuò)寬部，為了設(shè)置上述氣體導(dǎo)入口，該擴(kuò)寬部 的寬度形成為較寬；縮寬部，該縮寬部的寬度形成為比該擴(kuò)寬部窄；以及傾斜部，在上述擴(kuò) 寬部和上述縮寬部之間相互連結(jié)上述擴(kuò)寬部和上述縮寬部，上述吹出口設(shè)置在上述縮寬部 的端部。也可以上述軋制鋼材是導(dǎo)軌，上述腔室配置在上述導(dǎo)軌的上方，上述整流板以水 平狀態(tài)配置在上述腔室的上述擴(kuò)寬部?jī)?nèi)，形成有間隙，以使上述冷卻用加壓氣體通過(guò)該整 流板的側(cè)端和上述擴(kuò)寬部的內(nèi)壁之間。此外，在本發(fā)明的軋制鋼材的冷卻裝置中，在上述腔室配置在上述導(dǎo)軌的側(cè)方的 情況下，將與導(dǎo)軌的頭頂部相對(duì)配置的腔室具有相同的構(gòu)成的腔室為橫向(轉(zhuǎn)動(dòng)90度)，配 置在導(dǎo)軌的側(cè)方的兩側(cè)。本發(fā)明的軋制鋼材的冷卻方法，使用具備多個(gè)腔室的冷卻裝置對(duì)熱軋后的長(zhǎng)尺寸 的軋制鋼材進(jìn)行冷卻，上述多個(gè)腔室具備冷卻水供給噴嘴，用于供給冷卻水；吹出口，用 于吹出冷卻介質(zhì)，該冷卻介質(zhì)混合了通過(guò)氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入的冷卻用加壓空氣和上述冷卻 水；以及噴嘴板，設(shè)置在上述吹出口的端部并具有多個(gè)噴嘴孔，該冷卻方法的特征在于，通 過(guò)在上述氣體導(dǎo)入口和上述冷卻水供給噴嘴之間配置的整流板，對(duì)通過(guò)上述氣體導(dǎo)入口而 導(dǎo)入上述腔室的上述冷卻用加壓空氣進(jìn)行整流，以使導(dǎo)入上述腔室的上述冷卻用加壓空氣 不直接朝向上述吹出口，混合被上述整流板整流后的冷卻用加壓空氣和從上述冷卻水供給噴嘴供給的冷卻水來(lái)作為上述冷卻介質(zhì)，使上述冷卻介質(zhì)通過(guò)上述噴嘴板的多個(gè)噴嘴孔以 50m 200m/秒的速度朝向沿上述吹出口配置的上述軋制鋼材的表面噴射，從而均勻地冷 卻上述軋制鋼材全長(zhǎng)。判別出沖突速度越快則越能夠獲得高的冷卻速度，若沖突速度為50m/s以上，則 冷卻速度的差異降低為士 1.5°C程度。另外，若沖突速度超過(guò)200m/s，則冷卻效果飽和。
也可以使上述冷卻用加壓氣體的體積流量相對(duì)于上述冷卻水的體積流量的比為 1000 50000。上述冷卻用加壓氣體的體積流量相對(duì)于上述冷卻水的體積流量的比稱(chēng)為氣水比。在高氣水比的情況下，由于在軋制鋼材的表面形成的蒸氣膜利用冷卻用加壓氣體 被排除，阻礙了蒸氣膜的形成，從而確保穩(wěn)定的冷卻。此時(shí)，若氣水比不足1000，則冷卻速度 的差異大，若氣水比超過(guò)50000，則冷卻效果飽和。此外，本發(fā)明的軋制鋼材的冷卻方法中，優(yōu)選使上述冷卻水供給噴嘴指向上述噴 嘴板來(lái)供給上述冷卻水。上述冷卻用加壓氣體可以是空氣或氮?dú)?。在本發(fā)明中沒(méi)有限定冷卻介質(zhì)的種類(lèi)，從容易使用性和經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn)來(lái)看優(yōu)選空 氣或氮?dú)?。也可以從上述冷卻水供給噴嘴以噴霧狀、噴淋狀或流水狀供給上述冷卻水。可以使熱軋后的上述軋制鋼材的冷卻開(kāi)始溫度為奧氏體域溫度以上，并且使該軋 制鋼材的冷卻結(jié)束溫度為450 600°C。若冷卻開(kāi)始溫度不是奧氏體域溫度以上且冷卻結(jié)束溫度不是至少600°C以下，則 不會(huì)產(chǎn)生淬火，因此不優(yōu)選。另一方面，若直到不足450°C為止繼續(xù)加速冷卻，則由于導(dǎo)軌頭 部中產(chǎn)生馬氏體組織，因此硬度增加單延韌性降低，因此不優(yōu)選。也可以上述軋制鋼材是導(dǎo)軌，以在該導(dǎo)軌的頭頂部及頭側(cè)部與上述腔室之間具有 間隙的方式配置上述腔室，從上述噴嘴板的上述噴嘴孔朝向上述導(dǎo)軌的上述頭頂部以及上 述頭側(cè)部噴射上述冷卻介質(zhì)。通過(guò)這樣，能夠向垂直于導(dǎo)軌頭部的表面的垂直方向噴霧噴 射。發(fā)明效果在本發(fā)明的軋制鋼材的冷卻裝置以及冷卻方法中，在朝向軋制鋼材從吹出口噴出 冷卻用加壓氣體的腔室內(nèi)，設(shè)置用于供給冷卻水的冷卻水供給噴嘴，通過(guò)混合冷卻用加壓 氣體和冷卻水并從噴嘴板經(jīng)由噴嘴孔向軋制鋼材表面的垂直方向噴霧噴射，從而提高水滴 的沖突速度，迅速除去附著在軋制鋼材上的水滴。由此，阻礙了蒸氣膜的形成，能夠在不使 冷卻速度變動(dòng)的情況下，實(shí)現(xiàn)均勻的冷卻，而且能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的加速冷卻。此外，在氣體導(dǎo)入口和冷卻水供給噴嘴之間設(shè)置整流板，從氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入的冷 卻用加壓氣體通過(guò)整流板而均勻地向腔室整體流動(dòng)，從而能夠防止整個(gè)腔室內(nèi)的水量密度 的差異。


圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的軋制鋼材的冷卻裝置的示意圖。圖2是表示同一冷卻裝置的噴嘴板的平面圖。
圖3是供給冷卻水的配管和冷卻水供給噴嘴部分的立體圖。圖4A是表示冷卻水供給噴嘴的冷卻水的供給狀況的示意圖。
圖4B是表示圖4A的冷卻水供給噴嘴的位置和水量密度的關(guān)系的圖表。圖5是表示腔室內(nèi)設(shè)有整流板的狀態(tài)的立體圖。圖6A是表示腔室內(nèi)沒(méi)有整流板的狀態(tài)下的空氣的噴出分布以及噴霧的水量密度 比例的圖表。圖6B是表示圖6A的狀態(tài)下的腔室內(nèi)的空氣的流動(dòng)的示意圖。圖7A是表示在鼓風(fēng)機(jī)的正下方設(shè)置整流板的狀態(tài)下的空氣的噴出分布以及噴霧 的水量密度比例的圖表。圖7B是表示圖7A的狀態(tài)下的腔室內(nèi)的空氣的流動(dòng)的示意圖。圖8是表示噴霧的沖突速度和冷卻速度的關(guān)系的圖表。圖9是表示氣水比和冷卻速度的差異之間的關(guān)系的圖表。附圖標(biāo)記說(shuō)明10冷卻裝置11 腔室Ila擴(kuò)寬部lib傾斜部Ilc縮寬部12 吹出口13氣體導(dǎo)入口14噴嘴板14c噴嘴孔15冷卻水供給噴嘴16整流板17 配管17a分支管20冷卻裝置21 腔室21a擴(kuò)寬部21b傾斜部21c縮寬部22 吹出口23氣體導(dǎo)入口24噴嘴板25冷卻水供給噴嘴26整流板27 配管30導(dǎo)軌(軋制鋼材)31頭頂部
32頭側(cè)部
具體實(shí)施例方式接著，參照所附的附圖，對(duì)具體化了本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明以供本發(fā)明的理解。另外，下面作為長(zhǎng)尺寸的軋制鋼材而以導(dǎo)軌為例進(jìn)行說(shuō)明。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的在軋制鋼材的冷卻中使用的冷卻裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng) 為冷卻裝置)10,20,使對(duì)熱軋后的導(dǎo)軌30進(jìn)行冷卻的冷卻裝置。如圖1所示，與導(dǎo)軌30的 頭頂部31相對(duì)地配置冷卻裝置10，與兩頭側(cè)部32分別相對(duì)地配置冷卻裝置20。冷卻裝置 10和導(dǎo)軌30的頭頂部31之間的距離以及冷卻裝置20和導(dǎo)軌30的頭側(cè)部32之間的距離 分另丨J是數(shù)mm 數(shù)十mm。冷卻裝置10在導(dǎo)軌30的長(zhǎng)度方向上具有多個(gè)細(xì)長(zhǎng)形狀(長(zhǎng)度方向的尺寸是 IOOOmm 5000mm程度)的箱形的腔室11。由于需要同時(shí)對(duì)導(dǎo)軌30的全長(zhǎng)進(jìn)行冷卻，多個(gè) 腔室11沿著導(dǎo)軌30的長(zhǎng)度方向，橫跨導(dǎo)軌30的全長(zhǎng)連續(xù)地配置成一列。即，腔室11的數(shù) 量根據(jù)導(dǎo)軌30的長(zhǎng)度來(lái)決定。1個(gè)腔室11的長(zhǎng)度例如優(yōu)選5m IOm左右。因此，例如，在 導(dǎo)軌30的長(zhǎng)度是50m的情況下，連續(xù)配置成一列的腔室11的數(shù)量是5 10個(gè)。此外，在 導(dǎo)軌30的長(zhǎng)度是IOOm的情況下，連續(xù)配置成一列的腔室11的數(shù)量是10 20個(gè)。上述內(nèi)容不是對(duì)本發(fā)明的腔室的長(zhǎng)度、數(shù)量進(jìn)行限定，在實(shí)際的制造設(shè)備中，以能 夠覆蓋該設(shè)備所制造的軋制鋼材的最大軋制長(zhǎng)度的量來(lái)配置腔室，根據(jù)實(shí)際的軋制長(zhǎng)度來(lái) 選擇工作的腔室的數(shù)量。下面，對(duì)個(gè)個(gè)腔室11、21進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在冷卻裝置10的腔室11上，其上部與氣體導(dǎo)入口 13連接，該氣體導(dǎo)入口 13用于 導(dǎo)入從未圖示的鼓風(fēng)機(jī)送出的空氣(冷卻用加壓氣體的一例)。該箱形的腔室11內(nèi)上設(shè)置 有冷卻水供給噴嘴15，將經(jīng)由配管17而供給的冷卻水向?qū)к?0的頭頂部31的方向供給。 在腔室11的下流側(cè)的端部設(shè)有吹出口 12，通過(guò)來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)的空氣，將供給的冷卻水壓向吹 出口 12。腔室11形成為具備擴(kuò)寬部11a，為了在上部設(shè)置氣體導(dǎo)入口 13，其寬度形成得 較寬；縮寬部11c，吹出口 12設(shè)在下流側(cè)的端部，比擴(kuò)寬部Ila的寬度窄；以及錐狀的傾斜 部11b，在擴(kuò)寬部Ila和縮寬部Ilc之間連結(jié)擴(kuò)寬部Ila和縮寬部11c。具有多個(gè)噴嘴孔 14c (參照?qǐng)D2)的噴嘴板14，以平行于導(dǎo)軌30的頭頂部31的方式安裝在與導(dǎo)軌30相對(duì)的 吹出口 12上。此外，在擴(kuò)寬部Ila內(nèi)，在氣體導(dǎo)入口 13和冷卻水供給噴嘴15之間設(shè)置有 水平狀態(tài)的整流板16，該整流板16防止從氣體導(dǎo)入口 13導(dǎo)入的空氣直接與噴嘴板14相 撞。另一方面，冷卻裝置20的腔室21也與氣體導(dǎo)入口 23連接，該氣體導(dǎo)入口 23導(dǎo)入 從未圖示的鼓風(fēng)機(jī)送出的空氣。在箱形的腔室21內(nèi)設(shè)置有冷卻水供給噴嘴25，從而將經(jīng)由 配管27而供給的冷卻水向?qū)к?0的頭側(cè)部32的方向供給。在腔室21的下流側(cè)的端部設(shè) 有吹出口 22，通過(guò)來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)的空氣，將供給的冷卻水壓向吹出口 22。腔室21形成為具有擴(kuò)寬部21a，為了在側(cè)部設(shè)置氣體導(dǎo)入口 23，其寬度形成得 較寬；縮寬部21c，吹出口 22設(shè)置在下流側(cè)的端部，比擴(kuò)寬部21a的寬度窄；錐狀的傾斜部 21b，在擴(kuò)寬部21a和縮寬部21c之間連結(jié)擴(kuò)寬部21a和縮寬部21c。具有多個(gè)噴嘴孔的噴嘴板24以平行于導(dǎo)軌30的頭側(cè)部32的方式安裝在與導(dǎo)軌30相對(duì)的吹出口 22上。此外， 在擴(kuò)寬部21a內(nèi)，在氣體導(dǎo)入口 23和冷卻水供給噴嘴25之間設(shè)置有整流板26，以使氣體向 腔室21整體均勻分散并流動(dòng)。接著，對(duì)冷卻裝置10的噴嘴板14、冷卻水供給噴嘴15以及整流板16進(jìn)行詳細(xì)說(shuō) 明，冷卻裝置20的噴嘴板24、冷卻水供給噴嘴25以及整流板26也大致相同。
在噴嘴板14上，如圖2所示，例如直徑2 IOmm程度的多個(gè)噴嘴孔14c…隔開(kāi)所 需要的間隔(例如2mm IOmm程度的間隔)有規(guī)則地形成。此外，形成有噴嘴孔14c的區(qū) 域的短邊方向(導(dǎo)軌30的寬度方向)的寬度W與導(dǎo)軌30的頭頂部31的寬度大致相同，以 使得噴霧(由空氣和冷卻水的混合體構(gòu)成的冷卻介質(zhì))與導(dǎo)軌30的頭頂部31整個(gè)寬度垂 直相撞。在腔室11內(nèi)以平行于導(dǎo)軌30的長(zhǎng)度方向的方式配置配管17，如圖3所示，從該配 管17開(kāi)始向下方分支有多個(gè)分支管17a···。冷卻水供給噴嘴15安裝在分支管17a的各前 端。從冷卻水供給噴嘴15供給的冷卻水可以是噴霧狀、噴淋狀、流水狀中的一種。此外，可以從冷卻水供給噴嘴15僅供給冷卻水，也可以混合冷卻水和空氣來(lái)供
々A
5 口 ο從冷卻水供給噴嘴15供給的水滴朝向噴嘴板14噴射，通過(guò)該方式，使從噴嘴板14 經(jīng)由噴嘴孔14c而噴射的噴霧的水量密度均勻(參照?qǐng)D4A、圖4B)。如圖5所示，整流板16配置在俯視情況下的腔室11的至少氣體導(dǎo)入口 13相當(dāng)部 的正下方。此外，在整流板16的側(cè)端和擴(kuò)寬部Ila的內(nèi)壁之間形成有空隙，以使空氣通過(guò)。 由此，從氣體導(dǎo)入口 13導(dǎo)入的空氣通過(guò)整流板16而向整個(gè)腔室11分散并均勻地流動(dòng)，從 而防止腔室11內(nèi)的水量密度分布的差異。另外，雖然未圖示，也可以在整流板上形成多個(gè)孔，進(jìn)一步可以使此時(shí)在多個(gè)的氣 體導(dǎo)入口的各個(gè)下方形成的孔的各單位面積的合計(jì)面積比其他的位置所形成的孔的各單 位面積的合計(jì)面積小，使從噴嘴板14經(jīng)由噴嘴孔14c而噴射的噴霧在腔室11的長(zhǎng)度方向 上均勻。圖6A是表示腔室11內(nèi)沒(méi)有整流板的狀態(tài)下(參照?qǐng)D6B)的空氣的噴出分布以及 噴霧的水量密度比例的圖表。使冷卻水供給噴嘴15與噴嘴板14的距離為100mm、相鄰的冷 卻水供給噴嘴15間的間隔為500mm，氣體導(dǎo)入口 13位于冷卻水供給噴嘴15間的中央(距 離以及間隔都是試驗(yàn)例)。在腔室11內(nèi)沒(méi)有整流板的情況下，與腔室11的長(zhǎng)度方向有關(guān)的空氣的噴出量在 氣體導(dǎo)入口 13正下方大，隨著遠(yuǎn)離氣體導(dǎo)入口 13而變小。在該狀態(tài)下，在從冷卻水供給噴 嘴15供給了噴霧的情況下，在空氣流動(dòng)強(qiáng)的氣體導(dǎo)入口 13的正下方，噴霧被空氣推壓，因 此從噴嘴板14經(jīng)由噴嘴孔14c而噴射的噴霧的量減少。因此，在腔室11長(zhǎng)度方向上的水 量不均勻。圖7A是表示在氣體導(dǎo)入口 13的正下方設(shè)置了適當(dāng)形狀的整流板16的狀態(tài)(參 照?qǐng)D7B)下的空氣的噴出分布以及噴霧的水量密度比例的圖表。其他的條件是與圖6A以 及圖6B相同的條件。整流板16和噴嘴板14之間的距離為185mm(試驗(yàn)例)。在氣體導(dǎo)入口 13的正下方設(shè)置了整流板16的情況下，從氣體導(dǎo)入口 13向腔室11 內(nèi)導(dǎo)入的空氣一旦與整流板16沖突之后，就向整個(gè)腔室11分散，從噴嘴板14經(jīng)由噴嘴孔14c而噴出的空氣的噴出量在整個(gè)腔室11中變?yōu)榫鶆?。從氣體導(dǎo)入口 13導(dǎo)入的空氣通過(guò)整流板16也向腔室11的長(zhǎng)度方向流動(dòng)，因此在 腔室11的長(zhǎng)度方向上的水量分布變?yōu)榫鶆?。在使用具有上述?gòu)成的冷卻裝置10、20來(lái)冷卻導(dǎo)軌頭部的情況下，從噴嘴板14、 24經(jīng)由噴嘴孔而噴射的由空氣和冷卻水的混合體構(gòu)成的冷卻介質(zhì)的氣水比為1000 50000,向?qū)к夘^部的噴霧的沖突速度為50 200m/s，從與導(dǎo)軌30的頭頂部31相對(duì)地配置 的噴嘴板14經(jīng)由噴嘴孔14c朝向該頭頂部31進(jìn)行冷卻介質(zhì)的噴霧噴射。與此同時(shí)，從與 導(dǎo)軌30的頭側(cè)部32相對(duì)地配置的噴嘴板24，經(jīng)由噴嘴孔朝向該頭側(cè)部32進(jìn)行冷卻介質(zhì)的 噴霧噴射。然后，在從奧氏體域溫度開(kāi)始直到450 600°C為止的期間使導(dǎo)軌頭部均勻地冷 卻。冷卻溫度定為上述溫度的理由在于，若冷卻開(kāi)始溫度不是奧氏體域溫度以上且冷 卻結(jié) 束溫度不是至少600°C以下，不會(huì)實(shí)施淬火，因此不優(yōu)選。另一方面，若在不足450°C時(shí) 繼續(xù)加速冷卻，由于在導(dǎo)軌頭部產(chǎn)生馬氏體組織，則硬度增加但延韌性降低，因此不優(yōu)選。圖8是將通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得到的噴霧的沖突速度與冷卻速度的關(guān)系圖表化后的結(jié)果。冷卻水供給噴嘴使株式會(huì)社池內(nèi)(^ W々6 )制的噴嘴BIMJ2015，試樣是長(zhǎng)度 IOOmm的141磅導(dǎo)軌，在距離試樣的頭頂部深2mm的位置買(mǎi)入了熱電偶。在通過(guò)加熱爐將試樣加熱至820°C為止之后，取出并從750°C開(kāi)始由本冷卻裝置 進(jìn)行冷卻，將其冷卻至500°C以下。冷卻條件是噴出冷卻水量密度固定為70L (升)/m2 -min, 改變空氣的量使噴霧的沖突速度設(shè)定為10、20、50、150、200!11/8這5個(gè)條件。另外，此時(shí)的 空氣壓為1. 1 1.2氣壓。在噴出速度為Ve、吹出口與導(dǎo)軌之間的距離為h、吹出口徑為d的情況下，噴霧的 沖突速度Va可以通過(guò)下式來(lái)計(jì)算。Va = 6. 39 X Ve/ (h/d+0. 6)針對(duì)各沖突速度分別進(jìn)行10次實(shí)驗(yàn)，根據(jù)熱電偶的指示值從750°C到500°C所需 的時(shí)間來(lái)求出冷卻速度。其結(jié)果，判斷出沖突速度越快則越能夠獲得高的冷卻速度，若沖突 速度為50m/s以上，則冷卻速度的差異降低至士 1. 5°C程度并穩(wěn)定。另外，若沖突速度超過(guò) 200m/s，則隨著設(shè)備的大型化、運(yùn)轉(zhuǎn)成本的增大而變得不現(xiàn)實(shí)。此外，表1示出了氣水比和冷卻速度的關(guān)系。根據(jù)該表，若氣水比為1000變?yōu)橐?上，冷卻速度的標(biāo)準(zhǔn)偏差變?yōu)?. 2以下，則氣水比50000時(shí)該效果飽和，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的冷 卻。另外，圖9是將表1的數(shù)據(jù)圖表化后的圖表。[表1]氣水比(氣體量比水量)和冷卻速度
權(quán)利要求
一種軋制鋼材的冷卻裝置，對(duì)熱軋后的長(zhǎng)尺寸的軋制鋼材進(jìn)行冷卻，其特征在于，具備沿上述軋制鋼材的長(zhǎng)度方向配置的多個(gè)腔室，上述多個(gè)腔室分別具有吹出口，將冷卻用加壓空氣從上述腔室朝向上述軋制鋼材吹出，上述冷卻用加壓空氣是從與上述腔室連接的氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入腔室的冷卻用加壓空氣；噴嘴板，以與上述軋制鋼材面對(duì)的方式設(shè)置在該吹出口，并具有多個(gè)噴嘴孔；冷卻水供給噴嘴，向上述腔室內(nèi)供給冷卻水；以及整流板，設(shè)置在上述氣體導(dǎo)入口與上述冷卻水供給噴嘴之間，防止從上述氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入的上述冷卻用加壓氣體與上述噴嘴板直接相撞，使冷卻介質(zhì)通過(guò)上述噴嘴板的上述噴嘴孔向上述軋制鋼材噴射，進(jìn)行該軋制鋼材的表面的均勻冷卻，上述冷卻介質(zhì)混合了從上述冷卻水供給噴嘴供給的上述冷卻水和從上述氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入且被上述整流板整流后的冷卻用加壓氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的軋制鋼材的冷卻裝置，其特征在于，上述軋制鋼材是導(dǎo)軌，上述腔室配置為在該導(dǎo)軌的頭頂部和上述腔室之間具有間隙， 從上述噴嘴板的上述噴嘴孔向上述導(dǎo)軌的頭頂部噴射上述冷卻介質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的軋制鋼材的冷卻裝置，其特征在于，上述軋制鋼材是導(dǎo)軌，上述腔室配置為在該導(dǎo)軌的頭側(cè)部和上述腔室之間具有間隙， 從上述噴嘴板的上述噴嘴孔向上述導(dǎo)軌的頭側(cè)部噴射上述冷卻介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的軋制鋼材的冷卻裝置，其特征在于， 上述腔室形成為具備擴(kuò)寬部，為了設(shè)置上述氣體導(dǎo)入口，該擴(kuò)寬部的寬度形成為較寬； 縮寬部，該縮寬部的寬度形成為比該擴(kuò)寬部窄；以及 傾斜部，在上述擴(kuò)寬部和上述縮寬部之間相互連結(jié)上述擴(kuò)寬部和上述縮寬部， 上述吹出口設(shè)置在上述縮寬部的端部。
5.如權(quán)利要求4所述的軋制鋼材的冷卻裝置，其特征在于， 上述軋制鋼材是導(dǎo)軌，上述腔室配置在上述導(dǎo)軌的上方， 上述整流板以水平狀態(tài)配置在上述腔室的上述擴(kuò)寬部?jī)?nèi)，形成有間隙，以使上述冷卻用加壓氣體通過(guò)該整流板的側(cè)端和上述擴(kuò)寬部的內(nèi)壁之間。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的軋制鋼材的冷卻裝置，其特征在于，上述冷卻用加 壓氣體的體積流量相對(duì)于上述冷卻水的體積流量的比為1000 50000。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的軋制鋼材的冷卻裝置，其特征在于，上述冷卻用加 壓氣體是空氣或氮?dú)狻?br> 8.如權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的軋制鋼材的冷卻裝置，其特征在于，從上述冷卻水 供給噴嘴以噴霧狀、噴淋狀或流水狀供給上述冷卻水。
9.一種軋制鋼材的冷卻方法，使用具備多個(gè)腔室的冷卻裝置對(duì)熱軋后的長(zhǎng)尺寸的軋制 鋼材進(jìn)行冷卻，上述多個(gè)腔室具備冷卻水供給噴嘴，用于供給冷卻水；吹出口，用于吹出 冷卻介質(zhì)，該冷卻介質(zhì)混合了通過(guò)氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入的冷卻用加壓空氣和上述冷卻水；以及 噴嘴板，設(shè)置在上述吹出口的端部并具有多個(gè)噴嘴孔，該冷卻方法的特征在于，通過(guò)在上述氣體導(dǎo)入口和上述冷卻水供給噴嘴之間配置的整流板，對(duì)通過(guò)上述氣體導(dǎo) 入口而導(dǎo)入上述腔室的上述冷卻用加壓空氣進(jìn)行整流，以使導(dǎo)入上述腔室的上述冷卻用加 壓空氣不直接朝向上述吹出口，混合被上述整流板整流后的冷卻用加壓空氣和從上述冷卻水供給噴嘴供給的冷卻水 來(lái)作為上述冷卻介質(zhì)，使上述冷卻介質(zhì)通過(guò)上述噴嘴板的多個(gè)噴嘴孔以50m 200m/秒的速度朝向沿上述吹 出口配置的上述軋制鋼材的表面噴射，從而均勻地冷卻上述軋制鋼材全長(zhǎng)。
10.如權(quán)利要求9所述的軋制鋼材的冷卻方法，其特征在于，上述冷卻用加壓氣體的體 積流量相對(duì)于上述冷卻水的體積流量的比為1000 50000。
11.如權(quán)利要求9或10所述的軋制鋼材的冷卻方法，其特征在于，上述冷卻用加壓氣體 是空氣或氮?dú)狻?br> 12.如權(quán)利要求9 11中任一項(xiàng)所述的軋制鋼材的冷卻方法，其特征在于，從上述冷卻 水供給噴嘴以噴霧狀、噴淋狀或流水狀供給上述冷卻水。
13.如權(quán)利要求9 12中任一項(xiàng)所述的軋制鋼材的冷卻方法，其特征在于，使熱軋后的 上述軋制鋼材的冷卻開(kāi)始溫度為奧氏體域溫度以上，并且使該軋制鋼材的冷卻結(jié)束溫度為 450°C 600"C。
14.如權(quán)利要求9 13中任一項(xiàng)所述的軋制鋼材的冷卻方法，其特征在于，上述軋制鋼 材是導(dǎo)軌，上述腔室配置為在該導(dǎo)軌的頭頂部及頭側(cè)部與上述腔室之間具有間隙，從上述 噴嘴板的上述噴嘴孔朝向上述導(dǎo)軌的上述頭頂部以及上述頭側(cè)部噴射上述冷卻介質(zhì)。
全文摘要
對(duì)熱軋后的長(zhǎng)尺寸的軋制鋼材進(jìn)行冷卻的軋制鋼材的冷卻裝置，具備沿上述軋制鋼材的長(zhǎng)度方向配置的多個(gè)腔室。上述多個(gè)腔室分別具有吹出口，將上述冷卻用加壓空氣從上述腔室朝向上述軋制鋼材吹出，上述冷卻用加壓空氣是從與上述腔室連接的氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入腔室的冷卻用加壓空氣；噴嘴板，以與上述軋制鋼材面對(duì)的方式設(shè)置在該吹出口，并具有多個(gè)噴嘴孔；冷卻水供給噴嘴，向上述腔室內(nèi)供給冷卻水；整流板，設(shè)置在上述氣體導(dǎo)入口與上述冷卻水供給噴嘴之間，防止從上述氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入的上述冷卻用加壓氣體與上述噴嘴板直接相撞。本發(fā)明的冷卻裝置使冷卻介質(zhì)通過(guò)上述噴嘴板的上述噴嘴孔向上述軋制鋼材噴射，進(jìn)行該軋制鋼材的表面的均勻冷卻，上述冷卻介質(zhì)混合了從上述冷卻水供給噴嘴供給的上述冷卻水和從上述氣體導(dǎo)入口導(dǎo)入且被上述整流板整流后的冷卻用加壓氣體。
文檔編號(hào)B21B45/02GK101959626SQ20098010628
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者佐藤琢也, 山之口達(dá)也, 木村武, 杉山誠(chéng)司, 梶原貢, 藤原和久 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社