JP2000192146A - 鋼板の冷却方法およびその装置 - Google Patents
鋼板の冷却方法およびその装置Info
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Abstract
に冷却する方法およびそれに好適な装置を提供する。 【解決手段】 熱間圧延した後制御冷却装置により冷却
をおこなう鋼板に対し、制御冷却前の鋼板の上面および
/または下面の幅方向両端部の高温領域に冷却水を噴射
し、高温領域を予備冷却した後制御冷却する。熱間圧延
した鋼板表面に冷却水を噴出する幅方向に平行なスプレ
イヘッダと、スプレイヘッダと鋼板間に設けた、鋼板表
面に平行な台形状の遮蔽板の通板方向での位置を調整す
ることにより、該鋼板の幅方向両端部の冷却域の大きさ
を調整するのが好ましい。それにはスプレイヘッダと鋼
板間に台形状の遮蔽板と、これを鋼板表面に平行に通板
方向に自在に移動させる駆動装置および位置制御装置と
を備えた冷却装置が好適である。
Description
関し、より詳しくは、制御冷却前の鋼板幅方向の温度む
らを解消する均一冷却方法に関する。
て、制御圧延後の高温の鋼板を水冷により急冷して高強
度、高靭性鋼板を得る方法(制御冷却)が広くおこなわ
れている。この方法により、添加元素成分を増加させる
ことなく、高強度、高靭性が得られるので、低合金で溶
接性にも優れた鋼板をコスト安く製造することが可能と
なった。
する製造方法においては、急冷時の鋼板内での冷却速度
不均一により応力が発生し形状不良が発生しやすいとい
う問題がある。
00℃の高温鋼板に噴射して冷却するため、鋼板表面に
おいて沸騰熱伝達現象が発生する。沸騰熱伝達現象にお
いては物体の温度が低温になるほど熱伝達効率が急増す
るという傾向がある。このため、冷却開始時に温度むら
があると、初期に低温であった部分は、冷却されればさ
れるほど冷却速度が増加するため、冷却が非常に不安定
となり、全体を均一に冷却することが非常に困難とな
り、冷却終了後の鋼板の温度分布に大きなむらが発生し
やすい。
が変動するばかりでなく、限界の温度差を超えた場合に
は、常温まで冷える間に耳波や中延びなどの変形が生
じ、生産効率を低下させるなどの問題もある。
向の冷却能分布を変化させて冷却する方法が開示されて
いる。
冷却する際の最初の急冷時に鋼板端部をマスキングして
端部への水流を遮断したスリットジェットノズルを使用
することにより、鋼板端部冷却を抑制して、以後の冷却
による端部の過冷却を抑制する方法が開示されている。
板の冷却装置において、幅方向端部の冷却ノズルの遮蔽
板を水平面内でライン方向に対して角度を変更すること
を特徴とする幅方向端部の過冷却防止方法が開示されて
いる。また上記公報には、遮蔽板を圧延方向に長いもの
とし、長手方向両端部に遮蔽板を鋼板幅方向に水平にシ
フトするシフタを設けた冷却装置も開示されている。
板の上下面にスリットノズルから冷却水を噴射して鋼板
を冷却する方法において、スリットノズル内に隔壁を設
けて、各ノズル室に供給される冷却水流量を制御するこ
とにより、冷却水の板幅両端部に対する冷却水量を中央
部に対するそれよりも少なくするように制御する、鋼板
端部の過冷却を防止する方法が開示されている。
した広幅の厚鋼板を制御冷却する際に、制御冷却前の鋼
板に幅方向の温度むらがある場合には、制御冷却後の形
状が著しく損なわれること、特に、幅方向中央部よりも
幅方向端部の温度が高い場合に形状不良が発生しやすい
という問題に遭遇した。
方法で熱間圧延した鋼板の板幅方向温度分布の測定例を
示すグラフである。図1に示されているように、鋼板の
場合、板幅方向の両端部それぞれ600〜1000mm
の領域は、板幅方向中央部に比べて10〜20℃程度高
くなる傾向がある。板幅が広くなるほどこの傾向は顕著
となる。
ではないが、下記a〜c等の要因が関係しているものと
考えられる。a.圧延ロール冷却水の一部が鋼板上に落
下し、板中央部に滞留する。b.加熱炉内でスラブ端部
が中央部に比べて加熱され易い。c.圧延時の摩擦熱が
板端部の方が大きく、圧延中に板端部が高温となる。こ
のような温度むらが冷却前に生じていると、低温部の冷
却が促進され、結果として冷却後の温度むらが拡大す
る。
むらの拡大度合いを予測計算した結果を示す。図2に示
されているように冷却前の温度むらは冷却後約3倍に拡
大する。このことから、冷却前の10〜20℃の温度む
らは、冷却後には30〜60℃の温度むらになることが
予測される。
まで冷却した時点で板中央部が波板状に変形する「中延
び」と称される形状不良が生じる。
防止するための中央過冷温度差ΔTの許容値と(板幅/
板厚)比との関係を応力解析により計算した結果を示す
ものである。図3より許容温度差は板幅/板厚により決
まり、厚さが同一の場合には板幅が広くなるほど限界温
度が小さくなることがわかる。即ち温度むらの大きさが
同じでも、板幅が広くなるほど形状不良が発生しやすい
ことを意味している。一方、前述のように広幅ほど冷却
前の温度むらが大きく、したがって冷却後の温度むらも
大きくなる傾向があることから、板幅が広くなるほど形
状不良が急激に増加してしまうことになる。
開示されている技術は、既に述べたようにいずれも板端
部の過冷却抑制方法に関するものであり、本発明者が遭
遇したような、制御冷却前の鋼板幅方向中央部の過冷却
現象、それに伴う制御冷却後に発生する問題点、あるい
は、その防止技術などに関連した技術は開示されていな
い。
示されているようなスリットノズルの板幅方向の流量分
布を制御する方法を用いれば、上記公報の目的には反す
るが、板端部側の冷却を強化することは可能である。
法では、幅方向の冷却能分布を変更するには、スリット
ノズルに多数の隔壁を設け、各ノズル室毎に流量調整弁
を設ける必要がある。厚鋼板のように幅が広い鋼板を冷
却するには長大な幅を冷却できるノズルヘッダが必要と
なり、設備費のみならずその保守や冷却精度維持にも多
大の費用を要し、実現が困難であった。
し、高温の鋼板を温度むらを生じることなく均一に冷却
する方法およびそれに好適な装置を提供することにあ
る。
どに示された結果を基にして、薄物広幅材での形状不良
を防止するには、急冷開始前の幅方向での温度差を5℃
以下に抑制する必要があることを知った。前記問題点を
解決するための本発明の要旨は下記(1)および(2)
に記載の鋼板の冷却方法ならびに(3)に記載の冷却装
置にある。
/または下面の幅方向両端部の高温領域に冷却水を噴射
し、高温領域を予備冷却してから制御冷却することを特
徴とする鋼板の冷却方法。
イン上面および/または下面に、熱間圧延した鋼板表面
に冷却水を噴出する幅方向のスプレイヘッダと、スプレ
イヘッダと鋼板間の、平面形状が幅方向中央部に頂辺を
有する台形状の遮蔽板とを配設し、鋼板幅方向両端部の
冷却域が所望の広さになるように鋼板通板方向における
スプレイヘッダと遮蔽板との間の相対的位置を調整した
後、熱間圧延鋼板の幅方向両端部の高温領域に冷却水を
噴射し、高温領域を予備冷却してから制御冷却すること
を特徴とする鋼板の冷却方法。
イン上面および/または下面に、熱間圧延した鋼板表面
に冷却水を噴出する幅方向のスプレイヘッダと、該スプ
レイヘッダと鋼板間の、平面形状が幅方向中央部に頂辺
を有する台形状の遮蔽板と、該遮蔽板および/またはス
プレイヘッダを鋼板表面に平行に移動させてスプレイヘ
ッダと遮蔽板との間の相対位置を変更する駆動装置およ
び位置制御装置とを備えたことを特徴とする鋼板の冷却
装置。
置の上流側、即ち制御冷却装置による急冷開始前に、鋼
板幅方向両端部の高温になっている領域のみを選択的に
冷却することにより、鋼板幅方向の温度分布を所定の範
囲内にした後に急速冷却することを特徴とする。幅方向
の温度むらは冷却が進行するに従って拡大する傾向があ
るため、急速冷却開始前にこれを均一にするのが制御冷
却後の幅方向の温度変動を抑制するのに最も効率的であ
る。
水スプレイを利用する。冷却装置で用いる冷却ノズルの
種類は任意であるが、フラットスプレイノズルやスリッ
トジェットノズルなどの高冷却能を有するノズルを用い
るのがよい。
方向に配設される。幅方向に対する角度は特に限定する
必要はないが、幅方向に平行に配設するのが好ましい。
また、ノズルは、少なくとも幅方向端部の高温域が冷却
できる位置にあればよいが、幅方向全体にわたって設け
ても構わない。
単に「噴射幅(W)」とも記す)は、板幅方向中央部に
比較して高温になっている幅方向端部のみとするのがよ
い。特に幅方向中央部よりも5℃以上高温になっている
部分(以下このような部分を単に「高温域」とも記す)
を冷却するのがよい。幅方向端部よりも温度が低い幅方
向中央部は冷却しないようにするのがよい。
ことで容易に確認することができる。高温域は幅方向最
端部から500〜1500mm前後までの場合が多い
が、この広さは鋼板の圧延条件や寸法などにより変動す
る。
水噴射幅を調整するには、平面形状が幅方向中央部に頂
辺を有する台形状の遮蔽板をヘッダと鋼板間に設け、ヘ
ッダと遮蔽板との間の鋼板通板方向での相対的な位置を
調整することによりおこなうのがよい。
圧の冷却水を噴射して急速冷却するローラークエンチ法
その他の公知の手段を用いればよい。本発明の方法によ
り予備冷却した後に制御冷却することにより、制御冷却
後の鋼板幅方向温度分布が可及的に均一になり、安定し
て良好な平坦形状を備えた鋼板が得られる。
に説明する。図7は、本発明の実施例に係わる主要な装
置の配置例を示す概念図である。同図で符号1は粗圧延
機、符号2は仕上圧延機、符号3は鋼板、符号4はサイ
ドスプレイ、符号5は本発明に係わる冷却装置、符号6
は制御冷却装置、符号7aは入側温度計、7bは出側温
度計、符号14は搬送用ローラを表す。仕上圧延機2の
下流に本発明の冷却装置5と制御冷却装置6が設置され
ている。本発明の冷却装置5の設置場所は、仕上圧延機
2と制御冷却装置6の間であれば何処でも構わない。
概念を示す図であり、図8aは平面図、図8(b)は側
面図である。図8で、符号8aは上部ヘッダ、8bは下
部ヘッダ、符号11aは上部遮蔽板、11bは下部遮蔽
板、符号12は鋼板上面での冷却水衝突部、13は上部
遮蔽板での冷却水衝突部、符号15は側板、符号16は
冷却水排出部、符号ΔDは通板方向で見た場合のヘッダ
と遮蔽板の間隔、符号Wは鋼板表面での冷却水噴射幅、
符号Hは遮蔽板高さ寸法を表す。
いずれもその平面形状が台形であり、その頂辺が鋼板幅
方向中央部、その底辺がヘッダ8と同一方向(図8で
は、いずれも鋼板幅方向に平行)に配設されている。ヘ
ッダ8と遮蔽板11の鋼板の通板方向における間隔(Δ
D)は、所定の値になるように、駆動装置および位置制
御装置(いずれも図示せず)などにより制御できるよう
になっている。
法の概念を示す図であり、図9aは平面図、図9(b)
は側面図である。図9では、図8に比較してΔDが小さ
い場合を示している。ΔDを小さくすることにより鋼板
面での冷却水噴射幅(W)を狭めることができる。この
ように、本発明の装置を用いれば、高温域の広さに応じ
てΔDを調整することで、簡便に鋼板両端部のみの冷却
をおこなうことができる。
鋼板の最大幅よりも大きく、頂辺寸法Laが低温領域の
最小幅よりも狭い台形状のものであればよい。その高さ
Hは、Hが小さい方が設備的にはコンパクトとなるが、
小さ過ぎると細かい噴射幅の調整が困難となるので(L
b−La)/6以上とするのがよい。上記以外の寸法、
形状は任意であり、例えば遮蔽板11の台形の底辺と長
辺間の斜辺は曲線でもよい。
部などの鋼板面に飛散しないようにするために、遮蔽板
には側板15を設けるのがよい。また、遮蔽板11の底
辺側両端には遮蔽板に衝突した冷却水の排出部16を設
けるのがよい。
板面に平行に移動させるだけで冷却水噴射幅Wを自在に
制御できる。この方法は従来の方法に比較して極めて簡
単な設備で制御が容易であるという特長を有する。
遮蔽板に限定する必要はなく、例えば、幅方向に移動が
可能な冷却水噴射用ノズルを設け、所望の位置にノズル
を移動させて両端部の高温域のみを冷却するなどの方法
でも構わない。
を全幅方向にわたって測定して決定してもよいが、例え
ば板幅に応じてWを変更する方法でも構わない。
が10〜30mmの範囲での、板幅と高温域の幅
(W0 )との関係を示すグラフである。図4よりわかる
ように、この板厚の範囲では、幅方向端部の高温域の幅
W0 (mm)は板幅W(mm)と下記(1)または
(2)式に示すような関係を有する。板幅2500mm
以下では高温域が生じないので本装置を使用する必要は
ない。これらの式から得られるW0 に応じて噴射幅を制
御してもよい。
せず遮蔽板の位置を固定して冷却してもよい。例えば、
特に平坦不良が生じ易い幅が3500mm以上の鋼板に
ついては、平均的に高温域が生じ易い部分が冷却できる
ように両端部の冷却幅を設定することで、かなりの改善
効果を期待できる。
(高温域と低温域間の温度差:ΔT0(℃))と板幅
(mm)との関係の一例を示すグラフである。図5から
わかるように、ΔT0 は高温域の広さ(W0 )と同様
に、板幅と良好な相関関係があり、ΔT0 は板幅に応じ
て特定することができる。W0 、ΔT0 および板厚から
板端部における必要な冷却量、即ち必要な冷却水量を求
めることができる。
要な冷却水流量と板厚との関係を計算した例を示す。図
6の縦軸は、板幅4000mmの鋼板の搬送速度90m
pmとし、その上下面を同時に同一幅だけフラットスプ
レイノズルを用いて冷却した場合の上下各々のスプレイ
ヘッダに必要な単位幅当たりの流量を示す。
不足する場合や、鋼板端部と中央部間の冷却量の変化を
より滑らかにしたい場合などでは、スプレイヘッダと遮
蔽板の組み合わせを通板方向に複数配設するのがよい。
このような場合には、それぞれの装置による冷却条件
(例えば、冷却水量、鋼板への噴射幅など)を同一にす
る必要はなく、前段と後段、あるいは上部と下部など各
スプレイヘッダ毎に冷却条件を変更しても構わない。
が大きく変化することを防ぐために、スプレイヘッダと
遮蔽板を通板方向に連続して配設し、鋼板表面での冷却
水噴射幅Wが複数のヘッダ間で常に一定量(例えば、数
百mm程度)異なるように遮蔽板の位置を調整して、両
者を同時に使用して高温域を冷却することにより、板幅
中央から最端部までの本発明装置による冷却量をよりな
めらかに変化させることができる。
らを解消した後は公知の制御冷却法などにより急速冷却
される。冷却の進行につれて鋼板端部が過冷却すること
があるが、このような場合には、本発明装置よりも下流
側の冷却装置において、鋼板端部に噴射される冷却水流
を制限するなど、公知の方法で端部過冷却を防止するの
がよい。
制御冷却装置6を備える熱間圧延装置において、制御冷
却装置6の上流側に本発明の冷却装置5を配設した。こ
の冷却装置には、図8に示されているように、鋼板3の
上下面にスプレイヘッダ8と遮蔽板11が1組みずつ配
設されている。スプレイヘッダには250mmピッチで
フラットスプレイノズルを取り付けた。ノズル出口とテ
ーブル基準面との距離は、上下面とも600mmとし、
冷却水量はノズル1個当り0.13m3 /分とした。
り、鋼板3の通板方向に鋼板面に平行に移動可能に、保
持、駆動装置および位置制御装置(いずれも図示せず)
により保持した。遮蔽板を前後に移動させることによ
り、噴射幅Wを調整することができる。遮蔽板の寸法
は、図8に示した符号で、La:1000mm、Lb:
4000mm、H:900mmとした。
00mmの高さに、下部遮蔽板11bは搬送テーブル基
準面より500mm下側に設置した。遮蔽板の外周辺に
は、冷却水の鋼板中央部への流出を防止するために遮蔽
板外周部には側板15を取り付けた。側板の遮蔽板から
の高さは、上部遮蔽板においては80mm、下部遮蔽板
においては30mmとした。上記遮蔽板を用いれば、鋼
板中央部1500〜3500mmの範囲の冷却水を遮蔽
することができる。本発明の冷却装置5の上流側にはフ
ラットスプレイ型のサイドスプレイ4を設置し、圧延機
側への冷却水の流出を防止した。粗圧延機1および仕上
圧延機2で熱間圧延された厚さ:16mm、幅:400
0mmの鋼板3を750℃近傍(入側温度)から550
℃(冷却停止目標温度)の間を制御冷却装置6により急
速冷却した。冷却中の鋼板の搬送速度は90m/分とし
た。本発明の冷却装置5の上流および制御冷却装置出側
に設けた温度計で鋼板幅方向の温度分布を測定した。
用いて鋼板の両端部各々1000mmについて端部冷却
をおこなった後、常法により制御冷却した。比較例とし
て、上記本発明の冷却装置5を使用せず、制御冷却は本
発明例と同一条件でおこなった。温度計7aで測定した
鋼板中央部での入側温度は、いずれの場合とも750℃
であった。
分布を、本発明例と比較例について比較したグラフであ
る。図10に示されているように、本発明の装置を使用
し本発明の規定する方法に従って端部を冷却した場合
(同図には実線で表示)は、制御冷却後の温度むらが概
ね10℃以内に抑制された。その後常温まで冷却した後
も平坦不良が発生しなかったので再矯正工程が不要であ
り、効率よく制御冷却が適用できた。本発明の方法を適
用しないで制御冷却した比較例(図10には破線で表
示)では、制御冷却終了後に鋼板の中央部分の温度は鋼
板端部に比較して40℃程度温度が低くなった。鋼板中
央部では、目標温度に対して20℃前後の過冷却が発生
し、常温では大きな中延び変形が生じ、製品形状が不良
と判断された。このため、再矯正工程による形状修正作
業を必要とした。
度むらを生じることなく均一に冷却することができる。
しかも、製造の能率低下や維持コスト増大を生じること
がなく、極めて効率的に鋼板の制御冷却をおこなうこと
ができる。また、本発明の装置は構造が極めて簡単であ
り、設置のためのスペースも広くなくてもよいので、安
価に設置できるので極めて経済性に優れる。
グラフである。
を示すグラフである。
である。
mmの範囲での、板幅と高温域の幅(W0 )との関係を
示すグラフである。
域間の温度差:ΔT0 (℃))と板幅(mm)との関係
の一例を示すグラフである。
量と板厚との関係を計算した例を示すグラフである。
配置例を示す概念図である。
図であり、図8aは平面図、図8bは側面図である。
図であり、図9aは平面図、図9bは側面図である。
明例と比較例について比較したグラフである。
スプレイ、5:本発明装置、6:制御冷却装置、7a:
入側温度計、7b:出側温度計、8:ヘッダ、8a:上
部ヘッダ、8b:下部ヘッダ、9:スプレイノズル、1
0:冷却水、11:遮蔽板、11a:上部遮蔽板、11
b下部遮蔽板、La:遮蔽板頂部寸法、Lb:遮蔽板下
部寸法、H:遮蔽板高さ寸法、12:鋼板冷却水衝突
部、13:上部遮蔽板冷却水衝突部、14:搬送用ロー
ラ、15:側板、16:冷却水排出部、ΔD:通板方向
で見た場合のヘッダと遮蔽板の間隔、W:鋼板表面での
冷却水噴射幅。
Claims (3)
- 【請求項1】 熱間圧延した後、鋼板の上面および/ま
たは下面の幅方向両端部の高温領域に冷却水を噴射し、
高温領域を予備冷却してから制御冷却することを特徴と
する鋼板の冷却方法。 - 【請求項2】 制御冷却装置の上流側の鋼板パスライン
上面および/または下面に、熱間圧延した鋼板表面に冷
却水を噴出する幅方向のスプレイヘッダと、スプレイヘ
ッダと鋼板間の、平面形状が幅方向中央部に頂辺を有す
る台形状の遮蔽板とを配設し、鋼板幅方向両端部の冷却
域が所望の広さになるように鋼板通板方向におけるスプ
レイヘッダと遮蔽板との間の相対的位置を調整した後、
熱間圧延鋼板の幅方向両端部の高温領域に冷却水を噴射
し、高温領域を予備冷却してから制御冷却することを特
徴とする鋼板の冷却方法。 - 【請求項3】 制御冷却装置の上流側の鋼板パスライン
上面および/または下面に、熱間圧延した鋼板表面に冷
却水を噴出する幅方向のスプレイヘッダと、該スプレイ
ヘッダと鋼板間の、平面形状が幅方向中央部に頂辺を有
する台形状の遮蔽板と、該遮蔽板および/またはスプレ
イヘッダを鋼板表面に平行に移動させてスプレイヘッダ
と遮蔽板との間の相対位置を変更する駆動装置および位
置制御装置とを備えたことを特徴とする鋼板の冷却装
置。
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