JP2005169453A - 熱延鋼帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 水量密度２５００Ｌ／分・ｍ²以上の冷却水により鋼帯を急速冷却する際に、鋼帯の長手方向に対しても、冷却装置出側の鋼帯温度を精度よく安定させることのできる熱延鋼帯の製造方法を提供する。
【解決手段】 ホットランテーブル上を走行する熱間仕上圧延後の鋼帯を、水量密度２５００Ｌ／分・ｍ²以上の冷却水により連続的に冷却するに際し、前記冷却水の水量密度の変動を±１０％以内に抑えることを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱間仕上圧延後の鋼帯を冷却水により冷却して熱延鋼帯を製造する方法に関するものである。

一般に熱延鋼帯は、加熱炉においてスラブを所定温度に加熱し、この加熱されたスラブを粗圧延機において所定厚さに圧延して粗バーとし、次いで粗バーを複数基の圧延スタンドからなる仕上圧延機において仕上圧延して所定厚さの熱延鋼帯とし、この熱延鋼帯をホットランテーブル上で冷却装置により冷却した後、コイラーで巻取ることにより製造される。

このような圧延された高温の鋼帯を連続的に冷却するホットランテーブル上の冷却装置では、第１に鋼帯の通板性が考慮されている。例えば、鋼帯の上面冷却をするため、円筒状のラミナー冷却ノズルから鋼帯搬送用のローラテーブル直上に、この幅方向に亘って直線状に複数のラミナー冷却水を注水している。一方、鋼帯の下面冷却として、ローラテーブル間にスプレーノズルが設けられ、ここから冷却水を噴射する方法が一般的である。

したがって、このような冷却形態では鋼帯の上下面の冷却が厳密には上下対称とならず、鋼帯の冷却は特に上面側は間欠的な冷却となり、急速な冷却（例えば、板厚３ｍｍで冷却速度２００℃／秒以上）はほぼ不可能である。

しかしながら、近年は結晶粒径が細かい熱延鋼帯が、加工性に優れることと、低炭素当量でも強度が高いこと等から求められており、そのための急速な冷却（強冷却）が必要となっている。

このような急速な冷却を実現できる冷却装置として、仕上圧延機の出側に配置されたホットランテーブルを構成する搬送ロール間に配置され、ホットランテ−ブル上を走行する熱延鋼帯の下面に冷却水を供給する下部冷却手段と、ホットランテーブルの上方位置であって、上下方向で前記下部冷却手段と対向する位置に配置され、ホットランテーブル上を走行する熱延鋼帯の上面に冷却水を供給する上部冷却手段と、該上部冷却手段から供給された冷却水の熱延鋼帯長手方向への流出を抑制すべく、熱延鋼帯上面に近接し、且つ鋼帯幅方向に沿って配置される水切り手段とを備えた熱延鋼帯の冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、このような冷却装置を用いて熱延鋼帯を冷却する方法として、冷却水の水量密度を２５００Ｌ／分・ｍ²以上に設定することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献２によれば、熱間仕上圧延後の鋼帯の幅方向の温度ムラを解消するように冷却し、且つ冷却後の幅方向温度を均一にするには、温度の降下にしたがって熱流速が減少する伝熱特性の冷却、すなわち核沸騰状態で冷却すればよく、そのためには水量密度２５００Ｌ／分・ｍ²以上で冷却すればよいとしている。そして、このような伝熱特性の下では、冷却開始時に温度の高い部分は、温度が低い部分より熱流束が大きいため早く冷えて、両者の差が縮小する冷却を実現できるとしている。
特開２００１−２４６４１３号公報 特開２００３−１９１００５号公報

しかしながら、特許文献１に示す冷却装置を用い、特許文献２にしたがって、水量密度を２５００Ｌ／分・ｍ²に設定し、仕上圧延後の鋼帯に対して２００℃以上の冷却を行ったところ、冷却装置出側の鋼帯温度が長手方向に±５０℃程度変動し、鋼帯長手方向の材質がばらつくという問題が生じる場合があった。そして、特許文献２の冷却方法によれば、前述したように冷却開始前よりも冷却後の温度差は縮小するはずであるところ、長手方向の温度分布はかえって大きくなる場合があった。

したがって本発明の目的は、水量密度２５００Ｌ／分・ｍ²以上の冷却水により鋼帯を急速冷却する際に、鋼帯の長手方向に対しても、冷却装置出側の鋼帯温度を精度よく安定させることのできる熱延鋼帯の製造方法を提供することにある。

本発明者等は、この冷却装置出側の鋼帯温度が長手方向に±５０℃程度も変動する原因について、調査を行った。その結果、図４に示すように、冷却装置出側の鋼帯温度の変動する原因は冷却水の噴射圧力の変動に伴って生じていることを突き止めた。図４中、送水圧力とは冷却水を供給する送水ポンプ出側の配管での圧力であり、冷却水の噴射圧力はこの送水圧力と同様の変動となる。

本来、特許文献１に示すような新たな冷却装置を既存のラミナー冷却装置に追加して設置する際には、図６に示すように従来のラミナー冷却装置１７とは全く別の独立した送水ポンプ１３、過熱防止弁１４および配管２１を新設すべきであるが、設備コストが増大するために実際は図７に示すように、従来のラミナー冷却装置１７用の送水ポンプ１１、過熱防止弁１２および配管２０を共有して使用することになる。ここで、１０は貯水池、１６はタンクである。

図７に示すように従来のラミナー冷却装置１７と新たな冷却装置１９とで共用して従来の送水ポンプ１１および配管２０を用いた場合、（１）ラミナー冷却装置１７への給水弁１５の開閉、および（２）送水ポンプ１１の過熱防止弁１２の開閉によっては新たな冷却装置１９の冷却水の噴射圧力に変動が生じることが判った。このような噴射圧力の変動が生じると、冷却水の水量密度が変動し、鋼帯の長手方向に対して冷却水による冷却能力が変動することとなる。そこで、新たな冷却装置１９出側の鋼帯温度を精度よく安定させるためには、水量密度の変動を規定量の範囲内に抑えて冷却することが必要であるとの知見を得た。

本発明の熱延鋼板の製造方法は、このような知見に基づきなされたもので、ホットランテーブル上を走行する熱間仕上圧延後の鋼帯を、水量密度２５００Ｌ／分・ｍ²以上の冷却水により連続的に冷却するに際し、前記冷却水の水量密度の変動を±１０％以内に抑えることを特徴とする熱延鋼帯の製造方法である。

本発明によれば、冷却水の水量密度の変動に伴う熱延鋼帯長手方向の板温変動を抑制することができて、材質のばらつきを抑えることができるから、製品の品質や歩留まりを向上することができる。

図１は、本発明の熱延鋼帯の製造方法の実施に供する冷却装置の一例を示す側面図である。

本実施形態に用いる冷却装置４は、仕上圧延機９により仕上圧延した熱延鋼帯１に対して水量密度２５００Ｌ／分・ｍ²以上の冷却水を噴射することにより、熱延鋼帯を２００℃以上冷却可能な装置である。このような急速冷却装置を用いて材質制御を行う場合、初析フェライトの抑制や結晶粒の微細化効果を十分に得るために必要な冷却量は２００℃以上である。この冷却装置４は、ホットランテーブル上を走行する熱延鋼帯１の下面に冷却水を供給する複数の下部冷却手段３と、同じく熱延鋼帯１の上面に冷却水を供給する複数の上部冷却手段２と、搬送ロール６と、冷却装置４の入側および出側に配置された２対のピンチロール７、８とを備えている。

前記下部冷却手段３は、ホットランテーブルを構成する搬送ロール６の間に配置され、熱延鋼帯幅方向に沿って配置されたヘッダーと、このヘッダーの長手方向に沿って適当な間隔で設けられる複数の冷却ノズルとからなっている。

前記上部冷却手段２は、熱延鋼帯幅方向に沿って配置されたヘッダーと、このヘッダーの長手方向に沿って適当な間隔で設けられる複数の冷却ノズルとからなるもので、ホットランテーブル長手方向に適切な間隔をおいて、且つ上下方向で前記下部冷却手段３と対向して配置されている。また、熱延鋼帯上面に近接し且つ鋼帯幅方向に沿って配置される水切り手段５の間に配置される。

前記水切り手段５は、水切りロールであることが好ましい。熱延鋼帯の通板性や疵発生を押さえるのに有効である。

本冷却装置４の出側には冷却の調整を行うために従来のラミナー冷却装置が設置されている。ただし、従来のラミナー冷却装置は必ずしも設置する必要はない。

ここで図１における冷却装置４は、図６および図７における新たな冷却装置１９に相当し、図１におけるラミナー冷却装置は、図６および図７における従来のラミナー冷却装置１７に相当する。

次に、以上説明した本実施形態に用いる冷却装置４を用いた熱延鋼帯の製造方法について説明する。

図１において、仕上圧延機９を出てホットランテーブル上を走行する鋼帯１は、冷却装置４において水量密度２５００Ｌ／分・ｍ²以上の冷却水により連続的に冷却され、さらに必要に応じてラミナー冷却装置により冷却された後、コイラーに巻き取られる。

ここで、前述したように、冷却装置４における冷却水の水量密度が変動すると、鋼帯の長手方向で温度が不均一となるため、水量密度の変動をある規定量の範囲内に抑えて冷却することが必要である。

図２は本実施形態に用いる冷却装置４で用いられている冷却ノズルの配置、ノズルの内径等による冷却条件によって定まる噴射圧力と水量密度との関係の一例を示すものであり、図３は本実施形態に用いる冷却装置４により板厚３．２ｍｍの鋼帯を冷却する場合の噴射圧力と冷却速度との関係の一例を示すものである。

例えば、冷却装置４による熱延鋼帯の目標温度降下量Δｔを３００℃とすると、一般
に材質変動を許容できる温度のばらつきは±３０℃以下なので、温度降下の許容限界は２７０〜３３０℃となる。

板厚３．２ｍｍの熱延鋼帯に対して目標温度降下量Δｔが３００℃の冷却を実現する
のに、噴射圧力を例えば２．２kgf／cm²とすると、図３より、冷却速度は６２５℃／秒となり、この時の冷却時間は０．４８秒となる。また、図２より水量密度は９，３５１Ｌ／分・ｍ²となる。これに対し、噴射圧力の変動により板厚３．２ｍｍの熱延鋼帯の温度降下量が３３０℃となったとすると、冷却時間は前記と同じ０．４８秒であるから、冷却速度は６８７℃／秒となり、図３より噴射圧力は２．６４kgf／cm²となって２０％増加していたこととなる。また、図２より水量密度は１０，２４３Ｌ／分・ｍ²となって９．５％増加していたこととなる。

同様に、噴射圧力の変動により板厚３．２ｍｍの熱延鋼帯の温度降下量が２７０℃となったとすると、冷却時間は前記と同じ０．４８秒であるから、冷却速度は５６３℃／秒となり、図３より噴射圧力は１．８kgf／cm²となって１８．２％減少していたこととなる。また、図２より水量密度は８，４５５Ｌ／分・ｍ²となって９．６％減少していたこととなる。

すなわち、目標温度降下量Δｔが３００℃である材料を２７０〜３３０℃の間の温度
降下量に収めるためには、水量密度を目標９，３５１Ｌ／分・ｍ²に対し、８，４５５〜１０，２４３Ｌ／分・ｍ²に抑える必要があるということである。

表１に示すように、板厚３．２ｍｍの熱延鋼帯に対して目標温度降下量Δｔが３００
℃の冷却を実現するのに、噴射圧力を他に２．７kgf／cm²、１．７kgf／cm²等変えて同様の計算を行ってみたところ、材質変動を許容できる温度のばらつきを±３０℃以下として、温度降下の許容限界を２７０〜３３０℃とすると、水量密度の変動の許容値はいずれの場合も±１０％以下となった。よって、水量密度２５００Ｌ／分・ｍ²以上の冷却水により熱延鋼帯を冷却するに際には、前記冷却水の水量密度の変動が±１０％以内となるように冷却する。もちろん、この水量密度の変動は±１０％以内の範囲内で可能な限り小さく抑える方が好ましいのは言うまでもない。

ここで、水量密度の変動を±１０％以内に抑えるには、図７において、例えば送水ポンプ１１の回転数を制御してもよいし、途中の配管に弁を付けてその開度調整で送水ポンプの送水圧力を制御してもよい。また、過熱防止弁１２の開タイミングを早めて本冷却装置１９からの冷却水噴射開始前に過熱防止弁１２の閉→開の動作を完了させることや、ラミナー冷却装置１７のタンク１６への給水弁１５を本冷却装置１９の冷却水噴射中は開閉させないで固定させる等の処置で対応してもよい。

図１に示す冷却装置を用い、ホットランテーブル上を走行する熱間仕上圧延後の鋼帯を連続的に冷却して、熱延鋼帯の製造を行った。板厚３．２ｍｍの熱延鋼帯に対して目標温度降下量Δｔが３００℃の冷却を実現するのに、本発明の冷却装置による冷却水の
水量密度が９，３５１Ｌ／分・ｍ²となるように、噴射圧力を２．２kgf／cm²と設定した。そして、この噴射圧力となるように送水ポンプの回転数制御を行い、更に過熱防止弁、ラミナー冷却装置のタンクの給水弁の開閉を固定した。

図５は、本実施例１での本冷却装置の冷却水の噴射圧力と鋼帯の冷却装置出側温度を示すグラフである。本冷却装置の噴射圧力の変動はほとんどなくなり、その結果、鋼帯長手方向の温度変動もなくなったことが判る。そして、鋼帯の長手方向に材質のばらつきの小さい熱延鋼帯が得られた。

本発明の熱延鋼帯の製造方法の実施に供する冷却装置の一例を示す側面図 噴射圧力と水量密度との関係の一例を示すグラフ 板厚３．２ｍｍの鋼帯を冷却する場合の噴射圧力と冷却速度との関係の一例を示すグラフ 冷却水の噴射圧力の変動があるときの冷却装置出側の鋼帯温度を示すグラフ 本実施例１の冷却水の噴射圧力の変動が解消したときの冷却装置出側の鋼帯温度を示すグラフ 従来のラミナー冷却装置とは全く別の独立した送水ポンプおよび配管を新設した場合の説明図 従来のラミナー冷却装置用の送水ポンプおよび配管を共有して使用した場合の説明図

符号の説明

１ 熱延鋼帯
２ 上部冷却手段
３ 下部冷却手段
４ 冷却装置
５ 水切り手段
６ 搬送ロール
７ ピンチロール
８ ピンチロール
９ 仕上圧延機
１０ 貯水池
１１ 送水ポンプ
１２ 過熱防止弁
１３ 送水ポンプ
１４ 過熱防止弁
１５ 給水弁
１６ タンク
１７ ラミナー冷却装置
１８ 給水弁
１９ 冷却装置
２０ 配管
２１ 配管

Claims (1)

1. ホットランテーブル上を走行する熱間仕上圧延後の鋼帯を、水量密度２５００Ｌ／分・ｍ²以上の冷却水により連続的に冷却するに際し、前記冷却水の水量密度の変動を±１０％以内に抑えることを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。