JP2005200745A

JP2005200745A - 冷延鋼板の冷却方法および水冷設備または洗浄設備

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Publication number: JP2005200745A
Application number: JP2004010699A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Sawada; 佳久澤田; Hiroshi Sawada; 弘澤田; Kenzo Takagaki; 健三高垣; Kenji Umadate; 健治馬立; Eiji Takenouchi; 英治竹之内
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2024-01-19
Also published as: JP4561104B2

Abstract

【課題】連続焼鈍炉出側において鋼板を水冷または洗浄する際に、板厚の厚い鋼板においても、水冷設備または洗浄設備内で鋼板表面に発生する局所的なステインを抑制する方法を提供すること、またそのような方法の実施に好適な水冷設備または洗浄設備を提供する。
【解決手段】
連続焼鈍炉出側において鋼板の水冷または洗浄を行う際、水冷または洗浄を開始後１秒以内に鋼板の温度が４０℃以下となるように鋼板を冷却することを特徴とする冷延鋼板の冷却方法。
および、連続焼鈍炉出側における鋼板の水冷設備または洗浄設備であって、水冷または洗浄を開始時の鋼板の冷却手段が、鋼板表面に冷却水または洗浄液を噴射する液体噴射装置により構成されることを特徴とする冷延鋼板の水冷設備または洗浄設備。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼鈍後の鋼板を水冷設備または洗浄設備に通板する際の冷延鋼板の冷却方法およびその実施に好適な水冷設備または洗浄設備に関するものである。

冷延鋼板は、自動車、家電製品、鋼製家具、装飾品など、多くの用途に使用されている。特に近年は、これらの商品価値および製造歩留を高めるために、冷延鋼板の表面品質の厳格化がますます進んでいる。このため、冷延鋼板の表面性状改善の要求は厳しく、押疵欠陥、スリ疵欠陥などの機械的に発生する欠陥の管理はもちろんのこと、鋼板表面の変色、ステインなどのような腐食欠陥に関しても厳しい管理が要求されている。

冷延鋼板の製造において、連続焼鈍ラインにおける連続焼鈍炉出側の鋼板温度は通常８０〜１００℃程度であり、これを常温まで冷却する必要があるため、連続焼鈍炉出側には水冷槽が備えられている場合が多い。また、鋼板を洗浄するための洗浄槽が備えられている場合もある。

従来、このような製造ラインで製造した鋼板表面に、局所的な腐食、いわゆるステインが発生している場合があった。これらの局所的なステインの形状は、ヘゲ等の線状欠陥に類似しているが、水冷槽や洗浄槽入側の鋼板表面では確認できないことが多いものであった。

上記のような局所的なステインは、通常では目立たない微小な凹凸欠陥部（軽度のヘゲ等の線状疵やスリ疵）と水冷槽や洗浄槽内における水中の溶存酸素との間で局部電池が形成され、凹凸欠陥部が局所的に腐食されて、ステインとして明瞭に浮き立っているものと推測されており、このような局所的なステインの防止策としては、焼鈍後の鋼板を洗浄設備または水冷設備の水槽を通板させる際に、水槽内の水温を３０℃以下とすること、または複数の水槽間の大気に触れる領域を通板する鋼板表面に水温３０℃以下の水を噴射する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−２９３１７６号公報

しかしながら、上記した従来技術には次のような問題がある。

特許文献１に示された方法に従って、水冷設備または洗浄設備の水槽内温度を３０℃以下にし、水槽間の大気に触れる領域を通板する鋼板表面に水温３０℃以下の水を噴射することにより、焼鈍後の鋼板のステイン（局所的腐食）の発生をかなり抑制することができたが、まだ２〜３％の割合でステインの発生が認められるという問題があった。そして、特に板厚の厚い鋼板については、鋼板の持込熱量が大きいため、上記の対策を行っても鋼板表面の温度は十分には下がらず、ステインの発生率が高いと考えられた。

したがって本発明の目的は、連続焼鈍炉出側において鋼板を水冷または洗浄する際に、板厚の厚い鋼板においても、水冷設備または洗浄設備内で鋼板表面に発生する局所的なステインを抑制する方法を提供すること、またそのような方法の実施に好適な水冷設備または洗浄設備を提供することにある。

本発明者等は、特に板厚の厚い鋼板についても鋼板の温度を十分に下げるための検討を行った。そして、鋼板を水に浸漬するだけの場合と、冷却水を鋼板へ向けて噴射する場合とで、冷却の形態が異なることに着目し、それぞれの条件における鋼板表面温度の差をシミュレーション計算により求めた。

図４は、シミュレーション計算条件に用いた水冷設備の条件を示す説明図である。

図４（ａ）に示す条件Ａは、鋼板がまず冷却水中に浸漬され、所定時間経過後に冷却水中にて鋼板へ向けて冷却水が噴射されるものであり、図４（ｂ）に示す条件Ｂは、空中にて鋼板へ向けて冷却水が噴射され、その後に鋼板が冷却水中へ浸漬されるものである。計算は、板厚１．０ｍｍ、１．６ｍｍ、２．７ｍｍの３水準について行った。また、一般に鋼板の板厚によって連続焼鈍炉出側における鋼板の通板速度は異なるため、それぞれの板厚に応じた一般的な通板速度を仮定した。これらの板厚および通板速度と、その時の冷却開始から各冷却セクション通過までの時間を表１に示す。

また、初期の鋼板温度を８０℃、鋼板へ向けて噴射する冷却水と水冷槽中の冷却水の温度を３０℃、冷却水噴射圧力を２．５kg/cm²とし、このときの熱伝達率を空中噴射時、水中噴射時ともに10000 kcal/(m²・h・℃)とした。また、冷却水中浸漬時（水噴射なし）の熱伝達率は700 kcal/(m²・h・℃)とした。

図５は、前記シミュレーション計算により得られた計算結果を示すグラフであり、図５（ａ）が条件Ａ、図５（ｂ）が条件Ｂの場合である。本図に示すように、条件Ａでは、冷却水中に浸漬される冷却初期の温度降下量が小さく、それゆえ、その後に水中にて冷却水を噴射されてからは大きく温度降下するものの、鋼板表面温度が４０℃程度に冷却されるまでの時間は条件Ｂと比較して長くなっている。これに対し、まず冷却水噴射により冷却される条件Ｂでは、冷却初期の温度降下量が大きく、鋼板表面温度４０℃程度にまで短時間で冷却されている。冷却初期の温度降下量が小さい条件Ａでは、鋼板が高温で水と接触する時間が長いため、ステインが発生しやすくなると考えられる。条件Ａの冷却方法から条件Ｂの冷却方法へ変更した場合、例えば、条件Ｂにおける板厚２．７ｍｍの鋼板表面温度４０℃以下に冷却されるまでの時間は、条件Ａにおける板厚１．６ｍｍの場合なみに改善されていることがわかる。なお、条件Ａにおける水中にて冷却水を噴射中の冷却速度は条件Ｂの空中で冷却水を噴射中の冷却速度とほぼ等しいことから、鋼板を冷却水中に浸漬すると同時に冷却水中で冷却水を噴射すれば、条件Ｂとほぼ同様の結果が得られることが推測できる。

次に、このシミュレーション結果を、実操業におけるステイン発生率と比較した。表２は、シミュレーション計算により得られた図４（ａ）、（ｂ）より求めた、各条件において鋼板表面温度が４０℃以下となるまでの冷却開始からの時間と、実操業におけるステイン発生率との関係を示したものである。ここで、ステイン発生率の◎はステインが全く発生しない、○はほとんど発生しない、×は数％の確率で発生することを示している。

表２より、ステイン発生率と鋼板表面温度が４０℃以下となるまでの時間との間には相関があり、冷却開始から約１秒以内に鋼板表面温度を４０℃以下とすることにより、ステインの発生をほぼ抑制することができることがわかる。

本発明の冷延鋼板の冷却方法、およびその実施に好適な水冷設備または洗浄設備は、このような知見に基づきなされたもので、以下のような特徴を有する。

（１）連続焼鈍炉出側において鋼板の水冷または洗浄を行う際、水冷または洗浄を開始後１秒以内に鋼板の温度が４０℃以下となるように鋼板を冷却することを特徴とする冷延鋼板の冷却方法。

（２）連続焼鈍炉出側において鋼板の水冷または洗浄を行う際、水冷または洗浄を開始後１秒以内に鋼板の温度が４０℃以下となるように、鋼板表面に冷却水または洗浄液を噴射して鋼板を冷却することを特徴とする冷延鋼板の冷却方法。

（３）連続焼鈍炉出側における鋼板の水冷設備または洗浄設備であって、水冷または洗浄を開始時の鋼板の冷却手段が、鋼板表面に冷却水または洗浄液を噴射する液体噴射装置により構成されることを特徴とする冷延鋼板の水冷設備または洗浄設備。

（４）液体噴射装置が、連続焼鈍炉出側に設けられた鋼板の水冷槽または洗浄槽の上流側に設けられていることを特徴とする上記（３）に記載の冷延鋼板の水冷設備または洗浄設備。

（５）液体噴射装置の上端が、連続焼鈍炉出側に設けられた鋼板の水冷槽または洗浄槽の液面と同じまたはそれ以上に位置するように設けられていることを特徴とする上記（３）に記載の冷延鋼板の水冷設備または洗浄設備。

本発明によれば、連続焼鈍炉出側において鋼板を水冷または洗浄する際に、板厚の厚い鋼板においても、水冷設備または洗浄設備内で鋼板表面の微小欠陥部に発生するステイン（局所的腐食）の発生を抑え、表面性状の良好な冷延鋼板を製造することができる。

図１および図２は本発明の一実施形態である水冷設備を模式的に示す説明図であり、図１はその縦断面図、図２は連続焼鈍炉１の出側に最も近接する水冷槽の拡大図である。図１および図２において、水冷設備は連続焼鈍炉１の出側に設けられており、水冷設備には複数の水冷槽２と、連続焼鈍炉１の出側に最も近接する水冷槽の液面より上方に、この水冷槽に鋼板が浸漬する直前の鋼板表面に冷却水を噴射する水噴射装置４と、水冷槽２および水噴射装置４へ供給する水を冷却する冷却設備（冷却塔３）とを備えている。また、各水冷槽間の上方及び各水冷槽２の内部には、搬送ロール６ａ、６ｂが設けられている。さらに、各水冷槽２間の鋼板通板部に面して、ライン上流側の水冷槽２を出た鋼板の両面に冷却水を噴射する水噴射装置７ａ、７ｂを設けてもよい。

前記複数の水冷槽２は、通板ライン方向で隣接して設けられている。

前記水噴射装置４は、鋼板の表裏両面に冷却水を噴射する水噴射装置４ａ、４ｂからなり、複数の水冷槽２のうち鋼板が最初に通板される水冷槽（以下、最初の水冷槽２ａと称する）に鋼板が浸漬する以前の鋼板に冷却水を噴射できる位置に設置される。図１および図２に示した本実施形態では、前記水噴射装置４は、最初の水冷槽２ａの液面直上に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、水冷開始時の鋼板の冷却手段が水噴射装置４となるようにすればよい。図３（ａ）〜（ｄ）は、そのような本発明の実施形態である水噴射装置の設置位置の例を示すものであり、（ａ）は水冷槽の液面から離れて上流側に設置した例、（ｂ）は本実施形態のように水冷槽の液面直上に設置した例、（ｃ）は液面を挟んでその上下に設置した例、（ｄ）は液面直下すなわち水噴射装置の上端が液面に位置するように設置した例である。これらの構成によれば、（ｄ）の場合も含め、冷却開始時の冷却手段が、冷却能力が大きい水噴射装置４によることとなる。一方、図３（ｅ）の場合には、水中に水噴射装置が設置されているものの、鋼板の冷却開始時は単に水冷槽に浸漬されるだけとなり、冷却初期の温度降下量が小さくなり、好ましくない。

次に、このような水冷設備または洗浄設備を用いた冷延鋼板の冷却方法について説明する。

連続焼鈍炉１から出た鋼板Ｓは、水冷設備の水冷槽２へ浸漬され、搬送ロール６ｂに巻き掛けられて上方へ方向転換し、水冷槽２から引き上げられた後、水冷槽２間上方の搬送ロール６ａに巻き掛けられて下方へ方向転換し、次の水冷槽２へ浸漬される。このようにして、鋼板Ｓは複数の水冷槽２へ次々と順に浸漬される。そして、全ての水冷槽２を通った鋼板Ｓは、水冷設備の出側に設けられた鋼板乾燥装置５により乾燥される。

本発明の冷延鋼板の冷却方法は、連続焼鈍炉出側において鋼板の水冷を行う際、水冷を開始後１秒以内に鋼板の温度が４０℃以下となるように鋼板を冷却する。ここで、水冷開始後１秒以内としたのは、前述したように、鋼板温度が４０℃以下となるまでの時間が１秒を超えると、ステインの発生率が高くなるためである。ステインの発生を完全に防止するためには、水冷開始後０．５秒以内に鋼板温度を４０℃以下とすることがより好ましい。

また、本発明の冷延鋼板の冷却方法は、連続焼鈍炉出側において鋼板の水冷を行う際、水冷を開始後１秒以内に鋼板の温度が４０℃以下となるように、鋼板表面に冷却水を噴射して鋼板を冷却する。水冷を開始後１秒以内に鋼板の温度を４０℃以下まで冷却するためには、冷却開始直後から急速な冷却を行う必要があり、そのためには鋼板表面に冷却水を噴射することが有効であるからである。したがって、鋼板の冷却開始時、すなわち鋼板が最初の水冷槽２ａに浸漬される前、または浸漬とほぼ同時に、鋼板へ向けて冷却水を噴射することが好ましい。なお、その際の冷却水の噴射圧力あるいは水量密度は、冷却水の温度も考慮し、水冷を開始後１秒以内に鋼板の温度を４０℃以下まで冷却できるように、適宜決定すればよい。通常は、冷却水の噴射圧力は２．０kg/cm²以上とすることが好ましい。

また、連続焼鈍炉１から出た直後の鋼板Ｓの温度は約８０〜１００℃であり、このような温度の鋼板Ｓを水冷槽２へ連続的に供給すると、水冷槽２の水温は上昇していく。したがって、本実施形態では、水冷槽２中の水は冷却塔３との間を常時循環するようになっており、水冷槽２中の水温を常に３０℃以下に保つようにすることが好ましい。また、水噴射装置４から噴射する冷却水も、冷却塔３から供給される冷却水を使用する。その水温は、特許文献１に示されているように、ステインを抑制するため水冷槽２中の水温と同様に３０℃以下であることが好ましい。

なお、本実施形態では、水冷槽２が複数ある場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水冷槽２が一つのみの場合であっても、さらには水冷槽を設けない場合であっても、本発明の水噴射装置４の設置およびそれによる鋼板の冷却を行うことができる。

また、本実施形態で説明した水冷は洗浄であってもよい。すなわち、本実施形態で説明した冷却設備、水冷槽、冷却水は、それぞれ洗浄設備、洗浄槽、洗浄液であってもよく、以上で説明した本実施形態と同様の効果が得られる。

さらに、上記の説明では水冷設備が連続焼鈍炉出側に設置された場合について説明したが、焼鈍後の鋼板では凹凸欠陥部に発生する局所的なステインが同様に問題となることから、焼鈍後の高温の鋼板を冷却又は洗浄する工程を含む製造ラインであれば、どのようなラインにおいても同様の効果を得ることができる。

図１に示す水冷設備を備えた連続焼鈍ラインを用いて、冷延鋼板の製造を行った。用いた鋼板は、板厚０．５〜３．０ｍｍの炭素鋼である。また、鋼板Ｓの搬送速度は約８０〜３００ｍｐｍの範囲で板厚に応じた適切な値とし、連続焼鈍炉１出側における鋼板Ｓの板温は、約１００℃であった。

水冷設備の水冷槽２の水温及び水噴射装置４の使用条件は、以下の２通りで行った。
［１］本発明例：水冷槽内水温２５〜３０℃、水噴射装置使用（噴射水温約２５〜３０℃）
［２］比較例：水冷槽内水温２５〜３０℃、水噴射装置不使用
なお、水噴射装置４による冷却水の噴射圧力は２．５〜３．０kg/cm²とした。

以上の条件により、それぞれ一定期間の冷延鋼板の製造を行い、ステインの発生率を比較した。なお、ステインの発生率は、局部腐食により浮き出る代表的な凹凸欠陥である幅０．５ｍｍ程度以上の微小な線状疵の発生率を指標とした。

図６に本発明例と比較例のステイン発生頻度の比較を示す。本発明例の鋼板が最初の水冷槽に浸漬する直前に冷却水を噴射することによって、ステイン発生率は約１／４へ大幅に低下した。

また、図７は本発明例の鋼板の板厚０．５ｍｍ毎の板厚区分におけるステインの発生率を、比較例の同じ板厚区分の発生率との比較で示した改善率である。本図によれば、板厚が薄い区分ではもともとステインの発生率が低いために改善率は低いが、特に板厚の厚い区分（２〜３ｍｍ）においてステインの発生率がよく改善されていることが認められた。

本発明の一実施形態である水冷設備を模式的に示す縦断面図本発明の一実施形態である水冷設備の最初の水冷槽を模式的に示す説明図水噴射装置の設置位置の説明図シミュレーション計算条件に用いた水冷設備の条件を示す説明図であり、（ａ）は水浸漬後に水噴射を行う条件Ａ、（ｂ）は水噴射後に水浸漬する条件Ｂ鋼板表面温度変化のシミュレーション結果の一例を示すグラフ実施例におけるステイン発生率を示すグラフ実施例におけるステイン発生率を板厚区分毎に示すグラフ

符号の説明

１連続焼鈍炉
２水冷槽
２ａ最初の水冷槽
３冷却装置（冷却塔）
４、４ａ、４ｂ水噴射装置
５鋼板乾燥装置
６ａ搬送ロール（水冷槽間上方）
６ｂ搬送ロール（水冷槽内）
７ａ水噴射装置（外側面用）
７ｂ水噴射装置（内側面用）
Ｓ鋼帯

Claims

連続焼鈍炉出側において鋼板の水冷または洗浄を行う際、水冷または洗浄を開始後１秒以内に鋼板の温度が４０℃以下となるように鋼板を冷却することを特徴とする冷延鋼板の冷却方法。
連続焼鈍炉出側において鋼板の水冷または洗浄を行う際、水冷または洗浄を開始後１秒以内に鋼板の温度が４０℃以下となるように、鋼板表面に冷却水または洗浄液を噴射して鋼板を冷却することを特徴とする冷延鋼板の冷却方法。
連続焼鈍炉出側における鋼板の水冷設備または洗浄設備であって、水冷または洗浄を開始時の鋼板の冷却手段が、鋼板表面に冷却水または洗浄液を噴射する液体噴射装置により構成されることを特徴とする冷延鋼板の水冷設備または洗浄設備。
液体噴射装置が、連続焼鈍炉出側に設けられた鋼板の水冷槽または洗浄槽の上流側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の冷延鋼板の水冷設備または洗浄設備。
液体噴射装置の上端が、連続焼鈍炉出側に設けられた鋼板の水冷槽または洗浄槽の液面と同じまたはそれ以上に位置するように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の冷延鋼板の水冷設備または洗浄設備。