JP2006239742A - 鋼板の上下面均一冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧延後の鋼板の上下面を、板幅方向及び板厚方向においてより均一に冷却する冷却装置を提供する。
【解決手段】 複数の拘束ロール対で拘束されて搬送ライン上を搬送される鋼板の上下面に冷却媒体を噴射する鋼板の冷却装置において、（ｉ）搬送ラインの下側には、冷却媒体を噴射する噴射ノズルを所定の間隔をおいて規則的に配列し、かつ、（ii）搬送ラインの上側には、冷却媒体を噴射する噴射孔を所定の間隔をおいて規則的に配列した冷却面を、鋼板上面からの距離Ｈが下記式を満たす位置に配置したことを特徴とする鋼板の上下面均一冷却装置。 Ｈ（ｍｍ）≦ａ（Ｑ・Ｗ・Ｌ）²＋ｂ（Ｑ・Ｗ・Ｌ）＋ｃ（ここで、Ｑ：鋼板上面に供給する水の水量密度（ｍ³／ｍ²・min）、Ｗ：鋼板の板幅（ｍｍ）、Ｌ：拘束ロール対間の距離（ｍ）、ａ、ｂ、ｃ：定数）
【選択図】 図３

Description

本発明は、圧延鋼板の上下面を均一に冷却する冷却装置に関するものである。

材質・形状特性が均一で、機械的性質に優れた熱延鋼板を製造するためには、仕上圧延後の冷却過程で、その上下面を、板幅方向及び板厚方向にて均一に冷却する必要がある。

通常、仕上圧延後、鋼板を、拘束ロールで拘束しつつ搬送する過程で冷却する際には、鋼板の板幅方向及び板厚方向における温度降下の均一性（冷却の均一性）を確保するため、拘束ロール間に配置した冷却装置から鋼板上下面に冷却水を噴射し、上下面を同時に冷却する方式が採用される（特許文献１及び２参照）。

しかし、鋼板の上面において、冷却水噴流が衝突する領域での冷却態様と、板上水が形成されて流れる領域での冷却態様は異なり、また、鋼板の下面では、板上水に相当する水層又は水流は存在しないので、冷却水噴流が衝突する領域での冷却態様と、冷却水噴流が衝突しない領域での冷却態様は異なっている。

したがって、拘束ロール間に鋼板の上下面を冷却する冷却装置を配置しても、鋼板の冷却過程において、板幅方向及び板厚方向における冷却の均一性を確保することは容易ではない。

特許文献１及び２には、このことを踏まえ、鋼板上側及び鋼板下側の冷却水ノズルの配列態様を工夫した冷却装置が開示されているが、この冷却装置においては、板上水の不均一な発生や、冷却水噴流同士の衝突により、上下面における冷却能力、及び、上下面間における冷却態様が必ずしも同じでなく、鋼板全体としての冷却の均一性が充分に確保されているとはいい難い。

そこで、本発明者は、鋼板の冷却を拘束ロール間にて把握して均一冷却を達成すべく、拘束ロール間の鋼板表面積（冷却対象面積）に対する“冷却水噴流の衝突面積”の総和の割合（％）に着目し、この割合（％）を鋼板の上下面それぞれにおいて規定した冷却装置を、特許文献３にて提案した。

この冷却装置によれば、鋼板の冷却を拘束ロール間で把握して、冷却開始から終了までの冷却過程を設計できるので、鋼板の冷却過程において、板幅方向及び板厚方向における冷却の均一性を、従来以上に確保できる。

しかし、上記冷却装置においては、ノズルの個数を増加する必要があるので、設備コストが多大となる。また、ノズル個数の増加に伴いノズル径を小さくしなければならないが、ノズル径が小さければノズル詰り発生の頻度が高まるので、ノズル詰り発生によるメンテナンス負荷も大きい。

したがって、鋼板の製造ライン上で、冷却装置が、常に安定した冷却性能を発揮するためには、上記課題を解決することが必要である。

特開平１１−３４７６２９号公報 特開２００１−２３２４１３号公報 特開２００４−１０８２号公報

本発明は、上記必要性に鑑み、仕上圧延後の鋼板の上下面を、板幅方向において均一に冷却して、より均一な材質・形状特性、及び、より優れた機械的性質を確保できる冷却装置を提供することを目的とする。

特に、鋼板の板幅が大きい（例えば、２０００ｍｍ以上）場合、板上水の挙動は、板幅方向の温度分布に著しい影響を及ぼし、鋼板の板幅方向中央部と鋼板端部間の温度差縮小を阻害する要因となる。

それ故、本発明は、特に、板上水の挙動を適確に制御し、鋼板の上面において板幅方向に均一冷却を達成し得る冷却装置を提供することを目的とする。

噴射孔から噴射され鋼板の上面に衝突した冷却媒体は、衝突後、板上水となって、鋼板上面における非衝突部位を冷却する。即ち、鋼板上面は、冷却媒体の衝突による冷却（衝突域冷却）と、板上水による冷却（非衝突域冷却）とにより冷却される。

衝突域と非衝突域における冷却態様は異なり、しかも、搬送中の鋼板の上面に形成される板上水の挙動を適確に把握することは難く、かつ、板上水の厚さが異なれば、板上水が発揮する冷却能力も異なるから、鋼板上面での冷却態様は、板上水が存在しない鋼板下面での冷却態様に比べ複雑である。

しかし、本発明者は、鋼板上面において温度降下の均一性（冷却の均一性）を従来以上に確保するためには、板上水の挙動を解明し、これを適確に制御することが重要であるとの発想に至り、板上水の挙動について鋭意調査した。

本発明者は、まず、噴射孔を所定の間隔をおいて規則的に配列した冷却面を有する冷却水噴射装置を用い、冷却水量、上記冷却面の面積、及び、該冷却面と鋼板上面との間隔等を種々に変え、冷却への影響が大きい板上水の厚さとの相関を鋭意調査した。

その結果、本発明者は、噴射孔を所定の間隔をおいて規則的に配列した冷却面と鋼板上面との間隔には、最適範囲があることを見いだした。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１） 複数の拘束ロール対で拘束されて搬送ライン上を搬送される鋼板の上下面に冷却媒体を噴射する鋼板の冷却装置において、
搬送ラインの上側に、冷却媒体を噴射する噴射孔を所定の間隔をおいて規則的に配列した冷却面を、鋼板上面からの距離Ｈが下記式を満たす位置に配置した
ことを特徴とする鋼板の上下面均一冷却装置。
Ｈ（ｍｍ）≦ａ（Ｑ・Ｗ・Ｌ）²＋ｂ（Ｑ・Ｗ・Ｌ）＋ｃ
ここで、Ｑ：鋼板上面に供給する水の水量密度（ｍ³／ｍ²・min）
Ｗ：鋼板の板幅（ｍｍ）
Ｌ：拘束ロール対間の距離（ｍ）
ａ、ｂ、ｃ：定数

（２） 前記冷却面が、鋼板上面に形成される板上水の厚さを制御する厚さ制御機構を備えることを特徴とする前記（１）に記載の鋼板の均一冷却装置。

（３） 前記搬送ラインの下側に、冷却媒体が衝突する部位の面積が大きい広角噴射ノズルを所定の間隔をおいて規則的に配列したことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の鋼板の上下面均一冷却装置。

（４） 前記冷却媒体が水又は気水であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の鋼板の上下面均一冷却装置。

本発明によれば、安定した冷却操業により、仕上圧延後の鋼板の上下面を、板幅方向にて均一に冷却することができる。

本発明は、搬送ラインの上側に、冷却媒体を噴射する噴射孔を所定の間隔をおいて規則的に配列した冷却面を、鋼板上面からの距離Ｈが下記式（１）を満たす位置に配置したことを特徴とする。
Ｈ（ｍｍ）≦ａ（Ｑ・Ｗ・Ｌ）²＋ｂ（Ｑ・Ｗ・Ｌ）＋ｃ …（１）
ここで、Ｑ：鋼板上面に供給する水の水量密度（ｍ³／ｍ²・min）
Ｗ：鋼板の板幅（ｍｍ）
Ｌ：拘束ロール対間の距離（ｍ）
ａ、ｂ、ｃ：定数

以下、本発明の特徴について図面に基づいて説明する。

図１に、冷却装置を備えた鋼板製造設備列の一態様を示す。圧延機１から搬送ライン５上に、熱間矯正装置２を経て送り出された鋼板は、拘束ロール対３の間に配置した冷却装置４にて冷却される。

冷却装置４は、搬送ライン５の上側に配置されて、鋼板の上面を冷却する上側ノズルボックス４ａと、搬送ライン５の下側に配置され、鋼板の下面を冷却する下側ノズル４ｂとで構成されている。

上側ノズルボックス４ａの鋼板に対向する下面（冷却面）は、鋼板の上面に冷却媒体を噴射する噴射孔が、板幅方向及び搬送方向において所定の間隔をもって規則的に配列されている。

そして、噴射孔から冷却媒体を噴射して鋼板を冷却する際、上側ノズルボックス４ａの下面（冷却面）を、上記式（１）を満たす位置に保持することが、前述したように、本発明の特徴である。

本発明者は、噴射孔を所定の間隔をおいて規則的に配列した冷却面を有する冷却水噴射装置を用い、搬送ライン上で、図２に示す位置・寸法関係において、冷却への影響が大きい板上水厚さ（高さ）と冷却水量との関係、及び、上記板上水厚さ（高さ）が鋼板端部の冷却（温度降下）に及ぼす影響について調査した。その結果の一例を、図３に示す。

図３に示すように、板上水の厚さ（高さ）は、噴射孔から噴射する水量（＝鋼板の冷却対象面積［Ｗ（鋼板の板幅）×Ｌ（拘束ロール対間の距離）］×水量密度［Ｑ］）の増加とともに増加する関係にあるところ、下記式（２）で数式化できることを見いだした。
Ｈ’（ｍｍ）＝−０．５１（Ｑ・Ｗ・Ｌ）²−９．４（Ｑ・Ｗ・Ｌ）
＋７．２ …（２）

また、さらに、板上水の厚さ（高さ）が、１００ｍｍ以上の範囲で、上記式（２）で定まるＨ’（ｍｍ）を超えると、鋼板端部での温度降下が著しくなることを見いだした。

即ち、本発明によれば、冷却媒体を噴射する噴射孔を所定の間隔をおいて規則的に配列した冷却面を、鋼板上面からの距離Ｈが前記式（１）を満たす位置に配置し、板上水の厚さ（高さ）を板幅方向においてＨに維持するので、板幅方向における冷却媒体の衝突圧が均一化され、鋼板幅端部での温度降下を抑制できる。

この結果、鋼板上面を、板幅方向において、均一に冷却することができる。

なお、水量が少ないときは、板幅方向における温度偏差も小さいので、本発明は、水量が６ｍ³／min以上の場合に、顕著な効果を発揮する。

本発明において、上記板上水の厚さ（高さ）Ｈは、上記冷却面に別途取付けた厚さ制御板で制御してもよい。なお、この場合、厚さ制御板は、噴射孔を保護する機能をも有することになる。

なお、上記Ｈは、上記（ａ）の一様化を確保する点で、６０ｍｍ以上が好ましく、また、上記（ｂ）の抑制を確実にする点で、１５０ｍｍ以下が好ましい。

本発明者の調査結果によれば、板上水の厚さ（高さ）とＱ・Ｗ・Ｌを関係付ける関数は、２次関数が、測定曲線を適正に近似する点で最適である。なお、ａ、ｂ、及び、ｃは、測定曲線との関係で定まる定数である。

冷却媒体としては、所要の冷却能を有すればよく、特に特定の冷却媒体に限定されないが、水、気水（沸騰型、炭酸ガス、窒素ガス、不活性ガスとの混合型等がある）が好ましい。

冷却媒体を噴射する噴射孔の開口面積は、通常、一定とするが、開孔面積可変の噴射孔を用いてもよい。この噴射孔を用いると、冷却媒体の噴射量を容易に調整できる。

搬送ラインの下側には、冷却媒体を噴射する下側ノズル４ｂが、鋼板下面における冷却の均一性を確保するため、板幅方向及び搬送方向において、所定の間隔をおいて規則的に配列されている。

鋼板下面でのより均一な冷却を確保するため、噴射ノズルとして、冷却媒体が衝突する部位の面積が大きい広角噴射ノズルを使用することが好ましい。

この広角噴射ノズルを用いると、鋼板下面において、（ａ）冷却媒体が衝突しない非衝突部位の面積を少なくし、かつ、（ｂ）衝突部位と非衝突部位間の冷却態様の違いを極力解消することができる。

したがって、本発明によれば、板上水の厚さを板幅方向及び搬送方向において一定に維持し、鋼板上面を均一に冷却する冷却態様と、鋼板下面を均一に冷却する冷却とが相俟って、圧延後の鋼板の上下面を、板幅方向及び板厚方向にて、従来以上に均一に冷却することができる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
本発明の冷却装置と従来方式の冷却装置を用いて、板幅３６００ｍｍ、板厚２２ｍｍの鋼板を、８６０℃から冷却し、鋼板中心部から端部にわたる冷却停止温度を測定した。なお、噴射孔からは、水温２５℃の水を水量密度１．３ｍ³／ｍ²・minで噴射した。その結果を、図４に示す。

図４から、本発明の場合（Ｈ＝１００ｍｍ）、中心部から１０００ｍｍ以内の範囲で冷却停止温度が平坦であり、かつ、１０００ｍｍ以上端部にかけての温度降下が顕著に抑制されていることが解かる。

即ち、本発明によれば、圧延後、鋼板の上下面を、板幅方向及び板厚方向において、従来以上に均一に冷却できることが解かる。

本発明によれば、安定した冷却操業により、仕上圧延後の鋼板の上下面を、板幅方向及び板厚方向にて均一に冷却することができる。したがって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が極めて大きい発明である。

冷却装置を備えた鋼板製造設備列の一態様を示す図である。 搬送ライン上での冷却装置の配置・寸法関係を示す図である。 板上水の高さと冷却水水量（鋼板面積×水量密度）の関係を示す図である。 鋼板中心部から鋼板端部にわたる冷却停止温度を示す図である。

符号の説明

１ 圧延機
２ 熱間矯正装置
３ 拘束ロール対
４ 冷却装置
４ａ 上側ノズルボックス
４ｂ 下側ノズル
５ 搬送ライン
６ 鋼板

Claims (4)

1. 複数の拘束ロール対で拘束されて搬送ライン上を搬送される鋼板の上下面に冷却媒体を噴射する鋼板の冷却装置において、
   搬送ラインの上側に、冷却媒体を噴射する噴射孔を所定の間隔をおいて規則的に配列した冷却面を、鋼板上面からの距離Ｈが下記式を満たす位置に配置した
   ことを特徴とする鋼板の上下面均一冷却装置。
   Ｈ（ｍｍ）≦ａ（Ｑ・Ｗ・Ｌ）²＋ｂ（Ｑ・Ｗ・Ｌ）＋ｃ
   ここで、Ｑ：鋼板上面に供給する水の水量密度（ｍ³／ｍ²・min）
   Ｗ：鋼板の板幅（ｍｍ）
   Ｌ：拘束ロール対間の距離（ｍ）
   ａ、ｂ、ｃ：定数
2. 前記冷却面が、鋼板上面に形成される板上水の厚さを制御する厚さ制御機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の均一冷却装置。
3. 前記搬送ラインの下側に、冷却媒体が衝突する部位の面積が大きい広角噴射ノズルを所定の間隔をおいて規則的に配列したことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼板の上下面均一冷却装置。
4. 前記冷却媒体が水又は気水であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼板の上下面均一冷却装置。

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