JP2007007676A - 厚板圧延ラインにおける被圧延材の冷却方法ならびにそれを用いた厚板圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】均一冷却性に優れる被圧延材の冷却方法を提供する。
【解決手段】複数配置された、水切りロール１３とテーブルローラ１４の対同士の間で、被圧延材Ｍを冷却水Ｗにより冷却しながら、水切りロール１３とテーブルローラ１４を回転させ、被圧延材Ｍを搬送するに際し、水切りロール１３として、クラウンをつけたものを使用し、該水切りロール１３を被圧延材Ｍに押し付けるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、厚板圧延ラインにおける被圧延材の冷却方法ならびにそれを用いた厚板圧延方法に関し、特に厚鋼板の仕上げ圧延後の冷却方法として好適なものに関する。

厚鋼板は、４．５ｍｍ以上３００ｍｍ内外の厚さの範囲の鋼板（非特許文献１）を指し、建築、造船、圧力容器あるいはパイプラインなどの用途において構造用鋼材として用いられるため、圧延条件や冷却条件またはそれらを組合わせて組織制御が行われ、優れた強度・靭性などの特性が付与される。

図９に、厚鋼板の製造ライン（厚板圧延ライン）の一例を示す。加熱炉２０により加熱された被圧延材Ｍ（板厚１５０〜３００ｍｍ内外）は、粗圧延機２２により板厚１０〜３００ｍｍ内外に圧延され、しかる後、仕上圧延機２４により製品板厚（板厚４．５〜３００ｍｍ程度）まで圧延される。

粗圧延機２２で被圧延材Ｍを数パス圧延後、被圧延材Ｍを９０°平面的に回転させ、更に粗圧延機２２で被圧延材Ｍを何パスか往復圧延することで略所望の幅に調整する幅出し圧延をまず行い、再度、被圧延材Ｍを９０°平面的に回転させて仕上圧延機２４で所望の厚さに圧延する。

圧延を終了した被圧延材Ｍは、冷却ゾーン２６にて空冷または水冷され、必要に応じてホットレベラ２８にて形状を矯正された後、クーリングベッド３５にて空冷され、需要家からの要求仕様に応じて切断、矯正、熱処理、探傷、表面処理、マーキング等、各種の精製処理が施されて出荷される。

上述した厚鋼板の製造ラインにおいて、加熱炉２０、粗圧延機２２、仕上げ圧延機２４および冷却ゾーン２６は、制御装置５０、プロセスコンピュータ８５、ビジネスコンピュータ９５などで構成される制御系にて制御される。

厚鋼板の強度、靭性などの機械的特性は、主に、冷却ゾーン２６で行われる冷却により形成されるミクロ組織に依存するため、種々の冷却制御技術が提案されている。

特許文献１は、複数の冷却ゾーンを有する冷却装置における均一冷却技術に関し、図１０に示す冷却ゾーンａ，ｂ，ｃを有する冷却装置において、冷却ゾーンａのみによる冷却で、被圧延材Ｍに所望の機械的性質を付与できる場合、冷却ゾーンａの水切りロール３０だけを下降させて被圧延材Ｍに接触させ、同ゾーンａの冷却装置１００からだけ冷却水を噴射させる。

また、水切り装置１３０から噴射される水やエアのジェットにより、ゾーン最下流側の水切りロール３０とテーブルローラ４０のわずかな隙間から漏れ出てくる冷却水ｗを吹き飛ばす。

このように、被圧延材Ｍの表面における冷却水ｗの流れを制御することにより、冷却不均一を抑制し、被圧延材に付与される機械的性質を所望の範囲に収めることが記載されている。

図１１は、図１０のＢ−Ｂ矢視図で、冷却装置１００は、水切りロール３０とテーブルローラ４０からなるロール対を有し、各ロールは、架台６５に取り付けられたモータ５５と減速装置７５により駆動される。

冷却水ｗは、上部冷却水ヘッダー８０、下部冷却水ヘッダー９０より上部冷却水ノズル１１０、下部冷却水ノズル１２０から噴射される。

特許文献２には、冷却水ｗが被圧延材Ｍと接触する際、水流を被圧延材Ｍの長手方向とし、冷却水ｗと被圧延材Ｍの間の熱伝達係数を向上する冷却水ヘッダー８０の配置、形状が記載されている（図１２）。

また、特許文献２には、他の実施形態として、上部冷却水ノズル１１０を、被圧延材Ｍの搬送方向（矢印Ａ）に対し、順方向、逆方向の両方に向け、一方、下部冷却水ノズル１２０は、被圧延材Ｍの搬送方向（矢印Ａ）に対し、逆方向に向け、水切りロール３０間やテーブルローラ間に冷却水ｗの流れを整流するカバー７０を設けることが記載されている（図１３）。

特許文献３も冷却性能に優れる冷却装置に関し、カバー７０内において、被圧延材Ｍの搬送方向（矢印Ａ）に対し、順方向、逆方向の両方向となるように、冷却水ｗの水流を形成することを記載している（図１４）。

特許文献４は、ローラープレス焼入装置および方法に関し、テーブルローラ４０と対をなすようにローラー２００を配置し、昇降装置で下降させて被圧延材Ｍに接触させ、被圧延材Ｍから熱を奪うことで急冷するローラープレス焼入装置およびローラー２００を被圧延材に一定の圧力で押し付けながら、被圧延材を平坦化しつつ水冷することで、被圧延材の表裏両面を焼入れする方法を記載している（図１５）。
「熱延鋼板の精製と品質（改訂２版：９４年３月）ｐ３１」（学校法人鉄鋼学園 産業技術短期大学 人材開発センター） 特開昭５９−１６６１７号公報 特開昭５８−８６９２２号公報 特開昭６３−１０１０１７号公報 特公昭４７−４６６４１号公報

上述したように、均一冷却技術に関する先行技術は、厚鋼板の上面に設けられた水切りロールを有する冷却装置において、水冷に用いる冷却ゾーン数の制御（特許文献１）、厚鋼板に噴射される冷却水の噴射方向の制御（特許文献２、３）、およびローラープレス焼入装置（特許文献４）などに大別される。

しかしながら、水切りロールを用いる冷却方法の場合、例えば特許文献４に記載のローラープレス焼入装置を用いて、ローラーを被圧延材にある一定の圧力で押し付けながら、被圧延材Ｍを平坦化しつつ水冷しても、冷却中の被圧延材Ｍの形状が歪むことにより、水切りローラ３０が押し上げられて被圧延材Ｍとの間に空隙が生じ、該空隙から余計な冷却水ｗが被圧延材Ｍ上に漏出し、被圧延材Ｍの冷却が不均一になる場合があった（図１６）。

また、水切りロール３０を被圧延材Ｍに押し付ける力が過大で、水切りロール３０が撓む場合にも同様の問題が生じていた（図１７）。
そこで、本発明は、均一冷却性に優れる被圧延材の冷却方法を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により解決可能である。
１．厚板圧延ラインにおける圧延後の被圧延材を、
該被圧延材の搬送方向に複数対配列された、
水切りロールとテーブルローラの対で挟圧しつつ、
前記複数対配列された、
水切りロールとテーブルローラの対同士の間で、
前記被圧延材を、
冷却水により冷却しながら、
前記水切りロールとテーブルローラを回転させ、
前記被圧延材を搬送するに際し、
前記水切りロールとしてクラウンをつけたものを使用し、該水切りロールを前記被圧延材に押し付けるようにすることを特徴とする
厚板圧延ラインにおける被圧延材の冷却方法。

２．厚板圧延ラインにおける圧延後の被圧延材を、
該被圧延材の搬送方向に複数対配列された、
水切りロールとテーブルローラの対で挟圧しつつ、
前記複数対配列された、
水切りロールとテーブルローラの対同士の間で、
前記被圧延材を、冷却水により冷却しながら、
前記水切りロールとテーブルローラを回転させ、
前記被圧延材を搬送するに際し、
前記水切りロールを、
前記被圧延材上の前記冷却水が、
前記水切りロールと前記被圧延材の間から漏れ出ることを抑制するような力で、
前記被圧延材に向け押し付ける
ことを特徴とする厚板圧延ラインにおける被圧延材の冷却方法。
３．１、２の冷却方法を用いたことを特徴とする厚板圧延方法。

本発明によれば、水切りロールにクラウンをつけるので、水切りロールと被圧延材との間に空隙が生じるのを抑制しつつ、水切りロールを被圧延材に当接させることができ、余計な冷却水が被圧延材に漏出して、被圧延材の冷却が不均一になるのを抑制することができる。

以下、図９に示す厚鋼板の圧延ライン（厚板圧延ライン）１０００に、本発明を適用した場合を例に、本発明の実施の形態について、図１ほかも参照しつつ説明する。

図１は、本発明を適用する冷却装置の一例を示す模式図で、図において１は冷却装置、１１は上部冷却ノズル、１２は下部冷却ノズル、１３は水切りロール、１４はテーブルローラ、１５は上部冷却ノズル１１に冷却水を供給する冷却水ヘッダ、Ｗは冷却水、Ｍは冷却装置１により冷却される厚板（被圧延材）、Ａは被圧延材Ｍの搬送方向、Ｆは水切りロール１３の押し付け力を示す。

本発明においては、水切りロール１３にクラウンをつけたものを押し付けるようにする。クラウンをつけると、水切りロール１３と被圧延材Ｍとの間に空隙が生じるのを抑制しつつ、水切りロール１３を被圧延材Ｍに当接させることができ、余計な冷却水ｗの漏出を抑制して、被圧延材Ｍの冷却が不均一になるのを抑制できる。

本実施の形態では、厚鋼板の製造ライン（厚板圧延ライン）における圧延後の被圧延材Ｍを、被圧延材Ｍの搬送方向Ａに複数配列された、水切りロール１３とテーブルロール１４の対で挟圧しつつ、水切りロール１３とテーブルロール１４の対同士の間で、被圧延材Ｍを冷却水ｗにより冷却しながら、水切りロール１３とテーブルロール１４を搬送方向Ａにならう方向に回転させ、被圧延材Ｍを搬送する。

図７は、クラウンを付与した水切りロール１３を模式的に示し、水切りロール１３の胴長端よりもｌ_１内側となる位置のロール径ｄ_１と、胴長中央のロール径ｄ_２との差をクラウンと定義する。胴長方向のカーブは、サインカーブでも円弧でも、とにかく、なめらかな曲線であればよい。水切りロール１３の胴長は、例えば、テーブルローラ１４の胴長ｌ２と等しくし、その径は、例えば、テーブルローラ１４の径ｄ_３より小さくすることが望ましい。

材質Ｓ３５Ｃ−Ｎ、胴長５５００ｍｍの中実の水切りロール１３において、ｌ_１を５０ｍｍ、ｄ_１を３００ｍｍ径、ｄ_２を３０１ｍｍ径とし、１ｍｍのクラウンを付与し、２０ｋＮ〜１００ｋＮの範囲内の荷重で被圧延材Ｍに押し付けた場合、水切りロール１３が撓んでも、水切りロール３と被圧延材Ｍの間に空隙ができるのを防止でき、冷却水ｗの漏出を防止できる。

本実施の形態、すなわち、厚鋼板の製造ライン（厚板圧延ライン）１０００の操業においては、水切りロール１３に付与するクラウンを１ｍｍ〜３ｍｍにすることにより、冷却水の漏出防止が可能である。

また、本発明は、被圧延材上の冷却水が、水切りロールと被圧延材の間から冷却水の漏れ出ることを抑制するような力で、好ましくは全く漏れ出ないような力で、水切りロールを被圧延材に向け押し付けることを特徴とする。尚、本実施の形態において、被圧延材は、厚鋼板としているが、本発明の対象はこれに限らず、その他の複数の種類の金属板であってもよい。

被圧延材Ｍの上面側の冷却は、水切りロール１３及びテーブルローラ１４間において、冷却水ヘッダ１５から供給され、上部冷却ノズル１１から噴出する冷却水ｗにより行われ、下面側の冷却は、下部冷却ノズル１２から噴出する冷却水ｗにより行われる。

本発明では、水切りロール１３の押し付け力Ｆを、水切りロール１３と被圧延材Ｍが当接する部分（押し付け部）から外に冷却水ｗが漏れ出るのを抑制するように設定する
押し付け力Ｆの制御は、実操業においては、予め、押し付け力Ｆを、被圧延材Ｍの板厚と、水切りロール１３とテーブルロール１４との設定間隔との関係において求めておき（図５）、水切りロール１３の下端の停止位置を設定制御したり、押し付け力を実測し、可及的に目標値に近づくようにフィードバック制御したりすることにより行う。

いずれの場合でも、水切りロール１３を下降させ、冷却水ｗの漏出が抑制されていることが、目視により確認できれば、所望の押し付け力Ｆが得られているものとしてよい。
尚、本発明において、冷却水ｗは、被圧延材の機械的性質や形状に悪影響が出ない程度に漏出が抑制されていれば良く、完全に防止される必要まではない。

図２は、複数の冷却ゾーンａ、ｂ、・・・を有する冷却装置において、水切りロール１３の押し付け力を制御する制御系を説明する図である。仕上圧延機２で被圧延材Ｍの最終圧延パスを開始すると、プロセスコンピュータ４では、複数の冷却ゾーンａ、ｂ、・・・のうち、冷却を行う冷却ゾーンを、ビジネスコンピュータ３から送られてくる被圧延材Ｍの属性データをもとに、設定計算をして決定する。

冷却を行う冷却ゾーンでは、冷却水ｗの噴射による冷却と、水切りロール１３の下降動作とが、制御装置５からの指令により行われる。仕上げ圧延後、被圧延材Ｍの先端が上反りしている場合など、必要に応じて、プリレベラ１６により被圧延材Ｍを平坦に矯正してから、冷却を行う。

図３に、水切りロール１３（昇降装置）の昇降パターンと荷重変化の様子を模式的に示す。水切りロール１３（昇降装置）が下降した状態において、被圧延材Ｍが水切りロール１３とテーブルロール１４間に噛み込まれ、水切りロール１３（昇降装置）から押し付け力Ｆが被圧延材Ｍに付与される。

図４は、水切りロール１３の下端位置を設定制御する場合の、水切りロール１３の昇降機構の一例を示す図で、図において、６は、エアシリンダ７を昇降させる圧下スクリュー、７は、その先端に水切りロール１３が装着されているエアシリンダ、８は、エアシリンダ７を作動させるバルブを示す。

水切りロール１３とテーブルローラ１４の間隙は、エアシリンダ７が伸びきった状態で、圧下スクリュー６の動作と停止位置により調整する。水切りロール１３とテーブルローラ１４の間隙を、被圧延材Ｍの板厚より小さくすることで、被圧延材Ｍの先端が水切りロール１３とテーブルロール１４の間に噛み込まれると、エアシリンダ７の縮んだ分、反力で、水切りロール１３から被圧延材Ｍに押し付けの力Ｆが作用する。

プロセスコンピュータ４には，前述の図５に示した、水切りロール１３とテーブルローラ１４の間隙を、被圧延材Ｍの板厚よりも何ｍｍ小さくしておいたときに、被圧延材Ｍに作用する押し付け力Ｆがどれだけになるかの関係を記憶させておき、被圧延材Ｍの先端が噛み込む前に、圧下スクリュー６を動作させ、水切りロール１３の下端位置を調整し、水切りロール１３とテーブルローラ１４の間隙を所望の値に調整する。

被圧延材Ｍの噛み込み中は特に動作させず、被圧延材Ｍの尾端が通過すると、水切りロール１３を上昇させる。尚、本実施の形態では、水切りロール１３とテーブルローラ１４との間隙は、被圧延材Ｍの板厚より０．５ｍｍ小さい値に設定すると、機械系の遊びが吸収され、冷却水ｗの漏出が防止されて好ましい。

図６は、水切りロール１３の押し付け力Ｆを実測し、可及的に目標値に近づくようにフィードバック制御する場合の水切りロール１３の昇降機構の一例を示す図で、図において、９ａは荷重計、９ｂは油圧シリンダ、９ｃはサーボ弁、９ｄはサーボアンプ、９ｅはリリーフ弁を示す。

水切りロール１３の押し付け機構は、油圧シリンダ９ｂを動作させる油圧回路で構成され、荷重制御は、荷重計９ａで検出される荷重（押し付け力Ｆ）が目標の値に可及的に近づくように、制御装置５からの指令により、サーボアンプ９ｄを介して、リリーフ弁９ｅ、サーボ弁９ｃをフィードバック制御して行う。

水切りロール１３の押し付け力Ｆの制御が、上述した図４、図６のいずれの方法であっても、被圧延材Ｍの尾端が水切りロール１３から抜ければ、制御装置５からの指令により、冷却水ｗを噴射していた各ゾーンとも、順次、冷却水ｗの噴射を停止し、水切りロール１３の荷重制御を終了させ、上昇させるようにする。

被圧延材Ｍの尾端位置の検出を、制御装置５内のタイマーにより行うなどしてもよく、その場合は、例えば、仕上圧延機２で最終圧延パスを開始後、被圧延材Ｍの尾端が各ゾーンを通過するのに要するだけの時間を、制御装置５内のタイマーに記憶させておいて行うようにする。

あるいは、テーブルローラ４０にパルスジェネレータを付設し、テーブルローラ４０の回転数を実測して用いたり、最終ゾーンにホットメタルディテクタを設置して、検知しなくなったことを検出したり、荷重計３ｂの示す荷重実績値が、閾値を下回ったことを以って検出したりするようにしてもよい。

以上の通りであるが、本発明は上記の実施の形態に限るものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更を加えてもよい。例えば、上述した複数の上部ノズルから冷却水を噴出させる冷却方法に限定されず、図８に示すように、上部冷却ノズル１１ａからカーテンウオール状に冷却水を供給したり、テーブルローラ１４間に複数の下部冷却ノズルを複数列配置する冷却装置を用いたり、あるいは、ＳｕｐｅｒＯＬＡＣと呼称される高速冷却装置を適用したりしてもよい。

本発明の実施の形態の一例を説明する図。 本発明の実施の形態の一例を説明する図。 本発明の実施の形態の一例を説明する図。 本発明の実施の形態の一例を説明する図。 本発明の実施の形態の一例を説明する図。 本発明の実施の形態の一例を説明する図。 本発明の実施の形態の一例を説明する図。 冷却方法の別の例を説明する図。 厚板圧延ラインの一例を説明する図。 従来技術に係る冷却装置を説明する図。 従来技術に係る冷却装置を説明する図。 従来技術に係る冷却装置を説明する図。 従来技術に係る冷却装置を説明する図。 従来技術に係る冷却装置を説明する図。 従来技術に係る冷却装置を説明する図。 従来技術の問題点を説明する図。 従来技術の問題点を説明する図。

符号の説明

１ 冷却装置
１１、１１ａ 上部冷却ノズル
１２ 下部冷却ノズル
１３ 水切りロール
１４ テーブルローラ
１５ 冷却水ヘッダ
２ 仕上圧延機
３ ビジネスコンピュータ
４ プロセスコンピュータ
５ 制御装置
６ 圧下スクリュー
７ エアシリンダ
８ バルブ
９ａ 荷重計
９ｂ 油圧シリンダ
９ｃ サーボ弁
９ｄ サーボアンプ
９ｅ リリーフ弁
２０ 加熱炉
２２ 粗圧延機
２４ 仕上圧延機
２６ 冷却ゾーン
２８ ホットレベラ
３０ 水切りロール（従来例）
３５ クーリングベッド
４０ テーブルローラ
５０ 制御装置（従来例）
５５ モータ
６５ 架台
７０ カバー
７５ 減速装置
８０ 上部冷却水ヘッダー（従来例）
８５ プロセスコンピュータ（従来例）
９０ 下部冷却水ヘッダー（従来例）
９５ ビジネスコンピュータ（従来例）
１００ 冷却装置（従来例）
１１０ 上部冷却水ノズル（従来例）
１２０ 下部冷却水ノズル（従来例）
１３０ 水切り装置
２００ ローラ
１０００ 厚板圧延ライン
Ｗ 冷却水
Ｍ 被圧延材
Ａ 搬送方向
Ｆ 押し付け力

Claims (3)

1. 厚板圧延ラインにおける圧延後の被圧延材を、
   該被圧延材の搬送方向に複数対配列された、
   水切りロールとテーブルローラの対で挟圧しつつ、
   前記複数対配列された、
   水切りロールとテーブルローラの対同士の間で、
   前記被圧延材を、
   冷却水により冷却しながら、
   前記水切りロールとテーブルローラを回転させ、
   前記被圧延材を搬送するに際し、
   前記水切りロールとして、クラウンをつけたものを使用し、該水切りロールを前記被圧延材に押し付けるようにすることを特徴とする
   厚板圧延ラインにおける被圧延材の冷却方法。
2. 厚板圧延ラインにおける圧延後の被圧延材を、
   該被圧延材の搬送方向に複数対配列された、
   水切りロールとテーブルローラの対で挟圧しつつ、
   前記複数対配列された、
   水切りロールとテーブルローラの対同士の間で、
   前記被圧延材を、冷却水により冷却しながら、
   前記水切りロールとテーブルローラを回転させ、
   前記被圧延材を搬送するに際し、
   前記水切りロールを、
   前記被圧延材上の前記冷却水が、
   前記水切りロールと前記被圧延材の間から漏れ出ることを抑制するような力で、
   前記被圧延材に向け押し付ける
   ことを特徴とする厚板圧延ラインにおける被圧延材の冷却方法。
3. 請求項１、２の冷却方法を用いたことを特徴とする厚板圧延方法。

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