JP2010042444A - 熱鋼板の冷却設備および冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱鋼板の上面に冷却水を供給する場合において、高冷却速度で均一に冷却する技術を提供することを目的とする。
【解決手段】鋼板の熱間圧延ラインに設置される熱鋼板の冷却設備であって、熱鋼板の上面に冷却水を供給するヘッダと、該ヘッダから懸垂した棒状冷却水を噴射する冷却水噴射ノズルと、前記熱鋼板と前記ヘッダとの間に設置される隔壁とを備えるとともに、前記隔壁には、前記冷却水噴射ノズルの下端部を内挿する給水口と、前記熱鋼板の上面に供給された冷却水を前記隔壁上へ排水する排水口とが、多数設けられていることを特徴とする熱鋼板の冷却設備。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱鋼板の冷却設備および冷却方法に関するものである。

熱間圧延によって厚板や薄板などの鋼板を製造するプロセスでは、例えば図８に示すような設備において、熱間粗圧延、仕上圧延を行った後の鋼板（熱鋼板）に、水冷または空冷を行って組織を制御している。水冷によって比較的低い温度、例えば４５０〜６５０℃程度に冷却すると、微細なフェライトやベイナイト組織が得られ、鋼板の強度を確保できるので、スプレー冷却水やラミナー冷却水などによって鋼板を冷却する技術が一般的である。また近年では、高い冷却速度を得て組織をより微細化し、鋼板の強度を上げる技術の開発が盛んである。

例えば、大量の棒状のラミナー冷却水を供給して熱鋼板を冷却する技術として特許文献１や特許文献２の技術がある。これは、鋼板の上下面に多数設置したノズルから冷却水を高速で噴射するものであり、非常に高い冷却速度を得ることができ、材料特性に優れた製品を製造出来るとされている。

また、冷却水を供給して熱鋼板を冷却する別の技術として、特許文献３の技術がある。これは、ノズルから噴射した冷却水を鋼板とロールと側壁とで囲まれる領域に充満させてプールを形成するものであり、定常的な冷却状態となって幅方向の冷却むらを低減することができるとされている。

特開２００２−２３９６２３号公報 特開２００４−６６３０８号公報 特開２００６−３５２３３号公報

しかしながら、従来の技術は、冷却能力や冷却均一性の確保に問題があった。
特許文献１および２の技術は、冷却水ヘッダと熱延鋼帯との間に設けられる保護板の１つの孔またはスリットを、複数の冷却ノズルから噴射した冷却水が通過するとともに、鋼帯に供給された冷却水が同じ孔またはスリットから排出されるものである。すなわち、噴射口と排水口の機能が共存するから、図９に示すように冷却排水の流れはノズル先端から噴射される棒状冷却水にとって逆流であり、流動抵抗となっていた。また、鋼板に到達した後の排出水はお互いにぶつかり合って上昇し、ノズル口と兼用である排水口に到達するまでに流路が曲げられるので、この部分が淀みとなって、排出水の円滑な流れが妨げられていた。

このように、特許文献１および２の技術では、鋼帯表面へ供給された冷却水の円滑な排出にやや難があることがわかった。従って、冷却水が確実に鋼板に届くようにするためには、ヘッダに高い噴射圧力をかけて、冷却水を高速噴射しなければならないため設備費がかかるという問題がある。

また、スリット状の孔を開けると、保護板のスリット間の部分は細い板状となるため、この部分の剛性が低下し、反った鋼板が冷却設備に侵入して衝突した場合、設備を損傷する危険性もある。従って、冷却処理する鋼板の板厚が２〜３ｍｍでは問題ないが、１５ｍｍ以上になると設備損傷を防止するために板厚が厚い保護板を使用しなければならないのでスリットの加工が難しくなるという問題もある。

さらに、大きさが異なるスリット状の孔を開けると、ノズルの位置によって流動抵抗が異なるため鋼板の幅方向に冷却温度むらが発生するという問題も生じる。

特許文献３の技術は、鋼板上面に供給された冷却水が鋼板とロールと側壁とで囲まれた空間でプールを形成し、上方に抜けていく構造となっているので、該空間に冷却水が充満するには時間がかかるため、鋼板の先端数ｍの範囲では、冷却水の状態が非定常となり、鋼板長手方向の冷却温度むらや反りが発生し易いという問題がある。

また、特許文献３の技術では、側壁を設けない場合についても記載されているが、この場合には、図１２に点線矢印で示すように、ガイド板上を排出水が幅方向端部へ向けて流れることとなる。ここで、特許文献３の技術では、冷却ノズルの先端はガイド板よりも上方にあるから、排出水の幅方向流れが冷却ノズルから噴射される冷却水と干渉してしまう。

この幅方向流れは鋼板幅方向端部ほど多くなるため、干渉は鋼板幅方向端部側ほど強くなり、冷却ノズルから噴射される冷却水の一部または全部が鋼板上面に到達することができなくなるので、幅方向に均一な冷却を行うことができない。

本発明は、上記に鑑み、熱鋼板の上面に冷却水を供給する場合において、高冷却速度で均一に冷却する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

（１）第一の発明は、鋼板の熱間圧延ラインに設置される熱鋼板の冷却設備であって、熱鋼板の上面に冷却水を供給するヘッダと、該ヘッダから懸垂した棒状冷却水を噴射する冷却水噴射ノズルと、前記熱鋼板と前記ヘッダとの間に設置される隔壁とを備えるとともに、前記隔壁には、前記冷却水噴射ノズルの下端部を内挿する給水口と、前記熱鋼板の上面に供給された冷却水を前記隔壁上へ排水する排水口とが、多数設けられていることを特徴とする熱鋼板の冷却設備である。

（２）第二の発明は、隔壁に設けられた排水口の総断面積およびヘッダ下面と隔壁上面とに囲まれた空間内での鋼板幅方向流路断面積が、いずれも冷却水噴射ノズル内径の総断面積の１．５倍以上であることを特徴とする第一の発明に記載の熱鋼板の冷却設備である。

（３）第三の発明は、ヘッダの前後に水切用ロールを配したことを特徴とする第一の発明または第二の発明に記載の熱鋼板の冷却設備である。

（４）第四の発明は、冷却水噴射ノズルの内径３〜８ｍｍ、長さ１２０〜２４０ｍｍ、前記冷却水噴射ノズル下端から熱鋼板表面までの距離を３０〜１２０ｍｍ、前記冷却水噴射ノズルから噴射される冷却水の流速を６ｍ／ｓ以上、水量密度を１．５〜４．０ｍ^３/ｍ^２ ・ｍｉｎとすることを特徴とする第一の発明から第三の発明のいずれかに記載の熱鋼板の冷却設備である。

（５）第五の発明は、隔壁に設けられた給水口に内挿した冷却水噴射ノズルの外周面と前記給水口の内面との隙間を３ｍｍ以下とすることを特徴とする第一の発明から第四の発明のいずれかに記載の熱鋼板の冷却設備である。

（６）第六の発明は、鋼板幅方向に並んだ冷却水噴射ノズルのうち、鋼板搬送方向の最上流側列の冷却水噴射ノズルは、鋼板搬送方向の上流方向へ１５〜６０度傾けられ、鋼板搬送方向の最下流側列の冷却水噴射ノズルは、鋼板搬送方向の下流方向へ１５〜６０度傾けられてなることを特徴とする第一の発明から第五の発明のいずれかに記載の熱鋼板の冷却設備である。

（７）第七の発明は、熱間圧延後の熱鋼板を冷却するに際し、第一の発明から第六の発明のいずれかに記載の熱鋼板の冷却設備から噴射する棒状冷却水により、鋼板上面側を冷却することを特徴とする熱鋼板の冷却方法である。

本発明の熱鋼板の冷却設備および冷却方法を用いることにより、高い冷却速度が得られ、鋼板を目標温度まで早く冷却できるので、生産性向上に寄与できる。また、鋼板上面の冷却を、鋼板幅方向に温度むらがなく、均一に行うことができるので、品質の高い鋼板を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る冷却設備の側面図である。 本発明の一実施形態に係る他の冷却設備の側面図である。 本発明の一実施形態に係る隔壁のノズル配置例を説明する図である。 隔壁上の冷却排水の流れを説明する図である。 隔壁上の冷却排水の他の流れを説明する図である。 従来例による鋼板幅方向温度分布を説明する図である。 本発明による鋼板幅方向温度分布を説明する図である。 厚板圧延ラインの概略を説明する図である。 従来例による冷却水の流れを説明する図である。 本発明例による冷却水の流れを説明する図である。 本発明例の隔壁上の冷却排水との非干渉を説明する図である。 ノズル先端が隔壁よりも上方にある場合の隔壁上の冷却排水との干渉を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照して説明する。なお、ここでは、本発明を厚板圧延プロセスでの鋼板の冷却に用いた場合を例にして述べる。

図８は、本発明の実施に供する厚板圧延ラインの一例を示す概略図である。
加熱炉から抽出されたスラブは圧延機によって粗圧延と仕上圧延が施され、所定の仕上温度、仕上板厚とされた後、オンラインにて加速冷却設備に搬送される。冷却前にプリレベラを通して鋼板の形状を整えてから加速冷却を行うのが冷却後の鋼板形状には好適である。加速冷却設備では、上面冷却設備と下面冷却設備とから噴射される冷却水によって鋼板は所定温度まで冷却される。その後、必要に応じてホットレベラで鋼板の形状が矯正される。

そして、図１は本発明の一実施の形態における上下面冷却設備を示した図で、冷却ノズルの配置を示した側面図である。

上面冷却設備は、熱鋼板１２の上面に冷却水を供給するヘッダ１と、該ヘッダ１から懸垂した冷却水噴射ノズル３と、ヘッダ１と熱鋼板１２との間に鋼板幅方向に渡り水平に設置され多数の貫通孔（給水口６と排水口７）を有する隔壁５とを備えている。そして、冷却水噴射ノズル３は棒状の冷却水を噴射する円管ノズル３からなり、その先端が前記隔壁５に設けられた貫通孔（給水口６）に内挿されて隔壁５の下端部より上方になるように設置されている。なお、冷却水噴射ノズル３は、ヘッダ１内の底部の異物を吸い込んで詰まるのを防止するため、その上端がヘッダ１の内部に突出するように、ヘッダ１内に貫入させることが好ましい。

ここで、本発明における棒状冷却水とは、円形状（楕円や多角の形状も含む）のノズル噴出口からある程度加圧された状態で噴射される冷却水であって、ノズル噴出口からの冷却水の噴射速度が６ｍ/ｓ以上、好ましくは８ｍ/ｓ以上であり、ノズル噴出口から噴射された水流の断面がほぼ円形に保たれた連続性と直進性のある水流の冷却水のことをいう。すなわち、円管ラミナーノズルからの自由落下流や、スプレーのような液滴状態で噴射されるものとは異なる。

円管ノズル３の先端が貫通孔に内挿されて隔壁５の下端部より上方になるように設置されているのは、仮に先端が上方に反った鋼板が進入してきた場合でも隔壁５によって円管ノズル３が損傷するのを防止するためである。それによって、円管ノズル３が良好な状態で長期間に亘って冷却を行うことができるので、設備補修等を行うことなく、鋼板の温度むらの発生を防止することができる。

また、円管ノズル３の先端が貫通孔に内挿されているので、図１１に示すように、隔壁５の上面を流れる点線矢印の排出水の幅方向流れと干渉することがない。したがって、円管ノズル３から噴射された冷却水は、幅方向位置によらず等しく鋼板上面へ達することができ、幅方向に均一な冷却を行うことができる。

一例を示すと、図３に示すように隔壁５には直径１０ｍｍの貫通孔が鋼板幅方向に８０ｍｍ、搬送方向に８０ｍｍのピッチで碁盤の目状に多数開けられている。そして、給水口６には外径８ｍｍ、内径３ｍｍ、長さ１４０ｍｍの円管ノズル３が装入されている。円管ノズル３は千鳥格子状に配列され、円管ノズル３が通っていない貫通孔は冷却水の排水口７となっている。このように、本発明の冷却設備の隔壁５に設けられた多数の貫通孔は、ほぼ同数の給水口６と排水口７とから成り立っており、それぞれに役割、機能を分担している。

このとき、排水口７の総断面積は、円管ノズル３の内径の総断面積よりも十分広く、円管ノズル３の内径の総断面積の１１倍程度が確保されており、図１に示すように鋼板上面に供給された冷却水は、鋼板表面と隔壁５との間に充満し、排水口７を通して、隔壁５の上方に導かれ、速やかに排出される。図４は隔壁上の鋼板幅方向端部付近の冷却排水の流れを説明する正面図であるが、排水口７の排水方向が冷却水噴射方向と逆の上向きになっており、隔壁５の上方へ抜けた冷却排水は、鋼板幅方向外側へ向きを変え、ヘッダ１と隔壁５との間の排水流路を流れて排水される。

一方、図５に示す例は、排水口７を鋼板幅方向に傾斜させて排水方向が鋼板幅方向外側に向くように幅方向外側へ向けた斜め方向としたものである。このようにすることで、隔壁５上の排出水の鋼板幅方向流れが円滑になり、排水が促進されるので好ましい。

ここで、図９に示すように排水口と給水口が同一の貫通孔に設置されていると、冷却水は、鋼板に衝突した後、隔壁５の上方に抜けにくくなって、鋼板１２と隔壁５の間を鋼板幅方向端部へ向かって流れるようになる。そうすると鋼板１２と隔壁５の間の冷却排水の流量は、板幅方向の端部に近づく程多くなるので、噴射冷却水が滞留水膜を貫通して鋼板に到達する力が板幅方向端部ほど阻害されることとなる。

薄板の場合には板幅が高々２ｍ程度であるのでその影響は限定的であるが、特に板幅が３ｍ以上の厚板の場合には、その影響は無視できない。従って、鋼板幅方向端部の冷却が弱くなり、この場合の鋼板幅方向の温度分布は、図６に示すように凹型をした不均一な温度分布となる。

これに対して、本発明の冷却設備は、図１０に示すように給水口６と排水口７は別個に設けられており、給水と排水を役割分担しているので、冷却排水は隔壁５の排水口７を通過して隔壁５の上方に円滑に流れて行くようになる。従って、冷却後の排水が速やかに鋼板上面から排除されるので、後続で供給される冷却水は、容易に滞留水膜を貫通することができ、十分な冷却能力を得ることができる。この場合の鋼板幅方向の温度分布は、図７に示すように幅方向に均一な温度分布を得ることができる。

ちなみに、排水口７の総断面積は、円管ノズル３の内径の総断面積の１．５倍以上であれば、冷却水の排出が速やかに行われる。このことは、例えば、隔壁５には円管ノズル３の外径よりも大きい穴を開け、排水口の数を給水口の数と同じか、それ以上にすれば実現できる。

排水口７の総断面積が円管ノズル３の内径の総断面積の１．５倍より小さいと、排水口の流動抵抗が大きくなり、滞留水が排水されにくくなる結果、滞留水膜を貫通して鋼板表面に到達できる冷却水量が大幅に減り、冷却能が低下するので好ましくない。より好ましくは４倍以上である。一方排水口が多過ぎたり、排水口の断面径が大きくなりすぎると、隔壁５の剛性が小さくなって、鋼板が衝突したときに損傷し易くなる。従って、排水口の総断面積と円管ノズル３の内径の総断面積の比は１．５から２０の範囲が好適である。

また、隔壁５の給水口６に内挿した円管ノズル３の外周面と給水口６の内面との隙間は３ｍｍ以下とすることが望ましい。この隙間が大きいと、円管ノズル３から噴射される冷却水の随伴流の影響により、隔壁５の上面へ排出された冷却排水が給水口６の円管ノズルの外周面との隙間に引き込まれ、再び鋼板上に供給されることとなるので、冷却効率が悪くなる。これを防止するには、円管ノズル３の外径を給水口６の大きさとほぼ同じにすることがより好ましいが、工作精度や取り付け誤差を考慮し、実質的に影響が少ない３ｍｍまでの隙間は許容する。より望ましくは２ｍｍ以下とする。

さらに、冷却水が滞留水膜を貫通して鋼板に到達できるようにするためには、円管ノズル３の内径、長さ、冷却水の噴射速度やノズル距離も最適にする必要がある。

即ち、ノズル内径は３〜８ｍｍが好適である。３ｍｍより小さいとノズルから噴射する水の束が細くなり勢いが弱くなる。一方ノズル径が８ｍｍを超えると流速が遅くなり、滞留水膜を貫通する力が弱くなるからである。

円管ノズルの長さは１２０〜２４０ｍｍが好適である。ここでいう円管ノズルの長さとは、ヘッダ内部へある程度貫入したノズル上端の流入口から、隔壁の給水口に内挿したノズルの下端までの長さを意味する。円管ノズルが１２０ｍｍより短いと、ヘッダ下面と隔壁上面との距離が短くなりすぎる（例えば、ヘッダ厚み２０ｍｍ、ヘッダ内へのノズル上端の突出量２０ｍｍ、隔壁へのノズル下端の挿入量１０ｍｍとすると、７０ｍｍ未満となる）ため、隔壁より上側の排水スペースが小さくなり、冷却排水が円滑に排出できなくなる。一方、２４０ｍｍより長いと円管ノズルの圧力損失が大きくなり、滞留水膜を貫通する力が弱くなるからである。

ノズルからの冷却水の噴射速度は、６ｍ／ｓ以上、好ましくは８ｍ／ｓ以上が必要である。６ｍ／ｓ未満では、滞留水膜を冷却水が貫通する力が極端に弱くなるからである。８ｍ／ｓ以上であれば、より大きな冷却能力を確保できるので好ましい。また、上面冷却の冷却水噴射ノズル３の下端から鋼板１２の表面までの距離は、３０〜１２０ｍｍとするのが良い。３０ｍｍ未満では、鋼板１２が隔壁５に衝突する頻度が極端に多くなり設備保全が難しくなる。１２０ｍｍ超えでは、冷却水が滞留水膜を貫通する力が極端に弱くなるからである。

鋼板上面の冷却では、冷却水が鋼板長手方向に拡がらないように、ヘッダ１の前後に水切ロール１０を設置するのが良い。これにより、冷却ゾーン長が一定となり、温度制御が容易になる。ここで水切ロール１０により鋼板搬送方向の冷却水の流れは堰き止められるので冷却排水は鋼板幅方向外側に流れるようになるが、水切ロール１０の近傍は冷却水が滞留し易い。

そこで図２に示すように、鋼板幅方向に並んだ円管ノズル３の列のうち、鋼板搬送方向の最上流側列の冷却水噴射ノズルは、鋼板搬送方向の上流方向へ１５〜６０度傾け、鋼板搬送方向の最下流側列の冷却水噴射ノズルは、鋼板搬送方向の下流方向へ１５〜６０度傾けることが好ましい。こうすることにより、水切ロール１０に近い位置にも冷却水を供給することができ、水切りロール１０近傍に冷却水が滞留することがなく、冷却効率が上がるので好適である。

ヘッダ１下面と隔壁５上面の距離は、ヘッダ下面と隔壁上面に囲まれた空間内での鋼板幅方向流路断面積が冷却水噴射ノズル内径の総断面積の１．５倍以上となるように設けられ、例えば１００ｍｍ程度以上である。この鋼板幅方向流路断面積が冷却水噴射ノズル内径の総断面積の１．５倍以上ないと、隔壁に設けられた排水口７から隔壁５上面へ排出された冷却排水が円滑に鋼板幅方向に排出できないからである。

本発明で最も効果を発揮する水量密度の範囲は、１．５ｍ^３/ｍ^２ ・ｍｉｎ以上である。水量密度がこれよりも低い場合には滞留水膜がそれほど厚くならず、棒状冷却水を自由落下させて鋼板を冷却する公知の技術を適用しても、幅方向の温度むらはそれほど大きくならない場合もある。一方、水量密度が４．０ｍ^３/ｍ^２・ｍｉｎよりも高い場合でも、本発明の技術を用いることは有効であるが、設備コストが高くなるなど実用化の上での問題があるので、１．５〜４．０ｍ^３/ｍ^２・ｍｉｎが最も実用的な水量密度である。

本発明の冷却技術を適用するのは、冷却ヘッダの前後に水切りロールを配する場合が特に効果的であるが、水切りロールがない場合にも適用することは可能である。例えば、ヘッダが長手方向に比較的長く（２〜４ｍ程度ある場合）、そのヘッダの前後でパージ用の水スプレーを噴射して、非水冷ゾーンへの水漏れを防止する冷却設備に適用することも可能である。

なお、本発明において、鋼板下面側の冷却装置については、特に限定されるものではない。図１、２に示す実施形態では、上面側の冷却装置と同様の円管ノズル４を備えた冷却ヘッダ２の例を示したが、鋼板下面側の冷却では、噴射された冷却水は鋼板に衝突した後に自然落下するので、上面側冷却のような冷却排水を鋼板幅方向に排出する隔壁５はなくてよい。また、膜状冷却水や噴霧状のスプレー冷却水などを供給する公知の技術をもちいてもよい。

以下、本発明の一実施例として、厚板圧延のプロセスにおいて、引張強度５９０ＭＰａクラスの鋼板の冷却を行う場合について、図面に基づいて説明する。

図８に概略を示す厚板圧延設備において、加熱炉から抽出されたスラブを圧延機によって、成形、幅出し圧延を行った後、粗圧延を行い、さらに仕上圧延を行って板厚を２５ｍｍ、板幅を４．５ｍとした。仕上圧延直後に測定した鋼板表面温度、すなわち仕上温度は８２０℃であった。この後に、ホットレベラを通して、加速冷却設備において加速冷却を行った。冷却開始温度７８０℃から冷却終了温度（加速冷却設備出側で復熱後の温度を測定した値）５６０℃まで冷却を行った。

本発明例１として、前記実施形態に示した上面冷却設備を用いた。本冷却設備は、図１に示すように鋼板上面に供給した冷却水を隔壁の上方に流して、さらに図４に示すように鋼板幅方向側方から排水できるような流路を設けた設備である。

隔壁には、直径１２ｍｍの孔を碁盤の目のようにあけ、図３に示すように、千鳥格子状に配列した給水口に円管ノズルを内挿し、残りの孔を排水口として用いた。また、図２に示すように、鋼板搬送方向の最上流側列の冷却水噴射ノズルは、鋼板搬送方向の上流方向へ３０度傾け、鋼板搬送方向の最下流側列の冷却水噴射ノズルは、鋼板搬送方向の下流方向へ３０度傾けて、水切りロールに近い位置にも冷却水を供給した。なお、ヘッダ下面と隔壁上面の距離は１００ｍｍとした。

ノズルは、内径５ｍｍ、外径９ｍｍ、長さ１７０ｍｍとし、その上端をヘッダ内へ突出させた。また、棒状冷却水の噴射速度を８．９ｍ／ｓとした。鋼板幅方向のノズルピッチは５０ｍｍとして、テーブルローラ間距離１ｍのゾーン内でノズルを長手方向に１０列並べた。上面の水量密度は、２．１ｍ^３/ｍ^２ ・ｍｉｎであった。上面冷却のノズル下端は、板厚２５ｍｍの隔壁の上下表面の中間位置となるように設置し、鋼板表面までの距離は８０ｍｍとした。

なお、下面冷却設備については、図１に示すような、隔壁を備えないこと以外は上面冷却設備と同様の冷却設備を用い、棒状冷却水の噴射速度および水量密度を上面の１．５倍とした。

本発明例１の上面冷却設備は、排水口の総断面積がノズル内径の総断面積の約６倍と十分に広いので、鋼板に当たった噴射冷却水は上方に流れ、速やかに排出された。さらに、ヘッダ下面と隔壁上面の間の空間での鋼板幅方向両外側への流路断面積はノズル内径の総断面積の約５倍と十分に広かったので、板端部からの排水性も非常に良好であった。冷却後の冷却排水が速やかに排除されるので、後続で供給される冷却水が容易に滞留水膜を貫通することができ、従来よりも高い冷却能力を得ることができた。

板幅中央での冷却停止温度を５６０℃とするための冷却時間は２．５秒となった。冷却速度が高くなったため、高強度を得るために必要な鋼の合金成分（例えばＭｎなど）の削減が可能となり、製造コストを削減することができる。

鋼板幅方向の温度分布は、５５０〜５６０℃で図７に示すようなほぼ均一な分布になり、鋼板幅方向の温度むらは小さく、１０℃になった。このため、材料試験の合格率は９９．５％と高く、歩留りも十分に高かった。

ノズルの下端を隔壁の上下端の中間位置としたので、プリレベラで発生した上反りを修正しきれなかった鋼板や、冷却中に上反りが発生した鋼板が隔壁にぶつかっても、隔壁が保護板の役目を果たし、ノズルが壊れることはなかった
これに対し、比較例として、特許文献２に記載された隔壁にスリット状の孔を設ける従来技術の冷却設備を用いた。なお、隔壁に設ける孔形状以外の条件は、上述の本発明例１にそろえた。この比較例の冷却設備は、図９に示すように、鋼板に衝突した後の冷却水は上方に抜けにくいので、板幅中央での冷却停止温度を５６０℃とするために、３秒の水冷時間が必要であった。

冷却停止温度の板幅方向分布は、図６に示すような凹型になった。板端部付近での最も高い温度は６００℃であり、幅方向の温度むら（最高温度-最低温度）は４０℃になった。製品の一部を取り出して材料試験を行った結果、合格率は７０％と低く、歩留りも悪かった。

また、隔壁には孔がスリット状に空いているが、この部分の剛性は弱く、上反りした鋼板がぶつかった時に、隔壁とノズルが変形して破損した。

本発明の実施例２として、実施例１と同様の厚板圧延のプロセスにおいて、以下に示す冷却条件を変更した場合について説明する。

本発明例２で用いた冷却設備は、図１に示す本発明例１と同様の上面冷却設備において、隔壁に直径１１ｍｍの孔と直径１４ｍｍの孔を交互に碁盤の目のようにあけ、図３に示すように、千鳥格子状に配列した直径１４ｍｍの孔を給水口として円管ノズルを内挿し、残りの直径１１ｍｍの孔を排水口として用いた。なお、ヘッダ下面と隔壁上面の距離は１００ｍｍとした。

ノズルは、内径８ｍｍ、外径１１ｍｍ、長さ１７０ｍｍとし、その上端をヘッダ内へ突出させた。また、棒状冷却水の噴射速度を６．３ｍ／ｓとした。上面の水量密度は、３．８ｍ^３/ｍ^２ ・ｍｉｎであった。上面冷却のノズル下端は、板厚３０ｍｍの隔壁の上下表面の中間位置となるように設置し、鋼板表面までの距離は５０ｍｍとした。上記以外の条件については、本発明例１と同様とした。

なお、下面冷却設備については、図１に示すような、隔壁を備えないこと以外は上面冷却設備と同様の冷却設備を用い、ノズル先端から鋼板表面までの距離は８０ｍｍとした。また、棒状冷却水の噴射速度および水量密度を上面の１．５倍とした。

本発明例２の上面冷却設備は、排水口の総断面積がノズル内径の総断面積の約２倍と十分に広いので、鋼板に当たった噴射冷却水は上方に流れ、速やかに排出された。さらに、ヘッダ下面と隔壁上面の間の空間での鋼板幅方向両外側への流路断面積はノズル内径の総断面積の約２倍と十分に広かったので、板端部からの排水性も非常に良好であった。

板幅中央での冷却停止温度を５６０℃とするための冷却時間は２．０秒、鋼板幅方向の温度分布は５５０〜５６０℃で図７に示すようなほぼ均一な分布になり、本発明例１と同様に、高冷却速度で均一な冷却を行うことができた。

１ 上ヘッダ
２ 下ヘッダ
３ 上冷却水噴射ノズル（円管ノズル）
４ 下冷却水噴射ノズル（円管ノズル）
５ 隔壁
６ 給水口
７ 排水口
８ 噴射冷却水
９ 排出水
１０ 水切ロール
１１ テーブルローラ
１２ 鋼板

Claims (7)

1. 鋼板の熱間圧延ラインに設置される熱鋼板の冷却設備であって、熱鋼板の上面に冷却水を供給するヘッダと、該ヘッダから懸垂した棒状冷却水を噴射する冷却水噴射ノズルと、前記熱鋼板と前記ヘッダとの間に設置される隔壁とを備えるとともに、前記隔壁には、前記冷却水噴射ノズルの下端部を内挿する給水口と、前記熱鋼板の上面に供給された冷却水を前記隔壁上へ排水する排水口とが、多数設けられていることを特徴とする熱鋼板の冷却設備。
2. 隔壁に設けられた排水口の総断面積およびヘッダ下面と隔壁上面とに囲まれた空間内での鋼板幅方向流路断面積が、いずれも冷却水噴射ノズル内径の総断面積の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱鋼板の冷却設備。
3. ヘッダの前後に水切用ロールを配したことを特徴とする請求項１または２に記載の熱鋼板の冷却設備。
4. 冷却水噴射ノズルの内径３〜８ｍｍ、長さ１２０〜２４０ｍｍ、前記冷却水噴射ノズル下端から熱鋼板表面までの距離を３０〜１２０ｍｍ、前記冷却水噴射ノズルから噴射される冷却水の流速を６ｍ／ｓ以上、水量密度を１．５〜４．０ｍ^３/ｍ^２ ・ｍｉｎとすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱鋼板の冷却設備。
5. 隔壁に設けられた給水口に内挿した冷却水噴射ノズルの外周面と前記給水口の内面との隙間を３ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱鋼板の冷却設備。
6. 鋼板幅方向に並んだ冷却水噴射ノズルのうち、鋼板搬送方向の最上流側列の冷却水噴射ノズルは、鋼板搬送方向の上流方向へ１５〜６０度傾けられ、鋼板搬送方向の最下流側列の冷却水噴射ノズルは、鋼板搬送方向の下流方向へ１５〜６０度傾けられてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱鋼板の冷却設備。
7. 熱間圧延後の熱鋼板を冷却するに際し、請求項１乃至６のいずれかに記載の熱鋼板の冷却設備から噴射する棒状冷却水により、鋼板上面側を冷却することを特徴とする熱鋼板の冷却方法。

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