JP2016036846A - 冷却装置及び過冷却抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱延鋼板製造ラインの熱延鋼板の冷却装置において、エッジ領域の過冷却の問題を効果的に解決できる技術の提供。【解決手段】熱延鋼板の製造ラインにおいて、熱延鋼板の幅方向に延び複数の冷却ノズル１１が取り付けられた冷却ヘッダ１０を複数備え、熱延鋼板の上面に、冷却ノズルから冷却水を噴射する冷却装置１であって、熱延鋼板の幅方向の両側に、熱延鋼板長手方向に沿って複数並んで配置されるパージスプレー１４を備え、パージスプレー１４は、熱延鋼板の上面におけるエッジ領域に流れ込む冷却水に向けて液体を噴射して、冷却水のエッジ領域への流入量を低減する冷却装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、熱延鋼板の製造ラインにおいて、熱延鋼板を冷却するための冷却装置及び冷却の際にエッジ領域が過冷却されることを抑制する過冷却抑制方法に関するものである。

熱延鋼板の製造ラインにおいて、熱間圧延直後の高温状態の熱延鋼板は、冷却装置を用いて水冷却される。この水冷却で、熱延鋼板に高強度や高靭性等の特性を付与できるため、上記冷却装置は、熱延鋼板の製造ラインに好ましく適用される。

ところで、熱延鋼板の幅方向の端部（エッジ領域）は、形状的に放熱面が多いこと等の影響を受け、他の部分に比べて冷却されやすい。この幅方向の温度偏差によって、本来はエッジ領域では熱収縮した状態となっているはずが、材料が仕上げ圧延機とコイラーの両方に噛みこんでいる時は巻取りのための張力が材料に掛かっており、この張力の多くをエッジ領域が負担することになり、結果としてエッジ領域が伸ばされた状態となり耳波が発生する。

このため、熱間圧延後の熱延鋼板を幅方向にわたって冷却水量を均一にして冷却すると、熱延鋼板の幅方向に不均一な温度分布が生じる。熱延鋼板の幅方向に不均一な温度分布が生じると、冷却した後の熱延鋼板で熱歪が発生する。この残留応力によって、鋼板に切断、曲げなどの加工を施した際に予期しない変形が生じる場合がある。

熱延鋼板の幅方向に不均一な温度分布が生じることを防止するために、エッジ領域に向かう冷却水を遮蔽するマスキング部を冷却装置に設ける技術が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開昭６１−８６０２２号公報 特開２００７−６９２５０号公報

上記マスキング部を設ける技術で一定の効果が得られるものの、エッジ領域に流れ込む冷却水の影響が大きく、その効果は十分とはいえない。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エッジ領域の過冷却の問題を効果的に解決できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を重ねた。その結果、熱延鋼板の製造ラインにおいて、熱延鋼板の幅方向に延び複数の冷却ノズルが取り付けられた冷却ヘッダーを複数備え、熱延鋼板の上面に、前記冷却ノズルから冷却水を噴射する冷却装置であって、熱延鋼板長手方向に沿って、熱延鋼板の幅方向の両側に複数並んで配置されるパージスプレーを備え、このパージスプレーで、熱延鋼板の上面におけるエッジ領域に流れ込む冷却水に向けて液体を噴射して、冷却水のエッジ領域への流入量を低減することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には本発明は以下のものを提供する。

［１］熱延鋼板の製造ラインにおいて、熱延鋼板の幅方向に延び複数の冷却ノズルが取り付けられた冷却ヘッダーを複数備え、熱延鋼板の上面に、前記冷却ノズルから冷却水を噴射する冷却装置であって、熱延鋼板の幅方向の両側に、熱延鋼板長手方向に沿って複数並んで配置されるパージスプレーを備え、前記パージスプレーは、熱延鋼板の上面におけるエッジ領域に流れ込む冷却水に向けて液体を噴射して、前記冷却水の前記エッジ領域への流入量を低減することを特徴とする冷却装置。

［２］さらに、前記熱延鋼板と前記冷却ヘッダーとの間に、前記冷却ノズルから前記エッジ領域へ向かう冷却水をマスクするマスキング部を備えることを特徴とする［１］に記載の冷却装置。

［３］前記冷却ノズルが取り付けられた複数の前記冷却ヘッダーから構成される、複数の冷却ゾーンを有し、冷却ゾーン間に温度計をさらに備えることを特徴とする［１］又は［２］に記載の冷却装置。

［４］熱延鋼板の製造ラインにおいて、熱延鋼板の上面に冷却水を噴射した後、熱延鋼板のエッジ領域に流れ込む冷却水の流入量を低減することで、熱延鋼板のエッジ領域の過冷却を抑制することを特徴とする過冷却抑制方法。

本発明によれば、冷却される熱延鋼板の、鋼板幅方向の温度分布の均一化制御が可能となる。その結果、エッジ領域の過冷却の問題を効果的に抑えることができる。

特に、現状の設備構成では、巻取り温度が６２０℃以下になると、温度分布がより不均一になりやすい。しかし、本発明によれば、このような場合にも、エッジ領域の過冷却の問題を効果的に抑えることができる。

本発明の冷却装置を備える熱延鋼板製造ラインの一部を鋼板幅方向から見たときの様子を模式的に示す図である。 本発明の冷却装置を備える熱延鋼板製造ラインの一部を、鋼板長手方向から見たときの様子を模式的に示す図である。 鋼板上面を冷却水が流れる様子を示す模式図であり、（ａ）は従来例に関する図であり、（ｂ）は本発明に関する図である。 横軸に巻取り温度（鋼板中央）、縦軸に巻取り温度（エッジ領域）のグラフである。 第二実施形態の冷却装置を前方から見た様子を模式的に示す図である。 第三実施形態の冷却装置を側方ら見た様子を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

＜冷却装置の構成＞
図１、２は、本発明の冷却装置を備える熱延鋼板製造ラインの一部を鋼板幅方向から見たときの様子を模式的に示す図である。図２は、本発明の冷却装置を備える熱延鋼板製造ラインの一部を、鋼板長手方向から見たときの様子を模式的に示す図である。

図１に示す通り、本発明の冷却装置１は、ヘッダー１０と、ノズル１１と、開閉弁１２と、給水管１３と、パージスプレー１４と、水切りスプレー１５とを有する。冷却装置１は、熱延鋼板製造ラインの仕上げ圧延機２の下流側に配置され、搬送ロール３にて搬送される熱延鋼板Ｓ（鋼板Ｓという場合がある）を冷却する。

ヘッダー１０は、鋼板の長手方向に一定の間隔を空けて並び、鋼板の表面側と裏面側に配置される。上記一定間隔は等間隔であってもよいし、等間隔でなくてもよい。この間隔は鋼板Ｓの冷却条件に応じて適宜設定すればよい。

ノズル１１は、ヘッダー１０の長手方向に一定の間隔を空けて取り付けられる。ノズル１１は、鋼板Ｓへ向けて冷却水を噴射するためのものであり、ノズル１１の噴射孔は鋼板Ｓの方向を向いている。上記一定の間隔は、等間隔であってもよいし、等間隔でなくてもよい。この間隔は所望の冷却条件に応じて適宜設定される。

開閉弁１２は、各ヘッダー１０に接続され、ノズル１１からの冷却水の噴射、停止を切り替える部位である。また、開閉弁１２は、ノズル１１からの冷却水の噴射量の調整もすることができる。

給水管１３は、冷却水源（図示せず）からヘッダー１０まで、冷却水を移動させるための配管であり、各ヘッダー１０に接続されている。

パージスプレー１４は、鋼板Ｓの幅方向の両側に、鋼板Ｓの長手方向に沿って複数並んで配置される。パージスプレー１４は、鋼板Ｓの上面におけるエッジ領域に流れ込む冷却水に向けて液体を噴射する。

パージスプレー１４の個数は、特に限定されないが、図１、２に示す通り、１個のヘッダー１０当たり２個のパージスプレー１４をヘッダー１０の両端近傍に備えることが好ましい。また、パージスプレー１４は、鋼板Ｓの幅方向にヘッダー１０と並んで配置されてもよいが、図１に示すように、鋼板Ｓの長手方向において、隣合うヘッダー１０の間にパージスプレー１４が位置することが好ましい。また、図２に示すように、一端側のパージスプレー１４と他端側のパージスプレー１４とが対向する位置に配置されていてもよいが、ずれて配置されていてもよい。

本発明において、パージスプレー１４から噴射される液体の種類は特に限定されないが、水であることが好ましい。

本発明においては、図１に示すように、パージスプレー１４から噴射される液体は、鋼板Ｓの長手方向に所定の角度αで広がることが好ましい。特に、図１に示すように広がりながら噴射された液体は、裾部分で、隣接するパージスプレー１４から噴射された液体の裾部分と重なることが好ましい。なお、図１では、隣り合うパージスプレー１４から噴射される液体が鋼板Ｓの長手方向に広がる角度αが同じであるが、異なってもよい。

図２に示すように、一端側のパージスプレー１４から噴射される液体の進行方向を方向Ａ_１、該進行方向Ａ_１と鋼板Ｓとの交点を交点Ｏ_１、交点Ｏ_１から鋼板Ｓの一端に向かう方向を方向Ｂ_１としたときに、方向Ａ_１と方向Ｂ_１との成す角θ_１が鋭角である。また、図２に示すように、他端側に配置されたパージスプレー１４から噴射される液体の進行方向を方向Ａ_２、該進行方向Ａ_２と鋼板Ｓとの交点を交点Ｏ_２、交点Ｏ_２から鋼板Ｓの他端に向かう方向を方向Ｂ_２としたときに、方向Ａ_２と方向Ｂ_２との成す角θ_２が鋭角である。

角θ_１と角θ_２とは同じであっても異なってもよい。また、角θ_１、角θ_２は、エッジ領域の過冷却を抑制する観点から定められ、その角度は特に限定されないが、１０〜７５°であることが好ましい。

図２では、エッジ領域とセンター領域との境界に向けて、パージスプレー１４の液体が噴射されるが、パージスプレー１４の液体が向かう方向は、上記端部でなくてもよい。パージスプレー１４の液体が向かう方向は、過冷却を抑える観点から適宜設定すればよいが、パージスプレー１４の液体が向かう方向が、上記端部近傍であれば効果的であり好ましい。なお、エッジ領域は、過冷却されやすい部分を指し、鋼板の厚みや材質により異なるが、通常、鋼板の幅方向端面から１００ｍｍ以内の範囲である。

水切りスプレー１５は、鋼板Ｓの表面に残存した不要な冷却水を除去するためのものである。水切りスプレー１５は、一般的なものを採用可能である。なお、本発明の冷却装置は水切りスプレー１５を備えなくてもよい。

＜効果＞
続いて、本発明の冷却装置の効果について説明する。図３は鋼板上面を冷却水が流れる様子を示す模式図であり、（ａ）は従来例に関する図であり、（ｂ）は本発明に関する図である。

図３（ａ）に示す通り、鋼板Ｓ上で冷却水はエッジ領域方向に広がりながら流れるため、従来例では、エッジ領域は形状的に冷却されやすいことに加えて、多量の冷却水に曝されてさらに冷却されやすく、エッジ領域の過冷却の問題が顕著に生じる。

これに対して、図３（ｂ）に示す通り、本発明では、パージスプレー１４から噴射された液体により、少なくとも一部の冷却水はエッジ領域への流入が妨げられる。その結果、エッジ領域への冷却水の流入量が少なくなり、エッジ領域は冷やされにくくなる。その結果、過冷却の問題が生じにくくなる。

特に、図１、３（ｂ）に示すように、鋼板Ｓの長手方向に広がりながら、パージスプレー１４から液体が噴射されることで、エッジ領域への冷却水の流入が大幅に抑えられ、エッジ領域の過冷却抑制効果が顕著に高まる。そして、広がりながら噴射された液体の裾部分が、隣接するパージスプレー１４から噴射された液体の裾部分と重なることで、上記効果はさらに高まる。

また、ヘッダー１０のノズル１１から出た冷却水は、鋼板Ｓの搬送とともに徐々に鋼板端部へ広がりながら、鋼板上面を流れる（図３（ａ）参照）。このため、図１に示すように、鋼板Ｓの長手方向において、隣り合うヘッダー１０間に、パージスプレー１４が配置されることで、広がり始めた冷却水の流入を抑えることができる。その結果、冷却水の流入量低減の効果が高まる。

また、図１に示すように、１個のヘッダー１０当たり１個のパージスプレー１４を備えることで、各ヘッダー１０からの冷却水に対応できるため、より過冷却抑制の効果が高まる。

また、図２に示すように、エッジ領域の鋼板中央側の上面側端部近傍に向けて、パージスプレー１４から液体が噴射されることで、エッジ領域全体の過冷却を十分に抑えられるため好ましい。

また、角θ_１、角θ_２が、１０〜７５°であることで、エッジ領域に流れ込もうとする冷却水を効果的に鋼板中央側に押し戻すことができる。

本発明によれば、上記の通り、仕上げ圧延機２から巻取機（図示せず）の間で冷却される鋼板Ｓの、幅方向の温度分布の均一化制御が可能となる。特に、現状の設備構成では、センター領域の巻取温度に基づいて冷却水が吐出されるため、エッジ領域での遷移沸騰温度域に掛かるＣＴ６２０℃（センター領域）以下では幅方向の温度差が拡大する（図４参照（図４には横軸に巻取り温度（鋼板中央）、縦軸に巻取り温度（エッジ領域）のグラフを示す。））。しかし、本技術によりこの温度差を極限まで低減することが可能となる。その結果、巻取り中の鋼板に掛かる幅方向の熱歪による応力分布を均一化することが可能となり、板形状を耳波化することを抑制することができる。

また、冷却装置１が水切りパージ１５を有することで、水切りロールが不要になり、水切りロール表面の付着物等が鋼板に転写する問題が生じず、鋼板に傷が付くことによる不良品の発生を抑制できる。

＜第二実施形態＞
本発明の冷却装置の第二実施形態について説明する。なお、第二実施形態の冷却装置の説明において、第一実施形態の冷却装置１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５は、第二実施形態の冷却装置を鋼板長手方向（前方）から見た様子を模式的に示す図である。第二実施形態の冷却装置１は、マスキング部１６を備える以外は、第一実施形態の冷却装置１と同じである。

図５に示す通り、マスキング部１６は、鋼板Ｓのエッジ領域と、ヘッダー１０の端部との間に配置される。

図５に示す冷却装置１のマスキング部１６は、板状であり、鋼板の内側から外側に向けて下る傾斜が存在する。鋼板Ｓのエッジ領域に向かう冷却水が、マスキング部１６に当たり、この傾斜を沿って移動することで、冷却水はエッジ領域に衝突しない。

マスキング部１６を備えることで、ノズル１１からエッジ領域に直接向かう冷却水が鋼板Ｓのエッジ領域に衝突することが抑えられる。その結果、エッジ領域の過冷却の問題をさらに抑えやすくなる。

なお、マスキング部１６は、鋼板幅方向に傾斜している必要はない。例えば、マスキング部１６に衝突した冷却水が樋等に流れ込む構造として、エッジ領域への冷却水の衝突を抑えてもよい。

＜第三実施形態＞
本発明の冷却装置の第三実施形態について説明する。なお、第三実施形態の冷却装置の説明において、第一実施形態の冷却装置１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６は、第三実施形態の冷却装置を鋼板幅方向（側方）から見た様子を模式的に示す図である。第三実施形態の冷却装置１は、複数のヘッダー１０から構成される第一冷却ゾーンＺ_１と第二冷却ゾーンＺ_２に分かれており、第一冷却ゾーンＺ_１と第二冷却ゾーンＺ_２との間に温度測定部１７を備える以外は、第一実施形態の冷却装置１と同様である。

温度測定部１７は、鋼板Ｓの幅方向両端にあるエッジ領域、鋼板Ｓの幅方向中央部の温度を測定できる。

鋼板Ｓの冷却途中で鋼板Ｓの幅方向中央部とエッジ領域の温度を確認し、この結果に基づいて、その後の冷却条件、これから冷却される鋼板の冷却条件を調整することで、冷却による変形をより抑えやすくなる。具体的には、冷却ゾーン間に設けられた温度計により、鋼板幅方向の温度偏差を認識して、その後の冷却におけるパージスプレー１４からの液体の噴射の要否を決定したり、液体の噴射量を調整したりして、過冷却の問題を迅速に改善できる。

１ 冷却装置
１０ ヘッダー
１１ ノズル
１２ 開閉弁
１３ 給水管
１４ パージスプレー
１５ 水切りスプレー
１６ マスキング部
１７ 温度測定部
２ 仕上げ圧延機
Ｓ 熱延鋼板
Ｚ１ 第一冷却ゾーン
Ｚ２ 第二冷却ゾーン

Claims (4)

1. 熱延鋼板の製造ラインにおいて、熱延鋼板の幅方向に延び複数の冷却ノズルが取り付けられた冷却ヘッダーを長手方向に複数備え、熱延鋼板の上面に、前記冷却ノズルから冷却水を噴射する冷却装置であって、
   熱延鋼板の幅方向の両側に、熱延鋼板長手方向に沿って複数並んで配置されるパージスプレーを備え、
   前記パージスプレーは、熱延鋼板の上面におけるエッジ領域に流れ込む冷却水に向けて液体を噴射して、前記冷却水の前記エッジ領域への流入量を低減することを特徴とする冷却装置。
2. さらに、前記熱延鋼板と前記冷却ヘッダーとの間に、前記冷却ノズルから前記エッジ領域へ向かう冷却水をマスクするマスキング部を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記冷却ノズルが取り付けられた複数の前記冷却ヘッダーから構成される、複数の冷却ゾーンを有し、
   冷却ゾーン間に温度計をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 熱延鋼板の製造ラインにおいて、熱延鋼板の上面に冷却水を噴射した後、熱延鋼板のエッジ領域に流れ込む冷却水の流入量を低減することで、熱延鋼板のエッジ領域の過冷却を抑制することを特徴とする過冷却抑制方法。

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