JP2024058949A - 鋼材の冷却方法、及び、鋼材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】赤さびの発生率を増やすことなく、冷却床での冷却能力を高めることができる鋼材の冷却方法、及び、鋼材の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の鋼材の冷却方法は、熱間圧延された鋼材を冷却床で冷却する鋼材の冷却方法であって、冷却床における鋼材の長手方向の端よりも外側に配置された冷却装置から、鋼材の長手方向に延在する面の長手方向に沿った方向に、空気と霧滴状の冷媒液体とを同時に噴射して鋼材を冷却する。【選択図】図５

Description

本発明は、鋼材の冷却方法、及び、鋼材の製造方法に関する。

鋼材として形鋼、特にＨ形鋼を例として、その製造プロセスを述べる。
熱間圧延工程を経て、製品断面形状となった鋼材は、熱間鋸断装置で所定の長さに切断されたのちに、鋼材の温度が高温の状態で冷却床に搬送される。鋼材は、この冷却床内で、所定の速度で搬送されつつ、鋼材の温度がほぼ常温となるまで冷却される。冷却床での冷却が終了した鋼材は、この後、矯正機を用いた冷間矯正工程と検査工程とを経て製品となる。鋼材として形鋼であるＨ形鋼の場合、冷却床ではＨ形鋼がＩ姿勢に配置されて冷却されることが多い。このとき、Ｈ形鋼の冷却を促進するために、Ｉ姿勢に配置されたＨ形鋼の上下方向から、フランジに向けてスプレーノズルから冷却水を噴射し、スプレー冷却によってフランジの冷却を促進させることがある。フランジをスプレー冷却するのは、ウェブよりもフランジの厚みが厚く、空冷でのフランジの冷却速度がウェブよりも遅いためである。

特許文献１には、Ｉ姿勢のＨ形鋼の上下のフランジ外面とウェブ面とに冷却水を噴射し、Ｈ形鋼を冷却する技術が開示されている。特許文献１に開示された技術では、Ｈ形鋼をＩ姿勢で冷却することによって、ウェブ上の水の滞留をなくし、ウェブの不均一冷却を抑制して、強度品質のばらつきを低減することを目的としている。また、特許文献２には、結束された棒鋼を井桁状に配置し、これを下方向からミストファンから噴射した冷却ミストで冷却する技術が開示されている。また、特許文献３には、段積みされた熱延コイルをミストファンから噴射した冷却ミストで冷却する技術が開示されている。

特開平０７－１８５６３８号公報 特開２０２０－１６４９８４号公報 特開２０１３－１８８７５３号公報

Ｈ形鋼の場合には、サイズの拡大が進められており、これに応じて厚みの厚い製品が増えている。特に、ウェブ厚みに対してフランジ厚みを相対的に厚くする傾向が高い。フランジの厚みが厚くなるほど、熱間圧延後の冷却床での冷却時間が長くなってしまい、Ｈ形鋼の生産性が低下する。このため、冷却床での冷却能力を高めることが望まれている。冷却床での冷却にはスプレー冷却があるが、スプレー冷却の水量を増やすと、その冷却水の排水処理能力も高める必要があり、大掛かりな設備投資を要する。また、スプレー冷却の水量を増やすと、冷却後の鋼材表面にその冷却水が残り易く、これが鋼材表面に発生する赤さびの原因となるため好ましくない。このため、大きな設備改造なしで、より簡便な方法により、鋼材表面に発生しやすい赤さびの発生率を増やすことなく、冷却床での冷却能力を高めることが望まれている。なお、特許文献２及び３には、ミストファンから冷却ミストを噴射して棒鋼や熱延コイルを冷却する技術が開示されているが、冷却を行う場所が熱間圧延工程を経た鋼材を順にオンラインで冷却する冷却床ではない。したがって、特許文献２及び３に開示された技術をそのまま、鋼材の冷却床での冷却に用いることはできない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、赤さびの発生率を増やすことなく、冷却床での冷却能力を高めることができる鋼材の冷却方法、及び、鋼材の製造方法を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼材の冷却方法は、熱間圧延された鋼材を冷却床で冷却する鋼材の冷却方法であって、前記冷却床における前記鋼材の長手方向の端よりも外側に配置された冷却装置から、前記鋼材の長手方向に延在する面の長手方向に沿った方向に、空気と霧滴状の冷媒液体とを同時に噴射して前記鋼材を冷却することを特徴とするものである。

また、本発明に係る鋼材の冷却方法は、上記の発明において、前記冷却装置から噴射する空気量は、噴射方向に対して垂直となる水平方向の単位長さあたり２００［Ｎｍ３／分］以上であり、前記冷却装置から噴射する前記冷媒液体の流量は、噴射方向に対して垂直となる水平方向の単位長さあたり０．２～４．０［Ｌ／分］であり、前記冷却装置から噴射された前記冷媒液体の液滴の粒子径（平均液滴径）は、１０～２００［μｍ］であることを特徴とするものである。

また、本発明に係る鋼材の製造方法は、鋼材を熱間圧延する熱間圧延工程と、前記熱間圧延工程で熱間圧延した前記鋼材を、上記の発明の鋼材の冷却方法を用いて冷却床で冷却する冷却工程と、を備えることを特徴とするものである。

本発明に係る鋼材の冷却方法、及び、鋼材の製造方法は、赤さびの発生率を増やすことなく、冷却床での冷却能力を高めることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る鋼材の製造方法で製造するＨ形鋼の断面形状を示した図である。 図２は、鋼矢板の断面形状を示した図である。 図３は、実施形態に係る鋼材の製造方法の各工程の一例を示した図である。 図４は、実施形態に係る鋼材の製造方法の各工程の他例を示した図である。 図５は、冷却床冷却工程で行われる各工程を模式的に示した平面図である。 図６は、冷却床冷却工程で行われる各工程を模式的に示した正面図である。 図７（ａ）は、ミスト冷却工程で用いるミスト冷却装置の一例を示した正面図である。図７（ｂ）は、ミスト冷却工程で用いるミスト冷却装置の一例を示した側面図である。 図８（ａ）は、ミスト冷却工程で用いるミスト冷却装置の他例を示した正面図である。図８（ｂ）は、ミスト冷却工程で用いるミスト冷却装置の他例を示した側面図である。 図９は、冷却床でのミスト冷却装置の設置位置の一例を示した図である。 図１０は、スプレー冷却工程で用いられるスプレー冷却装置の一例を示した図である。

以下に、本発明に係る鋼材の冷却方法、及び、鋼材の製造方法の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る鋼材の製造方法で製造するＨ形鋼１の断面形状を示した図である。

実施形態に係る鋼材の製造方法は、例えば、鋼材として形鋼である図１に示すようなＨ形鋼１の製造に用いられる。Ｈ形鋼１は、長手方向に直交する断面形状において、一方向に延びるウェブ１０と、ウェブ１０の延在方向の両端に接続され、前記延在方向に直交する幅方向に延在してそれぞれ設けられる一対のフランジ１１とを有する。なお、本実施形態においては、ウェブ１０の延在方向が水平方向となり、フランジ１１の幅方向が鉛直方向となるＨ形鋼１の姿勢をＨ姿勢という。また、本実施形態においては、ウェブ１０の延在方向が鉛直方向となり、フランジ１１の幅方向が水平方向となるＨ形鋼１の姿勢をＩ姿勢という。

なお、実施形態に係る鋼材の製造方法で製造する鋼材としては、Ｈ形鋼１に限定されるものではない。すなわち、実施形態に係る製造方法は、図２に示すようなウェブ１１１とフランジ１１２と継手部１１３とを有する鋼矢板１０１、溝形鋼、及び、山形鋼などのＨ形鋼１以外の形鋼の製造にも適用が可能である。さらに、実施形態に係る製造方法は、丸棒、鋼管、及び、厚鋼板などの製造にも適用が可能である。

図３は、実施形態に係る鋼材の製造方法の各工程の一例を示した図である。

図３に示した実施形態に係る鋼材の製造方法は、加熱工程Ｓ１、熱間圧延工程Ｓ２、熱間鋸断工程Ｓ３、冷却床冷却工程Ｓ４、冷間矯正工程Ｓ５、及び、検査工程Ｓ６を有している。加熱工程Ｓ１は、Ｈ形鋼１などの鋼材を加熱炉で加熱する工程である。熱間圧延工程Ｓ２は、加熱された鋼材を圧延機で熱間圧延する工程である。熱間鋸断工程Ｓ３は、圧延された鋼材を所定長さに熱間鋸断する工程である。冷却床冷却工程Ｓ４は、熱間鋸断された鋼材を常温まで冷却する工程である。冷間矯正工程Ｓ５は、冷却床で冷却された鋼材の歪みなどを矯正機によって冷間矯正する工程である。検査工程Ｓ６は、冷間矯正された鋼材の寸法の測定や外観などを検査する工程である。また、検査工程Ｓ６を経た鋼材は、製品として出荷工程に搬送される。

図４は、実施形態に係る鋼材の製造方法の各工程の他例を示した図である。

図４に示した実施形態に係る鋼材の製造方法は、加熱工程Ｓ１１、熱間圧延工程Ｓ１２、冷却床冷却工程Ｓ１３、冷間矯正工程Ｓ１４、冷間鋸断工程１５、及び、検査工程Ｓ１６を有している。加熱工程Ｓ１１は、Ｈ形鋼１などの鋼材を加熱炉で加熱する工程である。熱間圧延工程Ｓ１２は、加熱された鋼材を圧延機で熱間圧延する工程である。冷却床冷却工程Ｓ１３は、熱間圧延された鋼材を常温まで冷却する工程である。冷間矯正工程Ｓ１４は、冷却床で冷却された鋼材の歪みなどを矯正機によって冷間矯正する工程である。冷間鋸断工程Ｓ１５は、冷間矯正された鋼材を所定長さに冷間鋸断する工程である。検査工程Ｓ１６は、冷間鋸断された鋼材の寸法の測定や外観などを検査する工程である。また、検査工程Ｓ１６を経た鋼材は、製品として出荷工程に搬送される。

次に、実施形態に係る鋼材の製造方法において、鋼材としてＨ形鋼１の冷却を冷却床３で行う冷却床冷却工程について説明する。図５は、冷却床冷却工程で行われる各工程を模式的に示した平面図である。図６は、冷却床冷却工程で行われる各工程を模式的に示した正面図である。なお、ここでは、熱間圧延後に長手方向の長さが種々の長さ（１０～３０［ｍ］）で熱間鋸断されたＨ形鋼１を、冷却床３で冷却する場合を例に挙げて説明する。

実施形態に係る冷却床冷却工程は、（１）取り込み工程、（２）第１空冷工程、（３）ミスト冷却工程、（４）第２空冷工程、（５）スプレー冷却工程、及び、（６）払い出し工程を有している。実施形態に係る冷却床冷却工程では、冷却床３内での搬送中にＨ形鋼１が常温（例えば、約５０［℃］）まで冷却される。冷却床３内でのＨ形鋼１の滞留時間（冷却時間）は、例えば、１～３時間程度である。

図５及び図６に示すように、熱間圧延後に熱間鋸断されたＨ形鋼１は、冷却床３の入口側まではＨ姿勢でテーブルローラ２上をＨ形鋼１の長手方向と同方向であるＹ方向に搬送される。そして、テーブルローラ２から冷却床３にＨ形鋼を取り出す取り出し工程では、Ｈ形鋼１の長手方向と直交する方向にＨ形鋼１を９０［°］転回されてＩ姿勢にして、冷却床３に設けられた複数のスキッドレール３１上にＨ形鋼１を載置する。スキッドレール３１上に載置されたＨ形鋼１は、例えば、移動機構によるスキッドレール３１の移動や、移動チェーンまたはワイヤに取り付けられたドッグ（一般的には三角形状の押し爪）による押圧などによって、Ｈ形鋼１の長手方向（図５中のＹ方向）と直交する方向であるＸ方向へ搬送される。

冷却床３に取り出されたＨ形鋼１は、スキッドレール３１上を連続的または間欠的に搬送されつつ、第１空冷工程で空冷が行われる。第１空冷工程で空冷が行われたＨ形鋼１は、スキッドレール３１上を連続的または間欠的に搬送されつつ、複数のミスト冷却装置４によるミスト冷却が行われる。ミスト冷却工程では、冷却対象のＨ形鋼１の長手方向の端よりも外側に配置されたミスト冷却装置４から、Ｈ形鋼１の長手方向に延在する面（この例では、フランジ１１の内面及び外面）の長手方向に沿った方向に、空気と霧滴状の冷媒液体（冷却ミスト）とを同時に噴射してＨ形鋼１を冷却する。なお、ミスト冷却工程の前に空冷工程は必須ではないが、空冷の際にＨ形鋼１の曲がり反り形状や疵の有無などの確認を行うことができるため、ミスト冷却工程の前に空冷工程を設けることが好ましい。

ミスト冷却工程でミスト冷却が行われたＨ形鋼１は、スキッドレール３１上を連続的または間欠的に搬送されつつ、第２空冷工程で空冷が行われる。第２空冷工程で空冷が行われたＨ形鋼１は、スプレー冷却工程で複数のスプレー冷却装置５によるスプレー冷却が行われる。なお、ここでは、スプレー冷却工程の前にミスト冷却工程を設けているが、ミスト冷却工程とスプレー冷却工程との順番は特に制約はなく、スプレー冷却工程の後にミスト冷却工程を設けても良い。また、ミスト冷却工程とスプレー冷却工程との間に空冷期間（第２空冷工程）を設けずに、ミスト冷却工程とスプレー冷却工程とを連続して行っても構わない。さらには、スプレー冷却工程を設けることも必須ではない。

スプレー冷却工程でスプレー冷却が行われたＨ形鋼１は、払い出し工程で冷却床３のスキッドレール３１上からテーブルローラ６に払い出される。この払い出し工程では、Ｈ形鋼１の長手方向と直交する方向にＨ形鋼１を９０［°］転回させてＨ姿勢にして、テーブルローラ６上にＨ形鋼１を載置する。払い出し工程でテーブルローラ６に払い出されたＨ形鋼１は、テーブルローラ６によって冷却床３の出口側からＨ形鋼１の長手方向に搬送されて、次工程（例えば、冷間矯正工程）に送られる。

図７（ａ）は、ミスト冷却工程で用いるミスト冷却装置４の一例を示した正面図である。図７（ｂ）は、ミスト冷却工程で用いるミスト冷却装置４の一例を示した側面図である。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示したミスト冷却装置４は、回転軸４０を中心に回転するファン４１を内包する円筒胴４２を備えている。円筒胴４２は、上下方向に回動可能なように、軸部４５を介して台座４６に支持されている。円筒胴４２の送風口の周りには、円環状の配管４４が配置されている。配管４４には、円筒胴４２の送風口を囲むように、送風方向に向けて複数のミストノズル４３が周方向に所定間隔をあけて接続されている。複数のミストノズル４３は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すようにファン４１よりも前方に配置されている。配管４４内には冷媒液体が流れており、配管４４に接続された複数のミストノズル４３から霧滴状の冷媒液体である冷却ミストＭが噴射される。なお、冷却液体としては、例えば、水（冷却水）を用いることができる。複数のミストノズル４３から噴射された冷却ミストＭは、ファン４１によって発生させた気流に乗ってＨ形鋼１まで運ばれて、Ｈ形鋼１の冷却がなされる。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示したミスト冷却装置４においては、ファン４１で発生させた気流（空気の流れ）自体にもＨ形鋼１の対流冷却を促進させる効果があるため、冷却能力を向上させることができる。

ミスト冷却装置４としては、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように複数のミストノズル４３をファン４１よりも後方に配置した構成であってもよい。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示したミスト冷却装置４では、ファン４１の後方で複数のミストノズル４３から噴射された冷却ミストＭが、ファン４１によって発生させた気流によって円筒胴４２内に吸引され、円筒胴４２の送風口から空気とともに噴射される。

ここで、ミスト冷却装置４としては、冷却床３で冷却を行うＨ形鋼１の長さにもよるが、一般に、冷却ミストＭをＨ形鋼１の長手方向に１０［ｍ］以上の先まで飛ばして、１０［ｍ］以上の長さのＨ形鋼１を冷却できることが望まれる。このため、ミスト冷却装置４から噴射する空気量は、冷却床３内でＨ形鋼１が搬送される搬送方向の１［ｍ］あたり（噴射方向に対して垂直となる水平方向の単位長さあたり）に対して、２００［Ｎｍ３／分］以上であることが好ましい。ミスト冷却装置４から噴射する空気量が２００［Ｎｍ３／分］より少ないと、気流に乗せて冷却ミストＭを遠方に飛ばすことができず、Ｈ形鋼１の長手方向の一部分に対して、冷却能力が不足するおそれがある。なお、ミスト冷却装置４から噴射する空気量の上限は特に限定されるものではないが、あまりにも噴射する空気量が多いと、ミスト冷却装置４が大掛かりになって設備費が増大する懸念はある。

なお、ここでいうミスト冷却装置４から噴射する空気量は、冷却を行うＨ形鋼１の長手方向の一端側の被冷却面上におけるミスト冷却装置４に最も近い位置で測定する値である。通常は、Ｈ形鋼１の長手方向でミスト冷却装置４からＨ形鋼１の被冷却面上におけるミスト冷却装置４に最も近い位置までの距離は、１～３［ｍ］程度に設定される。

冷却ミストＭの液滴の大きさについては、液滴のザウター平均粒子径（以下、平均径と表記）で１０～２００［μｍ］が好適である。液滴の平均径が１０［μｍ］よりも小さくなると、Ｈ形鋼１に対する冷却能力が不足するおそれがある。一方、液滴の平均径が２００［μｍ］よりも大きくなると、冷却ミストＭを気流に乗せて遠方に飛ばすことが難しくなりやすく、Ｈ形鋼１の長手方向の一部分に対して、冷却能力が不足するおそれがある。

冷却ミストＭ（冷却水）の噴霧水量（流量）については、冷却床３内でＨ形鋼１が搬送される搬送方向の１［ｍ］あたり（噴射方向に対して垂直となる水平方向の単位長さあたり）に対して、０．２～４．０［Ｌ／分］が好適である。噴霧水量が０．２［Ｌ／分］よりも少なくなると、Ｈ形鋼１に対する冷却能力が不足するおそれがある。一方、噴霧水量が４．０［Ｌ／分］よりも多くなると、冷却ミストＭを気流に乗せて遠方に飛ばすことが難しくなり、Ｈ形鋼１の長手方向の一部分に対して、冷却能力が不足するおそれがある。また、適量範囲内の噴霧水量であれば、冷却ミストＭがＨ形鋼１の上に載った後、そのまま蒸発するため特に排水処理を考える必要はない。一方、噴霧水量が多過ぎると、冷却ミストＭがＨ形鋼１の上に載った後、蒸発しないでＨ形鋼１上に残る冷却水の量が多くなり、排水処理を考える必要が生じる場合がある。また、噴霧水量が多過ぎると、Ｈ形鋼１に付着した冷却水の一部がすぐには蒸発せずにＨ形鋼１上に残り、その冷却水が残った部分で赤さびが発生し、Ｈ形鋼１の外観を損ねるおそれがある。

なお、ここでいう、冷却ミストＭ（冷却水）の噴霧水量と、冷却ミストＭの液滴の大きさとは、Ｈ形鋼１の長手方向の一端側に設置しているミスト冷却装置４の出口側で測定した値である。また、ミストノズル４３から噴射する冷却ミストＭ（冷却水）の元圧力は、ミストノズル４３のスペックにもよるが、０．２［ＭＰａ］以上が好適である。また、ミストノズル４３の個数は、ミストノズル４３のスペックや噴霧水量にもよるが、ミスト冷却装置４の１台あたり１０～３０個が好適である。

図９は、冷却床３でのミスト冷却装置４の設置位置の一例を示した図である。

冷却床３においてミスト冷却装置４は、Ｈ形鋼１の長手方向の端部よりも外側となる位置に配置されている。図９では、先行側のＨ形鋼１Ａに対して、先行側のＨ形鋼１Ａの長手方向の先端よりもさらに前方側であって、Ｈ形鋼１Ａのウェブ１０Ａの延在方向で上下にミスト冷却装置４ＡＵとミスト冷却装置４ＡＬとを配置している。ミスト冷却装置４ＡＵは、先行側のＨ形鋼１Ａの上フランジ１１ＡＵに向けて、上フランジ１１ＡＵの内面及び外面の長手方向に沿った方向に冷却ミストＭを噴射する。ミスト冷却装置４ＡＬは、先行側のＨ形鋼１Ａの下フランジ１１ＡＬに向けて、下フランジ１１ＡＬの内面及び外面の長手方向に沿った方向に冷却ミストＭを噴射する。また、図９では、後行側のＨ形鋼１Ｂに対して、後行側のＨ形鋼１Ｂの長手方向の後端よりもさらに後方側であって、Ｈ形鋼１Ｂのウェブ１０Ｂの延在方向で上下にミスト冷却装置４ＢＵとミスト冷却装置４ＢＬとを配置している。ミスト冷却装置４ＢＵは、後行側のＨ形鋼１Ｂの上フランジ１１ＢＵに向けて、上フランジ１１ＢＵの内面及び外面の長手方向に沿った方向に冷却ミストＭを噴射する。ミスト冷却装置４ＢＬは、後行側のＨ形鋼１Ｂの下フランジ１１ＢＬに向けて、下フランジ１１ＢＬの内面及び外面の長手方向に沿った方向に冷却ミストＭを噴射する。

また、ミスト冷却工程で用いられるミスト冷却装置４は、冷却床３内でＨ形鋼１が搬送される方向に沿って複数台設置することができる。ミスト冷却装置４の設置台数は、必要な冷却能力に合わせて決定すればよい。

図１０は、スプレー冷却工程で用いられるスプレー冷却装置５の一例を示した図である。

スプレー冷却装置５は、複数の上スプレーノズル５１Ｕを有する上ヘッダ５２Ｕと、複数の下スプレーノズル５１Ｌを有する下ヘッダ５２Ｌとを備えている。上ヘッダ５２Ｕは、冷却床３内で搬送されるＨ形鋼１の上方に配置されている。下ヘッダ５２Ｌは、冷却床３内で搬送されるＨ形鋼１の下方に配置されている。上ヘッダ５２Ｕでは、先行側のＨ形鋼１Ａにおける上フランジ１１ＡＵの上面（外面）と、後行側のＨ形鋼１Ｂにおける上フランジ１１ＢＵの上面（外面）とに向けて、複数の上スプレーノズル５１Ｕから冷却水Ｗを噴射する。下ヘッダ５２Ｌでは、先行側のＨ形鋼１Ａにおける下フランジ１１ＡＬの下面（外面）と、後行側のＨ形鋼１Ｂにおける下フランジ１１ＢＬの下面（外面）とに向けて、複数の下スプレーノズル５１Ｌから冷却水Ｗを噴射する。このようにして、スプレー冷却装置５は、先行側のＨ形鋼１Ａと後行側のＨ形鋼１Ｂとの冷却を行う。スプレー冷却装置５での冷却能力は、例えば、冷却水Ｗの水量やＨ形鋼１の搬送速度などによって定まる。

なお、Ｈ形鋼１Ａ，１Ｂの上フランジ１１ＡＵ，１１ＢＵの冷却に対しては、例えば、Ｈ形鋼１Ａ，１Ｂの長手方向の長さ以上となる上ヘッダ５２Ｕを設けて、この上ヘッダ５２Ｕに複数の上スプレーノズル５１Ｕを設ける必要がある。さらには、複数の上スプレーノズル５１Ｕに冷却水Ｗを供給するための配管も設置することが必要になる。したがって、一旦、上ヘッダ５２Ｕの設備設計や設置を行った後は、容易に上ヘッダ５２Ｕの設備増強が行えない。下ヘッダ５２Ｌについても、スキッドレール３１の移動機構や移動チェーンなどとの干渉を考慮して配置箇所などを設計する必要があり、容易に下ヘッダ５２Ｌの設備増強が行えない。また、スプレー冷却では、冷却に使用する冷却水Ｗの水量が比較的多くなるため、排水処理を考慮する必要もある。

実施形態に係る鋼材の製造方法においては、冷却床冷却工程のミスト冷却装置４を用いたミスト冷却工程で冷却に使用する冷却水の量が少なく、冷却水の多くがＨ形鋼１の冷却によって蒸発する。そのため、ミスト冷却工程のために冷却水の排出設備を別途で設けなくても良い場合が多い。よって、実施形態に係る鋼材の製造方法では、冷却床３でＨ形鋼１の冷却を行う冷却床冷却工程にミスト冷却装置４を用いたミスト冷却工程を設けることによって、オンライン上でＨ形鋼１を冷却するための設備増強を容易に行うことができる。

本実施例では、実施形態に係る鋼材の製造方法で用いる冷却床３において、後述する実施例１及び２のように冷却条件を設定して鋼材であるＨ形鋼１の冷却を行った。なお、本実施例で用いるＨ形鋼１のサイズは、ウェブ高さが１０００［ｍｍ］、フランジ幅が４００［ｍｍ］、ウェブ厚さが１９［ｍｍ］、及び、フランジ厚さが４０［ｍｍ］であり、冷却床３での長手方向の長さが１５［ｍ］である。

本実施例における冷却床３の大きさは、Ｈ形鋼１の長手方向（図５中のＹ方向）に対応する長さが３４［ｍ］であり、冷却床３内でのＨ形鋼１の搬送方向（図５中のＸ方向）に対応する長さが４５［ｍ］である。また、本実施例では、図７に示したミスト冷却装置４を、冷却床３の入口から前記搬送方向で７．５［ｍ］～１５［ｍ］となる区間に所定間隔で５か所に配置している。そして、前記搬送方向の１か所ごとにミスト冷却装置４は、図９に示すようにＨ形鋼１の長手方向の両側にそれぞれ上下合わせて２台ずつ設置されている。すなわち、本実施例では、冷却床３にミスト冷却装置４を２０台設置している。

本実施例の場合、一つの素材から長手方向の長さが１５［ｍ］となるＨ形鋼１を２本ずつ採取している。この２本のＨ形鋼１を図５などに示すように、先行側のＨ形鋼１は冷却床３内を先行詰めに配置し、後行側のＨ形鋼１は後ろ詰めに配置して冷却床３に装入した。

（実施例１）
実施例１では、適合例１～３のＨ形鋼１に対してミスト冷却工程とスプレー冷却工程とを行い、比較例１～３のＨ形鋼１に対してミスト冷却工程を行わずにスプレー冷却工程のみを行う。具体的に、適合例１～３では、冷却床冷却工程での各工程を、取り込み工程、第１空冷工程、ミスト冷却工程、第２空冷工程、スプレー冷却工程、及び、払い出し工程とした。また、比較例１～３では、冷却床冷却工程での各工程を、取り込み工程、空冷工程、スプレー冷却工程、及び、払い出し工程とした。

実施例１では、冷却床３内でのＨ形鋼１の送り速度を０．５［ｍ／分］としている。冷却床３の搬送方向（前記Ｘ方向）の長さは４５［ｍ］であるため、Ｈ形鋼１が冷却床３を通過する総所要時間は９０分となる。適合例１～３では、冷却床３へのＨ形鋼１の取り込み（装入）からの経過時間１５～３０分の間でミスト冷却工程を行い、ミスト冷却装置４を用いたミスト冷却をＨ形鋼１の長手方向の両端側から行った。また、スプレー冷却工程については、冷却床３へのＨ形鋼１の取り込み（装入）からの経過時間７０～８５分の間で行った。スプレー冷却装置５の前記搬送方向（前記Ｘ方向）における設置長さは、ミスト冷却装置４と同じ７．５［ｍ］である。

適合例１～３では、ミスト冷却工程において、以下の条件でＨ形鋼１の冷却を行った。なお、下記の各条件は、冷却床３内でＨ形鋼１が搬送される方向１［ｍ］あたりの数値であって、Ｈ形鋼１の長手方向の一端側での数値である。
・風量：３２０［Ｎｍ３／分］
・液滴径：２０［μｍ］
・液滴水量：１．０［Ｌ／分］

また、適合例１～３では、スプレー冷却工程において、以下の条件でＨ形鋼１の冷却を行った。なお、下記の条件は、冷却床３を上から見下ろしたときの単位面積あたりの水量密度である。
・水量密度：１．０［Ｌ／（ｍ^２・分）］

これに対して、比較例１～３では、ミスト冷却工程を行わずに、スプレー冷却工程のみを実施し、比較例１～３でのスプレー冷却工程の各条件を適合例１～３と同様とした。

このような各条件でＨ形鋼１の冷却を行い、冷却床３への取り込み時（装入時）におけるＨ形鋼１のウェブ１０及びフランジ１１のそれぞれの温度と、冷却床３からの払い出し時におけるＨ形鋼１のウェブ１０及びフランジ１１のそれぞれの温度とを、２次元放射温度計で測定した。なお、冷却床冷却工程の後に行われる次工程が、冷間矯正工程である場合には、フランジ１１の温度が５０［℃］以下で矯正が可能という制約がある。このため、冷却床３からの払い出し時におけるＨ形鋼１のフランジ１１の温度が５０［℃］を超える場合は、払い出し後のテーブルローラ６上でフランジ１１の温度が５０［℃］以下になるまでＨ形鋼１を待機させて、その待機時間を記録した。

適合例１～３及び比較例１～３のそれぞれのＨ形鋼１の冷却結果を表１に示す。なお、表１に示す各温度は、先行側のＨ形鋼１における長手方向の中央部分の温度である。

表１から、適合例１～３では、いずれも冷却床３からの払い出し時における冷却床出側温度として、フランジ１１の温度が５０［℃］以下となっており、払い出し後のテーブルローラ６上で特に冷却待ちの発生はなかった。これに対して、比較例１～３では、いずれも冷却床３からの払い出し時における冷却床出側温度として、フランジ１１の温度が５０［℃］を超えており、払い出し後のテーブルローラ６上で５～１５分の冷却待ちが必要となった。

（実施例２）
実施例２では、適合例４～６のＨ形鋼１に対してミスト冷却工程のみを行いスプレー冷却工程を行わず、比較例４～６のＨ形鋼１に対してミスト冷却工程とスプレー冷却工程との両方を行わない。具体的に、適合例４～６では、冷却床冷却工程での各工程を、取り込み工程、第１空冷工程、ミスト冷却工程、第２空冷工程、及び、払い出し工程とした。比較例４～６では、取り込み工程、空冷工程、及び、払い出し工程とした。すなわち、実施例２では、スプレー冷却工程を行わないことによって、スプレー冷却による水濡れに起因した、Ｈ形鋼１の表面の赤さびの発生を抑制し、外観の美麗なＨ形鋼１を得ようとするものである。

実施例２では、冷却床３内でのＨ形鋼１の送り速度を０．３７５［ｍ／分］としている。冷却床３の搬送方向（前記Ｘ方向）の長さは４５［ｍ］であるため、Ｈ形鋼１が冷却床３を通過する総所要時間は１２０分となる。適合例４～６では、冷却床３へのＨ形鋼１の取り込み（装入）からの経過時間２０～４０分の間でミスト冷却工程を行い、ミスト冷却装置４を用いたミスト冷却をＨ形鋼１の長手方向の両端側から行った。

適合例４～６では、ミスト冷却工程において、以下の条件でＨ形鋼１の冷却を行った。なお、下記の各条件は、冷却床３内でＨ形鋼１が搬送される方向１［ｍ］あたりの数値であって、Ｈ形鋼１の長手方向の一端側での数値である。
・風量：３２０［Ｎｍ３／分］
・液滴径：２０［μｍ］
・液滴水量：１．０［Ｌ／分］

このような各条件でＨ形鋼１の冷却を行い、冷却床３への取り込み時（装入時）におけるＨ形鋼１のウェブ１０及びフランジ１１のそれぞれの温度と、冷却床３からの払い出し時におけるＨ形鋼１のウェブ１０及びフランジ１１のそれぞれの温度とを、２次元放射温度計で測定した。また、冷却床３からの払い出し時におけるＨ形鋼１のフランジ１１の温度が５０［℃］を超える場合は、払い出し後のテーブルローラ６上でフランジ１１の温度が５０［℃］以下になるまでＨ形鋼１を待機させて、その待機時間を記録した。

適合例４～６及び比較例４～６のそれぞれのＨ形鋼１の冷却結果を表２に示す。なお、表２に示す各温度は、先行側のＨ形鋼１における長手方向の中央部分の温度である。

表２から、適合例４～６では、いずれも冷却床３からの払い出し時における冷却床出側温度として、フランジ１１の温度が５０［℃］以下となっており、払い出し後のテーブルローラ６上で特に冷却待ちの発生はなかった。これに対して、比較例４～６では、いずれも冷却床３からの払い出し時における冷却床出側温度として、フランジ１１の温度が５０［℃］を超えており、払い出し後のテーブルローラ６上で１２～２４分の冷却待ちが必要となった。

また、適合例４～６については、ミスト冷却工程の次工程である冷間矯正工程の後に検査工程でＨ形鋼１の外観検査を実施した。その結果、適合例４～６のいずれのＨ形鋼１においても赤さびの発生はなく、外観が良好であることを確認した。

以上より、オンライン上の冷却床３でミスト冷却装置４を用いたＨ形鋼１のミスト冷却を行うことによって、大きな設備改造なしに簡便な方法により、Ｈ形鋼１の表面に発生しやすい赤さびの発生率を増やすことなく、冷却床３での冷却能力を高めることができた。この結果、冷却床３からの払出し時におけるＨ形鋼１のフランジ１１の温度を、ミスト冷却装置４を用いずにＨ形鋼１を冷却する場合よりも低下させることができ、冷却床３からの払い出し後の待機時間がなくなり、Ｈ形鋼１の生産性を向上させることができた。

なお、本実施形態では、鋼材として形鋼であるＨ形鋼を例に挙げて説明したが、他の形鋼や鋼材、例えば、鋼矢板、溝形鋼、及び、山形鋼などの形鋼、並びに、丸棒、鋼管、及び、厚鋼板などでも、Ｈ形鋼を用いて説明したのと同様の効果を発揮することができる。例えば、図２に示した鋼矢板１０１では、ウェブ１１１やフランジ１１２、あるいは継手部１１３の長手方向に沿った方向に、空気と霧滴状の冷媒液体とを同時に噴射して冷却することによって、冷却床３での冷却時間の短縮を図ることができる。

１ Ｈ形鋼
２ テーブルローラ
３ 冷却床
４ ミスト冷却装置
５ スプレー冷却装置
６ テーブルローラ
１０ ウェブ
１１ フランジ
３１ スキッドレール
４０ 回転軸
４１ ファン
４２ 円筒胴
４３ ミストノズル
４４ 配管
４５ 軸部
４６ 台座
５１Ｌ 下スプレーノズル
５１Ｕ 上スプレーノズル
５２Ｌ 下ヘッダ
５２Ｕ 上ヘッダ
１０１ 鋼矢板
１１１ ウェブ
１１２ フランジ
１１３ 継手部

Claims (3)

1. 熱間圧延された鋼材を冷却床で冷却する鋼材の冷却方法であって、
   前記冷却床における前記鋼材の長手方向の端よりも外側に配置された冷却装置から、前記鋼材の長手方向に延在する面の長手方向に沿った方向に、空気と霧滴状の冷媒液体とを同時に噴射して前記鋼材を冷却することを特徴とする鋼材の冷却方法。
2. 前記冷却装置から噴射する空気量は、噴射方向に対して垂直となる水平方向の単位長さあたり２００［Ｎｍ３／分］以上であり、
   前記冷却装置から噴射する前記冷媒液体の流量は、噴射方向に対して垂直となる水平方向の単位長さあたり０．２～４．０［Ｌ／分］であり、
   前記冷却装置から噴射された前記冷媒液体の液滴の粒子径（平均液滴径）は、１０～２００［μｍ］であることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の冷却方法。
3. 鋼材を熱間圧延する熱間圧延工程と、
   前記熱間圧延工程で熱間圧延した前記鋼材を、請求項１または２に記載の鋼材の冷却方法を用いて冷却床で冷却する冷却工程と、
   を備えることを特徴とする鋼材の製造方法。

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