JP3089964B2 - 高温鋼板の下面冷却方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱間圧延された高温
鋼板の冷却、特に、鋼板の下面の冷却において、幅方向
の温度分布を均一化するために行なわれる、高温鋼板の
下面冷却方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延された高温鋼板の制御冷却にお
いて、鋼板の幅方向にわたって均一の冷却量によって冷
却すると、熱間圧延終了時点で既に鋼板の幅方向中央部
よりも温度が低い鋼板の幅方向端部は、前記中央部と比
較して過冷却され、鋼板の幅方向温度分布が不均一にな
る。更に鋼板の幅方向端部では、鋼板上下面からの冷却
に加えて鋼板側面からも冷却されるために過冷却が促進
される。このような結果生じる温度不均一は、鋼板の機
械的性質の不均一および条切り時の鋼板の横曲がりなど
の原因となるため、その抑制が望まれている。

【０００３】このような鋼板の温度不均一を改善する冷
却方法として、例えば、特開昭５８−３２５１１号公報
では、上面冷却水を遮蔽するマスキング板を鋼板幅方向
端部に設置してマスキング板の幅方向押込み量を制御す
る方法が開示されている。また、実開平３−６２６０９
号公報には、ラミナ冷却水流とほぼ同じ径の貫通孔を鋼
板幅方向中央寄りから端部にかけて孔数を減らすように
製作された上面マスキング板を用いる方法が提案されて
いる。更に、温度の均一性を向上させるためには、鋼板
上面幅方向端部での冷却制御に加えて、下面幅方向端部
においても過冷却抑制のための手段が講じられている
（以下、「先行技術１」という）。

【０００４】一方、冷却水を遮蔽するマスキングによる
方法以外にも、例えば、特開昭５５−５４２０８号公報
に示されているように、鋼板下面冷却用スリットノズル
において、鋼板幅方向にスリット幅を調節することによ
り過冷却を防止する方法なども提案されている（以下、
「先行技術２」という）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】鋼板の幅方向端部での
過冷却の抑制を目的とした下面冷却において、先行技術
１に示すような、マスキング板を用いた方法、特に、実
開平３−６２６０９号公報に示されている貫通孔を有す
るマスキング板を鋼板の下面に用いる方法は、種々の条
件下での鋼板下面冷却制御においては有効である。この
貫通孔を有するマスキング板を用いた鋼板上面冷却で
は、鋼板上の水が鋼板幅方向端部側へ流れ込み鋼板を冷
却するため、鋼板端部側の貫通孔の数は少なくし、また
は、貫通孔を設ける必要はない。しかしながら、鋼板下
面冷却においては、上面冷却のような板上水がないた
め、このようなマスキング板を用いた冷却制御において
も、冷却水の遮蔽板によるマスキングの場合ほど顕著で
はないが、鋼板幅方向端部の温度が中央部よりも高くな
るという問題点がある。

【０００６】また、ある温度降下量と温度降下域とを有
する鋼板の冷却に適した貫通孔の配置であっても、それ
と異なる温度降下量と温度降下域とを有するそれ以外の
いろいろな鋼板の冷却に対して、同じ貫通孔配置のマス
キング板で対応するには、マスキング量の制御以外に、
マスキング部の冷却水量制御などが必要となり、柔軟な
対応が難しいという問題がある。更に、このようなマス
キング板では、貫通孔の配置に冷却特性が大きく影響さ
れるが、配置の設定基準は不明瞭である。

【０００７】一方、先行技術２に示すような、スリット
ノズルのスリット幅を調節する方法では、種々異なる板
幅、温度降下量および温度降下域を有する鋼板に対応す
るようにスリット幅を調節することは難しく、冷却制御
に柔軟に対応することは困難である。

【０００８】従って、この発明の目的は、上述した鋼板
下面の冷却に関する問題に鑑み、鋼板の幅方向端部での
過冷却によって生じる温度分布の不均一を簡便な手段に
よって解消することができる、高温鋼板の下面冷却方法
および装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の高温鋼板の下
面冷却方法は、高温鋼板の下面冷却において、前記鋼板
の幅方向端部の冷却域の単位時間および単位面積当たり
の抜熱量を、前記鋼板の幅方向中央部の冷却域の単位時
間および単位面積当たりの抜熱量の０．４〜０．８倍と
することに特徴を有するものである。

【００１０】この発明の高温鋼板の下面冷却装置は、高
温鋼板の下面を冷却するために供給される冷却水を前記
鋼板の幅方向端部において遮蔽するためのマスキング板
を備え、前記マスキング板は、高温鋼板の幅方向端部の
冷却域の単位時間および単位面積当たりの抜熱量が、前
記鋼板の幅方向中央部の冷却域の単位時間および単位面
積当たりの抜熱量の０．４〜０．８倍となるように設け
られていることに特徴を有するものである。

【００１１】

【作用】熱間圧延された高温鋼板の冷却において、鋼板
の下面冷却制御域での冷却の実施を、前記鋼板の幅方向
端部と中央部（幅方向端部を除いた鋼板の残りの部分）
とで、単位時間および単位面積当たりの抜熱量（以下、
「熱流束」という）を別々に制御する。即ち、鋼板幅方
向端部の冷却域における制御冷却による熱流束が、鋼板
幅方向中央部の冷却域において行なわれる通常冷却によ
る熱流束の０．４〜０．８倍になるように冷却を制御す
る。これにより、適正な冷却制御領域を制御実施に必要
な程度に十分広くとれ、且つ、その制御領域が多少変動
しても鋼板の幅方向端部での過冷却を抑制することがで
きる。実施装置は、高温鋼板の下面に向けて冷却ノズル
から供給される冷却水を遮蔽するマスキング板を前記鋼
板の幅方向端部に設けることが有効である。

【００１２】鋼板の幅方向端部の下面冷却制御域での熱
流束が、鋼板幅方向中央部の冷却制御域で実施される通
常冷却による熱流束の０．４倍未満では、板幅方向端部
冷却域での冷却が抑制され過ぎて冷却不足となり、板幅
方向中央部冷却域の温度よりも高くなり、温度不均一を
解消することが困難である。更に、この温度不均一を最
も少なくするための適正な冷却制御域、例えばマスキン
グ板を用いた場合にはマスキング距離（マスキング量）
が短くなり、鋼板温度分布にも依存するが、鋼板端から
十数ミリ前後での冷却の制御が必要となるため、実用上
このような冷却制御域の設定制御は困難である。

【００１３】一方、鋼板の幅方向端部の冷却制御域での
熱流束が、鋼板幅方向中央部の冷却制御域での通常冷却
による熱流束の０．８倍超では、適正な冷却制御域、例
えばマスキング板を用いた場合にはマスキング距離はか
なり長くなり且つその制御領域が多少変動してラフにな
っても温度分布への影響は少なく、冷却制御が行ない易
くなる方向ではある。しかしながら、板幅方向端部の冷
却域での過冷却を抑制する効果はほとんど認められなく
なってしまうため好ましくない。

【００１４】従って、鋼板幅方向端部の下面冷却制御域
における冷却による熱流束が、鋼板幅方向中央部の下面
冷却制御域における通常冷却による熱流束の０．４〜
０．８倍となるように冷却を制御すれば、適正な冷却制
御領域が制御実施に必要な程度に十分広くとれ、且つ、
その制御領域が多少変動しても鋼板幅方向端部での過冷
却が抑制でき、鋼板幅方向の温度を均一化することがで
きる。

【００１５】

【実施例】次に、この発明を実施例により図面を参照し
ながら説明する。本実施例においては、冷却制御手段と
して、種々の孔径および孔ピッチを有する多孔板をマス
キング板に使用して鋼板幅方向端部の冷却水を遮蔽する
マスキングによる方法を用いた。

【００１６】なお、本発明においては、冷却制御手段そ
のものは特に限定されるものではない。即ち、鋼板幅方
向端部での一般的な冷却制御方法は、板幅方向で冷却水
の供給量を制御することにより行われ、その方法として
は、ある所定の水量だけ透過できるような貫通孔が設け
られた多孔板をマスキング板として用いる本実施例で採
用する上記手段の他にも、円管ラミナノズル、スプレー
ノズルおよびスリットノズルなどの冷却ノズルからの吐
出水量を板幅方向で変える方法などを用いることができ
る。

【００１７】厚み（ｔ）２５ｍｍ×幅（ｗ）１０００ｍ
ｍの鋼板（被冷却材）を、板幅方向中央での板厚中心位
置の温度が７５０℃の高温から４５０℃に降下するまで
制御冷却を実施した場合において、板厚中心位置の温度
を板幅方向の各所定位置（計測点）で測定し、各々の位
置での測定値と前記中央中心位置での測定値との温度偏
差を調べた場合を例に本発明について説明する。なお、
制御冷却の実施は、鋼板幅方向端部での温度降下量およ
び温度降下域長さ、ならびに、多孔板（冷却能力を変更
することに対応）およびマスキング距離（冷却制御域）
を種々変えて行った。また、板幅端部での温度降下量お
よび温度降下域長さは、制御冷却開始前の冷却条件を制
御することにより、ほぼ同じ値となるようにした。更
に、板幅方向の温度均一性の評価指標として、ここで
は、次式（１）で表される温度偏差指数Ｓを用いた。 ここでＳが小さい値を有する鋼板は、板幅方向に温度偏
差が少ないことに対応している。

【００１８】結果の一例として、温度降下量（ΔＴ）：
１００℃、温度降下域長さ（ΔＬ）：１００ｍｍの場合
における、マスキング距離（冷却制御域）と温度偏差指
数Ｓとの関係を図１に示す。図３は鋼板１に対する温度
降下量（ΔＴ）および温度降下域長さ（ΔＬ）を説明す
る模式図である。パラメータとして、ｋ＝（マスキング
実験に先立ち別途行った冷却実験から求めたマスキング
部の冷却水による平均熱流束）／（マスキングのない通
常冷却の場合の平均熱流束）を用いて整理した。なお、
ｋ＝０．０は、貫通孔の無い遮蔽板をマスキング板とし
て用いた場合を示す。また、これにより得られた鋼板幅
方向端部の温度分布の例を図２に示す。図１、図２にお
いて、○印および△印は本発明実施例、▲印、◆印およ
び■印は本発明範囲外の比較例である。

【００１９】図面に示すように、鋼板幅方向端部の冷却
制御域（本実施例ではマスキング距離）での熱流束が、
鋼板幅方向中央部の通常冷却域での熱流束の０．４〜
０．８倍となる場合に、温度偏差指標Ｓは小さくなり、
温度も均一化していることが認められる。

【００２０】これに対して、冷却制御域の熱流束が通常
冷却域での熱流束の０．４〜０．８倍の範囲を外れるよ
うな場合には、温度偏差指標Ｓが大きくなる傾向、即
ち、鋼板幅方向端部と中央部との温度偏差が大きくなる
傾向にある。特に、０．４倍未満となるような場合に
は、温度偏差指標Ｓを最も小さくするようなマスキング
距離（最適な冷却制御領域）はかなり小さく実操業での
このような制御領域の設定制御は非常に困難となり望ま
しくない。冷却制御域は、当然のことながら板端部の温
度降下量、温度降下域の長さおよび冷却制御量（冷却
能）に依存する。

【００２１】図１に示されているように、ｋ＝０．５の
場合には、最適冷却制御量（最も温度偏差指標を最小に
する端部からの距離＝マスキング距離）は約３５ｍｍ、
０．７倍の場合では６０ｍｍ前後となっている。しか
も、ｋ＝０．４倍より熱流束が大きくなるような冷却で
の制御冷却域においては、多少変動してもその領域変動
が温度偏差指標に与える影響は少なく、ラフな領域制御
でも良いことが示されている。このように、熱流束の
０．４〜０．８倍とするような冷却制御により、その冷
却制御領域がラフであっても温度偏差を小さくすること
ができる。

【００２２】ここで、広範囲な冷却制御領域での冷却制
御であっても温度偏差が少なくなる例を表１に示す。表
１では、種々の温度降下量および温度降下域を有する鋼
板において、冷却制御域の熱流束が通常冷却域での熱流
束の０．５倍（本発明範囲内）と０．２倍（本発明範囲
外）の場合について、適正冷却制御範囲（温度偏差指標
が最小値±５℃の平均的な範囲）および温度偏差指標差
（０．２倍の場合のＳ_0.2 −０．５倍の場合のＳ_0.5 ）
を示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１からあきらかなように、温度降下量Δ
Ｔおよび温度降下域長さΔＬが同一の場合には、ｋ＝
０．５倍（本発明範囲内）のほうが、ｋ＝０．２倍（本
発明範囲外）の場合よりも、適正冷却制御範囲が広いこ
とがわかる。また、ｋ＝０．５倍（本発明範囲内）の場
合には、温度偏差指標差がほとんど無いことがわかる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、鋼板幅方向の温度を均一化することができ、残留応
力の発生が抑制されるため、鋼板の機械的性質を均一に
することができ、条切り時には形状の良好な制御冷却材
を効率よく工業的に製造することができ、かくして、工
業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例に係るマスキング距離と温度
偏差指標との関係を示すグラフである。

【図２】この発明の実施例に係る本発明方法および従来
方法によって冷却したときの鋼板幅方向温度分布の１例
を示すグラフである。

【図３】鋼板と温度降下量ΔＴおよび温度降下域ΔＬと
の関係を示す模式図である。

【符号の説明】

１：鋼板

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温鋼板の下面冷却において、前記鋼板
   の幅方向端部の冷却域の単位時間および単位面積当たり
   の抜熱量を、前記鋼板の幅方向中央部の冷却域の単位時
   間および単位面積当たりの抜熱量の０．４〜０．８倍と
   することを特徴とする高温鋼板の下面冷却方法。
2. 【請求項２】 高温鋼板の下面を冷却するために供給さ
   れる冷却水を前記鋼板の幅方向端部において遮蔽するた
   めのマスキング板を備え、前記マスキング板は、高温鋼
   板の幅方向端部の冷却域の単位時間および単位面積当た
   りの抜熱量が、前記鋼板の幅方向中央部の冷却域の単位
   時間および単位面積当たりの抜熱量の０．４〜０．８倍
   となるように設けられていることを特徴とする高温鋼板
   の下面冷却装置。