JP3206533B2 - 厚鋼板の制御冷却方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延された後
の厚鋼板を、オンラインで走行させながら冷却水を注水
する冷却手段により、冷却後の鋼板先端部から鋼板後端
部までを均一温度とすることを可能とする冷却方法及び
その冷却に適した装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、熱間圧延における制御圧延と圧延
後の制御冷却を組み合わせたＴｈｅｒｍｏ−Ｍｅｃｈａ
ｎｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ（ＴＭＣ
Ｐ法）が、溶接性に優れた高強度高靭性の厚鋼板の製造
方法として活用されている。

【０００３】熱間圧延後の高温の厚鋼板をオンラインで
制御冷却するためには、一般的には冷却装置内で、鋼板
を水平に保持した状態で、その上下から冷却水を鋼板面
に注水する方法が採られている。制御冷却が特に高品質
の板厚の厚い鋼板へ適用されるに伴い、高精度の冷却制
御が必要となり、特に冷却停止温度の制御の重要性がこ
れまで以上に増している。

【０００４】制御冷却方法としては、鋼板全体を停止し
同時に冷却する方式又は鋼板を走行させながら冷却する
方式がある。前者は、高温の鋼板全体を冷却装置内に搬
送した後、鋼板全長に一斉に冷却水を注水して冷却する
ものである。鋼板全体の冷却の均一性という点では利点
があるが、板長の長い鋼板には冷却装置を十分に長くす
る必要があるため設備費の点で問題がある。

【０００５】一方後者は、冷却設備の長さを短くするこ
とができ、設備費が安価であるという利点から、現在で
は制御冷却の方式として主流となっている。しかし、鋼
板の先端部と後端部の冷却開始温度の相違に基づく、材
質の不均一性、歩留りの点で問題があり、鋼板先端部と
後端部の冷却開始温度の相違を解消して冷却停止温度を
一定にすることが、技術開発上の重要な課題である。

【０００６】鋼板を走行させながら冷却する方式（以下
「走行冷却方式」という。）には、鋼板の冷却停止温度
の制御を、上下からの冷却水量の調整により冷却速度を
変更する流量制御方法と冷却条件は一定にして冷却装置
内を通過する搬送速度を変更する搬送速度制御方法によ
り行う二つの方法がある。

【０００７】流量制御方法としては、特公平７−６１４
９３号公報が開示されている。この発明は、冷却装置内
で、搬送された鋼板の温度を検出し、上下面の温度差が
規定値以内になるように冷却水量を制御する方法であ
る。しかしながら、本発明者らの研究では、小さな冷却
速度を得るために冷却水量を絞ると、ノズルから噴射さ
れる冷却水量が減るため、幅方向、長手方向の冷却が不
均一となることが多く、鋼板の冷却停止温度制御として
は難点があることが判明している。

【０００８】また、特開平９−１０８２３号公報に開示
される発明では、上ノズルからの流量が不均一冷却とな
る限界流量を求め、上下ノズルからの必要な合計流量が
限界流量の２倍以下の領域では上下いずれかのノズルの
流量を０とする流量制御方法、及び上ノズルの流量を限
界流量に固定し下ノズルの流量のみを調整する流量制御
方法が提案されている。

【０００９】しかし、この発明では、不均一冷却を防止
することはできても、上下ノズルの制御範囲が不連続と
なるために、高精度の温度制御を行うことが難しく、ま
た鋼板の上下面の温度差が拡大し、鋼板に冷却歪みが発
生しやすいことが問題である。さらに、冷却水流量を調
整するためには、流量調整弁やその制御に複雑な制御系
を必要とし、設備費も嵩むと考えられる。

【００１０】一方、搬送速度により温度制御を行う方法
としては、特開昭６２−１９９７２３号公報が開示され
ている。この発明では、実測した鋼板の長手方向の温度
パターンに基づいて、鋼板が冷却装置に進入してから冷
却装置の冷却ゾーン長に相当する分だけ進むごとに鋼板
搬送速度の変更量を求め、その速度を変更する方法であ
る。

【００１１】しかし、この発明では、鋼板の搬送速度が
段階的に変化するため、冷却後の鋼板の長手方向で、材
質の不連続、例えば、硬度分布に差が生じる等、あるい
は熱歪みが発生する等の問題が懸念される。

【００１２】また、特開平１−２０５８１１号公報で
は、鋼板の搬送速度を加速させながら冷却する方法が開
示されている。この発明は、鋼板の先端部と後端部は、
空冷時は同じ温度であるとみなすと、両者の水冷開始時
の温度は後端部の空冷時間が長い分だけ異なり、後端部
の水冷時間を先端部のそれより短くする、すなわち、鋼
板の搬送速度を加速率αで加速して、冷却終了時の温度
差を解消することを特徴とするものである。

【００１３】このために、まず鋼板先端部の冷却時間
は、冷却開始前に放射温度計で鋼板温度を実測し、この
温度をもとにある空冷時間後に水冷に入るとして、空冷
及びその後の水冷時の鋼板の冷却過程を、冷却水量が一
定の下で、例えば伝熱方程式を解くことにより求め、所
定の目標温度になる時間から算出する。

【００１４】また、搬送速度の加速率はαは、鋼板の冷
却終了直前の水冷速度、水冷開始前の空冷速度及び水冷
開始前の鋼板の温度差が水冷終了時の鋼板温度差に及ぼ
す影響係数から算出し、これにより鋼板先端部が冷却装
置に入ったときの搬送速度を決定するというものであ
る。

【００１５】この発明は、発明の思想としては、一見理
にかなったものであるといえるが、これを実際の厚鋼板
の制御冷却に適用することは、極めて困難であると考え
られる。すなわち、当該発明は、鋼板の水冷が開始され
る前に、鋼板先端部の搬送速度と加速率を決定するた
め、冷却装置に入る時点での鋼板先端部の温度とその所
要冷却時間、及び、鋼板後端部が冷却装置に入る時点の
温度（実測温度又は予測温度）とその所要冷却時間がす
べて既知であるか又は正確に予測されないと、鋼板先端
部の搬送速度と加速率αを決定することができないこと
になる。

【００１６】例えば、当該発明においては、鋼板先端部
が冷却装置に進入した時点から搬送速度を加速するた
め、鋼板先端部の移動距離は時間に対して２次曲線的に
増大する。先端部の冷却時間は、冷却装置の長さ分だけ
鋼板先端部が移動した時間となるが、その時間は後端部
の温度の判明しないと決定できない。

【００１７】従って、先端部が冷却装置に入る際の搬送
速度は、後端部の温度及び搬送速度が決まっていないと
決定できないことになる。上述のように、当該発明で
は、伝熱方程式で先端部の冷却時間を求めているが、板
厚方向に温度分布を有する厚鋼板の冷却時間を正確に求
めるのは至難と思われる。

【００１８】また、鋼板後端部の冷却時間は、先端部の
冷却強度（冷却時間、水冷終了直前の水冷速度等）を基
準として定めているので、その精度に優れるとは考えに
くい。さらに、初期の搬送速度と加速率を決めた段階よ
り後に、後端部の実測温度が当初想定していた温度と異
なっていた場合には、加速率の変更を行うと、先端部の
目標停止温度が実際と相当に相違することとなり、初期
速度と加速度を決定した後にはその加速率を変更するこ
とは困難と思われる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】このように、先行技術
においては、水冷停止温度を精度よくかつ経済的に制御
する方法は十分とはいえないのが現状である。そこで、
本発明は、制御が容易な鋼板の搬送速度によって冷却停
止温度をより簡便かつ高精度に制御する冷却方法を提供
すること、特に鋼板の先端部から後端部にわたって冷却
停止温度がほぼ一定の温度範囲に収まるように冷却をす
る方法を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる課
題を解決すべく鋭意検討した結果、以下に述べる発明を
した。すなわち、第１の発明は、熱間圧延された厚鋼板
を走行しながら制御冷却する方式であって、鋼板の先端
部が冷却装置内を通過する間は一定の第１の搬送速度と
し、鋼板の中間部が冷却装置内を通過する間は第１の搬
送速度を加速した第２の搬送速度とし、鋼板の後端部が
冷却装置内を通過する間は再び第２の搬送速度に連続し
た一定の第３の搬送速度として、水冷することを特徴と
する厚鋼板の制御冷却方法である。本発明により、冷却
装置内の冷却水量や冷却水の注水パターンを鋼板搬送中
に変更することがないので、鋼板の全長にわたり水冷時
の冷却停止温度を精度よく目標の冷却停止温度に近づけ
ることが可能となる。

【００２１】第２の発明は、前記第１の搬送速度が、あ
らかじめ検出した鋼板先端部の温度と冷却装置内で冷却
される温度降下量から決定され、前記第３の搬送速度
が、先端部温度から予測した後端部の温度、又は温度検
出手段によって検出した後端部の温度と冷却装置内で冷
却される温度降下量から決定され、前記第２の搬送速度
が、第１の搬送速度から徐々に加速して第３の搬送速度
となるように決定されることを特徴とする、厚鋼板の制
御冷却方法である。

【００２２】本発明により、実際の厚鋼板の制御冷却に
おいて、鋼板の先端部から後端部までの全長にわたり、
制御冷却における冷却停止温度をより簡便かつ高精度に
制御することができる。すなわち、搬送速度の変更が連
続的であるため、材質の局所的なバラツキや熱歪の発生
が少ない。また鋼板の先端部が冷却装置を通過するまで
は定速で搬送されるので、この間に鋼板後端部の温度に
応じて加速度の変更や修正が容易にでき、鋼板全体の温
度のバラツキを少なくすることが可能となる。

【００２３】

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の基本となる考え方につい
て、以下に述べる。冷却装置に入る鋼板各部の温度は先
端部が高く、後端部に向かう程低下している。また、冷
却後における鋼板は先端部から後端部まで可及的に一定
の温度であることが鋼板全体の品質を一定とするために
必要である。

【００２５】まず本発明者らは、多量の冷却水を用いて
強冷却を施す厚鋼板のオンラインでの制御冷却において
は、単位面積、単位時間当たりの鋼板表面から奪われる
熱量（熱流束）は、鋼板の搬送速度を介しての冷却時間
に依存するすることを見出した。図１は、その知見を図
示したものである。

【００２６】すなわち、図１は、板厚４０ｍｍの鋼板
を、冷却装置の長さが２ｍ、５ｍ、１０ｍの各々の冷却
装置において、水量密度２０００ｌ／ｍｉｎ・ｍ² の条
件の下で、搬送速度を５ｍｐｍから６０ｍｐｍまで変化
させ、連続的に冷却した場合の冷却時間と平均温度の温
度降下量の関係を示す。ここで、平均温度とは、鋼板表
面から板厚中心部にわたる平均温度（Ｋ）をいい、この
冷却中に、鋼の変態が開始し終了している。

【００２７】この図より、冷却装置内での鋼板の温度降
下量は、冷却時間、すなわち冷却装置内に鋼板が滞在す
る時間の１次関数としての直線で表され、これより冷却
時の温度降下量は、鋼板の搬送速度によらず、冷却装置
内の滞在時間によって決定されることがわかる。

【００２８】また、この図は、板厚４０ｍｍの場合のあ
る鋼種についての関係であるが、冷却装置内の滞在時間
と鋼板温度降下量の関係は、主として板厚の影響を受け
るが、板厚に応じた水量密度を設定したうえで、あらか
じめ容易に求めることが可能である。また、冷却開始温
度、材質の影響は比較的小さいことが判明している。

【００２９】すなわち、冷却量（温度降下量）は、基本
的には冷却開始温度と冷却終了温度の差であり、必要な
冷却量を通して冷却時間の変化としてとらえることがで
きる。また、鋼は連続冷却中に変態を起こし変態発熱を
発生させるとともに、材質の変化によって、変態の開始
・終了温度が異なる。このため、変態域の前後のみを冷
却した場合は、図１の直線関係に多少のゆがみを生ずる
が、広範囲の温度域を強冷却する本発明においては直線
関係が保てると考えられる。

【００３０】このようにして、本発明では、あらかじめ
冷却装置内での滞在時間（冷却時間）と鋼板の温度降下
量の関係を求めておき、その関係をもとに、制御冷却さ
れる厚鋼板の冷却装置内の滞在時間を決定し、鋼板の搬
送速度を算出することにある。従って、冷却装置内での
滞在時間と鋼板の温度降下量の関係を実験で求める代わ
りに、伝熱計算プログラム等を用いて求めることも可能
である。

【００３１】一方、鋼板の先端部が冷却装置に進入して
から、後端部が冷却装置に進入するまでには時間差が生
じる。この間後端部の温度は徐々に降下するため、冷却
水量を一定として、一定の搬送速度で鋼板を搬送する
と、冷却停止温度は冷却開始時の鋼板先端部と後端部の
温度差とほぼ同じ温度差が生じることになる。従って、
本発明では、鋼板の先端部と後端部の冷却時間を、簡便
にかつ正確に変更すべく鋼板の搬送速度を変更させる。

【００３２】具体的には、複数対の上下拘束ロール間を
鋼板を移動させつつ、各拘束ロール間の上下に設けた冷
却水供給用のノズルから冷却水を注水して冷却する冷却
装置において、その冷却装置前面に設けた鋼板の温度計
によって鋼板の先端部の温度を検出し、その温度が目標
の冷却停止温度にとなる冷却時間を、板厚、材質に応じ
た冷却装置内の冷却量から計算で求めて算出し、その冷
却時間で冷却されるように鋼板先端部の搬送速度を決定
する。

【００３３】次に、鋼板の後端部について、鋼板後端部
の温度を先端部の温度から予測する手段又は温度計で検
出し、鋼板後端部が目標の冷却停止温度となる冷却時間
を求め、これに対する鋼板後端部の搬送速度を求める。
そして、鋼板の先端部が冷却装置内にある間は一定の速
度で搬送し、先端部が冷却装置を通過すると同時に速度
を一定の加速率で加速し、鋼板の後端部が冷却装置に入
った後は再び一定の速度で搬送を行う。

【００３４】

【実施例】本発明を以下に実施例を用いて詳細に説明す
る。 実施例１：図２に、実施例１に用いた冷却装置の概要図
を示す。この冷却装置は、上下に挟まれた１１組の上拘
束ロール２、下拘束ロール３の間を、熱間圧延後の厚鋼
板１が搬送されながらオンラインで冷却される走行方式
型の冷却装置である。冷却装置の全長は１０ｍであり、
この中に１．０ ｍ間隔で各拘束ロールが設置されてい
る。

【００３５】各拘束ロールの間には鋼板上下に冷却水を
注水する冷却ノズルが１０組設けられており、冷却ノズ
ルは上面側はスリットノズル４、下面側は水中に没した
円管５から水を噴射するノズルである。上面側のスリッ
トノズル４からは、鋼板の搬送方向の上流側から下流側
に向けて２ｍ³ ／ｍｉｎ・ｍ² の冷却水を鋼板に沿って
流しており、一方下面側は、板幅方向に１００ｍｍ間隔
で設けた水中に没した円管５から水を噴射し、その随伴
流で生じた水流で冷却を行っている。

【００３６】上下のスリットノズル４及び円管ノズル５
で一つの冷却ゾーンを構成し、上面側のスリットノズル
４及び下面側の円管ノズル５へはＯＮ−ＯＦＦ制御のみ
可能な冷却水供給弁６を通して冷却水が供給される。従
って、本冷却装置において冷却停止温度の制御は、各ゾ
ーン毎に一定の冷却水量の下で、鋼板の搬送速度を変更
すること、冷却水を流すゾーン数を１〜１０まで変更す
ること、冷却水を注水するゾーンのパターンを間欠的に
組み合わせることにより行う。

【００３７】なお、上下のノズルを、独立してＯＮ−Ｏ
ＦＦを制御することは可能ではあるが、鋼板の上下面の
冷却が非対称となるため、冷却中に鋼板の反りや残留応
力が発生し好ましくない。従って、通常は、ゾーン毎に
一対でＯＮ−ＯＦＦ制御を行っている。

【００３８】この１１組の拘束ロールは、下ロール３は
搬送ロールを兼ね、固定式である。上拘束ロール２は上
下に昇降が可能であり、例えば０．５ｍｍ間隔でその隙
間を制御でき、また、鋼板１が通過する際に、その設定
されたギャップ以上の厚みの鋼板が通過するときは、油
圧シリンダー７を介して上拘束ロール２に拘束力がかか
る構造となっている。

【００３９】この拘束力は、冷却中に発生する冷却反り
の発生を防止するために荷重を例えば１〜５ｔまで付加
することができる。また冷却装置の入側には、非接触式
の放射温度計８が上下に設置され、鋼板の上面及び下面
の温度を連続的にモニターしている。

【００４０】以上の構成からなる冷却装置に、板幅３０
００ｍｍ、長さ２０ｍ、厚さ４０ｍｍの熱間圧延後の高
温の鋼板を通過させて冷却をおこなった。拘束ロール間
のギャップは板厚−１．５ｍｍ、すなわち３８．５ｍｍ
に設定した。この時の、冷却条件は以下のように決定し
た。

【００４１】冷却装置の入側の放射温度計８によって、
鋼板先端部の温度を計測したところ、上面下面ともに８
７０℃であった。この鋼板を、目標冷却停止温度の５０
０℃まで水冷するので、図１から、冷却装置における温
度降下量ΔＴは３７０Ｋであり、そのために必要な冷却
時間は２３秒となる。従って、鋼板先端部は、長さ１０
ｍの冷却装置を２３秒で通過させるべく、その搬送速度
は１０／２３＝０．４３５ｍ／ｓと決定できる。

【００４２】次に、この鋼板の後端部が搬送速度０．４
３５ｍ／ｓで搬送を続けた場合に冷却装置に到達するに
は板長が２０ｍであるので約４６秒かかる。その間、鋼
板の後端部は自然放冷によって温度が降下する。この温
度降下量は簡単な伝熱計算によって約５０Ｋであると予
想された。従って、後端部は８２０℃から５００℃まで
水冷するためその温度降下量△Ｔは３２０Ｋとなり、こ
の冷却時間は、図１よリ２０秒と求めることができる。

【００４３】なお、後端部は搬送速度が一定速度で走行
するのではなく、先端部が冷却装置を通過した後は加速
され、その後一定速度となるので、冷却装置に到達する
時間は、約４６秒よりも短くなる。実際は、設備の加速
能力や応答性によってこの時間は異なる。仮にこの時間
が４０秒であれば、再度上述の手順を踏んで温度降下量
を修正する。こうした手順を繰り返すことで、より詳細
に、温度パターンを計算することができる。

【００４４】なお、本実施例１では、鋼板後端部の温度
降下量は、冷却装置直前の温度計で実測した鋼板先端部
の温度から伝熱計算によって求めている。しかし、これ
以外の方法、例えば冷却装置よりも上流側にある温度計
（熱間圧延機の圧延温度計）を設置すれば、これにより
実測した鋼板内の長手方向の温度分布から、冷却装置の
入側における先端と後端の温度差を予測する方法によっ
て求めることも可能である。

【００４５】以上の手順によって、鋼板先端部の冷却時
間と搬送速度及び鋼板後端部の冷却時間と搬送速度を求
めることができる。次に、どのタイミングから搬送速度
を加速するかを図３を用いて説明する。図３は、横軸に
時刻、縦軸に搬送速度の関係を模式的に示したものであ
り、時刻ゼロは鋼板先端部が冷却装置に入った瞬間を表
している。時刻２３秒の時点で、鋼板先端部は冷却装置
の出口を通過するが、この時点では、鋼板後端部はまだ
冷却装置の入口より１０ｍ上流側に位置している。

【００４６】次に、図中のＸ秒は、鋼板先端部が冷却装
置の出口を通過した後鋼板後端部が冷却装置の入口に到
達するまでの時間を表している。鋼板後端部の冷却時間
は２０秒、搬送速度は０．５ｍ／ｓであるので、鋼板後
端部が冷却装置の入口に到達する時刻２３＋Ｘ秒から、
鋼板後端部が冷却装置の出口を通過する時刻４３＋Ｘ秒
までの間を、０．５ｍ／ｓの速度で鋼板を搬送する。

【００４７】また鋼板後端部が冷却装置の出口を通過す
る時点で、鋼板先端部は冷却装置の出側前方２０ｍに位
置する。従って、時刻ゼロから４３＋Ｘ秒までに鋼板先
端部は冷却装置入り側から冷却装置出側前方２０ｍ、す
なわち３０ｍ走行したことになる。

【００４８】以上から（１）式が成立する。 ０．４３５×２３＋（０．４３５＋０．５）×Ｘ／２＋０．５×２０ ＝３０ ・・・・・・・（１） 従って、（１）式の方程式を解くことで、Ｘ＝２１秒が
求まり、加速する時間Ｘを求めることができる。

【００４９】この関係を一般的に表すと（２）式のよう
になる。 Ｘ＝（Ｌplate −Ｌzone）／（ＶT ＋ＶB ）／２・・・（２） ここで、 Ｌplate ：鋼板長（ｍ） Ｌzone ：冷却装置長（ｍ） ＶT ：鋼板先端部の搬送速度（ｍ／ｓ） ＶB ：鋼板後端部の搬送速度（ｍ／ｓ） Ｘ ：加速時間（ｓ）

【００５０】また、ＶT 、ＶB は（３）、（４）式で表
される。 ＶT ＝Ｌzone／ｔT ・・・・・（３） ＶB ＝Ｌzone／ｔB ・・・・・（４） ここで、 ｔT ：鋼板先端部の所要冷却時間（ｓ） ｔB ：鋼板後端部の所要冷却時間（ｓ）

【００５１】以上より本実施例では、図５として示す表
１のように鋼板を搬送して冷却を施した。その時の鋼板
と冷却装置の位置関係を図４に示す。なお、実際の操業
に際しては、このパターンを計算機で計算し、自動運転
によりこのパターンにより鋼板の搬送を行っている。た
だし、実操業では拘束ロールにおける鋼板のすべりや加
速に際しての応答の遅れがあり、表１に示したパターン
に対して多少の誤差があるが、表１に近いパターンで搬
送することが可能であった。

【００５２】その結果、鋼板先端部と後端部の冷却停止
温度差は、目標の５００℃に対して±５℃以下に抑える
ことができ、例えば一定速度の搬送速度で冷却装置を通
過させた場合に生じる鋼板先端部と後端部の冷却停止温
度差の±５０℃に比して著しい改善を図ることができ
た。また、本実施例によれば、鋼板の先端部と後端部の
熱履歴の差が小さいことから、鋼板内の材質、硬度等の
バラツキを小さく抑えることができ、従って材質の不合
格に基づく不良品の発生が少なくなり、製品歩留まりを
著しく向上させることができた。

【００５３】実施例２：第２の実施例は、板厚２０ｍｍ
の鋼板を制御冷却した場合である。実施例２は、実施例
１に用いた冷却設備と同じ装置を用いて行っている。た
だし、実施例２では鋼板の板厚が２０ｍｍであるため、
実施例１の板厚４０ｍｍに比較して、材質上同じ冷却効
果を得るために、冷却装置の冷却能力を緩和している。

【００５４】すなわち実施例２では、冷却ゾーン１０ゾ
ーンの内、冷却水を流すゾーンを第１、３、５、７、９
とし、残りの冷却ゾーンは冷却水を通水しない間欠的な
冷却を施している。その結果、板厚中心部の冷却速度
は、実施例１の板厚４０ｍｍでは２０℃／ｓであったの
に対して、本実施例では２１℃／ｓとなり、ほぼ同様の
冷却効果が得られた。

【００５５】なお、かかる間欠的な冷却を施す場合、冷
却水を通水しない冷却ゾーンに冷却水が流れ込まないよ
うにすること等が冷却停止温度の制御及び健全なる鋼板
形状、材質の均一性の確保の点で極めて重要である。本
実施例では、上下の拘束ロールが水切りロールとしての
役割を果たしているため、その効果により、冷却水を通
水するゾーンからそれに隣接する冷却水を通水しないゾ
ーンへの冷却水の流れ込みを防止でき、また最終の冷却
ゾーンからの冷却水の漏出も防止できる。

【００５６】さらに、不可避的に発生する鋼板の微少の
反りや拘束ロールの磨耗による上拘束ロール２から生ず
ることがある冷却水の漏出も、図６に示す水切リスプレ
ーノズル９を設けることで防止できる。すなわち、各冷
却ゾーンに設けた水切リスプレーノズル９は、鋼板の進
行方向に対して角度４５度で鋼板の搬送方向に対向し
て、かつ板端部から他端部に向かって１本の水切りスプ
レーノズルから１００ｌ／ｍｉｎの水切り水を噴射して
いる。

【００５７】これにより、上拘束ロール２から漏出した
冷却水は、水切りスプレーノズル９から噴射された水に
よって速やかに鋼板上面から除去された。これにより、
鋼板上面に残存する水乗りを防止でき、漏洩水による過
冷却は生じなかった。

【００５８】以上の構成の冷却装置に、板幅３０００ｍ
ｍ、長さ４０ｍ、厚み２０ｍｍの圧延後の高温鋼板を通
過させて冷却をおこなった。ロール間のギャップは板厚
−１．５ｍｍ、すなわち１８．５ｍｍに設定した。

【００５９】この時の冷却条件は以下のようにして決定
した。冷却装置の入側の放射温度計８によって、鋼板先
端部の温度を計測したところ、８７０℃であった。この
鋼板の目標冷却停止温度は５００℃であるので、実施例
１と同じく、鋼板先端部の冷却装置における温度降下量
ΔＴ、そのために必要な冷却時間、その搬送速度を求め
た。

【００６０】次に、鋼板後端部が冷却装置に到達する時
刻とその時の温度を伝熱計算によって求め、鋼板後端部
の冷却装置における温度降下量と必要な冷却時間、その
搬送速度を求める。これらの数値を用いて前記実施例と
同じく（２）〜（４）式から加速する時間を求めた。

【００６１】すなわち、冷却装置における温度降下量Δ
Ｔは３７０Ｋであり、そのために必要な冷却時間は２２
秒となる。従って、鋼板先端部は、長さ１０ｍの冷却装
置を２２秒で通過させるべく、その搬送速度は１０／２
２＝０．４５５ｍ／ｓと決定できる。

【００６２】次に、この鋼板の後端部が搬送速度０．４
５５ｍ／ｓで搬送を続けた場合に冷却装置に到達するに
は板長が４０ｍであるので約８８秒かかる。その間、鋼
板の後端部は自然放冷によって温度が降下する。この温
度降下量は簡単な伝熱計算によって約８０Ｋであると予
想された。従って、後端部は７９０℃から５００℃まで
水冷するためその温度降下量△Ｔは２９０Ｋとなり、こ
の冷却時間は１７秒と求めることができる。

【００６３】次に、搬送速度を加速するタイミングは、
実施例１と同様に以下のように求めることができる。鋼
板先端部が冷却装置に入った瞬間を時刻ゼロ秒として、
時刻２２秒の時点で、鋼板先端部は冷却装置の出口を通
過するが、この時点では、鋼板後端部はまだ冷却装置の
入口より３０ｍ上流側に位置している。

【００６４】次に、鋼板先端部が冷却装置の出口を通過
した後鋼板後端部が冷却装置の入口に到達するまでの時
刻Ｘは次のようにして求める。鋼板後端部の冷却時間は
１７秒、搬送速度は１０ｍ／１７ｓ＝０．５８８ｍ／ｓ
であるので、鋼板後端部が冷却装置の入口に到達する時
刻２２＋Ｘ秒から、鋼板後端部が冷却装置の出口を通過
する時刻３９＋Ｘ秒までの間を、０．５８８ｍ／ｓの速
度で鋼板を搬送する。

【００６５】また鋼板後端部が冷却装置の出口を通過す
る時点で、鋼板先端部は冷却装置の出側前方４０ｍに位
置する。従って、時刻ゼロから３９＋Ｘ秒までに鋼板先
端部は冷却装置入り側から冷却装置出側前方４０ｍ、す
なわち５０ｍ走行したことになる。

【００６６】以上から（５）式が成立する。 ０．４５５×２２＋（０．４５５＋０．５８８）×Ｘ／２ ＋０．５８８×１７＝５０ ・・・・・・・（５） 従って、（５）式の方程式を解くことで、Ｘ＝５８秒が
求まり、加速する時間Ｘを求めることができる。

【００６７】以上より本実施例では、図７として示す表
２のように鋼板を搬送して冷却を施した。実施例２にお
ける、鋼板先端部と後端部の冷却停止温度のバラツキは
±７℃以下にすることができた。また、鋼板の先端部と
後端部の熱履歴に差が少ないため材質のバラツキが少な
く、鋼板内の硬度差も従来の１／３以下に抑えることが
できた。

【００６８】実施例３：本発明の第３の実施例は、上述
の第１、２の実施例における温度計算と搬送速度決定の
手順を、あらかじめ計算機に入れておき、鋼板の冷却停
止温度を制御した場合の例である。

【００６９】実施例３は、実施例１に用いた冷却設備と
同じ装置を用いて行っている。また、鋼板の温度は、図
１に示されていない、冷却装置の上流側に位置する厚板
圧延機の出側の鋼板上方および下方に設置された非接触
式の放射温度計により、連続的にモニターしている。こ
の情報は鋼板のトラッキング情報とともに計算機に取り
込まれている。また、冷却装置の入側の鋼板上方および
下方には非接触式の放射温度計８が設置され、連続的に
モニターした鋼板温度は計算機に取り込まれている。

【００７０】以上の構成の冷却装置に、板幅３０００ｍ
ｍ、長さ４０ｍ、厚み３０ｍｍの圧延後の高温鋼板を通
過させて冷却をおこなった。ロール間のギャップは板厚
−１．５ｍｍ、すなわち２８．５ｍｍに設定した。

【００７１】この時の冷却条件は以下のように決定し
た。圧延機の出側の非接触式の放射温度計によって、鋼
板先端部から鋼板後端部までの温度プロファイルを計測
したところ、同時刻において鋼板先端部が９５０℃、鋼
板後端部が９１５℃を示し、なだらかな温度プロファイ
ルがついていた。計算機ではこの温度情報とトラッキン
グ情報をもとに、鋼板先端部が冷却装置入口に到達する
時刻とその時の温度を伝熱計算プログラムによって計算
する。

【００７２】なお計算機には、あらかじめ自然放冷時、
冷却装置通過時の鋼板温度の履歴を計算する伝熱計算プ
ログラムが組み込まれている。この伝熱計算プログラム
は、材質の相違、冷却開始温度の相違、外界条件の相違
（冷却水温度、外気温度等）を取り込み、瞬時に冷却装
置での鋼板温度降下量と必要な冷却時間を算出すること
が可能である。

【００７３】実施例３では、鋼板の目標冷却停止温度は
５５０℃であるので、伝熱計算プログラムによって鋼板
先端部が冷却装置に進入する時の先端部の温度、温度降
下量△Ｔ、そのために必要な冷却時間、その搬送速度を
求めた。次に、同じ伝熱計算プログラムを用いて、鋼板
後端部が冷却装置入口に到達する時刻とその時の温度を
求め、鋼板後端部の冷却装置における温度降下量と必要
な冷却時間、その搬送速度を求める。これらの数字を用
いて（１）〜（４）式から加速する時間を求めた。

【００７４】本実施例において、冷却装置出側の温度計
で冷却停止温度のバラツキを測定したところ、鋼板先端
部から後端部の冷却停止温度のバラツキは±５℃以下で
あった。また、材質、鋼板内の硬度のバラツキも小さ
く、製品歩留まりが向上した。

【００７５】

【発明の効果】上述のように、本発明は、これまで十分
ではなかった制御冷却における水冷停止温度の制御を、
鋼板の搬送速度により簡便かつ高精度に制御するもので
あり、次のような効果を得ることができる。 （１）厚鋼板を連続的に冷却するオンライン冷却装置に
おいて、冷却ムラのない均一な冷却が可能となる。 （２）鋼板内の材質のバラツキが少なく均質な鋼板を安
定して製造することが可能となり、これにより製品歩留
まりを著しく向上させることが可能となる。 （３）冷却水の流量を調整する設備が不要とするため、
冷却装置の設備費が安価にすることができる。 （４）以上から、鋼板の製造コストを低減することが可
能となり、製造側にとっての、また需要者にとっても利
点が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】板厚４０ｍｍの鋼板を冷却した場合の鋼板の冷
却時間と温度降下量の関係を示す図である。

【図２】冷却装置を摸式的に示す図である。

【図３】実施例１に示した板厚４０ｍｍの鋼板の搬送速
度のパターンを示す図である。

【図４】実施例１に示した板厚４０ｍｍの鋼板と冷却装
置の位置関係を示した図である。

【図５】実施例１に示した板厚４０ｍｍの鋼板の搬送速
度のパターンを表１として示した図である。

【図６】（ａ）は実施例２に用いた水切りスプレーノズ
ルの配置を示す側面図である。 （ｂ）は実施例２に用いた水切りスプレーノズルの配置
を示す正面図である。

【図７】実施例２に示した板厚２０ｍｍの鋼板の搬送速
度のパターンを表２として示した図である。

【符号の説明】

１−熱間圧延された高温の鋼板 ２−上拘束口一ル ３−下拘束ロール ４−スリットノズル ５−円管ノズル ６−冷却水供給弁 ７−油圧シリンダー ８−放射温度計 ９−水切リスプレーノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内尾 政人 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 福岡 和也 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 中西 孝之 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−87914（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−205811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−199723（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−240719（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−243227（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−253112（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−130711（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−118008（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−92111（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 45/02 320 C21D 9/52

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱間圧延された厚鋼板を走行しながら制
   御冷却する方式であって、鋼板の先端部が冷却装置内を
   通過する間は一定の第1の搬送速度とし、鋼板の中間部
   が冷却装置内を通過する間は第1の搬送速度を加速した
   第2の搬送速度とし、鋼板の後端部が冷却装置内を通過
   する間は再び第2の搬送速度に連続した一定の第3の搬送
   速度として、水冷することを特徴とする厚鋼板の制御冷
   却方法。
2. 【請求項２】 前記第1の搬送速度が、あらかじめ検出
   した鋼板先端部の温度と冷却装置内で冷却される温度降
   下量から決定され、前記第3の搬送速度が、先端部温度
   から予測した後端部の温度、又は温度検出手段によって
   検出した後端部の温度と冷却装置内で冷却される温度降
   下量から決定され、前記第2の搬送速度が、第1の搬送速
   度から徐々に加速して第3の搬送速度となるように決定
   されることを特徴とする、請求項1記載の厚鋼板の制御
   冷却方法。