JP3562423B2 - Cooling apparatus for hot-rolled steel strip and cooling method - Google Patents

Cooling apparatus for hot-rolled steel strip and cooling method Download PDF

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JP3562423B2 JP2000056219A JP2000056219A JP3562423B2 JP 3562423 B2 JP3562423 B2 JP 3562423B2 JP 2000056219 A JP2000056219 A JP 2000056219A JP 2000056219 A JP2000056219 A JP 2000056219A JP 3562423 B2 JP3562423 B2 JP 3562423B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延された高温鋼帯を冷却するための冷却装置と、その冷却方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、熱延鋼帯は、加熱炉においてスラブを所定温度に加熱し、加熱されたスラブを粗圧延機で所定厚みに圧延して粗バーとなし、ついでこの粗バーを複数基のスタンドからなる連続熱間仕上げ圧延機において所定厚みの鋼帯となす。そして、この熱延鋼帯をランナウトテーブル上の冷却スタンドにおいて冷却した後、巻き取り機で巻き取ることにより製造される。
【0003】
このような圧延された高温の鋼帯を連続的に冷却するランナウトの冷却装置では、第1に鋼帯の通板性が考慮されている。
たとえば、鋼帯の上面冷却をなすため、円管状のラミナー冷却ノズルから鋼帯搬送用のローラテーブル直上に、この幅方向に亘って直線状に複数のラミナー冷却水を注水している。一方、鋼帯の下面冷却として、ローラテーブル間にスプレーノズルが設けられ、ここから冷却水を噴射する方法が一般的である。
【0004】
したがって、このような冷却形態では鋼帯の上下面の冷却が厳密には上下対称とならず、特に上面側の冷却は間欠的になり、急速な冷却(たとえば、板厚3mmで冷却速度200℃/s以上)はほぼ不可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら近年は、結晶粒径が細かい熱延鋼帯が、加工性に優れることと、低Cepでも強度が高いこと等から求められており、そのための急速な冷却(強冷却)が必要となっている。
【0006】
このように、熱延鋼帯に対して急速冷却を行うにあたって、従来の冷却装置では以下のような問題がある。
すなわち、鋼帯の上下面で冷却水がかかる冷却開始位置が一致しないために、材質の不均一化につながる虞れがある。また、特に上面は鋼帯のパスラインを上下に振動させないようにするために、間欠的な冷却や、冷却水の衝突圧に制限があって強冷却が実現できなかった。
【0007】
また、圧延機を抜けた鋼帯の先端は巻き取り機に巻き取られるまでは無拘束の状態で走行するので、鋼帯先端部付近を強冷却しようとすると先端の振動を増大させ安定通板を確保することは不可能であった。
【0008】
そこで、特開平6−328117号公報に開示されているように、鋼帯の先端における冷却水の上下水量比を、下面の水量を増やす冷却をなし、先端の通板を安定化する方法が提案されている。
【0009】
しかしながら、この方法では、冷却水量比を変えると上下面に対する冷却がアンバランスとなり、特に急速な冷却が必要な場合には上下水量比の制約から強冷却を実現することが難しかった。
【0010】
そしてまた、鋼帯の先端部と中央部付近とでは冷却状態が異なってしまい材質の不均一が避けられない。特に、下面側の冷却が弱くなるので、材質的に必要な強冷却(たとえば、板厚3mmで冷却速度200℃/s以上)の実現が困難であった。
【0011】
なお、垂直に搬送されるラインスピードが比較的遅い(max100mpm)鋼帯の冷却装置として、特許登録番号1232919号公報では、鋼帯の表裏面に近接してノズル内径の10〜20倍の中心間隔を有するとともに、千鳥状に配置したスポットノズルから5m/s以上の流体で噴射させる急速冷却方法が提案されている。
【0012】
この冷却方式では、鋼帯の搬送速度が遅いため千鳥状に配置した近接ノズルでも急速冷却が可能であるが、たとえば600mpm以上の速い搬送速度であると千鳥状に配置したノズルのパターンに対応したすじ状の冷却ムラが発生してしまい、均一な冷却は困難である。
【0013】
また、特許登録番号2898873号公報では、柱状冷却水の衝突位置を長手方向に揃えてノズルを碁盤目状に配置し、長手方向のノズル間の干渉を少なくする方法が提案されているが、この方式でも柱状冷却水のノズルとノズルの幅方向の中央部付近にすじ状のムラが発生する問題があった。
【0014】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、最終仕上げ圧延機を出てから巻き取り機に至るまでのランナウトテーブルにおいて張力がかからない鋼帯を安定して強冷却する熱延鋼帯の冷却装置と、その冷却方法を提供しようとするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされていて、複数の回転するローラテーブル上を鋼帯が搬送されるランナウトで、ローラテーブル間に鋼帯と直近の位置に冷却水を噴射する下面冷却ノズル群を設置し、この下面冷却ノズル群と相対する位置に、望ましくはライン上から昇降可能に上面冷却ノズル群を設置し、これらノズル群から鋼帯に対して上下対称に冷却水を噴射し、上下からくる冷却水流が合流するほぼ中央部に鋼帯を通過させる。
【0016】
鋼帯と冷却水が最初に接触する第1列目の冷却ノズルは、幅方向の冷却均一性を確保するためにスリット状の冷却水流あるいは擬似スリット流を供給する。たとえば柱状水流であれば、そのノズルを幅方向に密に配置し、鋼帯側から見たとき冷却水の流れが幅方向には切れ目のないような水流状態とする。
【0017】
そして、冷却水の衝突速度が少なくとも鋼帯の通板速度よりも速い状態となるように、第1列目冷却ノズルの冷却水流速を調整する。第2列目以降の冷却ノズルでは、第1列目で冷却した鋼帯に面平均で水量密度2000L/minm以上、望ましくは3000L/minm以上の冷却水を上下から衝突圧力がほぼ同じになるように噴射しながら、その中を鋼帯を通過させて連続的に強冷却を行う。
【0018】
以上のごとき冷却装置と冷却方法を採用することにより、上下に対称な急速冷却が可能となり、このオンラインの冷却によって結晶粒径の微細な熱延鋼帯の安定した製造が可能となる。
【0019】
その結果、冷却中の上面と下面との冷却条件を全く同じにでき、冷却中の曲がりや冷却後の残留応力の発生を少なくできるばかりか、鋼帯の長手方向と、幅方向、厚み方向に結晶粒径が揃った均質な熱延鋼帯の安定した製造ができる。
【0020】
また、鋼帯の先端通過と同時に強冷却を開始することができ、張力がかからない状態で冷却水の流体圧によって鋼帯のパスラインが安定する。鋼帯が巻き取り機に巻き取られる前の張力がかからない状態において、効率のよい冷却をなす。張力がかかった鋼帯中央部と同じ冷却条件で注水と冷却が可能であり、材質が上下に均一かつ長手方向に亘って均一である。したがって、製品の歩留まりが高く、鋼帯の品質が安定する。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1は、熱延鋼帯の製造設備を概略的に示し、図2は、冷却装置を概略的に示す。
【0022】
粗圧延機で圧延された粗バー1は鋼帯搬送路をなすローラテーブル上を搬送されて、連続的に7つの連続仕上げ圧延機2で所定の厚みまで圧延された後、最終仕上げ圧延機2Eの後方のランナウトテーブル3に導かれる。このランナウトテーブル3の一部は冷却装置5を構成していて、ここで冷却されたあと、後方の巻き取り機4で巻き取られ熱延コイルとなる。
【0023】
上記ランナウトテーブル3における最終仕上げ圧延機2Eと冷却装置5との間には、鋼帯温度計6とγ線の板厚計7が設置されている。
図2に示すように、上記冷却装置5は、この配置スペース内に長手方向に約900mmピッチで、直径400mmの回転する鋼帯搬送用のローラテーブル8が配置され、鋼帯搬送路を構成している。すなわち、これらローラテーブル8は鋼帯11下面側に位置している。
【0024】
上記ローラテーブル8の相互間に、複数の冷却ノズル9aを整然と並べてなる下面冷却ノズル群9が設けられている。これら下面冷却ノズル群9は長手方向に、冷却装置5の実質長さとして延べ9.5mに亘って設けられている。
【0025】
一方、冷却装置5における搬送鋼帯11の上面側には、鋼帯搬送路を介して下面冷却ノズル群9と対応する位置に、複数の冷却ノズル10aを縦横整然と並べてなる上面冷却ノズル群10が設けられている。この上面冷却ノズル群10の設置高さは、鋼帯11の上面と上面冷却ノズル群10端部との距離が、下面冷却ノズル群9端部と鋼帯11の下面との距離に等しくなるように調整可能である。
【0026】
冷却装置5が作用しない非冷却時は、上面冷却ノズル群10をライン上方約500mmの位置まで上昇させ、これらを鋼帯11から退避させるようになっている。通常の、鋼帯11に対する冷却作用時には、上下両面の冷却ノズル群10,9先端相互間隔が鋼帯の板厚+100mmとなるように設定している。
【0027】
ここで上面冷却ノズル群10の冷却水噴射タイミングは、冷却の応答性をより向上させるため鋼帯11の先端通過と連動して上流側の上面冷却ノズル群10から順次下降を開始し、冷却水を噴射開始するようになっている。
【0028】
この冷却装置5は、相対する下面冷却ノズル群9と上面冷却ノズル群10を1つの制御バルブ、もしくは上下それぞれの2つの制御バルブでオン−オフ可能なバンク(ユニット)として、22バンクで構成されている。
【0029】
また、上下面冷却ノズル群10,9と鋼帯11とが接触することを避けるためにスノコ状のガイド12がノズルの噴射口と鋼帯11との間に設けられており、各バンクの上面冷却ノズル群10に設けられたスノコ状ガイド12は隣同士で位置がずれていて、独立して昇降した場合に互いに接触することはない。
【0030】
つぎに、このようにして構成される冷却装置5における冷却水の噴射状況と、流れ状況および冷却状況について詳細に説明する。
【0031】
最終仕上げ圧延機2Eを出た鋼帯11が上下面冷却ノズル群10,9の第1列目の冷却ノズル10a,9aによって最初に冷却される部分は、幅方向に切れ目がない液膜状の流れ、すなわちフラットラミナー冷却を受ける。この部分の冷却方式をなすには、第1列目の冷却ノズル10a,9aが鋼帯11の幅方向に沿って一直線状に並んでいることが必要である。
【0032】
すなわち、この冷却装置5では、鋼帯11の搬送速度が600mpm〜1300mpmの高速であるために、冷却水と鋼帯との間に別の介在物が全く存在せず冷却水が直接鋼帯を濡らして互いの接触が完全となり、鋼帯と冷却水との熱伝達が核沸騰状態となる。この状態では熱流束が高く、急速冷却(強冷却)が可能である。
【0033】
これに対して、鋼帯と冷却水との間に安定した蒸気の膜が常時介在する膜沸騰状態では、熱流束が核沸騰状態と比較して極端に小さくなってしまう。その結果、急速冷却(強冷却)を実現できない。
【0034】
この膜沸騰状態は鋼帯の表面温度が高い場合、冷却水の水量密度が低いときに発生し、また、核沸騰状態は鋼帯表面温度が低い場合、冷却水の水量密度が高いときに発生する。
【0035】
高温の鋼帯が速く移動する条件下、たとえば移動速度が10m/sを超えるような状態では、蒸気膜が安定的に存在し易く膜沸騰状態となるため冷却効果が弱く、一旦、この膜沸騰が発生すると、膜沸騰の部分を核沸騰に遷移させることは難しい。
【0036】
したがって、冷却を促進させるためには冷却水と鋼帯とを積極的に接触させる必要があり、蒸気膜を破って鋼帯と冷却水との接触を増やすよう、冷却水を噴射供給して核沸騰状態へ移行させることが効果的である。
【0037】
そこで、種々の鋼帯の厚みや異なる搬送速度で、幅方向に一直線状に核沸騰状態を開始する条件を鋭意検討した結果、以下の条件を満足すれば、核沸騰状態の開始ラインを幅方向に一定にできることが判明した。
【0038】
第1に、鋼帯と冷却水とが最初に接触を開始する位置において、冷却水が幅方向に擬似スリットラミナー状で、接触開始点が幅方向にほぼ1つの直線状であることと、冷却水の衝突速度が鋼帯の搬送速度と同程度以上の速度とする。
【0039】
なお、冷却水が幅方向に擬似スリットラミナー状とは、冷却水がノズルから出た直後では幅方向に不連続であるが、その冷却水が鋼帯に到達する段階で幅方向に切れ目なく連続する流れとなる状態を言う。冷却水を噴射するノズルは、構造上、幅方向に1つの連続したスリットとすることが難しく、幅方向に複数の分割構造となるのが普通であり、この点から擬似スリットラミナー状を得るには有効である。
【0040】
図3(A)は、本発明のように、第1列目の冷却ノズル10aから供給される冷却水が鋼帯11と最初に接触を開始する位置で、冷却水が幅方向に擬似スリットラミナー状となす状態の冷却の様相を模式的に示す。
【0041】
図4(A)は、従来の、たとえば円管ラミナーaを鋼帯11の幅方向に沿って所定のピッチとなるよう間欠的に配置した場合の冷却の様相を模式的に示したものである。
【0042】
各図(B)には、それぞれの冷却ノズル10a,aを通りぬけて鋼帯11に到達した段階での鋼帯幅方向における温度分布を示している。なお、いずれの場合も鋼帯の搬送速度は600mpmであって、冷却水の鋼帯接触時の流速は約10m/sである。
【0043】
図4(B)に示す、従来の幅方向に間欠的な円管ラミナーノズルaを用いた場合では、ノズルとノズルの中央付近に蒸気膜(膜沸騰状態)によるすじ状の高温部が下流側に残留してしまう。これに対して、図3(B)に示す、冷却水が幅方向にほぼ1つの直線状である場合には、冷却開始点は幅方向に均一な核沸騰状態となるので、すじ状の高温部がなくフラットな温度分布が形成される。
【0044】
なお、この擬似ラミナー状を得る冷却ノズルは、図5(A)に示すように、たとえば板幅方向に一定隙間の冷却水噴射口を有するフラットラミナーノズルA1であってもよく、図5(B)に示すように、幅方向に密に円管を配置した高密度円管ラミナーノズルA2であってもよい。
【0045】
また、図5(C)に示すように、多孔が設けられる冷却ボックスタイプのノズルA3であってもよく、図5(D)に示すように、ラミナーノズルを複数、互いに重ねて並設したタイプのノズルA4であってもよい。
【0046】
円管ラミナーノズルA2あるいは多孔の冷却ボックスノズルA3で擬似ラミナー流と見なされるためには、冷却水の噴流の直径をdとすると、その噴流間の距離が10dか、望ましくは5d未満となるように、幅方向に密に成形する必要がある。
【0047】
また、冷却水の衝突速度を鋼帯11に対する搬送速度よりも速くする必要条件は、次のように説明される。
壁に直角方向から衝突した水は、その方向を変えて鋼帯の進行方向に並行な流れと対向する流れに分流するが、そのとき冷却水の衝突速度が鋼帯の搬送速度以上あれば、分流した冷却水流が幅方向に均一な核沸騰状態となる。
【0048】
こうして第1列目の冷却ノズル10a,9aで核沸騰状態で冷却された鋼帯11は、その表面温度が急激に低下するため、第2列目以降の冷却ノズル10a,9aは第1列目ほど幅方向に均等な擬似ラミナー冷却でなくても、核沸騰状態の急速冷却が維持される。これは、鋼帯表面温度の低下にともなって少ない水量密度、あるいは間欠的な円管ラミナー流下でも核沸騰状態を維持し易くなるためである。
【0049】
したがって、第2列目以降の冷却ノズルは勿論、第1列目同様に擬似ラミナー流構造のものを採用してもよいが、水量が膨大となり経済的ではないので、水量密度が擬似ラミナーよりも少ない冷却方式、たとえばスプレーノズル、円管ラミナーノズルや導管付噴流冷却など経済的に適したノズルを用いてもよい。ただしこの場合、水量密度は2000L/minm以上、望ましくは3000L/minm以上で冷却しないと再度、膜沸騰状態が再現されることもあるので、本発明では第4列目までは擬似ラミナー流をなすノズルを配置している。
【0050】
この実施の形態では、第2バンク以降も第1バンクと同じ冷却ノズルの構成、すなわち前4列がスリットラミナーノズルで、その後が円管ラミナーノズルに構成しているが、これは鋼帯の冷却パターンを柔軟に変更できるように、第2バンク以降も第1バンクと同じノズル構成となっている。しかしながら、連続的に冷却する場合には、第2バンク以降は全て円管ラミナーノズルにする、あるいはスリットラミナーノズルの本数を少なくすればよい。
【0051】
また、いわゆる2段冷却と呼ばれる、途中で一旦冷却を停止する冷却方式があって、冶金学的に中間で温度を保持するような冷却では、たとえば第1バンクと第3バンクで冷却水を噴射するが、第2バンクでは冷却水の噴射を停止する不連続的な冷却(間欠的な冷却とも呼ばれる)をなす。
【0052】
この場合は、第3バンクの最初では鋼帯表面温度が復熱によって上昇しているので、このバンクの第1列目のノズルは鋼帯幅方向に連続した流れとなる擬似フラットラミナーノズルを備えなければならない。
【0053】
なお、多数バンクを備えて鋼帯を連続冷却する冷却装置においては、どのバンクで鋼帯温度が復熱により上昇するのか、種々の場合が考えられるので、望ましくは全バンクの第1列目のノズルは鋼帯幅方向に連続した流れとなる擬似フラットラミナーノズルを備えることとし、第2列目以降のノズルは鋼帯幅方向に不連続な流れとなる円管ラミナーノズルを備えればよい。
【0054】
つぎに、冷却する際の手順について説明する。
最終仕上げ圧延機2Eから搬出された鋼帯11が、その先端が冷却装置5を通過するとほぼ同時にタイミングを合わせ、上下面冷却ノズル群10,9において冷却水の噴射を開始する。
【0055】
これは、先端が通過する前に冷却水を噴射すると、冷却水が鋼帯先端の通過の抵抗となり、先端の通板を阻害する虞れがあるからである。しかしながら、一旦先端が通過した後は上からの冷却水の圧力と下からの冷却水の圧力のバランスによって鋼帯のパスラインが一定に保たれるので、張力がかからない状態でも鋼帯の通板は安定しており、鋼帯に対して均一な強冷却が施される。
【0056】
上述したように、上下面冷却ノズル群10,9先端と鋼帯11上下面との距離を約50mmに設定したが、これは以下の理由による。
すなわち、冷却ノズル10a,9a先端と鋼帯11との距離をより離間すれば、冷却水の勢いがノズル先端と鋼帯との間に存在する流体(冷却水)によって吸収されてしまい弱まる。逆に、冷却ノズル10a,9aと鋼帯11との距離をより接近させれば、冷却水の勢いが強まるために、鋼帯は上面から噴射される冷却水から受ける面圧と下面から受ける面圧とがバランスする位置を通過して、鋼帯の振動や片寄った走行を矯正しセンタリングする効果が働く。
【0057】
そこで、冷却水が確実に鋼帯11に到達し、鋼帯を効率よく冷却するためには、冷却ノズル10a,9a先端と鋼帯との距離をあまり離すことができない結果となる。この距離は、冷却ノズルがたとえば円管ラミナーノズルであって、ラミナー流のノズル出口の直径が2〜5mm程度であれば、30〜100mmが好ましい。
【0058】
100mm以上では、冷却水流の勢いが弱まって強冷却が不可能になる。逆に、30mm以下に近づき過ぎると、冷却水の行き場がなくなり良好な水流が得難くなる。したがって、急冷却が不可能となり、あるいは冷却水の流れが鋼帯の中央部と端部とで大きく異なって冷却ムラが発生する。なお、これは冷却ノズル形式によって異なるので、その条件は上記の限りではない。
【0059】
さらに、通板性を安定させるために、冷却装置5の入り側あるいは出側に昇降可能な回転駆動ロールを設けて、通板安定性確保を図ってもよい。鋼帯の搬送速度が速いので、入り側のロールは冷却水の漏出を防止する効果より、むしろ通板安定性への寄与が大である。
【0060】
以上の冷却装置5を備えた圧延設備において、仕上げ板幅1500mm、仕上げ板厚3mmの鋼帯を速度650mpmで通過させた。そのとき、鋼帯11は先端から後端まで安定して冷却装置5を通過し、所定の冷却が行われた。当然、疵の発生もなかった。
【0061】
その結果、ほぼ先端から後端まで一定した結晶粒径が微細な熱延鋼帯を安定して製造できた。先端から後端まで、幅方向全幅に亘って巻き取り温度の変動は15℃以内であって、安定した冷却が実現された。その温度履歴から冷却速度を推定すると、500℃/sの冷却がなされることになる。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、以下に述べるような効果を奏する。
【0063】
(1)鋼帯の先端から後端に至るまで均一な冷却条件で冷却が可能となり、特に鋼帯の長手方向と幅方向で均一な急速冷却が可能となった。その結果、材質変動による鋼帯の先端部やエッジ部の切り捨て代が少なく、歩留まりが高い。
【0064】
(2)鋼帯が無張力の状態で冷却装置を通過していても、鋼帯の走行が安定しているので、詰まりや操業停止のトラブルが少ない。
【0065】
(3)鋼帯先端が巻き取り機に巻き付くまでの通板が不安定な状態においても、冷却装置内での通板が安定し、幅方向と長手方向に均一な冷却が得られる。その結果、材質が一定で巻き取り機における巻取り歩留まりが高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す、圧延設備の概略の構成図。
【図2】同実施の形態の、冷却装置の概略の構成図。
【図3】同実施の形態を示す、擬似スリットラミナー流で冷却した場合の、鋼帯上の冷却水の流動様相を説明する図と、冷却後の温度分布図。
【図4】従来の円管ラミナー流で冷却した場合の、鋼帯上の冷却水の流動様相を説明する図と、冷却後の温度分布図。
【図5】他の実施の形態の、擬似ラミナー流を得る互いに異なる構造の冷却ノズルを説明する図。
【符号の説明】
2E…最終仕上げ圧延機、
3…ランナウトテーブル、
4…巻き取り機、
5…冷却装置、
8…ローラテーブル、
9…下面冷却ノズル群、
10…上面冷却ノズル群、
11…鋼帯。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling device for cooling a hot-rolled high-temperature steel strip and a cooling method thereof.
[0002]
[Prior art]
In general, a hot-rolled steel strip is formed by heating a slab to a predetermined temperature in a heating furnace, rolling the heated slab to a predetermined thickness by a rough rolling mill to form a coarse bar, and then forming the coarse bar into a plurality of stands. A steel strip having a predetermined thickness is formed in a continuous hot finishing rolling mill. Then, the hot-rolled steel strip is manufactured by cooling it in a cooling stand on a run-out table and winding it up by a winder.
[0003]
In a runout cooling apparatus that continuously cools such a rolled high-temperature steel strip, first, the sheet passing property of the steel strip is considered.
For example, in order to cool the upper surface of the steel strip, a plurality of laminar cooling waters are injected linearly across the width direction from a tubular laminar cooling nozzle directly above a roller table for conveying the steel strip. On the other hand, in order to cool the lower surface of the steel strip, a spray nozzle is provided between the roller tables, and a cooling water is sprayed from the spray nozzle.
[0004]
Therefore, in such a cooling mode, the cooling of the upper and lower surfaces of the steel strip is not strictly vertically symmetrical, and the cooling on the upper surface side is intermittent, and rapid cooling (for example, at a plate thickness of 3 mm and a cooling rate of 200 ° C.) / S or more) is almost impossible.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, a hot-rolled steel strip having a small crystal grain size has been demanded because of its excellent workability and high strength even at a low Cep, so that rapid cooling (strong cooling) is required. I have.
[0006]
As described above, in performing the rapid cooling of the hot-rolled steel strip, the conventional cooling device has the following problems.
That is, since the cooling start positions at which the cooling water is applied to the upper and lower surfaces of the steel strip do not match, there is a possibility that the material becomes uneven. In addition, in order to prevent the steel strip pass line from vibrating up and down, especially on the upper surface, intermittent cooling and the collision pressure of cooling water are limited, so that strong cooling cannot be realized.
[0007]
In addition, the tip of the steel strip that has passed through the rolling mill travels in an unrestricted state until it is wound by the winder. It was impossible to secure.
[0008]
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-328117, a method has been proposed in which the ratio of cooling water at the tip of the steel strip is increased by increasing the amount of water on the lower surface to stabilize the passing plate at the tip. Have been.
[0009]
However, in this method, when the cooling water amount ratio is changed, the cooling of the upper and lower surfaces becomes unbalanced, and particularly when rapid cooling is required, it is difficult to realize strong cooling due to the restriction of the water and water ratio.
[0010]
In addition, the cooling state is different between the tip portion and the vicinity of the center portion of the steel strip, so that the material is unequal. In particular, since the cooling on the lower surface side is weak, it has been difficult to achieve the strong cooling required for the material (for example, a cooling rate of 200 ° C./s or more with a plate thickness of 3 mm).
[0011]
In addition, as a cooling device for a steel strip having a relatively slow line speed (max 100 mpm) conveyed vertically, Japanese Patent No. 1232919 discloses a cooling device that is close to the front and back surfaces of the steel strip and has a center interval of 10 to 20 times the nozzle inner diameter. And a rapid cooling method has been proposed in which the nozzles are jetted with a fluid of 5 m / s or more from a staggered spot nozzle.
[0012]
In this cooling method, rapid cooling is possible even with the staggered adjacent nozzles because the steel strip transport speed is low. However, a fast transport speed of, for example, 600 mpm or more corresponds to the pattern of the staggered nozzles. Streak-like cooling unevenness occurs, and uniform cooling is difficult.
[0013]
Further, Japanese Patent No. 2898873 proposes a method in which the collision positions of the columnar cooling water are aligned in the longitudinal direction and the nozzles are arranged in a grid pattern to reduce interference between the nozzles in the longitudinal direction. Even in the method, there is a problem that a streak-like unevenness occurs near the center of the column-shaped cooling water nozzle and the nozzle in the width direction.
[0014]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to stabilize a steel strip to which tension is not applied in a runout table from exiting a final finishing rolling mill to a winding machine. It is an object of the present invention to provide a cooling device for a hot-rolled steel strip which is strongly cooled by cooling, and a cooling method therefor.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to solve such a problem, and is a runout in which a steel strip is transported over a plurality of rotating roller tables, and a lower surface for injecting cooling water between the roller tables to a position immediately adjacent to the steel strip. A cooling nozzle group is installed, and an upper surface cooling nozzle group is desirably installed at a position facing the lower surface cooling nozzle group so as to be able to ascend and descend from the line, and the cooling water is jetted vertically and symmetrically from the nozzle group to the steel strip. Then, the steel strip is allowed to pass almost at the center where the cooling water flows coming from above and below join.
[0016]
The first row of cooling nozzles in which the steel strip and the cooling water come into contact first supplies a slit-shaped cooling water flow or a pseudo slit flow in order to ensure cooling uniformity in the width direction. For example, in the case of a columnar water flow, the nozzles are densely arranged in the width direction so that the flow of the cooling water is continuous in the width direction when viewed from the steel strip side.
[0017]
Then, the flow rate of the cooling water of the first-row cooling nozzle is adjusted so that the collision speed of the cooling water is at least higher than the passing speed of the steel strip. The cooling nozzle of the second and subsequent columns, the first column in a plane average cooled steel strip water flow rate 2000L / minm 2 or more, preferably 3000L / minm 2 or more cooling water from above and below the collision pressure is about the same While injecting so as to make the steel strip pass through the steel strip, continuous strong cooling is performed.
[0018]
By employing the cooling device and the cooling method as described above, rapid cooling symmetrical in the vertical direction can be performed, and the on-line cooling enables stable production of a hot-rolled steel strip having a fine crystal grain size.
[0019]
As a result, the cooling conditions of the upper surface and the lower surface during cooling can be made exactly the same, and not only the bending during cooling and the occurrence of residual stress after cooling can be reduced, but also in the longitudinal direction, width direction, thickness direction of the steel strip. A stable production of a homogeneous hot-rolled steel strip having a uniform crystal grain size can be achieved.
[0020]
In addition, strong cooling can be started simultaneously with the passage of the steel strip at the tip, and the pass line of the steel strip is stabilized by the fluid pressure of the cooling water in a state where tension is not applied. Efficient cooling is performed in a state where tension is not applied before the steel strip is wound by the winder. Water injection and cooling are possible under the same cooling conditions as the tensioned steel strip central part, and the material is uniform in the vertical direction and uniform in the longitudinal direction. Therefore, the product yield is high and the quality of the steel strip is stable.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows a hot-rolled steel strip manufacturing facility, and FIG. 2 schematically shows a cooling device.
[0022]
The rough bar 1 rolled by the rough rolling mill is conveyed on a roller table forming a steel strip conveying path, and is continuously rolled to a predetermined thickness by seven continuous finishing rolling mills 2, and then a final finishing mill 2E. To the run-out table 3 behind. A part of the run-out table 3 constitutes a cooling device 5, and after being cooled, it is taken up by a rear take-up machine 4 to become a hot rolled coil.
[0023]
A steel strip thermometer 6 and a gamma ray thickness gauge 7 are installed between the final finishing mill 2E and the cooling device 5 in the run-out table 3.
As shown in FIG. 2, in the cooling device 5, a roller table 8 for rotating a steel strip having a diameter of 400 mm is arranged in the arrangement space at a pitch of about 900 mm in the longitudinal direction and forms a steel strip transfer path. ing. That is, these roller tables 8 are located on the lower surface side of the steel strip 11.
[0024]
Between the roller tables 8, a lower surface cooling nozzle group 9 in which a plurality of cooling nozzles 9a are arranged in an orderly manner is provided. The lower surface cooling nozzle group 9 is provided in the longitudinal direction over a total length of 9.5 m as a substantial length of the cooling device 5.
[0025]
On the other hand, on the upper surface side of the transport steel strip 11 in the cooling device 5, an upper surface cooling nozzle group 10 in which a plurality of cooling nozzles 10 a are arranged vertically and horizontally at positions corresponding to the lower surface cooling nozzle group 9 via a steel strip transport path. Is provided. The installation height of the upper cooling nozzle group 10 is such that the distance between the upper surface of the steel strip 11 and the end of the upper cooling nozzle group 10 is equal to the distance between the end of the lower cooling nozzle group 9 and the lower surface of the steel strip 11. Can be adjusted.
[0026]
During non-cooling when the cooling device 5 does not operate, the upper surface cooling nozzle group 10 is raised to a position about 500 mm above the line, and these are retracted from the steel strip 11. At the time of a normal cooling operation on the steel strip 11, the interval between the tips of the cooling nozzle groups 10 and 9 on the upper and lower surfaces is set to be the thickness of the steel strip +100 mm.
[0027]
Here, the cooling water injection timing of the upper surface cooling nozzle group 10 starts descending sequentially from the upper surface cooling nozzle group 10 on the upstream side in conjunction with the passage of the tip of the steel strip 11 in order to further improve the cooling response. Is started to be injected.
[0028]
The cooling device 5 is configured with 22 banks as banks (units) in which opposing lower surface cooling nozzle groups 9 and upper surface cooling nozzle groups 10 can be turned on / off by one control valve or two upper and lower control valves. ing.
[0029]
Further, in order to avoid contact between the upper and lower cooling nozzle groups 10, 9 and the steel strip 11, a mushroom-shaped guide 12 is provided between the nozzle outlet and the steel strip 11, and the upper surface of each bank is provided. The saw-shaped guides 12 provided in the cooling nozzle group 10 are adjacent to each other and are displaced from each other.
[0030]
Next, the cooling water injection state, the flow state, and the cooling state in the cooling device 5 configured as described above will be described in detail.
[0031]
The part where the steel strip 11 exiting the final finishing mill 2E is first cooled by the cooling nozzles 10a, 9a in the first row of the upper and lower cooling nozzle groups 10, 9 is a liquid film having no discontinuity in the width direction. The flow undergoes flat laminar cooling. In order to form a cooling system for this portion, it is necessary that the cooling nozzles 10a and 9a in the first row are arranged in a straight line along the width direction of the steel strip 11.
[0032]
That is, in the cooling device 5, since the conveyance speed of the steel strip 11 is as high as 600 mpm to 1300 mpm, there is no other inclusion between the cooling water and the steel strip, and the cooling water directly passes through the steel strip. When wet, the contact between the steel strip and the cooling water is completed, and the heat transfer between the steel strip and the cooling water becomes a nucleate boiling state. In this state, the heat flux is high, and rapid cooling (strong cooling) is possible.
[0033]
On the other hand, in a film boiling state in which a stable steam film always intervenes between the steel strip and the cooling water, the heat flux becomes extremely small as compared with the nucleate boiling state. As a result, rapid cooling (strong cooling) cannot be realized.
[0034]
This film boiling state occurs when the surface temperature of the steel strip is high and the water density of the cooling water is low, and the nucleate boiling state occurs when the surface temperature of the steel strip is low and the water density of the cooling water is high I do.
[0035]
Under conditions in which the high-temperature steel strip moves rapidly, for example, in a state in which the moving speed exceeds 10 m / s, the steam film is likely to be stably present and is in a film boiling state, so that the cooling effect is weak. When it occurs, it is difficult to change the film boiling portion to nucleate boiling.
[0036]
Therefore, in order to promote cooling, it is necessary to positively contact the cooling water with the steel strip, and the cooling water is injected and supplied so as to break the steam film and increase the contact between the steel strip and the cooling water. It is effective to shift to a boiling state.
[0037]
Therefore, as a result of intensive studies on the conditions for starting the nucleate boiling state in a straight line in the width direction at various thicknesses of the steel strip and different conveyance speeds, if the following conditions are satisfied, the start line of the nucleate boiling state is changed in the width direction. It turns out that it can be constant.
[0038]
First, at a position where the steel strip and the cooling water first contact each other, the cooling water has a pseudo slit laminar shape in the width direction, and the contact start point is substantially one linear shape in the width direction. The collision speed of water shall be equal to or higher than the transport speed of the steel strip.
[0039]
In addition, the cooling water is pseudo-slit laminar in the width direction, which means that the cooling water is discontinuous in the width direction immediately after exiting the nozzle, but is continuously continuous in the width direction when the cooling water reaches the steel strip. The state that becomes the flow to do. Due to the structure, it is difficult for the nozzle that injects the cooling water to have one continuous slit in the width direction, and it is common to have a plurality of divided structures in the width direction. From this point, it is necessary to obtain a pseudo slit laminar shape. Is valid.
[0040]
FIG. 3A shows a position where the cooling water supplied from the first row of cooling nozzles 10a first comes into contact with the steel strip 11 as in the present invention. FIG. 2 schematically shows a state of cooling in a state.
[0041]
FIG. 4A schematically shows a conventional cooling mode in which, for example, a circular pipe laminator a is intermittently arranged at a predetermined pitch along the width direction of the steel strip 11. .
[0042]
Each figure (B) shows the temperature distribution in the steel strip width direction at the stage when the steel sheet 11 has passed through the respective cooling nozzles 10a and a. In each case, the conveying speed of the steel strip is 600 mpm, and the flow velocity of the cooling water at the time of contact with the steel strip is about 10 m / s.
[0043]
In the case where a conventional intermittent circular tube laminar nozzle a in the width direction shown in FIG. 4B is used, a streak-like high-temperature portion due to a vapor film (film boiling state) is formed near the center of the nozzle and the nozzle on the downstream side. Will remain. On the other hand, when the cooling water is substantially linear in the width direction as shown in FIG. 3B, the cooling start point is in a uniform nucleate boiling state in the width direction. A flat temperature distribution is formed without any parts.
[0044]
As shown in FIG. 5A, the cooling nozzle for obtaining the pseudo laminar shape may be, for example, a flat laminar nozzle A1 having a cooling water injection port having a fixed gap in the plate width direction. ), A high-density circular laminar nozzle A2 in which circular tubes are densely arranged in the width direction may be used.
[0045]
Further, as shown in FIG. 5 (C), a cooling box type nozzle A3 provided with perforations may be used, and as shown in FIG. 5 (D), a plurality of laminar nozzles are superimposed and arranged side by side. Nozzle A4.
[0046]
In order to be regarded as a pseudo laminar flow by the circular laminar nozzle A2 or the perforated cooling box nozzle A3, if the diameter of the jet of cooling water is d, the distance between the jets is 10d or preferably less than 5d. In addition, it is necessary to form the sheet densely in the width direction.
[0047]
The necessary condition for making the collision speed of the cooling water higher than the conveyance speed for the steel strip 11 is explained as follows.
The water that collides with the wall at right angles changes its direction and splits into a flow parallel to the flow direction of the steel strip and a flow opposite to it, but if the collision speed of the cooling water is higher than the transport speed of the steel strip, The split cooling water flow becomes a uniform nucleate boiling state in the width direction.
[0048]
The surface temperature of the steel strip 11 cooled in the nucleate boiling state by the cooling nozzles 10a and 9a in the first row in this manner rapidly decreases, and the cooling nozzles 10a and 9a in the second and subsequent rows are arranged in the first row. Even if the pseudo laminar cooling is not so uniform in the width direction, rapid cooling in the nucleate boiling state is maintained. This is because the nucleate boiling state can be easily maintained even with a low water density or an intermittent circular laminar flow as the steel strip surface temperature decreases.
[0049]
Therefore, as well as the cooling nozzles in the second and subsequent rows, those having a pseudo laminar flow structure may be employed similarly to the first row. However, the amount of water is enormous, which is not economical. An economically suitable nozzle such as a small cooling method, for example, a spray nozzle, a circular laminar nozzle or a jet cooling with a conduit may be used. However, in this case, water flow rate is 2000L / minm 2 or more, preferably again unless cooled at 3000L / minm 2 or more, since sometimes the film boiling state is reproduced, the pseudo laminar flow to the fourth row in the present invention Are arranged.
[0050]
In this embodiment, the cooling nozzles in the second and subsequent banks have the same configuration as the cooling nozzles in the first bank, that is, the first four rows are slit laminar nozzles, and the latter are circular pipe laminar nozzles. The second and subsequent banks have the same nozzle configuration as the first bank so that the pattern can be flexibly changed. However, in the case of continuous cooling, it is only necessary to use circular laminar nozzles in the second and subsequent banks or to reduce the number of slit laminar nozzles.
[0051]
There is a so-called two-stage cooling method in which cooling is temporarily stopped halfway. In cooling in which the temperature is maintained at an intermediate point in terms of metallurgy, for example, cooling water is injected in the first and third banks. However, the second bank performs discontinuous cooling (also referred to as intermittent cooling) in which the injection of the cooling water is stopped.
[0052]
In this case, since the surface temperature of the steel strip rises at the beginning of the third bank due to reheating, the nozzles in the first row of this bank are provided with pseudo-flat laminar nozzles that have a continuous flow in the width direction of the steel strip. There must be.
[0053]
In a cooling device having a large number of banks and continuously cooling the steel strip, various cases can be considered in which bank the steel strip temperature rises due to recuperation. The nozzles are provided with pseudo flat laminar nozzles that have a continuous flow in the steel strip width direction, and the nozzles in the second and subsequent rows may have circular pipe laminar nozzles that have a discontinuous flow in the steel strip width direction.
[0054]
Next, a procedure for cooling will be described.
The timing of the steel strip 11 carried out from the final finishing mill 2E is adjusted almost at the same time as the tip of the steel strip 11 passes through the cooling device 5, and the upper and lower cooling nozzle groups 10, 9 start spraying the cooling water.
[0055]
This is because if the cooling water is injected before the tip passes, the cooling water becomes a resistance to the passage of the tip of the steel strip, and there is a possibility that the passing of the tip is obstructed. However, once the tip has passed, the balance between the pressure of the cooling water from above and the pressure of the cooling water from below keeps the pass line of the steel strip constant. Is stable, and the steel strip is uniformly cooled strongly.
[0056]
As described above, the distance between the tips of the upper and lower cooling nozzle groups 10 and 9 and the upper and lower surfaces of the steel strip 11 is set to about 50 mm for the following reason.
That is, if the distance between the tips of the cooling nozzles 10a and 9a and the steel strip 11 is further increased, the power of the cooling water is absorbed by the fluid (cooling water) existing between the tip of the nozzle and the steel strip and weakened. Conversely, the closer the distance between the cooling nozzles 10a and 9a and the steel strip 11 is, the stronger the momentum of the cooling water is. Therefore, the steel strip has a surface pressure received from the cooling water injected from the upper surface and a surface received from the lower surface. Passing the position where the pressure balances, the effect of correcting the vibration and the uneven running of the steel strip and centering it works.
[0057]
Therefore, in order to ensure that the cooling water reaches the steel strip 11 and to efficiently cool the steel strip, the distance between the tips of the cooling nozzles 10a and 9a and the steel strip cannot be set too far. This distance is preferably 30 to 100 mm if the cooling nozzle is, for example, a circular tube laminar nozzle and the diameter of the nozzle outlet of the laminar flow is about 2 to 5 mm.
[0058]
If it is 100 mm or more, the momentum of the cooling water flow is weakened and strong cooling becomes impossible. Conversely, if it is too close to 30 mm or less, there is nowhere to go for the cooling water, and it becomes difficult to obtain a good water flow. Therefore, rapid cooling becomes impossible, or the flow of the cooling water is greatly different between the central portion and the end portion of the steel strip, causing uneven cooling. Note that this condition differs depending on the type of cooling nozzle, and the conditions are not limited to the above.
[0059]
Further, in order to stabilize the sheet passing property, a rotatable driving roll that can be raised and lowered may be provided on the entrance side or the exit side of the cooling device 5 to ensure the sheet passing stability. Since the conveying speed of the steel strip is high, the roll on the entry side contributes more to the threading stability than to the effect of preventing leakage of the cooling water.
[0060]
In the rolling equipment provided with the cooling device 5 described above, a steel strip having a finished plate width of 1500 mm and a finished plate thickness of 3 mm was passed at a speed of 650 mpm. At that time, the steel strip 11 stably passed through the cooling device 5 from the front end to the rear end, and was subjected to predetermined cooling. Naturally, no flaw was generated.
[0061]
As a result, it was possible to stably produce a hot-rolled steel strip in which the crystal grain diameter was constant and almost constant from the front end to the rear end. The fluctuation of the winding temperature was within 15 ° C. over the entire width in the width direction from the front end to the rear end, and stable cooling was realized. When the cooling rate is estimated from the temperature history, the cooling is performed at 500 ° C./s.
[0062]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
[0063]
(1) Cooling was possible under uniform cooling conditions from the leading end to the trailing end of the steel strip, and in particular, uniform rapid cooling was possible in the longitudinal and width directions of the steel strip. As a result, the margin for cutting off the end portion and the edge portion of the steel strip due to the material variation is small, and the yield is high.
[0064]
(2) Even if the steel strip passes through the cooling device in a tensionless state, the running of the steel strip is stable, so that there is little trouble of clogging and operation stoppage.
[0065]
(3) Even in a state where the sheet passing until the end of the steel strip is wound around the winding machine is unstable, the sheet passing in the cooling device is stable, and uniform cooling in the width direction and the longitudinal direction can be obtained. As a result, the material is constant and the winding yield in the winding machine is high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a rolling facility, showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a cooling device of the embodiment.
FIG. 3 is a view for explaining a flow aspect of cooling water on a steel strip when cooled by a pseudo slit laminar flow, and a temperature distribution chart after cooling, showing the embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining a flow aspect of cooling water on a steel strip when cooled by a conventional circular laminar flow, and a temperature distribution diagram after cooling.
FIG. 5 is a view for explaining cooling nozzles having different structures for obtaining a pseudo laminar flow according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
2E: Final finishing rolling mill,
3. Runout table,
4 ... winder,
5. Cooling device,
8 ... roller table,
9 ... lower surface cooling nozzle group,
10. Top surface cooling nozzle group,
11 ... steel strip.

Claims (3)

所定間隔を存して配置され熱延鋼帯を搬送する複数のローラテーブルからなる鋼帯搬送路と、
この鋼帯搬送路のローラテーブル相互間で、かつ鋼帯搬送路に搬送される鋼帯と直近の位置に設けられ、鋼帯の下面に冷却水を噴射して冷却する下面冷却ノズル群と、
この下面冷却ノズル群と上記鋼帯搬送路を介して相対する鋼帯搬送路上面側に設けられ、鋼帯の上面に冷却水を噴射して冷却する上面冷却ノズル群とを具備した熱延鋼帯の冷却装置において、
上下面冷却ノズル群における、鋼帯と最初に冷却水を接触させる少なくとも第1列目の冷却ノズルは、スリット状の冷却水流あるいは擬似スリット流となるように冷却水を供給するとともに、この冷却ノズルから噴射する冷却水の衝突速度が鋼帯の搬送速度よりも速くなるように冷却噴出流速を調整し、第2列目以降の冷却ノズルは水量密度2000L/minm以上の冷却水を供給することを特徴とする熱延鋼帯の冷却装置。
A steel strip transport path comprising a plurality of roller tables arranged at predetermined intervals and transporting a hot-rolled steel strip,
A lower surface cooling nozzle group that is provided between the roller tables of the steel strip transport path and at a position immediately adjacent to the steel strip transported to the steel strip transport path and injects cooling water to the lower surface of the steel strip to cool the steel strip,
A hot-rolled steel provided with a lower surface cooling nozzle group and an upper surface cooling nozzle group that is provided on the upper surface side of the steel strip transport path opposed to the steel strip transport path via the steel strip transport path and injects cooling water onto the upper surface of the steel strip to cool the steel strip. In the cooling device of the belt,
In the upper and lower cooling nozzle group, at least the first row of cooling nozzles for bringing the steel strip into contact with the cooling water supplies the cooling water so as to form a slit-like cooling water flow or a pseudo slit flow. The cooling jet velocity is adjusted so that the collision speed of the cooling water injected from the nozzle becomes faster than the conveying speed of the steel strip, and the cooling nozzles in the second and subsequent rows supply cooling water with a water density of 2000 L / minm 2 or more. A cooling device for a hot-rolled steel strip.
上記上面冷却水ノズル群は昇降可能であることを特徴とする請求項1記載の熱延鋼帯の冷却装置。2. The cooling device for a hot-rolled steel strip according to claim 1, wherein the upper surface cooling water nozzle group is movable up and down. 鋼帯搬送路に搬送される鋼帯の下面に下面冷却ノズル群から冷却水を噴射し、この下面冷却ノズル群と鋼帯搬送路を介して相対する鋼帯搬送路上面の上面冷却ノズル群から鋼帯の上面に冷却水を噴射する熱延鋼帯の冷却方法であり、
上下面冷却ノズル群における、鋼帯と冷却水が最初に接触する少なくとも第1列目の冷却ノズルから、スリット状の冷却水流あるいは擬似スリット流となるように冷却水を供給し、この冷却ノズルから噴射する冷却水の衝突速度が鋼帯の搬送速度よりも速くなるように冷却噴出流速を調整し、第2列目以降の冷却ノズルは水量密度2000L/minm以上の冷却水を噴射することを特徴とする熱延鋼帯の冷却方法。
Cooling water is injected from the lower surface cooling nozzle group to the lower surface of the steel strip conveyed to the steel strip transport path, and the lower surface cooling nozzle group and the upper surface cooling nozzle group on the upper surface of the steel strip transport path facing each other via the steel strip transport path. A method of cooling a hot-rolled steel strip by injecting cooling water onto the upper surface of the steel strip,
In the upper / lower surface cooling nozzle group, cooling water is supplied from at least the first row of cooling nozzles in which the steel strip and the cooling water first come into contact with each other so as to form a slit-like cooling water flow or a pseudo slit flow. The cooling jet velocity is adjusted so that the collision speed of the cooling water to be jetted is higher than the conveying speed of the steel strip, and that the cooling nozzles in the second and subsequent rows jet the cooling water having a water density of 2000 L / minm 2 or more. Characteristic cooling method for hot rolled steel strip.
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