JP3591409B2 - 熱延鋼帯の冷却装置と、その冷却方法 - Google Patents

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の厚みの鋼帯となす。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っていない。
【０００５】
さらに、鋼帯先端が冷却装置を通過する際に、その先端がロール間に下向きに押し込まれないよう、たとえば特開平６−３２８１１７号公報には、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ことで有効冷却する方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術のように冷却水量比を変えると、鋼帯上下面に対する冷却がアンバランスとなり、鋼帯先端と鋼帯の中央部とで得られる冷却速度が異なり、材質がばらつく問題があった。
【０００７】
また、鋼帯先端が巻き取り機に到達するまで、鋼帯は無張力であるために振動し、波打つ状態でランナウト上を走行することになる。このような波打つ鋼帯に冷却水を注水すると、鋼帯の下方に凸になった部分に冷却水が滞留して過冷却を引き起こしたり、冷却停止温度をばらつかせるなどの問題があった。
【０００８】
このように、鋼帯の先端が圧延機を出てから巻き取り機に巻き取られるまで冷却が安定せずに、材質はずれを起こし易い。材質がばらついた場合には、この先端部は切り落とさざるを得ず、歩留まりが悪くなっていた。
【０００９】
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も安定して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。
【００１０】
【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、熱延鋼帯の製造設備における最終仕上げ圧延機と巻き取り機との間に配置され、鋼帯を搬送する鋼帯搬送路と、この鋼帯搬送路に設けられ最終仕上げ圧延機の直近に設けられた急速冷却装置である第１の冷却装置と、第１の冷却装置の下流側に設けられた緩冷却装置である第２の冷却装置と、第１の冷却装置と第２の冷却装置との間に配置され第１の冷却装置を通過した鋼帯先端を噛みこませるピンチロール対とを具備し、第１の冷却装置は、鋼帯搬送路に搬送される鋼帯を介して上面側と下面側に相対する位置に同数ずつ配置されるとともに、鋼帯との距離が互いに等しくなるように調整可能であり、かつ鋼帯に対して圧力が互いにバランスするよう冷却水を噴射する上面冷却ボックスおよび下面冷却ボックスを備えたことを特徴とする熱延鋼帯の冷却装置である。
さらに本発明は、熱延鋼帯の製造設備における最終仕上げ圧延機と巻き取り機との間で、最終仕上げ圧延機の直近に設けられた急速冷却装置を通過した鋼帯先端をピンチロール対に噛みこませ、この鋼帯先端のピンチロール対への噛みこみに同期してピンチロール前の鋼帯の上下面に対し、鋼帯のパスラインが一定に保たれるよう冷却水の圧力をバランスさせて冷却水を噴射し冷却することを特徴とする熱延鋼帯の冷却方法である。
【００１１】
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、圧延後の鋼帯の先端に近い部分から安定した冷却を施すことができる。
【００１２】
【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、第１の実施の形態での熱延鋼帯の製造設備を概略的に示し、図２は、この設備に用いられる第１の冷却装置５を概略的に示す。
【００１３】
粗圧延機で圧延された粗バー１は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の後方の鋼帯搬送路をなす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のほとんど大部分は冷却装置を構成していて、ここで冷却されたあと、後方の巻き取り機４で巻き取られて熱延コイルとなる。
【００１４】
このランナウトテーブル３には冷却手段をなす２つの冷却装置５，６が設けられている。すなわち、上流側に位置する急速冷却装置である第１の冷却装置５と、この下流側に位置する緩冷却装置である第２の冷却装置６とからなる。
【００１５】
上記第１の冷却装置５は、最終仕上げ圧延機２Ｅの直近約３ｍの位置から約１５ｍの位置に亘って設けられていて、後述するように構成される。
【００１６】
上記第２の冷却装置６は、上記第１の冷却装置５の下流側に約８０ｍに亘って設置されていて、ランナウトテーブル３の上面側に所定ピッチで配置される複数の円管ラミナーノズル７と、下面側で鋼帯搬送用のローラテーブル１２間に配置される複数のスプレーノズル８からなっている。
【００１７】
さらに、第１の冷却装置５と第２の冷却装置６との間には、ピンチロール９，９対が配置されている。
【００１８】
図２に示すように、第１の冷却装置５の配置スペース内において、長手方向に約８００ｍｍピッチで、直径３５０ｍｍの回転する鋼帯搬送用のローラテーブル１０が配置されている。すなわち、これらローラテーブル１０は鋼帯１３の下面側に位置している。そして、ローラテーブル１０の相互間に、長さ約４３０ｍｍ、幅約１８６０ｍｍの下面冷却ボックス１１が設けられている。
【００１９】
下面冷却ボックス１１は、装置の長手方向に沿って合計１２台が配置されていて、第１の冷却装置５として延べ約５１６０ｍｍの冷却長を有することになる。そして、この下面冷却ボックス１１端面と鋼帯１３下面との距離は、約５０ｍｍに設定されている。
【００２０】
一方、第１の冷却装置５における鋼帯１３の上面側には、下面冷却ボックス１１と相対する位置で、かつ全く同じ長さと幅寸法に設定された上面冷却ボックス１２が、下面冷却ボックス１１と同じ数だけ配置されている。
【００２１】
上面冷却ボックス１２の設置高さは、鋼帯１３上面と上面冷却ボックス１２端面との距離が、下面冷却ボックス１１端面と鋼帯１３下面との距離に等しくなるように調整ができるようになっている。
【００２２】
上下面冷却ボックス１２，１１から噴射される冷却水は柱状のラミナー流をなし、かつ少なくともその上流側の衝突点は上下で対称となるように、各冷却ボックス１２，１１の位置合わせがされている。
【００２３】
鋼帯１３の通板性安定のために、鋼帯下面については下面冷却ボックス１１とローラテーブル１０との間に、かつ鋼帯上面については上面冷却ボックス１２相互間に、いわゆるスノコ状のガイド１４が設けられていて、特に鋼帯１３の先端が各隙間に引っ掛かることのないように工夫されている。
【００２４】
また、これらスノコ状ガイド１４では鋼帯１３と接する虞れがある面は有機樹脂膜で覆われ、鋼帯と接触しても鋼帯には疵が発生しないようになっている。この有機樹脂膜の材質は、鋼帯に疵が発生しないように鋼帯よりも柔らかく、かつ高温の鋼帯が通過する際に受ける輻射熱で温度が上昇しても強度が保たれるような耐熱の材料が好ましい。
【００２５】
上記ピンチロール９の一方は図示しない駆動源に連結されていて、ローラテーブル１０の周速と同一となるように回転が制御されている。ピンチロール９相互間のギャップは鋼帯の板厚マイナス０．１ｍｍに調整され、さらに鋼帯の先端が噛みこんだあとにフリー側とドライブ側のロール押し付け力をダイナミックに独立制御可能である。このようにして、ピンチロール９，９対から巻き取り機４までの下流側全般に亘って鋼帯１３が蛇行しないように、押し付け力を制御している。
【００２６】
つぎに、熱延鋼帯１３に対する冷却工程について説明する。
最終仕上げ圧延機２Ｅから搬出された熱延鋼帯１３の先端が第１の冷却装置５を通過し、ピンチロール９，９対が鋼帯先端を噛みこむのと同時に、この冷却装置５で冷却水の噴射を開始する。
【００２７】
このような工程の設定は、鋼帯の先端が通過する以前に第１の冷却装置において冷却水を噴射すると、冷却水が鋼帯先端に対する通過の抵抗となり、先端の通板性を阻害する虞れがあることによる。
【００２８】
鋼帯１３の先端が一旦通過した後は、上面冷却ボックス１２から噴射する冷却水の圧力と、下面冷却ボックス１１から噴射する冷却水の圧力とのバランスによって、鋼帯１３のパスラインが一定に保たれる。したがって、鋼帯１３の通板性が安定することになり、鋼帯に対する均一な強冷却が施される。
【００２９】
以上の設備において、仕上げ板幅が１２３０ｍｍで、仕上げ板厚が３ｍｍの鋼帯をスレッディング速度６５０ｍｐｍ、加速率９ｍｐｍ／ｓで加速し、最大１２００ｍｐｍまで加速後、減速して６５０ｍｐｍで鋼帯後端を尻抜けさせた。
【００３０】
鋼帯１３の加速時は、第１の冷却装置５と第２の冷却装置６の水量を増加することで、巻き取り温度が一定となる制御を行った。そのとき、鋼帯１３は先端から後端まで安定して各冷却装置５，６を通過し、所定の冷却が行われた。
【００３１】
また、各冷却装置５，６の前後に冷却水の漏出はなく、鋼帯１３のほぼ先端から後端まで結晶粒径が微細な熱延鋼帯を安定して製造できた。すなわち、結晶粒径を長手方向に沿って詳細に調査したところ、鋼帯の先端が第１の冷却装置５を通過して冷却水が噴射されるまでの間である、鋼帯先端から約１０ｍが急速冷却の効果が得られず結晶粒径が粗くなっていたが、それ以降の部位は全て均一な粒径であって安定している。冷却速度は、第１の冷却装置５では５００℃／ｓの急速冷却が実現した。
【００３２】
図３に、第２の実施の形態を示す。
【００３３】
粗圧延機で圧延された粗バー１は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３Ａを通過して後方の巻き取り機４で巻き取られ、熱延コイルとなる。
【００３４】
このランナウトテーブル３Ａには、長さが約１０ｍの冷却手段である冷却装置１５が６組配置されていて、冷却装置全体の総冷却長は約６０ｍになる。各冷却装置１５は、ランナウトテーブル３Ａ上部側に所定のピッチで配置される複数の円管ラミナーノズル７と、下部側で鋼帯搬送用のローラテーブル１０間に配置される複数のスプレーノズル８からなっている。
【００３５】
各冷却装置１５相互間にはピンチロール９，９対が配置されている。冷却装置１５が６組あるところから、ピンチロールは５対備えられる。一方のピンチロール９はローラテーブル１０と同一の周速になるよう回転が制御されている。
【００３６】
ピンチロール９，９相互間のギャップは鋼帯の板厚マイナス０．１ｍｍに調整されていて、鋼帯１３の先端を噛みこんだあとにフリー側とドライブ側のロール押し付け力をダイナミックに独立制御可能である。すなわち、このピンチロール９から巻き取り機４までの下流側全般に亘って鋼帯１３が蛇行しないように押し付け力を制御している。
【００３７】
つぎに、熱延鋼帯１３に対する冷却工程について説明する。
最終仕上げ圧延機２Ｅから搬出された熱延鋼帯１３の先端が最も入り側にある第１の冷却装置１５を通過し、ピンチロール９，９対が鋼帯先端を噛みこむのとほぼ同時に、この冷却装置１５において冷却水の噴射を開始する。
【００３８】
続いて、鋼帯１３先端が下流側２番目の冷却装置１５を通過し、後位のピンチロール９，９対に噛み込まれるのとほぼ同時に、この冷却装置１５において冷却水の噴射を開始する。同様に、それ以降の冷却装置１５を通過して後位にあるピンチロール９，９対が鋼帯先端を噛みこむのとほぼ同時に、その冷却装置１５で冷却水の噴射を開始する。
【００３９】
このような工程の設定は、鋼帯の先端が通過する以前にその冷却装置において冷却水を噴射すると、冷却水が鋼帯先端に対する通過の抵抗となり、先端の通板性を阻害する虞れがあることによる。
【００４０】
鋼帯１３の先端が一旦通過した後は、多少上下のノズルからの冷却水の圧力が異なったとしても、通板性を損ねることなく安定した鋼帯の冷却を実現する。そして、円管ラミナーノズル７とスプレーノズル８のみで冷却装置を構成しても、冷却水の水量を増やすことにより強冷却をなすことができる。このとき、特に、上下ノズルの水量比を鋼帯先端と鋼帯中央部で変更調整しなくても、安定した通板と冷却を得る。
【００４１】
以上の設備において、仕上げ板幅が１２３０ｍｍで、仕上げ板厚が３ｍｍの鋼帯をスレッディング速度６５０ｍｐｍ、加速率９ｍｐｍ／ｓで加速し、最大１２００ｍｐｍまで加速後、減速して６５０ｍｐｍで鋼帯後端を尻抜けさせた。そのとき、鋼帯は先端から後端まで安定した状態で全ての冷却装置１５を通過し、所定の冷却が行われた。
【００４２】
その結果、ほぼ先端から後端まで結晶粒径が微細な熱延鋼帯を安定して製造できた。また、結晶粒径を長手方向に沿って詳細に調査したところ、鋼帯の先端が１番目の冷却装置１５を通過して冷却水が噴射されるまでの間である、鋼帯先端から約１４ｍが急速冷却の効果が得られておらず、結晶粒径が粗くなっていたが、それ以降の部位は全て均一な粒径で安定している。冷却速度として、５００℃／ｓの急速冷却が実現することも第１の実施の形態と同様である。
【００４３】
（比較例）
図４に、比較例を示す。ここでは、図３で説明したような各冷却装置１５間にピンチロール対を備えていないことが特徴であって、それ以外は全て同一の構成であるので、同番号を付して新たな説明は省略する。
【００４４】
以下に説明するようにして、鋼帯１３を冷却した。
【００４５】
（１）最終仕上げ圧延機２Ｅから搬出された鋼帯１３の先端が入り側の冷却装置１５から下流側の冷却装置１５に亘って順次通過し、かつ巻き取り機４に巻き取られるのと同時に、各冷却装置１５において一斉に冷却水の噴射を開始した。
【００４６】
この場合、ランナウトテーブル３Ａ全長に相当する鋼帯１３の先端から約１００ｍが冷却されず、結晶粒径が粗大化して製品とならないので、切り落として廃棄した。その結果、歩留まりが低下した。
【００４７】
（２）最終仕上げ圧延機２Ｅから搬出された鋼帯１３の先端が各冷却装置１５を通過するごとに、通板性を阻害しない範囲で冷却水量を絞って冷却を開始した。具体的には、上面側の円管ラミナーノズル７で鋼帯中央部における所定冷却水量の５０％とし、下面側のスプレーノズル８では所定冷却水量とした。そして、鋼帯１３先端が巻き取り機４に噛み込まれるのとほぼ同時に、上下ノズル７，８とも所定の冷却水量で冷却水を噴射した。
【００４８】
このようにしても、鋼帯１３の先端から約１００ｍは冷却が不足しており、結晶粒径が粗くなっていた。やはり、鋼帯の先端から１００ｍは切り落とさなければならず、歩留まりが低下した。
【００４９】
（３）最終仕上げ圧延機２Ｅから搬出された鋼帯１３の先端が各冷却装置１５を通過するごとに、上下面側のノズルから所定の冷却水量を噴射した。このとき、鋼帯１３先端が各ローラテーブル１０間で上面側からの冷却水の圧力によって下方に押し込まれ、各ローラテーブルに衝突を繰り返すので、大きな振動が発生した。
【００５０】
そのため、鋼帯１３は波を打った状態でランナウト３Ａ上を走行し、下側に凸となった部分に冷却水が残存して過冷却を引き起こした。また、ローラテーブル１０に対する接触によって疵が発生した。鋼帯１３の先端から約１００ｍに亘って過冷却によって一定せず、この過冷却部が強度上限を超えた。
以上のように、比較例ではいずれも鋼帯先端部の品質劣化が避けられず、歩留まりの低下を引き起こした。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、以下に述べるような効果を奏することとなる。
【００５２】
（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冷却停止時間が一定となるので、鋼帯の品質が安定する。それにともなって鋼帯の切り捨て代が少なくなり、歩留まりが高い。
【００５３】
（２）鋼帯先端の無張力で搬送冷却される分が短くなり、材質がばらつく長さが短縮して品質が安定する。また、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発生が少ない。
【００５４】
（３）冷却装置やガイドに対する鋼帯の接触がほとんどなく、鋼帯において疵が発生し難い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す、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】第２の実施の形態を示す、圧延設備の概略の構成図。
【図４】比較例での、圧延設備の概略の構成図。
【符号の説明】
２Ｅ…最終仕上げ圧延機、
５…冷却装置、
１２…上面冷却ボックス、
１０…ローラテーブル、
１１…下面冷却ボックス。

Claims (4)

1. 熱延鋼帯の製造設備における最終仕上げ圧延機と巻き取り機との間に配置され、鋼帯を搬送する鋼帯搬送路と、
   この鋼帯搬送路に設けられ、前記最終仕上げ圧延機の直近に設けられた急速冷却装置である第１の冷却装置と、
   前記第１の冷却装置の下流側に設けられた緩冷却装置である第２の冷却装置と、
   前記第１の冷却装置と前記第２の冷却装置との間に配置され、前記第１の冷却装置を通過した鋼帯先端を噛みこませるピンチロール対とを具備し、
   前記第１の冷却装置は、前記鋼帯搬送路に搬送される鋼帯を介して上面側と下面側に相対する位置に、同数ずつ配置されるとともに、鋼帯との距離が互いに等しくなるように調整可能であり、かつ前記鋼帯に対して圧力が互いにバランスするよう冷却水を噴射する上面冷却ボックスおよび下面冷却ボックスを備えたことを特徴とする熱延鋼帯の冷却装置。
2. 前記第１の冷却装置を構成する上面冷却ボックスおよび前記下面冷却ボックスは、それぞれ柱状のラミナー流をなすよう冷却水が噴射され、少なくともその上流側の衝突点は上下で対称となるように上下各面冷却ボックスの位置合せがされてい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。
3. 前記鋼帯搬送路を搬送される鋼帯の先端が、前記第１の冷却装置を構成する上面冷却ボックスおよび下面冷却ボックスに接触するのを阻止するスノコ状ガイドを備えたことを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却装置。
4. 熱延鋼帯の製造設備における最終仕上げ圧延機と巻き取り機との間で、前記最終仕上げ圧延機の直近に設けられた急速冷却装置を通過した鋼帯先端をピンチロール対に噛みこませ、この鋼帯先端のピンチロール対への噛みこみに同期してピンチロール前の鋼帯の上下面に対し、鋼帯のパスラインが一定に保たれるよう冷却水の圧力をバランスさせて冷却水を噴射し冷却することを特徴とする熱延鋼帯の冷却方法。

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