JP3705147B2

JP3705147B2 - 高温鋼板の冷却装置と方法

Info

Publication number: JP3705147B2
Application number: JP2001104640A
Authority: JP
Inventors: 淳小瀬川; 晶大西
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2021-04-03
Also published as: JP2002301512A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温の鋼板を冷却する冷却装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋼板の製造プロセスにおいて、熱間圧延直後の高温の鋼板、つまり高温鋼板に強制冷却を施し所望の材質性能を得る技術が広く用いられている。
【０００３】
圧延後の高温鋼板をオンラインで強制冷却する装置としては、一般的にはライン上に設置された強制冷却装置内を搬送しながら、鋼板上下面に冷却水を注入・噴射する装置が用いられている。
【０００４】
このような強制冷却は、高性能、高品質の鋼板を製造する際に適用される場合が多く、また鋼板内で均一の性能 (強度等）を有する事も当然要求される。ここで言う鋼板内での均一性には、鋼板幅方向、長手方向および厚さ方向があるが、本明細書においては、幅方向の均一性をもって均一の性能と称する。
【０００５】
従来より、鋼板内での性能の幅方向の均一化を図るため、例えば特開平05−138229号公報に示されるように、幅端部を遮蔽装置を用いて冷却水の注入幅を変更したり、特開平10−192951号公報に示されるように幅方向の水量分布を変更するなどの手段がとられてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来の手段は、冷却ノズル直下での性能の均一性確保を目的としており、ノズル間の鋼板上の冷却水滞留部については検討がなされていない。そのため冷却装置内を搬送中の鋼板上の冷却水が滞留部で表面張力の影響によって鋼板中央部に集中していく縮流現象が発生する。そして、その結果として、冷却後の幅方向温度分布において幅端部の高温化を引き起こし、それによって平坦不良が発生し、それを回避・修復するために余計な工程の付与が必要となる。
【０００７】
また、幅端部の高温化は、焼入れ性不足をもたらし、この焼入れ性の不足から強度低下を招くため、その強度低下部が製品内に含まれないように、つまり製品鋼板全体での強度均一性を確保するために、大きな切り捨て代を設ける必要性が生じ、コスト面で問題となっている。
【０００８】
ところで、従来より冷却設備の設計および使用に当たっては、下部ノズルのピッチは、搬送テーブルロールのピッチによって決定される。一方、上部ノズルのピッチあるいはノズルと拘束ロールの距離については、そのノズルの適正使用流量と鋼板上下面の冷却能のバランスあるいは設備取合いによって決定され、鋼板上を流れる水の影響が考慮されていなかった。
【０００９】
たとえば、特許第2780609 号公報に開示される発明においては、下面に設けたスリットノズルの設置ピッチ/ 上面に設けたスリットノズルのピッチの比＝0.15〜0.５とすることが示されているが、上面ノズルのピッチ決定の方法が示されておらず、この特許の実施例の冷却装置においても縮流現象による鋼板端部の強度低下を免れることは出来ない。
【００１０】
本発明の課題は、このような従来技術の問題点を解消することにより、冷却後の幅方向温度分布を均一にし、製品鋼板の強度性能の均一性を確保できる冷却装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
ここに、本発明者らは、種々検討の結果、鋼板の上面に設けたノズルのピッチを下記の通り決定することで、鋼板中央部に生じる縮流現象が低減することを知り、本発明を完成した。
【００１２】
ここに、本発明は、鋼板の幅方向に同一幅のスリットを設けた冷却ノズルを有し、高温の鋼板上面を複数の冷却ノズルから射出される冷却水によって冷却する、鋼板拘束ロールを使用しない、冷却装置であって、製品内の冷却後の温度分布を均一にするためのライン方向ノズルピッチを、下記式(1) から決定される最大ピッチ以下となるようにノズル高さＨで配置したことを特徴とした高温鋼板の冷却装置である。
【００１３】
Ｐ/２＝1175Ｑ^２−1275Ｑ＋0.3Ｈ＋760 ・・・・・(1)
Ｐ：ノズルピッチ（mm）、Ｑ：流量（m^３/min/m）、Ｈ：ノズル高さ（mm）。
ただし、１≦Ｑ≦３、 1500 ≦Ｈ≦ 5000
また、別の面からは、本発明は、鋼板の幅方向に同一幅のスリットを設けた冷却ノズルを有し、高温の鋼板上面を複数の冷却ノズルから射出される冷却水によって冷却する、鋼板製品をノズル非直下部で拘束する装置であって、製品内の冷却後の温度分布を均一にするためのノズルと拘束ロールのライン方向距離を、下記式(2) から決定される最大距離以下となるようにノズル高さＨで配置したことを特徴とした高温鋼板の冷却装置である。
【００１４】
Ｄ＝1175Ｑ^２−1275Ｑ＋0.3Ｈ＋760 ・・・・・(2)
Ｄ：ノズルと拘束ロールのライン方向距離（mm）、
Ｑ：流量（m^３/min/m）、Ｈ：ノズル高さ（mm）。
ただし、１≦Ｑ≦３、 1500 ≦Ｈ≦ 5000
さらに、本発明は、鋼板の幅方向に同一幅のスリットを設けた冷却ノズルを有し、高温の鋼板上面を複数の冷却ノズルから射出される冷却水によって冷却する、鋼板拘束ロールを使用しない、冷却装置を使用する高温鋼板の冷却方法であって、製品内の冷却後の温度分布を均一にするためのライン方向ノズルピッチを、使用流量およびノズル高さをパラメータとした下記式 (1) から決定される最大ピッチ以下とすることを特徴とした高温鋼板の冷却方法である。
Ｐ / ２＝ 1175 Ｑ ^２ − 1275 Ｑ＋ 0.3 Ｈ＋ 760 ・・・・・ (1)
Ｐ：ノズルピッチ（ mm ）、Ｑ：流量（ m ^３ /min/m ）、Ｈ：ノズル高さ（ mm ）。
ただし、１≦Ｑ≦３、 1500 ≦Ｈ≦ 5000
また、別の面からは、本発明は、鋼板の幅方向に同一幅のスリットを設けた冷却ノズルを有し、高温の鋼板上面を複数の冷却ノズルから射出される冷却水によって冷却する、鋼板製品をノズル非直下部で拘束する冷却装置を使用する高温鋼板の冷却方法であって、製品内の冷却後の温度分布を均一にするためのノズルと拘束ロールのライン方向距離を、使用流量およびノズル高さをパラメータとした下記式 (2) から決定される最大距離以下とすることを特徴とした高温鋼板の冷却方法。
Ｄ＝ 1175 Ｑ ^２ − 1275 Ｑ＋ 0.3 Ｈ＋ 760 ・・・・・ (2)
Ｄ：ノズルと拘束ロールのライン方向距離（ mm ）、
Ｑ：流量（ m ^３ /min/m ）、Ｈ：ノズル高さ（ mm ）。
ただし、１≦Ｑ≦３、 1500 ≦Ｈ≦ 5000
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面を参照しながら、その実施の形態について具体的に説明する。
【００１６】
図１a 、図1b、および図２は、本発明にかかる冷却装置の模式的説明図である。図２は、冷却ノズル高さを説明する模式図である。
本発明は、図１a 、１ｂおよび図２に示される様に、熱間圧延直後の圧延鋼板３をテーブルロール４によって搬送しながら上部ヘッダ１に設けた冷却ノズル２から噴射される冷却水５によって強制冷却を施す冷却装置である。
【００１７】
図１a は、冷却ノズル２の間に拘束ロールを設けない構成を、図１b は、拘束ロールを設けた構成をそれぞれ示す。図示例では、鋼板の下面に冷却ノズルを設けていないが、テーブルロール４の間に適宜冷却ノズルを設けてもよい。
【００１８】
冷却ノズル２の具体的構成は鋼板の幅方向に同一幅のスリットを設けた水噴射ノズルである。マスキング用の装置等を必要により設けてもよい。
【００１９】
図３は、従来技術における鋼板上面における縮流現象の発生状況の模式的説明図であり、図３a は拘束ロール無しの場合を、図３ｂは、拘束ロール有りの場合を示す。これからも分かるように、幅端部の高温域が耳代切断可能な最小量(M) と一致するノズル直下からの距離Ｐ'(mm) と、最大スリット量(Smax とには実質な相違が見られる。
【００２０】
一方、図４は、本発明にしたがって、上面の冷却ノズルのピッチが規定された場合の鋼板上面における縮流現象の発生状況の模式的説明図であり、図４a は、拘束ロール無しの場合を、図４ｂは、拘束ロール有りの場合をそれぞれ示す。
【００２１】
本発明によれば、図４に示すように、拘束ロールの有無に関わらず、Smax＝M となり、M(切り捨て代) を最小とすることができ、材料の歩留り向上を実現できる。
【００２２】
かかる冷却装置において、上部ノズルのライン方向のピッチＰ( 図１a 参照) あるいはノズルと拘束ロール８との距離Ｄ( 図１b 参照) を使用流量Ｑおよびノズル高さＨをパラメータとした式を用いて決定することにより、鋼板上の流水６の縮流部７を耳代切断可能な最小量以下として冷却後の鋼板幅方向温度分布を均一にすることができる。
【００２３】
次に、本発明のノズルピッチあるいはノズルと拘束ロールの距離の決定方法について説明する。
本発明では、まず冷却装置の使用流量およぴノズル高さＨをパラメータとし、鋼板端部の高温域が許容量を超えるノズル直下からの距離Ｐ' を求める式を作る。
【００２４】
図５に、ノズル高さＨを一定とし、流量Ｑを変化させた場合の幅端部の高温域が耳代切断可能な最小量Smaxと一致するノズル直下からの距離Ｐ' を実験から求めた結果および式決定に用いた近似曲線を、そして図６に流量Ｑを一定とし、ノズル高さＨを変化させた場合の幅端部の高温域が耳代切断可能な最小量Smaxと一致するノズル直下からの距離Ｐ' を実験により求めた結果および式決定に用いた近似直線を示す。
【００２５】
これらの図より、幅端部高温域が耳代切断可能な最小量となる上部ノズルのノズルピッチあるいはノズルと拘束ロールの距離を決定する下記式(3) が得られる。
【００２６】
Ｐ/ ２＝Ｄ＝Ｐ' ＝1175Ｑ²−1275Ｑ＋0.3 Ｈ＋760 ・・・・・(3)
Ｐ：ノズルピッチ（mm）、Ｄ：ノズルと拘束ロールの距離（mm) 、
Ｑ：流量（m³/min/m）、Ｈ：ノズル高さ（mm）、
Ｐ' ：幅端部の高温域が耳代切断可能な最小量と一致するノズル直下からの距離 (mm）
この式(1) によって決定されたノズルピッチＰあるいはノズルと拘束ロールの距離Ｄが冷却後の幅方向温度分布を均一にする事が可能な最大のノズルピッチあるいはノズルと拘束ロールとの距離となる。
【００２７】
つまり、使用流量・ノズル高さから冷却後の幅方向温度分布を均一にする事が可能な最大のノズルピッチあるいはノズルと拘束ロールとの距離を決定する事が可能となる。
【００２８】
上記（1)式に示される通り、ノズルピッチあるいはノズルと拘束ロールとの距離は、流量とノズル高さから決定される。
また、流量もしくはノズル高さが増加すると(1) 式によって求められるノズルピッチあるいはノズルと拘束ロールの距離は大きくなることは、式より明らかである。
【００２９】
そのためその冷却装置を使用する際の最小流量、最小ノズル高さを用いてノズルピッチあるいはノズルと拘束ロールとの距離を決定する事により、その冷却装置を用いて製造される全製品において鋼板内性能の均一性を確保することが可能となる。
【００３０】
この式により求められたノズルピッチあるいはノズルと拘束ロールとの距離よりも上面ノズルのピッチあるいはノズルと拘束ロールとの距離を大きくとると冷却装置内を搬送中の鋼板上の冷却水が滞留部で表面張力の影響によって鋼板中央部に集中していく縮流現象によって、板上流水は図３a 、３ｂに示す状態となり、最大縮流幅Smaxが大きくなり、製品端部に高温域が発生することとなり、平坦不良、強度不足といった問題を発生させる要因となる。
【００３１】
しかし、（1)式により求められたノズルピッチあるいはノズルと拘束ロールとの距離よりも上面ノズルピッチあるいはノズルと拘束ロールとの距離を小さくとることによって、板上流水は図４a 、４ｂに示す状態となり、最大縮流幅Smaxが小さくなり、製品端部に高温域は発生しない。
【００３２】
したがって、本発明により、冷却後の幅方向温度分布を均一にし、つまりは鋼板の形状品質を安定させ、強度性能を均一にすることを可能とする冷却装置が提供される。
【００３３】
次に、本発明をその実施例によってより具体的に説明する。
【００３４】
【実施例】
この実施例における流量Ｑは１(m³/min/m）、ヘッダ高さＨは1733（mm）であり、拘束ロールは用いていない。このとき(1) 式により決定される上部ノズルのライン方向のピッチＰは2360（mm）である。このノズルピッチより大きいピッチとしていた従来方法においては、冷却後の鋼板幅方向の温度分布において、幅端部高温部が広くなり、歩留の悪化、平坦不良、強度不足といった問題が発生していた。
【００３５】
しかし(1) 式によって決定された上部ノズルのライン方向のピッチより小さいピッチとした本発明では冷却後の鋼板幅方向の温度分布が均一となり、上記問題の解決を可能とした。
【００３６】
図７に、上記本発明例および従来例の各冷却装置によって製造した鋼板の幅方向の温度分布を示す。
これらの比較からも分かるように、本発明によれば、幅方向に実質上均一な温度分布が見られ、両端部の高温部も著しく幅狭となっていることが分かる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明した通り、本発明によれば強制冷却によって鋼板を製造するに際し、冷却後の幅方向温度分布を均一にし、製品全体での強度性能の均一性を確保しつつ、形状品質を安定化する方法において、冷却媒体の流量および冷却装置のノズル高さから計算されるノズルピッチあるいはノズルと拘束ロールとの距離とすることによって可能としたものである。
【００３８】
また本発明の方法を用いる事によって図７に示されるように製品幅Ｗ２内での幅方向温度分布が均一となり、その結果発生次工程 (平坦矯正、熱処理）の抑制、切り捨て代Ｍの削減による圧延幅Ｗ１の狭幅化、つまり歩留向上が可能となり、コストメリットも大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａは、鋼板上面冷却にスリットノズルを用いた冷却装置の概要説明図であり（拘束ロール無し）、図１b は、鋼板上面冷却にスリットノズルを用いた冷却装置槻要説明図である（拘束ロール有り）。
【図２】本発明にかかる冷却装置の模式的断面図である。
【図３】図３ａは、強度低下部が製品に含まれる際の板上流水の概略図（拘束ロール無し）であり、図３ｂは、強度低下部が製品に含まれる際の板上流水の概略図（拘束ロール有り）である。
【図４】図４ａは、強度の均一性が確保される際の板上流水の概略図（拘束ロール無し）であり、図４ｂは、強度の均一性が確保される際の板上流水の概略図 (拘束ロール有り）である。
【図５】縮流の流量による影響を示す実験データをグラフ化して示す説明図である。
【図６】縮流に及ぼすノズル高さによる影響を示す実験データをグラフ化して示す説明図である。
【図７】本発明と従来技術で同じ幅の製品を作る際の温度分布と圧延幅との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：ヘッダ、２：ノズル、３：鋼板、４：テーブルロール、
５：冷却水膜、６：板上流水、７：縮流部、８：拘束ロール、
Ｈ：ノズル高さ (mm) 、Ｍ：切り捨て代 (mm) 、
Ｐ：ノズルピッチ(mm)、Ｓmax ：最大縮流幅 (mm) 、
Ｑ：流量(m³/min /m)、Ｄ：ノズルと拘束ロールの距離(mm)、
Ｗ１：圧延幅(mm)、Ｗ２：製品幅(mm)、
Ｐ' ：幅端部の高温域が耳代切断可能な最小量と一致するノズル直下からの距離(mm)

Claims

鋼板の幅方向に同一幅のスリットを設けた冷却ノズルを有し、高温の鋼板上面を複数の冷却ノズルから射出される冷却水によって冷却する、鋼板拘束ロールを使用しない、冷却装置であって、製品内の冷却後の温度分布を均一にするためのライン方向ノズルピッチを、下記式(1) から決定される最大ピッチ以下となるようにノズル高さＨで配置したことを特徴とした高温鋼板の冷却装置。
Ｐ/２＝1175Ｑ^２−1275Ｑ＋0.3Ｈ＋760 ・・・・・(1)
Ｐ：ノズルピッチ（mm）、Ｑ：流量（m^３/min/m）、Ｈ：ノズル高さ（mm）。
ただし、１≦Ｑ≦３、 1500 ≦Ｈ≦ 5000
鋼板の幅方向に同一幅のスリットを設けた冷却ノズルを有し、高温の鋼板上面を複数の冷却ノズルから射出される冷却水によって冷却する、鋼板製品をノズル非直下部で拘束する装置であって、製品内の冷却後の温度分布を均一にするためのノズルと拘束ロールのライン方向距離を、下記式(2) から決定される最大距離以下となるようにノズル高さＨで配置したことを特徴とした高温鋼板の冷却装置。
Ｄ＝1175Ｑ^２−1275Ｑ＋0.3Ｈ＋760 ・・・・・(2)
Ｄ：ノズルと拘束ロールのライン方向距離（mm）、
Ｑ：流量（m^３/min/m）、Ｈ：ノズル高さ（mm）。
ただし、１≦Ｑ≦３、 1500 ≦Ｈ≦ 5000
鋼板の幅方向に同一幅のスリットを設けた冷却ノズルを有し、高温の鋼板上面を複数の冷却ノズルから射出される冷却水によって冷却する、鋼板拘束ロールを使用しない、冷却装置を使用する高温鋼板の冷却方法であって、製品内の冷却後の温度分布を均一にするためのライン方向ノズルピッチを、使用流量およびノズル高さをパラメータとした下記式 (1) から決定される最大ピッチ以下とすることを特徴とした高温鋼板の冷却方法。
Ｐ / ２＝ 1175 Ｑ ^２ − 1275 Ｑ＋ 0.3 Ｈ＋ 760 ・・・・・ (1)
Ｐ：ノズルピッチ（ mm ）、Ｑ：流量（ m ^３ /min/m ）、Ｈ：ノズル高さ（ mm ）。
ただし、１≦Ｑ≦３、 1500 ≦Ｈ≦ 5000
鋼板の幅方向に同一幅のスリットを設けた冷却ノズルを有し、高温の鋼板上面を複数の冷却ノズルから射出される冷却水によって冷却する、鋼板製品をノズル非直下部で拘束する冷却装置を使用する高温鋼板の冷却方法であって、製品内の冷却後の温度分布を均一にするためのノズルと拘束ロールのライン方向距離を、使用流量およびノズル高さをパラメータとした下記式 (2) から決定される最大距離以下とすることを特徴とした高温鋼板の冷却方法。
Ｄ＝ 1175 Ｑ ^２ − 1275 Ｑ＋ 0.3 Ｈ＋ 760 ・・・・・ (2)
Ｄ：ノズルと拘束ロールのライン方向距離（ mm ）、
Ｑ：流量（ m ^３ /min/m ）、Ｈ：ノズル高さ（ mm ）。
ただし、１≦Ｑ≦３、 1500 ≦Ｈ≦ 5000