JP3925789B2 - 高温鋼板の冷却方法、高温鋼板の冷却装置、及び鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延された高温鋼板を連続的に圧延、冷却する方法及び冷却装置であって、冷却中の鋼板のC反りを防止し、高温鋼板の均一冷却を可能とするもの、及びこの冷却方法を利用した厚鋼板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、熱間圧延された高温の鋼板は、圧延直後の水冷中に冷却ムラが生じやすい。この冷却ムラは、冷却後に鋼板の変形や残留応力、材質のバラツキを引き起こすと共に、鋼板を変形させ、操業上のトラブルを発生させやすい。さらに、変形した鋼板は、後にプレスや矯正機によって変形を取り除く精整工程を必要とするため、コスト高となっていた。そこで従来から、冷却ムラをなくすために、均一な冷却方法が種々提案されてきた。
【0003】
圧延後の高温鋼板をオンラインで冷却するに際しては、水平の状態で、その上下から冷却水を注水して冷却を施すことが一般的である。特に近年、圧延と冷却とを組み合わせた、制御圧延・制御冷却(TMCP)では、高精度の温度コントロールが必要で、また、併せて、歪の少ないフラットな板を連続的に製造するニーズが高まっている。
【0004】
特に、板厚の厚い厚鋼板の製造では、板幅が5mにもおよぶ場合があり、さらに板厚が厚いために、冷却するには多量の冷却水が必要で、冷却装置を出たところではその冷却水をいかにして堰き止め冷却しない領域への冷却水の流出を食い止めるかが課題であった。さらに冷却後にフラットな板を得るためには、圧延、冷却、矯正という一連の過程で発生する歪をいかに小さくするかが、均一冷却とともに重要である。
【0005】
これらの課題を解決するために従来から、鋼板の冷却時の水切りについては多くの技術が提案されている。
【0006】
実開昭53−39508公報には、鋼板の上面に向けてエアノズルを上下移動自在に配置して、噴射するエアによって水切りを行う技術が、実開昭58−125611公報には、鋼板をゴムロールで挟んで押圧して水切りを行う方法が、特開昭60−206516公報には水切りロールを配置し、その下流側に鋼板の板幅方向に噴射ノズルを設けて、鋼板の板幅方向中央部より両端部に向け、かつ水切りロールに向けて水を噴射して水切りを行う技術が開示されている。
【0007】
しかしながらこれらいずれの方法でも高温の厚鋼板の冷却を行うについてはどの水切り手法も不完全であった。すなわち、厚鋼板のように、鋼板を急速に冷却する場合には、鋼板の上面と下面の冷却が必ずしも同一とならないことから、板幅方向にC反りや板長手方向にL反りと称する変形が生じやすい。
【0008】
このC反りは、板幅、板厚、上下面の温度差、上下面の温度履歴の差によって反り量や反りの方向が決まる。このC反りが発生すると、鋼板と水切りロールとの間に隙間が生じ多量の冷却水が流出し、水切りが困難となる。このような冷却水の流出が、板内の温度ムラを発生させる。
【0009】
またL反りは、板幅、板厚、上下面の温度差、上下面の温度履歴の差に加えて鋼板の通過速度によって反り量や反りの方向が決まる。このL反りは発生すると、安定通板が阻害され、鋼板が冷却装置内につかえる問題が発生する。また、鋼板が冷却装置通過後に大きくL反りが発生する場合もあり、L反りが大きいと後の矯正でフラットに矯正できず、製品にならない場合もあった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
一方、このC反りが発生しないように冷却中の鋼板を拘束しながら冷却する技術が開示されている(特開平10−263670号公報)。この方法は、拘束力をある力以上で高温鋼板を拘束しながら鋼板を通過させ、かつ、冷却しているもので、フラットなまま冷却することが可能となっている。しかしながら、ある拘束力以上で拘束していると、操業上鋼板に無理な応力がかかった場合に鋼板自身が挫屈し、その板が冷却装置内あるいは冷却装置を通過後に大きく変形して、連続製造を阻害するトラブルが発生することがある。
【0011】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、高温鋼板の冷却装置において、鋼板の座屈や設備破壊を防止し、連続的に安定して形状がフラットな鋼板をC反りやL反りの発生なく製造することが可能な厚鋼板の冷却方法および冷却設備、さらにはこの冷却方法を使用した厚鋼板の製造方法を提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第1の手段は、複数組の上下拘束ロールで高温の鋼板を拘束しながら搬送し、搬送途中において鋼板の上下から冷却水を注水して、高温鋼板を冷却するに際し、隣り合う上下1対の拘束ロール間距離をL(mm)、鋼板厚みをs(mm)とした時、上下拘束ロール1対当り、次の(1)式及び(2)式から求まるロール拘束力P1(t)以上P2(t)未満の拘束力で鋼板を拘束しながら冷却を行うようにするとともにその拘束力が P2(t) 以上となったら拘束ロールを P2 未満の力で押し付けながら板の反りに倣って上下に移動させることを特徴とする高温鋼板の冷却方法(請求項1)である。
P1=6.85×10−7s3L0.65 …(1)
P2=1.2×10−6s3L0.65 …(2)
【0013】
通常、冷却前に矯正機でフラットな板に矯正した鋼板でも、冷却段階で冷却開始温度が上下でアンバランスであったり、冷却中に局所的、短時間、鋼板上下に温度差が生じ、このような場合には鋼板が反ろうとして拘束ロールに反力が発生する。
【0014】
P1以下の拘束力ではC反りによって拘束ロールが浮き上がり、冷却水の漏出から冷却ムラがおこり、冷却後に熱歪が発生する。一方、拘束力P2以上で鋼板を拘束するとその力で板が座屈し、その段階では板は平坦に保たれるが、その後、水冷をやめると、フラットであった鋼板が反って、冷却装置内で搬送不能となったり、装置を破損したり、あるいは、冷却装置を抜けた後で、冷却後の工程例えば、冷却床で冷却している際に大きな歪となる。P1以上P2未満で拘束していれば冷却後に、温度が拡散して温度偏差が解消し、無拘束でもほぼフラットな状態に戻る。
【0015】
本解決手段によれば、C反りが発生せず、発生しても極僅かであるので、確実に水切りが可能となり、温度ムラが発生しにくい。
【0017】
前述のように、拘束力P2以上で鋼板を拘束するとその力で板が座屈し、その段階では板は平坦に保たれるが、その後、水冷をやめると、フラットであった鋼板が反って、冷却装置内で搬送不能となったり、装置を破損したり、あるいは、冷却装置を抜けた後で、冷却後の工程例えば、冷却床で冷却している際に大きな歪となる。
【0018】
本手段においては、P2以上の力が鋼板から発生した場合には拘束力をP2未満に拘束ロールへかかる力を調整する。その結果、拘束ロールは、鋼板の反りに応じて鋼板にならいながら上下に動き、鋼板を通過させる。よって、冷却装置内で搬送不能となったり、装置を破損したりすることが無くなる。さらに、冷却装置を抜けた後で、冷却後の工程例えば、冷却床で冷却している際に大きな歪となることが防止される。
【0019】
また、L反りにならって拘束ロールが上下に追従して動くので鋼板が安定して通過する。例えば冷却がアンバランスとなって、板が反ろうとしている時に大きな拘束力で板を押しつけると、冷却装置内で逆反りが発生したり、あるいは冷却装置を出た段階で予想以上の変形が発生する。このような場合には設備破損や詰まり等のトラブルとなるが、それを防止することが可能である。
【0020】
前記課題を解決するための第2の手段は、複数組の上下拘束ロールで高温の鋼板を拘束しながら搬送し、搬送途中において鋼板の上下から冷却水を注水して、高温鋼板を冷却するに際し、隣り合う上下1対の拘束ロール間距離をL(mm)、鋼板厚みをs(mm)とした時、上下拘束ロール1対当り、次の(1)式及び(2)式から求まるロール拘束力P1(t)以上P2(t)未満の拘束力で鋼板を拘束しながら冷却を行うようにするとともにその拘束力がP2(t)以上となったら拘束ロールをP2未満の力で押し付けながら板の反りに倣って上下に移動させ、その移動量が所定の限界値を越えたら、拘束ロールを退避させて拘束力を開放することを特徴とする高温鋼板の冷却方法(請求項2)である。
P1=6.85×10−7s3L0.65 …(1)
P2=1.2×10−6s3L0.65 …(2)
【0021】
本手段においては、前記第1の手段のように、拘束力がP2以上とならないように拘束ロールを追従させるが、その結果拘束ロールの位置が所定位置の限界値を超えたら拘束ロールを待避させ、拘束力を解放するようにしているので、歪みが非常に大きい鋼板が入った場合でも、冷却装置内で搬送不能となったり、装置を破損したりすることが無くなる。
【0022】
前記課題を解決するための第3の手段は、複数組の上下拘束ロールで高温の鋼板を拘束しながら搬送し、搬送途中において鋼板の上下から冷却水を注水して、高温鋼板を冷却する、高温鋼板の冷却装置であって、隣り合う上下1対の拘束ロール間距離をL(mm)、鋼板厚みをs(mm)とした時、上下拘束ロール1対当り、次の(1)式及び(2)式から求まるロール拘束力 P1 ( t )以上 P2 ( t )未満の拘束力で鋼板を拘束しながら冷却を行うようにするとともに、その拘束力が P2 ( t )以上となったとき、拘束力が P2(t)未満となるように拘束ロールの位置を移動させる機能を有することを特徴とする高温鋼板の冷却装置(請求項3)である。
P1 = 6.85 × 10 −7 s 3 L 0.65 … (1)
P2 = 1.2 × 10 −6 s 3 L 0.65 … (2)
【0023】
本手段によれば、前記第1の手段を容易に実施することができる。
【0024】
前記課題を解決するための第4の手段は前記第3の手段であって、拘束ロールの移動量が所定の限界値を越えたとき、拘束ロールの開度を広げて拘束を解放する機能を有することを特徴とするもの(請求項4)である。
【0025】
本手段によれば、前記第2の手段を容易に実施することができる。
【0026】
前記課題を解決するための第5の手段は、スラブを圧延機で圧延し、第1の矯正機で矯正後、冷却装置で冷却し、さらに第2の矯正機で矯正を行う工程を有する厚鋼板の製造方法であって、冷却装置による冷却が、前記第1の手段又は第2の手段である高温鋼板の冷却方法であることを特徴とする厚鋼板の製造方法(請求項5)である。
【0027】
本手段においては、厚鋼板の冷却を行う過程で、前記第1の手段又は第2の手段のいずれかを用いているので、冷却の過程でC反りが発生せず、発生しても極めて僅かであるので、確実に水切りが可能となり、温度ムラが発生しにくい。又、水冷後に、フラットであった鋼板が反って、冷却装置内で搬送不能となったり、装置を破損したり、あるいは、冷却装置を抜けた後で、冷却後の工程例えば、冷却床で冷却している際に大きな歪となることが防止される。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態である高温鋼板の冷却装置の1例を示す図である。図1において、1は鋼板、2は上拘束ロール(水切りロール)、3は下拘束ロール(水切りロール)、4はスリットノズル、5は円管ノズル、6は油圧シリンダ、7は水切りスプレーノズルである。この冷却装置においては、20組の上拘束ロール2と下拘束ロール3の間を圧延直後の鋼板1が搬送されながら、上側をスリットノズル4からの冷却水により、下側を円管ノズル5からの冷却水により、それぞれオンラインで冷却される。図1においては、上拘束ロールを3本分、冷却ゾーンを2ゾーン分示している。各拘束ロールのピッチは1mである。
【0029】
各拘束ロール2,3間の上側面には、鋼板搬送方向の上流側の上拘束ロール2から下流側の上拘束ロール2に向って、鋼板1の進行方向にスリットノズルから板幅1m当りに2m3/minの冷却水を鋼板1に沿って流している。一方、下面は、円管ノズル5から、水を噴射して、その水流で冷却している。
【0030】
この20組の拘束ロール2,3において、下拘束ロール3は、搬送ロールを兼ねており、固定式である。上拘束ロール2は直径250mmで、上下に昇降が可能であり、0.5mmピッチで制御可能である。
【0031】
さらに、この上拘束ロール2と下拘束ロール3のギャップは、鋼板1の厚み以下にセットされ、鋼板1が通過した際には、上拘束ロール2が油圧シリンダ6の押しつけ力に抗して持ち上げられ、その反力により鋼板1に押し付け力がかかり、鋼板1が拘束されるようになっている。
【0032】
また、この拘束力は圧力センサで計測され、この値が後に説明する値を越える場合は、上拘束ロールの油圧シリンダ6の圧力を調整することが可能である。油圧シリンダ6の圧力を調整すると、その圧力に応じた拘束力が鋼板1に作用し、板からの反力に応じて、上拘束ロール2が鋼板1にならって上下に移動することが可能である。また、上拘束ロール2の位置がある値を越えたら上拘束ロール2を速やかに上方へ退避する機構が付随している。
各上拘束ロール2と鋼板1との隙間から漏洩する冷却水を板端部から除去するための水切りスプレーノズル7が設けられている。
【0033】
本実施の形態においては、隣り合う拘束ロール間の距離L(mm)、鋼板の厚みをs(mm)とした時、上拘束ロール1本当り、
P1=6.85×10−7s3L0.65 …(1)
P2=1.2×10−6s3L0.65 …(2)
から求まるロール拘束力P1(t)以上P2(t)未満の拘束力で鋼板を拘束しながら冷却が行われる。
【0034】
また、ロール1本当りの拘束力がP2(t)式から求まるロール拘束力以上となると、その反力を圧力センサが検知し、まず、拘束力がP2未満の力になるまで油圧シリンダ6にかかる圧力を減圧する。結果として上拘束ロールは持ち上がることになる。ここで、板と搬送に支障がない場合にはこの状態で鋼板の通過を待つ。しかしながら、シリンダ圧力を減圧し、上拘束ロールを逃がして上拘束ロールがある高さまで上昇し(後に示す実施例ではその高さを300mmに設定した。)、しかし、まだ板からの反力(拘束力)がP2以上の場合には、上拘束ロールを速やかに開放し、上拘束ロールを上方へ退避させる。
【0035】
以上の説明は、1本の上拘束ロールに関して拘束力を規定しているものであるが、もし他の上拘束ロールについても拘束力がP2以上に上昇すれば、順次他のロールついても拘束力の調整を行えばよい。
【0036】
拘束力がP2を越えた状態で、上拘束ロール2が持ち上がって位置がある高さを越えた場合には上拘束ロール2が速やかに退避するようになっているのは、次のような通板トラブルを回避できるからである。例えば、下面あるいは上面の冷却水が何かの原因によって噴射せず、あるいは、所定の流量で噴射されず、鋼板の冷却が上下非対称となって鋼板上面と下面とで大きな温度差が生じた場合、この温度差から板に大きな反りが発生しようとするので、上ロールを持ち上げようとする板からの反力がP2を大きく越えて、上拘束ロール2を上方へ押し上げる。
【0037】
この状態では、即座に冷却を中止し、搬送中の鋼板を冷却装置から取り出す必要がある。そこで、前述のような機能を付加して、上拘束ロールを速やかに待避させる、すなわち上昇させることにより、未然に設備トラブルや設備破損を防止できる。このようにして、拘束力をおとして、その分、冷却装置のロールギャップに隙間を持たせて、冷却装置内にある鋼板の速やかな搬出を行う。
【0038】
【実施例】
図1に示すような冷却設備を用いて、鋼板の板厚s(mm)、拘束ロール間の間隔L(mm)、拘束力P(t)を変化させて通板冷却のテストを実施した。表1にその各条件の比較を示す。同表には、(1)式と(2)式から求めたP1およびP2を併せて示すが、ここで示した実施例はこのP1<P<P2の関係が成り立っている。これらはいずれも、加速冷却装置を問題なく通過し、さらに冷却床で放冷後、ほぼ常温まで冷却された段階で良好な板形状の鋼板であった。
【0039】
実施例では、実施例4と実施例6において、通板中に実際の拘束力がP2を越えたがこの時はロールが持ちあがってP2以上の拘束力がかからなかった。この場合は、冷却装置はロールが持ち上がりながらも通過することができ、この鋼板は、冷却床で当初反りが存在していたが、放冷して温度が下がった後、反りは解消してフラットな板となった。
【0040】
一方、比較例1,3,5,7,9,11は拘束力がP1以下の拘束力で拘束しながら冷却したもので、比較例2,4,6,8,10,12はP2以上の拘束力で拘束しながら冷却したものである。
【0041】
P1未満で拘束しながら冷却したものは冷却装置内で発生したC反りによって鋼板が持ち上がり、鋼板と拘束ロールとの間に隙間が発生し、そこから冷却水が漏出して局所的な温度ムラが発生、冷却終了後、冷却床で大きな反りが発生した。
【0042】
また、P2以上で拘束したものは、冷却装置の中では歪が発生しなかったものの冷却床で放冷している段階で大きなL反りが発生した。これは冷却装置中で発生する鋼板の応力がP2以上で冷却された場合には板が冷却装置内で降伏し、その後、冷却装置を出た段階ではフラットであっても放冷されて常温に近づくにつれてその冷却装置内で降伏した分、温度が均一となった段階で歪が発生したものと考えられる。
(表1)
【0043】
【表1】
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高温鋼板の冷却装置において、鋼板の座屈や設備破壊を防止し、連続的に安定して形状がフラットな鋼板をC反りやL反りの発生なく製造することが可能な厚鋼板の冷却方法および冷却設備、さらにはこの冷却方法を使用した厚鋼板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態である高温鋼板の冷却装置の1例を示す図である。
【符号の説明】
1…鋼板
2…上拘束ロール(水切りロール)
3…下拘束ロール(水切りロール)
4…スリットノズル
5…円管ノズル
6…油圧シリンダ
7…水切りスプレーノズル
Claims (5)
- 複数組の上下拘束ロールで高温の鋼板を拘束しながら搬送し、搬送途中において鋼板の上下から冷却水を注水して、高温鋼板を冷却するに際し、隣り合う上下1対の拘束ロール間距離をL(mm)、鋼板厚みをs(mm)とした時、上下拘束ロール1対当り、次の(1)式及び(2)式から求まるロール拘束力P1(t)以上P2(t)未満の拘束力で鋼板を拘束しながら冷却を行うようにするとともにその拘束力がP2(t)以上となったら拘束ロールをP2未満の力で押し付けながら板の反りに倣って上下に移動させることを特徴とする高温鋼板の冷却方法。
P1=6.85×10−7s3L0.65 …(1)
P2=1.2×10−6s3L0.65 …(2) - 複数組の上下拘束ロールで高温の鋼板を拘束しながら搬送し、搬送途中において鋼板の上下から冷却水を注水して、高温鋼板を冷却するに際し、隣り合う上下1対の拘束ロール間距離をL(mm)、鋼板厚みをs(mm)とした時、上下拘束ロール1対当り、次の(1)式及び(2)式から求まるロール拘束力P1(t)以上P2(t)未満の拘束力で鋼板を拘束しながら冷却を行うようにするとともにその拘束力がP2(t)以上となったら拘束ロールをP2未満の力で押し付けながら板の反りに倣って上下に移動させ、その移動量が所定の限界値を越えたら、拘束ロールを退避させて拘束力を開放することを特徴とする高温鋼板の冷却方法。
P1=6.85×10−7s3L0.65 …(1)
P2=1.2×10−6s3L0.65 …(2) - 複数組の上下拘束ロールで高温の鋼板を拘束しながら搬送し、搬送途中において鋼板の上下から冷却水を注水して、高温鋼板を冷却する、高温鋼板の冷却装置であって、隣り合う上下1対の拘束ロール間距離をL(mm)、鋼板厚みをs(mm)とした時、上下拘束ロール1対当り、次の(1)式及び(2)式から求まるロール拘束力 P1 ( t )以上 P2 ( t )未満の拘束力で鋼板を拘束しながら冷却を行うようにするとともに、その拘束力が P2 ( t )以上となったとき、拘束力が P2(t)未満となるように拘束ロールの位置を移動させる機能を有することを特徴とする高温鋼板の冷却装置。
P1 = 6.85 × 10 −7 s 3 L 0.65 … (1)
P2 = 1.2 × 10 −6 s 3 L 0.65 … (2) - 請求項3に記載の高温鋼板の冷却装置であって、拘束ロールの移動量が所定の限界値を越えたとき、拘束ロールの開度を広げて拘束を解放する機能を有することを特徴とする高温鋼板の冷却装置。
- スラブを圧延機で圧延し、第1の矯正機で矯正後、冷却装置で冷却し、さらに第2の矯正機で矯正を行う工程を有する厚鋼板の製造方法であって、冷却装置による冷却が、請求項1又は請求項2に記載の高温鋼板の冷却方法であることを特徴とする厚鋼板の製造方法。
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