JP4102327B2 - 厚鋼板の調整冷却装置および調整冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間圧延して得られた厚鋼板の冷却装置に関し、より詳しくは、形状特性が良好で材質が均一な厚鋼板を得るために適用される厚鋼板の調整冷却装置および調整冷却方法に関するものである。

熱間圧延により厚鋼板を製造する場合、熱間圧延した厚鋼板を、材質制御のために調整冷却するが、この際に、均一な材質特性および形状特性（平坦度）を確保することが重要であることから、特に板幅方向の温度分布が一様となるように調整冷却する必要がある。
このような調整冷却を行うための冷却装置として、例えば特許文献１には、圧延後の搬送ラインを走行する熱鋼板の上面側よりも、下面側に多数のノズルを配置して下面の冷却水の落下による冷却能力の低下をカバーすることにより鋼板の上下面を均一に冷却して冷却後の熱歪みや材質のバラツキを防止するようにした鋼板冷却装置が開示されている。

また、特許文献２には、特許文献１の改良技術として、上面の板上水が搬送ローラーでせき止められて板幅方向に流れ、板幅方向の冷却ムラとなることを防止するため、搬送ローラーによってせき止められた冷却水を板上を通らず両サイドに流せる樋を設置した冷却装置が開示されている。
しかしながら、これらの冷却装置では、鋼板下面の水はすぐ落下してしまうのに比較して上面の水は鋼板上に板上水として滞留し、板の両側面からしか排出されないため、鋼板の上面と下面の冷却水の流れは基本的に異なり、鋼板の上面と下面を同じように冷却することは困難であった。
さらに、特許文献３には、浸漬槽型の冷却装置も開示されているが、浸漬型にすると上下面での冷却水の状況はほぼ同一となるため、均一な冷却が可能であるが、浸漬型では冷却水の流速が遅くなるため、羽根車で冷却水を撹拌しても充分な冷却能力が得られないという問題がある。
特許第３２８７２４５号公報 特開平１０−２１６８２２号公報 特開平１０−２４４３１１号公報

本発明は、搬送中の厚鋼板に対して、冷却媒体を噴射するスプレーノズルを配置して厚鋼板を冷却する場合において、厚鋼板のサイズ（厚み５〜６０ｍｍ程度、板幅１．５〜４．５ｍ程度の変更幅あり）に応じて冷却条件を調整でき、厚鋼板の幅方向および上下面の均一冷却を容易に可能にして形状特性および材質特性の均一性を低コストで容易に安定確保できる厚鋼板の調整冷却装置と調整冷却方法を提供するものである。

本発明は、上記課題の解決のため、以下の（１）〜（６）を要旨とするものである。
（１） 熱間圧延後の厚鋼板を、前後の拘束ロール間で拘束・搬送しながら噴射冷媒により調整冷却する冷却装置であって、拘束・搬送される厚鋼板を挟んで上面側と下面側に、冷媒を噴射するスプレーノズルと、冷媒流の流動厚みを調整する冷媒ガイド板を昇降可能に配設し、冷媒ガイド板の内面側に、噴射冷媒の流れに乱れをつくる複数の窪みを形成したことを特徴とする厚鋼板の調整冷却装置。
（２） 熱間圧延後の厚鋼板を、前後の拘束ロール間で拘束・搬送しながら噴射冷媒により調整冷却する冷却装置であって、拘束・搬送される厚鋼板を挟んで上面側と下面側に、冷媒を噴射するスプレーノズルと、冷媒流の流動厚みを調整する冷媒ガイド板を昇降可能に配設し、上下の冷媒ガイド板間に、厚鋼板の両側端部に近接する位置で厚鋼板の両側端からの冷媒流の排出を調整する複数対の側板を、厚鋼板の板幅に対応し一対選択して昇降可能に配設したことを特徴とする厚鋼板の調整冷却装置。
（３） （２）において、冷媒ガイド板の内面側に、噴射冷媒の流れに乱れをつくる窪みを形成したことを特徴とする厚鋼板の調整冷却装置。
（４） （２）または（３）において、上面側の冷媒ガイド板が、厚鋼板の板幅に対応して選択使用の一対の側板間領域の単位で分割されていることを特徴とする厚鋼板の調整冷却装置。
（５） （２）〜（４）のいずれかにおいて、スプレーノズルヘッダーが、厚鋼板の板幅に対応して選択使用の一対の側板間領域単位で、スプレーノズルからの冷媒の供給制御が可能なものであることを特徴とする厚鋼板の調整冷却装置。
（６） （２）〜（５）のいずれかの厚鋼板の調整冷却装置を、前後の拘束ロール間に厚鋼板を上下面側から冷却可能に配置し、スプレーノズルからの噴射冷媒流の厚鋼板幅方向での排出を、板幅に対応して配置した一対の側板で調整するとともに、冷媒流量の調整と冷媒ガイド板と厚鋼板表面間の距離の調整によって冷媒流速を調整して冷却速度を調整し、冷却後の冷媒流を側板の後端部側から厚鋼板の外方に排出することを特徴とする厚鋼板の調整冷却方法。
（７） （６）において、冷媒ガイド板の流れに接する内面側に窪みを形成し、冷媒の流れに乱れを付与して冷媒流を撹拌し、冷媒流による冷却能を高めるようにしたことを特徴とする厚鋼板の調整冷却方法。

本発明においては、厚鋼板の板幅変更（例えば１．５〜４．５ｍ程度の変更幅）に応じて一対選択できる複数対の側板と昇降可能な上下の冷媒ガイド板を備えており、各スプレーノズルからの厚鋼板への噴射冷媒流に対して、板幅に対応して一対の側板を選択し、上下の冷媒ガイド板と厚鋼板との距離を調整し冷媒流の流速を調整して冷却速度を調整することにより、厚鋼板の幅方向および上下面の均一冷却を可能にして形状特性および材質特性を容易に安定確保可能である。
ここで、冷媒ガイド板、または冷媒ガイド板と側板の内面側に窪みを形成して、冷媒の流れに乱れを付与して撹拌する（対流させる）ことにより、高い冷却能を安定確保して冷却効率を高め、冷却コストを低減できる。

本発明の厚鋼板の調整冷却装置１は、図１に示すように、厚鋼板３の搬送方向に複数列配置されるものであり、例えば熱間圧延機２で熱間圧延された表面温度が８５０〜９５０℃の高温の厚鋼板３（厚み５〜６０ｍｍ程度で、１．５〜４．５ｍ程度の板幅変更があるもの）を、ホットレベラー４経由で前後の拘束ロール５、５間に導入し、拘束・搬送状態で、厚鋼板３の上下面に配置したスプレーノズル６群から冷媒（水などの流体からなる冷却媒体であり、以下「冷媒」と呼称する。）を噴射して、５００℃〜７００℃程度まで急速冷却するために適用されるものである。

以下に、本発明の厚鋼板の調整冷却装置１の構造例について図２〜図３に基づいて詳細に説明する。
この調整冷却装置１は、通常、前後の拘束ロール５、５間に配置し、これを１セットとして厚鋼板３の搬送方向に複数列（複数セット）配置されるものであるが、ここでは第一列目の調整冷却装置１を例として説明する。
この調整冷却装置１は、基本的には、図２に示すように、例えば距離０．５〜２ｍ程度間隔で配置した前後の拘束ロール５ａ、５ｂ間で拘束・搬送状態の厚鋼板３の上面側に、前部拘束ロール５ａの近傍に冷媒を噴射するスプレーノズル６群を備えたヘッダー７と冷媒流の流速を調整する上面側の冷媒ガイド板８ａを、架台９に設けたシリンダー１０で急速昇降可能に配置し、厚鋼板３の下面側に、前部拘束ロール５ａの近傍に冷媒を噴射するスプレーノズル６群を備えたスプレーノズルヘッダー７と冷媒流の流速を調整する下面側の冷媒ガイド板８ｂを架台１１に設けた油圧ジャッキ１２で昇降可能に配置して、図３に示すように、上下の冷媒ガイド板８ａ、８ｂ間に、厚鋼板３の板幅に応じて一対選択し厚鋼板３の幅方向での冷媒流の排出を調整する複数対の側板１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを、ノズル８ａに支持される架台９に設けたシリンダー１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄで昇降可能に配設してなるものである。

ここで、用いるスプレーノズル６としては、前部拘束ロール５ａの近傍に一列配置するものであり、フラットスプレーノズル、スリットスプレーノズルなど厚鋼板３の幅方向に均一な厚みの冷媒流の形成が容易なスプレーノズルとする。
厚鋼板３の上下に配置する冷媒ガイド板８ａ、８ｂは、厚鋼板３のサイズ（特に厚み）に応じて、表面との距離ａｏ、ａｕを調整することにより、冷媒流を適度に押圧して冷媒流の流動厚みを調整し流速を調整するものである。通常は、ａｏ＝ａｕとし、上下面とも同一の流れ状態として上下面の均一冷却を行う。
各側板１３ａ〜１３ｄは、上面側の冷媒ガイド板８ａに設けたスッリット１５を昇降可能に配置されている。このスリット１５は、厚鋼板３の板幅に対応して、各側板が厚鋼板３の両側端に外側で近接する位置で昇降できるように配設されている。

この側板１３ａ〜１３ｄは、例えば、図３に示すように、板幅の大きい厚鋼板３ａと板幅の小さい厚鋼板３を冷却対象として効率冷却を可能にするために、使い分けするものであり、例えば板幅の小さい厚鋼板３の場合には一対の側板１３ｂと１３ｃを下げで、下面側の冷媒ガイド板８ｂの上面に当接し、この一対の側板１３ｂと１３ｃと上下の冷媒ガイド板８ａと８ｂによって形成される空間１９においてスプレーノズル６群から厚鋼板３の上面と下面に同時に冷媒を噴射して冷却することができる。
また、板幅の大きい厚鋼板３ａの場合には、他の一対の側板１３ａと１３ｄを下げて下面側の冷媒ガイド板８ｂの上面に当接し、この一対の側板１３ａと１３ｄと上下の冷媒ガイド板８ａと８ｂによって形成される空間においてスプレーノズル６群から厚鋼板３の上面と下面に同時に冷媒を噴射して冷却することができる。
上方に退避状態にある側板（ここでは１３ａと１３ｄ）は、その下端を上面側の冷媒ガイド板８ａの機能を阻害しない位置にすることが望ましい。また、各側板の下端は、下面側の冷媒ガイド板８ｂの上面に当接されて機能するるため、当接面間で冷媒流が流出しないように、下面側の冷媒ガイド板８ｂ側の受け面と各側板の下端にシール構造を考慮する。例えば冷媒ガイド板８ｂ側では各側板の受面を平坦にし、各側板の下端面に、例えば軟質ゴムや織布などのシール材を装着することも有効である。また、冷媒ガイド板８ａ、８ｂに、図４に示すように窪み１６を形成する場合には、側板の下端に窪み１６に嵌合する凸面を形成することも有効である。

冷媒は、厚鋼板３の上面と下面に対して、前部拘束ロール近傍に配設されたスプレーノズル６群から同時に噴射され、厚鋼板３の上面側に噴射された冷媒は、側板１３ｂと１３ｃ間において、厚鋼板３の上面と上面側の冷媒ガイド板８ａの下面間を流動し、厚鋼板３の下面側に噴射された冷媒は、側板１３ｂと１３ｃ間において、厚鋼板３の下面と下面側の冷媒ガイド板８ｂの上面間を流動する。
側板１３ｂと１３ｃの内面と厚鋼板３の両側端との間には、隙間１７が生じるようにしているため、厚鋼板３の上面側に噴射された冷媒の一部は、この隙間１７から下面側の冷媒ガイド板８ｂ側に流れ、厚鋼板３の下面側に噴射された冷媒と合流して流動する。
冷却後の冷媒流は、空間１９の後端と後部拘束ロール５ｂ間において、下側冷媒ガイド板８ｂ上面端部および厚鋼板３の両側端部から排出される。この冷媒流の排出のための排出路２０は、冷媒流が逆流してスプレーノズルヘッダー７付近から過度に流出しない範囲で狭くして、厚鋼板３と冷媒ガイド板８ａまたは８ｂと側板で構成する隙間に冷媒が充満するように調整する。
なお、隙間１７の幅は、厚鋼板３が円滑に通板可能な幅で狭い方がよいが、あまり小さくすると、側板１３を多数配置する必要があり得策ではない。ここでは隙間１７は２５０ｍｍまでとし、厚鋼板幅５００ｍ毎に側板を選択するものとする。（請求項１、２の形態例に相当）

図４（ａ）は、上下の冷媒ガイド板８ａ、８ｂの内面側に、図４（ｂ）に示すような噴射冷媒の流れに乱れをつくる複数の窪み（ここでは、冷媒流に対して直角方向に延びる複数の円弧状の溝）１６を形成し、この冷媒ガイド板８ａ、８ｂと厚鋼板３表面間の距離ａｏ、ａｕを調整して冷媒流を適度に押圧することによって、図４（ｃ）に示すように、窪み１６効果で冷媒流に適度の流動抵抗を付与し、冷媒流の撹拌流が厚鋼板３の表面に到達してその冷却能が充分に発揮させるようにした構造例を示す。ここでは、窪み１６は円弧状の断面を有する溝にしたが、例えば多数のディンプルにしてもよい。（請求項３の形態例に相当）

図５は、上面側の冷媒ガイド板８ａを、厚鋼板３の板幅に対応して選択使用の一対の側板間領域の単位で分割（８ａ1 、８ａ2 、８ａ3 、８ａ4 ）し連結材１８で連結して、冷媒ガイド板８ａの幅を適度な幅にして過度の変形（撓み）を抑制しその機能の安定確保するとともに、側板の昇降スペース（スリット）１５を確保して昇降構造を安定確保できるようにした構造例を示す。
厚鋼板３の板幅は、例えば５００ｍｍ単位で変更する場合には、上面側の冷媒ガイド板８ａを５００ｍｍの幅で分割するものであり、この分割単位で、スプレーノズルヘッダー７を７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに分割して、この分割単位で、スプレーノズル６群からの冷媒の供給制御が可能にすることが有効である。ここでは、スプレーノズル６群は、ナイフ型のスプレーノズル群にしているが、スプレーノズルヘッダーにノズルチップを多数並設したスプレーノズル群でもよい。
下面側の冷媒ガイド板８ｂの場合には、上面側の冷媒ガイド板８ａと同様に、分割してもよいが、その場合、冷媒ガイド板８ｂ上を冷媒流が流動するため、分割部から冷媒流が流出しないような連結構造を考慮することも有効である。この下面側の冷媒ガイド板８ｂの場合も、スプレーノズルヘッダ７ーを、上面側の冷媒ガイド板８ａの場合と同様に、厚鋼板３の板幅に対応して選択使用の一対の側板間領域の単位で、スプレーノズル６群からの冷媒の供給制御が可能なものにすることも有効である。（請求項４、５の形態例に相当）

上記のように構成された厚鋼板の調整冷却装置１を、前後の拘束ロール間に厚鋼板３を上下面側から冷却可能に配置し、一対の側板（例えば１３ｂ、１３ｃ）でスプレーノズル６群からの噴射冷媒流の厚鋼板３幅方向での排出を調整するとともに、厚鋼板３のサイズ、温度、冷却設定温度、設定冷却速度などに応じ、予め設定した調整条件に基づいて冷媒流量の調整と上下の冷媒ガイド板８ａ、８ｂと厚鋼板３表面間の距離（ａｏ）、（ａｕ）の調整などを行って、冷媒流速を調整して冷却速度調整し、冷却後の冷媒流は一対の側板（例えば１３ｂ、１３ｃ）の後端部側から厚鋼板３の外方に排出する調整冷却を実施して、冷却後の厚鋼板を目標温度に冷却することができる。この際、冷却効率を高めながら最適な冷却速度を安定確保でき、冷却後の厚鋼板３の形状特性および材質特性を容易にかつ低コストで安定確保可能である。
特に、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、冷媒ガイド板８ａ、８ｂの冷媒流に接する内面側に窪み１６を形成し、冷媒の流れに乱れを付与して厚鋼板３の上下両面に冷媒の撹拌流を充分に到達させるようにした場合には、冷却能を格段に高め厚鋼板全体を均一な冷却速度で強冷却することが可能となり、冷却効率を格段に高めて冷却設備長さを短くすることができる。（請求項６、７の形態例に相当）

この実施例１は、例えば図１に示すように、熱間仕上圧延機２によって熱間圧延した、１２０ｍ／分の速度で搬送中の厚２０ｍｍ、幅２０００ｍｍで表面温度が８５０〜９５０℃の厚鋼板３を、ホットレベラー４経由で、前後の拘束ロール５ａ、５ｂ間に拘束した状態で、図２〜図３に示すような構造を有する本発明の熱間圧延鋼板の調整冷却装置により、冷媒として水をスプレー噴射して６００〜６５０℃まで冷却する場合の条件は以下の通りであった。
この実施例１では、径が３５０ｍｍφの拘束ロール５ａ、５ｂを、１０００ｍｍの間隔で配置し、拘束ロール５ａ、５ｂを１セットとして搬送方向に１５セット配設し、長さ１５ｍの冷却装置を形成した。スプレーノズル群６としては１．１ｍ幅のナイフ型のスプレーノズルを厚鋼板３の幅方向に２列配置した。
［冷媒ガイド板条件］
上面側の冷媒ガイド板（８ａ）
使用幅：２５００ｍｍ
長さ ：８００ｍｍ
配置位置
ａｏ＝２０〜３０ｍｍ
噴射水流を厚鋼板３側に若干押しつけ状態
下面側の冷媒ガイド板（８ｂ）
使用幅：２５００ｍｍ
長さ ：８００ｍｍ
配置位置
ａｕ＝２０〜３０ｍｍ
噴射水流を厚鋼板３側に若干押しつけ状態

［側板条件］
一対の側板（１３ｂ、１３ｃ）の内面間距離：２５００ｍｍ
厚鋼板３の側端との隙間（１７）：２５０ｍｍ
［スプレーノズル条件］
（上面側と下面側共通）
噴射角度（α）：２０度
水噴射量：２０００リットル／ｍ^２ ・分×２列＝４０００リットル／ｍ^２ ・分
水噴射圧力：０．２〜０．３ＭＰａ
厚鋼板３の上面側を冷却後の水は、下面側の冷媒ガイド板８ｂ上に落下するものもあるが、殆どは厚鋼板３上に板上水として滞留した後、後部拘束ロール５ｂに衝突して鋼板３の両側端経由で排出路２０から排出され拘束ロール５ｂ（下ロール側）上に落下する。このとき、厚鋼板３への冷却には殆ど影響はなかった。また、厚鋼板３の下面側を冷却後の水は、冷媒ガイド板８ｂ上に滞留した後、後部拘束ロール５ｂ（下ロール側）に衝突し排出路２０から落下する。
このようにして冷却後の厚鋼板３のサンプルを採取して組織分析したところ、表層の組織の均一性は充分に満足できるものであり、機械的性質の低下要因は認められなかった。

なお、本発明は、上記の内容に限定されるものではない。例えば、冷媒ガイド板の構造（溝の有無、溝条件を含む）、配置条件、昇降構造、側板の構造、配置条件、昇降構造スプレーノズルの種類、構造、配置条件、冷媒およびその噴射条件などは、冷却対象の厚鋼板条件（材質、サイズ、温度）、厚鋼板に要求される表面品質、形状、機械的性質などを考慮して設定される冷却条件などに応じて、上記請求項を満足する範囲内で変更のあるものである。

本発明の厚鋼板の調整冷却装置を適用する設備配置例を示す概念説明図。 本発明の厚鋼板の調整冷却装置の構造例を示す側面概念説明図。 図２のＡａ−Ａｂ矢視断面概念説明図。 （ａ）図は、本発明で用いる冷媒ガイド板の他の構造例を示す側面概念説明図、（ｂ）図は、（ａ）図の冷媒ガイド板での窪み形成例を示する立体概念説明図、（ｃ）図は、（ａ）図、（ｂ）図の冷媒ガイド板を用いた場合の冷媒流の流動状況例を示す側面概念説明図。 本発明で用いる冷媒ガイド板の分割構造例を示す平面概念説明図。

符号の説明

１ 厚鋼板の調整冷却装置 ２ 熱間圧延機
３ 厚鋼板 ４ ホットレベラー
５、５ａ、５ｂ 拘束ロール ６ スプレーノズル
７ スプレーノズルヘッダー ８ａ、８ｂ 冷媒ガイド板
９ 架台 １０ シリンダ
１１ 支持台 １２ 油圧ジャッキ
１３ａ〜１３ｄ 側板 １４ａ〜１４ｄ シリンダ（側板用）
１５ スリット（側板用） １６ 窪み
１７ 隙間（厚鋼板の側端と側板との隙間）
１８ 連結材
１９ 空間（冷却水の流路断面）
２０ 排出路（拘束ロールと冷媒ガイドとの隙間）

Claims (7)

1. 熱間圧延後の厚鋼板を、前後の拘束ロール間で拘束・搬送しながら噴射冷媒により調整冷却する冷却装置であって、拘束・搬送される厚鋼板を挟んで上面側と下面側に、冷媒を噴射するスプレーノズルと、冷媒流の流動厚みを調整する冷媒ガイド板を昇降可能に配設し、冷媒ガイド板の内面側に、噴射冷媒の流れに乱れをつくる複数の窪みを形成したことを特徴とする厚鋼板の調整冷却装置。
2. 熱間圧延後の厚鋼板を、前後の拘束ロール間で拘束・搬送しながら噴射冷媒により調整冷却する冷却装置であって、拘束・搬送される厚鋼板を挟んで上面側と下面側に、冷媒を噴射するスプレーノズルと、冷媒流の流動厚みを調整する冷媒ガイド板を昇降可能に配設し、上下の冷媒ガイド板間に、厚鋼板の両側端部に近接する位置で厚鋼板の両側端からの冷媒流の排出を調整する複数対の側板を、厚鋼板の板幅に対応し一対選択して昇降可能に配設したことを特徴とする厚鋼板の調整冷却装置。
3. 冷媒ガイド板と側板の内面側に、噴射冷媒の流れに乱れをつくる複数の窪みを形成したことを特徴とする請求項２に記載の厚鋼板の調整冷却装置。
4. 上面側の冷媒ガイド板が、厚鋼板の板幅に対応して選択使用の一対の側板間領域の単位で分割されていることを特徴とする請求項２または３に記載の厚鋼板の調整冷却装置。
5. スプレーノズルヘッダーが、鋼板の板幅に対応して選択使用の一対の側板間領域単位で、スプレーノズルからの冷媒の供給制御が可能なものであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の厚鋼板の調整冷却装置。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載の厚鋼板の調整冷却装置を、前後の拘束ロール間に厚鋼板を上下面側から冷却可能に配置し、スプレーノズルからの噴射冷媒流の厚鋼板幅方向での排出を、板幅に対応して配置した一対の側板で調整するとともに、冷媒流量の調整と冷媒ガイド板と厚鋼板表面間の距離の調整によって冷媒流速を調整して冷却速度を調整し、冷却後の冷媒流を側板の後端部側から厚鋼板の外方に排出することを特徴とする厚鋼板の調整冷却方法。
7. 冷媒ガイド板、または冷媒ガイド板と側板の流れに接する内面側に窪みを形成し、冷媒の流れに乱れを付与して冷媒流を撹拌し、冷媒流による冷却能を高めることを特徴とする請求項６に記載の厚鋼板の調整冷却方法。

Images