JP4377873B2 - 鋼板の制御冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の冷却制御方法に係り、特に、熱間圧延を行った後、高温状態にある鋼板を上下方向から水冷却するに際して使用する鋼板の冷却制御装置およびその方法に関する。

近年、鉄鋼用材料に関する品質要求は板厚精度、材質、表面品位等ますます厳格化しており、特に厚鋼板製造の場合においては、合金成分の削減と、熱処理工程の簡略化等を意図したオンライン制御による冷却制御プロセスが採用され実施されている。このオンライン制御による冷却制御プロセスは、熱間圧延後、高温状態にある厚鋼板を直ちに、又は十数秒後に所定の冷却速度で所定の冷却停止温度まで制御冷却することにより、高価な合金成分の含有量を少なくしながら、目的とする強度、靭性、剛性を得ようとするものである。通常、このプロセスでは冷却水量、水冷時間を調整することで、それぞれの冷却速度、冷却停止温度が制御される。

上述した制御冷却に用いる装置としては、一般にスリットジェット冷却法、マルチミストジェット冷却法が採用されているが、狭い冷却有効面積、常時数ミリ程度の板幅方向でのスリット間隔の維持、更には適用場所などの問題がある。水量の広範囲な制御範囲をもつ気水冷却ノズルが広く採用されつつあるが、鋼板の安全かつ均一な冷却のためには高密度なノズル配列をもつことが望ましいが、ノズル構成かつ複雑化するためボックス型の冷却装置とする必要がある。このボックス型の冷却装置は、水あるいは空気のヘッダーから直接、複数のノズルに水や空気を供給するタイプのノズルで構造かつ簡単であるという利点がある。このようなボックス型の冷却装置のノズル構成として、特許文献１に開示されているように、各々独立した冷却水の給水系を有する外側／内側ヘッダーからなる冷却装置の外側ヘッダーの冷却水噴射面に所定角度の絞り部を有する末広がりノズルを多数整列配置させ、内側ヘッダーには環状衝突流を生じるように先端部が先細曲面を有するノズルを多数整列配置させる装置や、特許文献２に開示されているように、直射流と斜行流を同時にスプレーする末広がり状のノズルの吐出口におけるオリフィス径を直射流導入口のオリフィス径より小さくし、かつ斜行流の導入口を先細状とすることで直射流の圧力と先細状斜行流の圧力が同圧の条件でも良好な冷却性能が得られる方法が提案されている。

実願昭６２−４３８６号公報 実開平１−１３５１０８号公報

しかしながら、空気量を絞るとミストスプレーが不安定となり所望の冷却パターンを維持しえないという問題がある。特に、供給水圧が低位となった場合においては空気が水の流通路に侵入し、ミストスプレーが不安定となる、いわゆる「息つぎ」現象が発生し、冷却が非常に不安定なものとなってしまう。

本発明は、熱間圧延後の鋼板の冷却方法において、供給する水が低水量または低水圧である場合においても冷却装置先端に到達する流路に浸入しうる空気を排除することで安定した噴霧パターンが得られる鋼板の冷却装置とそれを使用した冷却方法を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は次のとおりである。
（１）空気と水とを混合して噴霧して鋼板を冷却する冷却装置であって、該冷却装置は、空気を供給する空気ヘッダーと、この空気ヘッダーに接続され、上部に空気導入口を、胴部に冷却水導入口を、下部に空気及び水を噴霧する吐出孔を有する複数のノズルと、
且つ、前記ノズルの水導入口の周囲が水ヘッダーを形成し、当該水ヘッダーへ水を供給する配管の供給口の高さが前記ノズルの水導入部の高さよりも低く設定され、更に、前記水の供給配管の途中にエア抜き弁を設けたことを特徴とする鋼板の制御冷却装置。
（２）（１）記載の制御冷却装置を使用し、鋼板の冷却を開始する際に、まず、前記ノズルに空気を流通し、次に前記エア抜き弁を開とし、ほぼ同時に前記水ヘッダーに水を供給し、主に配管中のエアを抜いて、その後、エア抜き弁を閉とすることを特徴とする鋼板の冷却方法。
（３）（１）記載の制御冷却装置を使用し、鋼板を冷却を終了し、空気及び水の鋳通を停止する際に、まず、水の流通を停止し、その後、空気の流通を停止することを特徴とする鋼板の冷却方法。

本発明により、厚鋼板の制御冷却において鋼板全長にわたり板反りがない均一冷却を行うことができる。

先ず、本発明を実施するための鋼板の冷却装置の概要を説明する。

図１は本発明による空気／水の２流体による冷却装置の概略構成図である。図１において、冷却パスライン上にある被冷却鋼板Ａの上部に配置された冷却装置本体１は支持装置２に支承され、この支持装置２には空気ヘッダー３と水ヘッダー４を内設し、空気ヘッダー３の空気噴射面に多数整列配置された空気供給配管５を設置し、水ヘッダーの冷却水噴射面に多数整列配管された冷却水噴射ノズル６が設置されている。この噴射ノズルは図３に示すように、上部に空気の導入口１２があり、その胴部１０には、水の導入口１３がある。そして、ノズル内で空気と水が混合され、ノズル下部にある噴射孔から噴霧される。また、空気ヘッダー３の空気噴射面には空気溜まりができ、また、水ヘッダー４の冷却水噴射ノズル６の周囲には冷却水溜まりができる。水ヘッダー４に冷却水を供給する冷却水供給配管７があり、この配管の出口の高さは、噴射ノズル６胴部の水の導入口よりも低い位置となる。それは、水を停止した際に、水ヘッダー内は噴射ノズル胴部の水の導入口より上は空気が充満するが、その範囲に冷却水供給配管の出口があると、配管内の水が、水ヘッダー内に供給され、その水が更にノズルから流出する為、冷却水停止の際の応答性悪くなるので、それを避ける為に、配管出口が常に水に浸漬する、噴射ノズル胴部の水の導入口より下に配置している。

また、冷却水供給配管７の途中には、エア抜き弁８を設ける。これによって配管内に侵入したエアをスムーズに排出する。従来の空気／水の２流体による冷却装置では、空気供給系から送られる空気量および空気圧と、冷却水供給系から送られる冷却水量および冷却水圧を予め設定された冷却速度に応じて調整され、均一冷却が行われるよう制御されている。

しかしながら、前述したように、供給する水が低水量または低水圧になるという異常事態が生じた場合には、冷却水への空気の混合比率が高くなり、空気の消費量が多くなりランニングコストが嵩み、また空気量を絞るとミストスプレーが不安定となり所望の冷却パターンを維持しえないという問題がある。特に、供給水圧が低位となった場合においては空気が水の流通路に侵入し、ミストスプレーが不安定となる、いわゆる「息つぎ」現象が発生し、冷却が非常に不安定なものとなってしまう。このような事態に対しては、空気供給系の大本で供給空気量とその圧力を制御すればよいが、それには大きなタイムラグが生じ、結果的には過剰空気量となって不均一冷却が起こる。

そこで、本発明においては、このような事態が生じた場合には、冷却装置、すなわちノズル先端に到達する流路に侵入する空気を排除し、冷却水と空気の混合比率を一定とするよう制御する。その具体的制御手順としては、図２の制御フローに示したように、まず図１に示す冷却装置本体に直結させた流体ノズル制御機構（図示せず）の初期設定で、冷却水流量＝０、空気流量＝０とし、空気抜き弁を閉としておく。ついで、空気流量設定値を変更して空気流量を定常状態に設定する。その後、冷却水流量を設定するに際しては、空気抜き弁を開とし、同時に冷却水流量を定常状態に設定し、水の供給配管〜水ヘッダーまでの空気が抜けてノズルからの噴霧状態が安定して空気抜き弁を閉める。この間の時間の確保はタイマーを使用しても良い。この状態で鋼板の冷却を開始し、定常状態での鋼板冷却制御が実施される。

そして、鋼板の冷却が終了したら、まず、水の流通を停止し、その後空気の流通を停止する。もし、水と空気を同時に停止すると、空気ヘッダー側に水が逆流し、空気の流通経路に水が侵入し、錆などの問題が発生するからである。つまり、冷却水流量を一旦ゼロ（０）とし、この時点で空気流量がゼロ（０）とするような操作を行うと空気室（空気溜り）に冷却水が逆流し、ノズル詰まりが起きるので通常冷却水供給系をタイマーで調整して空気流量をゼロ（０）とする操作を行う。

本発明による鋼板冷却装置の概略構成図である。 本発明による鋼板冷却方法の制御フローを示す図である。 本発明による鋼板冷却装置に用いる噴射ノズルの概略構成図である。

Claims (3)

1. 空気と水とを混合して噴霧して鋼板を冷却する冷却装置であって、該冷却装置は、空気を供給する空気ヘッダーと、この空気ヘッダーに接続され、上部に空気導入口を、胴部に冷却水導入口を、下部に空気及び水を噴霧する吐出孔を有する複数のノズルと、
   且つ、前記ノズルの水導入口の周囲が水ヘッダーを形成し、当該水ヘッダーへ水を供給する配管の供給口の高さが前記ノズルの水導入部の高さよりも低く設定され、更に、前記水の供給配管の途中にエア抜き弁を設けたことを特徴とする鋼板の制御冷却装置。
2. 請求項１記載の制御冷却装置を使用し、鋼板の冷却を開始する際に、まず、前記ノズルに空気を流通し、次に前記エア抜き弁を開とし、ほぼ同時に前記水ヘッダーに水を供給し、主に配管中のエアを抜いて、その後、エア抜き弁を閉とすることを特徴とする鋼板の冷却方法。
3. 請求項１記載の制御冷却装置を使用し、鋼板を冷却を終了し、空気及び水の流通を停止する際に、まず、水の流通を停止し、その後、空気の流通を停止することを特徴とする鋼板の冷却方法。

Images