JP4403083B2 - 鋼板の制御冷却方法 - 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ようにした鋼板の冷却制御方法に関する。

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、靱性、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。しかしながら、仕上げ圧延の終了から冷却開始までに鋼板の温度が低下する、所謂サーマルランダウン現象が起き、鋼板の先端に比較して尾端では、通常でも約２０〜３０℃程度の鋼板温度低下が起き、尾端において先端と同一水量密度を用いた場合、尾端では幅方向に約１５ｍｍ程度の板反りが起き、更にその板反りの部分に注水した冷却水が乗り易くなり、その水乗り部分は過冷却となる。この過冷却現象が起きると、その水乗り部分は硬質になり、その他の部分は軟質となって鋼板品質にバラツキが生じるという問題が起こる。また、このような現象が起きた場合には、再矯正工程も必要となり、納期遅延、コスト増大へとも繋がる。

このような問題は、連続熱延におけるストリップ圧延においては、例えば、特許文献１、特許文献２に記載のように、圧延トップ部とボトム部の上下注水比をミドル部より小さくしたり、鋼板表面温度と膜沸騰温度との関係から復熱距離を求めて、その距離以上離れた距離から冷却水を注水するという方法が提案されている。一方、厚鋼板においては、特許文献３に示すように、鋼板上下方向に配置したノズルの冷却容量を変更する方法、特許文献４に示すように、鋼板下面への冷却を鋼板上面での冷却水滞留時間に応じて遅延させる方法等が提案されている。

特開平９−１９２７２２号公報 特開平６−３２８１１７号公報 特開昭６０−７７９３２号公報 特開昭６０−２２１５２９号公報 特開昭６０−７７９３２号公報

本発明は、熱間圧延後の鋼板の冷却方法について、冷却工程前に発生する鋼板長手方向の温度偏差（温度降下）に起因する冷却能の変化からくる鋼板の変形を抑制するものであり、鋼板の温度に応じて鋼板冷却のための水量の上下比を制御し、鋼板全長にわたり板反りがない均一冷却を行う鋼板冷却方法を提供する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は次の通りである。
（１）熱間圧延を行った後、高温状態にある鋼板を複数組の上下水切りロールで圧延後の高温の鋼板を拘束しながら搬送し、鋼板上下面から冷却する方法において、圧延時の操業条件から予め算出された圧延鋼板先端から尾端までの温度に応じて、冷却中における上下面の温度が同一となるように上下から供給される水量を鋼板冷却搬送中に変更することを特徴とする鋼板の冷却制御方法。
（２）予め鋼板温度と最適上下水量比（上下面の温度降下量が同一となるような冷却能の得られる上下水量比＝下面側冷却水量密度／上面側冷却水量密度）との関係を求めておき、この関係に従って前記鋼板先端温度から尾端温度に応じて、上下から供給される水量を鋼板冷却搬送中に変更することを特徴とする鋼板の冷却制御方法。
（３）前記水量の変更を冷却帯を複数に分割したゾーン毎に行うことを特徴とする（１）又は（２）に記載の鋼板の冷却制御方法。

本発明により、厚鋼板の制御冷却において、鋼板上下面の温度を同一とすることで、鋼板全長、全幅にわたり板反りがない均一冷却を行うことが可能となる。

本発明者らは、厚鋼板の制御冷却において、従来より制御方法の対象として鋼板尾端部の通板性確保の観点からは水量プリセット制御、または水量フィードバック制御を行うことは良く知られているが、これらの制御方法を採用しても依然としてサーマルランダウンに起因する冷却後の鋼板の上下反り形状が解決されていないことから、このサーマルランダウンに起因する鋼板の反り発生のメカニズムを解明すべく、鋼板伝熱面温度と鋼板理想上下水量比との関係を調査した。

図１（ａ）は、鋼板の表面温度と、その温度における上下面で同じ冷却能の得られる鋼板上下面の水量密度比（＝下面側冷却水量密度／上面側冷却水量密度）、すなわち、最適上下水量比との関係を表した図である。この図１（ａ）において、例えば鋼板表面温度が５００℃の場合は、最適上下水量比が１．６であるのに対し、鋼板表面温度が４００℃の場合、最適上下水量比が１．４と大きく変化する。すなわち、５００℃あら冷却して、４００℃まで温度降下があった場合、４００℃における冷却が５００℃と同じ上下水量比では、下面側の冷却が強すぎて、鋼板は上面側に凸に反ってしまう。従って、サーマルランダウンにより鋼板の先端（Ｔｏｐ）と尾端（Ｂｏｔ）との温度が異なる場合、それぞれの温度に応じて、例えば図１（ａ）に従った上下水量比を適用すれば上下の冷却能が終始同一のものが得られ、その結果、鋼板の上下面温度が同一で反りのない鋼板が得られることになる。

例えば、板厚：１０ｍｍ、板幅：３０００ｍｍ、圧延長：３６ｍ、通板速度：１５０ｍｐｍと設定した場合、鋼板の通過時間は１４．４秒である。この時の鋼板尾端部の温度は図１（ｂ）に示すように、先端部が４４５℃、尾端部が４１３℃で、先端部より３２℃低下しており、このまま冷却を実行した場合、先端部がフラットでも尾端部は幅方向に凸に反りが発生していた。

すなわち、それぞれの最適上下水量比は図１（ａ）より、１．５０と、１．４２であり、その差は０．０８で、この実機の水量換算で０．４ｍ³ ／分に相当した。すなわち、鋼板の通過時間１４．４秒内に上記上下水量比：０．４ｍ³ ／分の水量変更を実施すれば、その冷却帯では上下同一の冷却能が得られるわけで、この考え方を冷却帯全体に反映したものが本発明である。

最近の鋼板冷却設備では、冷却帯は複数のゾーンに分割され、より細かな冷却制御ができるようになっている。図２（ａ）は、９つのゾーンで鋼板を冷却した場合の鋼板Ｔｏｐ部（実線）とＢｏｔ部（破線）の表面温度の推移を表している。このようなケースに本発明を適用する場合は、図２（ｂ）に示すような、各ゾーン毎に予め鋼板のＴｏｐ部、Ｂｏｔ部のそれぞれの表面温度を予め求めておき、その温度推移に見合った上下水量比を設定することが望ましい。このような設定を行うことにより、より精度の高い冷却制御が可能となる。

なお、本発明において使用する鋼板冷却装置は、熱間圧延後の搬送ラインの上下に鋼板の搬送方向に直交し、しかも鋼板長手方向に複数のノズルを所定ピッチで、更に鋼板の搬送方向の少なくとも隣接したノズルヘッダー単位で、冷却容量の異なる複数種類のスプレーノズルを組み合わせて冷却すべき鋼板の上下面に配置させ、上記ノズルヘッダー単位で冷却水量を広範囲に制御できる冷却装置であれば良い。

仕上げ熱間圧延後、板厚：２２ｍｍ、板幅：２８７０ｍｍ、圧延長：２６ｍの厚鋼板を鋼板冷却装置で通板速度：１．０ｍ／秒で冷却を開始した。この条件下で予め算出された鋼板尾端部での温度降下量は鋼板先端部に比較して約２６℃である。このまま冷却を続行した場合には板反りが約１５ｍｍであると予測した。そこで、温度降下が起こる領域、本実施例では表面温度約７００℃〜５００℃における上下水量比を調整し、下部水量密度を１．３ｍ³ ／ｍ² ・ｍｉｎと固定し、上部水量密度を０．９６ｍ³ ／ｍ² ・ｍｉｎ〜０．８０ｍ³ ／ｍ² ・ｍｉｎの範囲で逐次変更しながら冷却を行ったところサーマルランダウンに起因する板反りは全く発生しなかった。

（ａ）は鋼板表面温度と最適上下水量比との関係を示す図、（ｂ）は鋼板全長における鋼板表面温度と最適上下水量比との関係を示す図。 （ａ）は冷却帯ゾーン数と鋼板Ｔｏｐ部、Ｂｏｔ部の表面温度との関係を示す図、（ｂ）は各冷却帯ゾーンにおける上下水量比との関係を示す図。

Claims (3)

1. 熱間圧延を行った後、高温状態にある鋼板を複数組の上下水切りロールで圧延後の高温の鋼板を拘束しながら搬送し、鋼板上下面から冷却する方法において、圧延時の操業条件から予め算出された圧延鋼板先端から尾端までの温度に応じて、冷却中における上下面の温度が同一となるように上下から供給される水量を鋼板冷却搬送中に変更することを特徴とする鋼板の冷却制御方法。
2. 予め鋼板温度と最適上下水量比（上下面の温度降下量が同一となるような冷却能の得られる上下水量比＝下面側冷却水量密度／上面側冷却水量密度）との関係を求めておき、この関係に従って前記鋼板先端温度から尾端温度に応じて、上下から供給される水量を鋼板冷却搬送中に変更することを特徴とする鋼板の冷却制御方法。
3. 前記水量の変更を冷却帯を複数に分割したゾーン毎に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼板の冷却制御方法。

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