JP4603510B2

JP4603510B2 - マスキング装置

Info

Publication number: JP4603510B2
Application number: JP2006156394A
Authority: JP
Inventors: 祐二高橋; 正樹須藤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2026-06-05
Also published as: JP2007319928A

Description

本発明は、熱間圧延後の厚鋼板を冷却するスリットジェットノズル方式の冷却装置に用いられるマスキング装置に関する。

厚鋼板の製造プロセスにおいて、熱間圧延直後の厚鋼板（以下、単に「鋼板」ともいう。）をオンラインで水冷にて強制冷却を行うオンライン制御冷却技術が広く適用されている。このようなオンライン制御冷却技術によれば、鋼板に高強度、高靭性を付与できるほか、鋼に添加される合金元素の低減、熱処理の省略等のコスト削減効果も得られる。

しかしながら、一般に熱間圧延された厚鋼板は、温度分布、板形状、表面性状等が必ずしも均一ではないため、冷却中に温度むらが生じやすく、その結果、冷却後の鋼板に変形、残留応力等が発生する問題があり、矯正による納期遅れ、形状不良部の切捨てによる歩留ロス、操業上のトラブルなどを招いていた。

このような問題を最小限に抑制する冷却装置として、鋼板の上下面に対し、鋼板に接近させた位置に斜め下向きに設置したスリットジェットノズルから高圧、大流量の冷却水を噴射する冷却装置が用いられるようになってきた。

通常、熱間圧延直後の鋼板はその板幅両端部の温度が板幅中央部の温度より低い温度分布を有している。このような温度分布を是正するためには、冷却中に板幅両端部に対する冷却効果がその中央部に対する冷却効果より小さくなるように冷却能を制御し、熱間圧延段階で生じた板幅両端部の過冷部を低減することが必要である。このため、上記スリットジェットノズル方式の冷却装置に対して、板幅両端部の過冷部を低減する手段として以下のような提案がなされている。

例えば、スリットジェットノズル先端のスリット部に、スリット部を遮蔽し得る板幅方向に移動可能な遮蔽体を押圧機構で押し付けて、板幅端部に噴射する水流を遮断することにより、板幅端部の過冷却を防止しようとするマスキング装置が開示されている（特許文献１参照）。

また、スリットジェットノズルから下流側の一定距離に板幅方向に移動可能な流線形状の水流制御体を設けて、板幅端部に流れる水流を制限することにより、板幅端部の過冷却を防止しようとするマスキング装置が開示されている(特許文献２参照)。

いっぽう、スリットジェットノズル方式ではないが、熱間圧延後の鋼板の上面にスリットラミナノズルから層流の水膜を落下させて鋼板を冷却する方式の冷却装置において、水膜流の両端部をマスキング樋により遮断（マスキング）するとともに、マスキング樋の先端底部から垂下する水膜案内を設けて水膜流の縮流を防止することにより、板幅方向の温度分布の不均一化を防止しようとするマスキング装置が開示されている（特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献１に記載のマスキング装置では、押圧機構を用いてノズルのスリット部と遮蔽体と間のシール性を確保しようとしているが、高圧の水流を強制的に押え付けて遮断するため、遮蔽体自体が水圧で変形したりノズルのスリット部が冷却水中のスケールで磨耗したり鋼板からの放射熱で熱変形したりすることによってシール性が劣化するため、メンテナンス上問題がある。

また、特許文献２に記載のマスキング装置では、板幅端部の直接的なマスキングを行うことなく、ノズルから一定距離離れた位置に水流制御体を設けているだけであるので、板幅端部にも高圧の冷却水が直接衝突することが避けられない。そして、高圧水流での冷却能は衝突によるものが主であるため、本マスキング装置では板幅端部の過冷却を防止する効果が十分に得られない。

また、特許文献３に記載のスリットラミナ方式の冷却装置においては、比較的低圧、少流量の冷却水を用いるため同文献の図１に示されるように、マスキング樋はノズルから下方に離して設置しても水流の跳ね返りやオーバーフロー等の問題は発生しない。しかしながら、スリットジェットノズル方式では、スリットラミナノズル方式よりもはるかに高圧で大流量の冷却水を用いるため、上記のようにマスキング樋をノズルから離して設置すると水流の跳ね返りやオーバーフロー等の問題が発生するので単純にこの構成を適用することは不可能である。
特開平６−２８５５３１号公報特開平１０−２１６８２４号公報特開平５−１３８２２９号公報

そこで、本発明は、熱間圧延後の鋼板の制御冷却に用いられるスリットジェットノズル方式の冷却装置において、ノズルのスリット部やマスキング装置自体の変形や磨耗を抑制しつつ、鋼板の板幅端部の過冷却をより効果的に防止することにより、板幅方向の温度むらの発生を確実に防止しうるマスキング装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、熱間圧延後の鋼板の上下面の両側ともに、または、その上面側にのみ、パスライン上流側から下流側に向けて水流を吹き付けるスリットジェットノズルが、前記鋼板の板幅方向に設けられている鋼板の加速冷却装置において、前記スリットジェットノズルから噴出する水流のうち前記鋼板の板幅端部に吹き付けられる水流を遮断するために用いられるマスキング装置であって、ボックス構造の本体を有し、この本体の前面には前記鋼板の板幅端部を指向する前記スリットジェットノズル先端のスリット部に当接し、このスリット部から噴出する水流を前記本体内に導入するスリット状の導入口が設けられ、前記本体の前記板幅端部側側面には前記本体内に導入された水流を排出する排出口が設けられるとともに、前記本体を前記板幅方向に進退可能とする機構を備えたことを特徴とするマスキング装置である。

請求項２に記載の発明は、前記本体は、そのパスライン方向断面積が、前記板幅の中央部から端部に向かって漸次増大するように形成されてなる請求項１に記載のマスキング装置である。

本発明に係るマスキング装置によれば、スリットジェットノズルのスリット部から板幅端部に向かう高圧の水流を、マスキング装置の導入口から本体内を通過させ排出口から板幅端部の外側へ排出するようにしたので、板幅端部に高圧の水流が直接衝突することがなく、板幅端部の過冷却がより効果的に防止できる。この結果、板幅方向に温度むらの生じることがなくなり、冷却後の鋼板に変形、残留応力等が発生することが防止され、矯正作業の省略、製品歩留の向上、操業上のトラブルの減少など、多くの工業上有利な効果がもたらされる。

また、本発明に係るマスキング装置によれば、上記特許文献１に記載の発明のように板幅端部に向かう高圧の水流を強制的に押え付けて遮断するのではなく、板幅端部の外側へ排出するようにしたので、ノズルのスリット部や遮蔽板自体の変形や磨耗を抑制でき、メンテナンスコストも低減できる。

以下、図面を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。

〔実施形態〕
図１は、本発明の一実施形態に係るマスキング装置を用いた加速冷却装置の概略を示す斜視図であり、図２は、図１におけるＡＡ線部分断面図である。

図１に示すように、加速冷却装置は、パスラインの上方にスリットジェットノズル２が鋼板１の板幅方向に設置されたものであり、熱間圧延後の鋼板１の上面に、パスライン上流側から下流側に向けて水流を吹き付けるように構成されている。

マスキング装置４は、ボックス構造の本体５を有し、この本体５の前面にはスリット状の導入口６が設けられており、スリットジェットノズル２先端のスリット部３のうち板幅端部に向かう部分に当接し、この部分から噴出する水流を本体５内に導入するように構成されている。また、図２に示すように、導入口６の下端部６ａを前方斜め上向きに延長し、スリット部３の下端面３ａに下から密接するように形成しておくことが好ましく、これにより水流をほとんど漏らすことなく本体５内に導入できる。

また、ボックス構造の本体５の板幅端部側側面には排出口７が設けられており、本体５内に導入された水流を鋼板１の幅端部外側に排出するように構成されている。排出口７は、図１に示すように、本体５の板幅端部側側面を全面開放した構造とするのが好ましい。これにより、高圧水流の圧力がマスキング装置４に過度に掛かることが防止され、スリット部３やマスキング装置４の損傷をより確実に防止できる。

なお、マスキング装置４のスリット状の導入口６は、スリットジェットノズル２のスリット部３の一部に当接させるが、冷却する鋼板の板幅等に応じて当接するスリット部３の幅が変化するため、余裕を持たせて長めに形成されている。このため、導入口６の板幅端部側の部分は、スリット部３を外れてしまうことがある。したがって、導入口６のうちスリット部３と当接した部分から本体５内に導入された水流は、導入口６のうちスリット部３から外れた部分から漏れ出す可能性があるが、その部分は、板幅より十分に外側であるので鋼板１の端部に水が掛かることはなく問題はない。

さらに、マスキング装置４（本体５）は、冷却される鋼板１の板幅の変化に応じて板幅方向に進退可能に構成されている。図１に示すように、マスキング装置４は、板幅の両端部に配置され、１１はマスキング装置４を板幅方向に移動させるための駆動装置で、マスキング装置４と駆動装置１１との連結は、板幅方向に差し渡されたスクリューねじ８を採用している。

マスキング装置４（本体５）と駆動装置１１との連結についてさらに詳細に説明する。スリットジェットノズル２の先端近部に近接してスクリューネジ８を板幅方向に差し渡し、マスキング装置４の本体５の上部に形成した雌ねじ部を螺合させる。スクリューねじ８は、ギアボックス９と減速機１０を介してモータ１１で回転され、スクリューねじ８の回転により板幅両端部に配置されたマスキング装置４（本体５）は、ライン中心を対称軸として常に対称に移動するように構成されている。マスキング装置４（本体５）の位置設定は、ＰＬＧ（パルス・ロジック・ジェネレータ）１２にて行うことができる。

また、本体５は、図１に示すように、そのパスライン方向断面積が、板幅の中央部から端部に向かって漸次増大するように形成されてなることが好ましい。これにより、高圧の水流は、本体５内を通過する際に圧力が低下し、排出口７から円滑に排出される。パスライン方向断面積を板幅の中央部から端部に向かって漸次増大させる構造としては、図１に示すように、本体５の水平断面が板幅中央部から端部に向かって広がる台形状となるように、ボックス構造の本体５の後面を斜めにした（すなわち、板幅中央部側より端部側を後方に張り出した）構造とすればよい。また、このように本体５の後面を斜めにすることにより、本体５の後面を前面と平行にした場合に比べて、スリット部３から吹き込まれた水流の方向の角度変化が小さくなり、マスキング装置４に係る圧力が軽減され、装置の損傷をより確実に防止できる。本体５の後面を斜めにする角度は、小さすぎると圧力軽減効果が十分に得られず、他方大きすぎると装置が過大となるので、３〜２０°、さらには５〜１０°とするのが推奨される。

（変形例）
上記実施形態では、本発明に係るマスキング装置を、鋼板の上面側にのみスリットジェットノズルを設けた加速冷却装置に適用した例を示したが、鋼板の上下面ともにスリットジェットノズルを設けた加速冷却装置にも当然に適用し得るものである。

また、上記実施形態では、マスキング装置を板幅方向に進退可能とする機構として、スクリューねじを用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、例えばワイヤを用いてもよい。

熱間圧延後の鋼板１の上下面の両側ともにスリットジェットノズル２が設けられている加速冷却装置において、いずれのスリットジェットノズル２とも、そのスリット部３のうち板幅両端部の各２００ｍｍの部分をマスキングするために、以下の種々のマスキング装置４を取り付け、板幅２．５ｍ、長さ１５ｍ、厚さ５０ｍｍの熱間圧延後の鋼板を１２ｍ／ｍｉｎの速度で通過させ冷却を行った。

（比較例１）
マスキング装置４として平板をスリット部３に貼り付けたもの（図３参照）を試用した結果、高圧水の流通開始後、短時間で平板が曲がり、大量に水漏れが発生した。水の逃げ道がないため、高圧水の圧力に耐えられず平板が変形したものと考えられる。

（比較例２）
マスキング装置１０４として上記平板に別の短板を略直角に溶接付けした断面Ｔ字状のものを、スリット部３に上記短板の部分を差し込んで貼り付けたもの（図４参照）を試用した結果、平板は曲がらなかったものの、水漏れがあり、板幅方向の温度分布が大幅に悪化した。断面Ｔ字状にしたことによりマスキング装置自体の強度は改善されたものの、スリット部３が長時間の使用により冷却水中のスケールで磨耗したり鋼板からの放射熱で変形したりしてスリット幅が長手方向で均一でなくなり、上記短板をスリット部３に差し込んでもシールを完全にすることが事実上不可能なためと考えられる。

（発明例１）
マスキング装置４として、本体５がボックス構造で、その前面にスリット状の導入口６が設けられ、板幅端部側側面に排出口７が設けられており、後面の板幅中央部側のみ水平断面でＲ形状に形成されたもの（図５参照）を試用した。この結果、若干の水漏れが発生し、板幅方向の温度分布はやや悪化したものの許容範囲内であった。このように若干の水漏れが発生したのは、上記Ｒ形状の部分で水流の方向を円滑に変えることができるものの、後面の板幅端部側を前面と平行に形成したことにより、高圧水の流路の断面積が増加せず、圧力低下の効果が十分に得られなかったためと考えられる。

（発明例２）
マスキング装置４として、上記発明例１において、本体の後面を５°だけ斜めにした（すなわち、板幅中央部側より端部側を後方に張り出した）構造に変えたもの（図１参照）を試用した。この結果、水漏れはまったく発生しなくなった。また、図６に示すように、マスキング装置をまったく用いない場合（従来技術）は、熱間圧延直後の板幅の中央部と端部との温度差は冷却中もほぼそのまま維持され、板幅端部が過冷却状態となるのに対し、本マスキング装置を用いた場合（本発明）は、冷却開始後、短時間で上記温度差がなくなり、冷却完了まで非常に均一な温度分布が得られた。なお、図６のデータは、従来技術、本発明とも、冷却開始後５秒間だけスリットジェットノズルで冷却し、引き続き２０秒間、鋼板上面側は通常のパイプラミナノズル、鋼板下面側は通常のスプレーノズルで冷却して得たものである。

実施形態に係るマスキング装置を用いた加速冷却装置の概略を示す斜視図である。図１におけるＡＡ線部分断面図である。比較例１のマスキング装置を示す縦断面図である。比較例２のマスキング装置を示す縦断面図である。発明例１のマスキング装置を示す、導入口レベルの水平断面図である。熱間圧延後の鋼板の加速冷却装置による冷却時における、冷却時間と鋼板温度との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１：鋼板
２：スリットジェットノズル
３：スリット部
３ａ：下端面
４：マスキング装置
５：本体
６：導入口
６ａ：下端部
７：排出口
８：スクリューねじ
９：ギアボックス
１０：減速機
１１：駆動装置（モータ）
１２：ＰＬＧ

Claims

熱間圧延後の鋼板の上下面の両側ともに、または、その上面側にのみ、パスライン上流側から下流側に向けて水流を吹き付けるスリットジェットノズルが、前記鋼板の板幅方向に設けられている鋼板の加速冷却装置において、前記スリットジェットノズルから噴出する水流のうち前記鋼板の板幅端部に吹き付けられる水流を遮断するために用いられるマスキング装置であって、
ボックス構造の本体を有し、この本体の前面には前記鋼板の板幅端部を指向する前記スリットジェットノズル先端のスリット部に当接し、このスリット部から噴出する水流を前記本体内に導入するスリット状の導入口が設けられ、前記本体の前記板幅端部側側面には前記本体内に導入された水流を排出する排出口が設けられるとともに、前記本体を前記板幅方向に進退可能とする機構を備えたことを特徴とするマスキング装置。