JP4678448B2 - 熱延鋼板の製造装置、及び鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱延鋼板の製造装置、及び鋼板の製造方法に関し、詳しくは冷却媒体の排水性に優れる熱延鋼板の製造装置、及び該装置を用いた鋼板の製造方法に関する。

自動車用や構造材用等として用いられる鋼材は、強度、加工性、靭性といった機械的特性に優れることが求められ、これらの機械的特性を総合的に高めるには、鋼材の組織を微細化することが有効である。そのため、微細な組織を有する鋼材を得るための方法が数多く模索されている。また、組織の微細化によれば、合金元素の添加量を削減しても優れた機械的性質を具備した高強度熱延鋼板を製造することが可能となる。

組織の微細化方法としては、熱間仕上げ圧延の特に後段において、高圧下圧延を行ってオーステナイト粒を微細化するとともに鋼板に圧延歪を蓄積させ、圧延後に得られるフェライト粒の微細化を図ることが知られている。さらに、オーステナイトの再結晶や回復を抑制してフェライト変態を促進させるという観点から、圧延後のできるだけ短時間内に鋼板を６００℃〜７００℃まで冷却することが有効である。すなわち、熱間仕上げ圧延に引き続き、従来よりも早く冷却することが可能な冷却装置を設置し、圧延後の鋼板を急冷することが有効である。そして、このように圧延後の鋼板を急冷するには、冷却能力を高めるために、鋼板に噴射される単位面積当りの冷却水量、すなわち、流量密度を大きくすることが効果的である。

しかしながら、このように冷却水量、流量密度を大きくすると、給水と排水との関係で、鋼板上面においては該鋼板の上面に溜まる水（滞留水）が増加し、鋼板の下面側においては下面ガイドと鋼板との間の滞留水が増加する。このような滞留水は鋼板の冷却に使われた後の水であり、できるだけこれを早く排出し、ノズルからの供給水を鋼板に提供して冷却能力を確保したい。また滞留水は水の層であるから、これが厚いと抵抗となってノズルからの水が効果的に鋼板に届かないこともある。さらに滞留水は、鋼板中央部から端部に向けて流れ、その流速は鋼板の端部に近づくほど増加するため、滞留水の量が増加すると、鋼板の板幅方向における冷却ムラが大きくなることや、滞留水の量が増加しすぎると、上面ガイド上にも滞留水が発生し、ノズル先端が水没する。

上記したように、熱間仕上げ圧延の後にできるだけ早く、かつ、急激な冷却をすることが効果的であることから、熱間仕上げ圧延機の最終スタンドのワークロール直後から冷却することが好ましい。すなわち、熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドのハウジングの内側に存する鋼板に冷却水を噴射して冷却をする。このような冷却をすることが特許文献１に記載されている。

特許第４０２９８７１号公報

鋼板上面側に噴射された冷却水のうち、その多くは鋼板の幅方向に移動し、下方に落下して排出されている。しかしながら、熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドのハウジング内側には鋼板の搬送パスラインの両側方に当該ハウジングの立設部が配置されている。従って、当該最終スタンドのハウジング内側に冷却水を噴射した場合、ハウジングの立設部が壁となり、冷却水の排水が阻害されることや、側壁に衝突し、上方に移動した一部の冷却水が上面ガイドに滞留し、ノズルの先端が水没してしまうことがあった。特許文献１に記載された発明においては上面ガイドの排水性能を向上させることが記載されているが、冷却性能を向上させるためにさらに大量の冷却水を使用した場合には、側部からの排水性を向上させることも重要である。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、熱延鋼板製造ラインにおいて、排水性に優れた熱延鋼板の製造装置及び鋼板の製造方法を提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。

請求項１に記載の発明は、熱間仕上げ圧延機列、及び該熱間圧延機列の最終スタンドの下工程側に配置され、搬送ロール上を搬送される鋼板を冷却可能に設けられた冷却装置を備える熱延鋼板の製造装置であって、最終スタンドは、ワークロールを保持するハウジングを備え、ハウジングは立設する一対の立設部を有しており、冷却装置は、搬送される鋼板の上面に冷却水を噴射可能なノズルを具備して、搬送される鋼板の搬送方向に沿って配置される複数の上面冷却ノズル帯と、搬送される鋼板の下面に冷却水を噴射可能なノズルを具備して、搬送される鋼板の搬送方向に沿って配置される複数の下面冷却ノズル帯と、搬送される鋼板の上面側に配置される上面ガイドと、を有し、冷却装置のうち最終スタンドに近い側の端部は、最終スタンドのハウジングの一対の立設部間に配置され、均一冷却幅をＷ［ｍ］、該均一冷却幅の端部とハウジング立設部との平均的な間隙距離をＷ_ＳＷ［ｍ］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ^２］とし、均一冷却幅における平均的な水量密度をＱ_ｑ［ｍ^３／（ｍ^２・ｓ）］とし、Ｗ_ＳＷ、及び上面ガイドと前記鋼板の上面との平均的な距離であるｈ［ｍ］から決まる値をＣとし、
であるとき、
が成立する熱延鋼板の製造装置を提供することにより前記課題を解決する。

ここで、「冷却ノズルによる均一冷却幅」とは、配置されるノズルの性質上、搬送される鋼板の均一な冷却が可能である鋼板幅方向の大きさを意味する。具体的には、鋼板の製造装置において製造できる最大の鋼板の幅と一致することが多い。
また、「冷却水」とは、冷却媒体としての冷却水であり、いわゆる純水であることを要せず、工業用水等、不可避に混入する不純物を含んでいても良い水を意味する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱延鋼板の製造装置において、冷却ノズル帯に備えられるノズルはフラットスプレーノズルであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の熱延鋼板の製造装置に通板することにより鋼板を製造することを特徴とする熱延鋼板の製造方法を提供することにより前記課題を解決する。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の熱延鋼板の製造装置に通板することにより鋼板を製造する方法であって、熱間仕上げ圧延機列のうち最終スタンドの圧下率を最も大きくして仕上げ圧延する工程と、冷却装置により冷却する工程と、を含む、熱延鋼板の製造方法を提供することにより前記課題を解決する。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の熱延鋼板の製造装置に通板することにより鋼板を製造する方法であって、製造装置は冷却装置の下工程側にピンチロールを備え、通板される板の先端部がピンチロールに達した後に冷却装置による冷却を開始する熱延鋼板の製造方法を提供することにより前記課題を解決する。

本発明により、熱延鋼板の製造ラインにおいて、排水性に優れた熱延鋼板の製造装置及び熱延鋼板の製造方法を提供するができる。また、これによって冷却水量を増加させることが可能となり、圧延後の急冷をさらに促進させることができるので機械的性能に優れた鋼板を製造することが可能となる。

１つの実施形態に係る熱延鋼板の製造装置の一部を模式的に示した図である。 図１のうち、冷却装置が配置される部分に注目して拡大した図である。 図２（ａ）のIII-III矢視断面図である。 冷却ノズルを説明するための斜視図である。 冷却ノズルを説明するための他の図である。 上面ガイドを説明する図である。 上面ガイドの流出孔の他の例を説明する例である。 上面ガイドによる冷却水の流れを説明する図である。 上面ガイドの他の形態例を示した図である。 上面ガイドのさらなる他の形態例を示した図である。 式の導出を説明するための図である。 実施例を説明するための図である。

本発明の上記した作用および利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

図１は、１つの実施形態にかかる熱延鋼板の製造装置１０の一部を概略的に示した図である。図１では、鋼板１は紙面左（上工程側、上流側）から右（下工程側、下流側）の方向へと搬送されており、紙面上下方向が鉛直方向である。当該上工程側（上流側）・下工程側（下流側）方向を通板方向と記載することがあり、これに直交する方向で、通板される鋼板の板幅の方向を鋼板板幅方向と記載することがある。また、図において見易さのため繰り返しとなる符号の記載は省略することがある。

図１に示すように、熱延鋼板の製造装置１０は、熱間仕上げ圧延機列１１、冷却装置２０、搬送ロール１２、１２、…、ピンチロール１３を備えている。また図示及び説明は省略するが、熱間仕上げ圧延機列１１より上工程側には、加熱炉や粗圧延機列等が配置され、熱間仕上げ圧延機列１１に入るための鋼板の条件を整えている。一方、ピンチロール１３の下工程側には他の冷却装置や巻き取り機が設けられ、鋼板コイルとして出荷するための各種設備が配置されている。

熱延鋼板は概ね次のように製造される。すなわち、加熱炉から抽出され、粗圧延機で所定の厚さまで圧延された粗バーが、温度を制御されながら連続的に熱間仕上げ圧延機列１１で所定の厚さまで圧延される。その後、冷却装置２０内で急速に冷却される。ここに、冷却装置２０は、熱間仕上げ圧延機列１１の最終スタンド１１ｇにおいて、圧延ロールを支持するハウジング１１ｇｈの内側に、当該最終スタンド１１ｇの圧延ロール１１ｇｗ、１１ｇｗ（図２参照）に極力近接するようにして設置されている。そして、ピンチロール１３を通過して他の冷却装置により所定の巻き取り温度まで冷却され、巻き取り機によりコイル状に巻き取られる。

以下、熱延鋼板の製造装置１０（以下単に「製造装置１０」と記載することがある。）について詳しく説明する。図２は、図１のうち冷却装置２０が備えられた部位を拡大して示した図である。図２（ａ）は冷却装置２０の全体が表れるように拡大した図、図２（ｂ）は、さらに最終スタンド１１ｇの近傍に注目した図である。図３は、図２（ａ）にIII-IIIで示した矢視断面図である。従って図３では紙面上下が製造装置１０の鉛直方向、紙面左右が鋼板板幅方向、及び紙面奥／手前方向が通板方向となる。

本実施形態における熱間仕上げ圧延機列１１は、図１からわかるように７機の圧延機（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、…、１１ｇ）が通板方向に沿って並列されている。ぞれぞれの圧延機１１ａ、１１ｂ、…、１１ｇは、いわゆる各スタンドを構成する圧延機で、最終製品において必要とされる厚さ、機械的性質、表面品質等の条件を満たすことができるように圧下率等の圧延条件が設定されている。ここで、各スタンドの圧下率は製造される鋼板が有するべき性能を満たすように設定されるが、高圧下圧延を行ってオーステナイト粒を微細化するとともに鋼板に圧延歪を蓄積させ、圧延後に得られるフェライト粒の微細化を図る観点から最終スタンド１１ｇにおいて圧下率が大きいことが好ましい。
各スタンドの圧延機は、実際に鋼板を挟んで圧下する一対のワークロール（１１ａｗ、１１ａｗ、…、１１ｆｗ、１１ｆｗ、１１ｇｗ、１１ｇｗ）と、該ワークロールに外周同士を接するように配置された一対のバックアップロール（１１ａｂ、１１ａｂ、…、１１ｆｂ、１１ｆｂ、１１ｇｂ、１１ｇｂ）とを有している。また当該ワークロール、及びバックアップロールの回転軸は、該ワークロール及びバックアップロールを内側に含むように設けられたハウジング（１１ａｈ、…、１１ｆｈ、１１ｇｈ）の対向して立設された立設部（最終スタンドにおいては図３の立設部１１ｇｒ、１１ｇｒ）間に配置されている。すなわち、ハウジングの立設部は、図３からわかるように、鋼板の通板のラインを挟むように立設されている。

ここで、図２（ａ）にＬ１で示したワークロール１１ｇｗとハウジング立設部１１ｇｒ、１１ｇｒの下工程側端面との距離は、ワークロール１１ｇｗの半径ｒ１よりも大きい。従って、Ｌ１−ｒ１に相当する部位には、後述するように冷却装置２０の一部を配置することができる。すなわち当該冷却装置２０の一部をハウジング１１ｇｈの内側に挿入するように設置することができる。
また、図３に示すように、冷却装置２０がハウジング１１ｇｈの間に挿入された部位において、冷却装置２０の均一冷却幅（Ｗ、図５参照）の端部と、ハウジング立設部１１ｇｒ、１１ｇｒとの間にＷ_ｓｗ、Ｗ_ｓｗで示した間隙が形成される。当該Ｗ_ｓｗの大きさについては、冷却装置２０の説明と合わせて後で説明する。

次に冷却装置２０について説明する。冷却装置２０は、上面給水手段２１、２１、…、下面給水手段２２、２２、…、上面ガイド３０、３０、…、下面ガイド４０、４０、…を備えている。

上面給水手段２１、２１、…は、鋼板１の上面側に冷却水を供給する手段であり、冷却ヘッダ２１ａ、２１ａ、…、各冷却ヘッダ２１ａ、２１ａ、…に複数列をなして設けられた導管２１ｂ、２１ｂ、…、及び該導管の先端に取り付けられた冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…を備えている。
本実施形態では、図２、図３からわかるように冷却ヘッダ２１ａは鋼板板幅方向に延在する配管であり、このような冷却ヘッダ２１ａ、２１ａ、…が通板方向に並列されている。
導管２１ｂは各冷却ヘッダ２１ａから分岐する複数の細い配管であり、その開口端部が鋼板上面側に向けられている。導管２１ｂ、２１ｂ、…は、冷却ヘッダ２１ａの管長方向に沿って、すなわち鋼板板幅方向に複数、櫛状に設けられている。

各導管２１ｂ、２１ｂ、…の先端には冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…が取り付けられている。本実施形態の冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…は、扇状の冷却水噴流（例えば、５〜３０ｍｍ程度の厚さ）を形成可能なフラットタイプのスプレーノズルである。図４、図５に当該冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…により鋼板表面に形成される冷却水噴流について模式図を示した。図４は斜視図である。図５は当該噴流が鋼板表面に衝突したときの衝突態様を概略的に示した図である。図５において、白丸で表したのは冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…の直下の位置、太線で示したのは冷却水噴流の衝突位置、形状である。図４、図５には通板方向と板幅方向を合わせて示している。
図４、図５からわかるように本実施形態では、隣り合うノズル列では、板幅方向の位置をずらすように配置し、さらにその隣のノズル列と板幅方向位置が同じとなるように、いわゆる千鳥状配列としている。

本実施形態では、鋼板表面における鋼板板幅方向の全ての位置にわたって冷却水噴流を少なくとも２回通過できるように冷却ノズルを配置した。すなわち、通板される鋼板のある点ＳＴは、図５の直線矢印に沿って移動する。その際にノズル列Ａで２回（Ａ１、Ａ２）、ノズル列Ｂで２回（Ｂ１、Ｂ２）、ノズル列Ｃで２回（Ｃ１、Ｃ２）、…というように、各ノズル列において当該ノズル列に属するノズルからの噴流が２回衝突する。そのために、冷却ノズルの間隔Ｐ_Ｗ、冷却水噴流の衝突幅Ｌ、ねじり角βとの間に、
Ｌ＝２Ｐ_Ｗ／ｃｏｓβ
の関係が成り立つように、冷却ノズルを配置した。ここでは２回通過としたが、これに限定されることはなく、３回以上通過するように構成してもよい。なお、鋼板板幅方向における冷却能の均一化を図るという観点から、通板方向で隣り合うノズル帯では、互いに逆の方向に冷却ノズルを捻った。

また、ノズルの配列により鋼板の冷却に関する「均一冷却幅」が定まる。これは、配置されるノズル群の性質上、搬送される鋼板の均一な冷却が可能である鋼板幅方向の大きさを意味する。具体的には、鋼板の製造装置において製造できる最大の鋼板の幅と一致することが多い。具体的には例えば図５にＷで示した大きさである。

上面給水手段２１が備えられる位置、特に冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…が配置されるべき位置は特に限定されるものではないが、少なくとも熱間仕上げ圧延機列１１における最終スタンド１１ｇの直後に、該最終スタンド１１ｇのハウジング１１ｇｈの内側から当該最終スタンド１１ｇのワークロール１１ｇｗに極力近接するように配置させる。このように配置することで、熱間仕上げ圧延機列１１による圧延直後の鋼板１を急冷することが可能になるとともに、鋼板１の先端部を安定して冷却装置２０に誘導することができる。本実施形態では、図２からわかるように、ワークロール１１ｇｗに近い冷却ノズル２１ｃは鋼板１に近づけて配置する。

さらに各冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…の冷却水噴射口から噴射される冷却水の噴射方向は鉛直方向を基本とする一方、最終スタンド１１ｇのワークロール１１ｇｗに最も近い冷却ノズルからの冷却水の噴射は、鉛直よりもワークロール１１ｇｗの方向に傾けられることが好ましい。これにより、鋼板１が最終スタンド１１ｇで圧下されてから冷却が開始されるまでの時間をより一層短くし、圧延で蓄積された圧延歪が回復する時間をほぼゼロにすることも可能となる。従って、より微細な組織を有する鋼板を製造することができる。

下面給水手段２２、２２、…は、鋼板１の下面側に冷却水を供給する手段であり、冷却ヘッダ２２ａ、２２ａ、…、各冷却ヘッダ２２ａ、２２ａ、…に複数列をなして設けられた導管２２ｂ、２２ｂ、…、及び該導管の先端に取り付けられた冷却ノズル２２ｃ、２２ｃ、…を備えている。下面給水手段２２、２２、…は、上記した上面給水手段２１、２１、…に対向して設けられ、冷却水の噴射方向が異なるが、概ね該上記給水手段２１、２１、…と同様であるのでここでは説明を省略する。

次に上面ガイド３０について説明する。図６に上面ガイド３０を概念的に示した。図６（ａ）は冷却装置２０の上方から見た図で一部を破断して示している。図６（ｂ）は側面側から見た図である。図６には冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…の位置、及び鋼板１の位置も合わせて示している。

上面ガイド３０は、板状であるガイド板３１と、ガイド板３１の上面側に配置された排水通路形成部３５、３５、…とを備えている。

ガイド板３１は、板状の部材であるとともに、流入孔３２、３２、…及び流出孔３３、３３、…が設けられている。
流入孔３２、３２、…は上記した冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…に対応する位置に設けられ、その形状も噴流の形状に対応するものとしている。従って、流入孔３２、３２、…は、鋼板板幅方向に並列されて流入孔列３２Ａを形成するとともに、該流入孔列３２Ａ、３２Ａ、…が通板方向にさらに並列されている。ここで、流入孔の形状は特に限定されるものではなく、冷却ノズルからの噴流がガイド板にできるだけ当たらないように形成されていればよい。具体的には使用される冷却ノズルの噴流の特性にもよるが、１つの冷却ノズル２１ｃからの単位時間当りの冷却水噴出量の１０％以上は上面ガイド３０のガイド板３１に衝突しないように通過する形状であることが好ましい。さらに限られたスペースに効率よく当該流入孔３２、３２、…を設ける観点から、流入孔の開口形状は、冷却水噴流の横断面形状（噴出方向軸に直交する断面）に略相似形であることが好ましい。

一方、流出孔３３、３３、…は、矩形の孔であり、該孔は鋼板板幅方向に複数並列されて流出孔列３３Ａを形成している。流出孔３３、３３、…間にガイド板３１の一部が残ることにより搬送される鋼板の先端の流出孔３３、３３、…への入り込みが防止され、これが鋼板侵入防止手段３３ｓ、３３ｓ、…となる。該流出孔列３３Ａ、３３Ａ、…は、上記した流入孔列３２Ａ、３２Ａ、…間に配置されている。
すなわち、ガイド板３１では通板方向に沿って流入孔列３２Ａと流出孔列３３Ａとが交互に配置されている。

ここでは、流出孔３３、３３、…の好ましい開口形状として、上記のような並列された矩形を説明した。これにより限られたスペースで効率良く大きな開口面積を得ることができる。ただしこれに限定されるものではなく、適切な排水量を確保することができ、鋼板の引っ掛かりを防止することが可能であればよい。すなわち、流出孔の開口形状は上記した矩形に限定されるものではなく、例えば、円形や、台形を挙げることができる。そして鋼板侵入防止手段は、当該開口形状に対応した形状となる。例えば流出孔が通板方向に上底下底を有する台形の場合には、鋼板侵入防止手段は通板方向から傾いた平行四辺形の形状とすることもできる。

図７に流出孔の変形例を示した。図７の変形例の上面ガイド３０’では、流出孔３３’が異なるのみで他の部位は上記した上面ガイド３０と同じなので、当該同じ部位については、符号も同じものを用い、説明も省略した。上面ガイド３０’の１つの流入孔３３’は、幅方向に１つの長い孔３３Ａ’であるとともに、ここに網材３３Ｂ’が張られている形態である。これによっても流出孔を形成することができる。網材３３Ｂ’のいわゆるメッシュの細かさは冷却水の流れへの影響が少なく、かつ、ゴミ等の異物のつまりが生じ難いとの観点から５ｍｍ×５ｍｍ以上の網目であることが好ましい。

図６に戻り、上面ガイド３０の説明を続ける。流出孔３３、３３、…の縁のうち、通板方向に直交する向きの縁からは上方に向けて逆流防止片３３ｐ、３３ｐ、…が立設されている。この逆流防止片３３ｐ、３３ｐ、…は、流出孔３３、３３、…に入った水が再び流出孔３３、３３、…から元の位置へ逆流することを防止するために設けられるものであり、この逆流防止片３３ｐ、３３ｐ、…を設けることで、より多くの排水量を確保することができ、排水性を向上させることが可能となる。
本実施形態では逆流防止片３３ｐ、３３ｐは略平行に立設されているが、逆流防止片を、その下端より上端側が狭くなるように立設させてもよい。これにより、逆流防止片と後述する排水通路形成部の立設される片（３５ａ、３５ｃ）との間の流路断面積を広く確保することができる。

排水通路形成部３５、３５、…は、図６（ｂ）からわかるように、片３５ａ、３５ｂ、３５ｃにより囲まれた凹状断面を有して鋼板板幅方向に延在する部材である。排水通路形成部３５は、ガイド板３１の上面側から、凹状の開口部を該ガイド板３１に向けて被せるように配置される。このとき、開口部、すなわち片３５ａと片３５ｃとの間にガイド板３１の上面の一部及び流出孔列３３Ａが含まれるように被せる。また、隣り合う排水通路形成部３５、３５、…間は所定の間隔を有し、該間隔の間に流入孔列３２Ａ、３２Ａ、…、及び冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…が配置される。
また、流出孔列３３Ａに対向する片３５ｂの流出孔列３３Ａ側には該流出孔列３３Ａの真上となる位置に整流片３６が設けられている。整流片３６の形状は、片３５ｂに衝突する排水を後述するように逆流防止片３３ｐ、３３ｐが設けられた排水通路の底面方向へ分離するように整流化できる形状が好ましい。例えば、逆三角形、台形、楔型やその他突起型形状が考えられる。

ここで、排水通路形成部３５、３５、…の高さは、特に限定されるものではないが、上記した上面給水手段２１の導管２１ｂ、２１ｂ、…の内径をｄとしたとき、５ｄ〜２０ｄの範囲であることが好ましい。これは導管２１ｂ、２１ｂ、…が２０ｄより長いと圧力損失が大きくなり好ましくなく、また、５ｄより短いと冷却ノズルからの噴射が安定しない虞があることによる。

以上のような上面ガイド３０は、図２に示したように配置される。本実施形態では３つの上面ガイド３０、３０、３０が用いられ、これが通板方向に並列される。いずれの上面ガイド３０、３０、３０も冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…の高さ方向位置に対応するように配置されている。すなわち、本実施形態では最終スタンド１１ｇに近い上面ガイド３０では最終スタンド１１ｇ側端部が低く、他端側が高くなるように傾斜して配置されている。他の２つの上面ガイド３０、３０は、通板面から所定の間隔を有して該通板面と略平行に配置されている。

このような上面ガイド３０により、上面ガイド３０の基本的な機能であるところの鋼板先端部の通板時に該先端部が冷却ノズル等に引っ掛かる不具合を解消することができる。
さらに、上面ガイド３０によれば、鋼板上面側に供給された大量の冷却水を適切に排出することが可能となる。第一に、上面給水手段２１、２１、…により供給された冷却水は鋼板を冷却した後その一部は鋼板板幅方向に流れ、下方に落下して排水される。このような落下による排水は、後述する構成により、排水性の向上が図られている。
一方、上面ガイド３０によればさらなる排水通路を設けることにより、排水を補助し、さらに滞留水を薄く維持することが可能となる。詳しくは次の通りである。

図８に説明のための図を示した。図８ではわかり易さのため符号を省略しているが、対応するものは図６（ｂ）の符号を参照できる。高い冷却水供給密度、冷却水供給量の場合には、冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…からの水流も勢いが強い。かかる場合には、鋼板１の上面に噴射された冷却水は、図８に矢印Ｒで示したように通板方向前後にも移動し、衝突する。このような衝突が生じることにより冷却水はその向きを変え矢印Ｓで示したように上方に移動して流出孔３３、３３、…を通過し、排水通路形成部３５の片３５ｂに衝突する。このとき該片３５ｂには上記したように整流片３６が設けられ、冷却水が矢印Ｔで示したような方向転換される。従って、整流片３６により冷却水の当該方向転換の抵抗が低く抑えられ、排水が確実かつ効率よく行われる。
これによりガイド板３１の上面側に達した冷却水は図８の紙面奥／手前方向に移動して排水される。このとき流出孔３３の縁には逆流防止片３３ｐ、３３ｐが設けられているので、再び流出孔３３から冷却水が戻ることを抑制している。

このように、さらなる排水手段が設けられることにより上面側に供給された冷却水が大量、高水量密度になった場合であっても滞留水を抑えることができる。また、冷却水が給水される孔と排出される孔とを分けるとともに、上記のような構造により冷却に供される冷却水と排水されるために移動し始めた冷却水とが途中で衝突することを抑えられる。これにより給排水が円滑に行われ、滞留水を薄くすることができ、冷却効率を高くすることが可能となる。
このように円滑な排水と滞留水の抑制により鋼板板幅方向における冷却ムラをさらに小さく抑えることも可能となる。これにより均一な品質を有する鋼板を得ることができる。冷却ムラは、冷却水の板幅方向温度ムラが±３０℃以内であることが好ましい。

ここでは、１つの流出孔列３３Ａに含まれる流出孔３３、３３、…を上面ガイド３０の鋼板板幅方向全部に亘って配置したが、これに限定されることはない。例えば滞留水が厚くなる傾向が大きい鋼板板幅方向中央部付近にのみこのような流出孔を設けてもよい。

ガイド板３１の上面に達した冷却水をガイド板３１の幅方向両端から排水することにおいて、その排水性をさらに向上させるための構成が加えられていてもよい。例えば次のようなものを挙げることができる。
ガイド板３１の上面側のうち板幅方向中央を高く形成し、幅方向両端に向けて低くなるように傾斜を設けても良い。これによれば高低差により、排水がガイド板３１の両端に移動しやすくなり、さらに円滑な排水を促進することができる。
また、ポンプ等を設置して強制的に排水させることや、排水通路形成部内を負圧にすることにより冷却水を排水通路形成部内に導入しやすくし、さらに排水性を向上させてもよい。
また、上面ガイド自体を上下方向に移動可能に形成し、上面ガイド３０を通板に影響を与えない範囲で下方に移動することで滞留水に押しつけ、強制的に排水通路形成部内に冷却水を導く構成としてもよい。

またガイド板３１に設けられる流入孔３３、３３、…や幅方向両端部では、その縁部分（エッジ）に面取りやＲを取る（エッジを円弧状に形成すること。）処理をしてもよい。これにより、通板される鋼板の引っ掛かりを減らしたり、冷却水の円滑な流動を促進したりすることもできる。

ガイド板３１の材質は、ガイドとして必要とされる強度や耐熱性を有する一般的な材料を用いることができ、特に限定されるものではない。ただし、通板される鋼板がガイド板３１に接触したときの鋼板への擦り傷等を減らす目的で、強度、及び耐熱の問題が生じない部位には鋼板よりも軟質である樹脂等の材料を用いてもよい。

図９には他の形態の上面ガイド１３０、１３０’のうち図６（ｂ）に相当する図を示した。図９（ａ）が上面ガイド１３０、図９（ｂ）が上面ガイド１３０’である。ここでは上記した上面ガイド３０と共通する部材については同じ符号で示し、説明も省略する。
上面ガイド１３０では、排水通路形成部１３５、１３５、…がガイド板３１から分離して形成されている。従って、排水通路形成部１３５、１３５、…では、片３５ａ、３５ａ、…と逆流防止片３３ｐ、３３ｐ、…とが底板１３５ｄ、１３５ｄ、…により連結され、片３５ｃ、３５ｃ、…と逆流防止片３３ｐ、３３ｐ、…とが底板１３５ｅ、１３５ｅ、…により連結され、排水通路の底部を形成している。このような上面ガイド１３０としてもよい。
上面ガイド１３０’では、さらに逆流防止片１３３ｐ’、１３３ｐ’、…がガイド板３１の上面側に延在している形態である。

図１０にはさらなる他の形態の上面ガイド２３０、２３０’のうち図６（ｂ）に相当する図を示した。図１０（ａ）が上面ガイド２３０、図１０（ｂ）が上面ガイド２３０’である。ここでは上記した上面ガイド３０、１３０と共通する部材については同じ符号で示し、説明も省略する。
上面ガイド２３０でも、排水通路形成部２３５、２３５、…がガイド板３１から分離して形成されている。従って、排水通路形成部２３５、２３５、…では、片３５ａ、３５ａ、…と逆流防止片２３３ｐ、２３３ｐ、…とが底板２３５ｄ、２３５ｄ、…により連結され、片３５ｃ、３５ｃ、…と逆流防止片２３３ｐ、２３３ｐ、…とが底板２３５ｅ、２３５ｅ、…により連結され、排水通路の底部を形成している。また、逆流防止片２３３ｐ、２３３ｐ、…がガイド板３１の上面側に延在している。上面ガイド２３０では、ガイド板３１と排水通路形成部２３５、２３５、…との間に冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…の他、ヘッダ２１ａ、２１ａ、…及び導管２１ｂ、２１ｂ、…もここに含んでいる。このような上面ガイド２３０としてもよい。

上面ガイド２３０’では、上記上面ガイド２３０において、隣り合う排水通路形成部２３５、２３５を１つの排水通路形成部２３５’とした。これによっても図１０（ｂ）にＴ’で示した排水経路を確保することができる。これによれば排水経路（Ｔ’）の流路断面積を大きく取ることが可能となる。

以上、例としての上面ガイドを説明したが上面ガイドはこれに限定される必要はなく、公知の上面ガイドを用いることもできる。

次に下面ガイド４０について説明する。下面ガイド４０は、下面給水手段２２と鋼板が搬送されるパスラインとの間に配置される板状の部材である。これにより、特に鋼板を当該製造装置１０に通す際における鋼板の最先端が下面給水手段２２、２２、…や搬送ロール１２、１２、…に引っ掛かることを防止できる。一方で、下面ガイド４０には下面給水手段２１からの噴流を通過させる流入孔が設けられている。これにより、下面給水手段２２からの噴流が該下面ガイド４０を通過して鋼板下面に達し、適切な冷却をすることが可能となる。

このような下面ガイド４０は、図２に示したように配置される。本実施形態では４つの下面ガイド４０、４０、…が用いられ、搬送ロール１２、１２、１２間のそれぞれに配置される。いずれの下面ガイド４０、４０、…も搬送ロール１２、１２、…の上端部に対してあまり低くならない高さに配置される。

ここで用いられる下面ガイド４０の形状は特に限定されるものではなく公知の下面ガイドを用いることが可能であるが、下面冷却では、鋼板冷却後の排水はほとんどがそのまま下方向に排水される。また、下面ガイドが無い場合（搬送ロールによるロール間での冷却等）も同様に適用可能である。

冷却装置２０は、上記した最終スタンド１１ｇのハウジング１１ｇｈとの関係で次のような特徴を有し、これにより鋼板板幅方向から排出される冷却水量を向上させることができ、高い密度、大量の冷却水の供給が可能となる。図１１に以下で用いる式において使用する記号の意味を説明するための模式図を示した。冷却装置２０は、該冷却装置２０のうちハウジング１１ｇｈの内側に配置された部分において式（１）、式（２）を満たす。

ここで、Ｗは均一冷却幅［ｍ］であり、Ｗ_ＳＷ［ｍ］は、図３、図１１に示した均一冷却幅Ｗの端部とハウジング立設部１１ｇｒとの平均的な間隙距離である。ｇ［ｍ／ｓ^２］は重力加速度、Ｑ_ｑは後述する式（３）により求まる水量密度を意味する。また、Ｃは後述する式（４）、式（５）により求まる値で、冷却水が鋼板幅方向へ流れ、ハウジング立設部との間から流出する際の排水断面積の収縮、拡大による圧力損失の係数を表わす。Ｑ_ｑ、Ｃについては、後で式（３）〜式（５）に表わすとともに説明する。

上記式（１）は次のような考えにより導くことができる。すなわち、上面側から供給された冷却水は鋼板に衝突後、板幅方向へ分かれて排水されるが、均一冷却幅の端部とハウジング立設部との間隙が狭くなると、排水が鋼板幅方向に移動し、これがハウジング立設部に衝突して下方向の流れに変化するときの流動抵抗が増大する。この流動抵抗の増大により、ハウジング立設部に衝突した排水は鋼板側へ跳ね返り、上面ガイドの噴流孔からノズル先端へ逆流して上面ガイドの上にも水が滞留し、ノズル先端が水に浸かってしまう。
具体的には、式（１）の左辺は冷却水が鋼板幅方向端とハウジング立設部間で排水される場合の圧力損失を表している。これが右辺に示したように、１未満の場合であれば、圧力損失による排水時の流動抵抗は小さく抑えられ、冷却水の適切な排出が可能となる。一方、式（１）の左辺が１以上になると、流動抵抗は大きく、排水が上面ガイドの噴流孔から逆流してノズル先端が水没するといった現象が発生してしまう。ここで、式（１）における１．７なる値は鋼板幅方向への排水が鋼板幅方向端とハウジング立設部間での曲がり（排水の方向転換）で発生する圧力損失の係数であり、実験により得られた値である。

また、式（２）により水量密度Ｑ_ｑの範囲を制限した理由は次の通りである。すなわち、水量密度Ｑ_ｑが０．０８［ｍ^３／（ｍ^２・ｓ）］よりも大きい場合にハウジング立設部に衝突した排水が鋼板側へ跳ね返るといった現象が発生することがあり、適切な排水のためには式（１）を満たす必要があった。一方、水量密度Ｑ_ｑが０．０８［ｍ^３／（ｍ^２・ｓ）］以下では、ハウジング立設部に衝突した排水が鋼板側へ跳ね返るといった現象が発生し難く、式（１）とは無関係となる。

上記式（１）、式（２）中のＱ_ｑについて説明する。Ｑ_ｑ［ｍ^３／（ｍ^２・ｓ）］は均一冷却幅における平均的な水量密度であり、次式（３）で表わされる。

式（３）で、Ｑ［ｍ^３／ｓ］は流量であり、Ｗ_ｈｐ［ｍ］は図１１に示したように、ハウジング立設部１１ｇｒ内においてノズル２１ｃ、２１ｃ、…が配置される搬送方向冷却距離である。当該式（３）は冷却水の流量を均一冷却可能な面積で割ることで、均一冷却面での水量密度を求めているものである。

次に上記式（１）中のＣについて説明する。Ｃは次式（４）、及び式（５）から求められる。

ここで、ｈ［ｍ］は図１１に示した上面ガイド３０と鋼板１との平均的な距離である。式（４）、式（５）からわかるように、Ｃは、冷却水が鋼板幅方向へ流れ、Ｗ_ｓｗで表わされる間隙から流出する際の排水断面積が、それぞれ収縮（式（４））、又は拡大（同等も含む。式（５））した場合の圧力損失の係数であり、従来公知の実験式に基づいて実験により得たものである。

製造装置１０における冷却装置２０とハウジング１１ｇｈとのこのような関係により、鋼板上面側に供給された冷却水が鋼板板幅方向両側とハウジング１１ｇｈとの間から適切に排水され、効果的な冷却が促進される。

以上、均一冷却幅端部とハウジング立設部との間隙距離であるＷ_ｓｗを式（１）を満たすよう調節し、流動抵抗を抑えることで、供給される水量及びその噴流形態が考慮された排水経路を確保することが可能となる。そして、鋼板の上面側に供給された冷却水を均一冷却幅の端部とハウジング立設部１１ｇｒとの間から図３に示した矢印Ｄ、Ｄ方向へ適切に排水させることが可能となる。

上記の関係により適切な排水を確保することができるので、例えば必要とされる鋼板の板幅が決まっている場合には最終スタンドのハウジング立設部の配置を決定することができ、熱延鋼板の製造装置の設計の一要素とすることが可能である。一方、最終スタンドの各部の配置が決まっている場合には、適切な排水を確保しつつ製造することのできる鋼板の板幅を求めることが可能となる。

図２に戻って熱延鋼板の製造装置１０について説明を続ける。搬送ロール１２、１２、…は、鋼板１のテーブルであるとともに該鋼板１を通板方向に搬送するロールである。上記したように搬送ロール１２、１２、…間に下面ガイド４０、４０、…が配置される。

ピンチロール１３は、水切りを兼ねており、冷却装置２０の下工程側に設けられている。これにより、冷却装置２０内で噴射された冷却水が鋼板１の下工程側へと流出することを防止することが可能になる。さらには、冷却装置２０における鋼板１の波打ちを抑制して、特に、鋼板１の先端が巻き取り機に噛み込む前の時点における鋼板１の通板性を向上させることができる。ここでピンチロール１３のロールのうち上側のロール１３ａは図１に示したように上下に移動可能とされている。

上記した熱延鋼板の製造装置により例えば次のように鋼板の製造をおこなう。すなわち、鋼板が巻き取り機により巻き取られ、次の鋼板の圧延が開始されるまでの非圧延時間では冷却装置２０における冷却水の噴射は停止される。そして、冷却装置２０の下工程側のピンチロール１３は、上記非圧延時間中に、冷却装置２０の上面ガイド３０よりも高い位置まで上側ロール１３ａが移動され、その後、次の鋼板の圧延が開始される。
当該次の鋼板の先端がピンチロール１３に到達したときに冷却水の噴射による冷却を開始する。また、鋼板１の先端がピンチロール１３を通過した直後に上側ロール１３ａを下降させ、鋼板１のピンチを開始する。

また、熱間仕上げ圧延機列での通板速度は通板開始部分を除いて一定としてもよい。これにより、鋼板全長に亘って機械的強度が高められた鋼板を製造することができる。

以上のような冷却水の排水において、具体的な排水性能については、必要とされる鋼板の冷却熱量により適宜決められるものであり特に限定されない。ただし、上記したように、鋼板組織の微細化の観点から、圧延直後の急冷が効果的であり、そのために供給密度の高い冷却水が供給されることが好ましい。従って、排水も当該冷却水の供給量、供給密度に対応する排水性能を確保することできればよい。上記鋼板の微細化の観点から、供給される冷却水の供給密度は、１０〜２５［ｍ^３／（ｍ^２・分）］を挙げることができる。これより大きい供給密度でもよい。

以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明する。ただし本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例では、Ｑ_ｑを０．３３［ｍ^３／（ｍ^２・ｓ）］、ｈを０．３５［ｍ］とし、図１２に示すような均一冷却幅の端部とハウジング立設部１１ｇｒとの間隙距離Ｗ_ｓｗを変化させた場合の鋼板上の滞留水を観察した。結果を表１に示す。ここで、ノズルの先端が水没することなく排水が可能であったときを○、ノズルの先端が水没したときを×で評価した。また各場合において式（１）の左辺を計算して合わせて示した。

表１からわかるように、間隙距離Ｗ_ｓｗが０．４４［ｍ］、０．３２［ｍ］、０．２０［ｍ］の場合では、ヘッダから供給された冷却水は、鋼板両端から下方向へスムーズに排水され、式（１）の左辺は１よりも小さい値となり、当該式（１）が成り立つことが確認された。一方、間隙の距離Ｗ_ｓｗが０．０８［ｍ］の場合では、ハウジング立設部１１ｇｒに衝突した排水は鋼板側へ跳ね返り、上面ガイド３０の噴流孔からノズル先端へ逆流してしまい、ノズル先端は上面ガイド上の滞留水により水没した。このときの式（１）式の左辺は、１．０５となり、１よりも大きい値となっており、式（１）を満たしていないことが確認された。以上より、式（１）式によって冷却水の排水の良否判断が可能である。

以上、現時点において実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う熱延鋼板の製造装置及び鋼板の製造方法も本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

１ 鋼板
１０ 製造装置
１１ 圧延機列
１１ｇ 最終スタンド
１１ｇｈ ハウジング
１１ｇｒ （ハウジング）立設部
１２ 搬送ロール
１３ ピンチロール
２０ 冷却装置
２１ 上面給水手段
２１ａ 冷却ヘッダ
２１ｂ 導管
２１ｃ 冷却ノズル
２２ 下面給水手段
２２ａ 冷却ヘッダ
２２ｂ 導管
２２ｃ 冷却ノズル
３０ 上面ガイド
４０ 下面ガイド

Claims (5)

1. 熱間仕上げ圧延機列、及び該熱間圧延機列の最終スタンドの下工程側に配置され、搬送ロール上を搬送される鋼板を冷却可能に設けられた冷却装置を備える熱延鋼板の製造装置であって、
   前記最終スタンドは、ワークロールを保持するハウジングを備え、
   前記ハウジングは立設する一対の立設部を有しており、
   前記冷却装置は、
   前記搬送される鋼板の上面に冷却水を噴射可能なノズルを具備して、前記搬送される鋼板の搬送方向に沿って配置される複数の上面冷却ノズル帯と、
   前記搬送される鋼板の下面に冷却水を噴射可能なノズルを具備して、前記搬送される鋼板の搬送方向に沿って配置される複数の下面冷却ノズル帯と、
   前記搬送される鋼板の上面側に配置される上面ガイドと、を有し、
   前記冷却装置のうち前記最終スタンドに近い側の端部は、前記最終スタンドのハウジングの前記一対の立設部間に配置され、
   均一冷却幅をＷ［ｍ］、該均一冷却幅の端部と前記ハウジング立設部との平均的な間隙距離をＷ_ＳＷ［ｍ］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ^２］とし、前記均一冷却幅における平均的な水量密度をＱ_ｑ［ｍ^３／（ｍ^２・ｓ）］とし、前記Ｗ_ＳＷ、及び前記上面ガイドと前記鋼板の上面との平均的な距離であるｈ［ｍ］から決まる値をＣとし、
   であるとき、
   が成立する熱延鋼板の製造装置。
2. 前記冷却ノズル帯に備えられるノズルはフラットスプレーノズルであることを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼板の製造装置。
3. 請求項１又は２に記載の熱延鋼板の製造装置に通板することにより鋼板を製造することを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
4. 請求項１又は２に記載の熱延鋼板の製造装置に通板することにより鋼板を製造する方法であって、
   前記熱間仕上げ圧延機列のうち前記最終スタンドの圧下率を最も大きくして仕上げ圧延する工程と、
   前記冷却装置により冷却する工程と、を含む、熱延鋼板の製造方法。
5. 請求項１又は２に記載の熱延鋼板の製造装置に通板することにより鋼板を製造する方法であって、
   前記製造装置は前記冷却装置の下工程側にピンチロールを備え、
   通板される板の先端部が前記ピンチロールに達した後に前記冷却装置による冷却を開始する熱延鋼板の製造方法。