JP4876781B2 - 鋼板の冷却設備および冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の冷却設備および冷却方法に関するものである。

熱間圧延により鋼板を製造するプロセスでは、圧延温度を制御するのに冷却水を供給したり、空冷を行ったりするのが一般的であるが、近年、高い冷却速度を得て組織を微細化し、鋼板の強度を上げる技術の開発が盛んである。

例えば、冷却水を供給して鋼板を冷却する技術として、特許文献１に記載された技術がある。これは、冷却水を鋼板の搬送方向に対向して噴射するスリットノズルユニットを昇降させるものであり、別に設けたラミナーノズルやスプレーノズルとともに使用することで、広範囲の冷却速度を確保できるとされている。

また、冷却水を供給して鋼板を冷却する別の技術として、特許文献２に記載された技術がある。これは、スリット状のノズルを有するヘッダを傾斜対向させて膜状の冷却水を噴射させるとともに、仕切板を設けて冷却水を鋼板と仕切板の間に充満させて高い冷却速度を得られるとされている。
特開昭６２−２６００２２号公報 特開昭５９−１４４５１３号公報

しかしながら、前記特許文献１、２に記載の技術は、冷却均一性の確保や設備コストなどに大きな問題点がある。

すなわち、特許文献１に記載の技術では、スリットノズルユニットを鋼板に近づけなければならず、先端や尾端が反った鋼板を冷却する場合は、鋼板がスリットノズルユニットに衝突して、スリットノズルユニットを破損したり、鋼板が移動できなくなって製造ラインの停止や歩留の低下を招いたりすることがある。そこで、先端や尾端が通過する時に、昇降機構を作動させて、スリットノズルユニットを上方に退避させることも考えられるが、その場合は先尾端の冷却が足りず、目的とする材質が得られなくなる。さらに、昇降機構を設けるための設備コストがかかるという問題もある。

また、特許文献２に記載の技術では、ノズルを鋼板に近接させないと鋼板と仕切板との間に冷却水が充満しない。ノズルを鋼板に近接させると、特許文献１に記載の技術と同様に、先端や尾端が反った鋼板を冷却する場合に不都合が生じる。

さらに、特許文献１、２に記載の技術では、スリット状のノズルを用いることが前提とされているが、噴出口が常に清浄な状態にメンテナンスされていないと、冷却水が膜状にならない。例えば、図１３に示すように、スリットノズル５２の噴出口に異物６０が付着し詰まりが生じた場合には、冷却水膜５３が破れる。また、冷却水を噴射領域内（冷却領域内）に堰き止めるためには高圧で噴射しなければならないが、膜状の冷却水５３を高圧で噴射すると、噴射圧力のバランスが悪くなって冷却水膜５３が破れやすいという問題があった。冷却水膜５３がうまく形成されないと、冷却水が噴射領域の上流や下流方向に漏れ出てしまい、それが鋼板１０上に滞留して鋼板１０を部分的に冷やし、温度むらが発生するという問題がある。鋼板１０上面に滞留する冷却水をサイドスプレーなどで排除する技術もあるが、冷却水量が多い場合には完全に排除しきれず、やはり温度むらを生じるという問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、熱鋼板の上面に冷却水を供給する場合において、鋼板を高冷却速度で均一にかつ安定して冷却することができる鋼板の冷却設備および冷却方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］鋼板の上方に４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度の棒状冷却水を噴射するノズルを接続したヘッダを設け、棒状冷却水と前記鋼板とのなす伏角が３０°〜６０°で、前記鋼板の搬送方向に互いに対向するように前記ノズルをそれぞれ鋼板の搬送方向に複数列配置してなることを特徴とする鋼板の冷却設備。

［２］前記ノズルを鋼板の搬送方向にそれぞれ５列以上配列し、８ｍ／ｓ以上の速度で棒状冷却水を噴射することを特徴とする前記［１］に記載の鋼板の冷却設備。

［３］棒状冷却水噴射方向の噴射実質長さの０〜３５％が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向外側に向かう成分の長さとなるように、棒状冷却水の噴射方向が設定されていることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の鋼板の冷却設備。

［４］鋼板の幅方向に配列する全ノズル数の４０〜６０％が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数であることを特徴とする前記［１］乃至［３］のいずれかに記載の鋼板の冷却設備。

［５］鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数と、他の片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数が等しくなるように鋼板の幅方向にノズルを配列することを特徴とする前記［１］乃至［４］のいずれかに記載の鋼板の冷却設備。

［６］板状または幕状の遮蔽物を、対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水または／および滞留冷却水の上方に備えていることを特徴とする前記［１］乃至［５］のいずれかに記載の鋼板の冷却設備。

［７］前記対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水の上方に備えた遮蔽物の最下端は、熱鋼板の上面から３００〜５００ｍｍ上方の位置であることを特徴とする前記［６］に記載の鋼板の冷却設備。

［８］鋼板の上方に４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度の棒状冷却水を噴射するノズルを接続したヘッダを設け、棒状冷却水と前記鋼板とのなす伏角が３０°〜６０°で、前記鋼板の搬送方向に互いに対向するように前記ノズルをそれぞれ鋼板の搬送方向に複数列配置して冷却を行うことを特徴とする鋼板の冷却方法。

［９］前記ノズルを鋼板の搬送方向にそれぞれ５列以上配列し、８ｍ／ｓ以上の速度で棒状冷却水を噴射することを特徴とする前記［８］に記載の鋼板の冷却方法。

［１０］棒状冷却水噴射方向の噴射実質長さの０〜３５％が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向外側に向かう成分の長さとなるように、棒状冷却水の噴射方向が設定されていることを特徴とする前記［８］または［９］に記載の鋼板の冷却方法。

［１１］鋼板の幅方向に配列する全ノズル数の４０〜６０％が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数であることを特徴とする前記［８］乃至［１０］のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。

［１２］鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数と、他の片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数が等しくなるように鋼板の幅方向にノズルを配列することを特徴とする前記［８］乃至［１１］のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。

［１３］板状または幕状の遮蔽物を、対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水または／および滞留冷却水の上方に設けることを特徴とする前記［８］乃至［１２］のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。

［１４］前記対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水の上方に備えた遮蔽物の最下端を、熱鋼板の上面から３００〜５００ｍｍ上方に位置させることを特徴とする前記［１３］に記載の鋼板の冷却方法。

本発明を用いることにより、鋼板を目標温度まで高冷却速度で均一に冷やすことができる。その結果、品質の高い鋼板を製造することができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における鋼板の冷却設備の説明図である。

この第１の実施形態に係る冷却設備は、鋼板の熱間圧延ライン上に設置される通過式の冷却設備であり、図１に示した冷却ユニット２０を１個または複数個備えている。冷却ユニット２０は、鋼板１０の上面に向けて冷却水を供給するための一対の上ヘッダ（第１上ヘッダ２１ａ、第２上ヘッダ２１ｂ）と、鋼板１０の下面に向けて冷却水を供給するための２個の下ヘッダ３１を備えている。なお、図１中、１３はテーブルローラである。

そして、第１上ヘッダ２１ａと第２上ヘッダ２１ｂのそれぞれに複数列の円管ノズル２２ａ、２２ｂ（ここでは、鋼板１０の搬送方向に６列）が取り付けられており、第１上ヘッダ２１ａの円管ノズル（第１上ノズル）２２ａと第２上ヘッダ２１ｂの円管ノズル（第２上ノズル）２２ｂとは、それぞれから供給する棒状の冷却水２３ａ、２３ｂが鋼板１０の搬送方向に互いに対向するように配列されている。すなわち、第１上ノズル２２ａはθ１の伏角（噴射角度）で棒状冷却水２３ａを噴射し、第２上ノズル２２ｂはθ２の伏角（噴射角度）で棒状冷却水２３ｂを噴射するようになっている。

したがって、互いの上ヘッダから最も遠い側の列（最外側の列）の円管ノズルからの冷却水が鋼板１０に衝突する位置同士に挟まれた領域が冷却領域ということになる。

その際に、第１上ノズル２２ａからの棒状冷却水２３ａの噴射線と第２上ノズル２２ｂからの棒状冷却水２３ｂの噴射線が交差しないように第１上ヘッダ２１ａと第２上ヘッダ２１ｂをある程度離して配置すれば、図１に示すような滞留冷却水２４の水膜が安定して形成される。これによって、互いの上ヘッダに最も近い側の列（最内側の列）の円管ノズルからの冷却水は滞留冷却水２４の水膜に向かって噴射されることになり、お互いに他方の棒状冷却水２３ａ、２３ｂを壊すことがないので好ましい。そして、最内側の列の円管ノズルからの冷却水が鋼板１０に衝突する位置同士の間隔を滞留域長さと呼ぶこととすると、滞留域長さを１．５ｍ以内とすれば、滞留する冷却水が鋼板１０を冷やす割合は比較的少ないので、鋼板１０の最先端や最尾端が非定常な状態で通過する場合に冷え方が大きく変化することを防ぐことができる。

図３（ａ）、（ｂ）は、上ヘッダ２１ａ、２１ｂに取り付けられている円管ノズル２２ａ、２２ｂの配置例を示したものである。前述したように、円管ノズル２２ａ、２２ｂが鋼板１０の搬送方向に６列配置されている。また、板幅方向には、通過する鋼板１０の全幅に冷却水を供給できるように取り付けられている。また、ここでは上ヘッダを２つ設けたが、これらが一体となったようなヘッダを１つ設けて、それに円管ノズル２２ａ、２２ｂを配列しても構わない。

一方、下ヘッダ３１については、ここでは、２個の下ヘッダ３１が配置されており、それぞれに円管ノズル３２が取り付けられ、テーブルローラ１３の隙間から棒状の冷却水３３を噴射して、通過する鋼板１０の全幅に冷却水を供給するようになっている。

そして、冷却ユニット２０は、鋼板１０の上面に向けて上ヘッダ２１ａ、２１ｂから４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度で冷却水を供給し、鋼板１０の下面に向けて下ヘッダ３１から同じく４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度で冷却水を供給するようになっている。

ここで、水量密度を４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上としている理由について説明する。図１に示す滞留冷却水２４は供給する棒状冷却水２３ａ、２３ｂによって堰き止められて形成される。このとき水量密度が小さいと堰き止めること自体ができず、水量密度がある量よりも大きくなると堰き止めることができる滞留冷却水２４の量は増加し、板幅端部から排出される冷却水と供給される冷却水の量が釣り合って滞留冷却水２４は一定に維持される。厚鋼板の場合、一般的な板幅は２〜５ｍであり、４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度で冷却すれば、これらの板幅において滞留冷却水を一定に維持できて、圧延中の鋼板１０を通過させながら所望の温度降下量を得ることができる。

水量密度を４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上大きくすればするほど冷却待ちを解消する制御圧延材が多くなる。例えば、水量密度が小さいと板厚が薄い圧延材でしか冷却待ちを解消できないが、水量密度を増やしていけば、ある程度板厚が厚い圧延材でも冷却待ちを解消できるようになる。しかし、水量を増やしたことに対する冷却待ち時間短縮の効果は、水量密度を増やしていくほど徐々に小さくなっていくので、水量密度は、冷却待ち時間などの短縮効果と設備コストを勘案して、決定することが好ましい。さらに好ましい水量密度は４〜１０ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎである。

そして、この冷却ユニット２０では、第１上ノズル２２ａから噴射される棒状冷却水２３ａと第２上ノズル２２ｂから噴射される棒状冷却水２３ｂが鋼板１０の搬送方向に互いに対向するようにして４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の大きな水量密度で冷却水を供給しているので、鋼板１０上面の滞留冷却水２４が鋼板１０の搬送方向に移動しようとするのを、噴射された棒状冷却水２３ａ、２３ｂ自身が堰き止める。これによって、安定した冷却領域が得られ、均一な冷却を行うことができる。

なお、上ノズル２２ａ、２２ｂから噴射する冷却水を例えばスリットノズルを使った膜状冷却水ではなく棒状冷却水としているのは、棒状冷却水の方が安定的に水流が形成され、滞留冷却水を堰き止める力が大きいからである。また、膜状冷却水を斜めに噴射する場合、鋼板からノズルまでの距離が遠くなると鋼板近傍の水膜が薄くなって、ますます壊れやすくなるからでもある。

ちなみに、本発明の棒状冷却水とは、円形状（楕円や多角の形状も含む）のノズル噴出口から噴射される冷却水のことを指している。また、本発明の棒状冷却水は、スプレー状の噴流や膜状のラミナーフローでなく、ノズル噴出口から鋼板に衝突するまでの水流の断面がほぼ円形に保たれ、連続性で直進性のある水流の冷却水をいう。

その際に、第１上ノズル２２ａの噴射角度θ１と、第２上ノズル２２ｂの噴射角度θ２は、３０°〜６０°とするのが好ましい。噴射角度θ１、θ２が３０°より小さいと、第１上ノズル２２ａと第２上ノズル２２ｂを遠く離さなくてはならず、設備長が長くなってしまうとともに、棒状冷却水２３ａ、２３ｂの鉛直方向速度成分が小さくなって、鋼板１０への衝突が弱くなり、冷却能力が低下するからである。一方、噴射角度θ１、θ２が６０°より大きいと、棒状冷却水２３ａ、２３ｂの搬送方向速度成分が小さくなって、冷却水を堰き止める力が弱くなり、冷却水が冷却領域外に流れ出て大きな温度むらが発生するからである。なお、噴射角度θ１と噴射角度θ２は必ずしも等しくする必要はない。さらに好ましい噴射角度θ１、θ２は４０°〜５０°である。

また、各ノズル列から噴射する棒状冷却水に、搬送方向外側に漏れようとする冷却水を堰き止める壁のような働きをさせるためには、ノズル列は多いほどよく、噴射速度は速いほど好ましい。具体的には、ノズル列が少なくとも鋼板の搬送方向に５列以上で、噴射速度が８ｍ／ｓ以上であれば、冷却水を堰き止める力が十分ある。ノズル列数の上限は、冷却する鋼板のサイズ、搬送速度、目標とする温度降下量などによって適宜決定すればよい。また、噴射速度が３０ｍ／ｓを超えると、圧損が大きくなり、ノズル内面の磨耗が増加する問題が生じ、設備コストも増加するので、３０ｍ／ｓ以下とするのは好ましい。

そして、ノズルが詰まりにくく、かつ冷却水の噴射速度を確保するためには、ノズル内径は３〜８ｍｍの範囲内であればよい。また、棒状冷却水の隙間から冷却水が流れ出ないようにするためには、板幅方向に引いた仮想線上で隣り合うノズルの間隔をノズル内径の１０倍以内とすればよい。

図３の（ａ）は、隣り合うノズルの間隔を４０ｍｍとして搬送方向に６列設けた配列を示し、（ｂ）は、隣り合うノズルの間隔を４０ｍｍとした列を搬送方向に４列設け、隣り合うノズルの間隔を２０ｍｍとした列を搬送方向に２列設けた配列の例を示す。

さらに、鋼板１０の反り等によって上ノズル２２ａ、２２ｂが損傷するのを防止するために、上ノズル２２ａ、２２ｂの先端の位置をパスラインから離すようにするのがよいが、あまり離すと冷却水が分散して棒状でなくなり冷却水を堰き止める作用がなくなるので、上ノズル２２ａ、２２ｂの先端とパスラインの距離を５００ｍｍ〜１８００ｍｍとするのが好ましい。

また、図４、図５に示すが、棒状冷却水２３ａ、２３ｂの噴射方向の速度成分の０〜３５％が鋼板幅方向外側に向かう速度成分となるように、棒状冷却水２３ａ、２３ｂの噴射方向を設定すると、上ノズル２２ａ、２２ｂから鋼板１０上面に噴射された冷却水は、図４、図５中の矢印Ａに示すように、合流して速やかに鋼板１０の幅端から落下するようになり、棒状冷却水２３ａ、２３ｂが鋼板幅方向外側に向かう成分を有していない場合に比べて、低い圧力や少ない水量で滞留冷却水２４を堰き止めて水切りができるようになるので、経済的な設備設計を行う上で好ましい。より好ましい範囲は１０〜３５％である。ちなみに、３５％を超えると冷却水の板幅方向の飛散防止に設備コストがかかる上に、棒状冷却水の鉛直方向成分が小さくなって、冷却能力が低下する。

また、鋼板の幅方向に配列する全ノズル数の４０〜６０％が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向かう成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数であることが好ましい。一方の外側に向いているノズル数が全体の６０％以上であり、板端からの冷却水排出に偏りが生じれば、滞留冷却水の厚みが厚くなったところで棒状冷却水が滞留冷却水を堰き止められなくなり、幅方向の温度むらが発生する可能性があるからである。また、片方の外側で飛散水が極端に多くなると、これを防止するための設備コストが高くなるからでもある。

ところで、図４に示すように幅方向外側を向かずに噴射するノズルを板幅中央部に設置したとしても、その数を全体の２０％以内とし、残りのうち両外側に向けるノズル数をほぼ等しくすれば、滞留冷却水の排出は円滑に行われる。滞留冷却水を堰き止めて水切りを行うのには、最も好適である。

ここで、上記の棒状冷却水の噴射方向の設定について、図６を用いて具体的に説明する。図６は、棒状冷却水の噴射方向を示したものであり、棒状冷却水の噴射線と鋼板とがなす角度（実質の伏角）をβ、搬送方向に対する伏角をθ、鋼板幅方向外側に向かう角度（外向き角）をαとして示している。そして、棒状冷却水の噴射方向の速度成分の０〜３５％が鋼板幅方向外側に向かう速度成分となるようにするということは、冷却水の噴射実質長さＬに対する搬送方向に直角な鋼板幅方向成分の長さＬｗの比Ｌｗ／Ｌ（幅方向速度成分比率）が０〜３５％となるようにすることを意味する。表１に、ノズルの噴射口高さｈを９００ｍｍ、搬送方向に対する伏角θを４５°、５０°とした場合の計算結果を示す。幅方向速度成分比率が０〜３５％となるのは、搬送方向に対する伏角θが４５°では外向き角αが０〜２５°、搬送方向に対する伏角θが５０°では外向き角αが０〜３０°の場合である。

そして、前述した図４は、上記に基づいて上ノズル２２ａ、２２ｂを設置した場合の一例を示す平面図である。ここでは、鋼板幅方向中央のノズルからの棒状冷却水は外向き角αが０°とし、ノズルの設置位置が鋼板幅方向外側に向かうにつれて外向き角αが順次大きくなるようにしている。また、棒状冷却水が鋼板に衝突する位置が鋼板幅方向に等間隔（例えば、６０ｍｍピッチ）となるように各ノズルを設置している。

また、前述した図５は、上記に基づいて上ノズル２２ａ、２２ｂを設置した場合の他の例を示す平面図である。ここでは、冷却水噴射の外向き角αを一定（例えば、２０°）とし、棒状冷却水が鋼板に衝突する位置が鋼板幅方向に等間隔（例えば、６０ｍｍピッチ）となるように各ノズルを設置している。その際、鋼板幅方向中央付近では、左右の両外側に向けて噴射するノズルを設置しなくてはならないので、ノズルを取り付ける穴の加工が可能となるように、一方の鋼板幅方向外側に向けて噴射するノズル列（例えば、図５中の上方向に噴射速度成分をもつノズル列）と他方の鋼板幅方向外側に向けて噴射するノズル列（例えば、図５中の下方向に噴射速度成分をもつノズル列）を、搬送方向に交互に所定間隔（例えば、２０ｍｍ）ずらして設置し、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数と、他の片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数が等しくなるようにしている。

なお、外向き角αを大きくすれば、より少ない水量での水切りが可能となるが、図５に示すように、鋼板幅方向中央付近でノズル密度が大きくなる範囲が広がる。鋼板幅方向で均一な流量分布が得られるように、ヘッダに送水するポンプの能力や配管の太さなどを考慮して、外向き角αを決定すればよい。

そして、上記のような冷却設備の両外側には、防水壁や排水口などを設けることが好ましい。冷却水が設備外に漏れたり、設備内で飛散して新たな滞留水となったりすることを防ぐために有効であるからである。

ただし、外向き角αが３０°を超える場合、冷却水の飛散防止に設備コストがかかる上に、棒状冷却水の鉛直方向成分が小さくなって、冷却能力が低下するので好ましくない。

なお、上記の実施形態においては、図１に示したような、一対の上ヘッダ２１ａ、２１ｂを有する冷却ユニット２０を１個以上備えるようにしているが、冷却ユニットをある程度まとめてより大きな冷却能力を得ようとするならば、図２に示すように、一対の上ヘッダ２１ａ、２１ｂの間に中間ヘッダ２１ｃを設けることも可能であり、その数はいくつであってもよい。

このようにして、この実施形態においては、熱鋼板１０の上方に４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度の棒状冷却水を噴射する上ノズル２２ａ、２２ｂを接続した上ヘッダ２１ａ、２１ｂを設け、棒状冷却水２３ａ、２３ｂと熱鋼板１０とのなす伏角θ１、θ２が３０°〜６０°で、熱鋼板１０の搬送方向に互いに対向するように上ノズル２２ａ、２２ｂを配置して、鋼板１０を通過させながら鋼板１０の上面に冷却水を供給するようにしているので、厚鋼板や薄鋼板の熱間圧延ラインに設置することによって、鋼板を目標温度まで高冷却速度で均一にかつ安定に冷やすことができる。その結果、品質の高い鋼板を製造することができる。

（第２の実施形態）
上記の第１の実施形態において、対向する上ノズル２２ａ、２２ｂから噴射される棒状冷却水２３ａ、２３ｂの速度が速い場合、例えば１０ｍ／ｓ以上である場合は、棒状冷却水２３ａ、２３ｂは鋼板１０に衝突後、お互いにぶつかりあって上方に飛散する。この飛散冷却水が滞留冷却水２４上に落下すれば問題ないが、図１１に示すように、飛散冷却水２５が斜め上方に飛散して棒状冷却水２３ａ、２３ｂ上に落下すると、飛散冷却水２５が棒状冷却水２３ａ、２３ｂ間の隙間から漏れて、完全な水切りができなくなる場合がある。特に、滞留域長さＬが２００ｍｍ以内である場合に、その問題が発生しやすい。さらに、冷却水の噴射速度が速い場合には、飛散冷却水２４が上ヘッダ２１ａ、２１ｂの上を飛び越えて鋼板１０上に落下することもある。

それに対して、この第２の実施形態に係る冷却設備は、第１の実施形態において用いた図１の冷却ユニット２０に替えて、図７に側面図、図８に図７のＡ−Ａ矢視図を示すように、最内側の列の棒状冷却水の上方に遮蔽板２６ａ、２６ｂが追加された冷却ユニット４０を用いるようにしている。

これによって、飛散冷却水２５が斜め上方に飛散した場合でも、落下する飛散冷却水２５は遮蔽板２６ａ、２６ｂに遮られ、棒状冷却水２３ａ、２３ｂ上に落下することなく、滞留冷却水２４上に落下するようになる。したがって、的確に水切りを行うことができるようになる。

なお、遮蔽板２６ａ、２６ｂは、シリンダ２７ａ、２７ｂによって昇降できるようになっており、遮蔽板２６ａ、２６ｂを必要とする製品製造時にのみ使用し、それ以外の時には、上方の退避位置に引き上げておけばよい。

ちなみに、遮蔽板２６ａ、２６ｂを使用する際には、遮蔽板２６ａ、２６ｂの最下端が鋼板１０の上面から３００〜５００ｍｍ上方に位置するようにするのが好ましい。すなわち、鋼板１０の上面から３００ｍｍ以上上方に位置するようにしておけば、先端または尾端に上反りが発生した鋼板が進入してきても、衝突することがない。しかし、鋼板１０の上面から５００ｍｍを超えて高くすると、飛散冷却水２５を充分に遮蔽することができなくなる。

また、図７、図８における遮蔽板２６ａ、２６ｂに替えて、図９に示すように、軽くて表面が滑らかな遮蔽幕２８ａ、２８ｂを用いるようにしてもよい。遮蔽幕２８ａ、２８ｂは、通常は垂れ下がった状態で待機しており、棒状冷却水２３ａ、２３ｂの噴射が開始されると、最内側の列の棒状冷却水に沿って持ち上がる。その際、棒状冷却水２３ａ、２３ｂは勢いよく噴射されるので、その流れが乱れるということはない。

さらに、前述したように、冷却水の噴射速度が速く、飛散冷却水が上ヘッダ２１ａ、２１ｂの上を飛び越えて鋼板１０上に落下しようとする場合には、図１０に示すような、上ヘッダ２１ａと上ヘッダ２１ｂに跨がり、滞留冷却水２４の上方に位置するような遮蔽板２９を用いてもよい。このような遮蔽板２９を用いれば、上ヘッダ２１ａ、２１ｂの上を飛び越えて鋼板１０上に落下しようとする飛散冷却水を的確に遮蔽することができる。しかも、遮蔽板２９に当たった飛散冷却水は、落下する際に、横方向に飛散しようとする飛散冷却水を巻き込んで一緒に滞留冷却水２４上に落下するので効果的である。

本発明の実施例１を以下に述べる。

図１２は、本発明の実施例１に用いた厚鋼板の熱間圧延ラインと、そこでの搬送パターンを示す図である。

この厚鋼板の熱間圧延ラインは、加熱炉１１、可逆式圧延機１２、第１冷却装置１４、ホットレベラ１５、第２冷却装置１６を備えている。

そして、搬送パターンＡは、仕上圧延後に加速冷却を行うものであり、加熱炉１１から抽出されたスラブを可逆式圧延機１２によって、粗圧延、仕上圧延を行って板厚を２５ｍｍとした後に、ホットレベラ１５を通し、第２冷却装置１６において温度降下量１５０℃の加速冷却を行う。

また、搬送パターンＢは、制御圧延前に温度調整冷却を行うものであり、加熱炉１１から抽出されたスラブを可逆式圧延機１２での粗圧延で板厚を６０ｍｍとした後に、第１冷却装置１４において温度降下量８０℃の調整冷却を行い、次いで低温仕上圧延、すなわち制御圧延を行う。

上記のもとで、本発明例１として、前述の第１の実施形態に基づいて、図１に示した冷却ユニット２０を、第１冷却設備１４に１ユニット、第２冷却設備１６に６ユニット設置して、搬送パターンＡおよび搬送パターンＢの搬送を行った。その際、上ノズル２２ａ、２２ｂは、ノズル先端の高さ位置をテーブルローラから１．２ｍとし、図３（ａ）に示した配列で、ノズル内径を６ｍｍとし、水量密度を６ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ、棒状冷却水の噴射角度θ１、θ２を４５°、噴射速度を８ｍ／ｓとした。

また、本発明例２として、図５に示したノズル配列で、ノズル先端の高さ位置やノズル内径、水量密度、噴射角度θ１、θ２、噴射速度は本発明例１と同じにし、棒状冷却水の外向き角αを２０°一定とする冷却ユニットを、第１冷却設備１４に１ユニット、第２冷却設備１６に６ユニット設置して、搬送パターンＡおよび搬送パターンＢの搬送を行った。

なお、本発明例１と２において、棒状冷却水が鋼板に衝突する位置は鋼板幅方向に６０ｍｍピッチとなるようにした。

これに対して、比較例１として、第１冷却設備１４および第２冷却設備１６を従来のごく一般的なシャワー冷却装置にして、搬送パターンＡおよび搬送パターンＢの搬送を行った。

また、比較例２として、第１冷却設備１４および第２冷却設備１６を、膜状冷却水を対向させて噴射する前記特許文献２に記載の冷却装置にして、搬送パターンＡおよび搬送パターンＢの搬送を行った。

そして、それぞれの場合において、冷却後（十分に復熱した後）に、放射温度計を用いて鋼板幅方向温度を連続的に測定して、鋼板上面の温度分布を調べた。最先端、最尾端、幅方向板端部を除く定常部での温度のばらつき（最高温度と最低温度の差）を温度むらとして定義し、これを比較した。温度むらの大小は、引張強度など製品の機械的性質のばらつきとほぼ対応した。生産能率と歩留は、比較例１を基準として比較した。

その結果を、表２に示す。

まず、比較例１はシャワー冷却であり、鋼板上に滞留する冷却水の影響により、温度むらは搬送パターンＡ（仕上圧延後の加速冷却）では８０℃、搬送パターンＢ（制御圧延前の温度調整冷却）では４０℃となり、製品の強度ばらつきも大きかった。

次に、比較例２では、ノズルを鋼板に近接させなければならなかったので、鋼板の反りが発生した時に設備が破損することがあった。設備に衝突した鋼板は、製品にならないので、比較例１と比べて製品の歩留が低下した。また、設備破損の修理にかなりの時間を要したので、生産能率も低下した。また、膜状冷却水を供給したのでノズル噴出口に異物が付着して膜状冷却水が形成されず、冷却水を噴射領域内（冷却領域内）に堰き止められない場合があった。そのため、鋼板上に滞留する冷却水の影響により、温度むらは搬送パターンＡ（仕上圧延後の加速冷却）では８０℃、搬送パターンＢ（制御圧延前の温度調整冷却）では４０℃となり、製品の強度ばらつきも大きかった。

これに対して、本発明例１では、ノズル先端の高さ位置を１．２ｍと高くしたので、鋼板の反りが発生しても設備が破損することはなく、トラブルによる歩留低下はなく生産能率は向上した。さらに、棒状冷却水を対向させて高速で噴射したので、冷却水を完全に冷却領域内に堰き止めることができ、温度むらも８〜１５℃と極めて低い値に抑えることができた。

また、本発明例２では、上ノズル２２ａ、２２ｂから鋼板１０上面に噴射された冷却水は、図５中の矢印Ａに示すように、合流して速やかに鋼板１０幅端から落下し、外向き角αがない場合に比べて少ない水量で滞留冷却水２４を堰き止めて水切りを行うことができ、温度むらも６〜１２℃と極めて低い値に抑えて均一に冷却することができた。さらに、流量や圧力を多少低くしても冷却水を堰き止めることができたので、設備にはそれほど高い圧力や多くの水量を要することがなくなり、経済的な設備設計を行うことができた。

上記の結果により、本発明の有効性が確認された。

図１２に示した厚鋼板の熱間圧延ラインにおいて、前述の第２の実施形態に基づいて、図７または図９に示した冷却ユニット４０を、第１冷却設備１４に６ユニット、第２冷却設備１６に１ユニット設置して、鋼板の冷却を行った。その際、棒状冷却水の噴射角度θ１、θ２を４５°、噴射速度を１２ｍ／ｓとした。また、滞留域長さＬを０ｍｍとした。

そして、本発明例３は、図７に示した遮蔽板２６ａ、２６ｂを備えた冷却ユニット４０を用いた場合である。その際、遮蔽板２６ａ、２６ｂが最内側の列の棒状冷却水の上方５０ｍｍの位置となるように設定した。そして、遮蔽板２６ａ、２６ｂの最下端の位置と最内側の列の棒状冷却水が鋼板１０と衝突する地点との搬送方向の距離（図７中のδ）が１００ｍｍとなるようにした。

また、本発明例４は、図９に示した遮蔽幕２８ａ、２８ｂを備えた冷却ユニット４０を用いた場合である。その際、棒状冷却水の噴射によって持ち上がる遮蔽幕２８ａ、２８ｂの最下端の位置と最内側の列の棒状冷却水が鋼板１０と衝突する地点との搬送方向距離（図９中のδ）が１００ｍｍとなるようにした。

その結果、本発明例３、４ともに、鋼板１０に衝突して上方に飛散した飛散冷却水２５が棒状冷却水２３ａ、２３ｂ上に落下することを的確に防止することができた。これにより、冷却の均一性を保持することができた。

本発明の第１の実施形態に係る冷却設備の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る他の冷却設備の説明図である。 本発明の第１の実施形態における上ヘッダのノズル配置例を示した図である。 本発明の第１の実施形態における上ノズルの噴射方向の設定の一例を示した図である。 本発明の第１の実施形態における上ノズルの噴射方向の設定の他の例を示した図である。 棒状冷却水の噴射方向の設定についての説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却設備の説明図である。 図７のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の第２の実施形態に係る他の冷却設備の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る他の冷却設備の説明図である。 飛散冷却水を説明するための図である。 本発明の実施例における厚鋼板の熱間圧延ラインと搬送パターンの説明図である。 従来技術の問題点を示した図である。

符号の説明

１０ 鋼板
１１ 加熱炉
１２ 可逆式圧延機
１３ テーブルローラ
１４ 第１冷却設備
１５ ホットレベラ
１６ 第２冷却設備
２０ 冷却ユニット
２１ａ 第１上ヘッダ
２１ｂ 第２上ヘッダ
２２ａ 第１上ノズル
２２ｂ 第２上ノズル
２３ａ 棒状冷却水
２３ｂ 棒状冷却水
２４ 滞留冷却水
２５ 飛散冷却水
２６ａ 遮蔽板
２６ｂ 遮蔽板
２７ａ シリンダ
２７ｂ シリンダ
２８ａ 遮蔽幕
２８ｂ 遮蔽幕
２９ 遮蔽板
３１ 下ヘッダ
３２ 下ノズル
３３ 棒状冷却水
４０ 冷却ユニット
５１ 冷却ヘッダ
５２ スリットノズル
５３ 冷却水膜
６０ 付着物

Claims (14)

1. 鋼板の上方に４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度の棒状冷却水を噴射するノズルを接続したヘッダを設け、棒状冷却水と前記鋼板とのなす伏角が３０°〜６０°で、前記鋼板の搬送方向に互いに対向するように前記ノズルをそれぞれ鋼板の搬送方向に複数列配置してなることを特徴とする鋼板の冷却設備。
2. 前記ノズルを鋼板の搬送方向にそれぞれ５列以上配列し、８ｍ／ｓ以上の速度で棒状冷却水を噴射することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の冷却設備。
3. 棒状冷却水噴射方向の噴射実質長さの０〜３５％が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向外側に向かう成分の長さとなるように、棒状冷却水の噴射方向が設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼板の冷却設備。
4. 鋼板の幅方向に配列する全ノズル数の４０〜６０％が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数であることを特徴とする請求項1乃至３のいずれかに記載の鋼板の冷却設備。
5. 鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数と、他の片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数が等しくなるように鋼板の幅方向にノズルを配列することを特徴とする請求項1乃至４のいずれかに記載の鋼板の冷却設備。
6. 板状または幕状の遮蔽物を、対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水または／および滞留冷却水の上方に備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の鋼板の冷却設備。
7. 前記対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水の上方に備えた遮蔽物の最下端は、鋼板の上面から３００〜５００ｍｍ上方の位置であることを特徴とする請求項６に記載の鋼板の冷却設備。
8. 鋼板の上方に４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度の棒状冷却水を噴射するノズルを接続したヘッダを設け、棒状冷却水と前記鋼板とのなす伏角が３０°〜６０°で、前記鋼板の搬送方向に互いに対向するように前記ノズルをそれぞれ鋼板の搬送方向に複数列配置して冷却を行うことを特徴とする鋼板の冷却方法。
9. 前記ノズルを鋼板の搬送方向にそれぞれ５列以上配列し、８ｍ／ｓ以上の速度で棒状冷却水を噴射することを特徴とする請求項８に記載の鋼板の冷却方法。
10. 棒状冷却水噴射方向の噴射実質長さの０〜３５％が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向外側に向かう成分の長さとなるように、棒状冷却水の噴射方向が設定されていることを特徴とする請求項８または９に記載の鋼板の冷却方法。
11. 鋼板の幅方向に配列する全ノズル数の４０〜６０％が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
12. 鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数と、他の片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数が等しくなるように鋼板の幅方向にノズルを配列することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
13. 板状または幕状の遮蔽物を、対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水または／および滞留冷却水の上方に設けることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
14. 前記対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水の上方に備えた遮蔽物の最下端を、鋼板の上面から３００〜５００ｍｍ上方に位置させることを特徴とする請求項１３に記載の鋼板の冷却方法。

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