JP4894459B2 - 熱延鋼帯の製造設備および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱延鋼帯の製造設備および製造方法に関するものである。

一般に熱延鋼帯は、加熱炉においてスラブを所定の温度に加熱し、この加熱されたスラブを粗圧延機において所定の厚さに圧延して粗バーとし、ついで粗バーを複数基の圧延スタンドからなる仕上圧延機において仕上圧延して所定厚さの熱延鋼帯とし、この熱延鋼帯をランナウトテーブル（ホットランテーブルともいう）上で冷却装置により冷却した後、コイラー（通常、ダウンコイラー）で巻取ることにより製造される。

その際に、ランナウトテーブル上における熱延鋼帯の温度管理は、仕上圧延を終了してからランナウトテーブルでの冷却を開始するまでに測定される圧延仕上温度、ランナウトテーブルでの冷却中に測定される中間温度、ランナウトテーブルでの冷却を終了してからコイラーに巻き取られるまでに測定される巻取温度を制御することにより行われている。熱延鋼帯の製造工程において、その温度履歴を目標通りとなるようにすることは、目的とする材質を得るために、極めて重要である。中でも、巻取温度は鋼帯の強度など機械的性質を決定する重要な因子である。製品の材質を均一にし、品質の高い製品を製造するためには、巻取温度がコイル全長にわたって目標の範囲内となるような制御を行わなければならない。

従来の巻取温度制御では、特許文献１や特許文献２のように、鋼帯の長手方向に複数の制御点を設け、それぞれの制御点に対して搬送速度パターンを考慮して目標巻取温度が得られるような注水パターンを決定していた。注水パターンとは、冷却ヘッダからの注水のオンオフを操作するバルブの開閉パターンを言う。また、前記のそれぞれの制御点に対して、バルブの開閉動作を行ってから冷却水の鋼帯への供給が開始又は停止されるまでには１〜３秒程度の応答時間がかかる。したがって、各制御点が冷却ヘッダの設置位置に到達するよりも、注水応答時間だけ早いタイミングでバルブを開または閉としていた。注水応答時間とは、注水を増減する時、注水の増減開始時刻（注水バルブの開閉時刻）から増減後の注水が定常状態に達した時刻までの時間を言う。

また、巻取温度制御方法として、特許文献３には、ランナウトテーブル上に加熱帯を設置する方法が記載されている。

また、巻取装置内の加熱装置の設置として、特許文献４には、コイラーのマンドレルを包み込むように出入りできる筒状加熱装置を設置し、その筒状加熱装置によって予め加熱したマンドレルを用いて熱延鋼帯を巻き取る方法が記載されている。
特開平８−９００３６号公報 特開平８−９００３７号公報 特昭６１−９６０２９号公報 特開平３−４７６２４号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載された、ランナウトテーブル上での冷却のみによる巻取温度制御の場合、温度モデルの高精度化が必要不可欠であるが、種々材料に対し高精度の巻取温度制御を実施することは非常に困難であり、鋼帯の長手方向に過冷却部等が発生してしまう場合がある。

また、特許文献３に記載のように、ランナウトテーブル上に加熱帯を設けた場合、ランナウトテーブル上からコイラーでの巻き取りまでの間に鋼帯が冷却されてしまうため、均一な温度で鋼帯を巻き取ることは困難である。

また、特許文献４に記載のように、予めマンドレルを加熱する手法の場合、コイルの先端部における温度降下に対しては有効であるが、ランナウトテーブル上で過冷却が発生した場合には、均一な温度で巻き取ることは困難となる。

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、ランナウトテーブル上で鋼帯に発生した温度誤差（過冷却）を解消し、鋼帯を長手方向で均一な温度で巻き取ることが可能となる熱延鋼帯の製造設備および製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］鋼帯の熱間圧延ラインにおいて、ダウンコイラーとその手前のピンチロールの間、および／または、ダウンコイラーにて巻き取られるコイル外周に近接させて、鋼帯を加熱する誘導加熱装置を備え、前記ダウンコイラーとその手前のピンチロールの間に備えた誘導加熱装置はソレノイド型誘導加熱装置であり、前記ダウンコイラーにて巻き取られるコイル外周に近接させて備えた誘導加熱装置はトランスバース型誘導加熱装置であって、該トランスバース型誘導加熱装置はダウンコイラーに巻き取られるコイル外径に追随して移動可能であることを特徴とする熱延鋼帯の製造設備。

［２］熱間仕上圧延後、ランナウトテーブルにて水冷された鋼帯を、ダウンコイラー手前のピンチロール通過からコイルに巻き取られるまでの間、および／または、ダウンコイラーにてコイルに巻き取り中に、誘導加熱装置により加熱することとし、ダウンコイラー手前のピンチロール通過からコイルに巻き取られるまでの間で加熱する誘導加熱装置はソレノイド型誘導加熱装置であり、ダウンコイラーにてコイルに巻き取り中に加熱する誘導加熱装置はトランスバース型誘導加熱装置であって、該トランスバース型誘導加熱装置はダウンコイラーに巻き取られるコイル外径に追随して移動可能であることを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。

［３］前記ピンチロールの上流側にて鋼帯の温度を測定し、該温度測定値に基づいて鋼帯長手方向温度分布が均一となるように前記誘導加熱装置を制御することを特徴とする前記［２］に記載の熱延鋼帯の製造方法。

本発明は、ランナウトテーブル上で水冷された鋼帯をダウンコイラー内で加熱することで、ランナウトテーブル上で鋼帯に発生した温度誤差（過冷却）が解消され、鋼帯を長手方向で均一な温度で巻き取ることが可能となる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この実施形態におけるダウンコイラー周辺の装置構成を模式的に示す説明図である。

図１に示すように、この実施形態におけるダウンコイラー設備１は、ピンチロール５とダウンコイラー６に加えて、鋼帯を加熱するための加熱装置２、２ａ、２ｂを備えている。加熱装置２は、ピンチロール５とダウンコイラー６の間に設置されている。一方、加熱装置２ａ、２ｂは、コイル１１の外周に近接させて設置されていて、それぞれアーム７およびシリンダー８が設けられていて、ダウンコイラー６に巻き取られるコイル１１の外径に追随して移動可能になっている。なお、加熱装置２については、特にピンチロール５に近接して設置する場合には固定式でもかまわないが、鋼帯がダウンコイラー６に巻き取られるに従い、ピンチロール５とダウンコイラー６の間の鋼帯位置が変化するため、加熱装置２についてもダウンコイラー６に巻き取られるコイル１１の外径に追随して移動可能とすることが好ましい。

なお、ここでは、加熱方式として誘導加熱方式を用いている。加熱装置２については、ソレノイド型誘導加熱方式の加熱装置とし、鋼帯１０の上下面を加熱するようになっている。一方、加熱装置２ａ、２ｂについては、トランスバース型誘導加熱方式の加熱装置とし、コイル１１を外周面側から加熱するようになっている。その理由については後述する。

また、ランナウトテーブルの冷却装置３とダウンコイラー設備１の間（すなわち、ピンチロール５の上流側）に、巻き取り前の熱延鋼帯１０の温度を測定するための巻取前温度計４が設置されている。

そして、上記のように構成されたダウンコイラー設備１においては、仕上圧延機（図示せず）において所定厚さに仕上圧延された熱延鋼帯１０が、ランナウトテーブル上で冷却装置３により冷却された後、ダウンコイラー６により巻き取られる際に、巻き取り前の温度を巻取前温度計４によって測定され、その温度測定値に基づいて、鋼帯長手方向温度分布が巻取目標温度で均一となるように加熱装置２、２ａ、２ｂによって加熱されるようになっている。

図２に、その際の鋼帯１０の温度履歴（鋼帯板厚平均温度の時間的変化）の概要図を示す。図２に示すように、ランナウトテーブル上の水冷によって過冷却が発生し、巻取前温度計４での測定温度が巻取目標温度未満となった場合には、その過冷却部の温度と巻取目標温度との温度差（温度誤差）を求め、温度差を補償するように、加熱装置２または／および加熱装置２ａ、２ｂを用いて、鋼帯１０（コイル１１）を加熱することで、過冷却部の温度誤差を解消し、鋼帯１１を長手方向で均一な温度で巻き取ることが可能となる。鋼帯１０の過冷却部を加熱装置２、２ａ、２ｂにて加熱する際には、巻取前温度計４によって測定された温度誤差に基づいて、巻取目標温度とするために必要な昇温量を求め、昇温量に必要な電力を算出し、その電力を加熱装置２等に供給して、鋼帯１０の加熱を行う。

このように、この実施形態においては、ダウンコイラー設備１内に加熱装置２、２ａ、２ｂを設置しているので、鋼帯１１が加熱装置２で加熱された直後に巻き取られるために、加熱後の温度低下を防止することが可能となることから、特許文献３のようにランナウトテーブル上で鋼帯を加熱するのに比べ、ランナウトテーブルからダウンコイラー６までの温度低下を抑制することが可能となり、大幅に巻取温度の均一性が向上する。

なお、この実施形態においては、加熱装置を、ピンチロール５とダウンコイラー６の間に１台設置し、コイル１１の外周に近接させて２台設置しているが、必要な昇温量を確保するために、ピンチロール５とダウンコイラー６の間に複数台設置しても良いし、コイル１１の外周に近接させて３台以上設置しても良く、加熱装置の設置台数については特に規定しない。

また、その際の加熱方式としては、誘導加熱方式が好ましい。現状の加熱方式としては、通電加熱方式と誘導加熱方式が知られているが、通電加熱方式はスパークの発生が原因で圧延材に表面疵が発生する懸念があるため、誘導加熱方式を採用すべきである。また、被圧延材の長手方向に所定の温度分布を与えるためには、加熱装置には高度な制御応答性が要求されるため、その点からも誘導加熱方式が望ましい。

さらに、この実施形態では、ピンチロール５とダウンコイラー６の間に設置する誘導加熱装置２としてソレノイド型誘導加熱方式を採用している。ソレノイド型誘導加熱方式とトランスバース型誘導加熱方式を比較した場合、ソレノイド型誘導加熱方式の方が加熱効率が高く、ピンチロール５からダウンコイラー６での巻き取りまでの短時間に効率的に鋼帯を加熱するためには、ソレノイド型誘導加熱方式が好ましいからである。一方、ダウンコイラー６内にコイル１１の外周に近接させて設置する誘導加熱装置２ａ、２ｂの方式としてはトランスバース型誘導加熱方式を採用している。ソレノイド型誘導加熱装置によりコイル１１を加熱するためには、コイル１１を包みこむようにインダクターを設置する必要があるが、ダウンコイラー６内は設置スペースが非常に狭いため、ソレノイド型誘導加熱装置の設置が困難である。よって、インダクターをコイル１０の最外周に近接させて設置可能なトランスバース型誘導加熱方式が好ましい。

以下に本発明の実施例を示す。

本発明例として、上記の本発明の一実施形態に基づいて熱延鋼帯を製造した。すなわち、図１に示したような、加熱装置２、２ａ、２ｂを備えたダウンコイラー設備１を用い、ランナウトテーブル上の冷却装置３により冷却された熱延鋼帯１０について、巻取前温度計４によって巻取目標温度との温度差を測定し、その温度差を補償するように、加熱装置２、２ａ、２ｂを用いて鋼帯１０を加熱しながら、ダウンコイラー６で巻き取った。また、ダウンコイラー６内に温度計１２を設置し、巻き取り時の鋼板の温度を測定した。

これに対して、比較例として、上記と同じように冷却装置３により冷却された熱延鋼帯１０について、加熱装置２、２ａ、２ｂによる加熱を行わずに、ダウンコイラー６で巻き取った。

まず、図３は、巻取前温度計４によって測定された、巻き取り前の目標温度差（巻き取り前における巻取目標温度との差）の鋼帯長手方向変動を示すものであり、巻き取り前の目標温度差が目標範囲（巻取温度の許容範囲）の下限を下回っている過冷却部が４個所あった。

これに対して、図４は、ダウンコイラー内に設置した温度計１２によって測定された、巻き取り時の目標温度差（巻き取り時におけるコイル外周面の鋼帯１０の温度と巻取目標温度との差）の鋼帯長手方向変動を示すものである。

本発明例においては、図４の実線で示すように、鋼帯長手方向で発生していた過冷却部が解消されて、巻き取り時の目標温度差が鋼帯全長に渡って目標範囲内になった。

一方、比較例においては、鋼帯長手方向で発生している過冷却部はそのままダウンコイラー６にて巻き取られるため、図４の一点鎖線で示すように、巻き取り時の目標温度差が目標範囲を外れたままとなった。

これによって、本発明の有効性が確認された。

本発明の一実施形態におけるダウンコイラー設備周辺の装置構成図 本発明の一実施形態における鋼帯の温度履歴の概略図 巻き取り前の目標温度差の長手方向分布 巻き取り時の目標温度差の長手方向分布

符号の説明

１ ダウンコイラー設備
２ 加熱装置（ソレノイド型誘導加熱装置）
２ａ、２ｂ 加熱装置（トランスバース型誘導加熱装置）
３ 水冷装置
４ 巻取前温度計
５ ピンチロール
６ ダウンコイラー
７ アーム
８ シリンダー
１０ 鋼帯
１１ コイル
１２ コイラー内温度計

Claims (3)

1. 鋼帯の熱間圧延ラインにおいて、ダウンコイラーとその手前のピンチロールの間、および／または、ダウンコイラーにて巻き取られるコイル外周に近接させて、鋼帯を加熱する誘導加熱装置を備え、前記ダウンコイラーとその手前のピンチロールの間に備えた誘導加熱装置はソレノイド型誘導加熱装置であり、前記ダウンコイラーにて巻き取られるコイル外周に近接させて備えた誘導加熱装置はトランスバース型誘導加熱装置であって、該トランスバース型誘導加熱装置はダウンコイラーに巻き取られるコイル外径に追随して移動可能であることを特徴とする熱延鋼帯の製造設備。
2. 熱間仕上圧延後、ランナウトテーブルにて水冷された鋼帯を、ダウンコイラー手前のピンチロール通過からコイルに巻き取られるまでの間、および／または、ダウンコイラーにてコイルに巻き取り中に、誘導加熱装置により加熱することとし、ダウンコイラー手前のピンチロール通過からコイルに巻き取られるまでの間で加熱する誘導加熱装置はソレノイド型誘導加熱装置であり、ダウンコイラーにてコイルに巻き取り中に加熱する誘導加熱装置はトランスバース型誘導加熱装置であって、該トランスバース型誘導加熱装置はダウンコイラーに巻き取られるコイル外径に追随して移動可能であることを特徴とする熱延鋼帯の製造方法。
3. 前記ピンチロールの上流側にて鋼帯の温度を測定し、該温度測定値に基づいて鋼帯長手方向温度分布が均一となるように前記誘導加熱装置を制御することを特徴とする請求項２に記載の熱延鋼帯の製造方法。

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