JP4900154B2 - 鋼板の冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の冷却装置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、圧延材に冷却水を供給したり、圧延材を空冷させたりして、圧延温度を制御するのに一般的であるが、さらに、近年、高い冷却速度を得て組織を微細化し、鋼板の強度や靭性を上げる技術の開発が盛んである。

そのための技術として、例えば、特許文献１には、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ことによって、高い冷却速度を得ようとする冷却装置が記載されている。
特開昭５９−１４４５１３号公報

厚鋼板の熱間圧延ラインのように、可逆式熱間圧延機で圧延材を圧延する場合は、上記のような圧延温度や冷却速度の制御のために、往復する圧延パス間で圧延材に冷却水を供給することが考えられるが、その際には、できるだけ冷却装置を可逆式熱間圧延機に近接した位置に設置することが望ましい。可逆式熱間圧延機から離れた位置に冷却装置を設置すると、圧延材を冷却装置の位置まで搬送するために余分な時間が掛かり、圧延能率が低下するからである。

しかし、熱間圧延機の直近の位置に冷却装置を設置した場合、圧延材に上反りが発生した際に、圧延中の圧延材が冷却装置のノズルやヘッダに衝突して、冷却装置に損傷を与える危険性がある。すなわち、圧延中の圧延材には熱間圧延機から大きな推力が付与されるので、冷却装置のノズルやヘッダをその推力に耐えられるような構造にするのはほぼ不可能だからである。一方、衝突を回避するために、ノズルやヘッダの高さ位置を高くすると、冷却水の噴射距離が長くなり、冷却性能が低下してしまう。すなわち、冷却水の噴射距離が長くなると、冷却水が分散してしまい、圧延材上面に滞留する冷却水の水膜を打ち破って新鮮な冷却水を圧延材上面に到達させるのが難しくなるからである。

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、熱間圧延機の直近の位置で鋼板を適切に冷却することができる鋼板の冷却装置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］鋼板の熱間圧延機に付設される冷却装置であって、
鋼板の上面に向けて熱間圧延機から離れる方向に冷却水を斜め噴射する第１ヘッダと、それに対向して鋼板の上面に向けて熱間圧延機に近づく方向に冷却水を斜め噴射する第２ヘッダと、
熱間圧延機の上ワークロールに設置されたスクレーパに連なり、第１ヘッダの下側を覆って、第２ヘッダの冷却水が鋼板に衝突する位置の上方まで伸びる第１ガイドと、
第１ガイドの後方に位置し、第２ヘッダの下側を覆う第２ガイドとを備え、
第２ガイドと第２ヘッダは一体化しており、第２ヘッダの冷却水の噴射方向に沿って昇降可能になっていることを特徴とする鋼板の冷却装置。

［２］第２ガイドは、第２ガイドに鋼板が衝突した際の衝撃を吸収する衝撃吸収機構を備えていることを特徴とする前記［１］に記載の鋼板の冷却装置。

［３］第１ガイドは、第１ヘッダの下側を覆う前方部分と、第１ヘッダの冷却水および第２ヘッダの冷却水が鋼板に衝突する位置の上方を覆う後方部分とに分割されており、後方部分は前方部分とは独立に昇降可能になっ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装置。

［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載の鋼板の冷却装置を用いた鋼板の冷却方法であって、熱間圧延機への入側において鋼板を冷却する場合には、第２ガイド先端の高さを第１ガイド後端より下げ、熱間圧延機からの出側において鋼板を冷却する場合には、第２ガイド先端の高さを第１ガイド後端より上げることを特徴とする鋼板の冷却方法。

［５］前記［３］に記載の鋼板の冷却装置を用いた鋼板の冷却方法であって、第１ガイドの後方部分を、鋼板上面に滞留した冷却水の量に応じて昇降させることを特徴とする鋼板の冷却方法。

本発明においては、熱間圧延機の直近の位置で鋼板を適切に冷却することができる。

図１は、本発明に係る鋼板の冷却装置の一実施形態を示すものである。

この実施形態における冷却装置１０は、上ワークロール２、下ワークロール３、上バックアップロール４、下バックアップロール５を備えた可逆式熱間圧延機１の直近に設置され、可逆式熱間圧延機１で圧延されている鋼板Ｓを冷却するための冷却装置であって、鋼板Ｓの上面に向けて熱間圧延機１から離れる方向に冷却水を斜め噴射する第１上ヘッダ２１と、それに対向して鋼板Ｓの上面に向けて熱間圧延機１に近づく方向に冷却水を斜め噴射する第２上ヘッダ２２と、熱間圧延機１の上ワークロール２に設置されたスクレーパ９に連なり、第１上ヘッダ２１の下側を覆って、第２上ヘッダ２２の冷却水が鋼板Ｓに衝突する位置の上方まで伸びる第１ガイド１１と、第１ガイド１１の後方に位置し、第２上ヘッダ２２の下側を覆う第２ガイド１２とを備えるとともに、第２ガイド１２と第２上ヘッダ２２は一体化しており、第２上ヘッダ２２の冷却水の噴射方向に沿って昇降可能になっている。

ここで、第１ガイド１１は、前方部分１１Ａと後方部分１１Ｂとに分割されており、前方部分１１Ａは、スクレーパ９の後端表面に先端表面が連なり、先端から後端に向かって表面が上り傾斜になるように配置され、後方部分１１Ｂは、先端表面が前方部分１１Ａの後端表面に連なり、先端から後端に向かって表面が略水平になるように配置されている。

そして、第１ガイド１１の前方部分１１Ａと第１上ヘッダ２１が一体化しており、第１上ヘッダ２１に取り付けられたノズル（図示せず）から冷却水（例えば、棒状冷却水）を噴射し、第１ガイド前方部分１１Ａに設けられた貫通孔（図示せず）を通過させて、鋼板Ｓの上面に冷却水を供給するようになっている。

また、第２ガイド１２は、先端から後端に向かって表面が上り傾斜になるように配置されているとともに、第２ガイド１２と一体化している第２上ヘッダ２２に取り付けられたノズル（図示せず）から冷却水（例えば、棒状冷却水）を噴射し、第２ガイド１２に設けられた貫通孔（図示せず）を通過させて、鋼板Ｓの上面に冷却水を供給するようになっている。

そして、第１ガイド１１の後方部分１１Ｂは、第１上ヘッダ２１からの冷却水および第２上ヘッダ２２からの冷却水が鋼板Ｓに衝突する位置の上方を覆うように配置されている。

また、搬送テーブルの下方のフィードローラ６あるいはテーブルローラ７の間隙に第１下ヘッダ２５と第２下ヘッダ２６が設置されていて、ノズル（図示せず）から冷却水（例えば、棒状冷却水）を噴射し、鋼板Ｓの下面に冷却水を供給するようになっている。

なお、ここで、第１上ヘッダ２１からの冷却水の噴射方向と第２上ヘッダ２２からの冷却水の噴射方向は、圧延方向で対向するように所定角度（例えば、４５°）で傾斜している。また、第１上ヘッダ２１からの冷却水が鋼板Ｓに衝突する位置と第１下ヘッダ２５からの冷却水が鋼板Ｓに衝突する位置とが圧延方向で同一の位置になっており、第２上ヘッダ２２からの冷却水が鋼板Ｓに衝突する位置と第２下ヘッダ２６からの冷却水が鋼板Ｓに衝突する位置とが圧延方向で同一の位置になっている。

そして、第１ガイド前方部分１１Ａと第１上ヘッダ２１には、第１ガイド前方部分等昇降装置１５が取り付けられており、それを用いて、第１上ヘッダ２１を使用しない時に第１上ヘッダ２１を上方に退避させたり、ロール組替え後の第１ガイド前方部分１１Ａと第１上ヘッダ２１の位置合わせを行ったりするようになっている。なお、第１ガイド前方部分等昇降装置１５を用いるのは、第１上ヘッダ２１を使用しない時なので、その昇降方向は特に限定されない。

また、第１ガイド後方部分１１Ｂには、第１ガイド後方部分昇降装置１６が取り付けられており、それを用いて、ロール組替え後の第１ガイド後方部分１１Ｂの位置合わせを行うともに、鋼板Ｓの上面に滞留した冷却水が第１ガイド後方部分１１Ｂに触れる高さになった場合に第１ガイド後方部分１１Ｂを上方へ退避させるようになっている。

また、第２ガイド１２には、第２ガイド昇降装置１７が取り付けられており、それを用いて、第２上ヘッダ２２からの冷却水の噴射方向に沿って所定の範囲で、第２ガイド１２と第２上ヘッダ２２を昇降できるようになっている（例えば、第２上ヘッダ２２から鋼板Ｓ上面の衝突点までの距離が５００〜２０００ｍｍとなる範囲で）。

そして、図２に第２ガイド昇降装置１７の詳細図を示す。

この第２ガイド昇降装置１７は、所定の位置に固定された取付ベース４１と、取付ベース４１の下面に取り付けられた油圧シリンダー４５（チューブ４５ａ、ロッド４５ｂ）と、油圧シリンダー４５に取り付けられたウォームジャッキ４３（ウォームジャッキ本体４３ａ、ウォーム入力軸４３ｂ、第２上ヘッダ２３からの冷却水の噴射方向に沿って延伸するジャッキスクリュー軸４３ｃ）とを備えている。

これにより、ウォームジャッキ４３の作動によって第２ガイド１２と第２上ヘッダ２２が第２上ヘッダ２２からの冷却水の噴射方向に沿って移動するようになっているとともに、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第２ガイド１２に鋼板Ｓの先端部が衝突した際の衝撃を油圧シリンダー４５の収縮によって吸収するようになっている。

ちなみに、第２ガイド１２と第２上ヘッダ２２が第２上ヘッダ２２からの冷却水の噴射方向に沿って移動するようになっているのは、鋼板Ｓとの第２上ヘッダ２２の高さ位置が変化しても、第２上ヘッダ２２からの冷却水が鋼板Ｓに衝突する位置が変化しないようにするためである。

そして、上記のように構成された冷却装置１０を用いて、可逆式熱間圧延機１で圧延中の鋼板Ｓを冷却している様子を図３〜図６に示す。

まず、図３は、鋼板Ｓが可逆式熱間圧延機１に噛み込まれていく状態で鋼板Ｓを冷却している場合（すなわち、可逆式熱間圧延機１への入側において鋼板Ｓを冷却している場合）を示しており、この場合は、第２ガイド昇降装置１７を用いて、第２ガイド１２の先端が第１ガイド後方部分１１Ｂの後端より低い位置になるように配置している。

これにより、鋼板Ｓの先端部に上反りがあったとしても、第２ガイド１２、第１ガイド後方部分１１Ｂ、第１ガイド前方部分１１Ａに案内されて、スムースに可逆式熱間圧延機１に噛み込まれていく。したがって、鋼板Ｓの先端部が第１上ヘッダ２１や第２上ヘッダ２２と接触することがなく、装置の保護が図られる。

そして、第１上ヘッダ２１からの冷却水３１と第２上ヘッダ２２からの冷却水３２が圧延方向で対向するように鋼板Ｓの上面に向けて噴射されるとともに、第１上ヘッダ２１からの冷却水３１が鋼板Ｓ上面に衝突する位置と圧延方向で同じ位置の下面に向けて第１下ヘッダ２５からの冷却水３５が噴射され、第２上ヘッダ２２からの冷却水３３が鋼板Ｓ上面に衝突する位置と圧延方向で同じ位置の下面に向けて第２下ヘッダ２６からの冷却水３６が噴射される。

一方、図４は、鋼板Ｓが可逆式熱間圧延機１から噛み離されていく状態で鋼板Ｓを冷却している場合（すなわち、可逆式熱間圧延機１からの出側において鋼板Ｓを冷却している場合）を示しており、この場合は、第２ガイド昇降装置１７を用いて、第２ガイド１２の先端が第１ガイド後方部分１１Ｂの後端より高い位置になるように配置している。

これにより、鋼板Ｓの先端部に小さな上反りがあったとしても、第１ガイド前方部分１１Ａ、第１ガイド後方部分１１Ｂ、第２ガイド１２に案内されて、スムースに可逆式熱間圧延機１から噛み離されていく。したがって、鋼板Ｓの先端部が第１上ヘッダ２１や第２上ヘッダ２２と接触することがなく、装置の保護が図られる。

そして、第２上ヘッダ２２は、冷却水３２の噴射方向に沿って上昇しているので、図３に示した噛み込み状態の場合と同様に、第１上ヘッダ２１からの冷却水３１と第２上ヘッダ２２からの冷却水３２が圧延方向で対向するように鋼板Ｓの上面に向けて噴射されるとともに、第１上ヘッダ２１からの冷却水３１が鋼板Ｓ上面に衝突する位置と第１下ヘッダ２５からの冷却水３５が鋼板Ｓ下面に衝突する位置とが圧延方向で同じ位置となり、第２上ヘッダ２２からの冷却水３３が鋼板Ｓ上面に衝突する位置と第２下ヘッダ２６からの冷却水３６が鋼板Ｓ下面に衝突する位置とが圧延方向で同じ位置になる。

なお、図３、図４において、第１上ヘッダ２１からの冷却水３１あるいは第２上ヘッダ２２からの冷却水３２が鋼板Ｓに衝突した際の飛散水は、上方を覆う第１ガイド後方部分１１Ｂによって、冷却領域外に飛び出さないようになっている。また、鋼板Ｓの上面に滞留した冷却水３３は、鋼板Ｓの幅端部から排水される。

その上で、図５に示すように、鋼板Ｓの先端部に異常に大きな上反りがあり、第２ガイド１２に鋼板Ｓの先端部が衝突した場合は、図２で述べたように、その際の衝撃を油圧シリンダー４５の収縮によって吸収し、第２上ヘッダ２２が損傷することを回避している。

なお、鋼板Ｓを大水量で冷却することによって、鋼板Ｓ上面の滞留冷却水３３が第１ガイド後方部分１１Ｂに触れる高さになった場合は、多量に滞留した滞留冷却水３３の一部が第１ガイド後方部分１１Ｂのために行き場を失って、鋼板Ｓの上面を圧延方向に移動することとなり、その移動した滞留冷却水による冷却によって鋼板Ｓに冷却むらが生じ、品質劣化を引き起こす可能性があることから、ここでは、図６に示すように、鋼板Ｓ上面の滞留冷却水３３が第１ガイド後方部分１１Ｂに触れる高さになった場合には、第１ガイド後方部分昇降装置１６の作動によって、第１ガイド後方部分１１Ｂが上方に退避するようになっている。これによって、鋼板Ｓを大水量で冷却した場合でも、滞留冷却水３３が鋼板Ｓの幅端部から円滑に排水される。

このようにして、この実施形態に係る鋼板の冷却装置１０においては、第１ガイド１１（前方部分１１Ａ、後方部分１１Ｂ）、第２ガイド１２、第１上ヘッダ２１、第２上ヘッダ２２を適切に配置しているので、鋼板Ｓの先端部に反りが発生している場合でも、第１上ヘッダ２１、第２上ヘッダ２２およびそのノズルの保護を図ることができる。

また、それにより、鋼板Ｓの先端部に小さな反りがあった場合でも、その先端部も含めて所定の冷却を行うことが可能になっている。

したがって、この実施形態に係る鋼板の冷却装置１０は、可逆式熱間圧延機１の直近の位置に設置するのに好適な冷却装置となっており、これによって、圧延時間短縮、材質制御の高度化を図ることができる。

なお、この実施形態では示していないが、第１ガイド前方部分１１Ａにも、第２ガイド１２と同様の衝撃吸収機構を設けることが好ましい。

また、この実施形態では、第１ガイド後方部分１１Ｂを略水平に配置しているが、前述したように、第１ガイド後方部分１１Ｂの設置目的は、鋼板Ｓの上反りを抑止することであるとともに、鋼板Ｓに衝突した冷却水の飛散水が冷却領域外に飛び出さないようにするためであるので、その設置目的を達成できるのであれば、第１ガイド後方部分１１Ｂを上り傾斜や下り傾斜で配置してもよい。

そして、この実施形態においては、第１ガイド１１を前方部分１１Ａと後方部分１１Ｂに分割して、独立に昇降できるようにしているが、第１ガイド１１を分割せずに、一体として昇降するようにしてもよい。

さらに、上記では、可逆式熱間圧延機１の上流側または下流側の一方の側に冷却装置１０を設置しているが、可逆式熱間圧延機１の上流側と下流側の両側に冷却装置１０を設置してもよいことはいうまでもない。

本発明の一実施形態を示す図である。 図１についての部分詳細図である。 本発明の一実施形態における鋼板の冷却状態を示す図である。 本発明の一実施形態における鋼板の冷却状態を示す図である。 本発明の一実施形態における鋼板の冷却状態を示す図である。 本発明の一実施形態における鋼板の冷却状態を示す図である。

符号の説明

Ｓ 鋼板
１ 可逆式熱間圧延機
２ 上ワークロール
３ 下ワークロール
４ 上バックアップロール
５ 下バックアップロール
６ フィードローラ
７ テーブルローラ
９ スクレーパ
１０ 冷却装置
１１ 第１ガイド
１１Ａ 第１ガイドの前方部分
１１Ｂ 第１ガイドの後方部分
１２ 第２ガイド
１５ 第１ガイド前方部分等昇降装置
１６ 第１ガイド後方部分昇降装置
１７ 第２ガイド昇降装置
２１ 第１上ヘッダ
２２ 第２上ヘッダ
２５ 第１下ヘッダ
２６ 第２下ヘッダ
３１ 第１上ヘッダからの冷却水
３２ 第２上ヘッダからの冷却水
３３ 滞留冷却水
３５ 第１下ヘッダからの冷却水
３６ 第２下ヘッダからの冷却水
４１ 取付ベース
４３ ウォームジャッキ
４３ａ ウォームジャッキ本体
４３ｂ ウォーム入力軸
４３ｃ ウォームスクリュー軸
４５ 油圧シリンダー
４５ａ 油圧シリンダーのチューブ
４５ｂ 油圧シリンダーのロッド

Claims (5)

1. 鋼板の熱間圧延機に付設される冷却装置であって、
   鋼板の上面に向けて熱間圧延機から離れる方向に冷却水を斜め噴射する第１ヘッダと、それに対向して鋼板の上面に向けて熱間圧延機に近づく方向に冷却水を斜め噴射する第２ヘッダと、
   熱間圧延機の上ワークロールに設置されたスクレーパに連なり、第１ヘッダの下側を覆って、第２ヘッダの冷却水が鋼板に衝突する位置の上方まで伸びる第１ガイドと、
   第１ガイドの後方に位置し、第２ヘッダの下側を覆う第２ガイドとを備え、
   第２ガイドと第２ヘッダは一体化しており、第２ヘッダの冷却水の噴射方向に沿って昇降可能になっていることを特徴とする鋼板の冷却装置。
2. 第２ガイドは、第２ガイドに鋼板が衝突した際の衝撃を吸収する衝撃吸収機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の冷却装置。
3. 第１ガイドは、第１ヘッダの下側を覆う前方部分と、第１ヘッダの冷却水および第２ヘッダの冷却水が鋼板に衝突する位置の上方を覆う後方部分とに分割されており、後方部分は前方部分とは独立に昇降可能になっ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装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の鋼板の冷却装置を用いた鋼板の冷却方法であって、熱間圧延機への入側において鋼板を冷却する場合には、第２ガイド先端の高さを第１ガイド後端より下げ、熱間圧延機からの出側において鋼板を冷却する場合には、第２ガイド先端の高さを第１ガイド後端より上げることを特徴とする鋼板の冷却方法。
5. 請求項３に記載の鋼板の冷却装置を用いた鋼板の冷却方法であって、第１ガイドの後方部分を、鋼板上面に滞留した冷却水の量に応じて昇降させることを特徴とする鋼板の冷却方法。

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