JP4949425B2 - 熱延の冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の連続熱間圧延の仕上げ圧延後のランアウトテーブル上における、熱延の冷却装置及び冷却方法に関するものである。

加熱炉から排出された鋼材は、粗圧延機を経て仕上げ圧延機に送られる。図４は、仕上げ圧延機２以降の熱間圧延工程を行う熱延設備のレイアウトの一例である。図４に示すように、複数スタンドＦ１〜Ｆ７からなる仕上げ圧延機２で鋼材を連続圧延し、最終スタンドで所望の板厚・板幅に熱間圧延された鋼板３を、多数の搬送ロール４ａからなるランアウトテーブル４で搬送する。ランアウトテーブル４は、仕上げ圧延機２の下流側に配置された冷却装置５内に設置され、上方に設けられた各種冷却機６で、鋼板３を冷却する。その後、鋼板３は、コイラー直前ピンチロール７を介してコイラー８に巻き取られる。コイラー直前ピンチロール７は、鋼板３のコイラー８への誘導および鋼板３の尾端が仕上げ圧延機２の最終スタンドＦ７を抜けた後のバックテンション保持の役割をする。なお、図１では仕上げ圧延機２は７スタンドで構成されているが、６スタンドで構成される場合もある。

このような従来の熱延設備において、仕上げ圧延機２を通過した高温の鋼板３の先端は、コイラー直前ピンチロール７に到達するまでは、先端部が挟持されない状態で仕上げ圧延機２から送り出される。このような鋼板３の先端部は、張力が与えられていないため、板形状に波状のうねりを生じた状態で冷却装置５内を通過する。また、張力が与えられていても、通板時に鋼板が振動する場合がある。板形状が平坦ではない状態、あるいは鋼板が振動している状態で冷却水が散布されると、鋼板３の位置によって冷却水のかかり方にばらつきが生じ、温度差が生じる。そのため、安定した品質の鋼板を製造することができなくなる。

また、鋼板３に張力がかけられていない状態では、仕上げ圧延機２を通過する鋼板３の板形状にうねりが生じる場合がある。さらに、鋼板３の尾端が通過した仕上げ圧延機２の各スタンドは順次オフとなるため、鋼板３の尾端部が挟持されない状態で仕上げ圧延機２のその後のスタンドを通過する。この場合も同様に板形状が平坦でなく、大きなうねりが生じることがある。また、張力が与えられていても、通板時に鋼板が振動する場合がある。このようにうねりが一定でない、あるいは振動している鋼板を冷却すると、鋼板の位置によって冷却状態にばらつきが生じ、品質のばらつきがさらに拡大する。

一方、水冷による沸騰熱伝達特性は、図５に示すように、鋼材表面温度がＴＣＨからＴＭの間が遷移沸騰領域、ＴＭを超えると膜沸騰領域となる。遷移沸騰領域では、少し温度が下がると冷却能力が急激に増加する。従って、図５に示すように、例えば、鋼板のある位置Ａ点よりも別の位置Ｂ点の方が膜沸騰領域内において少し表面温度が高い場合、同時に水冷を行うと、図６に示すように、Ａ点の表面温度は、すぐに遷移沸騰領域に達して急激な温度低下が見られるが、Ｂ点の表面温度は、しばらくの間膜沸騰領域内にあるため温度低下が鈍く、Ａ点よりも遅れて急激な温度低下を始める。従って、一定の期間、大きな温度差が生じる。

即ち、鋼板に対する冷却水のかかり方に偏りがある場合等の要因により、鋼板３表面に少しの温度差が生じ、位置により遷移沸騰領域に入るタイミングが少しずれるだけで、急激に温度差が拡大し、均一な材質の鋼板が得られなくなる。したがって、鋼板の品質を安定させるためには、遷移沸騰領域までに鋼板を均一な状態にすることが重要である。具体的には、遷移沸騰領域は、図５に示すＴＣＨ＝４００〜４５０℃、ＴＭ＝５５０〜６００℃程度である。

本出願人は、特許文献１において、ランアウトテーブルに１セット以上のピンチロールを設置した圧延設備を提案している。

特開２００１−３２１８１６号公報

上記特許文献１は、板幅方向のネッキングを低減させることが目的であって、ピンチロールの設置は、少なくとも１セット以上であり、鋼板の温度が６５０℃以下になる位置と開示されている。しかしながら、通常、仕上げ圧延機を通過直後の鋼板の温度は約８４０℃以上１０００℃以下であり、上記特許文献１に開示された６５０℃になるまでには、仕上げ圧延機を通過後の冷却工程に多くの距離を要する。そのため、鋼板の先端が、仕上げ圧延機から離れた位置のピンチロールに達するまでの間は、鋼板の先端部が挟持されない。さらに、鋼板にかける張力に関しては記載されていない。従って、上記問題点である鋼板の先尾端部の板形状を十分に改善することはできない。

本発明の目的は、鋼板の連続熱延の仕上げ圧延後の冷却工程において、鋼板先尾端の形状を安定させ、かつ鋼板の振動を抑制することができる熱延の冷却装置および冷却方法を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、連続熱間圧延の仕上げ圧延機の下流側に配置され、前記仕上げ圧延機で圧延された鋼板を搬送しながら冷却する熱延の冷却装置において、前記鋼板の表面温度が６５０℃以上８００℃以下になる位置に、０．４ｋｇ／ｍｍ^２以上の張力を前記仕上げ圧延機側にかけて前記鋼板を挟持する圧延形状矯正用ピンチロールが配置され、前記鋼板の表面温度が６５０℃〜５５０℃になる位置と、４５０℃〜３５０℃になる位置に、それぞれ第一、第二の中間ピンチロールが配置され、前記第一及び第二中間ピンチロール間の前記鋼板に０．４ｋｇ／ｍｍ ^２ 以上の張力がかけられることを特徴とする熱延の冷却装置を提供する。前記圧延形状矯正用ピンチロールは、前記鋼板の表面温度が８００℃まで冷却された直後の位置に配置されていることが好ましい。圧延形状矯正用ピンチロールを設けることにより、鋼板の先端部および尾端部における波状のうねりを低減させ、均等な冷却を行うことができる。

さらに、前記仕上げ圧延機の下流側に隣接して直後急冷帯が設けられ、直後急冷帯の後面に圧延形状矯正用ピンチロールが設けられていることが好ましい。

また、本発明によれば、連続熱間圧延の仕上げ圧延機の下流側において、前記仕上げ圧延機で圧延された鋼板を搬送しながら冷却する熱延の冷却方法であって、前記鋼板の表面温度が６５０℃以上８００℃以下になる位置に圧延形状矯正用ピンチロールを配置して、０．４ｋｇ／ｍｍ^２以上の張力を前記仕上げ圧延機側にかけて前記鋼板を挟持し、前記圧延形状矯正用ピンチロールに加えて、前記鋼板の表面温度が６５０℃〜５５０℃になる位置と、４５０℃〜３５０℃になる位置に、それぞれ第一、第二の中間ピンチロールを配置し、前記第一及び第二中間ピンチロール間の前記鋼板に０．４ｋｇ／ｍｍ ^２ 以上の張力をかけることを特徴とする熱延の冷却方法が提供される。

本発明によれば、鋼板の先端部および尾端部の板形状を改善し、通板時の鋼板の振動を抑制することができ、均一に冷却できることにより、安定した品質の鋼板を製造することができる。

本発明の冷却装置を備えた熱延設備の概要を示す斜視図である。 本発明にかかる圧延形状矯正用ピンチロールの有無および張力による鋼板のうねりを示す説明図であり、（Ａ）は張力とうねり比率との関係を示すグラフ、（Ｂ）は圧延形状矯正用ピンチロールが無い場合の模式図、（Ｃ）は圧延形状矯正用ピンチロールを設けた場合の模式図である。 本発明の冷却装置を備えた熱延設備の異なる実施形態の概要を示す斜視図である。 従来の熱延設備の概要を示す斜視図である。 水の冷却特性を示すグラフである。 図５のＡ点およびＢ点から冷却したときの鋼材の表面温度を示すグラフである。 うねりの大きさと温度ばらつきとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

加熱炉から排出された鋼材は、粗圧延機により厚さ４０ｍｍ程度に圧延された後、仕上げ圧延機で連続圧延され、厚さ１〜４ｍｍ程度に圧延される。図１は、本発明の一部の構成を含む冷却装置５を有する熱延設備において、参考例として仕上げ圧延機２以降の構成の概要を示す。仕上げ圧延機２は複数、例えば図示するように７台のスタンドＦ１〜Ｆ７からなり、最終スタンドで所望の板厚・板幅の鋼板３に熱間圧延される。仕上げ圧延機２を通過した直後の鋼板３の温度は、８４０℃以上１０００℃以下である。鋼板３は、複数の搬送ロール４ａからなるランアウトテーブル４を備えた冷却装置５内を搬送される。ランアウトテーブル４上には各種冷却機６が配置され、鋼板３は、ランアウトテーブル４上を搬送される際、水等により冷却されて、所望される材質の金属組織が形成される。冷却機６は、設置位置により、それぞれ所定の性能を有し、制御される。所定温度、例えば４３０℃に冷却された鋼板３は、コイラー８に巻き取られる。コイラー８の上流側には、上下一対のロールからなるコイラー直前ピンチロール７が設けられている。鋼板３は、コイラー直前ピンチロール７に誘導され、コイラー８に対して適宜張力をかけられた状態で巻き形状を整えながらコイラー８に巻き取られる。

仕上げ圧延機２の最終スタンドよりも下流の、鋼板３の表面温度が８００℃以下になる位置に、上下一対のロールからなり、幅方向うねりも矯正できる圧延形状矯正用ピンチロール１０が配置されている。圧延形状矯正用ピンチロール１０は、鋼板３を、仕上げ圧延機２側に向けて０．４ｋｇ／ｍｍ^２以上の張力をかけて挟持しながら回転し、下流に向けて搬送する。圧延形状矯正用ピンチロール１０の設置位置は、最終スタンドＦ７からなるべく近い位置が好ましいが、鋼板３の温度が８００℃を超える位置では、圧延形状矯正用ピンチロールにより鋼板３の板厚が変化することが懸念されるため、好ましくない。従って、圧延形状矯正用ピンチロール１０は、鋼板表面が８００℃以下になる直後か、少なくとも遷移沸騰領域に入る前の６５０℃以上となる位置に配置される。また、ピンチロール径、圧下力などは、鋼板３の板厚が変化しないように定められる。仕上げ圧延機２の下流側に隣接して直後急冷帯が設けられている場合には、直後急冷帯の後面に圧延形状矯正用ピンチロール１０を設けても良い。直後急冷帯を設けることによって、鋼板３の表面温度が８００℃以下になる位置が仕上げ圧延機２に近くなり、圧延形状矯正用ピンチロール１０と仕上げ圧延機２との距離を短くすることができる。

鋼板３の先端が仕上げ圧延機２の最終スタンドを通過して圧延形状矯正用ピンチロール１０の位置に到達すると、鋼板３は、圧延形状矯正用ピンチロール１０により挟持される。鋼板３の尾端側は仕上げ圧延機２の各スタンドに支持されているため、先端が圧延形状矯正用ピンチロール１０から０．４ｋｇ／ｍｍ^２以上の張力をかけて挟持されることにより、鋼板３はうねりを生じず平坦な板形状を保持しながら搬送される。

図２は、仕上げ圧延機２の最終スタンドを通過する鋼板３において、張力の有無による正弦波状のうねりが低減する様子を示すものである。（Ａ）は、張力が無いときのうねりを１として、張力によるうねりの比率を示すグラフ、（Ｂ）および（Ｃ）は鋼板３のうねりの様子を示す模式図であり、（Ｂ）は圧延形状矯正用ピンチロールを設けない場合、（Ｃ）は本発明の圧延形状矯正用ピンチロール１０を設けて張力をかけた場合である。最終スタンドの圧延前の鋼板３の厚さが３．３ｍｍ、圧延後の厚さが３ｍｍとし、シミュレーション計算を行った結果、圧延後のうねりの高さが３０ｍｍの場合、圧延形状矯正用ピンチロール１０を設けて、最終スタンドに向けて０．４ｋｇ／ｍｍ^２の張力をかけた場合には、圧延後のうねりの高さは、図２（Ａ）に示すように約１／３に低減した。さらに、図２（Ｃ）に示すように、張力を解除したとき、即ち圧延形状矯正用ピンチロール１０を通過した後も、うねりが低減したままであった。従って、張力をかけて仕上げ圧延を行うと、圧延形状矯正用ピンチロール１０を通過した後も、うねりを生じることなく搬送されることが判明した。また、張力を１．５ｋｇ／ｍｍ^２とした場合のうねりの低減量は、図２（Ａ）に示すように１／８程度であった。張力が０．４ｋｇ／ｍｍ^２以上の領域では、図２（Ａ）に示すようにうねりの低減の仕方は小さくなっている。

このように、圧延形状矯正用ピンチロール１０によって、仕上げ圧延機２を通過する鋼板３にうねりが発生しても板形状を平坦にすることができる。鋼板３が平坦な板形状を保って冷却装置５を通過することにより、冷却機から散水された冷却水が、鋼板３の表面に均等にかかり、均一な条件で冷却され、各種金属組織が安定して形成される。なお、うねりの大きさと温度ばらつきには、図７に示すように良い相関があり、うねりを１／３以下にすることで材質均一性の基準以内にすることができる。すなわち、張力は０．４ｋｇ／ｍｍ^２以上あれば十分である。なお、うねりをさらに低減すれば，材質均一性もさらに向上する。

一方、鋼板３の尾端が仕上げ圧延機２の最初のスタンドＦ１を通過した直後から、コイラー８の張力が漸減し、途中のスタンド、例えばＦ３やＦ４がオフになると、コイラー直前ピンチロール７が減速していく。これにより、従来は、鋼板３の尾端部が最終スタンドを通過する際、鋼板３の先端側にかけられる張力が緩み、うねりが生じることがあった。これに対し、本発明によれば、圧延形状矯正用ピンチロール１０により最終スタンド方向に適宜張力がかけられているため、尾端まで安定した圧延を行うことができる。

さらに、仕上げ圧延機２の最終スタンドと圧延形状矯正用ピンチロール１０との距離が短いため、最終スタンドから鋼板３の尾端が抜けたときに、最終スタンドと圧延形状矯正用ピンチロール１０との間で蓄積された弾性エネルギーが比較的小さい。そのため、弾性エネルギーが解放されることによって尾端部に起こる暴れが小さく、鋼板３板形状のうねりが少なくなる。

このように、本発明にかかる圧延形状矯正用ピンチロール１０を設けることにより、冷却装置５内を通過する鋼板３の先端部および尾端部の板形状を改善することができる。殊に、遷移沸騰領域に達するまでの間に、鋼板３板形状を平坦にして均一に冷却し、位置による温度差を低減させることができる。それにより、圧延形状および冷却状態の不良部を少なくし、鋼板３両端部の品質を向上させることができる。

所定温度まで冷却された鋼板３はコイラー８に巻き取られ、こうして得られた熱延鋼板は、自動車等の各種構造部材として広く使用される他、次の冷延・表面処理工程へ送られる。

「図３は、本発明の一つの実施の形態であり、冷却装置５内に、図１の参考例の構成に加えて、第一、第二の中間ピンチロール１１、１２が設けられたものである。」鋼板３の表面温度が６５０〜５５０℃になる位置に第一の中間ピンチロール１１が配置され、４５０〜３５０℃になる位置に第二の中間ピンチロール１２が設置されている。第一および第二の中間ピンチロール１１、１２は、いずれも上下一対のロールからなり、鋼板３の、第一の中間ピンチロール１１に挟持された位置と第二の中間ピンチロール１２に挟持された位置とは、０．４ｋｇ／ｍｍ２以上の張力をかけて挟持されている。

第一、第二の中間ピンチロール１１、１２は、鋼板２が図５に示す遷移沸騰領域の上限温度ＴＭおよび下限温度ＴＣＨとなる位置に配置され、これらを設けることにより、遷移沸騰領域内の鋼板３に適宜張力をかけながら挟持し、鋼板３の板形状を平坦な状態に保つとともに、通板時の板振動を抑制する。従って、圧延形状矯正用ピンチロール１０に加えて第一、第二の中間ピンチロール１１、１２を配置することにより、遷移沸騰領域内においてさらに均一な条件で冷却できるため、位置による温度差が生じることなく、さらに高品質な鋼板を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、圧延形状矯正用ピンチロール１０が、鋼板の表面温度が６５０℃となる位置に設けられ、第一の中間ピンチロール１１を兼用してもよい。ただし、このとき、当該ピンチロールの両側の張力を制御しなければならなくなり、制御は複雑化する。

本発明は、鋼板の連続熱間圧延の仕上げ圧延後の冷却工程を行う冷却装置および冷却方法として適用できる。

２ 仕上げ圧延機
３ 鋼板
４ ランアウトテーブル
５ 冷却装置
６ 冷却機
７ コイラー直前ピンチロール
８ コイラー
１０ 圧延形状矯正用ピンチロール
１１ 第一の中間ピンチロール
１２ 第二の中間ピンチロール

Claims (4)

1. 連続熱間圧延の仕上げ圧延機の下流側に配置され、前記仕上げ圧延機で圧延された鋼板を搬送しながら冷却する熱延の冷却装置において、
   前記鋼板の表面温度が６５０℃以上８００℃以下になる位置に、０．４ｋｇ／ｍｍ^２以上の張力を前記仕上げ圧延機側にかけて前記鋼板を挟持する圧延形状矯正用ピンチロールが配置され、
   前記鋼板の表面温度が６５０℃〜５５０℃になる位置と、４５０℃〜３５０℃になる位置に、それぞれ第一、第二の中間ピンチロールが配置され、前記第一及び第二中間ピンチロール間の前記鋼板に０．４ｋｇ／ｍｍ ^２ 以上の張力がかけられることを特徴とする、熱延の冷却装置。
2. 前記圧延形状矯正用ピンチロールは、前記鋼板の表面温度が８００℃まで冷却された直後の位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱延の冷却装置。
3. 前記仕上げ圧延機の下流側に隣接して直後急冷帯が設けられ、直後急冷帯の後面に圧延形状矯正用ピンチロールが設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱延の冷却装置。
4. 連続熱間圧延の仕上げ圧延機の下流側において、前記仕上げ圧延機で圧延された鋼板を搬送しながら冷却する熱延の冷却方法であって、
   前記鋼板の表面温度が６５０℃以上８００℃以下になる位置に圧延形状矯正用ピンチロールを配置して、０．４ｋｇ／ｍｍ^２以上の張力を前記仕上げ圧延機側にかけて前記鋼板を挟持し、
   前記鋼板の表面温度が６５０℃〜５５０℃になる位置と、４５０℃〜３５０℃になる位置に、それぞれ第一、第二の中間ピンチロールを配置し、前記第一及び第二中間ピンチロール間の前記鋼板に０．４ｋｇ／ｍｍ ^２ 以上の張力をかけることを特徴とする、熱延の冷却方法。

Images