JP5092725B2

JP5092725B2 - 鋼板の冷却方法

Info

Publication number: JP5092725B2
Application number: JP2007320989A
Authority: JP
Inventors: 雅治吉田; 岳文亀谷
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-12-12
Also published as: JP2009144189A

Description

本発明は、鋼板の冷却方法に関し、とくに、連続焼鈍炉や連続焼付炉の加熱帯出側で水を用いて鋼板を冷却するのに適した鋼板の冷却方法に関する。

本発明の背景技術として、次のような従来技術が挙げられる。
(1) 上部のスリット状装入口および排出口から装入および排出せられ、炉内で自由ループを形成しながら加熱焼鈍せられる鋼板ストリップの竪型連続焼鈍炉と、炉外雰囲気温度、鋼板ストリップ温度、ストリップラインスピードの各検出装置と、複数に分割されて鋼板ストリップの通板ラインに設けた冷却装置と、鋼板ストリップの温度および冷却温度を予測して冷却装置の作動噴水ゾーンおよび噴射水量を制御する制御装置とからなり高温の鋼板ストリップを任意の温度に冷却せしめることを特徴とする竪型連続焼鈍炉出側ストリップの冷却制御装置（特許文献１）。

(2) 焼鈍炉等で加熱された高温の金属帯を気水冷却するにあたって、気水冷却装置を金属帯の移動方向に複数に分割して流量制御ができるようにし、金属帯の処理量および板厚および冶金学上の要求等により、気水冷却装置からなる冷却帯の使用する分割数および水流量およびガス流量のいずれかあるいはすべてを設定して冷却を行うことを特徴とする金属帯の冷却方法（特許文献２）。

これらの従来技術は、焼鈍炉等の炉から出た後水平姿勢で移動中の高温の鋼板を、炉の出側に設けた冷却装置により、鋼板の上下両面に水（気水中の水も含む。気水はミストまたはフォグである。以下同じ）を吹き付けて冷却する方法を示している。冷却装置は、鋼板移動方向に分割された複数の冷却ゾーンを有しており、各冷却ゾーンごとに水量のオンオフ制御が可能である。
特開昭５７−４７８３７号公報特開昭６３−６５０３０号公報

上記従来技術では、水平姿勢で搬送される鋼板を挟み対峙する位置のノズル群を１つのゾーンとして、このゾーンを鋼板移動方向に複数配置し、ゾーンごとに水量のオンオフ制御を可能とした冷却装置が用いられている。冷却装置の冷却能は、水量をオンにして用いるゾーン（使用ゾーン）数および/または水量の設定変更によって調整される。
一方、横型連続炉（焼鈍炉やコーティング等の焼付炉）では、処理する鋼板の目標品質が多様であり、多様な目標品質に応じて、炉の加熱帯出側で水を用いて弱冷から強冷にわたる種々の冷却を精度よく行う必要がある。

しかし、上記従来技術では、とくに弱冷の場合、冷却を板面内で均一に制御するのが難しい。すなわち、上記従来技術では、使用ゾーン内で鋼板の上下両面に同時に水が吹き付けられる。下面に吹き付けられた水は重力によって速やかに落下するが、上面に吹き付けられた水は上面に滞留する。この滞留水は、水量が多い強冷の場合、使用ゾーン内の鋼板上面全体をほぼ均等に覆うが、水量が少ない弱冷の場合、使用ゾーン内の鋼板上面全体を覆うことなく局所的な水滴や厚い水膜となって上面内をでたらめに漂流し、板面内の冷却ムラを惹起しやすいという欠点が、解決すべき課題として存在することがわかった。

発明者らは上記課題を解決するための手段を鋭意検討し、弱冷しか必要としない鋼板の場合、鋼板の下面のみに水を吹き付ければよいことを把握した。鋼板の下面のみに水を吹き付けることにより、上面の滞留水を最小限に抑制できる。鋼板の下面のみへの水吹き付けは、鋼板がより高温状態にあるとき（加熱帯出側の冷却帯の最上流側）から始めた方が、上面に回りこんだ滞留水の蒸発が早まって好ましい。

冷却装置は、独立な水量オンオフが複数のゾーンの相互間のみならず、各ゾーン内の上ノズル群と下ノズル群の相互間でも可能に構成する。そして、最弱冷するとき、最上流側のゾーンのみを使用してその下ノズル群のみオンとする設定で冷却する。また、最弱冷より強く冷却するとき、必要となる冷却強さの昇順に、ゾーンの使用数を順次下流側に増やし、それらの下ノズル群のみオンとする設定で冷却する。下ノズル群が最下流側まですべてオンとなった場合、さらに、冷却強さの昇順に、上ノズル群を最上流側のゾーンから順次オンとする設定で冷却する。

すなわち、本発明は以下のとおりである。
（１）連続炉の加熱帯を出て水平姿勢で搬送中の鋼板を、該鋼板の上下に配置したノズル群からの水吹き付けにより冷却する鋼板の冷却方法であって、前記上下のノズル群を鋼板搬送方向に複数のゾーンに分割してゾーンごとおよび上下ごとに独立の水量オンオフ制御を可能とし、最弱冷するときは最上流側のゾーンの下ノズル群のみオンに設定し、より強く冷却するときは、下ノズル群のみオンに設定するゾーンを、必要となる冷却強さの昇順に順次最下流側まで増やし、さらなる冷却強さの昇順に最上流側のゾーンから順次上ノズル群をオンに設定して、冷却を行うことを特徴とする鋼板の冷却方法。

本発明によれば、連続炉出側で水平姿勢で搬送される鋼板を水で弱冷する際に生じやすい鋼板上面の局部滞留水による冷却ムラを効果的に防止しながら、同鋼板に弱冷から強冷までの種々の強さの冷却を施すことができる。

図１は、本発明方法の実施形態の1例を示す模式図である。本発明では、連続炉の加熱帯１５を出て水平姿勢で搬送中の鋼板（帯鋼板）３を、該鋼板３の上下に配置したノズル群２（下ノズル群２_１と上ノズル群２_２）からの水吹き付けにより冷却するにあたり、上下のノズル群２を鋼板搬送方向（通板方向１１）に複数のゾーンに分割してゾーンごとおよび上下ごとに独立の水量オンオフ制御を可能とする。この例では、上流側から順に第1、第２、第３ゾーン（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）の計３ゾーンに分割している。分割してなるゾーン数は本例の３ゾーンに限定されるものではなく、２ゾーンまたは４ゾーン以上であってもよい。

そして、最弱冷するときは最上流側のゾーンの下ノズル群のみオンに設定し、より強く冷却するときは、下ノズル群のみオンに設定するゾーンを、必要となる冷却強さの昇順に順次最下流側まで増やし、さらなる冷却強さの昇順に最上流側のゾーンから順次上ノズル群をオンに設定して、冷却を行う。
例えば３ゾーンに分割する場合、弱冷から強冷へ向かう順に図１（ａ）〜（ｆ）に示すゾーンごとおよび上下各ノズル群ごとの水量オンオフパターン（計６種）の設定モードを準備しておき、これら設定モードの切り替えにより冷却強さを制御する。

図１（ａ）は最弱冷の場合に対応し、第１ゾーン（Ｚ１）の下ノズル群２_１をオン（縦線ハッチングで示す。図１（ｂ）〜（ｆ）でも同様）とし残りをオフとする設定モードである。
図１（ｂ）は図１（ａ）の次に強い冷却の場合に対応し、第１、第２ゾーン（Ｚ１，Ｚ２）の下ノズル群２_１をオンとし残りをオフとする設定モードである。

図１（ｃ）は図１（ｂ）の次に強い冷却の場合に対応し、第１、第２、第３ゾーン（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）の下ノズル群２_１をオンとし残りをオフとする設定モードである。
図１（ｄ）は図１（ｃ）の次に強い冷却の場合に対応し、第１、第２、第３ゾーン（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）の下ノズル群２_１をオンとし、かつ第１ゾーン（Ｚ１）の上ノズル群２_２をオンとし、残りをオフとする設定モードである。

図１（ｅ）は図１（ｄ）の次に強い冷却の場合に対応し、第１、第２、第３ゾーン（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）の下ノズル群２_１をオンとし、かつ第１、第２ゾーン（Ｚ１，Ｚ２）の上ノズル群２_２をオンとし、残りをオフとする設定モードである。
図１（ｆ）は図１（ｅ）の次に強い冷却（本例では最強冷）の場合に対応し、第１、第２、第３ゾーン（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）の下ノズル群２_１および上ノズル群２_２をオンとする設定モードである。

このように冷却強さを制御することにより、弱冷側での局部滞留水を最小限に抑制しながら、広範囲の冷却強さでの冷却が可能となる。
なお、本発明では、最強冷以外の場合は水吹き付けが上下非対称の冷却となるが、板厚が０．５ｍｍ程度以下であれば、上下面の冷却強さの差が鋼板の品質に及ぼす影響は無視しうるほど小さいので、本発明は板厚が０．５ｍｍ以下の鋼板に適用するのが好ましい。

また、水を吹き付ける冷却方法には、水のみを用いるスプレー冷却や、水を気体（ガス）と混合して用いる気水冷却（ミスト冷却あるいはフォグ冷却）があるが、本発明が適用される冷延鋼板の連続焼鈍炉や連続焼付炉では、弱冷側の冷却制御性が良好であることが望ましく、したがって、本発明では、弱冷側の冷却制御性の点でスプレー冷却よりも優れる気水冷却を採用するのが好ましい。

図２は、本発明に用いる装置の１例を示す模式図である。これは図１に示した本発明方法例の実施に適した冷却装置の例である。横型連続炉の加熱帯１５の出側の冷却帯１は、水平姿勢で通板方向１１に搬送される鋼板３の上下面にそれぞれ水６を吹き付け可能に通板方向１１に複数配列された上下のノズル群２（下ノズル群２_１と上ノズル群２_２）を有する。ノズル群２は通板方向１１に３ゾーン（上流側から順に第１、第２、第３ゾーン）に区分され、各ゾーンの下ノズル群と上ノズル群とは、それぞれのノズル群への送水配管に接続された電磁開閉弁４（各ゾーンの上下に計６個、上流側から順に４_１，４_２，４_３は下、４_４，４_５，４_６は上の各ノズル群に接続）により互いに独立な水量オンオフ制御が可能である。

なお、図２の冷却装置は、ミスト冷却用に設計製作されたものであるが、水６と混合するガスの配管系統は図示を省略した。
また、図２において、５は電磁開閉弁４に送る水６の流量を調整するための流調弁である。流調弁５の開度調節による流量の設定は、鋼板の板厚および通板速度の変更に応じて行われ、その設定値は予備実験等で求めた板厚および通板速度とこれらに対する適合流量の関係に基づいて決定される。なお、７は冷却帯１出側の水切りロール、８はエアワイパー、９は温度計、１０は冷却帯１入側（加熱帯１５出側）の水切りロールである。

図１(ａ）〜（ｆ）の各設定モードと電磁開閉弁のオンオフ(開閉）状態との対応関係を表１に示す。

表１の各設定モードは、流調弁５での同じ流量設定の下（同じ板厚および通板速度の下）で、冷却強さのレベルと対応づけられている。初期設定では、目標のレベルに対応した設定モードが選択される。また、通板冷却中の冷却強さのレベルを観測し、この観測レベルが目標からずれた場合は、そのずれがなくなる方向に設定モードを切り替えるフィードバック制御を行うことが、安定した冷却を行う上で好ましい。冷却強さのレベルの指標については、例えば、加熱帯１５出側の鋼板温度がほぼ一定である場合、冷却帯１出側の鋼板温度を前記指標とすることができる。

実施例として、図２の冷却装置を用いて、横型連続炉の加熱帯１５からほぼ一定の温度６００℃で出てくる板厚０．２３〜０．２７ｍｍ（この範囲の板厚は同じ通板速度で通板され、流調弁５の開度も一定とされる）の鋼板３を、製品目標仕様に応じて、８０℃以下、８０℃超〜２００℃の４分割、２００℃超の各温度域を高温側から順に表１の冷却強さのレベル１〜６と対応づけた６階級の温度域（レベル１：２００℃超、レベル２：１７０℃超〜２００℃、レベル３：１４０℃超〜１７０℃、レベル４：１１０℃超〜１４０℃、レベル５：８０℃超〜１１０℃、レベル６：８０℃以下）のいずれかを目標（冷却帯出側の鋼板温度の目標）として冷却した。その際、表１に基づき、初期の設定モード（電磁開閉弁のオンオフ状態）を目標温度域に対応するレベルに合わせ、通板冷却中は温度計９で鋼板３の温度（上面温度）を計測し、この計測温度が目標温度域に収まるように設定モードを切り替える（例えば初期レベル３とした場合、計測温度が１４０℃以下となったらレベル２へ、１７０℃超となったらレベル４へそれぞれ切り替え、１４０℃超〜１７０℃に復帰したらレベル３に戻すというふうにする）フィードバック制御を行った。

冷却後の鋼板について、目視によるコイル全長観察で板の波打ち等の形状不良が発生した長さの全長に対する比率（形状不良発生率）冷却ムラを評価し、従来の冷却方法で冷却した場合のそれと比較した。なお、従来では、冷却帯を通板方向に６ゾーンに区分し、ゾーンごとの水量オンオフは独立に行うが上下は同時オンオフとし、オンとするゾーンの選択のみにより冷却強さを制御していた。

前記冷却ムラの比較結果によると、実施例では形状不良発生率がいずれも５％未満であったのに対し、従来では７〜１０％程度であり、本発明の効果が明らかである。

本発明方法の実施形態の１例を示す模式図である。本発明に用いる装置の１例を示す模式図である。

符号の説明

１冷却帯
２ノズル群（２_１は下、２_２は上）
３鋼板（帯鋼板）
４開閉弁（電磁開閉弁、上流側から順に４_１，４_２，４_３は下、４_４，４_５，４_６は上）
５流調弁
６水
７水切りロール
８エアワイパー
９温度計
１０水切りロール
１１通板方向
１５加熱帯

Claims

連続炉の加熱帯を出て水平姿勢で搬送中の鋼板を、該鋼板の上下に配置したノズル群からの水吹き付けにより冷却する鋼板の冷却方法であって、前記上下のノズル群を鋼板搬送方向に複数のゾーンに分割してゾーンごとおよび上下ごとに独立の水量オンオフ制御を可能とし、最弱冷するときは最上流側のゾーンの下ノズル群のみオンに設定し、より強く冷却するときは、下ノズル群のみオンに設定するゾーンを、必要となる冷却強さの昇順に順次最下流側まで増やし、さらなる冷却強さの昇順に最上流側のゾーンから順次上ノズル群をオンに設定して、冷却を行うことを特徴とする鋼板の冷却方法。