JP5151049B2 - 冷延鋼板の冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼鈍後の鋼板を冷却設備に通板する際の冷延鋼板の冷却方法に関する。

冷延鋼板は、自動車、家電製品、鋼製家具、装飾品など、多くの用途に使用されている。特に近年は、これらの商品価値および製造歩留を高めるために、冷延鋼板の表面品質の厳格化がますます進んでいる。このため、冷延鋼板の表面性状改善の要求は厳しく、押疵欠陥、スリ疵欠陥などの機械的に発生する欠陥の管理はもちろんのこと、鋼板表面の変色、ステインなどのような腐食欠陥に関しても厳しい管理が要求されている。

冷延鋼板の製造において、連続焼鈍ラインにおける連続焼鈍炉出側の鋼板温度は通常８０〜１００℃程度であり、これを常温まで冷却する必要があるため、連続焼鈍炉出側には水冷槽が備えられているのが一般的である。また、鋼板を洗浄するための洗浄槽が備えられている場合もある。

従来、このような製造ラインで製造した鋼板表面に、局所的な腐食、いわゆるステインが発生する場合があった。このような局所的なステインは、通常では目立たない微小な凹凸欠陥部（軽度のヘゲ等の線状疵やスリ疵）と水冷槽や洗浄槽内における水中の溶存酸素との間で局部電池が形成され、凹凸欠陥部が選択的に腐食されて、そこがステインとして明瞭に浮き立ったものと推測されている。

このような局所的なステインの防止策として、特許文献１には、焼鈍後の鋼板を洗浄設備または水冷設備の水槽を通板させる際に、水槽内の水温を３０℃以下とすること、または複数の水槽間の大気に触れる領域を通板する鋼板表面に水温３０℃以下の水を噴射する方法が開示されている。

しかし、上記特許文献１の方法は、特に板厚の厚い鋼板については、鋼板の持込熱量が大きいため、上記の対策を行っても鋼板表面の温度は十分には下がらず、ステインの発生率が高いという問題があった。

このような問題に対し、特許文献２には、連続焼鈍炉出側に設けられた鋼板の水冷槽または洗浄槽の上流側に、鋼板表面に冷却水または洗浄液を噴射する液体噴射装置を設けた水冷設備または洗浄設備が開示されている。ここでは、連続焼鈍炉出側において鋼板の水冷または洗浄を行う際、水冷または洗浄の開始後１秒以内に鋼板の温度を４０℃以下にすることで、板厚の厚い鋼板においても、連続焼鈍炉出側の水冷設備または洗浄設備内で鋼板表面に発生する局所的なステインを抑制できるとしている。
特開２００３−２９３１７６号公報 特開２００５−２００７４５号公報

上記特許文献２に記載の水冷設備または洗浄設備を用いることで、連続焼鈍炉出側の鋼板温度が８０〜１００℃程度の鋼板については、板厚が２〜３ｍｍ程度と厚い鋼板についてもステイン（局所的腐食）の発生を効果的に抑制することができた。

一方、近年においては、生産性向上の更なる要求のもと、生産性を向上させるべく鋼板製造ラインにおける通板速度が上がってきている。連続焼鈍炉においても処理量向上のため通板速度が従来より上げられるようになってきた。また、製品サイズの多様化の要求に答えるため、板幅が広い鋼板の製造量が増加してきている。そして、連続焼鈍炉における通板速度の上昇や広幅鋼板の製造量の増加は、焼鈍炉の下流側に設けられる水冷設備への進入板温の上昇をもたらし、１００℃を超えるような場合、例えば１２０℃となるような場合も発生するようになった。さらには、鋼板が水冷設備へ持ち込む熱量が増加し、水冷槽の水温が上昇する等の問題も発生するようになった。

このような状況において、上記特許文献２に記載の水冷設備を用いた場合においても、特に板厚が２〜３ｍｍ程度の厚い鋼板において、鋼板表面の温度が十分には下がらず、ステインの発生率が上昇するといった問題が再発した。

そこで、本発明は、特に板厚が２〜３ｍｍ程度の厚い鋼板であっても、冷却設備への進入板温が、例えば１００℃を越えるような場合においても、ステインの発生を効果的に抑制することが可能な冷延鋼板の冷却方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決する方法について、鋭意検討を行った。ステインの発生を抑制するためには、連続焼鈍炉出側において鋼板の水冷を行う際、水冷の開始後１秒以内に鋼板の温度を４０℃以下にする必要がある。冷却設備により前記条件を満たすためには水冷の開始時において板温を１００℃以下にしておくことが必要であることがわかった。

そこで、本発明者らは、水冷開始前に１００℃を超える板温となっている鋼板の温度を水冷以外の方法、つまり、ステイン発生の原因となる局部電池形成をもたらす水冷にならない方法で冷却する方法について検討を行った。その中で、例えば圧縮空気を鋼板表面へ吹き付けるような空冷では、板厚の厚い、しかも１００℃を超える高温の鋼板を短時間で冷却するには冷却能力が足りないことがわかった。さらに検討を重ねた結果、冷却水をミスト状にして鋼板に吹き付けることにより、ステイン発生の原因となる局部電池形成をもたらすことなく、効果的に鋼板の温度を下げることができることを見出した。

本発明は上記知見に基づきなされたもので、以下のような特徴を有する。
［１］連続焼鈍炉出側における冷延鋼板の冷却方法であって、
鋼板表面にミスト状とした冷却水を噴霧して鋼板温度を１００℃以下に冷却するミスト噴霧ステップと、
鋼板の表面に冷却水を噴射および鋼板を水冷槽に浸漬することにより、前記ミスト噴霧ステップにより１００℃以下に冷却された鋼板にさらに水冷を行う水冷ステップとを有し、
前記水冷ステップにおける冷却開始後１秒以内に鋼板温度を４０℃以下に冷却することを特徴とする冷延鋼板の冷却方法。

本発明によれば、特に板厚が２〜３ｍｍ程度の厚い鋼板であっても、冷却設備への進入板温が、例えば１００℃を越えるような場合においても、ステインの発生を効果的に抑制することが可能な冷延鋼板の冷却方法が提供される。

以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。

図１に本発明に係る冷却設備の一実施形態を示す。図１に示す冷却設備１は、連続焼鈍炉の出側に設けられる。この冷却設備１は、鋼板２を、内部に貯える冷却水に浸漬させることで鋼板の冷却を行う水冷槽３と、この水冷槽３の液面より上方に、この水冷槽３に鋼板２が浸漬する直前の鋼板表面に冷却水を噴射する液体噴射手段４と、さらにこの液体噴射手段４の上流側で鋼板表面にミスト状とした冷却水を噴霧するミスト噴霧手段５とを備える。

図１においては、前記冷却設備１が水冷槽３を１槽のみ備えている場合を記載しているが、前記水冷槽３は１槽の場合に限られず、通板ライン方向に隣接させて複数有していてもよい。前記水冷槽３を複数有する場合は、前記液体噴射手段４およびミスト噴霧手段５は、連続焼鈍炉の出側に最も近接する水冷槽３に備えられる。また、前記水冷槽３を複数有する場合は、各水冷槽３間の鋼板通板部に面して、ライン上流側の水冷槽３を出た鋼板２の両面に冷却水を噴射する水噴射手段を設けることが好ましい。

前記液体噴射手段４は、鋼板２の両面側に鋼板に向けて冷却水を噴射する水噴射ノズル４ａ、４ｂを有しており、水冷槽３に鋼板２が浸漬する直前に鋼板の両面に冷却水を噴射する。鋼板表面に冷却水を噴射することにより、鋼板の冷却能力が向上し、効率的に冷却を行うことが可能となる。

前記ミスト噴霧手段５は、鋼板２の両面側に鋼板に向けてミスト状とした冷却水を噴霧する水噴霧ノズル５ａ、５ｂを有しており、前記液体噴射手段４の上流側で鋼板の両面にミスト状とした冷却水を噴霧する。ここで、前記水噴霧ノズル５ａ、５ｂから噴霧されるミストは、その平均粒子径が５０μｍ以下の微霧とすることが好ましい。なお、このようなミストは、例えば、２流体扇形ノズルを用いることで発生させることができる。

上記ミスト状とした冷却水を高温、例えば１００℃超の鋼板表面に吹き付けた場合、ミスト状の冷却水は鋼板表面に接触するとほとんど同時に蒸発する。このとき、鋼板から蒸発潜熱を奪うことで鋼板の冷却を行うが、ミスト状の冷却水は鋼板表面に接触後直ちに蒸発してしまうため鋼板表面に水分が残ることがない。そのため、ステイン発生の原因となる局部電池の形成が阻止でき、局部電池形成をもたらす水冷にならない冷却が可能となる。

ここで、前記水冷槽３、液体噴射手段４およびミスト噴霧手段５には、図示しない冷却水供給手段により冷却水が供給されるが、この冷却水供給手段には冷却水の温度調整、主に冷却を行うための温度調節機能を備えることが好ましい。鋼板の冷却により温度が上昇した冷却水の温度を下げて冷却効率の低下を防ぐためである。

次に、このような冷却設備を用いた冷延鋼板の冷却方法について図1を用いて説明する。

連続焼鈍炉から出た鋼板２は、冷却設備１により所定の温度に冷却された後、冷却設備１の出側に設けられた鋼板乾燥装置（図示せず）により乾燥される。

ここで、本発明に係る冷延鋼板の冷却方法は、連続焼鈍炉から出てきた鋼板２に対して、前記冷却設備１において、まず、ミスト噴霧手段５により鋼板表面にミスト状とした冷却水を噴霧して鋼板温度を所定温度以下に冷却するものである（ミスト噴霧ステップ）。前記所定温度とは、次段の水冷ステップにおいて、冷却開始後１秒以内に鋼板温度を４０℃以下に冷却することが可能な上限の温度以下の温度を指し、本実施形態においては１００℃以下の温度となる。なお、前記上限の温度は、次段の水冷ステップにおいてその実施手段として用いられる液体噴射手段４および水冷槽３の冷却能力等により、その値が変わってくるものである。

上述したように、前記ミスト状とした冷却水としては、その平均粒子径が５０μｍ以下の微霧とすることが好ましい。このようなミスト状の冷却水は、鋼板表面に接触後直ちに蒸発してしまうため、鋼板表面に水分が残ることがない。そのため、ステイン発生の原因となる局部電池の形成が阻止でき、局部電池形成をもたらす水冷にならない冷却が可能となる。

次に、前記ミスト噴霧ステップにより所定温度以下に冷却された鋼板の表面に、液体噴射手段４により冷却水を噴射し、さらに、前記鋼板を水冷槽３の冷却水中に浸漬して水冷を行う（水冷ステップ）。ここでは、前記液体噴射手段４による水冷開始である冷却水の噴射から１秒以内に鋼板温度を４０℃以下に冷却する。水冷開始後１秒以内としたのは、鋼板温度が４０℃以下となるまでの時間が１秒を超えると、ステインの発生率が高くなるためである。ステインの発生を完全に防止するためには、水冷開始後０．５秒以内に鋼板温度を４０℃以下とすることがより好ましい。

前記液体噴射手段４による冷却水の噴射圧力あるいは水量密度は、冷却水の温度も考慮し、水冷を開始後１秒以内に鋼板の温度を４０℃以下まで冷却できるように、適宜決定すればよい。通常は、冷却水の噴射圧力は２．０ｋｇ／ｃｍ^２以上とすることが好ましい。

なお、高温の鋼板２を水冷槽３へ連続的に供給すると、水冷槽３の冷却水の水温は上昇し、冷却能力が低下していく。したがって、水冷槽３内の冷却水は、図示しない温度調節機能を備えた冷却水供給手段により常時循環させるようにして、水冷槽３内の冷却水温を常に３０℃以下に保つようにすることが好ましい。また、液体噴射手段４およびミスト噴霧手段５から噴射或いは噴霧する冷却水も、前記冷却水供給手段から供給される冷却水を使用することが好ましい。前記冷却水の水温は、上記特許文献１に示されているように、ステインを抑制するため水冷槽３中の水温と同様に３０℃以下であることが好ましい。

なお、本発明においては、前記ミスト噴霧ステップでのミスト噴霧手段５による鋼板の冷却能力が高いため、前記水冷ステップにおいてその実施手段として用いられる液体噴射手段４および水冷槽３は、共に備える必要がない場合もある。その場合は、それぞれの冷却能力等を考慮して、どちらかを選択して配置すればよい。

また、上記実施形態で説明した冷却設備は洗浄設備であってもよい。すなわち、本実施形態で説明した冷却設備１、水冷槽３および冷却水は、それぞれ洗浄設備、洗浄槽および洗浄液であってもよく、以上で説明した本実施形態と同様の効果が得られる。

さらに、上記実施形態で説明では、冷却設備が連続焼鈍炉出側に設置された場合について説明したが、焼鈍後の鋼板では凹凸欠陥部に発生する局所的なステインが同様に問題となることから、焼鈍後の高温の鋼板を冷却又は洗浄する工程を含む製造ラインであれば、どのようなラインにおいても同様の効果を得ることができる。

図１に示す冷却設備を備えた連続焼鈍ラインを用いて、冷延鋼板の製造を行った。用いた鋼板は、板厚０．５〜３．０ｍｍの炭素鋼とした。また、鋼板の搬送速度は約６０〜３００ｍｐｍの範囲で板厚に応じた適切な値とした。

冷却設備の水冷槽３の水温、液体噴射手段４およびミスト噴霧手段５の使用条件は、以下の２通りで行った。
［１］本発明例：水冷槽内水温２５〜３０℃、水噴射手段使用（噴射水温約２５〜３０℃）、ミスト噴霧手段使用（ミスト平均粒子径５０μｍ以下）
［２］比較例：水冷槽内水温２５〜３０℃、水噴射手段使用（噴射水温約２５〜３０℃）、ミスト噴霧手段不使用
なお、水噴射手段４による冷却水の噴射圧力は２．５〜３．０ｋｇ／ｃｍ^２とした。

図２は、上記の条件における鋼板表面温度変化を計算により求めたものであり、一例として、板厚２．７ｍｍ、鋼板の搬送速度６５ｍｐｍ、冷却設備入側での鋼板温度１２０℃の場合を示している。比較例では、水噴射手段による冷却開始時の鋼板表面温度は１２０℃であり、冷却開始後、鋼板表面温度を４０℃まで冷却するのに要する時間は１秒を超えている。一方、本発明例では、ミスト噴霧手段を用いることにより、鋼板表面温度が１２０℃から１００℃へ冷却され、この温度から水噴射手段による水冷が開始されるため、鋼板表面温度を４０℃まで冷却するのに要する時間は１秒以内である。

以上のような条件により、それぞれ一定期間の冷延鋼板の製造を行い、ステインの発生率を比較した。なお、ステインの発生率は、局部腐食により浮き出る代表的な凹凸欠陥である幅０．５ｍｍ程度以上の微小な線状疵の発生率を指標とした。

その結果、本発明例の場合、ステイン発生率は、比較例の約２／３へ大幅に低下し、本発明の効果が確認できた。

本発明に係る冷却設備の一実施形態を示す概略図である。 実施例における本発明例と比較例の鋼板表面温度変化の一例を示す図である。

符号の説明

１ 冷却設備
２ 鋼板
３ 水冷槽
４ 液体噴射手段
５ ミスト噴霧手段

Claims (1)

1. 連続焼鈍炉出側における冷延鋼板の冷却方法であって、
   鋼板表面にミスト状とした冷却水を噴霧して鋼板温度を１００℃以下に冷却するミスト噴霧ステップと、
   鋼板の表面に冷却水を噴射および鋼板を水冷槽に浸漬することにより、前記ミスト噴霧ステップにより１００℃以下に冷却された鋼板にさらに水冷を行う水冷ステップとを有し、
   前記水冷ステップにおける冷却開始後１秒以内に鋼板温度を４０℃以下に冷却することを特徴とする冷延鋼板の冷却方法。

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