JP5181137B2 - 冷却装置、熱延鋼板の製造装置、及び熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置、熱延鋼板の製造装置、及び製造方法に関し、詳しくは冷却水の排水性に優れ、高い冷却能力を確保することができる冷却装置、熱延鋼板の製造装置、及び熱延鋼板の製造方法に関する。

自動車用や構造材用等として用いられる鋼材は、強度、加工性、靭性といった機械的特性に優れることが求められ、これらの機械的特性を総合的に高めるには、鋼材の組織を微細化することが有効である。そのため、微細な組織を有する鋼材を得るための方法が数多く模索されている。また、組織の微細化によれば、合金元素の添加量を削減しても優れた機械的性質を具備した高強度熱延鋼板を製造することが可能となる。

組織の微細化方法としては、熱間仕上げ圧延の特に後段（複数の圧延機が並列された時の下流側鋼板のいずれかの圧延機）において、高圧下圧延を行ってオーステナイト粒を微細化するとともに鋼板に圧延歪を蓄積させ、圧延後に得られるフェライト粒の微細化を図ることが知られている。さらに、オーステナイトの再結晶や回復を抑制してフェライト変態を促進させるという観点から、圧延後のできるだけ短時間内に鋼板を６００℃〜７５０℃にまで冷却することが有効である。すなわち、熱間仕上げ圧延に引き続き、従来よりも早く冷却することが可能な冷却装置を設置し、圧延後の鋼板を急冷することがよい。そして、このように圧延後の鋼板を急冷するには、冷却能力を高めるために、鋼板に噴射される単位面積当りの冷却水量、すなわち、冷却水の水量密度（「冷却水量密度」と記載することもある。）を大きくすることが効果的である。

しかしながら、このように冷却水量密度を大きくすると、給水と排水との関係で、鋼板上面には該鋼板の上面に溜まる水（滞留水）が増加してしまう問題がある。滞留水の増加により、鋼板と冷却ノズルとの間に配置され、冷却ノズルから噴射された冷却水を通過させる孔を有する上面ガイドに、上記滞留水が達していわゆるオーバーフローを生じることがある。オーバーフローが生じると次のような不具合を起こすことがある。

（１）滞留水が厚く形成されることにより、冷却ノズルからの冷却水の噴流が減衰する。さらに滞留水が厚くなり、冷却ノズルの噴射口にまで冷却水が達すれば、噴流の減衰も大きくなる。
（２）滞留水の排出に際し、上面ガイドとの接触による流動抵抗が生じるので排水性が低下する。
（３）オーバーフローした水は制御し難いため、他の部位へ流れ込む等して予期せぬ弊害を招く虞がある。

すなわち、このような不具合により、高い冷却能力を発揮することができなくなる点が問題となり、鋼板に噴射する冷却水の水量密度を大きくすることが効果的に行えなくなる場合がある。

鋼板上面側の排水に関しては、特許文献１、２のような技術が開示されている。特許文献１に記載の熱延鋼帯の冷却装置では、上面ガイドに孔を設け、ここを通じて冷却水が供給されるとともに、当該孔が滞留水をオーバーフローさせる孔としても機能するように構成されている。
また、特許文献２に記載の鋼板の冷却装置では、上面ガイドに冷却水を供給するための孔とオーバーフローのためのスリットを別個に設け、滞留水の排水の円滑を図り、冷却能力の低下を抑制することができる。

特許第３７７０２１６号公報 特許第４０２９８７１号公報

しかしながら、上記した上面ガイドの構成を備える冷却装置では、オーバーフローが生じること、すなわち、滞留水が上面ガイドにまで達することが前提である。これに対してさらに供給する冷却水の水量密度や供給量を増加させて、冷却能力を向上させることを考えると、排水性向上に対してさらなる技術を提供する必要があった。

上面ガイドを高い位置に配置すれば、オーバーフローの可能性を低減することはできるが、鋼板と冷却ノズルとの接触による冷却ノズルの破損を避けるため、上面ガイドは冷却ノズルの噴射口よりも低い位置に設ける必要がある。そして当該冷却ノズルは冷却能力の低下を抑えるためにできるだけ鋼板に近い位置（低く）設けることが望まれる。従って、上面ガイドも可能な限り低い位置に配置されることが好ましい。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、冷却水の水量密度の増加にも対応して排水が適切に行われ、これにより高い冷却能力を確保することができる鋼板の冷却装置を提供することを課題とする。また、これを用いた熱延鋼板の製造装置、及び熱延鋼板の製造方法を提供する。

以下、本発明について説明する。

請求項１に記載の発明は、熱間仕上げ圧延機列より下流側に配置され、パスラインの上方からパスラインに向けて冷却水を供給可能で、パスラインの方向に並列された複数の冷却ノズル、及び、パスラインと冷却ノズルとの間に配置される上面ガイド、を備える冷却装置であって、冷却ノズルは、冷却水量密度０．１６（ｍ^３／（ｍ^２・秒））以上で冷却水を噴射可能であるとともに、噴射する冷却水量密度をｑ_ｍ（ｍ^３／（ｍ^２・秒））、冷却ノズルのパスライン方向ピッチをＬ（ｍ）、上面ガイドの下面とパスラインとの距離をｈ_ｐ（ｍ）、均一冷却幅をＷ_ｕ（ｍ）、冷却ノズルのパスライン方向１ピッチあたりの、鋼板幅方向に流れる排水の仮想流路断面積をＳ（ｍ^２）、としたとき、

が成立することを特徴とする冷却装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷却装置において、上面ガイドが、パスラインと上面ガイドとの距離がパスライン方向で変化する形態を有し、ｈ_ｐの代わりに、上面ガイドの相当高さｈ_ｐ’が適用される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の冷却装置において、上面ガイド及び冷却ノズルの少なくとも一方が、上下方向に移動可能とされていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、熱間仕上げ圧延機列、及び該熱間仕上げ圧延機列の下流側に配置される請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置を備え、冷却装置の上流側端部は熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドの内側に配置されていることを特徴とする熱延鋼板の製造装置である。

請求項５に記載の発明は、熱間仕上げ圧延機列より下流側に配置された冷却装置により、仕上げ圧延後に鋼板の少なくとも上面に冷却水を供給し、鋼板を冷却する工程を含む熱延鋼板の製造方法であって、冷却装置に設けられる冷却ノズルからの冷却水量密度を、０．１６（ｍ^３／（ｍ^２・秒））以上であるｑ_ａ（ｍ^３／（ｍ^２・秒））とし、冷却ノズルの通板方向ピッチをＬ（ｍ）、冷却装置に配置された上面ガイドの下面と通板される鋼板の上面との距離をｈ_ａ（ｍ）、通板される鋼板の板幅をＷ_ａ（ｍ）、冷却ノズルの通板方向１ピッチあたりの、鋼板幅方向に流れる排水の仮想流路断面積をＳ_ａ（ｍ^２）、としたとき、

が成立することを特徴とする熱延鋼板の製造方法である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の熱延鋼板の製造方法において、上面ガイドが、鋼板と上面ガイドとの距離が通板方向で変化する形態を有するときには、ｈ_ａの代わりに、上面ガイドの相当高さｈ_ａ’を適用する。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の熱延鋼板の製造方法において、上面ガイド、及び冷却ノズルの少なくとも一方が、上下方向に移動可能とされていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれかに記載の熱延鋼板の製造方法において、冷却装置は、該冷却装置の上流側端部が熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドの内側に配置されることを特徴とする。

本発明により、冷却水の水量密度を高くし、また、大量の冷却水を用いて冷却することができるとともに、その排水も円滑に行われ、組織が微細化された熱延鋼板を製造することが可能になる。すなわち、排水が円滑に行われる結果、滞留水の上面が上面ガイドにまで達することを防止でき、鋼板を効果的に冷却することが可能となる。また、このような円滑な排水は、鋼板の板幅方向の冷却ムラを抑制し、より均一な冷却を可能とする。

１つの実施形態にかかる鋼板の冷却装置が備えられる熱延鋼板の製造装置の一部を模式的に示した図である。 図２（ａ）は図１のうち、冷却装置が配置される部分で該冷却装置全体を含むように拡大した図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のうち上流側に注目した図である。 図２（ａ）の矢印ＩＩＩから見た図である。 冷却ノズルの説明をするための図である。 冷却ノズルの説明をするための他の図である。 式（１）を説明するための図である。 上面ガイドが傾斜した部位について説明する図である。 上面ガイドが凹凸を有している例について説明する図である。 上面ガイドが凹凸を有している他の例について説明する図である。

本発明の上記した作用および利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

図１は、１つの実施形態にかかる鋼板の冷却装置２０（以下、「冷却装置２０」と記載することがある。）を含む熱延鋼板の製造装置１０の一部を概略的に示した図である。図１では、鋼板１は紙面左（上流側、上工程側）から右（下流側、下工程側）の方向へと搬送されており、紙面上下が鉛直方向である。当該上流側（上工程側）・下流側（下工程側）方向を通板方向と記載することがあり、これに直交する方向で、通板される鋼板の板幅の方向を鋼板板幅方向と記載することがある。また、図において見易さのため、繰り返しとなる符号の記載は省略することがある。また、図１の視点において、鋼板１の定常圧延部分（先端部及び後端部以外の部分）が通過するラインをパスラインＰとして表わしている。従って、鋼板の定常圧延部分は、パスラインＰを通過する。

図１に示すように、熱延鋼板の製造装置１０は、熱間仕上げ圧延機列１１、冷却装置２０、搬送ロール１２、１２、…、ピンチロール１３を備えている。また図示及び説明は省略するが、熱間仕上げ圧延機列１１より上流側には、加熱炉や粗圧延機列等が配置され、熱間仕上げ圧延機列１１に入るための鋼板の条件を整えている。一方、ピンチロール１３の下流側には他の冷却装置や巻き取り機が設けられ、鋼板コイルとして出荷するための各種設備が配置されている。

熱延鋼板は概ね次のように製造される。すなわち、加熱炉から抽出され、粗圧延機で所定の厚さにまで圧延された粗バーが、温度を制御されながら連続的に熱間仕上げ圧延機列１１で所定の厚さに圧延される。その後、冷却装置２０内で急速に冷却される。ここに、冷却装置２０は、熱間仕上げ圧延機列１１の最終スタンド１１ｇにおいて、圧延ロール（ワークロール）を支持するハウジング１１ｇｈの内側に、当該最終スタンド１１ｇの圧延ロール１１ｇｗ、１１ｇｗ（図２参照）に極力近接するようにして設置されている。そして、ピンチロール１３を通過して他の冷却装置により所定の巻き取り温度まで冷却され、巻き取り機によりコイル状に巻き取られる。

以下、冷却装置２０を含め、熱延鋼板の製造装置１０（以下「製造装置１０」と記載することがある。）について詳しく説明する。図２は、図１のうち冷却装置２０が備えられた部位を拡大して示した図である。図２（ａ）は冷却装置２０の全体が表れるように拡大した図、図２（ｂ）は、さらに最終スタンド１１ｇの近傍に注目した図である。図３は、最終スタンド１１ｇの下流側から製造装置１０を見た模式図で、図２（ａ）に矢印ＩＩＩで示した方向から製造装置１０を見た図である。従って図３では紙面上下が製造装置１０の鉛直方向、紙面左右が鋼板板幅方向、及び紙面奥／手前方向が通板方向となる。

本実施形態における熱間仕上げ圧延機列１１は、図１からわかるように７機のスタンド１１ａ、１１ｂ、…、１１ｇが通板方向に沿って配列されている。ぞれぞれのスタンド１１ａ、１１ｂ、…、１１ｇは、各スタンドに含まれる圧延機が備えられ、最終製品において必要とされる厚さ、機械的性質、表面品質等の条件を満たすことができるように圧下率等の圧延条件が設定されている。ここで、各スタンド１１ａ、１１ｂ、…、１１ｇの圧下率は製造される鋼板が有するべき性能を満たすように設定されるが、高圧下圧延を行ってオーステナイト粒を微細化するとともに鋼板に圧延歪を蓄積させ、圧延後に得られるフェライト粒の微細化を図る観点から最終スタンド１１ｇにおいて圧下率が大きいことが好ましい。
各スタンド１１ａ、…、１１ｆ、１１ｇの圧延機は、実際に鋼板を挟んで圧下する一対のワークロール１１ａｗ、１１ａｗ、…、１１ｆｗ、１１ｆｗ、１１ｇｗ、１１ｇｗと、該ワークロール１１ａｗ、１１ａｗ、…、１１ｆｗ、１１ｆｗ、１１ｇｗ、１１ｇｗに外周同士を接するように配置された一対のバックアップロール１１ａｂ、１１ａｂ、…、１１ｆｂ、１１ｆｂ、１１ｇｂ、１１ｇｂとを有している。また、圧延機はワークロール１１ａｗ、１１ａｗ、…、１１ｆｗ、１１ｆｗ、１１ｇｗ、１１ｇｗ及びバックアップロール１１ａｂ、１１ａｂ、…、１１ｆｂ、１１ｆｂ、１１ｇｂ、１１ｇｂを内側に含み、スタンド１１ａ、…、１１ｆ、１１ｇの外殻を形成し、ワークロール１１ａｗ、１１ａｗ、…、１１ｆｗ、１１ｆｗ、１１ｇｗ、１１ｇｗ及びバックアップロール１１ａｂ、１１ａｂ、…、１１ｆｂ、１１ｆｂ、１１ｇｂ、１１ｇｂを支持するハウジング１１ａｈ、…、１１ｆｈ、１１ｇｈを備えている。該ハウジング１１ａｈ、…、１１ｆｈ、１１ｇｈは対向して立設された立設部（例えば最終スタンド１１ｇにおいては図３に表れている立設部１１ｇｒ、１１ｇｒ）を有している。すなわち、ハウジングの立設部は、図３からわかるように、鋼板１（パスラインＰ）を鋼板板幅方向に挟むように立設されている。また最終スタンド１１ｇの立設部１１ｇｒ、１１ｇｒは、冷却装置２０の一部及び鋼板１（パスラインＰ）を鋼板板幅方向に挟むように立設されている。

ここで、図２（ａ）にＬ１で示した、ワークロール１１ｇｗの軸中心とハウジング立設部１１ｇｒ、１１ｇｒの下流側端面との距離は、ワークロール１１ｇｗの半径ｒ１よりも大きいことが好ましい。これにより、Ｌ１−ｒ１に相当する部位には、後述するように冷却装置２０の一部を配置することができる。すなわち当該冷却装置２０の一部をハウジング１１ｇｈの内側に挿入するように設置することが可能である。
また、図３に示すように、冷却装置２０がハウジング立設部１１ｇｒ、１１ｇｒの間に挿入された部位において、冷却装置２０の鋼板板幅方向の両側部にはハウジング立設部１１ｇｒ、１１ｇｒが側壁として存在する。そして冷却装置２０の鋼板板幅方向端部とハウジング立設部１１ｇｒ、１１ｇｒとの間には所定の間隙が形成されている。

次に冷却装置２０について説明する。冷却装置２０は、上面給水手段２１、２１、…、下面給水手段２２、２２、…、上面ガイド３０、３０、…、及び下面ガイド３５、３５、…を備えている。

上面給水手段２１、２１、…は、鋼板１の上面側に、すなわちパスラインＰに上方から冷却水を供給する手段であり、冷却ヘッダ２１ａ、２１ａ、…、各冷却ヘッダ２１ａ、２１ａ、…に複数列をなして設けられた導管２１ｂ、２１ｂ、…、及び該導管２１ｂ、２１ｂ、…の先端に取り付けられた冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…を備えている。
本実施形態では、図２、図３からわかるように冷却ヘッダ２１ａは鋼板板幅方向に延在する配管であり、このような冷却ヘッダ２１ａ、２１ａ、…が通板方向に配列されている。
導管２１ｂは各冷却ヘッダ２１ａから分岐する複数の細い配管であり、その開口端部が鋼板１の上面側（パスラインＰ）に向けられている。導管２１ｂ、２１ｂ、…は、冷却ヘッダ２１ａの管長方向に沿って、すなわち鋼板板幅方向に複数、櫛歯状に設けられている。

各導管２１ｂ、２１ｂ、…の先端には冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…が取り付けられている。本実施形態の冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…は、扇状の冷却水噴流（例えば、５ｍｍ〜３０ｍｍ程度の厚さ）を形成可能なフラットタイプのスプレーノズルである。図４、図５に当該冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…により鋼板表面に形成される冷却水噴流の模式図を示した。図４は斜視図である。図５は当該噴流が鋼板表面に衝突したときの衝突態様を概略的に示した図である。図５において、白丸で表したのは冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…の直下の位置、太線で示したのは冷却水噴流の鋼板１への衝突位置、及び概形である。図４、図５には通板方向と鋼板板幅方向を併せて示している。また、図５に示した「……」は記載を省略した旨を表わしている。図５からわかるように、ある１つの冷却ヘッダ２１ａに配置される冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…により１つのノズル列（例えばノズル列Ａ、ノズル列Ｂ、ノズル列Ｃ）が形成される。
また、図４、図５からわかるように本実施形態では、隣り合うノズル列（例えばノズル列Ａとノズル列Ｂ、ノズル列Ｂとノズル列Ｃ）では、鋼板板幅方向の位置をずらすように配置し、さらにその隣のノズル列（例えばノズル列Ａとノズル列Ｃ）とは鋼板板幅方向位置が同じとなるように、いわゆる千鳥状配列としている。

本実施形態では、鋼板１の表面における鋼板板幅方向の全ての位置にわたって冷却水噴流を少なくとも２回通過できるように冷却ノズルを配置した。すなわち、通板される鋼板１のある点ＳＴは、図５の直線矢印に沿って移動する。その際にノズル列Ａで２回（Ａ１、Ａ２）、ノズル列Ｂで２回（Ｂ１、Ｂ２）、ノズル列Ｃで２回（Ｃ１、Ｃ２）、…というように、各ノズル列Ａ、Ｂ、Ｃにおいて当該ノズル列Ａ、Ｂ、Ｃに属する冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…からの噴流が２回衝突する。そのために、冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…の間隔Ｐ_Ｗ、冷却水噴流の衝突幅Ｌ_ｆ、ねじり角βとの間に、
Ｌ_ｆ＝２Ｐ_Ｗ／ｃｏｓβ
の関係が成り立つように、冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…を配置した。ここでは２回衝突するとしたが、これに限定されることはなく、３回以上衝突するように構成してもよい。なお、鋼板板幅方向における冷却能の均一化を図るという観点から、通板方向で隣り合うノズル列では、互いに逆の方向に冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…を捻った。

また、冷却ノズルの配列により冷却に関する「均一冷却幅」が定まる。これは、配置される複数の冷却ノズルの性質上、搬送される鋼板を均一に冷却することが可能である鋼板１の板幅方向の大きさを意味する。具体的には、鋼板の製造装置において製造できる最大の鋼板の幅と一致することが多い。具体的には例えば図５にＷ_ｕで示した大きさである。

ここで、本実施形態では、上記のように隣り合うノズル列Ａ、Ｂ、Ｃでは、互いに逆の方向に冷却ノズルを捻じった形態を説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、全てが同じ方向に捻じってある形態であってもよい。また、捻じり角（上記β）も特に限定されるものではなく、必要とされる冷却能力や設備配置の納まり等の観点から適宜決定することができる。
また、本実施形態では、上記利点の観点から通板方向に隣り合うノズル列Ａ、Ｂ、Ｃで冷却ノズルを千鳥状配列とする形態としたが、これに限定されるものではなく、冷却ノズルが通板方向に直線上に配列される形態であってもよい。

上面給水手段２１が備えられる位置のうち、鋼板の通板方向（パスラインＰの方向）の位置については特に限定されるものではないが、次のように構成されていることが好ましい。すなわち、熱間仕上げ圧延機列１１における最終スタンド１１ｇの直後に、該最終スタンド１１ｇのハウジング１１ｇｈの内側から当該最終スタンド１１ｇのワークロール１１ｇｗに極力近接するように冷却装置２０の一部を配置させる。これにより、熱間仕上げ圧延機列１１による圧延直後の鋼板１を急冷することが可能になるとともに、鋼板１の先端部を安定して冷却装置２０に誘導することができる。
上面給水手段２１の高さ位置については、後述する式（１）を満たすように配置された上面ガイド３０に沿ったものとされるが、図２からわかるように最終スタンド１１ｇのハウジング１１ｇｈ内の部位についてはパスラインＰ（鋼板１）に近づくように、すなわち低くなるように設けられている。

各冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…の冷却水噴射口から噴射される冷却水の噴射方向は鉛直方向を基本とする一方、最終スタンド１１ｇのワークロール１１ｇｗに最も近い冷却ノズルからの冷却水の噴射は、鉛直よりもワークロール１１ｇｗの方向に傾けられることが好ましい。これにより、鋼板１が最終スタンド１１ｇで圧下されてから冷却が開始されるまでの時間をより一層短くし、圧延で蓄積された圧延歪が回復する時間をほぼゼロにすることも可能となる。従って、より微細な組織を有する鋼板を製造することができる。

下面給水手段２２、２２、…は、鋼板１の下面側に冷却水を供給する、すなわちパスラインＰの下方から冷却水を供給する手段であり、冷却ヘッダ２２ａ、２２ａ、…、各冷却ヘッダ２２ａ、２２ａ、…に複数列をなして設けられた導管２２ｂ、２２ｂ、…、及び該導管２２ｂ、２２ｂ、…の先端に取り付けられた冷却ノズル２２ｃ、２２ｃ、…を備えている。下面給水手段２２、２２、…は、上記した上面給水手段２１、２１、…に対向して設けられ、冷却水の噴射方向が異なるが、概ね上面給水手段２１、２１、…と同様であるのでここでは説明を省略する。

次に上面ガイド３０、３０、…について説明する。上面ガイド３０、３０、…は、上面給水手段２１とパスラインＰ（鋼板１）との間に配置され、鋼板１の先端を通すときに、該鋼板１の先端が導管２１ｂ、２１ｂ、…や冷却ノズル２１ｃ、２１ｃに引っ掛からないように設けられた板状の部材である。また、上面ガイド３０、３０、…には上面給水手段２１からの噴流を通過させる流入孔が設けられている。これにより、上面給水手段２１からの噴流が上面ガイド３０、３０、…を通過して鋼板１の上面に達し、適切な冷却をすることが可能となる。ここで用いられる上面ガイド３０の形状は特に限定されるものではなく公知の上面ガイドを用いることが可能である。

上面ガイド３０、３０、…は、図２に示したように配置される。本実施形態では３つの上面ガイド３０、３０、３０が用いられ、これがパスラインＰのライン方向に配列される。いずれの上面ガイド３０、３０、３０も冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…の高さ方向位置に対応するように配置されている。
上面ガイド３０、３０、…の高さ位置については、後述する式（１）を満たすように配置されるが、図２（ａ）、図２（ｂ）からわかるように最終スタンド１１ｇのハウジング１１ｇｈ内の部位については、ノズル２１ｃ、２１ｃ、…の高さ位置に合わせてパスラインＰ（鋼板１）に近づくように傾斜して設けられている。

下面ガイド３５、３５、…は、下面給水手段２２とパスラインＰ（鋼板１）との間に配置される板状の部材である。これにより、特に鋼板１を製造装置１０に通す際に、鋼板１の最先端が下面給水手段２２、２２、…や搬送ロール１２、１２、…に引っ掛かることを防止できる。また、下面ガイド３５、３５、…には下面給水手段２２、２２、…からの噴流を通過させる流入孔が設けられている。これにより、下面給水手段２２、２２、…からの噴流が該下面ガイド３５を通過して鋼板１の下面に達し、鋼板１の適切な冷却をすることが可能となる。ここで用いられる下面ガイド３５の形状は特に限定されるものではなく公知の下面ガイドを用いることが可能である。

このような下面ガイド３５、３５、…は、図２に示したように配置される。本実施形態では４つの下面ガイド３５、３５、…が用いられ、ワークロール１１ｇｗ、ピンチローラ１３、搬送ロール１２、１２、１２間のそれぞれに配置される。いずれの下面ガイド３５、３５、…も搬送ロール１２、１２、…の上端部に対してあまり低くならない高さに配置される。

本実施形態では下面ガイドを備えた例を説明したが、下面ガイドは必ずしも設けられなくてもよい。

製造装置１０の搬送ロール１２、１２、…は、鋼板１を下流側に搬送するためのロールであり、パスラインＰのライン方向に所定の間隔で配列されている。

ピンチローラ１３は、水切りを兼ねており、冷却装置２０の下流側に設けられている。これにより、冷却装置２０内で噴射された冷却水が下流側へと流出することを防止できる。さらには、冷却装置２０における鋼板１の波打ちを抑制して、特に、鋼板１の先端が巻き取り装置に噛み込まれる前の時点における鋼板１の通板性を向上させることができる。ここでピンチローラ１３のロールのうち上側のロール１３ａは図２（ａ）に示したように上下に移動可能とされている。

上記した熱延鋼板の製造装置１０により例えば次のように鋼板の製造をおこなう。すなわち、鋼板１が巻き取り機により巻き取られ、次の鋼板１の圧延が開始されるまでの非圧延時間では冷却装置２０における冷却水の噴射は停止される。そして、冷却装置２０の下流側に配置されたピンチローラ１３は、上記非圧延時間中に、冷却装置２０の上面ガイド３０よりも高い位置まで上側ロール１３ａが移動され、その後、次の鋼板１の圧延が開始される。
当該次の鋼板１の先端がピンチローラ１３に到達したときに冷却水の噴射による冷却を開始する。また、鋼板１の先端がピンチローラ１３を通過した直後に上側ロール１３ａを下降させ、鋼板１のピンチを開始する。このとき鋼板１の上面側に供給された冷却水は、鋼板１の冷却に供された後、図３にＤ、Ｄで示したように、鋼板１の鋼板板幅方向両端から排水される。

鋼板１の先端が冷却装置２０内へと搬送される前から冷却水の噴射を開始することで、鋼板１の先端における非定常冷却部の長さを短くすることが可能になるほか、噴射される冷却水により、鋼板１の通板性を安定化させることが可能になる。すなわち、鋼板１が浮き上がって上面ガイド３０へと近づこうとする場合には、鋼板１が冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ、…より噴射される冷却水噴流から受ける衝突力が増し、鋼板１に鉛直方向下向きの力が作用する。そのため、鋼板１が上面ガイド３０へと衝突した場合であっても、冷却水噴流から受ける衝突力によりによりその衝撃力が緩和されるとともに、鋼板１と上面ガイド３０との摩擦熱が低減されるため、鋼板表面に生じる擦り疵を低減することが可能になる。
従って、このように操業される冷却装置２０を熱間仕上げ圧延機列１１の下流側に備える熱延鋼板の製造装置１０により熱延鋼板を製造すれば、高い冷却水量密度、大量の冷却水を用いて冷却することが可能になる。すなわち、かかる製造方法により熱延鋼板を製造することで、組織が微細化された熱延鋼板を製造することが可能になる。

また、熱間仕上げ圧延機列での通板速度は通板開始部分を除いて一定としてもよい。これにより、鋼板全長に亘って機械的強度が高められた鋼板を製造することができる。

本実施形態の冷却装置２０は、さらに次のような特徴を有する。図６に示した図を参照しつつ説明する。図６は、冷却装置２０の一部を拡大して模式的に表わした図であり、上面給水手段２１、２１、…、上面ガイド３０、及びパスラインＰの位置関係を示している。図６では紙面左が上流側、紙面右が下流側であり、紙面上下が製造装置１０の鉛直方向である。従って紙面奥／手前方向が鋼板板幅方向となる。

パスラインＰのライン方向に隣り合う上面給水手段２１、２１間のピッチをＬ（ｍ）、ノズル２１ｃから噴射する冷却水の水量密度をｑ_ｍ（ｍ^３／ｍ^２・秒）、冷却装置の均一冷却幅Ｗ_ｕ（ｍ）（図５参照）、図６に斜線で示した１つの上面給水手段２１から噴射された水が排水される仮想流路の断面積をＳ（ｍ^２）、及びパスラインＰと上面ガイド３０の下面までの距離をｈ_ｐ（ｍ）としたとき、以下の式（１）を満たす。

ここで仮想流路の断面積Ｓ（ｍ^２）は次のように求めることができる。
鋼板１の上面に噴射された冷却水が鋼板板幅方向へ排水される可能性のある断面積Ｓ_ａｌｌは１つの上面給水手段２１当たり、次式（２）で表わされる。

しかしながら、当該Ｓ_ａｌｌには、噴射された冷却水が横切る部分を含んでおり、実質的に当該横切る部分は排水のための流路断面積から除外することが必要である。そこで、除外する面積をＳ_ｊ（ｍ^２）とするとこれは次式（３）で表わすことができる。

ここで、Ｌ_ｊ１は、図６に表わしたように、噴流の噴流方向断面のうち、上面ガイド３０を通過する部位における該断面の通板方向長さ（ｍ）である。一方、Ｌ_ｊ２は、パスラインＰ上における同様の長さ（ｍ）である。従って、仮想流路断面積Ｓは次の式（４）から算出することができる。

式（４）及びこれを代入した式（１）は、どのような形式のノズルについても適用することができる。
例としてノズルをフラットノズルとし、その通板方向の広がり角をθ_ｎとすれば、上記Ｌ_ｊ１、及びＬ_ｊ２は式（５）、式（６）のように表わすことができる。

ここで、ｈ_ｎ（ｍ）は、ノズルの先端とパスラインＰとの距離を意味する。

また、式（１）において、機械的性質のよい、組織が微細化された熱延鋼板を製造する観点から冷却水の水量密度ｑ_ｍの大きさは０．１６ｍ^３／（ｍ^２・秒）（１０ｍ^３／（ｍ^２・分））以上とする。

上記の考え方に基づき、後述する実施例等の各種実験等によって、上記式（１）を満たすような鋼板の冷却装置、及びこれを備える熱延鋼板の製造装置によれば、高い冷却水の水量密度、大量の冷却水を用いて冷却することができるとともに、その排水も円滑に行われることがわかった。すなわち、かかる熱延鋼板の製造装置により熱延鋼板を製造することで、組織が微細化された熱延鋼板を製造することが可能になる。具体的には、排水が円滑に行われる結果、滞留水の上面が上面ガイド３０にまで達することを防止することができ、鋼板１を効果的に冷却することが可能となる。また、このような円滑な排水は、鋼板１の鋼板板幅方向の冷却ムラを防止し、より均一な冷却が可能となる。

式（１）の左辺は、供給される冷却水の水量に対する確保される排水路断面積の比率、すなわち排水される流速と、鋼板１の上面から上面ガイド３０の下面までの距離ｈ_ｐとの関係で決まる値と、の比率が高まると、排水が困難となることを表している。

上記式（１）〜式（６）では上面ガイド３０がパスラインＰと略平行に配置された部位について説明した。これに対して図２（ｂ）に示したように上面ガイド３０が傾斜して配置された部位についても同様に考えることができる。図７に、当該部位における図６に相当する図を示した。

このように上面ガイド３０が傾斜して配置された場合には、式（１）〜式（６）において、パスラインＰと上面ガイド３０の下面までの距離ｈ_ｐの値の代わりに相当高さｈ_ｐ’を適用する。本形態では相当高さｈ_ｐ’は次式（７）から求まる。

ここで、ｈ_ｐ１は、図７からわかるようにＳ_ａ１１を構成する部位のうち上工程側におけるパスラインＰと上面ガイド３０の下面までの距離である。一方、ｈ_ｐ２は、Ｓ_ａ１１を構成する部位のうち下工程側におけるパスラインＰと上面ガイド３０の下面までの距離である。

このように、式（１）は、パスラインＰ（鋼板１）と上面ガイド３０の間を流れる冷却水の流量と、冷却水が流れる仮想流路断面積より、パスラインＰ（鋼板１）と上面ガイド３０との距離を決めるものであることから、パスラインＰ（鋼板１）に対して上面ガイド３０が平行に配置されていない場合に対しても、その考え方を適用できる。特に図２（ｂ）に示した部位の急冷は、フェライト粒の微細化を図る上で重要であるが、単に冷却水の水量密度を大きくするのではなく、冷却水の水量密度の上限を式（１）の範囲に抑えることで滞留水のオーバーフローを抑制できるため、効果的な冷却に有効である。

ここまでは上面ガイド３０が平板状である例を説明したが、排水性を向上させる観点から凹凸形状を有する上面ガイドを適用してもよい。図８に、上面ガイド３０’を適用した１つの例を示した。図８は、図６、図７に相当する図である。

図８の例では、上面ガイド３０’において、冷却ノズル２１ｃが配置される部位ではパスラインＰと上面ガイド３０’下面との距離がｈ_ｐである。一方、隣接する冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ間ではパスラインＰと上面ガイド３０’とはｈ_ｐ＋ｈ’の高さとされている。
このような上面ガイド３０’が適用された場合にも、基本的には式（１）〜式（７）と同様の考え方を適用することができる。ただし、上面ガイド３０’を適用したことによる排水のための仮想流路断面積の増加を考慮し、式（１）のＳ、ｈ_ｐに代えて、変更された仮想流路断面積Ｓ’、及び相当高さｈ_ｐ’を適用する。本形態では、Ｓ’は式（８）、ｈ_ｐ’は式（９）からそれぞれ求めることができる。

ここで式（８）のＳ_１’は、図８にハッチングで示したように高さｈ_ｐの部位における仮想流路断面積であり、式（１）のＳと同様である。一方、式（８）のＳ_２’は、図８に薄墨で表したように高さｈ’の部位における仮想流路断面積である。従って、上面ガイド３０’の場合には、式（１）に仮想流路断面積Ｓの代わりに式（８）により求まる変更された仮想流路断面積Ｓ’を代入する。

式（９）は、上面ガイド３０’における相当高さｈ_ｐ’を算出する式である。ここで、ｒは仮想流路断面積の面積拡大率であり、本形態ではＳ’／Ｓ_１’で算出される。従って上面ガイド３０’でも相当高さｈ_ｐ’を用いることにより式（１）を適用することが可能である。

このように上面ガイド３０’が適用されていることにより冷却水の排水のための断面積が拡大され、さらに排水性を向上させることができる。

図９にも凹凸を有する上面ガイドの例を示した。図９は上面ガイド３０”を適用した例で、図６、図７に相当する図である。

図９の例では、上面ガイド３０”において、隣り合う冷却ノズル２１ｃ、２１ｃ間の部位でパスラインＰと上面ガイド３０”下面との距離がｈ_ｐである。一方、冷却ノズル２１ｃが配置された部位ではパスラインＰと上面ガイド３０”とはｈ_ｐ＋ｈ”の高さとされている。
このような上面ガイド３０”が適用された場合にも、基本的には式（１）〜式（７）と同様の考え方を適用することができる。ただし、上面ガイド３０”を適用したことによる排水のための仮想流路断面積の増加を考慮し、式（１）のＳ、ｈ_ｐに代えて、変更された仮想流路断面積Ｓ’、及び相当高さｈ_ｐ’を適用する。本形態では、Ｓ’は式（１０）、ｈ_ｐ’は式（１１）からそれぞれ求めることができる。

ここで式（１０）のＳ_１”は、図９にハッチングで示したように高さｈ_ｐの部位における仮想流路断面積であり、式（１）のＳと同様である。一方、式（１０）のＳ_２”は、図９に薄墨で表したように高さｈ”の部位における仮想流路断面積である。従って、上面ガイド３０”の場合には、式（１）に仮想流路断面積Ｓの代わりに、式（１０）により求まる変更された仮想流路断面積Ｓ’を代入する。

式（１１）は、上面ガイド３０”における相当高さｈ_ｐ’を算出する式である。ここで、ｒは仮想流路断面積の面積拡大率であり、本形態ではＳ’／Ｓ_１”で算出される。従って上面ガイド３０”でも相当高さｈ_ｐ’を用いることにより式（１）を適用することが可能である。

このように上面ガイド３０”が適用されていることにより冷却水の排水のための断面積が拡大され、さらに排水性を向上させることができる。

図７〜図９で示したように、パスラインＰと上面ガイドとの距離が通板方向（パスライン方向）で変化するときには、上記のように相当高さｈ_ｐ’を用いることにより式（１）の関係を適用することができる。

また、冷却装置２０を用いて熱延鋼板を製造する際には、式（１２）を満たすように製造することができる。すなわち、通板方向に隣り合う上面給水手段２１、２１間のピッチをＬ（ｍ）、ノズル２１ｃから噴射される冷却水の水量密度をｑ_ａ（ｍ^３／ｍ^２・秒）、通板される鋼板の板幅Ｗ_ａ（ｍ）、図６に斜線で示した１つの上面給水手段２１から噴射された水が排水される仮想流路の断面積をＳ_ａ（ｍ^２）、及び通板される鋼板１の上面から上面ガイド３０の下面までの距離をｈ_ａ（ｍ）としたとき以下の式（１２）を満たすように冷却する。

ここで、Ｓ_ａ（ｍ^２）は、上記した式（２）〜式（７）において、上面ガイド３０とパスラインＰとの距離ｈ_ｐに代えて鋼板１との距離ｈ_ａに基づいて算出するように変更して求めることができる。
図７〜図９で示したように、パスラインＰと上面ガイドとの距離が通板方向（パスライン方向）で変化するときも、変更された仮想流路断面積Ｓ’に対応するＳ_ａ’を用い、上記した相当高さｈ_ｐ’に対応する相当高さｈ_ａ’を用いればよい。

また、式（１２）において、機械的性質のよい、組織が微細化された熱延鋼板を製造する観点から冷却水の水量密度ｑ_ａの大きさは０．１６ｍ^３／（ｍ^２・秒）（１０ｍ^３／（ｍ^２・分））以上とする。

かかる熱延鋼板の製造方法によれば、製造装置の他の部位との関係や周辺環境の制約に対応しつつ、上記式（１２）を満たすための製造の条件、及び／又は冷却水の噴射条件等を与えることが可能となる。

以上説明した冷却装置２０、これを備える製造装置１０、及び熱延鋼板の製造方法によれば、例えば、必要な冷却能力を得るための冷却水量密度、鋼板の幅、及び冷却ノズルのピッチが決まっていた場合には、上面ガイドの位置を式（１）、式（１２）を満たすように設定することができる。
また、冷却装置２０のように、その上流側で上面ガイド３０をパスラインＰに近付ける必要がある場合、すなわち式（１）におけるｈ_ｐ、式（１２）におけるｈ_ａが決まっているときがある。かかる場合には、式（１）、式（１２）を満たすように冷却水量密度、冷却ノズルのピッチを変更することができ、それをどの程度行えば良いかについて予め知ることが可能である。

また、上面ガイド３０の高さ位置の上限については、通板性の観点から１ｍであることが好ましい。

以上のように、本実施形態の鋼板の冷却装置、熱延鋼板の製造装置、及び熱延鋼板の製造方法により、熱延鋼板の製造において、高い冷却水量密度による冷却が必要なときにも、適切な排水が可能となり、その高い冷却能力を効率良く活かすことができる。

さらに上記実施形態の鋼板の冷却装置、熱延鋼板の製造装置、及び熱延鋼板の製造方法の変形例として次のような形態を挙げることができる。すなわち、冷却装置の上面ガイド及び冷却ノズルの少なくとも一方の高さ位置を移動可能に構成してもよい。これによれば、上記式（１）、式（１２）におけるｈ_ｐ、ｈ_ａを、状況に応じて変更することができ、さらなる適切な排水性を確保して、高い冷却能力を活かすことが可能となる。
ただし、このときには、上面ガイドの下面が上面給水手段の冷却ノズルの下端よりも高くならないものとする。通板に影響を及ぼすからである。

上面ガイドを上下方向に移動させる手段は特に限定されるものではないが、例えばワークロールの交換時に上面ガイドを退避させるアーム、レールと上面ガイドとの連結部にシリンダを設ける、又はアームやレールそのものを上下移動させること等によりおこなうことができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。実施例では、上記した式（１２）について各要素を変更し、排水性との関係を明らかにした。表１〜表５に条件及び結果を示した。
表１〜表３は上面ガイドが平板状であり、パスラインＰと上面ガイドとの距離が通板方向（パスライン方向）で一定の例である。表１は鋼板の幅が１．０ｍ、表２は鋼板の幅が１．６ｍ、および表３は鋼板の幅が２．０ｍの場合である。
表４、表５は、図８に示したように上面ガイドが凹凸を有している例であり、パスラインＰと上面ガイドとの距離が通板方向（パスライン方向）で変化する例である。表４が図８のｈ’＝０．１ｍの例、表５が図８のｈ’＝０．２ｍの例である。鋼板の幅はいずれも２．０ｍとした。

また、各表において、排水性の評価は次のようにおこなった。すなわち、上面ガイドに設けられた、冷却水噴流が通過する孔からの逆流した排水により、冷却ノズルの先端が水没したときを×、しなかったときを○とした。これは、冷却ノズルの先端が水没すると、冷却水の噴流の形態が気中液ジェット（空気中を通過するジェット）から液中液ジェット（水中を通過するジェット）に変化し、噴流の減衰が著しくなって、熱延鋼板への衝突力が大きく低下するためである。

表４、表５の例では、上記したように上面ガイドに凹凸が形成されている例であるから、式（８）、式（９）を用いて変更された仮想流路断面積Ｓ_ａ’（Ｓ’）、及び相当高さｈ_ａ’（ｈ_ｐ’）を算出し、これに基づいて式（１２）の左辺の計算を行った。

以上表１〜表５からわかるように、式（１２）の左辺が１を超えるときには、排水性に問題が生じることがわかった。また、パスラインと上面ガイドとの距離が通板方向（パスライン方向）で変化する上面ガイドである場合には、上記説明したように相当高さｈ_a’（ｈ_ｐ’）を用いて排水性を予め知ることができることがわかる。
また、表４、表５の結果を表３の結果と比較すると、仮想流路断面積の拡大により排水性が向上していることもわかる。

１ 鋼板
１０ 製造装置
１１ 圧延機列
１１ｇ 最終スタンド
１１ｇｈ ハウジング
１１ｇｒ （ハウジング）立設部（側壁）
１２ 搬送ロール
１３ ピンチロール
２０ 冷却装置
２１ 上面給水手段
２１ａ 冷却ヘッダ
２１ｂ 導管
２１ｃ 冷却ノズル
２２ 下面給水手段
２２ａ 冷却ヘッダ
２２ｂ 導管
２２ｃ 冷却ノズル
３０ 上面ガイド
３５ 下面ガイド
Ｐ パスライン

Claims (8)

1. 熱間仕上げ圧延機列より下流側に配置され、パスラインの上方からパスラインに向けて冷却水を供給可能で、前記パスラインの方向に並列された複数の冷却ノズル、及び、前記パスラインと前記冷却ノズルとの間に配置される上面ガイド、を備える冷却装置であって、
   前記冷却ノズルは、冷却水量密度０．１６（ｍ^３／（ｍ^２・秒））以上で冷却水を噴射可能であるとともに、噴射する冷却水量密度をｑ_ｍ（ｍ^３／（ｍ^２・秒））、前記冷却ノズルのパスライン方向ピッチをＬ（ｍ）、前記上面ガイドの下面と前記パスラインとの距離をｈ_ｐ（ｍ）、均一冷却幅をＷ_ｕ（ｍ）、前記冷却ノズルの前記パスライン方向１ピッチあたりの、鋼板幅方向に流れる排水の仮想流路断面積をＳ（ｍ^２）、としたとき、
   

   

   が成立することを特徴とする冷却装置。
2. 前記上面ガイドが、前記パスラインと前記上面ガイドとの距離が前記パスライン方向で変化する形態を有し、
   前記ｈ_ｐの代わりに、前記上面ガイドの相当高さｈ_ｐ’が適用される請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記上面ガイド及び前記冷却ノズルの少なくとも一方が、上下方向に移動可能とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 熱間仕上げ圧延機列、及び該熱間仕上げ圧延機列の下流側に配置される請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置を備え、
   前記冷却装置の上流側端部は前記熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドの内側に配置されていることを特徴とする熱延鋼板の製造装置。
5. 熱間仕上げ圧延機列より下流側に配置された冷却装置により、仕上げ圧延後に鋼板の少なくとも上面に冷却水を供給し、前記鋼板を冷却する工程を含む熱延鋼板の製造方法であって、
   前記冷却装置に設けられる冷却ノズルからの冷却水量密度を、０．１６（ｍ^３／（ｍ^２・秒））以上であるｑ_ａ（ｍ^３／（ｍ^２・秒））とし、前記冷却ノズルの通板方向ピッチをＬ（ｍ）、前記冷却装置に配置された上面ガイドの下面と通板される鋼板の上面との距離をｈ_ａ（ｍ）、通板される前記鋼板の板幅をＷ_ａ（ｍ）、前記冷却ノズルの通板方向１ピッチあたりの、鋼板幅方向に流れる排水の仮想流路断面積をＳ_ａ（ｍ^２）、としたとき、
   

   

   が成立することを特徴とする熱延鋼板の製造方法。
6. 前記上面ガイドが、前記鋼板と前記上面ガイドとの距離が前記通板方向で変化する形態を有するときには、前記ｈ_ａの代わりに、前記上面ガイドの相当高さｈ_ａ’を適用する請求項５に記載の熱延鋼板の製造方法。
7. 前記上面ガイド、及び前記冷却ノズルの少なくとも一方が、上下方向に移動可能とされていることを特徴とする請求項５又は６に記載の熱延鋼板の製造方法。
8. 前記冷却装置は、該冷却装置の上流側端部が前記熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドの内側に配置されることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の熱延鋼板の製造方法。

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