JP5278580B2 - 熱延鋼板の冷却装置及び冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、仕上圧延機で熱間圧延され、圧延方向に周期的に波高さが変動する波形状が形成された熱延鋼板を冷却する熱延鋼板の冷却装置及び冷却方法に関する。

例えば自動車及び産業機械等に使用される熱延鋼板は、一般に、粗圧延工程及び仕上圧延工程を経て製造される。図１３は、従来の熱延鋼板の製造方法を模式的に示す図である。熱延鋼板の製造工程においては、先ず、所定の組成に調整した溶鋼を連続鋳造して得たスラブＳを粗圧延機１０１により圧延した後、さらに複数の圧延スタンド１０２ａ〜１０２ｄで構成される仕上圧延機１０３により熱間圧延して、所定の厚さの熱延鋼板Ｈを形成する。そして、この熱延鋼板Ｈは、冷却装置１１１により冷却水が注水されることにより冷却された後、巻取装置１１２によりコイル状に巻き取られる。

冷却装置１１１は、一般に仕上圧延機１０３から出てきた熱延鋼板Ｈに対していわゆるラミナー冷却を施すための設備である。この冷却装置１１１は、ランナウトテーブル上を移動する熱延鋼板Ｈの上面に対して冷却ノズルにより垂直方向から冷却水を噴流水として噴射させると共に、さらに熱延鋼板Ｈの下面からパイプラミナーを介して噴流水として冷却水を噴射させ、熱延鋼板Ｈを冷却する。

そして、従来において例えば特許文献１には、厚鋼板の上下面の表面温度差を低減させることにより、鋼板の形状不良を防止する技術が開示されている。この特許文献１における開示技術によれば、冷却装置による冷却時において鋼板の上面、下面の表面温度を温度計で同時に測定して得られた表面温度差に基づいて、鋼板の上面と下面に供給する冷却水の水量比を調整する。

また、例えば特許文献２には、圧延機出側に設置した急峻度計により、鋼板先端の急峻度を測定し、測定した急峻度に応じて冷却水流量を幅方向に変えて調整することにより、鋼板の穴あきを防止する技術が開示されている。

さらに、例えば特許文献３には、熱延鋼板の板幅方向における波形状の板厚分布を解消し、板幅方向においてこれを均一化させることを目的とし、鋼板の幅方向における最高熱伝達率と最低熱伝達率との差が所定値の範囲になるように制御する技術が開示されている。

ここで、図１３に示した上述した方法により製造される熱延鋼板Ｈは、例えば図１４に示すように冷却装置１１１におけるランナウトテーブル（以降、「ＲＯＴ」と記載する場合がある。）の搬送ロール１２０上で圧延方向（図１４中の矢印方向）に波形状を生ずる場合がある。かかる場合、熱延鋼板Ｈの上面と下面の冷却にバラツキが生じてしまう。すなわち、熱延鋼板Ｈ自身が有する形状に起因した冷却偏差により均一冷却を行うことができなくなるという問題点があった。

そこで、例えば特許文献４には、圧延方向に波形状が形成された鋼板において、当該鋼板の冷却を均一化するため、鋼板の上部の乗り水の影響と下部の距離の影響を最小化するように、上部冷却と下部冷却の冷却能を同一にする技術が開示されている。

特開２００５−７４４６３号公報 特開２００５−２７１０５２号公報 特開２００３−４８００３号公報 特開平６−３２８１１７号公報

しかしながら、特許文献１の冷却方法は、熱延鋼板が圧延方向に波形状を有する場合を考慮していない。すなわち、特許文献１では、熱延鋼板の波の位置によって表面高さが異なるために、温度の標準偏差が圧延方向に異なることを考慮していない。したがって、このように波形状が形成された熱延鋼板を均一に冷却することができない場合がある。

また、特許文献２の冷却方法では、鋼板幅方向に急峻度を測定して当該急峻度の高い部分の冷却水流量を調整している。しかしながら、板幅方向の冷却水流量を変更すると、当該鋼板の板幅方向の温度を均一にするのは困難となる。さらに、特許文献２においても、熱延鋼板が圧延方向に波形状を有する場合を考慮しておらず、上述したように熱延鋼板を均一に冷却することはできない場合がある。

また、特許文献３の冷却は、仕上圧延機ロールバイトの直前における熱延鋼板の冷却であるため、仕上圧延されて所定の厚みになった熱延鋼板に適用できない。さらに、特許文献３においても、熱延鋼板が圧延方向に波形状を有する場合を考慮しておらず、上述したように熱延鋼板を均一に冷却することはできない場合がある。

また、特許文献４の冷却方法において、上部冷却の冷却能には、上部注水ノズルから鋼板に供給される冷却水による冷却に加えて、鋼板の上部の乗り水による冷却も含まれる。この乗り水は、鋼板に形成された波形状の急峻度や鋼板の通板速度によって影響されるため、厳密に乗り水による鋼板の冷却能を特定することはできない。そうすると、上部冷却の冷却能を正確に制御することが困難である。このため、上部冷却と下部冷却の冷却能を同一にすることも困難である。しかも、上部冷却と下部冷却の冷却能を同一にするに際し、これら冷却能の決定方法の一例は例示されているものの、普遍的な決定方法は開示されていない。したがって、特許文献４の冷却方法は、熱延鋼板を均一に冷却できない場合がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、仕上圧延機で熱間圧延され、圧延方向に周期的に波高さが変動する波形状が形成された熱延鋼板を均一に冷却することを目的とする。

発明者らが鋭意検討した結果、熱延鋼板の高さ方向の変動速度と同一点の温度を時系列で測定し、熱延鋼板の重力と反対方向を正とした場合において、変動速度が正の領域で、熱延鋼板の波形状１周期以上の範囲の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させる、或いは下面側の冷却抜熱量を増加させる。また、熱延鋼板の温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させる、或いは下面側の冷却抜熱量を減少させるように増減の方向を決定する。一方、変動速度が負の領域で、熱延鋼板の波形状１周期以上の範囲の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させる、或いは下面側の冷却抜熱量を減少させる。また、熱延鋼板の温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させる、或いは下面側の冷却抜熱量を増加させるように増減の方向を決定する。こうすることで、鋼板の温度の標準偏差が小さくなる事を発見した。一方、従来の特許文献１〜４の冷却方法を適用しても温度変動のバラツキは変化がなかった。

なお、熱伝達係数は、冷却能力を具体的に定量化したものであり、冷却能力を強めるということは、状態として熱伝達係数を高めることであり、その手段として冷却水量密度を高めること、冷却水衝突圧力を上げること、等を含む。

また、同一点の熱延鋼板温度と通板速度を測定すれば、この知見を用いることで、温度の標準偏差を小さくするために、上側冷却装置の冷却能力（以下、単に「上側冷却能力」という場合がある。）や下側冷却装置の冷却能力（以下、単に「下側冷却能力」という場合がある。）を調整する方向が明確となり、フィードバック制御やフィードフォワード制御を行うこともできることが分かった。

そこで、前記の目的を達成するため、本発明は、仕上圧延機で熱間圧延され、圧延方向に周期的に波高さが変動する波形状が形成された熱延鋼板を冷却する装置であって、所定の定点に固定されてその位置の冷却された熱延鋼板の温度を測定する温度計と、前記温度計と同一の定点で形状を測定する形状計と、前記温度計で測定された温度と前記形状計で測定された熱延鋼板の変動速度とを時系列で読み取る機能を有し、熱延鋼板の重力と反対方向を正とした場合において、前記変動速度が正の領域で、熱延鋼板の波形状１周期以上の範囲の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させ、熱延鋼板の温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させるように増減の方向を決定し、前記変動速度が負の領域で、熱延鋼板の波形状１周期以上の範囲の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させ、熱延鋼板の温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させるように増減の方向を決定する制御方向性決定手段と、熱延鋼板を冷却する際に、所定の冷却区間での上面及び下面からの冷却抜熱量を調整する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記測定された温度の時系列平均値が所定の目標値に一致するように、熱延鋼板の上面及び下面からの冷却抜熱量の合計値を調整する機能を有することを特徴としている。なお、所定の冷却区間とは、冷却装置によって熱延鋼板が冷却される区間をいう。また、所定の目標値は、製品毎に定められる熱延鋼板の冷却途中及び捲取機前の定点における操業上の目標温度である。

前記温度計と前記形状計によって測定される定点の位置のずれが±５０ｍｍ以内であってもよい。

別な観点による本発明は、仕上圧延機で熱間圧延され、圧延方向に周期的に波高さが変動する波形状が形成された熱延鋼板を冷却する方法であって、冷却された熱延鋼板の温度と熱延鋼板の高さ方向の変動速度を同一の定点で時系列で測定し、前記測定された温度の時系列平均値が所定の目標値に一致するように、熱延鋼板の上面及び下面からの冷却抜熱量の合計値を調整し、熱延鋼板の重力と反対方向を正とした場合において、前記変動速度が正の領域で、熱延鋼板の波形状１周期以上の範囲の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させ、熱延鋼板の温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させるように増減の方向を決定し、前記変動速度が負の領域で、熱延鋼板の波形状１周期以上の範囲の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させ、熱延鋼板の温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させるように増減の方向を決定し、熱延鋼板を冷却する際に、所定の冷却区間での上面及び下面からの冷却抜熱量を調整することを特徴としている。

前記冷却区間を圧延方向に複数の冷却ゾーンに分割し、前記冷却ゾーンの境において熱延鋼板の温度と波形状を測定し、当該測定結果に基づいて、前記冷却ゾーンにおける熱延鋼板の上面及び下面からの冷却抜熱量を調整する、フィードバック制御又はフィードフォワード制御を行ってもよい。

前記冷却ゾーンの境において、熱延鋼板の温度と波形状に加えて、少なくとも熱延鋼板の波形状の急峻度又は熱延鋼板の通板速度を測定し、当該測定結果に基づいて、前記冷却ゾーンにおける熱延鋼板の上面及び下面からの冷却抜熱量を補正してもよい。なお、波形状の急峻度とは、波形状の振幅を１周期分の長手方向長さで割った値である。急峻度の値及び熱延鋼板の通板速度の値は、操業条件や設備条件に応じて所定の値に定まる。

熱延鋼板を冷却した後、当該熱延鋼板の温度の標準偏差が許容される範囲に入るように、上側冷却装置から熱延鋼板の上面に冷却水をさらに噴出させると共に下側冷却装置から熱延鋼板の下面に冷却水をさらに噴出させてもよい。

熱延鋼板の上面側の上側冷却装置と熱延鋼板の下面側の下側冷却装置は、それぞれ冷却水を噴出する複数のヘッダーを有し、前記上側冷却装置と前記下側冷却装置の冷却能力は、前記各ヘッダーをオンオフ制御することによって調整されてもよい。

熱延鋼板の上面側の上側冷却装置と熱延鋼板の下面側の下側冷却装置は、それぞれ冷却水を噴出する複数のヘッダーを有し、前記上側冷却装置と前記下側冷却装置の冷却能力は、前記各ヘッダーの水量密度、圧力、水温のいずれか又は２つ以上の冷却能力を制御することによって調整されてもよい。

熱延鋼板の冷却は、熱延鋼板の温度が６００℃以上の範囲で行われてもよい。

本発明によれば、熱延鋼板の温度の位相を検出し、当該熱延鋼板の波形状と比較することによって、上側冷却能力と下側冷却能力を調整することができ、熱延鋼板の上面と下面からの冷却抜熱量を調整することができる。したがって、その後、調整された冷却能力で熱延鋼板を冷却することで、当該熱延鋼板を均一に冷却することができる。

本実施の形態における冷却装置を備えた熱間圧延設備を示す説明図である。 本実施の形態における冷却装置の構成の概略を示す説明図である。 熱間圧延設備において冷却装置付近の構成の概略を示す説明図である。 通常の操業における代表的なストリップのＲＯＴ内冷却の熱延鋼板の温度変動と急峻度の関係を示すグラフであって、（ａ）はコイル先端からの距離或いは定点経過時間に対する温度変動を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の距離または定点経過時間に対する急峻度を示すグラフである。 通常の操業における代表的なストリップのＲＯＴ内冷却の熱延鋼板の温度変動と急峻度の関係を示すグラフである。 熱延鋼板の変動速度が正の領域で熱延鋼板の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低く、変動速度が負の領域で熱延鋼板の温度が高くなったと温度変動が検出された場合に、上面側の冷却抜熱量を減少させ、下面側の冷却抜熱量を増加させたときの熱延鋼板の温度変動と急峻度の関係を示すグラフである。 熱延鋼板の変動速度が正の領域で熱延鋼板の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低く、変動速度が負の領域で熱延鋼板の温度が高くなったと温度変動が検出された場合に、上面側の冷却抜熱量を増加させ、下面側の冷却抜熱量を減少させたとき場合の熱延鋼板の温度変動と急峻度の関係を示すグラフである。 他の実施の形態にかかる熱間圧延設備において温度計と形状計の配置を示す説明図である。 他の実施の形態にかかる熱間圧延設備において冷却装置付近の構成の概略を示す説明図である。 熱延鋼板の急峻度と温度の標準偏差との関係を示すグラフである。 熱延鋼板の通板速度と温度の標準偏差との関係を示すグラフである。 熱延鋼板の板幅方向に温度の標準偏差が形成された様子を示す説明図である。 従来の熱延鋼板の製造方法を示す説明図である。 従来の熱延鋼板の冷却方法を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態として、例えば自動車及び産業機械等に使用される熱延鋼板の冷却方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施の形態における熱延鋼板の冷却方法を実現するための熱間圧延設備１の例を模式的に示している。この熱間圧延設備１は、加熱したスラブＳをロールで上下に挟んで連続的に圧延し、最小１ｍｍまで薄くしてこれを巻き取ることを目的とする。熱間圧延設備１は、スラブＳを加熱するための加熱炉１１と、この加熱炉１１において加熱されたスラブＳを幅方向に圧延する幅方向圧延機１６と、この幅方向に圧延されたスラブＳを上下方向から圧延して粗バーにする粗圧延機１２と、粗バーをさらに所定の厚みまで連続して熱間仕上圧延をする仕上圧延機１３と、この仕上圧延機１３により熱間仕上圧延された熱延鋼板Ｈを冷却水により冷却する冷却装置１４と、冷却装置１４により冷却された熱延鋼板Ｈをコイル状に巻き取る巻取装置１５とを備えている。

加熱炉１１には、装入口を介して外部から搬入されてきたスラブＳに対して、火炎を吹き出すことによりスラブＳを加熱するサイドバーナ、軸流バーナ、ルーフバーナが配設されている。加熱炉１１に搬入されたスラブＳは、各ゾーンにおいて形成される各加熱帯において順次加熱され、さらに最終ゾーンにおいて形成される均熱帯において、ルーフバーナを利用してスラブＳを均等加熱することにより、最適温度で搬送できるようにするための保熱処理を行う。加熱炉１１における加熱処理が全て終了すると、スラブＳは加熱炉１１外へと搬送され、粗圧延機１２による圧延工程へと移行することになる。

粗圧延機１２は、搬送されてきたスラブＳにつき、複数スタンドに亘って配設される円柱状の回転ロールの間隙を通過させる。例えば、この粗圧延機１２は、第１スタンドにおいて上下に配設されたワークロール１２ａのみによりスラブＳを熱間圧延して粗バーとする。次にこのワークロール１２ａを通過した粗バーをワークロールとバックアップロールとにより構成される複数の４重圧延機１２ｂによりさらに連続的に圧延する。その結果、この粗圧延工程終了時に粗バーは、厚さ３０〜６０ｍｍ程度まで圧延され、仕上圧延機１３へと搬送されることになる。

仕上圧延機１３は、搬送されてきた粗バーを数ｍｍ程度まで仕上げ圧延する。これら仕上圧延機１３は、６〜７スタンドに亘って上下一直線に並べた仕上げ圧延ロール１３ａの間隙に粗バーを通過させ、これを徐々に圧下していく。この仕上圧延機１３により仕上げ圧延された熱延鋼板Ｈは、後述する搬送ロール３２により搬送されて冷却装置１４へと送られることになる。

冷却装置１４は、仕上圧延機１３から出てきた熱延鋼板Ｈに対していわゆるラミナー冷却を施すための設備である。この冷却装置１４は、図２に示すように、ランナウトテーブルの搬送ロール３２上を移動する熱延鋼板Ｈに対して冷却口３１により上側から冷却水を噴出させる上側冷却装置１４ａと、熱延鋼板Ｈ下面に対して下側から冷却水を噴出させる下側冷却装置１４ｂとを備えている。冷却口３１は、上側冷却装置１４ａ並びに下側冷却装置１４ｂのそれぞれについて複数個に亘り設けられている。また冷却口３１には、図示しない冷却ヘッダーが接続されている。この冷却口３１の個数が、上側冷却装置１４ａ並びに下側冷却装置１４ｂによる冷却能力を規定するものとなる。なお、この冷却装置１４は、上下スプリットラミナー、パイプラミナー、スプレー冷却等の何れかで構成されていてもよい。また、この冷却装置１４によって熱延鋼板Ｈが冷却される区間が、本発明における所定の冷却区間に相当する。

また、図３に示すように上側冷却装置１４ａの下流側には、所定の定点に固定されてその位置の冷却された熱延鋼板Ｈの温度を測定する温度計４０と、温度計４０と同一の定点で熱延鋼板Ｈの波形状を測定する形状計４１とが配置されている。温度計４０と形状計４１には、後述するように温度計４０と形状計４１の測定結果に基づいて、熱延鋼板Ｈの上面側と下面側の冷却抜熱量の増減の方向を決定する制御方向性決定手段５０が接続され、制御方向性決定手段５０の検出結果に基づいて、熱延鋼板Ｈの上面と下面からの冷却抜熱量を調整するための制御手段５１で冷却装置１４を制御する。

巻取装置１５は、図１に示すように、冷却装置１４により冷却された熱延鋼板Ｈを所定の巻取温度で巻き取る。巻取装置１５によりコイル状に巻き取られた熱延鋼板Ｈは、熱間圧延設備１外へと搬送されることになる。

次に、以上のように構成された熱間圧延設備１において行われる、本実施の形態の熱延鋼板Ｈの冷却方法について説明する。熱延鋼板Ｈは仕上圧延機１３で熱間圧延された熱延鋼板であって、図１４に示した熱延鋼板と同様に、熱延鋼板Ｈには圧延方向に表面高さ（波高さ）が変動する波形状が形成されている。なお、本実施の形態において熱延鋼板Ｈを冷却する際、当該熱延鋼板Ｈ上の従来の乗り水の影響はほとんどないことが分かった。

先ず、冷却装置１４で熱延鋼板Ｈを冷却する前に、予め冷却装置１４の上側冷却装置１４ａの冷却能力（以下、単に「上側冷却能力」という場合がある。）と下側冷却装置１４ｂの冷却能力（以下、単に「下側冷却能力」という場合がある。）をそれぞれ調整する。これら上側冷却能力と下側冷却能力は、それぞれ上側冷却装置１４ａによって冷却される熱延鋼板Ｈの上面の熱伝達係数と、下側冷却装置１４ｂによって冷却される熱延鋼板Ｈの下面の熱伝達係数とを用いて調整する。

ここで、熱延鋼板Ｈの上面と下面の熱伝達係数の算出方法について説明する。熱伝達係数は、単位面積からの単位時間当たりの冷却抜熱量（熱エネルギー）を、被熱伝達体と熱媒体との温度差で除した値である（熱伝達係数＝冷却抜熱量／温度差）。ここでの温度差は、冷却装置１４の入側の温度計によって測定される熱延鋼板Ｈの温度と、冷却装置１４で用いられる冷却水の温度との差である。また、冷却抜熱量は、熱延鋼板Ｈの温度差と比熱と質量をそれぞれ乗じた値である（冷却抜熱量＝温度差×比熱×質量）。すなわち、冷却抜熱量は冷却装置１４における熱延鋼板Ｈの冷却抜熱量であって、冷却装置１４の入側の温度計と出側の温度計によってそれぞれ測定される熱延鋼板Ｈの温度の差と、熱延鋼板Ｈの比熱と、冷却装置１４で冷却される熱延鋼板Ｈの質量とをそれぞれ乗じた値である。

上述のように算出された熱延鋼板Ｈの熱伝達係数は、熱延鋼板Ｈの上面と下面の熱伝達係数に分けられる。これら上面と下面の熱伝達係数は、例えば次のようにして予め得られる比率を用いて算出される。すなわち、上側冷却装置１４ａのみで熱延鋼板を冷却する場合の熱延鋼板の熱伝達係数と、下側冷却装置１４ｂのみで熱延鋼板を冷却する場合の熱延鋼板の熱伝達係数を測定する。このとき、上側冷却装置１４ａからの冷却水量と下側冷却装置１４ｂからの冷却水量を同一とする。測定された上側冷却装置１４ａを用いた場合の熱伝達係数と下側冷却装置１４ｂを用いた場合の熱伝達係数との比率の逆数が、上下熱伝達係数比率を１とする場合の上側冷却装置１４ａからの冷却水量と下側冷却装置１４ｂからの冷却水量との上下比率となる。そして、このようにして得られた冷却水量の上下比率を、熱延鋼板Ｈを冷却する際の上側冷却装置１４ａからの冷却水量又は下側冷却装置１４ｂからの冷却水量に乗じて、上述した熱延鋼板Ｈの上面と下面の熱伝達係数の比率を算出する。なお上述では、上側冷却装置１４ａのみと下側冷却装置１４ｂのみで冷却される熱延鋼板の熱伝達係数を用いたが、上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４ｂの両方で冷却される熱延鋼板の熱伝達係数を用いてもよい。すなわち、上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４ｂの冷却水量を変更した場合の熱延鋼板の熱伝達係数を測定し、その熱伝達係数の比率を用いて熱延鋼板Ｈの上面と下面の熱伝達係数の比率を算出してもよい。

以上のように、熱延鋼板Ｈの熱伝達係数を算出し、熱延鋼板Ｈの上面と下面の熱伝達係数の上記比率に基づいて、熱延鋼板Ｈの上面と下面の熱伝達係数が算出される。

ここで、熱延鋼板Ｈを均一に冷却するために、上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４
ｂの冷却能力を調整することについて、発明者らが鋭意検討した結果、さらに、以下の知
見を得るに至った。

本発明者らは、熱延鋼板Ｈの波形状が発生した状態での冷却によって発生した温度の標準偏差の特徴について鋭意検討を重ねて来た結果、次の事を明らかにした。

通板中の熱延鋼板Ｈに対し、温度計４０と形状計４１によって温度と形状をそれぞれ同一点で定点測定を行い、時系列データとして測定する。なお、ここで言う温度の測定領域は熱延鋼板Ｈの幅全域の測定も含む。また、ここでの形状とは定点測定で観測される熱延鋼板Ｈの高さ方向の変動量に熱延鋼板Ｈの通板方向の移動量を用いて、波のピッチ分の高さ或いは変動成分の線積分で求めた急峻度である。また同時に単位時間当たりの変動量、即ち変動速度も求める。さらに形状の測定領域は、温度の測定領域と同様に熱延鋼板Ｈの幅全域の測定も含む。またこれらのサンプリングされた時間に通板速度を乗じると、温度や急峻度の時系列データが圧延方向位置毎の急峻度及び温度変動に紐付けすることが可能となる。

このデータを用いて、先ず、熱延鋼板Ｈの上面及び下面からの冷却抜熱量の合計値を調整する。具体的には、温度計４０で測定される温度の時系列平均値が所定の目標値に一致するように、熱延鋼板Ｈの上面及び下面からの冷却抜熱量の合計値を調整する。そして、上下面の冷却抜熱量の合計値を調整するにあたっては、例えば三塚の式等に代表される実験理論式を用いて予め求められた理論値に対して、実際の操業実績との誤差を補正する様に設定した学習値に基づき、冷却装置１４に接続される冷却ヘッダーのオンオフ制御を行う。或いは、実際に温度計４０で測定された温度に基づいて、上記冷却ヘッダーのオンオフをフィードバック制御又はフィードフォワード制御してもよい。

次に、上述した温度計４０と形状計４１からのデータを用いて従来のＲＯＴの冷却制御について説明をする。図４は通常の操業における代表的なストリップのＲＯＴ内冷却の熱延鋼板Ｈの温度変動と急峻度の関係を示している。図４における熱延鋼板Ｈの上下熱伝達係数比率は１．２：１であり、上側冷却能力が下側冷却能力よりも高くなっている。図４（ａ）はコイル先端からの距離或いは定点経過時間に対する温度変動を示し、図４（ｂ）は（ａ）の距離または定点経過時間に対する急峻度を示している。ここで領域Ａと領域Ｂを分けている。これは図３で言うところのストリップ先端部が巻取装置１５のコイラーに噛み込む前は張力が無い為、形状が悪い領域Ａと、コイラーに噛み込んだ途端にここを境にユニットテンションの影響で波形状がフラットに変化する領域Ｂとなっている。本発明は領域Ａの形状が悪い場合の改善を対象としている。

そこで本発明者らは、ＲＯＴにおける温度の標準偏差増大の対策として、色々実験を行い調査をして来た結果、かかる発明を考案した。次にその説明を図５、図６、図７を用いて説明をする。

図５は図４と同様に通常の操業における代表的なストリップのＲＯＴ内冷却の同一形状急峻度に対する温度変動成分を示している。この変動成分とは実際の鋼板温度から温度の時系列平均（以下、「平均温度」という場合がある）を引いた残差である。例えば平均温度は、熱延鋼板Ｈの波形状１周期以上の範囲を平均としても良い。なお、平均温度は原則として周期単位での範囲の平均であり、さらに言えば１周期の範囲の平均温度は２周期以上の範囲の平均温度と大きな差がないことが操業データによって確認されている。このため、最低限１周期の範囲の平均をとればよい。熱延鋼板Ｈの波形状の範囲の上限は特に限定されないが好ましくは５周期であり、５周期あれば十分な精度の平均温度を得られる。また、平均する範囲が周期単位の範囲でなくとも、２〜５周期の範囲であれば許容できる平均温度を得られる。

この状態で同一測定点における熱延鋼板Ｈの変動速度が正の領域で、熱延鋼板Ｈの平均温度に対して熱延鋼板Ｈの温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させ、熱延鋼板Ｈの温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させるように増減の方向を決定し冷却する。また、熱延鋼板Ｈの変動速度が負の領域で、熱延鋼板Ｈの平均温度に対して熱延鋼板Ｈの温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させ、熱延鋼板Ｈの温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させるように増減の方向を決定し冷却する。そうすると、図６に示すように温度の標準偏差が低減することを見出した。なお、変動速度の正負は、熱延鋼板Ｈの重力と反対方向を正としている。

逆に、熱延鋼板Ｈの変動速度が正の領域で、熱延鋼板Ｈの平均温度に対して熱延鋼板Ｈの温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させ、熱延鋼板Ｈの温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させるように増減の方向を決定し冷却する。また、熱延鋼板Ｈの変動速度が負の領域で、熱延鋼板Ｈの平均温度に対して熱延鋼板Ｈの温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させ、熱延鋼板Ｈの温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させるように増減の方向を決定し冷却する。そうすると、図７に示すように温度の標準偏差が拡大することを見出した。なお、ここで説明する例でも冷却停止温度を変えてよいという前提にはなっていない。

この関係を利用すれば、温度の標準偏差を低減させるために上下冷却装置１４のいずれの冷却装置１４ａ、１４ｂの冷却能力を調整すればよいか明確になる。なお、表１は上記関係をまとめた表である。

なお、上側冷却装置１４ａの冷却能力と下側冷却装置１４ｂの冷却能力の調整する際には、例えば上側冷却装置１４ａの冷却口３１に接続される冷却ヘッダーと下側冷却装置１４ｂの冷却口３１に接続される冷却ヘッダーとを、それぞれオンオフ制御してもよい。あるいは、上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４ｂにおける各冷却ヘッダーの冷却能力を制御してもよい。すなわち、各冷却口３１から噴出される冷却水の水量密度、圧力、水温のいずれか又は２つ以上を調整してもよい。また、上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４ｂの冷却ヘッダー（冷却口３１）を間引いて、上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４ｂから噴射される冷却水の流量や圧力を調整してもよい。例えば冷却ヘッダーを間引く前における上側冷却装置１４ａが下側冷却装置１４ｂの冷却能力よりも上回っている場合、上側冷却装置１４ａを構成する冷却ヘッダーを間引く。

こうして調整された冷却能力で上側冷却装置１４ａから熱延鋼板Ｈの上面に冷却水を噴出させると共に、調整された冷却能力で下側冷却装置１４ｂから熱延鋼板Ｈの下面に冷却水を噴出させて、熱延鋼板Ｈが均一に冷却される。

その後、冷却装置１４でされて通板中の熱延鋼板Ｈに対し、温度計４０と形状計４１によって温度と形状をそれぞれ同一点で定点測定を行い、時系列データとして測定する。なお、ここで言う温度の測定領域は熱延鋼板Ｈの幅全域の測定も含む。また、ここでの形状とは定点測定で観測される熱延鋼板Ｈの高さ方向の変動量を示す。さらに形状の測定領域は、温度の測定領域と同様に熱延鋼板Ｈの幅全域の測定も含む。これらのサンプリングされた時間に通板速度を乗じると、温度や板変位の時系列データが圧延方向位置毎の鋼板の高さ及び温度に紐付けすることが可能となる。

前述図４並びに図５、図６、図７を使って説明したように熱延鋼板Ｈの変動速度の値に従って、同一測定点における熱延鋼板Ｈの変動速度が熱延鋼板Ｈの重力と反対方向を正とした場合に、変動速度が正の状態で熱延鋼板Ｈの温度が低い状態であれば上部冷却能力を小さくすると温度の標準偏差が低減する。同様の作用は下部冷却能力を大きくしても温度の標準偏差は低減する。この関係を利用すれば、温度の標準偏差を低減させるために温度変動と板形状及び板の高さ方向上下冷却装置１４のいずれの冷却装置１４ａ、１４ｂの冷却能力を調整修正すればよいか明確になる。

すなわち、これらの熱延鋼板Ｈの波形状と紐付けられる温度の変動位置を把握すれば、現在発生している温度の標準偏差が上側冷却あるいは下側冷却のどちらによって発生しているかを明らかにすることが可能となる。したがって、温度の標準偏差を小さくするための上側冷却能力と下側冷却能力の増減の方向性が決定され、上下熱伝達係数比率を調整することができる。また、温度の標準偏差の大きさに基づいて、当該温度の標準偏差が許容範囲、例えば１０℃以内となるように上下熱伝達係数比率を決定することができる。なお、この温度の標準偏差が１０℃以内としたのは、上述したように温度の標準偏差が少なくとも１０℃以内に抑えられれば、降伏応力、引張強さなどのバラつきを製造許容範囲内に抑えられ、熱延鋼板Ｈを均一に冷却できるためである。また、かなりのばらつきはあるものの、温度の標準偏差の最小値となる冷却水量密度比率に対して±５％以内であれば温度の標準偏差が１０℃以内となる。すなわち、冷却水量密度を用いて冷却水量密度の上下比率は温度の標準偏差の最小値となる冷却水量密度比率に対して±５％以内であることが望ましい。ただし、この許容範囲は必ずしも上下同水量密度を含むとは限らない。

以上の実施の形態によれば、予め上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４ｂの冷却能力を調整して、熱延鋼板Ｈを冷却した後、さらに冷却された熱延鋼板Ｈの温度と波形状の測定結果に基づいて、上側冷却装置１４ａの冷却能力と下側冷却装置１４ｂの冷却能力を調整している。このように上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４ｂの冷却能力をフィードバック制御して定性的及び定量的に適切な冷却能力に調整できるので、その後冷却される熱延鋼板Ｈの均一性をより向上させることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、熱延鋼板Ｈの温度の標準偏差を最小にして当該熱延鋼板Ｈを均一に冷却することが確認できた。

以上の実施の形態では、温度計４０と形状計４１によって熱延鋼板Ｈの温度と形状を同一点で定点測定していたが、発明者らが調べたところ、温度計４０と形状計４１の測定点が厳密に同一点でなくてもよいことが分かった。具体的には、図８に示すように、温度計４０と形状計４１の定点の距離Ｌが±５０ｍｍ以内、より好ましくは±３０ｍｍ以内であれば、熱延鋼板Ｈの温度と形状を適切に把握できることが分かった。この温度計４０と形状計４１の定点の距離Ｌの方向は、図８に示したように熱延鋼板Ｈの通板方向であってもよいし、熱延鋼板Ｈの板幅方向であってもよく、任意の方向である。なお、図８の例においては、温度計４０が形状計４１の上流側に配置されているが、逆に形状計４１が温度計４０の上流側に配置されていてもよい。

ここで、上記温度計４０と形状計４１の定点の距離Ｌが±５０ｍｍ以内が好ましい理由について説明する。表２は、本発明を実機に適用する際に、同一の上下熱伝達係数比率、急峻度、通板速度の条件下において、温度計４０と形状計４１の測定点を前後に−２００〜＋２００ｍｍにずらした場合の熱延鋼板Ｈの温度の標準偏差、及び熱延鋼板Ｈの最小値からの温度の標準偏差の差分、を示している。表２から、各測定ズレを持った条件で制御した際の温度の標準偏差の発生量をみると、温度計４０と形状計４１の定点の距離が±５０ｍｍの場合に、最小値からの標準偏差の差分を＋１０℃以下と顕著に低減出来る条件は±５０ｍｍであることが判明した。

したがって、温度計４０と形状計４１の定点の距離Ｌが±５０ｍｍ以内であれば、上記実施の形態と同様に、温度の標準偏差を小さくするための上側冷却能力と下側冷却能力の増減の方向性を決定することができ、上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４ｂの冷却能力のフィードバック制御を行うことができる。

以上の実施の形態において、図９に示すように、熱延鋼板Ｈが冷却される冷却区間を圧延方向に複数、例えば２つの冷却ゾーンＺ１、Ｚ２に分割してもよい。各冷却ゾーンＺ１、Ｚ２には、それぞれ冷却装置１４が設けられている。また、各冷却ゾーンＺ１、Ｚ２の
境、すなわち冷却ゾーンＺ１、Ｚ２の下流側には、温度計４０と形状計４１がそれぞれ設けられている。なお、本実施の形態では、冷却区間を２つの冷却ゾーンに分割したが、分割する冷却ゾーンの数はこれに限定されず任意に設定できる。例えば冷却区間を、１つ〜５つの冷却ゾーンに分割してもよい。

かかる場合、温度計４０と形状計４１によって熱延鋼板Ｈの温度と波形状をそれぞれ測定する。そして、この測定に基づき、各冷却ゾーンＺ１、Ｚ２における上側冷却装置４１ａ及び下側冷却装置１４ｂの冷却能力を制御する。このとき、熱延鋼板Ｈの温度の標準偏差が許容範囲、例えば上述したように１０℃以内になるように冷却能力が制御される。こうして、各冷却ゾーンＺ１、Ｚ２における熱延鋼板Ｈの上面と下面からの冷却抜熱量が調整される。

例えば冷却ゾーンＺ１においては、当該冷却ゾーンＺ１の下流側における温度計４０と形状計４１の測定結果に基づいて、上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４ｂの冷却能力がフィードバック制御され、上下面の冷却抜熱量が調整される。また、冷却ゾーンＺ２においては、冷却ゾーンＺ１の下流側における温度計４０と形状計４１の測定結果に基づいて、上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４ｂの冷却能力がフィードフォワード制御されてもよいし、冷却ゾーンＺ２の下流側における温度計４０と形状計４１の測定結果に基づいて、フィードバック制御されもてよい。いずれにおいても、冷却ゾーンＺ２において、上下面の冷却抜熱量が調整される。

なお、温度計４０と形状計４１の測定結果に基づいて、上側冷却装置１４ａと下側冷却装置１４ｂの冷却能力を制御する方法は、図４〜図７に示した上記実施の形態と同様であるので詳細な説明を省略する。

かかる場合、各冷却ゾーンＺ１、Ｚ２毎に熱延鋼板Ｈの上面と下面の冷却抜熱量が調整されるので、より細やかな制御が可能となる。したがって、熱延鋼板Ｈをより均一に冷却することができる。

以上の実施の形態において、各冷却ゾーンＺ１、Ｚ２毎に熱延鋼板Ｈの上面と下面の冷却抜熱量を調整するに際し、温度計４０と形状計４１の測定結果に加えて、熱延鋼板Ｈの波形状の急峻度と熱延鋼板Ｈの通板速度のいずれか又は両方を用いてもよい。例えばコイル毎に、熱延鋼板Ｈの急峻度や通板速度が一定でない場合もあるため、これら急峻度や通板速度も考慮する。

発明者らが調べたところ、例えば図１０に示すように熱延鋼板Ｈの波形状の急峻度が大きくなれば、熱延鋼板Ｈの温度の標準偏差が大きくなる。また、例えば図１１に示すように熱延鋼板Ｈの通板速度が高速になると、熱延鋼板Ｈの温度の標準偏差が大きくなる。

このように熱延鋼板Ｈの急峻度や通板速度が一定でない場合、上下熱伝達係数比率に対する温度の標準偏差の変化を定性的に評価できるものの、定量的に正確に評価することができない。そこで、例えば熱延鋼板Ｈの急峻度や通板速度に応じた温度の標準偏差を予め求めておき、熱延鋼板Ｈの少なくとも急峻度又は通板速度を測定して、温度の標準偏差を補正する。そして、この補正された温度の標準偏差に基づいて、各冷却ゾーンＺ１、Ｚ２における熱延鋼板Ｈの上面と下面の冷却抜熱量を補正する。かかる場合、熱延鋼板Ｈをさらに均一に冷却することができる。

ここで、発明者らが鋭意検討した結果、熱延鋼板Ｈの通板速度が５５０ｍ／ｍｉｎ以上であれば、熱延鋼板Ｈをより均一にできることが分かった。

熱延鋼板Ｈの通板速度を５５０ｍ／ｍｉｎ以上とすると、熱延鋼板Ｈに冷却水を噴射しても、熱延鋼板Ｈ上の乗り水の影響が顕著に少なくなることが分かった。このため、乗り水による熱延鋼板Ｈの不均一冷却も回避することができる。

以上の実施の形態において、冷却装置１４による熱延鋼板Ｈの冷却は、当該熱延鋼板Ｈの温度が６００℃以上の範囲で行われるのが好ましい。熱延鋼板Ｈの温度６００℃以上は、いわゆる膜沸騰領域である、すなわち、かかる場合、いわゆる遷移沸騰領域を回避し、膜沸騰領域で熱延鋼板Ｈを冷却することができる。遷移沸騰領域では、熱延鋼板Ｈの表面に冷却水を噴射した際、当該熱延鋼板Ｈ表面において、蒸気膜に覆われる部分と、冷却水が熱延鋼板Ｈに直接噴射される部分とが混在する。このため、熱延鋼板Ｈを均一に冷却することができない。一方、膜沸騰領域では、熱延鋼板Ｈの表面全体が蒸気膜に覆われた状態で当該熱延鋼板Ｈの冷却が行われるので、熱延鋼板Ｈを均一に冷却することができる。したがって、本実施の形態のように熱延鋼板Ｈの温度が６００℃以上の範囲において、熱延鋼板Ｈをより均一に冷却することができる。

また、本発明を適用した熱延鋼板Ｈの冷却方法によれば、板幅方向においても均一な形状や材質となるように仕上げることが可能となる。図１２は、中伸びによって幅方向に異なる振幅が生じている波形状の例を示している。このような板幅方向への振幅の相違に応じた温度の標準偏差が形成されるような場合であっても、上述した構成からなる本発明によれば、かかる板幅方向の温度の標準偏差を低減することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の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得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。

本発明は、仕上圧延機で熱間圧延され、圧延方向に表面高さが変動する波形状が形成された熱延鋼板を冷却する際に有用である。

１ 熱間圧延設備
１１ 加熱炉
１２ 粗圧延機
１２ａ ワークロール
１２ｂ ４重圧延機
１３ 仕上圧延機
１３ａ 仕上げ圧延ロール
１４ 冷却装置
１４ａ 上側冷却装置
１４ｂ 下側冷却装置
１５ 巻取装置
１６ 幅方向圧延機
３１ 冷却口
３２ 搬送ロール
４０ 温度計
４１ 形状計
５０ 制御方向性決定手段
５１ 制御手段
Ｈ 熱延鋼板
Ｓ スラブ
Ｚ１、Ｚ２ 冷却ゾーン

Claims (9)

1. 仕上圧延機で熱間圧延され、圧延方向に周期的に波高さが変動する波形状が形成された熱延鋼板を冷却する装置であって、
   所定の定点に固定されてその位置の冷却された熱延鋼板の温度を測定する温度計と、
   前記温度計と同一の定点で形状を測定する形状計と、
   前記温度計で測定された温度と前記形状計で測定された熱延鋼板の変動速度とを時系列で読み取る機能を有し、熱延鋼板の重力と反対方向を正とした場合において、前記変動速度が正の領域で、熱延鋼板の波形状１周期以上の範囲の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させ、熱延鋼板の温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させるように増減の方向を決定し、前記変動速度が負の領域で、熱延鋼板の波形状１周期以上の範囲の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させ、熱延鋼板の温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させるように増減の方向を決定する制御方向性決定手段と、
   熱延鋼板を冷却する際に、所定の冷却区間での上面及び下面からの冷却抜熱量を調整する制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記測定された温度の時系列平均値が所定の目標値に一致するように、熱延鋼板の上面及び下面からの冷却抜熱量の合計値を調整する機能を有することを特徴とした熱延鋼板の冷却装置。
2. 前記温度計と前記形状計によって測定される定点の位置のずれが±５０ｍｍ以内であることを特徴とする、請求項１に記載の熱延鋼板の冷却装置。
3. 仕上圧延機で熱間圧延され、圧延方向に周期的に波高さが変動する波形状が形成された熱延鋼板を冷却する方法であって、
   冷却された熱延鋼板の温度と熱延鋼板の高さ方向の変動速度を同一の定点で時系列で測定し、
   前記測定された温度の時系列平均値が所定の目標値に一致するように、熱延鋼板の上面及び下面からの冷却抜熱量の合計値を調整し、
   熱延鋼板の重力と反対方向を正とした場合において、
   前記変動速度が正の領域で、熱延鋼板の波形状１周期以上の範囲の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させ、熱延鋼板の温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させるように増減の方向を決定し、
   前記変動速度が負の領域で、熱延鋼板の波形状１周期以上の範囲の平均温度に対して熱延鋼板の温度が低い場合は、上面側の冷却抜熱量を増加させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を減少させ、熱延鋼板の温度が高い場合は、上面側の冷却抜熱量を減少させ及び／又は下面側の冷却抜熱量を増加させるように増減の方向を決定し、
   熱延鋼板を冷却する際に、所定の冷却区間での上面及び下面からの冷却抜熱量を調整することを特徴とする熱延鋼板の冷却方法。
4. 前記冷却区間を圧延方向に複数の冷却ゾーンに分割し、
   前記冷却ゾーンの境において熱延鋼板の温度と波形状を測定し、当該測定結果に基づいて、前記冷却ゾーンにおける熱延鋼板の上面及び下面からの冷却抜熱量を調整する、フィードバック制御又はフィードフォワード制御を行うことを特徴とする、請求項３に記載の熱延鋼板の冷却方法。
5. 前記冷却ゾーンの境において、熱延鋼板の温度と波形状に加えて、少なくとも熱延鋼板の波形状の急峻度又は熱延鋼板の通板速度を測定し、当該測定結果に基づいて、前記冷却ゾーンにおける熱延鋼板の上面及び下面からの冷却抜熱量を補正することを特徴とする、請求項４に記載の熱延鋼板の冷却方法。
6. 熱延鋼板を冷却した後、当該熱延鋼板の温度の標準偏差が許容される範囲に入るように、上側冷却装置から熱延鋼板の上面に冷却水をさらに噴出させると共に下側冷却装置から熱延鋼板の下面に冷却水をさらに噴出させることを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
7. 熱延鋼板の上面側の上側冷却装置と熱延鋼板の下面側の下側冷却装置は、それぞれ冷却水を噴出する複数のヘッダーを有し、前記上側冷却装置と前記下側冷却装置の冷却能力は、前記各ヘッダーをオンオフ制御することによって調整されることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
8. 熱延鋼板の上面側の上側冷却装置と熱延鋼板の下面側の下側冷却装置は、それぞれ冷却水を噴出する複数のヘッダーを有し、前記上側冷却装置と前記下側冷却装置の冷却能力は、前記各ヘッダーの水量密度、圧力、水温のいずれか又は２つ以上の冷却能力を制御することによって調整されることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
9. 熱延鋼板の冷却は、熱延鋼板の温度が６００℃以上の範囲で行われることを特徴とする、請求項３〜８のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。