JP5315870B2 - 鋼板の冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の冷却装置および冷却方法に関するものである。

熱間圧延により鋼板を製造するプロセスでは、圧延温度を制御するのに冷却水を供給したり、空冷を行ったりするのが一般的であるが、近年、冷却水を噴射し、高い冷却速度を得て組織を微細化し、鋼板の強度を上げる技術の開発が盛んである。

圧延直後の鋼板を冷却装置に通板して冷却を行う際、一般に、冷却装置の入側では空冷時間に起因して鋼板の長手方向に温度分布がある。すなわち、鋼板の最高温度は、その先端部付近にあり（例えば約８４０℃）、鋼板の最低温度は、その後端部付近にある（例えば約７７０℃）。鋼板において均一な材質を得るためには、冷却停止温度を鋼板内で均一にすることが重要であるが、そのためには、冷却中に、冷却装置入側での温度の差を打ち消すように、冷却を鋼板の長手方向に制御する必要がある。

この問題に関しては、通常、冷却装置からの冷却水の流量を変化させることによって、冷却能力を変更する方法が採用されているが、特に、鋼板の先端や後端の温度の降下が著しい部分では、冷却ノズルからの冷却水の供給を停止することによって、冷却を制御する必要がある。

このような冷却の制御に関しては、冷却装置の優れた応答性が重要であり、冷却水供給開始指令を出してから、冷却水が鋼板に実際に供給されるまでの時間（冷却水開始遅れ時間）、および、冷却水供給停止指令を出してから、鋼板上への冷却水の供給が実際に停止するまでの時間（冷却水停止遅れ時間）が短くなければならない。

上述のような優れた応答性を有する鋼板の冷却装置に関して、特許文献１は、ヘッダ内への冷却水の供給の停止を行うと同時に、ノズル出口に柱状の回転体を設け、これを回転させることによって、水槽から供給される冷却水を遮断して、ノズル出口からの不必要な冷却水の注出を回避し、オンオフ特性を改善する方法を開示している。

また、特許文献２は、スリットノズルに冷却水を供給する水槽の内部において、冷却水の供給を遮断する方法を開示している。

また、特許文献３は、スリットノズルの下流側部分に可動枠を設けると共に、ノズル出口にこれを遮蔽可能な遮蔽蓋を設けることによって、ノズル出口からの不必要な冷却水の注出を回避し、もって、オンオフ特性を改善する方法を開示している。

さらに、特許文献４は、ヘッダを内管と外管の２重構造にし、ヘッダ内管に冷却水を保持し、ヘッダ外管と内管の隙間に残存する水のみをノズルを通って外部に排出される方法を開示している。
特開昭５５−５４２１０号公報 特開昭５３−３０９１２号公報 特開昭５５−５４２０９号公報 特開平１０−１９２９４４号公報

しかしながら、特許文献１および２におけるように、スリットノズルの出口や水槽内部で冷却水を遮断する方法のみでは、長期間にわたるノズルの使用によって、冷却水の遮蔽をもたらすシール部分が損傷し、シールが不完全になって、適切な遮蔽効果が得られなくなる。また、特に、厚鋼板のように、板幅が５ｍにもおよぶ幅広のスリットノズルでは、遮蔽機構が構造的に難しく、実用的ではない。

また、特許文献３におけるように、スリットノズルの出口に開閉可能な蓋を設ける方法においては、開閉のための機構が複雑になり、その結果、設備費用の高騰化を招くという問題を有していた。しかも、この特許文献３の方法を適用しても、長期間の使用によるシール部からの水漏れを回避することはできず、冷却ムラの原因となっていた。

また、特許文献４の方法では、ヘッダ内管に供給する配管がヘッダ上方にあると冷却水供給を停止しても、重力に起因して供給管からヘッダ内管へと流れ込んだ冷却水が外管へ漏れ出てしまい、その結果、ノズルからも冷却水が漏れ出て、優れたオフ特性は得られなかった。

従って、本発明の目的は、優れた応答性を有し、冷却水供給開始指令或いは停止指令を出してから、鋼板上への冷却水の供給が実際に開始或いは停止するまでの時間を極めて短くし、ノズル出口からの不必要な冷却水の注出を回避し、かつ、長期間使用しても、ノズル出口からの冷却水の漏れがなく、冷却ムラを防止することが可能な鋼板の冷却装置および冷却方法、すなわち、鋼板を高冷却速度で均一にかつ安定して水冷することができる鋼板の冷却装置および冷却方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］鋼板の近傍に配置され、冷却水供給源に冷却水供給管を介して接続されたノズルヘッダと、前記冷却水供給管に設けられた冷却水供給制御手段と、前記ノズルヘッダに取り付けられたノズルとからなる鋼板の冷却装置において、
前記ノズルヘッダが、外管と、前記外管との間にスペースを形成するようにその内側に配置され、上方部分に貫通孔を有する内管とからなっており、前記冷却水供給管の一端は、前記ノズルヘッダの前記外管を貫通して、前記内管に接続されているとともに、
前記ノズルに圧力により動作する冷却水遮断機構を有し、かつ前記内管に接続されてノズルヘッダ内から冷却水を鋼板の存在領域外へ排出する冷却水排出管と、前記冷却水排出管に設けられた冷却水排出制御手段を有することを特徴とする鋼板の冷却装置。

［２］冷却水遮断機構に作用する水圧を検出する圧力検出手段を有することを特徴とする前記［１］に記載の鋼板の冷却装置。

［３］前記［１］に記載の冷却装置を用いた鋼板の冷却方法であって、
鋼板上への冷却水の供給を開始する際には、冷却水供給制御手段に開動作をさせ、同時に又はそれに先立って冷却水排出制御手段に閉動作をさせて、冷却水遮断機構に作用する水圧が所定の圧力を超えたら冷却水遮断機構が開放動作をとるようにして、ノズルから冷却水を噴出し、
鋼板上への冷却水の供給を停止する際には、冷却水供給制御手段に閉動作をさせ、同時に冷却水排出制御手段に開動作をさせて、冷却水遮断機構に作用する圧力が所定の圧力以下になったら冷却水遮断機構が遮断動作をとるようにして、ノズルからの冷却水の噴出を遮断する
ことを特徴とする鋼板の冷却方法。

［４］前記［２］に記載の冷却装置を用いた鋼板の冷却方法であって、
鋼板上への冷却水の供給を開始する際には、冷却水供給制御手段に開動作をさせ、同時に又はそれに先立って冷却水排出制御手段に閉動作をさせて、冷却水遮断機構に作用する水圧が所定の圧力を超えたら冷却水遮断機構が開放動作をとるようにして、ノズルから冷却水を噴出し、
鋼板上への冷却水の供給を停止する際には、冷却水供給制御手段に閉動作をさせ、同時に冷却水排出制御手段に開動作をさせて、冷却水遮断機構に作用する圧力が所定の圧力以下になったら冷却水遮断機構が遮断動作をとるようにして、ノズルからの冷却水の噴出を遮断するとともに、圧力検出手段の検出値が所定の圧力以下になったら冷却水排出制御手段に閉動作をさせるようにする
ことを特徴とする鋼板の冷却方法。

本発明を用いることにより、冷却水供給開始指令或いは停止指令を出してから、鋼板上への冷却水の供給が実際に開始、或いは実際に停止するまでの時間を極めて短くし、ノズル出口からの不必要な冷却水の注出を回避し、鋼板の冷却の制御性を大幅に改善できる。その結果、鋼板を高冷却速度で均一にかつ安定して水冷することが可能となり、鋼板の長手方向における温度むらに起因する材質欠陥の発生を防止し、材質はずれを少なくして、品質の高い鋼板を製造することができる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る鋼板の冷却装置を示す概略説明図であり、図１は鋼板（図示せず）の幅方向から見た図（側面図）である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る鋼板の冷却装置は、鋼板の近傍に配置されて、鋼板上面（図示せず）に冷却水を噴射できるようになっており、冷却水供給源（図示せず）に冷却水供給管６を介して接続されたノズルヘッダ１と、冷却水供給管６に設けられた冷却水供給制御手段７と、冷却水供給制御手段７を作動（開動作、閉動作）させるための冷却水供給制御機構８と、ノズルヘッダ１に取り付けられたノズル（ノズル群）５とからなる基本構造を有している。

そして、ノズルヘッダ１は、矩形断面の外枠（外管）２と、その内側に配置された円形断面の内枠（内管）３とからなっており、外枠２と内枠３の間に空間（スペース）４が形成されている。さらに、内枠３の上方部分にはスペース４に通じる複数の貫通孔３ａが設けられているとともに、冷却水供給管６が外枠２を貫通して内枠３へ接続されている。

また、冷却水供給制御手段７は、電気信号によって開閉動作を行う開閉弁（例えば、電磁弁）からなっており、冷却水供給制御機構（例えば、ソレノイドコイル）８に電気信号を送って、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）７を開放すれば、冷却水供給源からの冷却水が冷却水供給管６を通ってノズルヘッダ１の内枠３に供給される。このようにして内枠３内に供給された冷却水は、その上方部分に形成された貫通孔３ａを通って、スペース４内に供給され、均一な圧力でノズル５の出口から噴出し、これによって、鋼板が冷却される。もちろん、冷却水供給制御機構８に電気信号を送り、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）７を閉鎖すれば、ノズルヘッダ１内への冷却水の供給は遮断される。

ただし、上述の基本構造だけの場合、冷却水供給管６の内径や長さに起因して、冷却水供給用開閉弁７と内枠３との間の冷却水供給管６ａ内の冷却水の量が多く、冷却水供給用開閉弁７を閉じて、冷却水の供給を停止しても、冷却水供給管６ａ内およびノズルヘッダ１内に残存する冷却水が重力によって下方に移動し、ノズル５を通って鋼板上面に排出されてしまう。従って、冷却水停止遅れ時間が長い。また、再度冷却水を噴射する際には、冷却水供給管６ａ内およびノズルヘッダ１内が冷却水で満たされる時間が必要なため、冷却水開始遅れ時間が長い。

そこで、この実施形態に係る鋼板の冷却装置においては、上記のような冷却水供給管６ａ内等に残存する冷却水をノズルヘッダ１内に封じこめるようにした冷却水遮断機構９を備えている。この冷却水遮断機構９は圧力によって動作（遮断動作、開放動作）する遮断弁からなり、ノズル５に組み込まれている。

なお、冷却水遮断機構９としては、例えば、デスケーリングノズルのＯＮ-ＯＦＦ制御のためのチェックバルブ機構や、一般的な逆止弁と類似する機構を持ち、水圧がかかると弁が開いて水が噴射し、冷却水の供給を停止すると水圧の低下により弁が閉じる水漏れ防止機構を用いればよい。

そのような水漏れ防止機構による冷却水遮断機構の一例を図２により説明する。この図は、噴射孔５ａを有するノズル５の上流側にねじ込み等により一体結合された水漏れ防止機構（冷却水遮断機構）９を示す断面図である。この水漏れ防止機構（冷却水遮断機構）９は、筒体９ａの内部に、弁座９ｂ、弁体９ｃ、釣り合いばね９ｄ、ばね支え（ばね座）９ｅが上流側からこの順に組み込まれた構造になっている。そして、ばね支え９ｅの位置あるいは釣り合いばね９ｄのばね力を調整することにより、図の上方から作用する水圧が所定値（遮断上限圧力）以下になると、弁体９ｃが弁座９ｂに押し付けられて、水流が遮断され、釣り合いばね９ｄのばね力に打ち勝つ水圧（遮断上限圧力を超える水圧）が作用すれば、弁体９ｃが弁座９ｂから離れて、水が流れるようになる。もちろん、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）７が開放されて、冷却水供給管６ａ内およびノズルヘッダ１内へ冷却水が供給されているときには、冷却水遮断機構９も開放されるように、遮断上限圧力を設定しておく。

これにより、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）７が開放されているときには、冷却水遮断機構９に遮断上限圧力を超える水圧がかかることにより、冷却水遮断機構９が開放動作をして、ノズル５より冷却水が噴射され、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）７が閉鎖されているときには、冷却水遮断機構９に遮断上限圧力以下の水圧しかかからないようになれば、冷却水遮断機構９が遮断動作をして、ノズルヘッダ１内や冷却水供給管６ａ内に残存冷却水が保持された状態で、ノズル５からの冷却水の噴射が停止する。

なお、冷却水遮断機構９は電気的に、或いは機械的にＯＮ−ＯＦＦする機構を用いても良い。

さらに、この実施形態に係る鋼板の冷却装置においては、上記のような冷却水供給管６ａ内およびノズルヘッダ１内に残存する冷却水の圧力を瞬時に低下させるための冷却水排出配管系（冷却水排出機構）を備えている。

この冷却水排出配管系（冷却水排出機構）は、一端がノズルヘッダ１の内管３に接続され、他端が鋼板存在領域外に延びている冷却水排出管１１と、冷却水排出管１１に設けられた冷却水排出制御手段（例えば、電磁弁）１２と、冷却水排出制御手段１２を作動（開動作、閉動作）させるための冷却水排出制御機構（例えば、ソレノイドコイル）１３とから構成されている。

そして、冷却水排出制御機構１３は、冷却水供給制御機構８と電気的に接続しており、一体として制御装置を構成している。それによって、冷却水排出制御手段（冷却水排出用開閉弁）１２は、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）７が開放されているときに閉鎖され、冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）７が閉鎖されているときには開放されるようになっている。

これによって、冷却水供給停止指令によって冷却水供給制御手段７が閉鎖されると、同時に冷却水排出制御手段１２が開放され、冷却水供給管６ａ内およびノズルヘッダ１内に残存する冷却水が冷却水排出管１１を経由して鋼板の存在領域外へ排出され、冷却水遮断機構９に作用する水圧を瞬時に低下させる。

なお、冷却水供給用開閉弁７が開放されているときに閉鎖され、冷却水供給用開閉弁７が閉鎖されているときに開放される空気抜き弁を冷却水供給用開閉弁７より下流側かつ冷却水遮断機構９より上流側に具備させれば、冷却水供給用開閉弁７が閉鎖された後の冷却水排出管１１を経由した冷却水の排出が促進されるので、好ましい。

また、詳細は後述するが、図１に示すように、冷却水排出制御機構１３と電気的に接続されて、冷却水遮断機構９に作用する水圧を検出する圧力センサ１４を設置しておき、その圧力センサ１４の検出値が冷却水遮断機構９の遮断上限圧力以下になったら、冷却水排出制御機構１３からの指示によって冷却水排出制御手段１２が閉鎖されるようにすれば、水冷開始特性を向上させることができるので好ましい。

次に、この実施形態に係る鋼板の冷却装置の動作を以下に説明する。

まず、鋼板の冷却を行うために、鋼板の表面上に冷却水を供給する場合には、冷却水供給制御機構８に電気信号（冷却水供給開始指令）を送って、冷却水供給用開閉弁７を開放する。それと同時に、又はそれに先立って、冷却水排出制御機構１３に電気信号が送られて、冷却水排出用開閉弁１２が閉鎖される。これによって、冷却水供給源からの冷却水は、冷却水供給管６を通り、ノズルヘッダ１の内枠３に供給され、内枠３内に供給された冷却水は、貫通孔３ａを通って、スペース４内に供給された後、冷却水遮断機構９が開放されているノズル５から均一な圧力で噴出し、鋼板の表面全体を冷却する。

次いで、鋼板先後端等における冷却を制御するために、鋼板の表面上への冷却水の供給を停止する場合には、冷却水供給制御機構８に電気信号（冷却水供給停止指令）を送って、冷却水供給用開閉弁７を閉鎖する。それと同時に、冷却水排出制御機構１３に電気信号が送られて、冷却水排出用開閉弁１２が開放される。これによって、冷却水供給管６ａ内およびノズルヘッダ１内に残存した冷却水が冷却水排出管１１を経由して排出され、ノズルヘッダ１内の圧力（冷却水遮断機構９に作用する圧力）が瞬時に遮断上限圧力以下に低下して、冷却水遮断機構９が遮断動作を行い、残存した冷却水がノズル５から噴出するのが遮断され、冷却水垂れが速やかになくなる。

なお、冷却水遮断機構９が遮断動作をしても、冷却水排出用開閉弁１２は開放されたままなので、冷却水排出管１１から冷却水供給管６ａ内およびノズルヘッダ１の内枠３内の残存冷却水の排出は継続されるが、最終的にスペース４内には貫通孔３ａの高さ位置まで冷却水が残存することになる。

このようにして、この実施形態に係る鋼板の冷却装置においては、冷却水供給停止指令を出してから、鋼板上への冷却水の供給が実際に停止するまでの時間（冷却水停止遅れ時間）が極めて短くなり、ノズル出口５ａからの不必要な冷却水の注出が回避されて、優れた水冷停止特性（オフ特性）が得られ、鋼板の冷却の制御性を大幅に改善できる。

また、鋼板上への冷却水の供給を開始（再開）する場合においても、既に、貫通孔３ａの高さ位置までスペース４内に残存冷却水が満たされているため、その分だけ、冷却水供給管６ａ内およびノズルヘッダ１内を冷却水で満たす時間が少なくてすみ、冷却水供給開始指令を出してから、実際に冷却水がノズル５から噴出する時間（冷却水供給開始遅れ時間）が短くなり、良好な水冷開始特性（オン特性）が得られる。

その結果、鋼板を高冷却速度で均一にかつ安定して水冷することが可能となり、鋼板の長手方向における温度むらに起因する材質欠陥の発生を防止し、材質はずれを少なくして、品質の高い鋼板を製造することができる。

さらに、前述したように、冷却水排出制御機構１３と電気的に接続されて、冷却水遮断機構９に作用する水圧を検出する圧力センサ１４を設置しておき、その圧力センサ１４の検出値が冷却水遮断機構９の遮断上限圧力以下になったら、冷却水排出制御機構１３からの指示によって、冷却水排出制御手段１２が閉鎖されるようにするという、冷却水排出制御手段１２の閉鎖制御を行えば、水冷開始特性を一層向上させることができる。

すなわち、冷却水供給停止指令によって冷却水供給制御手段７が閉鎖された際に、冷却水遮断機構９に作用する水圧が遮断上限圧力を超えている間は、冷却水排出制御手段１２が開放されて、残存冷却水が冷却水排出管１１を経由して排出されるが、圧力センサ１４によって検出された圧力（冷却水遮断機構９に作用する水圧）が遮断上限圧力以下になれば、冷却水遮断機構９が遮断動作を行うとともに、冷却水排出制御機構１３からの指示で冷却水排出制御手段１２が閉鎖されるので、遮断上限圧力に相当する水量の残存冷却水がノズルヘッダ１内あるいは冷却水供給管６ａ内に保持される。したがって、鋼板上への冷却水の供給を開始（再開）する場合に、既に、遮断上限圧力に相当する水量の残存冷却水が保持されているため、その分だけ、冷却水供給管６ａ内およびノズルヘッダ１内を冷却水で満たす時間が少なくてすみ、冷却水供給開始指令を出してから、実際に冷却水がノズル５から噴出する時間（冷却水供給開始遅れ時間）が非常に短くなり、一層良好な水冷開始特性（オン特性）が得られる。

その結果、鋼板を高冷却速度で均一にかつ安定して水冷することが可能となり、鋼板の長手方向における温度むらに起因する材質欠陥の発生を防止し、材質はずれを少なくして、さらに品質の高い鋼板を製造することができる。

ちなみに、圧力センサ１４は冷却水遮断機構９の直近に設置するのが好ましいが、場合によっては、冷却水遮断機構９から少し離れた位置に設置して、その水頭差をバイアスとして圧力センサ１４の実測値に加算してもよい。

なお、冷却水排出用開閉弁７の径が大きいなどで動作に時間がかかる場合には、冷却水供給停止指令に先んじて冷却水排出用開閉弁１２を開放するような制御を行っても良い。

そして、上記のような冷却装置を鋼板の熱間圧延ラインに設置する際には、冷却装置を鋼板搬送方向に所望数だけ並べて配置すればよい。

また、冷却水の噴射方向は、本実施形態のように鉛直下方に噴射する場合に限られるものではなく、例えば斜め下方に噴射するようにしてもよい。

本発明の実施例１を以下に説明する。

本発明の実施例１として、上記の実施形態に係る鋼板の冷却装置を含んだ冷却設備を用いて、熱間圧延後の厚鋼板をオンラインで冷却することにした。ここでは、この冷却装置を鋼板搬送方向に９組並べて配置し、厚鋼板の上面の冷却を行うようにした。厚鋼板の下面の冷却は、上面と同等の冷却能力を有する一般的なラミナーノズルを備えた冷却装置を用いた。

なお、各冷却装置における冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁）７として、１つの入口ポートおよび３つの出口ポートを有する電磁弁を使用し、その入口ポートを冷却水供給源に接続し、３つの出口ポートを、３本の冷却水供給管６を介してノズルヘッダ１の内枠３に接続した。

また、ノズルヘッダ１の幅は５ｍ、その外枠２は４００ｍｍ角、その内枠３の内径は２００ｍｍ、ノズル出口５ａの直径は６ｍｍ、供給される冷却水の量は１０００リットル／分（±５０リットル／分）であった。

そして、先ず、この冷却装置の水冷停止特性（オフ特性）の確認を行った。すなわち、冷却水供給停止指令を出し、冷却水供給用開閉弁７を閉鎖してから、ノズル５からの冷却水の供給が完全に停止するまでの所要時間（冷却水停止遅れ時間）を調査した。次に、水冷開始特性（オン特性）の確認を行うため、冷却水供給開始指令を出し、冷却水供給用開閉弁７を開放してから、この冷却装置から冷却水が均一に噴射するまでの時間（冷却水開始遅れ時間）を調査した。

その際に、本発明例１では、ノズル５に冷却水遮断機構９を設け、ノズルヘッダ内管３に冷却水排出機構（冷却水排出管１１、冷却水排出制御手段１２、冷却水排出制御機構１３）を設けた。

また、本発明例２では、本発明例１に加えて、冷却水遮断機構９に作用する圧力を検出する圧力センサ１４を設けて、冷却水排出制御手段１２の閉鎖制御を行った。

一方、比較例１では、冷却水遮断機構９と冷却水排出機構を設けなかった。

また、比較例２では、ノズル５に冷却水遮断機構９を設けるとともに、外管２に冷却水排出機構を設けた。

その結果、本発明例１では、鋼板上への冷却水の供給を停止するために、冷却水供給制御機構８に電気信号（冷却水供給停止指令）を送って、冷却水供給用開閉弁７を閉鎖すると、冷却水排出用開閉弁１２が開放されて、冷却水排出管１１から水が吐出し、冷却水遮断機構９に作用する水圧が遮断上限圧力以下になると、冷却水遮断機構９が遮断動作をして、ノズル５からの冷却水の供給が完全に停止した。その際の冷却水停止遅れ時間は約０．８秒と非常に短かった。また、冷却水供給開始指令から、冷却水が安定してノズル５から供給されるまでの時間（冷却水開始遅れ時間）は、既にノズルヘッダ外管２内に残存冷却水が満たされているため、５秒と短かった。

本発明例２では、鋼板上への冷却水の供給を停止するために、冷却水供給制御機構１３に電気信号（冷却水供給停止指令）を送って、冷却水供給用開閉弁７を閉鎖すると、冷却水排出用開閉弁１２が開放されて、冷却水排出管１１から水が吐出し、圧力センサ１４の検出値が冷却水遮断機構９の遮断上限圧力以下になると、冷却水排出用開閉弁１２が閉鎖されて、冷却水排出管１１からの排水は停止するとともに、冷却水遮断機構９が遮断動作をして、ノズル５からの冷却水の供給が完全に停止した。その際の冷却水停止遅れ時間は約０．８秒と非常に短かった。また、冷却水供給開始指令から、冷却水が安定してノズル５から供給されるまでの時間（冷却水開始遅れ時間）は、既に遮断上限圧力に相当する水量の残存冷却水が保持されているため、２秒と非常に短かった
一方、比較例１では、鋼板上への冷却水の供給を停止するために、冷却水供給制御機構７に電気信号（冷却水供給停止指令）を送って、冷却水供給用開閉弁７を閉鎖すると、冷却水供給管６ａ内およびスペース４内に残存した冷却水が、ノズル５からゆっくりと排出された後に、鋼板上への冷却水の供給が完全に停止した。その際の冷却水供給停止遅れ時間は約３０秒と非常に長くかかった。また、冷却水供給開始遅れ時間に関しても、冷却水供給管６ａ内およびスペース４内に残存していた冷却水が全て排出されたため、あらためて、冷却水供給管６ａ内およびノズルヘッダ１内を冷却水で満たす必要があり、冷却水供給源からの冷却水は、冷却水供給管６ａを通り、ノズルヘッダ１の内枠３に供給され、内枠３内に供給された冷却水は、貫通孔３ａを通って、スペース４内に供給された後、ノズル５から噴出するため、冷却水供給開始遅れ時間が１２秒と長かった。

また、比較例２では、冷却水遮断機構９と冷却水排出機構を設けたため、冷却水供給停止遅れ時間は約０．８秒と短かったが、冷却水供給開始遅れ時間に関しては、冷却水排出機構を外管２に設けているために、残存冷却水がノズルヘッダ１内にほとんど保持されず、結果的に比較例１の場合と同様になって、１２秒と長かった。

なお、空気抜き弁を機能させた場合は、いずれの例においても機能させない場合よりも若干水冷停止特性は向上し、本発明例１に空気抜き弁を機能させた場合の冷却水停止遅れ時間は約０．５秒と非常に短かくなった。

上記の水冷停止特性、水冷開始特性の調査結果を整理して表１に記しておく。

次に、上述したように、上記の実施形態に係る鋼板の冷却装置を９組含んだ冷却設備を用いて、熱間圧延後の厚鋼板を通過させながらオンラインで冷却した。

なお、厚鋼板の寸法は板幅４３００ｍｍ、板長１８ｍ、板厚３２ｍｍ、搬送速度は２０ｍｐｍであった。冷却設備入側通過時の厚鋼板の長手方向における温度、すなわち、水冷前の厚鋼板の温度を計測したところ、厚鋼板の先端付近で８４０℃、後端付近で７７０℃と先後端で約７０℃の温度差があった。

そして、９組の冷却装置の内、後段３組の冷却装置において、厚鋼板の後端部から１．５ｍの位置に対応する部分が通過するタイミングで、それぞれの冷却装置の冷却水供給用開閉弁７を閉鎖し、冷却設備出側通過時の厚鋼板の長手方向における温度、すなわち、水冷後の厚鋼板の温度を計測した。

その際に、後段３組の各冷却装置を前記の本発明例１、本発明例２の状態とした場合、および比較例１、比較例２の状態とした場合で比較した。

その結果、後段３組のそれぞれの冷却装置を本発明例１、２、比較例２の状態とした場合は、水冷前に７０℃であった厚鋼板の先後端温度差が、水冷後には、それぞれ、約２０°Ｃに減少していた。そして、このようにして冷却された厚鋼板を冷却床で常温まで冷却したが、反り等の歪みは全く発生しなかった。また、厚鋼板の長手方向の硬度を測定したが、均一な硬度分布を有しており、材質のばらつきは非常に少なかった。従って、材質はずれによる厚鋼板端部の格下げはなく、製品歩留りは１００％であった。

一方、後段３組のそれぞれの冷却装置を比較例１の状態とした場合は、水冷前に７０℃であった厚鋼板の先後端温度差が、水冷後も約６０°Ｃとあまり変化がなかった。これは、水冷停止遅れ時間が約３０秒かかっていたため、冷却水の供給停止指令後にも、厚鋼板の後端部に冷却水が落下していたためと考えられる。そして、このようにして冷却された厚鋼板を冷却床で常温まで冷却したところ、反り等の歪みが発生していた。また、厚鋼板の長手方向の硬度を測定したところ、冷却むらによる硬度の高い部分が存在しており、材質のばらつきが大きかった。その結果、材質はずれによる厚鋼板端部の格落ちが０．５６ｍであり、製品歩留りは９７％であった。

また、冷却開始特性に関しては、事前に冷却開始特性を把握していたため、冷却水供給開始指令の発令時間を変えて水冷制御したため、製品歩留まりには影響しなかったが、本発明例１、２および比較例１、２について、鋼板が無い状態で水を噴射している時間を比較したところ、本発明例２に比べ、本発明例１は３倍、比較例１、２においては１０倍も冷却水を無駄に使用し、非経済的であり、ランニングコストも冷却水噴射時間に比例し、高くなってしまった。

本発明の一実施形態の概略説明図（側面図）である。 本発明の一実施形態における冷却水遮断機構の一例の断面図である。

符号の説明

１ ノズルヘッダ
２ 外枠（外管）
３ 内枠（内管）
３ａ 貫通孔
４ スペース
５ ノズル（ノズル群）
５ａ ノズルの噴射孔
６ 冷却水供給管
６ａ 冷却水供給用開閉弁と内枠との間の冷却水供給管
７ 冷却水供給制御手段（冷却水供給用開閉弁、電磁弁等）
８ 冷却水供給制御機構（ソレノイドコイル等）
９ 冷却水遮断機構
９ａ 筒体
９ｂ 弁座
９ｃ 弁体
９ｄ 釣り合いばね
９ｅ ばね支え
１１ 冷却水排出管
１２ 冷却水排出制御手段（冷却水排出用開閉弁、電磁弁等）
１３ 冷却水排出制御機構（ソレノイドコイル等）
１４ 圧力センサ

Claims (4)

1. 鋼板の近傍に配置され、冷却水供給源に冷却水供給管を介して接続されたノズルヘッダと、前記冷却水供給管に設けられた冷却水供給弁と、前記ノズルヘッダに取り付けられたノズルとからなる鋼板の冷却装置において、
   前記ノズルヘッダが、外管と、前記外管との間にスペースを形成するようにその内側に配置され、上方部分に貫通孔を有する内管とからなっており、前記冷却水供給管の一端は、前記ノズルヘッダの前記外管を貫通して、前記内管に接続されているとともに、
   前記ノズルに、水圧が遮断上限圧力以下になると、機械的又は電気的に前記ノズルからの冷却水の噴射を停止させる冷却水遮断機構を有し、かつ前記内管に接続されて前記ノズルヘッダ内から冷却水を鋼板の存在領域外へ排出する冷却水排出管と、前記冷却水排出管に設けられた冷却水排出弁を有することを特徴とする鋼板の冷却装置。
2. 前記機械的又は電気的に前記ノズルからの冷却水の噴射を停止させる前記冷却水遮断機構とは別に、前記冷却水遮断機構に作用する水圧を検出する圧力検出手段を有し、
   前記圧力検出手段によって検出された水圧が、前記遮断上限圧力を超えている間は、前記冷却水排出弁を開放し、
   前記圧力検出手段によって検出された水圧が、前記遮断上限圧力以下になると、前記冷却水排出弁を閉鎖することを特徴とする請求項１に記載の鋼板の冷却装置。
3. 請求項１に記載の冷却装置を用いた鋼板の冷却方法であって、
   鋼板上への冷却水の供給を開始する際には、前記冷却水供給弁に開動作をさせ、同時に又はそれに先立って前記冷却水排出弁に閉動作をさせて、前記冷却水遮断機構に作用する水圧が遮断上限圧力を超えたら前記冷却水遮断機構が開放動作をとるようにして、前記ノズルから冷却水を噴出し、
   鋼板上への冷却水の供給を停止する際には、前記冷却水供給弁に閉動作をさせ、同時に前記冷却水排出弁に開動作をさせて、前記冷却水遮断機構に作用する圧力が前記遮断上限圧力以下になったら前記冷却水遮断機構が遮断動作をとるようにして、前記ノズルからの冷却水の噴出を遮断することを特徴とする鋼板の冷却方法。
4. 前記冷却装置は、前記機械的又は電気的に前記ノズルからの冷却水の噴射を停止させる前記冷却水遮断機構とは別に、前記冷却水遮断機構に作用する水圧を検出する圧力検出手段を有し、
   前記圧力検出手段によって検出された水圧が、前記遮断上限圧力を超えている間は、前記冷却水排出弁を開放し、
   前記圧力検出手段によって検出された水圧が、前記遮断上限圧力以下になると、前記冷却水排出弁を閉鎖することを特徴とする請求項３に記載の鋼板の冷却方法。

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