JP5387093B2 - 熱鋼板の冷却設備 - Google Patents

Description

本発明は、熱鋼板の冷却設備に関するものである。

熱間圧延によって厚板や薄板などの鋼板を製造するプロセスでは、例えば図９に示すような設備において、熱間粗圧延、仕上圧延を行った後、水冷または空冷を行って組織を制御している。水冷によって比較的低い温度、例えば４５０〜６５０℃程度に冷却すると、微細なフェライトやベイナイト組織が得られ、鋼板の強度を確保できるので、スプレー冷却水やラミナー冷却水などによって鋼板を冷却する技術が一般的である。また近年では、高い冷却速度を得て組織をより微細化し、鋼板の強度を上げる技術の開発が盛んである。

例えば、大量の棒状のラミナー冷却水を供給して熱鋼板を冷却する技術として特許文献１や特許文献２の技術がある。これは、鋼板の上下面に多数設置したノズルから冷却水を高速で噴射するものであり、非常に高い冷却速度を得ることができ、材料特性に優れた製品を製造出来るとされている。

特開２００１−２４６４１２号公報 特開２００４−６６３０８号公報

しかしながら、従来の技術は、冷却能力や冷却均一性の確保に問題があった。

特許文献１の技術は、仕上圧延後の熱延鋼帯の冷却装置であり、上下面冷却ボックスのノズル孔から、柱状のラミナー水を鋼帯に対して上下対称に噴射するものであり、上下面の冷却条件を全く同じにでき、均一な熱延鋼帯を製造できるとされている。また、鋼帯の上下面にかかる流体圧をほぼ等しくすることにより、無張力状態でも安定通板が可能であるとされている。

しかし、特許文献１の技術は、冷却ボックスにノズル孔を空けるだけの構造であるから、下面冷却ボックスから鋼帯下面に噴射した冷却水が自然落下すると、下面冷却ボックスの上端面上で滞留水となり、後続で噴射する冷却水の障害となる。また、上面冷却では鋼帯表面に衝突した後の滞留水がある程度の冷却能力を持つのに対し、下面冷却では鋼帯表面に衝突した後の水は自然落下して冷却に関与しなくなるので、下面冷却の方が冷却能力は劣る。したがって、上下対称に冷却水を噴射したのでは、上下面均一に冷却することは難しい。

また、特許文献２の技術は、上下面の冷却水ヘッダに冷却水噴射ノズルを突出して設け、冷却水ヘッダと熱延鋼帯との間に設けられる保護板の１つの孔またはスリットを、複数の冷却ノズルから噴射した冷却水が通過するとともに、鋼帯に供給された冷却水が同じ孔またはスリットから排出されるものである。すなわち、保護板の孔やスリットには噴射口と排水口の機能が共存するから、図１０に示すように冷却排水の流れはノズル先端から噴射される棒状冷却水にとって逆流であり、流動抵抗となっていた。また、鋼板に到達した後の排出水はお互いにぶつかり合って上昇し、ノズル口と兼用である排水口に到達するまでに流路が曲げられるので、この部分が淀みとなって、排出水の円滑な流れが妨げられていた。

このように、特許文献２の技術では、鋼帯表面へ供給された冷却水の円滑な排出にやや難があることがわかった。従って、鋼帯を上下または幅方向に均一に冷却することが難しく、また、冷却水が確実に鋼板に届くようにするためには、ヘッダに高い噴射圧力をかけて冷却水を高速噴射しなければならないため、設備費がかかるという問題がある。

本発明は、上記に鑑み、熱鋼板の上下面に冷却水を供給する場合において、高冷却速度で上下面を均一に冷却する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
第一の発明は、鋼板の熱間圧延ラインに設置される熱鋼板の冷却設備であって、熱鋼板の上面側には、冷却水を供給する上部ヘッダと、上部ヘッダから懸垂した棒状冷却水を噴射する上部冷却水噴射ノズルとを備え、前記熱鋼板の下面側には、冷却水を供給する下部ヘッダと、下部ヘッダから鉛直方向上向きに棒状冷却水を噴射する下部冷却水噴射ノズルとを備え、前記下部冷却水噴射ノズルの設置密度を前記上部冷却水噴射ノズルの設置密度の１．５〜４倍とすることを特徴とする熱鋼板の冷却設備である。

第二の発明は、熱鋼板の上面側冷却水の水量密度を１．５〜４．０ｍ^３/ｍ^２・ｍｉｎ、下面側冷却水の水量密度を２．０〜８．０ｍ^３/ｍ^２・ｍｉｎとし、前記下面側冷却水の水量密度を前記上面側冷却水の水量密度の１．３〜２．０倍とすることを特徴とする第一の発明に記載の熱鋼板の冷却設備である。

第三の発明は、熱鋼板の上面側に設置された上部冷却水噴射ノズルの内径を３〜８ｍｍ、前記上部冷却水噴射ノズルの下端部から熱鋼板上面までの距離を３０〜１２０ｍｍ、前記上部冷却水噴射ノズルから噴射される冷却水の流速を８ｍ／ｓ以上とし、前記熱鋼板の下面側に設置された下部冷却水噴射ノズルの内径を３〜１０ｍｍ、前記下部冷却水噴射ノズルから噴射される冷却水の流速を２ｍ／ｓ以上かつ前記上部冷却水噴射ノズルから噴射される冷却水の流速の９０％以下とすることを特徴とする第一または第二の発明に記載の熱鋼板の冷却設備である。

第四の発明は、さらに、熱鋼板の上面側に、前記熱鋼板と上部ヘッダとの間に隔壁を備え、該隔壁には、上部冷却水噴射ノズルの下端部を内挿する給水口と、前記熱鋼板の上面に供給された冷却水を隔壁上へ排水する排水口とが多数設けられていることを特徴とする第一乃至第三の発明の何れかに記載の熱鋼板の冷却設備である。

本発明の熱鋼板の冷却設備を用いることにより、鋼板上下面ともに高い冷却速度が得られ、鋼板を目標温度まで早く均一に冷却できるので、生産性向上に寄与するとともに、高強度など材質特性の優れた鋼板を製造することができる。また、さらに鋼板上面の冷却を、鋼板幅方向に温度むらがなく、均一に行うことができるので、品質の高い鋼板を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る冷却設備を説明する図である。 本発明の鋼板上下面での冷却水衝突点を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る冷却設備を説明する図である。 隔壁におけるノズル配置例を説明する図である。 隔壁上の冷却排水の流れを説明する図である。 上下面のノズル設置密度比と上下面の冷却能力比との関係の一例を示す図である。 従来例による鋼板幅方向温度分布を説明する図である。 本発明による鋼板幅方向温度分布を説明する図である。 厚板圧延ラインの概略を説明する図である。 従来例による冷却水の流れを説明する図である。 本発明の冷却水の流れを説明する図である。 本発明の隔壁上の冷却排水との非干渉を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照して説明する。なお、ここでは、本発明を厚板圧延プロセスでの鋼板の冷却に用いた場合を例にして述べる。

図９は、本発明の実施に供する厚板圧延ラインの一例を示す概略図である。加熱炉から抽出されたスラブは圧延機によって粗圧延と仕上圧延が施され、所定の仕上温度、仕上板厚とされた後、オンラインにて加速冷却設備に搬送される。冷却前にプリレベラを通して鋼板の形状を整えてから加速冷却を行うのが冷却後の鋼板形状には好適である。加速冷却設備では、上面冷却設備と下面冷却設備とから噴射される冷却水によって鋼板は所定温度まで冷却される。

（第１の実施形態）
図１は本発明の一実施の形態に係る上下面冷却設備を示した図で、冷却設備の配置を示した側面図である。

上面冷却設備は熱鋼板１２の上面に冷却水を供給する上ヘッダ１と、該上ヘッダ１から懸垂した上冷却水噴射ノズル３とを備えており、上冷却水噴射ノズル３は棒状の冷却水を噴射する円管ノズル３からなる。下面冷却設備も熱鋼板１２の下面に冷却水を供給する下ヘッダ２と、該下ヘッダ２から鉛直方向に冷却水を噴射する下冷却水噴射ノズル４とを備えており、上面冷却設備と同様に下冷却水噴射ノズル４も棒状の冷却水を噴射する円管ノズル４からなる。なお、鋼板下面側の冷却では、噴射された冷却水は鋼板に衝突した後に自然落下するので、上面側冷却のような冷却排水を鋼板幅方向に排出する隔壁５はなくても、均一性の高い冷却を行うことができる。

ここで、本発明における棒状冷却水とは、円形状（楕円や多角の形状も含む）のノズル噴出口からある程度加圧された状態で噴射される冷却水であって、ノズル噴出口からの冷却水の噴射速度が２ｍ/ｓ以上であり、ノズル噴出口から噴射された水流の断面がほぼ円形に保たれた連続性と直進性のある水流の冷却水のことをいう。すなわち、円管ラミナーノズルからの自由落下流や、スプレーのような液滴状態で噴射されるものとは異なる。

ところで、一般に、下面冷却の方が上面冷却よりも冷却能力が劣るため、上下面で均等な冷却を行うためには、上面冷却よりも下面冷却の方に幾分冷却水を多く供給しなければならない。前述したように、上面冷却では、鋼板表面に衝突した後の滞留水がある程度冷却能力をもつのに対し、下面冷却では、鋼板表面に衝突した後の水は自然落下して冷却に関与しなくなるからである。

一方、従来技術では、特許文献１について前述したように、上下面の冷却ノズルの数を同数にして、流速を上下面で等しくするか、または下面側の冷却能力不足を解消するために上面側よりも下面側を高くするのが一般的であるが、この場合下面冷却用のポンプの圧力を高くしなければならない。例えば、ノズルおよびノズル設置数が上下面で同じで、下面冷却の水量密度を上面冷却の１．５倍にして上下均等冷却しようとすると、下面冷却には上面冷却の１．５倍の流速が必要となるので、設備コストやランニングコストが高くなる。そこで、本発明では、下面冷却用のノズル数を多くして、直接噴射部の面積をより大きくすることで、冷却能力を高めている。

さらに、上面冷却水は、熱鋼板上の滞留水膜を破らなければならないので、ある程度の高い流速が必要である。これに対し、下面冷却水は、滞留水膜が存在しないので熱鋼板まで届きさえすればよく、高い流速は必要ないため、同じ流量密度とする場合に、ノズル数を多く、流速を遅くすることができる。

したがって、本発明では、冷却能力に劣る下面冷却用のノズル数を上面冷却用ノズルよりも多くすることとした。これにより、ノズル自体のコストは多くかかるが、下面冷却用のポンプ等の設備コストやランニングコストを低く抑えることができる。

以上の原理について、詳細に説明する。図６は、上下面のノズル設置密度比と上下面の冷却能力比との関係の一例を示す図である。図中のＡ点に示すように、上下面のノズル設置密度が同じである従来の場合、上下面の冷却能力を等しくする（冷却能力比を１とする）ためには、下面冷却の流量密度は上面冷却の１．５倍必要であった。しかし、同じ流量密度でも、下面側のノズル設置密度を増やして、冷却水が直接当たる部分の総面積を大きくすれば、冷却能力が向上する（例えば、下面のノズル設置密度を１．５倍とした図中のＢ点参照）。

そこで、下面側のノズル設置密度を１．５倍にすれば、図中のＣ点に示すように、下面冷却水の流速を上面冷却の０．９倍程度とし、下面冷却の流量密度を上面冷却の１．３倍まで下げても、冷却能力比は１となり、上下均等な冷却が実現できる。したがって、下面冷却の流量密度と噴射圧力を従来よりも下げることができる。このように、下面冷却能力が極大となるような最適なノズル設置密度を選べば、下面冷却に必要な流量密度は最低限となり、設備コストを抑えることができる。

以上の知見に基づき、本発明では、上面冷却および下面冷却の条件を、以下のように規定する。

本発明では、下面冷却ノズルの設置密度を、上面冷却ノズルの設置密度の１．５〜４倍と大きくする。例えば、図２は鋼板上下面への冷却水の衝突点を説明する図であるが、図２に示すように、下冷却水噴射ノズル４による鋼板下面冷却水衝突点１４の鋼板幅方向ピッチＷ２を、上冷却水噴射ノズル３による鋼板上面冷却水衝突点１３の幅方向ピッチＷ１の半分とすればよい。なお、下冷却水噴射ノズル４の設置密度の上限は、上冷却水噴射ノズル３の設置密度の４倍である。ノズルピッチが短くなりすぎると、ノズルを１本ずつ差し込むスペースがなくなってしまううえ、ノズル数が多くなって設備コストも高くなりすぎるからである。

なお、最適なノズル設置密度は、使用するノズルの内径や、要求される冷却能力によって異なる。例えば小さいノズル径であれば、各々のノズルから噴射できる水量が少ないために元々上面冷却ノズルの設置数が多く、下面冷却ノズルの設置数をさらに増やして冷却能力を上げようとしてもその余地は少なく、最適な設置密度は上面冷却ノズルの１．５倍程度である。これに対し、大きいノズル径であれば、各々のノズルから噴射できる水量が多く、上面冷却のノズル間隔がかなり空いているため、下面冷却ノズルの設置密度を４．０倍程度まで上げても、冷却能力は増え続ける。

本発明で最も効果を発揮する上面冷却の水量密度の範囲は、１．５ｍ^３/ｍ^２・ｍｉｎ以上である。水量密度がこれよりも低い場合には滞留水膜がそれほど厚くならず、棒状冷却水を自由落下させて鋼板を冷却する公知の技術を適用しても、幅方向の温度むらはそれほど大きくならない場合もある。一方、水量密度が４．０ｍ^３/ｍ^２・ｍｉｎよりも高い場合でも、本発明の技術を用いることは有効であるが、設備コストが高くなるなど実用化の上での問題があるので、１．５〜４．０ｍ^３/ｍ^２・ｍｉｎが最も実用的な水量密度である。

また、前述したように、上下面で均等冷却を行うためには、下面冷却の水量密度は、上面冷却の１．３〜２．０倍として、上下面で同じ冷却能力が得られるようにし、熱歪による反りの発生や、鋼板上下面での材質の差が出ないようにすることが好ましい。すなわち、下面冷却の水量密度の範囲は、２．０ｍ^３/ｍ^２ ・ｍｉｎ以上である。水量密度がこれよりも低い場合には、上面と同じ冷却能力が確保できないからである。

一方、水量密度が８．０ｍ^３/ｍ^２ ・ｍｉｎよりも高い場合でも、本発明の技術を用いることは有効であるが、送水ポンプの容量は、排水設備の増強など、設備コストが高くなるなど実用化の上での問題があるので、２．０〜８．０ｍ^３/ｍ^２・ｍｉｎが最も実用的な水量密度である。

さらに、冷却水が滞留水膜を貫通して鋼板に到達できるようにするためには、円管ノズルの内径、冷却水の噴射速度やノズル距離も最適にする必要がある。

即ち、上部冷却水噴射ノズル３の内径は３〜８ｍｍが好適である。３ｍｍより小さいとノズルから噴射する水の束が細くなり勢いが弱くなる。一方上部冷却水噴射ノズル径が８ｍｍを超えると流速が遅くなり、滞留水膜を貫通する力が弱くなるからである。上部冷却水噴射ノズルからの冷却水の噴射速度は、８ｍ／ｓ以上が必要である。８ｍ／ｓ未満では、滞留水膜を冷却水が貫通する力が極端に弱くなるからである。

また、上面冷却の上部冷却水噴射ノズル３の下端から鋼板１２の表面までの距離は、３０〜１２０ｍｍとするのが良い。３０ｍｍ未満では、鋼板１２が上部冷却水噴射ノズルに衝突する頻度が極端に多くなり設備保全が難しくなる。１２０ｍｍ超えでは、冷却水が滞留水膜を貫通する力が極端に弱くなるからである。

一方、下面冷却のノズル内径は３〜１０ｍｍが好適である。３ｍｍより小さいとノズルが詰まりやすくなる。一方ノズル内径が１０ｍｍを超えると水束の断面積が大きくなる分ノズルピッチを長くして設置しなければならない。冷却水が鋼板下面に直接あたる点の数を減らすと冷却能力が低下するので、ノズル内径を大きくして１０ｍｍ超えとするよりも、ノズルピッチを短くする方が、高い冷却能力が得られる。

また、下面冷却水の噴射速度は、２ｍ／ｓ以上が必要である。２ｍ／ｓ未満では、噴水の高さが２００ｍｍ以下となってしまい、冷却水は鋼板下面にぎりぎり当たる程度となり、冷え方にばらつきが生じ、幅方向の温度むらが発生しやすくなるからである。

さらに、下面冷却の冷却水噴射ノズル４の上端から鋼板１２の下面までの距離は、３０〜１８０ｍｍが好適である。３０ｍｍ未満では、鋼板１２が円管ノズル４に衝突する頻度が極端に高くなり設備保全が難しくなる。１８０ｍｍ超えでは、鋼板１２に衝突した後に落下してくる冷却水が新たに噴射する冷却水の水束を壊す確率が高くなるからである。

下面冷却水の流速は、上面冷却の９０％以下でよい。下面冷却のノズル設置密度を上面冷却の１．５倍とすると、下面冷却の水量密度は上面冷却の１．３倍程度で上下均等な冷却が実現できるため、下面冷却の流速は９０％であっても十分にその水量密度が達成できるからである。

なお、本発明の冷却技術を適用するのは、鋼板上面の冷却では、冷却水が広範囲に飛散しないように、冷却ヘッダ１の前後に水切りロール１０を設置するのが特に効果的であるが、水切りロールがない場合にも適用することは可能である。例えば、ヘッダが長手方向に比較的長く（２〜４ｍ程度ある場合）、そのヘッダの前後でパージ用の水スプレーを噴射して、非水冷ゾーンへの水漏れを防止する冷却設備に適用することも可能である。

（第２の実施形態）
図３は本発明の他の一実施の形態に係る上下面冷却設備を示した図で、冷却設備の配置を示した側面図である。

上面冷却設備は、熱鋼板１２の上面に冷却水を供給するヘッダ１と、該ヘッダ１から懸垂した冷却水噴射ノズル３と、ヘッダ１と熱鋼板１２との間に鋼板幅方向に渡り水平に設置され多数の貫通孔（給水口６と排水口７）を有する隔壁５とを備えている。そして、冷却水噴射ノズル３は棒状の冷却水を噴射する円管ノズル３からなり、その先端が前記隔壁５に設けられた貫通孔（給水口６）に内挿されて隔壁５の下端部より上方になるように設置されている。

円管ノズル３の先端が貫通孔に内挿されて隔壁５の下端部より上方になるように設置されているのは、仮に先端が上方に反った鋼板が進入してきた場合でも隔壁５によって円管ノズル３が損傷するのを防止するためである。それによって、円管ノズル３が良好な状態で長期間に亘って冷却を行うことができるので、設備補修等を行うことなく、鋼板の温度むらの発生を防止することができる。

また、円管ノズル３の先端が貫通孔に内挿されているので、図１２に示すように、隔壁５の上面を流れる点線矢印の排出水の幅方向流れと干渉することがない。したがって、円管ノズル３から噴射された冷却水は、幅方向位置によらず等しく鋼板上面へ達することができ、幅方向に均一な冷却を行うことができる。

一例を示すと、図４に示すように隔壁５には直径１０ｍｍの貫通孔が碁盤の目に多数開けられている。そして、給水口６には外径８ｍｍ、内径３ｍｍ、長さ１４０ｍｍの円管ノズル３が装入されている。円管ノズル３は千鳥格子状に配列され、円管ノズル３が通っていない貫通孔は冷却水の排水口７となっている。このように、本発明の冷却設備の隔壁５に設けられた多数の貫通孔は、ほぼ同数の給水口６と排水口７とから成り立っており、それぞれに役割、機能を分担している。

このとき、排水口７の総断面積は、円管ノズル３の内径の総断面積の１１倍程度が確保されており、図３に示すように鋼板上面に供給した冷却水を、排水口７を通して、隔壁５の上方に流す。図５は隔壁上の鋼板幅方向端部付近の冷却排水の流れを説明する正面図であるが、排水口７の排水方向が冷却水噴射方向と逆の上向きになっており、隔壁５の上方へ抜けた冷却排水は、鋼板幅方向外側へ向きを変え、ヘッダ１と隔壁５との間の排水流路を流れて排水される。

ここで、図１０に示すように排水口と給水口が同一の貫通孔に設置されていると、冷却水は、鋼板に衝突した後、隔壁５の上方に抜けにくくなって、鋼板１２と隔壁５の間を鋼板幅方向端部へ向かって流れるようになる。そうすると鋼板１２と隔壁５の間の冷却排水の流量は、板幅方向の端部に近づく程多くなるので、噴射冷却水が滞留水膜を貫通して鋼板に到達する力が板幅方向端部ほど阻害されることとなる。

薄板の場合には板幅が高々２ｍ程度であるのでその影響は限定的であるが、特に板幅が３ｍ以上の厚板の場合には、その影響は無視できない。従って、鋼板幅方向端部の冷却が弱くなり、この場合の鋼板幅方向の温度分布は、図７に示すように凹型をした不均一な温度分布となる。

これに対して、本実施形態の冷却設備は、図１１に示すように給水口６と排水口７は別個に設けられており、給水と排水を役割分担しているので、冷却排水は隔壁５の排水口７を通過して隔壁５の上方に円滑に流れて行くようになる。従って、冷却後の排水が速やかに鋼板上面から排除されるので、後続で供給される冷却水は、容易に滞留水膜を貫通することができ、十分な冷却能力を得ることができる。この場合の鋼板幅方向の温度分布は、図８に示すように幅方向に均一な温度分布を得ることができる。

本実施形態における上面冷却設備および下面冷却設備は、上面冷却設備に隔壁５を設けることを除き、第１の実施形態と同様である。すなわち、上面冷却および下面冷却のノズル設置密度、ノズル内径、ノズルから熱鋼板までの距離、水量密度、冷却水の流速については、第１の実施形態で述べた条件とすればよい。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に鋼板上下面ともに高い冷却速度が均一に得られるとともに、特に鋼板幅方向に均一な冷却を行うことができるので、より品質の高い鋼板を製造することができる。

以下、本発明の一実施例として、厚板圧延のプロセスにおいて、引張強度５９０ＭＰａクラスの鋼板の冷却を行う場合について、図面に基づいて説明する。

図９に概略を示す厚板圧延設備において、加熱炉から抽出されたスラブを圧延機によって、成形、幅出し圧延を行った後、粗圧延を行い、さらに仕上圧延を行って板厚を２５ｍｍ、板幅を４．５ｍとした。仕上圧延直後に測定した鋼板表面温度、すなわち仕上温度は８２０℃であった。この後に、ホットレベラを通して、加速冷却設備において加速冷却を行った。冷却開始温度７８０℃から冷却終了温度（加速冷却設備出側で復熱後の温度を測定した値）５６０℃まで冷却を行った。

本発明例１の冷却設備は図１に示す本発明の第一の実施の形態に係る上下面冷却設備を用いた。上下面ともに、冷却水噴射ノズルには内径５ｍｍ、外径９ｍｍのものを用い、テーブルローラー間距離０．９ｍのゾーン内でノズルを搬送方向に１００ｍｍピッチで９列並べた。また、上面冷却は、幅方向ノズルピッチを９０ｍｍ、冷却水噴射速度を１１．４５ｍ／ｓとして、水量密度１．５０ｍ^３／ｍ^２・minで冷却を行った。

一方、下面冷却は、幅方向ノズルピッチを６０ｍｍとして上面冷却のノズル設置密度の１．５倍とし、冷却水噴射速度を１０．１９ｍ／ｓとした。このときの下面側の水量密度は２．００ｍ^３／ｍ^２・minである。

これに対し、比較例として、本発明例１において下面冷却の幅方向ノズルピッチを９０ｍｍとした冷却装置、すなわち上下面でノズルの設置密度が等しい冷却装置を用いた。そして、比較例１では、下面側の水量密度を上面側と同じ２．００ｍ^３／ｍ^２・minとする冷却水の噴射を行った。一方、比較例２では、上下面で冷却能力が等しくなるように、下面側の水量密度を上面側の１．５倍の２．２５ｍ^３／ｍ^２・minとした。

表１に本実施例におけるノズル緒元および冷却条件を、冷却後の鋼板の反りの発生状況とともに示す。

比較例１では、上下面の水量密度が等しく、上面冷却が下面冷却より強くなったため、鋼板に反りが発生した。比較例２では、下面側も上下側と同じ冷却能力が得られたため、鋼板の反りは発生しなかったが、下面冷却水の噴射速度として１７．１８ｍ／ｓもの高い噴射速度が必要であった。

これに対し、本発明例１では、上下面で等しい冷却能力が得られ、鋼板の反りは発生しなかっただけでなく、下面側の冷却水噴射速度、水量密度ともに比較例２よりも小さい。これによって、ポンプや配管などの設備コストが抑えられ、冷却水の使用量を低減してランニングコストも抑えることができることがわかる。

本発明例２として、前記実施例１の本発明例１で用いた上下面冷却設備に換えて、本発明の他の実施の形態に係る上部冷却設備に隔壁を有する図３記載の上下面冷却設備を用いて、実施例１と同じ厚板圧延を行った。

本冷却設備は、図３に示すように鋼板上面に供給した冷却水を隔壁の上方に流して、さらに図５に示すように鋼板幅方向側方から排水できるような流路を設けた設備である。隔壁には、直径１２ｍｍの孔を碁盤の目のようにあけ、図４に示すように、千鳥格子状に配列したノズル口に円管ノズルを通し、残りの孔を排水口として用いた。上面冷却のノズル下端は、板厚２５ｍｍの隔壁の上下表面の中間位置となるように設置し、鋼板表面までの距離は８０ｍｍとした。また、ヘッダ下面と隔壁上面の距離は１００ｍｍとした。

冷却水噴射ノズルには、上面側は内径８ｍｍ、外径１２ｍｍ、下面側は内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍのものを用い、テーブルローラー間距離０．９ｍのゾーン内でノズルを搬送方向に１００ｍｍピッチで９列並べた。また、上面冷却は、幅方向ノズルピッチを９０ｍｍ、冷却水噴射速度を１１．９４ｍ／ｓとして、水量密度４．００ｍ^３／ｍ^２・minで冷却を行った。

一方、下面冷却は、幅方向ノズルピッチを４５ｍｍとして上面冷却のノズル設置密度の２．０倍とし、冷却水噴射速度を７．６４ｍ／ｓとした。このときの下面側の水量密度は８．００ｍ^３／ｍ^２・minである。

これに対し、比較例３として、ノズル緒元および冷却水噴射条件は本発明例２と同じだが、吸水口と排水口とが別個に設けられた本発明の隔壁に換えて、特許文献２に記載のスリット状の孔が設けられた隔壁を用いた。

表１に本実施例におけるノズル緒元および冷却条件を、冷却後の鋼板幅方向の温度むらの発生状況とともに示す。

本発明例２の冷却設備において、鋼板上面に当たった噴射冷却水は上方に流れ、速やかに排出された。さらに、板端への排水性も非常に良好であった。冷却後の排水が速やかに排除されるので、後続で供給される冷却水が容易に滞留水膜を貫通することができ、従来よりも高い上面冷却能力を得ることができた。

下面冷却では、ノズルの設置密度を上面冷却の２倍にしたので、冷却水が直接鋼板下面に当たる点の数が倍増した。そして、流量密度を上面冷却の２倍にしたので、冷却能力を効率よく高めることができた。これによって、滞留水の冷却への寄与がない下面冷却でも、上下面で等しい冷却能力を確保できたので、熱歪による反りの発生を防止でき、鋼板上下面での材質の差が出ないようにすることができた。

板幅中央での冷却停止温度を５６０℃とするための冷却時間は２．５秒となった。冷却速度が高くなったため、高強度を得るために必要な鋼の合金成分（例えばＭｎなど）の削減が可能となり、製造コストを削減することができる。

鋼板幅方向の温度分布は、５５０〜５６０℃で図８に示すようなほぼ均一な分布になり、鋼板幅方向の温度むらは小さく、１０℃になった。このため、材料試験の合格率は９９．５％と高く、歩留りも十分に高かった。

ノズルの下端を隔壁の上下端の中間位置としたので、プリレベラで上反りを修正しきれなかった場合でも、隔壁が保護板の役目を果たし、ノズルが壊れることはなかった。

これに対し、比較例３の冷却設備は、図１０に示すように、鋼板に衝突した後の冷却水は上方に抜けにくいので、板幅中央での冷却停止温度を５６０℃とするために、３秒の水冷時間が必要であった。

冷却停止温度の板幅方向分布は、図７に示すような凹型になった。板端部付近での最も高い温度は６００℃であり、幅方向の温度むら（最高温度-最低温度）は４０℃になった。製品の一部を取り出して材料試験を行った結果、合格率は７０％と低く、歩留りも悪かった。

また、隔壁には孔がスリット状に空いているが、この部分の剛性は弱く、上反りした鋼板がぶつかった時に、隔壁とノズルが変形して破損した。

１ 上ヘッダ
２ 下ヘッダ
３ 上冷却水噴射ノズル（円管ノズル）
４ 下冷却水噴射ノズル（円管ノズル）
５ 隔壁
６ 給水口
７ 排水口
８ 噴射冷却水
９ 排出水
１０ 水切ロール
１１ テーブルロール
１２ 鋼板
１３ 鋼板上面冷却水衝突点
１４ 鋼板下面冷却水衝突点
Ｗ１ 上冷却水噴射ノズルの鋼板幅方向ピッチ
Ｌ１ 上冷却水噴射ノズルの鋼板搬送方向ピッチ
Ｗ２ 下冷却水噴射ノズルの鋼板幅方向ピッチ
Ｌ２ 下冷却水噴射ノズルの鋼板搬送方向ピッチ

Claims (4)

1. 鋼板の熱間圧延ラインに設置される熱鋼板の冷却設備であって、熱鋼板の上面側には、冷却水を供給する上部ヘッダと、上部ヘッダから懸垂した棒状冷却水を噴射する上部冷却水噴射ノズルとを備え、前記熱鋼板の下面側には、冷却水を供給する下部ヘッダと、下部ヘッダから鉛直方向上向きに棒状冷却水を噴射する下部冷却水噴射ノズルとを備え、前記下部冷却水噴射ノズルの設置密度を前記上部冷却水噴射ノズルの設置密度の１．５〜４倍とすることを特徴とする熱鋼板の冷却設備。
2. 熱鋼板の上面側冷却水の水量密度を１．５〜４．０ｍ^３/ｍ^２・ｍｉｎ、下面側冷却水の水量密度を２．０〜８．０ｍ^３/ｍ^２・ｍｉｎとし、前記下面側冷却水の水量密度を前記上面側冷却水の水量密度の１．３〜２．０倍とすることを特徴とする請求項１に記載の熱鋼板の冷却設備。
3. 熱鋼板の上面側に設置された上部冷却水噴射ノズルの内径を３〜８ｍｍ、前記上部冷却水噴射ノズルの下端部から熱鋼板上面までの距離を３０〜１２０ｍｍ、前記上部冷却水噴射ノズルから噴射される冷却水の流速を８ｍ／ｓ以上とし、前記熱鋼板の下面側に設置された下部冷却水噴射ノズルの内径を３〜１０ｍｍ、前記下部冷却水噴射ノズルから噴射される冷却水の流速を２ｍ／ｓ以上かつ前記上部冷却水噴射ノズルから噴射される冷却水の流速の９０％以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の熱鋼板の冷却設備。
4. さらに、熱鋼板の上面側に、前記熱鋼板と上部ヘッダとの間に隔壁を備え、該隔壁には、上部冷却水噴射ノズルの下端部を内挿する給水口と、前記熱鋼板の上面に供給された冷却水を隔壁上へ排水する排水口とが多数設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の熱鋼板の冷却設備。

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