JP5544589B2 - 熱延鋼板の冷却制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間仕上圧延された熱延鋼板をホットランテーブル上に配置した冷却設備で冷却する際の、熱延鋼板の冷却制御方法に関する。具体的には、冷却水を噴射する冷却設備を用いて、熱間仕上圧延された熱延鋼板に冷却水を噴射して冷却する際の冷却制御方法に関する。

一般に熱延鋼板は、熱間仕上圧延された後、ホットランテーブル上に配置された冷却設備によって所定の温度まで冷却されて、巻取り機で巻き取ることによって製造される。熱延鋼板の生産性を上げるために、冷却設備の最大冷却能力にあわせて圧延速度が決められる。一方、熱間仕上圧延された熱延鋼板の先端が巻取り機に噛み込むまでは、安定して通板させるために圧延速度を低下させる。所定の巻取り温度を得るために、圧延速度の低下にあわせて、冷却条件を変える必要があり、従来から様々な冷却制御方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、急速冷却する冷却工程と緩冷却する冷却工程からを具備した冷却方法で、熱延鋼帯の圧延速度に応じて、温度降下量が鋼帯内で一定となるように、急速冷却工程の冷却ゾーン長を制御する冷却方法が開示されている。即ち、圧延速度が遅いときには急冷却工程の冷却ゾーン長を短くして冷却時間が鋼帯全体で同じになるように冷却する方法である。

また、特許文献２には、開度が独立して制御可能であって、噴射する冷却水の水量を調整する水量調整バルブを有する水冷装置で、圧延速度によって水量調整バルブの開度の設定値を修正する冷却方法が開示されている。

特開２００１−２４６４０９号公報 特開２００９−５６５０４号公報

特許文献１に開示された方法では、圧延速度が遅い状態のときに、熱延鋼板は急冷却工程の前段で冷却水を噴射され冷却された後、冷却水を噴射しない空冷ゾーンを経て、緩冷却工程で冷却されることになる。熱延鋼板は空冷ゾーンで復熱して鋼板表面温度が上昇してしまうために、緩冷却工程入側での温度を圧延速度が速い場合と同じにするためには、急冷却工程でより低温まで冷却する必要が生じる。また、一般に冷却水流量が多いほど冷却効率は低くなるため、使用冷却水量の増加により電力コストが高いという問題点があった。さらに、より低温まで冷却すると鋼板表面温度がクエンチ点よりも低くなる場合が発生し、膜沸騰領域から遷移沸騰領域に移行することで、局所的に過冷となる部分が生じ冷却水が鋼板表面に滞留し、水模様やスケール剥離を引き起こし、熱延鋼板の表面品位が劣化するという問題点があった。

特許文献２に開示された方法ではバルブの開度を調整して水量を変化させるが、バルブ開度を変えて実際に流量が変わるまで時間差を生じるため、温度コントロールが難しい。特に圧延速度を低い状態から加速させていく場合、圧延速度の変化に流量変化を追従させることが非常に難しいという問題点があった。

そこで、本発明は、従来の技術が有するこのような課題に鑑みてなされたものであり、圧延途中で圧延速度が変わる場合にも、熱延鋼板の表面品位を劣化させることなく、必要最小限の冷却水量で所定の巻取り温度まで冷却するための熱延鋼板の冷却制御方法を提供することを課題とする。

前 記課題を解決するための、本発明の熱延鋼板の冷却制御方法は、以下の通りである。
（１）冷却水を上部及び下部から噴射する冷却設備を用いて、熱間仕上圧延された熱延鋼板に冷却水を噴射して冷却する際の冷却制御方法であって、前記冷却設備はランアウトテーブルの搬送方向に区分された複数の冷却セクションからなり、各冷却セクションは冷却水の噴射のオンオフを独立して制御可能であり、上部の冷却セクションに冷却特性の異なる複数の冷却手段が併設されており、前記冷却装置全体での使用水量が最小となり、且つ、冷却中の熱延鋼板の表面温度がクエンチ点以下とならないように、圧延速度の変化に応じて上部の冷却セクションに併設された冷却特性の異なる複数の冷却手段から、一つの冷却手段を選択することを特徴とする熱延鋼板の冷却制御方法。
（２）前記冷却手段として、各冷却セクションにパイプラミナー冷却手段が配置されると共に、上流側の上部の冷却セクションにはスリットラミナー冷却手段が併設され、下流側の上部の冷却セクションにはスプレー冷却手段が併設されていることを特徴とする（１）に記載の熱延鋼板の冷却制御方法。
（３）前記下流側の上部の冷却セクションから、流量当りの冷却効率が高い冷却手段を優先して選択することを特徴とする（１）または（２）に記載の熱延鋼板の冷却制御方法。

本発明によれば、冷却特性の異なる冷却手段を併設した冷却設備を用いて、圧延速度の変化に応じて冷却手段を選択することにより、冷却装置全体での使用冷却水量を削減することができる。また、クエンチ点を回避した冷却が可能となるため、表面品位の良好な熱延鋼板を製造することができる。

本発明を実施する冷却設備配置の１例を示す設備配置図である。 本発明における板厚方向温度分布を計算するモデルの概念図である。 本発明における使用冷却水流量を削減する冷却制御の実施例を説明する図である。 本発明におけるクエンチ点を回避し鋼板の表面品位を向上させる冷却制御の実施例を説明する図である。 鋼板の表面温度と熱伝達率及びクエンチ点を示す図である。 従来の冷却方法で冷却した際に、鋼板表面温度がクエンチ点以下となり局所的に水模様ができる様子を説明する図である。 本発明を実施する際の制御ロジックを示す図である。 図７のＳ１０５の冷却手段決定までを表す図である。 図７のＳ１１０の冷却手段決定までを表す図である。 図７のＳ１１５の冷却手段決定までを表す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

本発明の実施の形態に係る冷却設備の一例を図１に示す。熱間仕上圧延機と巻取り機の間のランアウトテーブル１上に、長手方向に区分された複数の冷却セクションが設けられており、図1の左側が上流側であり、右側が下流側である。各冷却セクションの上部冷却手段は、上流側の冷却セクションではパイプラミナー冷却手段２とスリットラミナー冷却手段４が併設され、下流側の冷却セクションはパイプラミナー冷却手段２とスプレー冷却手段５が併設されている。各冷却セクションの下部冷却手段は、パイプラミナー冷却手段３である。各冷却手段の仕様を表１に示す。表１は、各冷却手段の冷却特性を示す表である。

また、仕上圧延機出側には仕上出側温度計（ＦＴ７）6、冷却設備の中間にはＮｏ.１中間温度計（ＭＴ１）7、Ｎｏ．２中間温度計（ＭＴ２）8、巻取機直前には巻取温度計（ＣＴ）9が設置され、鋼板上面の幅中心部の温度を全長に渡って測定する。Ｎｏ.１中間温度計（ＭＴ１）7、Ｎｏ．２中間温度計（ＭＴ２）8及び巻取温度計（ＣＴ）9によって測定された温度データは、冷却計算のフィードフォワード/フィードバック制御機能に反映される。

圧延速度（鋼板速度）に応じた各冷却セクションの冷却手段の選択は図７に示すフローの手順で行う。

各冷却制御手段における冷却曲線は、板厚方向温度分布を予測できる冷却計算モデル（図２）を用いて、算出する。鋼板が一定の長さ進む毎に、その間の搬送速度、鋼板温度、水温、鋼板温度を基に図７の手順で目標の巻取温度となるように冷却手段を選択する。以下、図７に示す冷却手段の選択手段について説明する。

Ｓ１０１：熱間圧延ラインに配置した各測定装置（図示せず）で、仕上圧延された鋼板の板厚、鋼板速度、鋼板温度、水温、を測定する。

Ｓ１０２：図８に示すように、ＣＴ側から上流側に向けて各冷却セクションでスプレー冷却手段で冷却した場合の温度計算を実施し冷却曲線を求め、また、ＦＴ側から下流側に向けて各冷却セクションでパイプラミナー冷却手段で冷却した場合の温度計算を実施し冷却曲線を求め、両者の交点ａを求める。

Ｓ１０３：図８に示す交点ａがスプレー冷却手段を配置した冷却セクション内かどうかを判断する。

Ｓ１０４：図８に示すように、Ｓ１０３がＹｅｓの場合、交点ａの温度がパイプラミナー冷却手段のクエンチ点以上かどうかを判断する。

Ｓ１０５：図８に示すように、Ｓ１０４がＹｅｓの場合、ＦＴ側から交点ａまでの冷却セクションをパイプラミナー冷却手段とし、交点ａの次の冷却セクションから下流側の冷却セクションをスプレー冷却手段に決定する。

Ｓ１０６：図９に示すように、Ｓ１０４がＮｏの場合、交点ａをスプレー冷却手段の冷却曲線上でパイプラミナー冷却のクエンチ点となるまで高温側に移動させ、その点を交点ａ’とする。

Ｓ１０７：図９に示す交点ａ’がスプレー冷却手段を配置した冷却セクション内かどうかを判断する。

Ｓ１０８：図９に示すように、Ｓ１０７がＹｅｓの場合、ＦＴ側から下流側に向けて各冷却セクションでスリットラミナー冷却手段で冷却した場合の温度計算を実施し冷却曲線を求め、交点ａ’を通るように移動させたパイプラミナー冷却手段の冷却曲線との交点を交点ｂとする。

Ｓ１０９：図９に示す交点ｂがスリットラミナー冷却手段でのクエンチ点以上かどうかを判断する。

Ｓ１１０：図９に示すように、Ｓ１０９がＹｅｓの場合、ＦＴ側から交点ｂまでの冷却セクションをスリットラミナー冷却手段とし、交点ｂの次の冷却セクションから交点ａ’の冷却セクションまでをパイプラミナー冷却手段とし、交点ａ’の次の冷却セクションから下流側の冷却セクションをスプレー冷却手段に決定する。

Ｓ１１１：Ｓ１０９がＮｏの場合、鋼板速度を一定量減速させた条件で、Ｓ１０２からの計算を再度実行する。

Ｓ１１２：Ｓ１０７がＮｏの場合、鋼板速度を一定量減速させた条件で、Ｓ１０２からの計算を再度実行する。

Ｓ１１３：図１０に示すように、Ｓ１０３がＮｏの場合、スプレー冷却手段を配置した最上流側の冷却セクション入側まで交点ａを移動させその点を交点ａ”とし、交点ａ”から空冷の冷却曲線とパイプラミナー冷却手段の冷却曲線との交点を交点ｃとする。

Ｓ１１４：図１０に示す交点ｃの温度がパイプラミナー冷却手段のクエンチ点以上かどうかを判断する。

Ｓ１１５：図１０に示すように、Ｓ１１４がＹｅｓの場合、ＦＴ側から交点ｃまでの冷却セクションをパイプラミナー冷却手段とし、交点ｃの次の冷却セクションから交点ａ”の冷却セクションまでを空冷とし、交点ａ”の次の冷却セクションから下流側の冷却セクションをスプレー冷却手段に決定する。

Ｓ１１６：Ｓ１１４がＮｏの場合、鋼板速度を一定量減速させた条件で、Ｓ１０２からの計算を再度実行する。
以上の計算を鋼板が一定の長さ進む毎に繰返し行い、各冷却セクションの冷却手段を逐次設定して冷却を実施する。

上記手順により、下流側の冷却セクションから、流量当りの冷却効率が高い冷却手段を優先して選択することによって、冷却装置全体での使用冷却水量を削減することができる。

下記条件の熱延鋼板を対象とし、従来の冷却方法と本発明の冷却方法との使用冷却水流量を比較した。
鋼種 ：４４０ＭＰａ級高強度熱延鋼板
板厚 ：４．０ｍｍ
目標巻取温度 ：５００℃
搬送速度 ：６３０ｍｐｍ → １０００ｍｐｍ（加速圧延）

図３に圧延初期の搬送速度６３０ｍｐｍにおける従来冷却方法と本発明の冷却方法との使用冷却水流量の比較を示す。従来の冷却方法では、最大圧延速度１０００ｍｐｍでの冷却方法をまず設定し、圧延初期の圧延速度が遅い場合にはパイプラミナー冷却を行う長さを短くする。一方、本発明の冷却方法では、冷却設備全長で注水し冷却効率の高いスプレー冷却手段を最大限使用するため、パイプラミナー冷却の使用範囲を短縮することができ、従来の冷却方法に対し使用冷却水流量を１６．２％削減することができた。搬送速度の加速に伴ってパイプラミナー冷却水の使用範囲も拡大して冷却水削減量は低減していき、最大通板速度での使用冷却水量は同じになるものの、全体で２．６％の冷却水削減が可能であった。

前記条件の熱延鋼板を対象とし、従来の冷却方法と本発明の冷却方法との冷却履歴を比較した。

図４に冷却設備内の鋼板表面温度の冷却履歴を示す。従来の冷却方法では、ラミナー冷却をクエンチ点以下（図５）まで使用しており、図６のように局所的に過冷却となる部分が生じ表面品位が低下した。一方、本発明の冷却方法では、クエンチ点を低下する直前に弱冷却に切替えるようにするため、表面品位の優れた鋼板を製造することができた。

本発明は、使用冷却水流量を削減することにより、鋼板の製造コスト削減に寄与すると共に、鋼板の基本品質である表面品位を向上させる冷却方法として熱延鋼板の冷却分野において利用することができる。

１：ランアウトテーブル
２：上部パイプラミナー冷却手段
３：下部パイプラミナー冷却手段
４：上部スリットラミナー冷却手段
５：上部スプレー冷却手段
６：仕上出側温度計（ＦＴ７）
７：Ｎｏ．１中間温度計（ＭＴ１）
８：Ｎｏ．２中間温度計（ＭＴ２）
９ ：巻取温度計（ＣＴ）

Claims (3)

1. 冷却水を上部及び下部から噴射する冷却設備を用いて、熱間仕上圧延された熱延鋼板に冷却水を噴射して冷却する際の冷却制御方法であって、前記冷却設備はランアウトテーブルの搬送方向に区分された複数の冷却セクションからなり、各冷却セクションは冷却水の噴射のオンオフを独立して制御可能であり、上部の冷却セクションに冷却特性の異なる複数の冷却手段が併設されており、前記冷却装置全体での使用水量が最小となり、且つ、冷却中の熱延鋼板の表面温度がクエンチ点以下とならないように、圧延速度の変化に応じて上部の冷却セクションに併設された冷却特性の異なる複数の冷却手段から、一つの冷却手段を選択することを特徴とする熱延鋼板の冷却制御方法。
2. 前記冷却手段として、各冷却セクションにパイプラミナー冷却手段が配置されると共に、上流側の上部の冷却セクションにはスリットラミナー冷却手段が併設され、下流側の上部の冷却セクションにはスプレー冷却手段が併設されていることを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼
   板の冷却制御方法。
3. 前記下流側の上部の冷却セクションから、流量当りの冷却効率が高い冷却手段を優先して選択することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱延鋼板の冷却制御方法。

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