JP6086089B2 - 鋼板の冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間圧延された高温の鋼板を、入出側を水切ロールで仕切られた複数の冷却ゾーンを備えた冷却装置に搬送し、鋼板上下面から冷却する鋼板の冷却方法に関するものである。

鋼板の製造に当たっては、鋼板に要求される機械的性質を確保するために、圧延後の鋼板には制御冷却が行われる。このオンライン制御冷却は、熱間圧延後、高温状態にある鋼板に所定の冷却速度で所定の冷却停止温度まで冷却することにより行われ、冷却水量、冷却時間、鋼板の搬送速度を調整することで、冷却速度、冷却停止温度が制御される。この場合、冷却中における鋼板の上面、下面の温度が同一となるように、上面側、下面側水量密度を制御することが行われている。

特許文献１には、圧延時の操業条件から予め算出された圧延鋼板先端から尾端までの温度に応じて、冷却中における上下面の温度が同一となるように、上下から供給される水量を鋼板搬送中に変更することが開示されている。即ち、予め鋼板温度と最適上下水量比（上下面の温度降下量が同一となるような冷却能の得られる上下水量比＝下面側冷却水量密度／上面側冷却水量密度）との関係を求めておき、この関係に従って、前記鋼板先端温度から鋼板尾端温度に応じて、上下から供給される水量を鋼板搬送中に変更することが記載されている。

特許文献２には、仕上圧延前の板厚４０ｍｍ以上の厚鋼板の上面をラミナーフローで、下面をスプレーで冷却するに際し、上下面の水量比（下／上）を板厚に応じて（板厚（ｍｍ）／３０）±１．０の範囲で冷却する厚鋼板の冷却方法が開示されている。

圧延後の鋼板の制御冷却における上下水量比は冷却予定鋼板の寸法や圧延終了時の鋼板温度、冷却水量、冷却停止温度などの冷却条件に基づいて予め設定されるのが一般的である。

特開２００６−１９２４８９号公報 特開平６−１４２７５０号公報

しかしながら、冷却条件を気温、水温、板厚、鋼種、鋼板温度など、細かく設定すると
そのメンテナンスに時間と人手を要するという問題がある。

そこで、本発明では、冷却水流速と鋼板搬送速度との相対速度に基づいて上下水量制御を行う冷却方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は以下の通りである。

［１］熱間圧延された高温の鋼板を、入出側を水切ロールで仕切られた複数の冷却ゾーンを備えた冷却装置内を搬送し、鋼板上下面から冷却する鋼板の冷却方法において、下記ステップに従って冷却を行なうことを特徴とする鋼板の冷却方法。

Ｓ１：鋼板上面側冷却水の流速と鋼板搬送速度とから決まる相対速度と鋼板表裏面温度差との相関式と目標温度差とから目標相対速度を設定する。

Ｓ２：冷却開始温度、冷却停止温度、冷却速度と鋼板上面側冷却水流量から目標搬送速度を決定する。

Ｓ３：上面冷却水流量から決定された設定流速と、冷却装置内に設置されたノズルとロールの設備条件とから上面冷却水流量密度を算出する。
ただし、上記ノズルの設備条件はノズルのスリット幅であり、上記ロールの設備条件はロール間隔である。

Ｓ４：上面冷却水流量密度と予め設定された上下水量比とから下面冷却水流量密度を算出する。

Ｓ５ ：Ｓ２〜Ｓ４で算出された目標搬送速度、上下面冷却水流量密度で鋼板を冷却して、鋼板表裏面温度を測定して、鋼板表裏面温度差を算出する。

Ｓ６ ：Ｓ５で求めた鋼板表裏面温度差とＳ１で設定した目標温度差とを比較し、許容範囲を外れる場合は、鋼板上面側冷却水流速のフィードバック量を算出して、鋼板上面冷却水流速を変更し、相関式を更新する。

本発明は、冷却水流速と鋼板搬送速度との相対速度に基づく上下水量制御を行うようにしたので、板厚や鋼板表面温度毎に細かい制御を行なわなくても、鋼板上下面温度差が低減し、反りや曲がりなどの形状不良がなく、平坦度に優れた鋼板を得ることができ、またメンテナンスに時間と人手を要することがなくなった。

各相対速度における鋼板表裏面温度差の関係を示す図である。 （ａ）相関式の設定、（ｂ）相関式の更新を説明する図である。 相関式導入後の実績と目標温度域を説明する図である。 水切ロールで仕切られた複数の冷却ゾーンを備えた冷却装置の一例を示す図である。

図４に水切ロールで仕切られた複数の冷却ゾーンを備えた冷却装置の一例を示す。高温の鋼板は冷却装置内を搬送され、各冷却ゾーンで冷却されて、冷却装置から搬出される（図面矢印方向）。図４中、１が熱間圧延機、２が冷却装置、３が鋼板、４がテーブルロール、５が水切りロール、６が上面ノズル、７が下面ノズルである。

上面ノズル６は、一般的に鋼板幅方向に矩形の開口断面を有するスリットノズルで、鋼板搬送方向に鋼板上面を覆うようにラミナーフロー冷却水を噴射する。下面ノズル７は、一般的に円管ノズルで鋼板幅、長さ方向に多数設置され、鋼板下面側に向けて冷却水を噴射する。水切りロール５は１つの上面ノズル６から噴射された冷却水が次の冷却ゾーンに流れ込まないようにカットするロールであり、テーブルロール４の直上に設置され、水切りロール５とテーブルロール４で鋼板を挟む形となっている。従って、１冷却ゾーンはテーブルロール４同士、水切りロール５同士が向かい合う空間から成っている。

図４には温度計は図示されていないが、冷却装置入、出側には鋼板上面の温度を測定する放射温度計が、鋼板下面の温度を測定する光ファイバー型温度計が設置されている。

次に、鋼板の冷却方法における各ステップを説明する。

Ｓ１：鋼板上面側冷却水の流速と鋼板搬送速度とから決まる相対速度と鋼板表裏面温度差との相関式と目標温度差とから目標相対速度を設定する。

相対速度とは各冷却ゾーンにおける鋼板上面側冷却水の流速（Ｖｗ）と鋼板の搬送速度（Ｖｐ）との差（Ｖｗ−Ｖｐ）をいう。なお鋼板上面側冷却水の流速（Ｖｗ）はスリットノズル口における冷却水の噴出速度をいう。鋼板表裏面温度差は冷却装置出側に設置された温度計で計測された鋼板上面側温度（Ｔｕ）と鋼板下面側温度（Ｔｌ）との差（Ｔｕ−Ｔｌ）をいう。図１に従来の冷却方法で得られたデータを縦軸（鋼板表裏面温度差）、横軸（相対速度）としてプロットしたもので鋼板表裏面温度差と相対速度との間には相関関係が見られる（鋼板表裏面温度差は相対速度に応じて単調減少する傾向にあり、鋼板表裏面温度差＝γ×相対速度＋ｃで表される。γは相関式の傾きを、ｃは定数を表す。）。
従来の冷却方法は、上冷却水流量密度（ｔｏｎ／ｍｉｎ／ｍ^２）を鋼板の板厚（ｍｍ）と搬送速度（ｍｐｍ）で区分したテーブルを使って上冷却水の流量密度を設定していく方法である。

鋼板表裏面温度差は０が理想であるが現実には差があるので０〜―１０℃の範囲を目標温度差とする。目標相対速度は目標温度差の範囲に入る相対速度をいう。

Ｓ２：冷却開始温度、冷却停止温度、冷却速度と鋼板上面側冷却水流量から目標搬送速度を決定する。

鋼板材質の観点から冷却開始温度（Ｔｓ）、冷却停止温度（Ｔｆ）と冷却速度が決められる。そして、この決定された冷却速度で鋼板を冷却するために必要な、上面冷却水流量が決定される。鋼板の冷却速度は上面冷却水流量および下面冷却水流量の両方によって決定されるが、上下水量比は予め設定されているので、目標の冷却速度を得るために必要な上面冷却水流量は一意に決定される。この上面冷却水流量から上面冷却水流速が決定され、これを設定流速とする。この設定流速とＳ１で決定された目標相対速度とから、以下の関係を用いて目標搬送速度を決定する。
設定流速（ｍ／ｓ）―目標搬送速度（ｍ／ｓ）＝ 目標相対速度（ｍ／ｓ）
なお、鋼板の温度の予測は熱伝達−熱伝導方程式のモデル式から、計算によって行う。

Ｓ３：上面冷却水流量から決定された設定流速と、冷却装置内に設置されたノズルとロールの設備条件とから上面冷却水流量密度を算出する。
ただし、上記ノズルの設備条件はノズルのスリット幅であり、上記ロールの設備条件はロール間隔である。
上面冷却水流量密度は下記式から求められる。

上面冷却水流量密度（ｔｏｎ／ｍｉｎ／ｍ^２）＝ 設定流速（ｍ／ｓ）×（ノズルのスリット長さ（ｍ）×ノズルのスリット幅（＝０．００５ｍ））×６０（ｓ／ｍｉｎ）／（ノズル幅（ｍ）×ロール間隔（ｍ））
Ｓ４：上面冷却水流量密度と予め設定された上下水量比とから下面冷却水流量密度を算出する。

上下水量比は下面冷却水流量密度／上面冷却水流量密度で表され、予め従来実績から最適上下水量比（上下面の温度降下量が同一となるような冷却能の得られる上下水量比）を求めておき、この比を用いて下面冷却水流量密度を算出する。

Ｓ５：Ｓ２〜Ｓ４で算出された目標搬送速度、上下面冷却水流量密度で鋼板を冷却して、鋼板表裏面温度を測定して、鋼板表裏面温度差を算出する。
目標搬送速度、上下面冷却水流量密度で鋼板を冷却した場合の鋼板表裏面温度差の実績を算出する。

Ｓ６：Ｓ５で求めた鋼板表裏面温度差とＳ１で設定した目標温度差とを比較し、許容範囲を外れる場合は、鋼板上面側冷却水流速のフィードバック量を算出して、鋼板上面冷却水流速を変更し、相関式を更新する。
この場合の設定流速は下記のように表される。
設定流速（ｍ／ｓ）＝目標相対速度（ｍ／ｓ）＋搬送速度（ｍ／ｓ）＋フィードバック量Ｇ
ここでフィードバック量Ｇは（実績鋼板表裏面温度差―目標温度差）／γ
γは相関式の傾き（図２（ａ））を表す。また、フィードバック量Ｇは実績値が相関式からずれた場合に相関式を更新する場合（図２（ｂ））に用いる。

図３に本発明の一実施例を示す。対象圧延鋼板の寸法は厚さ２４．３３ｍｍ×幅４２４５ｍｍ×長さ２３４００ｍｍである。

表裏面温度差が図３に示す目標温度域（０〜―１０℃）になるように相対速度に基づいて上面冷却水流量密度を制御して冷却を実施した。上下流量比が適正となるように制御したので圧延鋼板の歪は管理値内に収まり、平坦度も優れた鋼板となった。また、表裏面温度差が外れた場合もフィードバック項により以降は目標温度内に収めることができた。
表１、２に従来法と本発明法との結果の比較を示す。いずれも本発明法が優れていることがわかる。

１ 熱間圧延機
２ 冷却装置
３ 鋼板
４ テーブルロール
５ 水切りロール
６ 上面ノズル
７ 下面ノズル

Claims (1)

1. 熱間圧延された高温の鋼板を、入出側を水切ロールで仕切られた複数の冷却ゾーンを備えた冷却装置に搬送し、鋼板上下面から冷却する鋼板の冷却方法において、下記ステップに従って冷却を行なうことを特徴とする鋼板の冷却方法。
   Ｓ１：鋼板上面側冷却水の流速と鋼板搬送速度とから決まる相対速度と鋼板表裏面温度差との相関式と目標温度差とから目標相対速度を設定する。
   Ｓ２：冷却開始温度、冷却停止温度、冷却速度と鋼板上面側冷却水流量から目標搬送速度を決定する。
   Ｓ３：上面冷却水流量から決定された設定流速と、冷却装置内に設置されたノズルとロールの設備条件とから上面冷却水流量密度を算出する。
   ただし、上記ノズルの設備条件はノズルのスリット幅であり、上記ロールの設備条件はロール間隔である。
   Ｓ４：上面冷却水流量密度と予め設定された上下水量比とから下面冷却水流量密度を算出する。
   Ｓ５ ：Ｓ２〜Ｓ４で算出された目標搬送速度、上下面冷却水流量密度で鋼板を冷却して、鋼板表裏面温度を測定して、鋼板表裏面温度差を算出する。
   Ｓ６ ：Ｓ５で求めた鋼板表裏面温度差とＳ１で設定した目標温度差とを比較し、許容範囲を外れる場合は、鋼板上面側冷却水流速のフィードバック量を算出して、鋼板上面冷却水流速を変更し、相関式を更新する。

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