JP6353385B2 - 厚鋼板冷却方法及び厚鋼板冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、厚鋼板冷却方法及び厚鋼板冷却装置に関する。

厚鋼板の製造において、焼き入れ効果等を得るために熱間圧延された厚鋼板を冷却水によって急速に冷却することがある。このような処理を行うための装置として、搬送状態の厚鋼板に１又は複数の冷却ヘッダーから冷却水を散水するよう構成された厚鋼板冷却装置が知られている。

焼き入れ等により厚鋼板に所望の物性を均質的に付与するためには、厚鋼板を所望の温度まで過不足なく均一に冷却することが望まれる。しかし、厚鋼板表面に散水した冷却水は厚鋼板中央側から外側に向かって厚鋼板の表面を流れるため、厚鋼板の中央と端部とでは冷却水の流速が異なる。そこで、厚鋼板の搬送方向に対する幅方向の位置毎に冷却ヘッダーが散水する冷却水の水量密度を調整することが提案されている（特開２０１１−１６７７５４号公報参照）。

上記公報に記載の厚鋼板冷却方法では、冷却ヘッダーの上流側において厚鋼板の幅方向の温度分布を測定し、冷却水の水量密度をパラメーターとして冷却後の厚鋼板の温度分布を予測し、予測温度分布における偏差が小さくなるよう冷却ヘッダーの水量密度分布を調整する。

また、上記公報に記載の方法では、厚鋼板表面の冷却水の流速を幅方向の位置の２次関数としてモデル化して計算する。しかしながら、実際には、厚鋼板表面に供給された冷却水は、厚鋼板表面に滞留し、その位置により異なる高さを有する水膜を形成する。上記公報に記載の方法では、厚鋼板表面での冷却水の滞留の影響を考慮していないため、冷却後の厚鋼板の温度分布の予測に誤差が生じ、冷却後の厚鋼板表面の温度偏差が大きくなり、冷却開始から終了までの厚鋼板表面の温度履歴（積算値）を最適化できない場合がある。

特開２０１１−１６７７５４号公報

上記不都合に鑑みて、本発明は、冷却開始から終了までの厚鋼板表面の温度偏差を抑制できる厚鋼板冷却方法及び厚鋼板冷却装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、熱間圧延後の厚鋼板の搬送方向に列設され、搬送方向と垂直な幅方向に分布を有する水量密度で散水できる複数の冷却ヘッダーと、これらの複数の冷却ヘッダー間、最初の冷却ヘッダーの上流側及び最後の冷却ヘッダーの下流側に配設され、厚鋼板の表面に幅方向に傾斜して噴水できる複数の水切りヘッダーとを備える冷却装置を用い、熱間圧延後の厚鋼板を冷却する方法であって、上記冷却装置に投入される厚鋼板の幅方向の温度分布を測定する工程と、上記測定工程で得られる温度分布、上記厚鋼板の物性、冷却ヘッダーから散水される冷却水の温度、及び上記各水切りヘッダーの使用の有無又は各水切りヘッダーの搬送方向位置の違いの水切りパターンに基づいて、冷却開始から終了までの厚鋼板の表面の温度分布を予測する工程と、上記予測工程で得られる温度分布の偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択する工程とを備えることを特徴とする。

当該厚鋼板冷却方法は、水切りパターンを考慮して冷却開始から終了までの厚鋼板の表面の温度分布を予測する工程と、予測した温度分布における温度偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択する工程とを備えるので、この水切りパターンの選択により、厚鋼板表面に滞留する水の水膜高さの搬送方向の分布を適切化し、冷却開始から終了までの厚鋼板表面の温度偏差を効果的に抑制できる。なお、「偏差」とは、平均値との差に限定されず、幅方向中央の温度に対する差、つまり幅方向中央の温度を基準とする温度のばらつきであってもよい。

上記冷却開始から終了までの厚鋼板の表面の温度分布の予測が、上記水切りパターン毎に予想される搬送方向の水膜高さ分布に基づく各冷却ヘッダー毎の水膜高さの代表値を用いて行われるとよい。このように、上記厚鋼板の表面の温度分布の予測が、上記水切りパターン毎に予想される搬送方向の水膜高さ分布に基づく各冷却ヘッダー毎の水膜高さの代表値を用いて行われることによって、冷却開始から終了まで厚鋼板の温度分布の予測が比較的容易であり、効率よく厚鋼板表面の温度偏差を抑制できる。

上記予測工程で、冷却開始から終了まで厚鋼板の裏面の温度分布をさらに予測し、上記選択工程で、上記予測工程で得られる厚鋼板の表面の温度分布と裏面の温度分布との差が小さくなるよう水切りパターンを選択するとよい。このように、上記予測工程で、冷却開始から終了までの厚鋼板の裏面の温度分布をさらに予測し、上記選択工程で、上記予測工程で得られる厚鋼板の表面の温度分布と裏面の温度分布との差が小さくなるよう水切りパターンを選択することによって、冷却開始から終了までの厚鋼板の表裏面の温度差も小さくすることができるので、厚鋼板の品質をさらに向上できる。

当該厚鋼板冷却方法は、予測した冷却後の幅方向の温度偏差を小さくするよう上記水量密度分布を調整する工程をさらに備え、上記冷却開始から終了までの温度分布を予測する工程が、上記水量密度分布及び厚鋼板の幅方向の長さを考慮して厚鋼板の表面に形成される水膜高さの幅方向の分布を算出する工程と、この幅方向の水膜高さ分布を用いて熱伝達係数の幅方向の分布を算出する工程と、上記温度分布の測定値及び熱伝達係数分布に基づいて厚鋼板の冷却開始から終了までの幅方向の予測温度分布を導出する工程とを有するとよい。このように、上記水量密度分布調整工程をさらに備え、上記温度分布予測工程が、水膜高さ分布算出工程と、熱伝達係数分布算出工程と、温度分布導出工程とを有することによって、冷却開始から終了までの厚鋼板の幅方向の温度分布をより正確に予測することができ、厚鋼板表面の温度偏差を効果的に抑制できる。

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、熱間圧延後厚鋼板を搬送する搬送装置と、上記厚鋼板の搬送方向に列設され、搬送方向と垂直な幅方向に分布を有する水量密度で散水できる複数の冷却ヘッダーと、これらの複数の冷却ヘッダー間、最初の冷却ヘッダーの上流側及び最後の冷却ヘッダーの下流側に配設され、厚鋼板の表面に幅方向に傾斜して噴水できる複数の水切りヘッダーと、上記冷却ヘッダーの上流側で厚鋼板の幅方向の温度分布を測定する温度測定装置と、上記温度測定装置の測定結果に基づいて上記各水切りヘッダーの使用の有無又は各水切りヘッダーの搬送方向位置の違いの水切りパターンを選択する制御装置とを備え、上記制御装置が、温度測定装置が測定した温度分布、上記厚鋼板の物性、冷却ヘッダーから散水される冷却水の温度、及び上記水切りパターンに基づいて、冷却開始から終了までの厚鋼板の表面の温度分布を予測する制御要素と、上記予測した温度分布の偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択する制御要素とを有する厚鋼板冷却装置である。

当該厚鋼板冷却装置は、水切りパターンを考慮して、冷却開始から終了までの厚鋼板の表面の温度分布を予測する制御要素と、上記予測した温度分布の偏差が小さくなる水切りパターンを選択する制御要素とを有する制御装置とを備えることによって、水切りパターンを選択して厚鋼板表面の水膜高さの搬送方向の分布を適切化し、冷却開始から終了までの厚鋼板表面の温度偏差を効果的に抑制することができる。

本発明に係る厚鋼板冷却方法及び厚鋼板冷却装置は、水切りパターンの適切な選択により、冷却開始から終了までの厚鋼板表面の温度偏差を効果的に抑制できる。

本発明の一実施形態の厚鋼板冷却装置を備える厚鋼板加工設備の構成を示す模式図である。 図１の厚鋼板冷却装置の構成を示す模式図である。 （ａ）は図２の厚鋼板冷却装置の冷却ヘッダーの構成を示す模式図であり、（ｂ）は冷却ヘッダーの水量密度分布を示すグラフである。 厚鋼板表面の基準水膜高さの搬送方向の分布を示すグラフである。 厚鋼板冷却方法の手順を示す流れ図である。 図５の温度分布予測工程の詳細な手順を示す流れ図である。 異なる水切りパターンによる表裏面の温度差の累積値を示すグラフである。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

［厚鋼板加工設備］
図１の厚鋼板加工設備は、原料厚鋼板（スラブ）Ｐを加熱する加熱炉１と、加熱された原料厚鋼板Ｐを熱間圧延する粗圧延機２と、粗圧延機２で圧延された厚鋼板Ｐをさらに熱間圧延する仕上圧延機３と、仕上圧延機３で熱間圧延された厚鋼板Ｐを冷却する厚鋼板冷却装置４と、冷却された厚鋼板Ｐを矯正するレベラー５とを備える。

加熱炉１、粗圧延機２、仕上圧延機３及びレベラー５については、それぞれ公知の構成とすることができるので、詳細な説明は省略する。

＜厚鋼板冷却装置＞
厚鋼板冷却装置４は、熱間圧延後の厚鋼板Ｐを搬送しつつ厚鋼板Ｐの表面（上面）及び裏面（下面）に冷却水を散水することにより厚鋼板Ｐを冷却するものであって、加速冷却装置とも呼ばれる。この厚鋼板冷却装置４において、厚鋼板Ｐの冷却は、予め設定される冷却停止温度まで急速に冷却される。冷却停止温度としては、目的とする製品（厚鋼板Ｐの用途）に応じて定められるが、例えば２００℃以上６５０℃以下とされる。

当該厚鋼板冷却装置４は、図２に示すように、搬送装置１０、温度測定装置２０、複数の表面冷却ヘッダー３０、複数の水切りヘッダー４０、複数の裏面冷却ヘッダー５０及び制御装置６０を備える。

（搬送装置）
上記搬送装置１０は、厚鋼板Ｐを搬送する。この搬送装置１０は、例えば図２に例示するように、複数のローラー１１によって構成されるローラーコンベアーとすることができる。

（温度測定装置）
温度測定装置２０は、上記搬送装置１０により搬送される厚鋼板Ｐの搬送方向に垂直な幅方向の温度分布を測定する。この温度測定装置２０は、表面冷却ヘッダー３０の上流側で厚鋼板Ｐの幅方向の温度分布を測定できるものであればよく、例えば放射温度計を用いることができる。

（表面冷却ヘッダー）
上記表面冷却ヘッダー３０は、厚鋼板Ｐの搬送方向に列設され、それぞれ幅方向に分布を有する水量密度で厚鋼板Ｐの表面に冷却水を散水できるよう構成される。

表面冷却ヘッダー３０は、図３（ａ）に示すように、厚鋼板Ｐの幅方向（図中左右方向）に長い直方体状であり、底面に開口する複数の吐出口３１と、内部空間を幅方向に３つに区分する２枚の隔壁３２とを備え、２枚の隔壁３２が幅方向に対称、かつ幅方向に対して傾斜して搬送方向上流側に向けて広がるように配設されている。これにより、表面冷却ヘッダー３０の内部空間は、２枚の隔壁３２の内側の中央領域３３と２枚の隔壁３２の外側の２つの端部領域３４とに区分される。この表面冷却ヘッダー３０に対して、厚鋼板Ｐは、図中の矢印Ｄ方向に搬送される。

また、表面冷却ヘッダー３０は、中央領域３３に冷却水を供給する中央給水流路３５及び２つの端部領域３４に冷却水をそれぞれ給水する一対の端部給水流路３６を有する。中央給水流路３５には、主調整弁３７を介して冷却水が供給される。一方、端部給水流路３６には、中央給水流路３５から分岐する分岐流路３８に設けた分岐調整弁３９を介して、中央給水流路３５から冷却水が供給されるようになっている。

このように構成された表面冷却ヘッダー３０は、厚鋼板Ｐの中心軸を基準とする幅方向の位置ｘ［ｍｍ］における水量密度Ｗ（ｘ）［Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２］が、図３（ｂ）に示すような分布を示す。なお、表面冷却ヘッダー３０の一方の隔壁３２は幅方向位置ｘ_１［ｍｍ］からｘ_２［ｍｍ］にかけて配設され、他方の隔壁３２は一方の隔壁３２と対称に配設されている。また、表面冷却ヘッダー３０の両端の位置は±ｘ_３とされている。

幅方向中心における水量密度（基準水量密度）Ｗ_０［Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２］は、中央給水流路３５への給水量によって定められる。また、幅方向両端（ｘ_３）における水量密度Ｗ（ｘ_３）は、端部給水流路３６への給水量によって定められ、基準水量密度Ｗ_０に対する比をクラウン量Ｃｗ［無次元数］として、Ｗ（ｘ_３）＝Ｃｗ・Ｗ_０で表わされる。このクラウン量Ｃｗは、分岐調整弁３９によって調整することができる。そして、幅方向位置ｘ_１からｘ_２の間において、隔壁３２により区分される中央領域３３と端部領域３４との搬送方向の長さ割合が線形に変化するので、水量密度Ｗ（ｘ）は、Ｗ_０からＣｗ・Ｗ_０まで直線的に変化する。

（水切りヘッダー）
上記水切りヘッダー４０は、複数の表面冷却ヘッダー３０の間、最初の表面冷却ヘッダー３０の上流側及び最後の表面冷却ヘッダー３０の下流側にそれぞれ配設され、厚鋼板Ｐの表面に幅方向に傾斜して噴水することにより、厚鋼板Ｐの表面に滞留する冷却水を幅方向に押し流して除去する。

水切りヘッダー４０の具体的な構成としては、厚鋼板Ｐの幅方向略中央の上方に配設され、幅方向一方側に傾斜して厚鋼板Ｐの表面に冷却水を噴射する第１のノズルと、この第１のノズルの搬送方向後方に並んで配設され、幅方向他方側に傾斜して厚鋼板Ｐの表面に冷却水を噴射する第２のノズルとを備える構成とすることができる。

（裏面冷却ヘッダー）
上記裏面冷却ヘッダー５０は、厚鋼板Ｐを挟んで表面冷却ヘッダー３０に対向するよう配設され、厚鋼板Ｐの裏面に均等な水量密度で冷却水を散水する。

裏面冷却ヘッダー５０は、厚鋼板Ｐの裏面に一様に冷却水を散水する多数のノズルにより構成される。この裏面冷却ヘッダー５０による散水量は、位置にかかわらず一定とされる。

（制御装置）
上記制御装置６０は、温度測定装置２０の測定結果に基づいて、水切りヘッダー４０の使用の有無の組合せにより決定される水切りパターンの選択、及び表面冷却ヘッダー３０の水量密度分布の調整を行う。

具体的には、制御装置６０は、温度測定装置２０が測定した温度分布、上記厚鋼板の物性、冷却ヘッダーから散水される冷却水の温度、及び上記水切りパターンに基づいて、冷却開始から終了までの厚鋼板の表面の温度分布を予測する処理と、予測した冷却開始から終了までの温度分布の偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択する処理と、選択した水切りパターンにおいて予測される冷却後の幅方向の温度偏差を小さくするよう水量密度分布Ｗ（ｘ）を調整する処理とを行う。

制御装置６０は、水量密度分布決定処理の各制御工程をそれぞれ実行する複数の制御要素を有し、厚鋼板冷却装置４の動作を制御する。なお、上記水量密度分布決定処理の各制御工程については、後で詳しく説明する。制御装置６０は、例えばマイクロコンピューターを有するパーソナルコンピューター、プログラマブルロジックコントローラー等からなり、例えば各制御要素を構成するプログラムモジュール又はパートプログラムを含む制御プログラムに従って、温度分布予測処理、水切りパターン選択処理及び水量密度分布調整処理を実行する。

制御装置６０は、ある水切りパターンにおいて表面冷却ヘッダー３０から散水される冷却水の滞留によって厚鋼板Ｐの表面に形成される水膜の幅方向中央における高さ（基準水膜高さ）ｈ_０の搬送方向の分布、つまり搬送方向の各位置ｙ［ｍｍ］における基準水膜高さｈ_０（ｙ）［ｍｍ］の予測値を予め記憶している。ここで、この基準水膜高さの搬送方向の分布ｈ_０（ｙ）としては、簡略化のため、幅方向の水量密度分布Ｗ（ｘ）が、全ての位置ｘにおいて基準水量密度Ｗ_０である場合のものを用いることができる。当該厚鋼板冷却装置４において、搬送方向の基準水膜高さｈ_０（ｙ）の分布は、例えば図４に示すような分布となる。

各水切りパターンにおける基準水膜高さｈ_０（ｙ）の分布の予測値は、実機を用いた試験により予め測定してもよいが、表面冷却ヘッダー３０の実機又はダウンスケールモデルを１つだけ用いた散水試験により測定される幅方向の水膜高さの分布に基づいて、シミュレーションにより予め算出してもよい。基準水膜高さｈ_０（ｙ）のシミュレーション方法としては、ＶＯＦ（Ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ）法を用いた流動シミュレーションを用いることができる。具体的には、連続の式、運動量保存式（非圧縮性Ｎａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式）、ｋ−ω ＳＳＴ乱流モデル、及び気液二相流（空気、水）を考慮して基礎方程式を導出するとよい。

また、基準水膜高さの分布ｈ_０（ｙ）は、搬送方向に並んだ複数の区間を設定し、各区間内では幅方向中央の水膜高さが一定であるものとして取り扱うこともできる。つまり、基準水膜高さの分布ｈ_０（ｙ）は、複数の区間についてそれぞれ１つ算出される代表値の数列によって表わすことができる。典型的には、水切りヘッダー４０の間を１つの区間とし、表面冷却ヘッダー３０毎に１つずつ定められる水膜高さｈ_０（ｙ）の代表値が制御装置６０に予め記憶される。

制御装置６０は、温度測定装置２０によって測定された厚鋼板Ｐの幅方向の温度分布Ｔｉ（ｘ）［Ｋ］、初期設定時の表面冷却ヘッダー３０の水量密度分布Ｗ（ｘ）、表面冷却ヘッダー３０から散水される冷却水の温度、予め設定される厚鋼板Ｐの物性、サイズ等のパラメーター、及び各水切りパターンに対応する水膜高さの搬送方向の分布ｈ_０（ｙ）に基づいて、冷却開始から終了までの厚鋼板Ｐの表面温度の幅方向の偏差を算出し、この表面温度の偏差が小さくなる水切りパターンを選択する処理を行う。

そして、制御装置６０は、選択した水切りパターンにおいて、さらに表面温度の偏差が小さくなるよう水量密度分布Ｗ（ｘ）を調整する処理を行う。つまり、制御装置６０は、選択した水切りパターンを適用して、基準水量密度Ｗ_０及びクラウン量Ｃｗを調整弁３７及び分岐調整弁３９によって調節することにより、表面冷却ヘッダー３０の水量密度分布Ｗ（ｘ）を決定する処理を行う。

＜レベラー＞
レベラー５は、厚鋼板冷却装置４により冷却された厚鋼板Ｐの歪みをローラーによって補正して平坦化する。

＜厚鋼板冷却方法＞
これより、上記厚鋼板冷却装置４の動作、つまり上記制御装置６０によって行うことができる本発明の一実施形態に係る厚鋼板冷却方法について説明する。

厚鋼板冷却装置４の制御装置６０は、図５に示すように、水量密度分布Ｗ（ｘ）の初期値を含む初期条件を設定する工程（ステップＳ０１）と、温度測定装置２０により厚鋼板Ｐの温度分布Ｔｉ（ｘ）を測定する工程（ステップＳ０２）と、測定した温度分布、冷却水の水温及び複数の水切りパターンに基づいて、各水切りパターンにおける冷却開始から終了までの厚鋼板Ｐの幅方向の温度分布を予測する工程（ステップＳ０３）と、予測した冷却開始から終了までの厚鋼板Ｐの温度分布における偏差が最も小さい水切りパターンを選択する工程（ステップＳ０４）と、予測した冷却開始から終了までの厚鋼板Ｐの温度偏差の中の冷却終了時の温度偏差（冷却後の温度偏差）が予め設定される所定の閾値以下であるか否かを確認する工程（ステップＳ０５）と、冷却後の厚鋼板Ｐの温度偏差の確認結果に基づいてこの温度偏差が小さくなるよう水量密度分布Ｗ（ｘ）を調整する工程（ステップＳ０６）と、調整後の水量密度分布Ｗ（ｘ）に基づいて冷却後の厚鋼板Ｐの幅方向の温度分布を再予測する工程（ステップＳ０７）とを備える。

〔初期条件設定工程〕
ステップＳ０１の初期条件設定工程において、制御装置６０は、水量密度分布Ｗ（ｘ）の初期値及びその他の運転条件を設定する。また、その他の運転条件としては、厚鋼板Ｐの板厚、幅方向の長さ、比熱、熱伝導率、変態発熱量等の物性、冷却水の水温、冷却停止温度、搬送装置１０の搬送速度などが設定される。このような初期条件は、例えばハードディスクドライブやメモリー等の記憶装置から読み込むことや、外部の制御装置との通信によって設定することができる。

〔温度分布測定工程〕
ステップＳ０２の温度分布測定工程において、制御装置６０は、温度測定装置２０に厚鋼板Ｐの幅方向位置ｘでの表面温度の分布Ｔｉ（ｘ）［Ｋ］を測定させる。この厚鋼板Ｐの温度分布Ｔｉ（ｘ）は、厚鋼板Ｐの仕様等に応じて差異があり、同じ仕様の厚鋼板Ｐであっても、加熱炉１での偏熱、スキッドの影響等により一定ではない。

〔温度分布予測工程〕
ステップＳ０３の温度分布予測工程は、図６に示すように、初期設定されている水量密度分布Ｗ（ｘ）及び厚鋼板Ｐの幅方向の長さＢ［ｍｍ］を考慮して厚鋼板Ｐの表面に形成される水膜高さの幅方向の分布ｈ（ｘ）を算出する工程（ステップＳ１１）と、この水膜高さ分布ｈ（ｘ）を用いて熱伝達係数の分布α（ｘ）［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］を算出する工程（ステップＳ１２）と、上記温度分布Ｔｉ（ｘ）の測定値及び熱伝達係数分布α（ｘ）に基づいて厚鋼板Ｐの冷却開始から終了まで、つまり全ての複数の表面冷却ヘッダー３０の下を通過する間の予測温度分布Ｔｅ（ｘ）を導出する工程（ステップＳ１３）とを有する。

〈水膜高さ分布算出工程〉
ステップＳ１１の水膜高さ算出工程では、幅方向の位置ｘでの水膜高さｈ（ｘ）を、限界水膜高さｈ_ｃｒ［ｍｍ］と、水量密度分布Ｗ（ｘ）と、厚鋼板Ｐの幅方向の長さＢ及び厚鋼板冷却装置４固有の特性等に応じて定められる係数ｆ_１、ｆ_２及びｆ_３とを用い、下記式（１）により算出する。
ｈ（ｘ）＝ｈ_ｃｒ＋ｆ_１・（１−ｆ_３・ｘ）^０．５−ｆ_２・（１−ｆ_３・ｘ） ・・・（１）

上記式（１）においては、下記式（１１）及び（１２）の関係が成り立つ。
ｈ_ｃｒ＝｛（２＋Ｃ）・ｑ_ｃｒ ^２／２／ｇ｝^１／３ ・・・（１１）
ｑ_ｃｒ＝γ・（Ｂ^２＋０．２５）^０．５／４ ・・・（１２）
なお、ｑ_ｃｒは限界流量［Ｌ／ｍｉｎ］、ｇは重力加速度［ｍ／ｓｅｃ^２］、γは水量密度、水量クラウン量及びエッジカット量により決定されるノズル群流量［Ｌ／ｍｉｎ］、Ｃは定数である。

〈熱伝達係数分布算出工程〉
ステップＳ１２の熱伝達係数分布算出工程では、位置ｘでの熱伝達係数α（ｘ）を、水膜高さｈ（ｘ）と、基準水膜高さｈ_０（ｙ）［ｍｍ］及び幅方向中心での熱伝達係数（基準熱伝達係数）α_０［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］と_、基準水量密度Ｗ_０に応じて定められる補正係数εとを用い、下記式（２）により算出する。
α（ｘ）＝｛ｈ（ｘ）／ｈ_０（ｙ）｝^ε・α_０ ・・・（２）

なお、上記基準熱伝達係数α_０は、実機又は実機を小型化した模擬試験装置での試験により、次の式（２１）によってスケールを補正することにより予め設定される。
α_０＝１０＾（ｃ_１＋ｃ_２・ｌｏｇＷ_０＋ｃ_３・Ｔｉ_０） ・・・（２１）
なお、ｃ_１、ｃ_２及びｃ_３は定数であり、Ｔｉ_０は、厚鋼板Ｐの幅方向中心での表面温度［Ｋ］である。

模擬試験装置の例としては、冷却ヘッダーとして５００個／ｍ^２の密度で吐出口を有し、この吐出口が厚鋼板の３００〜５００ｍｍ上方に配置され、冷却水の水量を２００〜２０００Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２の間とすることができるものを有する装置を使用することができる。

また、上記補正係数εは、予め上記模擬試験装置での試験により、基準水量密度Ｗ_０毎に設定されるか、基準水量密度Ｗ_０の関数として設定される。

〈予測温度分布導出工程〉
ステップＳ１３の温度分布導出工程では、上記温度分布Ｔｉ（ｘ）及び熱伝達係数分布α（ｘ）を用いて、冷却開始から終了までの厚鋼板Ｐの予測される幅方向の温度分布Ｔｅ（ｘ）を導出する。この予測温度分布Ｔｅ（ｘ）の導出は、厚鋼板Ｐの表面における熱伝達を上記熱伝達係数α（ｘ）を用いて計算し、厚鋼板Ｐの内部における熱伝導を厚さ方向の一次元熱伝導方程式を用いて計算することによって行われる。

〔水切りパターン選択工程〕
図５のステップＳ０４の水切りパターン選択工程では、ステップＳ０３で予測した温度分布Ｔｅ（ｘ）の履歴のうちで、冷却終了時の温度分布Ｔｅ（ｘ）について幅方向中心における温度Ｔｅ（０）との偏差の平均値を算出し、この平均温度偏差の絶対値が最も小さい水切りパターンを選択する。

〔確認工程〕
ステップＳ０５の確認工程では、ステップＳ０４の水切りパターン選択工程で選択した水切りパターンについて予測した温度分布Ｔｅ（ｘ）における上記温度偏差の絶対値が温度分布Ｔｅ（ｘ）所定の閾値以下であるか否かを確認する。このステップＳ０５において平均温度偏差の絶対値が閾値以下である場合、温度偏差が収束したものと判断して、図５の水量密度分布決定処理を終了、つまり現在の水量密度分布Ｗ（ｘ）を維持する。一方、ステップＳ０５において平均温度偏差の絶対値が閾値を超える場合、ステップＳ０６に進んで水量密度分布Ｗ（ｘ）の調整を行い、ステップＳ０７で温度分布Ｔｅ（ｘ）の再予測を行う。

〔水量密度分布調整工程〕
ステップＳ０６の水量密度分布調整工程では、クラウン量Ｃｗを調整する。具体的には、上記平均温度偏差が正の値である場合にはクラウン量Ｃｗを一定量だけ増加し、上記平均温度偏差が負の値である場合にはクラウン量Ｃｗを一定量だけ減少する。

〔温度分布再予測工程〕
ステップＳ０７の温度分布再予測工程では、冷却後の厚鋼板Ｐ表面の温度分布Ｔｅ（ｘ）を改めて予測し直す。この冷却後の厚鋼板Ｐ表面の温度分布Ｔｅ（ｘ）の予測は、ステップＳ０３の温度分布予測工程と同様に、図６に示す手順で冷却開始から終了までの厚鋼板Ｐ表面の温度分布Ｔｅ（ｘ）を予測することによって行ってもよい。

ステップＳ０７の温度分布再予測工程で、温度分布Ｔｅ（ｘ）を再予測したならば、ステップＳ０５に戻って、予測温度分布Ｔｅ（ｘ）における温度偏差が一定の閾値以下となったかどうかを確認する。

このように、ステップＳ０５において予測温度分布Ｔｅ（ｘ）の温度偏差が一定の閾値以下に収束するまでステップＳ０６の水量密度分布調整工程及びステップＳ０７の温度分布再予測工程が繰り返し行われる。

＜利点＞
当該厚鋼板冷却方法を行う当該厚鋼板冷却装置４は、水切りパターンを考慮して冷却開始から終了までの厚鋼板Ｐの表面の温度分布Ｔｅ（ｘ）を予測し、温度分布Ｔｅ（ｘ）の偏差が小さくなる水切りパターンを選択することにより水膜高さの搬送方向の分布を適切化するので、冷却開始から終了までの厚鋼板Ｐの温度偏差を効果的に抑制できる。従って、当該厚鋼板冷却方法により厚鋼板を冷却する当該厚鋼板の製造方法は、高品質の厚鋼板を製造することができる。

［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

当該厚鋼板冷却方法において、水量密度分布調整工程を省略しても、幅方向の温度偏差を低減する効果を得ることができる。

当該厚鋼板冷却方法において、水切りパターン選択工程は、各水切りパターンについての温度分布予測工程後に、その都度予測した温度分布における温度偏差を確認し、温度偏差が予め設定される閾値以下である場合に、その温度分布の算出に用いた水切りパターンを選択してもよい。

当該厚鋼板冷却方法及び当該厚鋼板冷却装置において、水切りパターンは、水切りヘッダーの使用の有無に限らず、水切りヘッダーの搬送方向の位置が異なるパターンであってもよい。つまり、水冷ヘッダーの間で水切りヘッダーを搬送方向に移動可能とし、この水冷ヘッダーの移動による搬送方向の水膜高さの変化を考慮して、水切りパターンを選択してもよい。また、水切りヘッダーの使用の有無と水切りヘッダーの搬送方向の移動とを組み合わせた水切りパターンを設定してもよい。

当該厚鋼板冷却方法において、予測工程で冷却開始から終了までの厚鋼板の裏面の温度分布をさらに予測し、選択工程で予測工程で得られる厚鋼板の表面の温度分布と裏面の温度分布との差が小さくなるよう水切りパターンを選択してもよい。このように、予測工程で冷却開始から終了までの厚鋼板の裏面の温度分布をさらに予測し、選択工程で予測工程で得られる厚鋼板の表面の温度分布と裏面の温度分布との差が小さくなるよう水切りパターンを選択することによって、冷却開始から終了までの厚鋼板の表裏面の温度差も小さくすることができるので、厚鋼板の品質をさらに向上できる。

当該厚鋼板冷却装置において、幅方向の水量密度分布の調整を行う場合、表面冷却ヘッダーは、どのような構造であってもよい。また、表面冷却ヘッダーの数は、４つに限らず、１つでもよく、２つ、３つ又は５つ以上であってもよい。

また、本発明に係る厚鋼板加工設備は、上述以外の装置を有してもよい。例えば、粗圧延機の上流側にバーティカルエッジャーを設けてもよく、厚鋼板冷却装置の上流側にさらなるレベラーを設けてもよい。

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

（実験例）
図２に準じ、４つの表面冷却ヘッダーと５つの水切りヘッダーとを備える冷却装置を用いて、水切りヘッダーの使用の有無の組合せが異なる水切りパターンにおいて、厚鋼板を冷却し、表裏の温度差を確認した。具体的には、水切りヘッダーを全て使用する水切りパターンと、水切りヘッダーを１つおきに使用する水切りパターン（１番目の表面冷却ヘッダーと２番目の表面冷却ヘッダーとの間の水切りヘッダー及び３番目の表面冷却ヘッダーと４番目の表面冷却ヘッダーとの間の水切りヘッダーを不使用）とで厚鋼板を冷却し、厚鋼板の表裏面の平均温度差がどのように異なるかを確認した。

なお、この実験には、板厚２０ｍｍ、板幅４０００ｍｍの厚鋼板を用い、冷却開始温度を８００℃、冷却停止温度を５５０℃とした。また、厚鋼板冷却装置としては、表面冷却ヘッダーの搬送方向の間隔が３ｍであるものを使用した。

図７に、各水切りパターンにおける厚鋼板の表裏面の平均温度差の時間積分値の変化を示す。図示するように、この例では、水切りヘッダーを１つ置きに使用した方が、水切りヘッダーを全て使用するよりも、厚鋼板の表裏面の平均温度差を時間累積値で約１８％低減することができた。

この実験から分かるように、本発明に係る厚鋼板冷却方法により、水切りパターンを選択することで、厚鋼板冷却時の温度差を低減できると考えられる。

本発明に係る厚鋼板冷却方法及び厚鋼板冷却装置は、熱間圧延後に急速に冷却される厚鋼板の製造に好適に適用できる。

１ 加熱炉
２ 粗圧延機
３ 仕上圧延機
４ 厚鋼板冷却装置
５ レベラー
１０ 搬送装置
１１ ローラー
２０ 温度測定装置
３０ 表面冷却ヘッダー
３１ 吐出口
３２ 隔壁
３３ 中央領域
３４ 端部領域
３５ 中央給水流路
３６ 端部給水流路
３７ 主調整弁
３８ 分岐流路
３９ 分岐調整弁
４０ 水切りヘッダー
５０ 裏面冷却ヘッダー
６０ 制御装置
Ｐ 厚鋼板

Claims (5)

1. 熱間圧延後の厚鋼板の搬送方向に列設され、搬送方向と垂直な幅方向に分布を有する水量密度で散水できる複数の冷却ヘッダーと、これらの複数の冷却ヘッダー間、最初の冷却ヘッダーの上流側及び最後の冷却ヘッダーの下流側に配設され、厚鋼板の表面に幅方向に傾斜して噴水できる複数の水切りヘッダーとを備える冷却装置を用い、熱間圧延後の厚鋼板を冷却する方法であって、
   上記冷却装置に投入される厚鋼板の幅方向の温度分布を測定する工程と、
   上記測定工程で得られる温度分布、上記厚鋼板の物性、冷却ヘッダーから散水される冷却水の温度、及び上記各水切りヘッダーの使用の有無又は各水切りヘッダーの搬送方向位置の違いの水切りパターンに基づいて、冷却開始から終了までの厚鋼板の表面の温度分布を予測する工程と、
   上記予測工程で得られる温度分布の偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択する工程と
   を備えることを特徴とする厚鋼板冷却方法。
2. 上記冷却開始から終了までの厚鋼板の表面の温度分布の予測が、上記水切りパターン毎に予想される搬送方向の水膜高さ分布に基づく各冷却ヘッダー毎の水膜高さの代表値を用いて行われる請求項１に記載の厚鋼板冷却方法。
3. 上記予測工程で、冷却開始から終了までの厚鋼板の裏面の温度分布をさらに予測し、
   上記選択工程で、上記予測工程で得られる厚鋼板の表面の温度分布と裏面の温度分布との差が小さくなるよう水切りパターンを選択する請求項１又は請求項２に記載の厚鋼板冷却方法。
4. 予測した冷却後の幅方向の温度偏差を小さくするよう上記水量密度分布を調整する工程をさらに備え、
   上記冷却開始から終了までの温度分布を予測する工程が、
   上記水量密度分布及び厚鋼板の幅方向の長さを考慮して厚鋼板の表面に形成される水膜高さの幅方向の分布を算出する工程と、
   この幅方向の水膜高さ分布を用いて熱伝達係数の幅方向の分布を算出する工程と、
   上記温度分布の測定値及び熱伝達係数分布に基づいて厚鋼板の冷却開始から終了までの幅方向の予測温度分布を導出する工程と
   を有する請求項１、請求項２又は請求項３に記載の厚鋼板冷却方法。
5. 熱間圧延後厚鋼板を搬送する搬送装置と、
   上記厚鋼板の搬送方向に列設され、搬送方向と垂直な幅方向に分布を有する水量密度で散水できる複数の冷却ヘッダーと、
   これらの複数の冷却ヘッダー間、最初の冷却ヘッダーの上流側及び最後の冷却ヘッダーの下流側に配設され、厚鋼板の表面に幅方向に傾斜して噴水できる複数の水切りヘッダーと、
   上記冷却ヘッダーの上流側で厚鋼板の幅方向の温度分布を測定する温度測定装置と、
   上記温度測定装置の測定結果に基づいて上記各水切りヘッダーの使用の有無又は各水切りヘッダーの搬送方向位置の違いの水切りパターンを選択する制御装置と
   を備え、
   上記制御装置が、
   温度測定装置が測定した温度分布、上記厚鋼板の物性、冷却ヘッダーから散水される冷却水の温度、及び上記水切りパターンに基づいて、冷却開始から終了までの厚鋼板の表面の温度分布を予測する制御要素と、
   上記予測した温度分布の偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択する制御要素と
   を有する厚鋼板冷却装置。

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