JP6367756B2 - 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、ヘッダー部からの冷却水量密度を厚鋼板の板幅方向に分布を有するものとすることが提案されている（特開２０１１−１６７７５４号公報参照）。

また、厚鋼板の長手方向先端部では長手方向中央部と比べて表面に噴射した冷却水が流れ落ち易い。このため、厚鋼板の先端部に対する散水量を中央部に対する散水量よりも大きくすることが提案されている（特開２００６−１９２４５５号公報参照）。

しかしながら、本発明者らが例えば厚鋼板のサイズ等の製造条件を変えて検証した結果、製造条件によっては厚鋼板の先端部に対する散水量を中央部に対する散水量よりも小さくしなければ厚鋼板を均一に冷却することができない場合があることが判明した。つまり、必ずしも厚鋼板の先端部に対する散水量を中央部に対する散水量よりも大きくすればよいという訳ではない。

従って、厚鋼板の先端部への散水量を中央部への散水量と異ならせる場合、これらの散水量の比を最適化する必要がある。この最適な散水量の比は、実際に厚鋼板を冷却して実験的に決定することが現実的である。しかしながら、多品種小ロットの厚鋼板を製造する場合、実際に厚鋼板を冷却して先端部と中央部との最適な散水量の比を求めることは極めて非効率であり、ロスの増大、設備稼働率の低下等の不都合を招来する。

特開２０１１−１６７７５４号公報 特開２００６−１９２４５５号公報

上記不都合に鑑みて、本発明は、厚鋼板の適切な冷却条件を比較的容易に設定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本発明に係る厚鋼板冷却方法は、熱間圧延後の厚鋼板の搬送方向に間隔Ｌを開けて列設され、厚鋼板表面に散水する複数の冷却ヘッダーを用い、上記厚鋼板を冷却する方法であって、上記厚鋼板の先端から間隔Ｌの先端領域及び上記厚鋼板の後端から間隔Ｌの後端領域に対する上記複数の冷却ヘッダーの散水量を、上記厚鋼板の平均幅Ｂに対する上記間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に基づいて調整することを特徴とする。

当該厚鋼板冷却方法は、厚鋼板の先端領域及び後端領域に対する複数の冷却ヘッダーの散水量を厚鋼板の平均幅Ｂに対する冷却ヘッダーの間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に基づいて調整するため、実際の冷却を行うことなく冷却条件（厚鋼板の先端領域及び後端領域への散水量の比）を設定できる。また、厚鋼板の先端領域及び後端領域の冷却効率と中央領域の冷却効率との比は、平均幅Ｂに対する冷却ヘッダーの間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）との相関が高いため、当該厚鋼板冷却方法は、比較的容易に適切な冷却条件を設定することができる。

上記先端領域及び後端領域への散水量の調整が、上記比に基づき先端領域及び後端領域の滞留水高さの中央領域の滞留水高さに対する比を算出する工程と、冷却後の上記先端領域及び後端領域の温度を上記滞留水高さの比を用いて予測する工程と、上記先端領域及び後端領域の予測温度と中央領域の予測温度との差が所定の範囲内であるか否かを判定する工程と、上記判定結果に基づいて、上記先端領域及び後端領域への散水量の上記中央領域への散水量に対する比率を変更する工程とを有するとよい。このように、上記比（Ｌ／Ｂ）に基づいて算出される滞留水高さを用いて冷却後の温度を予測することによって、比較的正確に冷却後の温度を予測することができるので、より適切な冷却条件を設定することができる。

また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る厚鋼板冷却装置は、熱間圧延後の厚鋼板の搬送方向に間隔Ｌを開けて列設され、厚鋼板の表面に散水する複数の冷却ヘッダーを備える厚鋼板冷却装置であって、上記厚鋼板の先端から間隔Ｌの先端領域及び上記厚鋼板の後端から間隔Ｌの後端領域に対する上記複数の冷却ヘッダーの散水量を、上記厚鋼板の平均幅Ｂに対する上記間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に基づいて調整する機構をさらに備えることを特徴とする。

当該厚鋼板冷却装置は、厚鋼板の先端領域及び後端領域に対する複数の冷却ヘッダーの散水量を厚鋼板の平均幅Ｂに対する冷却ヘッダーの間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に基づいて調整する機構を備えるため、実際の冷却を行うことなく、比較的容易に適切な冷却条件を設定することができる。

本発明に係る厚鋼板冷却方法及び厚鋼板冷却装置は、上述のように厚鋼板の適切な冷却条件を比較的容易に設定できる。

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。 図２の厚鋼板冷却装置の表面側散水ヘッダーの構成を示す模式図である。 図２の厚鋼板冷却装置による厚鋼板冷却の手順を示す流れ図である。 図４の厚鋼板冷却における水量密度分布決定処理の詳細な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。 図４の厚鋼板冷却における散水量比率決定処理の詳細な手順を示す流れ図である。 厚鋼板の平均幅Ｂに対する冷却ヘッダーの間隔Ｌの比と中央領域での滞留水高さに対する先端領域及び後端領域での滞留水高さの比との関係を示すグラフである。 本発明の一実施例における厚鋼板の冷却時の温度変化を示すグラフである。 本発明の図９とは異なる実施例における厚鋼板の冷却時の温度変化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を冷却する本発明の一実施形態に係る厚鋼板冷却装置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〕
当該厚鋼板冷却装置４は、熱間圧延後の厚鋼板Ｐを矢印Ｄ方向に搬送しつつ、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。この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で冷却される厚鋼板Ｐの平均厚さとしては、特に限定されないが、例えば１２ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることができる。

また、厚鋼板Ｐの搬送方向に垂直な横断方向の平均幅Ｂの下限としては、１５００ｍｍが好ましく、２０００ｍｍがより好ましい。一方、厚鋼板Ｐの平均幅Ｂの上限としては、５０００ｍｍが好ましい。厚鋼板Ｐの平均幅Ｂが上記下限に満たない場合、厚鋼板Ｐの表面の滞留水が横断方向に極端に排出され易く、本発明が前提とする冷却モデルとの差が大きくなって、予測温度の誤差が大きくなるおそれがある。逆に、厚鋼板Ｐの平均幅Ｂが上記上限を超える場合、冷却効果と厚鋼板Ｐの平均幅Ｂとの相関が小さくなり、予測温度の誤差が大きくなるおそれがある。

当該厚鋼板冷却装置４は、図２に示すように、厚鋼板Ｐを搬送する搬送装置１０と、この搬送装置１０により搬送される厚鋼板Ｐの搬送方向に垂直な横断方向（幅方向）の温度分布を測定する温度測定装置２０と、厚鋼板Ｐの搬送方向に間隔Ｌを開けて列設され、厚鋼板Ｐの表面に散水する複数の表面冷却ヘッダー３０と、厚鋼板Ｐの裏面に一定の水量密度で冷却水を散水する複数の裏面冷却ヘッダー４０と、温度測定装置２０の測定結果に基づいて複数の表面冷却ヘッダー３０の水量密度分布及び散水量を調整する調整機構５０とを備える。

＜搬送装置＞
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としては、表面冷却ヘッダー３０の上流側で厚鋼板Ｐの横断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＞
表面冷却ヘッダー３０は、図３に示すように、横断方向（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、内部空間を横断方向に３つに区分する２枚の隔壁３２とを備える。２枚の隔壁３２は、横断方向に対称かつ横断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の内側の中央散水領域３３と２枚の隔壁３２の外側の２つの端部散水領域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、中央散水領域３３に冷却水を供給する中央給水流路３５及び２つの端部散水領域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において、横断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、つまり主調整弁３７の開度によって定められる。また、横断方向両端における水量密度Ｗ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、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、隔壁３２が存在する横断方向位置範囲では、隔壁３２により区分される中央散水領域３３と端部散水領域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。

表面冷却ヘッダー３０の底面の複数の吐出口３１が設けられる領域の厚鋼板搬送方向の平均長さとしては、例えば０．１ｍ以上１ｍ以下とすることができる。また、複数の表面冷却ヘッダー３０の間隔Ｌ［ｍ］としては、例えば０．２ｍ以上２ｍ以下とすることができる。

＜裏面冷却ヘッダー＞
裏面冷却ヘッダー４０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、厚鋼板Ｐを挟んで各表面冷却ヘッダー３０に対向するよう配置されている。この裏面冷却ヘッダー４０による散水量は、位置にかかわらず一定とされる。

＜調整機構＞
調整機構５０は、表面冷却ヘッダー３０の主調整弁３７及び分岐調整弁３９の開度を制御する制御装置である。この調整機構５０は、例えばパーソナルコンピューターやプログラマブルコントローラー等により構成することができる。つまり、調整機構５０は、制御プログラムに従って、複数の表面冷却ヘッダー３０を制御するものとすることができる。

調整機構５０は、厚鋼板Ｐを、搬送方向先端から間隔Ｌの先端領域Ａｈ（先端からの距離がＬ以下である領域）と、後端から間隔Ｌの後端領域Ａｔ（後端からの距離がＬ以下である領域）と、これらの先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔを除く搬送方向中間部分である中央領域Ａｍとの３つの領域に分けて、表面冷却ヘッダー３０からの散水量を調整する。

調整機構５０は、中央領域Ａｍに対する表面冷却ヘッダー３０の水量密度分布Ｗ（ｘ）、つまり基準水量密度Ｗ_０及びクラウン量Ｃｗを決定する制御部と、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔに対する冷却ヘッダー３０の水量密度分布（散水量）を調整する制御部とを有する。なお、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔに対する水量密度分布は、中央領域Ａｍに対するクラウン量Ｃｗが同じで、幅方向の中央の基準水量密度Ｗ_１［Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２］）が異なるものとする。以下、中央領域Ａｍへの散水量は、基準水量密度Ｗ_０で代表して示し、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの散水量は、基準水量密度Ｗ_１で代表して示す。また、これらの制御部及び後述するような制御部内の制御要素は、調整機構５０の制御プログラムに含まれる例えばプログラムモジュール、パートプログラム、サブルーチン等により実現することができる。

（水量密度分布決定制御部）
上記水量密度分布決定制御部は、温度測定装置２０によって測定された厚鋼板Ｐの横断方向の温度分布Ｔｉ（ｘ）［Ｋ］に基づいて、表面冷却ヘッダー３０の水量密度分布Ｗ（ｘ）を決定する。

（散水量調整制御部）
上記散水量調整制御部は、厚鋼板Ｐの平均幅Ｂ［ｍ］に対する間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に基づいて、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔに対する冷却ヘッダー３０の散水量（基準水量密度Ｗ_１で代表して表わす）を、中央領域Ａｍに対する表面冷却ヘッダー３０の散水量（基準水量密度Ｗ_０で代表して表わす）を基準に増減させる。つまり、散水量調整制御部は、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの散水量Ｗ_１の中央領域Ａｍへの散水量Ｗ_０に対する比率（Ｗ_１／Ｗ_０）を決定する。

なお、表面冷却ヘッダー３０は、搬送方向にも一定の幅を有するため、先端領域Ａｈ又は後端領域Ａｔと中央領域Ａｍとの間で階段状に散水量を切り換えられるものではない。また、散水量を制御する主調整弁３７の動作速度にも限界がある。従って「先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの散水量Ｗ_１」並びに「中央領域Ａｍへの散水量Ｗ_０」とは、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの散水又は中央領域Ａｍへの散水を企図する散水量を意味し、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの実際の散水量や中央領域Ａｍへの実際の散水量を意味するものではない。

具体例として、先端領域Ａｈ又は後端領域Ａｔと中央領域Ａｍとの間での散水量の切り換えは、平面視で１つの表面冷却ヘッダー３０の散水領域内に厚鋼板Ｐの先端領域Ａｈ又は後端領域Ａｔが一部でも存在している場合には先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの散水量Ｗ_１を適用するようなタイミングで行うことができる。

散水量調整制御部は、厚鋼板Ｐの平均幅Ｂに対する間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に基づき、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの横断方向中央における平均滞留水高さｈ_１［ｍｍ］の中央領域Ａｍの搬送方向中央における滞留水高さｈ_０［ｍｍ］（一定と考えられる）に対する比（ｈ_１／ｈ_０）を算出する制御要素と、冷却後（当該冷却装置４の出口通過時）の先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの横断方向中央における平均温度Ｔｅ_１［Ｋ］を滞留水高さの比（ｈ_１／ｈ_０）を用いて予測する制御要素と、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの予測温度Ｔｅ_１と中央領域Ａｍの横断方向中央における予測温度Ｔｅ_０［Ｋ］との差が所定の範囲内であるか否かを判定する制御要素と、この判定制御要素の判定結果に基づいて、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの散水量Ｗ_１の中央領域Ａｍへの散水量Ｗ_０に対する比率（Ｗ_１／Ｗ_０）を変更する制御要素とを有するものとすることができる。

〔厚鋼板の冷却方法〕
これより、上記厚鋼板冷却装置４の動作、つまり上記調整機構５０によって行われる本発明の一実施形態に係る厚鋼板冷却方法について詳しく説明する。

厚鋼板冷却装置４の調整機構５０は、図４に示すように、上記水量密度分布決定制御部により実現され、中央領域Ａｍに対する水量密度分布を決定する処理（ステップＳ０１）と、上記散水量調整制御部により実現され、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの散水量Ｗ_１の中央領域Ａｍへの散水量Ｗ_０に対する比率（Ｗ_１／Ｗ_０）を決定する処理（ステップＳ０２）とを行う。

＜水量密度分布決定処理＞
水量密度分布決定処理は、図５に示すように、中央領域Ａｍに対する水量密度分布Ｗ（ｘ）の初期値を含む初期条件を設定する工程（ステップＳ１１）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Ｓ１２）と、測定した温度分布に基づいて冷却水散水後の厚鋼板Ｐの中央領域Ａｍの横断方向の温度分布を予測する工程（ステップＳ１３）と、予測した冷却水散水後の厚鋼板Ｐの温度偏差の収束を判定する工程（ステップＳ１４）と、予測した冷却水散水後の厚鋼板Ｐの温度偏差を小さくするよう横断方向の水量密度分布Ｗ（ｘ）を調整する工程（ステップＳ１５）とを備える。

（初期条件設定工程）
ステップＳ１１の初期条件設定工程において、調整機構５０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。水量密度分布Ｗ（ｘ）の初期値としては、基準水量密度Ｗ_０及びクラウン量Ｃｗが、予め設定されている値に設定される。また、その他の運転条件としては、厚鋼板Ｐの板厚、横断方向の長さ、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Ｓ１２の温度分布測定工程において、調整機構５０は、温度測定装置２０に厚鋼板Ｐの横断方向位置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Ｓ１３の温度分布予測工程は、図６に詳しく示すように、現在設定されている水量密度分布Ｗ（ｘ）及び厚鋼板Ｐの横断方向の長さＢ［ｍｍ］を考慮して厚鋼板Ｐの表面に滞留する滞留水高さの横断方向の分布ｈ（ｘ）を算出する工程（ステップＳ２１）と、この滞留水高さ分布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Ｓ２２）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の冷却水散水後、つまりすべての複数の表面冷却ヘッダー３０の下を通過した直後に予測温度分布Ｔｅ（ｘ）を導出する工程（ステップＳ２３）とを有する。

〈滞留水高さ分布算出工程〉
ステップＳ２１の滞留水高さ分布算出工程では、横断方向の位置ｘでの滞留水高さｈ（ｘ）を、限界滞留水高さｈ_ｃｒ［ｍｍ］と、水量密度分布Ｗ（ｘ）及び厚鋼板Ｐの横断方向の長さ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Ｓ２２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、滞留水高さｈ（ｘ）と、横断方向中心での滞留水高さ（基準滞留水高さ）ｈ_０［ｍｍ］及び横断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｝^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の横断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Ｓ２３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、冷却水散水後の厚鋼板Ｐの予測される横断方向の温度分布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。

（収束判定工程）
図５のステップＳ１４の収束判定工程では、ステップＳ１３で予測した温度分布Ｔｅ（ｘ）の横断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所定の閾値以下であるか否かを確認する。ステップＳ１４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Ｓ１４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Ｓ１５に進んで水量密度分布Ｗ（ｘ）の調整を行う。

（水量密度分布調整工程）
ステップＳ１５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。

ステップＳ１５において、クラウン量Ｃｗを調整することにより水量密度分布Ｗ（ｘ）を変更したときは、ステップＳ１３に戻って変更された水量密度分布Ｗ（ｘ）に基づいて再度冷却水散水後の温度分布Ｔｅ（ｘ）を予測する。

そして、予測温度分布Ｔｅ（ｘ）における温度偏差が一定の閾値以下に収束するまで上記手順による水量密度分布Ｗ（ｘ）の調整が繰り返される。

＜散水量比率決定処理＞
ステップＳ０２の散水量調整処理では、複数の表面冷却ヘッダー３０からの厚鋼板Ｐの先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔに対する散水量（基準水量密度Ｗ_１）の中央領域Ａｍに対する散水量（基準水量密度Ｗ_０）の比（Ｗ_１／Ｗ_０）を、厚鋼板Ｐの平均幅Ｂに対する複数の表面冷却ヘッダー３０の間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に基づいて調整する。

具体的には、散水量比率決定処理は、図７に示すように、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの散水量（基準水量密度Ｗ_１）の中央領域Ａｍへの散水量（基準水量密度Ｗ_０）に対する比率（Ｗ_１／Ｗ_０）の初期値を含む初期条件を設定する工程（ステップＳ３１）と、厚鋼板Ｐの平均幅Ｂに対する表面冷却ヘッダー３０の間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に基づき先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの滞留水高さｈ_１の中央領域Ａｍの滞留水高さｈ_０に対する比（ｈ_１／ｈ_０）を算出する工程（ステップＳ３２）と、冷却後の先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの温度Ｔｅ_１を滞留水高さの比（ｈ_１／ｈ_０）を用いて予測する工程（ステップＳ３３）と、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの予測温度Ｔｅ_１と中央領域の予測温度Ｔｅ_０（上記水量密度分布決定処理における予測温度Ｔｅ（０））との差が所定の範囲内であるか否かを判定する工程（ステップＳ３４）と、この判定結果に基づいて、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの散水量Ｗ_１の中央領域Ａｍへの散水量Ｗ_０に対する比率（Ｗ_１／Ｗ_０）を変更する工程（ステップＳ３５）とを有する。

（初期条件設定工程）
ステップＳ３１の初期条件設定工程では、上位水量密度分布決定処理において決定された中央領域Ａｍへの散水量（基準水量密度Ｗ_０）、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔと中央領域Ａｍとの散水量比率（Ｗ_１／Ｗ_０）の初期値、及びその他の運転条件を設定する。散水量比率（Ｗ_１／Ｗ_０）の初期値としては、特に限定されないが、例えば１とすることができる。また、その他の運転条件としては、厚鋼板Ｐの板厚、横断方向の長さ、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。

（滞留水高さ比算出工程）
ステップＳ３２の滞留水高さ比算出工程では、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの滞留水高さｈ_１の中央領域Ａｍの滞留水高さｈ_０に対する比（ｈ_１／ｈ_０）を、基準水量密度Ｗ_０毎に予め設定される厚鋼板Ｐの平均幅Ｂに対する表面冷却ヘッダー３０の間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）の関数として算出する。

滞留水高さの比（ｈ_１／ｈ_０）は、例えば図８に示すように、基準水量密度Ｗ_０が決定されれば、厚鋼板Ｐの平均幅Ｂに対する表面冷却ヘッダー３０の間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に比例する値として算出できる。このような基準水量密度Ｗ_０毎の比例式は、予め実験的に求められ、調整機構５０の記憶装置等に記憶される。

（温度予測工程）
ステップＳ３３の温度予測工程では、先ず、冷却後の先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔにおける熱伝達率α_１を次の式（３）により算出する。なお、この式は上記横断方向の熱伝達率の分布の計算と同様の手法を搬送方向に適用したものである。
α_１＝（ｈ_１／ｈ_０）^ε・１０＾（ｃ_１＋ｃ_２・ｌｏｇＷ_０＋ｃ_３・Ｔｉ_０） ・・・（３）

続いて、この熱伝達率α_１を用いて、冷却後の厚鋼板Ｐの先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの横断方向中央における温度Ｔｅ_１を予測する。この予測温度分布Ｔｅ_１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_１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。

（判定工程）
ステップＳ３４の判定工程では、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの予測温度Ｔｅ_１と中央領域Ａｍの予測温度Ｔｅ_０との差の絶対値と予め設定される閾値とを比較する。この閾値としては、例えば５Ｋ（＝５℃）とすることができる。

この判定工程において、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの予測温度Ｔｅ_１と中央領域Ａｍの予測温度Ｔｅ_０との差が閾値以下である場合、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの散水量Ｗ_１の中央領域Ａｍへの散水量Ｗ_０に対する比率（Ｗ_１／Ｗ_０）が適切であると判断し、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔへの散水量Ｗ_１を現在の値に確定して、図７の散水量比率決定処理を終了する。

一方、ステップＳ３４の判定工程において、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの予測温度Ｔｅ_１と中央領域Ａｍの予測温度Ｔｅ_０との差が閾値を越える場合、ステップＳ３５の散水量比率変更工程に進んで、散水量比率決定処理を継続する。

（散水量比率変更工程）
ステップＳ３５の散水量比率変更工程では、散水量比率（Ｗ_１／Ｗ_０）を一定量増減する。この散水量比率変更工程の処理を行った後は、上記ステップＳ３２からステップＳ３４の処理を再度行う。

ここで、ステップＳ３５で散水量比率（Ｗ_１／Ｗ_０）を増加すべきか減少すべきかは、先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの予測温度Ｔｅ_１と中央領域Ａｍの予測温度Ｔｅ_０との大小関係からは必ずしも判断できない。その理由としては、滞留水高さの変更によって滞留水の撹拌状態や沸騰状態が変化することが考えられる。

そこで、ステップＳ３４において算出した先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔの予測温度Ｔｅ_１と中央領域Ａｍの予測温度Ｔｅ_０との差の絶対値と、ステップＳ３５において変更した散水量比率（Ｗ_１／Ｗ_０）の増減方向の正負とを記憶しておき、次のサイクルのステップＳ３５での散水量比率（Ｗ_１／Ｗ_０）の増減方向を定める方法を採用することができる。具体的には、次のサイクルのステップＳ３４において算出した温度差の絶対値が前のサイクルで算出した温度差の絶対値よりも小さくなっていれば、そのサイクルのステップＳ３５では前回と正負同じ方向に散水量比率（Ｗ_１／Ｗ_０）を変更し、次のサイクルのステップＳ３４において算出した温度差の絶対値が前のサイクルで算出した温度差の絶対値よりも大きくなっていれば、そのサイクルのステップＳ３５では前回と正負反対の方向に散水量比率（Ｗ_１／Ｗ_０）を変更すればよい。

＜利点＞
当該厚鋼板冷却４及び当該厚鋼板冷却方法は、厚鋼板Ｐの先端領域Ａｈ及び後端領域Ａｔに対する複数の表面冷却ヘッダー３０の散水量を厚鋼板Ｐの平均幅Ｂに対する冷却ヘッダー３０の間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に基づいて調整するため、実際に厚鋼板Ｐを冷却して試行錯誤により冷却条件を設定するのではなく、演算によって適切な冷却条件を設定することができる。

［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、それらはすべて本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

当該厚鋼板冷却装置において、表面冷却ヘッダーは、横断方向の水量密度分布を調整できない構造のものであってもよい。つまり、当該厚鋼板冷却方法は、水量密度分布を調整することを必須としない。

当該厚鋼板冷却装置及び当該厚鋼板冷却方法は、厚鋼板の平均幅に対する冷却ヘッダーの間隔の比を用いて先端領域及び後端領域に対する冷却ヘッダーの散水量を調整するものであればよく、滞留水高さを用いたモデル以外の冷却モデルに基づいて先端領域及び後端領域の冷却条件を予測してもよい。

当該厚鋼板冷却装置における表面冷却ヘッダーの数は、２以上であれば任意の数とすることができる。

当該厚鋼板冷却装置は、表面冷却ヘッダーの間に冷却水の噴射により滞留水を横断方向に押し流す（滞留水高さを０にする）水切りヘッダーを備えてもよい。このような水切りヘッダーを使用する場合、使用する水切りヘッダーの配置パターン毎に最適な冷却モデルに基づく熱伝達率の計算式を予め設定しておくことが好ましい。

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。

２種類の厚鋼板のサンプルを冷却し、それぞれ先端領域及び後端領域に対する散水量を中央領域と同じにした場合と、上述の実施形態に記載の厚鋼板冷却方法を用いて中央領域の散水量と異ならせた場合とで、冷却過程における厚鋼板の横断方向中心の表面温度を先端領域及び中央領域の搬送方向中央で測定した。

（サンプル１）
厚鋼板のサンプル１として、平均厚さ２５ｍｍ、平均幅３０００ｍｍのものを用いた。この厚鋼板のサンプル１は、搬送方向の長さが５００ｍｍである５つの冷却ヘッダーを用い、冷却ヘッダーの間隔を５００ｍｍとし、中央領域の散水量（基準水量密度）を５８０Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２とし、搬送速度を０．４８ｍ／ｓｅｃとした。

この条件において、先端領域及び後端領域への散水量の中央領域への散水量の８８％とすることにより、先端領域及び後端領域と中央領域との冷却後の予測温度の差が５℃以下となった。

図９に、厚鋼板のサンプル１の冷却における、先端領域及び後端領域への散水量を中央領域への散水量と等しくした場合（散水量調整なし）と、先端領域及び後端領域への散水量を中央領域への散水量の８８％とした場合（散水量調整あり）との先端領域及び中央領域の温度履歴を示す。

このように、厚鋼板のサンプル１の冷却において、散水量調整をしない場合、冷却後の先端領域と中央領域との温度差は、１６．９℃であったが、散水量調整をすることによって、冷却後の先端領域と中央領域との温度差を５℃以下に低減することができた。

（サンプル２）
厚鋼板のサンプル２として、平均厚さ４０ｍｍ、平均幅２０００ｍｍのものを用いた。この厚鋼板のサンプル２は、搬送方向の長さが５００ｍｍである５つの冷却ヘッダーを用い、冷却ヘッダーの間隔を５００ｍｍとし、中央領域の散水量（基準水量密度）を２４５０Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２とし、搬送速度を０．４８ｍ／ｓｅｃとした。

この条件において、先端領域及び後端領域への散水量の中央領域への散水量の１２０％とすることにより、先端領域及び後端領域と中央領域との冷却後の予測温度の差が５℃以下となった。

図１０に、厚鋼板のサンプル２の冷却における、先端領域及び後端領域への散水量を中央領域への散水量と等しくした場合（散水量調整なし）と、先端領域及び後端領域への散水量を中央領域への散水量の１２０％とした場合（散水量調整あり）との先端領域及び中央領域の温度履歴を示す。

このように、厚鋼板のサンプル２の冷却において、散水量調整をしない場合、冷却後の先端領域と中央領域との温度差は、９．４℃であったが、散水量調整をすることによって、冷却後の先端領域と中央領域との温度差を５℃以下に低減することができた。

当該厚鋼板の冷却方法は、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 中央散水領域
３４ 端部散水領域
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 裏面冷却ヘッダー
５０ 調整機構
Ａｈ 先端領域
Ａｍ 中央領域
Ａｔ 後端領域
Ｄ 搬送方向
Ｌ 間隔
Ｐ 厚鋼板

Claims (3)

1. 熱間圧延後の厚鋼板の搬送方向に間隔Ｌを開けて列設され、厚鋼板表面に散水する複数の冷却ヘッダーを用い、上記厚鋼板を冷却する方法であって、
   上記厚鋼板の搬送方向先端からの距離が上記Ｌ以下である先端領域、及び搬送方向後端からの距離が上記Ｌ以下である後端領域への散水量と、
   上記先端領域及び後端領域を除く搬送方向中間部分である中央領域への散水量とを、
   上記厚鋼板の平均幅Ｂに対する上記間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に基づいて調整することを特徴とする厚鋼板冷却方法。
2. 上記先端領域及び後端領域への散水量の調整が、
   上記比に基づき先端領域及び後端領域の滞留水高さの上記中央領域の滞留水高さに対する比を算出する工程と、
   冷却後の上記先端領域及び後端領域の温度を上記滞留水高さの比を用いて予測する工程と、
   上記先端領域及び後端領域の予測温度と中央領域の予測温度との差が所定の範囲内であるか否かを判定する工程と、
   上記判定結果に基づいて、上記先端領域及び後端領域への散水量の上記中央領域への散水量に対する比率を変更する工程と
   を有する請求項１に記載の厚鋼板冷却方法。
3. 熱間圧延後の厚鋼板の搬送方向に間隔Ｌを開けて列設され、厚鋼板の表面に散水する複数の冷却ヘッダーを備える厚鋼板冷却装置であって、
   上記厚鋼板の搬送方向先端からの距離が上記Ｌ以下である先端領域、及び搬送方向後端からの距離が上記Ｌ以下である後端領域への散水量と、
   上記先端領域及び後端領域を除く搬送方向中間部分である中央領域への散水量とを、
   上記厚鋼板の平均幅Ｂに対する上記間隔Ｌの比（Ｌ／Ｂ）に基づいて調整する機構をさらに備えることを特徴とする厚鋼板冷却装置。

Images