JP6430179B2 - 鋼板の冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、上下ノズルを有しかつこのノズルの注水量が制御可能な冷却ゾーンを鋼板進行方向に複数備えた冷却装置内で、熱間圧延された高温の鋼板を冷却する方法に関する。具体的には、当該冷却装置内の前記鋼板に対して、上記ノズルより冷却水を特定の条件で供給して、冷却後の鋼板の平坦度を高い状態とする冷却方法に関する。

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、熱間圧延後の鋼板に対して制御冷却が行われる。この制御冷却は、熱間圧延後、高温状態にある鋼板を、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る。この冷却の際に、冷却速度及び冷却停止温度は、冷却水量、冷却時間、鋼板の搬送速度により調整される。この調整では、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、上面側水量密度、下面側水量密度が制御される。

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方法が開示されている。即ち、特許文献１には、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）との関係を求めておき、この関係に従って、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。

また、熱間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

冷却装置における冷却水の供給は、供給水量の安定を目的として、鋼板の圧延完了前から開始されている。したがって、このときの上下水量比は、冷却予定の鋼板のサイズ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ているものである。

しかしながら、気温、水温、板厚、鋼種、鋼板温度などの影響により、平坦度に優れた鋼板を製造するための上下水量比は変化する。このため、冷却予定の鋼板のサイズや圧延終了時の鋼板温度等が同じであっても、冷却条件を鋼板毎に調整することが好ましい。

本発明は、鋼板を冷却した際、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製造するための冷却方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、所定の冷却条件で冷却したときの冷却完了後の鋼板面内における高低差で表される歪量を実測し、この値を実冷却歪量とし、上記所定の冷却条件における上下水量比（上下水量比＝上面側冷却水量密度／下面側冷却水量密度）の条件を補正前上下水量比としたときに、上記実冷却歪量よりも歪量が小さくなるように、歪量を実測した鋼板の、次の鋼板の冷却における上下水量比を補正すれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には本発明は以下のものを提供する。

［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、
複数の鋼板を連続的に冷却する際に、前記複数の鋼板における一の鋼板を所定の冷却条件で冷却したときの冷却後の鋼板面内における高低差で表される歪量の実測値を実冷却歪量とし、前記所定の冷却条件における上下水量比（上下水量比＝上面側冷却水量密度／下面側冷却水量密度）を補正前上下水量比としたときに、前記実冷却歪量よりも歪量が小さくなるように、上下水量比を補正して補正後上下水量比とし、前記補正後上下水量比の冷却条件で、前記一の鋼板の次に冷却される鋼板を冷却することを特徴とする冷却方法。

［２］前記補正後上下水量比は、前記補正前上下水量比から下記式（１）で求められることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の冷却方法。
補正後上下水量比＝補正前上下水量比×（１−α×実冷却歪量） （１）
ただし、式（１）において、αは実測データより定める定数である。

本発明によれば、気温、水温、板厚、鋼種、鋼板温度などの影響があっても、冷却後の鋼板は平坦度に優れる。

また、本発明では、板厚や鋼板温度等によらず、冷却後の歪量に基づいて上下流量比を制御するため、板厚や表面温度ごとに細かい指示をせずとも、平坦度に優れた鋼板を製造できる。

一般的な冷却装置を示す図である。 本発明適用前の冷却条件で冷却した鋼板の状態を示す結果である。 本発明適用後の冷却条件で冷却した鋼板の状態を示す結果である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

先ず、冷却装置の一例について図１を用いて説明する。図１には、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１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１に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。さらに、冷却装置出側には、冷却完了後の鋼板の鋼板面内の高低差を測定するための距離計（図示せず）が設置されている。

次いで、本発明の冷却方法について説明する。本発明の冷却方法では、所定の冷却条件で冷却し、冷却完了後に鋼板面内における高低差を実測し実冷却歪量とし、上記所定の冷却条件における上下水量比（上下水量比＝上面側冷却水量密度／下面側冷却水量密度）の条件を補正前上下水量比としたときに、上記実冷却歪量よりも歪量が小さくなるように上下水量比を補正する。

実冷却歪量は、所定の冷却条件を採用して冷却した鋼板の歪量の実測値であればよい。上記所定の冷却条件は、一般的な方法で決定すればよい。本発明においては、予定の鋼板のサイズ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、所定の冷却条件を決定することが好ましい。なお、本発明において歪量とは、鋼板面内における高低差で表される歪量であり、例えば、鋼板面内の最高点と最低点との差が歪量である。また鋼板の上面と下面の冷却速度の違いにより上記歪が生じるため、鋼板は上反り又は下反りになる。上反りとは鋼板の幅方向断面が下に凸の形状であり、下反りとは鋼板の幅方向断面が上に凸の形状である。上記歪量は反り量を意味し、本発明においては上反りであれば歪量が負の値、下反りであれば正の値とする。

補正前上下水量比は、上記所定の冷却条件での、上下水量比を意味する。なお、本発明の効果を高めるためには、上記所定の冷却条件の決定の際に、上下面の温度降下量が同一となるような冷却能が得られるように、上下水量比の条件を決めることが好ましい。

上記所定の冷却条件で冷却した鋼板の冷却完了後の歪量を、レーザ距離計などを用いて測定する。鋼板までの距離を測定し、鋼板の幅方向における高低差を測定する。特に任意の位置における幅方向の最高点と最低点の高さの差を幅方向歪量とする。また、鋼板の長手方向の任意の位置における幅方向歪量を複数測定する。各位置における幅方向歪量のうち、鋼板中で最も大きい幅方向歪量を最大幅方向歪量とする。ここで、幅方向歪量は、連続的に全体に亘って測定することが好ましい。また、鋼板の長手方向の任意の位置における各幅方向における幅方向歪量を鋼板全長にわたって平均した値を長手方向平均幅方向歪量とする。歪量の測定は、実冷却歪量を次鋼板以降の冷却条件に反映させる必要があるため、冷却装置の出側の近くで行うことが好ましい。

上記のように、冷却完了後の鋼板の歪量を測定し、歪量が小さくなるように上下水量比（上下水量比＝上面側冷却水量密度／下面側冷却水量密度）を補正する。例えば、鋼板が上反りとなった場合には、鋼板の下側の冷却が上側よりも強すぎるため、上下水量比がより大きくなるように補正する。逆に鋼板が下反りとなった場合には、鋼板の上側の冷却が下側よりも強すぎるため、上下水量比がより小さくなるように補正する。補正後上下水量比は過去の実績から適当と思われる補正量を、冷却後の鋼板の上反り、下反りに応じて、補正前上下水量比に加減して補正しても良いし、下記の方法により定めてもよい。

複数の上下水量比で鋼板を冷却し、冷却後の歪量を実測する。横軸を歪量、縦軸を上下水量比としてプロットして、直線近似したときの直線の傾きをαとする。ここでαは歪量による上下水量比の補正係数となる。そして下記（１）式により、上下水量比を補正する。

補正後上下水量比＝補正前上下水量比×（１−α×実冷却歪量） （１）
さらに、次の鋼板を補正後上下水量比で冷却し冷却完了後の鋼板の歪量が十分に小さくなっていなければ、さらに上記の上下水量比の補正を繰り返す。

また、歪量としては、最大幅方向歪量、長手方向平均幅方向歪量などのいずれを用いても良いが、鋼板の幅方向歪は鋼板の先端で最大となることが一般的であるので、最大幅方向歪量（一般的には鋼板先端での幅方向歪量と同じとなることが多い）を用いることが最も簡便で有効である。

上記の通り、本発明によれば、実冷却歪量をもとに、その歪量が小さくなる条件を決定するため、気温、水温、板厚、鋼種、鋼板温度などの様々な影響を考慮していることになる。

また、本発明では、板厚や鋼板温度等によらず、冷却後の歪量に基づいて上下流量比を制御するため、板厚や表面温度ごとに細かい指示をせずとも、平坦度に優れた鋼板を製造できる。

１つ前に冷却された鋼板の状態から、上記の方法で補正後上下水量比を導出することを連続的に実施すれば、気温等の変化が生じても平坦度に優れた鋼板となる。なお、「連続的に」とは、毎回、１つ前に冷却された鋼板の状態から補正後上下水量比を導出してもよいし、数個おき、数十個おきに１つ前に冷却された鋼板の状態から、上記補正後上下水量比を導出してもよい。特に、気温の変化等が小さい場合には、毎回、上記補正後上下水量比を導出する必要はない。

なお、本発明の冷却方法は、例えば、図１に示す冷却装置に、冷却後の鋼板の歪量を測定する歪量測定部と、該歪量測定部での測定結果を受け取り、補正後上下水量比を算出する電子計算機と、電子計算機で算出された結果に基づき上下水量比を制御する上下水量比制御部と、を設ければ実施できる。

２５．８ｍｍ×２２０６ｍｍ×８０１６ｍｍの厚鋼板について、鋼板の上記サイズ、冷却開始温度（７４０℃）、冷却水量（５７．３ｔｏｎ／ｍｉｎ）、冷却停止温度（６５０℃）に基づいて、過去の実績から最適と考えられる鋼板の上下水量比を０．６７とした。

上記の冷却条件で、熱間圧延後の鋼板の制御冷却を行ったところ、上反りであり、最大幅方向歪量が−９．０ｍｍとなった（図２参照）。この歪量を実冷却歪量として、以下、本発明を実施した。なお、図２はレーザ変位計を用いて測定した鋼板内の歪み分布である。

それまでの、上下水量比と最大幅方向歪量の測定データから前記式（１）のαは０．０１８と求められた。前記式（１）においてα＝０．０１８として下記式（２）を得た。

補正後上下水量比＝補正前上下水量比×（１−０．０１８×実冷却歪量） （２）
上記式（２）に、補正前上下水量比に０．６７を代入し、実冷却歪量に−９．０を代入すると、補正後上下水量比０．７８が得られた。この上下水量比で、同様のサイズの厚鋼板に同様の冷却開始温度、冷却停止温度で制御冷却を行ったところ、最大幅方向歪量は０．９ｍｍであった（図２と同様の方法で測定した図３参照）。

以上の通り、冷却後の鋼板の歪量に基づいて上下水量比を補正することで、歪量が減少し、即ち、平坦度の高い鋼板となることが分かった。

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、
   複数の鋼板を連続的に冷却する際に、前記複数の鋼板における一の鋼板を所定の冷却条件で冷却したときの冷却後の鋼板面内における高低差で表される歪量の実測値を実冷却歪量とし、前記所定の冷却条件における上下水量比（上下水量比＝上面側冷却水量密度／下面側冷却水量密度）を補正前上下水量比としたときに、前記実冷却歪量よりも歪量が小さくなるように、上下水量比を補正して補正後上下水量比とし、該補正後上下水量比は前記補正前上下水量比から下記式（１）で求められるものとし、歪量に基づき導出された前記補正後上下水量比の冷却条件で、前記一の鋼板の次に冷却される鋼板を冷却することを特徴とする冷却方法。
   補正後上下水量比＝補正前上下水量比×（１−α×実冷却歪量） （１）
   ただし、式（１）において、αは実測データより定める定数である。

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