JP6493562B2 - 熱延鋼板の冷却装置、および熱延鋼板の冷却方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、特に鋼板温度が550℃を下回る辺りから、鋼板温度の低下とともに発生する蒸気の量は減少する。そして、鋼板表面を覆っていた蒸気膜が崩壊し始め、蒸気膜の分布が時間的および空間的に変化する遷移沸騰域となる。その結果、冷却の不均一性が増加し、鋼板の板幅方向および圧延方向における温度分布の不均一性が急激に拡大し易くなる。このため、鋼板温度のコントロールが難しくなり、鋼板全体を狙い通りの巻取温度で冷却し終えることが困難になる。
そこで、以下に示すような発明がこれまでなされてきた。
しかしながら、冷却水噴射のON/OFFの応答時間はピストンロッドの移動速度に依存する。特許文献1に開示されている技術は、ねじの回転による移動のため移動量が少なく、1秒間に約3回以上のON/OFF制御をすることは困難である。よって、細かいピッチ(例えば10m以下)の不均一温度分布に対応するには限界があった。
特許文献3に開示された技術では、鋼板の端部に冷却水流が当たらないように遮蔽板を回転させているが、鋼板の板幅方向において任意の位置の温度制御をすることができなかった。
(1)鋼板の上面側から供給した冷却水は、鋼板の上面に衝突した後、鋼板の上面に滞留し、板上水になる。上面側から冷却水を供給すると、特に鋼板温度が550℃を下回る温度領域では、冷却水を衝突させた箇所に加えて、板上水によっても、鋼板が冷却される。高張力鋼板では、この影響が特に大きいため、従来材よりも不均一温度分布が大きくなる。
(2)鋼板の上面側から供給した冷却水は、鋼板の上面に衝突した後、その一部が鋼板の板幅方向へと流れる。この板幅方向へと流れた水が、鋼板の上面側から供給された冷却水と干渉する。そのため、上面側から供給した冷却水によって、鋼板の板幅方向温度を高精度で制御することは困難である。
(3)鋼板の上面側から供給した冷却水によって精度の高い冷却温度制御を行うためには、水切設備を用いて板上水を除去する必要がある。温度の測定精度を高めやすくするために、温度計は水切設備の影響を受け難い箇所、すなわち、冷却水を噴射する冷却水ノズルから圧延方向に離れた位置に設置される。その結果、温度が測定されてから水が衝突するまでの時間が長くなり、この時間内の温度変化が大きくなるため、冷却温度の制御精度が低下する。
以上のように、鋼板の上面側から供給した冷却水によって鋼板の板幅方向冷却温度を制御しようとする従来技術では、高張力鋼板を製造する際に求められるレベルの精度の高い板幅方向温度制御を行うことは困難であった。
ここで、「冷却水ノズルから噴射される冷却水の、分割冷却面への衝突および非衝突」のうち、「分割冷却面への衝突」とは、分割冷却面に熱延鋼板の下面が存在する場合に冷却水が当該熱延鋼板の下面に衝突するような冷却水の噴射を意味する。一方、「分割冷却面への非衝突」とは、分割冷却面に熱延鋼板の下面が存在する場合に冷却水が当該熱延鋼板の下面に衝突しない状態を意味する。
このとき、弁は三方弁であってもよく、三方弁を搬送ロールの、板幅方向の側方に設けられるとともに、冷却水ノズルの先端と同じ高さに配置してもよい。
図1は第1形態における冷却装置を備えた熱延鋼板の製造装置(以下、「熱間圧延設備」と称する。)10の構成の概略を示す説明図である。
下側冷却装置16は、ランアウトテーブルの搬送ロール18上を搬送される鋼板搬送領域の下方から、当該鋼板搬送領域の下面に向けて鉛直上方に冷却水を噴射して鋼板搬送領域を冷却する冷却装置であり、その構成は特に限定されることなく公知の冷却装置を適用することができる。
本形態における下側幅方向制御冷却装置17は、冷却水ノズル20と、中間ヘッダー21、配管23、給水ヘッダー25、三方弁24、および排水ヘッダー26を具備する切替装置と、温度測定装置30、31と、制御装置27とを有して概略構成されている。
分割冷却面A3の圧延方向の長さは、特に限定されることはなく、適宜設定することができる。図5に示す分割冷却面A3の圧延方向の長さは、搬送ロール18の圧延方向ロール間1ピッチと同じ長さに設定されている。また、図7には、搬送ロール18の圧延方向ロール間2ピッチ分の長さに設定された例を示す。このように分割冷却面A3の圧延方向の長さは、搬送ロール18の圧延方向ロール間ピッチの整数倍の長さであれば良い。
なお、圧延方向に隣接して配列される複数の分割冷却面A3の圧延方向長さは同じである必要はなく、互いに異なってもよい。例えば、図8に示したように、分割冷却面A3の圧延方向長さを上流側から下流側へ、搬送ロール18の圧延方向ロール間1ピッチ分、2ピッチ分、4ピッチ分、8ピッチ分、16ピッチ分、…というように順次長くしていくこともできる。
本形態で冷却水ノズル20は、鋼板搬送領域を上から見た平面視において、1つの分割冷却面A3に4つの冷却水ノズル20が属するように配置されている。本形態では4つの冷却水ノズル20は平面視において、隣り合う搬送ロール18の間のそれぞれに配置され、圧延方向に並べられている。1つの分割冷却面A3に属する冷却水ノズル20の数および配置は特に限定されることはなく、1つでもよいし、複数であってもよい。隣り合う分割冷却面A3同士で冷却水ノズル20の数や配置が異なってもよい。
なお、冷却水ノズル20から吐出させる水量および流速は板幅方向、圧延方向の各冷却水ノズル20で同一とし、冷却能力を同一とする方が制御は容易である。また、圧延方向の同じ位置にある板幅方向に並んだ各冷却分割面A3に設置される冷却水ノズル20の数、吐出水量および吐出流速を同一とし、板幅方向に並ぶ各分割冷却面A3での冷却能力を同一とする方が制御は容易である。
なお、板幅方向に配置された分割冷却面A3に属する吐出水量および吐出流速が同一な冷却水ノズル20では、その配置が板幅方向に隣り合う冷却水ノズル20の中心間距離がすべて等距離になるように配置されていることが好ましい。これにより板幅方向における均一な冷却をより高い精度で行うことができる。
なお、冷却水ノズル20の吐出水量および吐出流速に基づく冷却能力が板幅方向、圧延方向で異なっていても、制御装置27により制御することは可能である。
図10に示した例は、分割冷却面A3の圧延方向長さが搬送ロール18の圧延方向ロール間1ピッチ分であり、各分割冷却面A3に1つの冷却水ノズル20が属している。
図11に示した例は、分割冷却面A3の圧延方向長さが搬送ロール18の圧延方向ロール間1ピッチ分であり、各分割冷却面A3に2つの冷却水ノズル20が配置されている。この2つの冷却水ノズル20は圧延方向に配列されてもよいし、板幅方向に配列されてもよい。また、図11のように圧延方向および板幅方向のいずれにもずれるように配置してもよい。
図12に示した例は、分割冷却面A3の圧延方向長さが搬送ロール18の圧延方向ロール間2ピッチ分であり、各分割冷却面A3には4つの冷却水ノズル20が配置されている。
図13に示した例は、分割冷却面A3の圧延方向長さが、上流側から搬送ロール18の圧延方向ロール間1ピッチ分、2ピッチ分、4ピッチ分、8ピッチ分…と変化し、圧延方向に隣り合う分割冷却面A3でそれぞれの分割冷却面A3に属する冷却水ノズル20の数が異なる例である。
そして中間ヘッダー21は1つの分割冷却面A3に1つとなるように配置される。これにより、分割冷却面A3毎に冷却水の噴射と停止の切替制御を行うことができる。
本形態の三方弁24は分流型であり、給水ヘッダー25からの水を、配管23に導いて中間ヘッダー21、さらには冷却水ノズル20に給水するか、排水ヘッダー26に導くかを切り替える弁である。なお、本形態では排水のための部位として排水ヘッダー26を例示したが、その態様は特に限定されることはない。
本形態の三方弁24の替わりに2つの止め弁(広義に流体の流れを止めるための弁、ON/OFF弁と呼ばれることもある。)を設置して三方弁と同様に制御を行うことも可能である。
上流側温度測定装置30は、幅分割冷却帯A2のそれぞれに対応して配置されることが好ましく、従って図示の例では、上流側温度測定装置30は、各幅分割冷却帯A2の上流側における温度(すなわち冷却される前の温度)を測定できるように板幅方向に6個並べて設けられている。これにより下側幅方向制御冷却装置17の上流側における熱延鋼板2の板幅方向の温度を全幅に亘って測定できる。
下流側温度測定装置31は、幅分割冷却帯A2に対応して配置されることが好ましく、図示の例では、下流側温度測定装置31は、冷却後における各幅分割冷却帯A2の温度を測定できるように板幅方向に6個並べて設けられている。これにより下側幅方向制御冷却装置17よりも圧延方向下流側における熱延鋼板2の板幅方向の温度を全幅に亘って測定できる。
そして、その計算結果に基づいて、制御装置27は、三方弁24の開閉をフィードフォワード制御する。すなわち、制御装置27は、分割冷却面A3毎に熱延鋼板2の温度を均一化するための冷却量を実現するために、三方弁24の開閉を制御し、分割冷却面A3毎に冷却水ノズル20から噴射される冷却水の、熱延鋼板2の下面への衝突と非衝突とを制御する。
また、かかるフィードバック制御をフィードフォワード制御結果の補正制御として適用することもできる。このように、下側幅方向制御冷却装置17では、上流側温度測定装置30の測定結果による三方弁24のフィードフォワード制御と、下流側温度測定装置31の測定結果による三方弁24のフィードバック制御とを統合させて行うこともできる。
なお、フィードフォワード制御又はフィードバック制御をいずれか一方のみを行う場合には、上流側温度測定装置30又は下流側温度測定装置31のいずれか一方を省略してもよい。
これに対して、下側幅方向制御冷却装置17を下側冷却装置16の中間に配置すれば、上側冷却装置15、下側冷却装置16による冷却が不均一であったとしても、それによる不均一温度分布を除去することができる。
また、下側幅方向制御冷却装置17を下側冷却装置16の下流側に設置すれば、巻取温度の不均一温度分布を低減することができる。
第2形態では、熱間圧延設備10の下側幅方向制御冷却装置17の代わりに配置される下側幅方向制御冷却装置117において、第1形態の切替装置の三方弁24の代わりに冷却水進行方向変更装置126、226、326およびガイド板125が配置され、排水エリアはあるが、排水ヘッダーがなくなったものである。その他の構成については第1形態と同様の構成を適用することができるので、第1形態の場合と同じ符号を付して説明を省略する。
ガイド板125の上面と分割冷却面A3の距離は特に限定されないが、例えば20mm程度とすることができる。
また、水切板125dは、冷却水進行方向変更装置126から気体を噴射している時、冷却水ノズル20から噴射された冷却水が片125bに衝突した後に、冷却水ノズル20側に飛び散ることを回避し、冷却水ノズル20から噴射された冷却水噴流に干渉することを防止する作用も有する。水切板125dは冷却水ノズル20から噴射された冷却水噴流および冷却水進行方向変更装置126から噴射された気体の流れを妨げないように設置されている。
一方、水切板125dの長さについては、上記干渉を十分に防止できる長さが確保できれば良く、50mm以上150mm以下程度とすることが望ましい。
弁129は、制御装置27からの信号に基づいてガスノズル130からの気体の噴射の開始および停止を制御する。このような弁としては電磁弁を挙げることができる。また1つの分割冷却面A3に属する冷却水ノズル20に対して、冷却水ノズル20の数に応じてガスノズル130を配置することによって、分割冷却面A3毎に鋼板搬送領域の下面への冷却水の衝突および非衝突を制御することができる。
弁129が制御装置27からの信号を受けて作動することによって、冷却水ノズル20から噴射されている冷却水噴流に向けてガスノズル130から気体を噴射させる。これにより、冷却水ノズル20から噴射されている冷却水噴流が気体の流れに押されて方向が変わる。その結果、ガイド板125の下面に冷却水が衝突するため、冷却水は噴射口125aを通過できなくなる。これにより冷却水が分割冷却面A3に衝突することを妨げることができ、熱延鋼板2の冷却が停止される。
従って、エアーシリンダ228を動かすことにより、冷却水ノズル20を傾けることができる。すなわち、図19に示した冷却水ノズル20の姿勢では、鉛直方向上方に冷却水を噴射することができ、エアーシリンダ228を動かすことによって図20に示したように冷却水ノズル20を鉛直方向に対して所定の角度に傾斜させることができる。
従って、エアーシリンダ328を動かすことにより、噴流偏向板329を傾けることができる。すなわち、図21に示した噴流偏向板329の姿勢では、冷却水ノズル20から噴射された冷却水に当たらない位置に噴流偏向板329があり、エアーシリンダ328を動かすことによって、図22に示したように、冷却水ノズル20から噴射された冷却水に当たるように、噴流偏向板329を鉛直方向に対して所定の角度傾斜させることができる。
効果の検証において、実施例1の冷却装置として、図2に示した下側幅方向制御冷却装置17を用いた。また比較例1の冷却装置として、下側幅方向制御冷却装置17を用いることなく従来の下側冷却装置16を適用した。
一方、比較例1の操業条件は、板幅方向の冷却制御機能はなく、噴射する冷却水の水量密度は0.7m3/m2/minとした。
そして比較例1によれば標準温度偏差は23.9℃であった。標準温度偏差は、赤外線温度画像測定装置により測定した結果から、鋼板の先端および尾端各10mと、さらに両端各50mmを除いた鋼板温度の全測定点から求めた。
そして実施例1によれば標準温度偏差は8.8℃であった。従って、本発明によれば、熱延鋼板の板幅方向温度を均一化できることが分かった。
操業条件は実施例1と同様にし、下側幅方向制御冷却装置の圧延方向における冷却長さは実施例1と同様、搬送ロール間8か所分の長さとした。下側幅方向制御冷却装置は、第2形態の切替装置で冷却水進行方向変更装置は冷却水進行方向変更装置126を用い、図10に示すように、1つの分割冷却面A3に1つの切替装置を設置した。応答速度は0.18秒であった。また、噴射する冷却水の水量密度は2m3/m2/minとした。下側幅方向制御冷却装置の設置位置は巻取装置に近い側(下側冷却装置の下流側)とした。
2 熱延鋼板
10 熱間圧延設備
11 加熱炉
12 幅方向圧延機
13 粗圧延機
14 仕上圧延機
15 上側冷却装置
16 下側冷却装置
17 下側幅方向制御冷却装置
18 搬送ロール
19 巻取装置
20 冷却水ノズル
21 中間ヘッダー
23 配管
24 三方弁
25 給水ヘッダー
26 排水ヘッダー
27 制御装置
30 上流側温度測定装置
31 下流側温度測定装置
32 放射温度計
33 光ファイバ
34 ノズル
35 貯水槽
40 噴射孔
117 下側幅方向制御冷却装置
125 ガイド板
125a 噴射口
125c、125d 水切板
126、226、326 冷却水進行方向変更装置
127 ガスヘッダー
128 ガス枝管
129 弁
130 ガスノズル
227、327 ノズルアダプター
228、328 エアーシリンダ
229 固定軸
230、331 ロッド先端軸
231、332 ピストンロッド
232 管
329 噴流偏向板
330 回転軸
Claims (13)
- 熱間圧延工程の仕上圧延後に、搬送ロール上を搬送される熱延鋼板の下面を冷却する冷却装置であって、
鋼板搬送領域の下面の板幅方向の全領域および圧延方向の所定長さで画定される冷却領域を全冷却領域とし、前記全冷却領域を前記板幅方向で複数に分割して得られる各々の冷却領域である幅分割冷却帯と、
前記幅分割冷却帯を前記圧延方向で複数に分割して得られる冷却領域である分割冷却面と、
前記分割冷却面の各々の下面に冷却水を噴射する、各分割冷却面あたり1つ以上の冷却水ノズルと、
前記冷却水ノズルから噴射される冷却水の、前記分割冷却面への衝突および非衝突を切り替える切替装置と、
前記全冷却領域の圧延方向上流側および圧延方向下流側の少なくとも一方に、前記全冷却領域に近接して、前記鋼板搬送領域の下面側に、かつ、前記幅分割冷却帯毎に設けられ、前記熱延鋼板の前記板幅方向の温度分布を測定する幅方向温度計と、
前記幅方向温度計の測定結果に基づいて、前記幅分割冷却帯中に含まれる複数の前記分割冷却面毎の冷却を、前記幅分割冷却帯毎に前記切替装置の動作を制御することにより、前記幅分割冷却帯の圧延方向全長での冷却を制御して、前記全冷却領域の冷却制御とする制御装置と、
が備えられることを特徴とする、熱延鋼板の冷却装置。 - 隣接する前記分割冷却面同士において、配置される前記冷却水ノズルの数が圧延方向で互いに異なることを特徴とする、請求項1に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記幅分割冷却帯に含まれる前記分割冷却面それぞれの圧延方向長さが、圧延方向で互いに異なっていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記分割冷却面の圧延方向長さは、前記搬送ロール間長さの倍数であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記板幅方向における複数の前記冷却水ノズルの配置は、板幅方向に隣り合う前記冷却水ノズルの中心間距離がすべて等距離になるように配置されていることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 同一の前記分割冷却面を冷却するための複数の前記冷却水ノズルが配置され、
前記切替装置は、
同一の前記分割冷却面に対する複数の前記冷却水ノズルの、同一の前記分割冷却面への冷却水の衝突および非衝突を切り替える切替制御系統を統合して同時に制御することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。 - 前記切替装置が、
前記冷却水ノズルへと供給される冷却水が流れる配管に設けられた、冷却水を供給する給水ヘッダーと、
前記冷却水を排水する排水ヘッダーまたは排水エリアと、
前記給水ヘッダーと前記排水ヘッダー又は前記排水エリアとの間で前記冷却水の流れを切り替える弁と、を備える、請求項1乃至6のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。 - 前記弁は三方弁であり、搬送ロールの、板幅方向の側方に設けられるとともに、前記冷却水ノズルの先端と同じ高さに配置されていることを特徴とする、請求項7に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記切替装置が、
前記冷却水ノズルに供給される冷却水が流れる配管に設けられた、冷却水を供給する給水ヘッダーと、
前記冷却水を排水する排水エリアと、
前記冷却水ノズルから噴射されている前記冷却水の噴射方向を変える手段と、
噴射方向変更時には冷却水が前記分割冷却面に衝突しないように遮蔽する手段と、を具備し、
前記冷却水の噴射方向を変える手段により冷却水の、前記分割冷却面の下面への衝突および非衝突が切り替え可能とされている、請求項1乃至6のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。 - 熱間圧延工程の仕上圧延後に、搬送ロール上を搬送される熱延鋼板の下面を冷却する冷却方法であって、
鋼板搬送領域の下面の板幅方向の全領域および圧延方向の所定長さで画定される冷却領域を全冷却領域とし、
前記全冷却領域を前記板幅方向で複数に分割して得られる各々の冷却領域を幅分割冷却帯とし、
前記幅分割冷却帯を前記圧延方向で複数に分割して得られる冷却領域を分割冷却面とし、
前記全冷却領域の圧延方向上流側および圧延方向下流側の少なくとも一方で、前記全冷却領域に近接して、前記鋼板搬送領域の下面側で、かつ、前記幅分割冷却帯毎に、前記熱延鋼板の前記板幅方向の温度分布を測定し、
前記温度分布の測定結果に基づいて、前記幅分割冷却帯中に含まれる複数の前記分割冷却面への冷却水ノズルによる冷却水の衝突および非衝突を前記幅分割冷却帯毎に制御することにより、前記幅分割冷却帯の圧延方向全長での冷却を制御して、前記全冷却領域内の熱延鋼板の冷却制御とすることを特徴とする、
熱延鋼板の冷却方法。 - 同一の前記分割冷却面に対して前記冷却水を噴射する前記冷却水ノズルが複数備えられ、当該複数の冷却水ノズルによる前記同一の分割冷却面に存する前記熱延鋼板への前記冷却水の衝突および非衝突を、前記複数の冷却水ノズルを統合して同時に制御することを特徴とする、請求項10に記載の熱延鋼板の冷却方法。
- 前記冷却水ノズルへと供給される冷却水が流れる配管に設けられた、冷却水を供給する給水ヘッダーと、
前記冷却水を排水する排水ヘッダーまたは排水エリアと、
前記給水ヘッダーと前記排水ヘッダー又は前記排水エリアとの間で前記冷却水の流れを切り替える弁と、を備え、
前記熱延鋼板の前記板幅方向の温度分布の測定結果に基づいて、前記弁の開閉を制御して前記幅分割冷却帯中に含まれる複数の前記分割冷却面への前記冷却水ノズルによる冷却水の衝突および非衝突を前記幅分割冷却帯毎に制御することにより、前記幅分割冷却帯の圧延方向全長での冷却を制御して、前記全冷却領域内の熱延鋼板の冷却制御とする、請求項10又は11に記載の熱延鋼板の冷却方法。 - 前記弁は三方弁であり、
前記冷却水ノズルからの冷却水によって前記熱延鋼板の下面を冷却しない前記給水ヘッダーに対しては、当該冷却水ノズルからの冷却水が前記熱延鋼板の下面に衝突しない程度に出続けるように前記三方弁の開度を制御し、
前記冷却水ノズルからの冷却水によって前記熱延鋼板の下面を冷却する前記給水ヘッダーに対しては、前記冷却水ノズルからの冷却水が前記熱延鋼板の下面に衝突するように前記三方弁の開度を制御することを特徴とする、請求項12に記載の熱延鋼板の冷却方法。
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