JP6650308B2 - 厚鋼板冷却方法及び厚鋼板冷却装置 - Google Patents
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Description
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。
当該厚鋼板冷却装置4は、図2に示すように、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の上面及び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。
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30としては、複数の冷却ゾーン20a〜20dのうち、最上流に位置する第1冷却ゾーン20aの上流側で厚鋼板Pの上下面の温度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。
複数の冷却ゾーン20a〜20dは、搬送方向Dに沿って設けられる。複数の冷却ゾーン20a〜20dには、それぞれ複数の冷却ヘッダー(不図示)が備えられている。具体的には、各冷却ゾーン20a〜20dには、それぞれ厚鋼板Pの上面を冷却する1又は複数の上面冷却ヘッダー及び厚鋼板Pの下面を冷却する1又は複数の下面冷却ヘッダーが備えられてる。上記上面冷却ヘッダー及び下面冷却ヘッダーの具体的構成としては、特に限定さないが、例えばそれぞれ横断方向(搬送方向Dと垂直な水平方向)に長い直方体状であり、厚鋼板Pと対向する側の面に複数のノズルを有する構成とすることができる。また、上記上面冷却ヘッダー及び下面冷却ヘッダーが複数のノズルを有する場合、これら複数のノズルは、流量調整弁を介して冷却水が供給されるよう構成される。上記上面冷却ヘッダー及び下面冷却ヘッダーは、それぞれ複数のノズルから厚鋼板Pに冷却水を散水可能に構成されている。なお、各冷却ゾーン20a〜20dに複数の冷却ヘッダーが備えられる場合、上面冷却ヘッダー及び下面冷却ヘッダーを1組とする複数対の冷却ヘッダーが備えられることが好ましい。
制御装置40は、例えば上記流量調整弁の開度を制御することで、複数の冷却ゾーン20a〜20dから散水される冷却水の上下水量比を調整する。制御装置40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。制御装置40は、温度測定装置30が測定した測定温度と、冷却ゾーン20a〜20dにおける搬送方向Dにおける水量密度分布W(x)、厚鋼板Pの幅B、厚鋼板Pの搬送速度v及び補正係数を用いて設定される熱伝達係数α(x)とに基づいて、厚鋼板Pの厚さ方向における複数点の冷却ゾーン20a〜20dにおける冷却開始から終了までの時間毎の温度を予想する制御要素と、上記複数点iの冷却ゾーン20a〜20dにおける冷却開始から終了までの平均冷却速度CRavg(i,k)(但し、kは上流側から第k番目の冷却ゾーンを意味する)を算出する制御要素と、冷却ゾーン20a〜20dにおける時間j毎における上記複数点の冷却速度CR(i,j,k)を算出し、この時間毎における冷却速度CR(i,j,k)の標準偏差σ(i,k)を算出する制御要素と、冷却ゾーン20a〜20dにおいて上記平均冷却速度CRavg(i,k)に対する標準偏差σ(i,k)の比が所定の閾値以下となる厚鋼板Pの厚さ方向における複数の点のうち、厚さ方向中心よりも上方に位置し、厚さ方向中心との距離が最大となる点、及び厚さ方向中心よりも下方に位置し、厚さ方向中心との距離が最大となる点を抽出する制御要素と、上記抽出工程で抽出した一対の点のうち厚さ方向中心との距離が短い方の点及びこの点と厚さ方向中心に対して対称な点を一対の判定点とする制御要素と、冷却ゾーン20a〜20dの終点において、上記一対の判定点の温度差が所定値以下となるように上下水量比を調整する制御要素と、上記一対の判定点の温度差が上記所定値以下となった場合に上下水量比を決定する制御要素とを有し、当該厚鋼板冷却装置4の動作を制御する。
次に、熱間圧延後の搬送方向Dに設けられる当該厚鋼板冷却装置4を用い、熱間圧延後の厚鋼板Pを冷却する本発明の一実施形態に係る厚鋼板冷却方法について説明する。当該厚鋼板冷却方法は、図3に示すように、初期条件設定工程(S01)と、温度測定工程(S02)と、温度予想工程(S03)と、平均冷却速度算出工程(S04)と、標準偏差算出工程(S05)と、抽出工程(S06)と、判定点決定工程(S07)と、温度差収束判定工程(S08)と、決定工程(S09)と、上下水量比調整工程(S10)とを備える。当該厚鋼板冷却方法において、上記温度測定工程(S02)は温度測定装置30によって行われ、その他の工程は制御装置40によって行われる。また、当該厚鋼板冷却方法では、上記温度予想工程(S03)から上下水量比調整工程(S10)までは各冷却ゾーン20a〜20d単位で行われる。
上記初期条件設定工程(S01)では、搬送方向Dにおける水量密度分布W(x)の初期値及びその他の運転条件を設定する。ステップS01で設定されるその他の運転条件としては、厚鋼板Pの板厚、幅、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、冷却速度管理幅、厚鋼板Pの搬送速度、冷却前厚鋼板P温度実績等が設定される。これらの初期条件は、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の読み込み、外部の制御装置等との通信、ユーザーの手入力などによって設定することができる。
上記温度測定工程(S02)では、当該厚鋼板冷却装置4に投入される厚鋼板Pの上面の温度Ts1[K]及び下面の温度Ts2[K]を測定する。ステップS02では、温度測定装置30によって、第1冷却ゾーン20aの上流側で冷却水散水前(第1冷却ゾーン20aに進入する直前)の厚鋼板Pの上下面の温度を測定する。ステップS02における厚鋼板Pの上下面の温度の測定位置としては、特に限定されるものではないが、幅方向中央部分が好ましい。なお、厚鋼板Pの上下面の温度Ts1,Ts2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。
上記温度予想工程(S03)では、ステップS02で測定した測定温度に基づいて、予め設定した水量密度分布W(x)で厚鋼板Pの上下面に冷却水を散水した場合の各冷却ゾーン20a〜20dにおける厚鋼板Pの厚さ方向における複数点の冷却開始から終了までの時間毎の温度を予想する。ステップS03では、ステップS02で測定した測定温度に基づいて温度を予想するため、ステップS02で厚鋼板Pの幅方向中央部分の温度を測定した場合、厚鋼板Pの幅方向中央部分の厚さ方向における複数点の温度を予想する。なお、上記複数の点は、厚鋼板Pの厚さ方向の中心から上下対称に設定される。ステップS03における厚鋼板Pの厚さ方向の測定点数の下限としては、5が好ましく、9がより好ましい。一方、ステップS03における厚鋼板Pの厚さ方向の測定点数の上限としては、31が好ましく、21がより好ましい。厚鋼板Pの厚さ方向の測定点数が上記下限に満たないと、測定点数が不足して、上下水量比の調整が不十分となるおそれがある。逆に、厚鋼板Pの厚さ方向の測定点数が上記上限を超えると、測定点数が不要に多くなり、上下水量比を調整するまでの計算量が膨大となって上下水量比を素早く調整し難くなるおそれがある。なお、上記複数の点の間隔は全て等しいことが好ましいが、厚鋼板Pの厚さ方向中心から上下対称に設定される限り、隣接する点間の距離は異なっていてもよい。
上記平均冷却速度算出工程(S04)では、上記複数点の各冷却ゾーン20a〜20dにおける冷却開始から終了までの平均冷却温度を算出する。ステップS04では、例えば各冷却ゾーン20a〜20dにおける各点の入口から出口に至るまでの降下温度{Tzin(k)−TZout(k)}をこれら各点の各冷却ゾーン20a〜20dの通過時間{tzout(k)−tzin(k)}を用いて、各冷却ゾーン20a〜20dにおける上記平均冷却温度CRavg[℃/sec]を下記式(1)により算出する。
CRavg(i,k)={Tzin(k)−TZout(k)}/{tzout(k)−tzin(k)} ・・・(1)
上記標準偏差算出工程(S05)では、各冷却ゾーン20a〜20dの時間毎における上記複数点の冷却速度CR(i,j,k)を算出し、この時間毎における冷却速度CR(i,j,k)の標準偏差σ(i,k)を算出する。S05では、各冷却ゾーン20a〜20dにおける上記複数の点の通過時間を一定の計算ステップjで区切り、この計算ステップj毎の冷却速度CR(i,j,k)をこの計算ステップj毎の降下温度{Tjin(k)−Tjout(k)}及び時間{tjout(k)−tjin(k)}を用いて下記式(2)によって算出することで、標準偏差σ(i,k)を下記式(3)により算出する。
CR(i,j,k)={Tjin(k)−Tjout(k)}/{tjout(k)−tjin(k)} ・・・(2)
上記抽出工程(S06)では、各冷却ゾーン20a〜20dにおいて上記平均冷却速度CRavg(i,k)に対する標準偏差σ(i,k)の比が所定の閾値以下となる厚鋼板Pの厚さ方向における複数の点のうち、厚さ方向中心よりも上方に位置し、厚さ方向中心との距離が最大となる点、及び厚さ方向中心よりも下方に位置し、厚さ方向中心との距離が最大となる点を抽出する。なお、この閾値は、品質を一定に保つため例えば厚鋼板Pの造り込み上必要とされる冷却速度の管理幅に基づいて決定される。
上記判定点決定工程(S07)では、ステップS06で抽出した一対の点のうち厚さ方向中心との距離が短い方の点及びこの点と厚さ方向中心に対して対称な点を一対の判定点とする。
上記温度差収束判定工程(S08)では、各冷却ゾーン20a〜20dの終点において、ステップS07で決定した一対の判定点の温度差が所定範囲内となるかどうかを判定する。ステップS08で上記一対の判定点の温度差が所定値以下となった場合、ステップS09に進んで上下水量を決定する。一方、ステップS08において上記一対の判定点の温度差が所定値を超える場合、ステップS10に進んで上下水量比を調整する。上記所定値は、例えば0.05℃以上5℃以下の範囲で設定することが可能であり、0.1℃が好ましい。
上記決定工程(S09)では、上記一対の判定点の温度差が上記所定値以下となった場合に上下方向の温度差が収束したものとして上下水量比を決定する。
上記上下水量調整工程(S10)では、各冷却ゾーン20a〜20dの終点において、上記一対の判定点の温度差が所定値以下となるように上下水量比を調整する。ステップS10では、各冷却ゾーン20a〜20dの終点における上記一対の判定点の温度差が所定値以下となるように、収束計算を用いて上下水量比を調整する。ステップS10では、各冷却ゾーン20a〜20dの上下水量比を上流側の第1冷却ゾーン20aから順に調整していく。
当該厚鋼板の製造方法は、冷却ゾーン20a〜20dにおいて上記平均冷却速度CRavg(i,k)に対する標準偏差σ(i,k)の比が所定の閾値以下となる厚鋼板Pの厚さ方向における複数の点のうち、厚さ方向中心よりも上方に位置し、厚さ方向中心との距離が最大となる点、及び厚さ方向中心よりも下方に位置し、厚さ方向中心との距離が最大となる点を抽出した上、この抽出した一対の点のうち厚さ方向中心との距離が短い方の点及びこの点と厚さ方向中心に対して対称な点を一対の判定点とし、この一対の判定点の温度差が所定値以下となるように上下水量比を調整する。そのため、当該厚鋼板の製造方法は、厚さ方向における一対の判定点間に存在する部分の冷却速度を略均等に維持できると共に、この一対の判定点よりも厚さ方向外側に位置する部分の冷却速度の上下対称性を促進することができる。従って、当該厚鋼板の製造方法は、熱応力による厚鋼板Pの反りの発生を十分に抑制し、冷却後の厚鋼板Pの品質を十分に向上することができる。
なお、本発明に係る厚鋼板冷却方法及び厚鋼板冷却装置は、上記態様の他、種々の変更、改変を施した態様で実施することができる。例えば当該厚鋼板冷却装置は、冷却後の厚鋼板の反りの発生をより的確に抑制するためには複数の冷却ゾーンを備えることが好ましいが、1つの冷却ゾーンのみを備えていてもよい。また、1つの冷却ゾーンは、必ずしも複数対の冷却ヘッダ―を有する必要はなく、例えば上下一対の冷却ヘッダ―のみを有していてもよく、上下の冷却ヘッダ―数が異なっていてもよい。さらに、上記冷却ヘッダ―は、横断方向の水量密度分布を調整できるよう構成されていてもよい。
平均厚さ20mm、平均幅3000mm、鋼種0.06%C鋼の厚鋼板を用意した。また、厚鋼板冷却装置としては、4つの冷却ゾーン(搬送方向上流側から順に第1冷却ゾーン(1Z)、第2冷却ゾーン(2Z)、第3冷却ゾーン(3Z)、第4冷却ゾーン(4Z))を備えるものを用い、厚鋼板の冷却停止温度は500℃とした。温度測定装置によって測定したこの第1冷却ゾーンに進入する直前の厚鋼板の上下面の温度は800℃であった。
厚鋼板の幅方向中央に厚さ方向に均等な21点の測定点を設定し、これら各測定点の4つの冷却ゾーンにおける冷却開始から終了までの時間毎の温度を上述の温度予想工程の手順に従って予想した。なお、上面から下面までを4分割した各測定点における冷却ゾーン1Z〜4Zの予想温度を図4に示す。
各冷却ゾーン1Z〜4Zにおける判定点をx/t=0.25に固定した上、この判定点の温度差が0.1℃以下となるように上下水量比を調整し、この調整後の水量比で厚鋼板を冷却した。比較例における上下水量比を図8に、厚鋼板の幅方向中央部における厚さ方向中心から上下対称位置の上述の温度予想工程の手順に従って算出した各冷却ゾーン1Z〜4Zの終点における冷却速度比を図9に示す。
図7,9に示すように、実施例は比較例に対して、厚さ方向中心を基準とする上下対称位置の冷却速度の均一化が図られており、特に上下表面側における冷却速度の均一化が促進されていることが分かる。具体的には、比較例では、一対の判定点における冷却速度を均一化できる一方、この判定点から上下表面側に離れた点では上下方向対称位置の冷却速度に比較的大きなバラツキが生じているのに対し、実施例では、一対の判定点から上下表面側に離れた点でも上下方向対称位置の冷却速度のバラツキが抑えられていることが分かる。
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
20a〜20d 冷却ゾーン
30 温度測定装置
40 制御装置
P 厚鋼板
D 搬送方向
Claims (3)
- 熱間圧延後の厚鋼板の搬送方向に設けられる冷却装置を用い、熱間圧延後の厚鋼板を冷却する厚鋼板冷却方法であって、
上記冷却装置が、上記搬送方向に沿う少なくとも1つ又は複数の冷却ゾーンを有し、
上記冷却装置に投入される厚鋼板の上下面の温度を測定する工程と、
上記測定工程で測定した測定温度と、上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンにおける水量密度分布、上記厚鋼板の幅、上記厚鋼板の搬送速度及び補正係数を用いて設定される熱伝達係数とに基づいて、上記厚鋼板の厚さ方向における複数点の上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンにおける冷却開始から終了までの時間毎の温度を予想する工程と、
上記複数点の上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンにおける冷却開始から終了までの平均冷却速度を算出する工程と、
上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンの時間毎における上記複数点の冷却速度を算出し、この時間毎における冷却速度の標準偏差を算出する工程と、
上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンにおいて上記平均冷却速度に対する標準偏差の比が所定の閾値以下となる厚鋼板の厚さ方向における複数の点のうち、厚さ方向中心よりも上方に位置し、厚さ方向中心との距離が最大となる点、及び厚さ方向中心よりも下方に位置し、厚さ方向中心との距離が最大となる点を抽出する工程と、
上記抽出工程で抽出した一対の点のうち厚さ方向中心との距離が短い方の点及びこの点と厚さ方向中心に対して対称な点を一対の判定点とする工程と、
上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンの終点において、上記一対の判定点の温度差が所定値以下となるように上下水量比を調整する工程と
を備える厚鋼板冷却方法。 - 上記一対の判定点の温度差が上記所定値以下となった場合に上下水量比を決定する工程をさらに備える請求項1に記載の厚鋼板冷却方法。
- 厚鋼板を搬送する搬送装置と、
上記厚鋼板の搬送方向に設けられる少なくとも1つ又は複数の冷却ゾーンと、
上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンの上流側で厚鋼板の上下面の温度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1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンにおける上下水量比を調整する
制御装置と
を備え、
上記制御装置が、
上記温度測定装置が測定した測定温度と、上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンにおける水量密度分布、上記厚鋼板の幅、上記厚鋼板の搬送速度及び補正係数を用いて設定される熱伝達係数とに基づいて、上記厚鋼板の厚さ方向における複数点の上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンにおける冷却開始から終了までの時間毎の温度を予想する制御要素と、
上記複数点の上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンにおける冷却開始から終了までの平均冷却速度を算出する制御要素と、
上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンの時間毎における上記複数点の冷却速度を算出し、この時間毎における冷却速度の標準偏差を算出する制御要素と、
上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンにおいて上記平均冷却速度に対する標準偏差の比が所定の閾値以下となる厚鋼板の厚さ方向における複数の点のうち、厚さ方向中心よりも上方に位置し、厚さ方向中心との距離が最大となる点、及び厚さ方向中心よりも下方に位置し、厚さ方向中心との距離が最大となる点を抽出する制御要素と、
上記抽出工程で抽出した一対の点のうち厚さ方向中心との距離が短い方の点及びこの点と厚さ方向中心に対して対称な点を一対の判定点とする制御要素と、
上記1つの冷却ゾーン、又は上記複数の冷却ゾーンの各冷却ゾーンの終点において、上記一対の判定点の温度差が所定値以下となるように上下水量比を調整する制御要素と
を備える厚鋼板冷却装置。
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