JP6921196B2 - 冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、ストリップの冷却システムに関する。

図１は従来の熱間圧延工程を概略的に示す図である。

図１に示すように、圧延材料であるスラブ１１０（ｓｌａｂ）を加熱炉１２０で圧延に適した温度、例えば１１００〜１２００℃の温度で加熱する。そして、加熱されたスラブを粗圧延機１３０と仕上げ圧延機１４０を用いて所望の厚さのストリップ１５０（ｓｔｒｉｐ）となるように圧延を行う。

鋼板は、冷却台１６０（ｒｕｎ ｏｕｔ ｔａｂｌｅ）を通過しながら所定の温度に冷却されて要求される機械的性質が付与された後、巻取機１７０（ダウンコイラ）によって熱延コイル１５０’状の製品として製造されることで熱間圧延作業が完了する。

即ち、加熱炉１２０で加熱された熱延スラブ１１０は、粗圧延と仕上げ圧延によって厚さと幅が変化し、最終的に冷却台１６０で冷却された後、巻取機１７０によってコイル状１５０’に製作される。

熱間圧延時の熱延鋼板の品質は、主に冷却台１６０によって決定される。従来の場合、冷却台は水平移動する鋼板の上部と下部に設置された冷却ノズルによって冷却水をできるだけ均一に噴射して冷却する。

しかし、冷却水を用いた冷却方法では、一般に鋼板の幅方向のエッジ（Ｅｄｇｅ）が先に冷却されるため、幅方向に温度偏差が大きく発生する。このような温度偏差は鋼板の平坦度不良を引き起こす要因として作用している。

また、従来の場合、冷却水で熱延鋼板を冷却する際に冷却現象と同時に水蒸気による沸騰膜が発生する。特に、膜沸騰と核沸騰が混在する場合、冷却過程で温度偏差が発生して熱延鋼材の品質が低下するという問題がある。

本発明の目的は、鋼板の温度偏差を最小化することができる冷却システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、鋼板の平坦度を均一に保つことができる冷却システムを提供することにある。

本発明の実施形態による冷却システムは、ストリップに冷却流体を供給する冷却部、及び上記ストリップと物理的に接触し、上記冷却流体によって形成される沸騰膜を除去する沸騰膜除去部を含むことができる。

本実施形態において上記沸騰膜除去部は、ローラー状に形成されることができる。

本実施形態において上記沸騰膜除去部は、上記ローラーの外周面にブラシが形成され、上記ブラシが上記ストリップに部分的に接触して上記沸騰膜を除去することができる。

本実施形態において上記沸騰膜除去部は、上記ストリップの幅方向に沿って核沸騰と膜沸騰が混在する位置に配置されることができる。

本実施形態において上記沸騰膜除去部の上記ブラシは、アクリル材質で形成されることができる。

本実施形態において上記冷却部は、上記沸騰膜除去部の後端に配置され、上記ストリップの幅方向の温度偏差に基づいて流量を制御し、上記ストリップに冷却流体を噴射する流量制御冷却装置を含むことができる。

本実施形態では、上記冷却部の前端または後端の少なくとも一方に配置されて上記ストリップの温度を測定する温度測定部、及び上記温度測定部で測定された温度に基づいて上記流量制御冷却装置を制御する制御部をさらに含むことができる。

本実施形態では、上記冷却部の前端または後端の少なくとも一方に配置されて上記ストリップに張力を印加し、上記ストリップの平坦度を測定する平坦度測定部、及び上記平坦度測定部で測定された平坦度に基づいて上記流量制御冷却装置を制御する制御部をさらに含むことができる。

本実施形態において上記冷却部は、冷却流体が収容された冷却タンクを含み、上記沸騰膜除去部は、上記冷却流体内に配置されることができる。

本実施形態において上記沸騰膜除去部は、上記冷却流体内において上記冷却流体の液面と隣接した位置に配置されることができる。

また、本発明の実施形態による冷却システムは、ストリップの幅方向の温度偏差または平坦度を測定する測定部、及び上記測定部で測定された温度偏差や平坦度に基づいて流量を制御し、上記ストリップに冷却流体を噴射する流量制御冷却装置を含むことができる。

本実施形態において上記測定部は、上記流量制御冷却装置の前端と後端にそれぞれ配置されることができる。

本発明による冷却システムは、沸騰膜除去部を用いてストリップ上に形成される沸騰膜を除去してストリップを冷却する。また、平坦度測定部と温度測定部を介して入側と出側でストリップの平坦度と温度偏差を把握し、それに基づいて幅方向の流量分布を調節できる冷却装置を用いることで、ストリップＳにおいて伸びた部分や温度が高い部分を選別的に冷却する。したがって、ストリップの平坦度を高めることができる。

従来の熱間圧延工程を概略的に示す図である。 本発明の実施形態による冷却システムを概略的に示す図である。 図２に示された流量制御冷却装置を概略的に示す図である。 図２に示された沸騰膜除去部を概略的に示す斜視図である。 ストリップ上において沸騰膜除去部が配置される位置を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態による冷却システムを概略的に示す図である。 図６に示された流量制御冷却装置を概略的に示す斜視図である。

本発明の詳細な説明に先立ち、以下で説明される本明細書及び請求の範囲で用いられる用語や単語は通常的であるか、辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に立脚し、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。したがって、本明細書に記載された実施形態と図面に示された構成は、本発明の最も好ましい実施形態にすぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではない。このため、本出願時点でこれらを代替することができる様々な均等物と変形例があり得ることを理解すべきである。

以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。このとき、添付された図面において同一の構成要素は、できる限り同一の符号で示していることに注意しなければならない。また、本発明の要旨を不明にする可能性がある公知の機能及び構成に対する詳細な説明は省略する。同様の理由から、添付図面において一部の構成要素は、誇張、省略または概略的に示されており、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映するものではない。

図２は本発明の実施形態による冷却システムを概略的に示す図である。

図２を参照すると、本実施形態による冷却システム１０は、圧延されたストリップＳ（ｓｔｒｉｐ）を冷却する装置であり、冷却部２０、温度測定部３０、平坦度測定部４０、及び沸騰膜除去部５０を含む。本実施形態においてストリップＳは、高温材料である熱延鋼板を含む。

冷却部２０は、仕上げ圧延機から搬送されるストリップＳに冷却水を噴射してストリップＳを冷却させる。

本実施形態において、冷却部２０は、第１冷却装置２１、第２冷却装置２２、及び流量制御冷却装置２３を含む。

第１冷却装置２１は、冷却区間の入側に配置され、第２冷却装置２２は、冷却区間の出側に配置される。そして流量制御冷却装置２３は、第１冷却装置２１と第２冷却装置２２との間に位置する。

第１、第２冷却装置２１、２２は、ストリップＳの上面に冷却流体（以下、冷却水）を噴射する上側冷却装置２１ａ、２２ａと、ストリップＳの下面に冷却水を噴射する下側冷却装置２１ｂ、２２ｂをそれぞれ含むことができる。また、本実施形態において流量制御冷却装置２３は、ストリップＳの上面のみに冷却水を噴射するように配置される。しかし、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、必要に応じて、流量制御冷却装置２３がストリップＳの上下両面に冷却水を噴射するように構成することも可能である。

第１冷却装置２１と第２冷却装置２２は、ストリップＳに冷却水を全体的に噴射する。したがって、第１冷却装置２１と第２冷却装置２２としては、従来の冷却ヘッダを用いることができる。

一方、流量制御冷却装置２３は、ストリップＳの温度偏差に対応して部分的に冷却水を噴射する。したがって、流量制御冷却装置２３は、冷却水を噴射する冷却ノズルを選択的に駆動することができる冷却ヘッダを用いることができる。

図３は図２に示された流量制御冷却装置を概略的に示す図である。

図３を参照すると、本実施形態による流量制御冷却装置２３は、ストリップＳの幅方向に噴射される冷却水の流量を制御することができる。したがって、ストリップＳのうち温度が高い部分には多量の冷却水を噴射し、温度が低い部分には少量の冷却水を噴射するか、または冷却水噴射を中断することができる。

流量の制御は、冷却ヘッダに備えられるノズル２４ａ、２４ｂを制御することにより行われることができる。ノズル２４ａ、２４ｂは、ストリップＳの幅方向に沿って少なくとも一つの行と列を有するように配置されることができる。そして、多数のノズル２４ａ、２４ｂを複数のグループに区分した後、上記グループごとにノズル２４ａ、２４ｂを開閉して一定の領域に冷却流体を噴射するように構成することができる。

この場合、制御部７０は、上記グループの少なくともいずれか一つのグループを開放して特定領域に選択的に冷却流体２６を噴射することができる。しかし、本発明の構成がこれに限定されるものではない。

図３は全体のノズル２４ａ、２４ｂのうち、特定のノズル２４ａのみから冷却水が噴射され、残りのノズル２４ｂからは冷却水が噴射されない場合を示している。また、ストリップＳの中心部は温度が高く、端に向かうほど温度が低い状態における流量制御冷却装置２３の動作例を示している。

温度測定部３０は、温度計または温度センサーを含むことができる。本実施形態による温度測定部３０は、冷却区間の入側と出側にそれぞれ配置される。例えば、温度測定部３０は、冷却部２０の前端または後端の少なくとも一方に配置されることができる。

本実施形態において温度測定部３０は、冷却区間の開始点と終了点の両方でストリップＳの温度を測定する。しかし、これに限定されるものではなく、必要に応じて、冷却部２０の後端のみに配置することも可能である。

温度測定部３０は、ストリップＳの幅方向に沿って配置され、ストリップＳの幅方向の温度を測定する。したがって、ストリップＳの幅方向の温度偏差を連続的に測定することができる。

平坦度測定部４０は、ストリップＳと接触してストリップＳの平坦度を測定する接触式平坦度計測器を備える。

平坦度測定部４０は、ストリップＳの下部に配置され、ストリップＳの下部面に接触してストリップＳを上方に一定距離だけ上昇させる。

これにより、平坦度測定部４０に接触したストリップＳは、張力（ｔｅｎｔｉｏｎ）が加わった状態となり、これにより、ストリップＳの平坦度をより精密に測定することができる。

本実施形態において平坦度測定部４０は、温度測定部３０と同様に、冷却区間の入側と出側にそれぞれ配置されることができる。例えば、平坦度測定部４０は、冷却部２０の前端または後端の少なくとも一方に配置されることができる。より具体的には、平坦度測定部４０は、温度測定部３０と冷却部２０との間にそれぞれ配置されることができる。

これにより、ストリップＳは、温度測定部３０と平坦度測定部４０を連続的に経ることで温度と平坦度が測定される。しかし、これに限定されるものではなく、冷却部２０の後端のみに配置して用いることも可能である。

制御部７０は、温度測定部３０と平坦度測定部４０と連結されて温度測定部３０から温度データを受信し、平坦度測定部４０から平坦度データを受信する。そして、受信したデータに基づいて冷却部２０の冷却ヘッダを制御してストリップＳの幅方向に噴射される冷却水の噴射位置と流量などを制御する。

本実施形態のように、温度測定部３０と平坦度測定部４０が冷却区間の入側と出側にそれぞれ設置される場合、制御部７０は、冷却区間に進入するストリップＳの温度分布と平坦度情報、そして冷却区間から排出されるストリップＳの温度分布と平坦度情報を組み合わせて流量制御冷却装置２３を制御することができる。

例えば、制御部７０は、冷却区間に進入するストリップＳの状態と、冷却区間から排出されるストリップＳの状態を持続的に比較し、進入時のストリップＳの様々な状態に対応して最適の流量噴射条件を導出して活用することができる。

沸騰膜除去部５０は、第１冷却装置２１と流量制御冷却装置２３との間に配置される。

図４は図２に図示された沸騰膜除去部を概略的に示す斜視図であり、図５はストリップ上において沸騰膜除去部が配置される位置を概略的に示す図である。

図４を参照すると、沸騰膜除去部５０は、外周面にブラシ５２（ｂｒｕｓｈ）が配置されたローラー（ｒｏｌｌｅｒ）状に構成される。ここで、ブラシ５２は、多数の毛が密に配置された形態で形成されることができる。例えば、ブラシ５２は、アクリル材質の毛で形成されることができる。しかし、これに限定されるものではなく、高温で変形し難く、ストリップＳと接触してもストリップＳに変形を加えない限り、様々な材料が用いられることができる。

一方、本実施形態による沸騰膜除去部５０の外周面は、ブラシ５２の形態に限定されない。例えば、外周面をフォーム（ｆｏａｍ）の形態で構成するか、またはローラーに複数枚の網を巻いた形態で構成するなど、ストリップＳと接触してストリップＳ上の沸騰膜を払い落とすことができる材質であれば、様々な形態で形成されることができる。

第１冷却装置２１によって冷却流体２６がストリップＳに噴射されると、ストリップＳが一次的に冷却され、これにより、ストリップＳの上面には、膜沸騰、核沸騰などの沸騰膜が形成されることができる。

そして、ストリップＳの温度が、膜沸騰と核沸騰がともに形成される温度（例えば、３００℃〜５００℃）になると、膜沸騰Ｂ１と核沸騰Ｂ２は、図５に示すように不規則にストリップＳ上に混在する。

膜沸騰Ｂ１が形成された部分と核沸騰Ｂ２が形成された部分は、冷却速度が異なるため、膜沸騰Ｂ１と核沸騰Ｂ２が混在した場合、ストリップＳの冷却速度に差が発生する。したがって、冷却過程で温度偏差が発生し、これはストリップＳの平坦度に影響を与える。

このような問題を解消するために、本実施形態による冷却装置は、沸騰膜除去部５０を備える。

沸騰膜除去部５０は、回転し、沸騰膜が形成されたストリップＳと物理的に接触してストリップＳの上部面に形成される沸騰膜を払い落とす形態で沸騰膜を除去する。

本実施形態による沸騰膜除去部５０は、ストリップＳ上において沸騰膜が膜沸騰Ｂ１から核沸騰Ｂ２に遷移する位置に配置されることができる。

したがって、沸騰膜除去部５０は、膜沸騰Ｂ１と核沸騰Ｂ２が混在する部分の沸騰膜を除去する。これにより、膜沸騰Ｂ１と核沸騰Ｂ２によってストリップＳの幅方向に温度偏差が発生することを最小限に抑えることができる。

一方、上述の流量制御冷却装置２３は、沸騰膜除去部５０の後端に配置される。したがって、流量制御冷却装置２３は、沸騰膜ができるだけ除去されたストリップＳ上に冷却流体２６を噴射し、温度偏差に対応して温度が高い部分には多量の冷却水を噴射し、温度が低い部分には少量の冷却水を噴射する。

したがって、冷却効果を最大化することができ、ストリップＳの幅方向の温度偏差を効果的に低減することができる。

一方、本実施形態では、冷却システム１０が温度測定部３０と平坦度測定部４０を両方とも備える場合を例として挙げているが、本発明の構成はこれに限定されず、温度測定部３０と平坦度測定部４０のいずれか一つのみを備えるように構成することも可能である。

このように構成される本実施形態による冷却システム１０は、沸騰膜除去部５０を用いてストリップＳ上に形成される沸騰膜を除去し、ストリップＳを冷却する。また、平坦度測定部４０と温度測定部３０を介して入側と出側でストリップＳの平坦度と温度偏差を把握し、それに基づいて幅方向の流量分布を調整できる冷却装置を用いることで、ストリップＳにおいて伸びた部分や温度が高い部分を選別的に冷却する。

したがって、全体的に均一な温度分布と良好な平坦度を有するストリップＳを製造することができる。

一方、本発明による冷却システムは、上述の実施形態に限定されず、様々な変形が可能である。

図６は本発明の他の実施形態による冷却システムを概略的に示す図であり、図７は図６に示した流量制御冷却装置を概略的に示す斜視図である。

図６及び図７を参照すると、本実施形態による冷却システム１０ａは、ストリップＳを垂直移動させて冷却するシステムであり、冷却流体２６が入った冷却タンク２５の内部をストリップＳが通るように配置される。

このために、本実施形態による冷却システム１０ａは、上述の実施形態と同様に、冷却部２０、温度測定部３０、平坦度測定部４０、沸騰膜除去部５０、及び冷却タンク２５を含む。ここで、温度測定部３０、平坦度測定部４０、沸騰膜除去部５０は、ストリップＳの移動方向を基準として、上述の実施形態と同様に配置されて同一の機能を行う。したがって、上記構成に対する詳細な説明は省略し、異なる構成についてのみ詳細に説明する。一方、本実施形態においてストリップＳは、冷延鋼板を含むことができる。

本実施形態による冷却部２０は、冷却流体２６が収容された冷却タンク２５を含む。ストリップＳは垂直移動し、冷却タンク２５に流入して一定距離だけ移動した後、冷却タンク２５から引き出される。したがって、冷却タンク２５の内部には、ストリップＳの円滑な移動のために、ストリップＳを支持及び案内する多数の案内ロール２７が備えられる。

冷却部２０は、必要に応じて、冷却流体２６をストリップＳに噴射する冷却装置（不図示）をさらに含むことができる。冷却装置は、冷却流体２６の内部または外部に配置されることができ、一つまたは複数個が配置されることができる。冷却装置は、上述の実施形態の第１、第２冷却装置と同様に構成されることができるため、これに対する詳細な説明は省略する。

本実施形態において沸騰膜除去部５０は、冷却タンク２５の内部に配置される。

ストリップＳが冷却タンク２５の冷却流体２６の内部に進入する際、ストリップＳの表面には膜沸騰と核沸騰が混在しやすい。したがって、本実施形態において沸騰膜除去部５０は、冷却流体２６の内部に配置され、且つ冷却流体２６の液面と隣接した位置に配置される。しかし、具体的には、上述の実施形態と同様に、ストリップＳ上において沸騰膜が膜沸騰から核沸騰に遷移する位置に配置される。

したがって、上述の実施形態と同様に、沸騰膜除去部５０は、膜沸騰と核沸騰が混在する部分の沸騰膜を除去し、これにより、膜沸騰と核沸騰によってストリップＳの幅方向に温度偏差が発生することを最小限に抑えることができる。

一方、本実施形態において沸騰膜除去部５０は、ストリップＳの両面に配置される。しかし、本発明の構成がこれに限定されるものではない。

流量制御冷却装置２３は、沸騰膜除去部５０の後方に配置され、制御部７０の制御によって冷却水または冷却気体をストリップＳに部分的に噴射する。

本実施形態において流量制御冷却装置２３は、ストリップＳの両面に配置され、ストリップＳの両面に冷却水を同時に噴射することが示されている。しかし、これに限定されるものではなく、上述の実施形態と同様に、ストリップＳのいずれか一方のみに配置することも可能である。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な修正及び変形が可能であることは、当技術分野における通常の知識を有する者には自明である。

例えば、上述の実施形態では、冷却装置がストリップとして熱延鋼板、冷延鋼板の冷却に用いられる場合を例に挙げているが、必要に応じて、電気鋼板、ＳＴＳ、厚板など、様々な材料の冷却に用いられることができる。

Claims (7)

1. ストリップに冷却流体を供給する冷却部と、
   前記ストリップと物理的に接触し、前記冷却流体によって形成される沸騰膜を除去する沸騰膜除去部と、を含み、
   前記冷却部は、冷却流体が収容された冷却タンクを含み、
   前記沸騰膜除去部は、前記冷却流体内に配置され、
   前記冷却部は、
   前記沸騰膜除去部の後端に配置され、前記ストリップの幅方向の温度偏差に基づいて流量を制御し、前記ストリップに冷却流体を噴射する流量制御冷却装置を含む、冷却システム。
2. 前記沸騰膜除去部は、ローラー状に形成される、請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記沸騰膜除去部は、前記ローラーの外周面にブラシが形成され、前記ブラシが前記ストリップに部分的に接触して前記沸騰膜を除去する、請求項２に記載の冷却システム。
4. 前記沸騰膜除去部の前記ブラシは、アクリル材質で形成される、請求項３に記載の冷却システム。
5. 前記冷却部の前端または後端の少なくとも一方に配置されて前記ストリップの温度を測定する温度測定部と、
   前記温度測定部で測定された温度に基づいて前記流量制御冷却装置を制御する制御部と、
   をさらに含む、請求項１に記載の冷却システム。
6. 前記冷却部の前端または後端の少なくとも一方に配置されて前記ストリップに張力を印加し、前記ストリップの平坦度を測定する平坦度測定部と、
   前記平坦度測定部で測定された平坦度に基づいて前記流量制御冷却装置を制御する制御部と、
   をさらに含む、請求項１に記載の冷却システム。
7. 前記沸騰膜除去部は、前記冷却流体内において前記冷却流体の液面と隣接した位置に配置される、請求項１に記載の冷却システム。

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