JP6960056B2 - 鋼板用の冷却速度可変型の冷却バー及び冷却プロセス - Google Patents

Description

本発明は、金属材料を処理するための厚板圧延機、熱間ストリップトレイン又は熱処理ライン内の冷却速度可変型の冷却装置に関する。本発明は、更に、このような冷却装置による冷却プロセスに関する。

圧延される板の最終品質は、決定的に最初の変形ステップと相応の冷却によって決まる。板の製造の初期段階で既に発生した瑕疵は、後続のライン内では困難を伴ってしか又は全く排除され得ず、これにより、最終製品の品質に深刻なマイナスの影響を及ぼす。

例えば、鋼の厚板圧延時、圧延材が通過する温度−変形−経路は、決定的に、圧延材の圧延プロセスの終了時の機械的特性に影響を及ぼす。これは、圧延中間製品もしくは最終製品の機械的特性が、どのような温度で圧延材がそれぞれの圧延パスにおいて圧延されたかに依存していること、を意味する。

圧延材のいわゆる熱機械的圧延時に、圧延プロセスは、圧延材が所定の許容可能な温度範囲内でしか圧延されないように行なわれる。これは、圧延パスと適切な冷却段階が交互しなければならないこと、を意味する。

熱処理ライン内での鋼部品の焼入れ及び引き続く焼戻しも、一般的な方法である。これにより、材料の強度と靱性の所望の組合せが適切に設定され得ることが達成される。このテクノロジーは、原理的に、欧州特許出願公開第１７６４４２３号明細書に開示されているように、板設備内での高強度の鋼板の製造時にも使用される。ここで、スラブを加熱し、複数のリバーシングパスで厚板スタンドで最終厚さへ圧延した後、板は、高い速度で例えば室温まで冷却される、即ち、焼入れ過程が実行される。これに続き、焼戻しプロセスが、即ち例えば６００℃へのストリップの再加熱が行なわれ、これに、新たな冷却が続く。これにより、種々の特性を有する板が、柔軟に小ロットで製造され得る。

更に、熱間ストリップトレイン又は厚板圧延機内で圧延材の高い及び低い冷却速度が設定され得る場合が望ましい。これに関して、例えば欧州特許第２ ４１５ ５３６号明細書、欧州特許第２ ０４７ ９２１号明細書又は特開平０５−１２３７３７号公報から、水ノズル冷却による高い冷却速度と、空気ベンチレータ冷却（矯正冷却）による低い冷却速度が実現され得る冷却装置が知られている。

従来のノズル冷却の場合、ウォータジェットが、冷却すべき圧延材にシリンダ状に案内される。この形式の冷却は、例えば非常に良好な冷却値を達成する。但し、冷却ジェットの隣に直接隣接する領域が事情によっては全く又は十分には冷却されないことがわかった。一般に、このような水冷は、冷却ノズルの水装入量が多いである場合に良好に働く。但し、水量が比較的少ない場合、ノズルは、十分には貫流されない。圧延材の冷却は、不均一に行なわれ、必然的に内部応力が生じ、これら内部応力は、その後、材料内に不平坦度を生じさせ、これが、更にまた最終製品の品質にマイナスに影響する。空冷は、平均的な材料厚さで約１Ｋ／ｓまでの冷却速度での冷却のために使用され得る。亀裂に敏感な鋼種に対しては、１〜２Ｋ／ｓの冷却速度が必要とされる。

欧州特許出願公開第１７６４４２３号明細書 欧州特許第２ ４１５ ５３６号明細書 欧州特許第２ ０４７ ９２１号明細書 特開平０５−１２３７３７号公報

従って、本発明の課題は、最低の冷却速度と非常に高い冷却速度の両方を可能にし、ストリップ進行方向に対して横方向に冷却の最大の均一性を発生させ得る冷却装置用の装置を提供することである。別の課題は、本発明による装置を操作するための方法を提供することにある。

この課題は、上位概念を起点に、請求項１及び請求項８を特徴付ける特徴と関係して解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の対象である。

本発明の教示によれば、板進行方向に対して横方向の冷却の最大の均一性を顧慮して低い冷却速度と非常に高い冷却速度の両方を達成するために、冷却装置が、少なくとも２つの冷却バーから成り、これら冷却バーが、それぞれ、下側と上側の両方で板進行方向に対して横方向で２つのローラテーブルローラの間の中心に配置され、１つのスプレーノズル冷却装置を有し、このスプレーノズル冷却装置に、それぞれ、多数のフルジェットノズルと多数のフルコーンノズルが付設され、フルジェットノズルが、フルコーンノズルに対して対称に配置されていること、が提案される。

これにより、有利な方法で、１つの冷却バー内の１つのモジュールユニットに対して２つの冷却システムが組み合わせられ得る。これにより、個々の冷却バーは、非常にコンパクトで省スペースに形成され得る。既存の圧延設備を１つの板冷却装置で増強することが、容易に実施可能である。何故なら、冷却装置は、本発明によれば、２つのテーブルローラの間に設置され得、これにより、テーブルローラに実質的な適合作業が必要になることがないからである。個々の冷却バー内にフルジェットノズルとフルコーンノズルを対象に配置することにより、個々のスプレーノズルの冷媒の作用も、２つのローラテーブルローラの間で対象に行なわれ得る。

この場では、ノズル形式が必ずしもフルジェットノズル又はフルコーンノズルだけに限定されるべきでないことに注意されたい。組み合わせて冷却バーに組み込み得る例えばホロコーンノズル、フラットジェットノズル、Ｕ字管等のような他のスプレーノズル形式もしくは作用形態も考えられる。

本発明による冷却装置の有利な実施形態によれば、フルジェットノズルは、圧延すべき板が５〜１５０Ｋ／ｓの、好ましくは５０Ｋ／ｓの高い冷却速度で冷却され得るように、冷媒を作用され得る。更に、フルコーンノズルは、圧延すべき板が１Ｋ／ｓ〜１９Ｋ／ｓ未満の低い冷却速度で冷却され得るように、冷媒を作用され得ること、が企図されている。

更に、冷却バー内で、フルジェットノズルによる高い冷却速度とフルコーンノズルによる低い冷却速度との間の切替えが、必要に応じて無段階に可能にされ、これにより、冷却速度の完全なオーバーラップが設定され得る。

これは、圧延すべき板の特性が冷却を介しても非常に正確に設定され得るとの利点を有する。切替えのため、非常に短い反応時間が実現可能であるので、顧客に所望された材料特性は、必要に応じて圧延時に制御された冷却を介して設定もしくは事設定され得る。

冷却速度を更に正確にかつできるだけ敏感に適合し得るために、冷却バー内で、フルコーンノズルとフルジェットノズルの両方が、同時に又は時間差をつけて互いに依存せずに冷媒を作用及び操作され得ること、が企図されている。

この場合、冷却バー内の各スプレーノズル用の冷媒量と冷媒衝撃圧力が、個々にオンラインで調整される場合が有利である。

加えて、圧延すべき板用の冷却が、冷媒によるスプレー冷却によって行なわれ、冷却速度及び／又はそれぞれ必要な最終温度が、液体量及び／又はそれぞれ起動されるフルジェットノズル及びフルコーンノズル（スプレーノズル）の数によって調整可能されること、が企図されている。

方法によれば、圧延すべき板が、所望の品質に依存して、それに応じて設定された冷却速度で、それぞれ板の下側と上側の両方で板進行方向に対して横方向で少なくとも２つのローラテーブルローラの間の中心に配置された２つの冷却バーに導入される冷媒によって冷却され、この場合、冷媒が、冷却バーに付設された多数のフルジェットノズル又はフラットジェットノズルと、フルコーンノズル又はホロコーンノズル又はＵ字管を介して冷却すべき板にスプレーされ、冷却バー内に、フルジェットノズル又はフラットジェットノズルが、フルコーンノズル又はホロコーンノズル又はＵ字管に対して対称に配置されている。

更に、冷却速度の完全なオーバーラップを設定するために、冷却バー内で、フルジェットノズルによる高い冷却速度とフルコーンノズルによる低い冷却速度との間の切替えが、必要に応じて無段階に行なわれるべきである。加えて、冷却バー内の各スプレーノズル（フルジェットノズル及びフルコーンノズル）用の冷媒量と冷媒衝撃圧力は、個々にオンラインで調整されるべきである。加えて、冷却速度を調整するために、少なくとも１つの調整パラメータが測定され、この調整パラメータは、圧延された板の最終温度であり得る。

プロセスセンサは、ストリップ温度及び実平坦度に関する情報を提供し；これら情報は、冷却装置の前後で収集され、実値が目標値と比較される。これら値情報から、モデルコンピュータが、オンラインで、冷却に必要な冷却形式、冷却期間及び必要な冷媒量を、ストリップの所望の材料品質に依存して計算する。

検出された調整パラメータ（プロセスセンサによって獲得／検出された）は、更に、圧延すべき板の寸法及び材料品質に関する情報及び／又は硬さ及び強度のような目標特性と組み合わされ得る。

本発明を、以下で、添付図を参照して模範的な実施形態により詳細に説明する。

冷却装置が圧延ラインの２つのテーブルローラの間に配置されている、本発明による冷却装置の概略的な断面図にした側面図 冷却装置を形成する冷却バーの断面図にした概略側面図 本発明による方法を実施するための根拠として使用すべき冷却装置の図式化した図 コンピュータに支援された冷却モデルと図３の本発明による冷却装置との間の相互作用の図式化した詳細図

図１に図示したように、装置１０は、実質的に、２つのローラテーブルローラ１２，１３，１４の間に配置された対向する２つの冷却バー１６，１６ａと１７，１７ａから成る。冷却バー１６，１６ａと１７，１７ａは、非常にコンパクトに形成されている。加えて、基本的に２つの冷却システム１６及び１７並びに１７ａ及び１７ａが１つの冷却ユニット１８及び１８ａにまとめられている。

冷却ユニット１８，１８ａが、互いにネットワーク化及び同期されて操作され得ること、が企図されている。この場合、冷却バー１６，１６ａは、板上側に付設され、冷却バー１７，１７ａは、板下側に付設されている。

図２は、図１による下の冷却バー１７の拡大図を示すが、冷却バー１６，１６ａと１７ａは、同様に構成されている。

図１及び２が更に示すように、コンパクトな構造は、少なくとも２つのノズル形式、ここではフルジェットノズル１９とフルコーンノズル２０が特別なやり方で冷却バー１６，１６ａ及び１７，１７ａ内に配置及び統合されていることに理由がある。好ましくは高い冷却速度用のフルジェットノズル１９，１９ａを有するノズル冷却装置と、好ましくは低い冷却速度（穏やかな冷却）用のフルコーンノズルを有する冷却装置が設置され、これら冷却装置を介して、冷媒２９が、板２２に適切に放出され得る。

この場合、フルコーンノズル２０は中心に、フルジェットノズル１９，１９ａはこれに対して離間してかつフルコーンノズル２０と並んで平行に、冷却バー１６，１６ａ及び１７，１７ａ内に配置されている。好ましくは、ノズル冷却装置は、冷却バー１６，１６ａ及び１７，１７ａ内に、板進行方向２０に対して横方向に圧延すべき板２２の幅全体にわたて配置されている。

図３は、図２による本発明による冷却システム１６，１６ａ及び１７，１７ａを有する板冷却装置を制御するための図式化した図である。基本的に、冷却装置を調整するために、板１次データ２３、目標板特性２４及び実板特性２５のような事前情報が、冷却モデル２６に提供され得る。これら基本データは、冷却装置２８の制御のために使用される。冷却モデル２６は、センサ２７，２７ａによって検出された値を介して調整される。この場合、冷却前の板２２の実特性は、板２２の冷却後の目標特性と比較され得る。目標特性が達成されない場合は、図４に図示したように、これら情報が冷却モデルに引き渡され、冷却装置が相応に再調整される。

これにより、より安全でより確実なプロセスが保証されている。冷却装置は、最大の柔軟性で使用され得る。操作員のマニュアル介入は、モデルコンピュータによる自動的な制御によって最小限に低減される。

この場合、冷却モデル２６は、常にほぼオンラインで冷却装置２８と相互作用する。従って、機械の各部分用の冷却モデルが可能である。この場合、容積流と実データは、常に比較され、場合によっては再調整される。

これにより、ストリップ進行方向に対して横方向及び縦方向の冷却の最大の均一化を発生させることが可能であり、最低から非常に高い値の冷却速度が実現され得る。

調整コンセプトにより、例えば厚板圧延機、熱間ストリップトレイン又は熱処理ラインが、最大の柔軟性で操作され得る。これは、所望の冷却速度が各時点で機械の全長にわたって自由に設定され得ること、を意味する。冷却モデル２６を制御するモデルコンピュータ（図示してない）は、どのような冷却適用（冷却速度）が達成すべき材料特性のために必要で最も経済的であるかを、独自に決定する。

１０ 装置
１２ ローラテーブルローラ
１３ ローラテーブルローラ
１４ ローラテーブルローラ
１６，１６ａ 上の冷却バー
１７，１７ａ 下の冷却バー
１８，１８ａ 冷却バー対
１９，１９ａ フルジェットノズル
２０ フルコーンノズル
２１ 板進行方向
２２ 板
２３ 板１次データ
２４ 目標板特性
２５ 実板特性
２６ 冷却モデル
２７，２７ａ センサ
２８ 冷却装置
２９ 冷媒

Claims (14)

1. スプレーノズル冷却装置により鋼材料を処理するための、もしくは厚板圧延機、熱間ストリップトレイン又は熱処理ライン内で鋼板（２２）を冷却するための冷却速度可変型の冷却装置（２８）であって、ローラテーブルローラを有し、
   冷却装置が、少なくとも２つの冷却バー（１６，１７，１６ａ，１７ａ）から成り、これら冷却バーが、それぞれ、下側と上側の両方で板（２２）の板進行方向（２１）に対して横方向に板（２２）の幅全体にわたって２つのローラテーブルローラ（１２，１３，１４）の間の中心に配置され、１つのスプレーノズル冷却装置を有するものにおいて、
   スプレーノズル冷却装置に、それぞれ、多数のフルジェットノズル（１９，１９ａ）と多数のフルコーンノズル（２０）が付設され、フルジェットノズル（１９，１９ａ）が、フルコーンノズル（２０）に対して対称に配置されていること、を特徴とする冷却速度可変型の冷却装置。
2. フルジェットノズル（１９，１９ａ）は、圧延すべき板（２２）が５〜１５０Ｋ／ｓの高い冷却速度で冷却可能であるように、冷媒（２９）を作用可能であること、を特徴とする請求項１に記載の冷却速度可変型の冷却装置。
3. フルコーンノズル（２０）は、圧延すべきストリップ（２２）が１Ｋ／ｓ〜１９Ｋ／ｓ未満の低い冷却速度で冷却可能であるように、冷媒（２９）を作用可能であること、を特徴とする請求項１に記載の冷却速度可変型の冷却装置。
4. フルジェットノズルとフルコーンノズルが組合せ可能であるだけでなく、フラットジェットノズル、ホロコーンノズル及びＵ字管のような形式の周知のノズルもしくは作用形態が冷却バー（１６，１７，１６ａ，１７ａ）に組込み可能であること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却速度可変型の冷却装置。
5. 冷却バー（１６，１６ａ，１７，１７ａ）内で、フルジェットノズル（１９，１９ａ）による高い冷却速度とフルコーンノズル（２０）による低い冷却速度との間の切替えが、無段階に可能であり、これにより、冷却速度の完全なオーバーラップが設定可能であること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却速度可変型の冷却装置。
6. 冷却バー（１６，１６ａ，１７，１７ａ）内で、フルコーンノズル（２０）とフルジェットノズル（１９，１９ａ）の両方が、同時に又は時間差をつけて互いに依存せずに冷媒（２９）を作用可能及び操作可能であること、を特徴とする請求項５に記載の冷却速度可変型の冷却装置。
7. 冷却バー（１６，１６ａ，１７，１７ａ）内の各フルジェットノズル（１９，１９ａ）及びフルコーンノズル（２０）用の冷媒量と冷媒衝撃圧力が、個々にオンラインで調整可能であること、を特徴とする請求項６に記載の冷却速度可変型の冷却装置。
8. 圧延すべき板（２２）用の冷却が、冷媒（２９）によるスプレー冷却によって行なわれ、冷却速度及び／又はそれぞれ必要な最終温度が、液体量及び／又はそれぞれ起動されるフルジェットノズル（１９，１９ａ）及びフルコーンノズル（２０）（スプレーノズル）の数によって調整可能であること、を特徴とする請求項７に記載の冷却速度可変型の冷却装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷却装置を操作するための方法において、
   圧延すべき板が、所望の品質に依存して、それに応じて設定された冷却速度で、それぞれ板の下側と上側の両方で板進行方向に対して横方向に板（２２）の幅全体にわたって少なくとも２つのローラテーブルローラの間の中心に配置された２つの冷却バーに導入される冷媒によって冷却され、この場合、冷媒が、冷却バーに付設された多数のフルジェットノズル又はフラットジェットノズルと、フルコーンノズル又はホロコーンノズル又はＵ字管を介して冷却すべき板にスプレーされ、冷却バー内に、フルジェットノズル又はフラットジェットノズルが、フルコーンノズル又はホロコーンノズル又はＵ字管に対して対称に配置されていること、を特徴とする方法。
10. 冷却バー内で、フルジェットノズルによる高い冷却速度とフルコーンノズルによる低い冷却速度との間の切替えが、無段階に行なわれるか、フルジェットノズルとフルコーンノズルが互いに組み合わされ、これにより、冷却速度の完全なオーバーラップが設定されること、を特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 冷却バー内の各フルジェットノズル（１９，１９ａ）及びフルコーンノズル（２０）用の冷媒量と冷媒衝撃圧力が、個々にオンラインで調整されること、を特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 冷却速度を調整するために、少なくとも１つの調整パラメータが測定され、この調整パラメータが、硬さのような機械的特性又は板内の相分布及び粒径のような微細構造パラメータであること、を特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 調整パラメータが、更に、圧延すべきストリップの寸法及び材料品質に関する情報及び／又は硬さ及び強度のような目標特性と組み合わされること、を特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. プロセスセンサが、冷却装置の前後でのストリップ温度及び実平坦度に関する情報を収集し、実値が目標値と比較され、これにより、これら値情報から、モデルコンピュータが、冷却に必要な冷却形式、冷却期間及び冷媒量を、ストリップの所望の材料品質に依存してオンラインで計算すること、を特徴とする請求項１３に記載の方法。

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