JP7103511B2 - 金属帯急冷装置及び金属帯急冷方法並びに金属帯製品の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、金属帯を連続的に搬送しながら焼鈍を行う連続焼鈍設備や、金属帯を連続的に搬送しながら鍍金を行う溶融亜鉛鍍金設備において、急冷後の金属帯の温度を自在に制御することができる急冷装置及び急冷方法並びに金属帯製品の製造方法に関する。
鋼帯をはじめとする金属帯（金属帯製品）の製造においては、金属帯を加熱後に冷却し、相変態を起こさせる等して材質の造り込みを行う。このような冷却は、金属帯を連続的に搬送しながら焼鈍を行う連続焼鈍設備や、金属帯を搬送しながら鍍金を行う溶融亜鉛鍍金設備において行われる。
近年、自動車業界では車体の軽量化と衝突安全性の両立を目的として、薄肉化した高張力鋼帯（ハイテン）の需要が増している。高張力鋼帯の製造時には、鋼帯を急速に冷却する技術が重要となる。鋼帯の冷却速度が最も速い技術の１つとして、水焼入れ法が知られている。水焼入れ法では、加熱された鋼帯を水中に浸漬させると同時に、水中内に設けられたクエンチノズルにより冷却水を鋼帯に噴射することで、鋼帯の急冷が行われる。鋼帯の急冷時には、急冷後の鋼帯の温度を制御することで、鋼帯の機械的特性を向上させることが可能である。具体的には鋼帯の延性を向上させることが可能である。このような鋼帯の急冷方法として、従来、様々な手法が提案されている。
例えば、特許文献１では、浸漬水中にスリットノズルを多段に設け、各スリットノズルを金属帯進行方向に対し離間させることで、金属帯の被冷却面に衝突させた冷却水の噴流を、各ノズル間の隙間からノズル後方に流出させることにより、金属帯を幅方向に均一に冷却する手法が提案されている。また、特許文献２では、鋼帯が下方から上方へ移動する縦パス中で、急速冷却後に急速加熱を行うことで、冷却停止温度を一定に保持する手法が提案されている。また、特許文献３では、イオン性液体を含有している液体を用いた150～300℃の浸漬槽内に浸漬することで、冷却停止温度を制御する手法が提案されている。また、特許文献４では、ストリップを所定の長さで水平ないし緩傾斜状に通板し、ストリップ下面に冷却流体の噴流を接触させて、ストリップを片面から冷却する手法が提案されている。また、特許文献５では、ストリップ下面への冷却液体の噴出をストリップ幅方向及び／又はライン方向で遮断して、ストリップの有効冷却幅及び／又は有効冷却長を調整する手法が提案されている。また、特許文献６では、鋼板の上方の位置に水噴射装置と空気噴射装置を配設し、鋼板上面の滞留水を排出する手法が提案されている。また、特許文献７では、冷却装置の入側上流と出側下流に水切り装置を配設し、鋼板上面の滞留水を排出する手法が提案されている。
特開昭５９-１５３８４３号公報 特許第５９９１２８２号公報 特開２００８－１９５０５号公報 特開昭５８－１５３７３３号公報 特開昭６０－１９４０２２号公報 特開２００１－３５３５１５号公報 特開２０１２－５１０１３号公報
しかし、特許文献１に記載された方法では、急冷後の鋼帯の温度が水温と同一となり、冷却停止温度を制御できないという問題がある。また、特許文献２に記載された方法では、重力の影響によって冷却装置下方のロールから漏水が発生し、冷却開始位置や冷却停止温度を制御できないという問題がある。また、特許文献３に記載された方法では、イオン性液体を用いることで冷却停止温度を制御する構成を採用しているが、このイオン性液体が水と比較して非常に高価であるという問題がある。そのため、このような特定の液体を用いなくても冷却停止温度を制御できる技術の確立が希求されている。また、特許文献４又は５に記載された方法では、冷却装置の入側上流と出側下流に滞留水が発生し、冷却開始位置や冷却停止温度を制御できないという問題がある。また、下面のみの冷却のため、上面と下面で温度差が発生するという問題もある。また、特許文献６又は７に記載された方法では、滞留水を排出するために高圧の水を噴射する必要があり、水切り水によって鋼帯の温度が水温まで冷却されてしまい、冷却停止温度を制御できないという問題がある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものである。すなわち、金属帯（例えば、鋼帯）を連続的に搬送しながら焼鈍を行う連続焼鈍設備や、金属帯を連続的に搬送しながら鍍金を行う溶融亜鉛鍍金設備において、急冷後の金属帯の温度を自在に制御することができる急冷装置及び急冷方法並びに金属帯製品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、このような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下のような知見と着想を得た。
まず、水中での冷却では、急冷後の金属帯の温度が水温と同一となってしまうため、大気中で冷却を行う必要がある。このとき、金属帯の急冷では、必ずしも金属帯を水中に浸漬させる必要は無く、水等により十分な水量をノズルから噴射すれば、水中で噴射するのと同等の冷却能力が得られる。また、上方から下方へ移動する縦パスや、下方から上方へ移動する縦パスでは、冷却装置下方で水切りを行っても、重力によって冷却装置下方に漏水が発生するため、水平方向に移動する横パスで実施する必要がある。このとき、下面のみの冷却では上面と下面で温度差が発生してしまうため、上面と下面の両方から冷却を行う必要がある。また、高圧の水切り水を使用すると、鋼帯の温度が水温まで冷却されてしまうため、水切りにはロールとエアーノズル等の気体噴出ノズルを併用して使用するのが最適である。また、コスト面を考慮して、特定のイオン性液体を用いなくても水等により冷却停止温度を制御できるようにする必要もある。
本発明は、上記のような知見と着想に基づいており、以下のような特徴を有している。［１］金属帯を水平方向に搬送しながら冷却する急冷装置であって、
前記金属帯の両面側から前記金属帯に冷却流体を噴射する１組または水平方向に配列した複数組のノズルを備えた冷却流体噴射装置と、
前記冷却流体が噴射された前記金属帯上の滞留流体を排出する冷却流体排出ロールと、
前記ノズルと前記金属帯が通過する金属帯搬送ラインとの間かつ前記金属帯搬送ラインの両面側に設けられ、水平方向に移動することで前記冷却流体による前記金属帯の冷却開始位置を調整して、該冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離を制御する可動マスキングと
を備えている金属帯急冷装置。
［２］前記冷却流体排出ロールの出側に気体噴出ノズルを備えている前記［１］に記載の金属帯急冷装置。
［３］前記可動マスキングは気体噴出ノズルを備えている前記［１］または［２］に記載の金属帯急冷装置。
［４］前記冷却流体を噴射する前記ノズルの軸線方向と前記金属帯のなす角度が１０°以上６０°以下である前記［１］～［３］のいずれかに記載の金属帯急冷装置。
［５］連続的に水平方向に搬送する金属帯の表面に複数のノズルから冷却流体を噴射することで冷却する急冷方法であって、冷却流体排出ロールによって前記金属帯上の滞留流体を排出しつつ、可動マスキングによって前記冷却流体による前記金属帯の冷却開始位置を調整して、該冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離を制御する金属帯急冷方法。
［６］前記金属帯の冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離を、前記金属帯の搬送速度、冷却開始温度、目標とする冷却停止温度、前記金属帯の冷却速度に基づいて設定する前記［５］に記載の金属帯急冷方法。
［７］前記金属帯の搬送速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、冷却開始温度をＴ１（℃）、目標とする冷却停止温度をＴ２（℃）、前記金属帯の冷却速度をＣＶ（℃／ｓ）として、前記金属帯の冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離ｂ（ｍｍ）を下式で表す前記［６］に記載の金属帯急冷方法。
ｂ＝（Ｔ１－Ｔ２）ｖ／ＣＶ
［８］前記金属帯の冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離を、前記金属帯の搬送速度、冷却開始温度、目標とする冷却停止温度、冷却条件、前記金属帯の厚みに基づいて設定する前記［５］に記載の金属帯急冷方法。
［９］前記金属帯の搬送速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、冷却開始温度をＴ１（℃）、目標とする冷却停止温度をＴ２（℃）とし、冷却条件により定まる定数α（℃・ｍｍ／ｓ）と、前記金属帯の厚みｔ（ｍｍ）を用いて、前記金属帯の冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離ｂ（ｍｍ）を下式で表す前記［８］に記載の金属帯急冷方法。
ｂ＝（Ｔ１－Ｔ２）ｖｔ／α
［１０］金属帯製品を製造する際に、前記［５］～［９］のいずれかに記載の急冷方法を用いて急冷を行う金属帯製品の製造方法。
［１１］前記金属帯製品は、高強度冷延鋼帯、溶融亜鉛鍍金鋼帯、電気亜鉛鍍金鋼帯、合金化溶融亜鉛鍍金鋼帯のいずれかである前記［１０］に記載の金属帯製品の製造方法。
本発明によれば、金属帯を連続的に搬送しながら焼鈍を行う連続焼鈍設備や、金属帯を連続的に搬送しながら鍍金を行う溶融亜鉛鍍金設備において、急冷後の金属帯の温度を自在に制御することができる。
図１は、本発明に係る急冷装置を示す図である。 図２は、本発明例の結果（冷却停止温度）を示すグラフである。 図３は、比較例１の結果（冷却停止温度）を示すグラフである。 図４は、比較例２の結果（冷却停止温度）を示すグラフである。 図５は、比較例３の結果（冷却停止温度）を示すグラフである。 図６は、比較例４の結果（冷却停止温度）を示すグラフである。
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る金属帯急冷装置１１を示す図である。この金属帯急冷装置１１は、連続焼鈍炉の均熱帯の出側に設けられた冷却設備や、溶融亜鉛鍍金設備の溶融亜鉛鍍金浴の出側に設けられた冷却設備に適用されうる。
本発明に係る金属帯急冷装置１１は、連続的に水平方向（以下、長手方向とも記す。）に搬送する金属帯１の上面側から金属帯１に水やアルコール等の冷媒（冷却流体）２１１を噴射し急速冷却を行う上部冷却流体噴出ノズル２１（冷却流体噴射装置）を備える。また、金属帯急冷装置１１は、連続的に水平方向に搬送する金属帯１の下面側から金属帯１に水やアルコール等の冷媒（冷却流体）２２２を噴射し急速冷却を行う下部冷却流体噴出ノズル２２（冷却流体噴射装置）を備える。ノズル２１およびノズル２２は１組または水平方向に配列した複数組が設けられる。金属帯急冷装置１１は、上部冷却流体噴出ノズル２１と金属帯１が通過する金属帯搬送ラインとの間に設けられて、水平方向に移動する上部可動マスキング３１（可動マスキング）を備える。上部可動マスキング３１は、冷却流体による金属帯１の冷却開始位置（例えば、後述の入側上部気体噴出ノズル４１と入側下部気体噴出ノズル４２の金属帯１への噴流衝突位置）を調整して、該冷却開始位置から後述の上部冷却流体排出ロールまでの距離を制御する。また、下部冷却流体噴出ノズル２２と金属帯１が通過する金属帯搬送ラインとの間に設けられて、水平方向に移動する下部可動マスキング３２（可動マスキング）を備える。下部可動マスキング３２は、冷却流体による金属帯１の冷却開始位置を調整して、該冷却開始位置から後述の下部冷却流体排出ロールまでの距離を制御する。金属帯急冷装置１１は、上部冷却流体噴出ノズル２１の出側に設けられており、上記冷却流体が噴射された金属帯１上面の滞留水や滞留アルコール等の滞留流体を排出する上部冷却流体排出ロール５１（冷却流体排出ロール）を備える。また、金属帯急冷装置１１は、下部冷却流体噴出ノズル２２の出側に設けられており、上記冷却流体が噴射された金属帯１下面の滞留水や滞留アルコール等の滞留流体を排出する下部冷却流体排出ロール５２（冷却流体排出ロール）を備えている。
また、本発明に係る金属帯急冷装置１１は、上部可動マスキング３１に設けられて金属帯１の入側上面側から金属帯１に空気や窒素等の気体４１１を噴射する入側上部気体噴出ノズル４１（気体噴出ノズル）を備えていてもよい。入側上部気体噴出ノズル４１は、金属帯１上面の滞留流体が上部可動マスキング３１の位置にまで逆流してくるのを防止する。また、金属帯急冷装置１１は、下部可動マスキング３２に設けられて金属帯１の入側下面側から金属帯１に空気や窒素等の気体４２２を噴射する入側下部気体噴出ノズル４２（気体噴出ノズル）を備えていてもよい。入側下部気体噴出ノズル４２は、金属帯１下面の滞留流体が下部可動マスキング３２の位置にまで逆流してくるのを防止する。また、金属帯急冷装置１１は、金属帯１の出側上面側から金属帯１に空気や窒素等の気体６１１を噴射する出側上部気体噴出ノズル６１（気体噴出ノズル）を備えていてもよい。出側上部気体噴出ノズル６１は、金属帯１上面と上部冷却流体排出ロール５１の間から漏洩した滞留流体を排出する。また、金属帯急冷装置１１は、金属帯１の出側下面側から金属帯１に空気や窒素等の気体６２２を噴射する出側下部気体噴出ノズル６２（気体噴出ノズル）を備えていてもよい。出側下部気体噴出ノズル６２は、金属帯１下面と下部冷却流体排出ロール５２の間から漏洩した滞留流体を排出する。
上部冷却流体噴出ノズル２１と下部冷却流体噴出ノズル２２の噴射方向は、図１に示すように金属帯１の進行方向に向かって斜めにすることが好ましい。すなわち、上記噴射方向の水平方向成分が金属帯１の進行方向であるように、ノズルから斜めに噴射されることが好ましい。こうすることで、噴流内には金属帯１との随伴流が生じ、冷却流体の金属帯１に対する密着性が向上するとともに、噴流の乱れを防止し、冷却長を一定に保ち易くなる。金属帯１上面における水の接触位置をなるべく均一にして、長手方向における冷却むらをなくすという観点からは、複数組のノズルが設けられている場合には、各上部冷却流体噴出ノズル２１を同じ方向に同じ角度だけ傾けることが好ましい。また、金属帯１下面における水の接触位置をなるべく均一にして、長手方向における冷却むらをなくすという観点からは、複数組のノズルが設けられている場合には、各下部冷却流体噴出ノズル２２を同じ方向に同じ角度だけ傾けることが好ましい。
図１に示すように上部冷却流体噴出ノズル２１の傾斜角度としては、上部冷却流体噴出ノズル２１の軸線方向（冷却流体の噴出方向）と金属帯１とのなす角度のうち、鋭角となる角度２１ａを設定することができる。尚、冷却流体は一定の広がりをもってノズルから吐出されるが、上記冷却流体の噴出方向としてはノズルから吐出された冷却流体の中心軸線の方向を採用することができる。角度２１ａは、上部冷却流体噴出ノズル２１からの冷却流体の噴出量、上部冷却流体噴出ノズル２１の開口部と金属帯１の上面との距離等に応じて設定することができる。同様にして、下部冷却流体噴出ノズル２２の傾斜角度２２ａを設定することができる。
角度２１ａと角度２２ａの好適例としては、１０°以上が挙げられる。また、この好適例としては、６０°以下が挙げられる。角度２１ａや角度２２ａが１０°以上であれば、上部水噴出ノズル２１や下部水噴出ノズル２２と金属帯１との距離を近くする必要が無く、上部可動マスキング３１や下部可動マスキング３２を設置するスペースの確保が容易になる。また、角度２１ａや角度２２ａが６０°以下であれば、滞留流体が金属帯の搬送方向に流れ易くなる。また、角度２１ａや角度２２ａを２０°以上とすることがさらに好ましい。また、角度２１ａや角度２２ａを４５°以下とすることがさらに好ましい。尚、上部冷却流体噴出ノズル２１や下部冷却流体噴出ノズル２２を傾斜させる際には、冷却流体を斜めに噴射できるように、上部冷却流体噴出ノズル２１や下部冷却流体噴出ノズル２２の少なくとも先端を傾斜させていればよい。
また、上部水噴出ノズル２１と下部水噴出ノズル２２夫々の金属帯１への距離が同じである場合に角度２１ａや角度２２ａが同一であると、重力の影響によって、上下の冷却流体の着水位置が異なってしまうことがある。そのため、この重力の影響を考慮すると、角度２１ａよりも角度２２ａを大きくすること（角度２１ａ＜角度２２ａ）が好ましい。
可動マスキング（上部可動マスキング３１、下部可動マスキング３２）は冷却流体の圧力で変形しなければ材質や厚さ等は問わないが、ノズルの設置スペースとの兼ね合いからなるべく薄い方が好ましい。また可動マスキングは鋼帯等の金属帯１に冷却流体が衝突するのを防ぐ目的で使用されるため、金属帯１の幅よりも広くなくてはならない。また可動マスキングは冷却開始位置（入側上部気体噴出ノズル４１と入側下部気体噴出ノズル４２の金属帯１への噴流衝突位置）を制御するために、長手方向（水平方向）に可動させる必要がある。
この可動マスキングが金属帯急冷装置１１には設けられているため、特殊なイオン性液体等を用いずに、低コストで冷却停止温度を制御することができる。
また、可動マスキングが備える気体噴出ノズル（入側上部気体噴出ノズル４１と入側下部気体噴出ノズル４２）の噴射方向は、図１に示すように金属帯１の進行方向に向かって斜めにすることが好ましい。すなわち、上記噴射方向の水平方向成分が金属帯１の進行方向であるように、ノズルから斜めに噴射されることが好ましい。また、入側上部気体噴出ノズル４１の傾斜角度４１ａは角度２１ａと同一又はほぼ同一の角度、入側下部気体噴出ノズル４２の傾斜角度４２ａは角度２２ａと同一又はほぼ同一の角度とすることがさらに好ましい。こうすることで、上部可動マスキング３１や下部可動マスキング３２の位置にまで、滞留流体が逆流してくるのを防止し易くなる。
冷却流体排出ロールは、上部冷却流体排出ロール５１と下部冷却流体排出ロール５２との間に金属帯１を挟み込むことにより、金属帯１上から滞留流体を排出する。
冷却流体排出ロール（上部冷却流体排出ロール５１と下部冷却流体排出ロール５２）の材質はゴムであることが好ましく、特にウレタンゴムであることが好ましい。また、ロール径は１００ｍｍ以上であることが好ましい。また、ロール径は４００ｍｍ以下であることが好ましい。また、ニップ圧は５ｋｇ／ｃｍ以上であることが好ましい。また、ニップ圧は、２０ｋｇ／ｃｍ以下であることが好ましい。冷却流体排出ロールは非駆動ロールとすることもできるが、駆動ロールである方が好ましい。
冷却流体排出ロールの出側に設けられる気体噴出ノズル（出側上部気体噴出ノズル６１と出側下部気体噴出ノズル６２）の噴射方向は、図１に示すように金属帯１の進行方向の逆方向に向かって斜めにすることが好ましい。すなわち、上記噴射方向の水平方向成分が金属帯１の進行方向の逆方向であるように、ノズルから斜めに噴射されることが好ましい。こうすることで、冷却流体排出ロールから漏洩した滞留水等の滞留流体を排出し易くなる。
出側上部気体噴出ノズル６１の傾斜角度６１ａ（ノズル６１により噴出される気体の噴射方向と金属帯１のなす角度）と出側下部気体噴出ノズル６２の傾斜角度６２ａ（ノズル６２により噴出される気体の噴射方向と金属帯１のなす角度）の好適例としては、５°以上が挙げられる。また、この好適例としては、８０°以下が挙げられる。角度６１ａや角度６２ａが５°以上であれば、噴射方向が金属帯１の進行方向と平行に近くなることを回避し、排出能力をより向上させることができる。また、角度６１ａや角度６２ａが８０°以下であれば、噴射方向が金属帯１の進行方向と垂直に近くなることを回避し、排出能力をより向上させることができる。また、角度６１ａや角度６２ａを２０°以上とすることがさらに好ましい。また、角度６１ａや角度６２ａを４５°以下とすることがさらに好ましい。
噴射する空気や窒素等の気体の温度は１０℃以上であることが好ましい。また、噴射する空気や窒素等の気体の温度は３０℃以下であることが好ましい。また、噴射圧力は０．２ＭＰａ以上であることが好ましい。また、噴射圧力は１．０ＭＰａ以下であることが好ましい。
冷却開始位置から冷却停止位置（上部冷却流体排出ロール５１と下部冷却流体排出ロール５２の金属帯１に対する接触位置）までの距離である冷却長ｂ（ｍｍ）は、搬送速度ｖ（ｍｍ／ｓ）、金属帯１の厚みｔ（ｍｍ）、冷却開始温度Ｔ１（℃）、目標とする冷却停止温度Ｔ２（℃）、金属帯１の冷却速度ＣＶ（℃／ｓ）に基づいて設定することが好ましい。
ちなみに、冷却開始温度Ｔ１（℃）は、冷却開始位置での金属帯１の温度であり、冷却停止温度Ｔ２（℃）は、冷却停止位置での金属帯１の温度である。
ここで、上記の値の間には、下記（１）式の関係が成立するので、距離ｂ（ｍｍ）は下記（２）式で表される。
ＣＶ＝（Ｔ１－Ｔ２）／（ｂ／ｖ） ・・・（１）
ｂ＝（Ｔ１－Ｔ２）ｖ／ＣＶ ・・・（２）
なお、冷却速度ＣＶは、冷却条件（ノズル形状、噴射される冷却流体の種類（ここでは、水２１１と水２２２）・温度、噴射量など）に応じて定まる定数α（℃・ｍｍ／ｓ）と、金属帯１の厚みｔとを用いて、下記（３）式で表すことができる。
ＣＶ＝α／ｔ ・・・（３）
例えば、厚みｔ＝１～２ｍｍの金属帯１では、下記（４）式で表され、中間値をとれば、下記（５）式で表される。
ＣＶ＝１０００／ｔ～２０００／ｔ（℃／ｓ） ・・・（４）
ＣＶ＝１５００／ｔ（℃／ｓ） ・・・（５）
すなわち、この場合は、αは下記（６）式または（７）式ということになる。
α＝１０００～２０００（℃・ｍｍ／ｓ） ・・・（６）
α＝１５００（℃・ｍｍ／ｓ） ・・・（７）
このことから、上記（２）式は下記（８）式で表すことができる。
ｂ＝（Ｔ１－Ｔ２）ｖｔ／α ・・・（８）
なお、冷却速度ＣＶ（℃／ｓ）やα（℃・ｍｍ／ｓ）については、事前に、実験や数値解析等によって求めておき、データベース化や計算式化しておけばよい。
そして、上記の実施形態は、金属帯製品（製品として出荷される金属帯）の製造に適用することができ、高強度冷延鋼帯や溶融亜鉛鍍金鋼帯といった鋼帯の製造に適用することが特に好ましい。
より具体的には、引張強度が５８０ＭＰａ以上である鋼帯の製造に適用することが好ましい。引張強度の上限は特に制限されないが、一例として１６００ＭＰａ以下であればよい。
高強度冷延鋼帯や溶融亜鉛鍍金鋼帯の組成の具体例として、質量％で、Ｃが０．０４％以上０．２５％以下、Ｓｉが０．０１％以上２．５０％以下、Ｍｎが０．８０％以上３．７０％以下、Ｐが０．００１％以上０．０９０％以下、Ｓが０．０００１％以上０．００５０％以下、ｓｏｌ．Ａｌが０．００５％以上０．０６５％以下、必要に応じて、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＴｉの少なくとも１種以上がそれぞれ０．５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成が挙げられる。この組成では、さらに必要に応じて、Ｂ、Ｓｂがそれぞれ０．０１％以下を含有してもよい。
また、高強度冷延鋼帯や溶融亜鉛鍍金鋼帯だけでなく、電気亜鉛鍍金鋼帯、合金化溶融亜鉛鍍金鋼帯の製造に適用することも同じように好ましい。
このようにして、この実施形態においては、金属帯１の製造条件（例えば、搬送速度ｖ）によらず常に、急冷後の金属帯１の温度を制御することが可能となる。
なお、上記の実施形態では、鋼帯を水で急冷する場合を念頭において述べたが、本発明は、鋼帯以外の金属帯全般の冷却に適用することができ、また、水以外の冷媒を用いた急冷にも適用することができる。
本発明の実施例を述べる。
本発明例として、図１の本発明の実施形態に係る急冷装置を用いた。
このとき、角度２１ａは３０°、角度２２ａは４０°、角度４１ａは３０°、角度４２ａは４０°、角度６１ａは３０°、角度６２ａは３０°とした。また、噴射する気体として空気の温度は２０℃、噴射圧力は０．６ＭＰａとした。またロール径は２００ｍｍ、ニップ圧は１０ｋｇ／ｃｍとした。
上記の装置を用いて、厚みｔが１．０ｍｍ、幅が１０００ｍｍである引張強さ１４７０ＭＰａ級の高強度溶融亜鉛鍍金鋼帯を製造した。搬送速度ｖを５００～３０００ｍｍ／ｓ、冷却開始温度Ｔ１を４００℃、目標とする冷却停止温度Ｔ２を１００℃とした。水温は３０℃で、冷却速度α／ｔについては、事前測定と上記（５）式に基づいて１５００／ｔ（℃／ｓ）と設定した。
なお、冷却開始位置から冷却停止位置までの冷却長ｂ（ｍｍ）は、上記（８）式に基づいてｂ＝１００～６００ｍｍで制御した。
これに対して、比較例１として、特許文献１に示した冷却装置を用い、その他の条件は、本発明例と同じにして、上記の高強度溶融亜鉛鍍金鋼帯を製造した。
また、比較例２として、特許文献２に示した冷却装置を用い、その他の条件は、本発明例と同じにして、上記の高強度溶融亜鉛鍍金鋼帯を製造した。
また、比較例３として、特許文献４に示した冷却装置を用い、その他の条件は、本発明例と同じにして、上記の高強度溶融亜鉛鍍金鋼帯を製造した。
また、比較例４として、特許文献６に示した冷却装置を用い、その他の条件は、本発明例と同じにして、上記の高強度溶融亜鉛鍍金鋼帯を製造した。
そして、それぞれの場合（本発明例、比較例１～４）について、搬送速度ｖ（ｍｍ／ｓ）と冷却停止温度Ｔ２（℃）との関係を調査した。
本発明例の結果を図２に示し、比較例１の結果を図３、比較例２の結果を図４、比較例３の結果を図５、比較例４の結果を図６に示す。
まず、比較例１と比較例４では、図３と図６に示すように、搬送速度ｖ（ｍｍ／ｓ）によらず、冷却停止温度Ｔ２（℃）は全て水温（３０℃）とほぼ同一となり、目標とする冷却停止温度Ｔ２に制御することができなかった。
具体的には、比較例１では、本発明例とは異なり、鋼帯の冷却時、鋼帯を水槽内に浸漬していた。そのため、急冷後の鋼帯の温度が水温と同一となり、冷却停止温度Ｔ２を制御することができなかった。
また、比較例４では、本発明例とは異なり、鋼帯の上方の位置に水噴射装置と空気噴射装置を配設し、水切り水により鋼帯上面の滞留水を排出する手法を採用した。そのため、滞留水を排出するために高圧の水を噴射する必要があり、水切り水によって鋼帯の温度が水温まで冷却されてしまい、冷却停止温度Ｔ２を制御することができなかった。
また、比較例２と比較例３では、図４と図５に示すように、搬送速度ｖ（ｍｍ／ｓ）によって、冷却停止温度Ｔ２（℃）は大きく変化し、制御することはできなかった。
具体的には、比較例２では、本発明例とは異なり、鋼帯が下方から上方へ移動する縦パス中で、急速冷却後に急速加熱を行うことで、冷却停止温度を一定に保持する手法を採用した。そのため、重力の影響によって冷却装置下方のロールから漏水が発生し、冷却開始位置や冷却停止温度Ｔ２を制御することができなかった。
また、比較例３では、本発明例とは異なり、冷却流体排出ロールを使用せずに気体ノズルのみを用いて滞留水を排出しようとした。そのため、冷却開始位置を制御しきれず、また、滞留水を排出しきれずに冷却停止温度Ｔ２を制御することができなかった。
一方、本発明例では、図２に示すように、搬送速度ｖ（ｍｍ／ｓ）という鋼帯の製造条件によらず、冷却停止温度Ｔ２（℃）は１００±５℃の範囲で全て制御可能であった。
これによって、本発明の有効性が確認された。
１ 金属帯
１１ 金属帯急冷装置
２１ 上部冷却流体噴出ノズル（冷却流体噴射装置）
２１１ 上部冷却流体噴出ノズルから噴射された冷却流体
２２ 下部冷却流体噴出ノズル（冷却流体噴射装置）
２２２ 下部冷却流体噴出ノズルから噴射された冷却流体
２１ａ 上部冷却流体噴出ノズルの軸線方向（冷却流体の噴出方向）と金属帯とのなす角度のうち、鋭角となる角度
２２ａ 下部冷却流体噴出ノズルの軸線方向（冷却流体の噴出方向）と金属帯とのなす角度のうち、鋭角となる角度
３１ 上部可動マスキング（可動マスキング）
３２ 下部可動マスキング（可動マスキング）
４１ 入側上部気体噴出ノズル（気体噴出ノズル）
４１１ 入側上部気体噴出ノズルから噴射された気体
４２ 入側下部気体噴出ノズル（気体噴出ノズル）
４２２ 入側下部気体噴出ノズルから噴射された気体
４１ａ 入側上部気体噴出ノズルの軸線方向（気体の噴出方向）と金属帯とのなす角度のうち、鋭角となる角度
４２ａ 入側下部空気噴出ノズルの軸線方向（気体の噴出方向）と金属帯とのなす角度のうち、鋭角となる角度
５１ 上部冷却流体排出ロール（冷却流体排出ロール）
５２ 下部冷却流体排出ロール（冷却流体排出ロール）
６１ 出側上部気体噴出ノズル（気体噴出ノズル）
６１１ 出側上部気体噴出ノズルから噴射された気体
６２ 出側下部気体噴出ノズル（気体噴出ノズル）
６２２ 出側下部気体噴出ノズルから噴射された気体
６１ａ 出側上部気体噴出ノズルの軸線方向（気体の噴出方向）と金属帯とのなす角度のうち、鋭角となる角度
６２ａ 出側下部気体噴出ノズルの軸線方向（気体の噴出方向）と金属帯とのなす角度のうち、鋭角となる角度
ｂ 冷却長（金属帯の冷却開始位置から冷却流体排出ロールまでの距離）

Claims (10)

  1. 金属帯を水平方向に搬送しながら冷却する急冷装置であって、
    前記金属帯の両面側から前記金属帯に冷却流体を噴射する１組または水平方向に配列した複数組のノズルを備えた冷却流体噴射装置と、
    前記冷却流体が噴射された前記金属帯上の滞留流体を排出する冷却流体排出ロールと、
    前記ノズルと前記金属帯が通過する金属帯搬送ラインとの間かつ前記金属帯搬送ラインの両面側に設けられ、水平方向に移動することで前記冷却流体による前記金属帯の冷却開始位置を調整して、該冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離を制御する可動マスキングと
    を備え、
    前記可動マスキングが前記金属帯に気体を噴射する気体噴出ノズルを有し、
    前記冷却開始位置が、噴射された前記気体が前記金属帯に衝突する位置である噴流衝突位置であり、
    前記冷却流体を噴射する１組または水平方向に配列した複数組のノズルの噴射方向が金属帯の進行方向に向かって斜めである金属帯急冷装置。
  2. 前記冷却流体排出ロールの出側に気体噴出ノズルを備えている請求項１に記載の金属帯急冷装置。
  3. 前記冷却流体を噴射する前記ノズルの軸線方向と前記金属帯のなす角度が１０°以上６０°以下である請求項１または２に記載の金属帯急冷装置。
  4. 連続的に水平方向に搬送する金属帯の両面に１組または水平方向に配列した複数組のノズルから冷却流体を噴射することで冷却する急冷方法であって、冷却流体排出ロールによって前記金属帯上の滞留流体を排出しつつ、水平方向に移動可能な可動マスキングによって前記冷却流体による前記金属帯の冷却開始位置を調整して、該冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離を制御し、
    前記可動マスキングが前記金属帯に気体を噴射する気体噴出ノズルを有し、
    前記冷却開始位置が、噴射された前記気体が前記金属帯に衝突する位置である噴流衝突位置であり、
    前記冷却流体を噴射する１組または水平方向に配列した複数組のノズルの噴射方向が金属帯の進行方向に向かって斜めである金属帯急冷方法。
  5. 前記金属帯の冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離を、前記金属帯の搬送速度、冷却開始温度、目標とする冷却停止温度、前記金属帯の冷却速度に基づいて設定する請求項４に記載の金属帯急冷方法。
  6. 前記金属帯の搬送速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、冷却開始温度をＴ１（℃）、目標とする冷却停止温度をＴ２（℃）、前記金属帯の冷却速度をＣＶ（℃／ｓ）として、前記金属帯の冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離ｂ（ｍｍ）を下式で表す請求項５に記載の金属帯急冷方法。
    ｂ＝（Ｔ１－Ｔ２）ｖ／ＣＶ
  7. 前記金属帯の冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離を、前記金属帯の搬送速度、冷却開始温度、目標とする冷却停止温度、冷却条件、前記金属帯の厚みに基づいて設定する請求項４に記載の金属帯急冷方法。
  8. 前記金属帯の搬送速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、冷却開始温度をＴ１（℃）、目標とする冷却停止温度をＴ２（℃）とし、冷却条件により定まる定数α（℃・ｍｍ／ｓ）と、前記金属帯の厚みｔ（ｍｍ）を用いて、前記金属帯の冷却開始位置から前記冷却流体排出ロールまでの距離ｂ（ｍｍ）を下式で表す請求項７に記載の金属帯急冷方法。
    ｂ＝（Ｔ１－Ｔ２）ｖｔ／α
  9. 金属帯製品を製造する際に、請求項４～８のいずれかに記載の急冷方法を用いて急冷を行う金属帯製品の製造方法。
  10. 前記金属帯製品は、高強度冷延鋼帯、溶融亜鉛鍍金鋼帯、電気亜鉛鍍金鋼帯、合金化溶融亜鉛鍍金鋼帯のいずれかである請求項９に記載の金属帯製品の製造方法。
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