JP7128163B2

JP7128163B2 - 厚鋼板冷却方法

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Publication number: JP7128163B2
Application number: JP2019159691A
Authority: JP
Inventors: 崇広小原; 正宜小林
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2022-08-30
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Description

本発明は、厚鋼板冷却方法に関する。

鋼板の製造において、焼き入れ効果等を得るために熱間圧延された厚鋼板を冷却水によって急速に冷却することがある。この際、冷却水は搬送状態の厚鋼板に１又は複数の冷却ヘッダーから散水される。

焼き入れ等により厚鋼板に所望の物性を均質的に付与するためには、厚鋼板を所望の温度まで過不足なく均一に冷却することが望まれる。しかし、厚鋼板表面に散水した冷却水は厚鋼板中央側から外側に向かって厚鋼板の表面を流れるため、厚鋼板の中央と端部とでは冷却水の流速が異なる。そこで、厚鋼板の幅方向に沿って表面の温度分布を予測し、制御装置が、水切りヘッダーの使用の有無や、厚鋼板の搬送方向に対して複数ある水切りヘッダーの位置（以下、単に「搬送方向位置」ともいう）の違い、いわゆる水切りパターンを選択する方法が提案されている（特開２０１６－１５９３５３号公報参照）。

上記従来の厚鋼板冷却方法では、冷却ヘッダーの上流側で厚鋼板の幅方向の温度分布を測定し、冷却開始から終了までの厚鋼板の幅方向表面の温度分布を予測する。この予測結果に基づき制御装置が温度偏差を小さくするよう水切りパターンを選択する。

上記従来の厚鋼板冷却方法では、厚鋼板の幅方向の温度偏差を小さくすることができる。一方、厚鋼板は搬送方向においても冷却時に温度偏差が生じ、特に端部での冷却が早い傾向にあるが、上記従来の厚鋼板冷却方法では、搬送方向の温度偏差は考慮されない。

特開２０１６－１５９３５３号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、厚鋼板の搬送方向の温度偏差を抑制できる厚鋼板冷却方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、熱間圧延後の厚鋼板の搬送方向に列設され、搬送方向と垂直な幅方向に分布を有する水量密度で散水できる複数の冷却ヘッダーと、これらの複数の冷却ヘッダー間、最初の冷却ヘッダーの上流側及び最後の冷却ヘッダーの下流側に配設され、厚鋼板の表面に幅方向に傾斜して噴水できる複数の水切りヘッダーとを備える冷却装置を用い、熱間圧延後の厚鋼板を冷却する方法であって、上記厚鋼板の物性及び上記冷却ヘッダーから散水される冷却水の温度に基づき、上記水切りヘッダーの使用本数、上記水切りヘッダーの散水量及び各水切りヘッダーの上記搬送方向位置の違いにより規定される水切りパターンの変更並びに上記冷却装置に投入される厚鋼板の温度の変化に対する冷却終了時の厚鋼板の温度感度を予測する工程と、上記冷却装置に投入される厚鋼板の冷却開始時の温度を厚鋼板の搬送方向に沿って測定する工程と、上記冷却開始温度測定工程で得られる冷却開始時の温度に基づいて冷却終了時の温度を予測する工程と、上記温度感度予測工程で得られる温度感度を用いて、上記冷却終了温度予測工程で得られる温度の搬送方向の偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択する工程とを備える。

当該厚鋼板冷却方法では、水切りパターンの変更及び冷却装置に投入される厚鋼板の温度の変化に対する冷却終了時の厚鋼板の温度感度を予め予測する。当該厚鋼板冷却方法では、この温度感度を用いて、厚鋼板の冷却開始時の温度に基づいて予測された冷却終了時の温度の搬送方向の温度の偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択するので、厚鋼板の搬送方向の温度偏差を抑制できる。

上記温度感度の基準となる水切りパターンにおける上記水切りヘッダーの散水量を、上記冷却ヘッダーの散水量、上記厚鋼板の搬送速度及び上記厚鋼板の幅に基づいて決定することが好ましい。上記厚鋼板の表面に滞留した冷却水を除去するのに必要な水切りヘッダーの散水量は、上記冷却ヘッダーの散水量、上記厚鋼板の搬送速度及び上記厚鋼板の幅に依存する。このため、上記温度感度の基準となる水切りパターンにおける上記水切りヘッダーの散水量を、上記冷却ヘッダーの散水量、上記厚鋼板の搬送速度及び上記厚鋼板の幅に基づいて決定することで、精度の高い制御を行うことができる。なお、「温度感度の基準となる水切りパターン」とは、温度感度が０となるパターンとして予め設定した水切りパターンを意味する。

上記温度感度が、上記厚鋼板の温度の変化及び上記水切りヘッダーの水切りパターンの変更に対するルックアップテーブル形式で格納されているとよい。例えば水切りヘッダーの使用本数は離散値であり、水切りパターンの組合せは有限である。また、制御すべき厚鋼板の温度変化の範囲も経験的に既知であることが多い。このような場合においては、水切りパターン選択工程で演算量が少なく、制御値が容易に決定できるルックアップテーブル形式を用いることで、制御効率を高めることができる。

上記温度感度の基準となる水切りパターンを、上記水切りヘッダーを全数使用した場合とすることが好ましい。厚鋼板の冷却では、通常水切りヘッダーを全数使用し、冷却開始時の温度が低下した際に水切りヘッダーの使用本数を低減し、各水切りヘッダーの搬送方向位置を決定する制御が行われる。このため、通常状態である水切りヘッダーを全数使用した場合を基準とすることで、精度の高い制御を行うことができる。

以上説明したように、本発明の厚鋼板冷却方法を用いることで、厚鋼板の搬送方向の温度偏差を抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る厚鋼板冷却方法を示すフロー図である。図２は、図１の厚鋼板冷却方法で用いる厚鋼板加工設備の構成を示す模式図である。図３は、図２の厚鋼板冷却装置の構成を示す模式図である。図４は、図３の厚鋼板冷却装置の冷却ヘッダーの構成を下方から見た状態を示す模式的断面図である。図５は、図１の温度感度予測工程の詳細な手順を示すフロー図である。図６は、図１の温度感度予測工程における冷却ヘッダーの散水量と水切りヘッダーに必要とされる散水量との関係を示すグラフである。図７は、比較例における厚鋼板の搬送方向の温度偏差を示すグラフである。図８は、実施例における厚鋼板の搬送方向の温度偏差を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について適宜図面を参照しつつ詳説する。

当該厚鋼板冷却方法は、図１に示すように温度感度予測工程Ｓ１と、冷却開始温度測定工程Ｓ２と、冷却終了温度予測工程Ｓ３と、水切りパターン選択工程Ｓ４とを備える。

［厚鋼板冷却装置］
まず、当該厚鋼板冷却方法で用いる厚鋼板加工設備及び厚鋼板冷却装置について、適宜図面を参照しつつ説明する。

＜厚鋼板加工設備＞
図２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を冷却する厚鋼板冷却装置４と、冷却された厚鋼板Ｐの歪みを矯正し平坦化するレベラー５とを備える。

加熱炉１、粗圧延機２、仕上圧延機３及びレベラー５については、それぞれ公知の構成とすることができるので、詳細な説明は省略する。

＜厚鋼板冷却装置＞
厚鋼板冷却装置４は、熱間圧延後の厚鋼板Ｐを搬送しつつ厚鋼板Ｐの表面（上面）及び裏面（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終了温度まで急速に冷却される。冷却終了温度としては、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。

厚鋼板冷却装置４は、図３に示すように、搬送装置１０、温度測定装置２０、複数の表面冷却ヘッダー３０、複数の水切りヘッダー４０、複数の裏面冷却ヘッダー５０及び制御装置６０を備える。

（搬送装置）
搬送装置１０は、厚鋼板Ｐを搬送する。この搬送装置１０は、例えば図３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）
温度測定装置２０は、搬送装置１０により搬送される厚鋼板Ｐの温度を測定する。この温度測定装置２０は、表面冷却ヘッダー３０の上流側で厚鋼板Ｐ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。

温度測定装置２０が測定する厚鋼板Ｐ表面の測定位置としては、特に限定されないが、厚鋼板Ｐの幅方向（搬送方向と垂直な平面方向）の中央部が好ましく、例えば厚鋼板Ｐの中心軸から幅方向の距離が厚鋼板Ｐの全幅の１０％以内の位置とすることが好ましい。

（表面冷却ヘッダー）
表面冷却ヘッダー３０は、熱間圧延後の厚鋼板Ｐの搬送方向に列設され、それぞれ搬送方向と垂直な幅方向に分布を有する水量密度で厚鋼板Ｐの表面に冷却水を散水できるよう構成される。

表面冷却ヘッダー３０は、図４に示すように、厚鋼板Ｐの幅方向（図中左右方向）に長い直方体状であり、底面に開口する複数の吐出口３１と、内部空間を幅方向に３つに区分する２枚の隔壁３２とを備える。これにより、表面冷却ヘッダー３０の内部空間は、２枚の隔壁３２の内側の中央領域３３と２枚の隔壁３２の外側の２つの端部領域３４とに区分される。また、２枚の隔壁３２は内部空間の中心軸に対して対称、かつ幅方向に対して傾斜し、中央領域３３が搬送方向上流側に向けて広がるように配設されている。この表面冷却ヘッダー３０に対して、厚鋼板Ｐは、図中の矢印Ｄ方向に搬送される。

また、表面冷却ヘッダー３０は、中央領域３３に冷却水を供給する中央給水流路３５及び２つの端部領域３４に冷却水をそれぞれ給水する一対の端部給水流路３６を有する。中央給水流路３５には、主調整弁３７を介して冷却水が供給される。一方、端部給水流路３６には、中央給水流路３５から分岐する分岐流路３８に設けた分岐調整弁３９を介して、中央給水流路３５から冷却水が供給されるようになっている。

（水切りヘッダー）
水切りヘッダー４０は、複数の表面冷却ヘッダー３０の間、最初の表面冷却ヘッダー３０の上流側及び最後の表面冷却ヘッダー３０の下流側にそれぞれ配設され、厚鋼板Ｐの表面に幅方向に傾斜して噴水することにより、厚鋼板Ｐの表面に滞留する冷却水を幅方向に押し流して除去する。

水切りヘッダー４０の具体的な構成としては、厚鋼板Ｐの幅方向略中央の上方に配設され、幅方向一方側に傾斜して厚鋼板Ｐの表面に冷却水を噴射する第１のノズルと、この第１のノズルの搬送方向後方に並んで配設され、幅方向他方側に傾斜して厚鋼板Ｐの表面に冷却水を噴射する第２のノズルとを備える構成とすることができる。

（裏面冷却ヘッダー）
裏面冷却ヘッダー５０は、図３に示すように厚鋼板Ｐを挟んで表面冷却ヘッダー３０に対向するよう配設され、厚鋼板Ｐの裏面に均等な水量密度で冷却水を散水する。

裏面冷却ヘッダー５０は、厚鋼板Ｐの裏面に一様に冷却水を散水する多数のノズルにより構成される。この裏面冷却ヘッダー５０による散水量は、位置にかかわらず一定とされる。

（制御装置）
制御装置６０は、厚鋼板冷却装置４の動作を制御する。例えば制御装置６０は、厚鋼板Ｐの物性と冷却ヘッダー（表面冷却ヘッダー３０及び裏面冷却ヘッダー５０）から散水される冷却水の温度とに基づき、水切りヘッダー４０の使用本数、水切りヘッダー４０の散水量及び各水切りヘッダー４０の上記搬送方向位置の違いにより規定される水切りパターンの変更並びに厚鋼板冷却装置４に投入される厚鋼板Ｐの温度の変化に対する冷却終了時の厚鋼板Ｐの温度感度を予測する温度感度予測部と、温度測定装置２０により測定される厚鋼板Ｐの冷却開始時の温度（以下、単に「冷却開始温度」ともいう）に基づいて冷却終了時の温度（以下、単に「冷却終了温度」ともいう）を予測する冷却終了温度予測部と、上記温度感度予測部で得られる温度感度を用いて、上記冷却終了温度予測部で得られる温度の搬送方向の温度分布の偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択する水切りパターン選択部とを有する。

制御装置６０は、例えばマイクロコンピューターを有するパーソナルコンピューター、プログラマブルロジックコントローラー等からなり、例えばプログラムモジュール又はパートプログラムを含む制御プログラムに従って、温度感度予測処理、冷却終了温度予測処理及び水切りパターン選択処理を実行する。

［厚鋼板冷却方法］
以下、厚鋼板冷却方法の各工程について説明する。

＜温度感度予測工程＞
温度感度予測工程Ｓ１では、厚鋼板Ｐの物性と表面冷却ヘッダー３０及び裏面冷却ヘッダー５０から散水される冷却水の温度とに基づき、水切りパターンの変更並びに厚鋼板冷却装置４に投入される厚鋼板Ｐの温度の変化に対する冷却終了時の厚鋼板Ｐの温度感度を予測する。上記水切りパターンは、水切りヘッダー４０の使用本数、水切りヘッダー４０の散水量及び各水切りヘッダー４０の搬送方向位置の違い（使用する又は使用しない水切りヘッダー４０の搬送方向における配置パターンの違い）により規定される。「厚鋼板冷却装置に投入される厚鋼板の温度」とは、厚鋼板冷却装置による厚鋼板の冷却開始以前の温度をいう。温度感度予測工程Ｓ１は、例えば図５に示すように初期条件設定工程Ｓ１１と、初期温度予測工程Ｓ１２と、温度感度算出工程Ｓ１３とを備える。

この温度感度予測工程Ｓ１は、厚鋼板冷却装置４の制御装置６０を用いて行ってもよいが、制御装置６０とは別のマイクロコンピューター等により行ってもよい。以下、厚鋼板冷却装置４の制御装置６０を用いて行う場合を例に説明する。

（初期条件設定工程）
初期条件設定工程Ｓ１１では、厚鋼板冷却装置４への投入時において想定される厚鋼板Ｐの温度（例えば厚鋼板Ｐの想定される冷却開始温度）、目標とする冷却終了温度、目標とする冷却速度、冷却水の水温、厚鋼板Ｐの物性、搬送装置１０の搬送速度などの初期条件を設定する。厚鋼板Ｐの上記物性としては、例えば厚鋼板Ｐの板厚、幅方向の長さ、比熱、熱伝導率、変態発熱量等が挙げられる。

このような初期条件は、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読み込むことや、外部の制御装置との通信によって制御装置６０に設定することができる。

（初期温度予測工程）
初期温度予測工程Ｓ１２では、厚鋼板Ｐの物性、並びに表面冷却ヘッダー３０及び裏面冷却ヘッダー５０から散水される冷却水の温度を含む初期条件設定工程Ｓ１１で設定した初期条件に基づき、厚鋼板Ｐの温度感度の基準とする水切りパターンに対して、冷却開始から終了までの厚鋼板Ｐの温度予測計算を行う。

上記温度感度の基準となる水切りパターンは、水切りヘッダー４０を全数使用した場合とすることが好ましい。厚鋼板Ｐの冷却では、通常は水切りヘッダー４０を全数使用し、冷却開始温度が低下した際に水切りヘッダー４０の使用本数を低減し、各水切りヘッダー４０の搬送方向位置を決定する制御が行われる。このため、通常状態である水切りヘッダー４０を全数使用した場合を基準とすることで、精度の高い制御を行うことができる。

上記温度感度の基準となる水切りパターンにおける水切りヘッダー４０の散水量は、冷却ヘッダー（表面冷却ヘッダー３０）の散水量、厚鋼板Ｐの搬送速度、並びに厚鋼板Ｐの幅に基づいて決定することが好ましい。厚鋼板Ｐの表面に滞留した冷却水を除去するのに必要な水切りヘッダー４０の散水量は、表面冷却ヘッダー３０の散水量、厚鋼板Ｐの搬送速度及び厚鋼板Ｐの幅に依存する。例えば、表面冷却ヘッダー３０の散水量が増加し、厚鋼板Ｐの搬送速度が低下し、又は厚鋼板Ｐの幅が増加すると、厚鋼板Ｐの表面に滞留した冷却水を除去するために必要とされる水切りヘッダー４０の散水量は増加する。このため、上記温度感度の基準となる水切りパターンにおける水切りヘッダー４０の散水量を、表面冷却ヘッダー３０の散水量、厚鋼板Ｐの搬送速度及び厚鋼板Ｐの幅に基づいて決定することで、精度の高い制御を行うことができる。

温度予測は、初期条件設定工程Ｓ１１で設定された初期条件から決まる熱伝達係数を用いて公知の一次元熱伝導方程式を解くことで行える。なお、温度予測を行う厚鋼板Ｐの幅方向の位置は、温度測定装置２０により温度測定を行う位置とされる。この温度予測は、制御装置６０に予め組み込まれたプログラムを実行することにより実行できる。

（温度感度算出工程）
温度感度算出工程Ｓ１３では、厚鋼板冷却装置４に投入される厚鋼板Ｐの温度（例えば初期温度予測工程Ｓ１２における冷却開始温度）及び水切りパターンを変えて厚鋼板Ｐの冷却終了温度を算出し、この冷却終了温度の、初期温度予測工程Ｓ１２で予測した冷却開始温度及び基準となる水切りパターンに基づいて予測される冷却終了温度に対する差（温度感度）を算出する。温度感度算出工程Ｓ１３における冷却終了温度は、初期温度予測工程Ｓ１２と同様、熱伝達係数を用いた公知の一次元熱伝導方程式によって算出することができる。

冷却開始温度を変化させる際の温度設定としては、初期温度予測工程Ｓ１２の冷却開始温度に加えて、これより高い温度と低い温度とで各１点ずつ合計３点とすることが好ましい。高温側と低温側との温度設定を設けることで、水切りパターン選択工程Ｓ４で精度よく水切りパターンを選択することができるようになる。上記温度設定を高い温度側と低い温度側とでそれぞれ２点以上とすることもできるが、精度向上効果に対して計算量が増大し過ぎるおそれがある。

また、初期温度予測工程Ｓ１２の冷却開始温度と温度感度算出工程Ｓ１３で設定する温度との最大差としては、３０℃以上１００℃以下が好ましい。上記最大差が上記下限未満であると、算出される感度の計算誤差が大きくなり過ぎるおそれがある。逆に、上記最大差が上記上限を超えると、算出した感度に、初期温度予測工程Ｓ１２の冷却開始温度近傍の感度が反映されず、水切りパターン選択工程Ｓ４で適切な水切りパターンを選択できないおそれがある。

上述のように水切りパターンは、水切りヘッダー４０の使用本数、水切りヘッダー４０の散水量及び各水切りヘッダー４０の搬送方向位置の違いにより規定される。なお、「各水切りヘッダー４０の搬送方向位置の違い」について、例えば図３の厚鋼板冷却装置４（水切りヘッダー４０の総数は５本）で、４本の水切りヘッダー４０を使用する場合、使用しない水切りヘッダー４０の位置により５つの異なる水切りパターンが存在する。一方、水切りヘッダー４０の使用本数が全数である場合は、各水切りヘッダー４０の搬送方向位置の違いは生じない。同様に水切りヘッダー４０の使用本数が０である場合も、各水切りヘッダー４０の搬送方向位置の違いは生じないが、通常水切りヘッダー４０が全く使用されないことはない。

水切りパターンを変更する際の水切りパターンの選択は、厚鋼板Ｐが厚鋼板冷却装置４に投入された時に適用される水切りパターンを含む限り特に限定されないが、水切りヘッダー４０の使用本数を変更することが好ましい。また、水切りヘッダー４０の使用本数は、２本以上全数以下とすることが好ましい。使用本数が２本未満であると、厚鋼板Ｐを安定して冷却できないおそれがある。

また、水切りパターンの選択には、初期温度予測工程Ｓ１２で基準とした水切りパターンを含めることが好ましい。このように水切りパターンの選択に基準の水切りパターンを含めることで、温度のみを変化させた場合の感度が算出される。これにより水切りパターン選択工程Ｓ４で適切な水切りパターンを選択し易くすることができる。

水切りヘッダー４０の使用本数が全数ではない場合、同じ水切りヘッダー４０の使用本数に対して各水切りヘッダー４０の搬送方向位置が違う水切りパターンが存在する。この場合、考えられる全ての組合せを選択してもよいが、その一部の組合せを選択してもよく、水切りヘッダー４０の使用本数に応じて１パターンのみを選択してもよい。水切りヘッダー４０の使用本数が２以上であり、かつ一部の組合せを選択する場合、厚鋼板Ｐの冷却安定性から、少なくとも最初の表面冷却ヘッダー３０の上流側及び最後の表面冷却ヘッダー３０の下流側に配設される水切りヘッダー４０は使用されることが好ましい。また、使用しない水切りヘッダー４０としては、下流側に位置するものが選択されることが好ましい。当該厚鋼板冷却方法では、冷却開始時の温度に基づいて冷却終了時の温度を予測して水切りパターンの制御を行うため、温度測定から実際に制御が行われるまでに、一定の遅延が生じる。このため、温度測定された厚鋼板Ｐの測定部分が到達するまでに一定の時間を要する下流側の水切りヘッダー４０の使用、不使用を切り換えることで、この制御遅延を吸収でき、より最適な温度制御を行うことができる。

図３の厚鋼板冷却装置４を用い、水切りヘッダー４０を全数使用した場合を基準とする際の具体的な水切りパターンの選択例を表１に示す。表１で、Ｎｏ．１～５は、水切りヘッダー４０の位置を示し、数字が小さいほど上流側に位置することを意味する。また、表中の「黒丸」は、該当する水切りヘッダー４０を使用することを意味し、「白丸」は、該当する水切りヘッダー４０を使用しないことを意味する。この例では、使用本数を２～５本とし、各使用本数に対して各水切りヘッダー４０の搬送方向位置を１つ選択している。また、基準である水切りパターンを含めている。

当該厚鋼板冷却方法は、上記水切りパターンを規定する要素として、水切りヘッダー４０の散水量を含む。この水切りヘッダー４０の散水量としては、厚鋼板Ｐの表面に滞留した冷却水を完全に除去できる量が選択される。上述のように、厚鋼板Ｐの表面に滞留した冷却水を完全に除去するのに必要とされる水切りヘッダー４０の散水量は、表面冷却ヘッダー３０の散水量、厚鋼板Ｐの搬送速度及び厚鋼板Ｐの幅によって変化する。以下では、図６を参照して、厚鋼板Ｐの搬送速度及び厚鋼板Ｐの幅を所与のものとしたうえ、表面冷却ヘッダーの散水量［ｍ^３／ｈｒ／ヘッダー］との関係における水切りヘッダーの散水量（元圧［ＭＰａ］）の決定手順の一例について説明する。

図６に示すように、表面冷却ヘッダー３０の散水量がｂ_１［ｍ^３／ｈｒ／ヘッダー］以下の場合、厚鋼板Ｐの表面に滞留する冷却水の水量が比較的少ないことから、水切りヘッダー４０の散水量をａ_１［ＭＰａ］以上とすることで厚鋼板Ｐの表面に滞留した冷却水を完全に除去できる。そのため、表面冷却ヘッダー３０の散水量がｂ_１［ｍ^３／ｈｒ／ヘッダー］以下の場合であれば、水切りヘッダー４０の散水量として、ａ_１［ＭＰａ］以上の水量が選択される。一方、表面冷却ヘッダー３０の散水量がｂ_２［ｍ^３／ｈｒ／ヘッダー］（ｂ_２＞ｂ_１）以上である場合、厚鋼板Ｐの表面に滞留する冷却水の水量が多くなるため、厚鋼板Ｐの表面に滞留した冷却水を完全に除去するためには水切りヘッダー４０の散水量をａ_２［ＭＰａ］（ａ_２＞ａ_１）以上とすることを要する。そのため、表面冷却ヘッダー３０の散水量がｂ_１［ｍ^３／ｈｒ／ヘッダー］超の場合には、水切りヘッダー４０の散水量として、ａ_２［ＭＰａ］以上の水量が選択される。

当該厚鋼板冷却方法は、表面冷却ヘッダー３０の散水量、厚鋼板Ｐの搬送速度及び厚鋼板Ｐの幅を変更した試験により、最低限必要とされる水切りヘッダー４０の散水量のデータを予め制御装置６０に格納しておくことが好ましい。上記水切りパターンを変更する際の水切りヘッダー４０の散水量は、この最低限必要とされる散水量以上の値から選択することが好ましい。

水切りヘッダー４０の散水量を変更した場合における公知の一次元熱伝導方程式を用いた厚鋼板Ｐの冷却終了温度の算出手順の一例について説明する。まず、上記温度感度の基準となる水切りパターンにおける水切りヘッダー４０の散水量を決めておき、この散水量に対する能力式を規定しておく。この能力式としては、水切りヘッダー４０の散水量及び厚鋼板Ｐの温度を用いた公知の式を利用することができる。例えばこの能力式としては、水切りヘッダー４０の散水量として水切りヘッダー４０の水量密度をＷ［Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２］、厚鋼板Ｐの表面温度をＴ_ｓ［℃］、熱伝導率をα［ｋｃａｌ／ｈｒ／ｍ^２／℃］、ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３を定数とする下記式（１）を利用することができる。温度感度算出工程Ｓ１３における水切りヘッダー４０の散水量の変更時には、この能力式に基づいて厚鋼板Ｐの冷却終了温度を算出すればよい。また、当該厚鋼板冷却方法は、水切りヘッダー４０の散水量を変更した場合における厚鋼板Ｐのより精緻な冷却終了温度を求めるべく、予め行った試験結果に基づいて上記能力式内のパラメータを調整してもよい。

感度の算出数は、最大で厚鋼板冷却装置４に投入される厚鋼板Ｐの温度の設定数と、水切りパターンの設定数との積となり得るが、必要に応じて算出を省略してもよい。例えば、厚鋼板Ｐの温度として初期温度予測工程Ｓ１２の冷却開始温度、水切りパターンとして基準の水切りパターンを含む場合、この組合せは初期温度予測工程Ｓ１２と同条件であるので、算出を省略できる。

一例として、温度設定を初期温度予測工程Ｓ１２の冷却開始温度に対して－５０℃、０℃、＋５０℃の３通りとし、水切りパターンを表１の４通りとして感度を算出した例を表２に示す。表２で、温度設定が０℃、水切りパターンが基準である欄の「－」は、初期温度予測工程Ｓ１２と同条件であり０となることが分かっているので、算出を省略したことを意味する。

上述の温度感度予測工程Ｓ１では、このように温度感度が、厚鋼板Ｐの温度変化及び水切りヘッダー４０の水切りパターンの変更に対するルックアップテーブル形式で得ることができる。制御装置６０は、このルックアップテーブル形式のままで温度感度のデータを格納するとよい。このようにルックアップテーブル形式で格納することで、水切りパターン選択工程Ｓ４での演算量が少なく、制御値が容易に決定できるルックアップテーブル形式を用いることで、制御効率を高めることができる。

＜冷却開始温度測定工程＞
冷却開始温度測定工程Ｓ２では、厚鋼板冷却装置４に投入される厚鋼板Ｐの冷却開始時の温度を厚鋼板Ｐの搬送方向に沿って測定する。

具体的には、厚鋼板冷却装置４の温度測定装置２０により厚鋼板Ｐの表面温度を測定する。温度測定装置２０は、表面冷却ヘッダー３０の上流側で厚鋼板Ｐの温度を測定するので、厚鋼板Ｐの冷却開始時の温度が測定される。また、厚鋼板Ｐは、搬送装置１０により搬送されていくので、表面冷却ヘッダー３０の上流側で温度測定装置２０により例えば一定の時間間隔で定点測定することで、厚鋼板Ｐの搬送方向に沿って温度が測定される。

測定された温度は、制御装置６０へ送信される。

＜冷却終了温度予測工程＞
冷却終了温度予測工程Ｓ３では、冷却開始温度測定工程Ｓ２で得られる冷却開始時の温度に基づいて厚鋼板Ｐの冷却終了時の温度を予測する。

この冷却終了時の温度予測は、温度感度予測工程Ｓ１の初期条件設定工程Ｓ１１で制御装置６０に設定された初期条件と、冷却開始温度測定工程Ｓ２で制御装置６０に送信された測定温度に基づき、温度感度予測工程Ｓ１の初期温度予測工程Ｓ１２と同様にして算出することができる。この冷却終了温度予測工程Ｓ３は、冷却開始温度測定工程Ｓ２で温度測定が行われるごと（例えば一定時間間隔ごと）に行われる。

なお、温度感度予測工程Ｓ１を制御装置６０とは別のマイクロコンピューター等により行っている場合は、予め制御装置６０に初期条件を設定しておく必要があるが、この初期条件設定は、温度感度予測工程Ｓ１の初期条件設定工程Ｓ１１を制御装置６０に対して行えばよい。

＜水切りパターン選択工程＞
水切りパターン選択工程Ｓ４では、温度感度予測工程Ｓ１で得られる温度感度を用いて、冷却終了温度予測工程Ｓ３で得られる温度の搬送方向の偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択する。水切りパターン選択工程Ｓ４は、例えば１枚の厚鋼板Ｐを搬送方向において複数の異なる水切りパターン領域に区分する。

例えば、表２の温度感度を用い、温度感度予測工程Ｓ１の初期温度予測工程Ｓ１２で得られる冷却終了温度（目標冷却終了温度）に対する偏差を小さくするためには、表２を用いて、冷却終了温度予測工程Ｓ３で得られる目標冷却終了温度に近くなるように、水切りパターンを適宜選択することで、搬送方向の偏差を小さくできる。

この水切りパターンの選択は、冷却開始温度測定工程Ｓ２で温度測定装置２０により厚鋼板Ｐの冷却開始時の温度が測定され、冷却終了温度予測工程Ｓ３で厚鋼板Ｐの冷却終了時の温度が予測されるごとに、逐次行われる。

＜利点＞
当該厚鋼板冷却方法では、水切りパターンの変更及び厚鋼板冷却装置４に投入される厚鋼板Ｐの温度の変化に対する冷却終了時の厚鋼板Ｐの温度感度を予め予測する。当該厚鋼板冷却方法では、この温度感度を用いて、厚鋼板Ｐの冷却開始時の温度に基づいて予測された冷却終了時の温度の搬送方向の温度の偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択するので、厚鋼板Ｐの搬送方向の温度偏差を抑制できる。

［その他の実施形態］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、温度感度予測工程Ｓ１で一次元熱伝導方程式を解くことで温度感度予測する方法を説明したが、他の方法で温度感度を予測してもよい。例えば、各水切りパターンでの過去の実績に基づいて決定してもよい。あるいは、過去に一次元熱伝導方程式等により温度感度を予測済みである場合、その温度感度を制御装置により読み込み参照してもよい。

また、温度感度の格納形式は、ルックアップテーブル形式に限定されず、例えば水切りパターンごとに厚鋼板の温度変化に対する近似式を格納してもよい。

上記温度感度の基準となる水切りパターンにおける上記水切りヘッダーの散水量は、例えば上記厚鋼板の表面に滞留した冷却水を完全に除去可能な範囲で適宜設定可能であり、上記冷却ヘッダーの散水量、上記厚鋼板の搬送速度及び上記厚鋼板の幅に基づいて決定しなくてもよい。

当該厚鋼板冷却方法を用いることができる厚鋼板加工設備及び厚鋼板冷却装置は、上記実施形態に限定されない。例えば厚鋼板加工設備は、上述以外に他の装置を有してもよい。他の装置としては、粗圧延機の上流側に設けられるバーティカルエッジャー、厚鋼板冷却装置の上流側にさら設けられるレベラー等が挙げられる。例えば、厚鋼板冷却装置の表面冷却ヘッダーは、どのような構造であってもよい。また、表面冷却ヘッダーの数は、４つに限らず、１つでもよく、２つ、３つ又は５つ以上であってもよい。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［比較例］
図３に示す厚鋼板冷却装置を用い、厚鋼板を冷却し、冷却後の搬送方向の温度偏差を測定した。なお、厚鋼板には、板厚２０ｍｍ、板幅３０００ｍｍのものを用い、搬送速度は０．６７ｍ／秒とし、冷却開始温度を８００℃、冷却終了温度を５００℃とした。また、厚鋼板冷却装置としては、表面冷却ヘッダーの搬送方向の間隔が３ｍであるものを使用した。

厚鋼板冷却装置の単位冷却バンクあたりの合計水量は、８５１ｍ^３／ｈとし、水切りパターンには、表１の基準パターンを用いた。つまり、この比較例では水切りパターンの選択は行っていない。厚鋼板の搬送方向の温度偏差を図７に示す。

［実施例］
本発明の厚鋼板冷却方法を用いて水切りパターンの選択を行った以外は、比較例と同様にして厚鋼板の冷却を行った。水切りパターンには、表１に示す水切りパターンを用いた。水切りパターンにおける水切りヘッダーの散水量は、厚鋼板の表面に滞留した冷却水を完全に除去できる一定の水量とした。また、温度感度は表２に示すルックアップテーブル形式のものを用いた。厚鋼板の搬送方向の温度偏差を図８に示す。

［結果］
図７及び図８の結果から、水切りパターンの選択を行っていない比較例では、厚鋼板の搬送方向後方で、冷却終了温度が低下し温度偏差が大きくなっているのに対し、当該厚鋼板冷却方法を用いて水切りパターンの選択を行った実施例では、冷却終了温度の温度偏差が低く保たれていることが分かる。

１加熱炉
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
２０温度測定装置
３０表面冷却ヘッダー
３１吐出口
３２隔壁
３３中央領域
３４端部領域
３５中央給水流路
３６端部給水流路
３７主調整弁
３８分岐流路
３９分岐調整弁
４０水切りヘッダー
５０裏面冷却ヘッダー
６０制御装置
Ｐ厚鋼板

Claims

熱間圧延後の厚鋼板の搬送方向に列設され、搬送方向と垂直な幅方向に分布を有する水量密度で散水できる複数の冷却ヘッダーと、これらの複数の冷却ヘッダー間、最初の冷却ヘッダーの上流側及び最後の冷却ヘッダーの下流側に配設され、厚鋼板の表面に幅方向に傾斜して噴水できる複数の水切りヘッダーとを備える冷却装置を用い、熱間圧延後の厚鋼板を冷却する方法であって、
上記厚鋼板の物性及び上記冷却ヘッダーから散水される冷却水の温度に基づき、上記水切りヘッダーの使用本数、上記水切りヘッダーの散水量及び各水切りヘッダーの上記搬送方向位置の違いにより規定される水切りパターンの変更並びに上記冷却装置に投入される厚鋼板の温度の変化に対する冷却終了時の厚鋼板の温度感度を予測する工程と、
上記冷却装置に投入される厚鋼板の冷却開始時の温度を厚鋼板の搬送方向に沿って測定する工程と、
上記冷却開始温度測定工程で得られる冷却開始時の温度に基づいて冷却終了時の温度を予測する工程と、
上記温度感度予測工程で得られる温度感度を用いて、上記冷却終了温度予測工程で得られる温度の搬送方向の偏差が小さくなるよう水切りパターンを選択する工程と
を備える厚鋼板冷却方法。
上記温度感度の基準となる水切りパターンにおける上記水切りヘッダーの散水量を、上記冷却ヘッダーの散水量、上記厚鋼板の搬送速度及び上記厚鋼板の幅に基づいて決定する請求項１に記載の厚鋼板冷却方法。
上記温度感度が、上記厚鋼板の温度の変化及び上記水切りヘッダーの水切りパターンの変更に対するルックアップテーブル形式で格納されている請求項１又は請求項２に記載の厚鋼板冷却方法。
上記温度感度の基準となる水切りパターンを、上記水切りヘッダーを全数使用した場合とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の厚鋼板冷却方法。