JPH06269837A - 高温鋼板の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加速冷却において、コストをかけずに平坦不
良を防止する。 【構成】 冷却設備の最終段において、鋼板１０をノズ
ル４２ａ，４２ｂにより上面側および下面側から冷却す
る。上面側のノズル４２ａは、鋼板１０を板幅方向に均
一冷却する。下面側のノズル４２ｂは、板幅方向の流量
分布を任意に制御できる。ノズル４２ａ，４２ｂの入側
において、板幅方向温度計４１ａ，４１ｂにより測定し
た鋼板１０の上下面温度から板幅方向についての肉厚方
向平均温度を求め、その平均温度に基づいて下面側での
流量分布を制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧延を終えた高温鋼板
をライン内でそのまま水冷して高強度化、高靱性化等を
図る所謂加速冷却に用いられる冷却装置に関し、特に加
速冷却用冷却設備の最終段に設けられて鋼板を所定の冷
却停止温度に制御する冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年厚鋼板などの鋼板製造プロセスにお
いて、制御圧延をした鋼板をダイレクトに冷却して高強
度、高靱性の鋼板を得る加速冷却が広く行われるように
なってきている。すなわち、いままでは添加元素成分を
増加させることなどより行っていた高強度化、高靱性化
を制御圧延と加速冷却の組み合わせにより実現するもの
であり、添加元素を低減して製造コストを大幅に削減す
るばかりでなく、溶接性にも優れた鋼板を製造すること
が可能なため、加速冷却対象材は増加の一途をたどって
いる。

【０００３】このような加速冷却を導入すれば優れた品
質の鋼板をより安価に製造することが可能となるが、そ
の一方では最近の高品質化のニーズの高まりに伴って幾
つかの問題も生じてきている。その中の最も重要な問題
は以下に説明する平坦不良である。

【０００４】加速冷却においては、強制的に水を２００
〜９００℃の高温鋼板の表面に冷却ノズルより噴射する
ため、鋼板表面において対流沸騰熱伝達現象が発生す
る。この現象により空冷などに比べ数十〜数百倍の高冷
却速度が得られ、結晶組織が著しく微細化されるため、
前述のように高強度、高靱性を有する鋼板を製造するこ
とができる。

【０００５】しかし、この対流沸騰熱伝達現象において
は、鋼板温度が低温になるほど熱伝達効率が急増する傾
向があるために、冷却されればされるほど冷却加速が増
加してしまい、現象そのものが非常に不安定となる。こ
のため鋼板全体にわたり冷却速度を均一に制御すること
が非常に困難であり、さまざまな外乱により冷却終了後
の鋼板上の温度分布に大きなむらを発生させている。こ
の外乱の主なのもとしては、冷却開始前の温度むらや、
鋼板の圧延時に発生した変形あるいは酸化膜（スケー
ル）などの鋼板表面性状の不均一がある。

【０００６】このような温度むらは、最終的な機械値特
性のばらつきを発生させるばかりでなく、ある限界の温
度差を超えた場合には、常温まで冷却される間に耳波や
中伸びなどの変形を発生させ、製品品質上の大きな問題
となる。

【０００７】このような平坦不良をなくすために、これ
までにもいろいろな工夫が講じられており、その一つと
して特公昭５１−２０００３号公報や特開昭６１−１４
２０号公報に示されるような２段冷却がある。

【０００８】すなわち、特公昭５１−２０００３号公報
に示された方法では、仕上圧延機の出側に第１冷却装
置、矯正装置および第２冷却装置を順番に直線的に連設
することにより、第１冷却によって生じる形状の不良を
物理的に矯正してから第２冷却を行う。

【０００９】また、特開昭６１−１４２０号公報に示さ
れた方法では、強制冷却装置の出側に温度不均一を矯正
するための別の補助冷却装置と矯正機とを連設して、強
制冷却後の不均一な温度分布を補助冷却により解消す
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような方法によ
り、鋼板の冷却停止温度の分布むらは改善され、平坦不
良は大幅に改善されるが、それでもなお以下に述べるよ
うな問題が残されていた。

【００１１】特公昭５１−２０００３号公報に示される
ように、第１冷却によって生じる形状不良を矯正してか
ら第２冷却を行う方法では、第１冷却の途中に生じる変
形については矯正することはできるが、第２冷却終了後
の温度むらに起因する平坦不良については依然としてこ
れを防止することができない。

【００１２】これに対し、特開昭６１−１４２０号公報
に示されるように、強制冷却後の不均一な温度分布をオ
ンラインで補助冷却により解消する方法では、板幅方向
に配列された上面側ノズルおよび下面側ノズルの流量調
節により補助冷却での板幅方向の温度分布が制御される
ため、冷却終了後の板幅方向の温度むらを解消すること
ができる。

【００１３】しかし、鋼板上面側では、鋼板上の冷却水
流れにより冷却能に誤差が生じるため、ノズル間に冷却
水の横流れを防止するための遮蔽板を昇降可能に設置す
る必要があり、多大な設備製作費を要し、メンテナンス
も困難であるという問題点がある。また、上下面の温度
差を考慮していないため鋼板平均温度を正確に評価でき
ず、冷却終了後の温度分布精度は良好とは言えない。

【００１４】本発明の目的は、前記従来装置に指摘され
る問題点を払拭し、比較的コストのかからない簡単な構
成で鋼板全体にわたって冷却停止時の温度分布を正確に
制御できる高温鋼板の冷却装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の高温鋼板の冷却
装置は、ローラにより長手方向に搬送される高温鋼板を
所定の冷却開始温度から所定の冷却停止温度まで冷却す
る冷却設備の最終段に設けられて、冷却停止温度を制御
する高温鋼板の冷却装置であって、鋼板上下面にそれぞ
れ全面にわたって冷却液を噴射するノズル群を有すると
共に、該ノズル群の上流側に鋼板上下面の板幅方向温度
分布を測定するための非冷却スペースおよび板幅方向温
度計を有し、鋼板上面側のノズル群は、板幅方向に均一
な冷却ができる構成とし、鋼板下面側のノズル群は、板
幅方向の流量分布を任意に調節できる構成とし、更に、
前記板幅方向温度計により計測した鋼板上下面の板幅方
向温度分布から板厚方向に平均した板幅方向温度分布を
求め、その温度分布と目標冷却温度との差を解消するべ
く鋼板下面側の板幅方向の流量分布を制御する制御系を
装備したことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明冷却装置における大きな特徴は次の２つ
である。第１は、板幅方向の流量制御を鋼板下面側での
み行う点である。第２は、その流量制御において、板厚
方向に平均した板幅方向温度分布を用いる点である。

【００１７】まず、第１の特徴点を説明する。

【００１８】板幅方向の冷却能分布制御は、上面側ノズ
ルあるいは上下面側ノズルを用いるよりも、下面側ノズ
ルのみを用いた方が良い。これは下面冷却の場合、鋼板
に衝突した水流は下方に落下するため、上面冷却のよう
に衝突した水流が鋼板上を流れて余分な冷却が行われて
しまう場合に比べて、幅方向の冷却能分布が正確に制御
しやすいからである。また、下面冷却の場合は、横流れ
を防止するような遮蔽板などを必要としないので、比較
的簡単な方法で流量制御を実現することができるのであ
る。

【００１９】次に、第２の特徴点を説明する。

【００２０】冷却中及び冷却後の鋼板の表面温度及び内
部の温度は一般に図１に示すような形となり、冷却終了
後は鋼板内での熱伝導作用により徐々に鋼板表面と内部
の温度は近づき復熱していく。そのため冷却後しばらく
の間は、鋼板表面と内部の温度は大きく異なっている。

【００２１】また、一般には上面と下面の温度も異なっ
ており、何らかの原因により両者の温度が異なった場合
には、これにともない板厚方向の温度分布が異なるた
め、板厚方向の平均温度も変化してしまう。

【００２２】一方、目標とする冷却停止温度までに必要
な実質的な冷却量Ｑは、冷却前の板厚方向平均温度をＴ
ｉ、目標冷却停止温度をＴｓとして、 Ｑ＝ρＣ（Ｔｉ−Ｔｓ） により決まる。ここでρは冷却材の比重、Ｃは平均比熱
である。

【００２３】従って、冷却装置において適切な流量分布
を決めるためには、冷却前の板厚方向の平均温度が必要
となる。

【００２４】そこで本発明冷却装置においては、ノズル
群の入側において測定した鋼板の上下面温度分布から即
座に板厚方向平均温度分布を計算し、停止目標温度との
差から必要冷却水量分布を計算した後、下面側ノズルの
板幅方向の水量分布を計算結果と一致するように設定し
て最終的な冷却を行う。これにより、強制冷却終了後の
最終的な板幅方向の温度分布が正確に制御される。

【００２５】この場合、鋼板温度分布を鋼板全体にわた
って正確に制御するためには、上下面温度分布の測定
後、流量分布の設定を即座に行う必要があり、従って板
厚方向平均温度の計算を即座に行う必要がある。そのた
めには、採り得る種々の上下面温度について板厚方向平
均温度を予め求めて、その結果からテーブルを作成して
おくのが望ましい。これにより、測定された上下面温度
より直ちに板厚方向平均温度を求めることができ、さら
に、前式を用いて板厚方向平均温度から即座に必要な流
量分布を求めて設定することができる。

【００２６】図２はこのようなテーブルの一例をグラフ
化して表わしたものである。このようなテーブルは、冷
却材の板厚や材質、冷却時の搬送速度、本冷却装置以前
での種々の冷却条件に依存するものであり、各条件の場
合について異なるテーブルを用意する必要がある。

【００２７】なお、鋼板下面側における板幅方向の流量
制御は、例えばノズルのヘッダを板幅方向に間隔をあけ
て並列させ、各ヘッダへの給水量を独立に調節すること
で実行される。

【００２８】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００２９】図３に本発明冷却装置を使用した加速冷却
用冷却設備の概略構成を示し、図４に本発明冷却装置の
構成例を示す。また、図５は図４のＡ−Ａ線矢視図であ
る。

【００３０】加速冷却用冷却設備は、例えば熱間圧延設
備２０の下流側に連続して設けられ、熱間圧延設備の仕
上げ圧延機２１から進出した高温の鋼板１０を前段の冷
却装置３０と後段の本発明冷却装置４０とにより冷却す
る。即ち、本発明冷却装置４０は、加速冷却用冷却設備
の最終冷却装置であり、最終的な冷却後の鋼板温度分布
を制御する。

【００３１】本発明冷却装置４０は、鋼板１０の上面側
および下面側に、鋼板１０の搬送方向および板幅方向に
配列された多数のノズル４２ａおよび４２ｂを有する。
このノズル群とその入側に配置された前段の冷却装置３
０との間には、非冷却スペースが確保され、ここに板幅
方向温度計４１ａおよび４１ｂが設置されている。板幅
方向温度計４１ａおよび４１ｂは、鋼板１０の上面およ
び下面の各表面温度を板幅方向について測定する。同様
の温度計は、前段の冷却装置３０の入側、本発明冷却装
置４０の出側にも設けられている。

【００３２】前段の冷却装置３０とノズル群との間に確
保された非冷却スペースの長さについては、測温に必要
な距離を十分確保する必要がある他、測温後本冷却装置
において必要なヘッダ流量を計算して設定するのに要す
る時間を確保するだけの距離を必要とする。通常この長
さは鋼板搬送速度（ｍ／ｓ）の２〜５倍程度とするのが
望ましい。

【００３３】鋼板上面側のノズル４２ａは、スリット状
ノズルであって、鋼板１０の板幅方向に平行なヘッダ４
３ａに略全長にわたって取り付けられている。ヘッダ４
３ａは鋼板１０の搬送方向に並列され、各ヘッダ毎に設
けた流量調節弁４４ａにより給水量を調節される。従っ
て、このノズル群により、鋼板１０の上面は板幅方向に
均一冷却される。

【００３４】ノズル４２ａの種類は特に限定されるもの
ではないが、通常は鋼板１０の搬送中における衝突防止
等を避けるため、鋼板上方１〜1.５ｍ程から噴霧するこ
とのできるラミナノズルを用いることが多い。ラミナノ
ズルによる冷却としては、実施例のようにスリット状ノ
ズルよりカーテン状の水膜を落下させて冷却するスリッ
トラミナ冷却法の他、板幅方向に多数本並べた柱状ノズ
ル群より円柱状の水流を落下させて冷却するパイプラミ
ナ冷却法等が用いられる。

【００３５】鋼板下面側は、鋼板１０の搬送方向に並列
された搬送ローラ５０の下方に、その搬送方向に平行す
る複数本のヘッダ４３ｂを板幅方向に間隔をあけて配設
し、各ヘッダ４３ｂの長手方向に間隔をあけて複数本の
パイプラミナ式のノズル４２ｂを上向きに取り付けて、
隣接する搬送ローラ５０，５０の間から鋼板１０の下面
を冷却するようになっている。各ヘッダ４３ｂには、流
量調節弁４４ｂを介して冷却水が独立に供給される。従
って、流量調節弁４４ｂの操作により、板幅方向に任意
の流量分布が設定され、板幅方向の冷却能を任意の分布
に変化させることができる。

【００３６】なお、ノズル４２ｂはその板幅方向の配列
間隔がヘッダ４３ｂの配列間隔の１／２となるように、
ヘッダ４４ｂの長手方向１位置から２本ずつ延出してい
る。

【００３７】下面側のノズル４２ｂについては、その形
式は特に限定されることはないが、幅方向の冷却能力分
布をより精度良く制御するためには、パイプラミナ等の
ラミナタイプのノズルを用いることが望ましい。これは
スプレタイプのノズルを用いた場合、板幅方向に噴霧流
が広がるため、正確な板幅方向の流量分布が設定しにく
いのに対して、ラミナタイプのノズルは鉛直に吹き上が
るため、鋼板に衝突させる流量の分布が設定し易いため
である。

【００３８】そして、鋼板下面側の流量制御は次のよう
に行われる。

【００３９】冷却前は、板幅方向温度計４１ａおよび４
１ｂを用いて、前段の冷却装置３０による冷却前後の板
幅方向温度分布の実績値を取り込み、この実績値を基
に、ヘッダ４３ｂごとに設けられた流量調節弁４４ｂに
よりヘッダ流量を予め適切な大きさに設定しておく。

【００４０】冷却中は、まず、板幅方向温度計４１ａお
よび４１ｂにより計測した板幅方向の上下面温度分布よ
り図２に示すテーブルを用いて、板厚方向に平均した板
幅方向温度分布を求める。次いで、この分布と目標停止
温度との差から必要な板幅方向流量分布を計算し、これ
が満足されるように、ヘッダ４３ｂごとに設けられた流
量調節弁４４ｂにより、各ヘッダ流量を制御する。

【００４１】以上の制御は図示されない制御系により実
行される。

【００４２】次に本発明冷却装置の実機試験結果を説明
する。

【００４３】図４に示す本発明冷却装置を用いて鋼板を
加速冷却した。冷却装置の仕様および条件を表１に示
す。冷却終了後、鋼板が復熱するのを待って板幅方向の
表面温度分布を測定した。結果を従来装置の場合と比較
して図６に示す。

【００４４】従来装置は、鋼板の上下面側とも搬送方向
にヘッダを並列させて、板幅方向に均一冷却を行うノズ
ル構成とした。比較装置は、逆に鋼板の上下面側とも板
幅方向にヘッダを並列させて、板幅方向の流量分布を制
御できる構成とした。ただし、冷却水の横流れを防止す
るための遮蔽板は使用せず、また、流量分布制御に用い
る板幅方向の温度分布は鋼板表面温度とした。

【００４５】図６よりわかるように、従来装置による場
合は、板幅方向に不規則な温度むらが生じ、比較的幅の
広い低温部で耳波が発生した。また、比較装置による場
合は、板幅方向の流量制御がなされているが、その制御
に鋼板表面温度が使用され、更に、鋼板上面では遮蔽板
が使用されていないために、冷却水の横流れが生じ、そ
の結果、両端部が過冷され耳波が発生した。

【００４６】これらに比べて本発明冷却装置による場合
は、肉厚方向平均温度の導入に加え、下面側でのみ板幅
方向の流量制御を実施したため、遮蔽板を使用していな
いにもかかわらず、板幅方向にほぼ均一な温度分布が得
られ、その結果、平均不良の発生を防止することができ
た。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の高温鋼板の冷却装置は、鋼板の板幅方向の流量制御を
鋼板下面側でのみ行い、且つ、その制御に板厚方向平均
温度を用いたため、比較的コストのかからない簡単な構
成により、鋼板全体にわたって冷却停止温度を正確に制
御できる。従って、加速冷却においてコストをかけずに
平坦不良を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷却中及び冷却後の鋼板の表面温度及び内部温
度を示すグラフである。

【図２】本発明冷却装置に使用するテーブルの一例を図
表化して示すグラフである。

【図３】本発明冷却装置を使用した加速冷却用冷却設備
の概略構成図である。

【図４】本発明冷却装置の構成例を示す斜視図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線矢視図である。

【図６】本発明冷却装置による冷却結果を従来装置およ
び比較装置と対比して示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 鋼板 ４０ 本発明冷却装置 ４１ａ，４１ｂ 板幅方向温度計 ４２ａ，４２ｂ ノズル ４３ａ，４３ｂ ヘッダ ４４ａ，４４ｂ 流量調節弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ローラにより長手方向に搬送される高温
   鋼板を所定の冷却開始温度から所定の冷却停止温度まで
   冷却する冷却設備の最終段に設けられて、冷却停止温度
   を制御する高温鋼板の冷却装置であって、 鋼板上下面にそれぞれ全面にわたって冷却液を噴射する
   ノズル群を有すると共に、該ノズル群の上流側に鋼板上
   下面の板幅方向温度分布を測定するための非冷却スペー
   スおよび板幅方向温度計を有し、 鋼板上面側のノズル群は、板幅方向に均一な冷却ができ
   る構成とし、鋼板下面側のノズル群は、板幅方向の流量
   分布を任意に調節できる構成とし、 更に、前記板幅方向温度計により計測した鋼板上下面の
   板幅方向温度分布から板厚方向に平均した板幅方向温度
   分布を求め、その温度分布と目標冷却温度との差を解消
   するべく鋼板下面側の板幅方向の流量分布を制御する制
   御系を装備したことを特徴とする高温鋼板の冷却装置。