JPH08257623A - 厚鋼板の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ローラによって搬送される厚鋼板を所定の冷
却開始温度から冷却停止温度まで水冷するために、特に
板幅方向に板状の水膜流を形成して鋼板上に流下させる
水冷ノズル群を、搬送方向に一定の間隔で並設した上面
側の冷却装置を用いた冷却方法である。予め実機テスト
を行い、鋼板の搬送速度と板幅方向の温度偏差との関
係、及び、冷却停止後における鋼板の平坦不良の発生
と全く平坦不良が発生しない板幅方向の限界温度偏差と
の関係を求め、これら両関係より平坦不良が発生しない
搬送速度を求めてこの搬送速度以上で搬送する。 【効果】 簡単な冷却装置を用いて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し、平坦不良や機械
的性質のばらつきを発生することなく所定の温度まで精
度よく冷却できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温の鋼板を所定の温
度まで均一にかつ平坦不良を生じることなく高精度に制
御冷却する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、厚鋼板の製造プロセスにおいて、
制御圧延後鋼板を水冷することによって高強度、高靱性
の鋼板を得る技術（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
加させること等によって高強度化、高靱性化を行ってい
たが、これに代えて制御圧延や加速冷却を組み合わせる
ことによって高強度化、高靱性化を実現し、添加元素の
低減による製造コストの大幅削減を図るとともに、耐溶
接性にも優れた鋼板を製造できるようになった。このた
め、鋼板製造現場において加速冷却対象材は増加の一途
をたどっている。

【０００３】加速冷却方法の一つであるラミナー冷却法
は、ノズルを鋼板上方に１．５ｍ以上離して設置できる
ので、鋼板の搬送中における衝突事故を防止でき、しか
も比較的高冷却能が得られるために広く用いられてい
る。このラミナー冷却法の中でもスリットノズルを用い
た冷却法は、他の冷却法例えばパイプノズルを用いた場
合よりも冷却能力が高く、板幅方向の冷却均一性にも優
れていることは周知の事実であり、例えば厚鋼板の制御
冷却設備においても近年スリットラミナーによる冷却法
が多用されるようになっている。しかしながら、より均
一性の高い冷却能を得ようとした場合にはスリットノズ
ルを用いた場合でも様々な問題点が生じている。

【０００４】例えばスリットノズルを用いて鋼板の上面
を冷却する場合、板状に流下させる水量分布が幅方向に
均一であっても、通常複数のノズルを並べて使用するた
めに鋼板の上面に流下した冷却水は鋼板の上面を流れて
ノズル間で互いに衝突し、干渉流と呼ばれる滞留流れが
形成される。この干渉流はその位置が両側から流れてく
る流水の勢いの釣り合いによって決まるので、ノズル同
士の流量が同じであってもその位置は非常に不安定であ
り、絶えずその位置は変動する傾向にある。また、その
ためにこの干渉流が一方のノズルの流水落下点に潜り込
むことがしばしば発生し、このような場合板幅方向に部
分的に潜り込むために水流落下点での冷却能が低下して
板幅方向に冷却能が大きく変動し、冷却後大きな温度む
らを生じるという問題点があった。このためにこれまで
平坦不良の発生や材質の不均一等の問題が生じていた。

【０００５】そこで、このような平坦不良の発生を無く
するために以下に挙げるようないろいろな工夫が行われ
てきた。例えば実開昭５７−１０６７５２号には、スリ
ットノズル間において両側に設置したスプレーを板幅中
央部から外端へ横切るようにして向けて噴射することで
干渉流を除去し、板幅方向の冷却を均一化するものが開
示されている。

【０００６】また、特開昭５７−１２１８１８号には、
スリットノズルの向きを板幅方向に関して交互に逆向き
に５°以上の角度に傾斜させて配置することにより干渉
流の位置を安定化させ、板幅方向の冷却均一性を高める
方法が開示されている。また、特公昭６０−１０８１１
号には、搬送方向下流側に配置したスリットノズルの流
量を上流側ノズルの流量よりも多くすることによって干
渉流をノズル間に形成させ、同様に板幅方向の冷却を均
一化する方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記提案された各種の
方法によって鋼板の停止温度分布むらは改善され、平坦
不良は大幅に改善されたが、それでもなお以下に述べる
ような問題点が残されている。まず、実開昭５７−１０
６７５２号で提案されているものでは、厚鋼板等の広幅
の鋼板を冷却する場合には板幅方向全体にわたって干渉
流を除去することが困難であり、鋼板長手方向の温度む
らを無くすることができなかった。

【０００８】また、特開昭５７−１２１８１８号で提案
されているものでは、干渉流が十分には安定化されず、
また鋼板上の流れが鋼板の長手方向に対して傾斜してい
るので、板幅方向に均一な分布を得ることができなかっ
た。また、特公昭６０−１０８１１号で提案されている
ものでは、やはりノズル間に干渉流を固定することは難
しく、その位置が不安定に変動するために温度むらを生
じていた。

【０００９】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、簡単な冷却装置を用いて鋼板全体
にわたって冷却停止時の温度分布を正確に制御し、平坦
不良や機械的性質のばらつきを発生することなく所定の
温度まで精度よく冷却できる方法を提供することを目的
としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の厚鋼板の冷却方法は、ローラによって
搬送される厚鋼板を所定の冷却開始温度から冷却停止温
度まで水冷するために、特に板幅方向に板状の水膜流を
形成して鋼板上に流下させる水冷ノズル群を、搬送方向
に一定の間隔で並設した上面側の冷却装置を用いた冷却
方法において、予め実機テストを行い、鋼板の搬送速
度と板幅方向の温度偏差との関係、及び、冷却停止後
における鋼板の平坦不良の発生と全く平坦不良が発生し
ない板幅方向の限界温度偏差との関係を求め、これら両
関係より平坦不良が発生しない搬送速度を求めてこの搬
送速度以上で搬送することとしているのである。

【００１１】

【作用】鋼板上面のスリットノズル間において干渉流が
形成される位置は、鋼板に引きずられるために鋼板の搬
送速度に大きく影響される。この引きずられる度合いは
鋼板と冷却水の間の摩擦係数に依存するが、高温鋼板の
冷却過程では鋼板の表面温度が３００〜８００℃の範囲
であり、冷却水と鋼板との間に蒸気の膜が形成されるの
で、摩擦係数は常温の場合と比較して大きく減少する。
このため、水冷中の干渉流が引きずられる度合いは常温
の場合に比べて減少する。

【００１２】図３は水冷中の搬送速度と干渉流の挙動の
関係を測定した結果を示したものであるが、この図３に
示すように、搬送速度が増加するとともに干渉流は搬送
方向下流側に引きずられ、ある速度以上になると完全に
下流側の水流落下点に潜り込むことが判る。すなわち、
搬送速度が例えば３０ｍ／分というように比較的小さい
場合は、図３（ａ）に示すように、干渉流Ａはノズル１
間に形成されるからその位置は絶えず不安定に変動する
傾向にあり、板幅方向にみて干渉流Ａの形が変動するの
で場合によっては板幅方向に部分的に干渉流Ａが水流落
下点に潜り込む状態となる。このような場合、水流落下
点では元来冷却能が高いので干渉流Ａが潜り込んだ箇所
では冷却能が低下し、板幅方向に大きな温度むらが生じ
てしまう。

【００１３】一方、搬送速度が例えば９０ｍ／分という
ように十分に大きい場合は、図３（ｃ）に示すように、
干渉流Ａが板幅方向にみて全体に下流側の水流落下点に
完全に潜り込んだ状態となるので、その位置は変動する
ことがなく安定している。これは鋼板によって引きずら
れる力と水流落下点での水流の衝突力による引き止め作
用が釣り合って安定化するためである。しかもこの場
合、水流落下点において板幅方向全体に干渉流が潜り込
むので、板幅方向の冷却能分布も均一となり、冷却後も
温度むらを無くすことが可能となる。

【００１４】なお、搬送速度が例えば６０ｍ／分という
ように両者の中間の場合は、図３（ｂ）に示すように、
板幅方向に部分的に干渉流Ａが水流落下点に潜り込んだ
状態となる。このような場合、水流落下点における干渉
流Ａが潜り込んだ箇所では冷却能が低下し、板幅方向に
大きな温度むらが生じてしまう。

【００１５】図２は電気加熱炉２で所定温度に加熱した
試験材３を移動アーム４を用いて台車５上に載置し、移
動する台車５上の試験材３（□３００ｍｍ×ｔ９ｍｍ）
に対してその上方より４基の７５０ｍｍの間隔を存して
並設した５００ｍｍ幅のスリットノズル６から冷却水を
流下させて冷却し、その際の試験材３の温度を放射温度
計７で測定する実験装置を示したものであり、この実験
装置を用いて８００℃から４５０℃まで水冷した後の鋼
板の板幅方向の温度偏差（板内温度分布の標準偏差）と
搬送速度の関係を調べた結果を図４に示す。流量は０．
５ｍ³ ／分で一定とし、搬送速度に応じて往復回数を１
〜３回の間で変化させて実験した。なお、図２中の８は
デスケーリングノズル、９はエアー水切りノズル、１０
はビデオカメラである。

【００１６】図４より明らかなように、搬送速度が増加
するにつれて鋼板の板幅方向の温度偏差は大幅に減少す
ることが判る。すなわち、スリットノズルを用いて高温
鋼板の上面側を冷却する場合、鋼板の搬送速度を増加さ
せることにより、鋼板の上面におけるノズル間に形成さ
れる干渉流を搬送方向下流側ノズルの水流落下点に板幅
方向にわたって均一に潜り込ませ、これにより干渉流の
挙動を安定化させて板幅方向に鋼板をより均一に冷却す
ることができる。

【００１７】図１は粗圧延機１１及び仕上げ圧延機１２
と、スリットラミナーノズルを２．２５ｍの間隔で１０
基並設した上面側の冷却装置１３ａと、長手方向（板幅
方向）に１５０ｍｍ間隔で３２個のフルコーンスプレー
ノズルを並設した幅５ｍのヘッダをローラ間隔と同じ
０．７５ｍの間隔で３０基並設した下面側の冷却装置１
３ｂとで構成された加速冷却設備１３と、ホットレベラ
ー１４が上流側から順次配設された実際の製造ラインに
おいて、搬送速度と鋼板の板幅方向の温度偏差の関係を
調査した結果を図５に示すが、上記した図２の実験装置
を用いた場合の結果と同様に搬送速度が増加するにつれ
て鋼板の板幅方向の温度偏差が減少してゆくことが判
る。

【００１８】なお、図５は、出口のギャップが１０ｍ
ｍ、ノズル幅は５ｍのスリットラミナーノズルを使用
し、ノズル出口の高さはローラテーブル面から１．６ｍ
とした上面側の冷却装置１３ａを用い、７２０℃から４
５０℃まで水冷した場合の結果である。冷却条件はノズ
ル１基当たりの流量が、上面側は２．０〜５．０ｍ³ ／
分で、また下面側は１．０〜２．５ｍ³ ／分で変化させ
た。以上の実機テスト結果より、搬送速度Ｖと鋼板の板
幅方向の温度偏差ΔＴとは、ノズル配置等の条件によっ
て多少は変化するものの、下記数式１のような関係を有
することが判明した。

【００１９】

【数１】ΔＴ＝３．０４×１０³ ・Ｖ ^-1.08

【００２０】また、水冷後の耳波や中伸び等の平坦不良
の発生と、鋼板の板幅方向の温度偏差の関係を実機テス
トの結果より調べたところ、図６に示すように、下記数
式２で求められる限界温度偏差ΔＴｃ以下では全く平坦
不良が発生しないことが判明した。

【００２１】

【数２】ΔＴｃ＝６．２×１０⁵ ・（ｔ／ｗ）² 但し、ｔ：鋼板の板厚 ｗ：板幅

【００２２】一方、鋼板の板幅方向の温度偏差ΔＴは搬
送速度Ｖを増加することにより減少させることができる
ので、操業にあたっては数式２によって板幅、板厚ごと
に満たすべき限界温度偏差ΔＴｃを求め、さらに予め実
機設備について求めておいた搬送速度Ｖと鋼板の板幅方
向の温度偏差ΔＴの関係式（数式１）を用いて必要な下
限搬送速度を求め、少なくとも操業における搬送速度Ｖ
をこの下限搬送速度以上とすることにより、平坦不良の
発生を防止できることが判る。

【００２３】従って、平坦不良を発生しないための搬送
速度Ｖは、上記数式１，２より、 3.04×10³ ・Ｖ ^-1.08＝ΔＴ≦ΔＴｃ＝6.2 ×10⁵ ・（ｔ／ｗ）² (3.04/620)Ｖ ^-1.08≦（ｔ／ｗ）² Ｖ ^1.08 ≧(3.04/620)（ｗ／ｔ）² Ｖ≧(3.04/620)^1/1.08（ｗ／ｔ）^2/1.08 Ｖ≧7.3 ×10^-3（ｗ／ｔ）^1.85 で求められる。

【００２４】例えば、板厚が２５ｍｍ、板幅が４２００
ｍｍの鋼板の場合には、 Ｖ≧7.3 ×10^-3（4200／25）^1.85≒96 （ｍ／分） となり、９６ｍ／分以上の搬送速度にすれば平坦不良が
発生しないことになる。なお、上記式の係数（7.3 ×10
^-3）は、水冷ノズルの種類により多少変化する可能性が
あり、他のミルに適用する場合には、パラメータの調整
を再度行う必要がある。

【００２５】また、搬送速度Ｖと加速冷却設備における
総水量Ｗの間には図８に示すような関係があり、必要な
冷却速度を確保するための必要な水量は板厚ごとに求め
られる。ここで、冷却速度としては、図７に示すよう
に、板厚が１／４ｔにおける位置での降下温度を冷却時
間で割った値とし、最低必要冷却速度５℃／秒を確保で
きる限界曲線を図８にプロットした。したがって、上記
して求めた搬送速度で操業した時に必要な水量として
は、温度偏差を抑えるための下限界及び必要冷却速度を
確保するための下限界の両下限界搬送速度に対応する値
を選べばよい。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の厚鋼板の冷却方法の効果を確
認するために行った実験結果について説明する。図１に
示す実際の製造ラインによって冷却を行った場合の冷却
停止時の厚鋼板表面の温度分布を測定した結果と平坦不
良発生の有無を図９に示す。なお、図１０に従来による
場合の同様の結果を比較として示す。

【００２７】この実験に用いた厚鋼板は板厚が２５ｍ
ｍ，幅が４．２ｍのものであり、７２０℃から４５０℃
まで水冷した場合について比較した。本発明方法による
場合の鋼板の搬送速度は限界速度以上の１００ｍ／分、
従来例による場合は限界速度以下の６０ｍ／分であっ
た。冷却条件はノズルヘッダー１基当たりの流量が、本
発明の場合、上面側は６．６ｍ³ ／分，下面側は３．３
ｍ³ ／分とし、また従来例による場合、上面側は３．０
ｍ³ ／分，下面側は１．５ｍ³ ／分とした。また、停止
温度は冷却終了後板厚方向の温度分布が復熱してほぼ均
一な状態となった時点での測定値である。

【００２８】図１０より判るように、従来方法による場
合は干渉流が板幅方向に不均一に潜り込むことによって
不規則な温度むらが生じ、本実験の場合には比較的幅の
広い部分で耳波が発生している。これに対して、本発明
方法による場合には、板幅方向に均一な温度分布が得ら
れるので平坦不良は発生せず、従って本発明方法により
平坦不良の発生を有効に防止できることが判る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の厚鋼板の
冷却方法によれば、簡単な冷却装置を用いて鋼板全体に
わたって冷却停止時の温度分布を正確に制御できるの
で、平坦不良や機械的性質のばらつきを発生することな
く、所定の温度まで精度よく冷却できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を適用する実際の製造ラインの概略
図である。

【図２】移動冷却実験装置の概略図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は水冷中の搬送速度と干渉流の
挙動の関係を測定した結果を示した図である。

【図４】図２の実験装置を用いて鋼板の板幅方向の温度
偏差（板内温度分布の標準偏差）と搬送速度の関係を調
べた結果を示す図である。

【図５】図１の実際の製造ラインを用いて搬送速度と鋼
板の板幅方向の温度偏差の関係を調査した結果を示す図
である。

【図６】水冷後の耳波や中伸び等の平坦不良の発生と、
鋼板の板幅方向の温度偏差の関係を実機テストの結果よ
り調べた結果を示す図である。

【図７】水冷曲線の模式図である。

【図８】搬送速度Ｖと加速冷却設備における総水量Ｗの
関係を示す図である。

【図９】図１に示す実際の製造ラインによって冷却を行
った場合の冷却停止時の厚鋼板表面の温度分布を測定し
た結果と平坦不良発生の有無を示す図である。

【図１０】従来による場合の図９と同様の結果を示す図
である。

【符号の説明】

１３ａ 上面側の冷却装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ローラによって搬送される厚鋼板を所定
   の冷却開始温度から冷却停止温度まで水冷するために、
   特に板幅方向に板状の水膜流を形成して鋼板上に流下さ
   せる水冷ノズル群を、搬送方向に一定の間隔で並設した
   上面側の冷却装置を用いた冷却方法において、予め実機
   テストを行い、鋼板の搬送速度と板幅方向の温度偏差
   との関係、及び、冷却停止後における鋼板の平坦不良
   の発生と全く平坦不良が発生しない板幅方向の限界温度
   偏差との関係を求め、これら両関係より平坦不良が発生
   しない搬送速度を求めてこの搬送速度以上で搬送するこ
   とを特徴とする厚鋼板の冷却方法。