JPS61219412A - 熱鋼板の均一冷却方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鋼材の熱処理方法に関し、さらに詳しくは、圧
延直後の熱鋼板を圧延ライン上で直ちに冷却することに
より該熱鋼板の機械的性質を向上させるための均一冷却
方法およびその装置に関する。。

〔従来の技術〕

近年圧延重接の熱鋼板を直ちに冷却し、加工熱処理効果
を利用してその機械的性質の向上を図る加速り却方法の
研究が盛んに行われており、既に工業的規−マ加速冷却
処理を施した鋼材が大量に生産されている。加速冷却は
通常圧延直後の高温（８００℃前後）から５００℃前後
まで熱鋼板の厚さに応じて冷却速度すなわち冷却水量を
制御して冷却処理を甘い所要の機械的性質を付与するこ
とを特徴としている。加速冷却に限らず熱鋼板を冷却す
る場合、大切なことは、その熱鋼板を如何に均一な温度
分布になるよう冷却するかということで、、す、これが
不均一な場合には、製品である鋼板の材質的な欠陥だけ
でなく、変形の原因ともなり、品質の低下を招くことと
なる。特に加速冷却においては冷却温度が表面温度依存
性の高い熱伝導率の最も不安定な領域にあり、熱鋼板内
金域に均一な冷却温度を確保することは極めて困難であ
り、細心の注意を払いながら冷却処理を行っているが、
なお冷却後の鋼板の変形処理に苦慮しているのが実状で
あり早急に効果的な対策の出現が要望されている。

次に従来から実施されてきた熱鋼板の加速冷却後の温度
分布を均一にするための方策を具体的に説明する。

熱鋼板を移動させながら上部或は下部から水冷する連続
冷却において、熱鋼板の幅方向温度分布を均一にするた
めには、その熱鋼板の幅方向に一様に冷却水を噴出する
ことが必要となる。この場合、熱鋼板表面では噴出され
た水が滞留し、多い時には５０〜６０ｍｍの水深となる
ことがある。

この滞留水は主として熱鋼板の幅方向へ流れるため、そ
の水深は幅方向端部へ行く程浅くなる傾向にある。

従ってこの滞留水の水深の差により、熱鋼板の幅方向冷
却状態が不均一になるという観点から噴出させる水量に
次のような対策が採られることがあった。

（１）滞留水深が深くなる程冷却能力が高くなるという
観点から、噴出させる水量を熱鋼板の幅方向で中央部を
少くする、いわゆる逆水量クラウンを付け、熱鋼板の両
端部の水量を中央部に比べ５〜１０％程度多くする方法
。

（２）上述の観点とは逆で滞留水深が深くなると、それ
に妨害されて噴出水による熱鋼板の冷却作用が減少する
という理由から、熱鋼板中央部はど噴出水量を多くする
、いわゆる正水量クラウンとする方法。

しかしながら本発明者等の実験によれば、これらの方法
では熱鋼板の温度分布の均一化および冷却後の鋼板の変
形防止に有効に作用したき考えられるのは全処理数のう
ち逆水量クラウンでは２０〜３０％、正水量クラウンで
は約５％であった。

これは熱鋼板の冷却後の幅方向の温度分布測定結果から
判明したものであるが、加速冷却において、熱鋼板全域
に均一な冷却温度を確保することの困難さを示している
とも言える。

特公昭５１−３６７１０には圧延後の鋼板をレベラで矯
正する際、鋼板幅方向の温度分布を前もって測定し、こ
れを基にレベラ前に設けた水冷装置の幅方向水量分布を
調整して該鋼板幅方向の温度分布が均一となるように冷
却し、レベラ矯正後の鋼板に温度分布不均一による変形
を発生させないようにしたことを特徴とする圧延板の冷
却制御方法および装置が提案されているが、この提案は
幅方向の温度差を修正するだけで熱鋼板の加速冷却によ
る加工熱処理とは全く異なる技術分野であり、またこの
方法によっても上記理由から均一な冷却後温度分布を得
ることは保証されてぃない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のような背景を基に本発明者等は加速冷却を行う前
、すなわち圧延直後の熱鋼板上面の幅方向温度分布を測
定し、冷却後の幅方向温度分布と詳細に比較検討を行う
とともに、前述のような正、逆水量クラウンを付けない
、すなわち幅方向に均一な水量分布をもたせた状態での
冷却処理を試行して、前述の水量クラウンによる均一冷
却対策が有効に作用しない原因を解明した。

第４図から第６図は測定結果の一例を示し、各図の（ａ
）は圧延直後の熱鋼板幅方向の温度分布を、同じく（ｂ
）は冷却後の熱鋼板幅方向の温度分布を示している。

第４図は逆水量クラウン５％で冷却処理を行ったもので
ある。

第５図は別材料を水量クラウンを付けず幅方向に均一な
水量分布で冷却を行ったものである。

第６図はさらに別の材料で水量クラウンを付けず冷却し
た例である。

以上の実験から次のことが解明された。

ｌ）冷却前の熱鋼板幅方向の温度分布が均一であれば、
水量クラウンを付けないで均一冷却を行えばよい。

２）冷却前の熱鋼板幅方向の温度分布が第５図（ａ）に
示されるような場合には、逆水量クラウン冷却が有効で
ある。

３）冷却中、熱鋼板表面上の滞留水は均一冷却には殆ど
影響しない。

これらの結果から加速冷却を行う以前の熱鋼板上面の幅
方向温度分布を測定せず、前述の正・逆水量クラウンに
よる冷却を行っても均一な冷却対策としては有効な結果
が期待できないことが分る。

本発明はかかる事実に着目し、加速冷却後の熱鋼板の温
度分布を常に均一にすることにより、熱鋼板全域の材質
の均一化を図り、変形のない良質な製品を得るための熱
鋼板の加速冷却による均一冷却方法およびその装置を提
供するものである。□ 〔問題点を解決するための手段〕 第１の発明の熱鋼板の均一冷却方法は、圧延熱鋼板の冷
却前の幅方向の温度分布を測定し、この測定結果から該
熱鋼板への幅方向冷却水量分布を演算し、次いで該熱鋼
板の直前に冷却した先行熱鋼板の冷却後の温度データを
用いて、前記演算冷却水量分布を補正し、該補正演算冷
却水量分布に基づいて、熱鋼板幅方向注水量分布を調節
し、該熱鋼板の冷却後の幅方向温度分布を均一にする。

第２の発明の熱鋼板の加速冷却による均一冷却装置は、
第１の発明の方法を実施するための装置であって、該加
速冷却装置の人出口側のそれぞれに熱鋼板面を直視して
設置された温度計と、該温度計の出力信号に基づき、複
数の冷却水供給配管のそれぞれに配設した流量調節弁の
開度を調節する制御器と、多数の注水用ノズル群とから
なり、熱鋼板幅方向に配設されている注水用各ノズル群
はそれぞれが複数のノズルグループに分割され、各ノズ
ルグループ毎にノズルヘッダを備え、各ノズルヘッダを
前記の冷却水供給配管のそれぞれに接続されるよう構成
されている。

〔作用〕

直前に冷却した先行熱鋼板の冷却後の幅方向の温度分布
の測定結果から、後続する熱鋼板への幅方向冷却水量分
布を補正し、その注水量分布を調節することにより、現
実の加速冷却装置の最新の冷却条件を加味し、その熱鋼
板の冷却後の幅方向温度分布をさらに均一にする、いわ
ゆるフィードフォワード制御を併用することによつ、て
、冷却後の熱鋼板の温度分布を均一にすることが容易と
なり、鋼板の変形防止ができ、鋼板の品質向上ができる
。

〔実施例〕

以下、第１図、第２図に例示するところに従って本発明
の均一冷却方法およびその方法の実施に直接使用するこ
とのできる加速冷却装置を説明する。本発明の装置は大
別して、温度計２，２ａと制御器５と冷却部３を含む冷
却装置とから構成されている。第１図（ａ）には冷却部
３の幅方向の模式的断面を、第２図には冷却部３の熱鋼
板ｌの進行方向の模式的断面を示している。

第１図（！Ｌ）の冷却部３において、複数のノズル８が
上部ノズルヘッダ群１０．ｌｏａ。

ｊｏｂ、ｌｏｃに分、割されており、上部ノズルヘッダ
群１０．１０ａ、１０ｂ　、１０ｃには流量調節、弁群
４，４ａ、４ｂ、４ｃ、を備えた冷却水供給配管群　１
２，１２ａ、１２ｂ、１２ｃが接続され、それぞれに加
圧水が供給されている。

第２図の冷却部３は上記のノズル群が熱鋼板１の進行方
向に複数配列されていることを示している。すなわち多
数のノズル群が、熱鋼板１の上面に向って整然と行列し
て配列されており、かつその幅方向に対しては、４つの
ブロックに分割され、それぞれ独立した冷却ができるよ
う構成されている。本実施例では上部ノズルヘッダｌＯ
を使用したが、下部ノズルヘッダ１１を併用してもよい
。なお下部ノズルへラダ１１を含む下部冷却用のノズル
、冷却水供給配管、流量調節弁は上部冷却用のものとほ
ぼ同一に構成されている。

次に動作概要を説明する。第２図に示すように圧延機６
で圧延されたＰ８鎖板１はテーブルローラ７で冷却部３
に移送される。このとき冷却部３の入口側に設置された
温度計２により熱鋼板ｌの上面幅方向温度分布が測定さ
れる。温度計２の検出信号は制御器５に電気信号として
入力され、制御器５では直ちに熱鋼板１の上面幅方向温
度分布に応じた冷却部３の幅方向冷却水量分布が演算さ
れる。

熱鋼板１の直前に冷却した先行熱鋼板の冷却後の温度デ
ータの記録によって、制御器５では一ヒ記冷却部３の幅
方向水量分布の妥当性が点検され、その結果必要により
、先に設定した冷却水量を補正してあらたに冷却水量を
決定する。このようにして熱鋼板１の冷却後幅方向温度
分布をさらに均一にしようとするいわゆるフィードフォ
ワード制御を形成するものである。

この補正された冷却水量分布によって冷却終了後の温度
分布が均一になるよう、流量調節弁４゜４ａ、４ｂ、４
ｃの開度調節が行われ、所要の水量で加速冷却を行う。

本実施例では温度計２，２ａには走査型温度計を用いた
。また温度計の設置方法としては第２図に示したように
テーブルローラ７に対し、温度計２は上側、温度計２ａ
は下側に配置したが、この逆でもよく、また両者とも同
じ側に配置してもよい。

本発明の均一冷却法を第３図のフローチャー１・で一般
的に説明する。

ａ　処理すべき熱鋼板（その総数をｎとする）のそれぞ
れの冷却目標温度θ２ｎ、熱鋼板１を冷却目標温度θ２
１に冷却するための必要水量Ｑ１、冷却後予測される熱
鋼板１の高温部、低温部の温度差０１１を補正するに必
要な水量Ｑ２．カウンターのセットなど初期値を設定す
る。

ｂ　第１回目の冷却の実施。

Ｃ熱鋼板ｉ＋１の冷却後の幅方向温度分布を測定する。

ｄ　熱鋼板ｉ＋１の高温部、低温部の温度差Δθ１（１
゜１）、熱鋼板ｉ＋１の冷却目標温度との差Δ０２　（
ｉ、ｌ）を演算する。

ｅ　後続熱鋼板の有無を判断する。

ｆ　熱鋼板ｉの冷却前の幅方向温度分布測定。

ｇ　熱鋼板ｉを冷却目標温度θ２□まで冷却する水量Ｑ
１ｉ　と熱鋼板ｉの高温部、低温部の温度差０１１を補
正する水量Ｑ２１の演算。

ｈｄにより演算した各温度差がＯであるかの判断。

ｊｈによる温度差が０でない場合、各温度差を補正する
ための補正水量の演算。

ｋｇで求めた水量を補正して新しい冷却水量を決定する
。

見　冷却の実施。

ｍ　カウンター。

次に本発明の均一冷却法をさらに詳細に説明する。

熱鋼板１が冷却部３に入る前の上面幅方向温度分布を温
度計２で測定した結果が第１図（ｂ）に示されるような
温度分布となった場合、制御器５においては、まず高温
部と低温部の温度差０１お１２、 よび幅方向へ平均温度θ２が求められ、幅方向平均温度
θ２と熱鋼板ｌの冷却目標温度により均一冷却に要する
必要水量Ｑ１　（第１図（Ｃ））が決定される。

次に前記温度差θ１をもとにして、冷却終了後の温度分
布を均一にするため、高温部への噴射水量の増加量（ま
たは低温部への噴射水量の減少量）Ｑ２　（第１図（Ｃ
））が演算される。

−力制御器５では直前に冷却装置を通過した熱鋼板の下
面の幅方向温度分布の記憶に基づき、熱鋼板１の高温部
、低温部の温度差Δθ１の予測値および冷却目標温度と
の差Δθ２が演算されている。この予測温度差Δθ１と
冷却目標温度との差Δθ２とによって、温度差に応じた
調整水量ΔＱ２およびΔＱ１が決められ、先に演算され
た均一冷却を要する必要水量Ｑ１および高温部への噴射
水量Ｑ２が補正される。

すなわち、 ΔＱ１＝Ｑｔ　−十（Δθ２） ΔＱ２＝９２−十（ΔＯ１） となる。

その後高温部および低温部の長さ文１９文３゜立２がそ
れぞれ求められ、これを基にしてノズルヘッダ１０．１
０ａ、１０ｂ、１０Ｃ１７＋選択が行われるとともに、
前記水量ΔＱ１およびΔＱ１＋ΔＱ２を噴出するため各
流量調節弁４．４ａ。

４ｂ　、４ｃの選択と弁の開度の調節が行われ、冷却処
理が実施される。この結果Δθが最小となるような、す
なわち均一冷却が行われることとなる。

次に本発明の具体例について説明する。

なお、本実施例では同鋼種の熱鋼板を同一条件で処理し
ているため、冷却目標温度との差Δθ２はＯとなってお
り、従って均一冷却に要する必要水量Ｑ１は変化しない
。

圧延後の熱鋼板１の幅方向温度分布を測定した結果、第
１図（ｂ）に示すように平均温度θ２＝７７５℃、高温
部と低温部との温度差θ１＝５℃であった。

熱鋼板１の冷却温度の目標値が４７０℃であったため、
制御器５ではこれらのデータに基づき、第１図（ａ）の
ノズルヘッダ１０ｂ、ｌＯｃ。

１０ｂの３グループのノズル１ｇｉ当りの水量Ｑ１を８
１Ｌ　／　ｍ　ｉ　ｎに、また、１０，１０ａ。

１０ａ、１０の４グループのノズルヘッダ１個当りの水
量Ｑ１＋Ｑ２を８．５１７　ｍ　ｉ　ｎに設定した。−
実制御器５では熱鋼板ｌの直前に冷却した先行熱鋼板の
データは、ノズルヘッダ１０゜１０ａ、ｌＯａ、１０（
７）４グループのノズル８で冷却された部分はほぼ４６
５℃、ノズルヘッダｆｏｂ、１０ｃ、１０ｂの３グルー
プノノズル８で冷却された部分はほぼ４７０℃となり、
その差、 Δθ１；−５℃ であった。このデータにより制御器５では冷却水量補正
が行われ、前記ノズルヘッダｉｏ、ｔ。

ａ、１０ａ、１０の４グループのノズル１個当りの水量
は８．３旦／　ｍ　ｉ　ｎに修正され流量調節弁４．４
ａの開度が調節されて冷却を実施したところ、冷却後の
幅方向温度分布は一様に４７０”Ｏとすることができ平
坦度も良好な鋼板を得ることができた。

なお、冷却前の温度分布に応じて冷却装置の幅方向水量
分布を制御する際、各ノズ□ル８の噴出水量の割合は±
１０％以内を限度として水量分布調節を行うことが望ま
しく、これを越えると均一冷却という加速冷却本来の目
的を損なうおそれがある。

また、±１０％以内の水量分布調節を行うことによって
十分な温度分布制御ができることも本発明者等の実験で
確認された。

〔発明の効果〕、、。

本発明は以上説明したように、熱鋼板を加速冷却する場
合、妬却以前の熱鋼板の幅方向温度分布に応じてン冷却
装置の幅方向水量分布を制御できるため、加速冷却後の
熱鋼板の温度分布を均一にすることが容易となり、鋼板
の変形防止ができ、鋼板の品質向上に効果を奏する。

本発明によれば加速冷却後の鋼板幅方向温度分布を一様
なものとし、鋼板の変形の防止および□材　　□質の均
一化が達成される結果、すなわち加速冷却後の鋼板幅方
向温度分布が均一になるという観点から、本発明のフィ
ードフォワード制御による均一冷却方法、が、レペラ矯
正を実施する際にも極めて有効に作用することは明らか
であり、熱処理材□　のヰ質向上、に寄、与するところ
は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例の冷却部の幅方向模式的
断面図を含む均一冷却装置の系統図、（ｂ）は実施例の
熱鋼板幅方向温度分布図、（Ｃ）は実施例の冷却水量分
布図、第２図は本発明実施例の均一冷却装置および冷却
部の被冷却材進行方向の模式的断面図、第３図は本発明
の実施例のフローチャート、第４図は熱鋼板幅方向の温
度分布図（逆水量クラウン５％）、第５図は別材料によ
る熱鋼板幅方向温度分布図（水量クラウンなし）、第６
図はさらに別材料による熱鋼板幅力　　　′面温度分布
図（水量クラウンなし）を示している。ここに第４図〜
第６図において（ａ）は圧延直後の温度分布図を（ｂ）
は冷却後の温度分布図をそれぞれ示している。 ｌ・・・熱鋼板　　　　　　２，２ａ・・・温度計３・
・・冷却部 ４．４ａ、４ｂ、４ｃｍ流量流量弁 ５・・・制御器　　　　　　７・・・テーブルローラ８
・・・ノズル １０、ｌｏａ、１０ｂ、　１０ｃ・・・上部ノズルヘッ
ダ １１・・・下部ノズルヘッダ １２．１２ａ、１２ｂ、　１２ｃｍ・−冷却水供給配管 Ｑ＋　　、Ｑ２　　＋Ｑｔ　　ｉ　　、Ｑ２　＋　　、
　　ΔＱｔ＋。 ΔＱ２ｉ・・・水量 ０１＋０２＋Δ０１□　、Δθ２□・・・温度立１１文
２　、見３・・・長さ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　圧延熱鋼板の冷却前の幅方向温度分布を測定し、こ
   の測定結果から該熱鋼板への幅方向冷却水量分布を演算
   し、次いで該熱鋼板の直前に冷却した先行熱鋼板の冷却
   後の温度データを用いて前記演算水量分布を補正し、該
   補正演算冷却水量分布に基づいて熱鋼板の幅方向注水量
   分布を調節することを特徴とする熱鋼板の均一冷却方法
   。 ２　加速冷却装置の入出口側それぞれに熱鋼板面を直視
   して配設された温度計と、該温度計の出力信号に基づき
   、複数の冷却水供給配管のそれぞれに配設した流量調節
   弁の開度を調節する制御器と、多数のノズル群とからな り、熱鋼板幅方向に配設されている各ノズル群は、それ
   ぞれ複数のノズルグループに分割され、各ノズルグルー
   プ毎にノズルヘッダを備え、各ノズルヘッダを前記冷却
   水供給配管のそれぞれに接続されるよう構成した均一冷
   却装置。