JPS63282212A - 線棒材の水冷制御方法 - 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、線棒材の水冷制御方法に係り、特に、線材や
棒鋼を温度制御する際に用いるのに好適な、線棒材の水
冷制御方法の改良に関する。

【従来の技術】

一般に、線棒材の加工、例えば線材や棒鋼を圧延する際
に、冷却水を供給して該線棒材の材料温度を目標温度に
制ｔｉｌｌ（水冷１１６０）することが、該線棒材の製
品品質を決める上で重要な要素となる。 従って、この水冷制御には従来から様々な工夫がなされ
ている。 ここで、既存の水冷ｉ、ＩＪ　Ｉａｌｌにおいては、線
棒材の材料温度を制御するという場合の材料温度として
、該材料断面内の平均温度若しくは、水冷後の材料断面
内において復熱が充分完了した時点での材料表面温度の
ことを称している。 即ち、まず、説明のために、第４図に、圧延機１０から
送り出されてきた線棒材１２を２ゾーンの水冷帯（水冷
ゾーン）１４Ａ、１４Ｂで水冷したときの、線棒材１２
の材料断面内の中心位置及び表面位置の材料温度Ｑの変
化を示す。なお、図中符号Ｑ１は中心位置温度、Ｑ２は
表面位置１度である。 水冷時は、材料表面から冷却媒体である水に伝わる熱量
が、材料内部の中心位置（即ち、温度の高い位置）から
表面位置く即ち、温度の低い位四）に伝わる熱量に比べ
て格段に大きい（例えば熱伝達率で表わした場合、数１
０倍以上となる）。従って、線棒材１２が各水冷ゾーン
１４Ａ、１４Ｂを通過中は、その表面温度が急激に低下
し、中心部との温度差が大きくなる。逆に水冷後は、材
料表面から外部（大気又は接触しているガイド等）に伝
わる熱量より、材料内部の温度差によって、該材料の中
心部から表面部へ伝わる熱量の方が大きくなるため、該
中心部と表面部の温度差が減少する。 従って、従来の温度制御や水冷制御方法において材料温
度と称しているのは、計算により、若しくは測定した材
料表面温度より推測により求めた水冷後の断面内平均温
度であるか、第４図中に符号Ｑｓで示すように、材料の
表面と中心の温度差がほとんどない状態になったときの
材料表面温度のことである。 従来は、上記の如く称される材料温度を用いて水冷制御
が行われており、例えば特開昭５６−９０９２８で示さ
れた線材の冷却温度制御装置においても、冷却後の材料
表面温度が平均温度と実質的に等しくなる位置に８度検
出器を配置することを条件とすると記されているように
、材料断面内の平均温度のみに着目し、該平均温度を目
標値に一致させることに力が注がれてさた。 又、従来、線棒材に要求された材質はく特に機械的な性
質上）、前記の如く材料の断面内平均温度や表面温度に
より水冷制御を行っても、特に大きな問題は生じないも
のであった。

【発明が解決しようとする問題点１ ところが、線棒材の材料表面に注目した場合、第４図か
ら明らかなように、該表面温度が水冷中に極端に低下し
、水冷後には内部からの熱流により復熱するというパタ
ーンを繰返すこととなる。 これにより、前記線棒材に一種の熱処理が行われてしま
い、材質上の点で表面と内部との材質に差が生じ、又、
表面スケール性状も表面温度の層厚によって変化してし
まう。 特に、最近においては、圧延速度の高速化により水冷時
間が短縮され、目標とする平均温度を１！ｌるためには
、水冷時に、材料表面から冷却媒体である冷却水への熱
伝達量を増加する必要がある。 従って、必然的に材料の内部温度と表面温度の差が広が
り、表面温度の最低到達温度が低下するため、従来あま
り問題にならなかった材質への影響が大きくなる。条件
によっては、材料表面と内部の金属組織が全く異なるも
のとなり製品価値を失ってしまう場合もある。 以上のことから、線棒材を水冷制御する際に、υｊ御パ
ラメータとして用いる材Ｆｌ温度には、例えば高速圧延
の如く水冷時間が短縮される場合に対処するため、前記
線棒材の内部湿度と表面温度を考慮したものが要請され
る。 しかしながら、従来は、前記の如く断面的温度や安定状
態となった以降の材料表面温度を用いており、前記要請
に充分答えることができず、断面内の材質が均一で表面
スケール性状の良好な線棒材が得られないという問題が
あつな。 なお、本発明に関連した水冷により材料温度を６１１１
１Ｄ　する技術に、特開昭５６−３９１１１、特開昭５
５−５４２０７で示されたものがある。特開昭５６−３
９１１１では相関関係モデルを用いて、仕上圧延機出口
予想温度から供給冷却水ｍを決定し、一方、特開昭５５
−５４２０７では、冷却水本流を分割し、圧延鋼板出側
温度に応じて、分割された流れの遮断を制御し、冷却水
量を制御するようにしている。しかしながら、これらの
技術はいずれも材料断面内の温度差まで考慮しておらず
、前記要請に答えることはできない。 ［発明の目的１ 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
のであって、水冷時間が短くとも断面内の材質が均一で
表面スケール性状が良好な線棒材を１５Ｉることができ
る線棒材の水冷制御方法を提供することを目的とする。 【問題点を解決するための手段１ 本発明は、線棒材に複数の水冷帯で冷却水を供給して該
線棒材の温度を水冷制御する際に、該水冷帯の故及び該
水冷帯からの供給する冷却水量を、水冷後の当該線棒材
の断面内の平均温度の目標（１αから求め、求められた
前記水冷帯数及び冷却水量を、前記線棒材の表面温度の
目標下限値に基づき修正して水冷制御を行うことにより
、前記目的を達成したものである。 【作用１ 本発明においては、冷却時間が短い場合においても、線
棒材の表面と内部の材質差や表面スケール性状の変化を
なくすために、水冷装置に多数の水冷帯を設け、水冷条
件、即ち前記線棒材を水冷する水冷帯の数及び該水冷帯
から供給する冷却水量を決定するにあたっては、水冷後
の当該線棒材の断面内の平均温度の目標値から前記冷却
水量を求め、該線棒材の表面温度も考慮すべく、求めら
れた水冷帯数及び冷却水口を該表面温度の目標下限値に
基づき修正している。従って、冷却時間が短い場合であ
っても、断面内の材質が均一で表面スケール性状が良好
な線棒材製品を得ることができる。又、特に高速圧延さ
れる線棒材を高速に冷却する場合に所望の材質を得るこ
とができる。 【実施例】 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明づる
。 この実施例は、第１図に示されるような演算手順により
、水冷ゾーン数と冷却水量を決定するようにした水冷装
置であり、該水冷ＴＡ置の全体的な概略構成を第２図に
示す。 この水冷装置には、第２図に示されるように、圧延機１
０で圧延された後に線棒材１２を冷却するための４ゾー
ンの水冷ゾーン１４Ａ〜１４Ｄと、各水冷ゾーン１４Ａ
〜１４０への冷却水量を検出するための流量計１６Ａ〜
１６Ｄと、前記水ルを調節するための流量調節弁１８Ａ
〜１８０と、該流口調節弁１８Ａ〜１８Ｄの開度を制御
するための流量調節計２０Ａ〜２０Ｄと、各水冷ゾーン
１４Ａ〜１４Ｄで冷却水を供給するか否が、及び供給す
る冷却水間を演算により決定するための演算装置２２と
、冷却後の線棒材１２の温度を検出して前記演算装置２
２に入力するための温度計２４とが備えられる。 以下、実施例の作用を説明する； ある圧延材について圧延条件（圧延スピード、バススケ
ジュール等）と圧延目標（圧延仕上温度、水冷後の温度
）が与えられて、水冷条件（使用する水冷ゾーン数と各
ゾーンでの水星）を決める際に、前記冷却水の流量の決
定方法として種々の方法が考えられるが、本発明方法を
実施する際には特に限定されない。前記流量の決定方法
としては、例えば差分法（第３４回塑性加工連合会講演
会、１９８３年１１月発行のＮｏ、２１７等に記載され
る）や、統−非定常熱伝導解析解（例えば、１９８５年
に発行された、「鉄と鋼」の第７１巻、第５号のＳ−３
８５等）を用いたり、又、単純に予め求められた各圧延
条件と冷却水流量の関係のグラフを用いる方法がある。 この際、従来は線棒材１２の断面内の平均温度若しくは
実質的に平均温度に等しい表面温度が得られる位置での
表面温度のみを目標値として考えていたが、本発明を実
ＩＭｖる際には、線棒材断面内の平均温度と共に表面温
度をも目標値として考える。この場合、目標値が２つと
なり、冷却水間のみではこの２つの目標値を同時に満足
させることは難しいため、水冷ゾーン数を別の操作量と
して取扱っている。 次に、水冷条件を決定するロジックを第１図の演算手順
に基づき説明する。 即ち、まず、ステップ１１０で、線棒材１２の圧延条件
及び断面内の平均温度の目標値と表面温度の下限値等の
条件を設定する。次いでステップ１２０で、水冷ゾーン
数の初期値を設定する。この場合、初期水冷ゾーン数と
しては全ゾーン数より小さい値を与える。 次いでステップ１３０で、設定された各条件及び初期値
に基づき水冷ゾーン１４Ａ〜１４０の水損計算を行う。 この場合、前述の統−非定常熱伝尋解析解を用いて計算
を行い、前記設定された平均温度を各水冷ゾーン１４Ａ
〜１４Ｄの水足を計算する際の目標として与えて、平均
温度の目標を達成するようにする。 次いでステップ１４０で、算出された各水冷ゾーン１４
Ａ〜１４Ｄの水星がこれら水冷ゾーン１４Ａ〜１４Ｄで
供給できる冷却水の上限以下か否かを判定する。判定結
果が正のときは、算出された水量を各水冷ゾーン１４Ａ
〜１４Ｄで実現できると判断されるためステップ１５０
に進む。ステップ１５０では、線棒材１２の表面温度の
履歴を算出する。この場合、前記統−非定常熱伝導解析
解を使い、与えられた水冷条件下で前記履歴を計算する
。 そして、ステップ１６０に進み、算出された表面温度の
履歴の最低値が設定された表面温度の下限値以上である
か否かを判定する。判定結果が正、即ち前記履歴途中の
表面温度の最低値が予め決められた下限値以上であると
判断される場合は、先のステップ１３０ｔ’ｔｉ出され
た冷却水量、及び後述プるステップ１８０，１９０で決
定され１ζ圧延速度、冷却水量に関する水冷条件を設定
する。 一方、判定結果が否、即ち前記最低値が予め設定された
下限値以上でないと判断されるときはステップ１７０に
進む。ステップ１７０以下においては、前記表面温度の
最低値を予め設定された下限値以上とする条件を設定す
ることができる。 又、先のステップ１４０の判定結果が否のとき、即も各
水冷ゾーン１４Ａ〜１４Ｄに流れる冷却水量が設備能力
の上限以上と判断されるときは、そのままで水冷条件を
設定することなくステップ１７０に進む。ステップ１７
０では、使用されている水冷ゾーン数がライン上に設置
されている水冷ゾーン１４Ａ〜１４Ｄの故以上か否かを
判定する。 判定結果が正のとき、即ち、材料表面温度の最低値が、
水冷ゾーン１４Ａ〜１４Ｄを全て使って冷却しても設定
された下限値より低くなると判断される場合はステップ
１８０に進み、水冷Ｈ買の冷却能力を向上させるため圧
延機１０の圧延速度を下げて、ステップ１３０以降の計
算をヤリ直す。 一方、判定結果が否のとき、即ち使用される水冷ゾーン
の故に余裕があると判断されるときはステップ１９０に
進み、使用される水冷ゾーン数をふやして冷却能力を玉
貸させ、後にステップ１３０以降の計算をやり直す。 次に、従来方法と本発明方法を比較し、使用される水冷
ゾーン数の違いによる材料表面温度履歴の違いを第３図
に示す。 従来方法を用いて水冷ゾーンを２つだけ使用した場合、
図に示すように、水冷ゾーン出側における線棒材の断面
平均温度θ１Ｍはその目標値と一致しているが、表面温
度θ１ｓは途中で下限値以下となっている。この場合、
線棒材製品の表面付近にわずかに異常組織が現われてい
た。 これに対し、本発明方法により、水冷ゾーン数を計算に
より選択して各ゾーンを使用した場合、図に示すように
断面平均温度６２Ｍは目標値と一致する上、その表面温
度θ２ｓもその下限値を下回ることがなかった。この場
合、線棒材製品の材質も均一なものが得られた。このこ
とがらも、本発明の有用性が理解される。 なお、前記実施例においては第１図に示されるようなス
ケジュールで各ゾーンの水量計算や使用するゾーン数を
決定し、その場合統−非定常熱伝導解析解を用いていた
が、本発明を実Ｍする際の計算手順及び算出解析解は第
１図に示されるものあるいは統−非定常熱伝導解析解に
限定されず、他の手順及び解析方法を用いて実施するこ
とができる。 又、前記実施例においては第２図に示されるような４つ
の水冷ゾーンを有する水冷装置に本発明方法を実施した
場合について例示したが、本発明方法が実施される水冷
装置の水冷ゾーン数及びその構成は図に示されるものに
限定されず、他のゾーン数あるいは構成の水冷装置に本
発明方法を採用することができる。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、短期間の冷却時間
が短い場合であっても、断面内の材質が均一で表面スケ
ール性状が良好な線棒材を得ることができるという優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の実施例に係る水冷装置の水冷ゾーン
数と冷」水量を決定するための手順を示す流れ図、第２
図は前記実施例に係る水冷装置の全体構成を示す、一部
ブロック図を含む配置図、第３図は従来方法と本発明方
法を実施した場合の断面平均温度と表面温度の温度履歴
の例を示す、一部配置図を含む線図、第４図は一般的な
水冷設備における材料温度の変化の例を示す、一部配置
図を含む線図である。 １０・・・圧延機、　　　　　１２・・・線棒材、１４
Ａ〜１４０・・・水冷帯（水冷ゾーン）、１６Ａ〜１６
Ｄ・・・流量計、 １８Ａ〜１８Ｄ流損調部弁、 ２０・・・流量調節計、　　　２２・・・演口装置、２
４・・・温度計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）線棒材に複数の水冷帯で冷却水を供給して該線棒
   材の温度を水冷制御する際に、 該水冷帯の数及び該水冷帯から供給する冷却水量を、水
   冷後の当該線棒材の断面内の平均温度の目標値から求め
   、 求められた前記水冷帯数及び冷却水量を、前記線棒材の
   表面温度の目標下限値に基づき修正して水冷制御を行う
   ことを特徴とした線棒材の水冷制御方法。