JPWO2011001935A1 - 熱延鋼板の冷却装置、冷却方法、製造装置、及び、製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)図11に示されるように、Ar3点以上の温度域で圧延された後、0.2秒以内に720℃までの冷却を完了すると、結晶粒をさらに微細化することが可能になる。
(2)Ar3点以上の例えば820℃から720℃までの100℃降下の冷却を、圧延後0.2秒以内で終了させるには、例えば500℃/s以上の平均冷却速度で急冷を行う必要があり、600℃/s以上の冷却速度で急冷を行うことが好ましい。ここで、熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドにおける圧下点(圧延される鋼板の上面と接触するワークロールの下死点、及び、圧延される鋼板の下面と接触するワークロールの上死点をいう。以下において同じ。)から当該最終スタンドのハウジングポスト出側までの領域(以下において、「スタンド内領域」ということがある。)の鋼板搬送方向の長さをL1、スタンド内領域において急速冷却が可能な区間の鋼板搬送方向の長さをL2、当該区間における冷却速度をZ1、スタンド内領域において急速冷却が困難な区間の鋼板搬送方向の長さをL3、当該区間における冷却速度をZ2とするとき、{L2×Z1+L3×Z2}/L1で表される冷却速度が、平均冷却速度である。600℃/sの冷却速度で鋼板を冷却した場合、鋼板の温度を100℃低下させるための所要時間は0.167秒である。したがって、冷却を0.2秒以内で終了させるためには、圧延後0.033秒以内に冷却を開始する必要がある。例えば、鋼板を10m/sの速度で移動させた場合、0.033秒で移動する距離は0.33mである。したがって、圧延後の急冷は、熱間圧延機列における最終スタンドのワークロールの半径相当位置以内から開始し、少なくとも熱間圧延機列における最終スタンド内ではほぼ連続して急冷することが好ましい。
(3)例えば、鋼板の圧延速度が10m/sの場合、0.2秒間で鋼板が移動する距離は2mである。また、一般的な熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドにおける圧下点から当該最終スタンドのハウジングポスト出側までの距離も約2mである。そのため、必要とされる急速冷却は、ほぼ最終スタンド内で行わなければならない。しかしながら、圧下点極近傍に代表されるように、圧下点から最終スタンドのハウジングポスト出側までの間には、急速冷却を実施することが困難な部分もある。したがって、急速冷却を実施することが困難な部分の存在も考慮すると、急速冷却可能範囲(圧下点からスタンド出側までの領域から、急速冷却の実施が困難な部分を除いた領域をいう。以下において同じ。)における冷却速度を高めることで、最終スタンドの圧下点から最終スタンドのハウジングポスト出側までの領域における必要な平均冷却速度を確保する必要がある。
(4)鋼板へと噴射された冷却水が鋼板に衝突する圧力(面圧)と鋼板の冷却速度との間には相関があり(図6参照)、冷却水が鋼板に衝突する圧力を増大させることによって鋼板の冷却速度を増大させることが可能になる。超微細粒鋼を製造するためには、鋼板へ向けて高圧ジェット水を噴射する必要があり、鋼板を核沸騰冷却する必要がある。
10…熱延鋼板の製造装置
11…熱間仕上げ圧延機列
11g…最終スタンド
11gh…最終スタンドのハウジングポスト
11gw…最終スタンドのワークロール
11gwu…最終スタンドのワークロール
11gwd…最終スタンドのワークロール
12…搬送ロール
13…ピンチロール
20、20’…熱延鋼板の冷却装置
21…ヘッダー
21a…ノズル
22…ヘッダー
22a…ノズル
23…上面ガイド
24…下面ガイド
30…熱延鋼板の冷却装置
31…集合型ヘッダー
31a…ノズル
32…集合型ヘッダー
32a…ノズル
鋼板面衝突圧力平均値Ps=F/(A・B) [Pa]
ここで、Aは鋼板幅方向ノズルピッチ[m]、Bは搬送方向ノズルピッチ[m]、Fは高圧ジェット水の鋼板表面への衝突力[N]である。衝突力Fは、以下の式で求めることができる。
衝突力F=44.7・C・q・P0.5 [N]
ここで、44.7は水の密度の0.5乗を含む定数[N0.5s/m2]、Cは損失係数(0.8〜1.0程度)、qはフラットスプレーノズルの流量[m3/s]、Pは給水圧力[Pa]である。なお、フラットスプレーノズルの流量は、ノズル形式(特性)に応じ、給水圧力との関係で定まる。
図8(a)に示すように、ノズルがフラットスプレーノズルの場合には、高圧ジェット水が鋼板表面に衝突する部位が楕円形形状又は長円形形状になる。この場合、高圧ジェット水の鋼板面衝突圧力の鋼板搬送方向平均値の垂直成分を導出する際に考慮される四辺形領域(平行四辺形領域)の面積は、鋼板の板幅方向におけるノズルピッチAと鋼板の搬送方向におけるノズルピッチBとを乗ずることによって、算出することができる。また、図8(b)に示すように、ノズルが柱状ノズルの場合には、高圧ジェット水が鋼板表面に衝突する部位が円形形状になる。この場合、高圧ジェット水の鋼板面衝突圧力の鋼板搬送方向平均値の垂直成分を導出する際に考慮される四辺形領域(長方形領域)の面積は、鋼板の板幅方向におけるノズルピッチAと鋼板の搬送方向におけるノズルピッチBとを乗ずることによって、算出することができる。
、21a、…、22a、22a、…)を備えるヘッダー(21、22)を具備する熱延鋼板の冷却装置(20)であって、少なくとも鋼板の搬送方向最上流側に配設されたノズルは、鋼板の搬送方向の上流側へ向けて高圧ジェット水を斜めに噴射可能なように、軸方向が鋼板の垂直面に対して交差するように配置され、最終スタンドのワークロールの半径相当位置以内に存在する鋼板の表面へと衝突した高圧ジェット水によって冷却される鋼板の平均冷却速度をV1、最終スタンドのワークロールの半径相当位置と最終スタンドのハウジングポスト出側との間に存在する鋼板の表面へと衝突した高圧ジェット水によって冷却される鋼板の平均冷却速度をV2、とするとき、V1≧V2であり、且つ、最終スタンド内における冷却開始点と最終スタンドのハウジングポスト出側との間に存在する鋼板の表面へと衝突した高圧ジェット水によって冷却される鋼板表面の平均冷却速度Vmが400℃/s以上であることを特徴とする、熱延鋼板の冷却装置である。
[0016]
ここに、「下流側」とは、鋼板(1)の搬送方向の下流側をいう。また、「高圧ジェット水」とは、鋼板(1)を核沸騰冷却し得る圧力を有する噴流水をいう。また、「最終スタンドのワークロールの半径相当位置」とは、図4に示すように、圧延される鋼板(1)と最終スタンドのワークロール(11gw、11gw)とが接触する部位(より詳細には、鋼板(1)の上面と接触するワークロール(11gwu)の下死点、及び、鋼板(1)の下面と接触するワークロール(11gwd)の上死点。以下において、当該部位を「圧下点」ということがある。)から鋼板(1)の搬送方向下流側へ最終スタンドのワークロール(11gw、11gw)の半径分だけ離れた位置をいう。また、「最終スタンドのワークロールの半径相当位置以内に存在する鋼板の表面」とは、最終スタンドのワークロールの半径相当位置と圧下点との間(最終スタンドのワークロールの半径相当位置よりも圧下点側)に存在する鋼板(1)の表面(上面及び下面)をいう。また、「鋼板の平均冷却速度」とは、例えば、後述する高圧ジェット水の鋼板面衝突圧力の鋼板搬送方向平均値の垂直成分を算出する際に考慮される複数の平行四辺形領域それぞれについて算出した冷却速度の平均値をいう。また、「V1」は、最終スタンドのワークロールの半径相当位置以内に存在する鋼板の上面(又は下面
)を、上記平行四辺形領域によって複数に区画し、各平行四辺形領域について算出した冷却速度の平均値をいう。その際、ワークロールに最も近い領域の上流側の境界は高圧ジェット水が直接鋼板に衝突する部位の最も上流側、すなわち圧下点に近い点(冷却開始点)である。高圧ジェットスプレーを最もロールに近接させて設置する場合には、ノズル噴射孔の中心からロール円周に引いた接線が鋼板に達する点に相当する。また、「最終スタンドのハウジングポスト出側」とは、最終スタンドのハウジングポスト(11gh)の外面(鋼板搬送方向下流側の外面)をいう。また、「V2」は、最終スタンドのワークロールの半径相当位置と最終スタンドのハウジングポスト出側との間に存在する鋼板の上面(又は下面)を、上記平行四辺形領域によって複数に区画し、各平行四辺形領域について算出した冷却速度の平均値をいう。また、「Vm」は、最終スタンド内の冷却開始点と最終スタンドのハウジングポスト出側との間に存在する鋼板の上面(又は下面)を、上記平行四辺形領域によって複数に区画し、各平行四辺形領域について算出した冷却速度の平均値をいう。
[0017]
本発明の第2の態様は、熱間仕上げ圧延機列(11)における最終スタンド(11g)内の下流側に配置され、パスラインを搬送される鋼板(1)の表面へ向けて高圧ジェット水を噴射可能に設けられた複数のノズル(21a、21a、…、22a、22a、…)を備えるヘッダー(21、22)を具備する熱延鋼板の冷却装置(20)であって、少なくとも鋼板の搬送方向最上流側に配設されたノズルは、鋼板の搬送方向の上流側へ向けて高圧ジェット水を斜めに噴射可能なように、軸方向が鋼板の垂直面に対して交差するように配置され、最終スタンドのワークロールの半径相当位置以内に存在する鋼板の表面へと衝突した高圧ジェット水の、鋼板面衝突圧力の鋼板搬送方向平均値の垂直成分をP1、最終スタンドのワークロールの半径相当位置と最終スタンドのハウジングポスト出側との間に存在する鋼板の表面へと衝突した高圧ジェット水の、鋼板面衝突圧力の鋼板搬送方向平均値の垂直成分をP2、とするとき、P1≧P2であり、且つ、最終スタンド内における冷却開始点と最終スタンドのハウジングポスト出側との間に存在する鋼板の表面へと衝突した高圧ジェット水の、鋼板面衝突圧力の鋼板搬送方向平均値の垂直成分Pmが2.7kPa以上であることを特徴とする、熱延鋼板の冷却装置である。
[0018]
ここに、「高圧ジェット水の、鋼板面衝突圧力の鋼板搬送方向平均値の垂直成分」とは、鋼板幅方向における任意の位置、例えば幅方向中央部で、鋼板搬送方向の線分に沿って鋼板表面が受ける高圧ジェット水の衝突圧力を測定又は算出し、これを所定の領域で平均化したものの垂直成分をいう(以下
22、…が鋼板の搬送方向に所定のピッチで配置されている。ヘッダー21、21、…は、鋼板1の幅方向へ所定のピッチで配置された複数のノズル21a、21a、…へ冷却水を一括供給可能に構成され、ヘッダー22、22、…は、鋼板1の幅方向へ所定のピッチで配置された複数のノズル22a、22a、…へ冷却水を一括供給可能に構成されている。鋼板1の搬送方向最上流側に配設された、鋼板1の上面側の2列のノズル21a、21a、及び、鋼板1の下面側の2列のノズル22a、22aは、鋼板1の搬送方向の上流側へ向けて高圧ジェット水を斜めに噴射可能なように、それぞれの軸方向が鋼板の垂直面に対して交差するように配置されている。冷却装置20において、鋼板1の搬送方向最上流側に配置されたノズル21a、22aの軸方向が鋼板の垂直面に対してなす角(以下において、「垂直面内傾き角」という。)は、当該ノズル21a、22aと鋼板1の搬送方向下流側に隣接するノズル21a、22aに付与されている垂直面内傾き角以上とされている。ワークロール11gw、11gwの近傍に配置されたノズル21a、21a、…、及び、ノズル22a、22a、…は、ワークロール11gw、11gwまでの距離が近づくほど鋼板1へ近づくように配置されている。加えて、ワークロール11gwuの近傍のノズル21a、21a、…は、ワークロール11gwuへ近づくほど、噴射された高圧ジェット水の鋼板1の上面に対する角度(噴射角度)が小さくなるように配置されている。同様に、ワークロール11gwdの近傍のノズル22a、22a、…は、ワークロール11gwdへ近づくほど、噴射された高圧ジェット水の鋼板1の下面に対する角度(噴射角度)が小さくなるように配置されている。
[0048]
冷却装置20において、ノズル21a、21a、…と鋼板1の上面との間には、ノズル21a、21a、…と鋼板1との衝突等を防止する上面ガイド23、23が備えられ、ノズル22a、22a、…と鋼板1の下面との間には、ノズル22a、22a、…と鋼板1との衝突等を防止する下面ガイド24、24が備えられている。冷却装置20は、最終スタンド11gのワークロール11gwuに近接して備えられるヘッダー21と上面ガイド23とが
一体に構成されるとともに、最終スタンド11gのワークロール11gwdに近接して備えられるヘッダー22と下面ガイド24とが一体に構成されている。そのため、例えば、最終スタンドのワークロール11gw、11gwを交換する際には、図3に示すように、最終スタンドのワークロール11gwuに近接して備えられる上面ガイド23とともにヘッダー21を移動させ、且つ、最終スタンドのワークロール11gwdに近接して備えられる下面ガイド24とともにヘッダー22を移動させることができ、これによって、駆動側(図3紙面奥側)のチョック(不図示)が操作側まで抜け出てくる空間が空き、ロール交換の作業が可能になる。
[0049]
図2及び図4に示すように、冷却装置20を用いて鋼板1を急冷する際には、ノズル21aから噴射された高圧ジェットの衝突域が、最終スタンド11gのワークロール半径相当位置よりも圧下点側の領域へと達し、且つ、ノズル22aから噴射された高圧ジェットの衝突域が、最終スタンド11gのワークロール半径相当位置よりも圧下点側の領域へと達する。さらに、図2及び図3に示すように、冷却装置20には、鋼板幅方向に所定ピッチで配置された複数のノズル21a、21a、…が接続されたヘッダー21、21、…、及び、鋼板幅方向に所定ピッチで配置された複数のノズル22a、22a、…が接続されたヘッダー22、22、…が、鋼板の搬送方向に所定ピッチで配置されている。そのため、冷却装置20を用いることにより、最終スタンド11gのワークロール半径相当位置以内から最終スタンドのハウジングポスト11ghの出側までの区間において、高圧ジェット水を鋼板1の上面及び下面へと連続的に噴射することができる。また、図2及び図4に示す冷却装置20は、最終スタンド11gのワークロール半径相当位置よりも圧下点側に位置する鋼板1の平均冷却速度V1が、最終スタンド11gのワークロール半径相当位置と最終スタンド11gのハウジングポスト11ghの出側との間に位置する鋼板1の平均冷却速度V2と等しくなるように、高圧ジェット水を鋼板1へ向けて噴射している。
[0050]
一方、図5に示すように、ノズル21aから最終スタンド11gのワークロール半径相当位置X1よりも圧下点側の領域へと噴射された冷却水の衝突圧力平均値P1は、ノズル21aから最終スタンド11gのワークロール半径相当位置X1と最終スタンド11gのハウジングポスト出側X2との間へと噴射された冷却水の衝突圧力平均値P2と等しい。後述するように、冷却水の衝突圧力平均値と鋼板の平均冷却速度との間には相関があり、冷却水の衝突圧力平均値を増大させることにより、鋼板の平均冷却速度を増大させることが可能になる。それゆえ、冷却装置20によれば、最終スタンド11gのワークロール半径相当位置と最終スタンド11gのハウジングポスト11ghの外面との間に存在する鋼板の上面及び下面のみならず、最終スタンド11gのワークロール半径相当位置以内に存在する鋼板1の上面及び下面も、高圧ジェット水を用いて急冷することができる。加えて、上述のように、冷却装置20では、ワークロール11gwuの近傍のノズル21a、21a、…は、ワークロール11gwuへ近づくほど、噴射された高圧ジェット水の鋼板1の上面に対する角度(噴射角度)が小さくなるように(すなわち、垂直面内傾き角が大きくなるように)配置され、ワークロール11gwdの近傍のノズル22a、22a、…は、ワークロール11gwdへ近づくほど、噴射された高圧ジェット水の鋼板1の下面に対する角度(噴射角度)が小さくなるように(すなわち、垂直面内傾き角が大きくなるように)配置されている。そのため、最終スタンド11gのワークロール半径相当位置以内に存在する鋼板1の上面及び下面へと衝突した高圧ジェット水は、その後、ワークロール11gwu、11gwd側へと進み、ワークロール11gwu、11gwdに衝突することにより、ワークロール11gwu、11gwdの近傍(最終スタンドのワークロール半径相当位置以内)において噴流を生じさせる。ここで、鋼板1の上面及び下面で噴流を生じさせると、鋼板1の上
Claims (16)
- 熱間仕上げ圧延機列における最終スタンド内の下流側に配置され、パスラインを搬送される鋼板の表面へ向けて高圧ジェット水を噴射可能に設けられた複数のノズルを備えるヘッダー、を具備する熱延鋼板の冷却装置であって、
前記最終スタンドのワークロールの半径相当位置以内に存在する前記鋼板の表面へと衝突した高圧ジェット水によって冷却される前記鋼板の表面の平均冷却速度をV1、前記最終スタンドのワークロールの半径相当位置と前記最終スタンドのハウジングポスト出側との間に存在する前記鋼板の表面へと衝突した高圧ジェット水によって冷却される前記鋼板の表面の平均冷却速度をV2、とするとき、V1≧V2であり、且つ、前記最終スタンド内における冷却開始点と前記最終スタンドのハウジングポスト出側との間に存在する前記鋼板の表面へと衝突した前記高圧ジェット水によって冷却される前記鋼板の表面の平均冷却速度Vmが400℃/s以上であることを特徴とする、熱延鋼板の冷却装置。 - 前記最終スタンドのワークロールの半径相当位置以内に存在する前記鋼板の表面へと衝突した前記高圧ジェット水の、鋼板面衝突圧力の鋼板搬送方向平均値の垂直成分をP1、前記最終スタンドのワークロールの半径相当位置と前記最終スタンドのハウジングポスト出側との間に存在する前記鋼板の表面へと衝突した前記高圧ジェット水の、鋼板面衝突圧力の鋼板搬送方向平均値の垂直成分をP2、とするとき、P1≧P2であり、且つ、前記最終スタンド内における冷却開始点と前記最終スタンドのハウジングポスト出側との間に存在する前記鋼板の表面へと衝突した前記高圧ジェット水の、鋼板面衝突圧力の鋼板搬送方向平均値の垂直成分Pmが2.7kPa以上であることを特徴とする、熱延鋼板の冷却装置。
- 前記最終スタンドのワークロールの半径相当位置以内に存在する前記鋼板の表面へと噴射される前記高圧ジェット水の単位面積当たりの水量をW1、前記最終スタンドのワークロールの半径相当位置と前記最終スタンドのハウジングポスト出側との間に存在する前記鋼板の表面へと噴射される前記高圧ジェット水の単位面積当たりの水量をW2、とするとき、W1≧W2であることを特徴とする、請求の範囲第1項又は第2項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記最終スタンドのワークロールに最も近い位置に配置された前記ノズルの高圧ジェット水噴射口と前記鋼板との距離をD1、前記最終スタンドのハウジングポスト出側に最も近い位置に配置された前記ノズルの高圧ジェット水噴射口と前記鋼板との距離をD2、とするとき、D1≦D2であることを特徴とする、請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記最終スタンドのワークロールの半径相当位置以内から前記最終スタンドのハウジングポスト出側までの区間で、前記鋼板の上面及び下面へ向けて、前記ノズルから高圧ジェット水を前記鋼板の搬送方向へ連続的に噴射可能に構成されていることを特徴とする、請求の範囲第1項〜第4項のいずれか1項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記区間における、前記高圧ジェット水の鋼板面衝突圧力の鋼板搬送方向平均値の垂直成分が、前記上面及び前記下面において3.5kPa以上であることを特徴とする、請求の範囲第1項〜第5項のいずれか1項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記ノズルが、フラットスプレーノズルであることを特徴とする、請求の範囲第1項〜第6項のいずれか1項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記冷却装置の鋼板幅方向量端面と前記最終スタンドの鋼板幅方向両端面との間に、冷却水を排出可能な空間が確保されていることを特徴とする、請求の範囲第1〜第7項のいずれか1項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記鋼板の上面側に設けられた前記ヘッダー及び前記ノズルと、該ノズルと前記パスラインとの間に設けられている上面ガイドとが、一体に構成されていることを特徴とする、請求の範囲第1項〜第8項のいずれか1項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記鋼板の下面側に設けられた前記ヘッダー及び前記ノズルと、該ノズルと前記パスラインとの間に設けられている下面ガイドとが、一体に構成されていることを特徴とする、請求の範囲第1項〜第9項のいずれか1項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記ヘッダーが複数備えられ、該ヘッダーの少なくとも一部は、前記鋼板の搬送方向及び前記鋼板の幅方向のそれぞれへ複数列に配置された前記ノズルへ冷却水を一括供給可能に構成されていることを特徴とする、請求の範囲第1項〜第10項のいずれか1項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
- 前記鋼板の上面側に複数の前記ヘッダーが配置され、
前記鋼板の上面側に設けられている前記ヘッダーのうち、少なくとも前記鋼板の搬送方向最上流側に配置された前記ヘッダーが、前記鋼板の搬送方向及び前記鋼板の幅方向のそれぞれへ複数列に配置された前記ノズルへ冷却水を一括供給可能に構成されている前記ヘッダーであることを特徴とする、請求の範囲第11項に記載の熱延鋼板の冷却装置。 - 前記鋼板の下面側に複数の前記ヘッダーが配置され、
前記鋼板の下面側に設けられている前記ヘッダーのうち、少なくとも前記鋼板の搬送方向最上流側に配置された前記ヘッダーが、前記鋼板の搬送方向及び前記鋼板の幅方向のそれぞれへ複数列に配置された前記ノズルへ冷却水を一括供給可能に構成されている前記ヘッダーであることを特徴とする、請求の範囲第11項又は第12項に記載の熱延鋼板の冷却装置。 - 請求の範囲第1項〜第13項のいずれか1項に記載の熱延鋼板の冷却装置を用いて鋼板を冷却することを特徴とする、熱延鋼板の冷却方法。
- 熱間仕上げ圧延機列における最終スタンドと、請求の範囲第1項〜第13項のいずれか1項に記載の熱延鋼板の冷却装置とを、鋼板の搬送方向に順に備えることを特徴とする、熱延鋼板の製造装置。
- 請求の範囲第15項に記載の熱延鋼板の製造装置を用いて、熱間仕上げ圧延機列における最終スタンドで圧延された鋼板を処理する工程を含むことを特徴とする、熱延鋼板の製造方法。
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