JPWO2012011578A1

JPWO2012011578A1 - 鋼板の冷却装置及び鋼板の冷却方法

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Publication number: JPWO2012011578A1
Application number: JP2011544714A
Authority: JP
Inventors: 山本　龍司; 龍司山本; 芹澤　良洋; 良洋芹澤; 朋哉小田; 尚徳川村; 直剛田原; 上尾　英孝; 英孝上尾; 小川　健一; 健一小川; 公司首藤
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-09-09
Anticipated expiration: 2031-07-22
Also published as: BR112012024915B1; EP2540407A4; WO2012011578A1; CN102834193B; EP2540407B1; KR20120120972A; CN102834193A; BR112012024915A2; EP2540407A1; KR101266736B1; JP4903920B1

Abstract

この鋼板の冷却装置は、鋼板を拘束通板させる複数の拘束ロール対と；これら拘束ロール対間の位置で前記鋼板を間に挟んで互いに対向して配置され、複数のスプレーノズル列を有する上部冷却装置及び下部冷却装置と；を備え、前記複数のスプレーノズル列が、前記鋼板の通板方向に沿って配列されており、各々のスプレーノズル列が、前記鋼板の幅方向に並べられた複数の同一のスプレーノズルを有し；前記通板方向に沿って見た場合に、前記各スプレーノズル列が、相対的に上流側にある上流側スプレーノズル列群と、相対的に下流側にある下流側スプレーノズル列群とに分類され；前記上流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数が、前記下流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数より少ない。

Description

本発明は、熱間圧延して得られた鋼板を水平に拘束ロールで拘束通板しながら冷却する冷却装置及び鋼板の冷却方法に関する。
本願は、２０１０年０７月２２日に、日本に出願された特願２０１０−１６４５２２号及び２０１０年１０月１９日に、日本に出願された特願２０１０−２３４７１５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

熱間圧延の仕上げ圧延後の熱鋼板は、仕上げ圧延機後、拘束ロールで拘束されて搬送される間に所定の温度まで冷却される。各拘束ロール対間には、冷却装置、例えば熱鋼板の上下面それぞれに冷却水を噴射する複数のスプレーノズルが配置され、冷却水によって熱鋼板が冷却される。熱鋼板の熱間圧延においては、この仕上げ圧延後の冷却の様態が鋼板の機械的特性、加工性、溶接性を決定する重要な因子となっており、熱鋼板を均一に所定の温度に冷却することが重要となっている。

しかしながら、上述のように冷却水によって熱鋼板を冷却する場合、特に熱鋼板の上面側では、熱鋼板上に滞留する板上水の影響を受けて、熱鋼板を均一に冷却することが難しい。すなわち、熱鋼板上の板上水は熱鋼板の幅方向に排出されるが、この板上水と熱鋼板上に噴射される冷却水の水噴流とが干渉する。これにより、冷却水が熱鋼板の幅方向に不均一となる。

そこで、特許文献１には、スプレーノズルからの水噴流の衝突面積を調整したり、水噴流の広がり角度を調節したりして、水噴流を熱鋼板の上面に十分に到達させる冷却方法が開示されている。この方法の場合、冷却能力を十分に確保でき、熱鋼板を均一に冷却することができる。

ここで、熱間圧延においては、鋼板の種類、用途などによって冷却装置に要求される冷却能力が異なる。したがって、冷却装置には、上述したように熱鋼板を均一に冷却すると共に、冷却能力制御範囲を広範囲に選択できることが望まれている。

この状況下において、例えば要求される冷却能力が低い場合、すなわち熱鋼板に噴射される冷却水量が少量の場合、スプレーノズルのノズル負荷圧力が小さくなる。これにより、当該スプレーノズルからの水噴流の熱鋼板への衝突部面積（以下、「スプレーパターン」という）の確保が困難になる。このため、特許文献１に記載した冷却方法では、冷却水量が少量の場合はスプレーノズルからの水噴流が板上水の影響を受け、熱鋼板を均一に冷却することが困難である。

そこで、特許文献２には、噴射する冷却水量の異なるスプレーノズルを有し、要求される冷却能力（冷却水量）に応じてスプレーノズルを使い分ける冷却装置が開示されている。しかしながら、熱鋼板の上面を冷却する際に、各スプレーノズルから噴射される冷却水量の差が大きい場合、スプレーノズルからの冷却水量の多い水噴流が冷却水量の少ない水噴流に影響を与えるため、冷却水が熱鋼板の幅方向に対して不均一となる。また、このように異なる冷却水量のスプレーノズルを同時に使用すると冷却不均一が発生するため、この冷却装置を適用できる条件は限られており、冷却能力範囲を十分に広げることができない場合がある。

また、特許文献３には、スプレーパターンを確保するため、２つの流体（空気と冷却水）を噴射する気水スプレーノズルを備えた冷却装置が開示されている。しかしながら、気水スプレーノズルは、空気を供給するためのエアコンプレッサやエア配管等が必要となり、冷却装置の製造コストが高くなる。また、気水スプレーノズルのノズル構造が複雑で目詰まりしやすいため、冷却装置の製造コストに加えてメンテナンス費用も高くなる。さらに、空気と水との圧力制御が複雑で、気水比を一定に保つことが困難であり、この気水比によって冷却能力が変化する。このように、前記冷却装置は、影響因子が多すぎて正確な冷却能力制御を行うのが困難であるという問題点がある。

日本国特開２００６−８２１１５号公報日本国特開２００７−３０１５６８号公報日本国特開２００６−２１９７３２号公報

本発明は、上述した問題点に鑑み案出されたものであり、熱間圧延後の熱鋼板を冷却する際に、冷却能力を広範囲に制御しつつ、鋼板を均一に冷却する鋼板の冷却装置及び鋼板の冷却方法の提供を目的とする。

本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
すなわち、
（１）本発明の一態様に係る鋼板の冷却装置は、鋼板を拘束通板させる複数の拘束ロール対と；これら拘束ロール対間の位置で前記鋼板を間に挟んで互いに対向して配置され、複数のスプレーノズル列を有する上部冷却装置及び下部冷却装置と；を備え、前記複数のスプレーノズル列が、前記鋼板の通板方向に沿って配列されており、各々のスプレーノズル列が、前記鋼板の幅方向に並べられた複数の同一のスプレーノズルを有し；前記通板方向に沿って見た場合に、前記各スプレーノズル列が、相対的に上流側にある上流側スプレーノズル列群と、相対的に下流側にある下流側スプレーノズル列群とに分類され；前記上流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数が、前記下流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数より少ない。

（２）上記（１）に記載の鋼板の冷却装置は、前記各スプレーノズル列の総列数と、前記上流側スプレーノズル列群に属するスプレーノズル列の列数との比が、前記スプレーノズル列に属する各スプレーノズルの最大噴射量と最小噴射量との比に同一又は近似する整数比であることが好ましい。

（３）上記（２）に記載の鋼板の冷却装置は、前記複数のスプレーノズル列から前記鋼板に向かって噴射される冷却水を制御する制御部をさらに備え；前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部が前記冷却水の噴射を制御する；ことが好ましい。

（４）上記（３）に記載の鋼板の冷却装置は、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群に対して前記冷却水を供給する給水ヘッダーと；前記給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する流量調節弁と；前記給水ヘッダーから前記上流側スプレーノズル列群へ供給される前記冷却水の供給を許可または禁止を制御する第１制御弁と；前記給水ヘッダーから前記下流側スプレーノズル列群へ供給される前記冷却水の供給の許可または禁止を制御する第２制御弁と；をさらに備えてもよい。

（５）上記（１）に記載の鋼板の冷却装置は、前記上流側スプレーノズル列群に前記冷却水を供給する第１給水ヘッダーと、前記下流側スプレーノズル列群に前記冷却水を供給する第２給水ヘッダーと、前記第１給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する第１流量調節弁と、前記第２給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する第２流量調節弁と、前記複数のスプレーノズル列から前記鋼板に向かって噴射される冷却水を制御する制御部と、をさらに備え；前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部が前記冷却水の噴射を制御する；ことが好ましい。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置は、前記上流側スプレーノズル列群に属する前記各スプレーノズル列の前記通板方向における互いの隣接間隔が同一であり；前記下流側スプレーノズル列群に属する前記各スプレーノズル列の前記通板方向における互いの隣接間隔が同一である；ことが好ましい。

（７）上記（１）から（５）のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置は、前記通板方向における前記各スプレーノズル列の隣接間隔が全て同一であることが好ましい。

ところで、鋼板の上面に噴射される全体の冷却水量が上流側スプレー列群の最大水量より少ない場合、鋼板上の板上水が少量となり、板上水は鋼板の移動に伴い鋼板の通板方向、すなわち鋼板の下流側に排出され、上流側にはそれほど滞留しない。このため、鋼板の上流側に噴射される冷却水が板上水の影響を受けず、鋼板を均一に冷却できる。
このような場合で且つ、鋼板上の板上水が鋼板の下流側の拘束ロール対側に滞留する場合において、（８）上記（１）から（５）のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置は、前記上流側スプレーノズル列群から最大噴射量を噴射させたとき、前記鋼板上に滞留する板上水の領域よりも前記通板方向に沿った上流側の位置に向かって前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水が噴射されるように、前記上流側スプレーノズル列群が配置されていてもよい。

（９）上記（１）から（５）のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置を用いて前記鋼板を冷却する際に、前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部により前記冷却水の噴射を制御しても良い。

（１０）上記（９）に記載の鋼板の冷却方法であって、前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水を最大噴射量で噴射させたときに前記鋼板上に滞留する板上水の領域を予め求め；前記領域よりも前記通板方向に沿った上流側の位置に、前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水が噴射されるように、前記上流側スプレーノズル列群を配置してもよい。

本発明によれば、より少ないスプレーノズル数で且つより少ないノズル列数で、更にはより少ない流量調節弁で、広い冷却能力範囲を持ち均一な冷却を行うことができる。また、簡単な設備構成であり、ノズルの種類も一種類であるため、設備建設費用の低減や維持管理コストの低減を図ることができる。

本発明の第１実施形態にかかる冷却装置を有する熱延設備の一部の構成の概略を示す側面図である。同冷却装置の上部冷却装置の縦断面視における構成の概略を示す説明図である。同冷却装置の上部冷却装置の水平断面視における構成の概略を示す説明図である。同冷却装置のスプレーノズルから冷却水が噴射される様子を示した説明図である。同冷却装置のスプレーノズルのノズル負荷圧力と噴射角度との関係を示したグラフである。同冷却装置のスプレーノズルのノズル負荷圧力と冷却水量との関係を示したグラフである。同冷却装置のスプレーノズルのノズル負荷圧力と上部冷却装置から供給される冷却水の水量密度との関係を示した説明図である。要求される冷却能力が高い場合に、鋼板が冷却される様子を示す説明図である。要求される冷却能力が低い場合に、鋼板が冷却される様子を示す説明図である。下流側スプレーノズル列群からのみ冷却水が噴射される場合の説明図である。同冷却装置を用いて冷却された鋼板の幅方向の各位置における冷却速度を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態にかかる冷却装置の全体を示す側面図である。同冷却装置のノズルヘッダーを模式的に示す斜視図である。同冷却装置のノズルヘッダーに取り付けられた冷却水スプレーノズルの配置を示す平面図である。小流量ノズルヘッダーおよび大流量ノズルヘッダーからの給水量密度とノズル給水圧力との関係を示すグラフである。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１実施の形態について説明する。図１は本実施の形態にかかる冷却装置１を有する熱延設備の一部の構成の概略を示している。

熱間圧延設備には、図１に示すように、仕上げ圧延機２と、熱間矯正装置３と、冷却装置１とが、鋼板（熱鋼板）Ｈの通板方向にこの順で設けられている。圧延機２は、加熱炉（図示せず）から排出され粗圧延機（図示せず）で圧延された鋼板Ｈを熱間圧延する。熱間矯正装置３は、仕上げ圧延後の鋼板Ｈの形状を矯正する。冷却装置１は、熱間矯正後の鋼板Ｈを所定温度、例えば３５０℃まで冷却する。これらにより、仕上げ圧延機２で圧延された鋼板Ｈは、熱間矯正装置３で形状を矯正された後、搬送中に冷却装置１によって冷却される。
なお、冷却後に矯正するようなレイアウトつまり、熱間矯正装置３を冷却装置１の下流側（後面側）としても差し支えない。あるいは、冷却装置１の鋼板Ｈを挟んで上部側及び下部側の双方に熱間矯正装置３を備えていても良い。

冷却装置１は、複数の拘束ロール対１０と、上部冷却装置１１及び下部冷却装置１２と、制御部５とを備えている。
複数の拘束ロール対１０は、鋼板Ｈよりも上側に配置されている拘束ロール１０ａと下側に配置されている搬送ロール１０ｂとを備えている。この拘束ロール１０ａ及び搬送ロール１０ｂは、鋼板Ｈの通板方向に沿って水平方向に並べられており、鋼板Ｈを拘束通板させる。各拘束ロール対１０は、上下に配置された２つの拘束ロールにより構成されている。鋼板Ｈは、この上下の拘束ロールの間に挟み込まれた状態で搬送される。なお、下側の拘束ロールを搬送ロールと称する場合もある。
また、拘束ロール１０ａと搬送ロール１０ｂとは、鋼板Ｈを挟み込んでいる。

隣り合う拘束ロール対１０、１０の間には、鋼板Ｈの上面側を冷却する上部冷却装置１１と、鋼板Ｈの下面側を冷却する下部冷却装置１２とが各々配置されている。具体的には、上部冷却装置１１及び下部冷却装置１２が、鋼板Ｈを間に挟んで互いに対向して配置されている。この構成により、冷却装置１は、鋼板Ｈの上下面を冷却することができる。また、上部冷却装置１１及び下部冷却装置１２は、複数のスプレーノズル列２１を有している。このスプレーノズル列２１は、鋼板Ｈの通板方向に沿って配列されており、各々のスプレーノズル列２１が、鋼板Ｈの幅方向に並べられた複数の同一のスプレーノズル２０を有している。

下部冷却装置１２には、鋼板Ｈの通板方向及び幅方向に並べて配置された複数のスプレーノズル、例えばフルコーンスプレーノズル（図示せず）が設けられている。下部冷却装置１２のフルコーンノズルは図示しないが、図２に示す上部冷却装置１１のフルコーンスプレーノズルより吐出水量がやや大きなものとなっている。このフルコーンスプレーノズルから鋼板Ｈに冷却水が噴射され、冷却水の水噴流によって鋼板Ｈが下面側から冷却される。

上部冷却装置１１は、図２及び図３に示すように鋼板Ｈの上面に冷却水を噴射する複数のスプレーノズル、本実施の形態においてはフルコーンスプレーノズル２０を有している。フルコーンスプレーノズル２０は、図４に示すように円錐状の水噴流を噴射することができる。

複数のフルコーンスプレーノズル２０は、図２及び図３に示すように鋼板Ｈの幅方向にノズル列を成し、そのノズル列は通板方向に複数列並んでいる。例えば図２及び図３では、９列に並べて配置されたスプレーノズル列２１が構成されている。各スプレーノズル列２１ａ〜２１ｉには、複数のスプレーノズル２０が鋼板Ｈの幅方向に並べて配置されている。すなわち、複数のフルコーンノズル２０は、水平断面視において千鳥状に配置されている。この構成により、フルコーンスプレーノズル２０から噴射される冷却水は、鋼板Ｈの上面に噴射される。

９列のスプレーノズル列２１ａ〜２１ｉは、図２及び図３に示すように、通板方向に沿って見た場合に、各スプレーノズル列２１が相対的に上流側にあるスプレーノズル列２１ａ〜２１ｃと下流側にあるスプレーノズル列２１ｄ〜２１ｉに分類される。具体的には、鋼板Ｈの通板方向に配置された２つのスプレーノズル列群２２とスプレーノズル列群２３とにグループ化されている。以下、鋼板Ｈの上流側（鋼板Ｈの上流側）に配置されるスプレーノズル列群を上流側スプレーノズル列群２２といい、鋼板Ｈの下流側（鋼板Ｈの下流側）に配置されるスプレーノズル列群を下流側スプレーノズル列群２３という。そして、上述したように上流側スプレーノズル列群２２は例えば３列のスプレーノズル列２１ａ〜２１ｃから構成され、下流側スプレーノズル列群２３は例えば６列のスプレーノズル列２１ｄ〜２１ｉから構成されている。なお、これら上流側スプレーノズル列群２２、下流側スプレーノズル列群２３におけるスプレーノズル列２１ａ〜２１ｉの列数の設定方法については後述する。また、上流側スプレーノズル列群２２の配置位置についても後述にて説明する。

各フルコーンスプレーノズル２０には、フルコーンスプレーノズル２０に冷却水を供給する供給管２４の一端部が接続されている。供給管２４はフルコーンスプレーノズル２０から鉛直上方に延伸し、供給管２４の他端部は冷却水を貯留可能なノズルボックス３０内に配置されている。

ノズルボックス３０の内部は、２つの貯留室３１、３２に区画されている。鋼板Ｈの上流側に配置された上流側貯留室３１には、上流側スプレーノズル列群２２のフルコーンスプレーノズル２０の供給管２４が収容される。また、鋼板Ｈの下流側に配置された下流側貯留室３２には、下流側スプレーノズル列群２３のフルコーンスプレーノズル２０の供給管２４が収容される。そして、各貯留室３１、３２には、常時、供給管２４の他端部の位置まで冷却水が貯留されている。これによって、後述するヘッダー４０から貯留室３１、３２に冷却水が供給されると、直ぐに冷却水が供給管２４を介してフルコーンスプレーノズル２０に供給される。したがって、上部冷却部１１の反応が迅速になり、鋼板Ｈを適切に冷却することができる。また、冷却が行われない場合でも、各貯留室３１、３２に貯留された冷却水によって、ノズルボックス３０の（熱鋼板からの）加熱による損傷を防止することができる。

ノズルボックス３０の上方（上流側）には、ノズルボックス３０（上流側スプレーノズル列群２２及び下流側スプレーノズル列群２３）に冷却水を供給する供給ヘッダー４０が配置されている。この供給ヘッダー４０の上方（上流側）には流量調節弁４１が設けられている。この流量調節弁４１の開閉によって、供給ヘッダー４０の内部に冷却水が流通し、供給ヘッダー４０の内部に供給される冷却水の流量が調節（制御）される。上流側貯留室３１には、供給ヘッダー４０に連通する配管４２が接続されている。配管４２にはオンオフ制御弁（第１制御弁）４３が介設され、このオンオフ制御弁４３によって供給ヘッダー４０から上流側貯留室３１（上流側スプレーノズル列群２２）への冷却水の供給の許可または禁止（オンオフあるいは、弁の開閉）が制御される。同様に、下流側貯留室３２にも供給ヘッダー４０に連通する配管４４が接続されている。配管４４にはオンオフ制御弁（第２制御弁）４５が介設され、このオンオフ制御弁４５によって供給ヘッダー４０から下流側貯留室３２（下流側スプレーノズル列群２３）への冷却水の供給の許可または禁止（オンオフあるいは、弁の開閉）が制御される。
また、流量調節弁４１、オンオフ制御弁４３、オンオフ制御弁４５は、制御部５に接続されている。制御部５は、複数のスプレーノズル列２１から鋼板Ｈに向かって噴射させる冷却水を制御する。

また、図２に示すように、上流側スプレーノズル列群２２に属する各スプレーノズル列２１の通板方向における互いの隣接間隔ａが同一であり、下流側スプレーノズル列群２３に属する各スプレーノズル列２１の通板方向における互いの隣接間隔ｂが同一であることが好ましい。さらには、上流側スプレーノズル列群２２に属する各スプレーノズル列２１の、最も下流側スプレーノズル列群２３側に配置されたスプレーノズル列２１ｃと、下流側スプレーノズル列群２３に属する各スプレーノズル列２１の、最も上流側スプレーノズル列群２２側に配置されたスプレーノズル列２１ｄとの隣接間隔ｃは、隣接間隔ａ及び隣接間隔ｂと等しいことが好ましい。すなわち、通板方向における各スプレーノズル列２１の隣接間隔が全て同一であることが好ましい。
更には、各スプレーノズル列２１の鋼板の幅方向における互いの隣接間隔ｅが全て同一であることが好ましい。

以上の構成の上部冷却装置１１では、先ず、鋼板Ｈに要求される冷却速度や冷却停止温度から、要求される冷却水量を決定する。その冷却水量の冷却水が供給されるように、制御部５により流量調節弁４１が制御され、供給ヘッダー４０に供給される冷却水の流量が調節される。このとき、後述するようにオンオフ制御弁４３、４５を両方開放するのか、あるいはオンオフ制御弁４３のみを開放するのかが制御部５において決定される。このとき、要求される冷却水量が上流側スプレー列群２２の最大水量より多い場合、制御部５によりオンオフ制御弁４３、４５の両方が開放され、一方、要求される冷却水量が上流側スプレー列群２２の最大水量より少ない場合、制御部５によりオンオフ制御弁４３のみが開放される。そして、例えばオンオフ制御弁４３を開放することで、供給ヘッダー４０から上流側貯留室３１に冷却水が供給される。上流側貯留室３１内の冷却水は、上流側スプレーノズル列群２２の供給管２４、フルコーンスプレーノズル２０を介して鋼板Ｈに噴射される。同様に、例えばオンオフ制御弁４５を開放することで、供給ヘッダー４０から、出側貯留室３２、下流側スプレーノズル列群２３の供給管２４、フルコーンスプレーノズル２０を介して冷却水が鋼板Ｈに噴射される。このように、上部冷却装置１１では、スプレーノズル列群２２、２３毎に冷却水の噴射が制御される。

次に、上述したスプレーノズル列群２２、２３におけるスプレーノズル列２１ａ〜２１ｉの列数の設定方法及び上流側スプレーノズル列群２２の配置位置について、上部冷却装置１１を用いた鋼板Ｈの冷却方法と共に説明する。

スプレーノズル列２１ａ〜２１ｉの列数及び上流側スプレーノズル列群２２の配置位置を設定するにあたり、先ず、後述する実施の形態で用いられるフルコーンスプレーノズル２０を例として用いてその特性について説明する。このフルコーンノズル２０の定格の最大負荷圧力は０．３ＭＰａである。
図４に示したフルコーンスプレーノズル２０からの水噴流の噴射角度αは、フルコーンスプレーノズル２０のノズル負荷圧力に依存する。この点について発明者らが調べた結果を図５に示す。図５の横軸はノズル負荷圧力を示し、縦軸は噴射角度の変化率を示している。図５を参照すると、ノズル負荷圧力が約０．０４ＭＰａ（図５中の点線）以下において、フルコーンスプレーノズル２０の噴射角度の変化率が急激に減少することが分かる。このことは、ノズル負荷圧力が０．０４ＭＰａ以下の場合、フルコーンスプレーノズル２０からの水噴流の鋼板Ｈへの衝突部面積、いわゆるスプレーパターンが確保できないことを示している。したがって、鋼板Ｈを適切に冷却するためには、フルコーンスプレーノズル２０のノズル負荷圧力が０．０４ＭＰａ以上必要であることが分かる。なお、本実施形態では、ノズル負荷圧力が０．０４ＭＰａ以上としたが、一例に過ぎない。

また、発明者らは、このノズル負荷圧力の０．０４ＭＰａ以上を確保するため、すなわちスプレーパターンを確保するために必要なフルコーンスプレーノズル２０の冷却水量について調べた。その結果を図６に示す。図６の横軸はノズル負荷圧力を示し、縦軸はフルコーンスプレーノズル２０の冷却水量を示している。図６を参照すると、スプレーパターンを確保する冷却水量の範囲は、フルコーンスプレーノズル２０の最大水量と最小水量の比がほぼ３：１の範囲であることが分かった。

ここで、冷却装置１の上部冷却装置１１を用いた鋼板Ｈの冷却について説明する。図７は、フルコーンスプレーノズル２０のノズル負荷圧力と上部冷却装置１１から供給される冷却水の水量密度との関係を示している。なお、水量密度は、鋼板Ｈを挟んで配置された拘束ロール対１０ａ、１０ｂ間の鋼板Ｈに噴射される冷却水の単位面積当たりの冷却水量を示している。したがって、以下、水量密度あるいは冷却水量と記載する場合があるが、両者は同義である。

上述したように、熱間圧延においては、鋼板Ｈの種類、用途などによって冷却装置１に要求される冷却能力、すなわち要求される冷却水量（水量密度）が異なる。例えば要求される冷却水量が上流側スプレー列群２２の最大水量より多い場合（図７のグラフ中、上側の実線の範囲）、この高水量密度を確保するため、例えば図８に示すように上流側スプレーノズル列群２２と下流側スプレーノズル列群２３の両方から鋼板Ｈの上面に冷却水が噴射される。この場合、冷却水量が上流側スプレー列群２２の最大水量より多いため、鋼板Ｈ上に滞留する板上水５０は、拘束ロール対１０、１０間において鋼板Ｈの上面全面に拡がっている。具体的には、板上水５０と、上流側スプレーノズル列群２２及び下流側スプレーノズル列群２３から噴射された冷却水とが鋼板Ｈの表面全体で強制的に撹拌されるので、鋼板Ｈは、少なくとも鋼板Ｈの幅方向に均一に冷却される。したがって、この板上水５０の影響を避けるため、各フルコーンスプレーノズル２０のスプレーパターンを確保する必要がある。すなわち、上述したようにフルコーンスプレーノズル２０のノズル負荷圧力は０．０４ＭＰａ以上必要となる。図７のグラフ中、上側の実線の範囲では、かかるノズル負荷圧力を確保することができ、鋼板Ｈを適切に冷却できる。

一方、図７に示すように、要求される冷却水量（水量密度）が減少すると、フルコーンスプレーノズル２０のノズル負荷圧力も減少する。例えば図７で要求される水量密度が約０．５５ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ以下の場合、すなわち上流側スプレー列群２２の最大水量より少ない場合、上流側スプレーノズル列群２２と下流側スプレーノズル列群２３の両方から冷却水を供給すると、各フルコーンスプレーノズル２０において、０．０４ＭＰａのノズル負荷圧力を確保できなくなる。

そこで、上流側スプレーノズル列群２２のみから鋼板Ｈの上面に冷却水を噴射し、下流側スプレーノズル列群２３からの冷却水の噴射を停止する。ここで、要求される水量密度が約０．５５ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ以下の水量密度の場合（図７のグラフ中、下側の実線の範囲）、すなわち上流側スプレー列群２２の最大水量より少ない場合、図９に示すように鋼板Ｈ上の板上水５０が少量となり、板上水５０は鋼板Ｈの移動に伴い、鋼板Ｈの通板方向、すなわち鋼板Ｈの下流側に流れる。したがって、上述のように下流側スプレーノズル列群２３からの冷却水の噴射を停止する。これにより、図７のグラフに示すように上側の実線が下側の実線に移行し、上流側スプレーノズル列群２２におけるフルコーンスプレーノズル２０のノズル負荷圧力は急激に上昇する。したがって、フルコーンスプレーノズル２０のスプレーパターンを確保することができ、鋼板Ｈを適切に冷却することができる。

このように下流側スプレーノズル列群２３からの冷却水の噴射を停止する場合、本実施の形態のように、全てのスプレーノズル列２１ａ〜２１ｉの列数（９列）と上流側スプレーノズル列群２２のスプレーノズル列２１ａ〜２１ｃの列数（３列）との比が、フルコーンスプレーノズル２０の最大水量と最小水量との比、すなわち上述した３：１となるのが最も好ましい。例えば上流側スプレーノズル列群２２のスプレーノズル列２１の列数が４列以上の場合、各フルコーンスプレーノズル２０のノズル負荷圧力は、上流側スプレーノズル列群２２の列数が３列の場合に比べて小さくなる。そうすると、要求される冷却水量がさらに少なくなった場合に、上流側スプレーノズル列群２２の列数が３列の場合にはスプレーパターンを確保できるが、上流側スプレーノズル列群２２の列数が４列以上の場合にはスプレーパターンを確保できない場合が生じる。すなわち、上流側スプレーノズル列群２２の列数が４列以上の場合の、スプレーパターンを確保して鋼板Ｈを適切に冷却できる水量密度の範囲が、上流側スプレーノズル列群２２の列数が３列の場合の水量密度の範囲に比べて狭くなる。因みに、本実施の形態では、制御可能な冷却水の最大水量密度と最小水量密度との比、すなわち冷却能力制御範囲は、９：１と広範囲になる。一方、上流側スプレーノズル列群２２の列数が２列以下になると、各フルコーンスプレーノズル２０から噴射されるべき冷却水量が最大水量を超え、要求される水量密度を確保できない。したがって、上述したように全てのスプレーノズル列２１ａ〜２１ｉの列数と上流側スプレーノズル列群２２のスプレーノズル列２１ａ〜２１ｃの列数との比が、フルコーンスプレーノズル２０の最大水量と最小水量との比に同一または近似する整数比であることが最も好ましい。

なお、本実施の形態では、フルコーンスプレーノズル２０の最大水量と最小水量との比が３：１であったため、全てのスプレーノズル列２１ａ〜２１ｉの列数と上流側スプレーノズル列群２２のスプレーノズル列２１ａ〜２１ｃの列数との比を３：１としたが、スプレーノズル列数の比はこれに限定されない。上述したようにスプレーノズル列数の比がスプレーノズルの最大水量と最小水量との比であれば、スプレーノズル列数の比は種々の値に設定できる。例えば冷却装置に用いるスプレーノズルを変更し、その最大水量と最小水量の比が例えば７：３である場合、全てのスプレーノズル列の列数（７列）と上流側スプレーノズル列群のスプレーノズル列の列数（３列）との比も７：３と設定される。

また、フルコーンスプレーノズル２０の最大水量と最小水量との比が整数比で表されない場合には、全てのスプレーノズル列２１ａ〜２１ｉの列数と上流側スプレーノズル列群２２のスプレーノズル列２１ａ〜２１ｃの列数との比は、フルコーンスプレーノズル２０の最大水量と最小水量の比と近似する整数比に定めてもよい。具体的には、最小水量を１とした場合の最大水量の比率を、小数点以下を四捨五入して整数とする。例えばその最大水量と最小水量の比が例えば１：３．１である場合、３．１の小数点以下を四捨五入して１：３とすることができる。こうして得られたフルコーンスプレーノズル２０の最大水量と最小水量の整数比を、上記近似する整数比としてもよい。
最大水量密度と最少水量密度の間に、制御できない水量密度範囲があることは好ましくない。そこで、全てのスプレーノズル列の列数との上流側スプレーノズル列群２２のスプレーノズル列の列数の比が、スプレーノズルの最大水量と最小水量との比より小さくなるように近似することが好ましい。
本発明において、前記のスプレーノズル列数の比に、上限を設ける必要はない。しかしながら、ノズル負荷圧力をたとえば０．７ＭＰａ程度まで上げても最大水量と最小水量の比とは４程度であり，４以下としてもよい。必要に応じて、その上限を３．５、３又は２．５としてもよい。

また、上述において図９を用いて説明したように、要求される冷却水量によっては、板上水５０は鋼板Ｈの下流側に流れて滞留する場合がある。この場合、上流側スプレーノズル列群２２は、上流側スプレーノズル列群２２から噴射される冷却水が板上水５０と干渉しないように配置されるのが好ましい。具体的には、上流側スプレーノズル列群２２から最大噴射量を噴射させたとき、鋼板Ｈ上に滞留する板上水５０の領域よりも通板方向に沿った上流側の位置に向かって、上流側スプレーノズル列群２２から冷却水が噴射されるように上流側スプレーノズル列群２２が配置されていることが好ましい。

さらに発明者らは、上流側スプレー列群２２からのみ冷却水が噴射されている場合、鋼板Ｈ上で板上水５０が存在する範囲について鋭意検討を行った。具体的には、先ず、鋼板Ｈを静止させた状態で、上部冷却装置Ｈから鋼板Ｈに上流側スプレー列群２２の最大水量の水量密度Ｗの冷却水を噴射し、板幅方向中心における板上水の高さｈｃを実験により導出した。次に、通板速度Ｌｓで通板させた鋼板Ｈに同じ水量密度Ｗの冷却水を噴射した場合に、冷却水が図９に示すように板上水５０として鋼板Ｈに拡がる範囲について実験を行った。そして、板上水５０の鋼板Ｈ上の高さ分布は、幅方向に２次分布であると仮定した。その結果、図９に示す板上水５０が存在する範囲Ｘ_０は、下記式（１）で表されるという知見を得た。なお、範囲Ｘ_０は、鋼板Ｈの下流側の拘束ロール対１０の中心から板上水５０の端部までの距離を示している。また、式（１）における板上水高さｈｃは、鋼板Ｈの幅方向中心における板上水５０の高さを示し、下記式（２）で表される。

但し、Ｘ_０：板上水５０の水平方向の範囲（ｍ）、ｈｃ：鋼板Ｈが静止状態の場合の板幅方向中心における板上水５０の高さ（ｍ）、Ｓ：拘束ロール対１０、１０の中心間距離（ｍ）、Ｌｓ：鋼板Ｈの通板速度（ｍ／ｍｉｎ）
また、上記式（１）中、「２９．４」は（ｍ／ｍｉｎ^２）の次元を有する定数である。

但し、Ｗ：上部冷却装置１１から噴射される冷却水の水量密度（ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ）、Ｂ：鋼板Ｈの幅（ｍ）
また、上記式（２）中、「０．０４」は（ｍ^{（−１／３）}／ｍｉｎ^{（２／３）}）の次元を有する定数である。

以上のように、鋼板Ｈ上で板上水５０が存在する範囲Ｘ_０は上記式（１）で算出される。なお、この板上水５０が存在する範囲Ｘ_０の上流側端部の位置は、図９に示したように例えば下流側スプレーノズル列群２３の上流側端部の位置とほぼ同じである。そして、上流側スプレーノズル列群２２は、その下流側のスプレーノズル列２１ｃから噴射される冷却水の水噴流が板上水５０と干渉しない位置、すなわち水噴流の下流側端部が下流側の拘束ロール対１０の中心から範囲Ｘ_０以上離れた位置に配置される。これにより、上流側スプレーノズル列群２２は、板上水５０のほとんどないところに、冷却水を噴射するので、噴射されている冷却水が当たる鋼板Ｈの領域は、均一に冷却される。すなわち、板上水５０の流れる方向が、鋼板Ｈの通板方向と同じであるため、板上水５０はあまり撹拌されない。このように、板上水５０の撹拌を抑えることにより、鋼板Ｈを均一に冷却することができる。

以上の実施の形態によれば、スプレーノズル列群２２、２３毎に鋼板Ｈの上面への冷却水の噴射が制御される。例えば要求される冷却能力が高い場合、すなわち要求される冷却水量が上流側スプレー列群２２の最大水量より多い場合（図７のグラフ中、上側の実線の範囲）、先ず、流量調節弁４１によって流量が制御された冷却水が供給ヘッダー４０に供給される。そして、オンオフ制御弁４３、４５の両方を開放し、全てのスプレーノズル列群２２、２３から鋼板Ｈの上面に冷却水を噴射する。この場合、フルコーンスプレーノズル２０のノズル負荷圧力が高いので、鋼板Ｈ上に板上水５０が滞留していても、各フルコーンスプレーノズル２０のスプレーパターンを確保でき、板上水５０が全体的に強制撹拌されるので、鋼板Ｈを均一に冷却可能である。したがって、鋼板Ｈを所定の温度に均一に冷却することができる。

一方、例えば要求される冷却能力が低い場合、すなわち要求される冷却水量が上流側スプレー列群２２の最大水量より少ない場合（図７のグラフ中、下側の実線の範囲）、先ず、流量調節弁４１によって冷却水の流量が制御され、この冷却水が供給ヘッダー４０に供給される。そして、オンオフ制御弁４３のみを開放し、例えば鋼板Ｈの上流側スプレーノズル列群２２のみから鋼板Ｈの上面に冷却水を噴射し、鋼板の下流側スプレーノズル列群２３からの冷却水の噴射を停止する。この場合、フルコーンスプレーノズル２０のノズル負荷圧力が高く、スプレーパターンを維持したまま、鋼板Ｈに噴射される冷却水量を所定の水量とすることができる。また、鋼板Ｈ上の板上水５０が少量となり、板上水５０は鋼板Ｈの移動に伴い鋼板Ｈの通板方向、すなわち鋼板Ｈの下流側に流れる。このため、鋼板Ｈの上流側に噴射される冷却水が板上水５０の影響を受けず、鋼板Ｈを均一に冷却できる。したがって、鋼板Ｈを所定の温度に均一に冷却することができる。以上のように本実施の形態によれば、冷却能力を広範囲に制御しつつ、鋼板Ｈを所定の温度に均一に冷却することができる。

ここで、下流側スプレーノズル列群２３からのみ冷却水が噴射される場合の不都合な点について説明する。
この場合、図１０に示すように、板上水５０が噴射領域より上流側に流れる。板上水５０の流れる方向と鋼板Ｈの通板方向とが逆であるため、板上水５０に不規則な流れが生じ、噴射領域の上流側で鋼板Ｈの冷却が幅方向や長手方向に不均一になる。したがって、下流側スプレーノズル列群２３からのみ冷却水を噴射させることは好ましくない。

次に、全てのスプレーノズル列２１ａ〜２１ｉには、同一のフルコーンスプレーノズル２０を配置した利点について説明する。この場合、上部冷却装置１１において全てのフルコーンスプレーノズル２０の冷却能力が同一である。上述したように異なる冷却能力のスプレーノズルを用いた場合、冷却水が鋼板Ｈに対して不均一となるが、本実施の形態は、フルコーンスプレーノズル２０から噴射される冷却水が互いに影響を与え合うことを抑えることができるため、冷却水が鋼板Ｈに対して不均一とならない。このため、上流側スプレーノズル列群２２と下流側スプレーノズル列群２３毎に冷却水の噴射を制御して、要求される冷却能力が高い場合と低い場合、あるいはその冷却能力の境界においても適応できる。したがって、冷却能力制御範囲を広範囲に選択することができる。なお、全てのフルコーンスプレーノズル２０の冷却能力が同一であるので、鋼板Ｈを冷却する際のフルコーンスプレーノズル２０の制御が容易になるという効果もある。

さらに、全てのスプレーノズル列２１ａ〜２１ｉの列数と上流側スプレーノズル列群２２のスプレーノズル列２１ａ〜２１ｃの列数と比は、各フルコーンスプレーノズル２０の最大水量と最小水量との比に設定されている。このため、要求される冷却能力が減少した場合、上述したように適切なタイミングで下流側スプレーノズル列群２３からの冷却水の噴射を停止できる。したがって、要求される冷却能力を確保しつつ、冷却能力制御範囲を最大限にすることができる。

また、上流側スプレーノズル列群２２は、その下流側のスプレーノズル列２１ｃから噴射される冷却水の水噴流が板上水５０と干渉しない位置に配置されているので、上流側スプレーノズル列群２２から噴射される冷却水が板上水５０の影響を受けない。しかも、上述したように各フルコーンスプレーノズル２０のスプレーパターンを確保できる。したがって、要求される冷却能力が低い場合でも、鋼板Ｈを適切に冷却することができる。

以上のように本実施の形態では鋼板Ｈを均一に冷却することができるが、この効果について発明者らは検証を行った。具体的には、要求される冷却水量が上流側スプレー列群２２の最大水量より少ない場合に、図９に示したように上流側スプレーノズル列群２２のみから鋼板Ｈに冷却水を噴射した。

そして、鋼板Ｈを１００℃以下まで冷却した場合の７５０℃から６００℃の冷却速度の幅方向分布を測定した結果を図１１に示す。図１１の横軸は鋼板Ｈの幅方向の位置を示し、縦軸は鋼板Ｈの幅方向の各位置での冷却速度を示している。図１１を参照すると、冷却速度は鋼板Ｈの幅方向にほぼ均一となり、鋼板Ｈを均一に冷却できることが確認された。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態の冷却装置について説明する。
図１２〜図１５は、この第２の実施の形態であり、鋼板冷却装置を示している。以下、鋼材が厚板であり、鋼板上側の部材および装置について説明する。以下の説明において、第１の実施の形態と同様の部材の説明は省略する。
また、第２実施の形態は、上流側スプレーノズル列群，下流側スプレーノズル列群それぞれに給水ヘッダーが設けられている点、及びこれら給水ヘッダーごとに流量調節弁が設けられている点において第１実施の形態と相違する。

鋼板冷却装置１００は、上部冷却装置１１１と下部冷却装置１１２とを備えている。上部冷却装置１１１は、図１２に示すように、小流量冷却ユニット（上流側スプレーノズル列群）１１０および大流量冷却ユニット（下流側スプレーノズル列群）１３０を備えている。これら小流量冷却ユニット１１０および大流量冷却ユニット１３０は、鋼板Ｈの上側に配置されている。
小流量冷却ユニット１１０は、小流量給水ヘッダー（第１給水ヘッダー）１１７を備えている。この小流量給水ヘッダー１１７は、小流量冷却ユニット１１０に冷却水を供給する。また、大流量冷却ユニット１３０は大流量給水ヘッダー（第２供給ヘッダー）１３７を備えている。この大流量給水ヘッダー１３７は、大流量冷却ユニット１３０に冷却水を供給する。
また、鋼板冷却装置１００は、小流量給水ヘッダー１１７に供給される冷却水の流量を調節する流量調節弁（第１流量調節弁）１１４と、大流量給水ヘッダー１３７に供給される冷却水の流量を調節する流量調節弁（第２流量調節弁）１３４とを備えている。
さらに、流量調節弁１１４，１３４は、流量調整部（制御部）１４９に接続されている。さらに、オンオフ制御弁のひとつである流路切替用三方弁１１５，１３５が流量調整部１４９に接続されている。
流量調整部１４９は、流量調節弁１１４，１３４及び流路切替用三方弁１１５，１３５の開閉を制御し、複数の冷却水スプレーノズル１２６から鋼板Ｈに向かって噴射させる冷却水を制御する。

小流量給水ヘッダー１１７は小流量冷却水給水管１１２を介して冷却水タンク（図示しない）に接続されている。小流量冷却水給水管１１２には、流量調節弁１１４および流路切替用三方弁１１５が取り付けられている。流路切替用三方弁１１５の一方の出口は小流量冷却水給水管１１２を介して小流量給水ヘッダー１１７に接続されている。以下、この方向の切り替えを開放と称する。また、流路切替用三方弁１１５の他方の出口は戻り管（図示しない）を介して冷却水タンク（図示せず）に接続されている。以下、この方向の切り替えを閉止と称する。
同様に、大流量冷却ユニット１３０も大流量冷却水給水管１３２、流量調節弁１３４、および流路切替用三方弁１３５を備えている。

小流量冷却ユニット１１０の流量調節弁１１４および大流量冷却ユニット１３０の流量調節弁１３４は、小流量冷却ユニット１１０の冷却水スプレーノズル数に対する大流量冷却ユニット１３０の冷却水スプレーノズル数の比に比例した給水量密度となる開度とすることが好ましい。これにより、小流量冷却ユニット１１０の冷却水スプレーノズル１２６および大流量冷却ユニット１３０の冷却水スプレーノズル１４６からの冷却水量が一定に維持され、鋼板Ｈを均一に冷却することができる。

小流量冷却ユニット１１０は小流量ノズルヘッダー１２２を備え、また大流量冷却ユニット１３０は大流量冷却水ノズルヘッダー１４２を備えている。図１３に示すように、小流量ノズルヘダー１２２には小流量ノズル給水管１１９が接続され、また大流量ノズルヘッダー１４２には大流量ノズル給水管１３９が接続されている。さらに、小流量ノズルヘッダー１２２には小流量冷却水スプレーノズル１２６が取り付けられ、また大流量ノズルヘッダー１４２には大流量冷却水スプレーノズル１４６が取り付けられている。

小流量冷却水スプレーノズル１２６と大流量冷却水スプレーノズル１４６は同一である。また、小流量冷却水スプレーノズル１２６および大流量冷却水スプレーノズル１４６の通板方向の間隔は等しくなっている。さらに、隣り合う小流量冷却ユニット１１０および大流量冷却ユニット１３０の冷却水スプレーノズル１２６、１４６の通板方向の間隔も、その他の冷却水スプレーノズル１２６、１４６の通板方向の間隔と等しくなっている。これにより、板上水の溜まり量に偏差が少なくなり、鋼板は均一に冷却される。

図１３に示すように、小流量冷却水スプレーノズル１２６は、小流量ノズルヘッダー１２２の底板１２４を貫通し、上端の冷却水入口１２７が天板１２３近くに位置し、下端の噴出口２８は底板１２４から下方に突出している。大流量ノズルヘッダー１４２は、小流量ノズルヘッダー１２２と同様の構造であり、大流量冷却水スプレーノズル１４６は、小流量冷却水スプレーノズル１２６と同様の構造である。

小流量ノズルヘッダー１２２の天板１２３と小流量冷却水スプレーノズル１２６の冷却水入口１２７との間隔ｇおよび大流量ノズルヘッダー１４２の天板１４３と大流量冷却水スプレーノズル１４６の冷却水入口１４７との間隔ｇを３〜８ｍｍとすることが好ましい。間隔ｇが３ｍｍ未満であると、各冷却水入口に加わる圧力が均等にならず、ノズル給水管１１９、１３９に一番近い冷却水スプレーノズルで水が出やすい等が生じる。これにより、各スプレーノズル１２６，１４６から噴射される水量の差が発生する可能性がある。また、間隔ｇが８ｍｍを超えると、注水が開始してから小流量ノズルヘッダー１２２および大流量ノズルヘッダー１４２に水が充満するまでの時間がかかりすぎる。さらにまた、間隔ｇが８ｍｍを超えると、冷却水スプレーノズル１２６、１４６からの注水を停止したときに、冷却水入口１２７、１４７とこれらヘッダーの天板１２３、１４２との間に溜まった水がすべてなくなるまで、冷却水スプレーノズル１２６、１４６から水が垂れてしまう。
また、鋼板Ｈの上側には、小流量冷却ユニット１１０および大流量冷却ユニット１３０と同様の鋼板Ｈの下側の小流量冷却ユニット１５０および大流量冷却ユニット１７０が配置されている。この小流量冷却ユニット１５０および大流量冷却ユニット１７０では、上記間隔ｇはそれぞれ小流量ノズルヘッダー１６２の底板６４と小流量冷却水スプレーノズル１６６の冷却水入口６７との間隔ｇ、および大流量ノズルヘッダー１８２の底板１８４と大流量冷却水スプレーノズル１８６の冷却水入口１８７との間隔ｇである。

図１４は、小流量冷却水スプレーノズル１２６（１６６）と大流量冷却水スプレーノズル１４６（１８６）との配置を模式的に示している。図１４に示すように、多数の小流量冷却水スプレーノズル１２６（１６６）と大流量冷却水スプレーノズル１４６（１８６）とが鋼板幅方向と鋼板搬送方向とにそれぞれ一定間隔で配置されている。また、小流量冷却水スプレーノズル１２６（１６６）と大流量冷却水スプレーノズル１４６（１８６）とはノズル径が等しく、かつ小流量冷却水スプレーノズル数は大流量冷却水プレーノズル数より少ない。

図１５は、給水量密度（ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ）とノズル給水圧力（ＭＰａ）との関係を示している。

スプレーパターン確保限界圧力とは、ノズルによって決まる所定のスプレーパターンが確保可能か否かのノズル給水圧力（例えば、３０ｋＰａ）である。熱間鋼板を均一に冷却するには、ノズル給水圧力をスプレーパターン確保限界圧力以上とする必要がある。このため、鋼板（鋼材）Ｈの冷却では、必要な冷却速度（鋼材の成分と確保すべき材質によって決まる）を得るための給水量密度を決定する。これは、給水量密度と図１５を参照して、ノズル給水圧力がスプレーパターン確保限界圧力以上である領域で、小流量ノズルヘッダー１２２と大流量ノズルヘッダー１４２の両方に、またはいずれか一方に給水するかを流量調整部１４９により決定する。

具体的には、図１５に示すように、決定した給水量密度がｂ〜ｃの範囲であれば、小流量ノズルヘッダー１２２と大流量ノズルヘッダー１４２との両方に冷却水を給水し、ａ〜ｂの範囲であれば、小流量ノズルヘッダー１２２だけに冷却水給水する。また、流量調節弁１１４、１３４により小流量ノズルヘッダー１２２、大流量ノズルヘッダー１４２を介して各ノズルからの噴射水量および噴射圧力は一定になるように調整されている。

鋼板冷却装置１００は、図１２に示すように鋼板上面側に流量調整部１４９を備えている。この流量調整部１４９は、小流量冷却水スプレーノズル１２６及び大流量冷却水スプレーノズル１４６から鋼板Ｈに向かって噴射される冷却水を制御する。この流量調整部１４９において、例えば上位計算機により対象鋼板の成分及び機械的特性(材質)等から冷却速度が決定され、この冷却速度と対象鋼板の板厚とからゾーン給水量密度が求められる。さらに、流量調整部１４９において、このゾーン給水量密度と図１５から使用するノズルヘッダー（大流量給水ヘッダー１３７及び小流量給水ヘッダー１１７の両方、または、小流量給水ヘッダー１１７のみ）とを決定する。

このようにして求めたゾーン給水量密度と給水するノズルヘッダー情報とが流量調整部１４９に入力される。ここで、ノズルヘッダー情報が大流量給水ヘッダー１３７と小流量給水ヘッダー１１７との両方を使用する場合には、さらに給水量密度比が、流量調整部１４９に入力される。そして、流量調整部１４９は、この入力されたゾーン給水量密度、ノズルヘッダー情報、給水量密度比に基づいて流量調節弁１１４、１３４の弁開度信号と、流路切替用三方弁１１５、１３５を開放する信号とを出力する。また、前記ノズルヘッダー情報が大流量給水ヘッダー１３７のみを使用する場合には、流量調整部１４９は流路切替用三方弁１１５を閉止し、流路切替用三方弁１３５を開放し、流量調節弁１３４の弁開度信号を出力する。また、前記ノズルヘッダー情報が小流量給水ヘッダー１１７のみを使用する場合には、流量調整部１４９は流路切替用三方弁１３５を閉止し、流路切替用三方弁１１５を開放し、流量調節弁１１４の弁開度信号を出力する。また、鋼板Ｈの下面側の流量調整部（制御部）１８９も同様である。

以上、鋼板上側の冷却ユニット１１０、１３０（上側冷却装置１１１）について説明したが、鋼板Ｈの下側の冷却ユニット１５０、１７０（下側冷却装置１１２）も上側と同様の構造をしている。すなわち、冷却水給水管１５２、給水ヘッダー１５７、ノズル給水管１５９、ノズルヘッダー１６２、および冷却水スプレーノズル１６６、ならびに冷却水給水管１７２、給水ヘッダー１７７、ノズル給水管１７９、ノズルヘッダー１８２、および冷却水スプレーノズル１８６は、鋼板Ｈの上側の上部冷却装置１１１と同様の構造をしている。また、流量調節弁１５４、１７４、流路切替用三方弁１５５、１７５、および流量調整部１８９も、鋼板Ｈの上側の上部冷却装置１１１と同様の構造をしている。

ここで、上記のように構成された鋼板冷却装置１００について、その操作と作動の例について説明する。

鋼板冷却装置１００が圧延された熱間厚鋼板Ｈを受け入れるに先立って、鋼板冷却装置１００が配置された冷却ゾーンのゾーン給水量密度（例えば、１．５ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ）、給水するノズルヘッダー情報（例えば、大流量給水ヘッダー１３７と小流量給水ヘッダー１１７）、および小流量冷却ユニット１１０に対する大流量冷却ユニット１３０の給水量密度比（例えば２．０）が、上位計算機から鋼板Ｈの上側の流量調整部１８９に入力される。これにより流量調整部１４９は、小流量冷却ユニット１１０と大流量冷却ユニット１３０との各々の給水量密度（例えば、小流量冷却ユニット：０．５ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ、大流量冷却ユニット：１．０ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ）を決定して、その決定した各々の給水量密度を基にして流量調節弁１１４、１３４の開度を決定し、そして、流量調節弁１１４、１３４に対して上記給水量密度が得られる開度情報を出力する。流量調節弁１１４、１３４はこの開度情報を入力すると作動して、その情報に対応した開度となる。これによって、小流量冷却水給水管１１２の冷却水は、小流量給水ヘッダー１１７、小流量ノズル供給管１１９を順次通過して小流量ユニット１２２に流入する。また、大流量冷却水給水管１３２の冷却水は、前記同様に大流量給水ヘッダー１３７、大流量ノズル供給管１３９を順次通過して大流量ユニット１４２に流入する。冷却水は短時間で小流量ユニット１２２および大流量ユニット１４２に充満し、小流量ユニット１２２の小流量側冷却水スプレーノズル１２２、および大流量ユニット１４２の大流量側冷却水スプレーノズル１４６から冷却水がほぼ同時に噴射される。

なお、上記上位計算機から流量調整部１４９、１８９に出力する給水量密度比は、冷却ゾーン給水量密度から算定する。しかし、給水量密度比は、小流量ノズルヘッダー１２２のノズル数に対する大流量ノズルヘッダー１４２のノズル数に比例した給水量密度比、またはそれに近い値にすることが好ましいが、いずれにしても両ヘッダー１２２、１４２内の圧力がスプレーパターン確保限界圧力以上の値にすることが必要である。また、鋼板Ｈの下側の冷却ユニット５０、７０も同様に調整される。

上記の状態で熱間厚鋼板Ｈが通板されて冷却が開始され、熱間厚鋼板Ｈがこの鋼板冷却装置１００を通過すると、前記流量調整部１４９に上位計算機から注水停止情報が入力される。これにより、流量調整部１４９から流路切替用三方弁１１５、１３５の閉止信号を出力することにより、該流路切替用三方弁１１５、１３５が閉止して給水が停止する。これに伴って、小流量側冷却水スプレーノズル１２２及び大流量側冷却水スプレーノズル１４６からの冷却水の噴射が直ちに停止する。

以上説明は、小流量ユニット１１０及び大流量ユニット１３０の両方から冷却水を噴射する場合であるが、小流量ユニット１１０のみから冷却水を噴射する場合は、鋼板冷却装置１００が配置された冷却ゾーンにおけるゾーン給水量密度、給水するノズルヘッダー情報（小流量給水ヘッダー１１７）が上位計算機から流量調整部１４９、１８９に入力される。これにより、給水対象のユニット１１０の流量調節弁１１４の開度を決定すると共に、流量調節弁１１４、流路切替用三方弁１１５に対して前記と同様に上位計算機から流量調整部１４９、１８９に動作信号が出力される。

この発明は、上記第１，第２の実施の形態に限られない。すなわち、
（Ａ）実施の形態は厚板について説明したが、この発明は薄板、形鋼にも利用可能である。また、厚板の場合、熱処理後の冷却設備であるローラークエンチにも利用できる。
（Ｂ）上部冷却装置及び下部冷却装置にそれぞれ流量調整部（制御部）１４９，１８９を設けたが、１つの流量調整部が上部冷却装置及び下部冷却装置の両方を制御しても良い。
（Ｃ）上記各実施の形態では、フルコーンノズルで説明したが、本発明では，他のノズルの形式を使用することも可能である。
（Ｄ）上記各実施の形態では、上部冷却装置及び下部冷却装置のノズル形式，列数が異なっていても良い。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な第１，第２実施の形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、熱間圧延して得られた鋼板を水平に拘束ロールで拘束通板しながら冷却する際に有用である。

Ｈ鋼板
１冷却装置
２仕上げ圧延機
３熱間矯正装置
１０ａ拘束ロール
１０ｂ搬送ロール
１０拘束ロール対
１１上部冷却装置
１２下部冷却装置
２０フルコーンスプレーノズル
２１ａ〜２１ｉスプレーノズル列
２２上流側スプレーノズル列群
２３下流側スプレーノズル列群
２４供給管
３０ノズルボックス
３１上流側貯留室
３２下流側貯留室
４０ヘッダー
４１流量調節弁
４２配管
４３オンオフ制御弁
４４配管
４５オンオフ制御弁
５０板上水
１００鋼板冷却装置
１１０、１５０少流量冷却ユニット
１１２、１５２小流量冷却水給水管
１１４、１５４流量調節弁
１１５、１５５流路切替用三方弁
１１７、１５７小流量給水ヘッダー
１１９、１５９小流量ノズル給水管
１２２、１６２小流量ノズルヘッダー
１２６、１６６小流量冷却水スプレーノズル
１３０、１７０大流量冷却ユニット
１３２、１７２大流量冷却水給水管
１３４、１７４流量調節弁
１３５、１７５流路切替用三方弁
１３７、１７７大流量給水ヘッダー
１３９、１７９大流量ノズル給水管
１４２、１８２大流量ノズルヘッダー
１４６、１８６大流量冷却水スプレーノズル
１４９、１８９流量調整部

本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
すなわち、
（１）本発明の一態様に係る鋼板の冷却装置は、鋼板を拘束通板させる複数の拘束ロール対と；これら拘束ロール対間の位置で前記鋼板を間に挟んで互いに対向して配置され、複数のスプレーノズル列を有する上部冷却装置及び下部冷却装置と；を備え、前記複数のスプレーノズル列が、前記鋼板の通板方向に沿って配列されており、各々のスプレーノズル列が、前記鋼板の幅方向に並べられた複数の同一のスプレーノズルを有し；前記通板方向に沿って見た場合に、前記各スプレーノズル列が、相対的に上流側にある上流側スプレーノズル列群と、相対的に下流側にある下流側スプレーノズル列群とに分類され；前記上流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数が、前記下流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数より少なく、前記各スプレーノズル列の総列数と、前記上流側スプレーノズル列群に属するスプレーノズル列の列数との比が、前記スプレーノズル列に属する各スプレーノズルの最大噴射量と最小噴射量との比に同一又は近似する整数比である。

（２）上記（１）に記載の鋼板の冷却装置は、前記複数のスプレーノズル列から前記鋼板に向かって噴射される冷却水を制御する制御部をさらに備え；前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部が前記冷却水の噴射を制御する；ことが好ましい。

（３）上記（２）に記載の鋼板の冷却装置は、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群に対して前記冷却水を供給する給水ヘッダーと；前記給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する流量調節弁と；前記給水ヘッダーから前記上流側スプレーノズル列群へ供給される前記冷却水の供給を許可または禁止を制御する第１制御弁と；前記給水ヘッダーから前記下流側スプレーノズル列群へ供給される前記冷却水の供給の許可または禁止を制御する第２制御弁と；をさらに備えてもよい。

（４）また、本発明の一態様に係る鋼板の冷却装置は、鋼板を拘束通板させる複数の拘束ロール対と；これら拘束ロール対間の位置で前記鋼板を間に挟んで互いに対向して配置され、複数のスプレーノズル列を有する上部冷却装置及び下部冷却装置と；を備え、前記複数のスプレーノズル列が、前記鋼板の通板方向に沿って配列されており、各々のスプレーノズル列が、前記鋼板の幅方向に並べられた複数の同一のスプレーノズルを有し；前記通板方向に沿って見た場合に、前記各スプレーノズル列が、相対的に上流側にある上流側スプレーノズル列群と、相対的に下流側にある下流側スプレーノズル列群とに分類され；前記上流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数が、前記下流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数より少なく；前記上流側スプレーノズル列群に前記冷却水を供給する第１給水ヘッダーと、前記下流側スプレーノズル列群に前記冷却水を供給する第２給水ヘッダーと、前記第１給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する第１流量調節弁と、前記第２給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する第２流量調節弁と、前記複数のスプレーノズル列から前記鋼板に向かって噴射される冷却水を制御する制御部と、をさらに備え；前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部が前記冷却水の噴射を制御する。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置は、前記上流側スプレーノズル列群に属する前記各スプレーノズル列の前記通板方向における互いの隣接間隔が同一であり；前記下流側スプレーノズル列群に属する前記各スプレーノズル列の前記通板方向における互いの隣接間隔が同一である；ことが好ましい。

（６）上記（１）から（４）のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置は、前記通板方向における前記各スプレーノズル列の隣接間隔が全て同一であることが好ましい。

ところで、鋼板の上面に噴射される全体の冷却水量が上流側スプレー列群の最大水量より少ない場合、鋼板上の板上水が少量となり、板上水は鋼板の移動に伴い鋼板の通板方向、すなわち鋼板の下流側に排出され、上流側にはそれほど滞留しない。このため、鋼板の上流側に噴射される冷却水が板上水の影響を受けず、鋼板を均一に冷却できる。
このような場合で且つ、鋼板上の板上水が鋼板の下流側の拘束ロール対側に滞留する場合において、（７）上記（１）から（４）のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置は、前記上流側スプレーノズル列群から最大噴射量を噴射させたとき、前記鋼板上に滞留する板上水の領域よりも前記通板方向に沿った上流側の位置に向かって前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水が噴射されるように、前記上流側スプレーノズル列群が配置されていてもよい。

（８）上記（２）から（４）のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置を用いて前記鋼板を冷却する際に、前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部により前記冷却水の噴射を制御しても良い。

（９）上記（８）に記載の鋼板の冷却方法であって、前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水を最大噴射量で噴射させたときに前記鋼板上に滞留する板上水の領域を予め求め；前記領域よりも前記通板方向に沿った上流側の位置に、前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水が噴射されるように、前記上流側スプレーノズル列群を配置してもよい。

Claims

鋼板を拘束通板させる複数の拘束ロール対と；
これら拘束ロール対間の位置で前記鋼板を間に挟んで互いに対向して配置され、複数のスプレーノズル列を有する上部冷却装置及び下部冷却装置と；
を備え、
前記複数のスプレーノズル列が、前記鋼板の通板方向に沿って配列されており、各々のスプレーノズル列が、前記鋼板の幅方向に並べられた複数の同一のスプレーノズルを有し；
前記通板方向に沿って見た場合に、前記各スプレーノズル列が、相対的に上流側にある上流側スプレーノズル列群と、相対的に下流側にある下流側スプレーノズル列群とに分類され；
前記上流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数が、前記下流側スプレーノズル列群に属する前記スプレーノズルの数より少ない；
ことを特徴とする鋼板の冷却装置。
前記複数のスプレーノズル列の総列数と、前記上流側スプレーノズル列群に属するスプレーノズル列の列数との比が、前記スプレーノズル列に属する各スプレーノズルの最大噴射量と最小噴射量との比に同一又は近似する整数比である
ことを特徴とする請求項１に記載の鋼板の冷却装置。
前記複数のスプレーノズル列から前記鋼板に向かって噴射される冷却水を制御する制御部をさらに備え；
前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部が前記冷却水の噴射を制御する；
ことを特徴とする請求項２に記載の鋼板の冷却装置。
前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群に対して前記冷却水を供給する給水ヘッダーと；
前記給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する流量調節弁と；
前記給水ヘッダーから前記上流側スプレーノズル列群へ供給される前記冷却水の供給の許可または禁止を制御する第１制御弁と；
前記給水ヘッダーから前記下流側スプレーノズル列群へ供給される前記冷却水の供給の許可または禁止を制御する第２制御弁と；
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の鋼板の冷却装置。
前記上流側スプレーノズル列群に冷却水を供給する第１給水ヘッダーと、
前記下流側スプレーノズル列群に冷却水を供給する第２給水ヘッダーと、
前記第１給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する第１流量調節弁と、
前記第２給水ヘッダーに供給される前記冷却水の流量を調節する第２流量調節弁と、
前記複数のスプレーノズル列から前記鋼板に向かって噴射される冷却水を制御する制御部と、
をさらに備え；
前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部が前記冷却水の噴射を制御する；
ことを特徴とする請求項１に記載の鋼板の冷却装置。
前記上流側スプレーノズル列群に属する前記各スプレーノズル列の前記通板方向における互いの隣接間隔が同一であり；
前記下流側スプレーノズル列群に属する前記各スプレーノズル列の前記通板方向における互いの隣接間隔が同一である；
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置。
前記通板方向における前記各スプレーノズル列の隣接間隔が全て同一であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置。
前記上流側スプレーノズル列群から最大噴射量を噴射させたとき、
前記鋼板上に滞留する板上水の領域よりも前記通板方向に沿った上流側の位置に向かって前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水が噴射されるように、前記上流側スプレーノズル列群が配置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置。
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の鋼板の冷却装置を用いて前記鋼板を冷却する際に、
前記鋼板に向かって噴射されるべき総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量以上である場合には、前記上流側スプレーノズル列群及び前記下流側スプレーノズル列群の両方から前記冷却水を噴射させる一方、前記総水量が前記上流側スプレーノズル列群の最大噴射量よりも少ない場合には、前記上流側スプレーノズル列群のみから前記冷却水を噴射させるように、前記制御部により前記冷却水の噴射を制御する；
ことを特徴とする鋼板の冷却方法。
前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水を最大噴射量で噴射させたときに前記鋼板上に滞留する板上水の領域を予め求め；
前記領域よりも前記通板方向に沿った上流側の位置に、前記上流側スプレーノズル列群から前記冷却水が噴射されるように、前記上流側スプレーノズル列群を配置する；
ことを特徴とする請求項９に記載の鋼板の冷却方法。