KR102372665B1 - 열연 강판의 냉각 장치 및 열연 강판의 냉각 방법 - Google Patents

열연 강판의 냉각 장치 및 열연 강판의 냉각 방법 Download PDF

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루미 마츠모토
요시히로 세리자와
도모후미 호쇼
다쿠무 우시자와
나오코 가토우
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

본 냉각 장치는, 전체 냉각 영역을 강판 반송 방향으로 복수 또한 폭 방향으로 3 이상으로 분할하여 얻어지는 냉각 영역을 분할 냉각면이라 했을 때, 냉각수 노즐(23)과, 당해 냉각수 노즐(23)로부터 분사되는 냉각수의 분할 냉각면에 대한 충돌 및 비충돌을 전환하는 전환 장치가 분할 냉각면마다 구비되고, 또한, 폭 방향 온도 분포에 기초하여, 전환 장치의 동작을 제어하는 제어 장치가 구비된다. 냉각수 노즐(23)은, 강판 반송 방향에서 보았을 때 전체 냉각 영역의 수선에 대하여 기울어진 분사축 P를 갖고, 그 냉각수가, 분할 냉각면에 충돌한 후, 당해 냉각수 노즐(23)과 폭 방향 반대측을 향한다.

Description

열연 강판의 냉각 장치 및 열연 강판의 냉각 방법
본 발명은, 열간 압연 후, 반송 롤 상에서 반송되는 열연 강판의 상면을 냉각하는 냉각 장치, 및 당해 냉각 장치를 사용하는 냉각 방법에 관한 것이다.
근년의 자동차 경량화에 수반하여, 열연 강판 중 고장력 강판의 수요가 높아지고 있고, 열연 강판에 요구되는 품질이 한층 높아지고 있다. 특히 근년에는, 단순히 높은 강도뿐만 아니라, 프레스 성형성이나 구멍 확장성 등의 우수한 가공성이나, 인장 강도나 가공성 등의 기계적 특성의 변동을 강판의 전체 영역에 걸쳐 소정의 범위 내에 들어가게 하는 것 등도 함께 요구되고 있다.
열연 강판의 제조 프로세스에 있어서, 상기와 같은 최종적인 제품의 특성에 크게 영향을 주는 인자의 하나로서, 권취 온도가 있다. 여기서, 권취 온도란, 마무리 압연 후의 냉각 공정의 후에 강판이 권취될 때의 권취 장치 직전에 있어서의 강판의 온도이다.
일반적으로, 마무리 압연 후의 800℃ 내지 900℃의 고온의 열연 강판에 냉각수를 분사하는 냉각 공정에 있어서는, 강판 온도가 대략 600℃ 이상의 사이에는, 막비등에 의해 발생하는 증기가 안정적으로 강판 표면을 덮는다. 그 때문에, 냉각수에 의한 냉각 능력 자체는 작아지지만, 강판을 전체면에 걸쳐 균일하게 냉각되도록 하는 것이 비교적 용이해진다.
그러나, 특히 강판 온도가 600℃를 하회하는 부근부터, 강판 온도의 저하와 함께 발생하는 증기의 양은 감소한다. 그리고, 강판 표면을 덮고 있던 증기막이 붕괴되기 시작해, 증기막의 분포가 시간적 및 공간적으로 변화하는 천이 비등 영역으로 된다. 그 결과, 냉각의 불균일성이 증가되어, 강판의 온도 분포의 불균일성이 급격하게 확대되기 쉬워진다. 이 때문에, 강판 온도의 컨트롤이 어려워져서, 강판 전체를 목적으로 하는 바와 같은 권취 온도에서 냉각을 완료하는 일이 곤란해진다.
한편, 강도와 가공성을 양립시킨 우수한 특성을 갖는 제품을 제조하기 위해서는, 권취 온도를 500℃ 이하의 저온 영역으로까지 저하시키는 것이 효과적이다. 그 때문에, 강판 전체에 걸치는 권취 온도의 불균일성을, 목표의 온도에 대하여 소정의 범위 내에 들어가게 하는 것이 중요하다. 이와 같은 관점에서, 권취 온도의 균일화, 특히 판 폭 방향의 권취 온도의 균일화를 위한 발명이 지금까지 수많이 이루어져 왔다.
특허문헌 1에는, 냉각 장치에 있어서, 열연 강판에 냉각제를 첨가하기 위한 노즐이 열연 강판의 상측 및 하측의 양측에서 폭 방향으로 복수 설치되어 있으며, 이들 노즐이, 특히 높은 온도가 검출 가능한 위치에 냉각제가 첨가되는 양식으로 제어되는 것이 개시되어 있다. 이 냉각 장치에는, 또한 복수의 온도 센서가 폭 방향으로 설치되어 있으며, 이들 온도 센서가 열연 강판의 폭 방향의 온도 분포를 검출하고, 온도 센서의 신호에 기초하여, 노즐로부터의 냉각제량을 제어 가능하게 구성되어 있다.
특허문헌 2에는, 냉각 장치에 있어서, 복수개의 냉각수 공급 노즐군을 직선 형상으로 배열한 냉각수 헤더가 열연 강판의 상방, 또한 폭 방향으로 복수개 배치되어 있으며, 판 폭 방향의 온도 분포를 검지하는 온도 분포 센서로 계측된 온도 분포에 기초하여, 냉각수의 유량을 제어하는 것이 개시되어 있다. 구체적으로는, 이들 냉각수 헤더에는 온 오프 제어 밸브가 마련되고, 온 오프 제어 밸브에 의해 냉각수가 제어된다.
특허문헌 3에 개시된 냉각 장치는, 열연 강판이 반송 롤 상에서 차지하는 영역을 강판 반송 영역이라 할 때, 당해 강판 반송 영역에 대하여, 강판 반송 영역의 폭 방향으로 냉각수를 분사하는 스프레이 노즐이, 강판 반송 영역의 폭 방향 측방의 양측에 한 쌍으로 배치되고, 또한, 당해 스프레이 노즐 쌍이 열연 강판의 반송 방향으로 배열되어 복수 배치되어 있다. 이 냉각 장치에서는, 스프레이 노즐로 분사되는 냉각수의 강판 반송 영역에서의 충돌 영역에 있어서의, 분사 방향의 먼쪽 단부가, 반송 영역의 단부에 위치하고, 가까운쪽 단부가, 강판 반송 영역의 내측에 위치하고, 그리고, 스프레이 노즐 쌍의 2개의 충돌 영역의 가까운쪽 단부가 폭 방향으로 일치하여 회합부를 형성하고 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 상기 회합부는, 강판 반송 영역의 폭 방향 중앙으로 구획되는 회합 존에 있어서, 지그재그 형상으로 배치되어 있으며, 그 때문에, 당해 회합부가 폭 방향에 있어서 분산되고, 과냉각이 되는 부위가 극소화되어, 열연 강판이 폭 방향으로 균일하게 냉각되는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 4에는, 열연 강판의 제조 라인에 설치되고, 마무리 압연 후의 강판의 상면 및 하면에 냉각수를 공급하는 냉각 설비가 있어서, 마무리 압연 후의 강판의 상면에 냉각수를 공급하는 헤더가, 통상 냉각 헤더와 강냉각 헤더로 이루어지는 것이 개시되어 있다. 통상 냉각 헤더는, 강판의 바로 위쪽에 있고, 냉각수를 유량 밀도 0.5 내지 2.0㎥/㎡·min으로 공급한다. 강냉각 헤더는, 강판 폭 방향 외측의 상방에 있고, 폭 방향 내측 하방을 향해 막대 형상 냉각수를 유량 밀도 2.0 내지 10.0㎥/㎡·min으로 공급하고, 강판 상에 착수 후의 냉각수가 강판 상에 체류되게 하지 않도록 하고 있다.
일본 특허 공표 제2010-527797호 공보 일본 특허 공개 평6-71328호 공보 국제 공개 제2018/073973호 일본 특허 공개 제2011-51002호 공보
그러나, 특허문헌 1 및 2에는, 열연 강판의 강판 반송 방향의 냉각 제어에 대해서는 개시가 없고, 특허문헌 1 및 2의 냉각 장치에서는, 열연 강판의 강판 반송 방향의 불균일 온도 분포를 억제하는 것은 곤란하다.
또한, 특허문헌 1의 냉각 장치에서는, 전술한 바와 같이, 열연 강판에 냉각제를 첨가하기 위한 노즐이 열연 강판의 상측에 설치되어 있기 때문에, 냉각제로서 냉각수를 사용한 경우, 열연 강판의 상면에 판상수(板上水)가 장시간 존재하기 때문에, 열연 강판의 폭 방향 온도를 충분히 제어할 수 없다. 특허문헌 2의 냉각 장치에서도, 즉, 전술한 바와 같이 냉각수 공급 노즐군을 직선 형상으로 배열한 냉각수 헤더가 열연 강판의 상방에 배치된 냉각 장치에서도, 특허문헌 1의 냉각 장치와 마찬가지이다.
특허문헌 3에 개시의 냉각 장치에서는, 스프레이 노즐이 강판 반송 영역의 폭 방향으로 냉각수를 분사하고, 판상수를 배출하면서 열연 강판을 냉각하고 있으며, 또한, 스프레이 노즐 쌍의 2개의 충돌 영역의 가까운쪽 단부가 폭 방향으로 일치하여 회합부를 형성하고, 과냉각을 억제하기 위해서, 이 회합부가 지그재그 형상으로 배치되어 있지만, 회합부가 배치되는 것은, 강판 반송 영역의 폭 방향 중앙으로 구획되는 회합 존 내이며 폭 방향 전체는 아니다. 따라서, 특허문헌 3에 개시된 냉각 장치에서는, 폭 방향 전체 폭의 균일 냉각이란 점에서 개선의 여지가 있다. 또한, 특허문헌 3에도, 열연 강판의 강판 반송 방향의 냉각 제어는 개시되어 있지 않다.
또한, 특허문헌 4에 개시된 강냉각 헤더는, 폭 방향 내측 하방을 향해 막대 형상 냉각수를 공급하고, 강판 상에 착수 후의 냉각수가 강판 상에 체류되지 않도록 하고 있지만, 막대 형상 냉각수를 채용하고 있기 때문에, 상기 헤더의 노즐로부터의 냉각수의 강판에서의 충돌 영역은, 폭 방향에 인접하는 다른 상기 충돌 영역과의 사이에 간극이 발생한다. 이 간극에 대응하는 위치에서는 강판의 냉각 부족으로 되기 때문에, 특허문헌 4에 개시의 냉각 장치에서는, 폭 방향의 균일 냉각을 행할 수 없다. 또한, 특허문헌 4에도, 열연 강판의 강판 반송 방향의 냉각 제어는 개시 되어 있지 않다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 열간 압연 후에 열연 강판의 상면을 적절하게 냉각함으로써, 당해 열연 강판의 강판 반송 방향 및 폭 방향에 있어서 온도의 균일성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하는 본 발명은, 열간 압연 후에, 반송 롤 상에서 반송되는 열연 강판의 상면을 냉각하는, 열연 강판의 냉각 장치이며, 냉각 대상 영역의 상면에 있어서의, 냉각 기계 길이와 폭 방향 전체 폭으로 획정되는 영역 또는 당해 영역으로부터 폭 방향 중앙부의 비냉각 영역을 제외한 영역을 전체 냉각 영역이라 하고, 상기 전체 냉각 영역을 폭 방향에서 3 이상으로 분할하여 얻어지는 영역을 폭 분할 냉각대라 하고, 상기 폭 분할 냉각대를 기계 길이 방향에서 복수로 분할하여 얻어지는 영역을 분할 냉각면이라 했을 때, 상기 분할 냉각면 각각에 냉각수를 분사하고 냉각 대상 영역의 상면에 냉각수 충돌 영역을 형성하는 적어도 하나의 냉각수 노즐과, 상기 냉각수 노즐로부터 분사되는 냉각수의, 상기 분할 냉각면에 대한 충돌 및 비충돌을 전환하는 전환 장치가 상기 분할 냉각면마다 구비되고, 또한, 상기 냉각 대상 영역의 폭 방향 온도 분포를 측정하는 온도 검출 장치와, 상기 온도 검출 장치에서의 폭 방향 온도 분포 측정 결과에 기초하여, 상기 폭 분할 냉각대마다, 당해 폭 분할 냉각대 중에 포함되는 복수의 상기 분할 냉각면 각각에 대한 상기 전환 장치의 동작을 제어함으로써 당해 폭 분할 냉각대의 전체 길이에서의 냉각을 제어하고, 이들을 합쳐서 상기 전체 냉각 영역의 냉각을 제어하는 제어 장치가 구비되고, 또한, 하나의 상기 냉각수 충돌 영역은, 상기 전체 냉각 영역에 있어서, 폭 방향에 인접하는 다른 상기 냉각수 충돌 영역과 겹치면서, 폭 방향으로 이어지는 냉각수 충돌 영역군을 형성하고, 상기 냉각수 충돌 영역군 각각은, 다른 상기 냉각수 충돌 영역군과는 겹치지 않고, 상기 전체 냉각 영역의 폭 방향 전체 폭은, 하나의 상기 냉각수 충돌 영역군 또는 기계 길이 방향에 서로 인접하는 한 쌍의 상기 냉각수 충돌 영역군에 의해 덮이고, 하나의 상기 냉각수 충돌 영역군을 형성하는 상기 냉각수 노즐은, 기계 길이 방향에서 보았을 때 상기 냉각 대상 영역의 상면의 수선에 대하여 기울어진 분사축을 갖고, 상기 분사축이 기울어지는 방향은 기계 길이 방향에서 보았을 때 역방향이 아닌 것을 특징으로 하고 있다.
상기 비냉각 영역이 없어도 된다.
상기 냉각수 충돌 영역이 폭 방향에 인접하는 다른 상기 냉각수 충돌 영역과 겹치는 영역의 폭 방향의 폭은, 하나의 당해 냉각수 충돌 영역의 폭 방향 폭의 5％ 이상이어도 된다.
상기 냉각수 노즐의 상기 분사축의 경사각은, 10° 내지 45°여도 된다.
상기 냉각수 노즐의 상기 분사축은, 기계 길이 방향으로 경사져 있지 않아도 된다.
상기 냉각수 충돌 영역은, 평면에서 볼 때 상기 반송 롤의 중심축과 겹쳐 있어도 된다.
상기 냉각수 노즐은, 상기 냉각수 충돌 영역의 중심이 평면에서 볼 때 상기 반송 롤의 중심축 상에 위치하도록 마련되어 있어도 된다.
상기 냉각수 노즐은, 기계 길이 방향에서 볼 때의 상기 냉각 대상 영역의 상방 또는 측방에 마련되어 있어도 된다.
폭 방향의 일방측을 향해 분사하는 상기 냉각수 노즐에 의해 형성되는 상기 냉각수 충돌 영역군을 제1 냉각수 충돌 영역군이라 하고, 폭 방향의 타방측을 향해 분사하는 상기 냉각수 노즐에 의해 형성되는 상기 냉각수 충돌 영역을 제2 냉각수 충돌 영역군이라 했을 때, 상기 냉각수 노즐은, 상기 제1 냉각수 충돌 영역군 및 상기 제2 냉각수 충돌 영역군의 양쪽이 형성되고, 또한, 상기 제1 냉각수 충돌 영역군과 상기 제2 냉각수 충돌 영역군의 폭 방향에 있어서의 경계가, 상기 냉각 대상 영역의 폭 방향 중앙에 위치하도록 마련되어 있어도 된다.
상기 냉각 대상 영역의 상면에 있어서의, 상기 냉각수 충돌 영역군 각각의 기계 길이 방향 하류측의 영역마다, 또는 상기 냉각수 충돌 영역군 중 기계 길이 방향 최하류측의 영역군으로부터 기계 길이 방향 하류측의 영역에, 물기 제거수를 분사하여 물기 제거수 충돌 영역을 형성하는 물기 제거 노즐이 구비되어 있어도 된다.
다른 관점에 의한 본 발명에 따르면, 열간 압연 후에, 반송 롤 상에서 반송되는 열연 강판의 상면을 냉각하는 냉각 장치를 사용한 열연 강판의 냉각 방법이며, 냉각 대상 영역의 상면에 있어서의, 냉각 기계 길이와 폭 방향 전체 폭으로 획정되는 영역 또는 당해 영역으로부터 폭 방향 중앙부의 비냉각 영역을 제외한 영역을 전체 냉각 영역이라 하고, 상기 전체 냉각 영역을 폭 방향에서 3 이상으로 분할하여 얻어지는 영역을 폭 분할 냉각대라 하고, 상기 폭 분할 냉각대를 기계 길이 방향에서 복수로 분할하여 얻어지는 영역을 분할 냉각면이라 했을 때, 상기 냉각 장치는, 상기 분할 냉각면마다, 당해 분할 냉각면에 냉각수를 분사하여 냉각 대상 영역의 상면에 냉각수 충돌 영역을 형성하는 적어도 하나의 냉각수 노즐이 구비되고, 또한, 하나의 상기 냉각수 충돌 영역은, 상기 전체 냉각 영역에 있어서, 폭 방향에 인접하는 다른 상기 냉각수 충돌 영역과 겹치면서, 폭 방향으로 이어지는 냉각수 충돌 영역군을 형성하고, 상기 냉각수 충돌 영역군 각각은, 다른 상기 냉각수 충돌 영역군과는 겹치지 않고, 상기 전체 냉각 영역의 폭 방향의 전체 폭은, 하나의 상기 냉각수 충돌 영역군 또는 기계 길이 방향에 서로 인접하는 한 쌍의 상기 냉각수 충돌 영역군에 의해 덮이고, 하나의 상기 냉각수 충돌 영역군을 형성하는 상기 냉각수 노즐은, 기계 길이 방향에서 보았을 때 상기 냉각 대상 영역의 상면의 수선에 대하여 기울어진 분사축을 갖고, 상기 분사축이 기울어지는 방향은 기계 길이 방향에서 보았을 때 역방향이 아니며, 당해 냉각 방법은, 상기 냉각 대상 영역의 폭 방향 온도 분포를 측정하고, 상기 냉각 대상 영역의 폭 방향 온도 분포의 측정 결과에 기초하여, 상기 폭 분할 냉각대 중에 포함되는 복수의 상기 분할 냉각면에 대한 상기 냉각수 노즐에 의한 냉각수의 당해 분할 냉각면에 대한 충돌 및 비충돌을 상기 폭 분할 냉각대마다 제어함으로써, 상기 폭 분할 냉각대의 기계 길이 방향 전체 길이에서의 냉각을 제어하여, 상기 전체 냉각 영역의 냉각을 제어하고, 상기 냉각수 노즐로부터 분사된 냉각수를 당해 냉각수 노즐과 폭 방향 반대측을 향하게 하여 배출하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 냉각 대상 영역의 상면에 있어서의, 상기 냉각수 충돌 영역군 각각의 기계 길이 방향 하류측의 영역마다, 또는 상기 냉각수 충돌 영역군 중 기계 길이 방향 최하류측의 영역군으로부터 기계 길이 방향 하류측의 영역에, 물기 제거수를 분사하여 물기 제거수 충돌 영역을 형성해도 된다.
본 발명에 따르면, 열간 압연 후에 열연 강판의 상면을 적절하게 냉각함으로써, 당해 열연 강판의 강판 반송 방향 및 폭 방향에 있어서 온도의 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 열간 압연 설비(10)의 구성의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 상측 폭 방향 제어 냉각 장치(16)의 구성의 개략을 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 상측 폭 방향 제어 냉각 장치(16)의 구성의 개략을 나타내는 저면도이다.
도 4는 하나의 예의 분할 냉각면 A3을 설명하는 도면이다.
도 5는 폭 분할 냉각대 A2에 주목한 설명도이다.
도 6은 다른 예의 분할 냉각면 A3을 설명하는 도면이다.
도 7은 다른 예의 분할 냉각면 A3을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 상측 폭 방향 제어 냉각 장치(16)에 있어서의 분할 냉각면 A3, 온도 측정 장치(28, 29)의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 9는 냉각수 노즐(23)과 그것에 의해 냉각 폭 영역 상면에 형성되는 냉각수 충돌 영역 R을 설명하는 도면이다.
도 10은 풀콘 스프레이 노즐인 냉각수 노즐(23)의 분사축 P의 경사 각도 θ와, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수 중 열연 강판(2)에 충돌한 후에 냉각수 분사 방향과 역방향으로 되돌아가는 냉각수의 비율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 풀콘 스프레이 노즐인 냉각수 노즐(23)의 분사축 P의 경사 각도 θ와, 충돌 압력 지수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 냉각수 노즐(23)과 그것에 의해 냉각 폭 영역 상면에 형성되는 냉각수 충돌 영역 R의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 13은 냉각수 노즐(23)과 그것에 의해 냉각 폭 영역 상면에 형성되는 냉각수 충돌 영역 R의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 14는 냉각수 노즐(23)과 그것에 의해 냉각 폭 영역 상면에 형성되는 냉각수 충돌 영역 R의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 15는 도 14의 X-X 단면 및 Y-Y 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 16은 제2 실시 형태에 따른 상측 폭 방향 제어 냉각 장치(16)를 설명하는 도면이다.
도 17은 물기 제거 노즐(40)의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 18은 냉각수 노즐(23)을 슬릿 라미나 노즐로 했을 때의 영향에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 다른 예의 전체 냉각 영역 A1을 설명하는 도면이다.
도 20은 도 19의 예의 전체 냉각 영역 A1의 경우에 형성되는 냉각수 충돌 영역 R을 설명하는 도면이다.
도 21은 도 19의 예의 전체 냉각 영역 A1의 경우에 형성되는 냉각수 충돌 영역 R의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 22는 다른 예의 전환 장치를 설명하는 도면이다.
도 23은 비교예 및 실시예에 있어서의 강판 온도 분포의 일부를 나타낸 도면이다.
본 발명자들은, 예의 검토를 거듭하여, 이하의 것을 알아내었다. 즉, 냉각수 노즐을 열연 강판의 상방에 마련한 경우, 냉각수 노즐의 분사축을 기울게 하여, 당해 냉각수 노즐로부터의 냉각수가 열연 강판에 충돌한 후에 당해 냉각수 노즐과 폭 방향(이하, 폭 방향을 '판 폭 방향' 또는 '기계 폭 방향'이라고 하는 경우도 있지만, 동일한 의미임) 반대측을 향해 열연 강판으로부터 흘러내리게 함으로써, 냉각수 노즐로부터의 냉각수에 의해 직접 냉각되는 영역과, 열연 강판에 충돌 후부터 흘러내릴 때까지의 판상수에 의해 냉각되는 영역에서, 전자의 영역의 열전달 계수는 후자의 약 4배 이상이 된다는 것을 알아내었다. 이 검토 결과로부터, 냉각 대상 영역의 상면을 폭 방향 및 강판 반송 방향(이하, 강판 반송 방향을 '기계 길이 방향'이라고 하는 경우도 있지만, 동일한 의미임)으로 분할한 분할 냉각면 각각에 대하여, 분사축을 기울게 한 냉각수 노즐을 마련하고, 폭 방향 온도 분포 측정 결과에 기초하여, 냉각수 노즐로부터 분사되는 분할 냉각면에 대한 충돌 및 비충돌을 전환함으로써, 열연 강판의 반송 방향 및 폭 방향에 있어서 온도의 균일성을 향상시키는 것이 가능하다는 것을 알아내었다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 냉각 장치를 구비한 열연 강판의 제조 장치(이하, 「열간 압연 설비」라고 칭함)(10)의 구성의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 열간 압연 설비(10)에서는, 가열한 슬래브(1)를 롤로 상하에서 끼워서 연속적으로 압연하고, 최소 1㎜ 정도의 판 두께까지 얇게 하여 열연 강판(2)으로서 이것을 권취한다. 열간 압연 설비(10)는, 슬래브(1)를 가열하기 위한 가열로(11)와, 이 가열로(11)에 있어서 가열된 슬래브(1)를 판 폭 방향으로 압연하는 폭 방향 압연기(12)와, 이 판 폭 방향으로 압연된 슬래브(1)를 상하 방향에서 압연하여 거친 바(bar)로 하는 조압연기(13)와, 거친 바를 더욱 소정의 두께까지 연속해서 열간 압연을 하는 마무리 압연기(14)와, 이 마무리 압연기(14)에 의해 열간 압연된 열연 강판(2)을 냉각수에 의해 냉각하는 냉각 장치(15, 16, 17)와, 냉각 장치(15, 16, 17)에 의해 냉각된 열연 강판(2)을 코일 형상으로 권취하는 권취 장치(18)를 구비하고 있다.
가열로(11)에서는, 장입구를 통해 외부로부터 반입되어 온 슬래브(1)를 소정의 온도로 가열하는 처리가 행해진다. 가열로(11)에 있어서의 가열 처리가 종료되면, 슬래브(1)는 가열로(11) 밖으로 추출되고, 폭 방향 압연기(12)를 거쳐 조압연기(13)에 의한 압연 공정으로 이송된다.
조압연 공정에서는, 슬래브(1)는 조압연기(13)에 의해, 예를 들어 30㎜ 내지 60㎜ 정도 두께까지의 거친 바(시트 바)로 압연되고, 마무리 압연기(14)로 반송된다.
마무리 압연기(14)에서는, 반송되어 온 거친 바를 수㎜ 정도(예를 들어, 1 내지 15㎜)의 판 두께까지 압연하여 열연 강판(2)으로 한다. 압연된 열연 강판(2)은, 반송 롤(19)(도 2 및 도 3 참조)에 의해 반송되어, 우선 주 냉각 장치(15)로 이루어지는 냉각 존으로 보내지고, 또한, 상측 폭 방향 제어 냉각 장치(이하, 「 상측 냉각 장치」라고 칭함)(16)로 이루어지는 냉각 존으로 보내지며, 또한, 조정용 냉각 장치(17)로 이루어지는 냉각 존으로 보내진다.
열연 강판(2)은, 상기 주 냉각 장치(15), 상측 냉각 장치(16) 및 조정용 냉각 장치(17)에 의해 냉각되고, 권취 장치(18)에 의해 코일 형상으로 권취된다. 냉각 장치(15, 16, 17) 중, 주 냉각 장치(15)는, 열간 압연된 열연 강판(2)의 냉각을 주로 행하고, 상측 냉각 장치(16)는, 주 냉각 장치(15)로 냉각된 열연 강판(2)의 폭 방향의 온도 불균일성이 해소되도록 당해 열연 강판(2)을 상면측으로부터 냉각하고, 조정용 냉각 장치(17)는, 상측 냉각 장치(16)에 의해 냉각된 열연 강판(2)을 목표 온도까지 냉각한다. 또한, 주 냉각 장치(15) 및 조정용 냉각 장치(17)는 런아웃 테이블에서 반송되는 열연 강판(2)을 상하에서 끼우도록 배치되고, 상측 냉각 장치(16)는 열연 강판(2)의 상방에 배치되어 있다. 또한, 조정용 냉각 장치(17)에서는, 열연 강판(2)의 온도가 예를 들어 50℃ 정도 저하되도록 냉각시킨다.
주 냉각 장치(15)의 구성은 특별히 한정되지 않고 공지된 냉각 장치를 적용할 수 있다. 예를 들어 주 냉각 장치(15)는, 런아웃 테이블의 반송 롤(19) 상에서 반송되는 열연 강판(2)의 상방으로부터 당해 열연 강판(2)의 상면을 향해 연직 하방으로 냉각수를 분사하는 냉각수 노즐과, 열연 강판(2)의 하방으로부터 당해 열연 강판(2)의 하면을 향해 연직 상방으로 냉각수를 분사하는 냉각수 노즐을, 각각 복수 갖고 있다. 냉각수 노즐로서는, 예를 들어 슬릿 라미나 노즐이나 파이프 라미나 노즐 등이 사용된다.
도면의 예에서는, 상측 냉각 장치(16)와 대향하는 위치에, 열연 강판(2)을 하면측으로부터 냉각하는 하면 냉각 장치가 마련되어 있지 않지만, 당해 하면 냉각 장치를 마련해도 된다. 이 하면 냉각 장치의 구성은 특별히 한정되지 않고 공지된 냉각 장치를 적용할 수 있다. 예를 들어, 하면 냉각 장치로서, 국제 공개 제2018/179449호의 냉각 장치를 설치할 수 있다.
또한, 조정용 냉각 장치(17)의 구성도 특별히 한정되지 않고 공지된 냉각 장치를 적용할 수 있다. 상측 냉각 장치(16)까지의 냉각으로 냉각 부족이 되지 않는 경우에는 반드시 배치되는 것은 아니지만, 통상적으로는 필요하다.
다음으로, 상측 냉각 장치(16)의 구성에 대하여 설명한다. 도 2에는 상측 냉각 장치(16)의 구성의 일부를 개략적으로 나타내는, 폭 방향(±Y 방향)에서 본 측면도, 도 3에는 상측 냉각 장치(16)의 구성의 일부를 개략적으로 나타내는, 상하 방향(±Z 방향) 하방에서 본 저면도를 나타내었다. 또한, 도 2에 있어서는, 냉각수 노즐(23) 중 제1 노즐군 G1에 속하는 것을 가상선으로 나타내고 있다. 또한, 도 3에 있어서는, 수평 위치 관계의 설명의 편의상, 열연 강판(2), 반송 롤(19), 상류측 온도 측정 장치(28), 및 하류측 온도 측정 장치(29)를 점선으로 나타내고 있다.
본 형태에 있어서의 상측 냉각 장치(16)는, 도 2 및 도 3에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 냉각수 노즐(23)과, 중간 헤더(24), 배관(25) 및 삼방 밸브(27)를 구비하는 전환 장치와, 급수 헤더(26)와, 배수 헤더(도시생략)와, 온도 측정 장치(28, 29)와, 제어 장치(30)를 갖고 개략 구성되어 있다. 도시에서는 일부 생략되었지만, 중간 헤더(24)마다 삼방 밸브(27)가 배치되어 있다.
상측 냉각 장치(16)는, 런아웃 테이블의 후술하는 냉각 폭 영역의 상면에 형성되는 전체 냉각 영역 A1이 분할되어 이루어지는 분할 냉각면 A3마다 냉각을 제어하는 장치이다. 도 4 내지 도 7은, 상측 냉각 장치(16)가 배치되는 장소에서의 런아웃 테이블 상의 냉각 폭 영역을, 상하 방향(±Z 방향) 상방에서 본 평면도이며, 전체 냉각 영역 A1, 폭 분할 냉각대 A2, 및 분할 냉각면 A3과, 반송 롤(19)의 위치의 관계를 나타내고 있다. 또한, 도 4 및 도 5에 있어서는 설명의 편의상, 반송 롤(19)을 점선으로 나타내었다. 또한, 냉각 폭 영역의 하면은, 런아웃 테이블의 정점에 접하는 평면이기도 하다.
본 형태에 있어서는, 열간 압연 설비(10)에서 제조할 수 있는 열연 강판(2)이 런아웃 테이블 상에서 반송될 때 존재할 수 있는 영역을 「냉각 폭 영역」이라 한다. 「냉각 폭 영역」이란 즉, 본래, 제조 가능한 열연 강판의 최대 판 두께×(최대 판 폭+최대 사행 폭)으로 구획되고, 강판 반송 방향으로 연장되는 3차원 영역이다. 이 때문에, 「냉각 폭 영역」은 강판 반송 방향에 있어서, 런아웃 테이블 상에 있어서의 마무리 압연기의 출측단으로부터 권취 장치의 앞까지의 영역을 차지한다. 이 냉각 폭 영역이 본 형태에 있어서의 「냉각 대상 영역」이다. 또한, 실용상, 최대 판 두께에 관련된 부분은 무시할 수 있기 때문에, 냉각 폭 영역 즉 냉각 대상 영역을, 런아웃 테이블의 정점에 접하는 평면에 있어서, (최대 판 폭+최대 사행 폭)으로 구획되는 2차원 영역 즉 평면으로 간주해도 된다.
냉각 폭 영역의 상면 중, 상측 냉각 장치(16)가 냉각시키는 영역이며, 기계 폭 방향 전체 폭 및 냉각 기계 길이로 획정되는 영역을 「전체 냉각 영역 A1」이라 한다. 도 4에 전체 냉각 영역 A1의 일례를 나타낸다. 또한, 「기계 폭」이란, 상측 냉각 장치(16)의 기계 폭 방향의 길이(이하, 기계 폭 방향의 길이를 '폭 방향의 길이' 또는 '폭 방향의 폭'이라고 하는 경우도 있지만, 동일한 의미임)이며, 「폭 방향 전체 폭」이란, 열연 강판(2)이 반송 롤(19) 상에 있어서 존재할 수 있는 영역의 폭 방향 길이이다. 「냉각 기계 길이」는, 상측 냉각 장치(16)가 냉각시키는 영역의 강판 반송 방향의 길이이며, 적어도 반송 롤(19)의 강판 반송 방향 롤간 1피치 이상(예를 들어, 1m 이상)의 길이이다. 「강판 반송 방향 롤간 1피치의 길이」란, 강판 반송 방향에 있어서 인접하는 반송 롤(19)의 축끼리 사이의 거리를 의미한다. 「냉각 기계 길이」는 특별히 한정되지는 않지만, 설비 비용의 관점에서는 20m 이하 정도가 바람직하다. 구체적인 길이는, 상측 냉각 장치(16)의 냉각 능력과, 열연 강판(2)의 불균일 온도 분포의 예측되는 양태로부터 적절히 결정하면 된다.
전체 냉각 영역 A1을, 기계 폭 방향 즉 폭 방향에서 3 이상으로 분할하여 얻어지는 각각의 냉각 영역을 「폭 분할 냉각대 A2」라 한다. 도 5에 전체 냉각 영역 A1이 10개의 폭 분할 냉각대로 분할된 예를 나타낸다. 전체 냉각 영역 A1의 폭 방향으로의 분할 수(즉, 폭 방향에 있어서의 폭 분할 냉각대 A2의 수)는 이것에 한정되지는 않는다. 폭 방향 온도 분포의 균일화를 위해서는, 분할 수는 많은 편이 좋다. 예를 들어, 분할 수의 하한을, 4, 6, 8, 10 또는 12로 해도 된다. 그러나, 분할 수를 많게 하면 설비 비용이 높아지기 때문에, 분할 수의 상한을 30, 20, 16 또는 14로 해도 된다.
또한, 폭 분할 냉각대 A2를 기계 길이 방향 즉 강판 반송 방향으로 복수로 분할하여 얻어지는 각각의 냉각 영역을 「분할 냉각면 A3」이라 한다. 분할 냉각면 A3의 개개의 폭 방향 길이는, 폭 분할 냉각대 A2의 폭 방향 길이와 동일하다. 분할 냉각면 A3의 강판 반송 방향 길이는, 예를 들어 폭 분할 냉각대 A2의 강판 반송 방향 길이를 분할 수로 균등하게 분할한 길이이다.
분할 냉각면 A3의 강판 반송 방향의 길이는, 특별히 한정되지 않고, 적절히 설정할 수 있다. 도 4에 도시한 분할 냉각면 A3의 강판 반송 방향의 길이는, 반송 롤(19)의 1피치의 4배로 설정되어 있다. 또한, 도 6의 예에서는, 분할 냉각면의 강판 반송 방향의 길이가, 반송 롤(19)의 1피치분으로 설정되어 있다. 이와 같이, 분할 냉각면 A3의 강판 반송 방향의 길이는, 반송 롤(19)의 강판 반송 방향 롤간 피치의 정수배인 것이 바람직하다.
또한, 강판 반송 방향에 인접하여 배열되는 복수의 분할 냉각면 A3의 강판 반송 방향 길이는 동일할 필요는 없고, 서로 달라도 된다. 바꿔 말하면, 폭 분할 냉각대 A2는, 강판 반송 방향에서 다른 길이의 분할 냉각면 A3의 조합이어도 된다. 예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, 분할 냉각면 A3의 강판 반송 방향 길이를 상류측으로부터 하류측으로, 반송 롤(19)의 강판 반송 방향 롤간 1피치분, 2피치분, 4피치분, 8피치분 …과 같이 순차 길게 해 가도록 해도 된다.
또한, 이하의 설명에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 분할 냉각면 A3의 강판 반송 방향의 길이가 반송 롤(19)의 강판 반송 방향 롤간 4피치분인 것으로 한다.
상술한 바와 같은 분할 냉각면 A3 각각에 대하여 적어도 하나의 냉각수 노즐(23)이 마련되어 있다. 냉각수 노즐(23)은, 냉각 폭 영역의 상방으로부터, 당해 냉각 폭 영역의 상면을 향해 냉각수를 분사한다. 냉각수 노즐(23)에는, 각종 공지된 종류의 노즐을 사용할 수 있고, 이것에는 예를 들어 0.3MPa 정도의 배압이 가해지는 풀콘 스프레이 노즐(이하, 「풀콘 노즐」이라고 축약하는 경우가 있음)을 들 수 있다. 또한, 냉각수 노즐(23)은, 대기 상태에 있어서 냉각수가 당해 냉각수 노즐(23)로부터 빠지는 것을 방지하기 위해서, 소경인 것이 바람직하다.
또한, 냉각수 노즐(23)의 폭 방향의 냉각 범위는, 대응하는 분할 냉각면 A3의 폭 방향의 길이에 추가하여, 폭 방향의 양측에 인접하는 분할 냉각면 A3의 일부에 설정되는 것이 바람직하다. 냉각수 노즐(23)의 폭 방향의 냉각 범위를 단일의 분할 냉각면 A3의 폭 방향의 폭으로 한정하면, 폭 방향에 인접하는 다른 분할 냉각면 A3과의 경계선상의 냉각 능력 부족이 발생할 것이 염려된다. 이와 같은 냉각 부족을 해소하기 위해서, 노즐(23)의 후술하는 냉각수 충돌 영역 R이 폭 방향에 인접하는 다른 냉각수 충돌 영역 R과 겹치는 폭 방향의 폭은, 당해 냉각수 충돌 영역의 폭 방향의 폭 5％ 이상이 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 상기 다른 냉각수 충돌 영역 R과 겹치는 폭 방향의 폭은, 당해 냉각수 충돌 영역의 폭 방향의 폭 7％ 이상 또는 8％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 상기 다른 냉각수 충돌 영역 R과 겹치는 폭 방향의 폭은, 당해 냉각수 충돌 영역의 폭 방향의 폭 15％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 상기 다른 냉각수 충돌 영역 R과 겹치는 폭 방향의 폭은, 당해 냉각수 충돌 영역의 폭 방향의 폭 13％ 이하 또는 11％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
도 8은, 상측 냉각 장치(16) 내의 냉각 폭 영역의 상면 전체 냉각 영역 A1이 폭 방향으로 분할된 폭 분할 냉각대 A2와, 그 폭 분할 냉각대 A2가 강판 반송 방향으로 분할된 분할 냉각면 A3을 상하 방향(±Z 방향) 상방에서 본 평면도로 나타냄과 함께, 분할 냉각면 A3마다 마련되는 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수가, 분할 냉각면 A3에 대응하는 냉각 폭 영역의 상면에 충돌하여 형성하는 영역(냉각수 충돌 영역) R을 함께 나타내는 도면이다. 냉각수 노즐(23)은, 분할 냉각면 A3의 각각에 적어도 하나의 냉각수 충돌 영역 R이 형성되도록 배치되어 있다. 하나의 냉각수 충돌 영역 R의 폭은, 냉각수 충돌 영역 R이 속하는 분할 냉각면 A3의 폭보다 크게 되어 있다.
본 형태에서 냉각수 노즐(23)은, 하나의 분할 냉각면 A3에, 4개의 냉각수 충돌 영역 R이 형성되도록 배치되어 있다. 4개의 냉각수 노즐(23)과 냉각수 충돌 영역 R은 평면에서 볼 때, 반송 롤(19) 각각에 대하여 배치되고, 강판 반송 방향으로 나열되어 있다. 하나의 분할 냉각면 A3에 대응하는 냉각수 노즐(23)의 수는 특별히 한정되지 않고, 분할 냉각면 A3 각각의 폭 방향의 전체 폭이 당해 분할 냉각면 A3에 대하여 마련된 냉각수 노즐(23)에 의한 냉각수 충돌 영역 R로 덮이면, 1개여도 되고, 복수여도 된다.
또한, 냉각수 노즐(23)로부터 토출시키는 수량 및 유속은 폭 방향, 강판 반송 방향의 각 냉각수 노즐(23)로 동일하게 하고, 각각의 냉각 능력을 동일하게 하는 편이 제어는 용이하다. 또한, 강판 반송 방향의 동일한 위치에 있는, 폭 방향으로 복수 배열하는 각 분할 냉각면 A3마다 설치되는 냉각수 노즐(23)의 형식, 수, 토출 수량 및 토출 유속을 동일하게 하고, 폭 방향으로 나열되는 각 분할 냉각면 A3에서의 냉각 능력을 동일하게 하는 편이 제어는 용이하다.
또한, 폭 방향으로 나열된 각 분할 냉각면 A3에 속하는, 토출 수량 및 토출 유속이 동일한 냉각수 노즐(23)은, 폭 방향에 인접하는 냉각수 노즐(23)의 중심간 거리 및/또는 냉각수 노즐(23)이 형성하는 냉각수 충돌 영역 R의 중심간 거리가 모두 등거리가 되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해 폭 방향에 있어서의 균일한 냉각을 보다 높은 정밀도로 행할 수 있다.
또한, 냉각수 노즐(23)의 토출 수량 및 토출 유속에 기초하는 냉각 능력이 폭 방향, 강판 반송 방향에서 다르더라도, 제어 장치(30)에 의해 제어하는 것은 가능하다.
도 9는, 냉각수 노즐(23)을 설명하는 도면이다. 도 9의 (A)는, 냉각수 노즐(23)을 강판 반송 방향에서 본 정면도, 도 9의 (B)는, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수가 냉각 폭 영역 즉 열연 강판(2)의 상면에 충돌하는 영역(냉각수 충돌 영역) R을 상하 방향(±Z 방향) 상방에서 본 평면도이다. 또한, 도 9의 (B)에 있어서 냉각수 노즐(23)의 냉각수 토출구 위치를 작은 「●」로 나타내고 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 냉각수 노즐(23)은, 강판 반송 방향에서 보았을 때 열연 강판(2)의 상면의 수선 P0에 대하여 기울어진 분사축 P를 갖고, 당해 냉각수 노즐(23)로부터 분사된 냉각수가, 냉각수 충돌 영역 R에 충돌한 후, 당해 냉각수 노즐(23)과 폭 방향 반대측을 향한다. 본 형태에서는, 냉각수 노즐(23)은, 제1 노즐군 G1 또는 제2 노즐군 G2 중 어느 하나를 구성한다. 제1 노즐군 G1의 냉각수 노즐(23)은, 폭 방향 일방측을 향해서 냉각수가 분사되도록 분사축 P가 기울어짐으로써 폭 방향 한쪽 단부측으로부터 배수시키고 있다. 제2 노즐군 G2의 냉각수 노즐(23)은, 폭 방향 타방측을 향해 냉각수가 분사되도록, 분사축 P가 제1 노즐군 G1의 냉각수 노즐(23)과는 역방향으로 기울어짐으로써, 폭 방향 다른 쪽 단부측으로부터 배수시키고 있다.
제1 노즐군 G1을 구성하는 냉각수 노즐(23)에 의한 냉각수 충돌 영역 R은, 폭 방향에 인접하는 다른 냉각수 충돌 영역 R과 이어지면서, 폭 방향으로 이어지는 제1 냉각수 충돌 영역군 RG1(이하, '제1 영역군 RG1'이라고 축약하는 경우가 있음) 를 형성한다. 또한, 제2 노즐군 G2를 구성하는 냉각수 노즐(23)에 의한 냉각수 충돌 영역 R은, 폭 방향에 인접하는 다른 냉각수 충돌 영역 R과 이어지면서, 폭 방향으로 이어지는 제2 냉각수 충돌 영역군 RG2(이하, '제2 영역군 RG2'라고 축약하는 경우가 있음)를 형성한다.
제1 영역군 RG1을 형성하는 제1 노즐군 G1의 냉각수 노즐(23)과, 제2 영역군 RG2를 형성하는 제2 노즐군 G2의 냉각수 노즐(23)은, 강판 반송 방향에서 보았을 때 서로 대칭이 되도록 기울어져 있다. 그리고, 제1 영역군 RG1을 형성하는 제1 노즐군 G1을 구성하는 냉각수 노즐(23)은, 분사축 P가 상기 수선 P0에 대하여 기울어지는 방향이 기계 길이 방향에서 보았을 때 모두 동일하다. 즉, 제1 영역군 RG1을 형성하는 제1 노즐군 G1을 구성하는 냉각수 노즐(23) 중에서는, 분사축 P가 상기 수선 P0에 대하여 기울어지는 방향이 역방향인 것은 없으며, 폭 방향 일방측을 향해 냉각수를 분사한다. 또한, 제2 영역군 RG2를 형성하는 제2 노즐군 G2의 냉각수 노즐(23)도, 분사축 P가 상기 수선 P0에 대하여 기울어지는 방향이 기계 길이 방향에서 보았을 때 모두 동일하다. 즉, 제2 영역군 RG2를 형성하는 제2 노즐군 G2를 구성하는 냉각수 노즐(23) 중에서는, 분사축 P가 상기 수선 P0에 대하여 기울어지는 방향이 역방향인 것은 없으며, 폭 방향 타방측을 향해 냉각수를 분사한다.
각 냉각수 노즐(23)은, 그 분사축 P의 상기 수선 P0에 대한 각도 즉 경사 각도 θ가, 당해 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 분사 확산 각도의 절반보다 커지도록 마련되는 것이 바람직하다. 냉각수 노즐(23)의 상기 경사 각도 θ는 예를 들어 10° 내지 45°이다. 또한, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 분사 확산 각도는 예를 들어 약 12°이며, 냉각수 충돌 영역 R은 예를 들어 직경이 200㎜가 되도록 형성된다.
또한, 도면의 「●」로 나타낸 냉각수 노즐(23)의 냉각수의 토출구의 위치와, 냉각수 충돌 영역 R의 위치 관계로부터 알 수 있는 바와 같이, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P는, 강판 반송 방향으로 경사져 있지 않으며, 구체적으로는, 강판 반송 방향 하류측으로 경사져 있지 않고, 평면에서 볼 때 폭 방향과 대략 평행하다. 또한, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P가 강판 반송 방향으로 경사지는 것을 제외할 필요는 없다. 분사축 P를 경사지게 할 필요는 없으며, 경사지게 하지 않는 편이 바람직하다.
또한, 하나의 반송 롤(19) 위치에 대하여 제1 노즐군 G1 및 제2 노즐군 G2의 양쪽의 냉각수 노즐(23)이 마련되어 있다. 그리고, 각 냉각수 노즐(23)은, 냉각수 충돌 영역군 각각이 다른 냉각수 충돌 영역군과는 겹치지 않도록(즉, 제1 영역군 RG1끼리, 제2 영역군 RG2끼리가 겹치지 않고, 제1 영역군 RG1과 제2 영역군 RG2가 겹치지 않도록) 마련되어 있다. 또한, 제1 영역군 RG1과 당해 제1 영역군 RG1과 강판 반송 방향에 인접하는 제2 영역군 RG2에서 냉각 폭 영역 즉 열연 강판(2)의 폭 방향 전체 폭을 덮도록, 냉각수 노즐(23)이 마련되어 있다. 전술한 바와 같이, 냉각수 충돌 영역군 각각이 다른 냉각수 충돌 영역군과는 겹치지 않도록 각 냉각수 노즐(23)이 마련되어 있기 때문에, 제1 영역군 RG1과 제2 영역군 RG2에서 냉각 폭 영역 즉 열연 강판(2)의 폭 방향 전체 폭을 덮도록 해도, 제1 노즐군 G1로부터의 냉각수의 분류와 제2 노즐군 G2로부터의 냉각수의 분류가 간섭하는 일이 없다. 또한, 냉각수 충돌 영역군 각각이 다른 냉각수 충돌 영역군과는 겹치지 않도록 하기 위한 방법으로서, 하나의 냉각수 충돌 영역군을 형성하는 냉각수 노즐(23)의 위치를, 다른 냉각수 충돌 영역을 형성하는 냉각수 노즐(23)의 위치를 강판 반송 방향으로 어긋나게 하는 방법이 있다. 또한, 제1 영역군 RG1을 형성하는 냉각수 노즐(23)의 위치와 제2 영역군 RG2를 형성하는 냉각수 노즐(23)의 위치를 강판 반송 방향 전후로 어긋나게 함으로써, 제1 영역군 RG1을 형성하는 냉각수 노즐(23)과 제2 영역군 RG2를 형성하는 냉각수 노즐(23)이 강판 반송 방향에서 보았을 때 겹치는 경우에도, 냉각 폭 영역의 상면에 있어서 2개의 냉각 충돌 영역군이 서로 겹치지 않도록 할 수 있다. 그 결과, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수끼리 자체가 서로 간섭하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 하나의 냉각수 충돌 영역 R의 폭은, 냉각수 충돌 영역 R이 속하는 분할 냉각면 A3의 폭보다 크다. 이 때문에, 어떤 하나의 냉각수 충돌 영역 R은, 동일한 폭 분할 냉각대 A2에 속하는 다른 냉각수 충돌 영역 R과 동일한 냉각수 충돌 영역군 RG에 속할 수는 없다.
또한, 상술한 바와 같이, 냉각수 충돌 영역군 각각이 다른 냉각수 충돌 영역군과는 겹치지 않도록 냉각수 노즐(23)이 마련되어 있기 때문에, 어느 냉각수 충돌 영역군을 형성하는 냉각수 노즐(23)로부터 분사되어 열연 강판(2)에 충돌한 냉각수의 배수가, 다른 냉각수 충돌 영역군을 형성하는 냉각수 노즐(23)로부터 분사되어 열연 강판(2)에 충돌한 냉각수에 의해 방해되는 일이 없다.
또한, 본 형태에 있어서, 제1 영역군 RG1과 제2 영역군 RG2가, 반송 롤(19)의 배치 위치를 기준으로, 평면에서 볼 때 지그재그로 배치되어 있다. 구체적으로는, 하나의 반송 롤(19)에 대하여, 제1 영역군 RG1 및 제2 영역군 RG2 양쪽이 각각 1개 설정되어 있으며, 또한, 하나의 반송 롤(19)에 대한 제1 영역군 RG1과 제2 영역군 RG2는 강판 반송 방향을 따라서 교대로 배치되어 있다. 예를 들어, 제1 영역군 RG1은, 냉각수 충돌 영역 R의 중심이 반송 롤(19)의 중심축 S보다 강판 반송 방향 하류측에 위치하도록 설정되고, 제2 영역군 RG2는, 냉각수 충돌 영역 R의 중심이 반송 롤(19)의 중심축 S보다 강판 반송 방향 상류측에 위치하도록 설정되어 있다.
각 냉각수 노즐(23)에 의한 냉각수 충돌 영역 R은, 폭 방향에 인접하는 냉각수 충돌 영역 R 사이의 중간부에서 냉각 능력 부족이 발생하는 등의 불균일 냉각이 발생하지 않도록, 폭 방향 길이 및 랩 폭(폭 방향에 인접하는 냉각수 충돌 영역 R간에서 중복하는 영역의 폭 방향 길이)이 설정되어 있다. 또한, 도 9의 예에서는, 제1 영역군 RG1과 제2 영역군 RG2는, 강판 반송 방향에서 보았을 때, 냉각 폭 영역의 폭 방향 중앙 Q에서 중복되어 있으며, 이 중복되는 영역의 폭 방향 길이는 상술한 랩 폭과 마찬가지로 설정되어 있다.
또한, 도 9의 예에서는, 제1 영역군 RG1과 제2 영역군 RG2의 경계는, 냉각 폭 영역의 폭 방향 중앙 Q와 일치하고 있다. 그런데, 각 노즐군을 구성하는 냉각수 노즐(23)의 수가, 제1 노즐군 G1과 제2 노즐군 G2에서 다른 경우가 있으며, 이 경우는 제1 노즐군 G1에 의한 제1 영역군 RG1과 제2 노즐군 G2에 의한 제2 영역군 RG2의 경계가, 냉각 폭 영역의 폭 방향 중앙 Q와 일치하지 않는다. 그러나, 상기 경계가 폭 방향 중앙 Q에 가까울수록, 폭 방향 한쪽 단부측 및 다른 쪽 단부측 각각으로부터의 배수가 원활하기 때문에, 상기 경계는 도 9의 예와 같이 폭 방향 중앙 Q에 일치하도록 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 냉각수 노즐(23)은, 통판성을 확보하기 위해서, 냉각수 충돌 영역 R이, 평면에서 볼 때 반송 롤(19)의 중심축 S와 겹치도록 마련되어 있는 것이 바람직하다. 통판성을 확보하는 관점에서는, 제1 노즐군 G1로부터의 냉각수의 분류와 제2 노즐군 G2로부터의 냉각수의 분류가 간섭하지 않은 범위에서, 냉각수 충돌 영역 R의 중심은, 평면에서 볼 때 반송 롤(19)의 중심축 S 바로 위에 가까운 위치로 설정되는 것이 바람직하다.
상측 냉각 장치(16)의 설명으로 되돌아간다.
중간 헤더(24)는, 본 형태에 있어서의 전환 장치의 일부로서 기능하고, 냉각수 노즐(23)에 냉각수를 공급하는 헤더이다. 본 형태에서는 도 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 중간 헤더(24)는 강판 반송 방향으로 연장되는 관형의 부재이며, 강판 반송 방향을 따라서 복수의 냉각수 노즐(23)이 마련되어 있다. 따라서, 하나의 중간 헤더(24)에 배치된 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 분사 및 정지를 동시에 제어할 수 있다. 도시한 예에서는, 하나의 중간 헤더(24)에 대하여 냉각수 노즐(23)은 강판 반송 방향으로 4개 배열되어 있지만, 냉각수 노즐(23)의 수는 이것에 한정되는 것은 아니다.
그리고 중간 헤더(24)는 하나의 분할 냉각면 A3에 1개가 되도록 배치된다. 이에 의해, 분할 냉각면 A3마다 냉각수의 분사와 정지의 전환 제어를 가능하게 하고 있다.
삼방 밸브(27)는, 본 형태에 있어서의 전환 장치의 일부로서 기능하는 부재이다. 즉, 삼방 밸브(27)는 냉각수 노즐(23)로부터 분사되는 냉각수의, 냉각 폭 영역의 상면에 대한 충돌과 비충돌을 전환하는 전환 장치의 주요 부재이다. 전환 장치는, 상술한 분할 냉각면 A3마다 마련되어 있다.
본 형태의 삼방 밸브(27)는 분류형이며, 급수 헤더(26)로부터의 가압수를, 배관(25)로 유도하여 중간 헤더(24), 나아가 냉각수 노즐(23)에 급수할지, 배수 헤더(도시생략)로 유도할지를 전환하는 밸브이다. 또한, 본 형태에서는 배수를 위한 부위로서 배수 헤더를 예시하였지만, 그 양태는 특별히 한정되지는 않는다.
본 형태의 삼방 밸브(27) 대신에 2개의 스톱 밸브(넓은 의미로 '유체의 흐름을 멈추기 위한 밸브', 'ON/OFF 밸브'라 불리는 경우도 있음)를 설치하여 삼방 밸브와 마찬가지로 제어를 행하는 것도 가능하다. 삼방 밸브(27)를 사용함으로써, 전환 시의 수압 변동을 작게 할 수 있다.
본 형태에서 삼방 밸브(27)는, 중간 헤더(24) 각각에 대하여 1개 마련되고, 냉각수를 공급하는 급수 헤더(26)와 냉각수를 배출하는 배수 헤더의 사이에 배치되어 있다.
상류측 온도 측정 장치(이하, 「제1 측정 장치」라고 칭함)(28)는, 본 형태에 있어서의 온도 검출 장치로서 기능한다.
이 제1 측정 장치(28)는, 냉각 폭 영역의 하면측이 되는 위치에 배치되고, 도 8에 도시한 바와 같이, 전체 냉각 영역 A1의 강판 반송 방향 상류측에 있어서의 열연 강판(2)의 온도를 측정한다.
제1 측정 장치(28)는, 폭 분할 냉각대 A2의 상류측에서 온도를 측정할 수 있도록, 폭 분할 냉각대 A2의 각각에 대응하여, 폭 방향으로 배열되어 마련되어 있다. 이에 의해, 상측 냉각 장치(16)의 상류측에 있어서의 열연 강판(2)의 폭 방향의 온도를 전체 폭에 걸쳐 측정할 수 있고, 즉, 상측 냉각 장치(16)의 상류측에 있어서의 열연 강판(2)의 폭 방향 온도 분포를 측정할 수 있다.
하류측 온도 측정 장치(이하, 「제2 측정 장치」라고 칭함)(29)도, 본 형태에 있어서의 온도 검출 장치로서 기능한다.
이 제2 측정 장치(29)는, 냉각 폭 영역의 하면측이 되는 위치에 배치되어, 전체 냉각 영역 A1의 강판 반송 방향 하류측에 있어서의 열연 강판(2)의 온도를 측정한다.
제2 측정 장치(29)는, 냉각 후에 있어서의 폭 분할 냉각대 A2 각각의 온도를 측정할 수 있도록, 폭 분할 냉각대 A2의 각각에 대응하여, 폭 방향으로 배열되어 마련되어 있다. 이에 의해, 상측 냉각 장치(16)의 하류측에 있어서의 열연 강판(2)의 폭 방향의 온도를 전체 폭에 걸쳐 측정할 수 있고, 즉, 상측 냉각 장치(16)의 하류측에 있어서의 열연 강판(2)의 폭 방향 온도 분포를 취득할 수 있다.
제1 측정 장치(28) 및 제2 측정 장치(29)의 구성은, 열연 강판(2)의 온도를 측정하는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 일본 특허 제3818501호 공보 등에 기재된 온도계를 사용하는 것이 바람직하다.
제어 장치(30)는, 제1 측정 장치(28)의 측정 결과, 제2 측정 장치(29)의 측정 결과 중 어느 하나, 혹은 양쪽의 결과에 기초하여, 전환 장치의 동작을 제어하는 장치이다. 구체적으로는, 제어 장치(30)는, 제1 측정 장치(28)의 측정 결과, 제2 측정 장치(29)의 측정 결과 중 어느 하나, 혹은 양쪽의 결과에 기초하여, 폭 분할 냉각대 A2마다, 당해 폭 분할 냉각대 A2 중에 포함되는 복수의 분할 냉각면 A3 각각에 대한 전환 장치의 동작을 제어함으로써 당해 폭 분할 냉각대 A2의 전체 길이에서의 냉각을 제어하고, 이들을 합쳐서 전체 냉각 영역 A1의 냉각을 제어한다. 제어 장치(30)는, 소정의 프로그램에 기초하여 연산을 행하는 전자 회로나 컴퓨터를 구비하고 있으며, 이것에 제1 측정 장치(28), 제2 측정 장치(29) 및 전환 장치가 전기적으로 접속되어 있다.
예를 들어, 반송 롤(19)을 갖는 런아웃 테이블을 압연 후 또한 주 냉각 장치(15)에서의 냉각 후에 반송되는 열연 강판(2)의 온도를 제1 측정 장치(28)로 측정한다. 이 측정 결과가 제어 장치(30)로 보내지고, 분할 냉각면 A3마다 열연 강판(2)의 온도를 균일화하기 위해서 필요한 냉각량이 산출된다.
그리고, 그 계산 결과에 기초하여, 제어 장치(30)는, 삼방 밸브(27)의 개폐를 피드 포워드 제어한다. 즉, 제어 장치(30)는, 열연 강판(2)의 폭 방향의 온도의 균일화를 실현하기 위해서, 삼방 밸브(27)의 개폐를 제어하고 분할 냉각면 A3마다 냉각수 노즐(23)로부터 분사되는 냉각수의 열연 강판(2)의 상면에 대한 충돌과 비충돌을 제어한다.
본 형태에 의하면, 이하의 효과가 얻어진다.
본 형태에서는, 상술한 바와 같이, 주 냉각 장치(15)에 의한 냉각 후의 열연 강판(2)의 폭 방향의 온도를 전체 폭에 걸쳐 측정하는 제1 측정 장치(28)에서의 측정 결과에 기초하여, 분할 냉각면 A3마다, 냉각수 노즐(23)로부터 분사되는 냉각수의 열연 강판(2)의 상면에 대한 충돌과 비충돌을 제어한다. 그리고, 분할 냉각면 A3이 폭 방향의 3 이상 배열되고 또한 압연 방향으로 복수 배열되어 있기 때문에, 폭 방향 및 압연 방향의 양쪽에 따른 열연 강판(2)의 온도 균일화를 높은 정밀도로 행할 수 있다.
또한, 본 형태에 의하면, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P가 냉각 폭 영역의 상면의 수선 P0에 대하여 기울어 있으며, 냉각수 노즐(23)로부터 분사되고 냉각수 충돌 영역 R에 충돌한 냉각수가, 폭 방향에 있어서의 당해 냉각수 노즐(23)과 반대측을 향해, 열연 강판(2)의 폭 방향 일단부 또는 타단부로부터 배출된다. 그 때문에, 냉각수 노즐(23)로부터 분사되고 냉각수 충돌 영역 R에 충돌된 냉각수가, 판상수로서 열연 강판(2)의 냉각에 영향을 주는 일이 없다.
여기서, 주 냉각 장치(15) 및 조정용 냉각 장치(17)가 기존에 설치된 것이며 열연 강판(2)의 폭 방향 중앙부의 온도에 기초하여 냉각을 행하고 당해 폭 방향 중앙부의 권취 온도가 목표값이 되도록 냉각하고 있는 경우에, 이 상측 냉각 장치(16)를 주 냉각 장치(15)와 조정용 냉각 장치(17)의 사이에 끼워 넣도록 한다. 이 경우에서도, 본 실시 형태에 따르면, 주 냉각 장치(15) 및 조정용 냉각 장치(17)에 변경을 가하지 않고, 열연 강판(2)의 폭 방향 중앙부의 권취 온도를 목표값으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 형태와 같이, 주 냉각 장치(15)에 의한 냉각 후의 열연 강판(2)의 부가적인 냉각을 당해 열연 강판(2)의 전체 폭에 걸치는 온도의 측정 결과에 기초하여 행할 때, 본 실시 형태와는 달리, 냉각수 노즐을 냉각 폭 영역의 연직 방향의 하방(즉, 하면)에 마련하고, 냉각 폭 영역의 하면측으로부터 냉각수를 분사하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 냉각수 노즐의 주위에 반송 롤(19) 등이 존재하기 때문에 정비가 어려운 점이 있다. 그에 반하여, 본 형태에서는, 냉각수 노즐(23)이, 냉각 폭 영역의 상방에 마련되어 있기 때문에, 정비성이 높다. 또한, 주 냉각 장치(15)의 하부의 구성만을 하류측으로 연장시키도록 하여, 상측 냉각 장치(16)와 대향하는 위치에도 냉각수 노즐을 마련하는 경우에 대해서는, 당해 냉각수 노즐을 주 냉각 장치(15)와 독립적으로 제어할 필요가 없기 때문에, 구성은 간소해지므로 정비성은 불문으로 한다.
또한, 본 형태에서는, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P의 경사 각도 θ가 10° 내지 45°이다.
도 10은, 풀콘 노즐인 냉각수 노즐(23)의 분사축 P의 경사 각도 θ와, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수 중 열연 강판(2)에 충돌한 후에 냉각수 분사 방향과 역방향으로 되돌아가는 냉각수의 비율(이하, 「냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 복귀 비율」이라고 함)의 관계를 나타내는 도면이다.
도면에 도시한 바와 같이, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P의 경사 각도 θ를 10° 이상으로 함으로써, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 복귀 비율을 2할 이하로 억제할 수 있어, 판상수의 양을 저감시킬 수 있다.
도 11은, 풀콘 노즐인 냉각수 노즐(23)의 분사축 P의 경사 각도 θ와, 충돌 압력 지수의 관계를 나타내는 도면이다. 충돌 압력 지수란, 냉각수 노즐(23)로부터 분사된 냉각수가 열연 강판(2)에 충돌했을 때의 압력에 관한 지수이며, 상기 경사 각도 θ가 0°일 때 1이 되는 지수다. 이 충돌 압력 지수는 높을수록 냉각 능력이 높아 바람직하지만, 상기 경사 각도 θ를 45° 이하로 하면, 충돌 압력 지수를 0.7 이상으로 할 수 있다.
또한, 본 형태에 의하면, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P가, 강판 반송 방향으로 경사져 있지 않고 평면에서 볼 때 폭 방향과 대략 평행하다. 본 형태와 달리, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P가 강판 반송 방향으로 경사져 있으며 평면에서 볼 때 폭 방향과 비평행이면, 전술한 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 복귀 비율이 증가한다. 따라서, 본 형태와 같이, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P가, 평면에서 볼 때 폭 방향과 대략 평행하면, 상기 복귀 비율을 억제할 수 있어, 높은 냉각 능력을 얻을 수 있다. 또한, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P가 평면에서 볼 때 폭 방향과 평행하지 않는 경우, 동일한 분사축의 경사 각도 θ에 대하여 냉각수 복귀 비율은 증가하고 충돌력 지수는 저하되지만, 상기 분사축 P가 평면에서 볼 때 폭 방향과 평행하며 폭 방향에 대한 각도가 0°인 경우, 이와 같은 문제는 발생하지 않는다. 또한, 평면에서 볼 때의 냉각수 노즐(23)의 분사축 P의 판 폭 방향에 대한 각도는, 0°로 한정하지 않는다. 상기 각도는, 전술한 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 복귀 비율이 2할 이하로 되는 각도 이하, 또한, 충돌 압력 지수가 0.7 이상이 되는 각도 이하이면 된다.
또한, 본 형태에 의하면, 냉각수 노즐(23)의 냉각수 충돌 영역 R이, 평면에서 볼 때 반송 롤(19)의 중심축 S와 겹친다. 그 때문에, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수에 의해 열연 강판(2)의 통판성이 손상되는 일이 없다.
중간 헤더(24)에는 삼방 밸브(27)가 마련되어 있으며, 당해 중간 헤더(24)에 있어서의 냉각수 노즐(23)의 개수가 적은 쪽이, 열연 강판(2)에 분사되는 냉각수의 제어성은 향상된다. 한편, 냉각수 노즐(23)의 개수를 적게 하면 그만큼, 필요한 삼방 밸브(27)의 수가 증가하여, 설비 비용과 러닝 코스트가 높아진다. 따라서, 이들 밸런스를 고려하여, 냉각수 노즐(23)의 개수를 설정할 수 있다.
분할 냉각면 A3에 냉각수를 충돌시키는 데 있어서, 소량의 냉각수를 사용한 경우, 전체 냉각 영역 A1의 강판 반송 방향 길이가 길어져버린다. 이 때문에, 예를 들어 1.0㎥/㎡/min 이상의 큰 수량 밀도의 냉각수를 냉각수 노즐(23)로부터 분사하는 것이 바람직하다.
상술한 설명에서는, 제1 측정 장치(28) 및 제2 측정 장치(29)는, 냉각 폭 영역의 하면측이 되는 위치에 배치되어 있지만, 냉각 폭 영역의 상면측에 배치되고, 당해 상면측으로부터 열연 강판(2)의 온도를 측정하도록 구성되어 있어도 된다. 단, 냉각 폭 영역의 상면측으로부터 열연 강판(2)의 온도를 측정하는 구성의 경우, 온도 측정 장치의 상류측에 물기 제거 장치를 마련할 필요가 있고, 적어도 이 물기 제거 장치만큼, 온도 측정에 필요한 영역의 강판 반송 방향의 길이가 커지게 되어, 상측 냉각 장치의 강판 반송 방향의 단위 길이당 냉각 속도 즉 냉각 능력이 저하된다. 따라서, 상술한 제1 측정 장치(28) 및 제2 측정 장치(29)와 같이, 냉각 폭 영역의 하면측으로부터 열연 강판(2)의 온도를 측정하는 구성의 쪽이, 온도 측정을 위해서 물기 제거 장치를 마련할 필요가 없어 냉각 능력이 높기 때문에, 바람직하다.
또한, 상술한 설명에서는, 삼방 밸브(27)의 개폐를, 제1 측정 장치(28)의 측정 결과에 기초하여 피드 포워드 제어를 하는 것으로 하였지만, 제2 측정 장치(29)의 측정 결과에 기초하여 피드백 제어해도 된다. 즉, 제2 측정 장치(29)의 측정 결과를 사용하여 제어 장치(30)로 계산을 행하고, 그 계산 결과에 기초하여, 강판 반송 방향의 위치가 다른 분할 냉각면 A3마다, 삼방 밸브(27)의 개폐수를 제어해도 된다. 이에 의해, 분할 냉각면 A3마다, 냉각 폭 영역의 상면에 대한 냉각수의 충돌과 비충돌을 제어할 수 있다.
상측 냉각 장치(16)에서는, 제1 측정 장치(28)의 측정 결과에 의한 삼방 밸브(27)의 피드 포워드 제어와, 제2 측정 장치(29)의 측정 결과에 의한 삼방 밸브(27)의 피드백 제어를 선택적으로 행할 수 있다.
또한, 이러한 피드백 제어를 피드 포워드 제어 결과의 보정 제어로서 적용할 수도 있다. 이와 같이, 상측 냉각 장치(16)에서는, 제1 측정 장치(28)의 측정 결과에 의한 삼방 밸브(27)의 피드 포워드 제어와, 제2 측정 장치(29)의 측정 결과에 의한 삼방 밸브(27)의 피드백 제어를 통합시켜 행할 수도 있다.
또한, 피드 포워드 제어 또는 피드백 제어를 어느 한쪽만을 행하는 경우에는, 제1 측정 장치(28) 또는 제2 측정 장치(29) 중 어느 한쪽을 생략해도 된다.
(냉각수 노즐(23)의 다른 예 1)
도 12는 냉각수 노즐(23)의 다른 예를 설명하는 도면이다.
이미 다른 냉각 장치가 있거나 하여, 도 9의 (A)에 도시한 바와 같이 열연 강판(2)의 바로 위(즉 냉각 폭 영역의 바로 위)에 냉각수 노즐(23)을 배치하는 것이 불가능한 경우가 있다. 이 경우는, 도 12의 (A)에 도시한 바와 같이, 냉각수 노즐(23)을, 강판 반송 방향에서 보았을 때, 열연 강판(2)의 외측(즉 냉각 폭 영역의 외측)에 사이드 스프레이로서 마련해도 된다.
이 경우에도, 전술한 예와 마찬가지로, 도 12의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 영역군 RG1과 제2 영역군 RG2가, 반송 롤(19)의 배치 위치를 기준으로, 평면에서 볼 때 지그재그로 배치되어 있다. 따라서, 제1 노즐군 G1로부터의 냉각수의 분류와, 제2 노즐군 G2로부터의 냉각수의 분류가, 열연 강판(2)에 충돌할 때까지의 사이에 간섭하는 일이 없다. 또한, 상술한 바와 같이 냉각수 노즐(23)로부터 분사되어 열연 강판(2)에 충돌한 냉각수의 배수가, 다른 냉각수 노즐(23)로부터 분사되어 열연 강판(2)에 충돌한 냉각수에 의해 방해되는 일이 없다.
또한, 본 예의 경우, 냉각수 노즐(23)로부터 냉각 폭 영역의 상면까지의 거리가 노즐마다 다르다. 이 때문에, 냉각수 노즐(23) 각각의 냉각수의 분사각이나 분사 압력은, 냉각수 충돌 영역 R의 크기나 당해 냉각수 충돌 영역 R에 충돌하는 냉각수의 유량이 동등해지도록 설정되는 것이 바람직하다.
(냉각수 노즐(23)의 다른 예 2)
도 13은 냉각수 노즐(23)의 다른 예를 설명하는 도면이다.
본 예의 냉각수 노즐(23)은, 도 13의 (A)에 도시한 바와 같이, 도 9의 예와 마찬가지로, 열연 강판(2)의 바로 위에 배치되어 있다.
또한, 본 예의 냉각수 노즐(23)도, 도 13의 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 영역군 RG1과 제2 영역군 RG2가, 반송 롤(19)의 배치 위치를 기준으로, 평면에서 볼 때 지그재그로 배치되어 있다. 단, 본예에서는, 앞의 예와 달리, 하나의 반송 롤(19)에 대하여, 제1 영역군 RG1 및 제2 영역군 RG2 중 어느 한쪽이 1개 설정되어 있으며, 또한, 제1 영역군 RG1과 제2 영역군 RG2는 강판 반송 방향을 따라서 교대로 배치되어 있다. 그리고, 제1 영역군 RG1 및 제2 영역군 RG2는, 평면에서 볼 때, 냉각수 충돌 영역 R의 중심이 반송 롤(19)의 중심축 S 위에 위치하도록 설정되어 있다.
본 예의 냉각수 노즐(23)에 의하면, 냉각수 충돌 영역 R의 중심이, 평면에서 볼 때 반송 롤(19)의 중심축 S 위에 위치하도록 마련되어 있다. 그 때문에, 열연 강판(2)의 통판성을 보다 높게 유지할 수 있다.
또한, 본 예와 같이 냉각수 충돌 영역 R을 마련하는 경우에, 냉각수 노즐(23)을, 도 12의 (A)와 마찬가지로, 강판 반송 방향에서 보았을 때, 열연 강판(2)의 외측(즉 냉각 폭 영역의 외측)에 사이드 스프레이로서 마련해도 된다.
(냉각수 노즐(23)의 다른 예 3)
도 14 및 도 15는 냉각수 노즐(23)의 다른 예를 설명하는 도면이다. 도 15의 (A)는 도 14의 X-X 단면의 일부, 도 15의 (B)는 도 14의 Y-Y 단면의 일부를 나타내고 있다.
본 예에 있어서, 각 제1 노즐군 G1은, 하나의 제1 냉각수 충돌 영역군 RG1에서 냉각 폭 영역의 폭 방향 전체 폭이 덮이도록 마련되어 있으며, 또한, 각 제2 노즐군 G2도, 하나의 제2 냉각수 충돌 영역군 RG2에서 냉각 폭 영역의 폭 방향 전체 폭이 덮도록 마련되어 있다.
이와 같은 노즐군의 구성의 경우, 냉각수 충돌 영역 R의 중심이 평면에서 볼 때 반송 롤(19)의 중심축 S 위에 위치하도록 냉각수 노즐(23)이 마련된다. 그 때문에, 열연 강판(2)의 통판성을 높게 유지할 수 있다. 또한, 이 예와 같이, 제1 냉각수 충돌 영역군 RG1 및 제2 냉각수 충돌 영역군 RG2가 모두 냉각 폭 영역의 폭 방향 전체 폭을 덮도록 마련되는 경우, 판상수의 영향을 적게 하기 위해서, 전술한 제1 냉각수 충돌 영역군 RG1 및 제2 냉각수 충돌 영역군 RG2가 각각 냉각 폭 영역의 폭 방향 편측씩을 덮도록 마련되는 경우에 비하여, 냉각수 노즐(23)의 경사 각도 θ를 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 예와 같이 냉각수 충돌 영역 R을 마련하는 경우, 제1 노즐군 G1과 제2 노즐군 G2를 강판 반송 방향을 따라서 교대로 배치하지 않아도 된다. 제1 노즐군 G1 또는 제2 노즐군 G2가 강판 반송 방향을 따라서 연속하는 부분이 존재해도 되고, 제1 노즐군 G1 및 제2 노즐군 G2의 어느 한쪽으로만 구성되어도 된다.
(제2 실시 형태)
도 16은 제2 실시 형태에 따른 상측 냉각 장치(16)의 구성의 일부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 실시 형태에 따른 상측 냉각 장치(16)는, 제1 실시 형태에 따른 상측 냉각 장치(16)의 구성에 추가하여, 도시한 바와 같이, 물기 제거 노즐(40)을 갖는다.
물기 제거 노즐(40)은, 냉각 폭 영역의 폭 방향 일방측의 영역 및 타방측의 영역 각각에 대하여 1개씩 마련되어 있다. 또한, 물기 제거 노즐(40)은, 냉각 폭 영역의 폭 방향 외측에 마련되고, 폭 방향 일방측의 영역에 대한 물기 제거 노즐(40)은, 폭 방향 타방측의 외측에 마련되고, 폭 방향 타방측의 영역에 대한 물기 제거 노즐(40)은, 폭 방향 일방측의 외측에 마련되어 있다.
이들 물기 제거 노즐(40)은, 강판 반송 방향 최하류측의 냉각수 충돌 영역군으로부터 강판 반송 방향 하류측의 영역에, 물기 제거수를 분사하여 반송 방향 하류측 물기 제거수 충돌 영역 T를 형성한다.
냉각수 노즐(23)에 의한 냉각 영역으로부터 하류의 영역으로 판상수가 남는 경우가 있지만, 본 형태와 같이 물기 제거 노즐(40)을 마련함으로써, 남은 판상수를 즉시 배수할 수 있어, 열연 강판(2)을 적절하게 냉각시킬 수 있다.
(물기 제거 노즐(40)의 다른 예)
도 17은 물기 제거 노즐(40)의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 16의 예에서는, 물기 제거 노즐(40)이, 강판 반송 방향 최하류측의 냉각수 충돌 영역군으로부터 강판 반송 방향 하류측의 영역에 대해서만 마련되어 있다. 그에 반하여, 도 17의 예에서는, 각 냉각수 충돌 영역군으로부터 반송 방향 하류측의 영역마다 물기 제거 노즐(40)이 마련되어 있다.
본 예에 있어서도, 냉각수 노즐(23)에 의한 냉각 영역으로부터 하류의 영역에 남은 판상수를 즉시 배수할 수 있어, 열연 강판(2)을 적절하게 냉각시킬 수 있다.
(제1 및 제2 실시 형태의 변형예)
이상의 설명에서는, 냉각수 노즐(23)은, 풀콘 스프레이 노즐이었지만, 0.3MPa 정도의 배압이 가해지는 스프레이 노즐이면, 냉각수 충돌 영역 R이 원형의 풀콘 스프레이 노즐에 한정되지 않고, 냉각수 충돌 영역 R이 타원형의 플랫 스프레이 노즐 등의 다른 노즐이어도 된다.
또한, 스프레이 노즐로부터의 분산류와는 달리 막대 형상 분류 등의 벌크류(즉 라미나류)에서 냉각수를 공급하는 라미나 노즐을 냉각수 노즐(23)에 사용하는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면, 스프레이 노즐을 사용한 경우에 비하여, 라미나 노즐을 사용한 경우의 쪽이, 전술한, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 복귀 비율이 커서, 대량의 판상수가 남기 쉽기 때문이다. 또한, 라미나 노즐을 사용한 경우에도, 분사축 P의 경사 각도 θ를 크게 함으로써 판상수의 양을 저감시킬 수 있지만, 상기 경사 각도 θ를 크게 하면, 열연 강판(2)에 충돌하는 냉각수의 수직 방향 성분의 운동량이 약해져 냉각 능력이 약해져버린다. 또한, 상기 경사 각도 θ를 크게 하면, 판상수의 유속이 높아지기 때문에, 당해 판상수에 의한 냉각 능력이 상승해버려, 원래 냉각시키지 말아야 할 부분이 판상수에 의해 냉각되어버린다. 즉, 상기 경사 각도 θ를 크게 하면, 냉각수의 충돌 영역과 비충돌 영역의 냉각 능력 차를 충분히 둘 수 없다. 따라서, 라미나 노즐을 사용하여 상기 경사 각도 θ를 크게 한 경우, 전술한 형태와 같은 냉각 제어, 즉, 분할 냉각면 A3마다 냉각수의 충돌 및 비충돌을 전환하여 열연 강판(2)의 온도가 균일해지도록 냉각시키는 제어를, 실현할 수 없다. 또한, 실현할 수 있었다고 해도, 냉각 기계 길이가 길어진다. 상술한 점은, 라미나 노즐이면, 파이프 라미나 노즐이어도 슬릿 라미나 노즐이어도 동일하다.
도 18은, 슬릿 라미나 노즐을 사용한 경우에 있어서의, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P의 경사 각도 θ와, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 복귀 비율의 관계를 나타내는 도면이다.
풀콘 노즐을 사용한 경우에는, 도 10에 도시한 바와 같이, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P의 경사 각도 θ를 10° 이상으로 함으로써, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 복귀 비율을 2할 이하로 억제할 수 있다. 그에 반하여, 슬릿 라미나 노즐을 사용한 경우, 도 18에 도시한 바와 같이, 상기 경사 각도 θ를 37° 이상으로 하지 않으면, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 복귀 비율을 2할 이하로 억제할 수 없다.
또한, 파이프 라미나 노즐이나 슬릿 라미나 노즐은, 라미나류로서의 냉각수끼리가 간섭하는 것을 방지하기 위해서, 폭 방향으로 인접하는 냉각수 충돌 영역 간에 간극을 마련할 필요가 있어, 냉각수 노즐(23)로서는 바람직하지 않다.
상술한 예에서는, 냉각 기계 길이와 냉각 폭 영역의 폭 방향 전체 폭으로 획정되는 영역을 전체 냉각 영역이라 하였다. 이 대신에, 특정하는 경우에는, 도 19에 도시한 바와 같이, 냉각 기계 길이와 냉각 폭 영역의 폭 방향 전체 폭으로 획정되는 영역으로부터 폭 방향 중앙부의 비냉각 영역 A4를 제외한 영역을 전체 냉각 영역 A1이라 해도 된다. 특정하는 경우에는, 예를 들어 반송 롤(19) 사이에 열연 강판(2)의 선단이 빠지는 것을 방지하기 위해서, 강판 반송 방향에 인접하는 반송 롤(19) 사이의 폭 방향 중앙부에, 열연 통판 가이드를 마련하는 경우이다. 이와 같이 열연 통판 가이드를 폭 방향 중앙부에 마련하는 경우, 당해 가이드의 보호용 냉각수에 의해, 열연 강판의 폭 방향의 중앙부의 온도가 폭 방향의 다른 부분에 대하여 낮아지는 경우가 있다. 이와 같은 사태를 방지하기 위해서, 냉각 폭 영역의 폭 방향의 중앙부를 비냉각 영역이라 하고, 열연 강판(2)의 폭 방향 온도 분포의 균일화를 도모하는 경우가 있다.
전체 냉각 영역 A1이 상기 비냉각 영역 A4를 제외한 것인 경우, 도 20에 도시한 바와 같이, 제1 영역군 RG1 및 제2 영역군 RG2는, 전체 냉각 영역 A1에 형성되고, 비냉각 영역 A4에는 형성되지 않는다. 단, 이 경우에도, 제1 영역군 RG1과 당해 제1 영역군 RG1과 강판 반송 방향에 인접하는 제2 영역군 RG2에서 전체 냉각 영역 A1의 폭 방향 전체 폭이 덮인다.
또한, 전체 냉각 영역 A1이 비냉각 영역 A4를 제외한 것인 경우에도, 도 20에 도시한 바와 같이, 도 9 등의 예와 마찬가지로, 제1 영역군 RG1과 제2 영역군 RG2가, 반송 롤(19)의 배치 위치를 기준으로, 평면에서 볼 때 지그재그로 배치되고, 각 영역군을 구성하는 냉각수 충돌 영역 R이, 평면에서 볼 때 반송 롤(19)의 중심축 S와 겹쳐 있어도 된다.
이 예에 한정되지 않고, 예를 들어 도 21에 도시한 바와 같이, 하나의 반송 롤(19)에 대하여, 제1 영역군 RG1 및 제2 영역군 RG2의 양쪽이 설정되고, 또한, 평면에서 볼 때, 각 영역군을 구성하는 냉각수 충돌 영역 R의 중심이, 반송 롤(19)의 중심축 S 위에 위치해도 된다. 또한, 이 예에 있어서, 「기계 길이 방향에 서로 인접하는 한 쌍의 영역군」이란, 「기계 길이 방향 위치가 서로 일치하는 한 쌍의 영역군」을 의미한다.
또한, 전체 냉각 영역 A1이 비냉각 영역 A4를 제외한 것인 경우에 있어서, 냉각수 충돌 영역 R의 중심을 반송 롤(19)의 중심축 S 상에 위치시키는 경우, 도 13의 예와 마찬가지로, 하나의 반송 롤(19)에 대하여, 제1 영역군 RG1 및 제2 영역군 RG2 중 어느 한쪽이 설정되어 있어도 된다.
또한, 전체 냉각 영역 A1이 비냉각 영역 A4를 제외한 것인 경우에도, 냉각수 노즐(23)을 열연 강판(2)의 바로 위에 마련해도 되고, 열연 강판(2)의 외측에 사이드 스프레이로서 마련해도 된다. 또한, 물기 제거 노즐을 마련해도 된다.
상술한 예에서는, 중간 헤더(24)가 구비되어 있었지만, 중간 헤더(24)를 갖지 않는 구성으로 하는 것도 가능하다. 이 구성에 따른 상측 냉각 장치(16)의 구성의 개략을 나타내는 평면도를 도 22에 나타낸다. 도 22는, 도 3에 상당하는 도이며, 냉각수 노즐(23)의 1개마다 삼방 밸브(27)가 접속되게 되지만 이해를 용이하게 하기 위해서, 도 22에서는, 삼방 밸브(27), 급수 헤더(26), 배수 헤더의 도시를 생략하였다.
도 22의 예에서는, 각 냉각수 노즐(23)에는 도시되지 않은 배관이 접속되어 있으며, 이 배관에 삼방 밸브가 마련되어 있다. 삼방 밸브는 배관에 냉각수를 공급하는 흡수 헤더와 냉각수를 배출하는 배수 헤더의 사이에 마련되어 있다. 이와 같은 중간 헤더(24)를 생략한 구성이어도, 전술한 중간 헤더(24)를 갖는 구성과 마찬가지의 효과를 발휘하는 것이 가능하다.
또한, 통판성을 향상시키기 위해서, 강판 반송 방향에 인접하는 반송 롤(19)의 사이에 열연 강판(2)을 하방으로부터 지지하는 디스크 롤을 마련해도 된다.
또한, 상측 냉각 장치(16)는 주 냉각 장치(15)의 하류측에 배치되어 있지만, 상측 냉각 장치(16)의 배치 개소는 이 예에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 설명에서는, 삼방 밸브(27)의 개폐를 제어하여, 분할 냉각면에 대한 냉각수의 충돌 및 비충돌을 전환하는 형태를 예시하였다. 본 발명은 당해 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 중간 헤더(24)와 삼방 밸브(27)의 사이에, 유량 조정 밸브를 마련하여, 유량 조정 밸브로부터의 냉각수의 분사 유량을 제어하여 분할 냉각면에 대한 냉각수의 충돌 및 비충돌을 전환하는 형태로 하는 것도 가능하다. 단, 응답성 등의 관점에서, 삼방 밸브(27)의 개폐를 제어하는 형태의 쪽이 바람직하다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지는 않는다. 당업자라면 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있음은 명확하며, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.
실시예
이하, 실시예와 비교예에 기초하여 본 발명의 효과에 대하여 설명한다. 단 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 및 비교예 1>
효과의 검증에 있어서, 실시예 1에서는, 도 1의 주 냉각 장치(15), 상측 냉각 장치(16) 및 조정용 냉각 장치(17)로 이루어지는 냉각 장치를 사용하여 냉각시켰다. 또한, 비교예 1에서는, 상측 냉각 장치(16)는 갖지 않고 냉각 장치(15)가 조정용 냉각 장치(17)로 이루어지는 냉각 장치를 사용하여 냉각을 행하였다. 실시예 1 및 비교예 1에 있어서, 주 냉각 장치(15)에서의 냉각은, 주 냉각 장치(15)의 하류측에 마련된 도시하지 않은 온도 센서에서의 측정 결과에 기초하는 피드백 제어에 의해 행해지고, 조정용 냉각 장치(17)에서의 냉각도 마찬가지로, 조정용 냉각 장치(17)의 하류측에 마련된 도시하지 않은 온도 센서에서의 측정 결과에 기초하는 피드백 제어에 의해 행해졌다.
또한, 실시예 1 및 비교예 1에서는, 강판 폭: 1600㎜, 판 두께: 2.0㎜, 강판 반송 속도: 600mpm, 냉각 전의 온도: 900℃, 목표 권취 온도: 550℃로 하였다.
실시예 1에 따른 상측 냉각 장치(16)의 구조는, 도 9의 것과 마찬가지로 하였다. 또한, 전체 냉각 영역 A1은 도 5 등에 도시한 바와 같이 도 19의 비냉각 영역 A4를 포함하지 않는 것으로 하였다. 그리고, 폭 분할 냉각대 A2의 수는 8개로 하였다. 즉, 분할 냉각면 A3의 폭 방향 길이는, 전체 냉각 영역 A1을 폭 방향으로 8등분한 길이로 하였다. 또한, 분할 냉각면 A3 중, 폭 방향 일방측 4개에 대해서는 제1 노즐군 G1이 냉각수를 분사하는 것으로 하고, 폭 방향 타방측 4개에 대해서는 제2 노즐군 G2가 냉각수를 분사하는 것으로 하였다. 분할 냉각면 A3의 강판 반송 방향 길이는 강판 반송 방향 롤간 4피치분으로 하였다. 또한, 분할 냉각면 A3의 강판 반송 방향의 수는 으3로 하였다. 즉, 분할 냉각면 A3은, 8(폭 방향의 수)×3(강판 반송 방향의 수)의 24개 마련되어 있으며, 바꿔 말하면, 냉각수 노즐(23)을 갖는 냉각 유닛이 8(폭 방향의 수)×3(강판 반송 방향의 수)의 24대 마련되어 있다. 냉각수 노즐(23)의 높이, 구체적으로는, 열연 강판(2)의 상면으로부터 냉각수 노즐(23)의 선단까지의 높이는 1.1m로 하고, 냉각수 노즐(23)의 경사 각도 θ를 15°로 하였다. 또한, 제1 노즐군 G1의 냉각수 노즐(23)과, 제2 노즐군 G2의 냉각수 노즐(23)의, 냉각수의 간섭을 방지하기 위해서, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수 충돌 영역 R의 중심의 위치는, 도 9 등에 도시한 바와 같이, 반송 롤(19)의 중심축 S의 바로 위에서 약간 상류측 또는 하류측으로 어긋나게 하였다. 냉각수 노즐(23)로서는, 1개당 냉각수량이 매분 186리터의 풀콘 노즐을 사용하였다. 냉각수 노즐(23)의 피치 및 냉각수 충돌 영역 R의 폭 방향의 피치는 200㎜로 하였다. 분할 냉각면 A3 각각에 마련된 상술한 냉각 유닛 1대당 온도 강하는 약 15℃이다. 또한, 실시예 1 및 비교예 1에서는, 상측 냉각 장치(16)와 대향하는 위치 또는 당해 위치에 상당하는 위치에, 하면 냉각 장치는 설치되지 않았다.
도 23은, 실시예 1 및 비교예 1에 있어서의, 열연 강판(2)의 권취 온도의 온도 분포의 일부를 나타내는 도면이며, 도 23의 (A) 및 도 23의 (B)는 각각 비교예 1 및 실시예 1에 있어서의 온도 분포를 나타내고 있다. 또한, 도면에 있어서, 목표 온도에 비교한 온도차의 절댓값이 20℃ 이내의 분포를 백색, 20℃보다 크고 40℃ 이내의 부분을 흐린 회색, 40℃보다 큰 부분을 짙은 회색으로 나타내었다.
도 23의 (A)에 도시한 바와 같이, 비교예 1에서는, 정비 불량 등의 설비 기인의 온도 편차 때문에 줄무늬 형상의 온도 변동이 발생하고 있으며, 목표 온도에 비하여 높은 부분이 존재한다. 또한, 비교예 1에서는 표준 온도 편차는 25.7℃였다. 비교예 1의 표준 온도 편차는 적외선 온도 화상 측정 장치에 의해 측정한 결과로부터, 강판의 선단 및 미단 각 100m(프리 텐션부를 제외하기 때문에)와, 또한 폭 방향 양단 각 50㎜를 제외한 강판 온도의 전체 측정점으로부터 구하였다.
한편, 도 23의 (B)에 도시한 바와 같이, 실시예 1에서는, 목표 온도에 비하여 높은 부분은 비교예 1에 비하여 매우 작게 되어 있다. 그리고, 도면에 도시한 열연 강판을 냉각했을 때, 실시예에서는 표준 온도 편차는 16.5℃로 매우 작게 되었다. 실시예 1의 표준 온도 편차는, 강판의 선단 및 미단 각 100m와, 또한 양단 각 50㎜를 제외한 강판 온도로부터 구하였다.
따라서, 본 발명에 따르면, 열연 강판(2)의 폭 방향의 온도를 균일하게 할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
<실시예 2 내지 4 및 비교예 2 내지 4>
Figure 112021041086534-pct00001
실시예 2 내지 4에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 도 1의 주 냉각 장치(15), 상측 냉각 장치(16) 및 조정용 냉각 장치(17)로 이루어지는 냉각 장치를 사용하여 냉각시켰다. 또한, 냉각수 노즐(23)의 높이는 1.1m로 하였다. 그리고, 냉각수 노즐(23)의 피치 및 냉각수 충돌 영역 R의 폭 방향의 피치는 200㎜로 하였다. 또한, 각 냉각수 충돌 영역군을 형성하는, 폭 방향에 서로 인접하는 냉각수 충돌 영역 R끼리가 겹치는 영역의 폭 방향의 폭(이하, 「냉각수 충돌 영역 R의 랩 길이」라고 함)을 20㎜로 하였다. 실시예 2, 3, 4에서는, 표 1에 나타낸 바와 같이, 냉각수 노즐(23)로서 풀콘 노즐을 사용하고, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P의 경사 각도 θ를 각각, 15°, 30°, 60°로 하였다. 실시예 2 내지 4의 기타 조건은 실시예 1과 마찬가지이다.
한편, 비교예 2에서는, 냉각수 노즐(23)로서 풀콘 노즐을 사용하고, 분사축 P의 경사 각도 θ를 0°로 하였다. 비교예 2의 기타 조건은, 실시예 2와 마찬가지이다.
또한, 비교예 3에서는, 냉각수 노즐(23)로서, 고유량 밀도의 막대 형상 분류(제트 분류)로 냉각수를 공급하는 파이프 라미나 노즐을 사용하고, 분사축 P의 경사 각도 θ를 50°로 하였다.
비교예 4에서는, 자유 낙하류에서 냉각수를 공급하는 파이프 라미나 노즐을 냉각수 노즐(23)로서 사용하였다. 또한, 자유 낙하류이기 때문에, 분사축 P의 경사 각도 θ는 0°이다. 또한, 비교예 3, 4에서도, 상측 냉각 장치(16)와 대향하는 위치에, 하면 냉각 장치는 설치되지 않았다.
또한, 비교예 3에서는, 냉각수 노즐(23)의 폭 방향의 피치는 60㎜로 하고, 노즐 직경은 7㎜로 하였다. 비교예 4에서는, 냉각수 노즐(23)의 폭 방향의 피치는 60㎜로 하고, 노즐 직경은 15㎜로 하였다. 또한, 비교예 3 및 비교예 4에서는, 냉각수 노즐(23)이 형성하는 냉각수 충돌 영역 R은 폭 방향에 인접하는 다른 냉각수 충돌 영역 R과 겹치지 않는다. 겹치면, 라미나류로서의 냉각수끼리가 간섭하기 때문이다. 또한, 비교예 3 및 비교예 4에서는, 냉각수 노즐(23)의 1개당 냉각수량은 각각 73L/min., 67L/min.이다. 또한, 파이프 라미나 노즐을 사용하는 비교예 3 및 비교예 4에서는, 냉각수 노즐(23)의 1개당 냉각수량이, 실시예 2 내지 4나 비교예 2에 비해서 크지만, 냉각수 노즐(23)의 피치가 좁고 개수가 많기 때문에, 총 냉각수량은, 스프레이 노즐을 사용하는 실시예 2 내지 4나 비교예 2에 비해서 작다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 냉각수 노즐(23)로서 풀콘 노즐이 사용되고 분사축 P의 경사 각도 θ가 0°이며 기울어지지 않은 비교예 2에서는, 표준 온도 편차가 22.2℃로 높았다. 그에 반하여, 냉각수 노즐(23)로서 풀콘 노즐이 사용되고 분사축 P의 경사 각도 θ가 0°를 초과해 기울어져 있는 실시예 2 내지 4에서는, 표준 온도 편차는 15.6℃ 내지 16.5℃로 매우 작아졌다. 특히, 냉각수 노즐(23)의 분사축 P의 경사 각도 θ가 10° 내지 45°의 범위에 들어가는 실시예 2, 3에서는, 충돌 압력 지수도 0.7 이상이며 냉각 능력도 높았다.
또한, 냉각수 노즐(23)로서 파이프 라미나 노즐을 사용한 비교예 3, 4에서는, 표준 온도 편차는 20℃ 이상으로 컸다. 특히, 비교예 3과 같이, 냉각수 노즐(23)로부터의 냉각수의 수량 밀도가 높은 경우이며, 또한, 분사축 P의 경사 각도 θ가 50°로 커서 판상수가 남지 않는 경우라도, 표준 온도 편차는 20℃ 이상이었다.
<실시예 2, 5, 6 및 비교예 5, 6>
Figure 112021041086534-pct00002
실시예 2에서는, 전술한 바와 같이, 냉각수 충돌 영역 R의 랩 길이를 20㎜로 하였다. 그에 반하여, 실시예 5, 6에서는, 상기 랩 길이를 각각, 10㎜, 0㎜로 하였다. 또한, 비교예 5, 6에서는, 냉각수 충돌 영역 R의 랩 길이를 각각, -10㎜, -20㎜로 하였다. 즉, 비교예 5, 6에서는, 각 냉각수 충돌 영역군을 형성하는, 폭 방향에 서로 인접하는 냉각수 충돌 영역 R 간에 간극을 마련하였다. 실시예 5, 6 및 비교예 5, 6의 기타 조건은, 실시예 2와 마찬가지이다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 표준 온도 편차가 비교예 5, 6에서는 20.3℃, 23.6℃로 컸던 데 반하여, 실시예 6에서는 18.2℃로 낮고, 실시예 2, 5에서는 16.5℃, 16.7℃로 더 낮아져 있었다. 이러한 점에서, 각 냉각수 충돌 영역군을 형성하는, 폭 방향에 서로 인접하는 냉각수 충돌 영역 R끼리를 겹칠 필요가 있고, 냉각수 충돌 영역의 랩 길이가 적어도 10㎜ 이상이면 열연 강판(2)의 온도를 보다 균일하게 할 수 있으며, 냉각수 충돌 영역 R의 랩 길이가 큰 쪽이 열연 강판(2)의 온도를 보다 균일하게 할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 냉각수 충돌 영역 R의 랩 길이의 10㎜는, 하나의 냉각수 충돌 영역 R의 폭 방향의 폭의 5％에 상당한다.
<실시예 2, 7 내지 11>
Figure 112021041086534-pct00003
전술한 바와 같이, 실시예 2에서는, 도 9에 도시한 바와 같은 위치에 냉각수 노즐(23)을 마련하였다. 그에 반하여, 실시예 7에서는, 도 12에 도시된 바와 같은 위치에 냉각수 노즐(23)을 마련하고, 분사축 P의 경사 각도 θ를 45로 하였다. 또한, 실시예 8에서는, 도 13에 도시된 바와 같은 위치에 냉각수 노즐(23)을 마련하고, 실시예 9에서는, 도 14 및 도 15에 도시한 위치에 냉각수 노즐(23)을 마련하였다. 실시예 10에서는, 도 16에 도시한 바와 같이, 냉각수 노즐(23) 및 물기 제거 노즐(40)을 마련하였다. 실시예 6 내지 10의 기타 조건은, 실시예 2와 마찬가지이다.
또한, 실시예 11은, 상측 냉각 장치(16)와 대향하는 위치에 하면 냉각 장치가 설치되어 있던 점에서만 실시예 2와 다르다. 또한, 실시예 11에서 사용된 상기 하면 냉각 장치에서는, 열연 강판(2)의 전체 폭에 걸쳐 당해 열연 강판(2)의 하면과 대향하도록, 냉각수 노즐로서의 파이프 라미나 노즐이 반송 롤 간에 폭 방향으로 배열되고, 당해 노즐의 냉각수량은, 열연 강판(2)의 폭 방향 온도 분포에 상관없이 일정하게 하였다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 7에서도 표준 온도 편차가 17.8℃로 낮았다. 즉, 도 12의 구성의 냉각수 노즐(23)이면, 냉각수 노즐(23)의 배치 자유도를 높이면서, 열연 강판(2)의 온도를 균일하게 할 수 있다.
또한, 실시예 8이나 실시예 9에서도 표준 온도 편차가 17.2℃나 18.9℃로 낮았다. 즉, 도 13의 구성 냉각수 노즐(23)이나, 도 14의 구성 냉각수 노즐(23)이면, 통판성을 확보하면서 열연 강판(2)의 온도를 균일하게 할 수 있다.
또한, 실시예 10에서도, 즉, 도 16에 도시한 바와 같은 물기 제거 노즐(40)을 마련한 구성에서도, 표준 온도 편차가 16.8℃로 낮게 되어 있었다. 이 표준 온도 편차는, 물기 제거 노즐(40)을 마련하지 않은 실시예 2에 비하여 높지만, 매우 낮은 값이다. 또한, 물기 제거 노즐(40)을 도 16과 같이 마련하는 구성은, 본 냉각 장치 하류의 배수성이 좋고, 하류측 바로 근처에 온도계 등의 측정 기기를 설치할 수 있는 장점도 있다. 즉, 물기 제거 노즐(40)을 마련함으로써, 상술한 장점을 향유하면서, 열연 강판(2)의 온도를 균일하게 할 수 있다.
또한, 실시예 11에서도, 즉, 상측 냉각 장치(16)와 대향하는 위치에 하면 냉각 장치를 마련한 구성에서도, 표준 온도 편차는, 상측 냉각 장치(16)와 대향하는 위치에 하면 냉각 장치를 설치하지 않은 경우와 마찬가지였다. 즉, 상측 냉각 장치(16)를 사용하면, 당해 상측 냉각 장치(16)와 대향하는 위치에 하면 냉각 장치를 마련할지 여부에 상관없이, 열연 강판(2)의 폭 방향의 온도를 균일하게 할 수 있다.
본 발명은, 열연 강판의 냉각 기술에 유용하다.
1: 슬래브
2: 열연 강판
10: 열간 압연 설비
11: 가열로
12: 폭 방향 압연기
13: 조압연기
14: 마무리 압연기
15: 주 냉각 장치
16: 상측 폭 방향 제어 냉각 장치
17: 조정용 냉각 장치
18: 권취 장치
19: 반송 롤
23: 냉각수 노즐
24: 중간 헤더
25: 배관
26: 급수 헤더
27: 삼방 밸브
28: 상류측 온도 측정 장치
29: 하류측 온도 측정 장치
30: 제어 장치
40: 물기 제거 노즐
A1: 전체 냉각 영역
A2: 폭 분할 냉각대
A3: 분할 냉각면
A4: 비냉각 영역
G1: 제1 노즐군
G2: 제2 노즐군
P0: 냉각 폭 영역의 상면의 수선
P1: 분사축
Q: 폭 방향 중앙
R: 냉각수 충돌 영역
RG1: 제1 냉각수 충돌 영역군
RG2: 제2 냉각수 충돌 영역군
S: 반송 롤의 중심축
T: 물기 제거수 충돌 영역

Claims (20)

  1. 열간 압연 후에, 반송 롤 상에서 반송되는 열연 강판의 상면을 냉각하는, 열연 강판의 냉각 장치이며,
    냉각 대상 영역의 상면에 있어서의, 냉각 기계 길이와 폭 방향 전체 폭으로 획정되는 영역 또는 당해 영역으로부터 폭 방향 중앙부의 비냉각 영역을 제외한 영역을 전체 냉각 영역이라 하고, 상기 전체 냉각 영역을 폭 방향에서 3 이상으로 분할하여 얻어지는 영역을 폭 분할 냉각대라 하고, 상기 폭 분할 냉각대를 기계 길이 방향으로 복수로 분할하여 얻어지는 영역을 분할 냉각면이라 했을 때,
    상기 분할 냉각면 각각에 냉각수를 분사하여 냉각 대상 영역의 상면에 냉각수 충돌 영역을 형성하는 적어도 하나의 냉각수 노즐과, 상기 냉각수 노즐로부터 분사되는 냉각수의, 상기 분할 냉각면에 대한 충돌 및 비충돌을 전환하는 전환 장치가 상기 분할 냉각면마다 구비되고,
    또한, 상기 냉각 대상 영역의 폭 방향 온도 분포를 측정하는 온도 검출 장치와,
    상기 온도 검출 장치에서의 폭 방향 온도 분포 측정 결과에 기초하여, 상기 폭 분할 냉각대마다, 당해 폭 분할 냉각대 중에 포함되는 복수의 상기 분할 냉각면 각각에 대한 상기 전환 장치의 동작을 제어함으로써 당해 폭 분할 냉각대의 전체 길이에서의 냉각을 제어하고, 이들을 합쳐서 상기 전체 냉각 영역의 냉각을 제어하는 제어 장치가
    구비되고,
    또한, 하나의 상기 냉각수 충돌 영역은, 상기 전체 냉각 영역에 있어서, 폭 방향에 인접하는 다른 상기 냉각수 충돌 영역과 겹치면서, 폭 방향으로 이어지는 냉각수 충돌 영역군을 형성하고,
    상기 냉각수 충돌 영역군 각각은, 다른 상기 냉각수 충돌 영역군과는 겹치지 않고,
    상기 전체 냉각 영역의 폭 방향 전체 폭은, 하나의 상기 냉각수 충돌 영역군 또는 기계 길이 방향에 서로 인접하는 한 쌍의 상기 냉각수 충돌 영역군에 의해 덮이고,
    하나의 상기 냉각수 충돌 영역군을 형성하는 상기 냉각수 노즐은, 기계 길이 방향에서 보았을 때 상기 냉각 대상 영역의 상면의 수선에 대하여 기울어진 분사축을 갖고, 상기 분사축이 기울어지는 방향은 기계 길이 방향에서 보았을 때 역방향이 아닌 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비냉각 영역이 없는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각수 충돌 영역이 폭 방향에 인접하는 다른 상기 냉각수 충돌 영역과 겹치는 영역의 폭 방향의 폭은, 하나의 당해 냉각수 충돌 영역의 폭 방향 폭의 5％이상인 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각수 노즐의 상기 분사축의 경사각은, 10° 내지 45°인 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각수 노즐의 상기 분사축은, 기계 길이 방향으로 경사져 있지 않은 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각수 충돌 영역은, 평면에서 볼 때 상기 반송 롤의 중심축과 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉각수 노즐은, 상기 냉각수 충돌 영역의 중심이 평면에서 볼 때 상기 반송 롤의 중심축 상에 위치하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각수 노즐은, 기계 길이 방향에서 볼 때의 상기 냉각 대상 영역의 상방 또는 측방에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    폭 방향의 일방측을 향해 분사하는 상기 냉각수 노즐에 의해 형성되는 상기 냉각수 충돌 영역군을 제1 냉각수 충돌 영역군이라 하고,
    폭 방향의 타방측을 향해 분사하는 상기 냉각수 노즐에 의해 형성되는 상기 냉각수 충돌 영역군을 제2 냉각수 충돌 영역군이라 했을 때,
    상기 냉각수 노즐은, 상기 제1 냉각수 충돌 영역군 및 상기 제2 냉각수 충돌 영역군의 양쪽이 형성되고, 또한, 상기 제1 냉각수 충돌 영역군과 상기 제2 냉각수 충돌 영역군의 폭 방향에 있어서의 경계가, 상기 냉각 대상 영역의 폭 방향 중앙에 위치하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각 대상 영역의 상면에 있어서의, 상기 냉각수 충돌 영역군 각각의 기계 길이 방향 하류측의 영역마다, 또는 상기 냉각수 충돌 영역군 중 기계 길이 방향 최하류측의 영역군으로부터 기계 길이 방향 하류측의 영역에, 물기 제거수를 분사하여 물기 제거수 충돌 영역을 형성하는 물기 제거 노즐이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 장치.
  11. 열간 압연 후에, 반송 롤 상에서 반송되는 열연 강판의 상면을 냉각하는 냉각 장치를 사용한 열연 강판의 냉각 방법이며,
    냉각 대상 영역의 상면에 있어서의, 냉각 기계 길이와 폭 방향 전체 폭으로 획정되는 영역 또는 당해 영역으로부터 폭 방향 중앙부의 비냉각 영역을 제외한 영역을 전체 냉각 영역이라 하고, 상기 전체 냉각 영역을 폭 방향에서 3 이상으로 분할하여 얻어지는 영역을 폭 분할 냉각대라 하고, 상기 폭 분할 냉각대를 기계 길이 방향으로 복수로 분할하여 얻어지는 영역을 분할 냉각면이라 했을 때,
    상기 냉각 장치는,
    상기 분할 냉각면마다, 당해 분할 냉각면에 냉각수를 분사하여 냉각 대상 영역의 상면에 냉각수 충돌 영역을 형성하는 적어도 하나의 냉각수 노즐이 구비되고,
    또한, 하나의 상기 냉각수 충돌 영역은, 상기 전체 냉각 영역에 있어서, 폭 방향에 인접하는 다른 상기 냉각수 충돌 영역과 겹치면서, 폭 방향으로 이어지는 냉각수 충돌 영역군을 형성하고,
    상기 냉각수 충돌 영역군 각각은, 다른 상기 냉각수 충돌 영역군과는 겹치지 않고,
    상기 전체 냉각 영역의 폭 방향의 전체 폭은, 하나의 상기 냉각수 충돌 영역군 또는 기계 길이 방향에 서로 인접하는 한 쌍의 상기 냉각수 충돌 영역군에 의해 덮이고,
    하나의 상기 냉각수 충돌 영역군을 형성하는 상기 냉각수 노즐은, 기계 길이 방향에서 보았을 때 상기 냉각 대상 영역의 상면의 수선에 대하여 기울어진 분사축을 갖고, 상기 분사축이 기울어지는 방향은 기계 길이 방향에서 보았을 때 역방향이 아니며,
    당해 냉각 방법은,
    상기 냉각 대상 영역의 폭 방향 온도 분포를 측정하고,
    상기 냉각 대상 영역의 폭 방향 온도 분포의 측정 결과에 기초하여, 상기 폭 분할 냉각대 중에 포함되는 복수의 상기 분할 냉각면에 대한 상기 냉각수 노즐에 의한 냉각수의 당해 분할 냉각면에 대한 충돌 및 비충돌을 상기 폭 분할 냉각대마다 제어함으로써, 상기 폭 분할 냉각대의 기계 길이 방향 전체 길이에서의 냉각을 제어하여, 상기 전체 냉각 영역의 냉각을 제어하고,
    상기 냉각수 노즐로부터 분사된 냉각수를 당해 냉각수 노즐과 폭 방향 반대측을 향하게 하여 배출하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 비냉각 영역이 없는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 냉각수 충돌 영역이 폭 방향에 인접하는 다른 상기 냉각수 충돌 영역과 겹치는 영역의 폭 방향의 폭은, 하나의 당해 냉각수 충돌 영역의 폭 방향 폭의 5％이상인 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 냉각수 노즐의 상기 분사축의 경사각은, 10° 내지 45°인 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 방법.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 냉각수 노즐의 상기 분사축은, 기계 길이 방향으로 경사져 있지 않은 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 방법.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 냉각수 노즐은, 상기 냉각수 충돌 영역이 평면에서 볼 때 상기 반송 롤의 중심축과 겹치는 영역에 형성되도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 냉각수 노즐은, 상기 냉각수 충돌 영역의 중심이 평면에서 볼 때 상기 반송 롤의 중심축 상에 위치하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 방법.
  18. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 냉각수 노즐은, 기계 길이 방향에서 볼 때의 상기 냉각 대상 영역의 상방 또는 측방에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 방법.
  19. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    폭 방향의 일방측을 향해 분사하는 상기 냉각수 노즐에 의해 형성되는 상기 냉각수 충돌 영역군을 제1 냉각수 충돌 영역군이라 하고,
    폭 방향의 타방측을 향해 분사하는 상기 냉각수 노즐에 의해 형성되는 상기 냉각수 충돌 영역군을 제2 냉각수 충돌 영역군이라 했을 때,
    상기 냉각수 노즐은, 상기 제1 냉각수 충돌 영역군 및 상기 제2 냉각수 충돌 영역군의 양쪽이 형성되고, 또한, 상기 제1 냉각수 충돌 영역군과 상기 제2 냉각수 충돌 영역군의 폭 방향에 있어서의 경계가, 상기 냉각 대상 영역의 폭 방향 중앙에 위치하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 방법.
  20. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 냉각 대상 영역의 상면에 있어서의, 상기 냉각수 충돌 영역군 각각의 기계 길이 방향 하류측의 영역마다, 또는 상기 냉각수 충돌 영역군 중 기계 길이 방향 최하류측의 영역군으로부터 기계 길이 방향 하류측의 영역에, 물기 제거수를 분사하여 물기 제거수 충돌 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 냉각 방법.
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