九、發明說明： C發明所屬之技術領域2 技術領域 本發明係有關於一種可藉由限制軋輥限制熱軋所得之 熱鋼板水平地通過並且進行控制冷卻的裝置，更詳細而 言，本發明係提出一種可連續地進行廣域之冷卻能力控制 的熱鋼板之冷卻裝置、熱鋼板之冷卻方法及程式。
t Λ. -#^4^ 'J 背景技術 為了提昇鋼材之機械性性質、加工性及熔接性，一般 係例如使業經熱軋後之高溫狀態鋼材通過壓延線並且加速 冷卻，而給予鋼材預定之冷卻歷程。依鋼材種類、用途等 不同，所需之冷卻能力會有所不同，因此期望能開發出— 種精準度佳且可廣域地選擇冷卻能力控制範圍的冷卻裝 置。 " 關於可廣域地控制冷卻能力的冷卻裝置，譬如使用二 流體（空氣與水)噴嘴的冷卻裝置。但是，由於二流體噴嘴之 喷嘴構造較為複雜且容易阻塞，故裝置之製造成本及維修 費用杈尚。又，空氣、水的壓力控制較為複雜而難以保持 一定的氣水比，前述氣水比的不同會使冷卻能力產生變 化。如上所述’上述冷卻裝置為了進行正確的冷卻能力控 制，會有需要高度的控制與設備維護的問題。 另一方面’使用喷霧喷嘴時可藉由調整喷嘴水量而控 制冷卻能力’但當噴嘴負載壓力變小時，則無法確保多樣 的噴射模式，因此與使用二流體噴嘴之情形相比，冷卻能 力控制範圍較為狹窄。 另外，關於控制冷卻能力的方法，特開平1〇_216821號 公報中揭示了一種方法，該方法係將冷卻裝置依鋼板的移 送方向區分為複數之冷卻區塊’以各冷卻區塊或複數冷卻 區塊為單位，對於各冷卻區塊所供給之冷卻水進行〇N/〇FF 控制。然而’此時’在冷卻水之供給為ON的冷卻區塊中， 鋼材表面附近的冷卻速度會在瞬間變得極大，因此會提高 表面附近的硬度，而無法確保隨鋼材種類所需之鋼材伸展 量。 又，特開平10-291019號公報中揭示的方法係在沿著鋼 板長方向流動冷卻水的冷卻裝置中，藉由使冷卻水與鋼板 接觸的點朝鋼板長方向移動，使冷卻水與鋼板之接觸長度 產生變化而控制冷卻能力者。但是，由於上述方法係於鋼 板與冷卻水之間噴射氣體而使接觸點移動，氣體的密度又 較水為小，所以需要非常大流量的氣體，因此會提高運作 成本。 關於变鋼之冷卻能力控制方法，則如特開平7-157826 號公報所揭示’藉由調整來自於依鋼材運送方向排列之冷 卻水喷嘴的冷卻水喷射間距，而可廣域地控制冷卻性能， 但此時也需要冷卻水噴嘴的間距調整機構’因此會有提高 冷卻裝置之製造成本、維修費用的問題。 發明揭示 1322048 卻能力之關係的圖。 第6圖係顯示一個喷嘴之噴射區域中冷卻水沖擊壓力 與冷卻能力之關係的圖。 第7圖係顯示本發明之冷卻裝置之概略構成的說明圖。 5 第8圖係顯示冷卻裝置之一對限制軋輥間之喷嘴配置 的平面圖。 第9圖係僅使用弱冷卻喷霧喷嘴列時之冷卻裝置内的 說明圖。 第10圖係僅使用強冷卻噴霧喷嘴列時之冷卻裝置内的 10 說明圖。 第11圖係同時使用弱冷卻喷霧喷嘴列與強冷卻喷霧喷 嘴列時之冷卻裝置内的說明圖。 第12圖係顯示水量密度與噴嘴負載壓力及冷卻水沖擊 壓力積分值之關係的圖。 15 第13圖係顯示鋼材表面溫度為300°C時之冷卻水量密 度與熱傳率之關係的圖。 I：實施方式3 實施發明之最佳型態 以下更詳細地說明本發明。首先，本發明人調查喷霧 20 冷卻中有助於冷卻的因素，以下隨圖示說明所研究的研究 開發實驗結果。 在以單一喷嘴冷卻靜止中之被冷卻體時，調查喷霧喷 射區域内之冷卻能力分布，如第1圖所示，可知即使在單一 噴嘴喷射範圍内之水量差為2%以内的位置，也會產生4%以 9 1322048 上的冷卻能力差。亦即，在喷霧冷卻的情況下，會影響冷 卻能力的因素除了水量之外，還會有液滴速度、液滴直徑、 液滴對於被冷卻體之沖擊角度等各種因素產生複雜的作 用0 5 第1圖係測定如第2圖所示之從配置於相對冷卻面之間 隔L為150mm之位置的喷霧噴嘴ι(流量100公升/min、喷嘴 負載壓力〇.3MPa之橢圓形喷嘴），噴射冷卻水於300mmx 40mm之範圍（喷霧喷射區域2)，以20mmx20mm的範圍Ml、 ® M2、M3來測定水量及冷卻能力的平均值，並除以測定值之 10 最大值的無因次化(正規化)者。另外，關於冷卻能力，係使 用加熱至900°C之板厚20mm的一般構造用壓延鋼材（SS400) 作為被冷卻體而進行冷卻試驗，並將鋼材表面溫度300°C時 所測定之熱傳率作為冷卻能力而使用於評價。 本發明人發現可一併表示包含前述水量等各種冷卻因 15 素的冷卻因素係冷卻水的沖擊壓力。 本發明人使用如第3圖之表所示之水量、喷嘴負載壓力 # 及喷射區域不同的8種(A〜H)喷嘴，調查噴嘴正下方之冷卻 水沖擊壓力與冷卻能力的關係。另外，如第4圖所示之橢圓 形噴嘴1係喷霧噴射區域2為向一方向較長的橢圓形者’而 20圓錐實心喷嘴1係喷霧喷射區域2為圓形者。結果如第5圖所 示，無論喷嘴種類、樣式、喷射區域如何，冷卻水沖擊壓 力與冷卻能力皆有一定的關係，而可導出下列關係式（1)。 而且，藉由將冷卻水沖擊壓力P[MPa]代入前述關係式（1)， 可求出熱傳率h[W/(m2 · K)](冷卻能力）。 10 h = 33300xP°1 (1) 前述情形顯示了即使是喷嘴種類、式樣（即喷孔形狀) 不同的噴嘴，也可藉由測定冷卻水沖擊壓力，而可預測冷 卻能力。 又，在本試驗中，結果熱傳率係與冷卻水沖擊壓力之 ο.1次方成比例，但若考慮測定誤差等，設熱傳率與冷卻水 沖擊壓力之η次方成比例，η值應在0.05〜0.2的範圍内》 在使用於前述第1圖（喷霧喷嘴1)中相同的喷嘴、同樣的 配置中，測定以20mmx20mm的範圍進行平均之冷卻水的沖 擊壓力分布，將除以沖擊壓力測定值之最大值而無因次化 (正規化）者0.1次方的值、與冷卻能力分布一併記錄者係顯 示如第6圖。如上所述，關係式（1)可適用於單一喷嘴喷射範 圍内之各位置，而可藉由冷卻水之沖擊壓力來預測冷卻能 力。 而，若為具備可使熱鋼板限制為水平地通過之複數限 制軋棍對的冷卻裝置，由於滯留在板之上面的冷卻水流會 被限制軋輥擋住，因此進行冷卻控制的最小區間為1對限制 軋親之間。一般藉由在該區間内連續地變化冷卻水供給水 量，町連續地控制冷卻能力。 然而，在連續變化1種噴嘴之冷卻水供給水量的方法 中，芳減少供給至喷嘴的水量而減小喷嘴負載壓力，則無 法確保適當的喷射模式而使冷卻均一性變差。因此’在實 務上砮使喷嘴負載壓力為大約〇.〇4MPa〜0.3MPa的範園’而 將流量調整範圍表示成最小水量與最大水量的比時’則1 : 1322048 3左右為可控制範圍。此時，由於冷卻水之沖擊壓力以最小 水量時之沖擊壓力、與最大水量時之沖擊壓力的比來表示 為1 : 10〜1 : 20左右，故冷卻能力控制範圍從關係式（1)算 出例如鋼材表面溫度為30CTC時之冷卻能力比，限度為1 : 5 1.5左右。 因此，本發明人使用前述所導出之關係式（1)，提出一 種冷卻裝置，該冷卻裝置係配置有各冷卻能力範圍為連續 之孔形不同的2種喷霧喷嘴列，且冷卻控制範圍為廣域者。 ® 在此，將噴嘴負載壓力〇_3MPa時之喷霧噴射範圍内之冷卻 10 水沖擊壓力積分值較大的噴嘴定義為強冷卻噴霧喷嘴，而 較小的喷嘴則定義為弱冷卻喷霧喷嘴。又，冷卻水沖擊壓 力積分值係指將冷卻水沖擊壓力之η次方在一對限制軋輥 間之内於鋼板通過方向上進行積分的值，單位為[MPa]n · m(0.〇5SnS〇,2)。 15 此外’藉由將強冷卻噴霧噴嘴列配置於限制軋輥對間 之熱鋼板進入側’相較於將弱冷卻喷霧噴嘴列噴至於限制 • 軋輥對間之熱鋼板進入側的情形，更可提升鋼板通過方向 的冷卻均一性。此係由於藉由在冷卻開始後馬上進行強冷 卻，可縮短容易產生不均一冷卻之薄膜沸騰區域的冷卻時 " 20間之故。 使用第7〜11圖說明本發明之冷卻裝置1〇。 冷卻裝置10具有例如第7圖所示之沿著熱鋼板3的通過 方向依水乎方向排列的複數限制軋辕對n。各限制軋輥對 11係由上下配置之2個限制軋輥所構成’而熱鋼板3則呈夾 12 1322048 . 在前述上下限制軋輥間之狀態而被搬送。在相鄰之各限制 軋輥對11之間，依鋼板通過方向依序並列設置有由複數強 冷卻噴霧噴嘴12所構成之強冷卻喷霧噴嘴列j、及由複數弱 冷卻喷霧噴嘴13所構成之弱冷卻喷霧噴嘴列κ。強冷卻噴霧 5喷嘴J與弱冷卻喷霧喷嘴Κ係分別隔著搬送路徑上的熱鋼板 3而呈上下配置，而可對熱鋼板3之上下面喷出冷卻水。又， - 強冷卻喷霧喷嘴12與弱冷卻喷霧噴嘴13係如第8圖所示 般，分別依垂直鋼板通過方向之寬方向排列成—列。另外， # 強冷卻噴霧喷嘴12與弱冷卻喷霧噴嘴13不限於1列，也可為 10 複數列。 第9圖係顯示在冷卻裝置1〇之相鄰各限制軋輥對。之 間’僅強冷卻喷霧喷嘴列J喷射冷卻水之狀態的說明圖，第 10圖係顯示僅弱冷卻喷霧噴嘴列Κ噴射冷卻水之狀態的說 明圖，而第11圖係顯示弱冷卻喷霧喷嘴列Κ與強冷卻喷霧喷 15嘴列J同時喷射冷卻水之狀態的說明圖。為了保持熱鋼板3 之寬方向的冷卻均一性，各列J、Κ之各喷嘴12、13係配置 ® 成冷卻水噴射沖擊壓力之鋼板通過方向積分值為依寬方向 而呈均一。另外，在第9〜11圖中，將強冷卻喷霧噴嘴12所 噴射之冷卻水沖擊於熱鋼板3的冷卻喷霧噴射區域顯示為 20 12a，而弱冷卻喷霧喷嘴13所喷射之冷卻水沖擊於熱鋼板3 的弱冷卻喷霧喷射區域則顯示為13a。 如第12圖所示，強冷卻喷霧噴嘴列J與弱冷卻噴霧喷嘴 列K各自之噴嘴12、13係在由冷卻水供給泵浦能力所設定之 噴嘴負載壓力範圍而使用。而且’各噴嘴12、13係選定為 13 各弱冷卻喷霧噴嘴13之喷嘴負载壓力範圍的最大值中之弱 冷卻噴霧喷嘴列K全體的冷卻水沖擊壓力積分值(弱冷卻喷 霧噴嘴列K之最大冷卻水沖擊壓力積分值）、與各強冷卻喷 霧喷嘴12之噴嘴負載壓力範圍的最小值中之強冷卻喷霧噴 嘴列J全體的冷卻水沖擊壓力積分值（強冷卻喷霧喷嘴列J之 最小冷卻水沖擊壓力積分值）為相同。藉此，可使弱冷卻喷 霧喷嘴列K與強冷卻喷霧喷嘴列j之冷卻水沖擊壓力積分值 的變動區域為連續，結果，使用弱冷卻喷霧喷嘴13時 '與 使用強冷卻喷霧喷嘴12時，可得到連續之冷卻能力控制範 圍。 此外’同時噴射強冷卻喷霧喷嘴12與弱冷卻噴霧噴嘴 13時之喷霧喷嘴列κ、j全體的冷卻水沖擊壓力積分值之下 限值係設定為與強冷卻嗔霧喷嘴12之喷嘴負載壓力範圍最 大值中之強冷卻喷霧喷嘴列j之冷卻水沖擊壓力積分值（強 冷卻喷霧喷嘴列J之最大冷卻水沖擊壓力積分值)相等。藉 此，使用強冷卻噴霧噴嘴丨2與弱冷卻喷霧喷嘴13同時噴射 冷卻水時、及僅使用強冷卻噴霧喷嘴12喷射冷卻時，可得 到連續之冷卻能力控制範圍。另外，前述使強冷卻嘴霧喷 嘴12與弱冷卻噴霧噴嘴13同時喷射時之噴霧喷嘴列κ ' j全 體的最小冷卻水沖擊壓力積分值、與強冷卻噴霧喷嘴列j的 最大冷卻水沖擊壓力積分值相等的設定’係由例如可控制 喷霧噴嘴12、13之冷卻水沖擊壓力的控制部30(如第7圖所 示）來進行。例如，控制部3〇為電腦，具有程式儲存部，藉 由執行儲存於前述程式儲存部之程式P而可進行上迷冷卻 1322048 5 水沖擊壓力積分值的設定。另外，在第7圖中，為了方便說 明，控制部30係以虚線連接至一部分的噴霧喷嘴列K、j， 但控制部30可控制所有的喷霧噴嘴12、13之冷卻水沖擊壓 力。 第12圖中，使弱冷卻噴霧喷嘴13依最大噴嘴負載壓力 而為一定，調節強冷卻喷霧喷嘴12，將強冷卻喷霧喷嘴12 與弱冷卻喷霧喷嘴13同時使用時之喷霧喷嘴列κ、J全體之 • 冷卻水沖擊壓力值的下限值，與強冷卻喷霧噴嘴列j之最大 冷卻水沖擊能力積分值相等。將冷卻能力（熱傳率）提高至前 10 述下限值以上時，由於弱冷卻噴霧喷嘴13為最大喷嘴負載 壓力，故可將強冷卻噴霧喷嘴12調節成下限值以上的值。 在此必須注意：弱冷卻喷霧噴嘴列Κ之冷卻能力範圍、 強冷卻噴霧噴嘴列J之冷卻能範圍、及同時使用強冷卻喷霧 噴嘴列J與弱冷卻喷霧喷嘴列Κ時之冷卻能力範圍為連續， 15 而使用水量範圍不一定需為連續。關於使用水量之不連續 • 部分之例，如第12圖中之0_5與1.5的部分，有水量密度不連 續的部分。 20 當以最小水量與最大水量之比來表示使用本發明時之 流量調整範圍時，由於弱冷卻喷霧喷嘴13、強冷卻噴霧喷 嘴12各為1 : 3左右的控制範圍’故全體之流量調整範圍為 1 : 9〜1 : 1〇，與前述二流體喷嘴時為相等範圍。又，藉由 使用本發明時之冷卻能力控制範圍選定喷射範圍不同的喷 嘴’也可將冷卻面積加入為冷卻能力控制因素’因此可為 1 : 3〜1 : 5左右的廣域冷卻能力控制範圍。 15 以上，參照附加圖示說明本發明之最佳實施型態，但 本發明並不限定於前述實施例。若為熟知本發明領域之技 術者，可在本發明申請專利範圍所記載之思想範轉内，思 索出各種變更例或修正例’關於該等變更例或修正例當然 也屬本發明之技術範圍。 實施例 第13圖顯示藉由本發明之冷卻裝置1〇進行鋼板通過冷 卻试驗而測定之冷卻能力控制範圍。將厚度2〇mmx寬度 300mmx長度200mm之一般構造用壓延鋼材（SS4〇〇)作為試 驗片’並將熱電偶配置於相對於試驗片中央之冷卻面深度 1mm的位置，使鋼板通過冷卻從約9〇〇它冷卻至約1〇〇。〇為 止，從其溫度歷程算出熱傳率，以表面溫度為3〇〇。〇時之各 水量密度之熱傳率進行評價。 從第13圖可知：弱冷卻喷霧喷嘴π與強冷卻喷霧喷嘴 12之冷卻能力控制範圍為連續，又，強冷卻噴霧噴嘴丨2之 冷卻能力控制範圍、與同時使用弱冷卻喷霧喷嘴13與強冷 卻噴霧喷嘴12時之冷卻能力控制範圍為連續，且全體之冷 卻能力控制範圍可達到1 : 4之寬廣範圍。 產業上利用之可能性 根據本發明，在具有可限制前述熱鋼板水平地通過之 複數限制軋輥對，且在相鄰之限制軋輥對間可由複數列之 喷霧噴嘴分別對於熱鋼板之上下面噴射冷卻水而冷卻熱鋼 板的冷卻裝置中，配置弱冷卻噴霧喷嘴列與強冷卻喷霧喷 嘴列’且選定喷嘴之喷孔形狀，以使弱冷卻喷霧噴嘴列之 1322048 最大冷卻水沖擊壓力積分值與強冷卻喷霧噴嘴列之最小冷 卻水沖擊壓力積分值為連續，藉此可提供—種廉價立玎連 續地進行廣域的冷卻能力控制的熱鋼板之冷卻裝置。 【圖式簡單說明】 5 第1圖係顯示一個噴嘴之嘴射區域中水量與冷卻能力 之關係的圖。 第2圖係顯示喷嘴與其喷射區域的說明圖。 第3圖係顯示8種噴嘴之水量、噴嘴負載壓力、噴射範 圍及冷卻水沖擊壓的表。 10 第4(a)圖係顯示橢圓形喷嘴之喷射區域的說明圖，而第 4(b)圖係顯示圓錐實心喷嘴之噴射區域的說明圖。 第5圖係顯示第3圖之8種噴嘴之冷卻水沖擊壓力與冷 卻能力之關係的圖。 第6圖係顯示一個喷嘴之喷射區域中冷卻水沖擊壓力 15 與冷卻能力之關係的圖。 第7圖係顯示本發明之冷卻裝置之概略構成的說明圖。 第8圖係顯示冷卻裝置之一對限制軋輥間之喷嘴配置 的平面圖。 第9圖係僅使用弱冷卻喷霧噴嘴列時之冷卻裝置内的 20 說明圖* 第10圖係僅使用強冷卻喷霧喷嘴列時之冷卻裝置内的 說明圖。 第11圖係同時使用弱冷卻噴霧喷嘴列與強冷卻噴霧嘴 嘴列時之冷卻裝置内的説明圖。 17 1322048 第12圖係顯示水量密度與喷嘴負載壓力及冷卻水沖擊 壓力積分值之關係的圖。 第13圖係顯示鋼材表面溫度為300°C時之冷卻水量密 度與熱傳率之關係的圖。 5 【主要元件符號說明】
1.. .喷霧喷嘴 2.. .喷霧喷射區域 3…熱鋼板 10…冷卻裝置 11.. .複數限制軋輥對 12.. .強冷卻喷霧喷嘴 12a...強冷卻噴霧噴射區域 13.. .弱冷卻喷霧喷嘴 13a.··弱冷卻喷霧喷射區域 30...控制部 L···距離 J. ..強冷卻喷霧喷嘴列 K. ..弱冷卻喷霧喷嘴列 Ml、M2、M3...範圍 P...程式
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