TWI565541B - Manufacturing equipment and manufacturing method of thick steel plate - Google Patents

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TWI565541B
TWI565541B TW103111429A TW103111429A TWI565541B TW I565541 B TWI565541 B TW I565541B TW 103111429 A TW103111429 A TW 103111429A TW 103111429 A TW103111429 A TW 103111429A TW I565541 B TWI565541 B TW I565541B
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Yuta Tamura
Hiroyuki Fukuda
Kenji Adachi
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Jfe Steel Corp
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Description

厚鋼板之製造設備及製造方法
本發明係關於一種進行厚鋼板之熱軋、形狀矯正及控制冷卻之厚鋼板之製造設備及製造方法。
近年來，作為厚鋼板之製造製程，控制冷卻之應用有所擴大。然而，通常，熱厚鋼板之形狀、表面性狀等未必均一。因此，冷卻過程中容易於厚鋼板內產生溫度不均，而於冷卻後之厚鋼板產生變形、殘留應力、材質不均一等，由此，導致品質不良或操作上之障礙。
因此，於專利文獻1中揭示有一種方法，該方法係於即將進行精軋之最終道次(pass)之前及剛進行精軋之最終道次後之至少一者進行除鏽，繼而進行熱矯正，其後進行除鏽，並進行強制冷卻。又，於專利文獻2中揭示有一種方法，該方法係進行精軋、熱矯正之後，進行除鏽，之後進行控制冷卻。又，於專利文獻3中揭示有一種方法，該方法係於即將進行控制冷卻之前一方面控制冷卻水之衝擊壓力一方面進行除鏽。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平9-57327號公報
專利文獻2：日本專利第3796133號
專利文獻3：日本專利特開2010-247228號公報
然而，若利用上述專利文獻1、2之方法實際製造厚鋼板，則有如下問題點：於除鏽時鏽皮未完全剝離，反而因除鏽而產生鏽皮不均，於控制冷卻時無法進行均一之冷卻。又，於專利文獻3之方法中為了不產生鏽皮不均，而需要較高之衝擊壓。因此，若衝擊壓較低，則產生鏽皮不均，其結果，有於控制冷卻時無法進行均一之冷卻之問題點。
尤其，近年來，厚鋼板所要求之材質均一性之級別變得嚴苛，不可忽視因如上所述之鏽皮不均而產生之控制冷卻時之冷卻速度之不均一尤其對厚鋼板寬度方向之材質均一性造成之不良影響。
因此，本發明係著眼於上述習知例之未解決之課題而完成者，其目的在於提供一種厚鋼板之製造設備及製造方法，該厚鋼板之製造設備係藉由於除鏽步驟中實現於厚鋼板表面產生之鏽皮之均一化，而於冷卻步驟中進行均一之冷卻，從而於厚鋼板形狀上優異。
本發明者等人對藉由冷卻水引起鏽皮剝離之力進行了銳意研究，發現，於熱形狀矯正後進行除鏽之情形時，若自除鏽裝置向厚鋼板噴射之冷卻水之能量密度為0.10J/mm2以上，則製品後之表面產生之鏽皮厚度均一化。其結果，發現於通過加速冷卻裝置時，厚鋼板之寬度方向位置之表面溫度之偏差幾乎不存在而可均一地進行冷卻，從而成為於厚鋼板形狀上優異之厚鋼板。
本發明之主旨如下所述。
[1]一種厚鋼板之製造設備，其特徵在於：將熱軋機、形狀矯正裝置、除鏽裝置及加速冷卻裝置，依順自搬送方向上游側加以配置，且將上述除鏽裝置朝向厚鋼板之表面進行噴射之冷卻水所具有之能量密度E設為0.10J/mm2以上。
[2]如[1]之厚鋼板之製造設備，其中，若將自上述除鏽裝置至上述加速冷卻裝置之搬送速度設為V[m/s]，且將冷卻前之厚鋼板溫度設為T[K]，則自上述除鏽裝置至上述加速冷卻裝置之距離L[m]係滿足L≦V×5×10-9×exp(25000/T)之式。
[3]如[2]之厚鋼板之製造設備，其中，以自上述除鏽裝置至上述加速冷卻裝置之距離L成為12m以下之方式加以配置各裝置。
[4]如[1]至[3]中任一項之厚鋼板之製造設備，其中，將自上述除鏽裝置之噴射噴嘴至上述厚鋼板之表面之噴射距離H設為40mm以上且200mm以下。
[5]如[1]至[4]中任一項之厚鋼板之製造設備，其中，上述加速冷卻裝置係具備有對上述厚鋼板之上表面供給冷卻水之集管、自該集管進行噴射呈懸垂之棒狀冷卻水之冷卻水噴射噴嘴、及設置於上述厚鋼板與上述集管之間的間隔壁，並且於上述間隔壁中設置有多數個給水口及排水口，而該等給水口係內插有上述冷卻水噴射噴嘴之下端部，而該等排水口係將被供給至上述厚鋼板之上表面之冷卻水朝向上述間隔壁上面加以排出。
[6]一種厚鋼板之製造方法，其係依照熱軋步驟、熱矯正步驟及加速冷卻步驟之順序製造厚鋼板之方法，其特徵在於：於上述熱矯正步驟及冷卻步驟之間，具有對厚鋼板之表面加以噴射能量密度E為0.10 J/mm2以上之冷卻水之除鏽步驟。
[7]如[6]之厚鋼板之製造方法，其中，自上述除鏽步驟結束至上述加速冷卻步驟開始為止之時間t[s]係滿足t≦5×10-9×exp(25000/T)之式，其中，T為冷卻前之厚鋼板溫度(K)。
根據本發明，藉由於除鏽步驟中實現於厚鋼板表面產生之鏽皮之均一化，可於加速冷卻步驟中進行均一之冷卻，從而可製造於厚鋼板形狀上優異之厚鋼板。
1‧‧‧厚鋼板
2‧‧‧加熱爐
3‧‧‧軋壓機
4‧‧‧除鏽裝置
5‧‧‧第1形狀矯正裝置
6‧‧‧加速冷卻裝置
7‧‧‧第2形狀矯正裝置
11‧‧‧上集管
12‧‧‧下集管
13‧‧‧上冷卻水噴射噴嘴(圓管噴嘴)
14‧‧‧下冷卻水噴射噴嘴(圓管噴嘴)
15‧‧‧間隔壁
16‧‧‧給水口
17‧‧‧排水口
18‧‧‧噴射冷卻水
19‧‧‧排出水
20‧‧‧脫水輥
21‧‧‧脫水輥
圖1係表示厚板軋壓線之一例之概略圖。
圖2係表示除鏽裝置中之噴射之冷卻水之能量密度與厚鋼板之製品表面產生之鏽皮厚度之關係的曲線圖。
圖3係表示除鏽裝置中之噴射噴嘴之噴射距離與流體速度之關係的圖。
圖4係本發明之一實施形態之冷卻裝置之側視圖。
圖5係本發明之一實施形態之另一冷卻裝置之側視圖。
圖6係對本發明之一實施形態之間隔壁之噴嘴配置例進行說明之圖。
圖7係對間隔壁上之冷卻排水之流動進行說明之圖。
圖8係對間隔壁上之冷卻排水之另一流動進行說明之圖。
圖9係對習知例之厚鋼板寬度方向冷卻水之流動進行說明之圖。
圖10係對加速冷卻裝置中之冷卻水之流動進行說明之圖。
圖11係對加速冷卻裝置中之與間隔壁上之冷卻排水之不干涉進行 說明之圖。
以下，參照圖式對用以實施本發明之形態進行說明。再者，此處，以將本發明用於厚板軋壓製程中之厚鋼板之冷卻之情形為例進行敍述。
圖1係表示供實施本發明之厚板軋壓線之一例之概略圖。自加熱爐2抽出之鋼坯(slab)由軋壓機3實施粗軋與精軋，而被軋壓為既定板厚之厚鋼板1。繼而，利用除鏽裝置4將厚鋼板1之表面上所產生之鏽皮去除後，厚鋼板1於線上被搬送至加速冷卻裝置6。此處，通過第1形狀矯正裝置5調整厚鋼板之形狀後進行加速冷卻之情況對於冷卻後之厚鋼板形狀而言較佳。於加速冷卻裝置6中，藉由自上表面冷卻設備與下表面冷卻設備噴射之冷卻水，使厚鋼板冷卻至既定溫度。其後，視需要利用第2形狀矯正裝置7矯正厚鋼板之形狀。
除鏽裝置4係去除厚鋼板1之表面上所產生之鏽皮之裝置。於除鏽裝置4中，使數個噴射噴嘴朝向軋壓後利用第1形狀矯正裝置5進行厚鋼板1上所產生之應變之形狀矯正後之厚鋼板1之表面，並自其等噴嘴噴射冷卻水。
本發明者等人獲得如下見解：因除鏽條件而鏽皮剝離未充分地進行，反而助長鏽皮不均。而且，對充分地進行鏽皮剝離之條件進行了銳意研究，結果，發現如下情況：於形狀矯正後進行除鏽之情形時，如圖2所示，藉由將自除鏽裝置4之噴射噴嘴對厚鋼板1之表面噴射之冷卻水之能量密度E設為0.10J/mm2以上，其後再生成之鏽皮厚度變得均一且為5μm以下。可認為其原因在於：藉由除鏽而鏽皮暫時均一地完全剝離，其後，鏽皮較薄且均一地再生成。
於本發明中，藉由將冷卻水之能量密度E設為0.10J/mm2以上而進行除鏽，而去除厚鋼板1之表面上所產生之鏽皮。其後，利用加速冷卻裝置6進行厚鋼板1之加速冷卻。於本發明中，藉由除鏽而厚鋼板之鏽皮厚度變得較薄且均一，因此，於通過加速冷卻裝置時，厚鋼板之寬度方向位置之表面溫度偏差幾乎不存在而可均一地進行冷卻，從而成為於厚鋼板形狀上優異之厚鋼板。
該理由如下所述。於習知之軋壓設備中，若於形狀矯正後於除鏽裝置中進行鏽皮去除，則有鏽皮局部地剝離之情形。如此一來，鏽皮未均一地被剝離，因此，產生10~50μm左右之鏽皮厚度分佈之偏差。於此情形時，難以於其後之加速冷卻裝置中使厚鋼板均一地冷卻。即，若使於習知之軋壓設備中產生有鏽皮厚度分佈之偏差之厚鋼板加速冷卻，則寬度方向位置之表面溫度之偏差較大，而無法均一地進行冷卻。其結果，對厚鋼板形狀產生影響。
因此，藉由將冷卻水之能量密度E設為0.10J/mm2以上而利用除鏽裝置4進行除鏽，而鏽皮厚度分佈之偏差消失，因此，於利用加速冷卻裝置6使厚鋼板1冷卻時，寬度方向位置之表面溫度之偏差幾乎不存在而可均一地進行冷卻。其結果，可製造於厚鋼板形狀上優異之厚鋼板1。又，於本發明之情形時，即便於衝擊壓較低之情形時，亦可藉由調整搬送速度而達成與使用較高之衝擊壓之情形相同之除鏽。
在此，所謂噴射至厚鋼板之冷卻水之能量密度E(J/mm2)，係指藉由除鏽去除鏽皮之能力之指標，且如以下之(1)式般定義。
E=Q/(d×W)×ρv2/2×t…(1)
其中，Q：除鏽水之噴射流量[m3/s]、d：扁平噴嘴之噴霧噴射厚度[mm]、W：扁平噴嘴之噴霧噴射寬度[mm]、流體密度ρ[kg/m3]、厚鋼板衝擊時之流體速度v[m/s]、衝擊時間t[s](t=d/1000/V、搬送速度V[m/s])。
然而，由於厚鋼板衝擊時之流體速度v之測定未必容易，故而，若欲嚴密地求出由(1)式定義之能量密度E，則需要極大之勞力。
因此，本發明者等人進一步加以研究，結果發現，作為噴射至厚鋼板之冷卻水之能量密度E(J/mm2)之簡便之定義，採用水量密度×噴射壓力×衝擊時間即可。此處，水量密度(m3/(mm2‧min))係由「冷卻水之噴射流量÷冷卻水衝擊面積」所計算之值。噴射壓力(N/m2(=MPa))係由冷卻水之噴出壓力進行定義。衝擊時間(s)係由「冷卻水之衝擊厚度÷厚鋼板之搬送速度」所計算之值。由該簡便之定義算出之冷卻水之能量密度與製品表面產生之鏽皮厚度之關係亦與圖2相同，冷卻水之能量密度越大，則鏽皮厚度變得越小。即，若能量密度E小於0.10J/mm2，則有如下情形：厚鋼板之鏽皮厚度之偏差變大，而無法均一地進行冷卻，從而無法製造於厚鋼板形狀上優異之厚鋼板。與此相對，若能量密度E為0.10J/mm2以上，則可避免此種障礙。因此，於本發明中，冷卻水之能量密度E較佳為設為0.10J/mm2以上，更佳為0.15J/mm2以上。
繼而，本發明者等人對自除鏽裝置4之噴射噴嘴噴射之冷卻水之流體速度v進行了調查。其結果，發現流體速度v與噴射距離之關係如圖3所示。作為縱軸之流體速度係藉由解答考慮浮力與空氣阻力之運動方程式而求出。於冷卻水到達厚鋼板之前之期間，冷卻 水之流體速度v較噴射時減速。因此，噴射距離越小，厚鋼板衝擊時之流體速度v越大，而可獲得越大之能量密度。根據圖3，尤其，若噴射距離H超過200mm則衰減變大，因此，噴射距離H較佳為設為200mm以下。
而且，噴射距離越短，用以獲得既定之能量密度之噴射壓力、噴射流量等亦可減少，因此可實現除鏽裝置4之泵能力之降低化。於如圖1所示之本發明之一實施形態中，利用第1形狀矯正裝置5矯正形狀後之厚鋼板1移動至除鏽裝置4內，因此，可使除鏽裝置4之噴射噴嘴靠近厚鋼板1之表面。然而，考慮到噴射噴嘴與厚鋼板1之接觸，噴射距離之下限值較佳為40mm以上。根據以上說明，於本發明中，噴射距離H較佳為40mm以上且200mm以下。
又，於除鏽裝置4中，冷卻水之噴射壓力較佳為設為10MPa以上，更佳為設為15MPa以上。藉此，可在不使搬送速度過小之狀態下將冷卻水之能量密度設定為0.10J/mm2以上，因而較為有效。噴射壓力之上限值並無特別限定。然而，若提高噴射壓力，則供給高壓水之泵所消耗之能量龐大，因此，噴射壓力較佳為50MPa以下。
另外，關於對利用加速冷卻裝置6進行之厚鋼板1之冷卻時之穩定性造成影響之厚鋼板1之表面之鏽皮，已知如下情況：厚鋼板1之鏽皮之成長通常可藉由擴散控制進行整理，且由以下之(2)式表示。
ξ2=a×exp(-Q/RT)×t…(2)
其中，ξ：鏽皮厚度、a：常數、Q：活化能、R：常數、T：冷卻前之厚鋼板溫度[K]、t：時間。
因此，考慮利用除鏽裝置4去除鏽皮後之鏽皮成長，以 各種溫度、時間進行鏽皮成長之模擬實驗，實驗性地導出上述(2)式之常數，進而，對鏽皮厚度與冷卻穩定性進行銳意研究。其結果，獲得如下見解：鏽皮厚度為15μm以下時冷卻穩定，鏽皮厚度為10μm以下時更穩定，鏽皮厚度為5μm以下時非常穩定。
於鏽皮厚度為15μm以下之情形時，可基於上述(2)式導出下述式(3)。即，於自利用除鏽裝置4進行之厚鋼板1之鏽皮去除結束後至利用加速冷卻裝置6開始厚鋼板1之冷卻為止之時間t[s]滿足以下之(3)式之情形時，利用加速冷卻裝置6進行之冷卻穩定。
t≦5×10-9×exp(25000/T)…(3)
其中，T：冷卻前之厚鋼板溫度[K]。
又，於鏽皮厚度為10μm以下之情形時，可基於上述(2)式導出下述式(4)。即，於自利用除鏽裝置4進行之厚鋼板1之鏽皮之去除結束後至利用加速冷卻裝置6開始厚鋼板1之冷卻為止之時間t[s]滿足以下之(4)式之情形時，利用加速冷卻裝置6進行之冷卻更穩定。
t≦2.2×10-9×exp(25000/T)…(4)
進而，於鏽皮厚度為5μm以下之情形時，可基於上述(2)式導出下述式(5)。即，於自利用除鏽裝置4進行之厚鋼板1之鏽皮去除結束後至利用加速冷卻裝置6開始厚鋼板1之冷卻為止之時間t[s]滿足以下之(5)式之情形時，利用加速冷卻裝置6進行之冷卻非常穩定。
t≦5.6×10-10×exp(25000/T)…(5)
另一方面，自除鏽裝置4之出側至加速冷卻裝置6之入側之距離L係以相對於厚鋼板1之搬送速度V、及時間t(自除鏽裝置4之步驟結束至加速冷卻裝置6之步驟開始為止之時間)滿足以下之(6)式之方式設定。
L≦V×t…(6)
其中，L：自除鏽裝置4至加速冷卻裝置6之距離(m)、V：厚鋼板1之搬送速度(m/s)、t：時間(s)
而且，可根據上述(6)式與上述(3)式導出以下之(7)式。於本發明中，更佳為滿足(7)式。
L≦V×5×10-9×exp(25000/T)…(7)
又，可根據上述(6)式與上述(4)式導出以下之(8)式。於本發明中，進而較佳為滿足(8)式。
L≦V×2.2×10-9×exp(25000/T)…(8)
進而，可根據上述(6)式與上述(5)式導出以下之(9)式。於本發明中，較佳為滿足(9)式。
L≦V×5.6×10-10×exp(25000/T)…(9)
根據上述(7)~(9)式，例如，若將利用加速冷卻裝置6進行之冷卻前之厚鋼板1之溫度設為820℃，且將厚鋼板1之搬送速度設為0.28~2.50m/s，則自除鏽裝置4至加速冷卻裝置6之距離L為12m以上且107m以下時冷卻穩定，為5m以上且47m以下時冷卻更穩定，為1.3m以上且12m以下時冷卻非常穩定。
由此，若將自除鏽裝置4至加速冷卻裝置6之距離L設為12m以下，則即便於厚鋼板1之搬送速度V較慢(例如V=0.28m/s)之情形時冷卻亦穩定，反之，於厚鋼板1之搬送速度V較快(例如V=2.50m/s)之情形時冷卻非常穩定，故而較佳。再者，更佳為自除鏽裝置4至加速冷卻裝置6之距離L為5m以下。
進而，一般而言，若考慮必須進行控制冷卻之厚鋼板1之大部分之搬送速度V為0.5m/s以上，則進而較佳為於該搬送速度V 下設為冷卻非常穩定之條件即距離L為2.5m以下。
再者，在此，對將利用加速冷卻裝置6進行之冷卻前之厚鋼板1之溫度設為820℃之情形進行了說明。將利用加速冷卻裝置6進行之冷卻前之厚鋼板1之溫度設為820℃以外之情形亦同樣地，藉由使自除鏽裝置4至加速冷卻裝置6之距離L較佳為12m以下，更佳為5m以下，進而較佳為2.5m以下，可使冷卻穩定。其原因在於：於利用加速冷卻裝置6進行之冷卻前之厚鋼板1之溫度低於820℃之情形時，上述(7)式、上述(8)式、上述(9)式之右邊之值分別大於T=820℃之情形，因此，只要為對T=820℃之情形恰當地設定之自除鏽裝置4至加速冷卻裝置6之距離L，則必然滿足上述(7)式、上述(8)式、上述(9)式。相反地，於利用加速冷卻裝置6進行之冷卻前之厚鋼板1之溫度高於820℃之情形時，藉由適當將厚鋼板1之搬送速度V調整得略低，仍然可滿足上述(7)式、上述(8)式、上述(9)式。
繼而，本發明之加速冷卻裝置6較佳為，如圖4所示，具備對厚鋼板1之上表面供給冷卻水之上集管11、自該上集管11懸垂之噴射棒狀冷卻水之冷卻水噴射噴嘴13、及設置於厚鋼板1與上集管11之間之間隔壁15，並且於間隔壁15設置有多數個內插冷卻水噴射噴嘴13之下端部之給水口16、及將供給至厚鋼板1之上表面之冷卻水朝向間隔壁15上排出之排水口17。
具體而言，上表面冷卻設備具備：上集管11，其對厚鋼板1之上表面供給冷卻水；冷卻水噴射噴嘴13，其自該上集管11懸垂；及間隔壁15，其遍及厚鋼板寬度方向水平地設置於上集管11與厚鋼板1之間，且具有多數個貫通孔(給水口16與排水口17)。而且，冷卻水噴射噴嘴13係包含噴射棒狀之冷卻水之圓管噴嘴13，且以其前端內插 於設置於上述間隔壁15之貫通孔(給水口16)而較間隔壁15之下端部更靠上方之方式設置。再者，冷卻水噴射噴嘴13較佳為以其上端突出至上集管11之內部之方式貫穿至上集管11內，以防止吸入上集管11內之底部之異物而堵塞。
在此，所謂本發明中之棒狀冷卻水，係指以經某種程度地加壓之狀態自圓形狀(亦包含橢圓或多邊之形狀)之噴嘴噴出口噴射之冷卻水，且來自噴嘴噴出口之冷卻水之噴射速度為6m/s以上，較佳為8m/s以上，自噴嘴噴出口噴射之水流之剖面保持為大致圓形之具有連續性與直進性之水流之冷卻水。即，與來自圓管層流噴嘴之自由落下流或如噴霧般之以液滴狀態噴射者不同。
以冷卻水噴射噴嘴13之前端內插於貫通孔而較間隔壁15之下端部更靠上方之方式設置之原因在於：即便於前端向上方翹曲之厚鋼板進入之情形時，亦藉由間隔壁15防止冷卻水噴射噴嘴13損傷。藉此，冷卻水噴射噴嘴13能夠以良好之狀態長期地進行冷卻，因此，無需進行設備維護等，且可防止厚鋼板之溫度不均之產生。
又，由於圓管噴嘴13之前端內插於貫通孔，故而，如圖11所示，不會與沿間隔壁15之上表面流動之虛線箭頭之排出水19之寬度方向流動產生干涉。因此，自冷卻水噴射噴嘴13噴射之冷卻水可不管寬度方向位置而均等地到達至厚鋼板上表面，從而可於寬度方向上進行均一之冷卻。
若例示間隔壁15之一例，則如圖6所示，於間隔壁15，以厚鋼板寬度方向上80mm、搬送方向上80mm之間距呈柵格狀開設有多數個直徑10mm之貫通孔。而且，於給水口16插入有外徑8mm、內徑3mm、長度140mm之冷卻水噴射噴嘴13。冷卻水噴射噴嘴13 呈交錯格子狀排列，冷卻水噴射噴嘴13未穿過之貫通孔成為冷卻水之排水口17。如此，設置於本發明之加速冷卻裝置之間隔壁15之多數個貫通孔包括數量大致相同之給水口16與排水口17，而分別分擔作用、功能。
此時，排水口17之總截面積與冷卻水噴射噴嘴13之圓管噴嘴13之內部之總截面積相比足夠大，且確保為圓管噴嘴13之內部之總截面積之11倍左右，而如圖4所示，供給至厚鋼板上表面之冷卻水充滿厚鋼板表面與間隔壁15之間，並通過排水口17被導引至間隔壁15之上方而迅速地排出。圖7係對間隔壁上之厚鋼板寬度方向端部附近之冷卻排水之流動進行說明之前視圖。排水口17之排水方向成為與冷卻水噴射方向相反之朝上方向，穿流至間隔壁15之上方之冷卻排水朝厚鋼板寬度方向外側改變方向，沿上集管11與間隔壁15之間之排水流路流動而排出。
另一方面，圖8所示之例係使排水口17於厚鋼板寬度方向傾斜而排水方向以朝向厚鋼板寬度方向外側之方式設為朝向寬度方向外側之斜向者。藉此，間隔壁15上之排出水19之厚鋼板寬度方向流動變得順利，促進排水，故而較佳。
在此，若如圖9所示般將排水口與給水口設置於同一貫通孔，則冷卻水衝擊於厚鋼板後，難以穿流至間隔壁15之上方，而於厚鋼板1與間隔壁15之間朝向厚鋼板寬度方向端部流動。如此一來，厚鋼板1與間隔壁15之間之冷卻排水之流量係越靠近板寬度方向之端部則越多，因此，噴射冷卻水18貫通滯留水膜而到達至厚鋼板之力係越是靠近板寬度方向端部則越是受到阻礙。
於薄板之情形時，由於板寬至多為2m左右，故上述影 響有限。然而，尤其於板寬為3m以上之厚板之情形時，上述影響不可忽視。因此，厚鋼板寬度方向端部之冷卻變弱，而此情形時之厚鋼板寬度方向之溫度分佈成為不均一之溫度分佈。
與此相對，本發明之加速冷卻裝置如圖10所示般分開設置有給水口16與排水口17，而分擔給水與排水之作用，因此，冷卻排水通過間隔壁15之排水口17順利地流至間隔壁15之上方。因此，迅速地將冷卻後之排水自厚鋼板上表面排除，因此，後續供給之冷卻水可容易地貫通滯留水膜，從而可獲得充分之冷卻能力。此情形時之厚鋼板寬度方向之溫度分佈成為均一之溫度分佈，從而可於寬度方向上獲得均一之溫度分佈。
另外，只要排水口17之總截面積為圓管噴嘴13之內部之總截面積之1.5倍以上，便可迅速地進行冷卻水之排出。此情況例如只要於間隔壁15開設大於圓管噴嘴13之外徑之孔且使排水口之數量與給水口之數量相同或者超過給水口之數量即可實現。
若排水口17之總截面積小於圓管噴嘴13之內部之總截面積之1.5倍，則排水口之流動阻力變大，而滯留水難以排出，結果，可貫通滯留水膜而到達至厚鋼板表面之冷卻水量大幅減少，從而冷卻能力降低，故而欠佳。更佳為4倍以上。另一方面，若排水口過多或排水口之剖面直徑變得過大，則間隔壁15之剛性變小，於厚鋼板衝擊時容易損傷。因此，排水口之總截面積與圓管噴嘴13之內部之總截面積之比較佳為1.5至20之範圍。
又，內插於間隔壁15之給水口16之圓管噴嘴13之外周面與給水口16之內表面之間隙理想的是設為3mm以下。若該間隙較大，則因自圓管噴嘴13噴射之冷卻水之伴隨流之影響，而排出至間 隔壁15之上表面之冷卻排水被引入至給水口16與圓管噴嘴13之外周面之間隙，再次供給至厚鋼板上，因此，冷卻效率變差。為了防止此種情況，更佳為將圓管噴嘴13之外徑設為與給水口16之大小大致相同。然而，考慮到工作精度或安裝誤差，實質上容許影響較少之至多3mm之間隙。更理想的是設為2mm以下。
進而，為了使冷卻水貫通滯留水膜而到達至厚鋼板，必須亦使圓管噴嘴13之內徑、長度、冷卻水之噴射速度或噴嘴距離為最佳。
即，噴嘴內徑較佳為3~8mm。若小於3mm，則自噴嘴噴射之水束變細而力量變弱。另一方面，若噴嘴直徑超過8mm，則流速變慢，從而貫通滯留水膜之力變弱。
圓管噴嘴13之長度較佳為120~240mm。所謂此處言及之圓管噴嘴13之長度，意指自以某種程度貫穿至集管內部之噴嘴上端之流入口起直至內插於間隔壁之給水口之噴嘴之下端為止的長度。若圓管噴嘴13短於120mm，則集管下表面與間隔壁上表面之距離變得過短(例如，若將集管厚度設為20mm，將噴嘴上端朝向集管內之突出量設為20mm，將噴嘴下端朝向間隔壁之插入量設為10mm，則未滿70mm)，因此，較間隔壁更靠上側之排水空間變小，從而冷卻排水無法順利地排出。另一方面，若長於240mm，則圓管噴嘴13之壓力損失變大，從而貫通滯留水膜之力變弱。
來自噴嘴之冷卻水之噴射速度必須為6m/s以上，較佳為8m/s以上。其原因在於：若未滿6m/s，則冷卻水貫通滯留水膜之力極端變弱。若為8m/s以上，則可確保更大之冷卻能力，故而較佳。又，自上表面冷卻之冷卻水噴射噴嘴13之下端至厚鋼板1之表面之距 離較佳為設為30~120mm。若未滿30mm，則厚鋼板1碰撞於間隔壁15之頻率極端變多而難以保全設備。若超過120mm，則冷卻水貫通滯留水膜之力極端變弱。
較佳為以於厚鋼板上表面之冷卻時冷卻水不於厚鋼板長度方向擴散之方式於上集管11之前後設置脫水輥20。藉此，冷卻區域長度成為固定，而溫度控制變得容易。此處，由於厚鋼板搬送方向之冷卻水之流動被脫水輥20阻擋，故冷卻排水朝厚鋼板寬度方向外側流動。然而，脫水輥20之附近容易滯留冷卻水。
因此，較佳為，如圖5所示，沿厚鋼板寬度方向排列之圓管噴嘴13之列中，厚鋼板搬送方向之最上游側列之冷卻水噴射噴嘴向厚鋼板搬送方向之上游方向傾斜15~60度，厚鋼板搬送方向之最下游側列之冷卻水噴射噴嘴向厚鋼板搬送方向之下游方向傾斜15~60度。藉此，亦可對靠近脫水輥20之位置供給冷卻水，冷卻水不會滯留於脫水輥20附近，而冷卻效率提高，故而較佳。
上集管11下表面與間隔壁15上表面之距離係以由集管下表面與間隔壁上表面包圍之空間內之厚鋼板寬度方向流路截面積成為冷卻水噴射噴嘴內徑之總截面積之1.5倍以上之方式設置，例如為約100mm以上。於該厚鋼板寬度方向流路截面積並非冷卻水噴射噴嘴內徑之總截面積之1.5倍以上之情形時，自設置於間隔壁之排水口17排出至間隔壁15上表面之冷卻排水無法順利地沿厚鋼板寬度方向排出。
於本發明之加速冷卻裝置中，最發揮效果之水量密度之範圍為1.5m3/(m2‧min)以上。於水量密度低於此之情形時，滯留水膜不那麼厚，而亦有如下情形：即便應用使棒狀冷卻水自由落下而使厚鋼板冷卻之公知之技術，寬度方向之溫度不均亦不那麼大。另一方面， 即便於水量密度高於4.0m3/(m2‧min)之情形時，使用本發明之技術亦為有效。然而，有設備成本變高等實用化方面之問題，因此，1.5~4.0m3/(m2‧min)係最實用之水量密度。
應用本發明之冷卻技術於在冷卻集管之前後配置脫水輥之情形時尤其有效。然而，亦可應用於無脫水輥之情形。例如，亦可應用於如下之冷卻設備，該冷卻設備係集管於長度方向相對較長(有2~4m左右之情形)，且於該集管之前後噴射沖洗用之水噴霧，防止朝向非水冷區域之漏水。
再者，於本發明中，關於厚鋼板下表面側之冷卻裝置，並無特別限定。於圖4、5所示之實施形態中，示出具備與上表面側之冷卻裝置相同之圓管噴嘴14之冷卻下集管12之例。於厚鋼板下表面側之冷卻時，所噴射之冷卻水衝擊於厚鋼板後自然落下，因此，亦可不具備如上表面側冷卻般之將冷卻排水沿厚鋼板寬度方向排出之間隔壁15。又，亦可使用供給膜狀冷卻水或噴霧狀之噴霧冷卻水等之公知之技術。
如上所述，本發明之厚鋼板之製造設備藉由將自除鏽裝置4之噴射噴嘴對厚鋼板1之表面噴射之能量密度E設定為0.10J/mm2以上，而可實現厚鋼板1上產生之鏽皮之均一化，從而可利用加速冷卻裝置6實現均一之冷卻。其結果，可製造厚鋼板形狀優異之厚鋼板1。
又，藉由利用第1形狀矯正裝置5進行厚鋼板1之形狀矯正，可使除鏽裝置4之噴射噴嘴靠近厚鋼板1之表面。
又，若將噴射距離H(除鏽裝置4之噴射噴嘴與厚鋼板1之表面距離)設為40mm以上且200mm以下，則除鏽能力提高。又，由於用以獲得既定之能量密度E之噴射壓力、噴射流量等可設定得較 小，因此，可實現除鏽裝置4之泵能力之降低化。
又，藉由使自除鏽裝置4至加速冷卻裝置6之距離L滿足L≦V×5×10-9×exp(25000/T)，可使利用加速冷卻裝置6進行之厚鋼板1之冷卻穩定。
進而，本發明之加速冷卻裝置6如圖4所示，自上部冷卻水噴射噴嘴13經由給水口16供給之冷卻水使厚鋼板1之上表面冷卻後成為高溫之排水，並以未被上部冷卻水噴射噴嘴13插通之排水口17為排水流路而自間隔壁15之上方沿厚鋼板1之寬度方向流動，從而冷卻後之排水自厚鋼板1迅速地被排除，因此，自上部冷卻水噴射噴嘴13經由給水口16流來之冷卻水依次接觸於厚鋼板1，藉此，可獲得充分且於寬度方向上均一之冷卻能力。
再者，本發明者等人進行研究後可知如下情況：未進行如本發明般之除鏽而進行加速冷卻後所得之厚鋼板之寬度方向之溫度不均成為40℃左右。另一方面，可知如下情況：使用本發明之除鏽裝置4將冷卻水之能量密度設為0.10J/mm2以上而進行除鏽後進行加速冷卻後所得之厚鋼板之寬度方向之溫度不均減少至10℃左右。進而，可知如下情況：利用除鏽裝置4實施除鏽後使用圖4所示之加速冷卻裝置6實施加速冷卻後所得之厚鋼板之寬度方向之溫度不均減少至4℃左右。再者，厚鋼板之溫度不均係利用掃描式溫度計測定加速冷卻後之鋼板表面溫度分佈，根據其測定結果而算出寬度方向之溫度不均。
又，如本發明般，軋壓過程中產生之應變係利用第1形狀矯正裝置5進行矯正，並利用除鏽裝置4進行厚鋼板1之除鏽，而使冷卻之控制性穩定化，因此，由第2形狀矯正裝置7矯正之厚鋼板1係平坦度原本就較高，且厚鋼板1之溫度亦均一。因此，關於第2形 狀矯正裝置7之矯正反作用力，不怎麼需要設定得較高。又，加速冷卻裝置6與第2形狀矯正裝置7之距離若長於軋壓製造線上製造之厚鋼板1之最大長度則較佳。由此，利用第2形狀矯正裝置7實施反向矯正等之情形亦較多，因此，可期待防止倒送之厚鋼板1於搬送輥上跳起而碰撞於加速冷卻裝置6等故障的效果、或使於加速冷卻裝置6中之冷卻過程中產生之略微之溫度偏差均一化而避免矯正後因溫度偏差而產生翹曲的效果。
[實施例1]
使藉由軋壓機3軋壓後之板厚30mm、寬度3500mm之厚鋼板1通過第1形狀矯正裝置5及除鏽裝置4後，進行自820℃至420℃之控制冷卻。此處，關於冷卻穩定之條件，若根據上述(3)、(4)、(5)式算出，則自利用除鏽裝置4進行之厚鋼板1之鏽皮去除結束後至利用加速冷卻裝置6開始厚鋼板1之冷卻為止的時間t較佳為42s以下，更佳為19s以下，進而較佳為5s以下。
除鏽裝置4係噴嘴之噴射壓力設為17.7MPa，每1根噴嘴之噴射流量設為50L/min(=8.3×10-4m3/s)，噴射距離(除鏽裝置4之噴射噴嘴與厚鋼板1之表面距離)設為130mm，噴嘴噴射角度設為32°，噴嘴攻角設為15°，且以相鄰之噴嘴之噴射區域以某種程度重疊之方式於寬度方向排列有1列噴嘴，噴霧噴射厚度為3mm，噴霧噴射寬度為77mm。此處，冷卻水之能量密度係由上述之水量密度×噴射壓力×衝擊時間定義之值。衝擊時間(s)係對厚鋼板表面噴射除鏽水之時間，藉由將噴霧噴射厚度除以搬送速度而求出。
加速冷卻裝置6設為設置有如下流路之設備，該流路可如圖4所示般使供給至厚鋼板上表面之冷卻水流至間隔壁之上方，進 而如圖7所示般自厚鋼板寬度方向側排水。於間隔壁如柵格般開設直徑12mm之孔，如圖6所示，將上部冷卻水噴射噴嘴內插於排列成交錯格子狀之給水口，並將剩餘之孔用作排水口。上集管下表面與間隔壁上表面之距離設為100mm。
加速冷卻裝置6之上部冷卻水噴射噴嘴設為內徑5mm、外徑9mm、長度170mm，且使其上端朝集管內突出。又，將棒狀冷卻水之噴射速度設為8.9m/s。厚鋼板寬度方向之噴嘴間距設為50mm，於輸送輥間距離1m之區域內於長度方向排列有10列噴嘴。上表面之水量密度為2.1m3/(m2‧min)。上表面冷卻之噴嘴下端以成為板厚25mm之間隔壁之上下表面之中間位置之方式設置，且距厚鋼板表面之距離設為80mm。
再者，關於下表面冷卻設備，使用如圖4所示之除了不具備間隔壁以外與上表面冷卻設備相同之冷卻設備，且將棒狀冷卻水之噴射速度及水量密度設為上表面之1.5倍。
而且，如表1所示般使自除鏽裝置4至加速冷卻裝置6之距離L、厚鋼板之搬送速度V及自除鏽裝置4至加速冷卻裝置6之時間t進行各種變化。
關於厚鋼板形狀，係以追加矯正率(%)進行評價。具體而言，若鋼板全長之翹曲及/或鋼板全寬之翹曲為由與該鋼板對應之製品規格所規定之標準值以內，則判斷為合格，若超過標準值，則判斷為追加矯正實施材，追加矯正率係以(追加矯正實施材之根數)/(對象材之總根數)×100算出。
表1之本發明例1~5中，由於能量密度均為0.10J/mm2以上，故由形狀不良所致之追加矯正率較低，而獲得良好之結果。可認為其機制在於：於利用加速冷卻裝置6進行冷卻時，寬度方向位置之表面溫度之偏差幾乎不存在而可均一地冷卻，認為起因於厚鋼板之溫度分佈之平坦度優異，其結果，由形狀不良所致之追加矯正率變低。又，本發明例1~5均進行鏽皮去除，表面性狀亦良好。再者，表面性狀之評價係使用冷卻至室溫之厚鋼板表面之影像，使用利用鏽皮殘存部與剝離部之色調差之影像處理來判斷有無鏽皮而進行評價。
尤其，將自除鏽裝置4至加速冷卻裝置6之距離設為5m之本發明例1~3中，自利用除鏽裝置4進行之厚鋼板1之鏽皮去除結束後至利用加速冷卻裝置6開始厚鋼板1之冷卻為止的時間t與厚鋼板之搬送速度V無關且為利用加速冷卻裝置6進行之冷卻更穩定之條件即19s以下。因此，追加矯正率為5%以下而良好。
又，本發明例5即便無需如專利文獻1或專利文獻2般之較高之衝擊壓(1.0MPa)，藉由將能量密度設為本發明範圍內，亦成為良好之結果。
另一方面，未實施利用除鏽裝置4之鏽皮去除而進行利用加速冷卻裝置6之冷卻之比較例1中，可認為起因於厚鋼板之溫度分佈之平坦度惡化，而追加矯正率成為40%。
又，比較例2因鏽皮部分剝離而厚鋼板寬度方向之溫度分佈惡化，隨之，厚鋼板之平坦度亦惡化，因此，追加矯正率成為70%，該比較例2中，將除鏽裝置4之設定條件設為水壓9MPa、每1根噴嘴之噴射流量25L/min(=4.2×10-4m3/s)，其他條件設為與本發明例2相同，且將能量密度設為0.08J/mm2。
又，比較例3雖然為如專利文獻1或專利文獻2般之較 高之衝擊壓之範圍內，但能量密度為本發明之範圍外，因此，因鏽皮部分剝離而厚鋼板寬度方向之溫度分佈惡化，隨之，厚鋼板之平坦度亦惡化，因此，追加矯正率成為65%。
1‧‧‧厚鋼板
2‧‧‧加熱爐
3‧‧‧軋壓機
4‧‧‧除鏽裝置
5‧‧‧第1形狀矯正裝置
6‧‧‧加速冷卻裝置
7‧‧‧第2形狀矯正裝置

Claims (8)

  1. 一種厚鋼板之製造設備，其特徵在於：將熱軋機、形狀矯正裝置、除鏽裝置及加速冷卻裝置，依序自搬送方向上游側加以配置，且具有將上述除鏽裝置朝向厚鋼板之表面進行噴射之冷卻水所具有之能量密度E設為0.10J/mm2以上之能力，上述加速冷卻裝置係具備有對上述厚鋼板之上表面供給冷卻水之集管、及自該集管噴射呈懸垂之棒狀冷卻水之冷卻水噴射噴嘴，上述厚鋼板之搬送方向之最上游側列之上述冷卻水噴射噴嘴係朝上述搬送方向之上游方向傾斜，上述搬送方向之最下游側列之上述冷卻水噴射噴嘴係朝厚鋼板搬送方向之下游方向傾斜。
  2. 如申請專利範圍第1項之厚鋼板之製造設備，其中，若將自上述除鏽裝置至上述加速冷卻裝置之搬送速度設為V[m/s]，且將冷卻前之厚鋼板溫度設為T[K]，則自上述除鏽裝置至上述加速冷卻裝置之距離L[m]係滿足L≦V×5×10-9×exp(25000/T)之式。
  3. 如申請專利範圍第2項之厚鋼板之製造設備，其中，以自上述除鏽裝置至上述加速冷卻裝置之距離L成為12m以下之方式加以配置各裝置。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之厚鋼板之製造設備，其中，將自上述除鏽裝置之噴射噴嘴至上述厚鋼板之表面之噴射距離H設為40mm以上且200mm以下。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之厚鋼板之製造設備，其中，上述加速冷卻裝置係具備有設置於上述厚鋼板與上述集管之間的間隔壁，並且，於上述間隔壁中設置有多個給水口及排水口，而該等給水口係內插有上述冷卻水噴射噴嘴之下端部，該等排水口係將 被供給至上述厚鋼板之上表面之冷卻水朝向上述間隔壁上面排出。
  6. 如申請專利範圍第4項之厚鋼板之製造設備，其中，上述加速冷卻裝置係具備有設置於上述厚鋼板與上述集管之間的間隔壁，並且，於上述間隔壁中設置有多個給水口及排水口，而該等給水口係內插有上述冷卻水噴射噴嘴之下端部，該等排水口係將被供給至上述厚鋼板之上表面之冷卻水朝向上述間隔壁上面排出。
  7. 一種厚鋼板之製造方法，其係使用申請專利範圍第1項之厚鋼板之製造設備者，且其係依照熱軋步驟、熱矯正步驟及加速冷卻步驟之順序製造厚鋼板之方法，其特徵在於：於上述熱矯正步驟與冷卻步驟之間，具有對厚鋼板之表面加以噴射能量密度E為0.10J/mm2以上之冷卻水之除鏽步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項之厚鋼板之製造方法，其中，自上述除鏽步驟結束至上述加速冷卻步驟開始之時間t[s]係滿足t≦5×10-9×exp(25000/T)之式，其中，T為冷卻前之厚鋼板溫度(K)。
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