WO2010110473A1

WO2010110473A1 - 厚鋼板の製造設備及び製造方法

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Publication number: WO2010110473A1
Application number: PCT/JP2010/055497
Authority: WO
Inventors: 黒木高志; 中田直樹; 平田健二; 古米孝行; 藤井幸生; 寺▲崎▼元治
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2010-09-30
Also published as: CN102361704A; EP2412455A1; KR101563206B1; JP2010247228A; CN102361704B; US20120017660A1; EP2412455B1; EP2412455A4; JP5614040B2; KR20140004265A; KR20110115163A

Abstract

　デスケーリング工程において冷却水を噴射する能力を低く設定しながら、冷却工程で均一な冷却を図ることにより、鋼板形状および機械特性に優れた厚鋼板の製造設備を提供する。具体的には、熱間圧延機３、形状矯正装置５、デスケーリング装置４及び冷却装置６をこの順序で搬送方向上流側から配置し、デスケーリング装置が厚鋼板１の表面に向けて噴射する冷却水の衝突圧力Ｐ［ＭＰａ］を１．５ＭＰａ以上とした。

Description

厚鋼板の製造設備及び製造方法

　本発明は、厚鋼板（ｓｔｅｅｌ　ｐｌａｔｅ）の熱間圧延（ｈｏｔ　ｒｏｌｌｉｎｇ）、形状矯正（ｈｏｔ　ｌｅｖｅｌｉｎｇ）及び冷却（ｃｏｏｌｉｎｇ）を行う厚鋼板の製造設備（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｆａｃｉｌｉｔｙ）及び製造方法に関する。

　近年、厚鋼板の製造プロセスとして冷却制御の適用が拡大している。しかしながら、一般に熱間厚鋼板（ｈｏｔ　ｒｏｌｌｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｐｌａｔｅ）は、形状（ｓｈａｐｅ）、表面性状（ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）などが必ずしも均一でないため、冷却中に厚鋼板内に温度ムラ（ｓｔｒｉｐ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）が発生しやすく、冷却後の厚鋼板に変形（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、残留応力（ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｓｔｒｅｓｓ）、材質不均一（ｍａｔｅｒｉａｌ　ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）などが生じることで、品質不良（ｐｏｏｒ　ｑｕａｌｉｔｙ）や操業上のトラブル（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｔｒｏｕｂｌｅ）を招いている。
　そこで、特許文献１では、仕上げ圧延（ｆｉｎｉｓｈ　ｒｏｌｌｉｎｇ）の最終パス（ｆａｉｎａｌ　ｐａｓｓ）の直前および直後の少なくとも一方でデスケーリング（ｄｅｓｃａｌｉｎｇ）を行い、続いて熱間矯正（ｈｏｔ　ｌｅｖｅｌｉｎｇ）を行い、その後にデスケーリングを行い、加速冷却（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ）を開始する方法が開示されている。
　また、特許文献２では、仕上げ圧延、熱間矯正を行い、制御冷却（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ）の直前にデスケーリングを行い、制御冷却を行う方法が開示されている。

特開平９−５７３２７号公報特許第３７９６１３３号

　しかし、上記特許文献１，２の方法で実際に厚鋼板を製造すると、デスケーリングにおいてスケール（ｓｃａｌｅ）が完全には剥離せず、むしろデスケーリングによりスケールむら（ｓｃａｌｅ　ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を発生させてしまい、表面性状不良となってしまう場合がある。すなわち、特許文献１，２には、デスケーリングにおける冷却水の厚鋼板表面への衝突圧力（ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｉｍｐａｃｔ）についての記載はないが、特許文献１，２に記載のノズルからの噴射圧力（ｓｐｒａｙｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ）や噴射距離（ｓｐｒａｙｉｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ）、さらには一般的なノズル（ｎｏｚｚｌｅ）の種類から導き出される衝突圧力では、特許文献１で０．０８~１．００ＭＰａ（特許文献１の段落番号（００４５）~（００４６）の条件にエバーロイ製デスケーリングノズルＤＮＸまたはＤＮＨを用いると、噴射角が２３°なので、本明細書の段落番号（００３０）~（００３１）に記載の（１）式および（２）式から、衝突圧力が０．０８~１．００ＭＰａとなる。）、特許文献２で０．０６~０．０８ＭＰａ程度（特許文献２の段落番号（００２４）の条件にエバーロイ製デスケーリングノズルＤＮＸを用いると、噴射角が３７°なので、本願明細書の段落番号（００３０）~（００３１）に記載の（１）式および（２）式から、衝突圧力が０．０６~０．０８ＭＰａとなる。）と予測され、冷却水（ｃｏｏｌｉｎｇ　ｗａｔｅｒ）の衝突圧力が低く、均一にデスケーリングできるほどの能力はない。その結果、スケールの剥離の有無部分で、表面性状が異なるため、制御冷却時に均一な冷却を行なえないという問題点がある。

　特に近年、厚鋼板に要求される材質均一性のレベルは厳しくなっており、上記のようなスケールむらによって生じる制御冷却時の冷却速度（ｃｏｏｌｉｎｇ　ｒａｔｅ）の不均一が、特に厚鋼板幅方向の材質の均一性へ与える悪影響を無視できなくなってきている。
　そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、デスケーリング工程において均一なデスケーリングを行い、冷却工程で均一な冷却を図ることにより、鋼板形状および機械的性質（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ）に優れた厚鋼板の製造設備及び製造方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明に係る厚鋼板の製造設備は、熱間圧延機（ｈｏｔ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｉｌｌ）、形状矯正装置（ｈｏｔ　ｌｅｖｅｌｅｒ）、デスケーリング装置（ｄｅｓｃａｌｅｒ）及び冷却装置（ｃｏｏｌｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）をこの順序で搬送方向上流側から配置し、前記デスケーリング装置が厚鋼板の表面に向けて噴射する冷却水の衝突圧力Ｐ［ＭＰａ］を１．５ＭＰａ以上とした。
　本発明者等は、高圧水（ｈｉｇｈ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｗａｔｅｒ）によりスケールの除去（ｒｅｍｏｖａｌ）を起こす力について鋭意検討したところ、熱間形状矯正後にデスケーリングを行なう場合には、図５に示すように、デスケーリング装置から厚鋼板に噴射する冷却水の衝突圧力が１．５ＭＰａ以上であれば、製品のスケール厚み（ｓｃａｌｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）が減少し、均一化することを明らかにした。高衝突圧（ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｉｍｐａｃｔ）のデスケーリングにより一旦スケールが均一に完全剥離（ｒｅｍｏｖｅ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ）し、その後、スケールが薄く均一に再生成したためである。したがって、この発明によると、冷却装置を通過する前の厚鋼板のスケール厚みが薄く均一になるので、冷却装置を通過するときに、厚鋼板の幅方向位置の表面温度のバラツキが殆ど無く均一に冷却することができ、鋼板形状、機械的性質に優れた厚鋼板となる。

　また、形状矯正装置で厚鋼板の形状矯正をした後に、デスケーリング装置で厚鋼板の表面に発生したスケールを除去するようにしたので、デスケーリング装置の噴射ノズル（ｓｐｒａｙｉｎｇ　ｎｏｚｚｌｅ）を、形状矯正した厚鋼板の表面に近づけることが可能となり、デスケーリング能力が向上する。あるいは、所定の衝突圧力を得るためのデスケーリング装置の冷却水を噴射する能力を低く設定することが可能となる。

　また、本発明に係る厚鋼板の製造設備は、前記デスケーリング装置から前記冷却装置までの厚鋼板の搬送速度をＶ［ｍ／ｓ］、冷却前の厚鋼板温度をＴ［Ｋ］とすると、前記デスケーリング装置から前記冷却装置までの距離Ｌ［ｍ］は、Ｌ≦Ｖ×５×１０^−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）の式を満たしていることが好ましい。この発明によると、冷却装置による厚鋼板の冷却を安定させることが可能となる。

　また、本発明に係る厚鋼板の製造設備は、前記デスケーリング装置から前記冷却装置までの距離Ｌが１２ｍ以下となるように各装置を配置することが好ましい。この発明によると、冷却装置による厚鋼板の冷却が非常に安定する。
　また、本発明に係る厚鋼板の製造設備は、前記デスケーリング装置の噴射ノズルから前記厚鋼板の表面までの距離Ｈが、４０ｍｍ以上で１４０ｍｍ以下とすることが好ましい。この発明によると、所定の衝突圧力を得るためのデスケーリング装置の噴射圧力、噴射流量などが小さくてデスケーリング装置のポンプ圧力（ｐｕｍｐｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅまたはｐｕｍｐ　ｃａｐａｃｉｔｙ）の低減化を図ることができる。

　また、本発明に係る厚鋼板の製造設備は、前記冷却装置が、前記厚鋼板の上面に冷却水を供給するヘッダ（ｈｅａｄｅｒ）と、該ヘッダから懸垂した棒状冷却水（ｒｏｄ−ｌｉｋｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｗａｔｅｒ）を噴射する冷却水噴射ノズルと、前記厚鋼板と前記ヘッダとの間に設置される仕切り板（ｄｉｖｉｄｉｎｇ　ｐｌａｔｅ）とを備えるとともに、前記仕切り板には、前記冷却水噴射ノズルの下端部を内挿する給水口（ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｉｎｌｅｔ）と、前記厚鋼板の上面に供給された冷却水を前記仕切り板上へ排水する排水口（ｄｒａｉｎ　ｏｕｔｌｅｔ）とが、複数設けられていることが好ましい。
　この発明によると、冷却水噴射ノズルから給水口を介して供給された冷却水が、厚鋼板の上面を冷却して高温の排水となって排水口から仕切り板の上方に流れていき、冷却後の排水が厚鋼板から速やかに排除されるようになっているので、冷却装置の十分且つ幅方向均一な冷却能力（ｃｏｏｌｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を得ることができる。

　また、本発明に係る厚鋼板の製造方法は、熱間圧延工程、熱間矯正工程及び冷却工程の順番で厚鋼板を製造する方法において、前記熱間矯正工程及び前記冷却工程の間に、厚鋼板の表面に衝突圧力１．５ＭＰａ以上の冷却水を噴射するデスケーリング工程を有するようにした。
　この発明によると、冷却工程を行なう前の厚鋼板のスケール厚みが薄く均一になるので、冷却工程を行なう際に、厚鋼板の幅方向位置の表面温度のバラツキ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）が殆ど無く均一に冷却することができ、鋼板形状、機械的性質に優れた厚鋼板を製造することができる。
　さらに、本発明に係る厚鋼板の製造方法は、冷却前の厚鋼板温度をＴ［Ｋ］とすると、前記デスケーリング工程の完了から前記冷却工程の開始までの時間ｔ［ｓ］は、ｔ≦５×１０^−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）の式を満たしていることが好ましい。この発明によると、冷却工程による厚鋼板の冷却を安定させることが可能となる。

　本発明に係る厚鋼板の製造設備及び製造方法によると、デスケーリング工程において均一なデスケーリングを行なうことができ、また、冷却工程で均一な冷却を図ることにより、鋼板形状および機械特性に優れた厚鋼板を製造することができる。

本発明に係る熱間圧延設備の概要を示す図である。本発明に係る熱間圧延設備を構成する冷却装置の一例を示す図である。冷却装置を構成する仕切り板を示す図である。冷却装置の冷却水及び排水（ｄｒａｉｎａｇｅ　ｗａｔｅｒ）の流れ（ｆｌｏｗ）を示す図である。デスケーリング装置の冷却水の衝突圧力と厚鋼板の製品表面に発生するスケール厚みの関係を示す図である。本発明における冷却工程時の厚鋼板の中心からの幅方向位置と温度との関係を示すグラフである。冷却工程の前にデスケーリング工程を備えていない従来設備における冷却工程時の厚鋼板の中心からの幅方向位置と温度との関係を示すグラフである。デスケーリング装置の噴射流量（ｓｐｒａｙ　ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ）、ノズル噴射角（ｓｐｒａｙ　ａｎｇｌｅ　ｏｆ　ｎｏｚｚｌｅ）、ノズル迎え角（ａｎｇｌｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｐｒａｙ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｌｉｎｅ）を一定の値に設定し、１．５ＭＰａの衝突圧力を達成するための噴射圧力と噴射距離との関係を示したグラフである。

　以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
　本実施形態に係る熱間圧延設備は、図１に示すように、厚鋼板１の搬送方向上流側から順に、加熱炉２、熱間圧延機３、第１の形状矯正装置５、デスケーリング装置４、冷却装置６、第２の形状矯正装置７が設置されている。

　加熱炉２から抽出されたスラブ（ｓｌａｂ）は、熱間圧延機３を複数回通板することで所定板厚の厚鋼板１に圧延され、熱間圧延成形された厚鋼板１はテーブルローラ（ｔａｂｌｅ　ｒｏｌｌｅｒ）（不図示）上を上流側（ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｓｉｄｅ）から下流側（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ　ｓｉｄｅ）の第１の形状矯正装置５に向けて搬送される。熱間圧延機３は１機のみ図示しているが、粗圧延機（ｒｏｕｇｈ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｉｌｌ）、仕上げ圧延機（ｆｉｎｉｓｈ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｉｌｌ）で構成してもよい。
　第１の形状矯正装置５は、熱間圧延中に厚鋼板１に発生した歪（ｓｔｒａｉｎ）を除去をするものであり、上下に千鳥状（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ　ｌａｙｏｕｔ）に配設された矯正ロールによって厚鋼板１を挟圧するローラーレベラー方式（ｒｏｌｌｅｒ　ｌｅｖｅｌｅｒ　ｔｙｐｅ）の形状矯正装置を図示しているが、これに限定されずスキンパス圧延機（ｓｋｉｎ−ｐａｓｓ　ｍｉｌｌ）あるいはプレス装置（ｐｒｅｓｓ　ｍａｃｈｉｎｅ）を用いてもよい。また、熱間圧延機３が粗圧延機及び仕上げ圧延機で構成されている場合には、仕上げ圧延機でスキンパス圧延（ｓｋｉｎ−ｐａｓｓ　ｒｏｌｌｉｎｇ）を行ってもよい。

　第２の形状矯正装置７は、冷却装置６による冷却中に厚鋼板１に発生した歪を除去するものであるが、本発明ではこの形状矯正装置は使用しなくても良い。また、第２の形状矯正装置７はローラーレベラー方式を用いているが、これに限定されずスキンパス圧延機あるいはプレス装置を用いてもよい。
　冷却装置６は、熱間圧延後の高温の厚鋼板１を所定の温度条件で制御冷却することにより、厚鋼板１の組織を制御し、所望の材質を得るための装置である。所望の冷却条件が得られるものであれば、どのような冷却装置を用いてもよいが、厚鋼板１の上下面、長手方向及び幅方向に均一な冷却を行なうことができる冷却装置が好ましい。そこで、本実施形態では、図２に示す、冷却能力が高く、特に幅方向の冷却均一性に優れた冷却装置６を用いる。

　本実施形態の冷却装置６は、図２に示すよう、厚鋼板１の上面に冷却水を供給する上ヘッダ１０と、この上ヘッダ１０から厚鋼板１に向かって下方に延在している上部冷却水噴射ノズル１１と、上ヘッダ１０と厚鋼板１との間に鋼板幅方向に渡って水平に設置された多数の貫通孔（ｈｏｌｅ）を有する仕切り板１２と、厚鋼板１の下面に冷却水を供給する下ヘッダ１３と、この下ヘッダ１３から厚鋼板１に向かって上方に延在している下部冷却水噴射ノズル１５と、厚鋼板１の搬送方向上流及び下流に配置した水切りロール１６，１７とを備えている。

　仕切り板１２は、図３の仕切り板１２の平面図に示すように、多数（複数）の貫通孔１８が碁盤の目状に多数形成されており、所定の貫通孔１８に、上部冷却水噴射ノズル１１が千鳥状に挿通され、上部冷却水噴射ノズル１１が挿通された貫通孔１８の下端開口部が給水口１９とされている。また、上部冷却水噴射ノズル１１が挿通されていない貫通孔１８の下端開口部が排水口２０とされている。上部冷却水噴射ノズル１１の先端は、貫通孔１８（給水口１９）に内挿されて仕切り板１２の下端部より上方になるように設置されているが、これは、仮に先端が上方に反った鋼板が進入してきた場合でも仕切り板１２によって上部冷却水噴射ノズル１１が損傷するのを防止するためである。なお、図３中の点線は、鋼板の搬送方向に平行であり、仕切り板１２の鋼板幅方向の両端部は、省略されて図示されている。

　そして、図４は、鋼板の搬送方向から見た厚鋼板の片端の側面図を示す。図４に示すように、上部冷却水噴射ノズル１１から給水口１９を介して供給された冷却水は、厚鋼板１の上面を冷却して高温の排水となり、排水口２０を介して仕切り板１２の上方に流れていくようになっている。また、下部冷却水噴射ノズル１５から供給された冷却水は、厚鋼板１の下面を冷却して下方に流れていくようになっている。
　ここで、仮に仕切り板１２がない場合、厚鋼板１の上面に供給された冷却水は、厚鋼板１の上面を幅方向に流れて排水されることとなるため、特に板幅端部付近において、この排水の流れが、上部冷却水噴射ノズル１１からの冷却水が厚鋼板１の上面に達するのを阻害し、板幅端部付近の冷却能力が低下し、幅方向に均一な冷却を行なうことができない。それ故、厚鋼板１の幅方向の温度分布は、中央部が低く、板端部が高い凹型となる。これに対し、本実施形態の冷却装置６は、冷却後の排水が厚鋼板１の上面から仕切り板１２の上方へ速やかに排除されるようになっているので、上部冷却水噴射ノズル１１から噴出される冷却水が順次厚鋼板１に接触して十分な冷却能力が得られる。

　また、仮に給水口１９と排水口２０が同一の貫通孔１８であると、厚鋼板１の上面に供給された冷却水が仕切り板１２の上方に抜けにくくなって、厚鋼板１の上面と仕切り板１２の間を板幅端部へ向かって流れるようになり、この排水の流れが上部冷却水噴射ノズル１１からの冷却水が厚鋼板１の上面に達するのを阻害し、板幅端部付近の冷却能力が低下し、幅方向に均一な冷却を行うことができない。これに対し、図２に示す本実施形態の冷却装置６は、貫通孔１８が給水口１９と排水口２０とに機能分担して設けられているため、冷却水及び冷却排水の流れが円滑である。さらに、上部冷却水噴射ノズル１１の先端は仕切り板１２の貫通孔１８に挿通されているため、仕切り板１２の上方を幅方向へ流れる排水が上部冷却水噴射ノズル１１から噴出される冷却水と干渉することがなく、幅方向に均一な冷却を行ない、図６に示すように幅方向に均一な温度分布を得ることができる。

　ちなみに、排水口２０の合計の開口面積（以下、総断面積と称す）は、上部冷却水噴射ノズル１１の合計の開口面積（以下、内径の総断面積と称す）の１．５倍以上であれば、排水口２０からの冷却水の排出が速やかに行われるので、望ましい。この値が１．５倍より小さいと、排水口の流動抵抗が大きくなり、滞留水が仕切り板上へ排水されにくくなる結果、厚鋼板の上面と仕切り板の間を板幅端部へ向かって流れるようになり、特に板幅端部付近の冷却能力が低下する。一方、排水口が多過ぎたり、排水口の開口面積（以下、断面径と称す）が大きくなりすぎると、仕切り板１２の剛性が小さくなって、鋼板が衝突したときに損傷し易くなる。したがって、排水口２０の総断面積と上部冷却水噴射ノズル１１の内径の総断面積の比は１．５から２０の範囲が好適である。

　また、冷却水が滞留水を貫通して鋼板に到達し、幅方向に均一な冷却を行うようにするためには、上部冷却水噴射ノズル１１の内径、長さ、冷却水の噴射速度やノズル距離も最適にすることが望ましい。
　即ち、ノズル内径は３~８ｍｍが好適である。３ｍｍより小さいとノズルから噴射する水の束が細くなり勢いが弱くなる。一方ノズル径が８ｍｍを超えると流速が遅くなり、滞留水を貫通する力が弱くなるからである。

　上部冷却水噴射ノズル１１の長さは１２０~２４０ｍｍが好適である。上部冷却水噴射ノズル１１が１２０ｍｍより短いと、上ヘッダ１０下面と仕切り板１２上面との距離が短くなりすぎるため、仕切り板１２より上側の排水スペースが小さくなり、冷却排水が円滑に排出できなくなる。一方、２４０ｍｍより長いと上部冷却水噴射ノズル１１の圧力損失（ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｌｏｓｓ）が大きくなり、滞留水（ｒｅｍａｉｎｉｎｇ　ｗａｔｅｒ）を貫通する力が弱くなるからである。

　ノズルからの冷却水の噴射速度は６ｍ／ｓ以上が望ましい。６ｍ／ｓ未満では、滞留水を冷却水が貫通する（ｐａｓｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｒｅｍａｉｎｉｎｇ　ｗａｔｅｒ）力が極端に弱くなるからである。８ｍ／ｓ以上であれば、より大きな冷却能力を確保できるので好ましい。また、上部冷却水噴射ノズル１１の下端から鋼板１の表面までの距離は、３０~１２０ｍｍとするのが良い。３０ｍｍ未満では、鋼板１が仕切り板１２に衝突する頻度が極端に多くなり設備保全が難しくなる。１２０ｍｍ超えでは、冷却水が滞留水を貫通する力が極端に弱くなるからである。

　本実施形態の冷却装置６が最も効果を発揮する水量密度の範囲は、１．５ｍ^３／ｍ^２・ｍｉｎ以上である。水量密度（ｗａｔｅｒ　ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ）がこれよりも低い場合には滞留水がそれほど厚くならず、棒状冷却水を自由落下させて鋼板を冷却する公知の技術を適用しても、幅方向の温度むらはそれほど大きくならない場合もある。一方、水量密度が４．０ｍ^３／ｍ^２・ｍｉｎよりも高い場合でも、本実施形態の冷却装置６を用いることは有効であるが、設備コストが高くなるなど実用化の上での問題があるので、１．５~４．０ｍ^３／ｍ^２・ｍｉｎが最も実用的な水量密度である。

　なお、図２に示す冷却装置６では、上面側の冷却装置と同様の下部冷却水噴射ノズル１２を備えた下ヘッダ１３の例を示したが、鋼板下面側の冷却では噴射された冷却水は鋼板に衝突した後に自然落下するので、鋼板上面側のように幅方向の温度むらが大きな問題となることはなく、したがって鋼板下面側の冷却装置については特に限定されるものではない。

　一方、デスケーリング装置４は、熱間圧延後、第１の形状矯正装置５で厚鋼板１に発生した歪の除去をした後の厚鋼板１の表面に複数の噴射ノズルを向け、それらノズルから高圧水を噴射することで、厚鋼板１の表面に発生したスケールを除去する装置である。
　ここで、本実施形態は、デスケーリング装置４の噴射ノズルから厚鋼板１の表面に噴射する高圧水の衝突圧力Ｐ［ＭＰａ］を１．５ＭＰａ以上に設定し、このデスケーリング装置４で厚鋼板１の表面に発生したスケールを除去し、次いで、冷却装置６で厚鋼板１の冷却を行なうことにより、厚鋼板１の鋼板形状及び機械的性質を向上させることができる。

　この理由は次の通りである。従来の熱間圧延設備により矯正装置を通過させ、デスケーリング装置による表面処理を行なわないと部分的にスケールが剥離する場合があり、スケール剥離有無で１０~５０μｍ程度スケール厚み分布のバラツキが生じる。その場合、冷却装置による冷却時には厚鋼板を均一に冷却することが困難である。つまり、従来の熱間圧延設備でスケール厚み分布のバラツキが生じた厚鋼板を冷却すると、図７は、鋼板中心から鋼板幅方向の温度分布を示したもので、図７に示すように、スケールが局部的に残った部分では、よく冷却されて温度が下がるために、幅方向位置の表面温度のバラツキが大きく、均一に冷却することができないので、鋼板形状、機械的性質に影響がある。

　これに対して、本発明者等は、デスケーリング条件によってはスケール剥離が十分に行われず、むしろスケールむらを助長することが分かった。そして、スケール剥離を十分に起こす力について鋭意検討したところ、熱間形状矯正後にデスケーリングを行なう場合には、図５に示すように、デスケーリング装置４の噴射ノズルから厚鋼板１の表面に噴射する衝突圧力Ｐ［ＭＰａ］が１．５ＭＰａ以上であれば、スケールが均一に完全剥離し、その後再生成するスケール厚みが５μｍ以下で均一となることも明らかにした。特に、衝突圧力Ｐ［ＭＰａ］を２．０ＭＰａ以上に設定すると、均一薄スケール化を実現することができる。

　衝突圧力Ｐは、例えば、実験的に求められた次の（１）式が知られており、この（１）式で計算される衝突圧力Ｐｃを、ＳＩ単位系のＭＰａに変換した値である。
　Ｐｃ＝０．０５７５７×（Ｑ／Ａ）^１．０８×Ｐｓ^{０．４７３}　……（１）
ただし、Ｐｃ：衝突圧力［ｋｇｆ／ｃｍ^２］、Ｑ：噴射流量［Ｌ／ｍｉｎ］、Ａ：噴射面積［ｃｍ^２］、Ｐｓ：噴射圧力［ｋｇｆ／ｃｍ^２］である。

　ここで、噴射面積Ａは、噴射実験により次の（２）式で求められている。
　Ａ＝Ｂ×Ｔ＝（２Ｈｔａｎ（θ／２））×（０．０５１Ｈ^０．７８×Ｑ^０．０９×Ｐｓ^{−０．０４５}）　……（２）
ただし、Ｂ：スプレーの噴射幅［ｃｍ］、Ｔ：スプレーの噴射厚み［ｃｍ］、Ｈ：噴射距離（デスケーリング装置４の噴射ノズルと厚鋼板１表面との距離）［ｃｍ］、θ：ノズル噴射角（ノズルから噴射されるデスケーリング水の拡がりの角度）［°］である。

　（１）式に（２）式を代入すると、近似式として、
　Ｐｃ＝０．６７７５×Ｑ×Ｈ^−２（ｔａｎ（θ／２））^{−１．０８}×Ｐｓ^０．５　……（３）
が得られる。
　なお、衝突圧力Ｐｃを求める式の形はこれに限るものではなく、実際に噴射実験を行い、圧力センサー（ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ）によって測定した着水位置（ｄｉｒｅｃｔ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ　ｏｒ　ｉｍｐａｃｔ　ｐｏｉｎｔ）での圧力値を回帰した式などを用いればよい。

　そして、所定の衝突圧力を得るための噴射距離Ｈ［ｃｍ］は、（３）式を変形して、次の（４）式で求められる。
Ｈ＝（（０．６７７５×Ｑ×（ｔａｎ（θ／２））^{−１．０８}×Ｐｓ^０．５）／Ｐｃ）^０．５…（４）
ただし、Ｐｃ：衝突圧力［ｋｇｆ／ｃｍ^２］、Ｑ：噴射流量［Ｌ／ｍｉｎ］、Ｐｓ：噴射圧力［ｋｇｆ／ｃｍ^２］、θ：ノズル噴射角［°］である。
　これより、厚鋼板１の表面に噴射する衝突圧力Ｐ［ＭＰａ］を１．５ＭＰａ以上とするためには、噴射距離Ｈを、（４）式でＰｃ＝１．５／９．８×１００＝１５．３［ｋｇｆ／ｃｍ^２］を代入して求められるＨの値以下とすればよい。

　ここで、図８は、噴射流量Ｑを６４Ｌ／ｍｉｎ、ノズル噴射角θ（噴射水が拡がる角度）を３２°、ノズル迎え角（噴射水の中心軸を、鋼板に対して鉛直方向から鋼板進行方向の上流側へずらした角度）を１５°としたとき、１．５ＭＰａの衝突圧力Ｐを達成するための噴射圧力Ｐｓと噴射距離Ｈとの関係を示したグラフであり、噴射圧力Ｐｓが５０ＭＰａの場合には、噴射距離Ｈが１７５ｍｍ以下、噴射圧力Ｐｓが３０ＭＰａの場合には、噴射距離Ｈが１５０ｍｍ以下、噴射圧力Ｐｓが１７．７ＭＰａの場合には、噴射距離Ｈが１３０ｍｍ以下、噴射圧力Ｐｓが１４．７ＭＰａの場合には、噴射距離Ｈが１２５ｍｍ以下とすればよいことがわかる。

　そして、噴射距離Ｈが小さいほど、所定の衝突圧力Ｐを得るための噴射圧力Ｐｓ、噴射流量Ｑなどが小さくてデスケーリング装置４のポンプ能力の低減化を図ることができるので、噴射距離Ｈを１４０ｍｍ以下とすることが好ましく、噴射距離Ｈを１００ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。本実施形態では、第１の形状矯正装置５で形状矯正された厚鋼板１が、デスケーリング装置４内に移動してくるので、デスケーリング装置４の噴射ノズルを厚鋼板１の表面に近づけることが可能であるが、ノズルと厚鋼板１との接触を考慮して、噴射距離Ｈは４０ｍｍ以上、１４０ｍｍ以下が好ましい。

　また、通常のデスケーリング装置４で使用しているポンプの吐出圧力（ｓｐｒａｙｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が１４．７ＭＰａ（１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２）以下なので、ノズル先端での噴射圧力は、途中経路の圧損で、１４．７ＭＰａよりもさらに低下する。したがって、通常よりも高い噴射圧力Ｐｓをもつ吐出圧力の高いポンプを使用することが好ましい。噴射圧力Ｐｓの上限は特に決めないが、噴射圧力Ｐｓを高くすると使用電力（ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ）が膨大となるので、噴射圧力Ｐｓは５０ＭＰａ以下が好ましい。なお、噴射圧力Ｐｓが５０ＭＰａのポンプは、現在商用ポンプ（ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｌｙ　ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｐｕｍｐ）の最高噴射圧力である。

　このように、本実施形態によると、高圧水の衝突圧力Ｐを１．５ＭＰａ以上に設定したデスケーリング装置４が厚鋼板１の表面に発生したスケールを除去することでスケール厚み分布のバラツキが無くなるので、冷却装置６で厚鋼板１を冷却した際に、図６に示すように、幅方向位置の表面温度のバラツキが殆ど無く均一に冷却することができ、鋼板形状、機械的性質に優れた厚鋼板１を製造することができる。

　なお、デスケーリング装置による表面処理なしで冷却装置を通過した厚鋼板の幅方向の温度むらは４０℃程度となるが、前述した本発明のデスケーリングを施した後に一般的な冷却装置による冷却を行った厚鋼板の幅方向温度むらは１０℃程度に減少する。さらに、デスケーリング装置４を通過して本発明のデスケーリングを施した後、図２に示す本実施形態の冷却装置６により幅方向に均一な冷却を施した厚鋼板１の幅方向の温度むらは４℃程度にまで減少する。

　ところで、冷却装置６による厚鋼板１の冷却時の安定性に影響を及ぼす厚鋼板１の表面のスケールについて、厚鋼板１のスケールの成長は一般的に拡散律速（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ）で表せるとされ、次の（５）式で表されることが知られている。
　ξ^２＝ａ×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）×ｔ　……（５）
ただし、ξ：スケール厚み、ａ：定数（ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｎｕｍｂｅｒ）、Ｑ：活性化エネルギー（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　ｅｎｅｒｇｙ）、Ｒ：定数、ｔ：時間である。

　そこで、デスケーリング装置４によるスケール除去の後のスケール成長を考慮し、種々の温度、時間でスケール成長のシミュレーション（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）を行い、上式の定数を導出した。さらに、スケール厚みと冷却安定性（ｃｏｏｌｉｎｇ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）について鋭意検討した結果、スケール厚みが１５μｍ以下で冷却が安定し、スケール厚みが１０μｍ以下でより安定し、スケール厚みが５μｍ以下で非常に安定することを知見した。

　すなわち、デスケーリング装置４による厚鋼板１のスケールを除去終了後から、冷却装置６で厚鋼板１の冷却を開始するまでの時間ｔ［ｓ］が、次の（６）式を満たす場合に、冷却装置６による冷却が安定することが明らかとなった。
　ｔ≦５×１０^−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）　……（６）
ただし、Ｔ：冷却前の厚鋼板温度［Ｋ］である。
　また、デスケーリング装置４による厚鋼板１のスケールを除去終了後から、冷却装置６で厚鋼板１の冷却を開始するまでの時間ｔ［ｓ］が、次の（７）式を満たす場合に、冷却装置６による冷却がより安定することが明らかとなった。
　ｔ≦２．２×１０^−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）　……（７）

　さらに、デスケーリング装置４による厚鋼板１のスケールを除去終了後から、冷却装置６で厚鋼板１の冷却を開始するまでの時間ｔ［ｓ］が、次の（８）式を満たす場合に、冷却装置６による冷却が非常に安定することが明らかとなった。
　ｔ≦５．６×１０^−１０×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）　……（８）
　一方、デスケーリング装置４から冷却装置６までの距離Ｌは、厚鋼板１の搬送速度Ｖと、時間ｔ（デスケーリング装置４の工程終了から冷却装置６の工程開始までの時間））とに対して次の（９）式を満たすように設定する。
　Ｌ≦Ｖ×ｔ　　…（９）

　そして、上記（９）式は、上記（６）式から、次の（１０）式を満足することがより好ましい。
　Ｌ≦Ｖ×５×１０^−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）　……（１０）
　また、上記（９）式は、上記（７）式から、次の（１１）式を満足することがさらに好ましい。
　Ｌ≦Ｖ×２．２×１０^−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）　……（１１）

　さらに、上記（９）式は、上記（８）式から、次の（１２）式を満足することが好ましい。
　Ｌ≦Ｖ×５．６×１０^−１０×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）　……（１２）
　上記の（１０）~（１２）式から、例えば冷却装置６による冷却前の厚鋼板１の温度を８２０℃とし、厚鋼板１の搬送速度を０．２８~２．５０ｍ／ｓとすると、デスケーリング装置４から冷却装置６までの距離Ｌは１２~１０７ｍ以下で冷却が安定し、５~４７ｍ以下で冷却がより安定し、１．３~１２ｍ以下で冷却が非常に安定する。

　これより、デスケーリング装置４から冷却装置６までの距離Ｌを１２ｍ以下とすると、厚鋼板１の搬送速度Ｖが遅い（例えばＶ＝０．２８ｍ／ｓ）場合でも冷却は安定し、逆に、厚鋼板１の搬送速度Ｖが早い（例えばＶ＝２．５０ｍ／ｓ）場合には冷却が非常に安定するので、好ましい。なお、より好ましいのは、デスケーリング装置４から冷却装置６までの距離Ｌが５ｍ以下である。

　さらに、制御冷却を必要とする品種の厚鋼板１の大部分は搬送速度Ｖが０．５ｍ／ｓ以上であることを考えると、この搬送速度Ｖで冷却が非常に安定する条件である距離Ｌが２．５ｍ以下とすることがさらに好ましい。
　以上のように、本実施形態の熱間圧延設備は、デスケーリング装置４の噴射ノズルから厚鋼板１の表面に噴射する衝突圧力Ｐ［ＭＰａ］を１．５以上に設定することで厚鋼板１に発生しているスケールの均一化を図り、冷却装置６で均一な冷却を図ることにより、形状及び機械的性質に優れた厚鋼板１を製造することができる。

　また、第１の形状矯正装置５で厚鋼板１の形状矯正をした後に、デスケーリング装置４で厚鋼板１の表面に発生したスケールを除去する工程を行なうことで、デスケーリング装置４の噴射ノズルを厚鋼板１の表面に近づけることが可能となり、噴射距離Ｈ（デスケーリング装置４の噴射ノズルと厚鋼板１の表面距離）を４０ｍｍ以上、１４０ｍｍ以下にするとデスケーリング能力が向上し、あるいは、所定の衝突圧力Ｐを得るための噴射圧力Ｐｓ、噴射流量Ｑなどが小さくて済むのでデスケーリング装置４のポンプ能力の低減化を図ることができる。

　また、デスケーリング装置４から冷却装置６までの距離Ｌを、Ｌ≦Ｖ×５×１０^−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）を満たすようにしても、冷却装置６による厚鋼板１の冷却を安定させることができる。
　また、デスケーリング装置４による厚鋼板１のスケールを除去終了後から冷却装置６で厚鋼板１の冷却を開始するまでの時間ｔ［ｓ］を、ｔ≦５×１０^−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）を満たすようにすると、冷却装置６による厚鋼板１の冷却を安定させることができる。

　さらに、本実施形態の冷却装置６は、図４に示したように、上部冷却水噴射ノズル１１から給水口１９を介して供給された冷却水が、厚鋼板１の上面を冷却して高温の排水となり、上部冷却水噴射ノズル１１が挿通されていない貫通孔１８を排水流路として仕切り板１２の上方から厚鋼板１の幅方向に流れていき、冷却後の排水が厚鋼板１から速やかに排除されるようになっているので、上部冷却水噴射ノズル１１から給水口１９を介して流れてくる冷却水が順次厚鋼板１に接触することで、十分且つ幅方向に均一な冷却能力を得ることができる。

　なお、本実施形態のように、圧延中に発生した歪は第１の形状矯正装置５で矯正し、デスケーリング装置４で厚鋼板１の表面処理を行い、冷却の制御性を安定化させることにより、第２の形状矯正装置７により処理する厚鋼板１はもともと平坦度が高く厚鋼板１の温度も均一であるため、第２の形状矯正装置７の矯正反力はあまり高くする必要はない。また、冷却装置６と第２の形状矯正装置７との距離は、ラインで製造する厚鋼板１の最大長さよりも長くするとよい。これは第２の形状矯正装置７でリバース矯正などを実施する場合も多いため、逆送した厚鋼板１が搬送ロール上で跳ねて、冷却装置７に衝突するなどのトラブルを防ぐ効果や、冷却中に発生したわずかな温度偏差を均一化し、矯正後に温度偏差に起因した反りの発生を避ける効果が期待できる。

　熱間圧延機３によって圧延した板厚３０ｍｍ、幅３５００ｍｍの厚鋼板１を、第１の形状矯正装置５及びデスケーリング装置４を通過してから、８２０℃から４２０℃までの冷却制御を行った。ここで、前述の（６）、（７）、（８）式から計算される冷却が安定する条件は、デスケーリング装置４による厚鋼板１のスケールを除去終了後から冷却装置６で厚鋼板１の冷却を開始するまでの時間ｔが４２ｓ以下で、好ましくは１９ｓ以下、さらに好ましくは５ｓ以下である。

　デスケーリング装置４は、ノズルの噴射圧力が１７．７ＭＰａ、ノズル１本あたりの噴射流量が６４Ｌ／ｍｉｎ／本、噴射距離（デスケーリング装置４の噴射ノズルと厚鋼板１の表面距離）が１３０ｍｍ、ノズル噴射角度が３２°、迎え角が１５°とし、隣り合うノズルの噴射領域がある程度ラップされるように幅方向に１列並べたものであり、幅方向全ての位置で衝突圧力は１．５ＭＰａである。

　冷却設備６は、図２に示すように鋼板上面に供給した冷却水を仕切り板の上方に流し、さらに図４に示すように鋼板幅方向側方から排水できるような流路を設けた設備とした。仕切り板には、直径１２ｍｍの孔を碁盤の目のようにあけ、図３に示すように、千鳥格子状に配列した給水口に上部冷却水噴射ノズルを内挿し、残りの孔を排水口として用いた。上ヘッダ下面と仕切り板上面の距離は１００ｍｍとした。

　上部冷却水噴射ノズルは、内径５ｍｍ、外径９ｍｍ、長さ１７０ｍｍとし、その上端をヘッダ内へ突出させた。また、棒状冷却水の噴射速度を８．９ｍ／ｓとした。鋼板幅方向のノズルピッチは５０ｍｍとして、テーブルローラ間距離１ｍのゾーン内でノズルを長手方向に１０列並べた。上面の水量密度は、２．１ｍ^３／ｍ^２・ｍｉｎであった。上面冷却のノズル下端は、板厚２５ｍｍの仕切り板の上下表面の中間位置となるように設置し、鋼板表面までの距離は８０ｍｍとした。
　なお、下面冷却設備については、図２に示すような、仕切り板を備えないこと以外は上面冷却設備と同様の冷却設備を用い、棒状冷却水の噴射速度および水量密度を上面の１．５倍とした。

　そして、表１に示すように、デスケーリング装置４から冷却装置６までの距離Ｌ、鋼板の搬送速度Ｖおよびデスケーリング装置４から冷却装置６までの時間を種々変化させた。なお、表１のデスケーリングとは、デスケーリング装置４による厚鋼板１のスケール除去工程であり、制御冷却とは、冷却装置６による厚鋼板１の冷却工程である。

　表１の本発明例１~５（厚鋼板１）は、図６に示したように、冷却装置６で冷却した際に、幅方向位置の表面温度のバラツキが殆ど無く均一に冷却され、平坦度が優れ、形状不良による再矯正率が低く、また、表面性状も良好であった。
　特に、デスケーリング装置４から冷却装置６までの距離を５ｍとした本発明例１~３は、デスケーリング装置４による厚鋼板１のスケールを除去終了後から、冷却装置６で厚鋼板１の冷却を開始するまでの時間ｔが、鋼板の搬送速度Ｖによらず、前述した（６）式から冷却装置６による冷却がより安定する条件である１９Ｓ以下であり、再矯正率が５％以下と良好であった。

　さらに、デスケーリング装置４から冷却装置６までの距離を２．５ｍとし、ノズルの噴射圧力が１７．７ＭＰａ、ノズル１本あたりの噴射流量が６４Ｌ／ｍｉｎ／本、噴射距離（デスケーリング装置４の噴射ノズルと厚鋼板１の表面距離）が９０ｍｍ、ノズル噴射角度が４０°、ノズル迎え角が１５°とすることで衝突圧力を２．４ＭＰａとした本発明例５では、再矯正率が１％と極めて良好であった。

　一方、デスケーリング装置４によるスケール除去を実施せず、冷却装置６による冷却を行った比較例１では、鋼板の温度分布に起因したと考えられる平坦度が悪化し、再矯正率が４０％となった。
　また、デスケーリング装置４による設定条件を、水圧１０ＭＰａ、ノズル１本あたりの噴射流量が１０Ｌ／ｍｉｎ／本、噴射距離が１８０ｍｍ、ノズル噴射角度が２５°、ノズル迎え角が１５°とし、衝突圧力を０．０９ＭＰａとした比較例２は、スケールが部分剥離することで鋼板幅方向の温度分布が悪化し、再矯正率が７０％となった。

　１…厚鋼板、２…加熱炉、３…熱間圧延機、４…デスケーリング装置、５…第１の形状矯正装置（形状矯正装置）、６…冷却装置、７…第２の形状矯正装置、１０…上ヘッダ（ヘッダ）、１１…上部冷却水噴射ノズル（冷却水噴射ノズル）、１２…仕切り板、１３…下ヘッダ、１５…下部冷却水ノズル、１６，１７…水切りロール、１８…貫通孔、１９…給水口、２０…排水口

Claims

　熱間圧延機、形状矯正装置、デスケーリング装置及び冷却装置をこの順序で搬送方向上流側から配置し、前記デスケーリング装置が厚鋼板の表面に向けて噴射する冷却水の衝突圧力Ｐを１．５ＭＰａ以上とした厚鋼板の製造設備。
　前記デスケーリング装置から前記冷却装置までの搬送速度をＶ［ｍ／ｓ］、冷却前の厚鋼板温度をＴ［Ｋ］とすると、前記デスケーリング装置から前記冷却装置までの距離Ｌ［ｍ］は、Ｌ≦Ｖ×５×１０^−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）の式を満たしている請求項１記載の厚鋼板の製造設備。
　前記デスケーリング装置から前記冷却装置までの距離Ｌが１２ｍ以下となるように各装置を配置した請求項１に記載の厚鋼板の製造設備。
　前記デスケーリング装置の噴射ノズルから前記厚鋼板の表面までの距離Ｈが、４０ｍｍ以上、１４０ｍｍ以下とした請求項１乃至３の何れか１項記載の厚鋼板の製造設備。
　前記冷却装置が、前記厚鋼板の上面に冷却水を供給するヘッダと、該ヘッダから懸垂した棒状冷却水を噴射する冷却水噴射ノズルと、前記厚鋼板と前記ヘッダとの間に設置される仕切り板とを備えるとともに、前記仕切り板には、前記冷却水噴射ノズルの下端部を内挿する給水口と、前記厚鋼板の上面に供給された冷却水を前記仕切り板上へ排水する排水口とが、複数設けられている請求項１乃至４の何れか１項記載の厚鋼板の製造設備。
　熱間圧延工程、熱間矯正工程及び冷却工程の順番で厚鋼板を製造する方法において、前記熱間矯正工程及び前記冷却工程の間に、厚鋼板の表面に衝突圧力１．５ＭＰａ以上の冷却水を噴射するデスケーリング工程を有することを特徴とする厚鋼板の製造方法。
　冷却前の厚鋼板温度をＴ［Ｋ］とすると、前記デスケーリング工程の完了から前記冷却工程の開始までの時間ｔ［ｓ］は、ｔ≦５×１０^−９×ｅｘｐ（２５０００／Ｔ）の式を満たしている請求項６記載の厚鋼板の製造方法。