WO2012039270A1 - 熱延鋼帯の冷却装置 - Google Patents

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WO2012039270A1
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guide
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hot
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松本　浩一
裕二 池本
原口　洋一
一暁 小林
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三菱日立製鉄機械株式会社
住友金属工業株式会社
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    • B21B45/0233—Spray nozzles, Nozzle headers; Spray systems

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device for a hot-rolled steel strip, more specifically, suitable for use in an apparatus for producing a hot-rolled steel strip having a fine grain structure in which the crystal grain size of a ferrite structure is, for example, 3 to 4 ⁇ m or less.
  • a cooling device for a hot-rolled steel strip, more specifically, suitable for use in an apparatus for producing a hot-rolled steel strip having a fine grain structure in which the crystal grain size of a ferrite structure is, for example, 3 to 4 ⁇ m or less.
  • Patent Document 1 As a cooling device for a hot-rolled steel strip, for example, there are those disclosed in Patent Documents 1 to 3. That is, in Patent Document 1, a first cooling device provided immediately after a final stand in a finishing rolling mill of a hot rolling facility forms a belt-like or oval jet collision area on a surface to be cooled of a steel plate. And a damming roll for damming the cooling water sprayed from the nozzle, a pool of cooling water is formed in a region between the roll of the final stand and the damming roll, and the first cooling An apparatus is described in which a weir roll is arranged so that a steel sheet conveyed in the apparatus is immersed in the cooling water of the pool.
  • Patent Document 2 discloses a plurality of rotating rolls that compress a thick steel plate from above and below, a cooling water header disposed above and below the thick steel plate, and a plurality of nozzles provided on the cooling water header.
  • the cooling units are arranged in the transport direction
  • liquid ejection nozzles arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction of the cooling water header extending in the plate width direction on the outlet side of each cooling unit, and the liquid ejection nozzles Describes an apparatus in which a slit nozzle for gas injection is arranged in the vicinity of to prevent diffusion of cooling water on the outlet side of each cooling unit.
  • a pair of work rolls in contact with a rolled plate is a very small diameter roll or a different diameter roll, roll cooling means for injecting spray water onto the surface of each work roll, and a steel sheet on the outlet side of the work roll.
  • a plate cooling means for spraying spray water from the surface to the contact point between the steel plate and the work roll is provided, and the flow path of the spray water reaching the surface of the steel plate is blocked by bringing it into contact with or separating from the work roll surface.
  • an apparatus provided with a draining means for opening is described.
  • Patent Document 3 it is well known in Patent Document 3 and Patent Document 4 described later that a hot-rolled steel strip (steel plate) made of fine-grained steel is excellent in mechanical properties such as strength and toughness. It has attracted the attention of the industry because it has the effect of reducing the weight of equipment and devices made of materials and thereby reducing energy consumption.
  • Patent Document 3 states that “a hot-rolled steel sheet made of fine-grained steel by a so-called high-rolling rolling method in which hot rolling is performed while the rolled sheet is subjected to high-pressure reduction (large rolling).
  • a rolling mill for manufacturing (steel strip) is disclosed in Patent Document 1 (referred to as Patent Document 5 in the present specification) ".
  • the microstructure is refined by large pressure, and the rolled plate that generates heat during large pressure is kept in an appropriate temperature range (near the Ar 3 transformation point) by strong cooling. Grain steel hot-rolled steel sheet is obtained.
  • Patent Document 4 hot working is performed in the process of cooling a steel having a C content of 0.3% or less by weight and an alloy element content other than C of 3% or less from a temperature range above the Ar 3 transformation point.
  • the total area reduction rate of one or more times in the temperature range of (Ar 1 + 50 ° C.) to (Ar 3 + 100 ° C.) within one second is 50% or more and 95% or less.
  • the ferrite structure is cooled to a temperature range of 600 ° C. or less at a cooling rate of 20 ° C./S or more and 2000 ° C./S or less. It is described that a hot-rolled steel strip having a fine grain structure of 4 ⁇ m or less can be obtained.
  • a hot rolled steel strip having a fine grain structure can be experimentally obtained by rapid cooling at a cooling rate of, for example, about 1000 ° C./S after a large pressure reduction. If it is possible, high-quality high-strength steel or the like can be easily manufactured at a very low cost without adding an alloy element or the like.
  • the above-described conventional cooling device is insufficient in cooling capacity, or increases in cost due to the large size of the device, so that it has not been realized as a device for producing a hot-rolled steel strip having a fine grain structure.
  • the roll is arranged at about 1.1 to 1.3 times the roll diameter, not the cooling immediately after rolling. Therefore, since a sufficient nozzle cannot be arranged and a sufficient cooling rate cannot be obtained, it cannot be applied to an apparatus for producing a hot-rolled steel strip having a fine grain structure.
  • the rolling material cooling nozzle is arranged on the work roll exit side, but an injection hole for cooling the wiper by directly injecting cooling water onto the rolling material is installed. Therefore, there is a region where the rolled material cannot be cooled at the lower part (or upper part) of the portion where the wiper is installed, and the cooling rate cannot be sufficiently achieved.
  • an object of the present invention is to provide a cooling device for a hot-rolled steel strip suitable for an apparatus for producing a hot-rolled steel strip having a fine grain structure, which can increase the cooling rate of the rolled material immediately after rolling and can rapidly cool it. Is to provide.
  • a cooling device for a hot-rolled steel strip On the exit side of the work roll in the final stand of the hot finish rolling mill row, a guide having a guide surface for guiding the rolled material that has come out of the work roll in the conveying direction is provided so as to follow the change in the diameter of the work roll.
  • a rolling material cooling nozzle is installed to spray cooling water directly onto the rolled material through the injection holes.
  • a separation member for preventing the cooling water sprayed from the roll cooling nozzle from hitting the rolled material through the spray holes of the guide is provided.
  • the separation member is formed of a flexible member having one end connected to the guide and allowing the following operation of the guide.
  • the guide is supported at least by a nozzle block to which the rolling material cooling nozzle is attached, and is capable of moving forward and backward with respect to the work roll via the nozzle block.
  • the rolling mill is a cross mill that crosses the work roll.
  • a guide position adjusting device capable of following the cross state of the work roll is provided, and the position adjusting device also has a function of an advance / retreat mechanism for the work roll of the guide.
  • cooling device for a hot-rolled steel strip having the above-described configuration, a large amount of cooling water is directly sprayed from a large number of rolling material cooling nozzles through the injection holes of the guide to the rolling material.
  • the cooling rate is increased, and the rolled material can be rapidly cooled.
  • FIG. 1 is a side sectional view of a cooling device for a hot-rolled steel strip showing Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of an upper guide
  • FIG. 3A is a plan view during rolling of the upper guide
  • FIG. It is a top view at the time of roll exchange.
  • the upper work roll 12 ⁇ / b> A supported rotatably with respect to the housing 10 by a motor (not shown) via a pair of left and right upper work roll chocks 11 ⁇ / b> A.
  • the lower work roll 12B which is rotatably supported by a motor (not shown) via a pair of left and right lower work roll chocks 11B with respect to the housing 10 and located above and below the rolled material W and is cooled above A device 13A and a lower cooling device 13B are provided.
  • the upper and lower work rolls 12A and 12B can be exchanged for the housing 10 for each of the upper and lower work roll chocks 11A and 11B while being supported by the upper and lower work roll chocks 11A and 11B, respectively, as shown in FIG. 3B described later. It has become.
  • a nozzle block 14A that is long in the sheet width direction of the rolled material W is supported by the housing 10 so as to be slidable in the conveying direction of the rolled material W at both the left and right portions.
  • the pair of left and right hydraulic cylinders 15A coupled to each other can extend and retract with respect to the work roll 12A (advance / retreat mechanism).
  • a plate-like hard material guide 16A having a guide surface 16a for guiding the rolled material W coming out from the upper and lower work rolls 12A and 12B in the conveying direction is provided on the upper work roll 12A. It is provided so as to be able to follow the change in diameter.
  • the guide 16A is coupled to the lower portion of the nozzle block 14A via a bracket 17A at the center of both the left and right portions of the guide 16A by a pin 18A, and attached to the distal end portion by a weight 19 placed on the base end portion.
  • the soft plate 20 is always urged so as to contact the surface of the upper work roll 12A.
  • a large number of injection holes 21A are formed.
  • slit-shaped injection holes 21 ⁇ / b> A are inclined at a predetermined angle and arranged in multiple rows in the sheet width direction of the rolled material W, and three rows are formed by alternately changing the inclined direction in the conveying direction of the rolled material W.
  • the present invention is not limited to this, and the number, the number of rows, the shape, the arrangement, and the like are appropriately selected according to the cooling water injection nozzle to be used.
  • a cooling water header 22A is built in the nozzle block 14A, and the number corresponding to the injection holes 21A to inject a large amount of cooling water directly onto the upper surface of the rolled material W through the injection holes 21A.
  • the rolled material cooling nozzle 23A is attached downward and communicates with the rolled material cooling water header 24A.
  • High pressure cooling water is supplied from a cooling water supply source (not shown) to the rolled material cooling water header section 24A.
  • a work roll cooling water header portion 25A is integrally formed in the cooling water header 22A, and the cooling water in the work roll cooling water header portion 25A is attached to the cooling water header 22A. It is jetted onto the surface of the work roll 12A above the roll cooling nozzle 26A. A large number of roll cooling nozzles 26 ⁇ / b> A are provided in the sheet width direction of the rolled material W.
  • the work roll cooling water header 25A is supplied with high-pressure cooling water from a cooling water supply source (not shown).
  • a plate (separating member) 27 is installed.
  • the separation plate 27 is made of a flexible member such as a rubber plate that allows the follow-up operation (swing) of the guide 16A.
  • a nozzle block 14B that is long in the plate width direction of the rolled material W is supported by the housing 10 so as to be slidable in the conveying direction of the rolled material W at both the left and right portions.
  • the pair of left and right hydraulic cylinders 15B coupled to each other can be moved forward and backward with respect to the work roll 12B (advance / retreat mechanism).
  • a plate-like guide 16B made of a soft material having a guide surface 16b for guiding the rolled material W coming out from the upper and lower work rolls 12A and 12B in the conveying direction is provided on the lower work roll 12B. It is provided so as to be able to follow the change in diameter.
  • a pin 18B is slidably coupled to the upper part of the nozzle block 14B via a bracket 17B at the base ends of the left and right portions of the guide 16B, and the distal end always contacts the surface of the lower work roll 12B by its own weight. It is like that.
  • the soft plate 20 is not attached to the tip of the guide 16B like the tip of the guide 16A, but when a hard material is used for the guide 16B, the soft plate 20 is attached like the guide 16A.
  • a large number of injection holes 21B are formed in the guide 16B in the same manner as the guide 16A described above.
  • a plurality of slit-shaped injection holes 21B inclined at a predetermined angle and arranged in the plate width direction of the rolled material W are formed in two rows by changing the inclined direction in the conveying direction of the rolled material W.
  • the number, the number of rows, the shape, the arrangement, and the like are appropriately selected according to the cooling water injection nozzle to be used.
  • the nozzle block 14B has a built-in cooling water header 22B, and the number corresponding to the injection holes 21B to inject a large amount of cooling water directly into the lower surface of the rolled material W through the injection holes 21B.
  • the rolled material cooling nozzle 23B is attached upward and communicates with the rolled material cooling water header 24B. High-pressure cooling water is supplied from a cooling water supply source (not shown) to the rolled material cooling water header section 24B.
  • a work roll cooling water header portion 25B is integrally formed in the cooling water header 22B, and the cooling water in the work roll cooling water header portion 25B is attached to the cooling water header 22B. It is jetted onto the surface of the lower work roll 12B from the roll cooling nozzle 26B. A large number of roll cooling nozzles 26 ⁇ / b> B are provided in the sheet width direction of the rolled material W.
  • the work roll cooling water header 25B is supplied with high-pressure cooling water from a cooling water supply source (not shown).
  • the drainage may be difficult.
  • a part of the cooling water jetted from the quenching device sinks near the exit side of the roll bite, so that the roll is also cooled near the exit side of the bite separately from roll cooling.
  • the amount of water to be discharged from the mill can be reduced by reducing the amount of cooling water that is excessive for roll cooling.
  • the upper surface side can suppress the amount of cooling water flowing out from the cooling device width direction end.
  • the roll cooling water jet inhibits the drainage that flows downward from the opening of the guide 16B or the gap between the guide 16B and the lower work roll 12B, but the influence can be reduced. .
  • Reference numeral 28 in the figure denotes a fixed guide so that the cooling water of the rolled material cooling water header portion 24B is directly sprayed to the lower surface of the rolled material W from the rolled material cooling nozzle 23C through a notch 28a at the tip. It is also. Many notches 28a are formed in the sheet width direction of the rolled material W.
  • the nozzle blocks 14A and 14B of the upper and lower cooling devices 13A and 13B are moved as shown in FIGS.
  • the tips of the guides 16A and 16B which are at the forward position shown in 3A and are supported by the pins 18A and 18B on these nozzle blocks 14A and 14B, come into contact with the surfaces of the upper and lower work rolls 12A and 12B, respectively.
  • the guides 16A and 16B are supported by the pins 18A and 18B on the nozzle blocks 14A and 14B so as to be swingable, the upper and lower workpieces are exchanged when the roll shown in FIG. 3B is changed (this is frequently performed). Even when the diameters of the rolls 12A and 12B change, the tips always follow the surfaces of the upper and lower work rolls 12A and 12B.
  • the hydraulic cylinders 15A and 15B can be performed by changing the contraction amount in accordance with the change in the diameter of the upper and lower work rolls 12A and 12B. In this case, since the swing function is not necessary, the structure can be simplified.
  • the nozzle blocks 14A and 14B of the upper and lower cooling devices 13A and 13B are in the retracted position due to the contraction operation of the hydraulic cylinders 15A and 15B. Further, the tips of the guides 16A and 16B supported by the pins 18A and 18B are also on the upper side, separated from the surface of the lower work rolls 12A and 12B (refer to the movement amount (advance / retreat amount S) in the figure), and the upper and lower sides. Interference with the work roll chock 11A, 11B in the pull-out direction (the width direction of the rolled material W) is avoided.
  • the cooling rate of the rolled material W immediately after rolling is increased to a cooling rate of, for example, about 1000 ° C./S, and the rolled material W can be rapidly cooled.
  • work roll cooling water header portions 25A and 25B are integrally formed in the cooling water headers 22A and 22B, and the cooling water in these work roll cooling water header portions 25A and 25B is formed. Is jetted onto the surfaces of the upper and lower work rolls 12A and 12B above the roll cooling nozzles 26A and 26B, so that the upper and lower work rolls 12A and 12B are also cooled to avoid thermal deformation of the rolls. Is done.
  • the nozzle blocks 14A and 14B can be made compact. Can be planned.
  • a separating plate (separating member) 27 is provided between the front surface (work roll side surface) of the nozzle block 14A and the tip of the guide 16A. Cooling jetted from the roll cooling nozzle 26A during normal (general) rolling that does not produce rolling material cooling by stopping injection of cooling water from the sections 24A and 24B, that is, does not produce a hot-rolled steel strip having a fine grain structure. It is possible to prevent water from falling onto the upper surface of the rolled material W through the injection holes 21A of the guide 16A, and the quality deterioration of the rolled material W is avoided.
  • the separation plate 27 is made of a flexible member such as a rubber plate, the following operation (swinging) of the guide 16A can be allowed.
  • Separation members such as the separation member 101 in FIG. 6 or the separation member 103 in FIG. 7 are provided.
  • the separation member 101 is in contact with the nozzle block 14 ⁇ / b> B by a spring 102. Accordingly, it is possible to avoid the work roll cooling water sprayed from the roll cooling nozzle 26B from hitting the rolled material W through the spray holes 21B. Moreover, it can prevent that the rolling material cooling water injected from the rolling material cooling nozzle 23B is disturbed by the work roll cooling water.
  • the separation member 101 of FIG. 6 can be used in place of the upper separation plate 27.
  • the separation member 103 of FIG. 7 is configured to follow the movement of the guide 16B in the vertical direction as a flexible member like the separation plate 27 used above in FIG. .
  • FIG. 4 is a side sectional view of a hot-rolled steel strip cooling device showing Example 2 of the present invention
  • FIG. 5A is a plan view during non-cross rolling
  • FIG. 5B is a plan view during cross rolling.
  • a pair of left and right hydraulic cylinders 15A and 15B above and below the rolled material W are respectively pin-coupled to the nozzle blocks 14A and 14B and the housing 10 so as to be horizontally rotatable at the piston rod tip and the head base end.
  • the spacers 30A and 30B that are in contact with the upper and lower work roll chocks 11A and 11B are attached to the left and right front sides of the nozzle blocks 14A and 14B via a bracket 29.
  • the spacers 30A and 30B are provided in a configuration and an installation position that do not impede drainage. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same members in FIGS. 4, 5A, and 5B as those in FIGS. 1, 3A, and 3B are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the pair of left and right hydraulic cylinders 15A and 15B are expanded and contracted with the same stroke, whereby the nozzle blocks 14A and 14B and the guides 16A and 16B are moved upward and downward relative to the lower work rolls 12A and 12B.
  • 3A and 3B, as well as being moved forward and backward (advance / retreat mechanism) as shown in FIG. 5B, the strokes of the left and right hydraulic cylinders 15A and 15B are made different so that the spacers 30A and 30B come into contact with each other.
  • the upper and lower work rolls 12A and 12B can be crossed at a predetermined cross angle ⁇ via the lower work roll chock 11A and 11B (cross mechanism).
  • the same functions and effects as those of the first embodiment can be obtained in the cooling function of the rolled material W and the upper and lower work rolls 12A and 12B.
  • a cross mill for crossing 12B it is possible to reduce the pressure further than in the first embodiment, and it is possible to expect the action and effect of high pressure and high speed cooling.
  • the advance / retreat mechanism and the cross mechanism of the nozzle blocks 14A, 14B and guides 16A, 16B can be shared by the hydraulic cylinders 15A, 15B used only for the advance / retreat mechanism in the first embodiment, the structure is simplified and the cost is reduced. Can be planned.
  • FIG. 8 shows the relationship between the flow rate density and the cooling rate. It is the test result which calculated
  • required the cooling rate about the steel plate with a plate thickness of 3 mm, when supply pressure, ie, the pressure of header part 24A, 24B for rolling material cooling water is 1.5 MPa. From this test result, if the flow density ( nozzle flow rate / width direction nozzle pitch / conveying direction nozzle pitch) is set to 6 m 3 / (m 2 ⁇ min) or more, even with a water supply pressure of 1.5 MPa used in ordinary cooling equipment A cooling rate of 500 ° C./s or more can be obtained with a steel plate having a thickness of 3 mm, and a steel plate having a fine structure can be produced.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the mechanism can follow the cross state including the structural changes and material changes of the guides 16A and 16B and the hydraulic cylinders 15A and 15B without departing from the gist of the present invention. It is needless to say that various modifications such as structural changes of the cooling water headers 22A and 22B, various combinations of the cooling water headers 22A and 22B and the work roll cooling water headers 25A and 25B, etc. are possible. Absent.
  • the hot-rolled steel strip cooling device according to the present invention can be applied to an iron manufacturing process line.

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Abstract

　圧延直後の圧延材の冷却速度を上げ、急速に冷却することができる、微細粒組織からなる熱延鋼帯を製造する装置に好適な熱延鋼帯の冷却装置を提供するために、仕上圧延機列の最終スタンド（Ｓｎ）におけるワークロール（１２Ａ，１２Ｂ）の出側に、当該ワークロールを出た圧延材（Ｗ）を搬送方向に案内する案内面（１６ａ，１６ｂ）を有したガイド（１６Ａ，１６Ｂ）を前記ワークロールの径の変化に追従可能に設けると共に、前記ガイドに多数の噴射孔（２１Ａ，２１Ｂ）を開口形成し、前記噴射孔を通して圧延材に直接多量の冷却水を噴射すべく多数の圧延材冷却ノズル（２３Ａ，２３Ｂ）を設置した。

Description

熱延鋼帯の冷却装置
　本発明は、熱延鋼帯の冷却装置に係り、一層詳細には、フェライト組織の結晶粒径が例えば３～４μｍ以下という微細粒組織からなる熱延鋼帯を製造する装置に用いられて好適な冷却装置に関する。
　熱延鋼帯の冷却装置としては、例えば特許文献１～３に開示されたものが有る。即ち、特許文献１には、熱間圧延設備の仕上圧延機列における最終スタンドの直後に設けられた第１の冷却装置が鋼板の被冷却面に帯状又は長円状の噴流衝突域を形成すべきノズルと、ノズルから噴射された冷却水を堰止めるべき堰止めロールとを備え、最終スタンドのロールと堰止めロールとの間の領域に冷却水のプールが形成されるとともに、第１の冷却装置内を搬送される鋼板がプールの冷却水中に浸漬されるように堰止めロールが配設される装置が記載されている。
　また、特許文献２には、厚鋼板を上下より挾圧する複数の回転ロールと、厚鋼板の上方及び下方に配置された冷却水ヘッダーと、該冷却水ヘッダーに設けられた多数のノズルからなる複数の冷却ユニットを搬送方向へ配設したオンライン冷却装置において、各冷却ユニットの出側に、板幅方向へ延びる冷却水ヘッダーの長手方向に所定間隔で配設した液体噴射ノズルと、該液体噴射ノズルの近傍に気体噴射用スリットノズルを配置して各冷却ユニット出側における冷却水の拡散を防止するようにした装置が記載されている。
　また、特許文献３には、圧延板に接する一対のワークロールを極小径ロールまたは異径ロールとし、各ワークロールの表面にスプレー水を噴射するロール冷却手段と、ワークロールの出側における鋼板の表面から鋼板とワークロールとの接点にかけてスプレー水を噴射する板冷却手段とを設け、ワークロールの表面に接触させまたはその表面から離すことによって鋼板の表面に至る上記スプレー水の流路を遮断しまたは開放する水切り手段を設けた装置が記載されている。
　ところで、細粒鋼からなる熱延鋼帯（鋼板）が、強度及び靱性等の機械的性質に優れていることは、前記特許文献３や後述する特許文献４等で良く知られており、それを材料とする機器・装置を軽量化したり、それによって消費エネルギーを削減したりする効果をもたらすことから、産業界の注目を集めている。
　そして、特許文献３には、「熱間圧延の際、圧延板に高圧下率の圧延（大圧下）を施しながら強冷却を行うという、いわゆる大圧下圧延法によって細粒鋼からなる熱延鋼板（鋼帯）を製造する圧延機が特許文献１（本願明細書では特許文献５と記す）に開示されている」と記載されている。即ち、大圧下により組織の微細化を図ると共に、大圧下にともなって加工発熱をする圧延板を強冷却によって適切な温度域（Ar3変態点付近）に保ち、もって粒成長を停止させて細粒鋼熱延鋼板を得るのである。
　また、特許文献４には、重量％でＣ０．３％以下、Ｃ以外の合金元素含有量が３％以下である鋼を、Ar3変態点以上の温度域から冷却する過程において熱間加工を行い、その終段において（Ar1＋５０℃）～（Ar3＋１００℃）の温度域で実質的に１秒以内の間に１回又は２回以上の合計減面率が５０％以上９５％以下となる熱間加工を加え、該熱間加工終了後２０℃／Ｓ以上２０００℃／Ｓ以下の冷却速度で６００℃以下の温度域まで冷却することで、フェライト組織の結晶粒径が例えば３～４μｍ以下という微細粒組織からなる熱延鋼帯が得られることが記載されている。
特開２００５－３４２７６７号公報 特開昭６０－４３４３４号公報 特開２００５－１９３２５８号公報 特公昭６２－７２４７号公報 特開２００２－２７３５０１号公報
　前述したように大圧下した後、例えば１０００℃／Ｓ程度の冷却速度で急速冷却することで、微細粒組織からなる熱延鋼帯が実験的に得られることが知られ、これが工業的に得られれば、非常に低コストで合金元素等を添加せずに高品質の高張力鋼等を容易に製造できる。
　尚、急速冷却するための冷却装置としては、圧延終了後、直ぐに大量の冷却水を用いて圧延材に直接噴射するなどして、圧延材の冷却速度を例えば１０００℃／Ｓ程度まで上昇させる必要がある。
　しかしながら、前述した従来の冷却装置では冷却能力が不足したり、装置が大掛かりになってコストアップを招来することから、微細粒組織からなる熱延鋼帯を製造する装置として実機化に至っていない。
　即ち、特許文献１の冷却装置にあっては、第１の冷却装置と第２の冷却装置との間に計測機器が配置された非冷却領域が設けられることから、所定の冷却能力（１２０００kcal/h・m2・℃以上）を得るためには多数のノズルをワークロールの出側付近に設置する必要があると共に、案内面を有したガイドを設ける必要があるが、ガイドに関する記述がない。
　また、特許文献２の冷却装置にあっては、複数の冷却ユニットを搬送方向へ配設するため、圧延直後の冷却ではなく、ロールが、ロール径の１．１～１．３倍程度に配置されているので十分なノズルが配置できないため、冷却速度も十分に得られないことから、微細粒組織からなる熱延鋼帯を製造する装置には到底適用できないのである。
　また、特許文献３の冷却装置にあっては、ワークロール出側に圧延材冷却ノズルを配置しているが、ワイパーに、冷却水を圧延材に直接噴射して冷却するための噴射孔が設置されていないため、ワイパーの設置されている部分の下部（又は上部）に圧延材を冷却できない領域が存在し冷却速度が十分に達成できないのである。
　そこで、本発明の目的は、圧延直後の圧延材の冷却速度を上げ、急速に冷却することができる、微細粒組織からなる熱延鋼帯を製造する装置に好適な熱延鋼帯の冷却装置を提供することにある。
　前記目的を達成するための本発明に係る熱延鋼帯の冷却装置は、
　熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドにおけるワークロールの出側に、当該ワークロールを出た圧延材を搬送方向に案内する案内面を有したガイドを前記ワークロールの径の変化に追従可能に設けると共に、
　前記ガイドに多数の噴射孔を開口形成し、
　前記噴射孔を通して圧延材に直接冷却水を噴射すべく圧延材冷却ノズルを設置したことを特徴とする。
　また、
　前記ワークロールの出側に、当該ワークロールに冷却水を噴射するロール冷却ノズルを設置すると共に、
　前記ロール冷却ノズルから噴射した冷却水が前記ガイドの噴射孔を通して圧延材にあたるのを防止する分離部材を設けたことを特徴とする。
　また、
　前記分離部材は、その一端部が前記ガイドに連接されて当該ガイドの前記追従動作を許容し得る可撓性部材からなることを特徴とする。
　また、
　前記ガイドは、少なくとも前記圧延材冷却ノズルが取り付けられるノズルブロックに揺動自在に支持され、当該ノズルブロックを介して前記ワークロールに対し進退可能になっていることを特徴とする。
　また、
　前記圧延機は、前記ワークロールをクロスさせるクロスミルであることを特徴とする。
　また、
　前記ワークロールのクロス状態に追従可能としたガイドの位置調整装置が設けられ、該位置調整装置は前記ガイドのワークロールに対する進退機構の機能も有することを特徴とする。
　前記構成の本発明に係る熱延鋼帯の冷却装置によれば、多数の圧延材冷却ノズルからガイドの噴射孔を通して多量の冷却水が直接圧延材に噴射されるので、圧延直後の圧延材の冷却速度が上げられ、圧延材を急速に冷却することができる。
　依って、大圧下後の急速冷却により、微細粒組織からなる熱延鋼帯を工業的に得ることが可能となり、非常に低コストで合金元素等を添加せずに高品質の高張力鋼等を容易に製造することができる。
本発明の実施例１を示す熱延鋼帯の冷却装置の側断面図である。 上ガイドの平面図である。 上ガイドの圧延時の平面図である。 上ガイドのロール交換時の平面図である。 本発明の実施例２を示す熱延鋼帯の冷却装置の側断面図である。 非クロス圧延時の平面図である。 クロス圧延時の平面図である。 分離部材の応用例を示す熱延鋼帯の冷却装置の要部側断面図である。 分離部材の応用例を示す熱延鋼帯の冷却装置の要部側断面図である。 流量密度と冷却速度の関係を示すグラフである。
　以下、本発明に係る熱延鋼帯の冷却装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
　図１は本発明の実施例１を示す熱延鋼帯の冷却装置の側断面図、図２は上ガイドの平面図、図３Ａは上ガイドの圧延時の平面図、図３Ｂは上ガイドのロール交換時の平面図である。
　図１に示すように、熱間圧延設備の仕上圧延機列における最終スタンドＳｎにおいて、ハウジング１０に対し左右一対の上ワークロールチョック１１Ａを介して図示しないモータにより回転可能に支持された上ワークロール１２Ａと、同じくハウジング１０に対し左右一対の下ワークロールチョック１１Ｂを介して図示しないモータにより回転可能に支持された下ワークロール１２Ｂとの出側に、圧延材Ｗの上方及び下方に位置して上冷却装置１３Ａと下冷却装置１３Ｂが配設される。
　また、上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂは、後述する図３Ｂに示すように、それぞれ上，下ワークロールチョック１１Ａ，１１Ｂに支持されたまま上，下ワークロールチョック１１Ａ，１１Ｂ毎ハウジング１０に対し交換可能になっている。
　上冷却装置１３Ａは、圧延材Ｗの板幅方向に長いノズルブロック１４Ａがその左，右両部においてハウジング１０に圧延材Ｗの搬送方向へスライド自在に支持され、ブロック背面にピストンロッド先端がピン結合された左右一対の油圧シリンダ１５Ａの伸縮作動によりワークロール１２Ａに対し進退可能になっている（進退機構）。
　ノズルブロック１４Ａの下方には、上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂから出た圧延材Ｗを搬送方向に案内する案内面１６ａを有した板状で硬質材からなるガイド１６Ａが前記上ワークロール１２Ａの径の変化に追従可能に設けられる。
　詳細には、ガイド１６Ａの左，右両部中央においてブラケット１７Ａを介してノズルブロック１４Ａの下部に揺動自在にピン１８Ａで結合され、基端部に載置した錘１９により先端部に付設した軟質プレート２０が常に上ワークロール１２Ａの表面に接するように付勢されている。
　前記ガイド１６Ａには、図２に示すように、多数の噴射孔２１Ａが開口形成される。図示例では、スリット状の噴射孔２１Ａが所定角度傾斜されて圧延材Ｗの板幅方向に多数列設されたものが圧延材Ｗの搬送方向に交互に傾斜方向を変えて３列形成されているが、これに限定されるものではなく、個数及び列数、形状、配列等は使用される冷却水噴射ノズルに合せて適宜選択される。
　そして、前記ノズルブロック１４Ａには冷却水ヘッダー２２Ａが内蔵され、この冷却水ヘッダー２２Ａに前記噴射孔２１Ａを通して圧延材Ｗの上面に直接多量の冷却水を噴射すべく前記噴射孔２１Ａに対応した数の圧延材冷却ノズル２３Ａが下向きに取着され、圧延材冷却水用ヘッダー部２４Ａに通じている。圧延材冷却水用ヘッダー部２４Ａには図示しない冷却水供給源から高圧の冷却水が供給される。
　また、前記冷却水ヘッダー２２Ａ内には、ワークロール冷却水用ヘッダー部２５Ａが一体的に形成され、このワークロール冷却水用ヘッダー部２５Ａ内の冷却水が、冷却水ヘッダー２２Ａに取着されたロール冷却ノズル２６Ａより上ワークロール１２Ａの表面に噴射されるようになっている。ロール冷却ノズル２６Ａは圧延材Ｗの板幅方向に多数設けられる。また、ワークロール冷却水用ヘッダー部２５Ａには図示しない冷却水供給源から高圧の冷却水が供給される。
　また、ノズルブロック１４Ａの正面とガイド１６Ａの先端部との間には、ロール冷却ノズル２６Ａから噴射した冷却水が前記ガイド１６Ａの噴射孔２１Ａを通して圧延材Ｗの上面に落下するのを防止する分離板（分離部材）２７が架設される。この分離板２７は、前記ガイド１６Ａの追従動作（揺動）を許容し得るゴム板等の可撓性部材からなる。
　一方、下冷却装置１３Ｂは、圧延材Ｗの板幅方向に長いノズルブロック１４Ｂがその左，右両部においてハウジング１０に圧延材Ｗの搬送方向へスライド自在に支持され、ブロック背面にピストンロッド先端がピン結合された左右一対の油圧シリンダ１５Ｂの伸縮作動によりワークロール１２Ｂに対し進退可能になっている（進退機構）。
　ノズルブロック１４Ｂの上方には、上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂから出た圧延材Ｗを搬送方向に案内する案内面１６ｂを有した板状で軟質材からなるガイド１６Ｂが前記下ワークロール１２Ｂの径の変化に追従可能に設けられる。
　詳細には、ガイド１６Ｂの左，右両部基端においてブラケット１７Ｂを介してノズルブロック１４Ｂの上部に揺動自在にピン１８Ｂ結合され、先端部がその自重により常に下ワークロール１２Ｂの表面に接するようになっている。尚、ガイド１６Ｂの先端には、ガイド１６Ａの先端のように軟質プレート２０が付設されていないが、ガイド１６Ｂに硬質材を用いた場合にはガイド１６Ａと同様に軟質プレート２０が付設される。
　前記ガイド１６Ｂには、前述したガイド１６Ａと同様に、多数の噴射孔２１Ｂが開口形成される。例えば、スリット状の噴射孔２１Ｂが所定角度傾斜されて圧延材Ｗの板幅方向に多数列設されたものが圧延材Ｗの搬送方向に傾斜方向を変えて２列形成されているが、これに限定されるものではなく、個数及び列数、形状、配列等は使用される冷却水噴射ノズルに合せて適宜選択される。
　そして、前記ノズルブロック１４Ｂには冷却水ヘッダー２２Ｂが内蔵され、この冷却水ヘッダー２２Ｂに前記噴射孔２１Ｂを通して圧延材Ｗの下面に直接多量の冷却水を噴射すべく前記噴射孔２１Ｂに対応した数の圧延材冷却ノズル２３Ｂが上向きに取着され、圧延材冷却水用ヘッダー部２４Ｂに通じている。圧延材冷却水用ヘッダー部２４Ｂには図示しない冷却水供給源から高圧の冷却水が供給される。
　また、前記冷却水ヘッダー２２Ｂ内には、ワークロール冷却水用ヘッダー部２５Ｂが一体的に形成され、このワークロール冷却水用ヘッダー部２５Ｂ内の冷却水が、冷却水ヘッダー２２Ｂに取着されたロール冷却ノズル２６Ｂより下ワークロール１２Ｂの表面に噴射されるようになっている。ロール冷却ノズル２６Ｂは圧延材Ｗの板幅方向に多数設けられる。また、ワークロール冷却水用ヘッダー部２５Ｂには図示しない冷却水供給源から高圧の冷却水が供給される。
　尚、急冷では大量の冷却水を噴射するため、その排水が困難となる場合がある。一方、急冷時はロールバイト出側近傍に急冷装置から噴射された冷却水の一部が潜り込むため、ロール冷却とは別にバイト出側近傍においてもロールが冷却されることになる。このような場合、ロール冷却にとって過剰な冷却水を削減することで、ミル内から排出すべき水量を減少させることができる。上面側は冷却装置幅方向端部より流出する冷却水量を抑えることができる。下面側はガイド１６Ｂの開口部やガイド１６Ｂと下ワークロール１２Ｂとの間の隙間などから下方へ流下しようとする排水をロール冷却水噴射が阻害するが、その影響を低減させることが可能となる。
　また、図中２８は固定ガイドで、その先端部の切欠き２８ａを介して圧延材冷却水用ヘッダー部２４Ｂの冷却水が圧延材冷却ノズル２３Ｃより圧延材Ｗの下面に直接噴射されるようにもなっている。切欠き２８ａは圧延材Ｗの板幅方向に多数形成される。
　このように構成されるため、圧延時（通板時も含む）には、油圧シリンダ１５Ａ，１５Ｂの伸長作動により、上，下冷却装置１３Ａ，１３Ｂのノズルブロック１４Ａ，１４Ｂは、図１及び図３Ａに示す前進位置に有り、これらのノズルブロック１４Ａ，１４Ｂにピン１８Ａ，１８Ｂ支持されたガイド１６Ａ，１６Ｂの先端が上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂの表面にそれぞれ接触する。
　これにより、通板時に圧延材Ｗが上ワークロール１２Ａ又は下ワークロール１２Ｂに巻き付くことが防止されると共に、板切れ時に後行圧延材Ｗの先端が上ワークロール１２Ａ又は下ワークロール１２Ｂに巻き付くことが防止される。
　また、ガイド１６Ａ，１６Ｂはノズルブロック１４Ａ，１４Ｂにピン１８Ａ，１８Ｂ支持されて揺動可能になっているので、図３Ｂに示すロール交換時（これは頻繁に行われる）等で上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂの径が変化した場合でも、これに追従して常にその先端が上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂの表面にそれぞれ接触される。その他の追従方法として、油圧シリンダ１５Ａ，１５Ｂを上下ワークロール１２Ａ，１２Ｂの径の変化に合わせ収縮量を変化させて行うことでも可能である。この場合、揺動機能が必要ないので、構造を簡略化できる。
　尚、ロール交換時には、図３Ｂに示すように、油圧シリンダ１５Ａ，１５Ｂの収縮作動により、上，下冷却装置１３Ａ，１３Ｂのノズルブロック１４Ａ，１４Ｂは後退位置に有り、これらのノズルブロック１４Ａ，１４Ｂにピン１８Ａ，１８Ｂ支持されたガイド１６Ａ，１６Ｂの先端も上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂの表面から離間して（図中のロール交換時の動作量（進退量）Ｓ参照）、上，下ワークロールチョック１１Ａ，１１Ｂの抜け出し方向（圧延材Ｗの板幅方向）への干渉は回避される。
　そして、本実施例では、圧延時には、多数の圧延材冷却ノズル２３Ａ，２３Ｂ及び２３Ｃからガイド１６Ａ，１６Ｂの噴射孔２１Ａ，２１Ｂ及び固定ガイド２８の切欠き２８ａを通して多量の冷却水が直接圧延材Ｗの上，下面に噴射されるので、圧延直後の圧延材Ｗの冷却速度が例えば１０００℃／Ｓ程度の冷却速度まで上げられ、圧延材Ｗを急速に冷却することができる。
　依って、仕上圧延機列による大圧下後の急速冷却により、微細粒組織からなる熱延鋼帯を工業的に得ることが可能となり、非常に低コストで合金元素等を添加せずに高品質の高張力鋼等を容易に製造することができる。
　また、本実施例では、冷却水ヘッダー２２Ａ，２２Ｂ内には、ワークロール冷却水用ヘッダー部２５Ａ，２５Ｂが一体的に形成され、これらのワークロール冷却水用ヘッダー部２５Ａ，２５Ｂ内の冷却水がロール冷却ノズル２６Ａ，２６Ｂより上，下上ワークロール１２Ａ，１２Ｂの表面に噴射されるようになっているので、上，下上ワークロール１２Ａ，１２Ｂも冷却され、ロールの熱変形等が回避される。
　加えて、圧延材冷却水用ヘッダー部２４Ａ，２４Ｂとワークロール冷却水用ヘッダー部２５Ａ，２５Ｂが単一の冷却水ヘッダー２２Ａ，２２Ｂで一体化されているので、ノズルブロック１４Ａ，１４Ｂのコンパクト化が図れる。
　また、上冷却装置１３Ａにおいて、ノズルブロック１４Ａの正面（ワークロール側面）とガイド１６Ａの先端部との間には、分離板（分離部材）２７が架設されているので、圧延材冷却水用ヘッダー部２４Ａ，２４Ｂからの冷却水の噴射を停止して圧延材冷却を行わない即ち、微細粒組織からなる熱延鋼帯を製造しない通常（一般）の圧延時に、ロール冷却ノズル２６Ａから噴射した冷却水が前記ガイド１６Ａの噴射孔２１Ａを通して圧延材Ｗの上面に落下するのを防止することができ、圧延材Ｗの品質低下が回避される。加えて、分離板２７はゴム板等の可撓性部材からなるので、前記ガイド１６Ａの追従動作（揺動）を許容し得る。
　また、ロール冷却ノズル２６Ｂから噴射した冷却水が、ガイド１６Ｂの噴射孔２１Ｂを通して圧延材Ｗへあたることを避ける場合、また、圧延材冷却水噴射に対して影響を与えないようにする場合は、図６の分離部材１０１あるいは図７の分離部材１０３などの分離部材を設ける。分離部材１０１はスプリング１０２でノズルブロック１４Ｂに当接されている。これによって、ロール冷却ノズル２６Ｂから噴射されたワークロール冷却水が噴射孔２１Ｂを通して圧延材Ｗへあたることを避けることができる。また、圧延材冷却ノズル２３Ｂから噴射される圧延材冷却水がワークロール冷却水によって乱されることを防止できる。
　ここで、図６の分離部材１０１を上の分離板２７に代えて用いることも可能である。また、図７の分離部材１０３は、図１で上に用いられている分離板２７と同様に可撓性部材としてガイド１６Ｂの上下方向の動きに追従して分離機能を発揮できるようにしている。
　図４は本発明の実施例２を示す熱延鋼帯の冷却装置の側断面図、図５Ａは非クロス圧延時の平面図、図５Ｂはクロス圧延時の平面図である。
　これは、実施例１における上，下冷却装置１３Ａ，１３Ｂを上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂを圧延材Ｗの搬送方向へクロスさせるクロスミルに適用した例である。
　具体的には、圧延材Ｗの上方及び下方の左右一対の油圧シリンダ１５Ａ，１５Ｂを、ピストンロッド先端とヘッド基端において水平旋回が可能にノズルブロック１４Ａ，１４Ｂとハウジング１０にそれぞれピン結合すると共に、ノズルブロック１４Ａ，１４Ｂの左，右両部正面側に上，下ワークロールチョック１１Ａ，１１Ｂに当接するスペーサ３０Ａ，３０Ｂをブラケット２９を介して付設している。該スペーサ３０Ａ，３０Ｂは、排水を阻害しない形態および設置位置に設けられる。その他の構成は実施例１と同様なので、図４及び図５Ａ，図５Ｂにおいて、図１及び図３Ａ，図３Ｂと同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
　従って、図５Ａに示すように、左右一対の油圧シリンダ１５Ａ，１５Ｂを同一ストロークで伸縮作動させることで、ノズルブロック１４Ａ，１４Ｂ及びガイド１６Ａ，１６Ｂを上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂに対し、図３Ａ，図３Ｂと同様に、進退移動させられると共に（進退機構）、図５Ｂに示すように、左右一対の油圧シリンダ１５Ａ，１５Ｂのストロークを異ならせることで、スペーサ３０Ａ，３０Ｂ及びこれが当接する上，下ワークロールチョック１１Ａ，１１Ｂを介して、上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂを所定のクロス角θでクロスさせることができる（クロス機構）。
　本実施例によれば、圧延材Ｗ及び上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂの冷却機能においては実施例１と同様の作用・効果が得られるが、大圧下に関しては、上，下ワークロール１２Ａ，１２Ｂをクロスさせるクロスミルに適用したことにより、実施例１よりより一層の圧下が可能であり、高圧下と高速冷却による作用・効果が期待できる。
　加えて、ノズルブロック１４Ａ，１４Ｂ及びガイド１６Ａ，１６Ｂの進退機構とクロス機構を実施例１で進退機構にのみ用いた油圧シリンダ１５Ａ，１５Ｂで兼用することができるので、構造の簡略化とコストダウンが図れる。
　また、図８は流量密度と冷却速度の関係を示す。給水圧力即ち、圧延材冷却水用ヘッダ部２４Ａ,２４Ｂの圧力が１．５MPaのとき、板厚３ｍｍの鋼板について冷却速度を求めた試験結果である。この試験結果から流量密度（＝ノズル流量÷幅方向ノズルピッチ÷搬送方向のノズルピッチ）を６m3/（m2・min）以上とすれば、通常の冷却設備で用いられる給水圧力１．５MPaでも板厚３ｍｍの鋼板で５００℃/ｓ以上の冷却速度を得ることができ、微細な組織を有する鋼板を製造することが可能となる。
　また、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、ガイド１６Ａ，１６Ｂの構造変更や材質変更並びに油圧シリンダ１５Ａ，１５Ｂを含めたクロス状態に追従可能な機構の構造変更、冷却水ヘッダー２２Ａ，２２Ｂの構造変更、冷却水ヘッダー２２Ａ，２２Ｂとワークロール冷却水用ヘッダー部２５Ａ，２５Ｂの構造上の各種組合せ等の各種変更が可能であることはいうまでもない。
　本発明に係る熱延鋼帯の冷却装置は、製鉄プロセスラインに適用することができる。
　１０　ハウジング
　１１Ａ，１１Ｂ　上，下ワークロールチョック
　１２Ａ，１２Ｂ　上，下ワークロール
　１３Ａ，１３Ｂ　上，下冷却装置
　１４Ａ，１４Ｂ　ノズルブロック
　１５Ａ，１５Ｂ　油圧シリンダ
　１６Ａ，１６Ｂ　ガイド
　１７Ａ，１７Ｂ　ブラケット
　１８Ａ，１８Ｂ　ピン
　１９　錘
　２０　軟質プレート
　２１Ａ，２１Ｂ　噴射孔
　２２Ａ，２２Ｂ　冷却水ヘッダー
　２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ　圧延材冷却ノズル
　２４Ａ，２４Ｂ　圧延材冷却水用ヘッダー部
　２５Ａ，２５Ｂ　ワークロール冷却水用ヘッダー部
　２６Ａ，２６Ｂ　ロール冷却ノズル
　２７　分離板
　２８　固定ガイド
　２８ａ　切欠き
　２９　ブラケット
　３０Ａ，３０Ｂ　スペーサ
　Ｓ　ロール交換時の動作量（進退量）
　Ｗ　圧延材
　θ　クロス角

Claims (6)

  1. 　熱間仕上げ圧延機列の最終スタンドにおけるワークロールの出側に、当該ワークロールを出た圧延材を搬送方向に案内する案内面を有したガイドを前記ワークロールの径の変化に追従可能に設けると共に、
    　前記ガイドに多数の噴射孔を開口形成し、
    　前記噴射孔を通して圧延材に直接冷却水を噴射すべく圧延材冷却ノズルを設置したことを特徴とする熱延鋼帯の冷却装置。
  2. 　前記ガイドは、少なくとも前記圧延材冷却ノズルが取り付けられるノズルブロックに揺動自在に支持され、当該ノズルブロックを介して前記ワークロールに対し進退可能になっていることを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼帯の冷却装置。
  3. 　前記ワークロールの出側に、当該ワークロールに冷却水を噴射するロール冷却ノズルを設置すると共に、
    　前記ロール冷却ノズルから噴射した冷却水が前記ガイドの噴射孔を通して圧延材にあたるのを防止する分離部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼帯の冷却装置。
  4. 　前記分離部材は、その一端部が前記ガイドに連接されて当該ガイドの前記追従動作を許容し得る可撓性部材からなることを特徴とする請求項３に記載の熱延鋼帯の冷却装置。
  5. 　前記圧延機は、少なくとも前記ワークロールをクロスさせるクロスミルであることを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼帯の冷却装置。
  6. 　前記ワークロールのクロス状態に追従可能としたガイドの位置調整装置が設けられ、該位置調整装置は前記ガイドのワークロールに対する進退機構の機能も有することを特徴とする請求項５に記載の熱延鋼帯の冷却装置。
PCT/JP2011/070107 2010-09-22 2011-09-05 熱延鋼帯の冷却装置 WO2012039270A1 (ja)

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