WO2014156085A1 - 厚鋼板の製造方法および製造設備 - Google Patents

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WO2014156085A1
WO2014156085A1 PCT/JP2014/001613 JP2014001613W WO2014156085A1 WO 2014156085 A1 WO2014156085 A1 WO 2014156085A1 JP 2014001613 W JP2014001613 W JP 2014001613W WO 2014156085 A1 WO2014156085 A1 WO 2014156085A1
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steel plate
thick steel
cooling
water
temperature
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PCT/JP2014/001613
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French (fr)
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雄太 田村
安達　健二
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
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    • B21B45/0218—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing method and manufacturing equipment for a thick steel plate.
  • the application of cooling control is expanding in the process of manufacturing thick steel plates by hot rolling.
  • the thick steel plate (not shown) is reheated in the heating furnace 1
  • the thick steel plate is descaled in the descaling device 2.
  • the thick steel plate is rolled by the rolling mill 3 and then corrected by the shape correcting device 4, and then controlled cooling by water cooling or air cooling is performed in the accelerated cooling device 5.
  • the arrow in a figure is the advancing direction of a thick steel plate.
  • the cooling stop temperature when the place where scale thickness is 40 micrometers and 20 micrometers coexists in the thickness direction of a thick steel plate, the cooling stop temperature when cooling a thick steel plate with a thickness of 25 mm from 800 ° C. to a target temperature of 500 ° C. is 40 ⁇ m. It becomes 460 degreeC in a location, and 500 degreeC in a location of 20 micrometers. At the 40 ⁇ m portion, the cooling stop temperature falls below 40 ° C. from the target temperature, and as a result, a uniform material cannot be obtained.
  • Patent Document 1 discloses a method of achieving uniform cooling stop temperature by controlling the scale thickness to equalize the cooling rate.
  • Patent Document 1 using a descaling device provided before and after the rolling mill during rolling, when the cooling stop temperature of the tail end of the thick steel plate is lower than that of the tip, the descaling injection on the tail end side is performed.
  • the amount of water to be greater than the amount of water sprayed on the tip side, and controlling the scale removal rate and remaining thickness in the longitudinal direction of the thick steel plate the heat transfer coefficient of the steel plate surface during controlled cooling can be changed, and the thick steel plate The cooling stop temperature in the longitudinal direction is made uniform.
  • the cooling stop temperature has been made uniform by adjusting the amount of cooling water and the conveyance speed.
  • the cooling rate varies due to the variation in scale thickness, it is difficult not only to make the cooling rate uniform, but also to make the cooling stop temperature uniform.
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing method and manufacturing equipment for a thick steel plate that can solve the above-described problems and can secure a high-quality thick steel plate with less material variation.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and the gist thereof is as follows. [1] In the method for producing a thick steel plate in the order of the hot rolling step, the shape correction step, and the accelerated cooling step, the surface temperature of the thick steel plate is less than the Ar 3 transformation point between the shape correction step and the accelerated cooling step.
  • Temperature adjusting step for transforming the surface of the thick steel plate by cooling it with air or by supplying cooling water to the upper and lower surfaces of the thick steel plate at a water density of 0.3 to 2.2 m 3 / m 2 ⁇ min and cooling with water
  • a method of manufacturing a steel sheet [2] The method for producing a thick steel plate according to [1], wherein, in the descaling step, an injection pressure of the high-pressure water is set to 10 MPa or more.
  • a hot rolling device, a shape correcting device, a temperature adjusting device, a descaling device, and an accelerated cooling device are arranged in this order from the upstream side in the conveying direction, and in the temperature adjusting device, the surface temperature of the thick steel plate is changed to the Ar 3 transformation point.
  • a thick steel plate manufacturing facility is characterized by injecting high-pressure water having an energy density of 0.05 J / mm 2 or more onto the surface of the thick steel plate.
  • an injection pressure of the high-pressure water is set to 10 MPa or more.
  • the temperature adjusting step for transforming the steel plate surface by lowering the steel plate surface temperature below the Ar 3 transformation point, and the steel plate after the temperature adjusting step By having a descaling step of injecting high pressure water having an energy density of 0.05 J / mm 2 or more onto the surface of the film, the cooling rate and the cooling stop temperature can be made uniform. As a result, it is possible to manufacture a high-quality thick steel plate with little material variation.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a conventional equipment for producing thick steel plates.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship among scale thickness, cooling time, and thick steel plate surface temperature during accelerated cooling.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the position in the width direction of the thick steel plate and the cooling stop temperature after accelerated cooling.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a thick steel plate manufacturing facility according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the presence or absence of transformation on the surface of the thick steel plate, the energy density of high-pressure water, and the scale peeling rate.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the temperature of the surface of the thick steel plate after the end of rolling and the injection pressure necessary to destroy the scale.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a conventional equipment for producing thick steel plates.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship among scale thickness, cooling time, and thick steel plate surface temperature during accelerated cooling.
  • FIG. 3 is a diagram showing the
  • FIG. 7 is a diagram for defining the temperature difference on the surface of the thick steel plate before the start of the descaling process from the temperature adjustment process.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the temperature drop amount on the surface of the thick steel plate and the variation in the cooling stop temperature.
  • FIG. 9 is a side view of a cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view of another cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the nozzle arrangement of the partition wall according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the flow of the cooling drainage on the partition wall.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining another flow of the cooling drainage on the partition wall.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a temperature distribution in the width direction of a thick steel plate of a conventional example.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the flow of cooling water in the acceleration cooling device.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining non-interference with cooling water on the partition wall in the accelerated cooling device.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a thick steel plate manufacturing facility according to an embodiment of the present invention.
  • an arrow is a conveyance direction of a thick steel plate.
  • the heating furnace 1, the descaling device 2, the rolling mill 3, the shape correcting device 4, the temperature adjusting device 6, the descaling device 7, and the accelerated cooling device 5 are arranged in this order.
  • the thick steel plate (not shown) is reheated in the heating furnace 1
  • the thick steel plate is descaled in the descaling device 2 to remove the primary scale.
  • the thick steel plate is hot-rolled by the rolling mill 3 and corrected by the shape correcting device 4.
  • the descaling device 7 completely removes the scale. Scaling is performed.
  • controlled cooling by water cooling or air cooling is performed in the acceleration cooling device 5.
  • a temperature adjustment device 6 and a descaling device 7 are arranged between the shape correction device 4 and the acceleration cooling device 5. Then, the temperature adjustment device 6, to transform the steel plate surface by reducing the steel plate surface temperature Ar less than 3 transformation point. Thereafter, the descaling device 7 performs descaling by injecting high-pressure water having an energy density of 0.05 J / mm 2 or more onto the thick steel plate.
  • the temperature adjustment device 6 is disposed between the shape correction device 4 and the descaling device 7. In temperature control process in a temperature adjustment device 6, by transformation of the steel plate surface by reducing the steel plate surface temperature Ar less than 3 transformation point, in a subsequent descaling step, to facilitate removal of the scale.
  • the steel plate surface is transformed by lowering the surface temperature of the steel plate to below the Ar 3 transformation point, causing transformation of the base iron and causing a shift at the interface between the scale and the base iron. descend. This is considered to be due to the following mechanism.
  • the ground iron transforms from austenite to ferrite.
  • the ground iron expands, a force is applied to the interface between the scale and the ground iron, and a crack is generated at the interface. As a result, it is considered that the adhesion of the scale is reduced.
  • the Ar 3 transformation point can be calculated by the following formula (*).
  • Ar 3 910-310C-80Mn-20Cu-15Cr-55Ni-80Mo (*)
  • an element symbol shows content (mass%) in steel of each element.
  • the descaling device 7 performs descaling for the thick steel plate whose surface is transformed by lowering the surface temperature of the thick steel plate to less than the Ar 3 transformation point.
  • the scale is completely removed by spraying high-pressure water having an energy density of 0.05 J / mm 2 or more (in the present invention, when the spray pressure is 5 MPa or more as high-pressure water) onto the thick steel plate. be able to.
  • high-pressure water having an energy density of 0.05 J / mm 2 or more (in the present invention, when the spray pressure is 5 MPa or more as high-pressure water) onto the thick steel plate.
  • the high pressure water may be sprayed over the entire length of the thick steel plate.
  • the present inventors used a certain steel type, about the influence of the presence or absence of transformation on the surface of the thick steel plate before the descaling process, the energy density of high-pressure water and the scale peeling rate (ratio of the scale peeled area and the thick steel plate area). I investigated the relationship with. As a result, the knowledge shown in FIG. 5 was obtained. From FIG. 5, it was found that when the energy density is large, the scale peeling rate is increased, and by changing the surface of the thick steel plate, the scale peeling is possible even when the energy density is small. Also, from FIG.
  • the energy density of the high pressure water is set to 0.05 J / mm 2 or more.
  • it is 0.10 J / mm 2 or more.
  • the energy density of high-pressure water is preferably 0.60 J / mm 2 or less.
  • the present invention it is preferable to inject high-pressure water having an injection pressure of 10 MPa or more in the descaling step.
  • the injection pressure 10 MPa or more By making the injection pressure 10 MPa or more, the scale can be completely removed. Therefore, the cooling rate and the cooling stop temperature in the accelerated cooling process can be made uniform.
  • the pressure when the high-pressure water droplet collides with the thick steel plate needs to exceed the hardness of the scale.
  • the temperature of the surface of the thick steel plate after the end of rolling is generally around 900 ° C. at the highest. Therefore, in the present invention, in order to destroy the scale, it is preferable to set the injection pressure of the high-pressure water to 10 MPa or more.
  • the energy density E (J / mm 2 ) of the cooling water sprayed onto the thick steel plate is an index of the ability to remove the scale by descaling and is defined as the following equation (1).
  • E Q / (d ⁇ W ) ⁇ ⁇ v 2/2 ⁇ t ...
  • Q Descaling water injection flow rate [m 3 / s]
  • d Flat nozzle spray injection thickness [mm]
  • W Flat nozzle spray injection width [mm]
  • the present inventors adopted water density ⁇ injection pressure ⁇ collision time as a simple definition of the energy density E (J / mm 2 ) of cooling water injected into the thick steel plate. I found out that I should do it.
  • the water density (m 3 / m 2 ⁇ min) is a value calculated by “cooling water injection flow rate ⁇ cooling water collision area”.
  • the injection pressure (MPa) is defined by the discharge pressure of the cooling water.
  • the collision time (s) is a value calculated by “cooling water collision thickness ⁇ thick steel plate conveyance speed”. Note that the relationship between the energy density of the high-pressure water of the present invention and the scale peeling rate calculated by this simple definition is the same as in FIG.
  • the surface temperature of the thick steel plate is lowered below the Ar 3 transformation point by air cooling or water cooling.
  • air cooling on the table rollers for conveying the steel plate may be air cooled as appropriate Ar less than 3 transformation point.
  • cooling water is supplied to the upper and lower surfaces of the thick steel plate at a water density of 0.3 to 2.2 m 3 / m 2 ⁇ min. If the water density is less than 0.3 m 3 / m 2 ⁇ min, the steel plate surface temperature cannot be lowered below the Ar 3 transformation point, and the steel plate surface cannot be transformed. As a result, scale remains on the thick steel plate, and even if cooling control is performed in the subsequent accelerated cooling process, the cooling stop temperature varies and the material becomes non-uniform.
  • the thick steel plate surface is transformed in the temperature adjusting device 6, the thick steel plate surface is cooled in a state where the scale is attached to the thick steel plate.
  • the temperature drop amount by cooling in the temperature adjusting device 6 is large, the present inventors affect the uniformization of the cooling stop temperature and the variation in the cooling stop temperature (the target after the accelerated cooling step). The inventors have found that the difference between the steel sheet surface temperature and the actual steel sheet surface temperature after accelerated cooling is increased.
  • the temperature drop amount ⁇ T on the surface of the thick steel plate in the temperature adjusting device 6 is defined as the difference between the surface temperature of the thick steel plate at the start of cooling and the lowest temperature reached on the surface of the thick steel plate, as shown in FIG.
  • the present inventors manufactured a steel plate in the order of a temperature adjustment step, a descaling step and an accelerated cooling step using a thick steel plate having a surface temperature of 800 ° C. and a plate thickness of 25 mm after the rolling in the rolling mill.
  • the energy density at the time of descaling was set to 0.2 J / mm 2 as a condition that the surface of the steel plate at the time of descaling can be completely removed before and after the transformation.
  • the accelerated cooling process cooling was performed so that the surface temperature of the thick steel plate was 500 ° C.
  • the variation in the cooling stop temperature is 25 ° C. or less and the temperature drop ⁇ T in the temperature adjustment step is 200 ° C. or less.
  • an upper header 11 that supplies cooling water to the upper surface of the thick steel plate 10
  • a cooling water injection nozzle that injects rod-like cooling water suspended from the upper header 11.
  • a partition wall 15 installed between the thick steel plate 10 and the upper header 11, and the partition wall 15 includes a water supply port 16 for inserting a lower end portion of the cooling water injection nozzle 13, and the thick steel plate 10. It is preferable that a large number of drain ports 17 for draining the cooling water supplied to the upper surface onto the partition wall 15 are provided.
  • the upper surface cooling facility includes an upper header 11 for supplying cooling water to the upper surface of the thick steel plate 10, a cooling water injection nozzle 13 suspended from the upper header 11, and the upper header 11 and the thick steel plate 10. And a partition wall 15 having a large number of through-holes (water supply port 16 and drain port 17) installed horizontally in the width direction of the thick steel plate.
  • the cooling water injection nozzle 13 is composed of a circular tube nozzle 13 for injecting rod-shaped cooling water, and its tip is inserted into a through-hole (water supply port 16) provided in the partition wall 15, from the lower end of the partition wall 15. It is installed to be on the top.
  • the cooling water injection nozzle 13 may be inserted into the upper header 11 so that the upper end of the cooling water injection nozzle 13 protrudes into the upper header 11 in order to prevent the foreign matter at the bottom in the upper header 11 from being sucked and clogged. preferable.
  • the rod-shaped cooling water in the present invention is cooling water injected in a state of being pressurized to some extent from a circular (including elliptical or polygonal) nozzle outlet, and is cooled from the nozzle outlet.
  • the water injection speed is 6 m / s or more, preferably 8 m / s or more, and the water flow jetted from the nozzle outlet has a continuous circular shape, and the water flow has a continuous and straight flow.
  • it is different from a free fall flow from a circular tube laminar nozzle or a liquid ejected in a droplet state such as a spray.
  • the reason why the tip of the cooling water spray nozzle 13 is inserted into the through hole and is located above the lower end of the partition wall 15 is that the partition wall 15 is inserted even when a thick steel plate whose tip is warped upward enters. This is to prevent the cooling water injection nozzle 13 from being damaged. As a result, the cooling water injection nozzle 13 can be cooled for a long period of time in a good state, so that it is possible to prevent the occurrence of temperature unevenness in the thick steel plate without repairing the equipment.
  • the tip of the circular tube nozzle 13 since the tip of the circular tube nozzle 13 is inserted into the through-hole, as shown in FIG. 16, it does not interfere with the flow in the width direction of the drained water 19 indicated by the dotted arrow flowing through the upper surface of the partition wall 15. Therefore, the cooling water jetted from the cooling water jet nozzle 13 can reach the upper surface of the thick steel plate equally regardless of the position in the width direction, and uniform cooling in the width direction can be performed.
  • a large number of through-holes having a diameter of 10 mm are opened in a grid pattern at a pitch of 80 mm in the thick steel plate width direction and 80 mm in the transport direction.
  • a cooling water injection nozzle 13 having an outer diameter of 8 mm, an inner diameter of 3 mm, and a length of 140 mm is inserted into the water supply port 16.
  • the cooling water injection nozzles 13 are arranged in a staggered pattern, and the through holes through which the cooling water injection nozzles 13 do not pass serve as cooling water drains 17.
  • the large number of through holes provided in the partition wall 15 of the accelerated cooling device of the present invention are composed of the substantially same number of water supply ports 16 and drain ports 17, and each share a role and function.
  • the total cross-sectional area of the drain port 17 is sufficiently larger than the total cross-sectional area of the inner diameter of the circular pipe nozzle 13 of the cooling water injection nozzle 13, and about 11 times the total cross-sectional area of the inner diameter of the circular pipe nozzle 13 is ensured.
  • the cooling water supplied to the upper surface of the thick steel plate is filled between the thick steel plate surface and the partition wall 15, led to the upper side of the partition wall 15 through the drain port 17, and quickly discharged.
  • the FIG. 12 is a front view for explaining the flow of cooling drainage near the end in the width direction of the thick steel plate on the partition wall.
  • the drainage direction of the drainage port 17 is upward opposite to the cooling water injection direction, and the cooling drainage drained upward from the partition wall 15 changes the direction outward in the thick steel plate width direction, between the upper header 11 and the partition wall 15. It drains through the drainage channel.
  • the drain port 17 is inclined in the thick steel plate width direction, and the slant direction is directed outward in the width direction so that the drain direction is directed outward in the thick steel plate width direction.
  • the cooling water does not easily escape above the partition wall 15 after colliding with the steel plate, and the steel plate 10. And the partition wall 15 flow toward the end in the width direction of the thick steel plate. Then, since the flow rate of the cooling drainage between the thick steel plate 10 and the partition wall 15 increases as it approaches the end in the plate width direction, the force that the jet cooling water 18 penetrates the staying water film and reaches the thick steel plate is the plate width. The direction end portion is inhibited.
  • the plate width is about 2 m at most, the influence is limited. However, the influence cannot be ignored especially in the case of a thick plate having a plate width of 3 m or more. Accordingly, the cooling at the end in the width direction of the thick steel plate is weakened, and the temperature distribution in the width direction of the thick steel plate in this case becomes a non-uniform temperature distribution.
  • the water supply port 16 and the water discharge port 17 are provided separately and share the roles of water supply and water discharge. 15 flows smoothly through the drainage port 17 and above the partition wall 15. Accordingly, since the drainage after cooling is quickly removed from the upper surface of the thick steel plate, the cooling water supplied subsequently can easily penetrate the staying water film, and a sufficient cooling capacity can be obtained.
  • the temperature distribution in the width direction of the thick steel plate is a uniform temperature distribution, and a uniform temperature distribution in the width direction can be obtained.
  • the cooling water is discharged quickly. This can be realized, for example, by making holes larger than the outer diameter of the circular tube nozzle 13 in the partition wall 15 and making the number of drain ports equal to or greater than the number of water supply ports.
  • the ratio of the total cross-sectional area of the drain outlet and the total cross-sectional area of the inner diameter of the circular tube nozzle 13 is preferably in the range of 1.5 to 20.
  • the gap between the outer peripheral surface of the circular tube nozzle 13 inserted in the water supply port 16 of the partition wall 15 and the inner surface of the water supply port 16 be 3 mm or less. If this gap is large, the cooling drainage discharged to the upper surface of the partition wall 15 is drawn into the gap between the outer peripheral surface of the circular pipe nozzle 13 of the water supply port 16 due to the influence of the accompanying flow of the cooling water injected from the circular pipe nozzle 13. As a result, the steel sheet is again supplied onto the thick steel plate, resulting in poor cooling efficiency. In order to prevent this, it is more preferable that the outer diameter of the circular tube nozzle 13 is substantially the same as the size of the water supply port 16. However, in consideration of machining accuracy and mounting errors, a gap of up to 3 mm that has substantially little influence is allowed. More preferably, it is 2 mm or less.
  • the nozzle inner diameter is preferably 3 to 8 mm. If it is smaller than 3 mm, the bundle of water sprayed from the nozzle becomes thin and the momentum becomes weak. On the other hand, when the nozzle diameter exceeds 8 mm, the flow rate becomes slow, and the force penetrating the staying water film becomes weak.
  • the length of the circular tube nozzle 13 is preferably 120 to 240 mm.
  • the length of the circular tube nozzle 13 here means the length from the inlet at the upper end of the nozzle that penetrates into the header to some extent to the lower end of the nozzle inserted into the water supply port of the partition wall.
  • the distance between the lower surface of the header and the upper surface of the partition wall becomes too short (for example, the header thickness is 20 mm, the protrusion amount of the nozzle upper end into the header is 20 mm, and the insertion amount of the nozzle lower end into the partition wall is 10 mm. Therefore, the drainage space above the partition wall becomes small, and the cooling drainage cannot be discharged smoothly.
  • the pressure loss of the circular tube nozzle 13 becomes large, and the force penetrating the staying water film becomes weak.
  • the jet speed of cooling water from the nozzle is required to be 6 m / s or more, preferably 8 m / s or more. This is because if it is less than 6 m / s, the force of the cooling water penetrating through the staying water film becomes extremely weak. If it is 8 m / s or more, a larger cooling capacity can be secured, which is preferable.
  • the distance from the lower end of the cooling water spray nozzle 13 for upper surface cooling to the surface of the thick steel plate 10 is preferably 30 to 120 mm. If it is less than 30 mm, the frequency with which the thick steel plate 10 collides with the partition wall 15 becomes extremely high, and equipment maintenance becomes difficult. If it exceeds 120 mm, the force through which the cooling water penetrates the staying water film becomes extremely weak.
  • draining rolls 20 When cooling the upper surface of the thick steel plate, it is preferable to install draining rolls 20 before and after the upper header 11 so that the cooling water does not spread in the longitudinal direction of the thick steel plate. Thereby, the cooling zone length becomes constant and the temperature control becomes easy.
  • the cooling drainage since the flow of the cooling water in the direction of transporting the thick steel plate is blocked by the draining roll 20, the cooling drainage flows outward in the width direction of the thick steel plate. However, the cooling water tends to stay in the vicinity of the draining roll 20.
  • the cooling water jet nozzles in the uppermost stream side row in the thick steel plate conveyance direction are 15 to 15 upstream in the thick steel plate conveyance direction. It is preferable that the cooling water jet nozzles at the most downstream side in the thick steel plate conveyance direction are inclined 15 to 60 degrees in the downstream direction in the thick steel plate conveyance direction.
  • the distance between the lower surface of the upper header 11 and the upper surface of the partition wall 15 is such that the cross-sectional area in the width direction of the thick steel plate in the space surrounded by the lower surface of the header and the upper surface of the partition wall is 1.5 times the total cross-sectional area of the cooling water spray nozzle inner diameter. For example, it is about 100 mm or more.
  • the cross-sectional area of the thick steel plate in the width direction is not 1.5 times or more than the total cross-sectional area of the cooling water jet nozzle inner diameter, the cooling drainage discharged from the drain port 17 provided on the partition wall to the top surface of the partition wall 15 is smoothly thick. It cannot be discharged in the width direction of the steel sheet.
  • the range of the water density that exhibits the most effect is 1.5 m 3 / m 2 ⁇ min or more.
  • the water density is lower than this, the accumulated water film does not become so thick, and even if a known technique for cooling the thick steel plate by dropping the rod-shaped cooling water freely is applied, the temperature unevenness in the width direction does not become so large. In some cases.
  • the water density is higher than 4.0 m 3 / m 2 ⁇ min, it is effective to use the technique of the present invention, but there are problems in practical use such as an increase in equipment cost.
  • the most practical water density is 1.5 to 4.0 m 3 / m 2 ⁇ min.
  • the application of the cooling technique of the present invention is particularly effective when a draining roll is arranged before and after the cooling header.
  • the header is relatively long in the longitudinal direction (when it is about 2 to 4 m), and it is applied to cooling equipment that sprays water spray for purging before and after the header to prevent water leakage to the non-water cooling zone. Is also possible.
  • the cooling device on the lower surface side of the thick steel plate is not particularly limited.
  • FIGS. 9 and 10 an example of the cooled header 12 including the circular tube nozzle 14 similar to the cooling device on the upper surface side is shown.
  • the injected cooling water naturally falls after colliding with the thick steel plate, so that there is no need for the partition wall 15 for discharging cooling drainage as in the upper surface side cooling in the thick steel plate width direction.
  • heating furnace 1 and the descaling device 2 of the present invention are not particularly limited, and conventional devices can be used.
  • the descaling device 2 need not have the same configuration as the descaling device 7 of the present invention.
  • the steel plate temperature is the temperature of the steel plate surface.
  • the thick steel plate of the present invention was manufactured using a thick steel plate manufacturing facility as shown in FIG. After the slab was reheated in the heating furnace 1, the primary scale was removed in the descaling device 2, hot rolled by the rolling mill 3, and the shape was corrected by the shape correcting device 4. After the shape correction, the temperature adjustment device 6 adjusted the temperature of the surface of the thick steel plate, and then the descaling device 7 performed descaling. In the descaling device 7, the spray distance (the surface distance between the spray nozzle of the descaling device 7 and the thick steel plate) was 130 mm, the nozzle spray angle was 32 °, and the nozzle attack angle was 15 °. After descaling by the descaling device 7, it was cooled to 500 ° C by the acceleration cooling device 5.
  • the temperature adjustment step and the descaling step after temperature adjustment were performed under the conditions shown in Table 1.
  • the cooling length of the temperature adjusting device 6 was 1 m.
  • the Ar 3 transformation point of the thick steel plate used was 780 ° C.
  • the plate thickness after rolling in the rolling mill 3 was 25 mm, and the thick steel plate temperature was 830 ° C.
  • the temperature drop ⁇ T in the temperature adjustment process was measured only when water cooling was employed in the temperature adjustment process. This is because when temperature adjustment is performed by air cooling, problems due to excessive temperature drop do not occur.
  • the temperature adjusting device 6 supplied cooling water to the upper and lower surfaces of the thick steel plate at a water density of 1.0 m 3 / m 2 ⁇ min to lower the surface temperature of the thick steel plate to 750 ° C. Thereafter, in the descaling device 7, high-pressure water was sprayed over the entire length of the thick steel plate at an energy density of 0.08 J / mm 2 , and then cooled by the accelerated cooling device 5. Since the water density for water cooling in the temperature adjusting device 6 was 1.0 m 3 / m 2 ⁇ min, the steel plate temperature during descaling was 750 ° C., and the descaling was performed after the steel plate surface was transformed from austenite to ferrite. Was able to do. Since the temperature drop ⁇ T in the temperature adjustment step was also 120 ° C., the temperature unevenness was 19 ° C.
  • Invention Example 4 the thick steel plate surface temperature was lowered to 770 ° C. in the temperature adjusting device 6 after the end of rolling. Thereafter, in the descaling device 7, high-pressure water was injected over the entire length of the thick steel plate at an energy density of 0.13 J / mm 2 and an injection pressure of 8 MPa, and then cooled by an acceleration cooling device. Since the injection pressure was 8 MPa, which was outside the range preferred in the present invention, it was considered that the scale could not be destroyed and remained slightly, and the temperature unevenness was 23 ° C. Although the injection pressure of Invention Example 4 was larger than that of Invention Example 3 which is within the preferred range of the present invention, the other requirements were satisfied by the present invention, so the target 25 Within ° C was achieved.
  • Comparative Example 1 the surface temperature of the thick steel plate was lowered to 770 ° C. by air cooling in the temperature adjusting device 6 after the end of rolling. Thereafter, in the descaling device 7, high-pressure water was injected over the entire length of the thick steel plate at an energy density of 0.04 J / mm 2 and an injection pressure of 12 MPa, and then cooled by the acceleration cooling device 5. Since the energy density was 0.04 J / mm 2 , it was considered that the scale remained in a part of the thick steel plate, and the temperature unevenness was 36 ° C.
  • the temperature adjusting device 6 does not lower the temperature of the thick steel plate surface, and a thick steel plate having a steel plate surface temperature of 800 ° C. is injected into the descaling device 7 with an energy density of 0.08 J / mm 2 .
  • the high pressure water was sprayed over the entire length of the thick steel plate at a pressure of 15 MPa, it was cooled by the accelerated cooling device 5 and manufactured.
  • the energy density was within the scope of the present invention.
  • the descaling was performed in a state where the surface of the thick steel plate was not transformed, it was considered that the scale remained in a part of the thick steel plate, and the temperature unevenness was 40 ° C.
  • the cooling water was supplied to the upper and lower surfaces of the thick steel plate at a water density of 0.2 m 3 / m 2 ⁇ min in the temperature adjusting device 6 after the end of rolling. Thereafter, in the descaling device 7, high-pressure water was sprayed over the entire length of the thick steel plate at an energy density of 0.08 J / mm 2 , and then cooled by the accelerated cooling device 5. Since the water density was as small as 0.2 m 3 / m 2 ⁇ min, the steel plate temperature was reduced only to 785 ° C., and descaling was performed in a state where the steel plate surface was not transformed.
  • the cooling water was supplied to the upper and lower surfaces of the thick steel plate at a water density of 2.4 m 3 / m 2 ⁇ min in the temperature adjusting device 6 after the end of rolling. Thereafter, in the descaling device 7, high-pressure water was sprayed over the entire length of the thick steel plate at an energy density of 0.08 J / mm 2 , and then cooled by the accelerated cooling device 5. Since the water density was as large as 2.4 m 3 / m 2 ⁇ min, ⁇ T during cooling before descaling was 220 ° C., and temperature unevenness was 27 ° C.

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Abstract

　材質ばらつきの少ない高品質の厚鋼板を確保することができる厚鋼板の製造方法および製造設備を提供することを目的とする。　熱間圧延工程、形状矯正工程および加速冷却工程の順序で厚鋼板を製造する方法において、前記形状矯正工程と前記加速冷却工程との間に、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に空冷することにより、あるいは、厚鋼板の上下面に冷却水を水量密度０．３～２．２ｍ３／ｍ２・ｍｉｎで供給して水冷することにより、厚鋼板表面を変態させる温度調整工程、および、前記温度調整工程の後でかつ前記加速冷却工程の前に厚鋼板の表面にエネルギー密度が０．０５Ｊ／ｍｍ２以上の高圧水を噴射するデスケーリング工程を有する厚鋼板の製造方法。

Description

厚鋼板の製造方法および製造設備
　本発明は、厚鋼板の製造方法および製造設備に関するものである。
　熱間圧延によって厚鋼板を製造するプロセスでは、冷却制御の適用が拡大している。例えば、図１に示すように、加熱炉１で厚鋼板（図示しない。）を再加熱した後、デスケーリング装置２において厚鋼板がデスケーリングされる。そして、厚鋼板は圧延機３によって圧延されてから、形状矯正装置４によって矯正された後、加速冷却装置５において水冷または空冷による制御冷却が行われる。なお、図中の矢印は厚鋼板の進行方向である。
　厚鋼板を加速冷却装置で水冷する場合、図２のように厚鋼板表面のスケールが厚くなるほど冷却時間が短くなるため、冷却速度が大きくなることが知られている。しかしながら、スケール厚みにばらつきがあると冷却速度が不均一になるため、強度や硬度などの材質がばらつくという問題がある。
　また、スケール厚が不均一である場合、上述したように冷却速度が不均一になる。このような場合、厚鋼板幅方向における加速冷却停止時の厚鋼板表面温度（以下、「冷却停止温度」と称する。）の分布は、例えば図３のようにばらつくことが知られている。このように厚鋼板の冷却停止温度がばらつくため、均一な材質を得られないという問題がある。具体例を示すと、厚鋼板幅方向にスケール厚が４０μｍと２０μｍの箇所が混在する場合、板厚２５ｍｍの厚鋼板を８００℃から目標温度５００℃まで冷却する時の冷却停止温度は、４０μｍの箇所で４６０℃、２０μｍの箇所で５００℃となる。４０μｍの箇所では、冷却停止温度が目標温度から４０℃下回ってしまい、その結果、均一な材質を得ることができない。
　そこで、特許文献１では、スケール厚みを制御して冷却速度の均一化を行い、冷却停止温度の均一化を達成する方法が開示されている。特許文献１では、圧延中に圧延機の前後に備えられたデスケーリング装置を用いて、厚鋼板の尾端が先端に比べて冷却停止温度が低くなる場合に、尾端側のデスケーリングの噴射水量を先端側の噴射水量より多くなるように制御し、厚鋼板の長手方向でスケール除去率、残存厚を制御することにより、制御冷却時の鋼板表面の熱伝達係数を変化させて、厚鋼板の長手方向の冷却停止温度の均一化を行っている。
特開平６－３３０１５５号公報
　従来の技術では、冷却水量や搬送速度を調整することで冷却停止温度の均一化を図ってきた。しかし、この方法では、スケール厚のばらつきによって冷却速度がばらつくため、冷却速度の均一化のみならず、冷却停止温度の均一化も難しい。
　また、特許文献１の方法では、オンラインでスケール除去率や残存厚を制御できなければ熱伝達係数も制御できないため、高精度の冷却速度の均一化を実現することができない。また、スケール除去率を変化させる場合、スケール残存箇所と剥離箇所で冷却停止温度が異なるため、材質にばらつきが出る。
　本発明は、上記の問題を解決し、材質ばらつきの少ない高品質の厚鋼板を確保することができる厚鋼板の製造方法および製造設備を提供することを目的とする。
　本発明は、前記の従来の問題点を解決するためになされたものであって、その要旨は下記のとおりである。
［１］熱間圧延工程、形状矯正工程および加速冷却工程の順序で厚鋼板を製造する方法において、前記形状矯正工程と前記加速冷却工程との間に、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に空冷することにより、あるいは、厚鋼板の上下面に冷却水を水量密度０．３～２．２ｍ３／ｍ２・ｍｉｎで供給して水冷することにより、厚鋼板表面を変態させる温度調整工程、および、前記温度調整工程の後でかつ前記加速冷却工程の前に厚鋼板の表面にエネルギー密度が０．０５Ｊ／ｍｍ２以上の高圧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。
［２］前記デスケーリング工程において、前記高圧水の噴射圧力を１０ＭＰａ以上とすることを特徴とする［１］に記載の厚鋼板の製造方法。
［３］熱間圧延装置、形状矯正装置、温度調整装置、デスケーリング装置および加速冷却装置をこの順序で搬送方向上流側から配置し、前記温度調整装置では、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に空冷し、あるいは、厚鋼板の上下面に冷却水を水量密度０．３～２．２ｍ３／ｍ２・ｍｉｎで供給することにより水冷し、厚鋼板表面を変態させるとともに、前記デスケーリング装置では、厚鋼板の表面にエネルギー密度が０．０５Ｊ／ｍｍ２以上の高圧水を噴射することを特徴とする厚鋼板の製造設備。
［４］前記デスケーリング装置において、前記高圧水の噴射圧力を１０ＭＰａ以上とすることを特徴とする［３］に記載の厚鋼板の製造設備。
　本発明によれば、形状矯正工程と加速冷却工程との間に、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に下げて厚鋼板表面を変態させる温度調整工程、および、温度調整工程の後に厚鋼板の表面にエネルギー密度が０．０５Ｊ／ｍｍ２以上の高圧水を噴射するデスケーリング工程を有することにより、冷却速度および冷却停止温度の均一化を図ることができる。その結果、材質ばらつきの少ない高品質の厚鋼板の製造が可能となる。
図１は、従来の厚鋼板の製造設備を示す概略図である。 図２は、加速冷却時における、スケール厚みと、冷却時間と、厚鋼板表面温度との関係を示す図である。 図３は、加速冷却後の、厚鋼板の幅方向位置と冷却停止温度との関係を示す図である。 図４は、本発明の一実施形態である厚鋼板の製造設備を示す概略図である。 図５は、厚鋼板表面の変態の有無と、高圧水のエネルギー密度と、スケール剥離率との関係を示す図である。 図６は、圧延終了後の厚鋼板表面の温度と、スケールが破壊されるために必要な噴射圧力との関係を示す図である。 図７は、温度調整工程からデスケーリング工程開始前の厚鋼板表面の温度差を定義する図である。 図８は、厚鋼板表面の温度降下量と冷却停止温度のばらつきとの関係を示す図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る冷却装置の側面図である。 図１０は、本発明の一実施形態に係る他の冷却装置の側面図である。 図１１は、本発明の一実施形態に係る隔壁のノズル配置例を説明する図である。 図１２は、隔壁上の冷却排水の流れを説明する図である。 図１３は、隔壁上の冷却排水の他の流れを説明する図である。 図１４は、従来例の厚鋼板幅方向温度分布を説明する図である。 図１５は、加速冷却装置における冷却水の流れを説明する図である。 図１６は、加速冷却装置における隔壁上の冷却排水との非干渉を説明する図である。
　以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して本発明を説明する。
　図４は、本発明の一実施形態である、厚鋼板の製造設備を示す概略図である。図４において、矢印は厚鋼板の搬送方向である。厚鋼板の搬送方向上流側から、加熱炉１、デスケーリング装置２、圧延機３、形状矯正装置４、温度調整装置６、デスケーリング装置７、加速冷却装置５の順に配置されている。図４において、加熱炉１で厚鋼板（図示しない。）を再加熱した後、デスケーリング装置２において一次スケール除去のために厚鋼板がデスケーリングされる。そして、厚鋼板は圧延機３によって熱間圧延され、形状矯正装置４によって矯正された後、温度調整装置６で厚鋼板表面温度を下げた後、さらにデスケーリング装置７においてスケールを完全除去するデスケーリングが行われる。そして、加速冷却装置５において水冷または空冷による制御冷却が行われる。
　本発明では、形状矯正装置４と加速冷却装置５との間に、温度調整装置６およびデスケーリング装置７が配置される。そして、温度調整装置６において、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に下げて厚鋼板表面を変態させる。その後、デスケーリング装置７においてエネルギー密度が０．０５Ｊ／ｍｍ２以上の高圧水を厚鋼板に噴射するデスケーリングを行うことを特徴とする。
　温度調整装置６は、形状矯正装置４とデスケーリング装置７との間に配置される。温度調整装置６での温度調整工程において、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に下げて厚鋼板表面を変態させることにより、その後のデスケーリング工程において、スケールを除去し易くする。
　温度調整工程で、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に下げて厚鋼板表面を変態させることにより、地鉄の変態が起こりスケールと地鉄との界面にずれが生じてスケールの密着力が低下する。これは、次のような機構によるものと考えられる。厚鋼板の表面がＡｒ３変態点未満に冷却されると、地鉄がオーステナイトからフェライトへ変態する。このときに地鉄が膨張するため、スケールと地鉄との界面に力がかかり、界面にクラックが生じる。その結果、スケールの密着力が低下すると考えられる。したがって、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に下げて厚鋼板表面を変態させることにより、デスケーリング装置７でのデスケーリング工程の際、スケール除去が容易となる。なお、Ａｒ３変態点は、下記式（＊）により算出することができる。
Ａｒ３＝９１０－３１０Ｃ－８０Ｍｎ－２０Ｃｕ－１５Ｃｒ－５５Ｎｉ－８０Ｍｏ…（＊）
ただし、元素記号は各元素の鋼中含有量（ｍａｓｓ％）を示す。
　次に、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に下げて厚鋼板表面を変態させた厚鋼板は、デスケーリング装置７において、スケール除去するデスケーリングを行う。このとき、エネルギー密度が０．０５Ｊ／ｍｍ２以上の高圧水（本発明では、噴射圧力が５ＭＰａ以上の場合を高圧水とする。）を厚鋼板に噴射することにより、スケールを完全に除去することができる。このデスケーリング工程において、スケールを完全に除去することにより、その後の加熱冷却装置５での加速冷却工程において、冷却制御が可能となる。その結果、高精度の冷却速度の均一化および冷却停止温度の均一化を図ることができる。なお、高圧水は厚鋼板全長にわたって噴射すればよい。
　本発明者らは、ある鋼種を用いて、デスケーリング工程前の厚鋼板表面の変態の有無の影響について、高圧水のエネルギー密度とスケール剥離率（スケールが剥離した面積と厚鋼板面積の割合）との関係を調べた。その結果、図５に示すような知見を得た。図５から、エネルギー密度が大きいとスケール剥離率が大きくなること、そして、厚鋼板表面を変態させることにより、エネルギー密度が小さくてもスケール剥離が可能となることがわかった。また、図５から、変態後にデスケーリングを行う場合、エネルギー密度が０．０５Ｊ／ｍｍ２より小さい場合、スケール剥離率が低いことから、厚鋼板の一部にスケールが残存し、冷却停止温度がばらついて材質が不均一となるといえる。したがって、高圧水のエネルギー密度は０．０５Ｊ／ｍｍ２以上とする。好ましくは、０．１０Ｊ／ｍｍ２以上である。なお、高圧水を供給するポンプの消費エネルギーの観点から、高圧水のエネルギー密度は０．６０Ｊ／ｍｍ２以下が好ましい。
　本発明では、デスケーリング工程において、噴射圧力１０ＭＰａ以上の高圧水を噴射することが好ましい。噴射圧力を１０ＭＰａ以上にすることにより、スケールを完全に除去できる。したがって、加速冷却工程における冷却速度および冷却停止温度の均一化を実現できる。スケールを破壊するためには、高圧水の液滴が厚鋼板に衝突するときの圧力が、スケールの硬度を超える必要がある。本発明者らは、圧延終了後の厚鋼板表面の温度と、スケールが破壊されるために必要な高圧水の噴射圧力との関係について調べたところ、図６の知見を得た。本発明のように、制御冷却が必要な厚鋼板を製造する場合、圧延終了後の厚鋼板表面の温度は、高くても９００℃前後であることが一般的である。したがって、本発明において、スケールを破壊するために、高圧水の噴射圧力を１０ＭＰａ以上にすることが好ましい。
　ここで、厚鋼板に噴射される冷却水のエネルギー密度Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）とは、デスケーリングによってスケールを除去する能力の指標であり、次の（１）式のように定義される。
Ｅ＝Ｑ／（ｄ×Ｗ）×ρｖ２／２×ｔ…（１）
ただし、Ｑ：デスケーリング水の噴射流量［ｍ３／ｓ］、ｄ：フラットノズルのスプレー噴射厚み［ｍｍ］、Ｗ：フラットノズルのスプレー噴射幅［ｍｍ］、流体密度ρ［ｋｇ／ｍ３］、厚鋼板衝突時の流体速度ｖ［ｍ／ｓ］、衝突時間ｔ［ｓ］（ｔ＝ｄ／１０００／Ｖ、搬送速度Ｖ［ｍ／ｓ］）である。
　しかしながら、厚鋼板衝突時の流体速度ｖの測定は必ずしも容易ではないため、（１）式で定義されるエネルギー密度Ｅを厳密に求めようとすると、多大な労力を要する。
　そこで、本発明者らは、さらに検討を加えた結果、厚鋼板に噴射される冷却水のエネルギー密度Ｅ（Ｊ／ｍｍ２）の簡便な定義として、水量密度×噴射圧力×衝突時間を採用すればよいことを見出した。ここで、水量密度（ｍ３／ｍ２・ｍｉｎ）は、「冷却水の噴射流量÷冷却水衝突面積」で計算される値である。噴射圧力（ＭＰａ）は、冷却水の吐出圧力で定義される。衝突時間（ｓ）は、「冷却水の衝突厚み÷厚鋼板の搬送速度」で計算される値である。なお、この簡便な定義で算出される本発明の高圧水のエネルギー密度とスケール剥離率との関係も、図５と同様である。
　温度調整工程において、空冷または水冷により、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に下げる。なお、空冷する場合、厚鋼板を搬送するテーブルローラー上で適宜Ａｒ３変態点未満まで空冷すればよい。
　本発明では、温度調整工程において、水冷を実施する場合には、厚鋼板の上下面に冷却水を水量密度０．３～２．２ｍ３／ｍ２・ｍｉｎで供給する。水量密度が０．３ｍ３／ｍ２・ｍｉｎより小さいと、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に下げることができず、厚鋼板表面を変態させることができない。その結果、厚鋼板にスケールが残存し、その後の加速冷却工程で冷却制御しても、冷却停止温度がばらついて材質が不均一となる。また、水量密度が２．２ｍ３／ｍ２・ｍｉｎより大きいと、後述する温度調整工程における温度降下量ΔＴが２００℃を超えてしまい、冷却停止温度がばらついて材質が不均一となる。
　温度調整装置６において厚鋼板表面を変態させる場合、厚鋼板にスケールが付着した状態で厚鋼板表面を冷却することになる。本発明者らは、温度調整装置６における冷却での温度降下量が大きい場合、スケールの付着状況が冷却停止温度の均一化に影響し、冷却停止温度のばらつき（加速冷却工程後の目標とする鋼板表面温度と、加速冷却後の実際の鋼板表面温度との差）が大きくなってしまうという知見を得た。ここで、温度調整装置６における厚鋼板表面の温度降下量ΔＴを、図７に示すように、冷却開始時の厚鋼板表面温度から厚鋼板表面の最低到達温度の差として定義する。
　本発明者らは、圧延機での圧延終了後の表面温度が８００℃、板厚２５ｍｍの厚鋼板を用いて、温度調整工程、デスケーリング工程および加速冷却工程の順で厚鋼板を製造した。ここで、デスケーリング時の鋼板表面が変態前でも変態後でもスケールを全面的に除去できる条件として、デスケーリング時のエネルギー密度は０．２Ｊ／ｍｍ２とした。なお、加速冷却工程では厚鋼板表面温度が５００℃となるように冷却した。その結果、温度調整工程の温度降下量ΔＴと冷却停止温度のばらつきとの関係は、図８のようになることがわかった。図８から、均一な材質を得るためには、冷却停止温度のばらつきは２５℃以下、温度調整工程の温度降下量ΔＴは２００℃以下にすることが好ましい。
　本発明の加速冷却装置５については、図９に示すように、厚鋼板１０の上面に冷却水を供給する上ヘッダ１１と、該上ヘッダ１１から懸垂した棒状冷却水を噴射する冷却水噴射ノズル１３と、厚鋼板１０と上ヘッダ１１との間に設置される隔壁１５とを備えるとともに、隔壁１５には、冷却水噴射ノズル１３の下端部を内挿する給水口１６と、厚鋼板１０の上面に供給された冷却水を隔壁１５上へ排水する排水口１７とが、多数設けられていることが好ましい。
　具体的には、上面冷却設備は、厚鋼板１０の上面に冷却水を供給する上ヘッダ１１と、該上ヘッダ１１から懸垂した冷却水噴射ノズル１３と、上ヘッダ１１と厚鋼板１０との間に厚鋼板幅方向に亘り水平に設置され多数の貫通孔（給水口１６と排水口１７）を有する隔壁１５とを備えている。そして、冷却水噴射ノズル１３は棒状の冷却水を噴射する円管ノズル１３からなり、その先端が前記隔壁１５に設けられた貫通孔（給水口１６）に内挿されて隔壁１５の下端部より上方になるように設置されている。なお、冷却水噴射ノズル１３は、上ヘッダ１１内の底部の異物を吸い込んで詰まるのを防止するため、その上端が上ヘッダ１１の内部に突出するように、上ヘッダ１１内に貫入させることが好ましい。
　ここで、本発明における棒状冷却水とは、円形状（楕円や多角の形状も含む）のノズル噴出口からある程度加圧された状態で噴射される冷却水であって、ノズル噴出口からの冷却水の噴射速度が６ｍ／ｓ以上、好ましくは８ｍ／ｓ以上であり、ノズル噴出口から噴射された水流の断面がほぼ円形に保たれた連続性と直進性のある水流の冷却水のことをいう。すなわち、円管ラミナーノズルからの自由落下流や、スプレーのような液滴状態で噴射されるものとは異なる。
　冷却水噴射ノズル１３の先端が貫通孔に内挿されて隔壁１５の下端部より上方になるように設置されているのは、仮に先端が上方に反った厚鋼板が進入してきた場合でも隔壁１５によって冷却水噴射ノズル１３が損傷するのを防止するためである。それによって冷却水噴射ノズル１３が良好な状態で長期間に亘って冷却を行うことができるので、設備補修等を行うことなく、厚鋼板の温度ムラの発生を防止することができる。
　また、円管ノズル１３の先端が貫通孔に内挿されているので、図１６に示すように、隔壁１５の上面を流れる点線矢印の排出水１９の幅方向流れと干渉することがない。したがって、冷却水噴射ノズル１３から噴射された冷却水は、幅方向位置によらず等しく厚鋼板上面へ達することができ、幅方向に均一な冷却を行うことができる。
　隔壁１５の一例を示すと、図１１に示すように隔壁１５には直径１０ｍｍの貫通孔が厚鋼板幅方向に８０ｍｍ、搬送方向に８０ｍｍのピッチで碁盤の目状に多数開けられている。そして、給水口１６には外径８ｍｍ、内径３ｍｍ、長さ１４０ｍｍの冷却水噴射ノズル１３が挿入されている。冷却水噴射ノズル１３は千鳥格子状に配列され、冷却水噴射ノズル１３が通っていない貫通孔は冷却水の排水口１７となっている。このように、本発明の加速冷却装置の隔壁１５に設けられた多数の貫通孔は、ほぼ同数の給水口１６と排水口１７とから成り立っており、それぞれに役割、機能を分担している。
　このとき、排水口１７の総断面積は、冷却水噴射ノズル１３の円管ノズル１３の内径の総断面積よりも十分広く、円管ノズル１３の内径の総断面積の１１倍程度が確保されており、図９に示すように厚鋼板上面に供給された冷却水は、厚鋼板表面と隔壁１５との間に充満し、排水口１７を通して、隔壁１５の上方に導かれ、速やかに排出される。図１２は隔壁上の厚鋼板幅方向端部付近の冷却排水の流れを説明する正面図である。排水口１７の排水方向が冷却水噴射方向と逆の上向きになっており、隔壁１５の上方へ抜けた冷却排水は、厚鋼板幅方向外側へ向きを変え、上ヘッダ１１と隔壁１５との間の排水流路を流れて排水される。
　一方、図１３に示す例は、排水口１７を厚鋼板幅方向に傾斜させて排水方向が厚鋼板幅方向外側に向くように幅方向外側へ向けた斜め方向としたものである。このようにすることで、隔壁１５上の排出水１９の厚鋼板幅方向流れが円滑になり、排水が促進されるので好ましい。
　ここで、図１４に示すように排水口と給水口が同一の貫通孔に設置されていると、冷却水は、厚鋼板に衝突した後、隔壁１５の上方に抜けにくくなって、厚鋼板１０と隔壁１５の間を厚鋼板幅方向端部へ向かって流れるようになる。そうすると厚鋼板１０と隔壁１５の間の冷却排水の流量は、板幅方向の端部に近づく程多くなるので、噴射冷却水１８が滞留水膜を貫通して厚鋼板に到達する力が板幅方向端部ほど阻害されることとなる。
　薄板の場合には板幅が高々２ｍ程度であるのでその影響は限定的である。しかしながら、特に板幅が３ｍ以上の厚板の場合には、その影響は無視できない。従って、厚鋼板幅方向端部の冷却が弱くなり、この場合の厚鋼板幅方向の温度分布は、不均一な温度分布となる。
　これに対して、本発明の加速冷却装置５は、図１５に示すように給水口１６と排水口１７は別個に設けられており、給水と排水を役割分担しているので、冷却排水は隔壁１５の排水口１７を通過して隔壁１５の上方に円滑に流れて行くようになる。従って、冷却後の排水が速やかに厚鋼板上面から排除されるので、後続で供給される冷却水は、容易に滞留水膜を貫通することができ、十分な冷却能力を得ることができる。この場合の厚鋼板幅方向の温度分布は、均一な温度分布となり、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１７の総断面積は、円管ノズル１３の内径の総断面積の１．５倍以上であれば、冷却水の排出が速やかに行われる。このことは、例えば、隔壁１５には円管ノズル１３の外径よりも大きい穴を開け、排水口の数を給水口の数と同じか、それ以上にすれば実現できる。
　排水口１７の総断面積が円管ノズル１３の内径の総断面積の１．５倍より小さいと、排水口の流動抵抗が大きくなり、滞留水が排水されにくくなる結果、滞留水膜を貫通して厚鋼板表面に到達できる冷却水量が大幅に減り、冷却能が低下するので好ましくない。より好ましくは４倍以上である。一方、排水口が多過ぎたり、排水口の断面径が大きくなりすぎると、隔壁１５の剛性が小さくなって、厚鋼板が衝突したときに損傷し易くなる。従って、排水口の総断面積と円管ノズル１３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、隔壁１５の給水口１６に内挿した円管ノズル１３の外周面と給水口１６の内面との隙間は３ｍｍ以下とすることが望ましい。この隙間が大きいと、円管ノズル１３から噴射される冷却水の随伴流の影響により、隔壁１５の上面へ排出された冷却排水が給水口１６の円管ノズル１３の外周面との隙間に引き込まれ、再び厚鋼板上に供給されることとなるので、冷却効率が悪くなる。これを防止するには、円管ノズル１３の外径を給水口１６の大きさとほぼ同じにすることがより好ましい。しかしながら、工作精度や取り付け誤差を考慮し、実質的に影響が少ない３ｍｍまでの隙間は許容する。より望ましくは２ｍｍ以下とする。
　さらに、冷却水が滞留水膜を貫通して厚鋼板に到達できるようにするためには、円管ノズル１３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必要がある。
　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、滞留水膜を貫通する力が弱くなる。
　円管ノズル１３の長さは１２０～２４０ｍｍが好適である。ここでいう円管ノズル１３の長さとは、ヘッダ内部へある程度貫入したノズル上端の流入口から、隔壁の給水口に内挿したノズルの下端までの長さを意味する。円管ノズル１３が１２０ｍｍより短いと、ヘッダ下面と隔壁上面との距離が短くなりすぎる（例えば、ヘッダ厚み２０ｍｍ、ヘッダ内へのノズル上端の突出量２０ｍｍ、隔壁へのノズル下端の挿入量１０ｍｍとすると、７０ｍｍ未満となる）ため、隔壁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より長いと円管ノズル１３の圧力損失が大きくなり、滞留水膜を貫通する力が弱くなる。
　ノズルからの冷却水の噴射速度は、６ｍ／ｓ以上、好ましくは８ｍ／ｓ以上が必要である。６ｍ／ｓ未満では、滞留水膜を冷却水が貫通する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、上面冷却の冷却水噴射ノズル１３の下端から厚鋼板１０の表面までの距離は、３０～１２０ｍｍとするのが良い。３０ｍｍ未満では、厚鋼板１０が隔壁１５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、冷却水が滞留水膜を貫通する力が極端に弱くなる。
　厚鋼板上面の冷却では、冷却水が厚鋼板長手方向に拡がらないように、上ヘッダ１１の前後に水切ロール２０を設置するのが良い。これにより、冷却ゾーン長が一定となり、温度制御が容易になる。ここで水切ロール２０により厚鋼板搬送方向の冷却水の流れは堰き止められるので冷却排水は厚鋼板幅方向外側に流れるようになる。しかしながら、水切ロール２０の近傍は冷却水が滞留し易い。
　そこで図１０に示すように、厚鋼板幅方向に並んだ円管ノズル１３の列のうち、厚鋼板搬送方向の最上流側列の冷却水噴射ノズルは、厚鋼板搬送方向の上流方向へ１５～６０度傾け、厚鋼板搬送方向の最下流側列の冷却水噴射ノズルは、厚鋼板搬送方向の下流方向へ１５～６０度傾けることが好ましい。こうすることにより、水切ロール２０に近い位置にも冷却水を供給することができ、水切ロール２０近傍に冷却水が滞留することがなく、冷却効率が上がるので好適である。
　上ヘッダ１１下面と隔壁１５上面の距離は、ヘッダ下面と隔壁上面に囲まれた空間内での厚鋼板幅方向流路断面積が冷却水噴射ノズル内径の総断面積の１．５倍以上となるように設けられ、例えば１００ｍｍ程度以上である。この厚鋼板幅方向流路断面積が冷却水噴射ノズル内径の総断面積の１．５倍以上ない場合、隔壁に設けられた排水口１７から隔壁１５上面へ排出された冷却排水が円滑に厚鋼板幅方向に排出できない。
　本発明の加速冷却装置において、最も効果を発揮する水量密度の範囲は、１．５ｍ３／ｍ２・ｍｉｎ以上である。水量密度がこれよりも低い場合には滞留水膜がそれほど厚くならず、棒状冷却水を自由落下させて厚鋼板を冷却する公知の技術を適用しても、幅方向の温度ムラはそれほど大きくならない場合もある。一方、水量密度が４．０ｍ３／ｍ２・ｍｉｎよりも高い場合でも、本発明の技術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、１．５～４．０ｍ３／ｍ２・ｍｉｎが最も実用的な水量密度である。
　本発明の冷却技術を適用するのは、冷却ヘッダの前後に水切りロールを配する場合が特に効果的である。しかしながら、水切りロールがない場合にも適用することは可能である。例えば、ヘッダが長手方向に比較的長く（２～４ｍ程度ある場合）、そのヘッダの前後でパージ用の水スプレーを噴射して、非水冷ゾーンへの水漏れを防止する冷却設備に適用することも可能である。
　なお、本発明において、厚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。図９、１０に示す実施形態では、上面側の冷却装置と同様の円管ノズル１４を備えた冷却下ヘッダ１２の例を示した。しかしながら、厚鋼板下面側の冷却では、噴射された冷却水は厚鋼板に衝突した後に自然落下するので、上面側冷却のような冷却排水を厚鋼板幅方向に排出する隔壁１５はなくてよい。また、膜状冷却水や噴霧状のスプレー冷却水などを供給する公知の技術を用いてもよい。
　なお、本発明の加熱炉１およびデスケーリング装置２については、特に制限されず、従来の装置を用いることができる。デスケーリング装置２については、本発明のデスケーリング装置７と同様の構成である必要はない。
　以下、本発明の実施例を説明する。以下の説明で、鋼板温度はいずれも鋼板表面の温度である。
　図４に示すような厚鋼板の製造設備を用いて、本発明の厚鋼板を製造した。加熱炉１でスラブを再加熱した後、デスケーリング装置２において一次スケールを除去し、圧延機３で熱間圧延し、形状矯正装置４で形状矯正した。形状矯正後、温度調整装置６で厚鋼板表面の温度を調整後、デスケーリング装置７でデスケーリングを行った。デスケーリング装置７は、噴射距離（デスケーリング装置７の噴射ノズルと厚鋼板の表面距離）が１３０ｍｍ、ノズル噴射角度が３２°、ノズル迎え角が１５°とした。デスケーリング装置７でのデスケーリング後、加速冷却装置５で５００℃まで冷却した。ここで、温度調整工程および温度調整後のデスケーリング工程については、表１に示す条件で行った。なお、温度調整装置６の冷却長は１ｍとした。また、用いた厚鋼板のＡｒ３変態点は７８０℃であった。圧延機３での圧延終了後の板厚は２５ｍｍ、厚鋼板温度は８３０℃であった。温度調整工程の温度降下量ΔＴは、温度調整工程で水冷を採用した場合についてのみ測定した。これは、空冷で温度調整を実施した場合、温度降下の過大に起因する問題が生じないからである。
　得られた厚鋼板について、材質ばらつきの少ない厚鋼板を得るために、図８の関係に基づき、冷却停止温度のばらつきが２５℃以内の厚鋼板を合格とした。
　製造条件および結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　発明例１では、圧延終了後、温度調整装置６において空冷により、厚鋼板表面温度を７７０℃まで下げた。その後、デスケーリング装置７において、エネルギー密度０．０８Ｊ／ｍｍ２、噴射圧力１５ＭＰａ、ノズル１本あたりの噴射流量が４０Ｌ／ｍｉｎ（＝６．７×１０－４ｍ３／ｓ）で、高圧水を厚鋼板全長にわたり噴射した後、加速冷却装置５で冷却して製造した。厚鋼板表面がオーステナイトからフェライトに変態した後にデスケーリングを行ったので、スケールを完全に除去でき、冷却停止温度のばらつき（以下、単に温度ムラと称する）は１０℃となった。
　発明例２では、圧延終了後、温度調整装置６において、厚鋼板の上下面に水量密度１．０ｍ３／ｍ２・ｍｉｎで冷却水を供給し厚鋼板表面温度を７５０℃まで下げた。その後、デスケーリング装置７において、エネルギー密度０．０８Ｊ／ｍｍ２で高圧水を厚鋼板全長にわたり噴射した後、加速冷却装置５で冷却して製造した。温度調整装置６において水冷するための水量密度が１．０ｍ３／ｍ２・ｍｉｎであったため、デスケーリング時の厚鋼板温度は７５０℃となり、厚鋼板表面がオーステナイトからフェライトに変態した後にデスケーリングを行うことができた。温度調整工程の温度降下量ΔＴも１２０℃であったため、温度ムラは１９℃となった。
　発明例３では、圧延終了後、空冷により、厚鋼板表面温度を７７０℃まで下げた。その後、デスケーリング装置７において、噴射圧力１５ＭＰａ、ノズル１本あたりの噴射流量が４０Ｌ／ｍｉｎ（＝６．７×１０－４ｍ３／ｓ）、エネルギー密度０．１３Ｊ／ｍｍ２で、高圧水を厚鋼板全長にわたり噴射した後、加速冷却装置５で冷却して製造した。厚鋼板表面がオーステナイトからフェライトに変態した後にデスケーリングを行った。このため、スケールを完全に除去でき、温度ムラは１０℃となった。
　発明例４では、圧延終了後、温度調整装置６において厚鋼板表面温度を７７０℃まで下げた。その後、デスケーリング装置７において、エネルギー密度０．１３Ｊ／ｍｍ２、噴射圧力８ＭＰａで、高圧水を厚鋼板全長にわたり噴射した後、加速冷却装置で冷却して製造した。噴射圧力が８ＭＰａであり、本発明で好ましいとする範囲外の値であったので、スケールを破壊できずにわずかに残存したと考えられ、温度ムラが２３℃となった。発明例４の噴射圧力は、本発明の好ましい範囲内である発明例３の場合に比べて大きくなったものの、そのほかは本発明で必須とされる条件を満足していたので、目標とする２５℃以内は達成された。
　比較例１では、圧延終了後、温度調整装置６において空冷により厚鋼板表面温度を７７０℃まで下げた。その後、デスケーリング装置７において、エネルギー密度０．０４Ｊ／ｍｍ２、噴射圧力１２ＭＰａで、高圧水を厚鋼板全長にわたり噴射した後、加速冷却装置５で冷却して製造した。エネルギー密度が０．０４Ｊ／ｍｍ２であることから、厚鋼板の一部にスケールが残存したと考えられ、温度ムラが３６℃となった。また、室温まで冷却した比較例１の厚鋼板の表面を目視で観察したところ、表面の色調にムラが確認されたので、温度ムラの原因が、厚鋼板の一部にスケールが残存していたものであることに起因するものと推定される。
　比較例２では、圧延終了後、温度調整装置６において厚鋼板表面の温度を下げず、厚鋼板表面温度８００℃の厚鋼板を、デスケーリング装置７において、エネルギー密度０．０８Ｊ／ｍｍ２、噴射圧力１５ＭＰａで、高圧水を厚鋼板全長にわたり噴射した後、加速冷却装置５で冷却して製造した。エネルギー密度は本発明の範囲内であった。しかしながら、厚鋼板表面が変態していない状態でデスケーリングを行ったため、厚鋼板の一部にスケールが残存したと考えられ、温度ムラが４０℃となった。また、室温まで冷却した比較例２の厚鋼板の表面を目視で観察したところ、表面の色調にムラが確認されたので、温度ムラの原因が、厚鋼板の一部にスケールが残存していたものであることに起因するものと推定される。
　比較例３では、圧延終了後、温度調整装置６において、厚鋼板の上下面に水量密度０．２ｍ３／ｍ２・ｍｉｎで冷却水を供給した。その後、デスケーリング装置７において、エネルギー密度０．０８Ｊ／ｍｍ２で高圧水を厚鋼板全長にわたり噴射した後、加速冷却装置５で冷却して製造した。水量密度が０．２ｍ３／ｍ２・ｍｉｎと小さいため、厚鋼板温度は７８５℃までしか下がらず、厚鋼板表面が変態していない状態でデスケーリングを行った。このため、厚鋼板の一部にスケールが残存したと考えられ、温度ムラが４１℃となった。室温まで冷却した比較例３の厚鋼板の表面を目視で観察したところ、表面の色調にムラが確認されたので、温度ムラの原因が、厚鋼板の一部にスケールが残存していたものであることに起因するものと推定される。
　比較例４では、圧延終了後、温度調整装置６において、厚鋼板の上下面に水量密度２．４ｍ３／ｍ２・ｍｉｎで冷却水を供給した。その後、デスケーリング装置７において、エネルギー密度０．０８Ｊ／ｍｍ２で高圧水を厚鋼板全長にわたり噴射した後、加速冷却装置５で冷却して製造した。水量密度が２．４ｍ３／ｍ２・ｍｉｎと大きいため、デスケーリング前冷却時のΔＴが２２０℃となり、温度ムラが２７℃となった。室温まで冷却した比較例４の厚鋼板の表面を目視で観察したところ、表面の色調にムラが確認されたので、温度ムラの原因が、厚鋼板の一部にスケールが残存していたものであることに起因するものと推定される。
　１　　加熱炉
　２　　デスケーリング装置
　３　　圧延機
　４　　形状矯正装置
　５　　加速冷却装置
　６　　温度調整装置
　７　　デスケーリング装置
　１０　厚鋼板
　１１　上ヘッダ
　１２　下ヘッダ
　１３　上冷却水噴射ノズル（円管ノズル）
　１４　下冷却水噴射ノズル（円管ノズル）
　１５　隔壁
　１６　給水口
　１７　排水口
　１８　噴射冷却水
　１９　排出水
　２０　水切ロール
　２１　水切ロール

Claims (4)

  1. 　熱間圧延工程、形状矯正工程および加速冷却工程の順序で厚鋼板を製造する方法において、前記形状矯正工程と前記加速冷却工程との間に、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に空冷することにより、あるいは、厚鋼板の上下面に冷却水を水量密度０．３～２．２ｍ３／ｍ２・ｍｉｎで供給して水冷することにより、厚鋼板表面を変態させる温度調整工程、および、前記温度調整工程の後でかつ前記加速冷却工程の前に厚鋼板の表面にエネルギー密度が０．０５Ｊ／ｍｍ２以上の高圧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。
  2. 　前記デスケーリング工程において、前記高圧水の噴射圧力を１０ＭＰａ以上とすることを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板の製造方法。
  3. 　熱間圧延装置、形状矯正装置、温度調整装置、デスケーリング装置および加速冷却装置をこの順序で搬送方向上流側から配置し、前記温度調整装置では、厚鋼板表面温度をＡｒ３変態点未満に空冷し、あるいは、厚鋼板の上下面に冷却水を水量密度０．３～２．２ｍ３／ｍ２・ｍｉｎで供給することにより水冷し、厚鋼板表面を変態させるとともに、前記デスケーリング装置では、厚鋼板の表面にエネルギー密度が０．０５Ｊ／ｍｍ２以上の高圧水を噴射することを特徴とする厚鋼板の製造設備。
  4. 　前記デスケーリング装置において、前記高圧水の噴射圧力を１０ＭＰａ以上とすることを特徴とする請求項３に記載の厚鋼板の製造設備。
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