WO2008020549A1 - Method of cooling steel sheet - Google Patents

Description

明 細 書 鋼板の冷却方法 技術分野

本発明は、 鋼板の冷却方法に関し、 特に熱間圧延された鋼板の冷 却方法に関する。 背景技術

熱間圧延後の鋼板を冷却装置で連続的に冷却し、 鋼板の組織制御 を行う ことで高強度、 高靭性の厚鋼板を製造するプロセスが広く用 いられている。 この製造プロセスは、 合金元素の削減による製造コ ス ト低減、 溶接作業効率の改善に寄与している。

しかしながら、 この製造プロセスにおいて、 鋼板の先端部及び後 端部は、 前記冷却装置に移送される前に鋼板長手方向中央部に比べ て温度が低くなつていることに加え、 冷却装置内での注水冷却にお いても端面からの熱伝達、 熱伝導の影響が大きいため、 過冷現象が 発生して平坦度、 材質が不安定となり易い。

そのため、 例えば、 特開昭 60— 43435号公報に開示されているよ うに、 鋼板位置を トラッキングしながら、 該鋼板先端部及び後端部 において冷却水の散水を停止するマスキングを行うことで、 先端部 及び後端部の過冷却を防止する方法の提案がある。 発明の開示

上記特開昭 60— 43435号公報で示されたマスキング方法による鋼 板先端部及び後端部への過冷却防止効果は大きい。 しかし、 これは ON, OFF制御、 即ち、 マスキング部分は無注水で、 マスキングしてい ない部分 （非マスキング部分とも称す） は基準水量密度の冷却水が 供給されていることから、 この境界部では水量が急激に変化し、 特 に鋼板先端部においては大きな温度偏差が発生する。

そのため、 鋼板搬送方向 （鋼板長手方向とも称す） での材質偏差 が発生して歩留低下を招き、 先端領域の形状も温度偏差の影響で鋼 板搬送方向中央部に比べて悪化し易い。

本発明は、 上記問題に鑑みてなされたものであり、 本発明の目的 とするところは、 鋼板搬送方向の均一冷却性を高めることが可能な 、 新規かつ改良された鋼板の冷却方法を提供することにある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、 要旨は 次のとおりである。

( 1 ) 熱間圧延された鋼板を一方向に搬送しながら冷却装置内の 上下に配置したノズルから鋼板に冷却水を供給して冷却する鋼板の 冷却方法において、 鋼板の搬送方向に対して鋼板を先頭側から先端 領域と、 先部領域と、 中央部領域とに区分すると共に、 冷却装置を 鋼板の搬送方向に対して前段部と、 後段部とに区分し、 冷却装置の 前段部において、 鋼板の先端領域が通過中は、 冷却水量を無注水と し、 先部領域が通過するときは、 冷却水量を基準水量密度の 80〜95 体積％から順次増加させて、 先部領域と中央部領域との境界部が到 達したとき冷却水量が基準水量密度となる様に注水し、 中央部領域 が通過中は、 基準水量密度で注水を継続し、 かつ、 冷却装置の後段 部において、 鋼板の先端領域が通過中は、 冷却水量を基準水量密度 の 80〜95体積％とし、 先部領域が通過するときは、 冷却水量を基準 水量密度の 80〜95質量％から順次増加させて、 先端領域と中央部領 域との境界部が到達したとき冷却水量が基準水量密度となる様に注 水し、 中央部領域が通過中は、 基準水量密度で注水を継続すること を特徴とする鋼板の冷却方法。 かかる構成により、 鋼板の長手方向においてマスキングしている 厚鋼板の先端領域と非マスキング部分の先部領域との境界部の大幅 な温度低下を制御できる。 さらには、 鋼板長手方向の温度分布の差 が減少するため、 鋼板先端領域、 先部領域の形状を良好にする事が 可能となると共に鋼板長手方向の材質変化を制御することが可能と なる。

( 2 ) 上記鋼板の中央部領域より尾端側を鋼板の搬送方向に対し て後部領域と、 後端領域とに区分し、 冷却装置の前段部及び後段部 において、 鋼板の中央部領域が通過し終えて後部領域が通過すると きは、 冷却水量を基準水量密度から順次減少させて、 後部領域と後 端領域との境界部が到達したとき冷却水量が基準水量密度の 80〜 95 体積％となる様に注水し、 後端領域が通過中は、 基準水量密度の 80 〜95体積％で注水することを特徴とする （ 1 ) 記載の鋼板の冷却方 法。

かかる構成により、 厚鋼板の後部においても、 鋼板形状及び材質 を更に良好にする事が可能となる。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の第 1の実施形態に係る冷却装置を示す模式図で ある。

図 2は、 同実施形態に係る冷却装置の前段領域 4 aでの鋼板長手 方向の水量密度分布を示す説明図である。

図 3は、 同実施形態に係る冷却装置の後段領域 4 bでの鋼板長手 方向の水量密度分布を示す説明図である。

図 4は、 同実施形態に係る鋼板長手方向における該鋼板の表面温 度分布を示す説明図である。

図 5は、 同実施形態に係る冷却装置の出側での鋼板の表面温度分 布を示す説明図である。

図 6は、 従来の冷却装置の出側での鋼板の表面温度分布を示す説 明図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に添付図面を参照しながら、 本発明の好適な実施の形態につ いて詳細に説明する。 なお、 本明細書及び図面において、 実質的に 同一の機能構成を有する構成窭素については、 同一の符号を付する ことにより重複説明を省略する。

熱間圧延後の厚鋼板を冷却水によって強制冷却する方法において 、 冷却装置を前段領域と後段領域に分け、 三方弁による冷却水の ON , OFF制御による厚鋼板先端部及び後端部のマスキングを行うに際し て、 マスキングしている部分と非マスキング部分の境界部の温度低 下が厚鋼板の先部で大きい （後部の 1. 5倍程度） ために、 この温度 低下を制御する方法について、 本発明者は種々実験、 検討した。

この境界部での温度低下を抑制するためには、 冷却装置内の冷却 ノズルに冷却水を供給する配管に流量調整可能な流量調節弁を設置 し、 境界部で冷却水量を順次増加する必要がある。 しかし、 境界部 での温度低下領域は 2〜 3 m以内と短く、 かつ、 流量調節弁の弁開 放時間 （全閉から全開までの時間） は早いものでも 10 s程度であり 、 しかも、 鋼板搬送速度 （1. 0〜2. 0 m Z s ) を減速することができ ない。

このために、 上記した様に流量調節弁の開度を全閉から順次開放 して全開にすると、 該流量調節弁が全開になるタイミングが温度低 下領域を大きく過ぎて鋼板長手方向中央部側になり、 温度が健全 （ 温度低下のない領域） であった中央部側部分の温度が上昇する新た な問題が発生した。 さ らに、 本発明者は詳細に調査、 実験、 検討を進めた結果、 上記 境界部の温度低下は 15〜 30 程度が殆どであり、 流量調節弁の開度 を全閉から全開に順次開度を増加しなくても、 基準水量密度 （鋼板 中央部へ供給される単位面積単位時間当たりの水量である水量密度 (単位 ： m³ (m² - min) ) Q oの 80〜95体積％ (以下、 この水 量密度を Q 。 _{n l}と称す） になる開度から順次開放して基準水量密 度 Q oにすると、 上記の健全部の温度上昇を伴う ことなく、 上記境 界部の温度低下を実操業上問題のない程度に抑制できる事を見出し た。

なお、 基準水量密度 Q oが、 例えば、 厚鋼板の場合は 0.3〜 1.5m (m² - rain) の範囲にすることが好ましい。 即ち、 この基準水 量密度 Q o力 、 例えば 1.5m³ (m² - min) 以上の水量密度を使用 する厚鋼板では、 冷却終了時の温度が低い場合が多く、 冷却中の厚 鋼板の表面温度も低くなる。 そのため、 このような厚鋼板の冷却を 行う場合は、 冷却が安定する核沸騰域での冷却が主体となることか ら、 冷却後の温度偏差が大きくなることが少なく、 温度偏差による 悪影響が生じ難く、 本発明で適用される頻度は低い。 一方、 基準水 量密度 Q oが、 例えば 0.3m³/ (m² · min) 以下の水量密度では、 冷却速度が低くなるため、 厚鋼板の組織の粗大化を防止することが できるが、 厚鋼板の強度向上を図ることができないため、 Ο. βιη³/ (m² - min) 以下の水量密度は、 使用される頻度が低く、 本発明の 適用可能性は低い。

なお、 基準水量密度 Q oは、 主に冷却される鋼板の材質によって 決定され、 その他には、 冷却装置で冷却する前の鋼板の温度と、 目 的とする冷却後の鋼板の温度との温度差や、 鋼板の熱伝導率、 冷却 ノズル等の冷却形式などの様々な要因によって決定される。 また、 冷却前の鋼板の温度は、 加熱炉から圧延機を経て冷却装置に至るま での時間、 圧延方法などの要因によって変動する。

この知見を基にして本発明は成されたものであり、 図 1〜図 5 を 参照して詳細に説明する。 .図 1 は、 本発明の第 1の実施形態に係る 冷却方法を実施するための冷却装置を示す模式図である。 図 2は、 本実施形態に係る冷却装置の前段領域での鋼板長手方向の水量密度 分布を示す説明図である。 図 3は、 本実施形態に係る冷却装置の後 段領域での鋼板長手方向の水量密度分布を示す説明図である。 図 4 は、 本実施形態に係る鋼板長手方向における該鋼板の表面温度分布 を示す説明図である。 図 5は、 本実施形態に係る冷却装置の出側で の鋼板の表面温度分布を示す説明図である。

図 1 に示すように、 本実施形態に係る冷却装置 4に隣接して、 厚 鋼板の圧延機 1が設置される。 冷却装置 4は、 測長ロール 2 と、 鋼 板位置検出センサ 3 と、 冷却ノズル 4 c と、 三方弁 5 と、 流量調節 弁 6 と、 ヘッダー管 7 と、 制御部 8 とを備える。 冷却装置 4は、 前 段領域 4 aと、 後段領域 4 bとに 2分割される。 冷却ノズル 4 cは 、 冷却対象鋼板 Pの上面及び下面に冷却水を散水するために、 該鋼 板 Pに対して長さ方向及び幅方向に複数設けられる。 また、 各冷却 ノズル 4 cは、 ヘッダー管 7から分岐される配管の先端に設けられ 、 各配管の途中に、 前段領域 4 aでは三方弁 5 と流量調節弁 6が設 けられ、 後段領域 4 bでは流量調節弁 6が設けられる。 制御部 8は 、 測長ロール 2及び鋼板位置検出センサ 3の検出情報を基にして鋼 板 Pの位置を トラッキングし、 このトラッキング情報により、 三方 弁 5及び流量調節弁 6の開度を調整制御する。

また、 冷却対象の鋼板 Pは、 先端領域 （鋼板先端から鋼板長手方 向中心部側に向かって例えば 0. 5〜 2 mまでの領域） 1 ,と、 先部領 域 （先端領域と先部領域との境界部から鋼板長手方向中心部側に向 かって例えば 4〜 10mまでの領域） 1 ₂と、 中央部領域 （先部領域 と中央部領域との境界部より も鋼板長手方向中心部側領域） との 3 つの領域に便宜上分けられて、 冷却装置 4から供給される冷却水量 が調整制御される。 これら 3つの領域の範囲は、 例えば、 流量調節 弁 6の応答速度と鋼板の搬送速度の関係、 水量密度や冷却終了時の 鋼板の温度等の冷却条件によって決定される。 また、 冷却前の鋼板 の温度分布によっても決定される。 そして、 この冷却前の鋼板の温 度分布は、 加熱炉から圧延機を経て冷却装置に至るまでの時間、 圧 延方法、 鋼板の熱伝達率、 材質などの様々な要因によって変動する 本実施形態では、 先ず、 圧延機 1 を通過して熱間圧延の完了した 冷却対象鋼板 Pが冷却装置 4に向かってパスラインを移動する際、 該鋼板 Pの先端が鋼板位置検出センサ 3 により検出される。 そして 、 鋼板 Pの先端の検出情報が制御部 8 に入力される。 次に、 測長口 —ル 2 により鋼板 Pに移動距離が求められて、 その移動距離が制御 部 8 に入力される。 この両入力情報により制御部 8 は、 搬送中の鋼 板 Pの位置を トラッキングする。

次に、 制御部 8での流量調節弁 6、 ミ方弁 5の制御について説明 する。 先ず、 鋼板 Pの先端が冷却装置 4に進入する前に、 冷却装置 4の前段領域 4 a及び後段領域 4 bにおいて、 水量密度が Q 。 _{n l} になるように流量調節弁 6 の開度を絞って通水する。 さ らに、 前段 領域 4 aにある Ξ方弁 5 をオフライ ン側 （鋼板 Pのパスライ ンより 外れた側） に開放する様に、 流量調節弁 6及び三方弁 5が制御され ている。 これにより、 水量密度 Q _{f r}。_{n l}の冷却水が、 前段領域 4 a ではオフライ ン側に排水され、 また、 後段領域 4 bでは冷却ノズル 4 cから散水された状態になっている。

この状態で、 鋼板 Pの先端が冷却装置 4内に進入して、 鋼板 Pは 上下の各冷却ノズル 4 c間を順次通過する。 この際、 冷却装置 4の 前段領域 4 aでは、 各冷却ノズル 4 c全てにおいて、 鋼板 Pの先端 領域 1 ,が冷却ノズル 4 c位置 （各冷却ノズル 4 cが設けられた位 置） を通過して、 鋼板 Pの先部領域 1 ₂が冷却ノズル 4 c位置に達 するとき、 三方弁 5 をオンライ ン側に順次切り替えて、 鋼板長手方 向に設けた各冷却ノズル 4 c より鋼板 Pに冷却水の散水を順次開始 する。 そして、 その直後から鋼板 Pの先部領域 1 ₂が各冷却ノズル 4 c位置を通過し終えるまでの間に、 各流量調節弁 6の開度を順次 増加して、 鋼板 Pの該先部領域 1 ₂が抜ける直前に全開とする。 こ れにより、 前段領域 4 aの各冷却ノズル 4 c から散水される冷却水 量密度は、 Q 。 _{n t}から順次増加して基準水量密度 Q o に達する。 一方、 冷却装置 4の後段領域 4 bでは、 各冷却ノズル 4 cから冷 却水量密度 Q _{i r}。_{n t}で散水されている中に鋼板 Pの先端が進入する ことにより、 鋼板 Pの冷却が開始される。 そして、 鋼板 Pの先部領 域 1 ₂が各冷却ノズル 4 cの位置に達すると、 上記同様に各流量調 節弁 6 の開度を順次増加し始めて、 該先部領域 1 ₂が抜ける直前に 全開とする。

この様な冷却方法により、 例えば、 厚鋼板 Pの先部が図 4 に示す 温度を有する場合、 冷却装置 4の前段領域 4 aにある冷却ノズル 4 cから散水される冷却水の水量密度が図 2 に示す様になり、 さ らに 、 冷却装置 4の後段領域 4 bにある冷却ノズル 4 c から散水される 冷却水の水量密度が図 3 に示す様になった。 この結果、 冷却装置 4 から出た鋼板 Pの温度は図 5 に示す様な良好な温度分布となった。 一方、 本発明を用いず先端領域の散水を停止するマスキング制御の みを実施した場合、 図 6 に示す様に先端領域と先部領域の境界での 温度偏差が大きい。 なお、 図 6は、 従来の冷却装置の出側での鋼板 の表面温度分布を示す説明図である。

次に、 本実施形態に係る厚鋼板 Pの後部の冷却方法について説明 する。 厚鋼板 Pの後部におけるマスキング部分と非マスキング部分 の境界の温度低下は、 上記した様に先部に比較して小さいが、 この 温度低下を防止する方が好ましいので、 以下に説明する。

冷却対象の鋼板 Pは、 後端領域 （鋼板後端から鋼板長手方向中心 部側に向かう領域） と、 後部領域 （後端領域から鋼板長手方向中心 部側に向かう領域） と、 中央部領域との 3つの領域に便宜上分けら れて、 冷却装置 4から供給される冷却水量が調整制御される。 これ ら 3つの領域の範囲は、 例えば、 流量調節弁 6の応答速度と鋼板の 搬送速度の関係、 水量密度や冷却終了時の鋼板の温度等の冷却条件 によって決定される。 また、 冷却前の鋼板の温度分布によっても決 定される。 そして、 この冷却前の鋼板の温度分布は、 加熱炉から圧 延機を経て冷却装置に至るまでの時間、 圧延方法、 鋼板の熱伝達率 、 材質などの様々な要因によって変動する。

この厚鋼板 Pの後部の冷却装置 4内の通過は、 中央部領域、 後部 領域、 後端領域の順番となることから、 冷却装置 4の前段領域 4 a においては、 厚鋼板 Pの中央部領域が通過中は基準水量密度 Q oで 散水冷却しているが、 冷却ノズル 4 c位置に厚鋼板 Pの後部領域が 到達すると、 その冷却ノズル 4 c に設けた流量調節弁 6の開度を順 次絞って後端領域が到達するまでに水量密度が上記 Q _{I r}。_{n t}になる ようにする。 そして、 後端領域が冷却ノズル 4 c位置に到達すると 三方弁 5をオフライン側に切り替えて冷却水をオフライン側に排出 して後端領域への冷却水の散水を停止する。 この操作を冷却装置 4 の入側から出側方向の冷却ノズル 4 c について、 厚鋼板 Pの後部に 移動に従って順番に行う。 また、 冷却装置 4の後段領域 4 bにおい ては、 厚鋼板 Pの中央部領域が通過中は上記同様に基準水量密度 Q oで散水冷却しているが、 冷却ノズル 4 cの下方に厚鋼板 Pの後部 領域が到達すると、 その冷却ノズル 4 c に設けた流量調節弁 6の開 度を順次絞って後端領域が到達した際に水量密度が上記 Q ^。_{n t}に なる様にする。 そして、 その後、 その開度を維持した状態で後端領 域を散水冷却する。 実施例

本発明の実施例を比較例と共に表 1、 表 2 を参照して説明する。 表 1 は、 厚鋼板 1 〜 3のそれぞれの板厚、 板巾、 板長及び冷却装置 通過前の温度分布を示す表である。 表 2は、 冷却装置で表 1 に示す 厚鋼板 1 〜 3を速度 60m Z m i nで搬送しつつ冷却した場合の実施例 1 〜 3 と比較例 1 , 2の水量密度と冷却後の厚鋼板の温度分布を示 す表である。

本発明の実施例では、 冷却ノズル 4 c を鋼板搬送方向 （鋼板長さ 方向） に 24列、 該鋼板搬送方向とは直角方向 （鋼板幅方向） に 70本 配置した冷却装置であり、 そして、 前段領域 4 aを冷却ノズル 4 c の 12列目までとし、 後段領域 4 bをそれ以降の 24列目までとした。 また、 三方弁及び流量調整弁、 制御部等は図 1 と同様な構成とした 。 また、 鋼板の先端領域 1 ,は鋼板先端から 1 m、 先部領域 1 ₂は、 先端領域 1 ,と先部領域 1 ₂との境界部から 4 m、 中央部領域は先部 領域 1 ₂と中央部領域との境界部以降とした。

この表 2の実施例 1 は厚鋼板 1 の後部領域、 後端領域においては 本発明を適用せずに基準水量密度で冷却した場合の例であり、 実施 例 2， 3は先部領域、 先端領域及び後部領域、 後端領域に本発明を 適用した例である。 また、 先部領域が冷却装置を通過する際の前段 ゾーンの水量密度 Q _{f r}。_{n t}は基準水量密度 Q oに対して、 実施例 1 では 90体積％、 実施例 2では 82体積％、 実施例 3では 95体積％から 開始するとし、 後部領域が冷却装置を通過し終える際の後段ゾーン の水量密度は基準水量密度 Q oに対して、 実施例 2では 82体積％、 実施例 3では 95体積％として、 80〜95体積％の範囲内であり、 実施 例 1〜 3は本発明を適用した例である。

実施例 1 〜 3では、 表 2の最大温度偏差の欄に示すように、 いず れも冷却後の鋼板の温度分布の最小値と最大値の差を表す最大温度 偏差が 20で以下と小さくなつた。 一方、 比較例 1 は、 鋼板の先部領 域、 後部領域での冷却装置前段、 後段での冷却水の水量密度が本発 明の上限を外れた場合の例 （97体積％) であり、 比較例 2は、 本発 明の水量密度の下限を外れた場合の例 （75体積％) である。 いずれ の場合も冷却後の鋼板の最大温度偏差が実施例 1 〜 3に比較して大 幅に大きくなり （比較例 1では 27°C、 比較例 2では 29で） 、 冷却後 における鋼板形状も悪化した。

上述したとおり、 本発明によれば、 鋼板の長手方向においてマス キングしている厚鋼板の先端領域と非マスキング部分の先部領域と の境界部の大幅な温度低下を抑制でき、 鋼板先端領域、 先部領域の 形状を良好にする事が可能となると共に鋼板長手方向の材質変化を 抑制することが可能となる。 また、 厚鋼板の後部においても、 鋼板 形状及び材質を更に良好にする事が可能となり好ましい。 以上まと めると、 本発明によれば、 鋼板搬送方向の均一冷却性を高め、 材質 均一化と鋼板平坦度改善を図ることができる。

以上、 添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について 説明したが、 本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもな い。 当業者であれば、 特許請求の範囲に記載された範疇内において 、 各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、 それ らについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される 1

~~_ 厚鋼板 1 厚鋼板 2 厚 ftq极 3 板厚 [mm] 20 20 20 板巾 [mm] 3032 2988 3010 板長 [mm] 29542 30462 29872 最大値 [で] 808 809 810 先端領域

最小値 [V] 790 793 790 最大値 [で] 825 827 825 先部領域

最小値 [で] 815 816 813 最大値 [ ] 824 825 822 中央部領域

最小値 [で] 819 816 819 最大値 [ ] 818 816 818 後部領域

最小値 [V] 798 788 790 最大値 [で] 786 789 790 後端領域

最小値 [で] 775 759 762

表 2

産業上の利用可能性

本発明により鋼板搬送方法の均一冷却性を高めることが可能とな る。

Claims

1 . 熱間圧延された鋼板を一方向に搬送しながら冷却装置内の上 下に配置したノズルから前記鋼板に冷却水を供給して冷却する鋼板 の冷却方法において、

前記鋼板を前記鋼板の搬送方向に対して先頭側から先端領域と、 請

先部領域と、 中央部領域とに区分すると共に、 前記冷却装置を前記 鋼板の搬送方向に対して前段部と、 後段部とに区分し、

前記冷却装置の前記前段部におのいて、 前記鋼板の前記先端領域が 通過中は、 前記冷却水の冷却水量を無範注水とし、 前記先部領域が通 過するときは、 前記冷却水量を基準水量密囲度の 80〜 95体積％から順 次増加させて、 前記先部領域と前記中央部領域との境界部が到達し たとき前記冷却水量が前記基準水量密度となる様に注水し、 該中央 部領域が通過中は、 前記基準水量密度で注水を継続し、 かつ、 前記 冷却装置の前記後段部において、 前記鋼板の前記先端領域が通過中 は、 前記冷却水量を前記基準水量密度の 80〜95体積％とし、 前記先 部領域が通過するときは、 前記冷却水量を前記基準水量密度の 80〜 95質量％から順次増加させて、 前記先部領域と前記中央部領域との 境界部が到達したとき前記冷却水量が前記基準水量密度となる様に 注水し、 該中央部領域が通過中は、 前記基準水量密度で注水を継続 することを特徴とする、 鋼板の冷却方法。

2 . 前記鋼板の前記中央部領域より尾端側を前記鋼板の搬送方向 に対して後部領域と、 後端領域とに区分し、 前記冷却装置の前記前 段部及び前記後段部において、 前記鋼板の前記中央部領域が通過し 終えて前記後部領域が通過中は、 前記冷却水量を前記基準水量密度 から順次減少させて、 前記後部領域と前記後端領域との境界部が到 達したとき前記冷却水量が前記基準水量密度の 80〜 95体積％となる 様に注水し、 前記後端領域が通過中は、 前記基準水量密度の 80〜95 体積％で注水することを特徴とする、 請求項 1 記載の鋼板の冷却方 法。