WO2011074632A1 - 熱延鋼板の冷却方法 - Google Patents

Abstract

　本発明は、搬送速度変化を伴う仕上げ圧延後の熱延鋼板の冷却方法であって、前記仕上げ圧延を行う前の鋼板温度と前記仕上げ圧延の条件とに基づき、搬送速度変化スケジュールを設定する工程と；第１の冷却区間において、前記熱延鋼板を膜沸騰状態で冷却する第１の冷却を行う工程と；第２の冷却区間において、前記熱延鋼板を２ｍ^２／ｍｉｎ／ｍ^２以上の水量密度で冷却する第２の冷却を行う工程と；前記熱延鋼板を巻き取る工程と；を備え、０．８≦（Ｔ２ａ'－Ｔ２ａ）／ΔＴｘ≦１．２を満たすように、前記第１の冷却において冷却条件を制御する熱延鋼板の冷却方法を提供する。

Description

熱延鋼板の冷却方法

　本発明は、熱延鋼板の冷却方法に関する。
　本願は、２００９年１２月１６日に、日本に出願された特願２００９－２８５１２１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　熱間圧延工程における仕上げ圧延工程後の熱延鋼板（以下、「鋼板」という場合がある）は、仕上げ圧延機から巻き取り機（ダウンコイラー）まで搬送される間に、複数の冷却機を有する冷却装置によって所定の鋼板温度まで冷却された後、巻き取り機により巻き取られる。鋼板の熱間圧延においては、この仕上げ圧延工程後から巻き取りまでにおける冷却の様態が鋼板の機械的特性を決定する重要な因子となっている。冷却媒体として、例えば水（以下、「冷却水」という場合がある）を用いて鋼板を冷却することが多い。近年では、鋼板中のマンガン等の添加元素を減らしながら、従来と同等もしくはそれ以上の加工性、強度を確保することを目的として、高温域において冷却速度の大きな冷却（以下、「急速冷却」という場合がある）が行われている。また、冷却均一性を確保するという観点から、冷却ばらつきの主要因である遷移沸騰状態での冷却を極力排除し、安定した冷却能力が得られる核沸騰状態での冷却を利用した冷却方法が知られているが、一般に、核沸騰状態での冷却は急速冷却となる。

　仕上げ圧延工程においては、加速及び減速圧延が広く行われている。仕上げ圧延機出側における鋼板の搬送速度は、巻き取り機までの搬送速度に等しくなり、鋼板は搬送速度が変動する状態で冷却される。そのため、急速冷却を用いた熱延鋼板の冷却においては、目標とする巻き取り鋼板温度を実現するため、鋼板の搬送速度の増減に応じて、その冷却長及び冷却水量密度を変化させることが一般に行われている。例えば、特許文献１では、最終仕上げ圧延機の後方において、熱延鋼帯の圧延速度の増減に応じて、鋼板温度降下量が鋼帯内で一定となるように冷却ゾーン長さを調整し、水量密度が１０００Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２以上の条件で鋼帯を急速冷却する急速冷却工程と、この急速冷却工程のあとで、所定の巻き取り鋼板温度で巻き取られるように熱延鋼帯を緩冷却する緩冷却工程とを具備した冷却方法が開示されている。

　また、特許文献２には、水量密度２．０ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の冷却水を供給するとともに、搬送速度の増加に応じて、第一冷却ヘッダ群と第二冷却ヘッダ群の各冷却ヘッダを個別にＯＮ－ＯＦＦすることにより冷却領域の長さを調整する技術が開示されている。

日本国特開２００８－２９０１５６号公報 日本国特許第４４４９９９１号公報

　しかしながら、熱延鋼板の搬送速度の変動に応じて、冷却装置に備えられたバルブの開閉制御などにより冷却装置の冷却長を変更する場合、特許文献１に記載された発明では冷却長の増減による鋼板冷却量の変化代が大きいため、急速冷却後の鋼板温度が大きく変動し、その後の冷却工程で注水制御を行っても、急速冷却工程で生じた鋼板温度偏差を解消できず、目標とする鋼板温度範囲内に巻き取り鋼板温度を制御することが極めて困難であることが判明した。

　また、急速冷却工程において注水制御を行い、一部の冷却水供給バルブを閉じるなどして急速冷却工程の一部を空冷とした場合、この空冷領域に他の注水領域からの冷却水が流れ込み、冷却ばらつきを発生させる大きな要因となることが判明した。この問題を解決する方法として、例えば、冷却装置において水切り装置を増設し、冷却水が空冷となるはずの領域に流れ込むのを防ぐことが考えられるが、冷却水量の多い急速冷却では、必要な水切り設備の能力も大きくなり、設備設置上の制約、及び、設備投資額の面からも望ましくない。

　また、特許文献２に記載された技術を、鋼板の冷却能力が大きく変動する遷移沸騰状態において、熱延鋼板の搬送速度が変化する状態で採用する場合には、上述の理由により、巻取り鋼板温度の偏差が大きくなることが判明した。

　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、熱間圧延の仕上げ圧延後に行われる熱延鋼板の冷却において、仕上げ圧延機から加速、減速を伴う搬送速度で送り出される熱延鋼板を、所定の巻き取り鋼板温度に精度よく均一に冷却することができる熱延鋼板の冷却方法を提供することを目的とする。

　本発明は、上述の課題を解決するために以下の方法を採用する。

（１）本発明の第１の態様は、搬送速度変化を伴う仕上げ圧延後の熱延鋼板の冷却方法であって、前記仕上げ圧延を行う前の鋼板温度と前記仕上げ圧延の条件とに基づき、搬送速度変化スケジュールを設定する工程と；第１の冷却区間において、前記熱延鋼板を膜沸騰状態で冷却する第１の冷却を行う工程と；第２の冷却区間において、前記熱延鋼板を２ｍ^２／ｍｉｎ／ｍ^２以上の水量密度で冷却する第２の冷却を行う工程と；前記熱延鋼板を巻き取る工程と；を備え、前記搬送速度が変化する前の、前記熱延鋼板の、前記第２の冷却区間での入側目標鋼板温度Ｔ２ａと、前記搬送速度が変化した後の、前記熱延鋼板の、前記第２の冷却区間での入側目標鋼板温度Ｔ２ａ’と、前記搬送速度変化により生じる前記第２の冷却区間での前記熱延鋼板の冷却量の変化量ΔＴｘとが、
０．８≦（Ｔ２ａ’－Ｔ２ａ）／ΔＴｘ≦１．２　　　（式１）
を満たすように、前記第１の冷却において冷却条件を制御する。
（２）上記（１）に記載の熱延鋼板の冷却方法では、前記第２の冷却区間では、前記搬送速度変化に関らず冷却長の変動範囲を９０％以上１１０％以下の範囲としてもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の熱延鋼板の冷却方法では、前記第２の冷却区間では、前記搬送速度変化に関らず前記水量密度の変動範囲を８０％以上１２０％以下の範囲としてもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法では、前記第２の冷却区間における冷却時間の８０％以上の時間が核沸騰状態での冷却であってもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法では、前記第２の冷却区間の後段に配される第３の冷却区間において、０．０５ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２以上、０．１５ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２以下の水量密度の冷却水による冷却と、外気による冷却とを行う第３の冷却工程を更に備えてもよい。
（６）上記（１）～（５）のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法は、前記搬送速度変化スケジュールにおける搬送速度最大値に基づき、前記第２の冷却区間における冷却長を設定する冷却長設定工程と；前記搬送速度変化スケジュールにおける搬送速度最小値に基づき、前記第２の冷却区間における前記入側目標鋼板温度Ｔ２ａを設定する入側目標鋼板温度Ｔ２ａ設定工程と；を更に備えてもよい。
（７）上記（１）～（６）のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法は、前記第２の冷却区間の入側において入側鋼板温度を測定する工程と；測定した前記入側鋼板温度を基に、前記第１の冷却区間における冷却条件を変更し、前記入側鋼板温度を所定範囲に制御する第１冷却区間冷却条件変更工程と；
を更に備えてもよい。
（８）上記（１）～（７）のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法は、前記第２の冷却区間の出側において出側鋼板温度を測定する工程と；測定した前記出側鋼板温度を基に、前記第２の冷却区間の後段に配される第３の冷却区間における冷却条件を変更し、巻き取り鋼板温度を所定範囲に制御する第３冷却区間冷却条件変更工程と；を更に備えてもよい。
（９）上記（１）～（８）のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法は、前記第２の冷却区間は、前段冷却区間と中段冷却区間と後段冷却区間とを有し、前記冷却方法は、前記前段冷却区間の出側において出側鋼板温度を測定する前段出側鋼板温度測定工程と；測定した前記前段出側鋼板温度を基に、前記中段冷却区間における冷却条件を変更し、前記後段冷却区間の入側における鋼板温度を所定範囲に制御する中段冷却区間冷却条件変更工程と；を更に備えてもよい。

　上記（１）に記載の方法によれば、搬送速度の変化に応じて、第１の冷却工程における冷却条件の制御を、上述の式１を満たすように行い、第２の冷却工程における冷却条件をほぼ一定とすることで冷却長の増減及び鋼板上の冷却水の流動などにより生じる冷却ばらつきを抑制でき、特に、急激に冷却能力（冷却速度）が変化する遷移沸騰状態及び核沸騰状態に相当する鋼板温度域内（３００℃から７００℃）における冷却ばらつきを抑制できる。
　上記（２）に記載の方法によれば、第２の冷却区間における冷却長の変動範囲を制限することで、鋼板上の冷却水の流動などにより生じる冷却ばらつきを抑制し、巻き取り鋼板温度の偏差を抑えることができる。
　上記（３）に記載の方法によれば、冷却水量密度の変動範囲を制限することで、第２の冷却区間における冷却能力（冷却速度）の変動を抑制でき、巻き取り鋼板温度の偏差を抑えることができる。
　上記（４）に記載の方法によれば、遷移沸騰状態での冷却により生じる冷却ばらつきを最小限にし、第２の冷却区間の出側鋼板温度の偏差を抑えることができるため、巻き取り鋼板温度の偏差を抑えることができる。
　上記（５）に記載の方法によれば、第２の冷却区間出側から巻き取りまでの区間における冷却水量密度を低下させることにより、巻き取り鋼板温度の偏差を抑えることができる。
　上記（６）に記載の方法によれば、搬送速度変化スケジュールに基づき第２の冷却区間の入側鋼板温度を適切に調整するため、巻き取り鋼板温度の偏差を好適に抑えることができる。
　上記（７）～（９）のいずれか１項に記載の方法によれば、実測鋼板温度に基づくフィードフォワード制御、及びフィードバック制御を行うことで、巻き取り鋼板温度をより好適に抑えることができる。

本実施の形態にかかる冷却装置を有する熱延設備の、仕上げ圧延機以降の構成の概略を示す図である。 冷却条件を決定するフローの概略を示した図である。 搬送速度変化スケジュールの一例を示す模式図である。 冷却過程における温度履歴の模式図である。 冷却過程における温度履歴の模式図である。 鋼板の冷却形態を表す模式図である。 実施例で用いた搬送速度変化スケジュールを示す図である。

　本発明者らは、搬送速度が変化する熱間圧延工程における仕上げ圧延後の熱延鋼板を少なくとも第１の冷却工程と急速冷却である第２の冷却工程とにより冷却する際に、第２の冷却工程において搬送速度の変化に関らず冷却長や水量密度等の冷却条件を極力変化させないように第１の冷却工程の注水制御を行うことで、熱延鋼板の搬送速度が変化する場合でも、巻き取り鋼板温度の偏差を抑えることができることを見出した。具体的には、本発明者らは、搬送速度が変化する前の、前記熱延鋼板の、前記第２の冷却区間での入側目標鋼板温度Ｔ２ａと、前記搬送速度が変化した後の、前記熱延鋼板の、前記第２の冷却区間での入側目標鋼板温度Ｔ２ａ’と、前記圧延速度変化により生じる前記第２の冷却区間での前記熱延鋼板の冷却量の変化量ΔＴｘとが、
０．８≦（Ｔ２ａ’－Ｔ２ａ）／ΔＴｘ≦１．２　　　（式１）
を満たすように、第１の冷却工程において冷却条件を制御することにより、巻き取り鋼板温度の偏差を抑えることができることを見出した。

　以下、上述の知見に基づく本発明の実施形態にかかわる冷却装置１、及び鋼板Ｓの冷却方法について図面を参照しながら説明する。

　図１は本実施の形態にかかる冷却装置１を有する熱延設備において、仕上げ圧延機２以降の構成の概略を示している。

　熱延設備には、図１に示すように、加熱炉（図示せず）から排出され粗圧延機（図示せず）で圧延された鋼板Ｓを、搬送速度変化スケジュールに基づく加速及び減速を伴って連続圧延する仕上げ圧延機２と、仕上げ圧延後の鋼板Ｓを所定の巻き取り鋼板温度、例えば３００℃まで冷却する冷却装置１と、冷却された鋼板Ｓを巻き取るコイラー３とが、鋼板Ｓの搬送方向にこの順で設けられている。仕上げ圧延機２の上流側には、仕上げ圧延鋼板温度Ｔ０を測定する温度計５１が設けられており、仕上げ圧延機２とコイラー３との間には、テーブルロール４ａからなるランアウトテーブル４が設けられている。そして、仕上げ圧延機２で圧延された鋼板Ｓは、ランアウトテーブル４上で搬送中に冷却装置１によって冷却され、コイラー３に巻き取られる。

　冷却装置１内の上流側、すなわち仕上げ圧延機２の直近の下流側には、仕上げ圧延機２を通過した直後の鋼板Ｓを第１の冷却区間１０で冷却する第１の冷却機１０ａが設けられている。第１の冷却機１０ａは、図１に示すように、例えば鋼板Ｓの表面に冷却水を噴射するラミナーノズル１１を鋼板Ｓの幅方向及び搬送方向にそれぞれ整列して複数個備えている。このラミナーノズル１１から鋼板Ｓの表面に噴射される冷却水の水量密度は、例えば０．３ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎである。第１の冷却区間１０とは、第１の冷却機１０ａにより鋼板Ｓが膜沸騰状態で冷却される区間である。第１の冷却区間１０での冷却は、ラミナーノズルによる冷却水の噴射の他、スプレーノズルによる冷却水の噴射、エアーノズルによるガス冷却や、気水ノズルによる気水混合冷却（ミスト冷却）、冷却媒体を何ら供給しない空冷等で冷却を行ってもよい。尚、膜沸騰状態で冷却されるとは、第１の冷却区間全体が膜沸騰域で行われる場合だけでなく、当該区間の一部が膜沸騰状態での冷却となり、残りが空冷となる冷却状態も含まれる。

　第１の冷却機１０ａの下流側には、図１に示すように、第１の冷却区間１０において冷却された鋼板Ｓを第２の冷却区間２０（急速冷却区間）で急速冷却する第２の冷却機２０ａが設けられている。第２の冷却区間２０とは、第２の冷却機２０ａにより鋼板Ｓが冷却される区間である。本実施形態における急速冷却とは、冷却水量密度を少なくとも２ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２以上、望ましくは３ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２以上とする冷却である。冷却水量密度とは、冷却を行う鋼板表面１ｍ^２あたりの供給冷却水量を意味し、鋼板上面のみを冷却する場合には、鋼板上面１ｍ^２あたりの冷却水供給量を意味する。第２の冷却機２０ａは、例えば、鋼板Ｓの上面に冷却水を噴射するスプレーノズル２１を通板方向及び板幅方向に複数個備えており、鋼板Ｓに対する冷却水量密度を、例えば、２ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２、望ましくは、３ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ以上とすることができる能力を備えている。第２の冷却機２０ａは、この第２の冷却区間における一連の冷却形態をみた場合、この冷却区間における冷却時間の８０％以上を核沸騰冷却とすることができる能力を備えている。

　第２の冷却機２０ａの下流側には、図３に示すように第３の冷却区間３０を冷却する第３の冷却機３０ａが設けられてもよい。第３の冷却機３０ａには、第１の冷却機１０ａと同様に、鋼板Ｓの表面に冷却水を噴射するラミナーノズル１１が鋼板Ｓの幅方向及び搬送方向にそれぞれ整列して複数設けられている。このラミナーノズル１１から鋼板Ｓの表面に噴射される冷却水の水量密度は、例えば０．３ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎである。第３の冷却区間３０の冷却は、ラミナーノズルによる冷却水の噴射の他、スプレーノズルによる冷却水の噴射、エアーノズルによるガス冷却や、気水ノズルによる気水混合冷却（ミスト冷却）、もしくは何ら冷却媒体を供給しない空冷による冷却としてもよい。

　第１の冷却区間１０の入側及び出側には、入側鋼板温度と出側鋼板温度とをそれぞれ測定する温度計５２、５３が備えられている。また、第２の冷却区間２０の出側には、出側鋼板温度を測定する温度計５４が備えられている。コイラー３の上流側には巻き取り鋼板温度を測定する温度計５５が備えられている。鋼板冷却時の鋼板温度を随時測定し、これらの温度計の測定値を基に、第１の冷却区間１０及び第３の冷却区間３０においてフィードフォワード制御、及びフィードバック制御を行う。

　次に、第１の冷却工程と、第２の冷却工程と、巻き取り工程とを少なくとも備える本実施形態に係る熱延鋼板Ｓの冷却方法について、図２から図６を用いて説明する。なお、以下では第３の冷却機３０ａが設けられる場合について説明する。
　図２は、熱延鋼板の冷却を開始する際の第２の冷却区間２０における冷却条件を決定する流れを示している。

　粗圧延を終了した鋼板は仕上げ圧延機２へと搬送され、温度計５１により、仕上げ圧延鋼板温度が測定される。測定された温度データは、演算機１０１へ入力され、演算機１０１では、この鋼板温度と、予め入力されている板厚などの所定の仕上げ圧延条件を基に、図３に示すように、所定の仕上げ圧延条件を満たすような鋼板長手方向位置に対する搬送速度変化スケジュール（仕上げ圧延機出側速度）を求める。搬送速度変化スケジュールは、仕上げ圧延開始からの時間に対するものに限定されず、鋼板長手方向位置に対するものとして求めてもよい。

　演算機１０１により求められた前記搬送速度変化スケジュールは、演算機１０２へと送られ、演算機１０２では、搬送速度変化スケジュール、予め入力されている巻き取り目標鋼板温度Ｔ４、第２の冷却区間２０の入側目標鋼板温度Ｔ２ａ及び出側目標鋼板温度Ｔ２ｂなどを基に、各鋼板温度を目標範囲とするために必要な、第２の冷却区間２０における冷却水量密度及び冷却長などの冷却条件、第１の冷却区間１０における初期の冷却条件等を設定する。冷却能力（冷却速度）は、水量密度の関数として表されるため、搬送速度変化スケジュールから冷却区間通過時間を求めることで、必要な水量密度と冷却長を設定することができる。鋼種によっては、材質向上を目的として、所定の冷却速度で冷却するのが望ましいものがあり、このような材料においては、必要な冷却速度を与える水量密度と、搬送速度変化スケジュールとから、必要な冷却長を求めることができる。同様に、巻き取り目標鋼板温度Ｔ４、第２の冷却区間の出側目標鋼板温度Ｔ２ｂ、第２の冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａ、仕上げ圧延出側目標鋼板温度Ｔ０ａを基に、第１の冷却区間１０及び第３の冷却区間３０における初期の冷却条件を設定できる。

　第１の冷却区間１０、及び第３の冷却区間３０では、連続冷却過程において、水量密度、及び冷却長などの冷却条件を搬送速度の変化に対応した注水制御により変更する。具体的には、第２の搬送速度に到達した時の第２の冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａ’を、上述の式１を満たすように設定し、第１の搬送速度から第２の搬送速度へ移行する過程において、この目標鋼板温度設定値となるように第１の冷却区間において注水制御を行う。例えば、図３において時間Ｂにおける搬送速度を第１の搬送速度、時間Ｃにおける搬送速度を第２の搬送速度とする。巻き取り目標鋼板温度Ｔ４が４５０℃である場合、第１の搬送速度における冷却条件として、例えば、第２の冷却区間２０の出側目標鋼板温度Ｔ２ｂを４８０℃、第２の冷却区間２０の入側目標鋼板温度Ｔ２ａを６００℃に設定する。Ｔ２ａ、Ｔ２ｂの設定においては、第１の冷却区間１０、第２の冷却区間２０、第３の冷却区間３０における冷却能力、および鋼板の遷移沸騰域開始温度などを考慮する。上記設定値において、第１の搬送速度における第２の冷却区間２０での鋼板冷却量は、Ｔ２ａ－Ｔ２ｂ＝１２０℃となり、これを実現できるように第２の冷却区間における冷却長および水量密度等の冷却条件を決定する。

　第２の搬送速度へと移行する連続冷却過程においては、仕上げ圧延の進行とともに搬送速度は図３に示すように変化する。これに対し、第２の冷却区間２０における冷却量Ｔｘ（すなわち、Ｔ２ａｘ－Ｔ２ｂｘ）は、Ｔ２ａｘおよび第２の冷却区間における冷却条件（冷却長および冷却水量密度）を一定とする場合、図５に示すように変化し、第２の搬送速度へと変化したときには、冷却量の差はΔＴｘ（すなわち、Ｔｘ１－Ｔｘ２）となる。そのため、第１の搬送速度から第２の搬送速度に変化する過程においては、Ｔｘの変動代を考慮して、第２の冷却区間の入側目標鋼板温度を設定し、第１の冷却区間における注水制御により調整する必要がある。ここで、第１の搬送速度における第２の冷却区間の入側目標鋼板温度をＴ２ａ、第２の搬送速度へと変化したときの第２の冷却区間の入側目標鋼板温度をＴ２ａ’として、０．８≦（Ｔ２ａ’－Ｔ２ａ）／ΔＴｘ≦１．２を満たす範囲で冷却区間１における制御精度等を考慮して設定し、望ましくは、０．９≦（Ｔ２ａ’－Ｔ２ａ）／ΔＴｘ≦１．１とする。第１の搬送速度から第２の搬送速度へと移行する過程における第２の冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａ’’は、前記Ｔ２ａとＴ２a’を基に時間の関数として表現することができ、例えば、第１の搬送速度から第２の搬送速度へ移行するのに要した時間を用い、単位時間当たりの平均温度変化量（（Ｔ２ａ’-Ｔ２a）/ｔ）用いて、時間に対する値として与えることができる。また、図３において、第１の搬送速度を時間Ａにおける搬送速度、第２の搬送速度を時間Ｂにおける搬送速度とした場合、時間ＡからＢへの移行過程においては、搬送速度が一定であるため、ΔＴｘ＝０となる。このため、時間Ａから時間Ｂへの移行過程においては、Ｔ２ａ＝Ｔ２a’とする。設定したＴ２a’となるように、冷却区間１で注水制御を行い、第２の冷却区間では、冷却長及び／又は水量密度などの冷却条件をほぼ一定とした状態で、鋼板を冷却する。尚、ほぼ一定とするとは、冷却長においては、変動範囲を９０％以上１１０％以下の範囲とすること、水量密度においては、変動範囲を８０％以上１２０％以下の範囲とすることをいう。また、搬送速度スケジュールを鋼板長手方向に対するものとして求めた場合には、同様の方法により、鋼板長手方向位置に応じた新たな目標鋼板温度Ｔ２ａ’として設定することができる。

　第１の冷却区間１０では膜沸騰域での冷却とするため、第２の冷却区間における入側鋼板温度を、搬送速度の変化に応じた注水制御により精度良く実現することができ、第２の冷却区間２０において第２の冷却機２０ａの冷却長や冷却水量密度をほぼ一定とすることができる。これにより、注水バルブのＯＮ／ＯＦＦによる板上水の流れ込み等により生じる冷却外乱を解消でき、第２の冷却区間の出側鋼板温度の偏差を抑えることができ、巻き取り鋼板温度を精度よく実現できる。

　第２の冷却区間において冷却条件をほぼ一定とする温度域は、７００℃から３００℃の範囲内であればよいが、さらには６００℃から４００℃の範囲内で行うことが望ましい。第２の冷却区間における遷移沸騰冷却時間を短縮することで、巻き取り鋼板温度の偏差をより抑えることができるためである。図６に示すように、第２の冷却区間２０における水量密度が３ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２、第１の冷却区間１０の水量密度が０．３ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎである場合、遷移沸騰冷却（Ｂ）が開始する鋼板温度はそれぞれ、約７００℃、約６００℃であり、これより高い鋼板温度域では膜沸騰冷却（Ａ）となる。膜沸騰冷却では、鋼板温度に関らず、安定した冷却能力（熱伝達係数）が得られるのに対し、遷移沸騰冷却では、鋼板温度の低下により急激に冷却能力が増加するため、低温部では一層冷却が促進されることになり、鋼板温度偏差が拡大する。
　従って、第１の冷却区間１０において、膜沸騰冷却となる最下点温度（６００℃）まで鋼板を冷却した後、第２の冷却区間２０において急速冷却を行うことで、第２の冷却区間における遷移沸騰冷却時間を短縮でき、遷移沸騰状態での冷却により生じる冷却ばらつきを抑制できる。よって、第２の冷却区間出側における鋼板温度を安定して実現でき、巻き取り鋼板温度の偏差をより抑えることができる。

　図６に示す鋼板の冷却形態について、更に詳細に説明する。水量密度を３ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２とした急速冷却において、鋼板温度が７００℃よりも高い場合、鋼板の冷却形態は膜沸騰冷却（Ａ）となり、鋼板の冷却能力（熱伝達率）は小さいため、鋼板上の冷却水の流動、及び搬送速度の変動に追従しない冷却長の変化が、巻き取り鋼板温度の偏差に与える影響は小さい。また、３００℃よりも低い温度域を急速冷却することは、得られる材質上の効果と、設備投資額を比較した場合、その効果は十分ではない。一方、鋼板温度が３００℃以上７００℃以下の温度域においては、所定の材質を確保する上で、急速冷却を行うことが有益である場合が多いが、この温度域では、鋼板の冷却形態が、遷移沸騰冷却（Ｂ）または核沸騰冷却（Ｃ）となり、遷移沸騰冷却では鋼板の冷却能力が鋼板温度の低下とともに急激に増加する特性、核沸騰冷却では同一水量で冷却した場合、膜沸騰冷却の５～１０倍近い冷却能力をもつ特性がある。すなわち、鋼板上の冷却水の流動、及び搬送速度の変動に追従しない冷却長の変更が、巻き取り鋼板温度の均一性に大きく影響するため、巻き取り鋼板温度の均一性の向上には、この温度域において鋼板上の冷却水の流動、及び冷却長の変化を生じさせないようにすることが重要である。

　第２の冷却区間２０の冷却条件を決定するに際し、搬送速度変化スケジュールにおける搬送速度の最大値を基に冷却長を決定し、搬送速度変化スケジュールにおける搬送速度の最小値を基に、第２の冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａの初期値を設定してもよい。例えば、連続冷却中における第２の冷却区間２０の入側鋼板温度を、ある値以上にしたい場合である。

　以下に、第２の冷却区間２０の冷却条件を初期設定するに際し、搬送速度スケジュールにおける搬送速度最大値を基に冷却長を決定し、搬送速度最小値を基に、第２の冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａの初期値を設定する方法を示す。図３において、鋼板最先端から最後端にかけて、加速、及び減速を行うことにより、搬送速度は近似直線的に増加、及び減少する。ここで、搬送速度の最小値はＶ（ｍｉｎ）、最大値はＶ（ｍａｘ）、仕上げ圧延終了時の速度はＶ（ｆｉｎ）である。

　上述のように、例えば、巻き取り目標鋼板温度Ｔ４を４５０℃、第２の冷却区間２０の出側目標鋼板温度Ｔ２ｂを４８０℃、第２の冷却区間２０の入側目標鋼板温度Ｔ２ａを６００℃に設定した場合、第２の冷却区間２０における冷却量はＴ２ａ－Ｔ２ｂ＝１２０℃となる。また、鋼板の搬送速度は、例えば、Ｖ（ｍｉｎ）が４００ｍｐｍ、Ｖ（ｍａｘ）が６００ｍｐｍ、Ｖ（ｆｉｎ）が５２０ｍｐｍである。鋼板を６００ｍｐｍで搬送したときに、１２０℃の冷却を実現できる冷却条件として、例えば冷却水量を３ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２、冷却長を３ｍとして第２の冷却区間２０の冷却条件を初期設定する。

　一方、搬送速度が最小値である４００ｍｐｍの時には、上記冷却条件で冷却を行った場合、冷却時間が１．５倍となるため、第２の冷却区間２０における冷却量は、約１８０℃となり、約６０℃分、冷却量が増加する。第２の冷却区間２０の出側鋼板温度Ｔ２ｂは一定とすることが望ましいので、第２の冷却区間２０の入側目標鋼板温度Ｔ２ａの初期値を６００℃から６０℃高い６６０℃として初期設定する。

　加速区間では、第２の冷却区間２０における冷却量Ｔ２ａ－Ｔ２ｂは減少するため、加速に応じて、第２の冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａ‘を搬送速度の変化に応じて６６０℃から低下させていき、最高速度に到達した時点では、第２の冷却区間２０の入側目標鋼板温度Ｔ２a’は６００℃となる。

　仕上げ圧延がさらに進行し、減速区間に入った場合、第２の冷却区間２０における冷却量Ｔ２ａ－Ｔ２ｂは増加するため、第２の冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａを６００℃から再び上昇させる。ここで、圧延終了時の速度Ｖ（ｆｉｎ）は、Ｖ（ｍｉｎ）＜Ｖ（ｆｉｎ）＜Ｖ（ｍａｘ）であるため、第２の冷却区間２０の入側における、最高速度時の目標鋼板温度Ｔ２ａ_{（Ｖｍａｘ）}、最小速度時の目標鋼板温度Ｔ２ａ_{（Ｖｍｉｎ）}、圧延終了時の目標鋼板温度Ｔ２ａ_{（Vｆｉｎ）}の関係は、Ｔ２ａ_{（Ｖｍａｘ）}＜Ｔ２ａ_{（Vｆｉｎ）}＜Ｔ２ａ_{（Ｖｍｉｎ）}となる。

　上記のように、第２の冷却区間２０の冷却条件を設定するに際し、搬送速度の最大値を基に冷却長を決定し、搬送速度の最小値を基に、第２の冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａの初期値を設定することで、搬送速度が変化する連続冷却過程において、第２の冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａは、常に、初期設定値であるＴ２ａ_{（ｉｎｉ）}よりも高い温度を実現できる。第２の冷却区間の冷却を第１の冷却区間１０の遷移沸騰冷却開始温度近傍から始める場合、第１の冷却区間１０において遷移沸騰冷却となることを防ぐことができる。

　第２の冷却区間２０においては、搬送速度に関らず冷却長及び／又は水量密度をほぼ一定として冷却し、第１の冷却区間１０、及び第３の冷却区間３０においては、搬送速度を基にバルブ開閉などによる注水制御を行い、所定の巻き取り鋼板温度になるよう鋼板を冷却した後、鋼板は巻き取り機に巻き取られる。

　第１の冷却区間１０及び第３の冷却区間３０において注水制御を行うに際し、第２の冷却区間２０の入側、及び出側に温度計を設け、これらの値を用いて、フィードバック制御、及びフィードフォワード制御を行うことが望ましい。実測した鋼板温度を制御に反映させることで、第２の冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａ、巻き取り鋼板温度を精度よく実現することができる。

　第２の冷却区間の冷却条件の決定においては、予め、冷却水量密度を決定しておき、必要な冷却量Ｔ２ａ－Ｔ２ｂを実現できるように冷却長を求めることもできる。例えば、ある鋼種については、冷却水量密度を３ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２で冷却するものと予め指定した上で、冷却長を決定することもできる。

　第２の冷却区間においては、核沸騰域の冷却が８０％以上となるような冷却水量、及び冷却長で冷却を行うこともできる。これにより、遷移沸騰冷却により生じる温度ばらつきを抑制し、均一な冷却を行うことができる。

　特に、第２の冷却区間は、前段冷却区間と中段冷却区間と後段冷却区間とに分割されてもよい。この場合、前段冷却区間の出側において出側鋼板温度を測定し、測定した前段出側鋼板温度を基に、中段冷却区間における冷却条件を変更し、後段冷却区間の入側における鋼板温度を所定範囲に制御することにより、巻取り鋼板温度の偏差をより好適に抑えることができる。

　第３の冷却区間３０においては、冷却水の水量密度を０．０５ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２以上、０．１５ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２として冷却してもよい。また、第３の冷却区間３０における冷却としては、冷却媒体として冷却水、または気体、もしくはこれらの混合物を供給する他、冷却媒体を何ら供給しない空冷としてもよい。水量密度を低下させることにより、冷却制御性を向上させることができ、巻き取り鋼板温度を精度よく実現できるためである。

　仕上げ圧延機と、第１の冷却機と、第２の冷却機と、コイラーとを用いて行った実施例Ａ１～Ａ７、実施例Ｂ１～Ｂ７、実施例Ｃ１～Ｃ７、実施例Ｄ１～Ｄ７について、以下に説明する。

　それぞれの実施例では、図７に示す搬送速度変化スケジュールに基づき熱延鋼板の仕上げ圧延を行い、続けて第１の冷却及び第２の冷却を行った。それぞれの冷却条件及び評価結果を表１に示す。図７において、ｔ＝０は熱延鋼板の先端部が第１の冷却区間に到達した時間であり、ｔ＝９０は熱延鋼板の後端部がコイラーに到達した時間である。本実施例では、ｔ＝２０における搬送速度を第１の搬送速度とし、ｔ＝５０における搬送速度を第２の搬送速度として評価を行った。尚、第２の冷却区間の出側目標鋼板温度は、４００℃とした。

　表１において、「第２冷却区間での入側鋼板温度偏差」及び「巻き取り鋼板温度偏差」は、鋼板の幅中心部における温度を鋼板の移動方向に連続測定して求めた温度の偏差である。

　本実施例では、第２の冷却区間の出側から巻き取りまでの冷却区間は空冷としているため、第２の冷却区間の出側における鋼板温度偏差は、巻き取り鋼板温度偏差とほぼ等しいものと考えられる。

　これらの実施例から、（Ｔ２ａ’－Ｔ２ａ）／ΔＴｘの値が０．８～１．２の範囲となるように、第２冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａ’を設定した場合に、巻き取り鋼板温度偏差を抑える効果が得られることが確認できる。
　また、比較例である実施例Ｃ１～Ｃ７からは、（Ｔ２ａ’－Ｔ２ａ）／ΔＴｘの値が０．８～１．２の範囲となるように、第２冷却区間の入側目標鋼板温度Ｔ２ａ’を設定した場合であっても、第２冷却区間での水量密度が２．０ｍ^２／ｍｉｎ／ｍ^２よりも少ない場合には巻き取り鋼板温度偏差を抑える効果が得られないことが確認できる。

　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の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。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例また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。

　本発明によれば、仕上げ圧延機から加速、減速を伴う搬送速度で送り出される熱延鋼板を、所定の巻き取り鋼板温度に精度よく均一に冷却することができる。

　１　　冷却装置
　２　　仕上げ圧延機
　３　　巻き取り機（コイラー）
　４　　ランアウトテーブル
　４ａ　テーブルロール
　１０　第１の冷却区間
　１０ａ　第１の冷却機
　１１　ラミナーノズル
　２０　第２の冷却区間（急速冷却区間）
　２０ａ　第２の冷却機（急速冷却機）
　２１　（上面側）スプレーノズル
　３０　第３の冷却区間
　３０ａ　第３の冷却機
　４０　制御部
　５１、５２、５３、５４、５５　温度計
　Ｓ　　鋼板
　Ｖ（ｍｉｎ）　最小搬送速度
　Ｖ（ｍａｘ）　最大搬送速度
　Ｖ（ｆｉｎ）　仕上げ圧延終了時の搬送速度
　Ｔ２ａ（Ｖｍｉｎ）　最小搬送速度での、第２の冷却区間の入側目標鋼板温度
　Ｔ２ａ（Ｖｍａｘ）　最大搬送速度での、第２の冷却区間の入側目標鋼板温度
　Ｔ２ａ（Ｖｆｉｎ）　仕上げ圧延終了時の搬送速度での、第２の冷却区間の入側鋼板温度
　　（Ａ）膜沸騰冷却
　　（Ｂ）遷移沸騰冷却
　　（Ｃ）核沸騰冷却

Claims (9)

1. 　搬送速度変化を伴う仕上げ圧延後の熱延鋼板の冷却方法であって、
   　前記仕上げ圧延を行う前の鋼板温度と前記仕上げ圧延の条件とに基づき、搬送速度変化スケジュールを設定する工程と；
   　第１の冷却区間において、前記熱延鋼板を膜沸騰状態で冷却する第１の冷却を行う工程と；
   　第２の冷却区間において、前記熱延鋼板を２ｍ^２／ｍｉｎ／ｍ^２以上の水量密度で冷却する第２の冷却を行う工程と；
   　前記熱延鋼板を巻き取る工程と；
   を備え、
   　前記圧延速度が変化する前の、前記熱延鋼板の、前記第２の冷却区間での入側目標鋼板温度Ｔ２ａと、
   　前記圧延速度が変化した後の、前記熱延鋼板の、前記第２の冷却区間での入側目標鋼板温度Ｔ２ａ’と、
   　前記圧延速度変化により生じる前記第２の冷却区間での前記熱延鋼板の冷却量の変化量ΔＴｘとが、
   ０．８≦（Ｔ２ａ’－Ｔ２ａ）／ΔＴｘ≦１．２　　　（式１）
   を満たすように、前記第１の冷却において冷却条件を制御する
   ことを特徴とする熱延鋼板の冷却方法。
2. 　前記第２の冷却区間では、前記搬送速度変化に関らず冷却長の変動範囲を９０％以上１１０％以下範囲とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼板の冷却方法。
3. 　前記第２の冷却区間では、前記搬送速度変化に関らず前記水量密度の変動範囲を８０％以上１２０％以下の範囲とする
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱延鋼板の冷却方法。
4. 　前記第２の冷却区間における冷却時間の８０％以上の時間が核沸騰状態での冷却である
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
5. 　前記第２の冷却区間の後段に配される第３の冷却区間において、０．０５ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２以上、０．１５ｍ^３／ｍｉｎ／ｍ^２以下の水量密度の冷却水による冷却と、外気による冷却とを行う第３の冷却工程を更に備える
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
6. 　前記搬送速度変化スケジュールにおける搬送速度最大値に基づき、前記第２の冷却区間における冷却長を設定する冷却長設定工程と；
   　前記搬送速度変化スケジュールにおける搬送速度最小値に基づき、前記第２の冷却区間における前記入側目標鋼板温度Ｔ２ａを設定する入側目標鋼板温度Ｔ２ａ設定工程と；
   を更に備える
   ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
7. 　前記第２の冷却区間の入側において入側鋼板温度を測定する工程と；
   　測定した前記入側鋼板温度を基に、前記第１の冷却区間における冷却条件を変更し、前記入側鋼板温度を所定範囲に制御する第１冷却区間冷却条件変更工程と；
   を更に備える
   ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
8. 　前記第２の冷却区間の出側において出側鋼板温度を測定する工程と；
   　測定した前記出側鋼板温度を基に、前記第２の冷却区間の後段に配される第３の冷却区間における冷却条件を変更し、巻き取り鋼板温度を所定範囲に制御する第３冷却区間冷却条件変更工程と；
   を更に備える
   ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
9. 　前記第２の冷却区間は、前段冷却区間と中段冷却区間と後段冷却区間とを有し、
   　前記冷却方法は、
   　前記前段冷却区間の出側において出側鋼板温度を測定する前段出側鋼板温度測定工程と；
   　測定した前記前段出側鋼板温度を基に、前記中段冷却区間における冷却条件を変更し、前記後段冷却区間の入側における鋼板温度を所定範囲に制御する中段冷却区間冷却条件変更工程と；
   を更に備える
   ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。

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