JP3892834B2 - 厚鋼板の冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、厚鋼板の上面と下面の表面温度差を低減して、厚鋼板の形状不良を防止する厚鋼板の冷却方法に関する。

従来、熱間で圧延された高温の厚鋼板を、その上面及び下面（以下、上下面ともいう）に冷却水を供給するノズルを配置した冷却装置内で連続的に冷却し、高強度、高靭性を有する厚鋼板を製造するプロセスが広く用いられている。この製造プロセスにおいては、連続的な冷却により鋼材の組織制御を行うため、合金元素の低減や熱処理工程の省略が可能であり、製造コストは大幅に削減される。また、合金元素の低減によって、溶接性が向上し、予備熱量の低下や大入熱溶接の適用等が可能となり、溶接作業の効率が大幅に改善される。

しかしながら、厚鋼板の上面には、供給された冷却水が滞留するため、上面と下面では、それぞれ冷却水の挙動が異なり、上下面にそれぞれ同じ水量を供給すると上面の冷却能が大きくなり、冷却終了後、上下面には、非対称な温度分布が生じる。この厚鋼板の上下面の表面温度差による熱応力によって、厚鋼板は、幅方向に上方向又は下方向に反る形状不良が発生していた。

ここで、厚鋼板の形状不良を防止するために、厚鋼板のサイズ、供給する冷却水の水量、及び冷却停止温度等の冷却条件毎に、上面に供給される水の冷却能を考慮して、下面に供給する水量に対して、上面に供給する水量を調整する上面と下面の水量比（以下、上下水量比という）を経験的に求め、この上下水量比に基づいた量の冷却水を厚鋼板の上下面にそれぞれ供給して、厚鋼板の平坦度が良好となるようにしていた。しかしながら、経験則に基づき厚鋼板の上下水量比を求める方法では、厚鋼板の形状不良の発生防止が充分に行われない。

ここで、冷却開始前に厚鋼板の上下面の温度を測定し、冷却終了時の厚鋼板の上下面の表面温度差を許容値内とする上下水量比の設定条件を演算によって定めると共に、冷却終了時の厚鋼板の上下面の表面温度差を実測値に基づいて、次回の厚鋼板の上下水量比を修正する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、熱間で圧延された厚鋼板を冷却装置に搬送して、冷却装置内の上部及び下部に配置したノズルから厚鋼板に冷却水を供給し、冷却装置の長手方向で厚鋼板の上下面に供給する冷却水の水量を制御可能な複数の冷却ゾーン毎に、各冷却ゾーン入側で、厚鋼板の上下面の表面温度差を検出し、この検出した厚鋼板の上下面の表面温度差に基づいて、冷却ゾーンにおいて、厚鋼板に供給する上下水量比を修正制御して、厚鋼板の上下面の表面温度差を無くす方向に修正を行なう方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

なお、特許文献２の発明では、複数回の温度測定によって修正精度が向上し、厚鋼板の上下面の表面温度差を無くすことができる。また、厚鋼板は、一枚毎に、上下面の表面温度差を冷却過程で直接制御するため、一本目の厚鋼板から形状不良の発生を防止することができる。

特公平５−３４０９３号公報 特公平６−８９４１１号公報

しかしながら、温度計を設置しているゾーンには、温度測定の精度を維持するために、冷却水を供給することができないことから、前記特許文献１及び特許文献２では、冷却水を供給する冷却ゾーンと冷却水を供給しない温度測定ゾーンが交互に多数回出現する。このため、厚鋼板の表面は冷却と復熱を繰り返し、冷却速度が低下し、高い冷却速度を得られず、厚み方向で、内部と表面及び裏面との温度差が縮小し、冷却装置の機長が長くなる。また、厚鋼板の表面温度が遷移沸騰域（約６００℃〜３００℃）にある場合、冷却による温度低下に伴い熱伝達係数が増加するので、上下面の温度差が発生し易い。

更に、特許文献２の発明では、遷移沸騰域において、厚鋼板の冷却と復熱を何回も繰り返しており（特許文献２の実施例では、温度測定ゾーンは１７回である）、それに伴って、遷移沸騰域での冷却時間が長くなり、厚鋼板の内外部の温度偏差が更に増大する。このように、厚鋼板を均一に冷却するためには、遷移沸騰域での冷却時間を極力短縮しなければならず、特許文献２の発明のように、厚鋼板に供給する上下面の水量比の修正を行い、厚鋼板の上下面の表面温度差を解消しても、厚鋼板の内外部の温度偏差が増大するため、厚鋼板の形状不良を防止するのは困難であった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、厚鋼板の上面と下面の表面温度差を低減して、厚鋼板の形状不良を防止する厚鋼板の冷却方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る厚鋼板の冷却方法は、熱間で圧延された高温の厚鋼板の表面温度が遷移沸騰域にある領域に設置され、更に該厚鋼板を挟んで上下対称位置に配置され、該厚鋼板の上面及び下面の表面温度を同時に測定する温度計と、前記厚鋼板の上面及び下面の表面に冷却水を供給するノズルとを有した冷却装置内に、前記厚鋼板を搬送し、該厚鋼板の上面及び下面に冷却水を供給して、前記厚鋼板を膜沸騰域から核沸騰域まで冷却する厚鋼板の冷却方法において、
前記冷却装置内で冷却して遷移沸騰域にある前記厚鋼板の上面と下面の表面温度を前記温度計で同時に測定し、測定された前記厚鋼板の上面と下面の表面温度差に基づいて、前記温度計の上流側の少なくとも膜沸騰域にある前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を修正し、前記厚鋼板の上面と下面の表面温度差を低減する。

これによって、厚鋼板の上面及び下面（以下、上下面ともいう）の表面の温度差を解消するように厚鋼板の上下面の表面に供給する冷却水の水量比（以下、上下水量比ともいう）が修正され、厚鋼板の形状不良を防止できる。また、厚鋼板の上下面の表面温度の測定は、厚鋼板の上下面の温度差が発生し易い遷移沸騰域（厚鋼板の表面温度が、約６００℃〜３００℃である）で行い、更に少なくとも膜沸騰域にある厚鋼板の上下面に供給する冷却水の水量比を修正するので、有効な制御効果を得ることができ、冷却終了時の上下面の表面の温度差を安定して低減することができる。

圧延が完了した厚鋼板は、加熱や圧延等の前工程の操業での影響を受け、表面温度、表面に付着したスケール及び表面粗度等が１枚１枚異なっている。これによって、厚鋼板の熱伝達係数が大きく変化するため、表面性状にばらつきがあると均一な冷却は困難である。通常、厚鋼板の冷却は８００℃前後から開始するが、遷移沸騰域より高温側の膜沸騰域（約８００℃〜６００℃）では、冷却能が小さいため温度差はまだ増加しておらず、厚鋼板の上下面に供給する冷却水の水量比を決定し難い。また、低温側の核沸騰域（約３００℃〜１００℃）では、遷移沸騰域で発生した温度差が収束し始めていると共に、冷却能が縮小しているため、温度差を測定しても有効な制御効果を得ることができず、厚鋼板の上下面の表面温度差を解消できない領域が多くなり、厚鋼板が変形することがある。

ここで、遷移沸騰域及び核沸騰域では、膜沸騰域と比較して、冷却水を実質的に同じ水量で供給した際には、抜熱量が２〜５倍程度大きい。従って、冷却前（膜沸騰域）に厚鋼板の上下面の表面温度差がある場合、厚鋼板の温度低下と共に熱伝達係数が増大するため、厚鋼板の上下面の表面温度差が急激に拡大し、厚鋼板の内外部の温度偏差を増加させる。従って、膜沸騰域で厚鋼板の上下面の表面温度差を少なくすれば、遷移沸騰域では、厚鋼板の上下面の表面温度差が拡大し難くなる。また、厚鋼板の表面のスケール、粗度に応じて、安定した冷却を行うためには、遷移沸騰域での冷却時間を極力短縮することが好ましい。

また、遷移沸騰域及び核沸騰域では、供給する冷却水の水量変化に対して、厚鋼板の表面温度が急激に低下するが、膜沸騰領域では、遷移沸騰域及び核沸騰域と比較して、ゆっくり低下する。従って、膜沸騰領域では、供給する冷却水の水量の誤差が若干あったとしても、厚鋼板の上下面の表面温度にあまり影響しないので、冷却水の水量調節が容易である。また、温度差が急激に拡大する遷移沸騰域よりも前の膜沸騰域で温度差をなくすことができれば、遷移沸騰域において、厚鋼板の上下面の表面温度差が広がり難くなる。

第２の発明に係る厚鋼板の冷却方法は、第１の発明に係る厚鋼板の冷却方法において、前記温度計の上流側では、フィードバック制御が行われ、該温度計よりも上流側の少なくとも膜沸騰域にある前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を修正すると共に、前記温度計の下流側では、フィードフォワード制御が行われ、該温度計よりも下流側の遷移沸騰域及び核沸騰域にある前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を修正することが好ましい。これによって、発生した厚鋼板の上下面の表面温度差に応じて、下流側領域及び上流側領域の上下水量比を修正し、厚鋼板の全体において上下面を均一に冷却することが可能となる。

ここで、厚鋼板は、長手方向に搬送されながら冷却されるため、厚鋼板の上流先端部と下流尾端部とでは、冷却開始までの空冷時間が異なり、その結果、冷却時開始の厚鋼板の温度や表面性状も異なる。従って、厚鋼板を長手方向に複数の領域にブロック分けし、そのブロック毎に温度測定して平均温度差を求め、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、厚鋼板の長手方向全長に亘って、上下面の表面温度差を低減できるので好ましい。

前記目的に沿う第３の発明に係る厚鋼板の冷却方法は、熱間で圧延された高温の厚鋼板の表面温度が遷移沸騰域にある領域の上流側及び下流側にそれぞれ設置され、更に該厚鋼板を挟んで上下対称位置に配置され、該厚鋼板の上面及び下面の表面温度を同時に測定する第１及び第２の温度計と、前記厚鋼板の上面及び下面の表面に冷却水を供給するノズルとを有した冷却装置内に、前記厚鋼板を搬送し、該厚鋼板の上面及び下面に冷却水を供給して、前記厚鋼板を膜沸騰域から核沸騰域まで冷却する厚鋼板の冷却方法において、
前記第１の温度計で測定された前記厚鋼板の上面と下面の表面温度差に基づいて、前記第１の温度計の上流側の少なくとも膜沸騰域にある前記厚鋼板の上面と下面に供給する冷却水の水量比を修正し、更に前記第２の温度計で測定された前記厚鋼板の上面と下面の表面温度差に基づいて、前記第２の温度計の下流側の前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を修正し、前記厚鋼板の上面と下面の表面温度差を低減する。

これによって、厚鋼板の上下面の表面の温度差を解消するように厚鋼板の上下面の表面に供給する冷却水の水量比が修正され、厚鋼板の形状不良を防止できる。また、第１の温度計では、第１の温度計よりも上流側の少なくとも膜沸騰域にある厚鋼板の上下面に供給する冷却水の水量比を修正し、また、第２の温度計では、発生した温度差を解消するように、第２の温度計よりも下流側にある厚鋼板の上下面に供給する冷却水の水量比を修正するので、有効な制御効果を得ることができる。

圧延が完了した厚鋼板は、付着したスケール及び表面粗度等が前記の様に異なっている。これによって、厚鋼板の熱伝達係数が大きく変化するため、表面性状にばらつきがあると均一な冷却は困難である。通常、厚鋼板の冷却は８００℃前後から開始するが、遷移沸騰域（約６００℃〜３００℃）より高温側の膜沸騰域（約８００℃〜６００℃）では、冷却能が小さいため温度差はまだ増加しておらず、厚鋼板の上下面に供給する冷却水の水量比を決定し難い。また、低温側の核沸騰域（約３００℃〜１００℃）では、遷移沸騰域で発生した温度差が収束し始めていると共に、冷却能が縮小しているため、温度差を測定しても有効な制御効果を得ることができず、厚鋼板の上下面の表面温度差を解消できない領域が多くなり、厚鋼板の内部歪みが残り変形する。

ここで、遷移沸騰域及び核沸騰域では、膜沸騰域と比較して、冷却水を実質的に同じ水量で供給した際には、抜熱量が２〜５倍程度大きい。従って、冷却前（膜沸騰域）において、厚鋼板の上下面の表面温度差がある場合、厚鋼板の温度低下と共に熱伝達係数が増大するため、厚鋼板の上下面の表面温度差が急激に拡大し、拡大厚鋼板の内外部の温度偏差を増加させる。従って、膜沸騰域において、厚鋼板の上下面の表面温度差を少なくすると、遷移沸騰域において、厚鋼板の上下面の表面温度差が拡大し難くなる。従って、厚鋼板の表面のスケール、粗度に応じて、安定した冷却を行うためには、遷移沸騰域での冷却時間を極力短縮することが好ましい。

また、遷移沸騰域及び核沸騰域では、供給する冷却水の水量変化に対して、厚鋼板の表面温度が急激に低下するが、膜沸騰領域では、遷移沸騰域及び核沸騰域と比較して、ゆっくり低下する。従って、膜沸騰領域では、供給する冷却水の水量の誤差があっても、厚鋼板の上下面の表面温度にあまり影響しないので、冷却水の水量調節が容易である。また、温度差が急激に拡大する遷移沸騰域よりも前の膜沸騰域で温度差をなくすことができれば、遷移沸騰域において、厚鋼板の上下面の表面温度差が広がり難くなる。

第４の発明に係る厚鋼板の冷却方法は、第３の発明に係る厚鋼板の冷却方法において、前記第１及び第２の温度計の間の前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比は、該第２の温度計の測定によるフィードバック制御によって修正することができる。これによって、より正確に厚鋼板の上下面の表面温度を制御できる。
第５の発明に係る厚鋼板の冷却方法は、第３の発明に係る厚鋼板の冷却方法において、前記第１及び第２の温度計の間の前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比は、該第１の温度計の測定によるフィードフォワード制御によって修正することができる。これによって、より正確に厚鋼板の上下面の表面温度を制御できる。

第１及び第２の発明に係る厚鋼板の冷却方法においては、遷移沸騰域にある厚鋼板の上面及び下面の表面温度を遷移沸騰域にある領域に設置された温度計で同時に測定し、測定された厚鋼板の上面と下面の表面温度差に基づいて、温度計の上流側の少なくとも膜沸騰域にある厚鋼板の上面と下面に供給する冷却水の水量比を修正し、厚鋼板の上面と下面の表面温度差を低減するので、厚鋼板の上面と下面の表面温度差を低減でき、厚鋼板の形状不良を防止できる。

特に、第２の発明に係る厚鋼板の冷却方法においては、温度計の上流側では、フィードバック制御が行われ、温度計よりも上流側の少なくとも膜沸騰域にある厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を修正すると共に、温度計の下流側では、フィードフォワード制御が行われ、温度計よりも下流側の遷移沸騰域及び核沸騰域にある厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を修正するので、発生した厚鋼板の上下面の表面温度差に応じて、下流側領域及び上流側領域の上下水量比を修正し、以降の厚鋼板の部位において上下面を均一に冷却することが可能となる。

第３〜第５の発明に係る厚鋼板の冷却方法においては、遷移沸騰域の上流側に設置された第１の温度計で測定された厚鋼板の上面と下面の表面温度差に基づいて、第１の温度計の上流側の少なくとも膜沸騰域にある厚鋼板の上面と下面に供給する冷却水の水量比を修正し、更に遷移沸騰域の下流側に設置された第２の温度計で測定された厚鋼板の上面と下面の表面温度差に基づいて、第２の温度計の下流側の厚鋼板の上面と下面に供給する冷却水の水量比を修正し、厚鋼板の上面と下面の表面温度差を低減するので、厚鋼板の上面と下面の表面温度差を低減でき、厚鋼板の形状不良を防止できる。

特に、第４の発明に係る厚鋼板の冷却方法においては、第１及び第２の温度計の間の厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比は、第２の温度計の測定によるフィードバック制御によって修正されるので、より正確に厚鋼板の上下面の表面温度を制御できる。
第５の発明に係る厚鋼板の冷却方法においては、第１及び第２の温度計の間の厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比は、第１の温度計の測定によるフィードフォワード制御によって修正されるので、より正確に厚鋼板の上下面の表面温度を制御できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る厚鋼板の冷却方法に使用する厚鋼板の冷却装置の説明図、図２は同冷却装置の冷却装置本体内の説明図、図３は本発明の第２の実施の形態に係る厚鋼板の冷却方法に使用する厚鋼板の冷却装置の説明図、図４は同冷却装置の冷却装置本体内の領域の説明図、図５は試験例１における冷却装置での厚鋼板の上下面の表面温度を示すグラフ、図６は試験例２における冷却装置での厚鋼板の上下面の表面温度を示すグラフ、図７は試験例３における冷却装置での厚鋼板の上下面の表面温度を示すグラフ、図８は比較例１における冷却装置での厚鋼板の上下面の表面温度を示すグラフ、図９は厚鋼板の温度測定回数による厚鋼板の内外部の温度偏差の増加量を示すグラフ、図１０は厚鋼板の内外部の温度偏差と厚鋼板の形状不良の指標である厚鋼板の表面の波高さの関係を示すグラフである。

図１、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る厚鋼板の冷却方法に使用する厚鋼板の冷却装置（以下、単に冷却装置という）１０について説明する。
図１に示すように、冷却装置１０は、圧延機１１で圧延された高温の厚鋼板１２が搬送される冷却装置本体１３を有している。冷却装置本体１３には、冷却装置本体１３内に搬送された厚鋼板１２の上面及び下面（以下、上下面という）の表面温度を同時に測定するために、厚鋼板１２の上部及び下部位置の厚鋼板１２を挟んで面対称となる位置に、例えば、１対、２つの温度計１４、１５が取付けられている。

また、冷却装置本体１３内には、厚鋼板１２の上下面の表面にそれぞれ冷却水を供給する複数の噴出部を備えた複数、例えば、２対、４つのノズル１６〜１９が取付けられている。ここで、ノズル１６、１７はそれぞれ、温度計１４、１５の設置位置より上流側で厚鋼板１２の表面温度が膜沸騰域及び遷移沸騰域の一部にある上面位置及び下面位置に、また、ノズル１８、１９はそれぞれ、温度計１４、１５の設置位置よりの下流側で厚鋼板１２の表面温度が遷移沸騰域の一部及び核沸騰域にある上面位置及び下面位置に、それぞれ厚鋼板１２を挟んで面対称となる様に設置されている。

更に、冷却装置本体１３内には、温度計１４、１５の上流側及び下流側に設置され、温度計１４、１５にノズル１６〜１９から供給される冷却水がかからないようにすると共に、厚鋼板１２の上下面の表面の水を除去する水切りロール２０〜２３が設置されている。ここで、水切りロール２０、２１は、厚鋼板１２の上面に接触し、温度計１４の上流位置及び下流位置にそれぞれ配置されている。また、水切りロール２２、２３は、厚鋼板１２の下面に接触し、温度計１５の上流位置及び下流位置にそれぞれ配置されている。なお、温度計１４、１５は、冷却水によって冷却された厚鋼板１２の表面温度が遷移沸騰域、つまり約６００℃〜３００℃となる位置に設置し、厚鋼板１２の上下面の表面の温度を測定する。

また、冷却装置１０には、ノズル１６〜１９にそれぞれ取付けられたバルブ２４〜２７を調整して、厚鋼板１２に供給する冷却水の流量を制御する流量制御装置２８を有している。また、冷却装置１０は、温度計１４、１５による厚鋼板１２の上下面の表面温度の温度データを取り込み、ノズル１６〜１９から供給する冷却水の流量を補正する流量補正演算器２９を有している。更に、冷却装置１０は、厚鋼板１２において温度測定がなされていない初期の冷却に際して、厚鋼板１２の性状（例えば、厚鋼板のサイズ、材質、及び、冷却装置１０に搬送される以前に測定された温度等）によって予め決められている冷却水の水量を設定する初期設定演算器３０が設けられている。初期設定演算器３０では、予め決められた冷却水の水量を流量制御装置２８に指示して、ノズル１６〜１９から厚鋼板１２の上下面に供給する。

ここで、図２に示すように、冷却装置本体１３は、水切りロール２０〜２３によって３つの領域に区切られている。冷却装置本体１３は、水切りロール２０〜２３で区切られ、温度計１４、１５を有する領域である測定ゾーン３１を有している。また、冷却装置本体１３は、水切りロール２０、２２の上流側でノズル１６、１７を有する領域である第１の冷却ゾーン３２と、水切りロール２１、２３の下流側でノズル１８、１９を有する領域である第２の冷却ゾーン３３とを有している。

次に、図１、図２を参照して、厚鋼板の冷却装置１０を使用した厚鋼板の冷却方法について説明する。
圧延機１１の熱間で圧延された高温の厚鋼板１２を冷却装置本体１３内に搬送する。ここで、厚鋼板１２の先端が冷却装置本体１３の第１の冷却ゾーン３２に搬入される前に、初期設定演算器３０で設定されている厚鋼板１２に供給する冷却水の上下水量比を含む流量データが流量制御装置２８に送信される。流量制御装置２８は、この流量データに基づき、バルブ２４、２５を介して、ノズル１６、１７から冷却水を供給している。更に、厚鋼板１２が進み、第１の冷却ゾーン３２に搬入され、厚鋼板１２の上下面には、ノズル１６、１７から冷却水がそれぞれ供給され、厚鋼板１２が冷却される。本実施の形態では、厚鋼板１２の上下面の上下水量比は、厚鋼板１２の下面に供給する水量を一定とし、厚鋼板１２の上面に供給する水量を調整している。

更に、厚鋼板１２は、冷却装置本体１３内を進み、水切りロール２０、２２を通過して、測定ゾーン３１に搬送される。水切りロール２０、２２によって、厚鋼板１２に残っている冷却水が除去され、冷却水の影響を受けることなく厚鋼板１２の上下面の表面温度を測定できると共に、温度計１４、１５には冷却水がかかることがない。温度計１４、１５によって、厚鋼板１２の上下面の表面温度がそれぞれ測定される。この測定された温度データに基づいて、流量補正演算器２９は、厚鋼板１２の上下面の表面温度差がなくなるように、厚鋼板１２に供給する上下水量比を補正する。

この補正された流量データは、流量制御装置２８に送信され、流量制御装置２８では、この補正された上下水量比となるように、バルブ２４、２５を調整し、ノズル１６、１７から冷却水を厚鋼板１２に供給する。つまり、測定ゾーン３１に設置された温度計１４、１５で測定された厚鋼板１２の上下面の表面温度の温度データに基づいて、第１の冷却ゾーン３２に設置されたノズル１６、１７から厚鋼板１２の上下面にそれぞれ供給される冷却水の供給量は、フィードバック制御されている。

更に、厚鋼板１２は、冷却装置本体１３内を進み、水切りロール２１、２３を通過して、第２の冷却ゾーン３３に搬送される。ここでは、温度計１４、１５によって測定した厚鋼板１２の上下面の表面温度を流量補正演算器２９によって解析し、上下水量比が補正され、その補正した流量データに基づき、流量制御装置２８がバルブ２６、２７を調整し、ノズル１８、１９から適切な水量比で冷却水が厚鋼板１２に供給される。つまり、測定ゾーン３１において、測定した厚鋼板１２の上下面の表面温度に基づいて、第２の冷却ゾーン３３では、フィードフォワード制御され、厚鋼板１２の上下面に供給する冷却水の上下水量比が補正されている。

なお、水切りロール２１、２３によって、ノズル１８、１９から供給される冷却水は、温度計１４、１５にかかることがない。
以上のように、冷却装置１０では、測定ゾーン３１で測定した温度データに基づき、第１の冷却ゾーン３２のフィードバック制御及び第２の冷却ゾーン３３のフィードフォワード制御を行っている。

図３、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る厚鋼板の冷却方法に使用する厚鋼板の冷却装置（以下、単に冷却装置という）４０について説明する。なお、冷却装置１０と同一の構成要素については同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。

図３に示すように、冷却装置４０は、圧延機１１で圧延された高温の厚鋼板１２が搬送される冷却装置本体４１を有している。冷却装置本体４１には、冷却装置本体４１内に搬送された厚鋼板１２の上下面の表面温度を同時に測定するために、厚鋼板１２の上部及び下部位置の厚鋼板１２を挟んで面対称となる位置に、例えば、２対、４つの温度計４２〜４５が長手方向に所定の間隔を設けて取付けられている。ここで、温度計（第１の温度計）４２、４３は、冷却装置本体４１の上流側の厚鋼板１２の上部位置及び下部位置にそれぞれ設置され、温度計（第２の温度計）４４、４５は、冷却装置本体４１の下流側の厚鋼板１２の上部位置及び下部位置にそれぞれ設置されている。

また、冷却装置本体４１内には、厚鋼板１２の上下面の表面にそれぞれ冷却水を供給する複数の噴出部を備えた複数、例えば、３対、６つのノズル４６〜５１が取付けられている。ここで、ノズル４６、４７は、冷却装置本体４１の上流側の厚鋼板１２の上部位置及び下部位置にそれぞれ設置され、ノズル４８、４９は、冷却装置本体４１の中央部の厚鋼板１２の上部位置及び下部位置にそれぞれ設置され、ノズル５０、５１は、冷却装置本体４１の下流側の厚鋼板１２の上部位置及び下部位置にそれぞれ設置されている。

更に、冷却装置本体４１内には、温度計４２〜４５のそれぞれの上流側及び下流側に設置され、温度計４２〜４５にノズル４６〜５１から供給される冷却水がかからないようにすると共に、厚鋼板１２の上下面の表面の水を除去する水切りロール５２〜５９が設置されている。ここで、水切りロール５２〜５５は、厚鋼板１２の上面に接触し、それぞれ温度計４２の上流位置及び下流位置、及び温度計４４の上流位置及び下流位置に配置されている。また、水切りロール５６〜５９は、厚鋼板１２の下面に接触し、それぞれ温度計４３の上流位置及び下流位置、及び温度計４５の上流位置及び下流位置に配置されている。なお、温度計４２〜４５は、冷却水によって冷却された厚鋼板１２の表面温度が遷移沸騰域、つまり約６００℃〜３００℃となる位置に設置し、厚鋼板１２の上下面の表面の温度を測定する。

また、冷却装置４０には、ノズル４６〜５１にそれぞれ取付けられたバルブ６０〜６５を調整して、厚鋼板１２に供給する冷却水の流量を制御する流量制御装置２８を有している。また、冷却装置４０は、温度計４２〜４５による厚鋼板１２の上下面の表面温度の温度データを取り込み、ノズル４６〜５１から供給する冷却水の流量を補正する流量補正演算器２９を有している。更に、冷却装置４０は、厚鋼板１２において温度測定がなされていない初期の冷却に際して、厚鋼板１２の性状（例えば、厚鋼板のサイズ、材質、及び、冷却装置４０に搬送される以前に測定された温度等）によって予め決められている冷却水の水量を設定する初期設定演算器３０が設けられている。初期設定演算器３０では、予め決められた冷却水の水量を流量制御装置２８に指示して、ノズル４６〜５１から厚鋼板１２の上下面に供給する。

ここで、図４に示すように、冷却装置本体４１は、水切りロール５２〜５９によって５つの領域に区切られている。冷却装置本体４１は、水切りロール５２、５３及び水切りロール５６、５７で区切られ、温度計４２、４３を有する領域である第１の測定ゾーン６６と、水切りロール５４、５５及び水切りロール５８、５９で区切られ、温度計４４、４５を有する領域である第２の測定ゾーン６７とを有している。また、冷却装置本体４１は、水切りロール５２、５６の上流側でノズル４６、４７を有する領域である第１の冷却ゾーン６８と、水切りロール５３、５４及び水切りロール５７、５８で区切られ、ノズル４８、４９を有する領域である第２の冷却ゾーン６９と、水切りロール５５、５９の下流側でノズル５０、５１を有する領域である第３の冷却ゾーン７０とを有している。

次に、図３、図４を参照して、厚鋼板の冷却装置４０を使用した厚鋼板の冷却方法について説明する。
圧延機１１の熱間で圧延された高温の厚鋼板１２を冷却装置本体４１内に搬送する。ここで、厚鋼板１２の先端が冷却装置本体４１の第１の冷却ゾーン６８に搬入される前に、初期設定演算器３０で設定されている厚鋼板１２に供給する冷却水の上下水量比を含む流量データが流量制御装置２８に送信される。流量制御装置２８は、この流量データに基づき、バルブ６０、６１を調整し、ノズル４６、４７から冷却水を供給している。更に、厚鋼板１２が進み、第１の冷却ゾーン６８に搬入され、少なくとも膜沸騰域にある厚鋼板１２の上下面には、ノズル４６、４７から冷却水がそれぞれ供給され、厚鋼板１２が冷却される。本実施の形態では、厚鋼板１２の上下面の上下水量比は、厚鋼板１２の下面に供給する水量を一定とし、厚鋼板１２の上面に供給する水量を調整している。

更に、厚鋼板１２は、冷却装置本体４１内を進み、水切りロール５２、５６を通過して、第１の測定ゾーン６６に搬送される。水切りロール５２、５６によって、厚鋼板１２に残っている冷却水が除去され、冷却水の影響を受けることなく厚鋼板１２の上下面の表面温度を測定できると共に、温度計４２、４３には冷却水がかかることがない。温度計４２、４３によって、厚鋼板１２の上下面の表面温度がそれぞれ測定される。この測定された温度データに基づいて、流量補正演算器２９は、厚鋼板１２の上下面の表面温度差がなくなるように、厚鋼板１２に供給する上下水量比を補正する。

この補正された流量データは、流量制御装置２８に送信され、流量制御装置２８では、この補正された上下水量比となるように、バルブ６０、６１を調整し、ノズル４６、４７から冷却水を厚鋼板１２に供給する。つまり、第１の測定ゾーン６６に設置された温度計４２、４３で測定された厚鋼板１２の上下面の表面温度の温度データに基づいて、第１の冷却ゾーン６８に設置されたノズル４６、４７から厚鋼板１２の上下面にそれぞれ供給される冷却水の供給量は、フィードバック制御されている。

更に、厚鋼板１２は、冷却装置本体４１内を進み、水切りロール５３、５７を通過して、第２の冷却ゾーン６９に搬送される。第２の冷却ゾーン６９では、初期設定演算器３０で設定された流量データが予め送信された流量制御装置２８によって、バルブ６２、６３が調整され、ノズル４８、４９から冷却水が予め供給され、厚鋼板１２の上下面には、ノズル４８、４９から冷却水がそれぞれ供給され、厚鋼板１２が冷却される。

更に、厚鋼板１２は、水切りロール５４、５８を通過して、第２の測定ゾーン６７に搬送される。なお、水切りロール５３、５４、５７、５８によって、厚鋼板１２の第２の冷却ゾーン６９に供給される冷却水は、第２の冷却ゾーン６９外の第１及び第２の測定ゾーン６６、６７には漏れ出すことがない。

第２の測定ゾーン６７において、厚鋼板１２は、温度計４４、４５によって、上下面の表面温度がそれぞれ測定される。流量補正演算器２９は、その測定結果に基づいて適正な上下水量比を解析し、上下水量比を補正した流量データを流量制御装置２８に送信する。流量制御装置２８は、バルブ６２、６３を調整し、ノズル４８、４９から補正された上下水量比の冷却水を、厚鋼板１２に供給する。つまり、第２の測定ゾーン６７において測定した厚鋼板１２の上下面の表面温度に基づいて、第２の冷却ゾーン６９での厚鋼板１２の上下面に供給する冷却水の上下水量比を補正するフィードバック制御がなされている。

更に、厚鋼板１２は、冷却装置本体４１内を進み、水切りロール５５、５９を通過して、第３の冷却ゾーン７０に搬送される。ここでは、温度計４４、４５によって測定した厚鋼板１２の上下面の表面温度を流量補正演算器２９によって解析し、上下水量比が補正され、その補正した流量データに基づき、流量制御装置２８がバルブ６４、６５を調整し、ノズル５０、５１から適切な水量比で冷却水が厚鋼板１２に供給される。つまり、第２の測定ゾーン６７において、測定した厚鋼板１２の上下面の表面温度に基づいて、第３の冷却ゾーン７０では、フィードフォワード制御され、厚鋼板１２の上下面に供給する冷却水の上下水量比が補正されている。
なお、水切りロール５５、５９によって、ノズル５０、５１から供給される冷却水は、温度計４４、４５にかかることがない。

以上のように、冷却装置４０では、第１の測定ゾーン６６で測定した温度データに基づき、第１の冷却ゾーン６８のフィードバック制御を行い、更に、第２の測定ゾーン６７で測定した温度データに基づき、第２の冷却ゾーン６９でのフィードバック制御及び第３の冷却ゾーン７０のフィードフォワード制御を行っている。なお、前記第１及び第２の実施の形態においては、温度計１４、１５及び温度計４２、４３の上流側の冷却水の調整を、鋼板１２の温度の膜沸騰域と遷移沸騰域の両方で行ったが、膜沸騰域のみで行ってもよい。しかし、この際は若干、鋼板の上面と下面の温度差が残るが、実操業的に問題にならない程度である。

試験例１として、本発明の第２の実施の形態に係る厚鋼板の冷却方法に使用する厚鋼板の冷却装置４０による長さ１８０００ｍｍ、幅３０００ｍｍ、厚さ２５ｍｍの厚鋼板の冷却を行った。また、試験例２は、冷却装置１０の温度計と同様に、温度計を遷移沸騰域内に１対設置した冷却装置を用いて厚鋼板の冷却を行い、試験例３は、温度計を遷移沸騰域内に３対設置した冷却装置を用いて厚鋼板の冷却を行なったものである。更に、比較例１として、特許文献２に記載された冷却装置による厚鋼板の冷却を行った。なお、比較例１の冷却装置は、１３対の温度計によって、厚鋼板に供給する冷却水の水量をフィードフォワード制御している。

図５〜図８は、それぞれ試験例１〜試験例３及び比較例１における厚鋼板の上下面の表面温度の変化を示すグラフである。
図５〜図７に示すように、試験例１〜試験例３の冷却装置では、温度測定は厚鋼板の上下面の表面温度が、６００℃〜３００℃の遷移沸騰域に行われている。なお、温度測定をしている箇所は、復熱により、温度が上昇している区間である。つまり、図５においては、冷却時間が約５秒、約７秒で温度測定が開始されている。図８に示すように、比較例１の冷却装置では、遷移沸騰域より高温の膜沸騰域、及び遷移沸騰域より低温の核沸騰域においても、温度測定されている。

図９を参照して、厚鋼板の温度測定回数による厚鋼板の内外部の温度偏差の増加量について説明する。
試験例１〜試験例３及び比較例１の冷却装置では、厚鋼板の温度測定の回数はそれぞれ、２回、１回、３回、１３回であり、それぞれの厚鋼板の内外部の温度偏差の増加量は、１３℃、６℃、２０℃、２５℃であった。

また、図１０を参照して、厚鋼板の内外部の温度偏差と厚鋼板の形状不良の指標である厚鋼板の表面の波高さの関係について説明する。
厚鋼板を遷移沸騰域において、２回測定する試験例１及び１回測定する試験例２の冷却装置により冷却された厚鋼板は、温度偏差増加量がそれぞれ１３℃及び６℃であり、この際の厚鋼板の波高さは、共に基準内であり、平坦度の基準値以下であった。しかしながら、３回以上の温度測定を行う試験例３及び比較例１の装置により冷却された厚鋼板は、温度偏差増加量がそれぞれ２０℃及び２５℃であり、この際の波高さは、基準を超え、矯正工程を必要とした。

この結果から、冷却途中の温度測定は、２回以下が適正であることが明らかとなった。遷移沸騰域において、上下面の表面温度差を測定する回数が多くなるにつれて、冷却と復熱が繰り返されると共に、厚鋼板の表面が復熱により温度が上昇し、これを十分に冷却するためには、冷却時間が長くなるため、厚鋼板の内外部の温度偏差が増加すると考えられる。

次に、試験例１として、前記したように本発明の第２の実施の形態に係る厚鋼板の冷却方法に使用される厚鋼板の冷却装置４０によって厚鋼板の冷却を行い、また、試験例４として、遷移沸騰域に２対の温度計を設置し、更に下流の核沸騰域に１対の温度計を備えた冷却装置による厚鋼板の冷却を行った。なお、試験例４の冷却装置の３対の温度計は、それぞれフィードバック制御によって厚鋼板を冷却している。しかも、最上流にある温度計により、少なくとも膜沸騰域にある厚鋼板の冷却が制御され、中間の温度計により遷移沸騰域にある厚鋼板の冷却が制御され、最下流にある温度計により、少なくとも遷移沸騰域にある厚鋼板の冷却が制御されている。更に、比較例２として、遷移沸騰域よりも高温である膜沸騰域に一対の温度計を設置し、遷移沸騰域よりも低温である核沸騰域に一対の温度計を設置した冷却装置を用いて、厚鋼板の冷却を行った。

試験例１及び試験例４の冷却装置により冷却された厚鋼板は、上下面の表面温度差なく冷却が完了し、厚鋼板の内外部の温度偏差の増加量は１０℃であったため、形状良好な厚鋼板が得られた。しかしながら、比較例２の冷却装置においては、温度測定タイミングが遷移沸騰域、つまり６００℃〜３００℃の温度域から外れていたので、厚鋼板の上下面の表面温度差が解消されず、厚鋼板に幅方向の反りが発生し、矯正工程が必要となった。

このことから、厚鋼板の上下面の表面温度差を測定するタイミングは、温度差が発生しやすい遷移沸騰域（６００℃〜３００℃）である必要があり、遷移沸騰域より高温側の膜沸騰域では、冷却能が小さいため温度差は、まだ増加しておらず、また、低温側の核沸騰域では、遷移沸騰域で発生した温度差が収束し始めていると共に、冷却能が縮小しているため、温度差を測定しても有効な制御効果を得ることができないことが分かった。

本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の厚鋼板の冷却方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態の厚鋼板の冷却方法において、遷移沸騰域に２対の温度計を設置して、厚鋼板の温度を２回測定した場合、及び、１対の温度計を設置して１回測定した場合について記載したが、この場合には、少なくとも膜沸騰域での上下水量比を制御できればよく、温度計が設置される測定ゾーンの上流側の冷却ゾーンをフィードバック制御してもよく、また、温度計が設置される測定ゾーンの上流側及び下流側の冷却ゾーンをそれぞれフィードバック制御及びフィードフォワード制御してもよい。

また、２対以上、例えば２対の温度計（第１及び第２の温度計）による厚鋼板の上下面の表面温度差を測定する場合には、第１の温度計（上流側）をフィードバック制御として、第２の温度計（下流側）をフィードバック制御及びフィードフォワード制御としたが、第１の温度計（上流側）をフィードバック制御及びフィードフォワード制御として、第２の温度計（下流側）をフィードフォワード制御としてもよい。即ち、第１及び第２の温度計の間の厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を、第２の温度計の測定によるフィードバック制御によって修正しても、また第１の温度計の測定によるフィードフォワード制御によって行なってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る厚鋼板の冷却方法に使用する厚鋼板の冷却装置の説明図である。 同冷却装置の冷却装置本体内の説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る厚鋼板の冷却方法に使用する厚鋼板の冷却装置の説明図である。 同冷却装置の冷却装置本体内の領域の説明図である。 試験例１における冷却装置での厚鋼板の上下面の表面温度を示すグラフである。 試験例２における冷却装置での厚鋼板の上下面の表面温度を示すグラフである。 試験例３における冷却装置での厚鋼板の上下面の表面温度を示すグラフである。 比較例１における冷却装置での厚鋼板の上下面の表面温度を示すグラフである。 厚鋼板の温度測定回数による厚鋼板の内外部の温度偏差の増加量を示すグラフである。 厚鋼板の内外部の温度偏差と厚鋼板の形状不良の指標である厚鋼板の表面の波高さの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０：厚鋼板の冷却装置、１１：圧延機、１２：厚鋼板、１３：冷却装置本体、１４、１５：温度計、１６〜１９：ノズル、２０〜２３：水切りロール、２４〜２７：バルブ、２８：流量制御装置、２９：流量補正演算器、３０：初期設定演算器、３１：測定ゾーン、３２：第１の冷却ゾーン、３３：第２の冷却ゾーン、４０：厚鋼板の冷却装置、４１：冷却装置本体、４２〜４５：温度計、４６〜５１：ノズル、５２〜５９：水切りロール、６０〜６５：バルブ、６６：第１の測定ゾーン、６７：第２の測定ゾーン、６８：第１の冷却ゾーン、６９：第２の冷却ゾーン、７０：第３の冷却ゾーン

Claims (5)

1. 熱間で圧延された高温の厚鋼板の表面温度が遷移沸騰域にある領域に設置され、更に該厚鋼板を挟んで上下対称位置に配置され、該厚鋼板の上面及び下面の表面温度を同時に測定する温度計と、前記厚鋼板の上面及び下面の表面に冷却水を供給するノズルとを有した冷却装置内に、前記厚鋼板を搬送し、該厚鋼板の上面及び下面に冷却水を供給して、前記厚鋼板を膜沸騰域から核沸騰域まで冷却する厚鋼板の冷却方法において、
   前記冷却装置内で冷却して遷移沸騰域にある前記厚鋼板の上面と下面の表面温度を前記温度計で同時に測定し、測定された前記厚鋼板の上面と下面の表面温度差に基づいて、前記温度計の上流側の少なくとも膜沸騰域にある前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を修正し、前記厚鋼板の上面と下面の表面温度差を低減することを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
2. 請求項１記載の厚鋼板の冷却方法において、前記温度計の上流側では、フィードバック制御が行われ、該温度計よりも上流側の少なくとも膜沸騰域にある前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を修正すると共に、前記温度計の下流側では、フィードフォワード制御が行われ、該温度計よりも下流側の遷移沸騰域及び核沸騰域にある前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を修正することを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
3. 熱間で圧延された高温の厚鋼板の表面温度が遷移沸騰域にある領域の上流側及び下流側にそれぞれ設置され、更に該厚鋼板を挟んで上下対称位置に配置され、該厚鋼板の上面と下面の表面温度を同時に測定する第１及び第２の温度計と、前記厚鋼板の上面と下面の表面に冷却水を供給するノズルとを有した冷却装置内に、前記厚鋼板を搬送し、該厚鋼板の上面及び下面に冷却水を供給して、前記厚鋼板を膜沸騰域から核沸騰域まで冷却する厚鋼板の冷却方法において、
   前記第１の温度計で測定された前記厚鋼板の上面と下面の表面温度差に基づいて、前記第１の温度計の上流側の少なくとも膜沸騰域にある前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を修正し、更に前記第２の温度計で測定された前記厚鋼板の上面と下面の表面温度差に基づいて、前記第２の温度計の下流側の前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比を修正し、前記厚鋼板の上面と下面の表面温度差を低減することを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
4. 請求項３記載の厚鋼板の冷却方法において、前記第１及び第２の温度計の間の前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比は、該第２の温度計の測定によるフィードバック制御によって修正されることを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
5. 請求項３記載の厚鋼板の冷却方法において、前記第１及び第２の温度計の間の前記厚鋼板の上面及び下面に供給する冷却水の水量比は、該第１の温度計の測定によるフィードフォワード制御によって修正されることを特徴とする厚鋼板の冷却方法。

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