JP4119928B2

JP4119928B2 - 鋼板の冷却方法

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Publication number: JP4119928B2
Application number: JP2006223636A
Authority: JP
Inventors: 朋哉小田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2026-08-18
Also published as: EP1925373A4; TWI322049B; BRPI0702830A2; KR20080089578A; JP2008043988A; US20090194207A1; KR100882931B1; US8282747B2; EP1925373B1; CN101378856B; WO2008020549A1; RU2386505C1; CN101378856A; RU2008131698A; DE602007005581D1; TW200810851A; EP1925373A1

Description

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。

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、高靱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っていることに加え、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、特許文献１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。

特開昭６０−４３４３５号公報

上記特許文献１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。

そこで、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、その特徴とする手段（１）は、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することを特徴とする、鋼板の冷却方法が提供される。

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抑制できる。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抑制することが可能となる。

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％で注水するとしてもよい。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。

本発明によれば、鋼板搬送方向の均一冷却性を高めることができる。

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要素については、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、この温度低下を抑制する方法について、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２〜３ｍ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１０ｓ程度であり、しかも、鋼板搬送速度（１.０〜２.０ m/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_０の８０〜９５体積％(以下、この水量密度をＱ_frontと称す)になる開度から順次開放して基準水量密度Ｑ_０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_０が、例えば、厚鋼板の場合は0.3〜1.5 m³/(m²・min)の範囲にすることが好ましい。即ち、この基準水量密度Ｑ_０が、例えば1.5 m³/(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_０が、例えば0.3 m³/(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、0.3 m³/(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_０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４ｃ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４ａと、後段領域４ｂとに２分割される。冷却ノズル４ｃ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４ｃ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４ａでは三方弁５と流量調節弁６が設けられ、後段領域４ｂ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０.５〜２ｍまでの領域）ｌ_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）ｌ_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、測長ロール２により鋼板Ｐの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、三方弁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４ａ及び後段領域４ｂにおいて、水量密度がＱ_front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４ａにある三方弁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_frontの冷却水が、前段領域４ａではオフライン側に排水され、また、後段領域４ｂでは冷却ノズル４ｃ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４ｃ間を順次通過する。この際、冷却装置４の前段領域４ａでは、各冷却ノズル４ｃ全てにおいて、鋼板Ｐの先端領域ｌ_１が冷却ノズル４ｃ位置（各冷却ノズル４ｃが設けられた位置）を通過して、鋼板Ｐの先部領域ｌ_２が冷却ノズル４ｃ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４ｃ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ｌ_２が各冷却ノズル４ｃ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ｌ_２が抜ける直前に全開とする。これにより、前段領域４ａの各冷却ノズル４ｃから散水される冷却水量密度は、Ｑ_frontから順次増加して基準水量密度Ｑ_０に達する。

一方、冷却装置４の後段領域４ｂでは、各冷却ノズル４ｃから冷却水量密度Ｑ_front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ｌ_２が各冷却ノズル４ｃ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ｌ_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４ａにある冷却ノズル４ｃ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４ｂにある冷却ノズル４ｃ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４ａ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_０で散水冷却しているが、冷却ノズル４ｃ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４ｃ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_frontになるようにする。そして、後端領域が冷却ノズル４ｃ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４ｃ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４ｂ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_０で散水冷却しているが、冷却ノズル４ｃ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４ｃ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_front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。

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60 m/min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４ｃ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４ａを冷却ノズル４ｃの１２列目までとし、後段領域４ｂ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ｌ_１は鋼板先端から１ｍ、先部領域ｌ_２は、先端領域ｌ_１と先部領域ｌ_２との境界部から４ｍ、中央部領域は先部領域ｌ_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_frontは基準水量密度Ｑ_０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_０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℃以下と小さくなった。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℃、比較例２では２９℃）、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。

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

符号の説明

１圧延機
２測長ロール
３鋼板位置検出センサ
４冷却装置
４ａ前段領域
４ｂ後段領域
４ｃ冷却ノズル
５三方弁
６流量調節弁
７ヘッダー管
８制御部
ｌ_１先端領域
ｌ_２先部領域
Ｐ鋼板

Claims

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、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。
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。