(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板をその下流側で通板速度３ｍ／ｓｅｃ以上で通板させながら冷却する冷却方法であって、
前記熱延鋼板の上面温度が８５０℃から６５０℃までのときに、圧延形状矯正用ピンチロールを用いて０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力を前記仕上げ圧延機側に付与して前記熱延鋼板を挟持し、
前記熱延鋼板の上面温度が６５０℃から３５０℃までの範囲内で前記熱延鋼板を冷却する際に、前記熱延鋼板の上面に対して水量密度を３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超の冷却水を使用して冷却することを特徴とする、熱延鋼板の冷却方法。
【請求項２】
前記冷却水の前記熱延鋼板の上面に対する衝突速度を２０ｍ／ｓｅｃ以上とし、前記冷却水で当該熱延鋼板の上面の８０％以上の面積を覆う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。
【請求項３】
前記冷却水の前記熱延鋼板の上面に対する衝突圧力を２ｋＰａ以上とし、前記冷却水で当該熱延鋼板の上面の８０％以上の面積を覆うことを特徴とする、請求項１に記載の熱延鋼板の冷却方法。
【請求項４】
前記冷却水の水流は円錐状であって、熱延鋼板の上面に対する前記冷却水の衝突角度が水平方向から７５度以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
【請求項５】
前記熱延鋼板の上面温度が６５０℃から５５０℃までになる位置に第一の中間ピンチロールを、４５０℃から３５０℃までになる位置に第二の中間ピンチロールをそれぞれを配置して、前記第一及び第二の中間ピンチロール間の前記熱延鋼板に０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力を付与することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
【請求項６】
前記熱延鋼板の上面に噴射された冷却水が当該冷却工程の開始前及び終了後の熱延鋼板に流れるのを抑制する水切りが行われることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
【請求項７】
前記熱延鋼板の上面のみを冷却することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
【請求項８】
下記式（１）で冷却能力ｄを定義し、前記熱延鋼板上面の冷却能力ｄｕを下面の冷却能力ｄｌに比して０．８倍以上１．２倍以下として冷却することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
ｄ＝ｆ（ｑ、ｐ、ｔｗ）    ・・・（１）
ｄ：冷却能力、ｕ：上面側、ｌ：下面側
ｑ：冷却水量［ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ］、ｐ：衝突圧力［ｋＰａ］、ｔｗ：水温
【請求項９】
熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板をその下流側で通板速度３ｍ／ｓｅｃ以上で通板させながら冷却する冷却装置であって、
前記熱延鋼板の上面温度が６５０℃以上８５０℃以下になる位置に、０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力を前記仕上げ圧延機側にかけて前記熱延鋼板を挟持する圧延形状矯正用ピンチロールが配置され、
６５０℃から３５０℃の範囲内で前記熱延鋼板の上面に対して水量密度３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超の冷却水を使用して遷移沸騰領域と核沸騰領域で当該熱延鋼板の冷却を行う冷却機を有することを特徴とする熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１０】
前記冷却機は複数のノズルを有し、当該複数のノズルから噴射される冷却水は、熱延鋼板の上面に対する衝突速度が２０ｍ／ｓｅｃ以上であり、前記複数のノズルは、当該熱延鋼板の上面の８０％以上の面積を覆うように冷却水を噴射するように配置されたことを特徴とする、請求項９に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１１】
前記冷却機は複数のノズルを有し、当該複数のノズルは、熱延鋼板の上面に対する衝突圧力が２ｋＰａ以上の冷却水で、当該熱延鋼板の上面の８０％以上の面積を覆うように冷却水を噴射する能力を有することを特徴とする、請求項９に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１２】
前記冷却機の複数のノズルは、円錐状の水流の冷却水を噴射し、熱延鋼板の上面に対する前記冷却水の衝突角度が水平方向から７５度以上であることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１３】
前記熱延鋼板の上面温度が６５０℃から５５０℃までになる位置及び、４５０℃から３５０℃までになる位置に、それぞれ第一、第二の中間ピンチロールを配置し、前記第一及び第二の中間ピンチロール間の前記熱延鋼板に０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力付与機能を有することを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１４】
前記冷却機の上流側及び下流側には、水切り機が設けられていることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１５】
前記水切り機は、前記熱延鋼板に対して水切り水を噴射するノズルを有することを特徴とする、請求項１４に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１６】
さらに前記水切り機は、前記熱延鋼板に接するように設けられた水切りロールを有することを特徴とする、請求項１５に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１７】
前記冷却機は、熱延鋼板の上面のみを冷却することを特徴とする、請求項９〜１６のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１８】
前記冷却機は、下記式（１）で定義された冷却能力ｄを用い、前記熱延鋼板上面の冷却能力ｄｕを下面の冷却能力ｄｌに比して０．８倍以上１．２倍以下として冷却する能力を有することを特徴とする、請求項９〜１６のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。
ｄ＝ｆ（ｑ、ｐ、ｔｗ）    ・・・（１）
ｄ：冷却能力、ｕ：上面側、ｌ：下面側
ｑ：冷却水量［ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ］、ｐ：衝突圧力［ｋＰａ］、ｔｗ：水温
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板をランアウトテーブル上に通板させながら冷却する方法及び冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱炉から排出された鋼材は、粗圧延機を経て仕上げ圧延機に送られる。図１１は、仕上げ圧延機２以降の熱間圧延工程を行う熱延設備のレイアウトの一例である。図１１に示すように、複数スタンドＦ１〜Ｆ７からなる仕上げ圧延機２で鋼材を連続圧延し、最終スタンドで所望の板厚・板幅に熱間圧延された鋼板３を、多数の搬送ロール４ａからなるランアウトテーブル４で搬送する。ランアウトテーブル４は、仕上げ圧延機２の下流側に配置された冷却装置５内に設置され、上方に設けられた各種冷却機６で、鋼板３を冷却する。その後、鋼板３は、コイラー直前ピンチロール７を介してコイラー８に巻き取られる。コイラー直前ピンチロール７は、鋼板３のコイラー８への誘導および鋼板３の尾端が仕上げ圧延機２の最終スタンドＦ７を抜けた後のバックテンション保持の役割をする。
【０００３】
このような熱延設備を用いて、熱間圧延の仕上げ圧延後の熱延鋼板（以下、「熱延鋼板」もしくは単に「鋼板」という。）は、仕上げ圧延機からコイラーまでをランアウトテーブルによって搬送される間に、ランアウトテーブルの上下に設けられている冷却装置（冷却機）によって所定の温度まで冷却された後、コイラーに巻き取られる。鋼板の熱間圧延においては、この仕上げ圧延後の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おり、鋼板を均一に所定の温度に冷却することが重要となっている。
【０００４】
この仕上げ圧延後の冷却工程では、冷却媒体として例えば水（以下、「冷却水」という。）を用いて鋼板を冷却することが多い。かかる場合、例えば鋼板の上面に冷却水を噴射して当該鋼板を冷却するが、鋼板の上面温度により鋼板上の冷却水の沸騰形態が変動する。一般的に用いられているラミナー冷却においては、図１２に示すように、鋼板の上面温度Ｔが約６００℃以上の高温の場合には、当該領域は膜沸騰領域Ａとなる。また、上面温度Ｔが３５０℃以下の低温の場合には、当該領域は核沸騰領域Ｂとなる。さらに、膜沸騰領域Ａと核沸騰領域Ｂとの間では、当該領域は遷移沸騰領域Ｃとなる。
【０００５】
なお、ここでは、鋼板の上面温度Ｔと冷却時の熱流束Ｑとの関係を示した図１３において、冷却開始から、熱流束Ｑと鋼板の上面温度Ｔの関係の傾きが大きな逆勾配となる前の温度域を膜沸騰領域Ａ、当該傾きが大きな逆勾配の領域を遷移沸騰領域Ｃ、当該傾きが大きな逆勾配より低い温度域の正勾配の領域を核沸騰領域Ｂと称する。
【０００６】
膜沸騰領域Ａでは、鋼板の上面に冷却水を噴射した際、ラミナー流は鋼板に到達するが、その後即座に蒸発し、鋼板の上面は蒸気膜に覆われる状態となる。この冷却では、鋼板上面の蒸気膜が熱の伝達を阻害するため、図１２に示すように鋼板の熱伝達率（冷却能力）ｈは低くなる。しかしながら、鋼板の上面温度Ｔが約６００℃以上では、熱伝達率ｈは概ね一定であり、図１３に示すように上面温度Ｔの低下と共に熱流束Ｑが低くなる。したがって、鋼板の上面温度Ｔに局所的なバラツキが発生しても、上面温度Ｔが高いところは冷え易いが、上面温度Ｔが低いところは冷え難くなる。そうすると、膜沸騰領域Ａを通過する前に鋼板内の温度偏差（以下、「温度偏差」という。）が生じた場合でも、膜沸騰領域Ａを通過後の温度偏差を、通過前の鋼板の温度偏差よりも小さくすることができる。なお、熱流束Ｑは、熱伝達率ｈ、鋼板の上面温度Ｔ、及び鋼板に噴射される冷却水の温度Ｗを用いて下記式（２）により算出される。
Ｑ＝ｈ×（Ｔ−Ｗ）・・・・（２）
【０００７】
核沸騰領域Ｂでは、鋼板の上面に冷却水を噴射した際、鋼板上面に蒸気膜が発生せず、冷却水が鋼板上面に直接接触する。このため、核沸騰領域Ｂでは、図１２に示すように膜沸騰領域Ａにある鋼板の冷却に比べて、鋼板の熱伝達率ｈが高くなる。また、図１３に示すように鋼板の上面温度Ｔの低下と共に熱流束Ｑが低くなる。したがって、核沸騰領域Ｂを通過する前に鋼板の温度偏差が生じた場合、核沸騰領域Ｂを通過後の温度偏差を、通過前の鋼板の温度偏差よりも小さくすることができる。
【０００８】
しかしながら、遷移沸騰領域Ｃでは、鋼板の上面に冷却水を噴射した際、鋼板上面に蒸気膜と冷却水が鋼板上面に直接接触する場所が混在するようになる。この遷移沸騰領域Ｃでは、熱伝達率ｈ、熱流束Ｑは鋼板の上面温度Ｔの低下と共に上昇している。これは、鋼板の温度の低下とともに、冷却水と鋼板の接触領域が増加するためである。このため、図１３に示すように鋼板の上面温度Ｔが高いところは冷え難く、上面温度Ｔが低いところは急激に冷えるため、鋼板の上面温度Ｔに局所的なバラツキが発生すると、この温度バラツキは発散的に大きくなる。すなわち、遷移沸騰領域Ｃを通過後の鋼板の温度偏差は、遷移沸騰領域Ｃを通過前の鋼板の温度偏差よりも大きくなる。そして、このように温度偏差が大きくなると、鋼板を均一に冷却することができない。
【０００９】
そこで、遷移沸騰開始温度よりも高い温度で冷却を停止し、続いて核沸騰となる水量密度の冷却水により鋼板を冷却する方法が提案されている（特許文献１）。この冷却方法は、鋼板に噴射する冷却水の水量密度が高いほど、遷移沸騰開始温度及び核沸騰開始温度が高温側にシフトするという事実に着目し、膜沸騰領域で鋼板を冷却した後、続いて冷却水の水量密度を大きくして核沸騰領域で鋼板を冷却することで、鋼板が遷移沸騰領域を通過するのを回避しようとするものである。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に示した方法では、３ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ以下の水量密度の冷却水を棒状に鋼板に噴射しており、発明者らが調べたところ、かかる冷却方法では、鋼板が遷移沸騰領域を通過するのを回避することができないことが分かった。
【００１１】
上述したように、膜沸騰領域と核沸騰領域では鋼板の温度偏差は小さくなる。そうすると、遷移沸騰領域を回避して膜沸騰領域と核沸騰領域のみで鋼板を冷却した場合、核沸騰領域での冷却後の鋼板の温度偏差は、膜沸騰領域での冷却後の鋼板の温度偏差よりも小さくなるはずである。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載された表１及び表２を参照すると、後段ランナウト（核沸騰領域）出側での鋼板の温度偏差は、前段ランナウト（膜沸騰領域）出側での鋼板の温度偏差よりも大きくなっている。このことは、特許文献１の冷却方法を用いた場合、鋼板が遷移沸騰領域を通過し、この遷移沸騰領域での冷却により鋼板の温度偏差が大きくなったことを示している。したがって、この場合、鋼板を均一に冷却することができない。
【００１３】
一方、板形状が平坦ではない状態、あるいは鋼板が振動している状態で冷却水が散布されると、鋼板の位置によって冷却水のかかり方にばらつきが生じ、温度差が生じる。そのため、安定した品質の鋼板を製造することができなくなる。
【００１４】
特に、鋼板に張力がかけられていない状態では、仕上げ圧延機を通過する鋼板の幅方向に伸び差分布が存在すると伸びの大きい部分が座屈してうねり変形が生じ、板形状を平坦に維持することができない場合がある。また、鋼板の振動に関しては、鋼板に張力が与えられていても、通板時に鋼板が振動する場合がある。このように板形状が平坦でない、あるいは振動している鋼板を冷却すると、鋼板の位置によって冷却状態にばらつきが生じ、品質のばらつきがさらに拡大する。
【００１５】
板形状が平坦でない状態（うねり）には次の３つが考えられる。１）張力がないことによって発生する弛み。２）鋼板の反り。３）圧延方向伸び差によって生じる端伸び、中伸び等のいわゆる板形状。
これらのうねりがあると、進行方向の前面になる斜面では強く冷却水が当たり、後面になる斜面では弱く冷却水が当たり、冷却に強弱が生じる。また、うねりの谷の部分では冷却水が溜まり、山の部分よりも強く冷却される。したがって、うねりの無い方が均一に冷却されやすく、温度偏差もつきにくい。これはとくに膜沸騰領域でも核沸騰段階でも言えることであるが、うねりがあると遷移沸騰領域での温度偏差の拡大が助長されることになる。
【００１６】
本出願人は、特許文献２において、ランアウトテーブルに１セット以上のピンチロールを設置した圧延設備を提案している。
特許文献２は、板幅方向のネッキングを低減させることが目的であって、ピンチロールの設置は、少なくとも１セット以上であり、鋼板の温度が６５０℃以下になる位置と開示されている。しかしながら、通常、仕上げ圧延機を通過直後の鋼板の温度は約８４０℃以上１０００℃以下であり、上記特許文献２に開示された６５０℃になるまでには、仕上げ圧延機を通過後の冷却工程に多くの距離を要する。そのため、鋼板の先端が、仕上げ圧延機から離れた位置のピンチロールに達するまでの間は、鋼板の先端部が挟持されない。また、鋼板にかける張力に関しては記載されておらず、上記問題点である鋼板の先尾端部の板形状の改善可否に関しての言及はない。さらに鋼板の振動の抑制に関する言及はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００８−１１０３５３号公報
【特許文献２】特開２００１−３２１８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
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、冷却後の熱延鋼板の温度偏差を従来の温度偏差未満にして、熱延鋼板を均一に冷却し、従来のものに比べて品質のばらつきの小さい熱延鋼板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の目的を達成するため、発明者らが鋭意研究を重ねた結果、遷移沸騰領域を含む熱延鋼板の冷却を行った場合でも、強冷却するときの上面の水量を３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超とする場合、全冷却工程後の熱延鋼板の温度偏差を、全冷却工程前の温度偏差以下にできることを見出した。このことは、前記強冷却を行えば、全冷却工程前に生じていた温度偏差を全冷却工程後に冷却工程前よりも小さくすることができることを意味している。
【００２０】
図１４は従来の熱延鋼板の降温曲線の模式図を示す。この図で、実線は参照している部位の降温曲線であり、破線はこれに対して初期に温度偏差を持っている場合の降温曲線である。図１４でＡの部分は膜沸騰領域であり、Ｂの部分は核沸騰領域であり、Ｃの部分は遷移沸騰領域である。Ａ及びＢの部分は曲線が下に凸であるが、Ｃの領域では上に凸である。下に凸の領域では初期に温度偏差がついていてもこの偏差が縮小していくが、上に凸の領域では、温度偏差が拡大していってしまう。
【００２１】
図１５に６００℃付近から３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超である、６ｍ３／ｍ２／ｍｉｎで、３ｍｍ厚さの熱延鋼板を冷却したときの冷却曲線を示す。この図から下に凸ではあるが実際の降温曲線は直線に近く３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超で核沸騰領域での冷却を行っても温度偏差の縮小はあまり大きくないことがわかる。したがって、膜沸騰領域終了時点の温度偏差を小さくできれば、遷移沸騰領域の温度偏差を拡大させない３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超の水量による冷却を行うことにより、全冷却行程終了時の温度偏差を小さくすることができる。
【００２２】
一方、冷却中はうねり形状や鋼板の振動によって膜沸騰領域、核沸騰領域であっても温度偏差が生じやすいことは先に述べたとおりである。発明者らは、このうねり形状の解消のために仕上げ圧延機の直後から張力を付与することが効果的であることを見出した。また、冷却時の温度偏差に影響する鋼板の振動を効果的に抑制するための手法として、遷移沸騰領域における鋼板振動をピンチロールの設置により抑制することが効果的であることも見出した。したがって、全冷却行程終了時の温度偏差を小さくするためには、３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超の強冷却を行う前に張力を付与してうねり形状を解消するとともに、鋼板の振動を冷却全領域で抑制して温度偏差を小さくすればよいことになる。
【００２３】
本発明は、上記の知見を基になされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
（１）熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板をその下流側で通板速度３ｍ／ｓｅｃ以上で通板させながら冷却する冷却方法であって、
前記熱延鋼板の上面温度が８５０℃から６５０℃までのときに、圧延形状矯正用ピンチロールを用いて０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力を前記仕上げ圧延機側に付与して前記熱延鋼板を挟持し、
前記熱延鋼板の上面温度が６５０℃から３５０℃までの範囲内で前記熱延鋼板を冷却する際に、前記熱延鋼板の上面に対して水量密度を３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超の冷却水を使用して冷却することを特徴とする、熱延鋼板の冷却方法。
【００２４】
（２）前記冷却水の前記熱延鋼板の上面に対する衝突速度を２０ｍ／ｓｅｃ以上とし、前記冷却水で当該熱延鋼板の上面の８０％以上の面積を覆うことを特徴とする前記（１）に記載の熱延鋼板の冷却方法。
【００２５】
（３）前記冷却水の前記熱延鋼板の上面に対する衝突圧力を２ｋＰａ以上とし、前記冷却水で当該熱延鋼板の上面の８０％以上の面積を覆うことを特徴とする、前記（１）に記載の熱延鋼板の冷却方法。
【００２６】
（４）前記冷却水の水流は円錐状であって、熱延鋼板の上面に対する前記冷却水の衝突角度が水平方向から７５度以上であることを特徴とする、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
【００２７】
（５）前記熱延鋼板の上面温度が６５０℃から５５０℃までになる位置に第一の中間ピンチロールを、４５０℃から３５０℃までになる位置に第二の中間ピンチロールをそれぞれを配置して、前記第一及び第二の中間ピンチロール間の前記熱延鋼板に０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力を付与することを特徴とする、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
【００２８】
（６）前記熱延鋼板の上面に噴射された冷却水が当該冷却工程の開始前及び終了後の熱延鋼板に流れるのを抑制する水切りが行われることを特徴とする、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
【００２９】
（７）前記熱延鋼板の上面のみを冷却することを特徴とする、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
【００３０】
（８）下記式（１）で冷却能力ｄを定義し、前記熱延鋼板上面の冷却能力ｄｕを下面の冷却能力ｄｌに比して０．８倍以上１．２倍以下として冷却することを特徴とする、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却方法。
ｄ＝ｆ（ｑ、ｐ、ｔｗ）    ・・・（１）
ｄ：冷却能力、ｕ：上面側、ｌ：下面側
ｑ：冷却水量［ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ］、ｐ：衝突圧力［ｋＰａ］、ｔｗ：水温
【００３１】
（９）熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板をその下流側で通板速度３ｍ／ｓｅｃ以上で通板させながら冷却する冷却装置であって、
前記熱延鋼板の上面温度が６５０℃以上８５０℃以下になる位置に、０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力を前記仕上げ圧延機側にかけて前記熱延鋼板を挟持する圧延形状矯正用ピンチロールが配置され、
６５０℃から３５０℃の範囲内で前記熱延鋼板の上面に対して水量密度３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超の冷却水を使用して遷移沸騰領域と核沸騰領域で当該熱延鋼板の冷却を行う冷却機を有することを特徴とする熱延鋼板の冷却装置。
【００３２】
（１０）前記冷却機は複数のノズルを有し、当該複数のノズルから噴射される冷却水は、熱延鋼板の上面に対する衝突速度が２０ｍ／ｓｅｃ以上であり、前記複数のノズルは、当該熱延鋼板の上面の８０％以上の面積を覆うように冷却水を噴射するように配置されたことを特徴とする、前記（９）に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【００３３】
（１１）前記冷却機は複数のノズルを有し、当該複数のノズルは、熱延鋼板の上面に対する衝突圧力が２ｋＰａ以上の冷却水で、当該熱延鋼板の上面の８０％以上の面積を覆うように冷却水を噴射する能力を有することを特徴とする、前記（９）に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【００３４】
（１２）前記冷却機の複数のノズルは、円錐状の水流の冷却水を噴射し、熱延鋼板の上面に対する前記冷却水の衝突角度が水平方向から７５度以上であることを特徴とする、前記（１０）又は（１１）に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【００３５】
（１３）前記熱延鋼板の上面温度が６５０℃から５５０℃までになる位置及び、４５０℃から３５０℃までになる位置に、それぞれ第一、第二の中間ピンチロールを配置し、前記第一及び第二の中間ピンチロール間の前記熱延鋼板に０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力付与機能を有することを特徴とする、前記（９）〜（１２）のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。
【００３６】
（１４）前記冷却機の上流側及び下流側には、水切り機が設けられていることを特徴とする、前記（９）〜（１３）のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。
【００３７】
（１５）前記水切り機は、前記熱延鋼板に対して水切り水を噴射するノズルを有することを特徴とする、前記（１４）に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【００３８】
（１６）さらに前記水切り機は、前記熱延鋼板に接するように設けられた水切りロールを有することを特徴とする、（１５）に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【００３９】
（１７）前記冷却機は、熱延鋼板の上面のみを冷却することを特徴とする、前記（９）〜（１６）のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。
【００４０】
（１８）前記冷却機は、下記式（１）で定義された冷却能力ｄを用い、前記熱延鋼板上面の冷却能力ｄｕを下面の冷却能力ｄｌに比して０．８倍以上１．２倍以下として冷却する能力を有することを特徴とする、前記（９）〜（１６）のいずれかに記載の熱延鋼板の冷却装置。
ｄ＝ｆ（ｑ、ｐ、ｔｗ）    ・・・（１）
ｄ：冷却能力、ｕ：上面側、ｌ：下面側
ｑ：冷却水量［ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ］、ｐ：衝突圧力［ｋＰａ］、ｔｗ：水温
【発明の効果】
【００４１】
本発明により、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、冷却後の熱延鋼板の温度偏差を従来の温度偏差未満にして、熱延鋼板を均一に冷却し、従来のものに比べて品質のばらつきの小さい熱延鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の冷却装置を備えた熱延設備の概要を示す斜視図である。
【図２】本発明にかかる圧延形状矯正用ピンチロールの有無および張力による鋼板のうねりを示す説明図であり、（Ａ）は張力とうねり比率との関係を示すグラフ、（Ｂ）は圧延形状矯正用ピンチロールが無い場合の模式図、（Ｃ）は圧延形状矯正用ピンチロールを設けた場合の模式図である。
【図３】うねりの大きさと温度ばらつきとの関係を示すグラフである。
【図４】仕上げ圧延機、冷却機及び他の水切り機の構成の概略を示す側面図である。
【図５】冷却機等の構成の概略を示す側面図である。
【図６】冷却機によって噴射された冷却水の鋼板の上面における噴流衝突面を示した説明図である。
【図７】本実施の形態にかかる鋼板上面温度と熱伝達率の関係を示したグラフである。
【図８】本実施の形態にかかる鋼板上面温度と熱流速の関係を示したグラフである。
【図９】本発明を用いて冷却した際の冷却時間と熱流束の関係を示したグラフである。
【図１０】本発明の冷却装置を備えた熱延設備の異なる実施形態の概要を示す斜視図である。
【図１１】従来の熱延設備の概要を示す斜視図である。
【図１２】従来の鋼板上面温度と熱伝達率の関係を示したグラフである。
【図１３】従来の鋼板上面温度と熱流束の関係を示したグラフである。
【図１４】従来の熱延鋼板の降温曲線の模式図である。
【図１５】６００℃付近から熱延鋼板を強冷却したときの冷却曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００４４】
加熱炉から排出された鋼材は、粗圧延機により厚さ４０ｍｍ程度に圧延された後、仕上げ圧延機で連続圧延され、厚さ１〜４ｍｍ程度に圧延される。図１は、本発明にかかる冷却装置５を有する熱延設備において、仕上げ圧延機２以降の構成の概要を示す。仕上げ圧延機２は複数、例えば図示するように７台のスタンドＦ１〜Ｆ７からなり、最終スタンドで所望の板厚・板幅の鋼板３に熱間圧延される。仕上げ圧延機２を通過した直後の鋼板３の温度は、８４０℃以上１０００℃以下である。鋼板３は、複数の搬送ロール４ａからなるランアウトテーブル４を備えた冷却装置５内を通板速度３ｍ／ｓｅｃ以上で搬送される。ランアウトテーブル４上には各種冷却機６が配置され、鋼板３は、ランアウトテーブル４上を搬送される際、水等により冷却されて、所望される材質の金属組織が形成される。冷却機６は、例えば４つのゾーンに分割され、それぞれ制御部３０によって制御される。冷却機６のうち６ｃは３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超の冷却水量を噴射する能力を有している。所定温度、例えば３５０℃に冷却された鋼板３は、コイラー８に巻き取られる。コイラー８の上流側には、上下一対のロールからなるコイラー直前ピンチロール７が設けられている。鋼板３は、コイラー直前ピンチロール７に誘導され、コイラー８に対して適宜張力をかけられた状態で巻き形状を整えながらコイラー８に巻き取られる。
【００４５】
仕上げ圧延機２の最終スタンドよりも下流の、鋼板３の上面温度が６５０℃以上８５０℃以下になる位置に、上下一対のロールからなり、幅方向うねりを矯正できる圧延形状矯正用ピンチロール１０が配置されている。圧延形状矯正用ピンチロール１０は、鋼板３を、仕上げ圧延機２と圧延形状矯正用ピンチロール１０の間に０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力をかけて挟持しながら回転し、下流に向けて搬送する。圧延形状矯正用ピンチロール１０の設置位置は、最終スタンドＦ７からなるべく近い位置が好ましいが、鋼板３の温度が８５０℃を超える位置では、圧延形状矯正用ピンチロールにより鋼板３の板厚が変化することが懸念されるため、好ましくない。従って、圧延形状矯正用ピンチロール１０は、鋼板上面が８５０℃以下になる直後か、少なくとも遷移沸騰領域に入る前の６５０℃以上となる位置に配置される。また、ピンチロール径、圧下力などは、鋼板３の板厚が変化しないように定められる。仕上げ圧延機２の下流側に隣接して直後急冷帯６ａが設けられている場合には、直後急冷帯６ａの後面に圧延形状矯正用ピンチロール１０を設けても良い。直後急冷帯６ａを設けることによって、鋼板３の上面温度が８５０℃以下になる位置が仕上げ圧延機２に近くなり、圧延形状矯正用ピンチロール１０と仕上げ圧延機２との距離を短くすることができる。
【００４６】
鋼板３の先端が仕上げ圧延機２の最終スタンドを通過して圧延形状矯正用ピンチロール１０の位置に到達すると、鋼板３は、圧延形状矯正用ピンチロール１０により挟持される。鋼板３の尾端側は仕上げ圧延機２の各スタンドに支持されているため、先端が圧延形状矯正用ピンチロール１０から０．４ｆｋｇ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力をかけて挟持されることにより、鋼板３はうねりを解消しつつ従来のものより平坦な板形状を保持しながら搬送される。
【００４７】
図２は、仕上げ圧延機２の最終スタンドを通過する鋼板３において、張力の有無による正弦波状のうねりが低減する様子を示すものである。（Ａ）は、張力が無いときのうねりを１として、張力によるうねりの比率を示すグラフ、（Ｂ）および（Ｃ）は鋼板３のうねりの様子を示す模式図であり、（Ｂ）は圧延形状矯正用ピンチロールを設けない場合、（Ｃ）は本発明の圧延形状矯正用ピンチロール１０を設けて張力をかけた場合である。最終スタンドの圧延前の鋼板３の厚さが３．３ｍｍ、圧延後の厚さが３ｍｍとし、シミュレーション計算を行った結果、圧延後のうねりの高さが３０ｍｍの場合、圧延形状矯正用ピンチロール１０を設けて、最終スタンドに向けて０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）の張力をかけた場合には、圧延後のうねりの高さは、図２（Ａ）に示すように約１／３に低減した。さらに、図２（Ｃ）に示すように、張力を解除したとき、即ち圧延形状矯正用ピンチロール１０を通過した後も、うねりが低減したままであった。従って、張力をかけて仕上げ圧延を行うと、圧延形状矯正用ピンチロール１０を通過した後も、うねりを生じることなく搬送されることが判明した。すなわち、張力は０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上あれば、すでに述べた弛み、反り、及び端伸びもしくは中伸び等の板形状をすべて含むうねりが１／３以下になる。
また、張力を１．５ｋｇｆ／ｍｍ２（１４．７ＭＰａ）とした場合のうねりの低減量は、図２（Ａ）に示すように１／８程度であった。張力が０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の領域では、図２（Ａ）に示すようにうねりの低減の仕方は小さくなっている。なお、付与張力は高くても２ｋｇｆ／ｍｍ２（１９．６ＭＰａ）程度である。
【００４８】
このように、圧延形状矯正用ピンチロール１０によって、仕上げ圧延機２を通過する鋼板３にうねりが発生しても板形状を平坦にすることができる。鋼板３が平坦な板形状を保って冷却装置５を通過することにより、冷却機６から散水された冷却水が、鋼板３の上面に均等にかかり、均一な条件で冷却され、各種金属組織が安定して形成される。なお、うねりの大きさと温度ばらつきには、図３に示すように良い相関があり、うねりを１／３以下にすることで温度ばらつきを１／２〜１／３にすることができる。
なお、張力は０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上あればうねり低減の効果が大きいが、張力を０．５ｋｇｆ／ｍｍ２（４．９０ＭＰａ）以上にするなどしてうねりをさらに低減すれば、材質均一性もさらに向上する。
【００４９】
冷却装置５内の最上流側、すなわち仕上げ圧延機２の直近の下流には、仕上げ圧延機２を通過した直後の鋼板３を冷却する冷却機６ａ及び冷却機６ｂが圧延形状矯正用ピンチロール１０を挟んで設けられている。冷却機６ａ及び冷却機６ｂは、図４に示すように、例えば鋼板３の上面に冷却水を噴射するラミナーノズル１１を複数有している。ラミナーノズル１１は、鋼板３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３の上面に噴射される冷却水の水量密度は、例えば１ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ程度である。そして、仕上げ圧延機２を通過した直後に上面温度が８４０〜１０００℃になっている鋼板３は、ラミナーノズル１１から噴射された冷却水によって、その上面温度が６５０℃以下になるまで冷却される。なお、この６５０℃という上面温度は、ラミナーノズル１１による冷却が遷移沸騰を開始する温度よりも高い温度である。すなわち、本実施の形態に限定されず、適用されている冷却機の遷移沸騰を開始する温度域以上であればよい。例えば、ラミナー冷却時の水量密度が前記の１ｍ３／ｍ２／ｍｉｎより少ない場合、６５０℃を６００℃という低い温度域まで冷却することも可能である。
なお、ラミナーノズル１１での冷却で温度偏差がつかないようにその配置に配慮する必要があり、必要に応じてスプレーノズルで代替してもよい。また、冷却機での冷却は冷却水のみでなくてもよく、ガス冷却や気水混合冷却（ミスト冷却）が混合されていてもかまわない。
【００５０】
冷却機６ａ及び冷却機６ｂの下流側には、図１に示すように、冷却機６ａ及び冷却機６ｂで冷却された鋼板３を冷却する冷却機６ｃが設けられている。冷却機６ｃは、図５に示すように、鋼板３の上面上方に、例えば鋼板３の上面に円錐状に冷却水を噴射するスプレーノズル２１を複数有している。スプレーノズル２１は、その先端と鋼板３の上面からの高さＥが７００ｍｍ以上の位置に配置されている。このように、鋼板３の上面からの距離を７００ｍｍ以上としたのは、搬送される鋼板３の先端部がスプレーノズル２１などの設備に当たらないようにするためである。このことは、スプレーノズル２１などの設備の保護と、鋼板３が設備に当たった際の疵などの欠陥防止という２つの意味がある。したがって、例えば、スプレーノズル２１の先端位置を高くせずに、たとえば３００ｍｍ程度とし、設備の上流側に鋼板３をピンチして通板高さを抑制する装置を設けることもできるが、この場合には、このピンチ装置による鋼板３の疵の発生の可能性を皆無にすることは困難である。なお、ここでは、鋼板３の疵の発生可能性を極力低下させるために、高さＥを７００ｍｍ以上、例えば１０００ｍｍとしている。
【００５１】
スプレーノズル２１は、図６に示すように、スプレーノズル２１から噴射される冷却水の鋼板３の上面の噴流衝突面２１ａが当該鋼板３の８０％以上の面積を覆うように配置されている。鋼板３の冷却に際して、冷却水の噴流の衝突部と非衝突部では冷却能力が大きく異なる。このため、冷却能力の大きい噴流衝突部と冷却能力の小さい噴流非衝突部が混在すると、噴流衝突部で鋼板３の上面温度が低下しても、噴流非衝突部のところで冷却能力が低下したために生じる鋼板３の内部からの復熱により鋼板３の上面温度の低下が停滞してしまう。鋼板３の上面温度と熱流束の関係が正の勾配である膜沸騰領域又は核沸騰領域においては、鋼板３の温度偏差の縮小に対して大きな差は生じないが、遷移沸騰領域においては、この鋼板３の上面温度低下の停滞により、遷移沸騰領域滞在時間が増加して、温度偏差を拡大させてしまう。したがって、噴流衝突面２１ａは鋼板３の１００％を覆うのが望ましい。なお、噴流衝突部が連続しない場合には、噴流衝突面２１ａは当該鋼板３の上面の８０％以上の面積を覆うことにより、十分な水量があれば冷却機６ｃによる強冷却工程中の時間の８０％を核沸騰領域にすることができる。また、各スプレーノズル２１からの噴流衝突面２１ａは隣り合う噴流衝突面２１ａとあまり干渉させすぎないことが望ましい。
【００５２】
スプレーノズル２１から鋼板３の上面に噴射される冷却水の水量密度は、４ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ以上であって１０ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ以下である。水量密度を４ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ以上とすることにより、強冷却工程中の時間の８０％を核沸騰領域にすることができる。水量密度の１０ｍ３／ｍ２／ｍｉｎは、通常の操業時における水量密度の上限である。すなわち、鋼板３の上面に噴射される冷却水の水量密度は、４ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ以上であって１０ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ以下であることが望ましい。
また、図５に示すように、この冷却水の噴射角度αは、例えば３度以上かつ３０度以下であって、当該冷却水の鋼板３の上面に対する衝突角度βは水平方向から７５度以上であることが望ましい。冷却水の衝突角度βは鋼板３に対して垂直に近い方が、衝突圧力を上げやすいことや、噴射範囲内の均一性が向上すること等により、冷却能力および均一性の向上の両面での効果を上げるので望ましい。ただし、完全に垂直にしてしまうと、噴流衝突面で鋼板の８０％以上の面積を覆うことが設備レイアウト上で困難となるので望ましくない。さらに、この冷却水の鋼板３の上面に対する衝突速度は２０ｍ／ｓｅｃ以上で、衝突圧力が２ｋＰａ以上であることが望ましい。このような衝突速度又は衝突圧力であることにより、大容量の水量密度で冷却する際に、冷却水噴流を鋼板３の上面に届かせることができる。冷却水噴流が鋼板３の上面に届かないと鋼板３の上面の蒸気膜の排除が十分に行えず、遷移沸騰領域の時間が長くなってしまう。
【００５３】
また、冷却機６ｃは、図５に示すように、鋼板３の下面下方に、例えば鋼板３の下面に冷却水を噴射するスプレーノズル２２を複数有していてもよい。スプレーノズル２２から鋼板３の下面に噴射される冷却水の水量密度、衝突速度あるいは衝突圧力は、上記スプレーノズル２１とほぼ同一である。すなわち、鋼板３の下面側のスプレーノズル２２の冷却能力は、板上水と重力の影響を除けば上面側のスプレーノズル２１の冷却能力と同等である。また、板上水と重力の影響を考慮して、鋼板３の下面に噴射される冷却水の水量密度、衝突速度あるいは衝突圧力を調整してもよい。そして、冷却機６ａ及び冷却機６ｂで上面温度が６５０℃以下まで冷却された鋼板３は、スプレーノズル２１、２２から噴射された冷却水によって、その上面温度がたとえば３５０℃程度になるまで冷却される。なお、下面からの冷却は必須ではないので、冷却機６ｃには、上面側のスプレーノズル２１のみが設けられていてもよいが、鋼板３をできるだけ急速に冷却し、遷移沸騰領域での冷却時間を短くするため、本実施の形態のように鋼板３の下面側にスプレーノズル２２が設けられるのが好ましい。
【００５４】
冷却機６ｃの直近の下流側には、図１では省略したが、冷却機６ｃで鋼板３の上面に噴射された冷却水が、冷却機６ｃの下流側に流れるのを防止するための水切り機２３が設けられていることが望ましい。水切り機２３は、図５に示すように、鋼板３の上面に水切り水を噴射するスプレーノズル２５を有している。なお、さらに鋼板３の上面には水切りロール２４が設置されてもよい。水切りロール２４は、冷却水が下流側に流れるのを確実に防止するためのものである。このように、鋼板３の上面上を流れる冷却水は水切りされる。水切りを適切に行わないと、鋼板３上に不均一な水流が発生し、温度バラツキを発生させる原因となり得る。
【００５５】
冷却機６ｃの直近の上流側（冷却機６ｂの下流側）にも、図１では省略したが、冷却水が冷却機６ｂ側に流れるのを防止するための他の水切り機２６が設けられていることが望ましい。他の水切り機２６は、図５に示すように、水切り機２３と同一の構成を有し、スプレーノズル２８を有している。なお、下流側と同様に水切りロール２７を設置してもよい。そして、水切り機２６によって、鋼板３の上面を流れる冷却水が水切りされる。水切りを適切に行わないと、鋼板３上に不均一な水流が発生し、温度バラツキを発生させる原因となる。
【００５６】
冷却装置５には、図１に示すように、冷却機６ａ及び冷却機６ｂのラミナーノズル１１、冷却機６ｃのスプレーノズル２１、２２のそれぞれのノズルから噴射される冷却水の水量密度、噴射時間等を制御して、鋼板３の温度を制御する制御部３０が設けられている。なお、冷却水の噴射時間は、冷却機６ａ、冷却機６ｂ及び冷却機６ｃの鋼板３の搬送方向の長さを調節することによって制御してもよい。このとき、それぞれの冷却機の長さは、テーブルロール４ａの単位で変化させるのが好ましい。
【００５７】
本実施の形態にかかる冷却装置５は以上のように構成されている。次に、この冷却装置５を用いた鋼板３の冷却方法について、図７及び図８に基づいて説明する。図７は、鋼板３の上面温度Ｔと熱伝達率（冷却能力）ｈの関係を示したグラフであり、図８は、鋼板３の上面温度Ｔと熱流束Ｑの関係を示したグラフである。
【００５８】
仕上げ圧延機２で連続圧延され、上面温度Ｔが９４０℃程度になっている鋼板３は、冷却機６ａ及び冷却機６ｂに搬送される。冷却機６ａ及び冷却機６ｂでは、制御部３０によって制御された約１ｍ３／ｍ２／ｍｉｎの水量密度の冷却水が鋼板３の上面に噴射される。この程度の冷却水であれば、鋼板３は膜沸騰領域Ａ内で冷却されることになる。冷却機６ａ及び冷却機６ｂでの冷却は冷却水のみでなくてもよく、ガス冷却や気水混合冷却であっても構わない。そして、図７に示すように、冷却機６ａ及び冷却機６ｂによって、鋼板３はその上面温度Ｔが６５０℃前後になるまで冷却される。この６５０℃は、１ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ程度以下の水量密度で鋼板３を冷却した場合に鋼板３の上面が膜沸騰領域Ａから遷移沸騰領域Ｃに変わるとされる温度以上の温度である。すなわち、鋼板３は、冷却機６ａ及び冷却機６ｂによって、一定の低い熱伝達率ｈの膜沸騰状態で冷却される。また、図８に示すように鋼板３の上面温度Ｔの低下と共に熱流束Ｑが低くなる。したがって、膜沸騰領域Ａを通過後の鋼板３の温度偏差を、膜沸騰領域Ａを通過前の鋼板３の温度偏差よりも小さくすることができる。
【００５９】
次に、上面温度Ｔが６５０℃以下まで冷却された鋼板３は、冷却機６ｃに搬送される。冷却機６ｃでは、制御部３０によって制御された４ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ以上であって１０ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ以下の水量密度の冷却水が鋼板３の上面に噴射され、図７に示すように、鋼板３はその上面温度Ｔが最低３５０℃になるまで冷却される。以下では例えば冷却機６ｃで６５０℃から３５０℃まで冷却される例で説明する。
【００６０】
この冷却機６ｃでの冷却において、鋼板３に噴射される冷却水の水量密度は、冷却機６ａ及び冷却機６ｂにおける冷却水の水量密度よりも大きいため、鋼板３の遷移沸騰領域Ｃは、冷却機６ａ及び冷却機６ｂで冷却中の鋼板３の遷移沸騰領域Ｃ’よりも高温側に移動する。冷却機６ｃでの冷却において、当初、鋼板３は遷移沸騰領域Ｃにおいてその上面温度Ｔが５９０℃になるあたりまで冷却される。その後、引き続いて鋼板３の冷却は核沸騰領域Ｂに入り、鋼板３の上面温度Ｔが３５０℃なるまで冷却される。冷却機６ｃでの水量密度が大きいため、鋼板３の遷移沸騰領域Ｃでの冷却時間は、冷却機６ｃによる鋼板３の冷却時間の２０％未満となる。この核沸騰領域Ｂにおいては、鋼板３は一定の高い熱伝達率ｈの核沸騰状態で冷却される。
【００６１】
また、図８に示すように、核沸騰領域Ｂにおいては、膜沸騰領域Ａと同様に、上面温度Ｔの低下と共に熱流束Ｑが低くなり、鋼板３の温度偏差は小さくなる。また、遷移沸騰領域Ｃにおいては、鋼板３の上面温度Ｔの低下と共に熱流束Ｑが高くなるが、上述したように遷移沸騰領域Ｃの冷却時間は冷却機６ｃによる鋼板３の冷却時間の２０％未満と短時間であるため、遷移沸騰領域Ｃにおいて鋼板３の温度偏差が大きくなっても、冷却装置５全体での鋼板３の冷却に対する影響は小さい。したがって、冷却装置５で冷却される前の鋼板３の温度偏差を、冷却装置５で冷却された後の鋼板３の温度偏差以下にすることができる。
【００６２】
図９は、冷却時間と熱流束の関係を示している。この図９のように、熱流束が増加する時間域が遷移沸騰領域Ｃによる冷却であり、熱流束が減少する領域が核沸騰領域Ｂによる冷却である。
以上の実施の形態によれば、冷却機６ｃにおいて、４ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ以上の水量密度の冷却水を鋼板３の上面に噴射し、遷移沸騰領域Ｃでの鋼板３の冷却を冷却機６ｃによる冷却時間の２０％未満に抑え、核沸騰領域Ｂでの鋼板の冷却をその冷却時間が当該冷却時間の８０％以上になるようにすることができた。かかる場合、発明者らの知見によれば、冷却装置５における冷却前の鋼板３の温度偏差を、冷却装置５における冷却後の鋼板３の温度偏差以下にできる。したがって、鋼板３の温度に局所的なバラツキが発生しても、温度が高いところは冷え易いが、温度が低いところは冷え難く、鋼板３の温度分布は均一になっていき、その結果、鋼板３を均一に冷却することができる。すなわち、強冷却工程では核沸騰領域Ｂでの鋼板３の冷却を当該強冷却工程の冷却時間の８０％以上の時間行うことが望ましい。
【００６３】
また、冷却機６ｃにおいて、冷却水の水量密度を３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超、望ましくは４ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ以上と大きくしているので、核沸騰領域Ｂでの鋼板３の冷却時間を短くすることができる。これによって冷却装置５を小型化することもできる。
【００６４】
また、冷却機６ｃによって、鋼板３の上面に対する衝突圧力が２ｋＰａ以上の冷却水で、当該鋼板３の上面の８０％以上の面積を覆うように冷却水が噴射されるので、鋼板３上の冷却水の分布や流動を鋼板３の上面で均一に制御でき、また、冷却水を直接、鋼板３に衝突させ、鋼板３の上面の蒸気膜を排除できるので、鋼板３をより均一に冷却することができる。
【００６５】
また、形状の悪化の原因の多くは温度の局所的バラツキ（温度偏差）にあることが多く、本発明のように遷移沸騰領域Ｃでの冷却時間を抑えることにより温度偏差を抑えることができるので、形状悪化の抑制もされることになる。
【００６６】
また、冷却機６ｃにおいて、鋼板３の上面に噴射される冷却水の衝突角度βが水平方向から７５度以上である場合、鋼板３の上面における冷却水の噴流衝突面２１ａが比較的小さい面積になり、噴流衝突面２１ａ内の冷却水の衝突圧力を均一にするとともに、冷却水衝突時の垂直方向速度成分を大きくすることができる。これによって、鋼板３の上面全体の衝突圧力を均一にかつ大きくすることができ、鋼板３を均一にかつ強冷却することができる。
【００６７】
また、冷却機６ｃの下面側に、上面側のスプレーノズル２１と同等の冷却能力を有するスプレーノズル２２を設けた場合、すなわち冷却水の水量密度、衝突速度あるいは衝突圧力がスプレーノズル２１とほぼ同一のスプレーノズル２２を設けた場合、鋼板３の上面と同時に下面も冷却することができる。これによって、鋼板３の冷却を短時間で効率よく行うことができる。また、鋼板３の上面と下面の温度差を小さくでき、熱応力による鋼板３の変形を抑制することができる。鋼板３の上面と下面の温度差が大きい場合、鋼種によっては、熱応力等による反りが発生し、通板性を阻害する要因となる。ここで、上面の冷却能力が下面の冷却能力に比して０．８倍以上１．２倍以下であれば、反りが発生しやすい鋼種であっても、これを発生させることなく、均一冷却性を実現できる。なお、冷却能力を調整するため、制御部３０により冷却水の供給量を調整することができる。なお、上面のみを冷却する場合、下面からの冷却水吹き上がりによる、下面側冷却水の飛散を解消でき、電気系統等への冷却水飛散防止対策が不要となるなどの利点がある。
【００６８】
また、冷却機６ｃの下流側と上流側に、水切り機２３と他の水切り機２６をそれぞれ設けたので、冷却機６ｃによって鋼板３の上面に噴射された冷却水が、冷却機６ｃの上流側及び下流側に流れることがない。これによって、鋼板３上を不均一に流れる可能性のある板上水流れを抑制でき、冷却を均一化できる。また、水切り機２３と他の水切り機２６は、スプレーノズル２５、２８に加え、水切りロール２４、２７を有しているので、水切りロール２４、２７によって、より確実に水切りを行うことができる。
【００６９】
その後、所定の温度まで均一に冷却された鋼板３は、コイラー８に巻き取られる。図１では冷却機６ｃの後面にコイラー８で巻き取る前に冷却ができるように冷却機６ｄを設けているが、これを使用するかどうかは任意である。
【００７０】
以上の実施の形態では、冷却機６ａ及び冷却機６ｂは、ラミナーノズル１１を有していたが、これに代えて、スプレーノズル（図示せず）を有していてもよい。かかるスプレーノズルは、冷却機６ｃのスプレーノズル２１よりも広い間隔で設けられる。また、冷却機６ａ及び冷却機６ｂのスプレーノズルから噴射される冷却水の水量密度は、冷却機６ｃのスプレーノズル２１からの冷却水の水量密度よりも小さい。
冷却機６ｄは冷却機６ａ及び冷却機６ｂと同様にラミナーノズル１１を有していてもよく、これに代えて、スプレーノズル（図示せず）を有していてもよい。
【００７１】
以上の実施の形態では、冷却機６ａ及び冷却機６ｂでは、鋼板３に冷却水を噴射していたが、これに代えて、又はこれと併用して、鋼板３にガス、例えば空気を噴射して、鋼板３を冷却してもよい。さらに、冷却水を使用せずに鋼板３を放冷してもよい。
冷却機６ｄも冷却機６ａ及び冷却機６ｂと同様にガスでも冷却水でも必要に応じて適当な冷却媒体を使ってよい。
【００７２】
図１０は、本発明の異なる実施の形態であり、冷却装置５内に、図１の実施形態の構成に加えて、第一、第二の中間ピンチロール２７、２４が設けられたものである。鋼板３の上面温度が６５０〜５５０℃になる位置に第一の中間ピンチロール２７が配置され、４５０〜３５０℃になる位置に第二の中間ピンチロール２４が設置されている。本実施の形態においては、第一、第二のピンチロール２７、２４は、前記実施の形態における水切りロール２７、２４を兼ねて配置されている。第一、第二の中間ピンチロール２７、２４は、いずれも上下一対のロールからなり、鋼板３の、第一の中間ピンチロール２７に挟持された位置と第二の中間ピンチロール２４に挟持された位置とは、０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力をかけて挟持されている。
【００７３】
第一、第二の中間ピンチロール２７、２４は、鋼板３が図７に示す強冷却と冷却の境界あたりと強冷却の終了時あたりとなる位置に配置され、これらを設けることにより、遷移沸騰領域内の鋼板３に適宜張力をかけながら挟持し、鋼板３の板形状を平坦な状態に保つとともに、通板時の板振動を抑制する。従って、圧延形状矯正用ピンチロール１０に加えて第一、第二の中間ピンチロール２７、２４を配置することにより、遷移沸騰領域Ｃ内においてさらに均一な条件で冷却できるため、位置による温度差が生じることなく、さらに高品質な鋼板を得ることができる。
【００７４】
以上、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。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的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う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。
例えば、圧延形状矯正用ピンチロール１０が、鋼板の上面温度が６５０℃となる位置に設けられ、第一の中間ピンチロール２７を兼用してもよい。ただし、このとき、当該ピンチロールの両側の張力を制御しなければならなくなり、制御は複雑化する。さらに、第一及び第二のピンチロール２７、２４は、水切りロールの役目を有効に果たすので、張力を付与しない稼働でも効果がある。
【実施例】
【００７５】
以下、図１に示した冷却装置５が冷却機６ａ〜６ｄ及び冷却機６ｃ前後の水切り機からなる場合についての実施例１〜７と比較例１〜７について説明する。これら実施例１〜７と比較例１〜７においては、仕上げ圧延機２、冷却装置５、コイラー８が順に設けられており、冷却装置５が仕上げ圧延後の鋼板Ｈを所定温度まで冷却する実験を行った。
【００７６】
実施例１〜７と比較例１〜７において、仕上げ圧延機２と冷却装置５の共通の条件は、表１〜３に示したとおりである。また、実施例１〜７と比較例１〜７において、表４に示すように種々の条件で実験を行った。鋼板３の冷却効果の評価として、強冷却する冷却機６ｃにおける鋼板３の冷却前の温度偏差と冷却後の温度偏差とを比較した。評価基準は、冷却機６ｄの冷却後温度偏差で１０℃未満が◎：非常に良好、１０℃以上１５℃未満が○：良好、１５℃以上３０℃未満が△：可、３０℃以上が×：不良とした。
なお、冷却機６ｄでは温度降下が少ないので、冷却機６ｃ出側の温度偏差にほぼ等しい。また、表４中の冷却水量密度は上面のものであり、上下面を冷却するものは上下からほぼ等量の水量が噴射されるので、上下面で冷却するものは合計でこの倍の水量が供給されている。
【００７７】
【表１】
0005482070.tif 000002
【００７８】
【表２】
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【００７９】
【表３】
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【００８０】
【表４】
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【００８１】
表４において実施例１〜７は、本願発明に基づいて、熱延鋼板の上面温度が８５０℃から６５０℃までのときに、圧延形状矯正用ピンチロールを用いて０．４ｋｇｆ／ｍｍ２（３．９２ＭＰａ）以上の張力を前記仕上げ圧延機側に付与して前記熱延鋼板を挟持し、前記熱延鋼板の上面温度が６５０℃から３５０℃までの範囲内で前記熱延鋼板を冷却する際に、前記熱延鋼板の上面に対して水量密度を３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超の冷却水を使用して冷却したものである。これらの実施例１〜７のすべてにおいて、冷却後の温度偏差は１５℃未満にまで抑えることができた。
【００８２】
実施例１と２を比較すると中間ピンチロールによる温度偏差の縮小が見られることがわかる。実施例１と３または実施例４と実施例５を比較することにより、冷却水量を増やすことにより温度偏差が縮小することがわかる。実施例１と４または３と５を比較することにより、圧延形状矯正用ピンチロールにより張力を高くすることによって温度偏差が小さくなることがわかる。実施例４と実施例７とを比較すると上面のみの片面冷却でも両面冷却に近い温度偏差に抑えられることがわかる。
【００８３】
比較例１〜３は、実施例１〜３に対して、圧延形状矯正用ピンチロールによる張力付与を省略したものである。比較例１〜３では温度偏差を３０℃以内に抑えることができたが、１５℃未満には抑えることができなかった。
【００８４】
比較例４〜６は、実施例１〜３に対して、冷却機６ｃでの冷却水量密度を落としたものである。比較例４〜６では温度偏差を３０℃以内に抑えることができたが、１５℃未満には抑えることができなかった。
【００８５】
比較例７は、実施例１に対して、圧延形状矯正用ピンチロールによる張力付与を省略し、冷却機６ｃでの冷却水量密度を落としたものである。このような条件ではもはや温度偏差を３０℃以内にはできず、これを大きく上回り、材質的にも均質なものはできなかった。
【００８６】
上記実施例１〜７においては冷却機６ｃの冷却水の水切りのあるものである。
【００８７】
このように述べた実施例および形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板を冷却する方法及び冷却装置に有用である。
【符号の説明】
【００８９】
２  仕上げ圧延機
３  鋼板
４  ランアウトテーブル
４ａ  搬送ロール
５  冷却装置
６  冷却機
６ａ  仕上げ圧延機出側冷却機（圧延形状矯正用ピンチロールの上流側）
６ｂ  仕上げ圧延機出側冷却機（圧延形状矯正用ピンチロールの下流側）
６ｃ  水量密度３．５ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ超の噴射能力を持つ冷却機
６ｄ  コイラー前側の冷却機
７  コイラー直前ピンチロール
８  コイラー
１０  圧延形状矯正用ピンチロール
１１  ラミナーノズル
２１  （上面側）スプレーノズル
２１ａ  噴流衝突面
２２  （下面側）スプレーノズル
２３  水切り機
２４  水切りロール（第二中間ピンチロール）
２５  スプレーノズル
２６  他の水切り機
２７  水切りロール（第一中間ピンチロール）
２８  スプレーノズル
３０  制御部
Ａ  膜沸騰領域
Ｂ  核沸騰領域
Ｃ  遷移沸騰領域
α  冷却水の噴射角度
β  冷却水の衝突角度
Ｅ  スプレーノズルの高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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