(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送中の高温金属板を冷却する装置において、高温金属板上面に冷却水を供給する冷却水供給手段と該手段の直後に配設され水平面内で高温金属板の搬送方向に対して９０°以上、鉛直面内で水平線に対して下向きに０°以上の角度をなす方向に金属板上に水を噴射する噴射装置と、金属板搬送ラインの側方の噴射方向の延長線上の側壁を切欠いて設けた冷却水及び噴射水を排出する排出手段とを備え、前記噴射装置は噴射角度を少しずつ変えた複数個のノズルから成るたことを特徴とする高温金属板の冷却装置。
【請求項２】
前記排出手段は排出口のすぐ上流側に案内板を設置したことを特徴とする請求項１記載の高温金属板の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温金属板の冷却方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高温金属板の製造工程においてその温度を目標通りに設定することは、目的とする材質を得るために、極めて重要である。例えば、熱延金属板の巻取り時の温度は金属板の強度など機械的性質を決定する重要な因子である。したがって、製品の材質を均一にし、品質の高い製品を製造するためには、巻取り温度が目標通りで一定となるような制御をしなければならない。巻取り温度は、一般に、仕上圧延後に通過する冷却装置内で製品の寸法や搬送速度などに応じて、水冷ゾーンの長さや、水冷ゾーン内で金属板に供給する冷却水量を調整しながら制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高温金属板が水冷冷却装置内を通過する際、金属板の温度降下は水冷によるものと空冷によるものがあるが、通常は水冷によるものがほとんどであるから、設定された水冷ゾーン以外で冷却水を高温金属板に供給するようなことがあってはならない。ところが現在の技術ではいくつかの問題点がある。
【０００４】
水冷ゾーン内で高温金属板に対し下方から供給した冷却水は、その位置でそのまま自然落下するので、水冷ゾーン通過後以降は高温金属板の冷却には関与しなくなるが、水冷ゾーン内で高温金属板に対し上方から供給した冷却水は高温金属板上に滞留したまま高温金属板とともに搬送されるので、水冷ゾーン通過後以降も引き続き冷却を行う。
【０００５】
水冷ゾーン通過後も高温金属板上面に冷却水が滞留すると、その時の温度降下は本来行われるはずの空冷の場合と比べて非常に大きいので、巻取り温度が低くなりすぎ、精度のよい温度制御ができない。また、高温金属板上面のみが冷やされると上面での熱収縮が下面に比べて大きくなるので、製品の板厚によっては高温金属板が上方向にそってしまい、冷却装置出側に設置された幅計測装置を通過する際の幅測定が困難となる場合がある。
【０００６】
水冷ゾーン通過後は、高温金属板上面に滞留する冷却水をなるべくすみやかに排除することが望ましい。従来は、水冷ゾーンよりも搬送方向下流において、搬送ラインの側方に設置した噴射装置から高圧水を高温金属板上面に噴射することによって滞留水を排除していた。
一方、近年、高温金属板の生産性を向上させるため圧延速度、つまり冷却装置内の搬送速度をより高く設定する傾向にある。搬送速度が高くなればなるほど高温金属板の各部分に上記高圧水が噴射される時間が短くなるので、滞留水が排除されにくくなる。また、搬送速度を上げても通板の安定性を損なわないように、搬送テーブルのローラピッチを従来よりも小さくするなどの装置改造が行われることもあるが、この場合、噴射水とこれによって高温金属板上面から排除した滞留水は、ローラ間に落下しにくくなり搬送テーブルの側壁にぶつかり跳ね返って再び高温金属板上面に載ってしまう。したがって、搬送速度が高くなると水冷ゾーン通過後に高温金属板上面に滞留する冷却水を排除することが難しくなり、巻取り温度の制御性が悪化する。
【０００７】
また、搬送される高温金属板の幅が広く、板端と搬送ラインの側壁との間隔が狹い場合も同様に、搬送テーブルの側壁にぶつかり跳ね返った水が再び高温金属板上面に載ってしまうという問題が発生しやすい。
本発明は、高温金属板の冷却装置内において前記のような水冷ゾーン通過後にも金属板上面に冷却水が滞留するという問題を解決し、高温金属板の冷却を精度よく行うことができる冷却方法及び冷却装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するために開発されたもので、その技術手段は、搬送中の高温金属板を冷却する装置において、高温金属板上面に冷却水を供給する冷却水供給手段と該手段の直後に配設され水平面内で高温金属板の搬送方向に対して９０°以上、鉛直面内で水平線に対して下向きに０°以上の角度をなす方向に金属板上に水を噴射する噴射装置と、金属板搬送ラインの側方の噴射方向の延長線上の側壁を切欠いて設けた冷却水及び噴射水を排出する排出手段とを備え、前記噴射装置は噴射角度を少しずつ変えた複数個のノズルから成るたことを特徴とする高温金属板の冷却装置を提供する。
【０００９】
前記噴射装置は噴射角度を少しずつ変えた複数個のノズルとすれば滞留水を順に押し寄せる効果があり、また、前記排出手段は排出口のすぐ上流側に案内板を設置すると鋼板が排出口に突っ込むトラブルを防止することができる。
【００１０】
本発明では、上面冷却水の供給が終了した直後に、金属板上面に滞留する冷却水を直ちに排水除去する。このことによって、従来に比べて冷却制御の精度を格段に向上させることが可能となる。水の噴射方向は、金属板搬送ラインの一方の側方斜め上方から少なくとも搬送方向上流側に向けて金属板の上面に噴射する。そして、金属板搬送ラインの他方の側方に直ちに排水除去する。
【００１１】
本発明の装置は、冷却水供給手段の直後流に配設され水平面内で高温金属の搬送方向に対して９０°以上、鉛直面内で水平線に対して下向きに０°以上の角度をなす方向に水を噴射する噴射装置を備える。水平面内で高温金属板の搬送方向に対して９０°以上とは、少なくとも搬送方向に対して直角又は上流側に向く方向である。これによって、搬送される金属板上の滞留水が搬送されるのを押し止め、金属板側方に排出することが可能となる。また、鉛直面内で水平線に対して下向きに０°以上の角度をなす方向に金属板上に高圧水を噴射するので、金属板上面の滞留水を排除することが可能となる。そして、金属板搬送ラインの側方の噴射方向の延長線上に冷却水及び噴射水を排出する排出手段を備えることによって、噴射水は金属板上面の滞留水を巻き込んでそのまま排出口に流れ込み、金属板上面の滞留水の排水を完全にすることができる。
【００１２】
以上のように、側方からの高圧水の噴射方向を水平方向ないしは斜め下方とするから、金属板上面に滞留する水を押し寄せ、排除することができる。また、水平面上で高温金属板の搬送方向とほぼ直角方向又は上流側に向けて噴射するから、滞留水を噴射装置と反対側に排出することができる。
高温金属板の長手方向の複数の箇所について、板厚、冷却開始温度（通常は仕上げ圧延終了直後の温度）、目標巻取り温度、搬送速度パターンなどの条件に従って、開放するバルブの数を求める設定計算を行う。この設定計算で見積もる熱伝達係数は、通常、冷却水が供給されるゾーン（以下、水冷ゾーンとよぶ）で数百Ｗ／ｍ2 ℃、冷却水を供給しないゾーン（以下、空冷ゾーンとよぶ）で数十Ｗ／ｍ2 ℃である。空冷ゾーンの冷却能力は水冷ゾーンの冷却能力と比べて小さいが、搬送方向上流で供給された冷却水が高温金属板上に滞留し、そのまま移送されるとこの間の温度降下は、空冷として見積もっていたものよりも大きくなってしまう。滞留水がある状態での熱伝達係数を予め求めておけばよいという考え方もあるが、高温金属板上に冷却水が滞留するかどうか、あるいはどれだけの時間滞留するかというのは、高温金属板の幅や形状、搬送速度などによって異なり、再現性が非常に悪い。したがって巻取り温度の精度を向上させるためには、水冷ゾーンを通過した直後に高温金属板上の滞留水を完全に排除し、冷却装置内の各位置で、設定計算で見積もったとおりの冷却能力を得ることが必要である。このために、水を噴射して滞留水を排除する手段を用いる。上述のように、水冷ゾーンの長さは、板厚、冷却開始温度、目標巻取り温度、搬送速度パターンなどによって変わるからスプレーは冷却装置内にある程度の間隔で複数設置することが望ましい。
【００１３】
水の噴射は水冷ゾーンが終了する位置より金属板搬送方向下流側であって、そこから最も近い位置にあるスプレーを噴射させる。噴射させるスプレーの数は１個でもよいが、金属板上の滞留水をより完全に排除したい場合は２個以上としてもよい。噴射水は高圧である必要はなく、低圧でも滞留水を反対側に押し寄せるために、噴射量を多くすればよい。
【００１４】
本発明の装置を用いると、水冷ゾーン通過後に金属板上面に滞留する冷却水の影響によって発生していた冷却むらがなくなる。これによって、高温金属板の巻取り温度などの温度制御性が飛躍的に向上し、材料の機械的強度などの性質にむらがなくなり、高品質な金属板製品を製造することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施例として、高温金属板である熱延薄鋼板について、その仕上圧延後の水冷装置に本発明の装置を設置した場合について説明する。
図２は、仕上圧延機出側の高温金属板の冷却プロセスを模式的に表した図である。図２において、熱延鋼板（高温金属板）１は、仕上圧延機２にて圧延された後、複数の冷却ヘッダ群からなる水冷装置３を鋼板の上下双方に配した冷却装置内を通り、巻取り機４にて巻取られる。図２の水冷装置３は冷却水を供給するノズルを鋼板幅方向に並べて構成されるヘッダが、複数、鋼板搬送方向に数十ｃｍの間隔で平行に配設されている。冷却水供給の開始および停止は、ヘッダの根元にあるバルブの開閉によって行う。ちなみに、熱延鋼板の冷却装置は非常に多くのヘッダが配設されているので、各ヘッダの根元にバルブを設けると設備コストが非常に高くなるので、一般にはフィードバック制御などで用いる一部のゾーンを除き複数のヘッダをひとまとめにして１つのバルブを開閉制御している。熱延鋼板の搬送中、水冷装置３では、１個または複数個の電磁弁５によってオーバーヘッドタンク６からの給水が開閉制御される。各水冷装置間の搬送ラインの側方には、噴射装置１０が設置されており、給水槽１３から取水し、ポンプ１１によって加圧された噴射水が、配管１２を経て供給される。スプレーノズルからの噴射は電磁弁１５の開閉制御によって行われる。なお、電磁弁５、１５の開閉指令は演算装置７によって出力されている。図２はスプレーが３ケ所ある場合を示したが、本発明はこれに限られるものではない。
【００１６】
図１は、本発明装置の実施例の構成を表した図である。図１において、鋼板１は多数平行に配列されたテーブルローラ２０の上を搬送される。噴射装置１０には３個のスプレーノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃが設けられている。図１では同じ位置に噴射角度を少しずつ変えた３個のスプレーノズルを示しているが、滞留水を手前から順に側方へ押し寄せる効果がある。なお、同じ位置に複数のスプレーノズルを設置することは、異なる幅の鋼板を製造する場合にも有効である。各ノズルはそれぞれ図３、４および表１に示すように、水平面上で鋼板の搬送方向３１に対してなす角αが１００〜１１０°、水平面に対し下向きになす角βが３０〜４５°の角度をなして設置されている。噴射装置１０の設置位置より鋼板搬送方向上流が水冷ゾーン、下流が空冷ゾーンである場合に限り、ノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃから高圧水が噴射される。図１中の実線の矢印２４は高圧水の噴射方向を、点線の矢印２５は高圧水が鋼板上面に当たった後に、上流側から流れ込んでくる滞留冷却水２６を巻き込んで流れていく方向を表わしている。図３、図４は高圧水の噴射方向をそれぞれ水平面、垂直面に投影したベクトル３２、３６の説明図である。高圧水の噴射角度を、図３に示したように、水平面上で鋼板搬送方向３１に対しα＝９０°以上とし、さらに図４に示すように、鉛直面３４内において水平方向３５に対し下向きにβ＝０°以上とした。高圧水は確実に鋼板１の上面に当たり、その後の流れは上流から搬送されてくる滞留冷却水２６をせき止め、これを巻き込んで側方に押し寄せることができた。３個のノズル１０ａ，１０ｂ，１ｃの噴射角度を表１に示すように少しずつ変えたから、滞留冷却水は図２に示すように手前から順に側方に押し寄せられ、鋼板上面から完全に排除された。
【００１７】
鋼板上面から排除された水は排出口２７に流れ込んで排水除去してしまうから、従来のように高圧の噴射水がガイドに跳ね返って再び鋼板上面にのってしまうということがなくなった。排出口２７はスプレーの噴射方向の延長線上で搬送ラインのガイド２２を一部切り欠いて設置したものである。従来は、先端通板時に鋼板が蛇行して搬送ラインから飛び出すおそれがあったから、ガイドに切欠き部を設けるようなことはしなかった。本発明装置では、排出口２７のすぐ上流側に鋼板搬送方向と１５°の角度をなす案内板２３を設置したから、鋼板が蛇行してもその先端は案内板２３に当たって進行方向が修正され、鋼板１が排出口２７に突っ込みトラブルを起すようなことはない。
【００１８】
なお、本発明の実施例では高圧水を噴射するスプレーノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃの３個を配列した噴射装置１０を示したが、ノズルの個数を限定するものではない。本発明はスプレーの噴射方向の延長線上に排出口２７があればよく、排出口２７を設置しても先端通板性を損なわないようにするために、案内板２３を配設した場合を示したが、案内板２３は必ずしも必要ではない。例えば、排出口２７にもガイドを設け、この部分を開閉式とし、先端通過時にこれを閉じ、それ以外の時にこれを開くこととしてもよい。
【００１９】
本発明の実施例のスプレーの圧力は１０ｋｇｆ／ｃｍ2 を使用したが、必要なのは圧力ではなくて、滞留水を反対側へ押し寄せるために側方から当てる水の運動量であり、低圧でも噴射流量を多くすればよい。
以上のように、本発明装置によって、水冷中に鋼板上面に滞留していた冷却水を冷却ゾーン通過後に速やかに排除することができたので、巻取り温度の制御性を飛躍的に向上させることができた。これによって、製品の機械的強度などの性質にむらがなくなり、高品質な製品を製造することができるようになった。
【００２０】
以上の実施例では、熱延薄鋼板の仕上圧延後の水冷装置の場合について示したが、本発明は搬送中の高温金属板を冷却する装置であればよく、熱延薄鋼板の冷却装置に限るものではない。例えば、本実施例と同様な装置を、熱延厚鋼板の圧延後の水冷装置に設置してもよいし、アルミニウムなど他の金属板の製造プロセスにおいても冷却装置が必要であれば、それが熱間圧延後のプロセスでない他のプロセスであっても用いることができる。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【発明の効果】
搬送速度を１０００ｍｐｍ、巻取り温度の目標を５００℃として、５０ｋｇｆ／ｍｍ2 の強度をもつ板厚３．２ｍｍの鋼板を製造する場合を例にとり、鋼板の長手方向の巻取り温度及び材質のばらつきを比較すると、従来のように滞留水を排除する排出口がない場合、巻取り温度は全長について、５００±４５℃の範囲でばらついており、得られた材質（強度）は５０±４．５ｋｇｆ／ｍｍ2 の範囲内でばらついていた。
【００２３】
これに対し、本発明の高圧水噴射ノズルを備え、滞留水を排除するの排出口を設けた場合、巻取り温度は全長について、５００±２５℃の範囲内におさめることができ、得られた材質（強度）は５０±２．５ｋｇｆ／ｍｍ2 の範囲内に収まり、より品質の高い製品を製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の構成を示す斜視図である。
【図２】鋼板の冷却プロセスの模式系統図である。
【図３】噴射高圧水のベクトルの水平面への投影を示す説明図である。
【図４】噴射高圧水のベクトルの垂直面への投影を示す説明図である。
【符号の説明】
１    高温金属板（鋼板）
２    仕上圧延機
３    水冷装置
４    巻取り機
５    電磁弁
６    オーバーヘッドタンク
７    演算装置
１０  噴射装置
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  スプレーノズル
１１  ポンプ
１２  配管
１３  給水槽
１５  電磁弁
２０  テーブルローラ
２１  搬送方向
２２  ガイド
２３  案内板
２４，２５  矢印
２６  滞留冷却水
２７  排出口
３１、３３  搬送方向
３２  水平面への投影ベクトル
３４  鉛直面
３５  水平方向
３６  鉛直面への投影ベクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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