(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造された鉄鋼材を水冷する水冷装置と、
前記水冷装置による水冷前の前記鉄鋼材の表面温度を測定する温度測定部と、
前記水冷装置による水冷後の前記鉄鋼材を空冷する冷却床と、
水冷後の前記鉄鋼材を前記水冷装置から前記冷却床に搬送する搬送手段と、
空冷後の前記鉄鋼材を熱間圧延前に加熱する加熱炉に向けて前記冷却床から搬出する搬出手段と、
前記鉄鋼材のサイズを示すサイズ情報を入力する入力部と、
前記水冷装置による水冷に伴って経時変化する前記鉄鋼材の表面温度および内部温度と前記鉄鋼材の水冷時間との対応関係と、前記冷却床における空冷に伴って経時変化する水冷後の前記鉄鋼材の表面温度および内部温度と水冷後の前記鉄鋼材の空冷時間との対応関係とを、前記鉄鋼材のサイズ別に示す冷却時間データを記憶する記憶部と、
前記温度測定部によって測定された水冷前の前記鉄鋼材の表面温度と、前記入力部によって入力された前記サイズ情報と、前記冷却時間データとをもとに、水冷後の前記鉄鋼材の内部温度を前記鉄鋼材のフェライト変態温度超に維持しつつ水冷後の前記鉄鋼材の表面温度を前記フェライト変態温度以下とするに必要な水冷時間と、水冷後の前記鉄鋼材の表面温度および内部温度を前記フェライト変態温度以下に低下させるに必要な空冷時間とを設定し、鋳造された前記鉄鋼材を前記必要な水冷時間、水冷するように前記水冷装置を制御し、水冷後の前記鉄鋼材を前記必要な空冷時間、前記冷却床において空冷させる制御部と、
を備えたことを特徴とする鋼材冷却設備。
【請求項２】
前記冷却時間データは、過去に鋳造された複数の鉄鋼材を前記水冷装置によって水冷して蓄積した前記複数の鉄鋼材の水冷実績データと、水冷後の前記複数の鉄鋼材を前記冷却床において空冷して蓄積した前記複数の鉄鋼材の空冷実績データとに基づいて導出されることを特徴とする請求項１に記載の鋼材冷却設備。
【請求項３】
前記制御部は、前記水冷装置から前記冷却床に水冷後の前記鉄鋼材を搬送してから前記加熱炉に向けて前記冷却床から空冷後の前記鉄鋼材を搬出するまでの経過時間と前記必要な空冷時間とが同一となるように、前記搬送手段および前記搬出手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材冷却設備。
【請求項４】
前記入力部は、前記鉄鋼材の鋼種を示す鋼種情報を入力し、
前記制御部は、前記鋼種情報に対応して前記フェライト変態温度を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の鋼材冷却設備。
【請求項５】
鋳造された鉄鋼材のサイズを示すサイズ情報を取得する情報取得ステップと、
水冷前の前記鉄鋼材の表面温度を測定する温度測定ステップと、
水冷に伴って経時変化する前記鉄鋼材の表面温度および内部温度と前記鉄鋼材の水冷時間との対応関係と、空冷に伴って経時変化する水冷後の前記鉄鋼材の表面温度および内部温度と水冷後の前記鉄鋼材の空冷時間との対応関係とを前記鉄鋼材のサイズ別に示す冷却時間データと、前記温度測定ステップによって測定した水冷前の前記鉄鋼材の表面温度と、前記情報取得ステップによって取得した前記サイズ情報とをもとに、水冷後の前記鉄鋼材の内部温度を前記鉄鋼材のフェライト変態温度超に維持しつつ水冷後の前記鉄鋼材の表面温度を前記フェライト変態温度以下とするに必要な水冷時間と、水冷後の前記鉄鋼材の表面温度および内部温度を前記フェライト変態温度以下に低下させるに必要な空冷時間とを設定する冷却時間設定ステップと、
鋳造された前記鉄鋼材を前記必要な水冷時間、水冷装置によって水冷する水冷ステップと、
水冷後の前記鉄鋼材を前記水冷装置から冷却床に搬送する搬送ステップと、
水冷後の前記鉄鋼材を前記必要な空冷時間、前記冷却床において空冷する空冷ステップと、
空冷後の前記鉄鋼材を熱間圧延前に加熱する加熱炉に向けて前記冷却床から搬出する搬出ステップと、
を含むことを特徴とする鋼材冷却方法。
【請求項６】
前記冷却時間データは、過去に鋳造された複数の鉄鋼材を前記水冷装置によって水冷して蓄積した前記複数の鉄鋼材の水冷実績データと、水冷後の前記複数の鉄鋼材を前記冷却床において空冷して蓄積した前記複数の鉄鋼材の空冷実績データとに基づいて導出されることを特徴とする請求項５に記載の鋼材冷却方法。
【請求項７】
前記空冷ステップは、前記水冷装置から前記冷却床に水冷後の前記鉄鋼材を搬送してから前記加熱炉に向けて前記冷却床から空冷後の前記鉄鋼材を搬出するまでの経過時間と前記必要な空冷時間とを同一にして、水冷後の前記鉄鋼材を前記必要な空冷時間、空冷することを特徴とする請求項５または６に記載の鋼材冷却方法。
【請求項８】
前記情報取得ステップは、前記鉄鋼材の鋼種を示す鋼種情報を取得し、
前記冷却時間設定ステップは、前記鋼種情報に対応して前記フェライト変態温度を設定することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の鋼材冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造された鉄鋼材を冷却する鋼材冷却設備および鋼材冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、厚鋼板等の圧延鋼材を製造する鋼材製造工程では、スラブ等の鋼素材を加熱炉に装入して加熱した後、熱間圧延が施されて所望の形状の圧延鋼材が得られる。一般に、鋳造後の高温状態にある鋳造鋼材の金属組織は、オーステナイト組織であり、しかも室温で通常見られるフェライト組織に比して粗大な結晶粒を呈している。このような粗大な結晶粒を有する鋳造鋼材を加熱炉で加熱してから熱間圧延して圧延鋼材を製造した場合、熱間圧延の際に、かかる粗大な結晶粒の粒界において割れが発生しやすい。こうした割れは、圧延鋼材の表面や端部において発生しやすく、表面に発生した割れは、表面疵として後に残るため、鋼板品質を低下させる。
【０００３】
熱間圧延後の圧延鋼材の表面疵を防止するために、連続鋳造されたスラブ等の鉄鋼材（以下、鋳造鋼材という）を熱間圧延のために加熱炉に装入する前に、空冷する技術が知られている。これは、次のようなものである。すなわち、鋳造後の高温な鋳造鋼材を所定時間放置し、これにより、この鋳造鋼材の表面は、もともとオーステナイト組織であったものが、所定温度以下に放冷（自然空冷）されてフェライト変態する。オーステナイト組織からフェライト組織へと変態する場合、通常、結晶粒が細かくなる。したがって、このように表面をフェライト変態させた鋳造鋼材を、加熱炉に装入して加熱した後に、熱間圧延に供すると、オーステナイト組織の粗大粒を有する鋳造鋼材を圧延する場合に比べ、結晶粒界での割れが抑制され、表面疵も大幅に軽減される。
【０００４】
なお、鋳造後の高温な鋳造鋼材を熱間圧延前に冷却する従来技術として、例えば、熱間圧延プロセスの加熱炉の入側に水冷式の冷却装置を設置し、この冷却装置によって鋳造鋼材（スラブ）の表面を強制的に水冷してフェライト変態させてから、この水冷後の鋳造鋼材を加熱炉に装入するものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−７３０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、熱間圧延後の圧延鋼材の表面疵を防止することに加え、圧延鋼材の表面全域および内部全域に亘る圧延鋼材全体の靭性を高めることが要求されている。圧延鋼材全体の靭性を高めるためには、圧延鋼材の素材である鋳造鋼材の表面のみならず内部全域を含む鋳造鋼材全体をフェライト変態させるように鋳造鋼材を冷却し、これにより、鋳造鋼材全体に亘ってその金属組織を微細化する必要がある。このように冷却によって金属組織を微細化した鋳造鋼材は、加熱炉に装入されて加熱され、その後、熱間圧延および冷却等の必要な処理を順次施される。この結果、表面および内部の全域に亘って高靭性の圧延鋼材が製造される。
【０００７】
しかしながら、上述した従来技術では、鋳造後の高温な鋳造鋼材全体をフェライト変態させるまでに多大な空冷時間を要する。このため、鋳造鋼材を製造（鋳造）してから同鋳造鋼材を空冷後に加熱炉に装入するまでの時間（以下、リードタイムという）が極めて長くなり、この結果、圧延鋼材の製造能率が低下するという問題がある。また、鋳造鋼材全体を短時間でフェライト変態させるために、鋳造後の高温な鋳造鋼材を過度に空冷または水冷し過ぎてしまう可能性がある。この場合、過度に低い温度に冷却された鋳造鋼材を加熱炉に装入し、この過度な低温状態の鋳造鋼材を加熱炉によって熱間圧延に好適な温度まで加熱しなければならない。この結果、加熱炉による鋳造鋼材の加熱時間が増大して圧延鋼材の製造効率の低下を招来するのみならず、加熱炉に要する使用燃料が増大することから、加熱炉の燃料原単位が増大するという問題がある。なお、上述した特許文献１に記載の従来技術では、鋳造後の高温な鋳造鋼材の表面を水冷によってフェライト変態させることは可能であるが、表面のみならず鋳造鋼材全体をフェライト変態させるために必要な鋳造鋼材の冷却手法について、明確な指針が示されていない。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、鋳造鋼材を過度に長時間且つ低温に冷却することなく、鋳造鋼材全体のフェライト変態を確保できるとともに、鋳造鋼材を素材とする圧延鋼材の熱間圧延後における表面疵の防止と圧延鋼材全体の靭性の向上とを実現可能な鋼材冷却設備および鋼材冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる鋼材冷却設備は、鋳造された鉄鋼材を水冷する水冷装置と、前記水冷装置による水冷前の前記鉄鋼材の表面温度を測定する温度測定部と、前記水冷装置による水冷後の前記鉄鋼材を空冷する冷却床と、前記鉄鋼材のサイズを示すサイズ情報を入力する入力部と、前記水冷装置による水冷に伴って経時変化する前記鉄鋼材の表面温度および内部温度と前記鉄鋼材の水冷時間との対応関係と、前記冷却床における空冷に伴って経時変化する水冷後の前記鉄鋼材の表面温度および内部温度と水冷後の前記鉄鋼材の空冷時間との対応関係とを、前記鉄鋼材のサイズ別に示す冷却時間データを記憶する記憶部と、前記温度測定部によって測定された水冷前の前記鉄鋼材の表面温度と、前記入力部によって入力された前記サイズ情報と、前記冷却時間データとをもとに、水冷後の前記鉄鋼材の内部温度を前記鉄鋼材のフェライト変態温度超に維持しつつ水冷後の前記鉄鋼材の表面温度を前記フェライト変態温度以下とするに必要な水冷時間と、水冷後の前記鉄鋼材の表面温度および内部温度を前記フェライト変態温度以下に低下させるに必要な空冷時間とを設定し、鋳造された前記鉄鋼材を前記必要な水冷時間、水冷するように前記水冷装置を制御し、水冷後の前記鉄鋼材を前記必要な空冷時間、前記冷却床において空冷させる制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる鋼材冷却設備は、上記の発明において、前記冷却時間データは、過去に鋳造された複数の鉄鋼材を前記水冷装置によって水冷して蓄積した前記複数の鉄鋼材の水冷実績データと、水冷後の前記複数の鉄鋼材を前記冷却床において空冷して蓄積した前記複数の鉄鋼材の空冷実績データとに基づいて導出されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる鋼材冷却設備は、上記の発明において、水冷後の前記鉄鋼材を前記水冷装置から前記冷却床に搬送する搬送手段と、空冷後の前記鉄鋼材を熱間圧延前に加熱する加熱炉に向けて前記冷却床から搬出する搬出手段と、を備え、前記制御部は、前記水冷装置から前記冷却床に水冷後の前記鉄鋼材を搬送してから前記加熱炉に向けて前記冷却床から空冷後の前記鉄鋼材を搬出するまでの経過時間と前記必要な空冷時間とが同一となるように、前記搬送手段および前記搬出手段を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる鋼材冷却設備は、上記の発明において、前記入力部は、前記鉄鋼材の鋼種を示す鋼種情報を入力し、前記制御部は、前記鋼種情報に対応して前記フェライト変態温度を設定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる鋼材冷却方法は、鋳造された鉄鋼材のサイズを示すサイズ情報を取得する情報取得ステップと、水冷前の前記鉄鋼材の表面温度を測定する温度測定ステップと、水冷に伴って経時変化する前記鉄鋼材の表面温度および内部温度と前記鉄鋼材の水冷時間との対応関係と、空冷に伴って経時変化する水冷後の前記鉄鋼材の表面温度および内部温度と水冷後の前記鉄鋼材の空冷時間との対応関係とを前記鉄鋼材のサイズ別に示す冷却時間データと、前記温度測定ステップによって測定した水冷前の前記鉄鋼材の表面温度と、前記情報取得ステップによって取得した前記サイズ情報とをもとに、水冷後の前記鉄鋼材の内部温度を前記鉄鋼材のフェライト変態温度超に維持しつつ水冷後の前記鉄鋼材の表面温度を前記フェライト変態温度以下とするに必要な水冷時間と、水冷後の前記鉄鋼材の表面温度および内部温度を前記フェライト変態温度以下に低下させるに必要な空冷時間とを設定する冷却時間設定ステップと、鋳造された前記鉄鋼材を前記必要な水冷時間、水冷装置によって水冷する水冷ステップと、水冷後の前記鉄鋼材を前記必要な空冷時間、冷却床において空冷する空冷ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる鋼材冷却方法は、上記の発明において、前記冷却時間データは、過去に鋳造された複数の鉄鋼材を前記水冷装置によって水冷して蓄積した前記複数の鉄鋼材の水冷実績データと、水冷後の前記複数の鉄鋼材を前記冷却床において空冷して蓄積した前記複数の鉄鋼材の空冷実績データとに基づいて導出されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる鋼材冷却方法は、上記の発明において、水冷後の前記鉄鋼材を前記水冷装置から前記冷却床に搬送する搬送ステップと、空冷後の前記鉄鋼材を熱間圧延前に加熱する加熱炉に向けて前記冷却床から搬出する搬出ステップと、をさらに含み、前記空冷ステップは、前記水冷装置から前記冷却床に水冷後の前記鉄鋼材を搬送してから前記加熱炉に向けて前記冷却床から空冷後の前記鉄鋼材を搬出するまでの経過時間と前記必要な空冷時間とを同一にして、水冷後の前記鉄鋼材を前記必要な空冷時間、空冷することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる鋼材冷却方法は、上記の発明において、前記情報取得ステップは、前記鉄鋼材の鋼種を示す鋼種情報を取得し、前記冷却時間設定ステップは、前記鋼種情報に対応して前記フェライト変態温度を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、鋳造鋼材を過度に長時間且つ低温に冷却することなく、鋳造鋼材全体のフェライト変態を確保できるとともに、鋳造鋼材を素材とする圧延鋼材の熱間圧延後における表面疵の防止と圧延鋼材全体の靭性の向上とを実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる鋼材冷却設備の一構成例を示す図である。
【図２】図２は、本実施の形態におけるスラブの表面温度および内部温度を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態にかかる鋼材冷却方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本実施例において水冷後のスラブを空冷した際のスラブ温度および空冷時間の相関と、スラブ内外温度差および空冷時間の相関とを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、添付図面を参照して、本発明にかかる鋼材冷却設備および鋼材冷却方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（圧延鋼材製造設備）
まず、本発明の実施の形態にかかる鋼材冷却設備が適用される圧延鋼材製造設備について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる鋼材冷却設備の一構成例を示す図である。図１には、本実施の形態にかかる鋼材冷却設備２を適用した圧延鋼材製造設備１の概略構成が図示されている。また、図１において、太線矢印は、処理対象のスラブの流れを示す。図１に示すように、本発明の実施の形態における圧延鋼材製造設備１は、連続鋳造されたスラブ５を冷却する鋼材冷却設備２と、冷却後のスラブ５を熱間圧延して圧延鋼材を製造する熱間圧延設備３とを備える。なお、スラブ５は、連続鋳造された鉄鋼材（鋳造鋼材）の一例である。
【００２１】
圧延鋼材製造設備１は、連続鋳造設備（図示せず）によって連続的に鋳造された高温なスラブ５を鋼材冷却設備２によって冷却し、これにより、スラブ５全体をフェライト変態させる。ついで、圧延鋼材製造設備１は、鋼材冷却設備２による冷却後のスラブ５を熱間圧延設備３によって加熱後に熱間圧延して、圧延鋼材、具体的には、厚鋼板または薄鋼板等の製品要求に応じた性状の鋼板を製造する。
【００２２】
（鋼材冷却設備）
つぎに、本発明の実施の形態にかかる鋼材冷却設備２について説明する。図１に示すように、本実施の形態にかかる鋼材冷却設備２は、連続鋳造されたスラブ５を搬送する搬送部２１と、鋳造後の高温なスラブ５を水冷する水冷装置２２と、水冷前のスラブ５の表面温度を測定する温度測定部２３とを備える。また、鋼材冷却設備２は、水冷後のスラブ５を空冷する冷却床２４と、水冷後のスラブ５を冷却床２４に搬送するクレーン２５と、空冷後のスラブ５を冷却床２４から搬出するクレーン２６とを備える。さらに、鋼材冷却設備２は、冷却対象のスラブ５に関する情報を入力する入力部２７と、スラブ５の冷却時間の設定に用いるデータを記憶する記憶部２８と、スラブ５の冷却処理等を制御する制御部２９とを備える。
【００２３】
搬送部２１は、搬送ロールまたはクレーン等を用いて構成される。搬送部２１は、連続鋳造機（図示せず）によって鋳造された高温状態のスラブ５を、連続鋳造機側から水冷装置２２の入側に向けて順次搬送する。ついで、搬送部２１は、水冷装置２２によるスラブ５の水冷処理の間隔に合わせて、鋳造後の高温状態にあるスラブ５を水冷装置２２内に順次搬送する。また、搬送部２１は、水冷装置２２によるスラブ５の水冷処理が完了する都度、水冷後のスラブ５を水冷装置２２の出側に搬送する。
【００２４】
水冷装置２２は、鋳造された高温状態のスラブ５を水冷するものである。具体的には、水冷装置２２は、冷却水を噴射するスプレー等の水冷機構を筐体内に備え、図１に示すように、搬送部２１に設置される。水冷装置２２は、搬送部２１によって入側に搬送された高温状態のスラブ５を筐体内に受け入れる。その都度、水冷装置２２は、受け入れた高温状態のスラブ５の外表面全域に冷却水を噴射または噴霧する。これにより、水冷装置２２は、鋳造後のスラブ５の外表面全域を隈なく水冷する。水冷装置２２による水冷後のスラブ５は、上述したように、搬送部２１によって水冷装置２２の出側に搬送される。
【００２５】
温度測定部２３は、水冷装置２２による水冷前のスラブ５の表面温度を測定するものである。具体的には、温度測定部２３は、放射温度計等の非接触型の温度計を用いて構成され、図１に示すように、水冷装置２２の筐体内部の所定位置、望ましくは水冷装置２２の入側近傍の位置に配置される。温度測定部２３は、水冷装置２２が鋳造後の高温状態にあるスラブ５を筐体内部に受け入れる都度、この高温状態のスラブ５の外表面（例えば上表面）の温度を水冷前に測定する。温度測定部２３は、このようにスラブ５の表面温度を測定する都度、測定した表面温度を示す電気信号を制御部２９に送信する。
【００２６】
冷却床２４は、水冷装置２２による水冷後のスラブ５を空冷するためのものである。具体的には、冷却床２４は、水冷後のスラブ５を載置して空冷することが可能な床状の構造体であり、図１に示すように、水冷装置２２と熱間圧延設備３の加熱炉３２との間の所定位置に設置される。冷却床２４は、載置された水冷後のスラブ５を大気中に曝しながら必要な時間放置し、これにより、この水冷後のスラブ５全体を自然に空冷（放冷）する。この際、冷却床２４は、スラブ５の厚さ方向（以下、スラブ厚方向という）の全域に亘って温度分布が所定の温度範囲内に入るように、水冷後のスラブ５を空冷する。
【００２７】
クレーン２５は、水冷後のスラブ５を水冷装置２２から冷却床２４に搬送する搬送手段として機能する。具体的には、クレーン２５は、水冷装置２２によるスラブ５の水冷処理が完了する都度、水冷装置２２の出側に搬送された水冷後のスラブ５を取り上げ、この取り上げたスラブ５を冷却床２４に向けて搬送し、冷却床２４上の決められた位置に、この水冷後のスラブ５を載置する。この際、クレーン２５は、冷却床２４上の位置毎に、単一のスラブ５を載置してもよいし、複数のスラブ５を順次積み重ねてスラブ山６，７を形成してもよい。
【００２８】
クレーン２６は、空冷後のスラブ５を熱間圧延設備３の加熱炉３２に向けて冷却床２４から搬出する搬出手段として機能する。具体的には、クレーン２６は、冷却床２４に載置された１以上のスラブ５の中から、冷却床２４における空冷処理が完了したスラブすなわち空冷後のスラブ５を取り上げ、この取り上げたスラブ５を熱間圧延設備３の装入装置３１に向けて搬送し、装入装置３１上の所定の位置に、この空冷後のスラブ５を載置する。このように冷却床２４から搬出された空冷後のスラブ５は、装入装置３１によって搬送され、熱間圧延設備３の加熱炉３２内に装入される。
【００２９】
入力部２７は、処理対象のスラブ５に関する各種情報を入力するものである。具体的には、入力部２７は、プロセスコンピュータ等の圧延鋼材製造設備１の操業を管理する装置を用いて実現される。入力部２７は、鋳造後の高温状態にあるスラブ５が水冷装置２２の入側に搬送される都度、この搬送されたスラブ５のサイズを示すサイズ情報と、同スラブ５の鋼種を示す鋼種情報とを制御部２９に入力する。本実施の形態において、サイズ情報は、スラブ５のスラブ幅Ｗ、スラブ厚ｄ、およびスラブ長Ｌを示す情報である。あるいは、サイズ情報は、スラブ５の体積Ｖ（＝Ｗ×ｄ×Ｌ）を示す情報であってもよい。なお、入力部２７は、入力キーおよびマウス等の入力デバイスを用いて実現され、作業者による入力操作によって、スラブ５のサイズ情報および鋼種情報を制御部２９に入力してもよい。あるいは、入力部２７は、プロセスコンピュータおよび入力デバイス等を適宜組み合わせたものでもよい。
【００３０】
記憶部２８は、スラブ５の水冷処理および空冷処理の制御に必要なデータを記憶する。具体的には、図１に示すように、記憶部２８は、水冷装置２２によって水冷すべきスラブ５の水冷時間と冷却床２４において空冷すべきスラブ５の空冷時間とを設定するための冷却時間データ２８ａを記憶する。冷却時間データ２８ａは、水冷装置２２による水冷に伴って経時変化する鋳造後のスラブ５の表面温度および内部温度と鋳造後のスラブ５の水冷時間との対応関係（以下、スラブ温度と水冷時間との対応関係という）をスラブ５のサイズ別に示す。これに加え、冷却時間データ２８ａは、冷却床２４における空冷に伴って経時変化する水冷後のスラブ５の表面温度および内部温度と水冷後のスラブ５の空冷時間との対応関係（以下、スラブ温度と空冷時間との対応関係という）をスラブ５のサイズ別に示す。
【００３１】
冷却時間データ２８ａのうち、スラブ温度と水冷時間との対応関係は、所定の水冷能力を有する水冷装置２２によって水冷されて低下するスラブ５の表面温度および内部温度と同スラブ５の水冷時間とを対応付けた水冷時間データテーブルによって示される。このような水冷時間データテーブルは、異なるスラブサイズ（具体的には、スラブ厚、スラブ幅、スラブ長やスラブ体積等）別に作成される。なお、水冷装置２２の水冷能力は、例えば、単位時間および単位面積当たりに噴射される冷却水量によって表される。一方、スラブ温度と空冷時間との対応関係は、冷却床２４において空冷されて低下する水冷後のスラブ５の内部温度と同スラブ５の空冷時間とを対応付け、且つ、冷却床２４における空冷およびスラブ内部からの復熱によって変化する水冷後のスラブ５の表面温度と同スラブ５の空冷時間とを対応付けた空冷時間データテーブルによって示される。このような空冷時間データテーブルは、上述した水冷時間データテーブルと同様に、異なるスラブサイズ別に作成される。上述したような水冷時間データテーブルと空冷時間データテーブルとをスラブサイズ別に含む冷却時間データ２８ａは、例えば、過去に鋳造されたスラブ群の各々を水冷装置２２によって順次水冷して蓄積したスラブ群の水冷実績データと、水冷後のスラブ群の各々を冷却床２４において順次空冷して蓄積したスラブ群の空冷実績データとに基づいて導出される。
【００３２】
制御部２９は、冷却対象であるスラブ５の水冷処理および空冷処理を制御する。具体的には、制御部２９は、温度測定部２３によって測定された水冷前のスラブ５の表面温度と、入力部２７によって入力された同スラブ５のサイズ情報と、このサイズ情報に対応して記憶部２８から読み出した冷却時間データ２８ａとをもとに、鋳造後の高温なスラブ５の必要水冷時間と、水冷後のスラブ５の必要空冷時間とを設定する。また、制御部２９は、入力部２７によって入力されたスラブ５の鋼種情報に対応して、このスラブ５のフェライト変態温度を設定する。例えば、制御部２９は、フェライト変態温度として、このスラブ５が冷却によってフェライト変態し始める温度、すなわち、フェライト変態開始温度（変態点Ａｒ3）を設定する。ここで、必要水冷時間は、水冷後のスラブ５の内部温度を同スラブ５のフェライト変態開始温度超に維持しつつ、この水冷後のスラブ５の表面温度をこのフェライト変態開始温度以下とするために必要なスラブ５の水冷時間である。また、必要空冷時間は、水冷後のスラブ５の表面温度および内部温度を同スラブ５のフェライト変態開始温度以下に低下させるために必要なスラブ５の空冷時間である。制御部２９は、上記のように設定した必要水冷時間、鋳造後の高温なスラブ５を水冷するように水冷装置２２を制御する。また、制御部２９は、上記のように設定した必要空冷時間、水冷装置２２による水冷後のスラブ５を冷却床２４において空冷させる。この際、制御部２９は、水冷装置２２から冷却床２４に水冷後のスラブ５を搬送してから加熱炉３２に向けて冷却床２４から空冷後のスラブ５を搬出するまでの経過時間と上記設定の必要空冷時間とが同一となるように、クレーン２５によるスラブ５の搬送動作と、クレーン２６によるスラブ５の搬出動作とを制御する。一方、制御部２９は、スラブ５を収容していない空状態の水冷装置２２内に鋳造後の高温なスラブ５を搬送するように搬送部２１を制御する。また、制御部２９は、水冷装置２２がスラブ５に対して必要水冷時間の水冷処理をし終えたタイミングに水冷装置２２の出側に水冷後のスラブ５を搬送するように搬送部２１を制御する。
【００３３】
（熱間圧延設備）
つぎに、本発明の実施の形態にかかる鋼材冷却設備２が適用される熱間圧延設備３について説明する。本実施の形態における熱間圧延設備３は、鋼材冷却設備２による空冷後のスラブ５を素材として熱間圧延等により鋼板を製造するものであり、図１に示すように、
装入装置３１と、加熱炉３２と、搬送装置３３と、圧延機３４とを備える。
【００３４】
装入装置３１は、鋼材冷却設備２による空冷後のスラブ５を加熱炉３２内へ装入するものである。具体的には、図１に示すように、装入装置３１は、鋼材冷却設備２の冷却床２４の近傍に設置される。また、装入装置３１の出側端は、加熱炉３２の装入口に接続される。装入装置３１は、冷却床２４から搬出された空冷後のスラブ５を順次受け入れ、受け入れたスラブ５を加熱炉３２の装入口に向けて順次搬送する。その後、装入装置３１は、この装入口に到達した空冷後のスラブ５を加熱炉３２内に順次装入する。
【００３５】
加熱炉３２は、鋼材冷却設備２による空冷後のスラブ５を熱間圧延前に加熱するものである。具体的には、加熱炉３２は、装入装置３１によって順次搬送された空冷後のスラブ５をその搬送順に受け入れ、受け入れたスラブ５を熱間圧延に必要な温度に加熱する。加熱炉３２は、加熱処理が完了したスラブ５を搬送装置３３に順次払い出す。
【００３６】
搬送装置３３は、加熱炉３２による加熱後のスラブ５を熱間圧延設備３の出側端に向けて搬送するものである。具体的には、搬送装置３３は、加熱炉３２から払い出された加熱後のスラブ５を順次受け入れる。ついで、搬送装置３３は、加熱炉３２による加熱後のスラブ５を、その払い出し順に順次、圧延機３４の入側に搬送する。また、搬送装置３３は、圧延機３４によって熱間圧延されたスラブ５、すなわち、熱間圧延後の鋼板を、熱間圧延設備３の出側端に向けて順次搬送する。
【００３７】
圧延機３４は、加熱炉３２による加熱後のスラブ５を熱間圧延するものである。具体的には、圧延機３４は、搬送装置３３による搬送経路内に設置される。圧延機３４は、搬送装置３３によって加熱炉３２側から搬送される加熱後のスラブ５を順次受け入れ、受け入れたスラブ５を熱間圧延する。これにより、圧延機３４は、加熱後のスラブ５を鋼板に順次加工する。
【００３８】
なお、特に図１には図示しないが、熱間圧延設備３は、スラブ５をそのスラブ幅方向に圧下するサイドプレス装置、スラブ５に対して所定の表面処理を行う表面処理装置、熱間圧延後の鋼板を冷却する冷却装置等の鋼板製造に必要な各種設備を備える。熱間圧延設備３は、加熱炉３２による加熱後のスラブ５に対して熱間圧延等の必要な処理を行い、これにより、製品要求に応じた鋼板を製造する。この際、熱間圧延設備３は、上述したように鋼材冷却設備２の水冷および空冷によって全体的にフェライト変態したスラブ５を鋼板素材として用いるので、外表面全域のみならずスラブ厚方向の全域に亘って製品要求に応じた高い靭性を有する鋼板を製造し得る。
【００３９】
（スラブの表面温度および内部温度）
つぎに、本実施の形態において冷却対象であるスラブ５の表面温度および内部温度について説明する。図２は、本実施の形態におけるスラブの表面温度および内部温度を説明するための図である。
【００４０】
本実施の形態において、スラブ５は、図２に示すように、スラブ厚方向の上端面を上表面５ａとし、スラブ厚方向の下端面を下表面５ｂとする。また、図２には図示しないが、スラブ５は、そのスラブ厚方向に垂直な方向の各端面を側表面とする。この側表面には、スラブ５のスラブ幅方向の各端面と搬送方向の前後両側の各端面とが含まれる。スラブ５の外表面は、このスラブ５の辺部分を境に互いに連続する上表面５ａ、下表面５ｂ、および側表面（図示せず）によって構成される。これらの上表面５ａ、下表面５ｂ、および側表面は、本実施の形態において、スラブ５の外表面と適宜総称される。このようなスラブ５の外表面の温度（すなわち表面温度）のうち、上表面温度Ｔａは、スラブ５の上表面５ａの温度であり、下表面温度Ｔｂは、スラブ５の下表面５ｂの温度である。本実施の形態において、これらの上表面温度Ｔａ、下表面温度Ｔｂ、およびスラブ５の側表面の温度は、スラブ５の鋳造後、水冷後、および空冷後の何れの状態においても、互いに同程度の温度に変化する。すなわち、スラブ５の表面温度は、この外表面の各温度の何れか（例えば上表面温度Ｔａ）によって代表される。
【００４１】
このように上表面温度Ｔａに代表されるスラブ５の表面温度は、図１に示した水冷装置２２の水冷処理によって、スラブ５のフェライト変態開始温度以下に低下する。この水冷処理において、スラブ５の表面温度の下限値は、水冷後のスラブ５の内部温度が同スラブ５のフェライト変態開始温度を超過する条件を満足し得る最低温度である。また、水冷後のスラブ５の表面温度は、図１に示した冷却床２４における空冷処理の際、スラブ５の内部からの復熱によって上昇しつつ大気中への放熱によって低下し、上述した必要空冷時間の空冷後、スラブ５のフェライト変態開始温度以下となる。
【００４２】
一方、スラブ５は、その外表面（上表面５ａ、下表面５ｂ、および側表面）によって囲まれる内側の領域（スラブ５の中実部分）をスラブ５の内部とする。例えば、本実施の形態では、スラブ５の内部として、図２に示すように、中央内部５ｃ、上方内部５ｄ、および下方内部５ｅが例示される。中央内部５ｃは、スラブ５のスラブ厚方向の中央部分であり、上表面５ａからスラブ厚方向にスラブ５のスラブ厚ｄの半分（＝ｄ／２）の距離をなす。上方内部５ｄは、中央内部５ｃに比して上表面５ａ側の領域であり、例えば図２に示すように、上表面５ａからスラブ厚方向にスラブ５のスラブ厚ｄの１／４（＝ｄ／４）の距離をなす。下方内部５ｅは、中央内部５ｃに比して下表面５ｂ側の領域であり、例えば図２に示すように、上表面５ａからスラブ厚方向にスラブ５のスラブ厚ｄの３／４（＝３ｄ／４）の距離をなす。このようなスラブ５の内部温度のうち、中央内部温度Ｔｃは、スラブ５の中央内部５ｃの温度である。上方内部温度Ｔｄは、スラブ５の上方内部５ｄの温度である。下方内部温度Ｔｅは、スラブ５の下方内部５ｅの温度である。一般に、中央内部温度Ｔｃは、上方内部温度Ｔｄおよび下方内部温度Ｔｅに比して高温である。
【００４３】
上述したスラブ５の内部温度、具体的には、中央内部温度Ｔｃ、上方内部温度Ｔｄ、および下方内部温度Ｔｅは、図１に示した水冷装置２２の水冷処理によって、スラブ５のフェライト変態開始温度超の温度範囲に維持されつつ若干低下する。また、水冷後のスラブ５の中央内部温度Ｔｃ、上方内部温度Ｔｄ、および下方内部温度Ｔｅは、図１に示した冷却床２４における空冷処理の際、スラブ５の外表面への伝熱および大気中への放熱によって低下し、上述した必要空冷時間の空冷後、スラブ５のフェライト変態開始温度以下に低下する。このようなスラブ５の空冷の進行に伴い、中央内部温度Ｔｃと上方内部温度Ｔｄまたは下方内部温度Ｔｅとの内部温度差の絶対値は減少する。必要空冷時間の空冷が行われた後のスラブ５において、スラブ５のスラブ厚方向の温度分布は、空冷前に比して緩和されて、略均一になる。この際、スラブ５の中央内部温度Ｔｃと表面温度との温度差の絶対値は、スラブ５の空冷前に比して極めて小さい値（例えば４０［℃］以下の値）になる。
【００４４】
以下、上述したスラブ５の表面温度および内部温度は、スラブ温度と適宜総称される。また、図２に示す中央内部温度Ｔｃと上表面温度Ｔａとの温度差等、スラブ５の外表面と内部との温度差は絶対値とする。
【００４５】
（鋼材冷却方法）
つぎに、本発明の実施の形態にかかる鋼材冷却方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる鋼材冷却方法の一例を示すフローチャートである。本実施の形態にかかる鋼材冷却方法では、図１に示した鋼材冷却設備２を用い、鋳造後の高温なスラブ５を受け入れる都度、図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０７の各処理を順次行う。これにより、冷却対象のスラブ５を、その全体がフェライト変態するように冷却し、フェライト変態後のスラブ５を鋼板素材として熱間圧延設備３に払い出す。
【００４６】
すなわち、図３に示すように、鋼材冷却設備２は、まず、冷却対象のスラブ５に関するスラブ情報を取得する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、搬送部２１は、鋳造された高温状態のスラブ５を水冷装置２２の入側に搬送し、この鋳造後のスラブ５を冷却対象として受け入れる。入力部２７は、スラブ情報として、この冷却対象である鋳造後のスラブ５のサイズを示すサイズ情報と鋼種を示す鋼種情報とを制御部２９に入力する。これにより、制御部２９は、この鋳造後のスラブ５のサイズ情報と鋼種情報とを取得する。
【００４７】
ついで、鋼材冷却設備２は、水冷前のスラブ５の表面温度を測定する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において、水冷装置２２は、搬送部２１によって搬送された鋳造後のスラブ５を筐体内部に受け入れる。その都度、温度測定部２３は、この鋳造後のスラブ５が水冷装置２２によって水冷され始める前に、同スラブ５の上表面温度Ｔａ（図２参照）等の表面温度を測定する。その後、温度測定部２３は、測定したスラブ５の表面温度を示す電気信号を制御部２９に送信して、水冷前のスラブ５の表面温度を制御部２９に知らせる。
【００４８】
続いて、鋼材冷却設備２は、冷却対象のスラブ５全体のフェライト変態に必要な水冷時間および空冷時間を設定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において、制御部２９は、ステップＳ１０１により入力部２７から取得した鋼種情報に対応して、冷却対象のスラブ５のフェライト変態開始温度を設定する。フェライト変態開始温度は、鋼種情報である鋼中の各種成分値を公知のフェライト変態開始温度計算式に代入して計算することができる他、様々に鋼成分を有する多数の鋼種について、事前にフェライト変態開始温度を測定してそのデータベースを作成しておき、必要に応じて、そのデータベースからフェライト変態開始温度を読み出すこともできる。つぎに、制御部２９は、冷却対象のスラブ５の水冷時間データテーブルと空冷時間データテーブルとを含む冷却時間データ２８ａを記憶部２８から読み出す。この冷却時間データ２８ａのうち、水冷時間データテーブルは、水冷装置２２による水冷に伴って経時変化する鋳造後のスラブ５の表面温度および内部温度と同スラブ５の水冷時間との対応関係をスラブサイズ別に示す。空冷時間データテーブルは、冷却床２４における空冷に伴って経時変化する水冷後のスラブ５の表面温度および内部温度と同スラブ５の空冷時間との対応関係をスラブサイズ別に示す。制御部２９は、この読み出した冷却時間データ２８ａと、ステップＳ１０２によって測定した水冷前のスラブ５の表面温度と、ステップＳ１０１によって取得した同スラブ５のサイズ情報とをもとに、鋳造後のスラブ５の必要水冷時間と、水冷後のスラブ５の必要空冷時間とを設定する。詳細には、制御部２９は、冷却時間データ２８ａの中から、スラブ５のサイズ情報に合った水冷時間データテーブルおよび空冷時間データテーブルを選択し、選択した水冷時間データテーブルおよび空冷時間データテーブルと、上記水冷前のスラブ５の表面温度とをもとに、必要水冷時間および必要空冷時間を設定する。上記のように設定した必要水冷時間は、水冷後のスラブ５の内部温度を、同スラブ５の鋼種に応じたフェライト変態開始温度超に維持しつつ、この水冷後のスラブ５の表面温度をこのフェライト変態開始温度以下とするために必要なスラブ５の水冷時間である。また、上記のように設定した必要空冷時間は、水冷後のスラブ５の表面温度および内部温度を、同スラブ５の鋼種に応じたフェライト変態開始温度以下に低下させるために必要なスラブ５の空冷時間である。
【００４９】
つぎに、鋼材冷却設備２は、鋳造後のスラブ５に対して必要水冷時間の水冷を実行する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において、制御部２９は、鋳造された高温状態のスラブ５をステップＳ１０３によって設定した必要水冷時間、水冷するように水冷装置２２を制御する。水冷装置２２は、この制御部２９の制御に基づき、上記の必要水冷時間、鋳造後のスラブ５の外表面全域に冷却水を噴射し続けて、このスラブ５の外表面全域を水冷する。これにより、水冷装置２２は、このスラブ５の内部温度を同スラブ５のフェライト変態開始温度超に維持しつつ、このスラブ５の表面温度をこのフェライト変態開始温度以下に低下させる。
【００５０】
その後、鋼材冷却設備２は、ステップＳ１０４による水冷後のスラブ５を水冷装置２２から冷却床２４に搬送する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において、搬送部２１は、制御部２９の制御に基づき、ステップＳ１０４による水冷処理が完了したスラブ５を水冷装置２２の出側に搬送する。クレーン２５は、制御部２９の制御に基づき、この水冷後のスラブ５を取り上げ、取り上げたスラブ５を水冷装置２２から冷却床２４に向けて搬送し、冷却床２４上に、この水冷後のスラブ５を載置する。
【００５１】
つぎに、鋼材冷却設備２は、冷却床２４に搬送した水冷後のスラブ５に対して必要空冷時間の空冷を実行する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６において、鋼材冷却設備２は、水冷後のスラブ５をステップＳ１０３によって設定した必要空冷時間、冷却床２４にて空冷する。詳細には、冷却床２４は、水冷装置２２から搬送された水冷後のスラブ５をこの必要空冷時間放置し、これにより、この水冷後のスラブ５を自然に空冷する。この際、制御部２９は、水冷装置２２から冷却床２４に水冷後のスラブ５を搬送してから熱間圧延設備３の加熱炉３２に向けて冷却床２４から空冷後のスラブ５を搬出するまでの経過時間と上記の必要空冷時間とを同一にするように、クレーン２５によるスラブ５の搬送動作とクレーン２６によるスラブ５の搬出動作とを制御する。このように制御部２９によって制御された必要空冷時間、冷却床２４において水冷後のスラブ５を継続して空冷することにより、このスラブ５の表面温度は、同スラブ５の内部からの復熱によって上昇しつつ、大気中への放熱によって低下し、結果、このスラブ５のフェライト変態開始温度以下に低下する。これと同時に、このスラブ５の内部温度は、同スラブ５の内部から外表面への伝熱と外表面から大気中への放熱との相乗作用により、上述した必要空冷時間の経過時点において、このスラブ５のフェライト変態開始温度以下に低下する。このように、冷却床２４は、水冷後のスラブ５をそのスラブ厚方向の全域に亘ってフェライト変態開始温度以下に空冷し、結果、このスラブ５全体をフェライト変態させる。
【００５２】
その後、鋼材冷却設備２は、空冷後のスラブ５を熱間圧延前に加熱する加熱炉３２に向けて冷却床２４から搬出し（ステップＳ１０７）、本処理を終了する。ステップＳ１０７において、制御部２９は、水冷後のスラブ５が冷却床２４に搬送されてから必要空冷時間が経過するタイミングに、この必要空冷時間の空冷が完了したスラブ５を冷却床２４から搬出するようにクレーン２６を制御する。クレーン２６は、この制御部２９の制御に基づき、この空冷後のスラブ５、すなわち、スラブ厚方向の全域に亘りフェライト変態したスラブ５を冷却床２４から取り上げ、取り上げたスラブ５を熱間圧延設備３の装入装置３１上に搬出する。
【００５３】
ステップＳ１０７によって鋼材冷却設備２から熱間圧延設備３に払い出された空冷後のスラブ５は、上述したように、加熱炉３２によって加熱された後、圧延機３４による熱間圧延等を施されて、製品要求に応じた高靭性の鋼板に加工される。
【００５４】
（実施例）
つぎに、本発明の実施例について説明する。本実施例の条件として、冷却対象のスラブ５は、２５０［ｍｍ］のスラブ厚ｄと、２０００［ｍｍ］のスラブ幅Ｗと、４０００［ｍｍ］のスラブ長Ｌとを有する鋳造スラブとした。また、このスラブ５のフェライト変態開始温度は、スラブ５の鋼種に対応して５５０［℃］に設定した。一方、図１に示す鋼材冷却設備２の水冷装置２２の水冷能力は、１００［リットル／（ｍ2／分）］とした。
【００５５】
上述した条件の下、鋼材冷却設備２を用い、図３に示したステップＳ１０１〜Ｓ１０７の各処理をスラブ５に対して順次行って、このスラブ５を水冷および空冷した。この際、鋼材冷却設備２の制御部２９により、鋳造後のスラブ５の必要水冷時間は、１［分］に設定され、水冷後のスラブ５の必要空冷時間は、１１０［分］に設定された。
【００５６】
本実施例における必要水冷時間（＝１［分］）、水冷装置２２によって鋳造後のスラブ５を水冷した結果、水冷後のスラブ５の表面温度、例えば上表面温度Ｔａおよび下表面温度Ｔｂは、５５０［℃］となった。また、この水冷後のスラブ５の内部温度、例えば中央内部温度Ｔｃは８７７［℃］となり、上方内部温度Ｔｄは、８４９［℃］となった。この際、スラブ５の表面温度は、放射温度計によって測定した。また、スラブ５の内部温度は、スラブ厚、表面温度および冷却条件等から、差分法を用いてスラブ厚方向の温度分布を計算することにより、求めた。
【００５７】
また、本実施例において、鋼材冷却設備２は、上述したように水冷した後のスラブ５を冷却床２４において必要空冷時間（＝１１０［分］）、空冷した。図４は、本実施例において水冷後のスラブを空冷した際のスラブ温度および空冷時間の相関と、スラブ内外温度差および空冷時間の相関とを例示する図である。図４において、スラブ温度は、スラブ５の表面温度および内部温度の総称であり、本実施例では、一例として、スラブ５の上表面温度Ｔａ、上方内部温度Ｔｄ、および中央内部温度Ｔｃ（図２参照）が示される。スラブ内外温度差は、スラブ５の内部温度と表面温度との差であり、本実施例では、一例として、中央内部温度Ｔｃと上表面温度Ｔａとの温度差によって表される。また、相関線Ｐ１は、スラブ５の上表面温度Ｔａと空冷時間との相関を示す。相関線Ｐ２は、スラブ５の上方内部温度Ｔｄと空冷時間との相関を示す。相関線Ｐ３は、スラブ５の中央内部温度Ｔｃと空冷時間との相関を示す。相関線Ｐ４は、スラブ５におけるスラブ内外温度差と空冷時間との相関を示す。
【００５８】
図４に示すように、水冷後のスラブ５を冷却床２４において空冷した際、このスラブ５の中央内部温度Ｔｃは、図２に示した中央内部５ｃ、上方内部５ｄ、および下方内部５ｅ等のスラブ５の内部から同スラブ５の外表面（上表面５ａ等）への伝熱と、この外表面から大気中への放熱との相乗作用により、空冷時間の経過に伴って低下した。このスラブ５の上方内部温度Ｔｄについても、上述した中央内部温度Ｔｃと略同様に、空冷時間の経過に伴う温度低下が見られた。空冷時間が１１０［分］、すなわち本実施例における必要空冷時間に達した時点において、このスラブ５の内部温度は、中央内部温度Ｔｃおよび上方内部温度Ｔｄに例示されるように、フェライト変態開始温度（＝５５０［℃］）以下に低下した。
【００５９】
また、このスラブ５の上表面温度Ｔａは、図４に示すように、空冷時間の経過に伴い、同スラブ５の内部からの復熱によってフェライト変態開始温度以上の温度に一旦上昇した。その後、上表面温度Ｔａは、この内部からの復熱と大気中への放熱との相乗作用により、空冷時間の経過に伴って緩やかに低下した。このような上表面温度Ｔａに例示されるスラブ５の表面温度は、図４に示すように、空冷時間が１１０［分］に達した時点において、本実施例におけるフェライト変態開始温度（＝５５０［℃］）以下であった。
【００６０】
このようなスラブ５の空冷処理において、スラブ内外温度差は、図４の相関線Ｐ４によって示されるように、スラブ５の空冷時間が２０［分］に達するまでに、３００［℃］超から１００［℃］以下に急激に減少した。それ以後、スラブ内外温度差は、急激な変化のない安定した状態となり、空冷時間の経過に伴って緩やかに減少した。特に、空冷時間が１１０［分］に達した時点において、スラブ内外温度差は、３８［℃］に減少した。
【００６１】
上述したように、スラブ５の表面温度および内部温度は、双方とも、水冷後のスラブ５の空冷時間が１１０［分］に達した時点にフェライト変態開始温度以下になった。また、この時点において、スラブ５の外表面と内部との温度差は３８［℃］であった。このような温度状態のスラブ５は、そのスラブ厚方向の全域に亘ってフェライト変態し得る。すなわち、本実施例において、スラブ５は、必要水冷時間（＝１［分］）の水冷後に必要空冷時間（＝１１０［分］）の空冷を施すことにより、全体的にフェライト変態して、熱間圧延設備３の加熱炉３２（図１参照）に装入可能となった。一方、鋳造後のスラブ５を水冷せずに空冷する従来の鋼材冷却手法では、本実施例と同条件のスラブ５の表面温度および内部温度をフェライト変態開始温度以下に低下するために、約８時間、スラブ５を空冷しなければならなかった。これに対し、本実施例では、上述したように、鋳造後のスラブ５を１［分］水冷した後、この水冷後のスラブ５を１１０［分］空冷すればよく、この結果、スラブ５のリードタイム（特に冷却時間）を約６時間、短縮できることが分かった。
【００６２】
以上、説明したように、本発明の実施の形態では、スラブの内部温度をフェライト変態開始温度超に維持しつつ同スラブの表面温度をフェライト変態開始温度以下とするに要する必要水冷時間、鋳造後の高温なスラブを水冷し、この水冷後のスラブを、その表面温度および内部温度をフェライト変態開始温度以下に低下させるに要する必要空冷時間、空冷している。
【００６３】
このため、スラブの内部温度をフェライト変態開始温度超に維持し得る同スラブの外表面の最低温度を下限値にして、鋳造後のスラブを水冷することができる。これに加え、この水冷によってフェライト変態開始温度以下に一旦低下させたスラブの外表面に向けて同スラブの高温状態にある内部から伝熱しつつ、この外表面から大気中に放熱して、このスラブの内部温度をフェライト変態開始温度以下に低下させるとともに、この内部温度の低下時間と同じ時間分、このスラブの外表面を空冷して同スラブの表面温度をフェライト変態開始温度以下にすることができる。これにより、鋳造後のスラブの過度な水冷並びに水冷後のスラブの過度な空冷をともに防止できるとともに、スラブ全体をフェライト変態させるために要するスラブ冷却時間を可能な限り短縮することができる。この結果、スラブを過度に長時間且つ低温に冷却することなく、スラブの表面温度および内部温度を可能な限り高温に保ちながらスラブ全体のフェライト変態を確保することができる。このことから、スラブを素材とする鋼板の熱間圧延後における表面疵の防止と、鋼板全体の靭性の要求に応じた向上とをともに実現することができる。また、従来技術に比してスラブの冷却時間を可能な限り短縮できることから、スラブのリードタイムを大幅に短縮することができ、延いては、スラブを素材とする鋼板の製造時間を短縮でき、これにより、鋼板の製造効率の向上を促進することができる。さらには、スラブの冷却し過ぎを防止できるため、熱間圧延設備の加熱炉に装入するフェライト変態後のスラブの過度な低温化を防止することができ、これにより、フェライト変態後のスラブを加熱炉によって加熱する際の使用燃料を削減できることから、加熱炉の燃料原単位の低減を促進することができる。
【００６４】
また、本発明の実施の形態では、水冷に伴って経時変化するスラブの表面温度および内部温度と同スラブの水冷時間との対応関係と、空冷に伴って経時変化する水冷後のスラブの表面温度および内部温度と同スラブの空冷時間との対応関係とをスラブサイズ別に示す冷却時間データを予め準備し、この冷却時間データと、水冷前のスラブの表面温度と、冷却対象のスラブのサイズ情報とをもとに、上述した鋳造後のスラブの必要水冷時間と水冷後のスラブの必要空冷時間とを一度に設定している。このため、スラブ全体を可能な限り高温に保ちながらフェライト変態させることを目的として、鋳造後の高温状態にあるスラブを水冷すべき必要水冷時間と、この水冷後のスラブを空冷すべき必要空冷時間とを、順次鋳造される複数のスラブの各々に対応して容易に設定できる。この結果、スラブ全体をフェライト変態すべく、各スラブの水冷処理およびその後続の空冷処理を簡易且つ円滑に進めることができる。
【００６５】
なお、上述した実施の形態では、水冷前のスラブ５の表面温度を温度測定部２３によって測定していたが、本発明は、これに限定されるものではない。温度測定部２３は、水冷前のスラブ５の表面温度および水冷後のスラブ５の表面温度の双方を測定してもよい。この場合、制御部２９は、設定した必要水冷時間の水冷が行われた後のスラブ５の表面温度を温度測定部２３から取得し、この取得した表面温度の測定値と、冷却時間データ２８ａに示される同じ必要水冷時間に応じた水冷後のスラブ５の表面温度（データ値）との誤差を補正するように、水冷後のスラブ５の必要空冷時間を補正してもよい。
【００６６】
また、上述した実施の形態では、スラブ５のフェライト変態温度として、冷却時にスラブ５のフェライト変態が始まるフェライト変態開始温度を設定していたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、制御部２９は、スラブ５の鋼種情報に応じ、冷却時にスラブ５のフェライト変態が完了する温度、すなわち、フェライト変態完了温度（変態点Ａｒ1）を、スラブ５のフェライト変態温度として設定してもよい。
【００６７】
さらに、上述した実施の形態では、スラブ温度と水冷時間との対応関係並びにスラブ温度と空冷時間との対応関係をスラブサイズ別に示す冷却時間データ２８ａを例示していたが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、冷却時間データ２８ａは、スラブサイズのみならず、鋼材冷却設備２が設置される場所の環境温度、および環境温度に応じた冷却水の温度等を加味して更に細分化されてもよい。例えば、冷却時間データ２８ａに含まれるスラブ温度と水冷時間との対応関係並びにスラブ温度と空冷時間との対応関係は、天候および季節に応じて変化する環境温度下のスラブ温度を加味して、スラブサイズ別および環境温度別に細分化して示されてもよいし、季節等に応じて変化する水冷装置２２の冷却水温度を加味して、スラブサイズ別および冷却水温度別に細分化して示されてもよい。あるいは、上記のスラブ温度と水冷時間との対応関係並びにスラブ温度と空冷時間との対応関係は、スラブサイズ別、環境温度別、および冷却水温度別に細分化して示されてもよい。制御部２９は、入力部２７からの入力情報に基づき、スラブサイズ別、環境温度別、および冷却水温度別に適宜細分化された冷却時間データ２８ａの中から、冷却対象のスラブ５に合った水冷時間データテーブルおよび空冷時間データテーブルを選択してもよい。
【００６８】
また、上述した実施の形態では、冷却時間データ２８ａは、過去のスラブ群の水冷実績データと空冷実績データとに基づいて導出されていたが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明において、冷却時間データ２８ａは、鋳造後のスラブ水冷および水冷後のスラブ空冷の実験結果またはシミュレーション結果に基づいて蓄積したスラブ温度と水冷時間との対応関係並びにスラブ温度と空冷時間との対応関係を示すものであってもよい。
【００６９】
さらに、上述した実施の形態では、冷却対象の鋳造鋼材としてスラブ５を例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、冷却対象の鋳造鋼材は、ビレットまたはブルーム等のスラブ以外の鋼材であってもよい。すなわち、本発明における鋳造鋼材を素材として製造される圧延鋼材は、条鋼または線材等の鋼板以外のものであってもよい。
【００７０】
また、上述した実施の形態または実施例により本発明が限定されるものではなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７１】
１  圧延鋼材製造設備
２  鋼材冷却設備
３  熱間圧延設備
５  スラブ
５ａ  上表面
５ｂ  下表面
５ｃ  中央内部
５ｄ  上方内部
５ｅ  下方内部
６，７  スラブ山
２１  搬送部
２２  水冷装置
２３  温度測定部
２４  冷却床
２５，２６  クレーン
２７  入力部
２８  記憶部
２８ａ  冷却時間データ
２９  制御部
３１  装入装置
３２  加熱炉
３３  搬送装置
３４  圧延機
Ｐ１〜Ｐ４  相関線
【図１】
0006015680.tif 000002
【図２】
0006015680.tif 000003
【図３】
0006015680.tif 000004
【図４】
0006015680.tif 000005