(57)【要約】【課題】  高温の熱延厚鋼板を、複数の拘束ロール対間で、厚鋼板の上・下面側に配置したスプレーノズルの水噴流により冷却する場合に、上・下面を低コストで効率的に冷却して上・下面の温度の対称性と幅方向の温度分布の均一性を安定確保し、厚鋼板形状の平坦度の向上と材質の均一化が図れる厚鋼板の冷却装置を提供する。【解決手段】  拘束ロール対間を通板する厚鋼板の上・下面に水を噴射する複数のスプレーノズルを有する上面側・下面側ノズルボックスを備えた厚鋼板の冷却装置であって、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離領域の鋼板表面積に対して、上面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、４％〜９０％の範囲内、下面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、４％〜１００％の範囲内になるように、各スプレーノズルを配置する。【選択図】  図２
2006035311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延された厚鋼板を拘束して通板する上ロールと下ロールからなる複数対の拘束ロールと、通板方向の前後で隣り合う各拘束ロール対間を通板する厚鋼板の上・下面に水を噴射する複数のスプレーノズルを有する上面側ノズルボックスと下面側ノズルボックスを備えた厚鋼板の冷却装置であって、上面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離領域の鋼板表面積の４％〜９０％の範囲内で、下面側のノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離領域の鋼板表面積の４％〜１００％の範囲内になるように各スプレーノズルを配置したことを特徴とする厚鋼板の冷却装置。
【請求項２】
上面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、下面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和の４％〜１００％の範囲内になるように上面側ノズルボックスおよび下面側ノズルボックスに各スプレーノズルを配置したことを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板の冷却装置。
【請求項３】
上面側のノズルボックスに配置されるスプレーノズルが、フラットスプレーノズル、フルコーンスプレーノズル、楕円型スプレーノズル、長円型スプレーノズル、多孔柱状スプレーノズルのいずれか１種または複数種からなり、下面側のノズルボックスに配置されるスプレーノズルが、フラットスプレーノズル、フルコーンスプレーノズル、楕円型ノスプレーズル、長円型スプレーノズルのいずれか１種または複数種からなることを特徴とする請求項１または２に記載の厚鋼板の冷却装置。
【請求項４】
スプレーノズルが、水と空気を混合噴射可能な構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の厚鋼板の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延により厚鋼板を製造する際に、仕上圧延した厚鋼板を冷却する場合に適用される厚鋼板の冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延により厚鋼板を製造する際に、機械的性質に優れ均一な材質特性および形状特性を有する厚鋼板を得るために、通常、仕上圧延後の厚鋼板を拘束ロール間で拘束して通板しながら、その上面側と下面側に冷却水を噴射し、厚鋼板の板幅方向の温度分布および板厚方向で温度分布の対称性が安定確保されるように、厚鋼板の両面を冷却することが行われている。
このような冷却に関しては、例えば、特許文献１に、図９に示すように、上ロール５ａと下ロール５ｂからなる拘束ロール５１、５２間で拘束して通板する鋼板６の上面側に配置した鋼板幅方向に長いノズル１１からなるノズル列１１ｓを配置し、下面側に、上面側のノズル列１１ｓより多いノズル１２からなるノズル列１２ｓを配置して、ノズル列１１ｓとノズル列１２ｓから冷却水ｗを注水し鋼板６を両面から冷却することが開示されている。
この特許文献１の冷却の場合、上面側のノズル列１１ｓと下面側のノズル列１２ｓは、拘束ロール５１、５２間で鋼板６に対して冷却水ｗが衝突を開始する鋼板長さ方向の位置を、鋼板６の上面側と下面側で一致させるように配置して、鋼板６の冷却過程における鋼板６上下面の各微小部における温度の経時変化が、鋼板６の厚さ中心面を対称面として同一（対称）になる冷却を意図するものである。ここで用いる上面側のノズル列１１ｓが、鋼板幅方向に長い１列の長い１列のスリットノズルで構成され、下面側のノズル列１２ｓが、スリットノズル、スプレーノズル、円管ラミナーノズル、導管付き円管噴流ノズル、または多孔ノズルのいずれかで構成されるとの記載がある。
【０００３】
特許文献１の冷却では、その実施例に記載されるように、上面側に１列のスリットノズル列を配置し、下面側にスリットノズル、導管付き円管噴流ノズルや円管ラミナーノズルなどを広い領域に対して複数列配置し、上面側のノズル列に相対する位置、板上水存在領域に関係なく鋼板の下面側の全領域に対して、冷却水ｗを一様に注水するようにしている。
ここで、鋼板の冷却過程における鋼板上下面の温度の経時変化を、鋼板厚さ中心面を対称面として同一（対称）にする必要があるが、鋼板の上面側では、ノズルからの水噴流が衝突する部分と、板上水が流れる部分が存在する。
この水噴流の衝突部分は冷却能力が大きく、かつ安定しているが、板上水部分は冷却能力が小さい。これは、水噴流が垂直方向から衝突する場合と、鋼板に沿って平行に流れる場合では、鋼板に対する冷却能力が異なることによる。鋼板下面側では、板上水のような不安定要因はないため、冷却が均一に行なわれるものの、鋼板上面側では冷却能力分布が存在するため、鋼板の上面側と下面側からバランスよく冷却することが難しい。そのため、鋼板の上面側と下面側の温度の対称性を十分に確保できない場合があり、鋼板の平坦度および材質の均一化を安定的に確保することが難しいという問題がある。
【０００４】
このような問題の解消を意図した冷却方法として、特許文献２に、図１０に示すように、拘束ロール５１、５２間で、高温状態の厚鋼板を噛み込んで搬送（通板）しながら、拘束ロール５１、５２間で厚鋼板上下面に注水する場合に、上面側と下面側に相対するように位置を合わせて配置した、１列以上の上面側注水ノズル列（ここでは１３１〜１３６）および下面側注水ノズル列（ここでは１４１〜１４６）から注水することが開示されている。
この特許文献２の冷却の場合、下面側の注水ノズル列により形成される厚鋼板面上の水噴流衝突部の総面積が、拘束ロール５１、５２間領域（略中心間距離Ｌ領域）の鋼板面積の６０％以上を占めるように注水することにより、厚鋼板６の上下面を効率的に、かつバランスよく冷却して、厚鋼板６の上面側と下面側の温度の対称性を確保し、厚鋼板６の平坦度の向上と材質の均一化を図るものである。
しかし、上面側と下面側に相対するように位置を合わせて配置した注水ノズル列からの水流衝突部の面積を、拘束ロール５１、５２間の厚鋼板面積の６０％以上にするためには、特に上面側においては、大きい拘束ロール５１、５２間の厚鋼板面積を水流衝突面で実質的に埋める場合を含むことになり、衝突した冷却水を排出する流れと、噴流が干渉して対流する干渉対流部が厚鋼板の幅方向で不均一に発生し、冷却効率の低下と冷却の不均一を生じるという懸念がある。
また、特許文献２でいう６０％以上を確保するためには、例えば図１１に示すように、横線部を水の衝突噴流で全て埋めるとともに、拘束ロール５と厚鋼板６の斜線部領域まで水噴流を衝突させる必要がある。そのために、拘束ロール５と厚鋼板６に挟まれた空間に水噴流を斜めに噴射する必要があり、多くの注水ノズルを斜め吹きできる複雑な装置が必要で機器製作上の費用が嵩むという問題もある。
【特許文献１】特開平１１−３４７６２９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の冷却方法での課題を有利に解決して、搬送（通板）中の厚鋼板を噛み込んだ拘束ロール対間で厚鋼板の上下面をスプレーノズルからの水噴流により冷却する場合に、厚鋼板の上下面を効率的に冷却して、上下面の温度の対称性、板幅方向の温度の均一性を確保し厚鋼板の平坦度の向上と材質の均一化を図れる厚鋼板の冷却装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の厚鋼板の冷却装置は、厚鋼板の均一冷却（特に上下面の均一冷却）を効率的に実現するために、以下の（１）〜（４）の構成を要旨とする。
（１）  熱間圧延された厚鋼板を拘束して通板する上ロールと下ロールからなる複数対の拘束ロールと、通板方向の前後で隣り合う各拘束ロール対間を通板する厚鋼板の上・下面に水を噴射する複数のスプレーノズルを有する上面側ノズルボックスと下面側ノズルボックスを備えた厚鋼板の冷却装置であって、上面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域の鋼板表面積の４％〜９０％の範囲内で、下面側のノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域の鋼板表面積の４％〜１００％の範囲内になるように各スプレーノズルを配置したことを特徴とする厚鋼板の冷却装置。
（２）  （１）において、上面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、下面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和の４％〜１００％の範囲内になるように上面側ノズルボックスおよび下面側ノズルボックスに各スプレーノズルを配置したことを特徴とする厚鋼板の冷却装置。
（３）  （１）または（２）において、上面側のノズルボックスに配置されるスプレーノズルが、フラットスプレーノズル、フルコーンスプレーノズル、楕円型スプレーノズル、長円型スプレーノズル、多孔柱状スプレーノズルのいずれか１種または複数種からなり、下面側のノズルボックスに配置されるスプレーノズルが、フラットスプレーノズル、フルコーンスプレーノズル、楕円型スプレーノズル、長円型ノズルのいずれか１種または複数種からなることを特徴とする厚鋼板の冷却装置。
（４）  （１）〜（３）のいずれかにおいて、スプレーノズルが、水と空気を混合噴射可能な構造を有することを特徴とする厚鋼板の冷却装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域の鋼板表面積に対する水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和の割合（％）を、厚鋼板の上面側と下面側で規定範囲内で選択することにより、厚鋼板上での衝突水流の滞留部の不均一な発生を抑制して冷却効率を安定確保し、冷却後の厚鋼板の温度の均一化（特に上・下面の温度の対称性の確保）を図ることができ、厚鋼板の平坦度を向上させることができるので、冷間矯正や精整コストの節減ができる。
また、残留応力も低減させることができ、鋼板加工時の変形を抑制して加工精度を容易に安定確保できる。また、材質の均一化の確保も容易になる。
さらに、厚鋼板の上面側に対する水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和と、下面側に対する水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和との割合（％）を規定範囲内で選択することにより、板上水の影響を考慮して厚鋼板の上・下面の温度の対称性をさらに安定的に確保して上記効果をさらに確実なものにすることができる。  また、スプレーノズルを、水と空気を同時混合噴射できるような構造にすることにより、水量の調整範囲が広く、また、水噴流の衝突力も調整しやすいので、冷却制御範囲を広くすることができ、水量を少なくした場合に水噴流の厚鋼板への衝突力が弱くなるという現象の緩和でき、所望の冷却能力を安定確保することが容易になるなどの効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、熱間圧延後の温度が７００〜９５０℃程度で厚みが３〜１５０ｍｍ程度の厚鋼板を冷却対象とし、主として仕上圧延後、厚鋼板の上面側と下面側に対してスプレーノズルからの水（例えば水、または水と空気の混合体などの冷却媒体で、本発明では「水」という。）噴流によって冷却を行う場合に適用されるものである。
熱間圧延された高温の厚鋼板を搬送（通板）しながら冷却する場合には、一般には厚鋼板をスプレーノズルからの水噴流によって冷却する。この際に単位面積当たり水噴流密度と噴流衝突点密度を増加すれば冷却能力が増加することは、よく知られていることである。しかし、水が高温の厚鋼板に接したときに沸騰現象を起こすために、厚鋼板の温度領域によっては、上記のように水噴流量、水噴流衝突点密度を増加させても正比例的に冷却能力が増加しない場合がある。
例えば、厚鋼板上面側においては、各スプレーノズルから大量の水噴流を衝突させた場合、水噴流衝突点領域は冷却されるが、衝突後に板上水となった冷却水は、この冷却水と厚鋼板間に発生する水蒸気の存在もあり、冷却に充分寄与しないで排出される懸念がある。また板上水が多い場合には、各スプレーノズルからの水噴流が厚鋼板表面に充分に到達できず、充分な冷却効率が得られない。
一方、厚鋼板の下面側においては、各スプレーノズルから大量の水噴流を衝突させた場合、水噴流衝突点領域は冷却されるが、衝突後の冷却水は、重力と高温厚鋼板表面に発生した水蒸気により厚鋼板から離脱し冷却に寄与しないため、充分な冷却効率が得られない場合がある。
【０００９】
本発明では、このような現象を、厚鋼板表面の一定の面積領域で水噴流を厚鋼板表面に効率的に到達させることにより緩和して、十分な冷却能力を安定確保して冷却効率を高め、特に厚鋼板上下面の温度の対称性を安定確保するものである。
基本的には、厚鋼板の上面側では、冷却効率を低下させることもある板上水（板上に沿って流れる水流、本発明では「板上水」という。）による干渉対流部の発生を抑制するために、拘束ロールの半径領域には、水噴流を衝突させないようにして、厚鋼板上での板上水による干渉対流部の不均一な発生を抑制し、冷却能の高い水噴流を厚鋼板表面に十分に到達させて、冷却効率を安定確保し安定的な冷却を実現可能にするものである。
厚鋼板の下面側では、厚鋼板上・下面側での均一冷却を安定的に実現可能にするために、厚鋼板上面側の冷却能力に応じた冷却能力を確保するように、水噴流を厚鋼板下面側に衝突させ、上面側と下面側の冷却能力をバランスさせるものである。下面側の場合には、上面側のように板上水による冷却がないことから、厚鋼板表面の一定の面積領域での水噴流の衝突面積を大きくすることが有効である。
【００１０】
本発明は、具体的には、上ロールと下ロールからなる複数の拘束ロール対間で、高温状態の厚鋼板を拘束して搬送しながら、厚鋼板の上下面に水を噴射して厚鋼板を冷却する冷却装置において、厚鋼板の上面側と下面側に、それぞれ、多数のスプレーノズルを配置したノズルボックスを、各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域の鋼板表面積に対して、上面側では４％〜９０％の範囲内、下面側では４％〜１００％の範囲内になるように配置するものである。
なお、ここで噴流衝突部とは、噴流の衝突圧力が２ｋＰａ以上の部分と定義する。特に、上面側では板上水が滞留した状態でこの値以上の圧力が必要であり、これを下回ると高温鋼板上の沸騰により生じた蒸気膜を噴流が貫通して鋼板に到達できず、十分な冷却能力を得ることができない。たとえば、図１２に示すようにノズル種類が異なると同じノズル入口圧力と水量でも衝突圧力分布が大きく変化する場合があり、その際の冷却能力は、２ｋＰａ以下で急激に低下する傾向がある。
上面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域の鋼板表面積の４％未満では、水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積が十分ではなく、充分な冷却能力を確保できない。また、９０％超では、水流の干渉対流部が不均一に発生し、冷却能の高い水噴流が板上水によって厚鋼板表面に衝突しないで冷却に充分に寄与しないまま厚鋼板に沿って排出される水流が増加し、冷却効率の低下とともに冷却の不均一を生じやすい。なお、衝突面積が４〜３０％では、板上水による冷却の比率が多いために冷却能力がやや低く、水量を変化させて冷却能力を調整する場合に水量の変化に対して冷却能の変化が一定でなく調整がやや難しくなる。しかしながら、噴流領域が小さいため、仕様動力は小さく冷却効率は良好である。また、衝突面積が８０〜９０％では、冷却能力は衝突面積の増加とともに大きくなるものの板上水の流れの滞留部が発生し始め、幅方向の均一性がやや劣るという短所がある。したがって、上面側の面積率としては３０〜８０％がより望ましい。衝突面積が３０％以上になると、板上水の領域を衝突噴流により十分攪拌できるようになるために、水量調節時でも水量の変化に応じて冷却能力が決まるようになる。
下面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和については、基本的には、上面側の冷却能力とバランスするように設定するものであるが、ノズルボックスの鋼板表面積の４％未満では、水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積が十分ではなく、充分な冷却能力を確保できない。なお、冷却能力は衝突面積の増加とともに向上するので衝突面積率は高いほうが望ましい。しかし、９５％を超えると噴流間の干渉が発生し始め、均一性が低下するため、９５％以下が望ましい。しかし、下面側の場合には上面側ほどの均一性の低下はないので、衝突面積が１００％であってもよい。（請求項１の形態例に相当）。
【００１１】
厚鋼板の上面側と下面側間では、上面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、下面側ノズルボックスの各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和の４％〜１００％の範囲内になるように、上面側ノズルボックスおよび下面側ノズルボックスに各スプレーノズルを配置することが好ましい。
上面側では、板上水による冷却効果があるので、各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和は、下面側の各スプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和よりも小さくして、上面側と下面側の冷却能力バランスを確保することが可能であるが、上面側の水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積の総和が、下面の衝突面積の４％未満では、上面側の冷却能力が小さ過ぎ、上面側と下面側の冷却能力バランスを確保することが難しくなる。また、３０％以下では、下面に比較して板上水により冷却される領域が大きく、水量調節時の冷却能力変化の予測が難しく上下の冷却能力のバランス調節がやや難しい。また、１００％超では、上面側の冷却能力が大き過ぎ、上面側と下面側の冷却能力バランスを確保することが難しくなる。したがって、上面側の衝突面積率は下面側衝突面積率の３０〜１００％が望ましい。
下面側では、上面側のように板上水の影響は受けないので、水噴流の衝突面の面積の総和は、上面側との冷却能力がバランスするように、スプレーノズルを選択し配置する。（請求項２の形態例に相当）。
【００１２】
なお、上記特許文献２に、厚鋼板面上の水噴流衝突部が、拘束ロール間領域の鋼板面積の６０％以上を占めるように注水することが開示されているが、この６０％以上は、本発明で上面側で規定する「拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域の厚鋼板面積に対する水噴流衝突部の総面積４％〜９０％の範囲外である。
例えば、拘束ロール径が３５０ｍｍ、拘束ロール対間距離１０５０ｍｍの場合を例にとれば、特許文献２でいう拘束ロール中心間距離（Ｌ）は１０５０ｍｍであるのに対して、本発明でいう「拘束ロール対間で最も近い距離にある外周面間」距離（Ｌａ）は７００ｍｍである。したがって、特許文献２でいう６０％以上とは、１０５０ｍｍ領域の厚鋼板の面積の６０％以上を意味しており、本発明の７００ｍｍ領域の厚鋼板の面積に換算すると、９０％以上に相当し、本発明の目的を十分に達成することは難しくなる条件である。
【００１３】
厚鋼板の上面側を冷却する場合には、板上水による冷却効果があるため、水噴流衝突面で厚鋼板面を完全にカバーする必要はない。しかし、板上水は噴射された水噴流の減衰を生じさせ、この水噴流の厚鋼板表面への到達を阻害し冷却能力を低下させる懸念があるため、水噴流の広がりを狭くするなどの配慮が必要である。そこで、上面側のノズルボックスに配置されるスプレーノズルとしては、水噴流の広がり角度を０〜１００度としたフラットスプレーノズル、楕円型スプレーノズル、長円型スプレーノズル、水噴流の広がり角度を０〜４０度としたフルコーンスプレーノズル、あるいは多孔柱状スプレーノズルから選択使用し、水噴流の厚鋼板表面への到達力を大きくすることが有効である。
厚鋼板の下面側を冷却する場合には、冷却に寄与するのは、基本的には水噴流の衝突面のみであることから、下面側のノズルボックスに配置されるスプレーノズルとしては、上面側のノズルボックスで用いる多孔柱状スプレーノズルは水噴流の衝突面積を大きくする際には不利であるので用いない。すなわち、水噴流の広がり角度を０〜１００度としたフラットスプレーノズル、楕円型スプレーノズル、長円型スプレーノズル、水噴流の広がり角度を０〜４０度としたフルコーンスプレーノズルから選択使用し、水噴流の厚鋼板表面との衝突面の面積を大きくすることが有効である場合が多い。
【００１４】
なお、本発明で使用する各スプレーノズルは、複数種組み合わせ使用することもでき、上・下面側で同じ種類のものを対応させて配置することは必須要件ではない。例えば、搬送方向の最初の一列にフラットスプレーノズルを配置し、その後に複数のフルコーンスプレーノズル列を配置した場合では、フラットノズルで厚鋼板の幅方向の均一性と厚鋼板表面の急冷を行い、その後フルコーンノズルで均一性を確保しつつ、水噴流の衝突面積を大きくして、冷却能力を向上させるという考え方である。
なお、冷却に際して、表面温度を低下させてから冷却を行うことは、厚鋼板の冷却時の水の沸騰形態が膜沸騰・遷移沸騰領域から始まる場合に有利である。これは、一般に水で冷却を行う場合、厚鋼板表面温度と冷却能力（学術用語では熱流束などと称する）の関係では、熱流束はアルファベットのＮに似た形をしており、厚鋼板の表面温度が低下するとともに、冷却能力が向上する温度領域があることに起因している。このため、厚鋼板表面温度を低下させた方が冷却能力が高くなるのである。
【００１５】
このような冷却をフラットスプレーノズルだけで行う場合、厚鋼板表面温度を低下させた後、水噴流の衝突面積を大きくするためにはノズル数が多くなり不利である。また、フルコーンスプレーノズルとフラットスプレーノズルは、ノズルの水量が同じとしても、衝突面積が異なり、衝突面での水量密度はフラットスプレーノズルの方が設計上大きくしやすく、冷却能力の局所的拡大には有利である。このように、ノズルの特性を考慮してスプレーノズルを組み合わせた設計をすることが可能であり、有利な場合がある。
また、各スプレーノズルとその配置は、厚鋼板条件、圧延条件、圧延工程で求められる温度、形状条件に応じて予め設定された冷却条件に応じて決められるものであるが、厚鋼板の温度変動、冷却温度変動があるため、水流密度範囲を制御できるようにすることが好ましい。そのために、制御精度を確保しやすいスプレーノズルと配置を選択するとともに、温度計流量計などのセンサー、水量制御装置を配置することを考慮する。（請求項３の形態例に相当）。
【００１６】
また、各スプレーノズルを、水と空気を同時混合噴射できるような構造を有する二流体スプレーノズルとすることもできる。二流体スプレーノズルとした場合、水量の調整範囲が広く、また、水噴流の衝突力も調整しやすいので、冷却制御範囲を広くできる。
さらに、二流体スプレーノズルとした場合、水量を多く出す場合には、水だけでも充分に強い噴流を形成できるが、水量が低下すると衝突力が弱くなるという現象を緩和できるため、少ない水量領域のみで空気を噴射するという構成をとり空気を噴射するための経済的負担を軽減することが可能である。（請求項４の形態例に相当）。
【００１７】
上・下面側ともスプレーノズルを厚鋼板の幅方向に配列する場合の配置ピッチは、ノズルの種類によっても異なるが、基本的に好ましくは、ノズル本数は極力増加を抑える観点から、水噴流の衝突面が直接的に干渉しないように離して配置する。
また、スプレーノズルを厚鋼板の搬送方向に配列する場合、特に上面側で好ましくは、水噴流の干渉対流部が不均一に発生する懸念を解消するために、この搬送方向で隣接するスプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面が直接的に干渉しないように離して配置し、搬送方向で隣接するスプレーノズルからの水噴流を搬送方向から厚鋼板の搬送方向と直交する鉛直面（垂直面）に投影した場合に、搬送方向で隣接する水噴流の衝突面が厚鋼板表面の幅方向で、衝突面の面積の１０％〜７０％（相当）程度重なるように配置して、ノズルボックス単位で各スプレーノズルによる厚鋼板幅方向の水量密度の均一性を確実に保証することが好ましい。
なお、この重なり部による指標は、拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離領域の鋼板表面積に対する衝突面積の総和という面積率による指標とは異なるものであり、重なり部による指標も大きければ面積率による指標も大きくなる傾向があるが、これらは必ずしも一致しない。
【００１８】
スプレーノズルを厚鋼板の幅方向に配列する場合、特に上面側では、水噴流の干渉対流部が不均一に発生する懸念を解消するために、隣接するスプレーノズルからの水噴流の厚鋼板表面との衝突面が直接的に干渉しないように離して配置することが望ましい。下面側でのスプレーノズル配列については、水噴流の干渉対流部が不均一に発生する懸念は少ないので、厚鋼板の幅方向、搬送方向とも、隣接するスプレーノズルからの水噴流の衝突面が干渉するように配置しても問題はない。
上・下面側に使用する各スプレーノズルの種類（仕様）、数、配列は、厚鋼板のサイズ範囲（厚み・幅）、温度、冷却目標温度に応じて選択し、下面側に配置するスプレーノズルの配置領域は上面側のスプレーノズルの配置と板上水作用領域を考慮して冷却能力がバランスするように選択使用するものである。たとえば、ノズル数は上面側下面側での面の姿勢により変えるものではなく、選択したノズル種と衝突面積により決定されるものである。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の厚鋼板の冷却装置の実施例１について、図１〜図４に基づいて説明する。
図１は、本発明の厚鋼板の冷却装置を配置した仕上圧延機から厚鋼板の冷却装置までの厚鋼板製造設備配置例を示すものである。
ここでは、仕上圧延機１、熱間矯正装置３、拘束ロール対間（５１、５２間）に配置された冷却水を噴射する上面側ノズルボックス４ａと、下面側ノズルボックス４ｂからなる冷却装置４が、搬送方向に順次配置されている。実際には、拘束ロール５１、５２は、搬送方向に複数対配置され、上面側ノズルボックス４ａと下面側ノズルボックス４ｂは搬送方向に複数配置されたものであるが、ここでは、拘束ロール対間（ここでは５１、５２間）に配置された上面側ノズルボックス４ａと下面側ノズルボックス４ｂで代表説明する。
【００２０】
上面側ノズルボックス４ａは、より具体的には、図２に示すように、搬送方向の前後に配置された、上ロール５ａと下ロール５ｂからなる拘束ロール５１、５２間で拘束されて搬送される厚鋼板６の上面側に配置されるものであり、図４（ａ）に示すように、複数のフルコーンスプレーノズル７を厚鋼板６の幅方向と搬送方向に、それぞれ水噴流７ａの衝突面が、干渉しないように離して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板６の搬送方向には、７１、７２、７３、７４の４列のノズル列を配置しており、各列間では、図３に示すように、水噴流７ａを搬送方向から鉛直面に投影した場合に、搬送方向で隣接する、例えばノズル列７１と７２のフルコーンスプレーノズル７の水噴流７ａの衝突面間で、厚鋼板６表面の幅方向に衝突面の面積の３０％（相当）程度の重なり部ｄが形成されるように配置し、各ノズル列７１〜７４からの各フルコーンスプレーノズル７の水噴流７ａによる厚鋼板６幅方向の水量密度の均一化を図るようにしている。
この上面側ノズルボックス４ａで用いたフルコーンスプレーノズル７は、図５（ａ）に示すように、水噴流７ａの形状が円錐形で、厚鋼板６表面との衝突面が円形であり、水噴流７ａの広がり角度αが３５度のものである。
この図４（ａ）の上面側ノズルボックス４ａでは、各ノズル列７１〜７４の４列のノズル列を形成している各フルコーンスプレーノズル７の水噴流７ａの衝突面の面積の総和Ｓｏが、拘束ロール５１、５２の最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域における厚鋼板の面積Ｓ（Ｌａ×厚鋼板幅ｗ）の４０％になるように配置している。
【００２１】
一方、下面側ノズルボックス４ｂは、上面側ノズルボックス４ａと厚鋼板６を挟んで相対するように配置されるものであり、図４（ｂ）に示すように、上面側ノズルボックス４ａと同様の複数のフルコーンスプレーノズル８を厚鋼板６の幅方向に、それぞれ、水噴流８ａの衝突面が干渉しないように離して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板６の搬送方向には、８１〜８４の４列のノズル列を配置しており、各列間では、図４（ｂ）に示すように、水噴流８ａを搬送方向から鉛直面に投影した場合に、搬送方向で隣接する、例えばノズル列８１と８２のフルコーンスプレーノズル８の水噴流８ａの衝突面間で、厚鋼板６表面の幅方向に衝突面の面積の４０％（相当）程度の重なり部ｄが形成されるように配置し、各ノズル列８１〜８４からの各フルコーンスプレーノズル８の水噴流８ａによる厚鋼板６幅方向の水量密度の均一化を図るようにしている。
この下面側ノズルボックス４ｂで用いたフルコーンスプレーノズル８は、図５（ａ）に示すように、水噴流８ａの形状が円錐形で、厚鋼板６表面との衝突面が円形であり、水噴流８ａの広がり角度αが４０度のものである点で上面側ノズルボックス４ａの各フルコーンスプレーノズル７とは、若干異なるものである。
この図４（ｂ）の下面側ノズルボックス４ｂでは、各ノズル列８１〜８４の４列のノズル列を形成している各スプレーノズル８の水噴流８ａの衝突面の面積の総和Ｓｕが、拘束ロール５１、５２の最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域における厚鋼板６の面積Ｓ（Ｌａ×厚鋼板幅ｗ）の５０％になるように配置している。
この実施例１での上面側ノズルボックス４ａでは、各ノズル列７１〜７４の４列のノズル列を形成している各フルコーンスプレーノズル７の水噴流７ａの衝突面の面積の総和Ｓｏが、下面側ノズルボックス４ｂの各ノズル列８１〜８４の４列のノズル列を形成している各フルコーンスプレーノズル８の水噴流８ａの衝突面の面積の総和Ｓｕの８０％になるように各スプレーノズル７を配置している。
なお、本実施例による実験結果は後述する表１の実験例４に相当している。
【実施例２】
【００２２】
以下、本発明の厚鋼板の冷却装置の実施例２について、図６（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。
この実施例２は、実施例１と同様の厚鋼板製造設備で、上面側ノズルボックス４ａを、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例１と同様のフルコーンノズル７を同様に配置して形成しており、各フルコーンスプレーノズル７からの水噴流７ａの厚鋼板６との衝突面の面積の総和Ｓｏが、拘束ロール５１、５２の最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域における厚鋼板６の面積Ｓの４０％になるように配置したものである。
【００２３】
一方、下面側ノズルボックス４ｂは、上面側のノズルボックス４ａと厚鋼板６を挟んで相対するように下面側に配置されるものであり、長円型スプレーノズル９を、図６（ａ）、（ｃ）に示すように、長径方向を搬送方向に対して斜めにし隣接する水噴流９ａの厚鋼板６との衝突面が干渉しないように離して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板６の搬送方向には、複数の長円型スプレーノズル９からなる９１、９２、９３、９４の４列のノズル列を配置しており、各ノズル列間では、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、水噴流９ａを搬送方向から鉛直面（垂直面）に投影した場合に、搬送方向で隣接する、例えばノズル列９１と９２の長円型スプレーノズル９の水噴流９ａの衝突面間で、厚鋼板６表面の幅方向に、衝突面の面積の５０％（相当）程度の重なり部ｄを形成するように配置して、各ノズル列９１〜９４からの各長円型スプレーノズル９の噴射流９ａによる厚鋼板６幅方向の水量密度の均一化を図るようにしている。
【００２４】
この下面側ノズルボックス４ｂで用いた長円型スプレーノズル９は、図５（ｄ）に示すように、水噴流９ａ形状が略扇形状であり、厚鋼板６表面との衝突面は長円形のものであり、長径側の水噴流９ａの広がり角度εは８０度、短径側の水噴流９ａの広がり角度（θ）は２０度のものである。
この下側ノズルボックス４ｂでは、各ノズル列９１〜９４の各長円型スプレーノズル９からの水噴流９ａの衝突面の面積の総和Ｓｕは、拘束ロール５１、５２の最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域における厚鋼板６の面積Ｓの８０％になるように配置している。
この実施例２での上面側ノズルボックス４ａでは、各フルコーンノズル７からの水噴流７ａの厚鋼板６との衝突面の面積Ｓｏが、下面側ノズルボックス４ｂの各長円型スプレーノズル９からの水噴流９ａの厚鋼板６との衝突面の面積Ｓｕの５０％になっている。
なお、本実施例による実験結果は後述する表１の実験例５に相当している。
【実施例３】
【００２５】
以下、本発明の厚鋼板の冷却装置の実施例３について、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に基づいて説明する。
この実施例３は、実施例１、２と同様の厚鋼板製造設備で、上面側のノズルボックス４ａを、図７（ａ）に示すように、図５（ｃ）に示すような楕円型スプレーノズル１０を、図７（ｃ）に示すように、長径方向を厚鋼板６の幅方向に平行にし、搬送方向と厚鋼板６幅方向で隣接する楕円型スプレーノズル１０からの水噴流１０ａの衝突面が干渉しないように離して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板６の搬送方向には、複数の楕円型スプレーノズル１０からなる１０１、１０２、１０３、１０４の４列のノズル列を配置しており、この各ノズル列間では、図７（ｂ）に示すように、噴射流１０ａを搬送方向から鉛直面に投影した場合に、搬送方向で隣接する、例えばノズル列１０１と１０２の楕円型スプレーノズル１０の水噴流１０ａの衝突面間で、厚鋼板６表面の幅方向に、衝突面の面積の４０％（相当）程度の重なり部ｄを形成するように配置して、各ノズル列１０１〜１０４からの各楕円型ノズル１０の噴射流１０ａによる厚鋼板６幅方向の水量密度の均一化を図るようにしている。
【００２６】
なお、この上面側ノズルボックス４ａで用いた楕円型ノズル１０は、図５（ｃ）に示すように水噴流１０ａの形状が略扇形状であり、厚鋼板６表面との衝突面は楕円形のものであり、水噴流１０ａの長径側の広がり角度γは７０度、短径側の水噴流１０ａの広がり角度δは３０度のものである。
この上面側ノズルボックス４ａでは、各ノズル列１０１〜１０４の各楕円型ノズル１０からの水噴流１０ａの衝突面の面積の総和Ｓｏが、拘束ロール５１、５２の最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域における厚鋼板６の面積Ｓの８０％になるように各楕円型スプレーノズル１０を配置している。
【００２７】
一方、下面側ノズルボックス４ｂは、上面側のノズルボックス４ａと厚鋼板６を挟んで相対するように下面側配置されるものであり、上面側ノズルボックス４ａと同様、楕円型スプレーノズル１０を、長径方向を厚鋼板６の幅方向に平行にして厚鋼板６の幅方向と搬送方向に、それぞれ、水噴流の１０ａの衝突面が干渉するのを許容して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板６の搬送方向には、複数の楕円型ノズル１０からなる１０１、１０２、１０３、１０４の４列のノズル列を配置しており、各ノズル列間では、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、噴射流１０ａを搬送方向から鉛直面に投影した場合に、搬送方向で隣接する、例えばノズル列１０１と１０２の楕円型スプレーノズル１０の水噴流１０ａの衝突面間で、厚鋼板６の幅方向に衝突面の面積の４０％（相当）程度の重なり部ｄを形成するように配置して、各ノズル列１０１〜１０４からの各楕円型スプレーノズル１０の噴射流１０ａによる厚鋼板６幅方向の水量密度の均一化を図るようにしている。
【００２８】
この下面側ノズルボックス４ａで用いた楕円型スプレーノズル１０は、図５（ｃ）に示すように水噴流１０ａ形状が略扇形状であり、厚鋼板６表面との衝突面は楕円形のものであり、長径側の水噴流１０ａの広がり角度γは７０度、短径側の水噴流１０ａの広がり角度δは３０度のものである。
この下面側ノズルボックス４ｂでは、各ノズル列１０１〜１０４の各楕円型ノズル１０からの水噴流１０ａの衝突面の面積の総和Ｓｕと、拘束ロール５１、５２間の最も近い距離にあるロール外周面間距離（Ｌａ）領域における厚鋼板６の面積Ｓの１００％になるように配置している。
この実施例３での上面側ノズルボックス４ａでは、各楕円型スプレーノズル１０からの水噴流１０ａの厚鋼板６との衝突面の面積Ｓｏが、下面側ノズルボックス４ｂの各楕円型スプレーノズル１０からの水噴流９ａの厚鋼板６との衝突面の面積Ｓｕの９０％になるように各楕円型スプレーノズル１０を配置している。
なお、本実施例による実験結果は後述する表１の実験例６に相当している。
【００２９】
なお、上記の実施例１〜３では、図５（ａ）に示すフルコーンスプレーノズル、（ｃ）に示す楕円型スプレーノズル、（ｄ）に示す長円型スプレーノズルを用いたが、（ｂ）に示すフラットスプレーノズルや、（ｅ）に示す多孔柱状スプレーノズルなど、充分な噴射圧力と噴射量（水量密度）を制御可能なスプレーノズルを選択使用することができる。  また、図８に示すように、例えば図５（ｂ）に示すような水噴流形状１５ａを有するフラットスプレーノズル１５と、図５（ａ）に示すような水噴流形状７ａを有するフルコーンスプレーノズル７とを組み合わせ使用することもできる。図８では、上面側ノズルボックス４ａの場合で示したが、下面側ノズルボックス４ｂの場合でも、同様に各種のスプレーノズルを任意に組み合わせ使用することもできる。
【００３０】
［実験例］
図１で示したような設備配置例にして、各拘束ロール対間に配置した上面側ノズルボックス４ａと下面側ノズルボックス４ｂを、厚鋼板６の搬送方向に１０対配置してなる厚鋼板冷却装置において、上面側・下面側のノズルボックス４ａ、４ｂのスプレーノズルの種類、ノズル仕様、ノズル数、配置条件、組み合わせ条件、厚鋼板６の表面積Ｓに対するノズルからの水噴流の衝突面の面積の比率Ｓｏ／Ｓ、Ｓｕ／Ｓ、Ｓｏ／Ｓｕを変更した本発明の各実施例（実施例１〜３のようなスプレーノズル配置例による実施例を含む）について、冷却水による厚鋼板の冷却実験を行った。
この実験では、厚鋼板６の品質を左右する形状不良や材質不均一などを評価するために、（１）厚鋼板幅方向温度の均一性、（２）板厚方向温度の均一性、（３）冷却目標温度との差の３点を評価指標とした。その結果を、Ｓｏ／Ｓ、Ｓｕ／Ｓ、Ｓｏ／Ｓｕの範囲が本発明の範囲外になる比較例の場合とともに表１に示す。
比較例は、本発明で規定する範囲の一部を満足するが、全ての範囲は満足しない例である。実験条件は、下記のとおりであり、比較例の実験条件は本発明の実験例と同じにした。
（１）厚鋼板幅方向温度の均一性については、冷却直後の厚鋼板６の搬送方向の先尾端１ｍを除き、さらに幅方向の両端部各１００ｍｍを除いた領域で、厚鋼板６の上・下面の幅方向の温度偏差の平均値で示したものである。表１では幅均一目標温度とし、ここでは３０℃に設定した。
（２）板厚方向温度の均一性については、冷却直後の厚鋼板６上下面の幅方向中央部の温度差（上面温度−下面温度）の平均値を示したものである。表１では上下均一目標温度とし、ここでは２０℃に設定した。
（３）冷却目標温度との差については、冷却直後の厚鋼板６上面の幅方向中央部の温度の平均値と冷却目標温度との差（実績温度−目標温度）を示したものである。表１では負の値になる場合は冷却能力が低く、正の値になる場合は冷却能力が高いことを示す。
【００３１】
（実験条件）
厚鋼板
板厚：２５ｍｍ
板幅：４０００ｍｍ
温度：８００℃
冷却目標温度：５００℃
冷却時間：１０秒
各拘束ロール
ロール径：３５０ｍｍ
ロール中心間距離（Ｌ）：１０５０ｍｍ
ロール外周面間距離（Ｌａ）：７００ｍｍ
搬送速度：７０ｍ／分
各上面側ノズルボックス
水量密度：１．０ｍ３／ｍ２／分
噴射圧  ：０．２ＭＰａ
各下面側ノズルボックス
水量密度：１．２ｍ３／ｍ２／分
噴射圧  ：０．２ＭＰａ
【００３２】
【表１】
2006035311.tif 000003
【００３３】
表１に示すように、本発明の条件（特に請求項１、２）を満足する実験例１〜７では、最終のノズルボックス出側の拘束ロール５２を通過して５秒後の厚鋼板６の上面側の温度と下面側の温度を測定したところ、上記（１）厚鋼板幅方向温度の均一性、（２）板厚方向温度の均一性の２点の評価指標をいずれも満足しており、反りや残留応力の極めて小さい、形状、材質ともに均一性に優れた、十分に満足できる厚鋼板６を得ることができた。  なお、冷却後の厚鋼板６の平均温度（上・下面の幅方向中央部温度の平均値）は、冷却目標温度に対して、±３０℃の範囲内にあり、十分に満足できる冷却を実現できた。これに対して、本発明の条件を一部を満足し、全部（特に請求項１、２）の条件を満足しない比較例１〜８では、（１）、（２）の双方、または一方を満足することができず、形状、材質ともに、満足できる均一性に優れた厚鋼板６は得ることができなかった。なお、冷却後の厚鋼板６の平均温度は、冷却目標温度に対して、（−）側で３０℃を超え、十分な冷却能力を確保できないものもあった。
【００３４】
本発明は、上記の各実施例の内容に限定されるものではない。例えば上面側ノズルボックスと下面側ノズルボックスの搬送方向の配置数、各ノズルボックスを構成する各スプレーノズルの種類（構造）や仕様、配置（数、配列）条件、各ノズル列からの水噴射条件、拘束ロールの径、配置条件などについては、対象厚鋼板のサイズ（特に厚み）温度、搬送速度、目標冷却温度、冷却時間、冷却速度などに応じて、上記請求項の範囲内で変更のあるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の厚鋼板冷却装置を配置する設備配置例を側面説明図で模式的に説明する図。
【図２】本発明の厚鋼板冷却装置の実施例１を一部拡大側面説明図で模式的に説明する図。
【図３】図２の一部拡大正面説明図で模式的に説明する図。
【図４】（ａ）図は、図２、図３の上面側ノズルボックスの平面説明図で、模式的に説明する図、（ｂ）図は、図２、図３の下側ノズルボックスの下方から見た平面説明図で模式的に説明する図。
【図５】本発明の厚鋼板冷却装置で用いる各種スプレーノズル例を立体説明図または側面説明図で模式的に説明する図。
【図６】（ａ）図は、本発明の厚鋼板冷却装置の実施例２を一部拡大側面説明図で模式的に説明する図、（ｂ）図は、（ａ）図の正面説明図で模式的に説明する図、（ｃ）図は、（ａ）図、（ｂ）図の下側ノズルボックスの下方から見た平面説明図で模式的に説明する図。
【図７−１】（ａ）図は、本発明の厚鋼板冷却装置の実施例３を一部拡大側面説明図で模式的に説明する図、（ｂ）図は、（ａ）図の正面説明図で、模式的に説明する図。
【図７−２】（ｃ）図は、図７（ａ）図、（ｂ）図の上面側ノズルボックスの平面説明図で、模式的に説明する図、（ｄ）図は、図７（ａ）図、（ｂ）図の下側ノズルボックスの下方から見た平面説明図で、模式的に説明する図。
【図８】本発明の本発明の厚鋼板冷却装置の他の実施例（スプレーノズル組み合わせ使用例）を示す平面説明図で、模式的に説明する図。
【図９】従来の鋼板冷却装置例を側面説明図で模式的に説明する図。
【図１０】従来の他の鋼板冷却装置例を側面説明図で模式的に説明する図。
【図１１】図１０の従来の鋼板冷却装置例における冷却領域例とノズル配置例を模式的に説明する図。
【図１２】ノズルの衝突圧力分布の例と冷却能力の関係を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１    仕上圧延機                      ２    欠番
３    熱間矯正装置                    ４    冷却装置
４ａ  上面側ノズルボックス            ４ｂ  下面側ノズルボックス
５１、５２  拘束ロール                  ５ａ  上ロール
５ｂ  下ロール                        ６    厚鋼板
７    フルコーンスプレーノズル
７ａ  水噴流                          ７１〜７４    ノズル列
８    フルコーンスプレーノズル        ８ａ  水噴流
８１〜８４    ノズル列                  ９    長円型スプレーノズル
９ａ  水噴流                          ９１〜９４    ノズル列
１０    楕円型スプレーノズル            １０ａ  水噴流
１０１〜１０４    ノズル列              １１    特許文献１の上ノズル口
１１ｓ  特許文献１の上ノズル列        １２    特許文献１の下ノズル口
１２ｓ  特許文献１の下ノズル列
１３１〜１３６  特許文献２の上面側注水ノズル列
１４１〜１４６  特許文献２の下面側注水ノズル列
１５    フラットスプレーノズル        １５ａ  水噴流
Ｌ    拘束ロール対間中心間距離
Ｌａ  拘束ロール対間で最も近い距離にあるロール外周面間距離
Ｗ    厚鋼板幅
【図１】
2006035311.tif 000004
【図２】
2006035311.tif 000005
【図３】
2006035311.tif 000006
【図４】
2006035311.tif 000007
【図５】
2006035311.tif 000008
【図６】
2006035311.tif 000009
【図７−１】
2006035311.tif 000010
【図７−２】
2006035311.tif 000011
【図８】
2006035311.tif 000012
【図９】
2006035311.tif 000013
【図１０】
2006035311.tif 000014
【図１１】
2006035311.tif 000015
【図１２】
2006035311.tif 000016