(57)【要約】【課題】熱間圧延された高温厚鋼板を冷却するに際し、その板幅方向両端部の過冷却を防止し、冷却むらの生ずることなく均一に厚鋼板を冷却することができる、厚鋼板の冷却装置および冷却方法を提供する。【解決手段】上部スリットノズル４から噴射された冷却水の内、厚鋼板１の幅方向両端部への冷却水はマスキング板６に衝突し、水流を乱すことなく噴射角度を上向きに変えるので、その着水位置が、厚鋼板１の幅方向中央部への冷却水の着水位置より下流側に移動する。それにより、厚鋼板幅方向両端部の冷却量を厚鋼板幅方向中央部の冷却量と見合うようにでき、その結果、幅方向に均一な温度分布の厚鋼板が製造可能となる。【選択図】図１
2006212666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚鋼板の上面側の冷却水ノズルとして、厚鋼板上面に対して所定の噴射角度を有するスリットノズルを備えた厚鋼板の冷却装置において、前記スリットノズルの噴射口からの噴射方向に対して所定の向きに、前記スリットノズルの幅方向の所定距離を遮蔽する遮蔽部材を設け、該遮蔽部材に前記スリットノズルから噴射された冷却水を衝突させて、その冷却水の噴射角度を変更することによって、前記スリットノズルから噴射された冷却水の厚鋼板への着水位置を厚鋼板の幅方向で異なるようにしていることを特徴とする厚鋼板の冷却装置。
【請求項２】
前記スリットノズルの厚鋼板上面に対する噴射角度θ１は、５°≦θ１≦５０°であり、前記スリットノズルの噴射方向と冷却水が衝突する前記遮蔽部材の衝突面とのなす角θ３は、０°＜θ３＜４０°である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】
前記遮蔽部材は、前記スリットノズルの幅方向で遮蔽する距離を変更可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の厚鋼板の冷却装置。
【請求項４】
前記遮蔽部材の衝突面が前記スリットノズルの噴射方向となす角θ３は可変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厚鋼板の冷却装置。
【請求項５】
前記遮蔽部材の厚鋼板長手方向長さが、前記スリットノズルのスリット厚みの１０倍以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の厚鋼板の冷却装置。
【請求項６】
厚鋼板を上下で拘束する１対の拘束ロールが複数組設けられ、前後の１対の拘束ロールで仕切られて構成された冷却ゾーン毎にスリットノズルと前記遮蔽部材を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の厚鋼板の冷却装置。
【請求項７】
前記遮蔽部材の衝突面の角度を所定角度に設定することにより、冷却水が拘束ロールを乗り越えないようにしていることを特徴とする請求項６に記載の厚鋼板の冷却装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の厚鋼板の冷却装置を用い、前記遮蔽部材によって、前記スリットノズルから噴射される冷却水の厚鋼板への着水位置を、鋼板幅方向両端部への着水位置が鋼板幅方向中央部への着水位置よりも下流側になるようにすることで、鋼板幅方向両端部の冷却量を制御することを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
【請求項９】
請求項６に記載の厚鋼板の冷却装置において、前記遮蔽部材が前記スリットノズルの幅方向に遮蔽する距離を変更可能にするとともに、冷却前の厚鋼板の幅方向温度分布を測定し、その幅方向温度分布から、鋼板幅方向中央部に対する鋼板幅方向端部の温度降下量および温度降下範囲を演算し、その演算結果に基づいて、各冷却ゾーン毎に遮蔽部材が前記スリットノズルの幅方向に遮蔽する距離を設定することを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚鋼板の冷却装置および冷却方法に関し、より詳しく言及すれば、制御冷却後の厚鋼板幅方向の温度偏差を解消して均一に冷却することができる厚鋼板の冷却装置および冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、熱間圧延された高温（７００〜９００℃）の厚鋼板は、所定の材質特性を得るため、又は生産能率を向上させるために、熱間圧延後にオンラインで制御冷却される。この方法により、種々の添加元素を増加させなくても、高強度、高靭性といった材質特性が得られ、低合金成分であるため溶接性にも優れた厚鋼板を安価に製造可能となる。
【０００３】
圧延後の高温の厚鋼板をオンラインで搬送しながら冷却する手段としては、冷却装置内に搬送される厚鋼板の上下面に対し、その板幅方向に冷却水ノズルを配置し、冷却水を噴射して冷却する方法が一般的である。
【０００４】
その際に、制御冷却後の鋼板内温度偏差が大きいと、鋼板歪み、残留応力、材質のバラツキなどの発生や、鋼板歪みによる操業上のトラブルが生じることがある。厚鋼板が変形した場合には、精整工程においてプレスや矯正機等による成形作業が必要になるために、コスト高になることが避けられない。更に、製品となった厚鋼板は、二次加工工程として条切りされる場合があるが、板内に残留応力があると、条切り後の鋼板幅方向変形量（条切りキャンバー）が大きくなり、再度矯正する工程が必要となるなど、二次加工工程においても、取り扱いが高負担になる。
【０００５】
厚鋼板を強冷却するための冷却水供給手法としては、図１４に示す（ａ）円管ジェット、（ｂ）フラットスプレイ、（ｃ）スリットラミナーが一般的である。（ａ）円管ジェットおよび（ｂ）フラットスプレイの場合、冷却水衝突部分の冷却能力は非常に高いが、２ｍ〜５ｍといった広い幅の厚鋼板を均一に冷却するためには、多数のノズルを高密度で配置する必要がある。したがって、大量の水量が必要になるし、メンテナンス性も悪い。これに対し、（ｃ）スリットラミナーの場合は、幅方向の均一性が制御しやすいのが特徴である。特に上面冷却においては、（ｄ）のように、スリットノズルを厚鋼板に対して所定の角度だけ傾斜させて噴射することにより、少ない水量であっても広範囲にわたって均一に強冷却することが可能である。この冷却方法の特徴としては、スリットノズルと厚鋼板を近接化させること、衝突点における衝突力が非常に大きいことが挙げられる。
【０００６】
しかし、スリットラミナー等のように均一に強冷却することが可能な冷却方法を用いたとしても、厚鋼板幅方向端部では、厚鋼板中央部よりも温度が低い現象が見られる。この厚鋼板幅方向端部の過冷現象は、以下に示す３つの原因が考えられている。
【０００７】
（１）圧延中の空冷に起因したもの
一般的な圧延プロセスで厚鋼板を製造すると、圧延している段階において厚鋼板の四周部では厚鋼板の上下面からの空冷に加え、厚鋼板の側面からも空冷されるため、厚鋼板の中央部と比較して温度が低くなる。また、そのような厚鋼板を制御冷却した場合、冷却で厚鋼板全面にわたって均一な冷却能力で冷却したとしても、冷却前にすでに厚鋼板の四周部が厚鋼板の中央に比べて過冷却となっているため、冷却後もこの温度分布は保持される。
【０００８】
（２）水冷中の沸騰現象に起因したもの
冷却前に鋼板内に温度偏差がある状態で厚鋼板の冷却を行った場合、温度偏差は拡大することがある。図１５に、厚鋼板の表面温度が７００℃以上の高温の厚鋼板を冷却する際の、厚鋼板の表面温度と熱流束（単位面積、単位時間当たりの抜熱量：冷却能力）を示す。厚鋼板表面温度が高い状態では膜沸騰、厚鋼板表面温度が低い状態では核沸騰、その中間の領域では遷移沸騰となっている。核沸騰あるいは膜沸騰の状態では、厚鋼板表面温度が高いほど熱流束が高く、厚鋼板表面温度が低いほど熱流束が低くなっている。したがって、鋼板内に温度偏差があっても、表面温度が高い部位は冷えやすく、表面温度が低い部位は冷えにくいため、温度偏差は縮小する。逆に、遷移沸騰の状態では、表面温度が高い部位は冷えにくく、表面温度が低い部位は冷えやすいため、温度偏差は拡大することがわかる。厚鋼板表面温度と熱流束の関係は、冷却水量密度によって上昇および下降しうるが、一般的な制御冷却では、このような沸騰状態のうち遷移沸騰が発生する冷却水量密度で冷却することが多いため、冷却後の厚鋼板内の温度偏差を拡大させている場合が多い。
【０００９】
（３）厚鋼板の上面における排水に起因したもの
厚鋼板を水平状態にして冷却した場合、厚鋼板の上部では、冷却水は外周方向に流れて鋼板端部より落下する。そのため、厚鋼板上面の端部では、厚鋼板の上部に設置されたノズルより噴射される冷却水に加えて、厚鋼板に排水される冷却水によって冷却がなされるため、鋼板上面端部の被水量が多くなり、冷却速度が大きくなる。なお、厚鋼板の下面では、衝突した冷却水は速やかに落下するため、このような現象は発生しない。
【００１０】
上述したような３つのメカニズムから、制御冷却後の厚鋼板端部は、中央部に比べて温度が低下する。この問題を解決し、高温の厚鋼板を均一に冷却するための装置や方法が従来から種々提案されており、以下の通り開示されている。
【００１１】
特許文献１に開示された方法は、図１６に示すように、熱間圧延した鋼板６１の上面に向けたスリットノズル６４の噴射口付近に、スリットノズル６４から一定間隔をあけ、鋼板幅方向に位置する水流制御体６６がスリットノズル６４の長さ方向に移動するように設けられており、この水流制御体６６が流線形状をしているため、水流を乱すことなく、鋼板両端部への冷却水を排除するものである。
【００１２】
特許文献２に開示された方法は、図１７に示すように、熱間圧延した鋼板７１の上面に向けた冷却水用スリットノズル７４の噴射口下部に設けられた気体噴射用スリットノズル７７から空気７９を噴射しているため、冷却水７８がこの噴射空気７９によって持ち上げられて運ばれ、冷却水７８の鋼板上面における着水位置をノズル位置より遠ざけることで冷却水の滞留する区間Ｌ’を短くし、冷却能力を制御するものである。
【００１３】
特許文献３に開示された方法は、図１８に示すようにスプレイノズルを用いた制御冷却前の予備冷却が目的ではあるが、冷却装置の上流側の鋼板パスライン上下面に、熱間圧延した鋼板８１の表面に冷却水を噴出する幅方向のスプレイヘッダ８８と、スプレイヘッダ８８と鋼板８１間に設けた平面形状が幅方向中央部に頂辺を有する台形状のマスキング板８７により、鋼板幅方向両端部の冷却域Ｗが所望の広さになるように鋼板通板方向におけるスプレイヘッダ８８と遮蔽板８７との間の相対的位置を調整した後、熱間圧延鋼板の幅方向両端部を冷却するものである。
【００１４】
特許文献４に開示された方法は、図１９に示すように、鋼板９１の板幅方向端部の位置に、前記鋼板９１の上下表面に流水減速部材あるいはブラシ９３を取り付けたマスキング板９２を配置して冷却する方法であり、鋼板９１とマスキング板９２との隙間に浸入する流水の流速を遅らせ、このマスキング板９２を冷却中に間欠的に使用することで鋼板板幅方向端部の冷却量を制御するものである。
【特許文献１】特開平１０−２１６８２４号公報
【特許文献２】特開平１０−２９１０１９号公報
【特許文献３】特開２０００−１９２１４６号公報
【特許文献４】特開２００２−２６３７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところが、特許文献１に開示された方法では、水流制御体が流線形状であろうとなかろうと、水流制御体によって遮蔽した区間しか水切りできないため、水流制御体は遮蔽させたい分の幅にしなければならない。したがって、マスキング部分の重量が非常に重くなるとか、剛性の高い部材が必要となるとか、メンテナンスが頻繁に必要になるなど、構造上の問題が多かった。また、水流制御体を流線形状にしても、水流制御体に衝突した冷却水の一部がそのまま直下の鋼板上面に飛散してしまい、水流を遮蔽する意味がなくなってしまう。
【００１６】
特許文献２に開示された方法では、冷却水用スリットノズル下部に設けられた気体噴射用スリットノズルからの噴射空気によって、冷却水の水流が乱れてしまい、鋼板幅方向の均一性が悪化すること、また、経済的な噴射空気量で制御できる冷却水の着水位置範囲が非常に狭いということがわかった。また、厚鋼板に対してある角度を設けたスリットノズルで冷却する場合、ノズルを厚鋼板上面に近接させる必要があるため、気体噴射用ノズルは非常に入れにくいという問題がある。
【００１７】
特許文献３に開示された方法では、マスキング板によって、単純にスプレイノズルから噴射される冷却水の直接の衝突は回避できるものの、高温鋼板上面に乗った冷却水がマスキング板との間の隙間に浸入し、鋼板幅方向両端部から流出して幅方向側面を冷却してしまうため、端部過冷却を防止するには至らない。また、マスキング板が広い面積でスプレイノズルからの衝突噴流圧力を受けるため、変形を考慮すれば相当な剛性をもつ装置にせざるを得ず、スプレイノズルと鋼板との距離を離さなくてはならなくなり、高温鋼板を幅方向均一に強冷却する目的で一般的に行われるノズル近接化の観点で不利である。
【００１８】
特許文献４に開示された方法では、上記特許文献１、２等の問題を解決するため、マスキング板の鋼板側表面にブラシ等の流水減速部材を導入し、このマスキング板を冷却中に間欠的に使用することで、鋼板幅方向端部の温度降下量コントロールを実施している。これらの目的でブラシ等の流水減速部材を使用するに際し、種々の方法で鋼板表面の保護に努めてはいるが、これらがほぼ鋼板に接触するように設置されるため、否応無く鋼板表面のスケールを部分的に剥がしてしまって鋼板表面外観が悪化することは想像に難くない。さらに、鋼板幅方向表面性状（スケール厚みおよび粗さ）がバラつくことによって、鋼板の被冷却特性も変化してしまい、幅方向温度分布を均一にするどころか、逆に温度偏差がつきやすくなる。また、ブラシ等の流水減速部材によって蒸気が発生すると、このマスキング板を冷却中間欠的に用いるとしても、鋼板幅方向端部は常に蒸気膜が存在する沸騰状態になり、冷却後の幅方向温度制御性は格段に悪化する。
【００１９】
このように、従来技術では、鋼板板幅方向両端部の過冷却を適確には防止することができず、場合によっては、製品である厚鋼板表面性状を余計に悪化させる可能性があった。したがって、冷却後の厚鋼板に、変形、残留応力、材質のバラツキなどの発生や、厚鋼板の変形による操業上のトラブル等の発生を防止することができなかった。
【００２０】
本発明の目的は、上述した問題を解決し、熱間圧延された高温厚鋼板を冷却するに際し、その板幅方向両端部の過冷却を防止し、冷却むらの生ずることなく均一に厚鋼板を冷却することができる、厚鋼板の冷却装置および冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。
【００２２】
［１］厚鋼板の上面側の冷却水ノズルとして、厚鋼板上面に対して所定の噴射角度を有するスリットノズルを備えた厚鋼板の冷却装置において、前記スリットノズルの噴射口からの噴射方向に対して所定の向きに、前記スリットノズルの幅方向の所定距離を遮蔽する遮蔽部材を設け、該遮蔽部材に前記スリットノズルから噴射された冷却水を衝突させて、その冷却水の噴射角度を変更することによって、前記スリットノズルから噴射された冷却水の厚鋼板への着水位置を厚鋼板の幅方向で異なるようにしていることを特徴とする厚鋼板の冷却装置。
【００２３】
［２］前記スリットノズルの厚鋼板上面に対する噴射角度θ１は、５°≦θ１≦５０°であり、前記スリットノズルの噴射方向と冷却水が衝突する前記遮蔽部材の衝突面とのなす角θ３は、０°＜θ３＜４０°であることを特徴とする前記［１］に記載の厚鋼板の冷却装置。
【００２４】
［３］前記遮蔽部材は、前記スリットノズルの幅方向で遮蔽する距離を変更可能であることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の厚鋼板の冷却装置。
【００２５】
［４］前記遮蔽部材の衝突面が前記スリットノズルの噴射方向となす角θ３は可変であることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の厚鋼板の冷却装置。
【００２６】
［５］前記遮蔽部材の厚鋼板長手方向長さが、前記スリットノズルのスリット厚みの１０倍以上であることを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の厚鋼板の冷却装置。
【００２７】
［６］厚鋼板を上下で拘束する１対の拘束ロールが複数組設けられ、前後の１対の拘束ロールで仕切られて構成された冷却ゾーン毎にスリットノズルと前記遮蔽部材を備えていることを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載の厚鋼板の冷却装置。
【００２８】
［７］前記遮蔽部材の衝突面の角度を所定角度に設定することにより、冷却水が拘束ロールを乗り越えないようにしていることを特徴とする前記［６］に記載の厚鋼板の冷却装置。
【００２９】
［８］前記［１］〜［７］のいずれかに記載の厚鋼板の冷却装置を用い、前記遮蔽部材によって、前記スリットノズルから噴射される冷却水の厚鋼板への着水位置を、鋼板幅方向両端部への着水位置が鋼板幅方向中央部への着水位置よりも下流側になるようにすることで、鋼板幅方向両端部の冷却量を制御することを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
【００３０】
［９］前記［６］に記載の厚鋼板の冷却装置において、前記遮蔽部材が前記スリットノズルの幅方向に遮蔽する距離を変更可能にするとともに、冷却前の厚鋼板の幅方向温度分布を測定し、その幅方向温度分布から、鋼板幅方向中央部に対する鋼板幅方向端部の温度降下量および温度降下範囲を演算し、その演算結果に基づいて、各冷却ゾーン毎に遮蔽部材が前記スリットノズルの幅方向に遮蔽する距離を設定することを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、上記手段を有するので、高温厚鋼板の制御冷却後の幅方向両端部温度低下を防ぎ、幅方向温度を均一に冷却することができる。したがって、形状、残留応力、材質のバラツキなどを低減し厚鋼板の変形による精整工程負荷の大幅な軽減を可能とすると同時に、高付加価値を有する製品の製造を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の一実施形態を図面を参照しながらを説明する。
【００３３】
図１に、本発明の一実施形態に係る厚鋼板の冷却装置の概略図を示す。
【００３４】
この冷却装置では、熱間圧延後、冷却装置内に搬送されてきた厚鋼板１を挟んで、その上下に一対の拘束ロール２、３が搬送方向に複数組設けられ、前後一対の拘束ロール２、３によって仕切られて各冷却ゾーンが構成されている。各冷却ゾーン毎に、厚鋼板上面側には、厚鋼板搬送方向の上流側ロールから下流側ロールに向けた冷却水用スリットノズル４が設けられ、厚鋼板下面側には、円管ノズル５が板幅・長手方向に一定ピッチで複数個設けられている。そして、スリットノズル４の下端部の、スリットノズル４の噴射口から所定間隔あけた位置に、スリットノズル４の幅方向両端部の所定距離を遮蔽する遮蔽部材（マスキング板）６が設けられている。このマスキング板６は、マスキング板駆動装置７によって厚鋼板幅方向に移動することが可能で、遮蔽する距離を適宜変更することができるようになっている。
【００３５】
これによって、冷却装置内に搬送されてきた厚鋼板１に対し、上部スリットノズル４から搬送方向に向けて冷却水を噴射することで厚鋼板１の上面は幅方向で均一に冷却され、下部円管ノズル５から噴射された円管ジェットによって厚鋼板１の下面は幅方向で均一に冷却される。その際、下面側の冷却水は、重力によって厚鋼板１に接触後すぐに落下するので、排水が冷却に悪影響を及ぼすことはない。一方、厚鋼板１の上面に供給された冷却水は大半が鋼板幅方向端部より排水されるが、厚鋼板１の幅方向両端部に向けて噴射された冷却水はマスキング板６に衝突し、水流を乱すことなく噴射角度を上向きに変えるので、その着水位置が、厚鋼板１の幅方向中央部への冷却水の着水位置より下流側に移動する。それにより、厚鋼板幅方向両端部の冷却量を厚鋼板幅方向中央部の冷却量と見合うようにでき、その結果、幅方向に均一な温度分布の厚鋼板が製造可能となる。
【００３６】
図２は、この冷却装置の各冷却ゾーンにおける上拘束ロール２、上部スリットノズル４、マスキング板６の位置関係の概略を示す図である。
【００３７】
スリットノズル４は、噴射口が前方の上拘束ロール２ｂから距離Ｌの位置に設けられており、厚鋼板１に対してθ１傾けられている。一方、上部スリットノズル４の噴射口に近接して設けられている冷却水が衝突するマスキング板６の衝突面は、厚鋼板１に対してθ２だけ傾けて設置してある。噴射後の冷却水は広がる前にマスキング板６に衝突させるのが望ましく、上部スリットノズル４の噴射口からマスキング板６との距離を、スリット厚みの２０倍以内にするのが望ましい。
【００３８】
そして、マスキング板６に衝突しない冷却水流９によって冷却される厚鋼板中央部に対して、厚鋼板両端部は、マスキング板６に衝突して着水位置が下流側に移動した冷却水流８によって冷却されるため、冷却される厚鋼板長手方向の範囲を大幅に狭めることもできる。なお、マスキング板６の角度θ２を変更ができるようにすれば、着水位置を調整することができ、冷却能力の制御範囲が非常に広くなる。
【００３９】
図３に、スリットノズル４の噴射口１０より噴射された冷却水が厚鋼板に衝突する際の水流の概略図を示す。冷却水を一方向に均一に流すためには、スリットノズル４の傾斜角度（噴射角度）θ１は、できるだけ小さいことが望ましい。角度θ１が大きくなる（スリットノズルの傾斜角度が垂直に近づく）と、噴射口１０から噴射された水流（水量Ｑ）は、厚鋼板に衝突後、冷却水を流下させたい方向の水流（流量Ｑ１）とその逆方向の水流（流量Ｑ２）に分流する。この流量Ｑ２をできるだけ小さくするべく、スリットノズル４の傾斜角度θ１の最適な設定方法について実験的に検討することにした。その結果、一般的に知られる流体の運動量の法則に則ることがわかった。即ち、流量Ｑ２は下記の式（１）によって表すことができる。
【００４０】
Ｑ２＝Ｑ（１−ｃｏｓθ１）／２  ・・・・・・（１）
また、スリットノズル４の噴射口１０先端から厚鋼板上の衝突点までの水平方向距離Ｓは、スリットノズル４の噴射口１０先端の厚鋼板からの高さｈを用いて次式の通り表せる。
【００４１】
Ｓ＝ｈ／ｔａｎθ１  ・・・・・・（２）
図４は、式（１）によって得られる上部スリットノズル４の傾斜角度θ１と分流後の流量比Ｑ２／Ｑとの関係、および式（２）によって求めた、ｈ＝２０ｍｍと５０ｍｍとした際のノズル先端から厚鋼板上の衝突点までの距離Ｓを示す図である。分流後の流量比Ｑ２／Ｑはθ１が増加するに伴って増加する関係にあり、厚鋼板が冷却水の噴射方向に搬送されることも考慮し、Ｑ２／Ｑが２０％以下となるようにθ１を５０°以下に設定するのが望ましい。一方、θ１が減少するに伴って距離Ｓが長くなるが、スリットノズル４をいくら厚鋼板に近接させてもθ１が５°未満となるのは現実的ではない。したがって、５°≦θ１≦５０°に設定するのが望ましい。さらに水流を安定させるには、１０°≦θ１≦４０°に設定するのが望ましい。
【００４２】
水流を乱さずに冷却水を遮蔽するためには、図５に示すような、上部スリットノズル４の噴射方向と冷却水が衝突するマスキング板６の衝突面とのなす角θ３の設定が重要である。即ち、マスキング板６を図６に示すように、角度θ２を９０°に設定してしまうと、θ３が非常に大きくなって、マスキング板６に衝突して分流した冷却水が、厚鋼板中央部での冷却水の着水位置よりも上流側に冷却水が落下してしまい、冷却ムラを発生させてしまうことは想像に難くない。
【００４３】
マスキング板６に衝突後、冷却水を流下させたい方向の逆方向に分流する水流の流量Ｑ２は、式（１）と同様に、次の式（３）および式（４）よって表すことができる。
【００４４】
Ｑ２＝Ｑ（１−ｃｏｓθ３）／２  ・・・・・・（３）
θ３＝θ１＋θ２                ・・・・・・（４）
図７は、式（３）によって得られる上部スリットノズル４とマスキング板６とのなす角θ３と、分流後の流量比Ｑ２／Ｑとの関係を示す図である。図７に示すように、θ３の増加に伴って、Ｑ２／Ｑも増加する関係となり、θ３＞０°の範囲では少なからず流量Ｑ２が発生することがわかる。Ｑ２の冷却に対する影響は、上部スリットノズル４の形態や冷却水量によって変化するが、マスキング板６が図５のように単純な平板形状である場合、多くても流量Ｑ２は投入水量Ｑの１０％以下にするためには、０°＜θ３＜４０°とするのが望ましい。
【００４５】
しかしながら、冷却装置の構成によっては、θ３を上記の範囲に設定できない場合、あるいは、流量Ｑ２をさらに低減させなくてはならない場合がある。したがって、その場合には、図８に示すところの、上部スリットノズルの噴射口１０の下端とマスキング板６の距離（上部スリットノズル噴射口下端から鉛直方向直下のマスキング板までの距離）を、図２のマスキング板６のように可能な限り短くして設置したり、図９のマスキング板６のように、上部スリットノズルから噴射される冷却水を衝突面に導くような形状のマスキング板にしたり、図１０のように、マスキング板６の片側に、分流後の水流Ｑ２だけを逃す樋を設け、それを鋼板幅方向に傾斜させて、冷却装置外に排水する構造とすることによって、厚鋼板１上への不要な冷却水の落下を防止することが望ましい。
【００４６】
また、図１１に示すところの、マスキング板を設けて冷却水の噴射角度を変更した時の上部スリットノズル４から噴射される冷却水の水流の厚鋼板上面からの飛行高さｙ[ｍ]および水流の飛行距離ｘ[ｍ]は、吐出口平均流速Ｖ０[ｍ／ｓ]、マスキング板（冷却水衝突面）の厚鋼板上面からの高さＨ[ｍ]、水流の飛行時間ｔ[ｓｅｃ]、重力加速度ｇ[ｍ／ｓｅｃ2]によって、次式（５）、（６）で表すことができることを発明者らは実験的に確認した。
【００４７】
ｙ＝−ｇｔ2／２＋Ｖ０ｓｉｎθ２・ｔ＋Ｈ  ・・・・・・（５）
ｘ＝Ｖ０ｃｏｓθ２・ｔ                   ・・・・・・（６）
ここで、冷却装置が、図１に示すように、厚鋼板１を挟んで、その上下に一対の拘束ロール２、３が搬送方向に複数組設けられ、前後一対の拘束ロール２、３によって仕切られて各冷却ゾーンが構成されており、各冷却ゾーン毎に上下の冷却ノズルを備えている場合には、各冷却ゾーンでの冷却は、その冷却ゾーン内で完結しなければならないから、マスキング板６によって着水位置が移動した冷却水の水流８は、少なくとも、前方の拘束ロール２ｂを乗り越えてはならず、そのためには、水流８が拘束ロール２ｂに直接着水する場合は、その着水位置（着水高さ）を拘束ロール２ｂの半径（Ｄ／２）以下にしなければならない。つまり、マスキング板６の角度θ２の範囲としては、式（５）より、ｙ＝０とした時の水流の飛行時間ｔ０を求め、式（６）より求まる、飛行時間ｔ０における飛行距離ｘ０がｘ０≧Ｌである時は、式（６）より、ｘ＝Ｌとなる水流の飛行時間ｔ１を求め、式（５）より求まる、飛行時間ｔ１における水流高さｙ１が、ｙ１≦Ｄ／２を満たすことが望ましい。なお、水流の着水位置までの飛行距離ｘｍは、ｘｍ＝Ｌである必要は無く、マスキング板６の角度θ２を変化させることで、水流の飛行距離ｘｍを調整して、冷却能力を制御することが可能である。
【００４８】
また、図８に示すように、マスキング板６において、冷却水の衝突点から水流方向の端部までの長さをマスキング板長さと定義すると、マスキング板長さは、噴射された冷却水の乱れを解消するように整流させるため、流体の性質からスリットノズル４のスリット厚み（噴射厚さ）の１０倍以上とすることが望ましい。
【００４９】
さらに、図１に示した複数の冷却ゾーンを備えた冷却装置の場合、厚鋼板の幅方向端部の水量を制限するに当たっては、マスキング板６で遮蔽する冷却ゾーンの数（遮蔽ゾーン数）と、遮蔽する際の厚鋼板幅方向最端部からの距離（遮蔽距離）を決定する観点から、冷却前の厚鋼板の幅方向端部の情報について、図１２のような定義を行う。温度降下距離とは、厚鋼板幅方向における温度勾配がゼロになる位置から厚鋼板の幅方向の最端部までの距離で定義され、温度降下量とは、厚鋼板幅方向における温度勾配がゼロになる位置における温度と、厚鋼板幅方向の最端部の温度との差で定義される。この温度降下距離や温度降下量は、圧延前素材の板厚やその加熱条件、板幅や圧延完了温度等によって変化するが、一般的な圧延材では、厚鋼板端部の温度降下量は２０〜５０℃、温度降下距離は１００〜４００ｍｍ程度である。厚鋼板端部の温度降下量および温度降下距離は、予め実測値を解析してテーブル化してもよいし、冷却装置前に走査型温度計等を設置して、逐次計測してもよい。
【００５０】
そして、マスキング板６による遮蔽距離は、図１２に示した厚鋼板幅方向端部の温度降下距離となるようにする。なお、各冷却ゾーンのマスキング板６は、予め冷却水を遮蔽しない位置に待避させておき、マスキング板６を使用する遮蔽ゾーン数が決まれば、該当する冷却ゾーンのマスキング板６を移動させて、所定の遮蔽距離となるように設定する。
【００５１】
また、マスキング板６を使用する遮蔽ゾーン数は次の手順で決定するものとする。
【００５２】
（Ｓ１）冷却装置の使用冷却ゾーン数Ｎと、目標の冷却開始温度、冷却終了温度との温度差ＤＴから、以下の式（７）により１ゾーンあたりの冷却量ΔＴを計算する。
【００５３】
ΔＴ＝ＤＴ／Ｎ  ・・・・・・（７）
（Ｓ２）冷却前の厚鋼板幅方向端部の温度降下量ＥＴだけ厚鋼板幅方向中央部の冷却が可能となる冷却ゾーンｎを、１ゾーン当たりの冷却量ΔＴから求める。
【００５４】
ｎ＝ＥＴ／ΔＴ／α  ・・・・・・（８）
ここで、αは冷却係数である。この実施形態のようにマスキング板６を使用したとしても、厚鋼板幅方向中央部に噴射された冷却水が厚鋼板幅方向に排水されることによって、厚鋼板両端の温度降下距離部分は厚鋼板幅方向中央部のα倍冷却される。冷却係数αは事前に実測しておくことが望ましい。マスキング板６の角度θ２の設定で冷却水の着水位置を調整して、冷却係数αをα＝０．１〜１の範囲で連続的に制御することも可能である。
【００５５】
（Ｓ３）冷却装置の第１冷却ゾーン（最上流側の冷却ゾーン）から順に、上記（Ｓ２）で求めた冷却ゾーン数ｎ分の冷却ゾーンでマスキング板６を使用する。
【００５６】
この時、ｎが整数となるように冷却係数αを設定するのが望ましく、冷却水の着水位置を調整して冷却係数αが所望の値となるように、マスキング板６の角度θ２を変更可能な構造にすることが望ましい。ただし、構造上困難で角度θ２が固定であり、ｎが整数とならない場合には、四捨五入した冷却ゾーン数で運用するのが望ましい。
【実施例】
【００５７】
本発明の実施例を以下に示す。
【００５８】
図１に示すマスキング板を使用した本発明の冷却装置を用い、熱間圧延後の高温厚鋼板を冷却したものを本発明例１〜４とし、マスキング板を使用しないで熱間圧延後の高温厚鋼板を冷却したものを比較例１、２とした。
【００５９】
なお、使用した冷却装置の仕様は、以下の通りである。
【００６０】
１ｍピッチの拘束ロールが１１組（冷却ゾーンは１０ゾーン）、上部スリットノズル噴射口から前方拘束ロールまでの距離Ｌは０．７ｍ、上部スリットノズル噴射厚さは５ｍｍ、上部スリットノズル角度θ１は２５°、上部スリットノズルの冷却水量密度は１．８ｍ3／ｍｉｎ・ｍ2、下面円管ノズルの冷却水量密度は１．８ｍ3／ｍｉｎ・ｍ2、冷却装置内搬送速度は１２０ｍ／ｍｉｎである。
【００６１】
（本発明例１）
板厚２５ｍｍ、板幅４．０ｍ、板長１５ｍの熱間圧延後の高温厚鋼板を、冷却装置進入の目標鋼板幅方向中央部表面温度が７５０℃、冷却後復熱時の目標鋼板幅方向中央部表面温度が５００℃で制御冷却した。その際の、冷却前の厚鋼板幅方向端部温度降下量は４０℃、温度降下距離は３００ｍｍである。なお、冷却前後の温度分布は、冷却装置前後に設置した走査型放射温度計にて測定した。
そして、使用したマスキング板は、図５に示す単純平板で、マスキング板長さ６０ｍｍ、マスキング板角度θ２＝１０°、上部スリットノズルとマスキング板との角度θ３＝３５°（冷却水着水位置は前方ロールと厚鋼板との接触部分付近で、α＝０．５５）とした。また、１ゾーン当たりの温度降下量ΔT＝２５０℃／１０＝２５℃、使用冷却ゾーン数ｎ＝４０℃／２５℃／０．５５≒３ゾーンであるので、マスキング板を使用する冷却ゾーンは上流側の第１冷却ゾーン〜第３冷却３ゾーンとした。
【００６２】
（本発明例２）
マスキング板の形状を図９に示すような２段の傾斜を有する形状とし、マスキング板角度θ２＝１０°、上部スリットノズルとマスキング板との角度θ３＝１０°（冷却水着水位置は前方拘束ロールと厚鋼板との接触部分付近）とした以外は、本発明例１と同条件で、熱間圧延後の高温厚鋼板を冷却した。
【００６３】
（本発明例３）
厚鋼板の寸法は、板厚２５ｍｍ、板幅４．０ｍ、板長１５ｍと本発明例１と同様で、目標冷却開始温度は８００℃、冷却終了温度は５００℃、で、冷却前の厚鋼板幅方向端部温度降下量は３５℃、温度降下距離は４００ｍｍである。
マスキング板形状は本発明例２と同様な２段の傾斜を有する形状とし、マスキング板角度θ２＝１０°、上部スリットノズルとマスキング板との角度θ３＝１０°（冷却水着水位置は前方ロールと厚鋼板との接触部分付近）とすると、１冷却ゾーン当たりの温度降下量ΔT＝３００℃／１０＝３０℃、使用冷却ゾーン数ｎ＝３５℃／３０℃／０．５５≒２ゾーンであるので、マスキング板を使用する冷却ゾーンは上流側の第１冷却ゾーン、第２冷却ゾーンとした。それ以外は、本発明例１と同条件で冷却を実施した。
【００６４】
（本発明例４）
マスキング板の長さを３０ｍｍとした以外は、本発明例１と同じ条件で高温厚鋼板を冷却した。
【００６５】
（比較例１）
実施例１と同条件で、マスキング板を使用しないで冷却を行った。
【００６６】
（比較例２）
本発明のマスキング装置に替えて、前記特許文献２に開示された手法を用いて、その他は本発明例１と同様の冷却を行った。具体的には、前記上部スリットノズル直下および両端５００ｍｍの範囲に、スリット幅３ｍｍのエアスリットノズルを設け、工場エアを噴射した。
【００６７】
上記の本発明例１〜４と、比較例１、２における冷却結果（温度実績）を表１に示す。
【００６８】
【表１】
2006212666.tif 000003
【００６９】
表１に示す通り、本発明例１〜３では、マスキング板によって、鋼板幅方向端部過冷を防止したので、冷却前に生じていた鋼板幅方向温度偏差が−２〜５℃の範囲に抑えることができ、十分な鋼板幅方向温度均一性を確保できることが明らかとなった。これらの厚鋼板は、冷却後の板形状および表面状態も良好であった。
【００７０】
また、本発明例４では、マスキング板長さが短かったので、マスキング板の衝突後の冷却水の整流効果が小さく、水流が広がってしまったために、厚鋼板幅方向端部の温度降下量は１５℃と本発明１〜３に比べるとやや大きくなったが、冷却後の鋼板形状は良好であった。
【００７１】
これに対して、比較例１では、厚鋼板端部の温度降下量は最端部で６０℃に達し、温度偏差が顕著に表れた。この厚鋼板は、冷却後の形状が悪かったため、再矯正処理せざるを得なかった。
【００７２】
また、比較例２では、水流の制御が非常に困難で、冷却水の着水位置を変化させるまでエア噴射圧力を上げると冷却水が霧化し、冷却を安定させることが俄かにはできず、温度分布、鋼板形状ともに悪かった。
【００７３】
次に、本発明例１〜４および比較例１、２において冷却した厚鋼板の条切りキャンバー量（条切り幅４００ｍｍ）を図１３に示す。
【００７４】
条切りキャンバー量と鋼板幅方向温度偏差とは非常に相関が強い。本発明例１〜４の厚鋼板は条切りキャンバーが小さく、合格であった。特に、本発明例２の厚鋼板は条切りキャンバーがほとんど発生しなかった。一方、比較例１、２の厚鋼板は合格ラインを大幅に超えたキャンバー量であったため、再々矯正せざるを得なかった。
【００７５】
以上の結果より、本発明においては、鋼板幅方向端部過冷を改善することによる冷却後の鋼板幅方向温度均一性向上の有効性を示すとともに、高付加価値の製品を製造することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態の冷却装置を示す図である。
【図２】本発明のマスキング装置を説明する概略図である。
【図３】上面冷却ノズルから噴射される冷却水の流動を説明する概略図である。
【図４】上面冷却ノズルの噴射角度の最適設定範囲を説明する概略図である。
【図５】上面冷却ノズルとマスキング板との位置関係の概略図である。
【図６】マスキング板を最適に設置しない場合の上面ノズルからの水流の乱れを示す図である。
【図７】上部スリットノズルとマスキング板のなす角θ３と衝突後の分流Ｑ２／Ｑとの関係を示す図である。
【図８】スリットノズル下端とマスキング板の距離およびマスキング板長さを説明するための図である。
【図９】本発明のマスキング板の一例を示す図である。
【図１０】本発明のマスキング板の一例を示す図である。
【図１１】水流の飛行高さｙおよび飛行距離ｘを説明するための図である。
【図１２】厚鋼板幅方向温度分布における温度降下量および温度降下距離の定義を説明する図である。
【図１３】本発明例および比較例における冷却後の厚鋼板の条切りキャンバー量を示す図である。
【図１４】一般的な冷却方式（冷却ノズル）の種類を示す図である。
【図１５】高温の厚鋼板を水冷した場合における鋼板の表面温度と熱流束との関係を説明した図である。
【図１６】特許文献１に記載の技術を示す図である。
【図１７】特許文献２に記載の技術を示す図である。
【図１８】特許文献３に記載の技術を示す図である。
【図１９】特許文献４に記載の技術を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  鋼板
２  上拘束ロール
２ａ  ある上部スリットノズルを基点として、その後方にある拘束ロール
２ｂ  ある上面冷却ノズルを基点として、その前方にある拘束ロール
３  テーブルロール（下拘束ロール）
４  上部スリットノズル
５  下部円管ノズル
６  マスキング板
７  マスキング板駆動装置
８  マスキング板によって着水位置が移動した冷却水の水流
９  マスキング板に当たらない冷却水の水流
１０  上部スリットノズルの噴射口                                                                               
【図１】
2006212666.tif 000004
【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】
2006212666.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2006212666.tif 000019
【図１８】
2006212666.tif 000020
【図１９】
2006212666.tif 000021
【図１４】
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