(57)【要約】【課題】冷却設備長の長尺化することなしに、鋼板の先尾端の冷却開始温度差を低減し得る技術について提供する。【解決手段】熱間仕上圧延機の出側に設置される、仕上圧延後の鋼板を搬送するローラーテ−ブル、該ローラーテ−ブル上の鋼板を挟み込む水切りロールおよび鋼板に冷却媒体を供給するノズルを備える冷却設備において、前記水切りロールによる挟み込み状態で搬送される鋼板に前記冷却媒体を供給する拘束冷却と、前記水切りロールから開放して前記ローラーテ−ブル上を往復移動される鋼板に前記冷却媒体を供給するオシレーション冷却と、を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間仕上圧延機の出側に設置される、仕上圧延後の鋼板を搬送するローラーテ−ブル、該ローラーテ−ブル上の鋼板を挟み込む水切りロールおよび鋼板に冷却媒体を供給するノズルを備える冷却設備において、前記水切りロールによる挟み込み状態で搬送される鋼板に前記冷却媒体を供給する拘束冷却と、前記水切りロールから開放して前記ローラーテ−ブル上を往復移動される鋼板に前記冷却媒体を供給するオシレーション冷却と、を行う鋼板の冷却方法。
【請求項２】
前記拘束冷却にて前記鋼板を300℃以下まで冷却し、その後前記オシレーション冷却を行う請求項１に記載の鋼板の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延後の鋼板を冷却する方法、特に冷却速度を厳密に制御して所望の鋼板特性とする、制御冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板、中でも厚鋼板の制御冷却は、水を冷却媒体として、該鋼板の搬送ラインの上下に配置したノズルから冷却媒体を鋼板へ噴射して冷却する方法が一般的である。その際、厚鋼板の材質均一性を実現するために、様々な提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数の冷却ゾーンにおいて異なる冷却を行うことが開示されている。
また、特許文献２には、緩冷却帯と急冷却帯との間に空冷帯を設けて緩冷却帯通過後の鋼板温度を空冷帯で測定し、この測定温度に応じて急冷却帯での冷却を行うことが開示されている。
上記の特許文献１および２は、鋼板を冷却設備に通過させる過程で冷却することが基本であり、厚鋼板が冷却対象である場合、冷却の進展度合が遅い板厚の厚い鋼板ほど冷却時間を確保する必要がある。通過型の冷却設備において冷却時間を確保するには、冷却設備を長尺化しなくてはならず、長尺化には自ずと限界があった。
【０００４】
この点、特許文献３に記載される、冷却設備内で鋼板を往復動させて冷却する、いわゆるオシレーション冷却では、上記の問題を解消することができる。しかしながら、冷却時間を確保するために搬送速度を低下させることになるから、鋼板の先尾端で冷却開始温度に差が生じてしまう。その結果、鋼板の先尾端間での材質むらを招来することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第5218435号公報
【特許文献２】特許第4438509号公報
【特許文献３】特許第4126908号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記した従来技術の問題を解消するものであり、冷却設備長の長尺化することなしに、鋼板の先尾端の冷却開始温度差を低減し得る技術について提供することを目的とする。特に、板厚が50ｍｍ以上の厚鋼板では、先尾端の冷却開始温度差が大きくなることから、上記の課題を解消することが重要になる。以下、この厚鋼板を含め単に鋼板と示す。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らが、前記課題を解決するための方途について鋭意究明したところ、熱間仕上圧延後の鋼板を多数のノズルから冷却水を供給すると共に、水切りロールによる挟み込みにて鋼板上の水膜を除去する、加速冷却設備において、冷却開始時に水切りロールの挟み込みによる拘束状態で鋼板を高速進入させて加速冷却を行って、その後に水切りロールを開放した状態にて冷却設備内でオシレーション搬送させて冷却を行うことによって、冷却設備の長尺化を抑制し、鋼板先尾端の冷却開始温度差を低減し得ることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．熱間仕上圧延機の出側に設置される、仕上圧延後の鋼板を搬送するローラーテ−ブル、該ローラーテ−ブル上の鋼板を挟み込む水切りロールおよび鋼板に冷却媒体を供給するノズルを備える冷却設備において、前記水切りロールによる挟み込み状態で搬送される鋼板に前記冷却媒体を供給する拘束冷却と、前記水切りロールから開放して前記ローラーテ−ブル上を往復移動される鋼板に前記冷却媒体を供給するオシレーション冷却と、を行う鋼板の冷却方法。
【０００９】
２．前記拘束冷却にて前記鋼板を300℃以下まで冷却し、その後前記オシレーション冷却を行う前記１に記載の鋼板の冷却方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、厚鋼板の制御冷却において冷却開始時に拘束冷却による高冷却速度を維持した高速搬送と核沸騰領域での冷却中にオシレーション搬送を行うことで、厚鋼板の先尾端の材質むらを防止しつつ冷却設備長の短小化を行えるようになった。
また、オシレーション冷却時に上部の水切りロールを開放することは、水切りロールの磨耗低減および鋼板との衝突による設備破壊の防止という効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】冷却設備における鋼板の冷却要領を説明する図である。
【図２】冷却設備における鋼板の冷却要領を説明する図である。
【図３】冷却設備における鋼板の冷却要領を説明する図である。
【図４】冷却設備における鋼板の冷却要領を説明する図である。
【図５】搬送時間と鋼板表面温度との関係を示すグラフである。
【図６】鋼板の板厚と冷却設備の機長との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の冷却方法について詳しく説明する。図１〜図４は、冷却設備を示す模式図であり、該冷却設備における冷却の手順を示している。
すなわち、図１〜図４に示す冷却設備は、熱間仕上圧延機１にて圧延される鋼板２の出側に、下ロール３および上ロール４の対を多数、図示例では13対を並列させて設けるとともに、各ロール対間に冷却水を供給するノズル５を配置してなる。下ロール３は回転可能に固定されて全体でローラーテーブルを構成している。下ロール３は正逆両方向へ回転することによって、該ローラーテーブル上で鋼板２を往復搬送することができる。
一方、上ロール４は下ロール３に対して進退可能に設けられ、下降させればローラーテーブル上の鋼板２を下ロール３と協働して挟み込むことができる、水切りロールとして機能する。以下、上ロールは水切りロールと呼称する。
【００１３】
上記した冷却設備において、まず、水切りロール４を下降させて鋼板２を挟み込み、ロール対で鋼板２を拘束した状態にて、冷却設備に鋼板２を導入して冷却を開始する。この冷却開始時点は、鋼板２の表面温度が高いために、膜沸騰と称される伝熱特性を有する。ここで、膜沸騰とは、鋼板の表面温度が高い場合に、該鋼板表面に冷却水を供給すると、該鋼板表面と冷却水との間に蒸気膜が発生し、この蒸気膜内の熱伝導により冷却が進行するものであり、冷却効率は低い。
そこで、上記のように、水切りロール４にて鋼板２を挟み込むことによって、ノズル５相互間において前記蒸気膜を除去し、疑似的に熱流束の高い核沸騰状態を作りだして冷却することとした。以下、この態様の冷却を拘束冷却ともいう。
【００１４】
ここで、核沸騰とは、鋼板の表面温度が低い場合に該鋼板表面に冷却水を供給すると、該鋼板表面と冷却水とが直接接触し、かつ鋼板表面で発生する蒸気泡は周囲の冷却水に取り込まれて消滅する過程で冷却水の攪拌もなされる状態であり、冷却効率は極めて高い。そこで、水切りロール４によって蒸気膜を除去することを繰り返し行えば、疑似的に核沸騰状態とすることができる。その結果、冷却効率が高まって冷却設備における通板速度を引き上げることが可能になり、また鋼板温度を急速に低下させることができる。
【００１５】
この水切りロール４の拘束による擬似核沸騰状態の下に、鋼板２を搬送して拘束冷却を継続して鋼板２の表面温度を十分に低下させる。そして、鋼板２の表面温度が本来の核沸騰となる温度域付近まで冷却されたならば、例えば図２に示す鋼板２の位置にて核沸騰となる温度域付近まで表面温度が低下したとすると、図３に示すように、水切りロール４を上方に移動して水切りロール４による拘束を解除する。この際、冷却設備の出側の水切りロール４の少なくとも１、図示では２ロールは下降状態のままにする。なぜなら、冷却後の鋼板の上表面に残存する冷却水を排除する必要があるからである。
【００１６】
次いで、図３に示した水切りロール４の開放領域において、図４に示すように、鋼板２を往復動させながら核沸騰に近い状態および核沸騰状態での冷却を行う。以下、この態様の冷却をオシレーション冷却ともいう。
この核沸騰状態の冷却は、冷却水の流量や水温などの外乱の影響を受けることなく安定した熱流束を持つため、冷却水の流動変動および、鋼板の搬送方向の転換時の停止状態における局所的な過冷却の影響を無視してオシレーション冷却を進めることが可能である。ここで、オシレーション冷却に移行することによって、冷却設備長を増加することなく所望の冷却時間を確保できる。
【００１７】
ここで、上記した拘束冷却をオシレーション冷却に切り替える時機は、鋼板表面温度が核沸騰となる温度域付近になった時であり、具体的には、鋼板表面温度が300℃以下まで冷却された時点とすることが好ましい。すなわち、冷却過程において上記した膜沸騰と核沸騰との間には、これらが混在する遷移沸騰状態があり、鋼板表面温度の低下に従って膜沸騰から遷移沸騰を経て核沸騰に移行する。この鋼板表面温度が遷移沸騰域から核沸騰域に切り替わる温度は300℃である。従って、鋼板表面温度が300℃以下まで冷却された時点にて、拘束冷却からオシレーション冷却に切り替えても、以降は核沸騰での強冷却を行うことができる。すなわち、核沸騰状態では冷却水と鋼板表層の接点で発生した気泡が浮上することで水温などの影響が小さくなり、水切りがない状態でも高速冷却が可能となる。勿論、冷却設備長が十分であれば、拘束冷却を例えば200〜100℃まで冷却して確実に核沸騰域になってからオシレーション冷却に移行してもよいが、300℃程度までの拘束冷却で十分である。
【００１８】
なお、拘束冷却によって例えば鋼板表面温度を300℃以下とするには、該鋼板の寸法（厚みおよび長さ）並びに物性値（比熱など）に基づいて、冷却水量および搬送速度を決定すればよい。
ここで、鋼板表面温度が300℃以下にあることは、例えば、放射温度計により確認することができる。或いは、鋼板の温度は、伝熱計算に基づいて予測することも可能である。例えば、鋼板の寸法（厚みおよび長さ）、物性値（比熱など）、冷却水量および搬送速度から差分計算を行えばよい。より具体的には、熱伝導解析（陽解法、陰解法など）を行って求めることができる。
【００１９】
以上のとおり、拘束冷却によって冷却設備への鋼板の導入を高搬送速度で行うことができ、この高速搬送下で核沸騰領域付近まで鋼板表面温度を低下させてから、冷却設備内部でのオシレーション搬送を行うことにより、鋼板先尾端の材質変化を防止しながら設備長を低減することが可能になる。
【００２０】
本発明は、鋼板表面と鋼板中心との温度差が大きく、鋼板の平均冷却速度が熱伝導律速となる、板厚が100mmを超える厚鋼板に適用することが特に好ましい。なお、本発明における拘束冷却は上部の水切りロールを用いた場合について説明したが、これに限るものでなく、例えば風圧で膜状になった水を吹き飛ばす装置や、水切り用の板（鋼板の搬送方向に対して斜めに自動配置）による方法等、高い冷却速度を維持するための装置であれば良い。
【実施例１】
【００２１】
図１〜４に示すところに従って、板厚：150ｍｍおよび長さ：9000ｍｍの鋼板に対して、冷却開始温度：800℃から冷却停止温度：400℃に至る制御冷却を、次に示す条件にて行った。なお、冷却設備の仕様は、機長：11ｍ、ロール列数：13列およびノズル列数：12列である。
【００２２】
［拘束冷却］
・搬送速度：50m/min
・冷却速度：1.9℃/s
【００２３】
［オシレーション冷却］
・搬送速度：10m/min
・冷却速度：1.5℃/s
【００２４】
また、比較として、上記した拘束冷却を行うことなく上記したオシレーション冷却のみを行って、冷却開始温度および冷却停止温度を同じくする制御冷却を行った。
両制御冷却について、搬送時間と鋼板表面温度との関係を調査した。その結果を図５に示すように、上記した比較例では冷却停止まで274秒であったのに対して、本発明に従う冷却では209秒で冷却を完了することができた。この65秒の差は、大量の鋼板の冷却処理を休みなく行う場合に、特に生産効率の観点から極めて有意義である。
【実施例２】
【００２５】
図１〜４に示すところに従って、板厚：12〜210ｍｍおよび長さ：9000ｍｍの鋼板に対して、冷却開始温度：800℃から冷却停止温度：250℃に至る制御冷却を、鋼板の板厚によって拘束冷却時の搬送速度および冷却速度と、オシレーション冷却時の冷却速度を変化させて行った。なお、冷却設備の仕様は、機長：11ｍ、ロール列数：13列およびノズル列数：12列である。
【００２６】
また、比較として、上記した鋼板に対して、上記したオシレーション冷却を行うことなく上記した拘束冷却のみを行って、冷却開始温度および冷却停止温度を同じくする制御冷却を行った。その際、冷却停止温度：250℃に到達させるために機長（搬送路長さ）を増減した。
【００２７】
両制御冷却について、鋼板の板厚と機長との関係を調査した。その結果を図６に示すように、上記した比較例では板厚の増加に応じて機長を増加する必要があるが、本発明に従う冷却では同じ機長の下で幅広い板厚の鋼板を適切に冷却することができた。
【符号の説明】
【００２８】
１  熱間仕上圧延機
２  鋼板
３  下ロール
４  水切りロール（上ロール）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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