(57)【要約】【課題】合金化炉の冷却帯において鋼帯をミスト冷却しつつ生産性と品質を両立することの可能な合金化炉における鋼帯の冷却方法を提供する。【解決手段】冷却設備の通板方向上流側に設けられた調整冷却設備により、当該冷却設備を通過する鋼帯に対して噴射されるミスト噴射量が、鋼帯の幅方向のエッジ部におけるミスト噴射量がセンター部におけるミスト噴射量よりも小さくなるように、冷却設備を通過する鋼帯に対してミストを噴射し、少なくとも冷却設備の通板方向下流側に設けられたミスト吸引設備により、鋼帯に対して噴射されたミストの少なくとも一部を吸引し、鋼帯の冷却開始から冷却終了までの間、鋼帯の温度が膜沸騰温度範囲であり、かつ、冷却設備の総冷却長のうち少なくとも通板方向上流側から２／３以上の範囲においては鋼帯の幅方向におけるエッジ部の温度がセンター部の温度以上となる通板速度で鋼帯を冷却する。【選択図】図１
2016013240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融亜鉛めっきされた鋼帯を合金化処理する合金化炉の冷却設備におけるミスト冷却による鋼帯の冷却方法であって、
前記冷却設備の通板方向上流側に設けられた調整冷却設備により、当該冷却設備を通過する前記鋼帯に対して噴射されるミスト噴射量が、前記鋼帯の幅方向のエッジ部におけるミスト噴射量がセンター部におけるミスト噴射量よりも小さくなるように、前記冷却設備を通過する前記鋼帯に対してミストを噴射し、
少なくとも前記冷却設備の通板方向下流側に設けられたミスト吸引設備により、前記鋼帯に対して噴射されたミストの少なくとも一部を吸引し、
前記鋼帯の冷却開始から冷却終了までの間、前記鋼帯の温度が膜沸騰温度範囲であり、かつ、前記冷却設備の総冷却長のうち少なくとも通板方向上流側から２／３以上の範囲においては前記鋼帯の幅方向におけるエッジ部の温度がセンター部の温度以上となる通板速度で前記鋼帯を冷却する、鋼帯の冷却方法。
【請求項２】
前記調整冷却設備の設備長Ｌ［ｍ］に対して、前記鋼帯の速度は下記式（ａ）により算出される上限速度Ｖｍａｘ［ｍ／ｓ］以下となるように設定される、請求項１に記載の鋼帯の冷却方法。
Ｖｍａｘ＝（Ｌ×（Ｔｉｎ−β’）＾ｍ×（Ｔｉｎ−γ’））／（α’×ｔｈ）    ・・・（ａ）
ここで、Ｔｉｎ［℃］は冷却設備の入口における鋼帯のセンター部の温度、ｔｈ［ｍ］は鋼帯の厚みとする。α’、β’、γ’、ｍは定数であり、溶融亜鉛めっき設備に応じて設定される。
【請求項３】
前記定数は、それぞれα‘＝１８７００００、β’＝３３０、γ‘＝４５、ｍ＝０．６である、請求項２に記載の鋼帯の冷却方法。
【請求項４】
溶融亜鉛めっきされた鋼帯を合金化処理する合金化炉のミスト冷却による冷却設備であって、
前記冷却設備の通板方向上流側に設けられ、当該冷却設備を通過する前記鋼帯に対して噴射するミスト噴射量を前記鋼帯の幅方向に調整可能な調整冷却設備と、
少なくとも前記冷却設備の通板方向下流側に設けられ、前記鋼帯に対して噴射されたミストの少なくとも一部を吸引するミスト吸引設備と、
を備え、
前記調整冷却設備は、当該冷却設備を通過する前記鋼帯に対して噴射されるミスト噴射量が、前記鋼帯の幅方向のエッジ部におけるミスト噴射量がセンター部におけるミスト噴射量よりも小さくなるように調整されており、
前記鋼帯の冷却開始から冷却終了までの間、前記鋼帯の温度を膜沸騰温度範囲内とし、かつ、前記冷却設備の総冷却長のうち少なくとも通板方向上流側から２／３以上の範囲において前記鋼帯の幅方向におけるエッジ部の温度がセンター部の温度以上となる、前記鋼帯の通板方向における設備長を有する、冷却設備。
【請求項５】
前記調整冷却設備は、前記鋼帯の通板方向における当該調整冷却設備の設備長Ｌ［ｍ］が下記式（ｂ）を満たすように設けられる、請求項４に記載の冷却設備。
Ｌ≧（α×Ｖ×ｔｈ）／（（Ｔｉｎ−β）＾ｍ）×（Ｔｉｎ−γ））      ・・・（ｂ）
ここで、Ｔｉｎ［℃］は冷却設備の入口における鋼帯のセンター部の温度、Ｖ［ｍ／ｓ］は鋼帯の速度、ｔｈ［ｍ］は鋼帯の厚みとする。α、β、γ、ｍは定数であり、溶融亜鉛めっき設備に応じて設定される。
【請求項６】
前記定数は、それぞれα＝１７０００００、β＝３３０、γ＝４５、ｍ＝０．６である、請求項５に記載の冷却設備。
【請求項７】
前記調整冷却設備は、幅方向に沿って配置された複数のノズルからなるヘッダーを通板方向に複数備え、
前記各ヘッダーは、前記鋼帯の幅方向エッジ部において前記鋼帯に対してミストが噴射されないように構成されている、請求項４〜６のいずれか１項に記載の冷却設備。
【請求項８】
前記調整冷却設備の前記各ヘッダーは、鋼帯の幅方向センター部において前記鋼帯に対してミストを噴射する前記ノズルの数が通板方向上流から下流に向かって増加するように構成されている、請求項７に記載の冷却設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融亜鉛めっきの合金化炉における鋼帯の冷却方法及び冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯の溶融亜鉛めっき処理工程では、鋼帯は脱脂、洗浄等の前処理槽を通過した後、焼鈍炉、溶融亜鉛が入った亜鉛ポットを通過し、垂直に引き上げられる。引き上げられた鋼帯は合金化炉で合金化処理される。合金化炉は、鋼帯の引き上げ方向に上流側から加熱帯、冷却帯が配置されてなる。【０００３】
すなわち、合金化炉の冷却帯は、加熱帯より鉛直上方に配置されている。このため、冷却帯における鋼帯の冷却には、冷却帯の鉛直下方に配置されている設備に垂れ水などの影響を与えないようにガス冷却やミスト冷却が使用されている。特に、生産能力向上のためには、冷却能力の高いミスト冷却（気水冷却）を適用することが効果的である。しかし、ミスト冷却を用いると、鋼帯を強冷却するために高水量を噴霧した場合、鋼帯の幅方向に温度ムラが生じる。この温度ムラに起因して、しわ疵や合金巻き等の品質不良が発生してしまう。【０００４】
このような問題に対して、例えば特許文献１には、鋼帯の冷却パターンを調整することで過冷による幅方向温度偏差を抑制する合金化炉出側気水冷却方法が開示されている。特許文献１では、垂れ水による冷却ばらつきが抑制され、折れ限界温度ムラ以下となるように、冷却帯の前段及び後段の冷却比を変えて後段が緩冷されるように鋼帯が冷却される。【０００５】
また、特許文献２には、冷却負荷に応じて、ガス冷却と気水冷却を使い分けることにより、遷移沸騰を回避し幅方向温度偏差を抑制する合金化処理過程の冷却方法が開示されている。【０００６】
さらに、特許文献３には、鋼帯の幅方向中央部のノズルを密に配置するとともに、ノズルを遮蔽するシャッターを設ける技術が開示されている。【０００７】
また、下記特許文献４には、気水冷却設備の出側での絞りや鋼板の腰折れを防止すべく冷却帯の出側温度を２４０℃以下とするために、張力値と温度ムラとを所定の関係式に基づいて制御する技術が開示されている。【０００８】
また、下記特許文献５には、めっき層中のＦｅ濃度量を適正な量とするために、冷却ばらつきを生む遷移沸騰域に入らないように、ゾーン毎に気水冷却と気体による冷却とを使い分ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１１１９４５号公報
【特許文献２】特開平１１−４３７５８号公報
【特許文献３】特公平７−６５１５３号公報
【特許文献４】特開平９−２６８３５８号公報
【特許文献５】特開２０００−２５６８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記特許文献１に記載の冷却方法では、前段を高負荷冷却し後段を緩冷却する冷却パターンによる温度ムラの解消方法であるために、冷却帯の冷却能力確保と温度ムラの解消を両立させるには限界がある。また、上記特許文献２に記載の冷却方法では、ガス冷却と気水冷却を使い分けているが、この場合もガス冷却では冷却帯の冷却能力が低下するのは明らかである。すなわち、上記特許文献１および特許文献２のいずれの方法も、高速通板条件での温度ムラ解消には効果が限定されてしまい、その結果、高速で通板することができず、生産性が低下する。【００１１】
また、上記特許文献３に開示の技術を用いた場合、シャッターはミストの流れを阻害したり、垂れ水を引き起こしたりするため、適用することはできない。また、中央部に密に配置したノズルは、クエンチ点近傍で中央部の水量密度を増加させてしまい、クエンチ点温度を上昇させて幅方向の冷却ムラの原因となってしまう。【００１２】
さらに、上記特許文献４に開示の技術は、鋼板の張力値を基に許容できる温度ムラを設定する技術であるが、鋼板の張力値を極端に変えることはできないため、実際の操業には適用できない。【００１３】
また、上記特許文献５に開示の技術を用いても垂れ水の影響による冷却ムラの発生を完全に抑えることは困難であった。【００１４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、合金化炉の冷却帯において鋼帯をミスト冷却しつつ生産性と品質を両立することが可能な、新規かつ改良された鋼帯の冷却方法及び冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、溶融亜鉛めっきされた鋼帯を合金化処理する合金化炉の冷却設備におけるミスト冷却による鋼帯の冷却方法が提供される。かかる冷却方法では、冷却設備の通板方向上流側に設けられた調整冷却設備により、当該冷却設備を通過する鋼帯に対して噴射されるミスト噴射量が、鋼帯の幅方向のエッジ部におけるミスト噴射量がセンター部におけるミスト噴射量よりも小さくなるように、冷却設備を通過する鋼帯に対してミストを噴射し、少なくとも冷却設備の通板方向下流側に設けられたミスト吸引設備により、鋼帯に対して噴射されたミストの少なくとも一部を吸引し、鋼帯の冷却開始から冷却終了までの間、鋼帯の温度が膜沸騰温度範囲であり、かつ、冷却設備の総冷却長のうち少なくとも通板方向上流側から２／３以上の範囲においては鋼帯の幅方向におけるエッジ部の温度がセンター部の温度以上となる通板速度で鋼帯を冷却する。【００１６】
調整冷却設備の設備長Ｌ［ｍ］に対して、鋼帯の速度は下記式（ａ）により算出される上限速度Ｖｍａｘ［ｍ／ｓ］以下となるように設定してもよい。
Ｖｍａｘ＝（Ｌ×（Ｔｉｎ−β’）＾ｍ×（Ｔｉｎ−γ’））／（α’×ｔｈ）      ・・・（ａ）
ここで、Ｔｉｎ［℃］は冷却設備の入口における鋼帯のセンター部の温度、ｔｈ［ｍ］は鋼帯の厚みとする。α’、β’、γ’、ｍは定数であり、溶融亜鉛めっき設備に応じて設定される。定数は、それぞれα‘＝１８７００００、β’＝３３０、γ‘＝４５、ｍ＝０．６としてもよい。【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、溶融亜鉛めっきされた鋼帯を合金化処理する合金化炉のミスト冷却による冷却設備が提供される。かかる冷却装置は、冷却設備の通板方向上流側に設けられ、当該冷却設備を通過する鋼帯に対して噴射するミスト噴射量を鋼帯の幅方向に調整可能な調整冷却設備と、少なくとも冷却設備の通板方向下流側に設けられ、鋼帯に対して噴射されたミストの少なくとも一部を吸引するミスト吸引設備と、を備え、調整冷却設備は、当該冷却設備を通過する鋼帯に対して噴射されるミスト噴射量が、鋼帯の幅方向のエッジ部におけるミスト噴射量がセンター部におけるミスト噴射量よりも小さくなるように調整されており、鋼帯の冷却開始から冷却終了までの間、鋼帯の温度を膜沸騰温度範囲内とし、かつ、冷却設備の総冷却長のうち少なくとも通板方向上流側から２／３以上の範囲においては鋼帯の幅方向におけるエッジ部の温度がセンター部の温度以上となる、鋼帯の通板方向における設備長を有する。【００１８】
調整冷却設備は、鋼帯の通板方向における当該調整冷却設備の設備長Ｌ［ｍ］が下記式（ｂ）を満たすように設けてもよい。
Ｌ≧（α×Ｖ×ｔｈ）／（（Ｔｉｎ−β）＾ｍ）×（Ｔｉｎ−γ））      ・・・（ｂ）
ここで、Ｔｉｎ［℃］は冷却設備の入口における鋼帯のセンター部の温度、Ｖ［ｍ／ｓ］は鋼帯の速度、ｔｈ［ｍ］は鋼帯の厚みとする。α、β、γ、ｍは定数であり、溶融亜鉛めっき設備に応じて設定される。定数は、それぞれα＝１７０００００、β＝３３０、γ＝４５、ｍ＝０．６としてもよい。【００１９】
また、調整冷却設備は、幅方向に沿って配置された複数のノズルからなるヘッダーを通板方向に複数備え、各ヘッダーは、鋼帯の幅方向エッジ部において鋼帯に対してミストが噴射されないように構成されてもよい。【００２０】
調整冷却設備の各ヘッダーは、鋼帯の幅方向センター部において鋼帯に対してミストを噴射するノズルの数が通板方向上流から下流に向かって増加するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、合金化炉の冷却帯において鋼帯をミスト冷却しつつ生産性と品質を両立することが可能な鋼帯の冷却方法及び冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却設備が設けられる溶融亜鉛めっき設備の概略構成を示す概略説明図である。
【図２】冷却帯を通過している鋼帯の幅方向および長手方向における板温分布を示す説明図である。
【図３】同実施形態に係る合金化炉の冷却帯による板温制御の概略を示す説明図である。
【図４】冷却水量とクエンチ温度との関係、および冷却水量と鋼帯のセンター部の温度との関係を示すグラフである。
【図５】冷却水量と幅方向における温度分布の改善効果との関係を示すグラフである。
【図６】本実施形態に係る冷却帯６０の一構成例を示す説明図である。
【図７】同実施形態に係る調整冷却設備を備える冷却帯前段部の一構成例を示す説明図である。
【図８】気水ヘッダーの一構成例を示す説明図である。
【図９】調整冷却設備が１段の気水ヘッダーから構成されるときの調整冷却設備の設備長を説明する説明図である。
【図１０】比較例６として、冷却帯の最終段側から調整冷却設備を設けた場合の、冷却帯を通過している鋼帯の幅方向および長手方向における板温分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２４】
＜１．溶融亜鉛めっき設備の概要＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る冷却設備が設けられる溶融亜鉛めっき設備の概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係る冷却設備が設けられる溶融亜鉛めっき設備の概略構成を示す概略説明図である。
【００２５】
本実施形態に係る溶融亜鉛めっき設備により処理される鋼種としては、例えば極低炭素鋼や高張力鋼板等がある。一般に、厚さ０．４〜３．２ｍｍ、幅６００〜１９００ｍｍの鋼材が処理される。
【００２６】
溶融亜鉛めっき設備は、図１に示すように、鋼帯Ｓの表面をめっきするための溶融亜鉛５が入った亜鉛ポット１０と、鋼帯Ｓに付着しためっきの量を調整するための一対のガスノズル３０と、加熱帯４０、保熱帯５０および冷却帯６０からなる合金化炉とを備える。なお、本実施形態に係る溶融亜鉛めっき設備は保熱帯５０を備えているが、本発明はかかる例に限定されず、保熱帯５０を備えていない溶融亜鉛めっき設備についても適用可能である。溶融亜鉛めっき設備では、溶融亜鉛５が入った亜鉛ポット１０に鋼帯Ｓを侵入させて、溶融亜鉛５に浸漬されたシンクロール２０によって垂直に引き上げられる。引き上げられた鋼帯Ｓは、ガスノズル３０から噴射されるワイピングガスにより、鋼帯Ｓの表面に付着しためっきの量が所定量に調整される。
【００２７】
その後、鋼帯Ｓはさらに垂直に引き上げられながら、合金化炉で合金化処理される。合金化炉では、まず、加熱帯４０によって鋼帯Ｓの板温が略均一となるように加熱した後、保熱帯５０にて合金化時間を確保し合金層を生成させる。その後、鋼帯Ｓは冷却帯６０にて冷却され、トップロール７０によって次の工程へ搬送される。
【００２８】
本実施形態に係る合金化炉の冷却帯６０は、鋼帯Ｓの通板方向上流側（すなわち、鉛直下方側（亜鉛ポット１０側））に設けられた冷却帯前段部６１と、冷却帯前段部６１に対して鋼帯Ｓの通板方向下流側（すなわち、鉛直上方側）に設けられた冷却帯後段部６２とからなる。冷却帯前段部６１および冷却帯後段部６２は、それぞれ多段に気水ヘッダー（図８、図９の符号６３）が配置されている。各気水ヘッダーには、冷却水をミスト状で噴射する気水噴射ノズル（図９の符号６４）が複数設けられている。気水噴射ノズルから噴射されたミストは鋼帯Ｓの表面に吹き付けられる。各気水ヘッダーに供給される冷却水量は、制御装置６５によって制御される。
【００２９】
また、冷却帯６０には、鋼帯Ｓの幅方向のエッジ部に対向するように配置される一対のミスト吸引設備（図６の符号６７）が少なくとも１つ設けられている。ミスト吸引設備は、少なくとも冷却帯６０の通板方向下流側に設けられ、鋼帯Ｓに対して噴射されたミストの少なくとも一部を吸引する。
【００３０】
＜２．ミスト冷却のメカニズム＞
従来、生産能力向上のために、冷却能力の高いミスト冷却が使用されているが、ミスト冷却は鋼帯Ｓを強冷却するために高水量を噴霧すると、鋼帯Ｓの幅方向に温度ムラを生じさせ、品質不良を引き起こす要因となっていた。図２に、冷却帯６０を通過している鋼帯Ｓの幅方向および長手方向における板温分布を示す。図２の長手方向における温度分布では、本願対策前のセンター部の温度Ｃｂ及びエッジ部の温度Ｅｂと、本願対策後のセンター部の温度Ｃａ及びエッジ部の温度Ｅａとを示している。また、図２の幅方向における温度分布では、長手方向の位置Ａ、Ｂ、Ｃおける本願対策前の温度分布と本願対策後の温度分布とを示している。位置Ａは冷却帯６０による鋼帯Ｓの冷却開始位置、位置Ｂは冷却帯前段部６１と冷却帯後段部６２との間の位置、位置Ｃは冷却帯６０による鋼帯Ｓの冷却終了位置である。
【００３１】
ここで、鋼帯Ｓの幅方向における中央部分をセンター部、幅方向両端側をエッジ部とする。エッジ部とは、鋼帯Ｓの幅方向端部から１００ｍｍ離れた境界位置までの範囲をエッジ部とする。  
【００３２】
本願対策前は、長手方向における鋼帯Ｓの温度は、図２に示すように、エッジ部の温度Ｅｂがセンター部の温度Ｃｂよりも低くなる。冷却帯前段部６１から冷却帯後段部６２へ移動するにつれて、鋼帯Ｓの温度はセンター部およびエッジ部ともに徐々に温度は低下し、これらの温度差は徐々に大きくなる。すなわち、幅方向における温度分布をみると、鋼帯Ｓが搬送されるにつれてエッジ部の温度がセンター部の温度と比較して低くなり、冷却帯６０出側である位置Ｃにおいて温度分布は上に凸の形状となる。
【００３３】
幅方向に温度分布が生じる要因の１つに、冷却帯内部での板端部方向に向かうガス流れがあげられる。板幅方向中央付近に配したノズルからのガスが排気口へ向かう際、冷却帯６０の幅方向端部を経由する流れが生じ、そのガス流れにより鋼帯Ｓの表面上に付着したミストが鋼帯Ｓの両端に向かって流されるため、鋼帯Ｓのエッジ部の板温が低下する。鋼帯Ｓの温度が高い部分はトップロール７０に鋼帯表面のめっきが付着し品質不良の原因となる一方、鋼帯Ｓの温度が低い部分は水の膜沸騰領域と遷移沸騰領域との境界温度であるクエンチ温度を下回って局部的な過冷却となりしわ疵を発生させることになる。このため、鋼帯Ｓの幅方向の温度分布を最終的に均一にする必要がある。
【００３４】
本実施形態においても、生産能力向上のため冷却帯６０における冷却手段としてミスト冷却を採用する。ミスト冷却の採用によって生産能力を高めるとともに、品質不良を発生させないために、本願発明者らは、鋭意検討の結果、鋼帯Ｓのエッジ部の過冷却を抑制し、鋼帯Ｓの幅方向温度分布を最終的に均一にするとともに冷却不安定を回避する冷却設備の構成に至った。
【００３５】
すなわち、本実施形態に係る合金化炉の冷却帯６０では、鋼帯Ｓを安定して冷却するために、冷却帯６０においては鋼帯Ｓに付着したミストが膜沸騰となる板温を維持する。液体は沸騰状態において高温になるにつれて核沸騰、遷移沸騰、膜沸騰とその形態が変化する。通常、鋼帯Ｓの温度は、合金化炉の冷却帯６０の入側において水が膜沸騰となる温度域にある。その後、鋼帯Ｓの温度の低下に伴い、鋼帯Ｓの表面において水が膜沸騰から遷移沸騰する領域が部分的に発生するようになると、不安定な冷却となり、鋼帯Ｓに温度ムラが生じる。そこで、本実施形態では、冷却帯６０においては鋼帯Ｓに付着したミストが膜沸騰となる板温を維持するように冷却する。
【００３６】
さらに、鋼帯Ｓのエッジ部の過冷却を抑制するため、通板方向上流側において、鋼帯Ｓに対して噴射するミスト噴射量が、鋼帯Ｓの幅方向のエッジ部のミスト噴射量がセンター部より少なくなるように調整される。鋼帯Ｓの幅方向全体にわたって同一のミスト噴射量で鋼帯Ｓを冷却すると、上述のように鋼帯Ｓのエッジ部の温度が大きく低下し、センター部との温度偏差が大きくなってしまう。
【００３７】
そこで、通板方向上流側においては、鋼帯Ｓに噴射されるミストを調整して鋼帯Ｓのエッジ部の冷却を抑制するとともに、鋼帯Ｓのエッジ部の過剰なミストを排除し、通板中の鋼帯Ｓのエッジ部の板温の低下を防止する。これにより、エッジ部の過冷却を防ぎ、図２に示すように冷却帯６０により冷却が開始されてから終了するまでの間は、鋼帯Ｓの温度が膜沸騰温度範囲であり、かつ、鋼帯Ｓのエッジ部の温度がセンター部の温度以上となるようにする。
【００３８】
鋼帯Ｓの幅方向の温度分布をみると、例えば位置Ｂでの状態のように、鋼帯Ｓの幅方向センター部に対してエッジ部の温度高くなった温度カーブとなる。そして、鋼帯Ｓが搬送されるにつれて、図２の鋼帯Ｓの長手方向の分布に示すように、エッジ部の温度Ｅａとセンター部の温度Ｃａとの温度偏差が小さくなり、最終的に冷却帯６０の出側における鋼帯Ｓの幅方向の温度分布を略均一にすることができる。すなわち、鋼帯Ｓの温度を、冷却帯６０により冷却が開始されてから終了するまでの間は、鋼帯Ｓの温度が膜沸騰温度範囲であり、かつ、鋼帯Ｓのエッジ部の温度がセンター部の温度以上となるようにすることで、鋼帯Ｓのエッジ部の不安定な遷移沸騰状態を回避し、鋼帯Ｓの品質不良を防止する。
【００３９】
なお、必ずしも冷却帯６０により冷却が開始されてから終了するまでのすべての範囲において、鋼帯Ｓのエッジ部の温度がセンター部の温度以上である必要はない。少なくとも冷却帯６０の通板方向における総冷却長に対して、通板方向上流側から２／３以上の範囲で鋼帯Ｓのエッジ部の温度がセンター部の温度以上であればよい。この範囲において鋼帯Ｓのエッジ部の温度がセンター部の温度以上であれば、鋼帯Ｓの品質を許容範囲に収めることができる。
【００４０】
図２のように最終温度差ゼロが理想的ではあるが、現実には、しわ疵が発生する温度上限と合金巻きが発生する温度下限との間には余裕が存在し、その温度余裕は、一般的に４０℃程度である。したがって、通板方向上流側から総冷却長の２／３以上の範囲で鋼帯Ｓのエッジ部の温度がセンター部の温度以上であれば、最終温度偏差をしわ疵と合金巻きとを回避できる温度範囲内に収めることが可能である。なお、本知見は、鋼帯Ｓの温度偏差の生成量を実ラインで調査した結果に基づき考察した結果である。
【００４１】
このとき、総冷却長の冷却中間位置において、鋼帯Ｓのエッジ部の温度がセンター部の温度より２０℃以上高いのが望ましい。すなわち、総冷却長の冷却中間位置において、図２の位置Ｂのように、鋼帯Ｓの幅方向センター部に対してエッジ部の温度高くなった温度カーブとなるようにすることで、最終的に冷却帯６０の出側における鋼帯Ｓの幅方向の温度分布を略均一にすることができる。
【００４２】
＜３．冷却帯の冷却設備による鋼帯冷却＞
（３−１．鋼帯の冷却方法）
図３に、本実施形態に係る合金化炉の冷却帯６０による板温制御の概略を示す。図３に示すように、鋼帯Ｓは冷却帯６０を通過することで目標終点温度まで冷却される。一般に、溶融亜鉛めっき処理において鋼帯Ｓの合金化炉の冷却帯６０の入側温度は約４５０〜６００℃であり、終点温度は３００〜４００℃程度である。また、図３に示すクエンチ温度Ｔｑは、水の膜沸騰領域と遷移沸騰領域との境界温度である。クエンチ温度Ｔｑより大きい温度範囲が鋼帯Ｓの表面において水が膜沸騰する膜沸騰温度範囲となる。クエンチ温度Ｔｑは、冷却条件によって変化し、鋼帯Ｓを高水量によって強冷却すると上昇する傾向にある。
【００４３】
図３に示すように、終点温度とクエンチ温度Ｔｑとの温度差は、冷却帯６０の入側における板温とクエンチ温度Ｔｑとの温度差よりも小さい。したがって、冷却帯後段部６２で鋼帯Ｓを強冷却するとクエンチ温度Ｔｑが上昇してしまい、終点温度とクエンチ温度Ｔｑとの温度差がより小さくなってしまう。そうすると、冷却帯後段部６２でミストが遷移沸騰する可能性が高くなり、鋼帯Ｓに温度ムラが発生する可能性がある。本実施形態に係る冷却帯６０では、冷却帯６０の通板方向上流側にて高水量で積極的に鋼帯Ｓを冷却しつつ、板温が常にクエンチ温度Ｔｑ以下とならないようにしている。
【００４４】
具体的には、冷却帯前段部６１の通板方向上流側に、冷却帯６０を通過する鋼帯Ｓに対して噴射されるミストの噴射量が鋼帯Ｓの幅方向に調整された調整冷却設備６１ａを備える。調整冷却設備６１ａは、鋼帯Ｓの幅方向のセンター部を積極的に冷却し、エッジ部の冷却を抑制するように調整された冷却設備である。調整冷却設備６１ａの設置によって、鋼帯Ｓの温度を水が膜沸騰から遷移沸騰となるクエンチ温度以下とならないようにしつつ、鋼帯Ｓの幅方向の温度分布が大きくならないようにする。
【００４５】
調整冷却設備６１ａを冷却帯前段部６１の通板方向上流側に設ける理由としては、上述したように、冷却帯６０の通板方向下流側よりも鋼帯Ｓの温度制御幅に余裕があるためである。鋼帯Ｓの目標終点温度は水のクエンチ温度近傍にあるため、鋼帯Ｓの温度がクエンチ温度以下とならないようにするためには制御装置６５に高い制御精度が要求される。このため、冷却帯前段部６１の通板方向上流側に調整冷却設備６１ａを設け、高水量によって鋼帯Ｓを積極的に冷却することが望ましい。
【００４６】
また、本実施形態に係る冷却帯６０には、クエンチ点の位置変化の影響を最小化するために、鋼帯Ｓに対して噴射されたミストの少なくとも一部を、冷却帯６０内に存在する空気とともに吸引するミスト吸引設備６７が設けられている。これにより、垂れ水の要因となる余剰のミストを吸引し、余剰のミストが垂れ水として鋼帯Ｓに掛かることを防止できる。
【００４７】
このミスト吸引設備６７は、少なくとも冷却帯６０における鋼帯Ｓのエッジ部に対向する部分の近傍に設けられることが好ましい。かかる位置にミスト吸引設備６７を設けることで、エッジ部において垂れ水の要因となりうる余剰のミストを、より効果的に吸引することが可能となる。
【００４８】
また、このミスト吸引設備６７は、少なくとも冷却帯６０の通板方向下流側に設けることが好ましい。鋼帯Ｓの温度がより低い状態にある通板方向の下流側では、垂れ水によってクエンチ点位置の変化が生じ、沸騰状態が膜沸騰状態から遷移沸騰状態に移行する可能性が高い。したがって、冷却帯６０の通板方向下流側に重点的にミスト吸引設備６７を設けることで、垂れ水に起因する温度ばらつきをより効果的に抑制することが可能となる。なお、冷却帯６０に設けられるミスト吸引設備６７の個数については、特に限定されるものではなく、冷却帯６０の大きさや、冷却帯６０から吸引すべきミストの量等に応じて、適宜設定すればよい。
【００４９】
ミスト吸引設備６７による余剰ミストの吸引量は、制御装置６５によって制御される。制御装置６５が、調整冷却設備６１ａ及びミスト吸引設備６７の双方を制御することで、より効率良く鋼帯Ｓの冷却状態の管理を実施することが可能となる。
【００５０】
ここで、ミスト吸引設備６７によって吸引されるミストの量が少なすぎると、残存する余剰ミストに起因する垂れ水が発生することとなり、吸引されるミストの量が多すぎると、鋼帯Ｓの冷却が十分に行われなくなってしまう。そのため、制御装置６５の制御下においてミスト吸引設備６７が吸引するミストの量は、垂れ水の発生を防止しつつ十分な鋼帯Ｓの冷却を行うことが可能な、所定の範囲とすることが好ましい。
【００５１】
ミスト吸引設備６７により吸引する排気エア及びミストの量の制御は、公知の方法により行うことが可能であるが、例えば、ミスト吸引設備６７によるミスト吸込口近傍に設けた圧力計（図６の符号６９）の値により制御することが可能である。すなわち、ミスト吸引口近傍に設けた圧力計によって、ミスト吸引口の近傍の鋼帯Ｓのセンター部における圧力値を計測し、計測される圧力値が負圧となるように、ミスト吸引設備６７に設けられた排気ブロワのダンパー開度を調整すればよい。
【００５２】
また、調整冷却設備６１ａは、通板方向における限られた調整冷却設備６１ａの設備長で幅方向温度分布を調整するためには高水量で使用する必要がある。一方、調整冷却設備６１ａを膜沸騰域で使用するには、クエンチ温度Ｔｑの上昇を回避するために少水量で使用するのが望ましい。このように、調整冷却設備６１ａを設置するのみでは、幅方向温度分布の調整と膜沸騰域での安定冷却を実現する条件は相反する要件となってしまい両立は容易ではない。調整冷却設備６１ａの設備長を不必要に長くすることは、設備が複雑になり設置コストが大きくなるという課題や、幅方向温度分布を調整する必要がない対象材においては逆にエッジ部の温度が高くなってしまうという課題がある。
【００５３】
そこで、本願発明者らは、幅方向温度分布の抑制と膜沸騰条件の維持を実現するための設備を検討した結果、調整冷却設備６１ａの設備長Ｌ［ｍ］が以下の式（１）を満たせばよいことを見出した。
【００５４】
Ｌ≧（α×Ｖ×ｔｈ）／（（Ｔｉｎ−β）＾ｍ）×（Ｔｉｎ−γ））      ・・・（１）
ここで、冷却帯６０の入口における鋼帯Ｓのセンター部の温度をＴｉｎ［℃］、鋼帯Ｓの速度をＶ［ｍ／ｓ］、鋼帯の厚みをｔｈ［ｍ］とする。また、α、β、γ、ｍは定数であり、溶融亜鉛めっき設備に応じて設定される。
【００５５】
本願発明者らは、種々の操業条件において、調整冷却設備６１ａの水量に対する幅方向温度分布調整能力と冷却安定性を調査した。その結果、膜沸騰域を維持できる条件の中で、最も幅方向温度分布が小さくなる水量が存在することを見出した。また、その水量は、冷却帯６０の入口における鋼帯Ｓの温度、鋼帯Ｓの速度、鋼帯Ｓの厚み、および調整冷却設備６１ａの設備長Ｌと関係があることが分かった。そこで、この関係を利用して、幅方向温度分布調整効果を得るために必要な調整冷却設備６１ａの設備長Ｌを規定する上記式（１）を導出した。
【００５６】
式（１）は以下のように導出される。まず、クエンチ温度Ｔｑについて、上述したように鋼帯Ｓを高水量によって強冷却すると上昇する傾向にある。この関係は、実機設備を模擬した試験設備を用いて鋼帯の冷却特性を評価することにより得ることができる。例えば図４に示すように、クエンチ温度Ｔｑは、下記式（１−１）のような冷却水量Ｑの一次関数で表される。式（１−１）においてａ、ｂは定数である。
【００５７】
Ｔｑ＝ａＱ＋ｂ        ・・・（１−１）
【００５８】
また、図４に示すように、調整冷却設備６１ａのセンター部（幅方向の中心）における鋼帯Ｓの入側の温度Ｔｉｎ、鋼帯Ｓの厚みｔｈ、鋼帯Ｓの速度Ｖおよび調整冷却設備６１ａの設備長Ｌを一定としたとき、冷却水量Ｑと鋼帯Ｓのセンター部の温度Ｔとは、図４に示すように、冷却水量Ｑが大きくなるほど鋼帯Ｓのセンター部の温度Ｔは低下するような関係にある。ここで、調整冷却設備６１ａによる鋼帯Ｓのセンター部とエッジ部との温度差の改善効果ΔＴは、鋼帯Ｓのセンター部入側の温度Ｔｉｎと調整冷却設備６１ａ内での任意の通板方向位置の温度Ｔ１との差と比例関係にある。すなわち、幅方向における温度分布の改善効果ΔＴは下記式（１−２）で表される。式（１−２）においてαは定数である。
【００５９】
ΔＴ＝α（Ｔｉｎ−Ｔ１）      ・・・（１−２）
【００６０】
一方、鋼帯Ｓの温度をクエンチ温度Ｔｑ未満に冷却しないようにするため、調整冷却設備６１ａにより調整可能な幅方向における温度分布には上限がある。すなわち、図５に示すように、点ＰＡからクエンチ温度Ｔｑとなる位置を示す点ＰＢの間においては、冷却水量Ｑが増加するほど、幅方向における温度分布の改善効果ΔＴは高くなる。しかし、鋼帯Ｓの温度Ｔがクエンチ温度Ｔｑを下回ると、鋼帯Ｓが局所的に過冷却される状態となり、図５に示すように、点ＰＢ〜ＰＣに向かっては幅方向における温度分布の改善効果ΔＴが急激に低下する。
【００６１】
したがって、調整冷却設備６１ａにより調整可能な幅方向における温度分布は、鋼帯Ｓの温度がクエンチ温度Ｔｑ以上となる膜沸騰温度範囲（点ＰＡ〜ＰＢの範囲）となる。そこで、クエンチ温度Ｔｑにおける幅方向における温度分布の改善効果をΔＴｍａｘとすると、式（１−２）より下記式（１−３）で表すことができる。
【００６２】
ΔＴｍａｘ＝α（Ｔｉｎ−Ｔｑ）      ・・・（１−３）
【００６３】
さらに、調整冷却設備６１ａの設備長Ｌは、調整が必要な温度分布偏差に対して決定される。ここで、上述した調整可能な温度分布の改善効果の上限ΔＴｍａｘは、下記式（１−４）のように、鋼帯Ｓの入側のセンター部の温度Ｔｉｎ、鋼帯Ｓの厚みｔｈとその速度Ｖ、および調整冷却設備６１ａの設備長Ｌによっても表される。
【００６４】
ΔＴｍａｘ＝（α・２・ｈ・Ｌ・（Ｔａｖｅ−Ｔｗ））／（ρ・Ｃｐ・Ｖ・ｔｈ）
・・・（１−４）
ここで、Ｔａｖｅは平均板温であり、例えば鋼帯Ｓの入側のセンター部の温度Ｔｉｎとクエンチ温度Ｔｑとの平均値で表される。また、Ｔｗは冷却水温、ρは鋼材密度、Ｃｐは鋼材比熱である。
【００６５】
この式（１−４）の関係と、上記式（１−１）、（１−３）および冷却水量Ｑ［ｌ／ｍ２・ｍｉｎ］と熱伝達係数ｈ［Ｗ／ｍ２・℃］との関係を表す式（１−５）を整理すると、上記式（１）を得ることができる。式（１−５）において、ｋは定数である。
【００６６】
ｈ＝ｋＱｍ      ・・・（１−５）
【００６７】
なお、このとき上記式（１）の定数α、β、γは以下のようになる。
【００６８】
α＝２０２８０×ａｍ／ｋ      ・・・（１−７）
β＝３３＋ｂ      ・・・（１−８）
γ＝４５      ・・・（１−９）
【００６９】
定数α、β、γは実機設備を模擬した試験設備を用いて鋼帯の冷却特性を評価した結果を用いて設定され、例えばα＝１７０００００、β＝３３０、γ＝４５、ｍ＝０．６とすることができる。
【００７０】
なお、冷却帯６０の入口における鋼帯Ｓの温度Ｔや、鋼帯Ｓの速度Ｖ、鋼帯Ｓの厚みｔｈは、鋼種や生産量、注文サイズによって決まる値であることから、式（１）により算出されるＬの値は固定の値とはならない。したがって、調整冷却設備６１ａの設備長Ｌは、例えば代表的な操業条件を前提にして決定される。
【００７１】
また、調整冷却設備６１ａの設備長Ｌが一定であるときには、上記式（１）の関係に基づき、下記式（２）から算出される鋼帯Ｓの上限速度Ｖｍａｘ以下で鋼帯Ｓを生産してもよい。α’、β’、γ’、ｍは定数であり、溶融亜鉛めっき設備に応じて設定される。例えば、α’＝１７０００００、β’＝３３０、γ’＝４５、ｍ＝０．６とすることができる。鋼帯Ｓの速度Ｖは通板対象により変化するため、これらの定数は過渡状態を考慮して設定している。
【００７２】
Ｖｍａｘ＝（Ｌ×（Ｔｉｎ−β’）＾ｍ×（Ｔｉｎ−γ’））／（α’×ｔｈ）      ・・・（２）
【００７３】
このように、調整冷却設備６１ａの設備長Ｌを変更できない場合にも、鋼種や生産量、注文サイズによって鋼帯Ｓの上限速度Ｖｍａｘを変更し、上限速度Ｖｍａｘ以下の速度Ｖで鋼帯Ｓを生産することで、冷却ムラに起因する品質不良を回避しつつ、高い生産性を得ることができる。鋼帯Ｓの速度Ｖは、例えばガイダンスシステムを用いてオペレータに通知され、変更される。
【００７４】
また、鋼帯Ｓの幅方向の温度分布に関しては、温度分布がないようにすることが望ましいが、所定の温度範囲内に収まっていれば、品質に大きな影響はない。例えば、所定の温度範囲は３０℃程度である。なお、冷却帯６０の出側における終点温度について、上述したように終点温度は３００〜４００℃程度であるが、これより高くなると鋼帯Ｓの表面のめっきがトップロール７０に巻きつく可能性がある。したがって、冷却帯６０の出側における鋼帯Ｓの幅方向の温度のうち最高温度は３００〜４００℃より高くならないように制御される。
【００７５】
［３−２．調整冷却設備の構成例］
調整冷却設備６１ａの一構成について、図６〜図９に基づき説明する。図６は、本実施形態に係る冷却帯６０の一構成例を示す説明図である。図７は、本実施形態に係る調整冷却設備６１ａを備える冷却帯前段部６１の一構成例を示す説明図である。図８は、気水ヘッダー６３の一構成例を示す説明図である。図９は、調整冷却設備６１ａが１段の気水ヘッダー６３から構成されるときの調整冷却設備６１ａの設備長を説明する説明図である。
【００７６】
本実施形態に係る冷却帯６０は、図８に示すような、鋼帯Ｓの幅方向に沿って複数の気水噴射ノズル６４が配列された気水ヘッダー６３を長手方向に複数配置して構成される。冷却帯前段部６１および冷却帯後段部６２には気水ヘッダー６３がそれぞれ複数段（例えば約３０段）ずつ設けられている。図７に示すような冷却帯６０は鋼帯Ｓの通板方向を挟んで対称に配置されている。これにより、鋼帯Ｓを表面および裏面から冷却している。気水噴射ノズル６４からのミスト噴射量（すなわち、気水ヘッダー６３の水量）は、図８に示すバルブ６６ａ、６６ｂの開閉によって調節できる。バルブ６６ａ、６６ｂの開閉は制御装置６５によって段毎に調整可能である。
【００７７】
調整冷却設備６１ａは、例えば各気水ヘッダー６３に配列された気水噴射ノズル６４のうち鋼帯Ｓの幅方向のエッジ部側の気水噴射ノズル６４をキャップにより塞ぎ、気水噴射ノズル６４からミスト噴射されないようにすることで構成することができる。図７の例では、冷却帯前段部６１の通板方向上流側に位置する１〜ｎ段目の気水ヘッダー６３のエッジ部がキャップにより塞がれ、未噴射領域６３ｂを形成している。したがって、調整冷却設備６１ａを通過する間、鋼帯Ｓは、噴射領域６３ａに対応するセンター部が積極的に冷却され、両エッジ部の冷却は抑制される。
【００７８】
なお、調整冷却設備６１ａを構成する気水ヘッダー６３の数ｎは、上記式（１）で設定される調整冷却設備６１ａの設備長Ｌ、あるいは予め設定された一定の調整冷却設備６１ａの設備長Ｌに基づき設定される。具体的には、調整冷却設備６１ａの設備長Ｌは、下記式（３）で表される。ここで、調整冷却設備６１ａが１段の気水ヘッダー６３から構成されるとき（すなわち、ｎ＝１のとき）には、図９に示すように、気水噴射ノズル６４から鋼帯Ｓの表面に向かって垂直な方向に対して上下４５°の角度θをもってミストが噴射される範囲を調整冷却設備６１ａの設備長Ｌとする。
【００７９】
【数１】
2016013240.tif 000003
【００８０】
ここで、ｐは通板方向に隣接する気水ヘッダー６３のピッチ、ｄは鋼帯Ｓと気水ヘッダー６３との距離を表す。上記式（３）に基づき、調整冷却設備６１ａを構成する気水ヘッダー６３の数ｎや設置位置を決定することができる。
【００８１】
調整冷却設備６１ａは、例えば図７に示すように、通板方向上流側において鋼帯Ｓの両エッジ部にあたる部分の気水噴射ノズル６４をキャップで多く塞いで未噴射領域６３ｂを多くし、下流側に向かうにつれてセンター部側からキャップで塞ぐ気水噴射ノズル６４の数を減少させ未噴射領域６３ｂを少なくするようにしてもよい。すなわち、気水ヘッダー６３の気水噴射ノズル６４によってミストを鋼帯Ｓの表面に噴射する噴射領域６３ａを、通板方向上流から下流に向かって大きくするようにする。
【００８２】
例えば、鋼帯Ｓの厚み０．６ｍｍ、冷却帯６０の入口の鋼帯温度５００℃において必要な調整冷却設備６１ａの設備長Ｌは、以下の表１のように設定される。鋼帯Ｓの速度Ｖが大きいほど、長い調整冷却設備６１ａが必要になる。
【００８３】
【表１】
2016013240.tif 000004
【００８４】
これにより、冷却開始時に鋼帯Ｓのエッジ部の過冷却を効果的に抑制しつつ、その後徐々に鋼帯Ｓの冷却範囲を広げて全面的に冷却されようにする。特に、冷却開始段階では鋼帯Ｓのセンター部を集中的に冷却し、エッジ部の冷却を停止することで、図２に示すように、冷却帯６０を通過中、鋼帯Ｓのエッジ部の温度がセンター部の温度以上となるようにすることができる。したがって、冷却帯６０における冷却終了時において、鋼帯Ｓの幅方向の温度分布が大きくならず、略均一に冷却することができる。
【００８５】
冷却帯６０のうち、調整冷却設備６１ａより通板方向下流側の気水ヘッダー６３、すなわち、冷却帯前段部６１のｎ＋１段目以降および冷却帯後段部６２のすべての気水ヘッダー６３は、すべての気水噴射ノズル６４からミストが噴射される。
【００８６】
なお、図６に示すように、調整冷却設備６１ａは、冷却帯６０の通板方向最上流１本目の気水ヘッダー６３から設置することが必須ではないが、本発明の効果を享受するためにはなるべく上流側、可能であれば１本目から設置するのが望ましい。
【００８７】
また、ミスト吸引設備６７は、図６および図７に示すように、冷却帯前段部６１の下流側及び冷却帯後段部６２の下流側に、鋼帯Ｓのエッジ部と対向するように設けられる。このミスト吸引設備６７により、気水ヘッダー６３から噴射されたミストを、圧力計６９により計測される圧力値に応じて、センター部の圧力値が負圧となるように所定量吸引する。これにより、冷却帯前段部６１の内部には、垂れ水の発生を防止しつつ十分な鋼帯の冷却を行うことが可能なだけのミストが存在することとなり、垂れ水による冷却ムラの発生を防止できる。
【００８８】
図６および図７に示す調整冷却設備６１ａの構成は一例であって、本実施形態に係る冷却帯６０の調整冷却設備６１ａの構成はかかる例に限定されない。例えば、図６および図７においてキャップ６５で塞がれる気水噴射ノズル６４をそもそも設けないようにして、エッジ部の冷却を停止させてもよい。あるいは、エッジ部の冷却を完全に停止させず、センター部よりも低水量を噴霧するようにしてもよい。また、図６および図７の調整冷却設備６１ａは、通板方向上流から下流に向かって鋼帯Ｓのセンター部の冷却範囲を大きくするように構成されているが、調整冷却設備６１ａによるセンター部の冷却範囲は一定であってもよい。
【００８９】
以上、本実施形態に係る溶融亜鉛めっき処理設備における合金化炉の冷却帯６０について説明した。本実施形態に係る合金化炉の冷却帯６０は、冷却帯前段部６１の通板方向上流側に、冷却帯６０を通過する鋼帯Ｓに対して噴射されるミストの噴射量を鋼帯Ｓの幅方向に調整した調整冷却設備６１ａを備える。調整冷却設備６１ａでは、鋼帯Ｓのセンター部を積極的に冷却する一方、エッジ部の冷却を停止あるいは低水量の噴射とする。また、少なくとも冷却帯６０における鋼帯Ｓのエッジ部に対向する部分の近傍には、一対のミスト吸引設備６７が設けられる。
【００９０】
このとき、調整冷却設備６１ａの設備長Ｌを、鋼帯Ｓの幅方向の温度偏差が大きくなり、温度ムラが発生するのを防止すると同時に、鋼帯Ｓの板温がクエンチ温度Ｔｑ以下とならないように冷却できる長さとすることで、安定して鋼帯Ｓを冷却することができる。本実施形態に係る合金化炉の冷却帯６０は、ミスト冷却により安定して鋼帯を冷却することができるので、高速に鋼帯を通過させて処理することが可能となり、生産性を高めることが可能となる。また、上記位置にミスト吸引設備６７を設けることで、エッジ部において垂れ水の要因となりうる余剰のミストを、より効果的に吸引することが可能となる。
【実施例】
【００９１】
実施例として、溶融亜鉛めっき処理設備における合金化炉の冷却帯において調整冷却設備の使用ヘッダー数を変化させて調整冷却設備の設備長Ｌを変え、溶融亜鉛めっき鋼帯を冷却したときの冷却後の鋼帯の幅方向温度分布および製品の外観品位を調べた。冷却帯の構成は図６と同様であり、３６段の気水ヘッダーを備えているとする。このうち、１〜９段目の気水ヘッダーは調整冷却設備を構成している。本例では、調整冷却設備のエッジ部の水量はゼロであり、センター部のみミスト噴射を行った。結果を表２に示す。【００９２】
なお、表２において、冷却帯中間位置での温度差は、冷却帯前段部６１と冷却帯後段部６２との間の位置とし、エッジ部の温度からセンター部の温度を引いた値を示している。冷却帯出側での温度差も、エッジ部の温度からセンター部の温度を引いた値を示している。エッジ部の温度は、鋼帯の幅方向端部から１００ｍｍの位置における表面温度、センター部の温度は、鋼帯の幅方向中心位置での表面温度とする。【００９３】
【表２】
2016013240.tif 000005
◎：無（良好）、△：僅かに有（不可）、×：有（不可）【００９４】
比較例０は、調整冷却設備である１〜９段目の気水ヘッダーを使用しない場合、すなわち、鋼帯の幅方向全体をミスト冷却した場合である。比較例０では、ミスト吸引設備も使用しない。このとき、鋼帯の幅方向のセンター部に比べてエッジ部の板温が大きく低下した。トップロールに鋼帯表面の亜鉛めっきが付着し、しわ疵も発生していた。比較例１は、比較例０の状態にミスト吸引設備を設置した場合である。この場合、しわ疵は発生しないものの、トップロールへの鋼帯表面の亜鉛めっきの付着が見受けられた。【００９５】
実施例１〜３は、調整冷却設備である１〜９段目の気水ヘッダーを使用した場合である。実施例１〜３の調整冷却設備の長さは上記式（１）を満たすようにその下限値よりも長く設定されている。これらの場合、調整冷却設備よって鋼帯の幅方向のセンター部を積極的に冷却した後、調整冷却設備より下流側の気水ヘッダーによって鋼帯の幅方向全体をミスト冷却することで、比較例０及び比較例１と比較してエッジ部温度低下が軽減されていた。トップロールへの鋼帯表面の亜鉛めっきの付着もなく、しわ疵の発生もなかった。【００９６】
比較例２は、調整冷却設備である１〜９段目の気水ヘッダーを使用した場合であり、調整冷却設備の長さは上記式（１）を満たしているが、ミスト吸引設備が設けられていない場合である。この場合、比較例０と同様、鋼帯の幅方向のセンター部に比べてエッジ部の板温が大きく低下し、トップロールに鋼帯表面の亜鉛めっきが付着するとともに、しわ疵も発生していた。【００９７】
比較例３〜５は、調整冷却設備である１〜９段目の気水ヘッダーの使用本数を減らした場合である。いずれも調整冷却設備の長さは上記式（１）を満たさず、その下限値よりも短く設定されている。なお、比較例３については、上記式（１）の関係を満たしていないため僅かにトップロールの鋼帯表面に亜鉛めっきが付着した。冷却中に鋼帯の温度がクエンチ温度を下回ることはなかったが、冷却帯中間位置での鋼帯の幅方向のセンター部の温度がエッジ部の温度よりも僅かに高い程度であったため、冷却帯出側での温度差が大きくなったことが要因と考えられる。【００９８】
比較例４および５については、調整冷却設備の気水ヘッダーの使用本数を減らした結果、センター部とエッジ部の温度差解消代が少なくなる影響を抑制するために、調整冷却設備の各気水ヘッダーへ供給される水量を多くして冷却帯出側のセンター部とエッジ部との温度差を小さくしようとした場合である。比較例４では冷却帯出側のセンター部とエッジ部との温度差は小さくなったものの、冷却中に鋼帯の温度がクエンチ温度を下回ったためにしわ疵が発生した。比較例５では調整冷却設備の各気水ヘッダーへ供給される水量を多くしても、十分にセンター部とエッジ部の温度差を小さくすることができなかった。その結果、冷却帯出口での、鋼帯の幅方向のセンター部は温度が高くなってしまった。一方、鋼帯の幅方向のエッジ部の温度は低下してしまい、クエンチ温度を下回っていた。その結果、比較例５では、トップロールに鋼帯表面の亜鉛めっきが付着し、しわ疵も発生していた。【００９９】
比較例６は、調整冷却設備を冷却帯の最終段側に設置した場合である。比較例６では、調整冷却設備の長さは上記式（１）を満たしており、ミスト吸引設備も設置されている。すなわち、図１０に示すように、冷却帯には、鋼帯Ｓの幅方向のエッジ部に対向するように配置される一対のミスト吸引設備６７が、冷却帯６０の通板方向中間位置及び出側に設けられ、鋼帯Ｓに対して噴射されたミストの少なくとも一部が吸引される。また、冷却帯出側から通板方向上流側に向かって調整冷却設備が構成されている。調整冷却設備は、鋼帯Ｓの幅方向のエッジ部側の気水噴射ノズルをキャップにより塞ぎ、気水噴射ノズルからミスト噴射されないようにすることで構成されている。このとき、冷却帯出側から通板方向上流側に向かうにつれて、未噴射領域６３ｃが小さくなるようにされている。【０１００】
比較例６では、冷却帯前段部６１において鋼帯Ｓの幅方向が万遍なく冷却されるため、冷却帯の中間位置において鋼帯の幅方向のエッジ部の温度がセンター部の温度よりも低くなる。その結果、冷却帯後段部６２においてエッジ部の冷却を抑制してもエッジ部の不安定な遷移沸騰を回避することができず、トップロールに鋼帯表面の亜鉛めっきが付着し、しわ疵も発生した。【０１０１】
本実施例より、冷却設備の通板方向上流側に調整冷却設備を設けた際に、上記式（１）を満たすようにすることで、鋼帯の幅方向のエッジ部の温度低下が軽減されて温度ムラの発生が抑制され、しわ疵のない良好な製品を製造できることが分かった。また、トップロールへの鋼帯表面の亜鉛めっきの付着もなくすことができることが示された。【０１０２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。【０１０３】
例えば、上記実施形態では、鋼帯を冷却する冷却設備には、ミストを噴射する気水ノズル（二液ノズル）を用いたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、水を噴射する一液ノズルを用いて冷却設備を構成してもよい。なお、水質管理の観点より、水質管理の難しい一液ノズルより二液ノズルを用いる方が好ましい。
【符号の説明】
【０１０４】
５      溶融亜鉛
１０    亜鉛ポット
２０    シンクロール
３０    ガスノズル
４０    加熱帯
５０    保熱帯
６０    冷却帯
６１    冷却帯前段部
６２    冷却帯後段部
６３    気水ヘッダー
６３ａ  噴射領域
６３ｂ  未噴射領域
６４    気水噴射ノズル
６５    制御装置
７０    トップロール
Ｓ      鋼帯
【図１】
2016013240.tif 000006
【図２】
2016013240.tif 000007
【図３】
2016013240.tif 000008
【図４】
2016013240.tif 000009
【図５】
2016013240.tif 000010
【図６】
2016013240.tif 000011
【図７】
2016013240.tif 000012
【図８】
2016013240.tif 000013
【図９】
2016013240.tif 000014
【図１０】
2016013240.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月6日(2016.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融亜鉛めっきされた鋼帯を合金化処理する合金化炉の冷却設備におけるミスト冷却による鋼帯の冷却方法であって、
前記冷却設備の通板方向上流側に設けられた調整冷却設備により、当該冷却設備を通過する前記鋼帯に対して噴射されるミスト噴射量が、前記鋼帯の幅方向のエッジ部におけるミスト噴射量がセンター部におけるミスト噴射量よりも小さくなるように、前記冷却設備を通過する前記鋼帯に対してミストを噴射し、
少なくとも前記冷却設備の通板方向下流側に設けられたミスト吸引設備により、前記鋼帯に対して噴射されたミストの少なくとも一部を吸引し、
前記鋼帯の冷却開始から冷却終了までの間、前記鋼帯の温度が膜沸騰温度範囲であり、かつ、前記冷却設備の総冷却長のうち少なくとも通板方向上流側から２／３以上の範囲においては前記鋼帯の幅方向におけるエッジ部の温度がセンター部の温度以上となる通板速度で前記鋼帯を冷却する、鋼帯の冷却方法。
【請求項２】
前記調整冷却設備の設備長Ｌ［ｍ］に対して、前記鋼帯の速度は下記式（ａ）により算出される上限速度Ｖｍａｘ［ｍ／ｓ］以下となるように設定される、請求項１に記載の鋼帯の冷却方法。
Ｖｍａｘ＝（Ｌ×（Ｔｉｎ−β’）＾ｍ×（Ｔｉｎ−γ’））／（α’×ｔｈ）    ・・・（ａ）
ここで、Ｔｉｎ［℃］は冷却設備の入口における鋼帯のセンター部の温度、ｔｈ［ｍ］は鋼帯の厚みとする。α’、β’、γ’、ｍは定数であり、溶融亜鉛めっき設備に応じて設定される。
【請求項３】
前記定数は、それぞれα’＝１８７００００、β’＝３３０、γ’＝４５、ｍ＝０．６である、請求項２に記載の鋼帯の冷却方法。
【請求項４】
溶融亜鉛めっきされた鋼帯を合金化処理する合金化炉のミスト冷却による冷却設備であって、
前記冷却設備の通板方向上流側に設けられ、当該冷却設備を通過する前記鋼帯に対して噴射するミスト噴射量を前記鋼帯の幅方向に調整可能な調整冷却設備と、
少なくとも前記冷却設備の通板方向下流側に設けられ、前記鋼帯に対して噴射されたミストの少なくとも一部を吸引するミスト吸引設備と、
を備え、
前記調整冷却設備は、当該冷却設備を通過する前記鋼帯に対して噴射されるミスト噴射量が、前記鋼帯の幅方向のエッジ部におけるミスト噴射量がセンター部におけるミスト噴射量よりも小さくなるように調整されており、
前記鋼帯の冷却開始から冷却終了までの間、前記鋼帯の温度を膜沸騰温度範囲内とし、かつ、前記冷却設備の総冷却長のうち少なくとも通板方向上流側から２／３以上の範囲において前記鋼帯の幅方向におけるエッジ部の温度がセンター部の温度以上となる、前記鋼帯の通板方向における設備長を有する、冷却設備。
【請求項５】
前記調整冷却設備は、前記鋼帯の通板方向における当該調整冷却設備の設備長Ｌ［ｍ］が下記式（ｂ）を満たすように設けられる、請求項４に記載の冷却設備。
Ｌ≧（α×Ｖ×ｔｈ）／（（Ｔｉｎ−β）＾ｍ）×（Ｔｉｎ−γ））      ・・・（ｂ）
ここで、Ｔｉｎ［℃］は冷却設備の入口における鋼帯のセンター部の温度、Ｖ［ｍ／ｓ］は鋼帯の速度、ｔｈ［ｍ］は鋼帯の厚みとする。α、β、γ、ｍは定数であり、溶融亜鉛めっき設備に応じて設定される。
【請求項６】
前記定数は、それぞれα＝１７０００００、β＝３３０、γ＝４５、ｍ＝０．６である、請求項５に記載の冷却設備。
【請求項７】
前記調整冷却設備は、幅方向に沿って配置された複数のノズルからなるヘッダーを通板方向に複数備え、
前記各ヘッダーは、前記鋼帯の幅方向エッジ部において前記鋼帯に対してミストが噴射されないように構成されている、請求項４〜６のいずれか１項に記載の冷却設備。
【請求項８】
前記調整冷却設備の前記各ヘッダーは、鋼帯の幅方向センター部において前記鋼帯に対してミストを噴射する前記ノズルの数が通板方向上流から下流に向かって増加するように構成されている、請求項７に記載の冷却設備。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
調整冷却設備の設備長Ｌ［ｍ］に対して、鋼帯の速度は下記式（ａ）により算出される上限速度Ｖｍａｘ［ｍ／ｓ］以下となるように設定してもよい。
Ｖｍａｘ＝（Ｌ×（Ｔｉｎ−β’）＾ｍ×（Ｔｉｎ−γ’））／（α’×ｔｈ）      ・・・（ａ）
ここで、Ｔｉｎ［℃］は冷却設備の入口における鋼帯のセンター部の温度、ｔｈ［ｍ］は鋼帯の厚みとする。α’、β’、γ’、ｍは定数であり、溶融亜鉛めっき設備に応じて設定される。定数は、それぞれα’＝１８７００００、β’＝３３０、γ’＝４５、ｍ＝０．６としてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本実施形態に係る合金化炉の冷却帯６０は、鋼帯Ｓの通板方向上流側（すなわち、鉛直下方側（亜鉛ポット１０側））に設けられた冷却帯前段部６１と、冷却帯前段部６１に対して鋼帯Ｓの通板方向下流側（すなわち、鉛直上方側）に設けられた冷却帯後段部６２とからなる。冷却帯前段部６１および冷却帯後段部６２は、それぞれ多段に気水ヘッダー（図８、図９の符号６３）が配置されている。各気水ヘッダーには、冷却水をミスト状で噴射する気水噴射ノズル（図８の符号６４）が複数設けられている。気水噴射ノズルから噴射されたミストは鋼帯Ｓの表面に吹き付けられる。各気水ヘッダーに供給される冷却水量は、制御装置６５によって制御される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
図６および図７に示す調整冷却設備６１ａの構成は一例であって、本実施形態に係る冷却帯６０の調整冷却設備６１ａの構成はかかる例に限定されない。例えば、図６および図７においてキャップで塞がれる気水噴射ノズル６４をそもそも設けないようにして、エッジ部の冷却を停止させてもよい。あるいは、エッジ部の冷却を完全に停止させず、センター部よりも低水量を噴霧するようにしてもよい。また、図６および図７の調整冷却設備６１ａは、通板方向上流から下流に向かって鋼帯Ｓのセンター部の冷却範囲を大きくするように構成されているが、調整冷却設備６１ａによるセンター部の冷却範囲は一定であってもよい。
【国際調査報告】
2016013240.tif 000016
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