(57)【要約】【課題】本発明は、最終仕上げを出てから巻き取り機に至るまでのランナウトテーブルにおける鋼帯の冷却プロセスで、安定して鋼帯の巻き取り温度を制御して強冷却する熱延鋼帯の冷却装置と、その冷却方法を提供する。【解決手段】最終仕上げ圧延機２Ｅ後方のランナウトテーブル３において２つの冷却能力の異なる冷却装置を備えていて、上流側は強冷却をなす第１の冷却装置５、下流側は緩冷却をなす第２の冷却装置６であり、これらの冷却装置で冷却を連続的に行い、鋼帯の圧延速度の加減速に応じて冷却ゾーン長さを調整し、鋼帯の温度降下量は、大まかには前段の急冷装置を用い、細かくには後段の緩冷却装置を用いて行い、規定の巻き取り温度に停止温度が収まるように冷却する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱延鋼帯の製造設備における最終仕上げ圧延機と巻き取り機との間に配置される熱延鋼帯の冷却装置であって、
最終仕上げ圧延機の後方に配置され、熱延鋼帯の圧延速度の加減速に応じて、冷却ゾーン長さを調整し、熱延鋼帯を水量密度１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２  以上で急速冷却する第１の冷却手段と、
この第１の冷却手段の後方に配置され熱延鋼帯を緩冷却する第２の冷却手段と、
を具備したことを特徴とする熱延鋼帯の冷却装置。
【請求項２】
上記第１の冷却手段は、鋼帯に対する面が平面状であり、かつ上下に対称で、鋼帯に近接して配置され、それぞれ冷却水を噴射するノズル孔を備えた上面冷却ボックスと、下面冷却ボックスであることを特徴とする請求項１記載の熱延鋼帯の冷却装置。
【請求項３】
上記第１の冷却手段と第２の冷却手段との間、および第２の冷却手段の後方に、冷却された熱延鋼帯の温度を検出する温度検出手段を配置したことを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却装置。
【請求項４】
熱延鋼帯の製造設備における最終仕上げ圧延機と巻き取り機との間で、最終仕上げ圧延機の後方において、
熱延鋼帯の圧延速度の加減速に応じて、温度降下量が鋼帯内で一定となるように冷却ゾーン長さを調整し、熱延鋼帯を水量密度１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２  以上で急速冷却する急速冷却工程と、
この急速冷却工程のあとで、所定の巻き取り温度で巻き取られるように熱延鋼帯を緩冷却する緩冷却工程と、
を具備したことを特徴とする熱延鋼帯の冷却方法。
【請求項５】
上記緩冷却工程は、その冷却ゾーン長、あるいは／かつ、冷却水量などの冷却水噴射条件を制御することを特徴とする請求項４記載の熱延鋼帯の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延された高温鋼帯を冷却するための冷却装置と、その冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、熱延鋼帯は、加熱炉においてスラブを所定温度に加熱し、加熱されたスラブを粗圧延機で所定厚みに圧延して粗バーとなし、ついでこの粗バーを複数基のスタンドからなる連続熱間仕上げ圧延機において所定の厚みの鋼帯となす。そして、この熱延鋼帯を冷却装置を構成するランナウトテーブル上の冷却スタンドにおいて冷却した後、巻き取り機で巻き取ることにより製造される。
【０００３】
このような圧延された高温の鋼帯を連続的に冷却する冷却装置では、第１に鋼帯の通板性が考慮されている。  
たとえば、鋼帯の上面冷却をなすため、円管状のラミナー冷却ノズルから鋼帯搬送用のローラテーブルに対して、ローラテーブルの幅方向に亘って直線状に複数のラミナー冷却水を注水している。したがって、鋼帯は水圧で上方から押されているが、通板している鋼帯のパルスラインがローラテーブル上から押し込まれずにすむ。
【０００４】
一方、鋼帯の下面冷却として、上記ローラテーブル間にスプレーノズルが設けられ、ここから冷却水を噴射する方法が一般的である。したがって、このような冷却形態は熱延鋼帯に対して間欠的な冷却をなし、いわゆる緩冷却が行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら近年は、結晶粒径が細かい熱延鋼帯が、加工性に優れることと、低Ｃｅｐでも強度が高いこと等から求められており、そのための急速な冷却（強冷却）が必要となっている。
【０００６】
このように、熱延鋼帯に対して急速冷却を行うにあたって、従来の冷却装置では以下のような問題がある。  
すなわち、鋼帯先端が巻き取り機に巻き取られるまでの通板性を確保するために、また鋼帯後端が最終仕上げ圧延機を抜けたあと巻き取り機に巻き取られるまでの間の鋼帯端部のばたつきを抑えるため、鋼帯先端の噛み込み時と、鋼帯後端の噛み離すときの圧延速度を落とし、これらの間の定常部の圧延速度を加減速する圧延が行われる。
【０００７】
たとえば、この圧延パターンは６００ｍｐｍから１２００ｍｐｍ程度まで加速した後、端部圧延時には再度６００ｍｐｍまで遅くするよう制御される。このとき、たとえば冷却温度が５００℃／ｓの冷却を行うと、鋼帯の温度は６００ｍｐｍでは０．１秒通過する間に１ｍ進み、５０℃で１２００ｍｐｍでは１ｍ進む間に２５℃の温度降下があり、同じ冷却ゾーン長では１本の鋼帯内で冷却量がほとんど倍違う。
【０００８】
特に、このような強冷却状態を実現する場合には、冷却水量を多少変化させても冷却速度はあまり変わらず、冷却速度は板厚のみの関数となる。強冷却を行いながら冷却停止温度を精度よく制御するためには、冷却ゾーン長を細かく分割し、条件に応じた冷却ゾーン長を制御する必要がある。
【０００９】
しかしながら、冷却ゾーンの細分化については、冷却装置をローラテーブル間に配置するには分割に限度があり、せいぜい約５０ｃｍまでである。したがって、強冷却の冷却停止温度の精度は、加減速圧延に応じて最大でも約２５℃しかなかった。
【００１０】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、最終仕上げ圧延機を出てから巻き取り機に至るまでの間の鋼帯に対する冷却プロセスで、安定して鋼帯の巻き取り温度を制御して強冷却する熱延鋼帯の冷却装置と、その冷却方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされていて、最終仕上げ圧延機と巻き取り機との間に、２つの冷却能力の異なる冷却手段を備えていて、上流側は強冷却をなす冷却手段、下流側は緩冷却をなす冷却手段であり、これらの冷却手段で冷却を連続的に行う。鋼帯の圧延速度の加減速に応じて冷却ゾーン長さを調整し、鋼帯の温度降下量は、大まかには前段の急速冷却を用い、細かくには後段の緩冷却を行い、規定の巻き取り温度に停止温度が収まるように冷却する熱延鋼帯の冷却装置と、その冷却方法である。
【００１２】
以上のごとき冷却装置と冷却方法を採用することにより、熱延鋼帯に対する安定した急速冷却が可能となり、巻き取り温度が確実に制御される。その結果、材質上重要な冷却温度が、鋼帯の幅方向と長手方向に一様となるばかりか、巻き取り温度が鋼帯の幅方向と長手方向に一定となり、結晶粒径が揃った均質な熱延鋼帯が得られ、製品としての歩留まりが高くなり、品質が安定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下に述べるような効果を奏することとなる。  
（１）  鋼帯の先端から後端に至るまで均一な冷却条件で冷却が可能となり、特に鋼帯の長手方向と幅方向とで巻き取りが一定となるので、鋼帯の品質が安定する。それにともなって、先端部の切捨て代が少なくなって歩留まりが高い。  
（２）  １つの仕上げ圧延機群で異なる冷却速度の鋼帯を作り分けることが可能となり、同じ成分のスラブないし粗バーから強度レンジの異なる材質の鋼帯が製造可能となり、鋼種の統合や在庫スラブの削減につながる。  
（３）急速冷却を行うことで、結晶粒径の細かい熱延鋼帯を安定して製造することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。  
図１は、熱延鋼帯の製造設備を概略的に示し、図２は、第１の冷却手段をなす第１の冷却装置を概略的に示す。
【００１５】
粗圧延機で圧延された粗バー１はローラテーブル上を搬送されて、連続的に７つの連続仕上げ圧延機２で所定の厚みまで圧延された後、最終仕上げ圧延機２Ｅの後方のランナウトテーブル３に導かれる。このランナウトテーブル３のほとんど大部分は冷却装置を構成していて、ここで冷却されたあと、巻き取り機４で巻き取られて熱延コイルとなる。
【００１６】
上記ランナウトテーブル３に沿う上流側には、第１の冷却手段である第１の冷却装置５が配置され、この下流側には第２の冷却手段である第２の冷却装置６が配置される。
【００１７】
上記第１の冷却装置５は、最終仕上げ圧延機２Ｅの後方約２ｍの位置から約８ｍの位置に亘って設けられていて、後述するように構成される。
【００１８】
上記第２の冷却装置６は、上記第１の冷却装置５の下流側に、約７０ｍに亘って設置されていて、ランナウトテーブル３の上面側に所定のピッチで配置される複数の円管ラミナーノズル７と、下面側で鋼帯搬送用のローラテーブル１２間に配置される市販で複数のスプレーノズル８からなっている。
【００１９】
さらに、最終仕上げ圧延機２と第１の冷却装置５との間と、第１の冷却装置５と第２の冷却装置６との間、および第２の冷却装置６の後方には、それぞれ仕上げ鋼板温度計９、中間温度計１０、巻き取り温度計１１が設置されている。
【００２０】
このランナウトテーブル３に沿って配置される第１，第２の冷却装置５，６は、強冷却が必要な鋼種については第１の冷却装置５で圧延直後の急速冷却処理を行い、続いて所定の巻き取り温度で巻き取られるように後方にある第２の冷却装置６で冷却処理を行うことができる。
【００２１】
また、強冷却が必要でない鋼帯については、第１の冷却装置５の急速冷却の作動を停止して、従来型の緩冷却である第２の冷却装置６のみでの冷却処理をなすことができ、材料としての鋼帯の作り分けが可能である。
【００２２】
上記第１の冷却装置５において、熱延鋼帯に対する急速冷却処理を実現するために、以下に述べるように構成されている。  
図２に示すように、第１の冷却装置５の配置スペース内において、長手方向に約８００ｍｍピッチで、直径３５０ｍｍの鋼帯搬送用のローラテーブル１２が配置されている。すなわち、これらローラテーブル１２は鋼帯の下面側に位置している。そして、これらローラテーブル１２相互間に、長さ約４３０ｍｍ、幅約１８６０ｍｍの下面冷却ボックス１３が設けられている。
【００２３】
これら下面冷却ボックス１３は、装置の長手方向に沿って、合計２０台が配置されていて、第１の冷却装置５として延べ約８６００ｍｍの冷却長を有することになる。そして、この下面冷却ボックス１３端面と鋼帯１４下面との距離は、約５０ｍｍに設定されている。
【００２４】
一方、第１の冷却装置５における鋼帯１４の上面側には、下面冷却ボックス１３と相対する位置で、かつ全く同じ長さと幅寸法に設定された上面冷却ボックス１５が、下面冷却ボックス１３と同じ数だけ配置されている。
【００２５】
上面冷却ボックス１５の設置高さは、鋼帯１４上面と上面冷却ボックス１５端面との距離が、下面冷却ボックス１３端面と鋼帯１４下面との距離に等しくなるように調整できるようになっている。
【００２６】
また、第１の冷却装置５が作用しない非冷却時は、鋼帯の先端が通過するのとタイミングを合わせて、先端と対応する位置の上面冷却ボックス１５がライン上方約５００ｍｍの位置まで上昇し、鋼帯から退避する。通常の、鋼帯に対する冷却作用時には上下両冷却ボックス１５，１３間の距離が、鋼帯の板厚＋１００ｍｍとなるように設定されている。
【００２７】
この実施の形態においては、熱延鋼帯１４に対する冷却の応答性をより上げるために、冷却作用時に鋼帯１４の先端通過と連動して、上流側の上面冷却ボックス１５から下流側の上面冷却ボックス１５に亘って順次、下降して冷却を開始する。
【００２８】
上下面冷却ボックス１５，１３の鋼帯１４に相対する端面は、板厚が１６ｍｍの鋼板が用いられている。この鋼板には直径３ｍｍφのノズル孔が、縦横約３０ｍｍ×３０ｍｍのピッチで千鳥状に設けられている。
【００２９】
さらに、通板性安定のために、鋼帯１４下面については下面冷却ボックス１３とローラテーブル１２との間に、かつ鋼帯１４上面については上面冷却ボックス１５相互間に、いわゆるスノコ状のガイド１６が設けられていて、特に鋼帯１４の先端が各隙間に引っ掛かることのないように工夫されている。
【００３０】
なお、上記熱延鋼帯１４を急速冷却すること、すなわち強冷却すると、熱延鋼帯１４に対する冷却温度の制御がより困難になることは、以下のことから説明できる。
【００３１】
所定時間当たりの温度降下量を表す冷却速度（℃／ｓ）を制御するには、通常は冷却水の水量密度（ｍ２  当たりの水流量）を変えることによって行われる。ところが、ここで言う急速冷却は水量密度が極めて大きく、たとえば１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ２  以上あって限界に近いので、冷却速度は冷却水量によらず熱延鋼帯の板厚のみの関数となる。
【００３２】
したがって、このような急速冷却では、冷却水が鋼帯に接触する冷却ゾーンの長さを変更することによって温度降下量を調整し、加速圧延しても冷却終了温度が一定になるような操作が行われる。
【００３３】
ここでは、先に説明したように単体での上下面冷却ボックス１５，１３の長さが約４３０ｍｍあるので、この冷却ボックス内を長手方向に沿って複数の室に細分化し、それぞれ独立してオン−オフ制御可能とし、冷却ゾーン長さを変化することが考えられる。
【００３４】
ところが、設備上、制御に必要な配管やバルブの占める体積には限りがあるので、１つの冷却ボックス、すなわち約４３０ｍｍの長さの上下面冷却ボックス１５，１３単体が最小の冷却ゾーン長制御の単位になる。
【００３５】
表１に示すように、この実施の形態における１つの制御単位をオン−オフ制御することで変更可能な温度幅は、冷却速度と鋼帯の搬送速度によって決定されることが分かる。
【００３６】
そして、冷却速度が増すほど、１つの制御単位をオン−オフ制御することで変更可能な冷却終了温度の幅は大きくなる。すなわち、冷却速度が増すほど細かい冷却終了温度制御が不可能であることを示しており、この温度のバラツキが鋼帯の材質のバラツキにつながる。
【表１】
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【００３７】
そこで、本発明のような、巻き取り温度を精度よく制御するための、別の冷却装置である第２の冷却装置６の存在が必要となる。この緩冷却を行う第２の冷却装置６は、上述したように第１の冷却装置５の下流側に約７０ｍに亘って設置されていて、熱延鋼帯１４上面側の円管ラミナーノズル７と、下面側のスプレーノズル８から鋼帯１４に対して冷却水を供給し冷却作用をなす。
【００３８】
上記円管ラミナーノズル７から供給されるラミナー水流が下面のローラテーブル１２直上に衝突落下するように取り付けられる。下面のスプレーノズル８は、各ローラテーブル１２間から上向きに鋼帯１４下面を冷却なし、それぞれ冷却水量の調整が可能である。
【００３９】
つぎに、熱延鋼帯１４に対する冷却工程について説明する。  
最終仕上げ圧延機２Ｅから搬出された熱延鋼帯１４の先端が第１の冷却装置５を通過するのとほぼ同時に対応する上面冷却ボックス１５が下降し、かつ下降した上面冷却ボックス１５と対応する下面冷却ボックス１３からの冷却水の噴射が開始されて、鋼帯を急速冷却である強冷却をなす。
【００４０】
これは、熱延鋼帯の先端が通過する以前に上下面冷却ボックス１５，１３から冷却水を噴射すると、冷却水が鋼帯先端に対する通過の抵抗となり、先端の通板性を阻害する虞れがあることによる。
【００４１】
鋼帯１４の先端が一旦通過した後は、上面冷却ボックス１５から噴射される冷却水の圧力と、下面冷却ボックス１３から噴射される冷却水の圧力のバランスによって、鋼帯１４のパスラインが一定に保たれる。したがって、鋼帯１４に対して張力がかからない状態であっても、鋼帯１４の通板性が安定することになり、鋼帯１４に対する均一な強冷却が施される。
【００４２】
なお、鋼帯１４先端が第１の冷却装置５に入ってこの先端と対応する上下面冷却ボックス１５，１３から冷却水を噴射するが、このとき上面冷却ボックス１５は上昇位置に保持したままでもよい。そして、通板性が安定した段階で上面冷却ボックス１５を降下させても、既に通過した鋼帯部分およびこれから通過しようとする鋼帯部分の通板性に悪影響を及ぼすことはない。
【００４３】
第１の冷却装置５を構成する上下面冷却ボックス１５，１３と鋼帯１４との距離を、ここでは５０ｍｍに設定したが、これは以下のような理由による。  
すなわち、冷却手段と鋼帯との距離をより離間すれば、冷却水の勢いが鋼帯と冷却装置との間に存在する流体（冷却水）によって吸収されてしまい弱まる。逆に、冷却手段と鋼帯との距離をより接近させれば、冷却水の勢いが強まるために鋼帯は上面から噴射される冷却水から受ける面圧と下面から受ける面圧とがバランスする位置を通過して、鋼帯の振動や片寄った走行を矯正しセンタリングする効果が働く。
【００４４】
そこで、ラミナー流のノズル孔の直径が２〜５ｍｍ程度であれば、この距離は３０〜１００ｍｍが好ましい。距離が１００ｍｍ以上では、冷却水流の勢いが弱まり強冷却が不可能になる。逆に、３０ｍｍ以下に近づき過ぎると、冷却水の行き場がなくなり良好な水流が得難くなる。したがって、急速冷却が不可能となり、あるいは冷却水の流れが鋼帯の中央部と端部とで大きく異なって冷却ムラが発生する。
【００４５】
以上の設備において、仕上げ板幅が１５００ｍｍで、仕上げ板厚が３ｍｍの極低炭素鋼の鋼帯をスレッディング速度６００ｍｐｍ、加速率１０ｍｐｍ／ｓで加速し、最大１２００ｍｐｍまで加速後、減速して６００ｍｐｍで鋼帯後端を尻抜けさせたときの鋼帯の圧延仕上がり温度は９２０℃であった。
【００４６】
鋼帯１４の加速時は、第１の冷却装置５において使用する冷却ゾーンを、最終仕上げ圧延機２Ｅ側である１番目から下流側へ８番目に亘る上下面冷却ボックス１５，１３から同時に冷却水を噴射して、鋼帯１４の先端付近の冷却を開始する。
【００４７】
そして、鋼帯１４の加速にともなって第１の冷却装置５を通過する時間、すなわち冷却時間が鋼帯全体で同じになるように、順次上下面冷却ボックス１５，１３で冷却水の噴射を開始する。最高速度１２００ｍｐｍ時には、１番目から１６番目に亘る上下面冷却ボックス１５，１３を冷却ゾーンとして冷却水を噴射する。減速時に至ったら、上流側のものから順次冷却水の噴射を停止する。
【００４８】
このような冷却制御を行うと、第１の冷却装置５を出た段階で鋼帯１４の温度は７５０℃±２０℃になっていた。さらに、第２の冷却装置６では、第１の冷却装置５と第２の冷却装置６との間に備えた中間温度計１０の指示値にしたがって水量および使用する冷却ゾーン長を増減することで、巻き取り温度を目標である６４０℃一定となる制御を行った。
【００４９】
その結果、鋼帯１４は先端から後端まで安定して第１，第２の冷却装置５，６を通過し、巻き取り温度は６４０±１０℃となった。そして、先端から後端まで結晶粒径が１５μｍと極めて微細な熱延鋼帯を安定して製造できるようになった。また、巻き取り温度の変動が１０℃以内であるので、安定した冷却が実現された。各温度計の実測値から鋼帯１４の冷却速度を推定すると、第１の冷却装置５では５００℃／ｓの急速冷却が実現することとなる。
【００５０】
第２の実施の形態として、第１の実施の形態と同様の圧延設備で仕上げ板厚３ｍｍの熱延鋼帯を圧延し、以上述べた第２の冷却装置６のみで通常冷却を行った場合を説明する。
【００５１】
仕上げ板厚３ｍｍの鋼帯をスレッディング速度６００ｍｐｍ、加速率１０ｍｐｍ／ｓで加速し、最大１２００ｍｐｍまで加速後、減速して６００ｍｐｍで鋼帯後端を尻抜けさせた。このとき、第２の冷却装置６のみで安定通板が可能な最大の冷却水量で冷却を施した。
【００５２】
その冷却速度は７０℃／ｓであり、巻き取り温度は６４０℃±１５℃であった。この状態で、熱延鋼帯１４の結晶粒径を第１の実施の形態と比較すると、約３０μｍと粗かった。
【００５３】
いずれにしても、２つの冷却装置５，６をそれぞれ使い分けて、同じ鋼種から１つの材質の異なる鋼帯を作り分けることが可能である。
【００５４】
なお、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態を示す、圧延設備の概略の構成図。
【図２】同実施の形態の、急速冷却をなす第１の冷却装置の概略の構成図。
【符号の説明】
【００５６】
２Ｅ…最終仕上げ圧延機、５…第１の冷却装置、６…第２の冷却装置、９…仕上げ鋼板温度計、１０…中間温度計、１１…巻き取り温度計。
【図１】
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【図２】
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