(57)【要約】  熱間仕上圧延機において圧延スタンドで圧延された直後の熱延鋼板の上下面の一方または両方に向けて冷却水を噴射する複数のノズルを有し、ノズルは上下のガイドの中または当該ガイドの下流側に隣接して設けられ、ノズル噴射距離が圧延方向のノズルの位置により変化する冷却装置であって、ノズル噴射距離が最も大きい位置のノズルの噴射角度が、ノズル噴射距離が最も小さい位置のノズルの噴射角度より小さく、ノズル噴射距離が大きくなるに従い、ノズルの噴射角度が同じまたは小さくなる。
2018056164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧延スタンドからなる熱間仕上圧延機において、前記圧延スタンドで圧延された直後の熱延鋼板の上下面の一方または両方に向けて冷却水を噴射する複数のノズルを有し、
前記ノズルは、前記圧延スタンドの出側において上下に設けられたガイドのうち、一方または両方のガイドの中または当該ガイドの下流側に隣接して設けられ、
前記上下のガイドの間に設定される前記熱延鋼板の鋼板設計位置を基準とし、前記ノズルの噴射口から前記鋼板設計位置までの間の噴射中心軸に沿ったノズル噴射距離が、圧延方向のノズルの位置により変化する冷却装置であって、
前記ノズル噴射距離が最も大きい位置の前記ノズルの噴射角度が、前記ノズル噴射距離が最も小さい位置の前記ノズルの噴射角度より小さく、
前記ノズル噴射距離が大きくなるに従い、前記ノズルの噴射角度が同じまたは小さくなることを特徴とする、熱延鋼板の冷却装置。
【請求項２】
前記鋼板設計位置は、前記圧延スタンドの下側圧延ロールの上部頂点における接平面に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項３】
前記鋼板設計位置は、前記上下のガイドのなす角度の１／２角度の面に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項４】
前記ノズル噴射距離が最も小さい位置が、前記冷却装置の最上流側にあり、
前記ノズル噴射距離が最も大きい位置が、前記冷却装置の最下流側にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項５】
前記ノズル噴射距離が最も大きい位置が、前記冷却装置の最上流側にあり、
前記ノズル噴射距離が最も小さい位置が、前記冷却装置の最下流側にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項６】
前記ノズルは冷却ボックスの内部に設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項７】
前記冷却ボックスの前記ノズルの噴射口は、前記鋼板設計位置側の表面と同一面又は当該表面よりも奥側（冷却ボックスの中心側）に位置し、
前記ノズルの噴出口と反対側端部は、前記冷却ボックス内側の内面位置よりも冷却ボックス内に突出していることを特徴とする、請求項６に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項８】
前記ノズルの噴射口は、前記ガイドがなす面と同一面上に配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項９】
前記ノズルの噴射口は、前記ガイドがなす面より前記鋼板設計位置の反対側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１０】
前記ノズルはフルコーンノズルであり、
前記ノズルから噴射された冷却水の前記熱延鋼板における衝突領域が下記式（１）を満たすことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【数１】
2018056164.tif 000016
ただし、
Ｌ：ノズル噴射距離（ｍ）
α：ノズル噴射角度（度）
ｉ、ｊ：圧延方向に設けられた前記ノズルの任意の列（ｉ列、ｊ列）
【請求項１１】
前記ノズルは長円吹ノズルであり、
前記ノズルから噴射された冷却水の前記熱延鋼板における衝突面積が下記式（２）を満たすことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【数２】
2018056164.tif 000017
ただし、
Ｌ：ノズル噴射距離（ｍ）
β：ノズル長径方向噴射角度（度）
γ：ノズル短径方向噴射角度（度）
ｉ、ｊ：圧延方向に設けられた前記ノズルの任意の列（ｉ列、ｊ列）
【請求項１２】
前記ノズルからの冷却水の水量密度は下記式（３）を満たすことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
Ｗａ０．５×Ｍａ／（ｔ×Ｖ）≧０．０８  ・・・（３）
ただし、
Ｗａ：前記ノズルからの冷却水の水量密度（ｍ３／ｍ２・分）
Ｍａ：前記冷却装置における圧延方向の冷却範囲長さ（ｍ）
ｔ：前記熱延鋼板の板厚（ｍｍ）
Ｖ：前記熱延鋼板の通板速度（ｍ／ｓ）
【請求項１３】
熱間仕上圧延機の最下流側の前記圧延スタンドの出側の前記熱延鋼板の計測を行う計測装置の下流側に、前記熱延鋼板の上下面の一方または両方に向けて冷却水を噴射する複数の冷却ノズルを備えた冷却帯を配置し、前記冷却ノズルからの冷却水の水量密度は２ｍ３／ｍ２・分以上で、下記式（４）を満たすことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
Ｗｂ０．５×Ｍｂ／（ｔ×Ｖ）≧０．５５  ・・・（４）
ただし、
Ｗｂ：前記冷却ノズルからの冷却水の水量密度（ｍ３／ｍ２・分）
Ｍｂ：前記冷却帯における圧延方向の冷却範囲長さ（ｍ）
ｔ：前記熱延鋼板の板厚（ｍｍ）
Ｖ：前記熱延鋼板の通板速度（ｍ／ｓ）
【請求項１４】
前記圧延スタンド間に前記冷却装置を配置し、
前記冷却装置よりも下流側の前記圧延スタンドの圧延ロールを開放し、当該圧延ロールのロールギャップを狙い板厚に７ｍｍを加えた値以下とし、
熱間仕上圧延機の最下流側の前記圧延スタンドの出側において、当該最下流側の圧延スタンドから漏出した板上水を除去する水切り装置を配置することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１５】
熱間仕上圧延機の最下流側の前記圧延スタンドの出側に前記冷却装置を配置し、
前記冷却装置の下流側に、当該冷却装置から漏出した板上水を除去する水切り装置を配置することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１６】
前記複数のノズルは、幅方向に配設されて列をなし、この列を圧延方向に所定数合わせて圧延方向に並ぶ複数のノズル群を構成し、
前記複数のノズル群の数は、最大で、圧延方向に設けられた前記ノズルの圧延方向の列数と同じ数であり、
前記ノズル群毎にそれぞれ冷却水が供給される配管が接続され、
前記配管毎にそれぞれ三方弁および流量調整弁が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却装置を用いた冷却方法であって、
熱間仕上圧延機の圧延スタンドの出側で、熱延鋼板の上下面の一方または両方に対して、前記ノズルから、冷却水を噴射することを特徴とする、熱延鋼板の冷却方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の熱延鋼板の冷却装置を用いた冷却方法であって、
熱間仕上圧延機の圧延スタンドの出側で、熱延鋼板の上下面の一方または両方に対して、前記ノズルから冷却水を噴射するに際し、
前記熱延鋼板の通板速度に応じて前記熱延鋼板に冷却水を噴射する前記ノズル群の圧延方向の数を調整し、
前記通板速度が増加する際には、前記圧延スタンドに近い側から順に遠い側へ、前記熱延鋼板に冷却水を噴射する前記ノズル群の数を増やし、
前記通板速度が減速する際には、前記圧延スタンドから遠い側から順に、前記ノズル群内のノズルから前記熱延鋼板への噴射を閉止して排水側へ冷却水を流すことを特徴とする、熱延鋼板の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数スタンドからなる熱間仕上圧延機で仕上圧延する熱延鋼板の冷却装置及び冷却方法に関し、殊に高機能鋼材を製造する際の材質制御のための冷却技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱延鋼板の製造では、連続鋳造機などで製造された鋳片（スラブ）を加熱炉で加熱し、粗圧延機で粗圧延鋼材（粗バー）とし、次いで仕上圧延機で仕上圧延を行って所定の板厚の鋼板とし、さらに所定の冷却パターンで鋼板を冷却して熱延鋼板とする。仕上圧延機では、複数の圧延スタンドが直列に並んでおり、粗圧延鋼材はこれら複数の圧延スタンドを順次通過することによって仕上圧延される。【０００３】
熱延鋼板の製造においては、仕上圧延終了直後に鋼板を急冷することにより、鋼板結晶粒の粒径を細粒化し、機械的性質に優れた熱延鋼板を製造できることが知られている。すなわち、例えばＡｒ３変態点以上で仕上圧延を終了し、圧延直後０．１〜０．２秒以内に冷却を開始し、Ａｒ３変態点未満の温度まで急速冷却することにより、仕上圧延後の熱延鋼板の結晶の成長を抑制して結晶微細化が達成され、最終製品の深絞り性等の材質特性を向上させることができる。仕上圧延直後からの急速冷却は、仕上圧延を終了した直後の鋼板に水を噴射する水冷却によって行うことができる。【０００４】
従来行われてきた仕上圧延機における圧延スタンド間の冷却は、加熱炉起因、圧延ロールの幅方向不均一膨張起因等による鋼板内の温度分布の改善や、仕上圧延での加工発熱増加による温度上昇防止のために行われるものであり、圧延スタンド間を通過する際の鋼板温度で２０℃程度冷却するものであった。そして、この程度の冷却では、結晶粒径の成長を抑制するには冷却能力が不足していた。また、圧延直後に冷却を開始するためには、極力圧延スタンドに近い位置に冷却装置を設置する必要がある。【０００５】
特許文献１には、仕上圧延スタンド間に、冷却水を噴射するフルコーンスプレーノズル等を備えた鋼板冷却装置を設け、先行する仕上圧延スタンド間の鋼板冷却装置で圧延直後の急冷却を行い、後行する仕上圧延スタンド間の鋼板冷却装置でＡｒ３変態点を含む温度域の急冷却を行い、２つの鋼板冷却装置の間に挟まれた仕上圧延スタンドを通過する温度域をＡｒ３変態点＋２０℃からＡｒ3変態点までの温度域とすることが開示されている。【０００６】
特許文献２には、仕上圧延スタンド間に冷却装置を設け、当該冷却装置の下流側の仕上圧延スタンドの圧延ロールを開放することで、圧延直後の急冷却を行った後に軽圧下を行わないことが開示されている。【０００７】
特許文献３には、仕上圧延スタンドの出側に配置される鋼板冷却装置が開示されている。この冷却装置は、内部が冷却水の貯槽となった冷却ボックスを備え、当該冷却ボックス内には、冷却水を噴射するスプレーノズルが配置されている。【０００８】
特許文献４には、仕上圧延機の出側において複数の冷却ボックスからなる冷却装置を配置し、ホットランテーブル上を走行する鋼帯を連続的に冷却するに際し、鋼帯全長に亘り、各冷却ボックス使用時の水量密度を２５００Ｌ／分・ｍ２以上の一定値とし、且つ鋼帯の最大冷却時に冷却装置の有する全冷却ボックス数の８０％以上を使用して鋼帯を冷却することが開示されている。【０００９】
特許文献５には、熱間圧延において、仕上圧延機のスタンド間冷却を行い、冷却後の圧延は、微細化された結晶粒径が再び粗大化しない程度の圧下率で行い、最下流のスタンドは実質的な圧延を行わない水切りスタンドとすることが記載されている。【００１０】
特許文献６には、熱間圧延中の鋼板の下面を冷却する冷却装置として、下ワークロール出側の下部エプロン出側とルーパロール入側との間にボックスヘッダーを設け、該ボックスヘッダーの上面に冷却水噴出用キリ孔を多数配設したエプロン兼用のノズルプレートを取付けた冷却装置が開示されている。【００１１】
特許文献７には、仕上圧延機の下工程側（出側）において、鋼板上面に対して冷却水を噴射する複数のノズルと、鋼板下面に対して冷却水を噴射する複数のノズルとを備えた冷却装置を配置し、上面側のノズルから噴射された冷却水の鋼板上面における最大衝突圧をＰＣ１（ｋＰａ）とし、最小衝突圧をＰＣ２（ｋＰａ）とし、平均衝突圧をＰＳ（ｋＰａ）としたとき、（ＰＣ１−ＰＣ２）／ＰＳ≧１．４を満たすことが開示されている。【００１２】
特許文献８には、仕上圧延機の出側直近の位置において、鋼帯上面に対して冷却水を噴射して冷却する上面冷却ボックスと、鋼帯下面に対して冷却水を噴射して冷却する下面冷却ボックスとを備え、これら上面冷却ボックスと下面冷却ボックスから鋼帯に対して上下対称に冷却水を噴射する冷却装置が開示されている。【００１３】
特許文献９には、ロールスタンドの出側において、ストリップの上方側のガイドに隣接して設けられ、ストリップの上面に対して冷却水をスプレーする上のスプレーバー（複数のスプレーノズル）と、ストリップの下方側のガイドに隣接して設けられ、ストリップの下面に対して冷却水をスプレーする下のスプレーバー（複数のスプレーノズル）とを備えた冷却装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−２４１１１５号公報
【特許文献２】特開２００９−２４１１１３号公報
【特許文献３】特開２００９−２４１１１４号公報
【特許文献４】特開２００５−２７９７３６号公報
【特許文献５】特開２００３−３０５５０２号公報
【特許文献６】特開平４−２００８１６号公報
【特許文献７】特開２０１４−５０８７８号公報
【特許文献８】特開２００１−２４６４１２号公報
【特許文献９】特表２０１０−５１６４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
結晶粒径の粗大化を抑制するためには、できるだけ圧延直後に、且つ、できるだけ鋼板に近い位置から強冷却することが望ましいが、一方で、冷却装置は、圧延後の鋼板に衝突しないように配置しなければならない。また、圧延スタンドの出側には、通常、ガイドが設けられており、圧延ロールを交換する際には、ガイドを圧延ロールから離れた位置に退避させる必要がある。このとき、ガイドに近接して、別体として冷却装置が配置されている場合には、冷却装置を退避させる作業に手間がかかるという問題や、冷却装置を圧延機や鋼板から離れた場所に配置せざるを得ないという問題がある。また、ガイドの鋼板と反対側には圧延ロールの冷却装置を設置する必要があり、冷却装置の構造が課題となる。また、冷却装置を仕上圧延機の最終段に設置する場合は、仕上圧延機後の板厚測定装置や板温度測定装置が必要であり、板厚や板温度の適正な管理を行うためには冷却機長を長くすることは好ましくない。【００１６】
しかしながら、特許文献１〜５のいずれにも冷却装置の具体的な取り付け構造についての記載がない。また、特許文献６は鋼板の下部のみの冷却装置に言及したものであり、また冷却装置と下部エプロンとは別体になっている。さらに、特許文献７に開示された冷却装置では、ガイドに沿ってノズルが配置されているが、やはりノズルとガイドとは別体になっている。また、この配置では圧延ロールの冷却装置を設置することができないため、圧延ロールが鋼板から受けた熱で変形し、鋼板の形状が悪化する懸念がある。【００１７】
この点、特許文献８に開示された冷却装置では、上下面の冷却ボックスは、仕上圧延機の出側直近の位置においてガイドに連続して設けられている。しかしながら、このガイド長さは、圧延ロール（ワークロール）直径の数倍以上となっており、冷却開始までの時間が長くなり、細粒化効果が低減されてしまう。また、仕上圧延後から冷却終了までに通常設置されるべき板厚測定装置、板温度測定装置などを設置する場所がなく、板厚の高精度化、材質の管理が困難である。また、特許文献９に開示された冷却装置では、ロール交換時にガイドを移動させる場合の干渉があり、冷却装置を圧延機に充分近接させることは困難である。加えてスプレーノズルとストリップとの間の距離が圧延方向に変化するため、スプレーノズルからスプレーされた冷却水の、ストリップにおける衝突面が圧延方向に不均一になり、やはり冷却の不均一を生じる。なお、他の特許文献１〜７の冷却装置においても、仕上圧延後の鋼板が傾斜した場合は考慮されておらず、やはり冷却不均一の課題が生じ得る。【００１８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、熱間仕上圧延直後（各圧延スタンドによる圧延の直後を含む。）の鋼板をできるだけ近い位置から冷却し、仕上圧延直後の熱延鋼板の結晶の成長を抑制して結晶微細化を達成しつつ、熱延鋼板を均一に冷却し、且つ、圧延ロール交換時の手間を簡略化できる熱延鋼板の冷却装置および冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明は、複数の圧延スタンドからなる熱間仕上圧延機において、前記圧延スタンドで圧延された直後の熱延鋼板の上下面の一方または両方に向けて冷却水を噴射する複数のノズルを有し、前記ノズルは、前記圧延スタンドの出側において上下に設けられたガイドのうち、一方または両方のガイドの中または当該ガイドの下流側に隣接して設けられ、前記上下のガイドの間に設定される前記熱延鋼板の鋼板設計位置を基準とし、前記ノズルの噴射口から前記鋼板設計位置までの間の噴射中心軸に沿ったノズル噴射距離が、圧延方向のノズルの位置により変化する冷却装置であって、前記ノズル噴射距離が最も大きい位置の前記ノズルの噴射角度が、前記ノズル噴射距離が最も小さい位置の前記ノズルの噴射角度より小さく、前記ノズル噴射距離が大きくなるに従い、前記ノズルの噴射角度が同じまたは小さくなることを特徴とする。【００２０】
前記鋼板設計位置は、前記圧延スタンドの下側圧延ロール（ワークロール）の上部頂点における接平面（定義については後述する。）に設定されていてもよい。あるいは、前記鋼板設計位置は、前記上下のガイドのなす角度の１／２角度の面に設定されていてもよい。【００２１】
前記ノズル噴射距離が最も小さい位置が、前記冷却装置の最上流側にあり、前記ノズル噴射距離が最も大きい位置が、前記冷却装置の最下流側にあってもよい。あるいは、前記ノズル噴射距離が最も大きい位置が、前記冷却装置の最上流側にあり、前記ノズル噴射距離が最も小さい位置が、前記冷却装置の最下流側にあってもよい。【００２２】
前記ノズルは冷却ボックスの内部に設けられていてもよい。前記冷却ボックスの前記ノズルの噴射口は、前記鋼板設計位置側の表面と同一面又は当該表面よりも奥側（冷却ボックスの中心側）に位置し、前記ノズルの噴出口と反対側端部は、前記冷却ボックス内側の内面位置よりも冷却ボックス内に突出していてもよい。【００２３】
前記ノズルの噴射口は、前記ガイドがなす面と同一面上に配置されていてもよい。あるいは、前記ノズルの噴射口は、前記ガイドがなす面より前記鋼板設計位置の反対側に配置されていてもよい。【００２４】
前記ノズルはフルコーンノズルであり、前記ノズルから噴射された冷却水の前記熱延鋼板における衝突領域が下記式（１）を満たしていてもよい。
【数１】
2018056164.tif 000003
ただし、
Ｌ：ノズル噴射距離（ｍ）
α：ノズル噴射角度（度）
ｉ、ｊ：圧延方向に設けられた前記ノズルの任意の列（ｉ列、ｊ列）【００２５】
前記ノズルは長円吹ノズルであり、前記ノズルから噴射された冷却水の前記熱延鋼板における衝突面積が下記式（２）を満たしていてもよい。
【数２】
2018056164.tif 000004
ただし、
Ｌ：ノズル噴射距離（ｍ）
β：ノズル長径方向噴射角度（度）
γ：ノズル短径方向噴射角度（度）
ｉ、ｊ：圧延方向に設けられた前記ノズルの任意の列（ｉ列、ｊ列）【００２６】
前記ノズルからの冷却水の水量密度は下記式（３）を満たしていてもよい。
Ｗａ０．５×Ｍａ／（ｔ×Ｖ）≧０．０８  ・・・（３）
ただし、
Ｗａ：前記ノズルからの冷却水の水量密度（ｍ３／ｍ２・分）
Ｍａ：前記冷却装置における圧延方向の冷却範囲長さ（ｍ）
ｔ：前記熱延鋼板の板厚（ｍｍ）
Ｖ：前記熱延鋼板の通板速度（ｍ／ｓ）【００２７】
熱間仕上圧延機の最下流側の前記圧延スタンドの出側の前記熱延鋼板の計測を行う計測装置の下流側に、前記熱延鋼板の上下面の一方または両方に向けて冷却水を噴射する複数の冷却ノズルを備えた冷却帯を配置し、前記冷却ノズルからの冷却水の水量密度は２ｍ３／ｍ２・分以上で、下記式（４）を満たしていてもよい。
Ｗｂ０．５×Ｍｂ／（ｔ×Ｖ）≧０．５５  ・・・（４）
ただし、
Ｗｂ：前記冷却ノズルからの冷却水の水量密度（ｍ３／ｍ２・分）
Ｍｂ：前記冷却帯における圧延方向の冷却範囲長さ（ｍ）
ｔ：前記熱延鋼板の板厚（ｍｍ）
Ｖ：前記熱延鋼板の通板速度（ｍ／ｓ）【００２８】
前記圧延スタンド間に前記冷却装置を配置し、前記冷却装置よりも下流側の前記圧延スタンドの圧延ロールを開放し、当該圧延ロール（ワークロール）のロールギャップを狙い板厚に７ｍｍを加えた値以下とし、熱間仕上圧延機の最下流側の前記圧延スタンドの出側において、当該最下流側の圧延スタンドから漏出した板上水を除去する水切り装置を配置してもよい。【００２９】
熱間仕上圧延機の最下流側の前記圧延スタンドの出側に前記冷却装置を配置し、前記冷却装置の下流側に、当該冷却装置から漏出した板上水を除去する水切り装置を配置してもよい。【００３０】
前記複数のノズルは、幅方向に配設されて列をなし、この列を圧延方向に所定数合わせて圧延方向に並ぶ複数のノズル群を構成し、前記複数のノズル群の数は、最大で、圧延方向に設けられた前記ノズルの圧延方向の列数と同じ数であり、前記ノズル群毎にそれぞれ冷却水が供給される配管が接続され、前記配管毎にそれぞれ三方弁および流量調整弁が設けられていてもよい。【００３１】
また、別な観点による本発明は、前記冷却装置を用いた冷却方法であって、熱間仕上圧延機の圧延スタンドの出側で、熱延鋼板の上下面の一方または両方に対して、前記ノズルから、冷却水を噴射することを特徴とする。【００３２】
また、別な観点による本発明は、前記冷却装置を用いた冷却方法であって、熱間仕上圧延機の圧延スタンドの出側で、熱延鋼板の上下面の一方または両方に対して、前記ノズルから冷却水を噴射するに際し、前記熱延鋼板の通板速度に応じて前記熱延鋼板に冷却水を噴射する前記ノズル群の圧延方向の数を調整し、前記通板速度が増加する際には、前記圧延スタンドに近い側から順に遠い側へ、前記熱延鋼板に冷却水を噴射する前記ノズル群の数を増やし、前記通板速度が減速する際には、前記圧延スタンドから遠い側から順に、前記ノズル群内のノズルから前記熱延鋼板への噴射を閉止して排水側へ冷却水を流すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、圧延スタンドの出側に設置されている既存のガイドの中または当該ガイドの下流側に隣接して複数のノズルを設けることにより、圧延スタンドを通過した直後の熱延鋼板に対して、近い位置から冷却することができる。これにより、仕上圧延後の熱延鋼板の結晶粒径の成長を抑制して細粒化を図ることができ、高品質な鋼板を低コストで製造することができる。また、ノズル噴射距離が圧延方向のノズルの位置により変化する場合、本発明では、ノズル噴射距離が最も大きい位置のノズルの噴射角度が、ノズル噴射距離が最も小さい位置のノズルの噴射角度より小さく、ノズル噴射距離が大きくなるに従い、ノズルの噴射角度が同じまたは小さくなるので、衝突面を圧延方向に均一にして、冷却能力を均一にでき、その結果熱延鋼板を均一に冷却することができる。しかも、本発明の冷却装置においては、圧延ロール交換時の退避作業に手間がかかることもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態にかかる冷却装置を備えた熱間圧延設備の構成の概略を示す図である。
【図２】本実施の形態にかかる冷却装置を設けた仕上圧延スタンドの出側の構成の概略を示す側面図である。
【図３】本実施の形態にかかる冷却装置の構成の概略を示す図である。
【図４】待機時の冷却ボックス内の水の滞留を説明する図であり、（ａ）は冷却ボックスが分割されていない場合、（ｂ）は冷却ボックスが複数の区画に分割されている場合を示す。
【図５】ノズル噴射距離に応じたノズルの噴射角度を説明する図である。
【図６】フルコーンノズルからの噴射角度（ノズル噴流の広がり角度）を示す説明図である。
【図７】長円吹ノズルからの噴射角度（ノズル噴流の広がり角度）を示す説明図であり、（ａ）は長径方向の噴射角度を示し、（ｂ）は短径方向の噴射角度を示す。
【図８】仕上圧延スタンド直後の熱延鋼板の通板角度（鋼板設計位置）が０度である場合を示す説明図である。
【図９】仕上圧延スタンド直後の熱延鋼板の通板角度（鋼板設計位置）が上下のガイドのなす角度θの１／２である場合を示す説明図である。
【図１０】他の実施の形態にかかる冷却装置を設けた仕上圧延スタンドの出側の構成の概略を示す側面図である。
【図１１】他の実施の形態にかかる冷却装置を設けた仕上圧延スタンドの出側の構成の概略を示す側面図である。
【図１２】他の実施の形態にかかる冷却装置を設けた仕上圧延スタンドの出側の構成の概略を示す側面図である。
【図１３】他の実施の形態にかかる冷却装置の構成の概略を示す図である。
【図１４】他の実施の形態にかかる冷却装置を設けた仕上圧延スタンドの出側の構成の概略を示す側面図である。
【図１５】他の実施の形態にかかる冷却装置を備えた熱間圧延設備の構成の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３６】
先ず、本実施の形態における冷却装置を備えた熱間圧延設備について説明する。図１は、熱間圧延設備１の構成の概略を示す説明図である。
【００３７】
熱間圧延設備１では、加熱したスラブ５を連続的に圧延し、１〜２０ｍｍ程度の板厚まで薄くした熱延鋼板１０を巻き取る。図１に示すように、熱間圧延設備１は、スラブ５を加熱する加熱炉１１と、加熱炉１１で加熱されたスラブ５を幅方向に圧延する幅方向圧延機１２と、幅方向に圧延されたスラブ５を上下方向から圧延して粗バー６にする粗圧延機１３と、粗バー６をさらに所定の厚みまで連続して熱間仕上圧延をする仕上圧延機１４と、この仕上圧延機１４により熱間仕上圧延された熱延鋼板１０を所定の温度まで冷却する冷却部１５と、冷却部１５で冷却された熱延鋼板１０をコイル状に巻き取る巻取装置１６とを備えている。なお、上記の熱間圧延設備１は一般的な設備構成であって、本発明が適用される熱間圧延設備はこれに限るものではない。
【００３８】
加熱炉１１には、スラブ５を加熱する各種バーナが備えられている。加熱炉１１では、外部から搬入されてきたスラブ５を所定の温度に加熱する処理が行われる。加熱炉１１における加熱処理が終了すると、スラブ５は加熱炉１１外へと搬送され、幅方向圧延機１２および粗圧延機１３による圧延工程へ移行する。
【００３９】
粗圧延機１３には、複数スタンドに亘って円柱状の圧延ロールが配設されている。圧延ロールには、被圧延材を直接挟み込むワークロールとワークロールの撓みを抑制または制御するバックアップロールとがある。粗圧延機１３では、搬送されてきたスラブ５が、これらの圧延ロール（ワークロール）の間隙を通過し、厚さ３０〜６０ｍｍ程度の板厚まで圧延され、その後仕上圧延機１４へと搬送される。
【００４０】
仕上圧延機１４には、それぞれ圧延ロールを備えた複数基、例えば７基の圧延スタンドＦ１〜Ｆ７が直列に配置されている。圧延ロールには、被圧延材を直接挟み込むワークロールとワークロールの撓みを抑制または制御するバックアップロールとがあり、特殊な場合は両者の間に中間ロールを挟む場合もある。本発明の冷却装置との関係では、圧延ロールとは、主としてワークロールのことを指すが、稀にバックアップロールを含む総称として用いる場合もある。仕上圧延機１４では、これらの圧延ロール（ワークロール）の間隙に粗圧延後の粗バー６を通過させ、これを徐々に圧延し、１〜２０ｍｍ程度の板厚（例えば、数ｍｍ程度の板厚）まで圧延する。仕上圧延された熱延鋼板１０は、図示しない搬送ロールにより搬送されて冷却部１５へと送られる。
【００４１】
冷却部１５には、搬送される熱延鋼板１０の上下に、熱延鋼板１０に向けて冷却水を噴射する冷却ノズルが、圧延方向に複数並べて配置されている。これらの冷却ノズルとしては、例えばスリットラミナーノズルやパイプラミナーノズル、スプレーノズルが用いられる。
【００４２】
巻取装置１６は、冷却部１５により所定温度まで冷却された熱延鋼板１０を巻き取る。巻取装置１６によりコイル状に巻き取られた熱延鋼板１０は、熱間圧延設備１外へと搬送される。
【００４３】
そして、本発明では、冷却部１５とは別に、仕上圧延直後の熱延鋼板１０を強冷却する冷却装置２１が、圧延スタンドの出側に設けられる。圧延スタンドの出側とは、複数配列された圧延スタンドＦ１〜Ｆ７同士の間、あるいは最終の圧延スタンドＦ７の下流側の位置であり、好ましくは、十分に仕上圧延された後の熱延鋼板１０を冷却するために、冷却装置２１は、仕上圧延機１４の最終の圧延スタンドＦ７に近い後段の圧延スタンドの出側に設けられる。本実施の形態では、仕上圧延機１４は７基の圧延スタンドＦ１〜Ｆ７を有し、例えばＦ５とＦ６との間、およびＦ６とＦ７との間の２箇所に、冷却装置２１が配置される。ここで、強冷却とは、例えば冷却速度が５０℃／ｓ以上、１箇所の冷却装置２１を通過することにより鋼板温度が３０℃以上低下する冷却とする。
【００４４】
図２は、本実施の形態の冷却装置２１を設けた圧延スタンドの出側の構成の概略を示す。上下のガイド３３間の距離（鉛直方向距離）は、圧延方向上流側から下流側に向けて大きくなる。このように上下のガイド３３が配置されているのは、熱延鋼板１０の先端が上下にバタついても、当該熱延鋼板１０がその上下に設けられた設備に衝突しないようにするためである。そして、この上下のガイド３３の先端部に、本実施の形態にかかる冷却装置２１が設けられている。ガイド３３は、ストリッパガイドという場合もあるが、本発明では単にガイドという。
【００４５】
冷却装置２１は、図３に示すように、密閉容器からなる冷却ボックス２２と、冷却ボックス２２内に設けられた複数のノズル２３と、冷却ボックス２２に冷却水を供給する配管２４とを有している。冷却ボックス２２は、図２に示すように上下それぞれのガイド３３の圧延ロール（ワークロール）３１から離れた方の先端部に一体化させて設けられている。冷却ボックス２２は、熱延鋼板１０が圧延スタンドを通過した直後に冷却されるように、圧延スタンドにできるだけ近く、且つ、熱延鋼板１０（鋼板設計位置）にできるだけ近く設置することが好ましく、図２に示すように、ロール冷却水ヘッダー３２の直後から設けられる。なお、熱延鋼板１０の鋼板設計位置は、冷却装置２１の設計時に設定される、熱延鋼板１０が通板する位置であって、上下のガイド３３の間において、例えば熱延鋼板１０の定常状態時の通板角度等を踏まえて決定される。この鋼板設計位置の具体的な決定方法については後述する。
【００４６】
冷却ボックス２２の内部には、熱延鋼板１０に向けて冷却水を噴射する複数のノズル２３が備えられている。ノズル２３には、フルコーンノズルまたは長円吹ノズルが用いられ、その噴射面がガイド３３と略同一面上になるように、冷却ボックス２２の幅方向および圧延方向にそれぞれ複数のノズル２３が設けられる。なお、噴射面とは、複数のノズルの噴射口２３ａから構成される面であって、鋼板設計位置の上部に設けられた冷却ボックス２２の場合には下面、鋼板設計位置の下部に設けられた冷却ボックス２２の場合には上面となる面である。
【００４７】
なお、図３に示すように、ノズル２３の噴射口２３ａは、冷却ボックス２２の鋼板設計位置側の表面と同一面又は当該表面よりも奥側（冷却ボックス２２の中心側）に位置していてもよい。冷却ボックス２２の鋼板設計位置側の表面にノズル２３を配置する。その際、鋼板設計位置側の表面からノズル２３の噴射口２３ａが突出せず、表面と同一面又は当該表面よりも奥側に位置する。すなわち、ノズル２３の噴射口２３ａは、鋼板設計位置側の表面と同一面に配置されるか、あるいは当該表面より凹んで配置されている。かかる場合、仕上圧延において、熱延鋼板１０の先端や尾端が圧延スタンドを通過する際、当該先端や尾端が上下に振れて冷却ボックス２２に衝突したとしても、熱延鋼板１０はノズル２３には衝突しないので、ノズル２３の損傷を防止することができる。
【００４８】
また、ノズル２３において噴射口２３ａと反対側の端部２３ｂは、冷却ボックス２２の内側の内面位置よりも、冷却ボックス２２の内部に突出している。かかる場合、ノズル２３から冷却水を噴射していない際にも、ノズル２３が冷却ボックス２２の内部に残存する冷却水によって冷却され、ノズル２３の損傷を防止することができる。加えて、ノズル２３からの冷却水の噴射をＯＮ／ＯＦＦする場合に、冷却ボックス２２の内部に残存する水があるため、冷却水の噴射を停止した状態から冷却水の噴射を開始するまでの応答時間を短縮化することができる。また、ノズル２３からの冷却水の噴射を停止するために給水を停止してから熱延鋼板１０上に落ちる冷却水の量を低減することができ、すなわち、冷却水の噴射が実質的に停止されるまでの応答時間を短縮化することもできる。
【００４９】
冷却ボックス２２の内部は、図３に示すように、圧延方向において複数の区画２２ａに分割されている。各区画２２ａには、冷却水が供給される配管２４が設けられ、配管２４毎に、それぞれ三方弁２５と流量調整弁２６とが設けられている。三方弁２５は、冷却ボックス２２に冷却水を供給する給水ヘッダー２７と、冷却水を排出する排水ヘッダー２８あるいは排水エリアとの間に設けられている。図３では、冷却ボックス２２の内部が、圧延方向に２列のノズル２３毎に１つの区画２２ａになるように分割されているが、圧延方向に１列のノズル２３毎に１つの区画２２ａになるように分割してもよく、また、圧延方向に３列以上のノズル２３毎に１つの区画２２ａになるように分割しても構わない。このように区画２２ａは所定数のノズル２３毎に区画され、本発明におけるノズル群を構成している。また、冷却ボックス２２の内部が、複数の区画２２ａに分割されず、ひとつの区画２２ａであってもよい。
【００５０】
配管２４に三方弁２５を設けることにより、配管２４の内部には常に冷却水が満たされるようになっている。このため、熱延鋼板１０を冷却する際、三方弁２５を開く指示が出されてから冷却ボックス２２内に冷却水が供給されるまでの時間が短く、応答性が良い。三方弁２５には、例えば電磁弁が用いられる。また、三方弁２５は、ノズル２３の上端よりも僅かに低い高さに配置されることが好ましい。図３に図示はしないが、これにより、配管２４の先端がノズル２３の上端よりも僅かに低い高さになり、配管２４の内部には常に冷却水が満たされることになる。
【００５１】
冷却ボックス２２内を圧延方向に複数の区画２２ａに分割し、それぞれの区画２２ａに配管２４を設けることにより、区画２２ａ毎に冷却水の流量を調整でき、熱延鋼板１０の通板速度の広範囲な変化に対応して冷却能力を制御することができる。さらに、待機中に冷却ボックス２２内に残留水が滞留できる量が多くなり、冷却水の噴射開始の応答速度を速めることができる。ガイド３３に沿った方向で冷却ボックス２２を設置すると、例えば上側のガイド３３の先端に設けた冷却ボックス２２は、図４に示すように傾斜する。この傾斜した冷却ボックス２２内が分割されずに１つの空間に全てのノズル２３が配置されている場合には、図４（ａ）に示すように、冷却水を噴射しないときには、最も低い位置のノズル２３の上端よりも低い位置までしか水を滞留させておくことができない。この状態から、全てのノズル２３から冷却水を噴射させるためには、最も高い位置のノズルの上端よりも高い位置まで水を供給するまでの応答時間がかかる。しかし、冷却ボックス２２内を圧延方向に分割することにより、図４（ｂ）に示すように、区画２２ａ毎に、それぞれ低い方のノズル２３の上端よりも低い位置まで水を滞留させておくことができる。したがって、噴射開始時には、より少ない冷却水の供給によって、全てのノズル２３からの噴射が開始され、応答性が向上する。圧延方向に１列のノズル２３毎に１つの区画２２ａになるように分割すれば、全てのノズル２３の上端よりも僅かに低い位置まで水を滞留させておくことができるので、噴射時の応答を最も速くできる。
【００５２】
ここで、図５に示すようにノズル２３の先端（噴射口２３ａ）から、熱延鋼板１０の鋼板設計位置までの間の噴射中心軸（図中の一点鎖線）に沿った距離を、ノズル噴射距離Ｌと定義する。そして、上述したように冷却ボックス２２が傾斜しているため、ノズル噴射距離Ｌが、冷却ボックス２２の圧延方向で異なる。つまり、圧延スタンドから遠くなるほどノズル噴射距離Ｌが大きくなり、ノズル噴射距離Ｌが最も小さい位置が冷却装置２１の最上流側にあり、ノズル噴射距離Ｌが最も大きい位置が冷却装置２１の最下流側にある。したがって、全てのノズル２３の噴射角度を等しくすると、熱延鋼板１０から離れた位置から噴射した方が、熱延鋼板１０に当たるときの噴流衝突部の広がりが大きくなり、同量の冷却水を噴射した場合、冷却能力が低くなる。また、噴流衝突部の重なりが発生し、冷却の不均一を生じる。そこで、図５に示すように、圧延スタンドから遠い、すなわちノズル噴射距離Ｌが長くなるほど、ノズル２３の噴射角度を小さくする。なお、本実施の形態では、鋼板設計位置の上部のガイド３３と冷却ボックス２２が圧延方向から傾斜して配置されており、当該上部においてノズル２３の噴射角度を小さくするが、下部においてもノズル２３の噴射角度を小さくしてもよい。
【００５３】
ここで、本発明において、圧延方向に隣接するノズル２３について、ノズル噴射距離Ｌが最も大きい位置（図５では下流側）のノズル２３の噴射角度が、ノズル噴射距離Ｌが最も小さい位置（図５では上流側）のノズル２３の噴射角度より小さくする必要はない。つまり、本発明においては、（１）ノズル噴射距離Ｌが最も大きい位置のノズル２３の噴射角度が、ノズル噴射距離Ｌが最も小さい位置のノズル２３の噴射角度より小さいこと、且つ、（２）圧延方向に隣接するノズル２３に対しノズル噴射距離Ｌがより小さい側のノズル２３の噴射角度が、ノズル噴射距離Ｌが大きい側のノズル２３の噴射角度より小さくないことという２つの条件を同時に満足していれば、圧延方向に隣接するノズル２３が互いに同じ噴射角度であってもよい。
【００５４】
ノズル噴射距離Ｌが大きくなるにしたがってノズル２３の噴射角度を小さくしたうえで、さらに、圧延方向の任意の位置におけるノズル噴流の衝突面積の差、すなわち最大衝突面積と最小衝突面積の差を１０％以下にすることにより、ノズル２３の先端と熱延鋼板１０との距離が変化して衝突面積が拡大した際の冷却能力の低下をより抑制し、圧延方向各位置での冷却能力をより一定にすることができる。その結果、熱延鋼板１０をより均一に冷却することができる。
【００５５】
具体的には、ノズル２３がフルコーンノズルの場合、ノズル噴流の衝突面積（ノズル２３から噴射された冷却水の熱延鋼板１０における衝突面積が下記式（１）を満たすように、ノズル２３の噴射角度αが設定される。なお、図６に示すようにノズル２３の噴射角度αは、ノズル噴流（径Ｄ）の広がり角度である。
【数３】
2018056164.tif 000005
ただし、
Ｌ：ノズル噴射距離（ｍ）
α：ノズル噴射角度（度）
ｉ、ｊ：圧延方向に設けられたノズルの任意の列（ｉ列、ｊ列）
【００５６】
ノズル２３が長円吹ノズルの場合、ノズル噴流の衝突面積が下記式（２）を満たすように、ノズル２３の長径方向噴射角度βと短径方向噴射角度γが設定される。なお、図７（ａ）に示すようにノズル２３の長径噴射角度βは、ノズル噴流の長径Ｄ１の広がり角度であり、図７（ｂ）に示すようにノズル２３の短径噴射角度γは、ノズル噴流の短径Ｄ２の広がり角度である。
【数４】
2018056164.tif 000006
ただし、
Ｌ：ノズル噴射距離（ｍ）
β：ノズル長径方向噴射角度（度）
γ：ノズル短径方向噴射角度（度）
ｉ、ｊ：圧延方向に設けられたノズルの任意の列（ｉ列、ｊ列）
【００５７】
ルーパー３４によって仕上圧延スタンド直後の熱延鋼板１０の進行方向を傾斜させることで、熱延鋼板１０は、図８に示すように圧延方向である０（ゼロ）度から、上下のガイド３３のなす角度θの中で通板することができる。すなわち、仕上圧延スタンド直後の熱延鋼板１０の鋼板設計位置の角度は、０度から角度θの間にある。このガイド３３の角度θ次第ではあるが、仕上圧延スタンド直後の熱延鋼板１０の通板角度がどの角度であっても、圧延方向の任意の位置におけるノズル噴流の衝突面積の差、すなわち最大衝突面積と最小衝突面積の差を１０％以下にすることは、容易ではない。
【００５８】
しかしながら、圧延の開始時や終了時などを除く定常状態では、仕上圧延スタンド直後の熱延鋼板１０の通板角度はほぼ一定の角度になる場合が多い。そこで、冷却装置２１の設計時には、熱延鋼板１０が定常状態時の通板角度等を踏まえ、設計の前提となる通板角度を予め決定する。このようにして決定される熱延鋼板１０の位置が、本発明における鋼板設計位置である。そして、熱延鋼板１０が予め決定された通板角度にある場合に、つまり、熱延鋼板１０が定常状態時の通板角度にある場合などには、前記の差を１０％以下にすることは可能である。このようにすることにより、熱延鋼板１０が予め決定された通板角度にある場合、つまり、定常状態の通板角度の場合などにおいて、前記の差を１０％以下とすることができ、この結果、熱延鋼板１０をより均一に冷却することができる。
【００５９】
ここで、実操業においては、仕上圧延スタンド直後の熱延鋼板１０の定常状態の通板角度は、図８に示した０度から、図９に示すように上下のガイド３３のなす角度θの１／２角度までの角度となる場合が多い。そこで、本実施の形態では、上記式（１）または式（２）を満たすように、熱延鋼板１０の通板角度位置が０〜θ／２度の中のある特定の角度が、設計時に予め決定された通板角度としている。そして、図８に示したように熱延鋼板１０の鋼板設計位置は０度、すなわち圧延スタンドの下側の圧延ロール（ワークロール）３１の上部頂点における接平面に設定されていてもよい。なお、接平面は、隣接する圧延スタンドの下側の圧延ロール（ワークロール）３１の上部頂点を結ぶ線を含む圧延ロールに接する平面であり、隣接する圧延スタンドとは、冷却装置２１が２つの圧延スタンド間にある場合は当該２つの圧延スタンドをいい、冷却装置２１が最終の圧延スタンドＦ７の出側にある場合は、圧延スタンドＦ６、Ｆ７をいう。また、図９に示したように仕上圧延スタンド直後の鋼板設計位置は、上下のガイドのなす角度θの１／２の面に設定されていてもよい。このように冷却装置２１を設計すると、仕上圧延スタンド直後の熱延鋼板１０の通板角度が圧延方向である０度から上下のガイド３３のなす角度θ（好ましくは、その角度θの１／２角度）までの中のある特定の角度となった場合に、ノズル２３から噴射された冷却水の熱延鋼板１０における衝突面積が上記式（１）または上記式（２）を満たすように冷却できる。
【００６０】
換言すると、ノズル２３から噴射された冷却水の熱延鋼板１０における衝突面積が上記式（１）または上記式（２）を満たすような仕上圧延スタンド直後の通板角度が、圧延方向である０度から上下のガイド３３のなす角度θ（好ましくは、その角度θの１／２角度）までの中に存在する冷却装置があれば、その冷却装置を用いて、仕上圧延スタンド直後の熱延鋼板１０の傾斜角度を、その「上記式（１）または上記式（２）を満たすような通板角度」で通板しさえすれば、より均一に冷却することができる。
【００６１】
本発明の冷却装置は、仕上圧延スタンド直後に、ある通板角度で熱延鋼板１０が通板すると仮定した場合、ノズル２３から噴射された冷却水の熱延鋼板１０における衝突面積が上記式（１）または上記式（２）を満たす仕上圧延スタンド直後の通板角度が、圧延方向である０度から上下のガイド３３のなす角度θの中にある冷却装置と見做すことができる。さらに、換言すると、仕上圧延スタンド直後の鋼板設計位置（の通板角度）とは、ノズル２３から噴射された冷却水の熱延鋼板１０における衝突面積が上記式（１）または上記式（２）を満たす角度（ただし、その角度は、圧延方向である０度から上下のガイド３３のなす角度θの中にある。）の中の任意の角度と見做すことができる。
【００６２】
なお、本実施の形態において、ノズル２３からの冷却水の水量密度Ｗａが下記式（３）を満たすのが好ましい。式（３）は、熱延鋼板１０の温度をある一定程度下げる際の必要冷却能力を示している。すなわち、式（３）の左辺において、分子である（Ｗａ０．５×Ｍａ）は、（熱流束に相当する単位時間単位面積当たりの冷却能力指標）×（冷却範囲長さ）であり、全冷却能力を示している。また、分母である（ｔ×Ｖ）は、単位時間に通過する熱延鋼板（材料）の単位幅での体積であり、熱延鋼板を１℃下げるのに必要な熱量に相当している。そして、発明者らが鋭意検討した結果、式（３）の左辺が一定値０．０８以上であれば、結晶粒を適切に制御できることを見出した。なお、冷却範囲長さＭａは、例えば１ｍ以上３ｍ以下である。かかる場合、Ａｒ３変態温度からＡｒ３変態温度−３０℃までの４０℃以上の冷却を圧延直後に行うことができ、これにより、結晶粒の粗大化を十分に防止し、結晶粒の微細化を行うことができる。
Ｗａ０．５×Ｍａ／（ｔ×Ｖ）≧０．０８  ・・・（３）
ただし、
Ｗａ：ノズル２３からの冷却水の水量密度（ｍ３／ｍ２・分）
Ｍａ：冷却範囲長さ（ｍ）
ｔ：熱延鋼板１０の板厚（ｍｍ）
Ｖ：熱延鋼板１０の通板速度（ｍ／ｓ）
【００６３】
なお、上記式（３）に関し、特開２００９−２４１１１５号公報には、冷却水の水量密度Ｗ（リットル／ｍ２・分）がＷ０．６６３×Ｍ≧２６０を満足し、冷却範囲長さＭが１．８ｍ以下を満足することが開示されている。しかしながら、この特開２００９−２４１１１５号公報に開示された、冷却水の水量密度の条件では、熱延鋼板の板厚や熱延鋼板の通板速度の条件がなく、不十分である。
【００６４】
また、上下のガイド３３のなす角度θは、例えば８度以上３０度以下の範囲内にある。前記角度θを、例えば、８度以上２５度以下または１０度以上３０度以下の範囲内としてもよい。
【００６５】
また、本実施の形態では除外したが、本発明においては、冷却装置の設計時に予め決定される仕上圧延スタンド直後の熱延鋼板１０の通板角度を、上下のガイド３３のなす角度θ以下であれば、上下のガイド３３のなす角度θの１／２角度を超えてもよい。
【００６６】
また、上記式（１）または上記式（２）の中で、ｉおよびｊは、圧延方向に設けられたノズル２３の任意の列（ｉ列、ｊ列）としている。これは、上記式（１）または上記式（２）は、すべてのノズル列に対し（Ｌ・ｔａｎα）２を算出し、その最大値と最小値との比（最大値が分母）が０．９０以上であることを意味する。さらに言えば、上記式（１）においてノズル噴射角度αが一定の場合、圧延方向の任意の位置におけるノズル噴流の衝突面積の差を１０％以下にするには、すべてのノズル列に対し、ノズル噴射距離Ｌの最大値と最小値との比（最大値が分母）が０．９０の平方根（小数点以下２桁に丸めると０．９５）以上であることを意味する。すなわち、上記式（１）を満たすためには、ノズル噴射距離Ｌの最大値と最小値との差が、その最大値の５％以内である必要がある。同様に、上記式（２）においても、ノズル長径方向噴射角度βが一定であり、且つ、ノズル短径方向噴射角度γが一定の場合、ノズル噴射距離Ｌの最大値と最小値との差が、その最大値の５％以内である必要がある。
【００６７】
また、本冷却装置２１において使用されるノズルは、同一種類のノズル（例えば、フルコーンノズル、長円吹きノズル）であることが、好ましい。
【００６８】
以上の冷却装置２１により、圧延スタンドを通過して熱間圧延された熱延鋼板１０は、圧延ロール３１を離れた直後にひずみが残存した状態で、冷却ボックス２２から噴射される冷却水により冷却される。この冷却は、例えば一箇所のスタンド間で３０℃以上の強冷却とし、これにより、例えばＡｒ３変態点までの時間を短縮し、結晶粒径の拡大を抑制して細粒化し、熱延鋼板１０の材質の品質向上を図ることができる。
【００６９】
熱延鋼板１０の通板速度が遅い場合には、冷却ボックス２２内のノズル２３のうち、圧延スタンドに近い方のノズル２３から冷却水を噴射する。この制御は三方弁により行われ、予め設定した通板速度に応じて、圧延スタンドに近い側を優先して、冷却水を噴射するノズル２３の区画２２ａに冷却水を供給し、それ以外の、圧延スタンドから遠い方のノズル２３の区画２２ａに設けられた三方弁２５を排水ヘッダー２８あるいは排水エリアに向けて開放する。通板速度が増加して冷却能力を向上させたい場合には、排水ヘッダー２８に向けて開放していた三方弁２５を、圧延スタンドに近い側から遠い側へ順次、冷却ボックス２２に向けて開放し、熱延鋼板１０に冷却水を噴射する区画２２ａを増やす。それまで冷却水を噴射していなかったノズル２３の区画２２ａにも、ノズル２３の冷却ボックス２２内での流入口が冷却ボックス２２内に入り込んでいるため、ノズル２３の上端よりも僅かに下方までは水が滞留しており、また配管２４内にも常に水が満たされているので、三方弁２５を切り替えると速やかにノズル２３から冷却水を噴射することができる。通板速度が減速する際には、圧延スタンドから遠い側の区画２２ａから順に、三方弁２５を排水側へ切り替える。
【００７０】
以上のように、圧延スタンドの出側に設けられた上下のガイド３３に冷却ボックス２２を設け、冷却ボックス２２内のノズル２３の噴射面をガイド３３と略同一面とすることにより、圧延直後の熱延鋼板１０を近い位置から冷却できるうえ、熱延鋼板１０がノズル２３に引っかからない。また、ガイド３３に冷却ボックス２２を設けることにより、ガイド３３の位置を避けて別体として設けていた従来の冷却装置よりも、圧延スタンドの近くから冷却を開始することができる。したがって、スペースが限られたスタンド間でも、冷却ボックス２２の圧延方向の長さ寸法を大きく確保し、冷却能力を高めることができる。
【００７１】
また、圧延スタンドの圧延ロール３１を交換する際には、ガイド３３を圧延方向下流側に退避させる必要があり、冷却ボックス２２とガイド３３とが分離した構造の場合、退避時のガイド３３に衝突しないように、冷却ボックス２２を別途移動させなければならない。本発明によれば、ガイド３３に冷却ボックス２２が設けられているので、圧延ロール３１交換時の退避作業に手間がかかることがなく、冷却ボックス２２が設置されていないときと同様に行うことができる。
【００７２】
熱間圧延での通板速度は、一般には所望する生産性等により変動している。通板速度の変化が大きい場合には、冷却能力もそれに応じて変化させることにより鋼板温度を一定にし、品質を長手方向で均一にすることが必要である。このとき、低圧での水の噴射は、噴流形状が悪化して冷却能が均一でないことを考慮すると、流量調整弁２６のみによる調整では、冷却水量の実質的な制御範囲が狭いと考えられる。本実施の形態のように、冷却ボックス２２内を分割すれば、流量調整弁２６の制御範囲に加えて、分割した区画２２ａによる水量制御を行うことで、制御可能範囲を広げることができる。また、オンオフ弁の場合、冷却水の供給が停止した状態から冷却水を流すため応答速度が遅れるが、本実施の形態のように三方弁２５を設けることにより、噴射方向を切り替えるだけで、大水量でも迅速な切り替えが可能となる。なお、大水量とは、例えば２〜１０ｍ３／ｍ２／ｍｉｎである。
【００７３】
以上の実施の形態では、冷却ボックス２２において複数のノズル２３は、噴射面がガイド３３と略同一面上になるように設けられていたが、当該噴射面はガイド３３と同一面上になくてもよい。図１０に示すようにノズル２３の噴射面は、圧延方向上流側から下流側に向けて湾曲していてもよい。かかる場合でも上記実施の形態と同様の効果を享受することができ、ノズル２３の噴射角度を、圧延方向上流側から下流側に向けて小さくすることで、冷却能力を均一にして、熱延鋼板を均一に冷却することができる。また、図１０の実施の形態のように、上側の複数のノズル２３の噴射面は、ガイド３３と同一面と同じか、またはその面の上方にあってもよい。この場合でも、下側の複数のノズル２３の噴射面は、ガイド３３と同一の面のままとしてもよい。
【００７４】
また、図１１に示すように上側の冷却ボックス２２において複数のノズル２３は、噴射面がガイド３３より上方になるように設けられていてもよい。図示はしないが、下側の冷却ボックス２２においても複数のノズル２３は、噴射面がガイド３３より下方になるように設けられていてもよい。このように複数のノズル２３の噴射面は、ガイド３３がなす面より、熱延鋼板１０の鋼板設計位置の反対側に配置されていてもよい。
【００７５】
また、以上の実施の形態では、圧延スタンドから遠くなるほど、複数のノズル２３からのノズル噴射距離は大きくなっていたが、図１１に示すように下側の冷却ボックス２２においてノズル噴射距離は小さくなってもよい。すなわち、ノズル噴射距離が最も大きい位置が冷却装置２１の最上流側にあってもよい。図示はしないが、上側の冷却ボックス２２においてもノズル噴射距離は小さくなってもよい。圧延スタンドから遠くなるほど、ノズル噴射距離は大きくなる場合と小さくなる場合のいずれの場合でも、（１）ノズル噴射距離Ｌが最も大きい位置のノズル２３の噴射角度が、ノズル噴射距離Ｌが最も小さい位置のノズル２３の噴射角度より小さいこと、且つ、（２）圧延方向に隣接するノズル２３に対しノズル噴射距離Ｌがより小さい側のノズル２３の噴射角度が、ノズル噴射距離Ｌが大きい側のノズル２３の噴射角度より小さくないことという２つの条件を同時に満足していれば、熱延鋼板１０における冷却水の衝突面積を圧延方向に均一にでき、上記実施の形態と同様の効果を享受することができる。
【００７６】
また、以上の実施の形態では、複数のノズル２３は冷却ボックス２２に設けられていたが、図１２に示すように冷却ボックス２２を省略し、複数のノズル２３は、ガイド３３に設けられていてもよい。さらにこの場合、図１３に示すように所定数のノズル２３毎に、図示の例においては２つのノズル２３で１つのノズル群を構成してもよい。各ノズル群は、上記実施の形態と同様に三方弁２５と流量調整弁２６が設けられた配管２４に接続され、さらに配管２４は給水ヘッダー２７と排水ヘッダー２８に接続されている。そして、かかる場合にも、上記実施の形態と同様の効果を享受することができる。
【００７７】
複数のノズル２３は、図１２に示したようにガイド３３の中、または、図８〜１１に示したようにガイド３３の下流側に隣接した位置、のいずれか片方のみに設けられてもよい。一方で、複数のノズル２３は、図１４に示すようにガイド３３の中とガイド３３の下流側に隣接した位置の両方に設けられてもよい。この場合、熱延鋼板１０の上下面の両方に向けて冷却水を噴射するノズル２３がある場合、一方の面に向けて冷却水を噴射する複数のノズル２３のみが、ガイド３３の中とガイド３３の下流側に隣接した位置の両方に設けられてもよい。また、熱延鋼板１０の上下面の両方に向けて冷却水を噴射する複数のノズル２３が、共にガイド３３の中とガイド３３の下流側に隣接した位置の両方に設けられてもよい。本発明は、ガイド３３の中とガイド３３の下流側に隣接した位置の両方に設けられた、これらの実施形態も含むものとする。
【００７８】
以上の実施の形態では、冷却装置２１を、圧延スタンドＦ５とＦ６との間、および圧延スタンドＦ６とＦ７との間の２箇所に設ける例を示したが、所望する熱延鋼板１０の性能によって、圧延スタンドＦ６とＦ７との間の１箇所のみでもよい。あるいは、最終の圧延スタンドＦ７の出側に１箇所だけ設けてもよい。この場合には、仕上圧延機１４の下流側に設けられている熱延鋼板１０の寸法や温度等を計測する計測装置（図１５の計測装置５０に相当する。）が水の影響を受けないように、冷却装置２１の下流側に水切り装置を設けることが好ましい。
【００７９】
また、以上の実施の形態において、圧延スタンド間に冷却装置２１を配置する場合、当該冷却装置２１よりも下流側の圧延スタンドの圧延ロール３１を開放してもよい。例えば圧延スタンドＦ６とＦ７の間に冷却装置２１を配置する場合、圧延スタンドＦ７の圧延ロール３１を開放する。かかる場合、圧延直後の急冷却を行った後の軽圧下がないので、軽圧下の悪影響が発生することなく、仕上圧延直後の急冷却によって熱延鋼板１０の機械的特性を向上することができる。
【００８０】
また、上述のように圧延ロール３１を開放する場合、当該圧延ロール３１のロールギャップを狙い板厚に７ｍｍを加えた値以下とするのが好ましい。かかる場合、圧延スタンドから漏出する板上水の量を制限することができる。さらに、最下流側（最終）の圧延スタンドＦ７の出側に水切り装置（図示せず）を設けるのが好ましい。通常、最下流側（最終）の圧延スタンドＦ７の出側に、熱延鋼板１０の寸法や温度等を計測する計測装置が設けられている。このような場合、圧延スタンドＦ７の出側に水切り装置を設けると、圧延スタンドＦ７による圧下を行わないにもかかわらず、仕上圧延機１４の下流側の計測装置に悪影響を及ぼすことがなくなるためである。なお、最終の圧延スタンドＦ７の下流側に本発明の冷却装置２１がある場合、前記計測装置の位置は、本発明の冷却装置２１の下流側となる。
【００８１】
以上の実施の形態において、図１５に示すように仕上圧延機１４の最終の圧延スタンドＦ７の出側の、熱延鋼板１０の寸法や温度等を計測する計測装置５０の下流側に、熱延鋼板１０の上面を冷却する冷却帯６０を備えていてもよい。冷却帯６０は、例えば冷却部１５の上流側に設けられる。また、冷却帯６０には、例えば熱延鋼板１０の上面に向けて冷却水を噴射する冷却ノズル（図示せず）が、圧延方向に複数並べて配置されている。なお、これらの冷却ノズルとしては、例えばスリットラミナーノズルやパイプラミナーノズル、スプレーノズルが用いられる。
【００８２】
冷却帯６０の冷却ノズルからの冷却水の水量密度は２ｍ３／ｍ２・分以上で、下記式（４）を満たすのが好ましい。２ｍ３／ｍ２・分未満になると結晶粒の微細化が困難である。式（４）は、上述した式（３）と同様に、熱延鋼板１０の温度をある一定程度下げる際の必要冷却能力を示している。すなわち、式（４）の左辺において、分子である（Ｗｂ０．５×Ｍｂ）は、（熱流束に相当する単位時間単位面積当たりの冷却能力指標）×（冷却範囲長さ）であり、全冷却能力を示している。また、分母である（ｔ×Ｖ）は、単位時間に通過する熱延鋼板（材料）の単位幅での体積であり、熱延鋼板を１℃下げるのに必要な熱量に相当している。そして、発明者らが鋭意検討した結果、式（４）の左辺が一定値０．５５以上であれば、結晶粒を適切に制御できることを見出した。かかる場合、例えば圧延スタンドＦ７の出側に設けられた冷却装置２１で圧延直後の熱延鋼板１０を冷却することにより、結晶粒の粗大化を防止し、さらに冷却帯６０で熱延鋼板１０を冷却することにより、結晶粒の微細化を図り、強度調整を行うことができる。
Ｗｂ０．５×Ｍｂ／（ｔ×Ｖ）≧０．５５  ・・・（４）
ただし、
Ｗｂ：冷却ノズルからの冷却水の水量密度（ｍ３／ｍ２・分）
Ｍｂ：冷却帯６０の冷却範囲長さ（ｍ）
ｔ：熱延鋼板１０の板厚（ｍｍ）
Ｖ：熱延鋼板１０の通板速度（ｍ／ｓ）
【００８３】
なお、図示の例においては、冷却帯６０は熱延鋼板１０の上面側に設けられていたが、下面側に設けられていてもよく、あるいは上面側と下面側の両側に設けられていてもよい。万一計測装置５０が設置されていない場合、冷却帯６０は本発明の冷却装置２１の下流側に配置されてもよい。
【００８４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、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うることは明らかであり、そ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。
【００８５】
例えば、上記実施の形態では、冷却ボックス２２を伴ったまたは冷却ボックス２２を省略した複数のノズル２３を、上下両側のガイド３３の中および／または当該ガイド３３の下流側に隣接して設けることとしたが、上下のうちいずれか一方のみのガイド３３の中および／または当該ガイド３３の下流側に隣接して設けてもよい。また、上記実施の形態では、上下両側の冷却ボックス２２を伴ったまたは冷却ボックス２２を省略した複数のノズル２３が、上記式（１）または式（２）を満たしていたが、上下のうちいずれか一方の冷却ボックス２２を伴ったまたは冷却ボックス２２を省略した複数のノズル２３が、上記式（１）または式（２）を満たしていてもよい。
【００８６】
また、上記実施の形態では、上下のガイド３３間の距離は、圧延方向上流側から下流側に向けて大きくなるが、さらに当該ガイド３３の下流側に圧延方向（水平方向）となるガイドが設けられていてもよい。また、このような水平方向のガイドにも、熱延鋼板１０を冷却する冷却装置が設けられていてもよい。さらには、本発明の冷却装置２１の下流側に、ガイドがない別の冷却装置が設けられてもよい。
【実施例１】
【００８７】
板厚３ｍｍ、板幅１２００ｍｍの熱延鋼板を、通板速度４００〜６００ｍｐｍで熱間仕上圧延し、図１の圧延スタンドＦ６の出側に、本実施例にかかる冷却装置２１を設置した。冷却長は１．２ｍ、ノズル列は５列とした。上面側のノズルからの冷却水の水量密度は７ｍ３／ｍ２・分とし、下面側のノズルからの冷却水の水量密度は１０ｍ３／ｍ２・分とした。上側ガイドの傾き角度は１２度、下側ガイドの傾き角度は０度とし、すなわち上下のガイドのなす角度θを１２度とし、ルーパー３４による圧延スタンドＦ６直後の熱延鋼板１０の通板角度をθ／２角度である６度とした（図９参照）。ノズルの種類はフルコーンノズルとした。各ノズルの位置およびノズル噴流の広がり角度（ノズルの噴射角度）を表１に示す。なお、表１においては、上記（１）の指標（ノズル噴流の最大衝突面積と最小衝突面積の差を１０％以下にする）についても評価すべく、基準の衝突面積から＋１０％の差異となる広がり角度（表中、広がり角度＋１０％）と、基準の衝突面積から−１０％の差異となる広がり角度（表中、広がり角度−１０％）も併せて表記する。【００８８】
そして、表２に示すように、上面側のノズル噴流の広がり角度（表中、上面広がり角度）と、下面側のノズル噴流の広がり角度（表中、下面広がり角度）とを変動させて、熱延鋼板の幅方向の温度バラツキを確認した。なお、表２においては、冷却による幅方向最大温度降下も併せて表記している。【００８９】
実施例１〜３では、上面側および下面側のノズル噴流の広がり角度がそれぞれ、圧延方向上流側から下流側に小さくなっている。さらに実施例２、３では上面側および下面側のノズルともに上記式（１）も満たしている。かかる場合、幅方向の温度バラツキを１８℃、１１℃、１３℃と、２０℃以下に小さくできた。そして、このように熱延鋼板を均一に冷却することで、機械的性質に優れた熱延鋼板を製造できる。なお、表２中の実施例１の下線部は上記式（１）を満たしておらず、実施例２〜３に比べて均一冷却の効果は小さかった。【００９０】
一方、比較例１〜３に示すように、上流側および下流側のノズル噴流の広がり角度を、圧延方向に同一にすると、幅方向の温度バラツキが２５℃、２７℃、２６℃と大きくなった。したがって、比較例１〜３では、熱延鋼板の機械的性質に偏差が生じた。【００９１】
【表１】
2018056164.tif 000007
【００９２】
【表２】
2018056164.tif 000008
【実施例２】
【００９３】
板厚３ｍｍ、板幅１２００ｍｍの熱延鋼板を、通板速度４００〜６００ｍｐｍで熱間仕上圧延し、図１の圧延スタンドＦ６の出側に、本実施例にかかる冷却装置２１を設置した。冷却長は１．２ｍ、ノズル列は５列とした。上面側のノズルからの冷却水の水量密度は７ｍ３／ｍ２・分とし、下面側のノズルからの冷却水の水量密度は１０ｍ３／ｍ２・分とした。上側ガイドの傾き角度は１２度、下側ガイドの傾き角度は０度とし、ルーパー３４による圧延スタンドＦ６直後の熱延鋼板１０の通板角度を圧延方向である０度とした（図８参照）。ノズルの種類はフルコーンノズルとした。各ノズルの位置およびノズル噴流の広がり角度（ノズルの噴射角度）を表３に示す。なお、表３においては、上記（１）の指標（ノズル噴流の最大衝突面積と最小衝突面積の差を１０％以下にする）についても評価すべく、基準の衝突面積から＋１０％の差異となる広がり角度（表中、広がり角度＋１０％）と、基準の衝突面積から−１０％の差異となる広がり角度（表中、広がり角度−１０％）も併せて表記する。【００９４】
そして、表４に示すように、上面側のノズル噴流の広がり角度（表中、上面広がり角度）と、下面側のノズル噴流の広がり角度（表中、下面広がり角度）とを変動させて、熱延鋼板の幅方向の温度バラツキを確認した。なお、表４においては、冷却による幅方向最大温度降下も併せて表記している。【００９５】
実施例４では、上面側のノズル噴流の広がり角度が、圧延方向上流側から下流側に同じまたは小さくなり、さらに実施例５では、上面側のノズルは上記式（１）も満たしている。かかる場合、幅方向の温度バラツキを１８℃、１１℃と、２０℃以下に小さくできた。そして、このように熱延鋼板を均一に冷却することで、機械的性質に優れた熱延鋼板を製造できる。なお、表４中の実施例４の下線部は上記式（１）を満たしておらず、実施例５に比べて均一冷却の効果は小さかった。【００９６】
一方、比較例４、５に示すように、上流側および下流側のノズル噴流の広がり角度を圧延方向に同一にすると、幅方向の温度バラツキが２７℃、２９℃と大きくなった。したがって、比較例４、５では、熱延鋼板の機械的性質に偏差が生じた。【００９７】
【表３】
2018056164.tif 000009
【００９８】
【表４】
2018056164.tif 000010
【実施例３】
【００９９】
板厚３ｍｍ、板幅１２００ｍｍの熱延鋼板を、通板速度４００〜６００ｍｐｍで熱間仕上圧延し、図１の圧延スタンドＦ６の出側に、本実施例にかかる冷却装置２１を設置した。冷却長は１．２ｍ、ノズル列は５列とした。上面側のノズルからの冷却水の水量密度は７ｍ３／ｍ２・分とし、下面側のノズルからの冷却水の水量密度は１０ｍ３／ｍ２・分とした。上側ガイドの傾き角度は１２度、下側ガイドの傾き角度は０度とし、すなわち上下のガイドのなす角度θを１２度とし、ルーパー３４による圧延スタンドＦ６直後の熱延鋼板１０の通板角度をθ／２角度である６度とした（図９参照）。ノズルの種類は長円吹ノズルとした。各ノズルの位置およびノズル噴流の長径および短径の広がり角度（ノズルの噴射角度）を表５に示す。なお、表５においては、上記（２）の指標（ノズル噴流の最大衝突面積と最小衝突面積の差を１０％以下にする）についても評価すべく、基準の衝突面積から＋１０％の差異となる広がり角度（表中、広がり角度＋１０％）と、基準の衝突面積から−１０％の差異となる広がり角度（表中、広がり角度−１０％）も併せて表記する。【０１００】
そして、表６に示すように、上面側のノズル噴流の広がり角度（表中、長径広がり角度および短径広がり角度）と、下面側のノズル噴流の広がり角度（表中、長径広がり角度および短径広がり角度）とを変動させて、熱延鋼板の幅方向の温度バラツキを確認した。なお、表６においては、冷却による幅方向最大温度降下も併せて表記している。【０１０１】
実施例６では、上面側のノズル噴流の長径広がり角度および短径広がり角度、下面側のノズル噴流の長径広がり角度および短径広がり角度がそれぞれ、圧延方向上流側から下流側に同じまたは小さくなっている。かかる場合、幅方向の温度バラツキを１７℃に小さくできた。そして、このように熱延鋼板を均一に冷却することで、機械的性質に優れた熱延鋼板を製造できる。但し、表６中の実施例６の下線部は上記式（２）を満たしていない。【０１０２】
また、実施例７では、最下流側（１２００ｍｍ）に比べて最上流側（０ｍｍ）の上面側のノズル噴流の長径広がり角度および短径広がり角度、下面側のノズル噴流の長径広がり角度および短径広がり角度はそれぞれ小さい。また、上面側のノズル噴流の長径広がり角度および短径広がり角度、下面側のノズル噴流の長径広がり角度および短径広がり角度はそれぞれ、圧延方向上流側から下流側に小さくなっており、さらに、上面側と下面側ともに上記式（２）を満たしている。かかる場合、幅方向の温度バラツキを１２℃と十分に小さくできた。【０１０３】
【表５】
2018056164.tif 000011
【０１０４】
【表６】
2018056164.tif 000012
【実施例４】
【０１０５】
板厚３ｍｍ、板幅１２００ｍｍの熱延鋼板を、通板速度４００〜６００ｍｐｍで熱間仕上圧延し、図１の圧延スタンドＦ６の出側に、本実施例にかかる冷却装置２１を設置した。冷却長は１．２ｍ、ノズル列は５列とした。上面側のノズルからの冷却水の水量密度は７ｍ３／ｍ２・分とし、下面側のノズルからの冷却水の水量密度は１０ｍ３／ｍ２・分とした。上側ガイドの傾き角度は１２度、下側ガイドの傾き角度は０度とし、ルーパー３４による圧延スタンドＦ６直後の熱延鋼板１０の通板角度を圧延方向である０度とした（図８参照）。ノズルの種類は長円吹ノズルとした。各ノズルの位置およびノズル噴流の長径および短径の広がり角度（ノズルの噴射角度）を表７に示す。なお、表７においては、上記（２）の指標（ノズル噴流の最大衝突面積と最小衝突面積の差を１０％以下にする）についても評価すべく、基準の衝突面積から＋１０％の差異となる広がり角度（表中、広がり角度＋１０％）と、基準の衝突面積から−１０％の差異となる広がり角度（表中、広がり角度−１０％）も併せて表記する。【０１０６】
そして、表８に示すように、上面側のノズル噴流の広がり角度（表中、長径広がり角度および短径広がり角度）と、下面側のノズル噴流の広がり角度（表中、長径広がり角度および短径広がり角度）とを変動させて、熱延鋼板の幅方向の温度バラツキを確認した。なお、表８においては、冷却による幅方向最大温度降下も併せて表記している。【０１０７】
実施例８では、上面側のノズル噴流の長径広がり角度および短径広がり角度がそれぞれ、圧延方向上流側から下流側に小さくなり、さらに上面側のノズル（長径側）は上記式（２）を満たしている。かかる場合、幅方向の温度バラツキを１６℃に小さくできた。そして、このように熱延鋼板を均一に冷却することで、機械的性質に優れた熱延鋼板を製造できる。但し、表８中の実施例８の下線部は上記式（２）を満たしていない。【０１０８】
また、実施例９では、最下流側（１２００ｍｍ）に比べて最上流側（０ｍｍ）の上面側のノズル噴流の長径広がり角度および短径広がり角度はそれぞれ小さい。また、上面側のノズル噴流の長径広がり角度および短径広がり角度はそれぞれ、圧延方向上流側から下流側に同じまたは小さくなっており、さらに、上面側と下面側ともに上記式（２）を満たしている。かかる場合、幅方向の温度バラツキを１１℃と十分に小さくでき、実施例８に比べて均一冷却の効果は大きかった。【０１０９】
【表７】
2018056164.tif 000013
【０１１０】
【表８】
2018056164.tif 000014
【実施例５】
【０１１１】
板幅１２００ｍｍの表９の条件の熱延鋼板を、熱間仕上圧延し、図１の圧延スタンドＦ６の出側に、本実施例にかかる冷却装置２１を設置した。冷却長・上下面の水量密度はともに表９のものとし、ノズル列は５列とした。上側ガイドの傾き角度は１２度、下側ガイドの傾き角度は０度とし、すなわち上下のガイドのなす角度θを１２度とし、ルーパー３４による圧延スタンドＦ６直後の熱延鋼板１０の通板角度を０度とした。ノズルの種類はフルコーンノズルとした。各ノズルの位置およびノズル噴流の広がり角度（ノズルの噴射角度）は表３に示したとおりである。表４の実施例４のように広がり角度を設定した。表９にその結果を示す。式（３）の指標（式（３）の左辺が０．０８以上）に従い、実施例１０〜１８に示すように式（３）を満たす条件であれば、鋼板の温度降下をＡｒ３変態温度より高い温度からＡｒ３変態温度−３０℃以下に冷やすことが可能な４０℃以上の温度降下を得ることができた。しかし、比較例６〜９に示すように式（３）の条件を満たさない状態では、温度降下は４０℃以下であり、所望する金属組織微細化の効果を得るには不十分な冷却であった。【０１１２】
【表９】
2018056164.tif 000015
【実施例６】
【０１１３】
板厚３ｍｍ、板幅１２００ｍｍの熱延鋼板を、通板速度４００〜６００ｍｐｍで熱間仕上圧延し、図１の圧延スタンドＦ６の出側に、本実施例にかかる冷却装置２１を設置した。冷却長は１．２ｍ、ノズル列は５列とした。上面側のノズルからの冷却水の水量密度は７ｍ３／ｍ２・分とし、下面側のノズルからの冷却水の水量密度は１０ｍ３／ｍ２・分とした。上側ガイドの傾き角度は１２度、下側ガイドの傾き角度は０度とし、ルーパー３４による圧延スタンドＦ６直後の熱延鋼板１０の通板角度を圧延方向である０度とした（図８参照）。ノズルの種類はフルコーンノズルとした。各ノズルの位置およびノズル噴流の広がり角度（ノズルの噴射角度）は表３に示したとおりである。【０１１４】
そして、表４の実施例４に示すように、上面側のノズル噴流の広がり角度（表中、上面広がり角度）と、下面側のノズル噴流の広がり角度（表中、下面広がり角度）とを設定した。Ｆ７スタンドの出側には、水切り装置を設置し、Ｆ７スタンドのギャップを板厚＋３ｍｍから＋１５ｍｍまで変化させたところ、板厚＋７ｍｍを超えると流出水が多くなり、Ｆ７スタンド出側の水切り水量を板厚＋７ｍｍ以下の場合の１．５倍以上にしないと、水切り装置の下流側において、板厚計測や板温度計測ができない箇所が発生することがわかった。
【実施例７】
【０１１５】
板厚３ｍｍ、板幅１２００ｍｍの熱延鋼板を、通板速度４００〜６００ｍｐｍで熱間仕上圧延し、図１の圧延スタンドＦ７の出側に、本実施例にかかる冷却装置２１を設置した。冷却長は１．２ｍ、ノズル列は５列とした。上面側のノズルからの冷却水の水量密度は７ｍ３／ｍ２・分とし、下面側のノズルからの冷却水の水量密度は１０ｍ３／ｍ２・分とした。上側ガイドの傾き角度は１２度、下側ガイドの傾き角度は０度とした。なお、圧延スタンドＦ７の後方にはルーパー３４は設置されないので、圧延スタンドＦ７直後の熱延鋼板１０の通板角度は圧延方向である０度となる。ノズルの種類はフルコーンノズルとした。各ノズルの位置およびノズル噴流の広がり角度（ノズルの噴射角度）は表３に示したとおりである。【０１１６】
そして、表４の実施例４に示すように、上面側のノズル噴流の広がり角度（表中、上面広がり角度）と、下面側のノズル噴流の広がり角度（表中、下面広がり角度）とを設定した。圧延スタンドＦ７の出側には、水切り装置を設置し、圧延スタンドＦ７出側の水切り水量を、圧延スタンドＦ６の出側に冷却装置２１を設置し圧延スタンドＦ７を圧延ロールを開放して水切り装置として機能させた上記実施例６の場合に比較して、２倍以上に設定したところ、水切り装置の下流側において、板厚計測や板温度計測に影響しないことがわかった。
【実施例８】
【０１１７】
板厚３ｍｍ、板幅１２００ｍｍの熱延鋼板を、通板速度４００〜６００ｍｐｍで熱間仕上圧延し、図１の圧延スタンドＦ７の出側に、本実施例にかかる冷却装置２１を設置した。冷却長は１．２ｍ、ノズル列は５列とした。上面側のノズルからの冷却水の水量密度は７ｍ３／ｍ２・分とし、下面側のノズルからの冷却水の水量密度は１０ｍ３／ｍ２・分とした。上側ガイドの傾き角度は１２度、下側ガイドの傾き角度は０度とした。なお、圧延スタンドＦ７の後方にはルーパー３４は設置されないので、圧延スタンドＦ７直後の熱延鋼板１０の通板角度は圧延方向である０度となる。ノズルの種類はフルコーンノズルとした。各ノズルの位置およびノズル噴流の広がり角度（ノズルの噴射角度）は表３に示したとおりである。【０１１８】
また、本実施例ではさらに、図１５に示した冷却帯６０を、冷却部１５の上流側、且つ熱延鋼板１０の上面側に設置した。冷却帯６０の冷却範囲長さ（設備長さ）は１５ｍとした。冷却帯６０の冷却ノズルからの冷却水の水量密度は３ｍ３／ｍ２・分とした。本実施例において冷却帯６０は、上記式（４）を満たしている。【０１１９】
本実施例のように冷却装置２１と冷却帯６０による熱延鋼板１０の冷却を行った場合、冷却装置２１を設け冷却帯６０を設けない実施例７の場合と比較しても当該熱延鋼板１０の金属組織の微細化をさらに進めることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、熱間圧延工程の仕上圧延後の熱延鋼板の結晶粒径を細粒化するための冷却装置および冷却方法として適用され、例えば高張力鋼（ハイテン）や、極低炭素鋼（ＩＦ鋼：Interstitial atom free steel）等のような高品質鋼の品質向上効果を図る際に好適である。
【符号の説明】
【０１２１】
１    熱間圧延設備
５    スラブ
６    粗バー
１０  熱延鋼板
１１  加熱炉
１２  幅方向圧延機
１３  粗圧延機
１４  仕上圧延機
１５  冷却部
１６  巻取装置
２１  冷却装置
２２  冷却ボックス
２２ａ  区画
２３  ノズル
２３ａ  噴射口
２３ｂ  端部
２４  配管
２５  三方弁
２６  流量調整弁
２７  給水ヘッダー
２８  排水ヘッダー
３１  圧延ロール（ワークロール）
３２  ロール冷却水ヘッダー
３３  ガイド
３４  ルーパー
５０  計測装置
６０  冷却帯
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７  圧延スタンド（仕上圧延スタンド）
【図１】
2018056164.tif 000018
【図２】
2018056164.tif 000019
【図３】
2018056164.tif 000020
【図４】
2018056164.tif 000021
【図５】
2018056164.tif 000022
【図６】
2018056164.tif 000023
【図７】
2018056164.tif 000024
【図８】
2018056164.tif 000025
【図９】
2018056164.tif 000026
【図１０】
2018056164.tif 000027
【図１１】
2018056164.tif 000028
【図１２】
2018056164.tif 000029
【図１３】
2018056164.tif 000030
【図１４】
2018056164.tif 000031
【図１５】
2018056164.tif 000032
【国際調査報告】
2018056164.tif 000033
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