(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱延仕上げ圧延後のランアウトテーブルの上面に設けたスプレー冷却装置による熱延鋼板の冷却方法において、噴霧形状が円錐状で噴霧角度が２５〜３５°のフルコーン型のスプレーノズルを幅方向に複数個配置し、前記スプレーノズルの配置間隔を１００〜１５０ｍｍとし、スプレーノズルの配置幅を（鋼板の最大幅−２００ｍｍ）〜（鋼板の最大幅）とし、鋼板とスプレーノズルとの距離を１０００ｍｍ以上としたことを特徴とする熱延鋼板の冷却方法。
【請求項２】
スプレーノズルの噴射方向を、鋼板の進行方向に垂直な面に対して、鋼板の進行方向に０〜３０°傾けたことを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼板の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱延鋼板の仕上圧延後のランアウトテーブルにおける冷却方法に関し、特に薄鋼板に適した冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間仕上げ圧延後の鋼板は、ランアウトテーブルに設置された冷却装置によって、所定の巻き取り温度まで冷却された後、巻き取られる。
【０００３】
冷却装置としては、一般に鋼板上面に対してはラミナーフローノズルによる冷却（以下、ラミナー冷却という）、下面に対してはスプレーノズルによる冷却が用いられている。上面からのラミナー冷却は、スプレー方式に比べ冷却能が大きく、鋼板とノズル間の距離を大きくでき、鋼板が跳躍したとき直接ノズルに衝突するのを防止できる利点がある。
【０００４】
その反面、ラミナー冷却を薄鋼板に適用すると、鋼板への衝突圧力が大きいため、冷却水が鋼板の先端部と衝突し、鋼板の先端が変形失速して通板トラブルを引き起こしたり、形状を損なう欠点があった。そのため、従来はラミナー冷却を鋼板先端部に適用せず、冷却を犠牲にして通板性を確保する操業が行われていた。
【０００５】
しかし、冷却を犠牲にすると、鋼板先端部の巻取り温度外れによる良品歩留低下となるため、この対策として、例えば、特開平９−２９３２１号公報には、鋼板の上面に５０〜３００ｌ／ｍ2 ・min の水量密度でスプレー冷却する方法が開示されており、冷却水の衝突圧力を低減して、鋼板の先端から適正な冷却をすることができるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、発明者らが試験的に熱延仕上後の薄鋼板の上面にスプレー冷却を適用したところ、巻取り温度の幅方向での不均一が発生した。すなわち、前記特開平９−２９３２１号公報には品質上重要な幅方向の均一冷却に関する考慮、もしくは開示がなされていないことが判明した。
【０００７】
従って、本発明の課題は、熱延仕上圧延後の冷却にスプレーノズルを使用した場合に、幅方向を均一に冷却する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記のように、特開平９−２９３２１号公報に開示されている方法は、単に鋼板形状を損なわないための観点から提案されたものであり、スプレーノズルの型式、設置方法等については、何ら具体的なものが明らかにされていない。
【０００９】
発明者らは、スプレーノズルの種類（噴射形状）、幅方向の配置数、噴射角度について種々の試験を行い、以下の知見を得た。
【００１０】
(a) 先端の通板性が問題になる鋼板は主として薄鋼板（板厚１．０〜１．６mm）であり、板幅は大部分９００〜１３５０mm程度と限定されるため、この条件で設計すればよい。さらに、幅方向の温度むらが問題になるのは１２００〜１３５０mmの広幅の場合であり、さらに設計条件は限定できる。
【００１１】
(b) 幅方向にむらのない冷却水量分布を得るには噴射角３０°程度のフルコーンノズルを用いるのがよい。
【００１２】
(c) 鋼板中央部の冷却水が幅方向に流出するため、幅方向に均一な冷却水量分布を得るには冷却水量の分布は幅中央でフラット、鋼板端部で緩やかに低減するパターンがよい。そのため、スプレーノズルの配置間隔、配置幅、および配置高さの適切な設計が必要である。
【００１３】
(d) 噴射方向を鋼板の進行方向に傾斜させると、冷却性能を低下させずに通板性を向上することができる。
【００１４】
本発明は上記の知見に基づいたものであり、その要旨は下記（１）〜（２）に示すとおりである。
（１）熱延仕上げ圧延後のランアウトテーブルの上面に設けたスプレー冷却装置による熱延鋼板の冷却方法において、噴霧形状が円錐状で噴霧角度が２５〜３５°以下のフルコーン型のスプレーノズルを幅方向に複数個配置し、前記スプレーノズルの配置間隔を１００〜１５０ｍｍとし、スプレーノズルの配置幅を（鋼板の最大幅−２００ｍｍ）〜（鋼板の最大幅）とし、鋼板とスプレーノズルとの距離を１０００ｍｍ以上としたことを特徴とする熱延鋼板の冷却方法。
【００１５】
(2) スプレーノズルの噴射方向を、鋼板の進行方向に垂直な面に対して、鋼板の進行方向に０〜３０°傾けたことを特徴とする前記(1) 項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
【００１６】
ここで、最大幅とは、本発明を適用対象である板厚の薄い鋼板の最大の板幅である。ちなみに、発明者らが試験に使用した圧延機では、いわゆる４．５フィート幅と称する１３５０mm程度を最大幅とした。
【００１７】
【発明の実施の形態】
発明者らは、噴射形状がフラットタイプのもの、すなわちスプレーが扇状に広がる形式のノズルを試験した。その結果、フラットノズルは隣接ノズルとの干渉が生じ易く、ノズルの中間部に冷却能のピークがでるため、鋼板が局部的に冷却され、縞状の冷却むらが発生することがわかった。
【００１８】
次に、ホローコーンタイプのスプレーノズル、すなわち、噴射形状が円錐膜状の広がりをもつスプレーノズルを試験したところ、やはり隣接ノズルとの干渉が生じ、縞状の鋼板の冷却むらが生じることがわかった。
【００１９】
次に、フルコーンタイプのスプレーノズル、すなわち噴射形状が中実円錐形状のものを試験したところ、冷却むらは軽減するが、ノズル配置条件によってはやはり隣接ノズルとの干渉が生じることがわかった。従って、フルコーンタイプのノズルについてさらに検討を進めた。
【００２０】
フルコーンタイプのノズルは、市販品の入手容易性、性能安定性を考慮すると、噴霧角度が３０°、４５°、６０°のノズルが利用可能である。これらのノズルについて試験を行った。
【００２１】
図１はフルコーンノズルにより噴霧している状態を示す概念図であり、同図(a) は噴射角３０°、同図(b) は噴射角４５°同図(c) は噴射角６０°のノズルの場合である。
【００２２】
図１(a) において、スプレーノズル２の配置高さは鋼板１から１４００mm、スプレーノズルはヘッダー３に１５０mm間隔で１１個配置されている（配置幅：１２００mm）。ただし、同図(a) では両端のノズルは通水していない状態を示す。同図(b) および(c) のスプレーノズル２の配置、ノズル高さ、ヘッダー３の配置状態は同図(a) と同じである。鋼板幅は１３５０mmである。
【００２３】
鋼板１の下方に記入した数値は、その部分に係るスプレーノズルの本数を示している。同図(b) 、(c) に示すように、鋼板中央部の１／４〜１／３幅（中心から１７０〜２２５mm）の部分で、この部分に係るノズル本数が等しいが（同図(b) では７〜８本が係っているが、その範囲も狭いので略等しいとみなす）、同図(a) では中央部１／２幅にわたってこの部分に係るノズル本数（５本）が等しい。この結果、同図(b) 、(c) の場合、鋼板の振れ、冷却水の水乗り状態の変動などで、鋼板の中央部から１／３幅の部分で冷却水量分布の変動が生ずることになる。
【００２４】
図２は、鋼板の幅方向位置別の熱伝達率のばらつき（平均値を１００％としたときの熱伝達率のばらつき）を示すグラフで、同図(a) は鋼板の中心から１／３幅（中心から２２５mm）の部分、同図(b) は鋼板の幅方向２／３幅（中心から４５０mm）の部分の場合である。
【００２５】
同図(a) に示すように、鋼板の中心から１／３幅の部分での噴射角が３０°の場合が熱伝達率のばらつきが最も小さく、４５°、６０°ではこれより大きくなる。すなわち、同図(a) に示すように、中央部１／３幅付近に係るノズル本数が変わると、この部分での熱伝達率のばらつきが大きくなり、冷却のむらが生じやすいことを示している。
【００２６】
同図(b) では、鋼板の幅方向２／３幅では熱伝達率の分布幅は同図(a) のようには大きくはない。この部分は、中央から流出する冷却水に覆われるため、冷却は流出水に依存する割合が多く、熱伝達率はノズル本数にはあまり依存しないためと推定できる。
【００２７】
従って、鋼板の中心から１／３幅付近で、この部分に係るノズル本数が変化しない噴射角３０°のノズルが最適である。ノズルの製作ばらつき、冷却水の供給圧の変動等を考慮すると、噴射角度は２５〜３５°がよく、さらに好ましくは２７〜３３°である。
【００２８】
図３は幅方向のノズル本数および配置幅と、冷却水量の分布および冷却終了温度の関係を表すグラフである。冷却水量比率とは、ノズル１本あたり、単位幅あたりの水量を１００％とした冷却水量である。同図のＡ曲線は図１(a) のノズル配置で、１１本のノズルをすべて通水した（ノズルの配置幅１５００mm）場合、Ｂ曲線は両端のノズルを非通水とし、９本に通水した場合（同１２００mm）、Ｃ曲線は両幅端２本を非通水とし、ノズル７本に通水した場合（同９００mm）である。
【００２９】
同図に示すように、冷却水分布は、ノズル配置幅が１５００mmの場合、Ａ曲線のように冷却水量の分布は広い幅にわたってフラットになるが、冷却終了温度は幅端部で大きく低下する。逆に、ノズル配置幅９００mmの場合、Ｃ曲線のように、幅端部で冷却不足となり、冷却終了温度が中心部より高くなる。よって、同図のＢ曲線の形が望ましい。
【００３０】
同図から、ノズルの配置幅は冷却対象の鋼板の（最大幅−２００mm）〜（最大幅）程度とする必要があることがわかる。さらに好ましくは、鋼板の（最大幅−７５〜（最大幅−２５mm）である。
【００３１】
また、図３に示すように、鋼板の中心からの距離が０〜５５０mmの範囲（板幅が１１００mm以下）では、ノズル配置幅またはノズル本数に関係なく冷却終了温度がフラットになっている。このことから、狭幅の鋼板に対しては、ノズル配置幅に起因する幅方向の温度むらは大きな問題にはならないことがわかる。
【００３２】
ノズルの配置間隔は１００〜１５０mmとするのがよい。これより小さくすると、隣接ノズル間で冷却水が十分広がらないうちに干渉し、噴霧状態が悪化する。ノズルの間隔がこれより大きいと、冷却能力が不足するとともに、中央部１／３幅での均一な冷却水量分布が得られない。
【００３３】
ノズルと鋼板の距離は１０００mm以上とする。これより小さいと、鋼板の先端もしくは後端が跳ね上がったとき、ノズルが破損される恐れがあること、および適切な冷却水量分布が得られないためである。上限は特に定めないが、噴射された冷却水の運動量が維持される範囲を考慮し、２０００mm以下とするのが妥当である。
【００３４】
図４はノズルの噴射方向を変化させる場合の側面概要図である。同図(a) は、スプレーノズル２の噴霧方向を、鋼板面に対し垂直にした場合、同図(b) は鋼板の進行方向にへの傾斜角αを３０°とした場合を示す。
【００３５】
噴射方向を鋼板の進行方向に傾斜すると、噴射された冷却水の運動量が鋼板の通板を助勢する効果がある。しかし、傾斜を大きくしすぎると、スプレーの上側で鋼板との距離が大きくなりすぎて有効な冷却が行えないことになる。ノズルから鋼板までの距離を考慮した場合、ノズル噴射方向の傾斜角上限は３０°とするのが好ましい。さらに好ましくは、噴射方向の範囲は１０〜２５°である。
【００３６】
【実施例】
熱延仕上圧延機で冷却試験を行った。この圧延ラインで圧延可能な板幅は１６８０mmであるが、本発明の対象である薄板厚範囲では、板幅１３５０mmが最大幅である。従って、冷却試験の対象鋼板は板厚１．４mm、板幅は９１４、１２３７、および１３５０mmの３種とした。
【００３７】
圧延機の出口温度が８２０℃の鋼板を上面スプレーノズルによって冷却し、巻き取った。巻取り温度は６００℃である。
冷却ゾーンは１４のバンクに分かれており、そのうち、前半の１〜７バンクは上下面とも空冷とし、後半の８〜１４バンクは上面のみスプレーノズル冷却とした。
【００３８】
ノズルは本発明例として噴射角３０°のフルコーンノズルと、比較例として６０°のフルコーンノズルを用いた。ノズル間隔は１５０mmとし、９個を幅方向に配置し、ノズルの配置幅は１２００mmであった。噴射方向は本発明例、比較例とも鋼板の進行方向に２５°傾斜させた。
【００３９】
表１に試験結果を示す。同表に示すように、本発明例では中央部の巻取り温度ばらつきは±２℃と良好であったが、比較例では±１５℃と大きくなった。幅方向の温度むらについては、本発明例では±１０〜１５℃であったのに対し、比較例では±３０〜４０℃となった。さらに本発明例では、冷却段階での温度むら減少により、巻き取り形状が良好であったのに対し、比較例では不良であった。
【００４０】
【表１】
0003873437.tif 000002
【００４１】
【発明の効果】
本発明により、熱延仕上圧延後の冷却において、スプレーノズルを使用することによって鋼板の先端から適正な冷却が可能になり、スプレーノズルを使用しても幅方向の温度むらの問題がないため、温度管理精度、および巻き取り形状が向上し、品質および歩留の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ノズルの噴霧状態を示す概念図であり、同図(a) は噴射角３０°、同図(b) は噴射角４５°同図(c) は噴射角６０°のフルコーンノズルにより噴霧している状態を示す。
【図２】鋼板の幅方向位置別の熱伝達率のばらつきを示すグラフで、同図(a) は鋼板の中心から１／３幅の部分、同図(b) は鋼板の幅方向２／３幅の部分である。
【図３】幅方向のノズル本数および配置幅と、冷却水量の分布および冷却終了温度の関係を表すグラフである。
【図４】ノズルの噴射方向を変化させた場合の側面概要図であり、同図(a) は、スプレーノズルの噴霧方向が鋼板面に対し垂直の場合、同図(b) は鋼板の進行方向に３０°傾斜した場合を示す。噴
【符号の説明】
１    鋼板
２    スプレーノズル
３    ヘッダー
【図１】
0003873437.tif 000003
【図２】
0003873437.tif 000004
【図３】
0003873437.tif 000005
【図４】
0003873437.tif 000006