(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材を水平方向にオシレーションさせて冷却するか、または冷却装置を水平方向にオシレーションさせて鋼材を冷却する際に、前記オシレーション移動量Ｌを下式（１）とするように制御することを特徴とする鋼材の冷却方法。
（Ｎ＋０．５）×Ｐ＜Ｌ＜（Ｎ＋０．９）×Ｐ＜Ｌ0−Ｌk…（１）
ここで、Ｐ：冷却装置のノズルピッチ、Ｎ：０を含む３以下の正の整数、Ｌ0：冷却装置長さ、Ｌk：鋼材長さ
【請求項２】
鋼材を水平方向にオシレーションさせて冷却するか、または冷却装置を水平方向にオシレーションさせて鋼材を冷却する際に、下式（１）を満足する最大の正の整数ＮをＮmaxとしたときに、前記オシレーションＬを下式（２）とするように制御することを特徴とする請求項１に記載の鋼材の冷却方法。
（Ｎ＋０．５）×Ｐ＜Ｌ＜（Ｎ＋０．９）×Ｐ＜Ｌ0−Ｌk…（１）
（Ｎmax＋０．５）×Ｐ＜Ｌ＜（Ｎmax＋０．９）×Ｐ＜Ｌ0−Ｌk …（２）
ここで、Ｐ：冷却装置のノズルピッチ、Ｎmax：上記（１）式を満足する最大の０を含む正の整数、Ｎ：０を含む３以下の正の整数、Ｌ0：冷却装置長さ、Ｌk：鋼材長さ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形鋼や厚鋼板等の鋼材を冷却装置内でオシレーションする冷却方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築等の鋼構造物に使用される鋼材に対して、高強度化や高靭性化が求められている。さらに建築物の柱材や梁材として用いられるＨ形鋼においては、耐震性を向上させるために、低ＹＲ化に対する要望も高まっている。これらの材質要求を満足させるため、Ｈ形鋼の製造方法として、圧延と冷却とを組み合わせた制御圧延・制御冷却が普及しつつある。このＨ形鋼の冷却において、低温まで冷却する場合やフランジの厚いＨ形鋼を加速冷却する場合等で長時間に亘り冷却するとき、Ｈ形鋼を冷却装置内でオシレーション（往復運動）させて冷却する方法が一般的である。
【０００３】
また、厚板の加速冷却においても、同様の目的で冷却装置内で鋼板を前後進させるオシレーション冷却方法が採用されている。
【０００４】
オシレーション冷却の他の目的は、厚板や形鋼の冷却装置では、特に下面の冷却においてテーブルロールの配置や下部構造強度等からノズルを配置できるピッチに限界があり、冷却が不均一になる部分が発生するため、この冷却むらをできるだけ小さくすることである。
【０００５】
形鋼や厚鋼板をオシレーションしながら冷却する場合、先進していた動きが止まり、逆方向に後進するまでの間の形鋼や厚鋼板の先端部と後端部が停止する位置が、間隔を置いて配置されたノズル列のどの部分にくるかによって冷却の均一度が一定にならないという問題が生じる。
【０００６】
被冷却材が一定ピッチＬで設けられた冷却ノズルの上をオシレーションしながら冷却されているとき、被冷却材の先端が一定距離移動し、一旦停止し、次に逆方向に動き出す。このある方向の動きから一旦停止し再び動き出すまでの間、ノズル直下で停止した部分は停止中冷却され続けて過冷却され、丁度ノズルとノズルの中間に停止した部分は冷却されないので冷却不足となる。このように先進から減速し、停止し、方向を変えて加速して後進するときにノズル列のどこに停止するかによって鋼材各部の冷却が不均一となる。
【０００７】
Ｈ形鋼や厚板等の鋼材のオシレーション冷却方法に関して、従来技術として、特開昭５９−１８２９２１号には、鋼板をオシレーション冷却する際、オシレーション折返し位置を前回以前の折返し位置と異なるように制御して、冷却ムラをなくして鋼板の長手方向を均一に冷却する方法が示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術の方法は、下面冷却について検討されたもので、ハースロールに接している鋼板の位置が常に一定にならないようにオシレーション折り返し位置を制御する技術であり、ノズル間での冷却の不均一性については何ら検討されていない。
【０００９】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、鋼材長さ方向を均一に冷却するための鋼材の冷却方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の鋼材の冷却方法は以下のような特徴を有する。
【００１１】
（イ）鋼材を水平方向にオシレーションさせて冷却するか、または冷却装置を水平方向にオシレーションさせて鋼材を冷却する際に、前記オシレーション移動量Ｌを下式（１）とするように制御することを特徴とする鋼材の冷却方法。
（Ｎ＋０．５）×Ｐ＜Ｌ＜（Ｎ＋０．９）×Ｐ＜Ｌ0−Ｌk…（１）
ここで、Ｐ：冷却装置のノズルピッチ、Ｎ：０を含む３以下の正の整数、Ｌ0：冷却装置長さ、Ｌk：鋼材長さ
（ロ）鋼材を水平方向にオシレーションさせて冷却するか、または冷却装置を水平方向にオシレーションさせて鋼材を冷却する際に、下式（１）を満足する最大の正の整数ＮをＮmaxとしたときに、前記オシレーションＬを下式（２）とするように制御することを特徴とする請求項１に記載の鋼材の冷却方法。
（Ｎ＋０．５）×Ｐ＜Ｌ＜（Ｎ＋０．９）×Ｐ＜Ｌ0−Ｌk…（１）
（Ｎmax＋０．５）×Ｐ＜Ｌ＜（Ｎmax＋０．９）×Ｐ＜Ｌ0−Ｌk …（２）
ここで、Ｐ：冷却装置のノズルピッチ、Ｎmax：上記（１）式を満足する最大の０を含む正の整数、Ｎ：０を含む３以下の正の整数、Ｌ0：冷却装置長さ、Ｌk：鋼材長さ
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は、本発明の鋼材の冷却方法の一実施形態を示すものである。
【００１３】
図１は、冷却装置に鋼材の搬送方向にノズルが複数配列したときの冷却水噴射パターンの一例を示すグラフであり、鋼材上面の水量分布をモデル化したものである。図中の三角形は冷却装置のノズル位置を示す。図１では冷却装置のノズルピッチをＰとして、冷却装置長さＬ0はＬ0＝８Ｐ、鋼材長さＬkはＬk＝４Ｐである。横軸は冷却装置内の位置（ｘ）を示し、縦軸は冷却装置内位置（ｘ）における水量分布ｙ＝ｇ（ｘ）を示す。ここでｘは、冷却装置の長手方向の任意の位置である。
【００１４】
本冷却装置は、ノズル直下での水量分布を１００％としたとき、ノズル間で５０％の水量分布が得られるようなノズル配置のものを用いた。この冷却装置内で、鋼材を距離２Ｐだけオシレーションさせて冷却し、その場合の水量分布の変化を検討した。
【００１５】
図２は、鋼材がオシレーション移動量２Ｐだけ移動したときの、鋼材のある位置における水量分布を時系列的に示すもので、図２（ａ）は図１における位置（ａ）、図２（ｂ）は図１における位置（ｂ）の水量分布である。ここで、Ｔ１はオシレーション時の停止時間、Ｔ２はオシレーション移動時間である。図２（ａ）から、（ａ）の位置における水量分布の時間平均値は７６．３％である。一方、図２（ｂ）から、（ｂ）の位置における水量分布の時間平均値は９２．９％である。
【００１６】
図３は、当該冷却装置により鋼材をオシレーション冷却したときの鋼材の全ての位置における図２に示す水量分布曲線（冷却曲線）の時間平均値ｈ（ｚ）を示すグラフである。ここでｚは、鋼材の長手方向の任意の位置である。
【００１７】
具体的には、ｈ（ｚ）z=aは図１の冷却水噴射パターンを例えば鋼材内の位置（ｚ）から（鋼材内の位置（ｚ）＋移動時間Ｔ２×移動速度Ｖ）位置まで積分したものを（移動時間Ｔ２＋停止時間Ｔ１）で時間平均したもので下式（３）で示すものである。
【００１８】
ｈ（ｚ）＝［２×∫zz+T2*V ｇ（ｘ）ｄｘ＋Ｔ１×｛ｇ（ｚ）＋ｇ（ｚ＋Ｔ２×Ｖ）｝］／｛（Ｔ１＋Ｔ２）×２｝…（３）
図３は鋼材の水量分布曲線（冷却曲線）の時間平均値に最大値および最小値があることを示している。つまり、図１の鋼材内の位置（ａ）における水量分布曲線の時間平均値が最小の７６．３％となり、鋼材内の位置（ｂ）における水量分布曲線の時間平均値が最大の９２．９％となる。
【００１９】
図３はオシレーション移動量を２Ｐとしたときの水量分布の一例であるが、オシレーション移動量を０から４Ｐまで変化させた場合について、図３と同様の水量分布曲線を求め、そのときの水量分布の時間平均値の最大と最小を求めた。図４は、横軸にオシレーション移動量、縦軸に水量分布の時間平均値の最大と最小の差を時間平均値ｈ（ｚ）のバラツキとしてプロットしたものである。図４でオシレ−ション移動量が２Ｐのときは、図３より９２．９−７６．３＝１６．６％となる。
【００２０】
図４は右下がりの曲線となり、均一冷却を行うには水量分布曲線の時間平均値ｈ（ｚ）のバラツキ値を最小にすればよく、そのためにはオシレーション移動量Ｌは大きいほどよいことがわかる。また、オシレーション移動量Ｌがノズルピッチの０．８倍の位置でバラツキが最低となる部分が存在する。すなわち、オシレーション移動量Ｌ＝（Ｎ＋０．８）Ｐのとき、バラツキ値は最小となり鋼材長手方向で均一な冷却を行うことができる（ここでＮ：０を含む正の整数）。
【００２１】
さらに、設備制約の範囲内、すなわち（Ｌ0−Ｌk）以下（ここでＬ0：冷却装置長さ、Ｌk：鋼材長さ）でＮを最大とすることにより、水量分布曲線の時間平均値ｈ（ｚ）のバラツキ値を最小にすることができる。
【００２２】
図５および図６は、本発明の鋼材の冷却方法の他の実施形態を示すもので、図１に比べてノズルの形状が異なった場合の例である。図５は冷却装置に鋼材の搬送方向にノズルが複数配列したときの冷却水噴射パターンｇ（ｘ）の他の例を示すグラフ、図６は、オシレーション移動量を０から４Ｐまで変化させた場合について、横軸にオシレーション移動量、縦軸に水量分布の時間平均値の最大と最小の差を時間平均値ｈ（ｚ）のバラツキとしてプロットしたものである。
【００２３】
図６は図４と同様に右下がりの曲線となり、均一冷却を行うにはオシレーション移動量Ｌは大きいほどよいことがわかる。また、オシレーション移動量Ｌがノズルピッチの０.８倍の位置でバラツキが最低となる部分が存在する。すなわち、オシレーション移動量Ｌ＝（Ｎ＋０．８）Ｐのとき、バラツキ値は最小となり鋼材長手方向で均一な冷却を行うことができる（ここでＮ：０を含む正の整数）。
【００２４】
図７および図８は、本発明の鋼材の冷却方法の他の実施形態を示すもので、図１、図５に比べてノズルの噴射角度が異なった場合の例である。図７は冷却装置に鋼材の搬送方向にノズルが複数配列したときの冷却水噴射パターンｇ（ｘ）の他の例を示すグラフ、図８は、オシレーション移動量を０から４Ｐまで変化させた場合について、横軸にオシレーション移動量、縦軸に水量分布の時間平均値の最大と最小の差を時間平均値ｈ（ｚ）のバラツキとしてプロットしたものである。
【００２５】
図８から、オシレーション移動量Ｌがノズルピッチの０.６倍の位置でバラツキが最低となる部分が存在する。すなわち、オシレーション移動量Ｌ＝（Ｎ＋０．６）Ｐのとき、バラツキ値は最小となり鋼材長手方向で均一な冷却を行うことができる（ここでＮ：０を含む正の整数）。
【００２６】
なお、上記はいずれも鋼材をオシレーションする場合についての検討結果であるが、冷却装置を同じ距離オシレーションさせても同様の結果を得ることができる。
【００２７】
鋼材の冷却において、図１、図５、図７に示す冷却水噴射パターンｇ（ｘ）はその代表的なものであるから、オシレーション移動量の最適値は、図８より得られたオシレーション移動量を下限値に、図４および図６より得られたオシレーション移動量を上限値とすればよい。即ち、鋼材を水平方向にオシレーションさせて冷却するか、または冷却装置を水平方向にオシレーションさせて鋼材を冷却する際に、このオシレーション移動量Ｌを下式（４）とするように制御すれば、鋼材長手方向で均一な冷却を行うことができる。
（Ｎ＋０．６）×Ｐ＜Ｌ＜（Ｎ＋０．８）×Ｐ＜Ｌ0−Ｌk…（４）
ここで、最適なオシレーション移動量は、移動時間Ｔ２と停止時間Ｔ１の値により微小量変化する。停止時間Ｔ１を常識的な範囲（数秒）で計算すると１０％以内の誤差になることが確認された。よって、（４）式を以下の（１）式のように修正することで全ての冷却パターンに対応することができる。
（Ｎ＋（０．６−０．１））×Ｐ＜Ｌ＜（Ｎ＋（０．８＋０．１））×Ｐ＜Ｌ0−Ｌk…（１）
即ち、（Ｎ＋０．５）×Ｐ＜Ｌ＜（Ｎ＋０．９）×Ｐ＜Ｌ0−Ｌk…（１）
さらに好ましくは、上式（１）を満足する最大の０を含む正の整数ＮをＮmaxとしたときに、このオシレーション移動量Ｌを下式（２）とするように制御すればよい。
（Ｎmax＋０．５）×Ｐ＜Ｌ＜（Ｎmax＋０．９）×Ｐ＜Ｌ0−Ｌk   …（２）
【００２８】
【実施例】
仕上圧延機後面に設けられた冷却装置を用いて、形鋼を水平方向にオシレーションさせて冷却した。
【００２９】
冷却装置の長さは３６ｍで、下面の冷却は、ロールピッチ１．８ｍで、各ロール間に２列の冷却ノズルヘッダーが配列され、各列のノズルヘッダーには幅方向に２個のスプレーノズルが相対して配置されている。長手方向には合計４０列のヘッダーが並んでいる。一方、上面の冷却は、下面の冷却位置と対向位置にあって、長手方向には０．９ｍピッチで４０列の冷却ヘッダーが配置され、冷却ヘッダーの各列には幅方向に２個のノズルが設けられている。  この冷却装置で仕上圧延後の長さ３２ｍのＨ５７２×５１０×６０×８０のＨ形鋼を冷却した。冷却条件は０．８ｍ／秒の搬送速度でオシレーションさせながら１２０秒間冷却した。
【００３０】
オシレーション移動量Ｌは（１）式より（Ｎ＋０．５）×Ｐ＜Ｌ＜（Ｎ＋０．９）×Ｐ＜４となる。すなわち、オシレーション移動量Ｌを０．５Ｐ＜Ｌ＜０．９Ｐ、１．５Ｐ＜Ｌ＜１．９Ｐ、２．５Ｐ＜Ｌ＜２．９Ｐ、３．５Ｐ＜Ｌ＜３．９Ｐのいずれかとするように制御すれば、最も冷却効率がよくなる。
【００３１】
また、（１）式を満足する最大の０を含む正の整数ＮをＮmaxとするとＮmax＝３となることより、オシレーション移動量は好ましくは３．５Ｐ＝３．１５ｍ＜Ｌ＜３．９Ｐ＝３．５１ｍとするように制御すれば、最も冷却効率がよくなる。
【００３２】
ここで、オシレーション移動量ＬをＮ＝１のときのＬ＝１．６ｍ（１．８Ｐ）とした場合と比較例としてオシレーション移動量ＬをＬ＝１．８ｍ（２Ｐ）とした場合とでオシレーション冷却後の形鋼の１ノズルピッチ分の長手方向温度分布を測定した。その結果を併せて図９に示す。
【００３３】
図９によれば、比較例ではオシレーション移動量ＬをＬ＝１．８ｍとした場合の形鋼の温度分布（点線で示す）は長手方向に±１０℃の範囲であるのに対して、本発明例ではオシレーション移動量ＬをＬ＝１．６ｍとした場合の形鋼の温度分布（実線で示す）は長手方向に±５℃の範囲であり、本発明法によりオシレーション冷却が効率よく安定的に行われていることが判る。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋼材を長時間に亘り冷却するとき、冷却後に温度むらが少なく、安定して効率よく冷却できるので高品質な鋼材が安価に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鋼材の冷却方法の一実施形態を示すもので、冷却装置に鋼材の搬送方向にノズルが複数配列したときの冷却水噴射パターンの一例を示すグラフ
【図２】本発明の鋼材の冷却方法の一実施形態を示すもので、鋼材がオシレーション移動量２Ｐだけ移動したときの、鋼材のある位置における水量分布を時系列的に示すもので、図２（ａ）は図１における位置（ａ）、図２（ｂ）は図１における位置（ｂ）の水量分布
【図３】本発明の鋼材の冷却方法の一実施形態を示すもので、当該冷却装置により鋼材をオシレーション冷却したときの鋼材の全ての位置における図２に示す水量分布曲線（冷却曲線）の時間平均値ｈ（ｚ）を示すグラフ
【図４】本発明の鋼材の冷却方法の一実施形態を示すもので、オシレーション移動量を０から４Ｐまで変化させた場合について、オシレーション移動量と水量分布の時間平均値の最大と最小の差（時間平均値ｈ（ｚ）のバラツキ）との関係を示すグラフ
【図５】本発明の鋼材の冷却方法の他の実施形態を示すもので、冷却装置に鋼材の搬送方向にノズルが複数配列したときの冷却水噴射パターンの他の例を示すグラフ
【図６】本発明の鋼材の冷却方法の他の実施形態を示すもので、オシレーション移動量を０から４Ｐまで変化させた場合について、オシレーション移動量と水量分布の時間平均値の最大と最小の差（時間平均値ｈ（ｚ）のバラツキ）との関係を示すグラフ
【図７】本発明の鋼材の冷却方法の他の実施形態を示すもので、冷却装置に鋼材の搬送方向にノズルが複数配列したときの冷却水噴射パターンの他の例を示すグラフ
【図８】本発明の鋼材の冷却方法の他の実施形態を示すもので、オシレーション移動量を０から４Ｐまで変化させた場合について、オシレーション移動量と水量分布の時間平均値の最大と最小の差（時間平均値ｈ（ｚ）のバラツキ）との関係を示すグラフ
【図９】オシレーション冷却後の本発明例と比較例の形鋼の１ノズルピッチ分の長手方向温度分布を示すグラフ
【図１】
0004126908.tif 000002
【図２】
0004126908.tif 000003
【図３】
0004126908.tif 000004
【図４】
0004126908.tif 000005
【図５】
0004126908.tif 000006
【図６】
0004126908.tif 000007
【図７】
0004126908.tif 000008
【図８】
0004126908.tif 000009
【図９】
0004126908.tif 000010