СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ СТАЛЬНОГО ТОЛСТОГО ЛИСТА
METHOD FOR COOLING OF THICK STEEL SHEET

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу охлаждения стального толстого листа, применяемому для того, чтобы сделать возможным однородное охлаждение верха и низа в случае распыления охладителя (охлаждающего агента, состоящего из воды или смеси воды и воздуха, в дальнейшем именуемого "охлаждающей водой", "охладителем" и "водой") на верхнюю и нижнюю поверхности толстого стального листа (главным образом, стального толстого листа большой толщины, в дальнейшем именуемого "стальным толстым листом") с температурой в несколько сотен градусов или более, когда он удерживается и транспортируется между множеством пар удерживающих валков в процессе горячей прокатки или в процессе термической обработки стального толстого листа для получения, таким образом, стального толстого листа, имеющего однородные характеристики формы и характеристики материала и высокое качество.
Уровень техники
В настоящее время используется установка для производства стального толстого листа, реализующая процесс, именуемый "управляемым охлаждением", при котором быстро охлаждается стальной толстый лист с высокой температурой непосредственно после горячей прокатки охлаждающей водой для получения эффекта закалки и придания стальному толстому листу высоких прочностных характеристик.
В качестве используемого здесь устройства для управляемого охлаждения японская патентная публикация (А) номер 61 - 1420, Фиг.1, и т.д. раскрывает технологию размещения распределительных механизмов, снабженных множеством сопел со стороны верхних и нижних поверхностей стального толстого листа после горячей прокатки чистовой клетью горячей прокатки и распыления охлаждающей воды из групп верхних и нижних сопел для принудительного охлаждения стального толстого листа.
Однако в такой традиционной установке для производства стального толстого листа, снабженной таким устройством управляемого охлаждения, имеется та проблема, что при ускоренном охлаждении стального толстого листа устройством управляемого охлаждения возникают дефекты формы из-за коробления более легко, чем в традиционном случае, использующем воздушное охлаждение, из-за неуравновешенности охлаждения и т.п. верхних и нижних поверхностей стального толстого листа.
Эти дефекты формы, главным образом, вызваны разностью скоростей охлаждения из-за различия в поведении охлаждающей воды, распыляемой со стороны верхней поверхности и стороны нижней поверхности стального толстого листа, или различия потоков охлаждающей воды в направлении ширины толстого листа. В направлении толщины толстого листа возникают асимметричные внутренние напряжения, вызывающие искажение формы изделия. Особо следует отметить случаи, при которых в дополнение к этим дефектам формы иногда возникает проблема ухудшения механических свойств, таких как прочность и относительное удлинение стального материала.
Кроме того, также имеется проблема, заключающаяся в том, что легко возникают отклонения качества изделий при производстве большого количества изделий, имеющих одинаковые спецификации. Это главным образом вызвано отклонениями при перестройке структуры стального материала из-за флуктуации в температуре прекращения охлаждения.
В последние годы были введены более жесткие ограничения по однородности механических свойств стального толстого листа и по отклонениям в производственных партиях при производстве изделия, имеющие одинаковые спецификации.
В настоящее время для того чтобы позволять отклонения во время охлаждения и удерживать изделия на постоянном уровне качества или более того, отклонение температуры прекращения охлаждения компенсируется управлением ингредиентами стали, режимом прокатки и т.д., повторной термообработкой после изготовления и т.д. Если отклонение температуры прекращения охлаждения снижается, то наблюдаемые экономические эффекты становятся очень большими, например, могут быть сделаны более свободными производственные условия, такие как ингредиенты стали и режим прокатки, а термическая обработка после изготовления может быть опущена.
Кроме того, в качестве технологии, предотвращающей отклонение температуры прекращения охлаждения во время охлаждения верхней и нижней поверхностей стального толстого листа для предотвращения возникновения дефектов формы и реализующей стабильность механических свойств, традиционно имелась технология измерения температур на верхней и нижней поверхностях стального толстого листа во время водяного охлаждения, прогнозирования величины деформации, исходя из разности температур, и управления количествами воды, распыляемыми на верхнюю и нижнюю поверхности стального толстого листа для того, чтобы предотвратить деформацию.
Например, согласно тому, что описано в формуле изобретения японской патентной публикации (А) номер 2-179819, там раскрыто устройство управления охлаждением горячекатаного стального толстого листа, имеющее функции обеспечения температуры конца охлаждения, предварительно определенной на основе качества материала, и управления количествами охлаждающей воды, распыляемой с верхних и нижних поверхностей таким образом, чтобы величина коробления горячего стального толстого листа во время водяного охлаждения попадала в рамки заданного значения.
В технологии, раскрытой в японской патентной публикации (А) номер 2 - 179819, находится зависимость между количествами охлаждающей воды и коэффициентами теплопередачи на единицах верхней поверхности и нижней поверхности, основанная на различных заранее заданных физических свойствах горячего стального толстого листа, на основе этой зависимости прогнозируются хронологии изменения температур в процессе охлаждения для распределения температур в направлении толщины толстого листа, на основе хронологий изменения распределения температур прогнозируется величина коробления горячего стального толстого листа, и количества охлаждающей воды, распыляемые с верхних и нижних поверхностей, управляются таким образом, чтобы эта величина коробления попадала в рамки заданного диапазона.
В этой технологии зона охлаждения сформирована с использованием промежутков в направлении транспортировки между множеством пар удерживающих валков, как управляющих блоков. В этой зоне охлаждения количества охлаждающей воды из групп сопел верхней поверхности и групп сопел нижней поверхности между парами удерживающих валков управляются таким образом, чтобы составлять одинаковые количества. Множество этих зон охлаждения устроены таким образом, чтобы сделать возможным регулирование (селективное использование) используемых зон охлаждения в соответствии с толщиной толстого листа, длиной толстого листа и другими условиями и температурой начала охлаждения, температурой прекращения охлаждения и другими факторами. Затем, как раскрыто, осуществляется управление охлаждением стального толстого листа посредством изменения количеств распыляемой воды и скорости транспортировки. Кроме того, как раскрыто, производится корректировка скорости охлаждения, которая отличается между участками с маской на краевых участках и центральным участком в направлении ширины горячего стального толстого листа. При этом в каждой зоне охлаждения, описанной выше, в качестве прогнозируемого значения коэффициента теплопередачи во время охлаждения, используемого для вычисления хронологий изменения температур, устанавливается коэффициент теплопередачи, который изменяется в зависимости от факторов: количества распыляемой воды и температуры стального толстого листа.
1
2
Однако в технологии, изложенной в японской патентной публикации (А) номер 2 - 179819, например, показанной на Фиг.10, при охлаждении стального толстого листа (1), удерживаемого и транспортируемого между парами удерживающих валков 2 и 2 в области охлаждения стального толстого листа (расстояние L: в обычных случаях приблизительно от 0,7 м до 1,5 м) охлаждающего устройства (6), снабженного группами (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей, каждая из которых имеет множества сопел (3), трудно стабильно обеспечивать точность управления охлаждением, и трудно в достаточной мере отвечать вышеописанным требованиям.
В соответствии с открытиями авторов настоящего изобретения, для того чтобы прогнозировать хронологии изменения температур стального толстого листа с хорошей точностью и в соответствии с прогнозом управлять с высокой точностью количествами распыляемого охладителя, необходимо в достаточной мере учитывать изменение коэффициента теплопередачи, согласно тому, как он меняется в направлении транспортировки стального толстого листа и в направлении ширины стального толстого листа в области охлаждения стального толстого листа между парами удерживающих валков.
Однако в технологии, изложенной в японской патентной публикации (А) номер 2 - 179819, это не учитывается в достаточной мере, поэтому точность прогноза коэффициента теплопередачи становится недостаточной. Это особенно заметно при изменении скорости транспортировки в направлении транспортировки стального толстого листа.
Соответственно, в технологии, изложенной в японской патентной публикации (А) номер 2 - 179819, для того, чтобы еще более уменьшить различие в хронологиях изменения температур между верхней и нижней поверхностями стального толстого листа, стабильно обеспечивать характеристики формы и механические характеристики и получать стальной толстый лист, способный в достаточной мере отвечать возрастающим жестким требованиям к качеству, требуется дальнейшее ужесточение условий управления охлаждением.
Раскрытие изобретения
1
2
1
2
..
Настоящее изобретение, показанное, например, на Фиг.1, применяется в случае охлаждения горячекатаного стального толстого листа (1) на обеих поверхностях посредством распыления охладителя из сопел (3) групп (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей при удержании и транспортировке стального толстого листа между парами удерживающих валков (например, между 2 и 2), расположенных в направлении транспортировки стального толстого листа, и в случае управляемого охлаждения посредством групп (6), (6)(6n) сопел верхней / нижней поверхностей с областями, имеющими отчетливо различающиеся коэффициенты теплопередачи, например, областью (А) - участком воздействия распыления и областями (В) и (С) - участками без воздействия распыления, в области охлаждения стального толстого листа (области (L)) группами (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей между парами удерживающих валков.
Упомянутая здесь "область - участок воздействия распыления" определена как область - основной участок охлаждения, в которой плотно расположены сопла и в которой относительная площадь воздействия распыляемого охладителя, где распыляемый охладитель непосредственно ударяется о поверхность стального толстого листа, является большой.
Кроме того, "область - участок без воздействия распыления" определена как область, в которой имеется поток распыляемого охладителя, но распыляемый охладитель непосредственно не ударяется о поверхность стального толстого листа.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ охлаждения стального толстого листа, в достаточной мере учитывающий изменение коэффициента теплопередачи, в том, как он меняется в различных областях области охлаждения стального толстого листа, так, чтобы, например, улучшить технологию, изложенную в японской патентной публикации (А) номер 2 - 179819, и, кроме того, повышающий точность управления охлаждением, делающий различие хронологий изменения температур верхней и нижней поверхностей стального толстого листа достаточно малым, стабильно обеспечивающий характеристики формы и механические характеристики и способный в достаточной мере отвечать более жестким требованиям к характеристикам качества, выдвигаемым в последние годы.
Для эффективного решения вышеописанных задач способ охлаждения стального толстого листа по настоящему изобретению в качестве своей сути имеет нижеследующие аспекты с (1) по (5).
(1) Способ управляемого охлаждения стального толстого листа, использующий устройство охлаждения стального толстого листа, снабженное множеством пар удерживающих валков, каждая из которых содержит верхний валок и нижний валок, для удерживания и транспортировки горячекатаного стального толстого листа, и группами сопел верхней и нижней поверхностей, имеющими сопла, расположенные в одну линию или множество линий в направлении ширины стального толстого листа и распыляющие охлаждающий агент на верхнюю и нижнюю поверхности стали, транспортируемой между парами удерживающих валков, расположенных по соседству друг с другом спереди и сзади в направлении транспортировки, причем упомянутый способ охлаждения стального толстого листа отличается этапами, на которых: разделяют область стального толстого листа, охлаждаемую группой сопел верхней и нижней поверхностей между парой удерживающих валков, на, по меньшей мере, область - участок воздействия распыления и области - участки без воздействия распыления, вычисляют прогнозируемые хронологии изменения температур стального толстого листа на основе предварительно прогнозируемых коэффициентов теплопередачи этих полученных при разделении областей, и управляют количествами распыляемого охлаждающего агента группы сопел верхней и нижней поверхностей в области - участке воздействия распыления между парами удерживающих валков.
(2) Способ охлаждения стального толстого листа, сформулированный в пункте (1), отличающийся этапами, на которых: разделяют область - участок воздействия распыления области охлаждения стального толстого листа группой сопел верхней и нижней поверхностей между парой удерживающих валков на две или более области в направлении транспортировки стального толстого листа и управляют количествами распыляемого охлаждающего агента группы сопел верхней и нижней поверхностей на единицах этих полученных при разделении областей.
(3) Способ охлаждения стального толстого листа, сформулированный в пункте (1) или (2), отличающийся этапами, на которых: разделяют, по меньшей мере, область - участок воздействия распыления области охлаждения стального толстого листа между парами удерживающих валков на две боковые краевые области и внутреннюю область по отношению к этим двум боковым краевым областям в направлении ширины стального толстого листа, вычисляют прогнозируемые хронологии изменения температур в направлении ширины стального толстого листа на основе предварительно задаваемых коэффициентов теплопередачи этих полученных при разделении областей, и управляют количествами распыляемого охлаждающего агента группы сопел верхней и нижней поверхностей в области - участке воздействия распыления в направлении ширины стального толстого листа между парами удерживающих валков.
(4) Способ охлаждения стального толстого листа, сформулированный в пункте (3), отличающийся этапами, на которых: разделяют область - участок воздействия распыления области охлаждения стального толстого листа группы сопел верхней и нижней поверхностей между парой удерживающих валков на две или более области в направлении ширины стального толстого листа и управляют количествами распыляемого охлаждающего агента группы сопел верхней и нижней поверхностей на единицах этих полученных при разделении областей.
(5) Способ охлаждения стального толстого листа, сформулированный в любом одном из пунктов с (1) по (4), отличающийся этапами, на которых: находят фактические значения коэффициентов теплопередачи между парой удерживающих валков, получаемые из измеренных значений температуры стального толстого листа со стороны входа и стороны выхода между парой удерживающих валков, корректируют коэффициенты теплопередачи во время прохождения между следующими парами удерживающих валков, основываясь на фактических значениях и измеренных значениях температур стального толстого листа, таким образом, чтобы скорректировать прогнозируемые хронологии изменения температур стального толстого листа, и управляют количествами распыляемого охлаждающего агента группы сопел верхней и нижней поверхностей в области - участке воздействия распыления в направлении ширины стального толстого листа и направлении транспортировки стального толстого листа между парами удерживающих валков.
Краткое описание чертежей
Эти и другие задачи и признаки настоящего изобретения станут более ясными из нижеследующего описания предпочтительных вариантов его реализации, приводимых со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой концептуальный пояснительный вид сбоку, показывающий пример расположения установки горячей прокатки, снабженной установкой охлаждения стального толстого листа, для осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2(а) представляет собой концептуальный пояснительный вид сбоку центрального участка в направлении ширины, показывающий пример расположения сопел в направлении транспортировки в группе сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков в охлаждающей установке, показанной на Фиг.1, и пример разделения области охлаждения стального толстого листа, а Фиг.2(b) представляет собой концептуальный пояснительный вид по стрелке Aa-Аb, показанной на Фиг.2(а);
Фиг.3(а) представляет собой концептуальный пояснительный вид в плане, показывающий пример расположения сопел в группе сопел верхней поверхности, показанной на Фиг.2(а), и пример разделения области охлаждения стального толстого листа, а Фиг.3(b) представляет собой концептуальный пояснительный схематический вид в плане стороны нижней поверхности стального толстого листа, показывающий пример расположения сопел в группах сопел нижней поверхности, показанных на Фиг.2(а), и пример разделения области охлаждения стального толстого листа;
Фиг.4 приводит трехмерные пояснительные виды, показывающие примеры сопел, используемых в настоящем изобретении;
Фиг.5(а) представляет собой концептуальный пояснительный вид сбоку центрального участка в направлении ширины, показывающий другой пример группы сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков и пример расположения сопел в направлении транспортировки в группе сопел верхней поверхности, и пример разделения области охлаждения стального толстого листа в направлении транспортировки, а Фиг.5(b) представляет собой концептуальный пояснительный вид по стрелке Вa-Вb, показанной на Фиг.5(а), показывающий пример расположения сопел в направлении ширины в группе сопел верхней поверхности, показанной на Фиг 2(а), и пример разделения области охлаждения стального толстого листа в направлении ширины;
Фиг.6 представляет собой пояснительное изображение коэффициентов теплопередачи трех классов: участков (областей) воздействия распыления, участков (областей) без воздействия распыления и среднее (традиционное) значение, показанных в виде зависимости температуры поверхности стального толстого листа и коэффициента теплопередачи области охлаждения стального толстого листа между парами удерживающих валков;
Фиг.7 представляет собой пояснительное изображение характеристик охлаждения на участках воздействия распыления, показанных в виде зависимости температуры поверхности стального толстого листа и коэффициента теплопередачи области охлаждения стального толстого листа между парами удерживающих валков и зависимости увеличения плотности расхода воды и увеличения значений точек минимального теплового потока;
Фиг.8 представляет собой пояснительное изображение характеристик охлаждения на участках без воздействия распыления, показанных в виде зависимости температуры поверхности стального толстого листа и коэффициента теплопередачи между парами удерживающих валков и зависимости увеличения плотности расхода воды и увеличения значений точек минимального теплового потока;
Фиг.9 представляет собой пояснительное изображение, показывающее изменение среднего (традиционного) значения в случае, где на Фиг.6 изменяется скорость транспортировки стального толстого листа; и
Фиг.10 представляет собой концептуальный пояснительный вид центрального участка в направлении ширины, показывающий пример расположения сопел в группах сопел верхней и нижней поверхностей в группе сопел верхней / нижней поверхностей между парами удерживающих валков традиционного стального толстого листа.
Осуществление изобретения
В настоящем изобретении при вычислении и прогнозировании хронологий изменения температур стального толстого листа, благодаря использованию физически подходящего способа разделения области охлаждения стального толстого листа, охлаждаемой соплами верхней и нижней поверхностей между парами удерживающих валков, на отдельные области, имеющие различные коэффициенты теплопередачи, становится возможным высокоточный прогноз температуры в температурных зонах, где изменение коэффициента теплопередачи является большим перед точкой минимального теплового потока и после нее.
Благодаря этому, даже при устранении разности температур начала охлаждения между передним концевым участком и задним концевым участком того же самого стального толстого листа (задний концевой участок попадает в охлаждающую установку позже, так что температура будет ниже) посредством непрерывного увеличения скорости транспортировки на заднем концевом участке по сравнению с передним концевым участком с тем, чтобы сделать температуру стального толстого листа в целом равномерной, становится возможным легко осуществлять оценку температуры.
Более конкретно, настоящее изобретение обеспечивает управление охлаждением посредством того, что разделяет область охлаждения стального толстого листа, охлаждаемую группами сопел верхней и нижней поверхностей между парами удерживающих валков, на множество областей областями, имеющими близкие коэффициенты теплопередачи (например, разделяет их на области - участки воздействия распыления и области - участки без воздействия распыления), и заранее прогнозирует коэффициент теплопередачи в каждой полученной при разделении области, следовательно, имеется также возможность учитывать случай изменения температуры и скорости транспортировки и тем самым повысить точность прогнозирования коэффициентов теплопередачи и точность прогнозирования прогнозируемых хронологий изменения температур стального толстого листа на основе прогнозируемых значений коэффициентов теплопередачи. Благодаря этому, имеется возможность стабильно обеспечивать точность управления охлаждением и уменьшить ширину распределения температуры поверхности стального толстого листа до приблизительно 20°С.
Кроме того, при управлении охлаждением с учетом распределения коэффициента теплопередачи для этих полученных при разделении областей верха и низа стального толстого листа имеется возможность уменьшить разность температур между верхом и низом стального толстого листа до приблизительно 10°С, осуществлять охлаждение до заданной температуры с хорошей точностью и стабильно получать стальные толстые листы, имеющие стабильные характеристики формы и механические свойства, как группу стальных толстых листов, имеющих малые различия механических свойств для каждого стального толстого листа. Отметим, что точка минимального теплового потока будет объяснена далее.
1
1
Авторы настоящего изобретения, которое, например, показано на Фиг.1, путем различных экспериментов для случая контролируемого охлаждения стального толстого листа (1) группой (6) сопел верхней / нижней поверхностей (здесь объяснение проводится с использованием (6) в качестве репрезентативного примера), имеющей область (А) - участок воздействия распыления и области (В) и (С) - участки без воздействия распыления, входящие в состав области охлаждения стального толстого листа между парами удерживающих валков, обнаружили следующее:
(1) Коэффициент теплопередачи относительно стального толстого листа (1) значительно отличается между областью - участком воздействия распыления и областями - участками без воздействия распыления распыляемого охладителя в обоих направлениях из числа направления транспортировки стального толстого листа и направления ширины стального толстого листа. А именно, коэффициент теплопередачи изменяется в соответствии с относительной площадью, занятой поверхностями воздействия распыления распыляемого охладителя (что означает площадь поверхности, на которой брызги распыляемого охладителя ударяются о поверхность стального толстого листа, в дальнейшем именуемую "площадью, воздействия распыления") в определенной области стального толстого листа (1).
Соответственно, если, например, обратиться к случаю группы (6а) сопел на стороне верхней поверхности на Фиг.1, коэффициент теплопередачи отчетливо различается между областью (А) - участком воздействия распыления распыляемого охладителя и областями (В) и (С) - участками без воздействия распыления. Он также изменяется в соответствии с глубиной охладителя, собравшегося в лужицу на области, и расходом распыления и характером потока охладителя.
(2) Что касается расхода распыления охладителя, то, когда глубина лужицы охладителя достигает определенной высоты, частота прохождения охладителя через лужицу охладителя и соударения со стальным толстым листом уменьшается, и коэффициент теплопередачи снижается.
(3) Коэффициент теплопередачи изменяется в соответствии с температурой поверхности стального толстого листа (1), поэтому температура падает в направлении транспортировки стального толстого листа, так что необходимо прогнозирование коэффициента теплопередачи с учетом этого обстоятельства.
(4) При использовании охладителя, включающего в свой состав воду, точка минимального теплового потока (MHF - точка), наблюдаемая при явлении кипения, отчетливо различается между областью - участком воздействия распыления и областями - участками без воздействия распыления.
(5) В соответствии с изменением скорости транспортировки изменяется и хронология изменения температур стального толстого листа при вышеописанном охлаждении, которая оказывает влияние на стабильность качества стального толстого листа.
Исходя из вышеописанного, для того чтобы прогнозировать хронологии изменения температур стального толстого листа с хорошей точностью и управлять количествами распыляемого охладителя в соответствии с прогнозом с высокой точностью, необходимо в достаточной мере учитывать изменение коэффициента теплопередачи согласно тому, как он меняется в направлении транспортировки стального толстого листа и в направлении ширины стального толстого листа, в области охлаждения стального толстого листа между парами удерживающих валков.
Настоящее изобретение, исходя из вышеописанных открытий, в основном разделяет область охлаждения стального толстого листа группы сопел верхней / нижней поверхностей между парами удерживающих валков на множество областей (разделяет ее на, по меньшей мере, область - участок воздействия распыления и области - участки без воздействия распыления, имеющие отчетливо различающиеся коэффициенты теплопередачи), и управляет охлаждением с учетом изменения коэффициента теплопередачи в направлении транспортировки стального толстого листа и в направлении ширины. А именно, в нем заранее прогнозируется коэффициент теплопередачи для каждой полученной при разделении области и повышается точность прогнозирования прогнозируемых хронологий изменения температур стального толстого листа на основе прогнозируемых значений коэффициентов теплопередачи. Благодаря этому, даже при изменении температуры или скорости транспортировки можно стабильно обеспечивать точность управления охлаждением и стабильно получать стальные толстые листы, имеющие стабильные характеристики формы и механические свойства, как группу стальных толстых листов, имеющих малые различия механических свойств отдельных стальных толстых листов.
Коэффициент теплопередачи каждой полученной при разделении области в настоящем изобретении вычисляется и прогнозируется с учетом условий в охлаждающей установке (площади воздействия распыления, определенная расположением сопл, глубины охладителя, расхода при распылении, характера потока, точек минимального теплового потока), условий стального толстого листа (типа стали и толщины и других размеров толстого листа), условий операции охлаждения (температуры, скорости охлаждения, заданной температуры охлаждения, скорости транспортировки), и так далее.
Кроме того, вычислением, основанным на экспериментах и численном расчете, получают прогнозируемые хронологии изменения температур, основанные на прогнозируемых значениях коэффициентов теплопередачи для этих полученных при разделении областей, и количества распыляемого охладителя, основанные на прогнозируемых хронологиях изменения температур.
Ниже настоящее изобретение будет объяснено более конкретно.
Сначала, со ссылкой на Фиг.6, Фиг.7 и Фиг.8 будут объяснены зависимости между коэффициентом теплопередачи и температурой поверхности стального толстого листа для каждой области охлаждения и коэффициента теплопередачи, температуры поверхности, плотности расхода распыляемого охладителя (плотности расхода воды) и характеристики охлаждения, получаемые на основе вычислений по параграфу [0012] способом охлаждения стального толстого листа группами (6) сопел верхней / нижней поверхностей между парами удерживающих валков, как это показано на Фиг.1.
Фиг.6 показывает в концептуальном виде зависимости температуры поверхности стального толстого листа и коэффициента теплопередачи в трех секциях: на участке (области) воздействия распыления, на участке (области) без воздействия распыления и условное среднее значение между парами удерживающих валков в области охлаждения стального толстого листа между парами удерживающих валков (здесь приведен пример стороны верхней поверхности). На этой фигуре температуру, при которой коэффициент теплопередачи резко возрастает при охлаждении стального толстого листа с высокой температуры, называют точкой минимального теплового потока (MHF - точкой). Эта Фиг.6 демонстрирует тот факт, что точка минимального теплового потока для области - участка воздействия распыления имеет место при более высокой температуре, чем точки минимального теплового потока для областей - участков без воздействия распыления и, в то же самое время, коэффициент теплопередачи становится более высоким.
Кроме того, Фиг.7 показывает зависимость температуры поверхности стального толстого листа и коэффициента теплопередачи на участке (области) воздействия распыления в области охлаждения стального толстого листа между парами удерживающих валков (общую для сторон верхней и нижней поверхностей). Фиг.7 демонстрирует тот факт, что температура точки минимального теплового потока становится более высокой с увеличением количества распыляемого охладителя в области - участке воздействия распыления, и также то, что коэффициент теплопередачи в каждой температурной зоне становится более высоким.
Фиг.8 показывает в концептуальном виде зависимость температуры поверхности стального толстого листа и коэффициента теплопередачи в области охлаждения стального толстого листа между парами удерживающих валков (здесь приведен пример стороны верхней поверхности). Фиг.8 демонстрирует тот факт, что коэффициент теплопередачи в каждой температурной зоне увеличивается при увеличении количества распыленного охладителя в областях - участках без воздействия распыления, но изменение температуры точки минимального теплового потока не замечено.
При традиционной настройке и управлении количествами распыляемого охладителя обычно, как показано пунктирной линией на Фиг.6, эти количества прогнозируются и устанавливаются на основе коэффициента теплопередачи, прогнозируемого в целом (усредненного) по зоне охлаждения, использующей множество групп сопел верхней и нижней поверхностей между парами удерживающих валков, как управляющий блок. Однако, как было упомянуто выше, характеристика охлаждения в случае использования в качестве охладителя воды зависит не только от температуры поверхности стального толстого листа, но также и от того, как наносится охлаждающая вода и в значительной степени колеблется в широких пределах.
По этой причине при прогнозировании и задании условий распыления охлаждающей воды всех вместе в блоке отдельного охлаждающего устройства точность управления охлаждением в значительной степени отличается от случая, когда эти условия прогнозируются и устанавливаются при тонком разделении областей на малые участки.
Кроме того, когда скорость транспортировки стального толстого листа изменяется, ход нанесения охлаждающей воды также изменяется, поэтому сумма коэффициентов теплопередачи стального толстого листа в областях: области - участке воздействия распыления и областях - участках без воздействия распыления, изменяется и часто возникает несоответствие по сравнению со случаем оперирования этими областями в целом, как в традиционном случае. Это означает, что в случае оперирования этими областями в целом, как в традиционном случае, погрешность настройки часто становится больше.
То есть, как показано на Фиг.9, показывающей изменение коэффициента теплопередачи, когда скорость транспортировки в случае, представленном на Фиг.6, изменяется, в случае, при котором скорость транспортировки является высокой, время пребывания в каждом примере в области - участке воздействия распыления является коротким и средний коэффициент теплопередачи становится таким, как показан пунктирной линией, но в случае, при котором скорость транспортировки является низкой, время пребывания в каждом примере в области - участке воздействия распыления является длинным, и легко достигается точка минимального теплового потока, следовательно, средний коэффициент теплопередачи становится таким, как обозначен одной линией из цепочки точек. Это изменение заметно в случае, при котором количество распыляемого охладителя является большим. Исходя из этого факта можно было бы предположить, что было бы достаточно определить характеристику охладителя, усредненную для каждой скорости транспортировки, но когда толщина толстого листа увеличивается, стальной толстый лист становится труднее охлаждать и т.д. Для того чтобы должным образом задавать условия охлаждения, требующиеся для управления качеством материала стального толстого листа, необходимо увеличить параметр характеристики охлаждения для каждого условия охлаждения, такого как толщина толстого листа и температура прекращения охлаждения, так что настройки становятся сложными.
Настоящее изобретение было сделано с учетом в достаточной мере открытий и экспериментальных результатов, полученных авторами настоящего изобретения, описанных выше. В основном, настоящее изобретение относится к управляемому охлаждению стального толстого листа с использованием охлаждающей установки для стального толстого листа, снабженной множеством пар удерживающих валков, каждая из которых состоит из верхнего валка и нижнего вала, для удержания и транспортировки, например, горячекатаного стального толстого листа, и группами сопел верхней и нижней поверхностей, имеющими сопла, расположенные на одной линии или множестве линий в направлении ширины стального толстого листа, для распыления охладителя на верхней и нижней поверхностях стального толстого листа, проходящего между парами удерживающих валков, расположенных по соседству друг с другом спереди и сзади в направлении транспортировки.
Настоящее изобретение учитывает тот факт, что имеются участки, на которых коэффициенты теплопередачи для стального толстого листа отчетливо различаются в направлении транспортировки стального толстого листа и в направлении ширины в каждой области охлаждения стального толстого листа между множеством пар удерживающих валков (например, в области - участке воздействия распыления и областях - участках без воздействия распыления), и, например, разделяет область на эти участки (области) для того, чтобы установить оптимальные условия управления охлаждением для повышения точности прогнозирования коэффициентов теплопередачи и повышения точности прогнозирования хронологий изменения температур стального толстого листа. Благодаря этому, даже при изменении скорости транспортировки стабильно обеспечивается точность управления охлаждением от начала охлаждения до конца охлаждения, и стальной толстый лист охлаждается равномерно с хорошей точностью до заданной температуры. Благодаря этому, настоящее изобретение реализует способ охлаждения стального толстого листа, способный стабильно обеспечивать качество стального толстого листа.
[Пример охлаждающей установки]
1
2
n
1
2
2
3
n-1
n
··
··
··
··
··
В настоящем изобретении, концептуально, например, как показано в примере компоновки установки для производства стального толстого листа, показанной на Фиг.1, используется охлаждающая установка, расположенная на задней стадии стана (4) для горячей прокатки и снабженная множеством групп (6), (6)(6) сопел верхней / нижней поверхностей, каждая из которых состоит из групп (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей, имеющих множества сопел (3), которыми можно управлять по количествам распыляемого охладителя, между множеством пар удерживающих валков (2) и (2), (2) и (2)(2) и (2), каждая из которых состоит из верхнего и нижнего валков (2а) и (2b).
1
2
n
1
2
··
··
Эта охлаждающая установка имеет области, имеющие отчетливо различающиеся коэффициенты теплопередачи в направлении транспортировки стального толстого листа в каждой области охлаждения стального толстого листа группами (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей групп (6), (6)(6) сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков (в области стального толстого листа (1), равной расстоянию L между парами удерживающих валков (2) и (2), умноженному на ширину), например, на стороне верхней поверхности - область (А) - участок воздействия распыления охладителя и области (В) и (С) - участки без воздействия распыления, а на стороне нижней поверхности - область (D) - участок воздействия распыления охладителя и области (Е) и (F) - участки без воздействия распыления.
При использования этой охлаждающей установки для работы по настоящему изобретению группы верхних/нижних сопел между парами удерживающих валков для проведения охлаждения выбираются заранее в соответствии с размером и температурой стального толстого листа (1) из стана (4) горячей прокатки и скоростью охлаждения, заданной температурой охлаждения, скоростью транспортировки и т.п. для получения требуемых характеристик. Стальной толстый лист (1), имеющий температуры от 700 до 950°С, удерживаемый и транспортируемый между парами удерживающих валков, охлаждается на двух поверхностях, для охлаждения его до заданной температуры охлаждения, лежащей в диапазоне от комнатной температуры до 700°С.
Эта охлаждающая установка снабжена измерителем (8) скорости транспортировки и термометрами (9) и может получать информацию о скорости транспортировки и информацию о температуре.
Настоящее изобретение прогнозирует коэффициент теплопередачи каждой полученной при разделении области из состава области охлаждения стального толстого листа, вычисляет и прогнозирует прогнозируемые хронологии изменения температур стального толстого листа при охлаждении до заданной температуры охлаждения, и задает и управляет количествами распыляемого охладителя. С этой целью устройство управления охлаждением состоит из компьютера (10) для выполнения различных вычислений, задающего блока (11) для задания различных условий вычисления, требующихся для вышеупомянутых вычислений (установочных параметров, уравнений для вычисления и т.п.), с которыми соединен контроллер (12) охладителя для управления количествами распыляемого охладителя в областях - участках воздействия распыления.
В этой охлаждающей установке в качестве сопел (3), образующих группы (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей, главным образом используются, например, широко применяемые сопла, показанные на Фиг.4, такие как распылительные сопла полного конуса, овальные или продолговатые распылительные сопла, и плоские распылительные сопла, которые имеют распыляемые струи охладителя, расширяющиеся вовне, и могут образовывать на поверхности стального толстого листа (1) зоны воздействия, большие, чем калибры сопел, но сюда также включены щелевые сопла, колонообразные сопла, ламинарные сопла и другие сопла. Отметим, что на Фиг.1 ссылочная позиция 5 обозначает устройство удаления окалины, и 7 - правильную машину.
[Пример 1 разделения областей]
В настоящем изобретении в соответствии с примером охлаждающей установки, показанной на Фиг.1, для повышения точности управления охлаждением область охлаждения стального толстого листа группы сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков разделена на стороне верхней поверхности на множество областей: по меньшей мере, на область (А) - участок воздействия распыления охладителя и области (В) и (С) - участки без воздействия распыления в направлении транспортировки стального толстого листа. Кроме того, эта область на стороне нижней поверхности разделена на множество областей: по меньшей мере, на область (D) - участок воздействия распыления охладителя и области (Е) и (F) - участки без воздействия распыления.
Коэффициент теплопередачи в каждой полученной при разделении области прогнозируют заранее посредством экспериментов, тепловых расчетов и т д., на основе этих прогнозируемых значений вычисляют хронологии изменения температур верхних и нижних поверхностей стального толстого листа (1) и задают и управляют количествами распыляемого охладителя для того, чтобы сблизить друг с другом хронологии изменения температур для верхней и нижней поверхностей стального толстого листа от начала охлаждения до конца охлаждения.
Кроме того, в направлении ширины стального толстого листа в области охлаждения стального толстого листа группы сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков имеются, хотя и не показаны, области, имеющие различные коэффициенты теплопередачи, например область - участок воздействия распыления (область по центру ширины) и области - участки без воздействия распыления (когда есть участок с маской) или области - участки воздействия распыления (где нет участка с маской) с двух ее сторон, следовательно, область разделяется на эти области. Кроме того, разделение на области производится на основе различия в характере потока охладителя.
Кроме того, коэффициенты теплопередачи в полученных при разделении областях прогнозируются заранее, и на основе этих прогнозируемых значений вычисляют хронологии изменения температур верхних и нижних поверхностей стального толстого листа. Сочетая результаты вычисления с коэффициентом теплопередачи и хронологией изменения температур каждой полученной при разделении области в направлении транспортировки стального толстого листа, описанными выше, можно задавать и управлять количествами распыляемого охладителя, чтобы сблизить друг с другом хронологии изменения температур верхних и нижних поверхностей стального толстого листа от начала охлаждения до конца охлаждения с учетом как направления транспортировки стального толстого листа, так и направления ширины стального толстого листа.
1
2
n
··
··
Отметим, что для того, чтобы повысить точность управления охлаждением согласно настоящему изобретению в вышеупомянутой охлаждающей установке, можно предусмотреть разделение, например, областей (А) и (D) - участков воздействия распыления на две или более области в направлении транспортировки стального толстого листа в области охлаждения стального толстого листа группами (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей каждой из групп (6), (6)(6) сопел верхней / нижней поверхностей между парами удерживающих валков. В этом случае, можно предусмотреть управление количествами распыляемого охладителя в единицах этих полученных при разделении областей.
[Пример 2 разделения областей]
1
1
2
Случай использования способа охлаждения стального толстого листа по настоящему изобретению для охлаждения стального толстого листа (1) распыляемыми струями (3а) охладителя, использующего в качестве охладителя воду (в дальнейшем также именуемого "водой" или "охлаждающей водой"), будет более подробно объяснен на основе Фиг.2 и Фиг.3, которые являются концептуальными видами основных участков, показывающими увеличенный пример группы (6) сопел верхней / нижней поверхностей, расположенной между парами удерживающих валков (2) и (2), показанных на Фиг.1.
Далее будут показаны структура разделения областей (А) и (D) - участков воздействия распыления групп сопел верхней и нижней поверхностей на, соответственно, две области в направлении транспортировки стального толстого листа, прогнозирование коэффициента теплопередачи для каждой из полученной при разделении областей, включающей в себя другие полученные при разделении области, и отдельное задание и управление количествами охлаждающего распыления в этих полученных при разделении областях.
1
2
Фиг.2(а) показывает пример разделения области (L) охлаждения стального толстого листа между парами удерживающих валков (2) и (2) в примере расположения сопел (3) в направлении транспортировки стального толстого листа, при размещении их группами (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей, снабженными множеством сопел (3). Здесь сопла (3) представляют собой овальные распылительные сопла, которые показаны на Фиг.4(с), и поверхности воздействия распыления относятся к овальным типам. Сопла расположены таким образом, что их стороны продольной оси пересекают направление транспортировки. Они расположены во множестве линий с постоянными интервалами в направлении транспортировки, чтобы заставить распыляемые струи (3а) охладителя ударяться о поверхность стального толстого листа (1) с направлений под по существу прямым углом.
1
2
Фиг.2(b) показывает расположение сопел (3) в направлении ширины стального толстого листа группами (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей и пример разделения области (L) охлаждения стального толстого листа между парами удерживающих валков (2) и (2).
Распыляемые струи (3а) охладителя, распыляемого на сторону верхней поверхности стального толстого листа, охлаждают верхнюю поверхность стального толстого листа (1) и сливаются с боковых краев стального толстого листа (1) в виде потока (3b) охладителя по верху толстого листа. Кроме того, распыляемые струи (3а) охладителя, распыляемого на сторону нижней поверхности стального толстого листа, ударяются о нижнюю поверхность стального толстого листа (1), охлаждают нижнюю поверхность стального толстого листа (1), затем падают и отправляются в слив.
На Фиг.2(b) ссылочная позиция 13 обозначает краевые маски для образования участков с маской для создания преграды для распыляемых струй (3а) охладителя и воспрепятствования их соударению с двумя боковыми участками стального толстого листа (1).
1
1
2
Фиг.3(а) представляет собой концептуальный вид в плане, показывающий пример расположения сопел (3) и полученных при разделении областей в области охлаждения стального толстого листа в направлении ширины стального толстого листа и направлении транспортировки стального толстого листа для группы (6 а) сопел верхней поверхности группы (6) сопел верхней / нижней поверхностей между парами удерживающих валков (2) и (2), показанной на Фиг.2(а).
1
1
2
Фиг.3(b) представляет собой концептуальный вид в плане, выполненный со стороны нижней поверхности стального толстого листа (1), показывающий пример расположения сопел (3) и полученных при разделении областей в области охлаждения стального толстого листа в направлении ширины стального толстого листа и направлении транспортировки стального толстого листа для группы (6b) сопел нижней поверхности группы (6) сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков, (2) и (2), показанной на Фиг.2(а).
1
1
2
В примере 2 разделения областей, который показан на Фиг, 2(а), область охлаждения стального толстого листа группой (6) сопел верхней/нижней поверхностей, расположенная между парами удерживающих валков (2) и (2), например, разделена в направлении транспортировки стального толстого листа на стороне верхней поверхности на:
(1) область (А) - участок воздействия распыления,
1
(2) область (A) - участок воздействия распыления,
1
(3) область (В) - участок без воздействия распыления в области вблизи от удерживающих валков (2), и
2
(4) область (С) - участок без воздействия распыления в области вблизи от удерживающих валков (2).
1
При разделении стороны верхней поверхности в направлении транспортировки предварительно прогнозируют коэффициенты теплопередачи этих полученных при разделении областей, на основе этих прогнозируемых значений вычисляют прогнозируемую хронологию изменения температур от начала охлаждения до конца охлаждения на стороне верхней поверхности стального толстого листа (1) между парой удерживающих валков, и задают и управляют количествами распыляемого охладителя в областях (А) и (A) - участках воздействия распыления на верхней поверхности стального толстого листа от начала охлаждения до конца охлаждения группами (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей.
Здесь, область охлаждения стального толстого листа была разделена на четыре области, но можно также предусмотреть дальнейшее более тонкое разделение областей, основанное на падении температуры в направлении транспортировки или различия характеров потока охладителя. Кроме того, область охлаждения стального толстого листа может также быть разделена только на две области: область (А) - участок воздействия распыления и области (В, С) - участки без воздействия распыления.
Кроме того, на стороне нижней поверхности область охлаждения разделена в направлении транспортировки стального толстого листа на:
(1) область (D) - участок воздействия распыления, по существу противолежащий области (А) - участку воздействия распыления на стороне верхней поверхности,
1
1
(2) область (D) - участок воздействия распыления, по существу противолежащий области (A) - участку воздействия распыления на стороне верхней поверхности,
(3) область (Е) - участок без воздействия распыления, по существу противолежащий области (В) - участку без воздействия распыления на стороне верхней поверхности, и
(4) область (F) - участок без воздействия распыления, по существу противолежащий области (С) - участку без воздействия распыления на стороне верхней поверхности.
При этом разделении стороны нижней поверхности в направлении транспортировки также предварительно прогнозируют коэффициенты теплопередачи на единицах этих полученных при разделении областей, основываясь на размере, температуре и зависимости между температурой и коэффициентом теплопередачи стального толстого листа (1), заданной температурой охлаждения, скорости транспортировки, скорости охлаждения, относительной площади воздействия распыления и тому подобного, на основе этих прогнозируемых значений вычисляют прогнозируемую хронологию изменения температур от начала охлаждения до конца охлаждения стороны нижней поверхности стального толстого листа между этой парой удерживающих валков, и задают и управляют количествами распыляемого охладителя каждой полученной при разделении области таким образом, чтобы хронология изменения температур стороны нижней поверхности этого стального толстого листа сблизилась с хронологией изменения температур противолежащей ей стороны верхней поверхности этого стального толстого листа. Здесь, область охлаждения стального толстого листа была разделена на четыре области, но можно также предусмотреть дальнейшее разделение областей, основанное на падении температуры в направлении транспортировки или различии характеров потока охладителя.
Отметим, что распыляемые струи охладителя из группы сопел нижней поверхности не порождают почти никакого охлаждающего потока на поверхности стального толстого листа как в случае группы сопел верхней поверхности, следовательно, сделав, например, область - участок воздействия распыления повсеместно соответствующей коэффициентам теплопередачи этих полученных при разделении областей, относящихся к группе сопел верхней поверхности, можно уменьшить влияние любого изменения скорости транспортировки по сравнению со случаем группы сопел верхней поверхности (в соответствии с аспектом пункта 1 формулы изобретения).
1
С другой стороны, в направлении ширины стального толстого листа стороны верхней поверхности группы (6) сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков, которая показана на Фиг.2(b), область охлаждения стального толстого листа (область ширины (w) стального толстого листа 1) разделяется на:
1
(1) область (А) - участок воздействия распыления центральной области (А - с передней по ходу стороны, и A - с задней по ходу стороны),
0
1
(2) область (Еа) - участок без воздействия распыления с одного бокового края (область участка с маской), (Еа - с передней по ходу стороны, и Ea - с задней по ходу стороны), и
0
1
(3) область (Еb) - участок без воздействия распыления с другого бокового края (область участка с маской), (Еb - с передней по ходу стороны, и Еb - с задней по ходу стороны).
1
1
1
При разделении стороны верхней поверхности в направлении ширины стального толстого листа область разделяют на линии получаемых при разделении областей: А (А), Еа и Еb в направлении ширины стального толстого листа, прогнозируют коэффициенты теплопередачи в областях (A), (A), (В) и (С) в направлении транспортировки стального толстого листа, на основе этих прогнозируемых значений вычисляют хронологию изменения температур стального толстого листа, и задают и управляют количествами распыляемого охладителя в областях (A), (A), (Еа) и (Еb) - участках воздействия распыления (количества распыляемого охладителя иногда задают и управляют ими, определяя области (Еа) и (Еb) как области - участки воздействия распыления, когда они не являются областями участка с маской).
1
Кроме того, в направлении ширины стального толстого листа на стороне нижней поверхности группы (6) сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков таким же образом, как на стороне верхней поверхности, область охлаждения стального толстого листа разделяется на:
1
(1) область - участок воздействия распыления в центральной области (D - с передней по ходу стороны, и D - с задней по ходу стороны),
(2) область (Ес) - участок без воздействия распыления с одного бокового края (область участка с маской), и
(3) область (Ed) - участок без воздействия распыления с другого бокового края (область участка с маской).
1
1
1
При разделении стороны нижней поверхности в направлении ширины стального толстого листа область разделяют на линии получаемых при разделении областей: D (D), Ес и Ed в направлении ширины стального толстого листа, прогнозируют коэффициенты теплопередачи в областях (D), (D), (Е) и (F) в направлении транспортировки стального толстого листа, на основе этих прогнозируемых значений вычисляют прогнозируемые хронологии изменения температур стального толстого листа от начала охлаждения до конца охлаждения между этой парой удерживающих валков, и задают и управляют количествами распыляемого охладителя областей (D) или (D), (Еc) и (Ed) - участков воздействия распыления таким образом, чтобы приблизиться к прогнозируемой хронологии изменения температур стального толстого листа в полученных при разделении областях, противолежащих полученным при разделении линиям группы (6а) сопел верхней поверхности (где области (Ее) и (Ed) не являются областями участка с маской, количества распыляемого охладителя иногда задают и управляют ими, определяя эти области как области - участки воздействия распыления).
Таким образом, учитывая коэффициенты теплопередачи полученных при разделении областей в направлении транспортировки стального толстого листа и направлении ширины стального толстого листа, можно и стабильно повышать точность управления охлаждением в еще большей степени, чем в случае учета только коэффициентов теплопередачи в направлении транспортировки стального толстого листа (в соответствии с аспектом пункта 3 формулы изобретения).
1
2
1
2
2
3
Для того чтобы более стабильно обеспечивать вышеописанную точность управления охлаждением, было бы, например, эффективно также предусмотреть разделение областей - участков воздействия распыления групп (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей из числа групп (6) и (6) сопел верхней / нижней поверхностей между парами удерживающих валков (2) и (2) и между парами удерживающих валков (2) и (2) на множество областей в направлении транспортировки стального толстого листа и в направлении ширины стального толстого листа, прогнозирование коэффициентов теплопередачи на единицах, полученных при разделении областей, вычисление прогнозируемых хронологий изменения температур стального толстого листа, и задание и управление количествами распыляемого охладителя (в соответствии с аспектами пункта 2 и пункта 4 формулы изобретения).
В общем, при фактическом функционировании в охлаждающей установке иногда прогнозируемые хронологии изменения температур стального толстого листа в вышеописанных полученных при разделении областях не реализуются согласно прогнозу из-за флуктуации размера стального толстого листа, скорости транспортировки, температуры и т.п., так что точность управления охлаждением снижается, верхние и нижние поверхности стального толстого листа 1 не могут быть равномерно охлаждены до заданной температуры с хорошей точностью, и становится невозможно стабильно обеспечивать качество стального толстого листа.
1
2
1
2
2
3
n-1
n
··
··
Более предпочтительно, чтобы в качестве меры противодействия этому проводилось измерение фактических скорости транспортировки и температур на стороне входа и на стороне выхода групп (6), (6)(6n) сопел верхней / нижней поверхностей между парами удерживающих валков (2) и (2), (2) и (2),…(2) и (2)…, вычислялись фактические коэффициенты теплопередачи в группах сопел верхней / нижней поверхностей между конкретными парами удерживающих валков и следующими парами, на основе этих вычисленных значений корректировались прогнозируемые хронологии изменения температур стального толстого листа этими группами сопел верхней / нижней поверхностей между конкретными парами удерживающих валков и следующими парами, и этапы задания и управления могли быть изменены на соответствующее фактическому функционированию (в соответствии с аспектом пункта 5 формулы изобретения).
В настоящем изобретении разделение области охлаждения стального толстого листа на, по меньшей мере, область - участок воздействия распыления и области - участки без воздействия распыления в направлении транспортировки стального толстого листа и прогнозирование коэффициента теплопередачи для каждой полученной при разделении области является обязательным требованием. В направлении ширины стального толстого листа характер потока охладителя, особенно глубина охладителя, различается между центральной областью и двумя боковыми областями, следовательно, коэффициенты теплопередачи различны, так что рассматривается разделение области охлаждения в направлении ширины стального толстого листа.
Разделение области охлаждения стального толстого листа в обоих направлениях из числа направления транспортировки стального толстого листа и направления ширины стального толстого листа не является обязательным, но иногда на двух боковых областях в направлении ширины стального толстого листа устраиваются краевые маски (13) для того, чтобы создать преграду для распыляемых струй (3а) охладителя из сопел (3) с тем, чтобы воспрепятствовать их соударению со стальным толстым листом. В целях стабильного обеспечения точности управления охлаждением в направлении ширины при этом также возможно отдельно прогнозировать коэффициенты теплопередачи на снабженных маской участках с краевой маской (13), так чтобы соответствующим образом повышать точность управления охлаждением. Соответственно, предпочтительно разделять область охлаждения стального толстого листа в обоих направлениях из числа направления транспортировки стального толстого листа и направления ширины стального толстого листа и прогнозировать коэффициент теплопередачи для каждой полученной при разделении области.
Отметим, что, как было сказано выше, при разделении области охлаждения стального толстого листа группами (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей, необязательно, чтобы получаемые при разделении области были в точности одинаковы на стороне верхней поверхности стального толстого листа и на стороне нижней поверхности стального толстого листа.
[Пример 3 из разделения областей]
1
2
Пример 3 разделения областей, который показан на Фиг.5(а) и 5(b), отличается от примеров 1 и 2 разделения областей в том, что сопла (3) (группа) и (3) (группа) групп (6а) сопел верхней поверхности расположены по отношению к стальному толстому листу (1) таким образом, чтобы быть отчетливо отделенными в направлении транспортировки стального толстого листа.
1
2
1
1
2
При применении настоящего изобретения область сопел (3) и область (3) определены как области (А) и (A) - участки воздействия распыления, и пространство между областью сопел (3) и областью сопел (3) рассматривается как область (ВС) - участок без воздействия распыления. Соответственно, в этом случае, область охлаждения стального толстого листа разделяется, например, на:
(1) область (А) - участок воздействия распыления,
1
(2) область (A) - участок воздействия распыления,
(3) область (В) - участок без воздействия распыления,
(4) область (С) - участок без воздействия распыления,
(5) область (ВС) - участок без воздействия распыления.
1
Кроме того, в группе (6а) сопел верхней поверхности в направлении ширины стального толстого листа, в основном, таким же образом, как в случае примера 2 разделения областей, показанного на Фиг.2(b) и Фиг.3(b), это можно предусмотреть разделение области охлаждения стального толстого листа на Еа, А (или A) и Еb.
Отметим, что здесь объяснение разделения областей группы (6b) сопел нижней поверхности опускается.
В том, что касается количеств распыляемого охладителя из сопел групп (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей между парами удерживающих валков в настоящем изобретении, имеется возможность учитывать характеристики охлаждения, основанные, например, на экспериментальных значениях и тепловых расчетах, например, основанные на зависимостях температур поверхности стального толстого листа и коэффициентов теплопередачи в областях - участках воздействия распыления и областях - участках без воздействия распыления в соответствии с Фиг.7, Фиг.8 и т.п., плотностях расхода воды, наличии / отсутствии повышения точки минимального теплового потока и так далее, для того, чтобы вычислять, задавать и управлять условиями, делающими возможной эффективную реализацию равномерного охлаждения на верхней поверхности и нижней поверхности стального толстого листа и в направлении ширины стального толстого листа.
Например, в группе сопел верхней поверхности прогнозируют и задают коэффициент теплопередачи каждой полученной при разделении области, на основе этих прогнозируемых значений вычисляют хронологию изменения температур стального толстого листа, и задают и управляют количествами распыляемого охладителя и скоростями транспортировки в этих полученных разделением областях (областях - участках воздействия распыления) в направлении транспортировки стального толстого листа и направлении ширины стального толстого листа от начала охлаждения до конца охлаждения таким образом, чтобы стабильно обеспечивать точность управления охлаждением, соответствующую условиям стального толстого листа (толщине толстого листа, ширине толстого листа, температуре прекращения охлаждения), изменению температуры начала охлаждения и изменению в скорости транспортировки.
Кроме того, в группе сопел нижней поверхности, в основном, в соответствии с коэффициентом теплопередачи в каждой полученной при разделении области группы сопел верхней поверхности, область охлаждения стального толстого листа разделяют на множество областей, и задают и управляют количеством распыляемого охладителя в каждой полученной при разделении области таким образом, чтобы уменьшить различие хронологий изменения температур верхней и нижней поверхностей стального толстого листа.
Таким образом, в настоящем изобретении область охлаждения стального толстого листа каждой группы сопел верхней / нижней поверхностей между парами удерживающих валков разделяют на множество областей, прогнозируют с хорошей точностью коэффициенты теплопередачи в полученных при разделении областях, вычисляют прогнозируемые хронологии изменения температур стального толстого листа, уменьшают различие в хронологиях изменения температур верхних и нижних поверхностей стального толстого листа, и задают и управляют количествами распыляемого охладителя и скоростью транспортировки таким образом, чтобы заставить стальной толстый лист достичь заданной температуры охлаждения в группе сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков.
1
1
2
1
2
n
2
3
n-1
n
1
··
··
··
··
Выше было дано объяснение, основанное на группе (6) сопел верхней/нижней поверхности, расположенных между парами удерживающих валков (2) и (2). Следом за группой (6) сопел верхней/нижней поверхностей в направлении транспортировки расположены группы (6)(6) сопел верхней/нижней поверхностей, находящиеся между парами удерживающих валков (2)и (2)(2) и (2), подобные группе (6) сопел верхней/нижней поверхностей (где, чем дальше к задней части расположена группа сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков, тем ниже становится уровень температуры стального толстого листа, следовательно, эти группы сопел верхней/ нижней поверхностей не всегда становятся одинаковыми), так чтобы совместно проводить охлаждение.
2
n
2
3
n-1
n
1
··
··
··
··
В каждой из следующих групп (6)(6) и т.п. сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков (2) и (2)(2) и (2) также, в основном, таким же образом, как в группе (6) сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков, разделяют область охлаждения стального толстого листа, прогнозируют коэффициент теплопередачи каждой полученной при разделении области, вычисляют прогнозируемую хронологию изменения температур стального толстого листа, и задают и управляют количествами распыляемого охладителя каждой группы сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков таким образом, чтобы уменьшить различие хронологий изменения температур стального толстого листа в направлении верха/низа и в направлении ширины стального толстого листа и при завершении охлаждения в последней группе сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков получить заданную температуру охлаждения.
ПРИМЕР
1
2
1
1
2
Данный пример представляет собой пример охлаждающей установки для стального толстого листа, которая показана на фигурах с Фиг.1 до Фиг.3, и демонстрирует случай, при котором законченный горячекатаный стальной толстый лист (стальная полоса) (1), имеющий толщину толстого листа 25 мм, ширину толстого листа 4000 мм и температуру 850°С, освобождают от окалины, затем выпрямляют и удерживают и передают со скоростью транспортировки 60 м/минуту между парами удерживающих валков (2) и (2) во время чего из сопел (3) групп (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей группы (6) сопел верхней/нижней поверхностей, расположенной между парами удерживающих валков (2) и (2) распылялась охлаждающая вода, так чтобы охладить стальной толстый лист (1) до 400°С со скоростью охлаждения 30°С/секунду.
1
1
В реальной охлаждающей установке после группы (6) сопел верхней/нижней поверхности между парами удерживающих валков, охлаждение совместно производится группами сопел верхней/нижней поверхностей, расположенными между множеством пар удерживающих валков, но здесь показан пример охлаждения только блоком группы (6) сопел верхней/нижней поверхности между парами удерживающих валков.
1
1
1
В этом примере область охлаждения стального толстого листа группой (6а) сопел верхней поверхности группы (6) сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков была в направлении транспортировки стального толстого листа разделена на четыре области: области (А) и (A) - участки воздействия распыления, область (В) - участок без воздействия распыления, расположенный со стороны входа, и область (С) - участок без воздействия распыления, расположенный со стороны выхода, для каждой полученной при разделении области был спрогнозирован коэффициент теплопередачи, и можно было отдельно задавать и управлять количествами распыляемого охладителя в областях (А) и (A) - участках воздействия распыления. Соответственно, разделение области охлаждения основано на вышеупомянутом примере 2 разделения областей.
1
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
Кроме того, область охлаждения стального толстого листа в направлении ширины стального толстого листа была разделена на три области: область (А) (или A) - участок воздействия распыления и области (Еа) и (Еb) - участки без воздействия распыления на двух боковых участках (области участка с маской) этого листа в направлении транспортировки, для каждой полученной при разделении области был спрогнозирован коэффициент теплопередачи, и можно было отдельно задавать и управлять количествами распыляемого охладителя в области (А) (или A) - участке воздействия распыления, боковых участках (Еа), (Еb) области (А), и боковых участках (Ea), (Eb) области (A) (можно предусмотреть, чтобы (Еа), (Eb), (Ea) и (Eb) также были сделаны областями - участками воздействия распыления в случае, когда они не сделаны областями участка с маской).
1
1
С другой стороны, в группе (6b) сопел нижней поверхности область охлаждения стального толстого листа в направлении транспортировки стального толстого листа была разделена на четыре области: области (D) и (D) - участки воздействия распыления, область (Е) - участок без воздействия распыления, расположенный со стороны входа, и область (F) - участок без воздействия распыления, расположенный со стороны выхода, при этих условиях были спрогнозированы коэффициенты теплопередачи на основе характеристик коэффициентов теплопередачи, найденных заранее посредством эксперимента для каждой из полученных при разделении области, и можно было отдельно задавать и управлять количествами распыляемой охлаждающей воды в областях (D) (или D), (Еc), (Ed) - участках воздействия распыления.
1
1
Кроме того, в направлении ширины стального толстого листа, область охлаждения стального толстого листа была разделена на три области: область (D) (или D) - участок воздействия распыления в направлении транспортировки и области (Еc) и (Ed) - участки воздействия распыления на двух боковых участках этого листа, для каждой полученной при разделении области был спрогнозирован коэффициент теплопередачи, и можно было отдельно задавать и управлять количествами распыляемой охлаждающей воды в областях (D) (или D), (Еc), (Ed) - участках воздействия распыления.
Рабочие условия и рабочие результаты будут объяснены ниже вместе со случаем, соответствующим традиционному примеру (Сравнительный пример). "Традиционный пример", упомянутый здесь, представляет собой пример случая, при котором не производится разделение области охлаждения стального толстого листа группами сопел верхней и нижней поверхностей группы сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков, производится прогнозирование коэффициента теплопередачи в целом и производится задание и управление количествами охлаждающей воды из групп сопел верхней и нижней поверхностей группы сопел верхней/ нижней поверхностей между парами удерживающих валков.
[Рабочие условия]
Диаметр удерживающего валка: 400 мм
Расстояние L между парами удерживающих валков (область охлаждения стального толстого листа): 1000 мм
2
Площадь области охлаждения стального толстого листа: 4 м (ширина стального толстого листа 1× расстояние между удерживающими валками)
Группа (6а) сопел верхней поверхности
(Направление транспортировки)
2
Площадь области (В) - участка без воздействия распыления, расположенной со стороны входа: 1 м
(Длина В: 250 мм)
1
2
Площади областей (А) и (A) - участков воздействия распыления: 2 м в общей сложности
1
(Длины (А) и (A): 250 мм для каждой)
1
Относительные площади областей (А) и (A) - участков воздействия распыления:
70% для каждой
2
Площадь области (С) - участка без воздействия распыления, расположенной со стороне выхода: 1 м
(Длина С: 250 мм)
(Направление ширины)
0
0
1
1
2
Площади областей (Еа), (Eb), (Ea) и (Eb) - участков без воздействия распыления, расположенных на боковых участках (участках с маской): 0,125 м для каждого
0
0
1
1
(Ширины Еа, Eb, Ea и Eb: 250 мм для каждой)
Группа (6b) сопел нижней поверхности
(Направление транспортировки)
2
Площадь области (Е) - участка без воздействия распыления, расположенной со стороны входа: 0,8 м
(Длина Е: 200 мм)
1
2
Площади областей (D) и (D) - участков воздействия распыления: 2,4 м в общей сложности
1
(Длины D и D: 300 мм для каждой)
1
Относительные площади воздействия распыления областей (D) и (D) - участков воздействия распыления:
90% для каждой
2
Площадь области (F) - участка воздействия распыления, расположенной со стороны выхода: 0,8 м
(Длина F: 200 мм)
(Направление ширины)
Площади областей (Еc) и (Ed) - участков воздействия распыления, расположенных на боковых участках:
0,22 м 2 для каждого
(Ширины Ее и Ed: 220 мм для каждой)
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
В этом примере в группе (6а) сопел верхней поверхности были спрогнозированы коэффициенты теплопередачи на стороне верхней поверхности, требующиеся для обеспечения вышеописанной скорости охлаждения, с учетом полученных при разделении областей (A), (A), (Еа), (Eb), (Ea,) и (Eb) в направлении ширины стального толстого листа (здесь области (Еа), (Eb), (Ea) и (Eb) становятся участками с маской, следовательно, сделаны областями - участками без воздействия распыления, на которые распыляемая вода не распылялась) и полученных при разделении областей (В), (А) (или A) и (С) в направлении транспортировки стального толстого листа, и температура стального толстого листа со стороны выхода группы (6) сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков была сделана равной заданной температуре 400°С, посредством назначения следующих плотностей расхода распыляемой охлаждающей воды из областей (A), (A), (Еа), (Eb), (Ea) и (Eb)- участков воздействия распыления от начала охлаждения до конца охлаждения (отметим, что количества распыляемой воды в областях (Еа), (Eb), (Ea) и (Eb) составляют 0):
3
2
Область (А): 1,3 м/м/мин, и
1
3
2
Область (A): 1,0 м/м/мин
и задания и управления скоростью транспортировки, чтобы она составляла 60 м/минуту. Коэффициенты теплопередачи полученных при разделении областей здесь были спрогнозированы и заданы на основе следующего:
Область (А): линия 1,3, показанная на Фиг.7
1
Область (A): линия 1,0, показанная на Фиг.7
Область (В): линия 1,3, показанная на Фиг.8
Область (С): линия 1,0, показанная на Фиг.8
0
0
Области (Еа), (Eb): линия 1,3, показанная на Фиг.8
1
1
Области (Ea), (Eb): линия 1,0, показанная на Фиг.8
1
1
1
1
С другой стороны, в группе (6b) сопел нижней поверхности были спрогнозированы коэффициенты теплопередачи на стороне нижней поверхности, требующиеся для обеспечения вышеописанной скорости охлаждения, с учетом полученных при разделении областей (Ес), (D), (D) и (Ed) в направлении ширины стального толстого листа (здесь области (Еc) и (Еd) были определены как участки с маской и сделаны областями - участками без воздействия распыления) и полученных при разделении областей (Е), (D), (D) и (F) в направлении транспортировки стального толстого листа, и температура стального толстого листа со стороны выхода группы (6) сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков была сделана равной заданной температуре 400°С, посредством задания и управления плотностями расхода распыляемой охлаждающей воды из областей (D), (D), (Еc) и (Ed) - участков воздействия распыления от начала охлаждения до конца охлаждения таким образом, чтобы они составляли:
3
2
Область (D): 1,7 м/м/мин
1
3
2
Область (D): 1,3 м/м мин
Коэффициенты теплопередачи полученных при разделении областей здесь были спрогнозированы и заданы на основе следующего:
Область (D): линия 1,7, показанная на Фиг.7
1
Область (D): линия 1,3 показанная на Фиг.7
Области (Еc), (Ed): Отдельно измеряемые значения воздушного охлаждения Область (Е), область (F): Отдельно измеряемые значения воздушного охлаждения
1
2
При измерении температуры стороны верхней поверхности и температуры стороны нижней поверхности стального толстого листа спустя 5 секунд после охлаждения группами сопел верхней и нижней поверхностей группы (6) сопел верхней/нижней поверхности между парами удерживающих валков и прохождения через удерживающие валки (2), расположенные с задней по ходу стороны, разность температур между стороной верхней поверхности и стороной нижней поверхности составляла ±10°С по отношению к заданной температуре 400°С, то есть равномерность была высока, и мог быть получен стальной толстый лист (1), имеющий чрезвычайно малое коробление и остаточное напряжение, превосходный как с точки зрения формы, так и с точки зрения качества материала, и в достаточной мере удовлетворительный.
Эти результаты стали возможны благодаря разделению области охлаждения стального толстого листа в направлении транспортировки стального толстого листа и в направлении ширины стального толстого листа на множество областей, имеющих отчетливо различные коэффициенты теплопередачи, для того, чтобы повысить точность прогнозирования коэффициентов теплопередачи и уменьшить различие хронологий изменения температур стального толстого листа от начала охлаждения до конца охлаждения на участках в направлении ширины и на верхних и нижних поверхностях.
Отметим, что температура стального толстого листа была измерена здесь на центральном участке, исключающем области кромочных участков (шириной 10 мм), соответствующем двукратной толщине этого толстого листа от краевых участков этого стального толстого листа.
Кроме того, при производстве 1200 стальных толстых листов, имеющих ту же самую ширину толстого листа, как и у этого стального толстого листа, и имеющих толщины от 15 до 40 мм, притом, что скорость транспортировки изменялась в диапазоне от 40 до 90 м/минуту, а температура начала охлаждения 850°С имела флуктуацию ±20°С, но результирующее среднеквадратичное отклонение температуры прекращения охлаждения составляло приемлемые 10°С.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР
Этот сравнительный пример отличается от примера 1 по рабочим условиям тем, что не производится разделение областей охлаждения стального толстого листа группами (6а) и (6b) сопел верхней и нижней поверхностей, но производится прогнозирование коэффициентов теплопередачи в целом и производится задание и управление количествами распыляемого охладителя в целом по областям - участкам воздействия распыления. На этой стороне верхней поверхности количество распыляемого охладителя в общей сумме является тем же самым, что и в Примере.
3
2
1
1
В группе (6а) сопел верхней поверхности был спрогнозирован коэффициент теплопередачи стороны верхней поверхности стального толстого листа, требующийся для обеспечения вышеописанной скорости охлаждения (здесь, коэффициент теплопередачи стороны верхней поверхности был спрогнозирован с принятием значения 0,65 м/м/мин (среднего значения) на Фиг.6), были заданы количества распыляемой охлаждающей воды с областей (А)+(A) - участков воздействия распыления, и осуществлялось задание и управление количествами распыляемой охлаждающей воды от начала охлаждения до конца охлаждения для того, чтобы сделать температуру стального толстого листа со стороны выхода группы (6)сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков равной заданной температуре 400°С.
1
С другой стороны, в группе (6b) сопел нижней поверхности был спрогнозирован коэффициент теплопередачи противолежащей стороны верхней поверхности стального толстого листа, и на основе этого прогнозируемого значения осуществлялось задание и управление количествами распыляемой охлаждающей воды с областей (D)+(D), (Еc) и (Ed) - участков воздействия распыления, таким образом, чтобы сблизить хронологию изменения температур стального толстого листа от начала охлаждения до конца охлаждения с хронологией изменения температур противолежащей стороны верхней поверхности стального толстого листа.
1
2
При измерении температуры стороны верхней поверхности и температуры стороны нижней поверхности стального толстого листа спустя 5 секунд после охлаждения группами сопел верхней и нижней поверхностей группы (6) сопел верхней/нижней поверхностей между парами удерживающих валков и прохождения через удерживающие валки (2), расположенные с задней по ходу стороны, разность температур между стороной верхней поверхности и стороной нижней поверхности составляла ±20°С по отношению к заданной температуре 400°С, то есть ширина флуктуации была большой, коробление и остаточное напряжение были большими, и нельзя было стабильно получать стальной толстый лист, превосходный по равномерности, как в том, что касается формы, так и в том, что касается качества.
Кроме того, при производстве 1200 стальных толстых листов, имеющих ту же самую ширину толстого листа, как и у этого стального толстого листа, и имеющих толщины от 15 до 40 мм, при заданной температуре прекращения охлаждения, составляющей 400°С, имела место флуктуация ±18°С температуры начала охлаждения 850°С, и среднеквадратичное отклонение результирующей температуры прекращения охлаждения составляло 25°С. Это больше, чем в Примере по настоящему изобретению.
Отметим, что хронология изменения температур стального толстого листа от начала охлаждения до конца охлаждения в этом сравнительном примере отчетливо различалась по участкам в направлении ширины. Равным образом имели место и подобные различия на верхней и нижней поверхностях.
Главная причина этого, как полагают, кроется в том, что коэффициенты теплопередачи были установлены в целом (среднее число) и задание и управление количествами распыляемой охлаждающей воды осуществлялось независимо от того, что в области охлаждения стального толстого листа в направлении транспортировки стального толстого листа имелись участки, обладающие отчетливо различающимися коэффициентами теплопередачи.
Настоящее изобретение не ограничено содержанием примеров, описанных выше. Например, полученные при разделении области - участки, условия, связанные с типами (конструкциями) и вариантами расположения (количеством и геометрическим размещением) сопел, составляющих группы сопел верхней и нижней поверхностей, условия распыления охладителя из сопел, диаметры удерживающих валков, условия расположения, наличие/отсутствие краевых масок и так далее изменяются в пределах объема формулы изобретения в соответствии с размером (в частности, толщиной) заданного стального толстого листа, температурой, скоростью транспортировки, заданной температурой охлаждения, временем охлаждения (скоростью охлаждения) и так далее.
Кроме того, вышеупомянутые варианты реализации показывают только конкретные примеры работы настоящего изобретения. Они не должны использоваться для того, чтобы ограничительным образом интерпретировать технический объем настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение может быть осуществлено различными способами, не выходя за рамки его технической идеи и главных признаков.