JP2008049397A - 熱延鋼帯の冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間圧延された鋼帯を冷却水で冷却する際に、高い冷却能力と安定した冷却領域を適切に実現することにより、鋼帯の先端から尾端まで均一に冷却を施すことができる熱延鋼帯の冷却装置および冷却方法を提供する。
【解決手段】鋼帯１２の上面側に、鋼帯１２の進行方向に対してそれぞれ下流側と上流側とに向けて傾斜させた棒状冷却水を噴射する円管ノズル１４を対向するように配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱間圧延された高温鋼帯を冷却するための冷却装置および冷却方法に関する。

一般に、熱延鋼帯を製造するには、加熱炉においてスラブを所定温度に加熱し、加熱されたスラブを粗圧延機で所定厚みに圧延して粗バーとなし、ついでこの粗バーを複数基の圧延スタンドからなる連続熱間仕上圧延機において所定の厚みの鋼帯となす。そして、この熱延鋼帯をランナウトテーブル上の冷却装置によって冷却した後、巻き取り機で巻き取ることにより製造される。

その際、熱間圧延された高温の鋼帯を連続的に冷却するランナウトテーブルの冷却装置では、鋼帯の上面冷却をなすため、円管状のラミナー冷却ノズルから鋼帯搬送用のテーブルローラ上に、この幅方向に亘って直線状に複数のラミナー冷却水を注水している。一方、鋼帯の下面冷却をなすため、テーブルローラ間にそれぞれスプレーノズルが設けられ、ここから冷却水を噴射する方法が一般的である。

しかし、このような従来の冷却装置では、鋼帯の上面側に注水された冷却水は、冷却後、鋼帯の上面に滞留し、上面側の過冷却を引き起こす。過冷却状態は、鋼帯の長手方向において一様とはならず、したがってこの方向における冷却停止温度にばらつきが生じていた。さらに、鋼帯の上面冷却に使われている円管ラミナーノズルからの冷却水は自由落下流であるので、鋼帯の上面に滞留水の水膜があると鋼帯まで冷却水が到達しにくく、鋼帯の上面に滞留水がある場合とない場合で冷却能力に違いが生じるという問題や、鋼帯上に落下した冷却水が自由に前後左右に広がるので冷却領域（冷却ゾーン）が変化し、冷却能力が安定しないという問題等がある。このような冷却能力の変動の結果、鋼帯の材質が不均一になりやすくなっていた。

そこで、鋼帯上の冷却水（滞留水）の水切りを行って、安定した冷却能力を得るために、鋼帯上面を横切るように流体を斜め方向に噴射して滞留水を排出する方法（例えば、特許文献１参照）や、鋼帯の上下動を拘束するための拘束ロールを水切りロールとして滞留水を堰き止めることで冷却領域を一定にする方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。また、冷却水を鋼帯上に閉じ込めることで冷却領域を一定にする冷却方式として、図７に示すような、スリット状のノズルを傾斜させて互いに向き合う方向に対向させて冷却水を噴射する方式（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
特開平９−１４１３２２号公報 特開平１０−１６６０２３号公報 特開昭５９−１４４５１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法によると、下流に行くに従って鋼帯上に大量の冷却水が滞留していくので、下流側になるほど水切り効果がきかなくなる。

また、特許文献２に記載の方法においては、圧延機を出てから巻き取り機に至るまでの鋼帯先端部は拘束ロールによる拘束が無い状態で搬送されるので、拘束ロール（水切りロール）による水切り効果が得られない。しかも、鋼帯先端部が上下動しながら波を打ったような状態でランナウトテーブル上を通過するので、この鋼帯先端部の上面に冷却水を供給すると、上下に波を打つ底の部分に選択的に冷却水が滞留しやすく、鋼帯先端が巻き取り機で巻き取られて張力が働き、鋼帯が張られて上下波が解消されるまでは、冷却温度のハンチング現象が生じる。この冷却温度のハンチング現象も鋼帯の機械的性質のバラツキを生じさせていた。

一方、特許文献３に記載のスリット状のノズルを傾斜させて互いに向き合う方向に対向させて冷却水を噴射して冷却水を鋼帯上に閉じ込める冷却方式では、冷却水流が切れ目のないスリット状の冷却水でないと冷却水を堰き止めることができないが、冷却水流を切れ目がないスリット状に保つためには、ノズルと鋼帯の距離を離すことができない上に、同方法では、冷却水を充満させるためにノズル先端部近傍に仕切板を設けていることから、鋼帯とノズルおよび仕切板との距離が近づかざるを得ず、鋼帯がノズルや仕切板に衝突する危険性が高い。特に、形状が悪い波板状の鋼帯では、ノズルや仕切板との接触が避けられずに、鋼帯にキズが発生してしまう。したがって、実操業に適用することは困難である。

このように、特許文献１〜３に記載された方法では、高い冷却能力と安定した冷却能力を適切に得ることができない。

また、熱延鋼帯の製造においては、ランナウトテーブルの巻き取り機に近い領域では、表面の温度が例えば５５０℃以下となる場合があり、以下のような問題もある。

すなわち、このような領域では、冷却が膜沸騰を主体とした鋼帯と冷却水との間に蒸気膜が存在するような伝熱状態から、鋼帯と冷却水が直接接触して沸騰するいわゆる核沸騰が主体の領域に移行する。この沸騰状態が遷移する沸騰現象は、遷移沸騰と呼ばれ、急激に冷却が促進される。そのように冷却が促進される結果として、鋼帯の表層のみが急冷されて、目標と違う組織が形成されることがある。例えば、表層極近傍が４００℃以下となると組織がマルテンサイトとなり、その後、表層温度が復熱して、巻き取りが５００℃で終わったとしても表層は焼き戻しマルテンサイトのような内部と異なった組織が形成されることがある。

さらに、遷移沸騰から核沸騰領域においては、冷却水が鋼帯に付着したような状態となるので、冷却装置（ゾーン）から出た後の空冷ゾーンにおいて、冷却水が残存し、いわゆる水切りが不良の状態となりやすい。このような部分では過冷却となって鋼帯の品質にばらつきが生じる。

また、従来、材質の観点から冷却速度を速くする場合に、単純に円管状のラミナー冷却水の水量を多くして対応しているが、鋼帯に対して垂直に大水量を噴射すると特許文献１や特許文献２に記載されている手法では水を堰き止めることができず、鋼帯上に大量の滞留水が発生した結果、極めて酷い温度ムラが発生していた。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、熱間圧延された鋼帯を冷却水で冷却する際に、高い冷却能力と安定した冷却領域を適切に実現することにより、鋼帯の先端から尾端まで均一に冷却を施すことができる熱延鋼帯の冷却装置および冷却方法を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］ランナウトテーブル上を搬送される仕上圧延後の熱延鋼帯を冷却する熱延鋼帯の冷却装置であって、
鋼帯の上面側に、鋼帯の進行方向に対してそれぞれ下流側と上流側とに向けて傾斜させた棒状冷却水を噴射する冷却ノズルを対向するように配置したことを特徴とする熱延鋼帯の冷却装置。

［２］前記冷却ノズルは鋼帯幅方向に複数個配置されるとともに、前記冷却ノズルにより噴射される棒状冷却水と鋼帯との成す角度が６０°以下であることを特徴とする前記［１］に記載の熱延鋼帯の冷却装置。

［３］前記下流側に向けて傾斜させた冷却ノズルと前記上流側に向けて傾斜させた冷却ノズルは、それぞれ鋼帯の進行方向に複数列配置されることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の熱延鋼帯の冷却装置。

［４］前記［１］乃至［３］のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却装置を１つの冷却装置ユニットとし、該冷却装置ユニットを鋼帯の進行方向に複数配置したことを特徴とする熱延鋼帯の冷却装置。

［５］前記冷却装置ユニットの下流側に、鋼帯上面の冷却水の水切りを行う水切り手段を配置したことを特徴とする前記［１］乃至［４］のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却装置。

［６］ランナウトテーブル上を搬送される仕上圧延後の熱延鋼帯の冷却方法であって、
鋼帯の上面側に、鋼帯の進行方向下流側に向けて傾斜させた棒状冷却水と鋼帯の進行方向上流側に向けて傾斜させた棒状冷却水とを対向させて噴射することを特徴とする熱延鋼帯の冷却方法。

［７］前記棒状冷却水と鋼帯との成す角度が６０°以下であることを特徴とする前記［６］に記載の熱延鋼帯の冷却方法。

［８］前記下流側に向けて傾斜させた棒状冷却水と前記上流側に向けて傾斜させた棒状冷却水を、それぞれ鋼帯の進行方向に複数列噴射することを特徴とする前記［６］または［７］に記載の熱延鋼帯の冷却方法。

［９］前記傾斜させた棒状冷却水の対向噴射を、鋼帯の進行方向に間隔を空けて複数箇所で行うことにより、水冷と空冷とを繰り返す間欠的な冷却を行うことを特徴とする前記［６］乃至［８］のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却方法。

［１０］前記傾斜させた棒状冷却水を対向噴射する位置よりも下流側に設けられた水切り手段により、冷却水の水切りを行うことを特徴とする［６］乃至［９］のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却方法。

本発明によれば、鋼帯の先端から尾端まで均一に冷却を施すことができ、鋼帯の品質が安定する。それにともなって鋼帯の切り捨て代が少なくなって歩留まりが高くなる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第一の実施形態における熱延鋼帯の製造設備を示すものである。

粗圧延機１で圧延された粗バー２はテーブルローラ３上を搬送されて、連続的に７つの連続仕上げ圧延機群４で所定の厚みまで圧延されて鋼帯１２となった後、最終仕上圧延機４Ｅの後方の鋼帯搬送路を構成するランナウトテーブル５に導かれる。このランナウトテーブル５は全長約１００ｍあり、その一部またはほとんど大部分に冷却装置が設けられていて、鋼帯１２がここで冷却されたあと、下流側の巻き取り機６で巻き取られて熱延コイルとなる。

そして、この実施形態においては、一例として、ランナウトテーブル５に設けられる鋼帯上面冷却の冷却装置として、従来型の冷却装置７と本発明の冷却装置１１がその順に配置されている。

従来型の冷却装置７は、ランナウトテーブル５の上面側に所定ピッチで配置され、鋼帯に対して冷却水を自由落下流として供給する複数の円管ラミナーノズル８を備えている。

また、鋼帯下面冷却用の冷却装置としては、鋼帯搬送用のテーブルローラ９間に複数のスプレーノズル１０が幅方向に列状に配置されている。これらのスプレーノズル１０は、その噴出圧力や水量密度が調整できるようになっている。

そして、本発明の冷却装置１１の一例を、図２に示す部分拡大図に基づいて述べる。ランナウトテーブル５には、例えば長手方向に約４００ｍｍピッチで、直径３３０ｍｍの回転する鋼帯搬送用のテーブルローラ９が配置されており、これらテーブルローラ９上を鋼帯１２が進行していく。本発明の冷却装置１１においては、その鋼帯１２の上面側に、鋼帯１２の進行方向のそれぞれ下流側と上流側とに向けて傾斜させた棒状冷却水を対向して噴射する上面冷却ユニット１７が所定の間隔をおいて複数ユニット設けられている。なお、この領域における下面側の冷却装置は特に限定するものではなく、本実施形態では前述した従来型の冷却装置７の領域と同様のスプレーノズル１０を用いている。

それぞれの上面冷却ユニット１７は、鋼帯進行方向の上流側と下流側に分かれて、所定列数（ここでは各４列）の冷却ノズルヘッダ１３を備えている。各冷却ノズルヘッダ１３には、供給管１５がつながれていて、それぞれの供給管１５は弁１６によって独立にオン−オフ制御が可能になっているとともに、各冷却ノズルヘッダ１３には、鋼帯進行方向に対して所定の噴射角度θ（例えば、５０°）を有する円管ノズル１４が、幅方向に所定のピッチで１列に並んで配置されている。

これらの円管ノズル１４は、内径が３〜１０ｍｍφで内面が滑らかな直管ノズルであり、円管ノズル１４から噴射される冷却水は棒状冷却水である。この棒状冷却水は、一定の方向、すなわち、鋼帯１２の進行方向には、鋼帯１２と所定角度θをなすようになる。また、鋼帯１２の幅方向には、鋼帯１２と平行にしてもよいが、噴射された冷却水を速やかに鋼帯１２の両幅端部から外側に流下させるためには、鋼帯１２の幅方向中心から１°〜３０°、好ましくは５°〜１５°程度外側へ向けて傾斜させることが望ましい。また、円管ノズル１４の出口の高さ位置は、鋼帯１２が上下動しても円管ノズル１４に接触しないように、鋼帯１２上面から所定の高さ（例えば、１０００ｍｍ）離すようにしている。

ここで、本発明における棒状冷却水とは、円形状（楕円や多角の形状も含む）のノズル噴出口からある程度加圧された状態で噴射される冷却水であって、ノズル噴出口からの冷却水の噴射速度が７ｍ/ｓ以上であり、ノズル噴出口から鋼帯に衝突するまでの水流の断面がほぼ円形に保たれた連続性と直進性のある水流の冷却水のことをいう。すなわち、円管ラミナーノズルからの自由落下流や、スプレーのような液滴状態で噴射されるものとは異なる。

さらに、円管ノズル１４の配置については、前の列の棒状冷却水の衝突位置のほぼ中間に次の列の棒状冷却水の衝突位置が来るように、列ごとに円管ノズル１４の幅方向位置をずらして配置することが好ましい。これによって、幅方向に隣り合う棒状冷却水の間で冷却が弱くなる部分に次の列の棒状冷却水が衝突し、冷却が補完されて幅方向に均一な冷却がなされる。

そして、各４列の円管ノズル１４から、鋼帯１２の略同一位置に向けて（例えば同一のテーブルローラ９に向けて）、鋼帯進行方向の上流側と下流側から対向して冷却水が噴射される。

このように、１列に並んだ円管ノズル１４から棒状冷却水を噴射すると、棒状冷却水流群は各棒状冷却水が並走して断続的ではあるが擬似平面状に流れる。その上で、各４列の円管ノズル１４が鋼帯の進行方向上流側と下流側から対向して噴射しているために、鋼帯１２に衝突した冷却水は互いに堰き止め合って、衝突した位置で鋼帯１２の両幅端部から外側に流下するようになるので、冷却水が鋼帯上を上流側および下流側に流出することが抑止される。

その際、噴射角度θが６０°を越えると、鋼帯１２の速度によっては、鋼帯上を冷却水が上流側および下流側に流出する可能性があるので、噴射角度θは６０°以下とするのが好ましい。噴射角度θを６０°以下にすれば、鋼帯１２の速度によらず、鋼帯上を冷却水が上流側および下流側に流出することはない。より好ましくは噴射角度θは５０°以下である。ただし、噴射角度θを４５°より小さくすると、鋼帯１２と円管ノズル１４の衝突を回避するために鋼帯１２からの円管ノズル１４の高さを所望の値（例えば、１０００ｍｍ）にしようとすると、円管ノズル１４から噴射された棒状冷却水が鋼帯１２に衝突するまでの距離が離れすぎてしまい、途中で棒状冷却水が分散して、冷却特性が落ちる危険性がある。したがって、噴射角度θを４５°〜６０°とするのが好ましく、さらには４５°〜５０°程度とするのが一層好ましい。

ちなみに、本発明の冷却装置１１において、鋼帯１２上面の冷却水ノズルとして棒状冷却水を噴射する円管ノズル１４を採用しているのは、次の理由による。

すなわち、冷却を確実に行うには、鋼帯１２まで冷却水を確実に到達させ、衝突させる必要がある。そのためには、鋼帯１２上面の滞留水の水膜を破って鋼帯１２まで新鮮な冷却水を到達させなければならず、スプレーノズルから噴射された液滴群のような貫通力が弱い冷却水滴流ではなく、連続性と直進性のある高い貫通力を持った水流となる棒状冷却水である必要がある。さらに、従来使われている円管ラミナーノズルによるラミナー流は、自由落下流であるので、滞留水膜があると鋼帯１２まで冷却水が到達しにくい上に、滞留水がある場合とない場合で冷却能力に違いが生じることや、鋼帯１２上に落下した水が前後左右に広がるので鋼帯の速度が変化した場合に冷却能力が変化する等の問題がある。したがって、本発明では、円管ノズル１４（楕円や多角の形状であってもよい）を用い、ノズル噴出口からの冷却水の噴射速度が７ｍ／ｓ以上であり、ノズル噴出口から鋼帯に衝突するまでの水流の断面がほぼ円形に保たれる連続性と直進性のある棒状冷却水を噴射するようにしている。ノズル噴出口からの冷却水の噴射速度が７ｍ／ｓ以上である棒状冷却水によれば、冷却水を傾斜させて噴射した場合であっても安定的に鋼帯上面の滞留水の水膜を突き破ることができるからである。

また、棒状冷却水群の代わりに連続的なカーテン状のラミナー流を採用することが考えられるが、ノズルが目詰まりしない程度のギャップ（現実的には３ｍｍ以上必要）を持つスリット状ノズルとした場合、円管ノズル１５を幅方向に間隔を空けて設置した場合と比較してノズル断面積が極めて大きくなる。そのため、滞留水膜への貫通力を持たせるためにノズル噴出口からの噴射速度７ｍ／ｓ以上で冷却水を噴射しようとすると、極めて多い水量が必要となり、設備コストが甚大となって実現困難である。さらに、カーテン状のラミナー流では１列目で鋼帯１２に衝突した冷却水が層状になって２列目以降の冷却水の衝突を妨げるので、２列目以降の冷却能力が落ちるあるいは幅方向に冷却能力に差が生じるなどの問題がある。これに対して、棒状冷却水であれば層状の滞留水を部分的に押しのけて棒状冷却水は鋼帯１２に到達する。押しのけられた冷却水は断続的に途切れた棒状冷却水の間をかいくぐって流れるので冷却後の滞留冷却水が後の冷却の妨げとなりにくい。

なお、本発明の冷却装置１１においては、複数の冷却ユニット１７を所定の間隔をおいて配置しているので、それぞれの冷却ユニット１７での冷却の間に空冷ゾーンを設けるいわゆる間欠冷却となる。したがって、特に、表面が過冷却されてマルテンサイトのような硬質層が生成しやすい鋼帯の冷却の場合に、表層の温度が下がっても、その次の空冷ゾーンで内部からの熱によって復熱するので、表層の過冷却を抑制し、温度バラツキだけでなくミクロな組織の鋼帯厚み方向のバラツキを少なくする効果がある。ここで、本実施形態では、上面に設置されている本発明の冷却装置１１が、下面に設置されている従来型であるスプレーノズル１０よりも冷却能力が高いため、上面冷却と下面冷却とがバランスするように上面冷却の間隔を設定したり、下面側の冷却水の圧力や流量を多くすることが好ましい。

また、本発明の冷却装置１１においては、冷却ユニット１７の下流側に、冷却水が流出しないように、空気噴射ノズル２０が設けて水切りを行うようにしている。その際、水切り手法としては、水を噴射する水切り手法が一般的に用いられるが、鋼帯表面温度が５５０℃以下の場合には水による水切りは鋼板の表面に冷却水が張り付き、水切りを不完全とし、局所的な過冷却を引き起こすおそれがあるので、その場合は空気を噴射する水切りが望ましい。なお、空気噴射ノズル２０は、全ての冷却ユニット１７の下流側に設けることが望ましいが、少なくとも最下流側の冷却ユニット１７の下流側に設ければよい。

そして、上記のように構成された冷却装置１１を用いる際には、冷却の制御は次のようにして行う。

まず、鋼帯の速度、計測した温度、板厚目標の冷却停止温度までの冷却量から、噴射する上面の冷却ゾーンの長さを求める。そして、求めた冷却ゾーン長をカバーする冷却ユニット１７の数と、その冷却ユニット１７において噴射する冷却ノズルヘッダ１３の列数を決定し、対応する噴射弁１６を開く。それ以降は、冷却後の温度計の実績をみて、鋼板速度の変更（加速・減速）を勘案しながら、冷却ゾーン長さを変更すべく、冷却ユニット１７の数と噴射する冷却ノズルヘッダ１３の列数を調整する。冷却ノズルヘッダ１３の列数を変更する際は、冷却水が鋼帯上の非冷却ゾーン（空冷ゾーン）に流出することを極力防止するために、上流側から下流側へ向けて噴射する列数と下流側から上流側へ向けて噴射する列数を、冷却水の流体圧力が鋼帯の上流側と下流側でバランスするように調整することが望ましい。例えば、上流側と下流側の冷却ノズルヘッダを対にしてオン−オフさせることが望ましい。

以上のようにして、この実施形態においては、以下に述べるような効果を得ることができる。
（１）鋼帯の先端から尾端まで均一に冷却を施すことができ、鋼帯の品質が安定する。それにともなって鋼帯の切り捨て代が少なくなって歩留まりが高くなる。
（２）間欠的な冷却を行うことで、特に５００℃以下の低温度域まで冷却する場合に鋼帯の表層の組織異常（例えばマルテンサイト生成）がなく、目標とする組織が鋼帯断面全面（表層から板厚中心部まで）に得られる。

なお、上記の第一の実施形態の図２では、上面冷却の対向噴射位置（衝突位置）をテーブルローラ上としているが、これは通板安定性の点から好ましいからである。

しかし、それに限定されるものではなく、例えば、図３のように、上面冷却の対向噴射位置（衝突位置）がテーブルローラとテーブルローラの間になるようにしてもかまわない。その際に、上面冷却装置からの棒状冷却水により鋼帯が押さえ付けられることにより、テーブルローラ間で鋼帯に撓みが発生し、通板が不安定になる可能性があることから、これを防止するために、下面冷却は上面冷却の押し付け力とほぼ同等の押し上げ力を持つように、従来型の冷却装置に比べて高圧力で大水量の冷却水を噴射することが望ましい。

また、上面冷却ユニット１７は、鋼帯進行方向の上流側と下流側に分かれて、図２では各４列、図３では各８列の冷却ノズルヘッダ１３を備えているが、その列数は限定されるものではなく、適切な列数を設置するようにすればよい。ただし、列数が増えてくると、棒状冷却水の鋼帯に衝突する範囲が鋼帯進行方向に長くなってくるため、必ずしもテーブルローラ直上のみで棒状冷却水を鋼帯に衝突させることができなくなるが、その際には、テーブルローラ直上とテーブルローラ間の両者にまたがって棒状冷却水を鋼帯に衝突させればよい。すなわち、例えば、図４のように、鋼帯進行方向の上流側と下流側にノズルヘッダを１６列ずつ設置した場合は、棒状冷却水の鋼帯に衝突する範囲がテーブルローラの取り付けピッチより長くなる場合もあるので、この場合は、テーブルローラ直上とテーブルローラ間の両者にまたがっていてもかまわない。

また、上記の第一の実施形態では、ランナウトテーブル５に設けられる鋼帯上面冷却の冷却装置として、従来型の冷却装置７と本発明の冷却装置１１がその順に配置されているが、これに限定されるものではなく、他の実施形態を後述するように、ランナウトテーブル５に設けられる冷却装置の一部または全部が本発明の冷却装置１１により構成されていればよい。ただし、前述したように、巻き取り温度によっては巻き取り機に近い領域で冷却が遷移沸騰とよばれる不安定な状態となる場合があるが、本発明の冷却装置１１によれば、全面核沸騰となり、冷却が不安定となる遷移沸騰領域を回避することができる。従って、巻き取り温度によらず、安定した冷却が可能となり、巻き取り温度を精度よく制御することができるため、少なくとも巻き取り機の直前に本発明の冷却装置１１を配置することが好ましい。このような配置とすることで、低温（５００℃以下）の巻き取り温度においても不安定な冷却がなく、温度ばらつきが小さい。その結果、強度や伸びといった鋼帯の品質が鋼帯全長にわたって均質となる。

次に、図５は、本発明の第二の実施形態における熱延鋼帯の製造設備を示すものである。

粗圧延から巻き取りまでの製造工程は第一の実施形態と同じであるが、この第二の実施形態においては、本発明の冷却装置１１が従来型の冷却装置７の上流側に配置されている。ちなみに、ここでは、本発明の冷却装置１１には、図４に示したような各１６列の冷却ノズルヘッダを備えた上面冷却ヘッダユニットが鋼帯進行方向に３ユニット取り付けられている。そして、第一の実施形態と同じく、ランナウトテーブル５には、例えば長手方向に約４００ｍｍピッチで、直径３３０ｍｍの回転する鋼帯搬送用のテーブルローラ９が配置されており、これらテーブルローラ９上を鋼帯１２が進行していく。なお、この領域における下面側の冷却装置は特に限定するものではなく、ここでは、前述した従来型の冷却装置７の領域と同様のスプレーノズル１０を用いている。ただし、本発明の冷却装置１１がテーブルローラ間にも棒状冷却水を衝突させていることから、鋼帯通板中に鋼帯が上から押し付けられて撓みやすいので、これを矯正するために、下面側の冷却装置に採用しているスプレーノズル１０からの冷却水の水量と水圧を大きくして、上下の力がバランスするようにしている。

そして、図４に示したように、各冷却ノズルヘッダ１３には、供給管１５がつながれていて、それぞれの供給管１５は弁１６によって独立にオン−オフ制御が可能になっているとともに、各冷却ノズルヘッダ１３には、鋼帯進行方向に対して所定の噴射角度θ（例えば、４５°）を有する円管ノズル１４が、幅方向に所定のピッチで１列に並んで配置されている。

これらの円管ノズル１４は、第一の実施形態と同じく、内径が３〜１０ｍｍφで内面が滑らかな直管ノズルであり、噴射される冷却水は棒状冷却水である。棒状冷却水は一定の方向、すなわち、鋼帯１２の進行方向には、鋼帯１２と所定角度θをなすようになる。また、棒状冷却水の鋼帯１２の幅方向の取り付けピッチや棒状冷却水などの構造は基本的に第一の実施形態と同じようにすればよい。

さらに、ここでも、冷却ユニット１７の下流側に、冷却水が流出しないように、第一の実施形態で行った水切り方法を実施すればよい。

そして、冷却ノズルヘッダの注水順番などは第一の実施形態で説明したようにすればよい。

以上のようにして、本実施形態でも基本的に第一の実施形態と同じ（１）、（２）の効果を得ることができるが、加えて（３）のような効果も得ることができる。すなわち、
（１）鋼帯の先端から尾端まで均一に冷却を施すことができ、鋼帯の品質が安定する。それにともなって鋼帯の切り捨て代が少なくなって歩留まりが高くなる。
（２）間欠的な冷却を行うことで、特に低温度域まで冷却する場合に鋼帯の表層の組織異常（例えばマルテンサイト生成）がなく、目標とする組織が鋼帯断面全面（表層から板厚中心部まで）に得られる。
（３）各冷却ユニットのノズル列数を増やし、且つ冷却ユニット間の空冷帯を短めにすることにより、冷却速度を比較的速くでき、且つ板厚方向に冷却速度差があまり付かないので、鋼帯の全体にベーナイト等の硬質層を生成させることができるため、高強度な材料を製造することが可能となる。

なお、第一の実施形態では、ランナウトテーブル５に設けられる鋼帯上面冷却の冷却装置として、従来型の冷却装置７の下流側に本発明の冷却装置１１が配置され、第二の実施形態では、従来型の冷却装置７の上流側に本発明の冷却装置１１が配置されているが、これに限定されるものではない。

例えば、第三の実施形態として、図６に示すように、本発明の冷却装置１１の下流側に従来型の冷却装置７を配置し、さらにその下流側に本発明の冷却装置１１を配置するようにしてもよい。その際に、上流側の本発明の冷却装置１１（仕上げ圧延機４に近い方の冷却装置）を図４に示した冷却ノズルヘッダとし、下流側の本発明の冷却装置１１（巻き取り機６に近い方の冷却装置）を図２に示した冷却ノズルヘッダとしたり、またその逆の構成にしたりしてもかまわない。

また、第四の実施形態として、本発明の冷却装置１１のみを配置するようにしてもよい。その際に、図２〜図４に示した冷却ノズルヘッダが混在していてもかまわない。

つまり、ランナウトテーブル５に設けられる冷却装置の一部または全部が本発明の冷却装置１１により構成されていればよい。

ちなみに、前述したように、巻き取り温度によっては巻き取り機に近い領域で冷却が遷移沸騰とよばれる不安定な状態となる場合があるが、本発明の冷却装置１１によれば、全面核沸騰となり、冷却が不安定となる遷移沸騰領域を回避することができる。巻き取り温度を低く（例えば５００℃以下）する必要がある場合には、巻き取り装置近傍に本発明の冷却装置１１を設置すればよい。また、板厚全体にわたってベーナイトやマルテンサイトなどの硬質層を出すことにより高強度材料を製造する場合には、仕上げ圧延後速やかに急速冷却するのが好ましいため、空冷帯長さがなるべく短くなるように冷却ユニットを配置し、且つ仕上げ圧延機近くに設置することが好ましい。無論、低温巻き取りをして且つ高強度材を製造する場合には、図６に示した第三の実施形態のように、ランナウトテーブルの前段と後段の両方に本発明の冷却装置１１を設置すればよい。

本発明の実施例を説明する。

［本発明例１］
本発明例１として、上記の第一の実施形態に基づいて、図１に示す設備配置で、図２に示す冷却ノズルヘッダ装置を使って、仕上げ板厚２．８ｍｍの鋼帯を製造した。なお、本発明の冷却装置１１では、上流側及び下流側に各４列の冷却ノズルヘッダを備えた冷却ユニットを６ユニット設置した。そして、仕上げ圧延機４出側での鋼帯速度は鋼帯先端部で７００ｍｐｍ、鋼帯先端部が巻き取り機６に到達して以降は順次速度を上げて最高１０００ｍｐｍまで増速した。鋼帯の仕上げ圧延機出側の温度は８５０℃で、従来の冷却装置１０を使っておよそ６００℃まで冷却し、以降目標の巻き取り温度である４００℃までは本発明の冷却装置１１を使って冷却した。なお、ここでは、冷却装置１１からの冷却水の噴射角度θを５０°とし、鋼帯と衝突した時点での冷却水の鋼帯長手方向の流速が鋼帯の最高速度以上となるように、冷却水の噴射速度を３０ｍ／ｓとした。これにより、鋼帯長手方向の流速は３０ｍ／ｓ×ｃｏｓ５０°≒１１５２ｍｐｍとなる。

そして、冷却の制御は次のように行った。鋼帯の速度、計測した温度、板厚目標の冷却停止温度までの冷却量から冷却水を噴射する上面と下面の冷却ゾーンの長さを求める。求めた冷却ゾーン長をカバーする上面冷却条件と下面冷却条件をもとめ、下面冷却分を除いた上で、上面冷却に関して、冷却ユニット１７の数と、その冷却ユニット１７において噴射する冷却ノズルヘッダ１３の列数を決定し、対応する噴射弁１６を開く。それ以降は、冷却後の温度計の実績をみて、鋼板速度の変更（加速・減速）を勘案しながら、冷却ゾーン長さを変更すべく、冷却水ユニットの数と噴射する冷却ノズルヘッダの列数を調整した。ただし、噴射する冷却ノズルヘッダの列数を変更する際は、上流側から噴射する列数と下流側から噴射する列数を、冷却水の流体圧力が鋼帯の上流側と下流側でバランスするように、上流側と下流側の冷却ノズルヘッダを対にしてオン−オフさせた。

さらに、各冷却ユニット１７出側で鋼帯上面表面がマルテンサイトにならないように、冷却ユニット１７のゾーン長さを調整し、さらに次の空冷ゾーンで内部からの熱の拡散で十分復熱が完了するように空冷ゾーン長さを決定し、以降の冷却ユニット１７の使用条件を決定した。ちなみに、ここで用いた鋼は、３５０℃以下でマルテンサイト組織が生成するので、表面が３５０℃以下にならないように冷却を制御した。

その結果、本発明例１においては、巻き取り機６における鋼帯温度が全長に渡って４００℃±１０℃以内となり、非常に均一な冷却が実現できた。また、鋼帯上面表層に焼き戻されたマルテンサイト組織が存在することもなかった。これによって、安定した品質の鋼帯を得ることができた。

［本発明例２］
本発明例２として、上記の第一の実施形態に基づいて、図１に示す設備配置で、図３に示す冷却ノズルヘッダ装置を使って、仕上げ板厚２．４ｍｍの鋼帯を製造した。なお、本発明の冷却装置１１では、上流側及び下流側に各８列の冷却ノズルヘッダを備えた冷却ユニットを３ユニット設置した。そして、仕上げ圧延機４出側での鋼帯速度は鋼帯先端部で７５０ｍｐｍ、鋼帯先端部が巻き取り機６に到達して以降は順次速度を上げて最高１０００ｍｐｍまで増速した。鋼帯の仕上げ圧延機出側の温度は８６０℃で、従来の冷却装置１０を使っておよそ６５０℃まで冷却し、以降目標の巻き取り温度である４５０℃までは本発明の冷却装置１１を使って冷却した。なお、ここでは、冷却装置１１からの冷却水の噴射角度θを４５°とし、鋼帯と衝突した時点での冷却水の鋼帯長手方向の流速が鋼帯の最高速度以上となるように、冷却水の噴射速度を３５ｍ／ｓとした。これにより、鋼帯長手方向の流速は３０ｍ／ｓ×ｃｏｓ４５°≒１４８４ｍｐｍとなる。

そして、上記の本発明例１と同様に、冷却の制御、すなわち冷却ゾーン長さを変更すべく、冷却水ユニットの数と噴射する冷却ノズルヘッダの列数を調整した。

さらに、各冷却ユニット１７出側で鋼帯上面表面がマルテンサイトにならないように、水冷と空冷を繰り返す冷却（間欠冷却）をするために、３個の冷却ユニット１７において、各冷却ユニット１７で噴射する冷却ノズルヘッダの列数を変化させることにより、それぞれの冷却ユニット１７の冷却ゾーン長さを調整して、冷却ユニットの使用条件を決定した。ちなみに、ここで用いた鋼は、３５０℃以下でマルテンサイト組織が生成するので、表面が３５０℃以下にならないように冷却を制御した。

その結果、本発明例２においては、巻き取り機６における鋼帯温度が全長に渡って４５０℃±８℃以内となり、非常に均一な冷却が実現できた。また、鋼帯上面表層に焼き戻されたマルテンサイト組織が存在することもなかった。これによって、安定した品質の鋼帯を得ることができた。

［本発明例３］
本発明例３として、上記の第二の実施形態に基づいて、図５に示す設備配置で、図４に示す冷却ノズルヘッダ装置を使って、仕上げ板厚３．６ｍｍの鋼帯を製造した。なお、本発明の冷却装置１１では、上流側及び下流側に各１６列の冷却ノズルヘッダを備えた冷却ユニットを５ユニット設置した。そして、仕上げ圧延機４出側での鋼帯速度は鋼帯先端部で６００ｍｐｍ、鋼帯先端部が巻き取り機６に到達して以降は順次速度を上げて最高８００ｍｐｍまで増速した。鋼帯の仕上げ圧延機出側の温度は８４０℃で、本発明の冷却装置１１を使っておよそ６５０℃まで冷却し、以降目標の巻き取り温度である５００℃までは従来型の冷却装置７を使って冷却した。なお、ここでは、冷却装置１１からの冷却水の噴射角度θを５５°とし、鋼帯と衝突した時点での冷却水の鋼帯長手方向の流速が鋼帯の最高速度以上となるように、冷却水の噴射速度を３０ｍ／ｓとした。これにより、鋼帯長手方向の流速は３０ｍ／ｓ×ｃｏｓ５５°≒１０３２ｍｐｍとなる。

そして、上記の本発明例１と同様に、冷却の制御、すなわち冷却ゾーン長さを変更すべく、冷却水ユニットの数と噴射する冷却ノズルヘッダの列数を調整した。

ちなみに、ここで用いた鋼は、板厚全体をベーナイト化したいため、８００℃から６００℃までの冷却中に高い冷却速度が必要であるが、３５０℃以下になるとマルテンサイト組織が生成するので、表面が３５０℃以下にならないように冷却を制御した。すなわち、冷却速度を高め、且つ表面が３５０℃以下とならないように、空冷部分と水冷部分の距離を調整しておいた。

その結果、本発明例３においては、巻き取り機６における鋼帯温度が全長に渡って５００℃±１２℃以内となり、非常に均一な冷却が実現できた。また、冷却速度が高くかつ安定していたため、鋼帯板厚方向に均一なベーナイト組織が生成でき、高強度材を製造することができた。

［本発明例４］
本発明例４として、上記の第三の実施形態に基づいて、図６に示す設備配置で、ランナウトテーブルの前段は図４に示す冷却ノズルヘッダ装置を使い、ランナウトテーブルの後段は図２に示す冷却ノズルヘッダ装置を使って、仕上げ板厚４．０ｍｍの鋼帯を製造した。なお、前段の本発明の冷却装置１１では、上流側及び下流側に各１６列の冷却ノズルヘッダを備えた冷却ユニットを５ユニット設置し、後段の本発明の冷却装置１１では、上流側及び下流側に各４列の冷却ノズルヘッダを備えた冷却ユニットを３ユニット設置した。そして、仕上げ圧延機４出側での鋼帯速度は鋼帯先端部で５００ｍｐｍ、鋼帯先端部が巻き取り機６に到達して以降は順次速度を上げて最高５５０ｍｐｍまで増速した。鋼帯の仕上げ圧延機出側の温度は８５０℃で、前段の本発明の冷却装置１１を使っておよそ６５０℃まで冷却し、その後、従来型の冷却装置７は使わずに、目標の巻き取り温度である４００℃までは、前段の本発明の冷却装置１１を使って冷却した。なお、ここでは、前段および後段の各冷却装置１１からの冷却水の噴射角度θを４５°とし、鋼帯と衝突した時点での冷却水の鋼帯長手方向の流速が鋼帯の最高速度以上となるように、冷却水の噴射速度を３０ｍ／ｓとした。これにより、鋼帯長手方向の流速は３０ｍ／ｓ×ｃｏｓ４５°≒１２７２ｍｐｍとなる。

そして、上記の本発明例１と同様に、冷却の制御、すなわち冷却ゾーン長さを変更すべく、冷却水ユニットの数と噴射する冷却ノズルヘッダの列数を調整した。

ちなみに、ここで用いた鋼は、板厚全体をベーナイト化したいため、８００℃から６００℃までの冷却中に高い冷却速度が必要であるが、３５０℃以下になるとマルテンサイト組織が生成するので、表面が３５０℃以下にならないように冷却を制御した。すなわち、冷却速度を高め、且つ表面が３５０℃以下とならないように、前段と後段の各冷却装置１１において、空冷部分と水冷部分の距離を調整しておいた。

その結果、本発明例４においては、巻き取り機６における鋼帯温度が全長に渡って４００℃±１１℃以内となり、非常に均一な冷却が実現できた。また、冷却速度が高くかつ安定していたため、鋼帯板厚方向に均一なベーナイト組織が生成でき、高強度材を製造することができた。

［比較例１］
上記の本発明例１、２、４で示した５００℃未満の低温巻き取りにおける本発明の効果と比較するために、比較例１として、本発明例１と同じ設備において、本発明の冷却装置１１は使用せずに、従来の冷却装置７（上面の円管ラミナーノズル８と下面のスプレーノズル１０）だけで目標の巻き取り温度である４００℃まで冷却した。その他は、本発明例１と同様にした。

その結果、比較例１においては、円管ラミナーノズル８によるラミナー流が自由落下流であるので、滞留水膜があると鋼帯１２まで冷却水が到達しにくい上に、滞留水がある場合とない場合で冷却能力に違いが生じ、鋼帯長手方向に温度のハンチングが見られた。特に、巻き取り機６での巻き取りが開始して鋼帯に張力が掛かるまでの間に、鋼帯先端部で凹状になった部分に滞留水が滞留し、それによって鋼帯長手方向に温度のムラが生じた。したがって、鋼帯内の温度のばらつきが大きく、巻き取り機６での狙いの温度４００℃に対して２５０℃〜４５０℃と大きくばらついた。そのために、鋼帯内の強度のばらつきが大きかった。

［比較例２］
上記の本発明例３、４で示した本発明の冷却装置１１による仕上圧延直後の急速冷却の効果と比較するために、比較例２として、本発明例１と同じ設備において、本発明の冷却装置１１は使用せずに、従来の冷却装置７（上面の円管ラミナーノズル８と下面のスプレーノズル１０）だけで目標の巻き取り温度である５００℃まで冷却した。その他は、本発明例３と同様にした。

その結果、比較例２においては、円管ラミナーノズル８によるラミナー流が自由落下流であるので、滞留水膜があると鋼帯１２まで冷却水が到達しにくい上に、滞留水がある場合とない場合で冷却能力に違いが生じ、鋼帯長手方向に温度のハンチングが見られた。特に、巻き取り機６での巻き取りが開始して鋼帯に張力が掛かるまでの間に、鋼帯先端部で凹状になった部分に滞留水が滞留し、それによって鋼帯長手方向に温度のムラが生じた。したがって、鋼帯内の温度のばらつきが大きく、巻き取り機６での狙いの温度５００℃に対して４００℃〜５００℃と大きくばらついた。そのために、鋼帯内の強度のばらつきが大きかった。また、本発明例３、４に比べて冷却速度が遅いため、局所的にフェライトやパーライトなどの軟質層が生成し、目的とする強度を得ることができなかった。

本発明の第一の実施形態における圧延設備の概略の構成図である。 本発明の第一の実施形態における冷却装置の説明図である。 本発明の第一の実施形態における冷却装置の説明図である。 本発明の第一の実施形態における冷却装置の説明図である。 本発明の第二の実施形態における圧延設備の概略の構成図である。 本発明の第三の実施形態における圧延設備の概略の構成図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１…粗圧延機
２…粗バー
３…テーブルローラ
４…連続仕上げ圧延機群
４Ｅ…最終仕上げ圧延機
５…ランナウトテーブル
６…巻き取り機
７…従来型の冷却装置
８…円管ラミナーノズル
９…テーブルローラ
１０…スプレーノズル
１１…本発明の冷却装置
１２…鋼帯
１３…冷却ノズルヘッダ
１４…円管ノズル
１５…供給管
１６…噴射弁
１７…上面の冷却ユニット
２０…空気噴射ノズル

Claims (10)

1. ランナウトテーブル上を搬送される仕上圧延後の熱延鋼帯を冷却する熱延鋼帯の冷却装置であって、
   鋼帯の上面側に、鋼帯の進行方向に対してそれぞれ下流側と上流側とに向けて傾斜させた棒状冷却水を噴射する冷却ノズルを対向するように配置したことを特徴とする熱延鋼帯の冷却装置。
2. 前記冷却ノズルは鋼帯幅方向に複数個配置されるとともに、前記冷却ノズルにより噴射される棒状冷却水と鋼帯との成す角度が６０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼帯の冷却装置。
3. 前記下流側に向けて傾斜させた冷却ノズルと前記上流側に向けて傾斜させた冷却ノズルは、それぞれ鋼帯の進行方向に複数列配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱延鋼帯の冷却装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却装置を１つの冷却装置ユニットとし、該冷却装置ユニットを鋼帯の進行方向に複数配置したことを特徴とする熱延鋼帯の冷却装置。
5. 前記冷却装置ユニットの下流側に、鋼帯上面の冷却水の水切りを行う水切り手段を配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却装置。
6. ランナウトテーブル上を搬送される仕上圧延後の熱延鋼帯の冷却方法であって、
   鋼帯の上面側に、鋼帯の進行方向下流側に向けて傾斜させた棒状冷却水と鋼帯の進行方向上流側に向けて傾斜させた棒状冷却水とを対向させて噴射することを特徴とする熱延鋼帯の冷却方法。
7. 前記棒状冷却水と鋼帯との成す角度が６０°以下であることを特徴とする請求項６に記載の熱延鋼帯の冷却方法。
8. 前記下流側に向けて傾斜させた棒状冷却水と前記上流側に向けて傾斜させた棒状冷却水を、それぞれ鋼帯の進行方向に複数列噴射することを特徴とする請求項６または７に記載の熱延鋼帯の冷却方法。
9. 前記傾斜させた棒状冷却水の対向噴射を、鋼帯の進行方向に間隔を空けて複数箇所で行なうことにより、水冷と空冷とを繰り返す間欠的な冷却を行うことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却方法。
10. 前記傾斜させた棒状冷却水を対向噴射する位置よりも下流側に設けられた水切り手段により、冷却水の水切りを行うことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却方法。

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