JP4029865B2 - 熱延鋼板の製造設備及び熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱延鋼板を高能率で製造するための設備、及び、熱延鋼板の製造方法に関する。

熱延鋼板は、通常、加熱されたスラブを粗圧延機および連続熱間仕上げ圧延機を用いて処理することにより所定の厚みに加工され、引き続き、ランアウトテーブル上の冷却スタンドにおいて冷却された後、巻き取り装置によって巻き取られる。そして、これらの装置を有する熱延鋼板の製造設備により行われる薄板熱間圧延では、ライン速度を速くすることで、その製造能率の向上を図ることができる。近年におけるモータの高性能化により、圧延機自体の速度を速くすることは容易に実現可能である反面、ランアウトテーブルにおける鋼板搬送速度を高速にすると鋼板の冷却時間が短くなるため、鋼板の冷却に与える影響が懸念される。

従来よりも高速の搬送速度であっても鋼板を所定の温度まで冷却可能とするために、ランアウトテーブルを十分に長くすることも考えられるが、十分に長いランアウトテーブルを有するラインは、設備の新設時においても既存設備の改造時においても費用がかさむため、好ましくない。一方で、圧延鋼板の先端部は走行が不安定であることから、当該先端部が巻き取り装置に到達するまでの間は比較的低速で圧延せざるを得ない。そのため、ランアウトテーブルを長くすると、それに伴って、低速で通板を行う時間も長くなる結果、鋼板搬送速度の高速化により得られる効果が減少してしまうという問題がある。

そこで、ランアウトテーブルの単位長さあたりの冷却能力、すなわち冷却効率を高めることで、従来よりも高速の搬送速度であっても鋼板を所定の温度まで冷却可能なランアウトテーブルとすることが望まれる。一般に、ランアウトテーブルにおける冷却は、上部においては円管ノズルからのラミナー注水、下部においてはテーブルローラー間に設置された円錐スプレーノズルからの噴射で行われている。したがって、かかる装置形態を維持したままランアウトテーブルの冷却効率を高めるためには、ノズルから噴射される冷却水の流量を増す必要がある。しかし、特に、鋼板上面側の流量増加は、鋼板上における滞留水の増大を招き、鋼板表面に生じる沸騰膜を破るために十分な流水の衝突力が得られ難くなるため、流量増加による冷却能率改善には限界があるという問題がある。また、多量の滞留水は鋼板の走行を著しく阻害するという問題もある。

これらの問題を解決することを目的とした技術が、これまでに開示されてきている。例えば、特許文献１には、巻き取り装置を最終仕上げ圧延機から３０ｍ以内に配置し、その間に円管ラミナーノズル方式の急冷却装置を設けることにより、高速通板、高速圧延を可能とする方法が開示されている。また、特許文献２には、冷却ヘッダを鋼板に近接させる方式の冷却装置を最終仕上げ圧延機後方に設置する技術が開示されている。
特開２００３−２１１２０５号公報 特開２００１−２４６４１０号公報

しかし、特許文献１に開示されている技術では、その冷却能力は板厚２ｍｍの鋼板を２００℃／ｓで冷却する（熱伝達係数に換算すると約３０００ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２・℃）程度であるため、一般に圧延材の大半を占める板厚３ｍｍ以上の鋼板を製造する際には、圧延速度を下げざるを得ないという問題があった。

一方で、冷却装置の能力を飛躍的に向上させるためには、鋼板の至近距離から高速の水流を高密度で噴射する方式の冷却に頼らざるを得ないのが現状であり、この方式に関する技術が特許文献２に開示されている。しかし、特許文献２で例示されている冷却装置の冷却能力は板厚３ｍｍで５００℃／ｓとなっているものの、これは冷却ヘッダ部における局部的な能力であり、冷却装置内の平均冷却速度は２７０℃／ｓ（熱伝達係数に換算すると約６０００ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２・℃）に過ぎない。ところが、かかる冷却能力では、高速通板される鋼板を十分に冷却し難いことから、当該能力を有する冷却装置により圧延能率の向上を図るのは困難であるという問題があった。

本発明は、ランアウトテーブルにおける冷却効率を可能な限り高めるとともに、圧延所要時間を最短化することを目的としている。但し、そもそもランアウトテーブルにおける冷却は、鋼板の組織、特性を制御するために行われるものであり、冷却終点温度のみならず、途中における冷却速度にも制約があるのが現状である。

例えば、特許文献１における最終仕上げ圧延機から３０ｍ以内に配置された巻き取り装置と、特許文献２における３ｍｍ厚の鋼板を３００℃／ｓで急冷可能な冷却装置とを有する製造設備で鋼板の圧延を行う場合を考える。この場合、仮に、１３００ｍｐｍの速度で鋼板を圧延したとしても、連続熱間仕上げ圧延機後における温度（以下において、「圧延終了温度」と記述する。）が９００℃である鋼板を５００℃にまで冷却することができるため、冷却効率としては十分に高能率と言える。しかし、このようにして製造された鋼板の組織は、フェライト相の粒径や分率が従来製造法による鋼板と著しく異なるため、新たに材質設計をし直す必要が生じる可能性が高いという問題がある。
ここで、冷却速度が高くなるほど鋼板温度の制御性が悪くなり、特に４００〜５００℃の遷移沸騰領域では鋼板の温度制御が極めて困難になることが知られている。そのため、従来製造法による鋼板と同等程度の組織を有する鋼板を得るためには、特に低温域における冷却速度を、従来製造法と同等程度にする必要があると考えられる。

他方、ランアウトテーブルの広範囲に渡って鋼板の近距離からジェット水を噴射する方式の冷却装置を設置すると、設備費が大きく、特に既存設備において水冷装置を改造する場合には、設備費が著しく大きくなるという問題もある。

そこで、本発明は、上記従来の問題を解決するために、熱延鋼板の圧延能率を向上させることができる熱延鋼板の製造設備、及び、圧延能率の高い熱延鋼板の製造方法を提供することを課題とする。

発明者らは、急速冷却に関する研究調査を行い、以下の知見を得た。
（１）鋼板長手方向におけるノズル間隔を密にして冷却水の流量密度を高めることにより、熱伝達係数に換算して２００００ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２・℃の冷却が可能である。これは、板厚３ｍｍの鋼板を約９００℃／ｓで冷却可能な能力に相当する。かかる冷却速度で、例えば、板厚方向における平均温度が８５０℃である当該鋼板の平均温度を６５０℃にまで低下させる冷却を行うと、この鋼板の表面温度は瞬間的に５００℃以下にまで低下し、その後、当該鋼板は約０．１ｓで均熱化する。
（２）冷却水の流量密度を高めると、鋼板上面における滞留水が多量となるため、従来から行われているカウンタースプレー式の水切りでは対応できない。一方で、この滞留水を完全に堰止めると、その水位が３００ｍｍ以上に達する場合がある。
（３）４００ｍｍ以上の大径の堰止めロールで冷却水を堰止めし、堰止めロールと最終スタンドのロールとの間に形成された滞留水のプールの中に、搬送される鋼板を浸漬しながら、滞留水を貫通し得る高圧ジェット水により鋼板を冷却する方法を採れば、滞留水の水位が３００ｍｍ以上となっても、（１）に記載した冷却能力とほぼ同等の能力を実現できる。
（４）圧延終了温度が８５０〜９００℃程度である３ｍｍ厚の鋼板に対して、その温度を２００℃低下させる冷却（以下において「想定冷却」と記述する。）を、９００℃／ｓの冷却速度で行うと、想定冷却は僅か０．２ｓ程で終了する。そのため、例えば、圧延速度が１５００ｍｐｍである場合、当該想定冷却のために必要な冷却区間は５ｍ程度となる。但し、冷却装置には、通常、装置内を通過する鋼板を支持するための部材や、冷却装置自体を昇降させる機械装置等が備えられているため、想定冷却を全長が５ｍの冷却装置で完全に実施することは困難である。このほか、冷却装置には、前記装置（機械装置等）に加えて、冷却対象である鋼板の板厚や圧延速度に対して若干の余裕を見た能力も必要となるため、上記想定冷却を行うために実際に必要とされる冷却装置の長さは、６〜７ｍ程度となる。
（５）冷却区間の平均熱伝達係数が１２０００ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２・℃である場合、１５００ｍｐｍで圧延されている鋼板に対して上記想定冷却を行うために必要とされる冷却区間の長さは、８ｍ程度である。
（６）鋼材の組織に及ぼす種々の温度範囲における冷却速度の影響調査によれば、一般的な低炭素鋼においては７００℃以上の温度域であれば、冷却速度を大きくしても若干フェライト相の粒径が細かくなる程度であり、組織、特性に大幅な変化は見られない。しかし、鋼材を６００℃付近まで急冷すると、ベイナイト相の生成が顕著となった。したがって、急冷は平均温度で７００℃まで、好ましくは７５０℃までとし、鋼板をさらに冷却する場合には、表層部の組織変化を防止するため、急冷後、２次冷却を行うまでに、均熱化時間を確保する必要がある。均熱化に必要な時間（約０．１ｓ）は、鋼板の製造設備内に２ｍの非水冷区間を設けることで確保できる。

本発明は、上記知見に基づいて完成されたもので、その要旨は以下の通りである。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、熱延仕上げ圧延機列（１０）における最終スタンド（１１）と、第１の冷却装置（２０）と、第２の冷却装置（３０）と、巻き取り装置（４０）とが鋼板搬送方向に順に配置されるとともに、第１の冷却装置（２０）と第２の冷却装置（３０）との間に非冷却の領域（２５）が設けられている熱延鋼板の製造設備（１００）であって、第１の冷却装置（２０）は、鋼板（１）の被冷却面に帯状又は長円状の噴流衝突域を形成すべきノズル（２１、２１、…）と、ノズル（２１、２１、…）から噴射された冷却水を堰止めるべき堰止めロール（２２）とを備え、最終スタンド（１１）のロールと堰止めロール（２２）との間の領域に冷却水のプール（２３）が形成されるとともに、第１の冷却装置（２０）内を搬送される鋼板（１）がプール（２３）の冷却水中に浸漬されるように、堰止めロール（２２）が配設されていることを特徴とする、熱延鋼板の製造設備（１００）である。

請求項１に記載の発明によれば、最終スタンド（１１）のロールと堰止めロール（２２）との間にプール（２３）が形成され、このプール（２３）の冷却水中に鋼板（１）を浸漬しながら、ノズル（２１、２１、…）から噴射される冷却水により冷却するように構成されているので、急速冷却が可能であり、かつ、冷却装置の長さを短縮することが可能な、熱延鋼板の製造設備（１００）を提供できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱延鋼板の製造設備（１００）であって、ノズル（２１、２１、…）は、鋼板（１）の幅方向の全ての点が噴流衝突域を２回以上通過するように配置されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、搬送される鋼板（１）の幅方向の全ての点が噴流衝突域を２回以上通過するように、ノズル（２１、２１、…）が配置されているので、平均熱伝達係数に換算して１２０００ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２・℃以上の急速冷却が可能な熱延鋼板の製造設備（１００）を提供できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の熱延鋼板の製造設備（１００）であって、堰止めロール（２２）が最終スタンド（１１）から８ｍ以内の領域に設けられるとともに、堰止めロール（２２）の直径が４００ｍｍ以上であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、堰止めロール（２２）として直径４００ｍｍ以上の大径ロールを用いているので、ノズル（２１、２１、…）から噴射される冷却水の流量密度を大きくした場合であっても、鋼板搬送方向の下流側への冷却水の流出を抑制することが可能な熱延鋼板の製造設備（１００）を提供できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造設備（１００）であって、第１の冷却装置（２０）の冷却能力が、平均熱伝達係数に換算して１２０００ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２・℃以上であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、第１の冷却装置（２０）の冷却能力を最適化することにより、装置長さが最大限短縮された第１の冷却装置（２０）を備える熱延鋼板の製造設備（１００）を提供できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造設備（１００）であって、ノズル（２１、２１、…）が、プール（２３）の冷却水中に浸漬するように設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、ノズル（２１、２１、…）が、プール（２３）の冷却水中に浸漬されるように配置されるので、急速冷却を一層効果的に行うことが可能な熱延鋼板の製造設備（１００）を提供できる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造設備（１００）を用いて熱延仕上げ圧延機列（１０）における最終スタンド（１１）で圧延された鋼板を処理する工程を含むことを特徴とする、熱延鋼板の製造方法である。

請求項６に記載の発明によれば、圧延能率を向上させることが可能な熱延鋼板の製造方法を提供できる。

本発明によれば、熱延鋼板の圧延能率を向上させることができる熱延鋼板の製造設備、及び、圧延能率の高い熱延鋼板の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１に、本発明の熱延鋼板の製造設備にかかる第一実施形態を、図２に、本発明の熱延鋼板の製造設備における第１の冷却装置の拡大図を、それぞれ示す。図１および図２を参照しつつ、本発明の熱延鋼板の製造設備について説明する。

本発明の熱延鋼板の製造設備１００は、熱延仕上げ圧延機列１０、第１の冷却装置２０、第２の冷却装置３０、及び、巻き取り装置４０を備え、第１の冷却装置２０と第２の冷却装置３０との間には、計測機器５が配置された非冷却領域２５が設けられている。図１において、鋼板１は図の左から右の方向へと搬送されており、熱延仕上げ圧延機列１０における最終スタンド１１を経た鋼板１は、第１の冷却装置２０、非冷却領域２５、及び、第２の冷却装置３０を通過した後、巻き取り装置４０により巻き取られる。

図２に示すように、第１の冷却装置２０は、鋼板１の被冷却面に冷却水を噴射すべきノズル２１、２１、…と、当該ノズル２１、２１、…から噴射された冷却水を堰止めるべき堰止めロール２２とを備えている。ノズル２１、２１、…は、鋼板１の上面側および下面側にそれぞれ配置されており、当該ノズル２１、２１、…から噴射された冷却水は、鋼板１と、最終スタンド１１のロールと、堰止めロール２２と、サイドガイド（不図示）とにより囲まれる領域に堰止められて、冷却水のプール２３を形成する。そして、第１の冷却装置２０内において、鋼板１は、当該プール２３内に浸漬されるように通板される。

図２において、堰止めロール２２は、最終スタンド１１から８ｍの位置に配置されている。鋼板１が３ｍｍ厚であり、かつ、圧延機列１０における鋼板１の圧延速度が１５００ｍｐｍである時、ロール２２と最終スタンド１１とで挟まれた区間（以下において、「第１区間」と記述する。）において、鋼板１の温度を２００℃以上降下させるためには、当該区間における平均熱伝達係数が１２０００ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２・℃以上であることが必要とされる。これに対し、第１区間が６ｍである場合に同様の温度降下を得るためには、当該区間における平均熱伝達係数は１７０００ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２・℃以上であることが必要とされる。そこで、本発明では、第１区間の長さが８ｍ以下である場合には、ノズル２１、２１、…から噴射される冷却水の流量等を調節するとともに、上記プール２３が形成されるように堰止めロール２２を設けることで、平均熱伝達係数に換算して少なくとも１２０００ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２・℃以上の冷却能力を有する装置２０とすることが好ましい。

一方、本発明では、第１区間において、ノズル２１、２１、…から噴射された冷却水が鋼板上の限られた範囲に滞留すると、冷却水のプール２３の水位が３００ｍｍにも達することがある。そのため、堰止めロール２２によりプール２３内の冷却水を効果的に堰止めるという観点から、当該ロール２２の直径は４００ｍｍ以上とすることが好ましい。

他方、第１の冷却装置２０において、堰止めロール２２は鋼板１と密着させることが好ましいが、ロール２２の消耗や、ロール２２が鋼板１の表面に与える影響等を考慮するという観点から、ロール２２と鋼板１との間に極微小な間隙（例えば、０．５ｍｍ程度の間隙）を存在させても良い。また、鋼板の幅方向における板厚の分布状況によっては不可避的にロール２２と鋼板１とが局部的に非接触となる場合等が想定されるが、かかる場合であっても、本発明では、堰止めロール２２により十分な堰止め効果を得ることができる。非接触部位が存在することにより、プール２３から鋼板搬送方向の下流側へと漏れ出た冷却水に対しては、カウンタースプレー等により補助的な水切りを行えば良い。これに対し、ロール２２と鋼板１とを密着させる場合には、所定の押力でロール２２を鋼板１に押し付けるとともに駆動トルクを与え、ロール２２がピンチロールを兼ねる形態とすることもできる。

本発明では、第１の冷却装置２０において鋼板１の上側に配置されているノズル２１、２１、…と鋼板１との間隔は、装置２０の冷却能力を高くするという観点からは小さいほど良く、鋼板１の先端部の通板性を向上させるという観点からは大きいほど良い。そこで、これら２つの観点を考慮し、本発明における当該間隔は、２００ｍｍ〜５００ｍｍとすることが好ましい。かかる範囲の間隔とすることで、場合によってはノズル２１、２１、…の噴射孔がプール２３の滞留水中に没するということも想定される。ノズル２１、２１、…の噴射孔が水没すると、ノズル２１、２１、…から冷却水を噴射しても滞留水の水位が変動しないほか、噴射された冷却水が滞留水表面の波うちの影響を受けなくなる結果、冷却水を鋼板表面に効果的に噴射可能となるため、より高精度でかつ安定した冷却を行うことが可能となる。したがって、本発明において、鋼板１の上側に配置されるノズル２１、２１、…は、鋼板１との間隔が２００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であり、かつ、その噴射孔が滞留水中に没するように、配置されることが好ましい。これに対し、鋼板１の下側に配置されるノズル２１、２１、…は、通板用エプロン８、８の下部に設置し、エプロン８、８に開けた穴を通じて、鋼板１に冷却水を吹き付ける形態とすることが好ましい。

図３に、第１の冷却装置２０における鋼板面上の噴流衝突域の模式図を、図４に、ノズル２１、２１、…から噴射される冷却水の噴射状況の模式図を、それぞれ示す。図３において、白丸はノズル２１、２１、…の直下（又は直上）の位置を、太線はノズル２１、２１、…から噴射された水噴流衝突域を、それぞれ表している。

図３及び図４に示すように、本発明における第１の冷却装置１０は、被冷却面である鋼板１の表面に帯状又は長円状の噴流衝突域を形成する複数のノズル２１、２１、…を備え、このノズル２１、２１、…は、噴流衝突域を鋼板の幅方向に対して所定の角度で傾けることにより隣り合う噴流が互いに干渉せず、かつ、当該衝突域が密集するように配置されている。

本発明の熱延鋼板の製造設備１００では、鋼板１が第１の冷却装置２０で冷却される際に、鋼板１の表面における幅方向の全ての位置が噴流衝突域の一部を少なくとも２回以上通過できるように、ノズル２１、２１、…が配置されていることが好ましい。このようにノズル２１、２１、…を配置することで、２０ｍ^３／ｍ^２・ｍｉｎという大流量密度の冷却水を鋼板の片面に噴射することが可能となる。

また、第１の冷却装置２０に備えられるノズル２１、２１、…は、鋼板１の近距離からジェット水を噴射する方式とともに、鋼板１の上面側に配置されているノズル２１、２１、…と、下面側に配置されているノズル２１、２１、…とは、ほぼ同等の冷却能力を有することが好ましい。このようにすることで、鋼板内の温度ムラを抑えることが可能な第１の冷却装置２０とすることができる。加えて、第１の冷却装置２０は、冷却能力を調整する手段を備えていることが好ましい。かかる手段を備えることで、様々な板厚および圧延速度の鋼板に対応し得る冷却装置２０とすることができる。なお、当該手段は、特に限定されるものではなく、例えば、ジェット水の噴射を所定のノズルのグループ毎に入り切り可能とする手段や、ノズルから噴射される冷却水の流量を調整可能とする手段等を挙げることができる。

図５に、従来の熱延鋼板の圧延設備における冷却装置の配置例を示す。従来の圧延設備は、熱延仕上げ圧延機２、計測器類５、冷却装置３、及び、巻き取り装置４を備えている。一般に、従来の圧延設備では、仕上げ圧延機２の最終スタンドから冷却装置３までの距離が１０ｍ程であり、この間に各種計測器５が配置されている。そのため、当該計測器類５を密接に配置すれば、従来の圧延設備においても、上記１０ｍの区間に急速冷却のための冷却装置を設置し、さらに２ｍ以上の非冷却区間を設けることは十分に可能である。なお、この場合には、上記非冷却区間に計測器類５を配置すれば良い。したがって、かかる配置とすることで、既存の冷却装置３をまったく変えることなく本発明の製造設備へと変更することができるため、既存圧延設備の改造時に改造費用の削減を図ることが可能になる。

再び図１に戻って説明を続ける。本発明の製造設備１００では、第１の冷却装置２０における堰止めロール２２の出側に、長さ２ｍ以上の非水冷区間２５が設けられている。かかる非水冷区間２５を設けることで、熱延鋼板の均熱化に必要な時間である０．１ｓを確保することができる。本発明の設備１００において、非水冷区間２５には、温度計、板厚計、及び、板幅計等の各種計測機器５を設置することができる。

また、上述のように、本発明の製造設備１００において、第１の冷却装置２０における第１区間の長さは短い。そのため、例えば厚み計を用いた板厚のフィードバック制御を行う際であっても、仕上げ圧延機列１０と機器５との間に冷却装置２０を配置したことによる遅れ時間はほとんど問題にならない。したがって、本発明の設備１００では、第１の冷却装置２０を備えない従来の圧延設備（以下において「従来の設備」と記述する。）と同様の制御を行うことが可能となる。
一方、従来の設備において、仕上げ圧延機列における最終スタンドの直後に配置されていた放射温度計は、通常、圧延後冷却前における鋼板温度（以下において、「冷却前温度」と記述する。）を確認する手段として用いられる。これに対し、本発明の設備１００では、第１の冷却装置２０の後に放射温度計が配置されるため、本発明の設備１００において、放射温度計は、一次冷却後における鋼板温度測定用として使用される。したがって、本発明の設備１００では、圧延機列１０における最終スタンド１１の直前に新たな温度計を設置し、この温度計による計測値および装置２０の後に配置されている放射温度計による計測値を元に推定する等の手段により、冷却前温度を推定する。

本発明の製造設備１００において、第２の冷却装置３０は、従来の設備における冷却装置と同程度の流量密度を有する冷却装置とすることができ、その形態としては、鋼板搬送ラインの上側および下側に複数のノズルを配置した形態等を挙げることができる。なお、この冷却装置３０は、ノズルが連続して配置されている形態に限定されるものではなく、鋼板の長手方向（鋼板搬送方向）に分割されその間に非水冷区間を有する形態であっても良い。但し、高能率の圧延を実施するという観点からは、極力短い長さで十分な冷却能力を有する冷却装置であることが好ましい。

また、本発明の設備１００では、第１の冷却装置２０に大きな冷却能力が付加されるため、従来の設備よりも圧延速度を上げることで、圧延能率の向上を図ることが可能となる。そして、さらに、第２の冷却装置３０の冷却能力を高めて当該装置３０の長さを短くするとともに、圧延機１０から巻き取り装置４０までの距離を短くすることによっても、圧延能率の向上を図ることができる。ここで、一般に、鋼板の先端部が巻き取り装置に巻き付くまでは圧延速度は通板速度と呼ばれる比較的低い速度に制限せざるを得ない。また、鋼板の尾端部が圧延機を抜けた後も同様な速度に制約せざるを得ず、この低速圧延の所用時間は圧延スタンドと巻取り装置の距離にもよるが、全圧延時間の２０％程になる場合もある。したがって、圧延機１０から巻き取り装置４０までの距離を短くすることが、圧延能率の向上に繋がる。

本発明の設備１００において、第２の冷却装置３０に必要とされる長さは、当該装置３０の冷却能力、圧延の最高速度、第１の冷却装置２０の出側における鋼板温度、及び、鋼板１が巻き取り装置４０により巻き取られる際の巻き取り温度から決めることができる。例えば、第２の冷却装置３０の冷却能力が板厚３ｍｍの鋼板に対して８０℃／ｓ、圧延速度が１５００ｍｐｍ、装置２０の出側における鋼板温度が７５０℃、及び、上記巻き取り温度が６００℃である場合、第２の冷却装置に必要とされる装置長さは、４６ｍとなる。

なお、本発明の設備１００では、ランアウトテーブルの中間に位置する近接コイラーと呼ばれる巻き取り装置（以下において、単に「近接コイラー」と記述する。）を用いても何ら差し障りはなく、必要に応じて、当該近接コイラーと巻き取り装置４０とを使い分けても良い。また、近接コイラーと巻取り装置４０との間に第３の冷却装置を設けることで、全体としてより大きな冷却能力を必要とする材料の冷却、又は、冷却途中で数秒以上の空冷を必要とするような特殊材の２次冷却等のために使い分けることが可能な、熱延鋼板の製造設備とすることもできる。 また、本発明の製造設備１００は、第１の冷却装置２０の能力に対して余裕のある板厚や圧延速度の材料を対象として、第１の冷却装置２０により当該材料を７００℃以下まで急冷し、その材料中に特殊な組織を生成させる目的で用いることも、可能である。

（実施例１）
図１に示す装置を備える本発明の製造設備による圧延（実施例１）、及び、図５に示す従来の製造設備による圧延（比較例１）を実施し、両者の圧延能率を比較した。図１及び図５において、鋼板は図の左から右の方向へと搬送されている。なお、以下の説明では、これらの図中における左側及び右側を、それぞれ上流側及び下流側と記述する。

実施例１および比較例１における試験条件について記述する。
本実施例にかかる製造設備では、直径８００ｍｍの堰止めロール２２を、最終スタンド１１の下流側６ｍの位置に設置し、ロール２２とスタンド１１との間に、第１の冷却装置２０を設置した。本実施例において、第１の冷却装置２０は、ロール２２と、鋼板搬送ラインの上側及び下側に複数配置されたノズルとを備え、その装置長さは６ｍであった。一方、第１の冷却装置２０の下流側に、長さ８０ｍの第２の冷却装置３０を配置するとともに、第１の冷却装置２０と第２の冷却装置３０との間には、長さ２ｍの非水冷区間２５を設けた。なお、本実施例にかかる製造設備において、最終スタンド１１から巻き取り装置４０までの距離は、１００ｍであった。

本実施例において、第１の冷却装置２０のノズルは、鋼板搬送ラインの上下両側において、扇状の冷却水噴流を形成可能なフラットタイプのスプレーノズルを用い、水圧１．５ＭＰａで平均流量密度が２０ｍ^３／ｍ^２・ｍｉｎとなるような口径を選択した。また、本実施例では、図３に示すように、１つのノズル列について、鋼板表面における幅方向の全ての位置にわたって噴流衝突域の一部を少なくとも２回通過できるようにノズルを配置した。即ち、ノズルピッチＰw＝０．０４ｍ、冷却水噴流衝突幅Ｌ＝０．１ｍ、ねじり角β＝３６．９°の間に、
Ｌ＝２Ｐw／ｃｏｓβ
の関係が成り立つようにした。さらに、鋼板の幅方向における冷却水の均一性をより高めるため、搬送方向に見て隣り合うノズル列の間において、ノズルを互いに逆の方向に捻った。
なお、本実施例において、ノズルは、装置２０内において鋼板の板幅方向に伸びる鋼管ヘッダに接続されており、当該ヘッダ単位で通水を入り切りすることにより、冷却能力を調整しながら、装置２０を用いた。

また、本実施例において、第２の冷却装置３０は、鋼板搬送ラインの上側にパイプラミナタイプのノズルを、下側に円錐スプレーノズルを配置した、従来の製造設備において用いられる冷却装置と同様の構造を備え、その冷却効率は２４００ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２・℃とした。

他方、図５に示すように、本比較例にかかる製造設備は、本実施例にかかる製造設備から第１の冷却装置を除いた構成とし、冷却装置としては、本実施例における第２の冷却装置３０と同等の装置である冷却装置３を用いた。

なお、実施例１及び比較例１では、圧延後の板厚が３ｍｍ、長さが１１００ｍとなるような低炭素鋼の素材を用いた。また、熱延仕上げ圧延機列による圧延後の鋼板温度、及び、巻き取り装置により巻き取られる際の鋼板温度は、それぞれ９００℃、及び、４００℃とした。さらに、鋼板の先端部が最終スタンドを抜けてから巻き取り装置に巻き取られるまで、及び、鋼板の尾端部が最終スタンドを抜けてから巻き取り装置に巻き取られるまでの通板速度を６５０ｍｐｍとした。加えて、通板速度と最高圧延速度との間の加速レート、及び、減速レートは、それぞれ２０ｍｐｍ／ｓ、及び、４０ｍｐｍ／ｓとした。

上記条件の下、実施例１及び比較例１では、それぞれ冷却可能な最高速度にまで圧延速度を加速した場合における所要圧延時間を測定し、両者の結果を比較した。実施例１並びに比較例１における、制御した各冷却装置の平均熱伝達係数及び各冷却装置の区間長さ、最高圧延速度、並びに、所要圧延時間を、表１にあわせて示す。また、実施例１及び比較例１のそれぞれの最高速度圧延中における温度パターン計算値を、図６に示す。

表１より、第１の冷却装置を設けることで、所要圧延時間が８８ｓから７７ｓへと１２．５％短縮した。したがって、実施例１および比較例１により、本発明の熱延鋼板の製造設備は、熱延鋼板の圧延能率を向上させることができる一方で、本発明の熱延鋼板の製造設備を用いることで、圧延能率の高い熱延鋼板の製造方法を提供できることが確認された。

（実施例２）
実施例２の条件は、第２の冷却装置３０の長さを４０ｍ、最終スタンド１１から巻き取り装置４０までの距離を６０ｍ、巻き取り装置により巻き取られる際の鋼板温度を５５０℃、及び、最高圧延速度を１４００ｍｐｍとした他は、実施例１と同一条件とした。一方、比較例２の条件は、巻き取り装置により巻き取られる際の鋼板温度を５５０℃、及び、最高圧延速度を１４００ｍｐｍとした他は、比較例１と同一条件に設定した。

上記条件の下、実施例２及び比較例２では、それぞれ冷却可能な最高速度にまで圧延速度を加速した場合における所要圧延時間を測定し、両者の結果を比較した。実施例２並びに比較例２における、制御した各冷却装置の平均熱伝達係数及び各冷却装置の区間長さ、最高圧延速度、並びに、所要圧延時間を、表２にあわせて示す。また、実施例２及び比較例２のそれぞれの最高速度圧延中における温度パターン計算値を、図７に示す。

表２より、第１の冷却装置を設けることで、所要圧延時間が７６ｓから７０ｓへと約７．９％短縮した。したがって、実施例２および比較例２によっても、本発明の設備が熱延鋼板の圧延能率を向上させることができ、かつ、本発明の設備を用いることで、圧延能率の高い熱延鋼板の製造方法を提供できることが確認された。

本発明の第一実施形態にかかる熱延鋼板の製造設備を概略的に示す図である。 本発明の熱延鋼板の製造設備における第１の冷却装置を概略的に拡大して示す図である。 第１の冷却装置における鋼板面上の噴流衝突域の模式図である。 ノズルから噴射される冷却水の噴射状況の模式図である。 従来の熱延鋼板の圧延設備における冷却装置の配置例を概略的に示す図である。 最高速度圧延中における温度パターンの計算値を示す図である。 最高速度圧延中における温度パターンの計算値を示す図である。

符号の説明

１ 鋼板
１０ 熱延仕上げ圧延機列
１１ 最終スタンド
２０ 第１の冷却装置
２１ ノズル
２２ 堰止めロール
２３ プール
２５ 非冷却領域
３０ 第２の冷却装置
４０ 巻き取り装置
１００ 熱延鋼板の製造設備

Claims (6)

1. 熱延仕上げ圧延機列における最終スタンドと、第１の冷却装置と、第２の冷却装置と、巻き取り装置とが、鋼板搬送方向に順に配置されるとともに、前記第１の冷却装置と前記第２の冷却装置との間に非冷却の領域が設けられている熱延鋼板の製造設備であって、
   前記第１の冷却装置は、鋼板の被冷却面に帯状又は長円状の噴流衝突域を形成すべきノズルと、前記ノズルから噴射された冷却水を堰止めるべき堰止めロールとを備え、
   前記最終スタンドのロールと前記堰止めロールとの間の領域に前記冷却水のプールが形成されるとともに、前記第１の冷却装置内を搬送される前記鋼板が前記プールの冷却水中に浸漬されるように、前記堰止めロールが配設されていることを特徴とする、熱延鋼板の製造設備。
2. 前記ノズルは、前記鋼板の幅方向の全ての点が前記噴流衝突域を２回以上通過するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱延鋼板の製造設備。
3. 前記堰止めロールが前記最終スタンドから８ｍ以内の領域に設けられるとともに、前記堰止めロールの直径が４００ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱延鋼板の製造設備。
4. 前記第１の冷却装置の冷却能力が、平均熱伝達係数に換算して１２０００ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２・℃以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造設備。
5. 前記ノズルが、前記プールの冷却水中に浸漬されるように設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造設備。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱延鋼板の製造設備を用いて、熱延仕上げ圧延機列における最終スタンドで圧延された鋼板を処理する工程を含むことを特徴とする、熱延鋼板の製造方法。
   

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