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JP6699808B1 - 熱延鋼板の冷却装置および熱延鋼板の冷却方法 - Google Patents

熱延鋼板の冷却装置および熱延鋼板の冷却方法 Download PDF

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Abstract

本冷却装置は、全冷却領域を鋼板搬送方向に複数且つ幅方向に３以上に分割して得られる冷却領域を分割冷却面としたときに、冷却水ノズル２３と、当該冷却水ノズル２３から噴射される冷却水の分割冷却面への衝突および非衝突を切り替える切替装置と、が分割冷却面毎に備えられ、さらに、幅方向温度分布に基づいて、切替装置の動作を制御する制御装置、が備えられる。冷却水ノズル２３は、鋼板搬送方向視において全冷却領域の垂線に対して傾いた噴射軸Ｐを有し、その冷却水が、分割冷却面に衝突した後、当該冷却水ノズル２３と幅方向反対側に向かう。

Description

本発明は、熱間圧延後、搬送ロール上を搬送される熱延鋼板の上面を冷却する冷却装置、および、当該冷却装置を用いる冷却方法に関する。
近年の自動車の軽量化に伴い、熱延鋼板のうち高張力鋼板の需要が高まっており、熱延鋼板に要求される品質が一層高まっている。特に近年では、単に高い強度だけではなく、プレス成形性や穴拡げ性などの優れた加工性や、引張強さや加工性などの機械的特性のバラツキを鋼板の全領域にわたって所定の範囲内に収めることなども併せて求められている。
熱延鋼板の製造プロセスにおいて、上記のような最終的な製品の特性に大きく影響する因子の１つとして、巻取温度がある。ここで、巻取温度とは、仕上圧延後の冷却工程の後で鋼板が巻き取られる際の巻取装置直前における鋼板の温度である。
一般的に、仕上圧延後の８００℃〜９００℃の高温の熱延鋼板に冷却水を噴射する冷却工程においては、鋼板温度がおおよそ６００℃以上の間は、膜沸騰により発生する蒸気が安定的に鋼板表面を覆う。そのため、冷却水による冷却能力自体は小さくなるが、鋼板を全面にわたって均一に冷却されるようにすることが比較的容易になる。
しかしながら、特に鋼板温度が６００℃を下回る辺りから、鋼板温度の低下とともに発生する蒸気の量は減少する。そして、鋼板表面を覆っていた蒸気膜が崩壊し始め、蒸気膜の分布が時間的および空間的に変化する遷移沸騰域となる。その結果、冷却の不均一性が増加し、鋼板の温度分布の不均一性が急激に拡大し易くなる。このため、鋼板温度のコントロールが難しくなり、鋼板全体を狙い通りの巻取温度で冷却し終えることが困難になる。
一方、強度と加工性とを両立させた優れた特性を有する製品を製造するためには、巻取温度を５００℃以下の低温域にまで低下させることが効果的である。そのため、鋼板全体にわたる巻取温度の不均一性を、目標の温度に対して所定の範囲内に収めることが重要である。このような観点から、巻取温度の均一化、特に板幅方向の巻取温度の均一化のための発明がこれまで数多くなされてきた。
特許文献１には、冷却装置において、熱延鋼板に冷却剤を添加するためのノズルが熱延鋼板の上側および下側の両側で幅方向に複数設置されており、これらのノズルが、特に高い温度が検出可能である位置に冷却剤が添加される様式で制御されることが開示されている。この冷却装置には、さらに複数の温度センサが幅方向に設置されており、これらの温度センサが熱延鋼板の幅方向の温度分布を検出し、温度センサの信号に基づいて、ノズルからの冷却剤量を制御可能に構成されている。
特許文献２には、冷却装置において、複数個の冷却水供給ノズル群を直線状に配列した冷却水ヘッダーが熱延鋼板の上方、かつ幅方向に複数個配置されており、板幅方向の温度分布を検知する温度分布センサで計測された温度分布に基づいて、冷却水の流量を制御することが開示されている。具体的には、これら冷却水ヘッダーにはオンオフ制御バルブが設けられ、オンオフ制御バルブによって冷却水が制御される。
特許文献３に開示の冷却装置は、熱延鋼板が搬送ロール上で占める領域を鋼板搬送領域とするとき、当該鋼板搬送領域に対して、鋼板搬送領域の幅方向に冷却水を噴射するスプレーノズルが、鋼板搬送領域の幅方向側方の両側に一対に配置され、且つ、当該スプレーノズル対が熱延鋼板の搬送方向に並べて複数配置されている。この冷却装置では、スプレーノズルから噴射される冷却水の鋼板搬送領域での衝突領域における、噴射方向の遠方端部が、搬送領域の端部に位置し、近方端部が、鋼板搬送領域の内側に位置し、そして、スプレーノズル対の２つの衝突領域の近方端部が幅方向に一致して会合部を形成している。また、特許文献３には、上記会合部は、鋼板搬送領域の幅方向中央に区画される会合ゾーンにおいて、千鳥状に配置されており、そのため、当該会合部が幅方向において分散され、過冷却となる部位が極小化され、熱延鋼板が幅方向に均一に冷却されることが開示されている。
特許文献４には、熱延鋼板の製造ラインに設置され、仕上圧延後の鋼板の上面および下面に冷却水を供給する冷却設備において、仕上圧延後の鋼板の上面に冷却水を供給するヘッダーが、通常冷却ヘッダーと強冷却ヘッダーからなることが開示されている。通常冷却ヘッダーは、鋼板の直上方にあって、冷却水を流量密度０．５〜２．０ｍ３／ｍ２・ｍｉｎで供給する。強冷却ヘッダーは、鋼板幅方向外側の上方にあって、幅方向内側下方に向かって棒状冷却水を流量密度２．０〜１０．０ｍ３／ｍ２・ｍｉｎで供給し、鋼板上に着水後の冷却水が鋼板上に滞留させないようにしている。
特表２０１０−５２７７９７号公報 特開平６−７１３２８号公報 国際公開第２０１８／０７３９７３号 特開２０１１−５１００２号公報
しかし、特許文献１および２には、熱延鋼板の鋼板搬送方向の冷却制御については開示がなく、特許文献１および２の冷却装置では、熱延鋼板の鋼板搬送方向の不均一温度分布を抑制することは困難である。
また、特許文献１の冷却装置では、前述のように、熱延鋼板に冷却剤を添加するためのノズルが熱延鋼板の上側に設置されているため、冷却剤として冷却水を用いた場合、熱延鋼板の上面に板上水が長時間存在するため、熱延鋼板の幅方向温度を十分に制御することができない。特許文献２の冷却装置でも、すなわち、前述のように冷却水供給ノズル群を直線状に配列した冷却水ヘッダーが熱延鋼板の上方に配置された冷却装置でも、特許文献１の冷却装置と同様である。
特許文献３に開示の冷却装置では、スプレーノズルが鋼板搬送領域の幅方向に冷却水を噴射し、板上水を排出しながら熱延鋼板を冷却しており、また、スプレーノズル対の２つの衝突領域の近方端部が幅方向に一致して会合部を形成し、過冷却を抑制するため、この会合部が千鳥状に配置されているが、会合部が配置されるのは、鋼板搬送領域の幅方向中央に区画される会合ゾーン内であり幅方向全体ではない。したがって、特許文献３に開示の冷却装置では、幅方向全幅の均一冷却の点で改善の余地がある。また、特許文献３にも、熱延鋼板の鋼板搬送方向の冷却制御は開示されていない。
さらに、特許文献４の開示の強冷却ヘッダーは、幅方向内側下方に向かって棒状冷却水を供給し、鋼板上に着水後の冷却水が鋼板上に滞留させないようにしているが、棒状冷却水を採用しているため、上記ヘッダーのノズルからの冷却水の鋼板での衝突領域は、幅方向に隣接する他の上記衝突領域との間に隙間が生じる。この隙間に対応する位置では鋼板の冷却不足となるため、特許文献４に開示の冷却装置では、幅方向の均一冷却を行うことができない。また、特許文献４にも、熱延鋼板の鋼板搬送方向の冷却制御は開示されていない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱間圧延後に熱延鋼板の上面を適切に冷却することにより、当該熱延鋼板の鋼板搬送方向および幅方向において温度の均一性を向上させることを目的とする。
上記課題を解決する本発明は、熱間圧延後に、搬送ロール上を搬送される熱延鋼板の上面を冷却する、熱延鋼板の冷却装置であって、冷却対象領域の上面における、冷却機長と幅方向全幅で画定される領域または当該領域から幅方向中央部の非冷却領域を除いた領域を全冷却領域とし、前記全冷却領域を幅方向で３以上に分割して得られる領域を幅分割冷却帯とし、前記幅分割冷却帯を機長方向で複数に分割して得られる領域を分割冷却面としたときに、前記分割冷却面それぞれに冷却水を噴射し冷却対象領域の上面に冷却水衝突領域を形成する少なくとも１つの冷却水ノズルと、前記冷却水ノズルから噴射される冷却水の、前記分割冷却面への衝突および非衝突を切り替える切替装置と、が前記分割冷却面毎に備えられ、さらに、前記冷却対象領域の幅方向温度分布を測定する温度検出装置と、前記温度検出装置での幅方向温度分布測定結果に基づいて、前記幅分割冷却帯毎に、当該幅分割冷却帯中に含まれる複数の前記分割冷却面それぞれに対する前記切替装置の動作を制御することで当該幅分割冷却帯の全長での冷却を制御し、これらを合わせて前記全冷却領域の冷却を制御する制御装置と、が備えられ、さらに、１つの前記冷却水衝突領域は、前記全冷却領域において、幅方向に隣接する他の前記冷却水衝突領域と重なりながら、幅方向に連なる冷却水衝突領域群を形成し、前記冷却水衝突領域群それぞれは、他の前記冷却水衝突領域群とは重ならず、前記全冷却領域の幅方向全幅は、１つの前記冷却水衝突領域群または機長方向に互いに隣接する一対の前記冷却水衝突領域群により覆われ、前記冷却水ノズルは、機長方向視において前記冷却対象領域の上面の垂線に対し傾いた噴射軸を有し、前記噴射軸が傾く方向は、１つの前記冷却水衝突領域群を形成する全ての前記冷却水ノズルで、機長方向視において同じであることを特徴としている。
前記非冷却領域がなくてもよい。
前記冷却水衝突領域が幅方向に隣接する他の前記冷却水衝突領域と重なる領域の幅方向の幅は、１つの当該冷却水衝突領域の幅方向幅の５％以上であってもよい。
前記冷却水ノズルの前記噴射軸の傾斜角は、１０°〜４５°であってもよい。
前記冷却水ノズルの前記噴射軸は、機長方向に傾斜していなくてもよい。
前記冷却水衝突領域は、平面視において前記搬送ロールの中心軸と重なっていてもよい。
前記冷却水ノズルは、前記冷却水衝突領域の中心が平面視において前記搬送ロールの中心軸上に位置するように設けられていてもよい。
前記冷却水ノズルは、機長方向視における前記冷却対象領域の上方または側方に設けられていてもよい。
幅方向の一方側に向けて噴射する前記冷却水ノズルにより形成される前記冷却水衝突領域群を第１の冷却水衝突領域群とし、幅方向の他方側に向けて噴射する前記冷却水ノズルにより形成される前記冷却水衝突領域を第２の冷却水衝突領域群としたときに、前記冷却水ノズルは、前記第１の冷却水衝突領域群および前記第２の冷却水衝突領域群の双方が形成され、且つ、前記第１の冷却水衝突領域群と前記第２の冷却水衝突領域群との幅方向における境界が、前記冷却対象領域の幅方向中央に位置するように設けられていてもよい。
前記冷却対象領域の上面における、前記冷却水衝突領域群それぞれの機長方向下流側の領域毎に、又は、前記冷却水衝突領域群のうちの機長方向最下流側の領域群より機長方向下流側の領域に、水切り水を噴射して水切り水衝突領域を形成する水切りノズルが備えられていてもよい。
別な観点による本発明によれば、熱間圧延後に、搬送ロール上を搬送される熱延鋼板の上面を冷却する冷却装置を用いた熱延鋼板の冷却方法であって、冷却対象領域の上面における、冷却機長と幅方向全幅で画定される領域または当該領域から幅方向中央部の非冷却領域を除いた領域を全冷却領域とし、前記全冷却領域を幅方向で３以上に分割して得られる領域を幅分割冷却帯とし、前記幅分割冷却帯を機長方向で複数に分割して得られる領域を分割冷却面としたときに、前記冷却装置は、前記分割冷却面毎に、当該分割冷却面に冷却水を噴射し冷却対象領域の上面に冷却水衝突領域を形成する少なくとも１つの冷却水ノズルが備えられ、さらに、１つの前記冷却水衝突領域は、前記全冷却領域において、幅方向に隣接する他の前記冷却水衝突領域と重なりながら、幅方向に連なる冷却水衝突領域群を形成し、前記冷却水衝突領域群それぞれは、他の前記冷却水衝突領域群とは重ならず、前記全冷却領域の幅方向の全幅は、１つの前記冷却水衝突領域群または機長方向に互いに隣接する一対の前記冷却水衝突領域群により覆われ、前記冷却水ノズルは、機長方向視において前記冷却対象領域の上面の垂線に対し傾いた噴射軸を有し、前記噴射軸が傾く方向は、１つの前記冷却水衝突領域群を形成する全ての前記冷却水ノズルで、機長方向視において同じであり、当該冷却方法は、前記冷却対象領域の幅方向温度分布を測定し、前記冷却対象領域の幅方向温度分布の測定結果に基づいて、前記幅分割冷却帯中に含まれる複数の前記分割冷却面への前記冷却水ノズルによる冷却水の当該分割冷却面への衝突および非衝突を前記幅分割冷却帯毎に制御することにより、前記幅分割冷却帯の機長方向全長での冷却を制御して、前記全冷却領域の冷却を制御し、前記冷却水ノズルから噴射された冷却水を当該冷却水ノズルと幅方向反対側に向かわせ排出することを特徴としている。
前記冷却対象領域の上面における、前記冷却水衝突領域群それぞれの機長方向下流側の領域毎に、又は、前記冷却水衝突領域群のうちの機長方向最下流側の領域群より機長方向下流側の領域に、水切り水を噴射して水切り水衝突領域を形成してもよい。
本発明によれば、熱間圧延後に熱延鋼板の上面を適切に冷却することにより、当該熱延鋼板の鋼板搬送方向および幅方向において温度の均一性を向上させることが可能となる。
本発明の第１実施形態にかかる熱間圧延設備１０の構成の概略を示す説明図である。 本発明の第１実施形態にかかる上側幅方向制御冷却装置１６の構成の概略を示す側面図である。 本発明の第１実施形態にかかる上側幅方向制御冷却装置１６の構成の概略を示す底面図である。 １つの例の分割冷却面Ａ３を説明する図である。 幅分割冷却帯Ａ２に注目した説明図である。 他の例の分割冷却面Ａ３を説明する図である。 他の例の分割冷却面Ａ３を説明する図である。 本発明の第１実施形態にかかる上側幅方向制御冷却装置１６における分割冷却面Ａ３、温度測定装置２８、２９の位置関係を説明する図である。 冷却水ノズル２３とそれにより冷却幅領域上面に形成される冷却水衝突領域Ｒを説明する図である。 フルコーンスプレーノズルである冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐの傾き角度θと、冷却水ノズル２３からの冷却水のうち熱延鋼板２に衝突した後に冷却水噴射方向と逆方向に戻る冷却水の割合との関係を示す図である。 フルコーンスプレーノズルである冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐの傾き角度θと、衝突圧力指数との関係を示す図である。 冷却水ノズル２３とそれにより冷却幅領域上面に形成される冷却水衝突領域Ｒの他の例を説明する図である。 冷却水ノズル２３とそれにより冷却幅領域上面に形成される冷却水衝突領域Ｒの他の例を説明する図である。 冷却水ノズル２３とそれにより冷却幅領域上面に形成される冷却水衝突領域Ｒの他の例を説明する図である。 図１４のＸ−Ｘ断面およびＹ−Ｙ断面の一部を示す図である。 第２実施形態にかかる上側幅方向制御冷却装置１６を説明する図である。 水切りノズル４０の他の例を説明する図である。 冷却水ノズル２３をスリットラミナーノズルとしたときの影響について説明するための図である。 他の例の全冷却領域Ａ１を説明する図である。 図１９の例の全冷却領域Ａ１の場合に形成される冷却水衝突領域Ｒを説明する図である。 図１９の例の全冷却領域Ａ１の場合に形成される冷却水衝突領域Ｒの他の例を説明する図である。 他の例の切替装置を説明する図である。 比較例および実施例における鋼板温度分布の一部を示した図である。
本発明者らは、鋭意検討を重ね、以下のことを見出した。すなわち、冷却水ノズルを熱延鋼板の上方に設けた場合、冷却水ノズルの噴射軸を傾けて、当該冷却水ノズルからの冷却水が熱延鋼板へ衝突した後に当該冷却水ノズルと幅方向（以下、幅方向を板幅方向又は機幅方向という場合もあるが、同じ意味である。）反対側に向かい熱延鋼板から流れ落ちるようにさせることにより、冷却水ノズルからの冷却水により直接冷却される領域と、熱延鋼板に衝突後から流れ落ちるまでの板上水により冷却される領域とで、前者の領域の熱伝達係数は後者の約４倍以上になることを見出した。この検討結果から、冷却対象領域の上面を幅方向および鋼板搬送方向（以下、鋼板搬送方向を機長方向という場合もあるが、同じ意味である。）に分割した分割冷却面それぞれに対し、噴射軸を傾けた冷却水ノズルを設け、幅方向温度分布測定結果に基づいて、冷却水ノズルから噴射される分割冷却面への衝突および非衝突を切り替えることで、熱延鋼板の搬送方向および幅方向において温度の均一性を向上させることが可能とであることを知見した。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態における冷却装置を備えた熱延鋼板の製造装置（以下、「熱間圧延設備」と称する。）１０の構成の概略を示す説明図である。
図１に示すように、熱間圧延設備１０では、加熱したスラブ１をロールで上下に挟んで連続的に圧延し、最小１ｍｍ程度の板厚まで薄くして熱延鋼板２としてこれを巻き取る。熱間圧延設備１０は、スラブ１を加熱するための加熱炉１１と、この加熱炉１１において加熱されたスラブ１を板幅方向に圧延する幅方向圧延機１２と、この板幅方向に圧延されたスラブ１を上下方向から圧延して粗バーにする粗圧延機１３と、粗バーをさらに所定の厚さまで連続して熱間圧延をする仕上圧延機１４と、この仕上圧延機１４により熱間圧延された熱延鋼板２を冷却水により冷却する冷却装置１５、１６、１７と、冷却装置１５、１６、１７により冷却された熱延鋼板２をコイル状に巻き取る巻取装置１８とを備えている。
加熱炉１１では、装入口を介して外部から搬入されてきたスラブ１を所定の温度に加熱する処理が行われる。加熱炉１１における加熱処理が終了すると、スラブ１は、加熱炉１１外へと抽出され、幅方向圧延機１２を経て、粗圧延機１３による圧延工程へと移送される。
粗圧延工程では、スラブ１は、粗圧延機１３により、例えば３０ｍｍ〜６０ｍｍ程度の厚さまでの粗バー（シートバー）に圧延され、仕上圧延機１４へと搬送される。
仕上圧延機１４では、搬送されてきた粗バーを数ｍｍ程度（例えば、１〜１５ｍｍ）の板厚まで圧延して熱延鋼板２とする。圧延された熱延鋼板２は、搬送ロール１９（図２および図３参照。）により搬送されて、まず、主冷却装置１５からなる冷却ゾーンへと送られ、さらに、上側幅方向制御冷却装置（以下、「上側冷却装置」と称する。）１６からなる冷却ゾーンへと送られ、さらにまた、調整用冷却装置１７からなる冷却ゾーンへと送られる。
熱延鋼板２は、上記の主冷却装置１５、上側冷却装置１６および調整用冷却装置１７により冷却され、巻取装置１８によりコイル状に巻き取られる。冷却装置１５、１６、１７のうち、主冷却装置１５は、熱間圧延された熱延鋼板２の冷却を主に行い、上側冷却装置１６は、主冷却装置１５で冷却された熱延鋼板２の幅方向の温度不均一性が解消するように当該熱延鋼板２を上面側から冷却し、調整用冷却装置１７は、上側冷却装置１６により冷却された熱延鋼板２を目標温度まで冷却する。なお、主冷却装置１５および調整用冷却装置１７はランアウトテーブルを搬送される熱延鋼板２を上下で挟むように配置され、上側冷却装置１６は熱延鋼板２の上方に配置されている。また、調整用冷却装置１７では、熱延鋼板２の温度が例えば５０℃程度低下するよう冷却する。
主冷却装置１５の構成は特に限定されることなく公知の冷却装置を適用することができる。例えば主冷却装置１５は、ランアウトテーブルの搬送ロール１９上を搬送される熱延鋼板２の上方から当該熱延鋼板２の上面に向けて鉛直下方に冷却水を噴射する冷却水ノズルと、熱延鋼板２の下方から当該熱延鋼板２の下面に向けて鉛直上方に冷却水を噴射する冷却水ノズルとを、それぞれ複数有している。冷却水ノズルとしては、例えばスリットラミナーノズルやパイプラミナーノズルなどが用いられる。
図の例では、上側冷却装置１６と対向する位置に、熱延鋼板２を下面側から冷却する下面冷却装置が設けられていないが、当該下面冷却装置を設けてもよい。この下面冷却装置の構成は特に限定されることなく公知の冷却装置を適用することができる。例えば、下面冷却装置として、国際公開第２０１８／１７９４４９号の冷却装置を設置することができる。
また、調整用冷却装置１７の構成も特に限定されることなく公知の冷却装置を適用することができる。上側冷却装置１６までの冷却で冷却不足にならない場合には必ずしも配置されることはないが、通常は必要とされる。
次に、上側冷却装置１６の構成について説明する。図２には上側冷却装置１６の構成の一部を概略的に示す、幅方向（±Ｙ方向）から見た側面図、図３には上側冷却装置１６の構成の一部を概略的に示す、上下方向（±Ｚ方向）下方から見た底面図を示した。なお、図２においては、冷却水ノズル２３のうち第１のノズル群Ｇ１に属するものを仮想線で示してある。また、図３においては、水平位置関係の説明の便宜上、熱延鋼板２、搬送ロール１９、上流側温度測定装置２８、および下流側温度測定装置２９を点線で示してある。
本形態における上側冷却装置１６は、図２および図３に模式的に示すように、冷却水ノズル２３と、中間ヘッダー２４、配管２５及び三方弁２７を具備する切替装置と、給水ヘッダー２６と、排水ヘッダー（図示せず）と、温度測定装置２８、２９と、制御装置３０とを有して概略構成されている。図示では一部省略されているが、中間ヘッダー２４毎に三方弁２７が配置されている。
上側冷却装置１６は、ランアウトテーブルの後述の冷却幅領域の上面に形成される全冷却領域Ａ１が分割されてなる分割冷却面Ａ３毎に冷却を制御する装置である。図４〜図７は、上側冷却装置１６が配設される場所でのランアウトテーブル上の冷却幅領域を、上下方向（±Ｚ方向）上方から見た平面図であり、全冷却領域Ａ１、幅分割冷却帯Ａ２、および分割冷却面Ａ３と、搬送ロール１９の位置との関係を示している。なお、図４および図５においては説明の便宜上、搬送ロール１９を点線で示してある。なお、冷却幅領域の下面は、ランアウトテーブルの頂点に接する平面でもある。
本形態においては、熱間圧延設備１０で製造できる熱延鋼板２がランアウトテーブル上を搬送される際に存在しうる領域を「冷却幅領域」とする。「冷却幅領域」とはすなわち、本来、製造可能な熱延鋼板の最大板厚×（最大板幅＋最大蛇行幅）で区画され、鋼板搬送方向に延びる三次元領域である。このため、「冷却幅領域」は鋼板搬送方向において、ランアウトテーブル上における仕上圧延機の出側端から巻取装置の前までの領域を占める。この冷却幅領域が本形態における「冷却対象領域」である。なお、実用上、最大板厚にかかわる部分は無視できるため、冷却幅領域つまり冷却対象領域を、ランアウトテーブルの頂点に接する平面において、（最大板幅＋最大蛇行幅）で区画される二次元領域つまり平面と見做してもよい。
冷却幅領域の上面のうち、上側冷却装置１６が冷却する領域であって、機幅方向全幅および冷却機長で画定される領域を「全冷却領域Ａ１」とする。図４に全冷却領域Ａ１の一例を示す。なお、「機幅」とは、上側冷却装置１６の機幅方向の長さ（以下、機幅方向の長さを幅方向の長さまたは幅方向の幅という場合もあるが、同じ意味である。）であり、「幅方向全幅」とは、熱延鋼板２が搬送ロール１９上において存在し得る領域の幅方向長さである。「冷却機長」は、上側冷却装置１６が冷却する領域の鋼板搬送方向の長さであり、少なくとも搬送ロール１９の鋼板搬送方向ロール間１ピッチ以上（例えば、１ｍ以上）の長さである。「鋼板搬送方向ロール間１ピッチの長さ」とは、鋼板搬送方向において隣接する搬送ロール１９の軸同士の間の距離を意味する。「冷却機長」は特に限定されることはないが、設備コストの観点からは２０ｍ以下程度が好ましい。具体的な長さは、上側冷却装置１６の冷却能力と、熱延鋼板２の不均一温度分布の予測される態様から適宜決定すればよい。
全冷却領域Ａ１を、機幅方向すなわち幅方向で３以上に分割して得られる各々の冷却領域を「幅分割冷却帯Ａ２」とする。図５に全冷却領域Ａ１が１０個の幅分割冷却帯に分割された例を示す。全冷却領域Ａ１の幅方向への分割数（すなわち、幅方向における幅分割冷却帯Ａ２の数）はこれに限定されない。幅方向温度分布の均一化のためには、分割数は多い方がよい。例えば、分割数の下限を、４、６、８、１０又は１２としてもよい。しかしながら、分割数を多くすると設備費用が高くなるため、分割数の上限を３０、２０、１６又は１４としてもよい。
また、幅分割冷却帯Ａ２を機長方向すなわち鋼板搬送方向に複数に分割して得られる各々の冷却領域を「分割冷却面Ａ３」とする。分割冷却面Ａ３の個々の幅方向長さは、幅分割冷却帯Ａ２の幅方向長さと同じである。分割冷却面Ａ３の鋼板搬送方向長さは、例えば幅分割冷却帯Ａ２の鋼板搬送方向長さを分割数で均等に分割した長さである。
分割冷却面Ａ３の鋼板搬送方向の長さは、特に限定されることはなく、適宜設定することができる。図４に示す分割冷却面Ａ３の鋼板搬送方向の長さは、搬送ロール１９の１ピッチの４倍に設定されている。また、図６の例では、分割冷却面の鋼板搬送方向の長さが、搬送ロール１９の１ピッチ分に設定されている。このように、分割冷却面Ａ３の鋼板搬送方向の長さは、搬送ロール１９の鋼板搬送方向ロール間ピッチの整数倍であることが好ましい。
なお、鋼板搬送方向に隣接して配列される複数の分割冷却面Ａ３の鋼板搬送方向長さは同じである必要はなく、互いに異なってもよい。言い換えると、幅分割冷却帯Ａ２は、鋼板搬送方向で異なる長さの分割冷却面Ａ３の組合せであってもよい。例えば、図７に示したように、分割冷却面Ａ３の鋼板搬送方向長さを上流側から下流側へ、搬送ロール１９の鋼板搬送方向ロール間１ピッチ分、２ピッチ分、４ピッチ分、８ピッチ分、…というように順次長くしていくようにしてもよい。
なお、以下の説明では、図４に示すように、分割冷却面Ａ３の鋼板搬送方向の長さが搬送ロール１９の鋼板搬送方向ロール間４ピッチ分であるものとする。
上述のような分割冷却面Ａ３それぞれに対し少なくとも１つの冷却水ノズル２３が設けられている。冷却水ノズル２３は、冷却幅領域の上方から、当該冷却幅領域の上面に向けて冷却水を噴射する。冷却水ノズル２３には、各種公知の種類のノズルを用いることができ、これには例えば０．３ＭＰａ程度の背圧が加えられるフルコーンスプレーノズル（以下、「フルコーンノズル」と省略することがある。）が挙げられる。また、冷却水ノズル２３は、待機状態において冷却水が当該冷却水ノズル２３から抜け落ちることを防ぐため、小径なものが好ましい。
なお、冷却水ノズル２３の幅方向の冷却範囲は、対応する分割冷却面Ａ３の幅方向の長さに加え、幅方向の両側に隣接する分割冷却面Ａ３の一部に設定されるのが好ましい。冷却水ノズル２３の幅方向の冷却範囲を単一の分割冷却面Ａ３の幅方向の幅に限ると、幅方向で隣接する他の分割冷却面Ａ３との境界線上の冷却能力不足が生じることが懸念される。このような冷却不足を解消するため、ノズル２３の後述の冷却水衝突領域Ｒが幅方向に隣接する他の冷却水衝突領域Ｒと重なる幅方向の幅は、当該冷却水衝突領域の幅方向の幅の５％以上となるように設定するのが好ましい。前記の他の冷却水衝突領域Ｒと重なる幅方向の幅は、当該冷却水衝突領域の幅方向の幅の７％以上又は８％以上とすることがより好ましい。前記の他の冷却水衝突領域Ｒと重なる幅方向の幅は、当該冷却水衝突領域の幅方向の幅の１５％以下とすることがより好ましい。前記の他の冷却水衝突領域Ｒと重なる幅方向の幅は、当該冷却水衝突領域の幅方向の幅の１３％以下又は１１％以下とすることがより好ましい。
図８は、上側冷却装置１６内の冷却幅領域の上面の全冷却領域Ａ１が幅方向に分割された幅分割冷却帯Ａ２と、その幅分割冷却帯Ａ２が鋼板搬送方向に分割された分割冷却面Ａ３とを上下方向（±Ｚ方向）上方から見た平面図で示すとともに、分割冷却面Ａ３毎に設けられる冷却水ノズル２３からの冷却水が、分割冷却面Ａ３に対応する冷却幅領域の上面に衝突して形成する領域（冷却水衝突領域）Ｒを併せて示す図である。冷却水ノズル２３は、分割冷却面Ａ３の各々に少なくとも一つの冷却水衝突領域Ｒが形成されるように配置されている。一つの冷却水衝突領域Ｒの幅は、冷却水衝突領域Ｒが属する分割冷却面Ａ３の幅より大きくなっている。
本形態で冷却水ノズル２３は、１つの分割冷却面Ａ３に、４個の冷却水衝突領域Ｒが形成されるように配置されている。４つの冷却水ノズル２３と冷却水衝突領域Ｒは平面視において、搬送ロール１９それぞれに対して配置され、鋼板搬送方向に並べられている。１つの分割冷却面Ａ３に対応する冷却水ノズル２３の数は特に限定されることはなく、分割冷却面Ａ３それぞれの幅方向の全幅が当該分割冷却面Ａ３に対して設けられた冷却水ノズル２３による冷却水衝突領域Ｒで覆われれば、１つでもよいし、複数であってもよい。
なお、冷却水ノズル２３から吐出させる水量および流速は幅方向、鋼板搬送方向の各冷却水ノズル２３で同一とし、各々の冷却能力を同一とする方が制御は容易である。また、鋼板搬送方向の同じ位置にある、幅方向に複数並ぶ各分割冷却面Ａ３毎に設置される冷却水ノズル２３の形式、数、吐出水量および吐出流速を同一とし、幅方向に並ぶ各分割冷却面Ａ３での冷却能力を同一とする方が制御は容易である。
また、幅方向に並んだ各分割冷却面Ａ３に属する、吐出水量および吐出流速が同一の冷却水ノズル２３は、幅方向に隣り合う冷却水ノズル２３の中心間距離および／または冷却水ノズル２３が形成する冷却水衝突領域Ｒの中心間距離がすべて等距離になるように配置されていることが好ましい。これにより幅方向における均一な冷却をより高い精度で行うことができる。
なお、冷却水ノズル２３の吐出水量および吐出流速に基づく冷却能力が幅方向、鋼板搬送方向で異なっていても、制御装置３０により制御することは可能である。
図９は、冷却水ノズル２３を説明する図である。図９（Ａ）は、冷却水ノズル２３を鋼板搬送方向から見た正面図、図９（Ｂ）は、冷却水ノズル２３からの冷却水が冷却幅領域すなわち熱延鋼板２の上面に衝突する領域（冷却水衝突領域）Ｒを上下方向（±Ｚ方向）上方から見た平面図である。なお、図９（Ｂ）において冷却水ノズル２３の冷却水の吐出口の位置を小さな「●」で示している。
図９に示すように、冷却水ノズル２３は、鋼板搬送方向視において熱延鋼板２の上面の垂線Ｐ０に対して傾いた噴射軸Ｐを有し、当該冷却水ノズル２３から噴射された冷却水が、冷却水衝突領域Ｒに衝突した後、当該冷却水ノズル２３と幅方向反対側に向かう。本形態では、冷却水ノズル２３は、第１のノズル群Ｇ１または第２のノズル群Ｇ２のいずれかを構成する。第１のノズル群Ｇ１の冷却水ノズル２３は、幅方向一方側に向けて冷却水が噴射されるよう噴射軸Ｐが傾けられることで幅方向一方端側から排水させている。第２のノズル群Ｇ２の冷却水ノズル２３は、幅方向他方側に向けて冷却水が噴射されるよう、噴射軸Ｐが第１のノズル群Ｇ１の冷却水ノズル２３とは逆向きに傾けられることで、幅方向他方端側から排水させている。
第１のノズル群Ｇ１を構成する冷却水ノズル２３による冷却水衝突領域Ｒは、幅方向に隣接する他の冷却水衝突領域Ｒと連なりながら、幅方向に連なる第１の冷却水衝突領域群ＲＧ１（以下、第１の領域群ＲＧ１と省略することがある。）を形成する。また、第２のノズル群Ｇ２を構成する冷却水ノズル２３による冷却水衝突領域Ｒは、幅方向に隣接する他の冷却水衝突領域Ｒと連なりながら、幅方向に連なる第２の冷却水衝突領域群ＲＧ２（以下、第２の領域群ＲＧ２と省略することがある。）を形成する。
第１の領域群ＲＧ１を形成する第１のノズル群Ｇ１の冷却水ノズル２３と、第２の領域群ＲＧ２を形成する第２のノズル群Ｇ２の冷却水ノズル２３とは、鋼板搬送方向視において互いに対称となるように傾けられている。そして、第１の領域群ＲＧ１を形成する第１のノズル群Ｇ１を構成する冷却水ノズル２３は、噴射軸Ｐが上記垂線Ｐ０に対して傾く方向が機長方向視において全て同じである。つまり、第１の領域群ＲＧ１を形成する第１のノズル群Ｇ１を構成する冷却水ノズル２３の中では、噴射軸Ｐが上記垂線Ｐ０に対して傾く方向が逆向きのものはなく、幅方向一方側に向けて冷却水を噴射する。また、第２の領域群ＲＧ２を形成する第２のノズル群Ｇ２の冷却水ノズル２３も、噴射軸Ｐが上記垂線Ｐ０に対して傾く方向が機長方向視において全て同じである。つまり、第２の領域群ＲＧ２を形成する第２のノズル群Ｇ２を構成する冷却水ノズル２３の中では、噴射軸Ｐが上記垂線Ｐ０に対して傾く方向が逆向きのものはなく、幅方向他方側に向けて冷却水を噴射する。
各冷却水ノズル２３は、その噴射軸Ｐの上記垂線Ｐ０に対する角度すなわち傾き角度θが、当該冷却水ノズル２３からの冷却水の噴射拡がり角度の半分より大きくなるよう設けられることが好ましい。冷却水ノズル２３の上記傾き角度θは例えば１０°〜４５°である。なお、冷却水ノズル２３からの冷却水の噴射拡がり角度は例えば約１２°であり、冷却水衝突領域Ｒは例えば直径が２００ｍｍになるように形成される。
また、図の「●」で示される冷却水ノズル２３の冷却水の吐出口の位置と、冷却水衝突領域Ｒの位置関係から分かるように、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐは、鋼板搬送方向に傾斜しておらず、具体的には、鋼板搬送方向下流側に傾斜しておらず、平面視において幅方向と略平行である。なお、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐが鋼板搬送方向に傾斜することを除外する必要はない。噴射軸Ｐを傾斜させる必要はなく、傾斜させない方が好ましい。
また、１つの搬送ロール１９位置に対し第１のノズル群Ｇ１および第２のノズル群Ｇ２の両方の冷却水ノズル２３が設けられている。そして、各冷却水ノズル２３は、冷却水衝突領域群それぞれが他の冷却水衝突領域群とは重ならないように（すなわち、第１の領域群ＲＧ１同士、第２の領域群ＲＧ２同士が重ならず、第１の領域群ＲＧ１と第２の領域群ＲＧ２とが重ならないように）設けられている。また、第１の領域群ＲＧ１と当該第１の領域群ＲＧ１と鋼板搬送方向に隣接する第２の領域群ＲＧ２とで冷却幅領域すなわち熱延鋼板２の幅方向全幅を覆うように、冷却水ノズル２３が設けられている。前述のように、冷却水衝突領域群それぞれが他の冷却水衝突領域群とは重ならないように各冷却水ノズル２３が設けられているため、第１の領域群ＲＧ１と第２の領域群ＲＧ２とで冷却幅領域すなわち熱延鋼板２の幅方向全幅を覆うようにしても、第１のノズル群Ｇ１からの冷却水の噴流と第２のノズル群Ｇ２からの冷却水の噴流とが干渉することがない。なお、冷却水衝突領域群それぞれが他の冷却水衝突領域群とは重ならないようにするための方法として、一の冷却水衝突領域群を形成する冷却水ノズル２３の位置を、他の冷却水衝突領域を形成する冷却水ノズル２３の位置とを鋼板搬送方向にずらす方法がある。また、第１の領域群ＲＧ１を形成する冷却水ノズル２３の位置と第２の領域群ＲＧ２を形成する冷却水ノズル２３の位置とを鋼板搬送方向前後にずらすことで、第１の領域群ＲＧ１を形成する冷却水ノズル２３と第２の領域群ＲＧ２を形成する冷却水ノズル２３とが鋼板搬送方向視において重なる場合でも、冷却幅領域の上面において２つの冷却衝突領域群が互いに重ならないようにすることができる。その結果、冷却水ノズル２３からの冷却水同士自体が互いに干渉するのを防ぐことができる。なお、前記のとおり、一つの冷却水衝突領域Ｒの幅は、冷却水衝突領域Ｒが属する分割冷却面Ａ３の幅より大きい。このため、ある一つの冷却水衝突領域Ｒは、同じ幅分割冷却帯Ａ２に属する別の冷却水衝突領域Ｒと同じ冷却水衝突領域群ＲＧに属することはできない。
また、上述のように、冷却水衝突領域群それぞれが他の冷却水衝突領域群とは重ならないように冷却水ノズル２３が設けられているため、いずれかの冷却水衝突領域群を形成する冷却水ノズル２３から噴射され熱延鋼板２に衝突した冷却水の排水が、他の冷却水衝突領域群を形成する冷却水ノズル２３から噴射され熱延鋼板２に衝突した冷却水により妨げられることがない。
なお、本形態において、第１の領域群ＲＧ１と第２の領域群ＲＧ２とが、搬送ロール１９の配設位置を基準に、平面視において千鳥配置されている。具体的には、１つの搬送ロール１９に対し、第１の領域群ＲＧ１及び第２の領域群ＲＧ２両方がそれぞれ１つ設定されており、また、１つの搬送ロール１９に対する第１の領域群ＲＧ１と第２の領域群ＲＧ２とは鋼板搬送方向に沿って交互に配置されている。例えば、第１の領域群ＲＧ１は、冷却水衝突領域Ｒの中心が搬送ロール１９の中心軸Ｓより鋼板搬送方向下流側に位置するよう設定され、第２の領域群ＲＧ２は、冷却水衝突領域Ｒの中心が搬送ロール１９の中心軸Ｓより鋼板搬送方向上流側に位置するよう設定されている。
各冷却水ノズル２３による冷却水衝突領域Ｒは、幅方向で隣接する冷却水衝突領域Ｒとの間の中間部で冷却能力不足が生じる等の不均一冷却が生じないように、幅方向長さおよびラップ幅（幅方向に隣接する冷却水衝突領域Ｒ間で重複する領域の幅方向長さ）が設定されている。なお、図９の例では、第１の領域群ＲＧ１と第２の領域群ＲＧ２は、鋼板搬送方向視において、冷却幅領域の幅方向中央Ｑで重複しており、この重複する領域の幅方向長さは上述のラップ幅と同様に設定されている。
また、図９の例では、第１の領域群ＲＧ１と第２の領域群ＲＧ２との境界は、冷却幅領域の幅方向中央Ｑと一致している。ところで、各ノズル群を構成する冷却水ノズル２３の数が、第１のノズル群Ｇ１と第２のノズル群Ｇ２とで異なる場合があり、この場合は第１のノズル群Ｇ１による第１の領域群ＲＧ１と第２のノズル群Ｇ２による第２の領域群ＲＧ２との境界が、冷却幅領域の幅方向中央Ｑと一致しない。しかし、上記境界が幅方向中央Ｑに近いほど、幅方向一方端側および他方端側それぞれからの排水がスムーズであるため、上記境界は図９の例のように幅方向中央Ｑに一致するよう設定されることが好ましい。
さらに、冷却水ノズル２３は、通板性を確保するため、冷却水衝突領域Ｒが、平面視において搬送ロール１９の中心軸Ｓと重なるように設けられていることが好ましい。通板性を確保する観点では、第１のノズル群Ｇ１からの冷却水の噴流と第２のノズル群Ｇ２からの冷却水の噴流とが干渉しない範囲で、冷却水衝突領域Ｒの中心は、平面視において搬送ロール１９の中心軸Ｓ直上に近い位置に設定されることが好ましい。
上側冷却装置１６の説明に戻る。
中間ヘッダー２４は、本形態における切替装置の一部として機能し、冷却水ノズル２３に冷却水を供給するヘッダーである。本形態では図２および図３よりわかるように、中間ヘッダー２４は鋼板搬送方向に延びる管状の部材で、鋼板搬送方向に沿って複数の冷却水ノズル２３が設けられている。したがって、１つの中間ヘッダー２４に配置された冷却水ノズル２３からの冷却水の噴射および停止を同時に制御することができる。図示の例では、１つの中間ヘッダー２４に対して冷却水ノズル２３は鋼板搬送方向に４個並べられているが、冷却水ノズル２３の数はこれに限定されるものではない。
そして中間ヘッダー２４は１つの分割冷却面Ａ３に１つとなるように配置される。これにより、分割冷却面Ａ３毎に冷却水の噴射と停止の切替制御を可能としている。
三方弁２７は、本形態における切替装置の一部として機能する部材である。すなわち、三方弁２７は冷却水ノズル２３から噴射される冷却水の、冷却幅領域の上面への衝突と非衝突とを切り替える切替装置の主要部材である。切替装置は、上述の分割冷却面Ａ３毎に設けられている。
本形態の三方弁２７は分流型であり、給水ヘッダー２６からの加圧水を、配管２５に導いて中間ヘッダー２４、さらには冷却水ノズル２３に給水するか、排水ヘッダー（図示せず）に導くかを切り替える弁である。なお、本形態では排水のための部位として排水ヘッダーを例示したが、その態様は特に限定されることはない。
本形態の三方弁２７の替わりに２つの止め弁（広義に流体の流れを止めるための弁、ＯＮ／ＯＦＦ弁と呼ばれることもある。）を設置して三方弁と同様に制御を行うことも可能である。三方弁２７を用いることにより、切替時の水圧変動を小さくすることができる。
本形態で三方弁２７は、中間ヘッダー２４それぞれに対して１つ設けられ、冷却水を供給する給水ヘッダー２６と冷却水を排出する排水ヘッダーとの間に配置されている。
上流側温度測定装置（以下、「第１測定装置」と称する。）２８は、本形態における温度検出装置として機能する。
この第１測定装置２８は、冷却幅領域の下面側となる位置に配置されて、図８に示すように、全冷却領域Ａ１の鋼板搬送方向上流側における熱延鋼板２の温度を測定する。
第１測定装置２８は、幅分割冷却帯Ａ２の上流側で温度を測定できるように、幅分割冷却帯Ａ２のそれぞれに対応して、幅方向に並べられて設けられている。これにより、上側冷却装置１６の上流側における熱延鋼板２の幅方向の温度を全幅に亘って測定でき、すなわち、上側冷却装置１６の上流側における熱延鋼板２の幅方向温度分布を測定することができる。
下流側温度測定装置（以下、「第２測定装置」と称する。）２９も、本形態における温度検出装置として機能する。
この第２測定装置２９は、冷却幅領域の下面側となる位置に配置されて、全冷却領域Ａ１の鋼板搬送方向下流側における熱延鋼板２の温度を測定する。
第２測定装置２９は、冷却後における幅分割冷却帯Ａ２それぞれの温度を測定できるように、幅分割冷却帯Ａ２のそれぞれに対応して、幅方向に並べられて設けられている。これにより、上側冷却装置１６の下流側における熱延鋼板２の幅方向の温度を全幅に亘って測定でき、すなわち、上側冷却装置１６の下流側における熱延鋼板２の幅方向温度分布を取得することができる。
第１測定装置２８および第２測定装置２９の構成は、熱延鋼板２の温度を測定するものであれば特に限定されるものではないが、例えば特許第３８１８５０１号公報などに記載された温度計を用いるのが好ましい。
制御装置３０は、第１測定装置２８の測定結果、第２測定装置２９の測定結果のいずれか、或いは双方の結果に基づいて、切替装置の動作を制御する装置である。具体的には、制御装置３０は、第１測定装置２８の測定結果、第２測定装置２９の測定結果のいずれか、或いは双方の結果に基づいて、幅分割冷却帯Ａ２毎に、当該幅分割冷却帯Ａ２中に含まれる複数の分割冷却面Ａ３それぞれに対する切替装置の動作を制御することで当該幅分割冷却帯Ａ２の全長での冷却を制御し、これらを合わせて全冷却領域Ａ１の冷却を制御する。制御装置３０は、所定のプログラムに基づいて演算を行う電子回路やコンピュータを備えており、これに第１測定装置２８、第２測定装置２９および切替装置が電気的に接続されている。
例えば、搬送ロール１９を有するランアウトテーブルを圧延後且つ主冷却装置１５での冷却後に搬送される熱延鋼板２の温度を第１測定装置２８で測定する。この測定結果が制御装置３０に送られ、分割冷却面Ａ３毎に熱延鋼板２の温度を均一化するために必要な冷却量が算出される。
そして、その計算結果に基づいて、制御装置３０は、三方弁２７の開閉をフィードフォワード制御する。すなわち、制御装置３０は、熱延鋼板２の幅方向の温度の均一化を実現するために、三方弁２７の開閉を制御し分割冷却面Ａ３毎に冷却水ノズル２３から噴射される冷却水の熱延鋼板２の上面への衝突と非衝突とを制御する。
本形態によれば、以下の効果が得られる。
本形態では、上述のように、主冷却装置１５による冷却後の熱延鋼板２の幅方向の温度を全幅に亘って測定する第１測定装置２８での測定結果に基づいて、分割冷却面Ａ３毎に、冷却水ノズル２３から噴射される冷却水の熱延鋼板２の上面への衝突と非衝突とを制御する。そして、分割冷却面Ａ３が幅方向に３以上配列され且つ圧延方向に複数配列されているため、幅方向および圧延方向の両方にかかる熱延鋼板２の温度の均一化を高い精度で行うことができる。
また、本形態によれば、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐが冷却幅領域の上面の垂線Ｐ０に対して傾いており、冷却水ノズル２３から噴射され冷却水衝突領域Ｒに衝突した冷却水が、幅方向における当該冷却水ノズル２３と反対側に向かい、熱延鋼板２の幅方向一端または他端から排出される。そのため、冷却水ノズル２３から噴射され冷却水衝突領域Ｒに衝突した冷却水が、板上水として熱延鋼板２の冷却に影響を及ぼすことがない。
ここで、主冷却装置１５および調整用冷却装置１７が既設のものであり熱延鋼板２の幅方向中央部の温度に基づいて冷却を行い当該幅方向中央部の巻取温度が目標値となるよう冷却していた場合に、この上側冷却装置１６を主冷却装置１５と調整用冷却装置１７との間に組み込むものとする。この場合であっても、本実施形態によれば、主冷却装置１５および調整用冷却装置１７に変更を加えることなく、熱延鋼板２の幅方向中央部の巻取温度を目標値に冷却することができる。
なお、本形態のように、主冷却装置１５による冷却後の熱延鋼板２の更なる冷却を当該熱延鋼板２の全幅に亘る温度の測定結果に基づいて行う際、本実施形態とは異なり、冷却水ノズルを冷却幅領域の鉛直方向の下方（つまり、下面）に設け、冷却幅領域の下面側から冷却水を噴き付けることが考えられる。しかし、この場合は、冷却水ノズルの周囲に搬送ロール１９等が存在するため整備が難しいことがある。それに対し、本形態では、冷却水ノズル２３が、冷却幅領域の上方に設けられているため、整備性が高い。なお、主冷却装置１５の下部の構成のみを下流側に延長させるようにして、上側冷却装置１６と対向する位置にも冷却水ノズルを設ける場合については、当該冷却水ノズルを主冷却装置１５と独立して制御する必要がないため、構成は簡素になるので整備性は問われない。
また、本形態では、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐの傾き角度θが１０°〜４５°である。
図１０は、フルコーンノズルである冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐの傾き角度θと、冷却水ノズル２３からの冷却水のうち熱延鋼板２に衝突した後に冷却水噴射方向と逆方向に戻る冷却水の割合（以下、「冷却水ノズル２３からの冷却水の戻り割合」という。）との関係を示す図である。
図に示すように、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐの傾き角度θを１０°以上にすることにより、冷却水ノズル２３からの冷却水の戻り割合を２割以下に抑えることができ、板上水の量を減らすことができる。
図１１は、フルコーンノズルである冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐの傾き角度θと、衝突圧力指数との関係を示す図である。衝突圧力指数とは、冷却水ノズル２３から噴射された冷却水が熱延鋼板２に衝突したときの圧力に関する指数であり、上記傾き角度θが０°のときに１となる指数である。この衝突圧力指数は高いほど冷却能力が高く望ましいが、上記傾き角度θを４５°以下にすると、衝突圧力指数を０．７以上にすることができる。
また、本形態によれば、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐが、鋼板搬送方向に傾斜しておらず平面視において幅方向と略平行である。本形態と異なり、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐが鋼板搬送方向に傾斜しており平面視において幅方向と非平行であると、前述の冷却水ノズル２３からの冷却水の戻り割合が増加する。したがって、本形態のように、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐが、平面視において幅方向と略平行であると、上記戻り割合を抑えることができ、高い冷却能力を得ることができる。また、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐが平面視において幅方向と平行でない場合、同じ噴射軸の傾き角度θに対して冷却水戻り割合は増加し衝突力指数は低下するが、上記噴射軸Ｐが平面視において幅方向と平行であり幅方向に対する角度が０°である場合、このような問題は生じない。なお、平面視での冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐの板幅方向に対する角度は、０°に限らない。上記角度は、前述の冷却水ノズル２３からの冷却水の戻り割合が２割以下となる角度以下、且つ、衝突圧力指数が０．７以上となる角度以下であればよい。
さらに、本形態によれば、冷却水ノズル２３の冷却水衝突領域Ｒが、平面視において搬送ロール１９の中心軸Ｓと重なる。そのため、冷却水ノズル２３からの冷却水により熱延鋼板２の通板性が損なわれることがない。
中間ヘッダー２４には三方弁２７が設けられており、当該中間ヘッダー２４における冷却水ノズル２３の個数が少ない方が、熱延鋼板２に噴射される冷却水の制御性は向上する。一方、冷却水ノズル２３の個数を少なくするとその分、必要な三方弁２７の数が増加し、設備コストとランニングコストが高くなる。従って、これらのバランスを考慮して、冷却水ノズル２３の個数を設定することができる。
分割冷却面Ａ３に冷却水を衝突させるにあたり、少量の冷却水を用いた場合、全冷却領域Ａ１の鋼板搬送方向長さが長くなってしまう。このため、例えば１．０ｍ３／ｍ２／ｍｉｎ以上の大きい水量密度の冷却水を冷却水ノズル２３から噴射するのが好ましい。
上述の説明では、第１測定装置２８及び第２測定装置２９は、冷却幅領域の下面側となる位置に配置されていたが、冷却幅領域の上面側に配置され、当該上面側から熱延鋼板２の温度を測定するように構成されていてもよい。ただし、冷却幅領域の上面側から熱延鋼板２の温度を測定する構成の場合、温度測定装置の上流側に水切り装置を設ける必要があり、少なくともこの水切り装置の分、温度測定に必要な領域の鋼板搬送方向の長さが大きくなり、上側冷却装置の鋼板搬送方向の単位長さあたりの冷却速度すなわち冷却能力が低下する。したがって、上述の第１測定装置２８及び第２測定装置２９のように、冷却幅領域の下面側から熱延鋼板２の温度を測定する構成の方が、温度測定のために水切り装置を設ける必要がなく冷却能力が高いため、好ましい。
また、上述の説明では、三方弁２７の開閉を、第１測定装置２８の測定結果に基づいてフィードフォワード制御をするものとしたが、第２測定装置２９の測定結果に基づいてフィードバック制御してもよい。すなわち、第２測定装置２９の測定結果を用いて制御装置３０で計算を行い、その計算結果に基づいて、鋼板搬送方向の位置が異なる分割冷却面Ａ３毎に、三方弁２７の開閉数を制御してもよい。これにより、分割冷却面Ａ３毎に、冷却幅領域の上面への冷却水の衝突と非衝突とを制御することができる。
上側冷却装置１６では、第１測定装置２８の測定結果による三方弁２７のフィードフォワード制御と、第２測定装置２９の測定結果による三方弁２７のフィードバック制御とを選択的に行うことができる。
また、かかるフィードバック制御をフィードフォワード制御結果の補正制御として適用することもできる。このように、上側冷却装置１６では、第１測定装置２８の測定結果による三方弁２７のフィードフォワード制御と、第２測定装置２９の測定結果による三方弁２７のフィードバック制御とを統合させて行うこともできる。
なお、フィードフォワード制御またはフィードバック制御をいずれか一方のみを行う場合には、第１測定装置２８又は第２測定装置２９のいずれか一方を省略してもよい。
（冷却水ノズル２３の他の例１）
図１２は冷却水ノズル２３の他の例を説明する図である。
既に他の冷却装置がある等して、図９（Ａ）に示すように熱延鋼板２の直上（すなわち冷却幅領域の直上）に冷却水ノズル２３を配設することが不可能な場合がある。この場合は、図１２（Ａ）に示すように、冷却水ノズル２３を、鋼板搬送方向視において、熱延鋼板２の外側（すなわち冷却幅領域の外側）にサイドスプレーとして設けてもよい。
この場合も、前述の例と同様、図１２（Ｂ）に示すように、第１の領域群ＲＧ１と第２の領域群ＲＧ２とが、搬送ロール１９の配設位置を基準に、平面視において千鳥配置されている。したがって、第１のノズル群Ｇ１からの冷却水の噴流と、第２のノズル群Ｇ２からの冷却水の噴流とが、熱延鋼板２に衝突するまでの間に干渉することがない。また、上述のように冷却水ノズル２３から噴射され熱延鋼板２に衝突した冷却水の排水が、他の冷却水ノズル２３から噴射され熱延鋼板２に衝突した冷却水により妨げられることがない。
なお、本例の場合、冷却水ノズル２３から冷却幅領域の上面までの距離がノズル毎に異なる。このため、冷却水ノズル２３それぞれの冷却水の噴射角や噴射圧力は、冷却水衝突領域Ｒの大きさや当該冷却水衝突領域Ｒに衝突する冷却水の流量が等しくなるよう設定されることが好ましい。
（冷却水ノズル２３の他の例２）
図１３は冷却水ノズル２３の他の例を説明する図である。
本例の冷却水ノズル２３は、図１３（Ａ）に示すように、図９の例と同様、熱延鋼板２の直上に配設されている。
また、本例の冷却水ノズル２３も、図１３（Ｂ）に示すように、第１の領域群ＲＧ１と第２の領域群ＲＧ２とが、搬送ロール１９の配設位置を基準に、平面視において千鳥配置されている。ただし、本例では、先の例と異なり、１つの搬送ロール１９に対し、第１の領域群ＲＧ１および第２の領域群ＲＧ２のいずれか一方が１つ設定されており、また、第１の領域群ＲＧ１と第２の領域群ＲＧ２とは鋼板搬送方向に沿って交互に配置されている。そして、第１の領域群ＲＧ１及び第２の領域群ＲＧ２は、平面視において、冷却水衝突領域Ｒの中心が搬送ロール１９の中心軸Ｓ上に位置するよう設定されている。
本例の冷却水ノズル２３によれば、冷却水衝突領域Ｒの中心が、平面視において搬送ロール１９の中心軸Ｓ上に位置するように設けられている。そのため、熱延鋼板２の通板性をより高く維持することができる。
なお、本例のように冷却水衝突領域Ｒを設ける場合に、冷却水ノズル２３を、図１２（Ａ）と同様、鋼板搬送方向視において、熱延鋼板２の外側（すなわち冷却幅領域の外側）にサイドスプレーとして設けてもよい。
（冷却水ノズル２３の他の例３）
図１４及び図１５は冷却水ノズル２３の他の例を説明する図である。図１５（Ａ）は図１４のＸ−Ｘ断面の一部、図１５（Ｂ）は図１４のＹ−Ｙ断面の一部を示している。
本例において、各第１のノズル群Ｇ１は、１つの第１の冷却水衝突領域群ＲＧ１で冷却幅領域の幅方向全幅が覆われるように設けられており、また、各第２のノズル群Ｇ２も、１つの第２の冷却水衝突領域群ＲＧ２で冷却幅領域の幅方向全幅が覆われるように設けられている。
このようなノズル群の構成の場合、冷却水衝突領域Ｒの中心が平面視において搬送ロール１９の中心軸Ｓ上に位置するように冷却水ノズル２３を設けられる。そのため、熱延鋼板２の通板性を高く維持することができる。なお、この例のように、第１の冷却水衝突領域群ＲＧ１および第２の冷却水衝突領域群ＲＧ２がともに冷却幅領域の幅方向全幅を覆うように設けられる場合、板上水の影響を少なくするため、前述の第１の冷却水衝突領域群ＲＧ１および第２の冷却水衝突領域群ＲＧ２がそれぞれ冷却幅領域の幅方向片側ずつを覆うように設けられる場合に比べ、冷却水ノズル２３の傾き角度θを大きくすることが好ましい。
また、本例のように冷却水衝突領域Ｒを設ける場合、第１のノズル群Ｇ１と第２のノズル群Ｇ２とを鋼板搬送方向に沿って交互に配置しなくてもよい。第１のノズル群Ｇ１または第２のノズル群Ｇ２が鋼板搬送方向に沿って連続する部分が存在してもよいし、第１のノズル群Ｇ１および第２のノズル群Ｇ２のいずれか一方のみから構成されてもよい。
（第２実施形態）
図１６は第２実施形態にかかる上側冷却装置１６の構成の一部を概略的に示す図である。
本実施形態にかかる上側冷却装置１６は、第１実施形態にかかる上側冷却装置１６の構成に加えて、図示するように、水切りノズル４０を有する。
水切りノズル４０は、冷却幅域の幅方向一方側の領域および他方側の領域それぞれに対し１つずつ設けられている。また、水切りノズル４０は、冷却幅領域の幅方向外方に設けられ、幅方向一方側の領域に対する水切りノズル４０は、幅方向他方側の外方に設けられ、幅方向他方側の領域に対する水切りノズル４０は、幅方向一方側の外方に設けられている。
これら水切りノズル４０は、鋼板搬送方向最下流側の冷却水衝突領域群より鋼板搬送方向下流側の領域に、水切り水を噴射して搬送方向下流側水切り水衝突領域Ｔを形成する。
冷却水ノズル２３による冷却領域より下流の領域に板上水が残る場合があるが、本形態のように水切りノズル４０を設けることで、残った板上水を直ちに排水することができ、熱延鋼板２を適切に冷却することができる。
（水切りノズル４０の他の例）
図１７は水切りノズル４０の他の例を説明する図である。
図１６の例では、水切りノズル４０が、鋼板搬送方向最下流側の冷却水衝突領域群より鋼板搬送方向下流側の領域に対してのみ設けられている。それに対し、図１７の例では、各冷却水衝突領域群より搬送方向下流側の領域毎に水切りノズル４０が設けられている。
本例においても、冷却水ノズル２３による冷却領域より下流の領域に残った板上水を直ちに排水することができ、熱延鋼板２を適切に冷却することができる。
（第１及び第２実施形態の変形例）
以上の説明では、冷却水ノズル２３は、フルコーンスプレーノズルであったが、０．３ＭＰａ程度の背圧が加えられるスプレーノズルであれば、冷却水衝突領域Ｒが円形のフルコーンスプレーノズルに限らず、冷却水衝突領域Ｒが楕円形のフラットスプレーノズル等の他のノズルであってもよい。
なお、スプレーノズルからの分散流とは異なり棒状噴流等のバルク流（すなわちラミナー流）で冷却水を供給するラミナーノズルを冷却水ノズル２３に用いるのは好ましくない。なぜならば、スプレーノズルを用いた場合に比べて、ラミナーノズルを用いた場合の方が、前述の、冷却水ノズル２３からの冷却水の戻り割合が大きく、大量の板上水が残り易いからである。また、ラミナーノズルを用いた場合でも、噴射軸Ｐの傾き角度θを大きくすることで板上水の量を減らすことができるが、上記傾き角度θを大きくすると、熱延鋼板２に衝突する冷却水の垂直方向成分の運動量が弱まり冷却能力が弱くなってしまう。また、上記傾き角度θを大きくすると、板上水の流速が高くなるため、当該板上水による冷却能力が上昇してしまい、本来冷やすべきでない部分が板上水によって冷却されてしまう。つまり、上記傾き角度θを大きくすると、冷却水の衝突領域と非衝突領域との冷却能力差を十分につけることができない。したがって、ラミナーノズルを用いて上記傾き角度θを大きくした場合、前述の形態のような冷却制御、すなわち、分割冷却面Ａ３毎に冷却水の衝突及び非衝突を切り替えて熱延鋼板２の温度が均一になるように冷却する制御を、実現することができない。また、実現できたとしても、冷却機長が長くなる。上述の点は、ラミナーノズルであれば、パイプラミナーノズルでもスリットラミナーノズルでも同じである。
図１８は、スリットラミナーノズルを用いた場合における、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐの傾き角度θと、冷却水ノズル２３からの冷却水の戻り割合との関係を示す図である。
フルコーンノズルを用いた場合は、図１０に示したように、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐの傾き角度θを１０°以上にすることで、冷却水ノズル２３からの冷却水の戻り割合を２割以下に抑えることができる。それに対し、スリットラミナーノズルを用いた場合、図１８に示すように、上記傾き角度θを３７°以上にしなければ、冷却水ノズル２３からの冷却水の戻り割合を２割以下に抑えることができない。
さらに、パイプラミナーノズルやスリットラミナーノズルは、ラミナー流としての冷却水同士が干渉するのを防ぐため、幅方向に隣接する冷却水衝突領域間に隙間を設ける必要があるため、冷却水ノズル２３としては好ましくない。
上述の例では、冷却機長と冷却幅領域の幅方向全幅とで画定される領域を全冷却領域としていた。これに代えて、特定の場合には、図１９に示すように、冷却機長と冷却幅領域の幅方向全幅とで画定される領域から幅方向中央部の非冷却領域Ａ４を除いた領域を全冷却領域Ａ１としてもよい。特定の場合とは、例えば、搬送ロール１９間に熱延鋼板２の先端が落ち込むのを防ぐために、鋼板搬送方向で隣接する搬送ロール１９の間の幅方向中央部に、熱延通板ガイドを設ける場合である。このように熱延通板ガイドを幅方向中央部に設ける場合、当該ガイドの保護用の冷却水により、熱延鋼板の幅方向の中央部の温度が幅方向の他の部分に対して低くなる場合がある。このような事態を防止するため、冷却幅領域の幅方向中央部を非冷却領域とし、熱延鋼板２の幅方向温度分布の均一化を図ることがある。
全冷却領域Ａ１が上記非冷却領域Ａ４を除いたものである場合、図２０に示すように、第１の領域群ＲＧ１及び第２の領域群ＲＧ２は、全冷却領域Ａ１に形成され、非冷却領域Ａ４には形成されない。ただし、この場合も、第１の領域群ＲＧ１と当該第１の領域群ＲＧ１と鋼板搬送方向に隣接する第２の領域群ＲＧ２とで全冷却領域Ａ１の幅方向全幅が覆われる。
また、全冷却領域Ａ１が非冷却領域Ａ４を除いたものである場合も、図２０に示すように、図９等の例と同様、第１の領域群ＲＧ１と第２の領域群ＲＧ２とが、搬送ロール１９の配設位置を基準に、平面視において千鳥配置され、各領域群を構成する冷却水衝突領域Ｒが、平面視において搬送ロール１９の中心軸Ｓと重なっていてもよい。
この例に限らず、例えば、図２１に示すように、１つの搬送ロール１９に対し、第１の領域群ＲＧ１および第２の領域群ＲＧ２の両方が設定され、且つ、平面視において、各領域群を構成する冷却水衝突領域Ｒの中心が、搬送ロール１９の中心軸Ｓ上に位置してもよい。なお、この例において、「機長方向に互いに隣接する一対の領域群」とは、「機長方向位置が互いに一致する一対の領域群」を意味する。
また、全冷却領域Ａ１が非冷却領域Ａ４を除いたものである場合において、冷却水衝突領域Ｒの中心を搬送ロール１９の中心軸Ｓ上に位置させる場合、図１３の例と同様、１つの搬送ロール１９に対し、第１の領域群ＲＧ１および第２の領域群ＲＧ２のいずれか一方が設定されていてもよい。
なお、全冷却領域Ａ１が非冷却領域Ａ４を除いたものである場合も、冷却水ノズル２３を熱延鋼板２の直上に設けてもよいし、熱延鋼板２の外側にサイドスプレーとして設けてもよい。また、水切りノズルを設けてもよい。
上述の例では、中間ヘッダー２４が備えられていたが、中間ヘッダー２４を有しない構成とすることも可能である。この構成にかかる上側冷却装置１６の構成の概略を表す平面図を図２０に示す。図２２は、図３に相当する図であり、冷却水ノズル２３の１本毎に三方弁２７が接続されることになるが理解を容易にするため、図２２では、三方弁２７、給水ヘッダー２６、排水ヘッダーの図示を省略している。
図２２の例では、各冷却水ノズル２３には図示されていない配管が接続されており、この配管に三方弁が設けられている。三方弁は配管に冷却水を供給する吸水ヘッダーと冷却水を排出する排水ヘッダーとの間に設けられている。このような中間ヘッダー２４を省略した構成であっても、前述の中間ヘッダー２４を有する構成と同様の効果を奏することが可能である。
また、通板性を向上させるために、鋼板搬送方向で隣接する搬送ロール１９の間に熱延鋼板２を下方から支持するディスクロールを設けてもよい。
また、上側冷却装置１６は主冷却装置１５の下流側に配置されているが、上側冷却装置１６の配置箇所はこの例に限定されない。
また、上記説明では、三方弁２７の開閉を制御して、分割冷却面への冷却水の衝突および非衝突を切り替える形態を例示した。本発明は当該形態に限定されず、例えば、中間ヘッダー２４と三方弁２７の間に、流量調整弁を設けて、流量調整弁からの冷却水の噴射流量を制御して分割冷却面への冷却水の衝突及び非衝突を切り替える形態とすることも可能である。ただし、応答性等の観点から、三方弁２７の開閉を制御する形態の方が好ましい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
以下、実施例と比較例に基づいて本発明の効果について説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
＜実施例１および比較例１＞
効果の検証において、実施例１では、図１の主冷却装置１５、上側冷却装置１６および調整用冷却装置１７からなる冷却装置を用いて冷却した。また、比較例１では、上側冷却装置１６は有さず主冷却装置１５と調整用冷却装置１７からなる冷却装置を用いて冷却を行った。実施例１および比較例１において、主冷却装置１５での冷却は、主冷却装置１５の下流側に設けられた不図示の温度センサでの測定結果に基づくフィードバック制御により行われ、調整用冷却装置１７での冷却も同様に、調整用冷却装置１７の下流側に設けられた不図示の温度センサでの測定結果に基づくフィードバック制御により行われた。
また、実施例１および比較例１では、鋼板幅：１６００ｍｍ、板厚：２．０ｍｍ、鋼板搬送速度：６００ｍｐｍ、冷却前の温度：９００℃、目標巻取温度：５５０℃とした。
実施例１にかかる上側冷却装置１６の構造は、図９のものと同様とした。また、全冷却領域Ａ１は図５等に示すように図１９の非冷却領域Ａ４を含まないものとした。そして、幅分割冷却帯Ａ２の数は８つとした。つまり、分割冷却面Ａ３の幅方向長さは、全冷却領域Ａ１を幅方向に８等分した長さとした。また、分割冷却面Ａ３のうち、幅方向一方側４つについては第１のノズル群Ｇ１が冷却水を噴射するものとし、幅方向他方側４つについては第２のノズル群Ｇ２が冷却水を噴射するものとした。分割冷却面Ａ３の鋼板搬送方向長さは鋼板搬送方向ロール間４ピッチ分とした。さらに、分割冷却面Ａ３の鋼板搬送方向の数は３とした。つまり、分割冷却面Ａ３は、８（幅方向の数）×３（鋼板搬送方向の数）の２４個設けられており、言い換えれば、冷却水ノズル２３を有する冷却ユニットが８（幅方向の数）×３（鋼板搬送方向の数）の２４台設けられている。冷却水ノズル２３の高さ、具体的には、熱延鋼板２の上面から冷却水ノズル２３の先端までの高さは１．１ｍとし、冷却水ノズル２３の傾き角度θを１５°とした。また、第１のノズル群Ｇ１の冷却水ノズル２３と、第２のノズル群Ｇ２の冷却水ノズル２３との、冷却水の干渉を避けるため、冷却水ノズル２３からの冷却水衝突領域Ｒの中心の位置は、図９等に示すように、搬送ロール１９の中心軸Ｓの直上からわずかに上流側または下流側へずらした。冷却水ノズル２３としては、１本当たりの冷却水量が毎分１８６リットルのフルコーンノズルを用いた。冷却水ノズル２３のピッチおよび冷却水衝突領域Ｒの幅方向のピッチは２００ｍｍとした。分割冷却面Ａ３それぞれに設けられた上述の冷却ユニット１台当たりの温度降下は約１５℃である。なお、実施例１および比較例１では、上側冷却装置１６と対向する位置または当該位置に相当する位置に、下面冷却装置は設置されていなかった。
図２３は、実施例１および比較例１における、熱延鋼板２の巻取温度の温度分布の一部を示す図であり、図２３（Ａ）および図２３（Ｂ）はそれぞれ比較例１および実施例１における温度分布を示している。なお、図において、狙い温度に比べた温度差の絶対値が２０℃以内の分布を白、２０℃より大きく４０℃以内の部分を薄い灰色、４０℃より大きい部分を濃い灰色で示した。
図２３（Ａ）に示すように、比較例１では、整備不良などの設備起因の温度偏差のため筋状の温度バラツキが発生しており、狙い温度に比べて高い部分が存在する。さらに、比較例１では標準温度偏差は２５．７℃であった。比較例１の標準温度偏差は赤外線温度画像測定装置により測定した結果から、鋼板の先端および尾端各１００ｍ(フリーテンション部を除くため)と、さらに幅方向両端各５０ｍｍを除いた鋼板温度の全測定点から求めた。
一方、図２３（Ｂ）に示すように、実施例１では、狙い温度に比べて高い部分は比較例１に比べて非常に小さくなっている。そして、図に示した熱延鋼板を冷却した際、実施例では標準温度偏差は１６．５℃と非常に小さくなっていた。実施例１の標準温度偏差は、鋼板の先端および尾端各１００ｍと、さらに両端各５０ｍｍを除いた鋼板温度から求めた。
したがって、本発明によれば、熱延鋼板２の幅方向の温度を均一にすることができることが分かった。
＜実施例２〜４および比較例２〜４＞
Figure 0006699808
実施例２〜４では、実施例１と同様、図１の主冷却装置１５、上側冷却装置１６および調整用冷却装置１７からなる冷却装置を用いて冷却した。また、冷却水ノズル２３の高さは１．１ｍとした。そして、冷却水ノズル２３のピッチおよび冷却水衝突領域Ｒの幅方向のピッチは２００ｍｍとした。また、各冷却水衝突領域群を形成する、幅方向に互いに隣接する冷却水衝突領域Ｒ同士が重なる領域の幅方向の幅（以下、「冷却水衝突領域Ｒのラップ長さ」という。）を２０ｍｍとした。実施例２、３、４では、表１に示すように、冷却水ノズル２３としてフルコーンノズルを用い、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐの傾き角度θをそれぞれ、１５°、３０°、６０°とした。実施例２〜４のその他の条件は実施例１と同様である。
一方、比較例２では、冷却水ノズル２３としてフルコーンノズルを用い、噴射軸Ｐの傾き角度θを０°とした。比較例２のその他の条件は、実施例２と同様である。
また、比較例３では、冷却水ノズル２３として、高流量密度の棒状噴流（ジェット噴流）で冷却水を供給するパイプラミナーノズルを用い、噴射軸Ｐの傾き角度θを５０°とした。
比較例４では、自由落下流で冷却水を供給するパイプラミナーノズルを冷却水ノズル２３として用いた。なお、自由落下流であるため、噴射軸Ｐの傾き角度θは０°である。また、比較例３、４でも、上側冷却装置１６と対向する位置に、下面冷却装置は設置されていなかった。
なお、比較例３では、冷却水ノズル２３の幅方向のピッチは６０ｍｍとし、ノズル径は７ｍｍとした。比較例４では、冷却水ノズル２３の幅方向のピッチは６０ｍｍとし、ノズル径は１５ｍｍとした。なお、比較例３及び比較例４では、冷却水ノズル２３が形成する冷却水衝突領域Ｒは幅方向に隣接する他の冷却水衝突領域Ｒと重ならない。重なると、ラミナー流としての冷却水同士が干渉するためである。また、比較例３及び比較例４では、冷却水ノズル２３の１本当たりの冷却水量はそれぞれ７３Ｌ／ｍｉｎ．、６７Ｌ／ｍｉｎ．である。なお、パイプラミナーノズルを用いる比較例３及び比較例４では、冷却水ノズル２３の１本当たりの冷却水量が、実施例２〜４や比較例２に比べて大きいが、冷却水ノズル２３のピッチが狭く本数が多いため、総冷却水量は、スプレーノズルを用いる実施例２〜４や比較例２に比べて小さい。
表１に示すように、冷却水ノズル２３としてフルコーンノズルが用いられ噴射軸Ｐの傾き角度θが０°であり傾けられていない比較例２では、標準温度偏差が２２．２℃と高かった。それに対し、冷却水ノズル２３としてフルコーンノズルが用いられ噴射軸Ｐの傾き角度θが０°を超え傾けられている実施例２〜４では、標準温度偏差は１５．６℃〜１６．５℃と非常に小さくなっていた。特に、冷却水ノズル２３の噴射軸Ｐの傾き角度θが１０°〜４５°の範囲に収まる実施例２、３では、衝突圧力指数も０．７以上であり冷却能力も高かった。
また、冷却水ノズル２３としてパイプラミナーノズルを用いた比較例３、４では、標準温度偏差は２０℃以上と大きかった。特に、比較例３のように、冷却水ノズル２３からの冷却水の水量密度が高い場合であって、且つ、噴射軸Ｐの傾き角度θが５０°と大きくて板上水が残らないような場合であっても、標準温度偏差は２０℃以上であった。
＜実施例２、５、６および比較例５、６＞
Figure 0006699808
実施例２では、前述のように、冷却水衝突領域Ｒのラップ長さを２０ｍｍとした。それに対し、実施例５、６では、上記ラップ長さをそれぞれ、１０ｍｍ、０ｍｍとした。また、比較例５、６では、冷却水衝突領域Ｒのラップ長さをそれぞれ、−１０ｍｍ、−２０ｍｍとした。つまり、比較例５、６では、各冷却水衝突領域群を形成する、幅方向に互いに隣接する冷却水衝突領域Ｒ間に隙間を設けた。実施例５、６及び比較例５、６のその他の条件は、実施例２と同様である。
表２に示すように、標準温度偏差が比較例５、６では２０．３℃、２３．６℃と大きかったのに対し、実施例６では１８．２℃と低く、実施例２、５では１６．５℃、１６．７℃とさらに低くなっていた。このことから、各冷却水衝突領域群を形成する、幅方向に互いに隣接する冷却水衝突領域Ｒ同士を重ねる必要があることや、冷却水衝突領域のラップ長さが少なくとも１０ｍｍ以上であれば熱延鋼板２の温度をより均一にできること、冷却水衝突領域Ｒのラップ長さが大きい方が熱延鋼板２の温度をより均一にできることが分かる。なお、冷却水衝突領域Ｒのラップ長さの１０ｍｍは、１つの冷却水衝突領域Ｒの幅方向の幅の５％に相当する。
＜実施例２、７〜１１＞
Figure 0006699808
前述のように、実施例２では、図９に示したような位置に冷却水ノズル２３を設けた。それに対し、実施例７では、図１２に示したような位置に冷却水ノズル２３を設け、噴射軸Ｐの傾き角度θを４５とした。また、実施例８では、図１３に示したような位置に冷却水ノズル２３を設け、実施例９では、図１４及び図１５に示したような位置に冷却水ノズル２３を設けた。実施例１０では、図１６に示したように、冷却水ノズル２３及び水切りノズル４０を設けた。実施例６〜１０のその他の条件は、実施例２と同様である。
また、実施例１１は、上側冷却装置１６と対向する位置に下面冷却装置が設置されていた点でのみ実施例２と異なる。なお、実施例１１で用いられた上記下面冷却装置では、熱延鋼板２の全幅に亘って当該熱延鋼板２の下面と対向するように、冷却水ノズルとしてのパイプラミナーノズルが搬送ロール間に幅方向に並べられ、当該ノズルの冷却水量は、熱延鋼板２の幅方向温度分布によらず一定とした。
表３に示すように、実施例７でも標準温度偏差が１７．８℃と低かった。つまり、図９の構成の冷却水ノズル２３であれば、冷却水ノズル２３の配置自由度を高めつつ、熱延鋼板２の温度を均一にすることができる。
また、実施例８や実施例９でも標準温度偏差が１７．２℃や１８．９℃と低かった。つまり、図１３の構成の冷却水ノズル２３や、図１４の構成の冷却水ノズル２３であれば、通板性を確保しつつ熱延鋼板２の温度を均一にすることができる。
さらに、実施例１０でも、すなわち、図１６に示すような水切りノズル４０を設けた構成でも、標準温度偏差が１６．８℃と低くなっていた。この標準温度偏差は、水切りノズル４０を設けていない実施例２に比べて高いものの、非常に低い値である。また、水切りノズル４０を図１６のように設ける構成は、本冷却装置下流の排水性がよく、下流側直近に温度計などの測定機器を設置できるメリットもある。つまり、水切りノズル４０を設けることによって、上述のメリットを享受しながら、熱延鋼板２の温度を均一にすることができる。
さらにまた、実施例１１でも、すなわち、上側冷却装置１６と対向する位置に下面冷却装置を設けた構成でも、標準温度偏差は、上側冷却装置１６と対向する位置に下面冷却装置を設けなかった場合と同様であった。つまり、上側冷却装置１６を用いれば、当該上側冷却装置１６と対向する位置に下面冷却装置を設けるか否かによらず、熱延鋼板２の幅方向の温度を均一にすることができる。
本発明は、熱延鋼板の冷却技術に有用である。
１ スラブ
２ 熱延鋼板
１０ 熱間圧延設備
１１ 加熱炉
１２ 幅方向圧延機
１３ 粗圧延機
１４ 仕上圧延機
１５ 主冷却装置
１６ 上側幅方向制御冷却装置
１７ 調整用冷却装置
１８ 巻取装置
１９ 搬送ロール
２３ 冷却水ノズル
２４ 中間ヘッダー
２５ 配管
２６ 給水ヘッダー
２７ 三方弁
２８ 上流側温度測定装置
２９ 下流側温度測定装置
３０ 制御装置
４０ 水切りノズル
Ａ１ 全冷却領域
Ａ２ 幅分割冷却帯
Ａ３ 分割冷却面
Ａ４ 非冷却領域
Ｇ１ 第１のノズル群
Ｇ２ 第２のノズル群
Ｐ０ 冷却幅領域の上面の垂線
Ｐ１ 噴射軸
Ｑ 幅方向中央
Ｒ 冷却水衝突領域
ＲＧ１ 第１の冷却水衝突領域群
ＲＧ２ 第２の冷却水衝突領域群
Ｓ 搬送ロールの中心軸
Ｔ 水切り水衝突領域

Claims (20)

  1. 熱間圧延後に、搬送ロール上を搬送される熱延鋼板の上面を冷却する、熱延鋼板の冷却装置であって、
    冷却対象領域の上面における、冷却機長と幅方向全幅で画定される領域または当該領域から幅方向中央部の非冷却領域を除いた領域を全冷却領域とし、前記全冷却領域を幅方向で３以上に分割して得られる領域を幅分割冷却帯とし、前記幅分割冷却帯を機長方向で複数に分割して得られる領域を分割冷却面としたときに、
    前記分割冷却面それぞれに冷却水を噴射し冷却対象領域の上面に冷却水衝突領域を形成する少なくとも１つの冷却水ノズルと、前記冷却水ノズルから噴射される冷却水の、前記分割冷却面への衝突および非衝突を切り替える切替装置と、が前記分割冷却面毎に備えられ、
    さらに、前記冷却対象領域の幅方向温度分布を測定する温度検出装置と、
    前記温度検出装置での幅方向温度分布測定結果に基づいて、前記幅分割冷却帯毎に、当該幅分割冷却帯中に含まれる複数の前記分割冷却面それぞれに対する前記切替装置の動作を制御することで当該幅分割冷却帯の全長での冷却を制御し、これらを合わせて前記全冷却領域の冷却を制御する制御装置と、
    が備えられ、
    さらに、１つの前記冷却水衝突領域は、前記全冷却領域において、幅方向に隣接する他の前記冷却水衝突領域と重なりながら、幅方向に連なる冷却水衝突領域群を形成し、
    前記冷却水衝突領域群それぞれは、他の前記冷却水衝突領域群とは重ならず、
    前記全冷却領域の幅方向全幅は、１つの前記冷却水衝突領域群または機長方向に互いに隣接する一対の前記冷却水衝突領域群により覆われ、
    前記冷却水ノズルは、機長方向視において前記冷却対象領域の上面の垂線に対し傾いた噴射軸を有し、
    前記噴射軸が傾く方向は、１つの前記冷却水衝突領域群を形成する全ての前記冷却水ノズルで、機長方向視において同じであることを特徴とする、熱延鋼板の冷却装置。
  2. 前記非冷却領域がないことを特徴とする、請求項１に記載の熱延鋼板の冷却装置。
  3. 前記冷却水衝突領域が幅方向に隣接する他の前記冷却水衝突領域と重なる領域の幅方向の幅は、１つの当該冷却水衝突領域の幅方向幅の５％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冷却装置。
  4. 前記冷却水ノズルの前記噴射軸の傾斜角は、１０°〜４５°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冷却装置。
  5. 前記冷却水ノズルの前記噴射軸は、機長方向に傾斜していないことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
  6. 前記冷却水衝突領域は、平面視において前記搬送ロールの中心軸と重なっていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
  7. 前記冷却水ノズルは、前記冷却水衝突領域の中心が平面視において前記搬送ロールの中心軸上に位置するように設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の熱延鋼板の冷却装置。
  8. 前記冷却水ノズルは、機長方向視における前記冷却対象領域の上方または側方に設けられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
  9. 幅方向の一方側に向けて噴射する前記冷却水ノズルにより形成される前記冷却水衝突領域群を第１の冷却水衝突領域群とし、
    幅方向の他方側に向けて噴射する前記冷却水ノズルにより形成される前記冷却水衝突領域を第２の冷却水衝突領域群としたときに、
    前記冷却水ノズルは、前記第１の冷却水衝突領域群および前記第２の冷却水衝突領域群の双方が形成され、且つ、前記第１の冷却水衝突領域群と前記第２の冷却水衝突領域群との幅方向における境界が、前記冷却対象領域の幅方向中央に位置するように設けられていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
  10. 前記冷却対象領域の上面における、前記冷却水衝突領域群それぞれの機長方向下流側の領域毎に、又は、前記冷却水衝突領域群のうちの機長方向最下流側の領域群より機長方向下流側の領域に、水切り水を噴射して水切り水衝突領域を形成する水切りノズルが備えられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却装置。
  11. 熱間圧延後に、搬送ロール上を搬送される熱延鋼板の上面を冷却する冷却装置を用いた熱延鋼板の冷却方法であって、
    冷却対象領域の上面における、冷却機長と幅方向全幅で画定される領域または当該領域から幅方向中央部の非冷却領域を除いた領域を全冷却領域とし、前記全冷却領域を幅方向で３以上に分割して得られる領域を幅分割冷却帯とし、前記幅分割冷却帯を機長方向で複数に分割して得られる領域を分割冷却面としたときに、
    前記冷却装置は、
    前記分割冷却面毎に、当該分割冷却面に冷却水を噴射し冷却対象領域の上面に冷却水衝突領域を形成する少なくとも１つの冷却水ノズルが備えられ、
    さらに、１つの前記冷却水衝突領域は、前記全冷却領域において、幅方向に隣接する他の前記冷却水衝突領域と重なりながら、幅方向に連なる冷却水衝突領域群を形成し、
    前記冷却水衝突領域群それぞれは、他の前記冷却水衝突領域群とは重ならず、
    前記全冷却領域の幅方向の全幅は、１つの前記冷却水衝突領域群または機長方向に互いに隣接する一対の前記冷却水衝突領域群により覆われ、
    前記冷却水ノズルは、機長方向視において前記冷却対象領域の上面の垂線に対し傾いた噴射軸を有し、
    前記噴射軸が傾く方向は、１つの前記冷却水衝突領域群を形成する全ての前記冷却水ノズルで、機長方向視において同じであり、
    当該冷却方法は、
    前記冷却対象領域の幅方向温度分布を測定し、
    前記冷却対象領域の幅方向温度分布の測定結果に基づいて、前記幅分割冷却帯中に含まれる複数の前記分割冷却面への前記冷却水ノズルによる冷却水の当該分割冷却面への衝突および非衝突を前記幅分割冷却帯毎に制御することにより、前記幅分割冷却帯の機長方向全長での冷却を制御して、前記全冷却領域の冷却を制御し、
    前記冷却水ノズルから噴射された冷却水を当該冷却水ノズルと幅方向反対側に向かわせ排出することを特徴とする、熱延鋼板の冷却方法。
  12. 前記非冷却領域がないことを特徴とする、請求項１１に記載の熱延鋼板の冷却方法。
  13. 前記冷却水衝突領域が幅方向に隣接する他の前記冷却水衝突領域と重なる領域の幅方向の幅は、１つの当該冷却水衝突領域の幅方向幅の５％以上であることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の熱延鋼板の冷却方法。
  14. 前記冷却水ノズルの前記噴射軸の傾斜角は、１０°〜４５°であることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
  15. 前記冷却水ノズルの前記噴射軸は、機長方向に傾斜していないことを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
  16. 前記冷却水ノズルは、前記冷却水衝突領域が平面視において前記搬送ロールの中心軸と重なる領域に形成されるように設けられていることを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
  17. 前記冷却水ノズルは、前記冷却水衝突領域の中心が平面視において前記搬送ロールの中心軸上に位置するように設けられていることを特徴とする、請求項１６に記載の熱延鋼板の冷却方法。
  18. 前記冷却水ノズルは、機長方向視における前記冷却対象領域の上方または側方に設けられていることを特徴とする、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
  19. 幅方向の一方側に向けて噴射する前記冷却水ノズルにより形成される前記冷却水衝突領域群を第１の冷却水衝突領域群とし、
    幅方向の他方側に向けて噴射する前記冷却水ノズルにより形成される前記冷却水衝突領域を第２の冷却水衝突領域群としたときに、
    前記冷却水ノズルは、前記第１の冷却水衝突領域群および前記第２の冷却水衝突領域群の双方が形成され、且つ、前記第１の冷却水衝突領域群と前記第２の冷却水衝突領域群との幅方向における境界が、前記冷却対象領域の幅方向中央に位置するように設けられていることを特徴とする、請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
  20. 前記冷却対象領域の上面における、前記冷却水衝突領域群それぞれの機長方向下流側の領域毎に、又は、前記冷却水衝突領域群のうちの機長方向最下流側の領域群より機長方向下流側の領域に、水切り水を噴射して水切り水衝突領域を形成することを特徴とする、請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の熱延鋼板の冷却方法。
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