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発明の名称 鋼板の冷却設備および冷却方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−203369(P2007−203369A)
公開日 平成19年8月16日(2007.8.16)
出願番号 特願2006−227404(P2006−227404)
出願日 平成18年8月24日(2006.8.24)
代理人 【識別番号】100105968
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 憲一郎
発明者 中田 直樹 / 黒木 高志 / 藤林 晃夫 / 冨田 省吾 / 西田 俊一 / 平田 直人
要約 課題
熱鋼板の上面に冷却水を供給する場合において、鋼板を高冷却速度で均一に冷却することができる鋼板の冷却設備および冷却方法を提供する。

解決手段
熱鋼板10の上方に4m/mmin以上の水量密度の棒状冷却水23a、23bを噴射する上ノズル22a、22bを接続した上ヘッダ21a、21bを設け、棒状冷却水23a、23bと熱鋼板10とのなす伏角θ1、θ2が30°〜60°で、熱鋼板10の搬送方向に互いに対向するように上ノズル22a、22bを配置して、鋼板10を通過させながら鋼板10の上面に冷却水を供給する。
特許請求の範囲
【請求項1】
鋼板の上方に4m/mmin以上の水量密度の棒状冷却水を噴射するノズルを接続したヘッダを設け、棒状冷却水と前記鋼板とのなす伏角が30°〜60°で、前記鋼板の搬送方向に互いに対向するように前記ノズルを配置してなることを特徴とする鋼板の冷却設備。
【請求項2】
前記ノズルを鋼板の搬送方向に5列以上配列し、8m/s以上の速度で棒状冷却水を噴射することを特徴とする請求項1に記載の鋼板の冷却設備。
【請求項3】
棒状冷却水噴射方向の噴射実質長さの0〜35%が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向外側に向かう成分の長さとなるように、棒状冷却水の噴射方向が設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の鋼板の冷却設備。
【請求項4】
鋼板の幅方向に配列する全ノズル数の40〜60%が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の鋼板の冷却設備。
【請求項5】
鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数と、他の片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数が等しくなるように鋼板の幅方向にノズルを配列することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の鋼板の冷却設備
【請求項6】
板状または幕状の遮蔽物を、対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水または/および滞留冷却水の上方に備えていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の鋼板の冷却設備。
【請求項7】
前記対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水の上方に備えた遮蔽物の最下端は、鋼板の上面から300〜500mm上方の位置であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれに記載の鋼板の冷却設備。
【請求項8】
鋼板の上方に4m/mmin以上の水量密度の棒状冷却水を噴射するノズルを接続したヘッダを設け、棒状冷却水と前記鋼板とのなす伏角が30°〜60°で、前記鋼板の搬送方向に互いに対向するように前記ノズルを配置して冷却を行うことを特徴とする鋼板の冷却方法。
【請求項9】
前記ノズルを鋼板の搬送方向に5列以上配列し、8m/s以上の速度で棒状冷却水を噴射することを特徴とする請求項8に記載の鋼板の冷却方法。
【請求項10】
棒状冷却水噴射方向の噴射実質長さの0〜35%が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向外側に向かう成分の長さとなるように、棒状冷却水の噴射方向が設定されていることを特徴とする請求項8または9に記載の鋼板の冷却方法。
【請求項11】
鋼板の幅方向に配列する全ノズル数の40〜60%が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数であることを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
【請求項12】
鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数と、他の片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数が等しくなるように鋼板の幅方向にノズルを配列することを特徴とする請求項8乃至11のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
【請求項13】
板状または幕状の遮蔽物を、対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水または/および滞留冷却水の上方に設けることを特徴とする請求項5または6に記載の鋼板の冷却方法。
【請求項14】
前記対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水の上方に備えた遮蔽物の最下端を、鋼板の上面から300〜500mm上方に位置させることを特徴とする請求項8乃至13のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼板の冷却設備および冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
熱間圧延により鋼板を製造するプロセスでは、圧延温度を制御するのに冷却水を供給したり、空冷を行ったりするのが一般的であるが、近年、高い冷却速度を得て組織を微細化し、鋼板の強度を上げる技術の開発が盛んである。
【0003】
例えば、冷却水を供給して鋼板を冷却する技術として、特許文献1に記載された技術がある。これは、冷却水を鋼板の搬送方向に対向して噴射するスリットノズルユニットを昇降させるものであり、別に設けたラミナーノズルやスプレーノズルとともに使用することで、広範囲の冷却速度を確保できるとされている。
【0004】
また、冷却水を供給して鋼板を冷却する別の技術として、特許文献2に記載された技術がある。これは、スリット状のノズルを有するヘッダを傾斜対向させて膜状の冷却水を噴射させるとともに、仕切板を設けて冷却水を鋼板と仕切板の間に充満させて高い冷却速度を得られるとされている。
【特許文献1】特開昭62−260022号公報
【特許文献2】特開昭59−144513号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記特許文献1、2に記載の技術は、冷却均一性の確保や設備コストなどに大きな問題点がある。
【0006】
すなわち、特許文献1に記載の技術では、スリットノズルユニットを鋼板に近づけなければならず、先端や尾端が反った鋼板を冷却する場合は、鋼板がスリットノズルユニットに衝突して、スリットノズルユニットを破損したり、鋼板が移動できなくなって製造ラインの停止や歩留の低下を招いたりすることがある。そこで、先端や尾端が通過する時に、昇降機構を作動させて、スリットノズルユニットを上方に退避させることも考えられるが、その場合は先尾端の冷却が足りず、目的とする材質が得られなくなる。さらに、昇降機構を設けるための設備コストがかかるという問題もある。
【0007】
また、特許文献2に記載の技術では、ノズルを鋼板に近接させないと鋼板と仕切板との間に冷却水が充満しない。ノズルを鋼板に近接させると、特許文献1に記載の技術と同様に、先端や尾端が反った鋼板を冷却する場合に不都合が生じる。
【0008】
さらに、特許文献1、2に記載の技術では、スリット状のノズルを用いることが前提とされているが、噴出口が常に清浄な状態にメンテナンスされていないと、冷却水が膜状にならない。例えば、図13に示すように、スリットノズル52の噴出口に異物60が付着し詰まりが生じた場合には、冷却水膜53が破れる。また、冷却水を噴射領域内(冷却領域内)に堰き止めるためには高圧で噴射しなければならないが、膜状の冷却水53を高圧で噴射すると、噴射圧力のバランスが悪くなって冷却水膜53が破れやすいという問題があった。冷却水膜53がうまく形成されないと、冷却水が噴射領域の上流や下流方向に漏れ出てしまい、それが鋼板10上に滞留して鋼板10を部分的に冷やし、温度むらが発生するという問題がある。鋼板10上面に滞留する冷却水をサイドスプレーなどで排除する技術もあるが、冷却水量が多い場合には完全に排除しきれず、やはり温度むらを生じるという問題がある。
【0009】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、熱鋼板の上面に冷却水を供給する場合において、鋼板を高冷却速度で均一にかつ安定して冷却することができる鋼板の冷却設備および冷却方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【0011】
[1]鋼板の上方に4m/mmin以上の水量密度の棒状冷却水を噴射するノズルを接続したヘッダを設け、棒状冷却水と前記鋼板とのなす伏角が30°〜60°で、前記鋼板の搬送方向に互いに対向するように前記ノズルを配置してなることを特徴とする鋼板の冷却設備。
【0012】
[2]前記ノズルを鋼板の搬送方向に5列以上配列し、8m/s以上の速度で棒状冷却水を噴射することを特徴とする前記[1]に記載の鋼板の冷却設備。
【0013】
[3]棒状冷却水噴射方向の噴射実質長さの0〜35%が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向外側に向かう成分の長さとなるように、棒状冷却水の噴射方向が設定されていることを特徴とする前記[1]または[2]に記載の鋼板の冷却設備。
【0014】
[4]鋼板の幅方向に配列する全ノズル数の40〜60%が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数であることを特徴とする前記[1]乃至[3]のいずれかに記載の鋼板の冷却設備。
【0015】
[5]鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数と、他の片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数が等しくなるように鋼板の幅方向にノズルを配列することを特徴とする前記[1]乃至[4]のいずれかに記載の鋼板の冷却設備。
【0016】
[6]板状または幕状の遮蔽物を、対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水または/および滞留冷却水の上方に備えていることを特徴とする前記[1]乃至[5]のいずれかに記載の鋼板の冷却設備。
【0017】
[7]前記対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水の上方に備えた遮蔽物の最下端は、熱鋼板の上面から300〜500mm上方の位置であることを特徴とする前記[6]に記載の鋼板の冷却設備。
【0018】
[8]鋼板の上方に4m/mmin以上の水量密度の棒状冷却水を噴射するノズルを接続したヘッダを設け、棒状冷却水と前記鋼板とのなす伏角が30°〜60°で、前記鋼板の搬送方向に互いに対向するように前記ノズルを配置して冷却を行うことを特徴とする鋼板の冷却方法。
【0019】
[9]前記ノズルを鋼板の搬送方向に5列以上配列し、8m/s以上の速度で棒状冷却水を噴射することを特徴とする前記[8]に記載の鋼板の冷却方法。
【0020】
[10]棒状冷却水噴射方向の噴射実質長さの0〜35%が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向外側に向かう成分の長さとなるように、棒状冷却水の噴射方向が設定されていることを特徴とする前記[8]または[9]に記載の鋼板の冷却方法。
【0021】
[11]鋼板の幅方向に配列する全ノズル数の40〜60%が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数であることを特徴とする前記[8]乃至[10]のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
【0022】
[12]鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数と、他の片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数が等しくなるように鋼板の幅方向にノズルを配列することを特徴とする前記[8]乃至[10]のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
【0023】
[13]板状または幕状の遮蔽物を、対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水または/および滞留冷却水の上方に設けることを特徴とする前記[8]乃至[12]のいずれかに記載の鋼板の冷却方法。
【0024】
[14]前記対向噴射する最も内側の列の棒状冷却水の上方に備えた遮蔽物の最下端を、熱鋼板の上面から300〜500mm上方に位置させることを特徴とする前記[13]に記載の鋼板の冷却方法。
【発明の効果】
【0025】
本発明を用いることにより、鋼板を目標温度まで高冷却速度で均一に冷やすことができる。その結果、品質の高い鋼板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0027】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態における鋼板の冷却設備の説明図である。
【0028】
この第1の実施形態に係る冷却設備は、鋼板の熱間圧延ライン上に設置される通過式の冷却設備であり、図1に示した冷却ユニット20を1個または複数個備えている。冷却ユニット20は、鋼板10の上面に向けて冷却水を供給するための一対の上ヘッダ(第1上ヘッダ21a、第2上ヘッダ21b)と、鋼板10の下面に向けて冷却水を供給するための2個の下ヘッダ31を備えている。なお、図1中、13はテーブルローラである。
【0029】
そして、第1上ヘッダ21aと第2上ヘッダ21bのそれぞれに複数列の円管ノズル22a、22b(ここでは、鋼板10の搬送方向に6列)が取り付けられており、第1上ヘッダ21aの円管ノズル(第1上ノズル)22aと第2上ヘッダ21bの円管ノズル(第2上ノズル)22bとは、それぞれから供給する棒状の冷却水23a、23bが鋼板10の搬送方向に互いに対向するように配列されている。すなわち、第1上ノズル22aはθ1の伏角(噴射角度)で棒状冷却水23aを噴射し、第2上ノズル22bはθ2の伏角(噴射角度)で棒状冷却水23bを噴射するようになっている。
【0030】
したがって、互いの上ヘッダから最も遠い側の列(最外側の列)の円管ノズルからの冷却水が鋼板10に衝突する位置同士に挟まれた領域が冷却領域ということになる。
【0031】
その際に、第1上ノズル22aからの棒状冷却水23aの噴射線と第2上ノズル22bからの棒状冷却水23bの噴射線が交差しないように第1上ヘッダ21aと第2上ヘッダ21bをある程度離して配置すれば、図1に示すような滞留冷却水24の水膜が安定して形成される。これによって、互いの上ヘッダに最も近い側の列(最内側の列)の円管ノズルからの冷却水は滞留冷却水24の水膜に向かって噴射されることになり、お互いに他方の棒状冷却水23a、23bを壊すことがないので好ましい。そして、最内側の列の円管ノズルからの冷却水が鋼板10に衝突する位置同士の間隔を滞留域長さと呼ぶこととすると、滞留域長さを1.5m以内とすれば、滞留する冷却水が鋼板10を冷やす割合は比較的少ないので、鋼板10の最先端や最尾端が非定常な状態で通過する場合に冷え方が大きく変化することを防ぐことができる。
【0032】
図3(a)、(b)は、上ヘッダ21a、21bに取り付けられている円管ノズル22a、22bの配置例を示したものである。前述したように、円管ノズル22a、22bが鋼板10の搬送方向に6列配置されている。また、板幅方向には、通過する鋼板10の全幅に冷却水を供給できるように取り付けられている。また、ここでは上ヘッダを2つ設けたが、これらが一体となったようなヘッダを1つ設けて、それに円管ノズル22a、22bを配列しても構わない。
【0033】
一方、下ヘッダ31については、ここでは、2個の下ヘッダ31が配置されており、それぞれに円管ノズル32が取り付けられ、テーブルローラ13の隙間から棒状の冷却水33を噴射して、通過する鋼板10の全幅に冷却水を供給するようになっている。
【0034】
そして、冷却ユニット20は、鋼板10の上面に向けて上ヘッダ21a、21bから4m/mmin以上の水量密度で冷却水を供給し、鋼板10の下面に向けて下ヘッダ31から同じく4m/mmin以上の水量密度で冷却水を供給するようになっている。
【0035】
ここで、水量密度を4m/mmin以上としている理由について説明する。図1に示す滞留冷却水24は供給する棒状冷却水23a、23bによって堰き止められて形成される。このとき水量密度が小さいと堰き止めること自体ができず、水量密度がある量よりも大きくなると堰き止めることができる滞留冷却水24の量は増加し、板幅端部から排出される冷却水と供給される冷却水の量が釣り合って滞留冷却水24は一定に維持される。厚鋼板の場合、一般的な板幅は2〜5mであり、4m/mmin以上の水量密度で冷却すれば、これらの板幅において滞留冷却水を一定に維持できて、圧延中の鋼板10を通過させながら所望の温度降下量を得ることができる。
【0036】
水量密度を4m/mmin以上大きくすればするほど冷却待ちを解消する制御圧延材が多くなる。例えば、水量密度が小さいと板厚が薄い圧延材でしか冷却待ちを解消できないが、水量密度を増やしていけば、ある程度板厚が厚い圧延材でも冷却待ちを解消できるようになる。しかし、水量を増やしたことに対する冷却待ち時間短縮の効果は、水量密度を増やしていくほど徐々に小さくなっていくので、水量密度は、冷却待ち時間などの短縮効果と設備コストを勘案して、決定することが好ましい。さらに好ましい水量密度は4〜10m/mminである。
【0037】
そして、この冷却ユニット20では、第1上ノズル22aから噴射される棒状冷却水23aと第2上ノズル22bから噴射される棒状冷却水23bが鋼板10の搬送方向に互いに対向するようにして4m/mmin以上の大きな水量密度で冷却水を供給しているので、鋼板10上面の滞留冷却水24が鋼板10の搬送方向に移動しようとするのを、噴射された棒状冷却水23a、23b自身が堰き止める。これによって、安定した冷却領域が得られ、均一な冷却を行うことができる。
【0038】
なお、上ノズル22a、22bから噴射する冷却水を例えばスリットノズルを使った膜状冷却水ではなく棒状冷却水としているのは、棒状冷却水の方が安定的に水流が形成され、滞留冷却水を堰き止める力が大きいからである。また、膜状冷却水を斜めに噴射する場合、鋼板からノズルまでの距離が遠くなると鋼板近傍の水膜が薄くなって、ますます壊れやすくなるからでもある。
【0039】
ちなみに、本発明の棒状冷却水とは、円形状(楕円や多角の形状も含む)のノズル噴出口から噴射される冷却水のことを指している。また、本発明の棒状冷却水は、スプレー状の噴流や膜状のラミナーフローでなく、ノズル噴出口から鋼板に衝突するまでの水流の断面がほぼ円形に保たれ、連続性で直進性のある水流の冷却水をいう。
【0040】
その際に、第1上ノズル22aの噴射角度θ1と、第2上ノズル22bの噴射角度θ2は、30°〜60°とするのが好ましい。噴射角度θ1、θ2が30°より小さいと、第1上ノズル22aと第2上ノズル22bを遠く離さなくてはならず、設備長が長くなってしまうとともに、棒状冷却水23a、23bの鉛直方向速度成分が小さくなって、鋼板10への衝突が弱くなり、冷却能力が低下するからである。一方、噴射角度θ1、θ2が60°より大きいと、棒状冷却水23a、23bの搬送方向速度成分が小さくなって、冷却水を堰き止める力が弱くなり、冷却水が冷却領域外に流れ出て大きな温度むらが発生するからである。なお、噴射角度θ1と噴射角度θ2は必ずしも等しくする必要はない。さらに好ましい噴射角度θ1、θ2は40°〜50°である。
【0041】
また、各ノズル列から噴射する棒状冷却水に、搬送方向外側に漏れようとする冷却水を堰き止める壁のような働きをさせるためには、ノズル列は多いほどよく、噴射速度は速いほど好ましい。具体的には、ノズル列が少なくとも鋼板の搬送方向に5列以上で、噴射速度が8m/s以上であれば、冷却水を堰き止める力が十分ある。ノズル列数の上限は、冷却する鋼板のサイズ、搬送速度、目標とする温度降下量などによって適宜決定すればよい。また、噴射速度が30m/sを超えると、圧損が大きくなり、ノズル内面の磨耗が増加する問題が生じ、設備コストも増加するので、30m/s以下とするのは好ましい。
【0042】
そして、ノズルが詰まりにくく、かつ冷却水の噴射速度を確保するためには、ノズル内径は3〜8mmの範囲内であればよい。また、棒状冷却水の隙間から冷却水が流れ出ないようにするためには、板幅方向に引いた仮想線上で隣り合うノズルの間隔をノズル内径の10倍以内とすればよい。
【0043】
図3の(a)は、隣り合うノズルの間隔を40mmとして搬送方向に6列設けた配列を示し、(b)は、隣り合うノズルの間隔を40mmとした列を搬送方向に4列設け、隣り合うノズルの間隔を20mmとした列を搬送方向に2列設けた配列の例を示す。
【0044】
さらに、鋼板10の反り等によって上ノズル22a、22bが損傷するのを防止するために、上ノズル22a、22bの先端の位置をパスラインから離すようにするのがよいが、あまり離すと冷却水が分散して棒状でなくなり冷却水を堰き止める作用がなくなるので、上ノズル22a、22bの先端とパスラインの距離を500mm〜1800mmとするのが好ましい。
【0045】
また、図4、図5に示すが、棒状冷却水23a、23bの噴射方向の速度成分の0〜35%が鋼板幅方向外側に向かう速度成分となるように、棒状冷却水23a、23bの噴射方向を設定すると、上ノズル22a、22bから鋼板10上面に噴射された冷却水は、図4、図5中の矢印Aに示すように、合流して速やかに鋼板10の幅端から落下するようになり、棒状冷却水23a、23bが鋼板幅方向外側に向かう成分を有していない場合に比べて、低い圧力や少ない水量で滞留冷却水24を堰き止めて水切りができるようになるので、経済的な設備設計を行う上で好ましい。より好ましい範囲は10〜35%である。ちなみに、35%を超えると冷却水の板幅方向の飛散防止に設備コストがかかる上に、棒状冷却水の鉛直方向成分が小さくなって、冷却能力が低下する。
【0046】
また、鋼板の幅方向に配列する全ノズル数の40〜60%が、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向かう成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数であることが好ましい。一方の外側に向いているノズル数が全体の60%以上であり、板端からの冷却水排出に偏りが生じれば、滞留冷却水の厚みが厚くなったところで棒状冷却水が滞留冷却水を堰き止められなくなり、幅方向の温度むらが発生する可能性があるからである。また、片方の外側で飛散水が極端に多くなると、これを防止するための設備コストが高くなるからでもある。
【0047】
ところで、図4に示すように幅方向外側を向かずに噴射するノズルを板幅中央部に設置したとしても、その数を全体の20%以内とし、残りのうち両外側に向けるノズル数をほぼ等しくすれば、滞留冷却水の排出は円滑に行われる。滞留冷却水を堰き止めて水切りを行うのには、最も好適である。
【0048】
ここで、上記の棒状冷却水の噴射方向の設定について、図6を用いて具体的に説明する。図6は、棒状冷却水の噴射方向を示したものであり、棒状冷却水の噴射線と鋼板とがなす角度(実質の伏角)をβ、搬送方向に対する伏角をθ、鋼板幅方向外側に向かう角度(外向き角)をαとして示している。そして、棒状冷却水の噴射方向の速度成分の0〜35%が鋼板幅方向外側に向かう速度成分となるようにするということは、冷却水の噴射実質長さLに対する搬送方向に直角な鋼板幅方向成分の長さLwの比Lw/L(幅方向速度成分比率)が0〜35%となるようにすることを意味する。表1に、ノズルの噴射口高さhを900mm、搬送方向に対する伏角θを45°、50°とした場合の計算結果を示す。幅方向速度成分比率が0〜35%となるのは、搬送方向に対する伏角θが45°では外向き角αが0〜25°、搬送方向に対する伏角θが50°では外向き角αが0〜30°の場合である。
【0049】
【表1】


【0050】
そして、前述した図4は、上記に基づいて上ノズル22a、22bを設置した場合の一例を示す平面図である。ここでは、鋼板幅方向中央のノズルからの棒状冷却水は外向き角αが0°とし、ノズルの設置位置が鋼板幅方向外側に向かうにつれて外向き角αが順次大きくなるようにしている。また、棒状冷却水が鋼板に衝突する位置が鋼板幅方向に等間隔(例えば、60mmピッチ)となるように各ノズルを設置している。
【0051】
また、前述した図5は、上記に基づいて上ノズル22a、22bを設置した場合の他の例を示す平面図である。ここでは、冷却水噴射の外向き角αを一定(例えば、20°)とし、棒状冷却水が鋼板に衝突する位置が鋼板幅方向に等間隔(例えば、60mmピッチ)となるように各ノズルを設置している。その際、鋼板幅方向中央付近では、左右の両外側に向けて噴射するノズルを設置しなくてはならないので、ノズルを取り付ける穴の加工が可能となるように、一方の鋼板幅方向外側に向けて噴射するノズル列(例えば、図5中の上方向に噴射速度成分をもつノズル列)と他方の鋼板幅方向外側に向けて噴射するノズル列(例えば、図5中の下方向に噴射速度成分をもつノズル列)を、搬送方向に交互に所定間隔(例えば、20mm)ずらして設置し、鋼板の搬送方向成分に直角な鋼板幅方向片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数と、他の片方の外側に向う成分を持つ棒状冷却水を噴射するノズル数が等しくなるようにしている。
【0052】
なお、外向き角αを大きくすれば、より少ない水量での水切りが可能となるが、図5に示すように、鋼板幅方向中央付近でノズル密度が大きくなる範囲が広がる。鋼板幅方向で均一な流量分布が得られるように、ヘッダに送水するポンプの能力や配管の太さなどを考慮して、外向き角αを決定すればよい。
【0053】
そして、上記のような冷却設備の両外側には、防水壁や排水口などを設けることが好ましい。冷却水が設備外に漏れたり、設備内で飛散して新たな滞留水となったりすることを防ぐために有効であるからである。
【0054】
ただし、外向き角αが30°を超える場合、冷却水の飛散防止に設備コストがかかる上に、棒状冷却水の鉛直方向成分が小さくなって、冷却能力が低下するので好ましくない。
【0055】
なお、上記の実施形態においては、図1に示したような、一対の上ヘッダ21a、21bを有する冷却ユニット20を1個以上備えるようにしているが、冷却ユニットをある程度まとめてより大きな冷却能力を得ようとするならば、図2に示すように、一対の上ヘッダ21a、21bの間に中間ヘッダ21cを設けることも可能であり、その数はいくつであってもよい。
【0056】
このようにして、この実施形態においては、熱鋼板10の上方に4m/mmin以上の水量密度の棒状冷却水を噴射する上ノズル22a、22bを接続した上ヘッダ21a、21bを設け、棒状冷却水23a、23bと熱鋼板10とのなす伏角θ1、θ2が30°〜60°で、熱鋼板10の搬送方向に互いに対向するように上ノズル22a、22bを配置して、鋼板10を通過させながら鋼板10の上面に冷却水を供給するようにしているので、厚鋼板や薄鋼板の熱間圧延ラインに設置することによって、鋼板を目標温度まで高冷却速度で均一にかつ安定に冷やすことができる。その結果、品質の高い鋼板を製造することができる。
【0057】
(第2の実施形態)
上記の第1の実施形態において、対向する上ノズル22a、22bから噴射される棒状冷却水23a、23bの速度が速い場合、例えば10m/s以上である場合は、棒状冷却水23a、23bは鋼板10に衝突後、お互いにぶつかりあって上方に飛散する。この飛散冷却水が滞留冷却水24上に落下すれば問題ないが、図11に示すように、飛散冷却水25が斜め上方に飛散して棒状冷却水23a、23b上に落下すると、飛散冷却水25が棒状冷却水23a、23b間の隙間から漏れて、完全な水切りができなくなる場合がある。特に、滞留域長さLが200mm以内である場合に、その問題が発生しやすい。さらに、冷却水の噴射速度が速い場合には、飛散冷却水24が上ヘッダ21a、21bの上を飛び越えて鋼板10上に落下することもある。
【0058】
それに対して、この第2の実施形態に係る冷却設備は、第1の実施形態において用いた図1の冷却ユニット20に替えて、図7に側面図、図8に図7のA−A矢視図を示すように、最内側の列の棒状冷却水の上方に遮蔽板26a、26bが追加された冷却ユニット40を用いるようにしている。
【0059】
これによって、飛散冷却水25が斜め上方に飛散した場合でも、落下する飛散冷却水25は遮蔽板26a、26bに遮られ、棒状冷却水23a、23b上に落下することなく、滞留冷却水24上に落下するようになる。したがって、的確に水切りを行うことができるようになる。
【0060】
なお、遮蔽板26a、26bは、シリンダ27a、27bによって昇降できるようになっており、遮蔽板26a、26bを必要とする製品製造時にのみ使用し、それ以外の時には、上方の退避位置に引き上げておけばよい。
【0061】
ちなみに、遮蔽板26a、26bを使用する際には、遮蔽板26a、26bの最下端が鋼板10の上面から300〜500mm上方に位置するようにするのが好ましい。すなわち、鋼板10の上面から300mm以上上方に位置するようにしておけば、先端または尾端に上反りが発生した鋼板が進入してきても、衝突することがない。しかし、鋼板10の上面から500mmを超えて高くすると、飛散冷却水25を充分に遮蔽することができなくなる。
【0062】
また、図7、図8における遮蔽板26a、26bに替えて、図9に示すように、軽くて表面が滑らかな遮蔽幕28a、28bを用いるようにしてもよい。遮蔽幕28a、28bは、通常は垂れ下がった状態で待機しており、棒状冷却水23a、23bの噴射が開始されると、最内側の列の棒状冷却水に沿って持ち上がる。その際、棒状冷却水23a、23bは勢いよく噴射されるので、その流れが乱れるということはない。
【0063】
さらに、前述したように、冷却水の噴射速度が速く、飛散冷却水が上ヘッダ21a、21bの上を飛び越えて鋼板10上に落下しようとする場合には、図10に示すような、上ヘッダ21aと上ヘッダ21bに跨がり、滞留冷却水24の上方に位置するような遮蔽板29を用いてもよい。このような遮蔽板29を用いれば、上ヘッダ21a、21bの上を飛び越えて鋼板10上に落下しようとする飛散冷却水を的確に遮蔽することができる。しかも、遮蔽板29に当たった飛散冷却水は、落下する際に、横方向に飛散しようとする飛散冷却水を巻き込んで一緒に滞留冷却水24上に落下するので効果的である。
【実施例1】
【0064】
本発明の実施例1を以下に述べる。
【0065】
図12は、本発明の実施例1に用いた厚鋼板の熱間圧延ラインと、そこでの搬送パターンを示す図である。
【0066】
この厚鋼板の熱間圧延ラインは、加熱炉11、可逆式圧延機12、第1冷却装置14、ホットレベラ15、第2冷却装置16を備えている。
【0067】
そして、搬送パターンAは、仕上圧延後に加速冷却を行うものであり、加熱炉11から抽出されたスラブを可逆式圧延機12によって、粗圧延、仕上圧延を行って板厚を25mmとした後に、ホットレベラ15を通し、第2冷却装置16において温度降下量150℃の加速冷却を行う。
【0068】
また、搬送パターンBは、制御圧延前に温度調整冷却を行うものであり、加熱炉11から抽出されたスラブを可逆式圧延機12での粗圧延で板厚を60mmとした後に、第1冷却装置14において温度降下量80℃の調整冷却を行い、次いで低温仕上圧延、すなわち制御圧延を行う。
【0069】
上記のもとで、本発明例1として、前述の第1の実施形態に基づいて、図1に示した冷却ユニット20を、第1冷却設備14に1ユニット、第2冷却設備16に6ユニット設置して、搬送パターンAおよび搬送パターンBの搬送を行った。その際、上ノズル22a、22bは、ノズル先端の高さ位置をテーブルローラから1.2mとし、図3(a)に示した配列で、ノズル内径を6mmとし、水量密度を6m/mmin、棒状冷却水の噴射角度θ1、θ2を45°、噴射速度を8m/sとした。
【0070】
また、本発明例2として、図5に示したノズル配列で、ノズル先端の高さ位置やノズル内径、水量密度、噴射角度θ1、θ2、噴射速度は本発明例1と同じにし、棒状冷却水の外向き角αを20°一定とする冷却ユニットを、第1冷却設備14に1ユニット、第2冷却設備16に6ユニット設置して、搬送パターンAおよび搬送パターンBの搬送を行った。
【0071】
なお、本発明例1と2において、棒状冷却水が鋼板に衝突する位置は鋼板幅方向に60mmピッチとなるようにした。
【0072】
これに対して、比較例1として、第1冷却設備14および第2冷却設備16を従来のごく一般的なシャワー冷却装置にして、搬送パターンAおよび搬送パターンBの搬送を行った。
【0073】
また、比較例2として、第1冷却設備14および第2冷却設備16を、膜状冷却水を対向させて噴射する前記特許文献2に記載の冷却装置にして、搬送パターンAおよび搬送パターンBの搬送を行った。
【0074】
そして、それぞれの場合において、冷却後(十分に復熱した後)に、放射温度計を用いて鋼板幅方向温度を連続的に測定して、鋼板上面の温度分布を調べた。最先端、最尾端、幅方向板端部を除く定常部での温度のばらつき(最高温度と最低温度の差)を温度むらとして定義し、これを比較した。温度むらの大小は、引張強度など製品の機械的性質のばらつきとほぼ対応した。生産能率と歩留は、比較例1を基準として比較した。
【0075】
その結果を、表2に示す。
【0076】
【表2】


【0077】
まず、比較例1はシャワー冷却であり、鋼板上に滞留する冷却水の影響により、温度むらは搬送パターンA(仕上圧延後の加速冷却)では80℃、搬送パターンB(制御圧延前の温度調整冷却)では40℃となり、製品の強度ばらつきも大きかった。
【0078】
次に、比較例2では、ノズルを鋼板に近接させなければならなかったので、鋼板の反りが発生した時に設備が破損することがあった。設備に衝突した鋼板は、製品にならないので、比較例1と比べて製品の歩留が低下した。また、設備破損の修理にかなりの時間を要したので、生産能率も低下した。また、膜状冷却水を供給したのでノズル噴出口に異物が付着して膜状冷却水が形成されず、冷却水を噴射領域内(冷却領域内)に堰き止められない場合があった。そのため、鋼板上に滞留する冷却水の影響により、温度むらは搬送パターンA(仕上圧延後の加速冷却)では80℃、搬送パターンB(制御圧延前の温度調整冷却)では40℃となり、製品の強度ばらつきも大きかった。
【0079】
これに対して、本発明例1では、ノズル先端の高さ位置を1.2mと高くしたので、鋼板の反りが発生しても設備が破損することはなく、トラブルによる歩留低下はなく生産能率は向上した。さらに、棒状冷却水を対向させて高速で噴射したので、冷却水を完全に冷却領域内に堰き止めることができ、温度むらも8〜15℃と極めて低い値に抑えることができた。
【0080】
また、本発明例2では、上ノズル22a、22bから鋼板10上面に噴射された冷却水は、図5中の矢印Aに示すように、合流して速やかに鋼板10幅端から落下し、外向き角αがない場合に比べて少ない水量で滞留冷却水24を堰き止めて水切りを行うことができ、温度むらも6〜12℃と極めて低い値に抑えて均一に冷却することができた。さらに、流量や圧力を多少低くしても冷却水を堰き止めることができたので、設備にはそれほど高い圧力や多くの水量を要することがなくなり、経済的な設備設計を行うことができた。
【0081】
上記の結果により、本発明の有効性が確認された。
【実施例2】
【0082】
図12に示した厚鋼板の熱間圧延ラインにおいて、前述の第2の実施形態に基づいて、図7または図9に示した冷却ユニット40を、第1冷却設備14に6ユニット、第2冷却設備16に1ユニット設置して、鋼板の冷却を行った。その際、棒状冷却水の噴射角度θ1、θ2を45°、噴射速度を12m/sとした。また、滞留域長さLを0mmとした。
【0083】
そして、本発明例3は、図7に示した遮蔽板26a、26bを備えた冷却ユニット40を用いた場合である。その際、遮蔽板26a、26bが最内側の列の棒状冷却水の上方50mmの位置となるように設定した。そして、遮蔽板26a、26bの最下端の位置と最内側の列の棒状冷却水が鋼板10と衝突する地点との搬送方向の距離(図7中のδ)が100mmとなるようにした。
【0084】
また、本発明例4は、図9に示した遮蔽幕28a、28bを備えた冷却ユニット40を用いた場合である。その際、棒状冷却水の噴射によって持ち上がる遮蔽幕28a、28bの最下端の位置と最内側の列の棒状冷却水が鋼板10と衝突する地点との搬送方向距離(図9中のδ)が100mmとなるようにした。
【0085】
その結果、本発明例3、4ともに、鋼板10に衝突して上方に飛散した飛散冷却水25が棒状冷却水23a、23b上に落下することを的確に防止することができた。これにより、冷却の均一性を保持することができた。
【図面の簡単な説明】
【0086】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る冷却設備の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る他の冷却設備の説明図である。
【図3】本発明の第1の実施形態における上ヘッダのノズル配置例を示した図である。
【図4】本発明の第1の実施形態における上ノズルの噴射方向の設定の一例を示した図である。
【図5】本発明の第1の実施形態における上ノズルの噴射方向の設定の他の例を示した図である。
【図6】棒状冷却水の噴射方向の設定についての説明図である。
【図7】本発明の第2の実施形態に係る冷却設備の説明図である。
【図8】図7のA−A矢視図である。
【図9】本発明の第2の実施形態に係る他の冷却設備の説明図である。
【図10】本発明の第2の実施形態に係る他の冷却設備の説明図である。
【図11】飛散冷却水を説明するための図である。
【図12】本発明の実施例における厚鋼板の熱間圧延ラインと搬送パターンの説明図である。
【図13】従来技術の問題点を示した図である。
【符号の説明】
【0087】
10 鋼板
11 加熱炉
12 可逆式圧延機
13 テーブルローラ
14 第1冷却設備
15 ホットレベラ
16 第2冷却設備
20 冷却ユニット
21a 第1上ヘッダ
21b 第2上ヘッダ
22a 第1上ノズル
22b 第2上ノズル
23a 棒状冷却水
23b 棒状冷却水
24 滞留冷却水
25 飛散冷却水
26a 遮蔽板
26b 遮蔽板
27a シリンダ
27b シリンダ
28a 遮蔽幕
28b 遮蔽幕
29 遮蔽板
31 下ヘッダ
32 下ノズル
33 棒状冷却水
40 冷却ユニット
51 冷却ヘッダ
52 スリットノズル
53 冷却水膜
60 付着物




 

 


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