特許 6179691 熱延鋼板の冷却方法及び冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6179691

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】熱延鋼板の冷却方法及び冷却装置

(51)【国際特許分類】

   B21B 45/02 20060101AFI20170807BHJP

【ＦＩ】

   B21B45/02 320W

   B21B45/02 320F

【請求項の数】9

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2017-506422(P2017-506422)

(86)(22)【出願日】2016年10月27日

(86)【国際出願番号】JP2016081947

【審査請求日】2017年2月3日

(31)【優先権主張番号】特願2016-205132(P2016-205132)

(32)【優先日】2016年10月19日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095957

【弁理士】

【氏名又は名称】亀谷 美明

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100128587

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 一騎

(72)【発明者】

【氏名】林 聡

(72)【発明者】

【氏名】芹澤 良洋

【審査官】 藤長 千香子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０５１００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−１０６７５２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２０１６／００６４０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−１９３４４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｂ ４５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

連続熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板を冷却する方法であって、
前記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、鋼板搬送領域の幅方向側方の両側に一対のスプレーノズルが配置され、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対配置され、鋼板搬送領域に対して、前記スプレーノズルから鋼板搬送領域の幅方向に冷却水を噴射して、熱延鋼板を冷却し、
前記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は、噴射方向の遠方端部が鋼板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、
前記スプレーノズル対において、２つの前記衝突領域の近方端部は幅方向に一致して会合部を形成することを特徴とする、熱延鋼板の冷却方法。

【請求項2】

前記会合部は、鋼板搬送領域の幅方向中央に区画される会合ゾーン内に位置し、
前記会合ゾーンの幅は下記式（１）を満たし、
搬送方向に隣接する前記スプレーノズル対の前記会合部の幅方向の間隔は、前記衝突領域の搬送方向の長さ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の熱延鋼板の冷却方法。
Ｗ≦（Ｄ＋２ｄ）−（Ｄ＋ｄ）sinθ_２／sin（θ_１＋θ_２） ・・・（１）
但し、
Ｗ：会合ゾーンの幅
Ｄ：鋼板搬送領域の幅
ｄ：スプレーノズルの噴射口とその手前の鋼板搬送領域の端部との水平距離
θ_１：スプレー噴射角
θ_２：スプレー設置角（スプレーノズルの噴射口の垂線とスプレーノズルの噴射口から衝突領域の近方端部を結ぶ線の成す角）

【請求項3】

前記複数対のスプレーノズル対から鋼板搬送領域に向けて冷却水が噴射される冷却ゾーンは、搬送方向に複数の冷却小ゾーンに分割され、
前記冷却小ゾーンにはＮ対（Ｎは整数）のスプレーノズル対が配置され、
前記会合ゾーンは幅方向に等間隔に前記Ｎ個の会合小ゾーンに分割され、
前記冷却小ゾーンにおける前記会合小ゾーンには、それぞれ１個の前記会合部が配置され、
前記冷却小ゾーンにおける前記会合部は、搬送方向の上流側から下流側に向かい、前記会合ゾーンの一の端部の前記会合小ゾーンから他の端部の前記会合小ゾーンに向かって配置されることを特徴とする、請求項２に記載の熱延鋼板の冷却方法。

【請求項4】

前記冷却小ゾーンは、搬送方向にｋ個（ｋはＮの約数）の分割冷却小ゾーンに分割され、
搬送方向にｉ番目（ｉは１からｋまでの整数）の前記分割冷却小ゾーンでは、前記会合部が、前記会合ゾーンの一の端部側の１番目から他の端部側のＮ番目に向かって、ｉ番目からｊｋ＋ｉ番目（ｊは１から（Ｎ／ｋ−１）までの整数）に配置されることを特徴とする、請求項３に記載の熱延鋼板の冷却方法。

【請求項5】

前記スプレーノズルからの冷却水による熱延鋼板の冷却は、核沸騰領域で行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱延鋼板の冷却方法。

【請求項6】

連続熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板を冷却する装置であって、
前記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対配置され、
前記スプレーノズルは、当該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鋼板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するように配置され、
前記スプレーノズル対は、２つの前記衝突領域の近方端部が幅方向に一致して会合部を形成するように配置されることを特徴とする、熱延鋼板の冷却装置。

【請求項7】

前記会合部は、鋼板搬送領域の幅方向中央に区画される会合ゾーン内に位置し、
前記会合ゾーンの幅は下記式（１）を満たし、
搬送方向に隣接する前記スプレーノズル対は、それぞれの前記会合部の幅方向の間隔が、前記衝突領域の搬送方向の長さ以上であるように配置され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。
Ｗ≦（Ｄ＋２ｄ）−（Ｄ＋ｄ）sinθ_２／sin（θ_１＋θ_２） ・・・（１）
但し、
Ｗ：会合ゾーンの幅
Ｄ：鋼板搬送領域の幅
ｄ：スプレーノズルの噴射口とその手前の鋼板搬送領域の端部との水平距離
θ_１：スプレー噴射角
θ_２：スプレー設置角（スプレーノズルの噴射口の垂線とスプレーノズルの噴射口から衝突領域の近方端部を結ぶ線の成す角）

【請求項8】

前記複数対のスプレーノズル対から鋼板搬送領域に向けて冷却水が噴射される冷却ゾーンは、搬送方向に複数の冷却小ゾーンに分割され、
前記冷却小ゾーンにはＮ対（Ｎは整数）のスプレーノズル対が配置され、
前記会合ゾーンは幅方向に等間隔に前記Ｎ個の会合小ゾーンに分割され、
前記冷却小ゾーンにおける前記会合小ゾーンには、それぞれ１個の前記会合部が配置され、
前記冷却小ゾーンにおける前記会合部は、搬送方向の上流側から下流側に向かい、前記会合ゾーンの一の端部の前記会合小ゾーンから他の端部の前記会合小ゾーンに向かって配置されることを特徴とする、請求項７に記載の熱延鋼板の冷却装置。

【請求項9】

前記冷却小ゾーンは、搬送方向にｋ個（ｋはＮの約数）の分割冷却小ゾーンに分割され、
搬送方向にｉ番目（ｉは１からｋまでの整数）の前記分割冷却小ゾーンでは、前記会合部が、前記会合ゾーンの一の端部側の１番目から他の端部側のＮ番目に向かって、ｉ番目からｊｋ＋ｉ番目（ｊは１から（Ｎ／ｋ−１）までの整数）に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の熱延鋼板の冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、連続熱間圧延工程の仕上げ圧延後に、熱延鋼板を冷却する方法及びその装置に関する。

【背景技術】

【0002】

連続熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板は、仕上圧延機から巻取装置までの間に設置されているランアウトテーブルにおいて、例えばランアウトテーブルの上下に設けられている冷却装置によって所定の温度まで冷却された後、巻取装置に巻き取られる。熱延鋼板の熱間圧延においては、この仕上げ圧延後の冷却能が熱延鋼板の機械的特性、加工性、溶接性などを決定する重要な因子となっており、熱延鋼板を均一に所定の温度に冷却することが重要となっている。

【0003】

そこで従来、この熱延鋼板の冷却に関し、種々の方法及び装置が提案されている。

【0004】

特許文献１には、熱間圧延後の熱延鋼帯を冷却水と接触させて冷却する方法において、第一の冷却工程とこれに続く第二の冷却工程とを有し、第一の冷却工程では、遷移沸騰開始温度よりも高い鋼帯温度で冷却を停止し、続く第二の冷却工程では、核沸騰となる水量密度の冷却水により冷却することが提案されている。また、この第二の冷却工程において、少なくとも鋼帯上面をラミナー冷却又はジェット冷却で冷却することが提案されている。さらに、この二次冷却工程において、鋼帯上面に高圧流体を吹き付ける噴射ノズルや、鋼帯上面の幅方向に配置されるロールなどの水切り手段により、鋼帯上面に注水された冷却水を排出することも提案されている。

【0005】

特許文献２には、圧延機から熱間矯正機へ圧延された厚鋼板を搬送するテーブルローラを有する搬送ラインを備え、かつ、厚鋼板の表裏面に水を噴霧する水噴霧装置を該搬送ラインに沿ってその上方及び下方に配設した厚鋼板の製造装置において、搬送ラインの熱間矯正機の上流側に、搬送ラインの外側の両側に沿って、水を噴霧する冷却ノズルを複数配設した圧延機出側水噴霧装置を設けることが提案されている。

【0006】

特許文献３には、熱延鋼板の上面に冷却水を噴射する冷却装置において、熱延鋼板長手方向の２個所のそれぞれで熱延鋼板を挟んで熱延鋼板幅方向に２個所の計４個所に冷却ヘッダを備え、それぞれの冷却ヘッダに取り付けられた冷却ノズルから前記４個所の中心部に向かって冷却水を噴射することが提案されている。

【0007】

特許文献４には、仕上圧延機から送出される熱延鋼材に複数の冷却バンクから冷却液を注液して冷却する冷却装置において、複数の冷却バンクの間に水切り用ノズルを設け、当該水切り用ノズルは熱延鋼材の幅方向の側方両側に配設され、熱延鋼材の幅方向を横切るように高圧水を噴出することが提案されている。

【0008】

特許文献５には、冷却水ヘッダのスリットノズルから落下させるカーテン状の冷却水によりホットランテーブル上を走行する熱間圧延材を冷却する冷却装置において、ホットランテーブルの両側側方にスプレーを配設し、各スプレーから、噴射される圧力水を熱間圧延材の幅方向中央部より外端へ横切るように向けることが提案されている。そして、このスプレーからの圧力水により、熱間圧延材上に発生する冷却水相互の干渉流を除去している。

【0009】

特許文献６には、仕上げ圧延の前後の熱延鋼板を冷却する際に、当該熱延鋼板に対して噴射された冷却水を水切りする水切り方法において、熱延鋼板の幅方向の側方の一方又は両方において熱延鋼板の搬送方向に並べて配置された複数の水切りノズルが、熱延鋼板の幅方向に水切り水を噴射することで冷却水の水切りが行われることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００８−１１０３５３号公報

【特許文献2】国際公開ＷＯ２０１１／１１５２７７号公報

【特許文献3】特開２０１５−０７３９９５号公報

【特許文献4】特公昭５９−０１３５７３号公報

【特許文献5】実開昭５７−１０６７５２号公報

【特許文献6】国際公開ＷＯ２０１６／００６４０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

特許文献１に開示された冷却方法においては、第二の冷却工程において少なくとも鋼帯上面をラミナー冷却又はジェット冷却で冷却し、熱延鋼帯を核沸騰で冷却しているが、かかるラミナー冷却又はジェット冷却では、冷却水の水切りを行うことはできない。そして、例えば噴射ノズルからの棒状の高圧流体により水切りを行う場合、高圧流体の間隙から漏水し、当該高圧流体では完全に水切りを行うことができず、鋼帯上の板上水による冷却が生じる。その結果、熱延鋼帯の冷却が不均一になる。また、例えばロールで水切りを行う場合、鋼帯先端部が跳ね上がっている場合の初期の噛み込みが困難で、初期はロールが退避するなどの設備が必要であり、経済的に不利である。また、熱間圧延で想定されるラインスピード（例えば１５ｍ／ｓｅｃ程度）では、鋼帯通板時に、熱延鋼帯のバタつきによるロールとの間欠的な接触や、振動により熱延鋼帯が損傷を被るおそれがある。

【0012】

この点、熱延鋼板の上方から冷却水を噴射する代わりに、特許文献２〜６に開示された装置及び方法では、熱延鋼板の側方から幅方向に向けて冷却水（水切り水）を噴射している。

【0013】

特許文献２に開示された圧延機出側水噴霧装置においては、冷却ノズルから厚鋼板の幅方向に水を噴霧しているが、冷却ノズルから噴霧された水の厚鋼板での衝突領域は、当該厚鋼板の幅方向全域をほぼ覆っている。このため、搬送ラインの外側の両側に配設された一対の冷却ノズルからの２つの衝突領域は、厚鋼板の両端部において重なる。ここで、冷却ノズルからの衝突領域において、冷却ノズル側の近方端部は当該冷却ノズルからの距離が近いため高圧となる。そうすると、一対の冷却ノズルからの２つの衝突領域が厚鋼板の両端部で重なるため、この端部が過冷却となり、幅方向に冷却むらが生じる。また、特許文献２に開示された発明では、鋼板表面のスケールを抑制するために、当該鋼板表面を水で覆うことを目的としており、水量が少なく、鋼板上の板上水を排出する能力が低い。このため、厚鋼板の冷却が不均一になる。

【0014】

特許文献３に開示された冷却装置においては、熱延鋼板幅方向に４個所に設けられた冷却ノズルから当該４個所の中心部に向かって冷却水を噴射しているが、かかる場合、幅方向に対向する一対の冷却ノズルからの冷却水の衝突点付近において、熱延鋼板上の板上水を排出する能力が低く、また中心部においても板上水が滞留する。この板上水により、熱延鋼板の冷却が不均一になる。

【0015】

特許文献４に開示された冷却装置においては、水切り用ノズルは熱延鋼材の幅方向を横切るように高圧水を噴射しており、水切り用ノズルから噴射された高圧水の熱延鋼材での衝突領域は、当該熱延鋼材の幅方向全域をほぼ覆っている。このため、熱延鋼材の側方両側に配設された一対の水切り用ノズルからの２つの衝突領域は、熱延鋼板の両端部においても重なる。上述したように水切り用ノズルからの衝突領域において水切り用ノズル側の近方端部は高圧となり過冷却となりがちであるため、一対の水切り用ノズルからの２つの衝突領域が重なる熱延鋼板の両端部が過冷却となり、幅方向に冷却むらが生じる。なお、特許文献４には、一対の水切り用ノズルを複数対設けることも開示されていない。

【0016】

特許文献５に開示された冷却装置においては、スプレーから噴射される圧力水は熱間圧延材の幅方向中央部より外端へ横切るように向けられ、スプレーから噴射された圧力水の熱間圧延材での衝突領域は、当該熱間圧延材の幅の少なくとも半分以上を覆う。このため、熱間圧延材の側方両側に配設された一対のスプレーからの２つの衝突領域は、熱間圧延材の中央において重なる。そうすると、このスプレーを熱間圧延材の冷却に用いた場合、一対のスプレーからの２つの衝突領域が重なる熱間圧延材の中央部分が過冷却となり、幅方向に冷却むらが生じる。なお、特許文献５には、一対のスプレーを複数対設けることも開示されていない。

【0017】

特許文献６に開示された水切り方法においては、水切りノズルは熱延鋼板の幅方向に水切り水を噴射する。そして、複数の水切りノズルから噴射された水切り水の衝突領域が熱延鋼板の幅方向全域を覆い、さらに各水切りノズルからの衝突領域は、幅方向に隣り合う衝突領域同士では幅方向に一部重なるように配設されている。そうすると、この水切りノズルを熱延鋼板の冷却に用いた場合、水切りノズルからの衝突領域が重なるため、この重なった部分が過冷却となり、幅方向に冷却むらが生じる。

【0018】

以上のように、従来の熱延鋼板の冷却方法及び冷却装置には、改善の余地があった。

【0019】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、連続熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板を適切且つ均一に冷却することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0020】

前記の目的を達成するため、本発明は、連続熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板を冷却する方法であって、前記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、鋼板搬送領域の幅方向側方の両側に一対のスプレーノズルが配置され、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対配置され、鋼板搬送領域に対して、前記スプレーノズルから鋼板搬送領域の幅方向に冷却水を噴射して、熱延鋼板を冷却し、前記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は、噴射方向の遠方端部が鋼板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、前記スプレーノズル対において、２つの前記衝突領域の近方端部は幅方向に一致して会合部を形成することを特徴としている。なお、鋼板搬送領域の幅は、本発明の冷却方法により冷却予定の熱延鋼板の最大幅と同じである。このため、最大幅より狭い幅の熱延鋼板を冷却する場合、鋼板搬送領域の幅方向端部側でその狭幅の熱延鋼板が占めない部分に噴射された冷却水は、熱延鋼板に衝突せず、そのまま熱延鋼板のパスラインの下部に落下する。

【0021】

本発明によれば、スプレーノズル対の２つの衝突領域において会合部が形成されているので、これら衝突領域は鋼板搬送領域の幅方向に重なることがなく、しかも幅方向全域を覆う。したがって、従来のように衝突領域が幅方向に重なることによる冷却むらを抑制することができ、熱延鋼板の幅方向に均一に冷却することができる。換言すれば、本発明のように衝突領域の会合部を形成することは、上述した従来文献には一切開示されておらず斬新なものであり、熱延鋼板の均一冷却に極めて有用である。

【0022】

前記会合部は、鋼板搬送領域の幅方向中央に区画される会合ゾーン内に位置し、前記会合ゾーンの幅は下記式（１）を満たし、搬送方向に隣接する前記スプレーノズル対の前記会合部の幅方向の間隔は、前記衝突領域の搬送方向の長さ以上であってもよい。
Ｗ≦（Ｄ＋２ｄ）−（Ｄ＋ｄ）sinθ_２／sin（θ_１＋θ_２） ・・・（１）
但し、
Ｗ：会合ゾーンの幅
Ｄ：鋼板搬送領域の幅
ｄ：スプレーノズルの噴射口とその手前の鋼板搬送領域の端部との水平距離
θ_１：スプレー噴射角
θ_２：スプレー設置角（スプレーノズルの噴射口の垂線とスプレーノズルの噴射口から衝突領域の近方端部を結ぶ線の成す角）

【0023】

前記複数対のスプレーノズル対から鋼板搬送領域に向けて冷却水が噴射される冷却ゾーンは、搬送方向に複数の冷却小ゾーンに分割され、前記冷却小ゾーンにはＮ対（Ｎは整数）のスプレーノズル対が配置され、前記会合ゾーンは幅方向に等間隔に前記Ｎ個の会合小ゾーンに分割され、前記冷却小ゾーンにおける前記会合小ゾーンには、それぞれ１個の前記会合部が配置され、前記冷却小ゾーンにおける前記会合部は、搬送方向の上流側から下流側に向かい、前記会合ゾーンの一の端部の前記会合小ゾーンから他の端部の前記会合小ゾーンに向かって配置されていてもよい。

【0024】

前記冷却小ゾーンは、搬送方向にｋ個（ｋはＮの約数）の分割冷却小ゾーンに分割され、搬送方向にｉ番目（ｉは１からｋまでの整数）の前記分割冷却小ゾーンでは、前記会合部が、前記会合ゾーンの一の端部側の１番目から他の端部側のＮ番目に向かって、ｉ番目からｊｋ＋ｉ番目（ｊは１から（Ｎ／ｋ−１）までの整数）に配置されていてもよい。

【0025】

前記スプレーノズルからの冷却水による熱延鋼板の冷却は、核沸騰領域で行われてもよい。

【0026】

別な観点による本発明は、連続熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板を冷却する装置であって、前記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対配置され、前記スプレーノズルは、当該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鋼板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するように配置され、前記スプレーノズル対は、２つの前記衝突領域の近方端部が幅方向に一致して会合部を形成するように配置されることを特徴としている。

【0027】

前記会合部は、鋼板搬送領域の幅方向中央に区画される会合ゾーン内に位置し、前記会合ゾーンの幅は下記式（１）を満たし、搬送方向に隣接する前記スプレーノズル対は、それぞれの前記会合部の幅方向の間隔が、前記衝突領域の搬送方向の長さ以上であるように配置されていてもよい。
Ｗ≦（Ｄ＋２ｄ）−（Ｄ＋ｄ）sinθ_２／sin（θ_１＋θ_２） ・・・（１）
但し、
Ｗ：会合ゾーンの幅
Ｄ：鋼板搬送領域の幅
ｄ：スプレーノズルの噴射口とその手前の鋼板搬送領域の端部との水平距離
θ_１：スプレー噴射角
θ_２：スプレー設置角（スプレーノズルの噴射口の垂線とスプレーノズルの噴射口から衝突領域の近方端部を結ぶ線の成す角）

【0028】

前記複数対のスプレーノズル対から鋼板搬送領域に向けて冷却水が噴射される冷却ゾーンは、搬送方向に複数の冷却小ゾーンに分割され、前記冷却小ゾーンにはＮ対（Ｎは整数）のスプレーノズル対が配置され、前記会合ゾーンは幅方向に等間隔に前記Ｎ個の会合小ゾーンに分割され、前記冷却小ゾーンにおける前記会合小ゾーンには、それぞれ１個の前記会合部が配置され、前記冷却小ゾーンにおける前記会合部は、搬送方向の上流側から下流側に向かい、前記会合ゾーンの一の端部の前記会合小ゾーンから他の端部の前記会合小ゾーンに向かって配置されていてもよい。

【0029】

前記冷却小ゾーンは、搬送方向にｋ個（ｋはＮの約数）の分割冷却小ゾーンに分割され、搬送方向にｉ番目（ｉは１からｋまでの整数）の前記分割冷却小ゾーンでは、前記会合部が、前記会合ゾーンの一の端部側の１番目から他の端部側のＮ番目に向かって、ｉ番目からｊｋ＋ｉ番目（ｊは１から（Ｎ／ｋ−１）までの整数）に配置されていてもよい。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、連続熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板を適切且つ均一に冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本実施の形態における冷却装置を備えた連続熱間圧延設備の構成の概略を示す説明図である。

【図2】本実施の形態にかかる冷却装置の構成の概略を示す側面図である。

【図3】本実施の形態にかかる冷却装置の構成の概略を示す平面図である。

【図4】サイドスプレー装置のスプレーノズルから噴射される冷却水の熱延鋼板での衝突領域を示す説明図である。

【図5】一対のスプレーノズルの配置を示す搬送方向正面から見た説明図である。

【図6】会合ゾーンの幅を算出する際に必要な寸法を示す説明図である。

【図7】Ｌｆ／Ｌｎと熱延鋼板の幅方向温度差ΔＴ１の相関を示す説明図である。

【図8】会合部からの離隔距離と熱延鋼板の上面温度差ΔＴ２の相関を示す説明図である。

【図9】会合部の配置の一例を示す説明図である。

【図10】会合部の配置の一例を示す説明図である。

【図11】他の実施の形態にかかる冷却装置の構成の概略を示す平面図である。

【図12】実施例の説明図であって、（ａ）はスプレーノズル対からの衝突領域において会合部が形成された場合（実施例１）を示し、（ｂ）はスプレーノズル対からの衝突領域が重なる場合（比較例１）を示し、（ｃ）はスプレーノズル対からの衝突領域が重ならない場合（比較例２）を示している。

【発明を実施するための形態】

【0032】

＜熱間圧延設備＞
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態における冷却装置を備えた熱間圧延設備１の構成の概略を示す説明図である。

【0033】

連続熱間圧延設備１では、加熱したスラブ５をロールで上下に挟んで連続的に圧延し、最小１ｍｍの板厚まで薄くして熱延鋼板１０ａ（以下、後述のとおり図面の中での符号１０は、鋼板搬送領域１０又は熱延鋼板１０ａのいずれかを指すものとする。）を巻き取る。連続熱間圧延設備１は、スラブ５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５を幅方向に圧延する幅方向圧延機１２と、この幅方向に圧延されたスラブ５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みまで連続して熱間仕上圧延をする仕上圧延機１４と、この仕上圧延機１４により熱間仕上圧延された熱延鋼板１０ａを冷却水により冷却する冷却装置１５と、冷却装置１５により冷却された熱延鋼板１０ａをコイル状に巻き取る巻取装置１６とを備えている。なお、上記は一般的な構成であってこれに限るものではない。

【0034】

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５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５は加熱炉１１外へと搬送され、粗圧延機１３による圧延工程へ移行する。

【0035】

搬送されてきたスラブ５は、粗圧延機１３により厚さ３０〜６０ｍｍ程度の粗バーに圧延され、仕上圧延機１４へと搬送される。

【0036】

仕上圧延機１４では、搬送されてきた粗バーを数ｍｍ程度の板厚の熱延鋼板１０ａに圧延する。圧延された熱延鋼板１０ａは、搬送ロール１７により搬送されて冷却装置１５へと送られる。熱延鋼板１０ａは、冷却装置１５により冷却され、巻取装置１６によりコイル状に巻き取られる。

【0037】

＜冷却装置＞
次に、本実施の形態にかかる冷却装置１５の詳細について説明する。図２は、冷却装置１５の側面を模式的に示し、図３は冷却装置１５の平面を模式的に示している。図２に示すように、ランアウトテーブルの搬送ロール１７上を搬送される熱延鋼板１０ａの上方に配置された上側冷却装置２０と、当該熱延鋼板１０ａの下方に配置された下側冷却装置（図示せず）とを有している。

【0038】

上側冷却装置２０は、熱延鋼板１０ａの上方から当該熱延鋼板１０ａ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２１を複数有している。冷却水ノズル２１には、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が用いられる。また、冷却水ノズル２１は、熱延鋼板１０ａの搬送方向（図中の太矢印方向）に沿って複数並べて配置されている。なお、冷却水ノズル２１には、これらのノズルに限らず他のノズルを用いてもよい。

【0039】

上側冷却装置２０の搬送方向下流側には、上側冷却装置２０から噴射された冷却水が鋼板に随伴されて流れてくる板上水２２を水切りするための水切装置３０が設けられている。この実施の形態の水切装置３０は、図３に示したように、複数の水切り用のスプレー装置３１が使用されており、搬送方向上流に向けて、各スプレー装置３１から水切り用の流体、例えば水を噴射するようになっている。

【0040】

水切装置３０の搬送方向下流側には、サイドスプレー装置４０が設けられている。この実施の形態では、スプレーノズル４１が、鋼板搬送領域１０（パスライン上を搬送される熱延鋼板１０ａの存在領域）の幅方向側方の両側において、搬送方向に沿って複数設置されている。なお、図示の都合上、図３では、片側５本ずつの合計１０本のスプレーノズル４１が図示されているが、もちろんこれに限らず、必要に応じて設置数を適宜選択できる。

【0041】

ここで、鋼板搬送領域１０は、熱延鋼板１０ａが搬送ロール１７上で占める領域である。すなわち、鋼板搬送領域１０は、側面視において搬送ロール１７の頂点を結んだラインであって、平面視において熱延鋼板１０ａの幅方向の寸法が製造可能最大寸法（最大幅）の場合の搬送領域である。以下においては、鋼板搬送領域１０の幅と熱延鋼板１０ａの幅は一致しているものとして説明し、図中で符号１０は適用する場面に応じて、鋼板搬送領域１０又は熱延鋼板１０ａのいずれかを指すものとする。なお、上述したように鋼板搬送領域１０の幅は熱延鋼板１０ａの最大幅であるため、サイドスプレー装置４０において、最大幅より狭い幅の熱延鋼板１０ａを冷却する場合、その差分となる鋼板搬送領域１０の幅方向端部側の部分に噴射された冷却水は、熱延鋼板１０ａに衝突せず、そのまま熱延鋼板１０ａのパスラインの下部に落下する。

【0042】

サイドスプレー装置４０の搬送方向下流側には、水切装置５０が設けられている。この実施の形態の水切装置５０は、複数の水切り用のスプレー装置５１が使用されており、搬送方向上流に向けて、各スプレー装置５１から水切り用の流体、例えば水を噴射するようになっている。

【0043】

平面視にて、水切装置３０とサイドスプレー装置４０の間には、熱延鋼板１０ａの温度を計測する温度センサＭＴが配置され、また水切装置５０と巻取装置１６との間には、熱延鋼板１０ａの温度を計測する温度センサＣＴが配置されている。温度センサＭＴからの温度信号は、例えば上側冷却装置２０の制御（例えばフィードバック制御）に使用され、温度センサＣＴからの温度信号は、例えばサイドスプレー装置４０の制御（例えばフィードバック制御）に使用される。

【0044】

本実施の形態にかかる冷却装置１５は以上の構成を有しており、仕上圧延機１４で所定の板厚に圧延された熱延鋼板１０ａは、まず上側冷却装置２０の冷却水ノズル２１からの冷却水によって冷却される（上述したように下側冷却装置の図示は省略している）。そしてその後、水切装置３０によって水切りが行われる。次いで水切りされた熱延鋼板１０ａは、サイドスプレー装置４０によってさらに冷却される。

【0045】

なお、本実施の形態では、冷却装置１５において熱延鋼板１０ａを２００℃程度まで冷却する。このように熱延鋼板１０ａを２００℃程度まで適切且つ均一に冷却して巻き取ることができれば、例えば、所定成分に調整した熱延鋼板１０ａにおいて、巻き取り後の放冷中に焼き戻しマルテンサイトを生成させるなどして、変形能が改善された熱延鋼板１０ａを有利に製造することができる。また、この場合、巻取温度をマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）以下、水の沸点超とすることで、熱延鋼板１０ａ上に赤スケールが形成されるのを抑制できるという効果もある。

【0046】

＜サイドスプレー装置＞
次に、上述したサイドスプレー装置４０の詳細について説明する。サイドスプレー装置４０では、図４に示すように、鋼板搬送領域１０の幅方向側方に一対のスプレーノズル４１、４１が配置されている。また、これら一対のスプレーノズル４１、４１で構成されるスプレーノズル対４２が熱延鋼板１０ａの搬送方向に並べて複数対配置されている。なお、上述したようにスプレーノズル４１、スプレーノズル対４２の設置数は必要に応じて適宜選択できる。

【0047】

スプレーノズル４１は、図５に示すように、鋼板搬送領域１０に対して上方から斜め方向、且つ、鋼板搬送領域１０の幅方向に冷却水を噴射する。また図４に示すように、スプレーノズル４１から噴射される冷却水の鋼板搬送領域１０での衝突領域４３は、噴射方向の遠方端部４３ａ（スプレーノズル４１と反対側の端部）が鋼板搬送領域１０の端部に位置し、近方端部４３ｂ（スプレーノズル４１側の端部）が鋼板搬送領域１０の内側に位置する。スプレーノズル対４２において、２つの衝突領域４３、４３の近方端部４３ｂ、４３ｂは幅方向に一致して会合部Ｐ（図４中の太線部）を形成する。ここで、２つの衝突領域４３、４３の近方端部４３ｂ、４３ｂが幅方向に一致するとは、図４、図５に示すように、鋼板搬送領域１０の一方の幅側の衝突領域４３の近方端部４３ｂと、他方の幅側の衝突領域４３の近方端部４３ｂとが、図５の視野で見て、会合部Ｐで重複又は離間することなく一致し、鋼板搬送領域１０における幅方向の衝突領域４３が鋼板搬送領域１０の一方端から他方端まで連続した一つの衝突領域に見えることをいう。

【0048】

かかる場合、スプレーノズル４１は、鋼板搬送領域１０に対して、所定の噴射角をもって、上方から斜めに噴射するように配置されているので、たとえ熱延鋼板１０ａの上面に板上水２２が残留していても、これを熱延鋼板１０ａの端部側（遠方端部側）へと排出しつつ、熱延鋼板１０ａを冷却することができる。

【0049】

また、スプレーノズル対４２において衝突領域４３、４３の会合部Ｐが形成されているので、これら衝突領域４３、４３は、鋼板搬送領域１０の幅方向に重なることがなく、しかも幅方向全域を覆う。したがって、従来のように衝突領域が幅方向に重なることによる冷却むらを抑制することができ、熱延鋼板１０ａの幅方向に均一に冷却することができる。

【0050】

＜会合ゾーン＞
前記会合部Ｐは、２つの衝突領域４３、４３の近方端部４３ｂ、４３ｂ同士が接する部分であり、単一の衝突領域４３における中央部と対比して、工業的には、近方端部４３ｂの位置がある程度変動することを許容せざるを得ないことなどから、会合部Ｐは工業的には冷却効果に不安定要素を含む。このため、極端な場合として、全てのスプレーノズル対４２の会合部Ｐが鋼板搬送領域１０の幅方向中央部で揃う場合を想定すると、冷却停止温度の板内バラツキが大きくなることが予想される。これに対し、本発明者らが鋭意検討した結果、全てのスプレーノズル対４２の会合部Ｐを所定の幅内で分散させることが好ましいことが分かった。

【0051】

具体的には、図４に示すように会合部Ｐは、鋼板搬送領域１０の幅方向中央に区画される会合ゾーンＥ内に位置させる。会合ゾーンＥの幅Ｗは、下記式（１）を満たす。
Ｗ≦（Ｄ＋２ｄ）−（Ｄ＋ｄ）sinθ_２／sin（θ_１＋θ_２） ・・・（１）
但し、
Ｗ：会合ゾーンＥの鋼板搬送領域１０の幅方向の幅
Ｄ：鋼板搬送領域１０の幅
ｄ：スプレーノズル４１の噴射口４１ａとその手前の鋼板搬送領域１０の端部との水平距離
θ_１：スプレー噴射角（スプレーノズル４１から噴射される冷却水の鉛直方向の噴射角）
θ_２：スプレー設置角（スプレーノズル４１の噴射口４１ａの垂線とスプレーノズル４１の噴射口４１ａからら衝突領域４３の近方端部４３ｂを結ぶ線の成す角）

【0052】

会合ゾーンＥの幅Ｗを導出するにあたって、本発明者らは、スプレーノズル４１から噴射される冷却水の鋼板搬送領域１０までの到達距離に着目した。図６に示すように、スプレーノズル４１の噴射口４１ａから衝突領域４３の遠方端部４３ａまでの遠方距離をＬｆとし、スプレーノズル４１の噴射口４１ａから衝突領域４３の近方端部４３ｂまでの近方距離をＬｎとする。なお、図６は、会合部Ｐが会合ゾーンＥの端部に位置する場合を図示している。

【0053】

会合ゾーンＥの幅Ｗは、Ｌｆ／Ｌｎ≦２を満たすように導出される。以下、Ｌｆ／Ｌｎ≦２の根拠について説明する。本発明者らはサイドスプレー装置４０を用いた熱延鋼板１０ａの冷却のシミュレーションを行い、図７に示す傾向を見出した。図７は、Ｌｆ／Ｌｎ（横軸）を変化させた場合の熱延鋼板１０ａの上面の幅方向温度差ΔＴ１（縦軸）を示している。幅方向温度差ΔＴ１は、熱延鋼板１０ａが冷却され復熱した後（例えば巻取装置１６で巻き取られる直前）において、当該熱延鋼板１０ａの幅方向の最大温度と最小温度との差である。

【0054】

図７を参照すると、Ｌｆ／Ｌｎ＞２の場合、熱延鋼板１０ａの幅方向温度差ΔＴ１は大きくなる。これは、Ｌｆ／Ｌｎが大きくなると、冷却水が遠方端部４３ａと近方端部４３ｂに衝突する際の力の差が大きくなり、両者の冷却能力の差が大きくなるためである。これに対して、Ｌｆ／Ｌｎ≦２の場合、近方側に衝突した後の冷却水が遠方側に流れることにより、遠方側での冷却が行われるので、熱延鋼板１０ａの幅方向温度差ΔＴ１は小さく、熱延鋼板１０ａの幅方向における冷却能力のバラツキは小さい。したがって、熱延鋼板１０ａを幅方向に均一に冷却するには、Ｌｆ／Ｌｎ≦２が好適である。

【0055】

そして、遠方距離Ｌｆと近方距離Ｌｎは、それぞれ図６に示した幾何学的関係から、下記式（２）、（３）で表される。
Ｌｆ＝（Ｄ＋ｄ）／cos｛９０°−（θ_１＋θ_２）｝ ・・・（２）
Ｌｎ＝（Ｄ／２＋ｄ−Ｗ／２）／cos（９０°−θ_２） ・・・（３）

【0056】

上記式（２）、（３）をＬｆ／Ｌｎ≦２に入れて、会合ゾーンＥの幅Ｗについて整理すると、上述した下記式（１）が導出される。
Ｗ≦（Ｄ＋２ｄ）−（Ｄ＋ｄ）sinθ_２／sin（θ_１＋θ_２） ・・・（１）

【0057】

なお、例えば鋼板搬送領域１０の幅Ｄが２０００ｍｍであり、スプレーノズル４１と鋼板搬送領域１０の端部の水平距離ｄが２５０ｍｍであり、スプレー噴射角θ_１が２０°であり、スプレー設置角θ_２が６０°である場合において、Ｌｆ／Ｌｎ＝２となる、会合ゾーンＥの幅Ｗは５００ｍｍである。また、例えば鋼板搬送領域１０の幅Ｄが２０００ｍｍであり、スプレーノズル４１と鋼板搬送領域１０の端部の水平距離ｄが２５０ｍｍであり、スプレー噴射角θ_１が２０°であり、スプレー設置角θ_２が４５°である場合において、Ｌｆ／Ｌｎ＝２となる、会合ゾーンＥの幅Ｗは７８５ｍｍである。

【0058】

また、スプレーノズル４１の設置高さｈ（鋼板搬送領域１０のからスプレーノズル４１の噴射口４１ａまでの高さｈ）は４００〜６００ｍｍ程度が現実的である。設置高さが６００ｍｍより高いと、遠方端部４３ａにおける冷却能力が低くなる。一方、設置高さが４００ｍｍより低いと、衝突領域４３を確保するため、スプレー噴射角θ_１を小さくする必要があるが、この場合、スプレーノズル４１を作製し難くなる。

【0059】

＜会合部の幅方向間隔＞
上述したように会合部Ｐは、２つの衝突領域４３、４３の近方端部４３ｂ、４３ｂ同士が接する部分であり、工業的には冷却効果に不安定要素を含むことから、本発明者らが鋭意検討した結果、搬送方向に隣接するスプレーノズル対４２、４２の会合部Ｐ、Ｐは所定距離以上に離すことが好ましいことが分かった。

【0060】

具体的には、図４に示すように搬送方向に隣接するスプレーノズル対４２、４２の会合部Ｐ、Ｐの幅方向の間隔Ｑは、衝突領域４３の搬送方向の長さＲ以上とする。

【0061】

本発明者らは、サイドスプレー装置４０を用いた熱延鋼板１０ａの冷却のシミュレーションにて、工業的に冷却効果で不安定要素を含む会合部Ｐで生じる、周囲の温度に対する会合部Ｐの温度差を仮定し、その温度差が周囲に及ぼす影響範囲について図８に示す傾向を見出した。図８は、会合部Ｐからの鋼板幅方向での離隔距離（横軸）と熱延鋼板１０ａの上面温度差ΔＴ２（縦軸）の関係を示している。同図においては、会合部Ｐからの離隔距離について、後述するように衝突領域４３の搬送方向の長さＲの範囲で工業的な不安定要素が影響する（上面温度差ΔＴ２が大きくなる）ことからこの長さＲを基準とすることとし、当該会合部Ｐからの離隔距離として、その長さＲに対する倍数ｎ（ｎは整数）を示している。また、熱延鋼板１０ａの上面温度差ΔＴ２は、会合部Ｐにおける熱延鋼板１０ａの上面温度と、会合部Ｐから離隔距離（長さＲに対する倍数ｎ）だけ離れた測定点における熱延鋼板１０ａの上面温度との差である。

【0062】

図８を参照すると、ｎが１より小さい場合、すなわち測定点が会合部Ｐに近い場合、上面温度差ΔＴ２は大きくなる。これに対して、ｎが１以上の場合、すなわち測定点が会合部Ｐから離れた場合、上面温度差ΔＴ２は小さくほとんどゼロとなる。

【0063】

かかる場合、搬送方向に隣接するスプレーノズル対４２、４２の会合部Ｐ、Ｐの幅方向の間隔Ｑについて、ｎが１より小さい場合、すなわち間隔Ｑが衝突領域４３の搬送方向の長さＲより小さい場合、一の会合部Ｐに対する大きい上面温度差ΔＴ２と他の会合部Ｐに対する大きい上面温度差ΔＴ２が搬送方向に重畳することになる。そうすると、熱延鋼板１０ａを幅方向に均一に冷却することができない。これに対して、ｎが１以上であり、間隔Ｑが長さＲ以上である場合、上面温度差ΔＴ２が小さいため、熱延鋼板１０ａの幅方向不均一冷却を抑制することができる。したがって、会合部Ｐの幅方向の間隔Ｑは、衝突領域４３の搬送方向の長さＲ以上であるのが好適である。

【0064】

なお、例えば鋼板搬送領域１０の幅Ｄが２０００ｍｍであり、スプレーノズル４１と鋼板搬送領域１０の端部の水平距離ｄが２５０ｍｍであり、スプレーノズル４１から噴射される冷却水の水平方向の噴射角θ_３が３°である場合、衝突領域４３の搬送方向の長さＲは６５ｍｍ（＝１２５０ｍｍ×tan（３°／２）×２）となる。

【0065】

＜会合部の配置＞
図９に示すように会合ゾーンＥにおいて、会合部Ｐは千鳥状に配置される。

【0066】

会合ゾーンＥは、幅方向に等間隔にＮ個、本実施の形態では８個の会合小ゾーンｅ（会合小ゾーンｅ１〜ｅ８）に分割される。なお、Ｎは２以上の整数であって、任意に選択できる。

【0067】

また、サイドスプレー装置４０において、全てのスプレーノズル対４２から鋼板搬送領域１０に向けて冷却水が噴射される領域を冷却ゾーンＦとすると、当該冷却ゾーンＦは、搬送方向に複数の冷却小ゾーンｆに分割される。各冷却小ゾーンｆには、会合小ゾーンｅと同数のＮ対のスプレーノズル対４２が配置される。なお、図示の都合上、図９では、冷却小ゾーンｆ１〜ｆ３が図示されているが、冷却小ゾーンｆの数は、もちろんこれに限らず、必要に応じて数を適宜選択でき、サイドスプレー装置４０におけるスプレーノズル対４２の数に応じて決定される。例えばスプレーノズル対４２がＭ×Ｎ対（Ｍは２以上の整数）がある場合、冷却小ゾーンｆはＭ個設けられる。

【0068】

１個の冷却小ゾーンｆにおいて、１個の会合小ゾーンｅには１個の会合部Ｐが配置される。また、１個の冷却小ゾーンｆにおいて、会合部Ｐは、搬送方向の上流側から下流側に向かい、会合ゾーンＥの一の端部の会合小ゾーンｅ１から他の端部の会合小ゾーンｅ８に向かって配置される。

【0069】

ここで、搬送方向に隣接するスプレーノズル対４２、４２の会合部Ｐ、Ｐが同じ会合小ゾーンｅに配置されている場合、会合部Ｐ、Ｐが重なることにより過冷却となるおそれがある。この点、本実施の形態では、１個の冷却小ゾーンｆにおいて会合部Ｐが千鳥状に配置されているので、幅方向において会合部Ｐを分散させることができ、過冷却となる部位を極小化することができる。したがって、熱延鋼板１０ａの幅方向に均一に冷却することができる。

【0070】

また、図１０に示すように、１個の冷却小ゾーンｆ１（ｆ２、ｆ３）は、さらに搬送方向にｋ個、本実施の形態では２個の分割冷却小ゾーンｆ１１、ｆ１２（ｆ２１、ｆ２２、ｆ３１、ｆ３２）に分割されていてもよい。なお、ｋはＮの約数であって、任意に選択できる。

【0071】

冷却小ゾーンｆ１において、搬送方向に１番目の分割冷却小ゾーンｆ１１では、会合部Ｐが、会合小ゾーンｅ１、ｅ３、ｅ５、ｅ７に配置される。また、搬送方向に２番目の分割冷却小ゾーンｆ１２では、会合部Ｐが、会合小ゾーンｅ２、ｅ４、ｅ６、ｅ８が配置される。このように冷却小ゾーンｆ１が搬送方向に２個に分割される場合、当該冷却小ゾーンｆ１において、幅方向に２個の会合小ゾーンｅ毎に１個の会合部Ｐが配置される。なお、冷却小ゾーンｆ２、ｆ３においても、会合部Ｐは同様に配置される。

【0072】

この会合部Ｐの配置を一般化すると、搬送方向にｉ番目（ｉは１からｋまでの整数）の分割冷却小ゾーンｆでは、会合部Ｐが、会合ゾーンＥの一の端部側の１番目から他の端部側のＮ番目に向かって、ｉ番目からｊｋ＋ｉ番目（ｊは１から（Ｎ／ｋ−１）までの整数）に配置されることになる。

【0073】

なお、１個の冷却小ゾーンｆが分割される個数ｋは２個に限定されず、Ｎの約数であればよい。上述した例においては、Ｎは８であるため、冷却小ゾーンｆが分割される個数ｋは４個であってもよい。

【0074】

このように図１０に示した例においても、図４に示した会合部Ｐの配置と同様の効果を享受することができ、すなわち、幅方向において会合部Ｐを分散させて過冷却となる部位を極小化することができる。しかも、１個の冷却小ゾーンｆが複数に分割されている場合、幅方向において会合部Ｐをさらに分散させることができる。したがって、熱延鋼板１０ａの幅方向により均一に冷却することができる。

【0075】

なお、会合部Ｐの配置は千鳥状に限定されず、幅方向において会合部Ｐを分散させる配置であればよく、例えばサインカーブ状などの配置としてもよい。

【0076】

＜サイドスプレー装置における核沸騰冷却＞
サイドスプレー装置４０において、スプレーノズル４１からの冷却水による熱延鋼板１０ａの冷却は、核沸騰領域で行われる。

【0077】

ここで、熱延鋼板１０ａの冷却においては、熱延鋼板１０ａの上面温度に応じて、熱延鋼板１０ａ上の冷却水の沸騰状態が変動する。具体的には、上面温度の高温側から膜沸騰領域、遷移沸騰領域、核沸騰領域の順に変動する。

【0078】

膜沸騰領域では、熱延鋼板１０ａの上面に冷却水を噴射した際、冷却水は熱延鋼板１０ａに到達する前、もしくは到達した直後に蒸発し、熱延鋼板１０ａの上面は蒸気膜に覆われる状態となる。この冷却では、熱延鋼板１０ａの上面の蒸気膜が熱の伝達を阻害するため、熱延鋼板１０ａの熱伝達係数は低く、冷却能力は低い。

【0079】

遷移沸騰領域では、熱延鋼板１０ａの上面に冷却水を噴射した際、熱延鋼板１０ａの上面に蒸気膜と冷却水が接触する場所が混在するようになる。この遷移沸騰領域では、熱延鋼板１０ａの上面温度の低下と共に熱伝達係数が上昇する。このため、熱延鋼板１０ａの上面温度が高いところは冷え難く、上面温度が低いところは急激に冷え、熱延鋼板１０ａの上面温度に局所的なバラツキが発生する。そうすると、熱延鋼板１０ａを均一に冷却することができない。

【0080】

核沸騰領域では、熱延鋼板１０ａの上面に冷却水を噴射した際、熱延鋼板１０ａの上面に蒸気膜が発生せず、冷却水が熱延鋼板１０ａの上面に直接接触する。このため、核沸騰領域では、熱延鋼板１０ａの熱伝達係数は高く、冷却能力は高い。

【0081】

本実施の形態では、サイドスプレー装置４０における熱延鋼板１０ａの冷却は核沸騰領域で行われるので、高い冷却能力で熱延鋼板１０ａを均一に冷却することができる。換言すれば、サイドスプレー装置４０において熱延鋼板１０ａの温度を微細に制御することができ、目標温度の２００℃程度まで冷却することが可能となる。

【0082】

ここで、このように核沸騰領域で冷却するための具体的な条件について説明する。本実施の形態では、上述したようにサイドスプレー装置４０において２００℃程度の低温まで冷却することを目標としており、これを実現するため、１本のスプレーノズル４１が大水量密度、例えば４ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎの水量密度の冷却水を噴射して、熱延鋼板１０ａを冷却する。

【0083】

例えば「鋼材の強制冷却」 昭和５３年１１月１０日 日本鉄鋼協会には、鋼材表面温度と熱伝達係数の相関が水量密度毎に開示されている。また、例えば「高温鋼材の冷却技術」 三塚正志著 鉄と鋼 Ｖｏｌ．７９（１９９３） 日本鉄鋼協会にも、鋼材表面温度と熱伝達係数の相関が水量密度毎に開示されている。上述した水量密度４ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎを確保する場合、これらの相関から、核沸騰冷却は、熱延鋼板１０ａの上面温度が４００℃以下の冷却となる。

【0084】

また、上述したように、例えば鋼板搬送領域１０の幅Ｄが２０００ｍｍであり、衝突領域４３の搬送方向の長さＲが６５ｍｍである場合において、衝突領域４３の近方端部４３ｂが鋼板搬送領域１０の中心である場合、当該衝突領域４３の面積は０．０３２５ｍ^２となる。そうすると、１本のスプレーノズル４１において４ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎの水量密度を確保するためには、０．２６ｍ^３／ｍｉｎ（＝４ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ×０．０３２５ｍ^２）の水量が必要となる。

【0085】

＜サイドスプレー装置の他の実施の形態＞
上記実施の形態の冷却装置１５では熱延鋼板１０ａを２００℃程度の低温まで冷却したが、例えば冷却装置１５における冷却停止温度が低温でない場合などでは、サイドスプレー装置４０の全てのスプレーノズル４１から冷却水を噴射させる必要はない。かかる場合、幅方向の冷却均一性を考慮し、会合部Ｐを同一とするスプレーノズル対４２毎に制御し、冷却に必要なスプレーノズル対４２からだけ冷却水を噴射させ、冷却に不必要なスプレーノズル対４２からは冷却水を噴射させないようにすることで、サイドスプレー装置４０の冷却能力を調節する。このため、サイドスプレー装置４０には、複数のスプレーノズル対４２毎に、冷却水の供給の有無を制御する弁を設けることが好ましい。

【0086】

また、サイドスプレー装置４０に冷却水の供給の有無を制御する弁を設ける場合、その弁が設けられた領域を上述した冷却小ゾーンｆとすることができる。かかる場合でも、冷却小ゾーンｆ毎に、上記実施の形態の条件を満たすようにするのが好ましい。すなわち、弁が設けられた冷却小ゾーンｆでは、図４に示したようにスプレーノズル対４２における衝突領域４３、４３の会合部Ｐが形成され、さらに会合部Ｐは、上記式（１）を満たす幅を有する会合ゾーンＥ内に配置されると共に、搬送方向に隣接するスプレーノズル対４２、４２の会合部Ｐ、Ｐの幅方向の間隔Ｑは、衝突領域４３の搬送方向の長さＲ以上となる。また、冷却小ゾーンｆでは、図９、図１０に示したように会合部Ｐは千鳥状に配置される。

【0087】

＜冷却装置の他の実施の形態＞
上記実施の形態の冷却装置１５では、上側冷却装置２０での冷却後の板上水２２の水切りにあたり、専用の水切装置３０を用いていたが、図１１に示すように、そのような専用の水切装置３０を廃止して、サイドスプレー装置４０のスプレーノズル対４２を設置してもよい。すなわち、本来の熱延鋼板１０ａの冷却に使用されるスプレーノズル対４２に加えて、搬送方向上流側に、水切り用にスプレーノズル対４２を設置してもよい。

【0088】

このような図１１に示した例では、上側冷却装置２０の下流側両側に、スプレーノズル対４２が複数設置された設備として構成されるが、冷却する熱延鋼板１０ａの幅・厚み、搬送速度、鋼種に応じて、水切り用に使用するスプレーノズル対４２と、冷却用に使用するスプレーノズル対４２とを切換制御したり、必要に応じて噴射数を制御することで、専用の水切装置３０を設置する必要はなく、汎用性に優れた設備とすることが可能である。また、このようにスプレーノズル対４２を水切り用に使用する別の例として、専用の水切装置５０を廃止して、サイドスプレー装置４０のスプレーノズル対４２を設置してもよい。

【0089】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の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、請求の範囲に記載された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得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。

【実施例1】

【0090】

先ず、本発明における会合部Ｐを形成することの効果について、実施例及び比較例を用いて説明する。本検証においては、図２〜図６に示したサイドスプレー装置４０を用いてシミュレーションを行った。

【0091】

本検証における実施例と比較例の共通の条件は、次のとおりである。冷却対象の熱延鋼板１０ａの厚みは２．５ｍｍであり、熱延鋼板１０ａの幅は１５００ｍｍである。鋼板搬送領域１０の幅Ｄは２０００ｍｍである。サイドスプレー装置４０には、スプレーノズル４１が８４本あり、すなわちスプレーノズル対４２は４２対ある。各スプレーノズル４１の設置高さｈは６００ｍｍである。各スプレーノズル４１にはフラットスプレーノズルを用い、そのスプレー噴射角θ_１は１２度、スプレー設置角θ_２は６２度である。各スプレーノズル４１から噴射される冷却水の噴射圧力は０．５ＭＰａ、冷却水の水量密度は４．２ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ、冷却水の水量は３６０Ｌ／ｍｉｎ、衝突領域４３の搬送方向の長さＲは６９ｍｍである。

【0092】

本検証では、図１２（ａ）に示すように本発明の実施例１において、スプレーノズル対４２の衝突領域４３、４３には会合部Ｐが形成されている。これに対して、図１２（ｂ）に示すように比較例１では、スプレーノズル対４２の衝突領域４３、４３が重なり、その重なり部分における近方端部４３ｂ、４３ｂの間隔は３０ｍｍである。また、図１２（ｃ）に示すように比較例２では、スプレーノズル対４２の衝突領域４３、４３が重ならず、その近方端部４３ｂ、４３ｂの間隔は３０ｍｍである。

【0093】

実施例１では、上記式（１）を満たす会合ゾーンＥにおいて、搬送方向に４２箇所に形成された会合部Ｐを幅方向に分散させて配置し、さらに搬送方向に隣接する会合部Ｐ、Ｐの幅方向の間隔Ｑを、衝突領域４３の搬送方向の長さＲ以上としている。具体的には、スプレーノズル対４２において、一のスプレーノズル４１の噴射口４１ａと鋼板搬送領域１０の端部との水平距離ｄ１と、他のスプレーノズル４１の噴射口４１ａと鋼板搬送領域１０の端部との水平距離ｄ２の合計水平距離ｄ（＝ｄ１＋ｄ２）を０〜５００ｍｍの間で変動させて、上記のとおり会合部Ｐを配置している。

【0094】

また、比較例１において、スプレーノズル対４２の衝突領域４３、４３の重なり部分は、その幅方向中心点Ｃ１が、実施例１における会合部Ｐに対応して同じ位置になるように幅方向に分散して形成されている。同様に比較例２においても、スプレーノズル対４２の衝突領域４３、４３の重なっていない部分は、その幅方向中心点Ｃ２が、実施例１における会合部Ｐに対応して同じ位置になるように幅方向に分散して形成されている。

【0095】

以上のような条件において、サイドスプレー装置４０における熱延鋼板１０ａの冷却開始温度を６００℃とし、熱延鋼板１０ａの冷却後の目標温度（巻取装置１６における熱延鋼板１０ａの巻取温度）を３００℃としてシミュレーションを行った。そして、実施例１、比較例１、比較例２において、巻取装置１６での熱延鋼板１０ａの巻取温度を測定し、その幅方向偏差（熱延鋼板１０ａの幅方向における最大温度と最小温度の差）を測定した。

【0096】

その結果、実施例１では、熱延鋼板１０ａの幅方向の温度は３００℃±５℃であり、その温度偏差は１０℃であった。これに対して、比較例１では、熱延鋼板１０ａの幅方向の温度は３００℃±３０℃であり、その温度偏差は６０℃であった。また、比較例２では、熱延鋼板１０ａの幅方向の温度は３００℃±２５℃であり、その温度偏差は５０℃であった。

【0097】

したがって、本発明の実施例１のようにスプレーノズル対４２において会合部Ｐを形成する場合、比較例１、２のように会合部Ｐを形成しない場合に比べて、冷却後の熱延鋼板１０ａの幅方向温度偏差を小さくすることができ、熱延鋼板１０ａを幅方向に均一に冷却できることが分かった。

【実施例2】

【0098】

次に、本発明において、会合部Ｐが位置する会合ゾーンＥの幅Ｗが上記式（１）を満たすこと、すなわち上述したＬｆ／Ｌｎ≦２（図７）を満たすことについて、実施例及び比較例を用いて説明する。本検証においても、図２〜図６に示したサイドスプレー装置４０を用いてシミュレーションを行った。

【0099】

本検証における実施例と比較例の共通の条件は、次のとおりである。冷却対象の熱延鋼板１０ａの厚みは２．５ｍｍであり、熱延鋼板１０ａの幅は１５００ｍｍである。鋼板搬送領域１０の幅Ｄは２０００ｍｍである。サイドスプレー装置４０には、スプレーノズル４１が８４本あり、すなわちスプレーノズル対４２は４２対ある。各スプレーノズル４１の設置高さｈは６００ｍｍである。各スプレーノズル４１にはフラットスプレーノズルを用いた。

【0100】

本検証の実施例２、実施例３、比較例３では、それぞれスプレーノズル対４２の衝突領域４３、４３に会合部Ｐが形成されている。そして、各スプレーノズル４１のスプレー噴射角θ_１とスプレー設置角θ_２を変更して、Ｌｆ／Ｌｎを変動させた。具体的には、本発明の実施例２のＬｆ／Ｌｎを１．９、本発明の実施例３のＬｆ／Ｌｎを２．０、比較例３のＬｆ／Ｌｎを２．５とした。

【0101】

実施例２では、各スプレーノズル４１のスプレー噴射角θ_１を１４度、スプレー設置角θ_２を６１度として、Ｌｆ／Ｌｎを１．９とした。また、実施例２において、各スプレーノズル４１から噴射される冷却水の噴射圧力は０．５ＭＰａ、冷却水の水量密度は４．２ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ、冷却水の水量は３０８Ｌ／ｍｉｎ、衝突領域４３の搬送方向の長さＲは６２ｍｍである。

【0102】

実施例３では、各スプレーノズル４１のスプレー噴射角θ_１を１６度、スプレー設置角θ_２を５９度として、Ｌｆ／Ｌｎを２．０とした。また、実施例２において、各スプレーノズル４１から噴射される冷却水の噴射圧力は０．５ＭＰａ、冷却水の水量密度は４．２ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ、冷却水の水量は３２０Ｌ／ｍｉｎ、衝突領域４３の搬送方向の長さＲは６１ｍｍである。

【0103】

これに対して、比較例３では、各スプレーノズル４１のスプレー噴射角θ_１を２５度、スプレー設置角θ_２を５０度として、Ｌｆ／Ｌｎを２．５とした。また、比較例３において、各スプレーノズル４１から噴射される冷却水の噴射圧力は０．５ＭＰａ、冷却水の水量密度は４．２ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ、冷却水の水量は３６７Ｌ／ｍｉｎ、衝突領域４３の搬送方向の長さＲは５８ｍｍである。

【0104】

また、実施例２、実施例３、比較例３では、それぞれ会合ゾーンＥにおいて、搬送方向に４２箇所に形成された会合部Ｐを幅方向に分散させて配置し、搬送方向に隣接する会合部Ｐ、Ｐの幅方向の間隔Ｑを、衝突領域４３の搬送方向の長さＲ以上の７０ｍｍとしている。なお、具体的には、スプレーノズル対４２において、一のスプレーノズル４１の噴射口４１ａと鋼板搬送領域１０の端部との水平距離ｄ１と、他のスプレーノズル４１の噴射口４１ａと鋼板搬送領域１０の端部との水平距離ｄ２の合計水平距離ｄ（＝ｄ１＋ｄ２）を０〜５００ｍｍの間で変動させて、上記のとおり会合部Ｐを配置している。

【0105】

以上のような条件において、サイドスプレー装置４０における熱延鋼板１０ａの冷却開始温度を６００℃とし、熱延鋼板１０ａの冷却後の目標温度（巻取装置１６における熱延鋼板１０ａの巻取温度）を３００℃としてシミュレーションを行った。そして、実施例２、実施例３、比較例３において、巻取装置１６での熱延鋼板１０ａの巻取温度を測定し、その幅方向偏差（熱延鋼板１０ａの幅方向における最大温度と最小温度の差）を測定した。

【0106】

その結果、実施例２、実施例３では、それぞれ熱延鋼板１０ａの幅方向の温度は３００℃±５℃であり、その温度偏差は１０℃であった。これに対して、比較例３では、熱延鋼板１０ａの幅方向の温度は３００℃±２５℃であり、その温度偏差は５０℃であった。

【0107】

したがって、本発明の実施例２、３（Ｌｆ／Ｌｎ≦２）の場合、比較例３（Ｌｆ／Ｌｎ＞２）の場合に比べて、冷却後の熱延鋼板１０ａの幅方向温度偏差を小さくすることができ、熱延鋼板１０ａを幅方向に均一に冷却できることが分かった。換言すれば、Ｌｆ／Ｌｎ≦２から会合ゾーンＥの幅Ｗに関する上記式（１）が導出され、この会合ゾーンＥ内で会合部Ｐを分散させると、熱延鋼板１０ａを幅方向に均一に冷却できることが分かった。

【実施例3】

【0108】

次に、本発明において、搬送方向に隣接するスプレーノズル対４２の会合部Ｐ、Ｐの幅方向の間隔Ｑが衝突領域４３の搬送方向の長さＲ以上であること、すなわち会合部Ｐと周囲の温度差が当該周囲に及ぼす影響範囲（図８）について、実施例及び比較例を用いて説明する。本検証においても、図２〜図６に示したサイドスプレー装置４０を用いてシミュレーションを行った。

【0109】

本検証における実施例と比較例の共通の条件は、次のとおりである。冷却対象の熱延鋼板１０ａの厚みは２．５ｍｍであり、熱延鋼板１０ａの幅は１５００ｍｍである。鋼板搬送領域１０の幅Ｄは２０００ｍｍである。サイドスプレー装置４０には、スプレーノズル４１が８４本あり、すなわちスプレーノズル対４２は４２対ある。各スプレーノズル４１の設置高さｈは６００ｍｍである。各スプレーノズル４１にはフラットスプレーノズルを用い、そのスプレー噴射角θ_１は１２度、スプレー設置角θ_２は６２度である。各スプレーノズル４１から噴射される冷却水の噴射圧力は０．５ＭＰａ、冷却水の水量密度は４．２ｍ^３／ｍ^２／ｍｉｎ、冷却水の水量は３６０Ｌ／ｍｉｎ、衝突領域４３の搬送方向の長さＲは６９ｍｍである。

【0110】

本検証の実施例４と比較例４では、それぞれスプレーノズル対４２の衝突領域４３、４３に会合部Ｐが形成されている。そして、搬送方向に隣接する会合部Ｐ、Ｐの幅方向の間隔Ｑを変動させた。具体的には、本発明の実施例４では、会合部Ｐ、Ｐの幅方向の間隔Ｑを、衝突領域４３の搬送方向の長さＲより大きい７０ｍｍとした。すなわち、実施例４では、図８におけるｎが１よりも大きい。これに対して、比較例４では、会合部Ｐ、Ｐの幅方向の間隔Ｑを、衝突領域４３の搬送方向の長さＲより短い６５ｍｍとした。すなわち、比較例４では、図８におけるｎが１よりも小さい。

【0111】

また、実施例４と比較例４では、それぞれ会合ゾーンＥにおいて、搬送方向に４２箇所に形成された会合部Ｐを幅方向に分散させて配置している。なお、実施例４と比較例４では、スプレーノズル対４２において、一のスプレーノズル４１の噴射口４１ａと鋼板搬送領域１０の端部との水平距離ｄ１と、他のスプレーノズル４１の噴射口４１ａと鋼板搬送領域１０の端部との水平距離ｄ２の合計水平距離ｄ（＝ｄ１＋ｄ２）を０〜５００ｍｍの間で変動させて、上記のとおり会合部Ｐを配置している。

【0112】

以上のような条件において、サイドスプレー装置４０における熱延鋼板１０ａの冷却開始温度を６００℃とし、熱延鋼板１０ａの冷却後の目標温度（巻取装置１６における熱延鋼板１０ａの巻取温度）を３００℃としてシミュレーションを行った。そして、実施例４と比較例４において、巻取装置１６での熱延鋼板１０ａの巻取温度を測定し、その幅方向偏差（熱延鋼板１０ａの幅方向における最大温度と最小温度の差）を測定した。

【0113】

その結果、実施例４では、熱延鋼板１０ａの幅方向の温度は３００℃±５℃であり、その温度偏差は１０℃であった。これに対して、比較例４では、熱延鋼板１０ａの幅方向の温度は３００℃±２０℃であり、その温度偏差は４０℃であった。

【0114】

したがって、本発明の実施例４の場合（会合部Ｐ、Ｐの幅方向の間隔Ｑが衝突領域４３の搬送方向の長さＲより大きい場合）、比較例３の場合（間隔Ｑが長さＲより小さい場合）に比べて、冷却後の熱延鋼板１０ａの幅方向温度偏差を小さくすることができ、熱延鋼板１０ａを幅方向に均一に冷却できることが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0115】

本発明は、連続熱間圧延工程の仕上げ圧延後の熱延鋼板を冷却する際に有用である。

【符号の説明】

【0116】

１ 連続熱間圧延設備
５ スラブ
１０ 鋼板搬送領域
１０ａ 熱延鋼板
１１ 加熱炉
１２ 幅方向圧延機
１３ 粗圧延機
１４ 仕上圧延機
１５ 冷却装置
１６ 巻取装置
１７ 搬送ロール
２０ 上側冷却装置
２１ 冷却水ノズル
２２ 板上水
３０、５０ 水切装置
３１、５１ スプレー装置
４０ サイドスプレー装置
４１ スプレーノズル
４１ａ 噴射口
４２ スプレーノズル対
４３ 衝突領域
４３ａ 遠方端部
４３ｂ 近方端部
Ｅ 会合ゾーン
ｅ１〜ｅ８ 会合小ゾーン
Ｆ 冷却ゾーン
ｆ１〜ｆ３ 冷却小ゾーン
ｆ１１〜ｆ３２ 分割冷却小ゾーン
Ｐ 会合部

【要約】

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、鋼板搬送領域の幅方向側方の両側に一対のスプレーノズルが配置され、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対配置され、鋼板搬送領域に対して、前記スプレーノズルから鋼板搬送領域の幅方向に冷却水を噴射して、熱延鋼板を冷却する。前記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は、噴射方向の遠方端部が鋼板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する。前記スプレーノズル対において、２つの前記衝突領域の近方端部は幅方向に一致して会合部を形成する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】