CN101557886B - 热钢板的冷却装置和冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热钢板的冷却装置，边通过约束辊使热钢板沿水平方向约束通过轧机边进行冷却控制，是一种可连续地进行大范围的冷却能力控制的廉价的热钢板的冷却装置，从多列喷雾喷嘴向被热轧并在约束辊对(11)之间移送的热钢板(3)喷射冷却水进行冷却，在该冷却装置中，具有喷管形状不同的缓冷却喷雾喷嘴列(K)和强冷却喷雾喷嘴列(J)，并且由于缓冷却喷雾喷嘴列(K)的最大冷却水冲击压力积分值与强冷却喷雾喷嘴列(J)的最小冷却水冲击压力积分值连续，因此可连续地进行大范围的冷却能力控制。

Description

热钢板的冷却装置和冷却方法

技术领域

本发明涉及一种边通过约束辊使热轧得到的热钢板水平地约束通过轧机边进行冷却控制的装置，更详细地说，提出一种可连续进行大范围的冷却能力控制的热钢板的冷却装置、热钢板的冷却方法以及程序。

背景技术

为了提高钢材的机械性质、加工性和焊接性，例如一般如下地进行：边使热轧之后不久的高温状态的钢材在轧制线上通过轧机，边进行加速冷却，对钢材赋予预定的冷却履历。希望开发一种冷却装置，根据钢材的种类、用途等不同而所要求的冷却能力不同，能够精度较高且大范围地选择冷却能力控制范围。

作为可大范围地控制冷却能力的冷却装置，存在使用了二流体(空气和水)喷嘴的冷却装置。但是，二流体喷嘴的喷嘴结构复杂且容易堵塞，因此装置的制造成本及维护费用变高。而且，空气、水的压力控制复杂、难以保持一定的气水比，冷却能力根据该气水比变化。这样，上述冷却装置存在为了进行正确的冷却能力控制而需要高度的控制和设备维持的问题。

另一方面，在使用喷雾喷嘴(spray nozzle)时，能够通过调整喷嘴水量来控制冷却能力，但当喷嘴负荷压力减小时不能确保各种各样的喷射图形，因此与使用二流体喷嘴时相比，冷却能力控制范围变窄。

并且，作为控制冷却能力的方法，在日本特开平10-216821号公报中公开了一种方法，在钢板的移送方向上将冷却装置划分为多个冷却区间，以各冷却区域单位或多个冷却区域单位，开关控制对各冷却区域的冷却水的供给。但是，在这种情况下，在打开冷却水的供给的冷却区域中，钢材表面附近的冷却速度瞬间变得非常大，因此表面附近的硬度上升，不能根据钢材的种类的不同而确保所需的钢材拉伸量。

而且，在日本特开平10-291019号公报中提出了一种方法，在使冷却水沿钢板长度方向流动而进行冷却的冷却装置中，通过使冷却水与钢板接触的点沿钢板长度方向移动，使冷却水和钢板的接触长度变化，而控制冷却 能力。但是，由于这是在钢板和冷却水之间喷射气体而使接触点移动的方法，因此密度比水小的气体需要非常大的流量，所以运转费用变高。

作为型钢的冷却能力控制方法，在日本特开平7-157826号公报中提出了一种方法，通过对离排列在钢材搬送方向的冷却水喷嘴的冷却水喷射间距进行调整，来大范围地控制冷却性能，但在这种情况下需要冷却水喷嘴的间距调整机构，所以也存在冷却装置的制造成本、维护费用提高的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题，其目的在于提出一种边通过约束辊使热钢板在水平方向上约束通过轧机边进行控制冷却的装置，并提出一种可连续地进行大范围的冷却能力控制的、廉价的热钢板的冷却装置、热钢板的冷却方法以及程序。

本发明的冷却装置具有使热钢板沿水平方向约束通过轧机的多对约束辊，在相邻的约束辊对之间分别从多列喷雾喷嘴对热钢板的上下面喷射冷却水，而冷却热钢板，该冷却装置特征为，上述多列喷雾喷嘴具有缓冷却喷雾喷嘴列和强冷却喷雾喷嘴列，使上述缓冷却喷雾喷嘴列的最大冷却水冲击压力积分值和上述强冷却喷雾喷嘴列的最小冷却水冲击压力积分值相等，使上述缓冷却喷雾喷嘴列的冷却水冲击压力积分值、上述强冷却喷雾喷嘴列的冷却水冲击压力积分值以及该两个喷雾喷嘴列整体的冷却水冲击压力积分值的变动区域连续。在进行冷却时，使用上述缓冷却喷雾喷嘴列以及上述强冷却喷雾喷嘴列的任意一个或者该两个喷雾喷嘴列的双方。该冷却水冲击压力积分值是将冷却水冲击压力的n次方在约束辊对之间于通过轧机方向上进行了积分的值，其中，0.05≤n≤0.2。

而且，也可以在约束辊对之间的热钢板进入侧配置强冷却喷雾喷嘴列，并且，上述强冷却喷雾喷嘴列的最大冷却水冲击压力积分值，也可以与同时使用了上述缓冷却喷雾喷嘴列和上述强冷却喷雾喷嘴列时的最小冷却水冲击压力积分值相等。

并且，本发明提供一种热钢板的冷却方法，通过多对约束辊使热钢板沿水平方向约束通过轧机，在相邻的约束辊对之间分别从多列喷雾喷嘴对热钢板的上下面喷射冷却水，而冷却热钢板，该冷却方法的特征在于，实施该冷却方法的冷却装置为，上述多列喷雾喷嘴具有缓冷却喷雾喷嘴列、和强冷却喷雾喷嘴列，将上述缓冷却喷雾喷嘴列的最大冷却水冲击压力积 分值与上述强冷却喷雾喷嘴列的最小冷却水冲击压力积分值设定为相等。在进行冷却时，使用上述缓冷却喷雾喷嘴列以及上述强冷却喷雾喷嘴列的任意一个或者该两个喷雾喷嘴列的双方。该冷却水冲击压力积分值是将冷却水冲击压力的n次方在约束辊对之间于通过轧机方向上进行了积分的值，其中，0.05≤n≤0.2。

而且，本发明提供一种用于使计算机实现上述热钢板的冷却方法的程序。

附图说明

图1是表示一个喷嘴的喷射区域中的水量和冷却能力的关系的图表。

图2是表示喷嘴和其喷射区域的说明图。

图3是表示8种喷嘴的水量、喷嘴负荷压力、喷射范围以及冷却水冲击压力的表。

图4(a)是表示椭圆形喷嘴的喷射区域的说明图、图4(b)是表示圆形全面型喷嘴的喷射区域的说明图。

图5是表示图3的8种喷嘴的冷却水冲击压力和冷却能力的关系的图表。

图6是表示一个喷嘴的喷射区域中的冷却水冲击压力和冷却能力的关系的图表。

图7是表示本发明的冷却装置的结构概略的说明图。

图8是表示冷却装置的约束辊对之间的喷嘴配置的平面图。

图9是只使用了缓冷却喷雾喷嘴列时的冷却装置内的说明图。

图10是只使用了强冷却喷雾喷嘴列时的冷却装置内的说明图。

图11是同时使用了缓冷却喷雾喷嘴列和强冷却喷雾喷嘴列时的冷却装置内的说明图。

图12是表示水量密度和喷嘴负荷压力以及冷却水冲击压力积分值的关系的图表。

图13是表示钢材表面温度为300℃时的冷却水水量密度和热传导率的关系的图表。

具体实施方式

以下，对本发明进行更详细的说明。首先，根据附图说明本发明人对 在喷雾冷却中有助于冷却的因素进行调查、研究的研究开发实验结果。

当在通过单个喷嘴冷却静止的被冷却介质的情况下、对喷雾喷射区域内的冷却能力分布进行调查时，如图1所示，可知在单个喷嘴喷射范围内的水量差为2％以内的位置上，也产生4％以上的冷却能力差。即、可以认为，在喷雾冷却的情况下，有助于冷却能力的因素不只是水量，而是液滴速度、液滴直径、液滴向被冷却体的冲击角度等各种因素复杂地起作用。

图1表示的是，在20mm×20mm的范围M1、M2、M3内、对从椭圆形喷嘴(喷雾喷嘴1)向300mm×40mm的范围(喷雾喷射区域2)喷射冷却水的水量以及冷却能力的平均值进行测定，并将该平均值除以测定值的最大值而进行无量纲化(正规化)的值；该椭圆形喷嘴配置在与图2所示的冷却面的间隔L为150mm的位置上、其流量为100升/min、喷嘴负荷压力为0.3MPa。另外，关于冷却能力，使用加热至900℃、板厚20mm的一般结构用轧制钢材(SS400)作为被冷却体来进行冷却实验，将钢材表面温度为300℃时所测定的热传导率作为冷却能力而用于评价。

本发明人发现，可对包括水量在内的各种冷却因素进行包括性表示的冷却因素是冷却水的冲击压力。

本发明人使用图3表所示的水量、喷嘴负荷压力及喷射区域不同的8种(A～H)喷嘴，对喷嘴正下方的冷却水冲击压力与冷却能力的关系进行了调查。另外，如图4所示，椭圆形喷嘴1是喷雾喷射区域2为在一个方向上较长的长圆形的喷嘴，圆形全面型喷嘴1是喷雾喷射区域2为圆形的喷嘴。其结果如图5所示，与喷嘴的种类、规格、喷射区域无关，冷却水冲击压力和冷却能力都具有一定的关系，并可导出下述的关系式(1)。而且，通过将冷却水冲击压力P[MPa]代入该关系式(1)中，可求出热传导率h[W/(m²·K)](冷却能力)。

h＝33300×P^0.1    (1)

这种情况表示，在喷嘴种类、规格、即喷管形状不同的喷嘴中，通过测定冷却水冲击压力，也可预测冷却能力。

而且，本实验的结果为热传导率与冷却水冲击压力的0.1次方成比例，但当考虑到测定误差等时，可以认为热传导率与冷却水冲击压力的n次方成比例，并认为n的值在0.05～0.2的范围内。

图6同时表示冷却能力分布和如下的值，该值是在与上述图1中使用 的喷嘴(喷雾喷嘴1)相同的喷嘴、相同的配置中，在20mm×20mm的范围内对平均的冷却水的冲击压力分布进行测定，并将平均的冷却水的冲击压力分布除以冲击压力测定值的最大值而进行了无量纲化(正规化)的值的0.1次方的值。这样，关系式(1)也可适用于单个喷嘴喷射范围内的各个位置，并可根据冷却水的冲击压力预测冷却能力。

但是，在具有使热钢板沿水平方向约束通过轧机的多对约束辊的冷却装置的情况下，约束辊对截断滞留在板上面的冷却水的流动，因此进行冷却控制的最小区间为约束辊对之间。通常，通过在该区间内使冷却水供给水量连续地变化，可连续地控制冷却能力。

但是，在使向1种喷嘴的冷却水供给水量连续地变化的方法中，当向喷嘴的供给水量减少、喷嘴负荷压力减小时，不能确保适当的喷射图形、冷却均匀性恶化。因此，在实用上喷嘴负荷压力为大约0.04MPa～0.3MPa的范围，当用最小水量与最大水量的比表示流量调整范围时，1∶3左右为可控制范围。此时，用最小水量的冲击压力与最大水量的冲击压力的比表示冷却水的冲击压力时，为1∶10～1∶20左右，因此，例如当根据关系式(1)计算钢材表面温度为300℃时的冷却能力比时，冷却能力控制范围的极限为1∶1.5左右。

因此，本发明人提出一种冷却控制范围大的冷却装置，利用导出的关系式(1)来配置各个冷却能力范围连续的、喷管形状不同的2种喷雾喷嘴列。在此，将喷嘴负荷压力为0.3MPa的喷雾喷射范围内的冷却水冲击压力积分值较大的喷嘴定义为强冷却喷雾喷嘴、较小的喷嘴定义为缓冷却喷雾喷嘴。而且，冷却水冲击压力积分值是将冷却水冲击压力的n次方在约束辊对之间通过轧机方向上进行积分的值，单位为[MPa]ⁿ·m，其中0.05≤n≤0.2。

并且，在约束辊对之间的热钢板进入侧配置强冷却喷雾喷嘴列的情况，与在约束辊对之间的热钢板进入侧配置缓冷却喷雾喷嘴列的情况相比，可提高与通过轧机方向正交的方向的冷却均匀性。其原因可认为是，在冷却开始后不久进行强冷却，由此可缩短容易成为不均匀冷却的膜沸腾区域的冷却时间。

利用图7～图11对本发明的冷却装置10的概要进行说明。

例如图7所示，冷却装置10具有沿热钢板3的通过轧机方向、在水平方向上排列的多个约束辊对11。各约束辊对11由上下配置的2个约束辊构 成，热钢板3在被夹入该上下的约束辊之间的状态下被搬送。在相邻的各约束辊对11之间，朝向通过轧机方向按顺序并列设置有由多个强冷却喷雾喷嘴12构成的强冷却喷雾喷嘴列J、和由多个缓冷却喷雾喷嘴13构成的缓冷却喷雾喷嘴列K。强冷却喷雾喷嘴列J和缓冷却喷雾喷嘴列K以夹持搬送路上的热钢板3的方式分别上下配置，可向热钢板3的上下面喷出冷却水。而且，如图8所示，强冷却喷雾喷嘴12和缓冷却喷雾喷嘴13分别在与通过轧机方向正交的宽度方向上排成一列。另外，强冷却喷雾喷嘴12和缓冷却喷雾喷嘴13不限于1列，也可以为多列。

图9是表示在冷却装置10的相邻的约束辊对11之间、仅强冷却喷雾喷嘴列J喷射冷却水的状态的说明图，图10是表示仅缓冷却喷雾喷嘴列K喷射冷却水的状态的说明图，图11是表示缓冷却喷雾喷嘴列K和强冷却喷雾喷嘴列J同时喷射冷却水的状态的说明图。为了保持热钢板3宽度方向的冷却均匀性，以各列J、K的冷却水喷射冲击压力的通过轧机方向积分值在宽度方向上均匀的方式配置各喷嘴12、13。另外，在图9～图11中，12a表示从强冷却喷雾喷嘴12喷射的冷却水冲击热钢板3的强冷却喷雾喷射区域，13a表示从缓冷却喷雾喷嘴13喷射的冷却水冲击热钢板3的缓冷却喷雾喷射区域。

如图12所示，强冷却喷雾喷嘴列J和缓冷却喷雾喷嘴列K的各个喷嘴12、13，在根据冷却水供给泵能力设定的喷嘴负荷压力范围内使用。而且，各喷嘴12、13被选定为，各缓冷却喷雾喷嘴13的喷嘴负荷压力范围的最大值的、缓冷却喷雾喷嘴列K整体的冷却水冲击压力积分值(缓冷却喷雾喷嘴列K的最大冷却水冲击压力积分值)，与各强冷却喷雾喷嘴12的喷嘴负荷压力范围的最小值的、强冷却喷雾喷嘴列J整体的冷却水冲击压力积分值(强冷却喷雾喷嘴列J的最小冷却水冲击压力积分值)相等。由此，可使缓冷却喷雾喷嘴列K和强冷却喷雾喷嘴列J的冷却水冲击压力积分值的变动区域连续，结果，在使用缓冷却喷雾喷嘴13的情况和使用强冷却喷雾喷嘴12的情况下，可得到连续的冷却能力控制范围。

并且，在强冷却喷雾喷嘴12和缓冷却喷雾喷嘴13同时喷射时的、喷雾喷嘴列K、J整体的冷却水冲击压力积分值的下限值被设定为，与强冷却喷雾喷嘴12的喷嘴负荷压力范围的最大值的、强冷却喷雾喷嘴列J的冷却水冲击压力积分值(强冷却喷雾喷嘴列J的最大冷却水冲击压力积分值)相 等。由此，在使用强冷却喷雾喷嘴12和缓冷却喷雾喷嘴13而同时喷射冷却水的情况、和仅使用强冷却喷雾喷嘴12喷射冷却水的情况下，可得到连续的冷却能力控制范围。另外，该强冷却喷雾喷嘴12和缓冷却喷雾喷嘴13同时喷射时的、喷雾喷嘴列K、J整体的最小冷却水冲击压力积分值，与强冷却喷雾喷嘴列J的最大冷却水冲击压力积分值相等的设定，例如通过控制喷雾喷嘴12、13的冷却水冲击压力的控制部30(如图7所示)来进行。例如控制部30是计算机，具有程序存储部，通过执行该程序存储部所存储的程序P，来进行上述冷却水冲击压力积分值的设定。另外，在图7中，为了方便，控制部30通过虚线与一部分喷雾喷嘴列K、J连接，但可控制所有喷雾喷嘴12、13的冷却水冲击压力。

在图12中，使缓冷却喷雾喷嘴13稳定在最大喷嘴负荷压力，并调节强冷却喷雾喷嘴12，而将强冷却喷雾喷嘴12和缓冷却喷雾喷嘴13同时使用时的、喷雾喷嘴列K、J整体的冷却水冲击压力积分值的下限值设定为，与强冷却喷雾喷嘴列J的最大冷却水冲击压力积分值相等。在将冷却能力(热传导率)提高为该下限值以上时，缓冷却喷雾喷嘴13为最大喷嘴负荷压力，因此可用下限值以上的值调节强冷却喷雾喷嘴12。

此处重要的是，缓冷却喷雾喷嘴列K的冷却能力范围、强冷却喷雾喷嘴列J的冷却能力范围、以及强冷却喷雾喷嘴列J和缓冷却喷雾喷嘴列K同时使用时的冷却能力范围是连续的，使用水量范围不需要一定是连续的。作为使用水量的不连续部分的例子，有在图12中在0.5和1.5的部分、水量密度不连续的部分。

当用最小水量和最大水量的比表示适用了本发明时的流量调整范围时，缓冷却喷雾喷嘴13和强冷却喷雾喷嘴12分别为1∶3左右的控制范围，因此整体的流量调整范围为1∶9～1∶10，与上述的二流体喷嘴时的范围相等。而且，适用了本发明时的冷却能力控制范围，通过选定喷射范围不同的喷嘴，也可将冷却面积增加作为冷却能力控制因素，因此成为1∶3～1∶5左右的大的冷却能力控制范围。

以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明不限于所述例子。本领域的技术人员在权利要求所记载的思想的范畴内，可想到各种变形例或修正例是显而易见的，那些也当然属于本发明的技术范围。

实施例：

图13表示通过本发明的冷却装置10进行通过轧机冷却实验的、测定的冷却能力控制范围。使用如下的实验板，即、在厚20mm×宽300mm×长200mm的一般结构用轧制钢材(SS400)上，在从实验板中央的冷却面的深1mm的位置上配置热电偶；使实验板从约900℃通过轧机冷却至约100℃，并根据其温度履历计算热传导率，并对表面温度为300℃时的各水量密度的热传导率进行评价。

根据图13可知，缓冷却喷雾喷嘴13和强冷却喷雾喷嘴12的冷却能力控制范围连续，而且，强冷却喷雾喷嘴12的冷却能力控制范围、与缓冷却喷雾喷嘴13和强冷却喷雾喷嘴12同时使用时的冷却能力控制范围连续，整体的冷却能力控制范围实现1∶4这种较大的范围。

产业可利用性

根据本发明，提供一种热钢板的冷却装置，具有使热钢板沿水平方向约束通过轧机的多对约束辊，在约束辊对之间，从多列喷雾喷嘴向热钢板的上下面分别喷射冷却水而冷却热钢板，在该冷却装置中，配置缓冷却喷雾喷嘴列和强冷却喷雾喷嘴列，并选定喷嘴喷管形状，以使缓冷却喷雾喷嘴列的最大冷却水冲击压力积分值与强冷却喷嘴列的最小冷却水冲击压力积分值连续，由此可提供一种廉价且可进行大范围的冷却能力控制的冷却装置。

Claims (4)

1.一种热钢板的冷却装置，具有使热钢板沿水平方向约束通过轧机的多对约束辊，在相邻的约束辊对之间从多列喷雾喷嘴向热钢板的上下面分别喷射冷却水而冷却热钢板，其特征在于，

上述多列喷雾喷嘴具有缓冷却喷雾喷嘴列和强冷却喷雾喷嘴列，

使上述缓冷却喷雾喷嘴列的最大冷却水冲击压力积分值与上述强冷却喷雾喷嘴列的最小冷却水冲击压力积分值相等，并使上述缓冷却喷雾喷嘴列的冷却水冲击压力积分值、上述强冷却喷雾喷嘴列的冷却水冲击压力积分值以及该两个喷雾喷嘴列整体的冷却水冲击压力积分值的变动区域连续，

在进行冷却时，使用上述缓冷却喷雾喷嘴列以及上述强冷却喷雾喷嘴列的任意一个或者该两个喷雾喷嘴列的双方，

该冷却水冲击压力积分值是将冷却水冲击压力的n次方在约束辊对之间于通过轧机方向上积分的值，其中，0.05≤n≤0.2。

2.如权利要求1所述的热钢板的冷却装置，其特征在于，

在约束辊对之间的热钢板进入侧配置强冷却喷雾喷嘴。

3.如权利要求1或2所述的热钢板的冷却装置，其特征在于，

使上述强冷却喷雾喷嘴列的最大冷却水冲击压力积分值，与同时使用上述缓冷却喷雾喷嘴列和上述强冷却喷雾喷嘴列时的最小冷却水冲击压力积分值相等。

4.一种热钢板的冷却方法，通过多对约束辊使热钢板水平地约束通过轧机，在相邻的约束辊对之间从多列喷雾喷嘴向热钢板的上下面分别喷射冷却水而冷却热钢板，其特征在于，

实施该冷却方法的冷却装置为，

上述多列喷雾喷嘴具有缓冷却喷雾喷嘴列和强冷却喷雾喷嘴列，

将上述缓冷却喷雾喷嘴列的最大冷却水冲击压力积分值与上述强冷却喷雾喷嘴列的最小冷却水冲击压力积分值设定为相等，

在进行冷却时，使用上述缓冷却喷雾喷嘴列以及上述强冷却喷雾喷嘴列的任意一个或者该两个喷雾喷嘴列的双方，

该冷却水冲击压力积分值是将冷却水冲击压力的n次方在约束辊对之间于通过轧机方向上积分的值，其中，0.05≤n≤0.2。

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