CN105102142B - 厚钢板的制造设备及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供通过在去氧化皮工序中实现在厚钢板表面产生的氧化皮的均匀化而在冷却工序中进行均匀的冷却从而使钢板形状优良的厚钢板的制造设备及制造方法。一种厚钢板的制造设备，其中，将热轧机、形状矫正装置、去氧化皮装置及加速冷却装置以该顺序从运送方向上游侧起配置，使所述去氧化皮装置向厚钢板的表面喷射的冷却水所具有的能量密度E为0.10J/mm2以上。

Description

厚钢板的制造设备及制造方法
技术领域
本发明涉及进行厚钢板的热轧、形状矫正及控制冷却的厚钢板的制造设备及制造方法。
背景技术
近年来，作为厚钢板的制造工艺，控制冷却的应用在扩大。但是，通常，热加工厚钢板的形状、表面性状等不一定是均匀的。因此，冷却中在厚钢板内容易产生温度不均，冷却后的厚钢板会产生变形、残余应力、材质不均匀等，由此导致品质不良、操作上的麻烦。
因此，在专利文献1中公开了如下方法：在即将进行精轧的最终道次之前及刚进行精轧的最终道次之后中的至少一种情况下进行去氧化皮，接着进行热矫正，然后进行去氧化皮，并进行强制冷却。另外，在专利文献2中公开了如下方法：在进行精轧、热矫正后，进行去氧化皮后再进行控制冷却。另外，在专利文献3中公开了如下方法：在即将进行控制冷却之前，在控制冷却水的碰撞压力的同时进行去氧化皮。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-57327号公报
专利文献2：日本专利第3796133号
专利文献3：日本特开2010-247228号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，上述专利文献1、2的方法中，在实际制造厚钢板时存在如下问题：在去氧化皮中，氧化皮不会完全剥离，反而会因去氧化皮而产生氧化皮不均，在控制冷却时不能进行均匀的冷却。另外，专利文献3的方法中，为了不产生氧化皮不均，需要高的碰撞压力。因此，存在如下问题：利用低碰撞压力时会产生氧化皮不均，其结果是，在控制冷却时不能进行均匀的冷却。
特别是近年来，厚钢板所要求的材质均匀性的水平变得严格，不能忽视如上所述的因氧化皮不均而产生的控制冷却时的冷却速度的不均匀给特别是厚钢板宽度方向的材质均匀性带来的不良影响。
因此，本发明是着眼于上述现有例的未解决的问题而完成的，其目的在于提供通过在去氧化皮工序中实现在厚钢板表面产生的氧化皮的均匀化而在冷却工序中进行均匀的冷却从而使厚钢板形状优良的厚钢板的制造设备及制造方法。
用于解决问题的方法
本发明人对因冷却水引起氧化皮剥离的力进行了深入研究，结果发现，在热形状矫正后进行去氧化皮的情况下，如果从去氧化皮装置向厚钢板喷射的冷却水的能量密度为0.10J/mm2以上，则在制成产品后的表面产生的氧化皮厚度变得均匀。发现其结果是，在从加速冷却装置通过时，几乎不产生厚钢板的宽度方向位置的表面温度的偏差，能够均匀地进行冷却，形成厚钢板形状优良的厚钢板。
本发明的主旨如下所述。
[1]一种厚钢板的制造设备，其特征在于，将热轧机、形状矫正装置、去氧化皮装置及加速冷却装置以该顺序从运送方向上游侧起配置，使上述去氧化皮装置向厚钢板的表面喷射的冷却水所具有的能量密度E为0.10J/mm2以上。
[2]如[1]所述的厚钢板的制造设备，其特征在于，将从上述去氧化皮装置到上述加速冷却装置的运送速度设为V[m/s]、将冷却前的厚钢板温度设为T[K]时，从上述去氧化皮装置到上述加速冷却装置的距离L[m]满足公式L≤V×5×10-9×exp(25000/T)。
[3]如[2]所述的厚钢板的制造设备，其特征在于，以使从上述去氧化皮装置到上述加速冷却装置的距离L为12m以下的方式配置各装置。
[4]如[1]至[3]中任一项所述的厚钢板的制造设备，其特征在于，使从上述去氧化皮装置的喷射喷嘴到上述厚钢板的表面的喷射距离H为40mm以上且200mm以下。
[5]如[1]至[4]中任一项所述的厚钢板的制造设备，其特征在于，上述加速冷却装置具备向上述厚钢板的上表面供给冷却水的集管、从该集管悬垂的喷射棒状冷却水的冷却水喷射喷嘴和设置于上述厚钢板与上述集管之间的间壁，并且，在上述间壁上设置有多个内插上述冷却水喷射喷嘴的下端部的给水口和将供给至上述厚钢板的上表面的冷却水排放到上述间壁上方的排水口。
[6]一种厚钢板的制造方法，其按照热轧工序、热矫正工序及加速冷却工序的顺序制造厚钢板，其特征在于，在上述热矫正工序与冷却工序之间具有向厚钢板的表面喷射能量密度E为0.10J/mm2以上的冷却水的去氧化皮工序。
[7]如[6]所述的厚钢板的制造方法，其特征在于，从上述去氧化皮工序结束到上述加速冷却工序开始的时间t[s]满足公式t≤5×10-9×exp(25000/T)。其中，T为冷却前的厚钢板温度(K)。
发明效果
根据本发明，通过在去氧化皮工序中实现在厚钢板表面产生的氧化皮的均匀化，能够在加速冷却工序中进行均匀的冷却，能够制造厚钢板形状优良的厚钢板。
附图说明
图1是表示厚板轧制生产线的一例的概略图。
图2是表示去氧化皮装置中的、喷射的冷却水的能量密度与在厚钢板的产品表面产生的氧化皮厚度的关系的图。
图3是表示去氧化皮装置中的、喷射喷嘴的喷射距离与流体速度的关系的图。
图4是本发明的一个实施方式的冷却装置的侧视图。
图5是本发明的一个实施方式的其他冷却装置的侧视图。
图6是对本发明的一个实施方式的间壁的喷嘴配置例进行说明的图。
图7是对间壁上方的冷却排水的流动进行说明的图。
图8是对间壁上方的冷却排水的其他流动进行说明的图。
图9是对现有例的厚钢板宽度方向冷却水的流动进行说明的图。
图10是对加速冷却装置中的冷却水的流动进行说明的图。
图11是对与加速冷却装置中的间壁上方的冷却排水的非干涉进行说明的图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。需要说明的是，在此，以将本发明用于厚板轧制工艺中的厚钢板的冷却的情况为例进行描述。
图1是表示供于本发明的实施的厚板轧制生产线的一例的概略图。将从加热炉2取出的钢坯利用轧制机3实施粗轧和精轧，轧制成规定板厚的厚钢板1。然后，利用去氧化皮装置4将在厚钢板1的表面产生的氧化皮除去后，将厚钢板1以在线方式运送到加速冷却装置6。在此，从第一形状矫正装置5中通过来调整厚钢板的形状后进行加速冷却对于冷却后的厚钢板形状而言是适合的。加速冷却装置6中，利用从上表面冷却设备和下表面冷却设备喷射的冷却水将厚钢板冷却至规定温度。然后，根据需要利用第二形状矫正装置7对厚钢板的形状进行矫正。
去氧化皮装置4是将在厚钢板1的表面产生的氧化皮除去的装置。去氧化皮装置4中，使多个喷射喷嘴朝向轧制后利用第一形状矫正装置5进行厚钢板1上产生的变形的形状矫正后的厚钢板1的表面，从这些喷嘴喷射冷却水。
本发明人得到了如下见解：因去氧化皮条件而不会充分进行氧化皮剥离，反而会助长氧化皮不均。于是，对充分进行氧化皮剥离的条件进行了深入研究，结果明确了：在形状矫正后进行去氧化皮的情况下，如图2所示，使从去氧化皮装置4的喷射喷嘴向厚钢板1的表面喷射的冷却水的能量密度E为0.10J/mm2以上，由此使之后再生成的氧化皮厚度为5μm以下，并变得均匀。认为这是由于，通过去氧化皮，氧化皮暂时均匀地完全剥离，然后，薄且均匀地再生成氧化皮。
在本发明中，使冷却水的能量密度E为0.10J/mm2以上来进行去氧化皮，由此，将在厚钢板1的表面产生的氧化皮除去。然后，利用加速冷却装置6进行厚钢板1的加速冷却。在本发明中，通过去氧化皮使厚钢板的氧化皮厚度变得薄且均匀，因此，在从加速冷却装置通过时，几乎不产生厚钢板的宽度方向位置的表面温度偏差，能够均匀地进行冷却，形成厚钢板形状优良的厚钢板。
其理由如下所述。对于现有的轧制设备而言，在形状矫正后在去氧化皮装置中进行氧化皮除去时，有时氧化皮发生局部性剥离。这样，氧化皮不会被均匀剥离，因此产生约10μm～约50μm的氧化皮厚度分布的偏差。这种情况下，难以在之后的加速冷却装置中对厚钢板均匀地进行冷却。即，在现有的轧制设备中对产生了氧化皮厚度分布的偏差的厚钢板进行加速冷却时，宽度方向位置的表面温度的偏差大，不能均匀地进行冷却。其结果是，对厚钢板形状产生影响。
因此，通过利用去氧化皮装置4使冷却水的能量密度E为0.10J/mm2以上来进行去氧化皮，不会产生氧化皮厚度分布的偏差，因此，利用加速冷却装置6对厚钢板1进行冷却时，几乎不会产生宽度方向位置的表面温度的偏差，能够均匀地进行冷却。其结果是，能够制造厚钢板形状优良的厚钢板1。另外，在本发明的情况下，即使在碰撞压力低时，通过调节运送速度，也能够实现与使用高碰撞压力时同样的去氧化皮。
在此，向厚钢板喷射的冷却水的能量密度E(J/mm2)是通过去氧化皮除去氧化皮的能力的指标，如下述(1)式所示进行定义。
E＝Q/(d×W)×ρv2/2×t…(1)
其中，Q为去氧化皮水的喷射流量[m3/s]、d为扁平喷嘴的喷雾喷射厚度[mm]、W为扁平喷嘴的喷雾喷射宽度[mm]、流体密度ρ[kg/m3]、厚钢板碰撞时的流体速度v[m/s]、碰撞时间t[s](t＝d/1000/V、运送速度V[m/s])。
但是，厚钢板碰撞时的流体速度v的测定不一定容易，因此，如果要严格地求出(1)式所定义的能量密度E，则需要大量劳力。
因此，本发明人进一步进行了研究，结果发现，作为向厚钢板喷射的冷却水的能量密度E(J/mm2)的简单定义，可以采用水量密度×喷射压力×碰撞时间。在此，水量密度(m3/(mm2·分钟))是以“冷却水的喷射流量÷冷却水碰撞面积”计算出的值。喷射压力(N/m2(＝MPa))以冷却水的喷出压力来定义。碰撞时间(s)是以“冷却水的碰撞厚度÷厚钢板的运送速度”计算出的值。利用该简单定义算出的冷却水的能量密度与在产品表面产生的氧化皮厚度的关系也与图2同样，冷却水的能量密度越大，则氧化皮厚度越小。即，能量密度E小于0.10J/mm2时，有时厚钢板的氧化皮厚度的偏差增大，不能均匀地进行冷却，不能制造厚钢板形状优良的厚钢板。与此相对，能量密度E为0.10J/mm2以上时，可避免这样的故障。因此，在本发明中，将冷却水的能量密度E设定为0.10J/mm2以上、更优选为0.15J/mm2以上。
接着，本发明人对从去氧化皮装置4的喷射喷嘴喷射的冷却水的流体速度v进行了考察。其结果了解到，流体速度v与喷射距离的关系如图3所示。作为纵轴的流体速度通过对考虑了浮力和空气阻力的运动方程式进行解算来求出。在到冷却水到达厚钢板为止的期间内，冷却水的流体速度v比喷射时减慢。因此，喷射距离越小，则厚钢板碰撞时的流体速度v越大，越能够得到大的能量密度。根据图3，特别是喷射距离H超过200mm时，衰减增大，因此，喷射距离H优选设定为200mm以下。
而且，喷射距离越短，则用于得到规定的能量密度的喷射压力、喷射流量等也能够越小，能够实现去氧化皮装置4的泵能力的降低。在如图1所示的本发明的一个实施方式中，利用第一形状矫正装置5进行形状矫正后的厚钢板1向去氧化皮装置4内移动，因此，能够使去氧化皮装置4的喷射喷嘴靠近厚钢板1的表面。但是，考虑到喷射喷嘴与厚钢板1的接触，喷射距离的下限值优选为40mm以上。因此，在本发明中，喷射距离H优选为40mm以上且200mm以下。
另外，在去氧化皮装置4中，冷却水的喷射压力优选设定为10MPa以上，更优选设定为15MPa以上。由此，能够在不过度减小运送速度的情况下将冷却水的能量密度设定为0.10J/mm2以上，因此是有效的。喷射压力的上限值没有特别限定。但是，提高喷射压力时，供给高压水的泵所消耗的能量巨大，因此，喷射压力优选为50MPa以下。
对于给利用加速冷却装置6的厚钢板1的冷却时的稳定性带来影响的、厚钢板1的表面的氧化皮，厚钢板1的氧化皮的生长通常可以以扩散速率控制来整理，已知如下述(2)式所示。
ξ2＝a×exp(-Q/RT)×t…(2)
其中，ξ为氧化皮厚度、a为常数、Q为活化能、R为常数、T为冷却前的厚钢板温度[K]、t为时间。
因此，考虑到利用去氧化皮装置4的氧化皮除去后的氧化皮生长，在各种温度、时间下进行氧化皮生长的模拟实验，实验性地导出上述(2)式的常数，并进一步对氧化皮厚度和冷却稳定性进行了深入研究。其结果得到了如下见解：对于冷却，在氧化皮厚度为15μm以下时稳定，在氧化皮厚度为10μm以下时更稳定，在氧化皮厚度为5μm以下非常稳定。
在氧化皮厚度为15μm以下的情况下，基于上述(2)式，能够导出下述式(3)。即，从利用去氧化皮装置4的厚钢板1的氧化皮除去结束后到利用加速冷却装置6开始厚钢板1的冷却的时间t[s]满足下述(3)式的情况下，利用加速冷却装置6的冷却稳定。
t≤5×10-9×exp(25000/T)…(3)
其中，T为冷却前的厚钢板温度[K]。
另外，在氧化皮厚度为10μm以下的情况下，基于上述(2)式，能够导出下述式(4)。即，从利用去氧化皮装置4的厚钢板1的氧化皮除去结束后到利用加速冷却装置6开始厚钢板1的冷却的时间t[s]满足下述(4)式的情况下，利用加速冷却装置6的冷却更稳定。
t≤2.2×10-9×exp(25000/T)…(4)
进而，在氧化皮厚度为5μm以下的情况下，基于上述(2)式，能够导出下述式(5)。即，从利用去氧化皮装置4的厚钢板1的氧化皮除去结束后到利用加速冷却装置6开始厚钢板1的冷却的时间t[s]满足下述(5)式的情况下，利用加速冷却装置6的冷却非常稳定。
t≤5.6×10-10×exp(25000/T)…(5)
另一方面，从去氧化皮装置4的出口侧到加速冷却装置6的入口侧的距离L以相对于厚钢板1的运送速度V和时间t(从去氧化皮装置4的工序结束到加速冷却装置6的工序开始的时间)满足下述(6)式的方式进行设定。
L≤V×t…(6)
其中，L为从去氧化皮装置4到加速冷却装置6的距离(m)、V为厚钢板1的运送速度(m/s)、t为时间(s)
然后，由上述(6)式和上述(3)式，可以导出下述(7)式。在本发明中，更优选满足(7)式。
L≤V×5×10-9×exp(25000/T)…(7)
另外，由上述(6)式和上述(4)式，可以导出下述(8)式。在本发明中，进一步优选满足(8)式。
L≤V×2.2×10-9×exp(25000/T)…(8)
进而，由上述(6)式和上述(5)式，可以导出下述(9)式。在本发明中，优选满足(9)式。
L≤V×5.6×10-10×exp(25000/T)…(9)
根据上述(7)～(9)式，例如在使利用加速冷却装置6进行冷却前的厚钢板1的温度为820℃、使厚钢板1的运送速度为0.28～2.50m/s时，从去氧化皮装置4到加速冷却装置6的距离L为12m以上且107m以下时冷却稳定，距离L为5m以上且47m以下时冷却更稳定，距离L为1.3m以上且12m以下时冷却非常稳定。
由此，使从去氧化皮装置4到加速冷却装置6的距离L为12m以下时，即使在厚钢板1的运送速度V慢(例如V＝0.28m/s)时冷却也稳定，反之，在厚钢板1的运送速度V快(例如V＝2.50m/s)时冷却非常稳定，因此优选。需要说明的是，更优选从去氧化皮装置4到加速冷却装置6的距离L为5m以下。
进而，一般而言，如果考虑需要控制冷却的厚钢板1的大部分的运送速度V为0.5m/s以上，则进一步优选在该运送速度V下冷却非常稳定的条件、即距离L设定为2.5m以下。
需要说明的是，在此，对使利用加速冷却装置6进行冷却前的厚钢板1的温度为820℃的情况进行了说明。对于使利用加速冷却装置6进行冷却前的厚钢板1的温度为820℃以外的情况也是同样，使从去氧化皮装置4到加速冷却装置6的距离L优选为12m以下、更优选为5m以下、进一步优选为2.5m以下，由此能够稳定地进行冷却。这是因为，在利用加速冷却装置6进行冷却前的厚钢板1的温度低于820℃的情况下，上述(7)式、上述(8)式、上述(9)式的右边的值与T＝820℃的情况相比分别增大，因此，如果为针对T＝820℃的情况适当设定的从去氧化皮装置4到加速冷却装置6的距离L，则必然会满足上述(7)式、上述(8)式、上述(9)式。反之，在利用加速冷却装置6进行冷却前的厚钢板1的温度高于820℃的情况下，通过适当地将厚钢板1的运送速度V调节得较低，仍然能够满足上述(7)式、上述(8)式、上述(9)式。
接着，如图4所示，本发明的加速冷却装置6优选具备向厚钢板1的上表面供给冷却水的上集管11、从该上集管11悬垂的喷射棒状冷却水的冷却水喷射喷嘴13和设置于厚钢板1与上集管11之间的间壁15，并且，在间壁15上设置有多个内插冷却水喷射喷嘴13的下端部的给水口16和将供给至厚钢板1的上表面的冷却水排放到间壁15上方的排水口17。
具体而言，上表面冷却设备具备向厚钢板1的上表面供给冷却水的上集管11、从该上集管11悬垂的冷却水喷射喷嘴13和在上集管11与厚钢板1之间在整个厚钢板宽度方向上水平设置且具有多个贯通孔(给水口16和排水口17)的间壁15。并且，冷却水喷射喷嘴13由喷射棒状冷却水的圆管喷嘴13构成，以其前端内插在设置于上述间壁15的贯通孔(给水口16)中且比间壁15的下端部更靠上方的方式进行设置。需要说明的是，对于冷却水喷射喷嘴13而言，为了防止吸入上集管11内的底部的异物而堵塞，优选以使其上端向上集管11的内部突出的方式贯入上集管11内。
在此，本发明中的棒状冷却水是指从圆形(也包括椭圆、多边形)的喷嘴喷出口以被一定程度加压后的状态喷射的冷却水，并且是从喷嘴喷出口喷出的冷却水的喷射速度为6m/s以上、优选为8m/s以上且从喷嘴喷出口喷射出的水流的截面大致保持圆形的具有连续性和直行性的水流的冷却水。即，与从圆管层流喷嘴喷出的自由下落流、以像喷雾这样的液滴状态喷射的水流不同。
冷却水喷射喷嘴13的前端以内插在贯通孔中且比间壁15的下端部更靠上方的方式设置是因为，即使在前端向上方翘曲的厚钢板进入的情况下，也可利用间壁15来防止冷却水喷射喷嘴13产生损伤。由此，冷却水喷射喷嘴13能够在良好的状态下长期地进行冷却，因此，不用进行设备修补等，能够防止厚钢板的温度不均的产生。
另外，圆管喷嘴13的前端内插在贯通孔中，因此，如图11所示，不会与从间壁15的上表面流动的虚线箭头的排出水19的宽度方向流动发生干涉。因此，从冷却水喷射喷嘴13喷射出的冷却水能够与宽度方向位置无关地同等地到达厚钢板上表面，能够在宽度方向上进行均匀的冷却。
若示出间壁15的一例，如图6所示，在间壁15上以厚钢板宽度方向上为80mm、运送方向上为80mm的间距以棋盘的格状开设有多个直径为10mm的贯通孔。并且，在给水口16中***有外径为8mm、内径为3mm、长度为140mm的冷却水喷射喷嘴13。冷却水喷射喷嘴13以交错格子状排列，冷却水喷射喷嘴13不通过的贯通孔为冷却水的排水口17。这样，在本发明的加速冷却装置的间壁15上设置的多个贯通孔由大致相同数量的给水口16和排水口17构成，各自分担作用、功能。
此时，排水口17的总截面积充分大于冷却水喷射喷嘴13的圆管喷嘴13的内部的总截面积，确保了圆管喷嘴13的内部的总截面积的约11倍，如图4所示，供给至厚钢板上表面的冷却水充满于厚钢板表面与间壁15之间，从排水口17通过而被导至间壁15的上方，并被快速排出。图7是对间壁上方的厚钢板宽度方向端部附近的冷却排水的流动进行说明的前视图。排水口17的排水方向为与冷却水喷射方向相反的向上方向，穿出到间壁15的上方的冷却排水向厚钢板宽度方向外侧改变方向，流经上集管11与间壁15之间的排水流路而被排放。
另一方面，图8所示的例子是以使排水口17在厚钢板宽度方向上倾斜而使排水方向朝向厚钢板宽度方向外侧的方式设定为朝向宽度方向外侧的倾斜方向的例子。由此，间壁15上方的排出水19的厚钢板宽度方向流动变得顺利，排水得到促进，因此优选。
在此，如图9所示，排水口和给水口设置在同一贯通孔内时，冷却水碰撞厚钢板后，难以穿出到间壁15的上方，从而在厚钢板1与间壁15之间向厚钢板宽度方向端部流动。这样，厚钢板1与间壁15之间的冷却排水的流量越接近板宽度方向的端部则越多，因此，越是在板宽度方向端部，喷射冷却水18贯通滞留水膜而到达厚钢板的力越受到阻碍。
在薄板的情况下，板宽度最大为约2m，因此其影响有限。但是，特别是在板宽度为3m以上的厚板的情况下，其影响不能忽视。因此，厚钢板宽度方向端部的冷却变弱，此时的厚钢板宽度方向的温度分布成为不均匀的温度分布。
与此相对，本发明的加速冷却装置如图10所示分开设置有给水口16和排水口17，分担给水和排水的作用，因此，使得冷却排水从间壁15的排水口17通过而顺利地流到间壁15的上方。因此，冷却后的排水被快速地从厚钢板上表面排除，因此，后续供给的冷却水能够容易地贯通滞留水膜，能够得到充分的冷却能力。此时的厚钢板宽度方向的温度分布成为均匀的温度分布，能够得到在宽度方向上均匀的温度分布。
顺便提一下，排水口17的总截面积为圆管喷嘴13的内径的总截面积的1.5倍以上时，冷却水的排放快速进行。例如，在间壁15上开设有比圆管喷嘴13的外径大的孔、使排水口的数目与给水口的数目相同或在其以上时能够实现上述效果。
排水口17的总截面积小于圆管喷嘴13的内部的总截面积的1.5倍时，排水口的流动阻力增大，滞留水难以被排放，结果使能够贯通滞留水膜而到达厚钢板表面的冷却水量大幅减少，冷却能力降低，因此不优选。更优选为4倍以上。另一方面，排水口过多或者排水口的截面直径过大时，间壁15的刚性减小，厚钢板受到碰撞时容易产生损伤。因此，排水口的总截面积与圆管喷嘴13的内部的总截面积之比优选为1.5至20的范围。
另外，内插在间壁15的给水口16中的圆管喷嘴13的外周面与给水口16的内周面的间隙优选设定为3mm以下。该间隙大时，由于从圆管喷嘴13喷射的冷却水的伴随流的影响，向间壁15的上表面排出的冷却排水被引入到给水口16的与圆管喷嘴13的外周面的间隙内，被再次供给至厚钢板上，因此冷却效率变差。为了防止上述情况，更优选使圆管喷嘴13的外径与给水口16的尺寸大致相同。但是，考虑到工作精度、安装误差，实质上影响小的3mm以下的间隙是允许的。更优选设定为2mm以下。
此外，为了使得冷却水能够贯通滞留水膜而到达厚钢板，需要使圆管喷嘴13的内径、长度、冷却水的喷射速度、喷嘴距离也达到最佳。
即，喷嘴内径优选为3～8mm。小于3mm时，从喷嘴喷射的水束变细，水势变弱。另一方面，喷嘴直径超过8mm时，流速变慢，贯通滞留水膜的力减弱。
圆管喷嘴13的长度优选为120～240mm。此处所述的圆管喷嘴13的长度是指从以一定程度贯入集管内部的喷嘴上端的流入口至内插在间壁的给水口中的喷嘴的下端的长度。圆管喷嘴13比120mm短时，集管下表面与间壁上表面的距离变得过短(例如，将集管厚度设为20mm、将喷嘴上端向集管内突出的突出量设为20mm、将喷嘴下端向间壁***的***量设为10mm时，上述距离小于70mm)，因此，自间壁起上侧的排水空间减小，冷却排水不能顺利地被排出。另一方面，比240mm长时，圆管喷嘴13的压力损失增大，贯通滞留水膜的力减弱。。
从喷嘴喷出的冷却水的喷射速度需要为6m/s以上、优选为8m/s以上。这是因为，小于6m/s时，冷却水贯通滞留水膜的力极弱。在为8m/s以上时，能够确保更大的冷却能力，因此优选。另外，从上表面冷却的冷却水喷射喷嘴13的下端至厚钢板1的表面的距离可以设定为30～120mm。小于30mm时，厚钢板1与间壁15碰撞的频率极大，难以进行设备维护。超过120mm时，冷却水贯通滞留水膜的力极弱。
厚钢板上表面的冷却中，可以以使冷却水不沿厚钢板长度方向扩展的方式在上集管11的前后设置除水辊(水切ロール)20。由此，冷却区长度恒定，温度控制变得容易。在此，利用除水辊20将厚钢板运送方向的冷却水的流动截住，因此，冷却排水向厚钢板宽度方向外侧流动。但是，除水辊20的附近容易滞留冷却水。
因此，优选如图5所示，在厚钢板宽度方向上排列的圆管喷嘴13的列中，厚钢板运送方向的最上游侧列的冷却水喷射喷嘴向厚钢板运送方向的上游方向倾斜15～60度，厚钢板运送方向的最下游侧列的冷却水喷射喷嘴向厚钢板运送方向的下游方向倾斜15～60度。由此，在接近除水辊20的位置也能够供给冷却水，在除水辊20附近不会滞留冷却水，冷却效率提高，因此优选。
上集管11下表面与间壁15上表面的距离以使由集管下表面和间壁上表面围成的空间内的厚钢板宽度方向流路截面积为冷却水喷射喷嘴内径的总截面积的1.5倍以上的方式来设置，例如为约100mm以上。该厚钢板宽度方向流路截面积没有达到冷却水喷射喷嘴内径的总截面积的1.5倍以上时，从设置于间壁上的排水口17向间壁15上表面排出的冷却排水不能顺利地沿厚钢板宽度方向排出。
在本发明的加速冷却装置中，最能发挥效果的水量密度的范围为1.5m3/(m2·分钟)以上。水量密度低于上述范围时，滞留水膜不会那么厚，即使应用使棒状冷却水自由落下来对厚钢板进行冷却的公知技术，有时宽度方向的温度不均也不会那么大。另一方面，即使在水量密度高于4.0m3/(m2·分钟)的情况下，使用本发明的技术也是有效的，但会存在设备成本升高等实用化方面的问题，因此，因此1.5～4.0m3/(m2·分钟)是最实用的水量密度。
应用本发明的冷却技术对于在冷却集管的前后配置除水辊的情况是特别有效的。但是，在没有除水辊的情况下也能够应用。例如，也能够应用于集管在长度方向上较长(具有约2m～约4m的情况下)、在该集管的前后喷射吹扫用的水喷雾而防止向非水冷区的漏水的冷却设备。
需要说明的是，在本发明中，对于厚钢板下表面侧的冷却装置没有特别限定。在图4、5所示的实施方式中，示出了具备与上表面侧的冷却装置同样的圆管喷嘴14的冷却下集管12的例子。在厚钢板下表面侧的冷却中，喷射出的冷却水碰撞到厚钢板后自然落下，因此，也可以不存在像上表面侧冷却那样的将冷却排水沿厚钢板宽度方向排出的间壁15。另外，也可以使用供给膜状冷却水、雾状的喷雾冷却水等的公知技术。
如上所述，本发明的厚钢板的制造设备通过将从去氧化皮装置4的喷射喷嘴向厚钢板1的表面喷射的能量密度E设定为0.10J/mm2以上，能够实现厚钢板1上产生的氧化皮的均匀化，能够利用加速冷却装置6实现均匀的冷却。其结果是，能够制造厚钢板形状优良的厚钢板1。
另外，通过利用第一形状矫正装置5进行厚钢板1的形状矫正，能够使去氧化皮装置4的喷射喷嘴接近厚钢板1的表面。
另外，使喷射距离H(去氧化皮装置4的喷射喷嘴与厚钢板1的表面的距离)为40mm以上且200mm以下时，去氧化皮能力提高。另外，用于得到规定的能量密度E的喷射压力、喷射流量等较小也可以，因此，能够实现去氧化皮装置4的泵能力的降低。
另外，通过使从去氧化皮装置4到加速冷却装置6的距离L满足L≤V×5×10-9×exp(25000/T)，能够使利用加速冷却装置6的厚钢板1的冷却稳定。
此外，对于本发明的加速冷却装置6而言，如图4所示，从上部冷却水喷射喷嘴13经由给水口16供给的冷却水对厚钢板1的上表面进行冷却而变为高温的排水，以没有插通上部冷却水喷射喷嘴13的排水口17作为排水流路从间壁15的上方沿厚钢板1的宽度方向流动，冷却后的排水从厚钢板1被快速地排除，因此，从上部冷却水喷射喷嘴13经由给水口16流动的冷却水顺次与厚钢板1接触，由此，能够得到充分且在宽度方向上均匀的冷却能力。
需要说明的是，本发明人进行研究的结果可知，在不进行如本发明这样的去氧化皮的情况下进行了加速冷却的厚钢板的宽度方向的温度不均达到约40℃。另一方面可知，使用本发明的去氧化皮装置4并使冷却水的能量密度为0.10J/mm2以上来进行去氧化皮后进行了加速冷却的厚钢板的宽度方向的温度不均减少至约10℃。进一步可知，利用去氧化皮装置4实施去氧化皮后，使用图4所示的加速冷却装置6实施了加速冷却的厚钢板的宽度方向的温度不均减少至约4℃。另外，关于厚钢板的温度不均，利用扫描型温度计对加速冷却后的钢板表面温度分布进行测定，由其测定结果计算出宽度方向的温度不均。
另外，如本发明这样，将轧制中产生的变形利用第一形状矫正装置5进行矫正，利用去氧化皮装置4进行厚钢板1的去氧化皮，使冷却的控制性稳定，因此，要利用第二形状矫正装置7矫正的厚钢板1原本就平坦度高，厚钢板1的温度也均匀。因此，第二形状矫正装置7的矫正反作用力无需太高。另外，加速冷却装置6与第二形状矫正装置7的距离可以比轧制制造生产线中制造的厚钢板1的最大长度长。由此，多数情况下也利用第二形状矫正装置7实施反向矫正等，因此能够期待如下效果：防止反向运送的厚钢板1在运送辊上跳动而与加速冷却装置6碰撞等故障；使加速冷却装置6中的冷却中产生的微小的温度偏差均匀化，从而避免矫正后因温度偏差引起的翘曲的产生。
实施例1
使利用轧制机3轧制出的板厚30mm、宽度3500mm的厚钢板1从第一形状矫正装置5和去氧化皮装置4通过，然后进行从820℃到420℃的控制冷却。在此，对于冷却稳定的条件而言，根据上述(3)、(4)、(5)式计算时，从利用去氧化皮装置4的厚钢板1的氧化皮除去结束后到利用加速冷却装置6开始厚钢板1的冷却的时间t优选为42s以下、更优选为19s以下、进一步优选为5s以下。
去氧化皮装置4中，喷嘴的喷射压力设定为17.7MPa、每一根喷嘴的喷射流量设定为50L/分钟(＝8.3×10-4m3/s)、喷射距离(去氧化皮装置4的喷射喷嘴与厚钢板1的表面的距离)设定为130mm、喷嘴喷射角度设定为32°、喷嘴迎角设定为15°，以使相邻的喷嘴的喷射区域以一定程度重叠的方式在宽度方向上排列成1列，喷雾喷射厚度为3mm、喷雾喷射宽度为77mm。在此，冷却水的能量密度是以上述的水量密度×喷射压力×碰撞时间来定义的值。碰撞时间(s)为向厚钢板表面喷射去氧化皮水的时间，通过用喷雾喷射厚度除以运送速度来求出。
加速冷却装置6为设置有如下流路的设备：如图4所示使供给至厚钢板上表面的冷却水流到间壁的上方，进一步如图7所示能够从厚钢板宽度方向侧方排放。在间壁上以棋盘的格状开设有直径为12mm的孔，如图6所示，在以交错格子状排列的给水口中内插上部冷却水喷射喷嘴，将其余的孔用作排水口。上集管下表面与间壁上表面的距离为100mm。
加速冷却装置6的上部冷却水喷射喷嘴设定为内径5mm、外径9mm、长度170mm，使其上端向集管内突出。另外，使棒状冷却水的喷射速度为8.9m/s。厚钢板宽度方向的喷嘴间距为50mm，在辊道间距离1m的区域内在长度方向上排列10列喷嘴。上表面的水量密度为2.1m3/(m2·分钟)。上表面冷却的喷嘴下端以成为板厚25mm的间壁的上下表面的中间位置的方式进行设置，到厚钢板表面的距离为80mm。
需要说明的是，对于下表面冷却设备，使用如图4所示的除不具备间壁以外、与上表面冷却设备同样的冷却设备，使棒状冷却水的喷射速度和水量密度为上表面的1.5倍。
然后，如表1所示，使从去氧化皮装置4到加速冷却装置6的距离L、厚钢板的运送速度V以及从去氧化皮装置4到加速冷却装置6的时间t进行各种改变。
对于厚钢板形状，以追加矫正率(％)进行评价。具体而言，钢板整个长度上的翘曲和/或钢板整个宽度上的翘曲为与其钢板对应的产品标准中规定的基准值以内时判断为合格，超过基准值时判断为追加矫正实施材料，追加矫正率以(追加矫正实施材料的根数)/(对象材料的总根数)×100的方式算出。
对于表1的本发明例1～5而言，能量密度均为0.10J/mm2以上，因此，形状不良所导致的追加矫正率低，得到了良好的结果。认为这是在利用加速冷却装置6进行冷却时，几乎不存在宽度方向位置的表面温度的偏差而均匀地被冷却，被认为是由厚钢板的温度分布引起的平坦度优良，其结果是，形状不良所导致的追加矫正率低。另外，本发明例1～5均除去了氧化皮，表面性状也良好。需要说明的是，表面性状的评价中，使用冷却至室温的厚钢板表面的图像，根据利用氧化皮残留部与剥离部的色调差的图像处理来判断有无氧化皮，并进行评价。
特别是，对于使从去氧化皮装置4到加速冷却装置6的距离为5m的本发明例1～3而言，从利用去氧化皮装置4的厚钢板1的氧化皮除去结束后到利用加速冷却装置6开始厚钢板1的冷却的时间t与厚钢板的运送速度V无关，为利用加速冷却装置6的冷却更稳定的条件、即19s以下。因此，追加矫正率为5％以下，是良好的。
另外，本发明例5中，即使不需要专利文献1、专利文献2那样的高碰撞压力(1.0MPa)，通过使能量密度在本发明范围内，也得到了良好的结果。
另一方面，对于在没有实施利用去氧化皮装置4的氧化皮除去的情况下进行了利用加速冷却装置6的冷却的比较例1而言，被认为是由厚钢板的温度分布引起的平坦度变差，追加矫正率为40％。
另外，对于使基于去氧化皮装置4的设定条件为水压9MPa、每一根喷嘴的喷射流量为25L/分钟(＝4.2×10-4m3/s)，其他条件与本发明例2相同且使能量密度为0.08J/mm2的比较例2而言，氧化皮发生部分剥离，由此，厚钢板宽度方向的温度分布变差，与此相伴，厚钢板的平坦度也变差，因此追加矫正率为70％。
另外，比较例3尽管是在像专利文献1、专利文献2那样的高碰撞压力的范围内，但能量密度在本发明的范围外，因此，氧化皮发生部分剥离，由此，厚钢板宽度方向的温度分布变差，与此相伴，厚钢板的平坦度也变差，因此追加矫正率为65％。
符号说明
1 厚钢板
2 加热炉
3 轧制机
4 去氧化皮装置
5 第一形状矫正装置
6 加速冷却装置
7 第二形状矫正装置
11 上集管
12 下集管
13 上冷却水喷射喷嘴(圆管喷嘴)
14 下冷却水喷射喷嘴(圆管喷嘴)
15 间壁
16 给水口
17 排水口
18 喷射冷却水
19 排出水
20 除水辊
21 除水辊

Claims (8)

1.一种厚钢板的制造设备，其特征在于，将热轧机、形状矫正装置、去氧化皮装置及加速冷却装置以该顺序从运送方向上游侧起配置，
使所述去氧化皮装置向厚钢板的表面喷射的冷却水所具有的能量密度E为0.10J/mm2以上，并且使该冷却水的碰撞压力小于1.0MPa，
所述加速冷却装置具备向所述厚钢板的上表面供给冷却水的集管、从该集管悬垂的喷射棒状冷却水的冷却水喷射喷嘴、以及位于所述集管的前后的除水辊，
所述厚钢板的运送方向的最上游侧列的所述冷却水喷射喷嘴向所述运送方向的上游方向倾斜15～60度，所述运送方向的最下游侧列的所述冷却水喷射喷嘴向厚钢板运送方向的下游方向倾斜15～60度。
2.如权利要求1所述的厚钢板的制造设备，其特征在于，将从所述去氧化皮装置到所述加速冷却装置的运送速度设为V[m/s]、将冷却前的厚钢板温度设为T[K]时，从所述去氧化皮装置到所述加速冷却装置的距离L[m]满足公式L≤V×5×10-9×exp(25000/T)。
3.如权利要求2所述的厚钢板的制造设备，其特征在于，以使从所述去氧化皮装置到所述加速冷却装置的距离L为12m以下的方式配置各装置。
4.如权利要求1至3中任一项所述的厚钢板的制造设备，其特征在于，使从所述去氧化皮装置的喷射喷嘴到所述厚钢板的表面的喷射距离H为40mm以上且200mm以下。
5.如权利要求1至3中任一项所述的厚钢板的制造设备，其特征在于，所述加速冷却装置具备设置于所述厚钢板与所述集管之间的间壁，并且，在所述间壁上设置有多个内插所述冷却水喷射喷嘴的下端部的给水口和将供给至所述厚钢板的上表面的冷却水排放到所述间壁上方的排水口。
6.如权利要求4所述的厚钢板的制造设备，其特征在于，所述加速冷却装置具备设置于所述厚钢板与所述集管之间的间壁，并且，在所述间壁上设置有多个内插所述冷却水喷射喷嘴的下端部的给水口和将供给至所述厚钢板的上表面的冷却水排放到所述间壁上方的排水口。
7.一种使用权利要求1所述的厚钢板的制造设备的厚钢板的制造方法，其按照热轧工序、热矫正工序及加速冷却工序的顺序制造厚钢板，其特征在于，在所述热矫正工序与冷却工序之间具有向厚钢板的表面喷射能量密度E为0.10J/mm2以上、碰撞压力小于1.0MPa的冷却水的去氧化皮工序。
8.如权利要求7所述的厚钢板的制造方法，其特征在于，从所述去氧化皮工序结束到所述加速冷却工序开始的时间t[s]满足公式t≤5×10-9×exp(25000/T)，其中，T为冷却前的厚钢板温度(K)。
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