JP2000158036A - 熱延鋼板の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱延鋼板、特に低温巻取り鋼板の巻取温度外
れや平坦不良を防止し、鋼板品質の改善が可能な熱延鋼
板の冷却方法を提供する。 【解決手段】 予め上面冷却と下面冷却のクエンチ点温
度を求め、巻取温度が上面冷却のクエンチ点温度より５
０℃高い温度以下のときは、冷却ゾーンの後半部では、
上面冷却を停止する。巻取温度が下面冷却のクエンチ点
温度より５０℃高い温度以下のときは、冷却ゾーンの後
半部では、少なくとも１台の下面冷却バンクの冷却を停
止し、下面冷却を断続しておこなうことが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱延鋼板の圧延後の
冷却方法に関し、特に、低温巻取り鋼板の巻取温度精度
の向上や鋼板形状の改善が可能な熱延鋼板の冷却方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】熱延鋼板の仕上圧延後の冷却において
は、スプレーノズル、ジェットノズル、ラミナーフロー
ノズルなどの冷却用ノズルから鋼板の上下面に冷却水を
噴射して鋼板を所定のパターンで冷却する。冷却のパタ
ーンは長手方向に区分された一群の冷却ノズルのオンオ
フによって制御される。この一群の冷却ノズルを冷却バ
ンクといい、通常、冷却ゾーンは上面および下面の複数
の冷却バンクによって構成される。上面冷却バンクに
は、主にラミナーフローノズルと補助的にスプレーノズ
ル、下面冷却バンクには、主にジェットノズルやスプレ
ーノズルが用いられる。

【０００３】ところで、仕上圧延直後の熱延鋼板のよう
に比較的高温の材料を水などの沸騰型冷媒で冷却をする
と、膜沸騰型の伝熱がおこなわれる。この膜沸騰型伝熱
では、伝熱面に液体が直接接することなく連続的に蒸気
膜に覆われるので、材料の温度降下速度は小さい。一
方、比較的低温の材料の冷却では、核沸騰型の伝熱がお
こなわれる。この核沸騰型伝熱では、伝熱面に液体が直
接に接するので、温度降下速度が大きい。

【０００４】熱延鋼板の巻取温度は、冷却バンクの冷却
パターンを調節して制御されるが、巻取温度の低い、い
わゆる低温巻取り材の冷却においては、通常、冷却ゾー
ンの途中で膜沸騰から核沸騰に伝熱状態が変化する。核
沸騰型の伝熱では、材料の温度降下速度が大きく、不安
定で冷却停止温度制御が困難となり、巻取温度の外れに
よる品質不良が生じる。また、温度むらが大きくなり、
形状不良が発生しやすい。

【０００５】上記問題の対策として、例えば下記のよう
な技術が開示されている。特開平２−１９７３１２号公
報には遷移沸騰領域において下面冷却する方法、特開平
３−１１４６０９号公報には非沸騰型高温液体を用いた
冷却方法、等が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開平２−１９７３１
２号公報に開示された技術は、冷却水の沸騰状態が遷移
沸騰にあることを高精度に把握するのが困難である。す
なわち、同公報の明細書には、鋼板温度を検出し、熱伝
達係数を算出することにより前記状態か否かを判定する
と記載されているが、高温で冷却水や水蒸気が飛散して
いる雰囲気下で鋼板温度を正確に測定することは難しく
実用的でない。したがって、下面冷却への冷却変更を適
切なタイミングで実施することが難しく、巻取温度の外
れや形状不良が発生し易い。

【０００７】特開平３−１１４６０９号公報に開示され
た技術は、冷却溶媒の回収、精製、循環、及び安全設備
等の設備費が大きく現実的でない。

【０００８】本発明の課題は、熱延鋼板、特に低温巻取
り鋼板の巻取温度外れや平坦不良を防止し、鋼板品質の
改善が可能な熱延鋼板の冷却方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】熱延鋼板は、上下両面か
ら冷却されるが、下面冷却水は鋼板と衝突後速やかに落
下し排出される。一方、上面のラミナーフローノズルか
ら鋼板上に噴射された冷却水は、鋼板に衝突後、滞留水
となって鋼板の幅方向および上流側と下流側に流出す
る。上流側と下流側に流出し鋼板上に滞留する滞留水
は、その滞留水による過冷却を防止するため、各バンク
間に設けられたスプレーノズルによる鋼板サイド側から
の冷却水の噴射により撹拌された状態となる。

【００１０】したがって、上面冷却と下面冷却では、冷
却速度の比較的遅い膜沸騰状態から冷却速度の大きい核
沸騰状態に遷移する温度（以下、この温度を「クエンチ
点温度」という）が異なると考えられる。すなわち下面
冷却では、噴射された冷却水は直ぐに反射して鋼板表面
から離れるので接触時間が短く、濡れにくいので、核沸
騰への遷移が遅れ、クエンチ点温度が低くなる。一方、
上面冷却では、冷却水は鋼板表面に滞留し撹拌されてお
り接触時間が長く濡れやすいので比較的高温から核沸騰
に移行しクエンチ点温度が高くなる。

【００１１】本発明者は、高温に加熱した熱延鋼板の上
面または下面に冷却水を噴射する試験をおこない、クエ
ンチ点温度を調査した。

【００１２】図１は、水冷却時の鋼板表面近傍の温度履
歴を模式的に示すグラフである。

【００１３】同図に示すように、上面冷却の場合
（Ｉ）、Ａ〜Ｂの範囲が膜沸騰状態でクエンチ点温度
（Ｂ点）は４５０℃であり、下面冷却の場合（II）、Ａ
〜Ｃの範囲が膜沸騰状態でクエンチ点温度（Ｃ点）は３
３０℃であった。

【００１４】図１に示す冷却特性を有する鋼板の上面お
よび下面に水冷却をおこなった場合、巻取温度が４５０
℃超のときは膜沸騰状態となり冷却速度が遅いため、巻
取温度の制御は比較的に容易である。巻取温度が４５０
℃以下のとき上面冷却をおこなうと、４５０℃近傍で膜
沸騰から核沸騰に遷移するため冷却速度が著しく上昇
し、巻取温度の制御が難しい。この場合、上面冷却を停
止することにより、膜沸騰状態を維持することができ巻
取温度精度の向上が可能である。更に、巻取温度が３３
０℃以下の場合、上面冷却を停止しても下面冷却により
３３０℃近傍で核沸騰に遷移するため巻取温度の制御が
難しくなる。この場合は、下面冷却を断続的におこな
い、核沸騰による急冷と放冷とを繰り返しながら全体と
して冷却速度を低下して巻取温度の精度を向上させる事
ができる。

【００１５】本発明は、上記知見に基づき完成されたも
ので、その要旨は以下の(1) と(2)の通りである。

【００１６】(1) 仕上圧延後の冷却ゾーンに設けた複数
の上面と下面の冷却バンクで熱延鋼板の上面と下面に冷
却水を噴射し所定の巻取温度で巻取る際の冷却方法にお
いて、予め上面冷却と下面冷却のクエンチ点温度を求
め、巻取温度が上面冷却のクエンチ点温度より５０℃高
い温度以下のときは、冷却ゾーンの後半部では、上面冷
却を停止することを特徴とする熱延鋼板の冷却方法。

【００１７】(2) 巻取温度が下面冷却のクエンチ点温度
より５０℃高い温度以下のときは、冷却ゾーンの後半部
では、少なくとも１台の下面冷却バンクの冷却を停止
し、下面冷却を断続しておこなうことを特徴とする上記
(1) 項に記載の熱延鋼板の冷却方法。

【００１８】なお、上記(1) 項と(2) 項で、冷却ゾーン
の後半部とは、冷却ゾーンの出口から上流側に冷却ゾー
ンの長さの３０％程度を指す。

【００１９】

【発明の実施の形態】図２は、本発明方法の態様におけ
る冷却ゾーンに設けた冷却バンクの使用状況の一例を模
式的に示す概要図である。同図で、符号１Ｕ〜１０Ｕは
上面冷却バンク、１Ｌ〜１０Ｌは下面冷却バンク、１１
は仕上圧延機群、１２は巻取機、１３は熱延鋼板であ
り、各冷却バンクで斜線は冷却オンの状態、空白は冷却
オフの状態を表す。

【００２０】図２において、本発明の方法は、予め上面
冷却と下面冷却のクエンチ点温度を求め、巻取温度（Ｔ
ｃ）が上面冷却のクエンチ点温度（Ｔｑ１）より５０℃
高い温度（Ｔｑ１＋５０）以下のときは、冷却ゾーンの
後半部の冷却バンク８Ｕ〜１０Ｕ、８Ｌ〜１０Ｌにおい
て、上面冷却バンク８Ｕ〜１０Ｕに設けた冷却ヘッダに
よる上面冷却を停止する。この方法により、巻取りの完
了まで膜沸騰状態の冷却を維持することができ、巻取温
度の精度を向上させることが可能である。なお、図２で
は、下面冷却バンク８Ｌ〜１０Ｌに設けた冷却ヘッダに
よる下面冷却をおこなう場合を示したが、下面冷却バン
ク８Ｌ〜１０Ｌは、必要に応じて、その一部あるいは全
部の冷却バンクの冷却を停止してもよい。Ｔｃが上記温
度（Ｔｑ１＋５０）超のときは、上面冷却をおこなって
も膜沸騰状態を維持することができるので問題はない。

【００２１】図３は、本発明方法の好適態様における冷
却ゾーンに設けた冷却バンクの使用状況の一例を模式的
に示す概要図である。図２と同じ要素は同一の符号で表
す。

【００２２】図３において、本発明方法の好適態様にあ
っては、巻取温度（Ｔｃ）が下面冷却のクエンチ点温度
（Ｔｑ２）より５０℃高い温度（Ｔｑ２＋５０）以下の
ときは、冷却ゾーンの後半部の冷却バンク８Ｕ〜１０
Ｕ、８Ｌ〜１０Ｌにおいて、上面冷却バンク８Ｕ〜１０
Ｕに設けた冷却ヘッダによる上面冷却を停止し、下面冷
却バンク９Ｌによる下面冷却を停止し、下面冷却バンク
８Ｌ、１０Ｌによる下面冷却をおこなう。この方法によ
り、下面冷却が断続的におこなわれ、核沸騰による急冷
と放冷とを繰り返しながら全体として冷却速度が低下す
るため巻取温度の精度を向上させる事ができる。Ｔｃが
上記温度（Ｔｑ２＋５０）超では、そのような断続的下
面冷却をおこなうと、冷却時間が長くなり生産性が低下
し、また冷却ゾーンが長くなるといった問題がある。た
だし、急冷を防止するために必要により停止することは
制限されない。なお、本発明方法の好適態様は、図３に
示した冷却バンクの使用方法に限定されるものでない。
例えば、更に下面冷却バンク８Ｌによる下面冷却を停止
してもよい。

【００２３】次ぎに、予め上面冷却と下面冷却のクエン
チ点温度を求め、巻取温度とクエンチ点温度とから冷却
ゾーン後半部の冷却を変更する方法を図を用いて説明す
る。

【００２４】図４は、予めクエンチ点温度を求める際
の、下面冷却時のクエンチ点温度と鋼板表面のスケール
厚との関係の一例を示すグラフである。

【００２５】図５は、予めクエンチ点温度を求める際
の、下面冷却時のクエンチ点温度と鋼板厚との関係の一
例を示すグラフである。

【００２６】図６は、本発明方法に係る冷却バンクの制
御系統を模式的に示す構成図である。同図において、仕
上圧延後の冷却は、冷却制御手段１５に鋼種、鋼板寸
法、鋼板速度、仕上温度、巻取温度などの圧延情報が与
えられ冷却パターンが決定され、冷却バンクのオンオフ
が制御される。冷却制御手段１５は、鋼種、鋼板厚およ
び鋼板速度ならびにこれらから推定される鋼板のスケー
ル厚とから上面冷却および下面冷却時のそれぞれのクエ
ンチ点温度を求める手段を備えている。例えば、前記手
段として、図４、図５などに例示したクエンチ点温度の
データなどから作成した、鋼板厚と鋼板速度を関数とし
た鋼種毎のクエンチ点温度数式、あるいは、鋼種、鋼板
厚および鋼板速度と前記クエンチ点温度との対応表など
を用いることができる。その手段により、鋼種、鋼板厚
および鋼板速度からクエンチ点温度を求め、目標とする
巻取温度と前記クエンチ点温度とから、冷却ゾーン後半
部の適切な冷却方法を選択し、与えられた圧延情報に基
づき冷却パターンを決定し、冷却バンクの上下冷却ヘッ
ダを制御するシーケンサ１６に対して指令を与え、シー
ケンサは、冷却ゾーン後半部の冷却バンクに設置した上
面冷却ヘッダと下面冷却ヘッダの選択、ならびにヘッダ
本数を制御する。

【００２７】

【実施例】図２に示す構成の上下各１０台の冷却バンク
を仕上圧延機と巻取機の間に備えた熱間圧延ラインで、
低温巻取り鋼板の冷却試験をおこなった。表１に試験に
使用した鋼板および冷却バンクの主仕様を示す。なお、
表１に示すように、冷却ゾーン後半部には上下各３台の
冷却バンクを設けた。表２に圧延条件および冷却バンク
の使用状況とクエンチ点温度の測定結果を示す。なお、
クエンチ点温度は、予め所定の鋼板厚、スケール厚（鋼
板速度と鋼板温度から換算した値）に対応した冷却基礎
試験により求めた。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】表２に示すように、本発明例１〜８はＴｃ
がＴｑ１に対し−９０〜＋５０℃の温度範囲にあり、冷
却ゾーン後半部の上面冷却バンク８Ｕ〜１０Ｕによる上
面冷却を停止するとともに、下面冷却バンク８Ｌ〜１０
Ｌの全部または一部を用いて下面冷却をおこなった。な
お、本発明例２、５、８は、ＴｃがＴｑ２に対し＋３０
〜＋４０℃の温度範囲にあり、下面冷却バンク９Ｌによ
る冷却を停止した。比較例１〜８は、上面冷却バンク８
Ｕ〜１０Ｕの全部または一部を用いて上面冷却をおこな
った。表３に鋼板長手方向の巻取り温度外れならびに得
られた鋼板の平坦状況を示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】同表に示すように、従来例では、鋼板長手
方向の後端部で巻取温度が大きく低下し巻取温度外れが
発生するとともに、平坦不良となった。この原因は、冷
却ゾーンの後半部において上面滞留水が核沸騰状態にな
り、鋼板が急速に冷却され、温度制御が不可能となった
ためと推察される。

【００３３】本発明例は、鋼板長手方向における巻取温
度変動が少なく、比較例に比べ巻取り温度外れが減少
し、また平坦形状も良好であった。本発明例１〜５で
は、冷却ゾーンの後半部における上面冷却を停止するこ
とにより、巻取りまで膜沸騰の冷却状態を維持すること
ができ安定した冷却が実現したためと考えられる。本発
明例６〜８では、冷却バンク９Ｌによる下面冷却を停止
したため、核沸騰の急冷後に放冷の復熱が起こり、鋼板
は急冷されず、比較的緩冷却となり、安定した冷却が実
現したものと考えられる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、核沸騰による冷却の不
安定を解消もしくは抑制し、安定した条件下で低温巻取
り熱延鋼板を冷却することができる。その結果、巻取温
度精度が向上して温度外れ、温度むらの低減や鋼板形状
の向上による平坦不良の低減などの経済的効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】水冷却時の鋼板表面近傍の温度履歴を模式的に
示すグラフである。

【図２】本発明方法の態様における冷却ゾーンに設けた
冷却バンクの使用状況の一例を模式的に示す概要図であ
る。

【図３】本発明方法の好適態様における冷却ゾーンに設
けた冷却バンクの使用状況の一例を模式的に示す概要図
である。

【図４】下面冷却時のクエンチ点温度と鋼板表面のスケ
ール厚との関係の一例を示すグラフである。

【図５】下面冷却時のクエンチ点温度と鋼板厚との関係
の一例を示すグラフである。

【図６】本発明方法に係る冷却バンクの制御系統を模式
的に示す構成図である。

【符号の説明】

１Ｕ〜１０Ｕ：上面冷却バンク、 １Ｌ〜１０Ｌ：下面冷却バンク、 １１：仕上圧延機群、 １２：巻取機、 １３：熱延鋼板、 １５：冷却制御手段、 １６：シーケンサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 仕上圧延後の冷却ゾーンに設けた複数の
   上面と下面の冷却バンクで熱延鋼板の上面と下面に冷却
   水を噴射し所定の巻取温度で巻取る際の冷却方法におい
   て、予め上面冷却と下面冷却のクエンチ点温度を求め、
   巻取温度が上面冷却のクエンチ点温度より５０℃高い温
   度以下のときは、冷却ゾーンの後半部では、上面冷却を
   停止することを特徴とする熱延鋼板の冷却方法。
2. 【請求項２】 巻取温度が下面冷却のクエンチ点温度よ
   り５０℃高い温度以下のときは、冷却ゾーンの後半部で
   は、少なくとも１台の下面冷却バンクの冷却を停止し、
   下面冷却を断続しておこなう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。