JP2005021984A - 厚鋼板の制御冷却方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 熱間圧延を完了した厚鋼板を制御冷却するに当り、該制御冷却の直前及び制御冷却の初期の一方又は双方の段階において前記厚鋼板の幅方向に亘る温度分布を均一化させる幅方向温度分布均一化冷却処理を行い、しかる後厚鋼板の幅方向に亘って実質的に同一の冷却水量によって冷却する。
【選択図】 図1
Description
鋼板の圧延過程において、鋼板の四周部は上下面からの放冷冷却に加え、側面からも放冷冷却されるため、板中央部と比較して温度が低くなる温度偏差が生ずる。このような鋼板を鋼板全面に亘って均一な冷却能力で冷却すると、四周部と中央部の温度偏差がそのまま持ち来たされ、四周部過冷却現象が現れる。
圧延終了時点において温度偏差が存在する鋼板を強制水冷したとき、冷却水の沸騰現象の違いに基づき、上記温度偏差がさらに拡大することがある。図25は高温の鋼板を冷却する際の鋼板表面温度と熱流束(単位面積、単位時間当りの抜熱量)との関係を模式的に示すグラフである。ここに示すように、鋼板表面温度が高いときには膜沸騰、鋼板表面温度が低いときには核沸騰が起こり、これらの中間温度領域では遷移沸騰となっている。鋼板表面温度が高い状態で起こる膜沸騰では、鋼板表面と冷却水の間に蒸気膜が発生し、この蒸気膜内の熱伝導により伝熱がなされる状態となり、冷却能力は低い。一方、鋼板表面温度が低い状態で起こる核沸騰では、鋼板表面と冷却水は直接接触し且つ鋼板表面から冷却水の一部が蒸発して生じた蒸気泡が直ぐ周りの冷却水により凝縮され消滅するなどの複雑な現象が起こり、蒸気泡の生成・消滅に伴って冷却水が撹拌されるため冷却能力が極めて高い。図25に示すように、上記核沸騰及び膜沸騰領域では、鋼板温度が高いほど熱流束が大きい。そのため、鋼板内に温度偏差があっても、高温部ほど冷却速度が大きくなるために冷却の結果、鋼板内の温度偏差が縮小することになる。
水平に維持された厚鋼板の上面に冷却水を適用すると、鋼板の上面では図26に示すように、冷却水が鋼板長手方向中央部からその鋼板端部に向けて流れ、最終的に鋼板端部から落下する。その結果、鋼板上面の端部近傍では、厚鋼板の上面からノズルを通して噴射される冷却水に加えて、鋼板長手方向中央部から流れてくる冷却水による冷却がなされる。それにより、鋼板の端部近傍では、必然的に被水量が多くなり冷却速度が大きくなる。なお、このような現象は鋼板の下面側では鋼板に衝突した冷却水は速やかに落下するため発生しない。
(1)制御冷却直前若しくは制御冷却初期に鋼板の幅方向温度を均一化させること
(2)制御冷却においては、鋼板端部から中央部に亘って同一冷却速度で冷却すること
が極めて有効であるとの知見を得て本発明を完成するに至った。本発明は具体的には以下の手段からなる。
(1)鋼板端部温度降下距離:板幅方向における鋼板温度の勾配が0(ゼロ)になる位置から鋼板端部までの距離
(2)鋼板端部温度降下量:板幅方向における鋼板温度の勾配が0(ゼロ)になる位置における温度と鋼板端部の温度との差
(1)通過型制御冷却装置20を構成する冷却ゾーン数をN、目標冷却開始温度と冷却終了温度との温度差をDT(目標冷却量)として、通過型制御冷却装置20の1ゾーンあたりの冷却量ΔTを
ΔT=DT/N
と算出する。
(2)幅方向温度分布均一化冷却処理開始時から同一速度冷却処理開始時に至る間に鋼板中央部に必要とされる温度降下量をEDとし、前記1ゾーンあたりの冷却量ΔTから厚鋼板中央部を幅方向温度分布均一化冷却処理のために冷却するに必要な冷却ゾーン数nを
n=ED/ΔT
として求める。
(3)通過型制御冷却装置の最初のゾーンである第1冷却ゾーンから前記(2)で求めた冷却ゾーン数nに至るゾーンを遮蔽ゾーンとする。
するようになっている。
(1)通過型制御冷却装置の全冷却ゾーン数と目標冷却開始温度、冷却終了温度から、1ゾーンあたりの冷却量を算出する。
(2)冷却開始前の先尾端部温度降下量相当分だけ鋼板長手方向中央部を冷却するに要するゾーン数を前記1ゾーン当たりの冷却量から求める。
(3)制御冷却装置の最初のゾーンである第1冷却ゾーンから前記(2)で求めた冷却ゾーン数に至る冷却ゾーンまでを遮蔽ゾーン数とする。
(1)寸法:板厚25mm、板幅3800mm、板長25mm
(2)目標特性値:490MPa級(許容範囲は490〜610MPa)
(3)制御冷却条件:制御冷却開始温度:750℃(板幅中央部)、制御冷却終了温度:550℃
(4)幅方向温度分布均一化冷却処理前温度分布状態:鋼板端部温度降下量:30℃、鋼板端部温度降下距離:200mm、板先尾端部の温度降下量:50℃、先尾端温度降下距離:500mm
図3〜5に記載の形式の通過型制御冷却装置を用い、遮蔽部材として図18、19に記載のものを用いた。装置の設備仕様、冷却条件は下記のとおりである。
(1)設備仕様:冷却ゾーン数:15、1ゾーン当たりの設備長:1.0m、装置全長:15m、冷却水量:1500l/min・m2、冷却速度:約30℃/s、(2)幅方向温度分布均一化冷却処理条件
(a)遮蔽部材使用ゾーン:第1〜3冷却ゾーン(ただし第3冷却ゾーンは下面のみ)
(算定根拠:1ゾーン当たりの冷却量:(750℃-550℃)/15=13.3℃、幅方向端部遮蔽部材使用必要ゾーン数:30℃/13.3℃=2.26)
(b)遮蔽量:200mm(鋼板端部温度降下距離に対応)
(3)長手方向温度分布均一化冷却処理条件
(a)水量制限ゾーン:第1〜4冷却ゾーン(算定根拠:50℃/13.3℃=3.8)
(b)水量制限先尾端長:500mm(先尾端温度降下距離に対応、この間水冷を行わない)
(4)同一速度冷却処理条件:冷却速度は約30℃/s、通板速度:134m/min(冷却時間:6.6s)
図14に記載の形式の緩冷却装置付き制御冷却装置を用いた。これらに用いる遮蔽部材はそれぞれ、図18、19、及び図20、21に示すものである。緩冷却装置構成の設備仕様、これによる幅方向温度分布均一化冷却処理条件及び長手方向温度分布均一化冷却処理条件は下記のとおりである。
(1)設備条件:設備長:10m、冷却水量:100l/min/m2(ラミナーフローノズル)、冷却速度:約4℃/s
(2)幅方向温度分布均一化冷却処理条件
(a)遮蔽幅:200mm(鋼板端部温度降下距離に対応)
(b)厚鋼板通板速度:80m/min(算定根拠:30(鋼板端部温度降下量)/4(冷却速度)=7.5s、10m(設備長)/7.5/60=80m/min)
(3)長手方向温度分布均一化冷却処理条件:先尾端部水量制限長:500mm(先尾端温度降下距離に対応、この間水冷を行わない)
(1)設備仕様:冷却ゾーン数:15、1ゾーン当たりの設備長:1.0m、装置全長:15m、冷却水量:2000l/min・m2、冷却速度:約30℃/s(発明例1と同一仕様)
(2)幅方向温度分布均一化冷却処理条件:不要(緩冷却装置において実施)
(3)長手方向温度分布均一化冷却処理条件
(a)水量制限ゾーン:第1〜2冷却ゾーン(算定根拠:制御冷却装置侵入時の板先尾端部の温度降下量:20℃(30℃分を緩冷却装置において解消)、制御冷却装置の1ゾーン当たりの冷却量:(720℃-550℃)/15=11.3℃、20℃/11.3℃=1.8ゾーン)
(b)水量制限先尾端長:500mm(先尾端温度降下距離に対応、この間水冷を行わない)
(4)同一速度冷却処理条件:冷却速度は約30℃/s、通板速度:158m/min(冷却時間:5.7s)
本発明の第2実施形態において緩冷却装置と制御冷却装置の間に矯正機を設置して緩冷却後の鋼板に平坦化処理を行った。冷却条件は、発明例2の場合と同一である。
発明例1と同一設備を用い、同一通板速度で冷却した。しかしながら幅方向温度分布均一化冷却処理及び長手方向温度分布均一化冷却処理を行わなかった。
発明例2と同一設備を用い、同一通板速度で冷却した。しかしながら幅方向温度分布均一化冷却処理及び長手方向温度分布均一化冷却処理を行わなかった。
緩冷却装置のみを用い、その操業条件を下記のとおりとした。
(1)設備条件:設備長:10m、冷却水量:500l/min/m2(ラミナーフローノズル)、冷却速度:約14℃/s
(2)幅方向温度分布均一化冷却処理条件:行わない
(3)長手方向温度分布均一化冷却処理条件:行わない
(4)通板速度:42m/min(750℃〜550℃まで通過冷却するために必要な冷却時間:14.3s、設備長:10m)
緩冷却装置のみを用い、その操業条件を下記のとおりとした。
(1)設備条件:設備長:10m、冷却水量:500l/min/m2(ラミナーフローノズル)、冷却速度:約14℃/s(比較例3と同一)
(2)幅方向温度分布均一化冷却処理条件
(a)遮蔽幅:200mm(鋼板端部温度降下距離に対応)
(b)厚鋼板通板速度:42m/min(750℃〜550℃まで通過冷却するために必要な冷却時間:14.3s、設備長:10m)
(3)長手方向温度分布均一化冷却処理条件:先尾端部水量制限長:500mm(先尾端温度降下距離に対応、この間水冷を行わない)
発明例1と同様に図3〜5に記載の形式の制御冷却装置を用い、下記の条件によって幅方向温度分布均一化冷却処理及び長手方向温度分布均一化冷却処理を行った。この場合において冷却速度は約30℃/s、通板速度は134m/min(冷却時間:6.6s)であり、発明例1の場合と同一である。
(a)遮蔽部材使用ゾーン:制御冷却装置の全冷却ゾーン
(b)遮蔽量:200mm(鋼板端部温度降下距離に対応)
(3)長手方向温度分布均一化冷却処理条件
(a)水量制限ゾーン:第1〜4冷却ゾーン(算定根拠:50℃/13.3℃=3.8)
(b)水量制限先尾端長:500mm(先尾端温度降下距離に対応、この間水冷を行わない)
2:厚鋼板
3:ローラーテーブル
10:ラミナーフロー冷却帯
11:上ヘッダー
12:下ヘッダー
13,14:水流
15:遮蔽部材
16:(遮蔽部材の)前後進機構
17:フォトセル
20:通過型制御冷却装置
21:上ヘッダー
22:下ヘッダー
23:上スリットノズル
24:下スリットノズル
25:前段部
26:後段部
27:水切りロール
28:上部遮蔽部材
29:下部遮蔽部材
30:緩冷却帯前温度計
31:入側温度計
32:出側温度計
41:流量制御装置
42:三方弁
51:先端部引張試験試材
52:尾端部引張試験試材
53:側端部引張試験試材
54:中央部引張試験試材
55:側端部条切りキャンバー測定用試材
56:先尾端部条切りキャンバー測定用試材
58:短冊状試材
59:短冊状試材
Claims (21)
- 熱間圧延を完了した厚鋼板を制御冷却するに当り、該制御冷却の直前及び制御冷却の初期の一方又は双方の段階において前記厚鋼板の幅方向に亘る温度分布を均一化させる幅方向温度分布均一化冷却処理を行い、しかる後厚鋼板の幅方向に亘って実質的に同一の冷却水量によって冷却する同一速度冷却処理を行うことを特徴とする厚鋼板の制御冷却方法。
- 独立して制御可能な複数の冷却ゾーンを具備する通過型制御冷却装置を用い、該通過型制御冷却装置を構成する1以上の入側冷却ゾーンにおいて幅方向温度分布均一化冷却処理を、前記入側冷却ゾーンに続く冷却ゾーンにおいて同一速度冷却処理を行うことを特徴とする請求項1記載の厚鋼板の制御冷却方法。
- 圧延機の後面に緩冷却装置を、該緩冷却装置に続いて独立して制御可能な複数の冷却ゾーンを具備する通過型制御冷却装置を配列してなる厚鋼板の冷却装置を用い、前記緩冷却装置によって幅方向温度分布均一化冷却処理を、前記通過型制御冷却装置によって同一速度冷却処理を行うことを特徴とする請求項1記載の厚鋼板の制御冷却方法。
- 幅方向温度分布均一化冷却処理は、通過型制御冷却装置を構成する1以上の入側冷却ゾーンの幅方向端部に設けた遮蔽部材を用い、厚鋼板の幅方向側端部への冷却水量を制限することによって行うことを特徴とする請求項2記載の厚鋼板の制御冷却方法。
- 幅方向温度分布均一化冷却処理は、圧延機の後面に設置した緩冷却装置の幅方向端部に設けた遮蔽部材を用い、厚鋼板の幅方向側端部への冷却水量を制限することによって行うことを特徴とする請求項3記載の厚鋼板の制御冷却方法。
- 通過型制御冷却装置の冷却水量を厚鋼板の先尾端部通過時において制限して厚鋼板長手方向に亘る温度分布を均一化させる長手方向温度分布均一化冷却処理を行うことを特徴とする請求項2又は4記載の厚鋼板の制御冷却方法。
- 緩冷却装置の冷却水量を厚鋼板の先尾端部通過時において制限して厚鋼板長手方向に亘る温度分布を均一化させる長手方向温度分布均一化冷却処理を行うことを特徴とする請求項3又は5記載の厚鋼板の制御冷却方法。
- 厚鋼板の先尾端部通過時における冷却水量の制限が、該厚鋼板の先尾端部の通過信号により所定時間行われることを特徴とする請求項6又は7に記載の厚鋼板の制御冷却方法。
- 幅方向温度分布均一化冷却処理は、該幅方向温度分布均一化冷却処理が実施される各冷却ゾーンの幅方向端部に厚鋼板通過ラインを挟んで上下に設置された遮蔽部材をそれぞれ独立に制御することにより行われるものであることを特徴とする請求項4、6及び8のいずれかに記載の厚鋼板の制御冷却方法。
- 熱間圧延を完了した厚鋼板を制御冷却するに当り、該制御冷却の直前において厚鋼板板幅方向の温度分布を測定し、該測定結果に基づき鋼板端部温度降下量及び鋼板端部温度降下距離を演算し、該演算結果に基づき幅方向温度分布均一化冷却処理において冷却水を遮蔽する遮蔽ゾーン数及び該遮蔽により厚鋼板端部からの遮蔽幅を演算し、該演算結果に基づいて通過型制御冷却装置において幅方向温度分布均一化冷却処理を実施することを特徴とする請求項2、4、6、8及び9のいずれかに記載の厚鋼板の制御冷却方法。
- 圧延機の後面に配置した緩冷却装置によって幅方向温度分布均一化冷却処理を行うに当り、前記緩冷却装置の直前において厚鋼板板幅方向の温度分布を測定し、該測定結果に基づき鋼板端部温度降下量及び鋼板端部温度降下距離を演算し、該演算結果に基づき緩冷却装置において冷却水を遮蔽する厚鋼板端部からの遮蔽幅及び厚鋼板の通板速度を演算し、該演算結果に基づいて緩冷却装置において幅方向温度分布均一化冷却処理を実施することを特徴とする請求項3、5及び7のいずれかに記載の厚鋼板の制御冷却方法。
- 複数の独立に制御可能な冷却ゾーンを有する通過型制御冷却装置として構成され、該各冷却ゾーンは1200l/min・m2以上の冷却水の通水が可能であり、かつ前記通過型制御冷却装置の1以上の入側冷却ゾーンには厚鋼板の幅方向側端部の冷却水量を制限する遮蔽部材が設置されていることを特徴とする厚鋼板の制御冷却装置。
- 圧延機の後面に設置された緩冷却装置と該緩冷却装置に続いて設置された通過型制御冷却装置とから構成され、前記緩冷却装置は投入水量を500l/min/m2以下に制限可能であるとともに厚鋼板の幅方向両側端部の冷却水量を制限する遮蔽部材が設置されており、前記通過型制御冷却装置は複数の独立に制御可能な冷却ゾーンを有するとともに該各冷却ゾーンは1200l/min・m2以上の冷却水の通水が可能であることを特徴とする厚鋼板の制御冷却装置。
- 通過型制御冷却装置は、厚鋼板の先尾端部通過信号により所定時間作動する水量制御手段を具備することを特徴とする請求項12又は13に記載の厚鋼板の制御冷却装置。
- 通過型制御冷却装置は、高圧水を噴出するスリットノズル冷却帯を有することを特徴とする請求項12、13及び14のいずれかに記載の厚鋼板の制御冷却装置。
- 緩冷却装置はラミナーフロー冷却帯を有することを特徴とする請求項13又は15記載の厚鋼板の制御冷却装置。
- 通過型制御冷却装置の入側冷却ゾーンに設置された遮蔽部材は、該入側ゾーン毎にかつ、厚鋼板通過ラインの厚鋼板幅方向端部相当位置を挟んで上下に設置されかつ、それぞれ独立して制御可能に構成されていることを特徴とする請求項12、13、14及び15のいずれかに記載の厚鋼板の制御冷却装置。
- 通過型制御冷却装置の前面に配備された厚鋼板幅方向温度分布測定手段と、該厚鋼板幅方向温度分布測定手段の測定結果に基づき厚鋼板端部温度降下量及び厚鋼板端部温度降下距離を演算する厚鋼板端部温度降下状態演算手段と、該厚鋼板端部温度降下状態演算手段の演算結果に基づき前記通過型制御冷却装置に設置された遮蔽部材によって冷却水の遮蔽を実施する遮蔽冷却ゾーン数及び該遮蔽のための遮蔽量を演算する遮蔽部材制御量演算手段と、該遮蔽部材制御量演算手段の演算結果に基づき前記通過型制御冷却装置に設置された遮蔽部材を制御する遮蔽部材制御機構とを有することを特徴とする請求項17に記載の厚鋼板の制御冷却装置。
- 緩冷却装置の前面に配備された厚鋼板幅方向温度分布測定手段と、該厚鋼板幅方向温度分布測定手段の測定結果に基づき厚鋼板端部温度降下量及び厚鋼板端部温度降下距離を演算する厚鋼板端部温度降下状態演算手段と、該厚鋼板端部温度降下状態演算手段の演算結果に基づき前記緩冷却装置に設置された遮蔽部材による冷却水の遮蔽量及び厚鋼板の通板速度を演算する緩冷却装置操業条件演算手段と、該緩冷却装置操業条件演算手段の演算結果に基づき前記緩冷却装置を制御する緩冷却装置制御機構とを有することを特徴とする請求項17に記載の厚鋼板の制御冷却装置。
- 緩冷却装置と通過型制御冷却装置の間に矯正機が設置されていることを特徴とする請求項13及び14、15、16及び18のいずれかに記載の厚鋼板の制御冷却装置。
- 請求項1〜11に記載のいずれかの方法により制御冷却することにより得られた厚鋼板。
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