JP3282713B2

JP3282713B2 - 高温鋼板の冷却方法

Info

Publication number: JP3282713B2
Application number: JP18605297A
Authority: JP
Inventors: 晃夫藤林; 政久藤掛; 洋木部; 誠中世古
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2002-05-20
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: JPH1110218A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延された高
温鋼板の冷却装置において、冷却装置出側における冷却
水の滞留水を除去し、高温鋼板の均一冷却を可能とする
冷却方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、熱間圧延された高温の鋼板は、
圧延直後の水冷中に冷却ムラが生じやすい。この冷却ム
ラは冷却後に鋼板の変形や残留応力、材質のバラツキ、
鋼板変形による操業上のトラブルの原因となりやすい。
さらに変形した鋼板は後にプレスや矯正機による精整工
程を要するためコスト高となる。

【０００３】そこで従来から冷却のムラをなくするため
に、いわゆる均一な冷却法が種々提案されてきた。

【０００４】圧延後の高温の鋼板をオンラインで通過さ
せながら冷却するに際しては、水平の状態でその上下か
ら冷却水を注水して冷却を施すことが一般的である。特
に近年、冷却と圧延を組み合わせた制御圧延やオンライ
ンで鋼板を冷却する制御冷却では、製品の高品質化に伴
って、高精度の温度制御、特に冷却停止温度制御が重要
である。

【０００５】厚鋼板では、製品サイズが大きく幅が５ｍ
にもおよびさらに板厚が厚いために、冷却に多量の水を
使用しており、冷却装置出側でこの冷却水を堰き止めて
いかに水切りを行うか、さらにこの堰き止めた冷却水を
いかに速やかに板端部から流出させるかが重要となって
いる。

【０００６】一方、鋼板を強冷却する場合には反り変形
が生じやすい。この反りは、板幅、板厚み、上下面の温
度差、板長手方向の温度勾配、上下面の温度履歴の差等
によって反り量やその反りの方向が決まるが、特に板長
手方向の温度勾配によって発生しやすい。

【０００７】図２に、鋼板の冷却中に発生する反りの形
態を模式的に示す。大きく分けて（１）、（２）に示す
板の幅方向に発生する上に凸や下に凸のＣ反りと
（３）、（４）に示す板長手方向に発生する上に凸や下
に凸のＬ反りが存在する。これらの反りは上下面の温度
差や、鋼板に不可避的に存在する初期の撓みによってそ
の方向が決定されるが、特に板長手方向に大きな温度勾
配が存在する時は冷却反りと称するＣ反り、Ｌ反りある
いはその両者を組み合わせた反りが発生する。

【０００８】前述のように、オンライン通過型で鋼板の
冷却を施すに際しては、冷却水を堰き止める水切りロー
ルを兼ねた複数の対のロールで鋼板を挟んで通板し、そ
のロール間に冷却水を注水して鋼板冷却を行うオンライ
ン冷却が一般的である。このオンライン冷却では、前述
の冷却反りが発生すると、拘束している水切りロールと
鋼板との間に隙間が生じ、その隙間から冷却水が漏洩し
て非冷却部分を過冷却してしまう。特に下に凸のＣ反り
が発生した場合は鋼板中央部の水切りロールと鋼板との
隙間から冷却水が漏洩するためため、冷却水が板幅中央
部に滞留し、過冷却を引き起こし、板幅方向の不均一冷
却が避けられない。さらに滞留した冷却水により、鋼板
の上面板幅方向中央部付近の上面が下面に比べて過冷却
となって、板幅方向のＣ反りが助長されるという問題点
がある。

【０００９】これに対して、従来から鋼板の水切り装置
に関して種々の技術が研究されており、例えば、次のよ
うな技術が提案されている。（１）実開昭５３ー３９５０８号公報鋼板の上面に向けてエアノズルを上下自在に配置して噴
射されるエアによって水切りを行う方法。（２）特開平７ー９０２３号公報テーブルローラ上を移送される鋼板の一側方に設けられ
た噴射ノズルから鋼板の幅方向に高圧のスプレー水を噴
射し、鋼板上に滞留している冷却水を鋼板の他側端から
排除する方法。（３）実開昭５８ー１２５６１１号公報、実開昭５９ー
１６１０６２号公報鋼板を間に挟んで上下に設けられたゴムライニングロー
ルによって鋼板を押圧して水切りをする方法。 (4)特開昭６０ー２０６５１６号公報、実開平７ー３３
４０６号公報水切りロールを配置し、その下流側に鋼板の板幅方向に
向けて設けられた噴射ノズルから、鋼板の板幅方向中央
部より両端部に向けかつ水切りロールに向けて水を噴射
し水切りをする方法。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら実開昭５
３ー３９５０８号公報に記載される技術のように、鋼板
上面に上下自在にエアノズルを配置して噴射エアで水切
りをする方法、および特開平７ー９０２３号公報に記載
される技術のようにサイドから高圧のスプレー水を噴射
して、滞留している冷却水を板幅端部から排除させる方
法のいずれの水切り方法においても、冷却水は厚鋼板の
様に幅の広い板の上を大量の流れているため、非接触の
状態で、この冷却水を堰き止めかつ板端部へ押しやり排
除することは困難である。

【００１１】また実開昭５８ー１２５６１１号公報、実
開昭５９ー１６１０６２号公報に記載されるように、ゴ
ムライニングロールを鋼板に押圧して水切りをなすも
の、特開昭６０ー２０６５１６号公報、実開平７ー３３
４０６号公報に記載されるように水切りロールを配置
し、さらにその後方に板中央部から板端部に向け、かつ
水切りロールに向けて水を噴射する冷却装置において
は、漏出する冷却水の排除にある程度は効果があるが、
冷却反りによって、水切りロールと鋼板との間に隙間が
生じ、その隙間から流出する冷却水を排除することは難
しい。

【００１２】以上説明したように、これらの従来の水切
り方法では平坦な板に水切りロールを押しつけることが
可能な場合あるいは水切りロールから漏洩する冷却水量
が少ない場合には効果的であったが、反りによって水切
りロールと鋼板との間に隙間が生じる場合には効果的で
は無いという問題点がある。

【００１３】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、冷却中に発生する冷却反りを最小
限にとどめて、板の変形を抑え、拘束している水切りロ
ールと鋼板との間に生じる隙間を最小限にして、確実に
水切りを行う冷却方法を提供することを目的とする。

【００１４】前記課題は、複数対の拘束ロール間を通過
しながらオンラインで冷却を施す高温鋼板の冷却方法で
あって、拘束ロール１本当たり次の（１）式で示される
拘束力Ｐ以上の拘束力を付加して冷却を施す高温鋼板の
冷却方法（請求項１）により解決される。前記課題は、
複数対の拘束ロール間を通過しながらオンラインで冷却
を施す高温鋼板の冷却方法であって、拘束ロール１本当
たり次の（１）式で示される拘束力Ｐ以上の拘束力を付
加して冷却を施す高温鋼板の冷却方法（請求項１）によ
り解決される。Ｐ＝ＣＤ_ｃｖｔ^２Ｌ^０．６５（Ｗ／4000）^２（ｔ）……（１）ここでＣ：定数＝５×１０^−５Ｄ_ｃｖ：温度勾配（℃/ｍ）ｔ：板厚（mm）Ｌ：拘束ロール間距離（ｍ）Ｗ：板幅（mm）である。

【００１５】このようにすれば、拘束ロールと鋼板との
隙間を2.0mm以下とすることができ、隙間から冷却水が
漏洩しても水切りノズル等で排除可能な範囲とすること
ができる。

【００１６】発明者等は、冷却中に発生する反りに対す
る温度勾配の影響を調べるために、ＦＥＭの計算機シミ
ュレーションによって冷却中に発生する冷却反りを押さ
え込むために必要な拘束力を求めた。この計算では板厚
８〜８０ｍｍ、冷却中の板長手方向の温度勾配を１０〜
300℃、拘束ロール間距離を0.6〜2.0ｍの範囲で計算し
た。その結果から、重回帰分析によって次式を導出し
た。

【００１７】その結果、拘束ロール１本当たりの冷却反
りを抑えるために必要な拘束力Ｐ（ｔ）は、Ｐ＝ＣＤ_ｃｖｔ^２Ｌ^０．６５（Ｗ／4000）^２（ｔ）……（１）ここでＣ：定数＝５×１０^−５Ｄ_ｃｖ：温度勾配（℃/ｍ）ｔ：板厚（mm）Ｌ：拘束ロール間距離（ｍ）Ｗ：板幅（mm）となった。

【００１８】なお、計算上はロールと鋼板間の隙間を０
mmに押さえ込むための拘束力を求めることは可能である
が、隙間を０mmとするためには非常に大きな拘束力を必
要とするので現実的ではなく、冷却水が漏洩しても水切
りノズル等を設けることで容易に排除可能な漏洩水量と
なる隙間許容値以下までＣ反りを押さえ込めれば良い。
ここで求めた拘束力Ｐは、排除可能な漏洩水量となる許
容隙間2.0mmまで拘束するのに必要な拘束力である。

【００１９】この（１）式を検証するために、実機にお
いて拘束力を種々変更して実験的に水切れ性を調べた。
この試験結果、すなわち、種々変更した拘束力をＰ’と
し、そのときの水切れ性の良否（○：水切れ性良好、す
なわち水切りノズルを設けて漏洩冷却水を容易に排除可
能、×：水切れ性不良、すなわち水切りノズルを設けて
も漏洩冷却水を容易に排除不可能）を表１に合わせて示
す。表１で示したように、（１）式で求めたＰ以上に拘
束力を加えた時に水切れ性は良好であった。

【００２０】

【表１】

【００２１】また、場合によっては、前記（１）式で示
される、拘束ロール１本当たりに必要な拘束力が設備で
付加可能な拘束力を越えてしまうことが生じる。このよ
うな場合には、（１）式で示される拘束ロール１本当た
りの拘束力Ｐが設備で付加可能な拘束力以下となるよう
にその冷却条件を変更することにより（請求項２）、拘
束ロールと鋼板との隙間を2.0mm以下とすることがで
き、隙間から冷却水が漏洩しても水切りノズル等で排除
可能な範囲とすることができる。操業条件の変更とは、
搬送速度の変更や、拘束ロールのピッチの変更等をい
う。

【００２２】実際には拘束ロール間距離Ｌを変更するこ
とは設備改造を伴うことから現実的ではなく、鋼板の搬
送速度を変更して温度勾配Ｄ_cvを小さくして操業する。
すなわち、冷却中に必要とされる搬送方向の鋼板の温度
勾配に応じて、鋼板の搬送速度を変更すること（請求項
３）により、前記（１）式を満足させることができる。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に
説明する。

【００２４】図１は、本発明を実施するための設備の概
要の例を示す図である。図１において、１は厚鋼板、２
は上拘束ロール、３は下拘束ロール、４はスリットノズ
ル、５は円管ノズル、６は油圧シリンダ、７は水切りス
プレーノズルである。

【００２５】この実施例における冷却装置は、２０組の
上拘束ロール２、下拘束ロール３間を圧延直後の厚鋼板
１が搬送されながらオンラインで冷却される冷却装置で
あって、各ロール間のピッチ1.0ｍである。各ロール間
の上面側には板搬送方向の上流側の上拘束ロール２の直
後に設けられたスリットノズル４から下流側の上拘束ロ
ールに向かって板の進行方向に、板幅１ｍ当たり３ｍ³/
minの水を板に沿って流している。一方下面は100mmピッ
チで設けられ、水中に没した円管ノズル５から水を噴射
し、その随伴流で生じた液流で冷却を施している。

【００２６】本実施例で冷却時間は、鋼板の搬送速度を
変更すること、および冷却水を流すゾーン数を１〜２０
まで変更することによってほぼ連続的に変更することが
可能である。この場合各ゾーンからそのゾーンの下流側
のゾーンに冷却水が漏洩すると、前述したように板中央
部に過冷却が生じるので、冷却水をオンにしたゾーンか
ら隣接する冷却水をオフにしたゾーンに冷却水が流れ込
まないように各上拘束ロール２によって確実に冷却水を
堰き止めて水切りするようにしている。また、各上拘束
ロール２下流側には上拘束ロール２と鋼板１との間の隙
間から漏洩する冷却水を板端部から除去するための水切
りスプレーノズル７が各冷却ゾーンに設けられている。
この工夫によって任意のゾーンで冷却を終了した場合に
おいても、その下流側に冷却水が漏洩しても排除可能な
装置構成となっている。

【００２７】この２０組の拘束ロールのうち、下拘束ロ
ール３は搬送ロールをかねており、固定式であるが、上
拘束ロール２は上下に昇降が可能でその隙間は0.5mmピ
ッチで制御可能である。そのセットされたギャップ以上
の厚みの鋼板が通過するときは、上拘束ロール２から油
圧シリンダー６を介して鋼板に拘束力がかかる構造とな
っており、冷却中に発生する冷却反りを押さえ込むよう
になっている。本実施例では各ロールに１〜５ｔの拘束
力が付加可能である。

【００２８】本実施例では、板幅4000mm、長さ３０ｍ、
厚み２５mmの圧延後の高温を搬送速度４０ｍｐｍで通過
させて冷却をおこなった。（１）式を用いて所要の拘束
力は1.41ｔと求められた。そこで1.50ｔの拘束力で拘束
しながら冷却を施した。ロール間のギャップは板厚−1.
5mm、すなわち23.5mmに設定した。

【００２９】各ロールの板搬送方向の下流側には、鋼板
の進行方向に角度４５度で板の搬送方向に対向してかつ
板端部から他端部に向かって１本の水切りスプレーノズ
ル７から100Ｌ/min の水切り水を噴射している。その結
果、漏洩した冷却水は、水切りスプレーノズル７から噴
射された水によって速やかに鋼板上から除去された。

【００３０】この時、入側の鋼板の温度分布を走査型の
放射温度計で計測したところ、850℃±15℃であった。
この冷却装置の下流側２０ｍの位置の同じく走査型の放
射温度でその温度分布を計測したところ、530℃±10℃
であって、冷却ムラの発生はなかった。この時板幅方向
に大きなＣ反り変形はなく、冷却床で冷却後も特に大き
な変形はなく精整することなく製品が得られた。また、
冷却後に板幅方向の硬度分布を調べたところ、特に大き
な硬度分布差はなかった。このことから、大きな冷却ム
ラはなかったと判断される。

【００３１】（実施例２）本発明の第２の実施例は、前
述の実施例１と同じ設備を用いて、板幅4000mm、長さ２
０ｍ、厚み４０mmの圧延後の高温鋼板を冷却した例であ
る。

【００３２】搬送速度１０ｍｐｍにおいて温度勾配は、
実施例１の冷却条件で８４℃/ｍであり、この時（１）
式を用いて所要の拘束力はそれぞれ6.7ｔと求められ
た。本設備では拘束力の範囲が５ｔまでであるのでこれ
は設備能力を越えている。そこでＰが５ｔになる搬送速
度を求めたところ13.4ｍｐｍであった。そこで本実施例
では２０ｍｐｍで鋼板を搬送し、すなわち温度勾配を４
２℃/ｍで冷却を施した。ロール間のギャップは板厚−
1.5mm、すなわち38.5mmに設定した。

【００３３】各ロールの板搬送方向の下流側には、実施
例１と同じに、鋼板の進行方向に角度４５度で板の搬送
方向に対向してかつ板端部から他端部に向かって１本の
水切りスプレーノズル７から100Ｌ/min の水切り水を噴
射している。その結果、漏洩した冷却水は、水切りスプ
レーノズル７から噴射された水によって速やかに鋼板上
から除去された。

【００３４】この時、入側の鋼板の温度分布を走査型の
放射温度計で計測したところ、820℃±15℃であった。
この冷却装置の下流側２０ｍの位置の同じく走査型の放
射温度でその温度分布を計測したところ、500℃±10℃
であって、冷却ムラの発生はなかった。この時板幅方向
に大きなＣ反り変形はなく、冷却床で冷却後も特に大き
な変形はなく精整することなく製品が得られた。また、
冷却後に板幅方向の硬度分布を調べたところ、特に大き
な硬度分布差はなかった。このことから、大きな冷却ム
ラはなかったと判断される。

【００３５】（実施例３）実施例１に使用したものと同
じ設備を使用して、板幅5000mmの鋼板を冷却した。板幅
5000mm、厚み４０mm、搬送速度２０ｍｐｍにおいて温度
勾配は、実施例２の計算から４２℃/ｓであり、この時
（１）式を用いて所要の拘束力を求めると、5.31ｔとな
って本設備の拘束力の範囲５ｔを越えている。そこでＰ
が５ｔになる温度勾配を求め、最終的に搬送速度を21ｍ
ｐｍ以上にする必要が生じる。

【００３６】そこで本実施例では２５ｍｐｍで鋼板を搬
送し、すなわち温度勾配を３４℃/ｍで冷却を施した。
ロール間のギャップは板厚−1.5mm、すなそわち38.5mm
に設定した。

【００３７】各ロールの板搬送方向の下流側には、実施
例１と同じに、鋼板の進行方向に角度４５度で板の搬送
方向に対向してかつ板端部から他端部に向かって１本の
水切りスプレーノズル７から100Ｌ/min の水切り水を噴
射している。その結果、漏洩した冷却水は、水切りスプ
レーノズル７から噴射された水によって速やかに鋼板上
から除去された。

【００３８】この時、入側の鋼板の温度分布を走査型の
放射温度計で計測したところ、830℃±15℃であった。
この冷却装置の下流側２０ｍの位置の同じく走査型の放
射温度でその温度分布を計測したところ、520℃±10℃
であって、冷却ムラの発生はなかった。この時板幅方向
に大きなＣ反り変形はなく、冷却床で冷却後も特に大き
な変形はなく精整することなく製品が得られた。また、
冷却後に板幅方向の硬度分布を調べたところ、特に大き
な硬度分布差はなかった。このことから、大きな冷却ム
ラはなかったと判断される。

【００３９】（比較例）比較例として実施例１と同じ冷
却装置において冷却を施した。この冷却装置において板
幅４ｍ、長さ３０ｍ、厚み４０mmの圧延後の高温を搬送
速度５ｍｐｍで通過させて冷却を施した。この時、温度
勾配は８４℃/ｍであった。ロール間のギャップは板厚
−1.5mm、すなわち23.5mmに設定した。ここで拘束力は
設備の最大拘束力である５ｔを加えた。なおこの時、
（１）式から求めた所要拘束力Ｐは6.7ｔであった。

【００４０】各ロールの板搬送方向の下流側には、板幅
方向にヘッダーが渡されており、１本の水切りスプレー
ノズル７から100Ｌ/min の水切り水を噴射した。

【００４１】この冷却装置においては板幅方向中央部の
上拘束ロール２と鋼板１との隙間から冷却水が漏洩し、
最終冷却ゾーンから下流の隣接するゾーンへ流れ込み、
この漏洩した冷却水はロール後流側に置かれた水切りス
プレーノズル７からの冷却水では板端部から完全に排除
することは不可能であった。この冷却水は常時存在して
いたので、鋼板の中央部が選択的に過冷却されていた。

【００４２】この状況で、入側の鋼板の温度分布を走査
型の放射温度計で計測したところ、850℃±15℃であっ
た。鋼板をこの冷却装置で冷却し、その冷却後の温度分
布を下流側２０ｍの位置の同じく走査型の放射温度で計
測したところ、400℃〜510℃であって、大きな冷却ムラ
が発生した。この時板幅方向にＣ反り変形が観察され
た。この板を冷却床へ搬送し、常温まで空冷したところ
変形が生じた。そこで、レベラーおよびプレス矯正機で
この変形を除去する精整工程を必要とした。また、冷却
後に板幅方向の硬度分布を調べたところ、板中央部に硬
度の高い、いわゆる焼きむらが観察された。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、所定の式で与えられる拘束力以上の拘束力で鋼板を
拘束しながら冷却しているので、鋼板と拘束ロールの間
から冷却水が漏洩せず、冷却むらやＣ反りが発生しな
い。よって、板内の材質のバラツキが少なく均質な鋼板
を安定して製造することが可能となる。また、冷却中お
よび冷却後に大きな板変形がなく、通板トラブルがなく
連続的な操業を阻害しない。さらに冷却後も大きな熱歪
みがないので、レベラーやプレスによる精整工程が不要
であって、低コストの厚鋼板製造が可能である。

【００４４】また、本発明によれば、必要な拘束力が設
備仕様を越えないように冷却条件を変更しているので、
拘束ロール荷重とピッチが経済的に設計できるようにな
り、設備費を安くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用する設備の例を示す図であ
る。

【図２】鋼板を冷却中に発生する板幅方向のＣ反りとＬ
反りを模式的に示す図である。

【符号の説明】

１厚鋼板２上拘束ロール３下拘束ロール４スリットノズル５円管ノズル６油圧シリンダ７水切りスプレーノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中世古誠東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開昭63−10019（ＪＰ，Ａ) 特開平６−128122（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−199723（ＪＰ，Ａ) 特開平１−205811（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 45/02 320

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数対の拘束ロール間を通過しながらオ
ンラインで冷却を施す高温鋼板の冷却方法であって、拘
束ロール１本当たり次の（１）式で示される拘束力Ｐ以
上の拘束力を付加して冷却を施す高温鋼板の冷却方法。Ｐ＝ＣＤ_ｃｖｔ^２Ｌ^０．６５（Ｗ／4000）^２（ｔ）……（１）ここでＣ：定数＝５×１０^−５Ｄ_ｃｖ：温度勾配（℃/ｍ）ｔ：板厚（mm）Ｌ：拘束ロール間距離（ｍ）Ｗ：板幅（mm）
【請求項２】複数対の拘束ロール間を通過しながらオ
ンラインで冷却を施す高温鋼板の冷却方法であって、拘
束ロール１本当たり次の（１）式で示される拘束力Ｐが
設備で付加可能な拘束力以下となるようにその冷却条件
を変更することを特徴とする高温鋼板の冷却方法。Ｐ＝ＣＤ_ｃｖｔ^２Ｌ^０．６５（Ｗ／4000）^２（ｔ）……（１）ここでＣ：定数＝５×１０^−５Ｄ_ｃｖ：温度勾配（℃/ｍ）ｔ：板厚（mm）Ｌ：拘束ロール間距離（ｍ）Ｗ：板幅（mm）
【請求項３】請求項２に記載の高温鋼板の冷却方法で
あって、冷却中に必要とされる搬送方向の鋼板の温度勾
配に応じて、鋼板の搬送速度を変更することを特徴とす
る高温鋼板の冷却方法。