JP3642031B2

JP3642031B2 - 熱延鋼帯の冷却装置

Info

Publication number: JP3642031B2
Application number: JP2001038708A
Authority: JP
Inventors: 晃夫藤林; 成人佐々木; 善道日野; 厚渡辺
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: JP2002239623A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延された高温の鋼帯を冷却する、熱延鋼帯の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、熱延鋼帯は加熱炉においてスラブを所定温度に加熱し、加熱されたスラブは粗圧延機で所定厚みに圧延して粗バーとし、ついでこの粗バーを複数基のスタンドからなる連続熱間仕上げ圧延機において仕上げ圧延して所定厚みの鋼帯となす。そして、この熱延鋼帯をランナウトテーブル上の冷却スタンドにおいて冷却した後、巻き取り機で巻き取ることにより製造される。
【０００３】
このような圧延された高温の鋼帯をライン上で搬送し、かつ巻き取り機で巻き取られる以前に連続的に冷却するオンラインの冷却装置では、第１に鋼帯の通板性を考慮しなければならない。
【０００４】
たとえば、鋼帯の上面冷却をなすため、円管状のラミナー冷却ノズルを鋼帯を搬送する搬送ロール直上部位で、鋼帯の幅方向に亘って直線状に備え、各冷却ノズルからラミナー冷却水を注水している。したがって、鋼帯が水圧によって上から押されても、鋼帯パスラインからはみ出るように押し込まれずにすむ。
【０００５】
一方、鋼帯の下面冷却として、搬送ロール間にスプレーノズルが設けられ、ここから冷却水を噴射する方法が一般的である。このような冷却形態では、鋼帯の上下面に対する冷却が厳密には上下対称とならず、鋼帯の冷却は間欠的となり、急速な冷却（たとえば、板厚：３ｍｍで冷却速度２００℃／ｓ以上）はほとんど不可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、結晶粒径の微細な熱延鋼帯が、加工性に優れることと、低Ｃｅｑでも強度が高いことなどから求められており、そのための急速な冷却（強冷却）が必要となっている。
【０００７】
特に、極低炭素鋼のようにカーボン濃度が低い鋼では、圧延後のオーステナイト粒は再結晶によって結晶粒径が急速に拡大してしまい、粗粒化を引き起こす。したがって、この種の鋼では、Ａｒ３温度以上から冷却速度が２００℃／ｓを越えるような急速冷却を必要としている。
【０００８】
また、鋼帯先端は圧延機を出てから巻き取り機に至るまでフリーな状態で搬送されるので、鋼帯は上下に振動しながら波打つ状態になり易い。そこで、鋼帯を安定通板させるため、搬送ロールを密に配置し、鋼帯下面の冷却装置として、搬送ロール間にスプレーノズルを設置している。
【０００９】
しかしながら、このような冷却装置では、厳密には連続的な冷却とは言えず、冷却能力自体も低いものであった。
【００１０】
たとえば、特開昭６２−２５９６１０号公報では、搬送ロール間に冷却装置を配置している。この冷却装置は平面状の噴射面を持ち、冷却水噴射孔を複数列、パスラインに対して向かう角度を変えて穿設されたノズルを鋼帯に近接させて備えている。
【００１１】
しかしながら、この冷却装置では熱延鋼帯の通板性を安定のために、充分にガイドを鋼帯に近接させると、ノズルの噴射孔が鋼帯に近接することになるので、噴射された冷却水は鋼帯と冷却水噴射面との狭い間隔を流れる。
【００１２】
結局、冷却水は冷却装置の搬送前後側と搬送ロールとの間隔および鋼帯の幅方向両側端部から排出されるが、冷却水が円滑に流出できず、いわゆる新陳代謝が悪く非効率な冷却であり、冷却水の温度が上昇して鋼帯の幅方向に温度ムラが生じ易い。
【００１３】
また、鋼帯とガイドとの接触が避けられず、噴射ノズルの目詰まり等が発生し、熱延鋼帯の均一な冷却ができなくなる。すなわち、ガイドに穿設されたノズル孔は数ミリと小さいため、鋼帯との接触でノズル孔が変形したり、異物がノズル孔に付着し易くなる。
【００１４】
さらに、下面のみの冷却であるため、場合によっては熱延鋼帯の、特に板厚の薄い鋼帯では浮き上がりが生じ、冷却能が変化して、均一な冷却ができないという問題点もある。
【００１５】
つぎに別の例として、特開平４−２３８６１８号公報では、鋼帯のパスラインを超えない高さのガイドを設け、このガイドと前後側ロールとで囲まれた水面が鋼帯下面に接触するように滞留水を形成する冷却方法が開示されている。
【００１６】
この場合、上記ノズルから噴射された水の勢いが、この滞留水の層内を通過する際に滞留水により吸収されてしまい、衝突力が低下して冷却能力が落ちてしまう。
【００１７】
また、鋼帯に接触して高温となった冷却水がノズルと鋼帯との間に滞留するので、滞留水の温度が上昇てして冷却能力が低下するとともに、局所的に冷却が膜沸騰状態となって冷却ムラが発生する。
【００１８】
そこで、滞留水帯の水温が上昇しないように、滞留水の体積を増大すると、熱延鋼帯とガイドとの距離が離れてしまい、その結果、鋼帯の通板安定性が妨げられる。
【００１９】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、熱延鋼帯を安定して通板するとともに、急速冷却を可能とした熱延鋼帯の冷却装置を提供しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の搬送ロール間に平面状のエプロンガイドを搬送される鋼帯から１０〜３０ｍｍの間隔を存して設け、このエプロンガイドに冷却水通過用のガイド孔を設ける。エプロンガイドのガイド孔の直径は冷却手段の冷却水噴射孔径の３〜１０倍に設定する。このような冷却手段を搬送される熱延鋼帯の上下に配置し、ガイド孔を介して熱延鋼帯へ柱状の冷却水を噴射して、鋼帯に対して上下対称に冷却する。
【００２１】
したがって、熱延鋼帯を先端から安定して走行させることができ、かつ急速な冷却が可能となる。冷却中の熱延鋼帯の上面と下面の冷却条件が全く同一となり、冷却中の曲がりや、冷却後の残留応力の発生が少なくなる。
【００２２】
エプロンガイドを、搬送される熱延鋼帯の幅方向の中央部にのみ設置することにより、冷却水の新陳代謝が向上して、滞留水による冷却ムラの発生や冷却能力の不足を解消する。結果として、幅方向と、長手方向および厚み方向に均質な熱延鋼帯が安定して得られる。
【００２３】
また、鋼帯の最先端が巻き取り機に到達するまでの間でも、巻き取り機により張力がかかった状態で冷却されるのと同一条件で冷却する。したがって、製品の歩留まりが高く、鋼帯の品質が向上する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
第１の実施の形態として、図１（Ａ）は熱延鋼帯の製造設備を概略的に示し、図１（Ｂ）は冷却装置を示す。
【００２６】
粗圧延機１で圧延された粗バー２は、７つの連続仕上げ圧延機３に連続して導かれ、順次、所定の厚みまで圧延される。最終仕上げ圧延機３Ｚから搬出される高温の熱延鋼帯は、この圧延機３Ｚの直後に設けられたランナウトテーブル５に導かれる。
【００２７】
このランナウトテーブル５には、後述する冷却装置（冷却手段）４が配置されていて、高温の熱延鋼帯Ｐはここで急速に冷却されたのち、さらに後方の巻き取り機６に導かれて巻き取られ、熱延コイルとなる。
【００２８】
上記ランナウトテーブル５は、熱延鋼帯Ｐの搬送方向に沿って５００ｍｍピッチに配置される直径３１０ｍｍの搬送ロール７からなる。各搬送ロール７相互間に１組づつで、合計１２組の冷却ボックス８が設けられ、上記冷却装置４の一部を構成している。
【００２９】
搬送ロール７の相互間隔は狭いほど鋼帯の通板が安定するが、狭すぎると冷却ボックス等の冷却手段を設けるスペースがなくなるので冷却長が短く、冷却効率が悪くなる。そこで、搬送ロール７相互間距離は、ロール直径＋１００ｍｍからロール直径の３倍程度のピッチであることが望ましい。
【００３０】
各冷却ボックス８は、熱延鋼帯Ｐの搬送方向に沿う長さ方向が１８０ｍｍ、長さ方向とは直交する幅方向が１８６０ｍｍある。冷却ボックス８端面と搬送される熱延鋼帯Ｐとの間隔は、８０ｍｍに設定される。
【００３１】
上記冷却ボックス８の鋼帯Ｐに相対する面に、板厚１６ｍｍの鋼板が嵌め込まれる。この鋼板に縦、横各４０ｍｍの間隔で４ｍｍφの孔が千鳥状に設けられ、冷却水を噴出するようになっている。上記鋼板の板厚が厚く、孔はストレートの切り孔であるので、これら孔から冷却水が噴射されると、冷却水は柱状のラミナー流となる。
【００３２】
図２にも示すように、上記冷却ボックス８と、搬送される上記熱延鋼帯Ｐとの間には、エプロンガイド１０が設けられる。エプロンガイド１０の端面と鋼帯Ｐとが、１０ｍｍ〜３０ｍｍの間隔を存するよう設定される。
【００３３】
たとえば、エプロンガイド１０と熱延鋼帯Ｐとの間隔を３０ｍｍ以上に設定すると、図３（Ａ）に示すように、冷却装置を通過する際に、鋼帯Ｐ先端が下側へ折れ込んで次の搬送ロール７に衝突し、跳ね上がる。鋼帯Ｐの先端が進行するのにともなって、鋼帯の上下振動が助長され、安定通板を損ねる。最悪のケースでは、図３（Ｂ）に示すように、鋼帯Ｐがほぼアコーディオン状に折れ曲がってしまい、ついには走行不能に陥る虞れがある。
【００３４】
エプロンガイド１０と熱延鋼帯Ｐとの間隔を１０ｍｍ以下に設定すると、鋼帯Ｐが常にエプロンガイド１０に接触することとなり、鋼帯が疵付いたり、冷却水が抜け難くなって冷却効果が極端に悪化する。
以上の理由から、エプロンガイド１０と熱延鋼帯Ｐとの間隔を、１０〜３０ｍｍに設定するとよい。
【００３５】
エプロンガイド１０の熱延鋼帯Ｐに対向する面は、鋼帯がエプロンガイドに接触しても、鋼帯に疵が発生しないよう、鋼帯より柔らかい材質、たとえば合成樹脂製の板を選択する。
【００３６】
図４（Ａ）ないし（Ｄ）に、上記エプロンガイド１０の互いに異なる形態を示す。（Ａ）は上述の形状構造のエプロンガイド１０Ａであり、（Ｂ）は簀状に形成されるエプロンガイド１０Ｂであり、（Ｃ）は格子状に形成されるエプロンガイド１０Ｃであり、（Ｄ）はエクスパンドメタルからなるエプロンガイド１０Ｄであって、いずれも採用可能である。
【００３７】
たとえば、熱延鋼帯Ｐがエプロンガイド１０に接触すると、接触部分が狭い場合には点接触と同様となって、接触部位の面圧が上り、焼き付きや、押し込みマークが発生し易い。
【００３８】
このことから、上記エプロンガイド１０には、先に図２で示したように、冷却装置から噴射される冷却水が円滑に通過する、必要最小限の直径のガイド孔１１を設ける。
【００３９】
エプロンガイド１０の厚みは材質にもよるが、鋼製の場合は５ｍｍ以上とする。薄い方がよいが、特に５ｍｍ未満の場合は、搬送される熱延鋼帯Ｐが衝突することにより破損もしくは変形をなし、冷却に支障をきたすからである。
【００４０】
剛性を備えるために厚みを増すことが考えられるが、厚すぎると、冷却ボックス８と鋼帯Ｐとの距離が離れて冷却能力が弱まってしまう。後述するが、冷却ボックス８と熱延鋼帯Ｐとの間隔は冷却能力の関係から１００ｍｍという上限があり、この条件内に収まる範囲が上限となる。
【００４１】
そこで、エプロンガイド１０は、板厚３０ｍｍの合成樹脂板をベースとして、この裏面に板厚１０ｍｍの鋼板を補強板として張り合わせてなり、全体厚み４０ｍｍのエプロンガイド１０としている。ただし、これに限定されるものではなく、上記厚みの範囲内で種々の鋼板と樹脂板の組合わせをなすことができる。
【００４２】
エプロンガイド１０のガイド孔１１は、冷却ボックス８に千鳥状に設けられる上記冷却水噴射孔の中心軸と同軸に開口している。このガイド孔１１の直径は、冷却水噴射孔径の３倍以上に設定される。
【００４３】
ガイド孔１１の直径が冷却水噴射孔径の３倍未満では、図５（Ａ）に示すように、鋼帯Ｐとエプロンガイド１０との間に充満し、行き場を失った冷却水の逆流によって噴射孔から噴射される冷却水の勢いが妨げられ、よって冷却能力が減衰する。
【００４４】
ただし、直径が大き過ぎるとエプロンガイド１０が孔だらけになってしまい、鋼帯Ｐが接触した場合に、鋼帯の接触面積が狭くなって面圧が上り、焼き付きや、押し込みマークが発生し易くなるので、この直径にはノズルピッチ程度の上限が存在する。通常のノズル口径２〜１０ｍｍ程度のノズル配置であれば、冷却水噴射孔径の１０倍程度に相当する。
【００４５】
ガイド孔１１の直径が好適な場合を図５（Ｂ）に示す。この図は、ガイド孔１１の直径が冷却水噴射孔径の４倍の場合であるが、ガイド孔１１の直径が冷却水噴射孔径の３倍以上あれば、一部の冷却水がガイド孔の側壁に沿って抜けるため、エプロンガイドと鋼帯間に冷却水が滞留することがない。また、冷却水の噴射を妨げるほどのガイド孔へ冷却水の勢いはない。
【００４６】
以上の理由から、冷却ボックス８の冷却水噴射孔の中心軸と同軸に、エプロンガイド１０に設けられるガイド孔１１の直径は、冷却水噴射孔径の３倍以上、ノズルピッチ程度にするとよい。また、さらに好ましくは、冷却水噴射孔径の３〜１０倍に設定するとよい。
【００４７】
なお、上述の実施の形態において、上記エプロンガイド１０と冷却ボックス８端面との間隔を、３０ｍｍに設定している。これは、以下の理由による。
エプロンガイド１０と冷却ボックス８端面との隙間を５ｍｍ以下に設定すると、逆流の逃げ場がなくなり、冷却水は鋼帯Ｐとエプロンガイド１０との間に滞留し、この部分の圧力が上昇して、いわゆる水の抜けが悪くなり、噴射冷却水の勢いが弱まる。
【００４８】
ある程度の逆流を生じさせ、冷却水の抜けを良くするためには、エプロンガイド１０と冷却ボックス８との隙間は５ｍｍは必要であり、望ましくは１０ｍｍ以上を確保する。ただし、あまり離しすぎると、冷却ボックス８と鋼帯Ｐとの距離が離れて冷却能力が弱まってしまう。冷却ボックス８と熱延鋼帯Ｐの間隔には、冷却能力の関係から１００ｍｍ以上という上限があり、この条件内に収まる範囲が冷却ボックス８とエプロンガイド１０の隙間の上限となる。ここでは３０ｍｍに設定しているので、何らの問題も生じない。
【００４９】
極端な例を、図６に示す。これは、エプロンガイド１０と冷却ボックス８を一体化して隙間を無くした場合であるが、噴射された冷却水Ａのほとんどがガイド孔１１と鋼帯Ｐとの周辺に滞留し、この部分の圧力が上昇して、いわゆる水の抜けが悪くなり、噴射冷却水の勢いを著しくそそぐ。そのため、鋼帯Ｐへの衝突速度がさらに低下して冷却能力が落ちる。
【００５０】
一方、鋼帯Ｐを冷却した冷却水は、鋼帯とエプロンガイド１０との隙間を通って、エプロンガイド１０と搬送ロール７との間隔、あるいは冷却ボックス８の両側部から流出する。
【００５１】
上述したように、冷却ボックス８端面と搬送される熱延鋼帯Ｐとの間隔を８０ｍｍに設定しているが、これは以下の理由による。
【００５２】
冷却ボックス８と鋼帯Ｐの間隔をより拡大すれば、噴射される冷却水の勢いが鋼帯Ｐと冷却ボックス８との間に存在する流体（冷却水）によって吸収され、弱まる。逆に、近づき過ぎると冷却水ノズルの本数を増やさないと鋼帯の全面をカバーしきれなくなり、面積当たりのノズル本数を増やしたり、冷却水量を増やしたりする対応を取らざるを得なくなり、非効率で、不経済となる。
【００５３】
理想として、鋼帯Ｐは上面からの冷却水から受ける面圧と下面から受ける面圧とがバランスする位置を通過させなければならず、このことにより鋼帯Ｐの振動や片寄った走行をセンタリングする効果が働く。
【００５４】
種々の実験で、流体（冷却水）が鋼帯Ｐに作用する圧力である面圧が、０．０１〜０．２ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ程度であれば、上述のセンタリング効果が期待できる結果が得られた。
【００５５】
このとき、ラミナー状の冷却水で鋼帯Ｐを冷却するためには、冷却ボックス８と鋼帯Ｐの間隔を所定値以上離すことはできない。ラミナー流をなす冷却水噴射孔の直径が２〜５ｍｍの場合、冷却ボックス８と鋼帯Ｐの間隔を３０〜１００ｍｍとする。
【００５６】
１００ｍｍ以上では、冷却水流の勢いが弱まって強冷却が不可能になる。逆に、３０ｍｍ以下に近づき過ぎると、冷却水ノズルの本数を増やさないと鋼帯の全面をカバーしきれなくなり、面積当たりのノズル本数を増やしたり、冷却水量を増やしたりする対応を取らざるを得なくなり、非効率で、不経済となる。
【００５７】
これらのことから、冷却ボックス８端面と搬送される熱延鋼帯Ｐとの間隔を、上述したように８０ｍｍに設定するとよい。
【００５８】
再び図１（Ｂ）および図２に示すように、鋼帯Ｐの下面を冷却する装置として冷却ボックス８を配置したが、鋼帯Ｐの上面についても同等の冷却を行うべく、鋼帯の上方部位にも冷却手段である上面冷却ボックス１２が配置される。
【００５９】
そして、鋼帯Ｐの搬送走行をサポートし、搬送ロール７と同じ周速で反対方向、すなわち鋼帯Ｐを仕上げ圧延機３から巻き取り機６へ送る方向へ回転するドライブロール１４が備えられる。
【００６０】
上面冷却ボックス１２と搬送される熱延鋼帯Ｐとの間には、上面側エプロンガイド１３が設けられる。このエプロンガイド１３の形状構造と、冷却ボックス１２の冷却水噴射条件と、冷却ボックス１２とエプロンガイド１３および鋼帯Ｐとの相対位置関係は、下面側における条件と全て同一に設定されている。
【００６１】
なお、鋼帯Ｐの冷却のためラミナー流として噴射される冷却水の水量は、鋼帯の片面１ｍ^２に対して約３５００Ｌ／ｍｉｎｍ^２となるように調整してある。このとき、冷却水の温度は２５℃であった。
【００６２】
上述のように構成される冷却装置４において、圧延後の板厚が３．２ｍｍで、幅１５００ｍｍ、温度９００℃の熱延鋼帯Ｐを、搬送速度６００ｐｍで搬送しながら導き、冷却したあと搬出した。
【００６３】
冷却装置４の出側において、鋼帯Ｐの温度が７１０℃に低下し、幅方向と長手方向での温度差は約２０℃の範囲内であり、ほとんど均一な温度分布の鋼帯が得られた。
【００６４】
しかも、鋼帯Ｐの先端は安定状態で上下面側の冷却ボックス８，１２間を通過し、常に鋼帯Ｐに対する冷却が安定して行われた。また、鋼帯Ｐ先端を含めて、全体的に疵や押し込みマークの発生はなかった。
【００６５】
つぎに、第２の実施の形態を説明する。
冷却手段としての冷却装置が、第１の実施の形態における冷却ボックスに代って、冷却ノズルが用いられる。この冷却ノズルは、柱状の冷却水を噴射する円管ラミナーノズルである。
【００６６】
図７（Ａ）に、冷却装置４Ａの詳細を示す。下面側の冷却装置しか図示していないが、第１の実施の形態と同様、下面側冷却装置と同一構造の上面側冷却装置が配置されている。
【００６７】
長手方向に第１の実施の形態と同一ピッチで設けた同一直径の搬送ロール７の間にヘッダー１６が配置され、それぞれのヘッダー１６に冷却水噴射孔径４ｍｍ、直管部長さ１００ｍｍの円管ラミナーノズル１５が、幅方向および長手方向に４０ｍｍの間隔で千鳥状に配置されている。
【００６８】
円管ラミナーノズル１５の先端と鋼帯Ｐとの間隔は８０ｍｍに設定されていて、円管ラミナーノズル１５から噴射された冷却水の流れは、柱状のラミナー流Ａとなって鋼帯Ｐへ到達する。
【００６９】
上記円管ラミナーノズル１５の先端と鋼帯Ｐとの間には、厚み４０ｍｍのエプロンガイド１０が設けられている。このエプロンガイド１０と鋼帯Ｐとの間隔は１０ｍｍに設定されている。エプロンガイド１０の鋼帯Ｐに対する面は、鋼帯Ｐとの接触によって鋼帯に疵が発生しないよう、鋼帯より柔らかい材質、たとえば合成樹脂製の平板からなる。
【００７０】
エプロンガイド１０には、円管ラミナーノズル１５から噴射された柱状の冷却水Ａが通過するのに必要最小限の直径のガイド孔１１が設けられる。エプロンガイド１０の厚みは材質によるが鋼製の場合は５ｍｍ以上とする。薄い方がよいが、特に５ｍｍ未満の場合は、搬送される熱延鋼帯Ｐが衝突することにより破損もしくは変形をなし、冷却に支障をきたすからである。
【００７１】
また、エプロンガイド１０は剛性を備えるために厚みを増すことが考えられるが、厚すぎると、円管ラミナーノズル１５と鋼帯Ｐとの距離が離れて冷却能力が弱まったり、円管ラミナーノズル１５の直管部長さが長くなって冷却能力上支障をきたす。後述するが、円管ラミナーノズル１５先端と熱延鋼帯Ｐとの間隔は冷却能力の関係から８０ｍｍという上限があるため、この条件内に収まる範囲が上限となる。
【００７２】
そこで、エプロンガイド１０は、板厚３０ｍｍの合成樹脂板をベースとして、この裏面に板厚１０ｍｍの鋼板を補強板として張り合わせてなり、全体厚み４０ｍｍのエプロンガイド１０としている。ただし、これに限定されるものではなく、上記厚みの範囲内で種々の鋼板と樹脂板の組合わせをなすことができる。
【００７３】
円管ラミナーノズル１５の冷却水噴射孔の中心軸に対して、エプロンガイド１０のガイド孔１１は同軸に設計され、このガイド孔１１の直径は、冷却水噴射孔径の４倍、すなわち１６ｍｍである。
【００７４】
なお、ガイド孔１１の直径は円管ラミナーノズル１５の噴射孔径の３〜１０倍に設定されている。直径が３倍以下では、ガイド孔１１を通過する間に流動抵抗を受けて流速が低下し、鋼帯への衝突速度が減衰する。直径が１０倍以上では、鋼帯Ｐとエプロンガイド１０との間に充満した冷却水の逆流が、噴射冷却水の勢いを妨げ鋼帯に対する衝突速度が減衰してしまう。
【００７５】
さらに直径が大き過ぎるとエプロンガイド１０が孔だらけになり、鋼帯Ｐと接触した場合の接触面積が狭くなって、面圧が上がる。そして、焼き付き、押し込みマークなどが発生し易くなる。
【００７６】
上記円管ラミナーノズル１５は、その冷却水噴射孔径と直管部の長さの比を、５〜２０の範囲に設定してある。
【００７７】
すなわち、円管ラミナーノズル１５先端の冷却水噴射孔位置と、エプロンガイド１０下面のガイド孔１１の入口面との高さが、互いに一致するように配置されている。
【００７８】
エプロンガイド１０のガイド孔１１の中に、先に説明した随伴流を生じさせると、柱状になった冷却水流の減衰が少なくてすみ、鋼帯Ｐに対する衝突点での冷却水の衝突速度が上り、高い冷却効率を得られる。
【００７９】
これに対して、図７（Ｂ）に示すように、円管ラミナーノズル１５のヘッダー１６とエプロンガイド１０との間隔を５ｍｍ以下にすると、随伴流がほとんどなくなってガイド孔１１において鋼帯側から冷却ボックス側へ冷却水が逆流し、ガイド孔を通過する柱状の冷却水流は著しく減衰してしまう。
【００８０】
十分な随伴流を形成するためには、円管ラミナーノズル１５のヘッダー１６とエプロンガイド１０との間隔が５ｍｍを超え、望ましくは１０ｍｍ以上の間隔が必要である。
【００８１】
図８（Ａ）に示すように、エプロンガイド１０と円管ラミナーノズル１５のヘッダー１６とが密着していると、上記ノズル１５から噴射された水がガイド孔１１と鋼帯Ｐの周辺から逆流し、噴射された冷却水の勢いを抑制するので、柱状冷却水の鋼帯に対する衝突速度が小さくなり、冷却能力が落ちる。
【００８２】
図８（Ｂ）に示すように、エプロンガイド１０と円管ラミナーノズル１５のヘッダー１６との間隔を大きく採ると、円管ラミナー１５の円管部分の長さを極端に長くしなければならない。そのため、流動抵抗が増えてしまい、冷却水の供給圧力を上げなければならないので、経済的でない。また、円管ラミナーノズル１５先端と鋼帯Ｐとの距離が離れて冷却能力が弱まってしまう。円管ラミナーノズル１５先端と熱延鋼帯Ｐとの間隔は冷却能力の関係から１００ｍｍという上限があり、この条件に収まる範囲が円管ラミナーノズル１５のヘッダー１６とエプロンガイド１０の隙間の上限となる。
【００８３】
逆に、円管ラミナー１５の円管部分が短か過ぎると、柱状の冷却水流にならず、乱れて鋼帯への衝突力が弱まる。したがって、円管ラミナーノズルの冷却水噴射孔径と直管部の長さの比は５〜２０とするとよい。
【００８４】
５未満では、柱状の冷却水流とならず乱れた流れで、ノズル出口で水流が拡がり、鋼帯に到達する前に冷却水の勢いが弱まってしまう。一方、２０超えでは、直管部が長くなって流動抵抗が増えるので、柱状の冷却水流を得るのに高い噴射圧力が必要となる。
【００８５】
一方、鋼帯Ｐを冷却した冷却水は、鋼帯Ｐとエプロンガイド１０との間の隙間を通り、エプロンガイド１０と搬送ロール７との隙間、冷却装置４の両側部、あるいはエプロンガイド１０のガイド孔１１の側壁に沿って流出する。
【００８６】
円管ラミナーノズル１５先端と鋼帯Ｐの間隔（８０ｍｍ）は、以下のようにして決定した。
【００８７】
すなわち、ノズル１５と鋼帯Ｐの間隔を極端に離せば、冷却水の勢いが鋼帯Ｐとノズル１５との間に存在する流体によって吸収され、弱まってしまう。逆に近づき過ぎると、冷却水ノズルの本数を増やさないと鋼帯の全面をカバーしきれなくなり、面積当たりのノズル本数を増やしたり、冷却水量を増やしたりする対応を取らざるを得なくなり、非効率で、不経済となる。
【００８８】
理想として、鋼帯Ｐは上面から受ける面圧と下面から受ける面圧とがバランスする位置を通過することになり、鋼帯Ｐの振動や片寄った走行をセンタリングする効果が働く。
【００８９】
流体（冷却水）が鋼帯Ｐに作用する圧力が、０．０１〜０．２ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ程度であれば、上述のセンタリング効果が期待できる。このとき、ラミナー状の冷却水が鋼帯Ｐに到達して、鋼帯を冷却するためには、冷却装置と鋼帯の間隔を必要以上に離すことはできない。
【００９０】
円管ラミナーノズル１５の冷却水噴射孔径が２〜５ｍｍ程度であれば、円管ラミナーノズル先端と鋼帯の間隔は、３０〜１００ｍｍが好ましい。
１００ｍｍ以上とすると、冷却水流の勢いが弱まり強冷却が不可能になる。逆に、３０ｍｍ以下に近付き過ぎると、冷却水の行き場がなくなって良好な水流が得難くなり、急冷却が不可能で、かつ冷却水の流れが鋼帯の中央部と側端部で異なり、冷却ムラが発生してしまう。
【００９１】
すなわち、円管ラミナーノズル１５先端と鋼帯Ｐの間隔は、８０ｍｍとするのが最適である。
【００９２】
なお、この実施の形態において、鋼帯Ｐの片面１ｍ^２に対し、冷却水の水量は約７３００Ｌ／ｍｉｎｍ^２を確保するように調整した。冷却水の温度は２５℃であった。
【００９３】
このようにして構成される冷却装置４Ａに、圧延後の板厚が５．７ｍｍで、板幅が１２００ｍｍあり、圧延後の温度が８７０℃の鋼帯Ｐを、搬送速度４５０ｐｍで通過させながら冷却した。
【００９４】
このとき、冷却装置４Ａ出側では、鋼帯Ｐの温度が７２５℃に低下し、幅方向と長手方向の温度差は約２０℃の範囲に入って、ほぼ均一な温度分布の鋼帯が得られた。
【００９５】
また、鋼帯Ｐは安定した状態で冷却装置４Ａを通過し、かつ先端部に対する冷却は安定していた。そして、鋼帯Ｐ先端を含めて疵や押し込みマークの発生はなかった。
【００９６】
つぎに、上述した第１の実施の形態の比較例として、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に、冷却装置４Ｚの概観図と、断面図を示して説明する。
【００９７】
エプロンガイド１０Ｚに冷却水噴射孔ｂが直接設けられ、この噴射孔ｂから冷却水を噴射するようになっている。エプロンガイド１０Ｚの両端部には、鋼板ガイド１８が設けられる。
【００９８】
上記冷却装置４Ｚは、同一条件の搬送ロール７間に１組づつ、合計１２組が配置される冷却ボックス１７からなっていて、幅１８６０ｍｍある。冷却ボックス１７の冷却水噴射面と鋼帯Ｐとの間隔は、鋼帯先端を安定して通板させるためにパスラインから１０ｍｍ下がった位置にあり、この冷却水噴射面がエプロンガイド１０Ｚを兼ねている。
【００９９】
冷却ボックス１７には、４ｍｍφの孔が縦４０ｍｍ、横４０ｍｍで千鳥状に設けられている。鋼板の板厚が厚く、孔はストレートのガイド孔であるので、噴射された冷却水は柱状のラミナー流となる。
【０１００】
上記鋼板ガイド１８は、搬送ロール７相互間に冷却水を溜めて滞水帯を形成するよう、鋼帯Ｐの両側部に対向してパスラインの高さに設けられている。したがって、鋼帯Ｐを冷却した冷却水は、水位調整用排水口４、鋼帯Ｐと鋼板ガイド１８との隙間、鋼板ガイド１８と搬送ロール７との隙間、あるいは冷却装置の両側部から流出する。
【０１０１】
特に図示しないが、下面冷却ボックス１７の上方に同一構造の冷却ボックスを対向して設け、同一噴射条件で冷却水を噴射して鋼帯上面の冷却をなす。なお、鋼帯上面の冷却について、滞水帯を形成するための鋼板ガイド１８は必要ないので設けていない。
【０１０２】
この比較例において、熱延鋼帯Ｐに対する冷却条件は、鋼帯の片面１ｍ^２に対して約３５００Ｌ／ｍｉｎｍ^２の冷却水を噴射するように調整した。冷却水の温度は２５℃であって、これら冷却条件は第１の実施の形態と同一である。
【０１０３】
上記４Ｚ冷却装置に対して、圧延後の板厚が３．２ｍｍ、板幅１５００ｍｍ、温度９００℃の鋼帯を、搬送速度６００ｐｍで先端から通過させて冷却した。しかるに、冷却装置４Ｚの出側では鋼帯の温度は８６０〜７２０℃にしか低下せず、幅方向と長手方向の温度差は約１２０℃もあって、極めて大きい。そして、幅方向にはすじ状の温度ムラが発生していた。
【０１０４】
すなわち、鋼帯Ｐの走行性を優先させるため、エプロンガイド１０Ｚを鋼帯Ｐに近づけたので、エプロンガイド１０Ｚと冷却ボックス１７との間に循環流が生じて、この流れが噴射冷却水の勢いを著しく阻害する。
【０１０５】
この循環流が、鋼帯Ｐを冷却するため鋼帯に衝突しようとしている冷却水の邪魔をなす。そこで、行き場を失った冷却水が何度も狭い領域内に留まるため、滞留水の水温が上昇し、冷却水の衝突点は良く冷えるものの横流れ領域では滞留水によって冷却が弱くなり、ムラが生じるためと考えられる。
【０１０６】
冷却水量を鋼帯の片面１ｍ^２に対して約７３００Ｌ／ｍｉｎｍ^２まで増加しても、すじ状の温度ムラは解消しなかった。また、冷却ボックス１７を鋼帯から３０ｍｍ以上離間させると、鋼帯先端が振動してしまい先端の安定通板が難しくなる。２ｍｍ以下の薄い鋼帯の場合は、冷却ボックスを３０ｍｍ以上鋼帯から離すと通板しなかった。
【０１０７】
つぎに、第３の実施の形態の冷却装置を説明する。
【０１０８】
先に図１（Ａ）（Ｂ）に示したような圧延設備と、冷却装置が用いられる。すなわち、冷却装置４は上面、下面とも長手方向に各搬送ロール７の間に１組づつ、合計１５組が設けられる冷却ボックス８，１２を備えている。
【０１０９】
特に、冷却ボックス８と鋼帯Ｐとの間隔は８０ｍｍに設定されていて、冷却ボックス８の鋼帯Ｐに対する面には、板厚が２０ｍｍの鋼板が嵌め込まれている。この鋼板には内径４ｍｍｆの孔が幅方向４０ｍｍ、長手方向に４０ｍｍの間隔で千鳥状に配置されている。鋼板の板厚が厚く、孔はストレートの切り口であるので、噴射された冷却水は柱状のラミナー流となる。
【０１１０】
冷却ボックス８と鋼帯Ｐとの間には、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すようなエプロンガイド１０Ｓが設けられている。
上記エプロンガイド１０Ｓは、厚みｄが４０ｍｍ、幅ｋが２００ｍｍであり、ガイド下面の長さｍが冷却ボックス８の長手方向長さと同じ１８０ｍｍ、上面側の長さｎは３３０ｍｍの、断面ほぼ台形状に形成される。
【０１１１】
このエプロンガイド１０Ｓと鋼帯Ｐとの間隔は１０ｍｍに設定されているが、１０〜３０ｍｍの範囲であればよい。エプロンガイド１０Ｓの鋼帯Ｐに接触する面は、疵を発生させないよう鋼帯より柔らかい材質（たとえば樹脂製）がよく、その形態は先に図４で説明したようなものから選択すると良い。
【０１１２】
エプロンガイド１０Ｓの形状は、幅方向の両サイドの角を落とし、丸く仕上げるのがよい。したがって、鋼帯Ｐがエプロンガイド１０Ｓ端部に接触した場合の面圧を抑制でき、擦り疵の発生を防止する。
【０１１３】
また、上記エプロンガイド１０Ｓは、搬送される鋼帯Ｐの幅方向における中心部、すなわち、冷却ボックス８の幅方向における中心部Ｌに対向して配置されている。
【０１１４】
たとえば、エプロンガイド１０Ｓを幅方向の全面に亘って設置した場合は、噴射された冷却水が鋼帯に衝突したあと、冷却ボックス８とエプロンガイド１０Ｓとの間、およびエプロンガイド１０Ｓと鋼帯Ｐとの間、および鋼帯の両側端部から流れ出る。
【０１１５】
しかしながら、幅方向全面にエプロンガイド１０Ｓを設置しているために、特に鋼帯の幅方向中心部付近で冷却水が滞留し易くなり、冷却水の新陳代謝が悪くなって冷却水温が上昇し、冷却が非効率になる。さらに、逃げ場を失った滞留水の影響によって、冷却ボックス８から噴射された冷却水の鋼帯Ｐへの衝突速度が減衰してしまう。
【０１１６】
この第３の実施の形態におけるエプロンガイド１０Ｓの設置条件の場合と、冷却ボックス８の幅方向全面に亘って対向するようエプロンガイドを設置した場合との、鋼帯への衝突圧力を冷間実験において測定し比較した。
【０１１７】
その結果、第３の実施の形態の条件を採用すれば、エプロンガイド設置の有無による圧力差はほとんどなく、鋼帯Ｐの幅方向全面に亘って、ほぼ均一な衝突圧力であった。
【０１１８】
一方、幅方向全面に亘るエプロンガイドを設置した場合は、衝突圧力は幅方向でほぼ均一であったが、全面に亘ってエプロンガイドがない場合に比べ、３０％程度衝突圧力が低くなっていた。これは上記したように、エプロンガイドと冷却装置との間、エプロンガイドと鋼帯との間の滞留水による影響と考えられる。
【０１１９】
したがって、搬送される鋼帯の幅方向中央部に対向してエプロンガイド１０Ｓを設置するとよい、との結論が得られることとなる。
【０１２０】
また、上記実施の形態で用いた幅２００ｍｍのエプロンガイドを、幅方向に３分割し、鋼帯Ｐの幅方向端部からそれぞれ１００ｍｍの位置と幅方向中心部に設置し、鋼帯への衝突圧力について冷間実験によって測定した。
【０１２１】
その結果、中央部に設置したのみの場合と比べて、分割エプロンガイドを設置した位置での衝突圧力が１５％程度減少した。すなわち、分割エプロンガイドを鋼帯の幅方向の端部に設置することにより、端部における冷却水の抜けが、中央部のみに設置した場合に比べて悪化してしまう。以上のことからも、エプロンガイド１０Ｓは搬送される鋼帯の幅方向中央部にのみ設置するとよい。
【０１２２】
使用するエプロンガイド１０Ｓの幅を、２００ｍｍばかりでなく、４００ｍｍ、６００ｍｍ、８００ｍｍ、１０００ｍｍ、１２００ｍｍとして、それぞれの鋼帯Ｐへの衝突圧力を冷間実験にて求めた。
【０１２３】
その結果、エプロンガイドの幅を４００ｍｍ〜１０００ｍｍとしたの場合の衝突圧力が幅２００ｍｍのものとほぼ等しく、鋼帯の幅方向における他の部分での衝突圧力もほぼ均一であった。
【０１２４】
一方、エプロンガイドの幅が１２００ｍｍの場合には、エプロンガイド設置位置での衝突圧力が、エプロンガイドを設置していない領域に比べて、１５％程度減少していた。
【０１２５】
このように、エプロンガイド１０Ｓの幅寸法を増加させると、鋼帯Ｐの幅方向中心部Ｌ付近で冷却水が滞留し易くなる。さらに、この滞留水の影響によって、冷却ボックス８から噴射される冷却水の鋼帯への衝突速度が減衰され、衝突圧力が減少することが判明した。
【０１２６】
概念的には、鋼帯Ｐの幅方向に設置するエプロンガイド１０Ｓの幅寸法を、鋼帯を搬送する搬送ロールの幅寸法の少なくとも１／２以下とするのが望ましい。なお、鋼帯Ｐ先端の通板性はガイド幅が２００ｍｍ〜１０００ｍｍで特に差はなく、いずれも良好であった。
【０１２７】
エプロンガイド１０Ｓと冷却ボックス８との間に、３０ｍｍの隙間を設けている。上記隙間を５ｍｍ以下とすると、随伴流が少なくなり、エプロンガイドのガイド孔１１には鋼帯Ｐから冷却ボックス８側へ逆流が生じ、ガイド孔１１を通過する柱状の冷却水流は著しく減衰する。
【０１２８】
エプロンガイド１０Ｓと冷却ボックス８との間に隙間がない場合は、ガイド孔１１に冷却水が常に溜まり、噴射された冷却水はガイド孔を通過する際に圧力損失を生じて、鋼帯に衝突する際の衝突速度が減衰する。
【０１２９】
冷間実験において、冷却ボックス８とエプロンガイド１０Ｓ間に隙間がある場合と、隙間が全くない場合について、鋼帯Ｐに冷却水が衝突する圧力を測定した結果、隙間がない場合には、隙間がある場合に比べ、１／２以下まで衝突圧力が減衰していた。
【０１３０】
冷却ボックス８と鋼帯Ｐとの間に隙間がない場合に、幅方向中央部Ｌにのみエプロンガイド１０Ｓを設置しても、幅方向での冷却水の衝突圧力が不均一となり、結果的に鋼帯の幅方向で温度ムラが生じてしまう。
【０１３１】
以上のことより、この実施の形態のエプロンガイド１０Ｓを設置する際には、冷却ボックス８とエプロンガイド１０Ｓ間で、少なくとも１０ｍｍ以上の隙間が必要となる結果が得られた。
【０１３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば次のような効果を得ることができる。
【０１３３】
（１）安定した鋼帯の通板を保ちながら、鋼帯の長手および幅方向に均一で、強冷却が可能となった。
【０１３４】
（２）鋼帯の幅方向及び長手方向の温度ムラが少なくなって、製品の品質が安定し、材質バラツキが減り、熱歪による形状不良がなくなった。
【０１３５】
（３）鋼帯の最先端部から安定した冷却がなされて、歩留まりが大幅に向上することとなった。
【０１３６】
（４）冷却装置の通板トラブルが減って、設備の稼働率がアップした。鋼帯において疵の発生率が大幅に低下し、疵付くことがなくなった。
【０１３７】
（５）材質はずれによる歩留まりロスが減って、クズ発生率が低減した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施の形態の、圧延装置の概略構成を示す図と、冷却装置の概略構成を示す図。
【図２】同実施の形態の、冷却装置とエプロンガイド間を通板する鋼板先端の通板状況を示した図。
【図３】鋼帯の搬送不具合状態を説明する図。
【図４】各種のエプロンガイド形態を示した図。
【図５】同実施の形態の、鋼帯に対する冷却装置とエプロンガイドの配置構成およびラミナー流形状を説明する図。
【図６】比較のための、鋼帯に対する冷却装置とエプロンガイドの配置構成を説明する図で、３倍未満の不具合のある例と、好適範囲の例。
【図７】本発明における第２の実施の形態の、冷却装置とエプロンガイド間を通板する鋼板先端の通板状況を示した図。
【図８】比較のための、鋼帯に対する冷却装置とエプロンガイドの配置構成を説明する図。
【図９】比較例の、冷却装置（エプロンガイド兼用）の斜視図と、概略の断面図。
【図１０】第３の実施の形態の、冷却装置の平面図と、概略の断面図。
【符号の説明】
３Ｚ…最終仕上げ圧延機、
Ｐ…熱延鋼帯、
７…搬送ロール、
１０…エプロンガイド（下面側）、
１１…ガイド孔、
４…冷却装置（冷却手段）、
８…冷却ボックス（下面側）、
１２…冷却ボックス（上面側）、
１３…エプロンガイド（上面側）、
１５…円管ラミナーノズル（冷却ノズル）。

Claims

所定間隔を存して配置され、最終仕上げ圧延機から導かれた高温の熱延鋼帯を搬送する複数の回転する搬送ロールと、
これら搬送ロール相互間で、かつ搬送される熱延鋼帯に近接した位置に配置される平面状のエプロンガイドと、
それぞれのエプロンガイドに設けられる冷却水通過用のガイド孔と、
このエプロンガイドと間隙を存して配置され、エプロンガイドの上記ガイド孔を介して熱延鋼帯へ柱状の冷却水を噴射する冷却手段とを具備した熱延鋼帯の冷却装置であって、
上記搬送される熱延鋼帯と上記エプロンガイドとの間隔が１０〜３０ｍｍに設定され、上記エプロンガイドのガイド孔の直径は上記冷却手段の冷却水噴射孔径の３〜１０倍に設定されることを特徴とする熱延鋼帯の冷却装置。
上記冷却手段の端面と上記エプロンガイドとの隙間が、５ｍｍ以上に設定されることを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼帯の冷却装置。
上記冷却手段は円管ラミナー冷却ノズルであって、
上記円管ラミナー冷却ノズルは、冷却水噴射孔径と、直管部との長さの比が５〜２０に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱延鋼帯の冷却装置。
上記搬送ロールとエプロンガイドは、搬送される熱延鋼帯を介して上下両面側に、それぞれ対称位置に設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却装置。
上記エプロンガイドは、搬送される熱延鋼帯の幅方向中心部に対向して配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の熱延鋼帯の冷却装置。