JP4042667B2

JP4042667B2 - 鋼板の冷却方法

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Publication number: JP4042667B2
Application number: JP2003329707A
Authority: JP
Inventors: 悟史上岡; 玄太郎武田; 誠吉井; 健滋井原; 展也池田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP2005095903A

Description

この発明は、板厚が長手方向に連続して順次減少または増加する鋼板、すなわち、板厚がテーパー状に変化するテーパー鋼板の形態を有する高温鋼板を、長手方向に送りながら冷却装置によって一定量の冷却水を供給しながら通板速度を制御して鋼板を長手方向に均一な温度に冷却する方法に関するものである。

近年、造船や建築業界で採用されている厚鋼板は、高強度や高靭性などの機械的性質を有すると共に、現場溶接作業を容易にするために優れた溶接性を有することが必要である。このような特性を得るために、炭素当量を低減し、合金元素を添加するなど所定の成分の材料を用いて、所定の温度で圧延をする制御圧延を行った後、所定の温度条件で冷却する制御冷却を実施するといった、ＴＭＣＰ（Thermo Mechanical Control Process）技術が実用化されている。一方で、構造物の軽量化や現地溶接工事に要するコストを大幅に削減するために、鋼板の長手方向に板厚が変化するテーパー鋼板が脚光を浴びている。

以上で述べたように、高強度化や溶接性、および、軽量化などのニーズから、テーパー鋼板に制御冷却が施されることが多くなってきた。このとき、材質の機械的特性は、冷却の開始温度、終了温度および冷却速度に依存するため、これらの温度を精度良く制御することが重要である。

しかしながら、テーパー鋼板は、長手方向で見ると板厚みが順次変化しているため、ある長さの冷却装置によって一定水量を噴射し、一定速度通板した場合、板厚の厚い部分と薄い部分とでは冷却速度や冷却終了温度が異なるため、材質にばらつきが生じるといった問題がある。

このような問題を回避するために、テーパー鋼板の冷却について下記が提案されている。

特開平８−２３０２１６号公報特開平７−６８３０９号公報特開昭６２−１３０２２２号公報

特許文献１に開示されている手法は、合金元素を添加してＡｒ_３点以上の仕上温度で熱間圧延し、Ａｒ_３点以上の温度からマルテンサイト変態開始温度直上まで急冷して室温まで徐冷することによりベイナイト組織に変態させ、Ａｃ_１点以下の温度に焼き戻すことにより板厚みの異なる部位の材質を一定に保つ方法である。しかし、本方法では、ＮｂやＮｉ等高価な元素の添加と熱処理工程を必要とするため製造コストが高くなるといった問題がある。また、製造工程が増えるため、短納期で製造することが困難となる。

特許文献２に開示されている手法は、鋼板の先端の板厚が尾端の板厚よりも薄い場合は、一旦鋼板を冷却装置内に搬送した後、鋼板の長手方向を全長にわたって同時一斉に冷却開始し、冷却装置内を通板させながら鋼板の先端から尾端に向けて順次冷却を終了させていくことにより、厚部と薄部の冷却時間を変えて、厚部と薄部を所定の冷却終了温度にする方法である。しかし、冷却後の長手方向温度分布は制御可能であるが、最初に鋼板が停止している状態で鋼板全体に一斉に冷却を開始するため、鋼板表面における冷却ノズルの噴流衝突点と非衝突点とで冷却能力が大きく異なるために、初期に大きな温度むらが発生し、それが冷却の進行と共に拡大してしまうといった問題があった。また、冷却装置の長さよりも板長さが長い場合には適用ができないなどの問題もあった。

特許文献３に開示されているのは、熱鋼板を長さ方向複数の区域に分割し、隣り合う区間を異なった冷却水量で搬送しながら冷却することにより、厚部と薄部の冷却速度を変化させて所定の冷却終了温度にする方法である。しかし、厚部は薄部と比較して熱容量が大きくなるため、厚部と薄部の冷却速度を同じにするように厚部を制御するには非常に大きな冷却能力を必要とする。一般的には投入水量の０.５〜０.８乗に比例して冷却能力が上がるので、水量を多くしてもあまり冷却能力が上がらない。そのため、厚部と薄部の板厚比が大きい場合、同じ板内で流量の必要可変範囲が大きくなる。この結果、一本の鋼板内で極めて広い範囲で流量調整をする必要があるため、流量調整弁の精度や応答速度の問題があり、実際の適用は困難である。

そこで、テーパー鋼板に対して、一般のテーパーの無い鋼板の操業で行っているように、操業管理が容易な冷却終了温度について、冷却後の長手方向温度分布を所定の温度に精度良くコントロールすることによって材質の均質化を図る方法を採用する。また、上記に述べた問題を解決するため、予め冷却装置の水量を一定量噴射して冷却水が安定した状態で、鋼板を通過しながら冷却する方法が検討され下記が提案されている。

特開昭６２‐１６６０１３号公報特開平１０‐７１４１６号公報特開２０００‐１５３２１号公報

特許文献４に開示されているのは、熱鋼板を長さ方向複数の区域に分割し、冷却前の鋼板温度を実測して、その実測値に基づいて各分割点の最適冷却条件を演算して、通板する鋼板の板厚に応じて冷却時の通板速度を修正することにより冷却開始温度および終了温度を所定の温度にする方法である（「従来技術１」という）。

特許文献５に開示されているのは、鋼板の先端部が冷却装置の入口に至った時点から、鋼板の後端部が冷却装置の出口に至る時点までの間、鋼板搬送速度に一定の加速度または減速度を加え、前記先端部および前記後端部それぞれの冷却終了の温度が所定の温度に一致するように、鋼板の搬送速度を制御する方法である（「従来技術２」という）。

特許文献６に開示されているのは、鋼板の先端部が冷却装置の入口から所定の演算によって定まる冷却装置内の位置を通過するまでの間、第１速度で搬送し、テーパー鋼板の先端が前記冷却装置内の位置を通過してから前記テーパー鋼板の後端が前記冷却装置に入るまでの間、第１加速度で第２速度になるまで加速し、後端が冷却装置に入ってからは、第２加速度で第３速度になるまで加速する搬送パターンに従って冷却することを特徴とする冷却方法である（「従来技術３」という）。

特許文献４〜６に示された従来技術では、以下のような問題点が残されており、材質の安定したテーパー鋼板の製造は困難であった。

特許文献４は、板厚に応じて鋼板搬送速度を変化させる手法であるが、原理的には、高精度の制御は可能となるものの実施例に示されるように冷却前の鋼板全長温度を取り込み、更に、その温度を用いて鋼板先端からＸの位置が冷却装置に入った時の設定速度Ｖ（Ｘ）を求めるため、非常に複雑な連立方程式を解く必要があり多大な計算時間を要する。また、実測温度に基づき各点での冷却時間が板厚や冷却条件から求めた値に合うように搬送速度パターンを決定するので、例えば、圧延中に誤って局所的な温度偏差をつけてしまった場合などのような測定温度誤差の影響を受けるため解が求まらなくなる可能性がある。また、加速度の概念がなく、鋼板速度を鋼板先端が進行した距離の関数として制御するため、通常使われているテーブルロールなどの回転数制御も非常に複雑となり実際の適用は困難である。

特許文献５は、鋼板搬送速度に一定の加速度または減速度を加え、前記先端部および前記後端部それぞれの冷却終了の温度が所定の温度に一致するように、鋼板の搬送速度を制御する方法であるが、非常に単純な原理で実際の適用は容易であるが、先端部および後端部は所定の温度となるものの、板中央部については保証していない。

特許文献６は、通板中に鋼板搬送速度に加速度または減速度を加える工程を２回行うことにより、前記先端部および前記後端部で冷却終了時の温度が所定の温度に一致するように、鋼板の搬送速度を制御する方法であるが、鋼板先端が冷却装置内の或る位置まで一定速度で通板を施した後、第１加速を実施し、更に、鋼板尾端が冷却装置に進入した時点で第２の加速を開始する。そのため、冷却設備長に対して鋼板長さが十分長い場合では、鋼板先端から大部分の長さが第１加速度で通板されるため、特許文献５と同様の制御となるため温度保証ができない領域が発生したり、第２加速を実施する鋼板長手方向位置が「鋼板長さ−冷却装置長さ」となるため、鋼板長や冷却装置長によって鋼板長手方向中央部付近の加減速開始位置が変化してしまうため、鋼板長手方向中央部の温度制御精度が鋼板長や冷却装置長によって変化してしまう欠点がある。

以上のことから、本発明の目的は、テーパー鋼板の冷却において、特別な合金元素を添加することなく、長手方向の温度を安定にするため通板中に冷却長および冷却水の供給量を変化させること無く、特許文献４〜６のように、予め冷却水を一定量噴射した状態で通過冷却し、冷却中の通板速度を変化させて冷却を実施するに当たり、従来法の問題を解決し、比較的簡単な方法で、高精度の冷却終了時の温度分布を可能とする方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、板厚が長手方向に連続して順次減少または増加するテーパー鋼板を冷却装置を通過させ、前記冷却装置に前記鋼板を挿入後は冷却長および冷却水の供給量を変化させずに冷却する方法において、前記鋼板を長手方向に少なくとも２つ以上の区域に分割し、その分割点および前記鋼板の先端および尾端を加減速点として設定し、前記加減速点の移動速度を演算するための演算手段を設け、前記冷却装置の入側から出側までの間の所定位置に加減速地点を設け、前記冷却装置出側に到達した時点の加減速点の鋼板温度が許容冷却終了温度の範囲内となるように、加減速点が前記加減速地点に到達した時点から次の加減速点が前記加減速地点に到達する時点までの間、一定の加速度または減速度を加えて前記鋼板の通板速度を制御することに特徴を有するものである。

請求項２に記載の発明は、冷却装置出側に到達した時点の加減速点の鋼板温度が許容冷却終了温度の範囲内となるような初期通板速度、および、加速度または減速度を、収束計算によって求めることに特徴を有するものである。

請求項３に記載の発明は、前記冷却装置が複数の冷却バンクにより構成され、各冷却バンクごとに冷却水の通水または非通水を切替えるＯＮ‐ＯＦＦ制御によって、前記鋼板が前記冷却装置に挿入する前に冷却長を変化させることに特徴を有するものである。

請求項４に記載の発明は、前記冷却装置の各冷却バンクには、鋼板上の冷却水を他の冷却バンクに流入させないための水切りロールが配設されていることに特徴を有するものである。

請求項５に記載の発明は、前記鋼板の先端および尾端を除いた前記加減速点の鋼板長手方向位置を、冷却後の長手方向の板内温度偏差が許容範囲内になるように設定することに特徴を有するものである。

本発明によれば、テーパー鋼板を長手方向に少なくとも２以上の区域に分割し、その分割点を鋼板の先端および尾端と共に加減速点として設定し、このように分割点を含めた加減速点を、鋼板に加える加速度または減速度の変更点として用いることにより、鋼板先端部および後端部のみならず鋼板長手方向中央部においてもきめ細かい速度制御が可能となり、鋼板長手方向温度分布を全長にわたって所定の温度にすることができる、高精度の冷却制御を実施することができ、材質の安定を図ることができる有用な効果がもたらされる。

次に、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１、図２は、この発明の冷却方法の実施の形態に係る図面であり、図１は、熱間圧延設備を示す概略側面図、図２は、冷却装置を示す概略側面図である。

図１に示すように、圧延機１により圧延された高温のテーパー状の鋼板２は、搬送テーブル３によって冷却装置４まで移動し、冷却装置４を通過することにより上部冷却ヘッダ５および下部冷却ヘッダ６からの冷却水の噴射により冷却される。

図２に示すように、冷却装置４の上部冷却ヘッダ５の鋼板移動方向前後には水切りロール９が配設されており、鋼板２を拘束できる構造となっている。冷却装置４は複数の冷却バンクにより構成されており、各冷却バンクは、隣り合う水切りロール９と９、および、搬送テーブル３の搬送ロール３１と３１とにより囲まれ、それぞれ冷却ヘッダ５、６を備えている。水切りロール９は、鋼板上部に滞留する冷却水が他の冷却バンクに流入するのを防止する。

それぞれの冷却バンクにおいて、冷却ヘッダ５と６とは上下で連動して、冷却水の通水または非通水を切替えるＯＮ‐ＯＦＦ制御ができるようになっている。このＯＮ−ＯＦＦ制御により冷却長を制御可能であり、自由な冷却長を選択することができる。

なお、冷却装置４においては、鋼板を通過させる前に、予め冷却ヘッダ５、６から冷却水を噴射しておくとよい。過冷却を防ぎ安定した冷却を実施することができる。

鋼板２の長手方向温度は、冷却装置４の前後に取り付けてある入側温度計７および出側温度計８により計測する。

鋼板２のテーパーは、先端から尾端に向かって順次板厚が厚くなる場合と、逆に先端から尾端に向かって順次板厚が薄くなる場合がある。本実施の形態においては、先端から尾端に向かって順次板厚が厚くなるテーパー鋼板の冷却について説明する。

本実施の形態は、上記のように鋼板の尾端に向かって板厚が厚くなるテーパー鋼板の冷却であり、先端のある先端部よりも尾端のある後端部のほうが板厚が厚い。そのため、鋼板の長手方向の各位置において同じ冷却終了温度となるように制御するためには、鋼板の後端部ほど冷却時間を長くすることが必要であり、先端部と比較して後端部の通板速度を遅くするような制御を実施することが必要である。

ここで本実施の形態における実施条件は、冷却開始温度が７７０℃、冷却終了温度が５００℃、冷却装置４の全長が５ｍ、冷却水の水量密度（投入水量）は上下とも１０００Ｌ（リットル）／ｍｉｎ・ｍ²とする。また、鋼板２の先端の厚みは１０ｍｍ、尾端の厚みは２０ｍｍ、鋼板２の全長は１０ｍとする。

図３は、上記実施条件（冷却開始温度：７７０℃、冷却終了温度：５００℃、冷却装置長：５ｍ、投入水量：１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²）によって冷却した場合の板厚と冷却速度との関係を示す。図３に示すように、冷却速度は板厚の１乗に近い数値で比例することが分かる。一般的に冷却水量、冷却開始温度および冷却終了温度を固定した場合、冷却速度は板厚のｎ乗なる関係で近似することが可能である。ここで、ｎ＞０である。また、今回の冷却速度は板厚の０．９５乗である。

ここで、テーパー鋼板において冷却終了温度を長手方向で一定の値とするため鋼板長手方向の冷却時間τは、図３の冷却速度から次のように求めることができる。なお、ｓｅｃおよびｓは、いずれも秒を示す。

ΔＴ＝Ｃｖ・τ＝（Ａ／ｔⁿ）・τ ・・・（１）
τ＝ΔＴ・ｔⁿ／Ａ・・・（２）
ただし、
ΔＴ：温度降下量（℃）
ｔ：板厚
Ａ：定数
Ｃｖ：冷却速度（℃／ｓｅｃ）
ｎ：定数

一方、テーパー鋼板は、長手方向に板厚みが一定の勾配で変化するので、このときの板厚と鋼板先端からの距離の関係は、次のように表せる。

ｔ＝ａＬ＋ｂ・・・（３）
ただし、
ａ、ｂ：定数
Ｌ：鋼板先端からの距離（ｍ）

式（３）を式（２）に代入すると、
τ＝ΔＴ・ｔⁿ／Ａ＝ΔＴ・（ａＬ＋ｂ）ⁿ／Ａ・・・（４）
上記式（４）となり、テーパー鋼板の冷却終了温度を一定温度とするためには、長手方向の冷却時間が式（４）を満足するようにする必要がある。なお、これを満足する通板速度の詳細な解法は、特許文献４に記載されている。

一方、特許文献５のように、長手方向に一定の減速度で通板させた場合、鋼板長手方向の時間は次のように表すことができる。

Ｘ＝（１／２）ατ²＋Ｖ₀τ ・・・（５）
τ＝｛−Ｖ₀＋√（Ｖ₀ ²＋２αＸ）｝／α ・・・（６）

よって、鋼板長手方向任意の位置の冷却時間は、次のように表される。

τ（Ｌ）＝｛√（Ｖ₀ ²＋２α（Ｌｃ＋Ｌ））−√（Ｖ_０ ²＋２αＬ）｝／α ・・・（７）
ただし、
α ：加速度（ｍ／ｓｅｃ²）
τ ：冷却時間（ｓｅｃ）
Ｖ₀：初期速度（ｍ／ｓｅｃ）
Ｘ：移動距離（ｍ）
Ｌ：鋼板先端からの距離（ｍ）
Ｌ_Ｃ：冷却装置長さ（冷却長）（ｍ）

ここで、上記に示した図３の板厚と冷却速度との関係から、所定の冷却終了温度とするための条件として、鋼板先端の板厚みが１０ｍｍである鋼板先端部の冷却時間τを３ｓｅｃ、尾端の板厚みが２０ｍｍである鋼板後端部の冷却時間を６ｓｅｃとなるように冷却制御した場合、式（４）を基に求めた実際に鋼板長手方向で必要な冷却時間と従来法の冷却時間を図４に示す。図４の目標冷却時間は、式（４）のτとＬをプロットしたものである。なお、特許文献５では鋼板の先端が冷却装置に進入するときの速度である初速度は１．８ｍ／ｓｅｃ、減速度は０.０９８ｍ／ｓｅｃ²となる。

特許文献５では、初期速度と加速度を選ぶことによって鋼板先端部および後端部を所定の温度に制御することは可能であるが、鋼板長手方向中央部では所定の冷却時間にすることができないため、鋼板長手方向中央部を所定の温度に制御することは不可能であり、材質を安定化することはできないことが分かる。

よって、鋼板長手方向中央部の鋼板温度を所定の冷却終了温度とするためには、特許文献４のように長手方向の冷却時間が式（４）を満足するように、時間と共に加速度または減速度を変化させる必要がある。しかしながら、特許文献４の速度制御は加速度の概念がないため、テーブルロール３の回転数制御を非常に高度に行う必要があるため、実際の操業で制御することは困難である。

そこで、本発明では実用上許容できる範囲で材質を安定化するために、近似的に式（４）に近い数値となるように、鋼板を長手方向に少なくとも２つの区域（２以上の区域）に分割し、その分割点および鋼板の先端および尾端の各点を加減速点として設定し、それぞれの加減速点において鋼板に加える加速度または減速度を変更することに特徴を有する。

次に、本発明を実際に適用する場合について説明する。

図５は、本発明の冷却方法による、先端から尾端に向かって順次板厚が厚くなるテーパー鋼板の通板方法を説明する概略側面図である。鋼板の長手方向の分割は２分割とし、その分割点を加減速点２と設定する。更に、鋼板の先端を加減速点１、尾端を加減速点３と設定する。また、図５に示すように、冷却装置４は５つの冷却バンクによって構成する。冷却装置４の隣り合う冷却ヘッダ５・５間、冷却ヘッダ６・６間は（図２参照）、いずれも１ｍピッチで取り付けられている。

鋼板の減速は冷却装置内に設けた加減速地点に加減速点１、２、３が到達した時点で行う。この減速を変更する加減速地点は、冷却装置内であれば冷却装置の入側から出側までのどこに設定してもよいが、本実施の形態では冷却装置入側とする。鋼板長手方向の加減速点１、２、３のそれぞれがこの加減速地点に到達した時点の速度（「鋼板進入速度」という）をＶ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、加減速点１と加減速点２間の距離をＬ₁、加減速点２と加減速点３間の距離をＬ₂とすると各加減速点間の減速度α₁、α₂は次のように求められる。

α₁＝（Ｖ₂ ²−Ｖ₁ ²）／２Ｌ₁ ・・・（８）
α₂＝（Ｖ₃ ²−Ｖ₂ ²）／２Ｌ₂ ・・・（９）

よって、鋼板は、加減速点１が進入速度Ｖ₁で冷却装置に進入し加減速点１が加減速地点（冷却装置入側）に到達した時点から加減速点２が加減速地点に到達する時点まで減速度α₁で第１の減速を実施し、次いで加減速点２が加減速地点に到達した時点から加減速点３が加減速地点に到達する時点まで減速度α₂で第２の減速を実施する。今回は板長手方向の距離Ｌ₁とＬ₂とを等距離とし、その距離を５ｍとする。ここで、加減速点３（尾端）の冷却装置出側速度のＶ₄は、図６に示すように加減速点３が冷却装置入側に到達する直前の減速度α₂のまま減速して（Ｖ₃＞Ｖ₄）通板させる方法、あるいは、図７に示すように加減速点３が冷却装置入側に到達したときの速度Ｖ_３のまま一定速度（Ｖ₃＝Ｖ₄）で通板させる方法があるが、どちらを採用してもかまわない。今回は図６のように、加減速点３（尾端）が冷却装置入側に到達する直前の減速度α₂のまま通板させる方法で説明する。

上記に述べた先端部の冷却時間を３ｓｅｃ、後端部の冷却時間を６ｓｅｃとなるようにするためには、本発明では鋼板先端進入速度Ｖ₁を２．１８ｍ／ｓ、第１減速を０．３３ｍ／ｓ²、第２減速を０．０５ｍ／ｓ²として、制御をした場合の鋼板長手方向の冷却時間を図４に示すが、本発明では目標冷却時間にほぼ一致することが分かる（なお、第１、第２減速は、加速度として考えれば、−０．３３ｍ／ｓ²、−０．０５ｍ／ｓ²となる）。

長手方向の各加減速点間の距離については均等距離で分割しても不均等距離に分割してもかまわないが、分割の仕方を最適化することにより少ない分割数で高精度に冷却制御することが可能である。ただし、分割距離の考え方を誤ると却って温度偏差を大きくすることもあるので注意を要する。鋼板の分割数については、今回は２分割とし分割点は１箇所であったが、３分割以上とし分割数を多くするほど全長の温度偏差を極小にすることが可能である。しかし、演算時間がかかるため、計算機の負荷や許容温度偏差等に応じて適宜決めればよい。このように、鋼板長手方向に対して本発明で説明したような所定の位置で減速（加減）を実施することにより高い制御で鋼板長手方向の温度を保証することが可能となる。

本発明の実施の形態と特許文献６との違いは、特許文献６では尾端進入から第２減速を実施するのに対して、本発明では長手方向の分割数を２分割とし、鋼板長手方向各加減速点間の距離を均等として、鋼板長手方向中央部の分割点（加減速点２）の進入（加減速地点への到達）から第２減速を実施する。そのため特許文献６では、鋼板尾端から冷却長分のみしか第２減速の効果が得られないが、本発明では鋼板長手方向中央部付近で第２減速を実施するため、鋼板長手方向中央部付近できめ細かい速度制御が可能となり、高い精度で冷却制御が可能となる。

ここで特許文献６の例として、鋼板先端が冷却装置に到達する速度を１．７２ｍ／ｓとし、先端が冷却装置に到達してから２．５ｍ移動した時点で第１減速を０．１５２ｍ／ｓ²で、更に、鋼板尾端が冷却装置に到達してから第２減速０．００２ｍ／ｓ²で通板させた場合の鋼板長手方向の冷却時間を図４に示す。目標の冷却時間に対して大きく冷却時間がずれる領域が発生することが分かる。

次に、鋼板進入速度Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃を求める方法であるが、冷却終了後の加減速点１、２、３の各位置の温度が、所定の冷却終了温度Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃の許容誤差範囲内で一致するように、数値シミュレーションによって計算する理由は、解析解と異なり鋼材の熱物性値等の温度依存性および冷却装置を出てから温度計に到達するまでの放冷等を考慮しやすいためである。

収束計算手法は、まず適当な初期通板速度Ｖ_oldを決めて減速度α₁、α₂を決定し、鋼板が冷却装置入側から温度計設置位置まで搬送される時間だけ伝熱計算を実施する。次に冷却開始温度Ｔ_s、目標冷却終了温度Ｔ_e、初期通板速度Ｖ_old、計算された冷却終了温度Ｔ_cから、下記の計算をして、修正通板速度Ｖ_newを求める。

Ｖ_new＝Ｖ_old×（Ｔ_s−Ｔ_c）／（Ｔ_s−Ｔ_e）

このような作業を冷却終了温度が許容誤差以内になるまで繰り返し行えばよい。収束のさせ方は本発明で紹介した手法以外にも種々有るため、処理時間や計算の安定性に応じて適当な手法を選べばよい。

以上の説明は、鋼板のテーパーが先端から尾端に向かって順次板厚が厚くなる場合について説明したが、逆に先端から尾端に向かって順次板厚が薄くなる場合についても適用可能であることはもちろんである。

次に、冷却装置を複数の冷却バンクに分割し、それぞれの冷却バンクで冷却水の通水または非通水の切替えをＯＮ‐ＯＦＦ制御可能として冷却長を変更する理由について説明する。先に説明した演算を行った場合、通板速度、加速度、減速度が搬送テーブルロールの制御範囲にならない場合がある。例えば、鋼板板厚が厚くて冷却終了温度が低いような場合、通板速度が遅くなりすぎて搬送テーブルロールの制御範囲外になってしまうことがある。この場合は各冷却バンクにおける通水のＯＮ‐ＯＦＦ制御を用いて、予め冷却長を変更して、搬送テーブルロールの制御を補填すればよい。すなわち、鋼板の厚部および薄部が設備の搬送速度制御範囲内となるように冷却長を変更する。冷却バンクはなるべく数を多くし且つ１冷却バンク当たりの長さを短くするとよい。これによって制御性が向上する。なお、通水のＯＮ‐ＯＦＦ制御は、冷却開始前に行うものであり、冷却開始後、すなわち、鋼板が冷却装置に挿入した後は行わない。

水切りロールは、鋼板上部に滞留する冷却水が他の冷却バンクに流入するのを防止する。水切りロールがないと、鋼板上部の滞留水が他の冷却バンクに流入してしまい冷却時間が厳密にコントロールできなくなる場合がある。また、滞留水が局所的な温度むらを発生させる原因となり、材質ばらつきが発生する場合もある。

次に、この発明を実施例により更に詳細に説明する。

本発明の実施の形態において説明した図１、図２に示す冷却設備を用い、通板速度計算法を用いてテーパー鋼板の冷却を実施した。冷却装置は、冷却長が５ｍ、冷却水量が１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²、冷却バンク数が５であった。冷却条件は、冷却開始温度が７７０℃、冷却終了温度が５００℃であった。テーパー鋼板は、先端の厚みが１０ｍｍ、尾端の厚みが２０ｍｍで、先端から尾端に向かって順次板厚が厚くなり、全長が１０ｍであった。鋼板の加減速点は、先端より順に、加減速点１、加減速点２、加減速点３・・・とした。加減速地点は冷却装置入側とした。

減速は鋼板の先端が加減速地点（冷却装置入側）に到達した時点で実施し、図６のように尾端が冷却装置入側に到達する直前の減速度α₂のまま通板させる方法とした。分割数や加減速点間の距離を変えて行った実施例１〜４の結果は以下のようになった。表１に実施例の条件および結果を示す。

実施例１では、図５に示すように、鋼板を長手方向の先端部と後端部との２つの区域に２分割した。鋼板の先端を加減速点１、先端部と後端部との分割点を加減速点２、尾端を加減速点３と設定した。加減速点１と加減速点２との間の距離Ｌ₁を５ｍ、加減速点２と加減速点３との間の距離Ｌ₂を５ｍとした。これを先に述べた通板速度計算法により計算したところ、先端が加減速地点に到達した時点の通板速度（先端が冷却装置に進入する速度）は１．８１ｍ／ｓ、加減速点１と加減速点２との間の減速度は０．２３１ｍ／ｓ²、加減速点２と加減速点３との間の減速度は０．０３６ｍ／ｓ²となった。この条件で冷却を実施したところ、長手方向の温度分布は図９に示すように非常に均一になった。このときの長手方向の板内温度偏差は２５℃となり、後に材質を調査したところ全長にわたって良好であった。

実施例２では、図示はしないが、鋼板を長手方向の先端部、中間部および後端部の３つの区域に３分割し、鋼板の長手方向の各点を、先端を鋼板加減速点１、先端部と中間部との分割点を加減速点２、中間部と後端部との分割点を加減速点３、尾端を加減速点４と設定した。鋼板の加減速点１と加減速点２との間の距離を３．３ｍ、加減速点２と加減速点３との間の距離を３．３ｍ、加減速点３と加減速点４との間の距離を３.４ｍとした。これを先に述べた通板速度計算法により計算したところ、先端が加減速地点に到達した時点の通板速度は１．５３ｍ／ｓ、加減速点１と加減速点２との間の減速度は０．０５９ｍ／ｓ²、加減速点２と加減速点３との間の減速度は０．１７３ｍ／ｓ²、加減速点３と加減速点４との間の減速度は０．０３１ｍ／ｓ²となった。この条件で冷却を実施したところ、長手方向の温度分布は図９に示すように非常に均一になった。このときに長手方向の板内温度偏差は１３℃となり、後に材質を調査したところ全長にわたって良好であった。

実施例３では、実施例１と同じく鋼板を長手方向の先端部と後端部との２つの区域に２分割した。鋼板の先端を加減速点１、先端部と後端部との分割点を加減速点２、尾端を加減速点３と設定した。加減速点１と加減速点２との間の距離を３．３ｍ、加減速点２と加減速点３との間の距離を６．７ｍとした。これを先に述べた通板速度計算法により計算したところ、先端が加減速地点に到達した時点の通板速度は２．１９ｍ／ｓ、加減速点１と加減速点２との間の減速度は０．５３４ｍ／ｓ²、加減速点２と加減速点３との間の減速度は０．０４４ｍ／ｓ²となった。この条件で冷却を実施したところ、長手方向の温度分布は図９に示すように尾端側で実施例１よりも若干温度が高くなった。このときの長手方向の板内温度偏差は３３℃となった。後に材質を調査したところ全長にわたって良好であったが、実施例１および実施例２より若干ばらつきが大きくなった。本実施例のような鋼板長手方向の加減速点間の距離が異なる長手方向の分割では、分割数（２分割）が同じでも実施例１より若干長手方向の温度制御が悪くなる。

実施例４では、実施例１と同じく鋼板を長手方向の先端部と後端部との２つの区域に２分割した。鋼板の先端を加減速点１、先端部と後端部との分割点を加減速点２、尾端を加減速点３と設定した。加減速点１と加減速点２との間の距離を６.７ｍ、加減速点２と加減速点３との間の距離を３.３ｍとした。これを先に述べた通板速度計算法により計算したところ、先端が加減速地点に到達した時点の通板速度は１．６６ｍ／ｓ、加減速点１と加減速点２との間の減速度は０．１４８ｍ／ｓ²、加減速点２と加減速点３との間の減速度は０．０３１ｍ／ｓ²となった。この条件で冷却を実施したところ、長手方向の温度分布は図９に示すように非常に均一で実施例１よりも良好であった。このときの長手方向の板内温度偏差は１５℃となり、長手方向の分割数を２にした実施例２に匹敵する温度偏差となった。後に材質を調査したところ全長にわたって良好であった。

［比較例１］
次に、比較例について説明する。

表１に比較例の条件および結果を併せて示す。

比較例１では、特許文献５のように、鋼板の先端と尾端との間の距離を１０ｍとした。これを先に述べた通板速度計算法により計算したところ、先端が冷却装置に到達したときの通板速度は１．５３ｍ／ｓ、先端と尾端との間の減速度は０．０７３ｍ／ｓ^２であった。この条件で冷却を実施したところ、長手方向の温度分布は図８に示すように、先端部（先端近傍）および後端部（尾端近傍）では狙い通りの温度になったものの、鋼板中央部で温度が高くなった。このときの長手方向の板内温度偏差は６５℃となり、後に材質を調査したところ、鋼板長手方向中央部に近くなるほど強度が低下しており、狙い通りの強度スペックに入らず不合格となった。

［比較例２］
比較例２では、特許文献６の考え方に従って、鋼板の先端が到達するまで一定速度１.４５ｍ／ｓとし、鋼板先端が冷却装置に到達してから２．５ｍ通板した時点で第１減速度０．１０８ｍ／ｓ²で減速を施し、尾端が冷却装置に到達してから第２減速度０．０１０ｍ／ｓ²で通板速度を０．６０４ｍ／ｓまで減速した。この条件で冷却を実施したところ、長手方向の温度分布は図８に示すように先端部（先端近傍）および後端部（尾端近傍）では狙い通りの温度になったものの、鋼板長手方向中央部で若干温度が高くなった。このときの長手方向の板内温度偏差は４０℃となり、後に材質を調査したところ鋼板長手方向中央部に一部強度が低下している領域があったため、狙い通りの強度スペックに入らない領域を切り落として出荷したため、歩留まりが低くなった。

本発明の実施の形態に係る熱間圧延設備を示す概略側面図である。本発明の実施の形態に係る冷却装置を示す概略側面図である。本発明の実施の形態および実施例に係る冷却装置により７７０℃から５００℃まで冷却したときの板厚みと冷却速度との関係を示すグラフである。鋼板長手方向各位置における目標時間ならびに特許文献５の冷却時間および本発明の冷却時間を比較したグラフである。本発明の実施の形態および実施例に係る鋼板の通板方法を説明する概略側面図である。本発明の実施の形態に係る尾端が冷却装置入側に到達する直前の減速度α₂のまま通板させる方法において尾端が冷却装置に進入してからの速度制御の例について説明するグラフである。本発明の実施の形態に係る尾端が冷却装置入側に到達したときの速度Ｖ₃のまま通板させる方法において尾端が冷却装置に進入してからの速度制御の例について説明するグラフである。比較例で実施した比較例１、２の冷却後の鋼板長手方向の温度分布を示すグラフである。本発明の実施例で実施した実施例１〜４の冷却後の鋼板長手方向の温度分布を示すグラフである。

符号の説明

１圧延機
２鋼板
３搬送テーブル
３１搬送ロール
４冷却装置
５上部冷却ヘッダ
６下部冷却ヘッダ
７入側温度計
８出側温度計
９水切りロール

Claims

板厚が長手方向に連続して順次減少または増加するテーパー鋼板を冷却装置を通過させ、前記冷却装置に前記鋼板を挿入後は冷却長および冷却水の供給量を変化させずに冷却する方法において、前記鋼板を長手方向に少なくとも２つ以上の区域に分割し、その分割点および前記鋼板の先端および尾端を加減速点として設定し、前記加減速点の移動速度を演算するための演算手段を設け、前記冷却装置の入側から出側までの間の所定位置に加減速地点を設け、前記冷却装置出側に到達した時点の加減速点の鋼板温度が許容冷却終了温度の範囲内となるように、加減速点が前記加減速地点に到達した時点から次の加減速点が前記加減速地点に到達する時点までの間、一定の加速度または減速度を加えて前記鋼板の通板速度を制御することを特徴とする鋼板の冷却方法。
冷却装置出側に到達した時点の加減速点の鋼板温度が許容冷却終了温度の範囲内となるような初期通板速度、および、加速度または減速度を、収束計算によって求める請求項１に記載の鋼板の冷却方法。
前記冷却装置が複数の冷却バンクにより構成され、各冷却バンクごとに冷却水の通水または非通水を切替えるＯＮ‐ＯＦＦ制御によって、前記鋼板が前記冷却装置に挿入する前に冷却長を変化させる請求項１または２に記載の鋼板の冷却方法。
前記冷却装置の各冷却バンクには、鋼板上の冷却水を他の冷却バンクに流入させないための水切りロールが配設されている請求項３に記載の鋼板の冷却方法。
前記鋼板の先端および尾端を除いた前記加減速点の鋼板長手方向位置を、冷却後の長手方向の板内温度偏差が許容範囲内になるように設定する請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の鋼板の冷却方法。