JP4918876B2

JP4918876B2 - 鋼材の冷却方法およびその装置

Info

Publication number: JP4918876B2
Application number: JP2007087261A
Authority: JP
Inventors: 誠中世古; 晃夫藤林; 紀文堀
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008246488A

Description

本発明は、熱間圧延された鋼材の冷却方法およびその装置に関する。

近年、厚板等の熱間圧延鋼材に対して、冷却温度や冷却速度を制御する温度制御圧延プロセス（ＴＭＣＰ，Thermo-mechanical Controlled Processing）により材料に強度や靱性を付与することが行われている。制御圧延（制御冷却）における最初の温度範囲は７００〜１０００℃とかなり高温であるため、冷却媒体としては通常、水が使用される。冷却のやり方としては、配管の先端に取り付けたノズルから鋼材の上下面に向けて冷却水を噴射するのが普通である。冷却を行う時間は短いほど生産性が高いので、冷却水の量は増加の傾向にある。

厚板製造設備の一例を図３に示す。１は素材であるスラブを加熱する加熱炉、２は加熱によってスラブの表面に生成されたスケール（酸化皮膜）を除去するスケールブレーカ、３は第１の圧延機、４は前記の温度制御圧延プロセスを実行する制御冷却装置、５は第２の圧延機、６は２次冷却装置、７は矯正機（レベラ）である。
制御冷却装置４における冷却水配管の一例を図４に示す。４１は鋼材の幅方向に設けられたヘッダ、４２は各ヘッダにほぼ等間隔に取り付けられたノズル、４４は配管、４５は流量調整機能付きの遮断弁である。例えば１本のヘッダ４１は長さが約５ｍで、鋼材の長さ方向に３ｍ間隔に複数本設けられ、これが配管４４にまとめられ、１基の遮断弁４５により冷却水の噴射、停止が行われる。ノズル４２の１個当たりの水量は毎分例えば５０〜２００リッター程度である。

遮断弁４５により冷却水の噴射を停止しても、鋼材の下面側では別に問題はないが、遮断弁４５からノズル４２までにかなりの距離があるので、上面側ではこの間の配管内の残留水がノズル４２からしばらく滴下し続ける。この現象を「水漏れ」と称する。その時間は時におよそ３０秒にも達する。
制御冷却では、板厚が５０ｍｍ程度にまで薄くなっていることが多いので、残留水や水漏れの影響を受けやすい。とくに熱間圧延中の鋼材が冷却装置の位置で停止、あるいは揺動しているため、水漏れがあると鋼材が局部的に、あるいは長手方向に筋状に過冷却されるという現象が発生する。図５は鋼材の幅方向の表面の温度分布の例を示すグラフである。熱間圧延中に制御冷却によって表面平均温度が９２０℃から８５０℃まで低下した後、ノズルからは約３０秒間にわたって水漏れが続いたため、ノズルの位置ごとに４０〜１００℃の温度低下が認められ、過冷却部分が発生している。

水漏れは、例えば遮断弁４５を各ノズル４２毎にその近傍に設ければ解決するが、ノズルの周辺は高温、かつ水しぶきがかかる場所で電気・電子作動の機器が設置できないばかりでなく、電磁式の弁でも水が完全に止まるまでに約５秒かかり、さらに弁の大きさや価格などを考慮すると、ノズル毎にこのようなものを取り付けることは現実的でない。
特許文献１、特許文献２には、鋼材の搬送ラインの片側に搬送方向と直角に設置された複数基の「水切りノズル群」から鋼材の表面に向けて流体を噴射して、鋼材の表面に残留する冷却水を排除することが記載されている。流体は、例えば空気である。また特許文献３では、同様の水切りノズルであるが、流体は水と空気とを混合したもの、としている。

しかしこれらの水切りノズルでは、一旦滞留した冷却水は排除できるが、ノズルからの水漏れが所定時間続く場合には対応できない。また、厚板の制御冷却のように板を停止させたり前後に揺動させたりする操業方法においては、水切りノズルでは局部的な過冷却に十分対処することはできない。
特許第３６１７４４８号公報特許第３６７５３７２号公報特開平９−１４１３２２号公報

本発明は、従来の技術におけるこれらの問題点を解消し、現実的な手段で水漏れを完全に防止するようにした鋼材の冷却方法およびその装置を実現することを目的とする。

本発明の鋼材の冷却方法は、配管の先端に取り付けた複数基のノズルから冷却水を噴射して熱間圧延された鋼材を冷却するに際して、前記各ノズルの直近に前記配管内の水圧により動作する水漏れ防止手段を設けて残留水を遮断することを特徴とし、望ましくは前記の鋼材の冷却が、冷却開始温度が７００〜１０００℃、冷却停止温度が６００〜９００℃の範囲である前記の鋼材の冷却方法である。

また本発明の鋼材の冷却装置は、配管の先端に取り付けた複数基のノズルから熱間圧延された鋼材に冷却水を噴射する鋼材の冷却装置において、前記各ノズルの直近に残留水を遮断する、前記配管内の水圧により動作する水漏れ防止手段を設け、あるいはさらに前記の冷却装置の設置範囲で、鋼材の搬送方向側面から鋼材の幅方向に流体を噴射する水切りノズル群を設けたことを特徴とし、望ましくは前記の水漏れ防止手段が前記ノズルと一体に結合されているものである。

本発明によれば、ノズルの直近で水を遮断するので配管内に残留する水がほとんどなく、水漏れによる局部的な過冷却の発生が防止されて硬度むらがなくなり、鋼材の品質が向上することによりＴＭＣＰ圧延を安定して行うことができるという、すぐれた効果を奏する。

本発明の水漏れ防止装置の一例を図１により説明する。この図はノズルと、その上流側にねじ込み等により一体に結合した水漏れ防止装置とを示す断面図で、４２はノズル、４２１は噴出孔である。４３は筒状の水漏れ防止装置で、筒体の内部に弁座４３１、弁体４３２、釣り合いばね４３３、ばね支え（ばね座）４３４が上流側からこの順に組み込まれている。ばね支え４３４の位置、あるいは釣り合いばね４３３のばね力を調整することにより、図の上方から作用する水圧が所定値以下になると、弁体４３２が弁座に押しつけられて水流が遮断され、釣り合いばね４３３のばね力に打ち勝つ水圧が作用すれば弁体４３２は弁座４３１から離れ、水が流れる。したがって、たとえば冷却水の最大流量のときの水圧が０．４ＭＰａ、最小流量の時の水圧が０．０４ＭＰａであるとき、ばねの作動圧力（弁がふさがるときの水圧）を０．０２５ＭＰａに調整しておけば、最小流量の場合でも冷却水を流せば弁が開いて水を通し、停止すれば水圧が作用しなくなるので弁がふさがり、この先には滞留水はないので水漏れは発生しない。このように、水漏れ防止装置とノズル先端との距離を少なくし、この部分の容積を最小とすることが水漏れ防止に有効である。なお、弁座４３１の上流側に、ごみを除去するフィルタを設けてもよい。

図２は本発明の制御冷却装置を設置した圧延機間の搬送テーブルの平面図で、４６は搬送ローラ、４７は水切りノズルである。この上に、図示しない冷却水配管がある。
水切りノズル４７は従来の技術の項で説明したものと同様のもので、鋼材Ｐの搬送方向側面から鋼材Ｐの幅方向に空気等の流体を噴射する。前記の水漏れ防止装置によって冷却水停止後の水漏れは防止しても、すでに噴射されて鋼材Ｐの表面に残っている滞留水を完全に除去することはできないので、特に冷却停止後すぐには圧延を開始しない鋼材に対して、水切りノズル４７を併用すると一層効果的である。

（実施例１）
図３における第１の圧延機３で表面温度９２０℃で仕上げた板厚４５ｍｍの圧延材を、制御冷却装置４で８５０℃まで冷却した。制御冷却装置４の各ノズルには図１に示した水漏れ防止装置４３を取り付けてある。冷却停止後、冷却水の滴下は５秒程度で停まり、水漏れによる過冷却は発生しなかった。ついで第２の圧延機５により板厚２２ｍｍに仕上げた。製品の表面硬度差はＨ_Ｖで２０以内で、良好であった。

（実施例２）
この実施例では、図２に示した水切りノズル４７を取り付け、冷却停止後に鋼材上の滞留水を除去するようにした。
第１の圧延機３で表面温度９２０℃で仕上げた板厚４５ｍｍの圧延材を、制御冷却装置４で８５０℃まで冷却した。冷却停止後の冷却水の滴下は５秒以内であり、水漏れによる過冷却は発生しなかった。しかし第２の圧延機５が前の材料を圧延中であったため、圧延待ちが３０秒発生し、この間に水切りノズル４７により滞留水を除去した。ついで第２の圧延機５により板厚２２ｍｍに仕上げた。製品の表面硬度差はＨ_Ｖで２０以内で、良好であった。

（比較例１）
第１の実施例と同様、図３における第１の圧延機３で表面温度９２０℃で仕上げた板厚４５ｍｍの圧延材を、制御冷却装置４で８５０℃まで冷却した。ただし制御冷却装置４の各ノズルには水漏れ防止装置４３は取り付けなかった。冷却停止後、冷却水の滴下は約３０秒間続き、ついで第２の圧延機５により板厚２２ｍｍに仕上げたが、製品を検査したところ、過冷却部分にＨ_Ｖで８０以上の表面硬度差が見られ、この製品は不合格となった。

（比較例２）
この比較例では、実施例２と同様に図２に示した水切りノズル４７を取り付け、冷却停止後に鋼材上の滞留水を除去するようにした。ただし制御冷却装置４の各ノズルには水漏れ防止装置４３は取り付けなかった。
第１の圧延機３で表面温度９２０℃で仕上げた板厚４５ｍｍの圧延材を、制御冷却装置４で８５０℃まで冷却した。冷却停止後、水切りノズル４７によって滞留水は除去したが、第２の圧延機５の圧延待ちの間、冷却装置のノズルからは約３０秒間にわたって水漏れが続いたので、ノズル直下の圧延材は局部的に約１２０℃以上過冷却された。第２の圧延機５により板厚２２ｍｍに仕上げた後、製品を検査したところ、過冷却部分にＨ_Ｖで１１０以上の表面硬度差が見られ、この製品は不合格となった。

本発明実施例におけるノズルと、その上流側にねじ込みにより直結した水漏れ防止装置とを示す断面図である。実施例の制御冷却装置を設置した圧延機間の搬送テーブルの平面図である。本発明に係わる厚板製造設備の一例を示す側面レイアウト図である。本発明に係わる制御冷却装置の配管の一例を示す平面図である。従来例における鋼材の幅方向の温度分布の一例を示すグラフである。

符号の説明

１加熱炉
２スケールブレーカ
３第１の圧延機
４制御冷却装置
５第２の圧延機
６強制冷却装置
７矯正機（レベラ）
４１ヘッダ
４２ノズル
４３水漏れ防止装置
４４配管
４５遮断弁
４６搬送ローラ
４７水切りノズル
４２１噴出孔
４３１弁座
４３２弁体
４３３釣り合いばね
４３４ばね支え（ばね座）
Ｐ鋼材（厚板）

Claims

配管の先端に取り付けた複数基のノズルから冷却水を噴射して熱間圧延された鋼材を冷却するに際して、前記各ノズルの直近に前記配管内の水圧により動作する水漏れ防止手段を設けて残留水を遮断することを特徴とする鋼材の冷却方法。
前記の鋼材の冷却が、冷却開始温度が７００〜１０００℃、冷却停止温度が６００〜９００℃の範囲である請求項１に記載の鋼材の冷却方法。
配管の先端に取り付けた複数基のノズルから熱間圧延された鋼材に冷却水を噴射する鋼材の冷却装置において、前記各ノズルの直近に残留水を遮断する、前記配管内の水圧により動作する水漏れ防止手段を設けたことを特徴とする鋼材の冷却装置。
配管の先端に取り付けた複数基のノズルから熱間圧延された鋼材に冷却水を噴射する鋼材の冷却装置において、前記各ノズルの直近に残留水を遮断する、前記配管内の水圧により動作する水漏れ防止手段を設けるとともに、前記の冷却装置の設置範囲で、鋼材の搬送方向側面から鋼材の幅方向に流体を噴射する水切りノズル群を設けたことを特徴とする鋼材の冷却装置。
前記の水漏れ防止手段が前記ノズルと一体に結合されている請求項３または４に記載の鋼材の冷却装置。