JP5862907B2 - コイル状熱延鋼板の冷却方法および冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱間圧延後、コイル状に巻き取られた熱延鋼板を、錆を発生させずに冷却するための冷却方法および冷却装置に関するものである。

図２に示すように、熱延鋼板を製造するには、加熱炉１においてスラブを所定温度に加熱し、加熱したスラブを粗圧延機２で圧延して粗バーとなし、ついでこの粗バーを複数基の圧延スタンドからなる連続熱間仕上圧延機３において所定の厚みの熱延鋼板４となす。そして仕上圧延機３から出た熱延鋼板４は、ランアウトテーブルに設置した冷却装置５で上方および下方から冷却水を供給して冷却した後、巻取機６で巻き取り、コイル状熱延鋼板７とする。

この巻取後のコイル状熱延鋼板（以下、単に「コイル」とも呼ぶ。）は、温度が５００〜６５０℃程度であるため、熱延工場のコイル置き場で常温まで冷却されてから運搬、出荷される。コイル置き場では大量のコイルを冷却しており、高温のコイルの周囲に高温のコイルが置かれているため、各コイルの周囲の気温が高くなって冷却能率が低下し、冷却完了までに３〜５日かかる。それゆえ、コイルを置くための広大な敷地が必要となったり、出荷までの期間が長くなったり、在庫が増加したりするといった問題が発生する。

そこで、コイルの冷却時間を短縮するため、冷却水を散布する方法が種々堤案されている。しかし、コイルの表面温度が１００℃以下の状態で冷却水を散布すると、冷却水が蒸発しにくく、コイル表面が水で濡れ、そのまま放置すると鋼板表面に錆が発生する。錆が発生すると外観が損なわれ、出荷できなくなる。

このため従来、特許文献１記載のように、鋼板表面が濡れないように、コイル周囲の温度と湿度を測定し、噴霧量を制御する水冷方法が提案されている。また特許文献２記載のように、コイル１個に対しその幅方向両端面を両側から１個ずつ冷却ノズルを用いて冷却する冷却方法も提案されている。

特開昭５７−１３４２０７号公報 特開平５−１７７２４０号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、コイル置き場の天井という遠方から冷却水を散布しており、冷却能力が低いため、効率的な冷却ができないという問題がある。また、特許文献２のように、コイル１個に対しそれぞれ冷却ノズルをコイル幅方向の両側に１個ずつ設けて、コイル両端面を冷却する方法では、微小液滴（以下、「ミスト」と呼ぶ。）が充分に広がらず、コイルの全体を冷却することが困難であり、冷却効率が低いという問題がある。

水冷能力の向上には、ミストの単位面積当りの噴射流量（以下、「水量密度」と呼ぶ。）の増加が重要である。しかし、水量密度を増加させると、湿度の増加やコイル表面温度の低下といった原因でミストが蒸発しにくくなり、液滴がコイルに付着しやすい。特にコイル表面温度が１００℃未満の場合、付着した液滴が蒸発しにくいため、コイル表面が濡れやすい。

水冷時のコイル表面の濡れを防止するには、液滴粒子径が小さいミストが有効である。液滴粒子径が小さい方が、蒸発に必要な熱量が小さく、蒸発しやすいからである。しかしながら、液滴粒子径が小さい場合であっても、湿度が高いと蒸発しにくくなるため、湿度の増加も抑制する必要がある。

上述のように、コイル表面の濡れの抑制と冷却能力向上との両立は、従来は困難であった。それゆえ本発明は、コイルに錆を発生させず、しかも高能率で冷却を行う冷却方法および冷却装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため本発明のコイル状熱延鋼板の冷却方法は、熱間圧延ラインに設置される巻取機で巻き取られてコイル状になった後、冷却床上に配置されるコイル状熱延鋼板の冷却方法であって、
前記冷却床上の前記コイル状熱延鋼板の幅方向両端面に、ミスト（冷却水を微小液滴にしたもの）を冷媒として噴射し、間欠冷却（噴射・停止を繰り返す冷却方法）によりそのコイル状熱延鋼板を冷却するとともに、
前記ミストの噴射時間と停止時間との組み合わせを、前記冷却床上での前記コイル状熱延鋼板の表面温度に応じて変更することを特徴としている。

また、上記課題を解決するため本発明のコイル状熱延鋼板の冷却装置は、前記冷却方法に用いられる冷却装置において、
前記ミストを前記冷却床上の前記コイル状熱延鋼板の幅方向両端面に吹き付けるミストノズルと、
前記冷却床上の前記コイル状熱間圧延鋼板の表面温度を測定する温度センサと、
前記温度センサが測定した前記コイル状熱間圧延鋼板の表面温度に基づき、前記ミストの噴射時間と停止時間との組み合わせを変更するミスト噴射制御手段と、
を具えることを特徴としている。

本発明の冷却方法および冷却装置を用いることにより、コイル状熱延鋼板の表面の濡れを防止する水冷が可能となり、その結果、錆の発生の防止および高能率の冷却が可能となり、短時間でコイル状熱延鋼板を出荷することができる。

コイル置き場に二段積みされた複数のコイルからなるコイル群に適用される本発明のコイル状熱延鋼板の冷却方法の一実施形態に用いられる、本発明のコイル状熱延鋼板の冷却装置の一実施形態の概略を示す斜視図である。 通常の熱間圧延ラインの概略を示す構成図である。 コイル置き場に平置きされた複数のコイルからなるコイル群に適用される本発明のコイル状熱延鋼板の冷却方法の一実施形態に用いられる、本発明のコイル状熱延鋼板の冷却装置の一実施形態の概略を示す斜視図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、コイル置き場に二段積みされた複数のコイルからなるコイル群に適用される本発明のコイル状熱延鋼板の冷却方法の一実施形態に用いられる、本発明のコイル状熱延鋼板の冷却装置の一実施形態の概略を示す斜視図である。

ここにおけるコイル置き場は複数ブロックに分けられ、コイル７はブロック毎に図１に示すように二段積みされており、この実施形態の冷却装置は、ミストノズル９を複数個配置したヘッダ管８を、そのブロック毎に置かれた冷却対象である複数のコイル７の近傍に設置したものである。これは、微小液滴粒子径のミストは遠方まで到達しにくいことから、コイル７の熱で発生する上昇気流を活用して二段積みされたコイル７の全体にミストを散布するためである。

また、コイル置き場においては、コイル７の冷却完了温度である５０℃までコイル７の表面を濡らさずにコイル７を冷却する必要がある。本発明者が液滴粒子径と濡れ発生温度の関係を調べた結果、５０℃まで濡れが発生しないようにするためには、液滴粒子径を４０μｍ以下にすれば良いことが判明した。また、液滴粒子径が２０μｍ以下であると蒸発効率が高く、より好適であることも判明した。従って、上記冷却装置を用いるこの実施形態の冷却方法では、４０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下の粒子径の水滴をミストに用いる。なお、液滴粒子径を１０μｍより小さくすることは実際上困難であった。

ミストを用いた冷却においては、コイル７の表面温度が２００℃以上の場合にはコイル７からの熱によりミストが蒸発しやすい。そのためこの実施形態の冷却方法では、ミストを連続的に噴霧して連続的に冷却を行うか、または、ミストを常に噴射するのではなく、ミストの噴射と停止を交互に繰り返す冷却（以降、間欠冷却と呼ぶ）を行い、湿度の増加を抑制し、効果的な冷却を行う。

連続冷却を終了するときのコイル７の表面温度は、１５０〜２５０℃が好ましい。２５０℃より高いと、冷却時間の短縮効果が小さく、１５０℃より低いと、錆が発生する。この場合の連続冷却および間欠冷却における水量密度（噴霧水量／コイルの幅方向端面冷却面積）は何れも２〜６リットル（Ｌ）／ｍ^２・分（ｍｉｎ）が好ましい。水量密度が２Ｌ／ｍ^２・ｍｉｎより少ないと冷却時間の短縮効果が小さく、６Ｌ／ｍ^２・ｍｉｎより多いと錆が発生する。コイル７の表面温度が高いほど、水量密度を高めることが望ましい。

コイル７の表面温度が１５０℃より低い場合には、ミストがやや蒸発しにくくなる。その対策としてこの実施形態の冷却方法では、間欠冷却を行う。間欠冷却パターンとして、ミストの噴射時間は６０秒（ｓ）以下が望ましい。噴射時間が６０ｓより長いと、大きく湿度が上昇する。また、停止時間は噴射時間の０．２５〜１．５倍が望ましい。停止時間が噴射時間の０．２５倍未満だと、蒸発したミストが十分遠くまで搬送されず、湿度の抑制効果が小さくなる。一方、１．５倍より長いと、冷却時間短縮効果が小さくなる。これらの好適条件の終了温度は、１００〜１５０℃が好ましい。１５０℃より高いと冷却時間の短縮効果が小さく、１００℃より低いと錆が発生する。

コイル７の表面温度が１００℃以下の場合には、さらにミストが蒸発しにくくなる。その対策としてこの実施形態の冷却方法では、水量密度の抑制と間欠冷却とを行う。この場合の水量密度は４Ｌ／ｍ^２・ｍｉｎ以下が好ましい。水量密度が４Ｌ／ｍ^２・ｍｉｎより多いと錆が発生する。間欠冷却のパターンとして、ミストの噴射時間は６０ｓ以下が望ましい。噴射時間が６０ｓより長いと大きく湿度が上昇する。また、停止時間は噴射時間の１〜４倍が望ましい。停止時間が噴射時間の１倍未満だと、蒸発したミストが十分遠くまで搬送されず、湿度の抑制効果が小さくなる。一方、４倍より長いと、冷却時間の短縮効果が小さくなる。

この実施形態の冷却方法を実施するため、図１に示すこの実施形態の冷却装置では、上記ブロック毎に、ヘッダ管８に繋がる冷却水供給配管１０と所定圧力の冷却水源１３との間に直列に、ミスト噴射制御手段としての電磁式開閉弁１１および電磁式流量制御弁１２を介挿し、それらの電磁式開閉弁１１と電磁式流量制御弁１２との作動を、これもミスト噴射制御手段としての通常のコンピュータ１４で制御し、そのコンピュータ１４に、コイル置き場に置かれた複数のコイル７の全体の幅方向端面の表面温度を測定する、温度センサとしての１台または複数台の赤外線カメラ１５からの測定データを入力する。

コンピュータ１４は、あらかじめ与えられたプログラムに基づき作動して、赤外線カメラ１５からの測定データにより、コイル置き場にブロック毎に置かれた複数のコイル７の表面温度のうち、各ブロックで最も低い表面温度を判断し、その最も低い表面温度を基準として、その基準温度に基づき上述の如き条件でブロック毎にコイル７の連続冷却および間欠冷却を実施する。

図３は、コイル置き場に平置きされた複数のコイルからなるコイル群に適用される本発明のコイル状熱延鋼板の冷却方法の一実施形態に用いられる、本発明のコイル状熱延鋼板の冷却装置の一実施形態の一部を示す斜視図であり、この実施形態の冷却装置も、図２に示すものと同様、ミストノズル９を複数個配置したヘッダ管８を、ブロック毎に置かれた冷却対象である複数のコイル７の近傍に設置し、そのブロック毎に、ヘッダ管８に繋がる冷却水供給配管１０と図示しない所定圧力の冷却水源１３との間に直列に、ミスト噴射制御手段としての図示しない電磁式開閉弁１１および電磁式流量制御弁１２を介挿し、それら電磁式開閉弁１１および電磁式流量制御弁１２の作動を、これもミスト噴射制御手段としての図示しない通常のコンピュータ１４で制御し、そのコンピュータ１４に、コイル置き場に置かれた複数のコイル７の全体の幅方向端面の表面温度を測定する、温度センサとしての図示しない１台または複数台の赤外線カメラ１５からの測定データを入力している。

そして、コンピュータ１４は、あらかじめ与えられたプログラムに基づき作動して、赤外線カメラ１５からの測定データにより、コイル置き場にブロック毎に置かれた複数のコイル７の表面温度のうち、各ブロックで最も低い表面温度を判断し、その最も低い表面温度を基準として、上述の如き条件でブロック毎に、コイル７の連続冷却および間欠冷却を実施する。なお、各ヘッダ管８には、噴出するミストの液滴粒子径（粒子直径）が異なる３種類のミストノズル９を配置して、それぞれに接続した冷却水供給配管１０の切り替えで、ミストの粒子直径を変えられるようにしている。また、連続冷却中はコイル７が霧状のミストで囲まれているので、その間の赤外線カメラ１５での表面温度測定の際には、数秒間だけ噴霧停止を行って霧状のミストを掃うことが望ましい。

以下に、図３に示すように熱延工場のコイル置き場に平置き配置された複数のコイル７に対しこの実施形態の冷却装置を用いて冷却を行った発明例（実施例）および比較例について説明する。コイル７の冷却開始温度は６００℃、単体重量は２５ｔｏｎ、コイル置き場の気温は４５℃、冷却水温は３０℃、コイル７の表面温度が５０℃になった時点で冷却を停止する。冷却条件および結果を表１，２に示す。

なお、表１，２中、冷却時間については大気放冷の場合と比較して、◎は２．５日以上の短縮効果があることを示し、○は２日以上の短縮効果があることを示し、△は１〜２日の間の短縮効果があることを示し、×は１日以下の短縮効果があることを示す。また、錆については、○は錆が全長・全幅で発生しないことを示し、△は全長・全幅の内、１０％以下の面積に錆が発生することを示し、×は全長・全幅の面積のうち、３０％以上の面積に錆が発生することを示す。太枠で示した箇所は発明例１を基準としてそれと異なる箇所を示している。

表１に、発明例（実施例）１〜２７を示す。また表２に、比較例１として大気中での放冷を行った場合と、比較例２〜３３としてミストでの冷却を行った場合とを示す。発明例１〜２７では、錆の発生がなく、十分な冷却時間の短縮効果があり、品質の良いコイルを短時間で出荷することができた。これに対し、比較例１では冷却完了までに１０５時間かかったものの、コイル７の表面に錆は発生しなかった。比較例２以降では、表２の条件にしたがってミストでの冷却を行ったが、冷却条件が不適切なため、冷却時間の短縮効果が小さいか、または錆が発生した。

なお、本実施例ではコイル７の冷却開始温度を６００℃としたが、冷却開始温度により本発明の効果が大きく変わるものではない。また、冷却水温については３０℃としたが、冷却水温が低い程、冷却効果が高くなる。一方、冷却水温が冷却停止温度の５０℃を超えると冷却停止温度まで冷却できないため、冷却水温は４０℃以下が好ましい。

以上、図示例に基づき説明したが、本発明は上述の例に限定されるものでなく特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更可能なものであり、例えば、赤外線カメラ１５に代えて熱電対等の接触式の温度センサを用いても良い。また、電磁式開閉弁１１や電磁式流量制御弁１２に代えて、モーター作動式の開閉弁や流量制御弁を用いても良い。

かくして本発明の冷却方法および冷却装置によれば、コイル状熱延鋼板の表面の濡れを防止する水冷が可能となり、その結果、錆の発生の防止および高能率の冷却が可能となり、短時間でコイル状熱延鋼板を出荷することができる。

１ 加熱炉
２ 粗圧延機
３ 仕上圧延機
４ 熱延鋼板
５ 冷却装置
６ 巻取機
７ コイル状熱延鋼板（コイル）
８ ヘッダ管
９ ミストノズル
１０ 冷却水供給配管
１１ 電磁式開閉弁
１２ 電磁式流量制御弁
１３ 冷却水源
１４ コンピュータ
１５ 赤外線カメラ

Claims (5)

1. 熱間圧延ラインに設置される巻取機で巻き取られてコイル状になった後、冷却床上に配置されるコイル状熱延鋼板の冷却方法において、
   前記冷却床上の前記コイル状熱延鋼板の幅方向両端面に、ミストを冷媒として噴射し、少なくとも間欠冷却によりそのコイル状熱延鋼板を冷却するとともに、
   前記ミストの噴射時間と停止時間との組み合わせを、前記冷却床上での前記コイル状熱延鋼板の表面温度に応じて変更することを特徴とするコイル状熱延鋼板の冷却方法。
2. 前記ミストの噴射による前記コイル状熱延鋼板の冷却は、前記コイル状熱延鋼板の表面温度が１５０〜２５０℃で、連続的にミストを噴射する連続冷却から前記間欠冷却に切り替えるものであることを特徴とする、請求項１記載のコイル状熱延鋼板の冷却方法。
3. 前記ミストの噴射による前記コイル状熱延鋼板の冷却は、前記コイル状熱延鋼板の表面温度が１００℃以下で、前記間欠冷却と併せて水量密度の抑制を行うものであることを特徴とする、請求項２記載のコイル状熱延鋼板の冷却方法。
4. 請求項１から３までの何れか１項記載の冷却方法に用いられる冷却装置において、
   前記ミストを前記冷却床上の前記コイル状熱延鋼板の幅方向両端面に吹き付けるミストノズルと、
   前記冷却床上の前記コイル状熱間圧延鋼板の表面温度を測定する温度センサと、
   前記温度センサが測定した前記コイル状熱間圧延鋼板の表面温度に基づき、前記ミストの噴射時間と停止時間との組み合わせを変更するミスト噴射制御手段と、
   を具えることを特徴とするコイル状熱延鋼板の冷却装置。
5. 前記ミスト噴射制御手段は、前記ミストノズルを有するヘッダ管と冷却水源との間に直列に介挿された開閉弁及び流量制御弁と、それら開閉弁及び流量制御弁の作動を制御するコンピュータとを具えることを特徴とする、請求項４記載のコイル状熱間圧延鋼板の冷却装置。

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