JP6074197B2 - 鋼板の冷却装置、熱延鋼板の製造装置、及び熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱延鋼板の冷却装置、熱延鋼板の製造装置及びその製造方法に関し、詳しくは冷却均一性に優れる鋼板の冷却装置、熱延鋼板の製造装置及びその製造方法に関する。

高強度の熱延鋼板を製造するためには、熱間圧延直後に鋼板を急冷することが有効である。そして急冷のためには鋼板に対して単位面積あたりに噴射される冷却水の流量、すなわち水量密度を増加させることがよい。しかしながら水量密度を増加させると鋼板上に滞留する水（滞留水）も増加する。
なお、圧延機の直後には、冷却水を噴射するノズルや他の部材に跳ね上がった鋼板が衝突したり引っ掛りたりすることを防止するため、ガイドが設けられている。従ってガイドは鋼板が通過するライン（パスライン）とノズルとの間に設置されている。

上記したように水量密度を増加させると、ガイドと鋼板との間には、冷却水と大気（空気）とが混じり合った気液混合の滞留水で満たされる。このため、鋼板に向けて噴射された冷却水は鋼板に衝突するまでに拡散しやすくなり、隣り合った冷却水噴流同士で結合、分離を繰り返す。これにより鋼板面での冷却水噴流の衝突力や衝突痕形状といった冷却水噴流が鋼板に衝突する態様が、滞留水がない場合の態様とは異なる。

鋼板冷却において、均一性が高い冷却をするためには、冷却水噴流の噴射パターンの規則性が重要であり、さらに冷却水噴流が意図した噴射パターン通りに規則的に鋼板に衝突することで、噴射パターン通りの衝突圧分布、冷却能力分布が得られ、均一な冷却が可能となる。冷却水噴流の噴射パターンにより冷却均一性を得る方法としては例えば特許文献１に記載されているように、ノズルを碁盤目状または千鳥状に規則的に配置する冷却方法がある。

ところが、水量密度が１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上といった高い水量密度の条件では、適切な噴射パターンを得るようにノズルを規則的に配列したとしても、上述したように滞留水が厚く形成され、その中で冷却水噴流同士で結合、分離を繰り返すことから、衝突圧分布は時間的に変動し、鋼板面において予定していた冷却水噴流の噴射パターン通りの衝突圧分布を得ることは困難であった。このようにある一定以上衝突圧分布が乱れると、必要な冷却均一性を達成することができなくなる。従って、ガイドと鋼板との間が気液混合の滞留水で満たされた場合において、必要な冷却均一性を得るためには、噴流の結合、分離が生じることなく予定した冷却水噴流の規則性が得られるように、冷却水噴流の貫通性を高めることが必要とされる。
冷却水噴流の貫通性を高める方法としては冷却水噴流に対する滞留水の抵抗を減らす、冷却水噴流自体の貫通力を高める等といった対策を講じることが考えられる。

冷却水噴流に対する滞留水の抵抗を減らすにはガイド板を下げる方法がある。例えば特許文献２ではガイド板と鋼板との間の距離を１０ｍｍ〜５０ｍｍにしての急冷を行っている。

一方、冷却水噴流自体の貫通力を高めるには、冷却水噴流の圧力を上昇させることが有効であると考えられるが、これは得られる効果に対して電力、設備コストが非常に高くなり、費用に対する効果が著しく低い。

また、特許文献３、４には、鋼板上の滞留水を減少させるため、鋼板が通過する部位の上方に位置する上面ガイドから冷却水を排出できるよう上面ガイド上に流路を形成することや、板幅方向の流れを促進することで排水性の向上を図ることが開示されている。

特許文献５には、ノズルの配列等が所定の式により特定される関係を満たすことにより板幅方向で均一な冷却が可能になる旨が開示されている。

特許文献６には、ガイド板が流入孔と流出孔とを具備することにより、板幅方向における冷却の均一性が高められる旨が開示されている。

特開２００８−２１２９４３号公報 特開２００４−０６６３０８号公報 特開２０１１−１１２１７号公報 特開２０１１−１１２１８号公報 特許第３８０１１４５号公報 特許第４０２９８７１号公報

しかしながら、特許文献２に記載のように、ガイドを下げる方法では、ガイドを下げすぎると、通板時に鋼板の先端が突っかかるといった通板性の問題が発生しやすくなる。ガイドを下げる目安としては、たとえば、仕上圧延機直近ではガイドと鋼板との距離が１００ｍｍ未満までガイドを下げると鋼板先端の突っかかりが発生しやすくなることが知られている。
また、特許文献２では鋼板先端がガイドに突っかからないよう、拘束ロールにより鋼板を通板方向前後で拘束している。この場合、鋼板の先端が通過した後に鋼板を拘束してから冷却水を噴射する必要があり、鋼板を先端から冷却することができない。
一方、ガイド板が高すぎても鋼板の先端が浮き上がり易くなり、引っ掛り易くなる不具合がある。そのため、ガイドはパスラインから１００ｍｍ〜３５０ｍｍの範囲で設置することが一般的である。また、ガイドを場合に応じて上下動させる方法もあるが、これは機構が複雑な分だけ設備コストが高くなる。また、例えば圧延機のハウジング内といった限定された狭い空間では機構を設置すること自体が困難である。

特許文献３、４のように排水性を向上させる技術では、発明者らはそれだけではガイド板と鋼板との間の気液混合の滞留水を無くすことはできず、冷却水噴流の圧力がそれほど高くない条件での大流量、高い水量密度の冷却において、冷却均一性を十分に維持するには難があるとの知見を得た。

特許文献５に記載の技術では、鋼板上の滞留水が大量に発生した場合、冷却水噴流は鋼板面到達までに乱れてしまい、鋼板面において噴射パターンから想定される冷却水噴流の衝突圧分布にはなりえず、均一な冷却をするには難があるとの知見を得た。

特許文献６に記載の技術では、冷却水噴流の圧力がそれほど高くない条件における大流量、高い水量密度の冷却では、冷却均一性を十分に維持する上で難があるとの知見を得た。

そこで本発明は、高い水量密度の冷却水を供給しても、高い冷却の均一性を維持することができる鋼板の冷却装置を提供することを課題とする。また、このような鋼板の冷却装置を備える熱延鋼板の製造装置、及び熱延鋼板の製造方法を提供する。

発明者らは、鋭意検討の結果、つぎのような知見を得た。
水量密度が１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上といった高い水量密度での冷却時に、鋼板面での冷却水噴流の衝突圧分布を計測すると、鋼板の板幅方向における冷却水の噴射範囲（板幅方向において冷却すべき対象となる範囲）が０．４ｍ以下という場合のように、鋼板上に滞留水がほとんど発生しない条件では、冷却水噴流の衝突痕が噴射パターン通りに明確に現れた。一方、鋼板の板幅方向における冷却水の噴射範囲が１ｍ以上という場合のように、幅広で鋼板上に滞留水が形成される条件では、ガイドと鋼板との距離（以下、「ガイド高さ」）Ｈ_ｇが大きくなるにつれて、次第に噴流の衝突痕形状は噴射パターンから外れて崩れていき、最終的には噴射パターンが全く見られなくなる。これはガイド高さＨ_ｇが大きくなるにつれて滞留水の厚さも増すことから、冷却水噴流に対する滞留水の抵抗が増大し、噴射形状が崩れ拡散しやすくなるためである。

冷却水噴流の衝突痕から噴射パターンが見られなくなった場合、一見、水噴流が直接衝突した箇所と水噴流が直接衝突していない箇所とでの衝突圧の分布の偏りが減り、冷却時の温度差が減少するようにも思われる。しかしながら、水噴流同士で結合、分離を繰り返していることから衝突圧分布は時間的に変動してしまうことに加え、噴射パターン通りに冷却水噴流が鋼板に衝突していないことから、冷却時の鋼板の面内における温度差は増大する。このため、上記したように冷却水噴流の噴射パターンにより必要な冷却均一性を確保するためには鋼板面においてある一定以上の冷却水噴流の衝突痕形状、衝突力を保つことが重要である。

従って、大量の冷却水を高い水量密度で供給する場合には、ガイド高さＨ_ｇやノズルに供給される冷却水の圧力Ｐ_ｎを適切に定め、冷却水噴流の貫通性を向上させることで、冷却水噴流の衝突痕形状、衝突力を保ち、高い冷却均一性を維持できると考えた。

以上より、大量の冷却水を高い水量密度で供給する場合でも鋼板面においてある一定以上の冷却水噴流の衝突痕形状、衝突力を保つためには、「ガイド板高さＨ_ｇを下げ、冷却水噴流に対する滞留水の抵抗を減らす」、「ノズルに供給される冷却水の圧力Ｐ_ｎを上げ、冷却水噴流自体の貫通力を高める」という方針が考えられる。しかしながら、上記したように、ガイド板を下げすぎても上げすぎても通板時に鋼板の先端の引っ掛りが発生しやすくなるといった問題があり、供給圧力を高くすると費用対効果に問題がある。
そこで、通板性を悪化させず、コストを抑えた上で、一定以上の冷却水噴流の衝突痕形状、衝突力を保てるよう鋭意研究を進めて以下の発明を完成させた。

請求項１に記載の発明は、熱間仕上圧延機より下工程側に配置され、鋼板のパスラインの上方からパスラインに向けて冷却水を供給可能で、パスラインの方向に並列された複数のノズル、及び、パスラインとノズルとの間に配置される上面ガイドを備える冷却装置であって、複数のノズルにより、水量密度が１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の冷却水を噴射可能であるとともに、鋼板の板幅方向における冷却水の噴射範囲が１ｍ以上であり、ノズルから噴射された冷却水がノズルの噴射パターン通りに鋼板に衝突した際、その衝突圧が最大となる位置における衝突圧をＰ_Ｃ１（ｋＰａ）、衝突圧が最小となる位置における衝突圧をＰ_Ｃ２（ｋＰａ）とし、ノズルから噴射された冷却水の平均衝突圧をＰ_Ｓ（ｋＰａ）としたとき、次式（１）が成立し、
（Ｐ_Ｃ１−Ｐ_Ｃ２）／Ｐ_Ｓ≧１．４ （１）
平均衝突圧Ｐ _Ｓ （ｋＰａ）は、ノズルへと供給可能な冷却水の流量の最大値をＱ _ｎ （ｍ ^３ ／ｍｉｎ）、ノズルに供給される冷却水の水圧をＰ _ｎ （ＭＰａ）、冷却水噴流の衝突面積をＡ _Ｓ （ｍ ^２ ）としたとき、次式（２）から求められることを特徴とする、鋼板の冷却装置である。
Ｐ _Ｓ = ０．６８９・Ｑ _ｎ ／Ａ _Ｓ ・Ｐ _ｎ ^０．５ （２）

請求項２に記載の発明は、熱間仕上圧延機より下工程側に配置され、鋼板のパスラインの上方からパスラインに向けて冷却水を供給可能で、パスラインの方向に並列された複数のノズル、及び、パスラインとノズルとの間に配置される上面ガイドを備える冷却装置であって、複数のノズルにより、水量密度が１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の冷却水を噴射可能であるとともに、鋼板の板幅方向における冷却水の噴射範囲が１ｍ以上であり、ノズルへ供給される水圧と冷却水が鋼板に衝突するときの衝突角の正弦値との積をＰ_ｎｗ（ＭＰａ）、冷却水が上面ガイドを通過した後鋼板に衝突するまでの距離をＨ_ｇｗ（ｍ）としたとき、０．５≦Ｐ_ｎｗ≦３．０、かつ、０．１≦Ｈ_ｇｗ≦０．３５であり、さらに次式が成立することを特徴とする、鋼板の冷却装置である。
−９．６・Ｈ_ｇｗ＋０．６１・Ｐ_ｎｗ＋３．５≧１．４

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の鋼板の冷却装置において、上面ガイドは、ノズルから噴射される冷却水が通過すべき流入孔と、鋼板の通板方向に隣り合うノズルから噴射される冷却水同士の衝突により跳ね上げられた水が通過可能に設けられた流出孔と、鋼板側とは反対側に設けられ、流出孔に通じる流路である排水通路形成部と、を備える。

請求項４に記載の発明は、熱間仕上圧延機と、熱間仕上圧延機の下工程側に配置される請求項１〜３のいずれかに記載の鋼板の冷却装置と、を備える、熱延鋼板の製造装置である。

請求項５に記載の発明は、熱間仕上圧延機で圧延された鋼板に上方から、鋼板の通板方向に配置された複数のノズルにより冷却水を供給して鋼板を冷却する熱延鋼板の製造方法であって、複数のノズルにより水量密度が１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の冷却水を鋼板の板幅方向において冷却水の噴射範囲が１ｍ以上となるように噴射し、ノズルから噴射された冷却水がノズルの噴射パターン通りに鋼板に衝突した際、その衝突圧が最大となる位置における衝突圧をＰ_Ｃ１（ｋＰａ）、衝突圧が最小となる位置における衝突圧をＰ_Ｃ２（ｋＰａ）とし、ノズルから噴射された冷却水の平均衝突圧をＰ_Ｓ（ｋＰａ）としたとき、次式（１）が成立し、
（Ｐ_Ｃ１−Ｐ_Ｃ２）／Ｐ_Ｓ≧１．４ （１）
平均衝突圧Ｐ _Ｓ （ｋＰａ）は、ノズルへと供給可能な冷却水の流量の最大値をＱ _ｎ （ｍ ^３ ／ｍｉｎ）、ノズルに供給される冷却水の水圧をＰ _ｎ （ＭＰａ）、冷却水噴流の衝突面積をＡ _Ｓ （ｍ ^２ ）としたとき、次式（２）から求められることを特徴とする、熱延鋼板の製造方法である。
Ｐ _Ｓ = ０．６８９・Ｑ _ｎ ／Ａ _Ｓ ・Ｐ _ｎ ^０．５ （２）

請求項６に記載の発明は、熱間仕上圧延機で圧延された鋼板に上方から、鋼板の通板方向に配置された複数のノズルにより冷却水を供給して鋼板を冷却する熱延鋼板の製造方法であって、複数のノズルにより水量密度が１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の冷却水を鋼板の板幅方向において冷却水の噴射範囲が１ｍ以上となるように噴射し、ノズルへ供給される水圧と冷却水が鋼板に衝突するときの衝突角の正弦値との積をＰ_ｎｗ（ＭＰａ）、冷却水が鋼板とノズルとの間に配置される上面ガイドを通過した後鋼板に衝突するまでの距離をＨ_ｇｗ（ｍ）としたとき、０．５≦Ｐ_ｎｗ≦３．０、かつ、０．１≦Ｈ_ｇｗ≦０．３５であり、さらに次式が成立することを特徴とする、熱延鋼板の製造方法である。
−９．６・Ｈ_ｇｗ＋０．６１・Ｐ_ｎｗ＋３．５≧１．４

本発明により、高い水量密度の冷却水を供給しても、冷却水噴流が滞留水を貫通し鋼板面において十分な衝突痕、衝突圧が得られ、それにより必要な冷却均一性が維持できる。

１つの実施形態を説明する図で、鋼板の冷却装置、及び熱延鋼板の製造装置の一部を模式的に示した図である。 図２（ａ）は図１のうち、冷却装置が配置される部分で該冷却装置全体を含むように拡大した図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のうち上工程側に注目した図である。 ノズルからの噴流の態様を模式的に示す斜視図である。 ノズルからの噴流の態様を模式的に示す平面図である。 ノズル配置の他の例を説明する図である。 フラットスプレーノズルのＰ_Ｃ１及びＰ_Ｃ２の例を示す図である。 フルコーンノズルのＰ_Ｃ１及びＰ_Ｃ２の例を示す図である。 式に用いられる記号を説明する図である。 Ｌ_Ｓの定義の例を説明する図である。 図１０（ａ）は上面ガイド３０の平面図、図１０（ｂ）が上面ガイド３０の断面図である。 上面ガイド３０’の平面図である。 上面ガイド３０における排水について説明する図である。 図１３（ａ）は上面ガイド１３０の断面図、図１３（ｂ）は上面ガイド１３０’の断面図である。 図１４（ａ）は上面ガイド２３０の断面図、図１４（ｂ）は上面ガイド２３０’の断面図である。 Ｐ_ｄｑと温度差との関係を示すグラフである。 図１６（ａ）はＮｏ．１における時間と衝突圧の関係、図１６（ｂ）はＮｏ．５における時間と衝突圧との関係を表すグラフである。 Ｐ_ｎｗとＰ_ｄｑとの関係を示すグラフである。 Ｈ_ｇｗとＰ_ｄｑとの関係を示すグラフである。

本発明の上記した作用および利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

図１は、１つの実施形態を説明する図であり、鋼板の冷却装置２０（以下、「冷却装置２０」と記載することがある。）、及び冷却装置２０を備えた熱延鋼板の製造装置１０（以下、「製造装置１０」と記載することがある。）の一部を概略的に示した図である。図１では、鋼板１は紙面左（上流側、上工程側）から右（下流側、下工程側）の方向へと搬送されており、紙面上下方向が鉛直方向である。当該上工程側（上流側）から下工程側（下流側）方向を通板方向と記載することがあり、これに直交する方向で、通板される鋼板の板幅の方向を板幅方向と記載することがある。また、図において見易さのため繰り返しとなる符号の記載は省略することがある。

図１に示すように、製造装置１０は、熱間仕上圧延機列１１、搬送ロール１２、ピンチロール１３、及び冷却装置２０を備えている。また図示及び説明は省略するが、熱間仕上圧延機列１１より上工程側には、加熱炉や粗圧延機列等が配置され、熱間仕上圧延機列１１に入るための鋼板の条件を整えている。一方、ピンチロール１３の下工程側には他の冷却装置や巻き取り機等が設けられ、鋼板コイルとして出荷するための各種設備が配置されている。

熱延鋼板は概ね次のように製造される。すなわち、加熱炉から抽出され粗圧延機で所定の厚さまで圧延された粗バーが、温度を制御されながら連続的に熱間仕上圧延機列１１で所定の厚さまで圧延される。その後、冷却装置２０内で急速に冷却される。ここに、冷却装置２０は、熱間仕上圧延機列１１の最終スタンド１１ｇにおいて、ワークロールを支持するハウジング１１ｇｈの内側からワークロールに極力近接するようにして設置されている。そして、ピンチロール１３を通過して他の冷却装置により所定の巻き取り温度まで冷却され、巻き取り機によりコイル状に巻き取られる。

熱延鋼板の製造装置１０は、上記の通り熱間仕上圧延機列１１を備えている。本実施形態では、７機のスタンド１１ａ、…、１１ｆ、１１ｇが通板方向に沿って並列されている。ぞれぞれのスタンド１１ａ、…、１１ｆ、１１ｇは、圧延機を具備し、最終製品において必要とされる厚さ、機械的性質、表面品質等の条件を満たすことができるように圧下率等が設定されている。ここで、各スタンド１１ａ、…、１１ｆ、１１ｇの圧下率は製造される鋼板が有するべき性能を満たすように設定されるが、高圧下圧延を行ってオーステナイト粒を微細化するとともに鋼板に圧延歪を蓄積させ、圧延後に得られるフェライト粒の微細化を図る観点から最終スタンド１１ｇにおいて圧下率が大きいことが好ましい。

各スタンド１１ａ、…、１１ｆ、１１ｇの圧延機は、実際に鋼板を挟んで圧下する一対のワークロールと、該ワークロールに外周同士を接するように配置された一対のバックアップロールとを有している。また、圧延機はワークロール及びバックアップロールを内側に含み、スタンド１１ａ、…、１１ｆ、１１ｇの外殻を形成し、ワークロール及びバックアップロールを支持するハウジング（スタンド１１ｇでは符号１１ｇｈで表した。）を備えている。該ハウジングは対向して立設された立設部を有している。すなわち、ハウジングの立設部は、鋼板１（パスラインＰ）を板幅方向に挟むように立設されている。また最終スタンド１１ｇの立設部は、冷却装置２０の一部及び鋼板１（パスラインＰ）を板幅方向に挟むように立設されている。

搬送ロール１２は、鋼板１のテーブルであるとともに該鋼板１を通板方向に搬送するロールである。このような搬送ロール１２は熱間仕上圧延機列１１の下工程側に複数、通板方向に配列されている。搬送ロール１２としては公知のものを適用することができる。

ピンチロール１３は、水切りを兼ねており、冷却装置２０の下工程側に設けられている。これにより、冷却装置２０内で噴射された冷却水が鋼板１の下工程側へと流出することを防止することが可能になる。
さらには、ピンチロール１３により鋼板１に張力を与え、冷却装置２０における鋼板１の波打ちを抑制して、特に、鋼板１の先端が巻き取り機に噛み込む前の時点における鋼板１の通板性を向上させることができる。ここでピンチロール１３のロールのうち上側のロール１３ａは上下に移動可能とされている。

冷却装置２０は熱間仕上圧延機列１１で圧延された鋼板１を急速に冷却する装置であり、熱間仕上圧延機列１１とピンチロール１３との間に配置されている。図２は、図１のうち冷却装置２０が備えられた部位を拡大して示した図である。図２（ａ）は冷却装置２０の全体が表れるように拡大した図、図２（ｂ）は、さらに最終スタンド１１ｇの近傍に注目した図である。冷却装置２０は、上面給水手段２１、下面給水手段２２、上面側のガイド板３０、下面側のガイド板４０を備えている。

上面給水手段２１は、鋼板１（パスライン）の上方から冷却水を供給する手段であり、ヘッダ２１ａ、各ヘッダ２１ａに複数列をなして設けられた導管２１ｂ、及び該導管２１ｂの先端に取り付けられたノズル２１ｃを備えている。本実施形態では、ヘッダ２１ａは通板方向に直交する方向、すなわち板幅方向である図２の紙面奥／手前方向に延在する配管であり、このようなヘッダ２１ａが通板方向に複数配列されている。

導管２１ｂは各ヘッダ２１ａから分岐する複数の細い配管であり、その開口端部が鋼板（パスライン）の上面側に向けられている。導管２１ｂは、ヘッダ２１ａの管長方向に沿って、すなわち板幅方向に複数、櫛歯状に設けられている。

各導管２１ｂの先端にはノズル２１ｃが取り付けられている。本実施形態のノズル２１ｃは、扇状の冷却水噴流（例えば、５ｍｍ〜３０ｍｍ程度の厚さ）を形成可能なフラットタイプのスプレーノズルである。図３には噴流のイメージを表した斜視図、図４にはノズル２１ｃにより鋼板表面に形成される冷却水噴流の衝突態様を概念的に示した。図４において、白丸で表したのはノズル２１ｃの直下の位置を表している。また、太線で冷却水噴流の衝突位置、形状を模式的に表している。図３、図４には通板方向と板幅方向の向きも示している。図４からわかるように本実施形態では、隣り合うノズル列では、板幅方向の位置をずらすようにノズルを配置し、さらにその隣のノズル列とはノズルの板幅方向位置が同じとなるように、いわゆる千鳥状配列としている。これにより搬送される鋼板の板幅方向における噴流の衝突領域が、ノズル列を通過するごとに均一化され、板幅方向における冷却ムラを低減させることが可能となる。ここでは下工程側２つ目のノズル列（図４ではノズル列Ａに対してノズル列Ｃ）でノズルの板幅方向位置が一致するような千鳥配列を説明したが、例えば図５に示したようにノズル列Ａに対して下工程側４つ目のノズル列Ｅではじめてノズルの板幅方向位置が一致するような周期、すなわち３つ目以上下工程側のノズル列で板幅方向位置が一致するような周期でノズルをずらす千鳥状の配列も有効である。

本発明では上面給水手段２１は、１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の水量密度で冷却水を噴射可能に構成されている。
また、本発明では噴流の貫通性（スプレー貫通性）Ｐ_ｄｑを定義する。冷却水噴流の貫通性が良いほど、Ｐ_ｄｑは高い値となる。スプレー貫通性Ｐ_ｄｑは、板幅方向における冷却水の噴射範囲のうち中央付近で計測する衝突圧に基づいて次式（１）から求めることができる。
Ｐ_ｄｑ=（Ｐ_Ｃ１−Ｐ_Ｃ２）／Ｐ_Ｓ （１）

図６にＰ_Ｃ１、Ｐ_Ｃ２を説明するため冷却水が鋼板に衝突したときに生じる衝突圧の分布を示した。式（１）でＰ_Ｃ１（ｋＰａ）はノズルから噴射された冷却水が噴射パターン通りに鋼板に衝突したときに衝突圧が最大となる位置の衝突圧である。これは例えば図６にＰ_Ｃ１で示したように鋼板に噴射パターン通りに衝突している冷却水噴流の中心位置の衝突圧に相当し、候補が複数ある場合には基本的にはその中の任意の点を選べばよい。しかしながら、実際にはノズル流量のバラツキにより複数の候補の間でも値がばらつくので、その中で衝突圧が最大となっている位置の衝突圧を用いることが望ましい。

式（１）のＰ_Ｃ２（ｋＰａ）はノズルから噴射された冷却水が噴射パターン通りに鋼板に衝突したときに衝突圧が最小となる位置の衝突圧である。これは、例えば図６にＰ_Ｃ２で示したような鋼板に衝突した後の冷却水噴流の２次流れが通板方向で前後に衝突する領域（２次流れ衝突部）付近において、通板方向に衝突圧が最小となる点を結んだ板幅方向のライン上の衝突圧に相当し、基本的にはその中の任意の点を選べばよい。ただし、冷却水噴流の貫通性を確保するための衝突圧差は最大衝突圧近傍で発生する最小衝突圧との差をとるべきなので、上記ライン上のうちでＰ_Ｃ１の位置に最も近い位置の衝突圧が望ましい。ここで、噴射された冷却水が噴射パターン通りに鋼板に衝突するときとは、鋼板上に滞留水がない状況、又はほとんどない状況での冷却水噴流の衝突状況に相当する。
また、図７にフルコーンノズルを使用して冷却した場合のＰ_Ｃ１、Ｐ_Ｃ２の取り方の例を示す。図７はフルコーンノズルを使用した場合における冷却水が鋼板に衝突したときの衝突圧の分布である。フルコーンノズルの場合はＰ_Ｃ２もライン上に分布せず、図７のように離散的に分布する場合がある。

式（１）のＰ_Ｓ（ｋＰａ）は平均衝突圧であり、次式（２）から求められる。
Ｐ_Ｓ= ０．６８９・Ｑ_ｎ／Ａ_Ｓ・Ｐ_ｎ ^０．５ （２）

ここでＱ_ｎ（ｍ^３／ｍｉｎ）はノズルへと供給可能な冷却水の流量の最大値である。
Ｐ_ｎ（ＭＰａ）はノズルに供給される冷却水の水圧である。
また、Ａ_Ｓ（ｍ^２）は冷却水噴流の衝突面積であり、例えばフラットスプレーノズルであれば、次式（３）で定義される。
Ａ_Ｓ＝Ｌ_Ｓ・４０／１０００ （３）

式（３）において、図４に表したようにＬ_Ｓ（ｍｍ）は冷却水噴流衝突域の長軸長さを表し、式（４）で表すことができる。また式（４）で用いた記号を説明する図を図８に示した。
Ｌ_Ｓ＝２×Ｈ_ｎ／ｃｏｓγ×ｔａｎ（α／２） （４）

式（４）において、Ｈ_ｎ（ｍｍ）はノズルの先端における鋼板へ向けて噴射された冷却水の中心点と鋼板の表面との距離である。α（°）は冷却水噴流が鋼板へと衝突することにより形成される冷却水衝突域の長軸の両端とノズル先端における冷却水の中心点とで形成される三角形の冷却水の中心点における頂角を表している。γ（°）は冷却水の中心線と鋼板の表面の垂線とのなす角である。

また、冷却水噴流衝突域の長軸長さＬ_Ｓは板幅方向に複数のノズルを並べる場合に、板幅方向に均一な冷却能分布が得られるようにするための基準となる長さで以下に述べるような値とすることもできる。ノズル単体における代表的な流量分布を図９に示す。図９からわかるように、板幅方向中央から所定の幅まで概ね均一な流量分布が得られるが、その両側では外側に向けてほぼ直線的に減少する流量分布となる。このとき冷却水噴流衝突域の長軸長さＬ_Ｓは、例えば、図９に示すように、板幅方向中央の均一な流量分布域での平均流量をＱ_ｍとする時、流量が直線的に減少する両側の領域でＱ_ｍ／２となる位置を冷媒噴流衝突域の長軸の両端とし、その間の長さをＬ_Ｓと定義することもできる。但し、Ｌ_Ｓの定義方法としては、上述のように板幅方向に複数のノズルを並べる場合に、均一な冷却能分布を得る目的から決められるものであれば、この例に限るものではなく、使用するノズルから得られる流量分布の形状によって定義方法を変えてもよい。

上記式（３）で表したＡ_Ｓはフラットスプレーノズルを使用したときの式であるが、長方円ノズル、フルコーンノズルについても同様の式で求めることが可能であり、例えばフルコーンノズルであれば、Ａ_Ｓ（ｍ^２）は次式（５）で定義される。
Ａ_Ｓ＝π・（Ｈ_ｎ／ｃｏｓγ・ｔａｎ（α／２））^２ （５）

以上のように定義されるスプレー貫通力Ｐ_ｄｑについて、発明者らが鋭意検討した結果、Ｐ_ｄｑが１．３８以上あたり（概ね１．４）から板幅方向における冷却時の鋼板の温度差は小さく、１．３８未満あたりから冷却の温度差が急激に大きくなっている知見を得た。また、Ｐ_ｄｑが大きい場合ではＰ_Ｃ１とＰ_Ｃ２の差も大きく安定しており、冷却水噴流は噴射パターン通りに鋼板に衝突しているため、冷却時の鋼板の温度差は小さくなる。逆にＰ_ｄｑが小さい場合ではＰ_Ｃ１とＰ_Ｃ２の差も小さく、冷却水噴流は噴射パターン通りに鋼板に衝突しておらず、さらに時間方向で衝突圧が大きく変動して安定していないため、冷却時の鋼板の温度差は大きくなる。以上より、板幅方向に温度差が小さく、必要な冷却均一性を確保するための板幅方向における冷却水の噴射範囲の中央付近におけるＰ_ｄｑの条件は次式（６）で表される。
Ｐ_ｄｑ＝（Ｐ_Ｃ１−Ｐ_Ｃ２）／Ｐ_Ｓ≧１．４ （６）

ノズルからの噴流が式（６）を満たすことにより、板幅方向における冷却水の噴射範囲が１ｍ以上である場合に、高い水量密度の冷却水を供給しても、冷却水噴流が滞留水を貫通し鋼板面において十分な衝突痕、衝突圧が得られ、それにより必要な冷却均一性が維持できる。

本実施形態では、図４からわかるように鋼板表面における板幅方向の全ての位置にわたって冷却水噴流を少なくとも２回通過できるように冷却ノズルを配置した。すなわち、通板される鋼板のある点Ｄは、図４の直線矢印に沿って移動する。その際にノズル列Ａで２回（Ａ_１、Ａ_２）、ノズル列Ｂで２回（Ｂ_１、Ｂ_２）、ノズル列Ｃで２回（Ｃ_１、Ｃ_２）、…というように、各ノズル列において当該ノズル列に属するノズルからの噴流が２回衝突する。ここでは２回通過としたが、これに限定されることはなく、３回以上通過するように構成してもよい。なお、板幅方向における冷却能の均一化を図るという観点から、通板方向で隣り合うノズル列では、互いに逆の方向に冷却ノズルを捻った。

ここで、本実施形態では、上記のように隣り合うノズル列では、互いに逆の方向にノズルを捻じった形態を説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、全てが同じ方向に捻じってある形態であってもよい。また、捻じり角（上記β）も特に限定されるものではなく、必要とされる冷却能や設備配置の納まり等の観点から適宜決定することができる。さらに、本実施形態では、上記利点の観点から通板方向に隣り合うノズル列を千鳥状配列とする形態としたが、これに限定されるものではなく、ノズルが通板方向に直線上に並列される形態であってもよい。

上面給水手段２１が備えられる位置、特にノズル２１ｃが配置されるべき位置は特に限定されるものではないが、熱間仕上圧延機列１１における最終スタンド１１ｇの直後に、該最終スタンド１１ｇのハウジング１１ｇｈの内側から当該最終スタンド１１ｇのワークロール１１ｇｗに極力近接するように配置させることが好ましい。このように配置することで、熱間仕上圧延機列１１による圧延直後の鋼板１を急冷することが可能になるとともに、鋼板１の先端部を安定して冷却装置２０に誘導することができる。本実施形態では、図２（ａ）からわかるように、ワークロール１１ｇｗに近いノズル２１ｃは鋼板１に近づけて配置する。

さらに各ノズル２１ｃの冷却水噴射口から噴射される冷却水の噴射方向は鉛直方向を基本とする一方、最終スタンド１１ｇのワークロール１１ｇｗに最も近い冷却ノズルからの冷却水の噴射は、鉛直よりもワークロール１１ｇｗの方向に傾けられることが好ましい。これにより、鋼板１が最終スタンド１１ｇで圧下されてから冷却が開始されるまでの時間をより一層短くし、圧延で蓄積された圧延歪が回復する時間をほぼゼロにすることも可能となる。従って、より微細な組織を有する鋼板を製造することができる。

下面給水手段２２は、鋼板１（パスライン）に下方から冷却水を供給する手段であり、ヘッダ２２ａ、ヘッダ２２ａに複数列をなして設けられた導管２２ｂ、及び該導管２２ｂの先端に取り付けられたノズル２２ｃを備えている。下面給水手段２２は、上記した上面給水手段２１に対向して設けられ、冷却水の噴射方向が異なるが、その構造は概ね上面給水手段２１と同様であるのでここでは説明を省略する。

次に上面ガイド３０について説明する。図１０に上面ガイド３０を概念的に示した。図１０（ａ）は上面ガイド３０を冷却装置２０の上方から見た図で一部を破断して示している。図１０（ｂ）は上面ガイド３０を側面側から見た図である。図１０にはノズル２１ｃの位置、及び鋼板１の位置も併せて示している。

上面ガイド３０は、板状であるガイド板３１と、ガイド板３１の上面側に配置された排水通路形成部３５と、を備えている。

ガイド板３１は、板状の部材であるとともに、流入孔３２及び流出孔３３が設けられている。
流入孔３２は上記したノズル２１ｃに対応する位置に設けられ、その形状も噴流の形状に対応するものとしている。従って、流入孔３２は、板幅方向に並列されて流入孔列３２Ａを形成するとともに、該流入孔列３２Ａが通板方向にさらに並列されている。ここで、流入孔の形状は特に限定されるものではなく、ノズル２１ｃからの噴流がガイド板３１にできるだけ当たらないように形成されていればよい。具体的には使用されるノズルの噴流の特性にもよるが、１つのノズル２１ｃからの単位時間当りの冷却水噴出量の１０％以上は上面ガイド３０のガイド板３１に衝突しないように通過する形状であることが好ましい。さらに限られたスペースに効率よく当該流入孔３２を設ける観点から、流入孔の開口形状は、冷却水噴流の横断面形状（噴出方向軸に直交する断面）に略相似形であることが好ましい。

一方、流出孔３３は、矩形の孔であり、該孔は板幅方向に複数並列されて流出孔列３３Ａを形成している。２つの流出孔３３、３３間にガイド板３１の一部が残ることにより搬送される鋼板の先端の流出孔３３への入り込みが防止され、これが鋼板侵入防止手段３３ｓとなる。該流出孔列３３Ａは、上記した複数の流入孔列３２Ａ、３２Ａ間に配置されている。すなわち、ガイド板３１では通板方向に沿って流入孔列３２Ａと流出孔列３３Ａとが交互に配置されている。

ここでは、流出孔３３の好ましい開口形状として、上記のような並列された矩形を説明した。これにより限られたスペースで効率良く大きな開口面積を得ることができる。ただしこれに限定されるものではなく、適切な排水量を確保することができ、鋼板の引っ掛かりを防止することが可能であればよい。すなわち、流出孔の開口形状は上記した矩形に限定されるものではなく、例えば、円形や、台形を挙げることができる。そして鋼板侵入防止手段は、当該開口形状に対応した形状となる。例えば流出孔が通板方向に上底下底を有する台形の場合には、鋼板侵入防止手段は通板方向から傾いた平行四辺形の形状とすることもできる。

図１１に流出孔の変形例を示した。図１１に示した変形例の上面ガイド３０’では、流出孔３３’が異なるのみで他の部位は上記した上面ガイド３０と同じなので、当該同じ部位については、符号も同じものを用い、説明も省略した。上面ガイド３０’の１つの流入孔３３’は、幅方向に１つの長い孔３３Ａ’であるとともに、ここに網材３３Ｂ’が張られている形態である。これによっても流出孔を形成することもできる。網材３３Ｂ’のいわゆるメッシュの細かさは冷却水の流れへの影響が少なく、かつ、ゴミ等の異物のつまりが生じ難いとの観点から５ｍｍ×５ｍｍ以上の網目であることが好ましい。

また、図１０に示したように、流出孔３３の縁のうち、通板方向に直交する向きの縁からは上方に向けて逆流防止片３３ｐが立設されている。この逆流防止片３３ｐは、流出孔３３に入った水が再び流出孔３３から元の位置へ逆流することを防止するために設けられるものであり、この逆流防止片３３ｐを設けることで、より多くの排水量を確保することができ、排水性を向上させることが可能となる。
本実施形態では２つの逆流防止片３３ｐ、３３ｐは略平行に立設されているが、逆流防止片を、その下端より上端側が狭くなるように立設させてもよい。これにより、逆流防止片と後述する排水通路形成部の立設される片（３５ａ、３５ｃ）との間の流路断面積を広く確保することができる。

排水通路形成部３５は、図１０（ｂ）からわかるように、片３５ａ、３５ｂ、３５ｃにより囲まれた凹状断面を有して板幅方向に延在する部材である。排水通路形成部３５は、ガイド板３１の上面側から、凹状の開口部を該ガイド板３１に向けて被せるように配置される。このとき、開口部、すなわち片３５ａと片３５ｃとの間にガイド板３１の上面の一部及び流出孔列３３Ａが含まれるように被せる。また、隣り合う排水通路形成部３５、３５間は所定の間隔を有し、該間隔の間に流入孔列３２Ａ及びノズル２１ｃが配置される。また、流出孔列３３Ａと対向する片３５ｂの流出孔列３３Ａ側には該流出孔列３３Ａの真上となる位置に整流片３６が設けられている。整流片３６の形状は、片３５ｂに衝突する排水を後述するように逆流防止片３３ｐ、３３ｐが設けられた排水通路の底面方向へ分離するように整流化できる形状が好ましい。例えば、逆三角形、台形、楔型やその他突起型形状が考えられる。

ここで、排水通路形成部３５の高さは、特に限定されるものではないが、上記した上面給水手段２１の導管２１ｂの内径をｄとしたとき、５ｄ〜２０ｄの範囲であることが好ましい。これは導管２１ｂが２０ｄより長いと圧力損失が大きくなり好ましくなく、また、５ｄより短いと冷却ノズルからの噴射が安定しない虞があることによる。

以上のような上面ガイド３０は、図２に示したように配置される。本実施形態では３つの上面ガイド３０、３０、３０が用いられ、これが通板方向に並列される。いずれの上面ガイド３０も冷却ノズル２１ｃの高さ方向位置に対応するように配置されている。すなわち、本実施形態では最終スタンド１１ｇに近い上面ガイド３０では最終スタンド１１ｇ側端部が低く、他端側が高くなるように傾斜して配置されている。他の２つの上面ガイド３０、３０は、通板面から所定の間隔を有して該通板面と略平行に配置されている。

ここで、ノズルへ供給される水圧Ｐ_ｎと冷却水噴流の鋼板に対する衝突角の正弦値との積をＰ_ｎｗで定義すると、Ｐ_ｎｗは式（７）で表される。
Ｐ_ｎｗ＝Ｐ_ｎ×ｓｉｎ（９０−γ） （７）

また、ガイド板と鋼板との間における冷却水噴流の通過距離Ｈ_ｇｗ（ｍ）とは図８に示されるような、冷却水噴流がガイド板を通過した後から鋼板に衝突するまでの距離であり、式（８）で示される。ここでＨ_ｇは上記の通りガイド高さである。
Ｈ_ｇｗ＝Ｈ_ｇ／ｃｏｓγ （８）

これについて発明者らは、Ｐ_ｄｑは０．５≦Ｐ_ｎｗ≦３．０の範囲でＰ_ｎｗを用いて線形近似でき、Ｐ_ｄｑは０．１≦Ｈ_ｇｗ≦０．３５の範囲でＨ_ｇｗを用いて線形近似できる知見を得た。これにより、当該範囲において、Ｐ_ｄｑは次式（９）で近似可能である。
Ｐ_ｄｑ＝−９．６・Ｈ_ｇｗ＋０．６１・Ｐ_ｎｗ＋３．５ （９）

式（９）よれば、Ｐ_ｎｗが高くなると冷却水噴流の貫通性Ｐ_ｄｑは上昇し、Ｈ_ｇｗが高くなると冷却水噴流の貫通性Ｐ_ｄｑは減少する。従って、冷却水噴流が十分に貫通し、必要な冷却能力、冷却均一性が得られる冷却装置の条件は、０．５≦Ｐ_ｎｗ≦３．０、かつ０．１≦Ｈ_ｇｗ≦０．３５のとき、式（１０）で表される。
Ｐ_ｄｑ＝−９．６・Ｈ_ｇｗ＋０．６１・Ｐ_ｎｗ＋３．５≧１．４ （１０）

式（１０）はノズルから噴射された冷却水が鋼板とガイドとの間から大気中に排出されるまでの流路において、流路内が全て冷却水のみであると仮定して計算される圧力損失が７（ｋＰａ）以下になるような冷却装置に適用が可能であり、極端に冷却水の排水性が悪い場合には上式は適用できない虞があることから、上記した構造を採用する等、排水性を十分に確保することが好ましい。

式（１０）を満たすような冷却水噴流及び上面ガイド高さを満たすことにより、板幅方向における冷却水噴射範囲が１ｍ以上の場合に、高い水量密度の冷却水を供給しても、冷却水噴流が滞留水を貫通して鋼板面において十分な衝突痕、衝突圧が得られ、それにより必要な冷却均一性が維持できる。

また、上記したようなガイド板３１を備えることにより、上面ガイドとしての基本的な機能であるところの鋼板先端部の通板時に該先端部が冷却ノズル等に引っ掛かる不具合を解消することができる。さらに、排水通路形成部３５を備えることにより、鋼板上面側に供給された大量の冷却水を適切に排出することが可能となる。第一に、上面給水手段２１により供給された冷却水は鋼板を冷却した後その一部は板幅方向に流れ、下方に落下して排水される。しかしながら供給された冷却水量、密度が大きいと当該排水では追い付かずに滞留水が厚く形成されてしまう。これに対して上面ガイド３０ではさらなる排水通路を設けることにより滞留水を薄く維持することが可能となる。詳しくは次の通りである。

図１２に説明のための図を示した。図１２ではわかり易さのため符号を省略しているが、対応するものは図１０（ｂ）の符号を参照できる。板幅方向からの排水が追い付かない程の高い冷却水供給密度、冷却水供給量の場合には、ノズル２１ｃからの水流も勢いが強い。かかる場合には、鋼板１の上面に噴射された冷却水は、図１２に矢印Ｒで示したように通板方向前後にも移動し、衝突する。このような衝突が生じることにより冷却水はその向きを変え矢印Ｓで示したように上方に移動して流出孔３３を通過し、排水通路形成部３５の片３５ｂに衝突する。このとき該片３５ｂには上記したように楔型の整流片３６が設けられ、冷却水が矢印Ｔで示したように方向転換される。このとき整流片３６により当該方向転換の抵抗が低く抑えられ、確実かつ効率よく行われる。これによりガイド板３１の上面側に達した冷却水は図１２の紙面奥／手前方向に移動して排水される。このとき流出孔３３の縁には逆流防止片３３ｐが設けられているので、再び流出孔３３から冷却水が戻ることを抑制している。

このように、さらなる排水手段が設けられることにより上面側に供給された冷却水が大量、高い水量密度になった場合であっても滞留水を抑えることができる。また、冷却水が給水される孔と排出される孔とを分けるとともに、上記のような構造により冷却に供される冷却水と排水されるために移動し始めた冷却水とが途中で衝突することを抑えられる。これにより給排水が円滑に行われ、滞留水を薄くすることができ、冷却効率を高くすることが可能となる。このように円滑な排水と滞留水の抑制により板幅方向における冷却ムラを小さく抑えることも可能となる。これにより均一な品質を有する鋼板を得ることができる。冷却ムラは、冷却水の板幅方向温度ムラが±３０℃以内であることが好ましい。

本実施形態では、１つの流出孔列３３Ａに含まれる流出孔３３を上面ガイド３０の板幅方向全部に亘って配置したが、これに限定されることはない。例えば滞留水が厚くなる傾向が大きい板幅方向中央部付近にのみこのような流出孔を設けてもよい。

ガイド板３１の上面に達した冷却水をガイド板３１の板幅方向両端から排水することにおいて、その排水性をさらに向上させるための構成が加えられていてもよい。例えば次のようなものを挙げることができる。ガイド板３１の上面側のうち板幅方向中央を高く形成し、幅方向両端に向けて低くなるように傾斜を設けても良い。これによれば高低差により、排水がガイド板３１の両端に移動しやすくなり、さらに円滑な排水を促進することができる。また、ポンプ等を設置して強制的に排水させたり、排水通路形成部内を負圧にすることにより冷却水を排水通路形成部内に導入しやすくし、さらに排水性を向上させてもよい。また、上面ガイド自体を上下方向に移動可能に形成し、上面ガイド３０を通板に影響を与えない範囲で下方に移動することで滞留水に押しつけ、強制的に排水通路形成部内に冷却水を導く構成としてもよい。

またガイド板３１に設けられる流出孔３３や幅方向両端部では、その縁部分（エッジ）に面取りやＲを取る（エッジを円弧状に形成すること。）処理をしてもよい。これにより、通板される鋼板の引っ掛かりを減らしたり、冷却水の円滑な流動を促進することもできる。

ガイド板３１の材質は、ガイドとして必要とされる強度や耐熱性を有する一般的な材料を用いることができ、特に限定されるものではない。ただし、通板される鋼板がガイド板３１に接触したときの鋼板への擦り傷等を減らす目的で、強度、及び耐熱の問題が生じない部位には鋼板よりも軟質である樹脂等の材料を用いてもよい。

図１３には他の形態の上面ガイド１３０、１３０’のうち図１０（ｂ）に相当する図を示した。図１３（ａ）が上面ガイド１３０、図１３（ｂ）が上面ガイド１３０’である。ここでは上記した上面ガイド３０と共通する部材については同じ符号で示し、説明も省略する。上面ガイド１３０では、排水通路形成部１３５がガイド板３１から分離して形成されている。従って、排水通路形成部１３５では、片３５ａと逆流防止片３３ｐとが底板１３５ｄにより連結され、片３５ｃと逆流防止片３３ｐとが底板１３５ｅにより連結され、排水通路の底部を形成している。このような上面ガイド１３０としてもよい。上面ガイド１３０’では、さらに逆流防止片１３３ｐ’がガイド板３１の上面側に延在している形態である。

図１４にはさらなる他の形態の上面ガイド２３０、２３０’のうち図１０（ｂ）に相当する図を示した。図１４（ａ）が上面ガイド２３０、図１４（ｂ）が上面ガイド２３０’である。ここでは上記した上面ガイド３０、１３０と共通する部材については同じ符号で示し、説明も省略する。上面ガイド２３０でも、排水通路形成部２３５がガイド板３１から分離して形成されている。従って、排水通路形成部２３５では、片３５ａと逆流防止片２３３ｐとが底板２３５ｄにより連結され、片３５ｃと逆流防止片２３３ｐとが底板２３５ｅにより連結され、排水通路の底部を形成している。また、逆流防止片２３３ｐがガイド板３１の上面側に延在している。上面ガイド２３０では、ガイド板３１と排水通路形成部２３５との間に冷却ノズル２１ｃの他、ヘッダ２１ａ及び導管２１ｂもここに含んでいる。このような上面ガイド２３０としてもよい。

上面ガイド２３０’では、上記上面ガイド２３０において、隣り合う排水通路形成部２３５を１つの排水通路形成部２３５’とした。これによっても図１４（ｂ）にＴ’で示した排水経路を確保することができる。これによれば排水経路Ｔ’の流路断面積を大きく取ることが可能となる。

次に図２に戻り、下面ガイド４０について説明する。下面ガイド４０は、下面給水手段２２とパスラインＰ（鋼板１）との間に配置される板状の部材である。これにより、特に鋼板１を製造装置１０に通す際に、鋼板１の最先端が下面給水手段２２や搬送ロール１２に引っ掛かることを防止できる。また、下面ガイド４０には下面給水手段２２からの噴流を通過させる流入孔が設けられている。これにより、下面給水手段２２からの噴流が該下面ガイド４０を通過して鋼板１の下面に達し、鋼板１の適切な冷却をすることが可能となる。ここで用いられる下面ガイド４０の形状は特に限定されるものではなく公知の下面ガイドを用いることが可能である。また、下面ガイド４０には排水のための孔が設けられてもよい。

このような下面ガイド４０は、図２に示したように配置される。本実施形態では４つの下面ガイド４０、４０、…が用いられ、ワークロール１１ｇｗ、ピンチローラ１３、搬送ロール１２間のそれぞれに配置される。いずれの下面ガイド４０も搬送ロール１２上端部に対してあまり低くならない高さに配置される。

本実施形態では下面ガイドを備えた例を説明したが、下面ガイドは必ずしも設けられなくてもよい。

上記した熱延鋼板の製造装置１０により例えば次のように鋼板の製造をおこなう。すなわち、先行する鋼板が巻き取り機により巻き取られ、後行の鋼板の圧延が開始されるまでの非圧延時間では冷却装置２０における冷却水の噴射は停止される。そして、冷却装置２０の下流側のピンチロール１３は、上記非圧延時間中に、冷却装置２０の上面ガイド３０よりも高い位置まで上側ロール１３ａが移動され、その後、後行の鋼板の圧延が開始される。当該後行の鋼板１の先端が熱間仕上圧延機列１１の最終スタンド１１ｇに噛み込む数秒前に、冷却装置２０の冷却水の噴射が開始され、鋼板の先端が冷却装置２０を通過した直後に冷却水の噴射圧力がほぼ所定値となるように制御される。また、鋼板１の先端がピンチロール１３を通過した直後に上側ロール１３ａを下降させ、鋼板１のピンチを開始する。

鋼板１の先端が冷却装置２０内へと搬送される前から冷却水の噴射を開始することで、鋼板先端における非定常冷却部の長さを短くすることが可能になるほか、噴射される冷却水により、鋼板１の通板性を安定化させることが可能になる。すなわち、鋼板１が浮き上がって上面ガイド３０へと近づこうとする場合には、鋼板１がノズル２１ｃより噴射される冷却水噴流から受ける衝突力が増し、鋼板１に鉛直方向下向きの力が作用する。そのため、鋼板１が上面ガイド３０へと衝突した場合であっても、冷却水噴流から受ける衝突力によりその衝撃力が緩和されるとともに、鋼板１と上面ガイド３０との摩擦熱が低減されるため、鋼板表面に生じる擦り疵を低減することが可能になる。従って、このように操業される冷却装置２０を熱間仕上圧延機列１１の下流側に備える熱延鋼板の製造装置により、熱延鋼板を製造すれば、高密度、大量の冷却水を用いて冷却することが可能になる。すなわち、かかる製造方法により熱延鋼板を製造することで、組織が微細化された熱延鋼板を製造することが可能になる。

そして、上記した式（６）、式（１０）を満たすように冷却をおこなうことで均一性にもすぐれた鋼板を製造することができる。

また、熱間仕上圧延機列での通板速度は通板開始部分を除いて一定としてもよい。これにより、鋼板全長に亘って機械的強度が高められた鋼板を製造することができる。

図４に示したようなノズル配列で水量密度が１７ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）、冷却水の板幅方向の噴射範囲を１．６ｍとして、ガイド板高さＨ_ｇ（ｍ）やノズルに供給される冷却水の水圧Ｐ_ｎ（ＭＰａ）を変化させて、衝突圧、及び冷却均一性を測定した。表１に測定条件及び測定結果を示す。

表１に示した条件及び結果に基づいてＰ_ｄｑと温度差との関係を整理したグラフを図１５に示した。図１５からわかるように、Ｐ_ｄｑが１．３８以上から鋼板の板幅方向の温度差が小さく、１．３８未満では温度差が急激に上昇している。従って、式（６）、式（１０）で示したようにＰ_ｄｑが１．４以上であることにより均一性を向上させることができることと一致する。

図１６には、衝突圧Ｐ_Ｃ１、Ｐ_Ｃ２の時間変化を表した。図１６（ａ）はＮｏ．１の結果でＰ_ｄｑが１．４以上（＝３．０２）である例、図１６（ｂ）はＮｏ．５の結果でＰ_ｄｑが１．４未満（＝０．４１）の例である。
図１６からわかるように、式（６）、式（１０）を満たす場合にはＰ_Ｃ１とＰ_Ｃ２との差も安定している。一方、式（６）、式（１０）を満たさない場合にはＰ_Ｃ１とＰ_Ｃ２との差異が小さく、安定していない。
このようにＰ_Ｃ１とＰ_Ｃ２との差の安定も鋼板の温度の均一性に影響を与える。

図１７には、Ｐ_ｎｗとＰ_ｄｑとの関係をグラフで示した。図１７からわかるように、Ｐ_ｄｑは０．５≦Ｐ_ｎｗ≦３．０の範囲でＰ_ｎｗに線形近似できる。

図１８には、Ｈ_ｇｗとＰ_ｄｑとの関係をグラフで示した。図１８からわかるように、Ｐ_ｄｑは０．１≦Ｈ_ｇｗ≦０．３５の範囲でＨ_ｇｗに線形近似できる。

１ 鋼板
１０ 熱延鋼板の製造装置
１１ 熱間仕上圧延機列
１１ｇ 最終スタンド
１２ 搬送ロール
１３ ピンチロール
２０ 冷却装置
２１ 上面給水手段
２１ａ ヘッダ
２１ｂ 導管
２１ｃ ノズル
２２ 下面給水手段
２２ａ ヘッダ
２２ｂ 導管
２２ｃ ノズル
３０ 上面ガイド
３１ ガイド板
３２ 流入孔
３３ 流出孔
３５ 排水通路形成部
４０ 下面ガイド

Claims (6)

1. 熱間仕上圧延機より下工程側に配置され、鋼板のパスラインの上方からパスラインに向けて冷却水を供給可能で、前記パスラインの方向に並列された複数のノズル、及び、前記パスラインと前記ノズルとの間に配置される上面ガイドを備える冷却装置であって、
   複数の前記ノズルにより、水量密度が１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の冷却水を噴射可能であるとともに、前記鋼板の板幅方向における冷却水の噴射範囲が１ｍ以上であり、
   前記ノズルから噴射された前記冷却水が前記ノズルの噴射パターン通りに前記鋼板に衝突した際、その衝突圧が最大となる位置における衝突圧をＰ_Ｃ１（ｋＰａ）、衝突圧が最小となる位置における衝突圧をＰ_Ｃ２（ｋＰａ）とし、前記ノズルから噴射された冷却水の平均衝突圧をＰ_Ｓ（ｋＰａ）としたとき、次式（１）が成立し、
   （Ｐ_Ｃ１−Ｐ_Ｃ２）／Ｐ_Ｓ≧１．４ （１）
   前記平均衝突圧Ｐ _Ｓ （ｋＰａ）は、前記ノズルへと供給可能な冷却水の流量の最大値をＱ _ｎ （ｍ ^３ ／ｍｉｎ）、前記ノズルに供給される冷却水の水圧をＰ _ｎ （ＭＰａ）、冷却水噴流の衝突面積をＡ _Ｓ （ｍ ^２ ）としたとき、次式（２）から求められることを特徴とする、鋼板の冷却装置。
   Ｐ _Ｓ = ０．６８９・Ｑ _ｎ ／Ａ _Ｓ ・Ｐ _ｎ ^０．５ （２）
2. 熱間仕上圧延機より下工程側に配置され、鋼板のパスラインの上方からパスラインに向けて冷却水を供給可能で、前記パスラインの方向に並列された複数のノズル、及び、前記パスラインと前記ノズルとの間に配置される上面ガイドを備える冷却装置であって、
   複数の前記ノズルにより、水量密度が１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の冷却水を噴射可能であるとともに、前記鋼板の板幅方向における冷却水の噴射範囲が１ｍ以上であり、
   前記ノズルへ供給される水圧と前記冷却水が前記鋼板に衝突するときの衝突角の正弦値との積をＰ_ｎｗ（ＭＰａ）、前記冷却水が前記上面ガイドを通過した後前記鋼板に衝突するまでの距離をＨ_ｇｗ（ｍ）としたとき、
   ０．５≦Ｐ_ｎｗ≦３．０、かつ、０．１≦Ｈ_ｇｗ≦０．３５であり、さらに次式が成立
   することを特徴とする、鋼板の冷却装置。
   −９．６・Ｈ_ｇｗ＋０．６１・Ｐ_ｎｗ＋３．５≧１．４
3. 前記上面ガイドは、
   前記ノズルから噴射される前記冷却水が通過すべき流入孔と、
   前記鋼板の通板方向に隣り合う前記ノズルから噴射される冷却水同士の衝突により跳ね上げられた水が通過可能に設けられた流出孔と、
   前記鋼板側とは反対側に設けられ、前記流出孔に通じる流路である排水通路形成部と、を備える、請求項１又は２に記載の鋼板の冷却装置。
4. 熱間仕上圧延機と、
   前記熱間仕上圧延機の下工程側に配置される請求項１〜３のいずれかに記載の鋼板の冷却装置と、を備える、熱延鋼板の製造装置。
5. 熱間仕上圧延機で圧延された鋼板に上方から、前記鋼板の通板方向に配置された複数のノズルにより冷却水を供給して前記鋼板を冷却する熱延鋼板の製造方法であって、
   複数の前記ノズルにより水量密度が１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の冷却水を前記鋼板の板幅方向における冷却水の噴射範囲が１ｍ以上となるように噴射し、
   前記ノズルから噴射された前記冷却水が前記ノズルの噴射パターン通りに前記鋼板に衝突した際、その衝突圧が最大となる位置における衝突圧をＰ_Ｃ１（ｋＰａ）、衝突圧が最小となる位置における衝突圧をＰ_Ｃ２（ｋＰａ）とし、前記ノズルから噴射された前記冷却水の平均衝突圧をＰ_Ｓ（ｋＰａ）としたとき、次式（１）が成立し、
   （Ｐ_Ｃ１−Ｐ_Ｃ２）／Ｐ_Ｓ≧１．４ （１）
   前記平均衝突圧Ｐ _Ｓ （ｋＰａ）は、前記ノズルへと供給可能な冷却水の流量の最大値をＱ _ｎ （ｍ ^３ ／ｍｉｎ）、前記ノズルに供給される冷却水の水圧をＰ _ｎ （ＭＰａ）、冷却水噴流の衝突面積をＡ _Ｓ （ｍ ^２ ）としたとき、次式（２）から求められることを特徴とする、熱延鋼板の製造方法。
   Ｐ _Ｓ = ０．６８９・Ｑ _ｎ ／Ａ _Ｓ ・Ｐ _ｎ ^０．５ （２）
6. 熱間仕上圧延機で圧延された鋼板に上方から、前記鋼板の通板方向に配置された複数のノズルにより冷却水を供給して前記鋼板を冷却する熱延鋼板の製造方法であって、
   複数の前記ノズルにより水量密度が１０ｍ^３／（ｍ^２・ｍｉｎ）以上の冷却水を前記鋼板の板幅方向における冷却水の噴射範囲が１ｍ以上となるように噴射し、
   前記ノズルへ供給される水圧と前記冷却水が前記鋼板に衝突するときの衝突角の正弦値との積をＰ_ｎｗ（ＭＰａ）、前記冷却水が前記鋼板と前記ノズルとの間に配置される上面ガイドを通過した後前記鋼板に衝突するまでの距離をＨ_ｇｗ（ｍ）としたとき、
   ０．５≦Ｐ_ｎｗ≦３．０、かつ、０．１≦Ｈ_ｇｗ≦０．３５であり、さらに次式が成立
   することを特徴とする、熱延鋼板の製造方法。
   −９．６・Ｈ_ｇｗ＋０．６１・Ｐ_ｎｗ＋３．５≧１．４