JPH01205811A - 厚鋼板の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、厚板圧延における厚鋼板の冷却方法に関する
。

〈従来の技術およびその！Ｉ！題〉 厚板圧延における厚鋼板（以下、単に鋼板という）の加
速冷却の方法としては、従来２通りの方法が行われてい
た。その第１の方法は鋼板の全長を一旦加速冷却設備の
中へ搬送した後、鋼板全長に一斉に水を噴射して冷却す
る方法である。この方法の利点は、鋼板の全長にわたっ
て例えば冷却水量とか水冷時間を同じ条件で冷却できる
ので、鋼板に冷却むらが出す、全体に同じ材質が得られ
ることである。しかし、冷却設備長を十分長くしておか
ねば、長い鋼板を冷却することができないのが問題であ
る。冷却設備長を十分に長くしてほとんどすべての鋼板
を冷却可能にすることは、既存の制約されたライン条件
の中で無理になることもあるだろうし、建設コストが高
くなるという問題もある。

第２の冷却方法は、加速冷却設備の中を鋼板を通過させ
ながら冷却する方法である。この方法の利点は、冷却設
備長を短くできるため、既存のどんなラインにでも設備
を新たに作ることが可能であり、建設コストも低くでき
る。しかし、鋼板の先端部と尾端部の水冷開始時の温度
が異なるので、先端部と尾端部の冷却終了温度を合わせ
ることが極めて困難になる。これがひいては、鋼板全体
の材質の均一性を崩すことにもなる。冷却終了温度を制
御する一つの方法として、冷却水の水量を変化させる方
法がある。ところが、流量ｉｌ１節弁を用いての水量制
御はその応答性が遅く、鋼板の冷却に要求される素早い
流量の変化を達成することが難しい、配管の系統を工夫
することによって、応答の早い遮断弁を用いて流量を変
えることもできるが、配管系統が複雑になるのでその分
建設コストは高くなる。水量をうま＜ｔｌｌｍすると冷
却終了温度の制御は達成できるかもしれないが、冷却の
過程の重要な条件である冷却速度（”（：／５ｅｃ）が
変わることも問題である。したがって、水量を変えずに
鋼板の冷却終了温度を鋼板の全長にわたって一致させる
ことが非常に重要である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって
、厚板圧延における加速冷却設備において、鋼板を通板
させながら、冷却するに際して先端部と尾端部の冷却終
了温度を一致させる冷却方法を提供することを目的とす
る。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、熱間圧延終了後の所定の温度を有する厚鋼板
を、冷却水を噴射するノズルを有する上下冷却ゾーンか
らなる加速冷却設備を用いて加速冷却するに際し、前記
厚鋼板の搬送速度を加速させながら冷却することにより
、上記の目的を達成するものである。

〈作　　　用〉 以下に、本発明の原理を図面を用いて説明する。

第５図は、加速冷却設備２に鋼板ｌを通過させる状態の
時間経過を模式的に示す説明図である。

図に示すように、加速冷却膜＠２の長さはＬ（ｍ）であ
り、鋼板２の長さｊ！　（ｍ）に対してしくｌの関係が
あり、矢示３方向に鋼板ｌが送られる。

まず、鋼板１の先端部が、加速冷却設備２の冷却ゾーン
に入るときの搬送速度をｖｓ（ｍ／５ａｃ）とする（第
５図（ａ）の状態）、この状態を初期状態とする。冷却
ゾーンに入ってからｔ　（ｓｅｃ）経過後の鋼板１の搬
送速度は、下記（１）式で表される。

ｖ−ｖ、＋αｔ−・−・−−−−−−−・−・−・・・
−・・・・−・−・−・−・・・−・・・−・・−・・
−−−−−−（１）ここで、αは加速度（ｍ／ｓｅｃ”
）である。

そこで、鋼板ｌの先端部が冷却ゾーンを抜けようとする
とき（第５図（ロ）の状態）における経過時間をＴｙｗ
（ｓｅｃ）　　とすると、その時の鋼板１の搬送距離は
、加速冷却設備２の長さＬと等しくなり、下記（２）式
が成立する。

つぎに、鋼板１の尾端部が加速冷却設置２に入ったとき
（第５図（Ｃ）の状ｎ）における経過時間をＴｓａ（ｓ
ｅｃ）　とする′と、その時の鋼板１の搬送距離は、鋼
板１の長さ２と一致することになり、下記（３）式が成
立する。

さらに、鋼板１の尾端が加速冷却設備２から抜けようと
するとき（第５図（ロ）の状１りにおける経過時間を、
Ｔ、、（ｓｅｃ）後さらにＴｏｗ（ｓｅｃ）経過してい
るとすると、下記（４）式が成立する。

したがって、（２）　、　（３）　、　（４）式よりり
、ｆについて整理し直すと、それぞれ下記（５）、　（
６）、　（７）式で表される。

Ｌ　＝　ｖ　ｏ　　Ｔ　ｙ　ｗ　＋　’Ａ　ｃｒ　Ｔ　
−−＝＝−＝・−＝−−・−＝・＝−−−−−・−（５
）ｉｔ　−ｖ　＊　　Ｔ　ｍ　ａ　＋　’７１．　ｒｘ
　Ｔ　：　・−・−−−−−−−−−−−−−−−・−
−−−−−−−−−−＜６））Ｌ　＋　ｊ！　−ｖ　ｅ
　（Ｔ口＋Ｔ□）＋ηα（Ｔ　ｍａ　＋　Ｔ　ｍｗ）寞
−・−−−−−−−−−・・−・−（７）これら（５）
　（６）　（７）式において、Ｌ、　　ｆｆｉは既知で
あるが、ｖ、、　　ａ、　Ｔｙｗ、　Ｔ、、、　Ｔ’ｌ
ｌｌは未知数である。

そこで、まず先端部の冷却時間Ｔ？ｗを求める。これは
例えば次のようにして求めることができる。

すなわちまず冷却開始前に放射温度計により鋼板温度を
実測する。この温度をもとにある空冷時間後に水冷に入
るとして空冷さらに水冷時の鋼板の冷却過程を例えば伝
熱方程式を解（ことによって求め、所定の目標温度にな
るまでの時間を計算することができる。なお、この際水
量はあらかじめ決められているものとする。こうして求
まった時間がＴ７．に相当する。

次に、この場合、加速冷却設備２での冷却において、鋼
板ｌの先端部の冷却開始温度を０７゜（℃）。

冷却終了温度をθｔｒ（”ｃ）であるとする、一般的に
、鋼板の冷却終了温度θ、（“Ｃ）は、冷却開始温度θ
ｏ　（”ｃ　）　、冷却時間Ｔｗ（ｓｅｃ）、板厚Ｈ（
ａｓ）などの関数と考えられる。これを一般的に次式で
表現することにする。

θｔ　−ｒ　（θ。、Ｔ、、Ｈ）・・・・−・−・−・
・・−・−・・−・・−・−・・−・−（８）さて、冷
却開始温度および冷却終了温度が前記したように、それ
ぞれθｒ　ｅ　（”ｃ　）　、θｖ　ｔ　（’ｃ　）で
あるときに、もし冷却開始温度θ７．がΔθア。（℃）
、冷却時間Ｔ１がΔＴｙ１．（ｓａｃ）だけずれた場合
、冷却終了温度θア、はΔθｔｒ（’Ｃ）ずれるものと
する、このとき、冷却終了温度のずれ八〇〇ｆは下記（
９）式で近似的に表すことができる。

θ。に関する偏微分係数にθ、−θ７゜を代入した値開
婚前の鋼板ｌの温度差が水冷終了時の鋼板温度差に及ぼ
す影響係数であり、水冷時の鋼板温度が一般的に（１−
ｅ−■）　（ただしｋは正の常数、ｔは水冷時間）の曲
線で変化するので、冷却終了時の鋼板ｌの温度が水温と
離れている場合は、冷却終了時の鋼板温度が水温に近い
場合はこれかられかるように 了温度から決定される数値であり、実験または伝熱シミ
エレーシ式ンにより決定することが容易である。

水冷終了直前の水冷速度である。この値は、前記した鋼
板１の先端部の冷却時間Ｔｉｗを求める際に：同時に得
ることができる。

ところで、水冷開始温度θ。も、一般的にその前の放射
温度計による温度測定結果θ、と、板厚Ｈ１その後水冷
までの空冷時間Ｔ、などの関数とみなすことができ、こ
れを下記０１式で表現することにする。

θ。−ｇ（θ、、Ｈ，ＴＡ　）−・−・・・−・−・−
・・・・・・−・−・・−・・・−０ＤＤそうすると、
前記した冷却開始温度θ７．がΔθ７．だけずれて（θ
７．十Δθ７．）となるのは、温度測定後の空冷時間Ｔ
０がΔＴ’ｙａだけずれて（ＴＥＡ＋ΔＴ　ｔ　ａ　）
となっていたからだと考えることができる。ここで、Ｔ
ＥＡは冷却開始温度がθ、。

となるための空冷時間である。それ故、Δθ７．は次の
ように表せる。

の先端部の冷却時間Ｔ工を求める際に空冷時の鋼板ｌの
冷却過程も求めるときに、同時に得ることができる。そ
こで、この００式を前出（９）式に代入し、さらに Δθ、　、　ｍ−７−６、・ΔＴｔ−−ｈ１ΔＴ５−・
・・・・・・−・−・・・・・Ｏｚさて、空冷温度即ち
冷却開始温度θ７゜のずれΔθ７．があっても冷却終了
温度θ１１のずれΔθア。

がないようにする（すなわちΔθア、−〇とする）ため
には、上記０２１式より水冷時間を次の値だけ変えれば
よいことがわかる。

Ｊｗ 鋼板ｌの先端部と尾端部は、空冷時は同時刻では同じ温
度であるとみなすと、この両者の水冷開始時の温度は尾
端部の空冷時間が長い分だけ異なるということになる。

そうすると、逆に尾端部の水冷時間を先端部の水冷時間
と違えることにより、冷却終了時の温度を一致させるこ
とができるはずである。そこで、先端部の冷却を基準に
とってΔ７Ｔ、ａｍ　’ｒｓｗ−ＴＴ＠、　　Δ’ｒｙ
ａｓｗ’ｒｓａとしてこれを前記０り式に代入すると、
下記０４式が得られる。

Ｉ＋、１ ここで、Ｔ　Ｔ＠、　　γ、ａ、、ａ。は既知である。

この０４式と前出（５）、　（６）、　（７）式におい
て、■、。

α、Ｔ、、、Ｔｍｗは未知数である。したがって、これ
らの式を連立させることによってｖ６．α＊　　ＴＩＡ
＋Ｔ１ｗを求めることができ、その結果は次のようにな
る。

α−Ａ、十〜ＩＦＦフこ１−・−・−・・・・−・・・
−・−−一−−−−−・−・−−−−−−・・−−−−
・・−０５１Ｔに（Ａ−２）冨 ／＞ｗ Ｔエ　　　２ したがって、加速冷却設備２内での鋼板１の搬送を、先
端部が加速冷却設備２に入ったときの速度をＯｅ式で表
される速度Ｖ、の値に設定し、以後０５１式で表される
加速度αで加速すると先端から尾端にかけての冷却終了
時の温度差をなくすことができる。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例について、図面を参照して詳し
く説明する。

まず、第１図は、本発明に係る加速冷却設備を一部断面
を含んで示す側面図である。

この図に示すように、搬送テーブル４を介して矢示３方
向に搬送される圧延材１を冷却する加速冷却設備２は、
パスラインを介して多数のノズルを配した上部冷却ゾー
ン２１および下部冷却ゾーン２２へ冷却水を供給する冷
却水配管１１．１２、冷却水の流量をｌｉｔ！ｆｆする
流量調節弁１３．１４、冷却水の流量を測定する流量計
１５．１６、流量調節器１７．１８、冷却前の鋼板温度
を計測する入側放射温度計１９、冷却後の鋼′板温度を
計測する出側放射温度計２０、搬送テーブル４を駆動す
る搬送テーブル駆動モータ２３、この搬送テーブル駆動
モータ２３の速度を制御する搬送速度制御装置２４、冷
却設備人出側に取付けられた鋼板位置検出器２５．２６
、搬送テーブル４の速度を検出するパルス発信器２７、
搬送速度の設定や水量の演算を行う演算器２８から構成
される。

鋼板ｌが加速冷却膜［２へ搬送されてくると、まず放射
温度計１９により綱板１の先端部の温度を計測する。こ
れをもとに演算器２８は鋼板ｌの冷却停止温度の目標値
θｇ（”ｃ）、目標の冷却速度Ｖｓ（”Ｃ／５ｅｅ）な
どから冷却水量Ｑ。と先端部の加速冷却設備２内での冷
却時間Ｔ、Ａ十Ｔ□、さらに加速冷却設備２に到達する
までの空冷時の空冷速度汐、。

水冷終了直前の水冷速度ｔ。を求める０次に前出０５１
．０ω式に従って初速度ｖ６と加速度αを求める。

このようにして求められた冷却水量Ｑ。は、流量制御用
のコントローラ１７．１８へそれぞれ送られ、これらコ
ントローラ１７．１８は指令の冷却水量を流すべく制御
する。また、通板速度（初速度Ｖ、と加速度α）は搬送
速度制御装置２４へ送られる。この搬送速度制御装置２
４は、鋼板位置検出器２５．２６やパルス発信器２７に
よって鋼板１の位置を検出しながら、鋼板ｌの先端が加
速冷却膜＠２に入ったときに速度Ｖゆとなるようにし、
以後加速度αで鋼板ｌを加速搬送すべく、搬送テーブル
駆動モータ２３を調節する。

つぎに、本発明方法を厚板圧延の加速冷却設備に適用し
た例について説明する。

実験に用いた加速冷却設備の長さしは４０ｍで、幅は６
ｍ、また鋼板寸法は、輻：２ｍ×長さ：４５ｍ×厚さ：
１２■であり、目標冷却停止温度は４５０℃である。こ
の鋼板の冷却前の長さ方向の温度分布を第２図（ａ）に
示す、これを、初速Ｖ・　：２ｍ／ＷＣ＋加速度α：　
０．１５ｓ／ｓｅｅ”の条件で加速搬送したところ、第
２図（ロ）に示すように目標冷却停止温度に対して鋼板
長さ方向でほぼ一定の温度分布であった。

一方、比較のために、搬送速度一定の従来例により、上
記と同・−仕様の加速冷却設備と鋼板を用いて冷却した
。そのときの冷却前の温度分布を第３図（ａ）に示し、
また加速冷却を行った後の温度分布に第３図（ハ）に示
した。第３図山）かられかるように、一定速度で搬送す
ると、鋼板尾端部にいくに従い下ってしまう傾向があり
、先端部との温度差は８０°Ｃにもなり、本発明との差
は明らかである。

また、第４図に、加速搬送を適用して冷却した本発明に
よる冷却終了時の鋼板内の温度偏差の分布を示す、この
ときのデータ数は７５であり、２０℃以内の温度偏差が
８８％である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、厚板圧延におい
て加速冷却を行う際に、鋼板を加速搬送させるようにし
たので、冷却終了時の鋼板温度分布を鋼板の全長にわた
って一定に保つことが可能となり、製品品質を向上させ
るという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る加速冷却設備を一部断面を含ん
で示す側面図、第２図は、本発明を適用したときの鋼板
の温度分布の推移を示す特性図、第３図は、従来例を適
用したときの鋼板の温度分布の推移を示す特性図、第４
図は、本発明を適用したときの鋼板内の温度偏差分布を
示すグラフ、第５図は、加速冷却設備に鋼板を通過させ
る状態の時間経過を模式的に示す説明図である。 ｌ・・・鋼板、　　　　２・・・加速冷却設備、１１・
・・上部ゾーン冷却水配管、 １２・・・下部ゾーン冷却水配管、 １３・・・上部ゾーン流量調節弁、 １４・・・下部ゾーン流量調節弁、 １５・・・上部ゾーン流量計、 １６・・・下部ゾーン流量計、 １７・・・上部ゾーン流量調節器、 １８・・・下部ゾーン流量ａｌ１節器、１９・・・入側
放射温度計、　２０・・・出側放射温度計、２１・・・
上部冷却ゾーン、　２２・・・下部冷却ゾーン、２３・
・・搬送テーブル駆動モータ、 ２４・・・搬送速度制御装置、 ２５・・・入側鋼板位置検出器、 ２６・・・出側鋼板位置検出器、 ２７・・・パルス発信器、　　２８・・・演算器。 特許出願人　　　　川崎製鉄株式会社 第１図 第２図 ＜ｂ＞ 先端部　　　　　Ｆ＠Ｗｓ鄭 第３図 （ｂ） 第４図 温度偏差　（°Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　熱間圧延終了後の所定の温度を有する厚鋼板を冷却水
   を噴射するノズルを有する上下冷却ゾーンからなる加速
   冷却設備を用いて加速冷却するに際し、前記厚鋼板の搬
   送速度を加速させながら冷却することを特徴とする厚鋼
   板の冷却方法。