TWI393598B - 熱軋鋼板之冷卻方法及冷卻裝置 - Google Patents

Description

熱軋鋼板之冷卻方法及冷卻裝置 發明領域

本發明係有關於一種使熱間壓延步驟之精壓後的熱軋鋼板通過並進行冷卻的冷卻方法及冷卻裝置。

本申請案係根據2009年5月13日於日本出願之特願2009-116547號而主張優先權，在此援用該內容。

發明背景

熱間壓延步驟之精壓後的熱軋鋼板(以下稱為「鋼板」)係由輸送台從精壓機搬送至盤捲器。搬送中之鋼板藉由設置於輸送台上下之冷卻裝置冷卻至預定的溫度而捲繞於盤捲器。由於精壓後之冷卻態樣會大幅影響鋼板的機械特性，故將鋼板均一地冷卻至預定溫度係重要之事。

精壓後的冷卻通常使用例如水(以下稱為「冷卻水」)作為冷卻媒體以冷卻鋼板。冷卻水對於鋼板之冷卻狀態係因鋼板溫度而變化，例如在一般的層狀冷卻中，如第9圖所示，鋼板之表面溫度T為(1)約600℃以上為膜沸騰狀態A、(2)約350℃以下為核沸騰狀態B、(3)膜沸騰狀態A與核沸騰狀態B之間的溫度區域則為變態沸騰C而進行冷卻。另外，在此的表面溫度係由冷卻水所冷卻之鋼板的表面溫度。

在膜沸騰狀態A下，當冷卻水噴射於鋼板時，冷卻水會在鋼板表面立即蒸發，鋼板表面會覆蓋一層蒸汽膜。該膜沸騰狀態A之冷卻中，係藉由前述蒸汽膜進行冷卻，如第9 圖所示，冷卻能力雖較小，但熱傳導率h具大致一定的特性，如第10圖所示，隨著鋼板之表面溫度T降低，熱通量Q會減少。一般而言，當鋼板之內度溫度較高時，因為來自內部的熱傳導，表面溫度也會較高，在膜沸騰狀態A下，由於鋼板表面溫度較高的部位較容易冷卻、較低的部位則較難冷卻，故即使鋼板內部及表面溫度局部地分散，隨著冷卻的進行，鋼板內的溫度偏差也會變小。

在核沸騰狀態B下，當冷卻水噴射於鋼板時，不會產生前述的蒸氣膜，冷卻水會直接接觸鋼板的表面。因此，如第9圖所示，鋼板的熱傳導率h會大於膜沸騰狀態的熱傳導率h，又，如第10圖所示，隨著鋼板的表面溫度降低，熱通量Q會減少。因此，即使在核沸騰狀態B，也會與膜沸騰狀態一樣，鋼板內的溫度偏差會隨著冷卻而變小。另外，熱通量Q(W/m² )係使用熱傳導率h(W/(M² ．K))、鋼板的表面溫度T(K)及噴射於鋼板之冷卻水溫度W(K)藉由下列算式(1)而算出。

Q=h×(T-W)...(1)

然而，在變態沸騰狀態C下，混有以蒸氣膜進行冷卻的部分與冷卻水直接接觸的部分。在該變態沸騰狀態C中，熱傳導率h、熱通量Q會隨著鋼板的表面溫度降低而增加。此係由於隨著鋼板表面溫度降低，冷卻水與鋼板的接觸區域會增加之故。

因此，如第10圖所示，鋼板表面溫度T較高的部位、即內部溫度較高的部分會較難冷卻，而較低的部位則易急速 冷卻，因此當鋼板溫度產生局部分散時，該溫度分散會隨著冷卻而發散地變大。亦即，在變態沸騰狀態C下，鋼板內的溫度偏差會隨著冷卻而變大，而無法均一地冷卻鋼板。

特許文獻1中，揭示了在高於變態沸騰狀態開始溫度之溫度停止冷卻，接著藉由使之成為核沸騰之水量密度的冷卻水來冷卻鋼板的方法。在該冷卻方法中，著眼於噴射於鋼板的冷卻水之水量密度越高、變態沸騰開始溫度及核沸騰開始溫度越會移向高溫側此一事實，在膜沸騰狀態下冷卻鋼板後，接著提高冷卻水的水量密度而在核沸騰狀態下冷卻鋼板。

過去技術文獻 特許文獻

特許文獻1：特開2008-110353號公報

發明概要

然而，特許文獻1所示之方法係將3m³ /m² /min以下之水量密度的冷卻水呈直線狀(棒狀)噴射至鋼板。經過本發明人的調查，可知該冷卻方法並無法避免在變態沸騰狀態下冷卻鋼板，溫度偏差會隨著冷卻而變大。

如上所述，在膜沸騰狀態與核沸騰狀態下，鋼板的溫度偏差較小。因此，在避免變態沸騰狀態而僅在膜沸騰狀態與核沸騰狀態下冷卻鋼板時，核沸騰狀態下冷卻後之鋼板的溫度偏差應會小於膜沸騰狀態下冷卻後之鋼板的溫度 偏差。

然而，參照特許文獻1之表1及表2後，發現後段輸送台輸出側(核沸騰狀態)的鋼板溫度偏差比前段輸送台輸出側(膜沸騰狀態)的鋼板溫度偏差還大。這顯示：使用特許文獻1之冷卻方法時，因為在變態沸騰狀態下冷卻鋼板，而使鋼板的溫度偏差變大。因此，特許文獻1的技術並無法均一地冷卻鋼板。

本發明係有鑒於上述問題點而成者，目的在於在熱間壓延之精壓後進行的熱軋鋼板冷卻時可均一地冷卻熱軋鋼板。

本發明為了解決上述課題，採用以下的手段。

(1)本發明之第1態樣係一種冷卻精壓後之熱軋鋼板的冷卻方法。該方法係以4m³ /m² /min以上、10m³ /m² /min以下之水量密度的冷卻水，將前述熱軋鋼板之冷卻面的溫度從600℃以上、650℃以下的第1溫度冷卻至450℃以下的第2溫度。且前述冷卻水之噴流直接衝擊於前述冷卻面之部分的面積相對於前述冷卻面的面積為80%以上。

(2)如上述(1)所記載之熱軋鋼板之冷卻方法，其中前述冷卻水可以20m/sec以上的速度對於前述冷卻面衝擊噴射。

(3)如上述(1)或(2)所記載之熱軋鋼板之冷卻方法，其中前述冷卻水可以2kPa以上的壓力對於前述冷卻面衝擊噴射。

(4)如上述(1)或(2)所記載之熱軋鋼板之冷卻方法，其中前述冷卻水可呈略為圓錐狀而噴射，且前述冷卻水向前述冷卻面之衝擊角度從鋼板搬送方向看來為75度以上、90 度以下。

(5)如上述(1)或(2)所記載之熱軋鋼板之冷卻方法，可在前述冷卻水供給開始位置的上游側，將流動於前述熱軋鋼板上面的前述冷卻水進行脫水，並且，在前述冷卻水供給終了位置的下游側，將流動於前述熱軋鋼板上面的前述冷卻水進行脫水。

(6)如上述(1)或(2)所記載之熱軋鋼板之冷卻方法，可冷卻前述熱軋鋼板的上面及下面，並將對於前述熱軋鋼板之上面的冷卻能力控制為對於前述熱軋鋼板之下面的冷卻能力的0.8倍以上、1.2倍以下而進行冷卻。

(7)如上述(1)或(2)所記載之熱軋鋼板之冷卻方法，可僅冷卻前述熱軋鋼板的上面。

(8)本發明之第2態樣係一種冷卻精壓後之熱軋鋼板的冷卻裝置。前述冷卻裝置具有強冷卻機，該強冷卻機係可以4m³ /m² /min以上、10m³ /m² /min以下之水量密度的冷卻水，將前述鋼板之冷卻面的溫度從600℃以上、650℃以下的第1溫度冷卻至450℃以下的第2溫度者。且前述冷卻水之噴流與前述冷卻面直接衝擊之部分的面積相對於前述冷卻面的面積為80%以上。

(9)如上述(8)所記載之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中前述強冷卻機可具有可噴出前述冷卻水之複數噴射噴嘴，而前述複數噴射噴嘴係使前述冷卻水以20m/sec以上的速度衝擊於前述冷卻面而噴射前述冷卻水。

(10)如上述(8)或(9)所記載之熱軋鋼板之冷卻裝置，其 中前述強冷卻機可具有可噴出前述冷卻水之複數噴射噴嘴，而前述複數噴射噴嘴係使前述冷卻水以2kPa以上的壓力衝擊於前述冷卻面而噴射前述冷卻水。

(11)如上述(8)或(9)所記載之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中前述複數噴射噴嘴也可將冷卻水噴射成略為圓錐狀，且前述冷卻水向前述冷卻面之衝擊角度從鋼板搬送方向看來為75度以上、90度以下。

(12)如上述(8)或(9)所記載之熱軋鋼板之冷卻裝置，可更具備第1脫水機構，係在前述冷卻水供給開始位置的上游側，將流動於前述鋼板上面的前述冷卻水進行脫水者；及第2脫水機構，係在前述冷卻水供給終了位置的下游側，將流動於前述鋼板上面的前述冷卻水進行脫水者。

(13)如上述(12)所記載之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中第1脫水機構可具有將脫水用水噴射於較前述冷卻面為上游側的第1脫水噴嘴，而前述第2脫水機構具有將脫水用水噴射於較前述冷卻面為下游側的第2脫水噴嘴。

(14)如上述(13)所記載之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中前述第1脫水機構可具有設置於前述第1脫水噴嘴之下游側的第1脫水輥，而前述第2脫水機構具有設置於前述第2脫水噴嘴之上游側的第2脫水輥。

(15)如上述(8)或(9)所記載之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中前述強冷卻機可僅冷卻前述熱軋鋼板的上面。

(16)如上述(8)或(9)所記載之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中前述強冷卻機也可冷卻前述熱軋鋼板的上面及下面，且 對於前述熱軋鋼板之上面的冷卻能力係對於前述熱軋鋼板之下面的冷卻能力的0.8倍以上、1.2倍以下。

根據本發明，即使鋼板溫度產生局部的分散，由於溫度較高的部位較容易冷卻、溫度較低的部位較難以冷卻，因此熱軋鋼板的溫度分布可呈均一。結果，可均一地冷卻鋼板。

又，換言之，藉由進行高水量密度之冷卻，使鋼板冷卻面溫度從600℃以上、650℃以下的第1溫度降至450℃以下的第2溫度，可使該水量密度之冷卻區間(以下稱為強冷卻區間)的變態沸騰區域通過時間小於20%，而可使強冷卻區間後之熱軋鋼板的溫度偏差為強冷卻區間前的溫度偏差以下。

圖式簡單說明

第1圖係顯示具有本發明一實施形態之冷卻裝置的熱軋設備概略的立體圖。

第2圖係顯示精壓機、冷卻機及上游側脫水機構概略的側面圖。

第3圖係顯示上游側脫水機構、強冷卻機及下游側脫水機構概略的側面圖。

第4A圖係顯示配置噴射噴嘴以使噴流衝擊面覆蓋鋼板冷卻面之80%以上面積之例的圖。

第4B圖係顯示配置噴射噴嘴以使噴流衝擊面覆蓋鋼板冷卻面之約80%以上面積之例的圖。

第5圖係顯示鋼板表面溫度與熱傳導率之關係的圖。

第6圖係顯示鋼板表面溫度與熱通量之關係的圖。

第7圖係顯示冷卻時間與熱通量之關係的圖。

第8A圖係顯示核沸騰狀態下之冷卻時間比率與冷卻前後之溫度偏差比率的關係的圖。

第8B圖係顯示冷卻水之冷卻密度與冷卻前後之溫度偏差比率的關係的圖。

第9圖係顯示一般的鋼板冷卻方法中鋼板表面溫度與熱傳導率之關係的圖。

第10圖係顯示一般的鋼板冷卻方法中鋼板表面溫度與熱通量之關係的圖。

用以實施發明之形態

本發明人發現：以水量密度為4m³ /m² /min以上、10m³ /m² /min以下的冷卻水，將鋼板冷卻面溫度從600℃以上、650℃以下的第1溫度冷卻至450℃以下的第2溫度，且前述冷卻水之噴流直接衝擊於前述鋼板冷卻面之部分的面積為80%以上而進行冷卻，可使強冷卻區間之變態沸騰狀態下的冷卻小於20%，並可使強冷卻區間終了後之溫度偏差小於強冷卻區間開始前。

以下，參照圖示說明根據上述發現之本發明一實施形態。

第1圖顯示具有本實施形態之冷卻裝置1的熱軋設備中，精壓機2以後的概略構造。另外，在本實施形態之熱軋設備中，鋼板H係以通常作業時之通板速度的3m/sec以上、 25m/sec以下左右進行搬送。

如第1圖所示，熱軋設備具有：對於從加熱爐(未圖示)所排出並以粗壓機(未圖示)所壓延之鋼板H進行連續壓延的精壓機2、將精壓後之鋼板H冷卻至例如350℃的冷卻裝置1、及捲繞冷卻後之鋼板H的盤捲器3。在精壓機2與盤捲器3之間，設有具有輸送輥輪4a的輸送台4。而且，精壓機2所壓延的鋼板H係在輸送台4上搬送中，以冷卻裝置1進行冷卻而捲繞於盤捲器3。

在冷卻裝置1內之最上游側、即精壓機2附近之下游側，設有冷卻通過精壓機2後之鋼板H的冷卻機10。如第2圖所示，冷卻機10具有複數之將冷卻水噴射至鋼板H的層狀噴嘴11。層狀噴嘴11係分別排列於鋼板H的橫幅方向及搬送方向而設有複數。從該等層狀噴嘴11噴射至鋼板H的冷卻水之水量密度可為例如1m³ /m² /min左右。然後，通過精壓機2後的鋼板冷卻面溫度為840~960℃的鋼板H，藉由由例如層狀噴嘴11所噴射之冷卻水將其溫度冷卻至600℃以上的目標溫度。該目標溫度須為高於層狀噴嘴11之冷卻水開始變態沸騰之溫度30℃以上的溫度。此係由於在高於變態沸騰開始溫度10℃左右的溫度時，層狀之衝擊點的冷卻能力會局部性的較高，因此到達變態沸騰開始溫度的可能性也會變高。所以，目標溫度宜為高於變態沸騰開始之溫度30℃以上的溫度。另外，該變態沸騰開始溫度會因為水量密度、通板速度、水溫等各種因素而變動，因此可根據熱軋設備之試運轉結果而進行適當調整。例如，已知當層狀冷卻下 之水量密度較大時，變態沸騰開始溫度會變高，因此需提高上述目標溫度。又，當通板速度較慢時，變態沸騰開始溫度會上升，例如，雖不在作業範圍內，但通板速度若為2m/sec左右時，變態沸騰開始溫度會為620℃左右。另一方面，當通板速度變快時，則變態沸騰開始溫度會下降，在25m/sec左右時，溫度會變成530℃左右。例如，當層狀冷卻時之水量密度少於前述之1m³ /m² /min時，可將上述目標溫度設定成600℃等之較低溫度。另外，冷卻機10的冷卻也可為氣體冷卻或氣水混合冷卻(霧狀冷卻)。

如第1圖所示，在冷卻機10的下游側，設有冷卻以冷卻機10冷卻至目標溫度之鋼板H的強冷卻機20。如第3圖所示，強冷卻機20於相對於鋼板冷卻面之位置具有複數噴射噴嘴21。各噴射噴嘴21對於鋼板冷卻面噴射冷卻水呈略為圓錐狀。噴射噴嘴21之相對於鋼板H之高度E(從鋼板冷卻面至噴射噴嘴21下端的距離)設定為700mm以上即可，例如可設定為1000mm。藉此，可避免所搬送之鋼板H與噴射噴嘴21等設備的接觸，而可防止噴射噴嘴21或鋼板H等的損傷。另外，將噴射噴嘴21之前端位置設定為例如300mm左右，並於設備之上游側設置把持鋼板H的裝置，藉此，可避免噴射噴嘴21與鋼板H的接觸。

如第4A、4B圖所示，噴射噴嘴21可配置成噴流衝擊面21a覆蓋住鋼板冷卻面之80%以上面積。亦即，噴射噴嘴21噴射冷卻水以在強冷卻步驟中使冷卻水衝擊於鋼板冷卻面之80%以上的面積。在此，噴流衝擊面21a係指在鋼板冷卻 面中，從噴射噴嘴21所噴射之冷卻水直接衝擊之面。又，鋼板冷卻面係指如第4A、4B圖所示，從最上游側之噴流衝擊面21a的中心至最下游側之噴流衝擊面21a的中心為止的距離L與鋼板H的寬度w的積所示的區域S。第4A圖表示配置噴射噴嘴21以使噴流衝擊面21a覆蓋住鋼板冷卻面之80%以上之面積的例子。又，第4B圖係表示配置噴射噴嘴21以使噴流衝擊面21a覆蓋住鋼板冷卻面之約80%之面積的例子。在冷卻鋼板H時，冷卻水之噴流的衝擊部與非衝擊部的冷卻能力會大幅不同。因此，當冷卻能力較大的噴流衝擊部與冷卻能力較小的噴流非衝擊部混合存在時，即使噴流衝擊部之鋼板冷卻面溫度降低，因為噴流非衝擊部的冷卻能力較低所產生的來自於鋼板H內部之復熱會使鋼板冷卻面的溫度降低停滯。當鋼板冷卻面溫度與熱通量之關係為正斜率的膜沸騰狀態及核沸騰狀態時，相對於鋼板H之溫度偏差縮小，不會產生較大的差，但在變態沸騰狀態下，會因為前述鋼板冷卻面的溫度降低停滯，增加變態沸騰狀態的停留時間而增加溫度偏差。因此，如第4A圖所示，藉由將噴射噴嘴21配置成噴流衝擊面21a覆蓋住鋼板冷卻面的80%以上，可使變態沸騰狀態小於強冷卻區間之時間的20%，而可避免溫度偏差的擴大。另外，當水量密度充分時，也可如第4B圖所示，將噴射噴嘴配置成噴流衝擊面21a覆蓋住鋼板冷卻面約80%的面積。藉此，可使強冷卻區間之變態沸騰區域的冷卻時間小於該區間之冷卻時間的20%而冷卻鋼板H。又，宜儘量使各噴射噴嘴21之噴流衝擊面21a與相鄰 的噴流衝擊面21a不相干擾。此外，第4A圖係表示所有噴嘴噴出冷卻水的情況，但噴流衝擊面21a若為鋼板冷卻面之80%以上範圍，則無須所有噴嘴一齊噴出冷卻水。

從噴射噴嘴21噴射至鋼板H上面之鋼板冷卻面的冷卻水水量密度設定為4m³ /m² /min以上、10m³ /m² /min以下。藉由將水量密度設定為4m³ /m² /min以上，可使變態沸騰狀態的時間小於強冷卻區間之冷卻時間的20%而冷卻鋼板H。又，當水量密度為6m³ /m² /min以上時，可更確實地使變態沸騰區域通過時間小於強冷卻區間之冷卻時間的20%而冷卻鋼板H。例如，在前述之變態沸騰狀態開始溫度變高的情況下，提高水量密度係為有效。10m³ /m² /min之水量密度為一般操作時之水量密度的上線。又，宜如第3圖所示，使冷卻水之噴射角度(擴散角度)α為例如3度以上、且為30度以下，冷卻水之噴流對於鋼板冷卻面的衝擊角度β從水平方向看來為75度以上、90度以下。另外，當例如冷卻水之噴射角度α為30度呈略為圓錐狀而向鉛直下方噴射時，向鉛直下方的噴流(中心部的噴流)之衝擊角度β為90度，外側噴流的衝擊角度為75度。冷卻水之衝擊角度β相對於鋼板H接近垂直者，由於藉由較易提升衝擊壓力、或可提升噴射範圍內的均一性，而可提升冷卻能力及均一性兩者的效果，故為較佳。但是，為使冷卻水所有的噴流衝擊角度皆為垂直，在設備配置上會產生困難。此外，也可使冷卻水對於鋼板冷卻面的衝擊速度為20m/sec以上。又，可使衝擊壓力為2kPa以上。藉由上述衝擊速度及/或衝擊壓力，即使鋼板 形狀為凹凸、水容易堆積的狀態下，冷卻水噴流也可直接抵達鋼板冷卻面。若冷卻水噴流無法直接抵達鋼板冷卻面，則鋼板冷卻面無法充分排除蒸氣膜，會使變態沸騰狀態的時間變長。另外，即使設定衝擊速度大於45m/sec、衝擊壓力大於30kPa，其效果也會飽和，因此將衝擊速度的上限設為45m/sec、衝擊壓力的上限設為30kPa。

又，如第3圖所示，強冷卻機20可具有複數之從下方對於鋼板H之下面噴射冷卻水的噴射噴嘴22。藉此，可使鋼板H急速冷卻，縮短變態沸騰狀態下的冷卻時間。可將噴射噴嘴22噴射至鋼板H下面的冷卻水之水量密度、衝擊速度或衝擊壓力控制成與上述噴射噴嘴21大致相同。亦即，可控制鋼板H下面側之噴射噴嘴22的冷卻能力除了鋼板H上之冷卻水及重力的影響外，與鋼板H上面側之噴射噴嘴21的冷卻能力大致相同(相對於鋼板H上面側之噴射噴嘴21的冷卻能力約為0.8倍以上、1.2倍以下)。又，考慮鋼板H上之冷卻水與重力的影響，可調整噴射於鋼板H下面的冷卻水之水量密度、衝擊速度或衝擊壓力。而且，在冷卻機10冷卻至上面溫度為600℃以上之目標溫度的鋼板H，藉由強冷卻機20之噴射噴嘴21、22所噴射的冷卻水，強冷卻區間終了時之鋼板溫度冷卻至450℃以下、或400℃以下。該強冷卻區間終了溫度依鋼材之機械性質設計、鋼板H的厚度等條件做適當設定。該溫度會因水量密度、鋼板H厚度、通板速度等各種因素而變動，故宜根據熱軋設備的測試運轉結果進行適當調整。另外，強冷卻機20可為僅設置鋼板H上面側之噴射噴 嘴21的構造。又，關於鋼板之強冷卻區間開始前溫度及強冷卻區間終了後溫度，可例如使用放射溫度計測定鋼板表面。關於測定位置，強冷卻區間開始前溫度係在較最上游側之噴流衝擊面更上游側的附近進行測定，而強冷卻區間終了後溫度則係在較最下游側之噴流衝擊面更下游側的附近進行測定。

如第1圖所示，在強冷卻機20附近的下游側，設有用以防止強冷卻機20噴射於鋼板H上面的冷卻水流至強冷卻機20之下游側的脫水機構23。脫水機構23對於流動於鋼板H上面的冷卻水，在鋼板冷卻面的下游側、亦即較強冷卻用之冷卻水供給終了的位置更下游側，進行脫水。如第3圖所示，脫水機構23可具有將脫水用水噴射於鋼板H上面的脫水噴嘴25。在鋼板H的上面，也可在脫水噴嘴25之上游側設置脫水輥24。藉由脫水輥24，可防止冷卻水的大部分流至下游側，此外，由於藉由脫水噴嘴25進行脫水，故可較單獨使用脫水噴嘴25的情況更確實地進行脫水。又，也可降低脫水噴嘴25的能力。如此一來，可將流動於鋼板H上的冷卻水進行脫水。若不適當地進行脫水，在鋼板H上會產生不均一的水流，而會成為溫度分散的原因。

如第1圖所示，也可在強冷卻機20附近的上游側(冷卻機10的下游側)，設置用以防止冷卻水流至冷卻機10側的上游側脫水機構26。脫水機構26對於流動於鋼板H上面的冷卻水，在鋼板冷卻面的上游側、亦即較強冷卻用之冷卻水供給開始的位置更上游側，進行脫水。如第3圖所示，上游側 脫水機構26可與下游側脫水機構23一樣，具有脫水噴嘴28。又，也可將脫水輥27設置於脫水噴嘴28的下游側。然後，藉由上游側脫水機構26，可對流動於鋼板H上面的冷卻水進行脫水。若不適當地進行脫水，在鋼板H上會產生不均一的水流，而會成為溫度分散的原因。

又，如第1圖所示，冷卻裝置1也可在強冷卻機20的下游側包含其他冷卻機50。其他冷卻機50可與上述之冷卻機10為同樣的構造，進行水冷之外，還可進行空冷、噴霧冷卻等。

如第1圖所示，冷卻裝置1設有控制部30，可控制由冷卻機10之層狀噴嘴11、強冷卻機20之噴射噴嘴21、22及其他冷卻機50之層狀噴嘴的各噴嘴所噴射出之冷卻水的水量密度、噴射時間等，而控制鋼板H的溫度。

接著，根據第5及6圖說明本發明一實施形態之熱軋鋼板H的冷卻方法。第5圖係顯示鋼板H之表面溫度T與熱傳導率(冷卻能力)h之關係的圖，第6圖係顯示鋼板H之表面溫度T與熱通量Q之關係的圖。

以精壓機2進行連續壓延、鋼板H之表面溫度T成為940℃左右的鋼板H係由冷卻機10所搬送。在冷卻機10，由控制部30控制為約1m³ /m² /min水量密度的冷卻水噴射至鋼板H。若為上述程度之水量密度的冷卻水，鋼板H可在膜沸騰狀態A下進行冷卻。在冷卻機10的冷卻也可為氣體冷卻或氣水混合冷卻。然後，如第5圖所示，藉由冷卻機10，使鋼板H的表面溫度T冷卻至600℃以上、650℃以下的目標溫度。 該目標溫度在1m³ /m² /min左右以下之水量密度冷卻鋼板H的情況下，宜為冷卻水從膜沸騰狀態變化至變態沸騰狀態的溫度以上。冷卻機10之冷卻狀態由於為膜沸騰狀態下的冷卻，故可均一地冷卻鋼板。另外，在結束水冷後、經過一定時間的情況下，由於內部會進行復熱，故表面溫度與內部溫度會大致相同。

接著，鋼板H之表面溫度T冷卻至600℃以上、650℃以下之目標溫度的鋼板H搬送至強冷卻機20。在強冷卻機20，4m³ /m² /min以上、10m³ /m² /min以下之水量密度的冷卻水噴射至鋼板上面，如第5圖所示，鋼板表面之溫度T冷卻至450℃以下的強冷卻區間終了溫度。另外，冷卻水的供給量可藉由控制部30進行控制。以下之一例，說明以強冷卻機20冷卻鋼板上面，從650℃之強冷卻區間開始溫度至350℃之強冷卻區間終了溫度的情況。

在前述強冷卻機20之冷卻中，由於噴射於鋼板冷卻面之冷卻水的水量密度大於冷卻機10之冷卻水的水量密度，故鋼板H之變態沸騰狀態C之區域較冷卻機10之鋼板H的變態沸騰狀態C’之區域向高溫側位移(參照第5圖)。在強冷卻機20之冷卻中，鋼板H在變態沸騰狀態C中冷卻至冷卻面溫度590℃，然後，為核沸騰狀態B之冷卻，進行冷卻直到鋼板冷卻面之溫度T到達約300℃。在強冷卻機20中，由於水量密度較大，故鋼板表面的冷卻速度較大，立即通過變態沸騰狀態，變態沸騰狀態C下的冷卻時間小於強冷卻區間之鋼板H冷卻時間的20%。在變態沸騰狀態C中，雖具隨著鋼 板H之冷卻面溫度T的降低，熱通量Q會變高、溫度偏差擴大的特性，但由於如上所述般，變態沸騰狀態C之冷卻時間為小於強冷卻區間之鋼板H冷卻時間20%的短時間，因此在變態沸騰狀態C下，鋼板H的表面會急速冷卻，表面附近的溫度偏差雖會擴大，但由於來自內部的熱傳導量較小，故變態沸騰狀態下的鋼板冷卻量較小。

然後，如第6圖所示，為核沸騰狀態B的冷卻，在核沸騰狀態下，與膜沸騰狀態A一樣，隨著鋼板H冷卻面的溫度T降低，熱通量Q會降低，鋼板H的溫度偏差與鋼板溫度的降低一起變小。又，由於冷卻之熱通量較大、且冷卻時間較長，故來自於鋼板H內部的熱傳導量可較大，可使鋼板強烈冷卻。因此，從強冷卻區間全體來看的情況下，變態沸騰狀態下對於鋼板H冷卻的影響較小，可使在強冷卻區間下冷卻後之鋼板H溫度偏差為強冷卻區間之冷卻前鋼板H的溫度偏差以下。

第7圖顯示冷卻時間與熱通量的關係。如第7圖所示，熱通量增加的時間區域為變態沸騰狀態C下的冷卻，而熱通量減少的區域則為核沸騰狀態B下之冷卻。又，強冷卻區間之變態沸騰狀態的時間小於該區間之全冷卻時間的20%。而後，均一地冷卻至預定溫度的鋼板H捲繞於盤捲器3。

在強冷卻機20中，藉由將4m³ /m² /min以上之水量密度的冷卻水噴射至鋼板冷卻面，將變態沸騰狀態C下之鋼板H的冷卻抑制在強冷卻機20之冷卻時間的20%以下。此時，根據本發明人的發現，可使冷卻裝置1之冷卻前的鋼板H溫 度偏差為冷卻裝置1之冷卻後的鋼板H的溫度偏差以下。因此，即使鋼板H的溫度產生局部的分散，溫度較高處會容易冷卻、溫度較低處則較難冷卻，因此鋼板H的溫度分布可平均地進行。結果，鋼板H可均一地冷卻。又，強冷卻區間終了後，也可藉由冷卻機50進行水冷，此時，由於鋼板溫度為450℃以下，故鋼板H的冷卻狀態為核沸騰狀態，如上所述，核沸騰狀態下的冷卻可使冷卻機50之冷卻前的鋼板溫度偏差為冷卻前的溫度偏差以下。

又，在強冷卻機20中，由於使冷卻水之水量密度為較大的4m³ /m² /min，故可縮短核沸騰狀態B下之鋼板H的冷卻時間。藉此，可使冷卻裝置1小型化。

並且，藉由強冷卻機20對於鋼板上面之鋼板冷卻面的80%以上的面積噴射衝擊壓力為2kPa以上的冷卻水時，可在鋼板冷卻面將鋼板H上的冷卻水分布或流動控制成均一，又，使冷卻水直接地衝擊於鋼板H，可排除鋼板冷卻面的蒸氣膜。因此，可更均一地冷卻鋼板H。

又，當藉由強冷卻機20對於鋼板上面之鋼板冷卻面80%以上的面積噴射衝擊速度20m/sec以上的冷卻水時，即使鋼板的形狀惡化，因形狀與通板速度的影響而產生的冷卻水之衝擊速度變化較少，可抑制通板速度的影響，而可均一地冷卻鋼板H。另外，形狀惡化的原因多為存在有溫度之局部溫度偏差，由於根據本發明可抑制變態沸騰狀態C下的冷卻時間而抑制溫度偏差，故也可抑制形狀的惡化。

此外，強冷卻機20中，當向著鋼板冷卻面噴射的冷卻 水之衝擊角度β為相對於水平方向為75度以上、90度以下時，鋼板冷卻面之冷卻水的噴流衝擊面21a為比較之下較小的面積，可使噴流衝擊面21a內的冷卻水之衝擊壓力均一，並且使冷卻水衝擊時的垂直方向速度成分較大。藉此，可使鋼板冷卻面全體的衝擊壓力均一且較大，而使鋼板H均一地進行強冷卻。

又，當在強冷卻機20之下面側設置具有與上面側之噴射噴嘴21同等冷卻能力的噴射噴嘴22時，亦即設置冷卻水之水量密度、衝擊速度或衝擊壓力與噴射噴嘴21大致相同的噴射噴嘴22時，可同時冷卻鋼板H的上面與下面。藉此，可短時間有效率地進行鋼板H的冷卻。又，可減少鋼板H上面與下面的溫度差，而可抑制因熱應力而產生的鋼板H的變形。當鋼板H的上面與下面之溫度差較大時，會因鋼種的不同而產生因熱應力等而產生的翹曲，成為阻礙通板性的因素。在此，若上面的冷卻能力為下面之冷卻能力的0.8倍以上、1.2倍以下，即使是容易產生翹曲的鋼種，也可不產生翹曲而實現均一的冷卻性。另外，為了調整冷卻能力，可藉由控制部30調整冷卻水的供給量。此外，僅冷卻上面時，可省去從下面吹上的冷卻水所導致的下面側冷卻水飛散問題，具有無需防止冷卻水飛散置電氣系統等之對策的優點。

另外，當分別在強冷卻機20之下游側與上游側設置下游側脫水機構23與上游側脫水機構26時，可抑制由強冷卻機20噴射至鋼板H上面的冷卻水流動至強冷卻機20的上游側與下游側。藉此，可抑制冷卻水不均一地流動於鋼板H 上，而可使冷卻均一化。又，下游側脫水機構23與上游側脫水機構26除了脫水噴嘴25、28外，還具有脫水輥24、27時，可藉由脫水輥24、27，更確實地進行脫水。

在以上的實施形態中，冷卻機10具有層狀噴嘴11，但也可具有噴射噴嘴(未圖示)代替之。該噴射噴嘴可依較強冷卻機20之噴射噴嘴21還寬的間隔而設置。又，由冷卻機10之噴射噴嘴所噴射之冷卻水的水量密度可小於來自強冷卻機20之噴射噴嘴21的冷卻水之水量密度。

在以上的實施形態中，冷卻機10對鋼板H噴射冷卻水，但也可對於鋼板H噴射氣體、例如空氣來代替水或與之併用，而冷卻鋼板H。此外，也可不使用冷卻水而將鋼板H放冷。

以上，參照附加圖示，說明本發明之適當實施形態，但本發明非限定於上述例子。若為業者，應可在申請專利範圍所記載之思想範圍內，得到各種變形例或修正例，該等例當然皆屬於本發明之技術範圍內者。

實施例

以下，說明使用具有第1圖所示之冷卻機10與強冷卻機20之冷卻裝置1的實施例1~7與比較例1~3。該等實施例1~7與比較例1~3中，依序設有精壓機2、冷卻裝置1、盤捲器3，進行冷卻裝置1將精壓後之鋼板冷卻至預定溫度的實驗。

在實施例1~7與比較例1~3中，將精壓機2與冷卻裝置1之共通條件表示如以下的表1。又，在實施例1~7與比較例1~3中，關於強冷卻機之其他冷卻條件顯示如表2，以各種條件進行實驗。另外，表2中之「變態沸騰狀態時間比率」 係指變態沸騰狀態B下之冷卻時間相對於強冷卻機之冷卻時間的比率。並且，比較強冷卻機之鋼板冷卻前的溫度偏差與冷卻後的溫度偏差，作為鋼板冷卻效果的評價，顯示為表2中之「冷卻後溫度偏差/冷卻前溫度偏差」的比率。另外，關於鋼板強冷卻前的溫度及強冷卻後的溫度，使用非接觸式之放射溫度計進行測定。關於強冷卻前的溫度，在距離最上游側之噴流衝擊面50cm之上游位置，於鋼板的橫幅方向均等地測定5點，採用該等之平均溫度。又，關於強冷卻後的溫度，將距離最下游側之噴流衝擊面50cm之下游位置，作為復熱為穩定狀態的位置，於鋼板的橫幅方向均等地測定5點，採用該等之平均溫度。又，關於實施例1~3與比較例1~3的評價結果，圖形化顯示如第8A、8B圖。另外，第8A、8B圖僅圖形化本發明之典型實施例的實施例1~3。

參照表2及第8A、8B圖，比較例1~3之「變態沸騰狀態時間比率」皆為20%以上，「冷卻後溫度偏差/冷卻前溫度偏差」皆為大於1之值。相對於此，實施例1~7之「變態沸騰狀態時間比率」皆小於20%，「冷卻後溫度偏差/冷卻前溫度偏差」皆為1以下的值。亦即，可知若如本發明般使「變態沸騰狀態時間比率」小於20%，則冷卻前之鋼板溫度偏差可在冷卻後變小。此外，比較例1~3之「水量密度」皆小於3.5m³ /m² /min，「冷卻後溫度偏差/冷卻前溫度偏差」為大於1之值。相對於此，實施例1~7之「水量密度」皆為4.0m³ /m² /min以上，「冷卻後溫度偏差/冷卻前溫度偏差」為1以下之值。因此，可知若使用本發明之「水量密度」為4.0m³ /m² /min以上之冷卻水，則「變態沸騰狀態時間比率」小於20%，冷卻前之鋼板溫度偏差會在冷卻後變小。

如此一來，本發明之冷卻方法中，即使鋼板內產生溫度偏差，也可不擴大該溫度偏差而均一地冷卻鋼板。又，藉由實現均一的冷卻，可得到材質上為均一的鋼板。

比較實施例1~3，可知若提高冷卻水對鋼板的衝擊壓力、提高該冷卻水之水量密度，則可使冷卻前之鋼板溫度偏差在冷卻後變得更小。

比較實施例1與實施例4，可知若提高冷卻水對於鋼板的衝擊面積，則可使冷卻前之鋼板溫度偏差在冷卻後變得更小。

比較實施例1與實施例5，可知當強冷卻機之冷卻噴嘴所噴射之冷卻水的擴散角度較窄時，可使冷卻前之鋼板溫度偏差在冷卻後變得更小。

參照實施例1與實施例6，可知若冷卻水對於鋼板的衝擊速度較快，則可使冷卻前之鋼板溫度偏差在冷卻後變得更小。

比較實施例7，可知即使在強冷卻機僅對於鋼板的上面噴射冷卻水的狀況下，若「變態沸騰狀態時間比率」小於20%，則也可使冷卻前之鋼板溫度偏差在冷卻後變小。

如上所述之實施例及形態皆僅為顯示實施本發明之具體例，不可以該等具體例解釋為限定本發明之技術範圍。

亦即，若不脫離本發明之技術思想或主要特徵，可以各種形態實施本發明。

產業上之可利用性

本發明可適用於熱軋步驟之精壓後的熱軋鋼板冷卻方法及冷卻裝置。

1‧‧‧冷卻裝置

2‧‧‧精壓機

3‧‧‧盤捲器

4‧‧‧輸送台

4a‧‧‧輸送輥輪

10‧‧‧冷卻機

11‧‧‧層狀噴嘴

20‧‧‧強冷卻機

21‧‧‧(上面側)噴射噴嘴

21a‧‧‧噴流衝擊面

22‧‧‧(下面側)噴射噴嘴

23‧‧‧(下游側)脫水機構

24‧‧‧(下游側)脫水輥

25‧‧‧(下游側)脫水噴嘴

26‧‧‧(上游側)脫水機構

27‧‧‧(上游側)脫水輥

28‧‧‧(上游側)脫水噴嘴

30‧‧‧控制部

50‧‧‧其他冷卻機

A‧‧‧膜沸騰狀態

B‧‧‧核沸騰狀態

C‧‧‧變態沸騰狀態

C’‧‧‧冷卻機10之鋼板H的變態沸騰狀態

H‧‧‧鋼板

L‧‧‧距離

S‧‧‧區域

w‧‧‧寬度

α‧‧‧噴射角度

β‧‧‧衝擊角度

第1圖係顯示具有本發明一實施形態之冷卻裝置的熱軋設備概略的立體圖。

第2圖係顯示精壓機、冷卻機及上游側脫水機構概略的側面圖。

第3圖係顯示上游側脫水機構、強冷卻機及下游側脫水機構概略的側面圖。

第4A圖係顯示配置噴射噴嘴以使噴流衝擊面覆蓋鋼板冷卻面之80%以上面積之例的圖。

第4B圖係顯示配置噴射噴嘴以使噴流衝擊面覆蓋鋼板冷卻面之約80%以上面積之例的圖。

第5圖係顯示鋼板表面溫度與熱傳導率之關係的圖。

第6圖係顯示鋼板表面溫度與熱通量之關係的圖。

第7圖係顯示冷卻時間與熱通量之關係的圖。

第8A圖係顯示核沸騰狀態下之冷卻時間比率與冷卻前後之溫度偏差比率的關係的圖。

第8B圖係顯示冷卻水之冷卻密度與冷卻前後之溫度偏差比率的關係的圖。

第9圖係顯示一般的鋼板冷卻方法中鋼板表面溫度與熱傳導率之關係的圖。

第10圖係顯示一般的鋼板冷卻方法中鋼板表面溫度與熱通量之關係的圖。

A‧‧‧膜沸騰狀態

B‧‧‧核沸騰狀態

C‧‧‧變態沸騰狀態

C’‧‧‧冷卻機10之鋼板H的變態沸騰狀態

Claims (16)

1. 一種熱軋鋼板之冷卻方法，係冷卻精壓後之熱軋鋼板的冷卻方法，其特徵在於：以4m³ /m² /min以上、10m³ /m² /min以下之水量密度的冷卻水，將前述熱軋鋼板之冷卻面從600℃以上、650℃以下的第1溫度冷卻至450℃以下的第2溫度，且前述冷卻水之噴流直接衝擊於前述冷卻面之部分的面積相對於前述冷卻面的面積為80%以上。
2. 如申請專利範圍第1項之熱軋鋼板之冷卻方法，其中前述冷卻水係以20m/sec以上的速度對於前述冷卻面衝擊噴射。
3. 如申請專利範圍第1或2項之熱軋鋼板之冷卻方法，其中前述冷卻水係以2kPa以上的壓力對於前述冷卻面衝擊噴射。
4. 如申請專利範圍第1或2項之熱軋鋼板之冷卻方法，其中前述冷卻水係呈略為圓錐狀而噴射，且前述冷卻水向前述冷卻面之衝擊角度從鋼板搬送方向看來為75度以上、90度以下。
5. 如申請專利範圍第1或2項之熱軋鋼板之冷卻方法，在前述冷卻水供給開始位置的上游側，將流動於前述熱軋鋼板上面的前述冷卻水進行脫水，並且，在前述冷卻水供給終了位置的下游側，將流動於前述熱軋鋼板上面的前述冷卻水進行脫水。
6. 如申請專利範圍第1或2項之熱軋鋼板之冷卻方法，冷卻 前述熱軋鋼板的上面及下面，並將對於前述熱軋鋼板之上面的冷卻能力控制為對於前述熱軋鋼板之下面的冷卻能力的0.8倍以上、1.2倍以下而進行強冷卻。
7. 如申請專利範圍第1或2項之熱軋鋼板之冷卻方法，僅冷卻前述熱軋鋼板的上面。
8. 一種熱軋鋼板之冷卻裝置，係冷卻精壓後之熱軋鋼板的冷卻裝置，其特徵在於：前述冷卻裝置具有強冷卻機，該強冷卻機係可以4m³ /m² /min以上、10m³ /m² /min以下之水量密度的冷卻水，將前述鋼板之冷卻面的溫度從600℃以上、650℃以下的第1溫度冷卻至450℃以下的第2溫度者，且前述冷卻水之噴流與前述冷卻面直接衝擊之部分的面積相對於前述冷卻面的面積為80%以上。
9. 如申請專利範圍第8項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中前述強冷卻機具有可噴出前述冷卻水之複數噴射噴嘴，而前述複數噴射噴嘴係噴射前述冷卻水而使前述冷卻水以20m/sec以上的速度衝擊於前述冷卻面。
10. 如申請專利範圍第8或9項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中前述強冷卻機具有可噴出前述冷卻水之複數噴射噴嘴，而前述複數噴射噴嘴係噴射前述冷卻水而使前述冷卻水以2kPa以上的壓力衝擊於前述冷卻面。
11. 如申請專利範圍第8或9項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中前述複數噴射噴嘴係將冷卻水噴射成略為圓錐狀，且前 述冷卻水向前述冷卻面之衝擊角度從鋼板搬送方向看來為75度以上、90度以下。
12. 如申請專利範圍第8或9項之熱軋鋼板之冷卻裝置，更具備第1脫水機構，係在前述冷卻水供給開始位置的上游側，將流動於前述鋼板上面的前述冷卻水進行脫水者；及第2脫水機構，係在前述冷卻水供給終了位置的下游側，將流動於前述鋼板上面的前述冷卻水進行脫水者。
13. 如申請專利範圍第12項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中第1脫水機構具有將脫水用水噴射於較前述冷卻面為上游側的第1脫水噴嘴，而前述第2脫水機構具有將脫水用水噴射於較前述冷卻面為下游側的第2脫水噴嘴。
14. 如申請專利範圍第13項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中前述第1脫水機構具有設置於前述第1脫水噴嘴之下游側的第1脫水輥，而前述第2脫水機構具有設置於前述第2脫水噴嘴之上游側的第2脫水輥。
15. 如申請專利範圍第8或9項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中前述強冷卻機僅冷卻前述熱軋鋼板的上面。
16. 如申請專利範圍第8或9項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中前述強冷卻機冷卻前述熱軋鋼板的上面及下面，且對於前述熱軋鋼板之上面的冷卻能力係對於前述熱軋鋼板之下面的冷卻能力的0.8倍以上、1.2倍以下。