JP4111144B2 - 高温鋼板の冷却方法 - Google Patents

Description

この発明は、様々な板厚形状を持つ高温のＬＰ鋼板を長手方向に送りながら一定量の冷却水を供給して通過冷却した場合の冷却方法に関するものである。

近年、造船や建築業界で採用されている厚鋼板は、高強度、高靭性などの機械的性質を有すると共に、現場溶接作業を容易にするために優れた溶接性を有することが必要である。このような特性を得るために、炭素当量を低減し、合金元素を添加するなど所定の成分の材料を用いて、所定の温度で圧延をする制御圧延を行った後、所定の温度条件で冷却する制御冷却するといった、ＴＭＣＰ（Thermo Mechanical Control Process）技術が実用化されている。

一方、構造物の軽量化や現地溶接工事に要するコストを大幅に削減するために、長手方向に任意の形状で直線的に板厚を変化させたＬＰ鋼板（Longitudinally Profiled Steel Plate）が脚光を浴びている。このような鋼板を採用することにより、鋼構造物の断面力が急変する部位に用いると、必要断面に応じた合理的な断面構成と接合部の等厚化が可能になり、鋼重低減や加工数削減によりコスト削減が期待できる。

ＬＰ鋼板の形状の代表例を図１に示す。ここでは、図の右側を鋼板先端、左側を鋼板尾端として以後説明する。図１（ａ）は鋼板先端部から後端部に逐次板厚が厚くなり、長手方向に均等な板厚勾配を持つＬＰ鋼板である。図１（ｂ）は、先端部及び後端部に異なる板厚の平行部を持ち、その間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配を持ったＬＰ鋼板である。図１（ｃ）は、鋼板先端部及び後端部及び中央部に平行部を持ち、中央の平行部が先端部及び後端部よりも板厚が厚くなっており、平行部の間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配をもったＬＰ鋼板である。

図１（ｄ）は鋼板長手方向中央部に平行部を持ち、中央の平行部が先端部及び後端部よりも板厚が厚くなっており、先端及び後端部と中央部の平行部との間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配をもったＬＰ鋼板である。図１（ｅ）は鋼板先端部及び後端部に平行部を持ち、鋼板中央部では鋼板先端及び後端よりも板厚が厚くなっており、先端及び後端部と中央部の間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配をもったＬＰ鋼板である。図１（ｆ）は、鋼板中央部では鋼板先端及び後端よりも板厚が厚くなっており、先端及び後端部と中央部の間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配をもったＬＰ鋼板である。

図１（ｇ）は、鋼板先端部及び後端部及び中央部に平行部を持ち、平行部の板厚が長手方向の順に厚くなっており、平行部の間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配をもったＬＰ鋼板である。図１（ｈ）は、鋼板長手方向中央部に平行部を持ち、鋼板先端部は中央の平行部より薄く、鋼板後端部は中央の平行部より板厚が厚くなっており、鋼板先端部及び後端部と中央部の平行部との間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配をもったＬＰ鋼板である。図１（ｉ）は、鋼板先端部及び後端部及び中央部に平行部を持ち、鋼板中央の平行部の板厚が鋼板先端及び後端の平行部より板厚が薄くなっており、平行部の間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配をもったＬＰ鋼板である。

図１（ｊ）は、中央部に平行部を持ち、鋼板中央の平行部の板厚が鋼板先端及び後端の平行部より板厚が薄くなっており、平行部の間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配をもったＬＰ鋼板である。図１（ｋ）は、鋼板先端部及び後端部に平行部を持ち、鋼板中央の板厚が鋼板先端及び後端の平行部より板厚が薄くなっており、鋼板中央部と先端及び後端部の平行部との間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配をもったＬＰ鋼板である。図１（ｌ）は、鋼板中央の板厚が鋼板先端及び後端より板厚が薄くなっており、鋼板中央部と先端及び後端部の間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配をもったＬＰ鋼板である。

このような多種多様な断面形状を持つＬＰ鋼板に対して、高強度化や溶接性、軽量化などのニーズから、制御冷却が施されることが多くなってきた。このとき、材質の機械的特性は、冷却の開始温度、終了温度及び冷却速度に依存するため、これらの温度を精度良く制御することが重要である。

これに対して、ＬＰ鋼板は長手方向で見ると、様々な断面形状を持つため、板厚の厚い部分と薄い部分では冷却速度や冷却終了温度が異なり、一定の通水条件と一定の通板速度で冷却を行った場合には、鋼板の各部分で材質バラツキが生じるといった問題がある。

これを回避するために、以下のような従来技術が開示されている。
特開平８−２３２０１６号公報（特許文献１）に開示されている手法は、合金元素を添加してＡｒ_３点以上の仕上温度で熱間圧延し、Ａｒ_３点以上の温度からマルテンサイト変態開始温度直上まで急冷して室温まで徐冷することによりベイナイト組織に変態させ、Ａｃ_１点以下の温度に焼き戻すことにより板厚みの異なる部位の材質を一定に保つ方法である。

特開平７−９６３１９号公報（特許文献２）に開示されている手法は、山形状又は台形状のテーパ−鋼板に対して、図１７に示すように、冷却材が、噴射される複数個のゾーンを有する冷却装置内に搬送される前の段階（１）において、テーパ−鋼板の中央部Ｍが冷却装置２０の入り口に到達するまでは速度Ｖ_０で搬送する。そして、テーパ−鋼板の先端Ｔから中央部が冷却装置２０内に搬送された段階（２）でゾーンから冷却材を噴射して、先端Ｔから中央部Ｍまでを同時一斉に冷却を開始し、速度Ｖ_１で搬送する。さらに、尾端Ｂが冷却装置２０の入り口に到達した段階（３）で、速度Ｖ_２で搬送する。そして、先端Ｔが冷却装置２０の出口に到達した段階（４）で、速度Ｖ_３で搬送し、その中央部Ｍが冷却装置２０の出口に到達した段階（５）でゾーンからの冷却材噴射を停止して冷却を終了し、その後、速度Ｖ_４でテーパ−鋼板を冷却装置２０から抽出し、段階（６）となるような冷却方法である。

特開平１０−２４９４３０号公報（特許文献３）に開示されている手法においては、図１８のように複数バンクの冷却装置１２ａ〜１２ｎと複数の位置検出装置を備え、冷却バンクにはそれぞれ電磁開閉弁１３ａ〜１３ｎがついている冷却装置を用いる。また、冷却ゾーンはＳ１，Ｓ２，Ｓ３のゾーンでユニットを構成している。

次に図１９を用いて本手法の冷却方法を説明する。まず、山形状及び台形状のテーパ−鋼板が冷却装置に侵入する前にＳ１，Ｓ２ゾーンより冷却水を通水する。そして、テーパ−鋼板Ａの挿入に伴い、中央部Ｍが入側冷却ゾーンＳ１における第一バンク１２ａを超えたか否かが判断された後、図１９（ａ）に示すように中央部Ｍが第一バンク１２ａを超えた場合、その都度電磁開閉弁１３ａ〜１３ｃが順次閉じられ、図１９（ｂ）、図１９（ｃ）に示すように第一バンク１２ａから順次冷却剤の噴射を停止する。以上のようにして、テーパ−鋼板Ａの中央部Ｍが入側冷却ゾーンＳ１内にある場合は、第一バンク１２ａから順次第２、第３のバンク１２ｂ，１２ｃの電磁開閉弁１３ｂ，１３ｃを閉じて、第２、第３のバンク１３ｂ，１３ｃによる冷却を行わない。

次いで、図１９（ｃ）に示すようにテーパ−鋼板Ａが中間冷却ゾーンＳ２における各バンク１２ｄ〜１２ｇを超える間は、各電磁開閉弁１３ｄ〜１３ｇは、開かれて各バンク１２ｄ〜１２ｇから冷却剤が噴射されているため、順次先端Ｔから尾端Ｂまで冷却を行うことができる。

そして、先端Ｔが出側冷却ゾーンＳ３における第ｉバンク１２ｈを超えたか否かが判断された後、図１９（ｄ）に示すように先端Ｔが第ｉバンク１２ｈを超えた場合、その都度電磁開閉弁１３ｈ〜１３ｊが開かれ、図１９（ｄ）、図１９（ｆ）に示すように第ｉバンク１２ｈからバンク１２ｉおよび第ｎバンク１２ｊの順に冷却材を各別に噴射する。

以上のようにして、テーパ−鋼板Ａの先端Ｔが出側冷却ゾーンＳ３内にある場合は、図１９（ｅ）のように前記電磁弁１３ｈ〜１３ｊを各別に順次開いて、第ｉバンク１２ｈ〜１２ｊから順次冷却剤を噴射し、前記先端Ｔ部を除く部分から尾端Ｂに亘って順次冷却を行う。以上のような手順による冷却方法である。

特開平８−２３０２１６号公報 特開平７−９６３１９号公報 特開平１０−２４９４３０号公報

しかし、特開平８−２３０２１６号公報に記載されている手法では、ＮｂやＮｉ等高価な元素の添加と熱処理工程を必要とするため製造コストが高くなるといった問題がある。また、製造工程が増えるため、短納期で製造することが困難となる。

また、特開平７−９６３１９号公報及び特開平１０−２４９４３０号公報に記載されている手法では、鋼板通板中に冷却水を噴射する必要があるため、冷却水を噴射直後は冷却水量が目標値に追従せずオーバーシュートしたり、徐々に冷却水量が増加する現象が発生し、温度均一性や冷却能力の変化が生じる。また、冷却水を停止した場合、鋼板上に滞留した冷却水によって上面だけ過冷却されるため、鋼板形状が乱れたり、温度ムラが発生する原因となる。さらに、これらの手法は山形状及び台形状のＬＰ鋼板のみにしか適用できず、図１に示すような様々な形状を持つＬＰ鋼板のすべてには適用できない問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、特別な合金元素を添加することなく、又、通板中に鋼板に通水する流量を変化させること無く、図１に示すような様々な形状を持つＬＰ鋼板に適用可能な高温鋼板の冷却方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、長手方向で厚みが変化するＬＰ鋼板を、複数の冷却ゾーンを有する水冷式の冷却装置を通過させることにより通過冷却するに際し、前記ＬＰ鋼板の冷却開始前に、前記冷却装置において使用する冷却ゾーンと各冷却ゾーンにおける冷却水の通水量を決定しておき、前記ＬＰ鋼板の冷却中は前記使用する冷却ゾーンと前記各冷却ゾーンにおける冷却水の通水量を変えることなく冷却を行う方法であって、予め冷却前に鋼板長手方向を先端及び後端と長手方向の板厚勾配の変曲点に分割点を設定し、一方、前記冷却装置の入側から出側までの間に基準位置を設けて、前記分割点が前記基準位置に到達してから次の前記分割点が前記基準位置に到達するまでの間、一定の加速度又は一定の減速度で、通板速度の加減速を行い、通板初期速度及び前記加速度及び減速度は、前記分割点が、前記冷却装置を通過する間に許容冷却温度範囲内の温度に冷却されるように決定することを特徴とする高温鋼板の冷却方法（請求項１）である。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記通板初期速度及び前記加速度及び減速度は、前記分割点が、前記冷却装置を通過する間に許容冷却温度範囲内の温度に冷却されるように、収束計算により求めることを特徴とするもの（請求項２）である。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記基準位置が、前記冷却装置の使用する冷却ゾーン長手方向の中央位置であることを特徴とするもの（請求項３）である。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記１の手段から第３の手段ののいずれかであって、使用する冷却ゾーンの連続長さを、前記基準位置間の長さより短く設定することを特徴とするもの（請求項４）である。

本発明によれば、特別な合金元素を添加することなく、又、通板中に鋼板に通水する流量を変化させること無く、図１に示すような様々な形状を持つＬＰ鋼板に適用可能な高温鋼板の冷却方法を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態の例を、図を参照しながら以下に詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態である高温鋼板の冷却方法を適用する冷却装置の例を示す概要図である。

図２に示すように圧延機１により圧延された高温の鋼板２を、搬送テーブル３により、予め上下から冷却水を噴射しておいた冷却装置４に搬送し、通過させながら冷却を行う。鋼板２の長手方向温度は冷却装置４の前後に取り付けてある温度計５，６により計測される。また、冷却装置４は長手方向に１０個のゾーンにより構成され、それぞれのゾーンには１ｍピッチで冷却ヘッダ７が取り付けてある。冷却ヘッダ７の前後には水切りロール８を設置しており、鋼板を拘束すると共に、隣り合うゾーンの冷却水が互いの領域に流れ込まないような構造となっている。

これによってそれぞれの冷却ヘッダ７の通水をＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、冷却に使用するゾーンを、鋼板の冷却に必要なパターンに合わせて自由に選択することができる。以後の図で、冷却ヘッダが黒塗りとなっているところは、冷却水を通水しているゾーン、白塗りとなっていないところは冷却水を通水していないゾーンとする。

このような冷却装置４を使用して鋼板２の冷却を行う際には、鋼板２の長手方向の各位置に付いて同じ冷却停止温度まで制御冷却を行うのが普通である。鋼板２の温度を目標の温度まで冷却するためには、伝熱計算の数式モデルを用いて冷却水量を計算する。例えば、日本鉄鋼協会偏「鋼材の強制冷却」等の文献には、これらの数式モデルが紹介されているので、当業者は、これらの数式モデルを適宜選択して使用することができる。

本発明においては、鋼板２を冷却する際の冷却水量を一定に保ち、鋼板２の厚さが変化することに伴う必要冷却水量の変化を、鋼板２の通板速度を変化させることによって変えるようにしている。

例えば、鋼板の先端部（本明細書及び特許請求の範囲において、鋼板の先端部とは冷却装置を通過する際に先に冷却装置に入る側の端部を意味し、後端部とは冷却装置を通過する際に最後に冷却装置に入る側の端部を意味する。）の厚さが後端部の厚さに比べて薄い場合、鋼板厚が厚いほど冷却時間を長くする必要があるため、鋼板の先端部と比較して後端部の通板速度を遅くするような制御を実施することが必要となる。

このような制御を実施するために、本実施の形態においては、鋼板２に分割点を設定している。先端部及び後端部は無条件に分割点とし、その他の分割点としては、長手方向の板厚勾配が変化するポイントを採用する。この分割点のことを以下において接点と称することがある。そして、この分割点について数式モデルにより、目標温度に冷却するための通板速度を求めておく。

鋼板の長さ方向の分割点（接点）の例を、図３に示すような、鋼板先端部分及び後端部分及び中央部に平行部を持ち、平行部の板厚が後端方向に行くに従って厚くなっており、平行部の間を長手方向にテーパー状に均等な板厚勾配をもったＬＰ鋼板について説明する。なお、図３に示す鋼板は、図の右側が先端部で、左側が後端部である。

図３に示すような鋼板は、鋼板が図に示すように５分割され、分割された鋼板は６箇所の接点（接点１〜接点６）で繋がっている。この接点間の間が分割の一区間であり、図３の場合、各区間の長さはＬ１〜Ｌ５として示されている。そして、長さがＬ１で示される区間の板厚はＴ１であり、長さがＬ３で示される区間の板厚はＴ２であり、長さがＬ５で示される区間の板厚はＴ３である。長さがＬ２で示される区間においては、板厚がＴ１からＴ２へ直線的に減少しており、長さがＬ４で示される区間においては、板厚がＴ２からＴ３へ直線的に減少している。

この接点は、図４に示すように、鋼板の先端及び後端と長手方向の板厚勾配を取ると、勾配が変化する位置として決定することができる。図４では、図３のテーパ−鋼板の後端部（図３の右側）を原点として板厚みの長手方向板厚勾配を示している。このように、鋼板の接点は、先端部、後端部と、長手方向の板厚勾配が変化する場所として定義される。

次に、図３のような断面形状を持つ鋼板の実際の通板状況を図５で説明する。冷却装置においては１０個のゾーンの内、最初の２ゾーンのみ通水しておき、この状態で鋼板を冷却装置に進入させる。この場合、加減速ポイントとして、通水している２つのゾーンの中央位置を選定する。

鋼板は長手方向に６点接点を持ち、それぞれの接点間距離Ｌ１〜Ｌ５は、同じ２ｍであるものとし、図５の右側を鋼板の先端とする。この場合、ＬＰ鋼板の接点間距離と冷却ゾーン長は同じ２ｍとなる。長手方向では、鋼板先端が薄く、後端に向かうにつれ板厚が厚くなるようなＬＰ鋼板となるため、鋼板の長手方向冷却温度を一定とするためには、鋼板の通板速度を、鋼板後端に向かうにつれ減速する搬送パターンとする必要がある。

図５（ａ）から図５（ｂ）のような状態へ移行する場合、即ち接点６が冷却装置内加減速ポイントに侵入するまでは、一定速度Ｖ_１で通板する。つぎに、図５（ｂ）から図５（ｃ）の状態へ移行する場合、即ち接点５が冷却装置内加減速ポイントに進入するまで、α_１の減速度で減速を行う。本例では、接点６と接点５の板厚は同じなので、減速度α_１はゼロとなり、接点５が冷却装置内加減速ポイントに進入した時点での鋼板速度はＶ_１となる。

次に、図５（ｃ）から図５（ｄ）の状態へ移行する場合、即ち接点４が冷却装置内加減速ポイントに進入するまで減速度α２で減速を行う。図５（ｄ）の状態、即ち接点４が冷却装置内加減速ポイントに進入する速度はＶ_２となる。このように、図５（ｈ）の状態となり、最終の接点１が冷却装置内の加減速ポイントに進入するまで同様の処理で、鋼板速度を順次変化させて冷却を行う。

また、図５（ｈ）から図５（ｉ）の状態へ移行する場合、即ち鋼板後端の接点１が冷却装置内加減速ポイントに進入してからは、接点１は一定速度Ｖ_３で搬送させる。この結果、鋼板の速度パターンは図６のようになり、鋼板接点が冷却装置内加減速ポイントに進入した時点で逐次減速を行うことにより、長手方向に均一な温度分布を持つ鋼板の製造が可能となる。

以下、上述の鋼板速度（侵入速度、搬送速度）を求める方法について説明する。これは、前記の鋼板の各接点で、冷却終了後の温度が所定の許容誤差範囲内となるように、数値シミュレーションによって収束計算することにより算出する。

数値シミュレーションによって計算する理由は、解析解と異なり鋼材の熱物性値等の温度依存性や冷却装置を出てから温度計に到達するまでの放冷等を考慮しやすいためである。シミュレーションの方法は、前述の日本鉄鋼協会偏「鋼材の強制冷却」の他にも、日本鉄鋼協会圧延理論部会偏「板圧延の理論と実際」にも記載されており、周知のものであるので、その説明を省略する。

収束計算手法は、鋼板の各接点で、まず適当な初期通板速度Ｖ_ｏｌｄを決めて、接点間の加速度若しくは減速度α_ｉを決定し、鋼板が冷却装置入側から温度計設置位置まで搬送される時間だけ伝熱計算を実施する。つぎに冷却開始温度Ｔｓ、目標冷却終了温度Ｔ_ｅ、初期通板速度Ｖ_ｏｌｄ、計算された冷却終了温度Ｔ_ｃから

なる計算をして、修正通板速度Ｖ_ｎｅｗをもとめる。このような作業を冷却終了温度が許容誤差以内になるまで繰り返し行えばよい。収束のさせ方は上記に記載した手法以外にも様々有るため、処理時間や計算の安定性に応じて適当な手法を選べばよい。

以下、加速度及び減速度の決定方法について説明する。隣り合う接点でのそれぞれの進入速度をＶ_ｉ，Ｖ_ｉ＋１、接点間の距離をＬ_ｉとすると分割点間の減速度α_ｉは次のように求められる。

よって、鋼板は、鋼板先端進入速度Ｖ_１で冷却装置に進入し、式（１）から収束計算で求めた各接点の速度から接点間の加速度若しくは減速度を求めることができる。

このように、通板速度制御することにより、例えば、図１（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｇ），（ｈ），（ｉ），（ｊ），（ｋ）のように鋼板の一部に長手方向の板厚みが平行部となる部位があるような鋼板の場合は、平行部において加速度若しくは減速度がゼロ（つまり加減速しない）として扱えばよいので、長手方向の板厚勾配がある場合と同一の制御プログラムで様々な形状を持つ鋼板の速度計算が可能となる。

鋼板の進入方向は、図１の右側から冷却装置に進入させても、左側から侵入させてもかまわない。ただし、図１（ａ），（ｂ），（ｇ），（ｈ）等のように板厚みが長手方向で逐次厚くなっている場合は、まず薄部側から冷却装置に進入させることが好ましい。この理由は、本発明においては通過冷却を行うため、厚部側から冷却装置に侵入させると、鋼板後端の進入タイミングが先端と比べて遅れ、そのため鋼板後端の侵入温度が先端温度の侵入温度より低くなり、鋼板尾端温度が所定の冷却開始温度より低くなる危険性があるためである。これに対し、空冷時の冷却速度が遅い厚部が遅れて進入すれば、鋼板先後端で温度偏差が小さくなり、冷却装置挿入前の鋼板長手方向温度分布をより均一にすることができる。

また、通水を行う冷却ゾーン長を鋼板の接点間距離の最小値よりも短くすると好ましい。例えば、図３のような断面形状をもち、各接点間距離Ｌ１〜Ｌ５が２ｍのＬＰ鋼板を、図７のように１０ゾーン全てに通水して、鋼板の接点間距離が冷却通水長よりも短い状態で冷却する場合を考える。加減速ポイントはこれら１０ゾーンの中央の点とする。鋼板接点６は図７（ａ）の時点で冷却装置に進入し、図７（ｂ）〜（ｅ）の状態を経て図７（ｆ）の時点で冷却装置から出る。この間、鋼板接点１〜５はすでに冷却装置に進入しているので、収束計算により求めた各接点の速度の影響がほかの接点におよび冷却制御性が低くなる。

冷却ゾーン長は鋼板の接点間距離より短ければ短いほど制御性は向上するが、その分通水量が低下することになり、冷却終了温度を確保するために、通板速度を遅くせざるをえず、鋼板先端及び後端の冷却装置進入タイミングのずれが大きくなり、尾端で所定の冷却開始温度を確保できなくなる可能性がある。そのため、冷却ゾーン長を、各接点間距離の最小値程度の値とすれば、温度制御性もよく、鋼板先後端の温度差についても少なくすることができる。

このため、冷却装置を複数ゾーンに分割し、それぞれの冷却ゾーンで冷却水の通水をＯＮ−ＯＦＦできる設備が必要となる。また、先に説明した演算を行った場合、通板速度や加速度及び減速度が搬送テーブルロールの制御範囲にならない場合もある，その場合は冷却装置の長さを変更して、通板速度や加速度及び減速度を搬送テーブルロールの制御範囲となるようにする必要がある。以上のことから、冷却ゾーンはなるべく数を多くし且つ１ゾーン当たりの長さを短くすることによって制御性が向上する。

また、冷却装置の加減速ポイントを冷却装置中で通水を行っているゾーンの中央部とすることが好ましい。この理由を図８、図９を用いて説明する。図８は、冷却装置の加減速ポイントを冷却装置の入側にした例である。鋼板には先端から接点１、２、３があり、接点１から冷却装置に進入していく。接点２が加減速ポイントに進入してから、板厚の厚い接点３を冷却するために減速を行う。このとき、接点１と接点２の間は、鋼板の厚みは長手方向で変化せず一様の厚みとなっているため、図のハッチングの領域では、本来一定速度で通板させるべき領域であるにもかかわらず、減速の影響を受けてしまう。この領域は冷却装置の通水しているゾーン長と同じとなる。一方、図９の様に冷却装置の加減速ポイントを冷却装置の通水を行っている冷却ゾーン長の長手方向中央部とすると、減速の影響を受ける領域はハッチングのようになり、接点２の後方のテーパ−部を含んだ領域となる。そのため、本来一定速度で通板させるべき領域である平行部において、減速の影響を受ける領域が狭くなるので、長手方向の温度精度を高くすることができる。

さらに、水切りロールを設置しないと、上部の冷却水が滞留して他の冷却ゾーンに流入してしまい冷却時間が厳密にコントロールできないばかりでなく、滞留水が局所的な温度ムラを発生させる原因となるため、材質バラツキが発生する原因となる。

（実施例１）
図１０に示すようなＬＰ鋼板の冷却を実施した。図中の右側を鋼板先端とし、冷却装置に進入させた。この鋼板の先端の板厚みは10mm，尾端の板厚みは17.5mmであり、鋼板長手中央部の板厚みが20mmと先後端と比較して厚い。鋼板先端から板厚みが最も厚い部分までの長さは４ｍ、鋼板尾端から板厚みが最も厚い部分までの長さは３ｍである。このＬＰ鋼板を、本発明の実施の形態において説明した冷却装置（冷却長１０ｍ，冷却水量1000Ｌ／min.ｍ^２）を用いて冷却を実施した。冷却条件は、冷却開始温度770℃、冷却終了温度500℃とし、本発明の方法を用いて冷却を実施した。

なお、本実施例を始め他の実施例及び比較例においては、収束計算により通板速度を計算するため、冷却の実施に先立って予めオフラインにおいて、冷却装置の熱伝達率を求めておいた。実施例１と比較例１においては、この熱伝達率を用いて、数値計算により通板速度を決めた。又、比較例２と比較例３においては、この実験から水冷中の冷却時間を算出した。

この時、鋼板先端の板厚み10mmでの適正冷却時間は2.4sec、鋼板後端の板厚み17.5mmでの適正冷却時間は4.8sec、鋼板Ｍ部の板厚み20mmでの適正冷却時間は5.9secとなった。

実施例１では、鋼板先端および鋼板後端および板厚みが20mmの位置を鋼板接点として、２分割、３接点で分割を実施し、先に述べた手法で収束計算を実施した。計算では、温度計５から冷却装置４に進入するまでの間と、冷却装置４を出てから温度計６に到達するまでの間は、放射熱伝達率と自然滞留熱伝達率を足し合わせたものとし、冷却装置内では、先に求めた水冷中の熱伝達率とした。温度計５の位置で770℃、温度計６の位置で550℃となるように、各接点の通板速度を収束計算により求めた。

このときの冷却条件は、接点間距離の最小値が３ｍであるため、冷却装置の１０ゾーンの内３ゾーンを使用した。このとき、通水を行う冷却ゾーン長としては３ｍとなる。冷却装置の加減速ポイントは冷却装置入り側から１．５ｍの位置とした。温度を収束計算から求めた結果、先端の通板速度は80mpm，長手中央部付近の板厚２０ｍｍの接点での通板速度は21mpm，鋼板後端の通板速度は39mpmとなった。これから、接点１から接点２までは、減速度0.208m/s^２で減速し、接点２から接点３までは、加速度0.051m/s^２で加速を実施した。冷却後の鋼板の長手方向温度分布は図１１に示すように長手方向でほぼ均一の温度となり、後に材質を調査したところ全長でスペック内となった。

（比較例１）
実施例１と同じ鋼板を、実施例１と同じ冷却装置を用いて、一定速度で冷却装置中を通過させた。この場合、冷却ゾーン長は３ｍとし、鋼板の長手方向中央で、板厚が20mmである位置でにおいて、冷却終了温度500℃が得られるように、数値計算により通板速度を求めたところ、35mpmとなった。そこで、一定速度35mpmで通板させ冷却を実施した。冷却後の鋼板長手方向温度分布は図１２に示すように、鋼板の長手方向中央ではほぼ目標の冷却終了温度になったが、鋼板先端に近づくにつれ冷却停止温度は低くなり、板内の温度偏差は２３０℃となった。のちに材質を調査したところ、鋼板先端で極端に強度オーバーしており、不合格となった。

（比較例２）
実施例１と同じ鋼板を、実施例１と同じ冷却装置を用いて、特許文献２に記載される方法で冷却した。冷却ゾーン長は１０ｍとし、鋼板先端が進入してから、同時一斉に冷却水を通水し、長手中央部で板厚みが最も厚い20mmの位置まで、一定速度130mpmで通板させた。次に鋼板後端が冷却装置に進入するまで、199mpmで通板させ，鋼板先端が冷却装置出側に到達してからは62mpmで通板させた。冷却後の鋼板長手方向温度分布は図１３に示すように、鋼板先端の同時一斉で冷却水を通水した部位で、所々過冷却が発生して低くなり、板内の温度偏差は１２０℃となった。のちに材質を調査したところ、鋼板先端で極端に強度オーバーしている部位があり、不合格となった。

（比較例３）
実施例１と同じ鋼板を、実施例１と同じ冷却装置を用いて、特許文献３に記載される方法で冷却した。鋼板先端、後端、中央部のそれぞれの位置における適正冷却時間となる条件となる冷却ゾーン長と通板速度を見積もると、図１９中のゾーンについては、Ｓ１ゾーンは２ｍ、Ｓ２ゾーンは２ｍ、Ｓ３ゾーンは６ｍで、通板速度は100mpmとなった。この条件で特許文献３に示される手順で冷却したところ、冷却後の鋼板長手方向温度分布は図１４に示すように、鋼板全体に温度のバラツキができた。これは、先に述べたように、鋼板通板中に冷却水を噴射した部位や冷却水を停止した部位で過冷却が発生したためである。のちに材質を調査したところ、極端に強度オーバーしている部位があり、不合格となった。

（実施例２）
図１５に示すようなＬＰ鋼板の冷却を実施した。図中の右側を鋼板先端として、冷却装置に進入させた。平行部は３ヶ所あり、鋼板先端から逐次厚くなるような形状である。先端の板厚みは10mm、尾端の板厚みは17.5mmであり、鋼板長手中央の平行部板厚みが15mmとなっている。平行部長さは、鋼板先端で2.5ｍ，鋼板長手中央部で２ｍ、鋼板尾端で４ｍとなっている。また、鋼板先端の平行部と鋼板長手中央の平行部との間と鋼板尾端の平行部と鋼板長手方向中央の平行部との間は、テーパー状になっており、その長さはそれぞれ、２ｍ、3.5ｍとなっている。

このＬＰ鋼板を、本発明の実施の形態において説明した冷却装置（冷却長１０ｍ，冷却水量1000Ｌ／min.ｍ^２）を用いて冷却した。冷却条件は、冷却開始温度770℃、冷却終了温度500℃、冷却ゾーン長は２ｍとした。なお、通板速度の数値計算は、実施例１と同じく、予めオフラインで求めた熱伝達率をもとに、数値計算を行い、各接点での通板速度を求めた。

この実施例においては、先端が薄く、後端が厚いため図６のように逐次鋼板速度を減速していく制御となる。鋼板分割は図３のような接点として、５分割、６接点で分割を実施し、先に述べた手法で収束計算を実施した。この時の冷却条件は、接点間距離の最小値が２ｍであるため、冷却装置の１０ゾーンの内２ゾーンのみを使用した。このときの通水を行う冷却ゾーン長としては２ｍとなる。冷却装置の加減速ポイントは冷却装置入り側から１ｍの位置とした。温度を収束計算から求めた結果、それぞれの接点速度は先端部から、61mpm，61mpm，31mpm，31mpm，28mpm，28mpmとなった。この時、接点間の減速度は鋼板先端からそれぞれ、０ｍ／ｓ^２，0.19ｍ／ｓ^２，０ｍ／ｓ^２，0.0084ｍ／ｓ^２，０ｍ／ｓ^２となる。冷却後の鋼板の長手方向温度分布は、図１６に示すように長手方向でほぼ均一の温度となり、後に材質を調査したところ全長でスペック内となった。

（比較例４）
実施例２と同じ鋼板を、実施例２と同じ冷却装置を用いて、実施例２と同じく、冷却ゾーン長２ｍとし、鋼板長手方向中央の板厚が15mmの一定値になっている部分の位置で、冷却終了温度が550℃となるように数値計算で通板速度を求めたところ、32mpmとなった。そこで、32mpmの一定速度で通板させて冷却を実施した。冷却後の鋼板長手方向温度分布は、図１６に示すように、鋼板の長手方向中央ではほぼ目標の冷却終了温度になったが、鋼板先端に近づくにつれ冷却停止温度が低くなり、板内の温度偏差は170℃となった。のちに材質を調査したところ、鋼板先端で極端に強度オーバーしており、不合格となった。

本発明が適応可能なＬＰ鋼板の形状の例を説明する図である。 本発明の実施の形態に使用する冷却装置の例を説明する図である。 本発明の実施の形態における鋼板の接点分割を説明する図である。 本発明の実施の形態における鋼板の接点分割位置を決定する方法を説明する図である。 本発明の実施の形態における鋼板の速度制御方法を説明する図である。 本発明の実施の形態における鋼板の速度パターンの例を示す図である。 本発明の実施の形態において、冷却ゾーン長が長い場合に制御性が低くなる理由を説明する図である。 本発明の実施の形態において、鋼板が冷却装置内の加減速ポイントが冷却装置入側にある場合の、温度制御性を説明する図である。 本発明の実施の形態において、鋼板が冷却装置内の加減速ポイントが冷却装置の使用する冷却ゾーン長手方向中央部にある場合の、温度制御性を説明する図である。 実施例１および比較例１〜３で冷却したＬＰ鋼板の形状を示す図である。 実施例１における冷却後の長手方向温度分布を示す図である。 比較例１における冷却後の長手方向温度分布を示す図である。 比較例２における冷却後の長手方向温度分布を示す図である。 比較例３における冷却後の長手方向温度分布を示す図である。 実施例２および比較例４で冷却したＬＰ鋼板の形状を示す図である。 実施例２および比較例４における冷却後の長手方向温度分布を示す図である。 特許文献２の冷却制御方法を説明する図である。 特許文献３の冷却装置を説明する図である。 特許文献３の冷却制御方法を説明する図である。

符号の説明

１…圧延機、２…鋼板、３…搬送テーブル、４…冷却装置、５…入側温度計、６…出側温度計、７…冷却ヘッダ、８…水切ロール、

Claims (4)

1. 長手方向で厚みが変化するＬＰ鋼板を、複数の冷却ゾーンを有する水冷式の冷却装置を通過させることにより通過冷却するに際し、前記ＬＰ鋼板の冷却開始前に、前記冷却装置において使用する冷却ゾーンと各冷却ゾーンにおける冷却水の通水量を決定しておき、前記ＬＰ鋼板の冷却中は前記使用する冷却ゾーンと前記各冷却ゾーンにおける冷却水の通水量を変えることなく冷却を行う方法であって、予め冷却前に鋼板長手方向を先端及び後端と長手方向の板厚勾配の変曲点に分割点を設定し、一方、前記冷却装置の入側から出側までの間に基準位置を設けて、前記分割点が前記基準位置に到達してから次の前記分割点が前記基準位置に到達するまでの間、一定の加速度又は一定の減速度で、通板速度の加減速を行い、通板初期速度及び前記加速度及び減速度は、前記分割点が、前記冷却装置を通過する間に許容冷却温度範囲内の温度に冷却されるように決定することを特徴とする高温鋼板の冷却方法。
2. 前記通板初期速度及び前記加速度及び減速度は、前記分割点が、前記冷却装置を通過する間に許容冷却温度範囲内の温度に冷却されるように、収束計算により求めることを特徴とする請求項１に記載の高温鋼板の冷却方法。
3. 前記基準位置が、前記冷却装置の使用する冷却ゾーン長手方向の中央位置であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高温鋼板の冷却方法。
4. 使用する冷却ゾーンの連続長さを、前記分割点間の長さより短く設定することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の高温鋼板の冷却方法。
   

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