JP4876782B2 - 鋼板の熱間圧延設備および熱間圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の熱間圧延設備および熱間圧延方法に関するものである。

近年、鋼板の熱間圧延においては、強度や靭性の優れた鋼板の製造が求められており、その一例として、圧延材に制御圧延（Controlled Rolling；ＣＲ）を施すことにより、優れた材質の厚鋼板を造り込んでいる。すなわち、１０００℃以上に加熱したスラブを一旦所定の板厚まで圧延し、その後、圧延材の温度が未再結晶温度域やその温度域に近い温度域にある状態で仕上板厚まで圧延を行うものである。たとえば、厚さ２００〜３００ｍｍのスラブを１１００〜１２００℃程度まで加熱後、仕上板厚の１．５〜２倍程度まで圧延し、その後、温度が未再結晶域である８５０℃以下になった時点で制御圧延を開始し、仕上板厚（たとえば１５ｍｍ）まで圧延するというものである。

その際に、制御圧延を行う温度（制御圧延開始温度）が低くかつ制御圧延を行う板厚（制御圧延開始板厚）が厚い場合には、圧延材が制御圧延開始温度になるまでにかなりの時間を要するため、圧延機（可逆式圧延機）近傍の搬送ライン上で制御圧延開始温度になるまで圧延材を放冷状態で待機させていた。その結果、その冷却待ちによって圧延機に空き時間が発生し、圧延能率が低下するという問題が生じていた。

このような冷却待ちによって圧延機に空き時間が発生し圧延能率が低下するのを解消するために、例えば、特許文献１には、可逆圧延機の前方と後方にシャワー式の冷却装置を設置し、各圧延パスにおいて圧延材を冷却装置で水冷しながら可逆圧延機で圧延を行うという制御圧延方法が示されている。

また、特許文献２には、圧延材を所定の制御圧延開始温度に冷却するための温度調整冷却設備を設置し、可逆圧延機で所定板厚まで圧延した圧延材を温度調整冷却設備で所定の制御圧延開始温度に冷却（温度調整冷却）した後、再び可逆圧延機で仕上板厚まで圧延を行う技術が記載されている。この温度調整冷却設備は、後行材との干渉を避けるために、可逆圧延機から約２０ｍ程度離れた位置に設置されている。
特開昭５５−１０６６１５号公報 特開２００５−０００９７９号公報

しかし、特許文献１に記載の技術においては、シャワー式の冷却装置で鋼板の冷却を行っているが、冷却水の水切りについては考慮されていないので、所定の温度降下量を得ようと大きな流量の冷却水を鋼板の上面に供給すると、鋼板上面に滞留した冷却水が鋼板上面を自由に移動することとなり、鋼板の冷却領域が変動して冷却が不均一になってしまい、製品の材質や形状に悪影響を与えるという問題がある。

なお、鋼板上面に滞留した冷却水の水切りについては、水切りロールを用いる方法があるが、搬送される鋼板が水切りロールに衝突する等の搬送トラブルの発生が懸念される。また、エアーにより水切りを行う方法があるが、大きな流量の冷却水に対しては効力がない。

また、特許文献２に記載の技術においては、圧延機から約２０ｍ程度離れた位置に設置されている温度調整冷却設備で所定の制御圧延開始温度まで温度調整冷却をするので、鋼板の搬送時間も含めて冷却に時間がかかり、圧延能率の低下を充分には解消できないという問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、鋼板の制御圧延を行うに際して、鋼板が均一に冷却されて良好な製品品質が得られるとともに、冷却待ち等による圧延能率の低下も防止することができる鋼板の熱間圧延設備および熱間圧延方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］鋼板を熱間圧延する可逆式圧延機の入側または／および出側の前記可逆式圧延機に近接する位置に、圧延前または／および圧延後の鋼板を通過させながら鋼板の上下面にそれぞれ４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度の冷却水を供給する冷却設備を配置し、
上面の冷却設備は、鋼板の上方から鋼板に向けて斜めに棒状冷却水を供給するノズルを有し、鋼板上で冷却水が鋼板の搬送方向に互いに対向するように前記ノズルをそれぞれ搬送方向に複数列配列していることを特徴とする鋼板の熱間圧延設備。

［２］前記冷却設備の冷却領域は、前記可逆式圧延機からその入側または／および出側に配置されたサイドガイド部を除く可逆式圧延機に近接する位置であることを特徴とする前記［１］に記載の鋼板の熱間圧延設備。

［３］前記冷却設備の冷却領域は、前記可逆式圧延機の入側に配置されたサイドガイドの上流側または／および前記可逆式圧延機の出側に配置されたサイドガイドの下流側で、可逆式圧延機に近接する位置であることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の鋼板の熱間圧延設備。

［４］鋼板を熱間圧延する可逆式圧延機の入側または／および出側の前記可逆式圧延機に近接する位置に冷却設備を配置し、該冷却設備から圧延前または／および圧延後の鋼板を通過させながら鋼板の上下面にそれぞれ４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度の冷却水を供給するとともに、
その際に鋼板の上面に対しては、鋼板上で冷却水が鋼板の搬送方向に互いに対向するようにそれぞれ搬送方向に複数列配列されたノズルによって、鋼板の上方から鋼板に向けて斜めに棒状冷却水を供給することを特徴とする鋼板の熱間圧延方法。

［５］前記冷却設備の冷却領域は、前記可逆式圧延機からその入側または／および出側に配置されたサイドガイド部を除く可逆式圧延機に近接する位置であることを特徴とする前記［４］に記載の鋼板の熱間圧延方法。

［６］前記冷却設備の冷却領域は、前記可逆式圧延機の入側に配置されたサイドガイドの上流側または／および前記可逆式圧延機の出側に配置されたサイドガイドの下流側で、可逆式圧延機に近接する位置であることを特徴とする請求項［４］または［５］に記載の鋼板の熱間圧延方法。

本発明においては、可逆式圧延機に近接する位置に４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の大きな水量密度を有する通過式の冷却設備を配置しているので、鋼板を圧延しながら冷却することにより、効率的に所定の制御圧延開始温度を得ることができ、冷却待ち等による圧延能率の低下が回避される。そして、鋼板上で冷却水が搬送方向に互いに対向するようにノズルを配列し、４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の大きな水量密度の冷却水を供給しているので、供給された冷却水自身が鋼板上の滞留冷却水を堰き止めて適切に水切りを行うことになり、安定した冷却領域が得られる。

この結果、鋼板の制御圧延を行うに際して、鋼板が均一に冷却されて良好な製品品質が得られるとともに、冷却待ち等による圧延能率の低下も防止することができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における鋼板の熱間圧延設備の配置図である。図１に示すように、この実施形態においては、加熱炉１１と、可逆式圧延機１２と、可逆式圧延機１２の入側（上流側）および出側（下流側）の近接する位置に冷却設備２０が配置されている。そして、冷却設備２０は、通過式の冷却設備であり、鋼板１０の上面に向けて冷却水を供給するための上ヘッダユニット２１と、鋼板１０の下面に向けて冷却水を供給するための下ヘッダ３１を備えている。なお、図１中、１３はテーブルローラである。

図２、図３は、冷却設備２０の詳細図である。なお、図２では、冷却設備２０は可逆式圧延機１２とサイドガイド１４との間に配置されており、図３では、冷却設備２０はサイドガイド１４の上流側（加熱炉側）で可逆式圧延機１２に近接する位置に配置されている。いずれにおいても、前述したように、冷却設備２０は上ヘッダユニット２１と下ヘッダ３１を備えている。

上ヘッダユニット２１は、一対の上ヘッダ２１ａ、２１ｂによって構成されており、ここでは、可逆式圧延機１２に近い側の上ヘッダを第１上ヘッダ２１ａと呼び、可逆式圧延機１２から遠い側の上ヘッダを第２上ヘッダ２１ｂと呼ぶことにする。

そして、第１上ヘッダ２１ａと第２上ヘッダ２１ｂのそれぞれに鋼板の幅方向に配列するとともに搬送方向に複数列設けた円管ノズル２２ａ、２２ｂ（ここでは、鋼板１０の搬送方向に６列）が取り付けられており、第１上ヘッダ２１ａの円管ノズル（第１上ノズル）２２ａと第２上ヘッダ２１ｂの円管ノズル（第２上ノズル）２２ｂとは、それぞれから供給する棒状の冷却水が鋼板１０の搬送方向に互いに対向するように配列されている。すなわち、第１上ノズル２２ａは、可逆式圧延機１２側からθ１の伏角（噴射角度）で棒状冷却水２３ａを噴射し、第２上ノズル２２ｂは、可逆式圧延機１２側に向かってθ２の伏角（噴射角度）で棒状冷却水２３ｂを噴射するようになっている。

ちなみに、本発明の棒状冷却水とは、円形状（楕円や多角の形状も含む）のノズル噴出口から噴射される冷却水のことを指している。また、本発明の棒状冷却水は、スプレー状の噴流でなく、膜状のラミナーフローでなく、ノズル噴出口から鋼板に衝突するまでの水流の断面がほぼ円形に保たれ、連続性で直進性のある水流の冷却水をいう。

したがって、互いの上ヘッダから最も遠い側の列（最外側の列）の円管ノズルからの棒状冷却水が鋼板１０に衝突する位置同士に挟まれた領域が冷却領域ということになる。

その際に、第１上ノズル２２ａからの棒状冷却水２３ａの噴射線と第２上ノズル２２ｂからの棒状冷却水２３ｂの噴射線が交差しないようにすれば、図２、図３に示すような滞留冷却水２４の水膜が安定して形成される。これによって、互いの上ヘッダに最も近い側の列（最内側の列）の円管ノズルからの棒状冷却水は滞留冷却水２４の水膜に向かって噴射されることになり、お互いに他方の棒状冷却水を壊すことがないので好ましい。そして、最内側の列の円管ノズルからの棒状冷却水が鋼板１０に衝突する位置同士の間隔を滞留域長さと呼ぶこととすると、滞留域長さを１．５ｍ以内とすれば、滞留する冷却水２４が鋼板１０を冷やす割合は比較的少ないので、鋼板１０の最先端や最尾端が非定常な状態で通過する場合に冷え方が大きく変化することを防ぐことができる。

図４（ａ）、（ｂ）は、上ヘッダ２１ａ、２１ｂに取り付けられている円管ノズル２２ａ、２２ｂの配置例を示したものである。前述したように、円管ノズル２２ａ、２２ｂが鋼板１０の搬送方向に６列配置されている。搬送方向に複数列配置するのは、１列のノズルでは鋼板に衝突する冷却水と冷却水の間で滞留冷却水を堰き止める力が弱くなるからである。よって、搬送方向には３列以上配置するのが好ましい。より好ましくは５列以上配置する。また、板幅方向には、通過する鋼板１０の全幅に冷却水を供給できるように取り付けられている。

一方、下ヘッダ３１については、ここでは、２個の下ヘッダ３１が配置されており、それぞれに円管ノズル３２が取り付けられ、テーブルローラ１３の隙間から棒状の冷却水３３を噴射して、通過する鋼板１０の全幅に冷却水を供給するようになっている。

そして、冷却設備２０は、鋼板１０の上面に向けて鋼板面の水量密度が４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上になるように上ヘッダ２１ａ、２１ｂから冷却水を供給し、鋼板１０の下面に向けて下ヘッダ３１から同じく鋼板面の水量密度が４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上になるように冷却水を供給している。

ここで、水量密度を４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上としている理由について説明する。図２、図３に示す滞留冷却水２４は供給する棒状冷却水２３ａ、２３ｂによって堰き止められて形成される。このとき水量密度が小さいと堰き止めること自体ができず、水量密度がある量よりも大きくなると堰き止めることができる滞留冷却水２４の量は増加し、板幅端部から排出される冷却水と供給される冷却水の量が釣り合って滞留冷却水２４は一定に維持される。厚鋼板の場合、一般的な板幅は２〜５ｍであり、４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度で冷却すれば、これらの板幅において滞留冷却水を一定に維持できて、圧延中の鋼板１０を通過させながら所望の温度降下量を得ることができる。

水量密度を４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上大きくすればするほど冷却待ちを解消する制御圧延材が多くなる。例えば、水量密度が小さいと板厚が薄い圧延材でしか冷却待ちを解消できないが、水量密度を増やしていけば、ある程度板厚が厚い圧延材でも冷却待ちを解消できるようになる。しかし、水量を増やしたことに対する冷却待ち時間短縮の効果は、水量密度を増やしていくほど徐々に小さくなっていくので、水量密度は、冷却待ち時間などの短縮効果と設備コストを勘案して、決定することが好ましい。さらに好ましい水量密度は４〜１０ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎである。

また、冷却設備２０をコンパクトな大きさにするとともに可逆式圧延機１２に近接した位置で鋼板を冷却できるようにするために、滞留域長さを１．５ｍ以内、冷却領域を３ｍ以内とし、可逆式圧延機１２の入側または／および出側に配置されたサイドガイド部の長さを除く可逆式圧延機１２に近接する位置になるように冷却設備２０を配置する。一般的に、この位置は可逆式圧延機１２のワークロール中心１２ａから２０ｍ以内の範囲となる。冷却領域をサイドガイドにかからないようにサイドガイド部を除く位置に設ければ、鋼板１０上面に滞留した冷却水がサイドガイド１４に邪魔されることなく鋼板１０幅端部からスムースに排出される。

その際に、図２のように、冷却領域が可逆式圧延機１２のワークロール中心１２ａからサイドガイドまでの間（ワークロール中心１２から２〜４ｍ程度）に位置するように冷却設備２０を配置するのが、圧延能率を効率的に向上できるので好ましい。

一方、冷却設備２０の冷却領域を、図３のように、可逆式圧延機１２の入側に配置されたサイドガイド１４の上流側で可逆式圧延機１２に近接した位置に設けるか、あるいは、可逆式圧延機１３の出側に配置されたサイドガイド１４の下流側で可逆式圧延機１２に近接した位置に設けるのも、設備を大きくして長い冷却領域を確保できるのでよい。

さらに、可逆式圧延機１２のワークロール中心１２ａからサイドガイド１４までの間と、図５に示すサイドガイド１４の上流側の両方に冷却領域を設けてもよいことはいうまでもない。

そして、この冷却設備２０では、第１上ノズル２２ａから噴射される棒状冷却水２３ａと第２上ノズル２２ｂから噴射される棒状冷却水２３ｂが鋼板１０の搬送方向に互いに対向するようにしているので、鋼板１０上面の滞留冷却水２４が鋼板１０の搬送方向に移動しようとするのを、噴射された棒状冷却水２３ａ、２３ｂ自身が堰き止める。これによって、４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の大きな水量密度で冷却水を供給しても、安定した冷却領域が得られ、均一な冷却を行うことができる。

なお、上ノズル２２ａ、２２ｂから噴射する冷却水を例えばスリットノズルを使った膜状冷却水ではなく棒状冷却水としているのは、棒状冷却水の方が安定的に水流が形成され、滞留冷却水を堰き止める力が大きいからである。

その際に、第１上ノズル２２ａの噴射角度θ１と、第２上ノズル２２ｂの噴射角度θ２は、３０°〜６０°とするのが好ましい。噴射角度θ１、θ２が３０°より小さいと、棒状冷却水２３ａ、２３ｂの鉛直方向速度成分が小さくなって、鋼板１０への衝突が弱くなり、冷却能力が低下するからであり、噴射角度θ１、θ２が６０°より大きいと、棒状冷却水２３ａ、２３ｂの搬送方向速度成分が小さくなって、滞留冷却水２４を堰き止める力が弱くなるからである。なお、噴射角度θ１と噴射角度θ２は必ずしも等しくする必要はない。さらに好ましい噴射角度θ１、θ２は４０°〜５０°である。

また、所望の冷却能力と水切り能力を得るために、上ノズル２２ａ、２２ｂの配置は鋼板の搬送方向に５列以上とし、上ノズル２２ａ、２２ｂからの棒状冷却水２３ａ、２３ｂの噴射速度は８ｍ／ｓ以上とするのが好ましい。ノズル列数の上限は、冷却する鋼板のサイズ、搬送速度、目標とする温度降下量などによって適宜決定すればよい。また、噴射速度が３０ｍ／ｓを超えると、圧損が大きくなり、ノズル内面の磨耗が増加する問題が生じ、設備コストも増加するので、３０ｍ／ｓ以下とするのは好ましい。

さらに、鋼板１０の反り等によって上ノズル２２ａ、２２ｂが損傷するのを防止するために、上ノズル２２ａ、２２ｂの先端の位置をパスラインから離すようにするのがよいが、あまり離すと冷却水が分散するので、上ノズル２２ａ、２２ｂの先端とパスラインの距離を５００ｍｍ〜１８００ｍｍとするのが好ましい。

そして、上記のように構成された鋼板の熱間圧延設備を用いて制御圧延を行う場合には、所定の制御圧延開始板厚（例えば、仕上板厚の１．５〜２倍）において所定の制御圧延開始温度（例えば、８５０℃以下）となるように、圧延前および／または圧延中および／または圧延後に冷却設備２０の冷却領域を通過する鋼板を冷却設備２０で冷却しながら可逆式圧延機１２で圧延する。そして、所定の制御圧延開始板厚で所定の制御圧延開始温度になれば、それ以降は冷却設備２０での冷却は行わずに、仕上板厚（例えば、１５ｍｍ）まで圧延する。

なお、制御圧延開始温度になるまですべての圧延パスで入側と出側の冷却設備２０によって冷却を行う必要はなく、所定の制御圧延開始板厚で所定の制御圧延開始温度になるように、冷却設備２０を適宜オン・オフすればよい。

また、ここでは、可逆式圧延機１２の入側と出側に冷却設備２０を配置しているが、いずれか一方に冷却設備２０を配置することでもよい。

このようにして、この実施形態においては、可逆式圧延機１２に近接する位置に４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の大きな水量密度を有する通過式の冷却設備２０を配置しているので、鋼板１０を圧延しながら冷却することにより、効率的に所定の制御温度を得ることができ、冷却待ち等による圧延能率の低下が回避される。そして、鋼板１０上で冷却水が搬送方向に互いに対向するように円管ノズル２２ａ、２２ｂを配列し、４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の大きな水量密度の冷却水を供給しているので、噴射された棒状冷却水２３ａ、２３ｂ自身が鋼板１０上の滞留冷却水２４を堰き止めて適切に水切りを行うことになり、安定した冷却領域が得られる。

この結果、鋼板の制御圧延を行うに際して、鋼板が均一に冷却されて良好な製品品質が得られるとともに、冷却待ち等による圧延能率の低下も防止することができる。

なお、上記の実施形態においては、鋼板の下面に対して、鋼板面の水量密度が４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上になる棒状冷却水を供給しているが、本発明はそれに限定されるものではなく、鋼板面の水量密度が４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上になる冷却水を供給できるものであれば、それ以外のスリットノズルから出る膜状冷却水やスプレーノズルから出る噴霧状冷却水等、どのような形態の冷却水であっても構わない。

本発明の実施例を以下に述べる。

ここでは、制御圧延を施して、板厚１８．５ｍｍ、板幅２５６０ｍｍ、板長３５ｍの厚鋼板を製造するに際し、本発明例と従来例の圧延時間を比較した。

本発明例は、上記の実施形態に係る熱間圧延設備を用いて、所定の制御圧延開始板厚（３４ｍｍ）において所定の制御圧延開始温度（８２０℃）となるように、鋼板を冷却設備２０で冷却しながら圧延し、その後、冷却設備２０での冷却を停止して仕上板厚１８．５ｍｍまで圧延した場合である。

従来例は、特許文献２に記載の技術のように、所定の制御圧延開始板厚（３４ｍｍ）まで圧延後、一旦圧延を停止して温度調整冷却設備によって所定の制御圧延開始温度（８２０℃）まで温度調整冷却を行い、その後、仕上板厚１８．５ｍｍまで圧延した場合である。

その結果を図５に示す。図中の○印と●印はそれぞれの圧延パスを表している。このように、加熱炉抽出から圧延終了までの時間が、従来例では２０５秒であったのに対して、本発明例では１６５秒と４０秒も短縮されていた。そして、本発明例の製品品質は従来例と遜色なかった。

これによって、本発明の有効性を確認することができた。

本発明の一実施形態における鋼板の熱間圧延設備の配置図である。 本発明の一実施形態における冷却設備の詳細図である。 本発明の一実施形態における冷却設備の詳細図である。 本発明の一実施形態における上ヘッダのノズル配置例を示した図である。 本発明の実施例における圧延時間の比較図である。

符号の説明

１０ 鋼板
１１ 加熱炉
１２ 可逆式圧延機
１２ａ ワークロール中心
１３ テーブルローラ
１４ サイドガイド
２０ 冷却設備
２１ 上ヘッダユニット
２１ａ 第１上ヘッダ
２１ｂ 第２上ヘッダ
２２ａ 第１上ノズル
２２ｂ 第２上ノズル
２３ａ 棒状冷却水
２３ｂ 棒状冷却水
２４ 滞留冷却水
３１ 下ヘッダ
３２ 下ノズル
３３ 棒状冷却水

Claims (6)

1. 鋼板を熱間圧延する可逆式圧延機の入側または／および出側の前記可逆式圧延機に近接する位置に、圧延前または／および圧延後の鋼板を通過させながら鋼板の上下面にそれぞれ４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度の冷却水を供給する冷却設備を配置し、
   上面の冷却設備は、鋼板の上方から鋼板に向けて斜めに棒状冷却水を供給するノズルを有し、鋼板上で冷却水が鋼板の搬送方向に互いに対向するように前記ノズルをそれぞれ搬送方向に複数列配列していることを特徴とする鋼板の熱間圧延設備。
2. 前記冷却設備の冷却領域は、前記可逆式圧延機からその入側または／および出側に配置されたサイドガイド部を除く可逆式圧延機に近接する位置であることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の熱間圧延設備。
3. 前記冷却設備の冷却領域は、前記可逆式圧延機の入側に配置されたサイドガイドの上流側または／および前記可逆式圧延機の出側に配置されたサイドガイドの下流側で、可逆式圧延機に近接する位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼板の熱間圧延設備。
4. 鋼板を熱間圧延する可逆式圧延機の入側または／および出側の前記可逆式圧延機に近接する位置に冷却設備を配置し、該冷却設備から圧延前または／および圧延後の鋼板を通過させながら鋼板の上下面にそれぞれ４ｍ^３／ｍ^２ｍｉｎ以上の水量密度の冷却水を供給するとともに、
   その際に鋼板の上面に対しては、鋼板上で冷却水が鋼板の搬送方向に互いに対向するようにそれぞれ搬送方向に複数列配列されたノズルによって、鋼板の上方から鋼板に向けて斜めに棒状冷却水を供給することを特徴とする鋼板の熱間圧延方法。
5. 前記冷却設備の冷却領域は、前記可逆式圧延機からその入側または／および出側に配置されたサイドガイド部を除く可逆式圧延機に近接する位置であることを特徴とする請求項４に記載の鋼板の熱間圧延方法。
6. 前記冷却設備の冷却領域は、前記可逆式圧延機の入側に配置されたサイドガイドの上流側または／および前記可逆式圧延機の出側に配置されたサイドガイドの下流側で、可逆式圧延機に近接する位置であることを特徴とする請求項４または５に記載の鋼板の熱間圧延方法。

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