JP4091934B2 - 厚鋼板の冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば熱間圧延工程や熱処理工程で搬送中の温度が数百度以上の厚鋼板の冷却に関し、より詳しくは、形状特性が良好で材質が均一な厚鋼板を得るために適用される厚鋼板の冷却方法に関するものである。

例えば、熱間仕上圧延後の高温の厚鋼板は、巻取や酸洗工程に搬送する際に冷却されるが、この際に、形状特性（平坦度）および均一な材質特性を確保することが重要であることから、特に板幅方向の温度分布が一様となるように制御冷却を行う必要がある。このような冷却を行うための冷却装置として、例えば、特許文献１には、冷却媒体を噴射する多数のノズル噴射孔を有し、厚鋼板の搬送方向と平行に設置した冷却装置で、ノズル列を、
（１）搬送方向に対して斜行して配列する。
（２）隣接するノズル噴射孔の投影部がオーバーラップするように配列する。
（３）ノズル噴射孔を有する面の搬送方向の一部または全面に所定の間隔で幅方向にスリットノズルを設ける。
（４）ノズル噴射孔を有する面の搬送方向の一部または全面に所定の間隔で幅方向にノズル噴射孔を密に配置したノズル群を設ける。
（５）搬送方向で隣接するノズル噴射孔がオーバーラップし、かつ搬送速度によって厚鋼板のノズル噴射孔の直下域を通過する単位時間当たりの最低通過回数を変更するように配列する。
などによって、鋼材の冷却むらがなくなり、また早い搬送速度の鋼材も均一に冷却することができ、鋼材の機械的性質、加工性、溶接性、残留応力特性などを向上させることを意図した発明が提案されている。
しかし、この特許文献１の（１）〜（５）の発明では、いずれも３〜４ｍｍの小径の噴射ノズルを１５〜３０ｍｍの間隔で多数配置した冷却装置であり、搬送方向に多数列配置するものであることから、設備負担が大きくなること、ノズル詰まりなどのトラブルが多発して、冷却媒体の安定噴射の持続性に乏しいことなどの問題がある。また、冷却媒体の噴射流は小径の棒状流であり冷却面積が小さいことから、特に、高温鋼材を急速冷却する場合には、さらに多数の冷媒媒体の噴射ノズルを密に配置する必要があり、上記問題はさらに顕著になる。

また、特許文献２には、冷媒噴射スプレーノズルを少なくとも鋼材搬送方向に密に配置することにより、鋼材搬送方向に隣り合う冷媒噴射スプレーノズルの噴射域が一部重複して噴射干渉域が形成されるようにし、鋼材搬送直交方向にほぼ均一で連続した噴射干渉域が形成された冷媒噴射スプレーにより熱鋼材を冷却することが提案されている。
また、搬送方向に長い噴射干渉域が形成された場合には、鋼材搬送直交方向に隣合うスプレーノズル間の噴射干渉域で冷却能が高くなり、鋼材幅方向に均等な冷却能が得られないことから、鋼材搬送直交方向に隣接するスプレー噴射ノズル間に、鋼材搬送方向に延在する邪魔板を設けて均等な冷却能を得ることも提案されている。
ここで用いている噴射スプレーノズルは、例えば冷媒を円錐形に噴射する従来一般のフルコーンスプレーノズル（好ましくは噴射角が９０度以下との記載あり）であり、冷媒を広範囲に噴射可能であることから、少ないノズル配置にできる魅力があるが、構造上から冷媒は広がり角度で充円錐形状に噴射されるため、冷却能力分布は、冷媒量分布と冷媒滴の鋼材との衝突面における法線方向の噴射速度分布に影響を受けることになる。例えば、冷媒量分布が均一であっても、噴射流の広がり角度が例えば、９０度の場合では、冷媒噴射流の周辺部の法線方向噴射速度は、中心部に比較して３０％も低下することから、冷媒衝突面の直径方向で冷却能力分布は不均一になり温度変化幅がかなり大きいものになるという問題がある。
このような問題に対して、特許文献２では、少なくとも鋼材搬送方向に密に配置して噴射干渉域を形成することによって、上記の法線方向噴射速度差の影響を少なくして冷却能力を確保できるように思われるが、隣り合う噴射スプレーノズルは、噴射干渉域が形成されるように、かなりの数を配置することになり、噴射干渉域間で板上冷媒が過剰に発生し、冷却能力を支配するスプレーノズルからの冷媒噴流が鋼材表面に十分に到達できず、冷却効率が低下するという問題がある。

上記のような問題点の解消を意図した冷却方法として、特許文献３には、図８に示すように、上下に配置されたロール５ａ、５ｂで１対をなす、例えば拘束ロール５_１、５_２間で、高温状態の厚鋼板を噛み込んで搬送しながら、拘束ロール５_１、５_２間で厚鋼板上下面に注水する厚鋼板の冷却方法において、上面側と下面側に相対するように位置を合わせて配置した、１列以上の上面側注水ノズル列（ここでは１０_１〜１０_６）および下面側注水ノズル列（ここでは１１_１〜１１_６）からそれぞれ注水するとともに、下面側の注水ノズル列により形成される厚鋼板面上の水流衝突部が拘束ロール５_１、５_２間（中心間距離Ｌ）領域の厚鋼板面積の６０％以上を占めるように注水することにより、上下面を効率的に冷却して上下面の温度差を小さくし、厚鋼板形状の平坦度の向上と材質の均一化を図ることが開示されている。
しかし、水流衝突部が拘束ロール対間（中心間）の厚鋼板面積の６０％以上を確保するため、特に上面側においては、大きい拘束ロール対間を実質的に埋め、さらに、拘束ロール下部の板上水排出流路をふさぐことになる。このため、板上水の排出流と噴流が干渉し、冷却効率の低下とともに冷却の不均一を生じるという懸念もある。
次に、前述のような冷却装置においては、これまで述べてきたような幅方向の均一性とともに、厚鋼板の厚さ、材質に合わせて冷却能力を制御する機能が必要とされる。冷却能力の制御は、通常、供給水量を変化させることにより行われている。スプレーノズルを使用して供給水量を変化させた場合、最大／最小水量の比が３倍以上になると、最小水量の側でスプレーの鋼板への衝突部面積（以下「スプレーパターン」と呼ぶ。）最大水量時に比較して小さくなる傾向がある。この際、スプレーパターンの低下が３０％以上になると、鋼板幅方向での板上水の流れが変化するとともに、噴流衝突面の面積率が低下するために、鋼板幅方向の冷却の均一性が悪化する。これは、スプレーパターンを基にスプレー配置を決定するに際して、最大水量の側での冷却の均一性を確保すべく、衝突部の干渉を極力少なくするように設計するため、スプレーパターンが低下する最小水量の側では、均一性を確保するに必要なスプレーパターンを十分確保できなくなるためである。したがって、冷却水量が変化してもスプレーパターンが変化しない冷却装置が望まれている。
特開２００１−２３２４１３号公報 特開平８−２３８５１８号公報 特開２００４−１０８２号公報

本発明は、搬送中の高温厚鋼板に対して、冷却媒体（水、空気、水と空気の混合体などで代表される冷却媒体を意味する、以下「水」と略称する。）を噴射するスプレーノズルを、幅方向と搬送方向にそれぞれ複数列配置して厚鋼板を両面冷却する場合において、特に、上面側での板上水の影響を緩和し、厚鋼板の表面での水噴流の衝突、対流および流動・排出を好ましい状態にして冷却の制御精度を安定確保し、特に厚鋼板の幅方向の均一冷却を低コストで容易に実現でき、安定した形状特性、表層組織を有する厚鋼板が得られる厚鋼板の冷却方法を提供するものである。また、同時に厚鋼板の所望の材質、板厚に合わせて冷却能力を制御できるものとする。

本発明の厚鋼板の冷却方法は、厚鋼板の幅方向および搬送方向の均一冷却を効率的に実現するために、以下の（１）〜（３）を要旨とする。
（１） 拘束ロール対間で拘束しながら搬送中の高温の厚鋼板を、上面・下面側の搬送方向および幅方向に複数配置したスプレーノズルからのスプレー水により両面冷却する場合において、上面側で、幅方向で隣接するスプレーノズル間の水噴流衝突面間の干渉面積が１０％以下になるように配置したノズル列を搬送方向に複数列配置し、拘束ロールを厚鋼板表面に投影したときの拘束ロールの投影面積を除いた拘束ロール対間領域の厚鋼板表面のみに各スプレーノズルの水噴流を衝突させ、各スプレーノズルの水噴流衝突面で、拘束ロールを厚鋼板表面に投影したときの拘束ロールの投影面積を除いた拘束ロール対間領域の厚鋼板表面面積の４％〜５０％の範囲を埋めるように、各スプレーノズルから水噴流を厚鋼板表面に衝突させることを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
（２） （１）において、スプレーノズルとして、フルコーンスプレーノズルを用いる場合においては、水噴流の広がり角度が５〜４０度のものを用いることを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
（３） （１）または（２）において、水：気体の比を１：０から１：３０超まで混合することが可能なスプレーノズルを用いて、水噴流量の最小／最大の比として４以上の範囲を確保して流量を制御して冷却することを特徴とする厚鋼板の冷却方法。

本発明の厚鋼板の冷却方法においては、
（１）高温の厚鋼板を、その上・下面側に配置した複数のスプレーノズルからのスプレー水によって両面冷却する場合に、上面側では、水噴流を拘束ロールを厚鋼板表面に投影したときの拘束ロールの投影面積を除いた拘束ロール対間（Ｌａ）領域の厚鋼板表面の面積の４％〜５０％の範囲を、水噴流の衝突面で埋めるように衝突させることによって、上面側で隣接するスプレーノズルの水噴流の干渉を極力抑制し、板上水の過剰発生を抑制して各スプレーノズルからの水噴流を厚鋼板表面に十分に到達させることができ、冷却効率、冷却精度を向上させて、特に厚鋼板の幅方向の表面温度分布幅を４０℃程度まで小さくして、安定した形状特性、表層組織を有する厚鋼板を得ることができ、以下の（２）または（３）によって、この効果をより確実なものにすることができる。
（２）フルコーンスプレーノズルを用いる場合に水噴流の広がり角度を５〜４０度にすることにより法線方向の噴射速度分布の変化幅を５％以下にして、冷却能力の大きい水噴流を厚鋼板表面に十分に到達させ冷却能力を十分に確保できる。
（３）水噴流に水：気体の比１：０から１：３０超の比のうち、適当な比で気体を混合することにより、最大水量の１／４以下にしても水噴流の衝突面面積の減少を２０％以下にすることができる。なお、図７の既存のスプレーノズルでは１：０から３０超の比で混合することが可能である。このことより、さまざまな鋼板製造条件においても冷却の均一性を保持しながら、鋼板を冷却することができる。

本発明の冷却方法は、例えば、熱間圧延機で圧延して得られた７００〜９５０℃の高温の厚鋼板を、拘束ロール対間で拘束して搬送中に、上・下面側に配置したノズルボックスの複数のスプレーノズルからのスプレー水によって両面冷却して室温〜６００℃程度の温度まで冷却するために適用して特に顕著な効果を奏するものである。
本発明を実施するための冷却装置４は、図１に示すように、例えば仕上圧延機１、熱間矯正装置３に後続して配置するものであり、拘束ロール対間（５_１、５_２間）に配置された水を冷却媒体として噴射する複数のスプレーノズルを備えた上面側ノズルボックス４ａと、下面側ノズルボックス４ｂからなる。実際には、上ロール５ａと下ロール５ｂからなる拘束ロール５_１、５_２は、搬送方向に複数対配置され、上面側ノズルボックス４ａと下面側ノズルボックス４ｂは搬送方向に複数配置するものであるが、ここでは、拘束ロール５_１、５_２間に配置された上面側ノズルボックス４ａと下面側ノズルボックス４ｂで代表説明する。ただし、本発明は、上面側ノズルボックス４ａでの冷却を対象としているので、以下では上面側ノズルボックス４ａによる冷却を主体に部分的な模式図に基づいて説明する。

図２〜図４は、本発明を実施する冷却装置例の基本構造例を部分的に示したもので、拘束ロール対間（ここでは５_１、５_２間）で拘束して搬送中の厚鋼板６を、その上面・下面側に配置した上面側ノズルボックス４ａと下面側ノズルボックス４ｂに備えた複数のフルコーンスプレーノズル９からのスプレー水により両面冷却する場合で、本発明適用の一例を概念的に示したものである。フルコーンスプレーノズル９は、図７（ａ）に示すように、広がり角度α（ここでは３０度）の円錐形状の水噴流９ａを形成するものである。
本発明では、厚鋼板６の上面側を冷却する場合の条件を規定するものである。この条件について、具体的に説明する。
本発明は、上面側ノズルボックス４ａの各フルコーンスプレーノズル９からの水噴流９ａの衝突面（衝突面の面積総和Ｓｏ）で、拘束ロール５_１、５_２の厚鋼板６表面への投影面積を除いた拘束ロール対間距離（Ｌａ）領域の厚鋼板６面積Ｓ（Ｓ＝Ｌａ×厚鋼板幅Ｗ）の４％〜５０％の範囲を埋めるように、厚鋼板６表面に水噴流９ａを衝突させる冷却方法であり、基本的には、フルコーンスプレーノズル９の配置は、水噴流９ａを拘束ロール対間距離（Ｌａ）領域の厚鋼板６表面に衝突させるように配置し、幅方向、搬送方向とも隣接するフルコーンスプレーノズル９の水噴流９ａの厚鋼板６表面との衝突面が直接干渉しないように離して配置するものである。

ただし、幅方向で隣接するフルコーンスプレーノズル９の水噴流９ａの厚鋼板６表面との衝突面が、この衝突面の面積の１０％以下の範囲で直接干渉する配置を許容するものである。このような条件を満足させることにより、板上水の発生を抑制し、その影響を緩和することにより、冷却効率を安定確保し、均一冷却を実現容易にするものである。ここで、拘束ロール対間距離（Ｌａ）領域での各フルコーンスプレーノズル９からの水噴流９ａの厚鋼板６表面との衝突面（衝突面の面積総和Ｓｏ）が、拘束ロール対間距離（Ｌａ）領域の厚鋼板６面積Ｓの４％未満では、充分な冷却能力を確保できない。
また、水噴流９ａの衝突面の面積の総和Ｓｏが、拘束ロール対間距離（Ｌａ）領域の厚鋼板６面積の５０％超である特に６０％以上では、板上水が過剰発生して、冷却能の高い水噴流９ａを厚鋼板６表面に十分到達させることが困難となる懸念が生じ、また、板上水を排出する流れと噴流の干渉部位が発生し、十分な冷却効率を確保できない懸念がある。各フルコーンスプレーノズル９からの水噴流９ａの厚鋼板６表面との衝突面の面積の総和Ｓｏは、基本的には、ノズル仕様、ノズル数、ノズル位置（距離）の調整などによって調整することができる。

幅方向と搬送方向の各フルコーンスプレーノズル９からの水噴流の衝突面を厚鋼板６表面に均一に分布する配置を考慮するものであり、基本的には、幅方向、搬送方向とも隣接するフルコーンスプレーノズル９の水噴流９ａの厚鋼板６表面との衝突面が直接干渉しないように離して配置するものであるが、例えば、厚鋼板６表面積に対する各フルコーンスプレーノズル９の水噴流９ａの衝突面の面積の総和Ｓｏを上限レベルまで大きくする場合には、特に幅方向で隣接するフルコーンスプレーノズル９の水噴流９ａの厚鋼板６表面との衝突面を１０％以下の範囲で直接干渉させ、幅方向のノズル列単位で、幅方向の冷却能力分布の均一性を高めることも考慮する。
なお、１０％超で干渉させた場合には、水噴流９ａの衝突面の干渉により、十分な冷却効率が得られなくなるとともに冷却の不均一が生じる懸念がある。ここでは、幅方向で隣接するフルコーンスプレーノズル９の水噴流９ａの衝突面を直接干渉させないようなノズル配置にしている。
（請求項１の形態例に相当）。

フルコーンスプレーノズル９を厚鋼板の搬送方向に配列する場合、基本的には、隣接するスプレーノズル９の水噴流９ａの衝突面が直接的に干渉しないように離して配置するため、幅方向のノズル列単独では幅方向で均一な冷却分布が得られない。この問題を解消するために、搬送方向で隣接するフルコーンスプレーノズル９からの水噴流９ａを搬送方向から厚鋼板６の搬送方向と直交する鉛直面（垂直面）に投影した場合に、水噴流９ａの衝突面が厚鋼板６表面で、その幅方向に面積で１０〜５０％程度（相当）重なるように配置して、上面側ノズルボックス単位で厚鋼板６幅方向の冷却能力分布をより均一にすることを考慮する。
ここでいう「面積で１０〜５０％程度」重なるとは、隣接する水噴流９ａ衝突面の中心を、搬送方向と直交する同じライン上に移動して平面で見た場合の水噴流９ａ衝突面の面積に対する重なり面積が１０〜５０％であることを意味する。

ここでは、フルコーンスプレーノズル９を使用しているので、構造上から水噴流９ａは広がり角度αの円錐形状になるため、冷却能力分布は、水量分布と水滴の厚鋼板６との衝突面における法線方向の噴射速度分布に影響を受けることになる。例えば、冷媒量分布が均一であっても、水噴流の広がり角度αが例えば、９０度の場合では、冷媒噴射流５ａの外周部領域では厚鋼板６と衝突する法線方向の噴射速度は、中心部に比較して３０％も低下し、水噴流の鋼板表面との衝突面の径方向の冷却能力分布が不均一になる。また、水噴流９ａの外周辺部領域は、板上水がある状態で厚鋼板表面への到達力を十分に確保できず、冷却効率が低下するという問題もある。

そこで、本発明では、フルコーンスプレーノズル９からの水噴流９ａの広がり角度αを小さくして法線方向の噴射速度変化を５％以下にし、冷却能力分布の不均一性を緩和するとともに、水噴流９ａの厚鋼板６表面への到達力を確保することを考慮する。法線方向の噴射速度変化を５％以下にできる水噴流９ａの広がり角度αは４０度以下である。ただし、広がり角度αが５度未満の場合では、冷却能の大きい水噴流９ａの衝突面の面積が小さくなるため、ノズル配置数を多くする必要があり、設備負担が大きくなること、ノズル詰まりなどのトラブルが多発して、スプレー水の安定噴射の持続性に乏しいことなどの問題を生じる懸念がある。
また、水噴流９ａの広がり角度αが４０度超の場合には、隣接するフルコーンスプレーノズル９間で水噴流９ａの衝突面の干渉部を大きくする必要があり、この場合、冷却効率が低下する懸念がある。したがって、水噴流９ａの広がり角度αは５〜４０度の範囲であることが好ましい。
（請求項２の形態例に相当）。

本発明で用いる冷却媒体は、水が基本であるが、この水に空気などの圧力気体を混合して噴射することも考慮するものである。この場合、水噴流と圧力気体を混合噴射する場合には、水量密度の調整範囲を広くして水噴流９ａの衝突力も調整しやすいので、冷却制御範囲を広くできる。さらに、水量を多くする場合には、水単独でも十分に強い水噴流９ａを形成できるが、水量を低下させる場合の衝突力の低下を緩和できるため、水量の小さい場合にのみ圧力気体を混合噴射して経済負担を軽減することも考慮できる。
また、水：気体の比１：０から１：３０超の比まで混合することが可能な図７に示すようなスプレーノズルを用いると、水量を最大水量から例えばその１／４に減少させても、適当な比で空気を混合させれば、水噴流９ａの衝突面の形状が維持され、冷却も均一に行われる。なお、水：気体の比は常温大気圧の体積比とする。
（請求項３の形態例に相当）。

この実施例では、板上水の影響の大きい厚鋼板６の上面側の冷却を主対象として説明しているが、厚鋼板６の下面側の冷却については、上面側の冷却能力をベースとして、この冷却能力とバランスするように冷却能力を確保できる条件を選択するものである。下面側の冷却では、板上水はないので、上面側の冷却と同じ条件で冷却する必要はない。
また、ここでは、スプレーノズルとして、上・下面側とも図７（ａ）に示すようなフルコーンスプレーノズル９を用いているが、図７（ｃ）に示すような楕円型または図７（ｄ）に示すような長円型のスプレーノズル、図７（ｂ）に示すようなフラットスプレーノズルを組み合わせて用いることもできる。

実施例２について、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する。
実施例２では、上面側のノズルボックス４ａのスプレーノズルとして、楕円型スプレーノズル７を用いている。この楕円型スプレーノズル７は、図７（ｃ）に示すように、水噴流７ａ形状が略扇形状で、この水噴流７ａの厚鋼板６表面との衝突面を楕円形に形成するものであり、その長径側の水噴流７ａの広がり角度βが４０度、短径側の水噴流７ａの広がり角度αは１０度のものである。楕円型スプレーノズル７の場合には衝突面における中心部と外周部領域での噴射速度の差はフルコーンスプレーノズルの場合に比較すれば顕著ではないので、水噴流の広がり角度はフルコーンスプレーノズルの場合より大きくしても問題はない。
上面側ノズルボックス４ａは、より具体的には、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数の楕円型スプレーノズル７を、水噴流７ａの衝突面の長径（Ｄ_１）が厚鋼板６の幅方向に平行で、厚鋼板６の幅方向および搬送方向で隣接するスプレーノズル７の水噴流７ａの衝突面が干渉しないように離して配置しており、搬送方向では、最も近い位置にある例えばノズル列７_１と７_２の楕円型スプレーノズル７を短径（Ｄ_２）の１／２の約４倍（距離ｂ）、幅方向では、長径（Ｄ_１）の１／２の約４倍（距離ａ）離して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板６の搬送方向には、７_１、７_２、７_３、７_４の４列のスプレーノズル列を配置しており、水噴流７ａを搬送方向から鉛直面（垂直面）に投影した場合に、搬送方向で隣接する例えばスプレーノズル列７_１と７_２のスプレーノズル７の水噴流７ａ間で、厚鋼板６表面の幅方向に水噴流７ａの衝突面がその面積の２０％（相当）程度の重なり部ｄを生じるように配置して、各ノズル列７_１〜７_４からの各スプレーノズル７の水噴流７ａにより、上面側ノズルボックス４ａ単位で厚鋼板幅方向の冷却能力の均一化を図るようにしている。

この上面側ノズルボックス４ａでは、各ノズル列７_１〜７_４の各スプレーノズル７からの水噴流８ａの衝突面（面積総和Ｓｏ）で、拘束ロール５_１、５_２を厚鋼板６表面に投影したときの拘束ロール５_１、５_２の投影面積を除いた拘束ロール間領域の厚鋼板６表面の面積Ｓ（Ｓ＝Ｌａ×厚鋼板幅ｗ）の約２０％を埋めるように配置し、各スプレーノズル７から水噴流７ａを厚鋼板６表面に衝突させて冷却するようにしている。
なお、この実施例２では、スプレーノズルとして楕円型スプレーノズル７を長径（Ｄ_１）を幅方向に平行にして配置したが、斜め向きに配置してもよい。また、楕円型スプレーノズル７を、フルコーンスプレーノズルやフラットスプレーノズル、あるいは長円型スプレーノズルなどと組み合わせて使用することも考慮するものである。

実施例３について、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する。
実施例３では、実施例２と同様、上面側のノズルボックス４ａのスプレーノズルとして、楕円型スプレーノズル８を用いた場合のものであるが、長径（Ｄ１）を搬送方向に対して４０度傾けて配置したものである。上面側ノズルボックス４ａは、より具体的には、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数の楕円型スプレーノズル８を、長径（Ｄ１）を搬送方向と４０度の角度をなすようにし、厚鋼板６の幅方向および搬送方向で隣接するスプレーノズル８の水噴流８ａの衝突面が干渉しないように離して配置しており、搬送方向では、最も近い位置にある例えばノズル列８_１と８_２の楕円型スプレーノズル８を長径（Ｄ１）の１／２の約２．５倍（距離ｂ）、幅方向では、短径（Ｄ２）の１／２の約２．５倍（距離ａ）離して配置してなるものである。
ここでは、厚鋼板６の搬送方向には、８_１、８_２、８_３、８_４の４列のスプレーノズル列を配置しており、水噴流８ａを搬送方向から鉛直面（垂直面）に投影した場合に、搬送方向で隣接する例えばスプレーノズル列８_１と８_２のスプレーノズル８の水噴流８ａ間で、厚鋼板６表面の幅方向に水噴流８ａの衝突面がその面積の２０％（相当）程度の重なり部ｄを生じるように配置して、各スプレーノズル列８_１〜８_４からの各スプレーノズル８の水噴流８ａにより、上面側ノズルボックス単位で厚鋼板幅方向の冷却能力の均一化を図るようにしている。

なお、ここで用いた楕円型スプレーノズル８は、実施例２と同様のもので、長径側の噴流８ａの広がり角度βが４０度、短径側の水噴流８ａの広がり角度αは１０度のものである。この上面側ノズルボックス４ａでは、各スプレーノズル列８_１〜８_４の各スプレーノズル８からの水噴流８ａの衝突面（面積総和Ｓｏ）で、拘束ロール５_１、５_２を厚鋼板６表面に投影したときの拘束ロール５_１、５_２の投影面積を除いた拘束ロール間領域の厚鋼板６表面面積Ｓ（Ｓ＝Ｌａ×厚鋼板幅ｗ）の約５０％を埋めるように配置し、各スプレーノズル８から水噴流８ａを厚鋼板６表面に衝突させて冷却するようにしている。

「実験例」
スプレーノズルとして、フラットスプレーノズル（図７（ｂ）参照）、楕円型スプレーノズルのいずれかを用い、本発明の請求項１または２で規定する条件を満足する、水噴流の衝突面の面積の総和Ｓｏが厚鋼板６表面面積Ｓの４％〜５０％の範囲を埋めるように配置した、表１の実施例１〜３および他の実施例による厚鋼板の冷却方法の実験例１〜４において、仕上げ圧延を行って得られた板厚２５ｍｍ、幅４０００ｍｍ、温度８００℃の厚鋼板６を、熱間矯正してから径３５０ｍｍで対間距離１０５０ｍｍで１０対配置した各拘束ロール５_１、５_２間に挟み込ませて搬送速度７０ｍ／分で搬送しながら、各拘束ロール５_１、５_２間の上面側ノズルボックス４ａの各スプレーノズルから水量密度１．０ｍ^３／ｍ^２／分の冷却水を噴射圧０．２ＭＰａで噴射して冷却目標温度を５００℃として冷却した。
一方、上面側ノズルボックス４ａからのスプレー水の噴射と同時に、厚鋼板の下面側で相対する下面側ノズルボックス４ｂの各スプレーノズル（上面側のノズルボックス４ａと同種のスプレーノズルを配置）から、上面側ノズルボックス４ａの冷却能力にバランスするように、水量密度１．２ｍ^３／ｍ^２／分のスプレー水を噴射圧０．２ＭＰａで噴射して冷却した。
このようにして冷却され、下流側の拘束ロール５２を通過して１０秒後の厚鋼板６の上面側の温度を測定したところ、いずれの場合も、上面側の幅方向の目標温度差４０℃に対して目標を満足しており、上下面の平均温度は冷却目標温度５００℃に対して±３０℃の範囲で十分に満足できる結果が得られた。また、冷却して得られた厚鋼板について、形状特性、表面組織、残留応力などを調査したところ、いずれの場合も、十分に満足できる結果が得られた。なお、ここでの厚鋼板６温度の測定は、厚鋼板６の端部から板厚の２倍相当の縁部領域を除いて行なったものである。

表１の各実験例１〜４において、本発明の請求項３の条件を加え、搬送速度７０ｍ／分、上面側水量密度０．２ｍ^３／ｍ^２／分、下面側水量密度０．３ｍ^３／ｍ^２／分の冷却水で上下とも気体を３ｍ^３／ｍ^２／分混入させて、冷却目標温度を６００℃として冷却した。

表１、表２で、
（１）上面側面積率（％）：Ｓｏ／Ｓ×１００。
（２）幅均一目標４０℃：厚鋼板の幅方向温度差で、最端部１００ｍｍ部を除いた幅方向の最大最小温度の目標温度差。
（３）冷却能力目標△ ：冷却目標温度に対する冷却停止温度との差。−は、冷却停止温度が冷却目標温度に達しなかったことを意味する。

「比較例１」
スプレーノズルとして、図７（ｂ）に示すようなフラットスプレーノズルを用い、上面側ノズルボックス４ａの各スプレーノズルからの噴流の衝突面の面積総和Ｓｏが、厚鋼板６表面面積Ｓの約３％を埋めるように配置した本発明の請求項１の条件を満足しない（衝突面不足および配置間隔オーバー）比較例１で、上面側ノズルボックス４ａ、下面側ノズルボックス４ｂから、本発明の実験例とトータルの噴射水量が同じになる水量密度にして、本発明の実験例と同様の冷却実験を行った。
このようにして冷却され、下流側の拘束ロール５_２を通過して１０秒後の厚鋼板６の上面側の温度を測定したところ、上面側の幅方向の目標温度差４０℃に対して４３℃と不均一性が高く、上下面の平均温度は冷却目標温度５００に対して−３０℃で、満足できる結果は得られなかった。また、冷却後の厚鋼板について形状特性、表面組織、残留応力などを調査したところ、十分に満足できる結果は得られなかった。

「比較例２」
スプレーノズルとして、実施例１と同様にフルコーンスプレーノズルを用いた場合において、上面側ノズルボックス４ａの各スプレーノズルを幅方向および搬送方向で隣接するスプレーノズルの水噴流の衝突面を１５〜２０％干渉させて配置し、各スプレーノズルの水噴流の衝突面の面積総和Ｓｏが厚鋼板６表面面積Ｓの９５％を埋めるように配置した、本発明の請求項２の条件を満足するが、請求項１の条件を満足しない（衝突面干渉過剰および配置間隔狭小）比較例２で、上面側ノズルボックス４ａと下面側ノズルボックス４ｂから、本発明の実験例とトータルの噴射水量が同じになる水量密度にして実験例と同様の冷却実験を行った。
このようにして冷却され、下流側の拘束ロール５_２を通過して１０秒後の厚鋼板６の上面側の温度を測定したところ、上面側幅方向の目標温度差４０℃に対して４５℃と目標値に達せず、上下面の平均温度は冷却目標温度５００℃に対して＋２０℃で、十分に満足できる結果は得られなかった。また、冷却して得られた厚鋼板について形状特性、表面組織、残留応力などを調査したところ十分に満足できる結果は得られなかった。

表１の比較例１、２において、本発明の実験例と同様、本発明の請求項３の条件を加え、搬送速度７０ｍ／分、上面側水量密度０．２ｍ^３／ｍ^２／分、下面側水量密度０．３ｍ^３／ｍ^２／分の冷却水で上下とも気体を３ｍ^３／ｍ^２／分混入させて、冷却目標温度を６００℃として冷却した。上面側の鋼板幅方向の目標温度差４０℃に対して、表２に示すような結果となり、冷却して得られた厚鋼板について調査したところ、形状特性、表面組織、残留応力などの点で、いずれの場合も十分に満足できる結果は得られなかった。

本発明は、上記の各実施例の内容に限定されるものではない。例えば上面側ノズルボックスおよび下面側ノズルボックスを構成する各スプレーノズルの種類（構造）、配置（数、配列）、組み合わせ（単独または組み合わせ使用）条件、各スプレーノズル列からの冷媒噴射条件、拘束ロールの径、配置条件などについては、対象厚鋼板のサイズ（特に厚み）、温度、搬送速度、目標冷却温度、冷却時間、冷却速度などに応じて、上記請求項の範囲内で変更のあるものである。

本発明を実施する厚鋼板製造設備配置例を示す側面概念説明図。 本発明の実施例１で用いた厚鋼板冷却装置例を一部拡大側面概念説明図。 図２の正面説明図。 図２の平面説明図。 （ａ）図は、本発明の実施例２で用いた厚鋼板冷却装置例を一部拡大側面概念説明図、（ｂ）図は、（ａ）図の正面説明図、（ｃ）図は、（ａ）図の平面説明図。 （ａ）図は、本発明の実施例３で用いた厚鋼板冷却装置例を一部拡大側面概念説明図、（ｂ）図は、（ａ）図の正面説明図、（ｃ）図は、（ａ）図の平面説明図。 本発明で用いる各種スプレーノズル例を示す立体概念説明図。 従来の鋼板冷却装置例を示す側面概念説明図。

符号の説明

１ 仕上圧延機 ３ 熱間矯正装置
４ 冷却装置 ４ａ 上面側ノズルボックス
４ｂ 下面側ノズルボックス ５_１、５_２ 拘束ロール
５ａ 上ロール ５ｂ 下ロール
６ 厚鋼板 ７ 楕円型スプレーノズル
７ａ 水噴流 ７_１〜７_８ ノズル列
８ 楕円型スプレーノズル ８ａ 水噴流
８_１〜８_４ ノズル列 ９ フルコーンスプレーノズル
９ａ 水噴流 ９_１〜９_４ ノズル列
１０_１〜１０_６ 注水ノズル列 １１_１〜１１_６ 注水ノズル列

Claims (3)

1. 拘束ロール対間で拘束しながら搬送中の高温の厚鋼板を、上面・下面側の搬送方向および幅方向に複数配置したスプレーノズルからのスプレー水により両面冷却する場合において、上面側で、幅方向で隣接するスプレーノズル間の水噴流衝突面間の干渉面積が１０％以下になるように配置したノズル列を搬送方向に複数列配置し、拘束ロールを厚鋼板表面に投影したときの拘束ロールの投影面積を除いた拘束ロール対間領域の厚鋼板表面のみに各スプレーノズルの水噴流を衝突させ、各スプレーノズルの水噴流衝突面で、拘束ロールを厚鋼板表面に投影したときの拘束ロールの投影面積を除いた拘束ロール対間領域の厚鋼板表面面積の４％〜５０％の範囲を埋めるように、各スプレーノズルから水噴流を厚鋼板表面に衝突させることを特徴とする厚鋼板の冷却方法。
2. スプレーノズルとして、フルコーンスプレーノズルを用いる場合においては、水噴流の広がり角度が５〜４０度のものを用いることを特徴とする請求項１に記載の厚鋼板の冷却方法。
3. 水：気体の比を１：０から１：３０超まで混合することが可能なスプレーノズルを用いて、水噴流量の最小／最大の比として４以上の範囲を確保して流量を制御して冷却することを特徴とする請求項１または２に記載の厚鋼板の冷却方法。

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