TWI460031B

TWI460031B - 熱軋鋼板之冷卻裝置

Info

Publication number: TWI460031B
Application number: TW099109541A
Authority: TW
Inventors: Satoshi Ueoka; Hirokazu Sugihara; Takashi Kuroki; Nobuo Nishiura; Tsutomu Sugiyama
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-11-11
Also published as: JP4678069B1; CN102378655B; EP2415536A4; EP2415536B1; KR101162070B1; CN102378655A; US20120103052A1; TW201039936A; EP2415536A1; JP2011167759A; US8931321B2; WO2010114083A1; KR20110132614A

Description

熱軋鋼板之冷卻裝置

本發明係關於熱軋生產線中，冷卻作為被軋材料之熱軋鋼板(熱軋鋼帶或厚鋼板)時所使用之冷卻裝置。

熱軋鋼板(熱軋鋼帶或厚鋼板)，係對加熱至高溫之鋼坯進行輥軋以達到目標尺寸而製造，此時，於熱軋過程中或精軋後之冷卻裝置中藉由冷卻水進行冷卻。此處所進行的水冷(藉由冷卻水而進行之冷卻)之目的係，藉此主要控制熱軋鋼板之析出物或相變組織，並調整材質以獲得目標之強度、延性等而進行。特別是高精度地控制冷卻結束溫度，為製造均勻地具備目標之材質特性之熱軋鋼板最為重要。

近年來，由於稀有金屬(rare metal)價格高漲，並非藉由調整合金成分而是利用冷卻控制相變組織來提高機械特性之方法得到發展，當進行上述水冷時，因材質要求，在廣範圍內控制冷卻速度之需求非常高。

在熱軋鋼帶生產線中一般性冷卻裝置之鋼片輸送台，多為上面為管層流(pipe laminar)冷卻、下面為噴霧冷卻之配置，冷卻水量為700～1000 L/min‧m² 左右，以板厚3mm之鋼帶可獲得70℃/s左右之冷卻速度。然而，於該冷卻裝置中，板厚較厚之鋼帶(造船用高張力材料或管線用素材)之代表性板厚25mm之材料中，冷卻速度變為10℃/s左右。

於熱軋鋼帶生產線中，進行處理之鋼帶之板厚寬至1.2～25mm，且具有注重加工性之素材或注重韌性之素材等，存在僅欲使板厚較厚者提高冷卻速度之需求。作為調整冷卻速度之方法，必須調節冷卻水量。

再者，於熱軋鋼帶生產線中，特別是由於鋼帶之鋼板通過性(threading performance)會因其板厚而發生變化，故會產生困難。亦即，面向汽車之高張力材料等中，多為板厚為1.2～3.0mm左右厚度的鋼帶，但此種程度尺寸之鋼帶無剛性且鋼板通過速度快，因此在輥台輸送途中鋼帶容易因空氣阻力而產生升力或因冷卻水而產生流體阻力從而彈跳，特別是1.2mm左右之極薄尺寸時，自軋製線(pass line)彈跳最大1000mm左右。因此，在處理薄件時，必須自距離軋製線1000mm以上之遠處用較少水量進行冷卻。為此，在習知之鋼片輸送台上，係採用於鋼帶上面之冷卻時能夠自遠處進行冷卻之管層流冷卻裝置。

然而，於一般冷卻裝置即上面為管層流冷卻、下面為噴霧冷卻之設備構成中進行大水量冷卻時存在各種問題。

例如，若不斷提高上面管層流之冷卻水量，則管內流速會變得極快，因此冷卻水之噴射會由連續的層流轉變成噴流。管層流係使噴嘴口徑10～25mm左右之管，自距離鋼帶輸送線1000～1500mm左右之位置噴射冷卻水，然而經噴流化之冷卻水會一部分液滴化而使冷卻水之連續性受到破壞，且一部分飛散而無法進行有效冷卻。

因此，熱軋鋼帶無法在鋼片輸送台上之冷卻時大幅改變冷卻速度，先前主要係進行素材成分之調整，以配合既有之冷卻速度。

再者，關於厚鋼板，製造板厚範圍為6～100mm，板厚變化極大，故鋼板愈厚冷卻速度變得愈低，因此板厚愈厚者，添加愈多之合金元素，以使其滿足強度或韌性等機械特性。因此，這亦與熱軋鋼帶同樣地，存在儘量提高板厚高者的冷卻速度，而欲使每種板厚之冷卻速度變化減小之需求。

為解決此問題，作為例如確保厚尺寸之冷卻速度的方法，在專利文獻1、2中揭示有藉由柱狀噴流群之冷卻方法，且記載有能夠自距離鋼板較近之位置噴射冷卻水，而均勻地進行冷卻之技術。

再者，專利文獻3中記載有如下技術：藉由自包含升降機構、且與搬送方向相向排列之狹縫噴嘴單元噴射冷卻水，並且亦使用另外設置之層流噴嘴或噴霧噴嘴，而使得可一方面確保廣範圍之冷卻速度，一方面穩定地進行冷卻。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平10-263669號公報

[專利文獻2]日本專利特開2002-239623號公報

[專利文獻3]日本專利特開昭62-260022號公報

然而，專利文獻1、2中所記載之技術的問題點在於難以兼顧鋼板通過性與冷卻均勻性。即，在使用柱狀噴流群時，因噴嘴數量多，故採用設為口徑較小之噴嘴(口徑Φ 3～10mm左右之噴嘴)，削減整體流量之方法，然而因噴嘴口徑變小，故在大水量噴射時易於噴流化。因此必須以接近鋼板之距離設置噴嘴。另一方面，此次若減少冷卻水，則可推知，冷卻水在落下過程中會因表面張力而斷裂，故變成液滴而落下。如前面所說明，在薄件之鋼板通過時，必須以小水量且遠處噴射，然而當減少每根噴嘴之流量時，冷卻水會在落下過程中因表面張力而斷裂，因此有產生溫度不均之危險，又，當增加每根噴嘴之水量，且減少噴嘴之噴射數量時，由於因噴流化而導致之液滴化，因此水之飛散大而無法進行有效冷卻。因此，必須使鋼板和噴嘴之距離由遠而近，然而此時，於如1.2mm材料般之薄件中，若由於彈跳問題而過於靠近則鋼板通過會變得困難。如此，為在一個裝置中穩定地進行冷卻，必須選擇狹小的流量範圍。

另一方面，專利文獻3中所揭示之技術，因具備複數個冷卻速度不同之獨立管道，因此在製造薄件時，可利用升降機構使狹縫噴嘴單元退避，使用另外設置之冷卻能力低之層流噴嘴或噴霧噴嘴，加以應對。又，對於鋼板厚而必須提高冷卻速度者，則藉由使狹縫噴嘴下降，併用冷卻能力高之狹縫噴嘴與冷卻能力低之層流噴嘴及噴霧噴嘴，可某種程度加以應對。

然而，於專利文獻3所揭示之技術中，為於厚鋼板中穩定地提高冷卻速度，係藉由可強冷卻之狹縫噴嘴冷卻，暫使表面溫度降低之後，進行可緩冷卻之層流/噴霧冷卻，但為某種程度延長該冷卻時間、且以可緩冷卻之冷卻裝置獲得高冷卻速度，必須某種程度延長狹縫噴嘴之設備長度。另一方面，欲設置於受限之空間內，必須縮短後方所具備之冷卻能力低之層流及噴霧噴嘴之設備長度。關於熱軋鋼帶或厚鋼板之冷卻裝置的設備空間，由於生產線多為過去所構建者，其空間不足，或即使為新建造，因設備設置面積增大，因此在初期投資成本方面存在問題。

本發明係鑒於上述情況研製而成者，目的在於提供一種熱軋鋼板之冷卻裝置，其可於熱軋鋼板(熱軋鋼帶或厚鋼板)之上面冷卻時，一方面兼顧高冷卻速度與低冷卻速度，一方面均勻且穩定地進行冷卻。

為解決上述課題，本發明具有以下特徵。

[1]一種熱軋鋼板之冷卻裝置，其係用以冷卻熱軋鋼板者，其特徵在於：將含有緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之集管箱及含有急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之集管箱，構成為一個冷卻單元，該冷卻單元具備可成一體地上下升降之升降單元。

[2]如上述[1]之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述冷卻單元係相對於上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴，於熱軋鋼板搬送方向之上游側及/或下游側，配置急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴。

[3]如上述[1]或[2]之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，藉由上述升降單元之升降功能，在使用上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之情況，以使自熱軋鋼板至該噴嘴前端之距離達到1000mm以上之方式，設定上述冷卻單元，在使用急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之情況，以使自熱軋鋼板至該噴嘴前端之距離達到該噴嘴口徑之5～50倍的範圍之方式，設定上述冷卻單元。

[4]如上述[1]至[3]中任一項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，於上述冷卻單元之熱軋鋼板搬送方向之前後具有除水裝置。

[5]如上述[4]之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述除水裝置係除水輥。

[6]如上述[1]至[5]中任一項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴係配置於用以搬送熱軋鋼板之輥台之上方。

[7]如上述[1]至[5]中任一項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴係配置於用以搬送熱軋鋼板之輥台間所設置之下面冷卻噴嘴之噴射位置上方。

[8]如上述[1]至[7]中任一項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，於上述冷卻單元連接用以保護上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴及急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之平面狀保護器，該保護器具有冷卻水通過用之引導孔，經由該引導孔，自上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴及急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴而噴射冷卻水。

[9]如上述[1]至[8]中任一項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之噴嘴口徑為10mm以上，噴嘴出口流速為3m/s以下。

[10]如上述[1]至[9]中任一項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之噴嘴口徑為10mm以下，噴嘴出口流速為7m/s以上。

[11]如上述[1]至[10]中任一項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴於在進行冷卻之熱軋鋼板之寬度方向，以噴嘴口徑之1.5倍至5倍之間隔排列複數個，而將其設為1行冷卻噴嘴行之情況，在一個集管箱內配置有1～3行之冷卻噴嘴行。

[12]如上述[1]至[11]中任一項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴於進行冷卻之熱軋鋼板之寬度方向，以噴嘴口徑之3倍至20倍之間隔排列配置有複數個。

[13]如上述[1]之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述熱軋鋼板係具有1～30mm板厚之熱軋鋼帶。

[14]如上述[1]之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述熱軋鋼板係具有6～100mm板厚之厚鋼板。

藉由本發明，可於熱軋鋼板(熱軋鋼帶或厚鋼板)之上面冷卻時，一方面兼顧高冷卻速度與低冷卻速度，一方面均勻且穩定地進行冷卻。

例如，當應用於熱軋鋼帶之精軋後之冷卻時，對於板厚低於2.0mm而鋼板通過性存在問題之素材及板厚較厚之素材，均可不致改變冷卻速度而可穩定地進行冷卻。

即，本發明之冷卻裝置可一方面使冷卻穩定，一方面使冷卻水量在廣範圍內變化，因此在板厚低於2.0mm之薄鋼帶中成為問題之鋼板通過性，亦藉由應用緩冷卻噴嘴，而可獲得穩定鋼板通過，此外在板厚超過5mm之區域之鋼帶中，能獲得高於習知設備數倍之高冷卻速度，因此可藉由添加少量合金，製造具有高強度及高韌性之鋼板。

又，當應用於厚鋼板之冷卻時，即使板厚不同冷卻速度亦不易發生變化，因此可於同一成分系之鋼種中呈現出同一特性，從而不添加特殊元素即可製造出習知之強度或韌性等。

此外，藉由將緩冷卻用之集管箱與急冷卻用之集管箱一體化成為一個冷卻單元，可使冷卻裝置設置於狹小空間內。其結果為，特別是可導入現有輥軋設備中之少量空閒空間內，從而可製造高機能商品。

根據圖式說明本發明之一實施形態。再者，在此，著重敍述熱軋鋼帶之冷卻裝置。

圖1係表示本發明之一實施形態中熱軋鋼帶上面之冷卻裝置之基本構造的圖。

該冷卻裝置位於用以搬送熱軋鋼帶之輥台1之上面，以緩冷卻集管箱2、緩冷卻噴嘴3為中心，於其兩側配置有急冷卻集管箱4、急冷卻噴嘴5，將該些部分一併設為一個冷卻單元9，並配置在輥台1之間。並且，於緩冷卻噴嘴3、急冷卻噴嘴5之前端部，設置用以保護噴嘴之保護器6。

此外，於該保護器6中穿設有冷卻水通過用之複數個引導孔，緩冷卻噴嘴3及急冷卻噴嘴5，配置成透過該引導孔向鋼帶面噴射冷卻水。

冷卻單元9安裝有升降裝置(升降單元)7，形成為可自與輥台1接近之位置移動至1000mm以上之遠處的構造。

再者，保護器6與冷卻單元9相連接(具體構造未圖示)，構成為藉由升降單元7而成一體地進行升降。

其次，圖2表示自下方觀察冷卻單元9時噴嘴之配置。

緩冷卻噴嘴3及急冷卻噴嘴5，設為能夠噴射棒狀冷卻水之噴嘴(棒狀冷卻水噴嘴)。

棒狀冷卻水，係指自圓形(亦包含橢圓形或多邊形)噴嘴噴出口所噴射之冷卻水。並且，本發明之棒狀冷卻水並非噴霧狀之噴流，亦非膜狀之層流，而係指自噴嘴噴出口碰撞至鋼帶之水流剖面保持為大致圓形，具有連續性與直進性之水流的冷卻水。

緩冷卻噴嘴3具有較大口徑，排列配置於鋼帶之寬度方向，急冷卻噴嘴5具有較小口徑，於鋼帶之寬度方向及搬送方向排列複數個，從而形成群噴流。再者，於以下說明中，寬度方向僅指鋼帶之寬度方向，搬送方向僅指鋼帶之搬送方向。

鋼帶之冷卻速度與冷卻水量成正比，與板厚成反比。被冷卻之鋼帶自例如一般之熱軋鋼帶的最小板厚1.0～1.2mm，變化至最大板厚25～30mm，但若用相同冷卻水量進行冷卻，則冷卻速度會變化20～30倍左右。因此，板厚愈厚者冷卻速度變得愈慢，貝氏體(bainite)或麻田散鐵(martensite)等淬火組織之有效利用愈難，故潛在欲提高冷卻速度之需求。因此，板厚較厚之鋼板如圖3所示，以藉由升降裝置7使冷卻單元9接近於鋼帶10之狀態，向急冷卻集管箱4提供冷卻水，自急冷卻噴嘴5噴射。

再者，板厚薄之鋼板，雖然即使冷卻水量少亦可確保某種程度之冷卻速度，但鋼帶之鋼板通過性多成為課題。當一方面冷卻板厚為1.0～1.2mm左右之鋼帶、而一方面進行鋼板通過時，因鋼帶所產生之升力而飛離，或因於冷卻水中通過時所產生之流體阻力而使鋼帶減速，產生打環等許多課題。因此，作為飛離對策，使噴嘴自較輥台1更遠處噴射，且為避免因流體阻力所造成之鋼帶減速，較佳為以低壓力且小水量進行冷卻。因此，如圖4所示，於藉由升降裝置7使冷卻單元9自即使薄件鋼板通過時之鋼帶發生彈跳，亦可在不會碰撞至緩冷卻噴嘴3之軋製線上升1000mm以上之狀態下，向緩冷卻集管箱2供給冷卻水，自緩冷卻噴嘴3噴射冷卻水。

並且，緩冷卻噴嘴3及急冷卻噴嘴5，為使噴射冷卻水之液滴化降低，設為具有分別相對於各噴嘴口徑為5倍以上之長度的構造。

另一方面，如圖3所示，在使冷卻單元9接近鋼帶10時，存在因鋼帶10之翹曲等而使噴嘴破損之危險，因此緩冷卻噴嘴3及急冷卻噴嘴5之噴嘴流出口之水平面位置，係設為大致相同，且在該位置設置保護器6。

再者，緩冷卻噴嘴3及急冷卻噴嘴5之前端，既可位於保護器6之引導孔內，亦可位於引導孔之正上方。

如此，使緩冷卻集管箱2(緩冷卻噴嘴3)及急冷卻集管箱4(急冷卻噴嘴5)一體化，作為一個冷卻單元9設備構成，藉此可於既有設備中在狹小空間內進行急冷卻與緩冷卻之冷卻速度切換。

其次，關於急冷卻噴嘴5之構成，急冷卻噴嘴5因大量噴水，故水容易滯留於鋼板上，在水冷過程中產生蒸汽膜，從而有冷卻能力降低之危險。因此，必須大量配置噴嘴口徑小者，並且提高噴嘴噴射流速而打破蒸汽膜。選擇小口徑噴嘴係旨在不增加投入量而提高噴嘴噴射流速，為確保溫度均勻性，於寬度方向/搬送方向配置複數個，而形成群噴流。

為確保寬度方向之溫度均勻性，噴嘴口徑設為10mm以下，較佳為在寬度方向上以噴嘴口徑之3～20倍之間距安裝。關於搬送方向，由於一面搬送鋼帶10、一面進行冷卻，故安裝間距對溫度均勻性之影響小，從而可自由配置。

噴嘴出口流速設為7m/s以上，藉此可在熱軋鋼帶或厚鋼板之一般的板溫度900℃以下之區域內，穩定地打破蒸汽膜。並且，急冷卻噴嘴5有利的是儘量採用噴嘴口徑小者，其係因為即使投入流量相同，亦可提高噴嘴出口流速，然而噴嘴口徑愈小，由混雜在冷卻水中之垃圾所造成之堵塞之危險愈大。實際應用上，較佳為將噴嘴口徑設為3.0mm以上。並且，若噴嘴出口流速超過45m/s，則由於與周圍空氣之速度差，剪切力會變大，從而棒狀冷卻水會液滴化。其結果為，碰撞力降低，打破蒸汽膜之能力降低。因此，較佳為將噴嘴出口流速設為45m/s以下。

急冷卻噴嘴5至鋼帶10之距離愈近愈好，然而若其距離愈接近噴嘴口徑之5倍，則鋼帶通過空間會變得極端狹窄，因此即使設置有保護器6，冷卻單元9之破損危險亦會變大，故而欠佳。並且，若自超過噴嘴口徑50倍之遠處噴射，則由於此次使用有小口徑噴嘴，因此自急冷卻噴嘴5所噴射之冷卻水易於變成液滴，而無法進行有效冷卻。因此，急冷卻噴嘴5至鋼帶10之距離宜為噴嘴口徑之5～50倍。

並且，在藉由急冷卻噴嘴5進行大水量冷卻時，由噴嘴5所噴射之冷卻水在碰撞至鋼帶10後，會不斷地向鋼帶搬送方向或寬度方向洩漏。特別是當冷卻水向鋼帶搬送方向洩漏時，會保持著洩漏水附著於鋼帶上面之狀態搬送鋼帶10，故附著水之部分會產生局部性過冷卻。因此，較佳為在冷卻裝置前後設置除水手段。

作為除水手段，藉由高壓水之淨化為一般方法，但如下方法亦可，如圖5所示，可於冷卻單元9之前後配置除水輥8。除水輥8係形成固體壁來進行除水，故可靠性高；並且，當設置有複數個含有由急冷卻集管箱4及急冷卻噴嘴5/緩冷卻集管箱2及緩冷卻噴嘴3所構成之冷卻單元9時，可於注入有冷卻水之單元附近確實地除去水分。當如此配置有除水輥8時，無法使來自急冷卻噴嘴5之棒狀冷卻水噴射至除水輥8或緩冷卻噴嘴3之設置部附近，因此冷卻能力有降低之傾向。因此，如圖6所示，若使除水輥8或緩冷卻噴嘴3附近之急冷卻噴嘴5傾斜而噴射冷卻水，則棒狀冷卻水會均等地碰撞至除水輥8而獲得高冷卻能力。並且，作為冷卻水量，只要設計成相對於一個冷卻單元9所冷卻之面積，每單位面積之流量為1000L/min‧m² 以上，即可獲得既有之層流冷卻之3～5倍的冷卻速度。

其次，關於緩冷卻用噴嘴3，如先前利用圖4所作說明，自鋼帶10之鋼板通過性考慮，儘量採用小流量，且可自遠處噴射冷卻水。當自遠處噴射棒狀冷卻水時，若噴嘴內之流速極慢，則在落下過程中會因表面張力之影響而使冷卻水斷裂，引起溫度不均；若使流速過快，則在落下過程中會噴流化而部分變為液滴，冷卻效率降低。因此，自防止由表面張力所引起之冷卻水斷裂之觀點考慮，噴嘴出口流速設為0.4m/s以上，且自防止噴流化之觀點考慮設為3.0m/s以下，則自1000mm左右之距離藉由緩冷卻噴嘴3所進行之棒狀冷卻水噴射，可不噴流化、且不斷裂地以連續流之狀態，使冷卻水碰撞至鋼帶10。並且，緩冷卻噴嘴3之口徑愈大冷卻水愈難以斷裂或噴流化，但實際應用中，宜使噴嘴口徑為10mm以上30mm以下之範圍。

緩冷卻噴嘴3之寬度方向之安裝間距，若窄於緩冷卻噴嘴3口徑之1.5倍，則存在由於噴嘴之安裝誤差等，自相鄰噴嘴所噴射之冷卻水於抵達至鋼帶10之前合流，從而產生溫度不均之危險，若隔開噴嘴口徑之20倍以上之間隔，則如先前急冷卻噴嘴5中所作說明，無法確保寬度方向之溫度均勻性。另一方面，由於緩冷卻噴嘴3並未如急冷卻噴嘴5般構成噴嘴群，故噴嘴間距宜較急冷卻噴嘴5狹窄。因此，更佳為緩冷卻噴嘴3之安裝間距為噴嘴口徑之5倍以下為宜。又，雖然作為冷卻水量，只要設計成相對於一個冷卻單元所冷卻之面積，每單位面積之流量為700～2000L/min‧m² 即可，然而當噴嘴口徑、噴嘴間距、噴嘴出口流速無法設計於上述範圍內時，則如圖7所示，只要在搬送方向設置多行緩冷卻噴嘴3即可。另一方面，若設置超過3行，則會如急冷卻噴嘴5般成為群噴流而使冷卻水流變多。於此狀態下，因薄件鋼板通過時之流體阻力增大，而使得鋼板通過變得不穩定，因此，較佳為相對於1個冷卻單元9在搬送方向設置1～3行緩冷卻噴嘴3。藉此，能夠獲得與既有之層流冷卻大致相等之冷卻速度。

緩冷卻噴嘴3可列舉用以改善利用流體力之薄件鋼帶之鋼板通過性，圖8(a)中表示就此加以說明之模式圖。當使緩冷卻噴嘴3所噴射之冷卻水落下至輥台之間時，鋼帶10會因流體力而彎曲。特別是板厚愈薄剛性愈低，故彎曲量愈大。由於鋼帶10在移動，故該彎曲會碰撞至輥台1而產生彈跳。因此，若自緩冷卻噴嘴3所噴射之冷卻水係如圖8(b)所示，噴射於輥台1上，或如圖8(c)所示，於輥台1間設置下面冷卻裝置11，從下面冷卻裝置11對向噴射與自緩冷卻噴嘴3所噴射之冷卻水具有相同之運動量之冷卻水，而使流體力保持平衡，則不會產生彎曲，故而較佳。

因此，作為冷卻單元9之構成，如圖9所示，沿搬送方向將急冷卻集管箱4分成兩部分，於其中央部之空間配置緩冷卻集管箱2及緩冷卻噴嘴3，或者如圖10(a)、(b)所示，於急冷卻集管箱4之上方配置緩冷卻集管箱2，將緩冷卻噴嘴3做成髮夾狀，相對於該緩冷卻噴嘴3在搬送方向之上游側或下游側配置急冷卻噴嘴5，並且如先前利用圖7所作說明，當於搬送方向上排列兩行緩冷卻噴嘴3時，可列舉出如下方法：如圖11所示，在急冷卻集管箱4之上游側及下游側，配置呈髮夾狀之緩冷卻噴嘴3，使冷卻水落下至輥台1上。

並且，可列舉如下方法：如圖12所示，沿搬送方向將急冷卻集管箱4分成兩部分，於其中央部之空間配置緩冷卻集管箱2及緩冷卻噴嘴3，使冷卻水落下至輥台1之間，且藉由配置於下面側、且具有與緩冷卻噴嘴3相同之流體力之冷卻裝置11而使其相向碰撞。再者，此時，作為下面冷卻裝置11，只要配置噴霧冷卻噴嘴或棒狀冷卻水噴嘴等即可。鋼帶10下面之流體力宜與鋼帶10上面保持平衡，然而，若使下面之流體力過大，則存在鋼帶10浮起之危險，而當下面之流體力過小時，因緩冷卻噴嘴3之冷卻水而導致之彎曲會變大，從而易產生彈跳。特別是若鋼帶10浮起，則來自輥台1之驅動力將無法傳遞而成為問題。因此，最好是相對於鋼帶10之自身重量、與來自緩冷卻噴嘴3之流體力相加而成者，來選擇具有小於此之流體力的下面冷卻裝置。

再者，於本實施形態中，已著重敍述熱軋鋼帶之冷卻裝置，而關於厚鋼板之冷卻裝置，只要採用相同方式即可。

[實施例1]

作為本發明之實施例1，將本發明之冷卻裝置應用於熱軋鋼帶之生產線。

圖13係應用有本發明之冷卻裝置之熱軋鋼帶生產線的說明圖。如圖13所示，於該熱軋鋼帶生產線中，具有250mm之厚度之鋼坯藉由加熱爐60加熱至1200℃後，藉由粗軋機群61及精軋機群62輥軋至既定板厚，其後藉由本發明之冷卻裝置21及既有之冷卻裝置31加以冷卻，並藉由捲取機63加以捲取。再者，圖13中之65係放射溫度計。

於本實施例1中，本發明之冷卻裝置21如圖14及圖15所示，形成為如下構成：具備將急冷卻集管箱4分成兩部分，於其間配置有緩冷卻集管箱2及緩冷卻噴嘴3之冷卻單元9，且於急冷卻集管箱4之鋼帶搬送方向之上游側/下游側，設置有與冷卻單元9連動地升降之除水輥8。

又，由於輥台1之安裝間距為370mm、且直徑為320mm，因此自空間觀點而言，含有上面除水輥8之冷卻單元9，係以相對於三個輥台1成為一個冷卻單元9之方式而構成。除水輥8係設為相對於冷卻裝置21之上游側及下游側之輥台1成對之配置，緩冷卻噴嘴3係設為冷卻水落下至輥台1正上方之配置。

再者，急冷卻噴嘴5口徑為5mm，且寬度方向以50mm之間距、搬送方向70mm之間距安裝以構成群噴流，自急冷卻噴嘴5係以12m/s之流速噴射。此時之冷卻單元9中之急冷卻噴嘴5之水量密度為4500L/min‧m² 。

另一方面，緩冷卻噴嘴3口徑為20mm，且寬度方向以50mm之間距安裝，於急冷卻集管箱4之間插入有一行，自緩冷卻噴嘴3以0.7m/s之流速噴射。此時，冷卻單元9中之緩冷卻噴嘴3之水量密度為730L/min‧m² 。

又，冷卻單元9係以自輥台1至緩冷卻噴嘴3、急冷卻噴嘴5之前端的距離為1300mm之方式而配置，形成為可藉由升降裝置7下降，並對應於板厚於自由之位置停止之構造。

並且，於本發明之冷卻裝置21中，一架冷卻單元9之設備長度為輥台1之2個間距份(740mm)，配置有30架該冷卻單元9(設備總長22.2mm)。於冷卻單元9之下面安裝有噴霧噴嘴11，從而形成為可藉由改變噴霧噴射壓力而改變水量之構造。

再者，於本發明之冷卻裝置21之下游側，設置有由管層流噴嘴/噴霧噴嘴所構成的既有之冷卻裝置31。

為達到作為目標之冷卻停止溫度，因而將本發明之冷卻裝置21之冷卻單元9及既有之冷卻裝置31之管層流噴嘴/噴霧噴嘴作成能夠個別地打開或關閉注水，並藉由計算機計算達到適宜溫度之冷卻單元數及鋼板通過速度，以決定設為打開注水之冷卻單元等。

(本發明例1)

於如上所述之熱軋鋼帶生產線中，作為本發明例1，說明冷卻板厚較薄之板厚1.6mm之鋼帶的情況。

藉由粗軋機群61輥軋至板厚32mm，藉由精軋機群62輥軋至板厚1.6mm，其後以鋼帶前端速度700mpm通過本發明之冷卻裝置21之間，於鋼帶前端捲取至捲取機63上之同時，以10mpm/s之速度使鋼帶加速。

此時，本發明之冷卻裝置21退避至自輥台1算起1300mm之位置，自緩冷卻噴嘴3注入冷卻水，並冷卻至640℃。又，下面冷卻裝置11中，將水量密度設為500L/min‧m² ，將噴霧噴射流速設為3m/s。

藉由此舉，於本發明例1中，可使鋼帶在鋼板通過中不彈跳，且相對於目標捲取溫度640℃在±20℃之範圍內冷卻全長。又，此時之鋼帶中心部通過750℃至650℃時之冷卻速度變為140℃/s。

(本發明例2)

作為本發明例2，說明冷卻板厚5.0mm之板厚較厚之鋼帶的情況。

藉由粗軋機群61輥軋至板厚40mm，藉由精軋機群62輥軋至板厚5.0mm，其後以鋼帶前端速度500mpm通過本發明之冷卻裝置21之間，於鋼帶前端捲取至捲取機63上之同時，以2mpm/s之速度使鋼帶加速。

此時，本發明之冷卻裝置21，將自輥台1至急冷卻噴嘴5前端之距離調整成達到30mm(即，自噴嘴前端至鋼帶之距離為25mm)，再以急冷卻噴嘴5注入冷卻水，冷卻至500℃。並且，下面冷卻裝置11係將水量密度設為4500 L/min‧m² ，將噴霧噴射流速設為12m/s。

藉由此舉，於本發明例2中，可相對於目標捲取溫度500℃在±25℃之範圍內冷卻全長。又，此時之鋼帶中心部通過750℃至650℃時之冷卻速度變為200℃/s。對此時之鋼帶調查後發現，鋼帶之組織全部由貝氏體構成，具有高強度及韌性。

另一方面，作為比較例2，當以緩冷卻噴嘴3冷卻上述尺寸之鋼帶時，冷卻速度為40℃/s，對此時之鋼帶調查後發現，組織於鐵氧體中局部分散有波來鐵，強度及韌性均變低。

而且，本發明例2中所用之鋼帶係藉由將冷卻速度設為70℃/s以上，而可形成為全貝氏體組織之成分系，若不使用本發明之冷卻裝置21之急冷卻噴嘴5，則無法獲得作為目標之機械特性。

(本發明例3)

作為本發明例3，說明冷卻板厚25.0mm之板厚較厚之鋼帶的情況。

藉由粗軋機群61輥軋至板厚80mm，藉由精軋機群62輥軋至板厚25.0mm，其後，以鋼帶前端速度150mpm通過本發明之冷卻裝置21之間，並保持固定速度用捲取機63捲取。

此時，本發明之冷卻裝置21將自輥台1至急冷卻噴嘴5前端之距離調整成達到275mm(即，自噴嘴前端至鋼帶之距離為250mm)，再以急冷卻噴嘴5注入冷卻水，冷卻至450℃。又，下面冷卻裝置11係將水量密度設為8000 L/min‧m² ，將噴霧噴射流速設為17m/s。

藉由此舉，於本發明例3中，可相對於目標捲取溫度450℃在±15℃之範圍內冷卻全長。又，此時之鋼帶中心部通過750℃至650℃時之冷卻速度變為40℃/s。對此時之鋼板調查後發現，鋼板之組織全部由貝氏體構成，具有高強度及韌性。

另一方面，作為比較例3，當利用緩冷卻噴嘴3冷卻上述尺寸之鋼帶時，冷卻速度為10℃/s，對此時之鋼帶調查後發現，組織於鐵氧體中局部分散有波來鐵，強度及韌性均變低。

順帶一提，本發明例3中所用之鋼帶係藉由將冷卻速度設為25℃/s以上，而可形成為全貝氏體組織之成分系，若不使用本發明之冷卻裝置21之急冷卻噴嘴5，則無法獲得作為目標之機械特性。

[實施例2]

作為本發明之實施例2，將本發明之冷卻裝置應用於厚鋼板之生產線。

圖16係應用有本發明之冷卻裝置之厚鋼板生產線的說明圖。如圖16所示，於該厚鋼板生產線中，具有250mm之厚度之鋼坯藉由加熱爐70加熱至1200℃後，藉由粗軋機71及精軋機72反向輥軋至既定板厚，其後藉由本發明之冷卻裝置21加以冷卻，並藉由輥式矯直機73加以矯正後出貨。再者，圖16中之65為放射溫度計。

由於厚鋼板之板厚普遍厚於熱軋鋼帶，故難以產生鋼板通過性問題，然而應用板厚為6～100mm，板厚變化量多，習知由於係冷卻速度愈慢板厚愈厚者，以愈易於貝氏體化之方式添加合金元素，故板厚愈厚，合金成本愈高。因此，就成本而言，有利的是儘量使每種板厚之冷卻速度不變，以同一成分系進行製造。此處，使用藉由冷卻速度25℃/s以上、且冷卻至500℃，而使鋼板之組織以全貝氏體穩定化之鋼種進行說明。

於本實施例2中，本發明之冷卻裝置21如圖17及圖18所示，形成為如下構成：具備將急冷卻集管箱4分成兩部分，且於其間配置有緩冷卻集管箱2及緩冷卻噴嘴3之冷卻單元9。又，由於輥台1之安裝間距為1000mm、且直徑為450mm，因此冷卻單元9安裝於輥台間之上方，緩冷卻噴嘴3設為冷卻水可落下至輥台間之配置。

再者，急冷卻噴嘴5口徑為5mm，且以寬度方向50mm之間距、搬送方向70mm之間距，安裝以構成群噴流，自急冷卻噴嘴5以7m/s之流速噴射。此時之冷卻單元9中之急冷卻噴嘴5之水量密度為3300L/min‧m² 。

另一方面，緩冷卻噴嘴3口徑為20mm，以寬度方向70mm之間距安裝，於急冷卻集管箱4之間插入有一行，自緩冷卻噴嘴3以3.0m/s之流速噴射。此時之冷卻單元9中之緩冷卻噴嘴3之水量密度為1600L/min‧m² 。

又，冷卻單元9係以自輥台1至緩冷卻噴嘴3、急冷卻噴嘴5之前端之距離為1000mm之方式而配置，形成為可藉由升降裝置7下降，並對應於板厚於自由之位置停止的構造。

繼而，於本發明之冷卻裝置21中，1架冷卻單元9之設備長度為一根輥台1之長度(1000mm)，配置有15架該冷卻單元9(整體設備長為15m)。於冷卻單元9之下面，於鋼板前進方向上安裝有3行之噴霧噴嘴11，從而形成為可藉由改變個別注水之打開或關閉或者噴霧噴射壓力，而變更水量之構造。再者，緩冷卻噴嘴3與下面之鋼板前進方向第2行之噴霧噴嘴，形成為冷卻水於同一位置碰撞之構造。

又，於本發明之冷卻單元21之上游側及下游側，設置有能夠噴射高壓水之淨化單元74、75作為除水裝置。

為達到作為目標之冷卻停止溫度，使本發明之冷卻裝置21之冷卻單元9能夠個別地打開或關閉注水，並藉由計算機計算達到適宜溫度之冷卻單元數及鋼板通過速度，以決定設為打開注水之冷卻單元等。

(本發明例4)

於如上所述之厚鋼板生產線中，作為本發明例4，說明冷卻板厚10mm之厚鋼板之情況。

藉由粗軋機71輥軋至板厚30mm，藉由精軋機72輥軋至板厚10mm，其後藉由本發明之冷卻裝置21，一面使鋼板以150mpm之速度鋼板通過，一面進行冷卻。

此時，本發明之冷卻裝置21退避至自輥台1算起1300mm之位置，由緩冷卻噴嘴3注入冷卻水，並冷卻至500℃。又，下面冷卻裝置11在搬送方向上3行之內、自上游側起第2行之噴霧噴嘴群中，將水量密度設為2000L/min‧m² ，且將噴霧噴射流速設為10m/s。

藉由此舉，於本發明例4中，可相對於目標冷卻終止溫度500℃在±25℃之範圍內冷卻全長。又，此時之鋼板中心部通過750℃至650℃時之冷卻速度變為45℃/s。

(本發明例5)

作為本發明例5，說明冷卻板厚25mm之厚鋼板之情況。

藉由粗軋機71輥軋至板厚50mm，藉由精軋機72輥軋至板厚25mm，其後藉由本發明之冷卻裝置21，一面使鋼板以80mpm之速度鋼板通過，一面進行冷卻。

此時，本發明之冷卻裝置21，將自輥台1至急冷卻噴嘴5前端之距離調整成達到200mm(即，自噴嘴前端至鋼板之距離為175mm)，由急冷卻噴嘴5注入冷卻水，冷卻至500℃。又，下面冷卻裝置11中，將水量密度設為6000L/min‧m² ，將噴霧噴射流速設為12m/s。

藉由此舉，於本發明例5中，可相對於目標捲取溫度500℃在±25℃之範圍內冷卻全長。又，此時之鋼板中心部通過750℃至650℃時之冷卻速度變為45℃/s。對此時之鋼板調查後發現，鋼板之組織全部由貝氏體構成，具有高強度及韌性。

另一方面，作為比較例5，利用緩冷卻噴嘴3冷卻相同尺寸之鋼板時，冷卻速度變為15℃/s，對此時之鋼板調查後發現，組織於鐵氧體中局部分散有波來鐵，強度及韌性均降低。

即，於該成分系中，若不使用本發明之冷卻裝置21之急冷卻噴嘴5，則無法獲得作為目標之機械特性。

如上所述可知，當欲如厚鋼板等使每種板厚的冷卻速度固定化時，有效的是如本發明之冷卻裝置，對板厚較薄者使用緩冷卻噴嘴3，對板厚較厚者使用急冷卻噴嘴5。

1‧‧‧輥台

2‧‧‧緩冷卻集管箱

3‧‧‧緩冷卻噴嘴(緩冷卻用棒狀冷卻水噴嘴)

4‧‧‧急冷卻集管箱

5‧‧‧急冷卻噴嘴(急冷卻用棒狀冷卻水噴嘴)

6‧‧‧保護器

7‧‧‧升降裝置(升降單元)

8‧‧‧除水輥

9．．．冷卻單元

10．．．熱軋鋼帶

11．．．下面冷卻噴嘴(下面冷卻裝置、噴霧噴嘴)

12．．．厚鋼板

21．．．本發明之冷卻單元(裝置)(緩冷卻噴嘴與急冷卻噴嘴之組合)

31．．．既有之冷卻裝置

60．．．加熱爐

61．．．粗軋機群

62．．．精軋機群

63．．．捲取機

65．．．放射溫度計

70．．．加熱爐

71．．．粗軋機

72．．．精軋機

73．．．輥式矯直機

74．．．冷卻裝置上游側之高壓水淨化器(淨化單元)

75．．．冷卻裝置下游側之高壓水淨化器(淨化單元)

圖1係說明本發明之一實施形態之側視圖。

圖2係說明本發明之一實施形態之仰視圖。

圖3係本發明之一實施形態中進行急冷卻時之說明圖。

圖4係本發明之一實施形態中進行緩冷卻時之說明圖。

圖5係本發明之一實施形態中之除水輥之說明圖。

圖6係本發明之一實施形態中另一例之說明圖。

圖7係本發明之一實施形態中另一例之說明圖。

圖8(a)至(c)係說明本發明中緩冷卻噴嘴之落下點之圖。

圖9係本發明之一實施形態中另一例之說明圖。

圖10(a)及(b)係本發明之一實施形態中另一例之說明圖。

圖11係本發明之一實施形態中另一例之說明圖。

圖12係本發明之一實施形態中另一例之說明圖。

圖13係本發明之實施例1中熱軋鋼帶生產線之說明圖。

圖14係本發明之實施例1中冷卻裝置之說明圖。

圖15係本發明之實施例1中冷卻裝置之說明圖。

圖16係本發明之實施例2中厚鋼板生產線之說明圖。

圖17係本發明之實施例2中冷卻裝置之說明圖。

圖18係本發明之實施例2中冷卻裝置之說明圖。

1．．．輥台

2．．．緩冷卻集管箱

3．．．緩冷卻噴嘴(緩冷卻用棒狀冷卻水噴嘴)

4．．．急冷卻集管箱

5．．．急冷卻噴嘴(急冷卻用棒狀冷卻水噴嘴)

6．．．保護器

7．．．升降裝置(升降單元)

9．．．冷卻單元

Claims

一種熱軋鋼板之冷卻裝置，其係用以冷卻熱軋鋼板者，其特徵在於：將含有緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之集管箱及含有急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之集管箱，構成為一個冷卻單元，該冷卻單元具備可成一體地上下升降之升降單元，且並將複數個該冷卻單元配置於上述熱軋鋼板之搬送方向，並且，上述冷卻單元係相對於上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴，於熱軋鋼板之搬送方向之上游側或下游測配置急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴。
如申請專利範圍第1項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，藉由上述升降單元之升降功能，在使用上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之情況，以使自熱軋鋼板至該噴嘴前端之距離達到1000mm以上之方式，設定上述冷卻單元，在使用急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之情況，以使自熱軋鋼板至該噴嘴前端之距離達到該噴嘴口徑之5~50倍的範圍之方式，設定上述冷卻單元。
如申請專利範圍第1或2項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，於上述冷卻單元之熱軋鋼板搬送方向之前後具有除水裝置。
如申請專利範圍第3項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述除水裝置係除水輥。
如申請專利範圍第1項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴係配置於用以搬送熱軋鋼板之輥台之上方。
如申請專利範圍第1項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴係配置於用以搬送熱軋鋼板之輥台間所設置的下面冷卻噴嘴之噴射位置上方。
如申請專利範圍第1項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，於上述冷卻單元連接用以保護上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴及急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴之平面狀保護器，該保護器具有冷卻水通過用之引導孔，經由該引導孔，自上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴及急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴而噴射冷卻水。
如申請專利範圍第1項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴的噴嘴口徑為10mm以上，噴嘴出口流速為3m/s以下。
如申請專利範圍第1項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴的噴嘴口徑為10mm以下，噴嘴出口流速為7m/s以上。
如申請專利範圍第1項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述緩冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴在進行冷卻之熱軋鋼板之寬度方向，以噴嘴口徑之1.5倍至5倍之間隔排列複數個，而將其設為1行冷卻噴嘴行之情況，在一個集管箱內配置有 1~3行之冷卻噴嘴行。
如申請專利範圍第1項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述急冷卻用之棒狀冷卻水噴嘴於進行冷卻之熱軋鋼板之寬度方向，以噴嘴口徑之3倍至20倍之間隔排列配置有複數個。
如申請專利範圍第1項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述熱軋鋼板係具有1~30mm板厚之熱軋鋼帶。
如申請專利範圍第1項之熱軋鋼板之冷卻裝置，其中，上述熱軋鋼板係具有6~100mm板厚之厚鋼板。