(57)【要約】  本発明は、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の二次冷却方法及び二次冷却装置であって、前記連続鋳造機は、鋳型の下方の二次冷却帯に、鋳片の厚み方向の両側から鋳片を支持する複数対の支持ロールを有し、前記連続鋳造機の鋳造方向に沿って隣り合う支持ロールの間に冷却装置が配置され、前記冷却装置は、冷媒を供給する冷媒管及び冷媒を鋳片上に拡げるための平板状の冷媒ガイド板を備え、前記冷媒ガイド板が、鋳片の表面に対し垂直方向に間隔をあけて平行に配置される状況において、冷媒を、前記冷媒ガイド板に設けられた冷媒の供給口から、鋳片表面と冷媒ガイド板の隙間に供給し、主に遷移沸騰領域の冷媒で鋳片を冷却することを特徴とする。
2017131204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造機で鋳造されている鋳片の二次冷却方法であって、
前記連続鋳造機は、鋳型の下方の二次冷却帯に、鋳片の厚み方向の両側から鋳片を支持する複数対の支持ロールを有し、
前記連続鋳造機の鋳造方向に沿って隣り合う支持ロールの間に冷却装置が配置され、
前記冷却装置は、
冷媒を供給する冷媒管及び
冷媒を鋳片上に拡げるための平板状の冷媒ガイド板を備え、
前記冷媒ガイド板が、鋳片の表面に対し垂直方向に間隔をあけて平行に配置される状況において、
冷媒を、前記冷媒ガイド板に設けられた冷媒の供給口から、鋳片表面と冷媒ガイド板の隙間に供給し、主に遷移沸騰領域の冷媒で鋳片を冷却する工程を有することを特徴とする、連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
【請求項２】
前記鋳片表面と冷媒ガイド板の間隔は、５ｍｍ以上であり、且つ冷媒が、冷媒の供給口から冷媒ガイド板の鋳造方向の上流側端部または下流側端部に到達する時間を０．６秒以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
【請求項３】
前記冷媒の供給口は、鋳片の幅方向に１列に並ぶ複数の孔または鋳片の幅方向を長手方向とするスリットであることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
【請求項４】
前記冷媒は、液相で冷媒の供給口から供給され、鋳片表面と冷媒ガイド板の間の流路において、冷媒ガイド板の鋳造方向の上流側端部または下流側端部に到達するまでにすべて気相となることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
【請求項５】
前記鋳片表面と冷媒ガイド板の隙間において、少なくとも鋳造方向上流側端部または下流側端部の一方から、冷媒の蒸気を排出することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
【請求項６】
前記冷媒が、冷媒ガイド板の鋳造方向の上流側端部または下流側端部に到達するまでにすべて気相となるための冷却抜熱量が、以下の式（Ａ）を満たすことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
Ｑ／Ｗ≧５９×１０６［Ｊ／ｍ３］  ・・・（Ａ）
Ｑ：冷却抜熱量 
Ｗ：水量密度
【請求項７】
連続鋳造機の鋳型の下方の二次冷却帯において、鋳片の厚み方向の両側から鋳片を支持する複数対の支持ロールのうち、鋳造方向に沿って隣り合う支持ロールの間に配置される、連続鋳造鋳片の二次冷却装置であって、
冷媒を供給する冷媒管及び
冷媒を鋳片上に拡げるための平板状の冷媒ガイド板を備え、
前記冷媒ガイド板は、鋳片の表面に対し垂直方向に間隔をあけて平行に配置され、
前記鋳片表面と冷媒ガイド板の間隔は、５ｍｍ以上であり、且つ冷媒が、前記冷媒ガイド板に設けられた冷媒の供給口から、冷媒ガイド板の鋳造方向の上流側端部または下流側端部に到達する時間を０．６秒以下とするように設定され、
冷媒を、冷媒の供給口から鋳片表面と冷媒ガイド板の隙間に供給し、主に遷移沸騰領域の冷媒で鋳片を冷却することを特徴とする、連続鋳造鋳片の二次冷却装置。
【請求項８】
前記鋳片表面と冷媒ガイド板の間隔を制御する間隔制御機構をさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却装置。
【請求項９】
前記冷媒の供給口は、鋳片の幅方向に１列に並ぶ複数の孔または鋳片の幅方向を長手方向とするスリットであることを特徴とする、請求項７または８のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却装置。
【請求項１０】
前記鋳片表面と冷媒ガイド板の隙間の少なくとも鋳造方向上流側端部または下流側端部の一方から、気相となった冷媒を排出する排気部をさらに備えることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造機で鋳片の連続鋳造を行う際の二次冷却方法及び二次冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業の連続鋳造において、鋳片を二次冷却する方法として、従来、スプレー方式の冷却が広く行われている。この二次冷却方法は、鋳片を搬送する支持ロール間にスプレーノズルを配置し、冷却水をスプレー状にして鋳片の表面に吹き付けて冷却するものである。【０００３】
スプレー方式の冷却では、いわゆる垂れ水や溜まり水による過冷却の問題がある。垂れ水は、鋳片の支持ロールである分割ロールにおいて、鋳片と接触しない軸受け部から下流側に流下する冷却水である。また、溜まり水は、ロール周面と鋳片表面とにより囲まれたスペースに滞留する冷却水である。そして、スプレーノズルから噴射された冷却水が垂れ水や溜まり水と干渉すると、当該干渉部位が過冷却され、鋳片幅方向の冷却が不均一になる。【０００４】
そこで、例えば特許文献１には、これら垂れ水や溜まり水の発生箇所に応じて、スプレーノズルの配置や冷却水の水量を適切に調整することにより、垂れ水や溜まり水による過冷却を抑制して、冷却均一性を向上させる二次冷却方法が開示されている。【０００５】
また、スプレー方式の場合、高温の鋳片に水を噴射することで水が飛散し、噴射した水が効率的に利用されないため、冷却能力に限界がある。そのため、将来、鋳造速度を上げて生産性を向上させるためには、給水量を大幅に増量するか、連続鋳造機の機長を延長して二次冷却区間を増やす必要がある。つまり、現状の連続鋳造機では対応できず、連続鋳造の高速化を図るためには、二次冷却における熱伝達係数の大幅な向上が望まれている。【０００６】
従来、二次冷却における温度ムラを低減して均一に冷却するため、例えば特許文献２には、鋳片表面温度を膜沸騰の領域に保持して冷却する二次冷却方法が開示され、ロール間に多孔板を配置して冷却水を噴出することが記載されている。【０００７】
また、二次冷却の冷却能力を向上させる方法として、例えば特許文献３には、ウェアプレートを用いたクーリンググリッド設備が開示されている。【０００８】
また、例えば特許文献４には、水膜流を利用して鋳片を冷却し、冷却能力を高める連続鋳片の二次冷却方法が開示されている。【０００９】
また、例えば特許文献５には、案内板と鋳片間に水膜流で連続床を形成して鋳片を冷却し、冷却能力を高める連続鋳片の二次冷却方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第５５９８６１４号公報
【特許文献２】特許第５１４６００６号公報
【特許文献３】特許第４４５３５６２号公報
【特許文献４】特開２００２−０８６２５３号公報
【特許文献５】特開平９−２０１６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、本発明者らが鋭意研究したところ、上記の二次冷却方法にも、以下のような課題があることが分かった。【００１２】
特許文献１の場合、垂れ水や溜まり水の影響をある程度抑制することはできるものの、スプレー方式で大量の冷却水を用いる以上、これら垂れ水や溜まり水の影響を完全に防止することはできない。したがって、依然として冷却均一性に改善の余地がある。また、スプレー方式の冷却であるため、上述したように冷却能力に限界がある。【００１３】
また、特許文献２の場合、鋳片の長手方向に並んだ複数の噴出孔から冷却水を噴射させるため、冷却水同士の干渉やこれに伴う冷却水の滞留が起こりやすく、均一な冷却ができない。【００１４】
また、特許文献２の場合、このように鋳片の長手方向に複数の噴出孔が形成されているので、一の噴出孔から噴射された冷却水の移動距離は短い。さらに鋳片は搬送されながら冷却されるので、一の噴出孔からの冷却水で冷却された後、他の噴出孔からの冷却水でも冷却される。そうすると、鋳片の長手方向のある部分では、局所的な冷却が繰り返し行われることになるので、すべての噴出孔からの冷却水による冷却が一定でない場合がある。かかる場合、鋳片の冷却面内では安定した冷却領域と不安定な冷却領域が混在することになり、結果として、鋳片の冷却面内での冷却が不安定になる。【００１５】
さらに、特許文献２に開示の方法は、過冷却にならないように膜沸騰領域の冷媒のみを用いて鋳片を冷却している。しかし、膜沸騰領域は遷移沸騰領域と比べて熱伝達係数が低く、冷却能力の大幅な向上は見込めない。また、膜沸騰領域で冷却した後、冷却水を蒸発させることもない。【００１６】
また、特許文献３の場合は、クーリンググリッド設備に具備されたウェアプレートに冷却機能を付与している。しかし、ウェアプレートは鋳片と接触しているため、鋳片の表面に疵が発生し、品質上問題が生じることから、実用化が困難である。【００１７】
また、特許文献４の場合、鋳片の引き抜き方向の反対方向へ連続的に移動する、例えば無限軌道（Crawler）等を用いて駆動される水膜形成板と鋳片との間隙に、各水膜形成板に設けられた給水口から給水して、厚さ０．１〜２．５ｍｍの水膜流を形成する連続鋳造の２次冷却方法が開示されているが、長手方向に並んだ複数の給水口から冷却水を給水するため、冷却水同士の干渉やこれに伴う冷却水の滞留が起こりやすく、均一な冷却ができない。また、厚さ０．１〜２．５ｍｍの水膜流の場合、後述するように主として非沸騰領域から核沸騰領域で鋳片を冷却するものであり、遷移沸騰領域では冷却していない。さらに、厚さ０．１〜２．５ｍｍの間隙は小さく、水膜形成板を設置する自由度が低い。【００１８】
また、特許文献５の場合、案内板と鋳片間に、案内板に設けられた給水口から給水して、特許文献４の場合と同様に厚さ０．１〜２．５ｍｍの水膜流連続床を形成している。かかる場合も、主として非沸騰領域から核沸騰領域で鋳片を冷却するものであり、遷移沸騰領域では冷却していない。また案内板と鋳片の間隙が小さいため、案内板を設置する自由度も低い。【００１９】
そこで、本発明は、連続鋳造機における二次冷却の冷却能力を向上させるとともに、水量を大幅に増やしたり、連続鋳造機の機長を延長したりすることなく、鋳造速度の高速化に対応できる、連続鋳造の二次冷却方法及び二次冷却装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明では、冷却の均一性を確保しつつ、鋳片の冷却効率を向上させることについて検討した。その結果、安定した遷移沸騰状態の冷媒で鋳片を冷却することにより、冷媒量を増やすことなく、冷却効率を向上でき、さらには、冷却の均一性も担保できることが判明した。すなわち、本発明は、以下の[１]から[１０]に関する。
［１］  連続鋳造機で鋳造されている鋳片の二次冷却方法であって、
前記連続鋳造機は、鋳型の下方の二次冷却帯に、鋳片の厚み方向の両側から鋳片を支持する複数対の支持ロールを有し、
前記連続鋳造機の鋳造方向に沿って隣り合う支持ロールの間に冷却装置が配置され、
前記冷却装置は、
冷媒を供給する冷媒管及び
冷媒を鋳片上に拡げるための平板状の冷媒ガイド板を備え、
前記冷媒ガイド板が、鋳片の表面に対し垂直方向に間隔をあけて平行に配置される状況において、
冷媒を、前記冷媒ガイド板に設けられた冷媒の供給口から、鋳片表面と冷媒ガイド板の隙間に供給し、主に遷移沸騰領域の冷媒で鋳片を冷却する工程を有することを特徴とする、連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
［２］  前記鋳片表面と冷媒ガイド板の間隔は、５ｍｍ以上であり、且つ冷媒が、冷媒の供給口から冷媒ガイド板の鋳造方向の上流側端部または下流側端部に到達する時間を０．６秒以下とすることを特徴とする、前記［１］に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
［３］  前記冷媒の供給口は、鋳片の幅方向に１列に並ぶ複数の孔または鋳片の幅方向を長手方向とするスリットであることを特徴とする、前記［１］または［２］のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
［４］  前記冷媒は、液相で冷媒の供給口から供給され、鋳片表面と冷媒ガイド板の間の流路において、冷媒ガイド板の鋳造方向の上流側端部または下流側端部に到達するまでにすべて気相となることを特徴とする、前記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
［５］  前記鋳片表面と冷媒ガイド板の隙間において、少なくとも鋳造方向上流側端部または下流側端部の一方から、冷媒の蒸気を排出することを特徴とする、前記［１］〜［４］のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
［６］  前記冷媒が、冷媒ガイド板の鋳造方向の上流側端部または下流側端部に到達するまでにすべて気相となるための冷却抜熱量が、以下の式（Ａ）を満たすことを特徴とする、前記［１］〜［５］のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却方法。
Ｑ／Ｗ≧５９×１０６［Ｊ／ｍ３］  ・・・（Ａ）
Ｑ：冷却抜熱量 
Ｗ：水量密度
［７］  連続鋳造機の鋳型の下方の二次冷却帯において、鋳片の厚み方向の両側から鋳片を支持する複数対の支持ロールのうち、鋳造方向に沿って隣り合う支持ロールの間に配置される、連続鋳造鋳片の二次冷却装置であって、
冷媒を供給する冷媒管及び
冷媒を鋳片上に拡げるための平板状の冷媒ガイド板を備え、
前記冷媒ガイド板は、鋳片の表面に対し垂直方向に間隔をあけて平行に配置され、
前記鋳片表面と冷媒ガイド板の間隔は、５ｍｍ以上であり、且つ冷媒が、前記冷媒ガイド板に設けられた冷媒の供給口から、冷媒ガイド板の鋳造方向の上流側端部または下流側端部に到達する時間を０．６秒以下とするように設定され、
冷媒を、冷媒の供給口から鋳片表面と冷媒ガイド板の隙間に供給し、主に遷移沸騰領域の冷媒で鋳片を冷却することを特徴とする、連続鋳造鋳片の二次冷却装置。
［８］  前記鋳片表面と冷媒ガイド板の間隔を制御する間隔制御機構をさらに備えることを特徴とする、前記［７］に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却装置。
［９］  前記冷媒の供給口は、鋳片の幅方向に１列に並ぶ複数の孔または鋳片の幅方向を長手方向とするスリットであることを特徴とする、前記［７］または［８］のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却装置。
［１０］  前記鋳片表面と冷媒ガイド板の隙間の少なくとも鋳造方向上流側端部または下流側端部の一方から、気相となった冷媒を排出する排気部をさらに備えることを特徴とする、前記［７］〜［９］のいずれか一項に記載の連続鋳造鋳片の二次冷却装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の二次冷却において、本発明の連続鋳造機で鋳造されている鋳片の二次冷却方法及び連続鋳造鋳片の二次冷却装置を適用することで、高い冷却能力を有する安定した遷移沸騰領域で鋳片を冷却できるので、当該二次冷却の冷却効率を大幅に向上させることができる。したがって、冷媒量を増加させることなく、鋳造速度の高速化にも対応できるとともに、垂れ水や溜り水の発生に伴う中心偏析を抑えることができる。また、鋳片の幅方向の冷却均一性を向上させることができ、温度ムラに伴う鋳片の表面割れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態にかかる連続鋳造機の概要を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる冷却装置を備えた連続鋳造機の一部を示す側面図である。
【図３】図２を、鋳片表面に正対して見た図である。
【図４】二次冷却中の鋳片表面温度と熱伝達係数の関係を示す。本発明の水膜冷却の熱伝達係数を実線で、特許文献２に開示の水膜冷却の熱伝達係数を点線で、スプレー冷却の熱伝達係数を破線で示している。また、本発明及び特許文献２の水膜冷却で利用する熱伝達係数の範囲をあわせて図に示している。
【図５】スプレー冷却の冷却能力を試験する実験装置の概略を示す断面図である。
【図６】水膜冷却の冷却能力を試験する実験装置の概略を示す断面図である。
【図７】水量密度が１０００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２の場合の水膜冷却の熱伝達係数を流路隙間間隔に対して示している。図６の実験装置によって測定された熱伝達係数と、図５の実験装置によって測定されたスプレー冷却の熱伝達係数を比較して示すグラフである。
【図８】水膜冷却において、鋳片に接触する水の状態の変化を説明する図である。
【図９】水量密度が５００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２の場合の水膜冷却の熱伝達係数を流路隙間間隔に対して示している。図６の実験装置によって測定された水膜冷却の熱伝達係数と、図５の実験装置によって測定されたスプレー冷却の熱伝達係数を比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
まず、図１を参照して、連続鋳造機の全体の構成を説明する。図１は、本実施の形態にかかる連続鋳造機１の構成の概略を示す説明図である。
【００２５】
なお、連続鋳造機の方式には、種々の方式がある。例えば、（ａ）鋳型と支持ロールを垂直に配置した垂直型、（ｂ）垂直に移動しながら凝固した鋳片を、凝固完了位置で水平に曲げる垂直曲げ型、（ｃ）湾曲鋳型と支持ロールを同一半径の円弧上に配置し、鋳片を凝固端で水平に曲げ戻す湾曲型、（ｄ）鋳型と上部支持ロール群を垂直に配置し、そののち未凝固鋼を含む鋳片を漸次に曲げ、凝固端で水平に戻す垂直漸次曲げ型、（ｅ）鋳型、支持ロールを水平に配置した水平型、などがある。図１は、垂直漸次曲げ型連続鋳造機の例であるが、本発明はこれに限られずいずれの連続鋳造機の方式にも適用可能である。
【００２６】
連続鋳造機１は、図１に示すように、溶鋼を一時的に貯留するタンディッシュ２、タンディッシュ２の底部から鋳型３に溶鋼を注入する浸漬ノズル４、鋳型３から引き抜かれる鋳片Ｈを通過させる鋳片通路５、及び鋳片通路５を挟んで対向配置される一対のロール群６、７を備えている。
【００２７】
一対のロール群６、７は、鋳片Ｈを鋳片通路５に沿った鋳造方向Ｄ１に案内するように、鋳片通路５の両面にそれぞれ設けられ、鋳片Ｈの厚み方向の両側から鋳片Ｈを支持している。内周側のロール群６は、鋳片通路５内の鋳片Ｈの内周側を案内する複数の支持ロール１０を有している。各支持ロール１０は、その中心軸が鋳片Ｈの幅方向に向くように、鋳造方向Ｄ１に沿ってそれぞれ一列に並べて配置されている。また、外周側のロール群７は、鋳片通路５内の鋳片Ｈの外周側を案内する複数の支持ロール１１を有している。各支持ロール１１は、その中心軸が鋳片Ｈの幅方向に向くように、鋳造方向Ｄ１に沿ってそれぞれ一列に並べて配置されている。
【００２８】
タンディッシュ２内の溶鋼は、浸漬ノズル４を介して鋳型３の上側から注入され、鋳型３で一次冷却されて鋳型３との接触面に凝固シェルを形成する。さらに、この凝固シェルを外殻とし、内部に未凝固溶鋼を有する鋳片Ｈは、鋳型３の下方において、各支持ロール１０、１１で挟み込まれた状態で二次冷却水によって冷却されながら連続的に引き抜かれ、やがて中心部までの凝固が完了した鋳片Ｈが生産される。
【００２９】
本発明の連続鋳造鋳片の二次冷却装置（冷却装置３１、図２、図３参照）は、図１においてその図示を省略しているが、鋳型３の下方の二次冷却帯に設けられ、鋳造方向Ｄ１に沿って隣り合う支持ロール１０の間に配置され、鋳片Ｈを冷却する。また、冷却装置３１は、連続鋳造機１の鉛直部だけでなく、湾曲部または水平部に設けてもよい。冷却装置３１の適用可能温度は、約１１００℃（鋳型直下）から約６００℃（水平部）である。連続鋳造機において、本発明の連続鋳造鋳片の二次冷却方法及び二次冷却装置、すなわち本発明の水膜冷却を適用する箇所としては、鋳造開始直後（鋳型直下）が好ましい。
【００３０】
まず、本発明の連続鋳造鋳片の二次冷却方法（以下、単に本発明の二次冷却方法ということもある）について説明し、本発明の連続鋳造鋳片の二次冷却装置（以下、単に本発明の二次冷却装置ということもある）については必要に応じて適宜追加して説明する。
【００３１】
本発明の連続鋳造鋳片の二次冷却方法は、主に遷移沸騰領域の冷媒で鋳片を冷却する工程を有することを特徴とする。より詳細には、本発明は、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の二次冷却方法であって、鋳片を搬送する支持ロール同士の間隙に冷却装置を設け、前記冷却装置は、前記鋳片の表面との間に冷媒の流路を形成するための隙間をあけて前記鋳片と平行に設置される冷媒ガイド板と、前記隙間に前記冷媒を供給する冷媒管を備え、前記隙間に供給された前記冷媒が主に遷移沸騰領域で前記鋳片に接触して当該鋳片を冷却することを特徴とする、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の二次冷却方法を提供する。
【００３２】
遷移沸騰領域は核沸騰領域と膜沸騰領域の間の領域であり、当該遷移沸騰領域では液体の冷媒と気体の冷媒が混在している。すなわち、遷移沸騰領域で鋳片（鋼片ともいう）を冷却するとは、固体の鋳片（固相）、液体の冷媒（液相）、気体の冷媒（気相）の三相界面が形成された状態で、冷媒が鋳片表面に接触して鋳片を冷却することをいう。また、本発明において、冷媒とは、主に水である。
【００３３】
なお、遷移沸騰領域で鋼片を冷却する際に、鋼片を強冷できること、すなわち熱伝達係数が向上することは、例えば”Maximum heat flux propagation velocity during quenching by water jet impingement” International Journal of Heat and Mass Transfer 50 (2007) 1559-1568 に記載されている。
【００３４】
ここで、本発明の連続鋳造鋳片の二次冷却方法について、図４を用いて説明する。本発明の二次冷却方法である、主に遷移沸騰領域での水膜流を利用した冷却は、安定な遷移沸騰領域を利用した水膜冷却（本発明の水膜冷却、三相界面水膜冷却ともいう）である。図４の横軸は鋳片の表面温度であり、縦軸は熱伝達係数である。図４には、本発明における遷移沸騰領域での水膜冷却と、比較例として上述した特許文献２に開示の膜沸騰領域での水膜冷却とが示されている。なお、図４には、参考例として従来のスプレー方式の冷却も併せて示されている。
【００３５】
比較例である特許文献２に開示の水膜冷却では、熱伝達係数の低い膜沸騰領域で冷却しており、遷移沸騰領域では冷却していない。鋳片の長手方向に並んで形成される複数の噴出孔（千鳥配置の噴出孔）からの冷却水によって鋳片が冷却されるので、上述したように鋳片の冷却面内において安定した冷却領域と不安定な冷却領域が混在し、当該鋳片の冷却は不安定となる。また、特許文献２に開示の水膜冷却は、噴出孔が千鳥配置であるため、遷移沸騰領域では過冷却による温度ムラが発生し、これに伴って割れが生じる。そのため、当該遷移沸騰状態が起きないよう、衝突水圧を工夫し、膜沸騰領域のみで鋳片を冷却されている。
【００３６】
これに対して、本発明の水膜冷却では主に遷移沸騰領域の冷媒で鋳片を冷却している。「主に遷移沸騰領域」とは、流路の８０％以上が遷移沸騰状態であり、残部が主に非沸騰領域、および／または核沸騰領域であることを意味する。基本的には膜沸騰領域の冷媒では冷却しないが、流路内に１０％以下の範囲で存在してもよい。ここで、「流路」とは、鋳片と冷媒ガイド板の隙間を、冷媒の供給口から冷媒ガイド板の鋳造方向における上流側端部または下流側端部まで、概ね鋳造方向に冷媒が流れる領域である。なお、冷媒ガイド板は、鋳片に対し、平行となるように設けられている。ここでの「平行」とは、概ね平行であることを意味し、本発明が実施可能な程度に、鋳片表面に対する完全な平行面からずれていてもよい。
【００３７】
本発明における遷移沸騰領域は、熱伝達係数の高い領域であるため、冷却効率の向上が可能である。本発明の水膜冷却では、鋳片と冷媒ガイド板の隙間に供給された冷媒は、遷移沸騰領域で鋳片に接触し、膜沸騰領域になる前に蒸発する。このように冷媒が主として遷移沸騰領域のみの状態で鋳片を冷却して蒸発し、膜沸騰となることがないため、冷却が不安定にならない。したがって、本発明では、高い冷却能力の安定した遷移沸騰領域で鋳片を冷却することができる。なお、この遷移沸騰領域における高い熱伝達係数としては、後述するように８００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上が好ましい。
【００３８】
また、本発明ではこのように安定した遷移沸騰領域で鋳片を冷却するので、鋳片の幅方向の冷却均一性を向上させることができ、鋳片表面の温度ムラを抑制することができる。その結果、温度ムラに伴う鋳片の表面割れを抑制することができる。
【００３９】
さらに、本発明では遷移沸騰領域での水膜冷却を行うので、冷却効率が上昇し、冷媒量を少量に抑えることができる。さらに、冷媒の量は遷移沸騰領域で蒸発する量であるため、特許文献１で課題となっている従来のスプレー方式の垂れ水や溜り水の発生、また、それに伴う中心偏析を抑制することができる。
【００４０】
前記隙間（冷媒ガイド板と鋳片の表面の間隔）は、５ｍｍ以上であり、かつ前記流路における前記冷媒の通過時間が０．６秒以下となる隙間であることが好ましい。なお、供給口から供給された冷媒は、通常、半分は上流側へ流れ、残りの半分が下流側に流れる。そのため、冷媒が鋳片上を通過する距離は、供給口から冷媒ガイド板の鋳造方向の上流側端部または下流側端部までの、鋳片の搬送方向の長さである。すなわち、流路における冷媒の通過時間とは、供給口から冷媒ガイド板の鋳造方向の上流側端部または下流側端部までの、鋳片の搬送方向の長さを冷媒が通過する時間である。
【００４１】
流路における冷媒の通過時間が０．６秒以下であることは、冷媒の水量密度（Ｗ）に対する冷却抜熱量（Ｑ）の比率（Ｑ／Ｗ）、すなわち、冷媒がすべて蒸発するために鋳片から与えられる熱量に換言することができる。後述するように、冷媒が水である場合、冷媒が遷移沸騰領域で蒸発するには、冷媒の水量密度（Ｗ）に対する水膜冷却での冷却抜熱量（Ｑ）の比率（Ｑ／Ｗ）が５９×１０６Ｊ／ｍ３以上である必要がある。
【００４２】
前記隙間の間隔は、９ｍｍ以下であることが好ましい。間隔が９ｍｍより大きいと、冷媒が完全には蒸発せず、液相のまま残るため、膜沸騰領域の冷媒で鋳片を冷却することになり、冷却効率の向上が見込めない。また、前記隙間の間隔が５ｍｍ未満であると、鋳片表面と冷媒ガイド板が接近するため、冷却により鋼片表面に発生したスケールや、冷却によって発生した鋼片の曲がりやバルジングにより、冷却ガイド板と鋳片が接触する恐れがあり、実用的ではない。
前記流路における前記冷媒の通過時間は、０．３秒以上が好ましい。通過時間が０．３秒未満であると、冷媒が遷移沸騰領域になる前に、流路を通過することになる、すなわち、非沸騰領域または核沸騰領域の冷媒で鋳片を冷却することになるため、冷却効率の向上が見込めない。
【００４３】
前記冷媒は、前記冷媒ガイド板に形成された供給口を介して前記隙間に供給される。前記供給口は、前記鋳片の幅方向に１列に並ぶ複数の孔または前記鋳片の幅方向を長手方向とするスリットであることが好ましい。
【００４４】
一方、上述した特許文献２に開示の水膜冷却では、本発明と異なり、鋳片の長手方向に複数の噴出孔が形成されている（すなわち、噴出孔が千鳥配置となっている）ので、上述したように鋳片の冷却面内において安定した冷却領域と不安定な冷却領域が混在し、当該鋳片の冷却は不安定となる。そのため、特許文献２に開示の方法において、遷移沸騰領域の冷媒を利用すると温度ムラによる割れが発生する。そのような割れを回避するため、特許文献２に開示の水膜冷却は膜沸騰領域を活用した冷却方法となっている。
【００４５】
これに対して、本発明では、供給口は鋳片の長手方向に１箇所であるため、鋳片の冷却面内の全域で、安定した遷移沸騰領域での冷却を実現することができる。また、本発明における供給口は、鋳片の幅方向に１列に並ぶ複数の孔または鋳片の幅方向を長手方向とするスリットであるので、当該供給口から冷媒が鋳片の幅方向に均一に供給される。したがって、鋳片の幅方向の冷却均一性をさらに向上させることができる。
【００４６】
本発明では、冷媒ガイド板と鋳片の隙間に供給された冷媒は、遷移沸騰領域で鋳片に接触して冷却し、膜沸騰領域に入る前に全て蒸発することが好ましい。また、前記隙間において少なくとも鋳造方向の上流側端部または下流側端部の一方から、前記冷媒の蒸気を排出することが好ましい。
【００４７】
本発明では、隙間に供給された冷媒は主に遷移沸騰領域で鋳片に接触して蒸発し、鋳片は熱伝達係数の低い膜沸騰領域で冷却されることはない。そして、冷媒の蒸気を積極的に排出することで、冷媒が膜沸騰領域で鋳片に接触するのをより確実に防止することができる。したがって、さらに安定した遷移沸騰領域で鋳片を冷却することができる。
【００４８】
次に、図２、及び図３を参照しながら、本発明の実施形態に係る二次冷却装置の構成を説明する。
【００４９】
本発明の１実施形態である冷却装置３１は、鋳片Ｈの幅方向を長手方向とする冷媒ガイド板３２と、冷媒を供給する冷媒管としての給水管３３を備え、図示しない支持機構によって支持されている。冷媒ガイド板３２は平板状であり、冷媒を鋳片上に拡げることができる。
【００５０】
冷却装置３１には、給水口３６の鋳造方向の上流側（鋳型側）端部と下流側端部の両方に排気部である排気管３４が、冷媒ガイド板３２を貫通するように設けられていることが好ましい。排気管３４は、例えば図３に示すように、鋳片Ｈの幅方向に１列に並んだ複数のφ５ｍｍ程度の丸孔でもよい。そして、排気管３４から冷却水の蒸気が排出される。
【００５１】
また、排気管３４は隙間３５の鋳造方向における上流側と下流側の両端部に設けられているが、いずれか一方の端部に設けられていてもよい。さらに排気管３４を省略してもよいが、本発明の水膜冷却（本発明の三相界面水膜冷却）を行って高冷却能を確保するためには、排気管３４を設けて蒸気を積極的に排出するのが好ましい。
【００５２】
かかる冷却装置３１においては、給水管３３から給水口３６を介して隙間３５に供給された冷却水は、その半分が上流側へ流れ、残りの半分が下流側に流れる。そして冷却水は、隙間３５内で水膜流となって遷移沸騰領域で鋳片Ｈの表面を冷却する。すなわち、三相界面を活用して鋳片Ｈを強冷する。隙間３５内を流れた冷却水は、遷移沸騰領域を経て膜沸騰領域になるまでに蒸気となり、隙間３５の鋳造方向における上流側端部と下流側端部の排気管３４から排出される。
【００５３】
冷媒ガイド板３２は、鋳片Ｈの表面に対し垂直方向に間隔（隙間３５）をあけて平行に配置され、隙間３５の間隔を調整できるように冷却装置３１に取り付けられている。冷媒ガイド板３２は、冷媒を鋳片上に拡げるためのものであり、形状としては、平板状である。ここで、冷媒ガイド板３２と鋳片Ｈの表面の隙間３５が冷媒の流路となる。なお、上記「平行」とは、鋳片Ｈの表面に対し、概ね平行であることを意味する。
冷媒ガイド板３２の中心部には、冷媒の供給口（図２、図３における給水口３６）が形成されており、冷媒は供給口から、鋳片Ｈの表面と冷媒ガイド板３２の間隙（隙間３５）に供給される。給水口３６は、例えば図３に示すように、複数のφ５ｍｍ程度の丸孔、もしくは鋳片Ｈの幅方向を長手方向とする１つのスリットまたは複数のスリットであることが好ましい。ただし、複数の丸孔または複数のスリットは、鋳片Ｈの幅方向に１列に並んでいる必要がある。
さらに、前記冷媒ガイド板３２の鋳造方向の上流側端部、及び下流側端部の一方において、気相となった冷媒を排出するための排気部（例えば図３における排気管３４）が設けられていることが好ましい。
【００５４】
また、鋳片Ｈの表面と冷媒ガイド板３２の間隔（隙間３５）は５ｍｍ以上であり、かつ冷媒が、供給口（給水口３６）から冷媒ガイド板３２の鋳造方向の上流側端部または下流側端部に到達する時間を０．６秒以下であることが好ましい。
【００５５】
そのため、隙間３５の間隔は、図示しない間隔制御機構によって制御されていることが好ましい。間隔制御機構は、例えば隙間３５の間隔、すなわち鋳片Ｈの表面と冷媒ガイド板３２との距離を計測する、図示しない距離計を備える。ここで、鋳片Ｈのバルジングは鋳造方向で変化し、隙間３５の厚みが所定範囲（５ｍｍ以上９ｍｍ以下）から外れる場合もあり得る。そこで、距離計によって隙間３５の間隔、すなわち冷媒の流路の高さを常に計測しておき、当該隙間３５の間隔が所定範囲から外れた場合には、冷媒ガイド板３２の設置位置を調整して隙間３５の厚みを制御する。かかる場合、常に隙間３５の厚みを所定範囲に維持することができ、高い冷却能力の安定した遷移沸騰領域での冷却を行うことができる。なお、隙間３５の間隔が所定範囲から外れた場合には、警告を発するようにしてもよい。
【００５６】
本実施の形態では、熱伝達係数の高い安定した遷移沸騰領域で鋳片Ｈを冷却することができる。さらに、給水口３６は鋳片Ｈの長手方向に１箇所であるため、鋳片Ｈの冷却面内の全域で、安定した遷移沸騰領域での冷却を実現することができる。
【００５７】
また、給水口３６は、鋳片Ｈの幅方向に１列に並んだ複数の丸孔、鋳片Ｈの幅方向を長手方向とする１つのスリットまたは幅方向に１列に並んだ複数のスリットであるので、当該給水口３６から冷却水が幅方向に均一に供給される。したがって、鋳片Ｈの幅方向の冷却均一性を向上させることができる。
【００５８】
また、隙間３５における冷却水の蒸気を積極的に排出することで、冷却水が膜沸騰領域で鋳片Ｈに接触するのをより確実に防止することができる。換言すれば、熱伝達係数の低い領域で冷却されることがなく、安定した遷移沸騰領域で鋳片Ｈを冷却することが可能となる。
【００５９】
なお、本発明の水膜冷却において、水量密度は、既存の連続鋳造機における冷却水ポンプの供給能力最大値程度であることが好ましい。水量密度の増加は、冷却水ポンプの新設が必要となることがあり、設備投資額が過大となって、現実的ではないことがある。
【００６０】
また、冷却装置３１は、連続鋳造機１の鋳造方向に沿って隣り合う支持ロール１０の間に配置されるため、冷媒ガイド板３２の長さは、最大でも支持ロール１０の間隔の長さ程度となる。例えば、支持ロール１０の間隔が約２００ｍｍ〜２５０ｍｍである場合、当該冷媒ガイド板３２の長さは約２００ｍｍである。
【００６１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６２】
［実験結果］
まず、従来のスプレー式冷却による二次冷却を行った場合の鋼片の伝達係数を測定した。現在の連続鋳造機で一般的に用いられているスプレーノズル１５の冷却能力を測定する実験装置を図５に示す。所定の評価温度以上の温度にあらかじめ加熱した鋼片１６の中央部上方から、種々のノズルを用いて冷却水を鋼片表面に噴射し、鋼片１６を冷却した。冷却中の鋼片１６の温度推移を測定し、その測定結果を用いて、鋼片表面の熱伝達係数を求めた。この際、鋼片表面のうち、スプレーノズル１５からの冷却水のスプレー噴流１７が直接衝突していない部分の温度推移も測定し、スプレーノズル１５から吐出された冷却水のスプレー噴流１７が鋼片表面に衝突して形成される楕円が内接する長方形の範囲にわたって平均した値を、該スプレーノズル１５を用いたときの熱伝達係数として算出した。また、鋼片１６の温度測定は、鋼片１６の冷却面から厚さ方向に２ｍｍ内側の位置に熱電対を埋め込んで行った。
【００６３】
表１に、評価温度を９００℃としたときの熱伝達係数の測定値を示す。水量密度は、１０００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２、５００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２とした。ここで、水量密度は、スプレーノズルから噴射される冷却水の水量を、前記鋼片上の長方形の面積で除したものである。なお、表１に示した熱伝達係数の測定値は、従来の一般的なスプレー冷却の熱伝達係数であり、後述において本発明の効果を説明する際の基準値となるものである。
【００６４】
【表１】
2017131204.tif 000003
【００６５】
次に、本発明の冷却装置を用いた冷却である、水膜冷却の冷却効果の試験を行った。図６は、水膜冷却の冷却能力を試験するモデル装置２１の概略を示す。鋼片２２の表面から適宜間隔をあけて冷媒ガイド板２３を設け、給水ノズル２４から、鋼片２２と冷媒ガイド板２３との隙間２５に向けて給水した。隙間２５が冷却水の流路となって鋼片２２の表面に水膜が形成され、鋼片２２が冷却される。冷却水が流れる方向（Ｘ方向）における給水ノズル２４からの距離による鋼片２２の温度を測定し、冷却能力を調べた。鋼片２２の温度測定は、鋼片２２の冷却面から厚さ方向（Ｚ方向）に１．５ｍｍ内側の位置に熱電対を埋め込んで行った。
【００６６】
表２〜表５に、評価温度を９００℃としたときの、水膜冷却による熱伝達係数の測定値を示す。表２、表３は水量密度を１０００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２とした場合であって、表４、表５は水量密度を５００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２とした場合である。ここで、水量密度は、水膜流を形成するために供給口、すなわち給水口から単位時間あたりに供給される冷却水の水量を、鋼片の面積で除したものである。また、表２、表４は流路隙間間隔（鋼片の表面と冷媒ガイド板の間隔ともいう）が５ｍｍ未満とした場合であって、表３、表５は流路隙間間隔が５ｍｍ以上とした場合である。そして、水膜冷却の実験においては、鋼片表面上に水膜が形成されている範囲を評価対象面積とした。
【００６７】
また、水膜冷却の実験における水量密度の最大値は１０００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２とした。
【００６８】
また、表２、表４に示したように、水膜冷却の実験において、鋼片表面と冷媒ガイド板の間隔（流路隙間間隔）の最小値は０．６ｍｍとした。流路隙間間隔を０．５ｍｍまで冷媒ガイド板と鋼片を近接させた水準では、鋼片を冷却することが不可能であり、熱伝達係数を測定することができなかった。これは、冷却により鋼片表面に発生したスケールや、冷却によって発生した鋼片の曲がりによって、冷却水の流路が閉塞したためと推定される。
【００６９】
また、鋳造開始直後では、支持ロールの間隔が約２００ｍｍ〜２５０ｍｍである。支持ロール間に水膜冷却用の冷媒ガイド板を設置する場合、当該冷媒ガイド板の長さは約２００ｍｍであることが考えられる。冷媒である水は、冷媒ガイド板の中心部から給水され、給水された冷却水のうち半分が上方（鋳型側）へ、残りの半分が下方に流れることを想定した。このため、本試験では水膜流の長さを１００ｍｍとした。
【００７０】
まず、表２、表３に示した、水量密度が１０００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２のときについて説明する。図７は、水量密度が１０００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２の場合の水膜冷却による熱伝達係数を、流路隙間間隔を横軸にプロットしたものであり、すなわち表２、表３に示した熱伝達係数をプロットしたものである。また、図７中の点線は、表１に示した、スプレー冷却による熱伝達係数の測定値、７１４Ｗ／ｍ２・Ｋである。
【００７１】
図７を参照すると、流路隙間間隔が５ｍｍを閾値として熱伝達係数の変動傾向が異なる。そのため、表２に示したように流路隙間間隔が５ｍｍ未満の場合の冷却が通常水膜冷却であり、表３に示したように流路隙間間隔が５ｍｍ以上の場合の冷却が三相界面水膜冷却である。なお、この三相界面水膜冷却が、本発明の安定な遷移沸騰領域を利用した水膜冷却である。
【００７２】
ここで、水膜冷却を行う場合には、鋳片（鋼片）に接触する冷却水の状態によって、鋳片に対する冷却能力が大きく異なることが考えられる。すなわち、図８に示すように一般的に、冷却水は、給水箇所で熱い鋳片Ｈに接触し、順に、非沸騰（区間Ａ）、核沸騰（区間Ｂ）、遷移沸騰（区間Ｃ）、膜沸騰（区間Ｄ）の状態となる。流路隙間間隔を変更した、通常水膜冷却と三相界面水膜冷却では、これら区間Ａ〜Ｄの長さが異なる。
【００７３】
表２、図７より、通常水膜冷却では、流路隙間間隔が縮小すると熱伝達係数が向上することが分かった。これは、流路隙間間隔が縮小すると、鋼片と冷媒ガイド板の間を流れる水膜の流速が上昇し、流路隙間において、冷却効果が大きい非沸騰領域（区間Ａ）〜核沸騰領域（区間Ｂ）の長さが長くなるためである。このように通常水膜冷却では、流路隙間間隔が減少すると熱伝達係数が増加し、換言すれば、流路隙間間隔が増加すると熱伝達係数が低下する。
【００７４】
一方、表３、図７より、流路隙間間隔が増加して５ｍｍになると、すなわち三相界面水膜冷却では、熱伝達係数は増加する。これは、流路隙間間隔５ｍｍに増加すると、鋼片と冷媒ガイド板の間を流れる水膜の流速が減少し、流路隙間において、遷移沸騰領域（区間Ｃ）の長さが長くなるためである。
【００７５】
また、三相界面水膜冷却では、流路隙間において、冷却水は遷移沸騰領域（区間Ｃ）を経た後、膜沸騰領域（区間Ｄ）になる前に蒸発する。すなわち、冷却水は膜沸騰領域（区間Ｄ）で鋼片と接触することがない。そして、冷媒が主として遷移沸騰領域のみの状態で鋼片を冷却して蒸発し、膜沸騰となることがないため、冷却が不安定にならない。したがって、高い冷却能力の安定した遷移沸騰領域での冷却を実現することができる。
【００７６】
さらに、流路隙間には、冷媒ガイド板において、鋼片の幅方向に１列に並んだ給水口から冷却水が供給されるので、鋼片の冷却面内において安定した冷却領域のみで冷却することができる。したがって、より安定した冷却を行うことができる。
【００７７】
そして表３、図７より、流路隙間間隔を５ｍｍから増加させると、熱伝達係数は低下していくが、流路隙間間隔が１０ｍｍまでの熱伝達係数は、スプレー冷却の熱伝達係数よりも大きい。しかし、さらに流路隙間間隔を増加させて１５ｍｍとした場合では、測定された熱伝達係数がスプレー冷却の値を下回っており、水膜冷却を導入してもスプレー冷却に比べて熱伝達係数が向上しないことを示している。したがって、流路隙間間隔１５ｍｍは本発明の範囲外である。このように熱伝達係数が向上しない原因は、流路隙間間隔を拡大すると、鋼片と冷媒ガイド板の間を流れる水膜の流速が低下し、流路隙間において膜沸騰領域（区間Ｄ）の長さが長くなり、三相界面での冷却効果を享受できないためであると考えられる。なお、表３においては、スプレー冷却に対する水膜冷却優位条件の判定結果として、水膜冷却の熱伝達係数がスプレー冷却の熱伝達係数以上になる条件の水準にはＡを、水膜冷却の熱伝達係数がスプレー冷却よりも小さくなるか水膜冷却では冷却が不可能な条件の水準にはＢを、記入した。
【００７８】
このように表２、表３、図７より、水量密度１０００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２の場合、実験を行った条件において、流路隙間間隔は５ｍｍから１０ｍｍの範囲であれば本発明の水膜冷却での冷却が可能であることが読み取れる。
【００７９】
次に、表４、表５に示した、水量密度が５００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２のときについて説明する。図９は、水量密度が５００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２の場合の水膜冷却による熱伝達係数を、流路隙間間隔を横軸にプロットしたものであり、すなわち表４、表５に示した熱伝達係数をプロットしたものである。また、図９中の点線は、表１に示した、スプレー冷却による熱伝達係数の測定値、４９８Ｗ／ｍ２・Ｋである。
【００８０】
水量密度が５００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２の場合においても、上述した水量密度が１０００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２の場合と同様に、流路隙間間隔が５．０ｍｍを閾値として熱伝達係数の変動傾向が異なる。すなわち、表４に示したように流路隙間間隔が５．０ｍｍ未満の場合、通常水膜冷却で鋼片が冷却され、表５に示したように流路隙間間隔が５．０ｍｍ以上の場合、三相界面水膜冷却で鋼片が冷却される。なお、同じ流路隙間間隔では、水量密度が５００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２の場合の熱伝達係数は、水量密度が１０００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２の場合の熱伝達係数よりも小さくなる。
【００８１】
表５、図９より、流路隙間間隔を５ｍｍから増加させると、熱伝達係数は低下していく。そして流路隙間間隔が８ｍｍでは、測定された熱伝達係数がスプレー冷却の値を下回っており、水膜冷却を導入してもスプレー冷却に比べて熱伝達係数が向上しないことを示している。したがって、流路隙間間隔８ｍｍ以上は本発明の範囲外である。このように熱伝達係数が向上しない原因は、水量密度１０００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２の場合と同様であるので説明を省略する。なお、表５においては、スプレー冷却に対する水膜冷却優位条件の判定結果として、水膜冷却の熱伝達係数がスプレー冷却の熱伝達係数以上になる条件の水準にはＡを、水膜冷却の熱伝達係数がスプレー冷却よりも小さくなるか水膜冷却では冷却が不可能な条件の水準にはＢを、記入した。
【００８２】
このように表４、表５、図９より、水量密度５００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２の場合、実験を行った条件において、流路隙間間隔は５ｍｍであれば、本発明の水膜冷却での冷却が可能であることが読み取れる。
【００８３】
以上より、水量密度１０００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２、５００Ｌ／ｍｉｎ．ｍ２のいずれの場合でも、流路隙間間隔が５ｍｍ以上において、三相界面（遷移沸騰領域）を活用した高冷却能を得ることができる。そして、表３、表５、図７、図９より、この三相界面（遷移沸騰領域）を活用した高冷却能の熱伝達係数としては、８００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上が好ましい。また、このように流路隙間間隔が大きくても高冷却能を得ることができるので、本発明の冷却装置を連続鋳造機１に設置しやすくなり、設置自由度を高くすることができる。
【００８４】
また、表３、表５より、本発明の水膜冷却（三相界面水膜冷却）を行うための流路隙間間隔の上限は、流路（水膜冷却区間）を冷却水が通過するのに必要な時間で規定することができる。具体的には、通過時間が０．６秒以下であると、三相界面を活用した高冷却能を得ることができる。
【００８５】
この流路における冷却水の通過時間は、冷却水の水量密度（Ｗ）に対する冷却抜熱量（Ｑ）の比率（Ｑ／Ｗ）で換言することができる。具体的に、Ｑ／Ｗは下記式（１）で算出できる。式（１）中、右項の「α」は熱伝達係数を示している。また、同右項の「９００」は評価温度が９００℃であることに基づくものであり、「１００」は冷却水の温度が約１００℃であることに基づくものである。
Ｑ／Ｗ＝α（９００−１００）／Ｗ  ・・・（１）
【００８６】
そして、表３、表５より、このＱ／Ｗが５９×１０６Ｊ／ｍ３以上であると、主に三相界面（遷移沸騰領域）を活用した冷却（本発明の水膜冷却）を行うことができる。一方、Ｑ／Ｗが５９×１０６Ｊ／ｍ３未満になると、膜沸騰領域での冷却となり、遷移沸騰領域での冷却効果を享受することができない。したがって、流路における冷却水の通過時間が０．６秒以下であることは、Ｑ／Ｗが遷移沸騰領域で冷媒がすべて蒸発するための冷却抜熱量である５９×１０６Ｊ／ｍ３以上であることに換言することができる。ただし、Ｑ／Ｗが５９×１０６Ｊ／ｍ３以上であっても、冷却水の通過時間が０．３秒未満である場合、遷移沸騰領域になる前に、すなわち非沸騰領域及び／または核沸騰領域で、冷却水が流路を通過してしまうため、高冷却能の遷移沸騰領域での冷却効果を享受することができず、本発明には含まれない。もしくは、Ｑ／Ｗが５９×１０６Ｊ／ｍ３以上であっても、流路隙間間隔は５ｍｍ未満である場合は、鋼片表面と冷媒ガイド板の間隔が非常に狭いため、冷却により鋼片表面に発生したスケールや、冷却によって発生した鋼片の曲がりやバルジングにより、冷却ガイド板と鋼片が接触する恐れがあり、本発明には含まれない。
【００８７】
【表２】
2017131204.tif 000004
【００８８】
【表３】
2017131204.tif 000005
【００８９】
【表４】
2017131204.tif 000006
【００９０】
【表５】
2017131204.tif 000007
【００９１】
続いて、上記の本発明の実験水準３−１の条件において、冷媒ガイド板の給水口の配置のみを、特許文献２に記載された千鳥配置されたφ５ｍｍ程度の丸孔とし、同様に実験を行った。その結果、冷却後の鋼片表面に割れが発生した。給水口が千鳥配置である場合、供給された水が冷却ガイド板の鋳造方向における側端部に到達するまでに完全に蒸発せず、冷却面内に膜沸騰領域及び遷移沸騰領域が混在し、温度ムラが生じたと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、連続鋳造機で鋳片の連続鋳造を行う際の二次冷却を行う方法及び装置に適用できる。
【符号の説明】
【００９３】
１    連続鋳造機
２    タンディッシュ
３    鋳型
４    浸漬ノズル
５    鋳片通路
６、７  ロール群
１０、１１  支持ロール
１５  スプレーノズル
１６  鋼片
１７  冷却水のスプレー噴流
２１  モデル装置
２２  鋼片
２３  冷媒ガイド板
２４  給水ノズル
２５  隙間
３１  冷却装置
３２  冷媒ガイド板
３３  給水管
３４  排気管
３５  隙間
３６  給水口
Ｈ    鋳片
【図１】
2017131204.tif 000008
【図２】
2017131204.tif 000009
【図３】
2017131204.tif 000010
【図４】
2017131204.tif 000011
【図５】
2017131204.tif 000012
【図６】
2017131204.tif 000013
【図７】
2017131204.tif 000014
【図８】
2017131204.tif 000015
【図９】
2017131204.tif 000016
【国際調査報告】
2017131204.tif 000017
2017131204.tif 000018
2017131204.tif 000019
2017131204.tif 000020