(57)【要約】【課題】コスト上昇を招くことなく生産性の向上を図れる連続鋳造の二次冷却装置および二次冷却方法を提供すること。【解決手段】二次冷却装置は、鋳造方向ＤＣに沿う上下方向に並んで配置されたロール２と、ロール２の間から鋳片表面４１に冷却水を噴射する噴射ノズル３とを備え、噴射ノズル３は、鋳片表面４１における冷却水の吹き付け範囲４６の長軸方向が水平方向に対して傾斜し、かつ、吹き付け範囲４６の中心４６０が当該噴射ノズル２の上方のロール２との接触位置と下方のロール２との接触位置の中間位置４４よりも上方に位置するように設けられている。【選択図】図３
2018103220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造方向に沿う上下方向に並んで配置されたロールと、
前記ロールの間から鋳片表面に冷却水を噴射する噴射ノズルとを備え、
前記噴射ノズルは、前記鋳片表面における冷却水の吹き付け範囲の長軸方向が水平方向に対して傾斜し、かつ、前記吹き付け範囲の中心が当該噴射ノズルの上方のロールとの接触位置と下方のロールとの接触位置の中間位置よりも上方に位置するように設けられていることを特徴とする連続鋳造の二次冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の連続鋳造の二次冷却装置において、
前記噴射ノズルは、その冷却水噴射軸線が前記鋳片表面の垂線に対して斜め上側に傾斜するように設けられていることを特徴とする連続鋳造の二次冷却装置。
【請求項３】
鋳造方向に沿う上下方向に並んで配置されたロールと、前記ロールの間から鋳片表面に冷却水を噴射する噴射ノズルとを用い、
前記鋳片表面における冷却水の吹き付け範囲の長軸方向が水平方向に対して傾斜し、かつ、前記吹き付け範囲の中心が前記噴射ノズルの上方のロールとの接触位置と下方のロールとの接触位置の中間位置よりも上方に位置するように、前記冷却水を噴射して鋳片を冷却することを特徴とする連続鋳造の二次冷却方法。
【請求項４】
請求項３に記載の連続鋳造の二次冷却方法において、
前記噴射ノズルの冷却水噴射軸線が、前記鋳片表面の垂線に対して斜め上側に傾斜するように、前記冷却水を噴射することを特徴とする連続鋳造の二次冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造の二次冷却装置および二次冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、連続鋳造の二次冷却方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１の二次冷却方法では、図１に示すような冷却メカニズムで鋳片が冷却される。
【０００３】
特許文献１における連続鋳造の二次冷却装置は、図１の左側の図に示すように、上下方向に並んで配置されたロール２と、ロール２の間から鋳片表面４１に冷却水Ｗを噴射する噴射ノズル９とを備えている。
噴射ノズル９は、一点鎖線で示す冷却水噴射軸線Ｊ９が水平面（重力方向に直角な平面）Ｐと平行となるように設けられている。また、噴射ノズル９は、鋳片表面４１と冷却水噴射軸線Ｊ９との交差位置Ｑ９が、当該噴射ノズル９の上方のロール２との接触位置４２と下方のロール２との接触位置４３の中間位置４４と一致するように設けられている。
【０００４】
このような構成により、冷却水Ｗは、中間位置４４を上下方向の中心とした横長の楕円形状の吹き付け範囲４５に噴射される。
冷却水Ｗが吹き付け範囲４５に噴射されると、鋳片表面４１における水量密度は、図１の中央の図に破線で示すように、中間位置４４で水量密度が最大になる。また、吹き付け範囲４５に噴射された冷却水Ｗは、下方に流れ、鋳片表面４１における吹き付け範囲４５より下側の部分と下方のロール２との間に、垂れ水Ｗ１としてたまる。
【０００５】
鋳片４の冷却に際しては、鋳片表面４１の所定位置が下方に移動し、最初のロール２との接触位置４２に近づくと、図１の右側の図に破線で示すように、鋳片表面４１の温度は、当該ロール２のロール冷却により下がり始め、接触位置４２から所定距離以上離れるまで下がり続ける。
その後、冷却水Ｗの吹き付け範囲４５に入るまで、鋳片表面４１の温度は、復熱（以下、吹き付け範囲とその上方のロールとの間での復熱を「第１復熱」という）により上昇し、吹き付け範囲４５に入ると、そこを通過するまでスプレー冷却により下がり続ける。
そして、吹き付け範囲４５を通過すると、鋳片表面４１の温度は、２番目のロール２との接触位置４３に近づくまで、復熱（以下、吹き付け範囲とその下方のロールとの間での復熱を「第２復熱」という）により上昇し、接触位置４３に近づくと、当該接触位置４３から所定距離以上離れるまで、当該ロール２のロール冷却により下がり続ける。
その後、上述の第１復熱、スプレー冷却、第２復熱、ロール冷却のサイクルが繰り返されることにより、鋳片４の温度が徐々に下がり冷却される。
【０００６】
特許文献１では、上述のような装置を用い、冷却水を一般的な水圧よりも高い水圧で鋳片表面に吹き付けることで、鋳片冷却能の強化とバルジング量の低減とを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２８５１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、連続鋳造では鋳片の品質とともに生産性の向上が望まれており、そのための一つの方策として、冷却水と鋳片表面との熱伝達係数、すなわちスプレー冷却時の熱伝達係数を大きくすることが考えられる。そこで、特許文献１のように冷却水を高圧で鋳片表面に吹き付ければ、単位時間当たりに鋳片表面に接触する冷却水量が増えて熱伝達係数が大きくなり、生産性も向上すると考えられる。
しかしながら、特許文献１の方法では、ポンプの増設や高圧対応型の配管などの新しい設備が必要になり、コストが上昇してしまう。
【０００９】
本発明の目的は、コスト上昇を招くことなく生産性の向上を図れる連続鋳造の二次冷却装置および二次冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の連続鋳造の二次冷却装置は、鋳造方向に沿う上下方向に並んで配置されたロールと、前記ロールの間から鋳片表面に冷却水を噴射する噴射ノズルとを備え、前記噴射ノズルは、前記鋳片表面における冷却水の吹き付け範囲の長軸方向が水平方向に対して傾斜し、かつ、前記吹き付け範囲の中心が当該噴射ノズルの上方のロールとの接触位置と下方のロールとの接触位置の中間位置よりも上方に位置するように設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、鋳片表面における冷却水の吹き付け範囲の長軸方向を水平方向に対して傾斜させるとともに、吹き付け範囲の中心を噴射ノズルの上方のロールとの接触位置と下方のロールとの接触位置の中間位置よりも上方に位置させるだけの簡単な方法で、コスト上昇を招くことなく生産性の向上を図ることができる。
【００１２】
本発明の連続鋳造の二次冷却装置において、前記噴射ノズルは、その冷却水噴射軸線が前記鋳片表面の垂線に対して斜め上側に傾斜するように設けられていることが好ましい。
【００１３】
本発明によれば、噴射ノズルの配置スペースを従来から大きく変更することなく、冷却水噴射軸線を鋳片表面の垂線に対して斜め上側に傾斜させるだけの簡単な方法で、コスト上昇を招くことなく生産性の向上を図ることができる。また、斜め上方向に向かう水量が多くなるため、スプレー冷却時の熱伝達係数をさらに大きくでき、さらなる生産性の向上を図ることができる。
【００１４】
本発明の連続鋳造の二次冷却方法は、鋳造方向に沿う上下方向に並んで配置されたロールと、前記ロールの間から鋳片表面に冷却水を噴射する噴射ノズルとを用い、前記鋳片表面における冷却水の吹き付け範囲の長軸方向が水平方向に対して傾斜し、かつ、前記吹き付け範囲の中心が前記噴射ノズルの上方のロールとの接触位置と下方のロールとの接触位置の中間位置よりも上方に位置するように、前記冷却水を噴射して鋳片を冷却することを特徴とする。
本発明の連続鋳造の二次冷却方法において、前記噴射ノズルの冷却水噴射軸線が、前記鋳片表面の垂線に対して斜め上側に傾斜するように、前記冷却水を噴射することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の連続鋳造の二次冷却装置における冷却メカニズムの説明図。
【図２】本発明の一実施形態に係る連続鋳造の二次冷却装置の一部を示す側面図。
【図３】前記一実施形態および本発明の実施例におけるロールと噴射ノズルとの配置状態を示す正面図。
【図４】前記一実施形態における噴射ノズルの冷却水噴射軸線をノズルヘッドの軸線に対して傾斜させた状態を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は斜視図。
【図５】前記一実施形態における冷却水噴射軸線を鋳片表面の垂線に対して斜め上側に傾斜させた状態を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は斜視図。
【図６】前記一実施形態の二次冷却装置における冷却メカニズムの説明図。
【図７】本発明の比較例におけるロールと噴射ノズルとの配置状態を示す正面図。
【図８】前記実施例および前記比較例における連続鋳造の二次冷却のシミュレーション結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
なお、本実施形態において方向を表す場合、図２に示す座標軸の＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、−Ｙ方向、＋Ｚ方向、−Ｚ方向を、それぞれ「左」、「右」、「前」、「後」、「上」、「下」という。
【００１７】
〔連続鋳造の二次冷却装置の構成〕
まず、連続鋳造の二次冷却装置の構成について説明する。
図２に示すように、連続鋳造の二次冷却装置１は、鋳造方向ＤＣに沿う上下方向に並んで配置されたロール２と、ロール２の間から鋳片表面４１に冷却水Ｗを噴射する噴射ノズル３とを備えている。ロール２および噴射ノズル３は、図３に示すように、前後方向にも並んで配置されている。
ロール２の直径Ｒとしては、１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下が好ましい。ロール２のピッチＬ１（ロール２の中心Ｃ間の距離）としては、１００ｍｍ以上４５０ｍｍ以下で、かつ、噴射ノズル３の先端部が挿入可能なことが好ましい。
【００１８】
噴射ノズル３は、例えば円柱状のノズルヘッド３１を備え、鋳片表面４１における冷却水Ｗの吹き付け範囲４６の長軸方向が水平方向に対して傾斜し、かつ、吹き付け範囲４６の中心４６０が当該噴射ノズル３の上方のロール２との接触位置４２と下方のロール２との接触位置４３の中間位置４４よりも上方に位置するように設けられている。噴射ノズル３は、図３に示すように、隣り合う吹き付け範囲４６の長軸方向端部同士が上下にオーバーラップするように設けられてもよいし、オーバーラップしないように設けられてもよい。
このような構成は、以下のようにして実現できる。
【００１９】
まず、噴射ノズル３として、例えば特許第５７４１８７４号公報に記載のような二流体ノズルを用いることが好ましい。
このような噴射ノズル３は、冷却水Ｗを噴射する溝部（噴射口）の一方の端部が他方の端部よりも深く形成されており、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、一点鎖線で示す冷却水噴射軸線Ｊ１がノズルヘッド３１の軸線３１０に対して傾斜するように構成されている。冷却水噴射軸線Ｊ１を軸線３１０に対して傾斜させずに、吹き付け範囲４６の長軸方向を水平方向に対して傾斜させる場合、図３中の部分拡大図に二点鎖線で示すように、ノズルヘッド３１の軸線３１０と鋳片表面４１との交差位置が吹き付け範囲４６の中心４６０と一致することになり、軸線３１０を中心とした対称なパターンで冷却水Ｗが噴射される。これに対して、冷却水噴射軸線Ｊ１を軸線３１０に対して傾斜させる場合、図３に実線で示すように、軸線３１０と鋳片表面４１との交差位置が吹き付け範囲４６の中心４６０と一致しなくなるため、軸線３１０を中心とした非対称なパターンで冷却水Ｗが噴射される。
なお、冷却水噴射軸線Ｊ１の傾斜角度α１は、０°を超え９０°未満が好ましい。噴射ノズル３から噴射される冷却水Ｗの長軸方向の広がり角度は、軸線３１０を基準とした狭角側角度α２が−９０°を超え９０°未満、広角側角度α３が傾斜角度α１以上９０°未満であることが好ましい。
【００２０】
そして、噴射ノズル３のノズルヘッド３１を、軸線３１０が鋳片表面４１の垂線と平行となり、上下のロール２の中間に位置させた状態から、軸線３１０を中心にして回転させることで、図５（Ａ），（Ｂ）に実線で示すように、冷却水噴射軸線Ｊ１を鋳片表面４１の垂線に対して斜め上側に傾斜させる。このような構成により、図３に示すように、吹き付け範囲４６の長軸方向を水平方向に対して傾斜させ、かつ、吹き付け範囲４６の中心４６０を中間位置４４よりも上方に位置させることができる。
その結果、冷却水Ｗは、図６の中央の図に実線で示すように、中間位置４４よりも上方の位置を上下方向の中心とした横長の楕円形状の吹き付け範囲４６、すなわち、図１の従来の吹き付け範囲４５（図６の中央の図では破線で示す）よりも上方にシフトした吹き付け範囲４６に噴射される。また、手前（＋Ｙ方向側）が見たときの吹き付け範囲４６の厚さ（高さ）は、図１の吹き付け範囲４５よりも厚くなる。さらに、冷却水噴射軸線Ｊ１を斜め上側に傾斜させるため、図３に二点鎖線で示すように、冷却水噴射軸線Ｊ１を斜め上側に傾斜させずに、軸線３１０を中心とした対称なパターンで冷却水Ｗを噴射させる構成と比べて、斜め上方向への噴射量を多くすることができる。
【００２１】
なお、噴射ノズル３（吹き付け範囲４６）の回転角度βは、０°を超え１８０°未満が好ましい。
一対のロール２の中間位置４４から吹き付け範囲４６の中心４６０までの距離Ｍは、０ｍｍを超え（Ｌ１／２）ｍｍ以下が好ましい。
噴射ノズル３の先端から鋳片表面４１までの距離Ｌ２は、５０ｍｍ以上４５０ｍｍ以下が好ましい。
吹き付け範囲４６は、鋳片表面４１の中間位置４４を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。吹き付け範囲４６の上端位置４６１から、鋳片表面４１における上方のロール２との接触位置４２までの距離Ｌ３は、０ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましい。冷却水Ｗは、上方のロール２に接触するように噴射されてもよいが、接触しないことが好ましい。例えば、ロール２の直径Ｒが２５０ｍｍ、ロール２のピッチＬ１が２９０ｍｍ、噴射ノズル３先端から鋳片表面４１までの距離Ｌ２が８０ｍｍの場合、距離Ｌ３は、４５ｍｍ程度であることが好ましい。
噴射ノズル３の軸線３１０と鋳片表面４１との交差位置は、中間位置４４と重なってもよいし、重ならなくてもよい。
吹き付け範囲４６の長軸方向の傾斜方向は、図３に示すように、幅方向の列ごとに交互に異なっていてもよいし、同じであってもよいし、１つの列において幅方向中央を境界として対称にしてもよい。
【００２２】
〔連続鋳造の二次冷却装置の作用〕
次に、連続鋳造の二次冷却装置１の作用について説明する。なお、以下において、図６の左側の図における上側のロール２が、二次冷却装置１の最初のロール２であることを前提として説明を行う。
【００２３】
鋳片４の冷却に際しては、鋳片表面４１の所定位置が最初のロール２との接触位置４２に近づくと、図６の右側の図に実線で示すように、鋳片表面４１の温度は、ロール冷却により下がり始め、接触位置４２から所定距離以上離れるまで下がり続ける。
このとき、最初のロール２によるロール冷却後の効果代（本実施形態と従来の構成のロール冷却直後の温度の差）ΔＴｒ１は０℃となる。
【００２４】
その後、吹き付け範囲４６に入るまで、鋳片表面４１の温度は、第１復熱により上昇し、吹き付け範囲４６に入ると、そこを通過するまでスプレー冷却により下がり続ける。
このとき、図６の中央の図に実線で示す吹き付け範囲４６が、同図に破線で示す従来の吹き付け範囲４５よりも上方にシフトし、かつ、厚くなっているため、図６の左側の図に実線で示す第１復熱期間が、同図に破線で示す従来の構成よりも短くなり、スプレー冷却が従来の構成よりも早く始まる。このため、従来の構成と比べて復熱量が低減し、スプレー冷却開始時の鋳片表面４１の温度が低くなり、スプレー冷却時の熱伝達係数が大きくなる。その結果、冷却効率Ｅ１が従来の構成の冷却効率Ｅ９よりも高くなり、鋳片表面４１はスプレー冷却によってより低い温度まで冷却される。また、冷却水噴射軸線Ｊ１を斜め上側に傾斜させ、斜め上方向への噴射量を多くしているため、第１復熱期間での復熱量をさらに低減でき、スプレー冷却時の熱伝達係数をさらに大きくできる。
【００２５】
そして、吹き付け範囲４６を通過すると鋳片表面４１の温度は第２復熱により上昇するが、第２復熱開始時の温度が従来の構成よりも低いため、２番目のロール２による冷却開始時の温度も低くなり、当該ロール２によるロール冷却後の効果代ΔＴｒ２は０℃よりも大きくなる。その後、上述の第１復熱、スプレー冷却、第２復熱、ロール冷却のサイクルが繰り返されることにより、鋳片４の温度が徐々に下がり冷却される。
この冷却過程において、ロール冷却後の効果代が鋳造方向下流に向かうにしたがって徐々に大きくなるため、従来の構成と比べて鋳片の冷却時間が短縮される。
【００２６】
［実施形態の効果］
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
冷却水量を従来と比べて増やさなくても、鋳片表面４１における吹き付け範囲４６の長軸方向を水平方向に対して傾斜させるとともに、吹き付け範囲４６の中心４６０を中間位置４４よりも上方に位置させるだけの簡単な方法で、コスト上昇を招くことなく生産性の向上を図ることができる。
また、噴射ノズル３の配置スペースを従来から大きく変更することなく、冷却水噴射軸線Ｊ１を鋳片表面４１の垂線に対して斜め上側に傾斜させるだけの簡単な方法で、上述の効果を得ることができる。
さらに、斜め上方向に向かう水量を多くすることでスプレー冷却時の熱伝達係数をさらに大きくでき、さらなる生産性の向上を図ることができる。
【００２７】
［変形例］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能であり、その他、本発明の実施の際の具体的な手順、及び構造などは本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
【００２８】
例えば、冷却水噴射軸線Ｊ１がノズルヘッド３１の軸線３１０に対して傾斜していない噴射ノズル３を用いて、その先端部を図６の位置よりも鋳片表面４１に近づけ、かつ、上方に位置するように配置することで、図３に二点鎖線で示すように、ノズルヘッド３１の軸線３１０と鋳片表面４１との交差位置が吹き付け範囲４６の中心４６０と一致し、吹き付け範囲４６の長軸方向が水平方向に対して傾斜し、かつ、吹き付け範囲４６の中心４６０が中間位置４４よりも上方に位置するようにしてもよい。
このような構成でも、従来の構成と比べて、冷却水Ｗの吹き付け範囲４６を上方にシフトさせ、かつ、厚くすることができ、コスト上昇を招くことなく生産性の向上を図ることができる。
噴射ノズル３として、一流体ノズルを用いてもよい。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００３０】
本発明の効果を検証するためのシミュレーションについて説明する。
実施例と比較例とで共通するパラメータとして、以下の設定を行った。
ロールの直径Ｒ：１５０ｍｍ以上３６０ｍｍ以下
ロールのピッチＬ１：１９０ｍｍ以上４３０ｍｍ以下
噴射ノズル先端から鋳片表面までの距離Ｌ２：８０ｍｍ以上４３０ｍｍ以下
吹き付け範囲の上端位置から、鋳片表面における上方のロールとの接触位置までの距離Ｌ３：０ｍｍを超え（Ｌ１／２）ｍｍ以下
噴射水量：ノズル１本当り８Ｌ／ｍｉｎ以上８０Ｌ／ｍｉｎ以下
ロール間あたりの幅方向ノズル本数：１本〜１６本
鋳造速度：２．０ｍ／ｍｉｎ
炭素量：０．０４％
鋳片幅：１５００ｍｍ
鋳片厚み：２５０ｍｍ
【００３１】
また、実施例におけるロール２および噴射ノズル３の配置状態を、図３に示すように設定し、比較例におけるロール２および噴射ノズル９の配置状態を図７に示すように設定した。実施例および比較例における「ノズルヘッド３１，９１の軸線３１０，９１０（鋳片表面４１の垂線）に対する冷却水噴射軸線Ｊ１の傾斜角度α１」、「軸線３１０を基準とした冷却水Ｗの狭角側角度α２」、「軸線３１０を基準とした冷却水Ｗの広角側角度α３」、「噴射ノズル３，９（吹き付け範囲４６）の回転角度β」、「一対のロール２の中間位置４４から吹き付け範囲４６の中心４６０までの距離Ｍ」を以下の表１に示す。
なお、比較例では、冷却水噴射軸線がノズルヘッド９１の軸線９１０に対して傾斜しておらず、当該軸線９１０と鋳片表面４１との交差位置が吹き付け範囲４６の中心４６０と一致する噴射ノズル９を用いた。当該噴射ノズル９から噴射される冷却水Ｗの長軸方向の広がり角度は、軸線９１０を基準とした長軸方向両側（左右両側）で同じであるため、表１では、左右両側を合わせた角度を示す。
【００３２】
【表１】
2018103220.tif 000003
【００３３】
そして、連続鋳造の二次冷却のシミュレーションを行った。その結果を図８に示す。
図８に示すように、最初のロールによるロール冷却後の効果代（実施例と比較例のロール冷却直後の温度の差）ΔＴｒ１は０℃となったが、ロール冷却後の第１復熱期間は実線で示す実施例が破線で示す比較例よりも短くなり、実施例の復熱量が比較例の復熱量よりも７℃低減できた（図８中、「ΔＴａ」と示す）
また、比較例におけるスプレー冷却による降下温度ΔＴｓｃは１５０℃であり、実施例における降下温度ΔＴｓｐは１７６℃であり、スプレー冷却直後の効果代（実施例と比較例のスプレー冷却直後の温度の差）ΔＴｂ１は３３℃となった。
さらに、２，３番目のロールによるロール冷却後の効果代ΔＴｒ２，ΔＴｒ３は１４℃，２５℃となり、その後、鋳造方向下流に向かうにしたがって、ロール冷却後の効果代が徐々に大きくなった。また、２，３番目のスプレー冷却直後の効果代ΔＴｂ２，ΔＴｂ３は４９℃，５９℃となり、その後、鋳造方向下流に向かうにしたがって、スプレー冷却直後の効果代が徐々に大きくなった。
その結果、実施例は、比較例と比べて、鋳片の冷却時間が０．３ｍｉｎ短縮されることが確認できた。
【符号の説明】
【００３４】
１…二次冷却装置、２…ロール、３…噴射ノズル、４…鋳片、４１…鋳片表面、４２…接触位置、４３…接触位置、４４…中間位置、４６…吹き付け範囲、４６０…中心、Ｊ１…冷却水噴射軸線、Ｗ…冷却水。
【図１】
2018103220.tif 000004
【図２】
2018103220.tif 000005
【図３】
2018103220.tif 000006
【図４】
2018103220.tif 000007
【図５】
2018103220.tif 000008
【図６】
2018103220.tif 000009
【図７】
2018103220.tif 000010
【図８】
2018103220.tif 000011