(57)【要約】  本発明は、幅広面及び４００℃を超える温度を有する平らな金属製品の冷却方法であって、前記金属製品を固体粒子の流動床と接触させ、前記固体粒子が循環の方向（Ｄ）を有し、前記金属製品によって放出される熱を捕捉し、並びに捕捉した熱を伝達媒体に伝達し、ここで、  −  前記金属製品を、その幅広面が前記固体粒子の前記循環の方向（Ｄ）に平行になるように前記固体粒子と接触させ、  −  前記金属製品の製品パラメータを考慮して前記金属製品の熱冷却経路が規定され、  −  バブリング方式で前記固体粒子を流動化するために気体が注入され、前記気体の注入流量は、前記金属製品の前記規定された冷却経路に一致するように制御される、方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅広面及び４００℃を超える温度を有する平らな金属製品の冷却方法であって、前記金属製品を固体粒子の流動床と接触させ、前記固体粒子が循環の方向（Ｄ）を有し、前記金属製品によって放出される熱を捕捉し、並びに捕捉した熱を伝達媒体に伝達し、ここで、
−  前記金属製品を、その幅広面が前記固体粒子の前記循環の方向（Ｄ）に平行になるように前記固体粒子と接触させ、
−  前記金属製品の製品パラメータを考慮して前記金属製品の熱冷却経路が規定され、
−  バブリング方式で前記固体粒子を流動化するために気体が注入され、前記気体の注入流量は、前記金属製品の前記規定された冷却経路に一致するように制御される、
方法。
【請求項２】
前記規定された冷却経路が異なる部分から構成され、各部分が所定の冷却速度を有し、前記伝達媒体の流量が、前記部分の所定の冷却速度に達するように調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記伝達媒体が水である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記伝達媒体が溶融塩である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記伝達媒体がナノ粒子を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記水が蒸気を生成するために用いられる、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
蒸気ネットワークを有するプラント内で実施され、生成された蒸気が前記蒸気ネットワークに注入される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記金属製品がスラブ又は板である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記金属製品が鋼製品である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記固体粒子が５００〜２０００Ｊ／ｋｇ／Ｋの間に含まれる熱容量を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記流体床中の前記固体粒子の密度が１４００〜４０００ｋｇ／ｍ３の間に含まれる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記固体粒子がアルミナ、ＳｉＣ又は鋼スラグで作られている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記固形粒子が３０〜３００μｍの間に含まれる平均サイズを有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記気体を５〜３０ｃｍ／秒の間の速度で注入する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記気体が空気である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記平らな金属製品がスラブであり、そのふちが前記床に平行になるように前記流動床内の支持体上に配置される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属製品がその表面上にスケール粒子を含み、前記スケール粒子が前記固体粒子によって除去され、前記除去されたスケール粒子が前記流動床から規則的に抜き出される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属製品が６０分未満で９００から３５０℃にまで冷却される、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平らな金属製品の冷却を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼生産では、より一般的には金属生産では、溶銑製品が製造され、冷却されなければならないプラントがいくつかある。それらの製品の冷却速度は、所望の微細組織及び関連する特性を得るために非常に重要である。冷却速度が不適切な場合に製品の破損又は製品の品質不良及び廃棄がもたらされる可能性のある高合金鋼種については、このことはさらに当てはまる。これは、鋳造ストランドの出口のスラブ又は圧延機の出口の平板に対して顕著に起こり得る。
【０００３】
したがって、金属製品の冷却速度の制御を可能にする方法が必要である。
【０００４】
文献ＵＳ３，９５７，１１１号には、スラブが、放射によってスラブから放出された熱を受け取る冷却壁を有するチャンバー内に置かれる冷却方法が記載されている。水は、冷却壁内の通路内を加圧下で流れており、それらの冷却壁から熱を除去する。水温の制御により、スラブの冷却速度を制御することができる。スラブの冷却速度をさらに制御するために、蒸気のようなガスがスラブと冷却壁との間の空間を満たす。この方法では、ガス流量と水流量の両方を考慮しなければならないので、この制御は扱いにくい。また、必要な装置は重く、冷却時間は長い。
【０００５】
文献ＥＰ０９６０６７０号には、スラブに水を噴霧するためにさらにノズルを備えた水の容器にスラブを浸す冷却方法が記載されている。冷却速度を制御するために、ノズルとスラブとの間の距離を特に調整することができる。この方法は、効率を保証するために定期的に容器に補充しなければならないため、多くの水を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第３９５７１１１号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０９６０６７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、前記の欠点を克服した、平らな金属製品の冷却速度を制御することを可能にする方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による方法は、金属製品の品質に有害な影響を及ぼすことなく、平らな金属製品の冷却速度を制御することを可能にする。例えば本発明による方法は、金属製品に有害な化学的影響を及ぼすことはなく、表面欠陥を生じる可能性のある物理的影響もその表面に及ぼさない。
【０００９】
この問題は、幅広面及び４００℃を超える温度を有する金属製品を固体粒子の流動床と接触させ、前記固体粒子が循環の方向（Ｄ）を有し、前記金属製品によって放出される熱を捕捉し、並びに捕捉した熱を伝達媒体に伝達する、本発明による方法によって解決され、ここで
−  前記金属製品を、その幅広面が前記固体粒子の前記循環の方向（Ｄ）に平行になるように前記固体粒子と接触させ、
−  前記金属製品の製品パラメータを考慮して前記金属製品の熱冷却経路が規定され、
−  バブリング方式で前記固体粒子を流動化するために気体が注入され、前記気体の注入流量は、前記金属製品の前記規定された冷却経路に一致するように制御される。
【００１０】
本発明の方法はまた、別々に、又は全ての可能な技術的組み合わせに従って考えられる以下の任意の特徴を含むことができる。
−  規定された冷却経路は異なる部分から構成され、各部分は所定の冷却速度を有し、伝達媒体の流量は、該部分の所定の冷却速度に達するように調整される、
−  伝達媒体は水である、
−  伝達媒体は溶融塩である、
−  伝達媒体はナノ粒子を含む、
−  水は蒸気を生成するために使用される、
−  前記方法は蒸気ネットワークを有するプラント内で実施され、生成された蒸気は蒸気ネットワークに注入される、
−  金属製品はスラブ又は平板である、
−  金属製品は鋼製品である、
−  固体粒子は５００〜２０００Ｊ／ｋｇ／Ｋの間に含まれる熱容量を有する、
−  流動床中の固体粒子の密度は１４００〜４０００ｋｇ／ｍ３の間に含まれる、
−  固体粒子はアルミナ、ＳｉＣ又は鋼スラグでできている、
−  固体粒子は３０〜３００μｍの間に含まれる平均サイズを有する、
−  気体は５〜３０ｃｍ／秒の間の速度で注入される、
−  気体は空気である、
−  金属製品はスラブであり、スラブは流動層内の支持体上にそのふちが床に平行になるように配置される、
−  金属製品はその表面上にスケール粒子を含み、スケール粒子は固体粒子によって除去され、除去されたスケール粒子は流動層から規則的に抜き出される、
−  金属製品は６０分未満で９００から３５０℃にまで冷却される。
【００１１】
本発明は、以下の添付図を参照して、以下の記載を読むとよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】スラブを示す。
【図２】本発明による監視された冷却方法を実施するための装置の実施形態を例示する。
【図３】異なる流動化方式を示す。
【図４】本発明による方法による冷却曲線を示す図である。
【図５】本発明による方法及び従来技術による方法を用いてスラブ表面の垂直変位をシミュレーションした曲線、及びその画像表現である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１には、平らな金属製品の一例であるスラブ３が示されている。スラブ３は、平行六面体形状を有し、上部３ａ及び底部の幅広面、２つの小さな面３ｂ及び２つのふち３ｃを含む。幅広面は、スラブの幅Ｗ及び長さＬを規定し、幅Ｗは、通常、７００〜２５００ｍｍの間に含まれ、長さＬは、通常、５０００〜１５０００ｍｍの間に含まれ、スラブの厚さＴは通常１５０〜３５０ｍｍの間に含まれる。より一般的には、平らな製品は、最小寸法（例えば厚さＴ）が他の寸法（例えば長さＬ）と比較して無視できるものであり、例えば最小寸法が最大寸法の少なくとも１５分の１より小さい平行六面体として定義することができる。平行六面体の幅広面は最小の寸法を含まない面である。平らな製品の別の例は、平板又は厚板である。
【００１４】
これらの平らな製品は通常半完成品であり、このことは販売前にさらなる製造ステップを経ることになることを意味する。その後のステップでは、製品が欠陥を含まず、特にその平坦性が保証されていることが重要である。例えばスラブが垂直方向に数ミリメートル曲がっている場合、そのようなスラブはさらなる圧延の間に問題を生じるか、又は圧延ができなくなることさえあり得、このことはこのスラブが廃棄されることを意味するであろう。
【００１５】
図２には、本発明に係る冷却方法を実施する装置１が示されている。この装置１は、スラブ３のような高温の平らな金属製品が配置されるチャンバー２を含む。チャンバー２は、閉鎖可能な開口部を有する閉鎖チャンバーであってよく、該開口部を通って高温の平らな金属製品を搬送することができるが、チャンバーは開閉式の屋根又は高温の金属製品を搬送するのに適した任意の構成を有することもできる。高温の金属製品３は、ローリングコンベアによってチャンバー２の内部に搬送されるか、若しくは、クレーン又は任意の適切なピックアップ手段などのピックアップ手段によってチャンバー２の内部に配置されてもよい。チャンバー２は、複数の平らな製品３を優先的に受け取ることができる。
【００１６】
チャンバー２は、固体粒子を含み、気体注入手段４を含み、気体は固体粒子を流動化し、バブリング方式で固体粒子５の流動床を作るために注入され、この固体流動化粒子は、循環方向（Ｄ）に沿って循環する。高温の平らな金属製品３は、それらの幅広面３ａが流動化粒子の循環の方向（Ｄ）に平行になるように、支持手段上でチャンバー２内に配置される。好ましい実施形態では、方向（Ｄ）は垂直であり、スラブ３は、その幅広面３ａが垂直方向に平行になるように、そのふち３ｃに沿って支持体上に配置される。これは、熱伝達効率を高めるだけでなく、製品の変形を回避することも可能にする。高温の平らな金属製品は、チャンバー２内に配置されたとき、４００℃を超える温度を有し、例えばスラブ又は平板であり、鋼製であってもよい。
【００１７】
図３に示すように、流動化の方式はいくつかある。流動化は、固体粒子を気体又は液体中の懸濁により流動様の状態に変換する操作である。流体速度に応じて、粒子の挙動は異なる。本発明の一つとしての気体−固体系では、最小流動化を越える流速の増加と共に、バブリング及び気体のチャネリングを伴う大きな不安定な性質が観察される。より速い速度では、撹拌がより激しくなり、固体の動きがより活発になる。さらに、床は最少の流動化におけるその体積を大きく超えて拡がることはない。この段階で、流動床はバブリング方式にあり、これは固体粒子の良好な循環及び流動床の均一な温度を有するために、本発明に必要な方式である。所与の方式を得るために適用される気体速度は、使用される気体の種類、粒子のサイズ及び密度、又はチャンバー２のサイズのようないくつかのパラメータに依存する。これは当業者により容易に管理することができる。
【００１８】
気体は窒素、又はアルゴン若しくはヘリウムのような不活性気体であることができ、好ましい実施形態では空気である。気体は、少ない換気電力、ひいては低減されたエネルギー消費を必要とする、５〜３０ｃｍ／秒の間の速度で注入されることが好ましい。気体の注入流量は、溶銑製品３の規定された冷却経路に一致するように制御される。一致させるべき冷却経路は、まず、冷却されるべき金属製品の製品パラメータを考慮して規定される。金属製品の化学的性質、その金属状態、又はその初期温度及び最終温度を特に考慮することができる。冷却経路は、例えばアバカスに従ってあらかじめ決めることができ、及び／又は冷却経路は、製品に対し実施される温度測定を通してオンラインで監視することができる。これは、鋼などの、品質が冷却速度によって影響を受ける金属製品に有利であり得るだけでなく、プラントが生産を規制するのにも有利である場合がある。
【００１９】
固体粒子は、優先的に５００〜２０００Ｊ／Ｋｇ／ｋの間に含まれる熱容量を有する。それらの密度は、優先的に１４００〜４０００ｋｇ／ｍ３の間に含まれる。固体粒子は、ＳｉＣ、アルミナ又は鋼スラグのようなセラミック粒子であることができる。固体粒子はガラス又は１０００℃まで安定な他の任意の固体材料で製造されることができる。固体粒子は、３０〜３００μｍの間に含まれるサイズを有することが好ましい。これらの粒子は、溶銑製品３とのいかなる反応も防止するために不活性であることが好ましい。
【００２０】
装置１はさらに、伝達媒体が循環している少なくとも１つの熱交換器６を含み、熱交換器は流動床５と接触している。この熱交換器は、図１に示すように、熱交換器内に注入されるように冷たい伝達媒体１０が循環する第１のパイプ６１と、加熱された伝達媒体１１が回収される第２のパイプ６２と、第１のパイプ６１及び第２のパイプ６２を接続し、チャンバー２及び流動床５を通過し、第１のパイプ６１からの冷たい伝達媒体１１が加熱される第３のパイプ６３とから構成することができる。この装置１により、溶銑製品３は、固体粒子の流動床５に浸漬され、固体粒子は、溶銑製品３によって放出された熱を捕捉する。これにより、金属製品の全ての部分が流動化固体粒子と接触しているため、金属製品の均一な冷却が可能である。固体粒子は、注入手段４による気体の注入によって運動し続け、熱交換器６に接触し、熱交換器６では固体粒子が、熱交換器６内を循環する伝達媒体に、捕捉した熱を放出する。熱交換器内部の伝達媒体の流量を調節して冷却速度を制御することができ、実際、熱交換器内部でより多くの媒体が循環するほど、固体粒子から熱がより放出される。これは、一致すべき冷却経路が、異なる冷却速度を有するいくつかの部分を含む場合、特に有利であり得る。
【００２１】
好ましい実施形態において、熱交換器内を循環する伝達媒体１０は、流動化固形粒子によって放出される熱によって一旦加熱されると蒸気１１になる加圧水である。加圧水は、１〜３０Ｂａｒの間の絶対圧力を有することができる。次いで、フラッシュドラム７又は任意の他の適切な蒸気生成装置によって、加圧水を蒸気に変えてもよい。優先的には、水は熱交換器の内部で液体のままである。次に、生成された蒸気１１を、例えば水素生成のために、又は鋼線プラントの場合にはＲＨ減圧脱気装置若しくはＣＯ２気体分離ユニットのために、プラントの蒸気ネットワーク内に注入することにより、金属製造プラント内で再利用することができる。蒸気再利用プラント及び金属製品製造プラントの両方をプラントの同一のネットワーク内に有すると、前記ネットワークの全体的なエネルギー効率を改善することが可能になる。
【００２２】
熱交換器内を循環する伝達媒体１０はまた、空気、又は捕捉した熱を貯蔵することを可能にする、４００〜８００℃の間の相変化を好ましくは有する溶融塩であってもよい。伝達媒体１０は、熱伝達を促進するためにナノ粒子を含むことができる。
【００２３】
さらなる実施形態において、金属製品３は、その表面上にスケール粒子を含むことができる。固体流動化粒子との化学的又は物理的相互作用により、それらスケール粒子を金属製品３から除去し、流動床の底部に落下させることができる。このような場合、装置１には、スケール粒子を流動床から頻繁に除去するための着脱可能な金属グリッドのようなスケール除去装置が設けられる。
【００２４】
本発明の方法により、金属製品を６０分未満で９００℃から３５０℃にまで冷却することができる。
【００２５】
本発明による方法は、鋳造プラントの出口、スラブヤード内、又は圧延若しくは水平化スタンドの出口で実施することができる。
【００２６】
本発明による方法は、製品に有害な影響を与えることなく、また、特にその平坦性に有害な影響を与えることなく、所与の冷却経路を遵守しながら、金属製品を迅速かつ均一に冷却することを可能にする。
【００２７】
さらに、該方法は金属製品によって放出される熱の少なくとも９０％を回収することができる。さらに、本発明による装置はかなり小型であり、利用可能な空間に適応することができる。
【実施例】
【００２８】
本発明に従った方法がどのように適用され得るかを示すためにシミュレーションを行った。シミュレーションの結果を図４に示し、グラフはスラブ温度の経時変化を示す。
【００２９】
灰色の曲線はあらかじめ規定された冷却経路であり、これに従わなければならない。この冷却経路は、冷却速度の異なる３つの部分（ａ、ｂ、ｃ）を含む。
【００３０】
このシミュレーションのために、重量２８トンにほぼ相当する寸法１２ｍ×１．５ｍ×０．２ｍのスラブを検討した。初期温度８００℃のスラブを炭化ケイ素の固体粒子を含む装置に入れる。
【００３１】
流動床の温度は４００℃であった。シミュレーションには、流体として水を用いる図１に示すような熱交換器を用いた。固体粒子を流動化するために注入された気体の流量は、熱伝達係数（ＨＴＣ）がそれに応じて修正されるように、前記３つの部分（ａ、ｂ、ｃ）の間で修正され、流量の増加は、ＨＴＣの増加を意味する。ＨＴＣは部分ａ、ｂ、ｃでそれぞれ７５０、１０００、５００Ｗ／ｍ２／Ｋであった。
【００３２】
黒い曲線は、前記スラブの温度対時間の変化を示す。図３から分かるように、注入された気体の流量の変更に伴い、所定の冷却経路に従ってスラブを冷却することが可能である。
【００３３】
製品への影響
先行技術及び本発明による冷却方法の、変形に関する製品への影響を評価するために、シミュレーションを実施した。
【００３４】
状況Ａ及びＢの両方において、市販の低炭素鋼グレードで作られ、長さＬが１０ｍ、幅Ｗが１ｍで、厚さＴが０．２５ｍのスラブを、密度３２０ｋｇ／ｍ３、ザウター直径５０μｍの炭化ケイ素の固体粒子を含む装置内に配置し、５ｃｍ／秒の空気の注入及び垂直方向の循環により、バブリング方式でそれらの粒子を流動化し、チャンバーの底部は水平方向である。
シミュレーションには、流体として水を用いる図２に示すような熱交換器を用いた。両方の状況２において、初期スラブ温度は８００℃であり、４００℃まで冷却される。状況Ａでは、スラブは、その幅広面の１つが支持手段上に横たわるように流動床内に配置され、そのためその幅広面は流動化粒子の循環の方向に垂直であり、状況Ｂでは、スラブはそのふちの１つの上に配置され、そのためその幅広面は、流動化粒子の循環の方向に平行である。
【００３５】
両方の状況について、前記スラブの変形をシミュレーションし、図５に示す。
【００３６】
図５は、先行技術による方法及び本発明による方法で冷却した場合の製品の長さに沿った垂直方向の変位の曲線を最初に表す。残りの２つの図では、この変位は製品上に直接表されており、先行技術による方法を使用した場合、初期の平坦さに戻らない製品の明らかな曲がりが存在することが分かる。
【００３７】
本発明による方法により、製品に有害な影響を及ぼすことなく、また特に前記製品の変形を伴うことなく、平らな製品の冷却経路を監視することが可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2021531402.tif 000007
【国際調査報告】
2021531402.tif 000008
2021531402.tif 000009
2021531402.tif 000010