(57)【要約】【課題】連続鋳造後の高温の鋳片を、表面温度が６００℃を超える高温領域からの冷却であっても、反りによる形状変形を発生させずに、高効率で冷却できる方法を提供する。【解決手段】連続鋳造後の高温の鋳片に散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返し施すことにより鋳片を冷却する連続鋳造鋳片の冷却方法である。上記の冷却方法は、積層された高温のスラブの長手方向の側面に散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返し施すことにより大きな効果を発揮する。また、散水時間を５〜３０分間とし、散水停止時間を５〜３０分間とすることが好ましく、積層された高温スラブの最上段のスラブの上面に保温処置を施すことがさらに一層好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造後の高温の鋳片に散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返し施すことにより該鋳片を冷却することを特徴とする連続鋳造鋳片の冷却方法。
【請求項２】
連続鋳造後の高温のスラブを積層した後、該積層された高温のスラブの長手方向の側面に散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返し施すことにより該スラブを冷却することを特徴とする連続鋳造鋳片の冷却方法。
【請求項３】
前記散水時間を５〜３０分間とし、前記散水停止時間を５〜３０分間として、散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返し施すことを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造鋳片の冷却方法。
【請求項４】
前記積層された高温スラブの最上段に位置するスラブの上面に保温処置を施すことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造後の高温の鋳片を、形状変化を発生させることなく冷却する方法に関し、さらに詳しくは、連続鋳造後の主としてスラブを、反りによる形状変化を発生させることなく高い効率で冷却することのできる連続鋳造鋳片の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造後の高温の鋳片を冷却する場合には、冷却の過程で鋳片内の温度に偏差が生じ、その温度偏差による熱収縮率の差や相変態による膨張に起因して鋳片の形状変形が発生しやすい。また、鋼のように熱伝導率が比較的低い材料では、冷却によって材料の表面温度は低下するものの、材料内部の温度は低下しにくい。そして、散水冷却の場合に材料の表面温度が１００℃未満にまで低下すると、水の蒸発潜熱による抜熱作用がなくなることから、散水量当たりの冷却効率は著しく低下する。
【０００３】
連続鋳造後の高温の鋳片を冷却するための従来技術としては、例えば下記の特許文献１や特許文献２などに開示された方法が公知である。
【０００４】
特許文献１には、高温のスラブを複数枚積層し、積層したスラブの最上段に位置するスラブの上面に、散水による水滴付着防止処置を施し、高温スラブの長手方向側面に冷却水を散水することにより、最上段に積載したスラブの反りを防止しながらスラブを冷却する方法が開示されている。しかし、同文献で開示された方法では、スラブの反りを完全に防止することは困難であり、また、表面温度が低下した後の冷却効率の悪化を防止できないため、所定の温度まで冷却するのに長時間を要する。さらに、水冷の前後において冷鋳片スラブなどの水滴付着防止板の設置および除去といったハンドリング作業が必要であり、冷却工数が増大する。
【０００５】
また、特許文献２には、積層したスラブの側面の表面温度が６００℃以下となるまで大気中で放冷後、最上段スラブの上面から下向きに少なくとも０．３ｍの範囲を除いて、その下部のスラブの長手方向側面に散水するスラブの冷却方法が開示されている。しかし、この方法においても、スラブの反りによる変形を完全に防止することは難しく、特に、表面温度が６００℃を超える場合には、散水冷却に起因するスラブの反りの発生を抑制することは困難である。
【０００６】
上記のように、連続鋳造後の高温の鋳片を散水冷却により冷却するに際して、鋳片の表面温度が６００℃を超える高温領域からの冷却であっても、鋳片の反りなどによる形状変形を防止し、かつ、高い効率のもとに冷却するためには、改善されねばならない課題が残されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８６７２８号公報（特許請求の範囲および段落［０００４］）
【特許文献２】特開２００６−５５８６５号公報（特許請求の範囲および段落［００２５］〜［００２７］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、連続鋳造後の高温の鋳片を冷却するに際して発生する上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、連続鋳造後の高温の鋳片、特に積層されたスラブの散水冷却に際して、その表面温度が６００℃を超える高温領域からの冷却であっても、鋳片の反りなどによる形状変形を防止し、高い効率で鋳片を冷却できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記の課題を解決するため、連続鋳造後の高温の鋳片を、適正な散水条件のもとに、鋳片の反りなどによる形状変形を抑制し、かつ高い効率で冷却できる冷却方法を検討し、下記の（ａ）〜（ｄ）の知見を得て、本発明を完成させた。
【００１０】
（ａ）連続鋳造後の高温の鋳片を散水冷却すると、散水が鋳片の上面にかかりやすく、また発生した水蒸気の影響により、鋳片の上面では下面よりも冷却が急速に進行する。このため、鋳片の上面と下面との温度差に起因する熱収縮率の差により、上反り（下に凸形状の反り）が発生する。また、冷却過程において鋳片の上面からフェライトへの相変態が進行するため、上面近傍の膨張にともなう鋳片の下反り（上に凸形状の反り）が生じる。特に、積層された高温スラブの長手方向の側面を散水冷却する場合には、最上段に位置するスラブが上記の影響を大きく受ける。
【００１１】
（ｂ）上記（ａ）に記載の鋳片の反りによる形状変形を緩和するためには、散水処理と散水停止処理とを周期的に繰り返す散水方法が効果的である。散水期間中に発生した鋳片の上下面間の温度偏差が、散水停止期間中に、鋳片内部の高温部からの復熱により緩和され、鋳片の反りが低減されるからである。
【００１２】
（ｃ）上記（ｂ）の方法によれば、散水停止期間中に鋳片の表面温度が復熱により上昇するので、鋳片の表面温度を比較的高温に維持できる。その結果、単位冷却水量当たりの冷却効率を高めることができるので、散水冷却時間当たりの冷却能率を、連続的に散水する場合と同程度にすることができるとともに、冷却水の節減および省エネルギー化を図ることも可能となる。
【００１３】
（ｄ）上記（ｂ）の方法では、散水時間および散水停止時間は、それぞれ５〜３０分の範囲とすることが好ましい。また、積層されたスラブの最上段に位置するスラブの上面に保温処置を施すことにより、散水冷却によるスラブの反りの発生をほぼ皆無とすることができる。
【００１４】
本発明は、上記の知見に基いて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（４）に示す連続鋳造鋳片の冷却方法にある。
【００１５】
（１）連続鋳造後の高温の鋳片に散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返し施すことにより該鋳片を冷却することを特徴とする連続鋳造鋳片の冷却方法（以下、「第１発明」とも記す）。
【００１６】
（２）連続鋳造後の高温のスラブを積層した後、該積層された高温のスラブの長手方向の側面に散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返し施すことにより該スラブを冷却することを特徴とする連続鋳造鋳片の冷却方法（以下、「第２発明」とも記す）。
【００１７】
（３）前記散水時間を５〜３０分間とし、前記散水停止時間を５〜３０分間として、散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返し施すことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の連続鋳造鋳片の冷却方法（以下、「第３発明」とも記す）。
【００１８】
（４）前記積層された高温スラブの最上段に位置するスラブの上面に保温処置を施すことを特徴とする前記（２）または（３）のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の冷却方法（以下、「第４発明」とも記す）。
【００１９】
本発明において、「高温の鋳片」または「高温のスラブ」とは表面温度が１００℃〜８００℃の範囲にある鋳片またはスラブを意味する。なお、表面温度は、鋳片またはスラブの長手方向側面の平均表面温度または長手方向中央部の表面温度により代表させるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の鋳片の冷却方法によれば、連続鋳造後の高温の鋳片、特に積層されたスラブに、散水処理と散水停止処理とを周期的に繰り返し施すことにより、その表面温度が６００℃を超える高温領域からの冷却であっても、鋳片の反りなどによる形状変形を防止し、かつ、高い冷却効率で鋳片を散水冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、前記のとおり、連続鋳造後の高温の鋳片に散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返し施すことにより鋳片を冷却する連続鋳造鋳片の冷却方法であり、特に、連続鋳造後に積層された高温のスラブの長手方向の側面に散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返し施すことによりスラブを冷却する方法である。以下の説明では、散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返し施す冷却方法を「間欠散水冷却」とも記し、従来の連続散水による冷却方法と区別する。
【００２２】
連続鋳造後の高温の鋳片を散水冷却すると、散水が鋳片の上面にかかりやすく、また発生した水蒸気の影響により、鋳片の上面は下面よりも冷却が進行する。その結果、鋳片の上面と下面との間に温度偏差が生じ、熱収縮率の差による上反りが発生したり、また、冷却過程における鋳片上面付近からのフェライトへの相変態による膨張にともなって、鋳片の下反りが発生する。
【００２３】
図１は、本発明の散水冷却方法による積層スラブの冷却を模式的に示す図である。積層された高温のスラブ１の長手方向の側面２（同図中の斜線部）を散水冷却する場合には、最上段に位置するスラブ３において、上記のようなスラブの上面４と下面５との間の温度偏差の発生が著しく、したがって、その温度偏差に起因するスラブの反りによる形状変形も大きくなる。
【００２４】
本発明は、散水冷却の方法を改善することにより、鋳片の形状変形を生じさせる上記の鋳片内の温度偏差を緩和し、反りによる形状変形を抑制しつつ、高い効率で冷却する散水冷却方法である。以下に、本発明の構成を前記のように規定した理由および好ましい態様について、詳細に説明する。
【００２５】
（１）散水処理および散水停止処理の周期的繰り返し
本発明は、高温の鋳片に散水処理および散水停止処理を周期的に繰り返すことを特徴とする。鋳片の反りの発生を抑制するためには、上記のように散水処理と散水停止処理とを周期的に繰り返す散水方法が効果的である。その理由は、散水期間中に発生した鋳片の上下面間の温度偏差が散水停止期間中に、鋳片内部の高温部からの熱伝導に基づく復熱現象により緩和され、その結果、鋳片の反りが低減されるからである。
【００２６】
また、連続的に散水冷却を行う従来法の場合は、鋳片の表面温度は低下するものの、鋳片内部の温度は低下しにくく、さらに、表面温度が１００℃以下にまで低下すると、冷却水の蒸発潜熱による抜熱が生じなくなることから、散水によって鋳片から奪われる熱量は、鋳片の表面温度と冷却水温度との温度差に基づく熱伝達のみとなるため、単位水量当たりの冷却効率が著しく低下することとなる。
【００２７】
これに対して、散水処理と散水停止処理とを周期的に繰り返す間欠散水冷却では、散水停止期間中に鋳片の表面温度が復熱現象により上昇するので、鋳片の表面温度を比較的高温に維持できる。その結果、冷却水の蒸発潜熱による抜熱の効果を長時間にわたって確保できるとともに、鋳片表面と冷却水との温度差に基づく熱伝達速度も高く維持することができ、単位冷却水量当たりの冷却効率を高めることができる。したがって、散水冷却時間当たりの冷却効果も、連続的に散水冷却する場合と同程度とすることができるとともに、冷却水の節減および省エネルギー化をも図ることが可能となる。
【００２８】
積層された高温のスラブに散水冷却を施す場合は、各スラブの上面と下面とにおける冷却効果の差を可能な限り小さくし、かつ冷却効率を高める観点から、積層されたスラブの長手方向の側面に散水処理と散水停止処理とを周期的に繰り返し施すことが好ましい。また、スラブの幅方向の温度偏差に起因して地面と平行な横方向の反り（横反り）が発生するのを防止するため、長手方向の両側の側面に散水処理と散水停止処理とを周期的に繰り返し施すことが好ましい。
【００２９】
（２）散水時間および散水停止時間
第３発明に規定されたとおり、散水時間は５〜３０分とし、散水停止時間は５〜３０分とすることが好ましい。
【００３０】
その理由は下記のとおりである。すなわち、散水時間が５分未満の場合には、単位時間当たりの鋳片の冷却速度が低下し、一方、散水時間が３０分を超えて長くなると、鋳片の表面温度が低下し過ぎて、単位水量当たりの冷却効率が低下するのに加えて、鋳片内部の温度偏差が拡大し、温度偏差に起因する反りなどの形状変形が助長されるからである。また、散水停止時間が５分未満の場合には、鋳片の表面温度が充分に復熱せず、したがって単位水量あたりの冷却効率が低下し、一方、散水停止時間が３０分を超えて長くなると、単位水量当たりの冷却効率は低下しないものの、鋳片の冷却に要する時間が長くなり、散水冷却能力が低下するからである。
【００３１】
（３）積層スラブの最上段スラブの上面保温処置
第４発明に規定されたとおり、積層されたスラブの最上段スラブの上面には保温処置を施すことが好ましい。その理由は、最上段のスラブの上面には、冷却散水が特にかかりやすく、また発生した水蒸気の影響により、スラブの上面の冷却が急速に進行して、熱収縮率の差による上反りやフェライトへの相変態に起因する下反りが生じやすいからである。
【００３２】
積層スラブの最上段スラブの上面保温処置としては、例えば、グラスウールやロックウールなどの不燃性の繊維状耐火物、または耐火物からなるボードや多孔質レンガなどを組み合わせてスラブの上面に載置することにより、散水冷却によるスラブの反りの発生をほぼ皆無とすることができる。
【実施例】
【００３３】
本発明に係るスラブの散水冷却方法の効果を確認するため、以下に述べる試験を実施し、その結果を評価した。
【００３４】
試験条件および試験結果を表１に示した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
同表に示すとおり、試験条件として、スラブ寸法、スラブ枚数、スラブの初期表面温度、散水パターン、散水量、最上段スラブの上面の保温処置などを変化させ、スラブの反り量および冷却所要日数を調査した。
【００３７】
（１）試験方法
連続鋳造により鋳造された、厚さ：２２７ｍｍ、幅：９５０ｍｍまたは１２５０ｍｍ、および長さ：９〜１０ｍで、初期表面温度が５００〜７６０℃の高温のスラブを用い、１枚のスラブの上面に散水を行う冷却試験、および８枚（８段）または９枚（９段）の積層されたスラブの側面に散水を行う冷却試験を実施した。散水冷却には、横１列または複数列に配したフルコーンタイプのノズルを用いて、スラブ上面または積層スラブ側面の表面温度が所定の温度に低下するまでスラブの表面に散水を行った。
【００３８】
表１中に記載の「散水パターン」は、連続散水冷却または本発明法に係る間欠散水冷却の区別を示し、さらに散水パターン中のＡ、ＢおよびＣは、それぞれ散水時間、散水停止時間、および全散水冷却時間を表す。これらの関係を明確にするために、図２に、散水冷却方法における散水量の経時変化の概念図を示す。冷却試験中の間欠散水冷却では、同図に示す散水時間（Ａ）、散水停止時間（Ｂ）および散水冷却開始から散水冷却終了までの全散水冷却時間（Ｃ）として、上記の表１中に示したＡ、ＢおよびＣの各値を採用し、試験を行った。
【００３９】
また、同表中に記載の「平均散水量」は、（全散水冷却時間内に散水した総散水量（Ｌ））／（散水冷却開始から散水冷却終了までの時間（ｍｉｎ））／（冷却スラブの総質量（ｔ））により算出される値を表す。
【００４０】
同表中に記載の「最上段スラブ保温処置」は、保温処置の有無を示し、「有り」との表示は、スラブ上面の保温処置として、グラスウールやロックウールなどの不燃性の繊維状耐火物、または耐火物からなるボードや多孔質レンガなどを組み合わせてスラブの上面に載置することにより保温処置を施したことを表し、また、「無し」との表示は何らの処置をも行わなかったことを表す。
【００４１】
散水冷却の後、スラブの表面温度が４０℃以下となるまで放冷を行い、「反り量」の測定を行った。反り量の測定は、地面と垂直方向への反り（縦反り）について行い、スラブの長手方向の単位長さ（ｍ）当たりの反り量（ｍｍ）により表示した。
【００４２】
「冷却日数」は、連続鋳造の鋳込み終了からスラブの表面温度が４０℃に低下するまでの所要日数により表示した。
【００４３】
また、スラブの表面温度の測定は、下記のように行った。すなわち、１枚のスラブの表面温度については、スラブの長手方向の片側側面の中央部での表面温度を測定し、これを表面温度とした。積層されたスラブの表面温度については、積層スラブの下から５枚目のスラブの長手方向の片側側面の中央部における表面温度を測定し、これを表面温度とした。なお、散水前の表面温度は放射型温度計により測定し、散水後の表面温度については、表面を乾燥後、接触型温度計により測定した。
【００４４】
（２）試験結果
試験番号１〜４は、本発明で規定する要件を満たさない連続散水冷却を行った比較例についての試験であり、試験番号５〜１２は、本発明で規定する間欠散水冷却の要件を満足する本発明例についての試験である。また、試験番号１および５は、一枚のスラブの上面に散水冷却を施した試験であり、試験番号２〜４および試験番号６〜１２は、積層されたスラブの長手方向の両側面に散水冷却を施した試験である。そして試験番号４および試験番号１０〜１２は、最上段に位置するスラブの上面に保温処置を行った試験であり、試験番号１〜３および試験番号５〜９は、保温処置を行わなかった試験である。
【００４５】
一枚のスラブの上面に散水冷却を施した比較例の試験番号１と第１発明の発明例である試験番号５を比較すると、比較例の試験番号１では、スラブに大きな反りが発生したのに対して、本発明例の試験番号５では、スラブの反り量は試験番号１の場合の約１／５に抑制されており、良好な形状の冷却スラブが得られた。また、全散水冷却時間内に散水した総散水量を散水冷却開始から散水冷却終了までの時間および冷却スラブの総質量により除した平均散水量は、試験番号１の場合に比較して、試験番号５では著しく低減しており、スラブの単位質量当たりの総散水量も、試験番号５では試験番号１の場合の約７０％にまで低減している。
【００４６】
積層されたスラブの側面に散水冷却を施した第３発明の発明例である試験番号６および７では、同じく積層スラブの側面に散水冷却を施した比較例の試験番号２および３に比較して、スラブの反り量が約４０％に抑制されており、また、スラブの単位質量当たりの総散水量も、約１／２に低減している。
【００４７】
試験番号７、８および９は、スラブの初期表面温度が７００℃から７６０℃に上昇した場合に対応して、散水時間（Ａ）を１０分から２５分に増加させ、散水停止時間（Ｂ）を１０分から５分に短縮した第３発明の発明例である。スラブの初期表面温度が高温の状態から散水冷却を行っても、スラブの反り量に大きな変化はなく、低位に抑制されており、スラブの単位質量当たりの総散水量も、比較的低位に維持されている。
【００４８】
積層されたスラブの最上段に位置するスラブの上面に保温処置を施した第４発明の発明例である試験番号１０では、同じくと積層されたスラブの最上段に位置するスラブの上面に保温処置を施した比較例の試験番号４に比較して、スラブの反りが飛躍的に改善され、反りが皆無の極めて良好な形状の冷却スラブが得られた。また、スラブの単位質量当たりの総散水量も、試験番号４の場合の６０％程度に低減している。
【００４９】
試験番号１１および１２は、スラブの初期表面温度が７４０〜７６０℃とさらに高温の条件で実施した第４発明の発明例であるにも拘わらず、スラブの反りは皆無の極めて良好な形状の冷却スラブが得られた。また、スラブの単位質量当たりの総散水量も、比較例の試験番号４に比較して著しく低い結果が得られた。
【００５０】
また、本発明例である試験番号５〜１２の冷却所要日数は、比較例である試験番号１〜４の冷却所要日数と同程度か、またはそれ以下の日数に短縮されている。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の鋳片の冷却方法によれば、連続鋳造後の高温の鋳片、特に積層されたスラブに、散水処理と散水停止処理とを周期的に繰り返し施すことにより、その表面温度が６００℃を超える高温領域からの冷却であっても、鋳片の反りなどによる形状変形を防止し、かつ、高い効率で経済的に冷却することができる。したがって、本発明の鋳片の冷却方法は、簡便な設備により高能率で冷却することを要求されるスラブなどの冷却工程に広範に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の散水冷却方法による積層スラブの冷却を模式的に示す図である。
【図２】本発明の散水冷却方法における散水量の経時変化の概念図である。
【符号の説明】
【００５３】
１：積層された高温のスラブ、  ２：スラブの長手方向の側面、  ３：最上段に位置するスラブ、  ４：スラブの上面、  ５：スラブの下面
【図１】
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【図２】
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