CN114126782B - 连续铸造铸片的二次冷却方法及二次冷却装置 - Google Patents

连续铸造铸片的二次冷却方法及二次冷却装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种连续铸造铸片的二次冷却方法及二次冷却装置，不需要大量的设备投资就能够实现效率的二次冷却。所述连续铸造铸片的二次冷却方法将由连续铸造机(1)铸造的铸片(3)在具有垂直带(5)、弯曲带(7)及水平带(9)的二次冷却带(11)中进行二次冷却，其中，包括在水平带(9)的上游侧部分的前段冷却部(13)中的前段冷却工序和在所述水平带的下游侧部分的后段冷却部(15)中的后段冷却工序，在所述前段冷却工序中，利用流量密度为300～4000升/(m2·min)的冷却水对所述铸片进行冷却，使该前段冷却工序中的所述铸片的表面的冷却水的沸腾状态成为核沸腾，在所述后段冷却工序中，利用流量密度为所述前段冷却工序中的所述冷却水的所述流量密度的2％以上且50％以下的冷却水对所述铸片进行冷却，将该后段冷却工序中的所述铸片的表面的所述冷却水的沸腾状态维持为核沸腾。

Description

连续铸造铸片的二次冷却方法及二次冷却装置
技术领域
本发明涉及在连续铸造机的二次冷却带中对铸片进行二次冷却的连续铸造铸片的二次冷却方法及二次冷却装置。
背景技术
在钢的连续铸造中，注入到铸模内的钢液被铸模冷却，在与铸模的接触面形成凝固壳。将该凝固壳作为外壳并在内部具有未凝固钢液的铸片在设置于铸模下方的二次冷却带中，一边被冷却水冷却一边向铸模下方被连续地拉拔，最终完成直至中心部的凝固。
将直至中心部凝固了的铸片切断成规定的长度，制造出作为轧制用坯料的铸片。
通常，在二次冷却中，铸片在膜沸腾状态下被冷却。所谓膜沸腾，是沸腾形态的一种，在被冷却材料的表面温度为高温、冷却水为低压且小流量的情况下容易产生，并在冷却水与被冷却材料之间产生蒸汽层，被冷却材料的冷却速度相对较慢，能够实现稳定的冷却，但存在生产率低的课题。
在连续铸造中，期望提高铸片的品质和生产率，作为为此采取的对策之一，考虑增大冷却水与铸片的表面之间的热传递系数、即喷雾冷却时的热传递系数。
因此，如专利文献1所公开的那样，若以高压向铸片的表面喷吹冷却水，则每单位时间与铸片的表面接触的冷却水量增加而热传递系数变大，生产率也提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－285147号公报
非专利文献
非专利文献1：J.V.BECK：Int.J.MassTransfer，13(1970)，p.703
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在专利文献1的方法中，需要泵的增设、高压对应型的配管等新的设备，成本上升。
另外，热传递系数的增加需要庞大的水量，若考虑应用于现有的连续铸造机，则大幅超出能够使用的水量，因此为了实施需要大量的设备投资。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种不需要大量的设备投资就能够实现效率的二次冷却的连续铸造铸片的二次冷却方法及二次冷却装置。
用于解决课题的技术方案
(1)本发明所涉及的连续铸造铸片的二次冷却方法将由连续铸造机铸造的铸片在具有垂直带、弯曲带及水平带的二次冷却带中进行二次冷却，其特征在于，包括在所述水平带的铸造方向上游侧部分中的前段冷却工序和在所述水平带的铸造方向下游侧部分中的后段冷却工序，在所述前段冷却工序中，利用每单位时间的流量密度为300～4000升/(m2·min)(其中，min为时间单位的分钟)的冷却水对所述铸片进行冷却，使该前段冷却工序中的所述铸片的表面的冷却水的沸腾状态成为核沸腾，在所述后段冷却工序中，利用每单位时间的流量密度为所述前段冷却工序中的所述冷却水的所述流量密度的2％以上且50％以下的冷却水对所述铸片进行冷却，将该后段冷却工序中的所述铸片的表面的所述冷却水的沸腾状态维持为核沸腾。
(2)另外，在上述(1)所述的连续铸造铸片的二次冷却方法中，其特征在于，在所述后段冷却工序中，所述铸片的冷却开始时的所述铸片的表面温度Ts(℃)和该后段冷却工序中的所述冷却水的所述流量密度W(升/(m2·min))满足下述式(1)的关系。
Ts＜10^[0.08×ln(W)+2]…(1)
其中，上述式(1)中的ln是自然对数，^是幂的运算符。
(3)另外，在上述(2)所述的连续铸造铸片的二次冷却方法中，其特征在于，在所述后段冷却工序中，在将铸片的厚度设为t(m)、将铸片的除未凝固部之外的厚度方向平均热传导率设为λ(kcal/(m·hour·℃))、将铸片的凝固温度设为Tc(℃)时，所述冷却水的热通量q(kcal/(m2·hour))满足下述式(2)的关系。
q≥λ[4(Tc-Ts)/t]…(2)
(4)另外，在上述(1)至(3)中任一项所述的连续铸造铸片的二次冷却方法中，其特征在于，在所述后段冷却工序中，所述冷却水的所述流量密度W满足下述式(3)的关系。
W＞e^[(log(λ[4(Tc-Ts)/t])-5.2)/0.17]…(3)
其中，上述式(3)中的e是自然对数的底，log是常用对数，^是幂的运算符。
(5)另外，在上述(1)至(4)所述的连续铸造铸片的二次冷却方法中，其特征在于，在所述水平带中，沿铸造方向配置多个使轴向与铸造方向垂直的辊，并且在沿铸造方向相邻的所述辊之间，沿铸片宽度方向具备多个向所述铸片的表面喷射所述冷却水的喷雾嘴，从各个所述喷雾嘴喷射的所述冷却水与所述铸片的表面碰撞而形成的冷却面成为圆角长方形状或椭圆状，至少在所述前段冷却工序中，以所述冷却面的长轴相对于与铸造方向垂直的方向在5～45度的范围内倾斜的方式喷射所述冷却水。
(6)本发明所涉及的连续铸造铸片的二次冷却装置将由连续铸造机铸造的铸片在具有垂直带、弯曲带及水平带的二次冷却带中进行二次冷却，其特征在于，所述水平带具有前段冷却部和后段冷却部，所述前段冷却部利用每单位时间的流量密度为300～4000升/(m2·min)(其中，min为时间的单位的分钟)的每单位时间的流量密度的冷却水对所述铸片进行冷却，使该前段冷却部内的所述铸片的表面的冷却水的沸腾状态成为核沸腾，所述后段冷却部利用每单位时间的流量密度为所述前段冷却部的冷却水的所述流量密度的2％以上且50％以下的冷却水对所述铸片进行冷却，将该后段冷却部内的所述铸片的表面的冷却水的沸腾状态维持为核沸腾。
(7)另外，在上述(6)所述的连续铸造铸片的二次冷却装置中，其特征在于，在所述水平带沿铸造方向配置有多个使轴向与铸造方向垂直的辊，并且在沿铸造方向相邻的所述辊之间，沿铸片宽度方向具备多个向所述铸片的表面喷射冷却水的喷雾嘴，所述喷雾嘴以使从各个所述喷雾嘴喷射的所述冷却水与所述铸片的表面碰撞而形成的冷却面成为圆角长方形状或椭圆状的方式喷射所述冷却水，至少在所述前段冷却部中，以所述冷却面的长轴相对于与铸造方向垂直的方向在5～45度的范围内倾斜的方式配置有所述喷雾嘴。
发明效果
在本发明中，在水平带中的前段冷却工序中，使冷却水的每单位时间的流量密度为300～4000升/(m2·min)，在所述前段冷却部内使铸片的表面的冷却水的沸腾状态成为核沸腾，在后段冷却工序中，以前段冷却工序的2％以上且50％以下的流量进行冷却，将铸片的表面的冷却水的沸腾状态维持为核沸腾，因此，能够抑制冷却水量，不需要大量的设备投资就能够实现效率的二次冷却。
附图说明
图1是说明连续铸造机的概要的说明图。
图2是本实施方式所涉及的二次冷却装置所使用的冷却喷雾器的说明图。
图3是本实施方式所涉及的二次冷却装置所使用的冷却喷雾器的其他方式的说明图。
图4是表示冷却水的流量、铸片的表面温度及冷却能力的关系的图表。
具体实施方式
如图1所示，本实施方式所涉及的连续铸造铸片的二次冷却方法将由连续铸造机1铸造的铸片3在具有垂直带5、弯曲带7、水平带9的二次冷却带11中进行二次冷却。水平带9具有进行前段冷却工序的前段冷却部13和进行后段冷却工序的后段冷却部15。
以下，详细说明各结构。
<连续铸造机>
如图1所示，连续铸造机1是如下装置：将从中间包(未图示)注入到铸模17的钢液利用辊19进行支承，且一边利用设置在辊19之间的冷却喷雾器21进行二次冷却，一边作为铸片3拉出。
如图1所示，对铸片3进行二次冷却的二次冷却带11分为垂直带5、弯曲带7、水平带9。本发明的二次冷却方法涉及在水平带9中冷却铸片3的方法。
<前段冷却工序>
前段冷却工序是如下工序：在二次冷却带11的水平带9的前段冷却部13中，利用冷却喷雾器21以使冷却水的每单位时间的流量密度为300～4000升/(m2·min)(其中，min是时间单位的分钟)的方式进行在前段冷却部13内使铸片3的表面的冷却水的沸腾状态成为核沸腾的冷却。
在此，前段冷却部13中的冷却水的每单位时间的流量密度是通过将前段冷却部13中的冷却水的总水量(升/min)除以前段冷却部13的面积(m2)而计算出的值。
所谓冷却喷雾器21，是指喷射液体或液体与气体的混合体而将该液体或液体与气体的混合体散布于铸片3的表面的装置。这里，作为液体的一例，可举出水，作为气体的一例，可举出空气。
如图1所示，冷却喷雾器21配置在将铸片3向铸造方向输送的辊19与辊19之间。
另外，如图2所示，冷却喷雾器21在各辊19之间沿铸片3的宽度方向设有多个喷雾嘴23。图2所示的喷雾嘴23是扁平喷雾嘴，作为从该扁平喷雾嘴喷射的冷却水的制冷剂25以喷雾嘴23为中心在铸片宽度方向上呈扇状扩散。因此，冷却水与铸片表面碰撞的碰撞面成为铸造方向的宽度小且铸片宽度方向的宽度大的细长的线状的形状。在本说明书中，将从扁平喷雾嘴喷射的冷却水与铸片表面碰撞的碰撞面的细长的线状的形状称为“圆角长方形状”。
但是，喷雾嘴23的种类没有特别限定，作为扁平喷雾嘴的类似喷雾，可以是椭圆喷雾嘴(椭圆喷雾、长圆喷雾)、作为呈圆锥状进行喷射的喷嘴的实心锥喷雾嘴(圆锥喷雾、圆喷雾)、使实心锥喷雾成为方形的方形喷雾(角喷雾、正方形喷雾、长方形喷雾)这样的呈四棱锥形状进行喷射的喷嘴。
另外，在使用上述扁平喷雾嘴或椭圆喷雾嘴作为喷雾嘴23时，通常配置成圆角长方形状或椭圆状的冷却面(冷却水与铸片表面碰撞的碰撞面)的长轴与铸造方向垂直，如图3所示，将所述长轴与铸造方向垂直的情况设为0度，在5～45度的范围内倾斜(图3中的θ＝5～45度)配置来喷射冷却水时更为优选。
其理由如下所述。
如上所述，在各辊19之间，沿铸片3的宽度方向设有多个喷雾嘴23。在喷雾嘴23为扁平喷雾的情况下，从喷雾嘴23喷射而在铸片3的表面流动的冷却水的速度在冷却水碰撞面的长轴方向(以后称为喷雾的宽度方向)上快，在短轴方向(以后称为喷雾的厚度方向)上相对较慢。因此，与铸片的表面碰撞后的冷却水相对较缓慢地向喷雾的厚度方向、即铸造方向扩散。另一方面，关于喷雾的宽度方向，从相邻的喷雾器喷射的冷却水在各自的端部相互以相反方向的速度碰撞，之后，将朝向改变为铸造方向而扩散。其结果是，冷却水在与铸片的表面碰撞后，以相对较慢的速度在铸片的表面上沿铸造方向流动。
另一方面，当使冷却面的长轴从与铸造方向垂直的朝向倾斜时，从相邻的喷雾器喷射的冷却水的干涉在速度相对较慢的喷雾的厚度方向上产生，在速度快的喷雾的宽度方向上不产生。因此，冷却水在铸片的表面上以快的速度流动。根据本发明的发明人们的研究可知，在冷却水在铸片的表面上移动时，冷却水的速度越快，冷却能力越高。如上所述，通过将喷雾嘴23配置成使冷却面的长轴从与铸造方向垂直的朝向倾斜，冷却能力提高。在此，在将与铸造方向垂直的方向设为0度的情况下，冷却面的长轴的倾斜角度优选在5～45度的范围内倾斜配置。
在利用冷却喷雾器21的前段冷却工序中，如上所述，以使每单位时间的流量密度为300～4000升/(m2·min)的方式进行使铸片3的表面的至少一部分或全部的冷却水的沸腾状态成为核沸腾的冷却，以下说明这样的理由。
若在进入水平带9之前以较高的热传递系数进行铸片的冷却(以后称为强冷却)，则特别是在铸片3的拐角部产生破裂的风险较高，因此只要在水平带9进行强冷却即可。
但是，如上所述，从抑制设备投资的观点出发，需要一边抑制冷却水的流量一边进行强冷却。因此，对仅在前段冷却工序中使用大流量的冷却水而在后段冷却部15中使用小流量的冷却水的方法进行了研究。
图4是表示冷却水的流量、铸片3的表面温度及冷却能力的关系的概略图。纵轴表示冷却能力，横轴表示铸片的表面温度，图中示出了冷却水的流量为大、中、小这三种情况。
在图4的图表中，冷却能力的极大点以下的温度区域为核沸腾区域，极小点以上的温度区域为膜沸腾区域。另外，所谓核沸腾，是以发泡点为核产生气泡，冷却水能够从冷却对象夺去非常高的热的沸腾状态。另外，所谓膜沸腾，是在冷却水与冷却对象的边界产生蒸气的膜，该蒸气的膜成为隔热层，并且冷却水能够从冷却对象夺去的热量小的沸腾状态。
根据图4的图表，在铸片3的温度低的情况下，即在核沸腾区域中，冷却水的流量对冷却能力造成的影响小。因此，在前段冷却工序中，以大流量进行冷却，使铸片3的表面温度下降而成为核沸腾，在之后的后段冷却部15中，若以小流量维持核沸腾，则能够以小流量发挥高的冷却能力。
使用图4的图表具体说明本发明的铸片的冷却方法的概念。从连续铸造机的上游侧向下游侧推进铸造时的铸片的表面的温度历史在图4的图表上大致从右(高温侧)变为左(低温侧)。处于弯曲带7的铸片3仍为高温，但为了防止铸片3的破裂等，以不进行过度的冷却而抑制冷却水的流量的方式进行操作(图4上的比O点靠右侧)。另一方面，当铸片3脱离弯曲带7而进入水平带9时(图4上的A点)，铸片3的破裂的风险降低，因此能够进行强冷却，能够大幅增加冷却水的流量(图4上的A’点)。即，进入本发明的前段冷却工序中的大流量下的冷却。铸片3以大流量被强冷却，其表面温度大幅降低，在最早的情况下，在比进入水平带并由从设置于最初的辊间的喷嘴喷射的冷却水冷却的铸片的表面位置靠铸造方向下游侧处，冷却水的状态转变为核沸腾状态(图4上的B点)。若就此继续冷却，则铸片3的表面温度进一步降低而到达图4上的C点。如果铸片3的表面温度降低到C点，则即使在冷却水为低流量的条件下也能够维持核沸腾，因此使冷却水的流量降低，即转移到后段冷却工序而以小流量继续进行强冷却(图4上的C’点)。
另外，本发明中的冷却水量大致如图4中的空心箭头所示那样转变。
并且，在本实施方式中，前段冷却工序中的大流量下的冷却使每单位时间的流量密度为300～4000升/(m2·min)。这样做的理由如下所述。
图4中的冷却能力的极小值根据流量而变化，但根据本发明的发明人们的研究成果可知，通过形成为300升/(m2·min)的每单位时间的流量密度，表现冷却能力的极小值的温度成为1000℃左右。
另一方面，通常，水平带9中的铸片3的表面温度为1000℃以下，是比表现冷却能力的极小值的温度低的温度区域。因此，如果是300升/(m2·min)的每单位时间的流量密度，则能够以比冷却能力的极小值高的冷却能力开始对水平带9中的铸片3进行冷却。
另外，如图4所示，在冷却能力的极小值至极大值之间，冷却水的流量越大则冷却能力越高，因此在水平带9的前段冷却部13中增大每单位时间的流量密度是更有利的。
但是，根据发明人的见解可知，在流量密度为4000升/(m2·min)以上时，即使增加每单位时间的流量密度，冷却能力也几乎不发生变化，因此，不能有效地使用冷却水。
根据以上的理由，前段冷却部13中的大流量下的冷却使每单位时间的流量密度为300～4000升/(m2·min)。另外，更优选的流量范围为300～2000升/(m2·min)。
另外，在本实施方式中，在前段冷却工序中以大流量进行冷却，在前段冷却工序中使铸片3的表面温度下降而成为核沸腾，在之后的后段冷却工序中以小流量维持核沸腾，以下对用于得以实现这种状态的条件进行说明。
本发明的发明者们在实验室中进行了用水冷却铸片3的各种实验，结果可知，在铸片3的表面温度Ts(℃)为Ts＝10^[0.08×ln(W)+2]的情况下，成为表现冷却能力的极大值的温度。
其中，W是每单位时间的流量密度(升/(m2·min))，ln是自然对数。
因此，只要根据后段冷却工序的每单位时间的流量密度，在前段冷却工序中以大流量冷却至比上述Ts低的温度即可。换言之，只要进行前段冷却工序中的冷却，以使后段冷却工序中的冷却开始时的铸片3的表面温度Ts(℃)成为由下式(1)规定的温度即可。
Ts＜10^[0.08×ln(W)+2]…(1)
<后段冷却工序>
后段冷却工序在水平带9的后段冷却部15中以前段冷却工序的2％以上且50％以下的每单位时间的流量密度进行冷却，将铸片3的表面的冷却水的沸腾状态维持为核沸腾。
在此，后段冷却部15中的冷却水的每单位时间的流量密度是通过将后段冷却部15中的冷却水的总水量(升/min)除以后段冷却部15的面积(m2)而计算出的值。
如上所述，若进行前段冷却工序以使后段冷却工序开始时的铸片3的表面温度成为由上述式(1)规定的温度，则在后段冷却工序中，能够以小流量密度、具体而言以式(1)的每单位时间的流量密度W进行核沸腾下的冷却。并且，该每单位时间的流量密度在前段冷却工序的2％以上且50％以下适当设定即可。另外，更优选的每单位时间的流量密度的范围为前段冷却工序的5％～20％。
但是，由于由来自铸片3的内部的回热引起的热通量，铸片的表面温度上升，因此需要抑制该温度上升而将铸片的表面温度维持为上述温度。这是因为，若超过表现冷却能力的极大值的温度，则冷却能力对流量的依赖性变大，因此无法发挥小流量下的高冷却能力。
并且，为了抑制该温度上升而将铸片的表面温度维持为上述温度，只要使由来自铸片3的外部的冷却水喷射引起的热通量比由来自铸片3的内部的回热引起的热通量大即可。
铸片3的温度分布理想地在厚度中央表现最高温度，并能够用抛物线近似，因此能够用下述式(4)表示回热的热通量q’(kcal/(m2·hour))。
q’＝λ[4(Tc-Ts)/t]…(4)
其中，在上述式(4)中，t为铸片厚度(m)，λ为铸片的除未凝固部之外的厚度方向平均热传导率(kcal/(m·hour·℃))，Tc为铸片的凝固温度(℃)。
因此，在后段冷却部15中以小流量进行冷却时，冷却时的热通量q(kcal/(m2·hour))只要满足q≥q’，即满足下述式(2)即可。
q≥λ[4(Tc-Ts)/t]…(2)
另外，难以测定铸片厚度中心的温度，由于大致为铸片3的凝固温度，因此设为凝固温度。
发明人对以满足上述式(2)的热通量进行冷却所需的每单位时间的流量密度进行了研究。
并且，在实验室中通过钢板的冷却实验进行调查，将图4中热通量(冷却能力)成为极大的条件作为热通量的极大值与每单位时间的流量密度的关系而得到以下的实验式。
q”＝10^[0.17ln(W)+5.2]…(5)
根据该式(5)和上述式(4)、即q’＝λ[4(Tc-Ts)/t]这两个公式，作为在后段冷却工序中应满足的条件，q”＞q’，若将其关于每单位时间的流量密度W进行变形，则成为下述式(3)。
W＞e^[(log{λ[4(Tc-Ts)/t]}-5.2)/0.17]…(3)
其中，上述式(3)中的e是自然对数的底，log是常用对数。
因此，通过以满足上述式(3)的方式设定后段冷却部15的每单位时间的流量密度，在后段冷却部15中，能够实现以少水量维持核沸腾状态的冷却。
如上所述，在本实施方式的二次冷却方法中，在二次冷却带11的水平带9中，在前段冷却工序中以大流量密度使铸片3表面的冷却水的沸腾状态成为核沸腾，在所述后段冷却工序中，以前段冷却工序的2％以上且50％以下的每单位时间的流量密度进行冷却，将铸片3表面的冷却水的沸腾状态维持为核沸腾，因此能够抑制水平带9中的冷却水量，不需要大量的设备投资就能够实现效率的二次冷却。
作为实现如上所述的连续铸造铸片的二次冷却方法的二次冷却装置，只要采用如下装置结构即可：在水平带9中具有前段冷却部13和后段冷却部15，在所述前段冷却部13中，每单位时间的流量密度为300～4000升/(m2·min)，使铸片3的表面的冷却水的沸腾状态成为核沸腾，在所述后段冷却部15中，以前段冷却部13的2％以上且50％以下的流量进行冷却，将铸片3的表面的冷却水的沸腾状态维持为核沸腾。
作为用于将冷却水的沸腾状态维持为核沸腾的具体方法，例如能够采用如下方法：测定铸片3的冷却前后的冷却水的温度，使用该冷却水的温度的上升量的值来推定冷却水的沸腾模式，并调整冷却水的水量以使推定出的沸腾模式维持为核沸腾。若比较核沸腾和膜沸腾，则由于核沸腾时的热通量更大，因此核沸腾时的冷却水的温度上升量比膜沸腾时的冷却水的温度上升量大。
冷却水的温度上升量可以通过下述式(6)来推定。但是，由于热的一部分作为气化热被消耗，所以基于下述式(6)的冷却水的温度的上升量为概算值。
ΔT＝q/(ρcW)…(6)
在此，ΔT是冷却水的温度的上升量(℃)，q是从铸片向冷却水的热通量(W·m2)，ρ是冷却水的密度(kg/m3)，c是冷却水的比热(J/(kg·K))，W是冷却水的每单位时间的流量密度(m3/(m2·s))。
如上所述，由于在核沸腾时和膜沸腾时热通量q的值不同，因此由上述式(6)推定的冷却水的温度的上升量ΔT的值在核沸腾时和膜沸腾时不同。因此，根据从铸片3的冷却前后的冷却水的温度的测定值求出的实际的温度上升量接近基于上述式(6)的温度上升量在核沸腾时的推定值和在膜沸腾时的推定值中的哪一个，能够推定出冷却水的沸腾模式。并且，通过以使推定出的沸腾模式维持为核沸腾状态的方式调整冷却水的水量，能够将冷却水的沸腾状态维持为核沸腾。
实施例1
为了证实本发明的效果，使用连续铸造机1进行了低碳钢的铸造，以下对此进行说明。另外，实施例中说明的数值等是为了进一步理解本发明而示出的，本发明不被该实施例进行任何限定。
连续铸造机1的机长为45m，其中水平带9由15个各2m长的区段构成。作为铸造条件，铸造速度为2mpm，铸片厚度为250mm，铸片的宽度为1500mm。冷却水使用水，并与空气混合，从冷却喷雾器21喷射。水温和空气的温度为30℃。
到达水平带9时的铸片3的表面温度为850℃。
另外，凝固温度为固相线温度1500℃，平均热传导率为39.4kcal/(m·hour·℃)。
温度的测定使用辐射温度计。
关于凝固位置，由铆接试验求出。
在上述条件下，对水平带9中的冷却条件进行各种变更。在此，前段冷却部13和后段冷却部15的分开及每单位时间的流量密度的设定以区段为单位进行。另外，关于热通量，制作模拟了实机的实验装置，进行相当于操作条件的实验，并基于其结果通过计算来求出。具体而言，在上述实验中，用辐射温度计测定铸片的表面温度，同时用超声波测定器测定凝固界面位置，根据其结果，使用非专利文献1所记载的热通量反算法进行计算。
作为比较例1，使水平带9中的每单位时间的流量密度恒定为180升/(m2·min)。
对于比较例2、3，将设置于水平带9的上游侧的5个区段作为前段冷却部13，将剩余的10个区段作为后段冷却部15，并单独设定每单位时间的流量密度，进行冷却。例如，在比较例2中，前段冷却部13以每单位时间的流量密度250升/(m2·min)冷却5个区段，在后段冷却部15中，将每单位时间的流量密度减少到140升/(m2·min)来冷却剩余的10个区段。后段冷却开始时、即每单位时间的流量密度从250升/(m2·min)减少到140升/(m2·min)的定时下的铸片3的表面温度为763℃。
作为发明例，单独设定前段冷却部13和后段冷却部15的区段数量及每单位时间的流量密度，进行冷却。例如在发明例1中，前段冷却部13以每单位时间的流量密度300升/(m2·min)冷却5个区段，在后段冷却部15中，将每单位时间的流量密度减少到150升/(m2·min)来冷却剩余的10个区段。后段冷却开始时的铸片3的表面温度为140℃。
具体的数值示于表1。
另外，在实施例1中，如图2所示，喷雾嘴的冷却面的长轴为相对于铸造方向垂直的朝向。
[表1]
Figure BDA0003464436330000161
在比较例1、2中，不满足式(1)、式(2)，在水平带9整个区域成为膜沸腾区域的冷却，冷却量不足，冷却部出口侧的温度升高。
在比较例3中，满足式(1)，在前段冷却部13中成为核沸腾区域的冷却，温度充分降低，但不满足式(2)，在后段冷却部15中，核沸腾崩溃，成为膜沸腾区域的冷却，冷却能力不足，冷却部出口侧的温度升高。
在发明例1～5中，在前段冷却部13中成为核沸腾区域的冷却，温度充分降低，另外，在后段冷却部15中能够维持核沸腾，冷却能力充分，能够将冷却部出口侧的温度维持在低温，其结果是，到凝固完成为止所花费的时间变短。这与能够增加铸造速度是同义的，因此有助于生产率提高。
实施例2
由于进行了用于确认使喷雾嘴倾斜的效果的实验，因此在以下进行说明。连续铸造机和操作条件与实施例1相同。
将设置于水平带9的扁平喷雾嘴设置成使通过从喷雾嘴喷射的冷却水而形成于铸片的表面的圆角长方形状的冷却面的长轴从与铸造方向垂直的朝向倾斜。
在发明例6中，使通过从设置于水平带9的所有喷雾嘴喷射的冷却水而形成于铸片的表面的圆角长方形状的冷却面的长轴从与铸造方向垂直的朝向倾斜20°。前段冷却部13以每单位时间的流量密度300升/(m2·min)冷却5个区段，在后段冷却部15中，将每单位时间的流量密度减少到150升/(m2·min)来冷却剩余的10个区段。后段冷却开始时的铸片3的表面温度为128℃。
发明例7中，前段冷却部13及后段冷却部15的每单位时间的流量密度与发明例6相同并使上述长轴倾斜60°。
发明例8中，前段冷却部13的每单位时间的流量密度为1000升/(m2·min)，后段冷却部15的每单位时间的流量密度为100升/(m2·min)，并使上述长轴倾斜20°。
发明例9中，前段冷却部13及后段冷却部15的每单位时间的流量密度与发明例8相同并使上述长轴倾斜60°。
[表2]
Figure BDA0003464436330000171
使上述长轴的倾斜角度为20°的发明例6、8与上述长轴的倾斜角度为0°的发明例1、发明例3(参照表1)及长轴的倾斜角度为60°的发明例7、9相比，冷却水在铸片的表面上以更快的速度流动。其结果是，冷却能力提高，到完成凝固为止所花费的时间进一步缩短。这与能够增加铸造速度是同义的，因此有助于生产率提高。
这样，示明了通过使由从喷雾嘴喷射的冷却水形成于铸片的表面的圆角长方形状的冷却面的长轴从与铸造方向垂直的朝向在规定的范围(5～45度)的范围内倾斜，能够期待提高冷却能力的效果。
另外，作为倾斜角度的优选范围设为5～45度是因为考虑到以倾斜角度小于5度倾斜所带来的效果小，并且当超过45度时，如上述的60度的情况所示明的那样冷却能力降低。
标号说明
1 连续铸造机
3 铸片
5 垂直带
7 弯曲带
9 水平带
11 二次冷却带
13 前段冷却部
15 后段冷却部
17 铸模
19 辊
21 冷却喷雾器
23 喷雾嘴
25 制冷剂

Claims (5)

1.一种连续铸造铸片的二次冷却方法，将由连续铸造机铸造的铸片在具有垂直带、弯曲带及水平带的二次冷却带中进行二次冷却，其特征在于，
包括在所述水平带的铸造方向上游侧部分中的前段冷却工序和在所述水平带的铸造方向下游侧部分中的后段冷却工序，
在所述前段冷却工序中，利用每单位时间的流量密度为300～4000升/(m2·min)的冷却水对所述铸片进行冷却，使该前段冷却工序中的所述铸片的表面的冷却水的沸腾状态成为核沸腾，其中，min为时间单位的分钟，
在所述后段冷却工序中，利用每单位时间的流量密度为所述前段冷却工序中的所述冷却水的所述流量密度的2％以上且50％以下的冷却水对所述铸片进行冷却，将该后段冷却工序中的所述铸片的表面的所述冷却水的沸腾状态维持为核沸腾，
在所述后段冷却工序中，所述铸片的冷却开始时的所述铸片的表面温度Ts(℃)和该后段冷却工序中的所述冷却水的所述流量密度W(升/(m2·min))满足下述式(1)的关系：
Ts＜10^[0.08×ln(W)+2]…(1)
其中，上述式(1)中的ln是自然对数，^是幂的运算符。
2.根据权利要求1所述的连续铸造铸片的二次冷却方法，其特征在于，
在所述后段冷却工序中，在将铸片的厚度设为t(m)、将铸片的除未凝固部之外的厚度方向平均热传导率设为λ(kcal/(m·hour·℃))、将铸片的凝固温度设为Tc(℃)时，所述冷却水的热通量q(kcal/(m2·hour))满足下述式(2)的关系：
q≥λ[4(Tc-Ts)/t]…(2)。
3.根据权利要求2所述的连续铸造铸片的二次冷却方法，其特征在于，
在所述后段冷却工序中，所述冷却水的所述流量密度W满足下述式(3)的关系：
W＞e^[(log(λ[4(Tc-Ts)/t])-5.2)/0.17]…(3)
其中，上述式(3)中的e是自然对数的底，log是常用对数，^是幂的运算符。
4.一种连续铸造铸片的二次冷却方法，将由连续铸造机铸造的铸片在具有垂直带、弯曲带及水平带的二次冷却带中进行二次冷却，其特征在于，
包括在所述水平带的铸造方向上游侧部分中的前段冷却工序和在所述水平带的铸造方向下游侧部分中的后段冷却工序，
在所述前段冷却工序中，利用每单位时间的流量密度为300～4000升/(m2·min)的冷却水对所述铸片进行冷却，使该前段冷却工序中的所述铸片的表面的冷却水的沸腾状态成为核沸腾，其中，min为时间单位的分钟，
在所述后段冷却工序中，利用每单位时间的流量密度为所述前段冷却工序中的所述冷却水的所述流量密度的2％以上且50％以下的冷却水对所述铸片进行冷却，将该后段冷却工序中的所述铸片的表面的所述冷却水的沸腾状态维持为核沸腾，
在所述水平带中，沿铸造方向配置多个使轴向与铸造方向垂直的辊，并且在沿铸造方向相邻的所述辊之间，沿铸片宽度方向具备多个向所述铸片的表面喷射所述冷却水的喷雾嘴，
从各个所述喷雾嘴喷射的所述冷却水与所述铸片的表面碰撞而形成的冷却面成为圆角长方形状或椭圆状，
至少在所述前段冷却工序中，以所述冷却面的长轴相对于与铸造方向垂直的方向在5～45度的范围内倾斜的方式喷射所述冷却水。
5.一种连续铸造铸片的二次冷却装置，将由连续铸造机铸造的铸片在具有垂直带、弯曲带及水平带的二次冷却带中进行二次冷却，其特征在于，
所述水平带具有前段冷却部和后段冷却部，
所述前段冷却部利用每单位时间的流量密度为300～4000升/(m2·min)的冷却水对所述铸片进行冷却，使该前段冷却部内的所述铸片的表面的冷却水的沸腾状态成为核沸腾，其中，min为时间单位的分钟，
所述后段冷却部利用每单位时间的流量密度为所述前段冷却部的冷却水的所述流量密度的2％以上且50％以下的冷却水对所述铸片进行冷却，将该后段冷却部内的所述铸片的表面的冷却水的沸腾状态维持为核沸腾，
在所述水平带沿铸造方向配置有多个使轴向与铸造方向垂直的辊，并且在沿铸造方向相邻的所述辊之间，沿铸片宽度方向具备多个向所述铸片的表面喷射冷却水的喷雾嘴，
所述喷雾嘴以使从各个所述喷雾嘴喷射的所述冷却水与所述铸片的表面碰撞而形成的冷却面成为圆角长方形状或椭圆状的方式喷射所述冷却水，
至少在所述前段冷却部中，以所述冷却面的长轴相对于与铸造方向垂直的方向在5～45度的范围内倾斜的方式配置有所述喷雾嘴。
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