CN114173958A - 连续铸造铸片的二次冷却装置和二次冷却方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能够抑制设备投资和运行成本，即使在设备限制严苛的环境下也能够应用，并且具有高的冷却能力控制性的钢的连续铸造中的二次冷却装置和方法。本发明的连续铸造铸片的二次冷却装置1在连续铸造机的二次冷却带中，利用单流体水喷雾对由导辊3支承引导的铸片5喷雾进行冷却，具备：流量特性不同的两种以上的水喷雾喷嘴7；多条水供给线9，其对与各个水喷雾7的流量特性对应的流量的水可调节地进行供给；切换阀11、13、15，其对所使用的水供给线9进行切换；该连续铸造铸片的二次冷却装置1具有冷却区域，所述流量特性不同的两种以上的水喷雾喷嘴7在所述导辊之间的间隙、在与导辊3平行的方向上排成一列设置。

Description

连续铸造铸片的二次冷却装置和二次冷却方法

技术领域

本发明涉及一种连续铸造铸片的二次冷却装置和二次冷却方法。

背景技术

基于图4，以垂直弯曲型的连续铸造设备为例对通常的连续铸造铸片的制造方法进行说明。

从中间包(未图示)向铸模21注入的钢水在铸模21中进行一次冷却，成为形成了凝固坯壳的平板状的铸片5而以平板状从垂直带23下落并向弯曲带27前进。然后，在弯曲带27的进入侧的弯曲部25，铸片5以保持一定的曲率半径的方式被多个辊(未图示)引导并弯曲。

之后，在矫正部29逐渐将铸片5的曲率半径增大地弯回(矫正)，在离开矫正部29时，铸片5再次成为平板状而向水平带31前进。铸片5在水平带31凝固完成后，被在连续铸造机的出口侧设置的气割机33切割成规定的长度。

在铸片5离开铸模21之后，为使凝固完成至中心部，从垂直带23到水平带31，使用水喷雾(水单流体喷雾或水－空气双流体混合喷雾)进行二次冷却。

通常二次冷却通过在铸模21正下方的垂直带23喷射大流量的水来进行强冷却，从而确保坯壳的强度。在弯曲带27以后反而将冷却减弱，利用来自内部的高温部的热传导使表面温度上升(复热)。之后在矫正部29将表面温度调节到脆化温度范围以上，从而避免横裂的产生。

在从连续铸造开始至铸造速度达到最高速度为止的期间、停止向铸模注入钢水而使连续铸造结束的期间，铸造速度大幅变化。此时，必须根据铸造速度的变化来对二次冷却带的冷却条件进行控制。

在冷却条件的控制不适宜的情况下，例如，如果在垂直带过冷却，则会在通过矫正带时产生因钢的第三脆性区脆化(从γ低温区域到γ/α转变温度范围的钢的脆化现象)而引起的表面裂纹(横裂)。

在铸片的温度过低的情况下，在连续铸造机出口侧进行气割时会带来切割不良和随之产生的铸造速度调节等问题。

另一方面，存在为了提高生产效率而加快铸造速度，在铸片中心部并未凝固的情况下就进行矫正，在连续铸造工序的最后阶段的水平带进行强冷却来使凝固完成的方法。这样的方法是否适用根据钢种而不同，为了防止过冷却或冷却不足，必须根据铸片的厚度或速度对强冷却带的范围和冷却水的水量进行控制。

如上所述，对于连续铸造中的铸片的二次冷却，需要使冷却条件大幅变化。作为应对方法，例如在专利文献1中，提出了一种利用水和压缩空气的双流体喷雾的技术，即使在水发生较大变化的情况下，也能够得到稳定的喷射状态。

在专利文献2中，提出了一种在水的单流体的冷却中，将对压力和流量独立地进行控制的双系统的冷却水向单一的喷射口导入，根据冷却条件来使冷却水的供给流量大幅变化的技术。

在专利文献3中，提出了一种通过根据水量范围分别使用水单流体喷雾和水－空气双流体喷雾，从而使冷却水的供给流量变化的技术。

另外，在专利文献4中，提出了一种在辊之间设置两列水的单流体喷雾，根据铸造速度的变化对喷射水的列在一列或两列喷雾之间进行切换，从而进行冷却。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2016－7602号公报

专利文献2：(日本)特开平5－220550号公报

专利文献3：(日本)特开2004－58117号公报

专利文献4：(日本)特开昭52－128836号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在专利文献1的技术中，尽管通过单喷嘴在冷却水的较广水量范围下得到了稳定的喷射分布，但由于需要使冷却水的供给压力大幅变化，因而尤其在大流量条件下压力损失会变大。在此情况下，由于需要大量的压缩空气，因而需要设置大容量的压缩机，设备成本和运行成本提高。

在专利文献2的技术中，不需要压缩空气，通过对压力和流量不同的双系统的冷却水进行供给来扩大来自喷嘴的喷射水量的控制范围。

在使用水的单流体喷雾的情况下，能够利用水向喷嘴的供给压力来对喷射水量进行控制，但一般来说已知喷射水量与压力的平方根成正比。如果要增大调节比，则需要增大压力比。例如，如果要实现40倍的调节比，则所需的最小和最大的压力比为1600倍，超过了泵的控制能力。

并且，在降低供给压力来减小水量的情况下，存在水的喷射角度变得小于设计值的危险。结果会存在与冷却面冲撞的水的流量分布不均而产生冷却不均，存在产生由表面温度不均造成的热应力所引发的表面裂纹(纵裂)的问题。

另一方面，在专利文献3的技术中，尽管仅在低流量范围内通过使用双流体喷雾抑制了空气的消耗量，但与专利文献1相同，在设备和运行成本上存在问题。通过使用两种配管和喷嘴能够抑制压力损失来确保喷射分布的稳定性，但必须将水双系统和空气单系统的配管配置在相同辊之间的空间，从而使连续铸造机的设计负担和制造成本增加。

在专利文献4的技术中，尽管通过采用水单流体双系统使设计简化，但由于在辊之间设置两列喷雾，因而难以缩小辊的间隔。难以缩小辊的间隔会因铸片中心部的未凝固钢水的静压而不利于铸片宽度中央部鼓肚的抑制，会导致铸片内部品质不佳。

如上所述，期望开发出一种不需要较大设备投资和运行成本就具有较高冷却能力控制性、与铸造速度的较大变化相对应地稳定实现高速铸造、能够获得更加优良的表面性质和内部品质的二次冷却装置和二次冷却方法。

于是，鉴于上述问题，本发明的目的在于得到一种抑制设备投资和运行成本、在设备限制严苛的环境下也可以适用的、具有高冷却能力控制性的、钢的连续铸造的二次冷却装置和方法。

用于解决技术问题的技术方案

(1)一种连续铸造铸片的二次冷却装置，在连续铸造机的二次冷却带，利用单流体水喷雾对由多个导辊支撑引导的铸片进行冷却，其特征在于，具备：流量特性不同的两种以上的水喷雾喷嘴；多条水供给线，其对与各个水喷雾喷嘴的流量特性对应的流量的水进行供给；切换装置，其对所使用的水供给线进行切换；该连续铸造铸片的二次冷却装置具有冷却区域，在所述冷却区域，所述流量特性不同的两种以上的水喷雾喷嘴在所述导辊之间的间隙、在与所述导辊的旋转轴平行的方向上排成一列设置。

(2)根据(1)所述的连续铸造铸片的二次冷却装置，所述水供给线的数量与所述水喷雾喷嘴的种类数量相同。

(3)根据(1)或(2)所述的连续铸造铸片的二次冷却装置，在所述两种以上的水喷雾喷嘴中，喷射流量最多的喷雾喷嘴所喷射的水的水量密度是喷射流量最少的喷雾喷嘴所喷射的水的水量密度的20倍以上。

(4)根据(1)至(3)中任一项所述的连续铸造铸片的二次冷却装置，在所述两种以上的水喷雾喷嘴中，喷射流量最多的喷雾喷嘴所喷射的水的水量密度为500L/(m²×min)以上且2000L/(m²×min)以下，喷射流量最少的喷雾喷嘴所喷射的水的水量密度为50L/(m²×min)以上且低于500L/(m²×min)。

(5)根据(1)至(4)中任一项所述的连续铸造铸片的二次冷却装置，在从铸造方向上游侧按照垂直带、弯曲部、弯曲带、矫正部、水平带的顺序构成的所述连续铸造机的二次冷却带，所述冷却区域在所述水平带内设有一个以上。

(6)一种连续铸造铸片的冷却方法，利用(5)所述的连续铸造铸片的二次冷却装置对铸片进行二次冷却，其特征在于，

将所述水平带中的铸造方向上游侧区间作为以所喷射的冷却水在铸片表面成为核态沸腾状态的条件喷射水从而对铸片进行冷却的强水冷区间，并且以比所述强水冷区间位于铸造方向下游侧、至所述水平带的末端的区间为使其水量密度比所述强水冷区间低且将铸片表面的冷却液的沸腾状态维持为核态沸腾的弱水冷区间。

发明的效果

在本发明中，具备流量特性不同的两种以上的水喷雾喷嘴、对与各水喷雾喷嘴的流量特性对应的流量的水进行供给的多条水供给线、对所使用的水供给线进行切换的切换装置，通过将流量特性不同的两种以上的水喷雾喷嘴设置在导辊之间的间隙，与该导辊的旋转轴平行的方向排成一列，能够不使导辊之间的间隙变大，具有较高的冷却能力控制性，在铸造速度发生变化的情况下也不会带来品质降低或问题，能够稳定地制造铸片。

附图说明

图1是对本发明实施方式的二次冷却装置的主要部分进行说明的示意图。

图2是对本发明实施方式的二次冷却装置中的水喷雾喷嘴的配置和喷射模式进行说明的示意图。

图3是对本发明实施方式的二次冷却装置中的水量密度的控制范围进行说明的曲线图。

图4是对一般的连续铸造设备的概要进行说明的示意图。

具体实施方式

[实施方式1]

图1是对本发明实施方式的二次冷却装置的主要部分进行说明的示意图。图2是对本发明实施方式的二次冷却装置中的水喷雾喷嘴的配置和喷射模式进行说明的示意图。

如图1、图2所示，本实施方式的连续铸造铸片的二次冷却装置1在连续铸造机的二次冷却带，利用单流体水喷雾对被多个导辊3支承并引导的铸片5喷雾进行冷却。二次冷却装置1具备：作为流量特性的喷射流量不同的两种以上(在本实施方式中为四种)的水喷雾喷嘴7A、7B、7C、7D；对与各水喷雾喷嘴7的流量特性对应的流量的水进行供给的多个(在实施方式中，与水喷雾喷嘴7的种类为相同数量的四个)水供给线9a、9b、9c、9d；作为对所使用的水供给线9进行切换的切换装置的第一切换阀11、第二切换阀13、第三切换阀15这三个切换阀。水喷雾喷嘴7A、7B、7C、7D在导辊3之间的间隙，沿与导辊3平行的方向排成一列设置而构成冷却区域。

导辊3通过上下夹持铸片5并旋转，从而对铸片5施加向铸造方向的拉拔力。在一个工段中以规定的间隔配设多条导辊3。在铸造方向上相邻的导辊之间设有规定的间隙，在该间隙设有水喷雾喷嘴7。虽也取决于设备的规模，但例如在水平带上，在铸造方向上以规定间隔配置将近一百条导辊3，多条(例如十条)导辊3能够作为一个工段构成并作为一个整体进行流量控制。例如在水平带上设有十个工段。

如图2所示，四种水喷雾喷嘴7A、7B、7C、7D(水喷雾喷嘴群)在导辊3的间隙，在与导辊3的旋转轴平行的方向上排成一列设置。被这些水喷雾喷嘴群冷却的区域为冷却区域。在水平带设有一个以上的该冷却区域。在图1和图2中，图示的是两个水喷雾喷嘴7A、三个水喷雾喷嘴7B、两个水喷雾喷嘴7C、四个水喷雾喷嘴7D。但是，这些个数并不全部表示所设置喷嘴数量，一部分被省略，实际上即使在选择了任一水喷雾喷嘴7的情况下，设定各水喷雾喷嘴7的数量以使得能够覆盖铸片5的宽度方向的整个宽度喷雾。

在本实施方式中，由于将流量特性不同的多种水喷雾喷嘴7配置成一列，因此各个种类的铸片5宽度方向的配置位置不同。如图2所示，使水喷雾喷嘴7的喷射角度不同，以使得即使在选择了不同配置的任一种水喷雾喷嘴7的情况下，也能够在铸片5的宽度方向上无间隙地覆盖喷雾。

所使用的水喷雾喷嘴7优选使用所喷射的水扩展成扇形、实心圆锥形或实心棱锥形，被冷却面(被两条导辊3夹持的铸片的上下表面)上的水量密度分布的均匀性高的喷嘴。因此，为了使水喷雾喷嘴7的列能够对所对应的被冷却面均匀地喷射冷却水，优选将各水喷雾喷嘴7调节为从水喷雾喷嘴7喷射的水不与从其他水喷雾喷嘴7喷射的水干涉。例如，在使用水扩展成扇形的水喷雾喷嘴7的情况下，优选对喷射方向进行调节，以使得水喷雾喷嘴7的喷射面不排在一条直线上。例如，在使用所喷射的水成为实心圆锥形或实心棱锥形的水喷雾喷嘴7的情况下，优选对各水喷雾喷嘴7的配置间隔进行调节，以使得从水喷雾喷嘴7喷射的水与从其他水喷雾喷嘴7喷射的水的干涉最小，喷雾。

图3是对本发明实施方式的二次冷却装置中的水量密度的控制范围进行说明的曲线图。使用图3对四种水喷雾喷嘴7各自的流量特性进行说明。图3的纵轴表示水量密度(L/(m²×min))、横轴表示供给压力(MPa)。水量密度是将从水喷雾喷嘴7的列喷射的水的总水量(L/min)除以水喷雾喷嘴7的列对应的被冷却面的面积(m²)而计算出的值。

图3所示的水量密度是每种水喷雾喷嘴7各自的平均水量密度，例如如果设有三个水喷雾喷嘴7A，水喷雾喷嘴7A的水量密度则为这三个的平均水量密度。在供给压力为0.1～0.5(MPa)的范围内，水喷雾喷嘴7A、7B、7C、7D的水量密度分别为A：50～150(L/(m²×min))、B：150～370(L/(m²×min))、C：370～880(L/(m²×min))、D：880～2000(L/(m²×min))。

因此，在选择水喷雾喷嘴7A且供给压力为0.1(MPa)的情况下，最小水量密度为50(L/(m²×min))，在选择水喷雾喷嘴7D且供给压力为0.5(MPa)的情况下，最大水量密度为2000(L/(m²×min))。即本实施方式的水喷雾喷嘴7能够使压力比为5倍且调节比为40倍。

为了对与水喷雾喷嘴7A、7B、7C、7D的四种流量特性对应的流量的水进行供给，在本实施方式中，设有四种水供给线9。

例如，向水喷雾喷嘴7A供给水的水供给线9a具备直接或者间接地与主供给线17连接的总管部9a1、基端与总管部9a1连接且前端连接有水喷雾喷嘴7A的多个分支管9a2。而且，对于总管部9a1和各分支管9a2，根据水喷雾喷嘴7A的流量特性设定总管部9a1的容量和分支管9a2的管径。对于向水喷雾喷嘴7B、7C、7D供给水的水供给线9b、9c、9d来说也是同样的。

在向各水供给线9供给水的主供给线17连接有未图示的供给泵。通常，从供给泵向水喷雾喷嘴7A、7B、7C、7D这四种喷嘴以各自能够喷射的最大流量的压力以上的恒定压力供给冷却水。而且，对在向水喷雾喷嘴7A、7B、7C、7D供给水的水供给线9a、9b、9c、9d内设置的阀的开度进行控制，从而改变向各水喷雾喷嘴7供给的冷却水的压力。也可以通过改变供给泵的排出压力来改变供给水的压力。

取决于所选择的水喷雾喷嘴7的种类和所需的水量密度，所需的供给压力喷雾不同，因而使其能够通过在水供给线9a、9b、9c、9d内设置的阀的开度控制、供给泵的驱动控制来进行改变。

第一切换阀11至第三切换阀15是对水在哪一条水供给线9流动进行切换的阀，由四向阀构成。通过由四向阀构成，能够以仅向一条水供给线9供给水而不向其他三条水供给线9供给水的方式对流路进行切换。

在如上所述地构成的本实施方式中，对于在导辊3的各间隙设置的水喷雾喷嘴7A、7B、7C、7D，根据冷却条件、即所需的水量密度，选择其中一种，从供给泵经由水供给线9a、9b、9c、9d供给与所选择的水喷雾喷嘴7对应的流量的水。

例如，在所需的水量密度为50(L/(m²×min)的情况下，0.1(MPa)压力的冷却水向水供给线9a供给并从水喷雾喷嘴7A喷出。由供给泵以排出压力0.5(MPa)向水供给线9a供给冷却水，进行将在水供给线9a内设置的阀(未图示)的开度减小的控制，并减压至0.1(MPa)而向水喷雾喷嘴7A供给冷却水。第一切换阀11至第三切换阀15的操作通过手动或自动进行。在自动进行的情况下，通过未图示的控制部的控制信号，使未图示的促动器工作，根据铸造速度来操作第一切换阀11至第三切换阀15即可。

根据本实施方式，即使铸造速度发生变化，如图3的供给压力与水量密度的关系所示，通过将水喷雾喷嘴7A～7D从弱冷条件切换至强冷条件喷雾，能够将压力比抑制在5倍并且实现40倍的调节比。由此，不需要较大设备投资和运行成本，就能够稳定地实现高速铸造，从而能够得到铸片5的良好表面性质和内部品质。

在上述说明中，对在导辊3与导辊3的一个间隙设置的水喷雾喷嘴7A～7D和水供给线9a～9d的构成进行了说明，但为了高效地进行连续铸造机的检修，优选各个工段的设计是共通的。为此寻求一种能够以相同构成在较广水量密度范围内进行控制的二次冷却装置，即寻求一种冷却水的水量密度的可控制的最小值与最大值的比(调节比)较大的二次冷却装置。

因此，例如优选将构成水平带的全部工段设为共通的规格，使无论哪个工段都能够以较大调节比进行冷却，从而无论在铸造方向的哪个位置都能够同样地进行冷却控制。

通过发明人的研究可知，能够与上述的较广范围的冷却条件对应的调节比为20倍以上(50～1000L/(m²×min))，优选为40倍左右(50～2000L/(m²×min))。

[实施方式2]

接着，对使用在上述实施方式1中说明的二次冷却装置1的二次冷却方法进行说明。

通过使用在实施方式1中说明的二次冷却装置1，在铸造速度发生变化的情况下也能够实现适当的二次冷却方法，但通过使用二次冷却装置1能够进一步降低冷却水量并且提高铸造速度。以下将对这一点进行说明。

如在背景技术中说明的那样，在铸片5离开铸模之后，从垂直带23到水平带31，为使凝固完成至中心部，使用水喷雾(水单流体喷雾或水－空气双流体混合喷雾)进行二次冷却。二次冷却通过向从铸模21正下方到进入弯曲带27之前的垂直带23喷射大流量的水来进行强冷却，从而确保坯壳的强度。在弯曲带27之后反而将冷却减弱，利用来自内部的高温部的热传导使其表面温度上升(复热)。之后在矫正部29为了使其表面温度达到脆化温度范围以上而进行调节，从而避免横裂的发生。

另一方面，如果为了提高生产率而提高铸造速度，则中心部以未凝固的状态通过矫正部29。因此，为了进一步提高铸造速度，需要使水平带31前段的水量增加从而在强冷却条件下进行冷却，以使中心部在水平带可靠地冷却。

特别是为了实现稳定的强冷却条件，优选在铸片5的表面，冷却水处于核态沸腾状态。在这里，核态沸腾是以起泡点为核而产生气泡，冷却液能够从冷却对象夺走非常多的热量的沸腾状态。未到达核态沸腾的沸腾状态称为膜态沸腾。膜态沸腾是在冷却液与冷却对象的交界产生成为隔热层的蒸汽膜，冷却液能够从冷却对象夺走的热量较小的沸腾状态。

发明者人对铸片5进入强冷却带之后迅速实现核态沸腾状态的水量密度进行了研究，结果发现水量密度需要在500L/(m²×min)以上。还发现在核态沸腾状态下，由于冷却能力的流量依赖性小，因而不需要使冷却水的供给能力过大，使水量密度在2000L/(m²×min)以下即可。

并且，通过大流量的冷却水来先实现核态沸腾状态从而降低铸片表面温度、则不喷射大量冷却水也能够维持核态沸腾。因此，在连续铸造机整体所能够使用的冷却水的总量存在限制等情况下，可以将水量限制在强冷却带的后段的水量密度不足500L/(m²×min)。但发明人等的研究结果也表明，如果水量密度不在50L/(m²×min)以上，则不能稳定地维持核态沸腾状态。

这样，通过在水平带31的前段以大流量进行在核态沸腾状态下的强冷却、在水平带31的后段进行以维持核态沸腾的程度的小流量下的强冷却，从而既能够降低冷却水量，又能够增大铸造速度。

即，本实施方式的连续铸造铸片的二次冷却方法在从铸造方向的上游侧以垂直带23、弯曲部25、弯曲带27、矫正部29、水平带31的顺序构成的连续铸造机的二次冷却带上，使用实施方式1记载的连续铸造铸片的二次冷却装置1对铸片5进行二次冷却。二次冷却带的水平带31上的铸造方向上游侧区间是以所喷射的冷却水在铸片表面为核态沸腾状态的条件喷射冷却水从而对铸片5进行冷却的强水冷区间，并且比该强水冷区间位于铸造方向下游侧、至水平带31的末端的区间是使冷却水的水量密度降低且将铸片表面的冷却液的沸腾状态维持在核态沸腾的弱水冷区间。通过以这种方式设定强水冷区间和弱水冷区间，能够降低冷却水量并且提高铸造速度。

作为实现核态沸腾的强水冷区间，在水平带31的最上游部存在一个能够独立地对水量密度进行控制的最小水量控制区间即可。如果能够实现核态沸腾，则在其之后的区间，以为了维持核态沸腾的最小限度的水量密度进行冷却即可。由此，能够稳定地进行由核态沸腾实现的冷却。

如果冷却水与铸片表面接触而沸腾，则发生气化而成为水蒸气。能够观察到该水蒸气在空气中凝结形成的热气(水汽)。在这里，在核态沸腾状态下，由于与铸片表面接触的冷却水剧烈起泡，从而产生大量水蒸气，因而水汽的产生量较多。与此相对，在膜态沸腾状态下，由于沸腾的冷却水的起泡较少，因而水蒸气和水汽的产生量也较少。

于是，在各区间设置摄像机，通过目视观测或透光率仪的检测来对水汽的产生量进行监测。事先通过实验求出区分核态沸腾和膜态沸腾的水汽产生量的阈值，通过对该水汽产生量是否超过阈值进行确认，从而能够对在规定区间是否达到核态沸腾状态进行确认。而且，在未达到核态沸腾状态的情况下以增加冷却水的水量的方式进行调节。由此能够可靠地达到并维持核态沸腾状态。

在包含沸腾的对流传热中，流体温度和固体温度在两者接触的点变得局部相等。由于在大气压下液体状态的水的温度仅上升至沸点，因而如果实现了核态沸腾，则能够认为铸片的表面温度达到约100℃。因此，能够使用具有小型探头的接触式温度计对铸片表面和其周围的冷却水的温度进行测量，通过确认该温度稳定在100℃附近从而确认达到核态沸腾状态。而且，在未达到核态沸腾状态的情况下，以增加冷却水水量的方式进行调节。由此能够可靠地达到并维持核态沸腾状态。

通过使构成水平带31的各个工段的设计共通，能够以相同构成控制在较大喷射水量范围，进一步能够高效地进行连续铸造机的检修。

由于强水冷区间的范围因铸片厚度或钢种而不同，因而优选能够在铸造方向即铸片5的长度方向上灵活地进行改变。

因此，如在实施方式1中所说明的那样，优选将能够得到较大调节比的二次冷却装置1设置在构成水平带31的全部工段。

实施例

使用将实施方式1的二次冷却装置1(参照图1、图2)设置在水平带31的垂直弯曲型的连续铸造机(参照图4)来制造铸片5，从而对确认了本发明的效果的实施例进行说明。

水喷雾喷嘴7采取了使用四种喷嘴的设计，但在部分实施例中限制了所使用的喷嘴种类。连续铸造机的设备长度为45m，在设备端部设有对铸片表面的温度分布进行测量的温度计和气割机33。

使冷却条件、铸造速度或板坯厚度变化而制造铸片5，对冷却中的温度不均、铸造后的表面性质、内部缺陷、制造成本进行评价。

制造条件和评价如以下表1所示。在表中，本发明例的范围为实施例1～5，发明范围之外为比较例1～7。

在部分比较例中，根据事先的数据分析进行研究，结果存在因成本问题而实际上未制作设备、未进行制造的情况。

[表1]

在比较例1和实施例1、2中，分别以现有技术的条件和应用本发明的技术的条件制造235mm厚的铸片5。

在比较例1中，使用单流体喷雾进行冷却，为了实现铸造速度高速化而设定了在中途以大流量条件进行冷却的区间。以设定水量密度的最小值为10L/(m²×min)、最大值为100L/(m²×min)从而使目标调节比为10倍。

但是，在该比较例1中，由于冷却水的供给压力比为100倍且实际上存在压力损失，因而不能实现按目标的调节。因此铸造速度的最高值限制在1.8mpm。在大流量条件下喷雾的冷却模式变得不均等，因冷却而在铸片表面产生温度不均。在表面产生不均等的热应力，铸造后对表面进行检查时确认到表面裂纹。

另一方面，在实施例1中应用本发明的技术，使用两种水喷雾喷嘴和水供给线9，能够在水的供给压力比为5倍的情况下稳定实现20倍调节比(最小50L/(m²×min)～最大1000L/(m²×min))。通过稳定地实现与使用现有技术制造的情况相比更大流量的强冷却条件，能够将铸造速度的上限从1.8mpm提高至2.7mpm。在制造后进行检查，未确认到裂纹等缺陷。并且，由于是单流体喷雾，不需要空气压缩器，从而能够抑制设备的导入成本和运行成本。

在实施例2中，使用四种喷嘴和配管，能够在水的供给压力比为5倍的情况下稳定实现40倍调节比(最小50L/(m²×min)～最大2000L/(m²×min))。通过稳定地实现与使用现有技术制造的情况相比更大流量的强冷却条件，能够将铸造速度的上限从1.8mpm进一步提高至3.0mpm。在制造后进行检查，未确认到裂纹等缺陷。

比较例2、3和实施例3、4分别是以与比较例1和实施例2同样的冷却条件但将板坯厚度变为200mm和260mm的例子。

在板坯厚度由235mm减薄至200mm的情况下，虽然能够提高铸造速度，但在比较例2中与比较例1同样地因冷却不均而产生表面裂纹。另一方面，在实施例3中未产生缺陷，铸造速度也最高为3.3mpm，与比较例2的最高速度2.3mpm相比速度增大。

在板坯厚度由235mm增厚至260mm的情况下，在比较例3中，不仅最高铸造速度被限制，而且与比较例1同样因冷却不均而产生表面裂纹。

另一方面，在实施例4中最高铸造速度为2.8mpm，与比较例3的最高1.3mpm相比能够在更高速下进行铸造，能够不产生缺陷地进行制造。

比较例4是使用一种双流体喷雾的情况的研究结果。在喷嘴的能力评价阶段，可知在冷却水的供给压力比为30倍、调节比为20倍(最小10L/(m²×min)～最大200L/(m²×min))，与比较例1～3相比能够在较小压力比下实现高调节。

但是在比较例4中需要供给高压、大流量的压缩空气，与仅使用单流体喷雾的实施例1等相比，空气压缩器的导入成本和运行中的能源成本变大，因而放弃导入设备。

另一方面，比较例5是切换使用单流体喷雾和双流体喷雾的方法，与比较例4相比能够在更低压力比(5倍)下实现高调节比(20倍)，该情况与实施例相比，由于也在成本方面较差因而放弃导入设备。

比较例6是使用两种单流体喷雾喷嘴而在5倍压力比下实现20倍调节比(最小50L/(m²×min)～最大1000L/(m²×min))的例子。在该例子中，扩大导辊的间隔，将两种喷嘴与辊平行地配置成两列。将该冷却装置仅导入至二次冷却带内要求高调节比的部分工段来进行实验。尽管水量密度的范围和调节比与实施例1相同，但因将喷雾喷嘴配置成两列，结果导致辊间隔变宽从而鼓肚量变大。因此对铸造后的铸片5进行检查，确认到内部裂纹，中心偏析的程度也恶化。

实施例5是使用两种单流体喷雾喷嘴在2倍压力比下使调节比为40倍(最小50L/(m²×min)～最大2000L/(m²×min))的例子。不过在该例子中，由于将冷却能力的控制范围限定在弱冷却和强冷却的两个水平，因而能够通过减小各个水喷雾喷嘴的流量控制范围从而使供给压力比由5倍进一步减小至2倍。

另一方面，冷却装置整体的流量控制范围是间断的。在该例子中，尽管与实施例1或实施例2相比，相对于铸造速度的变动的冷却能力的控制性较差，但可以实现相同程度的高速铸造，在制造后铸片5中也未确认到缺陷。

实施例6是使用两种单流体喷雾喷嘴在2倍压力比下使调节比为11倍(最小50L/(m²×min)～最大550L/(m²×min))的例子。

在该例子中，由于在能够维持核态沸腾的范围内将最大水量密度减小，因而铸造速度的上限为2.5mpm，与板坯厚度同样为235mm的实施例1、2、5相比铸造速度的上升幅度较少。该例子不存在操作上的问题，并且制造后的铸片5中也未确认到缺陷。

实施例6是使用两种单流体喷雾喷嘴在2倍压力比下使调节比为11倍(最小50L/(m²×min)～最大550L/(m²×min))的例子。

在该例子中，由于在能够维持核态沸腾的范围内将最大水量密度减小，因而铸造速度的上限为2.5mpm，与板坯厚度同样为235mm的实施例1、2、5相比铸造速度的上升幅度较少。该例子不存在操作上的问题，并且制造后的铸片5中也未确认到缺陷。

实施例7是使用两种单流体喷雾喷嘴在5倍压力比下使调节比为5倍(最小400L/(m²×min)～最大2000L/(m²×min))的例子。

在该例子中，由于增大了最小水量密度，因而铸片冷却较快，铸造速度的上限为3.0mpm，并且停止了比弱水冷区间靠近设备端部侧的冷却水的喷射。该例子不存在操作上的问题，并且制造后的铸片5中也未确认到缺陷。

实施例8是使用两种单流体喷雾喷嘴在5倍压力比下使调节比为20倍(最小45L/(m²×min)～最大900L/(m²×min))的例子。在该例子中，由于减小了最小水量密度，因而不能迅速实现核态沸腾，在铸片的宽度上产生温度偏差。因此铸片产生轻微表面裂纹，铸造速度的上限为2.6mpm。

综上，验证了通过使用能够获得较大调节比的二次冷却装置1，能够提高相对于铸造速度的变动的二次冷却的控制性，并且既能够提高铸造速度又能够实现高品质的铸片5的制造。在上述实施例中表示的是将本发明应用于水平带31的例子，但也可以将本发明应用于比水平带31更靠上游侧的其他冷却带，还可以跨多个冷却带应用本发明。

附图标记说明

1 二次冷却装置；

3 导辊；

5 铸片；

7A、7B、7C、7D 水喷雾喷嘴；

9a、9b、9c、9d 水供给线；

9a1、9b1、9c1、9d1 总管部；

9a2、9b2、9c2、9d2 分支管；

11 第一切换阀；

13 第二切换阀；

15 第三切换阀；

17 主供给线；

＜现有技术例＞

21 铸模；

23 垂直带；

25 弯曲部；

27 弯曲带；

29 矫正部；

31 水平带；

33 气割机。

Claims (6)

1.一种连续铸造铸片的二次冷却装置，在连续铸造机的二次冷却带，利用单流体水喷雾对由多个导辊支撑引导的铸片进行冷却，其特征在于，具备：

流量特性不同的两种以上的水喷雾喷嘴；

多条水供给线，其对与各个水喷雾喷嘴的流量特性对应的流量的水进行供给；

切换装置，其对所使用的水供给线进行切换；

该连续铸造铸片的二次冷却装置具有冷却区域，在所述冷却区域，所述流量特性不同的两种以上的水喷雾喷嘴在所述导辊之间的间隙、在与所述导辊的旋转轴平行的方向上排成一列设置。

2.根据权利要求1所述的连续铸造铸片的二次冷却装置，

所述水供给线的数量与所述水喷雾喷嘴的种类数量相同。

3.根据权利要求1或2所述的连续铸造铸片的二次冷却装置，

在所述两种以上的水喷雾喷嘴中，喷射流量最多的喷雾喷嘴所喷射的水的水量密度是喷射流量最少的喷雾喷嘴所喷射的水的水量密度的20倍以上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的连续铸造铸片的二次冷却装置，

在所述两种以上的水喷雾喷嘴中，喷射流量最多的喷雾喷嘴所喷射的水的水量密度为500L/(m²×min)以上且2000L/(m²×min)以下，喷射流量最少的喷雾喷嘴所喷射的水的水量密度为50L/(m²×min)以上且低于500L/(m²×min)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的连续铸造铸片的二次冷却装置，

在从铸造方向上游侧按照垂直带、弯曲部、弯曲带、矫正部、水平带的顺序构成的所述连续铸造机的二次冷却带，所述冷却区域在所述水平带内设有一个以上。

6.一种连续铸造铸片的冷却方法，利用权利要求5所述的连续铸造铸片的二次冷却装置对铸片进行二次冷却，其特征在于，

将所述水平带中的铸造方向上游侧区间作为以所喷射的冷却水在铸片表面成为核态沸腾状态的条件喷射水从而对铸片进行冷却的强水冷区间，并且以比所述强水冷区间位于铸造方向下游侧、至所述水平带的末端的区间为使其水量密度比所述强水冷区间低且将铸片表面的冷却液的沸腾状态维持为核态沸腾的弱水冷区间。

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