JP2018001208A - 連続鋳造の二次冷却装置および二次冷却方法 - Google Patents
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Abstract
【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、噴射ノズル３は、鋳片表面４１と当該噴射ノズル３の冷却水噴射軸線Ｊ１との交差位置Ｑ１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。
【選択図】図３
【解決手段】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、噴射ノズル３は、鋳片表面４１と当該噴射ノズル３の冷却水噴射軸線Ｊ１との交差位置Ｑ１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。
【選択図】図３
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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」という場合）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。
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」という場合）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。
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。
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。
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。
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。
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、前記鋳片表面と当該噴射ノズルの冷却水噴射軸線との交差位置が、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。
本発明によれば、鋳片表面と冷却水噴射軸線との交差位置を、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するように設定す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。
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、前記冷却水噴射軸線が水平面に対して傾斜し、斜め上方に向けて冷却水を噴射可能に設けられていることが好ましい。
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、冷却水噴射軸線を水平面に対して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。
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、前記鋳片表面と前記噴射ノズルの冷却水噴射軸線との交差位置が、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、前記噴射ノズルから冷却水を噴射して鋳片を冷却することを特徴とする。
［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１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。
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１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。
〔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。
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。
噴射ノズル３は、図２では図示されていないが、前後方向にも並んで配置されている。噴射ノズル３は、冷却水Ｗを斜め上方に向けて噴射できるように、一点鎖線で示す冷却水噴射軸線Ｊ１が二点鎖線で示す水平面Ｐに対して傾斜するように設けられている。また、噴射ノズル３は、鋳片表面４１と冷却水噴射軸線Ｊ１との交差位置Ｑ１が、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。
このような構成により、冷却水Ｗは、図３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３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。
このような構成により、冷却水Ｗは、図３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３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。
噴射ノズル３の冷却水噴射軸線Ｊ１は、水平面Ｐに対して０°を超え９０°未満だけ傾斜していることが好ましい。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。
噴射ノズル３から噴射される冷却水Ｗの上下方向の広がり角度θ１は、５°以上７０°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。
噴射ノズル３から噴射される冷却水Ｗの上下方向の広がり角度θ１は、５°以上７０°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。
〔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３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。
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３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。
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３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。
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。
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３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ているため、図３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。
このとき、図３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ているため、図３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。
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。
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。
［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と冷却水噴射軸線Ｊ１との交差位置Ｑ１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を水平面Ｐに対して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。
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と冷却水噴射軸線Ｊ１との交差位置Ｑ１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を水平面Ｐに対して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。
［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。
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。
例えば、噴射ノズル３を冷却水噴射軸線Ｊ１が水平面Ｐに対して傾斜するように設けたが、その先端部を図３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、冷却水噴射軸線Ｊ１が水平面Ｐと平行となり、かつ、交差位置Ｑ１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。
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。
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。
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〜３６０ｍｍ
ロールのピッチＬ１：１９０ｍｍ〜４３０ｍｍ
噴射ノズル先端から鋳片表面までの距離Ｌ２：８０ｍｍ〜４３０ｍｍ
冷却水の上下方向の広がり角度θ１：１１°〜６７°
冷却水の左右方向の広がり角度：６４°〜１３３°
噴射水量：ノズル１本当り８Ｌ／ｍｉｎ〜８０Ｌ／ｍｉｎ
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
また、水平面に対する冷却水噴射軸線の傾きを、実施例では７°に設定し、比較例では０°に設定した。さらに、実施例において、鋳片表面における冷却水噴射軸線との交差位置から上下のロールとの接触位置の中間位置までの距離を、１０ｍｍに設定した。
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４，５に示す。
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〜３６０ｍｍ
ロールのピッチＬ１：１９０ｍｍ〜４３０ｍｍ
噴射ノズル先端から鋳片表面までの距離Ｌ２：８０ｍｍ〜４３０ｍｍ
冷却水の上下方向の広がり角度θ１：１１°〜６７°
冷却水の左右方向の広がり角度：６４°〜１３３°
噴射水量：ノズル１本当り８Ｌ／ｍｉｎ〜８０Ｌ／ｍｉｎ
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
また、水平面に対する冷却水噴射軸線の傾きを、実施例では７°に設定し、比較例では０°に設定した。さらに、実施例において、鋳片表面における冷却水噴射軸線との交差位置から上下のロールとの接触位置の中間位置までの距離を、１０ｍｍに設定した。
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４，５に示す。
図４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１１℃低減できた（図４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１１３℃であり、実施例における降下温度ΔＴｓｐは１７３℃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）ΔＴｂは７１℃となった。
さらに、２番目のロールによるロール冷却後の効果代ΔＴｒ２は２０℃となった。また、図５に示すように、３番目のロールによるロール冷却後の効果代ΔＴｒ３は３２℃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。
その結果、実施例は、比較例と比べて、鋳片の冷却時間が０．２ｍｉｎ短縮されることが確認できた。
また、比較例におけるスプレー冷却による降下温度ΔＴｓｃは１１３℃であり、実施例における降下温度ΔＴｓｐは１７３℃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）ΔＴｂは７１℃となった。
さらに、２番目のロールによるロール冷却後の効果代ΔＴｒ２は２０℃となった。また、図５に示すように、３番目のロールによるロール冷却後の効果代ΔＴｒ３は３２℃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。
その結果、実施例は、比較例と比べて、鋳片の冷却時間が０．２ｍｉｎ短縮されることが確認できた。
１…二次冷却装置、２…ロール、３…噴射ノズル、４…鋳片、４１…表面、４２…接触位置、４３…接触位置、４４…中間位置、Ｊ１…冷却水噴射軸線、Ｐ…水平面、Ｗ…冷却水。
Claims (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備え、
前記噴射ノズルは、前記鋳片表面と当該噴射ノズルの冷却水噴射軸線との交差位置が、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、前記冷却水噴射軸線が水平面に対して傾斜し、斜め上方に向けて冷却水を噴射可能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。 - 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、
前記鋳片表面と前記噴射ノズルの冷却水噴射軸線との交差位置が、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、前記噴射ノズルから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。
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