JP2018065191A - 鋼材の製造方法及び鋳片の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、鋳片の冷却面を効率的かつ確実に冷却することで、所望の鋼材を低コストで製造することができる製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、鋳片の冷却面に対してミストを噴射することで、上記鋳片を冷却する鋼材の製造方法であって、上記ノズルチップが、少なくとも３条の噴射スリットを備え、上記噴射スリット長手方向と直交方向の縦断面において上記少なくとも３条の噴射スリットが放射状に配され、中央の噴射スリットより外側の噴射スリットの方が平面視の長さが小さく、上記先端面の上記外側の噴射スリットの形成される箇所が、中央側から外縁側に従って後端側に傾斜しており、上記噴射スリットの形成方向が上記鋳片の搬送方向と直交するよう複数の上記ノズルチップが配置され、搬送方向に隣接する上記ノズルチップの間隔が５００ｍｍ以上１３００ｍｍ以下であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼材の製造方法及び鋳片の冷却方法に関する。

鋼材の製造において、鋼材表面温度の制御や鋼材表面組織の制御を行うため、鋼材の冷却処理がなされる。このような冷却処理を行うためには、搬送状態の鋼材に対して冷却ミストを噴射する鋼材冷却方法が用いられる。

鋼材の広範囲の領域を冷却するために複数の鋼材冷却ミスト用ノズルチップを用いると、コストやメンテンナス性が悪くなる。このため、一つの鋼材冷却ミスト用ノズルチップで広範囲の領域を冷却できるように、冷却ミストを噴射する２条の噴射スリットが形成された鋼材冷却ミスト用ノズルチップが提案されている（特許第４９３６９０４号公報参照）。

特許第４９３６９０４号公報 特許第４５５６７２０号公報

しかし、上記特許文献１に記載の鋼材冷却ミスト用ノズルチップにあっては、２条の噴射スリットのみから冷却ミストを噴射するものであるので、噴射領域の広範囲化が十分に図られるとは言えない。

また、上記公報所載の鋼材冷却ミスト用ノズルチップは、噴射領域における噴射量の均一化を図っているが、同形状の２条の噴射スリットから冷却ミストを噴射するものであるので、噴射スリットの長手方向と直交する方向の噴射量の均一化も十分に図られていない。つまり、噴射領域において一方の噴射スリットの一方側（例えば右側の噴射スリットよりも右側の噴射領域）においては、他方の噴射スリットから冷却ミストが噴射されない部分が生じるため、噴射領域の噴射量の均一化が十分図られているとは言えない。従って、鋼材の広範囲を冷却するためには、多数の鋼材冷却ミスト用ノズルチップが必要となるおそれがある。

上記不都合に鑑みて本願の発明者の一人である酒井宏明と丸岡徹也と萩野大二朗との三者は、特願２０１６−１２４３９６号（以下、先願ということがある）に係る発明を完成した。先願に係る発明は、上記ノズルチップが、上記ミストが供給される供給口、先端面に平面視同一方向に沿って形成される少なくとも３条の噴射スリット、上記噴射スリットと連通するミスト充填室、上記供給口から上記ミスト充填室にミストを供給する流路、及び上記供給口と上記ミスト充填室との間に配され、上記流路の一部を閉塞する遮蔽部を備えている。そして、上記噴射スリット長手方向と直交方向の縦断面において上記少なくとも３条の噴射スリットが放射状に配され、上記少なくとも３条の噴射スリットのうち、中央の噴射スリットより外側の噴射スリットの方が平面視の長さが小さく、上記先端面の上記外側の噴射スリットの形成される箇所が、中央側から外縁側に従って後端側に傾斜している。このノズルチップによって、噴射領域の広範囲化及び噴射領域における噴射量の均一化を図ることができる。

そして、本発明者らは、さらに鋭意検討したところ、先願に係る発明のノズルチップを用いて効率的かつ確実に鋼材を冷却できる方法を案出した。つまり、本発明の課題は、鋳片の冷却面を効率的かつ確実に冷却することで、所望の鋼材を低コストで製造することができる製造方法を提供することにある。また、別の本発明の課題は、鋼材の冷却面を効率的かつ確実に冷却することができる鋳片の冷却方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、連続的に搬送される鋳片の表面又は裏面の冷却面に対して、搬送方向に所定間隔をもって配置される複数のノズルチップの先端面からミストを噴射することで、上記鋳片を冷却する冷却工程を有する鋼材の製造方法であって、上記ノズルチップが、上記ミストを供給される供給口、先端面に平面視同一方向に沿って形成される少なくとも３条の噴射スリット、上記噴射スリットと連通するミスト充填室、上記供給口から上記ミスト充填室にミストを供給する流路、及び上記供給口と上記ミスト充填室との間に配され、上記流路の一部を閉塞する遮蔽部を備え、上記噴射スリット長手方向と直交方向の縦断面において上記少なくとも３条の噴射スリットが放射状に配され、上記少なくとも３条の噴射スリットのうち、中央の噴射スリットより外側の噴射スリットの方が平面視の長さが小さく、上記先端面の上記外側の噴射スリットの形成される箇所が、中央側から外縁側に従って後端側に傾斜しており、上記噴射スリットの形成方向が上記鋳片の搬送方向と直交するよう複数の上記ノズルチップが配置され、搬送方向に隣接する上記ノズルチップの間隔が５００ｍｍ以上１３００ｍｍ以下であることを特徴とする。

当該鋼材冷却ミスト用ノズルチップにあっては、供給口から供給されたミストが、遮蔽部によって一部が閉塞された流路を介して、ミスト充填室に供給され、このミスト充填室に供給されたミストが、上記少なくとも３条の噴射スリットから噴射される。上記少なくとも３条の噴射スリットは、スリット長手方向の直交方向（以下、スリット直交方向ということがある）の縦断面において放射状に配されているので、当該鋼材冷却ミスト用ノズルチップはスリット直交方向に広範囲にミストを噴射することができる。また、当該鋼材冷却ミスト用ノズルチップは、中央の噴射スリットより外側の噴射スリットの方が平面視の長さが小さく、外側の噴射スリットの形成される先端面の箇所が中央側から外縁側に従って後端側に傾斜しているので、スリット直交方向の中央部分と外側部分との噴射幅の均一化を図ることができる。すなわち、当該鋼材冷却ミスト用ノズルチップは広範囲に均一なミストを噴射することができるため、広い間隔で配置しても効率的に鋳片を冷却することができ、鋼材の製造において冷却設備の簡素化、メンテナンスコストの低減をしつつ、鋼材の品質向上を図ることができる。

上記ノズルチップの先端面と、鋳片の冷却面との対向距離が、１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下であるのが好ましい。上記下限を満たさないと、ミストの噴射領域が狭まるおそれがある。一方、上記上限を超えると、ミストの冷却面への衝突圧が不十分となり、ミスト生成用の液体及び気体の圧力を確保するため、設備の改変等が必要となるおそれがある。

鋳片を冷却する工程が、上記冷却面に接触する複数の上記鋳片を搬送するロールが５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以内のピッチで配される冷却帯で鋳片を冷却する工程であり、この冷却帯において搬送方向に隣接する上記ロール間に配設される上記ノズルチップの平均数が３個以内であるのが好ましい。上記ノズルチップは広範囲に均一なミストを噴射することができるため、上記ロールが５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以内の広い間隔で配置される冷却帯で３個以内とすることができる。また、上記ノズルチップは広範囲にミストを噴射できることから、上記ロールから離して配置することにより、ロールと鋳片の接地点近傍までミストを行き渡らせることができる。

一つのノズルチップの上記冷却領域が、鋳片の搬送方向に５００ｍｍ以上かつ搬送方向と直交方向に３００ｍｍ以上の方形領域を含むのが好ましい。このような広い冷却領域を一つの上記ノズルチップが含むことで、数少ないノズルチップで効率的な鋳片の冷却を行うことができる。

上記ノズルチップの冷却領域を鋳片の搬送方向に５つに区分した区画における水量分布が、水量の最大の区画を１００％とした場合において他の４つの区画が８０％以上であり、各区画に対する衝突圧力が、１．０×１０^−４ＭＰａ以上であるのが好ましい。上記ノズルチップが、広範囲に均一な水量を散布することで、鋳片の冷却に斑が生じず、鋳片の品質を向上させることができ、上記衝突圧力が、１．０×１０^−４ＭＰａ以上であることで、スケールの除去等の鋼材表面組織の制御を効果的に行うことができる。

本発明の他の一態様に係る鋳片の冷却方法は、連続的に搬送される鋳片の表面又は裏面の冷却面に対して、搬送方向に所定間隔をもって配置される複数のノズルチップの先端面からミストを噴射することで、上記鋳片を冷却する鋳片の冷却方法であって、上記ノズルチップが、上記ミストを供給される供給口、先端面に平面視同一方向に沿って形成される少なくとも３条の噴射スリット、上記噴射スリットと連通するミスト充填室、上記供給口から上記ミスト充填室にミストを供給する流路、及び上記供給口と上記ミスト充填室との間に配され、上記流路の一部を閉塞する遮蔽部を備え、上記噴射スリット長手方向と直交方向の縦断面において上記少なくとも３条の噴射スリットが放射状に配され、上記少なくとも３条の噴射スリットのうち、中央の噴射スリットより外側の噴射スリットの方が平面視の長さが小さく、上記先端面の上記外側の噴射スリットの形成される箇所が、中央側から外縁側に従って後端側に傾斜しており、上記噴射スリットの形成方向が上記鋳片の搬送方向と直交するよう複数の上記ノズルチップが配置され、搬送方向に隣接する上記ノズルチップの間隔が５００ｍｍ以上１３００ｍｍ以下であることを特徴とする。

当該鋼材冷却ミスト用ノズルチップにあっては、供給口から供給されたミストが、遮蔽部によって一部が閉塞された流路を介して、ミスト充填室に供給され、このミスト充填室に供給されたミストが、上記少なくとも３条の噴射スリットから噴射される。上記少なくとも３条の噴射スリットは、スリット長手方向の直交方向（以下、スリット直交方向ということがある）の縦断面において放射状に配されているので、当該鋼材冷却ミスト用ノズルチップはスリット直交方向に広範囲にミストを噴射することができる。また、当該鋼材冷却ミスト用ノズルチップは、中央の噴射スリットより外側の噴射スリットの方が平面視の長さが小さく、外側の噴射スリットの形成される先端面の箇所が中央側から外縁側に従って後端側に傾斜しているので、スリット直交方向の中央部分と外側部分との噴射幅の均一化を図ることができる。すなわち、広範囲に均一なミストを噴射することができるため、当該鋼材冷却ミスト用ノズルチップを広い間隔で配置しても、効率的に鋳片を冷却することができる。

以上のように、本発明の鋼材の製造方法及び鋳片の冷却方法は、広範囲にミストを噴射できる鋼材冷却ミスト用ノズルチップを用いることにより、少数のノズルチップで鋳片の均一な冷却を図ることができる。

本発明の一実施形態である鋼材の製造方法における鋳片の冷却工程を示す概略的平面図である。 従来の鋼材の製造方法における鋳片の冷却工程を示す概略的平面図である。 本発明の一実施形態の鋼材冷却ミスト用ノズルチップの概略的斜視図である。 図３の鋼材冷却ミスト用ノズルチップの先端面を示す概略的正面図である。 図３の鋼材冷却ミスト用ノズルチップを構成する先端部材の概略的底面図である。 図４のＩ−Ｉ線断面である。 図４のＩＩ−ＩＩ線断面である。 図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面である。 実施例２で使用した鋼材冷却ミスト用ノズルチップの概略的平面図である。 比較例１で使用した鋼材冷却ミスト用ノズルチップの先端面を示す概略的正面図である。 連続鋳造設備により鋼材を製造する過程の一部を示す概略的平面図である。

［第一実施形態］
［鋼材の製造］
図１１は、連続鋳造設備３０により鋼材を製造する過程を概略的に示したものである。設備の上流である鋳型３１により冷却された溶鋼は、ロール３２に支持・案内されて、二次冷却帯３３で冷却を続けながら鋳片３４となり、設備の下流に送られる。その後、鋳片３４は水平帯３５へ送られ、切断機３６により所定の長さに切断、及び三次冷却帯３７でさらに冷却をされ、パレットに積載される等により次の設備に運搬される。

［鋳片の冷却工程］
図１は、本発明の一実施形態に係る鋼材の製造方法における鋳片冷却工程の一部を概略的に示したものである。連続鋳造機によって鋳造される鋳片１がロール４によって搬送され、この搬送と同時に鋳片１の冷却面に向けてノズルチップ２からミスト３を噴射することにより、鋳片１の冷却面を均一に冷却する。冷却面を均一に冷却すること、及び冷却面を所定の時間内に所定の温度まで低下させることは、鋳片１の品質維持のために非常に重要な要素である。このため、連続鋳造設備においては多数のノズルチップが必要となる。

多数のノズルチップ２が必要となると、その費用はもちろん、メンテナンスコストも多額になる。ノズルチップ２が目詰まり等すると、鋳片の品質が低下するおそれがあるため、頻繁なメンテナンスが必要である。また、二流体のノズルチップ２を多数配置するとなると、その配置設計、及びミスト生成用の液体・気体の配管等の配置が複雑になるおそれがある。

本発明の一実施形態に係る鋼材の製造方法における鋳片の冷却に使用されるノズルチップ２を、図３〜図８に示す。当該ノズルチップは、供給口１０から供給されるミスト３を先端面１１から噴射する部材であって、公知の冷却散水装置（図示省略）に装着され、鋼材に向けてミスト３を噴射する。上記冷却散水装置は、液体（水）と気体（加圧空気）とを混合してミスト（二流体）を形成し、このミストを当該ノズルチップに上記供給口１０から供給する。ここで、気体としては工場内のエア設備からの加圧空気を好適に用いることができる。当該ノズルチップは、鋼材に対してミストを噴射することで、鋼材を冷却すると共に衝突圧によって鋼材表面のスケールや水膜等を除去する。

＜ノズルチップ＞
本発明の一実施形態に係る鋳片の冷却に使用されるノズルチップ２は、広範囲の領域を冷却できるものであるので、鋳片の広範囲の領域に対してミスト３を噴射する必要がある箇所に好適に用いられる。具体的には、連続鋳造設備において、下流側のロール間ピッチが５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下と広い箇所、若しくはロール４が存在しない箇所に当該ノズルチップが好適に用いられる。

当該ノズルチップは、図６〜図８に示すように、先端面１１に平面視同一方向に沿って形成される６条の噴射スリット１３と、上記噴射スリット１３と連通するミスト充填室１４と、上記供給口１０から上記ミスト充填室１４にミストを供給する流路１５と、上記供給口１０と上記ミスト充填室１４との間に配され、上記流路１５の一部を閉塞する遮蔽部１６とを備えている。このため、上記供給口１０から供給されたミストが、遮蔽部１６によって一部が閉塞された流路１５を介して、ミスト充填室１４に供給され、このミスト充填室１４に供給されたミストが、上記噴射スリット１３から鋼材に向けて噴射される。なお、平面視とは、ノズルチップ先端面の法線方向からノズルチップ先端面を見た状態をいう。

当該ノズルチップは、後端に配され上記供給口１０を有する円筒状の筒部材２０と、上記噴射スリット１３が先端の蓋部２１ａに形成された有蓋筒状の先端部材２１とを有している。先端部材２１は平面視多角形状に形成されている。この筒部材２０と先端部材２１とが一体的に固着されている。具体的には、上記筒部材２０の先端に上記先端部材２１が外嵌されている。上記筒部材２０において上記冷却散水装置に装着される。上記筒部材２０及び先端部材２１の内部に断面円形の上記流路１５が形成される。筒部材２０の流路１５の径に比べて先端部材２１の流路１５の径が大きい。

（ミスト充填室）
上記先端部材２１には、上記流路１５に連続して上記ミスト充填室１４が形成されている。このミスト充填室１４は、平面視において長軸を有する形状であり、上記ミスト充填室１４の長軸が上記噴射スリット１３と平面視交差（直交）するよう配されている。具体的には、ミスト充填室１４は、平面視略方形状であって、一対の短辺が中央にかけて外側に膨出した円弧から構成された形状をなしている。このミスト充填室１４の長軸の長さ（一対の短辺の最も離間している部分の間隔）は、流路１５（先端部材２１における流路１５）の幅と略等しく、短軸の長さ（一対の長辺間の間隔）は、流路１５の幅よりも小さい。また、ミスト充填室１４は、図６〜図８に示すように、上記平面視形状と同一断面形状の後端側部分１４ａと、この後端側部分から連続すると共に内径が先端につれて狭まる先端側部分１４ｂを有し、この先端側部分１４ｂにおいて図５及び図６に示すように上記噴射スリット１３に連通している。この先端側部分１４ｂの天面１４ｃは、長軸方向（スリット直交方向Ｙ）及び短軸方向（スリット長手方向Ｘ）に湾曲する三次元曲面となっている。

（遮蔽部）
当該ノズルチップは、図６〜図８に示すように、上記流路１５（先端部材２１の流路１５）に内嵌されるリング部２３と、このリング部２３の後端に架け渡されるよう固着された板状の上記遮蔽部１６とを備える遮蔽部材２４を有する。なお、この遮蔽部材２４、上記筒部材２０及び上記先端部材２１は、素材を特に限定するものではないが、金属から形成されている。

上記遮蔽部１６は、上記ミスト充填室１４と平面視略同形状で、上記ミスト充填室１４と平面視重なっている。このため、供給口１０から直線的にミスト充填室１４にミストが供給されることを上記遮蔽部１６によって的確に抑制でき、ミスト充填室１４内の圧力の均一化を図ることができる。なお、平面視でミスト充填室１４の面積に対して遮蔽部１６がミスト充填室１４に重なる面積の比は、９０％以上であることが好ましく、この比の下限は９５％がより好ましく、１００％がさらに好ましい。この比が上記下限に満たない場合、ミスト充填室１４内の圧力の均一化を阻害するおそれがある。また、平面視で遮蔽部１６の面積に対して遮蔽部１６がミスト充填室１４に重なる面積の比は、９０％以上であることが好ましく、この比の下限は９５％がより好ましく、１００％がさらに好ましい。この比が上記下限に満たない場合、遮蔽部１６による流路１５が閉塞される部分が大きく圧損が大きくなり過ぎるおそれがある。

（噴射スリット）
上記６条の噴射スリット１３は、上記筒部材２０の蓋部２１ａに上記ミスト充填室１４まで貫通する溝から構成されている。図４に示すように、６条の噴射スリット１３のうち、中央の噴射スリット１３より外側の噴射スリット１３の方が平面視の長さが小さい。具体的には、平面視において、中央の一対の噴射スリット１３が最も長く、外側の噴射スリット１３に従って順次平面視の長さが小さくなる。

６条の噴射スリット１３が平面視線対称であり、６条の噴射スリット１３の対称な軸はスリット長手方向Ｘ及びスリット直交方向Ｙと平行である。具体的には、６条の噴射スリット１３は、中央の一対の噴射スリット１３の間のスリット長手方向Ｘに平行な仮想直線に対して線対称である。また、６条の噴射スリット１３は各重心を結ぶ仮想直線を有し、この仮想直線に対しても６条の噴射スリット１３は線対象である。また、６条の噴射スリット１３は、平面視点対称である。

６条の噴射スリット１３は、スリット直交方向Ｙの縦断面において放射状に配されている。つまり、噴射スリット１３は、流路１５の中心軸に対して外側にそれぞれ傾斜しており、この傾斜角は中央側の噴射スリット１３よりも外側の噴射スリット１３の方が大きい。換言すると、中央側の噴射スリット１３から外側の噴射スリット１３に従って上記傾斜角が大きくなる。

上記噴射スリット１３のスリット長手方向Ｘの端部が、それぞれ内部から先端側に従って外側に傾斜している。つまり、各噴射スリット１３は、スリットの長手方向の内径が内部から先端にかけて広がっている。換言すると、各噴射スリット１３は、上記ミスト充填室１４の天面１４ｃから先端側に従って先端面１１における長さとなるよう順次拡径している。

（先端面）
当該ノズルチッブの先端面１１は、中央部１１ｂを除いて、三次元曲面であり、具体的には球面の一部の曲面である。なお、先端面１１の三次元曲面の曲率半径は、上記流路１５の内径より大きい。上記中央部１１ｂは平坦面である。

つまり、当該ノズルチップの先端面１１の縁部１１ａは三次元曲面である。このため、最も外側の噴射スリット１３の形成される先端面１１の箇所が、図６に示すように中央側から外縁側に従って後端側に傾斜している。さらに、この外側の噴射スリット１３の形成される先端面１１の箇所は、図８に示すようにスリット直交方向Ｙに傾斜すると共にスリット長手方向Ｘにおいても中央側から外縁側に従って後端側に傾斜している。

また、最も中央の噴射スリット１３の長手方向の端部がそれぞれ表出する先端面１１の箇所が、中央側から外縁側に従って後端側に傾斜している。さらに、この中央側の噴射スリット１３の長手方向の端部がそれぞれ表出する先端面１１の箇所は、スリット長手方向Ｘに傾斜すると共にスリット直交方向Ｙにおいても中央側から外縁側に従って後端側に傾斜している。

中間の噴射スリット１３（最も外側の噴射スリット１３と中央の噴射スリット１３との間に配される噴射スリット１３）の形成される先端面１１の箇所は、中央側から外縁側に従って後端側に傾斜している。また、この中間の噴射スリット１３の形成される先端面１１の箇所は、スリット直交方向Ｙに傾斜すると共にスリット長手方向Ｘにおいても中央側から外縁側に従って後端側に傾斜している。つまり、本実施形態のノズルチップは、最も中央の噴射スリット１３のスリット長手方向Ｘ中央部以外の噴射スリット１３の形成される先端面１１の箇所が、三次元曲面である。

［利点］
当該ノズルチップは、６条の噴射スリット１３を有するので、スリット直交方向Ｙにおいてミストを幅広い範囲で噴射することができ、この６条の噴射スリット１３は、スリット直交方向Ｙの縦断面において放射状に配されているので、スリット直交方向Ｙにミストをより広範囲に噴射することができる。また、噴射スリット１３のスリット長手方向Ｘの端部がそれぞれ内部から先端側に従って外側に傾斜しているので、スリット長手方向Ｘにもミストを広範囲に噴射することができる。

また、中央の噴射スリット１３より外側の噴射スリット１３の方が平面視の長さが小さく、外側の噴射スリット１３の形成される先端面１１の箇所が中央側から外縁側に従って後端側に傾斜しているので、スリット直交方向Ｙの中央部分と外側部分との噴射幅の均一化を図ることができると共に噴射領域の各部分において十分なミストの衝突圧を得ることができる。特に中央の一対の噴射スリット１３が最も長く、外側の噴射スリット１３に従って順次平面視の長さが小さくなるので、スリット直交方向Ｙの各部分の噴射幅の均一化及び十分なミストの衝突圧の確保がより図られる。

さらに、外側の噴射スリット１３の形成される先端面１１の箇所が中央側から外縁側に従って後端側に傾斜しているので、外側の噴射スリット１３の傾斜角を十分に確保しやすく、また外側の噴射スリット１３の深さ（ミストが噴出スリットを通過する距離）が大きくなり圧損が大きくなり過ぎることを抑制できる。

また、中央の噴射スリット１３及び中間の噴射スリット１３の長手方向の端部の表出する先端面１１の箇所が中央側から外縁側に従って後端側に傾斜しているので、噴射スリット１３の長手方向中央部分と端部付近とのスリット深さの適正化を図ることができ、このため噴射スリット１３の長手方向の噴射量及びミストの衝突圧の適正化を図ることができる。

さらに、６条の噴出スリットは、ミスト充填室１４の長軸と平面視交差（直交）するので、ミスト充填室１４に充填されたミストが、６条の噴射スリット１３に均一に供給されやすく、噴射領域のスリット直交方向Ｙの噴射量及びミストの衝突圧の均一化をより確実に図ることができる。

また、６条の噴射スリット１３が平面視で線対称であり、６条の噴射スリット１３の対称な軸は、スリット長手方向Ｘ及びスリット直交方向Ｙと平行であるので、スリット直交方向Ｙ及びスリット長手方向Ｘにおける噴射量及びミストの衝突圧の適正化を向上することができる。さらに、６条の噴射スリット１３が平面視点対称であるので、噴射領域全域に亘って噴射量及びミストの衝突圧の適正化を図ることができる。

上記ノズルチップは、上記実施形態に限定されるものではなく、形状や材料等は適宜設計変更可能である。また、６条の噴射スリットを有するものについて説明したが、本発明はこれに限定されず３条以上の噴射スリットを有するものであれば良い。この噴射スリットの数の下限は４条が好ましく、６条がさらに好ましい。また、噴射スリットの数の上限は１２条が好ましく、１０条がより好ましい。なお、噴射スリットの数は、奇数であっても良いが、偶数であることが好ましく、これによりスリット直交方向の噴射量の均一化が図られやすい。なお、本発明の効果を阻害しない範囲で、上述のような同一方向に沿って形成される複数の噴出スリット以外に、例えば紡錘状の噴射口を先端面に形成することも可能である。

ノズルチップ２の先端面と、鋳片１の冷却面との対抗距離Ｄが１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下で配置されるのが好ましく、２００ｍｍ以上３００ｍｍ以下で配置されるのが、より好ましい。対抗距離Ｄが上記下限値を満たさないと、ノズルチップ２の冷却領域が狭まり、鋳片1の冷却が不均一となるおそれがある。一方、上記上限値を超えると、後述するノズルチップ２の冷却領域におけるミスト３の冷却面に対する衝突圧力を所望する値とするために、ノズルチップ２に供給するミスト３の生成用の液体及び気体の配管を高圧に耐えられるものにする等、設備の変更が必要となるおそれがある。

ノズルチップ２の冷却領域を鋳片１の搬送方向に５つに区分した区画における水量分布が、水量の最大の区画を１００％とした場合において他の４つの区画が８０％以上であるのが好ましい。ノズルチップ２が、広範囲にミスト３の噴射ができるとしても、噴射される領域に同等の水量を散布することができなければ、鋳片１を均一に冷却することができないおそれがある。鋳片１の搬送方向に冷却領域を５つに区分し、水量の最大の区画と他の４つとの区画との差を上記範囲以内とすることで、鋳片１を均一に冷却することが安定して可能となる。

一つのノズルチップ２の上記冷却領域が、鋳片１の搬送方向に５００ｍｍ以上かつ搬送方向と直交方向に３００ｍｍ以上の方形領域を含むのが好ましい。冷却領域が上記範囲以上の方形領域を含むことで、鋳片１の冷却工程において上記ノズルチップの数を大幅に減らすことが可能となる。また、冷却領域が方形の領域を含むことで、鋳片１を斑なく冷却することが可能となる。

ノズルチップ２の冷却領域におけるミスト３の冷却面に対する衝突圧力が、１．０×１０^−４Ｍｐａ以上であるのが好ましく、６．０×１０^−４Ｍｐａ以上であるのがより好ましい。ノズルチップ２によりミスト３を高圧で噴射して鋳片１を冷却することにより、冷却と共に衝突圧によって鋼材表面のスケールや水膜等を除去する。上記衝突圧力を有することで、スケール等の除去を効果的に行うことができる。なお、衝突圧力とは、ある領域（冷却領域Ｖ）を設定した際に、その領域にかかるミストの衝突力のことをいい、衝突力は下記式１により算出される。
［式1］
Ｈ＝ｒ・Ｑ・Ｃｖ・Ｖ
但し、Ｈは、衝突力［Ｎ］である。ｒは、水の比重量［ｋｇ／ｍ^３］である。Ｑは、流量［ｍ^３／ｓ］である。Ｃｖは、大気中の流速減退係数である。Ｖは、ノズルから出た直後の流速［ｍ／ｓ］である。

＜ロール＞
ロール４は、鋳片１を設備の上流から下流へ搬送するため、連続鋳造設備全体に配置される。ロール４が配置される箇所、及び鋳片１によってロール４に掛かる荷重等により、適宜最適な材質、形状等が採用される。例えば、ロール４の径としては、３００ｍｍ以上５００ｍｍ以下のものが広く使用されている。当該鋳片の冷却工程及び冷却方法においては、ノズルチップ２が広範囲にミスト３を噴射することができる、つまり、広角にミスト３を噴射することができることにより、鋳片１とロール４との接地点近くまでミスト３が行き届くため、ミスト３が当たらない領域（非冷却領域Ｗ）を最小にすることができ、鋳片１の冷却効率に優れたものとすることができる。

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

（試験方法）
実施例１，２及び比較例１のノズルチップそれぞれの供給口に、表１に示す噴射条件でミストを供給し、搬送速度０．０７ｍ／ｓｅｃで搬送される鋳片に向け、噴射スリットからミストを噴射した。使用した鋳片の幅・厚み・長さは、いずれも３００×４００×１２０００ｍｍのものである。試験結果は冷却率［％］によって、従来の冷却方法（比較例1）と比較した。なお、冷却率とは、ロール間において、噴射されるミストが当たる鋳片の表面面積（冷却領域）と、ロールの陰になるため噴射されるミストが行き届かない鋳片の表面面積（非冷却領域）に上記冷却領域を加えた面積との比であり、下記式２により算出される。
［式２］
Ｒ＝Ｖ／Ｖ＋Ｗ
但し、Ｒは、冷却率［％］である。Ｖは、冷却領域［ｍｍ^２］である。Ｗは、非冷却領域［ｍｍ^２］である。（図１）

（実施例１）
図３〜図８に示すように三次元曲面を有する先端面に６条の噴出スリットが形成され、流路に遮蔽部を有するノズルチップであって、ノズルサイズが２９×３４ｍｍ、供給口の内径が１９ｍｍであり、平面視における中央、中間及び外側の噴出スリットの長手方向長さがそれぞれ２４ｍｍ、１９ｍｍ及び１６ｍｍであり、各噴出スリットの幅（スリット直交方向の長さ）１．５ｍｍであるものを実施例１のノズルチップとして用意した。ノズルピッチは６００ｍｍ、対抗距離（冷却面とノズルチップ先端面との距離）を２００ｍｍとした。

（実施例２）
図９に示すように先端面が略半球状で１０条の噴出スリットが形成され、流路に遮蔽部を有するノズルチップであって、ノズルサイズが３４×３４ｍｍ、供給口の内径が１９ｍｍであり、平面視における中央から外側の噴出スリットの長手方向長さが、２７ｍｍ〜１７ｍｍであり、各噴出スリットの幅（スリット直交方向の長さ）が１ｍｍであるものを実施例２のノズルチップとして用意した。ノズルピッチは１２００ｍｍ、対抗距離を３００ｍｍとした。

（比較例１）
図１０示すように、噴出スリット１３が２条で平面視形状が同一である点を除き、実施例１と同一の構成を有するものを比較例１のノズルチップとして用意した。なお、各噴出スリット１３の長手方向の長さは２４ｍｍ、幅（スリット直交方向の長さ）は２．７ｍｍ、ノズルピッチは２００ｍｍ、対抗距離は２００ｍｍである。

（結果）
上記試験結果を表１の冷却率［％］の欄に示す。実施例１ではノズルピッチが従来の３倍、実施例２ではノズルピッチが従来の６倍としているにもかかわらず、従来の冷却率より良好な冷却率を得ることができた。

この実施例１及び実施例２より、広範囲にミストを噴射できるノズルチップを用いて鋳片を冷却する工程及び方法は、設備を簡素化できるのみならず、従来の冷却方法より優れた冷却効率を有するものであることが判明した。

本発明の鋼材の製造方法及び鋳片の冷却方法は、少数の鋼材冷却ミスト用ノズルチップで設備を簡素化しつつ、優れた冷却効果を得ることができるため、連続鍛造設備における鋼材の冷却工程に好適に用いることができる。

１ 鋳片
２ ノズルチップ
３ ミスト
４ ロール
５ ノズルチップ（従来ノズル）
１０ 供給口
１１ 先端面
１１ａ 縁部
１１ｂ 平坦面
１３ 噴射スリット
１４ ミスト充填室
１４ａ ミスト充填室の後端側
１４ｂ ミスト充填室の先端側
１４ｃ ミスト充填室の天面
１５ 流路
１６ 遮蔽部
２０ 筒部材
２１ 先端部材
２１ａ 蓋部
２３ リング部
２４ 遮蔽部材
３０ 連続鋳造設備
３１ 鋳型
３２ ロール
３３ 二次冷却帯
３４ 鋳片
３５ 水平帯
３６ 切断機
３７ 三次冷却帯
Ｄ 対抗距離
Ｌ ロールピッチ
Ｖ 冷却領域
Ｗ 非冷却領域
Ｘ スリット長手方向
Ｙ スリット直交方向

Claims (6)

1. 連続的に搬送される鋳片の表面又は裏面の冷却面に対して、搬送方向に所定間隔をもって配置される複数のノズルチップの先端面からミストを噴射することで、上記鋳片を冷却する冷却工程を有する鋼材の製造方法であって、
   上記ノズルチップが、
   上記ミストが供給される供給口、
   先端面に平面視同一方向に沿って形成される少なくとも３条の噴射スリット、
   上記噴射スリットと連通するミスト充填室、
   上記供給口から上記ミスト充填室にミストを供給する流路、及び
   上記供給口と上記ミスト充填室との間に配され、上記流路の一部を閉塞する遮蔽部を備え、
   上記噴射スリット長手方向と直交方向の縦断面において上記少なくとも３条の噴射スリットが放射状に配され、
   上記少なくとも３条の噴射スリットのうち、中央の噴射スリットより外側の噴射スリットの方が平面視の長さが小さく、
   上記先端面の上記外側の噴射スリットの形成される箇所が、中央側から外縁側に従って後端側に傾斜しており、
   上記噴射スリットの形成方向が上記鋳片の搬送方向と直交するよう複数の上記ノズルチップが配置され、
   搬送方向に隣接する上記ノズルチップの間隔が５００ｍｍ以上１３００ｍｍ以下であることを特徴とする鋼材の製造方法。
2. 上記ノズルチップの先端面と、上記冷却面との対向距離が、１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下である請求項１に記載の鋼材の製造方法。
3. 上記冷却工程が、上記冷却面に接触する複数の上記鋳片を搬送するロールが５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以内のピッチで配される冷却帯で鋳片を冷却する工程を含み、この冷却帯において搬送方向に隣接する上記ロール間に配設される上記ノズルチップの平均数が３個以内である請求項１又は請求項２に記載の鋼材の製造方法。
4. 一つのノズルチップの上記冷却領域が、鋳片の搬送方向に５００ｍｍ以上かつ搬送方向と直交方向に３００ｍｍ以上の方形領域を含む請求項１、請求項２又は請求項３に記載の鋼材の製造方法。
5. 上記ノズルチップの冷却領域を鋳片の搬送方向に５つに区分した区画における水量分布が、水量の最大の区画を１００％とした場合において他の４つの区画が８０％以上であり、各区画に対する衝突圧力が、１．０×１０^−４ＭＰａ以上である請求項４に記載の鋼材の製造方法。
6. 連続的に搬送される鋳片の表面又は裏面の冷却面に対して、搬送方向に所定間隔をもって配置される複数のノズルチップの先端面からミストを噴射することで、上記鋳片を冷却する鋳片の冷却方法であって、
   上記ノズルチップが、
   上記ミストが供給される供給口、
   先端面に平面視同一方向に沿って形成される少なくとも３条の噴射スリット、
   上記噴射スリットと連通するミスト充填室、
   上記供給口から上記ミスト充填室にミストを供給する流路、及び
   上記供給口と上記ミスト充填室との間に配され、上記流路の一部を閉塞する遮蔽部を備え、
   上記噴射スリット長手方向と直交方向の縦断面において上記少なくとも３条の噴射スリットが放射状に配され、
   上記少なくとも３条の噴射スリットのうち、中央の噴射スリットより外側の噴射スリットの方が平面視の長さが小さく、
   上記先端面の上記外側の噴射スリットの形成される箇所が、中央側から外縁側に従って後端側に傾斜しており、
   上記噴射スリットの形成方向が上記鋳片の搬送方向と直交するよう複数の上記ノズルチップが配置され、
   搬送方向に隣接する上記ノズルチップの間隔が５００ｍｍ以上１３００ｍｍ以下であることを特徴とする鋳片の冷却方法。
   
   
   
   

Images