JP4453562B2

JP4453562B2 - 連続鋳造機用クーリンググリッド設備及び連続鋳造鋳片の製造方法

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Publication number: JP4453562B2
Application number: JP2005019199A
Authority: JP
Inventors: 康一堤; 晃細川; 悟史上岡; 淳久保田; 健史鈴木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: JP2006205196A

Description

本発明は、連続鋳造機の鋳型直下に設置されるクーリンググリッド設備及びこのクーリンググリッド設備の設置された連続鋳造機を用いた鋳片の製造方法に関し、詳しくは、鋳片を冷却水によって直接冷却することができると同時に、ブレークアウト時のように溶融した溶鋼が流れ出したときには、水蒸気爆発を防止するための水蒸気の逃げ道を有するウエアプレートを備えた、鋳片の冷却能力に優れるクーリンググリッド設備に関し、更に、このクーリンググリッド設備の設置された連続鋳造機による鋳片の製造方法に関するものである。

鋼の連続鋳造においては、取鍋からタンディッシュに注入された溶鋼がタンディッシュの底部に設置された浸漬ノズルを介して水冷式の鋳型に注入され、その後、鋳型によって形成された凝固シェルを外郭とする鋳片が冷却されながら鋳型下方に連続的に引き抜かれ、連続鋳造鋳片が製造されている。この場合、先ず、鋳型においては、溶鋼は鋳型と接することによって抜熱し、凝固シェルを形成する。その後、鋳型を抜けた鋳片は、ガイドロール、クーリンググリッド、クーリングプレートなどから構成される鋳片支持・案内装置によって支持されながらピンチロールによって鋳造方向に引き抜かれる。鋳片支持・案内装置によって支持されることにより、鋳片の厚み方向への膨らみ（「バルジング」という）が防止される。この鋳片支持・案内装置には水スプレーノズルやエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（以下、単に「スプレーノズル」と記載の場合は、水スプレーノズルとエアーミストスプレーノズルの両方を指すものとする）が配置されており、このスプレーノズルから噴霧される冷却水によって冷却されながら鋳片は引き抜かれ、やがて中心部までの凝固を完了させる。その後、連続鋳造機の機端に設置された鋳片切断機によって所定の長さに切断され、連続鋳造鋳片が製造される。

ところで、近年、製造コストを削減するべく、生産性の向上が以前にも増して要求されており、連続鋳造プロセスにおいては、製造ラインのスピード即ち鋳片の引き抜き速度の高速化が行なわれている。この引き抜き速度の高速化を実現するには、様々な問題を解決する必要があるが、その中でも特に、鋳片をより効率的に冷却する技術が必要となっている。高速鋳造下では、鋳型直下における凝固シェルの厚みが薄くなり、この凝固シェルが破れてブレークアウトが発生したり、或いは、凝固シェルの破れまでには至らないものの、鋳片が鋳型直下で溶鋼静圧によってバルジングしてしまい、これによって鋳型内の溶鋼湯面が上下に変動してモールドパウダーが凝固シェルに巻き込まれ、品質欠陥が発生したりするなどの問題が生じる。つまり、鋳型直下において、鋳片のバルジングが生じないように支持しながら、且つ、効率良く鋳片を冷却する方法が求められている。

従来、鋳片を鋳型直下で支持する方式としては、大きく分けて、ロール方式、クーリングプレート方式、クーリンググリッド方式の３種類の方式に分類される（例えば、非特許文献１参照）。

ロール方式では、隣り合うロールの隙間にスプレーノズルを設置し、スプレーノズルによって冷却しながらロールで鋳片を支持する。この場合、鋳片を冷却する観点からは、ロール径を大きくしてロール間隔を拡大させ、鋳片の水冷される面積を広くすることが望ましいしが、このようにすると鋳片を支持する間隔が広がるため、バルジングしやすくなってしまうという問題がある。また、ロール即ち線で支持しているので、面で支持する他の２つの方式に比べて鋳片の支持面積が小さいという基本的な問題もある。

クーリングプレート方式では、鋳片の幅方向全体を１つのプレートで支持しており、このプレートは、水冷されていて鋳片を間接的に冷却するとともに、プレートの表面から鋳片に向けて水を噴出して鋳片を直接冷却する機能を備えている。このように、クーリングプレート方式では、鋳片の幅方向全体を大きな１つのプレートで支持しており、鋳片のバルジング防止には非常に有効な方式であるが、鋳片を直接冷却する面積が小さいので、鋳片の冷却効率が悪いという問題がある。また、ブレークアウトが発生した場合、プレート表面から噴射された水が鋳片を冷却した後に発生する蒸気の逃げ場がないため、水蒸気爆発が発生し、操業上にもまた安全上にも問題があった。更に、プレートが大きく、しかも一体構造であるため、加工及び補修が難しいことも大きな問題であった（例えば、特許文献１参照）。

クーリンググリッド方式は、クーリンググリッドと呼ばれる、鋳片を支持するためのウエアプレートと、そのウエアプレートの隙間に設置されるスプレーノズルと、で構成されており、千鳥配置された多数のウエアプレートが鋳片を支持し、且つ、多数のスプレーノズルで鋳片を直接冷却しており、鋳片の支持面積を確保すると同時に、鋳片の直接冷却の面積を確保するという両方を兼ね備えた設備である（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
三好等、鉄と鋼、Vol.６０(１９７４)Ｎo.７.p.８６０−８６７特開昭５７―２５２６８号公報特開２００２−１２００５４号公報実開平６−２３６４７号公報

しかしながら、現状のクーリンググリッド方式の設備を精査検討したところ、現状のクーリンググリッド設備では、主に、隣り合うウエアプレートの隙間に設置したスプレーノズルから供給される冷却水によって鋳片を冷却しており、鋳片を支持するためのウエアプレートが鋳片表面に接触することにより、鋳片とウエアプレートとの接触部には冷却水が当たらず、現状で求められている高速鋳造時には冷却能力が不十分であるという問題が判明した。

ウエアプレート自体は、水冷構造ではなく、ウエアプレートの隙間に設置したスプレーノズルから噴霧されるスプレー水によって間接的に冷却されており、従って、鋳片のウエアプレートとの接触部はウエアプレートによる間接冷却になる。また、クーリンググリッド方式では、ウエアプレートの部分には冷却水が当たらないので、鋳片幅方向において均一な冷却ができないという問題もあり、鋳片表面に割れが発生してしまう可能性も存在していた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的とするところは、鋳型直下の鋳片支持をクーリンググリッド方式で実施するに当たり、ウエアプレート部分にも、冷却機能を付与させるとともにブレークアウトのような操業トラブル時に発生する水蒸気の逃げ場を確保した、鋳片の冷却能力に優れる連続鋳造機用クーリンググリッド設備を提供することであり、第２の目的とするところは、前記クーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機を用いて連続鋳造鋳片を製造する方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行った。以下に、検討・研究結果を説明する。

実操業の鋳型直下で使用しているクーリンググリッド設備、即ち、ウエアプレートと水スプレーノズルとを組み合わせた構造を模擬した実験装置を製作し、この実験装置において、従来の冷却機能を有していないウエアプレートと、冷却機能を付与させたウエアプレートとを用いて加熱した鋼材を冷却し、冷却能力を比較・評価した。

図１に、冷却機能を付与させたウエアプレートの１例を示す。図１に示すように、冷却機能を付与させたウエアプレート１０には、ウエアプレート１０の鋳片と接触する側に複数個の横方向の溝１２が設けられ、その溝１２の部分には、溝１２の内部に向かって冷却媒体としての冷却水を噴射することが可能な噴出孔１３が設けられている。噴出孔１３から噴射される冷却水は、ウエアプレート１０に設けられた導入管１４Ａから導入され、ウエアプレート１０の内部に設けられた流路１４を通って各噴出孔１３から噴射される構造である。冷却水がウエアプレート１０の内部に設けられる流路１４を通ることから、ウエアプレート１０も冷却水によって冷却される。即ち、噴出孔１３から噴射する冷却水による冷却の向上と、水冷構造のウエアプレート１０による冷却の向上とを意図したウエアプレートである。これに対して、冷却機能を持たない従来のウエアプレートは、鋳片と接触する面に溝１２はなく平坦であり、また、噴出孔１３もなく、内部から水冷される構造にもなっていない。尚、図１は、本発明に係るウエアプレートの形状の１例を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面断面図である。

１２００℃に保持した電気炉で冷却用の鋼材を約１時間加熱し、加熱後、この鋼材を取り出し、実験装置に固定して冷却を開始した。冷却中、鋼材の温度変化を熱電対により計測し、熱電対による温度測定値をパーソナルコンピューターで読み込み、熱伝達率を算出した（実験方法の詳細は、実施例１で後述する）。

その結果、水スプレーノズルからの冷却水とウエアプレートの噴出孔から噴射させる冷却水との総量を、冷却機能を有していないウエアプレートでの実験における水スプレー冷却水の総量と同一とした場合でも、ウエアプレートから冷却水を噴射させることによって平均熱伝達率が向上するとともに、水スプレーノズルによって冷却される位置における熱伝達率と、ウエアプレートと接触する位置における熱伝達率との差が小さくなること、つまり、均一冷却が可能になることが分かった。

即ち、クーリンググリッド設備においては、スプレーノズル単体だけによる冷却よりも、スプレーノズルとウエアプレートとの冷却を組み合わせた冷却の方が、冷却能が向上するとともに不均一冷却が解消されることが確認できた。

また、ウエアプレートに設置された噴出孔から噴射させる水量密度は、２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² 以上、８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² 以下の範囲が最適であることが分かった。２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² 未満であると、ウエアプレートによる冷却が向上せず、一方、水量密度が８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² 以上を越えると、新しい水が鋳片表面に直接接触することがなくなるために熱伝達率が向上しないことが分かった。尚、噴出孔から噴射させる冷却水の水量密度とは、１つのウエアプレートに設置された全ての噴出孔から噴出させる冷却水の１分間当たりの総量を、１つのウエアプレートの鋳片との接触面（溝面積を含む）の面積で除して得られる値である。

本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る連続鋳造機用クーリンググリッド設備は、連続鋳造機の鋳型直下に設置される連続鋳造機用クーリンググリッド設備であって、該クーリンググリッド設備を構成するウエアプレートは、鋳片と接触する側の面に溝が設置されているとともに、この溝の内部に向けて冷却媒体を噴射するための噴出孔が設置されており、且つ、ウエアプレートの内部には前記冷却水を噴出孔に供給するための流路が設置され、該流路を通る冷却水によって内部から冷却される水冷構造であることを特徴とするものである。

第２の発明に係る連続鋳造機用クーリンググリッド設備は、連続鋳造機の鋳型直下に設置される連続鋳造機用クーリンググリッド設備であって、該クーリンググリッド設備を構成するウエアプレートは、鋳片と接触する側の面に溝が設置されているとともに、この溝の内部に向けて冷却媒体を噴射するための噴出孔が設置されており、且つ、ウエアプレートの内部には前記冷却水を噴出孔に供給するための流路が設置され、該流路を通る冷却水によって内部から冷却される水冷構造であり、隣り合うウエアプレートとウエアプレートとの隙間には、水スプレーノズルが設置されていることを特徴とするものである。

第３の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、第１の発明に記載の連続鋳造機用クーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機を用い、ウエアプレートに設置された噴出孔から、１つのウエアプレートに設置された全ての噴出孔から噴出する冷却水の１分間当たりの総量を１つのウエアプレートの鋳片との接触面（溝面積を含む）の面積で除した値である水量密度が、２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ ² 以上、８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ ² 以下の範囲になるように、冷却水を噴射させて鋳片を冷却しながら鋳造することを特徴とするものである。

第４の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、第２の発明に記載の連続鋳造機用クーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機を用い、ウエアプレートに設置された噴出孔から、１つのウエアプレートに設置された全ての噴出孔から噴出する冷却水の１分間当たりの総量を１つのウエアプレートの鋳片との接触面（溝面積を含む）の面積で除した値である水量密度が、２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ ² 以上、８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ ² 以下の範囲になるように、冷却水を噴射させるとともに、前記水スプレーノズルから冷却水を噴射させて鋳片を冷却しながら鋳造することを特徴とするものである。

上記構成の本発明に係る連続鋳造機用クーリンググリッド設備によれば、鋳造される鋳片を効率的に冷却すると同時に、これまで不均一であったクーリンググリッド設備における冷却を均一化することができるので、鋳片引き抜き速度の高速化による生産量の増加が可能になるとともに、これまで発生していた不均一冷却に起因する鋳片の表面割れを防止することが可能となる。その結果、近年の鋳片引き抜き速度を高速化させた連続鋳造操業にあっても、操業トラブルを生じることなく安定して高品質の鋳片を鋳造することが実現され、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係るクーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機の概略図、図３は、図２におけるクーリンググリッド設備の拡大斜視図である。

図２に示すように、連続鋳造機１には、溶鋼１７を冷却して凝固させ、鋳片１８の外殻形状を形成するための鋳型５が設置され、この鋳型５の上方所定位置には、取鍋（図示せず）から供給される溶鋼１７を鋳型５に中継供給するためのタンディッシュ２が設置されており、一方、鋳型５の下方には、鋳型５の直下にクーリンググリッド設備６が設置され、クーリンググリッド設備６の下方には、対抗する複数対の鋳片支持ロール７が設置されている。クーリンググリッド設備６及び鋳片支持ロール７は、鋳型５から引き抜かれる鋳片１８を支持しながら下方に案内するための鋳片支持・案内装置であり、鋳片支持ロール７には鋳片１８を引き抜くためのピンチロール（図示せず）が含まれる。隣り合う鋳片支持ロール７の間隙には、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（図示せず）が配置され、これらのスプレーノズルから噴霧される冷却水により、鋳片１８は引き抜かれながら冷却される。

タンディッシュ２の底部には、タンディッシュ２から鋳型５に注入される溶鋼１７の流量を調整するためのスライディングノズル３が設置され、このスライディングノズル３の下面には、溶鋼１７を鋳型５に注入するための耐火物製の浸漬ノズル４が設置されている。また、鋳片支持ロール７の下流側には、鋳造された鋳片１８を搬送するための複数の搬送ロール８が設置されており、この搬送ロール８の上方には、鋳造される鋳片１８から所定の長さの鋳片１８Ａを切断するための鋳片切断機９が配置されている。

クーリンググリッド設備６は、図３に示すように、鋳片１８を支持するための、千鳥配置された多数のウエアプレート１０と、隣り合うウエアプレート１０とウエアプレート１０との隙間に設置される水スプレーノズル１１と、で構成されている。図３には、水スプレーノズル１１がオーバル型の水スプレーノズル（噴霧衝突面の形状が円形となるノズル）である場合の、水スプレーノズル１１から噴霧されるスプレー水の当たる範囲を符号２１で表している。また、図３では、クーリンググリッド設備６を鋳片１８の幅方向の一部のみで示しているが、鋳片１８の全幅に亘ってクーリンググリッド設備６が設置されている。ウエアプレート１０は、通常、鋳鋼製或いは鋳鉄製である。

尚、図３では、隣り合うウエアプレート１０の隙間に水スプレーノズル１１が設置されているが、水スプレーノズル１１である必要はなく、エアーミストスプレーノズルであってもよい。また、図３に示すウエアプレート１０は、長方形型であるが、非特許文献１に示されるような格子型であってもよい。要は、ウエアプレート１０による鋳片１８の支持面積が２０〜６０％となり、その他の部位をスプレーノズルによって冷却できるような構造であるならば、ウエアプレート１０の形状はどのようであっても構わない。また、図３に示すウエアプレート１０の幅は約６０ｍｍ、長さは約２００ｍｍ程度であるが、千鳥配置している関係上、長さが２００ｍｍより短いものが存在しても何ら問題にはならない。更に、クーリンググリッド設備６の鋳造方向の設置長さは特に限定されるものではなく、少なくともウエアプレート１０が鋳造方向に千鳥配置されるならば幾らであっても構わない。但し、クーリンググリッド設備６は、本来、鋳型直下で鋳片１８を支持する装置であるので、３ｍ以上の長さは必要としない。

そしてこのウエアプレート１０は、前述した図１に示すウエアプレート１０と同一構造であり、以下、図１を参照してウエアプレート１０を説明する。図１に示すように、ウエアプレート１０の鋳片１８との接触面には溝１２が設置され、また、溝１２の内部に向けて冷却媒体としての冷却水を噴射するための噴出孔１３が設置されている。ウエアプレート１０の内部は冷却水の流路１４になっており、導入管１４Ａを介して流路１４に供給された冷却水が各噴出孔１３から噴射するようになっている。従って、ウエアプレート１０も流路１４を通過する冷却水によって水冷される。尚、図１では、溝１２がウエアプレート１０に対して横方向に設置されているが、縦方向であっても、また斜め方向であってもよい。また溝１２は直線である必要はなく、曲線であっても構わない。要は、溝１２を介して水蒸気が逃げるような構造になっていれば、どんな形状であっても構わない。

噴出孔１３の直径は、噴出孔１３から噴射する冷却水の流量から決定する。冷却水の流量が一定のまま、直径を大きくし過ぎると、冷却水の鋳片１８に当たる衝突圧が下がり、蒸気膜が生成されて冷却能力が減少する。しかしながら、流速を確保するために噴出孔１３の直径を小さくし過ぎると、詰まりが発生してしまい、冷却不能になることがある。従って、詰まり防止の観点からは直径を３ｍｍ以上とすることが望ましい。また、噴出孔１３の個数は、冷却水の流量に応じて決定すればよい。また、複数個の噴出孔１３を同じ溝１２に設置する場合には、隣り合う噴出孔１３との間隔を、各々の噴出孔１３から噴射される冷却水が滞留しないように決定するのが望ましく、噴出孔１３の直径が３ｍｍの場合には３０ｍｍ程度離すことが好ましい。

このような構成の連続鋳造機１を用いて、タンディッシュ２に滞留する溶鋼１７を、スライディングノズル３により流量を調整しながら浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入する。鋳型５に注入された溶鋼１７は、鋳型５と接触して冷却され、凝固シェル１９を形成する。鋳型５における溶鋼湯面位置をほぼ一定位置に保ちながら、表面を凝固シェル１９とし、内部を未凝固相２０とする鋳片１８を鋳型５の下方に連続的に引き抜き、溶鋼１７の連続鋳造を実施する。

鋳型５を引き抜かれた鋳片１８は、クーリンググリッド設備６及び鋳片支持ロール７で支持されながら冷却され、やがて内部まで完全に凝固する。この場合、クーリンググリッド設備６のウエアプレート１０から噴射する冷却水の水量密度は、２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² 以上、８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² 以下の範囲内とすることが好ましい。クーリンググリッド設備６に設置される水スプレーノズル１１からの冷却水の噴霧量、並びに、鋳片支持ロール７の間隙に設置されるスプレーノズルからの冷却水の噴霧量は、特に規定するものではなく、鋳造する鋼種や鋳片の引き抜き速度に応じて適宜最適な範囲を設定するものとする。鋳造される鋳片１８を鋳片切断機９によって切断し、所定の長さの鋳片１８Ａを製造する。

上記構成のクーリンググリッド設備６を用いて鋳片１８を冷却することで、鋳片１８を効率的に冷却することができると同時に、これまで不均一であったクーリンググリッド設備における冷却を改善することができるので、鋳片引き抜き速度の高速化による生産量の増加が可能になるとともに、これまで発生していた不均一冷却に起因する鋳片１８の表面割れを防止することが可能となる。

実操業の鋳型直下で使用しているクーリンググリッド設備、即ちウエアプレートと水スプレーノズルとを組み合わせた鋳型直下の構造を模擬した実験装置を製作し、この実験装置において、従来の冷却機能を有していないウエアプレートと、冷却機能を付与させたウエアプレートとを用いて加熱した鋼材を冷却し、冷却能力を比較・評価した。

冷却機能を有するウエアプレートとしては、前述した図１に示すウエアプレート１０を準備した。即ち、ウエアプレート１０の鋳片と接触する側に溝１２を設け、且つ、その溝１２の内部に向けて冷却水を噴射することが可能な噴出孔１３を有するウエアプレート１０である。具体的には、長さ２００ｍｍ、幅６０ｍｍのウエアプレート１０に６箇所の横方向の溝１２を設け、その溝１２の部分に１個或いは２個の噴出孔１３を有する構造とした。溝１２の深さは１０ｍｍ、溝１２の長さはウエアプレート１０の幅と同じ６０ｍｍ、溝１２の幅は１０ｍｍ、１つのウエアプレート１０の噴出孔１３の総数は９個、噴出孔１３の直径は３ｍｍとした。冷却機能を備えていない従来のウエアプレートには、溝もまた冷却水を供給するための噴出孔もない。

冷却能力を実験室的に評価する方法としては、加熱した鋼材を水スプレーまたはエアーミストスプレーで冷却し、鋼材の温度履歴から定量的な評価をする方法が一般的であり、通常、鋼材の温度履歴の把握は、鋼材に埋め込んだ熱電対による温度測定、或いは、放射温度計による鋼材の表面温度測定により行われている。しかしながら、熱した鋼材を水スプレーなどで冷却すると、水蒸気が発生するために放射温度計では正しい温度を把握することが困難である。そこで、本実施例では、冷却能力を評価するに当たり、鋼材の冷却される面とは反対側に穴を空け、そこに熱電対を埋め込み、熱電対で温度履歴を測定することとした。

実験は、図４に示すように、３個の水スプレーノズル１１と３個のウエアプレート１０とを組み合わせた構成とし、加熱した鋼材１５を、図５に示すように、ウエアプレート１０に接触させて冷却した。ウエアプレート１０とウエアプレート１０との間は水スプレーノズル１１で冷却した。使用した水スプレーノズル１１はオーバル型ノズルであり、最大流量が５０Ｌ／ｍｉｎの仕様の水スプレーノズルである。実験では、水スプレーノズル１本当たりの冷却水量の基準を２４Ｌ／ｍｉｎとした。このときの水圧は約０．３２ＭＰａであった。尚、図４は、ウエアプレートの冷却能力を比較・評価するための実験装置の概略図、図５は、本発明に係るウエアプレートの冷却能力の評価試験方法を示す側面断面図である。

加熱する鋼材１５としては、幅２８０ｍｍ、高さ５６０ｍｍ、厚み２０ｍｍ、炭素濃度が０．２質量％の炭素鋼の鋼材を用い、この鋼材１５の冷却面とは反対側の面に、直径１．８ｍｍ、深さ１８ｍｍの穴を１０個空けて、そこに直径１．６ｍｍのＫ型シース熱電対１６を埋め込んだ。熱電対１６の埋め込み位置は、図４に示すように、冷却水が直接かかる水スプレーノズル１１の直下位置に３箇所、ウエアプレート１０と接触する部分に７箇所とした。

実験では、１２００℃に保持した電気炉で上記の鋼材１５を約１時間加熱し、この均一に加熱された鋼材１５を取り出して実験装置に固定し、冷却を開始した。熱電対１６による温度測定値を、熱電対１６から補償導線を介して、パーソナルコンピューターに０．１秒ごとに取り込み、１０点の熱電対のそれぞれの温度変化からその都度熱伝達率を算出した。

試験は、以下の３つの水準で実施した。

水準１：従来の冷却機能を有していないウエアプレートを用いて水スプレーノズル１本当たりの冷却水量を２４Ｌ／ｍｉｎとして３つの水スプレーノズルのみで冷却した。以下、水準１を「従来例」と記す。

水準２：水スプレーノズル１本当たりの冷却水量を従来例よりも減少させて１８Ｌ／ｍｉｎとし、水スプレーノズルで減少させた分の冷却水をウエアプレートに分配してそれぞれのウエアプレートの噴出孔から６Ｌ／ｍｉｎの流量で冷却水を噴射させ、３つの水スプレーノズルと３つのウエアプレートとによって冷却した。噴出孔から噴射させる冷却水の水量密度は、５００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² である。以下、水準２を「本発明例１」と記す。本発明例１では、冷却水の総量は７２Ｌ／ｍｉｎで、従来例と同一である。

水準３：水スプレーノズル１本当たりの冷却水量を従来例と同一の２４Ｌ／ｍｉｎとした上で、更に、それぞれのウエアプレートの噴出孔から２４Ｌ／ｍｉｎの流量で冷却水を噴射させ、３つの水スプレーノズルと３つのウエアプレートとによって冷却した。噴出孔から噴射させる冷却水の水量密度は、２０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² である。以下、水準３を「本発明例２」と記す。本発明例２では、冷却水の総量は１４４Ｌ／ｍｉｎとなり、従来例及び本発明例１の２倍である。

表１に、これら３つの水準の冷却条件、並びに３つの水準で測定された、鋼材１５の表面温度が８００℃の時点における各測温点での熱伝達率、並びに、各測温点の熱伝達率の平均値、最大値、最小値，及び最大値と最小値との差を示す。表１の熱電対位置は図４の熱電対位置に対応する。

表１に示すように、従来例では、熱伝達率の平均値は１０７６ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃であり、また熱伝達率の最大値は、水スプレーノズルの直下位置（Ｎo.８）で２６３２ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃となり、熱伝達率の最小値は、ウエアプレートの直下位置（Ｎo.６）で３８９ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃となった。この場合、熱伝達率の最大値と最小値との差は、２２４３ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃であり、冷却のムラが観察された。この実験では、固体の鋼材１５を冷却したため鋼材に割れなどは発生しなかったが、実際の連続鋳造機で鋳造する中炭素鋼などにおいては、冷却のムラによって表面割れの発生する可能性がある。

本発明例１では、熱伝達率の平均値は１１７４ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃であり、従来例に比べて冷却能率が約９％向上した。また、熱伝達率の最大値は、水スプレーノズルの直下位置（Ｎo.５）で１８０１ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃となり、熱伝達率の最小値は、ウエアプレートの直下位置（Ｎo.６）で８６５ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃となった。この場合、熱伝達率の最大値と最小値との差は９３６ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃となり、従来例と比べて熱伝達率の最大値と最小値との差が大きく減じ、均一冷却に近づいていることが確認できた。

本発明例２では、熱伝達率の平均値は１９２５ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃であり、従来例に比べて冷却能率が約７９％向上した。また、熱伝達率の最大値は、水スプレーノズルの直下位置（Ｎo.５）で２４１２１ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃となり、熱伝達率の最小値は、ウエアプレートの直下位置（Ｎo.６）で１５４３ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃となった。この場合、熱伝達率の最大値と最小値との差は８６９ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃となり、本発明例１よりも、更に冷却能力が向上するとともに、更に均一冷却に近づいていることが確認できた。

また、水スプレーノズル１本当たりの冷却水量を２４Ｌ／ｍｉｎに固定し、噴出孔から噴射させる冷却水の流量を変化させた試験結果から、噴出孔から噴射させる冷却水の水量密度は、２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² 以上、８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² 以下の範囲が最適であることが分かった。２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² 未満であると、ウエアプレートによる冷却は従来例と同等で冷却能力が向上せず、一方、水量密度が８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ² 以上を越えると、新しい水が鋳片表面に直接接触することがなくなるために熱伝達率が向上しないことが分かった。また更に、水準３において、噴出孔の直径を３ｍｍから１０ｍｍまでに変化させた試験から、噴出孔直径がウエアプレートの冷却能力に及ぼす影響はほとんどないことが確認された。

本発明に係るウエアプレートの形状の１例を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面断面図である。本発明に係るクーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機の概略図である。図２におけるクーリンググリッド設備の拡大斜視図である。ウエアプレートの冷却能力を比較・評価するための実験装置の概略図である。本発明に係るウエアプレートの冷却能力の評価試験方法を示す側面断面図である。

符号の説明

１連続鋳造機
２タンディッシュ
３スライディングノズル
４浸漬ノズル
５鋳型
６クーリンググリッド設備
７鋳片支持ロール
８搬送ロール
９鋳片切断機
１０ウエアプレート
１１水スプレーノズル
１２溝
１３噴出孔
１４流路
１４Ａ導入管
１５鋼材
１６熱電対
１７溶鋼
１８鋳片
１９凝固シェル
２０未凝固相

Claims

連続鋳造機の鋳型直下に設置される連続鋳造機用クーリンググリッド設備であって、該クーリンググリッド設備を構成するウエアプレートは、鋳片と接触する側の面に溝が設置されているとともに、この溝の内部に向けて冷却媒体を噴射するための噴出孔が設置されており、且つ、ウエアプレートの内部には前記冷却水を噴出孔に供給するための流路が設置され、該流路を通る冷却水によって内部から冷却される水冷構造であることを特徴とする連続鋳造機用クーリンググリッド設備。
連続鋳造機の鋳型直下に設置される連続鋳造機用クーリンググリッド設備であって、該クーリンググリッド設備を構成するウエアプレートは、鋳片と接触する側の面に溝が設置されているとともに、この溝の内部に向けて冷却媒体を噴射するための噴出孔が設置されており、且つ、ウエアプレートの内部には前記冷却水を噴出孔に供給するための流路が設置され、該流路を通る冷却水によって内部から冷却される水冷構造であり、隣り合うウエアプレートとウエアプレートとの隙間には、水スプレーノズルが設置されていることを特徴とする連続鋳造機用クーリンググリッド設備。
請求項１に記載の連続鋳造機用クーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機を用い、ウエアプレートに設置された噴出孔から、１つのウエアプレートに設置された全ての噴出孔から噴出する冷却水の１分間当たりの総量を１つのウエアプレートの鋳片との接触面（溝面積を含む）の面積で除した値である水量密度が、２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ ² 以上、８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ ² 以下の範囲になるように、冷却水を噴射させて鋳片を冷却しながら鋳造することを特徴とする、連続鋳造鋳片の製造方法。
請求項２に記載の連続鋳造機用クーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機を用い、ウエアプレートに設置された噴出孔から、１つのウエアプレートに設置された全ての噴出孔から噴出する冷却水の１分間当たりの総量を１つのウエアプレートの鋳片との接触面（溝面積を含む）の面積で除した値である水量密度が、２００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ ² 以上、８０００Ｌ／ｍｉｎ・ｍ ² 以下の範囲になるように、冷却水を噴射させるとともに、前記水スプレーノズルから冷却水を噴射させて鋳片を冷却しながら鋳造することを特徴とする、連続鋳造鋳片の製造方法。