JP5082630B2 - 連続鋳造機における２次冷却水噴射方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造機にて２次冷却水をスプレーノズルから鋳片に噴射する方法に関し、特にスプレーノズルの詰まりを防止しながら２次冷却水を噴射する方法に関するものである。

連続鋳造機は、鋳型の上方から溶鋼を供給しつつ、下方へ鋳片を連続的に引き抜く装置であり、図５にその要部を模式的に断面図として示す。
連続鋳造機では図５に示すように、タンディッシュ１内に収容した溶鋼２を鋳型３に供給して冷却（いわゆる１次冷却）し、周辺部を凝固させた鋳片５（いわゆる凝固シェル）を形成しながら、ロール４の駆動力によって下方へ引き抜く。鋳型３の下方へ引き抜かれた鋳片５は、周辺部は凝固しているが、中心部には未凝固の溶鋼２が残存しているので、鋳片５をさらに冷却（いわゆる２次冷却）する必要がある。なお、ここでは鋳型３の下方へ引き抜かれた凝固シェルで囲まれ中心部に溶鋼２が残存する状態と中心部まで凝固した状態を総称して鋳片５と記す。２次冷却は、ロール４の間に配設されたスプレーノズル（図示せず）から冷却水（いわゆる２次冷却水）を鋳片５に噴射して行なうものであり、鋳型３の下側から鋳片５を切断する切断機６の入側までの２次冷却帯Ａで行なわれる。

図４は、２次冷却水をスプレーノズルに供給する例を模式的に示す斜視図である。図４に示すように、２次冷却水10はヘッダー７内を流通し、ヘッダー７から分岐するスプレー配管８に導入される。スプレー配管８の先端にはスプレーノズル９が配設されており、そのスプレーノズル９から２次冷却水10が鋳片（図示せず）に噴射される。なお、図４には２次冷却水10を下方に噴射する例を示したが、スプレーノズル９と鋳片との位置関係に応じて、スプレー配管８を適宜湾曲させて２次冷却水10の噴射方向を調整することによって、２次冷却の効率向上が可能である。

２次冷却水10は工場用環水を使用するので、様々な異物（たとえばスケール，モールドパウダー等）が混入している。これらの異物はヘッダー７内で沈降して堆積する。したがって、図４に示すようにヘッダー７の下部からスプレー配管８を分岐（たとえば特許文献１参照）すると、異物が２次冷却水10とともにスプレー配管８内に流入し、スプレーノズル９の詰まりが生じる原因になる。スプレーノズル９の詰まりは、２次冷却の効率低下を招く。

そこで、スプレーノズル９の詰まりが発生したとき直ちに対処するために、スプレーノズル９の詰まりを検出する技術が種々検討されている。
たとえば特許文献２には、ヘッダー内の２次冷却水とスプレーノズル内の２次冷却水との温度差を監視することによって、スプレーノズルの詰まりを検出する技術が開示されている。特許文献３には、スプレーノズル内の水圧を監視することによって、スプレーノズルの詰まりを検出する技術が開示されている。これらの技術はいずれもスプレーノズルの詰まりを検出する技術であり、詰まりが発生した後、復旧作業（たとえばスプレーノズルの交換，配管内の清掃等）のために操業を停止せざるを得ない。

スプレーノズルの詰まりを防止する技術も種々検討されている。
たとえば、２次冷却水に薬剤を添加し、ｐＨ等の水質を制御して水処理設備や配管からのスケールの発生を抑制する技術が検討されている。しかしこの技術は、添加した薬剤が効果を発揮するためには工場用環水としての循環経路を一巡しなければならないので、薬剤の効果が得られるまでに長時間を要し、２次冷却水の水質を安定させることは困難である。

また、２次冷却水の循環経路にストレーナーを設置して、異物を除去する技術も検討されている。しかしこの技術は、ストレーナーの網目を細かくすると圧損が大きくなるので、網目を選択する上で制約を受ける。そのため、微細な異物の除去は困難であり、スプレーノズルの詰まりを十分に防止できない。
実開昭59-114250号公報 特開2003-170256号公報 特開平5-309465号公報

本発明は、連続鋳造機にて簡便な手段でスプレーノズルの詰まりを防止しながら２次冷却水を鋳片に噴射する方法を提供することを目的とする。

本発明は、連続鋳造機にてスプレー配管の先端に配設されたスプレーノズルから２次冷却水を鋳片に噴射する２次冷却水噴射方法において、２次冷却水を略鉛直方向を中心軸として下向きに噴霧させ、２次冷却水が流通するヘッダーの垂直断面の中心点を通る水平面より上方からスプレー配管を分岐して湾曲させ、２次冷却水をヘッダーからスプレー配管を経てスプレーノズルに供給して鋳片に噴射する２次冷却水噴射方法である。

本発明の２次冷却水噴射方法においては、前記した垂直断面におけるヘッダーの最下位置Ｐ_b と最上位置Ｐ_t との距離をｈ₁ とし、ヘッダーからスプレー配管が分岐する部位の中心位置Ｐ_c とヘッダーの最下位置Ｐ_b との距離をｈ₂ とし、ｈ₂ ／ｈ₁ 値が0.7以上であることが好ましい。
また、２次冷却水が流通する、略水平方向に配設されるのヘッダーの最下流端面を閉塞し、２次冷却水の流通方向の最下流側に配設されるスプレー配管がヘッダーから分岐する部位の中心位置Ｐ_ceとヘッダーの最下流端面との距離をＬとし、距離ｈ₁ と距離Ｌから算出されるＬ／ｈ₁ 値が1.0以上であることが好ましい。なお、距離ｈ₁ はヘッダーの直径に相当する。

さらに、ヘッダーの最下流端面に閉塞部材を着脱可能に装着することが好ましい。

本発明によれば、簡便な手段でスプレーノズルの詰まりを防止しながら２次冷却水を鋳片に噴射できる。

図１は、連続鋳造機にて本発明を適用するにあたってヘッダーからスプレー配管を分岐する例を模式的に示す斜視図である。図１には２次冷却水10を下方に噴射する例を示したが、スプレーノズル９と鋳片（図示せず）との位置関係に応じて、スプレー配管８を適宜湾曲させて２次冷却水10の噴射方向を調整することによって、２次冷却の効率向上が可能である。スプレー配管８がヘッダー７から分岐する部位の中心位置Ｐ_c を通る垂直断面の例を図２に示す。

図２に示すように、スプレー配管８はヘッダー７の当該垂直断面における中心点Ｂを通る水平面より上方から分岐する。このようにして、ヘッダー７の底部に堆積した異物11が２次冷却水10とともにスプレー配管８に流入するのを防止する。
スプレー配管８がヘッダー７から分岐する部位における水平面とスプレー配管８とのなす角度θは特に限定しない。なお、スプレー配管８とヘッダー７の加工と接合の作業性を考慮すると、図３に示すようにスプレー配管８をヘッダー７から放射状に分岐させることが望ましい。

このようにして、ヘッダー７の底部に堆積した異物11が２次冷却水10とともにスプレー配管８に流入するのを防止する。ただし、中心点Ｂを通る水平面より上方であっても、ヘッダー７からスプレー配管８を分岐させる位置に応じて、異物11がスプレー配管８内に流入するのは避けられない。
そこで発明者は、スプレー配管８をヘッダー７から分岐させる位置とスプレーノズル９の詰まりの発生頻度との関係を調査した。

図３に示す垂直断面におけるヘッダー７の最下位置Ｐ_b と最上位置Ｐ_t との距離をｈ₁ とし、分岐部位の中心位置Ｐ_c とヘッダー７の最下位置Ｐ_b との距離をｈ₂ として、ｈ₂ ／ｈ₁ 値を０〜１の範囲で変化させてスプレー配管８をヘッダー７から分岐させた。ｈ₂ ／ｈ₁ ＝０（すなわちｈ₂ ＝０）は、図４に示すようにヘッダー７の最下位置Ｐ_b からスプレー配管８を分岐させることを意味する。ｈ₂ ／ｈ₁ ＝１（すなわちｈ₂ ＝ｈ₁ ）は、ヘッダー７の最上位置Ｐ_t からスプレー配管８を分岐させることを意味する。

ｈ₂ ／ｈ₁ 値を変化させてスプレー配管８をヘッダー７から分岐させ、連続鋳造機を24ケ月稼動した。ヘッダー７内を流通する２次冷却水10の流速は平均2.2ｍ／秒であった。スプレーノズル９の詰まりの発生頻度とｈ₂ ／ｈ₁ 値との関係を図６に示す。なお図６におけるスプレーノズル９の詰まりの発生頻度は、ｈ₂ ／ｈ₁ ＝０のスプレー配管８の先端に配設されたスプレーノズル９の詰まりの発生回数を指数1.0として、それに対する比率で示す。

図６から明らかなように、ｈ₂ ／ｈ₁ ≧0.5（すなわち中心点Ｂを通る水平面より上方）の範囲でスプレーノズルの詰まりの発生頻度が低下している。好ましくはｈ₂ ／ｈ₁ ≧0.6である。さらに好ましくはｈ₂ ／ｈ₁ ≧0.7である。ｈ₂ ／ｈ₁ ≧0.8が最も好ましい。
なお連続鋳造機の立地条件等に応じて、２次冷却水10が流通する方向のヘッダー７の最下流端面12を閉塞する場合がある。以下では図７を参照して、最下流端面12を閉塞したヘッダー７の最上位置Ｐ_t からスプレー配管８を分岐させる例（すなわちｈ₂ ／ｈ₁ ＝１の例）について説明する。この例では、ヘッダー７の最上位置Ｐ_t とスプレー配管８がヘッダー７から分岐する部位の中心位置Ｐ_c は一致する。また、最下流側に配設されるスプレー配管に符号8eを付して他のスプレー配管と区別し、かつスプレー配管8eが分岐する部位の中心位置に符号Ｐ_ceを付す。

図７に示すように、最下流端面12を閉塞したヘッダー７では異物11が最下流端面12の内側に多量に堆積する。しかも、閉塞された最下流端面12に２次冷却水10が衝突して逆流するので、その２次冷却水10の逆流によって異物11は常に巻き上げられる。最下流側に配設されるスプレー配管8eがヘッダー７から分岐する部位の中心位置Ｐ_ceとヘッダー７の最下流端面12と距離Ｌが長い場合は、巻き上げられた異物11が最下流側に配設されるスプレー配管に符号8e内に流入する惧れはない。しかし距離Ｌが短い場合は、巻き上げられた異物11がスプレー配管に符号8e内に流入し、スプレーノズル９の詰まりを発生させる。

そこで発明者は、最下流端面12を閉塞されたヘッダー７における距離Ｌと異物の堆積状況との関係を調査した。すなわち、連続鋳造機に設置される最下流端面12を閉塞された複数のヘッダー７に、距離Ｌを変化させてスプレー配管8e，８を配設して１年間操業し、最下流側に配設されるスプレー配管8eに対向する位置のヘッダー７底部に堆積した異物11の厚みＴを測定した。その結果を図８に示す。ただし図８では、複数のヘッダー７を用いて調査したので、距離Ｌの指標として距離ｈ₁ を用いて算出されるＬ／ｈ₁ 値を採用する。また厚みＴの指標として距離ｈ₁ を用いて算出されるＴ／ｈ₁ 値を採用する。距離ｈ₁ は、既に説明した通り、ヘッダー７の最下位置Ｐ_b と最上位置Ｐ_t との距離であるから、ヘッダー７の直径に相当する。

図８から明らかなように、Ｌ／ｈ₁ 値が1.0以上であれば、Ｔ／ｈ₁ 値がゼロ（すなわちＴ＝０）となる。つまりヘッダー７の最下流端面12を閉塞し、Ｌ／ｈ₁ 値が1.0以上となるようにスプレー配管8eをヘッダー７から分岐させれば、スプレー配管8e内に異物11が流入するのを防止でき、さらに最下流端面12から遠ざかる位置に配設されるスプレー配管８に異物11が流入するのを防止できる。

ただしＬ／ｈ₁ 値を1.0以上として、スプレー配管8eおよびスプレー配管８に異物11が流入するのを防止できる期間は１年間である。１年を超えて継続的に連続鋳造機を稼動すると、異物11の堆積量が増大していき、スプレー配管8eやスプレー配管８に対向する位置のヘッダー７底部にも異物11が堆積するようになる。したがって、ヘッダー７の最下流端面12の内側に堆積した異物11を定期的に除去する必要がある。そのため、ヘッダー７の最下流端面12に閉塞部材を着脱可能に装着することが好ましい。連続鋳造機を稼動する際には閉塞部材をヘッダー７の最下流端面12に取り付けて閉塞する。一方、異物11を除去する際には閉塞部材を取り外して作業を行なう。

＜実施例１＞
連続鋳造機にてｈ₂ ／ｈ₁ ＝１でスプレー配管８を、図３に示すように放射状にヘッダー７から分岐させ、24ケ月稼動した。角度θは90°（すなわちｈ₂ ＝ｈ₁ ）とした。ヘッダー７内を流通する２次冷却水10の流速は平均2.2ｍ／秒であった。これを発明例１とする。

一方、ｈ₂ ／ｈ₁ ＝０でスプレー配管８をヘッダー７から分岐させ、24ケ月稼動した。角度θは−90°（すなわちｈ₂ ＝０）とした。ヘッダー７内を流通する２次冷却水10の流速は平均2.2ｍ／秒であった。これを従来例１とする。
発明例１と従来例１について、スプレーノズルの詰まりの発生頻度とそれに伴う配管掃除の回数，所要時間を調査した。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、発明例１ではスプレーノズルの詰まりは発生しなかった。一方、従来例１ではスプレーノズルの詰まりが平均１回／月の頻度で発生し、それに伴って平均40分／月の掃除が必要であった。
＜実施例２＞
連続鋳造機にて、図７に示すようにヘッダー７の最下流端面12を閉塞し、ｈ₂ ／ｈ₁ ＝１でスプレー配管８をヘッダー７から放射状に分岐（角度θは90°）させた。なお、距離ｈ₁ と距離Ｌから算出されるＬ／ｈ₁ 値は2.0とした。ヘッダー７内を流通する２次冷却水10の流速は平均2.2ｍ／秒であった。これを発明例２とする。

また、発明例２と同じ連続鋳造機に設置された他のヘッダー７の最下流端面12を閉塞し、Ｌ／ｈ₁ 値を0.1としてｈ₂ ／ｈ₁ ＝１でスプレー配管８をヘッダー７から放射状に分岐させた。ヘッダー７内を流通する２次冷却水10の流速は平均2.2ｍ／秒であった。これを発明例３とする。
一方、発明例２と同じ連続鋳造機に設置された他のヘッダー７の最下流端面12を閉塞し、ｈ₂ ／ｈ₁ ＝０でスプレー配管８をヘッダー７から放射状に分岐（角度θは−90°）させた。Ｌ／ｈ₁ 値は2.0とした。ヘッダー７内を流通する２次冷却水10の流速は平均2.2ｍ／秒であった。これを従来例２とする。

発明例２，３と従来例２について、ヘッダー７内の異物11の除去を行なわず１年間継続的に稼動し、スプレーノズルの詰まりを調査した。その結果を表２に示す。

表２から明らかなように、発明例２ではスプレーノズルの詰まりは発生しなかった。発明例３では、Ｌ／ｈ₁ 値が小さいのでスプレーノズルの詰まりが20％の割合で発生した。従来例２では、Ｌ／ｈ₁ 値は1.0以上であるが、ヘッダー７の中心点Ｂを通る水平面より下方で分岐させた（すなわちｈ₂ ／ｈ₁ 値が小さい）ので、スプレーノズルの詰まりが30％の割合で発生した。なお表２中のスプレーノズルの詰まりが発生した割合は、それぞれのヘッダー７から２次冷却水10を供給されるスプレーノズルの個数に対する詰まりが発生したスプレーノズルの個数の割合を百分率で示した値である。

本発明を適用してヘッダーからスプレー配管を分岐する例を模式的に示す斜視図である。 スプレー配管がヘッダーから分岐する部位の中心位置Ｐ_c を通る垂直断面の例を示す断面図である。 スプレー配管がヘッダーから分岐する部位の中心位置Ｐ_cを通る垂直断面の他の例を示す断面図である。 ２次冷却水をスプレーノズルに供給する従来の例を模式的に示す斜視図である。 連続鋳造機の要部を模式的に示す断面図である。 ｈ₂ ／ｈ₁ 値とスプレーノズルの詰まりの発生頻度との関係を示すグラフである。 最下流端面を閉塞したヘッダーから本発明を適用してスプレー配管を分岐する例を模式的に示す断面図である。 最下流端面からの距離Ｌと堆積した異物の厚みとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１ タンディッシュ
２ 溶鋼
３ 鋳型
４ ロール
５ 鋳片
６ 切断機
７ ヘッダー
８ スプレー配管
8e 最下流側に配設されるスプレー配管
９ スプレーノズル
10 ２次冷却水
11 異物
12 最下流端面
Ａ ２次冷却帯
Ｂ ヘッダーの中心点
Ｃ ヘッダーの中心点を通る水平面とヘッダーとの交点
Ｐ_t ヘッダーの最上位置
Ｐ_b ヘッダーの最下位置
Ｐ_c スプレー配管がヘッダーから分岐する部位の中心位置
Ｐ_ce最下流側に配設されるスプレー配管がヘッダーから分岐する部位の中心位置

Claims (4)

1. 連続鋳造機にてスプレー配管の先端に配設されたスプレーノズルから２次冷却水を鋳片に噴射する２次冷却水噴射方法において、前記２次冷却水を略鉛直方向を中心軸として下向きに噴霧させ、前記２次冷却水が流通するヘッダーの垂直断面の中心点を通る水平面より上方から前記スプレー配管を分岐して湾曲させ、前記２次冷却水を前記ヘッダーから前記スプレー配管を経て前記スプレーノズルに供給して前記鋳片に噴射することを特徴とする２次冷却水噴射方法。
2. 前記垂直断面における前記ヘッダーの最下位置Ｐ_b と最上位置Ｐ_t との距離をｈ₁ とし、前記ヘッダーから前記スプレー配管が分岐する部位の中心位置Ｐ_c と前記ヘッダーの最下位置Ｐ_b との距離をｈ₂ とし、ｈ₂ ／ｈ₁ 値が0.7以上であることを特徴とする請求項１に記載の２次冷却水噴射方法。
3. 前記２次冷却水が流通する、略水平方向に配設される前記ヘッダーの最下流端面を閉塞し、前記２次冷却水の流通方向の最下流側に配設されるスプレー配管が前記ヘッダーから分岐する部位の中心位置Ｐ_ceと前記ヘッダーの最下流端面との距離をＬとし、前記距離ｈ₁ と前記距離Ｌから算出されるＬ／ｈ₁ 値が1.0以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の２次冷却水噴射方法。
4. 前記ヘッダーの最下流端面に閉塞部材を着脱可能に装着することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の２次冷却水噴射方法。

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