JP5359847B2 - スラブ冷却方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造後の鋼片（以下、スラブ）を、複数枚、段積みされた状態で、反りの発生を抑えて効率的に冷却することができるスラブ冷却方法及びスラブ冷却装置に関するものである。

連続鋳造されたスラブは、次工程である熱間圧延工程に運ばれ、所定の処理が施されるが、生産管理上の観点から、所定の処理を施す前に常温まで冷却することが広く行われている。この冷却は、ヤードスペースの制約上、スラブを複数枚段積みにした状態で水冷する方法が広く行われている。一方、水冷の仕方によっては、スラブの変形が発生するという問題がある。

変形が発生する原因について図面を用いて説明する。鋼片の冷却においては、図3に示すように、段積みにされたスラブに対し、長手方向の端面に冷却水を噴射する方法が広く行われているが、このとき、冷却水はスラブと接触した後、冷却面に沿って落下し、図1に示すように段積みされたスラブ間の隙間、または、最下段のスラブと置き台の間に溜まることがある。滞留部分では、図２に示すように、鋼片が急速に冷却されるため、鋼片の上/下面において温度差が拡大し、下面における熱膨張量(熱応力)と上面における熱膨張量に大きな差を生じる結果、スラブは変形する。特に、最下段のスラブにおいては、置き台に滞留した水により下面の冷却が進行し、スラブは、上に凸の形状に変形する。この熱膨張の作用に加え、スラブの自重により、鋼片長手方向端に作用する鉛直下向きの力により、冷却の進行とともに上に凸の反り（以下、上反り）が拡大する。

特に、段積みされた最下段のスラブに上反りが発生すると、その上に積まれたスラブは最下段のスラブの形状に沿う形で変形し、段積みされたスラブは連鎖的に上反りの形状となる。このように反りが発生したスラブは、次工程の熱間圧延工程において、様々な障害を引き起こす要因となる。

連続鋳造後の高温スラブの冷却に対しては、例えば、下記の特許文献に開示された方法がある。

特許文献1には、連続鋳造された鋼片の側面の表面温度が６００℃以下になるまで大気中で放冷した後、高さ1ｍ以上に積層等し、積層された最上段の鋼片の上面から下向きに少なくとも０．３ｍまでの範囲を除いて、その下部に位置する鋼片の長手方向の両側面を散水冷却する方法が開示されているが、この方法では、最下段の鋼片の下面と地面の間の隙間に冷却水が滞留し、鋼片下面を冷却する可能性が高く、上記のように、最下面の鋼片を起点として上反りを発生させることになる。

また、表面温度が６００℃以下になるまで散水冷却を行わない場合、鋳造から６００℃までスラブ温度が低下するまでの間、ヤードなどのスペースを必要とし、また、常温までの冷却時間が長くなり、生産効率が低下する。

特許第４０８９６６４号公報

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、連続鋳造後で表面温度が６００℃超のスラブを、反りを発生させることなく効果的に冷却することができるスラブ冷却方法及び装置を提供することを目的とするものである。

前記の目的を達成するため、発明者らが鋭意研究を重ねた結果、連続鋳造後で表面温度が６００℃超の高温スラブ長手方向に散水する冷却水量、噴射距離を所定範囲にしてスラブを冷却することにより、冷却水が段積みされた最下段のスラブと地面の間に冷却水が溜まることなく、均一に冷却できることを見出した。

本発明は、上記の知見を基になされたものであって、以下を要旨とするものである。
(１) 冷却水供給ノズルの先端とスラブ長手方向側面の間隔を１５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とし、２Ｌ／ｍｉｎ/ｔ以上、５Ｌ/ｍｉｎ/ｔ以下の水量密度で、長手方向側面の８０％以上の面積を散水冷却する高温スラブの冷却方法、及び冷却装置。
(２) 上記（１）の発明において、冷却水供給ノズルを、噴射角が４０°以上の円錐型ノズルとすることを特長とする高温スラブの冷却方法、及び冷却装置。

本発明の高温スラブの冷却方法、及び冷却装置によれば、連続鋳造後の高温スラブを複数枚積層した後、散水冷却するに際し、散水する冷却水の水量密度、及び冷却範囲を適正化することにより、特段の処置を施すことなく、スラブの反りの発生を防止し、効率的にスラブを冷却することができる。

冷却水の滞留状態を示した概略図である。 冷却水滞留による温度低下を表す図である。 本発明の散水冷却方法を示した概略図（正面図）である。 本発明の散水冷却方法を示した概略図（側面図）である。

本発明は、前記のように、連続鋳造後のスラブを積層した後、スラブの長手方向の両端面を、２Ｌ／ｍｉｎ／ｔ以上、５Ｌ／ｍｉｎ／ｔ以下の水量密度で、長手方向両端面の８０％以上の面積を散水冷却するスラブの冷却方法である。以下に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図1は本実施の形態にかかる冷却装置の構成の概略を示している。

図３に示すように、複数枚、段積みされた高温のスラブ１が設置されるスラブ置き台２の長手方向両側の近傍には、段積みされたスラブ１の側面に向かって冷却水を散水する冷却装置３が設けられている。その冷却ノズル３ａ、３ｂからは、段積みされた高温スラブ１の両端面の８０％以上を覆うように冷却水が噴射される。噴射される冷却水の量（水量密度）は、段積みされたスラブの総重量（ｔ：トン）に対して、２Ｌ／ｍｉｎ／ｔ以上、５Ｌ／ｍｉｎ／ｔ以下であり、また、冷却水供給ノズル３ａ、３ｂの先端と冷却されるスラブ１の端面の距離Ｌは１５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下である。なお図４に示すように、冷却ノズル３ａ、３ｂは散水されないスラブ表面積をできるだけ小さくするように、長手方向に多数設置されている。

一般に、冷却水量が多い程、高温スラブを常温まで冷却するのに要する時間は短縮できるが、上述したように、冷却水が段積みされているスラブ間、及び最下段スラブと地面またはスラブ置き台２の隙間に溜まると、スラブ上/下面温度差に起因した変形が起こる。そのため、冷却後の水を瞬時に気化させ、外気による拡散効果により冷却水溜まりを抑制することが重要である。

上記観点より、噴射される冷却水の量は、段積みされたスラブの総重量に対して、５Ｌ／ｍｉｎ／ｔ以下とし、冷却水供給ノズル３ａ、３ｂの先端と冷却を行うスラブ１の端面の距離Ｌは、１５００ｍｍ以上とする必要がある。しかし噴射される冷却水の量が少なすぎると、冷却に長時間を要するため、所定の時間で目標温度まで冷却するために、２Ｌ／ｍｉｎ／ｔ以上とする。尚、水冷時間は１０ｈｒ以内、温度は１００℃未満である。

一方、冷却水噴射距離が離れると、風による飛散などにより、冷却水が十分にスラブ１に到達できない場合があるため、冷却水供給ノズル３ａ、３ｂの先端と冷却を行うスラブ１の端面の距離Ｌを２０００ｍｍ以下とする。

また、高温スラブを常温まで冷却するための時間は、生産管理の点から短い方が望ましい。そのため、冷却効率を確保する上で、スラブ長手方向端面の８０％以上の面積を散水する。

冷却水供給ノズル３ａ、３ｂは、冷却水噴流４の噴射角度が４０°以上の円錐型ノズルであることが望ましい。これは、スラブ１の端面の８０％以上の面積を冷却水で覆う場合、散水面積を確保する上で設置するノズル個数を少なくでき、設備投資を抑えることができるからである。また、冷却水がより細かい液滴の状態で噴射されるため、高温スラブとの接触により容易に気化し、滞留水の発生を防ぐ上でも有効である。

本発明に係るスラブの冷却方法の効果を確認した試験結果を表1に示す。

表1において、試験１ないし試験８は本発明の実施例を、試験９から試験１４は、比較例を示している。試験条件としては、スラブを冷却する水量密度の影響、及び、スラブと冷却水供給ノズル先端距離の影響を評価した。

冷却を開始する時のスラブ温度は、スラブ長手方向中心部の温度を基準として用いた。
連続鋳造終了から試験を開始するまでには、搬送時間を要するため、冷却は約７００℃の状態から行った。

冷却を行うスラブの大きさには幅があるため、表1には、平均の大きさとして示した。
段数はいずれも７段である。

試験1ないし試験８は、冷却目標時間である１０時間以内の散水冷却で、長手方向端面温度を目標である１００℃よりも低くでき、また、冷却終了時のスラブの変形量（反り量）は、許容量である７０ｍｍ未満を達成した。試験９は、水量密度が２Ｌ/ｍｉｎ/ｔよりも少ない場合であり、反り量は目標を達成するが、所要冷却時間が目標を達成できなかった。

試験１２ないし１４は、冷却水量が５Ｌ／ｍｉｎ／ｔよりも多い場合であり、冷却時間は短くなるが、反り量は許容量よりも大きく、目的を達成できなかった。また、試験１０及び１１は、冷却水噴射距離がそれぞれ、２１００ｍｍ、１４００ｍｍの場合であり、試験１０では水冷時間を目標以内とすることができず、また、試験１１では反り量が規制値よりも大きくなった。

１ 段積みされたスラブ
１１〜１７ スラブ
２ スラブ置き台
３ 冷却装置
３ａ 冷却水供給ノズル
３ｂ 冷却水供給ノズル
４ 冷却水噴流
Ｌ スラブ長手方向端面と冷却水ノズル先端距離

Claims (4)

1. 連続鋳造後で表面温度が６００℃超のスラブを冷却する方法であって、複数枚、段積みされた状態のスラブの長手方向側面に冷却水供給ノズルを設置し、該冷却水供給ノズルの先端とスラブ長手方向側面との間隔を１５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とし、２Ｌ／ｍｉｎ/ｔ以上、５Ｌ/ｍｉｎ/ｔ以下の水量密度で、長手方向側面の８０％以上の面積を散水冷却することを特徴とするスラブ冷却方法。
2. 冷却水供給ノズルとして、噴射角が４０°以上の円錐型ノズルを用いることを特徴とする請求項１に記載のスラブ冷却方法。
3. 連続鋳造後で表面温度が６００℃超のスラブが複数枚、段積みされるスラブ置き台の両側に、スラブの長手方向側面を散水冷却する冷却水供給ノズルを配置したスラブ冷却装置であって、該冷却水供給ノズルがその先端とスラブ長手方向側面の間隔を１５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とし、２Ｌ／ｍｉｎ/ｔ以上、５Ｌ/ｍｉｎ/ｔ以下の水量密度で、長手方向側面の８０％以上の面積を散水冷却するものであることを特徴とするスラブ冷却装置。
4. 冷却水供給ノズルを、噴射角が４０°以上の円錐型ノズルとしたことを特徴とする請求項３に記載のスラブ冷却装置。

Images