JP5589231B2 - サポートロールの背面冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、垂直曲げ型又は曲げ型のブルーム連続鋳造機において、鋳片を支持するサポートロールを冷却する方法に関する。

連続鋳造において、鋳片を支持するサポートロールは、鋳片から受ける高温の熱により、摩耗による劣化やスケールが付着するという問題がある。そこで、従来から、サポートロールに冷却水を吹き付けてサポートロールを冷却する方法が検討されている（例えば、特許文献１−３）。

特許第３５１９６８２号公報 特開２０００−３４３１８９号公報 特開平０４−２７９２６０号公報

しかしながら、サポートロールを冷却するための冷却水が、サポートロール間を搬送される鋳片にかかると、鋳片に表面割れが発生することがある。そして、上述した方法では、サポートロールの摩耗による劣化やスケールが付着することを防止できるが、鋳片に表面割れが発生するおそれがある。

そこで、本発明は、摩耗による劣化及びスケールが付着することを防止できるとともに、鋳片の表面割れを防止できるサポートロールの冷却方法を提供することを目的とする。

本発明のサポートロールの背面冷却方法は、垂直曲げ型又は曲げ型のブルーム連続鋳造機の鋳造経路において、二次冷却帯の終端から矯正経路部の終端までの間に配置されたサポートロールを冷却するロール背面冷却方法であり、前記サポートロールは、鋳片を挟んで互いに反対側に配置された反基準側ロール及び基準側ロールを備え、前記反基準側ロールの冷却において、前記反基準側ロールにミストノズルを用いて冷却水を噴霧し、前記反基準側ロールへの冷却水の噴霧幅Ｗ_１及び噴霧長さＬ_１が、それぞれ下記（１）式及び下記（２）式を満たすように設定し、
０．６０ ≦ Ｗ_１／Ｗ_０ ・・・（１）
０．３０ ≦ ２Ｌ_１／πＬ_ｄ１ ≦ １．０・・・（２）
（但し、Ｗ_１は、鋳片幅方向の噴霧幅［ｍ］
Ｗ_０は、鋳片幅［ｍ］
Ｌ_１は、鋳造方向の噴霧長さ［ｍ］
Ｌ_ｄ１は、反基準側ロールの直径［ｍ］）
前記反基準側ロールに噴霧される冷却水量密度Ｘ_１［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］を、下記（３）式を満たすように設定する。
０．２０ ≦Ｘ_１ ≦ ０．８０・・・（３）
また、前記基準側ロールの冷却において、前記基準側ロールへの冷却水の噴霧幅Ｗ_２及び噴霧長さＬ_２が、それぞれ下記（４）式及び下記（５）式を満たすように設定し、
０．６０ ≦ Ｗ_２／Ｗ_０ ・・・（４）
０．２０ ≦ ２Ｌ_２／πＬ_ｄ２ ≦ １．０・・・（５）
（但し、Ｗ_２は、鋳片幅方向の噴霧幅［ｍ］
Ｗ_０は、鋳片幅［ｍ］
Ｌ_２は、鋳造方向の噴霧長さ［ｍ］
Ｌ_ｄ２は、基準側ロールの直径［ｍ］）
前記基準側ロールに噴霧される冷却水量密度Ｘ_２［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］を、下記（６）式を満たすように設定する。
１．０ ≦ Ｘ_２／Ｘ_１ ≦ １．６０・・・（６）

本発明によると、二次冷却帯の終端から矯正経路部の終端までの領域に配置された基準側ロール及び反基準側ロールに所定量の冷却水を所定の範囲に噴霧することによって、サポートロールの摩耗による劣化及びサポートロールへのスケールの付着を防止できるとともに、鋳片に表面割れが生じることを防止できる。

また、基準側ロール及び反基準側ロールの冷却において、冷却水量密度比Ｘ_２／Ｘ_１を１．０以上１．６０以下とすることにより、鋳片の基準側ロールに対応する側が反基準側ロールに対応する側よりも過冷却されることを防止できる。これにより、鋳片に異常な変形が生じることを防止できる。

本発明のサポートロールの背面冷却方法によると、二次冷却帯の終端から矯正経路部の終端までの領域に配置された基準側ロール及び反基準側ロールに所定量の冷却水を所定の範囲に噴霧することにより、サポートロールの摩耗による劣化及びサポートロールへのスケールの付着を防止できるとともに、鋳片に表面割れが生じることを防止できる。

連続鋳造機の構成を示す模式図である。 （ａ）図１に示す空冷帯のロール背面冷却領域Ｒに配置されたロールスタンドの構成を示す図であり、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った断面図である。 図２に示すロール及び噴霧ノズルの拡大模式図である。 図２に示すロールの拡大模式図であり、（ａ）は反基準側ロールを示し、（ｂ）は基準側ロールを示している。 図２に示すロール及び噴霧ノズルの拡大模式図であり、（ａ）は反基準側ロールを示し、（ｂ）は基準側ロールを示している。 反基準側ロールの摩耗量及び基準側ロールの摩耗量の算出方法を説明する図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

〔連続鋳造機１００〕
図１に示すように、連続鋳造機１００は、垂直曲げ型のブルーム用の連続鋳造機であって、タンディッシュ１と、タンディッシュ１の底部に連結して設けられた浸漬ノズル２と、浸漬ノズル２の下部が配置された鋳型３と、鋳型３の直下から鋳造経路Ｑに沿って設けられたサポートロール群４とを有する。鋳型３は、上面視が略矩形状であって、アスペクト比が２以下のブルームを鋳造できるように構成されている。

鋳造経路Ｑは、鋳型３の下端から下方に延びた垂直経路部と、垂直経路部に連接した曲げ経路部と、曲げ経路部に連接した円弧状の円弧経路部と、円弧経路部の下流に設けられた矯正経路部と、矯正経路部の下流において水平方向に延在した水平経路部とを有する。矯正経路部は、円弧経路部と水平経路部とを滑らかに接続する領域であって、鋳造方向の全長に亘って曲率を有する。

また、本実施形態では、鋳造経路Ｑの垂直経路部及び曲げ経路部の一部に、鋳型３の直下から複数の冷却スプレー５が設けられており、冷却スプレー５から冷却水が鋳片に直接噴霧される。そして、冷却スプレー５が設けられた領域を二次冷却帯と呼び、冷却スプレー５等によって冷却水が鋳片に直接噴霧されない領域を空冷帯と呼ぶ。本実施形態の二次冷却帯は、図１に示すように、鋳型３の下端から曲げ経路部の途中までの領域である。また、空冷帯は、曲げ経路部の途中から水平経路部の終端までの領域であって、曲げ経路部の一部、円弧経路部、矯正経路部及び水平経路部を有する。

サポートロール群４は、鋳片を支持する複数のサポートロールから構成されており、鋳片を挟んで互いに反対側に配置された反基準側ロール４１と基準側ロール４２とを有する。反基準側ロール４１は、鋳造経路Ｑの一方側（鋳片の上側に対応した側）に配置され、基準側ロール４２は、鋳造経路Ｑの他方側（鋳片の下側に対応した側）に配置されている。そして、互いに対向するように配置された反基準側ロール４１及び基準側ロール４２により、一対のサポートロール対４０が構成されている。サポートロール対４０は、鋳造経路Ｑに沿って並設された複数のロールスタンドに設けられている。

次に、本発明に係るサポートロールの背面冷却方法について説明する。

本発明は、図１に示す空冷帯のロール背面冷却領域Ｒに設けられたサポートロール（反基準側ロール４１及び基準側ロール４２）を冷却する方法である。空冷帯のロール背面冷却領域Ｒは、空冷帯に設けられた領域であって、二次冷却帯の終端から矯正経路部の終端までの領域である。そして、本実施形態の空冷帯のロール背面冷却領域Ｒは、図１に示すように、曲げ経路部の一部と円弧経路部と矯正経路部とを含む。空冷帯のロール背面冷却領域Ｒには、本発明に係るサポートロールの背面冷却方法を実施できる冷却設備が設けられている。また、本実施形態では、図１に示す二次冷却帯（垂直経路部及び水平経路部の一部）にも、同様な冷却設備が設けられている。したがって、本実施形態では、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒと二次冷却帯とにおいて、本発明に係るサポートロールの背面冷却方法を実施する。

図２には、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒに並設された１つのロールスタンド１０を示している。空冷帯のロール背面冷却領域Ｒには、図２に示すロールスタンド１０と同様な構成のロールスタンドが鋳造方向に沿って並設されている。なお、図２（ｂ）では、断面を示すハッチングを省略している。

図２（ａ）に示すように、ロールスタンド１０は、反基準側のフレーム１１と、基準側のフレーム１２と、複数のサポートロール対４０とを有する。反基準側のフレーム１１には、複数の反基準側ロール４１と、反基準側ロール４１に向けてミストを噴霧する複数のミストノズル２１が設けられている。また、基準側のフレーム１２には、複数の基準側ロール４２と、基準側ロール４２に向けてミストを噴霧する複数のミストノズル２２が設けられている。

図２（ｂ）に示すように、反基準側のフレーム１１に設けられたミストノズル２１は、水供給路２１ａと、空気供給路２１ｂとを有する。ミストノズル２１の内部において、水供給路２１ａを通過した冷却水と空気供給路２１ｂを通過したエアとが、混合され、ミスト状（水及び空気の混合流体）になって、反基準側ロール４１に噴霧される。そして、図２（ａ），（ｂ）では、冷却水が鋳造方向に対して略垂直な方向に噴出される構成を示している。

同様に、図２（ｂ）に示すように、基準側のフレーム１２に設けられたミストノズル２２は、水供給路２２ａと、空気供給路２２ｂとを有する。水供給路２２ａを通過した冷却水と空気供給路２２ｂを通過したエアとは、混合され、ミスト状になって基準側ロール４２に噴霧される。

ところで、反基準側のフレーム１１では、冷却水は、下方向に噴霧されるため、重力の影響を受ける。したがって、反基準側のフレーム１１では、基準側のフレーム１２と比べて、冷却水が蒸発する前に鋳片に達しやすい。そこで、反基準側のフレーム１１では、スプレーノズルを用いて冷却するのでなく、ミストノズル２１を用いて反基準側ロール４１に細かい水粒子（冷却水）を噴霧する。これにより、反基準側のフレーム１１において、冷却水が、早期に蒸発し、鋳片にかかることを抑止できる。

ミストノズル２１，２２から噴霧されるミストの気水比は、１０以上４００以下に調整されている。気水比が１０未満である場合は、ミスト状にならず、エアを含まない場合（例えば、冷却水を、圧力を加えて噴霧した場合）と同様になるため、気水比を１０以上とする。また、気水比が４００を超える場合は、エア量が多すぎてミストが連続して噴霧されないため、気水比を４００以下とする。

次に、鋳片に表面割れが発生することを防止するため、反基準側ロール４１と基準側ロール４２との冷却方法を評価した。その結果、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒに配置された反基準側ロール４１及び基準側ロール４２について、冷却水の噴霧範囲及び冷却水量密度を所定の範囲に設定することにより、反基準側ロール４１及び基準側ロール４２の摩耗による劣化及びスケールの付着（スケール疵の発生）を防止できるとともに、鋳片に表面割れが発生するのを防止できることを見出した。

ここで、ロールの「摩耗による劣化」とは、鋳片から受けた高温の熱により、ロールが摩耗し、劣化することである。また、「スケール疵」とは、ロールに付着したスケールが鋳片に押し込まれることによって、鋳片表面に生じる疵である。さらに、「表面割れ」とは、鋳片に垂れた冷却水によって生じた熱応力により発生するものである。

図３には、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒに並設された一対のサポートロール対４０を示している。また、図４（ａ）には、図３に示す反基準側ロール４１をミストノズル２１側からみた図を示し、図４（ｂ）には、図３に示す基準側ロール４２をミストノズル２２側からみた図を示している。また、図５（ａ）には、図３に示す反基準側ロール４１のＶＡ−ＶＡ線に沿った断面図を示し、図５（ｂ）には、図３に示す基準側ロール４２のＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図を示している。なお、図５では、断面を示すハッチングを省略している。空冷帯のロール背面冷却領域Ｒには、図３に示すサポートロール対４０と同様な構成を有する複数のサポートロール対４０が並設されている。

〔反基準側ロール４１の冷却〕
本実施形態では、図３及び図４（ａ）に示すように、冷却水が、反基準側ロール４１の所定の噴霧範囲（噴霧幅Ｗ_１、噴霧長さＬ_１）に、所定の冷却水量密度（Ｘ_１）で噴霧される場合について説明する。ここで、図４（ａ）に示すように、噴霧幅Ｗ_１ は、鋳片幅方向についての最大長さであり、噴霧長さＬ_１は、反基準側ロール４１の周面に沿った鋳造方向についての最大長さである。また、図４（ａ）では、長軸が噴霧幅Ｗ_１であり、短軸が噴霧長さＬ_１ である略楕円形状の噴霧領域Ｓ_１ に、冷却水が噴霧される場合を示している。

<噴霧幅Ｗ_１ >
反基準側ロール４１の一部に冷却水を噴霧することにより、反基準側ロール４１内で、冷却熱が熱伝導し、冷却効果が広がる。そして、噴霧幅Ｗ_１が鋳片の幅Ｗ_０の６０％未満である場合は、冷却が足りず、反基準側ロール４１に高温部が発生するのに対して、噴霧幅Ｗ_１が鋳片の幅Ｗ_０の６０％以上（噴霧幅比Ｗ_１／Ｗ_０が０．６以上）である場合は、反基準側ロール４１に高温部が発生しないようにすることができる。これにより、反基準側ロール４１の摩耗による劣化及び反基準側ロール４１へのスケールの付着を防止できる。したがって、噴霧幅Ｗ_１ の下限を鋳片の幅Ｗ_０の６０％とする（下記式（１））。
０．６０ ≦ Ｗ_１／Ｗ_０・・・（１）

また、図４（ａ）に示すように、反基準側ロール４１は、鋳片と接触する部分から熱を受ける。したがって、噴霧幅Ｗ_１の上限を鋳片の幅Ｗ_０とする（噴霧幅比Ｗ_１／Ｗ_０の上限を１．０とする）（下記式（Ａ））。
Ｗ_１／Ｗ_０ ≦ １．０・・・（Ａ）

以上より、反基準側ロール４１への冷却水の噴霧幅Ｗ_１を鋳片の幅Ｗ_０の６０％以上１００％以下に設定する（下記式（Ｂ））。
０．６０ ≦ Ｗ_１／Ｗ_０ ≦ １．０・・・（Ｂ）

<噴霧長さＬ_１ >
噴霧幅Ｗ_１の下限の設定と同様に、反基準側ロール４１内で冷却熱が熱伝導する。そして、噴霧長さＬ_１が反基準側ロール４１の半周の長さ（πＬ_ｄ１）／２の３０％未満である場合は、冷却が足りず、反基準側ロール４１に高温部が発生するのに対して、噴霧長さＬ_１が反基準側ロール４１の半周の長さ（πＬ_ｄ１）／２の３０％以上（噴霧長さ比２Ｌ_１／πＬ_ｄ１が０．３０以上）である場合は、反基準側ロール４１に高温部が発生しないようにすることができる。したがって、噴霧長さＬ_１の下限を反基準側ロール４１の半周の長さ（πＬ_ｄ１）／２の３０％とする（下記式（Ｃ））。
０．３０ ≦ ２Ｌ_１／πＬ_ｄ１ ・・・（Ｃ）
ここで、「Ｌ_ｄ１」は、反基準側ロール４１の直径である。また、「反基準側ロール４１の半周の長さ（πＬ_ｄ１）／２」とは、図３及び図５（ａ）に示すように、反基準側ロール４１の中心軸ｃ_１と、ミストノズル２１から噴霧されるミストの中心噴霧線ｍ_１との交点Ｘ_１において、中心噴霧線ｍ_１を中心に反基準側ロール４１の周方向に±９０度の範囲（計１８０度）の半円形Ｒ_１の周長さ（図３、図４（ａ）及び図５（ａ）に示す「πＬ_ｄ１／２」）である。ここで、中心噴霧線ｍ_１は、ミストノズル２１から噴霧されるミストの中心噴霧方向を直線で示したものであり、半円形Ｒ_１は、ミストノズル２１側の領域である。

一方、噴霧長さＬ_１が長すぎる場合、冷却水が鋳片にかかり、鋳片が過冷却されて、鋳片に表面割れが生じる。そして、噴霧長さＬ_１が反基準側ロール４１の半周の長さ（πＬ_ｄ１）／２を超える場合は、鋳片に冷却水がかかるのに対して、噴霧長さＬ_１が反基準側ロール４１の半周の長さ（πＬ_ｄ１）／２以下（噴霧長さ比２Ｌ_１／πＬ_ｄ１が１．０以下）である場合は、鋳片に冷却水がかからないようにすることができる。したがって、噴霧長さＬ_１の上限を反基準側ロール４１の半周の長さ（πＬ_ｄ１）／２とする（下記式（Ｄ））。
２Ｌ_１／πＬ_ｄ１ ≦ １．０・・・（Ｄ）

以上より、反基準側ロール４１への冷却水の噴霧長さＬ_１を反基準側ロール４１の半周の長さ（πＬ_ｄ１）／２の３０％以上１００％以下に設定する（下記式（２））。
０．３０ ≦ ２Ｌ_１／πＬ_ｄ１ ≦ １．０・・・（２）

<冷却水量密度Ｘ_１>
冷却水量が少なすぎる場合、冷却が不足し、反基準側ロール４１に高温部が発生する。そして、冷却水量密度Ｘ_１が０．２０［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］未満である場合は、冷却が足りず、反基準側ロール４１に高温部が発生するのに対して、冷却水量密度Ｘ_１が０．２０［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］以上である場合は、反基準側ロール４１に高温部が発生しないようにすることができる。したがって、冷却水量密度Ｘ_１の下限を０．２０［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］とする（下記式（Ｅ））。
０．２０ ≦Ｘ_１・・・（Ｅ）

一方、冷却水量が多すぎる場合、冷却水が、反基準側ロール４１上で全て蒸発せず、鋳片に垂れる。その結果、鋳片が過冷却される。冷却水量密度Ｘ_１が０．８０［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］を超える場合は、冷却水が反基準側ロール４１上で全て蒸発しないのに対して、冷却水量密度Ｘ_１が０．８０［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］以下である場合は、冷却水が、反基準側ロール４１上で全て蒸発し、鋳片に垂れないようにすることができる。したがって、冷却水量密度Ｘ_１の上限を０．８０［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］とする（下記式（Ｆ））。
Ｘ_１ ≦ ０．８０・・・（Ｆ）

以上より、冷却水量密度Ｘ_１を０．２０［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］以上０．８０［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］以下に設定する（下記式（３））。
０．２０ ≦Ｘ_１ ≦ ０．８０・・・（３）

〔基準側ロール４２の冷却〕
本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、冷却水が、基準側ロール４２の所定の噴霧範囲（噴霧幅Ｗ_２、噴霧長さＬ_２）に、所定の冷却水量密度（Ｘ_２）で噴霧される場合について説明する。図４（ｂ）に示すように、噴霧幅Ｗ_２ は、鋳片幅方向についての最大長さであり、噴霧長さＬ_２は、基準側ロール４２の周面に沿った鋳造方向についての最大長さである。図４（ｂ）では、長軸が噴霧幅Ｗ_２であり、短軸が噴霧長さＬ_２である略楕円形の噴霧領域Ｓ_２に、冷却水が噴霧される場合を示している。

<噴霧幅Ｗ_２ >
反基準側ロール４１の噴霧幅Ｗ_１の下限と同様に、反基準側ロール４１内で冷却熱が熱伝導する。そして、噴霧幅Ｗ_２が鋳片の幅Ｗ_０の６０％未満である場合は、冷却が足りず、反基準側ロール４１に高温部が発生するのに対して、噴霧幅Ｗ_２が鋳片の幅Ｗ_０の６０％以上（噴霧幅比Ｗ_１／Ｗ_０が０．６以上）である場合は、基準側ロール４２に高温部が発生しないようにすることができる。そこで、噴霧幅Ｗ_２の下限を鋳片の幅Ｗ_０の６０％とする（下記式（４））。
０．６０ ≦ Ｗ_２／Ｗ_０・・・（４）

また、反基準側ロール４１の噴霧幅Ｗ_１の上限と同様に、基準側ロール４２は、鋳片と接触する部分から熱を受ける。したがって、噴霧幅Ｗ_２の上限を鋳片の幅Ｗ_０とする（噴霧幅比Ｗ_２／Ｗ_０の上限を１．０とする）（下記式（Ｇ））。
Ｗ_２／Ｗ_０ ≦ １．０・・・（Ｇ）

以上より、基準側ロール４２への冷却水の噴霧幅Ｗ_２を鋳片の幅Ｗ_０の６０％以上１００％以下に設定する（式（Ｈ））。
０．６０ ≦ Ｗ_２／Ｗ_０ ≦ １．０・・・（Ｈ）

<噴霧長さＬ_２>
反基準側ロール４１の噴霧長さＬ_１の下限と同様に、基準側ロール４２内で冷却熱が熱伝導する。そして、噴霧長さＬ_２が基準側ロール４２の半周の長さ（πＬ_ｄ２）／２の２０％未満である場合は、冷却が足りず、反基準側ロール４１に高温部が発生するのに対して、噴霧長さＬ_２が基準側ロール４２の半周の長さ（πＬ_ｄ２）／２の２０％以上（噴霧長さ比２Ｌ_２／πＬ_ｄ２が０．２０以上）である場合は、反基準側ロール４１に高温部が発生しないようにすることができる。したがって、噴霧長さＬ_２の下限を基準側ロール４２の半周の長さ（πＬ_ｄ２）／２の２０％とする（下記式（Ｉ））。
０．２０ ≦ ２Ｌ_２／πＬ_ｄ２・・・（Ｉ）
ここで、「Ｌ_ｄ２」は、基準側ロール４２の直径である。また、「基準側ロール４２の半周の長さ（πＬ_ｄ２）／２」とは、図３及び図５（ｂ）に示すように、基準側ロール４２の中心軸ｃ_２ と、ミストノズル２２から噴霧されるミストの中心噴霧線ｍ_２との交点Ｘ_２において、中心噴霧線ｍ_２を中心に基準側ロール４２の周方向に±９０度の範囲（計１８０度）の半円形Ｒ_２の周長さ（図３、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示す「πＬ_ｄ２／２」）である。ここで、中心噴霧線ｍ_２は、ミストノズル２２から噴霧されるミストの中心噴霧方向を直線で示したものであり、半円形Ｒ_２は、ミストノズル２２側に配置された領域である。

ところで、基準側ロール４２の噴霧長さＬ_２の下限は、基準側ロール４２の半周の長さ（πＬ_ｄ２）／２の２０％であるのに対して、噴霧長さＬ_１の下限は、反基準側ロール４１の半周の長さ（πＬ_ｄ１）／２の３０％である。そして、反基準側ロール４１の直径Ｌ_ｄ１と、基準側ロール４２の直径Ｌ_ｄ２とが同一である場合（Ｌ_ｄ１＝Ｌ_ｄ２）、基準側ロール４２の噴霧長さＬ_２の下限は、反基準側ロール４１の噴霧長さＬ_１の下限より小さい。これは、以下の理由のよるものである。図１に示すように、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒでは、略円弧状に湾曲した鋳片の内側に反基準側ロール４１が配置され、外側に基準側ロール４２が配置されている。略円弧状の鋳片の内側では鋳片の外側よりも熱が対流しているため、鋳片の内側に配置された反基準側ロール４１は、外側に配置された基準側ロール４２よりも鋳片から多くの対流伝熱を受ける。したがって、鋳片の外側に配置された基準側ロール４２は、内側に配置された反基準側ロール４１よりも、鋳片から受ける対流伝熱量が少ないため、鋳片の外側に配置された基準側ロール４２の冷却量は、内側に配置された反基準側ロール４１の冷却量より少なくてよい。よって、基準側ロール４２の噴霧長さＬ_２の下限を反基準側ロール４１の噴霧長さＬ_１の下限よりも小さく設定することができる。

また、反基準側ロール４１の噴霧長さＬ_１の上限と同様に、噴霧長さＬ_２が基準側ロール４２の半周の長さ（πＬ_ｄ２）／２を超える場合は、鋳片に冷却水がかかるのに対して、噴霧長さＬ_２が反基準側ロール４１の半周の長さ（πＬ_ｄ２）／２以下（噴霧長さ比２Ｌ_２／πＬ_ｄ２が１．０以下）である場合は、鋳片に冷却水がかからないようにすることできる。したがって、噴霧長さＬ_２の上限を基準側ロール４２の半周の長さ（πＬ_ｄ２）／２（噴霧長さ比２Ｌ_２／πＬ_ｄ２を１．０）とする（下記式（Ｊ））。
２Ｌ_２／πＬ_ｄ２ ≦ １．０・・・（Ｊ）

以上より、基準側ロール４２への冷却水の噴霧長さＬ_２を基準側ロール４２の半周の長さ（πＬ_ｄ２）／２の２０％以上１００％以下に設定する（下記式（５））。
０．２０ ≦ ２Ｌ_２／πＬ_ｄ２ ≦ １．０・・・（５）

<冷却水量密度Ｘ_２>
反基準側ロール４１の冷却水量密度Ｘ_１の下限と同様に、冷却水量密度Ｘ_２が０．２０［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］未満である場合は、冷却が足りず、基準側ロール４２に高温部が発生するのに対して、冷却水量密度Ｘ_２が０．２０［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］以上である場合は、基準側ロール４２に高温部が発生しないようにすることができる。したがって、冷却水量密度Ｘ_２の下限を０．２０［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］とする（下記式（Ｋ））。
０．２０ ≦Ｘ_２ ・・・（Ｋ）

ところで、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒでは、冷却水が反基準側ロール４１に向けて上方向に噴霧され、基準側ロール４２上で蒸発しなかった冷却水は、鋳片と反対側に落下し、鋳片に垂れない。したがって、基準側ロール４２の冷却水量密度Ｘ_２を、基準側ロール４２の冷却水量密度Ｘ_１以上としてもよい。これにより、冷却効果を向上させることができる（下記式（Ｌ））。
Ｘ_１ ≦ Ｘ_２ ・・・（Ｌ）

一方、基準側ロール４２の冷却水量密度Ｘ_２が、反基準側ロール４１の冷却水量密度Ｘ_１よりも非常に多い場合、鋳片の基準側ロール４２に対応する側が反基準側ロール４１に対応する側よりも過冷却される。これにより、鋳片の基準側ロール４２に対応する側の抜熱量が鋳片の反基準側ロール４１に対応する側の抜熱量より非常に多くなり、鋳片の基準側ロール４２に対応する側と鋳片の反基準側ロール４１に対応する側との温度差が大きくなる。その結果、鋳片の基準側ロール４２に対応する側が反基準側ロール４１に対応する側に比べて異常に収縮し、それが原因で操業の停止を要することがある。

そして、基準側ロール４２の冷却水量密度Ｘ_２が反基準側ロール４１の冷却水量密度Ｘ_１の１６０％超える場合、鋳片の基準側ロール４２に対応する側が反基準側ロール４１に対応する側に比べて過冷却されるのに対して、基準側ロール４２の冷却水量密度Ｘ_２が反基準側ロール４１の冷却水量密度Ｘ_１の１６０％以下である場合は、鋳片の基準側ロール４２に対応する側が反基準側ロール４１に対応する側よりも過冷却されないようにすることができる。したがって、基準側ロール４２の冷却水量密度Ｘ_２が反基準側ロール４１の冷却水量密度Ｘ_１の１６０％以下である場合は、鋳片が異常に変形することを防ぐことができ、長期間、操業を続けることができる。そこで、基準側ロール４２の冷却水量密度Ｘ_２の上限を反基準側ロール４１の冷却水量密度Ｘ_１の１６０％（Ｘ_２＝１．６０×Ｘ_１）とする（下記式（Ｍ））。
Ｘ_２／Ｘ_１ ≦ １．６０・・・（Ｍ）

以上より、基準側ロール４２の冷却水量密度Ｘ_２を反基準側ロール４１の冷却水量密度Ｘ_１の１００％以上１６０％以下に設定する（下記式（６））。
１．０ ≦ Ｘ_２／Ｘ_１ ≦ １．６０ ・・・（６）

ここで、本実施形態の操業条件の一例を説明する。なお、成分を示す「％」は「質量％」を示す。
（鋳型３の上端における内径）
（長辺）４３０ｍｍ×（短辺）３００ｍｍ
（鋳造速度）
０．７０ｍ／ｍｉｎ以上１．０５ｍ／ｍｉｎ以下
（比水量（２次冷却帯））
０．１５ｌ／ｋｇ・ｓ以上０．４０ｌ／ｋｇ・ｓ以下
（サポートロール（反基準側ロール４１及び基準側ロール４２））
・直径３００ｍｍ
・幅（ロールの軸方向長さ）５００ｍｍ
・材質：１２Ｃｒ鋼
（Ｃ：０．１２％、Ｓｉ：０．５２％、Ｍｎ：１．０５％、Ｎｉ：１．２２％、Ｃｒ：１１．６８％、Ｍｏ：０．６９％）
（溶鋼）
下記の成分を主要成分とする低炭素普通鋼、高炭素普通鋼、低合金低炭素鋼、低合金炭素鋼等を鋳造することができる。
Ｃ ：０．０５％以上０．５５％以下
Ｓｉ：０．１０％以上２．００％以下
Ｍｎ：０．３０％以上１．９０％以下
Ｐ ：０．０５％以上０．０７０％以下
Ｓ ：０．００３％以上０．１２０％以下
また、図１に示す連続鋳造機１００には、２ストランドのブルーム連続鋳造機を用いることができる。

以上に述べたように、本実施形態のサポートロールの背面冷却方法によると、二次冷却帯の終端から矯正経路部の終端までの空冷帯のロール背面冷却領域Ｒに配置された反基準側ロール４１及び基準側ロール４２に所定量（Ｘ_１，Ｘ_２）の冷却水を所定の範囲（噴霧幅Ｗ_１，Ｗ_２、噴霧長さＬ_１，Ｌ_２）に噴霧することにより、反基準側ロール４１及び基準側ロール４２の摩耗による劣化及び反基準側ロール４１及び基準側ロール４２へのスケールの付着を防止できるとともに、鋳片に表面割れが生じることを防止できる。

また、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒの反基準側ロール４１及び基準側ロール４２の冷却において、冷却水量密度比 Ｘ_２／Ｘ_１ を１．０以上１．６０以下とすることにより、鋳片の基準側ロール４２に対応する側が反基準側ロール４１に対応する側よりも過冷却されることを防止できる。これにより、鋳片に異常な変形が生じることを防止できる。

次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。

（実施例１〜１５，比較例１〜１０）
図１に示す垂直曲げ型の連続鋳造機を用いたブルームの連続鋳造において、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒに配置された反基準側ロールの冷却条件及び基準側ロールの冷却条件を変えたときの反基準側ロール及び基準側ロールの摩耗量と鋳片の表面の欠陥の有無とを調べた。

表１には、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒに配置された反基準側ロールの冷却条件及び基準側ロールの冷却条件と、鋳造量とを示している。表１に示す「鋳造量」は、鋳造開始から１ヶ月間に鋳造した量（１ストランドあたりの鋳造量）である。ここで、比較例１，３，５では、鋳造開始から１ヶ月を経過するまでに操業条件を変更したため、鋳造開始から操業条件変更までの鋳造量を示している。

また、本実施例及び比較例では、本実施形態の連続鋳造機及びロールスタンドと同様な構成の連続鋳造機及びロールスタンドを用いており、本実施形態で例示した操業条件と同じ条件で操業した。そして、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒでのミストノズルの気水比を６０以上１８０以下に制御した。また、基準側ロールの直径Ｌ_ｄ１と反基準側ロールの直径Ｌ_ｄ２とが同一であるものを使用した（Ｌ_ｄ１＝Ｌ_ｄ２＝Ｌ_０）。

実施例１〜１５及び比較例１〜１０の評価結果を表１に示す。評価結果として、「反基準側ロールの摩耗量」及び「基準側ロールの摩耗量」と、「鋳片の表面の欠陥の有無」とを表１に示している。

以下に、表１の評価結果の測定方法を説明する。
（測定方法）
<「反基準側ロールの摩耗量」及び「基準側ロールの摩耗量」>
図６に示すように、連続鋳造開始前のロール直径（図５（ａ）の右図に示すｄ_ｘ）と、連続鋳造開始から１ヶ月後のロールの直径（ロールの最大摩耗部の直径であり、例えば、図５（ｂ）の右図に示すｄ_ｙ）とを測定した。そして、下記式から摩耗量[ｍｍ]を求め、この摩耗量[ｍｍ]を表１に示す「鋳造量[ｔｏｎ]」で除して得られた摩耗量[ｍｍ／ｔｏｎ]を「単位鋳造量当たりのロール摩耗量」（表１に示す摩耗量[ｍｍ／ｔｏｎ]）とした。

なお、比較例１，３，５では、鋳造開始から１ヶ月を経過するまでに鋳片の表面にスケール疵が発生したことから、ロールの温度が上昇し、相当の摩耗が生じたものと考えられる。

<「鋳片の表面の欠陥の有無」>
鋳片の表面における割れ（表面割れ）とスケール疵との発生の有無を確認した。
「表面割れ」の評価においては、鋳片を鋼片まで分塊した後、鋼片表面に磁粉探傷試験（ＪＩＳ規格Ｇ−０５６５）を行うことにより、「表面割れ」の有無を評価した。
また、「スケール疵」の評価においては、鋳造された鋳片の表面を目視により観察し、疵の有無を確認した。

表１の評価結果において、「反基準側ロールの摩耗量」及び「基準側ロールの摩耗量」が２．０×１０^−６[ｍｍ／ｔｏｎ]以下である場合は、反基準側ロール及び基準側ロールの健全性を１年間維持できると評価でき、摩耗量の判定を「○」とした。一方、「反基準側ロールの摩耗量」が２．０×１０^−６[ｍｍ／ｔｏｎ] を超える場合は反基準側ロールの健全性を１年間維持できないと評価して、また、「基準側ロールの摩耗量」が２．０×１０^−６[ｍｍ／ｔｏｎ] を超える場合は基準側ロールの健全性を１年間維持できないと評価して、「反基準側ロールの摩耗量」及び「基準側ロールの摩耗量」の少なくとも一方が２．０×１０^−６[ｍｍ／ｔｏｎ] を超える場合は、摩耗量の判定を「×」とした。

また、鋳片に「表面割れ」及び「スケール疵」が発生しなかった場合は、鋳片に厳しい加工を施しても製品として使用できると評価でき、「鋳片の表面の欠陥の有無」を「無」とした。一方、鋳片に「表面割れ」が発生した場合は、鋳片に厳しい加工を施すと、製品に割れが発生するため製品として使用できないと評価して、表１に「表面割れ有」と示している。また、鋳片に「スケール疵」が発生した場合は、鋳片の表面に疵が残るため、製品として使用できないと評価して、表１に「スケール疵有」と示している。

表１の総合判定では、摩耗量の判定が「○」であり且つ鋳片の表面の欠陥が「無」の場合に、総合判定を「○」とした。一方、摩耗量の判定が「×」である場合や鋳片の表面に割れ又はスケール疵が生じた場合には、総合判定を「×」とした。

表１から、実施例１〜１５では、「反基準側ロールの摩耗量」及び「基準側ロールの摩耗量」が２．０×１０^−６[ｍｍ／ｔｏｎ] 以下であり、鋳片の表面に割れ及びスケール疵が発生しなかった。

一方、比較例１では、反基準側ロールへの冷却水の噴霧幅比Ｗ_１／Ｗ_０が０．５（０．６未満）であったため、反基準側ロールに高温部が発生し、鋳片の反基準側ロールに対応する側にスケール疵が生じたと考えられる。

また、比較例２では、反基準側ロールへの冷却水の噴霧長さ比２Ｌ_１／πＬ_０が１．１であった（１．０を超える）ため、反基準側ロールに噴霧した冷却水が鋳片にかかった。これにより、鋳片が過冷却され、鋳片の反基準側ロールに対応する側に表面割れが生じたと考えられる。

さらに、比較例３では、反基準側ロールへの冷却水の噴霧長さ比２Ｌ_１／πＬ_０が０．２（０．３未満）であったため、反基準側ロールに高温部が発生し、鋳片の反基準側ロールに対応する側にスケール疵が生じたと考えられる。

そして、比較例４では、反基準側ロールに噴霧される冷却水量密度Ｘ_１が０．９であった（０．８を超えた）ため、冷却水が、反基準側ロール上で全て蒸発せず、鋳片に垂れた。これにより、鋳片が過冷却され、鋳片の反基準側ロールに対応する側に表面割れが生じたと考えられる。

また、比較例５では、反基準側ロールに噴霧される冷却水量密度Ｘ_１が０．１（０．２未満）であったため、反基準側ロールに高温部が発生し、鋳片の反基準側ロールに対応する側にスケール疵が生じたと考えられる。

さらに、比較例６では、基準側ロールへの冷却水の噴霧幅比Ｗ_２／Ｗ_０が０．５（０．６未満）であったため、反基準側ロールに高温部が発生し、反基準側ロールの摩耗量が２．０×１０^−６[ｍｍ／ｔｏｎ] を超えたと考えられる。

そして、比較例７では、基準側ロールへの冷却水の噴霧長さ比２Ｌ_２／πＬ_０が１．１であった（１．０を超えた）ため、基準側ロールへ噴霧した冷却水が鋳片にかかった。これにより、鋳片が過冷却され、鋳片の基準側ロールに対応する側に表面割れが生じたと考えられる。

また、比較例８では、基準側ロールへの冷却水の噴霧長さ比２Ｌ_２／πＬ_０が０．１（０．３未満）であったため、基準側ロールに高温部が発生し、基準側ロールの摩耗量が２．０×１０^−６[ｍｍ／ｔｏｎ] を超えたと考えられる。

さらに、比較例９では、基準側ロールに噴霧される冷却水量密度比Ｘ_２／Ｘ_１が１．７であった（１．６を超えた）ため、鋳片の基準側ロールに対応する側が過冷却され、鋳片の基準側ロールに対応する側に表面割れが生じたと考えられる。

そして、比較例１０では、基準側ロールに噴霧される冷却水量密度比Ｘ_２／Ｘ_１が０．９（１．０未満）であったため、基準側ロールに高温部が発生し、基準側ロールの摩耗量が２．０×１０^−６[ｍｍ／ｔｏｎ] を超えたと考えられる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態及び実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、本実施形態では、二次冷却帯の終端が曲げ経路部の途中に位置する場合について説明したが（図１参照）、二次冷却帯の終端は、垂直経路部、円弧経路部又は矯正経路部に位置してもよく、これらの経路部の境界に位置してもよい。このように、本発明のサポートロールの背面冷却方法は、二次冷却帯の終端の位置に関わらず、空冷帯において有効に利用できる。

また、本実施形態では、本発明のサポートロールの背面冷却方法を実施できる冷却設備を空冷帯のロール背面冷却領域Ｒ及び二次冷却帯に設け、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒ及び二次冷却帯で本発明のサポートロールの背面冷却方法を実施する場合について説明したが、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒだけに上記冷却設備を設け、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒで本発明のサポートロールの背面冷却方法を実施してもよい。また、水平経路部にも上記冷却設備を設け、水平経路部でも本発明のサポートロールの背面冷却方法を実施してもよい。このように、本発明のサポートロールの背面冷却方法は、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒのほかに二次冷却帯や水平経路部においても実施することができる。

さらに、本実施形態及び本実施例では、ミストノズル２２を用いて基準側ロール４２を冷却する場合について説明したが、基準側ロールの冷却はミストノズルを用いる場合に限られず、スプレーノズル（冷却水を、圧力をかけて噴出するノズル）等を用いて基準側ロールを冷却してもよい。

加えて、本実施形態では、反基準側ロール４１及び基準側ロール４２の冷却において、冷却水が噴霧される噴霧領域Ｓ_１，Ｓ_２が略楕円形状である場合について説明したが、噴霧領域は、略楕円形状に限られず、略円形状や略矩形状であってもよい。

そして、本実施形態では、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒに、図２に示すロールスタンド１０と同様な構成を有するロールスタンドが並設されている場合について説明したが、空冷帯のロール背面冷却領域Ｒに並設される複数のロールスタンドはロールスタンド１０と同様な構成でなくてもよい。例えば、図２では、冷却水が鋳造方向に対して略垂直な方向に噴霧されるようにミストノズルが配置されているが、反基準側ロール４１の冷却において、冷却水がミストノズル２１側に配置された半周面に噴霧され、基準側ロール４２の冷却において、冷却水がミストノズル２２側に配置された半周面に噴霧されるような構成であれば、冷却水が鋳造方向に対して傾斜した方向に噴霧されるように、ミストノズルを配置してもよい。

また、本実施形態では、反基準側ロール４１と基準側ロール４２とが同一の構成であり、反基準側ロールの直径（Ｌ_ｄ１）と基準側ロールの直径（Ｌ_ｄ２）とが同一（Ｌ_ｄ１＝Ｌ_ｄ２）である場合について説明したが、反基準側ロールの直径と基準側ロールの直径とが異なっていてもよい（Ｌ_ｄ１≠Ｌ_ｄ２）。

さらに、本実施形態では、連続鋳造機１００が垂直曲げ型の連続鋳造機である場合について説明したが、連続鋳造機は垂直曲げ型のものに限られず、垂直経路部を有さない曲げ型の連続鋳造機でもあってもよい。

本発明を利用すれば、サポートロールの摩耗による劣化及びサポートロールへのスケールの付着を防止できるとともに、鋳片の表面割れを防止できる。

１ タンディッシュ
２ 浸漬ノズル
３ 鋳型
４ サポートロール群
１０ ロールスタンド
２１，２２ ミストノズル
４１ 反基準側ロール
４２ 基準側ロール
４０ サポートロール対
１００ 連続鋳造機

Claims (1)

1. 垂直曲げ型又は曲げ型のブルーム連続鋳造機の鋳造経路において、二次冷却帯の終端から矯正経路部の終端までに配置されたサポートロールを冷却するロール背面冷却方法であり、
   前記サポートロールは、鋳片を挟んで互いに反対側に配置された反基準側ロール及び基準側ロールを備えており、
   前記反基準側ロールの冷却において、
   前記反基準側ロールにミストノズルを用いて冷却水を噴霧し、
   前記反基準側ロールへの冷却水の噴霧幅Ｗ_１及び噴霧長さＬ_１が、それぞれ下記（１）式及び下記（２）式を満たすように設定し、
   ０．６０ ≦ Ｗ_１／Ｗ_０ ・・・（１）
   ０．３０ ≦ ２Ｌ_１／πＬ_ｄ１ ≦ １．０・・・（２）
   （但し、Ｗ_１は、鋳片幅方向の噴霧幅［ｍ］
   Ｗ_０は、鋳片幅［ｍ］
   Ｌ_１は、鋳造方向の噴霧長さ［ｍ］
   Ｌ_ｄ１は、反基準側ロールの直径［ｍ］）
   前記反基準側ロールに噴霧される冷却水量密度Ｘ_１［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］を、下記（３）式を満たすように設定し、
   ０．２０ ≦Ｘ_１ ≦ ０．８０ ・・・（３）
   前記基準側ロールの冷却において、
   前記基準側ロールへの冷却水の噴霧幅Ｗ_２及び噴霧長さＬ_２が、それぞれ下記（４）式及び下記（５）式を満たすように設定し、
   ０．６０ ≦ Ｗ_２／Ｗ_０ ・・・（４）
   ０．２０ ≦ ２Ｌ_２／πＬ_ｄ２ ≦ １．０・・・（５）
   （但し、Ｗ_２は、鋳片幅方向の噴霧幅［ｍ］
   Ｗ_０は、鋳片幅［ｍ］
   Ｌ_２は、鋳造方向の噴霧長さ［ｍ］
   Ｌ_ｄ２は、基準側ロールの直径［ｍ］）
   前記基準側ロールに噴霧される冷却水量密度Ｘ_２［Ｎｍ^３／ｈ・ｍ^２］を、下記（６）式を満たすように設定することを特徴とするサポートロールの背面冷却方法。
   １．０ ≦ Ｘ_２／Ｘ_１ ≦ １．６０・・・（６）

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