JP6295813B2 - 連続鋳造機の二次冷却装置及び二次冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳片幅方向の冷却均一性の確保と鋳片のバルジング抑制を両立させるための連続鋳造機の二次冷却装置及び二次冷却方法に関する。

連続鋳造機の鋳型下方の二次冷却帯では、鋳型下端から引き抜かれた鋳片を複数対の支持ロールで支持及び搬送しながら、隣り合う２つの支持ロール間に配置されたスプレーノズルから冷却水（若しくは冷却水と空気の混合体）を噴射して鋳片を冷却する。

従来では、かかる連続鋳造機において、鋳片の引き抜き速度を高速化しつつ、鋳片のバルジングを抑制するため、上記支持ロールとして小径ロールを用いてロールピッチを短縮することで、より多くの支持ロールで鋳片を支持する方法が採用されている。しかし、支持ロールのロール径が小さくなると、ロールの剛性が低下するだけでなく、当該ロールの両端を支持する軸受けも小型化するため、鋳片を十分に支持しきれなくなり、バルジングを引き起こす可能性も高くなってしまう。

そこで、近年では、上記小径ロールの変形を抑制し、軸受け荷重を低減するために、上記支持ロールとして分割ロールが採用されている。分割ロールは、鋳片と接触するロール部を鋳片幅方向に複数に分割し、隣り合う分割ロール部の間に軸受け部を設け、支持ロールをその両端部に加えて中間の軸受け部でも支持するものである。この分割ロールの分割数や、軸受け部の位置（分割位置）としては、いくつかのタイプが提案されている。

例えば、特許文献１には、ロール部を２分割した分割ロールを用い、鋳造方向に隣り合う２つの分割ロールの分割位置（軸受け部）を千鳥状に配置することが提案されている。また、特許文献２には、ロール部を３分割した分割ロールを用い、さらに、当該分割された各ロール部の周面に溝部を設けて、分割ロールから下方に流下する冷却水を分散させることで、軸受け部での鋳片の過冷却を防止することが提案されている。

特開２００５−１４０２９号公報 特開平８−４７７５７号公報

ところで、上記の分割ロールでは、ロール中間部に、鋳片と接触しない軸受け部が配置されている。このため、ノズルから鋳片に吹き付けられた冷却水は、鋳片表面に沿って流下した後に、ロール両端部だけでなく、ロール中間部にある軸受け部を通って下流側に流下する。この軸受け部から下流側に流下する冷却水を垂れ水と称する。

本願発明者が鋭意研究したところ、ノズルから噴射された冷却水（以下、スプレー水という。）が上記垂れ水に直接当たって干渉すると、鋳片とスプレー水の間の熱伝達係数が増加し、鋳片が過冷却されることが分かった。このようにスプレー水が垂れ水と干渉して熱伝達係数が増加すると、鋳片のうち当該干渉部位のみが過冷却されてしまい、鋳片幅方向の冷却均一性が大幅に低下することとなる。以上のように、分割ロールの軸受け部の位置と冷却水の噴射位置（ノズルの配置）との関係で、鋳片幅方向の冷却が不均一になることが新たに判明した。このように冷却が不均一となると、鋳片の凝固が不均一となり、鋳片に割れが発生したり、中心偏析が悪化したりするという弊害がある。

なお、上記特許文献２では、上記垂れ水による過冷却の問題が記載されている。しかし、特許文献２では、軸受け部に対向する部位の鋳片が、当該軸受け部を流下する垂れ水と接触することより、当該接触部位の鋳片だけが過冷却されることを問題としており、上記のようにスプレー水が垂れ水と干渉して、干渉部位の熱伝達係数が増加することによる過冷却の問題や、その解決策については、何ら開示も示唆もされていない。

一方、上記分割ロールの軸受け部を通じた垂れ水の問題を解決するためには、支持ロールとして、ロール部が分割されていない大径ロールを用いることで、ロールの剛性を高めるとともに、軸受け部を通じた垂れ水を発生させない方法も考えられる。しかし、全ての支持ロールとして非分割の大径ロールを用いると、ロールピッチを大きくせざるを得ないので、相隣接する大径ロール間で鋳片がバルジングを起こしてしまう。

従って、分割ロールの軸受け部を通じた垂れ水とスプレー水との干渉による鋳片の過冷却を防止することにより、鋳片幅方向の冷却均一性を確保しつつ、ロールピッチをできるだけ短縮することにより、相隣接する支持ロール間での鋳片のバルジングを抑制することも可能な方法が希求されていた。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、鋳片幅方向の冷却均一性の確保と、鋳片のバルジング抑制とを両立することが可能な、新規かつ改良された連続鋳造機の二次冷却装置及び二次冷却方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、
連続鋳造機の鋳型下方の二次冷却帯において鋳造方向に所定のロールピッチで配置され、鋳片厚み方向両側から鋳片を支持する複数対の支持ロールと、
前記鋳造方向に隣り合う前記支持ロールの間に設けられ、前記鋳片に冷却水を供給する冷却装置と、
を備え、
前記支持ロールは、
前記ロールピッチ以上のロール径を有し、前記鋳片に接触するロール部が鋳片幅方向に分割されていない大径ロールと、
前記ロールピッチよりも小さいロール径を有し、前記鋳片に接触するロール部が鋳片幅方向に分割された小径ロールと、
を含み、
前記大径ロールと前記小径ロールは、前記鋳造方向に前記ロールピッチで交互に配置され、
前記ロールピッチは、前記二次冷却帯における前記鋳片の位置に応じて調整され、
前記連続鋳造機のメニスカスからの距離が５ｍ以下の範囲の前記二次冷却帯において、前記ロールピッチが２００〜３００ｍｍである場合、前記大径ロールのロール径は、３００ｍｍ以上、前記ロールピッチの２倍未満であり、
前記連続鋳造機のメニスカスからの距離が５ｍ超、１４ｍ以下の範囲の前記二次冷却帯において、前記ロールピッチが２５０〜３００ｍｍである場合、前記大径ロールのロール径は、３５０ｍｍ以上、前記ロールピッチの２倍未満である、連続鋳造機の二次冷却装置が提供される。

前記冷却装置は、鋳片幅方向に相互に間隔を空けて配置され、前記鋳片に前記冷却水を噴射する複数のノズルを含み、
前記複数のノズルは、前記鋳造方向に隣り合う前記大径ロールと前記小径ロールの間のスペースに配置され、当該スペースから前記鋳片に対して冷却水を噴射し、
前記小径ロールの周面には複数の通水用のスリットが設けられるようにしてもよい。

前記冷却装置は、前記大径ロールと前記小径ロールと前記鋳片とで囲まれるスペースに、前記鋳片と対向配置され、鋳片幅方向に一体化された冷却パッドを含み、
前記冷却パッドは、
前記鋳片と対向する対向面と、
前記対向面に形成されるスリットと、
を備え、
前記スリットから前記冷却水を噴出することにより、前記鋳片と前記対向面の隙間に前記冷却水を充満させて前記冷却水の膜流を形成するようにしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
上記の連続鋳造機の二次冷却装置により、鋳型下方の二次冷却帯において鋳片を支持しながら冷却する二次冷却方法であって、
前記鋳造方向に所定のロールピッチで交互に配置された前記大径ロール及び前記小径ロールにより、前記鋳造方向に移動する前記鋳片を支持しながら、前記大径ロール及び前記小径ロールの間に配置された前記冷却装置により、前記大径ロールと前記小径ロールの隙間に冷却水を供給することによって、前記鋳片を冷却する、二次冷却方法が提供される。

上記構成によれば、大径ロールは非分割ロールからなり、冷却水の通水路となる軸受け部が設けられていないので、大径ロールからの垂れ水の発生を防止できる。従って、大径ロールの下側で、冷却水が垂れ水と干渉して鋳片が過冷却されることがないので、鋳片幅方向の冷却均一性が低下することがない。さらに、ロールピッチ以上のロール径を有する大径ロールは、剛性が高く、撓み変形しにくいので、鋳片を適切に支持してバルジングを抑制できる。一方、小径ロールは、分割ロールであり、ロール中間部を別途の軸受けで支持されているので、撓み変形しにくい。これら大径ロールと小径ロールを既存の狭いロールピッチで鋳造方向に交互に配置することで、相隣接する大径ロールと小径ロール間での鋳片のバルジングを適切に抑制できる。

以上説明したように、本発明によれば、分割ロールの軸受け部を通じた垂れ水とスプレー水との干渉による鋳片の過冷却を防止することにより、鋳片幅方向の冷却均一性を確保できるとともに、支持ロールのピッチをできるだけ短縮することにより、相隣接する支持ロール間での鋳片のバルジングを抑制することもできる。

本発明の第１の実施形態に係る連続鋳造機を示す側断面図である。 従来の連続鋳造機の二次冷却装置の支持ロール及びノズルを示す斜視図である 従来の二次冷却装置の支持ロール及びノズルを示す正面図である。 溜まり水とスプレー水との干渉状態を示す縦断面図である。 垂れ水及び溜まり水とスプレー水との干渉状態を示す縦断面図である。 垂れ水及び溜まり水とスプレー水との干渉状態を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態のロール構造と従来のロール構造を比較して示す側面図である。 同実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置の支持ロール及びノズルを示す斜視図である。 同実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置の支持ロール及びノズルを示す正面図である。 本発明の第２の実施形態のロール構造と従来のロール構造を比較して示す側面図である。 同実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置の支持ロール及び冷却パッドを示す正面図である。 同実施形態に係る冷却パッドを示す斜視図である。 同実施形態に係る冷却パッドによる強冷却機能を示す断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［１．連続鋳造機の全体構成］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る連続鋳造機の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る連続鋳造機を示す側断面図である。

図１に示すように、連続鋳造機は、連続鋳造用の鋳型１を用いて溶融金属２（例えば溶鋼）を連続鋳造し、スラブ等の鋳片３を製造するための装置である。かかる連続鋳造機は、鋳型１と、取鍋４と、タンディッシュ５と、浸漬ノズル６と、二次冷却装置７と、鋳片切断機８とを備える。

取鍋４は、溶融金属２を外部からタンディッシュ５まで搬送するための可動式の容器である。取鍋４は、タンディッシュ５の上方に配置され、取鍋４内の溶融金属２がタンディッシュ５に供給される。タンディッシュ５は、鋳型１の上方に配置され、溶融金属２を貯留して、当該溶融金属２中の介在物を除去する。浸漬ノズル６は、タンディッシュ５の下端から鋳型１に向けて下方に延び、その先端は鋳型１内の溶融金属２に浸漬されている。当該浸漬ノズル６は、タンディッシュ５にて介在物が除去された溶融金属２を鋳型１内に連続供給する。

鋳型１は、鋳片３の幅及び厚みに応じた四角筒状であり、例えば、一対の長辺鋳型板で一対の短辺鋳型板を幅方向両側から挟むように組み立てられる。これら鋳型板は、例えば水冷銅板で構成されている。鋳型１は、かかる鋳型板と接触する溶融金属２を冷却して、外殻の凝固シェル３ａの内部に未凝固部３ｂを含む鋳片３を製造する。凝固シェル３ａが鋳型１下方に向かって移動するにつれて、内部の未凝固部３ｂの凝固が進行し、外殻の凝固シェル３ａの厚みは、徐々に厚くなる。かかる凝固シェル３ａと未凝固部３ｂを含む鋳片３は、鋳型１の下端から引き抜かれる。

二次冷却装置７は、鋳型１の下方の二次冷却帯９に設けられ、鋳型１下端から引き抜かれた鋳片３を支持及び搬送しながら冷却する。この二次冷却装置７は、鋳片３の厚み方向両側に配置される複数対の支持ロール（例えば、サポートロール１１、ピンチロール１２、及びセグメントロール１３）と、鋳片３に冷却水を供給する複数の冷却装置（図示せず。）とを有する。

二次冷却装置７が具備する支持ロールは、鋳片３の厚み方向両側に対となって配置され、鋳片３を支持しながら搬送する支持搬送手段として機能する。当該支持ロールにより鋳片３を厚み方向両側から支持することで、二次冷却帯９において凝固途中の鋳片３のブレークアウトやバルジングを防止できる。

かかる支持ロールは、例えば、図１に示すサポートロール１１、ピンチロール１２、及びセグメントロール１３を含む。これらサポートロール１１、ピンチロール１２、及びセグメントロール１３は、二次冷却帯９における鋳片３の搬送経路（パスライン）を形成する。このパスラインは、図１に示すように、鋳型１の直下では垂直であり、次いで曲線状に湾曲して、最終的には水平になる。二次冷却帯９において、当該パスラインが垂直である領域を垂直帯９Ａ、湾曲している領域を湾曲帯９Ｂ、水平である領域を水平帯９Ｃと称する。このようなパスラインを有する連続鋳造機は、垂直曲げ型の連続鋳造機と称される。なお、本発明の二次冷却装置は、かかる垂直曲げ型の連続鋳造機に限られず、湾曲型又は垂直型など各種の連続鋳造機に適用可能である。

ここで、上記サポートロール１１、ピンチロール１２、及びセグメントロール１３について説明する。サポートロール１１は、鋳型１の直下の垂直帯９Ａに設けられる無駆動式ロールであり、鋳型１から引き抜かれた直後の鋳片３を支持する。鋳型１から引き抜かれた直後の鋳片３は、凝固シェル３ａが薄い状態であるため、ブレークアウトやバルジングを防止するために比較的短い間隔（ロールピッチ）で支持する必要がある。それ故、サポートロール１１としては、ロールピッチを短縮することが可能な小径のロールを用いることが望ましい。図１の例では、垂直帯９Ａにおける鋳片３の両側に、小径ロールからなる３対のサポートロール１１が、比較的狭いロールピッチで設けられている。

ピンチロール１２は、モータ等の駆動手段により回転する駆動式ロールであり、鋳片３を鋳型１から引き抜く機能を有する。このピンチロール１２は、垂直帯９Ａ、湾曲帯９Ｂ及び水平帯９Ｃの適宜の位置に配置される。鋳片３は、ピンチロール１２から伝達される力によって鋳型１から引き抜かれ、上記パスラインに沿って搬送される。なお、ピンチロール１２の配置は、図１に示す例には限られず、任意に設定されてもよい。

セグメントロール１３（ガイドロールとも称する。）は、湾曲帯９Ｂ及び水平帯９Ｃに設けられ無駆動式ロールであり、上記パスラインに沿って鋳片３を支持及び案内する。セグメントロール１３は、パスライン上の位置によって、及び鋳片３のＦ面（Fixed面、図１では左下側の面）とＬ面（Loose面、図１では右上側の面）とで、それぞれ異なるロール径やロールピッチで配置されてもよい。

鋳片切断機８は、上記パスラインの水平帯９Ｃの終端に配置され、当該パスラインに沿って搬送された鋳片３を所定の長さに切断する。切断された厚板状の鋳片１４は、テーブルロール１５により次工程の設備に搬送される。

次に、上記構成の連続鋳造機の動作について説明する。取鍋４で搬送されてきた溶融金属２はタンディッシュ５に供給され、当該溶融金属２の介在物が除去される。次いで、タンディッシュ５内の溶融金属２は、浸漬ノズル６を通じて鋳型１内に注入される。

鋳型１内では、当該鋳型１の内面に接触した溶融金属２の外周部分が凝固して、凝固シェル３ａが形成され、鋳型１下方に向かうにつれて、凝固が徐々に進行して、凝固シェル３ａの厚みが増す。そして、この凝固シェル３ａ内に未凝固部３ｂが存在したままの状態で、鋳片３が鋳型１の下方に引き抜かれる。

次いで、鋳型１下方の二次冷却帯９において、鋳型１から引き抜かれた鋳片３は、二次冷却装置７の複数対のロールにより、上記垂直曲げ型のパスラインに沿って支持及び搬送されながら、徐々に冷却される。これにより、鋳片３内部の未凝固部３ｂの凝固がさらに進行し、クレータエンド３ｃにて凝固が完了する。その後、凝固完了した鋳片３は、鋳片切断機８により、所定長の鋳片１４に切断されて、テーブルロール１５により外部に搬出される。

なお、連続鋳造機による製造される鋳片３の種類及びサイズは、特に限定されない。例えば、鋳片３は、厚みが２５０〜３００ｍｍ程度のスラブ、５００ｍｍを超えるブルーム若しくはビレットであってもよいし、或いは、厚みが１００ｍｍ程度の薄スラブ、５０ｍｍ以下の薄帯連続鋳造鋳片などであってもよい。また、鋳片３の素材は、例えば、鉄鋼、特殊鋼の他、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなど、連続鋳造が可能な各種の金属であればよい。

［２．従来の二次冷却装置］
［２．１．従来の二次冷却装置のロール構造］
次に、本実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置７の説明に先立ち、図２を参照して、従来の二次冷却装置のロール構造と問題点について詳述する。図２は、従来の連続鋳造機の二次冷却装置７０の支持ロール１００及びノズル２０を示す斜視図である。

図２に示すように、従来の二次冷却装置７０は、鋳型１下方の二次冷却帯９において、鋳片厚み方向両側から鋳片３を支持する複数対の支持ロール１００と、鋳片３に冷却水を噴射する複数のノズル２０とを備える。

支持ロール１００は、図１に示したサポートロール１１、ピンチロール１２、及びセグメントロール１３などに適用される。この支持ロール１００は、鋳片３の厚み方向両側に対となって配置され、当該両側から鋳片３を支持し、鋳片３の移動に伴って回転し、上記所定のパスラインに沿って鋳片３を案内及び搬送する。

かかる支持ロール１００は、鋳片３の両側において、鋳造方向（鋳片３の搬送方向：図２の下方）に沿って所定の間隔（ロールピッチＰ）で配置される。この際、鋳造方向に隣り合う支持ロール１００のロールピッチＰが狭い方が、多数の支持ロール１００で鋳片３を挟持できるので、支持ロール１００としてできるだけ小径のロールを用いて、ロールピッチＰを狭くすることが好ましい。ところが、支持ロール１００が小径ロールであると、ロール剛性が低下し、ロール両端の軸受け部（図示せず。）も小型化するため、支持ロール１００が変形しやすくなり、ロール中央部が外側に撓みやすくなる。

そこで、従来では、図２に示すように、小径の支持ロール１００として、鋳片３と接触するロール部（胴部）が鋳片幅方向に複数に分割された分割ロールを採用していた。ロール部の分割数は２以上の任意の数であってよいが、図２では、ロール部１０２が３分割された分割ロールの例を示している。この分割ロールを用いることで、ロール両端のみならずロール中間部にも軸受けを設けて支持できるので、小径の支持ロール１００の撓みを好適に抑制できる。

このように、従来の二次冷却装置７０では、一般的に、支持ロール１００として、上記複数対の分割ロールが鋳造方向に沿って所定のロールピッチＰで等間隔に配置されており、これら支持ロール１００は全て、同一の径φを有する同径ロールで構成されている。

図２に示すように、上記分割ロールからなる支持ロール１００は、１本のロール軸１０１と、鋳片幅方向に分割された複数の分割ロール部１０２と、鋳片幅方向に隣り合う２つの分割ロール部１０２、１０２の間に設けられる軸受け部１０３とを備える。図示の例の３分割ロールは、１本のロール軸１０１に対して、３つの分割ロール部１０２と、２つの軸受け部１０３が設けられている。

ロール軸１０１は、鋳片幅方向に延びる回転軸であり、このロール軸１０１に複数の分割ロール部１０２が固定される。分割ロール部１０２は、鋳片３と接触しながら回転し、鋳片３を支持する。軸受け部１０３は、隣り合う分割ロール部１０２、１０２の間に設けられ、ロール軸１０１の中間部に回転自在に装着される。この軸受け部１０３は、支持ロール１００の中間部を支持し、支持ロール１００の中間部が鋳片３から離れる方向に撓むことを防止する。

かかる支持ロール１００は、ロール軸１０１の両端部を不図示の軸受け部で支持され、かつ、ロール軸１０１の中間部を軸受け部１０３、１０３で支持された状態で、複数の分割ロール部１０２の周面を鋳片３に接触させて、鋳片３を支持する。このとき、鋳片３は鋳造方向に移動しているので、当該鋳片３の移動に伴って分割ロール部１０２はロール軸１０１とともに回転する。

ノズル２０は、図２に示すように、鋳造方向に隣り合う２つの支持ロール１００、１００の間において、鋳片幅方向に相互に間隔を空けて複数配置される。かかるノズル２０は、冷却水と空気の混合体を鋳片３に向けてスプレー状に噴射する。

このように、ノズル２０は、鋳造方向に隣り合う支持ロール１００、１００の間のスペースに配置され、当該スペースから鋳片３に対して冷却水を噴射するものである。このノズル２０から噴射された冷却水は、鋳片３に衝突し、さらに鋳片３の表面３ｄに沿って流下する。これにより、冷却水と鋳片３の間で熱交換が生じて、鋳片３が冷却される。

なお、支持ロール１００の中間部における軸受け部１０３の先端は、鋳片３と接触しておらず、当該軸受け部１０３の先端と鋳片３の間には隙間１０５が存在している。従ってノズル２０から噴射された冷却水は、鋳片３の表面３ｄに衝突した後に、鋳片３と接触する分割ロール部１０２の位置を通過できないため、当該軸受け部１０３の隙間１０５を通じて集中的に流下して、垂れ水３２となる。

［２．２．垂れ水及び溜まり水の弊害］
次に、図３〜図６を参照して、本願発明者が、垂れ水及び溜まり水とスプレー水との干渉による強冷却の弊害について検討した結果について詳細に説明する。

本願発明者が鋭意研究したところ、ノズル２０から噴射された冷却水（スプレー水）が垂れ水及び溜まり水と干渉すると、当該干渉位置において冷却水と鋳片３との間の熱伝達係数が上昇し、鋳片３に局所的な強冷却が生じることが判明した。以下に、この強冷却現象について詳述する。なお、以下では、鋳造方向（上下方向）に隣り合う２つの支持ロール１００、１００のうち、鋳造方向の上流側の支持ロール１００を上側ロール１００、下流側の支持ロール１００を下側ロール１００と称する。また、ノズル２０から噴射された冷却水を、スプレー水２１と称する。

［２．２．１．溜まり水とスプレー水との干渉状態］
まず、図３及び図４を参照して、溜まり水とスプレー水の干渉状態について説明する。図３は、従来の二次冷却装置７０の支持ロール１００及びノズル２０を示す正面図である。図４は、溜まり水３０とスプレー水２１との干渉状態を示す縦断面図である。

図３及び図４に示すように、上側ロール１００と下側ロール１００の間に配置されたノズル２０から噴射されたスプレー水２１は、鋳片３の表面３ｄに衝突した後に、当該表面３ｄに沿って流下する。下側ロール１００の分割ロール部１０２は鋳片３と接触しており、鋳片３の表面３ｄに沿って流下してきた冷却水の通過を妨げる。このため、当該冷却水は、支持ロール１００の分割ロール部１０２上部の鋳片３側の周面１０２ａと、鋳片３の表面３ｄとで囲まれた断面楔状のスペースに溜まり、溜まり水３０が発生する。

このように分割ロール部１０２の周面１０２ａと鋳片３の表面３ｄとの間に溜まった溜まり水３０に対して、ノズル２０からのスプレー水２１が直接当たると、当該スプレー水２１と溜まり水３０とが干渉して、当該干渉域３１における冷却水と鋳片３との間の熱伝達係数が増加する。図４の例では、スプレー水２１の下部側と、下側ロール１００上の溜まり水３０とが干渉域３１で干渉している。

この結果、当該干渉域３１に対応する位置の鋳片３が局所的に強冷却されるため、鋳片幅方向の冷却均一性が阻害される。このように溜まり水３０とスプレー水２１の干渉により熱伝達係数が増加する理由は、溜まり水３０の分だけ干渉域３１の水量密度が増加するためと、スプレー水２１により干渉域３１の溜まり水３０をかき乱すことで対流熱伝達が促進されるためであると考えられる。一般的に、水と対象物との間の熱伝達係数は、水量密度の関数で表され、水量密度が大きいほど、熱伝達係数も大きくなり、対象物の温度変化が激しくなる。

［２．２．２．垂れ水とスプレー水との干渉状態］
次に、図３、図５及び図６を参照して、垂れ水とスプレー水の干渉について説明する。図５、図６はそれぞれ、垂れ水３２及び溜まり水３０とスプレー水２１との干渉状態を示す縦断面図、正面図である。

上記図２に示した分割ロールで支持ロール１００を構成した場合、鋳片３と接触しない軸受け部１０３は、冷却水が流下可能な溝部（通水部）となる。このため、上側ロール１００の分割ロール部１０２の上部に溜まった溜まり水３０は、軸受け部１０３に向かって鋳片幅方向に移動し、図３、図５及び図６に示すように、軸受け部１０３の先端１０３ａと鋳片３の表面３ｄとの間の隙間１０５を通じて、冷却水が集中的に流下する。このように、軸受け部１０３の位置から流下する冷却水が垂れ水３２である。この垂れ水３２は、下側ロール１００付近まで流下すると、当該下側ロール１００の分割ロール部１０２上で溜まり水３０となる。

かかる垂れ水３２に対して、上側ロール１００と下側ロール１００の間に配置されたノズル２０からのスプレー水２１が直接当たると、当該スプレー水２１と垂れ水３２とが干渉して、当該干渉域３３における冷却水と鋳片３との間の熱伝達係数が増加する。図５、図６の例では、スプレー水２１の上部側と垂れ水３２とが干渉域３３で干渉し、また、当該スプレー水２１の下部側も、下側ロール１００上の溜まり水３０と干渉域３１で干渉している。

この結果、スプレー水２１と垂れ水３２の干渉域３３に対応する位置の鋳片３が局所的に強冷却されるため、鋳片幅方向の冷却均一性が阻害される。このように垂れ水３２とスプレー水２１の干渉により熱伝達係数が増加する理由は、垂れ水３２の分だけ干渉域３３の水量密度が増加するためであると考えられる。

［３．第１の実施形態に係る二次冷却装置］
以下に、本発明の第１の実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置７について説明する。

［３．１．二次冷却装置の概要］
まず、図７を参照して、本実施形態に係る二次冷却装置７の概略について説明する。図７は、本実施形態のロール構造と従来のロール構造を比較して示す側面図である。

上述したように、鋳片３のバルジングを抑制するためには、ロールピッチＰを縮小する必要があるが、そのためには、支持ロールとして小径ロールを用いる必要がある。しかし、小径ロールは剛性が低く変形し易いので、従来の二次冷却装置のロール構造（図２参照。）では、小径の支持ロール１００として、鋳片幅方向にロール部１０２が複数に分割された分割ロール（以下、分割ロール１００と称する場合もある。）を使用し、ロール中間部の軸受け部１０３でロール軸１０１を支持して、分割ロール１００の剛性を高めていた。

ここで、図７に示すように、従来の二次冷却装置７０では、一般的に、上記複数対の分割ロール１００が鋳造方向に沿って所定のロールピッチＰで等間隔に配置されており、これら分割ロール１００は全て、同一の径φを有する同径ロールで構成されている。かかるロール構造により、多数の分割ロール１００を用いて狭いロールピッチＰで鋳片３を支持できるため、鋳片３のバルジングを抑制することはできる。

しかしながら、上記従来のロール構造では、全ての支持ロールとして分割ロール１００を用いているため、該分割ロール１００の軸受け部１０３を通じた垂れ水３２とスプレー水２１との干渉により、鋳片３が局部的に過冷却されて、鋳片幅方向の冷却均一性が阻害されるという問題があった（図５、図６参照。）。さらに、分割ロール１００上の溜まり水３０とスプレー水２１との干渉により、鋳片３が局部的に過冷却されるため、軸受け部１０３の配置によっては、鋳片幅方向の冷却均一性を維持することは難しいという問題もあった（図４、図６参照。）。

そこで、本願発明者らは、同径の分割ロール１００を等ロールピッチＰで配置するのではなく、異径のロールを従来と同等のロールピッチＰで配置することにより、鋳片３をバルジングさせることなく支持するとともに、鋳片幅方向の冷却均一性も確保できるロール構造を考案した。

即ち、本実施形態に係る二次冷却装置７では、図７に示すように、鋳片３の支持ロールとして、大径の非分割ロール２００（ロール径φ１）と、小径の分割ロール３００（ロール径φ２）を併用する。そして、これら大径の非分割ロール２００と小径の分割ロール３００は、上記従来の二次冷却装置７０と同一のロールピッチＰで、鋳造方向に交互に配置される。そして、大径の非分割ロール２００と小径の分割ロール３００との隙間に、鋳片３に冷却水を供給するノズル２０が配置される。

ここで、大径の非分割ロール２００（以下、大径ロール２００と称する。）は、ロールピッチＰ以上のロール径φ１を有する支持ロール（一本ロール）である。この大径ロール２００は、太くて剛性が高いので、ロール中間部に軸受け部を設けて支持しなくても、撓み変形することはない。一方、小径の分割ロール３００（以下、小径ロール３００と称する。）は、ロールピッチＰ未満のロール径φ２を有する小径の支持ロールである。この小径ロール３００は、細くて剛性が低いので、撓み変形を防止するためには、ロール中間部に軸受け部を設けて支持する必要がある。

かかる大径ロール２００と小径ロール３００は、以下のロール径の条件式（１）〜（３）を満たしている。式（１）を満たすことで、大径ロール２００として非分割ロールを用いても、鋳造中の大径ロール２００の撓み変形を防止して、バルジングを抑制できる。式（２）及び式（３）は、Ｐ以上のロール径φ１を有する大径ロール２００と小径ロール３００を、既存の狭いロールピッチＰで配列するための条件である。式（２）及び（３）の条件を満たせば、大径ロール２００と小径ロール３００を接触させることなく、既存のロールピッチＰで配置できる。

φ１≧Ｐ （１）
φ２＜Ｐ （２）
φ１＋φ２＜２・Ｐ （３）

［３．２．二次冷却装置のロール構造］
次に、図７〜図９を参照して、本実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置７について詳述する。

［３．２．１．二次冷却装置の全体構成］
まず、図７〜図９を参照して、本実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置７の全体構成について説明する。図８、図９はそれぞれ、本実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置７の支持ロール２００、３００及びノズル２０を示す斜視図、正面図である。

図７〜図９に示すように、本実施形態に係る二次冷却装置７は、鋳型１下方の二次冷却帯９において、鋳片厚み方向両側から鋳片３を支持する複数対の支持ロール（大径ロール２００と小径ロール３００）と、鋳片３に冷却水を噴射する複数のノズル２０とを備える。

支持ロール（大径ロール２００と小径ロール３００）は、図１に示したサポートロール１１、ピンチロール１２、及びセグメントロール１３など、二次冷却帯９に設けられる任意のロールに適用可能である。この支持ロールは、鋳片３の厚み方向両側に対となって配置され、当該両側から鋳片３を支持する機能を有する。また、支持ロールは、鋳片３の移動に伴って回転し、上記所定のパスラインに沿って鋳片３を案内及び搬送する機能も有する。かかる支持ロールをパスラインの両側に複数対設けることで、鋳片３の幅方向中央部が膨らむバルジングや、凝固シェル３ａの破断によるブレークアウトを防止できる。

本実施形態に係る支持ロールは、上記大径ロール２００（非分割ロール）と小径ロール３００（分割ロール）の組み合わせから成ることを特徴としている。これら大径ロール２００と小径ロール３００は、鋳造方向に一定のロールピッチＰで交互に配置される。なお、ロールピッチＰは、二次冷却帯９における鋳片３の位置（垂直帯９Ａ、湾曲帯９Ｂ、水平帯９Ｃ）に応じて適切なピッチに調整される。

上述したように、大径ロール２００は、ロールピッチＰ以上のロール径φ１を有する大径の支持ロールである。例えば、Ｐ＝３００ｍｍである場合、ロール径φ１＝４００ｍｍである。この大径ロール２００は、鋳片３に接触するロール部２０２（胴部）が鋳片幅方向に分割されていない非分割ロールで構成される。大径ロール２００は、駆動ロールであっても、無駆動ロールであってもよい。

一方、小径ロール３００は、ロールピッチＰ未満のロール径φ２を有する小径の支持ロールである。例えば、Ｐ＝３００ｍｍである場合、ロール径φ２＝１７０ｍｍである。この小径ロール３００は、鋳片３に接触するロール部３０２（胴部）が鋳片幅方向に複数に分割された分割ロールで構成される。小径ロール３００は、駆動ロールであっても、無駆動ロールであってもよい。ロール部３０２の分割数は２以上の任意の数であってよいが、図８、図９の例では、ロール部３０２が３分割された分割ロールの例を示している。

また、ノズル２０は、鋳片３に冷却水を供給する冷却装置の一例である。このノズル２０は、冷却水と空気の混合体を鋳片３に向けてスプレー状に噴射するスプレーノズルで構成される。ノズル２０は、不図示の冷却水供給手段に接続されており、当該冷却水供給手段から冷却水及び空気が所定の供給圧でノズル２０に供給されて、ノズル２０から鋳片３に噴射される。ノズル２０に対する冷却水の供給量や、ノズル２０の噴射口の大きさ等を調整することで、ノズル２０から噴射される冷却水の水量を制御可能である。また、ノズル２０の噴射口から噴射される冷却水の噴射角度を調整することで、鋳片３に対して吹き付けられる冷却水の範囲を制御可能である。

なお、ノズル２０は、冷媒として冷却水と空気の混合体を噴射するものであるが、本明細書では説明の便宜上、冷却水を噴射すると記載する。また、ノズル２０から噴射される冷媒（流体）は、冷却水及び空気の組み合わせの他にも、例えば、冷却水と窒素、冷却水と表面活性剤などの組み合わせや、冷却水単独であってもよい。

上記ノズル２０は、鋳造方向に隣り合う大径ロール２００と小径ロール３００の間において、鋳片幅方向に相互に間隔を空けて複数配置される。図８の例では、６つのノズル２０が、鋳片幅方向に等間隔で配置されているが、かかる例に限定されず、ノズル２０の設置数は複数であれば任意の数であってよく、また、ノズル２０の配置間隔や位置も任意である。

このように、ノズル２０は、鋳造方向に隣り合う大径ロール２００と小径ロール３００の間のスペースに配置され、当該スペースから鋳片３に対して冷却水を噴射するものである。このノズル２０から噴射された冷却水は、鋳片３に衝突し、さらに鋳片３の表面３ｄに沿って流下する。これにより、冷却水と鋳片３の間で熱交換が生じて、鋳片３が冷却される。

［３．２．２．二次冷却装置のロール構造］
次に、図７〜図９を参照して、本実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置７のロール構造について詳述する。

まず、非分割ロールからなる大径ロール２００について説明する。図８及び図９に示すように、大径ロール２００は、１本のロール軸２０１と、鋳片幅方向に一体化されている非分割のロール部２０２とを備える。ロール軸２０１は、鋳片幅方向に延びる回転軸であり、このロール軸２０１にロール部２０２が固定される。ロール部２０２は、鋳片３と接触しながら回転し、鋳片３を支持する。

以上の構成の大径ロール２００は、ロール軸２０１の両端部のみを不図示の軸受け部で支持された状態で、ロール部２０２の周面を鋳片３に接触させて、鋳片３を支持する。このとき、鋳片３は鋳造方向に移動しているので、当該鋳片３の移動に伴ってロール部２０２はロール軸２０１とともに回転する。

ロール径φ１の大径ロール２００は、ロール径φの従来の分割ロール１００と比べて十分に太く（φ１≧Ｐ＞φ）、十分な剛性を有する。従って、大径ロール２００は、鋳片３を支持しているときに、ロール中央部が外側に撓むように変形することがなく、鋳片３を適切に支持して、鋳片３のバルジングを抑制できる。

また、大径ロール２００は非分割ロールであるので、ロール中間部に、通水路となる軸受け部が形成されていない。従って、図９に示すように、大径ロール２００のロール部２０２上に溜まった溜まり水３０は、鋳片幅方向両側から排水３５として外部に排出され、大径ロール２００の下側に流下しない。よって、大径ロール２００を設けた箇所では、上記従来の分割ロール１００のような軸受け部１０３を通じた垂れ水３２が発生しないので、鋳片幅方向の冷却均一性を向上できる。

次に、分割ロールからなる小径ロール３００について説明する。図８及び図９に示すように、小径ロール３００は、１本のロール軸３０１と、鋳片幅方向に分割された複数の分割ロール部３０２と、２つの分割ロール部３０２、３０２の間に設けられた１又は２以上の軸受け部３０３とを備える。図示の例の３分割ロールは、１本のロール軸３０１に対して、３つの分割ロール部３０２と、２つの軸受け部３０３が設けられている。

ロール軸３０１は、鋳片幅方向に延びる回転軸であり、このロール軸３０１に複数の分割ロール部３０２が固定される。小径ロール３００が駆動ロールである場合、ロール軸３０１は１本であるが、小径ロール３００が無駆動ロールである場合、ロール軸３０１は通常、複数本に分割され、当該分割ロール軸がそれぞれ軸受け部３０３により支持される。分割ロール部３０２は、鋳片３と接触しながら回転し、鋳片３を支持する。

軸受け部３０３は、鋳片幅方向に隣り合う分割ロール部３０２、３０２の間に設けられる。この軸受け部３０３の先端は、ロール軸３０１に対して回転自在に取り付けられ、軸受け部３０３の後端は、不図示の支持部材（例えばバックフレーム）に固定されている。これにより、軸受け部３０３は、小径ロール３００の中間部を支持し、小径ロール３００の中間部が鋳片３から離れる方向に撓むことを防止する。

なお、個々の小径ロール３００における軸受け部３０３の鋳片幅方向の位置は任意であるが、鋳造方向の上流側と下流側の小径ロール３００、３００では、各々の軸受け部３０３、３０３を相異なる鋳片幅方向の位置に配置した方が好ましい。例えば、小径ロール３００の軸受け部３０３の鋳片幅方向の位置を、鋳造方向の前後の小径ロール３００、３００間でずらして、軸受け部３０３が鋳造方向に沿って千鳥状に配置されることが好ましい。

軸受け部３０３の鋳片幅方向の位置が同一であると、その位置で常に鋳片３が支持されないことになり、鋳片３に局所的なバルジングが発生するおそれがある。これに対し、複数の小径ロール３００間で軸受け部３０３の位置をずらして配置すれば、上記局所的なバルジングの発生位置を、鋳片幅方向に分散させることができるので、局所的なバルジングの発生を抑制できる。さらに、上記軸受け部３０３の配置により、軸受け部３０３を通じて流下する垂れ水３２の位置を、鋳片幅方向にずらすことができる。従って、当該垂れ水３２により鋳片幅方向の同一部位のみが局所的に過冷却されることを防止して、鋳片幅方向の冷却均一性を向上できる。

以上の構成の小径ロール３００は、ロール軸２０１の両端部を不図示の軸受け部で支持され、かつ、ロール軸３０１の中間部を軸受け部３０３で支持された状態で、複数の分割ロール部３０２の周面を鋳片３に接触させて、鋳片３を支持する。このとき、鋳片３は鋳造方向に移動しているので、当該鋳片３の移動に伴って分割ロール部３０２はロール軸１０１とともに回転する。

この際、分割ロールから成る小径ロール３００は、ロール両端のみならず、ロール中間部も軸受け部３０３により支持される。従って、ロール径φ２の小径ロール３００が、ロール径φの従来の分割ロール１００と比べて細く（Ｐ＞φ≧φ２）、剛性が低い場合であっても、ロール中間部の軸受け部３０３により小径ロール３００の撓みを抑制できる。よって、小径ロール３００を用いて、鋳片３を適切に支持して、鋳片３のバルジングを抑制できる。

［３．２．３．小径ロールのスリット］
次に、図８及び図９を参照して、小径ロール３００の周面に設けられるスリット３０４について説明する。

上述したように、上記小径ロール３００の軸受け部３０３の先端は、鋳片３と接触しておらず、当該軸受け部３０３の先端と鋳片３の間には隙間３０５が存在している。このため、ノズル２０から噴射された冷却水は、鋳片３の表面３ｄに衝突した後に、軸受け部３０３の隙間３０５を通じて集中的に流下して、垂れ水３２が発生してしまう。このように小径ロール３００を分割ロールで構成すると、上記従来の分割ロール１００と同様に、垂れ水３２とスプレー水２１との干渉による過冷却により、鋳片幅方向の冷却均一性が阻害される恐れがある。

そこで、本実施形態では、小径ロール３００上の溜まり水３０と、軸受け部３０３を通じた垂れ水３２を低減するために、図８及び図９に示すように、小径ロール３００の周面に、通水用のスリット３０４が複数形成されている。図示の例では、小径ロール３００の分割ロール部３０２に、同様に細かいスリット３０４を等間隔で複数形成されており、当該スリット３０４の深さと幅は、軸受け部３０３の深さと幅よりも十分に小さい。しかし、かかる例に限定されず、スリット３０４の設置数や深さ、幅、配置等は、任意に設定してもよい。

上記のように小径ロール３００に複数のスリット３０４を設けることで、当該スリット３０４が、冷却水が流下可能な溝部（通水部）として機能する。これにより、小径ロール３００上に流下した冷却水は、これらスリット３０４及び軸受け部３０３の隙間３０５を通じて、直ちに下方に流下するので、小径ロール３００上に溜まり水３０が発生しない。さらに、当該スリット３０４から冷却水が適宜流下するので、軸受け部３０３に冷却水が集まって流下することもない。よって、軸受け部３０３を通じた垂れ水３２も大幅に減少し、各小径ロール３００において、鋳片幅方向に均一に分散した微少な垂れ水３４を生じさせることができる。従って、小径ロール３００からの垂れ水３２、３４を下流側に均一に流すことができる。

以上のように、本実施形態では、小径ロール３００の分割ロール部３０２の周面に多数の細かいスリット３０４が設けられている。これにより、小径ロール３００上に溜まり水３０が発生することを防止でき、ノズル２０からのスプレー水２１と溜まり水３０との干渉を抑制することができる。加えて、スリット３０４及び軸受け部３０３を通じて流下する垂れ水３２、３４は微少であるので、スプレー水２１と垂れ水３２、３４との干渉を抑制することができる。よって、溜まり水３０や垂れ水３２、３４との干渉による鋳片３の局所的な過冷却を抑制できるので、鋳片３を幅方向に均一に冷却できるようになる。

［３．２．４．大径ロールのロール径の具体例］
次に、連続鋳造機の鋳型１のメニスカス１６（図１参照。）からの距離Ｈと、ロールピッチＰに応じた、大径ロール２００のロール径φ１の適正値について説明する。なお、距離Ｈは、鋳型１のメニスカス１６から鋳片３の任意の位置までの垂直方向の高さを表す垂直距離である。

鋳型１下方の二次冷却帯９において、メニスカス１６からの距離Ｈが大きいほど（即ち、メニスカス１６から下方に遠くなるほど）、その位置での鋳片３には、鋳片３内部の未凝固部３ｂ溶鋼の大きな静圧が作用する。従って、メニスカス１６からの距離Ｈが大きいほど、より大きい支持力を有する支持ロールにより鋳片３を支持する必要があるので、大径ロール２００のロール径φ１を大きくすることが好ましい。

そこで、本願発明者らは、実際の連続鋳造機を用いて、メニスカス１６からの距離ＨとロールピッチＰに応じた適切なロール径φ１を求める試験を行った。かかる試験結果によれば、ＨとＰに応じて、φ１を以下のように設定すれば、大径ロール２００の撓み変形を防止でき、鋳片３のバルジングを抑制できることが分かった。

まず、メニスカス１６からの距離Ｈが５ｍ以下の範囲の二次冷却帯９においては、ロールピッチＰが２００〜３００ｍｍである場合、大径ロール２００のロール径φ１は、３００ｍｍ以上、Ｐの２倍以下であることが好ましい。当該ＨとＰの条件下でφ１が３００ｍｍ未満であると、大径ロール２００の剛性が不足し、大径ロール２００の変形が生じる場合がある。

また、メニスカス１６からの距離Ｈが１４ｍ以下の範囲の二次冷却帯９においては、ロールピッチＰが２５０〜３００ｍｍである場合、大径ロール２００のロール径φ１は、３５０ｍｍ以上、Ｐの２倍以下であることが好ましい。当該ＨとＰの条件下でφ１が３５０ｍｍ未満であると、大径ロール２００の剛性が不足し、大径ロール２００の変形が生じる場合がある。

［３．３．第１の実施形態の効果］
以上、本発明の第１の実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置７について詳述した。本実施形態によれば、鋳型１下方の二次冷却帯９において、狭いロールピッチＰで交互に配置された大径ロール２００と小径ロール３００により、鋳片３を支持しながら、大径ロール２００と小径ロール３００の隙間に配置されたノズル２０から、冷却水を鋳片３に吹き付けることにより、鋳片３を冷却する。

本実施形態に係る二次冷却装置７では、鋳片幅方向の冷却均一性を高めるために、従来の分割ロール１００に代えて、大径ロール２００（軸受け部のない非分割ロール）を用いて鋳片３を支持する。これにより、大径ロール２００から下流に垂れ水３２が発生しないので、従来の垂れ水３２とスプレー水２１との干渉による過冷却に起因した冷却不均一の問題を解決できる。従って、大径ロール２００の下流側での鋳片幅方向の冷却均一性を大幅に向上できる。

さらに、全ての支持ロールとして大径ロール２００を用いると、ロールピッチＰが広がってしまうため、該大径ロール２００、２００の間に小径ロール３００（分割ロール）が配置されている。この小径ロール３００は、上記従来の分割ロール１００よりも小径であり、大径ロール２００、２００の間に配置可能である。かかる大径ロール２００と、小径ロール３００は、鋳造方向に等ロールピッチＰで交互に配置される。このように、大径ロール２００と小径ロール３００を組み合わせたロール構造とすることで、従来のロール構造と同程度の狭いロールピッチＰを維持できるので、高い支持力で鋳片３を適切に支持して、鋳片３のバルジングを抑制できる。

また、従来では、全ての支持ロールを分割ロール１００で構成していたため、該分割ロール１００の軸受け部１０３の位置で鋳片３を支持できず、当該位置で鋳片３の局部的なバルジングの発生を誘発していた。しかし、本実施形態では、非分割ロールである大径ロール２００と分割ロールである小径ロール３００とを併用することで、分割ロールの設置数を半数に低減できるので、上記局部的なバルジングの発生も低減できる。

さらに、分割ロールからなる小径ロール３００の周面に複数のスリット３０４を形成することで、小径ロール３００からの垂れ水３２、３４を該スリット３０４及び軸受け部３０３を通じて、下流側に均等に流すことができる。従って、小径ロール３００の下流側においても、垂れ水３２、３４とスプレー水２１とが局所的に干渉することはない。従って、小径ロール３００の下流側においても、鋳片幅方向の冷却均一性を向上できる。

以上のように、本実施形態によれば、鋳片３のバルジング抑制と、鋳片３の幅方向の冷却均一性との両立を実現することができる。よって、高速鋳造にも対応でき、高品質の鋳片３を高速で鋳造することが可能となる。

［４．第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置７について説明する。第２の実施形態は、上記第１の実施形態と比べて、冷却装置として冷却パッドを用いる点と、小径ロール３００にスリット３０４が形成されていない点で相違し、その他の機能構成は上記第１の実施形態と同様であるので、詳細説明は省略する。

［４．１．二次冷却装置の全体構成］
まず、図１０及び図１１を参照して、第２の実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置７の全体構成について説明する。図１０は、第２の実施形態のロール構造と従来のロール構造を比較して示す側面図である。図１１は、第２の実施形態に係る連続鋳造機の二次冷却装置７の支持ロール２００、３００及び冷却パッド４０を示す正面図である。

図１０及び図１１に示すように、第２の実施形態に係る二次冷却装置７は、鋳型１下方の二次冷却帯９において、鋳片厚み方向両側から鋳片３を支持する複数対の支持ロール（大径ロール２００と小径ロール３００）と、鋳片３に冷却水を供給する複数の冷却パッド４０とを備える。

第２の実施形態に係る二次冷却装置７は、第１の実施形態と同様に、鋳片３の支持ロールとして、大径ロール２００（ロール径φ１）と、小径ロール３００（ロール径φ２）を併用する。そして、これら大径の非分割ロール２００と小径の分割ロール３００が、上記従来の二次冷却装置７０と同一のロールピッチＰで、鋳造方向に交互に配置される。

そして、大径ロール２００と小径ロール３００との隙間に、鋳片３を強冷却するための冷却パッド４０が配置される。冷却パッド４０は、鋳片３に冷却水を供給する冷却装置の一例である。図１０及び図１１に示すように、冷却パッド４０は、鋳片幅方向に一体化されており、大径ロール２００と小径ロール３００と鋳片３とで囲まれるスペースを埋めるようにして、鋳片３に対して対向配置されつつ、鋳片幅方向に延設される。

このように、第２の実施形態では、冷却水供給手段として、冷却水を噴射するノズル２０に代えて、鋳片３との間に冷却水の膜流を形成して鋳片３を強冷却する冷却パッド４０を備えることを特徴としている。

［４．２．冷却パッドの構成及び機能］
ここで、図１２及び図１３を参照して、本実施形態に係る冷却パッド４０の構成及び機能について詳述する。図１２は、本実施形態に係る冷却パッド４０を示す斜視図である。図１３は、本実施形態に係る冷却パッド４０による強冷却機能を表す断面図である。

なお、図１２及び図１３では、小径ロール３００の下側に配置される冷却パッド４０を示しているが、小径ロール３００の上側に配置される冷却パッド４０は、下側に配置される冷却パッド４０と上下対称な構成を有するので、重複説明を省略する。

図１２及び図１３に示すように、冷却パッド４０は、パッド本体４１と、パッド本体４１の背面４１ｂに連結される複数の給水管４２とを備える。パッド本体４１の前面は、鋳片３の表面３ｄと対向する略平坦な対向面４１ａとなっている。また、パッド本体４１の上面は、小径ロール３００のロール径φ２と同等の曲率を有する湾曲面４１ｃとなっており、パッド本体４１の下面は、大径ロール２００のロール径φ１と同等の曲率を有する湾曲面４１ｄとなっている。

給水管４２は、不図示の冷却水供給手段に接続されるとともに、パッド本体４１の内部空間４１ｅと連通している。また、上記パッド本体４１の対向面４１ａには、鋳片幅方向に直線状に延びるスリット４３が形成されており、該スリット４３は、パッド本体４１の内部空間４１ｅと連通している。かかるスリット４３は、鋳片３の表面３ｄと冷却パッド４０の対向面４１ａとの隙間に冷却水を噴出するための噴出口として機能する。なお、スリット４３の設置数や形状は、図示の例に限定されず、鋳片３と対向面４１ａとの隙間に冷却水を充満させることが可能であれば、任意の設置数や形状であってもよい。

かかる構成の冷却パッド４０は、スリット４３から冷却水を噴出することにより、鋳片３と対向面４１ａの隙間に冷却水を充満させて冷却水の膜流５３、５４を形成して、鋳片３を強冷却する。

詳細には、図１３に示すように、上記冷却水供給手段から冷却水が所定の供給圧で給水管４２に供給され、該冷却水は、給水管４２からパッド本体４１内に供給される（図１３の水流５１）。次いで、該冷却水は、パッド本体４１の対向面４１ａに形成されたスリット４３から、鋳片３の表面３ｄと冷却パッド４０の対向面４１ａとの隙間に高圧で噴出される（図１３の水流５２）。その後、噴出された冷却水は、当該隙間に所定の厚みで充満しつつ、上方又は下流に向かう膜流５３、５４となる。

このように、鋳片３と冷却パッド４０の対向面４１ａとの隙間に、高圧の冷却水の膜流５３、５４を形成することで、膜流５３、５４と鋳片３間で熱交換を促進して、鋳片３を強冷却することができる。

さらに、当該膜流５３により、垂れ水３２による局部的な過冷却を防止して、鋳片幅方向の冷却均一性を向上することもできる。即ち、図１３に示すように、小径ロール３００の軸受け部３０３の先端３０３ａと鋳片３の表面３ｄとの間には、所定の隙間３０５が生じる。このため、小径ロール３００上に溜まった冷却水は、当該隙間３０５を通じて集中的に流下して、垂れ水３２が発生する。しかし、本実施形態では、小径ロール３００の直下に冷却パッド４０が存在し、かつ、該冷却パッド４０と鋳片３との隙間には上記高圧の冷却水の膜流５３が充満しており、当該隙間への垂れ水３２の浸入を防止できる。このため、小径ロール３００から流下した垂れ水３２は、該冷却パッド４０と鋳片３との間の狭い隙間に入り込むことなく、冷却パッド４０の上側の湾曲面４１ｃと小径ロール３００の下側ロール周面との隙間を通って、鋳片３の表面３ｄから離隔する方向に排出される（図１３の水流５５）。

このように、第２の実施形態では、小径ロール３００の軸受け部３０３で垂れ水３２が発生したとしても、当該垂れ水は、冷却パッド４０から小径ロール３００の下側に供給される冷却水と干渉しないので、該垂れ水３２に起因した鋳片３の局部的な過冷却を、より確実に防止できる。さらに、冷却パッド４０の下部側は、大径ロール２００と鋳片３との間の楔形の空間に入り込んでいるので、大径ロール２００の上側に溜まり水３０が発生することも抑制できる。従って、溜まり水３０に起因した鋳片３の局部的な過冷却も防止できる。よって、垂れ水３２及び溜まり水３０の悪影響を排除して、鋳片幅方向の冷却均一性を、より一層向上できる。

上記のように冷却パッド４０を設置することにより、小径ロール３００の軸受け部３０３からの垂れ水３２の悪影響を排除できるので、該垂れ水３２の発生を防止する必要がない。そこで、第２の実施形態では、図１１に示すように、小径ロール３００の分割ロール部３０２の周面には、第１の実施形態のようなスリット３０４（図９参照。）を形成しなくてもよい。小径ロール３００にスリット３０４が無ければ、小径ロール３００上の溜まり水は、軸受け部３０３から垂れ水３２として流下するが、該垂れ水３２は、図１３に示したように冷却パッド４０の上側の湾曲面４１ｃに沿って外部に排出されるので、該垂れ水３２により鋳片幅方向の均一性が阻害されることはない。しかし、かかる例に限定されず、第２の実施形態でも、小径ロール３００の周面に複数のスリット３０４を形成し、小径ロール３００のスリット３０４及び軸受け部３０３から冷却水を鋳片幅方向に均等に流下させるようにしても、勿論よい。

［４．３．第２の実施形態の効果］
以上説明したように、第２の実施形態に係る二次冷却装置７によれば、上記第１の実施形態の効果に加えて、更に以下の効果を奏する。

第２の実施形態によれば、冷却パッド４０のスリット４３から冷却水を噴出することにより、冷却パッド４０の対向面４１ａと鋳片３の表面３ｄとの隙間に冷却水を充満させて、高圧の冷却水の膜流５３、５４を形成する。これにより、鋳片３を強冷却することができる。さらに、鋳片３と冷却パッド４０との隙間に垂れ水３２が浸入することや、溜まり水３０の発生を防止できるので、垂れ水３２や溜まり水３０とスプレー水との干渉による鋳片３の過冷却の問題を解消でき、鋳片３の幅方向の均一性をより一層向上できる。

次に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は、本発明の実施可能性と効果を確認するために行った試験結果を示すものであり、本発明が以下の実施例の条件に限定されるものではない。

図１に示した連続鋳造機を用いて連続鋳造試験を行い、二次冷却装置７のロール構造と冷却方式を変更して、大径ロール２００の変形量と鋳片幅方向の冷却均一性を評価した。この試験では、厚み２５０ｍｍ×幅１８００ｍｍの鋳片３を、鋳造速度１．５ｍ／ｍｉｎで鋳造した。そして、メニスカス１６からロールまでの距離Ｈが５ｍ以内、又は、５ｍ超１４ｍ以内であるロール設置位置において、大径ロール２００の変形量を測定するとともに、鋳片３の表面温度を、放射温度計を用いて測定した。

本試験の試験条件と評価結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明の実施例１〜１３では、上記実施形態に係る大径の非分割ロール２００（ロール径φ１）と小径の分割ロール３００（ロール径φ２）を併用したロール構造とした。一方、比較例１〜４では、全て同径の分割ロール１００（ロール径φ）を用いたロール構造とした。ロールピッチＰとしては、実施例及び比較例とも、連続鋳造機の二次冷却装置における既設のロールピッチを維持した。

ロール変形量の判定基準としては、大径の非分割ロール２００の鋳片厚み方向の撓み量Ｘを測定し、該Ｘの測定値と閾値（０．５ｍｍ、１．０ｍｍ）を比較し、以下の通り区分した
○：Ｘ＜０．５ｍｍ
△：０．５≦Ｘ＜１．０ｍｍ
×：Ｘ≧１．０
−：分割ロールであるので、撓み量ｘ＜０．５ｍｍ

また、鋳片幅方向の冷却均一性の判定基準としては、二次冷却帯９の水平帯９Ｃの入り側において、鋳片３のエッジから２００ｍｍの部分を除く鋳片３の幅方向の温度差ΔＴを測定し、該ΔＴの測定値と閾値（５０℃）を比較した。
○：ΔＴ＜５０℃
△：５０℃≦ΔＴ＜１００℃
×：ΔＴ≧１００℃

（１）ロール変形量の評価
次に、上記試験により得られたロール変形量の評価結果について検討する。表１に示すように、実施例１〜１３で、大径ロール２００と小径ロール３００を併用した場合には、大径ロール２００のロール変形量の評価は「○」又は「△」であった。従って、支持ロールとして、ロール中間部に軸受け部の無い非分割の大径ロール２００を用いた場合であっても、該大径ロール２００の撓み量Ｘが１ｍｍ未満であるので、鋳片３のバルジングを１ｍｍ未満に抑制できることが確認された。

特に、実施例２〜７、９、１０、１２、１３では、ロール変形量の評価は「○」であり、該大径ロール２００の撓み量Ｘが０．５ｍｍ以下であるので、鋳片３のバルジングを０．５ｍｍ未満に抑制できることが確認された。

さらに、実施例１〜７のように、メニスカス１６からの距離Ｈが５ｍ以下の範囲の二次冷却帯９において、ロールピッチＰが２００〜３００ｍｍである場合には、実施例２〜７のように、大径ロール２００のロール径φ１が３００ｍｍ以上であることが好ましいことが分かる。即ち、φ１が３００ｍｍ以上である実施例２〜７では、ロール変形量の評価は「○」であるのに対し、φ１が３００ｍｍ未満である実施例１では、ロール変形量の評価は「△」であった。従って、φ１が３００ｍｍ以上であれば、Ｈが５ｍ以下の領域における未凝固部３ｂの溶鋼の静圧に対して、大径ロール２００が十分な支持力を発揮して、鋳片３のバルジングを好適に抑制できることが確認された。

また、実施例８〜１３のように、メニスカス１６からの距離Ｈが５ｍ超、１４ｍ以下の範囲の二次冷却帯９において、ロールピッチＰが２５０〜３００ｍｍである場合には、実施例９、１０、１２、１３のように、大径ロール２００のロール径φ１が３５０ｍｍ以上であることが好ましいことが分かる。即ち、φ１が３５０ｍｍ以上である実施例９、１０、１２、１３では、ロール変形量の評価は「○」であるのに対し、φ１が３５０ｍｍ未満である実施例８、１１では、ロール変形量の評価は「△」であった。従って、φ１が３５０ｍｍ以上であれば、Ｈが５ｍ超、１４ｍ以下の領域における未凝固部３ｂの溶鋼の静圧に対して、大径ロール２００が十分な支持力を発揮して、鋳片３のバルジングを好適に抑制できることが確認された。

（２）冷却均一性の評価
次に、上記試験により得られた鋳片幅方向の冷却均一性の評価結果について検討する。表１に示すように、実施例１〜１３で、大径ロール２００と小径ロール３００を併用した場合には、鋳片幅方向の冷却均一性の評価は大半が「○」であり、鋳片幅方向の温度差ΔＴが５０℃未満であった。なお、実施例３の評価のみが「△」であり、ΔＴが１００℃未満であった。これに対し、実施例１〜４で、同径の分割ロール１００のみを用いた場合には、冷却均一性の評価は「×」であり、ΔＴが１００℃超であった。

従って、大径ロール２００と小径ロール３００を併用した本発明の実施例１〜１３のロール構造は、従来の比較例１〜４のロール構造よりも、鋳片幅方向の冷却均一性に優れることが確認された。

なお、実施例３の大径ロール２００と小径ロール３００のロール径の和（φ１＋φ２＝３９５ｍｍ）は、ロールピッチＰの２倍（４００ｍｍ）とほぼ等しく、冷却水を噴射するノズル２０の設置スペースが制限されている。従って、実施例３でΔＴが１００℃未満となった理由は、ノズル２０を設置するための大径ロール２００と小径ロール３００の隙間が小さいため、冷却均一性に悪影響を与えたからであると考えられる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 鋳型
２ 溶融金属
３ 鋳片
３ａ 凝固シェル
３ｂ 未凝固部
７ 二次冷却装置
９ 二次冷却帯
９Ａ 垂直部
９Ｂ 湾曲部
９Ｃ 水平部
１６ メニスカス
２０ ノズル
２１ スプレー水
３０ 溜まり水
３２、３４ 垂れ水
３５ 排水
４０ 冷却パッド
４１ パッド本体
４１ａ 対向面
４２ 給水管
４３ スリット
５３、５４ 膜流
１００ 分割ロール
２００ 大径の非分割ロール
２０１ ロール軸
２０２ ロール部
３００ 小径の分割ロール
３０１ ロール軸
３０２ 分割ロール部
３０３ 軸受け部
３０４ スリット

Claims (4)

1. 連続鋳造機の鋳型下方の二次冷却帯において鋳造方向に所定のロールピッチで配置され、鋳片厚み方向両側から鋳片を支持する複数対の支持ロールと、
   前記鋳造方向に隣り合う前記支持ロールの間に設けられ、前記鋳片に冷却水を供給する冷却装置と、
   を備え、
   前記支持ロールは、
   前記ロールピッチ以上のロール径を有し、前記鋳片に接触するロール部が鋳片幅方向に分割されていない大径ロールと、
   前記ロールピッチよりも小さいロール径を有し、前記鋳片に接触するロール部が鋳片幅方向に分割された小径ロールと、
   を含み、
   前記大径ロールと前記小径ロールは、前記鋳造方向に前記ロールピッチで交互に配置され、
   前記ロールピッチは、前記二次冷却帯における前記鋳片の位置に応じて調整され、
   前記連続鋳造機のメニスカスからの距離が５ｍ以下の範囲の前記二次冷却帯において、前記ロールピッチが２００〜３００ｍｍである場合、前記大径ロールのロール径は、３００ｍｍ以上、前記ロールピッチの２倍未満であり、
   前記連続鋳造機のメニスカスからの距離が５ｍ超、１４ｍ以下の範囲の前記二次冷却帯において、前記ロールピッチが２５０〜３００ｍｍである場合、前記大径ロールのロール径は、３５０ｍｍ以上、前記ロールピッチの２倍未満である、連続鋳造機の二次冷却装置。
2. 前記冷却装置は、鋳片幅方向に相互に間隔を空けて配置され、前記鋳片に前記冷却水を噴射する複数のノズルを含み、
   前記複数のノズルは、前記鋳造方向に隣り合う前記大径ロールと前記小径ロールの間のスペースに配置され、当該スペースから前記鋳片に対して冷却水を噴射し、
   前記小径ロールの周面には複数の通水用のスリットが設けられる、請求項１に記載の連続鋳造機の二次冷却装置。
3. 前記冷却装置は、前記大径ロールと前記小径ロールと前記鋳片とで囲まれるスペースに、前記鋳片と対向配置され、鋳片幅方向に一体化された冷却パッドを含み、
   前記冷却パッドは、
   前記鋳片と対向する対向面と、
   前記対向面に形成されるスリットと、
   を備え、
   前記スリットから前記冷却水を噴出することにより、前記鋳片と前記対向面の隙間に前記冷却水を充満させて前記冷却水の膜流を形成する、請求項１に記載の連続鋳造機の二次冷却装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の連続鋳造機の二次冷却装置により、鋳型下方の二次冷却帯において鋳片を支持しながら冷却する二次冷却方法であって、
   前記鋳造方向に所定のロールピッチで交互に配置された前記大径ロール及び前記小径ロールにより、前記鋳造方向に移動する前記鋳片を支持しながら、前記大径ロール及び前記小径ロールの間に配置された前記冷却装置により、前記大径ロールと前記小径ロールの隙間に冷却水を供給することによって、前記鋳片を冷却する、二次冷却方法。
   

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