JP6631554B2 - Secondary cooling method of slab and continuous casting method of steel in continuous casting - Google Patents
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Description
本発明は、二流体スプレーノズルにより冷却水を鋳片の表面にミスト状に噴射して２次冷却する連続鋳造における鋳片の２次冷却方法および鋼の連続鋳造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a secondary cooling method of a slab and a continuous casting method of steel in continuous casting in which cooling water is sprayed in a mist form onto the surface of a slab by a two-fluid spray nozzle to perform secondary cooling.
スラブなどの鋳片の連続鋳造では、鋳型を出た鋳片をこれの長手方向に送りながら、複数のスプレーノズルにより冷却水を前記鋳片の表面に噴射して２次冷却する。このとき、前記複数のスプレーノズルは、隣り合うスプレーノズル同士が鋳片の長手方向および幅方向に所定の間隔で配置されている。
各スプレーノズルから噴射された冷却水は、鋳片の表面に向かって広がって噴射され、該鋳片の表面上において鋳片幅方向に流れる間に鋳片を冷却する。前記噴射された冷却水の広がりかたは、スプレーノズルの寸法、形状および鋳片表面との距離によって変化する。また、連続鋳造される鋳片の形状不良を防止するためには、鋳片の幅方向に均一冷却することが要求され、そのため、前記複数のスプレーノズルの配置を適切に設定することが必要となる。
In the continuous casting of a slab such as a slab, a plurality of spray nozzles inject cooling water onto the surface of the slab to perform secondary cooling while feeding the slab from the mold in the longitudinal direction thereof. At this time, among the plurality of spray nozzles, adjacent spray nozzles are arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction and the width direction of the cast piece.
The cooling water sprayed from each spray nozzle is spread and sprayed toward the surface of the slab, and cools the slab while flowing in the slab width direction on the surface of the slab. The manner in which the injected cooling water spreads varies depending on the size and shape of the spray nozzle and the distance from the slab surface. In addition, in order to prevent the shape defect of the continuously cast slab, uniform cooling in the width direction of the slab is required, and therefore, it is necessary to appropriately set the arrangement of the plurality of spray nozzles. Become.
上記のような鋳片の２次冷却においては、隣り合うスプレーノズル同士の間隔を適切に設定するための技術として、例えば特許文献１には、あらかじめ求めたスプレーノズルと鋳片の表面との距離、および隣り合うスプレーノズルの間隔に基づいてスプレーノズルの配置を設定する方法が開示されており、当該方法により隣り合うスプレーノズルの間隔を設定することで、鋳片の表面に噴射された冷却水の水量密度が鋳片幅方向にわたってほぼ均一とすることができる。
また、鋳片の２次冷却においてはスプレーノズルの冷却能が重要であり、非特許文献１には、冷却水と空気を供給するミストノズルから噴霧された冷却水と鋳片との間の熱伝達率を、該噴霧された冷却水の水量密度および衝突圧と、鋳片の表面温度を用いて推定する方法（p.1284ページ右下の（１）式）が開示されている。
In the secondary cooling of the slab as described above, as a technique for appropriately setting the interval between adjacent spray nozzles, for example, Patent Document 1 discloses a distance between the spray nozzle and the surface of the slab determined in advance. And a method of setting the arrangement of the spray nozzles based on the interval between the adjacent spray nozzles, and by setting the interval between the adjacent spray nozzles by the method, the cooling water sprayed on the surface of the slab is disclosed. Can be made substantially uniform over the slab width direction.
Further, in the secondary cooling of the slab, the cooling capability of the spray nozzle is important. Non-Patent Document 1 discloses that the heat between the cooling water sprayed from the mist nozzle that supplies the cooling water and the air and the slab A method of estimating the transmissivity using the water volume density and the collision pressure of the sprayed cooling water and the surface temperature of the slab (p.1284, lower right, equation (1)) is disclosed.
特許文献１に開示されている技術は、水量密度が鋳片幅方向にわたってほぼ均一となるように複数のスプレーノズルの位置を決定することができるものの、非特許文献１に記載されているような冷却水の衝突圧の影響が考慮されていない。そのため、衝突圧の高いスプレーノズル直下では、該スプレーノズル直下から離れて衝突圧が低くなる領域、特に、鋳片幅方向における冷却水の噴射範囲の両端近傍よりも冷却能が高くなる。そのため、複数のスプレーノズルを配置した場合においては、たとえ各スプレーノズルから噴射された冷却水の水量密度が鋳片の幅方向に均一となるように前記複数のスプレーノズルを配置したとしても、冷却水の噴射範囲の両端においては鋳片の冷却能が低くなってしまい、鋳片を均一に冷却することができなかった。鋳片が均一に冷却されない場合、鋳片の表面品質および内部品質が低下し、また形状不良が発生するといった問題があった。 The technique disclosed in Patent Document 1 can determine the positions of the plurality of spray nozzles so that the water density becomes substantially uniform in the slab width direction, but is disclosed in Non-Patent Document 1. The effect of cooling water impingement pressure is not taken into account. Therefore, immediately below the spray nozzle having a high impingement pressure, the cooling capacity is higher than in a region where the impingement pressure is lower away from immediately below the spray nozzle, particularly in the vicinity of both ends of the spray range of the cooling water in the slab width direction. Therefore, when a plurality of spray nozzles are arranged, even if the plurality of spray nozzles are arranged so that the water density of the cooling water injected from each spray nozzle is uniform in the width direction of the slab, At both ends of the water injection range, the cooling ability of the slab was low, and the slab could not be uniformly cooled. If the slab is not cooled uniformly, there are problems that the surface quality and the internal quality of the slab are deteriorated, and that a shape defect occurs.
さらに、非特許文献１で用いられているミストノズルのような二流体スプレーノズルは、冷却水のみを供給して噴射するスプレーノズルと比較すると微細液滴、広い噴霧領域および衝突圧の増大という特徴を有し、鋳片の均一冷却性や冷却能に優れているとされているため、鋳片の２次冷却においては、二流体スプレーノズルを用いることが望ましいと考えられる。 Furthermore, a two-fluid spray nozzle such as a mist nozzle used in Non-Patent Document 1 is characterized by a fine droplet, a wide spray area, and an increase in collision pressure as compared with a spray nozzle that supplies and sprays only cooling water. Therefore, it is considered that it is desirable to use a two-fluid spray nozzle in the secondary cooling of the slab, since the slab has excellent uniform cooling performance and cooling ability.
しかしながら、このような二流体スプレーノズルを鋳片の幅方向に複数配置して鋳片を２次冷却する場合においても、スプレーノズルを用いた場合と同様、鋳片表面における冷却水の噴射範囲の両端近傍での冷却能が低くなってしまい、鋳片を十分に均一に冷却することができなかった。そのため、複数の二流体スプレーノズルから冷却水を鋳片の表面に噴射して、鋳片を均一に冷却する技術が望まれていた。 However, when a plurality of such two-fluid spray nozzles are arranged in the width direction of the slab and the slab is secondarily cooled, similarly to the case where the spray nozzle is used, the spray range of the cooling water on the slab surface is reduced. The cooling capacity near both ends was low, and the slab could not be cooled sufficiently and uniformly. Therefore, there has been a demand for a technique for injecting cooling water from a plurality of two-fluid spray nozzles onto the surface of the slab to uniformly cool the slab.
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、複数の二流体スプレーノズルから冷却水をミスト状にして鋳片の表面に噴射し、該鋳片の幅方向に均一に冷却する連続鋳造における鋳片の２次冷却方法および鋼の連続鋳造方法を提供するものである。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and a continuous mist is formed by spraying cooling water from a plurality of two-fluid spray nozzles onto the surface of a slab in the form of a mist to uniformly cool the slab in the width direction. It is intended to provide a method for secondary cooling of a slab in casting and a method for continuous casting of steel.
（１）本発明に係る連続鋳造における鋳片の２次冷却方法は、鋳片の幅方向に所定の間隔で配置した複数の二流体スプレーノズルから冷却水をミスト状に噴射して前記鋳片を冷却する連続鋳造における鋳片の２次冷却方法であって、前記二流体スプレーノズルとして、該二流体スプレーノズル直下の水量密度に対する比率が50%となる位置が、前記鋳片の幅方向における前記冷却水の噴射範囲の両端から距離Sであるものを用い、かつ隣り合う前記二流体スプレーノズルから噴射される前記冷却水の噴射範囲のラップ代が1.6S以上2.4S以下の範囲となるようにすることを特徴とするものである。 (1) The method for secondary cooling of a slab in continuous casting according to the present invention is characterized in that the slab is sprayed with mist-like cooling water from a plurality of two-fluid spray nozzles arranged at predetermined intervals in the width direction of the slab. In the secondary cooling method of the slab in continuous casting to cool the slab, the position of the two-fluid spray nozzle is 50% relative to the water density just below the two-fluid spray nozzle, in the width direction of the slab The cooling water jetting range is 1.6S or more and 2.4S or less so that the cooling water is jetted from the adjacent two-fluid spray nozzle using a coolant having a distance S from both ends of the cooling water jetting range. It is characterized by the following.
（２）本発明に係る鋼の連続鋳造方法は、上記（１）に記載の連続鋳造における鋳片の２次冷却方法を用いて鋼を連続鋳造することを特徴とするものである。 (2) A continuous casting method for steel according to the present invention is characterized in that steel is continuously cast using the secondary cooling method for a slab in the continuous casting described in (1) above.
本発明に係る連続鋳造における鋳片の２次冷却方法および鋼の連続鋳造方法は、鋳片の幅方向に所定の間隔で配置した複数の二流体スプレーノズルから冷却水をミスト状に噴射して前記鋳片を冷却するものであって、前記二流体スプレーノズルとして、該二流体スプレーノズル直下の水量密度に対する比率が50%となる位置が、前記鋳片の幅方向における前記冷却水の噴射範囲の両端から距離Sであるものを用い、かつ隣り合う前記二流体スプレーノズルから噴射される前記冷却水の噴射範囲のラップ代が1.6S以上2.4S以下の範囲となるようにすることにより、鋳片の幅方向にわたって均一に冷却することができ、これにより、鋳片の表面品質および内部品質が向上し、また形状不良を防止することができる。 In the continuous casting method and the continuous casting method of steel in the continuous casting according to the present invention, the cooling water is sprayed in a mist form from a plurality of two-fluid spray nozzles arranged at predetermined intervals in the width direction of the casting. It is for cooling the slab, and as the two-fluid spray nozzle, the position where the ratio to the water volume density immediately below the two-fluid spray nozzle is 50%, the spray range of the cooling water in the width direction of the slab By using a distance S from both ends of the cooling water, and by allowing the lap allowance of the cooling water injection range injected from the adjacent two-fluid spray nozzle to be in the range of 1.6S or more and 2.4S or less, casting. The slab can be cooled uniformly over the width direction of the slab, thereby improving the surface quality and internal quality of the slab and preventing defective shapes.
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る連続鋳造における鋳片の２次冷却方法（以下、単に「２次冷却方法」という）を説明するに先立ち、まずは、本発明で対象とする鋳片について説明する。
[Embodiment 1]
Prior to describing a secondary cooling method of a slab in the continuous casting according to the first embodiment of the present invention (hereinafter, simply referred to as a “secondary cooling method”), first, a slab that is an object of the present invention will be described. .
＜鋳片＞
本発明で２次冷却の対象とする鋳片は、図２に一例として示すような、取鍋７と、タンディッシュ９と、モールド１１と、ガイドロール帯１３（２次冷却あり）と、ガイドロール帯１５（２次冷却なし）と、サーモカメラ１７とを備えたスラブ連続鋳造機５において連続鋳造されるものであり、モールド１１の下部を出た鋳片は、ガイドロール帯１３において２次冷却される。
２次冷却された鋳片は、鋳片の幅方向にわたって均一に冷却されていない場合、鋳片に欠陥などが生じてしまうため、鋳片の幅方向において均一に２次冷却することが要求される。
<Slab>
The slab to be subjected to the secondary cooling in the present invention includes a ladle 7, a tundish 9, a mold 11, a guide roll band 13 (with secondary cooling), and a guide as shown as an example in FIG. The slab is continuously cast in a slab continuous casting machine 5 having a roll band 15 (without secondary cooling) and a thermo camera 17. Cooled.
If the slab that has been secondarily cooled is not uniformly cooled in the width direction of the slab, defects occur in the slab. Therefore, it is required to perform secondary cooling uniformly in the width direction of the slab. You.
＜２次冷却方法＞
本実施の形態１に係る２次冷却方法は、図１に示すように、鋳片１の幅方向に所定の間隔で配置した複数の二流体スプレーノズル３（３ａおよび３ｂ）から冷却水をミスト状にして鋳片１の表面に噴射し、鋳片１をその長手方向に送りながら冷却するものであって、二流体スプレーノズル３として、二流体スプレーノズル３直下における水量密度に対する水量密度比率が50%となる位置が前記鋳片の幅方向における前記冷却水の噴射範囲の両端から距離S(mm)であるものを用い、かつ隣り合う二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂから噴射される前記冷却水の噴射範囲のラップ代(mm)が1.6S以上2.4S以下の範囲となるようにするものである。
<Secondary cooling method>
In the secondary cooling method according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, cooling water is mist from a plurality of two-fluid spray nozzles 3 (3 a and 3 b) arranged at predetermined intervals in the width direction of slab 1. The slab 1 is sprayed onto the surface of the slab 1 and cooled while feeding the slab 1 in its longitudinal direction. As the two-fluid spray nozzle 3, the ratio of the water density to the water density just below the two-fluid spray nozzle 3 is as follows. The cooling water sprayed from the two-fluid spray nozzles 3a and 3b adjacent to each other is used by using a position where the position of 50% is a distance S (mm) from both ends of the spraying range of the cooling water in the width direction of the slab. Is set so that the lap allowance (mm) of the injection range is 1.6S or more and 2.4S or less.
図１は、二流体スプレーノズルから噴射された冷却水の噴射範囲および水量密度分布を模式的に図示したものであり、図１（ａ）には、二流体スプレーノズル３直下の水量密度に対する水量密度比率が50%となる前記噴射範囲の両端からの距離Sが示され、図１（ｂ）には、２つの二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂから噴射される冷却水の噴射範囲のラップ代が示されている。 FIG. 1 schematically shows an ejection range and a water amount density distribution of cooling water ejected from a two-fluid spray nozzle. FIG. 1A shows a water amount with respect to a water amount density immediately below a two-fluid spray nozzle 3. The distance S from both ends of the injection range where the density ratio becomes 50% is shown. FIG. 1B shows a lap margin of the injection range of the cooling water injected from the two two-fluid spray nozzles 3a and 3b. It is shown.
二流体スプレーノズル３から噴射された冷却水の噴射範囲の両端からの距離Sは、以下の方法により求めることができる。
まず、二流体スプレーノズル３から噴射された冷却水の鋳片の幅方向における水量密度分布を測定する。水量密度分布は、例えば特許文献１中の図４に示されているように、鋳片１の幅方向に多数分割された計量枡群の上方に二流体スプレーノズル３を配置し、二流体スプレーノズル３から噴射された冷却水を計量枡毎に計量することにより測定することができる。
The distance S from both ends of the injection range of the cooling water injected from the two-fluid spray nozzle 3 can be obtained by the following method.
First, a water density distribution in the width direction of the casting of the cooling water injected from the two-fluid spray nozzle 3 is measured. As shown in, for example, FIG. 4 in Patent Document 1, the water density distribution is such that a two-fluid spray nozzle 3 is arranged above a plurality of measuring tub groups divided in the width direction of a slab 1 and a two-fluid spray nozzle is provided. It can be measured by measuring the cooling water injected from the nozzle 3 for each measuring chamber.
図４に、冷却水の噴射範囲が1000mmの二流体スプレーノズル３単体から噴射された冷却水の水量密度分布の測定結果例を示す。
図４において、横軸は、二流体スプレーノズル３直下（ノズル直下）からの鋳片幅方向における距離、縦軸は、二流体スプレーノズル３直下における水量密度を基準とした水量密度比率である。
FIG. 4 shows a measurement result example of the water volume density distribution of the cooling water injected from the single two-fluid spray nozzle 3 having a cooling water injection range of 1000 mm.
In FIG. 4, the horizontal axis is the distance in the slab width direction from immediately below the two-fluid spray nozzle 3 (immediately below the nozzle), and the vertical axis is the water density ratio based on the water density just below the two-fluid spray nozzle 3.
図４に示す測定結果から、前記冷却水の噴射範囲の両端からの距離S(mm)が70mmの位置において、二流体スプレーノズル３直下の水量密度に対する水量密度比率が50%であることが分かる。
本実施の形態１では、このようにして、前記冷却水の噴射範囲の両端からの距離Sが求められた二流体スプレーノズル３を用い、隣り合う二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂから噴射される前記冷却水の噴射範囲のラップ代(mm)が1.6S以上2.4S以下の範囲となるようにする。
From the measurement results shown in FIG. 4, it can be seen that at a position where the distance S (mm) from both ends of the cooling water injection range is 70 mm, the water amount density ratio to the water amount density immediately below the two-fluid spray nozzle 3 is 50%. .
In the first embodiment, the two-fluid spray nozzle 3 whose distance S from the both ends of the spray range of the cooling water is obtained in this manner is used, and the two-fluid spray nozzles 3a and 3b ejected from the adjacent two-fluid spray nozzles 3b The lap allowance (mm) of the cooling water injection range is set to a range of 1.6S or more and 2.4S or less.
図５に、二流体スプレーノズル３直下における水量密度に対する水量密度比率が50%となる位置が冷却水の噴射範囲の両端から70mmである二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂを用い、二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂから噴射される冷却水の噴射範囲のラップ代を140mm(=2S)としたときの、冷却水の水量密度の測定結果例を示す。 FIG. 5 shows two-fluid spray nozzles 3a and 3b in which the position at which the water density ratio relative to the water density under the two-fluid spray nozzle 3 is 50% is 70 mm from both ends of the spray range of the cooling water. 5 shows an example of the measurement result of the water density of the cooling water when the lap allowance of the injection range of the cooling water injected from FIGS. 3 and 3b is 140 mm (= 2S).
図２に示すスラブ連続鋳造機５で連続鋳造される鋳片を２次冷却するためには、ガイドロール帯１３（図２参照）に設置した図３に示す２次冷却装置１９を用いて行うことができる。 The secondary cooling of the slab continuously cast by the slab continuous casting machine 5 shown in FIG. 2 is performed using the secondary cooling device 19 shown in FIG. 3 installed on the guide roll band 13 (see FIG. 2). be able to.
図３に示す２次冷却装置１９は、モールド１１（図２）の下部を出た鋳片１の幅方向に所定の間隔で配置した二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂと、鋳片１の幅に応じて二流体スプレーノズル３を移動させるスプレーノズル移動装置（図示なし）と、二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂそれぞれをあらかじめ求めた軌跡に沿って移動させるスプレーノズル案内手段２１ａおよび２１ｂを備えたものであり、鋳片１の幅に応じて二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂを移動させることで、鋳片１の表面との間の距離（以下、「スプレー高さ」という場合あり）を変更し、二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂから鋳片１の表面に噴射される冷却水の噴射範囲を変化させるものである。 The secondary cooling device 19 shown in FIG. 3 includes two fluid spray nozzles 3a and 3b arranged at predetermined intervals in the width direction of the slab 1 protruding from the lower part of the mold 11 (FIG. 2). A spray nozzle moving device (not shown) for moving the two-fluid spray nozzle 3 in response to the spray nozzles, and spray nozzle guide means 21a and 21b for moving the two-fluid spray nozzles 3a and 3b along a predetermined locus. Yes, by moving the two-fluid spray nozzles 3a and 3b in accordance with the width of the slab 1, the distance between the slab 1 and the surface of the slab 1 (hereinafter sometimes referred to as "spray height") is changed. The spray range of the cooling water sprayed from the fluid spray nozzles 3a and 3b to the surface of the slab 1 is changed.
図３に示すように、鋳片１よりも鋳片幅が大きい鋳片２３を２次冷却する場合、前記スプレーノズル移動装置により二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂをスプレーノズル案内手段２１ａおよび２１ｂに沿って移動させてスプレー高さを高くすることで（図３中における二流体スプレーノズル２５ａおよび２５ｂの位置）、冷却水の噴射範囲を広くすることができる。 As shown in FIG. 3, when the slab 23 having a slab width larger than the slab 1 is subjected to secondary cooling, the two-fluid spray nozzles 3a and 3b are moved along the spray nozzle guides 21a and 21b by the spray nozzle moving device. By raising the spray height by moving the spray nozzles (positions of the two-fluid spray nozzles 25a and 25b in FIG. 3), the spray range of the cooling water can be widened.
さらに、二流体スプレーノズル３ａと３ｂのスプレー高さを変更することにより、二流体スプレーノズル３ａによる冷却水の噴射範囲と二流体スプレーノズル３ｂによる冷却水の噴射範囲とのラップ代が1.6S以上2.4S以下の範囲となるように調整する。 Further, by changing the spray height of the two-fluid spray nozzles 3a and 3b, the lap allowance between the spray area of the cooling water by the two-fluid spray nozzle 3a and the spray area of the coolant by the two-fluid spray nozzle 3b is 1.6S or more. Adjust so that it is in the range of 2.4S or less.
＜ラップ代を1.6S以上2.4S以下とする理由＞
次に、本実施の形態１に係る２次冷却方法において、ラップ代を1.6S以上2.4S以下の範囲となるようにした理由について説明する。
<Reasons for setting the lap fee between 1.6S and 2.4S>
Next, the reason why the lap allowance is set in the range of 1.6S or more and 2.4S or less in the secondary cooling method according to the first embodiment will be described.
前述のとおり、複数の二流体スプレーノズルを配置して鋳片を２次冷却する場合において、たとえ各二流体スプレーノズルから噴射された冷却水の水量密度が鋳片の幅方向にわたって均一となるように配置したとしても、冷却水の噴射範囲の両端においては衝突圧が低いため鋳片の冷却能が低くなってしまい、鋳片を均一に冷却することができない。
そこで、発明者らは、２つの二流体スプレーノズルから噴射される冷却水の噴射範囲をラップさせたときの水量密度分布と衝突圧分布を考慮して伝熱解析を行い、鋳片の表面温度を均一とすることができる冷却水の噴射範囲のラップ代について検討した。
As described above, in the case of arranging a plurality of two-fluid spray nozzles and performing secondary cooling of the cast, the water density of the cooling water injected from each of the two-fluid spray nozzles is uniform over the width direction of the cast. However, even if the cooling water is disposed at both ends, the impact pressure is low at both ends of the cooling water injection range, so that the cooling ability of the slab is low, and the slab cannot be uniformly cooled.
Therefore, the inventors conducted a heat transfer analysis in consideration of the water density distribution and the collision pressure distribution when the injection range of the cooling water injected from the two two-fluid spray nozzles was wrapped, and determined the surface temperature of the slab. The lap amount of the cooling water injection range that can make the temperature uniform can be considered.
伝熱解析を行うに際し、まず、鋳片の幅方向における水量密度分布及び衝突圧分布について、二流体スプレーノズル３単体での測定（図４参照）、および２つの二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂから噴射される冷却水の噴射範囲をラップさせた状態での測定（図５参照）を予め行っておく。 In conducting the heat transfer analysis, first, the water amount density distribution and the collision pressure distribution in the width direction of the slab are measured with the two-fluid spray nozzle 3 alone (see FIG. 4), and from the two two-fluid spray nozzles 3a and 3b. The measurement (see FIG. 5) in a state where the injection range of the cooling water to be injected is wrapped is performed in advance.
水量密度分布は、前述のように、特許文献１に記載されている方法により測定した。
一方、衝突圧分布は、水量密度分布の測定に用いた計量枡群の個々の計量枡の開口面積と同等の受圧面積を持つ感圧センサ（半導体歪ゲージ式圧力センサなど）を設置して測定した。
The water density distribution was measured by the method described in Patent Document 1 as described above.
On the other hand, the collision pressure distribution is measured by installing a pressure-sensitive sensor (such as a semiconductor strain gauge type pressure sensor) that has a pressure receiving area equal to the opening area of each measuring cell of the measuring cell group used to measure the water density distribution. did.
次に、伝熱解析により、鋳片の長手方向（連続鋳造における引抜き方向）に直交する断面における２次元伝熱方程式を解いて、鋳片表面の温度分布を求める。
伝熱解析においては、例えば以下に示す公知の参考文献に記載の伝熱差分方程式の解法を用いて前記２次元伝熱方程式を解くことができる。
Next, by a heat transfer analysis, a two-dimensional heat transfer equation in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the slab (the drawing direction in continuous casting) is solved to determine the temperature distribution on the slab surface.
In the heat transfer analysis, for example, the two-dimensional heat transfer equation can be solved by using a method of solving a heat transfer difference equation described in a known reference shown below.
（参考文献）日本鉄鋼協会共同研究会熱経済技術部会加熱炉小委員会編：「連続鋼片加熱炉における伝熱実験と計算方法」、日本鉄鋼協会（１９７１）ｐｐ．６８−７４ (References) Japan Iron and Steel Institute Joint Research Group Thermo-Economic Technology Subcommittee Heating Furnace Subcommittee Edition: "Heat Transfer Experiment and Calculation Method in Continuous Slab Heating Furnace", Iron and Steel Institute of Japan (1971) pp. 68-74
さらに、伝熱解析においては鋳片表面における熱伝達係数（熱伝達率）を与える必要があり、例えば次式（非特許文献１中の（１）式）により与えることができる。
h=a1・P0.2673・W0.3738・10-0.0016・Ts
ここで、hは熱伝達係数(kcal/m2h℃)、a1は定数、Pは衝突圧(kgf/m2)、Wは水量密度(m3/m2s)、Tsは鋳片表面温度(℃)である。
Further, in the heat transfer analysis, it is necessary to give a heat transfer coefficient (heat transfer coefficient) on the slab surface, and for example, it can be given by the following equation (Equation (1) in Non-Patent Document 1).
h = a 1・ P 0.2673・ W 0.3738・ 10 -0.0016 ・ Ts
Where h is the heat transfer coefficient (kcal / m 2 h ° C), a 1 is a constant, P is the impact pressure (kgf / m 2 ), W is the water density (m 3 / m 2 s), and Ts is the slab Surface temperature (° C).
そして、冷却水の水量密度ならびに鋳片幅方向の水量密度分布を衝突圧の分布を考慮して補正し、伝熱解析により求められる鋳片の表面温度を実際の鋳片の表面温度と合致させる。その後、鋳片表面温度が均一となる最適なラップ代を求めていくと、ラップ代が1.6S以上2.4S以下の範囲内であれば、鋳片表面温度を均一に冷却できることを見出した。
なお、ここでいう鋳片表面温度の均一とは、鋳片の幅方向における表面温度偏差が110℃以下の状態を指す。
Then, the water amount density of the cooling water and the water amount density distribution in the slab width direction are corrected in consideration of the collision pressure distribution, and the surface temperature of the slab obtained by the heat transfer analysis is matched with the actual surface temperature of the slab. . Thereafter, when the optimum lap allowance at which the slab surface temperature was uniform was determined, it was found that the slab surface temperature could be uniformly cooled if the lap allowance was in the range of 1.6S or more and 2.4S or less.
Here, the uniformity of the slab surface temperature refers to a state where the surface temperature deviation in the width direction of the slab is 110 ° C. or less.
ここで、内部品質に関しては、幅方向の温度偏差は、幅方向の凝固厚みの偏差があることを意味し、幅方向の最終凝固位置（クレーターエンド）のばらつきがあると考えられる。そこで、内部品質の中でも中心偏析については、表面温度偏差を110℃以下まで小さくすることで、最終凝固部付近での局部的な偏析元素（P、Mn等）の濃化抑制効果があり、偏析筋欠陥の発生を防止できる。 Here, regarding the internal quality, the temperature deviation in the width direction means that there is a deviation in the solidification thickness in the width direction, and it is considered that there is a variation in the final solidification position (crater end) in the width direction. For central segregation among internal qualities, reducing the surface temperature deviation to 110 ° C or less has the effect of suppressing the local segregation of elements (P, Mn, etc.) near the final solidification zone. The generation of muscle defects can be prevented.
同様に、表面品質に関しては、表面温度の高い部分と低い部分が鋳込み方向に沿って縞状に分布することで、熱膨張量の差に応じた熱応力が鋳片表面にかかり、相対的に温度の低い部分は引っ張り場となる。このような環境で表面温度偏差が閾値（=110℃）を超えると上記に起因する鋳片の表面割れが生じだすため、鋳片表面幅方向の表面温度偏差をこのような閾値以下にすることで、表面割れの発生を防止できる。 Similarly, regarding the surface quality, the high and low surface temperature portions are distributed in a striped manner along the casting direction, so that a thermal stress according to the difference in the amount of thermal expansion is applied to the slab surface, and the surface temperature is relatively high. The part with low temperature becomes a pulling ground. If the surface temperature deviation exceeds the threshold value (= 110 ° C) in such an environment, the surface cracks of the slab will start due to the above, so the surface temperature deviation in the slab surface width direction should be below this threshold value. Thus, occurrence of surface cracks can be prevented.
このように、上記の伝熱解析に基づく検討結果から、本発明に係る２次冷却方法においては、隣り合う二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂから噴射される冷却水の噴射範囲のラップ代が1.6S以上2.4S以下の範囲となるように規定した。 As described above, from the examination results based on the above heat transfer analysis, in the secondary cooling method according to the present invention, the lap allowance of the injection range of the cooling water injected from the adjacent two-fluid spray nozzles 3a and 3b is 1.6S. It is specified to be in the range of 2.4S or less.
以上、本実施の形態１に係る連続鋳造における鋳片の２次冷却方法によれば、二流体スプレーノズルから噴射された冷却水の水量密度と衝突圧を考慮して規定したラップ代に基づいて隣り合う二流体スプレーノズルを配置し、該二流体スプレーノズルから鋳片表面に冷却水を噴射することにより、それぞれの噴射範囲がラップする領域における冷却能を低下せずに鋳片は冷却されるので、鋳片の幅方向における表面温度偏差を小さくし、ほぼ均一に冷却することができる。 As described above, according to the secondary cooling method of the slab in the continuous casting according to the first embodiment, based on the lap allowance defined in consideration of the water volume density of the cooling water injected from the two-fluid spray nozzle and the collision pressure. By arranging adjacent two-fluid spray nozzles and injecting cooling water from the two-fluid spray nozzle onto the slab surface, the slab is cooled without lowering the cooling capacity in the area where the respective injection ranges overlap. Therefore, the surface temperature deviation in the width direction of the slab can be reduced, and the slab can be cooled substantially uniformly.
なお、上記の説明は、２つの二流体スプレーノズル３ａおよび３ａを用いた場合のものであったが、３つ以上の二流体スプレーノズル３を配置して鋳片を２次冷却する場合においても、３つ以上の二流体スプレーノズル３のうち隣り合うもの同士について、冷却水の噴射範囲のラップ代を上記のように設定すればよい。 Although the above description has been made on the case where the two two-fluid spray nozzles 3a and 3a are used, the present invention is also applicable to the case where three or more two-fluid spray nozzles 3 are arranged and the slab is secondarily cooled. For the adjacent ones of the three or more two-fluid spray nozzles 3, the lap allowance of the cooling water injection range may be set as described above.
また、本発明に係る二流体スプレーノズルとしては、例えば、冷却水と空気の供給管、混合配管およびノズルチップを備えたミストノズル（非特許文献１中のp.1283参照）を用いることができるが、これに限定されるものではない。 Further, as the two-fluid spray nozzle according to the present invention, for example, a mist nozzle provided with a supply pipe for cooling water and air, a mixing pipe, and a nozzle tip (see p.1283 in Non-Patent Document 1) can be used. However, the present invention is not limited to this.
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る鋼の連続鋳造方法は、前述の本発明の実施の形態１に係る連続鋳造における鋳片の２次冷却方法を用いて鋼を連続鋳造するものである。
本実施の形態２に係る鋼の連続鋳造方法として、例えば、図２に示すスラブ連続鋳造機５により鋼を連続鋳造する場合、図３に示す２次冷却装置１９をスラブ連続鋳造機５のガイドロール帯１３に設置し、前述の実施の形態１に係る２次冷却方法に従って複数の二流体スプレーノズル３から噴射される冷却水の噴射範囲のラップ代を1.6S以上2.4以下となるように設置して鋳片１を２次冷却すればよい。
[Embodiment 2]
In the continuous casting method for steel according to the second embodiment of the present invention, steel is continuously cast using the above-described secondary cooling method of the slab in the continuous casting according to the first embodiment of the present invention.
As a continuous casting method of steel according to the second embodiment, for example, when steel is continuously cast by the slab continuous casting machine 5 shown in FIG. 2, the secondary cooling device 19 shown in FIG. Installed on the roll band 13 and installed so that the lap allowance of the injection range of the cooling water injected from the plurality of two-fluid spray nozzles 3 is 1.6S or more and 2.4 or less according to the secondary cooling method according to the first embodiment described above. Then, the slab 1 may be secondarily cooled.
前述のとおり、本実施の形態１に係る２次冷却方法によれば、鋳片の幅方向における表面温度偏差が110℃以下となるように均一冷却することができる。
したがって、本実施の形態に係る鋼の連続鋳造方法においては、実施の形態１に係る鋳片の２次冷却方法を適用して鋼を連続鋳造することにより、鋼の表面品質および内部品質を向上し、また、形状不良を防止して鋼を連続鋳造することができる。
As described above, according to the secondary cooling method according to the first embodiment, uniform cooling can be performed so that the surface temperature deviation in the width direction of the slab is 110 ° C. or less.
Therefore, in the continuous casting method for steel according to the present embodiment, the surface quality and the internal quality of the steel are improved by continuously casting the steel by applying the secondary cooling method for the slab according to the first embodiment. In addition, it is possible to continuously cast steel while preventing shape defects.
本発明の効果について確認するための実験を行ったので、以下、その結果について説明する。 An experiment was conducted to confirm the effects of the present invention, and the results will be described below.
本実施例では、図２に示すスラブ連続鋳造機５を用いて鋳造された鋳片を、図１（ｂ）に示すように、鋳片１の幅方向に所定の間隔で配置した２つの二流体スプレーノズル（３ａおよび３ｂ）からミスト状に噴射される冷却水の噴射範囲のラップ代を変更して２次冷却したときの鋳片表面温度を測定する実験を行った。 In the present embodiment, slabs cast by using the continuous slab casting machine 5 shown in FIG. 2 are separated into two slabs arranged at predetermined intervals in the width direction of the slab 1 as shown in FIG. An experiment was conducted to measure the surface temperature of the slab when secondary cooling was performed by changing the lap margin of the spray range of the cooling water sprayed from the fluid spray nozzles (3a and 3b) in the form of mist.
スラブ連続鋳造機５は、図２に示すように、取鍋７（ヒートサイズ350ton）、タンディッシュ９（容量80ton）、モールド１１（対応スラブサイズ250mm厚×700〜1700mm幅）、ガイドロール帯１３（２次冷却あり。長さ25m）、ガイドロール帯１５（２次冷却なし。長さ17m）、サーモカメラ１７を備え、２次冷却ありのガイドロール帯１３においては、図３に示す２次冷却装置が設置されているものとする。 As shown in FIG. 2, the slab continuous casting machine 5 includes a ladle 7 (heat size 350 ton), a tundish 9 (capacity 80 ton), a mold 11 (corresponding slab size 250 mm thick × 700 to 1700 mm width), a guide roll band 13. (With secondary cooling, length 25 m), guide roll band 15 (without secondary cooling, length 17 m), thermo camera 17, and guide roll band 13 with secondary cooling, as shown in FIG. It is assumed that a cooling device is installed.
２次冷却装置１９は、鋳片１の幅方向に配置された二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂと、鋳片１の幅に応じて二流体スプレーノズル３を移動するスプレーノズル移動装置（図示なし）を有し、該スプレーノズル移動装置は、あらかじめ求めた軌跡に沿って二流体スプレーノズル３を移動するスプレーノズル案内手段２１を備えている。 The secondary cooling device 19 includes two-fluid spray nozzles 3a and 3b arranged in the width direction of the slab 1 and a spray nozzle moving device (not shown) for moving the two-fluid spray nozzle 3 according to the width of the slab 1. The spray nozzle moving device is provided with a spray nozzle guiding means 21 for moving the two-fluid spray nozzle 3 along a previously determined trajectory.
実験では、鋳造条件の変更がその前後で発生しないタイミングで、二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂから冷却水を噴射して２次冷却した鋳片の表面温度をサーモカメラ１７（図２参照）により測定し、鋳片の幅方向における鋳片表面温度偏差により、鋳片幅方向における均一冷却度を評価した。
さらに、実験では、ラップ代を変更して２次冷却したとき鋳片の表面温度偏差を測定し、鋳片を均一に冷却することができるラップ代を調査した。
In the experiment, at the timing when the change of the casting condition does not occur before and after that, the surface temperature of the slab that has been secondarily cooled by injecting the cooling water from the two-fluid spray nozzles 3a and 3b is measured by the thermo camera 17 (see FIG. 2). The degree of uniform cooling in the slab width direction was evaluated based on the slab surface temperature deviation in the slab width direction.
Furthermore, in the experiment, the surface temperature deviation of the slab was measured when the lap margin was changed and the secondary cooling was performed, and the lap margin capable of uniformly cooling the slab was investigated.
なお、上記調査の条件で噴霧した二次冷却帯の範囲は、メニスカスから4.3m〜25.7mの範囲であり、この区間の二流体スプレーノズル１個あたりの噴霧水量は5.5〜29.9L/minであった。また、サーモカメラ１７はメニスカスから27.5mの位置にセットした。 In addition, the range of the secondary cooling zone sprayed under the conditions of the above investigation is a range of 4.3m to 25.7m from the meniscus, and the spray water amount per one two-fluid spray nozzle in this section is 5.5 to 29.9L / min. there were. The thermo camera 17 was set at a position 27.5 m from the meniscus.
表１に、本実施例におけるラップ代、距離Sおよび鋳片幅を示す。距離Sは、冷却水の水量密度分布の測定結果から求めた。 Table 1 shows the lap allowance, the distance S, and the slab width in this example. The distance S was obtained from the measurement result of the water density distribution of the cooling water.
表１において、本発明例１〜６は、ラップ代が1.6S以上2.4以下であり、いずれも本発明の範囲内である。一方、比較例１〜４は、冷却水の噴射範囲のラップ代が1.6S未満（比較例１、２および４）または2.4S超（比較例３）であり、いずれも本発明の範囲外である。 In Table 1, Examples 1 to 6 of the present invention have a lap allowance of 1.6S or more and 2.4 or less, which are all within the scope of the present invention. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, the lap allowance of the cooling water injection range was less than 1.6S (Comparative Examples 1, 2 and 4) or more than 2.4S (Comparative Example 3), and all of them were outside the scope of the present invention. is there.
前掲した表１に、各条件における鋳片表面温度偏差の測定結果を示す。
本発明例１〜６は、いずれも鋳片表面温度偏差が110℃以下であり、特に、本発明例４は、鋳片表面温度偏差が80℃以下であり、良好な結果となった。
これに対し、比較例１〜４は、いずれも鋳片表面温度偏差が115℃以上であった。
Table 1 shows the measurement results of the slab surface temperature deviation under each condition.
Inventive Examples 1 to 6 all had a slab surface temperature deviation of 110 ° C. or less, and in particular, Inventive Example 4 had a slab surface temperature deviation of 80 ° C. or less, with good results.
In contrast, Comparative Examples 1 to 4 all had a slab surface temperature deviation of 115 ° C. or more.
図６および図７に、同一鋳造条件（鋳片幅一定）においてラップ代を変更したときの鋳片の表面温度分布の測定結果を示す。
図６は、鋳片幅が1600mmの場合であり、（ａ）はラップ代を315mm（＝1.97S）とした本発明例２、（ｂ）はラップ代を140mm（＝1.17S）とした比較例１の結果である。
図７は、鋳片幅が1450mmの場合であり、（ａ）はラップ代を277mm（＝1.97S）とした本発明例３、（ｂ）はラップ代を115mm（=1.22S）とした比較例２の結果である。
また、図６および図７ともに、横軸は、鋳片の幅方向中心からの位置、縦軸は、鋳片表面温度の測定値である。また、図中に記すノズル位置とは、鋳片幅方向位置における二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂの設置位置であり、ラップ範囲とは、鋳片幅方向位置において冷却水の噴射範囲がラップしている位置である。
6 and 7 show the measurement results of the surface temperature distribution of the slab when the lap margin is changed under the same casting conditions (the slab width is constant).
FIG. 6 shows a case where the slab width is 1600 mm. FIG. 6A shows an example 2 of the present invention in which the lap allowance is 315 mm (= 1.97 S), and FIG. It is the result of Example 1.
FIG. 7 shows a case where the slab width is 1450 mm. FIG. 7 (a) is Example 3 of the present invention in which the wrap margin is 277 mm (= 1.97 S), and FIG. 7 (b) is a comparison in which the lap margin is 115 mm (= 1.22 S). It is the result of Example 2.
6 and 7, the horizontal axis represents the position from the center of the slab in the width direction, and the vertical axis represents the measured value of the slab surface temperature. Further, the nozzle position shown in the figure is the installation position of the two-fluid spray nozzles 3a and 3b at the slab width direction position, and the wrap range is the cooling water injection range wrapped at the slab width direction position. Position.
図６および図７において、鋳片表面温度は、二流体スプレーノズル３直下において極小値であり、噴射範囲がラップしている領域において極大値となる傾向を示しているものの、二流体スプレーノズル３ａおよび３ｂから噴射させる冷却水の噴射範囲のラップ代を本発明の範囲内（1.6S以上2.4S以下）とすることで、鋳片幅によらず、噴射範囲がラップする領域における鋳片表面温度が低下し、鋳片の幅方向における表面温度偏差が小さくなって均一に冷却されていることが分かる。 6 and 7, the slab surface temperature has a minimum value immediately below the two-fluid spray nozzle 3 and a maximum value in a region where the injection range overlaps, but the two-fluid spray nozzle 3a And 3b, the lap allowance of the injection range of the cooling water is set within the range of the present invention (1.6S or more and 2.4S or less), so that the slab surface temperature in the area where the injection range overlaps regardless of the slab width. It can be seen that the surface temperature deviation in the width direction of the slab is reduced and the slab is uniformly cooled.
以上より、本発明に係る連続鋳造における鋳片の２次冷却方法によれば、鋳片幅方向の表面温度偏差が小さくなり、より均一に幅方向の冷却が達成されることが確認され、これにより、鋼の表面品質および内部品質を向上し、また、形状不良を防止して鋼を連続鋳造できることが示された。 From the above, according to the method for secondary cooling of a slab in continuous casting according to the present invention, the surface temperature deviation in the slab width direction was reduced, and it was confirmed that cooling in the width direction was more uniformly achieved. Thus, it was shown that the steel can be continuously cast while improving the surface quality and internal quality of the steel and preventing shape defects.
１ 鋳片
３、３ａ、３ｂ 二流体スプレーノズル
５ スラブ連続鋳造機
７ 取鍋
９ タンディッシュ
１１ モールド
１３ ガイドロール帯（２次冷却あり）
１５ ガイドロール帯（２次冷却なし）
１７ サーモカメラ
１９ ２次冷却装置
２１ スプレーノズル案内手段
２３ 鋳片
２５ａ、２５ｂ 二流体スプレーノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cast piece 3, 3a, 3b Two-fluid spray nozzle 5 Continuous slab casting machine 7 Ladle 9 Tundish 11 Mold 13 Guide roll band (with secondary cooling)
15 Guide roll band (without secondary cooling)
17 Thermo camera 19 Secondary cooling device 21 Spray nozzle guide means 23 Slabs 25a, 25b Two-fluid spray nozzle
Claims (3)
前記二流体スプレーノズルとして、該二流体スプレーノズル直下の水量密度に対する比率が50%となる位置が、前記鋳片の幅方向における前記冷却水の噴射範囲の両端から距離Sであるものを用い、かつ隣り合う前記二流体スプレーノズルから噴射される前記冷却水の噴射範囲のラップ代が1.6S以上2.4S以下の範囲とし、
鋳片の幅方向における表面温度偏差が、110℃以下になるようにしたことを特徴とする連続鋳造における鋳片の２次冷却方法。 A secondary cooling method of a slab in continuous casting in which cooling water is sprayed in a mist form from a plurality of two-fluid spray nozzles arranged at predetermined intervals in a width direction of the slab to cool the slab,
As the two-fluid spray nozzle, a position at which the ratio to the water amount density immediately below the two-fluid spray nozzle is 50% is a distance S from both ends of the cooling water injection range in the width direction of the slab, And the lap margin of the injection range of the cooling water injected from the adjacent two-fluid spray nozzle is 1.6S or more and 2.4S or less ,
A secondary cooling method for a slab in continuous casting , wherein a surface temperature deviation in a width direction of the slab is set to 110 ° C. or less .
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