JPS606737B2 - 連続鋳造における２次冷却水制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は鋼等の連続鋳造における２次冷却帯の各ゾー
ンの冷却水量を制御する方法に関するものである。

周知のように鋼の連続鋳造機においては、鋳型から引出
されたスラブ等の銭片をさらに冷却するための２次冷却
帯を複数のゾーンに分割し、各ゾーンごとに冷却水量を
制御することが行なわれている。

ところで上述のような２次冷却帯の各ゾ−ンにおける冷
却水量の制御方法としては、基準の鋳造速度における各
ゾーンの最適の２次冷却水量（基準冷却水量）を予め設
定しておき、鋳造速度の変化に比例して各ゾーンの冷却
水量を増減させる鋳造速度比例制御方式が広く採用され
ている。この方式は制御システムが極めて簡単であるた
め保守点検が容易で故障も少なくかつコスト的にも有利
となる等の利点を有する。しかしながらこの制御方式は
定常操業時には特に支障はないものの、非定常操業時例
えばタンディッシュから鋳型への溶鋼供給ノズルの交換
のための鏡込停止後の鏡込再開時などにおいては鏡片が
過冷却され、そのため特に高級鋼においては表面欠陥を
生じ易い問題があった。そこで従来から、前述のような
鋳造速度比例制御方式を基本とし、鏡片の表面温度を測
定してその温度測定値に基づいて２次冷却水量を補正し
、これによって過冷却等の事態が生じないようにした制
御方式も開発されている。

しかしながらこの制御方式ではチャンバー内での表面温
度計の保守管理が極めて面倒であって温度計の誤動作や
故障が生じ易く、そのため信頼性に欠ける問題があり、
また温度測定位置や測定点の数によっては実際に銭片の
表面温度が安定するまでに相当の時間を要することもあ
り、そのため銭片表面温度プロフイ−ルを充分に満足で
きる程度まで安定させることは可成困難であった。さら
に、従来から電算機を用いて伝熱計算をオンラインで常
に行ない、それに基づいて最適冷却水量を設定する方法
も知られているが、この方法では設備コストが極めて高
くなる問題がある。

この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、可及的
に単純かつ低コストのシステムによって、夕ンディッシ
ュノズル交換のための鏡込停止時などの非定常操業時に
おいても鏡片の過冷却を生じることなく、銭片表面温度
を安定に保持し得る２次冷却水制御方法を提供すること
を目的とするものである。すなわちこの発明の２次冷却
水制御方法は、２次冷却帯のあるゾーン（冷却水量制御
対象となるゾ−ン）における銭片の表面温度を一定に保
つために最適な冷却水量が、そのゾーンにおける凝固シ
ェルの厚みと密接に関連しており、しかもそのゾーンに
おける凝固シェルの厚みが、その部分が鋳型内の湯面に
位置していた時刻（すなわち溶傷注入時刻）からの経過
時間に実質的に依存することに着目してなされたもので
あり、各ゾーンにおける時々刻々の冷却水量がそのゾー
ンのその時刻における凝固シェル厚みに応じた量となる
ように」前記経過時間を主な補正用用パラメータとして
前述の鋳造速度比例制御方式による冷却水量を補正する
ようにしたものである。

具体的には、この発明の２次冷却水制御方法は、２次冷
却帯の各ゾーンの各時刻における冷却水量Ｗを「その時
刻における鋳造速度ｖと、その時刻における鋳造速度ｖ
にて定速度で鋳造されたと仮定した場合において鏡片が
湯面から制御対象ゾーンに至るまでの経過時間らと「そ
の時刻において制御対象ゾーンに位置する銭片の実際の
漆鋼注入時刻からの経過時間すなわち鋳型内の傷面位置
からそのゾーンに到達するまでに実際に要した時間ｔ２
とを変数として次の‘１｝式に従って制御することを特
徴とするものである。Ｗ＝Ｗｄ−ヱ‐（号）ｍ…………
ｍ Ｖｄ 但し、ｖｄは基準となる鋳造速度、Ｗｄは基準鋳造速度
における各ゾーンの基準冷却水量、ｍは機種および冷却
ゾーンの位置によって定まる値であり「一般には０．５
〜２．５の範囲内の値である。

以下この発明の制御方法につき詳細に説明する。先ず前
記（１｝式を導出するための前提となる着想について説
明すると、一般に連続鋳造機においては鋳型内の傷面位
置と２次冷却帯の各ゾーンとの間には相当の距離があり
、特に後段のゾーンではその傾向が著しく、そのためあ
る時刻（制御時刻）においてあるゾーン（制御対象ゾー
ン）に位置している錆片は、溶湯注入時刻から既に相当
の時間が経過していることになる。

したがってその時刻以前に鋳造速度が変化していた場合
には、その時刻においてあるゾーンに位置している部分
が溶傷注入時刻から経過した時間は、その時刻にお０け
る鋳造速度で定速で鋳造されていた場合の鋳型内湯面か
らそのゾーンまでの所要時間と異なることになり、特に
銭込停止期間がその時刻の直前にあった場合には実際の
経過時間は、前述のような定速鋳造時の所要時間よりも
相当に長い時間となる。そしてこのように溶湯注入時刻
からあるゾーンに至るまでの経過時間が異なれば、それ
に伴ってそのゾーンにおける錆片の凝固シェル厚みが異
なることになる。一方、あるゾーンにおける凝固シェル
厚みが異なれば、凝固シェル内の熱伝導状態も異なり、
そのため銭片表面温度を一定に保つためには凝固シェル
厚みに応じて銭片表面の熱伝達率を変えてやらなければ
ならない。

この熱伝達率は冷却水量に依存して変化するから、結局
、凝固シェル厚みに応じて冷却水量を制御することによ
って銭片表面温度を一定に保つことが可能となる。とこ
ろで前述のようにあるゾーンにおける凝固シェル厚みは
凝固時間、すなわち溶湯注入時刻からの経過時間に実質
的に依存するから、この経過時間に応じて冷却水量を制
御することによる鏡片表面温度を一定に保つことが可能
となるのである。次に上述のような着想に基づいて前記
｛１）式の導出過程についてさらに具体的に説明する。

連続鋳造における銭片の凝固シェルの厚みＳは、凝固時
間ｔに対してほぼ次の■の関係式が成立する。

Ｓ＝Ｋゾｔ ………【２｝ここでＫ
は勺本来は鋳造速度および２次冷却水量によって変化す
る値であるが「鋳造速度および２次冷却水量の変動によ
るＫの値変化はかなり小さく、したがって非定常操業を
一部含んだ程度の操業状態ではＫは定数とみて差し支え
ない。

ところで連続鋳造機の２次冷却帯は通常は複数の冷却ゾ
ーンに分割されており、この発明の方法ではその各ゾー
ン毎に個別に冷却水量を制御する。したがってここでは
ある任意のゾーンについて考えることにする。そのゾー
ンに位置する鏡片の漆鋼注入時刻からの実際の経過時間
「すなわち鋳型内の傷面からそのゾーンに到達するまで
の実際の経過時間をらとし、制御時刻におけるそのゾー
ンの綾片の凝固シェル厚みをＳ２とし、さらにその制御
時刻における鋳造速度ｖにて定速度で鋳造されていると
仮定した場合における傷面からそのゾーンに到るまでの
所要時間をｔ，とし、またその場合におけるそのゾーン
における凝固シェル厚みをＳ，とすれば「前記■式から
次の糊式が成立する。き＝を・‐・・‐・…‘３ｌ ここである冷却ゾーンにおける凝固シェル内の熱伝導状
態について第１図を参照して考察する。

第１図においてＩＡは凝固シェルの外面すなわち銭片の
表面位置を示し、ＩＢは凝固シェルの厚みがＳ２である
場合の凝固シェル内面位置を示し、ＩＢは凝固シェルの
厚みがＳ，である場合の凝固シェル内面位置を示す。近
似的に定常熱伝導状態を想定し、熱伝導率の温度依存性
を無視して考えると、凝固シェル内面ＩＢ，ＩＢの温度
は溶鋼の凝固温度ｏｏであるから、凝固シェル外面ＩＡ
の温度を凝固シェルの厚みＳ，，Ｓ２の如何にかかわら
ず一定温度８ｓとするためには、凝固シェルの内面ＩＢ
，ＩＢと外面ＩＡとの温度差△０が一定でなければなら
ないから、シェル厚みがＳ，の場合の凝固シェル内面１
８から外面ＩＡまでの熱流東をｑ，、シェル厚みがＳ２
の場合の凝固シェル内面ＩＢから外面ＩＡまでの熱流東
をｑ２とすれば、次の｛４｝式が成立しなければならな
い。ｑ２ Ｓ， ｑ，＝ｓ鼠．・・．・・・●側 このような熱流東ｑ，，ｑ２によって銭片表面にもたら
される熱量は冷却水によって銭片表面から奪い去される
のであるが、ここで銭片表面の温度を一定に保つために
は、銭片表面の境界層の温度差、すなわち銭片表面温度
と冷却水温度との差は一定でなければならないから、ｑ
，，ｑ２に対応する銭片表面境界層の熱伝達率をＱ，，
Ｑ２とすれば、次の■式が成立しなければならない。

９２−９２…，．．．・・‘５｝ ｑ・ Ｑ・ ｛４｝式および｛５｝式から、 Ｓ，Ｑ２ 一−−−………｛６’ Ｓ２一Ｑ， が成立しなければならず、さらに■式および筋式から「
虫＝傷‐…・‐．・‘７）ＣＩＩ が成立しなければならない。

一方、連続鋳造機の２次冷却帯の各ゾーンの冷却水量Ｗ
と銭片表面の境界層における熱伝達率Ｑとの間には、近
似式に次の｛８｝式が成立することが知られている。

Ｑ戊Ｗｎ ………｛８〕
ここでｎ‘ま機種および冷却ゾーン毎に定まる定数であ
り、一般に０．２〜ｉ．０の範囲内の値である。

この【８ー式から、前記熱伝達率Ｑ，，Ｑ２ の比は、
次の｛９）式で示すように冷却水量Ｗ，，Ｗ２および定
数ｎによって表わせる。凶＝（帯）ｎ‐・肌棚 Ｃヱ・ ここでＷ，はある制御時刻における鋳造速度ｖにて定速
度で湯面から制御対象ゾーンまで銭片が到達したと仮定
した場合に銭片表面温度を一定温度８Ｓに保つために必
要な冷却水量を意味し、またＷ２はその制御時刻におい
て実際に必要な冷却水量を意味する。

｛７｝式および（９１式から、（号）麦＝珠・・…・・
・（１０）したがって Ｗ．Ｗ２‐（号）−寿側…‐血 とならなければならない。

一方、定速度ｖで鋳造している場合に銭片表面温度を一
定温度８ｓに保つために必要な冷却水量Ｗ，は、従来の
知見から基準鋳造度ｖｄおよびその基準鋳造速度ｖｄに
おける基準冷却水量Ｗｄに対し近似的に次の（１２）式
が成立する。Ｗ，＝Ｗｄ．ヱ」………”（１２） Ｖｄ したがって〈１１），（１２〉式から、ま＝ｍと置いて
整理すれば次の（１３）式が得られる。

Ｗ２＝Ｗｄ−ヱ‐（号）心………”（１３）Ｖｄ但しｍ
は機種およびゾーン毎に定まる定数で０．５〜２．朝華
度の値である。

上記（１３）式は前述の導出過程から明らかなように、
あるゾーンの銭片表面温度を鋳造速度の変化にかかわら
ず常に一定温度８ｓに保つための条件から導出されたも
のであり「したがって（１３）式のＷ２をＷに書き換え
た前記【１ー式にしたがって冷却水量Ｗを制御すれば、
銭片表面温度を常に一定に保つことができる。

換言すれば、基準鋳造速度ｖｄ、およびその基準鋳造速
度における各ゾーンの最適冷却水量Ｗｄを予め設定して
おき、かつ機種およびゾーン毎にｍの値を選択しておけ
ば、ある時刻における鋳造速度ｖと前述の各時間ｔ，？
らとに応じて表面温度を一定に保つための冷却水量が定
まるのである。なお、時庵郡，，らさまへ鋳型の傷面位
置からゾーンまでの距離、その時刻における鋳造速度「
およびその時刻以前における鋳造速度の変化状態によっ
て容易に算出することが可能である。なおまた、前記‘
１｝式にしたがって冷却水量を実際に制御するに当って
はｔ支持ロールの過熱防止等のため〜冷却水量に上限値
や下限値を設けておくのは任意である。次にこの発明の
制御方法を実際の連続鋳造操業に適用した実施例を示す
。

実施例 連続鋳造機としては第２図に示すように湾曲型のものを
用いた。

またその鋳型２から矯正点３までの湾曲半径Ｒは１０．
５仇であり「 ２次冷却帯亀は、９個のゾーン４１７４
２，…，４９に分割されている。このような連続鋳造機
において２次冷却帯の各ゾーンの冷却水量を前記｛１｝
式にしたがって制御しつつ、断面寸法２０仇奴×１２１
５肋のスラブを連続鋳造した。なお定常銭込速度（基準
鋳造速度ｖｄ）は１．８ｍ／ｍｉｎとし「基準２次冷却
水量（各ゾーンの平均値）は２．２そノｓにｅｌ ｋ９
とした。第３図に示すように時刻Ｔ＾からＴＢまで４分
間錆込停止した前後の矯正点３における銭片表面温度推
移を第４図の実線で示す。比較例 前記実施例と同様な条件にて、２次冷却水量を鋳造速度
に比例して制御させつつ連続鋳造を行った。

その場合の鏡込停止期間ＴＡ−ＴＢの前後の矯正点３に
おける鉾片表面温度推移を第４図の破線で示す。第４図
の破線で示されるように従来の鋳造速度比例方式では、
銭込停止期間ＴＡ−Ｔ８を経過した後に次第に鏡片表面
温度が低下し、定常時の銭片表面温度（８００ｑｏ）よ
りもほぼ２００ｑｏ低下して過冷却が生じている。

これに対しこの発明の制御方式に従った場合（第４図実
線）には「そのような過冷却が生じることなく、ほぼ安
定した銭片表面温度が保持されることが明らかである。
なお、比較例の鋳造速度比例方式の場合には銭込停止期
間ＴＡ一ＴＢ経過後に銭込を再開して基準鋳造速度に戻
ると同時に２次冷却水量も基準冷却水量へ復帰するのに
対し、実施例では銭込停止期間Ｔ＾−ＴＢ経過後に２次
冷却水量は基準冷却水量へただちに復帰せずに前記ｍ式
にしたがって次第に増量され「銭込停止による凝固シェ
ルの厚み増加の影響が皆無となった時点ではじめて基準
冷却水量に戻るのであり〜そのため前述の実施例と比較
例との間において銭込停止期間経過後の銭片表面温度に
顕著な差が生じているのである。以上の説明で明らかな
ようにこの発明の２次冷却水制御方法によれば、タンデ
ィッシュノズル交換などのための銭込停止時など、非定
常操業時においても鏡片の過冷却を引起すことなく、鏡
片温度を常に安定してほぼ一定温度に保持することがで
きトまた制御のためのシステムとしても表面温度計など
の信頼性「保全性に欠ける装置を必要とせず〜かつ複雑
な伝熱計算を必要とせずに簡単な計算で最適冷却水量を
算出することができ、したがってコスト的にも安価でし
かも信頼性も高くなる等ｔ各種の効果が得られるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第亀図はこの発明の制御方法に用いられる数式の導出過
程を説明するため、凝固シェル内の温度分布と熱伝導状
態を表わす模式的な略図ら第２図はこの発明の実施例に
使用される連続鋳造機の略解図、第３図は実施例および
比較例における鋳造速度推移を示すグラフ、第４図は実
施例および比較例による銭片表面温度の推移を表わすグ
ラフである。 ４……２次冷却帯、４１， ４２，・・・，４９…・・
・ゾーン。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続鋳造機の２次冷却帯の各ゾーンにおける各時刻
   の冷却水量を、次の（１）式にしたがって制御すること
   を特徴とする連続鋳造における２次冷却水制御方法。 Ｗ＝Ｗｄ・ｖ／（ｖｄ）・（（ｔ＿１）／（ｔ＿２））
   ＾ｍ……（１）但し、ｖｄ：基準鋳造速度、Ｗｄ：基準
   鋳造速度における基準冷却水 量、 ｖ：その時刻における鋳造速度、 ｔ＿１：その時刻における鋳造速度にて定速で鋳造され
   たと仮定した場合において鋳片が鋳型内湯面位置から制
   御対象ゾーンに到達するまでに要する時間、 ｔ＿２：その時刻において制御対象ゾーンに位置する鋳
   片が鋳型内の湯面位置からそのゾーンに到達するまでに
   実際に要した時間、ｍ：機種およびゾーン毎に定まる０
   ．５〜２．５の範囲内の定数。