KR102426994B1 - 연속 주조의 이차 냉각 장치 및 이차 냉각 방법 - Google Patents

Abstract

주조 방향으로 보내지는 주조편의 주조편 표면에 냉각수를 분사하여 냉각시키는, 연속 주조의 이차 냉각 장치이며, 상기 주조 방향에 따른 상하 방향으로 나란히 배치된 복수의 롤과, 상기 복수의 롤 사이에서 상기 주조편 표면에 상기 냉각수를 분사하는 분사 노즐을 구비하고, 상기 분사 노즐이, 상기 분사 노즐의 냉각수 분사 축선이, 상기 주조편 표면에 있어서의 상기 냉각수의 분사 범위의 장축 방향에 대하여 경사지고, 상기 분사 범위의 장축이, 상기 분사 노즐로부터 상기 주조편 표면에 대해 수선인 축선 주위에 상방으로 회전하고, 상기 분사 범위의 중심이, 상기 분사 노즐의 상방에 있는 상기 롤 및 상기 주조편 표면간의 접촉 위치와, 하방에 있는 상기 롤 및 상기 주조편 표면간의 접촉 위치와의 중간 위치보다도, 상방에 위치한다.

Description

연속 주조의 이차 냉각 장치 및 이차 냉각 방법

본 발명은, 연속 주조의 이차 냉각 장치 및 이차 냉각 방법에 관한 것이다.

종래 연속 주조의 이차 냉각 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 3 참조).

특허문헌 1의 이차 냉각 방법에서는, 도 9에 나타내는 바와 같은 냉각 메커니즘으로 주조편이 냉각된다. 도 9에는, 연속 주조의 이차 냉각 장치의 일부를 나타내는 모식도(A), 주조 거리와 수량 밀도의 관계를 나타내는 그래프(B), 및 주조 거리와 주조편 표면 온도의 관계를 나타내는 그래프(C)가 나타나 있다.

특허문헌 1에 있어서의 연속 주조의 이차 냉각 장치는, 도 9의 (A)에 나타내는 바와 같이, 상하 방향으로 나란히 배치된 복수의 롤(2a, 2b)과, 이들 롤(2a, 2b)간에서 주조편(4)의 주조편 표면(41)에 냉각수(W)를 분사하는 분사 노즐(9)을 구비하고 있다.

도 9의 (A)에 나타내는 바와 같이, 분사 노즐(9)은, 노즐 헤드(31)로부터 분사되는 냉각수(W)의 중심축인 냉각수 분사 축선(J1)이 수평면(연직 방향에 직각인 평면) P와 평행해지도록 마련되어 있다. 또한, 분사 노즐(9)은, 주조편 표면(41)과 냉각수 분사 축선(J1)의 교차 위치 Q9가, 접촉 위치(42) 및 접촉 위치(43)의 중간 위치(44)와 일치하도록 마련되어 있다. 여기서, 접촉 위치(42)는 분사 노즐(9)의 상방에 있는 롤(2a)과 주조편 표면(41) 사이의 접촉 위치이며, 또한 접촉 위치(43)는 분사 노즐(9)의 하방에 있는 롤(2b)과 주조편 표면(41) 사이의 접촉 위치이다.

이와 같은 구성에 의해, 냉각수(W)는, 주조편 표면(41) 상에 있어서 중간 위치(44)를 상하 방향의 중심으로 한 가로로 긴 타원 형상의 분사 범위(45)에 분사된다.

냉각수(W)가 분사 범위(45)에 분사되면, 주조편 표면(41)에 있어서의 수량 밀도는, 도 9의 (B)의 파선으로 나타내는 바와 같이, 중간 위치(44)에서 수량 밀도가 최대가 된다. 또한, 분사 범위(45)에 분사된 냉각수(W)는, 중력의 영향을 받아서 하방으로 흐르고, 주조편 표면(41)에 있어서의 분사 범위(45)보다도 하측의 부분과 하방의 롤(2b)의 외주면과의 사이에, 떨어지는 물 W1로서 고인다.

주조편(4)의 냉각 시에는, 주조편 표면(41) 상의 소정 위치가 하방으로 이동하고, 최초에 접촉하는 롤(2a)과의 접촉 위치(42)에 근접하면, 도 9의 (C)의 파선으로 나타내는 바와 같이, 주조편 표면(41)의 온도는, 롤(2a)과의 접촉에 의한 롤 냉각에 의해 내려가기 시작하여, 접촉 위치(42)로부터 하방을 향해 소정 거리 이상 이격될 때까지 계속 내려간다.

그 후, 주조편 표면(41) 상의 상기 소정 위치가 냉각수(W)의 분사 범위(45) 내에 들어갈 때까지, 주조편 표면(41)의 온도는, 복열(이하, 분사 범위와 그의 상방에 있는 롤(2a) 사이에서의 복열을 「제1 복열」이라 함)에 의해 상승하고, 분사 범위(45) 내에 들어가면, 거기를 통과할 때까지 스프레이 냉각에 의해 계속 내려간다.

그리고, 주조편 표면(41) 상의 상기 소정 위치가 분사 범위(45)를 통과하면, 주조편 표면(41)의 온도는, 2번째로 접촉하는 롤(2b)과의 접촉 위치(43)에 근접할 때까지, 복열(이하, 분사 범위(45)와 그 하방에 있는 롤(2b) 사이에서의 복열을 「제2 복열」이라 함)에 의해 상승하고, 접촉 위치(43)에 근접하면, 당해 접촉 위치(43)로부터 소정 거리 이상 이격될 때까지, 롤(2b)과의 접촉에 의한 롤 냉각에 의해 계속 내려간다.

그 후, 상술한 제1 복열, 스프레이 냉각, 제2 복열, 롤 냉각의 사이클이 주조편 표면(41)에 대하여 반복됨으로써, 주조편(4) 전체가 냉각되어 온도가 점차 내려간다.

특허문헌 1에서는, 상술한 바와 같은 이차 냉각 장치를 사용하여, 냉각수를 일반적인 수압보다도 높은 수압으로 주조편 표면에 분사함으로써, 주조편 냉각능의 강화와 벌징량의 저감을 도모하고 있다.

특허문헌 2에서는, 분사 노즐의 분사 방향의 중심 축선을, 분사 노즐의 중심 축선에 대하여 경사시키고, 또한 분사 노즐의 분사 방향을 주조편의 면 내 방향으로 회전시켜, 냉각수가 연속 주조의 상류측에서 하류측을 향해 분사되도록, 냉각수의, 주조편에의 분사면의 장축 방향을 기울이는, 연속 주조의 이차 냉각 방법을 개시하고 있다.

이 특허문헌 2의 이차 냉각 장치에서는, 도 10의 A 및 도 10의 B에 나타내는 바와 같이, 냉각수 분사 축선(J1)을 주조편 표면의 수선에 대하여 회전시켜, 주조 방향 DC(주조편의 이동 방향)의 상류측으로 경사지게 한 다음, 분사 범위(45)를 비스듬한 하방으로 기울이고 있다. 또한, 도 10의 A 및 도 10의 B에 있어서 도 9와 대응하는 요소에는, 동일한 부호를 붙이고 있다.

구체적으로는, 도 10의 A의 시선에 있어서, 먼저 냉각수 분사 축선(J1)을 상기 수선에 대하여 주조편(4)의 측방향으로 경사 각도 α로 경사지게 한다. 이 때, 분사 범위(45-1)의 중심(450-1)이 분사 범위(45-2)의 중심(450-2)으로 이동한다. 계속해서, 도 10의 B에 나타내는 바와 같이, 분사 범위(45-1)의 장축(LB-1)이 비스듬한 하방을 향하도록, 냉각수 분사 축선(J1)을 회전 각도 β로 회전시킨다. 그 결과, 분사 범위(45-1)의 장축(LB-1)이 부호 LB-3의 위치로 이동하고, 분사 범위가 부호 45-2로부터 부호 45-3의 위치로 이동한다. 그러나, 회전 각도 β가 크면, 부호 45-3으로 나타내는 냉각 범위의 비스듬한 하방 부분이 하측의 롤에 의해 차단된다. 그 때문에, 특허문헌 2에서는, 냉각수 분사 축선(J1)을 또한 경사 각도 γ분, 주조편의 이동 방향과는 역방향으로 경사지게 하고 있다. 그 결과, 장축(LB-3)이 부호 LB-4의 위치로 이동하고, 분사 범위가 부호 45-3으로부터 부호 45-4의 위치로 이동한다.

이와 같이 하여, 냉각수 분사 축선(J1)을 도 10의 B의 시선에 있어서 주조편 표면 상의 비스듬한 하측으로 경사지게 하고, 그 결과로서 분사 범위(45-4)의 중심(450-4)을 원래 상태(부호 450-1)보다도 비스듬한 하측으로 경사지게 한다. 이와 같은 구성에 의해, 냉각수를, 회전 각도 β를 크게 해도 하측의 롤에 의해 차단되지 않고, 떨어지는 물 W1을 퍼내는 우측 아래로 분사할 수 있다(도 10의 B에서는, 냉각수는 지면 우측 아래를 향해 분사되고 있음). 그 결과, 떨어지는 물 W1이, 주조편의 폭 방향의 측방을 향해 배출되어, 주조편의 폭 방향의 냉각 불균일을 저감시킬 수 있다.

특허문헌 3에는, 그의 도 2에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 나란히 배치된 복수의 롤 사이의 분사 노즐 본체를 수평면에 대하여 상방으로 경사지게 하여, 비스듬한 상방을 향해 냉각수를 분사하는 것이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 2003-285147호 공보 일본 특허 제5741874호 공보 일본 특허 공개 2018-1208호 공보

그런데, 연속 주조에서는 주조편의 품질과 함께 생산성의 향상이 요망되고 있으며, 그를 위한 하나의 방책으로서, 스프레이 냉각 시에 있어서의 냉각수와 주조편 표면의 열전달 계수를 크게 하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 냉각수를 고압으로 주조편 표면에 분사하면, 단위 시간당 주조편 표면에 접촉하는 냉각수량이 증가하므로, 열전달 계수가 커지고, 생산성도 향상된다고 생각된다.

그러나, 특허문헌 1의 방법에서는, 펌프의 증설이나 고압 대응형의 배관 등의 새로운 설비가 필요해져, 비용이 상승해버린다.

특허문헌 2의 방법에서는, 냉각수가 연속 주조의 상류측으로부터 하류측을 항해 분사됨으로써, 주조편의 냉각 불균일을 저감시키는 것을 목적으로 하는 것이며, 냉각수와 주조편 표면의 열전달 계수를 높이는 것에 대하여는 전혀 고려되어 있지 않다.

특허문헌 3의 장치 및 방법에서는, 분사 노즐 본체를 수평면에 대하여 경사지게 함으로써 분사 위치를 조정하고 있다. 그러나, 일반적으로는, 각 롤간의 간격은 최대한 좁은 것이 바람직하기 때문에, 분사 노즐의 상방에 있는 롤 외주면과 하방에 있는 롤 외주면의 간격으로서는, 예를 들어 30mm 내지 40mm 정도밖에 되지 않는다. 이러한 좁은 간극 내에 분사 노즐 본체를 삽입하여 또한 상하로 경사지게 하는 것이, 용이하지는 않다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 비용 상승을 초래하지 않고 생산성의 향상을 도모하는, 연속 주조의 이차 냉각 장치 및 이차 냉각 방법의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.

(1) 본 발명의 제1 양태는, 주조 방향으로 보내지는 주조편의 주조편 표면에 냉각수를 분사하여 냉각시키는, 연속 주조의 이차 냉각 장치이며, 상기 주조 방향에 따른 상하 방향으로 나란히 배치된 복수의 롤과, 상기 복수의 롤 사이에서 상기 주조편 표면에 상기 냉각수를 분사하는 분사 노즐을 구비하고, 상기 분사 노즐이, 상기 분사 노즐의 냉각수 분사 축선이, 상기 주조편 표면에 있어서의 상기 냉각수의 분사 범위의 장축 방향에 대하여 경사지고, 장축이 수평을 이루는 상태를 기준으로 일측으로 편향된 분사 범위의 중심이 수평축의 상방에 위치하도록 축선의 주위로 장축을 회전하고, 상기 분사 범위의 중심이, 상기 분사 노즐의 상방에 있는 상기 롤 및 상기 주조편 표면간의 접촉 위치와, 하방에 있는 상기 롤 및 상기 주조편 표면간의 접촉 위치와의 중간 위치보다도, 상방에 위치하고 있다.

상기 (1)에 기재된 양태에 의하면, 분사 범위의 중심을 상기 중간 위치보다도 상방으로 하고, 게다가 냉각수 분사 축선이 주조편 표면의 수선에 대하여 비스듬한 상측으로 경사지게 하는 구성을 채용하고 있으므로, 분사 노즐의 상방에 있는 롤 및 주조편 표면간의 접촉 위치에, 냉각수의 분사처를 가깝게 할 수 있다. 이에 의해, 동 접촉 위치를 거쳐서 하방을 향하는 주조편 표면을 복열에 의해 대폭 온도 상승하기 전에, 냉각시킬 수 있다. 따라서, 주조편의 냉각 효과를 종래보다도 높여 생산성을 향상시킬 수 있다. 게다가, 새로운 설비를 형성하지 않고 주조편의 냉각 효과를 높일 수 있으므로, 비용 상승을 초래할 일도 없다.

(2) 상기 (1)에 기재된 양태에 있어서, 상기 분사 노즐이, 상기 냉각수 분사 축선이, 상기 주조편 표면에 있어서의 상기 냉각수의 분사 범위의 장축 방향에 대하여 30° 내지 40° 경사지고, 상기 분사 범위의 장축이 수평축의 상방에 위치하도록 축선의 주위로 장축을 5° 내지 15° 회전하도록, 마련되어 있어도 된다.

(3) 본 발명의 제2 양태는, 주조 방향에 따른 상하 방향으로 나란히 배치된 복수의 롤간에 배치된 분사 노즐로부터 주조편 표면에 냉각수를 분사하여 냉각시키는 공정을 갖는, 연속 주조의 이차 냉각 방법이며, 상기 분사 노즐의 냉각수 분사 축선이, 상기 주조편 표면에 있어서의 상기 냉각수의 분사 범위의 장축 방향에 대하여 경사지고, 장축이 수평을 이루는 상태를 기준으로 일측으로 편향된 분사 범위의 중심이 수평축의 상방에 위치하도록 축선의 주위로 장축을 회전하고, 상기 분사 범위의 중심이, 상기 분사 노즐의 상방에 있는 상기 롤 및 상기 주조편 표면간의 접촉 위치와, 하방에 있는 상기 롤 및 상기 주조편 표면간의 접촉 위치와의 중간 위치보다도, 상방에 위치하고 있다.

상기 (3)에 기재된 양태에 의하면, 상기 (1)의 양태와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 상기 각 양태에 의하면, 비용 상승을 초래하지 않고 생산성의 향상을 도모하는, 연속 주조의 이차 냉각 장치 및 이차 냉각 방법을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연속 주조의 이차 냉각 장치의 일부를 나타내는 측면도와, 그의 주요부 확대도이다.
도 2는, 동 실시 형태에 있어서의 롤과 분사 노즐의 배치 상태를 나타내는 정면도와, 그의 주요부 확대도이다.
도 3은, 동 실시 형태에 있어서의 분사 노즐의 개략 사시도이다.
도 4a는, 동 실시 형태에 있어서의 분사 노즐의 냉각수 분사 축선을 분사 범위의 장축 방향에 대하여 경사지게 한 상태를 나타내는 도면이며, 주조편 표면을 대향하여 볼 때의 도면이다.
도 4b는, 도 4a의 사시도이다.
도 5a는, 동 실시 형태에 있어서의 분사 노즐의 냉각수 분사 축선을 주조편 표면의 수선에 대하여 비스듬한 상측으로 경사지게 한 상태를 나타내는 도면이며, 주조편 표면을 대향하여 볼 때의 도면이다.
도 5b는, 도 5a의 사시도이다.
도 6은, 동 실시 형태의 연속 주조의 이차 냉각 장치에 있어서의 냉각 메커니즘을 나타내는 설명도이며, 연속 주조의 이차 냉각 장치의 일부를 나타내는 모식도(A), 주조 거리와 수량 밀도의 관계를 나타내는 그래프(B), 및 주조 거리와 주조편 표면 온도의 관계를 나타내는 그래프(C)이다.
도 7은, 본 발명의 효과를 확인하기 위한 비교예를 나타내는 도면이며, 롤과 분사 노즐의 배치 상태를 나타내는 정면도이다.
도 8은, 동 실시 형태에 있어서의 실시예 및 상기 비교예에 있어서의 연속 주조의 이차 냉각 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 종래의 연속 주조의 이차 냉각 장치에 있어서의 냉각 메커니즘을 나타내는 설명도이며, 연속 주조의 이차 냉각 장치의 일부를 나타내는 모식도(A), 주조 거리와 수량 밀도의 관계를 나타내는 그래프(B), 및 주조 거리와 주조편 표면 온도의 관계를 나타내는 그래프(C)이다.
도 10a는, 종래의 연속 주조의 이차 냉각 장치에 의한 이차 냉각 방법을 설명하기 위한 도면이며, 주조편 표면을 대향하여 볼 때의 도면이다.
도 10b는, 도 10a에 있어서 또한 분사 범위를 이동시킨 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 본 실시 형태에 있어서 방향을 나타내는 경우, 도 1에 나타내는 좌표축의 +X 방향, -X 방향, +Y 방향, -Y 방향, +Z 방향, -Z 방향을, 각각 「좌」, 「우」, 「전」, 「후」, 「상」, 「하」라고 한다.

[연속 주조의 이차 냉각 장치의 구성]

먼저, 연속 주조의 이차 냉각 장치의 구성에 대하여 설명한다.

도 1의 상측 도면에 나타내는 바와 같이, 연속 주조의 이차 냉각 장치(1)는, 주조 방향 DC에 따른 상하 방향으로 나란히 배치된 복수의 롤(2)(도 1의 하측 도면에서는, 롤(2a, 2b))과, 복수의 롤(2) 사이에서 주조편 표면(41)에 냉각수(W)를 분사하는 분사 노즐(3)을 구비하고 있다. 각 롤(2) 및 각 분사 노즐(3)은 도 2에 도시한 바와 같이, 전후 방향으로도 나란히 배치되어 있다.

롤(2)의 직경 R로서는, 100mm 이상 400mm 이하가 바람직하다. 서로 상하에 인접하는 각 롤(2) 사이의 피치 L1(서로 상하에 인접하는 각 롤(2)의 중심 C간의 거리)로서는, 100mm 이상 450mm 이하이다. 또한, 서로 상하에 인접하는 각 롤(2)의 외주면간의 간극에는, 분사 노즐(3)의 선단부가 삽입 가능한 것이 바람직하다. 구체적으로는 상기 간극으로서, 30mm 내지 40mm이다.

도 1의 하측 도면에 나타내는 바와 같이, 분사 노즐(3)은, 예를 들어 원주상이나 각기둥상의 노즐 헤드(31)를 구비하고 있다. 그리고, 이 노즐(3)로부터 주조편 표면(41)에 분사되는 냉각수(W)의 분사 범위(46)는, 도 2의 하측 도면에 나타내는 바와 같이 타원 형상을 이루고 있다. 이 타원 형상의 장축(LA)의 방향(이하, 간단히 장축 방향이라 하는 경우가 있음)이 수평 방향(Y 방향)에 대하여 경사지고, 또한 분사 범위(46)의 중심(460)(부호 460-3쪽)이 접촉 위치(42) 및 접촉 위치(43)의 중간 위치(44)보다도 상방에 위치하고 있다. 여기서, 접촉 위치(42)는 분사 노즐(3)의 상방에 있는 롤(2a)과 주조편 표면(41) 사이의 접촉 위치이며, 접촉 위치(43)는 분사 노즐(3)의 하방에 있는 롤(2b)와 주조편 표면(41) 사이의 접촉 위치이다. 또한, 분사 노즐(3)의 냉각수 분사 축선(J1)이 주조편 표면(41)의 수선에 대하여 비스듬한 상측으로 경사지게 마련되어 있다. 분사 노즐(3)은 도 2에 도시한 바와 같이, 전후 방향(Y 방향)에서 서로 인접하는 분사 범위(46)의 장축 방향 단부끼리가 상하에 오버랩하도록 마련되어도 되고, 오버랩하지 않도록 마련되어도 된다.

이와 같은 구성은, 이하와 같이 하여 실현할 수 있다.

먼저, 본 실시 형태의 이차 냉각 장치에 사용하는 분사 노즐(3)로서는, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 이하의 구성을 구비한 2유체 노즐을 적합하게 사용할 수 있다.

즉, 분사 노즐(3)로서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 각기둥상의 노즐 헤드를 구비하는 노즐 본체(11)와, 노즐 본체(11)의 선단부에 형성된 복수(도시는 한 쌍)의 홈부(12, 12’)와, 홈부(12, 12’) 내에 있어서 길고 가는 형상으로 개구하는 한 쌍의 토출구(13, 13’)와, 토출구(13, 13’)에 이어지는 복수의 유로(14, 15, 16)를 구비한 구성을 채용할 수 있다. 홈부(12, 12’)의 한쪽의 단부보다도 다른 쪽의 단부쪽이 깊게 형성되어 있고, 게다가 홈부(12, 12’)에 있어서의 토출구(13, 13’)의 중심의 위치가, 노즐 본체(11)의 축심으로부터 어긋나서, 홈부(12, 12’)의 다른 쪽의 단부측에 위치하고 있다.

이 분사 노즐(3)에서는, 토출구(13, 13’)로부터 분사된 유체는, 홈부(12, 12’)를 구성하는 토출벽을 따라서 흐른다. 게다가, 토출구(13, 13’)의 중심이, 홈부(12, 12’)의 다른 쪽의 단부(깊은 홈부)측에 위치하고 있기 때문에, 깊은 홈부측에, 토출구(13, 13’)로부터의 유체가 보다 많이 유입된다. 그 때문에, 한쪽의 단부(토출벽의 박육부 또는 얕은 홈부)측으로부터의 분사량을 규제하면서, 다른 쪽의 단부(토출벽의 두꺼운 부분 또는 깊은 홈부)측으로부터의 분사량을 증대할 수 있다. 그 결과, 냉각수(기액 혼합 미스트)가 노즐 선단의 비스듬한 전방 영역에 중점적으로 분사된다. 따라서, 이 분사 노즐(3)에 의하면, 주조편 표면(41) 상에 있어서의 분사 범위(46)의 형상을 도 2의 하측 도면에 나타내는 바와 같이, 편심된 타원 형상으로 할 수 있다. 보다 구체적으로는, 냉각수가 노즐 선단의 비스듬한 전방 영역에 중점적으로 분사함으로써, 분사 범위(46-1)의 중심(460-1)이 부호 460-3으로 이동한다. 즉, 도 2의 하측 도면에 실선으로 나타낸 바와 같이, 노즐 선단으로부터 분사되는 냉각수의 분사 범위(46-3)는, 편심된 타원 형상이 된다.

또한, 홈부(12, 12’)는 상기 노즐 본체(11)의 축심에 대하여 직교하는 방향을 기준으로 하여, 3° 내지 40° 경사져 있어도 된다.

즉, 적어도 하나의 홈부(12, 12’)에 있어서, 한쪽의 단부(얕은 홈부)의 저부 하단과, 다른 쪽의 단부(깊은 홈부)의 저부 하단을 연결하는 선은, 노즐 본체(11)의 축심에 대하여 직교하는 방향을 기준으로 하여 3° 내지 40° 정도 경사져 있어도 된다. 이 경사 각도에 의해, 홈부(12, 12’)의 각 단부에의 유량 배분(각 단부측으로부터의 분사량 배분)을 조정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 이 분사 노즐(3)은, 냉각수(W)를 분사하는 홈부(12, 12’)(분사구)의 한쪽의 단부가 다른 쪽의 단부보다도 깊게 형성되어 있으므로, 도 4a, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 실선으로 나타내는 냉각수 분사 축선(J1)이 노즐 헤드(31)의 축선(310)에 대하여 경사 각도 α1로 경사진다. 구체적으로는, 분사 노즐(3)의 냉각수 분사 축선(J1)이 주조편 표면(41)에 있어서의 냉각수(W)의 분사 범위(46)의 장축 방향에 대하여 경사 각도 α1로 경사진다. 또한, 축선(310)은 노즐 헤드(31)로부터 주조편 표면(41)에 대해 수선이다. 냉각수 분사 축선(J1)을 분사 범위(46)의 장축 방향에 대하여 경사지게 하지 않고, 분사 범위(46)의 장축 방향을 수평 방향에 대하여 축선(310) 주위에 회전시키는 경우, 도 2의 하측 도면에 이점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 노즐 헤드(31)의 축선(310)과 주조편 표면(41)의 교차 위치가 분사 범위(46-1)의 중심(460-1)과 일치함으로써, 축선(310)을 중심으로 한 대칭의 패턴으로 냉각수(W)가 분사된다. 이에 비해, 냉각수 분사 축선(J1)을 분사 범위(46)의 장축 방향에 대하여 경사지게 하는 경우, 도 4b의 실선으로 나타내는 바와 같이, 축선(310)과 주조편 표면(41)의 교차 위치가 분사 범위(46-2)의 중심(460-2)과 일치하지 않게 되기 때문에, 축선(310)을 중심으로 한 비대칭의 패턴으로 냉각수(W)가 분사된다. 본 실시 형태에서는, 이와 같이 하여 비대칭의 패턴으로 냉각수(W)를 주조편 표면(41) 상에 분사하고 있다.

또한, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 냉각수 분사 축선(J1)의 분사 범위(46)의 장축 방향에 대한 경사 각도 α1은, 30° 내지 40° 경사져 있는 것이 바람직하다. 분사 노즐(3)로부터 분사되는 냉각수(W)의 장축 방향의 확대 각도는, 협각측 각도 α2가 -90° 초과 90° 미만, 광각측 각도 α3이 경사 각도 α1 이상 95° 이하인 것이 바람직하다. 또한, 협각측 각도 α2는 축선(310)을 기준으로 하여 협각측(도 4b에서는, 축선(310)을 기준으로 하여 지면 좌측)으로 확대되는 냉각수(W)의 각도이며, 광각측 각도 α3은 축선(310)을 기준으로 하여 광각측(도 4b에서는, 축선(310)을 기준으로 하여 지면 우측)으로 확대되는 냉각수(W)의 각도이다.

그리고, 분사 노즐(3)의 노즐 헤드(31)를, 그 축선(310)이 주조편 표면(41)의 수선과 평행해지고, 상하의 롤(2a, 2b)의 중간에 위치시킨 상태로부터, 주조편 표면(41)에 있어서의 냉각수(W)의 분사 범위(46-2)의 장축을, 축선(310) 주위에 상방으로 회전 각도 β로 회전시킴으로써, 도 5a, 도 5b의 실선으로 나타내는 바와 같이, 분사 범위(46-2)의 장축(LA)이, 부호 LA-1로 나타내는 바와 같이 비스듬한 상방을 향한다. 그 결과, 냉각수 분사 축선(J1)이 주조편 표면(41)의 수선에 대하여 비스듬한 상측으로 경사지고, 분사 범위가 부호 46-2로부터 부호 46-3의 위치로 이동한다. 이와 같은 구성에 의해, 도 2에 도시한 바와 같이, 분사 범위(46)의 장축 방향의 광각측을 수평 방향에 대하여 비스듬한 상측으로 경사지게 할 수 있다. 덧붙여, 분사 범위(46-3)의 중심(460-3)을 중간 위치(44)보다도 상방에 위치시키고, 또한 분사 노즐(3)의 냉각수 분사 축선(J1)이 주조편 표면(41)의 수선에 대하여 비스듬한 상측으로 경사지게 할 수 있다.

그 결과, 냉각수(W)는, 도 6의 (A)에 나타내는 바와 같이, 도 6의 시선에 있어서 중간 위치(44)보다도 상방의 위치를 상하 방향의 중심으로 한 분사 범위(46)에 분사된다. 즉, 도 6의 (B)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 냉각수(W)는, 도 9의 (A)의 종래의 분사 범위(45)(도 6의 (B)에서는 파선으로 나타냄)보다도 상방으로 시프트한 분사 범위(46)에 분사된다. 또한, 도 6의 시선(+Y 방향측)에서 보았을 때의 분사 범위(46)의 상하 방향(Z 방향)의 두께(높이)는, 도 9의 (A)의 종래의 분사 범위(45)의 상하 방향(Z 방향)보다도 두꺼워진다. 또한, 냉각수 분사 축선(J1)을 비스듬한 상측으로 경사지게 함으로써, 도 2의 하측 도면에 이점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 냉각수 분사 축선(J1)을 분사 범위(46)의 장축 방향에 대하여 경사지게 하지 않고, 축선(310)을 중심으로 한 대칭의 패턴으로 냉각수(W)를 분사시키는 구성과 비교하여, 비스듬한 상측 방향으로의 분사량을 많게 할 수 있다. 또한, 주조편 표면(41)에 있어서의 분사 범위(46)의 상단 위치(461)는, 종래의 주조편 표면(41)에 있어서의 분사 범위(45)의 상단 위치보다도 상방에 위치시킬 수 있다.

또한, 분사 노즐(3)(분사 범위(46))의 축선(310) 주위에 상방으로 회전하는 회전 각도 β는, 5° 내지 15° 경사져 있는 것이 바람직하다.

상하 방향(Z 방향)에 있어서의, 한 쌍의 롤(2)의 중간 위치(44)로부터 분사 범위(46)의 중심(460-3)까지의 거리 M(도 2의 하측 도면을 참조)은, 0mm 초과 (L1/2)mm 이하가 바람직하다.

분사 노즐(3)의 노즐 헤드(31)의 선단으로부터 주조편 표면(41)까지의 거리 L2(X 방향)(도 1의 하측 도면을 참조)는, 50mm 이상 450mm 이하가 바람직하다.

분사 범위(46)는 주조편 표면(41)의 중간 위치(44)를 포함하고 있어도 되고, 포함하고 있지 않아도 된다. 분사 범위(46)의 상단 위치(461)로부터, 주조편 표면(41)에 있어서의 상방의 롤(2a)과의 접촉 위치(42)까지의 거리 L3(도 1의 하측 도면을 참조)은, 0mm 이상 200mm 이하가 바람직하다. 냉각수(W)는 상방의 롤(2a)에 접촉하도록 분사되어도 되지만, 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어, 롤(2)의 직경 R이 250mm, 롤(2)의 피치 L1이 290mm, 노즐 헤드(31)의 선단으로부터 주조편 표면(41)까지의 거리 L2가 80mm인 경우, 거리 L3은 45mm 정도인 것이 바람직하다.

분사 노즐(3)의 축선(310)과 주조편 표면(41)의 교차 위치는, 중간 위치(44)와 겹쳐도 되고, 겹치지 않아도 된다.

분사 범위(46)의 장축(LA)의 경사 방향은, 도 2에 도시한 바와 같이, 주조편(4)의 폭 방향의 열마다 교대로 달라도 되고, 동일해도 되고, 하나의 열에 있어서 주조편(4)의 폭 방향 중앙을 경계로 하여 대칭으로 해도 된다.

[연속 주조의 이차 냉각 장치의 작용]

이어서, 연속 주조의 이차 냉각 장치(1)의 작용에 대하여 설명한다. 동 실시 형태에 따른 연속 주조의 이차 냉각 방법에서는, 도 6에 나타내는 바와 같은 냉각 메커니즘으로 주조편이 냉각된다. 도 6에는, 연속 주조의 이차 냉각 장치의 일부를 나타내는 모식도(A), 주조 거리와 수량 밀도의 관계를 나타내는 그래프(B), 및 주조 거리와 주조편 표면 온도의 관계를 나타내는 그래프(C)가 나타나 있다. 또한, 이하에 있어서, 도 6의 (A)에 있어서의 상측의 롤(2a)이, 이차 냉각 장치(1)의 최초의 롤(2)인 경우에 대하여 설명한다.

주조편(4)의 냉각 시에는, 주조편 표면(41) 상의, 어느 소정 위치가 최초에 접촉하는 롤(2a)과의 접촉 위치(42)에 근접하면, 도 6의 (C)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 주조편 표면(41)의 온도는, 롤(2a)과의 접촉으로 의한 롤 냉각에 의해 내려가기 시작하여, 접촉 위치(42)부터 하방을 향해 소정 거리 이상 이격될 때까지 계속 내려간다.

이 때, 최초에 접촉하는 롤(2a)에 의한 롤 냉각 후의 효과값(본 실시 형태와 종래의 구성의 롤 냉각 직후의 온도차) ΔTr1은 0℃가 된다.

그 후, 주조편 표면(41) 상의 상기 소정 위치가 분사 범위(46) 내에 들어갈 때까지, 주조편 표면(41)의 온도는 제1 복열에 의해 상승하고, 분사 범위(46) 내에 들어가면, 거기를 통과할 때까지 스프레이 냉각에 의해 계속 내려간다.

이 때, 도 6의 (B)의 실선으로 나타내는 분사 범위(46)가, 동 도의 파선으로 나타내는 종래의 분사 범위(45)보다도 도 6의 시선에서 보아 상방으로 시프트하고, 또한 상하 방향(Z 방향)으로 두꺼워져 있다. 그 때문에, 도 6의 (C)의 실선으로 나타내는 제1 복열 기간이, 동 도면의 파선으로 나타내는 종래의 구성보다도 짧아지고, 스프레이 냉각이 종래의 구성보다도 빨리 시작된다. 즉, 주조편 표면(41)을 복열에 의해 대폭 온도 상승하기 전에, 냉각시킬 수 있다. 이 때문에, 종래의 구성과 비교하여 복열량이 저감되고, 스프레이 냉각 개시 시의 주조편 표면(41)의 온도가 낮아져, 스프레이 냉각 시의 열전달 계수가 커진다. 그 결과, 냉각 효율 E1이 종래의 구성 냉각 효율 E9보다도 높아지고, 주조편 표면(41)은 스프레이 냉각에 의해 보다 낮은 온도까지 냉각된다. 또한, 냉각수 분사 축선(J1)을 비스듬한 상측으로 경사지게 하고, 비스듬한 상측 방향으로의 분사량을 많게 하고 있기 때문에, 제1 복열 기간에서의 복열량을 더 저감시킬 수 있고, 스프레이 냉각 시의 열전달 계수를 더욱 크게 할 수 있다.

그리고, 주조편 표면(41) 상의 상기 소정 위치가 분사 범위(46) 내를 통과하면 주조편 표면(41)의 온도는 제2 복열에 의해 상승하지만, 제2 복열 개시 시의 온도가 종래의 구성보다도 낮기 때문에, 2번째로 접촉하는 롤(2b)에 의한 냉각 개시 시의 온도도 낮아져, 당해 롤(2b)에 의한 롤 냉각 후의 효과값 ΔTr2는 0℃보다도 커진다. 그 후, 상술한 제1 복열, 스프레이 냉각, 제2 복열, 롤 냉각의 사이클이 반복됨으로써, 주조편(4)의 온도가 점차 내려가서 냉각된다.

이 냉각 과정에 있어서, 롤 냉각 후의 효과값이 주조 방향 하류를 향함에 따라서 점차 커지기 때문에, 종래의 구성과 비교하여 주조편의 냉각 시간이 단축된다.

[본 실시 형태의 효과]

본 실시 형태에 따르면, 이하와 같은 효과가 있다.

분사 범위(46)의 중심을 중간 위치(44)보다도 상방으로 하고, 게다가 냉각수 분사 축선(J1)이 주조편 표면(41)의 수선에 대하여 비스듬한 상측으로 경사지게 하는 구성을 채용하고 있으므로, 분사 노즐(3)의 상방에 있는 롤(2a) 및 주조편 표면(41) 사이의 접촉 위치(42)에, 냉각수(W)의 분사처를 근접시킬 수 있다. 이에 의해, 동 접촉 위치(42)를 거쳐서 하방을 향하는 주조편 표면(41)이 복열에 의해 대폭 온도 상승하기 전에, 냉각시킬 수 있다. 따라서, 주조편(4)의 냉각 효과를 종래보다도 높여 생산성을 향상시킬 수 있다. 게다가, 새로운 설비를 마련하지 않고 주조편(4)의 냉각 효과를 높일 수 있으므로, 비용 상승을 초래하는 일도 없다.

따라서, 본 실시 형태의 연속 주조의 이차 냉각 장치 및 이차 냉각 방법에 의하면, 비용 상승을 초래하지 않고 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

[변형예]

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 각종인 개량 그리고 설계의 변경 등이 가능하고, 그 밖에도 본 발명의 실시 시의 구체적인 수순 및 구조 등은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서 다른 구조 등으로 해도 된다.

예를 들어, 냉각수 분사 축선(J1)이 분사 범위(46)의 장축 방향에 대하여 경사져 있지 않은 분사 노즐(3)을 사용해도 된다. 이 경우, 분사 노즐(3)의 선단부를 도 6의 (A)의 위치보다도 주조편 표면(41)에 근접하고, 또한 상방에 위치하도록 배치함으로써, 도 2의 하측 도면에 이점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 노즐 헤드(31)의 축선(310)과 주조편 표면(41)의 교차 위치가 분사 범위(46)의 중심(460)과 일치한다. 또한, 분사 범위(46)의 장축이 분사 노즐(3)로부터 주조편 표면(41)에 대해 수선인 축선(310) 주위에 회전하고, 또한 분사 범위(46)의 중심(460)이 중간 위치(44)보다도 상방에 위치하도록 해도 된다.

이와 같은 구성에서도, 종래의 구성과 비교하여, 냉각수(W)의 분사 범위(46)를 상방으로 시프트시키고, 또한 상하 방향(Z 방향)에 있어서 두껍게 할 수 있고, 비용 상승을 초래하지 않고 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

분사 노즐(3)로서, 1유체 노즐을 사용해도 된다.

실시예

이어서, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 효과를 검증하기 위한 시뮬레이션에 대하여 설명한다.

실시예와 비교예에서 공통되는 파라미터로서, 이하의 설정을 행하였다.

롤의 직경 R: 150mm 이상 360mm 이하

롤의 피치 L1: 190mm 이상 430mm 이하

분사 노즐 선단으로부터 주조편 표면까지의 거리 L2: 80mm 이상 430mm 이하

분사 범위의 상단 위치로부터, 주조편 표면에 있어서의 상방의 롤과의 접촉 위치까지의 거리 L3: 0mm 초과 (L1/2)mm 이하

분사수량: 노즐 1개당 8L/min 이상 80L/min 이하

롤간당 폭 방향 노즐 개수: 1개 내지 16개

주조 속도: 2.0m/min

용강 중의 탄소량: 0.04％

주조편 폭: 1500mm

주조편 두께: 250mm

또한, 실시예에 있어서의 롤(2) 및 분사 노즐(3)의 배치 상태를, 도 2에 도시한 바와 같이 설정하고, 비교예에 있어서의 롤(2) 및 분사 노즐(9)의 배치 상태를 도 7에 나타내는 바와 같이 설정하였다. 실시예 및 비교예에 있어서의 「분사 범위(46)의 장축 방향에 대한 냉각수 분사 축선(J1)의 경사 각도 α1」, 「축선(310)을 기준으로 한 냉각수(W)의 협각측 각도 α2」, 「축선(310)을 기준으로 한 냉각수(W)의 광각측 각도 α3」, 「축선(310) 주위에 상방으로 회전시키는 분사 노즐(3, 9) (분사 범위(46))의 회전 각도 β」, 「상하 방향에 있어서의, 한 쌍의 롤(2)의 중간 위치(44)로부터 분사 범위(46)의 중심(460)까지의 거리 M」을 이하의 표 1에 나타낸다.

또한, 비교예에서는, 냉각수 분사 축선(J1)을 분사 범위(46)의 장축 방향에 대하여 경사져 있지 않고, 노즐 헤드(91)의 축선(910)과 주조편 표면(41)의 교차 위치가 분사 범위(46)의 중심(460)과 일치하는 분사 노즐(9)을 사용하였다. 당해 분사 노즐(9)로부터 분사되는 냉각수(W)의 장축 방향의 확대 각도는, 축선(910)을 기준으로 한 장축 방향 양측(좌우 양측)에서 동일하기 때문에, 표 1에서는, 좌우 양측을 합한 각도를 나타낸다.

그리고, 연속 주조의 이차 냉각의 시뮬레이션을 행하였다. 도 8은, 표 1에 나타내는 수치 범위에 있어서의 주조편 표면 온도 변화를 나타내는 결과의 일례이다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 최초의 롤과의 접촉에 의한 롤 냉각 후의 효과값(실시예와 비교예의 롤 냉각 직후의 온도차) ΔTr1은 0℃가 되었지만, 롤 냉각 후의 제1 복열 기간은 실선으로 나타내는 실시예가 파선으로 나타내는 비교예보다도 짧아져, 실시예의 복열량을 비교예의 복열량보다도 7℃ 저감시킬 수 있었다(도 8 중, 「ΔTa」로 나타냄)

또한, 비교예에 있어서의 스프레이 냉각에 의한 강하 온도 ΔTsc는 150℃이고, 실시예에 있어서의 강하 온도 ΔTsp는 176℃이고, 스프레이 냉각 직후의 효과값(실시예와 비교예의 스프레이 냉각 직후의 온도차) ΔTb1은 33℃가 되었다.

또한, 2, 3번째의 롤과의 접촉에 의한 롤 냉각 후의 효과값 ΔTr2, ΔTr3은 14℃, 25℃가 되고, 그 후 주조 방향 하류를 향함에 따라서, 롤 냉각 후의 효과값이 서서히 커졌다. 또한, 2, 3번째의 스프레이 냉각 직후의 효과값 ΔTb2, ΔTb3은 49℃, 59℃가 되고, 그 후, 주조 방향 하류를 향함에 따라서, 스프레이 냉각 직후의 효과값이 점차 커졌다.

그 결과, 실시예는, 비교예와 비교하여, 주조편의 냉각 시간이 0.3min 단축되는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따르면, 비용 상승을 초래하지 않고 생산성의 향상을 도모하는, 연속 주조의 이차 냉각 장치 및 이차 냉각 방법을 제공할 수 있다. 따라서, 산업상 이용 가능성은 크다.

1…이차 냉각 장치
2, 2a, 2b…롤
3…분사 노즐
4…주조편
41…주조편 표면
42, 43…접촉 위치
44…중간 위치
46…분사 범위
460…중심
J1…냉각수 분사 축선
W…냉각수

Claims (3)

1. 주조 방향으로 보내지는 주조편의 주조편 표면에 냉각수를 분사하여 냉각시키는, 연속 주조의 이차 냉각 장치이며,
   상기 주조 방향에 따른 상하 방향으로 나란히 배치된 복수의 롤과,
   상기 복수의 롤 사이에서 상기 주조편 표면에 상기 냉각수를 분사하는 분사 노즐
   을 구비하고,
   상기 분사 노즐이,
   상기 분사 노즐의 냉각수 분사 축선이, 상기 분사 노즐의 노즐 헤드의 축선에 대하여 경사지고,
   장축이 수평을 이루는 상태를 기준으로 일측으로 편향된 분사 범위의 중심이 수평축의 상방에 위치하도록 축선의 주위로 장축을 회전하고,
   상기 분사 범위의 중심이, 상기 분사 노즐의 상방에 있는 상기 롤 및 상기 주조편 표면간의 접촉 위치와, 하방에 있는 상기 롤 및 상기 주조편 표면간의 접촉 위치와의 중간 위치보다도, 상방에 위치하도록
   마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 연속 주조의 이차 냉각 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 분사 노즐이,
   상기 냉각수 분사 축선이, 상기 분사 노즐의 노즐 헤드의 축선에 대하여 30° 내지 40° 경사지고,
   상기 분사 범위의 장축이 수평축의 상방에 위치하도록 축선의 주위로 상기 장축을 5° 내지 15° 회전하도록,
   마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 연속 주조의 이차 냉각 장치.
3. 주조 방향에 따른 상하 방향으로 나란히 배치된 복수의 롤간에 배치된 분사 노즐로부터 주조편 표면에 냉각수를 분사하여 냉각시키는 공정을 갖는, 연속 주조의 이차 냉각 방법이며,
   상기 분사 노즐의 냉각수 분사 축선이, 상기 분사 노즐의 노즐 헤드의 축선에 대하여 경사지고,
   장축이 수평을 이루는 상태를 기준으로 일측으로 편향된 분사 범위의 중심이 수평축의 상방에 위치하도록 축선의 주위로 장축을 회전하고,
   상기 분사 범위의 중심이, 상기 분사 노즐의 상방에 있는 상기 롤 및 상기 주조편 표면간의 접촉 위치와, 하방에 있는 상기 롤 및 상기 주조편 표면간의 접촉 위치와의 중간 위치보다도, 상방에 위치하는
   것을 특징으로 하는, 연속 주조의 이차 냉각 방법.
   

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