KR20180087360A - 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법 및 이차 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 주조기에서 주조되고 있는 주편의 이차 냉각 방법 및 이차 냉각 장치이며, 상기 연속 주조기는, 주형의 하방의 이차 냉각대에, 주편의 두께 방향의 양측으로부터 주편을 지지하는 복수 쌍의 지지 롤을 갖고, 상기 연속 주조기의 주조 방향을 따라 인접하는 지지 롤의 사이에 냉각 장치가 배치되고, 상기 냉각 장치는, 냉매를 공급하는 냉매관 및 냉매를 주편 상에 퍼뜨리기 위한 평판형의 냉매 가이드판을 구비하고, 상기 냉매 가이드판이, 주편의 표면에 대하여 수직 방향으로 간격을 두고 평행으로 배치되는 상황에 있어서, 냉매를, 상기 냉매 가이드판에 형성된 냉매의 공급구로부터, 주편 표면과 냉매 가이드판의 간극으로 공급하고, 주로 천이 비등 영역의 냉매로 주편을 냉각하는 것을 특징으로 한다.

Description

연속 주조 주편의 이차 냉각 방법 및 이차 냉각 장치

본 발명은 연속 주조기에서 주편의 연속 주조를 행할 때의 이차 냉각 방법 및 이차 냉각 장치에 관한 것이다.

철강업의 연속 주조에 있어서, 주편을 이차 냉각하는 방법으로서, 종래, 스프레이 방식의 냉각이 널리 행해지고 있다. 이 이차 냉각 방법은, 주편을 반송하는 지지 롤 사이에 스프레이 노즐을 배치하고, 냉각수를 스프레이형으로 하여 주편의 표면에 분사하여 냉각하는 것이다.

스프레이 방식의 냉각에서는, 소위 떨어지는 물이나 고인 물에 의한 과냉각의 문제가 있다. 떨어지는 물은, 주편의 지지 롤인 분할 롤에 있어서, 주편과 접촉하지 않는 베어링부로부터 하류측으로 유하하는 냉각수이다. 또한, 고인 물은, 롤 둘레면과 주편 표면에 의해 둘러싸인 스페이스에 체류하는 냉각수이다. 그리고, 스프레이 노즐로부터 분사된 냉각수가 떨어지는 물이나 고인 물과 간섭하면, 당해 간섭 부위가 과냉각되어, 주편 폭 방향의 냉각이 불균일하게 된다.

그래서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 이들 떨어지는 물이나 고인 물의 발생 개소에 따라, 스프레이 노즐의 배치나 냉각수의 수량을 적절하게 조정함으로써, 떨어지는 물이나 고인 물에 의한 과냉각을 억제하여, 냉각 균일성을 향상시키는 이차 냉각 방법이 개시되어 있다.

또한, 스프레이 방식의 경우, 고온의 주편에 물을 분사함으로써 물이 비산되어, 분사한 물이 효율적으로 이용되지 않기 때문에, 냉각 능력에 한계가 있다. 그 때문에, 장래, 주조 속도를 높여 생산성을 향상시키기 위해서는, 급수량을 대폭 증량하거나, 연속 주조기의 길이를 연장하여 이차 냉각 구간을 증가시킬 필요가 있다. 즉, 현 상황의 연속 주조기로는 대응할 수 없고, 연속 주조의 고속화를 도모하기 위해서는, 이차 냉각에 있어서의 열전달 계수의 대폭적인 향상이 요망되고 있다.

종래, 이차 냉각에 있어서의 온도 불균일을 저감하고 균일하게 냉각하기 위해, 예를 들어 특허문헌 2에는, 주편 표면 온도를 막비등의 영역으로 유지하여 냉각하는 이차 냉각 방법이 개시되고, 롤 사이에 다공판을 배치하여 냉각수를 분출하는 것이 기재되어 있다.

또한, 이차 냉각의 냉각 능력을 향상시키는 방법으로서, 예를 들어 특허문헌 3에는, 웨어 플레이트를 사용한 쿨링 그리드 설비가 개시되어 있다.

또한, 예를 들어 특허문헌 4에는, 수막류(水膜流)를 이용하여 주편을 냉각하여, 냉각 능력을 높이는 연속 주편의 이차 냉각 방법이 개시되어 있다.

또한, 예를 들어 특허문헌 5에는, 안내판과 주편간에 수막류로 연속 바닥을 형성하여 주편을 냉각하여, 냉각 능력을 높이는 연속 주편의 이차 냉각 방법이 개시되어 있다.

일본 특허 제5598614호 공보 일본 특허 제5146006호 공보 일본 특허 제4453562호 공보 일본 특허 공개 제2002-086253호 공보 일본 특허 공개 평9-201661호 공보

그러나, 본 발명자들이 예의 연구한바, 상기 이차 냉각 방법에도, 이하와 같은 과제가 있음을 알았다.

특허문헌 1의 경우, 떨어지는 물이나 고인 물의 영향을 어느 정도 억제할 수 있기는 하지만, 스프레이 방식으로 대량의 냉각수를 사용하는 이상, 이들 떨어지는 물이나 고인 물의 영향을 완전히 방지하지 못한다. 따라서, 여전히 냉각 균일성에 개선의 여지가 있다. 또한, 스프레이 방식의 냉각이기 때문에, 상술한 바와 같이 냉각 능력에 한계가 있다.

또한, 특허문헌 2의 경우, 주편의 긴 변 방향으로 배열된 복수의 분출 구멍으로부터 냉각수를 분사시키기 때문에, 냉각수끼리의 간섭이나 이에 수반하는 냉각수의 체류가 일어나기 쉬워, 균일한 냉각이 불가능하다.

또한, 특허문헌 2의 경우, 이와 같이 주편의 긴 변 방향으로 복수의 분출 구멍이 형성되어 있으므로, 하나의 분출 구멍으로부터 분사된 냉각수의 이동 거리는 짧다. 또한, 주편은 반송되면서 냉각되므로, 하나의 분출 구멍으로부터의 냉각수로 냉각된 후, 다른 분출 구멍으로부터의 냉각수로도 냉각된다. 그렇게 하면, 주편의 긴 변 방향의 어떤 부분에서는, 국소적인 냉각이 반복하여 행해지게 되므로, 모든 분출 구멍으로부터의 냉각수에 의한 냉각이 일정하지 않은 경우가 있다. 이러한 경우, 주편의 냉각면 내에서는 안정된 냉각 영역과 불안정한 냉각 영역이 혼재하게 되고, 결과로서, 주편의 냉각면 내에서의 냉각이 불안정하게 된다.

또한, 특허문헌 2에 개시된 방법은, 과냉각으로 되지 않도록 막비등 영역의 냉매만을 사용하여 주편을 냉각하고 있다. 그러나, 막비등 영역은 천이 비등 영역과 비교하여 열전달 계수가 낮아, 냉각 능력의 대폭적인 향상은 기대할 수 없다. 또한, 막비등 영역에서 냉각한 후, 냉각수를 증발시키는 일도 없다.

또한, 특허문헌 3의 경우에는, 쿨링 그리드 설비에 구비된 웨어 플레이트에 냉각 기능을 부여하고 있다. 그러나, 웨어 플레이트는 주편과 접촉하고 있기 때문에, 주편의 표면에 흠집이 발생하여, 품질상 문제가 발생한다는 점에서, 실용화가 곤란하다.

또한, 특허문헌 4의 경우, 주편의 인발 방향의 반대 방향으로 연속적으로 이동하는, 예를 들어 무한 궤도(Crawler) 등을 사용하여 구동되는 수막 형성판과 주편의 간극에, 각 수막 형성판에 형성된 급수구로부터 급수하여, 두께 0.1 내지 2.5mm의 수막류를 형성하는 연속 주조의 이차 냉각 방법이 개시되어 있지만, 긴 변 방향으로 배열된 복수의 급수구로부터 냉각수를 급수하기 때문에, 냉각수끼리의 간섭이나 이에 수반하는 냉각수의 체류가 일어나기 쉬워, 균일한 냉각을 하지 못한다. 또한, 두께 0.1 내지 2.5mm의 수막류의 경우, 후술하는 바와 같이 주로 비비등 영역으로부터 핵비등 영역에서 주편을 냉각하는 것이며, 천이 비등 영역에서는 냉각하고 있지 않다. 또한, 두께 0.1 내지 2.5mm의 간극은 작아, 수막 형성판을 설치하는 자유도가 낮다.

또한, 특허문헌 5의 경우, 안내판과 주편간에, 안내판에 형성된 급수구로부터 급수하여, 특허문헌 4의 경우와 마찬가지로 두께 0.1 내지 2.5mm의 수막류 연속 바닥을 형성하고 있다. 이러한 경우에도, 주로 비비등 영역으로부터 핵비등 영역에서 주편을 냉각하는 것이며, 천이 비등 영역에서는 냉각하고 있지 않다. 또한 안내판과 주편의 간극이 작기 때문에, 안내판을 설치하는 자유도도 낮다.

그래서, 본 발명은 연속 주조기에 있어서의 이차 냉각의 냉각 능력을 향상시킴과 함께, 수량을 대폭 증가시키거나, 연속 주조기의 길이를 연장하거나 하지 않고, 주조 속도의 고속화에 대응할 수 있는, 연속 주조의 이차 냉각 방법 및 이차 냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 냉각의 균일성을 확보하면서, 주편의 냉각 효율을 향상시키는 것에 대하여 검토하였다. 그 결과, 안정된 천이 비등 상태의 냉매로 주편을 냉각함으로써, 냉매량을 증가시키지 않고, 냉각 효율을 향상시킬 수 있고, 나아가, 냉각의 균일성도 담보할 수 있음이 판명되었다. 즉, 본 발명은, 이하의 [1] 내지 [10]에 관한 것이다.

[1] 연속 주조기에서 주조되고 있는 주편의 이차 냉각 방법이며,

상기 연속 주조기는, 주형의 하방의 이차 냉각대에, 주편의 두께 방향의 양측으로부터 주편을 지지하는 복수 쌍의 지지 롤을 갖고,

상기 연속 주조기의 주조 방향을 따라 인접하는 지지 롤의 사이에 냉각 장치가 배치되고,

상기 냉각 장치는,

냉매를 공급하는 냉매관 및

냉매를 주편 상에 퍼뜨리기 위한 평판형의 냉매 가이드판을 구비하고,

상기 냉매 가이드판이, 주편의 표면에 대하여 수직 방향으로 간격을 두고 평행으로 배치되는 상황에 있어서,

냉매를, 상기 냉매 가이드판에 형성된 냉매의 공급구로부터, 주편 표면과 냉매 가이드판의 간극으로 공급하고, 주로 천이 비등 영역의 냉매로 주편을 냉각하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.

[2] 상기 주편 표면과 냉매 가이드판의 간격은 5mm 이상이며, 또한 냉매가, 냉매의 공급구로부터 냉매 가이드판의 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부에 도달하는 시간을 0.6초 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 상기 [1]에 기재된 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.

[3] 상기 냉매의 공급구는, 주편의 폭 방향으로 일렬로 배열되는 복수의 구멍 또는 주편의 폭 방향을 긴 변 방향으로 하는 슬릿인 것을 특징으로 하는, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.

[4] 상기 냉매는, 액상으로 냉매의 공급구로부터 공급되고, 주편 표면과 냉매 가이드판의 사이의 유로에 있어서, 냉매 가이드판의 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부에 도달할 때까지 모두 기상으로 되는 것을 특징으로 하는, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.

[5] 상기 주편 표면과 냉매 가이드판의 간극에 있어서, 적어도 주조 방향 상류측 단부 또는 하류측 단부 중 한쪽으로부터, 냉매의 증기를 배출하는 것을 특징으로 하는, 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.

[6] 상기 냉매가, 냉매 가이드판의 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부에 도달할 때까지 모두 기상으로 되기 위한 냉각 발열량(拔熱量)이, 이하의 식 (A)를 만족하는 것을 특징으로 하는, 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.

Q/W≥59×10⁶[J/㎥] … (A)

Q: 냉각 발열량

W: 수량 밀도

[7] 연속 주조기의 주형의 하방의 이차 냉각대에 있어서, 주편의 두께 방향의 양측으로부터 주편을 지지하는 복수 쌍의 지지 롤 중, 주조 방향을 따라 인접하는 지지 롤의 사이에 배치되는, 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치이며,

냉매를 공급하는 냉매관 및

냉매를 주편 상에 퍼뜨리기 위한 평판형의 냉매 가이드판을 구비하고,

상기 냉매 가이드판은, 주편의 표면에 대하여 수직 방향으로 간격을 두고 평행으로 배치되고,

상기 주편 표면과 냉매 가이드판의 간격은 5mm 이상이며, 또한 냉매가, 상기 냉매 가이드판에 형성된 냉매의 공급구로부터, 냉매 가이드판의 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부에 도달하는 시간을 0.6초 이하로 하도록 설정되고,

냉매를, 냉매의 공급구로부터 주편 표면과 냉매 가이드판의 간극으로 공급하고, 주로 천이 비등 영역의 냉매로 주편을 냉각하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치.

[8] 상기 주편 표면과 냉매 가이드판의 간격을 제어하는 간격 제어 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 상기 [7]에 기재된 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치.

[9] 상기 냉매의 공급구는, 주편의 폭 방향으로 일렬로 배열되는 복수의 구멍 또는 주편의 폭 방향을 긴 변 방향으로 하는 슬릿인 것을 특징으로 하는, 상기 [7] 또는 [8]에 기재된 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치.

[10] 상기 주편 표면과 냉매 가이드판의 간극의 적어도 주조 방향 상류측 단부 또는 하류측 단부 중 한쪽으로부터, 기상으로 된 냉매를 배출하는 배기부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 상기 [7] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치.

본 발명에 따르면, 연속 주조기에서 주조되고 있는 주편의 이차 냉각에 있어서, 본 발명의 연속 주조기에서 주조되고 있는 주편의 이차 냉각 방법 및 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치를 적용함으로써, 높은 냉각 능력을 갖는 안정된 천이 비등 영역에서 주편을 냉각할 수 있으므로, 당해 이차 냉각의 냉각 효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 따라서, 냉매량을 증가시키지 않고, 주조 속도의 고속화에도 대응할 수 있음과 함께, 떨어지는 물이나 고인 물의 발생에 수반하는 중심 편석을 억제할 수 있다. 또한, 주편의 폭 방향의 냉각 균일성을 향상시킬 수 있어, 온도 불균일에 수반하는 주편의 표면 균열을 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 연속 주조기의 개요를 도시하는 측면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 관한 냉각 장치를 구비한 연속 주조기의 일부를 도시하는 측면도이다.
도 3은, 도 2를, 주편 표면에 정면으로 대향하여 본 도면이다.
도 4는, 이차 냉각 중의 주편 표면 온도와 열전달 계수의 관계를 도시한다. 본 발명의 수막 냉각의 열전달 계수를 실선으로, 특허문헌 2에 개시된 수막 냉각의 열전달 계수를 점선으로, 스프레이 냉각의 열전달 계수를 파선으로 나타내고 있다. 또한, 본 발명 및 특허문헌 2의 수막 냉각에서 이용하는 열전달 계수의 범위를 함께 도면에 도시하고 있다.
도 5는, 스프레이 냉각의 냉각 능력을 시험하는 실험 장치의 개략을 도시하는 단면도이다.
도 6은, 수막 냉각의 냉각 능력을 시험하는 실험 장치의 개략을 도시하는 단면도이다.
도 7은, 수량 밀도가 1000L/min.㎡인 경우의 수막 냉각의 열전달 계수를, 유로 간극 간격에 대하여 도시하고 있다. 도 6의 실험 장치에 의해 측정된 열전달 계수와, 도 5의 실험 장치에 의해 측정된 스프레이 냉각의 열전달 계수를 비교하여 도시하는 그래프이다.
도 8은, 수막 냉각에 있어서, 주편에 접촉하는 물의 상태의 변화를 설명하는 도면이다.
도 9는, 수량 밀도가 500L/min.㎡인 경우의 수막 냉각의 열전달 계수를, 유로 간극 간격에 대하여 도시하고 있다. 도 6의 실험 장치에 의해 측정된 수막 냉각의 열전달 계수와, 도 5의 실험 장치에 의해 측정된 스프레이 냉각의 열전달 계수를 비교하여 도시하는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

우선, 도 1을 참조하여, 연속 주조기의 전체의 구성을 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 연속 주조기(1)의 구성의 개략을 도시하는 설명도이다.

또한, 연속 주조기의 방식에는, 여러 가지 방식이 있다. 예를 들어, (a) 주형과 지지 롤을 수직으로 배치한 수직형, (b) 수직으로 이동하면서 응고된 주편을, 응고 완료 위치에서 수평으로 구부리는 수직 굽힘형, (c) 만곡 주형과 지지 롤을 동일 반경의 원호 상에 배치하고, 주편을 응고단에서 수평으로 굽힘 복귀시키는 만곡형, (d) 주형과 상부 지지 롤 군을 수직으로 배치하고, 그 후 미응고 강을 포함하는 주편을 점차 굽히고, 응고단에서 수평으로 복귀시키는 수직 점차 굽힘형, (e) 주형, 지지 롤을 수평으로 배치한 수평형 등이 있다. 도 1은, 수직 점차 굽힘형 연속 주조기의 예이지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고 어떤 연속 주조기의 방식에도 적용 가능하다.

연속 주조기(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 용강을 일시적으로 저류하는 턴디쉬(2), 턴디쉬(2)의 저부로부터 주형(3)으로 용강을 주입하는 침지 노즐(4), 주형(3)으로부터 인발되는 주편(H)을 통과시키는 주편 통로(5), 및 주편 통로(5)를 사이에 두고 대향 배치되는 한 쌍의 롤 군(6, 7)을 구비하고 있다.

한 쌍의 롤 군(6, 7)은, 주편(H)을, 주편 통로(5)를 따른 주조 방향(D₁)으로 안내하도록, 주편 통로(5)의 양면에 각각 설치되고, 주편(H)의 두께 방향의 양측으로부터 주편(H)을 지지하고 있다. 내주측의 롤 군(6)은, 주편 통로(5) 내의 주편(H)의 내주측을 안내하는 복수의 지지 롤(10)을 갖고 있다. 각 지지 롤(10)은, 그 중심축이 주편(H)의 폭 방향을 향하도록, 주조 방향(D₁)을 따라 각각 일렬로 배열되어 배치되어 있다. 또한, 외주측의 롤 군(7)은, 주편 통로(5) 내의 주편(H)의 외주측을 안내하는 복수의 지지 롤(11)을 갖고 있다. 각 지지 롤(11)은, 그 중심축이 주편(H)의 폭 방향을 향하도록, 주조 방향(D₁)을 따라 각각 일렬로 배열되어 배치되어 있다.

턴디쉬(2) 내의 용강은, 침지 노즐(4)을 통하여 주형(3)의 상측으로부터 주입되고, 주형(3)에서 1차 냉각되어 주형(3)과의 접촉면에 응고 쉘을 형성한다. 또한, 이 응고 쉘을 외각으로 하고, 내부에 미응고 용강을 갖는 주편(H)은, 주형(3)의 하방에 있어서, 각 지지 롤(10, 11) 사이에 끼워 넣어진 상태로 이차 냉각수에 의해 냉각되면서 연속적으로 인발되어, 이윽고 중심부까지의 응고가 완료된 주편(H)이 생산된다.

본 발명의 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치(냉각 장치(31), 도 2, 도 3 참조)는, 도 1에 있어서 그 도시를 생략하고 있지만, 주형(3)의 하방의 이차 냉각대에 설치되고, 주조 방향(D₁)을 따라 인접하는 지지 롤(10)의 사이에 배치되어, 주편(H)을 냉각한다. 또한, 냉각 장치(31)는, 연속 주조기(1)의 연직부뿐만 아니라, 만곡부 또는 수평부에 설치해도 된다. 냉각 장치(31)의 적용 가능 온도는, 약 1100℃(주형 바로 밑)에서 약 600℃(수평부)이다. 연속 주조기에 있어서, 본 발명의 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법 및 이차 냉각 장치, 즉 본 발명의 수막 냉각을 적용하는 개소로서는, 주조 개시 직후(주형 바로 밑)가 바람직하다.

우선, 본 발명의 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법(이하, 간단히 본 발명의 이차 냉각 방법이라고 하는 경우도 있음)에 대하여 설명하고, 본 발명의 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치(이하, 간단히 본 발명의 이차 냉각 장치라고 하는 경우도 있음)에 대해서는 필요에 따라 적절하게 추가하여 설명한다.

본 발명의 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법은, 주로 천이 비등 영역의 냉매로 주편을 냉각하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 연속 주조기에서 주조되고 있는 주편의 이차 냉각 방법이며, 주편을 반송하는 지지 롤끼리의 간극에 냉각 장치를 설치하고, 상기 냉각 장치는, 상기 주편의 표면과의 사이에 냉매의 유로를 형성하기 위한 간극을 두고 상기 주편과 평행으로 설치되는 냉매 가이드판과, 상기 간극에 상기 냉매를 공급하는 냉매관을 구비하고, 상기 간극에 공급된 상기 냉매가 주로 천이 비등 영역에서 상기 주편에 접촉하여 당해 주편을 냉각한다는 것을 특징으로 하는, 연속 주조기에서 주조되고 있는 주편의 이차 냉각 방법을 제공한다.

천이 비등 영역은 핵비등 영역과 막비등 영역의 사이의 영역이며, 당해 천이 비등 영역에서는 액체의 냉매와 기체의 냉매가 혼재되어 있다. 즉, 천이 비등 영역에서 주편(강편이라고도 함)을 냉각한다는 것은, 고체의 주편(고상), 액체의 냉매(액상), 기체의 냉매(기상)의 삼상 계면이 형성된 상태에서, 냉매가 주편 표면에 접촉하여 주편을 냉각하는 것을 말한다. 또한, 본 발명에 있어서, 냉매란, 주로 물이다.

또한, 천이 비등 영역에서 강편을 냉각할 때, 강편을 강랭할 수 있는 것, 즉 열전달 계수가 향상되는 것은, 예를 들어 "Maximum heat flux propagation velocity during quenching by water jet impingement" International Journal of Heat and Mass Transfer 50 (2007) 1559-1568에 기재되어 있다.

여기서, 본 발명의 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법에 대하여, 도 4를 사용하여 설명한다. 본 발명의 이차 냉각 방법인, 주로 천이 비등 영역에서의 수막류를 이용한 냉각은, 안정된 천이 비등 영역을 이용한 수막 냉각(본 발명의 수막 냉각, 삼상 계면 수막 냉각이라고도 함)이다. 도 4의 횡축은 주편의 표면 온도이고, 종축은 열전달 계수이다. 도 4에는, 본 발명에 있어서의 천이 비등 영역에서의 수막 냉각과, 비교예로서 상술한 특허문헌 2에 개시된 막비등 영역에서의 수막 냉각이 도시되어 있다. 또한, 도 4에는, 참고예로서 종래의 스프레이 방식의 냉각도 함께 도시되어 있다.

비교예인 특허문헌 2에 개시된 수막 냉각에서는, 열전달 계수가 낮은 막비등 영역에서 냉각하고 있고, 천이 비등 영역에서는 냉각하고 있지 않다. 주편의 긴 변 방향으로 배열되어 형성되는 복수의 분출 구멍(지그재그 배치의 분출 구멍)으로부터의 냉각수에 의해 주편이 냉각되므로, 상술한 바와 같이 주편의 냉각면 내에 있어서 안정된 냉각 영역과 불안정한 냉각 영역이 혼재하여, 당해 주편의 냉각은 불안정하게 된다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 수막 냉각은, 분출 구멍이 지그재그 배치이기 때문에, 천이 비등 영역에서는 과냉각에 의한 온도 불균일이 발생하고, 이에 수반하여 균열이 발생한다. 그 때문에, 당해 천이 비등 상태가 일어나지 않도록, 충돌 수압을 연구하여, 막비등 영역에서만 주편이 냉각되고 있다.

이에 비해, 본 발명의 수막 냉각에서는 주로 천이 비등 영역의 냉매로 주편을 냉각하고 있다. 「주로 천이 비등 영역」이란, 유로의 80％ 이상이 천이 비등 상태이며, 잔부가 주로 비비등 영역 및/또는 핵비등 영역임을 의미한다. 기본적으로는 막비등 영역의 냉매로는 냉각하지 않지만, 유로 내에 10％ 이하의 범위로 존재해도 된다. 여기서, 「유로」란, 주편과 냉매 가이드판의 간극을, 냉매의 공급구에서부터 냉매 가이드판의 주조 방향에 있어서의 상류측 단부 또는 하류측 단부까지, 대략 주조 방향으로 냉매가 흐르는 영역이다. 또한, 냉매 가이드판은, 주편에 대하여, 평행으로 되도록 설치되어 있다. 여기서의 「평행」이란, 대략 평행임을 의미하며, 본 발명이 실시 가능할 정도로, 주편 표면에 대한 완전한 평행면으로부터 어긋나 있어도 된다.

본 발명에 있어서의 천이 비등 영역은, 열전달 계수가 높은 영역이기 때문에, 냉각 효율의 향상이 가능하다. 본 발명의 수막 냉각에서는, 주편과 냉매 가이드판의 간극에 공급된 냉매는, 천이 비등 영역에서 주편에 접촉하고, 막비등 영역으로 되기 전에 증발한다. 이와 같이 냉매가 주로 천이 비등 영역인 상태에서만 주편을 냉각하고 증발하여, 막비등으로 되는 일이 없기 때문에, 냉각이 불안정해지지 않는다. 따라서, 본 발명에서는, 높은 냉각 능력의 안정된 천이 비등 영역에서 주편을 냉각할 수 있다. 또한, 이 천이 비등 영역에 있어서의 높은 열전달 계수로서는, 후술하는 바와 같이 800W/㎡ㆍK 이상이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 이와 같이 안정된 천이 비등 영역에서 주편을 냉각하므로, 주편의 폭 방향의 냉각 균일성을 향상시킬 수 있어, 주편 표면의 온도 불균일을 억제할 수 있다. 그 결과, 온도 불균일에 수반하는 주편의 표면 균열을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 천이 비등 영역에서의 수막 냉각을 행하므로, 냉각 효율이 상승하고, 냉매량을 소량으로 억제할 수 있다. 또한, 냉매의 양은 천이 비등 영역에서 증발하는 양이기 때문에, 특허문헌 1에서 과제로 되고 있는 종래의 스프레이 방식의 떨어지는 물이나 고인 물의 발생, 또한 그것에 수반하는 중심 편석을 억제할 수 있다.

상기 간극(냉매 가이드판과 주편의 표면의 간격)은 5mm 이상이며, 또한 상기 유로에 있어서의 상기 냉매의 통과 시간이 0.6초 이하로 되는 간극인 것이 바람직하다. 또한, 공급구로부터 공급된 냉매는, 통상, 절반은 상류측으로 흐르고, 남은 절반이 하류측으로 흐른다. 그 때문에, 냉매가 주편 상을 통과하는 거리는, 공급구에서부터 냉매 가이드판의 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부까지의, 주편의 반송 방향의 길이이다. 즉, 유로에 있어서의 냉매의 통과 시간이란, 공급구에서부터 냉매 가이드판의 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부까지의, 주편의 반송 방향의 길이를 냉매가 통과하는 시간이다.

유로에 있어서의 냉매의 통과 시간이 0.6초 이하인 것은, 냉매의 수량 밀도(W)에 대한 냉각 발열량(Q)의 비율(Q/W), 즉 냉매가 모두 증발하기 위해 주편으로부터 부여되는 열량으로 환언할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 냉매가 물인 경우, 냉매가 천이 비등 영역에서 증발하기 위해서는, 냉매의 수량 밀도(W)에 대한 수막 냉각에서의 냉각 발열량(Q)의 비율(Q/W)이 59×10⁶J/㎥ 이상일 필요가 있다.

상기 간극의 간격은 9mm 이하인 것이 바람직하다. 간격이 9mm보다 크면, 냉매가 완전히는 증발하지 않고, 액상인 채 그대로 남기 때문에, 막비등 영역의 냉매로 주편을 냉각하게 되어, 냉각 효율의 향상을 기대할 수 없다. 또한, 상기 간극의 간격이 5mm 미만이면, 주편 표면과 냉매 가이드판이 접근하기 때문에, 냉각에 의해 강편 표면에 발생한 스케일이나, 냉각에 의해 발생한, 강편의 구부러짐이나 벌징에 의해, 냉각 가이드판과 주편이 접촉할 우려가 있어, 실용적이지는 않다.

상기 유로에 있어서의 상기 냉매의 통과 시간은 0.3초 이상이 바람직하다. 통과 시간이 0.3초 미만이면, 냉매가 천이 비등 영역으로 되기 전에, 유로를 통과하게 되는, 즉 비비등 영역 또는 핵비등 영역의 냉매로 주편을 냉각하게 되므로, 냉각 효율의 향상을 기대할 수 없다.

상기 냉매는, 상기 냉매 가이드판에 형성된 공급구를 통하여 상기 간극에 공급된다. 상기 공급구는, 상기 주편의 폭 방향으로 일렬로 배열되는 복수의 구멍 또는 상기 주편의 폭 방향을 긴 변 방향으로 하는 슬릿인 것이 바람직하다.

한편, 상술한 특허문헌 2에 개시된 수막 냉각에서는, 본 발명과 달리, 주편의 긴 변 방향으로 복수의 분출 구멍이 형성되어 있으므로(즉, 분출 구멍이 지그재그 배치로 되어 있으므로), 상술한 바와 같이 주편의 냉각면 내에 있어서 안정된 냉각 영역과 불안정한 냉각 영역이 혼재하여, 당해 주편의 냉각은 불안정하게 된다. 그 때문에, 특허문헌 2에 개시된 방법에 있어서, 천이 비등 영역의 냉매를 이용하면 온도 불균일에 의한 균열이 발생한다. 그러한 균열을 회피하기 위해, 특허문헌 2에 개시된 수막 냉각은 막비등 영역을 활용한 냉각 방법으로 되어 있다.

이에 비해, 본 발명에서는, 공급구는 주편의 긴 변 방향으로 1개소이기 때문에, 주편의 냉각면 내의 전역에서, 안정된 천이 비등 영역에서의 냉각을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서의 공급구는, 주편의 폭 방향으로 일렬로 배열되는 복수의 구멍 또는 주편의 폭 방향을 긴 변 방향으로 하는 슬릿이므로, 당해 공급구로부터 냉매가 주편의 폭 방향으로 균일하게 공급된다. 따라서, 주편의 폭 방향의 냉각 균일성을 더 향상시킬 수 있다.

본 발명에서는, 냉매 가이드판과 주편의 간극에 공급된 냉매는, 천이 비등 영역에서 주편에 접촉하여 냉각하고, 막비등 영역에 들어가기 전에 모두 증발하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 간극에 있어서 적어도 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부 중 한쪽으로부터, 상기 냉매의 증기를 배출하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 간극에 공급된 냉매는 주로 천이 비등 영역에서 주편에 접촉하고 증발하여, 주편은 열전달 계수가 낮은 막비등 영역에서 냉각되는 일은 없다. 그리고, 냉매의 증기를 적극적으로 배출함으로써, 냉매가 막비등 영역에서 주편에 접촉하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 더 안정된 천이 비등 영역에서 주편을 냉각할 수 있다.

이어서, 도 2 및 도 3을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 관한 이차 냉각 장치의 구성을 설명한다.

본 발명의 일 실시 형태인 냉각 장치(31)는, 주편(H)의 폭 방향을 긴 변 방향으로 하는 냉매 가이드판(32)과, 냉매를 공급하는 냉매관으로서의 급수관(33)을 구비하고, 도시하지 않은 지지 기구에 의해 지지되어 있다. 냉매 가이드판(32)은 평판형이며, 냉매를 주편 상에 퍼뜨릴 수 있다.

냉각 장치(31)에는, 급수구(36)의 주조 방향의 상류측(주형측) 단부와 하류측 단부의 양쪽에 배기부인 배기관(34)이, 냉매 가이드판(32)을 관통하도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 배기관(34)은, 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같이, 주편(H)의 폭 방향으로 일렬로 배열된 복수의 φ5mm 정도의 둥근 구멍이어도 된다. 그리고, 배기관(34)으로부터 냉각수의 증기가 배출된다.

또한, 배기관(34)은 간극(35)의 주조 방향에 있어서의 상류측과 하류측의 양단부에 설치되어 있지만, 어느 한쪽의 단부에 설치되어 있어도 된다. 또한, 배기관(34)을 생략해도 되지만, 본 발명의 수막 냉각(본 발명의 삼상 계면 수막 냉각)을 행하여 고냉각능을 확보하기 위해서는, 배기관(34)을 설치하여 증기를 적극적으로 배출하는 것이 바람직하다.

이러한 냉각 장치(31)에 있어서는, 급수관(33)으로부터 급수구(36)를 통하여 간극(35)으로 공급된 냉각수는, 그 절반이 상류측으로 흐르고, 남은 절반이 하류측으로 흐른다. 그리고 냉각수는, 간극(35) 내에서 수막류로 되어 천이 비등 영역에서 주편(H)의 표면을 냉각한다. 즉, 삼상 계면을 활용하여 주편(H)을 강랭한다. 간극(35) 내를 흐른 냉각수는, 천이 비등 영역을 거쳐 막비등 영역으로 될 때까지 증기로 되어, 간극(35)의 주조 방향에 있어서의 상류측 단부와 하류측 단부의 배기관(34)으로부터 배출된다.

냉매 가이드판(32)은, 주편(H)의 표면에 대하여 수직 방향으로 간격(간극(35))을 두고 평행으로 배치되고, 간극(35)의 간격을 조정할 수 있도록 냉각 장치(31)에 설치되어 있다. 냉매 가이드판(32)은, 냉매를 주편 상에 퍼뜨리기 위한 것이며, 형상으로서는 평판형이다. 여기서, 냉매 가이드판(32)과 주편(H)의 표면의 간극(35)이 냉매의 유로로 된다. 또한, 상기 「평행」이란, 주편(H)의 표면에 대하여, 대략 평행임을 의미한다.

냉매 가이드판(32)의 중심부에는, 냉매의 공급구(도 2, 도 3에 있어서의 급수구(36))가 형성되어 있고, 냉매는 공급구로부터, 주편(H)의 표면과 냉매 가이드판(32)의 간극(간극(35))으로 공급된다. 급수구(36)는, 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같이, 복수의 φ5mm 정도의 둥근 구멍, 혹은 주편(H)의 폭 방향을 긴 변 방향으로 하는 하나의 슬릿 또는 복수의 슬릿인 것이 바람직하다. 단, 복수의 둥근 구멍 또는 복수의 슬릿은, 주편(H)의 폭 방향으로 일렬로 배열되어 있을 필요가 있다.

또한, 상기 냉매 가이드판(32)의 주조 방향의 상류측 단부 및 하류측 단부 중 한쪽에 있어서, 기상으로 된 냉매를 배출하기 위한 배기부(예를 들어 도 3에 있어서의 배기관(34))가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 주편(H)의 표면과 냉매 가이드판(32)의 간격(간극(35))은 5mm 이상이며, 또한 냉매가, 공급구(급수구(36))로부터 냉매 가이드판(32)의 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부에 도달하는 시간은 0.6초 이하인 것이 바람직하다.

그를 위해, 간극(35)의 간격은, 도시하지 않은 간격 제어 기구에 의해 제어되어 있는 것이 바람직하다. 간격 제어 기구는, 예를 들어 간극(35)의 간격, 즉 주편(H)의 표면과 냉매 가이드판(32)의 거리를 계측하는, 도시하지 않은 거리계를 구비한다. 여기서, 주편(H)의 벌징은 주조 방향으로 변화하여, 간극(35)의 두께가 소정 범위(5mm 이상 9mm 이하)에서 벗어나는 경우도 있을 수 있다. 그래서, 거리계에 의해 간극(35)의 간격, 즉 냉매의 유로의 높이를 항상 계측해 두고, 당해 간극(35)의 간격이 소정 범위로부터 벗어난 경우에는, 냉매 가이드판(32)의 설치 위치를 조정하여 간극(35)의 두께를 제어한다. 이러한 경우, 항상 간극(35)의 두께를 소정 범위로 유지할 수 있어, 높은 냉각 능력의 안정된 천이 비등 영역에서의 냉각을 행할 수 있다. 또한, 간극(35)의 간격이 소정 범위로부터 벗어난 경우에는, 경고를 발하도록 해도 된다.

본 실시 형태에서는, 열전달 계수가 높은 안정된 천이 비등 영역에서 주편(H)을 냉각할 수 있다. 또한, 급수구(36)는 주편(H)의 긴 변 방향으로 1개소이기 때문에, 주편(H)의 냉각면 내의 전역에서, 안정된 천이 비등 영역에서의 냉각을 실현할 수 있다.

또한, 급수구(36)는, 주편(H)의 폭 방향으로 일렬로 배열된 복수의 둥근 구멍, 주편(H)의 폭 방향을 긴 변 방향으로 하는 하나의 슬릿 또는 폭 방향으로 일렬로 배열된 복수의 슬릿이므로, 당해 급수구(36)로부터 냉각수가 폭 방향으로 균일하게 공급된다. 따라서, 주편(H)의 폭 방향의 냉각 균일성을 향상시킬 수 있다.

또한, 간극(35)에 있어서의 냉각수의 증기를 적극적으로 배출함으로써, 냉각수가 막비등 영역에서 주편(H)에 접촉하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 바꾸어 말하면, 열전달 계수가 낮은 영역에서 냉각되지 않고, 안정된 천이 비등 영역에서 주편(H)을 냉각하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 수막 냉각에 있어서, 수량 밀도는, 기존의 연속 주조기에 있어서의 냉각수 펌프의 공급 능력 최댓값 정도인 것이 바람직하다. 수량 밀도의 증가는, 냉각수 펌프의 신설이 필요하게 되는 경우가 있어, 설비 투자액이 과대하게 되어, 현실적이지 않은 경우가 있다.

또한, 냉각 장치(31)는, 연속 주조기(1)의 주조 방향을 따라 인접하는 지지 롤(10)의 사이에 배치되기 때문에, 냉매 가이드판(32)의 길이는, 최대라도 지지 롤(10)의 간격의 길이 정도로 된다. 예를 들어, 지지 롤(10)의 간격이 약 200mm 내지 250mm인 경우, 당해 냉매 가이드판(32)의 길이는 약 200mm이다.

이상, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하며, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

[실험 결과]

우선, 종래의 스프레이식 냉각에 의한 이차 냉각을 행한 경우의 강편의 전달 계수를 측정하였다. 현재의 연속 주조기에서 일반적으로 사용되고 있는 스프레이 노즐(15)의 냉각 능력을 측정하는 실험 장치를 도 5에 도시한다. 소정의 평가 온도 이상의 온도로 미리 가열한 강편(16)의 중앙부 상방으로부터, 여러 가지 노즐을 사용하여 냉각수를 강편 표면에 분사하여, 강편(16)을 냉각하였다. 냉각 중인 강편(16)의 온도 추이를 측정하고, 그 측정 결과를 사용하여, 강편 표면의 열전달 계수를 구하였다. 이때, 강편 표면 중, 스프레이 노즐(15)로부터의 냉각수의 스프레이 분류(噴流)(17)가 직접 충돌하지 않은 부분의 온도 추이도 측정하고, 스프레이 노즐(15)로부터 토출된 냉각수의 스프레이 분류(17)가 강편 표면에 충돌하여 형성되는 타원이 내접하는 직사각형 범위에 걸쳐 평균한 값을, 해당 스프레이 노즐(15)을 사용하였을 때의 열전달 계수로서 산출하였다. 또한, 강편(16)의 온도 측정은, 강편(16)의 냉각면으로부터 두께 방향으로 2mm 내측의 위치에 열전대를 묻어 행하였다.

표 1에, 평가 온도를 900℃로 하였을 때의 열전달 계수의 측정값을 나타낸다. 수량 밀도는 1000L/min.㎡, 500L/min.㎡로 하였다. 여기서, 수량 밀도는, 스프레이 노즐로부터 분사되는 냉각수의 수량을, 상기 강편 상의 직사각형의 면적으로 나눈 것이다. 또한, 표 1에 나타낸 열전달 계수의 측정값은, 종래의 일반적인 스프레이 냉각의 열전달 계수이며, 후술에 있어서 본 발명의 효과를 설명할 때의 기준값으로 되는 것이다.

이어서, 본 발명의 냉각 장치를 사용한 냉각인, 수막 냉각의 냉각 효과의 시험을 행하였다. 도 6은, 수막 냉각의 냉각 능력을 시험하는 모델 장치(21)의 개략을 도시한다. 강편(22)의 표면으로부터 적절하게 간격을 두고 냉매 가이드판(23)을 설치하고, 급수 노즐(24)로부터, 강편(22)과 냉매 가이드판(23)의 간극(25)을 향하여 급수하였다. 간극(25)이 냉각수의 유로로 되어 강편(22)의 표면에 수막이 형성되고, 강편(22)이 냉각된다. 냉각수가 흐르는 방향(X 방향)에 있어서의 급수 노즐(24)로부터의 거리에 의한 강편(22)의 온도를 측정하고, 냉각 능력을 조사하였다. 강편(22)의 온도 측정은, 강편(22)의 냉각면으로부터 두께 방향(Z 방향)으로 1.5mm 내측의 위치에 열전대를 묻어 행하였다.

표 2 내지 표 5에, 평가 온도를 900℃로 하였을 때의, 수막 냉각에 의한 열전달 계수의 측정값을 나타낸다. 표 2, 표 3은 수량 밀도를 1000L/min.㎡로 한 경우이며, 표 4, 표 5는 수량 밀도를 500L/min.㎡로 한 경우이다. 여기서, 수량 밀도는, 수막류를 형성하기 위해 공급구, 즉 급수구로부터 단위 시간당 공급되는 냉각수의 수량을, 강편의 면적으로 나눈 것이다. 또한, 표 2, 표 4는 유로 간극 간격(강편의 표면과 냉매 가이드판의 간격이라고도 함)을 5mm 미만으로 한 경우이며, 표 3, 표 5는 유로 간극 간격을 5mm 이상으로 한 경우이다. 그리고, 수막 냉각의 실험에 있어서는, 강편 표면 상에 수막이 형성되어 있는 범위를 평가 대상 면적으로 하였다.

또한, 수막 냉각의 실험에 있어서의 수량 밀도의 최댓값은 1000L/min.㎡로 하였다.

또한, 표 2, 표 4에 나타낸 바와 같이, 수막 냉각의 실험에 있어서, 강편 표면과 냉매 가이드판의 간격(유로 간극 간격)의 최솟값은 0.6mm로 하였다. 유로 간극 간격을 0.5mm까지 냉매 가이드판과 강편을 근접시킨 수준에서는, 강편을 냉각하는 것이 불가능하여, 열전달 계수를 측정할 수 없었다. 이것은, 냉각에 의해 강편 표면에 발생한 스케일이나, 냉각에 의해 발생한 강편의 구부러짐에 의해, 냉각수의 유로가 폐색되었기 때문이라고 추정된다.

또한, 주조 개시 직후에서는, 지지 롤의 간격이 약 200mm 내지 250mm이다. 지지 롤 사이에 수막 냉각용 냉매 가이드판을 설치하는 경우, 당해 냉매 가이드판의 길이는 약 200mm일 것이 고려된다. 냉매인 물은, 냉매 가이드판의 중심부로부터 급수되고, 급수된 냉각수 중 절반이 상방(주형측)으로, 남은 절반이 하방으로 흐르는 것을 상정하였다. 이 때문에, 본 시험에서는 수막류의 길이를 100mm로 하였다.

우선, 표 2, 표 3에 나타낸, 수량 밀도가 1000L/min.㎡일 때에 대하여 설명한다. 도 7은, 수량 밀도가 1000L/min.㎡인 경우의 수막 냉각에 의한 열전달 계수를, 유로 간극 간격을 횡축으로 플롯한 것으로, 즉 표 2, 표 3에 나타낸 열전달 계수를 플롯한 것이다. 또한, 도 7 중의 점선은, 표 1에 나타낸, 스프레이 냉각에 의한 열전달 계수의 측정값, 714W/㎡ㆍK이다.

도 7을 참조하면, 유로 간극 간격이 5mm를 역치로 하여 열전달 계수의 변동 경향이 상이하다. 그 때문에, 표 2에 나타낸 바와 같이 유로 간극 간격이 5mm 미만인 경우의 냉각이 통상 수막 냉각이고, 표 3에 나타낸 바와 같이 유로 간극 간격이 5mm 이상인 경우의 냉각이 삼상 계면 수막 냉각이다. 또한, 이 삼상 계면 수막 냉각이, 본 발명의 안정된 천이 비등 영역을 이용한 수막 냉각이다.

여기서, 수막 냉각을 행하는 경우에는, 주편(강편)에 접촉하는 냉각수의 상태에 따라, 주편에 대한 냉각 능력이 크게 상이한 것이 고려된다. 즉, 도 8에 도시하는 바와 같이 일반적으로, 냉각수는, 급수 개소에서 뜨거운 주편(H)에 접촉하고, 순서대로, 비비등(구간 A), 핵비등(구간 B), 천이 비등(구간 C), 막비등(구간 D)의 상태로 된다. 유로 간극 간격을 변경한, 통상 수막 냉각과 삼상 계면 수막 냉각에서는, 이들 구간 A 내지 D의 길이가 상이하다.

표 2, 도 7로부터, 통상 수막 냉각에서는, 유로 간극 간격이 축소되면 열전달 계수가 향상됨을 알 수 있었다. 이것은, 유로 간극 간격이 축소되면, 강편과 냉매 가이드판의 사이를 흐르는 수막의 유속이 상승하고, 유로 간극에 있어서, 냉각 효과가 큰 비비등 영역(구간 A) 내지 핵비등 영역(구간 B)의 길이가 길어지기 때문이다. 이와 같이 통상 수막 냉각에서는, 유로 간극 간격이 감소하면 열전달 계수가 증가하고, 바꾸어 말하면, 유로 간극 간격이 증가하면 열전달 계수가 저하한다.

한편, 표 3, 도 7로부터, 유로 간극 간격이 증가하여 5mm로 되면, 즉 삼상 계면 수막 냉각에서는, 열전달 계수는 증가한다. 이것은, 유로 간극 간격 5mm로 증가하면, 강편과 냉매 가이드판의 사이를 흐르는 수막의 유속이 감소하고, 유로 간극에 있어서, 천이 비등 영역(구간 C)의 길이가 길어지기 때문이다.

또한, 삼상 계면 수막 냉각에서는, 유로 간극에 있어서, 냉각수는 천이 비등 영역(구간 C)을 거친 후, 막비등 영역(구간 D)으로 되기 전에 증발한다. 즉, 냉각수는 막비등 영역(구간 D)에서 강편과 접촉하는 일이 없다. 그리고, 냉매가 주로 천이 비등 영역인 상태에서만 강편을 냉각하고 증발하여, 막비등으로 되는 일이 없기 때문에, 냉각이 불안정해지지 않는다. 따라서, 높은 냉각 능력의 안정된 천이 비등 영역에서의 냉각을 실현할 수 있다.

또한, 유로 간극에는, 냉매 가이드판에 있어서, 강편의 폭 방향으로 일렬로 배열된 급수구로부터 냉각수가 공급되므로, 강편의 냉각면 내에 있어서 안정된 냉각 영역에서만 냉각할 수 있다. 따라서, 보다 안정된 냉각을 행할 수 있다.

그리고 표 3, 도 7로부터, 유로 간극 간격을 5mm로부터 증가시키면, 열전달 계수는 저하되어 가지만, 유로 간극 간격이 10mm까지의 열전달 계수는, 스프레이 냉각의 열전달 계수보다 크다. 그러나, 또한 유로 간극 간격을 증가시켜 15mm로 한 경우에서는, 측정된 열전달 계수가 스프레이 냉각의 값을 하회하여, 수막 냉각을 도입해도 스프레이 냉각에 비하여 열전달 계수가 향상되지 않음을 나타내고 있다. 따라서, 유로 간극 간격 15mm는 본 발명의 범위 밖이다. 이와 같이 열전달 계수가 향상되지 않는 원인은, 유로 간극 간격을 확대하면, 강편과 냉매 가이드판의 사이를 흐르는 수막의 유속이 저하되고, 유로 간극에 있어서 막비등 영역(구간 D)의 길이가 길어져, 삼상 계면에서의 냉각 효과를 향수하지 못하기 때문이라고 생각된다. 또한, 표 3에 있어서는, 스프레이 냉각에 대한 수막 냉각 우위 조건의 판정 결과로서, 수막 냉각의 열전달 계수가 스프레이 냉각의 열전달 계수 이상으로 되는 조건의 수준에는 A를, 수막 냉각의 열전달 계수가 스프레이 냉각보다 작아지거나 수막 냉각으로는 냉각이 불가능한 조건의 수준에는 B를 기입하였다.

이와 같이 표 2, 표 3, 도 7로부터, 수량 밀도 1000L/min.㎡의 경우, 실험을 행한 조건에 있어서, 유로 간극 간격이 5mm 내지 10mm의 범위라면 본 발명의 수막 냉각에 의한 냉각이 가능함을 알아낼 수 있다.

이어서, 표 4, 표 5에 나타낸, 수량 밀도가 500L/min.㎡일 때에 대하여 설명한다. 도 9는, 수량 밀도가 500L/min.㎡인 경우의 수막 냉각에 의한 열전달 계수를, 유로 간극 간격을 횡축에 플롯한 것이며, 즉 표 4, 표 5에 나타낸 열전달 계수를 플롯한 것이다. 또한, 도 9 중의 점선은, 표 1에 나타낸, 스프레이 냉각에 의한 열전달 계수의 측정값, 498W/㎡ㆍK이다.

수량 밀도가 500L/min.㎡인 경우에 있어서도, 상술한 수량 밀도가 1000L/min.㎡인 경우와 마찬가지로, 유로 간극 간격이 5.0mm를 역치로 하여 열전달 계수의 변동 경향이 상이하다. 즉, 표 4에 나타낸 바와 같이 유로 간극 간격이 5.0mm 미만인 경우, 통상 수막 냉각으로 강편이 냉각되고, 표 5에 나타낸 바와 같이 유로 간극 간격이 5.0mm 이상인 경우, 삼상 계면 수막 냉각으로 강편이 냉각된다. 또한, 동일한 유로 간극 간격에서는, 수량 밀도가 500L/min.㎡인 경우의 열전달 계수는, 수량 밀도가 1000L/min.㎡인 경우의 열전달 계수보다 작아진다.

표 5, 도 9로부터, 유로 간극 간격을 5mm로부터 증가시키면, 열전달 계수는 저하해 간다. 그리고 유로 간극 간격이 8mm에서는, 측정된 열전달 계수가 스프레이 냉각의 값을 하회하여, 수막 냉각을 도입해도 스프레이 냉각에 비하여 열전달 계수가 향상되지 않음을 나타내고 있다. 따라서, 유로 간극 간격 8mm 이상은 본 발명의 범위 밖이다. 이와 같이 열전달 계수가 향상되지 않는 원인은, 수량 밀도 1000L/min.㎡인 경우와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 또한, 표 5에 있어서는, 스프레이 냉각에 대한 수막 냉각 우위 조건의 판정 결과로서, 수막 냉각의 열전달 계수가 스프레이 냉각의 열전달 계수 이상으로 되는 조건의 수준에는 A를, 수막 냉각의 열전달 계수가 스프레이 냉각보다 작아지거나 수막 냉각으로는 냉각이 불가능한 조건의 수준에는 B를 기입하였다.

이와 같이 표 4, 표 5, 도 9로부터, 수량 밀도 500L/min.㎡의 경우, 실험을 행한 조건에 있어서, 유로 간극 간격이 5mm라면, 본 발명의 수막 냉각에 의한 냉각이 가능함을 알아낼 수 있다.

이상으로부터, 수량 밀도 1000L/min.㎡, 500L/min.㎡의 어느 경우에도, 유로 간극 간격이 5mm 이상에 있어서, 삼상 계면(천이 비등 영역)을 활용한 고냉각능을 얻을 수 있다. 그리고, 표 3, 표 5, 도 7, 도 9로부터, 이 삼상 계면(천이 비등 영역)을 활용한 고냉각능의 열전달 계수로서는, 800W/㎡ㆍK 이상이 바람직하다. 또한, 이와 같이 유로 간극 간격이 커도 고냉각능을 얻을 수 있으므로, 본 발명의 냉각 장치를 연속 주조기(1)에 설치하기 쉬워져, 설치 자유도를 높일 수 있다.

또한, 표 3, 표 5로부터, 본 발명의 수막 냉각(삼상 계면 수막 냉각)을 행하기 위한 유로 간극 간격의 상한은, 유로(수막 냉각 구간)를 냉각수가 통과하는 데 필요한 시간으로 규정할 수 있다. 구체적으로는, 통과 시간이 0.6초 이하이면, 삼상 계면을 활용한 고냉각능을 얻을 수 있다.

이 유로에 있어서의 냉각수의 통과 시간은, 냉각수의 수량 밀도(W)에 대한 냉각 발열량(Q)의 비율(Q/W)로 환언할 수 있다. 구체적으로, Q/W는 하기 식 (1)에 의해 산출할 수 있다. 식 (1) 중, 우측 항의 「α」는 열전달 계수를 나타내고 있다. 또한, 동일 우측 항의 「900」은 평가 온도가 900℃임에 기초하는 것이고, 「100」은 냉각수의 온도가 약 100℃임에 기초하는 것이다.

Q/W=α(900-100)/W … (1)

그리고, 표 3, 표 5로부터, 이 Q/W가 59×10⁶J/㎥ 이상이면, 주로 삼상 계면(천이 비등 영역)을 활용한 냉각(본 발명의 수막 냉각)을 행할 수 있다. 한편, Q/W가 59×10⁶J/㎥ 미만으로 되면, 막비등 영역에서의 냉각으로 되어, 천이 비등 영역에서의 냉각 효과를 향수하지 못한다. 따라서, 유로에 있어서의 냉각수의 통과 시간이 0.6초 이하인 것은, Q/W가 천이 비등 영역에서 냉매가 모두 증발하기 위한 냉각 발열량인 59×10⁶J/㎥ 이상인 것으로 환언할 수 있다. 단, Q/W가 59×10⁶J/㎥ 이상이라도, 냉각수의 통과 시간이 0.3초 미만인 경우, 천이 비등 영역으로 되기 전에, 즉 비비등 영역 및/또는 핵비등 영역에서, 냉각수가 유로를 통과해 버리기 때문에, 고냉각능의 천이 비등 영역에서의 냉각 효과를 향수할 수 없고, 본 발명에는 포함되지 않는다. 혹은, Q/W가 59×10⁶J/㎥ 이상이라도, 유로 간극 간격이 5mm 미만인 경우에는, 강편 표면과 냉매 가이드판의 간격이 매우 좁기 때문에, 냉각에 의해 강편 표면에 발생한 스케일이나, 냉각에 의해 발생한 강편의 구부러짐이나 벌징에 의해, 냉각 가이드판과 강편이 접촉할 우려가 있어, 본 발명에는 포함되지 않는다.

계속해서, 상기 본 발명의 실험 수준 3-1의 조건에 있어서, 냉매 가이드판의 급수구의 배치만을, 특허문헌 2에 기재된 지그재그 배치된 φ5mm 정도의 둥근 구멍으로 하고, 마찬가지로 실험을 행하였다. 그 결과, 냉각 후의 강편 표면에 균열이 발생하였다. 급수구가 지그재그 배치인 경우, 공급된 물이 냉각 가이드판의 주조 방향에 있어서의 측단부에 도달할 때까지 완전히 증발하지 않고, 냉각면 내에 막비등 영역 및 천이 비등 영역이 혼재하여, 온도 불균일이 발생한 것이라고 생각된다.

<산업상 이용가능성>

본 발명은 연속 주조기에서 주편의 연속 주조를 행할 때의 이차 냉각을 행하는 방법 및 장치에 적용할 수 있다.

1: 연속 주조기
2: 턴디쉬
3: 주형
4: 침지 노즐
5: 주편 통로
6, 7: 롤 군
10, 11: 지지 롤
15: 스프레이 노즐
16: 강편
17: 냉각수의 스프레이 분류
21: 모델 장치
22: 강편
23: 냉매 가이드판
24: 급수 노즐
25: 간극
31: 냉각 장치
32: 냉매 가이드판
33: 급수관
34: 배기관
35: 간극
36: 급수구
H: 주편

Claims (10)

1. 연속 주조기에서 주조되고 있는 주편의 이차 냉각 방법이며,
   상기 연속 주조기는, 주형의 하방의 이차 냉각대에, 주편의 두께 방향의 양측으로부터 주편을 지지하는 복수 쌍의 지지 롤을 갖고,
   상기 연속 주조기의 주조 방향을 따라 인접하는 지지 롤의 사이에 냉각 장치가 배치되고,
   상기 냉각 장치는,
   냉매를 공급하는 냉매관 및
   냉매를 주편 상에 퍼뜨리기 위한 평판형의 냉매 가이드판을 구비하고,
   상기 냉매 가이드판이, 주편의 표면에 대하여 수직 방향으로 간격을 두고 평행으로 배치되는 상황에 있어서,
   냉매를, 상기 냉매 가이드판에 형성된 냉매의 공급구로부터, 주편 표면과 냉매 가이드판의 간극으로 공급하고, 주로 천이 비등 영역의 냉매로 주편을 냉각하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 주편 표면과 냉매 가이드판의 간격은 5mm 이상이며, 또한 냉매가, 냉매의 공급구로부터 냉매 가이드판의 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부에 도달하는 시간을 0.6초 이하로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉매의 공급구는, 주편의 폭 방향으로 일렬로 배열되는 복수의 구멍 또는 주편의 폭 방향을 긴 변 방향으로 하는 슬릿인 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매는, 액상으로 냉매의 공급구로부터 공급되고, 주편 표면과 냉매 가이드판의 사이의 유로에 있어서, 냉매 가이드판의 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부에 도달할 때까지 모두 기상으로 되는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주편 표면과 냉매 가이드판의 간극에 있어서, 적어도 주조 방향 상류측 단부 또는 하류측 단부 중 한쪽으로부터, 냉매의 증기를 배출하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매가, 냉매 가이드판의 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부에 도달할 때까지 모두 기상으로 되기 위한 냉각 발열량이, 이하의 식 (A)를 만족하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 방법.
   Q/W≥59×10⁶[J/㎥] … (A)
   Q: 냉각 발열량
   W: 수량 밀도
7. 연속 주조기의 주형의 하방의 이차 냉각대에 있어서, 주편의 두께 방향의 양측으로부터 주편을 지지하는 복수 쌍의 지지 롤 중, 주조 방향을 따라 인접하는 지지 롤의 사이에 배치되는, 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치이며,
   냉매를 공급하는 냉매관 및
   냉매를 주편 상에 퍼뜨리기 위한 평판형의 냉매 가이드판을 구비하고,
   상기 냉매 가이드판은, 주편의 표면에 대하여 수직 방향으로 간격을 두고 평행으로 배치되고,
   상기 주편 표면과 냉매 가이드판의 간격은 5mm 이상이며, 또한 냉매가, 상기 냉매 가이드판에 형성된 냉매의 공급구로부터, 냉매 가이드판의 주조 방향의 상류측 단부 또는 하류측 단부에 도달하는 시간을 0.6초 이하로 하도록 설정되고,
   냉매를, 냉매의 공급구로부터 주편 표면과 냉매 가이드판의 간극으로 공급하고, 주로 천이 비등 영역의 냉매로 주편을 냉각하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 주편 표면과 냉매 가이드판의 간격을 제어하는 간격 제어 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 냉매의 공급구는, 주편의 폭 방향으로 일렬로 배열되는 복수의 구멍 또는 주편의 폭 방향을 긴 변 방향으로 하는 슬릿인 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주편 표면과 냉매 가이드판의 간극의 적어도 주조 방향 상류측 단부 또는 하류측 단부 중 한쪽으로부터, 기상으로 된 냉매를 배출하는 배기부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주편의 이차 냉각 장치.

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