TWI753486B - 連續鑄造鑄片之二次冷卻方法及二次冷卻裝置 - Google Patents

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Abstract

為了提供一種連續鑄造鑄片之二次冷卻方法及二次冷卻裝置，不須大幅的設備投資就能實現有效率的二次冷卻。 連續鑄造鑄片之二次冷卻方法，係將在連續鑄造機(1)鑄造中的鑄片(3)於具有垂直帶(5)、彎曲帶(7)、水平帶(9)之二次冷卻帶(11)進行二次冷卻，其係具有：在水平帶(9)的上游側部分的前段冷卻部(13)之前段冷卻工序、及在前述水平帶的下游側部分的後段冷卻部(15)之後段冷卻工序，在前述前段冷卻工序，是藉由流量密度300~4000升/(m2 ･min)的冷卻水將前述鑄片冷卻，在該前段冷卻工序之前述鑄片的表面之冷卻水的沸騰狀態為核沸騰，在前述後段冷卻工序，是藉由流量密度為前述前段冷卻工序之前述冷卻水的前述流量密度之2%以上且50%以下的冷卻水將前述鑄片冷卻，將在該後段冷卻工序之前述鑄片的表面之前述冷卻水的沸騰狀態維持核沸騰。

Description

連續鑄造鑄片之二次冷卻方法及二次冷卻裝置
本發明是關於在連續鑄造機之二次冷卻帶將鑄片進行二次冷卻的連續鑄造鑄片之二次冷卻方法及二次冷卻裝置。
在鋼的連續鑄造，注入鑄模內的熔鋼是被鑄模冷卻，而在其與鑄模的接觸面形成凝固殼。在設置於鑄模下方的二次冷卻帶，以該凝固殼為外殻且在內部具有未凝固熔鋼之鑄片是一邊被冷卻水冷卻一邊被往鑄模下方連續地拉出，終於連中心部都凝固完畢。
將連中心部都凝固完畢後的鑄片切斷成既定的長度，製造出作為輥軋用材之鑄片。
一般而言，在二次冷卻中，鑄片是在膜沸騰狀態下被冷卻。膜沸騰是沸騰形態的一種，當被冷卻材的表面溫度為高溫且冷卻水為低壓、小流量的情況容易發生，在冷卻水與被冷卻材之間產生蒸氣的層，被冷卻材的冷卻速度比較慢，可穩定的冷卻，但存在生產性低的問題。
在連續鑄造，是期望鑄片品質及生產性的提高，作為其對策之一，可考慮將冷卻水和鑄片表面的熱傳遞係數、亦即噴射器冷卻時的熱傳遞係數增大。
於是，像專利文獻1揭示的那樣，只要將冷卻水高壓噴附於鑄片表面，就能使每單位時間與鑄片表面接觸之冷卻水量增加而使熱傳遞係數變大，還能使生產性提高。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2003-285147號公報 [非專利文獻]
非專利文獻1：J. V. BECK: Int. J. MassTransfer, 13(1970), p.703
[發明所欲解決之問題]
然而，在專利文獻1的方法，必須增設泵及高壓對應型的配管等之新設備，導致成本上升。
此外，熱傳遞係數的增加需要龐大的用水量，若考慮到運用於既有的連續鑄造機，將遠遠超過可使用的水量，為了實施需要大幅的設備投資。
本發明是為了解決上述問題而開發完成的，其目的是為了提供一種連續鑄造鑄片之二次冷卻方法及二次冷卻裝置，不須大幅的設備投資就能實現有效率的二次冷卻。 [解決問題之技術手段]
(1)本發明的連續鑄造鑄片之二次冷卻方法，係將在連續鑄造機鑄造中的鑄片於具有垂直帶、彎曲帶、水平帶之二次冷卻帶進行二次冷卻，其特徵在於，係具有：在前述水平帶的鑄造方向上游側部分之前段冷卻工序、及在前述水平帶的鑄造方向下游側部分之後段冷卻工序，在前述前段冷卻工序，是藉由每單位時間的流量密度為300~4000升/(m2 ･min)(其中，min為時間單位的分)的冷卻水將前述鑄片冷卻，在該前段冷卻工序之前述鑄片的表面之冷卻水的沸騰狀態為核沸騰，在前述後段冷卻工序，是藉由每單位時間的流量密度為前述前段冷卻工序之前述冷卻水的前述流量密度之2%以上且50%以下的冷卻水將前述鑄片冷卻，將在該後段冷卻工序之前述鑄片的表面之前述冷卻水的沸騰狀態維持核沸騰。 (2)此外，在上述(1)所記載的連續鑄造鑄片之二次冷卻方法中，在前述後段冷卻工序，在前述鑄片的冷卻開始時之前述鑄片的表面溫度Ts(℃)、在該後段冷卻工序之前述冷卻水的前述流量密度W(升/(m2 ･min))，是滿足下述式(1)的關係。
Figure 02_image001
其中，上述式(1)中的ln為自然對數，^是乘冪運算符號。 (3)此外，在上述(2)所記載的連續鑄造鑄片之二次冷卻方法中，在前述後段冷卻工序，當將鑄片的厚度設為t(m)，將鑄片的未凝固部除外之厚度方向平均導熱率設定為λ(kcal/(m･hour･℃))，將鑄片的凝固溫度設定為Tc(℃)時，前述冷卻水的熱通量q(kcal/(m2 ･hour))滿足下述式(2)的關係。
Figure 02_image003
(4)此外，在上述(1)至(3)之任一記載的連續鑄造鑄片之二次冷卻方法中，在前述後段冷卻工序，前述冷卻水的前述流量密度W滿足下述式(3)的關係。
Figure 02_image005
其中，上述式(3)中的e為自然對數之底，lоg為常用對數，^為乘冪運算符號。 (5)此外，在上述(1)至(4)之任一記載的連續鑄造鑄片之二次冷卻方法中，在前述水平帶，將軸方向與鑄造方向垂直之輥子沿著鑄造方向配置複數個，並於在鑄造方向相鄰的前述輥子之間，將朝前述鑄片的表面噴射前述冷卻水之噴嘴在鑄片寬度方向上配備複數個，從前述噴嘴各個噴射之前述冷卻水與前述鑄片的表面碰撞所形成的冷卻面是成為圓角長方形狀或橢圓狀，至少在前述前段冷卻工序，以相對於與鑄造方向垂直的方向使前述冷卻面的長軸在5~45度的範圍傾斜的方式噴射前述冷卻水。 (6)本發明的連續鑄造鑄片之二次冷卻裝置，係將在連續鑄造機鑄造中的鑄片於具有垂直帶、彎曲帶、水平帶之二次冷卻帶進行二次冷卻，其特徵在於，前述水平帶具有前段冷卻部及後段冷卻部，前述前段冷卻部，是藉由每單位時間的流量密度為300~4000升/(m2 ･min)(其中，min為時間單位的分)的冷卻水將前述鑄片冷卻，在該前段冷卻部內之前述鑄片的表面之冷卻水的沸騰狀態為核沸騰，前述後段冷卻部，是藉由每單位時間的流量密度為前述前段冷卻部之冷卻水的前述流量密度之2%以上且50%以下的冷卻水將前述鑄片冷卻，將在該後段冷卻部內之前述鑄片的表面之冷卻水的沸騰狀態維持核沸騰。 (7)此外，在上述(6)所記載的連續鑄造鑄片之二次冷卻裝置中，在前述水平帶，將軸方向與鑄造方向垂直之輥子沿著鑄造方向配置複數個，並於在鑄造方向相鄰的前述輥子之間，將朝前述鑄片的表面噴射前述冷卻水之噴嘴在鑄片寬度方向上配備複數個，前述噴嘴，是以從該噴嘴各個噴射之前述冷卻水與前述鑄片的表面碰撞所形成的冷卻面成為圓角長方形狀或橢圓狀的方式噴射前述冷卻水，至少在前述前段冷卻部，以相對於與鑄造方向垂直的方向使前述冷卻面的長軸在5~45度的範圍傾斜的方式配置前述噴嘴。 [發明之效果]
在本發明，在水平帶的前段冷卻工序，將冷卻水之每單位時間的流量密度設定為300~4000升/(m2 ･min)，在前述前段冷卻部內之鑄片的表面之冷卻水的沸騰狀態為核沸騰，在後段冷卻工序，以前段冷卻工序之2%以上且50%以下的流量進行冷卻，將鑄片的表面之冷卻水的沸騰狀態維持核沸騰，因此可抑制冷卻水量，不須大幅的設備投資就能實現高效率的二次冷卻。
本實施形態的連續鑄造鑄片之二次冷卻方法，如圖1所示般，是將在連續鑄造機1鑄造中的鑄片3於具有垂直帶5、彎曲帶7、水平帶9之二次冷卻帶11進行二次冷卻。水平帶9具有：進行前段冷卻工序之前段冷卻部13、進行後段冷卻工序之後段冷卻部15。
以下，針對各構成詳細地說明。 ＜連續鑄造機＞ 連續鑄造機1，如圖1所示般，是將從餵槽(未圖示)注入鑄模17之熔鋼藉由輥子19支承，且一邊藉由設置於輥子19間之冷卻噴射器21進行二次冷卻一邊拉出鑄片3。
將鑄片3二次冷卻的二次冷卻帶11，如圖1所示般，分成垂直帶5、彎曲帶7、水平帶9。本發明的二次冷卻方法是關於在水平帶9將鑄片3冷卻的方法。 ＜前段冷卻工序＞ 前段冷卻工序，是在二次冷卻帶11之水平帶9的前段冷卻部13，藉由冷卻噴射器21進行冷卻，將冷卻水之每單位時間的流量密度設定為300~4000升/(m2 ･min)(其中，min為時間單位的分)，在前段冷卻部13內之鑄片3的表面之冷卻水的沸騰狀態為核沸騰。
在此，在前段冷卻部13之冷卻水的每單位時間之流量密度，是將在前段冷卻部13之冷卻水的總水量(升/min)除以前段冷卻部13的面積(m2 )所算出的值。
冷卻噴射器21是指將液體或液體和氣體的混合體噴射而散布在鑄片3的表面之裝置。在此，作為液體的一例可舉出水，作為氣體的一例可舉出空氣。
冷卻噴射器21，如圖1所示般，是配置在將鑄片3沿著鑄造方向搬運之輥子19和輥子19之間。
此外，冷卻噴射器21，如圖2所示般，是在各輥子19間，將複數個噴嘴23在鑄片3的寬度方向上設置複數個。圖2所示的噴嘴23是扇型噴嘴(flat spray nozzle)，從該扇型噴嘴噴射的作為冷卻水之冷媒25，是以噴嘴23為中心而朝鑄片寬度方向呈扇狀擴開。如此，冷卻水朝向鑄片表面之碰撞面，成為鑄造方向的寬度小、鑄片寬度方向的寬度大之細長線狀的形狀。在本說明書，將從扇型噴嘴噴射之冷卻水朝向鑄片表面之碰撞面之細長線狀的形狀稱為「圓角長方形狀」。
當然，噴嘴23的種類沒有特別的限定，作為扇型噴嘴的類似噴射圖案包含：卵型(oval)噴嘴(橢圓形噴射圖案、長圓形噴射圖案)、呈圓錐狀地噴射的噴嘴之充圓錐型(full cone)噴嘴(圓錐形噴射圖案、圓形噴射圖案)、將充圓錐型噴嘴做成方型之方型(square)噴嘴(方形噴射圖案、正方形噴射圖案、長方形噴射圖案)等的呈四角錐形狀噴射的噴射。
作為噴嘴23是使用前述扇型噴嘴或卵形噴嘴時，比起通常是將圓角長方形狀或橢圓狀的冷卻面(冷卻水之朝向鑄片表面的碰撞面)之長軸與鑄造方向垂直地配置的情況，如圖3所示般更佳為，當將與鑄造方向垂直的情況設為0度，讓前述長軸以5~45度的範圍傾斜(圖3中之θ=5~45度)地配置而噴射冷卻水。
其理由如下。
如上述般，在各輥子19間，噴嘴23是在鑄片3的寬度方向上設置複數個。當噴嘴23為扇型噴射圖案的情況，從噴嘴23噴射而流過鑄片3的表面之冷卻水的速度，在冷卻水碰撞面的長軸方向(以下稱為噴射圖案的寬度方向)較快，在短軸方向(以下稱為噴射圖案的厚度方向)較慢。因此，與鑄片的表面碰撞後之冷卻水，比較緩慢地朝噴射圖案的厚度方向、亦即鑄造方向擴開。另一方面，在噴射圖案的寬度方向上，在從相鄰的噴嘴噴射之冷卻水各個的端部，以互為反方向的速度碰撞，然後，朝鑄造方向改變方向而擴開。結果，冷卻水與鑄片的表面碰撞後，以比較慢的速度在鑄片的表面上朝鑄造方向流動。
另一方面，若讓冷卻面的長軸相對於與鑄造方向垂直的方向傾斜，從相鄰的噴嘴噴射之冷卻水的干渉，在速度較慢之噴射圖案的厚度方向會產生，在速度較快之噴射圖案的寬度方向不會產生。因此，在鑄片的表面上以高速的速度讓冷卻水流過。依據本發明人的研究得知，在鑄片的表面上讓冷卻水移動時，冷卻水的速度越快則冷卻能力越高。基於以上說明，藉由將噴嘴23配置成讓冷卻面的長軸相對於與鑄造方向垂直的方向傾斜，使冷卻能力提高。在此，冷卻面之長軸的傾斜角度，當將與鑄造方向垂直的方向設為0度的情況，較佳為以5~45度的範圍傾斜地配置。
以下說明，藉由冷卻噴射器21進行冷卻的前段冷卻工序如上述般，將每單位時間的流量密度設為300~4000升/(m2 ･min)，在鑄片3的表面之至少一部分或全部的冷卻水之沸騰狀態為核沸騰的理由。
若在進入水平帶9之前以高熱傳遞係數進行鑄片的冷卻(以下稱為強冷卻)，特別是在鑄片3的角部產生龜裂的風險變高，因此只要在水平帶9進行強冷卻即可。
然而，如前述般，基於抑制設備投資的觀點，必須抑制冷卻水的流量並進行強冷卻。於是，針對僅在前段冷卻工序使用大流量的冷卻水，在後段冷卻部15則使用小流量的冷卻水之方法進行了探討。
圖4顯示冷卻水的流量、鑄片3的表面溫度及冷卻能力的關係之概略圖。縱軸表示冷卻能力，橫軸表示鑄片的表面溫度，圖中顯示冷卻水的流量為大、中、小共3種情況。
在圖4的曲線圖中，冷卻能力之極大點以下的溫度區域為核沸騰區域，極小點以上的溫度區域為膜沸騰區域。又核沸騰是指，以發泡點為核而產生氣泡，冷卻水可從冷卻對象帶走非常高的熱量之沸騰狀態。此外，膜沸騰是指，在冷卻水和冷卻對象的邊界產生蒸氣的膜，其成為隔熱層，冷卻水可從冷卻對象帶走的熱量小之沸騰狀態。
根據圖4的曲線圖，當鑄片3溫度低的情況，亦即在核沸騰區域，冷卻水的流量對冷卻能力造成的影響小。因此，在前段冷卻工序以大流量進行冷卻，將鑄片3的表面溫度降低而成為核沸騰，只要在之後的後段冷卻部15以小流量維持核沸騰，就能以小流量發揮高的冷卻能力。
使用圖4的曲線圖具體地說明本發明的鑄片之冷卻方法的概念。從連續鑄造機之上游側朝向下游側讓鑄造進展時之鑄片表面的溫度歷程，在圖4的曲線圖上，是從大略右(高溫側)變成左(低溫側)。處於彎曲帶7之鑄片3雖還是高溫，為了防止鑄片3的龜裂等，避免過度冷卻而進行抑制冷卻水流量之作業(圖4上的比O點更右側)。另一方面，若鑄片3脫離彎曲帶7而進入水平帶9(圖4上的A點)，因為鑄片3的龜裂風險降低，可進行強冷卻，能讓冷卻水的流量大幅增加(圖4上的A’點)。亦即，進入本發明的前段冷卻工序之大流量的冷卻。鑄片3是在大流量下進行強冷卻，其表面溫度大幅降低，在最早的情況，在比進入水平帶而藉由從設置在最初的輥子間之噴嘴噴射的冷卻水冷卻後之鑄片的表面位置更靠鑄造方向下游側，冷卻水的狀態轉變成核沸騰狀態(圖4上的B點)。若就那樣繼續冷卻，鑄片3的表面溫度進一步降低而到達圖4上的C點。只要鑄片3的表面溫度降低到C點，縱使冷卻水為低流量的條件仍可維持核沸騰，因此讓冷卻水的流量降低，亦即轉移到後段冷卻工序而在小流量下持續進行強冷卻(圖4上的C’點)。
又本發明的冷卻水量，概略如圖4中之空心箭頭所示般轉變。
而且，在本實施形態，在前段冷卻工序之大流量下的冷卻，是將每單位時間的流量密度設定為300~4000升/(m2 ･min)。如此般設定的理由如下。
圖4中之冷卻能力的極小值依流量而改變，根據本發明人等的研究成果得知，藉由將每單位時間的流量密度設定為 300升/(m2 ･min)，顯現冷卻能力的極小值之溫度成為1000℃左右。
另一方面，一般在水平帶9之鑄片3的表面溫度為1000℃以下，是比顯現冷卻能力的極小值之溫度更低的溫度區域。因此，只要是每單位時間的流量密度為300升/(m2 ･min)，就能將水平帶9的鑄片3以比冷卻能力的極小值更高的冷卻能力開始進行冷卻。
此外，如圖4所示般，在冷卻能力的極小值到極大值之間，冷卻水的流量越大冷卻能力越高，在水平帶9的前段冷卻部13將每單位時間的流量密度增大是有利的。
然而，根據發明人的認知，在流量密度為4000升/(m2 ･min)以上，縱使讓每單位時間的流量密度增加，冷卻能力也幾乎不會改變，因此不能算作冷卻水的有效使用。
基於以上的理由，在前段冷卻部13之大流量下的冷卻，是將每單位時間的流量密度設定為300~4000升/(m2 ･min)。又更佳的流量範圍為300~2000升/(m2 ･min)。
此外，在本實施形態，在前段冷卻工序，是在大流量下冷卻，在前段冷卻工序中將鑄片3的表面溫度降低而成為核沸騰，在之後的後段冷卻工序，是在小流量下維持核沸騰，針對能實現這樣的狀態之條件，在以下做說明。
本發明人等，在實驗室中，進行了將鑄片3用水冷卻之各種實驗的結果得知，當鑄片3的表面溫度Ts(℃)為Ts=10^[0.08×ln(W)+2]的情況，成為顯現冷卻能力的極大值之溫度。
其中，W為每單位時間的流量密度(升/(m2 ･min))，ln為自然對數。
因此，只要因應後段冷卻工序之每單位時間的流量密度，直到比上述的Ts更低的溫度為止，在前段冷卻工序以大流量進行冷卻即可。換言之，只要以在後段冷卻工序之冷卻開始時之鑄片3的表面溫度Ts(℃)成為下式(1)所規定之溫度的方式，進行前段冷卻工序的冷卻即可。
Figure 02_image007
＜後段冷卻工序＞ 後段冷卻工序，是在水平帶9之後段冷卻部15，以前段冷卻工序之2%以上且50%以下之每單位時間之流量密度進行冷卻，將鑄片3的表面之冷卻水的沸騰狀態維持核沸騰。
在此，在後段冷卻部15之冷卻水的每單位時間之流量密度，是藉由將在後段冷卻部15之冷卻水的總水量(升/min)除以後段冷卻部15的面積(m2 )所算出的值。
如前述般，只要使在後段冷卻工序開始時之鑄片3的表面溫度成為上述式(1)所規定之溫度的方式進行前段冷卻工序，在後段冷卻工序，就能進行小流量密度、具體而言是式(1)之每單位時間的流量密度W下之核沸騰的冷卻。而且，該每單位時間的流量密度，只要在前段冷卻工序之2%以上且50%以下適宜設定即可。又更佳的每單位時間之流量密度的範圍是前段冷卻工序之5%~20%。
當然，藉由來自鑄片3內部的復熱所產生的熱通量會使鑄片的表面溫度上升，因此必須抑制此溫度上升，而將鑄片的表面溫度維持於上述溫度。這是因為，若超過顯現冷卻能力的極大值之溫度，流量的冷卻能力依存性變大，因此無法發揮小流量下的高冷卻能力。
而且，為了抑制此溫度上升而將鑄片的表面溫度維持於上述溫度，只要使來自鑄片3的外部之冷卻水噴射所產生之熱通量比來自鑄片3的內部之復熱所產生之熱通量更大即可。
鑄片3的溫度分布，理想上能以在厚度中央顯現最高溫度之拋物線近似，因此復熱的熱通量q’(kcal/(m2 ･hour))能以下述式(4)表示。
Figure 02_image009
其中，上述式(4)中，t：鑄片厚度(m)，λ：鑄片之未凝固部除外之厚度方向平均導熱率(kcal/(m･hour･℃))，Tc：鑄片的凝固溫度(℃)。
因此，在進行後段冷卻部15之小流量下的冷卻時，只要使冷卻時的熱通量q(kcal/(m2 ･hour))滿足q≧q’、亦即下述式(2)即可。
Figure 02_image011
又鑄片厚度中心的溫度測定很困難，大致是鑄片3的凝固溫度，因此設為凝固溫度。
本發明人，針對為了進行在滿足上述式(2)之熱通量下的冷卻所需之每單位時間的流量密度，進行了探討。
而且，利用實驗室之鋼板的冷卻實驗進行調查獲得以下的經驗公式，是將圖4中之熱通量(冷卻能力)成為極大的條件用熱通量的極大值和每單位時間之流量密度的關係表示。
Figure 02_image013
根據該式(5)、及上述式(4)亦即q’=λ[4(Tc-Ts)/t]這兩式，作為在後段冷卻工序應滿足的條件為q”＞q’，將其變形為關於每單位時間的流量密度W，則成為下述式(3)。
Figure 02_image015
其中，上述式(3)中的e為自然對數之底，lоg為常用對數。
因此，藉由以滿足上述式(3)的方式設定後段冷卻部15之每單位時間的流量密度，在後段冷卻部15，可實現維持少水量下的核沸騰狀態之冷卻。
如以上般，在本實施形態的二次冷卻方法，在二次冷卻帶11的水平帶9，在前段冷卻工序以大流量密度使鑄片3表面之冷卻水的沸騰狀態為核沸騰，在前述後段冷卻工序，以前段冷卻工序之2%以上且50%以下之每單位時間的流量密度進行冷卻，將鑄片3的表面之冷卻水的沸騰狀態維持核沸騰，因此可抑制水平帶9的冷卻水量，不須大幅的設備投資就能實現高效率的二次冷卻。
作為實現上述般的連續鑄造鑄片之二次冷卻方法的二次冷卻裝置，只要採用以下裝置構成即可，亦即在水平帶9具有前段冷卻部13及後段冷卻部15，在前述前段冷卻部13，將每單位時間的流量密度設定為300~4000升/(m2 ･min)，在鑄片3的表面之冷卻水的沸騰狀態為核沸騰，在前述後段冷卻部15，以前段冷卻部13之2%以上且50%以下的流量進行冷卻，將鑄片3的表面之冷卻水的沸騰狀態維持核沸騰。
作為用於將冷卻水的沸騰狀態維持核沸騰之具體的方法，例如可採用以下方法：測定鑄片3的冷卻前後之冷卻水的溫度，使用該冷卻水的溫度之上升量的值來推定冷卻水的沸騰模式，以使所推定的沸騰模式維持核沸騰的方式調整冷卻水之水量。若將核沸騰和膜沸騰做比較，核沸騰時的熱通量較大，因此核沸騰時之冷卻水溫度的上升量比膜沸騰時之冷卻水溫度的上升量更大。
冷卻水溫度的上升量可由下述式(6)推定。其中，因為熱的一部分以汽化熱的形式被消耗，基於下述式(6)之冷卻水溫度的上升量乃是概算值。
Figure 02_image017
在此，ΔT為冷卻水溫度的上升量(℃)，q為從鑄片朝向冷卻水之熱通量(W･m2 )，ρ為冷卻水的密度(kg/m3 )，c為冷卻水的比熱(J/(kg･K))，W為冷卻水之每單位時間的流量密度(m3 /(m2 ･s))。
如上述般，因為核沸騰時和膜沸騰時之熱通量q的值不同，由上述式(6)推定之冷卻水溫度的上升量ΔT之值在核沸騰時和膜沸騰時並不相同。於是，根據鑄片3的冷卻前後之冷卻水溫度的測定值所求出之實際的溫度上升量是接近基於上述式(6)之溫度上升量在核沸騰時的推定值、或在膜沸騰時的推定值，藉此可推定冷卻水的沸騰模式。而且，以使所推定的沸騰模式維持核沸騰狀態的方式調整冷卻水的水量，藉此可將冷卻水的沸騰狀態維持核沸騰。 實施例1
為了驗證本發明的效果，使用連續鑄造機1進行了低碳鋼的鑄造，以下做說明。又在實施例所說明的數值等，是為了本發明的進一步理解，本發明並不因該實施例而受到任何的限定。
連續鑄造機1的機身長度為45m，其中的水平帶9，是由長度2m的區段(segment)共15個所構成。作為鑄造條件，鑄造速度為2mpm，鑄片厚度為250mm，鑄片寬度為1500mm。冷卻水是使用水，將其與空氣混合並從冷卻噴射器21噴射出。水溫及空氣的溫度為30℃。
到達水平帶9時之鑄片3的表面溫度為850℃。
此外，凝固溫度為固相線溫度1500℃，平均導熱率為39.4kcal/(m･hour･℃)。
溫度的測定是使用輻射溫度計。
關於凝固位置，是根據打釘(nail shooting)試驗來求出。
在上述條件下，將水平帶9的冷卻條件進行各種變更。在此，前段冷卻部13和後段冷卻部15的劃分、及每單位時間的流量密度之設定，是以區段單位來進行。又關於熱通量，是製作了模擬實機的實驗裝置，進行相當於作業條件之實驗，根據其結果經由計算來求出。具體而言，在上述實驗，是將鑄片的表面溫度用輻射溫度計測定，同時將凝固界面位置用超音波測定器計測，根據其結果，使用非專利文獻1所記載的熱通量反算方法來計算。
作為比較例1，將水平帶9之每單位時間的流量密度設定為180升/(m2 ･min)而成為一定。
關於比較例2、3，是以設置於水平帶9之上游側的5區段作為前段冷卻部13，以剩下的10區段作為後段冷卻部15，將每單位時間的流量密度個別地設定，進行了冷卻。例如在比較例2，前段冷卻部13是以每單位時間的流量密度250升/(m2 ･min)將5區段的長度冷卻，在後段冷卻部15是將每單位時間的流量密度降低到140升/(m2 ･min)而將剩下10區段的長度冷卻。後段冷卻開始時，亦即在每單位時間的流量密度從250升/(m2 ･min)減少為140升/(m2 ･min)的時點之鑄片3的表面溫度為763℃。
作為發明例，是將前段冷卻部13和後段冷卻部15之區段數及每單位時間的流量密度個別地設定，進行了冷卻。例如在發明例1，前段冷卻部13是以每單位時間的流量密度300升/(m2 ･min)將5區段的長度冷卻，在後段冷卻部15，將每單位時間的流量密度降低到150升/(m2 ･min)而將剩下10區段的長度冷卻。後段冷卻開始時之鑄片3的表面溫為140℃。
具體的數值如表1所示。
又在實施例1中，噴嘴是如圖2所示般，冷卻面的長軸成為與鑄造方向垂直的方向。
Figure 02_image019
在比較例1、2，未滿足式(1)、式(2)，在水平帶9整個區域成為膜沸騰區域的冷卻，冷卻量不足，冷卻部出側的溫度變高。
在比較例3，滿足式(1)，在前段冷卻部13成為核沸騰區域的冷卻，溫度充分降低，但未滿足式(2)，在後段冷卻部15，核沸騰崩壞，成為膜沸騰區域的冷卻，冷卻能力不足，冷卻部出側的溫度變高。
在發明例1~5中，在前段冷卻部13成為核沸騰區域的冷卻，溫度充分降低，此外在後段冷卻部15可維持核沸騰，冷卻能力足夠，可將冷卻部出側的溫度維持低溫，結果，凝固完畢所耗費的時間縮短。這等同於可將鑄造速度增加，因此有助於生產性提高。 實施例2
進行了用於確認讓噴嘴傾斜的效果之實驗，在以下做說明。連續鑄造機及作業條件是與實施例1相同。
將設置於水平帶9之扇型噴嘴設置成，讓藉由從噴嘴噴射之冷卻水而形成在鑄片的表面之圓角長方形狀的冷卻面之長軸相對於與鑄造方向垂直的方向傾斜。
在發明例6，讓藉由從設置於水平帶9之所有的噴嘴噴射之冷卻水而形成在鑄片的表面之圓角長方形狀的冷卻面之長軸，相對於與鑄造方向垂直的方向傾斜20˚。在前段冷卻部13，是以每單位時間的流量密度300升/(m2 ･min)將5區段的長度冷卻，在後段冷卻部15，是將每單位時間的流量密度降低到150升/(m2 ･min)而將剩下10區段的長度冷卻。後段冷卻開始時之鑄片3的表面溫度為128℃。
在發明例7，前段冷卻部13及後段冷卻部15之每單位時間的流量密度是與發明例6相同，且讓前述長軸傾斜60˚。
在發明例8，前段冷卻部13之每單位時間的流量密度為1000升/(m2 ･min)，後段冷卻部15之每單位時間的流量密度為100升/(m2 ･min)，且讓前述長軸傾斜20˚。
在發明例9，前段冷卻部13及後段冷卻部15之每單位時間的流量密度是與發明例8相同，且讓前述長軸傾斜60˚。
Figure 02_image021
將前述長軸的傾斜角度設定為20˚之發明例6、8，相較於前述長軸的傾斜角度為0˚之發明例1、發明例3(參照表1)及長軸的傾斜角度為60˚之發明例7、9，在鑄片的表面上以更快的速度讓冷卻水流過。結果，冷卻能力提高，凝固完畢所耗費的時間進一步縮短。這等同於可將鑄造速度增加，因此有助於生產性提高。
如此般暗示了，讓藉由從噴嘴噴射的冷卻水而形成在鑄片的表面之圓角長方形狀的冷卻面之長軸從與鑄造方向垂直的方向以既定的範圍(5~45度的範圍)傾斜，可期待讓冷卻能力提高的效果。
將傾斜角度的較佳範圍設定為5~45度的理由在於，若傾斜角度小於5度，傾斜所產生的效果小，若超過45度，則如上述60度的情況所暗示般，會造成冷卻能力降低。
1:連續鑄造機 3:鑄片 5:垂直帶 7:彎曲帶 9:水平帶 11:二次冷卻帶 13:前段冷卻部 15:後段冷卻部 17:鑄模 19:輥子 21:冷卻噴射器 23:噴嘴 25:冷媒
[圖1]係說明連續鑄造機的概要之說明圖。 [圖2(a),(b)]係本實施形態的二次冷卻裝置所使用之冷卻噴射器之說明圖。 [圖3(a),(b)]係本實施形態的二次冷卻裝置所使用之冷卻噴射器的其他態樣之說明圖。 [圖4]係顯示冷卻水的流量、鑄片的表面溫度及冷卻能力的關係之曲線圖。
1:連續鑄造機
3:鑄片
5:垂直帶
7:彎曲帶
9:水平帶
11:二次冷卻帶
13:前段冷卻部
15:後段冷卻部
17:鑄模
19:輥子
21:冷卻噴射器

Claims (7)

  1. 一種連續鑄造鑄片之二次冷卻方法，係將在連續鑄造機鑄造中的鑄片於具有垂直帶、彎曲帶、水平帶之二次冷卻帶進行二次冷卻，其特徵在於，係具有：在前述水平帶的鑄造方向上游側部分之前段冷卻工序、及在前述水平帶的鑄造方向下游側部分之後段冷卻工序，在前述前段冷卻工序，是藉由每單位時間的流量密度為300~4000升/(m2．min)(其中，min為時間單位的分)的冷卻水將前述鑄片冷卻，在該前段冷卻工序之前述鑄片的表面之冷卻水的沸騰狀態為核沸騰，在前述後段冷卻工序，是藉由每單位時間的流量密度為前述前段冷卻工序之前述冷卻水的前述流量密度之2%以上且50%以下的冷卻水將前述鑄片冷卻，將在該後段冷卻工序之前述鑄片的表面之前述冷卻水的沸騰狀態維持核沸騰。
  2. 如請求項1所述之連續鑄造鑄片之二次冷卻方法，其中，在前述後段冷卻工序，在前述鑄片的冷卻開始時之前述鑄片的表面溫度Ts(℃)、在該後段冷卻工序之前述冷卻水的前述流量密度W(升/(m2．min))，是滿足下述式(1)的關係：Ts<10ˆ[0.08×ln(W)+2]．．．(1) 其中，上述式(1)中的ln為自然對數，^是乘冪運算符號。
  3. 如請求項2所述之連續鑄造鑄片之二次冷卻方法，其中，在前述後段冷卻工序，當將鑄片的厚度設為t(m)，將鑄片的未凝固部除外之厚度方向平均導熱率設定為λ(kcal/(m．hour．℃))，將鑄片的凝固溫度設定為Tc(℃)時，前述冷卻水的熱通量q(kcal/(m2．hour))滿足下述式(2)的關係：q≧λ[4(Tc-Ts)/t]．．．(2)。
  4. 如請求項1至3之任一項所述之連續鑄造鑄片之二次冷卻方法，其中，在前述後段冷卻工序，前述冷卻水的前述流量密度W滿足下述式(3)的關係：W>eˆ[(log(λ[4(Tc-Ts)/t])-5.2)/0.17]．．．(3)其中，上述式(3)中的e為自然對數之底，log為常用對數，^為乘冪運算符號。
  5. 如請求項1至3之任一項所述之連續鑄造鑄片之二次冷卻方法，其中，在前述水平帶，將軸方向與鑄造方向垂直之輥子沿著鑄造方向配置複數個，並於在鑄造方向相鄰的前述輥子之間，將朝前述鑄片的表面噴射前述冷卻水之噴嘴在鑄片寬度方向上配備複數個， 從前述噴嘴各個噴射之前述冷卻水與前述鑄片的表面碰撞所形成的冷卻面是成為圓角長方形狀或橢圓狀，至少在前述前段冷卻工序，以相對於與鑄造方向垂直的方向使前述冷卻面的長軸在5~45度的範圍傾斜的方式噴射前述冷卻水。
  6. 一種連續鑄造鑄片之二次冷卻裝置，係將在連續鑄造機鑄造中的鑄片於具有垂直帶、彎曲帶、水平帶之二次冷卻帶進行二次冷卻，其特徵在於，前述水平帶具有前段冷卻部及後段冷卻部，前述前段冷卻部，是藉由每單位時間的流量密度為300~4000升/(m2．min)(其中，min為時間單位的分)的冷卻水將前述鑄片冷卻，在該前段冷卻部內之前述鑄片的表面之冷卻水的沸騰狀態為核沸騰，前述後段冷卻部，是藉由每單位時間的流量密度為前述前段冷卻部之冷卻水的前述流量密度之2%以上且50%以下的冷卻水將前述鑄片冷卻，將在該後段冷卻部內之前述鑄片的表面之冷卻水的沸騰狀態維持核沸騰。
  7. 如請求項6所述之連續鑄造鑄片之二次冷卻裝置，其中，在前述水平帶，將軸方向與鑄造方向垂直之輥子沿著鑄造方向配置複數個，並於在鑄造方向相鄰的前述輥子之間，將朝前述鑄片的表面噴射前述冷卻水之噴嘴在鑄片寬度方向上配備複數個，前述噴嘴，是以從該噴嘴各個噴射之前述冷卻水與前 述鑄片的表面碰撞所形成的冷卻面成為圓角長方形狀或橢圓狀的方式噴射前述冷卻水，至少在前述前段冷卻部，以相對於與鑄造方向垂直的方向使前述冷卻面的長軸在5~45度的範圍傾斜的方式配置前述噴嘴。
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