WO2020003362A1 - 連続鋳造の二次冷却装置および二次冷却方法 - Google Patents

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cooling water
axis
slab
roll
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淳史 湯本
考範 清末
昭一 下世
龍太 松永
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日本製鉄株式会社
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B22D11/225—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
    • B22D11/1246—Nozzles; Spray heads

Definitions

  • the present invention relates to a secondary cooling device and a secondary cooling method for continuous casting.
  • FIG. 9 is a schematic diagram (A) showing a part of a secondary cooling device for continuous casting, a graph (B) showing the relationship between casting distance and water density, and the relationship between casting distance and slab surface temperature.
  • the graph (C) shown is shown.
  • a secondary cooling device for continuous casting in Patent Document 1 includes a plurality of rolls 2a and 2b arranged in a vertical direction, and a cast slab 4 formed between the rolls 2a and 2b.
  • An injection nozzle 9 for injecting the cooling water W onto the slab surface 41 is provided.
  • the cooling water injection axis J ⁇ b> 1 which is the central axis of the cooling water W injected from the nozzle head 31 is parallel to a horizontal plane (a plane perpendicular to the vertical direction) P. It is provided as follows.
  • the injection nozzle 9 is provided such that an intersection position Q9 between the slab surface 41 and the cooling water injection axis J1 coincides with an intermediate position 44 between the contact position 42 and the contact position 43.
  • the contact position 42 is a contact position between the roll 2a above the injection nozzle 9 and the slab surface 41
  • the contact position 43 is a contact position between the roll 2b below the injection nozzle 9 and the slab. This is the contact position with the surface 41.
  • the cooling water W is sprayed on the slab surface 41 into a horizontally elongated elliptical spraying area 45 centered on the intermediate position 44 in the vertical direction.
  • the cooling water W is injected into the spraying range 45, the water density on the slab surface 41 becomes maximum at the intermediate position 44 as shown by the broken line in FIG. 9B.
  • the cooling water W injected into the spraying area 45 flows downward under the influence of gravity, and flows between the portion of the slab surface 41 below the spraying area 45 and the outer peripheral surface of the lower roll 2b. And accumulates as dripping water W1.
  • a predetermined position on the slab surface 41 moves downward and approaches a contact position 42 with the roll 2a which comes into contact first, as shown by a broken line in FIG.
  • the temperature of the one surface 41 starts to decrease due to the roll cooling due to the contact with the roll 2a, and continues to decrease until it is separated from the contact position 42 downward by a predetermined distance or more.
  • the temperature of the slab surface 41 is reheated (hereinafter, between the spraying range and the roll 2a above it).
  • the reheating is referred to as "first reheating", and once it enters the spraying range 45, it continues to fall by spray cooling until it passes therethrough.
  • the temperature of the slab surface 41 is reduced until the temperature of the slab surface 41 approaches the second contacting position 43 with the roll 2b.
  • the recuperation between the roller 45 and the roll 2b below the roller 2b is called “second recuperation”), and approaches the contact position 43 until the roll 2b is separated from the contact position 43 by a predetermined distance or more. And continues to fall due to roll cooling due to contact. Thereafter, the cycle of the above-described first recuperation, spray cooling, second recuperation, and roll cooling is repeated for the slab surface 41, whereby the entire slab 4 is cooled and the temperature is gradually lowered.
  • Patent Literature 1 by using the secondary cooling device as described above, cooling water is sprayed onto the slab surface at a water pressure higher than a general water pressure, thereby enhancing the slab cooling capability and reducing the bulging amount. ing.
  • the center axis of the injection direction of the injection nozzle is inclined with respect to the center axis of the injection nozzle, and the injection direction of the injection nozzle is rotated in the in-plane direction of the slab, so that the cooling water is continuously cast.
  • a secondary cooling method of continuous casting is disclosed, in which cooling water is inclined in a long axis direction of an injection surface to a slab so as to be injected from an upstream side to a downstream side.
  • the cooling water injection axis J1 is rotated with respect to a perpendicular to the surface of the slab, and is upstream in the casting direction DC (the moving direction of the slab).
  • the spray range 45 is inclined obliquely downward.
  • elements corresponding to those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
  • the cooling water injection axis J1 is inclined at an inclination angle ⁇ in the direction of the slab 4 with respect to the perpendicular.
  • the center 450-1 of the spray range 45-1 moves to the center 450-2 of the spray range 45-2.
  • the cooling water injection axis J1 is rotated at the rotation angle ⁇ such that the long axis LB-1 of the spray range 45-1 faces obliquely downward.
  • the long axis LB-1 of the spraying range 45-1 moves to the position indicated by reference numeral LB-3, and the spraying range moves from the position 45-2 to the position indicated by reference numeral 45-3.
  • the rotation angle ⁇ is large, the obliquely lower part of the cooling range indicated by reference numeral 45-3 is blocked by the lower roll. Therefore, in Patent Literature 2, the cooling water injection axis J1 is further inclined by the inclination angle ⁇ in the direction opposite to the moving direction of the slab.
  • the long axis LB-3 moves to the position of LB-4, and the spraying range moves from the position of 45-3 to the position of 45-4.
  • the cooling water injection axis J1 is inclined obliquely downward on the slab surface in the line of sight of FIG. 10B, and as a result, the center 450-4 of the spray range 45-4 is returned to the original state (reference numeral 450-1). ).
  • the cooling water can be sprayed in the lower right direction to scrape the dripping water W1 without being blocked by the lower roll (in FIG. Is injected toward).
  • the dripping water W1 is discharged toward the side in the width direction of the slab, and the uneven cooling in the width direction of the slab can be reduced.
  • Patent Document 3 as shown in FIG. 2, the injection nozzle body between a plurality of rolls arranged vertically is inclined upward with respect to a horizontal plane, and cooling water is directed obliquely upward. Is disclosed.
  • the injection position is adjusted by inclining the injection nozzle body with respect to the horizontal plane.
  • the interval between the rolls is as small as possible. Therefore, the interval between the outer peripheral surface of the roll above the injection nozzle and the outer peripheral surface of the roll below is, for example, only about 30 mm to 40 mm. It is not easy to insert the injection nozzle body into such a narrow gap and further tilt it up and down.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a continuous cooling secondary cooling device and a secondary cooling method capable of improving productivity without increasing costs.
  • a first aspect of the present invention is a secondary cooling device for continuous casting, in which cooling water is injected onto a slab surface of a slab fed in a casting direction to cool the slab.
  • a plurality of rolls arranged side by side in a direction, and an injection nozzle for injecting the cooling water onto the slab surface from between the plurality of rolls, wherein the injection nozzle is a cooling water injection axis of the injection nozzle.
  • the long axis direction of the cooling water spray range on the slab surface and the long axis of the spray range rotates upward around an axis that is a perpendicular line from the spray nozzle to the slab surface.
  • the center of the spraying range is higher than the intermediate position, and the cooling water injection axis is inclined obliquely upward with respect to a perpendicular to the surface of the slab. Therefore, the spray destination of the cooling water can be brought closer to the contact position between the roll and the slab surface above the injection nozzle. This allows the slab surface going downward through the contact position to be cooled before the temperature rises significantly due to reheating. Therefore, the cooling effect of the slab can be increased more than before, and the productivity can be improved. In addition, since the cooling effect of the slab can be enhanced without providing new equipment, the cost does not increase.
  • the injection nozzle may be configured such that the cooling water injection axis is inclined at an angle of 30 ° to 40 ° with respect to a major axis direction of the cooling water spraying range on the slab surface.
  • the major axis of the spraying range may be provided so as to rotate upward by 5 ° to 15 ° around an axis that is a perpendicular line from the spray nozzle to the surface of the slab.
  • the second aspect of the present invention includes a step of injecting cooling water onto a slab surface from an injection nozzle arranged between a plurality of rolls arranged vertically in the casting direction to cool the slab.
  • the secondary cooling method of continuous casting wherein the cooling water injection axis of the injection nozzle is inclined with respect to the long axis direction of the spray area of the cooling water on the slab surface, and the long axis of the spray area is Rotating upward around an axis that is a perpendicular to the slab surface from the injection nozzle, the center of the spraying range, the contact position between the roll and the slab surface above the injection nozzle, and below Is located above an intermediate position between the contact position between the roll and the slab surface.
  • FIG. 4A is a perspective view of FIG. 4A.
  • FIG. 5A It is a figure which shows the state where the cooling water injection axis of the injection nozzle in the same embodiment was inclined obliquely upward with respect to the perpendicular to the surface of the slab, and is a view in which the slab surface was viewed in opposition. It is a perspective view of FIG. 5A.
  • FIG. 5A It is explanatory drawing which shows the cooling mechanism in the secondary cooling device of the continuous casting of the embodiment, Comprising: The schematic diagram (A) which shows a part of secondary cooling device of a continuous casting, and shows the relationship between casting distance and water amount density. It is a graph (B) and a graph (C) showing a relationship between a casting distance and a slab surface temperature.
  • FIG. 10B is a diagram showing a state where the spraying range is further moved in FIG. 10A.
  • the + X direction, the ⁇ X direction, the + Y direction, the ⁇ Y direction, the + Z direction, and the ⁇ Z direction of the coordinate axes shown in FIG. 1 are referred to as “left”, “right”, “front”, respectively. ",” After “,” above “,” below “.
  • the secondary cooling device 1 for continuous casting includes a plurality of rolls 2 (rolls 2 a and 2 b in the lower diagram of FIG. 1) arranged in a vertical direction along the casting direction DC. And an injection nozzle 3 for injecting the cooling water W from between the plurality of rolls 2 to the slab surface 41.
  • Each roll 2 and each injection nozzle 3 are arranged in the front-rear direction as shown in FIG.
  • the diameter R of the roll 2 is preferably 100 mm or more and 400 mm or less.
  • the pitch L1 between the rolls 2 vertically adjacent to each other (the distance between the centers C of the rolls 2 vertically adjacent to each other) is 100 mm or more and 450 mm or less. Further, it is preferable that the tip of the injection nozzle 3 can be inserted into the gap between the outer peripheral surfaces of the rolls 2 that are vertically adjacent to each other. Specifically, the gap is 30 mm to 40 mm.
  • the injection nozzle 3 includes, for example, a columnar or prismatic nozzle head 31.
  • the spray area 46 of the cooling water W sprayed from the nozzle 3 onto the slab surface 41 has an elliptical shape as shown in the lower diagram of FIG.
  • the direction of the major axis LA of the elliptical shape (hereinafter, may be simply referred to as the major axis direction) is inclined with respect to the horizontal direction (Y direction), and the center 460 of the spraying range 46 (reference numeral 460-3). Is located above the intermediate position 44 between the contact position 42 and the contact position 43.
  • the contact position 42 is a contact position between the roll 2 a above the injection nozzle 3 and the slab surface 41
  • the contact position 43 is a contact position between the roll 2 b below the injection nozzle 3 and the slab surface 41.
  • the cooling water injection axis J1 of the injection nozzle 3 is provided so as to incline obliquely upward with respect to a perpendicular to the slab surface 41.
  • the spray nozzles 3 may be provided such that longitudinal ends of the spraying ranges 46 adjacent to each other in the front-rear direction (Y direction) vertically overlap each other, or do not overlap. It may be provided as follows. Such a configuration can be realized as follows.
  • the injection nozzle 3 used in the secondary cooling device of the present embodiment for example, as shown in FIG. 3, a two-fluid nozzle having the following configuration can be suitably used. That is, as shown in FIG. 3, the injection nozzle 3 includes a nozzle body 11 having a prismatic nozzle head, and a plurality (a pair of grooves) 12, 12 ′ formed at the tip of the nozzle body 11. , A configuration having a pair of discharge ports 13, 13 ′ which are elongated in the grooves 12, 12 ′, and a plurality of flow paths 14, 15, 16 connected to the discharge ports 13, 13 ′ can be adopted. .
  • the other ends of the grooves 12, 12 ′ are formed deeper than the other ends, and the position of the center of the discharge ports 13, 13 ′ in the grooves 12, 12 ′ is determined by the axial center of the nozzle body 11. From the other ends of the grooves 12, 12 '. In the ejection nozzle 3, the fluid ejected from the ejection ports 13 and 13 'flows along the ejection walls forming the grooves 12, 12'. Moreover, since the centers of the discharge ports 13 and 13 'are located on the other end (deep groove) side of the grooves 12 and 12', the fluid from the discharge ports 13 and 13 'is more toward the deep groove. A lot flows in.
  • the injection amount from one end the thin wall portion or the shallow groove portion of the discharge wall
  • the injection amount from the other end the thick wall portion or the deep groove portion
  • the cooling water gas-liquid mixed mist
  • the shape of the spraying range 46 on the slab surface 41 can be made eccentric as shown in the lower diagram of FIG. More specifically, the center 460-1 of the spraying range 46-1 moves to the reference numeral 460-3 by mainly jetting the cooling water to the obliquely forward region of the nozzle tip. That is, as shown by the solid line in the lower diagram of FIG. 2, the spray range 46-3 of the cooling water injected from the nozzle tip has an eccentric elliptical shape.
  • the grooves 12, 12 ' may be inclined by 3 ° to 40 ° with respect to a direction perpendicular to the axis of the nozzle body 11. That is, in at least one of the grooves 12 and 12 ′, a line connecting the lower end of the bottom of one end (shallow groove) and the lower end of the bottom of the other end (deep groove) is positioned with respect to the axis of the nozzle body 11. May be inclined at about 3 ° to 40 ° with respect to a direction orthogonal to the direction.
  • the distribution of the flow rate to each end of the grooves 12 and 12 '(the distribution of the injection amount from each end) can be adjusted by this inclination angle.
  • the cooling water injection axis J1 indicated by the solid line is inclined at an inclination angle ⁇ 1 with respect to the axis 310 of the nozzle head 31.
  • the cooling water injection axis J1 of the injection nozzle 3 is inclined at an inclination angle ⁇ 1 with respect to the long axis direction of the spray range 46 of the cooling water W on the slab surface 41.
  • the axis 310 is a perpendicular line from the nozzle head 31 to the slab surface 41.
  • the intersection between the axis 310 and the slab surface 41 is determined by the spraying range 46-. Therefore, the cooling water W is jetted in an asymmetric pattern centering on the axis 310. In the present embodiment, the cooling water W is sprayed on the slab surface 41 in an asymmetric pattern in this manner.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the cooling water injection axis J1 with respect to the long axis direction of the spray range 46 is preferably inclined by 30 ° to 40 °.
  • the spread angle of the cooling water W injected from the injection nozzle 3 in the major axis direction is such that the narrow angle side ⁇ 2 is more than -90 ° and less than 90 °, and the wide angle side angle ⁇ 3 is the inclination angle ⁇ 1 or more and 95 ° or less. preferable.
  • the narrow angle ⁇ 2 is the angle of the cooling water W that spreads toward the narrow angle side (in FIG.
  • the nozzle head 31 of the injection nozzle 3 is sprayed with the cooling water W on the slab surface 41 from a state in which the axis 310 is parallel to the perpendicular of the slab surface 41 and is positioned between the upper and lower rolls 2a and 2b.
  • the long axis LA of the spraying range 46-2 is changed to the sign LA- as shown by the solid line in FIGS. 5A and 5B. As shown by 1, it faces diagonally upward.
  • the cooling water injection axis J1 inclines obliquely upward with respect to the perpendicular to the slab surface 41, and the spraying range moves from the position 46-2 to the position 46-3.
  • the wide-angle side in the long axis direction of the spray range 46 can be inclined obliquely upward with respect to the horizontal direction.
  • the center 460-3 of the spray range 46-3 is positioned above the intermediate position 44, and the cooling water injection axis J1 of the injection nozzle 3 is inclined obliquely upward with respect to the perpendicular to the slab surface 41. be able to.
  • the cooling water W is injected into the spraying range 46 with the position above the intermediate position 44 as the center in the up-down direction in the line of sight of FIG. That is, as shown by the solid line in FIG. 6B, the cooling water W is sprayed in a spraying range 46 shifted upward from the conventional spraying range 45 in FIG. 9A (shown by a broken line in FIG. 6B). Injected to.
  • the thickness (height) in the vertical direction (Z direction) of the spray range 46 when viewed from the line of sight (+ Y direction side) in FIG. 6 is the vertical direction (Z) in the conventional spray range 45 in FIG. (Z direction).
  • the jetting amount in the obliquely upward direction can be increased.
  • the upper end position 461 of the spray range 46 on the slab surface 41 can be positioned higher than the upper end position of the spray range 45 on the conventional slab surface 41.
  • the rotation angle ⁇ that rotates upward around the axis 310 of the spray nozzle 3 is inclined by 5 ° to 15 °.
  • the distance M from the intermediate position 44 of the pair of rolls 2 to the center 460-3 of the spray range 46 is more than 0 mm and (L1 / 2) mm or less.
  • the distance L2 (X direction) from the tip of the nozzle head 31 of the injection nozzle 3 to the slab surface 41 is preferably 50 mm or more and 450 mm or less.
  • the spray range 46 may or may not include the intermediate position 44 of the slab surface 41.
  • the distance L3 from the upper end position 461 of the spraying range 46 to the contact position 42 with the upper roll 2a on the slab surface 41 is preferably 0 mm or more and 200 mm or less.
  • the cooling water W may be sprayed so as to be in contact with the upper roll 2a, but is preferably not in contact therewith.
  • the distance L3 is preferably about 45 mm.
  • the intersection between the axis 310 of the injection nozzle 3 and the slab surface 41 may or may not overlap the intermediate position 44. As shown in FIG.
  • the inclination direction of the long axis LA of the spray range 46 may be alternately different for each row in the width direction of the slab 4, may be the same, or may be the same in one row.
  • the slab 4 may be symmetrical with the center in the width direction as a boundary.
  • FIG. 6 is a schematic diagram (A) showing a part of a secondary cooling device for continuous casting, a graph (B) showing a relationship between casting distance and water density, and a relationship between casting distance and slab surface temperature.
  • the graph (C) shown is shown.
  • the temperature of the slab surface 41 increases by the first recuperation until the predetermined position on the slab surface 41 enters the spraying range 46, and when the slab surface 41 enters the spraying range 46, the temperature of the slab surface 41 is sprayed until it passes therethrough.
  • the spraying range 46 shown by the solid line in FIG. 6B is shifted upward as viewed from the line of sight of FIG. 6 and the conventional spraying range 45 shown by the broken line in FIG. It is getting thicker. Therefore, the first reheating period shown by the solid line in FIG. 6C is shorter than the conventional configuration shown by the broken line in FIG. 6C, and the spray cooling starts earlier than the conventional configuration.
  • the slab surface 41 can be cooled before the temperature rises significantly due to the reheating. For this reason, compared with the conventional structure, the amount of recuperation is reduced, the temperature of the slab surface 41 at the start of spray cooling is reduced, and the heat transfer coefficient during spray cooling is increased. As a result, the cooling efficiency E1 is higher than the cooling efficiency E9 of the conventional configuration, and the slab surface 41 is cooled to a lower temperature by spray cooling. In addition, since the cooling water injection axis J1 is inclined obliquely upward to increase the amount of injection in the obliquely upward direction, the amount of recuperation in the first recuperation period can be further reduced, and the heat transfer coefficient during spray cooling can be reduced. Can be even larger.
  • the temperature of the slab surface 41 rises due to the second reheating, but the temperature at the start of the second reheating is lower than the conventional configuration. Therefore, the temperature at the start of cooling by the second contacting roll 2b also becomes low, and the effect margin ⁇ Tr2 after the roll is cooled by the roll 2b becomes larger than 0 ° C. Thereafter, the cycle of the above-described first recuperation, spray cooling, second recuperation, and roll cooling is repeated, so that the temperature of the slab 4 gradually decreases and is cooled. In this cooling process, the effect margin after the roll cooling gradually increases toward the downstream in the casting direction, so that the cooling time of the slab is reduced as compared with the conventional configuration.
  • the injection nozzle 3 in which the cooling water injection axis J1 is not inclined with respect to the long axis direction of the spray range 46 may be used.
  • the tip end of the injection nozzle 3 closer to the slab surface 41 than the position in FIG. 6A and positioned above, as shown by the two-dot chain line in the lower diagram of FIG.
  • the intersection of the axis 310 of the nozzle head 31 and the slab surface 41 coincides with the center 460 of the spraying range 46.
  • the long axis of the spraying range 46 rotates around an axis 310 which is a perpendicular line from the spray nozzle 3 to the slab surface 41, and the center 460 of the spraying range 46 is positioned above the intermediate position 44.
  • the spray range 46 of the cooling water W can be shifted upward and the thickness in the vertical direction (Z direction) can be increased as compared with the conventional configuration, and productivity can be increased without increasing cost. Improvement can be achieved.
  • a single fluid nozzle may be used as the injection nozzle 3.
  • the arrangement state of the roll 2 and the ejection nozzle 3 in the example was set as shown in FIG. 2, and the arrangement state of the roll 2 and the ejection nozzle 9 in the comparative example was set as shown in FIG.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the cooling water injection axis J1 with respect to the long axis direction of the spraying range 46 “the narrow angle ⁇ 2 of the cooling water W with respect to the axis 310”, and “the axis 310 as a reference.
  • Table 1 below shows the distance M to the center 460 of the spray range 46.
  • the cooling water injection axis J1 is not inclined with respect to the major axis direction of the spraying range 46, and the intersection between the axis 910 of the nozzle head 91 and the slab surface 41 is positioned at the center 460 of the spraying range 46.
  • the spread angle of the cooling water W injected from the injection nozzle 9 in the long axis direction is the same on both sides (left and right sides) in the long axis direction with reference to the axis 910. Is shown.
  • FIG. 8 is an example of a result showing a change in the slab surface temperature in the numerical range shown in Table 1.
  • the effect margin (the difference between the temperature immediately after the roll cooling of the embodiment and the comparative example) ⁇ Tr1 after the roll was cooled by the first contact with the roll was 0 ° C.
  • the recuperation period was shorter in the example shown by the solid line than in the comparative example shown by the dashed line, and the recuperation amount of the example could be reduced by 7 ° C. from the recuperation amount of the comparative example (shown as “ ⁇ Ta” in FIG. 8).
  • the temperature drop ⁇ Tsc due to spray cooling in the comparative example is 150 ° C.
  • the temperature drop ⁇ Tsp in the example is 176 ° C.
  • the effect margin immediately after the spray cooling (difference between the temperature of the example and the comparative example immediately after the spray cooling).
  • ⁇ Tb1 was 33 ° C.
  • the effect margins ⁇ Tr2 and ⁇ Tr3 after the roll cooling due to contact with the second and third rolls become 14 ° C. and 25 ° C., and thereafter, the effect margin after the roll cooling gradually increases toward the downstream in the casting direction.
  • the effect margins ⁇ Tb2 and ⁇ Tb3 immediately after the second and third spray cooling were 49 ° C. and 59 ° C., and thereafter, the effect margins immediately after the spray cooling gradually increased toward the downstream in the casting direction.
  • the cooling time of the slab was reduced by 0.3 min compared to the comparative example.

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Abstract

鋳造方向に送られる鋳片の鋳片表面に冷却水を噴射して冷却する、連続鋳造の二次冷却装置であって、前記鋳造方向に沿う上下方向に並んで配置された複数のロールと、前記複数のロールの間から前記鋳片表面に前記冷却水を噴射する噴射ノズルと、を備え、前記噴射ノズルが、前記噴射ノズルの冷却水噴射軸線が、前記鋳片表面における前記冷却水の吹き付け範囲の長軸方向に対して傾斜し、前記吹き付け範囲の長軸が、前記噴射ノズルから前記鋳片表面への垂線である軸線回りに上方に回転し、前記吹き付け範囲の中心が、前記噴射ノズルの上方にある前記ロール及び前記鋳片表面間の接触位置と、下方にある前記ロール及び前記鋳片表面間の接触位置との中間位置よりも、上方に位置する。

Description

連続鋳造の二次冷却装置および二次冷却方法
　本発明は、連続鋳造の二次冷却装置および二次冷却方法に関する。
　従来、連続鋳造の二次冷却方法が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。
　特許文献１の二次冷却方法では、図９に示すような冷却メカニズムで鋳片が冷却される。図９には、連続鋳造の二次冷却装置の一部を示す模式図（Ａ）、鋳造距離と水量密度との関係を示すグラフ（Ｂ）、及び鋳造距離と鋳片表面温度との関係を示すグラフ（Ｃ）が示されている。
　特許文献１における連続鋳造の二次冷却装置は、図９（Ａ）に示すように、上下方向に並んで配置された複数のロール２ａ，２ｂと、これらロール２ａ，２ｂ間から鋳片４の鋳片表面４１に冷却水Ｗを噴射する噴射ノズル９とを備えている。
　図９（Ａ）に示すように、噴射ノズル９は、ノズルヘッド３１から噴射される冷却水Ｗの中心軸である冷却水噴射軸線Ｊ１が水平面（鉛直方向に直角な平面）Ｐと平行となるように設けられている。また、噴射ノズル９は、鋳片表面４１と冷却水噴射軸線Ｊ１との交差位置Ｑ９が、接触位置４２及び接触位置４３の中間位置４４と一致するように設けられている。ここで、接触位置４２は、噴射ノズル９の上方にあるロール２ａと鋳片表面４１との間の接触位置であり、また、接触位置４３は、噴射ノズル９の下方にあるロール２ｂと鋳片表面４１との間の接触位置である。
　このような構成により、冷却水Ｗは、鋳片表面４１上において中間位置４４を上下方向の中心とした横長の楕円形状の吹き付け範囲４５に噴射される。
　冷却水Ｗが吹き付け範囲４５に噴射されると、鋳片表面４１における水量密度は、図９（Ｂ）の破線に示すように、中間位置４４で水量密度が最大になる。また、吹き付け範囲４５に噴射された冷却水Ｗは、重力の影響を受けて下方に流れ、鋳片表面４１における吹き付け範囲４５よりも下側の部分と下方のロール２ｂの外周面との間に、垂れ水Ｗ１として溜まる。
　鋳片４の冷却に際しては、鋳片表面４１上の所定位置が下方に移動し、最初に接触するロール２ａとの接触位置４２に近づくと、図９（Ｃ）の破線に示すように、鋳片表面４１の温度は、ロール２ａとの接触によるロール冷却により下がり始め、接触位置４２から下方に向かって所定距離以上離れるまで下がり続ける。
　その後、鋳片表面４１上の前記所定位置が冷却水Ｗの吹き付け範囲４５内に入るまで、鋳片表面４１の温度は、復熱（以下、吹き付け範囲とその上方にあるロール２ａとの間での復熱を「第１復熱」と言う）により上昇し、吹き付け範囲４５内に入ると、そこを通過するまでスプレー冷却により下がり続ける。
　そして、鋳片表面４１上の前記所定位置が吹き付け範囲４５を通過すると、鋳片表面４１の温度は、２番目に接触するロール２ｂとの接触位置４３に近づくまで、復熱（以下、吹き付け範囲４５とその下方にあるロール２ｂとの間での復熱を「第２復熱」と言う）により上昇し、接触位置４３に近づくと、当該接触位置４３から所定距離以上離れるまで、ロール２ｂとの接触によるロール冷却により下がり続ける。
　その後、上述の第１復熱、スプレー冷却、第２復熱、ロール冷却のサイクルが鋳片表面４１に対して繰り返されることにより、鋳片４全体が冷却されて温度が徐々に下がる。
　特許文献１では、上述のような二次冷却装置を用い、冷却水を一般的な水圧よりも高い水圧で鋳片表面に吹き付けることで、鋳片冷却能の強化とバルジング量の低減とを図っている。
　特許文献２では、噴射ノズルの噴射方向の中心軸線を、噴射ノズルの中心軸線に対して傾斜させ、かつ噴射ノズルの噴射方向を鋳片の面内方向に回転させて、冷却水が連続鋳造の上流側から下流側へ向けて噴射されるように、冷却水の、鋳片への噴射面の長軸方向を傾ける、連続鋳造の二次冷却方法を開示している。
　この特許文献２の二次冷却装置では、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、冷却水噴射軸線Ｊ１を鋳片表面の垂線に対して回転させ、鋳造方向ＤＣ（鋳片の移動方向）の上流側に傾斜させた上で、吹き付け範囲４５を斜め下方に傾けている。なお、図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて図９と対応する要素には、同一符号を付している。
　具体的には、図１０Ａの視線において、まず冷却水噴射軸線Ｊ１を前記垂線に対して鋳片４の側方向に傾斜角度αで傾斜させる。この時、吹き付け範囲４５－１の中心４５０－1が吹き付け範囲４５－２の中心４５０－２に移動する。続いて、図１０Ｂに示すように、吹き付け範囲４５－１の長軸ＬＢ－１が斜め下方を向くように、冷却水噴射軸線Ｊ１を回転角度βで回転させる。その結果、吹き付け範囲４５－１の長軸ＬＢ－１が符号ＬＢ－３の位置に移動し、吹き付け範囲が符号４５－２から符号４５－３の位置に移動する。しかし、回転角度βが大きいと、符号４５－３に示す冷却範囲の斜め下方部分が下側のロールにより遮られる。そのため、特許文献２では、冷却水噴射軸線Ｊ１をさらに傾斜角度γ分、鋳片の移動方向とは逆方向に傾斜させている。その結果、長軸ＬＢ－３が符号ＬＢ－４の位置に移動し、吹き付け範囲が符号４５－３から符号４５－４の位置に移動する。
　このようにして、冷却水噴射軸線Ｊ１を図１０Ｂの視線において鋳片表面上の斜め下側に傾斜させ、その結果として吹き付け範囲４５－４の中心４５０－４を元の状態（符号４５０－１）よりも斜め下側に傾斜させる。このような構成により、冷却水を、回転角度βを大きくしても下側のロールにより遮られることなく、垂れ水Ｗ１を掻き出す右下方向に噴射できる（図１０Ｂでは、冷却水は紙面右下に向かって噴射されている）。その結果、垂れ水Ｗ１が、鋳片の幅方向の側方に向けて排出され、鋳片の幅方向の冷却むらを低減できる。
　特許文献３には、その図２に示されるように、上下方向に並んで配置された複数のロールの間の噴射ノズル本体を水平面に対して上方に傾斜させて、斜め上方に向けて冷却水を噴射することが開示されている。
日本国特開２００３－２８５１４７号公報 日本国特許第５７４１８７４号公報 日本国特開２０１８－１２０８号公報
　ところで、連続鋳造では鋳片の品質とともに生産性の向上が望まれており、そのための一つの方策として、スプレー冷却時における冷却水と鋳片表面との熱伝達係数を大きくすることが考えられる。例えば特許文献１に開示されているように、冷却水を高圧で鋳片表面に吹き付ければ、単位時間当たりに鋳片表面に接触する冷却水量が増えるので、熱伝達係数が大きくなり、生産性も向上すると考えられる。
　しかしながら、特許文献１の方法では、ポンプの増設や高圧対応型の配管などの新しい設備が必要になり、コストが上昇してしまう。
　特許文献２の方法では、冷却水が連続鋳造の上流側から下流側へ向けて噴射されることにより、鋳片の冷却むらを低減させることを目的とするものであり、冷却水と鋳片表面との熱伝達係数を高めることについては全く考慮されていない。
　特許文献３の装置及び方法では、噴射ノズル本体を水平面に対して傾斜させることで噴射位置を調整している。しかしながら、一般的には、各ロール間の間隔は極力狭い方が好ましいため、噴射ノズルの上方にあるロール外周面と下方にあるロール外周面との間隔としては、例えば３０ｍｍ～４０ｍｍ程度しかない。このような狭い隙間内に噴射ノズル本体を差し込んでさらに上下に傾斜させることは、容易ではない。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コスト上昇を招くことなく生産性の向上を図れる、連続鋳造の二次冷却装置および二次冷却方法の提供を目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
（１）本発明の第一の態様は、鋳造方向に送られる鋳片の鋳片表面に冷却水を噴射して冷却する、連続鋳造の二次冷却装置であって、前記鋳造方向に沿う上下方向に並んで配置された複数のロールと、前記複数のロールの間から前記鋳片表面に前記冷却水を噴射する噴射ノズルと、を備え、前記噴射ノズルが、前記噴射ノズルの冷却水噴射軸線が、前記鋳片表面における前記冷却水の吹き付け範囲の長軸方向に対して傾斜し、前記吹き付け範囲の長軸が、前記噴射ノズルから前記鋳片表面への垂線である軸線回りに上方に回転し、前記吹き付け範囲の中心が、前記噴射ノズルの上方にある前記ロール及び前記鋳片表面間の接触位置と、下方にある前記ロール及び前記鋳片表面間の接触位置との中間位置よりも、上方に位置している。
　上記（１）に記載の態様によれば、吹き付け範囲の中心を前記中間位置よりも上方とし、なおかつ冷却水噴射軸線が鋳片表面の垂線に対して斜め上側に傾斜させる構成を採用しているので、噴射ノズルの上方にあるロール及び鋳片表面間の接触位置に、冷却水の吹き付け先を近付けることができる。これにより、同接触位置を経て下方に向かう鋳片表面が復熱によって大幅に温度上昇する前に、冷却することができる。よって、鋳片の冷却効果を従来よりも高めて生産性を向上させることができる。しかも、新たな設備を設けることなく鋳片の冷却効果を高められるので、コスト上昇を招くこともない。
（２）上記（１）に記載の態様において、前記噴射ノズルが、前記冷却水噴射軸線が、前記鋳片表面における前記冷却水の吹き付け範囲の長軸方向に対して３０°～４０°傾斜し、前記吹き付け範囲の長軸が、前記噴射ノズルから前記鋳片表面への垂線である軸線回りに上方に５°～１５°回転している、ように設けられていてもよい。
（３）本発明の第２の態様は、鋳造方向に沿う上下方向に並んで配置された複数のロール間に配置された噴射ノズルより鋳片表面に冷却水を噴射して冷却する工程を有する、連続鋳造の二次冷却方法であって、前記噴射ノズルの冷却水噴射軸線が、前記鋳片表面における前記冷却水の吹き付け範囲の長軸方向に対して傾斜し、前記吹き付け範囲の長軸が、前記噴射ノズルから前記鋳片表面への垂線である軸線回りに上方に回転し、前記吹き付け範囲の中心が、前記噴射ノズルの上方にある前記ロール及び前記鋳片表面間の接触位置と、下方にある前記ロール及び前記鋳片表面間の接触位置との中間位置よりも、上方に位置している。
　上記（３）に記載の態様によれば、上記（１）の態様と同様の作用効果を得ることが出来る。
　本発明の上記各態様によれば、コスト上昇を招くことなく生産性の向上を図れる、連続鋳造の二次冷却装置および二次冷却方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る連続鋳造の二次冷却装置の一部を示す側面図と、その要部拡大図である。 同実施形態におけるロールと噴射ノズルとの配置状態を示す正面図と、その要部拡大図である。 同実施形態における噴射ノズルの概略斜視図である。 同実施形態における噴射ノズルの冷却水噴射軸線を吹き付け範囲の長軸方向に対して傾斜させた状態を示す図であって、鋳片表面を対向視した図である。 図４Ａの斜視図である。 同実施形態における噴射ノズルの冷却水噴射軸線を鋳片表面の垂線に対して斜め上側に傾斜させた状態を示す図であって、鋳片表面を対向視した図である。 図５Ａの斜視図である。 同実施形態の連続鋳造の二次冷却装置における冷却メカニズムを示す説明図であって、連続鋳造の二次冷却装置の一部を示す模式図（Ａ）、鋳造距離と水量密度との関係を示すグラフ（Ｂ）、及び鋳造距離と鋳片表面温度との関係を示すグラフ（Ｃ）である。 本発明の効果を確認するための比較例を示す図であって、ロールと噴射ノズルとの配置状態を示す正面図である。 同実施形態における実施例および前記比較例における連続鋳造の二次冷却のシミュレーション結果を示すグラフである。 従来の連続鋳造の二次冷却装置における冷却メカニズムを示す説明図であって、連続鋳造の二次冷却装置の一部を示す模式図（Ａ）、鋳造距離と水量密度との関係を示すグラフ（Ｂ）、及び鋳造距離と鋳片表面温度との関係を示すグラフ（Ｃ）である。 従来の連続鋳造の二次冷却装置による二次冷却方法を説明するための図であって、鋳片表面を対向視した図である。 図１０Ａにおいて、さらに吹き付け範囲を移動させた状態を示す図である。
　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　なお、本実施形態において方向を表す場合、図１に示す座標軸の＋Ｘ方向、－Ｘ方向、＋Ｙ方向、－Ｙ方向、＋Ｚ方向、－Ｚ方向を、それぞれ「左」、「右」、「前」、「後」、「上」、「下」と言う。
〔連続鋳造の二次冷却装置の構成〕
　まず、連続鋳造の二次冷却装置の構成について説明する。
　図１の上図に示すように、連続鋳造の二次冷却装置１は、鋳造方向ＤＣに沿う上下方向に並んで配置された複数のロール２（図１の下図では、ロール２ａ、２ｂ）と、複数のロール２の間から鋳片表面４１に冷却水Ｗを噴射する噴射ノズル３とを備えている。各ロール２および各噴射ノズル３は、図２に示すように、前後方向にも並んで配置されている。
　ロール２の直径Ｒとしては、１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下が好ましい。互いに上下に隣り合う各ロール２間のピッチＬ１（互いに上下に隣り合う各ロール２の中心Ｃ間の距離）としては、１００ｍｍ以上４５０ｍｍ以下である。また、互いに上下に隣り合う各ロール２の外周面間の隙間には、噴射ノズル３の先端部が挿入可能であることが好ましい。具体的には、前記隙間として、３０ｍｍ～４０ｍｍである。
　図１の下図に示すように、噴射ノズル３は、例えば円柱状や角柱状のノズルヘッド３１を備えている。そして、このノズル３より鋳片表面４１に吹き付けられる冷却水Ｗの吹き付け範囲４６は、図２の下図に示すように楕円形状をなしている。この楕円形状の長軸ＬＡの方向（以下、単に長軸方向と言う場合がある）が、水平方向（Ｙ方向）に対して傾斜し、かつ、吹き付け範囲４６の中心４６０（符号４６０－３の方）が接触位置４２及び接触位置４３との中間位置４４よりも、上方に位置している。ここで、接触位置４２は、噴射ノズル３の上方にあるロール２ａと鋳片表面４１との間の接触位置であり、接触位置４３は、噴射ノズル３の下方にあるロール２ｂと鋳片表面４１との間の接触位置である。さらに、噴射ノズル３の冷却水噴射軸線Ｊ１が、鋳片表面４１の垂線に対して斜め上側に傾斜するように設けられている。噴射ノズル３は、図２に示すように、前後方向（Ｙ方向）で互いに隣り合う吹き付け範囲４６の長軸方向端部同士が上下にオーバーラップするように設けられてもよいし、オーバーラップしないように設けられてもよい。
　このような構成は、以下のようにして実現できる。
　まず、本実施形態の二次冷却装置に用いる噴射ノズル３としては、例えば図３に示すように、以下の構成を備えた二流体ノズルを好適に用いることができる。
すなわち、噴射ノズル３としては、図３に示すように、角柱状のノズルヘッドを備えるノズル本体１１と、ノズル本体１１の先端部に形成された複数（図示は一対）の溝部１２、１２’と、溝部１２、１２’内において長細状に開口する一対の吐出口１３、１３’と、吐出口１３、１３’に連なる複数の流路１４、１５、１６と、を備えた構成を採用できる。溝部１２、１２’の一方の端部よりも他方の端部の方が深く形成されており、しかも溝部１２、１２’における吐出口１３、１３’の中心の位置が、ノズル本体１１の軸芯からずれて、溝部１２、１２’の他方の端部側に位置している。
　この噴射ノズル３では、吐出口１３、１３’から噴射された流体は、溝部１２、１２’を構成する吐出壁に沿って流れる。しかも、吐出口１３、１３’の中心が、溝部１２、１２’の他方の端部（深溝部）側に位置しているため、深溝部側に、吐出口１３、１３’からの流体がより多く流れ込む。そのため、一方の端部（吐出壁の薄肉部又は浅溝部）側からの噴射量を規制しつつ、他方の端部（吐出壁の肉厚部又は深溝部）側からの噴射量を増大できる。その結果、冷却水（気液混合ミスト）が、ノズル先端の斜め前方域に重点的に噴射される。従って、この噴射ノズル３によれば、鋳片表面４１上における吹き付け範囲４６の形状を図２の下図に示すように、偏芯した楕円形状とすることができる。より具体的には、冷却水がノズル先端の斜め前方域に重点的に噴射することにより、吹き付け範囲４６－１の中心４６０－１が符号４６０－３に移動する。すなわち、図２の下図に実線で示されるように、ノズル先端から噴射される冷却水の吹き付け範囲４６－３は、偏芯した楕円形状となる。
　なお、溝部１２、１２’は、前記ノズル本体１１の軸芯に対して直交する方向を基準として、３°～４０°傾斜していても良い。
すなわち、少なくとも１つの溝部１２、１２’において、一方の端部（浅溝部）の底部下端と、他方の端部（深溝部）の底部下端とを結ぶ線は、ノズル本体１１の軸芯に対して直交する方向を基準にして３°～４０°程度傾斜していてもよい。この傾斜角度により、溝部１２、１２’の各端部への流量配分（各端部側からの噴射量配分）を調整できる。
　上述のように、この噴射ノズル３は、冷却水Ｗを噴射する溝部１２、１２’（噴射口）の一方の端部が他方の端部よりも深く形成されているので、図４Ａ、図４Ｂに示すように、実線で示す冷却水噴射軸線Ｊ１がノズルヘッド３１の軸線３１０に対して傾斜角度α１で傾斜する。具体的には、噴射ノズル３の冷却水噴射軸線Ｊ１が、鋳片表面４１における冷却水Ｗの吹き付け範囲４６の長軸方向に対して傾斜角度α１で傾斜する。なお、軸線３１０は、ノズルヘッド３１から鋳片表面４１への垂線である。冷却水噴射軸線Ｊ１を吹き付け範囲４６の長軸方向に対して傾斜させずに、吹き付け範囲４６の長軸方向を水平方向に対して軸線３１０回りに回転させる場合、図２の下図に二点鎖線で示すように、ノズルヘッド３１の軸線３１０と鋳片表面４１との交差位置が吹き付け範囲４６－１の中心４６０－１と一致することになり、軸線３１０を中心とした対称なパターンで冷却水Ｗが噴射される。これに対して、冷却水噴射軸線Ｊ１を吹き付け範囲４６の長軸方向に対して傾斜させる場合、図４Ｂの実線に示すように、軸線３１０と鋳片表面４１との交差位置が吹き付け範囲４６－２の中心４６０－２と一致しなくなるため、軸線３１０を中心とした非対称なパターンで冷却水Ｗが噴射される。本実施形態では、このようにして非対称なパターンで冷却水Ｗを鋳片表面４１上に噴射している。
　なお、図４Ｂに示すように、冷却水噴射軸線Ｊ１の吹き付け範囲４６の長軸方向に対する傾斜角度α１は、３０°～４０°傾斜しているのが好ましい。噴射ノズル３から噴射される冷却水Ｗの長軸方向の広がり角度は、狭角側角度α２が－９０°を超え９０°未満、広角側角度α３が傾斜角度α１以上９５°以下であることが好ましい。なお、狭角側角度α２は軸線３１０を基準として狭角側（図４Ｂでは、軸線３１０を基準として紙面左側）に広がる冷却水Ｗの角度であり、広角側角度α３は軸線３１０を基準として広角側（図４Ｂでは、軸線３１０を基準として紙面右側）に広がる冷却水Ｗの角度である。
　そして、噴射ノズル３のノズルヘッド３１を、その軸線３１０が鋳片表面４１の垂線と平行となり、上下のロール２ａ、２ｂの中間に位置させた状態から、鋳片表面４１における冷却水Ｗの吹き付け範囲４６－２の長軸を、軸線３１０回りに上方に回転角度βで回転させることで、図５Ａ、図５Ｂの実線に示すように、吹き付け範囲４６―２の長軸ＬＡが、符号ＬＡ－１で示すように斜め上方に向く。その結果、冷却水噴射軸線Ｊ１が鋳片表面４１の垂線に対して斜め上側に傾斜し、吹き付け範囲が符号４６－２から符号４６－３の位置に移動する。このような構成により、図２に示すように、吹き付け範囲４６の長軸方向の広角側を水平方向に対して斜め上側に傾斜させることができる。加えて、吹き付け範囲４６－３の中心４６０－３を中間位置４４よりも上方に位置させ、さらに噴射ノズル３の冷却水噴射軸線Ｊ１が、鋳片表面４１の垂線に対して斜め上側に傾斜させることができる。
　その結果、冷却水Ｗは、図６（Ａ）に示すように、図６の視線において中間位置４４よりも上方の位置を上下方向の中心とした吹き付け範囲４６に噴射される。すなわち、図６（Ｂ）の実線に示すように、冷却水Ｗは、図９（Ａ）の従来の吹き付け範囲４５（図６（Ｂ）では破線で示す）よりも上方にシフトした吹き付け範囲４６に噴射される。また、図６の視線（＋Ｙ方向側）から見たときの吹き付け範囲４６の上下方向（Ｚ方向）の厚さ（高さ）は、図９（Ａ）の従来の吹き付け範囲４５の上下方向（Ｚ方向）よりも厚くなる。さらに、冷却水噴射軸線Ｊ１を斜め上側に傾斜させることにより、図２の下図に二点鎖線で示すように、冷却水噴射軸線Ｊ１を吹き付け範囲４６の長軸方向に対して傾斜させずに、軸線３１０を中心とした対称なパターンで冷却水Ｗを噴射させる構成と比べて、斜め上方向への噴射量を多くすることができる。さらに、鋳片表面４１における吹き付け範囲４６の上端位置４６１は、従来の鋳片表面４１における吹き付け範囲４５の上端位置よりも上方に位置させることができる。
　なお、噴射ノズル３（吹き付け範囲４６）の軸線３１０回りに上方へ回転する回転角度βは、５°～１５°傾斜しているのが好ましい。
　上下方向（Ｚ方向）における、一対のロール２の中間位置４４から吹き付け範囲４６の中心４６０－３までの距離Ｍ（図２の下図を参照）は、０ｍｍを超え（Ｌ１／２）ｍｍ以下が好ましい。
　噴射ノズル３のノズルヘッド３１の先端から鋳片表面４１までの距離Ｌ２（Ｘ方向）（図１の下図を参照）は、５０ｍｍ以上４５０ｍｍ以下が好ましい。
　吹き付け範囲４６は、鋳片表面４１の中間位置４４を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。吹き付け範囲４６の上端位置４６１から、鋳片表面４１における上方のロール２ａとの接触位置４２までの距離Ｌ３（図１の下図を参照）は、０ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましい。冷却水Ｗは、上方のロール２ａに接触するように噴射されてもよいが、接触しないことが好ましい。例えば、ロール２の直径Ｒが２５０ｍｍ、ロール２のピッチＬ１が２９０ｍｍ、ノズルヘッド３１の先端から鋳片表面４１までの距離Ｌ２が８０ｍｍの場合、距離Ｌ３は、４５ｍｍ程度であることが好ましい。
　噴射ノズル３の軸線３１０と鋳片表面４１との交差位置は、中間位置４４と重なってもよいし、重ならなくてもよい。
　吹き付け範囲４６の長軸ＬＡの傾斜方向は、図２に示すように、鋳片４の幅方向の列ごとに交互に異なっていてもよいし、同じであってもよいし、１つの列において鋳片４の幅方向中央を境界として対称にしてもよい。
〔連続鋳造の二次冷却装置の作用〕
　次に、連続鋳造の二次冷却装置１の作用について説明する。同実施形態に係る連続鋳造の二次冷却方法では、図６に示すような冷却メカニズムで鋳片が冷却される。図６には、連続鋳造の二次冷却装置の一部を示す模式図（Ａ）、鋳造距離と水量密度との関係を示すグラフ（Ｂ）、及び鋳造距離と鋳片表面温度との関係を示すグラフ（Ｃ）が示されている。なお、以下において、図６（Ａ）における上側のロール２ａが、二次冷却装置１の最初のロール２である場合について説明を行う。
　鋳片４の冷却に際しては、鋳片表面４１上の、ある所定位置が最初に接触するロール２ａとの接触位置４２に近づくと、図６（Ｃ）の実線に示すように、鋳片表面４１の温度は、ロール２ａとの接触によるロール冷却により下がり始め、接触位置４２から下方に向かって所定距離以上離れるまで下がり続ける。
　このとき、最初に接触するロール２ａによるロール冷却後の効果代（本実施形態と従来の構成のロール冷却直後の温度の差）ΔＴｒ１は０℃となる。
　その後、鋳片表面４１上の前記所定位置が吹き付け範囲４６内に入るまで、鋳片表面４１の温度は、第１復熱により上昇し、吹き付け範囲４６内に入ると、そこを通過するまでスプレー冷却により下がり続ける。
　このとき、図６（Ｂ）の実線に示す吹き付け範囲４６が、同図の破線に示す従来の吹き付け範囲４５よりも図６の視線からみて上方にシフトし、かつ、上下方向（Ｚ方向）に厚くなっている。そのため、図６（Ｃ）の実線に示す第１復熱期間が、同図の破線に示す従来の構成よりも短くなり、スプレー冷却が従来の構成よりも早く始まる。すなわち、鋳片表面４１が復熱によって大幅に温度上昇する前に、冷却することができる。このため、従来の構成と比べて復熱量が低減し、スプレー冷却開始時の鋳片表面４１の温度が低くなり、スプレー冷却時の熱伝達係数が大きくなる。その結果、冷却効率Ｅ１が従来の構成の冷却効率Ｅ９よりも高くなり、鋳片表面４１はスプレー冷却によってより低い温度まで冷却される。また、冷却水噴射軸線Ｊ１を斜め上側に傾斜させ、斜め上方向への噴射量を多くしているため、第１復熱期間での復熱量をさらに低減でき、スプレー冷却時の熱伝達係数をさらに大きくできる。
　そして、鋳片表面４１上の前記所定位置が吹き付け範囲４６内を通過すると鋳片表面４１の温度は第２復熱により上昇するが、第２復熱開始時の温度が従来の構成よりも低いため、２番目に接触するロール２ｂによる冷却開始時の温度も低くなり、当該ロール２ｂによるロール冷却後の効果代ΔＴｒ２は０℃よりも大きくなる。その後、上述の第１復熱、スプレー冷却、第２復熱、ロール冷却のサイクルが繰り返されることにより、鋳片４の温度が徐々に下がり冷却される。
　この冷却過程において、ロール冷却後の効果代が鋳造方向下流に向かうにしたがって徐々に大きくなるため、従来の構成と比べて鋳片の冷却時間が短縮される。
［本実施形態の効果］
　本実施形態によれば、以下のような効果がある。
　吹き付け範囲４６の中心を中間位置４４よりも上方とし、なおかつ冷却水噴射軸線Ｊ１が鋳片表面４１の垂線に対して斜め上側に傾斜させる構成を採用しているので、噴射ノズル３の上方にあるロール２ａ及び鋳片表面４１間の接触位置４２に、冷却水Ｗの吹き付け先を近付けることができる。これにより、同接触位置４２を経て下方に向かう鋳片表面４１が復熱によって大幅に温度上昇する前に、冷却することができる。よって、鋳片４の冷却効果を従来よりも高めて生産性を向上させることができる。しかも、新たな設備を設けることなく鋳片４の冷却効果を高められるので、コスト上昇を招くこともない。
　したがって、本実施形態の連続鋳造の二次冷却装置および二次冷却方法によれば、コスト上昇を招くことなく生産性の向上を図ることができる。
［変形例］
　なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能であり、その他、本発明の実施の際の具体的な手順、及び構造などは本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
　例えば、冷却水噴射軸線Ｊ１が吹き付け範囲４６の長軸方向に対して傾斜していない噴射ノズル３を用いてもよい。この場合、噴射ノズル３の先端部を図６（Ａ）の位置よりも鋳片表面４１に近づけ、かつ、上方に位置するように配置することで、図２の下図に二点鎖線で示すように、ノズルヘッド３１の軸線３１０と鋳片表面４１との交差位置が吹き付け範囲４６の中心４６０と一致する。さらに、吹き付け範囲４６の長軸が噴射ノズル３から鋳片表面４１への垂線である軸線３１０回りに回転し、かつ、吹き付け範囲４６の中心４６０が中間位置４４よりも上方に位置するようにしてもよい。
　このような構成でも、従来の構成と比べて、冷却水Ｗの吹き付け範囲４６を上方にシフトさせ、かつ、上下方向（Ｚ方向）において厚くすることができ、コスト上昇を招くことなく生産性の向上を図ることができる。
　噴射ノズル３として、一流体ノズルを用いてもよい。
　次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
　本発明の効果を検証するためのシミュレーションについて説明する。
　実施例と比較例とで共通するパラメータとして、以下の設定を行った。
　　　ロールの直径Ｒ：１５０ｍｍ以上３６０ｍｍ以下
　　　ロールのピッチＬ１：１９０ｍｍ以上４３０ｍｍ以下
　　　噴射ノズル先端から鋳片表面までの距離Ｌ２：８０ｍｍ以上４３０ｍｍ以下
　　　吹き付け範囲の上端位置から、鋳片表面における上方のロールとの接触位置までの距離Ｌ３：０ｍｍを超え（Ｌ１／２）ｍｍ以下
　　　噴射水量：ノズル１本当り８Ｌ／ｍｉｎ以上８０Ｌ／ｍｉｎ以下
　　　ロール間あたりの幅方向ノズル本数：１本～１６本
　　　鋳造速度：２．０ｍ／ｍｉｎ
　　　溶鋼中の炭素量：０．０４％
　　　鋳片幅：１５００ｍｍ
　　　鋳片厚み：２５０ｍｍ
　また、実施例におけるロール２および噴射ノズル３の配置状態を、図２に示すように設定し、比較例におけるロール２および噴射ノズル９の配置状態を図７に示すように設定した。実施例および比較例における「吹き付け範囲４６の長軸方向に対する冷却水噴射軸線Ｊ１の傾斜角度α１」、「軸線３１０を基準とした冷却水Ｗの狭角側角度α２」、「軸線３１０を基準とした冷却水Ｗの広角側角度α３」、「軸線３１０回りに上方へ回転させる噴射ノズル３、９（吹き付け範囲４６）の回転角度β」、「上下方向における、一対のロール２の中間位置４４から吹き付け範囲４６の中心４６０までの距離Ｍ」を以下の表１に示す。
　なお、比較例では、冷却水噴射軸線Ｊ１を吹き付け範囲４６の長軸方向に対して傾斜しておらず、ノズルヘッド９１の軸線９１０と鋳片表面４１との交差位置が吹き付け範囲４６の中心４６０と一致する噴射ノズル９を用いた。当該噴射ノズル９から噴射される冷却水Ｗの長軸方向の広がり角度は、軸線９１０を基準とした長軸方向両側（左右両側）で同じであるため、表１では、左右両側を合わせた角度を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　そして、連続鋳造の二次冷却のシミュレーションを行った。図８は、表１に示す数値範囲における鋳片表面温度変化を示す結果の一例である。
　図８に示すように、最初のロールとの接触によるロール冷却後の効果代（実施例と比較例のロール冷却直後の温度の差）ΔＴｒ１は０℃となったが、ロール冷却後の第１復熱期間は実線で示す実施例が破線で示す比較例よりも短くなり、実施例の復熱量が比較例の復熱量よりも７℃低減できた（図８中、「ΔＴａ」と示す）
　また、比較例におけるスプレー冷却による降下温度ΔＴｓｃは１５０℃であり、実施例における降下温度ΔＴｓｐは１７６℃であり、スプレー冷却直後の効果代（実施例と比較例のスプレー冷却直後の温度の差）ΔＴｂ１は３３℃となった。
　さらに、２、３番目のロールとの接触によるロール冷却後の効果代ΔＴｒ２、ΔＴｒ３は１４℃、２５℃となり、その後、鋳造方向下流に向かうにしたがって、ロール冷却後の効果代が徐々に大きくなった。また、２、３番目のスプレー冷却直後の効果代ΔＴｂ２、ΔＴｂ３は４９℃，５９℃となり、その後、鋳造方向下流に向かうにしたがって、スプレー冷却直後の効果代が徐々に大きくなった。
　その結果、実施例は、比較例と比べて、鋳片の冷却時間が０．３ｍｉｎ短縮されることが確認できた。
　本発明によれば、コスト上昇を招くことなく生産性の向上を図れる、連続鋳造の二次冷却装置および二次冷却方法を提供できる。よって、産業上の利用可能性は大である。
１…二次冷却装置
２、２ａ、２ｂ…ロール
３…噴射ノズル
４…鋳片
４１…鋳片表面
４２、４３…接触位置
４４…中間位置
４６…吹き付け範囲
４６０…中心
Ｊ１…冷却水噴射軸線
Ｗ…冷却水

Claims (3)

  1. 　鋳造方向に送られる鋳片の鋳片表面に冷却水を噴射して冷却する、連続鋳造の二次冷却装置であって、
    　前記鋳造方向に沿う上下方向に並んで配置された複数のロールと、
    　前記複数のロールの間から前記鋳片表面に前記冷却水を噴射する噴射ノズルと、
    を備え、
    　前記噴射ノズルが、
    　　前記噴射ノズルの冷却水噴射軸線が、前記鋳片表面における前記冷却水の吹き付け範囲の長軸方向に対して傾斜し、
    　　前記吹き付け範囲の長軸が、前記噴射ノズルから前記鋳片表面への垂線である軸線回りに上方に回転し、
    　　前記吹き付け範囲の中心が、前記噴射ノズルの上方にある前記ロール及び前記鋳片表面間の接触位置と、下方にある前記ロール及び前記鋳片表面間の接触位置との中間位置よりも、上方に位置する、
    ように設けられていることを特徴とする、連続鋳造の二次冷却装置。
  2. 　前記噴射ノズルが、
    　　前記冷却水噴射軸線が、前記鋳片表面における前記冷却水の吹き付け範囲の長軸方向に対して３０°～４０°傾斜し、
    　　前記吹き付け範囲の長軸が、前記噴射ノズルから前記鋳片表面への垂線である軸線回りに上方に５°～１５°回転している、
    ように設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造の二次冷却装置。
  3. 　鋳造方向に沿う上下方向に並んで配置された複数のロール間に配置された噴射ノズルより鋳片表面に冷却水を噴射して冷却する工程を有する、連続鋳造の二次冷却方法であって、
    前記噴射ノズルの冷却水噴射軸線が、前記鋳片表面における前記冷却水の吹き付け範囲の長軸方向に対して傾斜し、
    　前記吹き付け範囲の長軸が、前記噴射ノズルから前記鋳片表面への垂線である軸線回りに上方に回転し、
    　前記吹き付け範囲の中心が、前記噴射ノズルの上方にある前記ロール及び前記鋳片表面間の接触位置と、下方にある前記ロール及び前記鋳片表面間の接触位置との中間位置よりも、上方に位置する、
    ことを特徴とする連続鋳造の二次冷却方法。
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