JP4506691B2

JP4506691B2 - 連続鋳造機用クーリンググリッド設備及び連続鋳造鋳片の製造方法

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Publication number: JP4506691B2
Application number: JP2006058023A
Authority: JP
Inventors: 健史鈴木; 淳久保田; 康一堤; 悟史上岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2026-03-03
Also published as: JP2007229799A

Description

本発明は、連続鋳造機の鋳型直下に設置される、鋳片を支持・冷却するためのクーリンググリッド設備、並びに、このクーリンググリッド設備の設置された連続鋳造機を用いた鋳片の製造方法に関するものである。

鋼の連続鋳造においては、取鍋からタンディッシュに注入された溶鋼は、タンディッシュの底部に設置された浸漬ノズルを介して水冷式の鋳型に注入され、その後、鋳型によって形成された凝固シェルを外殻とする鋳片が、冷却されながら鋳型下方に連続的に引き抜かれ、連続鋳造鋳片が製造されている。この場合、先ず、鋳型においては、溶鋼は鋳型と接することによって冷却され、凝固シェルを形成する。その後、鋳型を抜けた鋳片は、ガイドロール、クーリンググリッド、クーリングプレートなどから構成される鋳片支持・案内装置によって支持されながらピンチロールによって鋳造方向に引き抜かれる。鋳片支持・案内装置によって支持されることにより、鋳片の厚み方向への膨らみ（「バルジング」という）が防止される。この鋳片支持・案内装置には水スプレーノズルやエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（以下、単に「スプレーノズル」と記載の場合には、水スプレーノズルとエアーミストスプレーノズルの両方を指すものとする）が配置されており、このスプレーノズルから噴霧される冷却水によって冷却されながら鋳片は引き抜かれ、やがて中心部までの凝固を完了させる。その後、連続鋳造機の機端に設置された鋳片切断機によって所定の長さに切断され、連続鋳造鋳片が製造される。

ところで、近年、製造コストを削減するべく、生産性の向上が以前にも増して要求されており、連続鋳造プロセスにおいては、製造ラインのスピード即ち鋳造速度の高速化が行われている。この鋳造速度の高速化を実現するには、様々な問題を解決する必要があるが、その中でも特に、鋳片を鋳型直下でより効率的に冷却し且つ支持する技術が必要となっている。高速鋳造下では、鋳型直下における凝固シェルの厚みが薄くなり、この凝固シェルが破れてブレークアウトが発生したり、或いは、凝固シェルの破れまでには至らないものの、鋳片が鋳型直下で溶鋼静圧によってバルジングしてしまい、これによって鋳型内の溶鋼湯面が上下に変動してモールドパウダーが凝固シェルに巻き込まれ、品質欠陥が発生したりするなどの問題が生じる。つまり、鋳型直下において、バルジングが生じないように凝固シェル厚みの薄い鋳片を支持しながら、且つ、効率良く鋳片を冷却する方法が求められている。

従来、鋳片を鋳型直下で支持する方式としては、大きく分けて、ロール方式、クーリングプレート方式、クーリンググリッド方式の３種類に分類される（例えば、非特許文献１参照）。

ロール方式では、鋳造方向に隣り合うロールの隙間にスプレーノズルを設置し、スプレーノズルから噴霧される冷却水によって鋳片を冷却しながらロールで鋳片を支持する。この場合、鋳片を冷却する観点からは、ロール径を大きくしてロール間隔を拡大させ、鋳片の水冷される面積を広くすることが望ましいが、このようにすると鋳片を支持する間隔が広がるため、バルジングしやすくなってしまうという問題がある。また、ロールと鋳片とは線接触であるため、面で支持する他の２つの方式に比べて鋳片の支持面積が小さいという基本的な問題もある。

クーリングプレート方式では、鋳片の幅方向全体を１つのプレートで支持しており、このプレートは、その内部に冷却水の流れる流路が形成された水冷構造であり、鋳片と接触して鋳片を間接的に冷却するとともに、プレートの表面から鋳片に向けて水を噴出して鋳片を直接冷却する機能をも備えている。このように、クーリングプレート方式では、鋳片の幅方向全体を大きな１つのプレートで支持しており、鋳片のバルジング防止には非常に有効な方式であるが、鋳片を直接冷却する面積が小さいので、鋳片の冷却効率が悪いという問題がある。また、ブレークアウトが発生した場合、プレート表面から噴射された水が鋳片を冷却した後に発生する蒸気の逃げ場がないため、水蒸気爆発が発生する危険性が高く、操業上にもまた安全上にも問題がある。更に、プレートが大きく、しかも一体構造であるため、加工及び補修が難しいことも大きな問題である（例えば、特許文献１参照）。

クーリンググリッド方式は、鋳片と直接接触しこれを支持するためのウェアプレートと、ウェアプレートを支持するバックフレームと、ウェアプレートの隙間に設置されるスプレーノズルと、で構成されており、千鳥配置された多数のウェアプレートが鋳片を支持し、且つ、多数のスプレーノズルから噴射された冷却水によって鋳片を直接冷却しており、鋳片の支持面積を確保すると同時に、鋳片の直接冷却の面積を確保するという両方を兼ね備えた設備である（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
特開昭５７―２５２６８号公報特開２００２−１２００５４号公報実開平６−２３６４７号公報三好等、鉄と鋼、Vol.６０(１９７４)Ｎo.７.p.８６０−８６７

しかしながら、従来のクーリンググリッド方式の設備を精査検討したところ、従来のクーリンググリッド設備には以下に示す問題があることが判明した。

即ち、従来のクーリンググリッド設備では、鋳片の冷却は、主に隣り合うウェアプレートの隙間に設置されたスプレーノズルから噴射される冷却水によって行われており、鋳片を支持するためのウェアプレートと鋳片との接触部には冷却水が直接当たらず、この部分の冷却能力が弱く、現状で求められている高速鋳造時にはクーリンググリッド設備全体の冷却能力が不十分であるという問題である。これは、ウェアプレート自体は、水冷構造ではなく、ウェアプレートの隙間に設置されるスプレーノズルから噴霧されるスプレー水によって冷却されており、鋳片とウェアプレートとの接触部はウェアプレートによる間接冷却になるからである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鋳型直下の鋳片支持をクーリンググリッド方式で実施するに当たり、鋳片の支持面積を十分に確保すると同時に、鋳片の冷却能力を向上させた連続鋳造機用クーリンググリッド設備を提供することであり、また、このクーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機を用いて連続鋳造鋳片を製造する方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行った。以下に、検討・研究結果を説明する。

クーリンググリッド設備の冷却能力を高める手段の１つとして、クーリンググリッド設備の全体の面積に占めるウェアプレートの面積割合を低下させ、噴霧されるスプレー水で直接冷却される面積割合を拡大する方法が考えられる。しかしながら、クーリンググリッド設備の全体の面積に占めるウェアプレートの面積割合は２０％から６０％程度であり、鋳片を安定して支持する観点からは、この面積割合を現状よりも大幅に減ずることは困難である。そこで本発明では、クーリンググリッド設備の冷却能力を高める手段として、スプレーで直接冷却される部分の冷却能力を向上させると同時に、鋳片とウェアプレートとの接触部におけるウェアプレートによる間接冷却の向上を図ることを検討した。

ウェアプレートは、通常、鋳鋼製或いは鋳鉄製で、鋳片との接触面が平坦な平板状であり、スプレーノズルから噴射される冷却水によって冷却されていて、ウェアプレートと接触する部位の鋳片は、冷却水によって直接冷却されず、ウェアプレートを介して間接的に冷却されている。従って、クーリンググリッド設備における冷却能を更に高めるためには、ウェアプレートによる間接冷却を増強することが必要であることが分かった。

そこで、ウェアプレートによる鋳片冷却の機構を検討した。その結果、スプレーノズルから供給される冷却水がウェアプレートの鋳片幅方向側の両側面にかかり、ウェアプレートが冷却され、かくして冷却されたウェアプレートにより鋳片が冷却されることが分かった。つまり、ウェアプレートの鋳片幅方向側の両側面の比表面積を増加させてウェアプレートの冷却を促進させることが、ウェアプレートによる鋳片の冷却促進に有効であることが分かった。

この検討結果に基づき、ウェアプレートとスプレーノズルとを組み合わせたクーリンググリッド設備の構造を模擬した実験装置を製作し、この実験装置において、従来のウェアプレートよりも幅の狭いウェアプレートを用い、ウェアプレートの形状や配置、及びスプレーノズルの形状を変更し、この模擬クーリンググリッド設備を用いて加熱した鋼材を冷却する実験を行い、各条件における冷却能力を比較評価した。

図１に、実験に供したクーリンググリッド設備の１例の概略図を示す。図１（Ａ）は鋳片側から見た正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ−Ｘ’矢視による概略断面図である。尚、図１に示すウェアプレート１４は縦長の八角形で船底状であるが、これに限るものではなく、種々の形状とすることができる。

実験では、ウェアプレート１４の鋳片との鋳片幅方向の接触長さ（Ｗ）を変更するとともに、隣り合うウェアプレート同士の間隙を変更した。また、隣り合うウェアプレート同士の間隙を冷却するためのスプレーノズルとして、冷却水を楕円形に噴霧するオーバル型スプレーノズル、及び、冷却水を円錐状に噴霧するフルコーン型スプレーノズルを用いて比較した。図１では、スプレーノズルとしてオーバル型スプレーノズル１５を配置した例を示し、また、スプレーノズルから噴霧される噴霧面を符号１６で表している。

１２００℃に保持した電気炉で冷却用の鋼材を約１時間加熱した後、この鋼材を取り出し、実験装置に固定して冷却を開始した。冷却中、鋼材の温度変化を、鋼材に埋め込んだ熱電対により計測した。そして、この温度計測値をパーソナルコンピュータで読み込み、数値計算と組み合わせて鋼材表面における熱伝達率を算出した（実験方法の詳細は、実施例１で後述する）。

その結果、鋳片とウェアプレートとの鋳片幅方向の接触長さ（Ｗ）が４０ｍｍ以下である、つまりウェアプレートの鋳片と接触する部位の幅が４０ｍｍ以下である、従来のウェアプレートよりも幅の狭いウェアプレートを用いてクーリンググリッドを構成し、これらのウェアプレートの間隙を、鋳片幅方向よりも鋳造方向に長い形状にするとともに、ウェアプレートの間隙に、冷却水の噴霧衝突面の形状が楕円形となるオーバル型スプレーノズルを配置した場合が、冷却能力に優れていることが判明した。

これは、ウェアプレートの鋳片と接触する部位の鋳片幅方向の幅が４０ｍｍ以下の場合には、ウェアプレートにおける鋳片幅方向側の両側面の比表面積が大きくなり、ウェアプレート自体の冷却が促進され、ウェアプレートと接触する部位の鋳片の冷却も促進されるからである。一方、ウェアプレートの鋳片と接触する部位の鋳片幅方向の幅が４０ｍｍを超えた場合には、ウェアプレートにおける鋳片幅方向側の両側面の比表面積が小さくなり、ウェアプレート自体の冷却が遅くなり、鋳片の冷却は促進されないことが分かった。

即ち、図１に示すクーリンググリッド設備において、鋳片との鋳片幅方向の接触長さ（Ｗ）が４０ｍｍ以下のウェアプレート１４を、隣り合うウェアプレート同士の間隙が、鋳片幅方向よりも鋳造方向に長い長方形となるように千鳥配置し、且つ、この間隙形状に合わせて楕円形にスプレー水を噴霧するオーバル型スプレーノズル１５を配置することで、フルコーン型スプレーノズルが設置された従来のクーリンググリッド設備よりも大幅に熱伝達率が向上し、クーリンググリッド設備における鋳片の冷却能力を強化できることが分かった。尚、一般的なクーリンググリッド設備では、ウェアプレートの間隙は、鋳片幅方向と鋳造方向とでほぼ同じ長さの正方形であり、設置されるスプレーノズルは冷却水を円錐状に噴霧するフルコーン型スプレーノズルが配置されている。

本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る連続鋳造機用クーリンググリッド設備は、連続鋳造機の鋳型直下に設置される連続鋳造機用クーリンググリッド設備であって、ウェアプレート１つ当たりの鋳片との鋳片幅方向の接触長さが４０ｍｍ以下で、鋳片との鋳造方向の接触長さが鋳片幅方向の接触長さの３倍以上であるウェアプレートが、鋳片幅方向に隣り合うウェアプレート同士の間隙長さよりも鋳造方向に隣り合うウェアプレート同士の間隙長さのほうが大きくなり、隣り合うウェアプレート同士の間隙が鋳片幅方向よりも鋳造方向に長い長方形となるように千鳥配置され、且つ、ウェアプレート同士の間隙に、スプレー水を楕円形に噴霧するオーバル型スプレーノズルが設置されていることを特徴とするものである。

また、第２の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、第１の発明に記載の連続鋳造機用クーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機を用い、オーバル型スプレーノズルから冷却水を噴霧して鋳片を冷却しながら鋳造することを特徴とするものである。

上記構成の本発明に係る連続鋳造機用クーリンググリッド設備によれば、鋳片の支持を確実に行うことができると同時に、鋳片の冷却を向上させることができ、高速鋳造条件であっても操業トラブルを生じることなく安定して高品質の鋳片を鋳造することが実現でき、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係るクーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機の概略図、図３は、図２におけるクーリンググリッド設備の拡大斜視図である。

図２に示すように、連続鋳造機１には、溶鋼１０を冷却して凝固させ、鋳片１１の外殻形状を形成するための鋳型５が設置され、この鋳型５の上方所定位置には、取鍋（図示せず）から供給される溶鋼１０を鋳型５に中継供給するためのタンディッシュ２が設置されている。タンディッシュ２の底部には、タンディッシュ２から鋳型５に注入される溶鋼１０の流量を調整するためのスライディングノズル３が設置され、このスライディングノズル３の下面には、溶鋼１０を鋳型５に注入するための耐火物製の浸漬ノズル４が設置されている。

一方、鋳型５の下方には、鋳型５の直下にクーリンググリッド設備６が設置され、クーリンググリッド設備６の下方には、対向する複数対の鋳片支持ロール７が設置されている。クーリンググリッド設備６及び鋳片支持ロール７は、鋳型５から引き抜かれる鋳片１１を支持しながら下方に案内するための鋳片支持・案内装置であり、鋳片支持ロール７には鋳片１１を引き抜くためのピンチロール（図示せず）が含まれる。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール７の間隙には、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（図示せず）が配置され、これらのスプレーノズルから噴霧される冷却水により、鋳片１１は引き抜かれながら冷却される。

また、鋳片支持ロール７の下流側には、鋳造された鋳片１１を搬送するための複数の搬送ロール８が設置されており、この搬送ロール８の上方には、鋳造される鋳片１１から所定の長さの鋳片１１ａを切断するための鋳片切断機９が配置されている。

クーリンググリッド設備６は、図３に示すように、鋳片１１を支持するための、千鳥配置された多数のウェアプレート１４と、ウェアプレート１４を支持するバックフレーム（図示せず）と、隣り合うウェアプレート１４の隙間に設置されるオーバル型スプレーノズル１５と、で構成されている。尚、図３では、クーリンググリッド設備６を鋳片１１の幅方向の一部のみで示しているが、鋳片１１の全幅に亘ってクーリンググリッド設備６が設置されている。

ウェアプレート１４は、鋳片１１との鋳片幅方向の接触長さ（Ｗ）が４０ｍｍ以下であることを必要とする。鋳片１１とウェアプレート１４との接触部はウェアプレート１４による間接冷却であり、前記接触長さ（Ｗ）が４０ｍｍを超えると、前述したように、ウェアプレート自体の冷却が進まず、鋳片１１とウェアプレート１４との接触部の冷却も促進されないからである。

ウェアプレート１４は鋳鋼製或いは鋳鉄製とすればよい。ウェアプレート１４の形状は、図３に示すウェアプレート１４は長方形であり、一方、図１に示すウェアプレート１４は縦長の八角形で船底状であるが、これらに限るものではなく、以下の３つの要件を満たすものであるならば、どのような形状であっても構わない。

即ち、（１）ウェアプレート１４と鋳片との鋳片幅方向の接触長さ（Ｗ）が４０ｍｍ以下であり、（２）冷却水やスケールなどがウェアプレート１４の間隙に堆積せず、下方へ流れ落ちるような間隙が確保できる形状であり、（３）ウェアプレート１４による鋳片１１の支持率が２０〜６０％で、その他の部位をオーバル型スプレーノズル１５で冷却できる形状であることである。

また、ウェアプレート１４と鋳片１１との鋳造方向の接触長さ（Ｌ）は鋳片幅方向の接触長さ（Ｗ）よりも大きければ幾らでも構わないが、隣り合うウェアプレート同士の間隙を鋳片幅方向よりも鋳造方向に長い長方形にするために、前記接触長さ（Ｌ）が前記接触長さ（Ｗ）の３倍以上とすることが好ましい。つまり、ウェアプレート１４の形状を、鋳造方向の接触長さ（Ｌ）が鋳片幅方向の接触長さ（Ｗ）に対して３倍以上となるようにすることが好ましい。

このようなウェアプレート１４を、鋳片幅方向に隣り合うウェアプレート同士の間隙長さよりも鋳造方向に隣り合うウェアプレート同士の間隙長さのほうが大きくなるように配置する。そして、ウェアプレート同士の間隙の形状に合わせて、噴霧面が楕円形となるオーバル型スプレーノズル１５を配置する。オーバル型スプレーノズル１５は、フルコーン型スプレーノズルに比較して冷却水の鋳片表面に衝突する際の動圧を大きくすることができるので、冷却水の水量密度が同一であっても鋳片１１の冷却を強化することができる。ここで、オーバル型スプレーノズル１５の形式は、水スプレーノズル及びエアーミストスプレーノズルの何れであっても構わない。

オーバル型スプレーノズル１５の選定に当たっては、先ず、冷却水の噴霧範囲がウェアプレート間隙の領域を網羅するように、オーバル型スプレーノズル１５の先端と鋳片表面までの距離を考慮して、噴霧形状を決定する。更に、冷却水内に懸濁する異物によるオーバル型スプレーノズル１５の詰まり防止の観点から、スプレーノズルの異物通過径は１．５ｍｍ以上とすることが望ましい。特に、鋳片幅方向のウェアプレート１４の配列数を多くしてウェアプレート間隙の幅を狭くしすぎると、小型のオーバル型スプレーノズル１５のみ設置可能となり、その結果として、スプレーノズルの異物通過径が小さくなる場合が発生する。従って、ウェアプレート１４の配列とオーバル型スプレーノズル１５の選定の両者を勘案して、クーリンググリッド設備６を設計することが肝要である。尚、異物通過径とは、スプレーノズル先端のスプレー水が噴霧される部位の口径ではなく、スプレーノズル内の流路断面において、ノズル壁とノズル内部に設置される邪魔板などとの間隔が最も狭くなる位置の間隔で表される値である。

また、クーリンググリッド設備６の鋳造方向の設置長さは特に限定されるものではなく、少なくともウェアプレート１４が鋳造方向に千鳥配置されるならば幾らであっても構わない。但し、クーリンググリッド設備６は、本来、鋳型直下で鋳片１１を支持する装置であるので、３ｍ以上の長さは必要としない。

このような構成の連続鋳造機１を用いて、タンディッシュ２に滞留する溶鋼１０を、スライディングノズル３により流量を調整しながら浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入する。鋳型５に注入された溶鋼１０は、鋳型５と接触して冷却され、凝固シェル１２を形成する。鋳型５における溶鋼湯面位置をほぼ一定位置に保ちながら、表面を凝固シェル１２とし、内部を未凝固相１３とする鋳片１１を鋳型５の下方に連続的に引き抜き、溶鋼１０の連続鋳造を実施する。鋳型５を引き抜かれた鋳片１１は、クーリンググリッド設備６及び鋳片支持ロール７で支持されながら冷却され、やがて内部まで完全に凝固する。鋳造される鋳片１１を鋳片切断機９によって切断し、所定の長さの鋳片１１ａを製造する。鋳片支持ロール７の間隙に設置されるスプレーノズルからの冷却水の噴霧量は、特に規定するものではなく、鋳造する鋼種や鋳造速度に応じて適宜最適な範囲を設定するものとする。

上記構成のクーリンググリッド設備６を用いて鋳片１１を冷却することで、オーバル型スプレーノズル１５によって冷却される部位、及び、ウェアプレート１４によって間接的に冷却される部位の双方の冷却強度が向上するので、鋳片１１を安定して支持しつつ、効率的に冷却することができ、鋳造速度の高速化による生産量の増加が可能になる。また、オーバル型スプレーノズル１５によって冷却される部位と、ウェアプレート１４によって間接的に冷却される部位との冷却強度の差が小さくなり、クーリンググリッド設備６における冷却の不均一性が改善されて、不均一冷却に起因する鋳片１１の表面割れを防止することも可能となる。

ウェアプレートと水スプレーノズルとを組み合わせた、鋳型直下のクーリンググリッド設備の構造を模擬した実験装置を製作し、この実験装置において、本発明に係るクーリンググリッド設備及び従来のクーリンググリッド設備を模擬した実験装置を用い、加熱した鋼材を冷却し、冷却能力を比較・評価した。冷却能力を実験室的に評価する方法としては、加熱した鋼材に水を噴霧して冷却し、鋼材の温度履歴から熱伝達率を求める方法が一般的であり、そこで、本実施例では、鋼材の冷却される面とは反対側に穴を設け、そこに熱電対を埋め込み、熱電対で温度履歴を測定した。

実験は、図４に示すように、６個のオーバル型水スプレーノズルと、６個のウェアプレートとを組み合わせた構成の実験装置を用いた。加熱した鋼材をウェアプレートに接触させた状態として、この鋼材に、オーバル型水スプレーノズルから冷却水を噴射して冷却した。尚、図４は、クーリンググリッド設備の冷却能力を比較・評価するための実験装置の概略図である。

本発明に係るクーリンググリッド設備を模擬した実験装置としては、図４に示すように、前述した図１に示すクーリンググリッド設備を模擬した実験装置を準備した。即ち、縦長の八角形で船底状のウェアプレート１４を、ウェアプレート１４の鋳片幅方向の間隙が４５ｍｍ、鋳造方向の間隙が９０ｍｍとなるように、鋳片幅方向に２列、鋳造方向に３段千鳥配置し、これらの間隙にオーバル型水スプレーノズル１５を配置した。ウェアプレート１４の船底部（鋳片に接触する部分）の幅は最大で２５ｍｍである。

これに対して、従来のクーリンググリッド設備を模擬した実験装置としては、長方形のウェアプレートを、ウェアプレート間隙が鋳片幅方向及び鋳造方向ともに９０ｍｍとなるように、鋳片幅方向に２列、鋳造方向に３段千鳥配置し、これらの間隙にフルコーン型水スプレーノズルを配置した。この場合、ウェアプレートが鋳片に接触する部分の幅は５０ｍｍである。

加熱用に用いた鋼材は、幅４００ｍｍ、高さ６００ｍｍ、厚み２０ｍｍ、炭素濃度が０．２質量％の炭素鋼であり、この鋼材の冷却面とは反対側の面に、直径１．８ｍｍ、深さ１８ｍｍの穴を１９個空けて、そこに直径１．６ｍｍのＫ型シース熱電対を埋め込んだ。熱電対の埋め込み位置は、図４に示すように、ウェアプレート間隙部及びウェアプレート接触部の合計１９箇所である。オーバル型水スプレーノズル及びフルコーン型水スプレーノズルともノズル先端と鋼材との距離は８０ｍｍとした。

実験では、１２００℃に保持した電気炉で上記の鋼材を約１時間加熱し、均一に加熱された鋼材を取り出して実験装置に固定し、冷却を開始した。鋼材の冷却中、熱電対による１９点の温度測定値を０．１秒毎にパーソナルコンピュータに取り込んだ。実験後、計測した温度履歴と数値計算とを組み合わせて、それぞれの熱電対の位置における熱伝達率（局所熱伝達率）を算出し、得られた局所熱伝達率の面積平均値で、クーリンググリッド設備の冷却能を評価した。

試験は、以下の２つの水準で実施した。

水準１：従来のクーリンググリッド設備を模擬した実験装置を使用し、フルコーン型水スプレーノズル１本当たりの冷却水量を２５リットル／分として試験を行った。この場合のウェアプレート間隙における冷却水の水量密度は、３０９０リットル／分・ｍ² である。ここで、ウェアプレート間隙における冷却水の水量密度とは、１つのスプレーノズルから噴出した冷却水の１分間当たりの流量を、ウェアプレート間隙の面積で徐した値である。ウェアプレート間隙の面積は、「ウェアプレート間隙の面積＝（鋳片幅方向に隣り合うウェアプレートの間隙長さ）×（鋳造方向に隣り合うウェアプレートの間隙長さ）」で定義する。以下、水準１を「従来例」と記す。

水準２：本発明に係るクーリンググリッド設備を模擬した実験装置を使用し、オーバル型水スプレーノズル１本当たりの冷却水量を１２リットル／分として試験を行った。この場合のウェアプレート間隙における冷却水の水量密度は、２９６０リットル／分・ｍ² であり、従来例とほぼ同等である。以下、水準２を「本発明例」と記す。

表１に、これら２つの水準で測定された、鋼材の表面温度が８５０℃の時点におけるクーリンググリッド設備の平均熱伝達率を示す。ここで平均熱伝達率は、図４に示した熱電対設置位置において局所熱伝達率を求め、測定範囲における面積平均値で表示したものである。

表１に示すように、従来例におけるクーリンググリッド設備の平均熱伝達率は、１５００ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・Ｋであった。これに対して、本発明例では、クーリンググリッド設備の平均熱伝達率は、１８６０ｋｃａｌ／ｍ²・ｈｒ・Ｋであり、ウェアプレート間隙における冷却水の水量密度が従来例とほぼ同等であるにも拘わらず、従来例に比べて冷却能率が約２４％向上することが確認できた。

本発明に係るクーリンググリッド設備の１例を示す概略図である。本発明に係るクーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機の概略図である。図２におけるクーリンググリッド設備の拡大斜視図である。クーリンググリッド設備の冷却能力を比較・評価するための実験装置の概略図である。

符号の説明

１連続鋳造機
２タンディッシュ
３スライディングノズル
４浸漬ノズル
５鋳型
６クーリンググリッド設備
７鋳片支持ロール
８搬送ロール
９鋳片切断機
１０溶鋼
１１鋳片
１２凝固シェル
１３未凝固相
１４ウェアプレート
１５オーバル型スプレーノズル
１６噴霧面

Claims

連続鋳造機の鋳型直下に設置される連続鋳造機用クーリンググリッド設備であって、ウェアプレート１つ当たりの鋳片との鋳片幅方向の接触長さが４０ｍｍ以下で、鋳片との鋳造方向の接触長さが鋳片幅方向の接触長さの３倍以上であるウェアプレートが、鋳片幅方向に隣り合うウェアプレート同士の間隙長さよりも鋳造方向に隣り合うウェアプレート同士の間隙長さのほうが大きくなり、隣り合うウェアプレート同士の間隙が鋳片幅方向よりも鋳造方向に長い長方形となるように千鳥配置され、且つ、ウェアプレート同士の間隙に、スプレー水を楕円形に噴霧するオーバル型スプレーノズルが設置されていることを特徴とする連続鋳造機用クーリンググリッド設備。
請求項１に記載の連続鋳造機用クーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機を用い、オーバル型スプレーノズルから冷却水を噴霧して鋳片を冷却しながら鋳造することを特徴とする、連続鋳造鋳片の製造方法。