JP5741874B1 - 連続鋳造の二次冷却方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)本発明の一態様に係る連続鋳造の二次冷却方法は、連続鋳造装置で鋳造される鋳片に向けて、噴射ノズルの噴射口から冷却水を扇状に噴射し、連続鋳造中の前記鋳片を冷却する二次冷却方法であって、前記噴射ノズルの噴射方向の中心軸を、前記噴射ノズルの中心軸線に対して傾斜させ、かつ前記噴射ノズルの噴射方向を前記鋳片の面内方向に回転させて、前記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、前記冷却水の前記鋳片への噴射面の長軸方向を傾けるものである。
さらに、本発明に係る連続鋳造の二次冷却方法に使用するに好適な噴射ノズルの各態様の例を、(a)〜(j)に示す。
(a)一態様に係る噴射ノズルは、ノズル本体と;前記ノズル本体の先端部に形成された溝部と;前記溝部において長細状に開口する吐出口と;前記吐出口に連なる流路と;を備え、前記溝部の一方の端部よりも他方の端部のほうが深く形成されており、しかも前記溝部における前記吐出口の中心の位置が、前記ノズル本体の軸芯からずれて、前記溝部の他方の端部側に位置している。
この態様の噴射ノズルでは、吐出口からの流体は、溝部を構成する吐出壁に沿って流れ、しかも吐出口の中心が、溝部の他方の端部(深溝部)側に位置しているため、深溝部側に吐出口からの流体がより多く流れ込み、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、上記態様に係る噴射ノズルによれば、連続鋳造設備におけるガイドロールと鋳片との接触部に発生する溜まり水を効率よく掻き出すことができ、二次冷却時における鋳片の冷却むらを低減できる。つまり、二次冷却時において、鋳片を均一に冷却することができる。
(b)上記(a)に記載の噴射ノズルにおいて、前記ノズル本体の先端部に前記溝部が複数形成されていても良い。
(c)上記(a)、(b)のいずれか一つに記載の噴射ノズルにおいて、前記溝部が、前記ノズル本体の軸芯に対して直交する方向を基準として3〜30°傾斜していても良い。
すなわち、少なくとも1つの溝部(例えば、各溝部)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、ノズル本体の軸芯に対して直交する方向を基準にして3〜30°程度傾斜していてもよい。この傾斜角度により、溝部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。なお、上記傾斜角度は、噴射方向の中心軸を、ノズル本体の軸芯に対して他方の端部(深溝部)側に傾斜させる角度に対応させてもよい。
(d)上記(a)〜(c)のいずれか一つに記載の噴射ノズルが、ノズル本体と;前記ノズル本体の先端部に、前記ノズル本体の軸芯を避けて並列に形成された2つの溝部と;前記溝部のそれぞれにおいて長細状に開口する吐出口と;前記吐出口の双方に連なる第1の流路と;前記第1の流路よりも上流側に形成され、かつ前記第1の流路よりも流路幅が小さい第2の流路と;前記第2の流路よりも上流側に形成され、かつ第2の流路よりも流路幅が大きな第3の流路と;を備えていても良い。
(e)上記(d)に記載の噴射ノズルにおいて、前記第1の流路が、前記ノズル本体の軸芯に対して直交する方向に延びていても良い。また、前記第2の流路及び前記第3の流路が、前記ノズル本体の軸芯に沿って延びていても良い。さらに、前記第1の流路、前記第2の流路及び前記第3の流路が、それぞれ、断面が円形、楕円形又は涙形の筒状であっても良い。
(f)上記(d)または(e)に記載の噴射ノズルにおいて、2つの前記溝部が、前記ノズル本体の軸芯に対して直交する方向に沿って、互いに徐々に離れるように形成されていても良い。
例えば、ノズル本体の軸芯に対して傾斜した2つの溝部の延びる方向は、軸芯を通る(横切る)直線を中心線として、溝部の傾斜面の下部にいくにつれて、上記中心線から拡がる方向であり、中心線を中心として対称であってもよい。
(g)上記(f)に記載の噴射ノズルにおいて、前記ノズル本体の軸芯に対して直交する方向において、2つの前記溝部間の対向する角度(各溝部の延びる方向に延長した直線が交差する角度)が3〜30°であっても良い。
(h)上記(a)〜(g)のいずれか一つに記載の噴射ノズルが、水と空気とが混合した二流体を噴射しても良い。
(i)上記(a)〜(h)のいずれか一つに記載の噴射ノズルが、連続鋳造ラインの鋳片を挟むロールが配設されたロール帯において、前記ロール間に配設され、気液混合ミストを噴射して、前記鋳片を冷却するために用いられても良い。
(j)上記(i)に記載の噴射ノズルが、前記溝部の他方の端部を、前記鋳片の側部方向から前記鋳片の下流方向に至る所定の方向に向けて配設され、前記気液混合ミストを噴射して前記鋳片を冷却しても良い。
これらの態様の噴射ノズルによれば、ノズル本体の先端部に、少なくとも1つの溝部が、一方の端部よりも他方の端部を深く切り欠いて形成されており、しかも前記溝部における前記吐出口の中心の位置が、前記ノズル本体の軸芯からずれて、前記溝部の他方の端部側に位置しているので、ノズル先端の前方斜め域により多くの流体を噴射又は噴霧できる。そのため、上記態様に係る噴射ノズルを連続鋳造設備のロール帯に配設すると、ロールと鋳片との間に発生する溜まり水に向けて流体(冷却水)を多く噴射できる。その結果、溜まり水を効率よく掻き出すことができ、二次冷却時における鋳片の冷却むらを低減できる。つまり、二次冷却時において、鋳片を均一に冷却できる。
特に、上記態様に係る噴射ノズルは、鋳片が鉛直方向の下方に搬出される搬出域や、ロールの剛性を増大させるために複数のロールが鋳片の幅方向に配設された搬出域にあっても、溜まり水を低減し鋳片を均一に冷却できる。このような均一な冷却により、鋳片の表面性状や内部品質も向上できる。
〔噴射ノズル〕
まず、本発明に係る連続鋳造の二次冷却方法に使用するに好適な噴射ノズルの一実施形態について説明する。図3は、本実施形態に係る噴射ノズルの概略斜視図である。図4は、図3に示す噴射ノズルの吐出口を示す部分概略斜視図である。図5は、図3に示す噴射ノズルのV−V線概略断面図である。図6は、図3に示す噴射ノズルのVI−VI線概略断面図である。図7は、図3に示す噴射ノズルの概略平面図である。図8は、図3に示す噴射ノズルのVIII−VIII線概略断面図である。
次に、本発明に係る連続鋳造の二次冷却方法の一実施形態について説明する。
図15は、連続鋳造設備100の概要を示す。鋳型102の上側から、タンディッシュ(図示せず)内の溶鋼が注入され、鋳型102で一次冷却されて表面が凝固した状態の鋳片103が、鋳型102の下方から少しずつ引き出される。鋳型102の下方において、鋳片103は、それぞれ対向して設置された複数対のガイドロール104で挟み込まれながら連続的に送り出され、これにより、連続した鋳片103が生産される。図15は連続鋳造設備100の一例であり、鋳片103の両側のガイドロール104により、鋳片103が鋳型102のほぼ鉛直下方へ引き抜かれた後、徐々に90°程度曲げられて、水平方向へ移動していく彎曲型のものである。本発明は、彎曲型の連続鋳造設備に限らず、垂直型などでも同様に適用できる。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
(1)噴射ノズル単体の水量分布
実施例1
図3に示す噴射ノズルから、表1に示す空気量及び水量、噴射距離155mmの条件で、気液混合ミストを噴霧した。なお、噴霧角度は、噴射ノズルの中心軸に対してθ1は35°及びθ2は60°である。ノズルセンターからの距離と噴霧量(水量密度(%))との関係を示すグラフを作成した。幅方向の噴霧量分布(図3に示すVI−VI線方向の噴霧量分布)を図27の実線に示し、厚み方向の噴霧量分布(図3に示すVIII−VIII線方向の噴霧量分布)を図28の実線に示す。図27及び図28の実線に示されるように、実施例1の噴射ノズルは、厚み方向の噴霧量分布がノズルセンターを中心として対称であるのに対して、幅方向の噴霧量分布がノズルセンターを中心として非対称であり、ノズルセンターからの距離が50〜100mm程度オフセットさせた位置を中心としてほぼ対称な噴霧量分布を示す。また、実施例1の噴射ノズルは、水量を大きく変化させても均一な分布を保てる。
比較例1
特許文献1の図1〜5に記載のノズルを用い、実施例1と同様の条件で気液混合ミストを噴霧し、ノズルセンターからの距離と噴霧量(水量密度(%))との関係を示すグラフを作成した。幅方向の噴霧量分布を図27の破線に示し、厚み方向の噴霧量分布を図28の破線に示す。図27及び図28の破線に示されるように、比較例1のノズルは、幅方向及び厚み方向の噴霧量分布がノズルセンターを中心として対称である。
(2)ラップ水量分布
実施例2
図3に示す噴射ノズルを、捻り角(β)を0°とし、270mmの間隔をおいて列状に配置した。各々の噴射ノズルから、表1に示す空気量及び水量、噴射距離155mmの条件で、気液混合ミストを噴霧した。互いに隣接する噴射ノズルの噴霧領域が重なり合って形成されるラップ領域の中心部(ラップセンター)からの距離と噴霧量(水量密度(%))との関係を示すグラフを作成した。結果を図29の実線に示す。図29の実線に示されるように、実施例2の噴射ノズルセットは、幅方向の噴霧量分布がラップセンターを中心として非対称である。
比較例2
特許文献1の図1〜5に記載のノズルを用い、実施例2と同様の条件で気液混合ミストを噴霧し、互いに隣接する噴射ノズルの噴霧領域が重なり合って形成されるラップ領域の中心部(ラップセンター)からの距離と噴霧量(水量密度(%))との関係を示すグラフを作成した。結果を図29の破線に示す。図29の破線に示されるように、比較例2のノズルセットは、幅方向の噴霧量分布がラップセンターを中心として対称である。
(3)鋳片の冷却効果
実施例3
図3に示すノズル本体11を用い、図30に示すノズルの配置例に従って、連続鋳造装置に設置した。すなわち、ロールの溜まり水が鋳片の中央を境にして左右の両側に掻き出されるように、非対称スプレー角度の大きい側を鋳片中央部を境にして外向きに配置した。この装置を用いて、表1の噴霧条件3に従って気液混合ミストを噴霧して、鋳片を冷却し、鋳片の幅方向の温度を測定した。結果を図30に示す。図30に示されるように、ノズルから気液ミストを斜方噴射することにより、ロールの溜まり水が排除され、溜まり水の影響が低減したため、鋳片の幅方向の温度が均一になった。
比較例3
特許文献1の図1〜5に記載のノズル31を用い、図31に示すノズルの配置例に従って、連続鋳造装置に設置した。この装置を用いて、実施例3と同様の条件で気液混合ミストを噴霧して、鋳片の幅方向の温度を測定した。結果を図31に示す。図31に示されるように、隣接するノズルのスプレーが両サイドで干渉するため、ロールの溜まり水をほとんど掻き出すことができず、鋳片温度は両サイドで高く、不均一であった。
特許文献1の図1〜5に記載のノズル31を用い、図32に示すノズルの配置例に従って、連続鋳造装置に設置した。この装置を用いて、実施例3と同様の条件で気液混合ミストを噴霧して、鋳片の幅方向の温度を測定した。結果を図32に示す。図32に示されるように、ロールの溜まり水はほとんど掻き出されることがなく、鋳片の両サイドでの溜まり水が冷却に強く影響するため、噴霧量分布は均一であるにも拘わらず、鋳片温度は両サイドで高く、不均一であった。
1、102 鋳型
2、103 鋳片
3、104 ガイドロール
4 ロール帯
5 噴射ノズル
6、113 溜まり水
7、105 軸受け部
11,21,31 ノズル本体
12,12’,22,22’ 溝部
13,13’,23,23’ 吐出口
14,24 第1の流路
15,25 第2の流路
16,26 第3の流路
17,27 連通流路
18,28 衝突壁
111 二流体ノズル
112 エアミスト
121 噴射口
122 噴射面
Claims (6)
- 連続鋳造装置で鋳造される鋳片に向けて、噴射ノズルの噴射口から冷却水を扇状に噴射し、連続鋳造中の前記鋳片を冷却する二次冷却方法において、
前記噴射ノズルの噴射方向の中心軸を、前記噴射ノズルの中心軸線に対して傾斜させ、かつ前記噴射ノズルの噴射方向を前記鋳片の面内方向に回転させて、前記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、前記冷却水の前記鋳片への噴射面の長軸方向を傾けることを特徴とする連続鋳造の二次冷却方法。 - 前記噴射ノズルの噴射方向が、前記噴射ノズルの噴射口の正面から、片側に隣接する噴射ノズルの噴射口の正面までの幅に亘るように、前記噴射ノズルの噴射方向の中心軸を傾斜させ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方法。
- 前記噴射ノズルの噴射方向を、前記鋳片の鋳造方向の上流側に3°〜30°傾斜させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の連続鋳造の二次冷却方法。
- 前記噴射ノズルの噴射方向を、前記鋳片の幅方向の列毎に、交互に左右逆向きとすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の連続鋳造の二次冷却方法。
- 前記噴射ノズルの噴射方向を、前記鋳片の幅方向中央を境界として左右対称の向きとし、各噴射ノズルが前記鋳片の側方に向けて前記冷却水を噴射することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の連続鋳造の二次冷却方法。
- 前記噴射ノズルが二流体ノズルであり、前記冷却水は、水に空気を混合した気液混合ミストであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の連続鋳造の二次冷却方法。
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