JP2598298B2 - 連続鋳造における２次冷却方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、連続鋳造における２次冷却に関し、２次冷
却設備のエネルギーロスを少なくし、効率的な鋳片の冷
却を可能ならしめる方法を提供するものである。

従来の技術 近年、連続鋳造速度の高速化や連続鋳造と圧延工程の
直結化（以下、直送圧延と言う）が積極的に実施されて
いる。この直送圧延を効率的に実施するためには、高温
の鋳片を無欠陥の状態で圧延工程に供給する必要があ
る。

連続鋳造においては、鋳型に溶鋼を注入し、鋳型表面
から凝固させながら鋳型下方に連続的に引き出し、鋳型
下方においては、冷却水のみ、あるいは圧縮気体と冷却
水の混合気水（以下単に気水と言う）を鋳片に噴射し冷
却を行い、前記凝固殻の成長を行わしめている。前記鋳
型内における冷却を一般に１次冷却と称し、鋳型より引
き抜かれた鋳片の冷却を２次冷却と称している。この２
次冷却は前述した高温鋳片を無欠陥状態で製造する上で
極めて重要な影響を与え、その状況如何によっては、高
温鋳片の製造ができなかったり、鋳片の表面割れや内部
割れという欠陥が発生することになる。

このため従来においても例えば、特開昭57−19144お
よび特開昭57−187150で、鋳片の冷却に必要とされる冷
却能から設定される冷却水量の変化に対応して、効率的
な気水冷却を行うために必要な冷却水、および気体の圧
力の最適な制御量を求める技術が開示されている。すな
わち、必要な冷却水能を有するための気水冷却水量と、
その時の最適な噴霧状態を確保するための必要な冷却水
の圧力、および気体圧を制御する技術が開示されてい
る。

発明が解決しようとする課題 前述した従来法においては、ストランド（以下、鋳型
から引き出され、所定寸法に切断される前の、連続鋳造
設備内を移動する鋳片をストランドと言い、切断された
後の鋳片を単に鋳片と言う）の冷却条件としては高温か
つ無欠陥の鋳片を製造するための技術の開示のみがなさ
れており、その冷却方法の１つとして前述した気水でス
トランドを冷却する方法が提案されている。このような
気水冷却を行うと冷却水のみの冷却に比べ、ストランド
の冷却が均一化され、製造され鋳片の欠陥発生という観
点からは非常に有効な手段である。

このため従来は最良の噴霧状態の確保のみに主眼がお
かれ、気体の供給圧もきわめて高いものであった。すな
わち前記気水冷却法を用いると、鋳片の品質、特に表面
品質の改善には効果がある反面、良好な噴霧状態を得る
ために、気体を周知の圧縮機で高圧まで昇圧する必要が
あり、気体の必要量や昇圧後の気体圧如何によっては圧
縮機の運転に多大なエネルギーを要していた。

本発明は、このストランド冷却のための気体の供給に
要する多大なエネルギー消費を低減し効率的にストラン
トの冷却を行う方法を提供するものである。

課題を解決するための手段 前記課題を解決するための本発明は、鋳型より引き抜
かれた高温鋳片に、冷却水と圧縮気体の混合気水を噴射
して冷却する連続鋳造における２次冷却方法において、
前記冷却水に対する圧縮気体の混合比（気体／水）から
決定される噴霧パターンと、予め求められた鋼種毎の前
記噴霧パターンと鋳造欠陥発生率との相関から当該鋳造
時の前記気水混合比の許容限界値を設定し、連続鋳造中
前記許容限界混合比を維持するよう圧縮気体の供給量、
もしくは供給量に加えて供給圧を制御して鋳片の冷却を
行うことを特徴とする連続鋳造における２次冷却方法に
関する。

作用 前述したように、圧縮気体の冷却水を混合した気水に
よるストランドの冷却法を用いると、気体を圧縮機で昇
圧して２次冷却装置に供給する必要があり、そのため気
体の必要量や昇圧後の気体圧如何によっては圧縮機に多
大なエネルギーが必要となる。当然のことながら圧縮機
に要するエネルギーは気体の必要量から決定される。気
体の必要量は、ストランドへの冷却水の量と冷却水の噴
霧状態から決定できる。すなわち、気体の供給に必要な
エネルギーは、冷却水の必要量と冷却水の噴霧状態によ
って決定できる。

冷却水の必要量については前述した周知の技術と同様
にして決定できる。しかし、冷却水の噴霧状態は、従来
鋳片の表面欠陥等を防止する観点から最良な状態となる
ように決定されていた。つまり、連続鋳造で製造される
あらゆる鋼種に対し、冷却水の量が同一であれば、同一
の気体量を混合し、同一の噴霧状態となるように制御し
ていた。言い換えれば冷却水の量と気体の量、あるいは
気体の圧力の関係は後述する２次冷却帯が同一の場合、
例えば下記関係式に基づいて設定され、冷却水の量に比
例した値となるよう制御されており、鋳造される鋼種が
変更した際においても全て前述したのと同一の関係式に
従って制御を行っていた。

Ｐ＝Ａ・Q²＋Ｂ・Ｑ＋Ｃ P:気体の圧力、Q:冷却水量、 Ａ、Ｂ、C:係数 一般に連続鋳造設備で鋳造される対象材は複数の鋼種
である。鋼種が異なると当然のことながら、鋳片の表面
割れ発生等の感受性が異なる。つまり、割れ感受性の高
い鋼種については、割れ感受性の低い鋼種に比べ、微細
な（良好な）噴霧状態の冷却水をストランドに噴射させ
る必要があり、その分気体の供給量が増大し、それに要
する圧縮機のエネルギーも増大する。

本発明者らは、ストランドの冷却を効率的に、すなわ
ち表面割れ等の欠陥を発生させずに、かつ前述の圧縮機
に要するエネルギーを最小限にするための冷却を行うた
めに以下に述べる研究を行った。

本発明者らは、先ず、気体の冷却水の気水冷却を行う
２次冷却において、気体と冷却水の混合比（気体／冷却
水、の比を言い、以下単に混合比という）から決定され
る冷却水の噴霧パターンを求めた。

第２図はその結果の一例を示すもので横軸に冷却水量
を、縦軸に気体量を表している。本例では冷却水量に対
する気体の混合量をそれぞれ変化させ、噴霧ノズルより
所定の距離（約50〜200mm）離れた平板上に噴射される
冷却水の霧化状態を調査した。前記霧化状態は、冷却水
が微細な粒状となりしかも均等に分散されている良好噴
霧パターン、冷却水が比較的粗い粒状となっている粗噴
霧パターン、冷却水中に気体が息付き状に間欠的に供給
される間欠噴霧パターン、気体が殆ど供給されていな
い、つまり冷却水のみが不規則に噴霧される水噴霧パタ
ーンに類別された。

この第２図から判るように、冷却水に対する気体の混
合割合、つまり混合比を変化させると、冷却水の噴霧状
況に大きな差が認められ、逆に言うと前記混合比を制御
することにより、任意の噴霧パターンを得ることができ
る。

次いで鋳造される鋼種と、前記混合比を種々変更して
決定された前述した各噴霧パターンで鋳造試験を繰り返
し実施し、鋳片の欠陥と噴霧パターンとの関係を調査し
た。第３図はその結果の一例を示すもので、横軸に噴霧
パターンを、縦軸に鋳片の表面欠陥の発生率を表したも
のである。本例では対象鋼種として割れ感受性の高い中
炭アルミキルド鋼と、割れ感受性の低い低炭アルミキル
ド鋼を比較して調査し、表面欠陥の発生率は鋳造された
鋳片に発生した縦割れ等の表面欠陥の個数を鋳片枚数で
除したものを指数化して表した。

この第３図から明らかなように、同一噴霧パターンで
鋼種が変われば欠陥の発生状況は大きく変化し、全ての
鋼種に良好噴霧パターンを確保する必要のないことが判
った。

すなわち割れ感受性の低い鋼種は、割れ感受性の高い
鋼種に比べ、混合比が小さくても欠陥が発生しないとい
う結果が得られ、鋳造される鋼種に応じて表面欠陥を発
生させないために、最低限必要な噴霧パターンが異なる
ことが知見された。而して予めこのような調査を行うこ
とにより、直送圧延を実施し得る高温鋳片を、しかも表
面欠陥を発生させることなく鋳片とするための２次冷却
のために許容される前記混合比の限界（以下許容限界混
合比と言う）を鋼種毎に設定することが可能となる。

次に、第４図は気体の供給量とそれを供給するための
圧縮機に必要なエネルギー（電力消費量）の関係を示
し、第５図には圧縮機で昇圧した気体の圧力とそれに必
要なエネルギー（電力消費量）の関係を示す。気体の供
給量が多ければ多い程、また昇圧する圧力が高ければ高
い程、圧縮機にはより多いエネルギーが必要である。

而して前述した許容限界混合比が求まれば、その混合
比を得るために必要な気体の量、あるいは気体量に加え
て圧力を設定できる。

さて第１図は周知の弯曲型連続鋳造設備に前述した本
発明を実施する２次冷却装置を付設した一例を示す説明
図である。

図において１は鋳型であり、この鋳型１に注入された
溶鋼21は、鋳型１における１次冷却で順次その表層部か
ら凝固殻22を生成し、ストランド３を形成していく。該
ストランド３は鋳型１下方の案内ロール群２によって支
持され、かつ連続的に引き抜かれる。鋳型１以降のスト
ランド３の冷却には２次冷却帯40が設けられ、鋳造方
向、鋳造幅方向で必要に応じてた分割冷却制御が各冷却
帯４で行われている。

本実施例の２次冷却は、鋳型１を出た直後は符号41で
示す冷却水のみの噴射による冷却を行い、それ以降は本
発明に基づく気水冷却水にて行った。気水にてストラン
ド３の冷却を行うため、冷却水と気体の量を制御するた
めのバルブ５、７と各々のバルブ開度の制御装置６、８
が設置されている。

本発明においては、鋳造される鋼種の情報が作業指示
装置10から冷却水の量と、気体の量、あるいは圧力等を
演算決定する２次冷却制御装置９に入力される。２次冷
却制御装置９では作業指示装置10からの情報に基づいて
予め求めておいた前記許容限界混合比に基づいて冷却
水、気体の量、圧力等を決定し、前記制御装置６、８に
各々の制御信号を発する。制御装置６、８では前記制御
信号に基づいて冷却水や、気体の量、あるいは気体圧等
か当該鋳造中制御される。

この場合、気体の必要量に応じて気体の圧縮機12で昇
圧すべき圧力が異なる。具体的には気体の必要量が少量
であれば、圧縮機で昇圧する圧力が低くても気体の供給
が可能であるが、気体の必要量が多量であれば前述と同
一の圧力とした場合、バルブ７を全開にしても必要な気
体量が確保できないことにもなる。逆に、気体の必要量
が少量な時に、必要以上に昇圧すると、圧縮機に必要以
上のエネルギーを与えることになりエネルギーの浪費と
なる。

この状況を第６図に基づきさらに詳述する。この第６
図（ａ）は、前記第１図の連続鋳造設備における２次冷
却装置の気体供給系の一部を拡大して表すものであり、
第６図（ｂ）は前記第６図（ａ）の各装置位置における
気体の圧力と、冷却水量の関係を示した図である。

第６図（ｂ）において線P2は気体の供給量が多い（混
合比の大きい）場合であり、線P21は気体の供給量が少
ない（混合比の小さい）場合を表す。気体の供給量ある
いは圧を制御するバルブ７の直前の気体の圧力P1は当然
のことながら実操業で必要となるP2で示した圧力カーブ
よりさらに高い圧力が必要である。また圧縮機12および
レシーバータンク13における圧力はバルブ７までの配管
内によって生じる圧力損失ΔP1よりも高い圧力PCとする
必要がある。このように各装置位置における圧力を考慮
しないと末端での気体の供給が満足にされなくなる。

さて気体の供給量が少ないと例えば前述したように第
６図（ｂ）の線P21で示した如く前記P2のカーブより下
方になる。前述した配管内の圧力損失は流れる流量、圧
力によって変化するが、気体の量が少ない場合において
は少なくとも前述の圧力損失ΔP1を加えた圧力を圧縮機
12およびレシーバータンク13の圧力PC1とすれば気体の
供給は満足できる。つまり気体の量を少なくすることに
よって本実施例においては第６図（ｂ）のΔP1分だけ気
体の元圧を低下することができる。言い換えれば気体の
量を減少させても気体の元圧を変化させずにPCのままと
しておくと、前述のΔP1の圧力を上昇させるために必要
な分の圧縮機のエネルギーが浪費されることとなる。

そのため、決定された必要な気体の量に基づいて、２
次冷却制御装置９から圧縮機12の昇圧制御を行う昇圧制
御装置11に昇圧すべき設定圧力が設定され、それに基づ
いて圧縮機12の昇圧制御を行い、レシーバータンク13を
介して２次冷却装置に気体を供給することによりエネル
ギーロスの少ない効率的なストランドの冷却が可能とな
った。

実施例 連鋳機能力、月産16万屯、機長37mの連鋳機において
本発明を実施した。

予め実際の鋳造時に、鋳造される鋼種全てについて、
噴霧パターンと鋳造欠陥発生率との相関を求め、前述の
欠陥の発生しない許容限界の混合比を設定した。

鋳造条件は第１表、および以下に示す通りである。

鋳造速度:1.6m/min、鋳造幅:1000mm 鋳造厚み:250mm 鋼種A:中炭素アルミキルド鋼 鋼種B:低炭素アルミキルド鋼 欠陥の発生し易い鋼種Ａについては気体の量は130m³/
minと多量を必要とするが、鋼種Ｂについては限界の混
合比が低くて良いことが予め求めてあり、その限界の混
合比を基に決定された気体の量の55m³/minを本発明法に
おいては採用し、従来法においては鋼種Ａと同一の130m
³/minを採用した。上記鋳造条件で鋳造したところ、従
来法、本発明法どちらにおいても鋳造鋳片には欠陥が無
く良好な鋳片が製造できた。

一方、両鋳造条件下での気体の供給に要したエネルギ
ーを第７図に示す。第７図から明らかなように本発明法
を適用することにより、従来法の約50％の消費エネルギ
ーでストランドの冷却ができることが判明した。

発明の効果 以上の説明から明らかのように、本発明はストランド
の冷却を行う上で、製造鋳片の欠陥が発生しない限界の
冷却条件を予め求めておき、それに基づいてストランド
の冷却を行うことにより、エネルギーロスの少ない効率
的な冷却方法を可能にし、その実用的効果は非常に多大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本的な構成を説明するための図、
第２図は、気体と冷却水の混合比と噴霧パターンの関係
を示す図、第３図は、製造した鋳片の欠陥発生と気水の
混合比の関係を示す図、第４図は、気体の量と圧縮機に
必要なエネルギーの関係を示す図、第５図は、圧縮後の
気体の圧力と圧縮機に必要なエネルギーの関係を示す
図、第６図（ａ）、（ｂ）は、気体の量と昇圧後の圧力
の関係を示す図、第７図は、本発明法を適用した際の効
果を示す図である。 １……鋳型、２……案内ロール、３……ストランド、
４、40、41、……２次冷却帯、５……冷却水制御バル
ブ、６……冷却水制御装置、７……気体制御バルブ、８
……気体制御装置、９……２次冷却制御装置、10……作
業指示装置、11……昇圧制御装置、12……圧縮機、13…
…レシーバタンク、21……溶鋼、22……凝固殻。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型より引き抜かれた高温鋳片に、冷却水
   と圧縮気体の混合気水を噴射して冷却する連続鋳造にお
   ける２次冷却方法において、前記冷却水に対する圧縮気
   体の混合比（気体／水）から決定される噴霧パターン
   と、予め求められた鋼種毎の前記噴霧パターンと鋳造欠
   陥発生率との相関から当該鋳造時の前記気水混合比の許
   容限界値を設定し、連続鋳造中前記許容限界混合比を維
   持するよう圧縮気体の供給量、もしくは供給量に加えて
   供給圧を制御して鋳片の冷却を行うことを特徴とする連
   続鋳造における２次冷却方法。