本发明涉及由连续铸造机进行铸坯的连续铸造之际的二次冷却方法和二次冷却装置。
背景技术：
在钢铁业的连续铸造中，作为对铸坯进行二次冷却的方法，以往广泛地进行喷射方式的冷却。在该二次冷却方法中，在输送铸坯的支承辊之间配置喷射喷嘴，将冷却水呈喷射状向铸坯的表面吹送而进行冷却。
在喷射方式的冷却的情况下，存在由所谓的滴水、积水导致的过冷却的问题。滴水是在作为铸坯的支承辊的组合辊中从不与铸坯接触的轴承部向下游侧流下的冷却水。另外，积水是滞留于由辊周面和铸坯表面围成的空间的冷却水。并且，若从喷射喷嘴喷射来的冷却水与滴水、积水干涉，则其干涉部位被过冷却，铸坯宽度方向的冷却变得不均匀。
因此，例如，在专利文献1中公开有一种二次冷却方法，在该二次冷却方法中，根据这些滴水、积水的产生部位，对喷射喷嘴的配置、冷却水的水量恰当地进行调整，从而抑制由滴水、积水导致的过冷却，而使冷却均匀性提高。
另外，在喷射方式的情况下，向高温的铸坯喷射水，水飞散，喷射的水未被高效地利用，因此，冷却能力存在极限。因此，将来，为了提高铸造速度而使生产率提高，需要大幅度地增加供水量，或延长连续铸造机的机长而增加二次冷却区间。也就是说，以现状的连续铸造机无法应对，为了谋求连续铸造的高速化，期望的是大幅度提高二次冷却中的传热系数。
以往，为了减少二次冷却中的温度不均而均匀地冷却，在例如专利文献2中公开有一种将铸坯表面温度保持在膜沸腾的区域来进行冷却的二次冷却方法，记载有在辊间配置多孔板来喷出冷却水的内容。
另外，作为使二次冷却的冷却能力提高的方法，在例如专利文献3中公开有一种使用了防磨板的篦条冷床设备。
另外，在例如专利文献4中公开有一种利用水膜流来冷却铸坯从而使冷却能力提高的连续铸坯的二次冷却方法。
另外，在例如专利文献5中公开有在引导板与铸坯之间以水膜流形成连续床来冷却铸坯从而使冷却能力提高的连续铸坯的二次冷却方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5598614号公报
专利文献2：日本特许第5146006号公报
专利文献3：日本特许第4453562号公报
专利文献4：日本特开2002-086253号公报
专利文献5：日本特开平9-201661号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
然而，本发明人等进行了深入研究，结果知晓了上述的二次冷却方法也存在以下这样的问题。
在专利文献1的情况下，虽然能够一定程度地抑制滴水、积水的影响，但既然在喷射方式中使用大量的冷却水，就无法完全防止这些滴水、积水的影响。因而，冷却均匀性依然存在改善的余地。另外，由于是喷射方式的冷却，所以如上述那样冷却能力存在极限。
另外，在专利文献2的情况下，使冷却水从沿着铸坯的长度方向排列的多个喷出孔喷射，因此，易于引起冷却水彼此的干涉、与此相伴的冷却水的滞留，无法进行均匀的冷却。
另外，在专利文献2的情况下，如此沿着铸坯的长度方向形成有多个喷出孔，因此，从一个喷出孔喷射的冷却水的移动距离较短。而且，铸坯一边被输送一边被冷却，因此，在被来自一个喷出孔的冷却水冷却了之后，也被来自其他喷出孔的冷却水冷却。这样一来，在铸坯的长度方向的某部分，反复进行局部冷却，因此，存在来自全部的喷出孔的冷却水所进行的冷却并不恒定的情况。在该情况下，稳定的冷却区域和不稳定的冷却区域在铸坯的冷却面内混在一起，作为结果，铸坯的冷却面内的冷却变得不稳定。
而且，在专利文献2所公开的方法中，仅使用膜沸腾区域的制冷剂来冷却铸坯，以防止过冷却。不过，膜沸腾区域与过渡沸腾区域相比，传热系数较低，无法期待冷却能力的大幅提高。另外，在膜沸腾区域中进行了冷却之后，也不会使冷却水蒸发。
另外，在专利文献3的情况下，对篦条冷床设备所具备的防磨板赋予了冷却功能。不过，防磨板与铸坯接触，因此，在铸坯的表面产生缺陷，产生品质上问题，因此，难以实际应用化。
另外，在专利文献4的情况下，公开有一种连续铸造的二次冷却方法，在该连续铸造的二次冷却方法中，从设于各水膜形成板的供水口向铸坯与使用向铸坯的拉拔方向的相反方向连续地移动的、例如循环轨道(crawler，履带牵引装置)等来驱动的水膜形成板之间的间隙供水，形成厚度0.1mm～2.5mm的水膜流，但由于从沿着长度方向排列的多个供水口供给冷却水，因此，易于引起冷却水彼此的干涉、与此相伴的冷却水的滞留，无法进行均匀的冷却。另外，在厚度0.1mm～2.5mm的水膜流的情况下，如后述那样主要从非沸腾区域到核沸腾区域冷却铸坯，未在过渡沸腾区域中进行冷却。而且，厚度0.1mm～2.5mm的间隙较小，设置水膜形成板的自由度较低。
另外，在专利文献5的情况下，从设于引导板的供水口向引导板与铸坯之间供水，与专利文献4的情况同样地形成了厚度0.1mm～2.5mm的水膜流连续床。在该情况下，也主要从非沸腾区域到核沸腾区域冷却铸坯，未在过渡沸腾区域中进行冷却。另外，引导板与铸坯之间的间隙较小，因此，设置引导板的自由度也较低。
因此，本发明的目的在于提供一种连续铸造的二次冷却方法和二次冷却装置，在该连续铸造的二次冷却方法和二次冷却装置的情况下，能够使连续铸造机中的二次冷却的冷却能力提高，并且不用使水量大幅度地增加或者延长连续铸造机的机长，就能够应对铸造速度的高速化。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，在本发明中，对确保冷却的均匀性并且使铸坯的冷却效率提高进行了研究。其结果，弄清楚了如下内容：通过以稳定的过渡沸腾状态的制冷剂冷却铸坯，不用使制冷剂量增加，就能够提高冷却效率，进而，也能够担保冷却的均匀性。即，本发明涉及以下的[1]～[10]。
[1]一种连续铸造铸坯的二次冷却方法，其是由连续铸造机进行铸造的铸坯的二次冷却方法，其特征在于，
所述连续铸造机在铸模的下方的二次冷却带具有从铸坯的厚度方向上的两侧支承铸坯的多对支承辊，
在沿着所述连续铸造机的铸造方向相邻的支承辊之间配置有冷却装置，
所述冷却装置具备：
制冷剂管，其用于供给制冷剂；以及
制冷剂引导板，其为平板状，用于使制冷剂在铸坯上扩散，
该连续铸造铸坯的二次冷却方法具有如下工序：
在所述制冷剂引导板在垂直方向上与铸坯的表面隔开间隔地与铸坯的表面平行地配置的状况下，
将制冷剂从设于所述制冷剂引导板的制冷剂的供给口向铸坯表面与制冷剂引导板之间的间隙供给，主要以过渡沸腾区域的制冷剂冷却铸坯。
[2]根据所述[1]所记载的连续铸造铸坯的二次冷却方法，其特征在于，所述铸坯表面与制冷剂引导板之间的间隔是5mm以上，且制冷剂从制冷剂的供给口到达制冷剂引导板的铸造方向上的上游侧端部或下游侧端部的时间设为0.6秒以下。
[3]根据所述[1]或[2]所记载的连续铸造铸坯的二次冷却方法，其特征在于，所述制冷剂的供给口是沿着铸坯的宽度方向排列成1列的多个孔或者是以铸坯的宽度方向为长度方向的狭缝。
[4]根据所述[1]～[3]中任一项所记载的连续铸造铸坯的二次冷却方法，其特征在于，所述制冷剂被以液相从制冷剂的供给口供给，并且在铸坯表面与制冷剂引导板之间的流路中在到达制冷剂引导板的铸造方向上的上游侧端部或下游侧端部之前全部成为气相。
[5]根据所述[1]～[4]中任一项所记载的连续铸造铸坯的二次冷却方法，其特征在于，在所述铸坯表面与制冷剂引导板之间的间隙中，至少从铸造方向上游侧端部和下游侧端部中的一者排出制冷剂的蒸气。
[6]根据所述[1]～[5]中任一项所记载的连续铸造铸坯的二次冷却方法，其特征在于，用于使所述制冷剂在到达制冷剂引导板的铸造方向上的上游侧端部或下游侧端部之前全部成为气相的冷却排热量满足以下的式(a)，
q/w≥59×106[j/m3]···(a)
q：冷却排热量
w：水流密度。
[7]一种连续铸造铸坯的二次冷却装置，其在连续铸造机的铸模的下方的二次冷却带中配置于从铸坯的厚度方向上的两侧支承铸坯的多对支承辊中的、沿着铸造方向相邻的支承辊之间，其特征在于，
该连续铸造铸坯的二次冷却装置具备：
制冷剂管，其用于供给制冷剂；以及
制冷剂引导板，其为平板状，用于使制冷剂在铸坯上扩散，
所述制冷剂引导板在垂直方向上与铸坯的表面隔开间隔地与铸坯的表面平行地配置，
该连续铸造铸坯的二次冷却装置被设定成，所述铸坯表面与制冷剂引导板之间的间隔是5mm以上，且将制冷剂从设于所述制冷剂引导板的制冷剂的供给口到达制冷剂引导板的铸造方向上的上游侧端部或下游侧端部的时间设为0.6秒以下，
将制冷剂从制冷剂的供给口向铸坯表面与制冷剂引导板之间的间隙供给，主要以过渡沸腾区域的制冷剂冷却铸坯。
[8]根据所述[7]所记载的连续铸造铸坯的二次冷却装置，其特征在于，该连续铸造铸坯的二次冷却装置还具备对所述铸坯表面与制冷剂引导板之间的间隔进行控制的间隔控制机构。
[9]根据所述[7]或[8]所记载的连续铸造铸坯的二次冷却装置，其特征在于，所述制冷剂的供给口是沿着铸坯的宽度方向排列成1列的多个孔或者是以铸坯的宽度方向为长度方向的狭缝。
[10]根据所述[7]～[9]中任一项所记载的连续铸造铸坯的二次冷却装置，其特征在于，该连续铸造铸坯的二次冷却装置还具备排气部，其用于从所述铸坯表面与制冷剂引导板之间的间隙的至少铸造方向上游侧端部和下游侧端部中的一者将成为气相的制冷剂排出。
发明的效果
根据本发明，在由连续铸造机进行铸造的铸坯的二次冷却中，通过适用本发明的由连续铸造机进行铸造的铸坯的二次冷却方法和连续铸造铸坯的二次冷却装置，能够在具有较高的冷却能力的稳定的过渡沸腾区域中冷却铸坯，因此，能够使该二次冷却的冷却效率大幅度地提高。因而，不用使制冷剂量增加，就也能够应对铸造速度的高速化，并且，能够抑制与滴水、积水的产生相伴的中心偏析。另外，能够使铸坯的宽度方向上的冷却均匀性提高，能够抑制与温度不均相伴的铸坯的表面裂纹。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的连续铸造机的概要的侧视图。
图2是表示具备本发明的实施方式的冷却装置的连续铸造机的局部的侧视图。
图3是正对铸坯表面地观察图2而得到的图。
图4表示二次冷却中的铸坯表面温度与传热系数之间的关系。以实线表示本发明的水膜冷却的传热系数，以虚线表示专利文献2所公开的水膜冷却的传热系数，以点划线表示喷射冷却的传热系数。另外，一并图示本发明和专利文献2的在水膜冷却中所利用的传热系数的范围。
图5是表示对喷射冷却的冷却能力进行试验的实验装置的概略的剖视图。
图6是表示对水膜冷却的冷却能力进行试验的实验装置的概略的剖视图。
图7将水流密度是1000l/min.m2的情况的水膜冷却的传热系数与流路间隙间隔相对应地表示。图7是对由图6的实验装置测定到的传热系数和由图5的实验装置测定到的喷射冷却的传热系数进行比较来表示的图表。
图8是说明在水膜冷却中与铸坯接触的水的状态的变化的图。
图9将水流密度是500l/min.m2的情况的水膜冷却的传热系数与流路间隙间隔相对应地表示。图9是对由图6的实验装置测定到的水膜冷却的传热系数和由图5的实验装置测定到的喷射冷却的传热系数进行比较来表示的图表。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
首先，参照图1，对连续铸造机的整体的结构进行说明。图1是表示本实施方式的连续铸造机1的结构的概略的说明图。
此外，连续铸造机的方式存在各种方式。例如，(a)垂直地配置铸模和支承辊的垂直型、(b)使一边垂直地移动一边凝固的铸坯在凝固完成位置水平地弯曲的垂直弯曲型、(c)将弯曲铸模和支承辊配置于同一半径的圆弧上，并使铸坯在凝固端弯曲恢复成水平的弯曲型、(d)垂直地配置铸模和上部支承辊组，之后使包括未凝固钢在内的铸坯逐渐弯曲，并在凝固端恢复成水平的垂直逐渐弯曲型、(e)水平地配置铸模、支承辊的水平型等。图1是垂直逐渐弯曲型连续铸造机的例子，但本发明并不限于此，也可适用于任一连续铸造机的方式。
如图1所示，连续铸造机1具备：中间包2，其用于暂时贮存钢液；浸入式水口4，其从中间包2的底部向铸模3注入钢液；铸坯通路5，其使从铸模3拉出的铸坯h通过；以及一对辊组6、7，其隔着铸坯通路5相对配置。
一对辊组6、7分别设置于铸坯通路5的两面，从铸坯h的厚度方向上的两侧支承铸坯h，以便向沿着铸坯通路5的铸造方向d1引导铸坯h。内周侧的辊组6具有对铸坯通路5内的铸坯h的内周侧进行引导的多个支承辊10。各支承辊10以其中心轴线朝向铸坯h的宽度方向的方式沿着铸造方向d1分别排列成一列地配置。另外，外周侧的辊组7具有对铸坯通路5内的铸坯h的外周侧进行引导的多个支承辊11。各支承辊11以其中心轴线朝向铸坯h的宽度方向的方式沿着铸造方向d1分别排列成一列地配置。
中间包2内的钢液被经由浸入式水口4从铸模3的上侧注入，在铸模3中被一次冷却而在其与铸模3之间的接触面形成凝固壳。然后，以该凝固壳为外壳并在内部具有未凝固钢液的铸坯h在铸模3的下方以被各支承辊10、11夹持着的状态一边被二次冷却水冷却一边被连续地拉出，生产最终直到中心部的凝固完成了的铸坯h。
本发明的连续铸造铸坯的二次冷却装置(冷却装置31、参照图2、图3)在图1中省略其图示，但其设于铸模3的下方的二次冷却带，配置于沿着铸造方向d1相邻的支承辊10之间，用于冷却铸坯h。另外，冷却装置31不仅可以设置于连续铸造机1的铅垂部，也可以设置于弯曲部或水平部。冷却装置31的可适用温度是约1100℃(铸模正下方)～约600℃(水平部)。在连续铸造机中，作为适用本发明的连续铸造铸坯的二次冷却方法和二次冷却装置、即本发明的水膜冷却的部位，优选为铸造刚刚开始的部位(铸模正下方)。
首先，对本发明的连续铸造铸坯的二次冷却方法(以下，有时也简称为本发明的二次冷却方法)进行说明，根据需要适当追加说明本发明的连续铸造铸坯的二次冷却装置(以下，有时也简称为本发明的二次冷却装置)。
本发明的连续铸造铸坯的二次冷却方法的特征在于，具有主要利用过渡沸腾区域的制冷剂来冷却铸坯的工序。更详细而言，本发明提供一种由连续铸造机铸造的铸坯的二次冷却方法，其特征在于，在输送铸坯的支承辊彼此的间隙设置冷却装置，所述冷却装置具备：制冷剂引导板，其与所述铸坯的表面之间隔开用于形成制冷剂的流路的间隙，并与所述铸坯平行地设置；以及制冷剂管，其向所述间隙供给所述制冷剂，供给到所述间隙的所述制冷剂主要在过渡沸腾区域中与所述铸坯接触而冷却该铸坯。
过渡沸腾区域是核沸腾区域与膜沸腾区域之间的区域，液体的制冷剂和气体的制冷剂在该过渡沸腾区域中混在一起。即，在过渡沸腾区域中冷却铸坯(也称为钢坯)是指，在形成有固体的铸坯(固相)、液体的制冷剂(液相)、气体的制冷剂(气相)这三相界面的状态下，制冷剂与铸坯表面接触来冷却铸坯。另外，在本发明中，制冷剂主要是水。
此外，在例如“maximumheatfluxpropagationvelocityduringquenchingbywaterjetimpingement”internationaljournalofheatandmasstransfer50(2007)1559-1568中记载有：在过渡沸腾区域中冷却钢坯之际，能够对钢坯进行强冷，即提高传热系数。
在此，使用图4来对本发明的连续铸造铸坯的二次冷却方法进行说明。作为本发明的二次冷却方法的、主要利用了过渡沸腾区域中的水膜流的冷却是利用了稳定的过渡沸腾区域的水膜冷却(也称为本发明的水膜冷却、三相界面水膜冷却)。图4的横轴是铸坯的表面温度，纵轴是传热系数。在图4中示出本发明的过渡沸腾区域中的水膜冷却与作为比较例的上述专利文献2所公开的膜沸腾区域中的水膜冷却。此外，在图4中也一并示出了作为参考例的以往的喷射方式的冷却。
在作为比较例的专利文献2所公开的水膜冷却中，在传热系数较低的膜沸腾区域中进行冷却，在过渡沸腾区域中不进行冷却。利用来自沿着铸坯的长度方向排列形成的多个喷出孔(交错配置的喷出孔)的冷却水对铸坯进行冷却，因此，如上述那样稳定的冷却区域和不稳定的冷却区域在铸坯的冷却面内混在一起，该铸坯的冷却变得不稳定。另外，专利文献2所公开的水膜冷却的喷出孔是交错配置的，因此，在过渡沸腾区域中产生由过冷却导致的温度不均，与此相伴产生裂纹。因此，对碰撞水压进行研究，仅在膜沸腾区域中冷却铸坯，以免引起该过渡沸腾状态。
与此相对，在本发明的水膜冷却中，主要利用过渡沸腾区域的制冷剂冷却铸坯。“主要利用过渡沸腾区域”是指，流路的80％以上处于过渡沸腾状态，剩余部分主要处于非沸腾区域和/或核沸腾区域。基本上不利用膜沸腾区域的制冷剂进行冷却，但也可以在流路内以10％以下的范围存在。在此，“流路”是制冷剂在铸坯与制冷剂引导板之间的间隙从制冷剂的供给口到制冷剂引导板的铸造方向上的上游侧端部或下游侧端部为止大致沿着铸造方向流动的区域。此外，制冷剂引导板以与铸坯平行的方式设置。此处的“平行”是指大致平行，也可以在本发明可实施的程度内从相对于铸坯表面完全平行的平行面偏离。
本发明中的过渡沸腾区域是传热系数较高的区域，因此，能够提高冷却效率。在本发明的水膜冷却中，供给到铸坯与制冷剂引导板之间的间隙的制冷剂在过渡沸腾区域中与铸坯接触，在成为膜沸腾区域之前蒸发。如此，制冷剂主要仅以过渡沸腾区域的状态冷却铸坯而蒸发，不会成为膜沸腾，因此，冷却不会变得不稳定。因而，在本发明中，能够在冷却能力较高的稳定的过渡沸腾区域中冷却铸坯。此外，作为该过渡沸腾区域中的较高的传热系数，如后述那样优选为800w/m2·k以上。
另外，在发明中，在如此稳定的过渡沸腾区域中冷却铸坯，因此，能够使铸坯的宽度方向上的冷却均匀性提高，能够抑制铸坯表面的温度不均。其结果，能够抑制与温度不均相伴的铸坯的表面裂纹。
而且，在发明中，进行过渡沸腾区域中的水膜冷却，因此，冷却效率上升，能够将制冷剂量抑制成少量。而且，制冷剂的量是在过渡沸腾区域中蒸发的量，因此，能够抑制在专利文献1中成为问题的以往的喷射方式的滴水、积水的产生，另外，能够抑制与此相伴的中心偏析。
优选的是，所述间隙(制冷剂引导板与铸坯的表面之间的间隔)是5mm以上，且是所述流路中的所述制冷剂的通过时间成为0.6秒以下的间隙。此外，从供给口供给来的制冷剂通常一半向上游侧流动，剩余的一半向下游侧流动。因此，制冷剂在铸坯上通过的距离是从供给口到制冷剂引导板的铸造方向上的上游侧端部或下游侧端部为止的、铸坯的输送方向上的长度。即，流路中的制冷剂的通过时间是制冷剂通过从供给口到制冷剂引导板的铸造方向上的上游侧端部或下游侧端部为止的、铸坯的输送方向上的长度的时间。
流路中的制冷剂的通过时间是0.6秒以下能够换言成，冷却排热量(q)相对于制冷剂的水流密度(w)的比率(q/w)，即，为了使制冷剂全部蒸发而从铸坯吸收的热量。如后述那样，在制冷剂是水的情况下，为了使制冷剂在过渡沸腾区域中蒸发，需要使水膜冷却中的冷却排热量(q)相对于制冷剂的水流密度(w)的比率(q/w)是59×106j/m3以上。
优选所述间隙的间隔是9mm以下。若间隔比9mm大，则制冷剂不完全蒸发，以液相的状态残留，因此，成为以膜沸腾区域的制冷剂冷却铸坯，无法期待冷却效率的提高。另外，若所述间隙的间隔小于5mm，则铸坯表面与制冷剂引导板靠近，因此，因由于冷却而在钢坯表面产生的氧化皮、由于冷却而产生的钢坯的弯曲、胀形，冷却引导板与铸坯有可能接触，并不实用。
优选所述流路中的所述制冷剂的通过时间是0.3秒以上。若通过时间小于0.3秒，则制冷剂在成为过渡沸腾区域之前通过流路，即，以非沸腾区域或核沸腾区域的制冷剂冷却铸坯，因此，无法期待冷却效率的提高。
所述制冷剂经由在所述制冷剂引导板形成的供给口向所述间隙供给。优选所述供给口是沿着所述铸坯的宽度方向排列成1列的多个孔或者是以所述铸坯的宽度方向为长度方向的狭缝。
另一方面，在上述专利文献2所公开的水膜冷却中，与本发明不同，沿着铸坯的长度方向形成有多个喷出孔(即，喷出孔成为交错配置)，因此，如上述那样稳定的冷却区域和不稳定的冷却区域在铸坯的冷却面内混在一起，该铸坯的冷却变得不稳定。因此，在专利文献2所公开的方法中，若利用过渡沸腾区域的制冷剂，则产生由温度不均导致的裂纹。为了避免这样的裂纹，专利文献2所公开的水膜冷却成为灵活运用了膜沸腾区域的冷却方法。
与此相对，在本发明中，供给口在铸坯的长度方向上存在1处，因此，能够在铸坯的冷却面内的整个区域中实现稳定的过渡沸腾区域中的冷却。另外，本发明的供给口是沿着铸坯的宽度方向排列成1列的多个孔或者是以铸坯的宽度方向为长度方向的狭缝，因此，制冷剂被从该供给口沿着铸坯的宽度方向均匀地供给。因而，能够使铸坯的宽度方向上的冷却均匀性进一步提高。
在本发明中，优选的是，供给到制冷剂引导板与铸坯之间的间隙的制冷剂在过渡沸腾区域中与铸坯接触而进行冷却，在进入膜沸腾区域之前全部蒸发。另外，优选的是，在所述间隙中至少从铸造方向上的上游侧端部和下游侧端部中的一者排出所述制冷剂的蒸气。
在本发明中，供给到间隙的制冷剂主要在过渡沸腾区域中与铸坯接触而蒸发，铸坯不会在传热系数较低的膜沸腾区域中被冷却。并且，通过积极地排出制冷剂的蒸气，能够更可靠地防止制冷剂在膜沸腾区域中与铸坯接触。因而，能够在更加稳定的过渡沸腾区域中冷却铸坯。
接着，一边参照图2和图3，一边对本发明的实施方式的二次冷却装置的结构进行说明。
作为本发明的一实施方式的冷却装置31具备：制冷剂引导板32，其以铸坯h的宽度方向为长度方向；以及作为制冷剂管的供水管33，其供给制冷剂，冷却装置31由未图示的支承机构支承。制冷剂引导板32是平板状，能够使制冷剂在铸坯上扩散。
优选的是，在冷却装置31的供水口36的铸造方向上的上游侧(铸模侧)端部和下游侧端部这两者以贯通制冷剂引导板32的方式设有作为排气部的排气管34。例如，如图3所示，排气管34也可以是沿着铸坯h的宽度方向排列成1列的多个φ5mm左右的圆孔。并且，冷却水的蒸气被从排气管34排出。
另外，排气管34设于间隙35的铸造方向上的上游侧和下游侧这两端部，但也可以设于任一端部。而且，也可以省略排气管34，但为了进行本发明的水膜冷却(本发明的三相界面水膜冷却)而确保高冷却能，优选设置排气管34而积极地排出蒸气。
在该冷却装置31中，从供水管33经由供水口36供给到间隙35的冷却水的一半向上游侧流动，剩余的一半向下游侧流动。并且，冷却水在间隙35内成为水膜流而在过渡沸腾区域中冷却铸坯h的表面。即，灵活运用三相界面而对铸坯h进行强冷。在间隙35内流动的冷却水经由过渡沸腾区域在成为膜沸腾区域之前成为蒸气，被从间隙35的铸造方向上的上游侧端部和下游侧端部的排气管34排出。
制冷剂引导板32以在垂直方向上与铸坯h的表面隔开间隔(间隙35)的方式与铸坯h的表面平行地配置，以能够调整间隙35的间隔的方式安装于冷却装置31。制冷剂引导板32用于使制冷剂在铸坯上扩散，形状是平板状。在此，制冷剂引导板32与铸坯h的表面之间的间隙35成为制冷剂的流路。此外，上述“平行”是指与铸坯h的表面大致平行。
在制冷剂引导板32的中心部形成有制冷剂的供给口(图2、图3中的供水口36)，制冷剂从供给口向铸坯h的表面与制冷剂引导板32之间的间隙(间隙35)供给。例如，如图3所示，优选供水口36是多个φ5mm左右的圆孔或者是以铸坯h的宽度方向为长度方向的1个狭缝或多个狭缝。不过，多个圆孔或多个狭缝需要沿着铸坯h的宽度方向排列成1列。
而且，优选的是，在所述制冷剂引导板32的铸造方向上的上游侧端部和下游侧端部中的一者，设有用于排出成为气相的制冷剂的排气部(例如图3中的排气管34)。
另外，优选的是，铸坯h的表面与制冷剂引导板32的间隔(间隙35)是5mm以上，且制冷剂从供给口(供水口36)到达制冷剂引导板32的铸造方向上的上游侧端部或下游侧端部的时间是0.6秒以下。
因此，优选的是，间隙35的间隔由未图示的间隔控制机构控制。间隔控制机构具备对例如间隙35的间隔、即铸坯h的表面与制冷剂引导板32之间的距离进行计量的未图示的距离计。在此，可能存在铸坯h的胀形在铸造方向上变化，间隙35的厚度脱离预定范围(5mm以上且9mm以下)的情况。因此，利用距离计对间隙35的间隔、即制冷剂的流路的高度始终进行计量，在该间隙35的间隔脱离了预定范围的情况下，对制冷剂引导板32的设置位置进行调整而控制间隙35的厚度。在该情况下，能够始终将间隙35的厚度维持在预定范围内，能够进行冷却能力较高的稳定的过渡沸腾区域中的冷却。此外，也可以是，在间隙35的间隔脱离了预定范围的情况下发出警告。
在本实施方式中，能够在传热系数较高的稳定的过渡沸腾区域中冷却铸坯h。而且，供水口36在铸坯h的长度方向上存在1处，因此，能够在铸坯h的冷却面内的整个区域中实现稳定的过渡沸腾区域中的冷却。
另外，供水口36是沿着铸坯h的宽度方向排列成1列的多个圆孔、以铸坯h的宽度方向为长度方向的1个狭缝或沿着宽度方向排列成1列的多个狭缝，因此，冷却水被从该供水口36沿着宽度方向均匀地供给。因而，能够使铸坯h的宽度方向上的冷却均匀性提高。
另外，通过积极地排出间隙35中的冷却水的蒸气，能够更可靠地防止冷却水在膜沸腾区域中与铸坯h接触。换言之，不会在传热系数较低的区域中进行冷却，能够在稳定的过渡沸腾区域中冷却铸坯h。
此外，在本发明的水膜冷却中，优选水流密度是现有的连续铸造机中的冷却水泵的供给能力最大值左右。水流密度的增加有时需要新设冷却水泵，有时设备投资额变得过大而不现实。
另外，冷却装置31配置于沿着连续铸造机1的铸造方向相邻的支承辊10之间，因此，制冷剂引导板32的长度最大也就成为支承辊10的间隔的长度左右。例如，在支承辊10的间隔是约200mm～250mm的情况下，该制冷剂引导板32的长度是约200mm。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于该例子。只要是本领域技术人员，在权利要求书所记载的技术思想的范畴内能想到各种变更例或修正例是显而易见的，可理解成这些也当然属于本发明的保护范围。
[实验结果]
首先，测定了进行了以往的基于喷射式冷却的二次冷却的情况的钢坯的传递系数。将用于测定在当前的连续铸造机中通常使用的喷射喷嘴15的冷却能力的实验装置表示在图5中。使用各种喷嘴从预先加热成预定的评价温度以上的温度的钢坯16的中央部上方向钢坯表面喷射冷却水，冷却了钢坯16。对冷却中的钢坯16的温度推移进行测定，使用其测定结果，求出钢坯表面的传热系数。此时，也对钢坯表面中的、来自喷射喷嘴15的冷却水的喷射喷流17未直接碰撞的部分的温度推移进行测定，将在从喷射喷嘴15喷出来的冷却水的喷射喷流17与钢坯表面碰撞而形成的椭圆所内切的长方形的范围内平均得到的值算出来，作为使用了该喷射喷嘴15时的传热系数。另外，将热电偶埋入沿着厚度方向向内侧距钢坯16的冷却面2mm的位置，进行了钢坯16的温度测定。
在表1中示出将评价温度设为900℃时的传热系数的测定值。水流密度设为1000l/min.m2、500l/min.m2。在此，水流密度是从喷射喷嘴喷射的冷却水的水量除以所述钢坯上的长方形的面积而得到的。此外，表1所示的传热系数的测定值是以往的通常的喷射冷却的传热系数，在后述中成为说明本发明的效果之际的基准值。
[表1]
<以往的通常的喷射冷却>
接着，进行了作为使用了本发明的冷却装置的冷却的水膜冷却的冷却效果的试验。图6表示对水膜冷却的冷却能力进行试验的模型装置21的概略。与钢坯22的表面隔开适当间隔地设置制冷剂引导板23，从供水喷嘴24朝向钢坯22与制冷剂引导板23之间的间隙25供水。间隙25成为冷却水的流路而在钢坯22的表面形成水膜，钢坯22被冷却。根据钢坯22的冷却水流动方向(x方向)上的距供水喷嘴24的距离，测定钢坯的温度，研究了冷却能力。将热电偶埋入沿着厚度方向(z方向)向内侧距钢坯22的冷却面1.5mm的位置来进行了钢坯22的温度测定。
在表2～表5中示出将评价温度设为900℃时的、水膜冷却的传热系数的测定值。表2、表3是水流密度设为1000l/min.m2的情况，表4、表5是水流密度设为500l/min.m2的情况。在此，水流密度是为了形成水膜流而从供给口即供水口每单位时间供给的冷却水的水量除以钢坯的面积而得到的。另外，表2、表4是流路间隙间隔(也称为钢坯的表面与制冷剂引导板的间隔)设为小于5mm的情况，表3、表5是流路间隙间隔设为5mm以上的情况。并且，在水膜冷却的实验中，将在钢坯表面上形成有水膜的范围设为评价对象面积。
另外，水膜冷却的实验中的水流密度的最大值设为1000l/min.m2。
另外，如表2、表4所示，在水膜冷却的实验中，钢坯表面与制冷剂引导板的间隔(流路间隙间隔)的最小值设为0.6mm。在使制冷剂引导板和钢坯靠近到流路间隙间隔为0.5mm的水平的情况下，不可能冷却钢坯，无法测定传热系数。推定其原因在于，因由于冷却而在钢坯表面产生的氧化皮、由于冷却而产生的钢坯的弯曲，冷却水的流路封闭了。
另外，在铸造刚刚开始的部位，支承辊的间隔是约200mm～250mm。在水膜冷却用的制冷剂引导板设置于支承辊之间的情况下，认为该制冷剂引导板的长度是约200mm。设想了如下内容：从制冷剂引导板的中心部供给作为制冷剂的水，被供给来的冷却水的一半向上方(铸模侧)流动，剩余的一半向下方流动。因此，在本试验中，水膜流的长度设为100mm。
首先，对表2、表3所示的、水流密度是1000l/min.m2时进行说明。图7是以流路间隙间隔为横轴，将水流密度为1000l/min.m2的情况的水膜冷却的传热系数进行图表处理而成的图，即，是将表2、表3所示的传热系数进行图表处理而成的图。另外，图7中的虚线是表1所示的、喷射冷却的传热系数的测定值，714w/m2·k。
参照图7，流路间隙间隔以5mm为阈值而传热系数的变动倾向不同。因此，如表2所示那样流路间隙间隔小于5mm的情况的冷却是通常水膜冷却，如表3所示那样流路间隙间隔是5mm以上的情况的冷却是三相界面水膜冷却。此外，该三相界面水膜冷却是本发明的利用了稳定的过渡沸腾区域的水膜冷却。
在此，在进行水膜冷却的情况下，认为：根据与铸坯(钢坯)接触的冷却水的状态，对铸坯冷却的冷却能力大幅度不同。即，如图8所示那样，通常，冷却水在供水部位与较热的铸坯h接触，依次成为非沸腾(区间a)、核沸腾(区间b)、过渡沸腾(区间c)、膜沸腾(区间d)的状态。在变更了流路间隙间隔的通常水膜冷却和三相界面水膜冷却中，这些区间a～d的长度不同。
根据表2、图7可知：在通常水膜冷却中，若流路间隙间隔缩小，则传热系数提高。其原因在于，若流路间隙间隔缩小，则在钢坯与制冷剂引导板之间流动的水膜的流速上升，在流路间隙中，冷却效果较大的非沸腾区域(区间a)～核沸腾区域(区间b)的长度变长。如此，在通常水膜冷却中，若流路间隙间隔减小，则传热系数增加，换言之，若流路间隙间隔增加，则传热系数降低。
另一方面，根据表3、图7，若流路间隙间隔增加而成为5mm，即在三相界面水膜冷却中，传热系数增加。其原因在于，若流路间隙间隔增加到5mm，则在钢坯与制冷剂引导板之间流动的水膜的流速减小，在流路间隙中，过渡沸腾区域(区间c)的长度变长。
另外，在三相界面水膜冷却中，在流路间隙中，冷却水在经过了过渡沸腾区域(区间c)之后，在成为膜沸腾区域(区间d)之前蒸发。即，冷却水不会在膜沸腾区域(区间d)中与钢坯接触。并且，制冷剂主要仅以过渡沸腾区域的状态冷却钢坯而蒸发，不会成为膜沸腾，因此，冷却不会变得不稳定。因而，能够实现冷却能力较高的稳定的过渡沸腾区域中的冷却。
而且，在制冷剂引导板中，从沿着钢坯的宽度方向排列成1列的供水口向流路间隙供给冷却水，因此，能够在钢坯的冷却面内仅在稳定的冷却区域中进行冷却。因而，能够进行更稳定的冷却。
并且，根据表3、图7，若使流路间隙间隔从5mm增加，则传热系数降低，但直到流路间隙间隔是10mm为止，传热系数都比喷射冷却的传热系数大。不过，在使流路间隙间隔进一步增加而设为15mm的情况下，所测定到的传热系数低于喷射冷却的值，这表示，即使导入水膜冷却，与喷射冷却相比，传热系数也没有提高。因而，流路间隙间隔15mm处于本发明的范围外。认为如此传热系数没有提高的原因在于，若扩大流路间隙间隔，则在钢坯与制冷剂引导板之间流动的水膜的流速降低，在流路间隙中，膜沸腾区域(区间d)的长度变长，无法享有三相界面处的冷却效果。此外，在表3中，作为水膜冷却相对于喷射冷却的水膜冷却优势条件的判定的结果，在水膜冷却的传热系数成为喷射冷却的传热系数以上的条件的水平记入a，在水膜冷却的传热系数比喷射冷却小或以水膜冷却不可能进行冷却的条件的水平记入b。
如此，从表2、表3、图7可读取如下内容：在水流密度1000l/min.m2的情况下，在进行了实验的条件下，只要流路间隙间隔处于5mm～10mm的范围内，就能够进行利用本发明的水膜冷却的冷却。
接着，对表4、表5所示的、水流密度是500l/min.m2时进行说明。图9是以流路间隙间隔为横轴，将水流密度是500l/min.m2的情况的水膜冷却的传热系数进行图表处理而成的图，即，是将表4、表5所示的传热系数进行图表处理而成的图。另外，图9中的虚线是表1所示的、喷射冷却的传热系数的测定值，498w/m2·k。
在水流密度是500l/min.m2的情况下，也与上述的水流密度是1000l/min.m2的情况同样地，流路间隙间隔以5.0mm为阈值而传热系数的变动倾向不同。即，如表4所示那样在流路间隙间隔小于5.0mm的情况下，钢坯以通常水膜冷却被冷却，如表5所示那样在流路间隙间隔是5.0mm以上的情况下，钢坯以三相界面水膜冷却被冷却。此外，在相同的流路间隙间隔时，水流密度是500l/min.m2的情况的传热系数比水流密度是1000l/min.m2的情况的传热系数小。
根据表5、图9，若使流路间隙间隔从5mm增加，则传热系数降低。并且，在流路间隙间隔是8mm时，所测定到的传热系数低于喷射冷却的值，这表示，即使导入水膜冷却，与喷射冷却相比，传热系数也没有提高。因而，流路间隙间隔8mm以上处于本发明的范围外。如此传热系数没有提高的原因与水流密度1000l/min.m2的情况同样，因此，省略说明。此外，在表5中，作为水膜冷却相对于喷射冷却的水膜冷却优势条件的判定结果，在水膜冷却的传热系数成为喷射冷却的传热系数以上的条件的水平记入a，在水膜冷却的传热系数比喷射冷却小或以水膜冷却不可能进行冷却的条件的水平记入b。
如此，可从表4、表5、图9读取如下内容：在水流密度500l/min.m2的情况下，在进行了实验的条件下，只要流路间隙间隔是5mm，就能够进行利用本发明的水膜冷却的冷却。
根据以上内容，在水流密度1000l/min.m2、500l/min.m2中的任一情况下，在流路间隙间隔是5mm以上时，都能够获得灵活运用了三相界面(过渡沸腾区域)的高冷却能。并且，根据表3、表5、图7、图9，作为灵活运用了该三相界面(过渡沸腾区域)的高冷却能的传热系数，优选为800w/m2·k以上。另外，即使如此增大流路间隙间隔，也能够获得高冷却能，因此，易于将本发明的冷却装置设置于连续铸造机1，能够提高设置自由度。
另外，根据表3、表5，用于进行本发明的水膜冷却(三相界面水膜冷却)的流路间隙间隔的上限能够以冷却水通过流路(水膜冷却区间)所需要的时间来规定。具体而言，若通过时间是0.6秒以下，则能够获得灵活运用了三相界面的高冷却能。
该流路中的冷却水的通过时间能够换言成冷却排热量(q)相对于冷却水的水流密度(w)的比率(q/w)。具体而言，q/w能够利用下述式(1)算出。在式(1)中，右项的“α”表示传热系数。另外，该右项的“900”是基于评价温度为900℃的数值，“100”是基于冷却水的温度是约100℃的数值。
q/w＝α(900-100)/w···(1)
并且，根据表3、表5，若该q/w是59×106j/m3以上，则能够进行主要灵活运用了三相界面(过渡沸腾区域)的冷却(本发明的水膜冷却)。另一方面，若q/w小于59×106j/m3，则成为膜沸腾区域中的冷却，无法享有过渡沸腾区域中的冷却效果。因而，流路中的冷却水的通过时间是0.6秒以下能够换言成q/w是作为用于使制冷剂在过渡沸腾区域中全部蒸发的冷却排热量的59×106j/m3以上。不过，即使q/w是59×106j/m3以上，冷却水的通过时间小于0.3秒的情况也是不包含于本发明的，因为在成为过渡沸腾区域之前，即在非沸腾区域和/或核沸腾区域中，冷却水就通过了流路，因此，无法享有高冷却能的过渡沸腾区域中的冷却效果。或者，即使q/w是59×106j/m3以上，流路间隙间隔小于5mm的情况也是不包含于本发明的，因为钢坯表面与制冷剂引导板的间隔非常窄，因此，因由于冷却而在钢坯表面产生的氧化皮、由于冷却而产生的钢坯的弯曲、胀形，冷却引导板与钢坯有可能接触。
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
接下来，在上述的本发明的实验水平3-1的条件下，仅将制冷剂引导板的供水口的配置设为专利文献2所记载的交错配置的φ5mm左右的圆孔，同样地进行了实验。其结果，在冷却后的钢坯表面产生了裂纹。认为在供水口是交错配置的情况下，供给来的水在到达冷却引导板的铸造方向上的侧端部之前未完全蒸发，膜沸腾区域和过渡沸腾区域在冷却面内混在一起，产生了温度不均。
产业上的可利用性
本发明能够适用于进行由连续铸造机进行铸坯的连续铸造之际的二次冷却的方法和装置。
附图标记说明
1、连续铸造机；2、中间包；3、铸模；4、浸入式水口；5、铸坯通路；6、7、辊组；10、11、支承辊；15、喷射喷嘴；16、钢坯；17、冷却水的喷射喷流；21、模型装置；22、钢坯；23、制冷剂引导板；24、供水喷嘴；25、间隙；31、冷却装置；32、制冷剂引导板；33、供水管；34、排气管；35、间隙；36、供水口；h、铸坯。