冷却水循環供給系統及びその系統における冷却水温度の制御方法
【課題】 冷却対象である高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を最小限に抑制できる冷却水循環供給系統及びその系統における冷却水温度の制御方法を提供する。
【解決手段】 冷却水循環供給系統は、給水タンク１から冷却水Ｗ1 を冷却対象Ａに向けて供給し、冷却対象Ａに向け供給後の冷却水Ｗ2 を回収タンク１８に回収し、回収タンク１８に回収後の冷却水Ｗ3 を冷却塔２３に送って冷却し、冷却塔２３により冷却された冷却水Ｗ4 を給水タンク１に戻すようになっている。そして、回収タンク１８から冷却塔２３に向かう冷却水Ｗ3 の通る系統のほかに、回収タンク１８から給水タンク１に向かうバイパス冷却水Ｗ5 の通る系統を設けている。
【解決手段】 冷却水循環供給系統は、給水タンク１から冷却水Ｗ1 を冷却対象Ａに向けて供給し、冷却対象Ａに向け供給後の冷却水Ｗ2 を回収タンク１８に回収し、回収タンク１８に回収後の冷却水Ｗ3 を冷却塔２３に送って冷却し、冷却塔２３により冷却された冷却水Ｗ4 を給水タンク１に戻すようになっている。そして、回収タンク１８から冷却塔２３に向かう冷却水Ｗ3 の通る系統のほかに、回収タンク１８から給水タンク１に向かうバイパス冷却水Ｗ5 の通る系統を設けている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水循環供給系統及びその系統における冷却水温度の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、省エネルギーや工程省略等の観点から、金属業界では、連続鋳造鋳片を常温まで温度低下させずに温片または熱片のまま熱間圧延工程に送り、加熱時間を短縮し、あるいは加熱を省略して熱間圧延するいわゆる直送圧延プロセスが検討され、これまでに、例えば特許文献１や特許文献２に記載のような種々の方法が提案されている。現在では、鋳片表面に割れの発生しにくいアルミキルド鋼等は、この直送圧延プロセスでかなりの比率で製造されるようになっている。
【０００３】
しかしながら、Ｃ濃度が０．３０質量％以上の鋼、およびＣ濃度が０．１０質量％以上でかつＣｒ，Ｎｉ，Ｍｏのうちの１種以上を含む鋼（これらの鋼を以下「高炭特殊鋼」と呼ぶ）の連続鋳造鋳片には、表面割れが発生しやすく、熱間圧延工程に送る前に表面を検査し、欠陥があればその部位を研削して除去する手立てが一般的に採られる。この除去作業はその性格上、鋳片を常温まで冷却して行わなければならず、高炭特殊鋼は直送圧延プロセスで製造するのが困難であった。
【０００４】
このようなことから、高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を抑制する方法の一つとして、鋳片に生じる歪みを極小化できる垂直型連続鋳造機にて鋳造する方法がある。しかし、この方法は、鋳片の内部品質確保の観点からは有利なものの、生産性の観点からは不利である。そこで、現在は、高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を抑制する方法として、垂直部につづき、曲げ部と矯正部とを有する連続鋳造機（垂直曲げ型連続鋳造機という）にて鋳造する方法も採られている。
【０００５】
この垂直曲げ型連続鋳造機を使用する場合には、例えば特許文献３や特許文献４に記載のように、二次冷却帯の冷却水流量の分布（二次冷却水量パターン）や具体的なスプレー方法を規定し、鋳片に生じる歪みを少なくすべき部位の冷却水流量を小さくすることにより、鋳造時における表面欠陥の発生を抑制する対策が採られることがある。その内訳としては、(1) 曲げ部、矯正部を通過する鋳片が脆化領域に入らないように二次冷却水量パターンを制御して弱冷却する、(2) 冷えやすく熱応力起因の引張歪みが生じやすい鋳片コーナー部への注水を制限して局部的に表面温度を上昇させる、という二つの方法がある。(1) は「二次冷却水の弱冷化」、(2) は「二次冷却水の幅切り」とも称される。
【０００６】
ここで、(1) の「二次冷却水の弱冷化」を図るために、例えば、特許文献５に記載の水処理設備における冷却塔ファンの制御装置や特許文献６に記載の冷却塔の運転方法のように、冷却水を循環使用することでその温度を高め、さらに弱冷化を図る場合がある。
特許文献５に記載の水処理設備における冷却塔ファンの制御装置は、図５に示すように、冷却水に相当する水Ａを冷却塔１０１に通して冷却する水処理設備において、冷却に関与する空気の湿球温度の変化を検出する湿球温度検出器１０２と、この湿球温度検出器１０２による検出信号で冷却塔ファン１０３の風量制御を行う風量制御機構１０４とを具備している。冷却塔１０１は、散水配管１０８から落下する水滴に向け、冷却塔ファン１０３によって外気を吸引して発生させた空気流と接触させることで、蒸発潜熱を水滴から奪って冷却する原理であるが、冷却された水Ａは、冷水槽１０９内に一時貯留され、給水ポンプ１１０により冷却対象（例えば、鋳片）に向け供給されるようになっている。冷却塔１０１の出側にある冷水槽１０９内の冷却水の温度は、風量制御機構１０４によって冷却塔ファン１０３の風量制御を行うことにより、制御される。なお、図５中、符号１０５は信号変換器、１０６は可変速制御器、１０７は冷却塔ファン用モータである。
【０００７】
また、特許文献６に記載の冷却塔の運転方法は、図６に示すように、給水主管２０１から分配弁２０２を介して上部水槽２０３に給水され、この上部水槽２０３から散水された冷却水に相当する処理水２０６を、可変速度送風機２０７により外気を吸引して発生させた空気流と接触させることで冷却する冷却塔の運転方法であって、給水主管２０１に流量計２０８を、上部水槽２０３内に散水面積調整用の可動仕切板２０９ならびに水位計２１０を、冷却塔下部に水温計２１１をそれぞれ配設し、流量計２０８の測定値に基づき可動仕切板２０９の位置設定を行うとともに、流量計２０８の測定値と水温計２１１の測定値とにより可変速度送風機２０７の回転数制御を行い、水位計２１０の測定値に基づき分配弁２０２の開度調整ならびに可動仕切板２０９の設定位置補正を行うものである。そして、可変速度送風機２０７により冷却された処理水２０６は、下部水槽２０５内に一時貯留され、冷却対象に向けて供給されるようになっている。流量計２０８の測定値と、冷却塔下部の水温計２１１により測定した冷却後の処理水温度の測定値とにより、可変速度送風機２０７の回転数を制御し、通過する外気の流量を制御し、これにより、冷却塔の出側にある下部水槽２０５内の処理水の温度が制御される。なお、図６中、符号２０４は冷却塔本体内の充填物、２１２は演算機、２１３は動力制御盤である。
【特許文献１】特公昭５６−２１３３０号公報
【特許文献２】特公昭５６−２４０１８号公報
【特許文献３】特公平２−１８９３６号公報
【特許文献４】特開平１−９５８０１号公報
【特許文献５】実開昭５６−１４０７９８号公報
【特許文献６】特開平４−２７３９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献５に記載の水処理設備における冷却塔ファンの制御装置や特許文献６に記載の冷却塔の運転方法では、冷却塔の出側である冷水槽１０９や下部水槽２０５内の冷却水の温度は、冷却塔ファン１０３あるいは可変速度送風機２０７の回転数を制御することによって制御されているが、以下の理由により、所望の設定温度に制御できない場合があった。
【０００９】
即ち、理論的には、冷却塔ファン１０３や可変速度送風機２０７の回転数がゼロの場合の設定温度から定格回転数の場合の設定温度まで制御可能なはずであるが、実際上は冷却塔ファン１０３や可変速度送風機２０７は、その冷却塔の給排気流量の仕様上の制限から、定格の回転数の例えば３０〜５０％の範囲に限って運転される等するため、その範囲未満の回転数によらなければ実現できない設定温度には制御できなかった。
【００１０】
具体的には、図７に示す冷却塔の出側温度と冷却に関与する空気流量との関係で表された冷却塔性能曲線の例で、ケース１は充填物近傍の湿球温度が５℃のときの性能曲線であり、このケース１の場合には前記出側温度を４６℃（冷却に関与する空気流量が約１００ｔ/ ｈの場合に対応する冷却塔ファンの回転数のときの温度）よりも高い温度に設定できなかった。また、ケース２の場合は充填物近傍の湿球温度が１０℃のときの性能曲線であり、前記出側温度を４６℃よりも高い温度に設定できなかった。同様に、ケース３の場合は充填物近傍の湿球温度が２０℃のときの性能曲線であり、前記出側温度を４７℃よりも高い温度に設定できなかった。更に、ケース４の場合は充填物近傍の湿球温度が３０℃のときの性能曲線であり、前記出側温度を４８℃よりも高い温度に設定できなかった。
【００１１】
また、冷却塔内部を落下するだけでも冷却水の温度は低下するので、たとえ、冷却塔ファン１０３や送風機２０７の回転数をゼロとした場合でも、必ずいくらかは冷却水の温度は低下する。従って、冷却塔ファン１０３や可変速度送風機２０７の回転数の制御のみでは、冷却塔の出側にある冷水槽１０９や下部水槽２０５内の冷却水の設定温度をある一定の温度以上とすることは難しかった。特に、冬季は、冷却対象から戻ってくる冷却水の温度が低くかつ外気温（湿球温度）が低いので、冷却塔ファン１０３や可変速度送風機２０７の回転数の制御のみでは、前記設定温度をある一定の温度以上とすることはいよいよ難しかった。
【００１２】
また、冷却塔の出側にある冷水槽１０９や下部水槽２０５内の冷却水の設定温度が、冷却対象から水処理設備に戻ってくる水温に近づくほど、冷却に関与する空気流量の制御範囲が狭くなり、ハンチング等が起こって制御が難しくなることがあった。即ち、冷水槽１０９や下部水槽２０５内の冷却水の設定温度が、冷却対象から水処理設備に戻ってくる水温に近いということは、その設定温度が高めの温度であることを意味するが、図７に示すように、出側温度の設定を急に高くしようとすると、それが少し高くなっただけでも、冷却に関与する空気流量の方はそれにも増して急に低減させることが必要になり、空気流量の低減が追いつかず、経済的に設定通りに制御できない場合があるという問題があった。
【００１３】
また、冷却対象である鋼の種類に応じて、冷却塔の出側にある冷水槽１０９や下部水槽２０５内の冷却水の設定温度を変更する必要が生じる場合があるが、連続鋳造機において通常の水処理設備の能力に相当する、例えば１６００ｍ3 / ｈの場合、給水槽（冷水槽１０９や下部水槽２０５）の容積は１０００ｍ3 以上の場合が殆どであり、そのような膨大な容積からくる冷却水の熱容量の大きさ故、出側温度の設定を急に低くしようとしても、急には冷却水の温度が低下せず、結果的に設定通りに制御できない場合があるという問題もあった。
【００１４】
このように、冷却水の温度が所望の設定温度に制御できないと、冷却対象である高炭特殊鋼等の割れ感受性の大きな鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を十分に抑制することはできない。
従って、本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却対象である高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を最小限に抑制できる冷却水循環供給系統及びその系統における冷却水温度の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記諸問題を解決するため、本発明のうち請求項１に係る冷却水循環供給系統は、冷却水を冷却対象に向けて供給し、前記冷却対象に供給後の冷却水を回収し、回収後の冷却水を冷却塔に送って冷却し、前記冷却塔により冷却された冷却水を再び冷却対象に向けて供給する冷却水循環供給系統において、前記冷却塔に向かう冷却水の通る系統のほかに、前記冷却塔をバイパスする冷却水の通る系統を設けたことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明のうち請求項２に係る冷却水循環供給系統は、請求項１記載の冷却水循環供給系統において、前記冷却対象に向かう冷却水の温度を測定する温度計と、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を制御する制御装置とを備えることを特徴としている。
さらに、本発明のうち請求項３に係る冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法は、請求項２記載の冷却水循環供給系統を用いて、前記冷却対象に向かう冷却水の温度を前記温度計にて測定し、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置により制御し、これにより前記冷却対象に向かう冷却水の温度を制御することを特徴としている。
【００１７】
加えて、本発明のうち請求項４に係る冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法は、請求項３記載の冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法において、前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更してから、前記冷却対象に向かう冷却水の温度が前記冷却対象側の目標冷却水温度に到達するまでに要する時間を予め予測しておき、実際に前記冷却対象側の目標冷却水温度を変更すべきタイミングがくるよりも、前記予測した時間分だけ前もって前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のうち請求項１に係る冷却水循環供給系統によれば、冷却塔に向かう冷却水の通る系統のほかに、冷却塔をバイパスする冷却水の通る系統を設けたので、冷却対象に供給後の温かい冷却水を冷却塔に向かわせずにバイパスさせ、再び冷却対象に向けて供給することができる。このため、冬季においても、冷却対象に向かう冷却水の温度を高めることができ、冷却対象に向かう冷却水の温度（設定温度）を適切な値に調整することができる。これにより、冷却対象である高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を最小限に抑制できる。
【００１９】
また、本発明のうち請求項２に係る冷却水循環供給系統によれば、請求項１に記載の冷却水循環供給系統において、前記冷却対象に向かう冷却水の温度を測定する温度計と、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を制御する制御装置とを備えるので、冷却対象に向かう冷却水の温度に基づいて冷却塔をバイパスする冷却水の流量を制御でき、これにより冷却対象に向かう冷却水の温度を制御することができる。従って、冷却塔ファンや送風機の回転数の制御による冷却に関与する空気流量の制御範囲が狭い場合でも、冷却対象に向かう冷却水の温度（設定温度）を適切な値に調整することができる。
【００２０】
さらに、本発明のうち請求項３に係る冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法によれば、請求項２に記載の冷却水循環供給系統を用いて、前記冷却対象に向かう冷却水の温度を前記温度計にて測定し、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置により制御し、これにより前記冷却対象に向かう冷却水の温度を制御するので、冷却対象に向かう冷却水の温度（設定温度）を冬季においても適切な値に調整することができ、冷却対象である高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を最小限に抑制できる。そして、冷却塔ファンや送風機の回転数の制御による冷却に関与する空気流量の制御範囲が狭い場合でも、冷却対象に向かう冷却水の温度（設定温度）を適切な値に制御することができる。
【００２１】
加えて、本発明のうち請求項４に係る冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法によれば、請求項３に記載の冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法において、前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更してから、前記冷却対象に向かう冷却水の温度が前記冷却対象側の目標冷却水温度に到達するまでに要する時間を予め予測しておき、実際に冷却対象側の目標冷却水温度を変更すべきタイミングがくるよりも、前記予測した時間分だけ前もって前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更するので、実際に冷却対象側の目標冷却水温度を変更すべきタイミングがきたときに、冷却対象に向かう冷却水の温度を確実に冷却対象側の目標冷却水温度に到達させることができる。このため、必要なタイミングに必要な冷却水設定温度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に本発明の一つの実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一つの実施形態に係る冷却水循環供給系統の概略構成図である。図２は垂直曲げ型連続鋳造機の詳細を示す説明図である。図３は冷却塔ファンのオンオフ制御及び開閉弁の開閉制御の概要を示す説明図である。
図１において、冷却水循環供給系統は、給水タンク１から給水ポンプ２によって冷却水Ｗ1 を後述の二次冷却帯の冷却水として鋳片（冷却対象）Ａに向けて供給し、鋳片Ａに供給後の冷却水Ｗ2 を回収タンク１８に回収し、回収タンク１８に回収後の冷却水Ｗ3 を冷却塔送水ポンプ２０によって冷却塔２３に送って冷却し、冷却塔２３により冷却された冷却水Ｗ4 を給水タンク１に戻すようになっている。
【００２３】
給水タンク１には、給水主管３が接続され、給水主管３の途中には給水ポンプ２が設置されている。給水主管３の出側には、図２に示すように、垂直曲げ型連続鋳造機４の複数ゾーン１０1 〜１０10の各々に配置された複数のノズル１１1 〜１１10が流量制御弁１２1 〜１２10を介して接続されている。ノズル１１6 〜１１9 及び流量制御弁１２6 〜１２9 の図示は省略している。垂直曲げ型連続鋳造機４は、溶鋼が溜められるタンディッシュ５と、タンディッシュ５の出側に設置されたモールド６と、モールド６の出側に設置された鋳片案内装置７とで構成されている。垂直曲げ型連続鋳造機４においては、タンディッシュ５に溜められた溶鋼が水冷ジャケットにより冷却されたモールド６に流れ込み、このモールド６内を通過する過程で外周部に凝固殻が形成され、次いで、モールド６から出た鋳片Ａが鋳片案内装置７中に導かれ、そこで複数のノズル１１1 〜１１10からの冷却水Ｗ1 により冷却されながら鋳片案内装置７を通過するようになっている。鋳片案内装置７は、図２に示すように、鋳片通路１３に沿って連接する形で設けられた垂直部８と複数（本実施形態にあっては１９個）のセグメント９1 〜９19とで構成され、垂直部８及び各セグメント９1 〜９19には、鋳片通路１３を挟む形で各複数対の鋳片案内ロール１４が設けられている。垂直部８は３つのゾーン１０1 〜１０3 で構成され、セグメント９1 はゾーン１０4 を構成し、セグメント９2 及び９3 はゾーン１０5 を構成し、セグメント９4 及び９5 はゾーン１０6 を構成し、セグメント９6 及び９7 はゾーン１０7 を構成し、セグメント９8 及び９9 はゾーン１０8 を構成し、セグメント９10、９11及び９12はゾーン１０9 を構成し、セグメント９13、９14、９15、９16、９17、９18及び９19はゾーン１０10を構成している。先述の二次冷却帯とは、画一的に決まるものではないが、冷却水を鋳片に向け供給すると、鋳片に生じる歪みが特に大きくなりそうな部位ということで、例えばゾーン１０6 と１０7 というように適宜決めればよい。
【００２４】
そして、給水タンク１から給水ポンプ２によって給水主管３から供給される冷却水Ｗ1 は、各流量制御弁１２1 〜１２10を介して各ノズル１１1 〜１１10から冷却対象である鋳片Ａに向け供給される。これにより、鋳片Ａは冷却される。このとき、供給される冷却水Ｗ1 の流量は、各ゾーン１０1 〜１０10毎に流量制御弁１２1 〜１２10によって制御される。
【００２５】
そして、鋳片Ａに向け供給された後の冷却水Ｗ2 は、回収管１５を介してフィルターや沈殿式等の異物除去装置１６に回収され、その後、別の回収管１７を介して回収タンク１８に冷却水Ｗ’として回収される。回収タンク１８には、これから冷却塔２３に向けて供給されるべき、回収タンク１８内の冷却水の温度を測定するための回収タンク温度検出器３２が設けられている。
【００２６】
回収タンク１８には、送水主管１９が接続され、送水主管１９の途中には冷却塔送水ポンプ２０が設置されている。そして、送水主管１９の冷却塔送水ポンプ２０よりも出側には、冷却塔２３へ向かう送水主管２１が接続されている。送水主管２１の出側には、開閉弁２２、冷却塔２３、上部水槽２４が順次配置されている。回収タンク１８に回収後の冷却水Ｗ’は、冷却塔送水ポンプ２０によって送水主管１９、２１を通って上部水槽２４に向け冷却水Ｗ3 として供給される。上部水槽２４の底部は多孔板となっており、冷却水Ｗ3 は冷却塔２３の本体内部の充填物２５中に通水され、充填物２５中を落下した冷却水Ｗ3 は冷却されて冷却水Ｗ4 となり、冷却水Ｗ4 は給水タンク１に集められる。給水タンク１内の冷却水は符号Ｗで表している。冷却塔２３の上部には、冷却塔ファン２６が設置され、この冷却塔ファン２６はその回転のオンオフ制御を行う制御装置３１に接続されている。充填物２５中を落下しつつある冷却水Ｗ3 は、制御装置３１により冷却塔ファン２６の回転をオンオフ制御することにより外気を吸引して発生させた空気流と充填物２５内で接触させられ、蒸発潜熱を水滴状の冷却水Ｗ3 から奪うことで、冷却されるようになっている。
【００２７】
請求項１にいう「冷却塔に向かう冷却水の通る系統」は、送水主管１９，２１で構成される。
そして、送水主管１９の冷却塔送水ポンプ２０よりも出側には、送水主管２１から分岐する形でバイパス管２９が設けられている。パイパス管２９の途中には、開閉弁３０が設けられるとともに、バイパス管２９の出側は給水タンク１に接続されている。バイパス管２９には、冷却塔送水ポンプ２０のポンプ圧によって回収タンク１８から給水タンク１に向かうバイパス冷却水Ｗ5 が通るようになっている。このバイパス管２９は、請求項１にいう「冷却塔をバイパスする冷却水の通る系統」を構成する。
【００２８】
そして、給水タンク１には、これから冷却対象である鋳片Ａに向けて供給されるべき、給水タンク１内の冷却水Ｗの冷却水の温度ＴW を測定する温度計２８が設置され、冷却塔２３には、充填物２５の周囲の湿球温度ＴA を測定する湿球温度検出器２７が設置されている。温度計２８及び湿球温度検出器２７は、制御装置３１に接続され、温度計２８で測定された冷却水の温度ＴW の測定値及び湿球温度検出器２７で測定された湿球温度ＴA の測定値は制御装置３１に送られるようになっている。制御装置３１は、冷却水の温度ＴW の測定値に基づいて開閉弁３０の開閉制御及び冷却塔ファン２６の回転のオンオフ制御を行うようになっている。
【００２９】
次に、図１及び図３を参照して、制御装置３１による冷却塔ファン２６のオンオフ制御及び開閉弁３０の開閉制御の概要を説明する。
冷却塔ファン２６のオンオフ制御及び開閉弁３０の開閉制御は、全く独立して行われ、冷却塔ファン２６のオンオフ制御結果が開閉弁３０の開閉制御に影響を及ぼしたり、あるいは開閉弁３０の開閉制御結果が冷却塔ファン２６のオンオフ制御に影響を及ぼすものではない。
【００３０】
このため、先ず、冷却塔ファン２６のオンオフ制御について説明する。図３に示すように、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が設定温度（目標冷却水温度）に対して±１．５℃の範囲内にある場合には、制御装置３１は冷却塔ファン２６に対して現在の状態を維持するように制御する。例えば、冷却塔ファン２６がオンに制御され回転している場合には、その状態を維持するよう冷却塔ファン２６をオンに制御し、その逆に冷却塔ファン２６がオフに制御され回転していない場合には、その状態を維持するよう冷却塔ファン２６をオフに制御する。
【００３１】
そして、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が設定温度に対して１．５℃を超えて低くなった場合には、制御装置３１は冷却塔ファン２６をオフに制御し、その冷却塔ファン２６の回転を止めるようにし、外気を吸引して発生させた空気流と冷却水を充填物２５内で接触させるのを止め、冷却水の冷却を止める。これにより、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW は上昇することになる。
【００３２】
一方、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が設定温度に対して１．５℃を超えて高くなった場合には、制御装置３１は冷却塔ファン２６をオンに制御し、その冷却塔ファン２６の回転を行うようにし、外気を吸引して発生させた空気流と冷却水を充填物２５内で接触させ、冷却水の冷却を行う。これにより、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW は低下することになる。
【００３３】
次に、開閉弁３０の開閉制御について説明する。図３に示すように、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が設定温度に対して０．５℃を超えて低くなった場合には、制御装置３１は開閉弁３０を開くよう制御する。これにより、回収タンク１８内の温かいバイパス冷却水Ｗ5 が冷却塔送水ポンプ２０のポンプ圧により送水主管１９、２９を通って給水タンク１内に供給される。このため、冬季においても、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW を上昇させることができ、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW （設定温度）を適切な値に調整することができる。これにより、給水タンク１から鋳片（冷却対象）Ａに向けて供給する冷却水の温度を冬季においても適切な値に調整することができ、冷却対象である高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を最小限に抑制できる。
【００３４】
一方、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が設定温度に対して０．５℃を超えて高くなった場合には、制御装置３１は開閉弁３０を閉じるよう制御する。これにより、回収タンク１８から給水タンク１へ向かう温かいバイパス冷却水Ｗ5 の供給が停止され、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW は低下することになる。
制御装置３１は、開閉弁３０の開閉制御を行うようになっているが、開閉弁３０を流量制御弁で構成し、給水タンク１へのバイパス冷却水Ｗ5 の流量を制御するようにしてもよい。このようにすることで、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW に基づいて給水タンク１へ向かうバイパス冷却水Ｗ5 の流量を制御でき、これにより給水タンク１内の冷却水の温度ＴW を制御することができる。従って、冷却塔ファン２６の回転数の制御による冷却に関与する空気流量の制御範囲が狭い場合でも、給水タンク１内の冷却水の温度（設定温度）を適切に制御することができ、給水タンク１から鋳片Ａに向けて供給する冷却水の温度を適切に制御することができる。
【００３５】
そして、制御装置３１は、バイパス冷却水Ｗ5 の流量を変更してから、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が鋳片（冷却対象）Ａ用の設定温度（目標冷却水温度）に到達するまでに要する時間を予め予測しておき、実際に鋳片Ａ用の設定温度を変更すべきタイミングがくるよりも、前記予測した時間分だけ前もってバイパス冷却水Ｗ5 の流量を変更する。この、バイパス冷却水Ｗ5 の流量を変更してから、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が鋳片Ａ用の設定温度に到達するまでに要する時間の予測は、タンディッシュ５内の残鋼量と溶鋼処理速度（ｔ/ ｍｉｎ）等に基づいて計算や経験的実績により行う。これにより、実際に鋳片Ａ用の設定温度を変更すべきタイミングがきたときに、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW を鋳片Ａ用の設定温度に到達させることができる。このため、給水タンク１の容積が大きくても、必要なタイミングに必要な冷却水温度を得ることができる。
【００３６】
以上の通りであるが、上記した実施形態は一例にすぎず、本発明の実施形態はこれに限るものではない。すなわち、各種の変更を加えることができる。例えば、給水タンク１や回収タンク１８をはじめ、請求項に記載されていないものは適宜省略しても良い。また、温度計２８、３２は、タンク内の冷却水中に浸漬しなくても、例えば、配管を流れる冷却水中に浸漬する等、その他の実施形態によっても良い。
【実施例】
【００３７】
図１に示した冷却水循環供給系統にて給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合と、図１に示した冷却水循環供給系統に対してバイパス管を設けないで給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合とを比較した。
ここで、垂直部の長さが２．５ｍである垂直曲げ型連続鋳造機を用い、給水タンク内の冷却水温度の設定温度を３５℃、３７℃、４２℃とする３通りの場合について比較した。
【００３８】
なお、連続鋳造に供する鋼種、鋳込み速度、鋳片の厚み及び幅は以下の通りである。
鋼種：Ｃ濃度０．０５〜０．１０質量％の低炭素鋼、比水量２．０〜２．５０/ ｋｇ−ｓｔｅｅｌ
Ｃ濃度１．００〜１．５０質量％の中炭素鋼、比水量０．６〜２．０/ ｋｇ−ｓｔｅｅｌ
Ｃ濃度１．５０〜２．００質量％の高炭素鋼、比水量０．６〜１．６１/ ｋｇ−ｓｔｅｅｌ
鋳込み速度：０．６〜２．０ｍ/ ｍｉｎ
鋳片の厚み：２６０ｍｍ、鋳片の幅：６５０〜１６５０ｍｍ
【００３９】
図４は、図１に示した冷却水循環供給系統にて給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合（実施例の場合）の制御実績と、図１に示した冷却水循環供給系統に対してバイパス管を設けないで給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合（比較例の場合）の制御実績との比較結果を示すグラフであり、（Ａ）は冬季の場合の制御実績の比較結果、（Ｂ）は春季の場合の制御実績の比較結果を示している。
【００４０】
図４（Ａ）からわかるように、冬季の場合（湿球温度１０℃の場合）には、実施例にあっては、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を３７℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３７℃よりもほんの少しだけ高めになる頻度が若干高かったものの、設定温度を３５℃、４２℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３５℃、４２℃になる頻度が高かく、問題はなかった。これに対して、比較例にあっては、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を４２℃に制御したときの実際の冷却水の温度は４２℃よりもかなり低くなる頻度が高かった。冬季で設定温度が４２℃の場合、冷却塔ファンの回転数の制御のみでは実際の冷却水の温度をある一定の温度以上には制御できないことがわかる。また、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を３７℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３７℃よりもやや高くなり、かつ、ばらつきが大きくなっている。冬季で設定温度が３７℃の場合、冷却塔ファンの回転数の制御のみでは実際の冷却水の温度がばらついてしまうことがわかる。なお、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を３５℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３５℃になる頻度が高く、問題はなかった。
【００４１】
また、図４（Ｂ）からわかるように、春季の場合（湿球温度２０℃の場合）には、実施例にあっては、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を３７℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３７℃よりもほんの少しだけ高めになる頻度が若干高かったものの、設定温度を３５℃、４２℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３５℃、４２℃になる頻度が高く、問題はなかった。これに対して、比較例にあっても、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を３７℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３７℃よりもやや高めになる頻度が高かったが、設定温度を３５℃、４２℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３５℃、４２℃になる頻度が高く、問題はなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一つの実施形態に係る冷却水循環供給系統の概略構成図である。
【図２】垂直曲げ型連続鋳造機の詳細を示す説明図である。
【図３】冷却塔ファンのオンオフ制御及び開閉弁の開閉制御の概要を示す説明図である。
【図４】図１に示した冷却水循環供給系統にて給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合（実施例の場合）の制御実績と、図１に示した冷却水循環供給系統に対してバイパス管を設けないで給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合（比較例の場合）の制御実績との比較結果を示すグラフであり、（Ａ）は冬季の場合の制御実績の比較結果、（Ｂ）は春季の場合の制御実績の比較結果を示す。
【図５】従来例の水処理設備の冷却塔ファンの制御装置の概略構成図である。
【図６】従来例の冷却塔の運転方法が適用される全体機器配置概略図である。
【図７】冷却塔の出側温度と冷却に関与する空気流量との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 給水タンク
２ 給水ポンプ
３ 給水主管
４ 垂直曲げ型連続鋳造機
５ タンディッシュ
６ モールド
７ 鋳片案内装置
８ 垂直部
９1 〜９19 セグメント
１０1 〜１０10 ゾーン
１１1 〜１１10 ノズル
１２1 〜１２10 流量制御弁
１３ 鋳片通路
１４ 鋳片案内ロール
１５ 回収管
１６ 異物除去装置
１７ 回収管
１８ 回収タンク
１９ 送水主管
２０ 冷却塔送水ポンプ
２１ 送水主管
２２ 開閉弁
２３ 冷却塔
２４ 上部水槽
２５ 充填物
２６ 冷却塔ファン
２７ 湿球温度検出器
２８ 温度計
２９ パイパス管
３０ 開閉弁
３１ 制御装置
３２ 回収タンク温度検出器
Ｗ，Ｗ’，Ｗ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3 ，Ｗ4 冷却水
Ｗ5 バイパス冷却水
Ａ 鋳片
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水循環供給系統及びその系統における冷却水温度の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、省エネルギーや工程省略等の観点から、金属業界では、連続鋳造鋳片を常温まで温度低下させずに温片または熱片のまま熱間圧延工程に送り、加熱時間を短縮し、あるいは加熱を省略して熱間圧延するいわゆる直送圧延プロセスが検討され、これまでに、例えば特許文献１や特許文献２に記載のような種々の方法が提案されている。現在では、鋳片表面に割れの発生しにくいアルミキルド鋼等は、この直送圧延プロセスでかなりの比率で製造されるようになっている。
【０００３】
しかしながら、Ｃ濃度が０．３０質量％以上の鋼、およびＣ濃度が０．１０質量％以上でかつＣｒ，Ｎｉ，Ｍｏのうちの１種以上を含む鋼（これらの鋼を以下「高炭特殊鋼」と呼ぶ）の連続鋳造鋳片には、表面割れが発生しやすく、熱間圧延工程に送る前に表面を検査し、欠陥があればその部位を研削して除去する手立てが一般的に採られる。この除去作業はその性格上、鋳片を常温まで冷却して行わなければならず、高炭特殊鋼は直送圧延プロセスで製造するのが困難であった。
【０００４】
このようなことから、高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を抑制する方法の一つとして、鋳片に生じる歪みを極小化できる垂直型連続鋳造機にて鋳造する方法がある。しかし、この方法は、鋳片の内部品質確保の観点からは有利なものの、生産性の観点からは不利である。そこで、現在は、高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を抑制する方法として、垂直部につづき、曲げ部と矯正部とを有する連続鋳造機（垂直曲げ型連続鋳造機という）にて鋳造する方法も採られている。
【０００５】
この垂直曲げ型連続鋳造機を使用する場合には、例えば特許文献３や特許文献４に記載のように、二次冷却帯の冷却水流量の分布（二次冷却水量パターン）や具体的なスプレー方法を規定し、鋳片に生じる歪みを少なくすべき部位の冷却水流量を小さくすることにより、鋳造時における表面欠陥の発生を抑制する対策が採られることがある。その内訳としては、(1) 曲げ部、矯正部を通過する鋳片が脆化領域に入らないように二次冷却水量パターンを制御して弱冷却する、(2) 冷えやすく熱応力起因の引張歪みが生じやすい鋳片コーナー部への注水を制限して局部的に表面温度を上昇させる、という二つの方法がある。(1) は「二次冷却水の弱冷化」、(2) は「二次冷却水の幅切り」とも称される。
【０００６】
ここで、(1) の「二次冷却水の弱冷化」を図るために、例えば、特許文献５に記載の水処理設備における冷却塔ファンの制御装置や特許文献６に記載の冷却塔の運転方法のように、冷却水を循環使用することでその温度を高め、さらに弱冷化を図る場合がある。
特許文献５に記載の水処理設備における冷却塔ファンの制御装置は、図５に示すように、冷却水に相当する水Ａを冷却塔１０１に通して冷却する水処理設備において、冷却に関与する空気の湿球温度の変化を検出する湿球温度検出器１０２と、この湿球温度検出器１０２による検出信号で冷却塔ファン１０３の風量制御を行う風量制御機構１０４とを具備している。冷却塔１０１は、散水配管１０８から落下する水滴に向け、冷却塔ファン１０３によって外気を吸引して発生させた空気流と接触させることで、蒸発潜熱を水滴から奪って冷却する原理であるが、冷却された水Ａは、冷水槽１０９内に一時貯留され、給水ポンプ１１０により冷却対象（例えば、鋳片）に向け供給されるようになっている。冷却塔１０１の出側にある冷水槽１０９内の冷却水の温度は、風量制御機構１０４によって冷却塔ファン１０３の風量制御を行うことにより、制御される。なお、図５中、符号１０５は信号変換器、１０６は可変速制御器、１０７は冷却塔ファン用モータである。
【０００７】
また、特許文献６に記載の冷却塔の運転方法は、図６に示すように、給水主管２０１から分配弁２０２を介して上部水槽２０３に給水され、この上部水槽２０３から散水された冷却水に相当する処理水２０６を、可変速度送風機２０７により外気を吸引して発生させた空気流と接触させることで冷却する冷却塔の運転方法であって、給水主管２０１に流量計２０８を、上部水槽２０３内に散水面積調整用の可動仕切板２０９ならびに水位計２１０を、冷却塔下部に水温計２１１をそれぞれ配設し、流量計２０８の測定値に基づき可動仕切板２０９の位置設定を行うとともに、流量計２０８の測定値と水温計２１１の測定値とにより可変速度送風機２０７の回転数制御を行い、水位計２１０の測定値に基づき分配弁２０２の開度調整ならびに可動仕切板２０９の設定位置補正を行うものである。そして、可変速度送風機２０７により冷却された処理水２０６は、下部水槽２０５内に一時貯留され、冷却対象に向けて供給されるようになっている。流量計２０８の測定値と、冷却塔下部の水温計２１１により測定した冷却後の処理水温度の測定値とにより、可変速度送風機２０７の回転数を制御し、通過する外気の流量を制御し、これにより、冷却塔の出側にある下部水槽２０５内の処理水の温度が制御される。なお、図６中、符号２０４は冷却塔本体内の充填物、２１２は演算機、２１３は動力制御盤である。
【特許文献１】特公昭５６−２１３３０号公報
【特許文献２】特公昭５６−２４０１８号公報
【特許文献３】特公平２−１８９３６号公報
【特許文献４】特開平１−９５８０１号公報
【特許文献５】実開昭５６−１４０７９８号公報
【特許文献６】特開平４−２７３９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献５に記載の水処理設備における冷却塔ファンの制御装置や特許文献６に記載の冷却塔の運転方法では、冷却塔の出側である冷水槽１０９や下部水槽２０５内の冷却水の温度は、冷却塔ファン１０３あるいは可変速度送風機２０７の回転数を制御することによって制御されているが、以下の理由により、所望の設定温度に制御できない場合があった。
【０００９】
即ち、理論的には、冷却塔ファン１０３や可変速度送風機２０７の回転数がゼロの場合の設定温度から定格回転数の場合の設定温度まで制御可能なはずであるが、実際上は冷却塔ファン１０３や可変速度送風機２０７は、その冷却塔の給排気流量の仕様上の制限から、定格の回転数の例えば３０〜５０％の範囲に限って運転される等するため、その範囲未満の回転数によらなければ実現できない設定温度には制御できなかった。
【００１０】
具体的には、図７に示す冷却塔の出側温度と冷却に関与する空気流量との関係で表された冷却塔性能曲線の例で、ケース１は充填物近傍の湿球温度が５℃のときの性能曲線であり、このケース１の場合には前記出側温度を４６℃（冷却に関与する空気流量が約１００ｔ/ ｈの場合に対応する冷却塔ファンの回転数のときの温度）よりも高い温度に設定できなかった。また、ケース２の場合は充填物近傍の湿球温度が１０℃のときの性能曲線であり、前記出側温度を４６℃よりも高い温度に設定できなかった。同様に、ケース３の場合は充填物近傍の湿球温度が２０℃のときの性能曲線であり、前記出側温度を４７℃よりも高い温度に設定できなかった。更に、ケース４の場合は充填物近傍の湿球温度が３０℃のときの性能曲線であり、前記出側温度を４８℃よりも高い温度に設定できなかった。
【００１１】
また、冷却塔内部を落下するだけでも冷却水の温度は低下するので、たとえ、冷却塔ファン１０３や送風機２０７の回転数をゼロとした場合でも、必ずいくらかは冷却水の温度は低下する。従って、冷却塔ファン１０３や可変速度送風機２０７の回転数の制御のみでは、冷却塔の出側にある冷水槽１０９や下部水槽２０５内の冷却水の設定温度をある一定の温度以上とすることは難しかった。特に、冬季は、冷却対象から戻ってくる冷却水の温度が低くかつ外気温（湿球温度）が低いので、冷却塔ファン１０３や可変速度送風機２０７の回転数の制御のみでは、前記設定温度をある一定の温度以上とすることはいよいよ難しかった。
【００１２】
また、冷却塔の出側にある冷水槽１０９や下部水槽２０５内の冷却水の設定温度が、冷却対象から水処理設備に戻ってくる水温に近づくほど、冷却に関与する空気流量の制御範囲が狭くなり、ハンチング等が起こって制御が難しくなることがあった。即ち、冷水槽１０９や下部水槽２０５内の冷却水の設定温度が、冷却対象から水処理設備に戻ってくる水温に近いということは、その設定温度が高めの温度であることを意味するが、図７に示すように、出側温度の設定を急に高くしようとすると、それが少し高くなっただけでも、冷却に関与する空気流量の方はそれにも増して急に低減させることが必要になり、空気流量の低減が追いつかず、経済的に設定通りに制御できない場合があるという問題があった。
【００１３】
また、冷却対象である鋼の種類に応じて、冷却塔の出側にある冷水槽１０９や下部水槽２０５内の冷却水の設定温度を変更する必要が生じる場合があるが、連続鋳造機において通常の水処理設備の能力に相当する、例えば１６００ｍ3 / ｈの場合、給水槽（冷水槽１０９や下部水槽２０５）の容積は１０００ｍ3 以上の場合が殆どであり、そのような膨大な容積からくる冷却水の熱容量の大きさ故、出側温度の設定を急に低くしようとしても、急には冷却水の温度が低下せず、結果的に設定通りに制御できない場合があるという問題もあった。
【００１４】
このように、冷却水の温度が所望の設定温度に制御できないと、冷却対象である高炭特殊鋼等の割れ感受性の大きな鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を十分に抑制することはできない。
従って、本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却対象である高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を最小限に抑制できる冷却水循環供給系統及びその系統における冷却水温度の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記諸問題を解決するため、本発明のうち請求項１に係る冷却水循環供給系統は、冷却水を冷却対象に向けて供給し、前記冷却対象に供給後の冷却水を回収し、回収後の冷却水を冷却塔に送って冷却し、前記冷却塔により冷却された冷却水を再び冷却対象に向けて供給する冷却水循環供給系統において、前記冷却塔に向かう冷却水の通る系統のほかに、前記冷却塔をバイパスする冷却水の通る系統を設けたことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明のうち請求項２に係る冷却水循環供給系統は、請求項１記載の冷却水循環供給系統において、前記冷却対象に向かう冷却水の温度を測定する温度計と、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を制御する制御装置とを備えることを特徴としている。
さらに、本発明のうち請求項３に係る冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法は、請求項２記載の冷却水循環供給系統を用いて、前記冷却対象に向かう冷却水の温度を前記温度計にて測定し、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置により制御し、これにより前記冷却対象に向かう冷却水の温度を制御することを特徴としている。
【００１７】
加えて、本発明のうち請求項４に係る冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法は、請求項３記載の冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法において、前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更してから、前記冷却対象に向かう冷却水の温度が前記冷却対象側の目標冷却水温度に到達するまでに要する時間を予め予測しておき、実際に前記冷却対象側の目標冷却水温度を変更すべきタイミングがくるよりも、前記予測した時間分だけ前もって前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のうち請求項１に係る冷却水循環供給系統によれば、冷却塔に向かう冷却水の通る系統のほかに、冷却塔をバイパスする冷却水の通る系統を設けたので、冷却対象に供給後の温かい冷却水を冷却塔に向かわせずにバイパスさせ、再び冷却対象に向けて供給することができる。このため、冬季においても、冷却対象に向かう冷却水の温度を高めることができ、冷却対象に向かう冷却水の温度（設定温度）を適切な値に調整することができる。これにより、冷却対象である高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を最小限に抑制できる。
【００１９】
また、本発明のうち請求項２に係る冷却水循環供給系統によれば、請求項１に記載の冷却水循環供給系統において、前記冷却対象に向かう冷却水の温度を測定する温度計と、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を制御する制御装置とを備えるので、冷却対象に向かう冷却水の温度に基づいて冷却塔をバイパスする冷却水の流量を制御でき、これにより冷却対象に向かう冷却水の温度を制御することができる。従って、冷却塔ファンや送風機の回転数の制御による冷却に関与する空気流量の制御範囲が狭い場合でも、冷却対象に向かう冷却水の温度（設定温度）を適切な値に調整することができる。
【００２０】
さらに、本発明のうち請求項３に係る冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法によれば、請求項２に記載の冷却水循環供給系統を用いて、前記冷却対象に向かう冷却水の温度を前記温度計にて測定し、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置により制御し、これにより前記冷却対象に向かう冷却水の温度を制御するので、冷却対象に向かう冷却水の温度（設定温度）を冬季においても適切な値に調整することができ、冷却対象である高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を最小限に抑制できる。そして、冷却塔ファンや送風機の回転数の制御による冷却に関与する空気流量の制御範囲が狭い場合でも、冷却対象に向かう冷却水の温度（設定温度）を適切な値に制御することができる。
【００２１】
加えて、本発明のうち請求項４に係る冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法によれば、請求項３に記載の冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法において、前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更してから、前記冷却対象に向かう冷却水の温度が前記冷却対象側の目標冷却水温度に到達するまでに要する時間を予め予測しておき、実際に冷却対象側の目標冷却水温度を変更すべきタイミングがくるよりも、前記予測した時間分だけ前もって前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更するので、実際に冷却対象側の目標冷却水温度を変更すべきタイミングがきたときに、冷却対象に向かう冷却水の温度を確実に冷却対象側の目標冷却水温度に到達させることができる。このため、必要なタイミングに必要な冷却水設定温度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に本発明の一つの実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一つの実施形態に係る冷却水循環供給系統の概略構成図である。図２は垂直曲げ型連続鋳造機の詳細を示す説明図である。図３は冷却塔ファンのオンオフ制御及び開閉弁の開閉制御の概要を示す説明図である。
図１において、冷却水循環供給系統は、給水タンク１から給水ポンプ２によって冷却水Ｗ1 を後述の二次冷却帯の冷却水として鋳片（冷却対象）Ａに向けて供給し、鋳片Ａに供給後の冷却水Ｗ2 を回収タンク１８に回収し、回収タンク１８に回収後の冷却水Ｗ3 を冷却塔送水ポンプ２０によって冷却塔２３に送って冷却し、冷却塔２３により冷却された冷却水Ｗ4 を給水タンク１に戻すようになっている。
【００２３】
給水タンク１には、給水主管３が接続され、給水主管３の途中には給水ポンプ２が設置されている。給水主管３の出側には、図２に示すように、垂直曲げ型連続鋳造機４の複数ゾーン１０1 〜１０10の各々に配置された複数のノズル１１1 〜１１10が流量制御弁１２1 〜１２10を介して接続されている。ノズル１１6 〜１１9 及び流量制御弁１２6 〜１２9 の図示は省略している。垂直曲げ型連続鋳造機４は、溶鋼が溜められるタンディッシュ５と、タンディッシュ５の出側に設置されたモールド６と、モールド６の出側に設置された鋳片案内装置７とで構成されている。垂直曲げ型連続鋳造機４においては、タンディッシュ５に溜められた溶鋼が水冷ジャケットにより冷却されたモールド６に流れ込み、このモールド６内を通過する過程で外周部に凝固殻が形成され、次いで、モールド６から出た鋳片Ａが鋳片案内装置７中に導かれ、そこで複数のノズル１１1 〜１１10からの冷却水Ｗ1 により冷却されながら鋳片案内装置７を通過するようになっている。鋳片案内装置７は、図２に示すように、鋳片通路１３に沿って連接する形で設けられた垂直部８と複数（本実施形態にあっては１９個）のセグメント９1 〜９19とで構成され、垂直部８及び各セグメント９1 〜９19には、鋳片通路１３を挟む形で各複数対の鋳片案内ロール１４が設けられている。垂直部８は３つのゾーン１０1 〜１０3 で構成され、セグメント９1 はゾーン１０4 を構成し、セグメント９2 及び９3 はゾーン１０5 を構成し、セグメント９4 及び９5 はゾーン１０6 を構成し、セグメント９6 及び９7 はゾーン１０7 を構成し、セグメント９8 及び９9 はゾーン１０8 を構成し、セグメント９10、９11及び９12はゾーン１０9 を構成し、セグメント９13、９14、９15、９16、９17、９18及び９19はゾーン１０10を構成している。先述の二次冷却帯とは、画一的に決まるものではないが、冷却水を鋳片に向け供給すると、鋳片に生じる歪みが特に大きくなりそうな部位ということで、例えばゾーン１０6 と１０7 というように適宜決めればよい。
【００２４】
そして、給水タンク１から給水ポンプ２によって給水主管３から供給される冷却水Ｗ1 は、各流量制御弁１２1 〜１２10を介して各ノズル１１1 〜１１10から冷却対象である鋳片Ａに向け供給される。これにより、鋳片Ａは冷却される。このとき、供給される冷却水Ｗ1 の流量は、各ゾーン１０1 〜１０10毎に流量制御弁１２1 〜１２10によって制御される。
【００２５】
そして、鋳片Ａに向け供給された後の冷却水Ｗ2 は、回収管１５を介してフィルターや沈殿式等の異物除去装置１６に回収され、その後、別の回収管１７を介して回収タンク１８に冷却水Ｗ’として回収される。回収タンク１８には、これから冷却塔２３に向けて供給されるべき、回収タンク１８内の冷却水の温度を測定するための回収タンク温度検出器３２が設けられている。
【００２６】
回収タンク１８には、送水主管１９が接続され、送水主管１９の途中には冷却塔送水ポンプ２０が設置されている。そして、送水主管１９の冷却塔送水ポンプ２０よりも出側には、冷却塔２３へ向かう送水主管２１が接続されている。送水主管２１の出側には、開閉弁２２、冷却塔２３、上部水槽２４が順次配置されている。回収タンク１８に回収後の冷却水Ｗ’は、冷却塔送水ポンプ２０によって送水主管１９、２１を通って上部水槽２４に向け冷却水Ｗ3 として供給される。上部水槽２４の底部は多孔板となっており、冷却水Ｗ3 は冷却塔２３の本体内部の充填物２５中に通水され、充填物２５中を落下した冷却水Ｗ3 は冷却されて冷却水Ｗ4 となり、冷却水Ｗ4 は給水タンク１に集められる。給水タンク１内の冷却水は符号Ｗで表している。冷却塔２３の上部には、冷却塔ファン２６が設置され、この冷却塔ファン２６はその回転のオンオフ制御を行う制御装置３１に接続されている。充填物２５中を落下しつつある冷却水Ｗ3 は、制御装置３１により冷却塔ファン２６の回転をオンオフ制御することにより外気を吸引して発生させた空気流と充填物２５内で接触させられ、蒸発潜熱を水滴状の冷却水Ｗ3 から奪うことで、冷却されるようになっている。
【００２７】
請求項１にいう「冷却塔に向かう冷却水の通る系統」は、送水主管１９，２１で構成される。
そして、送水主管１９の冷却塔送水ポンプ２０よりも出側には、送水主管２１から分岐する形でバイパス管２９が設けられている。パイパス管２９の途中には、開閉弁３０が設けられるとともに、バイパス管２９の出側は給水タンク１に接続されている。バイパス管２９には、冷却塔送水ポンプ２０のポンプ圧によって回収タンク１８から給水タンク１に向かうバイパス冷却水Ｗ5 が通るようになっている。このバイパス管２９は、請求項１にいう「冷却塔をバイパスする冷却水の通る系統」を構成する。
【００２８】
そして、給水タンク１には、これから冷却対象である鋳片Ａに向けて供給されるべき、給水タンク１内の冷却水Ｗの冷却水の温度ＴW を測定する温度計２８が設置され、冷却塔２３には、充填物２５の周囲の湿球温度ＴA を測定する湿球温度検出器２７が設置されている。温度計２８及び湿球温度検出器２７は、制御装置３１に接続され、温度計２８で測定された冷却水の温度ＴW の測定値及び湿球温度検出器２７で測定された湿球温度ＴA の測定値は制御装置３１に送られるようになっている。制御装置３１は、冷却水の温度ＴW の測定値に基づいて開閉弁３０の開閉制御及び冷却塔ファン２６の回転のオンオフ制御を行うようになっている。
【００２９】
次に、図１及び図３を参照して、制御装置３１による冷却塔ファン２６のオンオフ制御及び開閉弁３０の開閉制御の概要を説明する。
冷却塔ファン２６のオンオフ制御及び開閉弁３０の開閉制御は、全く独立して行われ、冷却塔ファン２６のオンオフ制御結果が開閉弁３０の開閉制御に影響を及ぼしたり、あるいは開閉弁３０の開閉制御結果が冷却塔ファン２６のオンオフ制御に影響を及ぼすものではない。
【００３０】
このため、先ず、冷却塔ファン２６のオンオフ制御について説明する。図３に示すように、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が設定温度（目標冷却水温度）に対して±１．５℃の範囲内にある場合には、制御装置３１は冷却塔ファン２６に対して現在の状態を維持するように制御する。例えば、冷却塔ファン２６がオンに制御され回転している場合には、その状態を維持するよう冷却塔ファン２６をオンに制御し、その逆に冷却塔ファン２６がオフに制御され回転していない場合には、その状態を維持するよう冷却塔ファン２６をオフに制御する。
【００３１】
そして、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が設定温度に対して１．５℃を超えて低くなった場合には、制御装置３１は冷却塔ファン２６をオフに制御し、その冷却塔ファン２６の回転を止めるようにし、外気を吸引して発生させた空気流と冷却水を充填物２５内で接触させるのを止め、冷却水の冷却を止める。これにより、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW は上昇することになる。
【００３２】
一方、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が設定温度に対して１．５℃を超えて高くなった場合には、制御装置３１は冷却塔ファン２６をオンに制御し、その冷却塔ファン２６の回転を行うようにし、外気を吸引して発生させた空気流と冷却水を充填物２５内で接触させ、冷却水の冷却を行う。これにより、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW は低下することになる。
【００３３】
次に、開閉弁３０の開閉制御について説明する。図３に示すように、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が設定温度に対して０．５℃を超えて低くなった場合には、制御装置３１は開閉弁３０を開くよう制御する。これにより、回収タンク１８内の温かいバイパス冷却水Ｗ5 が冷却塔送水ポンプ２０のポンプ圧により送水主管１９、２９を通って給水タンク１内に供給される。このため、冬季においても、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW を上昇させることができ、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW （設定温度）を適切な値に調整することができる。これにより、給水タンク１から鋳片（冷却対象）Ａに向けて供給する冷却水の温度を冬季においても適切な値に調整することができ、冷却対象である高炭特殊鋼等の割れ感受性の高い鋼の鋳造時における表面欠陥の発生を最小限に抑制できる。
【００３４】
一方、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が設定温度に対して０．５℃を超えて高くなった場合には、制御装置３１は開閉弁３０を閉じるよう制御する。これにより、回収タンク１８から給水タンク１へ向かう温かいバイパス冷却水Ｗ5 の供給が停止され、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW は低下することになる。
制御装置３１は、開閉弁３０の開閉制御を行うようになっているが、開閉弁３０を流量制御弁で構成し、給水タンク１へのバイパス冷却水Ｗ5 の流量を制御するようにしてもよい。このようにすることで、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW に基づいて給水タンク１へ向かうバイパス冷却水Ｗ5 の流量を制御でき、これにより給水タンク１内の冷却水の温度ＴW を制御することができる。従って、冷却塔ファン２６の回転数の制御による冷却に関与する空気流量の制御範囲が狭い場合でも、給水タンク１内の冷却水の温度（設定温度）を適切に制御することができ、給水タンク１から鋳片Ａに向けて供給する冷却水の温度を適切に制御することができる。
【００３５】
そして、制御装置３１は、バイパス冷却水Ｗ5 の流量を変更してから、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が鋳片（冷却対象）Ａ用の設定温度（目標冷却水温度）に到達するまでに要する時間を予め予測しておき、実際に鋳片Ａ用の設定温度を変更すべきタイミングがくるよりも、前記予測した時間分だけ前もってバイパス冷却水Ｗ5 の流量を変更する。この、バイパス冷却水Ｗ5 の流量を変更してから、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW が鋳片Ａ用の設定温度に到達するまでに要する時間の予測は、タンディッシュ５内の残鋼量と溶鋼処理速度（ｔ/ ｍｉｎ）等に基づいて計算や経験的実績により行う。これにより、実際に鋳片Ａ用の設定温度を変更すべきタイミングがきたときに、給水タンク１内の冷却水の温度ＴW を鋳片Ａ用の設定温度に到達させることができる。このため、給水タンク１の容積が大きくても、必要なタイミングに必要な冷却水温度を得ることができる。
【００３６】
以上の通りであるが、上記した実施形態は一例にすぎず、本発明の実施形態はこれに限るものではない。すなわち、各種の変更を加えることができる。例えば、給水タンク１や回収タンク１８をはじめ、請求項に記載されていないものは適宜省略しても良い。また、温度計２８、３２は、タンク内の冷却水中に浸漬しなくても、例えば、配管を流れる冷却水中に浸漬する等、その他の実施形態によっても良い。
【実施例】
【００３７】
図１に示した冷却水循環供給系統にて給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合と、図１に示した冷却水循環供給系統に対してバイパス管を設けないで給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合とを比較した。
ここで、垂直部の長さが２．５ｍである垂直曲げ型連続鋳造機を用い、給水タンク内の冷却水温度の設定温度を３５℃、３７℃、４２℃とする３通りの場合について比較した。
【００３８】
なお、連続鋳造に供する鋼種、鋳込み速度、鋳片の厚み及び幅は以下の通りである。
鋼種：Ｃ濃度０．０５〜０．１０質量％の低炭素鋼、比水量２．０〜２．５０/ ｋｇ−ｓｔｅｅｌ
Ｃ濃度１．００〜１．５０質量％の中炭素鋼、比水量０．６〜２．０/ ｋｇ−ｓｔｅｅｌ
Ｃ濃度１．５０〜２．００質量％の高炭素鋼、比水量０．６〜１．６１/ ｋｇ−ｓｔｅｅｌ
鋳込み速度：０．６〜２．０ｍ/ ｍｉｎ
鋳片の厚み：２６０ｍｍ、鋳片の幅：６５０〜１６５０ｍｍ
【００３９】
図４は、図１に示した冷却水循環供給系統にて給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合（実施例の場合）の制御実績と、図１に示した冷却水循環供給系統に対してバイパス管を設けないで給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合（比較例の場合）の制御実績との比較結果を示すグラフであり、（Ａ）は冬季の場合の制御実績の比較結果、（Ｂ）は春季の場合の制御実績の比較結果を示している。
【００４０】
図４（Ａ）からわかるように、冬季の場合（湿球温度１０℃の場合）には、実施例にあっては、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を３７℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３７℃よりもほんの少しだけ高めになる頻度が若干高かったものの、設定温度を３５℃、４２℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３５℃、４２℃になる頻度が高かく、問題はなかった。これに対して、比較例にあっては、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を４２℃に制御したときの実際の冷却水の温度は４２℃よりもかなり低くなる頻度が高かった。冬季で設定温度が４２℃の場合、冷却塔ファンの回転数の制御のみでは実際の冷却水の温度をある一定の温度以上には制御できないことがわかる。また、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を３７℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３７℃よりもやや高くなり、かつ、ばらつきが大きくなっている。冬季で設定温度が３７℃の場合、冷却塔ファンの回転数の制御のみでは実際の冷却水の温度がばらついてしまうことがわかる。なお、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を３５℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３５℃になる頻度が高く、問題はなかった。
【００４１】
また、図４（Ｂ）からわかるように、春季の場合（湿球温度２０℃の場合）には、実施例にあっては、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を３７℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３７℃よりもほんの少しだけ高めになる頻度が若干高かったものの、設定温度を３５℃、４２℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３５℃、４２℃になる頻度が高く、問題はなかった。これに対して、比較例にあっても、給水タンク内の冷却水の温度の設定温度を３７℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３７℃よりもやや高めになる頻度が高かったが、設定温度を３５℃、４２℃に制御したときの実際の冷却水の温度は３５℃、４２℃になる頻度が高く、問題はなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一つの実施形態に係る冷却水循環供給系統の概略構成図である。
【図２】垂直曲げ型連続鋳造機の詳細を示す説明図である。
【図３】冷却塔ファンのオンオフ制御及び開閉弁の開閉制御の概要を示す説明図である。
【図４】図１に示した冷却水循環供給系統にて給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合（実施例の場合）の制御実績と、図１に示した冷却水循環供給系統に対してバイパス管を設けないで給水タンク内の冷却水の温度を設定温度に制御した場合（比較例の場合）の制御実績との比較結果を示すグラフであり、（Ａ）は冬季の場合の制御実績の比較結果、（Ｂ）は春季の場合の制御実績の比較結果を示す。
【図５】従来例の水処理設備の冷却塔ファンの制御装置の概略構成図である。
【図６】従来例の冷却塔の運転方法が適用される全体機器配置概略図である。
【図７】冷却塔の出側温度と冷却に関与する空気流量との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 給水タンク
２ 給水ポンプ
３ 給水主管
４ 垂直曲げ型連続鋳造機
５ タンディッシュ
６ モールド
７ 鋳片案内装置
８ 垂直部
９1 〜９19 セグメント
１０1 〜１０10 ゾーン
１１1 〜１１10 ノズル
１２1 〜１２10 流量制御弁
１３ 鋳片通路
１４ 鋳片案内ロール
１５ 回収管
１６ 異物除去装置
１７ 回収管
１８ 回収タンク
１９ 送水主管
２０ 冷却塔送水ポンプ
２１ 送水主管
２２ 開閉弁
２３ 冷却塔
２４ 上部水槽
２５ 充填物
２６ 冷却塔ファン
２７ 湿球温度検出器
２８ 温度計
２９ パイパス管
３０ 開閉弁
３１ 制御装置
３２ 回収タンク温度検出器
Ｗ，Ｗ’，Ｗ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3 ，Ｗ4 冷却水
Ｗ5 バイパス冷却水
Ａ 鋳片
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水を冷却対象に向けて供給し、前記冷却対象に供給後の冷却水を回収し、回収後の冷却水を冷却塔に送って冷却し、前記冷却塔により冷却された冷却水を再び冷却対象に向けて供給する冷却水循環供給系統において、
前記冷却塔に向かう冷却水の通る系統のほかに、前記冷却塔をバイパスする冷却水の通る系統を設けたことを特徴とする冷却水循環供給系統。
【請求項２】
前記冷却対象に向かう冷却水の温度を測定する温度計と、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を制御する制御装置とを備えることを特徴とする請求項１記載の冷却水循環供給系統。
【請求項３】
請求項２記載の冷却水循環供給系統を用いて、前記冷却対象に向かう冷却水の温度を前記温度計にて測定し、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置により制御し、これにより前記冷却対象に向かう冷却水の温度を制御することを特徴とする冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法。
【請求項４】
前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更してから、前記冷却対象に向かう冷却水の温度が前記冷却対象側の目標冷却水温度に到達するまでに要する時間を予め予測しておき、実際に前記冷却対象側の目標冷却水温度を変更すべきタイミングがくるよりも、前記予測した時間分だけ前もって前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更することを特徴とする請求項３記載の冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法。
【請求項１】
冷却水を冷却対象に向けて供給し、前記冷却対象に供給後の冷却水を回収し、回収後の冷却水を冷却塔に送って冷却し、前記冷却塔により冷却された冷却水を再び冷却対象に向けて供給する冷却水循環供給系統において、
前記冷却塔に向かう冷却水の通る系統のほかに、前記冷却塔をバイパスする冷却水の通る系統を設けたことを特徴とする冷却水循環供給系統。
【請求項２】
前記冷却対象に向かう冷却水の温度を測定する温度計と、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を制御する制御装置とを備えることを特徴とする請求項１記載の冷却水循環供給系統。
【請求項３】
請求項２記載の冷却水循環供給系統を用いて、前記冷却対象に向かう冷却水の温度を前記温度計にて測定し、該温度計で測定された冷却水の温度に基づいて前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置により制御し、これにより前記冷却対象に向かう冷却水の温度を制御することを特徴とする冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法。
【請求項４】
前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更してから、前記冷却対象に向かう冷却水の温度が前記冷却対象側の目標冷却水温度に到達するまでに要する時間を予め予測しておき、実際に前記冷却対象側の目標冷却水温度を変更すべきタイミングがくるよりも、前記予測した時間分だけ前もって前記冷却塔をバイパスする冷却水の流量を前記制御装置によって変更することを特徴とする請求項３記載の冷却水循環供給系統における冷却水温度の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−５７９６０（Ｐ２００６−５７９６０Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４２４８７（Ｐ２００４−２４２４８７）
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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