JPH04262841A - 連続鋳造鋳型内の溶鋼表面流速の測定装置および 測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、巾広の鋳片を鋳造する
連続鋳造鋳型内の溶鋼表面流速の測定装置および測定方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術と課題】連続鋳造では、鋳造と圧延を連続
化するホットダイレクトローリングが実現している。こ
のプロセスを安定して実現するためには、高速鋳造が必
須技術である。高速鋳造を実施すると浸漬ノズルからの
吐出流速が早いため、短辺シェルに吐出流が衝突した後
の反転上昇流によって鋳型内溶鋼表面が波立ったり、ま
た表面流速が早くなり、パウダーの巻き込みが発生する
。パウダーの巻き込みがあると最終製品である冷延コイ
ルでの欠陥が多発し、製品歩留りを大幅に低下させるた
め大きな問題となる。

【０００３】パウダーの巻き込みを防止するには鋳型内
溶鋼表面の波高と流速を同時にある範囲に制御すること
が必要である。たとえば、笠井ら（材料とプロセス、ｖ
ｏｌ．３（１９９０）１１１４　）はパウダーの捲き込
み発生の限界波高と表面直下の流速との関係を報告して
いる。連続鋳造鋳型内で溶鋼表面の波高を測定する技術
は既に開発されており、通常、渦流距離計を使って行わ
れることが多い。

【０００４】また、連続鋳造鋳型内の溶鋼表面の流高に
よって、パウダーの巻き込みが生じることが知られてい
る。例えば、手嶋ら（材料とプロセス、ｖｏｌ．１（１
９８８）１５５）は、鋳型内短辺近傍の湯面波高を調査
して、湯面波高と鋼板の欠陥発生率を調査して、湯面波
高が大き過ぎても小さ過ぎても欠陥発生率は高いことを
報告している。この理由は次のように考えることができ
る。

【０００５】久保田ら（材料とプロセス、ｖｏｌ．３（
１９９０）１０９８　）が報告しているように、湯面波
高と表面流速とは正相関があるり、湯面波高が大きくな
ると表面近傍の流速も大きくなる。この結果溶鋼湯面上
パウダーが削り込まれる。また、湯面の波高そのものが
パウダー巻き込みの原因であるとの報告もある（材料と
プロセス、ｖｏｌ．３（１９９０）１１１４　）。一方
、湯面波高が小さ過ぎる場合には、表面付近に溶鋼が供
給されず溶鋼温度が低下するためパウダーの溶融が不充
分となり、溶鋼内部から浮上してきた介在物のパウダー
への溶解が困難となり、介在物およびパウダーが湯面近
傍の凝固殻に補足されるため、最終製品での冷延コイル
の欠陥発生率上昇させる。

【０００６】したがって、連続鋳造鋳型内溶鋼表面波動
に起因する鋳片の表面欠陥を低減するために、湯面波動
を常時監視し、その波高と表面流速を一定の範囲に制御
することが出来れば、極め有効である。

【０００７】波高については上記のように溶鋼に適用さ
れている技術があが、溶融金属流速を測定する技術とし
ては、低融点合金（現在のところＡｉ合金の溶融範囲ま
で）に適応できるものとして電磁流速計がある（　Ｃｈ
．Ｖｉｖｅｓ　ａｎｄ　Ｒ．Ｒｉｃｏｕ：Ｍｅｔ．Ｔｒ
ａｎｓ．，１６Ｂ，（１９８５），Ｐ．３７，および細
谷ら、（鉄と鋼、７３（１９８７）Ｓ６８８）。

【０００８】しかしながら、これは電磁コイルと静磁界
発生装置（通常は永久磁石）を組合わせているため高融
点合金（たとえば鋼、銅など）には使用できない。また
鈴木らの報告（鉄と鋼、６８（１９８２）Ｓ９２０）に
あるように流動している溶鋼の中へ耐火物の棒を差し込
んで、その棒にかかる力を計測したり、棒の傾きを計測
して流速を推定する方法が提示されているが、耐火物の
溶損が生じ、耐火物の棒自体が介在物の起源となること
などから長時間の測定は困難である。溶鋼の表面流速の
測定は高温という問題から測定器が開発されておらず、
現在までのところ連続的な溶鋼の表面流速の測定は行わ
れていない。

【０００９】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、巾広の鋳片を鋳造する連続鋳造鋳型内において、
鋳造中に連続的に波高と同時に溶鋼表面流速を計測する
方法とその装置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の連続鋳造鋳型内
の溶鋼表面流速の測定装置は、連続鋳造鋳型内の溶鋼表
面流速の測定装置において、浸漬ノズルと鋳型短辺との
間の溶鋼表面上に配置された２個の湯面計と、前記２個
の湯面計からの出力を受けて湯面変動の周波数解析を行
う周波数解析装置と、を有することを特徴とする。

【００１１】本発明の連続鋳造鋳型内の溶鋼表面流速の
測定方法は、鋳型内の溶鋼湯面上に配置された２個の湯
面計からの湯面変動の相互相関関数を求め、得られた相
互相関関数から２個の湯面計の間の湯面波動の伝播速度
から、溶鋼表面流速を求めることを特徴とする。

【００１２】

【作用】第１、第２の湯面計による湯面変動を周波数解
析器に入力して、別々に周波数解析を行ったところ、別
の位置で測定したにもかかわらず、湯面波動の周波数成
分は同じような周波数成分をもつことを知見した。この
ことは鋳型短辺近傍の波動が浸漬ノズル方向に伝播して
いることを示すものである。したがって、湯面変動の伝
播速度は別の位置に設けた湯面計によって、同じ周波数
成分を検出し、その時間差を調べることによって知るこ
とができる。

【００１３】この時間差を求めるため、上記２個の湯面
計で計測された湯面変動を周波数解析装置に入力し、湯
面計が設けられた２点の湯面変動の相互相関関数ＣＦ（
τ）を求めた。２個の湯面計２１、２２で測定された湯
面レベルＥ１（ｔ）とＥ２（ｔ）から下記の数１

【００
１４】

【数１】

【００１５】により、計算機を用いて得られたＣＦ（τ
）が得られる。ここで、ｔ、τはいずれも時間で、ｔの
積分は０からτまで行う。ＣＦ（τ）の変動ピーク付近
における周期から上記時間差が求められる。鋳型内湯面
変動の波動伝播速度は溶鋼表面流速に等しいことが別の
試験で確かめられているので、上記時間差と２個の湯面
計の距離とから溶鋼表面流速を求めることができる。

【００１６】

【実施例】最初に湯面波動に関する水モデル試験につい
て添付の図面を参照しながら、説明する。この試験によ
り本発明の測定方法および装置を知見するに至ったもの
である。図１は本実施例に関するモデル試験の構成を示
す説明図である。モデル試験は実際の連続鋳造装置の１
／３の大きさのものについて行われた。図中、１１は連
続鋳造の鋳型、１２は溶鋼を模擬した水、１３は浸漬ノ
ズルである。

【００１７】また、矢印は水の流れを示すもので、１２
ａは浸漬ノズルからの吐出流、１２ｂは吐出流が鋳型の
短辺に衝突して湯面に向かって上昇する反転上昇流、１
２ｃは反転上昇流１２ｂが湯面近傍を短辺から浸漬ノズ
ルに向かう表面流、１２ｄは鋳型短辺から下方に向かう
下降流を示す。２１、２２はそれぞれ第１、第２の非接
触式方式による湯面計で、２個の湯面計の対応する基準
面は同一水平面上で鋳型長辺に平行に設けられてある。 湯面計２１、２２はいずれも非接触式で、ここでは渦流
式の湯面計を用いている。２５は湯面変動周期の短周期
側をカットするローパスフィルター、２６は第１、第２
の湯面計による湯面変動の周波数解析を行う周波数解析
器、２７は周波数解析および関連する演算を行う計算機
である。

【００１８】以上のように構成された本実施例の構成に
関する作用について説明する。浸漬ノズル１３から吐出
された吐出流１２ａは反転して上昇流１２ｂと下降流１
２ｄに分かれ、上昇流１２ｂは鋳型短辺から浸漬ノズル
１３に向かう表面流１２ｃとなる。溶鋼表面流１２ｃと
ともに表面変動の波動が鋳型短辺から浸漬ノズルの方向
に伝播する。

【００１９】第１、第２の湯面計２１、２２による湯面
変動を周波数解析器に入力して、別々に周波数解析を行
ったところ、別の位置で測定したにもかかわらず、湯面
波動の周波数成分は同じような１０秒前後の周波数成分
をもつことを知見した。このことは鋳型短辺近傍の波動
が浸漬ノズル方向に伝播していることを示すものである
。したがって、湯面変動の伝播速度は別の位置に設けた
湯面計によって、同じ周波数成分を検出し、その時間差
を調べることによって知ることができる。この時間差を
求めるため、湯面計２１、２２で計測された湯面レベル
の変動である湯面変動をローパスフィルター２５を通し
て周波数解析装置２６に入力し、２点の湯面変動の相互
相関関数ＣＦ（τ）を求めた。２個の湯面計２１、２２
で測定された湯面レベルＥ１（ｔ）とＥ２（ｔ）から前
述の数１により、計算機２７を用いて得られたＣＦ（τ
）の１例を図２に示す。図２は時間τとＣＦ（τ）との
関係を示すグラフ図である。図中、最大値付近のピーク
間隔τＳ　が上記の時間差に対応するものである。

【００２０】湯面変動の伝播速度ＶＳ　は湯面変動の伝
播時間τＳを用いて次式、 ＶＳ　＝Ｌ／τＳ　 から計算できる。

【００２１】また、鋳型内にプロペラ流速計を鋳型内に
設けて、上記湯面計による測定とは別に水の流速の測定
を行った。前記プロペラ流速計の位置は、上記の非接触
の湯面計の中間で、水面から３〜１３ｍｍとした。湯面
計２１、２２とプロペラ流速計による流速の比較を図３
に示す。両者の流速は充分満足できる程度に一致してい
る。

【００２２】図４は２個の湯面計の距離Ｌを変えて測定
した結果を示す。このときの水の注入量は３２ｌ／ｍｉ
ｎで一定としてある。Ｌが１００ｍｍ未満ではτＳ　の
測定値のばらつきが大きくなり、３００ｍｍを超えると
ＣＦ（τ）のピークが不明瞭となってやはり、測定値の
ばらつきの原因となる。したがって、湯面計の間隔Ｌは
１００〜３００ｍｍの範囲が望ましい。上記図４の結果
はＬ＝１００ｍｍとした結果である。

【００２３】次に連続鋳造装置の実機について鋳型内の
表面流速を湯面計による波動伝播の測定から求めた。測
定装置の構成は上記の水モデル試験と同様で、測定器お
よび試験データ処理に使用した機器も水モデル試験と同
様である。実機鋳型の断面寸法は２２０ｍｍｘ１２００
ｍｍ、鋳片引抜き速度は１．８〜２．６ｍ／ｍｉｎ（鋳
造速度、３．５〜５．１ｔｏｎ／ｍｉｎ）の間で変えて
測定を行った。浸漬ノズルの吐出角度は下向き３５度で
、湯面計の設置位置は鋳型短辺から６０乃至２００ｍｍ
とした。図５に鋳造速度と表面流速との関係を示す。 図中、実線は得られた測定値の平均速度、破線は最大速
度である。図６に表面流速と、鋳造された鋳片から製造
された冷延コイルの欠陥発生率との関係を示す。表面流
速が増加すると冷延コイルの欠陥発生率が増大すること
が示されている。

【００２４】次に鋳型内の溶鋼の流速を制御する電磁攪
拌装置を設けて、これを作動させながら本実施例による
表面流速を測定した結果を図７に示す。鋳造条件は、鋳
型寸法、２２０ｍｍｘ１１００ｍｍ、鋳片引抜き速度は
２．４ｍ／ｍｉｎで一定、浸漬ノズルの吐出角度は下向
き３５度である。図７の上部に、横軸の時間に対応して
電磁攪拌装置の作動状態を示してである。図７において
、電磁攪拌の作動と表面流速との関係がよく示されてお
り、本実施例の表面流速の測定値が信頼できるものであ
ることを示している。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、２個の湯面計を鋳型内
に設け、その湯面変動の測定値を周波数解析器に入れて
相互相関函数を求め、これにより波動変動の伝播速度を
求めるので、精度のよい溶鋼の表面流速が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の水モデル試験による表面流速の測定
装置の構成を示す説明図である。

【図２】表面波動の相互相関函数と時間との関係を示す
グラフ図である。

【図３】本実施例による表面流速とプロペラ流速計によ
る表面流速との関係を示すグラフ図である。

【図４】本実施例による２個の湯面計の間の距離と表面
流速との関係を示すグラフ図である。

【図５】本実施例の実機による表面流速と鋳造速度との
関係を示すグラフ図である。

【図６】本実施例の実機による表面流速と製造された冷
延コイルの表面欠陥発生率との関係を示すグラフ図であ
る。

【図７】本実施例による表面流速の電磁攪拌装置の作動
による影響を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１１　　　　　　　　鋳型 １２　　　　　　　　水 １３　　　　　　　　浸漬ノズル １２ａ　　　　　　吐出流 １２ｂ　　　　　　反転上昇流 １２ｃ　　　　　　表面流 １２ｄ　　　　　　下降流 ２１、２２　　湯面計 ２５　　　　　　　　ローパスフィルター２６　　　　
　　　　周波数解析器 ２７　　　　　　　　計算機

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　連続鋳造鋳型内の溶鋼表面流速の測定
   装置において、浸漬ノズルと鋳型短辺との間の溶鋼表面
   上に配置された２個の湯面計と、前記２個の湯面計から
   の出力を受けて湯面変動の周波数解析を行う周波数解析
   装置と、を有することを特徴とする連続鋳造鋳型内の溶
   鋼表面流速の測定装置。
2. 【請求項２】　　周波数解析装置はローパスフィルター
   を含むことを特徴とする請求項１の連続鋳造鋳型内の溶
   鋼表面流速の測定装置。
3. 【請求項３】鋳型内の溶鋼湯面上に配置された２個の湯
   面計からの湯面変動の相互相関関数を求め、得られた相
   互相関関数から２個の湯面計の間の湯面波動の伝播速度
   から、溶鋼表面流速を求めることを特徴とする連続鋳造
   鋳型内の溶鋼表面流速の測定方法。
4. 【請求項４】　　２個の湯面計の水平距離を１００乃至
   ３００ｍｍとすることを特徴とする請求項３の連続鋳造
   鋳型内の溶鋼表面流速の測定方法。
5. 【請求項５】　　湯面計からの出力はローパスフィルタ
   ーを通して周波数解析器に入力することを特徴とする請
   求項３または４の連続鋳造鋳型内の溶鋼表面流速の測定
   方法。
6. 【請求項６】　　湯面変動の周波数解析は、周期０．５
   乃至１０秒の変動について解析することを特徴とする請
   求項３、４または５の連続鋳造鋳型内の溶鋼表面流速の
   測定方法。