JPH0771725B2 - 連続鋳造におけるブレ−クアウト予知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、連続鋳造鋳型の温度変化を利用して鋳造中に
発生するブレークアウトを予知する方法に関し、更に詳
述すると鋳造中の上記温度変化が大きい場合であっても
ブレークアウトを高精度で予知できる方法を提供するも
のである。

〔従来技術〕

連続鋳造設備においてブレークアウトが発生し、鋳片内
部の未凝固溶鋼が漏出した場合は、鋳造を停止してブレ
ークアウトを起した鋳片の排出又は溶鋼が付着したロー
ル等の設備の交換をする必要があり、相当の期間に亘っ
て操業の停止を余儀なくされる。このため、ブレークア
ウトは連続鋳造の操業トラブルの中で最大のものであ
り、その防止対策の確立が望まれていた。

ところで、引抜かれている鋳片の凝固殻が鋳型に固着し
て破断し、そこから溶鋼が漏出してこれが十分に冷却さ
れる前に鋳型下端より出ることによりブレークアウトが
発生する場合は、第６図に示すように凝固殻の破断部が
通過する鋳型部分では破断部の通過前に徐々に鋳型温度
が上昇し、破断部の通過後に徐々に降下することが知ら
れている。

このため、鋳型の銅板に熱電対等の測温素子を埋設して
これにて鋳型銅板の温度（以下これを鋳型温度という）
を測定し、測定した鋳型温度の単位時間当たりの変化率
を求めてその値と基準値との大小を監視するか（特開昭
57−115962号）、或いは測定した鋳型温度とそれ以前の
鋳型温度の移動平均値との差を求めて、その値と基準値
との大小を監視することにより（特開昭57−115959
号）、ブレークアウトの予知は一応可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、鋳型温度は連続鋳造時常に安定している
とは限らず、鋳型内の湯面変動，引抜速度の大小，鋳型
内に投入した潤滑用パウダの不均一流入及び鋳型と鋳片
との接触面積の大小等の原因により変化する。

特に、中炭素鋼又は低炭素鋼を連続鋳造する場合はその
変化が著しく現れ、第８図に示すように単位時間（ｔ）
当たりの鋳型温度（Ｔ）変化率（以下これを単に鋳型温
度変化率という）dT/dtを監視したときには、上記原因
により生じた鋳型温度変化率が例えば4.5℃／秒のブレ
ークアウト予知用のしきい値（第７図参照）と同等か又
はそれよりも大きくなることがある。また鋳型温度
（Ｔ）と鋳型温度移動平均値（）との差（Ｔ−）を
監視した場合にもしきい値、例えば27℃（第７図参照）
と同等か又はそれよりも大きくなることがある。

このため、従来方法による場合には凝固殻の破断が実際
には発生していないときにもブレークアウトと予知する
頻度が高く、信頼性に欠ける。またブレークアウトを予
知すると、一般に引抜きを停止するか或いは引抜速度を
相当遅くするため操業安定性が悪く、鋳片品質が低下す
る。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、鋳造
中の鋳型温度が安定しない場合であっても高精度でブレ
ークアウトを予知できる方法を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る連続鋳造におけるブレークアウト予知方法
は、連続鋳造用鋳型の１又は２以上の位置夫々で鋳型温
度を測定し、その測定時点より前であって、且つ測定時
点に近い所定期間について鋳型温度の標準偏差及び平均
温度を各位置毎に算出し、前記測定時点での鋳型温度と
算出した平均温度との差を求め、この鋳型温度差と標準
偏差に比例するしきい値との大小比較にてブレークアウ
トを予知することを特徴とする。

即ち、本発明に係る連続鋳造におけるブレークアウト予
知方法は、連続鋳造用鋳型の１又は２以上の位置夫々で
鋳型温度を測定し、その測定時点より前の所定期間での
鋳型温度の標準偏差及び平均温度を各位置毎に算出し、
前記測定時点での鋳型温度と算出した平均温度との差を
求めこの鋳型温度差と標準偏差に比例するしきい値との
大小比較にてブレークアウトを予知することを特徴とす
る。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。第１図は
本発明の実施状態を示す模式図であり、図示しないタン
ディッシュに収納された溶鋼等の溶融金属１はその下に
取付けられた浸漬ノズル２を経て一定周期で上下振動し
ている鋳型３へ装入される。鋳型３内の溶融金属１は、
潤滑用の投入パウダ６が鋳型３の内壁に沿って流れ込ん
で形成されたパウダ膜を介して一次冷却されて凝固殻５
を形成し、これを周壁とする鋳片４は図示しないピンチ
ロールにより下方へ引抜かれていく。

鋳型３の湯面レベルよりも下には引抜方向（矢符方向）
に沿って３箇所に熱電対等の測温素子11,12,13の先端が
埋設されており、各測温素子11,12,13にて測定された鋳
型温度ＴはA/D変換器14にてアナログ／ディジタル変換
されて夫々減算器15,25,35、平均温度算出回路16,26,36
及び標準偏差算出回路17,27,37へ与えられる。

平均温度算出回路16,26,36及び標準偏差算出回路17,27,
37は夫々A/D変換器14からの入力信号を例えば0.5乃至１
秒の所定ピッチで取込み、最新の入力信号を含むそれ以
前のｍ個分の入力信号を記憶，更新し、平均温度算出回
路16,26,36は記憶している信号のうちで記憶順位の若い
方からｎ個分の信号の平均温度を求め、これを標準偏
差算出回路17,27,37及び減算器15,25,35へ与える。

減算器15,25,35は入力した鋳型温度Ｔと平均温度との
差（Ｔ−）を求め、これを比較器19,29,39へ与える。
標準偏差算出回路17,27,37は前同様のｎ個分の信号の標
準偏差σを求め、これを積算器18,28,38へ与える。積算
器18,28,38には定数Ｋが図示しない入力設定器から入力
されるようになっており、積算器18,28,38は定数Ｋと標
準偏差σとの積Ｋ・σを求めて比較器19,29,39へ出力す
る。

比較器19,29,39には下記（１）式が設定されており、比
較器19,29,39は入力した２信号が（１）式を満足する場
合には警報器40にて警報を発せしめると共に、図示しな
い制御装置へ異常発生信号を出力する。

（Ｔ−）≧Ｋ・σ …（１） 但し、定数Ｋは測温する鋳型位置に応じて夫々異なる値
を用いてもよい。

上記制御装置（図示せず）は異常発生信号を入力する
と、浸漬ノズル２の中途に設けたスライディングノズル
部７を油圧シリンダ８にて駆動して、浸漬ノズル２を一
旦閉じると共に図示しないピンチロールの回転を停止す
る。これについては浸漬ノズル２を僅かに開けた状態に
すると共に引抜速度を相当低下させるようにしてもよ
い。

このように構成された予知装置による本発明方法を以下
に説明する。

まず、上記m,n及びＫを次のように定める。連続鋳造す
る鋼種が中炭素鋼又は低炭素鋼である場合には、鋳型温
度は第２図（横軸に時間をとり縦軸に鋳型温度をとって
いる）に示す如く温度変化に周期があり、その周期は約
20乃至30秒である。なお、第２図は鋳型の上下方向に異
なる３位置での鋳型温度T₁,T₂,T₃について示している。
このためｎは30秒間に測定された信号のうち高精度で予
知できる数、例えば0.5秒毎に取込み、記憶するとして
約60個に定める。

また、凝固殻が破断した部分を測定する場合は、第３図
に示す如く鋳型温度がピーク値に達してから上昇直前の
元の温度に戻るまでの時間が約５乃至15秒である。この
ため、ｍはこの５乃至15秒に相当する温度変化期間が予
知に必要な期間に含まれないようにするのが良く、５乃
至15秒に上記30秒を加えた35乃至45秒間に連続的に測定
された信号のうち高精度で予知できるピッチの数、例え
ば0.5秒毎に記憶するとして70〜90個に定める。

Ｋの値については鋳型寸法、引抜速度等により異なる
が、以下に説明する本発明を行った結果に基づいて５乃
至10の適当な値、つまり凝固殻破断が起こる臨界の温度
変化量に定める。

斯かる準備が終了すると連続鋳造を開始し、その後引抜
きを開始すると予知装置を作動させる。測温素子11,12,
13にて各位置の鋳型温度Ｔが測定されると、平均温度差
算出回路16,26,36及び標準偏差算出回路17,27,37は鋳型
温度Ｔ信号を記憶し、記憶信号の数がｍ個となるまで演
算を行わず、また出力しない。

そして、ｍ個目の信号が記憶されると、そのうち記憶順
位が若い方からｎ個分の信号、つまり第３図に示すＡ領
域又はＡ′領域で求めたｎ個分の鋳型温度に基づいて、
その平均温度と標準偏差σを夫々算出し、出力する。

減算器15,25,35はｍ個目に入力した鋳型温度Ｔと平均温
度との差（Ｔ−）を求める。また積算器18,28,38は
定数Ｋと標準偏差σとの積（Ｋ・σ）を求める。

比較器19,29,39は２つの入力信号、つまりＴ−とＫ・
σとの大小を比較して上記（１）式を満足するか否か判
定する。即ち、前記原因による温度変化があっても標準
偏差σに比例するしきい値Ｋ・σよりも鋳型温度の変化
量（Ｔ−）が小さいか或いは大きいかを判定する。

次いで、ｍ＋１個目以降の信号が平均温度算出回路16等
及び標準偏差算出回路17等に記憶されると、前同様にし
て繰返す。

このようにして信号処理を行っている間に、比較器19等
のいずれか１つにて（１）式を満足する結果が得られる
と、該当する比較器はブレークアウトと予知し、警報器
40にて警報を発せしめると共に図示しない制御装置に異
常発生信号を出力する。制御装置は前述の如くスライデ
ィングノズル部７及び図示しないピンチロールを制御し
て溶鋼の装入及び鋳片の引抜を一旦停止する。

これにより、凝固殻が破断してその破断部から未凝固溶
鋼が漏出してもブレークアウトを未然に防止できる。

なお、上記実施例ではブレークアウト予知の判定を上記
（１）式にて行っているが、本発明はこれに限らず下記
（２）式を用いてもよいことは勿論である。

（Ｔ−）／σ≧Ｋ …（２） 第４図は前述の如くにして定めたしきい値Ｋ・σと鋳型
温度との関係を示す説明図である。第４図（ａ）は横軸
に時間を、縦軸に鋳型温度をとって示してあり、また第
４図（ｂ）は横軸に時間を、縦軸にＴ−をとって示し
てある。

第４図（ａ）はそのＢ領域では鋳型温度の変動が大き
く、これに対しＣ領域では鋳型温度の変動が小さくなっ
ており、Ｃ領域中に鋳型温度が急峻に上昇し、下降すブ
レークアウト微候信号Ｄが現われている。

このような場合しきい値Ｋ・σは第４図（ｂ）に一点鎖
線で示す如くになる。即ち鋳型温度の変動の大きいＡ領
域に対応する部分では、しきい値が略一定でＴ−を越
える安定したレベルに維持される。一方鋳型温度の変化
が小さくなるＣ領域に対応する部分ではしきい値が小さ
くなり、この結果Ｃ領域に対応する領域で生じる急峻な
Ｔ−の変動、即ちブレークアウト微候信号に対応する
信号を確実に捉えることが可能となる。

これに対し、例えばしきい値を一定にした場合には第４
図（ｂ）に破線で示す如くＴ−の変化に対し安定した
レベルを維持することが出来ず、誤検出が頻発し、また
仮令ブレークアウト微候信号を捉え得たとしても、これ
を誤検出信号と区別出来ず看過してしまう虞れがあるこ
とが解る。

第４図（ｃ）はＴ−の値毎の頻度を示すヒストグラム
をグラフ化して示す説明図であり、横軸に鋳型温度を、
また縦軸に度数をとって示してある。第４図（ａ）に示
す温度変動が大きいＢ領域に対応する部分を破線で、ま
た温度変動の小さいＣ領域に対応する部分を実践で夫々
示してある。

これから明らかな如く温度変動が大きい領域におけるし
きい値はＫσ₂,温度変動が小さい領域におけるしきい値
はＫσ_１となり、しきい値が鋳型温度の変動の程度に対
応して変化することが解る。

第５図は、丸鋳片連続鋳造機の内径:187mm,長さ900mmの
鋳型銅板に円周方向120゜ピッチの３方向で鋳型上端よ
り200,300,400mmの各位置に熱電対先端部を内壁面から5
mmの深さに埋設して、引抜速度2.0m/分で本発明を実施
し、その間凝固殻破断が発生しなかった場合の約６分間
の結果をまとめた図であり、本発明の予知精度について
従来方法のそれとを対比したものである。図中（ａ）は
引抜速度、（ｂ）は鋳型温度、（ｃ）は（Ｔ−）／σ
の各推移を示し、比較のために従来の単位時間当たりの
変化率を（ｄ）に、またＴ−を（ｃ）に併せて示して
いる。

この図より理解される如く、鋳型上端から200,300,400
の位置に設けた熱電対による鋳型温度をT₁,T₂,T₃とする
と、その温度変化は夫々（ｂ）に示すように変化した。
このとき従来の単位時間当たりの変化率による場合には
しきい値の５℃／秒を６分間の間に８回も超え、誤警報
を発し、また、（Ｔ−）による場合にはしきい値の10
℃を２回超えて誤警報を発した。これに対して本発明に
よる場合にはＫが５のときに誤警報を１回も発すること
がなく、前述のパウダの不均一流入等が発生してもこれ
に影響を受けずに凝固殻破断の検出、即ちブレークアウ
ト予知が可能である。

第６図は本発明によりブレークアウトを予知した場合の
鋳型温度T₁,T₂,T₃を他の操業条件と共にまとめた図であ
り、（ａ）は引抜速度と鋳型内湯面レベルの推移、また
（ｂ）は鋳型温度T₁,T₂,T₃の推移を示している。この場
合には第５図の場合と予知精度を変更して、具体的には
Ｋを７としてしきい値を高くして実施しており、この場
合もパウダの不均一流入等があって鋳型温度が変化して
も誤警報を発することがなく、実際に凝固殻が破断して
鋳型温度が変化したときにのみ警報を発した。そして、
この警報により一旦引抜速度を停止し、凝固殻が破断し
た部分を鋳型内で長時間冷却して凝固殻をより厚くし
て、つまりブレークアウトが発生しない状態にして再び
引抜を開始した。

鋳造終了後、その部分を検査すると溶鋼の漏出部がみら
れ、ブレークアウトを精度よく予知できることを確認し
た。

また、ブレークアウトの警報を発した時間付近での鋳型
温度のピークの熱電対検出時間差と熱電対間の離隔距離
とから凝固殻破断部の降下速度を求めてみると引抜速度
2m/分よりも遅く、1m/分である。この速度で破断部が移
動していくと仮定すると、ブレークアウトが発生する約
42秒前にブレークアウトの予知がなされたことになり、
より速い引抜速度3.5m/分で連続鋳造する場合にも約24
秒前にブレークアウトを予知でき、時間的余裕をもって
凝固殻破断に対処でき、ブレークアウトを確実に防止で
きる。

なお、上記実施例では引抜方向に異なる鋳型の３位置で
鋳型温度を測定しているが、本発明はこれに限らず、引
抜方向及びそれに直交する方向に拘わらずに、１若しく
は２又は４以上の任意の位置での鋳型温度を測定しても
ブレークアウトを予知できることは勿論である。但し、
鋳型温度の引抜方向測定位置としては、凝固殻破断を検
出して操業条件を変更し、これによりブレークアウトを
未然に防止できる時間的に余裕のある位置にするのが好
ましい。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法は測定した鋳型温度と、そ
の測定時点よりも前であって且つこれに近い所定期間に
ついて鋳型温度の標準偏差及び平均温度を求め、測定し
た鋳型温度と平均鋳型温度との差と、前記所定期間で求
めた鋳型温度の標準偏差に比例するしきい値とを比較す
ることとしたから、しきい値には鋳型温度測定時点近く
における温度変動の状況を反映させることが出来、鋳型
中の湯面変動，引抜速度の大きさ，パウダの不均一流
入，鋳型と鋳片との接触面積変化等に起因して鋳型温度
が変化してもそれに影響を受けることなく、誤検出を回
避出来、しかも凝固殻破断を的確に検出してブレークア
ウトを確実に予知でき、信頼性の向上を図れ、また従来
方法では誤警報により操業条件を変更するために鋳片品
質が低下していたのを防止できる等本発明は優れた効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施状態を示す模式図、第２図は鋳型
温度変化の周期の説明図、第３図は本発明の標準偏差，
平均温度を算出する期間の説明図、第４図は本願発明方
法において用いるしきい値の鋳型温度変化に対する変化
を示す説明図、第５図，第６図は本発明の効果の説明
図、第７図，第８図は従来技術の問題点の説明図であ
る。 ３……鋳型、４……鋳片、11,12,13……測温素子、15,2
5,35……減算器、16,26,36……平均温度算出回路、17,2
7,37……標準偏差算出回路、18,28,38……積算器、19,2
9,39……比較器、40……警報器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続鋳造用鋳型の１又は２以上の位置夫々
   で鋳型温度を測定し、その測定時点より前であって、且
   つ測定時点に近い所定期間について鋳型温度の標準偏差
   及び平均温度を各位置毎に算出し、前記測定時点での鋳
   型温度と算出した平均温度との差を求め、この鋳型温度
   差と標準偏差に比例するしきい値との大小比較にてブレ
   ークアウトを予知することを特徴とする連続鋳造におけ
   るブレークアウト予知方法。