JP2000317595A - 連続鋳造鋳片の表面疵予知方法 - Google Patents

連続鋳造鋳片の表面疵予知方法

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JP2000317595A
JP2000317595A JP11125489A JP12548999A JP2000317595A JP 2000317595 A JP2000317595 A JP 2000317595A JP 11125489 A JP11125489 A JP 11125489A JP 12548999 A JP12548999 A JP 12548999A JP 2000317595 A JP2000317595 A JP 2000317595A
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伯公 山崎
Noriyuki Suzuki
規之 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オンラインで、鋳造中に鋳型内で発生する表
面欠陥の芽を、温度測定素子が設置された場所のみなら
ず、モールド面内の他の場所でも正確に予知し、鋳片表
面欠陥発生を最小限に抑制できる、表面欠陥予知、検知
方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 連続鋳造用鋳型に、その鋳造方向及び/
又は幅方向に複数の温度測定素子を設置して鋳型温度を
計測し、同時に計測した溶鋼の湯面レベル、及び鋳造速
度からオンラインにて伝熱、凝固計算を行い、鋳片シェ
ル厚み及びシェル内温度分布を計算し、この値に基づ
き、鋳造方向及び鋳型周方向の鋳片の変形及び応力状態
を計算し、引張り応力値又は歪みが、所定値以上になっ
たときに鋳片の表面疵の発生を検知あるいは予知するこ
とを特徴とする連続鋳造鋳片の表面疵予知方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造にお
ける、鋳片の表面疵を予知する方法に関する。ここで表
面疵は割れ又はへこみと定義する。
【0002】
【従来の技術】連続鋳造で得られる鋳片には多種多様な
欠陥があり、発生状況は鋳型の機種、鋼種、鋳造サイ
ズ、及び操業条件等で異なる。表面縦割れ及び横割れに
関しては、特に炭素を0.1〜0.18%の範囲で含有する鋼の
場合、割れやすいことが良く知られている。これは、初
期凝固中にパウダーの流入不足や流入過多により局所的
な抜熱の不均一が生じ、シェル厚が薄くなった部分で歪
みが発生し、割れの芽が発生、二次冷却でこの部分が拡
大して縦割れ及び横割れになるとされている。現状、割
れの有無は、鋳造終了後の疵検査工程にて初めて目視確
認できるもので、鋳造中になんらかのアクションをと
り、疵の発生を抑制することはできない。割れを低減さ
せることを目的に、均一に流入し凝固の不均一を緩和
できる、パウダーの開発、鋳型の上部にスリットを加
工したり、断熱層を設置したりすることでメニスカス部
を緩冷却にする技術の開発が行われている。しかし、鋳
造中に割れの発生を予測して、危険時にはアクションを
とり、割れによる被害を最小限に抑える方法として有効
なものがないのが現状である。
【0003】鋳型内で割れを予知する技術としては特開
平8-117944号公報に示されるような、鋳型内に設置した
温度測定素子の温度パターンから割れ発生の核を検知す
るものがある。この方法は、鋳造方向に複数個設置した
温度測定素子による鋳型温度の測定結果から、信号のパ
ターン処理(温度低下部が時間と共に下方に移動する現
象をパターン化)により、割れの芽の発生を検知する方
法である。また、特開平4-237549号公報に示されるよう
な、割れの芽が発生し、鋳型と鋳片間にエアギャップが
生成することに着目して、このギャップ量をセンシング
する方法も割れの予知方法として発明されている。ま
た、鋳片横割れに関しては、縦割れ同様、凝固の不均
一、オシレーションマーク谷部での切り欠き効果等、メ
カニズムについては諸説あるが、予知、検知に関しては
決定的な方法が存在しない。鋳片にへこみを生じる欠陥
(デプレッション)に関しては、へこみが生じたことに
よる温度測定素子での測定温度の降下から、パターン認
識で欠陥を検知する方法(特開昭61-251757号公報、特
開平10-193065号公報)等があるが、欠陥部が温度測定
素子設置位置を通過しなければ、検知できないのは前述
の割れの予知と同様である。また、へこみの検知は可能
であるが、予知することは不可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平8-11
7944号公報に開示された発明は、温度測定素子の情報を
そのまま利用しているため、割れの芽が、温度測定素子
設置位置を通過した時のみ、判定が可能で、温度測定素
子が設置されていない場所を、割れの部位が通過した場
合は、検知が不可能であるという欠点がある。つまり、
この方法では、幅方向に何カ所、温度測定素子を設置で
きるかで、予知の精度が大きく左右される。また、温度
測定素子温度は、割れに直結した状態量ではないため、
普遍的な割れ判定のしきい値を設定することが難しい。
また、特開平4-237549号公報に開示された発明では、鋳
型内面にギャップを測定するセンサーを直接設置してい
るため、鋳型のメンテナンス、センサーの耐久性上問題
があり、実現は容易ではない。本発明は、上記課題に鑑
みて創案されたものであって、既存の鋳型設備に特殊な
センサーを新たに設置することなく、オンラインで、鋳
造中に鋳型内で発生する表面欠陥の芽を、温度測定素子
が設置された場所のみならず、モールド面内の他の場所
でも正確に予知し、速やかに割れの防止措置を実施し、
鋳片表面欠陥発生を最小限に抑制できる、表面欠陥予
知、検知方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】上
記目的を達成するために本発明は、鋳造中にオンライン
で凝固シェル厚を計算し、同時に計算されたシェル温度
から、鋳片の変形−応力状態を計算し、応力あるいは歪
みが所定の値以上になったときに、表面疵発生を予知す
る方法である。凝固シェル厚のオンラインの計算には、
例えば特開平10-277716号公報に示されるような方法が
有効である。この方法は、メニスカス部でのシェル厚を
0として、鋳造方向に複数個並んだ温度測定素子の温度
情報から、鋳片抜熱量を計算し、シェル厚を積算して求
める手法である。凝固シェル厚の計算に、鋳造中のリア
ルタイムの湯面レベルデータ、鋳造速度、温度測定素子
温度を使用している。さらに、凝固シェルの応力−歪み
を計算するためには、凝固シェル幅方向、鋳造方向のシ
ェル厚み、シェル内温度分布を計算する必要がある。幅
方向の分布を求めるためには、鋳型の周方向に数点の温
度測定素子を設置する(図1(a))必要がある。同様
に、鋳造方向の分布を計算するためには、鋳造方向に数
点の温度測定素子を設置する(図1(b))必要がある。
スラブでの疵予測の場合は、温度測定素子を周方向に
は、長辺の中央と、両コーナー近傍の2点、短辺の中央
1点、鋳造方向にはそれぞれ最低2点設置する(図1
(C))のが好ましい。これは、面中央部とコーナー部で
抜熱挙動が大きく異なること、凝固シェルの変形挙動に
コーナー部と面部のバランスが大きく影響することか
ら、少なくともシェル厚、温度の面−コーナーのバラン
スを計算する必要があるためである。
【0006】さらに、鋳片の応力−歪みの計算は、鋳造
過程が極めて高い温度の現象であるために、時間非依存
の塑性変形だけでなく、粘塑性変形すなわち時間依存の
クリープの影響を考慮するのが好ましい。この場合、あ
る時点での歪みは、その時の応力の他にそれまで材料が
受けた変形の履歴にも依存した計算が必要であり、歪み
増分理論を用いた解析が有効である。ここで、凝固過程
での相変態も考慮に入れると、全歪み速度は次の(1)
式で表すことができる。
【式1】 ここでそれぞれの歪み速度に関して、応力−歪み関係式
を式(1)に代入して変形すると、式(2)に示す剛性
方程式になる。
【式2】
【0007】ここで(2)式を、境界条件(鋳型−凝固
シェル間の接触、摩擦も考慮)のもとで計算すれば、応
力−歪み状態を計算できる。計算の手法としては、有限
要素法が一般的に用いられる。ただし、オンラインで計
算を実行するためには、図2に示すように、計算に用い
る要素数を少なくする等のモデル化が好ましい。このモ
デルは、鋳型内の鋳片全体を計算するのではなく、鋳片
を鋳造方向に輪切りにした領域のみを非定常で解くモデ
ルである。割れの芽がメニスカスから200mm程度位置に
発生していると考えられることから、計算時間のことを
考慮すると、応力歪みの計算はメニスカスから200m
m位置までと設定するのが好ましい。要素数を少なく
し、計算領域も小さくとることで、オンラインでの応力
−歪み状態の計算が可能である。また、鋳片の鋳造方向
の引張り応力、歪みは、鋳片の横方向の割れを引き起こ
すと考えられ、この指標に所定のしきい値を設定してお
けば、表面横割れ、あるいは、横デプレッションを検
知、あるいは予知することが可能である。同様に、鋳片
の周方向の引張り応力、歪みは、鋳片の縦割れ、あるい
は、縦デプレッションを引き起こす指標になる。
【0008】
【実施例】
【実施例1】以下、本発明の好適な実施の形態を添付図
に基づいて詳細に説明する。図3は、本発明の実施例に
係わる表面疵予知検知方法を示すフローチャートを示し
ている。オンラインで計測した鋳型温度、鋳造速度、湯
面レベル等から、凝固計算を行い、鋳片内の温度分布を
計算し、それに基づき鋳片の応力状態を計算、メニスカ
ス部から200mm位置まで計算後、新しい鋳片の輪切
り要素を発生させ、同一の計算を繰り返す。計算中、応
力,歪みの最大値を常にモニタリングし、その最大値の
増加傾向から表面割れの発生を予知して警報を発するシ
ステムである。実施例としてビレット鋳型の図4に示す
位置(面部2点、コーナー部2点)に温度測定素子を設
置し、オンラインで温度を計測し応力歪みを計算した例
を示す。面部、コーナー部に設置された温度測定素子か
ら計測した温度を用いて凝固計算を行い、各面、コーナ
ーでの凝固シェル厚及びシェル内温度分布を計算し、そ
れに基づき(2)式より応力―歪み状態を計算した。前
述の鋳片の輪切りモデルにより、メニスカスから40秒
までの応力状態を計算した例を図5に示す。図は横割れ
を引き起こす鋳造方向の応力値の変化を示し、横軸はメ
ニスカスからの経過時間、縦軸は面部の縦割れ方向の表
面応力値を示す。
【0009】
【実施例2】図6は、実際に割れが発生した中炭素鋼
(鋳造速度1mpm)において、割れの予測を前述の応
力の最大値による指標で行った例である。この図の横軸
は、時間、縦軸はメニスカスから200mm位置までの
表面応力の最大値。応力値が増大している箇所で、実際
の鋳片に割れが生じていることが分かる。かくして本実
施形態によれば、割れを早期に予知できることができ
る。割れの予知後に、操業アクションをとれば、割れの
大量発生を未然に防ぐことができ、さらに検査、手入れ
コストの削減が可能となる。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
連続鋳造鋳片の凝固シェルの表面応力−歪みをオンライ
ンで計算することで、鋳片に生じる表面疵の発生を正確
かつ簡易に予知できるものである。さらには、疵の芽の
早期発見により、予知後の操業アクションで、疵の大量
発生の防止、検査、手入れコストの削減の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態において、鋳型の温度測定素
子設置位置を示す説明図である。
【図2】本発明の実施形態において、鋳片の応力−歪み
を計算するための有限要素法での要素例を示す説明図で
ある。
【図3】本発明の実施例に係わる連続鋳造における表面
疵予知方法を示すフローチャートである。
【図4】本発明の実施例に係わる、ビレット鋳型におけ
る温度測定素子の設置場所を示す説明図である。
【図5】本発明の実施例に係わる、応力状態の計算結果
を示す説明図である。
【図6】本発明の実施例に係わる表面応力の時間変化
と、割れの発生状況との対応を示す説明図である。
【符号の説明】
1 長辺銅板 2 短辺銅板 3 温度測定素子 4 凝固シェル 5 有限要素法計算要素 6 チューブラー鋳型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01K 13/00 G01K 13/00 G01L 1/00 G01L 1/00 M

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続鋳造用鋳型に、その鋳造方向及び/
    又は幅方向に複数の温度測定素子を設置して鋳型温度を
    計測し、同時に計測した溶鋼の湯面レベル、及び鋳造速
    度からオンラインにて伝熱、凝固計算を行い、鋳片シェ
    ル厚み及びシェル内温度分布を計算し、この値に基づ
    き、鋳造方向及び鋳型周方向の鋳片の変形及び応力状態
    を計算し、引張り応力値又は歪みが、所定値以上になっ
    たときに鋳片の表面疵の発生を検知あるいは予知するこ
    とを特徴とする連続鋳造鋳片の表面疵予知方法。
  2. 【請求項2】 前記鋳造方向の引張り応力値又は歪みが
    所定値以上になったときに、鋳片の表面横割れあるいは
    横方向へこみの発生を予知することを特徴とする請求項
    1記載の連続鋳造鋳片の表面疵予知方法。
  3. 【請求項3】 前記鋳型周方向の引張り応力値又は歪み
    が所定値以上になったときに、鋳片の表面縦割れあるい
    は縦方向へこみの発生を予知することを特徴とする請求
    項1記載の連続鋳造鋳片の表面疵予知方法。
  4. 【請求項4】前記応力状態の計算範囲を、メニスカスか
    ら200mm位置までとした、請求項1〜3のいずれか
    1項に記載の連続鋳造鋳片の表面疵予知方法。
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