JP2001269755A - 連続鋳造における鋳型へ供給する溶鋼の流動性判定方法 - Google Patents

連続鋳造における鋳型へ供給する溶鋼の流動性判定方法

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JP2001269755A
JP2001269755A JP2000086538A JP2000086538A JP2001269755A JP 2001269755 A JP2001269755 A JP 2001269755A JP 2000086538 A JP2000086538 A JP 2000086538A JP 2000086538 A JP2000086538 A JP 2000086538A JP 2001269755 A JP2001269755 A JP 2001269755A
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sliding nozzle
molten steel
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casting
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Toshiyuki Wakabayashi
利幸 若林
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
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Nisshin Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、鋳造スラブの品質劣化を未然に防
ぐ判定方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明による連続鋳造における鋳型へ供
給する溶鋼の流動性判定方法は、スライディングノズル
(2)に閉塞が発生していないとの仮定の下で理論的に求
まるスライディングノズルの理論開口面積(A)と、スラ
イディングノズル(2)に閉塞が発生する実際の鋳造状況
におけるスライディングノズル(2)の実績開口面積(B)と
から求まる閉塞指数(B/A)が所定値以上になると鋳造ス
ラブ(10)の品質異常であると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造における
スライディングノズルの閉塞による鋳造スラブの品質異
常を防ぐ溶鋼の流動性を判定する方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】連続鋳造において、鋳型内の溶鋼の流れ
を定量的に把握することは、鋳造スラブ製造上、もっと
も重要なポイントの一つである。スライディングノズル
を用いて連続鋳造すると、特にAlやTi等を含有する
鋼を鋳造する場合においては、鋳造時間の経過と共に溶
鋼中に残留浮遊あるいは析出するAl23やTiO2
の脱酸生成物がスライディングノズルや浸漬ノズルの内
壁やあるいは底部を含む吐出口近辺に付着成長してく
る。このように脱酸生成物がノズル内壁面に成長して来
ると、鋳造初期の形状維持が困難になり、ノズル閉塞等
の操業トラブルや非金属介在物に起因した鋳造スラブの
品質劣化等を招く。これらのノズル閉塞を検出する方法
として、ノズルから注入される溶鋼の偏流によって生ず
る浸漬ノズル支持機構への応力または振動を検出し、因
って検出信号により閉塞の有無を判断する方法が特開平
2-59154号公報に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】連続操業中に、スライ
ディングノズルの閉塞が進行すると、実質的なスライデ
ィングノズルの開口面積が減少するために鋳型内への溶
鋼供給量が不足し、湯面レベルが徐々に下降する。湯面
レベルが下降するとレベル計からの信号により湯面を維
持するように制御系が働き、スライディングノズルをよ
り大きく開くように作動する。このため、スライディン
グノズルで鋳型内溶鋼湯面を制御する連続鋳造機におい
ては、ノズル内の閉塞状況を表す指標として、一般には
スライディングノズルの開度、例えばスライディングノ
ズルのノズル孔を開閉させるシリンダーのストローク量
や鋳型内の溶鋼湯面の湯面レベル変動量があり、これら
を指標として用い溶鋼流れの変化として鋳造スラブの管
理・品質判定を行っていた。
【0004】しかし、スライディングノズルの開度は、
鋳造するスラブの幅や鋳造速度によって異なる為に、一
義的な管理指標・品質判定とはならず、鋳造スラブが熱
間圧延工程を経て最終工程である冷延・焼鈍工程を終え
た後フクレ欠陥の発生を見出す場合もあった。
【0005】そして、スライディングノズルを用いて連
続鋳造すると、特にAlやTi等を含有する鋼を鋳造す
る場合においては、鋳造時間の経過と共に溶鋼中に残留
浮遊あるいは析出するAl23やTiO2等の脱酸生成
物がスライディングノズル、浸漬ノズルの内壁やあるい
は底部を含む吐出口近辺に付着成長してくる。このよう
に脱酸生成物がノズル内壁面に成長して来ると、鋳造初
期の形状維持が困難となり、ノズル閉塞等の操業トラブ
ルや非金属介在物に起因した鋳造スラブの品質劣化等を
招く。
【0006】本発明は、スライディングノズルの内壁に
付着した付着物によって溶鋼流れの変化を経時的に検出
することによって、鋳造スラブの品質劣化を未然に防ぐ
判定方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の連続鋳造におけ
る鋳型へ供給する溶鋼の流動性判定方法は、連続鋳造用
の鋳型に溶鋼を注入するに際し、前記鋳型内の溶鋼の流
れ状態を評価する連続鋳造における鋳型へ供給する溶鋼
の流動性判定方法において、スライディングノズルに閉
塞が発生していないとの仮定の下で理論的に求まるスラ
イディングノズルの理論開口面積と、前記スライディン
グノズルに閉塞が発生する実際の鋳造状況におけるスラ
イディングノズルの実績開口面積とから求まる閉塞指数
が所定値以上になると鋳造スラブの品質異常であると判
定し、また、前記理論開口面積は、タンディッシュの重
量に基づいて前記タンディッシュ内の湯面から前記スラ
イディングノズルまでの距離を演算してから、前記距離
と、鋳造速度と、鋳型幅と鋳型厚とに基づいて演算さ
れ、さらに、前記実績開口面積は、前記スライディング
ノズルの開度と、スライディングノズルの半径とに基づ
いて演算される構成である。
【0008】
【発明の実施の形態】図1において符号1で示されるも
のはダンディッシュであり、鋳造制御を行う制御系で
は、タンディッシュ1に収容されている溶鋼の重量を計
測する重量計、鋳型に溶鋼を注ぐときの流量をコントロ
ールするスライディングノズル2の開度を検出するSN
開度計3、鋳型厚・幅計4、鋳造速度を検出する速度検
出計5によって検出される各検出信号がコンピュータで
構成されるデータ演算装置6へ取り込まれ、演算結果が
CRT7に表示されてオペレーションに提供すると共
に、鋳造長をトラッキングして切断後の鋳片品質情報と
して管理利用される。
【0009】本発明による連続鋳造における鋳型へ供給
する溶鋼の流動性判定方法は上述のような構成であり、
このような装置において理論開口面積である理論SN部
開口面積Aおよび実績開口面積である実績SN部開口面
積Bの比で表される閉塞指数B/Aを用いて、操業管理
及び品質判定を行うものである。なお、図1において、
符号8で示されるものは浸漬ノズル、9は鋳型、10は
鋳造スラブである。
【0010】上述のように、連続鋳造の操業中で、湯面
変動などの鋳型内の溶鋼流動による鋳造スラブの品質に
影響を与える因子として、ノズル閉塞が大きな要因とし
て挙げられる。ノズル内壁や低部吐出口近傍に前記した
酸化物等が付着し内壁を塞ぐと、鋳型内で溶鋼の片沸き
と呼ばれる偏流が起こり、結果として鋳造スラブの品質
に悪影響を及ぼしていた。
【0011】本発明では、理論的スライディングノズル
の開度面積と実際のスライディングノズル開度面積の経
時的変化に着目し、これらの比である閉塞指数を用いて
判定を行う。即ち、理論的に求まる必要なスライディン
グノズル開度面積と実績のスライディングノズル開度面
積を操業データから得られる値を用いて随時計算し、こ
の計算値を比較することによって、ノズル内の閉塞状態
を表す指標として鋳造操業管理と鋳造スラブの品質管理
である品質判定に使用する。
【0012】判定に用いるデータは各計測機器によって
計測される鋳型幅(W)、鋳型厚み(D)、鋳造速度(V
c)、タンディッシュ重量(Wt)、スライディングノ
ズル開度(X)である。なお、鋳型幅Wとは鋳型内長辺
の長さであり、鋳型厚Dとは鋳型内短辺の長さである。
但し、全開を零、全閉時を2rとしてストローク値及び
スライディングノズル部の真円時の半径(R)とする。
また、溶鋼比重をρとし、圧力損失係数をKとし、形状
因子を考慮して上ノズル部ではK=0〜0.05の数値
を採用した。さらに、計算に用いる定数として、スライ
ディングノズル内での溶鋼流速をU、溶鋼静圧を求める
為にタンディッシュ内の溶鋼湯面からスライディングノ
ズル部までの距離、すなわち、溶鋼ヘッドをH、理論ス
ライディングノズル開度面積をA、実績スライディング
ノズル開度面積をBとしている。
【0013】理論スライディングノズル開度面積は以下
のようにして求めることができる。タンディッシュ湯面
からスライディングノズル部までにベルヌーイの定理を
当てはめると、 1/2×(1+K)ρU2=ρgH (1) 物質収支の式をスライディングノズル部と鋳型に当ては
めると次のようになる。 W×D×Vc=U×A (2)
【0014】式(1)と式(2)より理論的に必要なス
ライディングノズル部の開度面積Aは A=W×D×Vc/{√[2gH/(1+K)]} (3) ここに、W、D、Vcは直接操業データを代入して求
め、溶鋼のヘッドHはタンディッシュ形状からタンディ
ッシュ重量Wtの関数として表される。
【0015】なお、溶鋼ヘッド高さHは、例えば、タン
ディッシュ風袋重量をWe、タンディッシュ底面から浸
漬ノズルの溶鋼吐出孔までの距離をHns、溶鋼比重を
ρ、タンディッシュ平面積をSとすると、次式の如く表
される。 H=(Wt−We)/(ρ×S)+Hns (4) また、この関係を図2に示す。図2において符号11で
示されるものが溶鋼である。ここで、タンディッシュ平
面積Sが高さ方向で変化する場合は、平面積Sを高さの
関数で表し、上記式をHについて整理すれば、常時計測
できるタンディッシュ重量Wt以外は定数のため、溶鋼
ヘッド高さHをタンディッシュ重量Wtのみの関数で表
せる。
【0016】即ち、この理論SN部開口面積Aとは、上
述のパラメータにより理論的な鋳造状況に基づいて求め
ることのできるスライディングノズル2の開口面積を表
すものである。また、圧力損失係数Kは上ノズル部の形
状因子から0.05以下であるため、ここではK=0と
して取り扱う。但し、 K:圧力損失係数 U:スライディングノズル内での溶鋼流速 ρ:溶鋼比重 W:鋳型の下端幅 D:鋳型厚み Vc:鋳造速度 A:理論スライディングノズル開口面積 g:重力加速度 H:溶鋼ヘッド高さ Wt:タンディッシュ重量 K:圧力損失係数 である。
【0017】次に実績スライディングノズル開口面積B
を求める。 B=2×r2×COS-1(x/2r)−x×(r2−x2/4)1/2 (5) 但し、 B:実績スライディングノズル開度面積 r:スライディングノズル部の半径 x:スライディングノズル開度(全閉時を2r、全開時
を0としたスライディングノズル移動距離) である。即ち、実績SN部開口面積Bとは、スライディ
ングノズル2に閉塞が生じた際に、理論SN部開口面積
Aよりも開口量を増大させた開口面積をいうものであ
り、閉塞部分を除いたスライディングノズル2の実質的
な開口面積ではなく、SN開度計3により検出されるス
ライディングノズル2の開度は羽口の作動量に対応する
面積を表す。
【0018】閉塞指数は前記した理論スライディングノ
ズル開口面積と実績スライディングノズル開口面積によ
って求める。 閉塞指数=実績スライディングノズル開口面積/理論スライディングノズル 開口面積=B/A (6) 閉塞面積=実績スライディングノズル開口面積―理論スライディングノズル 開口面積=B−A (7)
【0019】以上のようにして求まる閉塞指数及び閉塞
面積を検証するため、スライディングノズル2の開度を
検出するSN開度計3、鋳型厚・幅計4、鋳造速度を検
出する速度検出計5から送信されるSN開度x、鋳型厚
W及び鋳造速度Vcと、さらに溶鋼を含んだタンディッ
シュ1の重量Wt及びスライディングノズル2の半径r
とをデータ演算装置6に取り込みながら、転炉で溶製し
た溶鋼を取鍋に受けて、二次精錬を行う為に真空脱ガス
装置に取鍋を装入し精錬を行い、取鍋からタンディッシ
ュ2へ溶鋼を受鋼して連続鋳造装置にて鋳造スラブを連
続鋳造した。
【0020】図3に示すように、極低炭素鋼の操業デー
タから連続鋳造番号(ヒート数)と前記した閉塞指数と
は高い相関関係を示す。さらに、スラブを熱間圧延機に
て圧延を行い熱延帯鋼にし、次いで酸洗工程を経て冷間
圧延焼鈍を行って得た冷延鋼板におけるフクレ疵発生率
と閉塞指数の関係は図4に示すとおりである。
【0021】閉塞指数と連続鋳造の操業・スラブ品質に
は高い相関が見られ、本発明による閉塞指数B/Aを用
いると、図4のように、閉塞指数B/Aが1.6を越え
ると急激にフクレ欠陥が発生することを定量的に示すこ
とができた。従って、本発明による閉塞指数B/Aを用
い、この閉塞指数B/Aが1.6以上になった場合に鋳
造スラブ(10)の品質異常であると判定すれば、操業安定
化及び品質向上を図ることができる。また、スライディ
ングノズル2の閉塞状況が進行した場合にアラーム等の
警報を発するように構成すれば、閉塞状況の悪化を即座
に把握することができる。
【0022】
【発明の効果】本発明の連続鋳造における鋳型へ供給す
る溶鋼の流動性判定方法は、連続鋳造用の鋳型に溶鋼を
注入するに際し、前記鋳型内の溶鋼の流れ状態を評価す
る連続鋳造における鋳型へ供給する溶鋼の流動性判定方
法において、スライディングノズルに閉塞が発生してい
ないとの仮定の下で理論的に求まるスライディングノズ
ルの理論開口面積と、前記スライディングノズルに閉塞
が発生する実際の鋳造状況におけるスライディングノズ
ルの実績開口面積とから求まる閉塞指数が所定値以上に
なると鋳造スラブの品質異常であると判定するので、ス
ライディングノズルの閉塞状況を定量的に把握でき、ま
た、浸漬ノズルの早期交換が可能になり、また、鋳造ス
ラブの品質向上及び操業安定化を図ることができ、フク
レ欠陥危険材を下工程に向けることが少なくなるので製
造コストの削減を図ることができる。また、前記理論開
口面積は、タンディッシュの重量に基づいて前記タンデ
ィッシュ内の湯面から前記スライディングノズルまでの
距離を演算してから、前記距離と、鋳造速度と、鋳型幅
と鋳型厚とに基づいて演算されるので、スライディング
ノズルの閉塞状況を正確に判定することができる判定方
法を提供することができる。さらに、前記実績開口面積
は、前記スライディングノズルの開度と、スライディン
グノズルの半径とに基づいて演算されるので、スライデ
ィングノズルの閉塞状況を正確に判定することができる
判定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の概念図である。
【図2】 図1の要部を拡大して示す概念図である。
【図3】 連続鋳造数と閉塞指数の関係を説明する図で
ある。
【図4】 フクレ欠陥発生率と閉塞指数との関係を説明
する図である。
【符号の説明】
1 タンディッシュ 2 スライディングノズル 3 SN開度計 4 鋳型厚・幅計 5 鋳造速度計 6 演算装置 7 CRT 8 浸漬ノズル 9 鋳型 10 鋳造スラブ 11 溶鋼

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続鋳造用の鋳型(9)に溶鋼を注入する
    に際し、前記鋳型(9)内の溶鋼の流れ状態を評価する連
    続鋳造における鋳型へ供給する溶鋼の流動性判定方法に
    おいて、スライディングノズル(2)に閉塞が発生してい
    ないとの仮定の下で理論的に求まるスライディングノズ
    ルの理論開口面積(A)と、前記スライディングノズル(2)
    に閉塞が発生する実際の鋳造状況におけるスライディン
    グノズル(2)の実績開口面積(B)とから求まる閉塞指数(B
    /A)が所定値以上になると鋳造スラブ(10)の品質異常で
    あると判定することを特徴とする連続鋳造における鋳型
    へ供給する溶鋼の流動性判定方法。
  2. 【請求項2】 前記理論開口面積(A)は、タンディッシ
    ュ(1)の重量(Wt)に基づいて前記タンディッシュ(1)内の
    湯面から前記スライディングノズル(2)までの距離(H)を
    演算してから、前記距離(H)と、鋳造速度(Vc)と、鋳型
    幅(W)と鋳型厚(D)とに基づいて演算されることを特徴と
    する請求項1記載の連続鋳造における鋳型へ供給する溶
    鋼の流動性判定方法。
  3. 【請求項3】 前記実績開口面積(B)は、前記スライデ
    ィングノズル(2)の開度(x)と、スライディングノズルの
    半径(r)とに基づいて演算されることを特徴とする請求
    項1又は2記載の連続鋳造における鋳型へ供給する溶鋼
    の流動性判定方法。
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