JP2006255730A - 連続鋳造におけるブレークアウト予知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 拘束性ブレークアウト以外の要因によって生じる温度変化をブレークアウトが発生すると誤判断してしまう回数を少なくすることができ、しかも正確に拘束性ブレークアウトを予知することが可能なブレークアウト予知方法を提案する。
【解決手段】 連続鋳造時に鋳造方向２箇所で鋳型温度を温度検出素子により検出し、該温度検出素子により検出した検出温度に基づき、下流側の検出温度から上流側の検出温度を引いて鋳造方向２箇所における温度差を求め、この温度差が設定したしきい値以上となったときにブレークアウトが発生すると予知するに際し、しきい値を、過去の定常状態における温度差に応じた最新の値に設定変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋳型の温度変化を検出して、連続鋳造中におけるブレークアウトを予知する方法に関する。

連続鋳造設備において、ブレークアウト事故が発生した場合は、長時間、操業を停止して、ブレークアウトを起こした鋳片の排出や溶鋼が付着したロール等の交換を行わざるを得なくなる。このため、連続鋳造時にはブレークアウトを予知し、事前にそれを防止することが重要である。
しかし、ブレークアウトを正確に予知することは難しく、連続鋳造設備ではブレークアウトが発生すると予知された場合、鋳造速度を下げるか、鋳造機を停止する操業が一般的に実施される。このため、連続鋳造操業中にブレークアウトが発生するという誤警報が頻繁に発せられた場合には、相当量の減産が生じる結果になる。

なお、鋼の連続鋳造操業においては、拘束性ブレークアウトが発生することが多い。
拘束性ブレークアウトは、モールドパウダーの流入状態の変化や湯面レベルの変化などに起因して凝固殻が鋳型内面に固着し、そのまま鋳片が引き抜かれると、凝固殻に内面から外面に続く破断部が生じ、その破断部が鋳型下端より出たとこで溶鋼が漏出することによって生じる。

このような拘束性ブレークアウトを予知する技術が各種提案されている（特許文献１〜３）。このようなブレークアウト予知技術は、鋳造方向複数箇所で鋳型温度を温度検出素子により検出し、検出温度に基づいて判定ロジックによりブレークアウトが発生するか否かを判定している。
特公昭５６−３８２９７号公報 特開昭５８−１４８０６号公報 特公平７−９０３４３号公報

ここで、上記特許文献１に記載のブレークアウト防止装置は、下流側の感温素子の検出した温度が上流側の感温素子の検出した温度より高く、かつその温度差が設定値以上になるとレベル検出器が異常信号を発生するように構成した装置である。
また特許文献２に記載の拘束性ブレークアウト予知方法は、鋳造方向複数箇所に埋め込んだ熱電対中の一つの熱電対の検出温度が検出平均温度より一旦上昇してから下降したことを検出し、この一つの熱電対に隣接した他の少なくとも一つの熱電対で、続いて上記検出温度の温度変化パターンが検出されたときをブレークアウト発生として判断する判定ロジックとしている。

しかし、上記した特許文献２に記載のブレークアウト判定ロジックでは、温度変化が拘束性ブレークアウト以外の要因、例えばモールドパウダーの流入状態の変化等によっても生じるから、ブレークアウトを正確に予知するのが難しいという問題がある。
また特許文献３に記載のブレークアウト予知方法は、鋳造方向２箇所での鋳型温度の差を求めてその単位時間当たりの変化率を算出し、その算出値と基準値との大小比較により、ブレークアウトが発生するのか否かを判定している。しかし、上記した特許文献３に記載の方法では、単位時間当たりの変化率が時間の取り方によって大きく変化する。このため、ブレークアウトが発生するか否かを判断する判定ロジックに用いる基準値（以下、本発明ではしきい値と呼ぶ）の設定が難しく、拘束性ブレークアウト以外の要因による温度変化をブレークアウトが発生すると誤判断してしまうという問題がある。

ところで、上記特許文献１、２ではブレークアウトの判定ロジックに感温素子が検出した温度差を用いてブレークアウトが発生するか否かを判定している。
図３に真の鋳型温度に対して誤差の小さい正常な温度検出状態を示し、これに対して図４には真の鋳型温度に対して上流側のみ過小な温度を検出する異常な温度検出状態を示す。図３中、Ｒは、上流側及び下流側での検出温度が同じとなった時点、Ｐは温度差ΔＴ（＝Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）がしきい値θとなった時点を示す。またＲ時点前後の↓で示すピークは、拘束性ブレークアウトに起因する温度上昇を示す。従来から拘束性ブレークアウトが発生する際には、Ｒ時点より前に上流側の検出温度Ｔ_Ｕに温度上昇ピークが生じ、Ｒ時点より後に下流側の検出温度Ｔ_Ｌに温度上昇ピークが生じることが知られている。

ここで、図３、４中、Ｒ時点より前の温度変動の小さいところが定常状態であり、Ｒ時点以降で定常状態に対して上流側と下流側の検出温度の逆転現象が起こっている。
このため、感温素子の検出状態が異常となったときには、次のような問題が生じる。例えば、上流側と下流側の感温素子が正常に埋設された状態から、上流側のみ埋設状態が経時変化し、真の鋳型温度に対して上流側のみ過小な温度を検出するようになった場合には、ブレークアウトの判定ロジックに用いる温度差が小さくなる。

したがって、図３のように正常な温度検出状態では、判定ロジックにより拘束性ブレークアウトを正確に判定することができるが、一方、図４のように異常な温度検出状態では、拘束性ブレークアウト以外の要因によって生じる温度変化（モールドパウダーの流入状態の変化や湯面レベルの変化など）に起因し、判定ロジックにより正確に判定できず、誤警報が発せられることがわかった。異常な温度検出状態となる原因としては、埋設状態の経時変化だけではなく、感温素子の劣化度合の進展、接触状態や雰囲気の変化などが挙げられる。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、拘束性ブレークアウト以外の要因によって生じる温度変化に起因して、ブレークアウト警報が発せられることを少なくでき、かつ拘束性ブレークアウトを正確に予知することが可能なブレークアウト予知方法を提案することを目的とする。

本発明者は、拘束性ブレークアウトを正確に予知する方法について鋭意検討し、ブレークアウトが発生するか否かを判定する判定ロジックに設定するしきい値を適切に設定することで上記課題を解決するようにした。
本発明は、以下のとおりである。
１．温度検出素子を互いに間隔を隔ててモールド内の鋳造方向２箇所に埋設して、連続鋳造中に発生するブレークアウトを予知する方法において、連続鋳造時に鋳造方向２箇所で鋳型温度を温度検出素子により検出し、該温度検出素子により検出した検出温度に基づき、下流側の検出温度から上流側の検出温度を引いて鋳造方向２箇所における温度差を求め、この温度差が設定したしきい値以上となったときにブレークアウトが発生すると予知するに際し、前記しきい値を、過去の定常状態における温度差に応じた最新の値に設定変更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。
２．前記しきい値を、過去の定常状態における温度差に応じて予め複数定めておき、過去の定常状態における温度差の時間平均値を所定時間毎に求め、複数のしきい値のうちから、対応するしきい値を最新の値として決定することを特徴とする上記１．に記載の連続鋳造におけるブレークアウト予知方法。

本発明によれば、モールドパウダーの流入状態の変化や湯面レベルの変化などの拘束性ブレークアウト以外の要因によって生じる温度変化をブレークアウトが発生すると誤判断してしまうことを少なくでき、拘束性ブレークアウトを正確に予知することができる。

以下、本発明をスラブ連続鋳造設備に適用した場合について図により説明する。
図１には、鋳片を製造するスラブ連続鋳造設備の要部を模式的に示した。
１０は浸漬ノズル、３は鋳型を示し、１４は保持・冷却装置を示す。鋳型３は、モールド３Ａとバックプレート３Ｂを備え、保持・冷却装置１４には複数の鋳造ローラ１２、１３が配置されている。またこのスラブ連続鋳造設備には下流側に鋳片を引き抜き可能なピンチロール、切断機等が設置されている。

スラブ連続鋳造設備では、鋳型３内に注入された溶鋼１が鋳型３により冷却され、凝固殻２の厚みが鋳型上部から鋳型下部にかけて徐々に厚くなる操業が実施されている。図１中、１は溶鋼、２は凝固殻を示す。１１はモールドパウダーを示す。
ここで本発明を実施するため、鋳型３には、鋳型温度を検出可能な熱電対などの温度検出素子４、５が互いに間隔を隔ててモールド３Ａ内の鋳造方向２箇所に設置されている。温度検出素子４は上流側の鋳型温度を検出し、温度検出素子５は下流側の鋳型温度を検出し、Ａ／Ｄ変換器６にアナログ信号を送っている。Ａ／Ｄ変換器６は、温度検出素子４、５から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してブレークアウト判定装置７に出力するように構成されている。

またブレークアウト判定装置７は、温度検出素子４、５により検出した検出温度に基づき、下流側の検出温度Ｔ_Ｌから上流側の検出温度Ｔ_Ｕを引いて鋳造方向２箇所における温度差ΔＴ（＝Ｔ_Ｌ−Ｔ_Ｕ）を求め、ΔＴが設定したしきい値θ以上となったときに、ブレークアウトが発生すると判定する判定ロジックを内蔵している。
本発明の特徴は、判定ロジックに用いるしきい値θを、過去の定常状態における温度差に応じた最新の値に設定変更していることである。そしてこのスラブ連続鋳造設備の場合、判定ロジックによりブレークアウトが発生すると判定したときには、ブレークアウト判定装置７から鋳造機制御装置８にブレークアウト警報信号９が伝送され、鋳造機制御装置８によってピンチロールを操作し、鋳造速度を下げるか鋳造機を停止するように構成されている。

この実施例では、温度検出素子４、５として熱電対を用いた。鋳型３には、温度検知部がモールド内面から等距離に位置するように、バックプレート３Ｂを貫通してモールド３Ａ内で止まる挿入孔を穿孔し、そこに熱電対４、５を電気絶縁性に優れる石英管などの保護管と一緒に挿入した。
なお、モールド内面から挿入孔先端まで距離は、５〜１５ｍｍとすることが望ましく、また熱電対４、５の上下間隔は、鋳造速度１．５〜２．５ｍ／ｍｉｎで極低炭素鋼を鋳造する場合、１５０〜２５０ｍｍとすることが望ましい。

また、図２により判定ロジックに用いるしきい値θの設定変更方法の好適例を説明する。
図２は、上記した熱電対４、５により検出した検出温度を模式的に示したグラフである。Ｔ_Ｕは熱電対４が検出した上流側の検出温度、Ｔ_Ｌは熱電対５が検出した下流側の検出温度を示す。

過去の定常状態においては、上流側の検出温度Ｔ_Ｕの方が下流側の検出温度Ｔ_Ｌより高いときに、温度差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）に基づいて、所定時間τ_１毎にΔτ間にわたる温度差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）の時間平均値を演算する。演算して得た時間平均値は、鋳造速度が一定速度以上の場合、前の時間平均値と置き代える。置き代えた時間平均値に対応して例えば表１に基づいて、しきい値θを決定する。決定したしきい値θを、それより前に判定ロジックで使用していたしきい値に代えて、最新の値として設定変更するのが好適である。

鋳造速度が一定速度以上の条件の場合に時間平均値をこれより前に求めた値と置き代える理由は、温度差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）が鋳造速度により比較的大きく変動するからである。表１には、極低炭素鋼の鋳造条件の場合を示した。

なお、鋼種などによりしきい値θの値を変えることもできる。ここで、表１において、区分１のしきい値θ＝０℃は正常な温度検出状態のときに、過去の定常状態における温度差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）の実績値から決定した値であり、これに対して、区分２、３のしきい値θの値は、異常な温度検出状態のときに、過去の通常状態における温度差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）の実績値から決定した値である。

このようにして本発明に係る実施の形態のブレークアウト予知方法は、ブレークアウトの判定する判定ロジックに、しきい値θの値を設定する。このため、図４に示した異常な温度検出状態の場合でも、拘束性ブレークアウト以外の要因によって生じる温度変化をブレークアウトが発生すると誤判断してしまうことを防止できる。
ただし、しきい値θを過去の定常状態における温度差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）に応じた最新の値に設定変更する方法は、ブレークアウト判定装置７により時々刻々と行う方法に限定されない。例えば、過去に採取した実績データを他の計算機に入力して、定常状態における温度差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）に基づいて適宜な時間間隔で時間平均値を演算し、温度差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）の時間平均値に応じて設定変更するしきい値θの値を決めることもできる。

また、上記判定ロジックには、しきい値以外の判定ロジックを組み合わせることが望ましい。例えば、熱電対４、５により検出した検出温度に基づいて、図３に示したように、上流側及び下流側での検出温度が同じとなった時点Ｒの前後において、上流側の検出温度Ｔ_Ｕが検出平均温度より一旦上昇してから下降したことを検出し、続いて同様の温度変化パターンが下流側の検出温度Ｔ_Ｌで検出されたときに、ブレークアウトが発生すると判断する判定ロジックと組み合わせることが望ましい。

本発明を適用した図１に示す連続鋳造設備を用い、鋼の連続鋳造を行って、本発明適用以前の従来例と比較した。本発明例では、しきい値θを過去の定常状態における温度差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）に応じた最新の値に設定変更する方法を、以下のようにした。
すなわち、しきい値の設定変更法は、上流側の検出温度Ｔ_Ｕの方が下流側の検出温度Ｔ_Ｌより高いときに、温度差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）に基づいて、１０分毎に１０秒間にわたる温度差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）の時間平均値を演算し、鋳造速度が一定速度以上の場合、それより前に求めた時間平均値と置き代えた。置き代えた時間平均値に対応して表１のとおり、しきい値θを決定し、それ以前に使用していたしきい値に代えて、最近の値として設定変更した。なお、定常状態とは、鋳造速度が１．５〜２．５ｍ／ｍｉｎで、かつ時間平均温度に対し、上流側の検出温度Ｔ_Ｕと下流側の検出温度Ｔ_Ｌの両方が±５℃以内であるときとした。またモールドの厚みは３０ｍｍ、モールド内面から挿入孔先端まで距離は、１０ｍｍ、熱電対４、５の上下間隔は、２００ｍｍとした。

従来例では、過去の実績値からしきい値θ＝０℃と設定していた。
本発明例と従来例との比較結果を表２に示す。

表２に示す結果から本発明例のブレークアウト予知方法により、従来例に比べて誤警報を少なくでき、かつ拘束性ブレークアウトを正確に検出できていることがわかる。

本発明を適用した連続鋳造設備の要部を模式的に示す縦断面図である。 本発明の好適例を模式的に示すグラフである。 正常な温度検出状態を模式的に示すグラフである。 異常な温度検出状態を模式的に示すグラフである。

符号の説明

１ 溶鋼
２ 凝固殻
３ 鋳型
３Ａ モールド
３Ｂ バックプレート
４、５ 温度検出素子（熱電対）
６ Ａ／Ｄ変換器
７ ブレークアウト判定装置
８ 鋳造機制御装置
９ ブレークアウト警報信号
１０ 浸漬ノズル
１１ モールドパウダー
１２、１３ 鋳造ローラ
Ｔ_Ｕ 上流側の検出温度
Ｔ_Ｌ 下流側の検出温度
ΔＴ 温度差（＝Ｔ_Ｌ−Ｔ_Ｕ）
Ｐ 温度差ΔＴがしきい値θとなった時点
Ｒ 上流側及び下流側での検出温度が同じとなった時点

Claims (2)

1. 温度検出素子を互いに間隔を隔ててモールド内の鋳造方向２箇所に埋設して、連続鋳造中に発生するブレークアウトを予知する方法において、
   連続鋳造時に鋳造方向２箇所で鋳型温度を温度検出素子により検出し、該温度検出素子により検出した検出温度に基づき、下流側の検出温度から上流側の検出温度を引いて鋳造方向２箇所における温度差を求め、この温度差が設定したしきい値以上となったときにブレークアウトが発生すると予知するに際し、
   前記しきい値を、過去の定常状態における温度差に応じた最新の値に設定変更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。
2. 前記しきい値を、過去の定常状態における温度差に応じて予め複数定めておき、過去の定常状態における温度差の時間平均値を所定時間毎に求め、複数のしきい値のうちから、対応するしきい値を最新の値として決定することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造におけるブレークアウト予知方法。

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