JP2009226424A - 鉄鋼製品の品質管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続鋳造において鋳型内のモールドパウダの溶融層厚みと溶鋼レベルを計測し、その情報に基づいて、下工程の処理条件や検査条件などの操業条件を適正化する鉄鋼製品の品質管理方法を提供することを目的とする。
【解決手段】連続鋳造機の鋳型内の溶融パウダ厚を計測し、該溶融パウダ厚に基いて、連続鋳造工程以降の工程における操業条件および／または製品仕様を決定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、連続鋳造機によって溶鋼を鋳造した鋳片から製造する鉄鋼製品の品質を管理する鉄鋼製品の品質管理方法に関するものである。

鋼の連続鋳造では、溶鋼を水冷構造の鋳型に注入して冷却し、鋳型との接触面に凝固シェルを生成させながら、この凝固シェルを鋳型下方に連続的に引き抜き、鋳片を製造している。

近年では、鋳造速度が高速化し、鋳型内の溶鋼の状態変化が従来より大きくなっており、連続鋳造段階における鋳片の品質管理も重要となってきている。
たとえば、従来の鋳片の管理としては、例えば特許文献１および特許文献２に開示されているように表面検査装置を使用し、鋳片の表面欠陥を検査して、表面欠陥の位置を特定し、その位置の欠陥を除去する手入れ作業により、以降の圧延工程で欠陥が発生しないようにすることが知られている。
特開２００２−１４３９２６号公報 特開平５−６９３１７号公報

しかしながら、上述した特許文献１および特許文献２に開示された技術には、以下の問題点がある。

すなわち、後工程での手入れなどの処理を行う際に利用する欠陥位置情報は、鋳片の表面に限られており、内部に介在物などが存在する場合には検出できない。また、表面欠陥が多い鋳片には、内部欠陥も同様に存在している可能性があるが、研削処理で除去できるのは表面欠陥のみであり、内部欠陥は残ったままとなる。このような鋳片でも、通常、研削処理などの手入れ作業が終わると、以降は、表面欠陥のなかった鋳片、つまり正常品と同様の工程を通過し、最終製品となり、通常の検査条件で最終検査がされる。

しかし、鋳片の内部欠陥は、圧延工程を経たのち鋼板になってから、表面に顕在化することがあるので、正常品と同じ検査条件では、最終検査で確実に検出することが難しく、欠陥を含んだまま鋼板を出荷してしまう可能性がある。

このように、鋳片の状態で、特に熱間においては、その内部欠陥を検出する実用的な技術はないため、内部介在物などの内部欠陥の情報に基づいて、後工程での処理にフィードフォワードすることができなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、連続鋳造において鋳型内のモールドパウダの溶融層厚みと溶鋼レベルを計測し、その情報に基づいて、下工程の処理条件や検査条件などの操業条件を適正化する鉄鋼製品の品質管理方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、連続鋳造機の鋳型内の溶融パウダ厚を計測し、該溶融パウダ厚に基いて、連続鋳造工程以降の工程における操業条件および／または製品仕様を決定することを特徴とする鉄鋼製品の品質管理方法である。

また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載された鉄鋼製品の品質管理方法において、前記溶融パウダ厚に加えて前記連続鋳造機の鋳型内の溶鋼レベルを計測して、前記溶融パウダ厚および該溶鋼レベルに基いて、連続鋳造工程以降の工程における操業条件および／または製品仕様を決定することを特徴とする鉄鋼製品の品質管理方法である。

さらに本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された鉄鋼製品の品質管理方法において、前記情報を、多周波ベクトル渦流式厚み計から得ることを特徴とする鉄鋼製品の品質管理方法である。

本発明によれば、鋳型内のモールドパウダ溶融層厚を計測可能なモールドパウダ溶融厚み計測装置の情報を、後工程へ伝送することにより、必要な処理をより適切に決定できるし、検査工程においても適正な基準で検査を実施でき、工程の効率化が可能となる。

本発明を、スラブ連続鋳造機で溶鋼を鋳造する場合に適用した例を用いて、以下具体的に説明する。

鋼の連続鋳造では、溶鋼を水冷構造の鋳型に注入して冷却し、鋳型との接触面に凝固シェルを生成させながら、この凝固シェルを鋳型下方に連続的に引き抜き、連続鋳造鋳片を製造している。鋳型内には、凝固シェルと鋳型との潤滑剤、溶鋼の酸化防止剤、溶鋼の保温剤、及び溶鋼から浮上してくるアルミナなどの酸化物の吸収剤として、モールドパウダが添加される。添加されたモールドパウダは、溶鋼を覆い、溶鋼から熱を受け、溶鋼と接触する側は溶融して溶融層を形成する。溶融したモールドパウダは凝固シェルと鋳型との間隙を流下して消費されるので、この消費量に応じて新たにモールドパウダが鋳型内に添加される。

モールドパウダの溶融層の厚みは、流下して消費される量と新たに溶融される量とで決定されるが、鋳造条件が変化するとモールドパウダの消費量が変化し、それに応じてモールドパウダの溶融層厚みも変動する。発明者らは、この溶融層厚みが薄くなると、未溶融のモールドパウダが溶鋼に巻き込まれ易くなるし、溶鋼レベル変動が大きい時では、溶融層が厚くても巻き込み易くなると考え、そして、この巻き込みが、鋳片の品質欠陥の原因の一つであるので、モールドパウダの溶融層厚みにより、鋳片の品質欠陥を管理することが可能であるとの知見に至ったのである。

図３は、鋳型の断面および鋳型内の溶融パウダ厚・溶鋼レベル時系列変動を示す図である。図３の下に示すグラフは、平均溶融パウダ厚が約１２ｍｍの時の溶融パウダ厚および溶鋼レベル時系列変動を示すグラフである。測定位置は、1/4幅（この場合全幅1000mmであり短辺より250mm）の位置である。

溶融パウダ厚は、時間的に5mm〜20mmの間で変動していることが分かる。その理由としては、ノズルからの吐出流や電磁攪拌・電磁ブレーキ等の制御により、溶鋼内部に流動が生じているからである。すなわち、このように流動が変わり溶鋼からパウダへの熱供給量が変わることにより、溶融厚が変わる。溶融厚を常時監視していない場合には、吐出角や電磁攪拌・電磁ブレーキの調整については、生産されたスラブの品質を調査しないと行えない。つまり結果が出て始めて品質情報が付与されることになる。調査した結果再度研削などの処理を行うこととなり、効率が悪く生産性が悪化する。

これに対処するため、モールドパウダ溶融層の厚みを常時計測し、その計測した厚みに基づいて研削厚みを指定したり、またカメラ・目視による表面検査においては、重点的に検査する部分を指定することができ、全体の効率の良い品質管理にもつながるのでないかという本発明者らの知見が、本発明考案の端緒になっている。

しかしながらこのとき注意すべきことは、同じ溶融厚であっても、溶鋼レベル変動が大きいときには問題となる場合が有るということである。例えば、図３下図に示したように溶融厚１２ｍｍの場合には、溶鋼レベル変動が±５ｍｍであればパウダ巻き込みの可能性は小さいものの、溶鋼レベル変動が±１０ｍｍと増えてくるとパウダ巻き込みの可能性がより大きくなる。この場合のように溶鋼レベル変動が±１０ｍｍの時には、溶融厚は１５ｍｍほど必要と考えなければならない。

図２は、鋳型内の溶鋼及びパウダの状態を模式的に表す図である。図中、１は鋳型銅板、２は溶鋼、２ａは溶鋼湯面、３は凝固シェル、４はモールドパウダ、５は溶融層、６は粉末層、７は溶融パウダ厚計、および８はノズルをそれぞれ表す。

溶鋼２の上に添加されたモールドパウダ４は、溶鋼湯面２ａからの伝達熱によって溶融し、溶鋼２と接触する側の溶融層５と、その上の未溶融状態の粉末層６との２層になっている。凝固シェル３は、溶鋼２が鋳型銅板１で冷却されて生成する。尚、図２では、凝固シェル３と鋳型銅板１との間隙を流下するモールドパウダ４については省略している。

鋳型銅板１の短辺付近には、溶融パウダ厚計７が設置されている。溶融厚の変動が大きいのは、短辺より２００ｍｍノズル８側までの間であるので、溶融パウダ厚計７の中心は短辺より１００ｍｍほどノズル８側が良い。溶融パウダ厚計７としては、多周波渦流法を使用したものが、湯面レベルと溶融パウダ厚を同時に計測できる点から望ましい。

図１は、本発明の実施の形態の一例を示す図である。図１(ａ)は正面図、および図１(ｂ)は側面図をそれぞれ表し、また図中、２０は架台、および２１は保持台をそれぞれ表し、その他の符号は図２と同様である。

連続鋳造されている鋳型内短辺付近の溶鋼２に対向して多周波ベクトル渦流式の溶融パウダ厚計７が、上下移動可能な保持台２１を介して架台２０に設置されている。溶鋼２は、モールドパウダ４の溶融層５で覆われ、さらに溶融層５は、未溶融の粉末層６で覆われている。パウダ溶融厚を精度良く計測するには未溶融層の影響も除去するほうが良く、未溶融層を計測するには、 そのためには、複数の周波数を使用して粉末層の影響を除去可能な多周波ベクトル渦流式にて行うのが良い。その原理を以下に簡単に説明を行う。

図５は、多周波渦流式厚み計測装置の全体概略図である。先ず図５を用いて、多周波渦流式厚み計測装置の全体概要を説明する。図中、１１は多周波渦流センサ、１２はケース、１３は励磁コイル、１４は検出コイル、１５は発振器、１６は電源アンプ、および１７は差動アンプをそれぞれ表し、その他の符号は図１および図２と同様である。

先ず、計測に入る前に０（ゼロ）点校正として、所定（例えば１００ｍｍ）の距離に溶鋼模擬材（例えばＳＵＳ３０４、３００ｍｍ角厚み１ｍｍ）を設置し、その信号データを１００ｍｍのデータとして記録する。その後鋳型上へ移動し、鋳型内の溶鋼２に対向して多周波渦流式厚み計測装置の多周波渦流センサー１１を設置する。上下移動可能な保持台２１を介して架台２０に設置されている。溶鋼２は、モールドパウダ４の溶融層５で覆われ、溶融層５は、未溶融の粉末層６で覆われている。

多周波渦流センサー１１は、空芯或いは絶縁体または非磁性のボビンに巻かれたコイルからなり、励磁コイル１３と検出コイル１４とから構成される。多周波渦流センサー１１は、計測中に冷却できるようにケース１２を外殻とし、外部からケース１２の内部に導入される空気によってエアーパージされる構造である。励磁コイル１３には、発振器１５から出力された基本波形が電源アンプ１６で増幅されて入力される。検出コイル１４にて検出された信号は、差動アンプ１７で増幅された後、ロックインアンプ１８へ入力される。発振器１５から別途基本波形をロックインアンプ１８へ参照波形として入力し、検波出力として絶対値と位相とが得られる。発振器１５からの信号の周波数を変えることにより、多周波での計測が可能な計測装置である。

鋳型内の溶鋼湯面２ａを計測するための渦流式湯面計測装置などのように測定対象が１つならば、１つの周波数で絶対値のみを測定することで計測が可能であるが、モールドパウダ４の溶融層５の厚みを精度良く計測するためには、溶鋼湯面２ａ及びモールドパウダ４の粉末層６の影響を加味する必要があり、計測の対象として３種類の対象を計測する必要がある。そのためには、少なくとも３種類の周波数を用いるか、２種類の周波数でそれぞれの絶対値と位相情報とを利用するなどして、とにかく３種類以上のデータが必要である。多周波渦流式厚み計測装置では、この点を解決しており、複数の周波数における絶対値と位相情報とを利用して計測・解析し、モールドパウダ４の溶融層５の厚みを計測するようにしている。

図４は、本発明に係る鉄鋼製品の品質管理方法の処理手順の一例を示す図である。図４に基づいて、その処理フローを説明していく。先ず、Step01では、溶融パウダ厚計を用いた、溶融層厚みと溶鋼レベルの計測を行う。

次にStep02で計測した溶融層厚みと溶鋼レベルを他の鋳込みデータ(例えば、鋼種/パウダ種/鋳込み速度/溶鋼温度/オシレーションパターンなど)とともに、操業データとして記録する。もし、後工程にて大量に欠陥が発生した場合に、対応する部分の鋳込み状態を確認するといった具合に以後の操業に活かすことができるからである。

そしてStep03で現状の鋳込み条件において適正な溶融厚みかどうかを判断する。ここで鋳込み条件とは、前述の各種鋳込みデータである。

適正な厚みから外れている場合にはStep04で、その差に応じて電磁撹拌／電磁ブレーキのかける量を増減する。また、自動パウダ供給装置に対して供給するパウダの量を変える様指示を出す。

溶融層厚みと溶鋼レベルの情報は他の鋳込みデータとともに後工程の製造管理計算機へ伝達（ネットワークなどの通信回線により伝送）される。その際、まずStep05で出荷製品仕様変更を検討する。例えば、測定した溶融厚が、目標とする値（範囲）に対して大きく異なる場合や、長時間に亘り異常値となっている場合には、最終工程に至るまでに、表面欠陥を除去するような手入れなどの処理を行ったとしても、当初の製品仕様を満足する最終製品（鋼板など）が製造できない可能性が高い。そのような場合には、その鋳片に対応付けられている当初の製品仕様のデータを、下位グレード（等級）の製品仕様へのデータ変更するか否かを検討する。

つまり、Step06のように、手入れなどの救済余地がない、グレードの低い製品仕様、例えば、スクラップ/黒皮付き材にするしかないかどうかを判断する。低グレード材にするしかなければ、そのように製品仕様のデータを変更する。こうすることで、鋳造工程の段階で、早期の判断を下すことにより、余分な工程を通さずに適切な処置を行え、製造コストを低減することが可能となる。

スクラップ/黒皮付き材に変更されない場合には、次の工程、例えばStep07のように研削手入工程へ進む。研削手入工程においては、例えば、レベル１として溶融厚＜（適正厚み−１０ｍｍ）となる箇所の場合には、研削手入量を大きくし、研削量を例えば３ｍｍに設定する。レベル２として（適正厚み−１０ｍｍ）＜溶融厚＜適正厚み となる場合は、研削手入量を中程度、例えば２ｍｍに設定する。溶融厚＞適正厚み の場合には研削しない。以上のような手入れ条件を溶融厚などに基づいて決定する。なお、上述の手入の研削量は、一例であり、特に上記数値に限定されるものではない。

さらに熱延・冷延工程を経て最終検査を行う例としては、Step08のような設定が可能である。すなわち、前述のレベル１の箇所は、表面検査する際の通板速度を通常に比べて、より厳格に検査を行うことができるように、遅くする。例えば、通常の通板速度が毎分６００ｍであれば、毎分２００ｍ程度とすればよい。また、レベル２の箇所では中間程度の通板速度、例えば、毎分４００ｍｐｍ程度にて表面検査する。適正厚みの箇所では、通常の通板速度、例えば毎分６００ｍにて表面検査する。なお、上記の通板速度は、適宜設定すればよく、上記数値に限定されるものではない。

検査工程は以上の他にも様々なものが有るが、溶融厚が薄かった部分については基準を厳格化し、厚かった部分については通常の基準で行うことにすることが重要である。

検査に関しては、最終工程に限らず鋳造以降どの工程においてでも、検査を行う際にはその検査条件を変えることが可能である。

本発明の実施の形態の一例を示す図である。 鋳型内の溶鋼及びパウダの状態を模式的に表す図である。 鋳型の断面および鋳型内の溶融パウダ厚・溶鋼レベル時系列変動を示す図である。 本発明に係る鉄鋼製品の品質管理方法の処理手順の一例を示す図である。 多周波渦流式厚み計測装置の全体概略図である。

符号の説明

１ 鋳型銅板
２ 溶鋼
２ａ 溶鋼湯面
３ 凝固シェル
４ モールドパウダ
５ 溶融層
６ 粉末層
７ 溶融パウダ厚計
８ ノズル
１１ 多周波渦流センサ
１２ ケース
１３ 励磁コイル
１４ 検出コイル
１５ 発振器
１６ 電源アンプ
１７ 差動アンプ
１８ ロックインアンプ
２０ 架台
２１ 保持台

Claims (3)

1. 連続鋳造機の鋳型内の溶融パウダ厚を計測し、該溶融パウダ厚に基いて、連続鋳造工程以降の工程における操業条件および／または製品仕様を決定することを特徴とする鉄鋼製品の品質管理方法。
2. 請求項１に記載された鉄鋼製品の品質管理方法において、
   前記溶融パウダ厚に加えて前記連続鋳造機の鋳型内の溶鋼レベルを計測して、前記溶融パウダ厚および該溶鋼レベルに基づいて、連続鋳造工程以降の工程における操業条件および／または製品仕様を決定することを特徴とする鉄鋼製品の品質管理方法。
3. 請求項１または請求項２に記載された鉄鋼製品の品質管理方法において、
   前記情報を、多周波ベクトル渦流式厚み計から得ることを特徴とする鉄鋼製品の品質管理方法。

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