JP2009241099A - 連続鋳造におけるブレークアウト予知方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋳型12の内部温度を、メニスカス下における熱電対20、22により時系列的に測定しつつ、任意の時期における熱電対20、22により検出された内部温度をそれぞれTU0及びTD0とし、TU0−TD0=ΔT0とを算出した後、時期t0から所定の演算周期経過後における熱電対20、22によりそれぞれ検出された内部温度をTU1及びTD1とし、TU0−TD0=ΔT0を算出し、温度比RをΔT0/ΔT1により算出し、この温度比Rが閾値SR=0.8以下になったとき、ブレークアウトの予兆として鋳型12の内側における鋳片42の破断の発生を検出する。
【選択図】図1
Description
また特許文献3に記載の連続鋳造型における鋳造鋼の破断検出方法は、鋳型の内部温度を上段部及び下段部でそれぞれ測定し、下段側の測定温度が上段側の測定温度以上で、かつ所定の温度差以上にあると共に、下段側の測定温度の上昇率及び変化量が所定値(閾値)以上にある時点をもって、鋳型における鋳片破断を検出するものである。
dT/dt=(Tn−Tn-1)/Δt・・・(1)
(1)式において、dT/dtは温度の単位時間当たりの変化率、Tnはn回目のサンプリング温度、Δtは内部温度のサンプリング周期である。
また、鋳型の内部温度については、ブレークアウトの予兆(シェル破断、焼付き等)以外の要因で上昇する場合があるので、ブレークアウトを精度良く予知するためには、鋳型の内部温度の上昇率及び下降率について上記パラメータを設定する必要があるため、少なくとも4個のパラメータを適正値に設定する必要がある。
このため、特許文献1〜3のような方法で、ブレークアウトを予知しようとした場合には、多数のパラメータを常にメンテナンスする必要があり、その負荷が多大なものになる。また全てのパラメータを適正に設定しておかなければ、凝固シェルの破断等のブレークアウトの予兆を十分な精度で検出できないという問題も生じる。
また、請求項3に係る連続鋳造におけるブレークアウト予知方法は、請求項2記載の連続鋳造におけるブレークアウト予知方法において、前記閾値を、1.0未満で、かつ0.8を超える範囲から選択された値に設定することを特徴とする。
(連続鋳造設備の構成)
図1には、本発明の実施形態に係る連続鋳造設備の構成が模式的に示され、図2には、図1に示される連続鋳造設備における鋳型の分解斜視図が模式的に示されている。
図1に示されるように、連続鋳造設備10には、上下方向へ貫通する略角筒状に形成された鋳型12が設けられている。鋳型12は、図2に示される4枚の冷却プレート14、16が組み合わされて構成されている。これらの冷却プレート14、16の内部には、その内壁面に沿って冷却水路18(図1参照)が形成されており、冷却プレート14、16が鋳型12として組み立てられた状態では、各冷却プレート14、16の冷却水路18には冷却水が流通する。
図2に示されるように、短辺側の冷却プレート14には4個の熱電対20、22が配置されており、これらのうち、2個の熱電対20は鋳片42の引抜方向(矢印P方向)に沿って上段側に配置され、残り2個の熱電対22は、上段側の熱電対20に対して下段側に配置されている。ここで、1個の熱電対20の下方には、鋳片42の短辺方向Sに沿って同一位置に対応する1個の熱電対22が配置されており、これら上下1個ずつ熱電対20、22は、後述するように、データ処理上、互いに対応する一組の熱電対20、22として扱われる。
連続鋳造設備10では、鋳型12の内側に供給された溶鋼Mが水冷の鋳型12により冷却(一次冷却)されることにより、図3(A)に示されるように、鋳型12の内壁面に沿って溶鋼Mが凝固して凝固シェル46が形成される。この凝固シェル46は、通常、その厚さがメニスカス付近から鋳型12の下端側へ移動するに従って序々に厚くなる。
連続鋳造設備10には、引抜方向Pに沿って互いに隣接する一対のサポートロール38S、ガイドロール38G又はピンチロール38P間にそれぞれスプレーノズル40が配置されており、これら複数個のスプレーノズル40は、スプレー状又はミスト状とした冷却水を鋳片42に吹き付け、冷却水により鋳片42を冷却(二次冷却)する。これらのスプレーノズル40は二次冷却帯を構成しており、鋳片42は二次冷却帯を抜出す時点までに鋳片42の凝固が完了する。
次に、上記のような連続鋳造設備10における操業上の事故である拘束性ブレークアウト(以下、単に「BO」という。)の発生メカニズムについて説明する。BOとは、鋳型12の内側から溶鋼Mが鋳型12の下方(サポートロール38S側)へ流出する現象を言い、BOが発生すると直ちに連続鋳造設備10の操業を停止する必要がある。またBOによる操業停止後には、連続鋳造設備10を復旧するために、溶鋼Mが凝固した大量の地金の除去、地金が付着したサポートロール38S、ガイドロール38G、スプレーノズル40等の交換作業が必要になるため、連続鋳造設備10の生産性及び歩留りを大幅に低下させる要因になる。
次に、上記のようなBOの予知方法について説明する。もし連続鋳造において破断部50を早期に検出できれば、鋳片42の引抜速度を十分に低下させ、又は鋳片42の引抜きを一時的に停止させることで、一次冷却により破断部50に溶鋼を再凝固させて凝固シェルを形成することが可能になる。そして、破断部50に一次冷却により十分な厚さの凝固シェルを形成した後、鋳片42の引抜きを再開することにより、BOを未然に防止できる。
図4には、鋳型12内で破断部50が形成された場合における、破断部50に対応する部位にある上段側の熱電対20及び下段側の熱電対22によりそれぞれ測定された冷却プレート16の内部温度の変化の一例が示されている。
また破断部50が熱電対20の通過後、熱電対22(下段側測定点)に近づくに従って、図4の破線で示されるように、熱電対22により検出された冷却プレート16の内部温度TDも、熱電対20により検出された内部温度TUと同様なパターンで変化する。すなわち、熱電対22に検出された内部温度TDは、破断部50が熱電対20から熱電対22まで移動する時間と略同一の時間(遅延時間tD)が経過した後に、ピークに達する。熱電対22に検出された内部温度TDは、一次冷却の影響により、熱電対20に検出された内部温度TUよりも全体的に若干低いものになるが、変化パターン自体は非常に類似したものになる。
従来のBO予知では、例えば、内部温度TUが内部温度TDと交差したタイミングを破断部50の発生又は焼付きの発生と判断し、引抜速度の低下等の対応を採っていた。ここで、凝固シェル46における破断部50は、溶鋼が鋳型12の内壁面に焼付くことにより発生するものであり、厳密には、破断部50の発生は焼付き発生よりも僅かに遅れると考えるが、以下の説明では、破断部50の発生と焼付き発生とは同一時期に発生すると見做し、破断部50の発生をBO発生の予兆として捉えるものとする。
ここで、演算処理としては、下記(2)式により、任意の時期における上段側内部温度TUと下段側内部温度TDとの温度差ΔTを求めた。
ΔT=TU−TD ・・・ (2)
(1)任意の時期t0に、任意の熱電対20により検出された鋳型12の内部温度をTU0、熱電対20の直下にある熱電対22により検出された鋳型12の内部温度をTD0とし、温度差ΔT0を下記(3)式により算出する。
TU0−TD0=ΔT0 ・・・ (3)
TU1−TD1=ΔT1 ・・・ (4)
(3)次に、ΔT1とΔT0との温度比Rを下記(5)式により算出する。
ΔT0/ΔT1=R ・・・ (5)
(4)温度比Rと予め設定された閾値SRとを比較し、温度比Rが閾値SRよりも小さくなったときに、ブレークアウトの予兆として鋳型12の内側で鋳片42に破断部50が発生したことを検出する。
図5(A)には、凝固シェル46の破断発生直前の時期tn-1における温度差がΔTn-1として示され、凝固シェル46の破断発生直後の時期tnにおける温度差がΔTnとして示されている。図5(B)に示されるように、時期tn-1以前の時期には、温度比Rは略1.0に安定的に維持されるが、時期tn-1を過ぎると、温度比Rが略1.0から序々に減少し、内部温度TUと内部温度TDとが交差するタイミングtCにて温度比Rの符号が逆転する。
また、連続鋳造設備10では、オペレータがポインティングデバイスによりディスプレイ装置52の表示画面の特定の部位を選択することで、その部位における温度差ΔT(=TU1−TD1)がディスプレイ装置52により表示される。図8(A)〜(C)には、図7に示されたポイントPA、PB及びPCに対応するタイミングで各熱電対20、22により検出された温度差ΔTのデータの一例が表示されている。また、鋳型12の辺方向(短辺方向S又は長辺方向L)に沿った特定部位をポインティングデバイスにより選択することで、その部位における温度比Rと経過時間との関係をグラフ(図5(B)参照)で表示するようにしても良い。
12 鋳型
14、16 冷却プレート
18 冷却水路
20、22 熱電対
24 タンディシュ
26 注湯孔
28 スライディングノズル機構
30 浸漬ノズル
32 渦流センサ
34 シーケンサ
36 パウダー供給管
38S サポートロール
38G ガイドロール
38P ピンチロール
40 スプレーノズル
42 鋳片
44 切断鋳片
46 凝固シェル
48 逆凝固シェル
50 破断部
52 ディスプレイ装置(画像表示手段)
M 溶鋼
R 温度比
SR、SR1、SR2 閾値
Claims (4)
- 連続鋳造用の鋳型の内部温度を、湯面下における鋳片引抜方向に沿った上段側測定点及び下段側測定点でそれぞれ時系列的に測定しつつ、
任意の時期t0における上段側測定点における前記内部温度をTU0、下段側測定点における前記内部温度をTD0とし、TU0−TD0=ΔT0とを算出した後に、
時期t0から所定の演算周期経過後の時期t1おける、上段側測定点における鋳型内部温度をTU1、下段側測定点における鋳型内部温度をTD1とし、TU1−TD1=ΔT1を算出して、
ΔT1とΔT0との温度比RをΔT0/ΔT1により算出し、前記温度比Rが所定の閾値以下になったとき、鋳型内側における鋳片破断の発生を検出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。 - 前記閾値を、1.0未満で、かつ0.0を超える範囲から選択された値に設定することを特徴とする請求項1記載の連続鋳造におけるブレークアウト予知方法。
- 前記閾値を、1.0未満で、かつ0.8を超える範囲から選択された値に設定することを特徴とする請求項2記載の連続鋳造におけるブレークアウト予知方法。
- 前記下段側測定点で演算された温度比Rを、凝固シェルの前記下段側測定点から前記鋳型の下端部までの移動に対応するトラッキングデータとして画像表示手段により表示し、凝固シェルにおける前記温度比Rが前記閾値以下となった部位の鋳型内位置を視認可能としたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の連続鋳造におけるブレークアウト予測方法。
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