JP2012030250A - 連続鋳造鋳片の表面欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋼の連続鋳造時に鋳片表面に発生する欠陥を、連続鋳造中に見逃すことなく精度良く検出することのできる表面欠陥検出方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る連続鋳造鋳片の表面欠陥検出方法は、連続鋳造中の鋳片１０の表面温度分布を、鋳片支持ロール６の最終ロールと鋳片切断機８との間で赤外線カメラ１４によって測定し、鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度、最低温度、及び、前記最高温度と前記最低温度との差である温度差を求め、これらのうちの何れか１つまたは２つ以上が予め設定した閾値を超えたときに表面欠陥発生と判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、連続鋳造中の鋳片の表面温度を測定し、測定した表面温度に基づいて連続鋳造鋳片の表面欠陥を検出する方法に関する。

鋼の連続鋳造においては、鋳片の表面に、縦割れ、横割れ、コーナーカギ割れなどのさまざまな欠陥が発生することがある。このような欠陥は、鋳型内での凝固の不均一に起因するもの、二次冷却帯におけるスプレー冷却の不均一に起因するもの、二次冷却帯ガイドロールのロールアラインメントの不整に起因するものなど、種々の要因によって発生することが知られている。

根源的には、このような表面欠陥発生の原因を取り除くことが重要ではあるが、予測し得ない原因によって不測に表面欠陥が発生してしまった鋳片を、他の健全な鋳片と区別して適切な処理を施すことも、実操業においては大切なことである。即ち、圧延後の鋼製品において欠陥となる鋳片の表面欠陥については、その表面欠陥を有する鋳片を識別・分離してスカーフィングやグラインダー研削などによって表面手入れを施し、表面欠陥を除去した後に熱間圧延に供しなければならない。一方、表面欠陥が存在しないか、熱間圧延工程で除去しうる程度の軽度の表面欠陥（例えば加熱炉でのスケール生成に伴って除去される欠陥）のみ存在する鋳片は、表面手入れを施すことなく熱片のまま熱間圧延工程に供することができる。

但し、仮に、前者の表面手入れを行うべき鋳片が後者の鋳片の群に混入すると、熱間圧延後の鋼製品において欠陥が発生し、製品歩留まりが低下するとともに、その後の工程に攪乱をもたらす。一方、後者の鋳片が前者の表面手入れを行うべき鋳片に混入すると、手入れ不要の鋳片まで表面手入れを行うことになり、当然のことながら作業負荷が高くなるのみならず、鋼歩留りが低下し、更には、鋳片を加熱炉にて加熱するためのエネルギーが余分に必要になる。

そこで、鋳造中または鋳造直後の鋳片の表面欠陥をオンラインで検出する或いは予測する手段が多数提案されている。例えば、特許文献１には、連続鋳造用鋳型の幅方向の鋳型銅板温度を経時的に監視して、その経時変化に基づいて鋳片の表面欠陥を判定する欠陥判定方法が提案されている。

しかしながら、この鋳型銅板温度を監視することによって鋳片の表面欠陥を判定する技術では、鋳型内における不均一冷却などに起因して発生する表面欠陥の予知は可能であるが、それ以外の要因、つまり、二次冷却帯におけるスプレー冷却の不均一、ガイドロールのミスアラインメント、鋳片のバルジングなどに起因して発生する表面欠陥を予測することはできない。

この欠点を解消するべく、鋳片の表面欠陥を鋳造中または鋳造直後に検出する方法が提案されている。例えば、特許文献２には、連続鋳造機の二次冷却帯で鋳片表面の幅方向温度分布を測定し、表面温度の高低の山谷区間での表面温度山谷差が、表面割れ発生臨界応力を上回る値となる温度差以上であり、且つ、前記山谷区間内に鋼の延性低下温度域が存在するときに、鋳片に表面割れが発生したと予測する、鋳片の表面割れ予測方法が提案されている。

また、特許文献３には、連続鋳造された鋳片表面の熱画像をサーモビュアーで撮影し、該熱画像における温度プロファイルに基づき、過去の熱画像における温度プロファイルと鋳片表面の欠陥との対応関係を参照して鋳片表面の欠陥を検出する、鋳片の欠陥検出方法が提案されている。

国際公開第２０００／５１７６３号 特開２００９−５０９１３号公報 特開２００９−６６６０２号公報

特許文献２及び特許文献３は、鋳片の表面欠陥を検出する手段として有効であるが、以下の問題点がある。

即ち、特許文献２は、鋳片表面の幅方向表面温度の山谷差から鋳片の表面割れを予測するが、表面割れが発生する時点での鋳片表面温度を測定する必要があり、従って、表面割れの発生しやすい箇所である連続鋳造機の曲げ帯或いは矯正帯に表面温度計を設置しなければならない。これらの部位は、鋳片支持ロールが鋳造方向に１５０〜４００ｍｍの間隔で配置されていて、隣り合うロールの間隔が狭く、鋳片幅方向の温度測定が困難である上に、二次冷却水が鋳片表面に残留したり、鋳片との熱交換によって二次冷却水から生成される水蒸気が存在したりして、高い測温精度が得られないという問題がある。鋳片表面に残留する二次冷却水は、鋳片表面からの放射光を屈折させるために正確な温度測定の妨げとなり、また、二次冷却水から生成される水蒸気は、赤外線を吸収するために、これも温度測定の妨げとなる。

特許文献３は、鋳片支持ロールの最終ロールと鋳片切断機との間で鋳片幅方向の表面温度を測定しており、水蒸気は発生せず且つ鋳片表面を遮る設備はないので、鋳片幅方向全体の表面温度を精度良く測定できるが、特許文献３の実施例においては、鋳片幅方向の表面温度測定値を平均値化し、この平均温度に基づいて欠陥発生を判定しており、鋳片の表面欠陥は平均温度にのみ影響するわけではなく、表面欠陥を見逃す虞が多分にある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鋼の連続鋳造時に鋳片表面に発生する欠陥を、連続鋳造中に見逃すことなく精度良く検出することのできる、連続鋳造鋳片の表面欠陥検出方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造鋳片の表面欠陥検出方法は、連続鋳造中の鋳片の表面温度分布を、鋳片支持ロールの最終ロールと鋳片切断機との間で赤外線カメラによって測定し、鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度、最低温度、及び、前記最高温度と前記最低温度との差である温度差を求め、これらのうちの何れか１つまたは２つ以上が予め設定した閾値を超えたときに表面欠陥発生と判定することを特徴とする。

第２の発明に係る連続鋳造鋳片の表面欠陥検出方法は、第１の発明において、前記最高温度、前記最低温度及び前記温度差を求めるにあたり、鋳片の両側の短辺側コーナー部を除いた領域内で判定する方式と、鋳片の両側の短辺側コーナー部を除いた、それ以外の部位を鋳片幅方向に３等分し、３分割した部位の短辺側の２つの領域内で判定する方式と、鋳片の中央部の予め設定した領域内で判定する方式と、の３つの方式のうちの何れか１つの方式を用いることを特徴とする。

第３の発明に係る連続鋳造鋳片の表面欠陥検出方法は、第２の発明において、表面温度の測定対象となる鋳片の鋼種に基づいて、前記３つの方式のうちから１つの方式が自動的に設定されることを特徴とする。

本発明によれば、上方或いは斜め上方からの鋳片表面への視界を遮る設備がなく、且つ、鋳片表面には二次冷却水は残留せず、また、二次冷却水から生成される水蒸気も存在しない、鋳片支持ロールの最終ロールと鋳片切断機との間で鋳片の表面温度を赤外線カメラによって測定するので、鋳片上面側長辺面の全表面の温度を１つの赤外線カメラで精度良く測定することができ、そして、鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度、最低温度、温度差をそれぞれの閾値と比較して表面欠陥の有無を判定するので、鋳片表面に発生する欠陥を、見逃すことなく精度良く連続鋳造中に検出することが実現される。その結果、表面手入れを必要とする鋳片がそのまま熱間圧延工程に供給されて、熱間圧延工程以降の製品において不良品となったり、また、表面手入れの必要のない鋳片が検査のために冷却されて冷片とされ、その後の熱間圧延工程前の鋳片の加熱に余分な熱エネルギーを必要としたり、処理時間が余分に必要になることにより納期遅れが発生したりするといった問題を、防止することが可能となる。

本発明の実施形態例を示す図であって、連続鋳造機において、鋳片支持ロールの最終ロールと鋳片切断機との間で赤外線カメラによって鋳片の表面温度を測定する概略図である。 本発明の実施形態例を示す図であって、鋳片上面側長辺面の表面温度を測定するための赤外線カメラと鋳片との位置関係を示す概略図である。 最高温度、最低温度及び温度差を求めるときの３種類の方式（αタイプ、βタイプ、γタイプ）を示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明では、連続鋳造中の鋳片の表面温度分布を赤外線カメラによって測定し、鋳片幅方向の表面温度分布における、最高温度、最低温度、及び、前記最高温度と前記最低温度との差である温度差を求め、求めた最高温度、最低温度及び温度差に基づいて鋳片の表面欠陥を判定する。具体的には、最高温度、最低温度及び温度差について、過去の実績に基づいて予め閾値を設定し、最高温度、最低温度、温度差のうちの何れか１つまたは２つ以上が前記閾値を超えたときに表面欠陥発生と判定する。

鋳片の表面欠陥は、連続鋳造用鋳型内のみならず、鋳型以降の二次冷却帯においても発生するので、鋳片の表面温度を測定する位置は、連続鋳造時に発生する鋳片表面欠陥を漏れなく検出する観点から、連続鋳造機の出側以降とすることが必要となる。一方、鋳片は、所定の長さに切断された後は、次工程の熱間圧延工程に直ちに搬送されるので、鋳片切断機によって切断される前までには、表面欠陥の有無を判定することが好ましく、従って、本発明では、連続鋳造機出側の鋳片支持ロールの最終ロールと鋳片を切断するための鋳片切断機との間で表面温度を測定する。鋳片切断機によって切断された後に鋳片の表面欠陥の有無を判定する場合には、判定結果が判明するまで鋳片を待機させる必要があり、その間の鋳片の温度降下はエネルギーロスとなる。

また、鋳片支持ロールの最終ロールと鋳片切断機との間には、一般的な連続鋳造機においては、上方或いは斜め上方からの鋳片表面への視界を遮る設備がなく、且つ、二次冷却帯よりも下流側の領域であることから、鋳片表面には二次冷却水は残留せず、また、二次冷却水から生成される水蒸気も存在せず、鋳片上面側長辺面の全表面の温度を１つの赤外線カメラで精度良く測定することが可能となる。

図１に、本発明の実施形態例を示す図であって、スラブ連続鋳造設備において、鋳片支持ロールの最終ロールと鋳片切断機との間で赤外線カメラによって鋳片の表面温度を測定する概略図を示す。

図１において、符号１はスラブ連続鋳造機、２はタンディッシュ、３は流量調整用のスライディングノズル、４は浸漬ノズル、５は鋳型、６は、サポートロール、ガイドロール及びピンチロールからなる複数対の鋳片支持ロール、７は、鋳造された鋳片を搬送するための複数の搬送ロール、８は、鋳造される鋳片から所定の長さのスラブを切断するための鋳片切断機（トーチカッター）、９は溶鋼、１０は鋳片、１１は凝固シェル、１２は未凝固相、１３は、鋳造された鋳片の長さを測定するためのメジャーロール、１４は、鋳片の表面温度を測定するための赤外線カメラ、１５は、赤外線カメラから送られてくるデータに基づいて、最高温度、最低温度、温度差などを演算・記憶するための演算器、１６はスラブ連続鋳造機のプロセスコンピューター、１７は製造工程全体を管理するビジネスコンピューターである。

図１において、タンディッシュ２から浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入された溶鋼９は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１１を形成し、内部に未凝固相１２を有する鋳片１０として、鋳型５の下方に設けた鋳片支持ロール６に支持されつつ、鋳片支持ロール６のうちのピンチロールの駆動力により鋳型５の下方に連続的に引き抜かれる。鋳片１０は、鋳片支持ロール６を通過する間、二次冷却帯の二次冷却水で冷却され、やがて内部までの凝固を完了する。凝固完了した鋳片１０は、鋳片切断機８によって切断されてスラブ１０ａとなる。尚、鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール６の間隙には、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（図示せず）が配置された二次冷却帯が構成され、二次冷却帯のスプレーノズルから噴霧される冷却水（二次冷却水）によって鋳片１０は引き抜かれながら冷却されるようになっている。

鋳造される鋳片１０の上面側長辺面の表面温度分布が、鋳片支持ロール６の最終ロールと鋳片切断機８との間に設置された赤外線カメラ１４によって測定される。尚、本実施形態例では、鋳片１０の上面側長辺面の表面温度を測定しているが、噴霧した二次冷却水が溜りやすいなどの理由から、二次冷却が不均一になりやすい鋳片１０の上面側の方が一般的に表面欠陥が多いので、鋳片１０の上面側を測温しているが、下面側も同時に測温するようにしても構わない。この場合には、当然ではあるが、下面側にも赤外線カメラ１４を配置する。

赤外線カメラ１４は、二次元的に撮像した熱画像をデジタルデータに変換し、鋳片１０の幅方向及び鋳造方向の表面温度分布（表面温度プロファイル）として把握する装置である。この赤外線カメラ１４としては、市販のものでも十分に適用可能であるが、赤熱状態にある鋳片１０の表面を撮像するので、鋳片１０の輻射熱によって赤外線カメラ１４が損傷を受けないようにするために、遮熱板を設けたり、冷却ボックス内に設置したりするなどの輻射熱対策を講じることが好ましい。

鋳片１０の上面側長辺面の熱画像を撮影するための赤外線カメラ１４の設置位置は、鋳片１０の上方或いは斜め横上方から鋳片１０の熱画像が撮影できる位置とする。本実施の形態例では、図２に示すように、鋳片１０の払い出し方向に対して斜め横上方から鋳片１０の表面全体を捕らえることができるように赤外線カメラ１４を設置している。ここで、図２は、鋳片１０の上面側長辺面の熱画像を撮影するための赤外線カメラ１４と、鋳片１０との位置関係を示す概略図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は立面図である。図中の符号６Ａは、複数対の鋳片支持ロール６からなるロールセグメントである。

赤外線カメラ１４による撮像は、一定の時間間隔、または鋳片１０が一定長さ移動する毎に行なうことによって、鋳造中継続して鋳片１０の熱画像を撮像する。熱画像のデータはデジタル変換され、鋳片表面の温度分布として演算器１５に取り込まれる。鋳片１０の移動距離（鋳造長さ）は、メジャーロール１３によって測定され、その測定値はプロセスコンピューター１６に取り込まれているので、演算器１５は、前記移動距離データをプロセスコンピューター１６から参照することにより、取り込んだ表面温度分布が鋳込み長さのどの位置に相当するか、また鋳片切断機８で切断後のどのスラブ１０ａの温度プロファイルに相当するかを把握することができる。また、これらのデータをプロセスコンピューター１６に入力することもできる。

演算器１５は、取り込んだ表面温度分布から、鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度、最低温度、及び、前記最高温度と前記最低温度との差である温度差を求める。この場合に、演算器１５は、αタイプ、βタイプ、γタイプの３種類の方式の何れの方式でも最高温度、最低温度及び温度差を求めることができるように構成されており、鋳片１０の鋼種に応じて、３種類の方式のうちの何れか１つの方式を自動的に設定し、最高温度、最低温度及び温度差を求め、これらの値によって表面割れの発生を判定する。鋳片１０の鋼種は、ビジネスコンピューター１７からプロセスコンピューター１６を経由して演算器１５に入力される。

図３に、αタイプ、βタイプ、γタイプの３種類の方式を示す。図３において、斜線部の範囲が測温対象領域であり、符号１０ｂは、鋳片長辺面、１０ｃは鋳片短辺面、１０ｄは、長辺面と短辺面との上面側のコーナーを示している。図３に示すように、αタイプは、両側のコーナー１０ｄから距離α₁の範囲までのコーナー部を除いた領域内で、最高温度、最低温度及び温度差を求める方式であり、βタイプは、両側のコーナー１０ｄから距離β₁の範囲までのコーナー部を除いた、それ以外の部位を距離β₂で鋳片幅方向に３等分し、３分割した部位の短辺側の２つの領域内で、最高温度、最低温度及び温度差を求める方式であり、γタイプは、鋳片１０の中央部を中心位置としてそれぞれの短辺側の方向に距離γ₁の範囲までの領域内で、最高温度、最低温度及び温度差を求める方式である。

尚、何れの方式も、短辺側コーナー部は測温対象としていないが、これは、コーナー部は、長辺面側及び短辺面側の両方から冷却され、過冷却になりやすく、この部位の表面温度を用いて表面欠陥を判定すると、判定の精度が低下する虞があるからである。演算器１５において、距離α₁、距離β₁、距離β₂、距離γ₁は、プロセスコンピューター１６から入力される鋳片１０の幅の応じて自動的に設定されるようになっている。また、αタイプ、βタイプ、γタイプの３種類の方式ともに、鋳片短辺面１０ｃは測温対象としない。

本発明においては、３つの方式のうちの何れか１つの方式で、最高温度、最低温度及び温度差を求め、求めたこれらの値と予め設定した閾値とを対比して何れか１つまたは２つ以上が閾値を超えたときに表面欠陥発生と判定しており、この閾値を決定する方法として、以下の方法を用いることができる。

即ち、閾値を設定することなく、赤外線カメラ１４による鋳片１０の表面温度分布を演算器１５に記録し、表面温度分布を記録した各鋳片を冷却して表面検査して、その欠陥発生状況を把握する。記録された表面温度分布とこの欠陥発生状況とを照らし合わせることによって、欠陥発生時に特有の表面温度分布を抽出し、そのデータを演算器１５に記録し蓄積する。定量的な解析に十分な程度のデータが蓄積されたなら、鋼種毎に、αタイプ、βタイプ、γタイプの３種類の方式を用いて、最高温度、最低温度及び温度差を求め、３方式のなかから、鋳片１０の表面欠陥発生状況を最も定量的に把握することのできる方式を選択し、その方式において欠陥発生の閾値を決定する。

本発明では、このようにして予め求めた閾値と、測定される最高温度、最低温度及び温度差とを対比して、鋳造中の鋳片１０の表面欠陥の有無を検出する。そして、欠陥の発生が検出された鋳片１０と、そうでない健全な鋳片１０とを分別し、それぞれに適切な処理を施す。即ち、欠陥の発生が検出されたスラブ１０ａは、強制的に冷却する或いは放冷して冷片としたのちに検査及び／または表面手入れし、その後に熱間圧延工程に供し、一方、欠陥の発生が検出されなかったスラブ１０ａは熱片のまま熱間圧延工程に供する。

このように、本発明によれば、上方或いは斜め上方からの鋳片表面への視界を遮る設備がなく、且つ、鋳片表面には二次冷却水は残留せず、また、二次冷却水から生成される水蒸気も存在しない、鋳片支持ロール６の最終ロールと鋳片切断機８との間で鋳片１０の表面温度を赤外線カメラ１４によって測定するので、鋳片上面側長辺面の全表面の温度を１つの赤外線カメラ１４で精度良く測定することができ、そして、鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度、最低温度、温度差とをそれぞれの閾値と比較して表面欠陥の有無を判定するので、鋳片表面に発生する欠陥を、連続鋳造中に見逃すことなく精度良く検出することが実現される。

１ スラブ連続鋳造機
２ タンディッシュ
３ スライディングノズル
４ 浸漬ノズル
５ 鋳型
６ 鋳片支持ロール
６Ａ ロールセグメント
７ 搬送ロール
８ 鋳片切断機
９ 溶鋼
１０ 鋳片
１０ａ スラブ
１１ 凝固シェル
１２ 未凝固相
１３ メジャーロール
１４ 赤外線カメラ
１５ 演算器
１６ プロセスコンピューター
１７ ビジネスコンピューター

Claims (3)

1. 連続鋳造中の鋳片の表面温度分布を、鋳片支持ロールの最終ロールと鋳片切断機との間で赤外線カメラによって測定し、鋳片幅方向の表面温度分布における最高温度、最低温度、及び、前記最高温度と前記最低温度との差である温度差を求め、これらのうちの何れか１つまたは２つ以上が予め設定した閾値を超えたときに表面欠陥発生と判定することを特徴とする、連続鋳造鋳片の表面欠陥検出方法。
2. 前記最高温度、前記最低温度及び前記温度差を求めるにあたり、鋳片の両側の短辺側コーナー部を除いた領域内で判定する方式と、鋳片の両側の短辺側コーナー部を除いた、それ以外の部位を鋳片幅方向に３等分し、３分割した部位の短辺側の２つの領域内で判定する方式と、鋳片の中央部の予め設定した領域内で判定する方式と、の３つの方式のうちの何れか１つの方式を用いることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造鋳片の表面欠陥検出方法。
3. 表面温度の測定対象となる鋳片の鋼種に基づいて、前記３つの方式のうちから１つの方式が自動的に設定されることを特徴とする、請求項２に記載の連続鋳造鋳片の表面欠陥検出方法。

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