JP2013052397A - 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であるモールド内湯面変動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連続鋳造におけるブレークアウト予知方法を提案することを目的とする。
【解決手段】鋳造方向２箇所に互いに間隔を隔ててモールド内に埋設した温度検出素子の検出温度に基づいて連続鋳造中に発生するブレークアウトを予知する連続鋳造におけるブレークアウト予知方法であって、
前記検出温度のそれぞれを、モールドレベル計によって測定された湯面高さの値によって補正し、
補正した検出温度同士の温度差を求め、該温度差が予め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。
【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連続鋳造におけるブレークアウト予知方法に関するものである。

連続鋳造機において、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。

連続鋳造機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、鋳造機を停止するという操業上の処置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となってしまう。

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。この拘束性ブレークアウトとは、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、凝固殻に内側から外側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ろで溶鋼が漏出することによって生じるブレークアウトである。

このような拘束性ブレークアウトを予知する技術としては、例えば、特許文献１または特許文献２に開示された技術がある。

特許文献１に記載のブレークアウト防止装置は、鋳造方向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。

上記特許文献１または特許文献２に開示されたブレークアウト予知技術は、いずれも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 特公昭６３−４７５４５号公報

熱電対や感温素子など温度検出素子を用いた鋳造方向複数箇所におけるモールド測定温度は、下記のようにモールド内の湯面変動によっても影響を受ける。溶鋼および凝固シェルは鋳型を通して冷却され、下に進むほど冷却が進んでいる。すなわち、湯面近傍では凝固シェルも薄く、溶鋼自体の温度も高いため、湯面高さに相当する鋳型位置における温度が最も高く、鋳型下方に進むほど低くなる。

通常、温度検出素子は湯面位置より一定距離下方に設置されている。しかしながら、湯面高さが変動して通常の湯面位置よりも下降すると、湯面と温度検出素子との距離が近づくことで、温度検出素子の測定温度は通常湯面位置にて測定される値よりも上昇する。また逆に、湯面が通常湯面位置よりも上昇すると、湯面と温度検出素子との距離が遠ざかることで、温度検出素子の測定温度は通常湯面位置にて測定される値よりも低くなってしまう。

湯面変動による上記のような、温度検出素子による計測温度の上昇や下降などの変化は、ブレークアウト予知判定における誤検知の原因となりやすい。ブレークアウトを誤検知した場合には、正常にブレークアウト予知判定を行った場合と同様に、鋳込速度に非常減速をかけてしまい、生産低下や品質不良を招いてしまう。

すなわち、上記した特許文献１や２に開示されたブレークアウト予知技術では、温度変化が拘束性ブレークアウト以外の要因である湯面レベルの変化等によっても生じてしまうため、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。

本発明では、これら従来技術の問題点に鑑み、拘束性ブレークアウト以外の要因であるモールド内湯面変動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連続鋳造における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、温度検出素子による測定温度からモールド内湯面位置の変動による影響を排除することで上記課題を解決するようにした。上記課題は、以下の発明によって解決できる。

［１］ 鋳造方向２箇所に互いに間隔を隔ててモールド内に埋設した温度検出素子の検出温度に基づいて連続鋳造中に発生するブレークアウトを予知する連続鋳造におけるブレークアウト予知方法であって、
前記検出温度のそれぞれを、モールドレベル計によって測定された湯面高さの値によって補正し、
補正した検出温度同士の温度差を求め、該温度差が予め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］ 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において、
前記検出温度を、モールド内湯面測定装置によって測定された湯面高さの値によって補正するにあっては、下記の式に基づいて計算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。
Ｔｍ（ｎ）’＝Ｔｍ（ｎ）−Ｔ_Ｌ（ｎ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
Ｔ_Ｌ（ｎ）＝｛Δｔ×Ｋ×Ｌ（ｎ）＋Ｔ×Ｔ_Ｌ（ｎ−１）｝／（Δｔ＋Ｔ） ・・・・（２）
ここで、
Ｔｍ（ｎ）’：検出温度の補正値
Ｔｍ（ｎ）：実際の検出温度
Ｔ_Ｌ（ｎ）：湯面レベルによる温度出力応答
Δｔ：温度サンプリング間隔
Ｋ：ゲイン
Ｌ（ｎ）：湯面レベル測定値
Ｔ：時定数
（ｎ）、（ｎ−１）：それぞれある温度サンプリング時からｎ番目、ｎ−１番目にサンプリングして得られた値であることを示す。

本発明によれば、拘束性ブレークアウト以外の要因であるモールド内湯面レベルの変動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。

本発明を適用したスラブ連続鋳造設備の装置構成例を模式的に示す図である。

本発明を実施するための形態を、スラブ連続鋳造設備に適用した場合について図、数式を用いて具体的に説明を行う。図１は、本発明を適用したスラブ連続鋳造設備の装置構成例を模式的に示す図である。

図中、１は溶鋼、２は凝固殻、３は鋳型、３Ａはモールド、３Ｂはバックプレート、４は温度検出素子、５は温度検出素子、６はＡ／Ｄ変換器、７はブレークアウト判定装置、８は鋳造機制御装置、９はブレークアウト警報信号、１０は浸漬ノズル、１１はモールドパウダー、１２は鋳造ローラ、１３は鋳造ローラ、１４は保持・冷却装置、１５は湯面レベル計、１６はＡ／Ｄ変換器、および１７は演算装置をそれぞれ表す。

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。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、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（図示せず）が設置されている。

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演算装置１７に出力するように構成されている。

モールド３Ａ内の溶鋼１の湯面上のモールドパウダー１１の上部には、渦流センサ等の湯面レベル計１５が設けられている。この湯面レベル検出値もＡ／Ｄ変換器１６にてデジタル信号に変換され、鋳型への溶鋼の注入量や鋳片の引抜速度の制御を行う制御システム（図示せず）に送られている。本発明では、この湯面レベルの信号を温度検出素子の検出信号と共に演算装置１７に供給する。

演算装置１７では湯面レベル計１５の検出値に基づいて、温度検出素子の検出信号を補正する。補正後の温度は、ブレークアウト判定装置７に送られる。ブレークアウト判定装置７は、下流側の検出温度の補正値から上流側の検出温度の補正値を引いて鋳造方向２箇所における温度差を求め、この温度差が予め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判定する判定ロジックを内蔵している。

そしてこのスラブ連続鋳造設備の場合には、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。

なお、図示した例では、理解を容易にするために、検出温度の補正のための演算装置１７とブレークアウト判定装置７を別々のものとして表示しているが、一個の演算・判定装置のなかで処理するようにしてもよい。

この実施例では、図１に示す温度検出素子４、５として熱電対を用いた。また、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。

モールド内面から挿入孔先端までの距離は、１０ｍｍとし、熱電対４、５の上下間隔は２００ｍｍとした。また、湯面レベルセンサ１５には渦流センサを使用した。

本実施例においては、各熱電対によって検出した温度信号をデジタル変換したのち、下記の式によって、湯面レベル検出値による補正を行った。
Ｔｍ（ｎ）’＝Ｔｍ（ｎ）−Ｔ_Ｌ（ｎ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
Ｔ_Ｌ（ｎ）＝｛Δｔ×Ｋ×Ｌ（ｎ）＋Ｔ×Ｔ_Ｌ（ｎ−１）｝／（Δｔ＋Ｔ） ・・・・（２）
ここで、
Ｔｍ（ｎ）’：検出温度の補正値
Ｔｍ（ｎ）：実際の検出温度
Ｔ_Ｌ（ｎ）：湯面レベルによる温度出力応答
Δｔ：温度サンプリング間隔
Ｋ：ゲイン
Ｌ（ｎ）：湯面レベル測定値
Ｔ：時定数
（ｎ）、（ｎ−１）：それぞれある温度サンプリング時からｎ番目、ｎ−１番目にサンプリングして得られた値であることを示す。

上記式で、時定数Ｔ＝０．８５秒、ゲインＫ＝１．１（℃／ｍｍ）、サンプリング間隔Δｔ＝０．１秒とし、鋳造速度１．５〜２．５ｍ／ｍｉｎで極低炭素鋼を鋳造する操業に本発明を適用して連続鋳造を実施した。

本発明の湯面レベルに基づく温度補正を行うことなく、ブレークアウト予知判定を行っていた従来例では、年間に平均で５回のブレークアウトの誤検知が発生していたが、１年間の試行期間の間に拘束性のブレークアウトの発生は皆無という結果であり、本発明の有効性を確認することができた。

１ 溶鋼
２ 凝固殻
３ 鋳型
３Ａ モールド
３Ｂ バックプレート
４ 温度検出素子
５ 温度検出素子
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 鋳造ローラ
１３ 鋳造ローラ
１４ 保持・冷却装置
１５ 湯面レベル計
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７ 演算装置

Claims (2)

1. 鋳造方向２箇所に互いに間隔を隔ててモールド内に埋設した温度検出素子の検出温度に基づいて連続鋳造中に発生するブレークアウトを予知する連続鋳造におけるブレークアウト予知方法であって、
   前記検出温度のそれぞれを、モールドレベル計によって測定された湯面高さの値によって補正し、
   補正した検出温度同士の温度差を求め、該温度差が予め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. 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において、
   前記検出温度を、モールドレベル計によって測定された湯面高さの値によって補正するにあっては、下記の式に基づいて計算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。
   
   Ｔｍ（ｎ）’＝Ｔｍ（ｎ）−Ｔ_Ｌ（ｎ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
   Ｔ_Ｌ（ｎ）＝｛Δｔ×Ｋ×Ｌ（ｎ）＋Ｔ×Ｔ_Ｌ（ｎ−１）｝／（Δｔ＋Ｔ） ・・・・（２）
   ここで、
   Ｔｍ（ｎ）’：検出温度の補正値
   Ｔｍ（ｎ）：実際の検出温度
   Ｔ_Ｌ（ｎ）：湯面レベルによる温度出力応答
   Δｔ：温度サンプリング間隔
   Ｋ：ゲイン
   Ｌ（ｎ）：湯面レベル測定値
   Ｔ：時定数
   （ｎ）、（ｎ−１）：それぞれある温度サンプリング時からｎ番目、ｎ−１番目にサンプリングして得られた値であることを示す。

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