JP2013052431A

JP2013052431A - 連続鋳造用鋳型の鋳型内温度測定方法

Info

Publication number: JP2013052431A
Application number: JP2011193483A
Authority: JP
Inventors: Yuji Wakatsuki; 裕司若槻
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-03-21

Abstract

【課題】拘束性ブレイクアウトの発生を未然に防止できる鋳型内温度測定方法を提案する。
【解決手段】連続鋳造用鋳型の鋳型壁面に埋設固定した複数の熱電対により鋳型内温度を測定する方法において、熱電対２の埋設固定位置から連続鋳造用鋳型の下端に至るまでの寸法をＬＬ、凝固シェル破断部の再凝固必要長さＬ_１、非常減速必要長さＬ_２および破断部検知必要長さＬ_３の総和をＬ（＝Ｌ_１＋Ｌ_２＋Ｌ_３）、とした場合に、前記熱電対２を、Ｌ＜ＬＬの条件を満足する位置に埋設固定して鋳型内温度を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、とくに、拘束性ブレイクアウトの発生を未然に防止するのに適した連続鋳造用鋳型の鋳型内温度を測定する方法に関する。

連続鋳造における鋳造鋳片の引き抜き過程でしばしば発生する拘束性ブレイクアウトは、振動している鋳造用鋳型内でメニスカス近傍の凝固シェルが何らかの要因により拘束されることによって起こるものである。

具体的には、拘束された凝固シェルの下部の凝固シェルが、ポジティブストリッ時（オシレーション動作の１サイクル中の全時間からネガティブストリップ時間を差し引いた時間をいう）に鋳造鋳片の引き抜きにより引っ張られて破断し、次のネガティブストリップ時に再凝固し、さらに、次のポジティブストリップ時に、再凝固した凝固シェルのさらに下部の凝固シェルが破断する、といったように、凝固シェルの破断位置が、鋳造鋳片の鋳込み速度に応じて初期に発生した位置から次第に鋳型下部および鋳型幅方向へと徐々に移動する。

そして、該破断位置が、鋳造鋳型の下端位置を通過して、該破断部から内部の溶鋼が流出することによってブレイクアウトにつながるものと考えられている。

上記のような拘束性ブレイクアウトを回避するには、凝固シェルの破断部が、鋳造鋳型の下端を通過する前に鋳込み速度の減速等により該破断部の冷却を強化し、再凝固により凝固シェルの厚さを厚くすることが有効である。

このため、従来は、凝固シェルの破断部が、鋳造鋳型の下端を通過する前に該部位を検知すべく、鋳造鋳型の壁面に複数の温度測定器を埋設固定し、該温度測定器によって測定された温度の時系列データを処理することにより拘束性ブレイクアウトにつながる焼き付き状態を把握するようにしていた。

この点に関して、特許文献１には、鋳型に埋設された複数の熱電対において、いずれかの熱電対の検出温度が、検出平均温度に対して一旦上昇してから下降するという時系列の温度変化パターンを検出し、当該熱電対に隣接する熱電対でも同様の温度変化パターンが検出されたときに拘束性の焼き付きが起きていると判定する方法が開示されている。

特公昭６３―４７５４５号公報

ところで、上記従来の検知方法においては、鋳造鋳型の幅方向(水平方向)、長さ方向(垂直方向)に数多くの熱電対を設けることにより、精度の高い検知を実現することができるものの、実際には、鋳造鋳型の機械的構造や他の設置機器との干渉により設置場所が限定されている。

また、熱電対の設置コストやメンテナンスにかかるコストの観点からは、該熱電対の設置数はできるだけ少ない方がよいことから、該熱電対の設置場所や数は、これらを勘案して、とくに、機械構造上の問題のない範囲に経験的に設置しているのが現状であった。

このため、焼き付き発生時の鋳込み速度によっては、拘束性ブレイクアウトの検出が遅れることも懸念された。

そこで、本発明の目的は、凝固シェルの破断部を検出した場合において、その部位が該鋳型の下端に至るまで間の適切な対応をできることを可能にして該破断部に起因した拘束性ブレイクアウトの発生を未然に防止することができる連続鋳造用鋳型の鋳型内温度測定方法を提案するところにある。

本発明は、連続鋳造用鋳型の鋳型壁面に埋設固定した複数の熱電対により鋳型内温度を測定する方法において、前記熱電対の埋設固定位置から前記連続鋳造用鋳型の下端に至るまでの寸法をＬＬ、凝固シェル破断部の再凝固必要長さをＬ_１、非常減速必要長さをＬ_２、熱電対による凝固シェル破断部の検知必要長さをＬ_３とし、その総和（＝Ｌ_１＋Ｌ_２＋Ｌ_３）をＬ（ブレイクアウト検知必要長さ）とした場合に、前記熱電対を、Ｌ＜ＬＬを満足する位置に埋設固定して鋳型内温度を測定することを特徴とする連続鋳造用鋳型の鋳型内温度測定方法である。

上記の構成からなる鋳型内温度測定方法においては、鋳込み速度非常減速率（ｍ／ｍｉｎ^２）をα、鋳込み速度非常減速到達速度（ｍ／ｍｉｎ）をβ、逆シェル角度（°）をγ、最大鋳込み速度（ｍ／ｍｉｎ）をＸ、熱電対の水平方向間隔（ピッチ）（ｍｍ）をＡ、凝固シェル破断部の再凝固必要時間（ｍｉｎ）をｔ_１とした場合に、前記破断シェルの再凝固必要長さＬ_１を、Ｌ_１＝β×ｔ_１で求め、前記非常減速必要長さＬ_２を、Ｌ_２＝{（Ｘ＋β）×（Ｘ−β）}／（２×α）で求め、さらに、前記熱電対による凝固シェル破断部の検知必要長さＬ_３を、Ｌ_３＝１．５×Ａ×ｔａｎ（γ）（横伝播）、または、Ｌ_３＝０．５×Ａ×ｔａｎ（γ）（縦伝播）で求めることが、本発明の課題解決のための具体的手段としてとくに好ましい。

上記のような構成を有する本発明によれば、熱電対の埋設固定位置から連続鋳造用鋳型の下端に至るまでの寸法をＬＬ、破断シェルの再凝固鋳込み長さをＬ_１、非常減速必要長さをＬ_２、熱電対による破断部検知必要長さをＬ_３とし、その総和（＝Ｌ_１＋Ｌ_２＋Ｌ_３）をＬとした場合に、熱電対を、Ｌ＜ＬＬを満足する位置に埋設固定して鋳型内温度を測定するようにしたため、これにより、凝固シェル破断部の再凝固に必要な時間、鋳込み速度の非常減速に必要な時間、凝固シェルの破断部が熱電対を通過してから異常を検知するのに必要な時間を、凝固シェルの破断部が鋳造鋳型の下端を通過するまでに、確保することが可能となる。

このため、凝固シェルの破断部が鋳型の下端を通過する前に該破断部を冷却強化により再凝固させることが可能となり、拘束性ブレイクアウトが起こるのを回避し得る。

また、本発明による連続鋳造における連続鋳造用鋳型の鋳型内温度測定方法によれば、凝固シェル破断部の再凝固鋳込み長さＬ_１を、Ｌ_１＝β×ｔ_１で求め、非常減速必要長さＬ_２を、Ｌ_２＝{（Ｘ＋β）×（Ｘ−β）}／（２×α）で求め、熱電対による破断部検知必要長さＬ_３を、Ｌ_３＝１．５×Ａ×ｔａｎ（γ）（横伝播）、または、Ｌ_３＝０．５×Ａ×ｔａｎ（γ）（縦伝播）で求めることとしたことにより、熱電対を、上記条件Ｌ＜ＬＬを満足する位置に確実に配置することが可能となる。

なお、条件Ｌ＜ＬＬが成立するなかで、熱電対の埋設固定位置から鋳造鋳型の下端に至るまでの寸法ＬＬと、熱電対の水平方向における間隔Ａについて、できるだけ大きな値を選択することで熱電対の設置数を減らすことが可能となり、他の設置機器との干渉を避けるのに有利となるだけでなく、設置コストやメンテナンスにかかるコストの軽減を図ることができる。

連続鋳造用鋳型の長辺壁を模式的に示した図である。鋳込み速度と時間(減速時間)の関係を示した図である。（ａ）（ｂ）は、凝固シェルの破断部が水平方向に伝播していく状況を示した図である。（ａ）（ｂ）は、凝固シェルの破断部が縦方向に伝播していく状況を示した図である。熱電対を、上下２列に配置した連続鋳造用鋳型の長辺壁を模式的に示した図である。ブレイクアウト検知必要長さと、鋳込み速度の関係を示したグラフである。

以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明する。
図１は、連続鋳造用鋳型の長辺壁を模式的に示した図であり、図２は、連続鋳造における鋳込み速度と時間（減速時間）の関係を示したグラフである。

図１における符号１は、連続鋳造用鋳型の長辺壁、２は、長辺壁１の壁面内に一定の間隔（ピッチ）で水平に埋設固定された熱電対である。かかる連続鋳造用鋳型の長辺壁１において、熱電対２の埋設固定位置から該連続鋳造用鋳型の下端（鋳造鋳片の出側端）に至るまでの寸法をＬＬとする。

ここで、鋳込み速度非常減速率をα（ｍ／ｍｉｎ^２）、鋳込み速度非常減速到達速度をβ（ｍ／ｍｉｎ）、逆シェル角度（連続鋳造用鋳型の幅方向に沿う水平線と凝固シェルの破断面とのなす角度をいう）をγ（°）、最大鋳込み速度をＸ（ｍ／ｍｉｎ）、熱電対水平方向間隔（ピッチ）をＡ（ｍｍ）、さらに、破断シェル再凝固必要時間をｔ_１（ｍｉｎ）とする。

かかる連続鋳造用鋳型による鋳造鋳片の引き抜き過程で、焼き付きにより凝固シェルに破断部が発生した場合、該凝固シェルの破断部が鋳型内で再凝固するまでに必要される長さＬ_１は、Ｌ_１＝β×ｔ_１で求められる。

また、最低鋳込み速度まで減速するのに必要な非常減速必要長さＬ_２は、
α＝（Ｘ−β）／Ｙ ‥‥（１）
Ｌ_２＝Ｙ×（Ｘ＋β）／２ ‥‥(２)
上記（１）式、（２）式よりＹを消去し、
Ｌ_２＝{（Ｘ＋β）×（Ｘ−β）}／（２×α） ‥‥（３）
で求められる。

さらに、凝固シェルの破断部（破断面）が図３（ａ）（ｂ）に示すように横方向（鋳造鋳型の幅方向）に伝播する場合（破断面が点１の熱電対から点２の熱電対と順番に通過する場合）において、該破断面を検知するのに要する破断部検知必要長さＬ_３は、熱電対水平方向間隔（ピッチ）をＡ（ｍｍ）、逆シェル角度をγ（°）として、
Ｌ_３（ｍａｘ）＝１．５Ａ×ｔａｎ（γ） ‥‥（４）
Ｌ_３（ｍｉｎ）＝Ａ×ｔａｎ（γ） ‥‥（５）
で求められる。

一方、凝固シェルの破断面が図４（ａ）（ｂ）に示すように縦方向（鋳造鋳型の長さ方向）に伝播する場合（破断面が点１の熱電対から点２の熱電対と順番に通過する場合）において該破断面を検知するのに要する破断部検知必要長さＬ_３は、
Ｌ_３（ｍａｘ）＝０．５Ａ×ｔａｎ（γ） ‥‥（６）
Ｌ_３（ｍｉｎ）＝０ ‥‥（７）
で求められる。

よって、凝固シェルの破断部が再凝固するまでの必要長さＬ_１、非常減速必要長さＬ_２、破断部検知必要長さＬ_３の総和Ｌ（＝Ｌ_１＋Ｌ_２＋Ｌ_３）を、熱電対２の埋設固定位置から連続鋳造用鋳型の下端（鋳造鋳片の出側端）に至るまでの寸法ＬＬとの関係で、Ｌ＜ＬＬとする条件を満足するように熱電対２を鋳型内に埋設固定して鋳型内温度を測定し、拘束性ブレイクアウトにつながるような破断部が検出された場合において、それに基づいて鋳込み速度を減速して該破断部の冷却強化を図ることにより、該破断部が連続鋳造鋳型の下端を通過することがなくなり、ブレイクアウトの発生を未然に回避することができる。

熱電対２の配置位置を決めるには、連続鋳造用鋳型とそれを含む設備構造を考慮に入れて、熱電対の水平方向間隔（ピッチ）Ａと、熱電対２の埋設固定位置から連続鋳造用鋳型の下端（鋳造鋳片の出側端）までの寸法ＬＬを選定して上記の計算を行う。そして、Ｌ＜ＬＬが成立する熱電対水平方向間隔（ピッチ）Ａと、熱電対２の埋設固定位置から連続鋳造用鋳型の下端（鋳造鋳片の出側端）までの寸法ＬＬを設定すればよい。

とくに、Ｌ＜ＬＬの条件を満足するなかで、熱電対水平方向間隔（ピッチ）Ａと、熱電対２の埋設固定位置から連続鋳造用鋳型の下端（鋳造鋳片の出側端）までの寸法ＬＬを、できるだけ大きな値にすることにより熱電対２の設置数を減らすことが可能であり、熱電対２の設置コスト、メンテナンスコストの軽減に寄与する。

本発明では、熱電対２を、図５に示すように上下２列に配置して連続鋳造用鋳型の鋳型内温度を測定する場合、破断部検知必要長さＬ_３は、上記（６）式を用いて求める。

本発明に従って連続鋳造用鋳型の鋳型内温度を測定する場合、拘束性ブレイクアウトにつながるような凝固シェルの破断部が鋳型内で起きているかどうかは、例えば、熱電対中の１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、当該熱電対に隣接する少なくとも１つの熱電対で、続いて同様の温度変化パターンが検出されたとき等、温度変化の推移と温度変化パターンをチェックすることにより容易に把握することができる。

鋳型(長辺壁)の幅寸法Ｗが１９２０ｍｍ、長さＨが９００ｍｍ、鋳型上端から熱電対に至るまでの寸法ｈが２８０ｍｍ、熱電対の水平方向間隔（ピッチ）Ａが８１．５ｍｍとなる上掲図１に示した連続鋳造用鋳型と、鋳型の幅寸法Ｗが１９２０ｍｍ、長さＨが９００ｍｍ、鋳型上端から下側に配列された熱電対に至るまでの寸法ｈが２８０ｍｍ、熱電対の水平方向間隔（ピッチ）Ａが１６３ｍｍ、上下の熱電対の間隔ｅが１３０ｍｍとなる上掲図５に示した連続鋳造用鋳型のそれぞれにつき、ブレイクアウト検知必要長さＬが、鋳込み速度との関係でどのように変化するにかについて調べた結果を図６に示す。

また、各鋳込み速度における、凝固シェル破断部の再凝固必要長さＬ_１、非常減速必要長さＬ_２、熱電対による破断部検知必要長さＬ_３、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３の総和（ブレイクアウト検知必要長さ）Ｌの値をそれぞれ表１に示す。

なお、凝固シェル破断部の再凝固必要長さＬ_１は、具体的には、鋳込み速度を０．５ｍ／ｍｉｎに減速完了できる位置から鋳型の下端に至るまでの寸法を１８１ｍｍ（２１．７秒）とし、非常減速到達速度βを０．３ｍ／ｍｉｎとして、Ｌ_１＝０．３×２１．７／６０＝１０８．６（ｍｍ）に基づいて求めたものである。

また、非常減速必要長さＬ_２は、鋳込み速度非常減速率αを３２．５ｍ／ｍｉｎ^２、非常減速到達速度βを０．３ｍ／ｍｉｎとして、Ｌ_２＝（Ｘ−０．３）（Ｘ＋０．３）／６５に基づいて求めものであり、破断部検知必要長さＬ_３は、
横伝播時（図１の鋳型）：
熱電対の水平方向間隔Ａ：８１．５ｍｍ、
鋳込み速度０．５ｍ／ｍｉｎのときの逆シェル角度γ：２８°、
鋳込み速度１ｍ／ｍｉｎのときの逆シェル角度γ：３７°、
鋳込み速度１．５ｍ／ｍｉｎのときの逆シェル角度γ：４５°、
鋳込み速度２ｍ／ｍｉｎのときのときの逆シェル角度γ：５３°、
鋳込み速度２．５ｍ／ｍｉｎのときの逆シェル角度γ：６２°、
鋳込み速度３ｍ／ｍｉｎのときの逆シェル角度γ：７０°、
として、Ｌ_３＝１．５×Ａ×ｔａｎ（γ）に基づいて求めたものであり、
縦伝播の時（図５の鋳型）：
熱電対の水平方向間隔Ａ：１６４ｍｍ、
鋳込み速度０．５ｍ／ｍｉｎのときの逆シェル角度γ：２８°、
鋳込み速度１ｍ／ｍｉｎのときの逆シェル角度γ：３７°、
鋳込み速度１．５ｍ／ｍｉｎのときの逆シェル角度γ：４５°、
鋳込み速度２ｍ／ｍｉｎのときの逆シェル角度γ：５３°、
鋳込み速度２．５ｍ／ｍｉｎのときの逆シェル角度γ：６２°、
鋳込み速度３ｍ／ｍｉｎのときの逆シェル角度γ：７０°、
として、Ｌ_３＝０．５×Ａ×ｔａｎ（γ）に基づいて求めたものである。

図６から、Ｌ＜ＬＬの条件を満足するように熱電対を配置して鋳型内温度を測定することにより、凝固シェルに破断部あることが検知された場合に、該破断部位が鋳型の下端に至るまでの間に該破断部の冷却強化を図ることが可能であって、それにより、ブレイクアウトの発生を未然に防止可能であることが明らかである。

本発明によれば、凝固シェルに破断部が生じても、該破断部位が鋳型の下端に至るまでの間に冷却強化を施すこと可能となり、拘束性ブレイクアウトの発生を未然に防止することができる。

また、本発明によれば、鋳型内温度を測定する熱電対の設置個数を必要最小限に留めることができるので、該熱電対の設置コスト、メンテナンスにかかるコストを軽減することが可能となる。

１連続鋳造用鋳型の長辺壁
２熱電対

Claims

連続鋳造用鋳型の鋳型壁面に埋設固定した複数の熱電対により鋳型内温度を測定する方法において、
前記熱電対の埋設固定位置から連続鋳造用鋳型の下端に至るまでの寸法をＬＬ、凝固シェル破断部の再凝固必要長さをＬ_１、非常減速必要長さをＬ_２、熱電対による破断部検知必要長さをＬ_３とし、その総和（＝Ｌ_１＋Ｌ_２＋Ｌ_３）をＬとして、前記熱電対を、Ｌ＜ＬＬを満足する位置に埋設固定して鋳型内温度を測定することを特徴とする連続鋳造用鋳型の鋳型内温度測定方法。
鋳込み速度非常減速率（ｍ／ｍｉｎ^２）をαとし、鋳込み速度非常減速到達速度（ｍ／ｍｉｎ）をβ、逆シェル角度（°）をγ、最大鋳込み速度（ｍ／ｍｉｎ）をＸ、熱電対の水平方向間隔（ｍｍ）をＡ、さらに、凝固シェル破断部の再凝固必要時間（ｍｉｎ）をｔ_１として、
前記凝固シェル破断部の再凝固必要長さＬ_１を、Ｌ_１＝β×ｔ_１によって求め、
前記非常減速必要長さＬ_２を、Ｌ_２＝{（Ｘ＋β）×（Ｘ−β）}／（２×α）によって求め、さらに、前記破断部検知必要長さＬ_３を、
Ｌ_３＝１．５×Ａ×ｔａｎ（γ）（横伝播の場合）、または、
Ｌ_３＝０．５×Ａ×ｔａｎ（γ）（縦伝播の場合）によって求めることを特徴とする請求項１に記載した連続鋳造用鋳型の鋳型内温度測定方法。