JP2013056357A - 鋳片の連続鋳造装置及び鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳片を切断する際に未凝固部が外側へ流出することを防止できるようにした鋳片の連続鋳造装置及び鋳片の連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】鋳型１５に注入された溶鋼を引き抜きながら凝固させて連続して鋳片６０を製造する装置であって、鋳片引抜方向に沿って配置された複数の冷却ノズル２１を有し、複数の冷却ノズル２１の各々から鋳片６０に向けて冷却水を噴射することによって、鋳片６０に２次冷却を施す２次冷却装置２０と、２次冷却が施されることにより完全に凝固した完全凝固位置６１をオンラインで検出する完全凝固位置検出部５１と、検出された完全凝固位置６１で鋳片６０を切断する切断装置４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳片の連続鋳造装置及び鋳片の連続鋳造方法に関する。

従来から、鋳片の製造方法として連続鋳造法が知られている。連続鋳造法では、取鍋内溶鋼を中間容器（タンディッシュ）を介して中空の水冷銅鋳型（モールド）に一方から注入し、他方から連続的に引き抜き、引き抜かれた鋳片を適度な長さに切断する。この適度な長さに切断された鋳片（例えば、スラブ）は、加熱炉へ装入されて加熱され、その後熱間圧延される。ここで、従来から、スラブを熱片の状態（即ち、一部が未凝固の状態）で加熱炉へ装入することが行われている。これにより、加熱炉においてスラブを加熱するためのエネルギーを低減することができる。

例えば、下記の特許文献１、２には、未凝固部を内部に有するスラブの製造方法が開示されている。特許文献１に開示されている方法では、上下の凝固シェルを内部の未凝固部を挟むように圧着して鋳片を切断することによって、未凝固部を内部に有するスラブを製造する。特許文献２に開示されている方法では、冷却水の流量を制御することによって、鋳片の一定の距離毎に完全に凝固させる。そして、この鋳片を完全凝固位置で切断することによって、未凝固部を内部に有するスラブを製造する。

特開昭６１−２７１５１号公報 特開昭５３−１１２２４７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、鋳片を切断する際に、上下の凝固シェルに意図しない割れが生じたり、凝固シェルが十分に圧着されなかったりする可能性があった。このように割れや圧着不十分な箇所が生じると、そこから未凝固部が流出してしまう可能性があった。
また、特許文献２に開示されている方法では、鋳片を切断する際に、完全凝固位置を高精度に検出することは難しく、鋳片の切断位置が完全凝固位置から外れてしまう可能性があった。鋳片の切断位置が完全凝固位置から外れてしまうと、鋳片の被切断面から未凝固部が流出してしまう可能性があった。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、鋳片を切断する際に未凝固部が外側へ流出することを防止できるようにした鋳片の連続鋳造装置及び鋳片の連続鋳造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る鋳片の連続鋳造装置は、鋳型に注入された溶鋼を引き抜きながら凝固させて連続して鋳片を製造する装置であって、前記鋳片の引き抜き方向である鋳片引抜方向に沿って配置された複数のノズルを有し、前記複数のノズルの各々から前記鋳片に向けて冷却水を噴射することによって、前記鋳片に２次冷却を施す２次冷却手段と、前記鋳片の前記２次冷却が施されることにより完全に凝固した完全凝固位置をオンラインで検出する完全凝固位置検出手段と、検出された前記完全凝固位置で前記鋳片を切断する鋳片切断手段と、前記鋳片の前記完全凝固位置と、前記鋳片内に前記未凝固部位を有する未凝固位置とが、前記鋳片引抜方向に沿って交互に配置されるように、前記複数のノズルの各々から噴射される前記冷却水の量を制御する２次冷却水量制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、上記の連続鋳造装置において、前記２次冷却水量制御手段は、前記完全凝固位置検出手段による前記完全凝固位置の検出結果に基づいて、前記複数のノズルの各々から噴射される前記冷却水の量を調整することを特徴とする。
また、上記の連続鋳造装置において、前記鋳片の２次冷却中の部位の凝固状態を検出する凝固状態検出手段、をさらに備え、前記２次冷却水制御手段は、前記凝固状態検出手段による前記凝固状態の検出結果に基づいて、前記複数のノズルの各々から噴射される前記冷却水の量を調整することを特徴とする。

本発明の別の態様に係る鋳片の連続鋳造方法は、鋳型に注入された溶鋼を引き抜きながら凝固させて連続して鋳片を製造する方法であって、前記鋳片の引き抜き方向である鋳片引抜方向に沿って配置された複数のノズルの各々から前記鋳片に向けて冷却水を噴射させることによって、前記鋳片に２次冷却を施し、前記鋳片の前記２次冷却が施されることにより完全に凝固した完全凝固位置をオンラインで検出し、検出された前記完全凝固位置で前記鋳片を切断し、前記鋳片の前記完全凝固位置と、前記鋳片内に前記未凝固部位を有する未凝固位置とが、前記鋳片引抜方向に沿って交互に配置されるように、前記複数のノズルの各々から噴射される前記冷却水の量を制御することを特徴とする。

本発明によれば、鋳片を切断する際に未凝固部が外側へ流出することを防止することができる。

第１実施形態に係る連続鋳造装置１００の構成例を示す概念図である。 鋳片６０に対する冷却ノズル２１の配置例を示す概念図である。 凝固状態検出用のセンサー３１の第１の構成例を示す概念図である。 凝固状態検出用のセンサー３１の第２の構成例を示す概念図である。 送信信号と受信信号の一例を示す図である。 鋳片６０の切断位置の決定手順を示すフローチャートである。 完全凝固位置６１の鋳片引抜方向の長さＬを示す図である。 第１実施形態の変形例に係る連続鋳造装置１００Ａの構成例を示す概念図である。 第２実施形態に係る連続鋳造装置２００の構成例を示す概念図である。

（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る連続鋳造装置（以下、連鋳機ともいう）１００の構成例を示す概念図である。図１では、連鋳機として垂直曲げ型連鋳機を例示している。
図１に示すように、連鋳機１００は、例えば、取鍋１１と、タンディッシュ１３と、鋳型１５（モールド）１５と、複数のサポートロール１７と、２次冷却装置２０と、凝固状態検出用のセンサー３１と、メジャーリングロール３３と、切断装置４０と、制御部５０
と、を備える。
この連鋳機１００では、タンディッシュ１３の下方に鋳型１５が設けられ、タンディッシュ１３の底部に鋳型１５への溶鋼供給口となる浸漬ノズル１４が設けられている。鋳型１５の下方に複数のサポートロール１７が設置されている。これら複数のサポートロール１７に沿って、鋳片５が所定の引抜き速度で引き抜かれる。

２次冷却装置２０は、例えば９つの冷却ゾーン１〜９で構成されている。各冷却ゾーン１〜９にはスプレー又はエアミストスプレー用ノズルなどの冷却ノズル２１が配置されている。これら複数の冷却ノズル２１の各々から鋳片６０の表面に２次冷却用の水（以下、冷却水ともいう。）が噴射されることで、目標とする鋳片の２次冷却が実施される。
なお、図１では、鋳片６０の上面側にのみ冷却ノズル２１が配置されている構成を示しているが、これはあくまで一例である。鋳片６０の下面側に冷却ノズル２１が配置されていてもよいし、鋳片６０の上面及び下面にそれぞれ冷却ノズル２１が配置されていてもよい。或いは、例えば図２に示すように、鋳片６０の上面及び下面の側（以下、長辺の側ともいう）と、側面の側（以下、短辺の側ともいう。）にそれぞれ冷却ノズル２１が配置されていてもよい。図２において、紙面に垂直な方向（Ｙ軸方向）が鋳片引抜方向である。

なお、図１では冷却ゾーンが計９ゾーン設けられている場合を示しているが、これはあくまで一例である。冷却ゾーンの数は、連鋳機の長さ（即ち、機長）などによって任意の数に設定してよい。
凝固状態検出用のセンサー３１は例えば電磁超音波センサーである。このセンサー３１は、鋳片６０を挟んで対向配置された送信用センサー及び受信用センサーを有する。一例を挙げると、図３に示すように、送信用センサー３１ａ及び受信用センサー３１ｂは、鋳片６０の幅方向（Ｘ軸方向）に移動可能な取り付け架台３２に取り付けられていてもよい。そして、この架台３２に取り付けられた送信用センサー３１ａと受信用センサー３１ｂとが同期して移動する。これにより、センサー３１は、鋳片６０の幅方向における一端から他端にかけて、鋳片６０内部の凝固状態（即ち、鋳片６０の厚み方向（Ｚ軸方向）における凝固状態）を検知する。

或いは、図４に示すように、送信用センサー３１ａと受信用センサー３１ｂはそれぞれ同じ数だけ、複数個ずつ設けられていてもよい。そして、送信用センサー３１ａと受信用センサー３１ｂは、それぞれ鋳片６０の幅方向に沿って一列に並ぶように配置されていてもよい。
送信用センサー３１ａは、送信信号として、例えば横波の電磁超音波を発信する。受信用センサー３１ｂは、受信信号として、送信用センサー３１ａから発信された電磁超音波のうちの鋳片６０を透過した信号を受信する。鋳片６０がその内部まで完全に凝固した状態（即ち、完全凝固状態）では、送信用センサー３１ａから発信された送信信号は少なくともその一部が鋳片６０を貫通して、受信用センサー３１ｂで受信される。一方、鋳片６０内に溶鋼が完全に凝固していない未凝固部位が存在する場合は、送信用センサー３１ａから発信された送信信号は未凝固部位で遮られ、受信用センサー３１ｂで受信されない。

図５（ａ）及び（ｂ）は、送信信号と受信信号の一例を示す図である。図５（ａ）の縦軸は送信信号の強度を示し、その横軸は時間を示す。図５（ｂ）の縦軸は受信信号の強度を示し、その横軸は時間を示す。
図５（ａ）に示すように、送信用センサー３１ａが時間ｔ１から時間ｔ２の間、送信信号を送信した場合を想定する。このとき、鋳片６０のうちの、送信用センサー３１ａと受信用センサー３１ｂとで挟まれた部位が完全凝固状態にあれば、図５（ｂ）の実線で示すように、時間Ｔ１（＝ｔ１＋Δｔ）から時間Ｔ２（＝ｔ２＋Δｔ）の間、受信用センサー３１ｂは閾値（即ち、予め設定されている強度）以上の信号を受信する。一方、鋳片６０のうちの、送信用センサー３１ａと受信用センサー３１ｂとで挟まれた部位に未凝固部位が存在する場合は、図５（ｂ）の２点鎖線で示すように、時間Ｔ１（＝ｔ１＋Δｔ）から時間Ｔ２（＝ｔ２＋Δｔ）の間、受信用センサー３１ｂは閾値未満の信号（例えば、ノイズ）しか受信しない。なお、受信用センサー３１ｂで受信された信号（即ち、受信信号）は検出信号として、制御部５０へ出力される。

図１に戻って、メジャーリングロール３３は、鋳片６０の移動量を計測する。例えば、メジャーリングロール３３は鋳片６０に接触しており、鋳片６０の移動に伴って回転する。この回転数（回転量）に基づいて、鋳片６０の単位時間当たりの移動量（即ち、移動速度）が算出される。
切断装置４０は、後述の切断位置検出部によって検出された切断位置で、鋳片６０を切断する。この切断装置４０は、例えばレール４１と、台車４２と、台車４２に支持されたトーチ４３とを備える。トーチが切断機を構成する。レール４１は、例えば鋳片６０の上方に位置し、鋳片引抜方向に沿って延在するようにして配置されている。台車４２は、駆動装置（図示せず）によって駆動され、レール４１上を鋳片６０の移動と同期して走行可能となっている。例えば、台車４２はクランプ機構（図示せず）を備え、そのクランプ機構によって鋳片６０をクランプすることで、鋳片６０と同期して走行可能となっている。もちろん、台車４２を、モータなどの駆動源を備えた自走式として構成して、鋳片６０の移動速度情報に基づき駆動源を駆動することで、鋳片６０の移動と同期して走行するように構成しても良い。

トーチ４３は、噴射するガスが着火してなる火炎によって鋳片６０の切断を行う。例えば、トーチ４３には、図示しない配管系からプロパン等の燃料ガスと酸素が供給されており、その燃料ガスと酸素との混合ガスを、下方に向いた火口から噴射し、噴射した混合ガスが着火してなる火炎で鋳片６０の溶断を行う。ここで、トーチ４３は、燃料ガスと酸素の圧力、流量等を最低限に絞り込んだ種火状態と、燃料ガスと酸素の圧力、流量等をある程度絞り込み、鋳片６０の溶断はできないものの、いつでも溶断に移行できる状態である予熱状態と、燃料ガスと酸素を充分に供給し、鋳片６０を溶断することが可能な切断状態との３つの状態を適宜切り換えることが可能である。

なお、切断装置４０は、台車４２に支持されているトーチ４３を鋳片６０の幅方向（図１では、紙面に垂直な方向）に変位可能な横変位機構（図示せず）を備えていてもよい。この横変位機構によって、トーチ４３は、台車４２が台車４２移動範囲内を移動する間に、鋳片６０を幅方向に横断することで鋳片６０の溶断を行うことが可能である。台車４２は鋳片６０の切断が完了する毎に、初期位置の方向に戻るようになっている。

制御部５０は、例えば、完全凝固位置検出部５１と、切断位置検出部５２と、２次冷却水量制御部５３と、を有する。
完全凝固位置検出部５１は、凝固状態検出用のセンサー３１から送信されてくる検出信号（即ち、受信信号）に基づいて、鋳片６０のセンサー３１により探測された部位（以下、探測部位ともいう。）の凝固状態をリアルタイムで検出する。例えば図５（ｂ）の一点鎖線で示されるように、予め設定された信号強度を閾値として、検出信号の強度が閾値以上の場合は、完全凝固位置検出部５１は、探索部位は完全凝固状態にある（即ち、完全凝固位置６１である）と判定する。また、検出信号の強度が閾値未満の場合は、完全凝固位置検出部５１は、探索部位は内部に未凝固部位６４を有する（即ち、未凝固位置６２である）と判定する。なお、完全凝固位置検出部５１は、検出信号の強度の変化（例えば、図５（ｂ）に示した実線から二点鎖線への変化）を検知することによって、完全凝固位置６１の端部である凝固完了位置（即ち、クレーターエンド）を検出することもできる。

切断位置検出部５２は、例えば、制御部５０の上位のコントローラである製造管理用制御部１５０から送信されてくる鋳片６０の切断間隔に関する情報、メジャーリングロール３３で測定される鋳片６０の移動速度、及び、完全凝固位置検出部５１により検出される完全凝固位置６１に関する情報に基づいて、鋳片６０の切断位置を決定する。

図６は、切断位置検出部５２による鋳片６０の切断位置の決定手順を示すフローチャートである。図６のステップＳ１１０では、切断位置検出部５２は、製造管理用制御部１５０から、鋳片６０の切断間隔に関する情報を取得する。一例を挙げると、切断間隔は３〜７ｍである。ステップＳ１２０では、鋳片６０の切断間隔に関する情報と、鋳片６０の移動速度に関する情報とに基づいて、鋳片６０の切断予定位置を設定する。ステップＳ１３０では、切断位置検出部５２は、この鋳片６０の切断予定位置が、完全凝固位置６１であるか否かを判定する。例えば、切断位置検出部５２は、完全凝固位置検出部５１から出力される検出信号と、メジャーリングロール３３で測定される鋳片６０の移動速度とに基づいて、完全凝固位置６１をトラッキングしている。切断位置検出部５２は、切断予定位置が、このトラッキングしている完全凝固位置６１であるか否かを判定する。

鋳片６０の切断予定位置が完全凝固位置６１であると判定された場合はステップＳ１４０へ進み、完全凝固位置６１でないと判定された場合はステップＳ１５０へ進む。ステップＳ１５０では、切断位置検出部５２は、ステップＳ１２０で設定した切断予定位置を切断位置に決定する（即ち、切断位置を検出する。）。一方、ステップＳ１６０では、切断位置検出部５２は、切断予定位置が完全凝固位置６１となるように、切断予定位置を鋳片引抜方向の上流側又は下流側へ変更する。このように切断予定位置を変更した後は、ステップＳ１４０へ戻る。そして、切断位置検出部５２は、このステップＳ１５０で変更した切断予定位置が、完全凝固位置６１であるか否かを判定する。

なお、切断位置検出部５２は、メジャーリングロール３３で測定される鋳片６０の移動速度に基づいて、切断位置をトラッキングする。このトラッキング情報は切断装置４０に送信される。切断装置４０は、このトラッキングされている切断位置で鋳片６０を切断する。これにより、鋳片６０から、例えば３〜７ｍの長さを有するスラブ７０を得ることができる。

図１に戻って、２次冷却水量制御部５３は、鋳片６０において完全凝固位置６１と未凝固位置６２とが鋳片引抜方向に沿って交互に配置されるように、複数の冷却ノズル２１の各々から噴射される冷却水の量を制御する。例えば、２次冷却水量制御部５３は、完全凝固位置検出部５１による検出結果（即ち、完全凝固位置６１に関する情報）を取得する。２次冷却水量制御部５３は、完全凝固位置検出部５１による検出結果と、複数の冷却ノズル２１の各々の相対的位置から逆算することで、連鋳機内のどの部分に鋳片６０の切断予定位置が存在するかを推測することができる。或いは、この推測は、完全凝固位置検出部５１による検出結果と、例えば製造管理用制御部１５０から送信されてくる鋳片６０の切断間隔に関する情報とに基づいて行うこともできる。

そこで、２次冷却水量制御部５３は、切断予定位置の近くに位置する冷却ノズル２１に、完全凝固を達成するに足りる量の冷却水を鋳片６０に向けて噴射させる。また、２次冷却水量制御部５３は、切断予定位置から遠く離れている冷却ノズル２１に、切断予定位置の近くに位置する冷却ノズル２１よりも少ない量の冷却水を、鋳片６０に向けて噴射させる。これにより、切断予定位置の冷却を強め、それ以外の位置の冷却を相対的に弱めることができ、切断予定位置において完全凝固を達成することが可能となる。

また、２次冷却水量制御部５３は、完全凝固位置検出部５１による検出結果に基づいて、複数の冷却ノズル２１の各々から噴射される冷却水の量を調整してもよい。例えば、図７（ａ）に示すように、完全凝固位置６１の鋳片引抜方向（Ｙ軸方向）における長さＬが、予定されていた長さよりも長い場合は、鋳片６０に噴射された冷却水の量が多いことが考えられる。このような場合は、２次冷却水量制御部５３は複数の冷却ノズル２１の各々から噴射される冷却水の量を少なくする。これにより、鋳片６０の探索部位よりも上流側の部位において、完全凝固位置６１の長さＬが短くなるように（つまり、未凝固位置６２の長さが長くなるように）冷却を弱めることができる。

一方、図７（ｂ）に示すように、完全凝固位置６１の長さＬが、予定されていた長さよりも短い場合は、鋳片６０に噴射された冷却水の量が少ないことが考えられる。このような場合は、２次冷却水量制御部５３は複数の冷却ノズル２１の各々から噴射される冷却水の量を多くする。これにより、鋳片６０の探索部位よりも上流側の部位において、完全凝固位置６１の長さＬが長くなるように（つまり、未凝固位置６２の長さが短くなるように）冷却を強めることができる。

（動作）
次に、第１実施形態の動作例について説明する。
図１に示した連鋳機１００は、鋳型１５に注入された溶鋼を下側に引き抜きながら２次冷却を施して鋳片６０を形成する。２次冷却装置２０は、鋳片６０のうちの切断予定位置により多くの冷却水を供給する。つまり、鋳片６０の切断予定位置の冷却は他の位置よりも強化される。これにより、鋳片６０の２次冷却後の部位は、完全凝固位置６１と未凝固位置６２とが鋳片引抜方向に沿って交互に配置された形態となる。完全凝固位置検出部５１は、鋳片６０の完全凝固位置６１を凝固状態検出用のセンサー３１を介して検出する。

切断位置検出部５２は、完全凝固位置検出部５１による検出結果と、製造管理用制御部１５０から送信されてくる鋳片６０の切断間隔に関する情報とに基づいて、鋳片６０の切断位置を検出する。ここで、検出される切断位置は完全凝固位置６１である。切断装置４０は、この検出された完全凝固位置６１で鋳片６０を切断する。

一方、２次冷却水量制御部５３は、完全凝固位置検出部５１による検出結果に基づいて、冷却水の量をフィードバック制御する。これにより、例えば、完全凝固位置６１の長さＬの均一化や、未凝固位置６２における未凝固部位６４の厚さ、形状等の均一化が図られる。
この第１実施形態では、複数の冷却ノズル２１が本発明の「複数のノズル」に対応し、２次冷却装置２０が本発明の「２次冷却手段」に対応している。また、凝固状態検出用のセンサー３１及び完全凝固位置検出部５１が本発明の「完全凝固位置検出手段」に対応している。切断装置４０が本発明の「鋳片切断手段」に対応している。２次冷却水量制御部５３が本発明の「２次冷却水量制御手段」に対応している。さらに、後述する凝固状態検出用のセンサー１３１が本発明の「凝固状態検出手段」に対応している。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態は、次のような効果を奏する。
（１）２次冷却水量制御部５３は、鋳片６０の完全凝固位置６１と未凝固位置６２とが鋳片引抜方向に沿って交互に配置されるように、複数の冷却ノズル２１の各々から噴射される冷却水の量を制御する。完全凝固位置検出部５１は、この完全凝固位置６１をオンラインで検出する。そして、切断装置４０は、この完全凝固位置６１で鋳片６０を切断する。これにより、内部に未凝固部位６４を有するスラブ７０を得ることができる。このスラブ７０を加熱炉に装入することで、加熱炉の燃料原単位（即ち、単位製品当たりに必要とされる燃料の消費量）を低減することができる。例えば、鋳片６０の内部に１０％程度の未凝固部位６４を残すことで、鋳片６０の平衡温度は２００℃程度上昇する。加熱炉への入熱比率を４０％とすれば、２００℃×０．２Ｍｃａｌ／Ｌ×（１／０．４）＝１００Ｍｃａｌ／Ｌの原単位削減が可能である。

（２）凝固状態検出用のセンサー３１は、例えば横波の電磁超音波を鋳片６０の探測部位に照射して、その内部の凝固状態を検知する。この検知信号は、完全凝固位置検出部５１に送信される。これにより、完全凝固位置検出部５１は、鋳片６０の探測部位の凝固状態をリアルタイムに、且つ正確に把握することができ、完全凝固位置６１を高精度に検出することができる。また、切断位置検出部５２は、この高精度に検出された完全凝固位置６１を鋳片６０の切断位置として検出する。切断装置４０は、この検出された切断位置で鋳片６０を切断する。これにより、連鋳機１００は、内部の未凝固部位６４が外部へ流出することを防ぐことができる。

（３）２次冷却水量制御部５３は、複数の冷却ノズル２１の各々から鋳片６０の切断予定位置に向けて噴射される冷却水の量を、切断予定位置以外の他の位置に向けて噴射される冷却水の量よりも多くする。これにより、鋳片６０の切断予定位置の冷却を強め、それ以外の位置の冷却を相対的に弱めることができ、鋳片６０の切断予定位置を完全凝固位置６１とすることができる。

（４）２次冷却水量制御部５３は、完全凝固位置検出部５１による検出結果に基づいて、複数の冷却ノズル２１の各々から噴射される冷却水の量を調整する。即ち、２次冷却水量制御部５３は、鋳片６０の凝固状態に基づいて、冷却水量をフィードバック制御する。これにより、鋳片６０の凝固状態を容易に制御することが可能となる。例えば、完全凝固位置６１の長さＬの均一化や、未凝固位置６２における未凝固部位６４の厚さ、形状等の均一化に寄与することができる。

（変形例）
上記の第１実施形態では、図１に示したように、凝固状態検出用のセンサー３１を冷却ゾーン１〜９の下流側に配置する場合を例示した。しかしながら、この第１実施形態では、凝固状態検出用のセンサーを複数個用意し、これらの一部を冷却ゾーン１〜９の任意の位置に配置してもよい。例えば、図８に示すように、凝固状態検出用のセンサー１３１を冷却ゾーン５と冷却ゾーン６との間に配置する。このセンサー１３１は、センサー３１と同様、例えば電磁超音波センサーである。

図８に示す連鋳機１００Ａでは、センサー１３１は、鋳片６０の冷却ゾーン５で冷却された直後の部位の凝固状態を検出する。そして、２次冷却水量制御部５３は、このセンサー１３１による凝固状態の検出結果に基づいて、複数の冷却ノズル２１の各々から噴射される冷却水の量を調整する。これにより、鋳片６０の凝固状態をより容易に制御することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、この第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成を有する部分には同一の符号を付して説明する。第１実施形態では、凝固状態検出用のセンサー３１を用いて、鋳片６０の完全凝固位置６１をオンラインで検出する場合の例を説明した。第２実施形態では、伝熱計算により、鋳片６０の完全凝固位置６１をオンラインで検出する場合の例を説明する。

（構成）
図９は、本発明の第２実施形態に係る連続鋳造装置２００の構成例を示す概念図である。図９では、連続鋳造装置（即ち、連鋳機）２００として垂直曲げ型連鋳機を例示している。図９に示すように、連鋳機２００は、例えば、取鍋１１と、タンディッシュ１３と、鋳型１５と、複数のサポートロール１７と、２次冷却装置２０と、メジャーリングロール３３と、切断装置４０と、制御部５０と、伝熱計算部１４０と、を備える。

伝熱計算部１４０は、例えばＣＰＵ、メモリーなどからなる演算処理装置である。２次冷却水量制御部５３により制御される冷却条件（例えば、冷却ゾーン１〜９毎の冷却水量など）が、伝熱計算部１４０に入力される。伝熱計算部１４０は、この冷却条件に基づいて鋳片６０の内部温度分布を求め、完全凝固位置６１を算出する。伝熱計算部１４０による完全凝固位置６１の算出結果は、検出信号として、完全凝固位置検出部５１に送信される。

伝熱計算部１４０による伝熱計算は、例えば以下のように行われる。
伝熱計算部１４０は、少なくとも２次冷却の冷却条件に基づき熱流束を求めつつ、その求めた熱流束を使用した熱伝達モデルによって、鋳片６０の凝固状態（温度状態）を推定する。ここで、連続鋳造の２次冷却計算は、例えば、鋳片長手方向（鋳造方向）に沿って単位長さでスライスされた鋳片６０断面を考え、鋳造中のストランド内の場所に応じて、水冷、空冷、ミスト冷却、ロール抜熱などからなる２次冷却条件による鋳片６０表面での境界条件を示す式（１）に基づき熱流速を求め、その求めた熱流束を使用して、式（３）の２次元伝熱方程式を解くことで実施される。

ただし、式（１）中の温度に関する値であるφは、下記の式（２）で表すことができる。このため、式（１）を後述の式（３）に適用する際に、温度は式（２）のような置き換えを行っている。

ここで、
Ｑ ：熱流束
κ ：熱伝導率
κｄ：基準温度での熱伝導率
ｈ ：熱伝達係数
Ｔ ：モデル表面温度
Ｔａ：雰囲気温度
である。

ここで、
ｃ：比熱
ρ：密度
κ：熱伝導率
Ｔ：温度
である。

そして、式（１）における熱伝達係数ｈは、水冷、空冷、ミスト冷却などの冷却方式、冷却操作量、ロール抜熱量などの２次冷却条件によって決定される。上記式（１）に基づく式（３）による２次冷却計算によって、鋳片６０の内部温度分布を求め、さらにその内部温度分布と溶鋼成分で決定される固相線温度から完全凝固位置６１を算出する。

また、上記式（１）〜式（３）を用いて、スライスされた単位長さの断面を鋳片長手方向に沿って連続的に次々と発生させ、計算することによって、鋳造速度変化時などの非定常における温度計算も実現することができる。現在計算機能力が飛躍的に向上しており、水冷実績データ、鋳造速度、タンディッシュ１３溶鋼温度などの操業条件をオンラインで取り込み、リアルタイムで２次冷却計算、最終凝固計算が可能である。
この第２実施形態では、伝熱計算部１４０及び完全凝固位置検出部５１が本発明の「完全凝固位置検出手段」に対応している。それ以外の対応関係は第１実施形態と同じである。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態は、第１実施形態の効果（１）、（３）、（４）に加えて、次のような効果を奏する。
伝熱計算部１４０は、例えば、２次冷却水量制御部５３により制御される冷却条件に基づいて、鋳片６０の内部温度分布を求め、完全凝固位置６１を算出する。この伝熱計算の結果は、完全凝固位置検出部５１に送信される。これにより、完全凝固位置検出部５１は、鋳片６０の凝固状態をリアルタイムに把握することができ、完全凝固位置６１を検出することができる。また、切断位置検出部５２は、この伝熱計算により検出された完全凝固位置６１を鋳片６０の切断位置として検出する。切断装置４０は、この検出された切断位置で鋳片６０を切断する。これにより、連鋳機１００は、内部の未凝固部位６４が外部へ流出することを防ぐことができる。

（変形例）
完全凝固位置検出部５１は、凝固状態検出用のセンサー３１の出力値と、伝熱計算部１４０による伝熱計算の結果の両方を用いて、鋳片６０の完全凝固位置６１を検出するようにしてもよい。例えば、伝熱計算の結果をセンサー３１の出力値に基づいて補正する。或いはその逆に、センサー３１の出力値を伝熱計算の結果に基づいて補正する。このように、センサー３１の出力値と伝熱計算の結果とを任意に重み付けして用いることにより、完全凝固位置６１の検出精度をさらに高めることが可能である。

また、鋳片６０の完全凝固位置６１（例えば、凝固完了位置６３）は、横波センサーと伝熱計算より求めることの他、次の装置、方法で求めることもできる。即ち、縦波センサー、縦波センサーと横波センサーとを組み合わせたもの、また各々のセンサー（縦波センサー、横波センサー）と伝熱計算を組み合わせることにより、完全凝固位置６１（例えば、凝固完了位置６３）を求めることもできる。

本発明者は、鋳片に対する冷却方法に関し、事前の伝熱計算により、鋳造速度に対する好適な２次冷却水量を求めた。そして、この求めた値で鋳片の連続鋳造（即ち、操業）を行った。具体的には、以下の水量により操業を行った。

鋳造速度 ２．５メートル／分
鋼種 中炭鋼
幅 １９００ｍｍ
この表に記載の「長辺」とは、例えば図２に示したように、鋳片の上面及び下面の側のことである。また、「短辺」とは鋳片の側面の側のことである。さらに、「ＩＮ」は冷却ゾーンの入側のことであり、「ＯＵＴ」は冷却ゾーンの出側のことである。

本発明者は、この表に示すように、完全凝固用の水量と、未凝固用の水量とを別々に設定し、鋳片の切断予定位置は完全凝固用の水量で冷却し、それ以外の位置は未凝固用の水量で冷却した。このように冷却水の量をコントロールすることにより、鋳片の切断予定位置において、完全凝固を達成できることを確認した。

１〜９ 冷却ゾーン
１１ 取鍋
１３ タンディッシュ
１４ 浸漬ノズル
１５ 鋳型（モールド）
１７ サポートロール
２０ ２次冷却装置
２１ 冷却ノズル
３１、１３１ 凝固状態検出用のセンサー
３１ａ 送信用センサー
３１ｂ 受信用センサー
３２ 架台
３３ メジャーリングロール
４０ 切断装置
４１ レール
４２ 台車
４３ トーチ
５０ 制御部
５１ 完全凝固位置検出部
５２ 切断位置検出部
５３ ２次冷却水量制御部
６０ 鋳片
６１ 完全凝固位置
６２ 未凝固位置
６３ 凝固完了位置（クレーターエンド）
６４ 未凝固部位
７０ スラブ
１００、１００Ａ、２００ 連続鋳造装置（連鋳機）
１４０ 伝熱計算部
１５０ 製造管理用制御部

Claims (4)

1. 鋳型に注入された溶鋼を引き抜きながら凝固させて連続して鋳片を製造する装置であって、
   前記鋳片の引き抜き方向である鋳片引抜方向に沿って配置された複数のノズルを有し、前記複数のノズルの各々から前記鋳片に向けて冷却水を噴射することによって、前記鋳片に２次冷却を施す２次冷却手段と、
   前記鋳片の前記２次冷却が施されることにより完全に凝固した完全凝固位置をオンラインで検出する完全凝固位置検出手段と、
   検出された前記完全凝固位置で前記鋳片を切断する鋳片切断手段と、
   前記鋳片の前記完全凝固位置と、前記鋳片内に前記未凝固部位を有する未凝固位置とが、前記鋳片引抜方向に沿って交互に配置されるように、前記複数のノズルの各々から噴射される前記冷却水の量を制御する２次冷却水量制御手段と、を備えることを特徴とする鋳片の連続鋳造装置。
2. 前記２次冷却水量制御手段は、前記完全凝固位置検出手段による前記完全凝固位置の検出結果に基づいて、前記複数のノズルの各々から噴射される前記冷却水の量を調整することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造装置。
3. 前記鋳片の２次冷却中の部位の凝固状態を検出する凝固状態検出手段、をさらに備え、
   前記２次冷却水制御手段は、前記凝固状態検出手段による前記凝固状態の検出結果に基づいて、前記複数のノズルの各々から噴射される前記冷却水の量を調整することを特徴とする請求項２に記載の連続鋳造装置。
4. 鋳型に注入された溶鋼を引き抜きながら凝固させて連続して鋳片を製造する方法であって、
   前記鋳片の引き抜き方向である鋳片引抜方向に沿って配置された複数のノズルの各々から前記鋳片に向けて冷却水を噴射させることによって、前記鋳片に２次冷却を施し、
   前記鋳片の前記２次冷却が施されることにより完全に凝固した完全凝固位置をオンラインで検出し、
   検出された前記完全凝固位置で前記鋳片を切断し、
   前記鋳片の前記完全凝固位置と、前記鋳片内に前記未凝固部位を有する未凝固位置とが、前記鋳片引抜方向に沿って交互に配置されるように、前記複数のノズルの各々から噴射される前記冷却水の量を制御することを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
   

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