JP2014221481A

JP2014221481A - 連続鋳造鋳型の温度測定方法

Info

Publication number: JP2014221481A
Application number: JP2013101201A
Authority: JP
Inventors: 山田　敏雄; Toshio Yamada; 敏雄山田; 則親荒牧; Norichika Aramaki
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-05-13
Also published as: JP5915589B2

Abstract

【課題】熱電対の出力信号に重畳される電磁誘導ノイズの影響を受けることなく鋳型の銅板温度を高精度に測定すること。
【解決手段】鋳型２内の溶鋼を電磁力により攪拌する電磁攪拌手段を備えた連続鋳造装置において、鋳型２に埋設された熱電対３によって鋳型２の銅板温度を測定する。熱電対３は、熱電対配線３１の内側に配線された検出用配線４とともに鋳型２に埋設される。計測器６は、熱電対３の出力信号と検出用配線４に発生した起電力とを電磁攪拌手段に印加される電圧周期の半周期以上同時にサンプリングし、半周期毎に検出用配線４に発生した起電力が最も小さいサンプリング時間を選出し、この選出したサンプリング時間における熱電対３の出力信号に基づいて鋳型２の銅板温度を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋳型内の溶鋼を電磁力により攪拌する電磁攪拌手段を備えた連続鋳造装置において、鋳型の銅板温度を熱電対により測定する連続鋳造鋳型の温度測定方法に関する。

連続鋳造装置における鋳型の温度（銅板温度）を測定する技術として、鋳型を構成する銅板に熱電対を埋設することで温度測定を行う方法が知られている。測定された鋳型の温度は、ブレークアウトの予知等に利用されている。ブレークアウトは、凝固シェルの成長が不十分であるためにその不良部分から未凝固の溶鋼が噴出する現象であり、これを未然に防止するための技術として、例えば特許文献１には、鋳型の温度変化を監視し、この温度変化に基づいてブレークアウトを予知する方法が開示されている。

一方、近年では、連続鋳造装置は、鋳片の品質向上のため、鋳型内の溶鋼を電磁力によって攪拌する電磁攪拌装置を備えたものが一般的となっている。このような電磁攪拌装置を備えた連続鋳造装置において、上記したように鋳型に埋設された熱電対により温度測定を行う場合、熱電対の熱起電力の検出に際して電磁攪拌装置が電磁誘導ノイズ源となることが知られている。これは、電磁攪拌装置を構成する電磁攪拌用コイルがレイアウト上熱電対の近傍に配設されるためであり、電磁攪拌用コイルに流れる交流電流が発する磁場の影響を受けて熱電対の出力信号に電磁誘導ノイズが重畳されてしまい、正確な温度測定が行えない場合があった。特に、特許文献１の技術のように測定温度を利用してブレークアウトを予知する場合、鋳型内の溶鋼の微小な温度変化に基づく熱電対の出力信号の変化が電磁誘導ノイズに埋もれてしまい、ブレークアウトの予兆を捉えることが困難な場合が生じていた。

熱電対の出力信号から電磁誘導ノイズを除去する方法としては、従来から種々の提案がされている。例えば、特許文献１には、熱電対からの出力信号の移動平均計算を行うことにより、熱電対の出力信号から電磁攪拌装置からのノイズ信号を効果的に除去できる旨が記載されている。また、特許文献２には、組をなす熱電対線を並べて配置し、その基端側を並列又は直列に接続する回路部を設けた構成が開示されており、各熱電対線に誘起される起電力を打ち消すことによって電磁誘導ノイズを効果的に除去できる旨が記載されている。また特許文献３では、電磁誘導や放射ノイズ、輻射ノイズを検出するための配線を熱電対とともに配線し、検出用配線に発生した起電力を熱電対の起電力から相殺する構成が開示されている。

特開２００７−２４５２０８号公報特開２００９−５８４０３号公報特開２００４−２１９０９８号公報

ところで、熱電対の出力信号に生ずる電磁誘導ノイズは、電磁攪拌用コイルに流れる交流電流が発する磁場のみならず、交流磁場によって鋳型銅板や溶鋼に生ずる誘導電流が発する磁場も重畳されるため、必ずしも正弦波形とはならないことがあり、鋳型内の溶鋼の微小な温度変化を出力信号の移動平均計算により検出しようとすると５〜１０周期分の信号サンプリングを行う必要がある場合があった。しかしながら、サンプリング点数が増えると温度測定の時間遅れが問題になる。また、鋳型に銅板温度を測定するための熱電対を特許文献２や特許文献３に記載されているように埋設するためには、鋳型を構成する銅板に穴あけ加工を施して熱電対埋め込み穴を形成する必要がある。そのため、上記した特許文献２や特許文献３に開示されている熱電対を適用して銅板温度を測定する場合、熱電対線を並べて配置する分、あるいは熱電対とともに補償電線や検出用電線を配線する分熱電対埋め込み穴を大きく形成しなければならず、鋳型本来の目的である溶鋼の冷却機能の低下を招く問題があった。また、これを避けるために、埋め込み穴の深さを変えて配線をずらす等の対策も考えられるが、熱電対を複数埋設する場合、個々の配線の位置が異なり、また電磁誘導の大きさは配線位置によって異なるために、電磁誘導ノイズの影響にばらつきが生じ、ノイズ除去率の向上には限界があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、熱電対の出力信号に重畳される電磁誘導ノイズの影響を受けることなく鋳型の銅板温度を高精度に測定することができる連続鋳造鋳型の温度測定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる連続鋳造鋳型の温度測定方法は、鋳型内の溶鋼を電磁力により攪拌する電磁攪拌手段を備えた連続鋳造装置において、前記鋳型の銅板温度を熱電対により測定する連続鋳造鋳型の温度測定方法であって、前記熱電対は、熱電対配線の内側に配線された検出用配線とともに前記鋳型に埋設され、前記熱電対の出力信号と前記検出用配線に発生した起電力とを前記電磁攪拌手段に印加される電圧周期の半周期以上同時にサンプリングし、前記半周期毎に前記検出用配線に発生した起電力が最も小さいサンプリング時間を選出し、該選出したサンプリング時間における前記熱電対の出力信号に基づいて前記鋳型の銅板温度を算出することを特徴とする。

本発明にかかる連続鋳造鋳型の温度測定方法は、上記発明において、前記選出したサンプリング時間における前記熱電対の出力信号に基づいて移動平均計算を行い、前記銅板温度を算出することを特徴とする。

本発明によれば、熱電対の出力信号に重畳される電磁誘導ノイズの影響を受けることなく鋳型の銅板温度を高精度に測定することができる。

図１は、連続鋳造装置の概略構成例を示す模式図である。図２は、鋳型に埋設される熱電対の概略構成を説明する図である。図３は、鋳型の銅板温度の測定原理を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の連続鋳造鋳型の温度測定方法を実施するための形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

図１は、本実施の形態における連続鋳造装置１の概略構成例を示す模式図である。図１に示すように、連続鋳造装置１は、上下が開放された矩形状の銅製の鋳型（連続鋳造用鋳型）２を備える。

鋳型２は、一対の長辺２１，２１と、長辺２１，２１の間に内装された一対の短辺２３，２３とで構成され、不図示の浸漬ノズルから長辺２１，２１および短辺２３，２３によって囲まれた内部の鋳造空間に溶鋼が注入される。浸漬ノズルにより鋳型２内に注入された溶鋼は、冷却されて側面に凝固シェルを形成し、側面が凝固した鋳片として鋳型２の下方に引き抜かれる。この鋳片は、最終的に適当な長さに切断され、目的のスラブ（鋳片）が製造される。

鋳型２（例えば図１中の手前側の長辺２１）には、複数の熱電対３が多段に配列されて埋設されている。各熱電対３は、それぞれ長辺２１の外面から所定の深さ位置に埋設される。なお、熱電対３の配置は、図示の例に限定されるものではない。また、熱電対３は、奥側の長辺２１や短辺２３，２３にも配置することが好ましい。

このように鋳型２に埋設された熱電対３は、鋳型２の温度（銅板温度）を測定することで鋳型２内の溶鋼の温度を推定するためのものであり、鋳型２の銅板温度に応じた電流信号を出力する。ここで、上記したように、連続鋳造装置１は、鋳型２内の溶鋼を攪拌し、溶鋼の流動を制御するための電磁攪拌手段としての電磁攪拌装置を一般的に備えている。この電磁攪拌装置（電磁攪拌用コイル）は、図示しないが、鋳型２の外面近傍に配設される。そのため、各熱電対３が出力する電流信号は、近傍位置の電磁攪拌用コイルに流れる交流電流が発する磁場の影響を受けて、電磁誘導ノイズが重畳した熱電対出力信号（出力信号）として出力されることとなる。

図２は、鋳型２に埋設される熱電対３の概略構成例を示す図であり、１つの熱電対３を含む鋳型２の切断面を示している。図２に示すように、熱電対３は、鋳型２を構成する銅板に熱電対埋め込み穴２１１を形成し、熱電対埋め込み穴２１１の内部に熱電対配線３１を配置することで鋳型２に埋設される。本実施の形態では、熱電対配線３１の内側に電磁誘導を検出するための検出用配線４を配線しており、これによって熱電対３（熱電対配線３１）を検出用配線４とともに鋳型２に埋設している。熱電対３（熱電対配線３１）の熱電対出力信号および検出用配線４の検出用配線信号は回路部５に入力され、この回路部５を経て計測器６に出力される。

本発明の発明者等は、前述のように熱電対埋め込み穴２１１の内部に熱電対配線３１とともに検出用配線４を配置し、検出用配線４に発生する起電力および熱電対３の起電力の挙動を比較・検討した。その結果、本発明の発明者等は、検出用配線４に発生する起電力（検出用配線信号）として検出される電磁誘導と、熱電対出力信号に重畳される電磁誘導ノイズ量とは必ずしも一致しないが、これらがともに“０”となるタイミングは同じであることを知見し、熱電対埋め込み穴２１１内における熱電対配線３１の位置と検出用配線４の位置とに若干のずれがあっても、検出用配線信号の信号値が“０”のときの熱電対３の起電力（熱電対出力信号）は電磁誘導ノイズを含まない値とみなせることを見出した。

図３は、鋳型２の銅板温度の測定原理を説明する図であり、熱電対出力信号の時間変化Ｌ_１１と、検出用配線信号の時間変化Ｌ_１３とを上下に並べて示している。また、図３中に示す直線Ｌ_０は、検出用配線信号の信号値が“０”の信号値レベルを示している。

図３中の時間変化Ｌ_１１および時間変化Ｌ_１３に示すように、熱電対出力信号および検出用配線信号は、いずれも電磁攪拌装置による電磁誘導の影響を受けて電磁攪拌装置に印加される電圧周期毎に周期変動を繰り返すが、検出用配線信号の時間変化Ｌ_１３には、前述の電圧周期の半周期毎にその信号値が“０”であるタイミングＴ_１３が存在する。上記したように、例えば、検出用配線信号の信号値が“０”であるタイミングＴ_１３−１に着目すると、このタイミングＴ_１３−１における熱電対出力信号の信号値Ｖ_１１−１は、電磁誘導ノイズを含まない値とみなせる。そこで、計測器６は、このように検出用配線信号の信号値が“０”の各タイミングＴ_１３における熱電対出力信号の信号値Ｖ_１１を温度値に変換することで、鋳型２の銅板温度を算出する。

なお、実際の処理では、計測器６は、熱電対出力信号と検出用配線信号とを所定のサンプリング周期毎に同時にサンプリングする。そのため、必ずしもサンプリング時間と検出用配線信号の信号値が“０”となるタイミングとが一致するとは限らない。したがって、計測器６は、電圧周期の半周期毎に検出用配線信号の信号値が最も小さいサンプリング時間を選出し、選出したサンプリング時間における熱電対出力信号の信号値に基づいて鋳型２の銅板温度を算出する。

以上のように構成される連続鋳造装置１は、鋳型２に埋設される熱電対３（熱電対配線３１）の熱電対出力信号と検出用配線４に発生する起電力（検出用配線信号）とを電圧周期の半周期以上同時にサンプリングし、半周期毎に検出用配線信号の信号値が最も小さいサンプリング時間を選出し、この選出したサンプリング時間における熱電対出力信号の信号値に基づいて鋳型２の銅板温度を算出することによって温度測定方法を実施する。このように銅板温度を算出することによれば、熱電対３の熱電対出力信号に重畳される電磁誘導ノイズの影響を受けることなく鋳型２の銅板温度を高精度に測定することができる。また、検出用配線４を熱電対配線３１の内側に配線することとしたので、熱電対３を埋設するための熱電対埋め込み穴２１１のサイズを大きくする必要がない。

得られた鋳型２の銅板温度は例えばブレークアウトの予知等に利用できる。これによれば、熱電対３の熱電対出力信号の変化が電磁誘導ノイズに埋もれてしまう事態を防止できるので、鋳型２内の溶鋼の微小な温度変化を確実に検出してブレークアウトの予兆を適正に捉えることができる。

（実施例）
以上説明した連続鋳造装置１において、非操業時の鋳型２の銅板表面にヒータを取り付けて鋳型２を加熱した。その後、ヒータによる加熱を開始してから十分な時間が経過し、熱電対３の出力が安定した後で、設定周波数１［Ｈｚ］で電磁攪拌装置を稼動させた。この状態で、サンプリング周期を２０［ｍｓｅｃ］とし、熱電対３の熱電対出力信号と検出用配線４に発生した起電力（検出用配線信号）とを２分間同時にサンプリングして記録した。続いて、記録した検出用配線信号の信号値をモニタ表示し、電磁攪拌装置に印加される電圧周期の半周期である０．５［ｓｅｃ］毎に検出用配線信号の信号値が最小となるサンプリング時間を２４０点選出した。そして、選出した２４０点のサンプリング時間における熱電対３の熱電対出力信号の信号値を温度値に変換し、鋳型２の銅板温度を算出した。これを発明例１とする。

また、発明例１において選出した２４０点のサンプリング時間における熱電対３の熱電対出力信号の信号値を温度値に変換し、時間的に隣接する３点での移動平均計算を行って鋳型２の銅板温度を算出した。これを発明例２とする。

一方、サンプリング周期を５００［ｍｓｅｃ］とする以外は同一の条件とし、熱電対３の熱電対出力信号と検出用配線４に発生した起電力（検出用配線信号）とを２分間同時にサンプリングして記録した。そして、サンプリング時間毎に熱電対出力信号の信号値から検出用配線信号の信号値を差し引き、求めた値を温度値に変換することで鋳型２の銅板温度を算出した。これを比較例とする。発明例１、発明例２、および比較例で算出した銅板温度の平均値および標準偏差を表１に示す。

表１に示すように、発明例１，２では、比較例と比べて標準偏差が小さく、銅板温度を高精度に測定可能なことを確認できた。

１連続鋳造装置
２鋳型
２１長辺
２３短辺
２１１熱電対埋め込み穴
３熱電対
３１熱電対配線
４検出用配線
５回路部
６計測器

Claims

鋳型内の溶鋼を電磁力により攪拌する電磁攪拌手段を備えた連続鋳造装置において、前記鋳型の銅板温度を熱電対により測定する連続鋳造鋳型の温度測定方法であって、
前記熱電対は、熱電対配線の内側に配線された検出用配線とともに前記鋳型に埋設され、
前記熱電対の出力信号と前記検出用配線に発生した起電力とを前記電磁攪拌手段に印加される電圧周期の半周期以上同時にサンプリングし、前記半周期毎に前記検出用配線に発生した起電力が最も小さいサンプリング時間を選出し、該選出したサンプリング時間における前記熱電対の出力信号に基づいて前記鋳型の銅板温度を算出することを特徴とする連続鋳造鋳型の温度測定方法。
前記選出したサンプリング時間における前記熱電対の出力信号に基づいて移動平均計算を行い、前記銅板温度を算出することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造鋳型の温度測定方法。