JP2015522428A - 鋳片品質の予測装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

溶鋼が供給されて収容される鋳型の上側の複数の領域に設けられて前記溶鋼の湯面の高さを検出する複数の湯面高さ検出部と、前記湯面高さ検出部において検出された複数の領域における湯面の高さを用いて湯面流動パターンを生成する湯面流動検出部と、前記湯面流動パターンとそれにより生産される鋳片の品質データを格納するデータ格納部と、前記湯面流動検出部において検出された湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質データ格納部から取り出して鋳片の品質を予測する鋳片品質予測部と、を備える鋳片品質の予測装置及びその方法が開示される。

Description

本発明は、鋳片品質の予測装置に係り、さらに詳しくは、湯面の流動をユーザーに視認させて湯面の流動によるパターンを用いて鋳片の品質を予測することのできる鋳片品質の予測装置及びその方法に関する。

一般に、連続鋳造（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ）工程は、所定の形状の鋳型に溶鋼を連続して注入し、鋳型内において半凝固された溶鋼を連続して鋳型の下側に引き抜いて鋳片（ｓｌａｂ）、ブルーム（ｂｌｏｏｍ）、ビレット（ｂｉｌｌｅｔ）などの様々な形状の半製品を製造する工程である。鋳型は、その内部に冷却水が循環することにより、注入された溶鋼が半凝固されて所定の形状になる。すなわち、溶融状態の溶鋼が鋳型における冷却作用により半凝固され、鋳型から引き抜かれた未凝固の溶鋼は鋳片冷却装置から噴射されるエアーと冷却水が混合されたエアーミストにより凝固が行われて完全な固体状態の鋳片が形成される。

鋳型における１次冷却は、鋳片の表面品質を決定する上で最も重要である。すなわち、１次冷却は鋳型内の溶鋼の流動により左右されるが、湯面（メニスカス）における高速な流動又は偏流が発生すると、潤滑剤及び保温の役割を果たす鋳型流束（フラックス）の混入を引き起こし、それにより鋳片に欠陥が発生する。

このため、湯面の流動を測定すると、鋳片の欠陥を予測することができる。しかしながら、湯面は高温状態を維持するため、その流動をリアルタイムにて測定することが非常に困難である。一方、渦流レベル計（ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｅｖｅｌ ｍｅｔｅｒ）を用いて湯面の高さを測定して鋳型内の溶鋼の所定の高さを制御する技術は商用化されているが、これは、ある個所の高さのみを測定するため湯面全体の溶鋼の流動を測定することは不可能である。なお、湯面の保温のために湯面の上に鋳型流束が塗布されているため、カメラなどを用いた目視が不可能である。

大韓民国特許公開第２００１−００５５７９２号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、湯面の流動をユーザーに視認させて湯面の流動によるパターンを用いて鋳片の品質を予測することのできる鋳片品質の予測装置及びその方法を提供することである。

本発明の他の目的は、鋳型の上に複数の感温手段などの湯面高さ検出部を設け、これを用いて湯面の高さを検出して湯面の流動をリアルタイムにて測定することのできる鋳片品質の予測装置及びその方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、湯面の流動パターンとそれにより生産される鋳片の品質をデータとして格納し、複数の湯面位置検出部においてリアルタイムにて測定された湯面の流動パターンに応じて格納されたデータに基づいて鋳片の品質を予測することのできる鋳片品質の予測装置及びその方法を提供することである。

本発明の一態様による鋳片品質の予測装置は、溶鋼が供給されて収容される鋳型の上側の複数の領域に設けられて前記溶鋼の湯面の高さを検出する複数の湯面高さ検出部と、前記湯面高さ検出部において検出された複数の領域における湯面の高さを用いて湯面流動パターンを生成する湯面流動検出部と、前記湯面流動パターンとそれにより生産される鋳片の品質データを格納するデータ格納部と、前記湯面流動検出部において検出された湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質データ格納部から取り出して鋳片の品質を予測する鋳片品質予測部と、を備える。

好ましくは、前記鋳片品質の予測装置は、前記湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質ユーザーに表示する表示部をさらに備える。
また、好ましくは、前記湯面高さ検出部は、感温手段と、電磁気誘導センサー及び放射線測定手段のうちの少なくともいずれか一種を備える。

さらに、好ましくは、前記感温手段は、前記鋳型の上側に同じ高さに設けられる。
さらに、好ましくは、前記感温手段は、前記湯面上の４．５ｍｍ〜９．５ｍｍの高さに設けられる。

さらに、好ましくは、前記湯面流動検出部は、前記湯面の高さに伴う３次元の湯面流動映像を生成し、前記３次元映像から２次元の湯面流動パターンを生成する。
さらに、好ましくは、前記３次元の湯面流動映像は、前記感温手段により測定された温度を下記の数式１に適用して算出された前記感温手段と湯面との間の垂直距離により生成される。

式中、αは、渦流センサーを用いた補正係数であり、Ｑは、鋳型の入出側の温度差を用いた実時間の熱流束(heat flux)であり、Ｋ_ｓｌａｇは、スラグの熱伝達係数であり、Ｋ_ｃｕは、鋳型の熱伝達係数であり、ｄ_ｓｌａｇは、スラグ層の厚さであり、ｄ_ｃｕは、鋳型の短辺に接触した溶鋼と感温手段との間の対角線距離であり、Ｔ_{ｓｔｅｅｌ}は、実時間の溶鋼の温度であり、Ｔ_１は、感温手段の実時間の温度であり、ｄ_１は、感温手段と湯面との間の垂直距離であり、ｄ_２は、鋳型の側面の表面と熱電対のチップとの間の距離である。

さらに、好ましくは、前記鋳型内への溶鋼の供給が終わった後に少なくとも一回の前記湯面流動パターンを生成する。
さらに、好ましくは、前記データ格納部は、複数の前記湯面流動パターンとそれによる複数の鋳片の欠陥有無、欠陥位置、欠陥の形状のうちの少なくともいずれか一つを整合させて格納する。

さらに、好ましくは、前記表示部は、前記湯面高さ検出部と、前記湯面流動検出部と、前記データ格納部及び前記鋳片品質予測部から供給される少なくともいずれか一つの情報を表示する。

本発明の他の態様による鋳片品質の予測方法は、鋳型の複数の領域に複数の湯面高さ検出部を配設するステップと、前記複数の湯面高さ検出部において検出された複数の領域における湯面の高さを用いて湯面流動パターンを生成するステップと、既に格納された湯面流動パターンデータと現在の鋳型内の湯面流動パターンを比較するステップと、現在の鋳型内の湯面流動パターンと一致する前記湯面流動パターンデータ及びそれによる鋳片品質データを取り出して前記現在の湯面流動パターンによる鋳片の品質を予測するステップと、を含む。

好ましくは、前記鋳片品質の予測方法は、複数の湯面流動パターンデータとそれにより生産される複数の鋳片品質データを格納するステップをさらに含む。
また、好ましくは、前記鋳片品質の予測方法は、前記湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質ユーザーに表示するステップをさらに含む。

さらに、好ましくは、前記鋳片品質の予測方法は、現在の湯面流動パターンが前記湯面流動パターンデータと一致しない場合に、現在の湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質をデータ化して格納するステップをさらに含む。

さらに、好ましくは、前記湯面流動パターンを生成するステップにおいては、前記湯面の高さを用いて３次元の湯面流動映像を生成し、前記３次元映像から２次元の湯面流動パターンを生成する。

本発明の実施形態によれば、鋳型の上側に複数の感温手段などの湯面高さ検出部を配設して複数の領域における湯面の高さを検出し、湯面流動パターンとして視認させる。また、湯面流動パターンによる鋳片の欠陥有無などの鋳片の品質を追跡してデータ化する。さらに、リアルタイムにて測定された湯面の高さによる湯面流動パターンをデータ化された湯面流動パターン及びそれによる鋳片の品質と比較して鋳片の欠陥有無をユーザーに表示する。

本発明の実施形態によれば、鋳型の上側に複数の湯面高さ検出部を設けることにより、湯面の流動をリアルタイムにて検出することができる。また、湯面流動パターンによる鋳片の欠陥有無を予測することができて鋳片の欠陥を予防することができる。すなわち、湯面流動パターンを制御して鋳片の欠陥の発生を防いで鋳片の品質を向上させることができる。

本発明の一実施形態による鋳片品質の予測装置の構成図である。 本発明の一実施形態による鋳片品質の予測装置の鋳型及びそこに配設される湯面高さ検出部の概略図である。 本発明の一実施形態による鋳片品質の予測装置により検出される湯面流動パターンである。 湯面流動パターンにより生産される鋳片の欠陥を示す図である。 湯面流動パターンにより生産される鋳片の欠陥を示す図である。 湯面流動パターンにより生産される鋳片の欠陥を示す図である。 ユーザーに表示される一例を示す図である。 本発明の一実施形態による鋳型の概略断面図である。 本発明の一実施形態による鋳片品質の予測方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態を詳述する。しかしながら、本発明は、後述する実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる種々の形態で実現される。単に、これらの実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。なお、図中、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。

図１は、本発明の一実施形態による鋳片品質の予測装置の構成図であり、図２は、鋳片品質の予測装置の鋳型及び湯面高さ検出部の概略図であり、図３は、湯面流動パターンの３次元及び２次元の形状である。また、図４は、湯面流動パターンによる鋳片の欠陥様相を示す図であり、図５は、本発明の一実施形態による鋳片品質の予測装置によりユーザーに表示される一例を示す図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による鋳片品質の予測装置は、浸漬ノズル１０から溶鋼が供給される鋳型１００と、鋳型１００の複数の領域に設けられて湯面の高さを複数の領域において検出する湯面高さ検出部２００と、湯面高さ検出部２００において検出された複数の領域における湯面の高さを用いて湯面の流動パターンを生成する湯面流動検出部３００と、湯面流動パターンのデータとそれにより生産される鋳片の品質データを格納するデータ格納部４００と、湯面流動検出部３００において検出された湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質データ格納部４００から取り出して鋳片の品質を予測する鋳片品質予測部５００と、湯面流動パターンとそれによる鋳片の欠陥などをユーザーに表示する表示部６００と、を備える。

鋳型１００は、浸漬ノズル１０から供給される溶鋼を収容し、所定の鋳片形状に溶鋼を凝固させるために１次冷却を行う。このような鋳型１００は、図２に示すように、所定の間隔を隔てて向かい合うように設けられた２つの長辺１１０ａ、１１０ｂと、２つの長辺１１０ａ、１１０ｂの間に所定の間隔を隔てて向かい合うように設けられた２つの短辺１２０ａ、１２０ｂと、を備える。ここで、長辺１１０ａ、１１０ｂ及び短辺１２０ａ、１２０ｂは、例えば、それぞれ銅製である。このため、鋳型１００には、２つの長辺１１０ａ、１１０ｂ及び２つの短辺１２０ａ、１２０ｂの間に溶鋼を収容する所定の空間が設けられる。また、鋳型１００の２つの長辺及び２つの短辺がなす中央部に浸漬ノズル１０が設けられる。浸漬ノズル１０から供給された溶鋼は、鋳型１００の中央部から外側に向かって対称的に供給され、操業条件などに応じて特定の流動現象を示しながら吐出流が形成される。一方、溶鋼は、鋳型１００の上端部が所定の幅をもって残留するように鋳型１００内に収容され、溶鋼の上には鋳型流束が塗布される。このような溶鋼の表面が湯面となる。

湯面高さ検出部２００は、鋳型１００内の湯面の複数の領域における高さを検出する。例えば、湯面高さ検出部２００は、感温手段を用いて少なくともある時点の温度を測定してもよく、リアルタイムにて温度を測定して湯面の温度変化を測定してもよい。このために、湯面位置検出部２００は、鋳型１００の長辺１１０ａ、１１０ｂ及び短辺１２０ａ、１２０ｂの複数の領域に設けられて湯面の温度を測定するための複数の熱電対を備える。すなわち、複数の熱電対は、図２に示すように、鋳型１００の長辺１１０ａ、１１０ｂ及び短辺１２０ａ、１２０ｂの同じ高さに等間隔にて設けられて各領域における湯面の温度を測定する。

例えば、複数の熱電対は、湯面から−５０ｍｍ〜＋５０ｍｍの同じ高さに１００ｍｍ〜１５０ｍｍの等間隔にて配設される。すなわち、熱電対は、湯面よりも５０ｍｍ低い位置から湯面よりも５０ｍｍ高い位置に配設される。ところが、連続鋳造に際して、全体的な湯面の高さは、浸漬ノズル１０の近くにおいて約−２ｍｍ〜３ｍｍを示し、周縁部の近くにおいて約＋２ｍｍ〜＋４ｍｍを示す。すなわち、浸漬ノズル１０の近くでは他の部分よりも低く、周縁部の近くにおいて他の部分よりも高い。このため、湯面の高さを感知するための最適な熱電対の高さは、約４．５ｍｍであり、熱電対の湯面の流動が測定可能な最高の高さは９．５ｍｍであるといえる。熱電対の高さが４．５ｍｍよりも低ければ、湯面の流動により熱電対が湯面に浸漬される。

また、熱電対の高さが９．５ｍｍよりも高ければ、浸漬ノズル近くの湯面挙動観察の敏感度が低下し、熱電対の反応速度と熱電対との間の温度バラツキが小さくて評価し難くなる。一方、熱電対は鋳型１００に配設されて湯面の周縁部の高さのみを測定するため、湯面の中間地点の高さを測定することができないという欠点がある。しかしながら、熱電対は、費用的な側面からみて、安価に複数配設可能であり、周縁部の高さを複数の個所において測定して映像処理を行うので、精度よい測定を行うことが可能である。さらに、熱電対の湯面高さの測定を補完するために電磁気誘導センサーを熱電対と混用する。すなわち、電磁気誘導センサーを湯面の中央部に配設して鋳型１００内の湯面の全体的な高さを測定する。

湯面流動検出部３００は、湯面高さ検出部２００、例えば、複数の熱電対において測定された各領域の湯面の温度を用いて３次元映像を生成し、３次元映像から２次元のパターンを生成する。すなわち、湯面流動検出部３００は、複数の熱電対において測定された湯面の温度を用いて３次元の湯面の形状を生成して表示部６００を介してユーザーに表示し、３次元の湯面の形状から２次元の湯面流動パターンを導き出して表示部６００を介してユーザーに表示するとともにデータ格納部４００に格納する。例えば、溶鋼のうねりによる変動により湯面が上昇したり下降したりするとき、各領域において測定された温度差を用いて全体の湯面の形状を検出することができ、これを３次元映像及び２次元パターンとして視認させることができる。すなわち、熱電対の温度が上昇すると、湯面の高さが大きくなって湯面が熱電対に近づいたためであり、熱電対の温度が下降すると、湯面の高さが小さくなって湯面が熱電対から遠ざかったためである。

このため、複数の熱電対において測定された温度差を用いて湯面の流動を検出することができ、これを３次元映像及び２次元パターンとして視認させることができる。このとき、湯面流動検出部３００は、所定のタイミングにおいて湯面の高さによる湯面の流動を検出するが、例えば、浸漬ノズル１０からの溶鋼の供給が終わってから所定の時間が経過した後に複数の熱電対において測定された温度に応じて湯面の流動を検出することができる。また、所定の時間差をおいて時間の変化に伴う湯面の流動を検出することもできる。このように複数の熱電対において測定された湯面の温度を用いて、図３に示すように、複数の湯面映像及び流動パターンを導き出すことができる。

すなわち、図３（ａ）は、両短辺側が略同様に僅かに高い温度を示すが、それ以外の部分は略同じ温度を維持する流動パターンであり、偏流を発生させることなく適切な湯面速度及び温度が確保可能な非常に安定的な湯面流動パターンである。このような流動パターンにより生産された鋳片は、欠陥が発生する可能性が非常に低い。また、図３（ｂ）は、両短辺側及び中央部において僅かに高い温度を示すが、それ以外の部分は略同じ温度を維持する流動パターンであり、偏流を発生させることなく安定的であるが、浸漬ノズルの周りにアルゴン（Ａｒ）が非常に僅かに上昇する湯面流動パターンである。このような流動パターンにより生産された鋳片も欠陥が発生する可能性が低い。

図３（ｃ）は、いずれか一方の短辺側の温度が他の部分の温度よりもかなり高い流動パターンであり、 図３（ｄ）は、いずれか一方の短辺側の温度が図３（ｃ）の場合よりも低いが、他の部分の温度よりも高い流動パターンである。このような流動パターンは、それぞれ浸漬ノズル１０の閉塞などにより偏流が激しく現れるためであり、生産される鋳片は、渦巻きなどが生成されて欠陥が発生する可能性が非常に高い。そして、図３（ｅ）は、短辺側から中央部に向かって温度が次第に上昇する流動パターンである。このような流動パターンは、外気の混入やアルゴン量の制御不能、浸漬ノズルの溶損などにより発生され、酸素の多い外気により気泡の周りに介在物が付着して欠陥を引き起こす。図３（ｆ）は、湯面の全体的に略同じ温度を維持する湯面流動パターンである。このような湯面流動パターンは、下向き流の発生又は遅い湯面速度により湯面の温度の低下が大きいためであり、鋳片は、孔性欠陥が発生する可能性が高い。

データ格納部４００は、様々な形状の湯面流動パターンと、それにより生産される鋳片の品質を観察及び測定し、そのデータを格納する。すなわち、データ格納部４００は、湯面流動検出部３００により検出されて視認された様々な湯面流動パターンをデータ化して格納し、様々な湯面流動パターンにより生産される鋳片の欠陥有無及び欠陥位置など鋳片の品質を追跡してそのデータを格納する。また、データ格納部４００は、鋳片の欠陥発生の原因、すなわち、非正常的な湯面流動パターンの原因なども格納する。このとき、湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質及び欠陥発生原因を整合させて格納する。

例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す湯面流動パターンにより生産された鋳片は、欠陥が発生する可能性が低いので正常のものと判断される。しかしながら、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示す湯面流動パターンにより生産された鋳片は、図４に示すように、鋳片の前面に渦巻きなどが生成されて欠陥が発生する可能性が高い。また、図３（ｅ）に示す湯面流動パターンにより生産された鋳片は、図5に示すように、鋳片の前面だけではなく、背面にも酸素の多い外気により気泡の周りに介在物が付着して複数の孔性欠陥が発生する可能性が高い。さらに、図３（ｆ）に示す湯面流動パターンにより生産された鋳片は、図6に示すように、鋳片の前面だけではなく、背面にも複数の孔性欠陥が発生する可能性が高い。このように、湯面流動パターンとそれにより生産される鋳片の欠陥有無、欠陥様相及びその原因を整合させてデータ格納部４００に格納する。

鋳片品質予測部５００は、現在の鋳型１００内の湯面流動パターンとデータ格納部４００に格納されている湯面流動パターンのデータを比較し、一致する湯面流動パターンによる鋳片の品質データを取り出す。すなわち、湯面流動検出部３００において検出された現在の鋳型１００内の湯面流動パターンを受け取った鋳片品質予測部５００は、データ格納部４００に格納された湯面流動パターンのデータと比較して一致する湯面流動パターンを検出し、それによる鋳片の品質データを取り出す。したがって、現在の鋳型１００の湯面流動パターンをデータと比較してそれにより生産される鋳片の品質を予測することができる。なお、このようにして取り出された品質データを表示部６００に表示する。

表示部６００は、湯面高さ検出部２００と、湯面流動検出部３００及び湯面鋳片品質予測部５００の少なくともいずれか一つから供給されるデータを表示してユーザーに転送する。表示部６００は、データを表示する様々なタイプの表示装置を備える。例えば、表示部６００は、モニターだけではなく、モバイル機器を備える。このとき、表示部６００に表示される情報としては、例えば、図7に示すように、湯面高さ検出部２００と、例えば、複数の熱電対において測定された現在の鋳型１００の複数の領域における温度、湯面流動検出部３００において検出された現在の鋳型１００内の湯面流動の３次元映像及び２次元パターン、データ格納部４００から供給される鋳片の品質及び鋳片の欠陥原因、現在の鋳型１００内の湯面流動パターンの正常又は欠陥の警報などの少なくともいずれか一つを含む。

上述したように、本発明の一実施形態による鋳片品質の予測装置は、鋳型１００内の湯面の高さの変化を湯面高さ検出部２００を用いて検出し、湯面流動検出部３００を用いて湯面の流動による３次元映像及び２次元パターンを視認させる。また、様々な湯面流動パターンにより生産される鋳片の欠陥有無を追跡してデータ格納部４００に格納する。さらに、現在の鋳型１００内の湯面流動パターンによる鋳片の品質をデータ格納部４００から取り出し、鋳片品質予測部５００において予測して表示部６００に表示する。このため、湯面流動パターンをリアルタイムにて検出することができ、しかも、鋳片の欠陥有無を予測することができて鋳片の欠陥を予防することができ、これは、生産性の向上につながる。

一方、前記本発明の一実施形態においては、湯面流動検出部３００が湯面高さ検出部２００、例えば、複数の感温手段により測定された複数の温度の差を用いて３次元映像及び２次元パターンを生成していた。しかしながら、感温手段により感知された温度を下記の数式１に適用して湯面の高さを検出して３次元映像を生成し、それから２次元パターンを生成してもよい。図8は、下記の数式１の説明のために示す鋳型１００の断面概略図である。

式中、αは、渦流センサーを用いた補正係数であり、Ｑは、鋳型１００の入出側の温度差を用いた実時間の熱流束(heat flux)であり、Ｋ_ｓｌａｇは、スラグ３０の熱伝達係数であり、Ｋ_ｃｕは、鋳型１００の熱伝達係数であり、ｄ_ｓｌａｇは、スラグ層３０の厚さであり、ｄ_ｃｕは、鋳型１００の短辺に接触した溶鋼２０と熱電対２００との間の対角線距離であり、Ｔ_{ｓｔｅｅｌ}は、実時間の溶鋼２０の温度であり、Ｔ_１は、熱電対２００の実時間の温度であり、ｄ_１は、熱電対２００と湯面との間の垂直距離であり、ｄ_２は、鋳型１００の側面の表面と熱電対２００のチップとの間の距離である。このため、熱電対と湯面との間の垂直距離ｄ_１を算出して湯面の高さを検出することができる。

また、本発明においては、湯面高さ検出部２００として、鋳型１００の長辺１１０ａ、１１０ｂ及び短辺１２０ａ、１２０ｂに挿設されて湯面の温度を測定する複数の熱電対を用いる場合を例にとって説明したが、本発明は温度の測定に何ら限定されるものではなく、誘導電流、放射線などを用いて湯面の複数の領域の高さを検出してもよい。例えば、湯面高さ検出部２００として、電磁気誘導センサー、放射線発生器及び測定器、耐火物保護管に配設された熱電対などを採用してもよい。

電磁気誘導センサーは、溶鋼にセンサーが近づくときに変化する誘導電流を測定して溶鋼の高さを測定する。このために、鋳型１００の長辺及び短辺の同じ高さに複数の電磁気誘導センサーを配設し、これを用いて複数の領域における湯面の高さを測定してその形状を視認させる。また、放射線の透過量を用いて溶鋼の高さを測定してもよいが、放射線物質としては、コバルト（Ｃｏ）６０が用いられる。このために、鋳型１００の一方の長辺には放射線発生器を配設し、他方の長辺には放射線測定器を配設する。また、耐火物保護管に熱電対を配設して溶鋼の温度を測定してもよい。このような耐火物保護管熱電対を湯面の上に幅方向及び厚さ方向に直接的に複数配設して溶鋼の温度を測定し、その温度差を用いて溶鋼の高さを測定してもよい。

以下、前記本発明の一実施形態による鋳片品質の予測装置を用いた鋳片品質の予測方法を図9を用いて説明する。図9は、本発明の一実施形態による鋳片品質の予測方法を説明するための工程を示すフローチャートである。

図9を参照すると、本発明の一実施形態による鋳片品質の予測方法は、鋳型１００の複数の領域に湯面高さ検出部２００を配設するステップ（Ｓ１１０）と、複数の湯面高さ検出部２００において検出された複数の領域における湯面の高さを用いて湯面流動検出部３００から湯面流動パターンを生成するステップ（Ｓ１２０）と、様々な湯面流動パターンをデータ化し、それにより生産される鋳片の欠陥有無及び欠陥位置など様々な鋳片の品質をデータ化してデータ格納部４００に格納するステップ（Ｓ１３０）と、湯面流動検出部３００において検出された現在の鋳型１００の湯面流動パターンと一致する湯面流動パターンデータをデータ格納部４００から検出するステップ（Ｓ１４０）と、湯面流動パターンがデータ格納部４００に格納された湯面流動パターンデータと一致する場合にそれによる鋳片の品質をデータ格納部４００から取り出して鋳片の品質を予測するステップ（Ｓ１５０）と、湯面流動パターンとそれによる鋳片の欠陥有無などをユーザーに表示するステップ（Ｓ１６０）と、を含む。また、現在の湯面流動パターンがデータ格納部４００に格納された湯面流動パターンデータと一致しない場合に、現在の湯面流動パターン及びそれによる鋳片の品質を追跡し、これらのデータをデータ格納部４００に格納してデータ格納部４００を持続的に更新する。

Ｓ１１０：鋳型１００内の湯面の複数の領域における高さの変化を検出するために、鋳型１００の上側に複数の湯面高さ検出部２００を配設する。湯面高さ検出部２００は、湯面の高さが測定可能な温度、電磁気誘導、放射線など種々の器具を採用することができる。すなわち、湯面高さ検出部２００は、熱電対、電磁気誘導コイル、放射線放出器及び測定器、耐火物保護管に挿入された熱電対のうちの少なくともいずれか一つを採用することができる。例えば、複数の熱電対を鋳型１００の長辺及び短辺の同じ高さに等間隔にて設けてもよく、複数の熱電対とともに電磁気誘導センサーを配設してもよい。このとき、電磁気誘導センサーは、湯面の中央部に複数配設してもよい。一方、湯面高さ検出部２００としての熱電対は、湯面から１０ｍｍ以下の高さに配設することが好ましく、湯面から４ｍｍ〜９ｍｍの高さに配設することがさらに好ましい。

Ｓ１２０：湯面高さ検出部２００において検出された複数の領域における湯面の高さを用いて湯面流動検出部３００が湯面の流動を検出する。湯面流動検出部３００は、湯面の高さによる３次元映像を生成し、２次元パターンを生成する。例えば、複数の熱電対において測定された温度に応じて異なる色相及び高さで表示し、これを３次元映像として視認させて全体の湯面の形状を検出する。なお、３次元映像から簡略に２次元パターンを導き出してもよい。例えば、溶鋼のうねりにより湯面の高さが大きくなって湯面が熱電対に近づくと熱電対の温度が上昇し、湯面の高さが小さくなって湯面が熱電対から遠ざかると熱電対の温度が下降する。このため、複数の熱電対において測定された温度を用いて湯面の流動を検出することができ、これを所定のパターンとして形状化することができる。

Ｓ１３０：様々な湯面の流動パターンにより生産される鋳片を追跡して当該鋳片の欠陥有無、欠陥位置及び欠陥原因などの鋳片の品質データをデータ格納部４００に格納する。このとき、データ格納部４００は、様々な湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質を整合させて格納する。なお、鋳片の欠陥の発生原因、すなわち、非正常的な湯面流動パターンの原因などもデータ格納部４００に格納する。

Ｓ１４０：現在の鋳型１００内の溶鋼の湯面の高さの変化による湯面流動パターンを湯面高さ検出部２００及び湯面流動検出部３００において検出した後に、現在の湯面流動パターンと一致する湯面流動パターンデータをデータ格納部４００から検出する。ところが、現在の湯面流動パターンがデータ格納部４００に格納されていない新たな湯面流動パターンである場合、その湯面流動パターンとそれによる鋳片品質データをデータ格納部４００に格納する。すなわち、データ格納部４００に格納されていない新たな湯面流動パターンが発生する度に新たな湯面流動パターン及びそれによる鋳片の品質持続的に格納する。

Ｓ１５０及びＳ１６０：湯面流動パターンがデータ格納部４００に格納されている湯面流動パターンデータと一致する場合に、それによる鋳片品質データをデータ格納部４００から取り出して鋳片の品質を予測し、その結果を表示部６００を介してユーザーに表示する。このとき、表示部６００に表示される情報としては、湯面流動パターンの３次元映像及び２次元映像、それによる当該鋳片の品質及び欠陥イメージ、鋳片の良否が挙げられる。

一方、前記鋳片品質の予測方法は、湯面流動パターンを生成した後に様々な湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質をデータ化して格納したが、様々な湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質をデータ化した後、現在の鋳型の湯面流動パターンを生成して既に格納された湯面流動パターンデータと比較してもよい。また、本発明の実施形態においては、湯面流動パターンから鋳片の欠陥が予測される場合、鋳片の欠陥が発生しないように制御してもよい。例えば、鋳型１００内の湯面の流動が浸漬ノズル１０を基準として強度の異なる偏心流動として発生する場合、両側の短辺部の湯面の高さ差が発生し、それにより鋳片に欠陥が発生する可能性が高いため、当該鋳片をスカーフィングなどにより事前処理してもよい。

一方、本発明の技術的思想は前記実施形態により具体的に記述したが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということを周知しなければならない。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、本発明の技術的思想の範囲内において種々の実施形態が採用可能であるということが理解できる筈である。

１００：鋳型
２００：湯面高さ検出部
３００：湯面流動検出部
４００：データ格納部
５００：鋳片品質予測部
６００：表示部

Claims (16)

1. 溶鋼が供給されて収容される鋳型の上側の複数の領域に設けられて前記溶鋼の湯面の高さを検出する複数の湯面高さ検出部と、
   前記湯面高さ検出部において検出された複数の領域における湯面の高さを用いて湯面流動パターンを生成する湯面流動検出部と、
   前記湯面流動パターンとそれにより生産される鋳片の品質データを格納するデータ格納部と、
   前記湯面流動検出部において検出された湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質データ格納部から取り出して鋳片の品質を予測する鋳片品質予測部と、
   を備える鋳片品質の予測装置。
2. 前記湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質ユーザーに表示する表示部をさらに備える請求項１に記載の鋳片品質の予測装置。
3. 前記湯面高さ検出部は、感温手段と、電磁気誘導センサー及び放射線測定手段のうちの少なくともいずれか一種を備える請求項２に記載の鋳片品質予測装置。
4. 前記感温手段は、前記鋳型の上側に同じ高さに設けられる請求項３に記載の鋳片品質の予測装置。
5. 前記感温手段は、前記湯面上の４．５ｍｍ〜９．５ｍｍの高さに設けられる請求項４に記載の鋳片品質の予測装置。
6. 前記湯面流動検出部は、前記湯面の高さに伴う３次元の湯面流動映像を生成し、前記３次元映像から２次元の湯面流動パターンを生成する請求項３に記載の鋳片品質の予測装置。
7. 前記３次元の湯面流動映像は、前記感温手段により測定された複数の領域の温度差を用いて生成する請求項６に記載の鋳片品質の予測装置。
8. 前記３次元の湯面流動映像は、前記感温手段により測定された温度を下記の数式１に適用して算出された前記感温手段と湯面との間の垂直距離により生成される請求項６に記載の鋳片品質の予測装置。
   

   

   式中、αは、渦流センサーを用いた補正係数であり、Ｑは、鋳型の入出側の温度差を用いた実時間の熱流束であり、Ｋ_ｓｌａｇは、スラグの熱伝達係数であり、Ｋ_ｃｕは、鋳型の熱伝達係数であり、ｄ_ｓｌａｇは、スラグ層の厚さであり、ｄ_ｃｕは、鋳型の短辺に接触した溶鋼と感温手段との間の対角線距離であり、Ｔ_{ｓｔｅｅｌ}は、実時間の溶鋼の温度であり、Ｔ_１は、感温手段の実時間の温度であり、ｄ_１は、感温手段と湯面との間の垂直距離であり、ｄ_２は、鋳型の側面の表面と熱電対のチップとの間の距離である。
9. 前記鋳型内への溶鋼の供給が終わった後に少なくとも一回の前記湯面流動パターンを生成する請求項６に記載の鋳片品質の予測装置。
10. 前記データ格納部は、複数の前記湯面流動パターンとそれによる複数の鋳片の欠陥有無、欠陥位置、欠陥の形状のうちの少なくともいずれか一つを整合させて格納する請求項２に記載の鋳片品質の予測装置。
11. 前記表示部は、前記湯面高さ検出部と、前記湯面流動検出部と、前記データ格納部及び前記鋳片品質予測部から供給される少なくともいずれか一つの情報を表示する請求項２に記載の鋳片品質の予測装置。
12. 鋳型の複数の領域に複数の湯面高さ検出部を配設するステップと、
    前記複数の湯面高さ検出部において検出された複数の領域における湯面の高さを用いて湯面流動パターンを生成するステップと、
    既に格納された湯面流動パターンデータと現在の鋳型内の湯面流動パターンを比較するステップと、
    現在の鋳型内の湯面流動パターンと一致する前記湯面流動パターンデータ及びそれによる鋳片品質データを取り出して前記現在の湯面流動パターンによる鋳片の品質を予測するステップと、
    を含む鋳片品質の予測方法。
13. 複数の湯面流動パターンデータとそれにより生産される複数の鋳片品質データを格納するステップをさらに含む請求項１２に記載の鋳片品質の予測方法。
14. 前記湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質ユーザーに表示するステップをさらに含む請求項１３に記載の鋳片品質の予測方法。
15. 現在の湯面流動パターンが前記湯面流動パターンデータと一致しない場合に、現在の湯面流動パターンとそれによる鋳片の品質をデータ化して格納するステップをさらに含む請求項１３に記載の鋳片品質の予測方法。
16. 前記湯面流動パターンを生成するステップにおいては、前記湯面の高さを用いて３次元の湯面流動映像を生成し、前記３次元映像から２次元の湯面流動パターンを生成する請求項１２に記載の鋳片品質の予測方法。

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