JP2016041445A - 連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法及び装置、該表面欠陥判定方法を用いた鋼鋳片の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、連続鋳造で製造されたスラブの表面欠陥判定方法及び装置とこれらを用いた鋼鋳片の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法は、鋳型３に埋設する熱電対５を鋳造方向及び鋳型幅方向に対して所定の設置範囲、間隔等を満たすように配置し、該配置した熱電対５により鋳型銅板温度を取得する測温データ取得工程と、該取得された測温データを２以上のグループにグループ化し、該グループ毎に主成分分析して主成分スコアを算出する主成分分析工程と、該算出された主成分スコアに基づいてスラブ表面における欠陥発生をグループ毎に判定する主成分スコア判定工程を備えたものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法及び装置、該表面欠陥判定方法を用いた鋼鋳片の製造方法に関する。

従来、連続鋳造用鋳型に複数の熱電対を設置して、操業トラブルや品質異常を検知することが行われている。
例えば、特許文献１や２では、鋳型の湯面近傍に３段（行）の熱電対を設置し、凝固シェル厚が１０ｍｍ程度になる鋳型範囲における温度測定値から鋳型内の溶鋼流動を予測し、表面欠陥の起因となる介在物や気泡の存在有無を判定する方法が開示されている。
また、特許文献３や４では、同様に鋳型に熱電対を設置して、温度測定値からスラブの縦割れを検知する方法が開示されている。
さらに、特許文献５では、多数（多種類）の操業データを少数（少種類）の変数（特徴量と称する）で表現できるように変換し、その代表値となる特徴量と品質データとの対応についての実績データベースを用いて製品品質を予測する技術が開示されている。

特開２０１１−１１２５８号公報 特開２０１２−６６２７８号公報 特開２０１１−２０６８１０号公報 特開２０１１−５２２７０４号公報 特許第５１６９０９６号

しかしながら、上記従来技術には以下の問題点がある。
特許文献１や２に開示された方法では、鋳型に設置された熱電対から間接的にスラブ温度を測定しても、溶鋼内部温度を予測し、さらには溶鋼流動を予測することは実際には難しい。また、たとえうまく予測できたとしても、実際のスラブ表面欠陥は、気泡や介在物など溶鋼流動の異常によるものだけでなく、例えばフラックスの巻込み（噛込み）や流れ落ちといった不均一流入、オシレーション割れ、或いは鋳型直下の冷却異常による冷却斑などに起因するものも多いのが事実であり、これらの発生をスラブ温度測定から予測するのは困難である。

特許文献３は、鋳型幅方向の温度分布を数値処理し、ある閾値を超えるものを温度分布異常として検出する方法であるが、この方法では縦割れの検知は出来ても、他の表面欠陥の原因となる異常の検知は難しい。また鋳型幅方向の温度分布は重要な情報であるが、実際には鋳型内の浸漬ノズルの深さ変更や、特に電磁制御している場合等においては内部の溶鋼流動が複雑かつ非対称になるため、温度分布異常を誤検知しやすい。

特許文献４は、割れのない状態で求めた温度測定値に基づいて、鋳型内に配置される熱電対によって測定された実際の温度値を計算に入れて、縦割れのブレークアウトが生じるリスクの統計的評価を行うものであるが、実際の製造現場では、溶鋼温度（出鋼温度）の違い（ばらつき含め）や、操業中における浸漬ノズルや鋳造速度等の連続的な変化があるため、リファレンスとなる「割れのない状態で求めた温度測定値」との数値的比較評価は難しい。

特許文献５は、データベースを用いた製品品質予測技術であるが、データベースの保管・管理・読出しのための設備や制御システムが必要となり、設備投資費の高騰化が懸念される。また、特許文献５の実施例では、鋳型銅板温度を用いた製品品質予測例が提示されているが、品質予測に必要な銅板温度データ数（銅板に埋設する熱電対の本数）に関する言及や、欠陥発生位置の特定はされていない。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、連続鋳造で製造されたスラブ自体又は製品における表面欠陥の発生の有無及びその発生位置を判定する、連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法及び装置と、該表面欠陥判定方法により判定された表面欠陥の発生位置から鋳型内における溶鋼流動異常を推定し、該溶鋼流動異常を解消するように溶鋼流動の制御条件を調節した鋼鋳片の製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法は、鋳型長辺に埋設した測温素子によって鋳型銅板の測温データを取得し、該測温データに基づいてスラブ表面欠陥の判定を行う連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法であって、
鋳型長辺に埋設する前記測温素子の配置を、鋳造方向については、最上段の前記測温素子の位置を湯面制御レベルから下方に２００ｍｍ以内、最下段の前記測温素子の位置を湯面制御レベルから下方に５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う前記測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下、段数を４段以上とし、鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された前記測温素子の位置を測定対象のスラブ辺の短辺面と長辺面の交線の位置から、鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う前記測温素子間の間隔を２００ｍｍ以下、列数を８列以上とし、
上記のように配置された前記測温素子によって測定された鋳型銅板の測温データを取得する測温データ取得工程と、該取得された測温データは、隣り合う２列以上の前記測温素子から取得される前記測温データを１つのグループとして鋳型幅方向に２以上のグループにグループ化し、該グループ毎の前記測温データを主成分分析して主成分スコアを算出する主成分分析工程と、該算出された主成分スコアに基づいてスラブ表面における欠陥発生の有無を前記グループ毎に判定する主成分スコア判定工程を備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、最下段の前記測温素子を湯面制御レベルから鋳造方向に９００ｍｍ以内に設置することを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記主成分スコア判定工程は、前記主成分スコアが所定の閾値を超えた場合に欠陥発生有りと判定し、鋳型幅方向の前記グループ毎に欠陥の有無を判定することを特徴とするものである。

（４）本発明に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置は、鋳型長辺に埋設した測温素子によって鋳型銅板の測温データを取得し、該測温データを用いて連続鋳造スラブ表面欠陥を判定するものであって、
鋳型長辺に埋設する前記測温素子の配置を、鋳造方向については、最上段の前記測温素子の位置を湯面制御レベルから下方に２００ｍｍ以内、最下段の前記測温素子の位置を湯面制御レベルから下方に５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う前記測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下、段数を４段以上とし、鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された前記測温素子の位置を測定対象のスラブ辺の短辺面と長辺面の交線の位置から、鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う前記測温素子間の間隔を２００ｍｍ以下、列数を８列以上とし、
上記のように配置された前記測温素子によって測定された鋳型銅板の測温データを取得する測温データ取得手段と、
該取得された測温データは、隣り合う２列以上の前記測温素子から取得される前記測温データを１つのグループとして鋳型幅方向に２以上のグループにグループ化し、該グループ毎の前記測温データを主成分分析して主成分スコアを算出する主成分分析手段と、
該算出された主成分スコアに基づいてスラブ表面における欠陥発生の有無を前記グループ毎に判定する主成分スコア判定手段を備えたことを特徴とするものである。

（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、最下段の前記測温素子を湯面制御レベルから鋳造方向に９００ｍｍ以内に設置することを特徴とするものである。

（６）また、上記（４）又は（５）に記載のものにおいて、前記主成分スコア判定手段が、前記主成分スコアが所定の閾値を超えた場合に、欠陥発生有りと判定し、鋳型幅方向の前記グループ毎に欠陥の有無を判定することを特徴とするものである。

（７）本発明に係る鋼鋳片の製造方法は、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法を用いたものであって、
前記主成分スコア判定工程において欠陥発生有りと判定された前記グループに対応する鋳型幅方向における鋳型内相対位置を特定する鋳型内相対位置特定工程と、
該鋳型内相対位置特定工程で特定された鋳型内相対位置から鋳型内における溶鋼流動異常を推定し、該推定された溶鋼流動異常を解消するように溶鋼流動を制御する溶鋼流動制御工程とを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、鋳型内の鋳造方向及び幅方向の比較的広い範囲に埋設した測温素子により鋳型銅板の測温データを取得し、取得された前記測温データは、隣り合う２列以上の前記測温素子から取得される前記測温データを１つのグループとして鋳型幅方向に２以上のグループにグループ化し、前記グループ毎に前記測温データを主成分分析により統計的評価を行うことにより、溶鋼流動の異常に起因する介在物や気泡の存在、フラックスの不均一流れ込み（パウダー巻込み・噛み込みなど）や冷却斑といった、スラブ自体または製品における表面欠陥の発生の有無、及び発生位置を的確に予測することができるようになる。
これにより、鋳造後のスラブに対する表面手入れの要否や引当てグレードの変更を効率良く行うことが可能となると共に、溶鋼流動の異常発生位置をおおよそ特定することが出来るため、適切な溶鋼流動をするための具体策を的確に且つ速やかに施すことができ、表面欠陥が低減された鋼鋳片を製造することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置の説明図である。 本発明に至った経緯を説明するための実験における測温素子の配置の説明図である。 本発明に至った経緯を説明するための実験に係る鋳型銅板温度と鋳造時刻との関係を示すグラフである。 本発明に至った経緯を説明するための実験に係る主成分分析（グループ化しない場合）結果を表すグラフである。 本発明に至った経緯を説明するための実験における測温素子のグループ化の例を示す図である。 本発明に至った経緯を説明するための実験に係る主成分分析（グループ数を３とした場合）結果を表すグラフである。 本発明に至った経緯を説明するための実験に係る主成分分析（グループ数を４とした場合）結果を表すグラフである（その１）。 本発明に至った経緯を説明するための実験に係る主成分分析（グループ数を４とした場合）結果を表すグラフである（その２）。 本発明の一実施の形態に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法のフローチャートである。 本発明の他の実施の形態に係る鋼鋳片の製造方法のフローチャートである。 本発明の実地の形態２に係る測温素子のグループ化の例を示す図である。

[実施の形態１]
本発明の実施の形態１に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法及び装置を詳細に説明する前に、まず本発明に至った経緯について説明する。

＜本発明に至った経緯＞
本発明者らは、スラブ連続鋳造機での種々の鋳造条件下において、鋳型内鋳造方向及び鋳型幅方向の鋳型長辺面銅板温度のプロファイルを調査した。その場合に、相対する鋳型長辺銅板には、向かい合ったほぼ同一の箇所に、測温素子として熱電対５を埋め込み（図１参照）、それぞれの位置での鋳型長辺銅板温度を測定した。

鋳型長辺銅板における熱電対５の配置について、図２に基づいて説明する。
鋳造方向については、図２に示すように、湯面制御レベルからの距離が５０ｍｍの点を始点として１２０ｍｍ〜１７０ｍｍ間隔で、第１段から第７段までの合計７段となるように熱電対５を埋設した。湯面制御レベルとは、タンディッシュから溶鋼を鋳型に注入する際、注入量自動制御の目標とする湯面レベルのことである。なお、鋳型銅板上面から湯面制御レベルまでの距離は５０ｍｍである。

鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された測温素子の位置を測定対象のスラブ辺の短辺面と長辺面の交線の位置から、鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍの位置を基点として、１３３ｍｍ間隔でＡ列からＰ列までの１６列の熱電対５を埋設した。このように鋳型長辺面のほぼ全域にわたって熱電対５を埋設することで、鋳型３全体の温度プロファイルを測定することができる。
このような熱電対５を埋設した鋳型３を用いて種々の鋳造条件において銅板温度プロファイルの測定を行いつつ、スラブを製造した。製造したスラブを圧延し、オンライン表面欠陥計にて表面欠陥を連続的に測定し、製品における表面欠陥発生位置と鋳型銅板温度の測定結果を対比調査した。

表面欠陥測定において、図２における熱電対５のＣ列目の位置に対応する製品表面位置においてヘゲが発生しているのを発見した。そして、発見したヘゲ発生位置から欠陥の原因を有するスラブが鋳造された時間帯を調べたところ、ヘゲが発生したのは５：１５〜５：１７頃であることが分かった。

この時間帯を含むＣ列目位置での１〜７段の鋳型銅板温度の測定結果を図３に示す。図３において、縦軸は鋳型鋼板温度（℃）、横軸は鋳造時刻を表し、１−Ｃは１段目第Ｃ列、２−Ｃは１段目第Ｃ列、３−Ｃは３段目第Ｃ列、４−Ｃは４段目第Ｃ列、５−Ｃは５段目第Ｃ列、６−Ｃは６段目第Ｃ列、７−Ｃは７段目第Ｃ列の位置における鋳型銅板面の温度測定結果をそれぞれ表している。

本発明者らは、まず、単純に鋳型銅板温度挙動の変化を捉えることで欠陥判定ができないかを検討した。
しかしながら、図３に示すとおり、ヘゲの発生時間帯に３−Ｃ〜７−Ｃ位置の温度挙動に特徴的な変化が見られるものの、同様の温度挙動の変化はヘゲの発生がなかった時間帯（例えば4:38〜4:39頃）においても見られる。このことは、欠陥が発生した位置に限って温度挙動の変化を見ても欠陥発生を精度良く判定することが困難であることを示唆する。
また、埋設された多数の熱電対５により取得された温度挙動の変化を見極めるのはデータ処理の観点からも容易ではない。

そこで、本発明者らは、ヘゲが発生した時間帯における鋳型銅板温度挙動の特異性を見出す手法として、主成分分析を検討した。主成分分析とは、多くの観測変数から、特徴を表わす新たな変数を合成する統計的解析手法であり、本発明のように多くの測温データから特異点を見出すのに適した手法である。即ち、測温データの時系列情報に対して主成分分析を行うことにより、複数の基底およびその係数を求めるものである。

以下に、主成分分析の解析手法について、鋳型銅板に埋設した熱電対５の本数が１００本、すなわち時系列情報が１００点であった場合を例に挙げて説明する。
１秒毎に１００本の熱電対５から測温データが取得できるとした場合、t秒間分の温度の時系列データXは下式(1)で表される。式(1)においてＴは温度を表し、下付き数字は熱電対番号、上付き数字は時間を表している。

これに対し、主成分分析により例えば３つの基底を計算した場合、下記に示す３種類の１００次元ベクトルy₁、y₂及びy₃が生成される。この基底１〜基底３は、温度の時系列データを表現するための代表的なパターン（時間に対する値の変化）であり、これらの３つの基底に重み付けし、それらを組み合わせることによって、温度の時系列データを表現しようとするものである。

これらに対して、温度の時系列データ毎に基底係数a_i ^jが計算される。基底係数a_i ^jとは、上述の基底１〜基底３への重み付けの値であり、これら３つの基底係数a_i ^jを用いることで、温度の時系列データのパターン（時間に対する値の変化する形態）を特徴づけることが可能となり、特異点を抽出することができるようになる。
式(1)で表される温度の時系列データXは、基底１〜基底３（y₁、y₂、y₃）と基底係数a_i ^jを用いて下式(3)で近似できる。

なお、実際の主成分分析については、汎用の統計解析ソフトを用いることで測定と同時に解析を行い、基底係数をリアルタイムに算出することが可能である。
以降の説明において、基底１〜基底３を「第１主成分」〜「第３主成分」、基底係数を「主成分スコア（主成分得点）」と表記する。

図２に示したものと同一チャージの鋳造中における鋳型長辺面の全測温データ（即ち、「Ａ−１」〜「Ｐ−７」）に対して、主成分の数を５として主成分分析を行った結果を図４に示す。
図４において、縦軸は主成分スコアを表し、横軸は鋳造時刻を表している。上述したとおり、主成分スコア（主成分得点）とは、第１主成分〜第５主成分のそれぞれの重みに相当し、多数の測定データを特徴付ける新たな変数であり、この値が大きいほど平均的な測定データに対して特異性があることを示している。なお、以下の説明において、第１主成分の主成分スコアを第１主成分スコアといい、他の主成分についても同様に表記する。
また、図４には、圧延した製品に欠陥が発覚した該当スラブの欠陥位置（鋳型幅方向位置を熱電対５の配置列により表記）及び鋳型内の通過時間帯を併記している。
尚、本例では主成分の数は５としたが、任意に設定することができる。

図４に示すように、例えば、Ｈ−Ｉ列付近に欠陥が発生したスラブやＣ列付近に欠陥が発生したスラブが鋳造された時間帯である４:４３頃および５:１５頃に主成分スコアの明瞭な変化が見られる。しかしながら、Ｂ列、Ｎ列及びＯ列付近での欠陥発生のような、他の位置あるいは時刻に発生した欠陥に対応する主成分スコアの明瞭な変化は見られない。
このように、熱電対５により得られた全測温データをそのまま単純に主成分分析して統計評価するだけでは、わずかな温度挙動の変化を抽出して欠陥発生の有無を判定することは実際には難しい場合があることを示唆している。

そこで、さらに検討した結果、鋳型長辺面銅板に埋設された熱電対５を、鋳型幅方向に対して列単位に２列以上含む２以上のグループにグループ化し、グループ毎に熱電対５から取得される測温データの主成分分析を行い、かつ主成分分析において主成分の数を２以上とすることで、欠陥発生の有無の判定率を向上することができることを突き止めた。
例えば、熱電対５を鋳型幅方向に対して３グループにグループ化する場合、Ａ列〜Ｅ列、Ｆ列〜Ｋ列、Ｌ列〜Ｐ列の３グループとすることができる（図５参照）。

測温データを３グループにグループ化し、グループ毎に主成分分析を行った結果を図６に、４グループとした場合の結果を図７、図８に示す。図６〜図８において、縦軸は主成分スコア、横軸は時刻を表す。図６は熱電対５をＡ列〜Ｅ列、Ｆ列〜Ｋ列及びＬ列〜Ｐ列の３グループにグループ化し、各グループにおける測温データに対して主成分分析した結果である。図７、図８は熱電対５をＡ列〜Ｄ列、Ｅ列〜Ｈ列、Ｉ列〜Ｌ列及びＭ列〜Ｐ列の４グループにグループ化し、各グループにおける測温データに対して主成分分析した結果である。

図６（ａ）では、Ｂ列付近に対応する位置に欠陥が発生したスラブが鋳造された時間帯（４：３１頃）、及びＣ列付近に対応する位置に欠陥が発生したスラブが鋳造された時間帯（５：１５頃）に主成分スコアの特異的な変化が見られる。
図６（ｂ）では、Ｈ列―Ｉ列付近に対応する位置に欠陥が発生したスラブが鋳造された時間帯（４：４２頃）に主成分スコアの特異的な変化が見られる。
図６（ｃ）では、Ｏ列付近に対応する位置に欠陥が発生したスラブが鋳造された時間帯（４：３９頃）及びＮ列付近に対応する位置に欠陥が発生したスラブが鋳造された時間帯（５：０８頃）に主成分スコアの特異的な変化が見られる。

図７（ａ）では、Ｂ列付近に対応する位置に欠陥が発生したスラブが鋳造された時間帯（４：３１頃）及びＣ列付近に欠陥が発生したスラブが鋳造された時間帯（５：１５頃）に主成分スコアの特異的な変化が見られる。
図７（ｂ）及び（ｃ）では、Ｈ列―Ｉ列付近に対応する位置に欠陥が発生したスラブが鋳造された時間帯（４：４３頃）に主成分スコアの特異的な変化が見られる。
図８（ｄ）では、Ｏ列付近に対応する位置に欠陥が発生したスラブが鋳造された時間帯（４：３９頃）、及びＮ列付近に対応する位置に欠陥が発生したスラブが鋳造された時間帯（５：０９頃）に主成分スコアの特異的な変化が見られる。

以上のように、測温データをグループ化しない場合（図４参照）よりも、３グループにグループ化（図６参照）することにより、主成分スコアに特異的な変化が見られ、その変化に基づいて欠陥発生の有無を適切に判定することが可能となる。また、図７及び図８に示すようにグループ数を増やすことで、主成分スコアの特異的な変動が大きくなり、表面欠陥発生の判定が容易になると考えられる。さらに、グループ数を増加することにより、主成分スコアの判定を行う範囲が狭くなることから、欠陥発生位置の特定が容易となり、このことは鋳造後のスラブ手入れの効率向上に繋がる。

また、例えば主成分の数が２以下の場合、チャージ変化時に当該チャージとその直前のチャージ或いは直後のチャージの溶鋼温度の違いをスラブ温度の変化として捉えてしまい、これが主成分スコア変動に反映され誤判定に至る、又はわずかな変化の見落とし（未判定）をする場合がある。そのため、主成分の数を３以上として主成分分析を行うことで、判定率を向上することが可能となる。

次に本発明者らは、上述の主成分分析による判定を行うにあたり、鋳型長辺面に埋設する熱電対５の最適な配置等について、鋳造方向、鋳型幅方向のそれぞれの方向毎に精査した。その結果、以下に示す知見（知見i〜知見vi）を得た。以下、各知見について順に説明する。

＜熱電対の鋳造方向の配置について＞
熱電対５の鋳造方向の配置に関して設置範囲及び熱電対間隔について検討し、以下の知見が得られた（知見i、知見ii及び知見iii）。
なお、以下の説明において「位置」とは、湯面制御レベルを基点とした鋳造方向の位置を表している。

≪熱電対の鋳造方向の設置範囲（熱電対の最上段及び最下段の位置）に関する知見≫
湯面制御レベルから２００ｍｍまでの範囲では表面欠陥が発生しやすく、熱電対５の最上段の位置が湯面制御レベルから２００ｍｍの範囲外にある場合、スラブのごく表層における鋳造欠陥の発生を見落とすケースが見られた。従って熱電対５の最上段は湯面制御レベルから２００ｍｍの範囲内とすることが望ましい（知見ｉ-1）

熱電対５の最下段が湯面制御レベルから５００ｍｍより下方の位置であれば、浸漬ノズルからの吐出流による溶鋼流動を十分に捉えることができ、かつ、製品の表面欠陥の原因となる鋳造欠陥（介在物、気泡）のうち、鋳片表面から８〜１２ｍｍ程度の深い位置での構造欠陥の発生を見逃すこともない。したがって、熱電対５の最下段位置の上限は湯面制御レベルから５００ｍｍより下方とすることが望ましい（知見ｉ-2）。

もっとも、熱電対５の最下段位置の下限を湯面制御レベルから９００ｍｍとすることが望ましい（知見ｉ-3）。その理由は以下のとおりである。
湯面制御レベルから９００ｍｍ以上の位置においては既に凝固シェルが十分に形成されており、この位置で表面欠陥の起因となるモールドパウダーや脱酸生成物を補足しても銅板温度に反映されにくいこと、及び湯面制御レベルから９００ｍｍより下方の位置で捉えられたモールドパウダーや脱酸生成物は比較的スラブ内部にあるので、圧延されても表面欠陥となりにくいことが考えられる。
従って、熱電対５の最下段位置の下限は９００ｍｍとすることが望ましい。つまり、湯面制御レベルから鋳造方向９００ｍｍの範囲に熱電対５を埋設すれば足り、それより下方に熱電対５を埋設することは、欠陥発生よりもむしろ鋳型直下の冷却異常を検知するのに有効な場合があるものの、表面欠陥の検知という面からは必ずしも必要ではなく、埋設しても熱電対コストの増加及びデータ処理の負荷増加を招く。
上記の知見（i-1）〜知見（i-3）より、熱電対５の鋳造方向の配置は、最上段を湯面制御レベルから２００ｍｍまでの範囲内、最下段を５００ｍｍから９００ｍｍの範囲内とすることが望ましい（知見i）。
≪熱電対の鋳造方向の間隔に関する知見≫
上述した湯面制御レベルを始点として鋳造方向に５０ｍｍから９００ｍｍの範囲内で隣り合う熱電対間隔が２５０ｍｍ以下であれば、表面欠陥を十分に判定できることが明らかとなった（知見ii）。鋳造方向の熱電対間隔が２５０ｍｍより大きくなると、ヘゲ発生の挙動を見落とすケースが見られた。
≪熱電対の鋳造方向の段数に関する知見≫
熱電対５の鋳造方向の段数については、熱電対５により得られた測温データを主成分分析するにあたって、解析対象データ数を確保する観点から、４段以上とすることが望ましい（知見iii）。

＜熱電対の鋳型幅方向の配置に関して＞
上記の熱電対５の鋳造方向の配置と同様に、熱電対５の鋳型幅方向の配置に関しても配置範囲、間隔及び列数について検討し、以下の知見（知見iv、知見v及び知見vi）が得られたので、順に説明する。
≪熱電対の鋳型幅方向の設置位置に関する知見≫
鋳型幅方向で両短辺に近い箇所に設置された熱電対５が、短辺面と長辺面の交線から鋳型幅方向に２５０ｍｍ以下の範囲にあることが望ましい（知見iv）。前記の範囲に熱電対５がないと、鋳型短辺近傍での鋳造欠陥発生の挙動を見落とすケースが見られたためである。

≪熱電対の鋳型幅方向の間隔に関する知見≫
連続鋳造においては製品の要求寸法に応じて鋳造幅が変化する。今回調査した条件における鋳造幅は概ね７００ｍｍから２１００ｍｍであったが、この場合、鋳型幅方向での隣り合う熱電対間隔が２００ｍｍ以下であれば、表面欠陥を十分に判定できることが分かった（知見v）。鋳型幅方向の熱電対間隔が２００ｍｍより大きくなると、ヘゲ発生の挙動を見落とすケースが見られた。
≪熱電対の鋳型幅方向の列数に関する知見≫
鋳型幅方向の列数に関しては、８列より少なくなると鋳型幅方向に２以上のグループにグループ化して主成分分析を行う際に、解析対象データの元となる測温データを十分に提供できなくなる（知見vi）。
なお、上記の知見i〜知見viについては、後述の実施例で実証している。

次に本発明者らは、主成分分析における主成分数及び主成分スコアの閾値に着目した。
主成分数に関しては、これまで行った検討から、少なくとも第３主成分以上の主成分スコアを以って判断することが望ましく、第５主成分まで判定に用いることが望ましいことが分かった。
また、閾値に関しては、一般的に、表面欠陥にも重大なものと軽微なものがあり、鋼板製品を扱う需要家によっては軽微な表面欠陥であれば使用可能な場合があるため、製造する品種によって表面欠陥判定の閾値を設定し、その閾値を超えた場合に欠陥発生の判定を行うことで鋼板製品の歩留まりを高めることができる。
今回の調査においては、時系列データである測温データを一度標準化した場合には、図６、図７又は図８で示したように第１主成分スコア〜第５主成分スコアのいずれかの絶対値が閾値３を超したときに欠陥ありと判定すれば、本チャージで発生した欠陥の中でも、スラブの手入れによって救済可能な比較的軽微な欠陥や、製品として出荷が困難な重篤な欠陥までを全て網羅して検出できることが分かった。

以上のことを踏まえて、本発明の実施の形態１に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置１（以下、単に「表面欠陥判定装置１」という）について、図１に基づいて説明する。

＜表面欠陥判定装置＞
表面欠陥判定装置１は、図１に示すように、鋳型３に埋設する測温素子としての熱電対５と、熱電対５による測温データに基づいて表面欠陥を判定するための演算装置７を備えている。
以下、熱電対５の配置と演算装置７の構成について詳細に説明する。

≪測温素子の配置≫
熱電対５の鋳造方向の配置については、上述したとおり、最上段が湯面制御レベルから２００ｍｍまでの範囲内、最下段が湯面制御レベルから５００ｍｍ以上離れた位置、望ましくは５００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲内とし（知見i）、鋳造方向の隣り合う熱電対５の間隔が２５０ｍｍ以下（知見ii）、段数は４段以上（知見iii）とした。
また、熱電対５の鋳型幅方向の配置についても、上述したとおり、両短辺に最も近い箇所に設置された熱電対５の位置が測定対象のスラブ幅の短辺面と長辺面の交線の位置から、鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内（知見iv）、隣り合う熱電対５の間隔が２００ｍｍ以下（知見v）、列数は８列以上とした。
つまり、鋳造方向については、湯面制御レベルから２００ｍｍまでの範囲には少なくとも一段の熱電対５が配置され、同様に５００ｍｍより下方の位置に熱電対５の最下段が配置され、また、鋳型幅方向については、鋳型短辺から２５０ｍｍの範囲には少なくとも一列の熱電対５が配置される。
このように配置した熱電対５によって鋳型銅板温度を測定することで、鋳型３全体の銅板温度プロファイルを測定することができる。

熱電対５の配置の一例を示すと、例えば、鋳造方向については、湯面制御レベルから５０ｍｍの位置に一段目の熱電対５を配置し、鋳造方向の隣り合う熱電対５の間隔が１２０ｍｍ〜１７０ｍｍとなるように７段配置する（図１の第７段まで）。また、鋳型幅方向については、鋳型幅方向の隣り合う熱電対５の間隔が１３３ｍｍとなるように１６列配置する（図２参照）。
なお、鋳造方向及び鋳型幅方向の熱電対５の間隔は上記の範囲内であればよく、等間隔配置してもよく、必ずしも等間隔でなくてもよく、鋳型３の構造や大きさ等に応じて適宜調整してもよい。
なお、上記の説明では、測温素子として熱電対５を用いた例を示したが、例えば光ファイバー方式のセンサーなど、銅板温度を正確に測定できる手法であればどのような測温素子であっても構わない。

≪演算装置≫
演算装置７は、コンピュータによって構成され、熱電対５によって測定された鋳型銅板の測温データを取得する測温データ取得手段９と、該取得された測温データに基づいて主成分分析を行って主成分スコアを算出する主成分分析手段１１と、該算出された主成分スコアに基づいて鋳片表面の欠陥発生の有無を判定する主成分スコア判定手段１３とを備えている。

測温データ取得手段９は所定の測定時間間隔で鋳型銅板温度が取得可能になっている。
所定時間間隔は、１秒以上１０秒以下の間隔であることが望ましい。この理由は次の通りである。温度変動を検知するには、１秒以上１０秒以下でも十分であり、１秒よりも短い間隔で温度を取得する場合には、鋳型振動などの外乱影響を拾いやすくなる。また、１０秒を超える間隔での測定では異常発生による温度変動を見落とすリスクが高まる。
また、鋳型内の溶鋼流動の周期的な変化（例えば、浸漬ノズルから左右の吐出口からの溶鋼吐出流速が交互に周期的に揺らぐことなど）の周期を実測すると、およそ１０秒から３０秒の周期となっており、この周期の最小値である１０秒よりも短い測定時間間隔で測定することで、溶鋼流動の周期的な変化に起因する温度変化を捉えることができ、この点からも測定時間間隔を１０秒以下とすることが好ましい。

主成分分析手段１１としては、例えば、汎用の統計解析ソフトを用いるようにすればよい。
主成分スコア判定手段１３における判定方法としては、例えば、所定の閾値を設定しておき、主成分スコアが該閾値を超えた場合に、欠陥発生有りと判定するようにする。

≪記憶、記録・出力装置≫
主成分スコア判定手段から出力された判断結果はメモリなどの記憶装置に格納されるとともに、モニター、ディスプレイ又はプリンタ等の記録・出力装置を介して出力される。この出力された判定によって、スラブは検品され、必要とあれば手入れ等の処置が施され、次工程、例えば圧延工程へと搬送される。
従って、この判定の出力結果に基づいて、鋳造後のスラブに対する手入れの要否や引当てグレードの変更を効率良く行うことが可能となる。また、欠陥の発生したチャージに対しては、鋳造条件の変更を施すフィードバック制御を行うことにより、欠陥発生有りと判定された以降に製造された鋳造スラブに欠陥が発生するのを未然に防止することも可能となる。
なお、この点に関する具体的な方法の一例については、後述の実施の形態２において説明する。

ここで、処置としては、例えばスラブ表面をスカーフマシーンやグラインダー等による、所謂欠陥除去の手入れが挙げられる。軽微な欠陥に関しては、この手入れ処理後、次工程へと搬送される。
一方、主成分スコアが閾値未満で欠陥発生がないと判定されたスラブはこのような手入れをせずに次工程へと搬送することが可能となる。

上記のような表面欠陥判定装置１は、特許文献５の技術のようにデータベースを用いていないため、設備投資費が高騰化することがなく、大量の操業データも不要のため簡便である。

以上のように構成された表面欠陥判定装置１を用いた連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法（以下、単に「表面欠陥判定方法」という場合がある）について具体例を挙げて、表面欠陥判定装置１の動作と共に、図９のフローチャートに基づいて他の図を適宜参照しながら説明する。

＜連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法＞
本発明の実施の形態に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法は、図９に示すように、熱電対５によって測定された鋳型銅板温度を取得する測温データ取得工程（Ｓ１）と、該取得された測温データのグループ毎に主成分分析を行って主成分スコアを算出する主成分分析工程（Ｓ３）と、該算出された主成分スコアに基づいて鋳片表面の欠陥発生の有無及び位置を判定する主成分スコア判定工程（Ｓ５）と、判定結果に基づくスラブ処置（Ｓ７）と、圧延工程（Ｓ９）とを備えている。
各工程について以下に説明する。

≪測温データ取得工程≫
まず、測温データ取得工程において、熱電対５によって測定された鋳型銅板の測温データを、測温データ取得手段９を用いて取得する（Ｓ１）。
測温データは、鋳型３に埋設された熱電対５から１秒以上１０秒以下の間隔で取得される（図３参照）。

≪主成分分析工程≫
次に、測温データ取得工程で取得された鋳型銅板温度に基づいて、主成分分析手段１１を用いて主成分分析を行って主成分スコアを算出する（Ｓ３）。
主成分分析に用いる測温データに関しては、まず、以下の処置を行う。鋳型３内に埋設された熱電対群を鋳型幅方向に対して列単位に２以上のグループにグループ化する。ここで、１グループには隣り合う２列以上の熱電対５が含まれるものとする。各グループの熱電対５による測温データに対して、主成分分析を行って主成分スコアを算出する。
上述したとおり、主成分の数は任意に設定する事が可能であるが、変数が増加するだけで傾向に大差が無いこともあるため、本例では主成分の数を３〜５までとした。

≪主成分スコア判定工程≫
次に、主成分分析工程で算出された主成分スコアに基づいて、主成分スコア判定手段１３を用いて鋳片表面の欠陥発生の有無及びその位置を判定する（Ｓ５）。
判定方法としては、例えば、閾値を設定し、第１〜第５主成分スコアのいずれかの絶対値が該閾値を超えた場合に、欠陥発生有りと判定するものとする。一例として、閾値を３として、図６に示した主成分スコアについて判定を行うと次のようになる。
図６（ａ）において、熱電対５のＢ列に対応する位置に欠陥が発生した時間帯である４：３１頃において、Ａ〜Ｅ列の測温データの主成分スコアを見ると、第１、第２及び第３主成分スコアはその絶対値が閾値３を超えなかったものの、第４及び第５主成分スコアはその絶対値が３を超える特異的な変動が見られる。また、同時間帯においてＦ〜Ｋ列及びＬ〜Ｐ列の測温データの主成分スコアはいずれも閾値が３を超えるような特異的な変動は見られない。したがって、この例においては、熱電対５のＡ〜Ｅ列に対応する位置において欠陥が発生すると判定される。

鋳造されたスラブは、判定結果に基づいたスラブ処置（Ｓ７）が施された後、圧延工程（Ｓ９）へ搬送される。
ここでスラブ処置としては、例えば、鋳型幅方向のグループにおいて欠陥発生「有」と判定された場合、そのグループの熱電対５の位置に対応するスラブ部位の表面をスカーフやグラインダーなどで手入れして表面欠陥を除去してからスラブを圧延工程へ搬送し、一方、欠陥発生「無」と判定された場合、表面手入れせずに圧延工程へ搬送することが挙げられる。

以上のように、本実施の形態においては、測温素子としての熱電対５の配置を、鋳造方向については、最上段の測温素子の位置が湯面制御レベルから２００ｍｍ以内、最下段の測温素子の位置が湯面制御レベルから５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う測温素子間の間隔が２５０ｍｍ以下、段数を４段以上とし、鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された測温素子の位置が測定対象のスラブ幅の短辺面と長辺面の交線の位置から鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う測温素子間の間隔が２００ｍｍ以下、列数を８列以上とし、測温データ取得工程と、主成分分析工程と、主成分スコア判定工程、判定結果のメモリ、記録・出力工程を行うことにより、設備投資費を高騰化させることなくスラブ表面欠陥発生を高精度で判定可能となり、判定結果に基づいて適切なスラブ処置を施すことで優れた表面品質のスラブを効率良く製造することができる。

[実施の形態２]
本発明の他の実施の形態に係る鋼鋳片の製造方法は、本発明に係る実施の形態１で述べた鋼の連続鋳造時における連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法を用いて判定された鋳片表面の欠陥発生の有無及び位置に基づいて、連続鋳造時における鋳型３内の溶鋼流動を制御するものであって、図１０に示すように、熱電対５によって測定された鋳型銅板温度を取得する測温データ取得工程（Ｓ１）と、該取得された測温データのグループ毎に主成分分析を行って主成分スコアを算出する主成分分析工程（Ｓ３）と、該グループ毎に算出された主成分スコアに基づいて鋳片表面の欠陥発生の有無を判定する主成分スコア判定工程（Ｓ５）と、欠陥発生有りと判定された前記グループに対応する鋳型内相対位置を特定する鋳型内相対位置特定工程（Ｓ１１）と、前記鋳型内相対位置に基づいて溶鋼流動を制御する溶鋼流動制御工程（Ｓ１３）とを備えたものである。

測温データ取得工程（Ｓ１）、主成分分析工程（Ｓ３）及び主成分スコア判定工程（Ｓ５）については、本発明に係る実施の形態１に記載した内容と同一であるため、以下、鋳型内相対位置特定工程（Ｓ１１）と、溶鋼流動制御工程（Ｓ１３）の各工程について詳細に説明する。

＜鋳型内相対位置特定工程＞
鋳型内相対位置特定工程（Ｓ１１）は、本実施の形態１に係る表面欠陥判定方法の主成分スコア判定工程（Ｓ５）において欠陥発生有りと判定された測温データのグループに対応する鋳型幅方向における鋳型内相対位置を特定する工程である。

前述した実施の形態１と同様に、前記測温データのグループとは、鋳型３に埋設された測温素子５において、隣り合う２列以上の測温素子５から取得される測温データを一つのグループとしたものである。例えば、図１１はグループ１〜グループ６の６グループにグループ化したものである。

そして、主成分スコア判定工程（Ｓ５）において欠陥発生有りと判定された前記測温データのグループに対応する鋳型幅方向位置から、欠陥が発生した鋳型３内相対位置を特定する。
具体的には、欠陥発生有りと判定された前記測温データのグループが鋳型３の鋳型幅方向の端部（鋳型３の短辺面付近）又は中央部付近に対応する位置のどちらに相当するかを特定する。

本実施の形態２では、グループ分けされた測温データの鋳型幅方向における鋳型３内相対位置の特定（端部又は中央部付近）は、測温データを３グループ以上にグループ分けした場合に有効であり、その特定方法は下記のとおりである。
鋳型３の鋳型幅方向の端部に相当する測温データのグループは、鋳型３の短辺面に最も近い１つ又は２つのグループ（鋳型３の両短辺面に対して２又は４つのグループ）とする。
一方、鋳型３の鋳型幅方向の中央部付近に相当する測温データのグループは、奇数個のグループにグループ分けをした場合、３グループ分けでは鋳型幅方向において中央の１グループ、５グループ分け以上では前記中央の１グループ又は該中央の１グループの両隣のグループを含む３つのグループとし、偶数個のグループにグループ分けした場合、鋳型幅方向において鋳型長辺面の中心線の両側にある２又は４つのグループとする。

上記の特定方法を、測温データを６グループにグループ分けした場合について具体的に説明する。例えば、図１１に示すように、鋳型３に熱電対５をＡ列〜Ｐ列まで８列埋設し、Ａ−Ｂ列（グループ１）、Ｃ−Ｅ列（グループ２）、Ｆ−Ｈ列（グループ３）、Ｉ−Ｋ列（グループ４）、Ｌ−Ｎ列（グループ５）、Ｏ−Ｐ列（グループ６）にグループ化した場合において、鋳型３の短辺面に最も近いグループ１及びグループ６を鋳型３の端部、鋳型長辺面の中心線Ｃの両側にあるグループ３及びグループ４を鋳型３の中央部付近に相当すると特定する。なお、グループ２及びグループ５は、鋳型３の端部又は中央部付近のいずれにも属さないグループである。

＜溶鋼流動制御工程＞
溶鋼流動制御工程（Ｓ１３）は、鋳型内相対位置特定工程（Ｓ１１）で特定された鋳型内相対位置から鋳型３内における溶鋼流動異常を推定し、該推定された溶鋼流動異常を解消するように溶鋼流動を制御する工程である。

溶鋼流動制御工程（Ｓ１３）において推定される溶鋼流動異常としては、溶鋼流動不足又は溶鋼流動過剰がある。
溶鋼流動不足の場合、鋳型３内において浸漬ノズル（図示なし）から吹き込まれる不活性ガスの気泡がスラブの凝固シェルに取り込まれて表面欠陥となり、溶鋼流動不足に起因する表面欠陥は鋳型幅方向の端部に発生しやすい。
これに対し、溶鋼流動過剰の場合、鋳型３内の湯面に浮遊するパウダーがスラブに巻き込まれて表面欠陥となり、溶鋼流動過剰に起因する表面欠陥は鋳型幅方向の中央部付近に発生しやすい。

そこで、鋳型内相対位置特定工程（Ｓ１１）において表面欠陥が鋳型幅方向の端部に発生したと特定された場合、溶鋼流動制御工程（Ｓ１３）においては、溶鋼流動不足であると推定し、溶鋼流動不足を解消するように溶鋼流動を制御する。具体的には、浸漬ノズル（図示なし）からの溶鋼の吹き込み量を増加することによって溶鋼流動を促進することができる。

一方、鋳型内相対位置特定工程（Ｓ１１）において表面欠陥が鋳型幅方向の中央部に発生したと特定された場合、溶鋼流動制御工程（Ｓ１３）においては、溶鋼流動過剰であると推定し、溶鋼流動過剰を解消するように溶鋼流動を制御する。具体的には、浸漬ノズル（図示なし）からの溶鋼の吹き込み量を減少することによって溶鋼流動を抑制することができる。

溶鋼流動制御工程（Ｓ１３）において、溶鋼流動異常を解消するように溶鋼流動を制御することにより、欠陥発生が判定された後に製造されるスラブに欠陥が発生することを防ぐことができる。

なお、上記においては、前記浸漬ノズルからの溶鋼の吹き込み量によって鋳型内溶鋼流動を促進又は抑制といった制御を行うものであったが、電磁流動制御が可能な鋳造機の場合においては、鋳型３内における溶鋼流動を電磁流動制御することも可能である。これらの溶鋼流動の制御は、オンラインで行うことができる

以上より、本発明に係る表面欠陥判定方法により欠陥発生有りと判定された場合、該判定された測温データのグループから、欠陥発生の鋳型３内相対位置を特定し、該特定された鋳型３内相対位置から鋳型３内の溶鋼流動異常を推定し、推定された溶鋼流動異常を解消するように溶鋼流動を制御するといった対策を施すことにより、当該対策が後続のスラブに反映されるため、同一チャージにおける表面欠陥発生を低減することができる。

本発明の連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法における熱電対５の配置の効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
実験は、図１に示す表面欠陥判定装置１を用いて、熱電対５の配置を変えて表面欠陥判定を行い、実際の表面欠陥的中率を評価するというものである。
熱電対５は、本発明例１〜本発明例９のいずれも上記実施の形態で説明した知見(i)〜知見(vi)を満たすように配置した。具体的な配置については後述する。

熱電対５にはＪＩＳ−Ｔ型熱電対を用い、その設置は、鋳型長辺銅板の鋳型フレームに接触する面から溶鋼に接触する面に向かって穿孔し、穿孔した先端底部に温接点が接触するように埋設した。先端底部から銅板の溶鋼に接触する面までの距離は１５ｍｍとした。
このように熱電対５を設置した垂直曲げ形連続鋳造機を用いて、アルミキルド溶鋼を連続鋳造した。鋳造条件は、鋳造厚み２２０〜３００ｍｍ、鋳造幅１８００〜２１００ｍｍ、溶鋼スループットを３．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎとした。溶鋼は浸漬ノズルによりタンディッシュから鋳型３内へと供給されるが、その浸漬ノズルにおける溶鋼吐出孔の溶鋼吐出角度は下向き１５°以上４５°以下とし、浸漬深さは湯面制御レベルから溶鋼吐出孔上端までの距離として１８０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲とした。浸漬ノズルからの吹き込み不活性ガスにはＡｒガスを使用した。鋳型内溶鋼には、磁場発生装置から相対する鋳型長辺面銅板に沿ってそれぞれ相反する向きの移動磁場を印加することにより、鋳型３内の溶鋼が凝固シェル界面に沿って水平方向に旋回する流動を付与した。

鋳造したスラブは表面をスカーフやグラインダーなどによって手入れ処置することなく（以下、無手入れと表記）、無手入れの状態で圧延工程へと搬送し、熱間圧延、冷間圧延等を施し、圧延後に表面欠陥をオンライン表面欠陥計で連続的に測定し、欠陥発生位置をスラブ位置と対応させ、測定した銅板温度の主成分分析結果との対比を行い、表面欠陥的中率を評価した。

主成分分析は同一チャージにおける全ての測温データを対象とし、チャージ毎に測温データの各グループに対して主成分分析を１回実施した（複数チャージの測温データをまとめて主成分分析することは行わない。）。
なお、主成分分析の解析には、JUSE-StatWorks/V4.88を用い、温度の時系列データは標準化（温度測定点全点について、平均0、分散1となるよう変換）した。ここでは第１主成分スコア〜第５主成分スコアのいずれか１つでもその絶対値が３以上となる変動があった場合を表面欠陥「有」と判定した。表面欠陥「有」と判定した箇所数を、この判定箇所にと実際に圧延したスラブ表面に検知された欠陥とが一致した箇所数で除したものを表面欠陥検知率（的中）率として評価した。また、欠陥を検知しなかったのに実際に欠陥が出た場合の箇所数を、実際に圧延したスラブ表面に検知された全欠陥数で除したものを非検知率（見逃し率）として評価した。なお、発明例及び比較例ともに、それぞれおよそ３００チャージ（１チャージあたり約３００トン前後）の鋳造量を対象として評価した。

比較のために、熱電対の配置が知見(i)、知見(iii)、知見(v)、知見(vi)で示したいずれかで範囲外となる、あるいは測温データをグループ化せずに主成分分析を行った場合に対しても同様の評価を行った（比較例１〜比較例６）。
比較例１は、熱電対を本発明例７と同じ段数及び列で配置するが、知見(i)の範囲外となるように、最上段の熱電対を湯面制御レベルから２００ｍｍの範囲外となる２１０ｍｍの位置に設置したものである。
比較例２は、熱電対を本発明例７と同じ段数及び列で配置するが、知見(i)の範囲外となるように、最下段の熱電対を、湯面制御レベルから５００〜９００ｍｍの範囲外となる、４８０ｍｍの位置に設置したものである。
比較例３は、知見(iii)の範囲外となるように、熱電対の段数を４段よりも少なくしたものである。
比較例４は、知見(v)の範囲外となるように、鋳型幅方向の熱電対間隔を２５０ｍｍより大きくしたものである。
□比較例５は、知見(vi)の範囲外となるように、熱電対の列数を８列よりも少なくしたものである。
比較例６は、測温データをグループ化せず、全測温データに対して主成分分析を行ったものである。
なお、本発明例１〜本発明例９、及び比較例１〜比較例６のいずれの場合においても、配置した熱電対５による測定時間間隔は５秒とした。
本発明例１〜本発明例９、及び比較例１〜比較例６の熱電対５の配置と表面欠陥検知率（％）及び表面欠陥非検知率（％）をまとめたものを表１に示す。

表１に示す通り、本発明例１〜本発明例９において、本発明例１では検知率７０％程度であるものの、他の発明例の検知率はいずれも８０％を超える成績であり、良好な結果となった。
本発明例１〜本発明例５を比べると、測温データのグループ数の増加に伴い検知率が向上するものの、グループ数４以上では検知率がほぼ９０％で飽和している。これに対し、非検知率は低下していることから、測温データのグループ数を増やすことによって表面欠陥の見逃しを低減する効果が得られている。
本発明例３と本発明例６を比べると、熱電対の配列段数を５段から７段に増加しても検知率、非検知率ともほぼ同等であり、本発明例６は熱電対コストが増加する点において不利である。
本発明例７と本発明例８を比べると、熱電対配置の列数を１０列から２２列に増加することにより、若干、非検知率は４８％から４２％へと減少するが、検知率にはほぼ変化が見られず、列数を増加する効果は小さい。

熱電対最上段又は最下段の位置が範囲外である比較例１および比較例２は検知率が低い結果であった。このことから、知見(i)が実証された。
熱電対配置の段数が４段よりも少ない比較例３では、検知率は４３％と低く、非検知率７１％と高い値であった。
鋳型幅方向の熱電対間隔が２５０ｍｍより大きい比較例４は、検知率が５８％と低く、非検知率７０％と高い値であった。
熱電対の配置列数が８列よりも少ない比較例５は、鋳造方向における熱電対設置範囲、熱電対間の間隔ならびに鋳型幅方向の熱電対間間隔の等しく熱電対配置列数の多い本発明例９を比べると、検知率は低位であった。
主成分分析を行う際に測温データのグループ化を行っていない比較例６では、検知率が５２％と低位であった。
熱電対設置位置が範囲外である比較例１及び比較例２、熱電対の配置段数の少ない比較例３、鋳型幅方向の熱電対間隔が大きい比較例４、熱電対の配置列数が少ない比較例５、主成分分析を行う際に測温データのグループ化を行っていない比較例６では、いずれも検知率が４３〜６８％であり、本発明例と比較すると低位であった。

次に、本発明の適用有無による生産性への影響を確認するための比較実験を行ったので、その結果について説明する。
実験は、スラブの鋳造からその後の圧延等の処理を経て製品出荷されるまでの所要日数を、本発明を適用した場合と適用しない場合とで比較した。
鋳造条件は上記実施例１と同様とした。本発明を適用した場合、表１の本発明例７に相当する熱電対配置の表面欠陥判定装置を用い、判定結果に基づいて適切なスラブ処置を施した後圧延を行った。

本発明を適用しない場合の所要日数を基準に100とすると、本発明を適用した場合の場合は90となり、生産から出荷までのリードタイムが10％向上した。このようにリードタイムが改善されたのは、本発明を適用することにより、鋳造後のスラブに対する表面手入れの要否や引当てグレードの変更を効率よく実施可能となったためである。

以上のように、本発明の表面欠陥判定方法を適用して連続鋳造を行うことで、圧延工程前に表面欠陥発生を検知し、鋳造後のスラブに対する表面手入れの要否や引当てグレードの変更を効率良く行うことが可能であることが実証された。

次に、本発明に係る表面欠陥判定方法を用いて欠陥発生有りと判定された表面欠陥の鋳型３内相対位置に基づいて鋳型３内における溶鋼流動を制御して鋼鋳片を製造した場合のスラブ表面の欠陥発生率を比較する実験を行ったので、その結果について説明する。

実験は、上記実施例１と同様とし、二つの別チャージのものに対し、本発明に係る欠陥発生判定方法を用いて得られた判定結果を基に溶鋼流動の制御を行った場合と、溶鋼流動の制御を行わなかった場合の二つの別チャージに対してスラブ欠陥が実際に発生した割合（欠陥発生率）を求め、両者を比較した。

本発明に係る鋼鋳片の製造方法を適用した場合、熱電対により得られた測温データのグループ毎に欠陥発生の判定を行い、欠陥が発生したと判定された場合、欠陥が発生した鋳型３内の相対位置を特定し、溶鋼流動を制御した。

鋳型３に埋設した熱電対の配置及びグループ分けは、図１１に示すように、鋳型幅方向に１６列、６グループとし、グループ１（Ａ−Ｂ列）及びグループ６（Ｏ−Ｐ列）は鋳型３の端部、グループ３（Ｆ−Ｈ列）及びグループ４（Ｉ−Ｋ列）は鋳型３の中央部付近に相当するものとして、測温データの各グループの鋳型幅方向における相対位置を特定した。

本発明に係る表面欠陥判定方法による判定結果を用いて鋳型３内における溶鋼流動を制御しなかった場合において、手入れが必要な欠陥が発生したスラブの割合を100とすると、表面欠陥判定方法により得られた欠陥発生の判定結果を用いて鋳型３内における溶鋼流動を制御した場合に手入れが必要な欠陥が発生したスラブの割合は60となり、欠陥発生率は大幅に改善された。

以上より、本発明に係る表面欠陥判定方法による欠陥判定の結果を用い、欠陥が発生した鋳型３内の相対位置を特定し、該相対位置に基づいて鋳型３内における溶鋼流動を制御することにより、溶鋼流動の制御後にスラブ表面に発生する欠陥を低減できることが実証された。

１ 表面欠陥判定装置
３ 鋳型
５ 熱電対
７ 演算装置
９ 測温データ取得手段
１１ 主成分分析手段
１３ 主成分スコア判定手段

Claims (7)

1. 鋳型長辺に埋設した測温素子によって鋳型銅板の測温データを取得し、該測温データに基づいてスラブ表面欠陥の判定を行う連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法であって、
   鋳型長辺に埋設する前記測温素子の配置を、
   鋳造方向については、最上段の前記測温素子の位置を湯面制御レベルから下方に２００ｍｍ以内、最下段の前記測温素子の位置を湯面制御レベルから下方に５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う前記測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下、段数を４段以上とし、
   鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された前記測温素子の位置を測定対象のスラブ辺の短辺面と長辺面の交線の位置から、鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う前記測温素子間の間隔を２００ｍｍ以下、列数を８列以上とし、
   上記のように配置された前記測温素子によって測定された鋳型銅板の測温データを取得する測温データ取得工程と、
   該取得された測温データは、隣り合う２列以上の前記測温素子から取得される前記測温データを１つのグループとして鋳型幅方向に２以上のグループにグループ化し、該グループ毎の前記測温データを主成分分析して主成分スコアを算出する主成分分析工程と、
   該算出された主成分スコアに基づいてスラブ表面における欠陥発生の有無を前記グループ毎に判定する主成分スコア判定工程を備えたことを特徴とする連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法。
2. 最下段の前記測温素子を湯面制御レベルから鋳造方向に９００ｍｍ以内に設置することを特徴とする請求項１記載の連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法。
3. 前記主成分スコア判定工程は、前記主成分スコアが所定の閾値を超えた場合に欠陥発生有りと判定し、鋳型幅方向の前記グループ毎に欠陥の有無を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法。
4. 鋳型長辺に埋設した測温素子によって鋳型銅板の測温データを取得し、該測温データを用いて連続鋳造スラブ表面欠陥を判定する連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置であって、
   鋳型長辺に埋設する前記測温素子の配置を、
   鋳造方向については、最上段の前記測温素子の位置を湯面制御レベルから下方に２００ｍｍ以内、最下段の前記測温素子の位置を湯面制御レベルから下方に５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う前記測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下、段数を４段以上とし、
   鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された前記測温素子の位置を測定対象のスラブ辺の短辺面と長辺面の交線の位置から、鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う前記測温素子間の間隔を２００ｍｍ以下、列数を８列以上とし、
   上記のように配置された前記測温素子によって測定された鋳型銅板の測温データを取得する測温データ取得手段と、
   該取得された測温データは、隣り合う２列以上の前記測温素子から取得される前記測温データを１つのグループとして鋳型幅方向に２以上のグループにグループ化し、該グループ毎の前記測温データを主成分分析して主成分スコアを算出する主成分分析手段と、
   該算出された主成分スコアに基づいてスラブ表面における欠陥発生の有無を前記グループ毎に判定する主成分スコア判定手段を備えたことを特徴とする連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置。
5. 最下段の前記測温素子を湯面制御レベルから鋳造方向に９００ｍｍ以内に設置することを特徴とする請求項４記載の連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置。
6. 前記主成分スコア判定手段が、前記主成分スコアが所定の閾値を超えた場合に、欠陥発生有りと判定し、鋳型幅方向の前記グループ毎に欠陥の有無を判定することを特徴とする請求項４又は５記載の連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置。
7. 請求項１乃至３記載のいずれかに記載の連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法を用いた鋼鋳片の製造方法であって、
   前記主成分スコア判定工程において欠陥発生有りと判定された前記グループに対応する鋳型幅方向における鋳型内相対位置を特定する鋳型内相対位置特定工程と、
   該鋳型内相対位置特定工程で特定された鋳型内相対位置から鋳型内における溶鋼流動異常を推定し、該推定された溶鋼流動異常を解消するように溶鋼流動を制御する溶鋼流動制御工程とを備えたことを特徴とする鋼鋳片の製造方法。