JP2016196010A - スラブ品質推定装置およびスラブ品質推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳片の中心偏析に影響される各スラブの品質を連続鋳造機の操業中にオンラインで簡易に推定できること。【解決手段】本発明の一態様であるスラブ品質推定装置は、連続鋳造機によって連続鋳造される鋳片の凝固完了位置を算出する凝固完了位置算出部と、中心偏析の影響による鋳片の品質悪化を示す品質指標を判定する品質指標処理部と、鋳片を切断して製造されるスラブと品質指標とを対応付けて管理する品質管理部と、を備える。品質指標処理部は、凝固完了位置よりも鋳造方向の上流側に位置するピンチロールを選択し、選択したピンチロールのトルク信号を周波数解析して各周波数成分を取得し、取得した各周波数成分のうち非定常バルジング起因の周波数成分をもとに、鋳片の品質指標を判定する。品質管理部は、品質指標に基づいてスラブ毎の品質を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造機によって製造される鋳片のスラブ毎の品質を推定するスラブ品質推定装置およびスラブ品質推定方法に関するものである。

鋼の連続鋳造工程において、一般に、連続鋳造機は、鋳型に注入された溶鋼をその周囲から鋳型によって冷却（１次冷却）し、これにより、鋳型内の溶鋼の表層部分を凝固させて凝固シェルを形成する。ついで、連続鋳造機は、凝固シェルを形成した溶鋼、すなわち、凝固シェルによって囲まれる内部に未凝固相を有する鋳片を、ピンチロールを用いて鋳型から鋳造方向に引き抜きながら搬送するとともに冷却水によって冷却（２次冷却）して凝固させる。連続鋳造機は、このような処理を順次行って、鋳造方向に長手となる平坦状の鋳片を連続鋳造する。その後、連続鋳造機は、連続鋳造して得た鋳片をその長手方向（鋳造方向）に沿って所定の長さ毎に切断し、これにより、厚板スラブ等の鋼のスラブを順次製造する。

従来、上述したように連続鋳造機によって連続鋳造される鋳片には、スラブの品質悪化を招く中心偏析が発生している。このような中心偏析の発生原因の一つとして、鋳片の凝固完了位置（以下、凝固完了位置といえば鋳片の凝固完了位置を意味する）よりも鋳造方向の上流側近傍の鋳片部分に存在する非定常バルジングが挙げられる。非定常バルジングは、鋳型から引き抜かれた鋳片を支えつつ鋳造方向の下流側へ送出するサポートロールや上述したピンチロール等の連続鋳造機に設けられる回転ロール体の間において、未だ凝固が完了していない連続鋳造中の鋳片がその厚さ方向に部分的に膨らむ現象である。このような非定常バルジングは、例えば、連続鋳造中の鋳片において表層部分が内部の未凝固相からの復熱によって高温状態となり且つ凝固シェルの層厚が薄い場合、凝固シェルの強度低下等に起因して発生する。

一方、鋳片の中心偏析を低減する手法として、凝固完了位置よりも鋳造方向の上流側近傍における凝固未完了の鋳片（例えば凝固末期の鋳片）を、鋳片の凝固収縮量に見合う圧下量で徐々に圧下（以下、軽圧下という）する手法がある。しかし、連続鋳造中の鋳片に過剰な量の非定常バルジングが発生した場合、中心偏析を低減するために上述の凝固未完了の鋳片を軽圧下しても、軽圧下による中心偏析の低減効果は小さくなる。その原因として、例えば、軽圧下によって鋳片の凝固収縮時に鋳片凝固部分に吸い込まれるはずの濃化成分が非定常バルジングに起因して鋳片の凝固未完了である中心部分に押し戻される故、中心偏析が悪化すること等が挙げられる。

上述したような非定常バルジングを検知する従来技術として、例えば、渦流式センサを用いて鋳片の非定常バルジングを検知する渦流式センサ方式がある。この渦流式センサ方式では、鋳片に近接して設置した渦流式センサにより、鋳片と渦流式センサとの距離が測定され、得られた距離の測定結果をもとに、鋳型内の溶鋼の湯面レベル変動に影響する非定常バルジングが検知される。しかし、高温高湿度の環境下や気化したオイルが発生する可能性のある環境下、すなわち、連続鋳造機の操業中の環境下に渦流式センサが設置された場合、渦流式センサ方式では、長期間に亘り継続して非定常バルジングを検知することが困難である。また、渦流式センサに対し、連続鋳造機の操業中の環境に耐え得るように環境対策を施す場合、多大なコストがかかるという問題がある。

また、上述した渦流式センサ方式とは別の手法によって非定常バルジングを検知する従来技術として、例えば、水柱式超音波レベル計を用いる方式がある。この方式では、高温高湿度環境下であっても、水柱式超音波レベル計によって非定常バルジングを計測することが可能である。しかし、連続鋳造機の操業中の環境下では、鋳型から引き抜いた鋳片を２次冷却して凝固させるべく、冷却スプレーから多量の冷却水が噴射されており、水柱式超音波レベル計の水柱に上述の冷却水が干渉してノイズが発生してしまう。このため、連続鋳造機の操業中の環境下において、水柱式超音波レベル計を用い、常時精度良く非定常バルジングを検知することは困難である。

一方、非定常バルジングを検知する更に別の従来技術として、例えば、非定常バルジングに起因する鋳型内の湯面レベル変動の周期が２次冷却帯のロールピッチと鋳造速度とによって決まることを利用し、ピンチロールモータの電流値の周期性と、湯面レベル値および湯面制御信号値のうち何れか一方の周波数または双方の合成値の周波数とが一致したとき、非定常バルジングが発生していると判定するものがある（特許文献１参照）。また、鋳型内の湯面レベル値の振幅が第１の閾値を超え、且つ、この湯面レベル値の周波数特性において、サポートロール（鋳片支持ロール）のロールピッチと鋳造速度とに基づいて求められる、発生し得る湯面レベル変動の周波数範囲での振幅が第２の閾値を超えたとき、非定常バルジングの発生を検知する方法がある（特許文献２参照）。

特開平１１−１７００２１号公報 特開２００７−１３６４８０号公報

ところで、連続鋳造中の鋳片に発生した中心偏析は、連続鋳造機によって鋳片から順次製造される各スラブの品質に悪影響を及ぼす。このような中心偏析に影響される各スラブの品質を連続鋳造機の操業中にオンラインで推定することは、連続鋳造機の操業上、極めて重要である。しかしながら、上述した従来技術では、鋳片の中心偏析に影響される各スラブの品質を連続鋳造機の操業中にオンラインで推定することは困難であり、たとえ連続鋳造中の鋳片の非定常バルジングを検知しても、非定常バルジングの検知結果を各スラブの品質推定に活用することができなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、鋳片の中心偏析に影響される各スラブの品質を連続鋳造機の操業中にオンラインで簡易に推定することができるスラブ品質推定装置およびスラブ品質推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に、本発明にかかるスラブ品質推定装置は、連続鋳造機の鋳型に注入された溶鋼を凝固させながら前記鋳型から引き抜いて連続鋳造される鋳片の凝固完了位置を算出する凝固完了位置算出部と、前記鋳型から前記鋳片を引き抜く前記連続鋳造機の１以上のピンチロールの中から、前記凝固完了位置よりも前記鋳片の鋳造方向の上流側に位置するピンチロールを選択し、選択した前記ピンチロールのトルク信号を周波数解析して前記トルク信号の各周波数成分を取得し、取得した前記各周波数成分のうち前記鋳片の非定常バルジングに起因する周波数成分をもとに、前記鋳片の中心偏析の影響による前記鋳片の品質悪化を示す品質指標を判定する品質指標処理部と、前記鋳片を切断して製造されるスラブと前記品質指標とを対応付けて管理し、前記品質指標に基づいて前記スラブ毎の品質を推定する品質管理部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかるスラブ品質推定装置は、上記の発明において、前記品質指標処理部は、前記１以上のピンチロールの中から、前記凝固完了位置よりも前記鋳片の鋳造方向の上流側に位置し且つ前記連続鋳造機の軽圧下帯を構成する前記ピンチロールを選択することを特徴とする。

また、本発明にかかるスラブ品質推定装置は、上記の発明において、前記品質指標処理部は、前記鋳片の中心偏析に対する非定常バルジングの影響の重み付けを設定し、前記凝固完了位置と選択した前記ピンチロールの設置位置との距離に応じ前記重み付けを変化させて、前記品質指標を判定することを特徴とする。

また、本発明にかかるスラブ品質推定方法は、連続鋳造機の鋳型に注入された溶鋼を凝固させながら前記鋳型から引き抜いて連続鋳造される鋳片の凝固完了位置を算出する凝固完了位置算出ステップと、前記鋳型から前記鋳片を引き抜く前記連続鋳造機の１以上のピンチロールの中から、前記凝固完了位置よりも前記鋳片の鋳造方向の上流側に位置するピンチロールを選択する選択ステップと、前記選択ステップによって選択した前記ピンチロールのトルク信号を周波数解析して、前記トルク信号の各周波数成分を取得する周波数解析ステップと、前記周波数解析ステップによって取得した前記各周波数成分のうち前記鋳片の非定常バルジングに起因する周波数成分をもとに、前記鋳片の中心偏析の影響による前記鋳片の品質悪化を示す品質指標を判定する品質指標判定ステップと、前記鋳片を切断して製造されるスラブと前記品質指標とを対応付けて管理する管理ステップと、前記品質指標に基づいて前記スラブ毎の品質を推定する品質推定ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかるスラブ品質推定方法は、上記の発明において、前記選択ステップは、前記１以上のピンチロールの中から、前記凝固完了位置よりも前記鋳片の鋳造方向の上流側に位置し且つ前記連続鋳造機の軽圧下帯を構成する前記ピンチロールを選択することを特徴とする。

また、本発明にかかるスラブ品質推定方法は、上記の発明において、前記品質指標判定ステップは、前記鋳片の中心偏析に対する非定常バルジングの影響の重み付けを設定し、前記凝固完了位置と選択した前記ピンチロールの設置位置との距離に応じ前記重み付けを変化させて、前記品質指標を判定することを特徴とする。

本発明によれば、鋳片の中心偏析に影響される各スラブの品質を連続鋳造機の操業中にオンラインで簡易に推定することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるスラブ品質推定装置の一構成例を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態における連続鋳造機の一構成例を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかるスラブ品質推定方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、本実施例において注目する各ピンチロールのトルクのトレンドデータを示す図である。 図５は、本実施例における注目ピンチロールのうち最上流のピンチロールから収集したトルク信号の周波数解析結果の一例を示す図である。 図６は、本実施例における注目ピンチロールのうち中間のピンチロールから収集したトルク信号の周波数解析結果の一例を示す図である。 図７は、本実施例における注目ピンチロールのうち最下流のピンチロールから収集したトルク信号の周波数解析結果の一例を示す図である。 図８は、本実施例における鋳片の品質指標と中心偏析値との相関の一例を示す図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明にかかるスラブ品質推定装置およびスラブ品質推定方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態では、連続鋳造機の一例として垂直曲げ型の連続鋳造機を例示するが、本実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、各図面において、同一構成部分には同一符号が付されている。

（連続鋳造機）
まず、本発明の実施の形態にかかるスラブ品質推定装置を適用した連続鋳造機について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかるスラブ品質推定装置の一構成例を示す図である。図１には、本発明の実施の形態にかかるスラブ品質推定装置１と、これを適用した連続鋳造機１１とが図示されている。図２は、本発明の実施の形態における連続鋳造機の一構成例を示す図である。

図１，２に示すように、連続鋳造機１１は、溶鋼１０ａを所定の形状に鋳造する鋳型１２と、溶鋼１０ａの貯蔵および供給を適宜行うタンディッシュ１３と、タンディッシュ１３から鋳型１２に溶鋼１０ａを注入するための浸漬ノズル１４とを備える。また、連続鋳造機１１は、鋳型１２からの鋳片１０を支えながら鋳造方向の下流側へ送出する複数のサポートロール１５と、鋳型１２から鋳片１０を引き抜きながら鋳造方向の下流側に搬送する複数のピンチロール１６〜１９とを備える。その他、図１，２には図示しないが、連続鋳造機１１は、鋳型１２から引き抜かれた鋳片１０を２次冷却するための冷却水をノズルから噴射するエアミストスプレー等の複数の冷却スプレー、並びに、連続鋳造した鋳片１０を所定長さのスラブに切断する切断部等の連続鋳造工程に必要な各種設備を備える。

鋳型１２は、液状の溶鋼１０ａを所定の形状に固めるためのものである。なお、図１，２には、本発明を説明し易くするために、鋳型１２の断面の概略構造が図示されている。本実施の形態において、鋳型１２には、入口側から出口側に亘って貫通する矩形状等の貫通孔が形成されており、図１，２に示すように、鋳型１２は、タンディッシュ１３の下方に設けられる。鋳型１２は、入口側から注入された液状の溶鋼１０ａを１次冷却し、これにより、この液状の溶鋼１０ａをその表層部分から凝固させて、凝固シェルを形成する。このようにして、鋳型１２は、この液状の溶鋼１０ａを鋳片１０に順次鋳造する。この段階において、鋳片１０は、凝固シェルによって囲まれる内部に未凝固相を有する凝固未完了の状態である。

タンディッシュ１３は、鋳型１２の内部に溶鋼１０ａを注入するものである。具体的には、図１，２に示すように、タンディッシュ１３は、鋳型１２の上方に設けられる。また、タンディッシュ１３の底部には、鋳型１２への溶鋼注入口となる浸漬ノズル１４が設けられている。浸漬ノズル１４は、図１，２に示すように、鋳型１２の内部の溶鋼１０ａ中に浸漬するように配置される。タンディッシュ１３は、取鍋（図示せず）から注ぎ込まれた溶鋼１０ａを貯蔵し、この貯蔵した溶鋼１０ａを、浸漬ノズル１４を介して鋳型１２の内部に適宜注入する。

サポートロール１５は、ロール外周方向に回転自在に軸支された回転ロール体であり、図１，２に示すように、鋳片１０をその厚さ方向に挟み且つ鋳片１０の鋳造方向に沿って並ぶように複数設置される。なお、鋳片１０の鋳造方向は、図１，２の太線矢印によって示されるように、鋳型１２から引き抜き搬送されながら連続鋳造される鋳片１０の引き抜き搬送方向である。これら複数のサポートロール１５は、鋳型１２から引き抜かれた鋳片１０を支えつつ鋳造方向の上流側から下流側へ送出する。

ピンチロール１６〜１９は、モータ（図示せず）の駆動力によってロール外周方向に回転可能な回転ロール体であり、図１，２に示すように、鋳片１０をその厚さ方向に挟むように鋳片１０の鋳造方向に沿って複数（本実施の形態では４対）設置される。具体的には、ピンチロール１６〜１９は、各々、鋳型１２から鉛直下方に引き抜かれた鋳片１０の長手方向を水平方向に徐々に矯正するために好適な位置に設置される。以下、このようなピンチロール１６〜１９の各設置位置は、ピンチロール位置Ｐ_mと称される。なお、番号ｍは、ピンチロール１６〜１９の各々を特定する数字である。本実施の形態では、図１，２に示すように、ピンチロール１６は、最上流のピンチロール位置Ｐ₁に設置され、ピンチロール１７は、これよりも鋳造方向の下流側であるピンチロール位置Ｐ₂に設置される。ピンチロール１８は、このピンチロール１７よりも鋳造方向の下流側であるピンチロール位置Ｐ₃に設置され、ピンチロール１９は、最下流のピンチロール位置Ｐ₄に設置される。

本実施の形態において、各ピンチロール位置Ｐ_m（ｍ＝１，２，３，４）は、連続鋳造機１１における基準位置Ｐ₀からの鋳造方向に沿った距離によって表される位置である。例えば、基準位置Ｐ₀が、鋳型１２に注入された溶鋼１０ａのメニスカス１０ｂの位置である場合、各ピンチロール位置Ｐ_m（ｍ＝１，２，３，４）は、メニスカス１０ｂの位置からの鋳造方向に沿った距離（以下、メニスカス距離という）によって表される。すなわち、図１，２に示すように、ピンチロール位置Ｐ₁は、メニスカス距離Ｌ₁の位置であり、ピンチロール位置Ｐ₂は、このメニスカス距離Ｌ₁に比して長いメニスカス距離Ｌ₂の位置である。ピンチロール位置Ｐ₃は、このメニスカス距離Ｌ₂に比して長いメニスカス距離Ｌ₃の位置であり、ピンチロール位置Ｐ₄は、このメニスカス距離Ｌ₃に比して長いメニスカス距離Ｌ₄の位置である。

上述したように設置されたピンチロール１６〜１９は、モータの駆動による回転力（トルク）を用い、鋳型１２から鋳片１０を複数のサポートロール１５に沿って鋳造方向に所定の引き抜き速度（以下、鋳造速度という）で順次引き抜く。さらに、これらのピンチロール１６〜１９は、引き抜いた鋳片１０を複数のサポートロール１５に沿って鋳造方向に所定の鋳造速度で順次搬送する。

ここで、連続鋳造機１１は、鋳型１２から引き抜いた凝固未完了の鋳片１０を完全に凝固させるための２次冷却を行う複数の冷却帯を備えている。具体的には、本実施の形態において、連続鋳造機１１は、図１，２に示すように、鋳型１２の出口側近傍から鋳片１０の鋳造方向に並ぶ９つのゾーンに、冷却帯２１ａ〜２９ａおよび冷却帯２１ｂ〜２９ｂを各々備える。

冷却帯２１ａ〜２９ａは、鋳型１２から引き抜かれた鋳片１０を、その基準面と反対の面側（具体的には上面側）から２次冷却するものである。これらの冷却帯２１ａ〜２９ａのうち、冷却帯２１ａ〜２３ａ，２８ａ，２９ａは、複数のサポートロール１５および冷却スプレー（図示せず）等を用いて各々構成される。なお、これらの冷却帯２１ａ〜２３ａ，２８ａ，２９ａの各々には、ピンチロール１６〜１９と同様に機能するピンチロールが１つ以上設けられてもよい。一方、残りの冷却帯２４ａ〜２７ａは、複数のサポートロール１５、ピンチロール１６〜１９、および冷却スプレー（図示せず）等を用いて各々構成される。これらの冷却帯２１ａ〜２９ａは、鋳型１２から引き抜かれて鋳造方向に順次搬送される鋳片１０の上面に対して冷却水を噴射し、これにより、鋳片１０を上面側から２次冷却して鋳片１０の凝固を進行させる。

冷却帯２１ｂ〜２９ｂは、鋳型１２から引き抜かれた鋳片１０を、その基準面側（具体的には下面側）から２次冷却するものである。これらの冷却帯２１ｂ〜２９ｂのうち、冷却帯２１ｂ〜２３ｂ，２８ｂ，２９ｂは、複数のサポートロール１５および冷却スプレー（図示せず）等を用いて各々構成される。なお、これらの冷却帯２１ｂ〜２３ｂ，２８ｂ，２９ｂの各々には、ピンチロール１６〜１９と同様に機能するピンチロールが１つ以上設けられてもよい。一方、残りの冷却帯２４ｂ〜２７ｂは、複数のサポートロール１５、ピンチロール１６〜１９、および冷却スプレー（図示せず）等を用いて各々構成される。これらの冷却帯２１ｂ〜２９ｂは、鋳型１２から引き抜かれて鋳造方向に順次搬送される鋳片１０の下面に対して冷却水を噴射し、これにより、鋳片１０を下面側から２次冷却して鋳片１０の凝固を進行させる。

一方、連続鋳造機１１において、鋳片１０の上面側の冷却帯２４ａ〜２７ａと下面側の冷却帯２４ｂ〜２７ｂとは、図１，２に示すように、凝固未完了の鋳片１０を軽圧下する軽圧下帯２０としての機能を兼ね備える。具体的には、軽圧下帯２０において、ピンチロール１６〜１９が、鋳造方向に順次搬送される凝固未完了の鋳片１０を軽圧下する。

上述したような構成を有する連続鋳造機１１は、溶鋼１０ａを注入した鋳型１２から鋳片１０を所定の鋳造速度で連続的に引き抜きながら、鋳造方向に鋳片１０を順次搬送し、これに並行して、鋳片１０をその全域に亘り順次２次冷却する。このようにして、連続鋳造機１１は、鋳型１２に注入した溶鋼１０ａから、鋳造方向に長手となる平坦状の鋳片１０を連続鋳造する。その後、連続鋳造機１１は、連続鋳造して完全に凝固した鋳片１０を切断部（図示せず）によって所定の長さに順次切断し、これにより、目的のスラブを順次製造する。

（スラブ品質推定装置）
つぎに、上述した図１，２を参照しつつ、本発明の実施の形態にかかるスラブ品質推定装置について説明する。本発明の実施の形態にかかるスラブ品質推定装置１は、連続鋳造機１１の操業中にオンラインで各スラブの品質を推定するものである。図１に示すように、スラブ品質推定装置１は、鋳片１０の中心偏析に応じた品質を判定する品質判定装置２と、この鋳片１０の品質をスラブ毎に管理し推定する操業用計算機５とを備える。また、スラブ品質推定装置１は、スラブ品質の推定に必要な情報を入力する入力部６と、各スラブの品質推定結果等の情報を出力する出力部７とを備える。

品質判定装置２は、連続鋳造機１１によって連続鋳造された鋳片１０の中心偏析程度に応じた品質を判定するものである。図１に示すように、品質判定装置２は、２次冷却計算部３と、品質指標処理部４とを備える。

２次冷却計算部３は、連続鋳造機１１の鋳型１２に注入された溶鋼１０ａを凝固させながら鋳型１２から引き抜いて連続鋳造される鋳片１０の凝固完了位置を算出する凝固完了位置算出部として機能する。具体的には、２次冷却計算部３は、操業中の連続鋳造機１１における鋳片１０の連続鋳造の２次冷却計算をオンラインで行い、この２次冷却計算の結果をもとに、現在連続鋳造中の鋳片１０の凝固完了位置を算出する。本実施の形態において、鋳片１０の凝固完了位置は、上述したピンチロール位置Ｐ_mと同様に、連続鋳造機１１における基準位置Ｐ₀からの鋳造方向に沿った距離（例えばメニスカス距離）によって表される。２次冷却計算部３は、このように算出した凝固完了位置を品質指標処理部４に送信する。

ここで、本実施の形態における連続鋳造の２次冷却計算は、伝熱モデルを用いた鋳片１０の２次冷却に関する伝熱計算である。例えば、連続鋳造の２次冷却計算は、通常、鋳造方向に沿って単位長さに切断された鋳片１０の断面を考え、現在連続鋳造中の鋳片１０内の場所に応じて、水冷、空冷、ミスト冷却、ロール抜熱等からなる２次冷却条件による鋳片表面での境界条件を示す式に基づき熱流束を求め、この求めた熱流束を用いて２次元伝熱方程式を解くことにより、実行される。

品質指標処理部４は、非定常バルジングに起因する鋳片１０の中心偏析に影響されて悪化する鋳片１０の品質を判定するものである。具体的には、品質指標処理部４は、現在連続鋳造中の鋳片１０の凝固完了位置を２次冷却計算部３から取得する。また、品質指標処理部４は、連続鋳造機１１における１以上のピンチロール（本実施の形態ではピンチロール１６〜１９）から、鋳片１０の引き抜き搬送に要するピンチロールトルクを示すトルク信号を必要分、収集する。品質指標処理部４は、鋳型１２から鋳片１０を引き抜く連続鋳造機１１の１以上のピンチロール（例えばピンチロール１６〜１９）の中から、２次冷却計算部３によって算出された凝固完了位置よりも鋳片１０の鋳造方向の上流側に位置するピンチロールを注目ピンチロールとして選択する。この際、品質指標処理部４は、連続鋳造機１１の１以上のピンチロールの中から、２次冷却計算部３による凝固完了位置よりも鋳片１０の鋳造方向の上流側に位置し且つ連続鋳造機１１の軽圧下帯２０を構成するピンチロールを、注目ピンチロールとして選択することが望ましい。

また、品質指標処理部４は、上述したように選択した注目ピンチロールから収集済みのトルク信号を周波数解析し、これにより、注目ピンチロールのトルク信号の各周波数成分を取得する。ついで、品質指標処理部４は、この周波数解析によって取得したトルク信号の各周波数成分の周波数および強度と、操業用計算機５から取得した連続鋳造機１１の現在の操業条件（例えば現在連続鋳造中の鋳片１０の鋳造速度等）とを用い、現在連続鋳造中の鋳片１０の非定常バルジングをオンラインで検知する。続いて、品質指標処理部４は、上述したように取得したトルク信号の各周波数成分のうち、検知した鋳片１０の非定常バルジングに起因する周波数成分をもとに、現在連続鋳造中の鋳片１０の品質指標をオンラインで判定する。この際、品質指標処理部４は、鋳片１０の中心偏析に対する非定常バルジングの影響の重み付けを設定し、鋳片１０の凝固完了位置と選択した注目ピンチロールの設置位置（すなわちピンチロール位置Ｐ_m）との距離に応じ上述の重み付けを変化させて、現在連続鋳造中の鋳片１０の品質指標を判定する。

本実施の形態において、上述の品質指標は、鋳片１０に発生した中心偏析の影響による鋳片１０の品質悪化を示す指標である。品質指標処理部４は、上述したような品質指標を鋳片１０の長手方向の位置毎に順次判定する。このようにして、品質指標処理部４は、非定常バルジングに起因する中心偏析の影響によって悪化する鋳片１０の品質を、鋳片１０の長手方向位置毎に判定する。品質指標処理部４は、このような鋳片１０の長手方向位置毎の品質指標を、鋳片１０のスラブ毎の品質判定結果として操業用計算機５に送信する。

操業用計算機５は、品質判定装置２によって判定された鋳片１０の品質指標をスラブ毎に管理し且つ鋳片１０のスラブ毎の品質を推定する品質管理部としての機能を有する。具体的には、操業用計算機５は、連続鋳造機１１の操業を管理するプロセスコンピュータ等を用いて構成される。操業用計算機５は、品質判定装置２から、品質指標処理部４によって判定された鋳片１０の長手方向位置毎の品質指標を順次受信する。操業用計算機５は、受信した品質指標に対応する鋳片１０の長手方向位置を、目的とするスラブ寸法等の操業条件に基づき、鋳片１０をその長手方向に沿って所定長さ毎に切断して製造されるスラブに置き換える。ついで、操業用計算機５は、このような鋳片１０のスラブと、このスラブに置き換えられる鋳片１０の長手方向位置における品質指標とを対応付ける。操業用計算機５は、これらの対応付けたスラブと品質指標とを、鋳片１０のスラブ毎の品質指標を示すスラブ品質データ５ａの一部として保存し、管理する。操業用計算機５は、品質判定装置２から品質指標処理部４による鋳片１０の長手方向位置毎の品質指標を受信する都度、上述したスラブ毎の品質指標の管理処理を実行する。

また、操業用計算機５は、上述したようにスラブ毎に管理する品質指標に基づいて、鋳片１０のスラブ毎の品質を推定する。この際、操業用計算機５は、入力部６によって入力された情報をもとに、品質推定対象のスラブの中心偏析程度に関する閾値（以下、品質閾値という）を設定する。ついで、操業用計算機５は、品質推定対象のスラブの品質指標をスラブ品質データ５ａから読み出し、品質相関データ５ｂを参照しつつ、この読み出した品質指標と品質閾値とに基づいて、品質推定対象のスラブの品質（例えば品質の良否）を推定する。

ここで、品質相関データ５ｂは、鋳片１０を切断して製造される各スラブの品質に悪影響を及ぼす鋳片１０の中心偏析の度合いを示す値（以下、中心偏析値という）と、鋳片１０のスラブ毎に管理される品質指標との相関を示すデータである。なお、品質相関データ５ｂは、例えば、連続鋳造機１１の過去の操業実績データや中心偏析の検査結果等を用いて作成可能である。品質相関データ５ｂは、操業用計算機５に予め保存される。操業用計算機５は、このような品質相関データ５ｂを用いて、品質推定対象のスラブの品質指標を中心偏析値に変換し、この中心偏析値と品質閾値とを比較する。この比較処理の結果、操業用計算機５は、この中心偏析値が品質閾値以上である場合、品質推定対象のスラブの品質が要求に比して悪いと推定し、この中心偏析値が品質閾値未満である場合、品質推定対象のスラブの品質が良（すなわち要求を満足する品質）であると推定する。

一方、操業用計算機５は、連続鋳造機１１の現在の操業条件等の２次冷却計算や品質指標の判定処理に必要な情報を、品質判定装置２の２次冷却計算部３および品質指標処理部４に適宜提供する。例えば、操業用計算機５から品質判定装置２に提供される連続鋳造機１１の現在の操業条件として、現在連続鋳造中の鋳片１０の鋳造速度、この鋳片１０を２次冷却するための冷却水量等の２次冷却条件、目的とするスラブの寸法情報等が挙げられる。

入力部６は、スラブの品質推定に関する各種情報を入力するものである。具体的には、入力部６は、入力キーまたはマウス等の入力デバイスを用いて構成され、作業者の入力操作に応じて、操業用計算機５に情報を入力する。なお、入力部６によって操業用計算機５に入力される情報として、例えば、スラブ毎の品質閾値を示す情報、スラブ毎の品質推定の処理開始を指示する情報、スラブ毎の品質推定結果の出力を指示する情報、品質判定装置２による品質指標の判定処理の開始または終了を指示する情報等が挙げられる。

出力部７は、操業用計算機５によるスラブ毎の品質推定結果を出力するものである。具体的には、出力部７は、スラブ毎の品質推定結果を示す情報を操業用計算機５から受信し、その都度、受信した情報に基づいて、スラブ毎の品質推定結果を出力する。このような出力部７は、出力対象のスラブ毎の品質推定結果を画面表示する表示装置であってもよいし、出力対象のスラブ毎の品質推定結果を紙等の印刷媒体に印刷するプリンタであってもよいし、これらを組み合わせたものであってもよい。

（スラブ品質推定方法）
つぎに、本発明の実施の形態にかかるスラブ品質推定方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかるスラブ品質推定方法の一例を示すフローチャートである。本実施の形態にかかるスラブ品質推定方法において、図１に示したスラブ品質推定装置１は、図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０８の各処理ステップを適宜行って、連続鋳造機１１による鋳片１０のスラブ毎の品質を連続鋳造機１１の操業中にオンラインで推定する。

詳細には、図３に示すように、スラブ品質推定装置１は、まず、連続鋳造機１１の鋳型１２に注入された溶鋼１０ａを凝固させながら鋳型１２から引き抜いて連続鋳造される鋳片１０の凝固完了位置を算出する（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１において、２次冷却計算部３は、操業用計算機５から、連続鋳造機１１によって現在連続鋳造中の鋳片１０の鋳造速度や２次冷却の冷却水量等の必要な情報を取得する。ついで、２次冷却計算部３は、操業用計算機５から取得した情報を用い、操業中の連続鋳造機１１における鋳片１０の連続鋳造の２次冷却計算をオンラインで行う。２次冷却計算部３は、このような２次冷却計算の結果をもとに、現在連続鋳造中の鋳片１０の凝固完了位置Ｐ_CEを算出する。その後、２次冷却計算部３は、算出した凝固完了位置Ｐ_CEを品質指標処理部４に送信する。

ステップＳ１０１を実行後、スラブ品質推定装置１は、鋳型１２から鋳片１０を引き抜く連続鋳造機１１の１以上のピンチロールの中から、２次冷却計算部３によって算出された凝固完了位置Ｐ_CEよりも鋳片１０の鋳造方向の上流側に位置するピンチロールを選択する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２において、品質指標処理部４は、上述したステップＳ１０１によって算出された凝固完了位置Ｐ_CEを２次冷却計算部３から取得する。ついで、品質指標処理部４は、連続鋳造機１１の１以上のピンチロールの中から、凝固完了位置Ｐ_CEよりも鋳片１０の鋳造方向の上流側に位置するピンチロールを注目ピンチロールとして選択する。この際、品質指標処理部４は、連続鋳造機１１の１以上のピンチロールの中から、凝固完了位置Ｐ_CEよりも鋳片１０の鋳造方向の上流側に位置し且つ連続鋳造機１１の軽圧下帯２０を構成するピンチロールを、注目ピンチロールとして選択する。

具体的には、凝固完了位置Ｐ_CEがピンチロール位置Ｐ₄よりも鋳造方向の下流側の位置である場合、品質指標処理部４は、軽圧下帯２０内のピンチロール１６〜１９を注目ピンチロールとして選択する。凝固完了位置Ｐ_CEがピンチロール位置Ｐ₃，Ｐ₄間の位置である場合、品質指標処理部４は、軽圧下帯２０内のピンチロール１６〜１８を注目ピンチロールとして選択する。凝固完了位置Ｐ_CEがピンチロール位置Ｐ₂，Ｐ₃間の位置である場合、品質指標処理部４は、軽圧下帯２０内のピンチロール１６，１７を注目ピンチロールとして選択する。凝固完了位置Ｐ_CEがピンチロール位置Ｐ₁，Ｐ₂間の位置である場合、品質指標処理部４は、軽圧下帯２０内のピンチロール１６を注目ピンチロールとして選択する。

すなわち、ステップＳ１０２において、品質指標処理部４は、連続鋳造機１１の１以上のピンチロールから取得したトルク信号の中から、上述した注目ピンチロールから取得したトルク信号を選択する。なお、品質指標処理部４が上述したように凝固完了位置Ｐ_CEよりも鋳造方向の上流側（鋳型１２側）に位置する注目ピンチロールのトルク信号を選択する理由は、鋳片１０の品質に悪影響を及ぼす中心偏析の発生原因となる非定常バルジングが凝固完了位置Ｐ_CEよりも鋳造方向の上流側の鋳片位置、特に、凝固末期の鋳片位置において発生するからである。

ステップＳ１０２を実行後、スラブ品質推定装置１は、上述したステップＳ１０２によって選択したピンチロール（すなわち注目ピンチロール）のトルク信号を周波数解析して、注目ピンチロールのトルク信号の各周波数成分を取得する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３において、品質指標処理部４は、ピンチロール１６〜１９のうち凝固完了位置Ｐ_CEよりも鋳造方向の上流側に位置するピンチロール、すなわち、注目ピンチロールからトルク信号を収集する。この際、品質指標処理部４は、現在連続鋳造中の鋳片１０の長手方向にトラッキングしたトルク信号を収集する。すなわち、品質指標処理部４は、この鋳片１０のうちの品質判定対象となる鋳片位置（鋳片１０の長手方向位置）が注目ピンチロールの設置位置を通過した後、この注目ピンチロールのトルク信号を、周波数解析に必要な時間分、収集する。ついで、品質指標処理部４は、このように注目ピンチロールから収集したトルク信号を、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の手法を用いて周波数解析する。これにより、品質指標処理部４は、注目ピンチロールのトルク信号の各周波数成分を取得する。

ステップＳ１０３を実行後、スラブ品質推定装置１は、現在連続鋳造中の鋳片１０における非定常バルジングの発生有無を判断する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において、品質指標処理部４は、上述したステップＳ１０３の周波数解析によって取得した各周波数成分の周波数および強度等をもとに、現在連続鋳造中の鋳片１０に非定常バルジングが発生したか否かを判断する。

詳細には、ステップＳ１０４において、品質指標処理部４は、まず、操業用計算機５から取得した現在連続鋳造中の鋳片１０の鋳造速度Ｖ［ｍ／ｍｉｎ］と、注目ピンチロールのロール間隔Ｄ_m［ｍｍ］とを用い、次式（１）に基づいて非定常バルジング周波数Ｆ［Ｈｚ］を算出する。

Ｆ［Ｈｚ］＝Ｖ［ｍ／ｍｉｎ］／（Ｄ_m［ｍｍ］×６０×０．００１）・・・（１）

式（１）によって表される非定常バルジング周波数Ｆは、鋳片１０の非定常バルジングに起因して注目ピンチロール（例えばピンチロール１６〜１９のうち少なくとも一つ）に生じるトルク変動の周波数である。また、ロール間隔Ｄ_mは、注目ピンチロールと、その直前に位置するサポートロールとの間隔である。例えば、注目ピンチロールがピンチロール１６である場合、ロール間隔Ｄ_mは、図２に示すピンチロール１６とその直前のサポートロール１５との間隔（ロール間隔Ｄ₁）になる。注目ピンチロールがピンチロール１７である場合、ロール間隔Ｄ_mは、図２に示すピンチロール１７とその直前のサポートロール１５との間隔（ロール間隔Ｄ₂）になる。注目ピンチロールがピンチロール１８である場合、ロール間隔Ｄ_mは、図２に示すピンチロール１８とその直前のサポートロール１５との間隔（ロール間隔Ｄ₃）になる。注目ピンチロールがピンチロール１９である場合、ロール間隔Ｄ_mは、図２に示すピンチロール１９とその直前のサポートロール１５との間隔（ロール間隔Ｄ₄）になる。

ついで、品質指標処理部４は、算出した非定常バルジング周波数Ｆと予め設定された判断用閾値Ｘ［Ｈｚ］とによって、非定常バルジング周波数範囲（Ｆ±Ｘ［Ｈｚ］）を設定する。なお、判断用閾値Ｘは、例えば、０．０１［Ｈｚ］以上、０．０５［Ｈｚ］以下の範囲内に設定されることが望ましい。品質指標処理部４は、注目ピンチロール毎に、上述した周波数解析によって取得した各周波数成分のうち、非定常バルジング周波数範囲（Ｆ±Ｘ［Ｈｚ］）内の周波数を有し且つ予め設定された強度閾値Ｙ以上の強度を有するという条件（以下、非定常バルジング条件という）を満足する周波数成分が有るか否かを判断する。

注目ピンチロールの各周波数成分の中に非定常バルジング条件を満足する周波数成分が有る場合、品質指標処理部４は、この非定常バルジング条件を満足する周波数成分を、非定常バルジングに起因する周波数成分として選択する。この際、一つの注目ピンチロールの各周波数成分の中に非定常バルジング条件を満足する周波数成分のピークが複数有る場合、品質指標処理部４は、これら複数の周波数成分のピークの中から最も強度の大きいものを選択する。このようにして、品質指標処理部４は、注目ピンチロール毎に（例えばピンチロール１６〜１９の各々について）、非定常バルジングに起因する周波数成分を選択する。

品質指標処理部４は、上述したように非定常バルジングに起因する周波数成分を選択した場合、現在連続鋳造中の鋳片１０に非定常バルジングが発生したと判断する。品質指標処理部４は、この判断処理の結果に基づき、この鋳片１０の非定常バルジングを、連続鋳造機１１の操業中にオンラインで検知する。

非定常バルジングが発生した場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、スラブ品質推定装置１は、上述したステップＳ１０３によって取得した注目ピンチロールの各周波数成分のうち現在連続鋳造中の鋳片１０の非定常バルジングに起因する周波数成分をもとに、この鋳片１０の中心偏析の影響による鋳片１０の品質悪化を示す品質指標を判定する（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０５において、品質指標処理部４は、上述したステップＳ１０４によって検知した非定常バルジングに起因する注目ピンチロール毎のトルク信号の周波数成分をもとに、現在連続鋳造中の鋳片１０の品質指標をオンラインで判定する。この際、品質指標処理部４は、鋳片１０の中心偏析に対する非定常バルジングの影響の重み付けを設定する。品質指標処理部４は、ステップＳ１０１によって算出した凝固完了位置Ｐ_CEとステップＳ１０２によって選択した注目ピンチロールの設置位置（すなわちピンチロール位置Ｐ_m）との距離に応じ、この重み付けを変化させて、現在連続鋳造中の鋳片１０の品質指標を判定する。

詳細には、品質指標処理部４は、上述した重み付けを示す重み係数α_mと、ステップＳ１０４において注目ピンチロール毎に選択した非定常バルジング起因の周波数成分の強度Ｅ_mと、注目ピンチロールに固有の品質調整係数Ｂ_mとを用い、線形和の次式（２）に基づいて、現在連続鋳造中の鋳片１０の品質指標Ｑを算出する。

Ｑ＝Σ（α_m×Ｅ_m×Ｂ_m） ・・・（２）

例えば、注目ピンチロールが図１，２に示したピンチロール１７（ｍ＝２）およびピンチロール１８（ｍ＝３）である場合、品質指標Ｑは、ピンチロール１７に対応する品質指標（α₂×Ｅ₂×Ｂ₂）とピンチロール１８に対応する品質指標（α₃×Ｅ₃×Ｂ₃）との線形和によって算出される。

なお、式（２）において、重み係数α_mは、ステップＳ１０１による凝固完了位置Ｐ_CEと注目ピンチロールのピンチロール位置Ｐ_mとの距離に応じて変化する係数である。本実施の形態において、重み係数α_mは、所定の位置調整係数Ａ等を用い、次式（３）によって表される。

α_m＝１／（Ｐ_CE−Ａ−Ｐ_m） ・・・（３）

ここで、鋳片１０の品質を悪化させる中心偏析は、凝固完了位置Ｐ_CEよりも鋳片１０の鋳造方向の上流側に若干ずれた位置（例えば鋳片１０の凝固率が０．３以上、０．８以下となる鋳片位置）の非定常バルジングに最も影響されて発生する。このような中心偏析に対する非定常バルジングの影響度は、鋳片１０における非定常バルジングの位置が鋳造方向の上流側へ変位するに伴い、低下する。

品質指標処理部４は、式（３）に表されるように凝固完了位置Ｐ_CEとピンチロール位置Ｐ_mとの距離の減少に伴い増加する重み係数α_mを用い、式（２）に表されるように品質指標Ｑを算出する。すなわち、品質指標処理部４は、凝固完了位置Ｐ_CEに一層近い注目ピンチロールほど重みが重くなるように重み付けを設定し、凝固完了位置Ｐ_CEとピンチロール位置Ｐ_mとの距離に応じ、この重み付けを変化させて品質指標Ｑを算出する。これにより、品質指標処理部４は、上述した中心偏析に対する非定常バルジングの影響度を加味して品質指標Ｑを精度良く算出することができる。

ステップＳ１０５において、品質指標処理部４は、上述した式（２）および式（３）に基づく演算処理を鋳片１０の長手方向位置毎に実行する。これにより、品質指標処理部４は、現在連続鋳造中の鋳片１０の長手方向位置毎に品質指標Ｑを算出する。品質指標処理部４は、この算出した品質指標Ｑを、非定常バルジング起因の中心偏析に影響されて悪化する鋳片１０の長手方向位置毎の品質を示す指標として、連続鋳造機１１の操業中にオンラインで判定する。その後、品質指標処理部４は、このように判定した鋳片１０の長手方向位置毎の品質指標Ｑを操業用計算機５に送信する。

ステップＳ１０５を実行後、スラブ品質推定装置１は、鋳片１０を切断して製造されるスラブとステップＳ１０５による品質指標Ｑとを対応付けて管理する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６において、操業用計算機５は、上述したステップＳ１０５によって判定された品質指標Ｑを、品質判定装置２の品質指標処理部４から取得する。ついで、操業用計算機５は、取得した品質指標Ｑに対応する鋳片１０の長手方向位置を、この鋳片１０から製造されるスラブに置き換える。続いて、操業用計算機５は、このような鋳片１０のスラブと、このスラブに置き換えられる鋳片１０の長手方向位置の品質指標Ｑとを対応付ける。その後、操業用計算機５は、これらの対応付けたスラブと品質指標Ｑとを、スラブ品質データ５ａの一部として保存し、管理する。

ステップＳ１０６を実行後、スラブ品質推定装置１は、上述したようにスラブ毎に管理している品質指標Ｑに基づいて、鋳片１０のスラブ毎の品質を推定する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７において、操業用計算機５は、入力部６によって入力された情報をもとに、品質推定対象のスラブの中心偏析程度に関する品質閾値を設定する。ついで、操業用計算機５は、品質推定対象のスラブの品質指標Ｑをスラブ品質データ５ａから読み出し、読み出した品質指標Ｑを、品質相関データ５ｂに基づいて中心偏析値Ｃ／Ｃ₀に変換する。続いて、操業用計算機５は、この変換して得た中心偏析値Ｃ／Ｃ₀と上述したように設定した品質閾値とを比較する。操業用計算機５は、この比較処理の結果に基づいて、品質推定対象のスラブの品質を推定する。

具体的には、この中心偏析値Ｃ／Ｃ₀が設定の品質閾値以上である場合、操業用計算機５は、品質推定対象のスラブの品質が要求に比して悪いと推定する。一方、この中心偏析値Ｃ／Ｃ₀が設定の品質閾値未満である場合、操業用計算機５は、品質推定対象のスラブの品質が良（すなわち要求を満足する品質）であると推定する。

その後、操業用計算機５は、上述したスラブの品質推定結果を出力部７に送信する。出力部７は、操業用計算機５からスラブの品質推定結果を受信し、受信した品質推定結果を、鋳片１０のスラブ毎の品質推定結果を示す情報として出力する。

ステップＳ１０７を実行後、スラブ品質推定装置１は、の現在連続鋳造中の鋳片１０について品質の判定が完了したか否かを判断する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８において、操業用計算機５は、入力部６からの入力情報または連続鋳造機１１の現在の操業状況等をもとに、この鋳片１０の全域に亘って品質の判定が完了したか否かを判断する。スラブ品質推定装置１は、品質の判定が完了した場合（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）、本処理を終了し、品質の判定が未だ完了していない場合（ステップＳ１０８，Ｎｏ）、上述したステップＳ１０１に戻り、このステップＳ１０１以降の各処理を適宜繰り返す。

一方、上述したステップＳ１０４において、非定常バルジングが発生していない場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、スラブ品質推定装置１は、上述したステップＳ１０６に進み、このステップＳ１０６以降の各処理を実行する。この場合、品質指標処理部４は、上述した式（２）および式（３）に基づく品質指標Ｑの演算処理を実行せず、この演算処理の算出値に比して小さい値に予め設定された基準品質指標を、鋳片１０の長手方向位置の品質指標Ｑとして判定してもよい。また、操業用計算機５は、このような基準品質指標を、鋳片１０のスラブ毎の品質指標Ｑとして管理してもよい。

（実施例）
つぎに、本発明の実施例について説明する。本実施例は、本発明の実施の形態にかかるスラブ品質推定装置１が連続鋳造機１１の実際の操業中に注目ピンチロールから収集したトルク信号を用いて鋳片１０のスラブ毎の品質判定を行った場合の具体例を示すものである。本実施例において、スラブ品質推定装置１は、連続鋳造機１１の軽圧下帯２０における３つのピンチロール１６〜１８を用いて鋳片１０のスラブ毎の品質判定を実行した。

本実施例における条件として、ピンチロール１６の設置位置（ピンチロール位置Ｐ₁）を定めるメニスカス距離Ｌ₁は、２４［ｍ］とした。ピンチロール１７の設置位置（ピンチロール位置Ｐ₂）を定めるメニスカス距離Ｌ₂は、２６［ｍ］とした。ピンチロール１８の設置位置（ピンチロール位置Ｐ₃）を定めるメニスカス距離Ｌ₃は、２８［ｍ］とした。以下、本実施例において、これら３つのピンチロール１６〜１８のうち、最上流のピンチロール１６と最下流のピンチロール１８との間に位置するピンチロール１７は、「中間のピンチロール」と適宜称される。一方、ピンチロール１６〜１８の各トルクは、鋳片１０の連続鋳造時における鋳造速度Ｖの変更の影響がない定常状態のものとした。

本実施例において、スラブ品質推定装置１の２次冷却計算部３は、図３に示したステップＳ１０１の処理を実行した結果、鋳型１２内の溶鋼１０ａのメニスカス１０ｂから鋳造方向に沿った距離が２９．０［ｍ］となる凝固完了位置Ｐ_CEを算出した。この凝固完了位置Ｐ_CEは、図２に示したピンチロール位置Ｐ₃とピンチロール位置Ｐ₄との間の位置であった。このような結果を受け、スラブ品質推定装置１の品質指標処理部４は、図３に示したステップＳ１０２の処理を実行し、これにより、凝固完了位置Ｐ_CEに比べて鋳造方向の上流側に位置するピンチロール１６〜１８を注目ピンチロールとして選択した。

つぎに、品質指標処理部４は、図３に示したステップＳ１０３において、注目ピンチロールであるピンチロール１６〜１８の各々から、周波数解析に必要な時間分のトルク信号を収集した。図４は、本実施例において注目する各ピンチロールのトルクのトレンドデータを示す図である。なお、図４に示されるトルクのトレンドデータは、平均が零値になるようにデータ処理されたものである。本実施例において、最上流のピンチロール１６から収集したトルク信号に対応するトルクのトレンドデータは、図４の実線によって示されるものであった。中間のピンチロール１７から収集したトルク信号に対応するトルクのトレンドデータは、図４の破線によって示されるものであった。最下流のピンチロール１８から収集したトルク信号に対応するトルクのトレンドデータは、図４の点線によって示されるものであった。

図４に示すようなトルクの変化トレンド（経時変化）を表す各トルク信号を収集後、品質指標処理部４は、ピンチロール１６〜１８の各々について、収集したトルク信号の周波数解析を実行した。図５は、本実施例における注目ピンチロールのうち最上流のピンチロールから収集したトルク信号の周波数解析結果の一例を示す図である。図６は、本実施例における注目ピンチロールのうち中間のピンチロールから収集したトルク信号の周波数解析結果の一例を示す図である。図７は、本実施例における注目ピンチロールのうち最下流のピンチロールから収集したトルク信号の周波数解析結果の一例を示す図である。

ステップＳ１０３において、品質指標処理部４は、最上流のピンチロール１６からのトルク信号を周波数解析した結果、図５に示すような周波数と強度との相関を示す各周波数成分を取得した。また、品質指標処理部４は、中間のピンチロール１７からのトルク信号を周波数解析した結果、図６に示すような周波数と強度との相関を示す各周波数成分を取得し、最下流のピンチロール１８からのトルク信号を周波数解析した結果、図７に示すような周波数と強度との相関を示す各周波数成分を取得した。

続くステップＳ１０４において、品質指標処理部４は、鋳造速度Ｖとピンチロール１６〜１８の各ロール間隔Ｄ_mとを用い、上述した式（１）に基づき、ピンチロール１６〜１８の各々について非定常バルジング周波数Ｆを算出した。この結果、ピンチロール１６〜１８の各々の非定常バルジング周波数Ｆは０．１０［Ｈｚ］であった。品質指標処理部４は、この非定常バルジング周波数Ｆと予め設定された判断用閾値Ｘ（＝０．０２［Ｈｚ］）とにより、非定常バルジング周波数範囲（０．１［Ｈｚ］±０．０２［Ｈｚ］）を設定した。本実施例において、品質指標処理部４は、この非定常バルジング周波数範囲（０．１［Ｈｚ］±０．０２［Ｈｚ］）内の周波数を有し且つ予め設定された強度閾値Ｙ（＝０．４）以上の強度を有するという非定常バルジング条件を設定した。

ついで、品質指標処理部４は、ピンチロール１６の各周波数成分（図５参照）の中に、本実施例の非定常バルジング条件を満足する周波数成分が有るか否かを判断した。この結果、ピンチロール１６の各周波数成分の中には、本実施例の非定常バルジング条件を満足する周波数成分はなかった。したがって、品質指標処理部４は、ピンチロール１６の各周波数成分を処理対象外とした。

また、品質指標処理部４は、ピンチロール１７の各周波数成分（図６参照）の中に、本実施例の非定常バルジング条件を満足する周波数成分が有るか否かを判断した。この結果、品質指標処理部４は、ピンチロール１７の各周波数成分の中から、本実施例の非定常バルジング条件を満足する周波数ピークを示す周波数成分を非定常バルジング起因の周波数成分として選択した。具体的には、図６に示すように周波数が０．１０［Ｈｚ］であり且つ強度が０．５５である周波数成分が、非定常バルジング起因の周波数成分として選択された。さらに、品質指標処理部４は、ピンチロール１８の各周波数成分（図７参照）の中に、本実施例の非定常バルジング条件を満足する周波数成分が有るか否かを判断した。この結果、品質指標処理部４は、ピンチロール１８の各周波数成分の中から、本実施例の非定常バルジング条件を満足する周波数ピークを示す周波数成分を非定常バルジング起因の周波数成分として選択した。具体的には、図７に示すように周波数が０．１０［Ｈｚ］であり且つ強度が０．７９である周波数成分が、非定常バルジング起因の周波数成分として選択された。このような結果をもって、現在連続鋳造中の鋳片１０の非定常バルジングがオンラインで検知された。

その後、ステップＳ１０５において、品質指標処理部４は、上述したピンチロール１７，１８に各々対応する非定常バルジング起因の各周波数成分をもとに、現在連続鋳造中の鋳片１０の品質指標Ｑを計算した。本実施例において、位置調整係数Ａは０．５［−］とし、ピンチロール１７，１８に固有の各品質調整係数Ｂ₂，Ｂ₃は、双方とも１［−］とした。また、上述したように、ピンチロール１７に対応する非定常バルジング起因の周波数成分の強度Ｅ₂は０．５５であり、ピンチロール１８に対応する非定常バルジング起因の周波数成分の強度Ｅ₃は０．７９である。品質指標処理部４は、これらのパラメータを用い、上述した式（２）および式（３）に基づいて演算処理を実行した結果、品質指標Ｑとして１．８０［−］を算出した。この場合、品質指標処理部４は、現在連続鋳造中の鋳片１０におけるスラブ毎の品質指標Ｑが１．８０［−］であると判定する。

本実施例では、上述したような品質指標Ｑの演算処理を複数のケースについて実行し、得られた品質指標Ｑと、鋳片１０の中心偏析の度合いを示す中心偏析値Ｃ／Ｃ₀との相関を調査した。図８は、本実施例における鋳片の品質指標と中心偏析値との相関の一例を示す図である。図８に示すように、本実施例では、鋳片１０のスラブ毎に判定された品質指標Ｑと鋳片１０の中心偏析値Ｃ／Ｃ₀との間に、線形に近い相関があることを確認することができた。このような品質指標Ｑと中心偏析値Ｃ／Ｃ₀との相関は、外挿等の手法により、図８に示す品質指標Ｑの範囲外についても取得することができる。このことから、本発明による品質指標Ｑは、現在連続鋳造中の鋳片１０のスラブ毎の品質を連続鋳造機１１の操業中にオンラインで判定および推定するための指標として、実用的であるといえる。

以上、説明したように、本発明の実施の形態では、連続鋳造機によって現在連続鋳造中の鋳片の凝固完了位置を算出し、この連続鋳造機における１以上のピンチロールの中から、凝固完了位置よりも鋳造方向の上流側に位置する注目ピンチロールを選択し、選択した注目ピンチロールのトルク信号を周波数解析して、注目ピンチロール毎にトルク信号の各周波数成分を取得し、取得した各周波数成分のうち非定常バルジング起因の周波数成分をもとに、中心偏析の影響による鋳片の品質悪化を示す品質指標を判定している。また、連続鋳造された鋳片を切断して製造されるスラブと上述の品質指標とを対応付けて管理し、管理している品質指標に基づいて、各スラブの品質を推定している。

このため、現在連続鋳造中の鋳片における長手方向位置毎に、非定常バルジング起因の中心偏析の影響による鋳片の品質悪化の指標すなわち品質指標を、高温高湿度の熱間環境下において実際に操業する連続鋳造機の操業中にオンラインで判定することができる。このようにオンラインで判定して得た品質指標を用いることにより、鋳片の品質に悪影響を及ぼす中心偏析の度合いをスラブ毎にオンラインで管理することができる。この結果、熱間環境に耐える環境対策を施した非定常バルジング検知センサ（例えば渦流式センサ等）を必要とせず、既存のピンチロールからのトルク信号に基づく品質指標と中心偏析の度合いとの相関に基づいて、鋳片の中心偏析に影響される各スラブの品質を、熱間環境下における連続鋳造機の操業中にオンラインで簡易且つ安価に推定することができる。

なお、上述した実施の形態では、鋳片１０のスラブ毎の品質指標Ｑに応じた中心偏析値Ｃ／Ｃ₀と入力部６によって入力された品質閾値との比較結果をもとに、鋳片１０のスラブ毎の品質を推定していたが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、品質閾値は、連続鋳造工程に関するオーダー情報の一部として外部の管理コンピュータ等から操業用計算機５へ順次入力されてもよい。操業用計算機５は、品質判定装置２から品質指標Ｑを受信する都度、取得した品質指標Ｑとオーダー情報内の品質閾値とを用いて、鋳片１０のスラブ毎の品質を自動的に順次推定してもよい。この場合、スラブ品質推定装置１は、入力部６を備えていなくてもよい。

また、上述した実施の形態では、スラブ品質推定装置１が適用される連続鋳造機１１に対し、鋳造方向に沿って９つのゾーンに分割される冷却帯２１ａ〜２９ａ，２１ｂ〜２９ｂが設けられていたが、本発明は、これに限定されるものではない。連続鋳造機１１の冷却帯の数（ゾーン数）は、連続鋳造機１１の設備寸法等の設備構成、連続鋳造する鋳片１０の鋳造寸法や鋼種、鋳片１０の２次冷却条件等に応じて、適宜設定されればよい。すなわち、本発明において、連続鋳造機１１の冷却帯のゾーン数は、特に問われない。また、連続鋳造機１１の冷却帯に設置されるピンチロールの数は、上述した４つに限定されず、１つ以上であってもよい。

さらに、上述した実施の形態では、式（１）に基づいて非定常バルジング周波数Ｆを算出するために用いるロール間隔Ｄ_mは、注目ピンチロールとその直前のサポートロールとの間隔にしていたが、本発明は、これに限定されるものではない。連続鋳造機１１において、ピンチロールがサポートロールを挟まずに鋳造方向に複数並べて設置されている場合、ロール間隔Ｄ_mは、注目ピンチロールとその直前のピンチロールとの間隔であってもよい。

また、上述した実施の形態では、連続鋳造機１１に設けられるピンチロール１６〜１９の全てからトルク信号を収集していたが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、トルク信号は、連続鋳造機１１に設けられた全てのピンチロールのうち、凝固完了位置よりも鋳造方向の上流側に位置する１以上の注目ピンチロールのみから収集されてもよい。

また、上述した実施の形態または実施例による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明が限定されることはなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ スラブ品質推定装置
２ 品質判定装置
３ ２次冷却計算部
４ 品質指標処理部
５ 操業用計算機
５ａ スラブ品質データ
５ｂ 品質相関データ
６ 入力部
７ 出力部
１０ 鋳片
１０ａ 溶鋼
１０ｂ メニスカス
１１ 連続鋳造機
１２ 鋳型
１３ タンディッシュ
１４ 浸漬ノズル
１５ サポートロール
１６〜１９ ピンチロール
２０ 軽圧下帯
２１ａ〜２９ａ，２１ｂ〜２９ｂ 冷却帯
Ｐ₀ 基準位置
Ｐ₁〜Ｐ₄ ピンチロール位置

Claims (6)

1. 連続鋳造機の鋳型に注入された溶鋼を凝固させながら前記鋳型から引き抜いて連続鋳造される鋳片の凝固完了位置を算出する凝固完了位置算出部と、
   前記鋳型から前記鋳片を引き抜く前記連続鋳造機の１以上のピンチロールの中から、前記凝固完了位置よりも前記鋳片の鋳造方向の上流側に位置するピンチロールを選択し、選択した前記ピンチロールのトルク信号を周波数解析して前記トルク信号の各周波数成分を取得し、取得した前記各周波数成分のうち前記鋳片の非定常バルジングに起因する周波数成分をもとに、前記鋳片の中心偏析の影響による前記鋳片の品質悪化を示す品質指標を判定する品質指標処理部と、
   前記鋳片を切断して製造されるスラブと前記品質指標とを対応付けて管理し、前記品質指標に基づいて前記スラブ毎の品質を推定する品質管理部と、
   を備えたことを特徴とするスラブ品質推定装置。
2. 前記品質指標処理部は、前記１以上のピンチロールの中から、前記凝固完了位置よりも前記鋳片の鋳造方向の上流側に位置し且つ前記連続鋳造機の軽圧下帯を構成する前記ピンチロールを選択することを特徴とする請求項１に記載のスラブ品質推定装置。
3. 前記品質指標処理部は、前記鋳片の中心偏析に対する非定常バルジングの影響の重み付けを設定し、前記凝固完了位置と選択した前記ピンチロールの設置位置との距離に応じ前記重み付けを変化させて、前記品質指標を判定することを特徴とする請求項１または２に記載のスラブ品質推定装置。
4. 連続鋳造機の鋳型に注入された溶鋼を凝固させながら前記鋳型から引き抜いて連続鋳造される鋳片の凝固完了位置を算出する凝固完了位置算出ステップと、
   前記鋳型から前記鋳片を引き抜く前記連続鋳造機の１以上のピンチロールの中から、前記凝固完了位置よりも前記鋳片の鋳造方向の上流側に位置するピンチロールを選択する選択ステップと、
   前記選択ステップによって選択した前記ピンチロールのトルク信号を周波数解析して、前記トルク信号の各周波数成分を取得する周波数解析ステップと、
   前記周波数解析ステップによって取得した前記各周波数成分のうち前記鋳片の非定常バルジングに起因する周波数成分をもとに、前記鋳片の中心偏析の影響による前記鋳片の品質悪化を示す品質指標を判定する品質指標判定ステップと、
   前記鋳片を切断して製造されるスラブと前記品質指標とを対応付けて管理する管理ステップと、
   前記品質指標に基づいて前記スラブ毎の品質を推定する品質推定ステップと、
   を含むことを特徴とするスラブ品質推定方法。
5. 前記選択ステップは、前記１以上のピンチロールの中から、前記凝固完了位置よりも前記鋳片の鋳造方向の上流側に位置し且つ前記連続鋳造機の軽圧下帯を構成する前記ピンチロールを選択することを特徴とする請求項４に記載のスラブ品質推定方法。
6. 前記品質指標判定ステップは、前記鋳片の中心偏析に対する非定常バルジングの影響の重み付けを設定し、前記凝固完了位置と選択した前記ピンチロールの設置位置との距離に応じ前記重み付けを変化させて、前記品質指標を判定することを特徴とする請求項４または５に記載のスラブ品質推定方法。

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