JP2019155379A

JP2019155379A - 連続鋳造設備の異常検出方法

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Publication number: JP2019155379A
Application number: JP2018041241A
Authority: JP
Inventors: 光利阿部; Mitsutoshi Abe; 山内　崇; Takashi Yamauchi; 崇山内
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2019-09-19

Abstract

【課題】検出精度及び検出速度に優れた、連続鋳造設備の異常検出方法を提供すること。【解決手段】連続鋳造設備１の駆動ロール３１の電流値を経時的に取得し、取得した電流値に基いて、駆動ロール３１の電流値が連続鋳造設備１の異常に応じて設定される閾値以上または以下となる経過時間の長さが、一定時間以上となる場合に、連続鋳造設備１に異常が発生したと検出する。【選択図】図２

Description

本発明は、連続鋳造設備の異常検出方法に関する。

連続鋳造設備による鋼の連続鋳造法においては、まず鋳型に溶鋼を連続的に供給し、その溶鋼を鋳型にて冷却凝固させて凝固シェルを形成させる。そして、この凝固シェルを下方に引き抜きつつ、さらに二次冷却水により冷却して完全に凝固させることで、鋳片を得ている。ここで、連続鋳造設備では、鋳片を引き抜く際には駆動力を有したロール（「ピンチロール」ともいう。）を回転させて鋳片を鋳型下方に引き抜くとともに、駆動力を有していないロール（「フリーロール」ともいう。）で鋳片を支持しつつ冷却し、鋳造した鋳片を連続鋳造設の出側に搬出する。

このような連続鋳造設備では、ロールの折損といった設備異常が発生するケースがある。ロールの折損が生じた場合、数時間にも及ぶ生産阻害が発生するだけでなく、鋳片の品質劣化にも繋がるなど、問題が大きい。そのため、このロール折損を事前に予測、あるいは早期に発見できることが重要となる。
例えば、特許文献１には、サルファープリント試験によりスラブ切断面の割れを検出し、スラブ表面からの割れ発生位置までの距離を測定することにより折損ロールを特定する方法が開示されている。

特開平５−１６１９５０号公報

ところで、特許文献１に記載のサルファープリント試験により検出される割れは、ロールの折損以外の原因でも生じるため、ロールの折損を検出する方法としては不十分である。また、特許文献１の検出方法では、割れを確認するためのサンプルの採取頻度が限られていることに加え、サンプルを採取してからサルファープリント試験の結果が出るまでに、通常、数日程度の時間を要するため、ロールの折損の発生をすぐに検出することが困難であった。

そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、検出精度及び検出速度に優れた、連続鋳造設備の異常検出方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、連続鋳造設備の駆動ロールの電流値を経時的に取得し、取得した上記電流値に基いて、上記駆動ロールの電流値が上記連続鋳造設備の異常に応じて設定される閾値以上または以下となる経過時間の長さが、一定時間以上となる場合に、上記連続鋳造設備に異常が発生したと検出することを特徴とする連続鋳造設備の異常検出方法が提供される。

本発明の一態様によれば、検出精度及び検出速度に優れた、連続鋳造設備の異常検出方法が提供される。

連続鋳造設備を示す模式図である。連続鋳造設備の異常検出方法を示すフローチャートである。連続鋳造設備の異常検出方法を説明するためのグラフである。連続鋳造設備の異常検出方法の変形例を説明するためのグラフである。実施例における電流値及びロールギャップの実績を示すグラフである。実施例における電流値及びロールギャップの実績を示すグラフである。

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかである。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。

＜連続鋳造設備の構成＞
本発明の一実施形態に係る連続鋳造設備の異常検出方法について説明する。連続鋳造設備１は、鋼を連続鋳造する設備であり、図１に示すように、鋳型２と、複数のロール３とを備える。複数のロール３は、鋳型２を抜けた凝固シェルあるいは鋳片を保持し、鋳造方向（図１の、鋳型２からの延在方向）へと引抜く。複数のロール３は、鋳型２の鉛直方向（図１の上下方向）の下方側に、鋳造方向に並んで設けられる。また、複数のロール３は、鋳造方向に対向する一対のロール３を１組として、このロール組が複数設けられる。鋳造方向の下流側の少なくとも一部のロール３は、駆動力を有した駆動ロール３１であり、この駆動ロール３１が駆動力によって回転することで、鋳片４が引抜かれる。駆動ロール３１以外の複数のロール３は、駆動力を有していないフリーロール３２である。また、連続鋳造設備１では、図１の点線で組合せを示すように、鋳造方向に並んだ複数のフリーロール３２、または駆動ロール３１と複数のフリーロール３２が、一体のセグメントとしてそれぞれ設けられる。また、図１に示すように、鋳造方向下流側の各セグメントには、１本の駆動ロール３１と、この駆動ロール３１を挟んで設けられる２本のフリーロール３２とがそれぞれ設けられる。連続鋳造設備１では、鋳型２に溶鋼４が注がれ、鋳型２との界面に凝固シェルが形成される。そして、この凝固シェルが鋳造方向へと引抜かれることで、内部まで凝固した鋳片４が製造される。

＜連続鋳造設備の異常検出方法＞
本実施形態では、連続鋳造設備の異常として、ロール３の折損を検出する。
まず、駆動ロール３１及びフリーロール３２のロールギャップ、並びに駆動ロール３１の電流値を取得する。ロールギャップは、各ロール組の離間間隔である。このロールギャップは、一般的に、連続鋳造が開始される前のダミーバー挿入時に、ダミーバーに設けられた測定器によって測定される。また、駆動ロール３１の電流値は、連続鋳造が行われている間、所定の時間間隔で連続的に測定される。つまり、本実施形態の連続鋳造法では、連続鋳造設備１にダミーバーが挿入されながらロールギャップの測定が行われ、その後、連続鋳造が開始されると駆動ロール３１の電流値の測定が連続的に行われる。そして、連続鋳造が終了すると、再度ダミーバーの挿入以降の一連の処理が繰り返し行われる。

次いで、取得した駆動ロール３１及びフリーロール３２のロールギャップと、駆動ロール３１の電流値とを用いて、ロール３の折損有無である連続鋳造設備１の異常が、図２に示すフローチャートに従って判定される。なお、以下に示す判定は、連続鋳造設備１にて連続鋳造が行われている間、電流値の測定間隔または測定間隔よりも長い所定の間隔で繰り返し行われる。

判定では、はじめに、図３（Ａ）に示すように、電流値が、第１閾値以上となる期間の長さが一定時間以上となるか否かが判断される（Ｓ１００）。第１閾値は、駆動ロール３１の折損が発生したときの実績値から設定される値である。また、判定される電流値は、検出精度を高めるため、電流値の測定間隔に応じて、測定間隔よりも長い時間で平均化されることが好ましい。例えば、電流値の測定間隔が３分であるとすると、判定される電流値は、測定された電流値を３０分〜１時間程度で平均化した値となる。ステップＳ１００における一定時間は、測定間隔または電流値を平均化した期間よりも長く設定される。また、一定時間は、長ければ長いだけ高い検出精度でロール３の折損を検出することができるが、長くなるほどロール３の折損が検出されるまでの時間が長くなることとなるため、求められる検出精度に応じて適宜設定される。図３（Ａ）に示す例では、経過時間がＴ１となるタイミングで、電流値が、第１閾値以上となる期間の長さが一定時間（図３における、Ｔ２〜Ｔ１の時間）以上となると判断される。なお、電流値の測定期間に鋳込み切れ（連続鋳造が一旦終了し、連続鋳造が再開される期間）が発生する場合には、鋳込み切れの時間を除いて上記の判断が行われる。また、ステップＳ１００の判断は、全ての駆動ロール３１についてそれぞれ行われる。

ステップＳ１００の判断において第１閾値以上となる経過時間の長さが一定時間以上と判断された場合、ステップＳ１００で判断された一定時間にわたって、ロールギャップが、第２閾値以上となるか否かが判断される（Ｓ１０２）。ステップＳ１０２では、図３（Ｂ）に示すように、該当経過時間におけるロールギャップの値は、直前に測定されたロールギャップの値となる。なお、ステップＳ１０２でロールギャップが判断されるロール３は、ステップＳ１００で電流値が第１閾値以上となる期間の長さが一定時間以上となると判断された駆動ロール３１（「当該駆動ロール３１」ともいう）のロール組、及び当該駆動ロール３１の近傍のフリーロール３２のロール組である。当該駆動ロール３１の近傍のフリーロール３２の組合せとは、連続鋳造設備１に設けられた複数のフリーロール３２の組合せのうち、最も近くに配された駆動ロール３１が当該駆動ロール３１となるフリーロール３２である。図１に示す例の場合、ステップＳ１０２でロールギャップが判断されるロール３は、当該駆動ロール３１を含むセグメントに設けられるすべてのロール３であり、当該駆動ロール３１のロール組及びこれに隣接する２組のフリーロール３１のロール組である。なお、第１閾値は、駆動ロール３１毎にそれぞれ異なる値が設定されてもよい。

ステップＳ１０２の判断において、ロールギャップが第２閾値以上となると判断された場合、判断されたロール３のロール組においてロール３の折損が発生したと判断され、連続鋳造設備１の異常が検出される（Ｓ１０４）。異常が検出されると、連続鋳造を停止、または作業者へ異常の発生を警告することで、内部品質に異常がある鋳片である異常材の過剰な発生防止や特定が可能となる。

ここで、本発明者らは、ロール３の折損が発生した際に、連続鋳造設備１の様々な操業条件を解析し、ロール３の折損及びその兆候が分かる条件を調査した。調査の結果、駆動ロール３１の電流値及びロールギャップが、通常の操業条件のもの以上に上昇することが確認された。本発明はこの知見に基いたものであり、ステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理をすることにより、ロール３の折損を検出できるようになるものである。

一方、ステップＳ１００の判断において第１閾値以上となる経過時間の長さが一定時間未満と判断された場合、またはステップＳ１０２の判断において、ロールギャップが第２閾値以上となると判断された場合、連続鋳造設備１の異常の判定が終了する。
また、上記のように、連続鋳造設備１にて連続鋳造が行われている間、ステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理が繰り返し行われる。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。

上記実施形態では、異常を検出する際に、駆動ロール３１の電流値と、当該駆動ロール３１のロール組及びそれに隣接する２本のセグメントのフリーロール３２のロール組のロールギャップとを用いてロール３の折損を検出するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、駆動ロール３１の電流値のみを用いてロール３の折損を検出することもできる。この場合、ステップＳ１００の判断において第１閾値以上となる経過時間の長さが一定時間以上と判断されると、ステップＳ１０４の処理が行われることで、ロール３の折損を検出することができる。なお、この場合、折損したロール３は、駆動ロール３または駆動ロール３に隣接したフリーロール３２のいずれかである。また、上記実施形態のように、駆動ロール３１の電流値とロールギャップとを用いてロール３の折損を検出することにより、電流値のみを用いて検出する場合に比べ、精度よくロール３の折損を検出することができる。さらに、連続鋳造設備１の構成として、鋳造方向の下流側のセグメントに、駆動ロール３１とフリーロール３２とが上記実施形態と異なる本数で設けられることもある。このような場合も、ステップＳ１０２では上記実施形態と同様に、当該駆動ロール３１と、その近傍のフリーロール３１とのロールギャップが判定される。例えば、１つのセグメントに、１本の駆動ロール３１と、この駆動ロール３１を２本ずつ挟んだ４本のフリーロール３２とが設けられる場合、４本のフリーロール３２の異常を検出するためには、各フリーロール３２のロールギャップと、同じセグメントの駆動ロール３１の電流値とを用いて検出が行われる。

また、上記実施形態では、ステップＳ１００において、電流値が第１閾値以上となる経過時間の長さが一定時間以上と判断された場合、ステップＳ１０２の処理が行われるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。ステップＳ１００では、上記実施形態の条件に加え、該当の経過時間の期間において、電流値が経過時間に伴って増大するか否かが判断されてもよい。ロール３の折損が発生する場合、図３（Ａ）に示すように、経過時間に伴って電流値が増大する傾向があることを本発明者らは知見した。このため、上記実施形態のステップＳ１００の判断に加えて、電流値の増大を判断することにより、ロール３の折損を精度よく検出することができる。特に、上記の変形例のように電流値のみを用いてロール３の折損を検出する場合においては、この判断方法を用いることでロール３の折損を精度よく検出することができる。

さらに、上記実施形態では、連続鋳造設備１の異常としてロール３の折損を検出するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。
例えば、ロール３の折損以外の異常として、異常はロール３及びそれに付随した設備に関する異常を検出してもよい。この際、異常は少なくとも駆動ロール３の電流値を用いて検出されるものとする。このような異常としては、例えば、ロール３が昇降不能または昇降不良となる、ロール３の昇降設備の異常を検出することができる。このような異常が発生する場合、駆動ロール３１の電流値は、通常時に比べて、図４に示すように低い状態または図３（Ａ）に示すように高い状態となる。このため、図４に示すようにステップＳ１００の判断と同様な方法で電流値が第３閾値以下となる経過時間の長さが一定時間（図４における、Ｔ４〜Ｔ３の時間）以上となるかの判断、及びステップＳ１００と同じ判断の少なくとも一方の判断が行われ、この判断結果に基いて連続鋳造設備１の異常が検出されてもよい。

また、ステップＳ１００の判断の後に、ステップＳ１０２の判断にて、ロールギャップが第４閾値以下となる期間が一定時間以上となるか否かが判断されることで、連続鋳造設備１の異常が検出されてもよい。このような検出方法によって検出される異常としては、例えば、上側のロール３の脱落等がある。第４閾値も、上記の実施形態と同様に、異常が発生したときの実績値から設定される。

さらに、上記実施形態では、ステップＳ１０２にて、駆動ロール３１及びフリーロール３２のロールギャップを判断するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、駆動ロール３１又はフリーロール３２のどちらか一方のロールギャップを用いて、ステップＳ１０２の判断が行われてもよい。この場合、ロールギャップが判断された方のロール３の異常が検出される。また、設備によっては、駆動ロール３１のロールギャップが正確に測定できない場合があり、このような場合にはフリーロール３２のロールギャップのみで判断が行われてもよい。

さらに、上記実施形態及び変形例において、第１閾値、第２閾値及び第３閾値を、直近（例えば、直近１週間程度）の電流値またはロールギャップの実績値（例えば、平均値）を用いて、この実績値からの変化率に基づいて設定してもよい。なお、この変化率は、ロール３の折損等の異常が発生した際の実績値から設定されてもよい。例えば、第１閾値を電流値の直近の実績値の１３０％、第２閾値をロールギャップの直近の実績値の１３０％、第３閾値を電流値の直近の実績値の７０％としてもよい。

＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る連続鋳造設備の異常検出方法は、連続鋳造設備１の駆動ロール３１の電流値を経時的に取得し、取得した電流値に基いて、駆動ロール３１の電流値が連続鋳造設備１の異常に応じて設定される閾値以上または以下となる経過時間の長さが、一定時間以上となる場合に、連続鋳造設備１に異常が発生したと検出する。
上記（１）の構成よれば、連続鋳造設備１の異常を精度よく且つ迅速に検出することができる。

（２）上記（１）の構成において、連続鋳造設備１の駆動ロール３１及びフリーロール３２の少なくとも一方のロールギャップを経時的に取得し、駆動ロール３１の電流値が第１閾値以上となる経過時間の長さが、一定時間以上となり、且つ一定時間内の経過時間において取得した、駆動ロール３１またはこの駆動ロール３１に近いフリーロール３２のロールギャップが第２閾値以上となる場合に、連続鋳造設備１に異常が発生したと検出する。
上記（２）の構成によれば、ロール３の折損といった連続鋳造設備１の異常を、精度よく且つ迅速に検出することができる。

（３）上記（１）または（２）の構成において、駆動ロール３１の電流値が第３閾値以下となる経過時間の長さが、一定時間以上となる場合に、連続鋳造設備１に異常が発生したと検出する。
上記（２）の構成によれば、ロール３の昇降不良等の連続鋳造設備１の異常を、精度よく且つ迅速に検出することができる。

実施例では、ロール３の折損や昇降不良といった連続鋳造設備１の異常が発生した際の各種の条件データを用いて、上記実施形態及び変形例における検出方法の効果を検証した。なお、実施例では、設備の仕様から、駆動ロール３１のロールギャップを正確に測定できなかったため、連続鋳造設備１の異常として、フリーロール３２のロール折損、及びロール３の昇降異常が発生した場合について検証をした。

図５には、ロール３が折損した際における、経過時間に対する駆動ロール３１の電流値及びロールギャップを示す。図５に示す例では、鋳型２から数えて４０組目のロール組の駆動ロール３１に隣接する４１組目のロール組のフリーロール３２においてロール３の折損が発生している。また、折損したロール３は、該当のロール組のうち湾曲した鋳造方向の内側に配されたフリーロール３２である。さらに、このフリーロール３２は、中間軸受けを介して長手方向対して２つに分割された分割ロールであり、折損が起きたのはこの２つの分割ロールのうち２面側（湾曲した鋳造方向の内側からみて左側）の分割ロールである。図５において、図５（Ａ）は、フリーロール３２のロール組に最も近くに配された駆動ロールである４０組目のロール組の駆動ロール３１の電流値を示す。また、図５（Ｂ）は、４１組目のロール組のフリーロール３２のうち、２面側の分割ロールのロールギャップを示す。さらに、図５（Ｃ）は、４１組目のロール組のフリーロール３２のうち、４面側（２面側の反対側）の分割ロールのロールギャップを示す。

図５に示す例では、時間Ｔ５のタイミングでロール３の折損が発覚したため、該当のフリーロール３２を交換し、それ以降は異常なく鋳造ができている。図５に示すように、フリーロール３２の折損が発覚する前の時間Ｔ６から時間Ｔ５の期間において、電流値及びロールギャップが他の期間に比べて大きくなる傾向が確認できる。つまり、図５の時間Ｔ６から時間Ｔ５の期間において、フリーロール３２の折損に繋がる状態（例えば、フリーロール３２への割れや皹の伸展等）が生じ、フリーロール３２が折損に至ったと考えられる。
図５に示す例において、上記実施形態に係る異常検出方法を適用し、第１閾値を１０Ａ、第２閾値を２２８．５ｍｍ、ステップＳ１００及びステップＳ１０２で用いられる一定時間を８時間とすることで、通常時に誤検出することなく、フリーロール３２の折損を時間Ｔ５よりも早いタイミングで検出できることが確認できる。

図６には、ロール３の昇降不良が発生した際における、経過時間に対する駆動ロール３１の電流値及びロールギャップを示す。図６に示す例では、鋳型２から数えて９５組目のロール組の駆動ロール３１（湾曲した鋳造方向の内側の駆動ロール３１）を昇降させる昇降装置に動作不良が生じている。図６において、図６（Ａ）は、９５組目のロール組の駆動ロール３１の電流値を示す。また、図６（Ｂ）は、９４組目及び９６組目のロール組のフリーロール３２のうち、２面側の分割ロールのロールギャップを示す。さらに、図６（Ｃ）は、９４組目及び９６組目のロール組のフリーロール３２のうち、４面側の分割ロールのロールギャップを示す。

図６に示す例では、時間Ｔ７のタイミングで昇降装置の昇降不良によって鋳片の引抜き不良が生じたため、昇降装置の交換を行い、それ以降は異常なく鋳造ができている。図６（Ａ）に示すように、昇降不良が発覚する前の時間Ｔ８から時間Ｔ７の期間において、電流値が他の期間よりも小さくなる傾向が確認できる。また、隣接するフリーロール３２のロールギャップについては、期間に関わらず変動がないことが確認できる。
図５に示す例において、上記実施形態に係る異常検出方法を適用し、第３閾値を６Ａ、一定時間を８時間とすることで、通常時に誤検出することなく、昇降装置の昇降不良を時間Ｔ７に操業トラブルが発生するよりも早いタイミングで検出できることが確認できる。

１連続鋳造設備
２鋳型
３ロール
３１駆動ロール
３２フリーロール

Claims

連続鋳造設備の駆動ロールの電流値を経時的に取得し、
取得した前記電流値に基いて、前記駆動ロールの電流値が前記連続鋳造設備の異常に応じて設定される閾値以上または以下となる経過時間の長さが、一定時間以上となる場合に、前記連続鋳造設備に異常が発生したと検出することを特徴とする連続鋳造設備の異常検出方法。
連続鋳造設備の駆動ロール及びフリーロールの少なくとも一方のロールギャップを経時的に取得し、
前記駆動ロールの電流値が第１閾値以上となる経過時間の長さが、一定時間以上となり、且つ前記一定時間内の経過時間において取得した、前記駆動ロールまたは該駆動ロールに近いフリーロールの前記ロールギャップが第２閾値以上となる場合に、前記連続鋳造設備に異常が発生したと検出することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造設備の異常検出方法。
前記駆動ロールの電流値が第３閾値以下となる経過時間の長さが、一定時間以上となる場合に、前記連続鋳造設備に異常が発生したと検出することを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造設備の異常検出方法。