JP2801918B2 - 連続鋳造方法 - Google Patents

連続鋳造方法

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は連続鋳造における溶鋼注入時に適正吹き込み
ガス量を確保しつつ注入する連続鋳造方法に関し、詳し
くは連続鋳造鋳型へ注入される過程の溶鋼流に浸漬式ノ
ズルを介して適正な不活性ガスを吹き込み、溶鋼中の不
純物を除去し、ノズル詰まり等を防止することにより高
品質の鋳片を製造する連続鋳造方法に関する。
(従来の技術) 鋼の連続鋳造においては、取鍋で搬送されてきた溶鋼
をタンディッシュに一旦貯留し、タンディッシュより浸
漬式ノズル(以下、単に「ノズル」という)を介して鋳
型に注入するのが普通である。
この際、溶鋼にはAl2O3のような脱酸生成物、あるい
はパウダー、スラグ、硫化物等の不純物(以下、これら
を総称して「介在物」という)が含まれており、介在物
が鋳片に捕捉され、残留すると表面疵やノロ噛みと称さ
れる内部欠陥が発生する等の種々の弊害が生じる。ま
た、介在物の内Al2O3等はノズルを通過する際にその内
面に付着、堆積してノズルを閉塞させ、安定した操業に
支障を来すことが多い。
このため、従来より介在物を溶鋼から効率的に分離
し、浮上させる手段が提案され、一部では実用化される
ようになっている。たとえば、特公昭49−28569号公報
では鋳型へ注入される過程での溶鋼流にArガス、N2ガス
等の不活性ガス(以下、単に「ガス」という)を吹き込
むことによって介在物を効果的に浮上させる技術が開示
されており、近年広く採用されている。また、たとえば
実開昭62−142463号公報では、溶鋼ヘッドや鋳片幅、厚
み、鋳造速度より求められる溶鋼流量等から適正値を計
算し、ガス量を制御する装置が開示されている。
しかしながら、前述した従来法によるガスの吹き込み
は、オペレーターの目視により流量を調整する場合、あ
るいは前記制御装置により流量を自動制御する場合のい
ずれにおいても溶鋼に流入させる配管を流れるガス流量
を計測し、そのガス流量の値を制御するのが普通であっ
た。ところが、ガスの中には溶鋼に流入するまでの過
程、たとえば流通路を形成する耐火物部で漏洩するもの
があり、また流通路における圧損変化により配管に設置
した流量計の指示と実際に溶鋼内に流入する流量が一致
しない等の問題があった。さらに、溶鋼内に流入したガ
スがノズル壁面にそって鋳型内まで流入して前記機能を
発揮することなく、無駄にタンディッシュの上方に抜け
ることがある。このように有効に作用しない漏洩ガス量
と、溶鋼内に吹き込まれたガスがノズルを通って鋳型に
到達し有効に作用する有効ガス量との比は操業条件によ
り種々変化する。このため、従来方法で有効ガス量を適
正に制御することはきわめて困難であった。有効ガス量
制御が適正に行われず、ガス吹き込み量が必要以上に多
くなるとガスの流量が不安定となり、鋳型内の湯面が大
きく乱れ、ノズルに溶鋼が流入しなくなる現象、つまり
ボイルと称される現象が発生するようになる。逆に、ガ
ス吹き込み量が少なくなり過ぎるとノズル詰まりが生じ
る等、安定した操業を行うことが困難となる。
(発明が解決しようとする課題) 従来の手段におけるガスの吹き込み量の制御は、吹き
込み配管内の流量を設定していたため配管内を流れるガ
ス量と有効ガス量との間で差が生じたり、またオペレー
ターが鋳型内の溶鋼湯面状況を監視してガス量を調整す
る場合にも定量的に安定してガス量を調整することが困
難であり、ボイル現象やノズル詰まり等のトラブルを生
じていた。
本発明は操業条件の変動やノズル、配管のリーク量の
変動があってもそれに的確に追従して常に有効ガス量を
確保でき、ボイル現象やノズル詰まりを発生することな
く品質的に良好な鋳片を製造する方法を提供する。
(課題を解決するための手段) 本発明は、タンディッシュに貯留された溶鋼をノズル
を介してガスの吹き込みを行いつつ連続鋳造鋳型に注入
する連続鋳造方法において、鋳型上に鋳型内湯面を撮像
する1台あるいは複数台の撮像装置を設置し、撮像装置
で検出される連続鋳造中における画像信号を演算処理し
て湯面上に浮上する気泡数および/または湯面上に発生
する火炎の大きさを検出し、この検出値を予めボイル発
生時およびノズル詰まり発生時におけるガス吹き込み量
と気泡数および火炎の大きさとの相関より求められた許
容限界値と比較し、気泡数および/または火炎の大きさ
が許容限界値を越えた際に直ちにガスの吹き込み量制御
を実施し、適正ガス吹き込み量を確保することを特徴と
する連続鋳造方法である。
(作用、実施例) 第1図は一般的な連続鋳造設備で本発明を実施する例
を示す図である。取鍋1からタンディッシュ2に一旦貯
留された溶鋼3は、ノズル4を介して鋳型5に注入され
る。本実施例のノズル4はタンディッシュ2の底壁に装
着された上ノズル41、上ノズル41に接してタンディッシ
ュ2の底部に装着されたスライディングノズル42、スラ
イディングノズル42の可動板と一体的に取り付けられた
注入ノズル43から構成されている。ガス供給系6の先端
は上ノズル41に接続され、上ノズル41を介して溶鋼流中
にガスの吹き込みが行われる。
本実施例では撮像装置7として小型CCDカメラを使用
した。撮像装置7は鋳型上方で注入ノズル43の両側に1
台ずつ2台設置した。この撮像装置7は連続鋳造中にお
ける鋳型内の溶鋼表面、すなわち湯面yを撮像し、検出
された画像信号は画像処理装置8に入力される。画像処
理装置8では、まず鋳型内の湯面y上に発生する気泡を
認識するため、画像信号を二値化する。湯面yは通常パ
ウダーで覆われており、暗部として画像表示されてい
る。そこに気泡が発生すると気泡と共に溶鋼の明部が露
出し、パウダー部と溶鋼露出部の明暗を区分けするスレ
ッシュレベルで二値化すれば気泡のみが明部として認識
できる。続いて二値画像上にある湯面y上に発生する火
炎等によるノイズを、二値画像を時間的に複数回AND処
理し、重ね合わせることで除去する。火炎は瞬時にその
位置、大きさが変化し、一方気泡は火炎より長い時間同
じ位置に明部として留まる。よって、短時間に複数回二
値画像を取り込みAND処理すれば火炎によるノズルを除
去することができる。次に、気泡のみを抽出した二値画
像の気泡による明部の島の数を画像計測により計測すれ
ば、湯面yに浮上する気泡数を検出することが可能とな
る。
また、鋳型内湯面yの表面からパウダー成分の燃焼に
より発生する火炎の大きさを計測する。湯面y上に発生
する火炎は、パウダー成分が燃焼することにより生じる
が、溶鋼内にガスが多く供給されるとそのガスの浮上に
よりパウダーより発せられる燃焼ガスの量が多くなり、
発生する火炎も大きくなる。したがって、この火炎の大
きさを計測すれば鋳型内に供給されているガス量を把握
することが可能となる。火炎の大きさを計測する手順と
して、まず火炎が明部として画像に表示されるので適切
なスレッシュレベルで二値化し、気泡の検出法とは逆に
短時間に変動している明部のみ抽出する。たとえば、時
間的に複数回取り込んだ二値画像をEOR処理すると実現
可能である。次に抽出した火炎の大きさを画像計測す
る。
検出された気泡数および火炎の大きさは比較装置9に
入力される。比較装置9には、ボイルおよびノズル詰ま
りが発生するまでのガス吹き込み量と気泡数および火炎
の大きさとの相関、この相関より予め求められたガス吹
き込み量の上限値および下限値(以下、これらを総称し
て「許容限界値」という)が入力され、記憶されてい
る。画像処理装置8で前述した演算処理を行い検出され
た気泡数および火炎の大きさ等の検出値は比較装置9で
許容限界値と比較され、許容限界値内でガス吹き込みが
行われるようその流量制御が実施される。すなわち、検
出値が許容限界値を超過すると比較装置9よりガス供給
系6に設置されたバルブ61に制御信号が発せられ、ガス
吹き込み量を減少させる制御が行われる。逆に検出値が
許容限界値未満になるとバルブ61にガス吹き込み量を増
加させる制御信号が発せられ、連続鋳造中常に許容限界
値内の適正なガス吹き込み量が確保される。
ガス供給用のバルブ61の調整は、比較装置9より自動
的に行うことに限定する必要はなく、比較装置9で示し
た適正ガス量の指標によりオペレーターが流量計62を見
ながらバルブ61を調整しても良い。また、実開昭62−14
2463号公報に示される装置のようにタンディッシュのヘ
ッドや鋳造幅、厚み、鋳造速度より計算される溶鋼注入
量によって求められるガス流量と前述のように検出した
許容ガス量域でのガス流量との差をとり、この差流量を
前記装置の計算ガス流量設定値の補正値として使用する
ことも可能である。この方法では、前述した適正ガス量
の演算を必ずしも時々刻々行う必要はなく、たとえば操
業が開始された時、あるいは操業条件やノズル等のハー
ド条件が変化した時点で行えば良く、画像処理等の負荷
が軽減される。
第2図、第3図は撮像装置7の1台により鋳型内を見
た画像を二値化したものである。第2図は鋳型内溶鋼に
流入したガスが浮上し、湯面上に気泡kが発生している
状態を示しており、この気泡の数を検出して吹き込みガ
ス量の適正値を判断する。第4図は気泡数と吹き込みガ
ス量の関係の調査結果の一例を示す図で、ガス量が増す
と気泡の数が増し、ガス量がある値を越えるとボイル現
象が起こる。また、気泡数が少なくなるとガス量も少な
くなり、ノズル詰まりが発生する。つまり、ガス量と気
泡数とには明瞭な相関のあることが確認された。このよ
うな関係を予め設備条件、操業条件に応じて求めてお
き、ボイル現象が発生することなく安定した操業を継続
できる気泡数の最大値、すなわち上限値を、またノズル
詰まりが発生することなく安定した操業を継続できる気
泡数の最小値、すなわち下限値をそれぞれ設定すればよ
い。この上限値および下限値は第4図に示すボイル危険
ラインa、詰まり危険ラインbに対して約20%程度の余
裕代をみて設定すればよいことが確認されている。
第3図は鋳型溶鋼内に流入したガスが浮上し、パウダ
ーの可燃成分が燃焼して湯面上に発生した火炎jの検出
結果を示すもので、二値化処理して火炎の明部のみを抽
出して表わしたものである。この火炎jの面積を画像二
値化して明部の面積を計測することにより、火炎の大き
さを検出することが可能である。第5図は火炎の大きさ
と吹き込みガス量の関係の調査結果の一例を示す図であ
り、火炎の大きさ、すなわち面積が増大するに従ってガ
ス量は増加し、逆に面積が減少するに従ってガス量は少
なくなる。この火炎の大きさについても第4図と同様に
ボイル危険ラインa1および詰まり危険ラインb1を基準と
して上限値および下限値を設定すればよく、許容限界値
内のガス吹き込みを確保することにより安定した連続鋳
造操業を継続実施することが可能となる。
ところで、第4図および第5図から明らかなように、
気泡数とガス量の相関に比し、火炎の大きさとガス量と
の相関にはかなりのばらつきがある。ボイル危険ライン
a、詰まり危険ラインbにより近い値にい許容限界値を
設定するなどしてより制御性を高めたい場合は、気泡数
の検出値を用いることが好ましい。一方、火炎の大きさ
はガス量の変化に対する応答が速い利点を有している。
したがって、気泡数の検出値を用いるかあるいは火炎の
大きさの検出値を用いるかは設備条件や操業条件、さら
にはその他の環境条件等に応じて決定すればよく、両者
を同時に用いることも可能である。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明により溶鋼注入時のガス
の適正値を求め制御することによって鋳片の品質を向上
させ、ノズル詰まりを著しく軽減できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的な連続鋳造設備で本発明を実施する例を
示す図、 第2図、第3図は撮像装置による鋳型内二値画像を示す
図で、第2図は気泡発生状態を、第3図は火炎発生状態
を示し、 第4図は気泡数と吹き込みガス量との関係の調査結果の
一例を示す図、 第5図は火炎の大きさと吹き込みガス量との関係の調査
結果の一例を示す図である。 1……取鍋、2……タンディッシュ、3……溶鋼、4…
…ノズル、5……鋳型、6……ガス供給系、7……撮像
装置、8……画像処理装置、9……比較装置、41……上
ノズル、42……スライディングノズル、43……注入ノズ
ル、61……バルブ、62……流量計、y……湯面、k……
気泡、j……火炎。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 11/10 360 B22D 11/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】タンディッシュに貯留された溶鋼を浸漬式
    ノズルを介して不活性ガスの吹き込みを行いつつ連続鋳
    造鋳型に注入する連続鋳造方法において、鋳型上に鋳型
    内湯面を撮像する1台あるいは複数台の撮像装置を設置
    し、撮像装置で検出される連続鋳造中における画像信号
    を演算処理して湯面上に浮上する気泡数および/または
    湯面上に発生する火炎の大きさを検出し、この検出値を
    予めボイル発生時およびノズル詰まり発生時におけるガ
    ス吹き込み量と気泡数および火炎の大きさとの相関より
    求められた許容限界値と比較し、気泡数および/または
    火炎の大きさが許容限界値を越えた際に直ちにガスの吹
    き込み量制御を実施し、適正ガス吹き込み量を確保する
    ことを特徴とする連続鋳造方法。
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