JP3252770B2 - 連続鋳造における湯面変動検知方法及び制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造における
鋳型内溶鋼の湯面変動の検知方法、及び湯面変動の制御
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造では、浸漬ノズルを介して
溶鋼を鋳型内に高速度で吐出させるため、この吐出流に
起因して鋳型内で溶鋼流動が発生し、そして、この溶鋼
流動は鋳片の表面及び内部性状に大きな影響を及ぼして
いる。特に、鋳型内溶鋼の湯面変動量が大きくなると、
鋳型内湯面（以下、「メニスカス」と記す）に添加した
モールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれて製品における
非金属介在物性欠陥となるので、メニスカスの溶鋼流動
を精度良く検知する装置や方法が提案されている。

【０００３】例えば、特開昭６３−１６８２６３号公報
（以下、「先行技術１」と記す）には、メニスカス部の
鋳型銅板を貫通して設けた光ファイバー等の光導体にて
メニスカスを直接観察し、観察画像を画像処理して、湯
面変動量を検出する方法が開示されている。

【０００４】特開平２−１４０６２１号公報（以下、
「先行技術２」と記す）には、メニスカス上方に設けた
コイルに高周波の電流を流すことによりメニスカス表面
に渦電流を発生させ、これによりコイルに誘起される電
圧の強弱がセンサーとメニスカスとの距離に対応するこ
とを利用して測定する渦流式レベル計が開示されてい
る。

【０００５】又、特開平２−１９２８６２号公報（以
下、「先行技術３」と記す）には、鋳型銅板の高さ方向
に離隔して複数の熱電対を配置し、各熱電対に生じる起
電力に基づいてメニスカスレベルを検知する方法が開示
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】鋳型内の溶鋼流動パタ
ーンは、鋳型内を浮上するＡｒガスや、印加される磁場
の影響で複雑に変化し、その流動パターンを簡略化すれ
ば、図４に示すようにＡ〜Ｃの３種類に大別できる。
尚、図４において、３は鋳型短辺、４は溶鋼、５は凝固
シェル、８は浸漬ノズル、９は吐出孔、１０は吐出流、
１３はメニスカス、１４はモールドパウダーである。

【０００７】パターンＡでは、浸浸ノズル８からの吐出
流１０が、鋳型短辺３側の凝固シェル５に到達・衝突し
た後に２つの流れに分離し、１つの流れは、鋳型短辺３
側の凝固シェル５に沿ってメニスカス１３に向かって上
昇し、他の１つの流れは凝固シェル５への衝突点から鋳
型下方に下降する流れとなる。パターンＢでは、吐出流
１０へのＡｒガス気泡の浮上の影響、あるいは磁場印加
の影響等により、浸漬ノズル８からの吐出流１０が鋳型
短辺３側の凝固シェル５に到達せず、吐出孔９から鋳型
短辺３側の凝固シェル５までの間で分散し、浸漬ノズル
８と鋳型短辺３との間で、メニスカス１３に向かう上昇
流となる。又、パターンＣでは、浸漬ノズル８近傍の粗
大なＡｒガス気泡の浮上と共に、浸漬ノズル８近傍でメ
ニスカス１３に向かう上昇流が発生する。

【０００８】そして、メニスカスに向かう上昇流の発生
する位置で、メニスカスの湯面変動量が大きくなり、従
って、各パターンにより湯面変動量の大きい場所が異な
ることになる。即ち、パターンＡでは鋳型短辺側の湯面
変動量が大きくなり、逆に、パターンＣでは浸漬ノズル
近傍の湯面変動量が大きくなる。このように、鋳型内溶
鋼の流動状況により、湯面変動が大きくなる領域は変化
する。

【０００９】しかし、先行技術１〜３に開示された湯面
レベル計は、配置された特定の位置の湯面変動を測定し
ているだけで、必ずしも湯面変動の大きい位置を測定し
ているわけではなく、近年の品質に対する要求の厳格化
に対応するには、十分とはいえなかった。

【００１０】これに対処するため、上記の湯面レベル計
を鋳型幅方向に複数個設ければ、幅全体の湯面変動を検
知できるが、先行技術１では、鋳型銅板の貫通孔を覆う
耐熱ガラスが溶融して溶鋼又はモールドパウダーが貫通
孔に流入するので、長時間の使用はできなく、先行技術
２では、渦流式レベル計が相互に干渉するため、配置間
隔を確保すると配置数に限界があると共に、モールドパ
ウダー供給の障害となるので定常的な使用は難しく、先
行技術３では、鋳造方向にわずかの間隔で鋳型銅板に多
数の孔を設ける必要があり、鋳型銅板の強度劣化が起こ
り、鋳型銅板の原単位が悪化してコストが上昇する。

【００１１】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、鋳型幅方向全体の湯面変
動量を確実に且つ安価に検知する方法を提供することで
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による連続鋳造に
おける湯面変動検知方法は、鋳型銅板幅方向の全体にわ
たり、水平方向に並べて複数の熱電対を配置し、当該熱
電対により鋳型銅板温度を測定し、各測定温度の特定の
周波数成分の変動量に基づいて鋳型内幅方向各位置の湯
面変動量を推定することを特徴とするものである。

【００１３】その際に、熱電対の配置位置をメニスカス
位置からメニスカス下１５０ｍｍ位置の範囲内とし、
又、特定の周波数成分を０．０５Ｈｚ以上、１Ｈｚ以下
とすることが好ましい。

【００１４】又、本発明による連続鋳造における湯面変
動制御方法は、鋳型銅板幅方向に複数の熱電対を配置し
て鋳型銅板温度を測定し、各測定温度の特定の周波数成
分の変動量の和が最小になるように、吐出流に印加する
磁場強度及び／又は浸漬ノズルに吹き込むＡｒガス量を
調整することを特徴とするものである。

【００１５】発明者等は、メニスカス上の鋳型幅方向に
渦流式レベル計を複数個配置すると共に、鋳型長辺銅板
背面に複数個の熱電対を配置して銅板温度を測温し、渦
流式レベル計の測定値と、熱電対による測温値の周波数
解析データとを比較検討した（詳細は後述する）。その
結果、図２に示すように、鋳型銅板温度を周波数解析処
理したデータの特定周波数成分の変動量が、メニスカス
の湯面変動量と相関があり、これにより鋳型幅方向の湯
面変動量、即ちメニスカス全面での湯面変動量を推定で
きることが分かった。

【００１６】そして、熱電対の配置位置は、メニスカス
位置からメニスカス下１５０ｍｍ位置の範囲が最適であ
り、変動量を解析する周波数域は０．０５Ｈｚから１Ｈ
ｚが最適であることが分かった。メニスカスから１５０
ｍｍを超える下方では、鋳型銅板温度から検知する湯面
変動量の精度が悪くなり、又、周波数域が上記以外では
湯面変動以外の要因による変動の影響を受け、同様に湯
面変動量の検知精度が悪くなるからである。

【００１７】又、鋳造中に鋳型幅方向に熱電対を複数個
配置して各熱電対の特定の周波数成分の和が最小となる
ように、吐出流に印加する磁場強度及び／又は浸漬ノズ
ルに吹き込むＡｒガス量を調整することで、メニスカス
全面の湯面変動量を最小に抑えることができる。吐出流
に印加する磁場強度及び浸漬ノズルに吹き込むＡｒガス
量は、湯面変動と相関が強く、これらを制御することで
湯面変動量を効率良く制御することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の１つの実施の形態を示す連続鋳造機鋳
型部の正面断面の概略図である。

【００１９】図において、相対する鋳型長辺２と、鋳型
長辺２内に内装された相対する鋳型短辺３とから構成さ
れた鋳型１の上方に、タンディッシュ６が配置されてい
る。タンディッシュ６の底部には固定板２０、摺動板２
１、及び整流ノズル２２からなるスライディングノズル
７が配置され、更に、スライディングノズル７の下面側
には浸漬ノズル８が配置されて、タンディッシュ６から
鋳型１への溶鋼流出孔２４が形成される。取鍋（図示せ
ぬ）からタンディッシュ６内に注入された溶鋼４は、溶
鋼流出孔２４を経由して、浸漬ノズル８の下部に設けら
れ、且つ鋳型１内の溶鋼４に浸漬された吐出孔９より、
吐出流１０を鋳型短辺３に向けて鋳型１内に注入され
る。そして、溶鋼４は鋳型１内で冷却されて凝固シェル
５を形成し、鋳型１の下方に連続的に引き抜かれて鋳片
となる。

【００２０】固定板２０の溶鋼流出孔２４には、ポーラ
ス煉瓦２３が嵌合して設けられ、溶鋼流出孔２４の壁面
へのアルミナ付着を防止するため、ガス導入管２５に設
けたガス流量制御装置１８を経由して、ポーラス煉瓦２
３から溶鋼流出孔２４内にＡｒガスが吹き込まれてい
る。吹き込まれたＡｒガスは、溶鋼４と共に浸漬ノズル
８を通り、吐出孔９を介して鋳型１内に流入し、鋳型１
内の溶鋼４を通ってメニスカス１３に浮上し、メニスカ
ス１３上に添加したモールドパウダー１４を貫通して大
気に至る。

【００２１】鋳型長辺２の背面には、浸漬ノズル８を境
として鋳型長辺２の幅方向左右で２つに分割された磁場
発生装置１１及び磁場発生装置１２が、磁場発生装置１
１、１２の鋳造方向の中心位置を、吐出孔９の下端位置
と鋳型１の下端位置との範囲として、鋳型長辺２を挟ん
で対抗して配置されている。この磁場発生装置１１、１
２は、磁場電源制御装置１９に結線され、磁場が水平方
向に移動する移動磁場を発生し、磁場電源制御装置１９
により印加する磁場の強度を個別に制御される。磁場発
生装置１１、１２の磁場強度は、最大磁場強度が０．２
テスラ〜０．４テスラ程度の工業的に通常使用されてい
るもので良い。尚、印加する磁場は静磁場でも良く、静
磁場の場合には磁場発生装置１１、１２を左右に２分割
する必要はなく、配置位置も上記に限るものではなく、
鋳造方向の中心位置が吐出孔９の下端より上方であって
も良い。

【００２２】但し、印加する磁場は移動磁場が好まし
い。移動磁場の場合には、磁場強度のみならず磁場の移
動方向も個別に制御できるので、流動制御が一層行い易
くなるからである。移動磁場では、磁場の移動方向を鋳
型短辺３側から浸漬ノズル８側とすることで吐出流１０
が減速され、逆に、移動方向を浸漬ノズル８側から鋳型
短辺３側とすることで、吐出流１０が加速される。

【００２３】メニスカス１３の位置からメニスカス１３
の下１５０ｍｍ位置までの範囲の鋳型長辺２の銅板背面
には、鋳型長辺２の幅方向に複数の測温用孔１５を設
け、そして、熱電対１６を測温用孔１５内の最深部の銅
板に接触させて配置する。測温用孔１５は水平方向に並
べて配置され、各測温用孔１５の距離は２００ｍｍ以下
とすることが望ましい。各測温用孔１５の距離が２００
ｍｍを超えると測定点が少な過ぎてメニスカス１３の幅
方向の湯面変動が正確に把握できなくなるからである。

【００２４】熱電対１６の他端は温度解析装置１７に連
結しており、熱電対１６の測定データの周波数解析を実
施する。そして、０．０５Ｈｚから１Ｈｚの周波数域の
変動量を解析して鋳型１内幅方向の湯面変動量を検知す
る。温度解析装置１７は、各々の測温用孔１５位置にお
ける湯面変動量を検知すると共に、各々の測温用孔１５
位置の特定周波数の変動量の和を算出する。尚、湯面変
動量の検知に当たり、０．０５Ｈｚから１Ｈｚの全周波
数域の変動量を解析対象としても、又、０．０５Ｈｚか
ら１Ｈｚの間の特定の周波数を任意に選択して解析対象
としても良い。このようにして鋳型１内の湯面変動を検
知する。

【００２５】又、鋳型１内の湯面変動の制御は、次のよ
うにして行われる。上記のようにして温度解析装置１７
が解析した結果を、ガス流量制御装置１８と磁場電源制
御装置１９へ送る。そして、対象とする特定周波数の変
動量の和が最小となるように、ガス流量制御装置１８に
て、溶鋼流出孔２４内に吹き込むＡｒガス量を変更する
か、又は、磁場電源制御装置１９にて左右の磁場発生装
置１１、１２の磁場強度を変更するか、又は、Ａｒガス
量と磁場強度とを同時に変更して、湯面変動を制御す
る。

【００２６】このようにして、メニスカス１３の幅方向
の湯面変動を迅速に且つ確実に検知することができると
共に、検知した幅方向の湯面変動量を少なく抑えること
が可能となる。

【００２７】尚、上記説明では、磁場発生装置１１、１
２が浸漬ノズル８を境として鋳型長辺２の幅方向で分割
されているが、本発明は鋳型長辺２の幅方向全体を覆う
１つの磁場発生装置でも実施することもできる。その場
合、移動磁場を用いる際には、浸漬ノズル８を境とし
て、左右の磁場の移動方向が逆向きとなるように予め磁
場電源制御装置１９と結線させることが必要である。
又、Ａｒガスの吹き込み方法は上記に限るものではな
く、浸漬ノズル８やタンディッシュ６の煉瓦から吹き込
んでも良い。

【００２８】

【実施例】

［実施例１］本実施例では、図１に示す２５０ｍｍ厚
み、１８００ｍｍ幅の連続鋳造機を用いて、鋳型長辺銅
板背面のメニスカス位置からメニスカス下２００ｍｍ位
置までの範囲に、鋳造方向に３０ｍｍ間隔、鋳型幅方向
に５０ｍｍ間隔で熱電対を配置して、銅板温度を測定し
た。又、メニスカス上には、浸漬ノズルの中心から２０
０ｍｍ離れた位置と、鋳型短辺から５０ｍｍ離れた位置
との間に等間隔で４個の渦流式レベル計を、浸漬ノズル
左右に合計８個配置した。そして、鋳片引き抜き速度
２．５ｍ／ｍｉｎで鋳造しつつ、熱電対にて銅板温度を
測定すると共に、渦流式レベル計でメニスカスの湯面変
動量を測定した。

【００２９】そして、銅板温度測定データを周波数解析
し、渦流式レベル計と対比させた。銅板温度測定データ
を周波数解析した例を図２に示す。図２の斜線部で示す
ように、渦流式レベル計との対比から湯面変動量が大き
い場合には、０．０５Ｈｚから１．０Ｈｚの周波数成分
が増加することが分かった。

【００３０】この銅板温度を周波数解析して得られるデ
ータには、モールドパウダーの流れ込みの不均一、凝固
シェル厚みの不均一、鋳型と凝固シェルとの間隙の不均
一等による変動が含まれる。しかし、これらの要因によ
る変動は、０．０５Ｈｚ以下の比較的長周期の変動とし
て検出され、これに対し、湯面変動、及びそれを引き起
こす溶鋼流による銅板温度の変動は、比較的短周期の変
動であり、上記の各要因による変動と分離できることが
分かった。

【００３１】又、熱電対の位置がメニスカスの下方１５
０ｍｍの位置まででは、上記特定周波数の変動が顕著で
あり湯面変動を検知可能であったが、熱電対の位置がメ
ニスカスの下方１８０ｍｍの位置では、特定周波数域の
変動は顕著でなく、更に、メニスカスの下方２１０ｍｍ
の位置では特定周波数の変動は現れず湯面変動を検知で
きなかった。これは、熱電対の位置がメニスカスから遠
くなると、凝固シェルと鋳型銅板との間隙が拡大するた
めに、凝固シェルの内側の溶鋼の状態が、鋳型銅板まで
伝わりにくくなるためであり、又、この位置では、鋳型
内溶鋼の流動自体が、吐出流等湯面変動を引き起こす溶
鋼の上昇流以外の流動の影響を受けるため、鋳型銅板の
温度変動と湯面変動との相関がとりにくくなるためであ
る。

【００３２】図３は、渦流式レベル計による測定値と、
メニスカスから６０ｍｍの位置に配置した熱電対の０．
２Ｈｚ付近の周波数域成分の変動を解析して検知した湯
面変動量とを比較して示した図であり、図３（ａ）は渦
流式レベル計による測定値を示したもので、測定値の振
幅が湯面変動量を表わし、図３（ｂ）は熱電対の測温値
を周波数域解析して検知した湯面変動量を指数化して示
したものである。図３に示すように、鋳型銅板温度の測
定から推定した湯面変動量は、渦流式レベル計による測
定値と良く一致していた。

【００３３】このように、メニスカスから１５０ｍｍ以
内の範囲の鋳型銅板背面に熱電対を鋳型幅方向に複数個
並べて配置し、各々の熱電対の測定温度を周波数解析し
て０．０５ＨＺから１Ｈｚの周波数域の変動量を測定す
ることで、メニスカスの湯面変動を検知できることが分
かった。

【００３４】［実施例２］図１に示す２５０ｍｍ厚み、
２０００ｍｍ幅の連続鋳造機を用いて、鋳型長辺銅板背
面のメニスカスから５０ｍｍの位置に、鋳型幅方向に５
０ｍｍ間隔で熱電対を配置した。又、鋳型長辺幅方向で
２分割された移動磁場発生装置を、鋳造方向の中心位置
が吐出孔下端位置から１５０ｍｍ下の位置となるように
配置し、Ａｒガスを９Ｎｌ／ｍｉｎ吹き込みつつ、低炭
素Ａｌキルド鋼を鋳片引き抜き速度１．８ｍ／ｍｉｎで
鋳造した。

【００３５】そして、銅板温度の測温データをリアルタ
イムで解析し、０．０５〜１Ｈｚの周波数域成分の信号
の変動量の和が最小になるように磁場発生装置の磁場強
度を調整した。実際には、熱電対の測温データを５分毎
に、過去１０分間の測温データの周波数解析を行い、そ
の結果に基づいて磁場の強度を自動的に、ダイナミック
に制御した。

【００３６】このようにして鋳造した鋳片を圧延し、品
質を調査したところ、モールドパウダー性欠陥は、従来
の１／４に低減し、良好な品質の製品を製造することが
できた。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、鋳型内幅方向の湯面変
動量を迅速に且つ確実に、安価な熱電対で検知すること
ができ、又、検知した湯面変動量を最小とするので、モ
ールドパウダー性欠陥のない良好な製品を製造すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施の形態を示す連続鋳造機鋳
型部の正面断面の概略図である。

【図２】実施例１において、銅板温度測定データの周波
数解析した例を示す図である。

【図３】実施例１において、周波数域成分の変動を解析
して検知した湯面変動量と、渦流式レベル計による測定
値とを比較して示した図である。

【図４】鋳型内の溶鋼流動パターンを簡略化して示す図
である。

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ 鋳型長辺 ３ 鋳型短辺 ４ 溶鋼 ５ 凝固シェル ６ タンディッシュ ７ スライディングノズル ８ 浸漬ノズル ９ 吐出孔 １０ 吐出流 １１ 磁場発生装置 １２ 磁場発生装置 １３ メニスカス １４ モールドパウダー １５ 測温用孔 １６ 熱電対 １７ 温度解析装置 １８ ガス流量制御装置 １９ 磁場電源制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 典子 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−272546（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−182511（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−154982（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−124055（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−23503（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−200453（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−277691（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−105756（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−77754（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−294053（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−15420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−252649（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−168263（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−192862（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−140621（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−155515（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−241649（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/16 104 B22D 11/10 360 G01F 23/22

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型銅板幅方向の全体にわたり、水平方
   向に並べて複数の熱電対を配置し、当該熱電対により鋳
   型銅板温度を測定し、各測定温度の特定の周波数成分の
   変動量に基づいて鋳型内幅方向各位置の湯面変動量を推
   定することを特徴とする連続鋳造における湯面変動検知
   方法。
2. 【請求項２】 前記熱電対の配置位置がメニスカス位置
   からメニスカス下１５０ｍｍ位置の範囲内であることを
   特徴とする請求項１に記載の連続鋳造における湯面変動
   検知方法。
3. 【請求項３】 前記特定の周波数成分が０．０５Ｈｚ以
   上、１Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１又は請
   求項２に記載の連続鋳造における湯面変動検知方法。
4. 【請求項４】 鋳型銅板幅方向に複数の熱電対を配置し
   て鋳型銅板温度を測定し、各測定温度の特定の周波数成
   分の変動量の和が最小になるように、吐出流に印加する
   磁場強度及び／又は浸漬ノズルに吹き込むＡｒガス量を
   調整することを特徴とする連続鋳造における湯面変動制
   御方法。