JP3408901B2 - 連続鋳造におけるブレークアウト予知方法 - 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
ブレークアウト予知方法に係り、更に詳しくは、鋳型内
の凝固シェルの成長状態を確認することができ、これに
より、拘束性ブレークアウトのみならずスラグベアやシ
ール材巻き込み（又はかみこみという）、さらに縦割れ
等に起因する微小ブレークアウトの予知を行うことがで
きる連続鋳造におけるブレークアウト予知方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、連続鋳造では、鋳型内に注入さ
れた溶鋼を冷却して凝固シェルを形成し、この凝固シェ
ルが形成された鋳片を引き抜きながら鋳片芯部まで凝固
させている。この連続鋳造においては、鋳型内での正常
な凝固シェルの成長は品質上極めて重要であるが、近年
の高生産性を図る高速鋳造に伴って、凝固シェルを十分
に形成させないまま鋳片を引き抜くことで、凝固シェル
が破れ、未凝固の溶鋼が流出し、引いては連鋳鋳造操業
の中断や設備損傷といった重大な事故を引き起こす所謂
ブレークアウト（以下ＢＯという）が重要課題となって
いる。

【０００３】このＢＯの原因の一つとして、例えば、鋳
造開始期に鋳型と該鋳型内に装入されたダミーバーとの
間隙にシールされる珪砂等のシール材や、鋳造時に生成
したスラグ、さらに、溶鋼の酸化防止又は鋳型と鋳片の
潤滑効果のために投入されるパウダー等（以下これらを
異物という）が溶鋼中に巻き込まれることが挙げられ
る。すなわち、前記異物が溶鋼中に巻き込まれること
で、この巻き込まれた異物の熱伝導率が鋳片の熱伝導率
に比べて小さいことに起因して、前記異物周辺の溶鋼が
凝固し難くなり、この結果、異物周辺の凝固シェルの厚
みが薄くなって溶鋼の圧力で凝固シェルが破れたり、又
は鋳型から引き抜かれた際に溶鋼の圧力で異物が外方に
押し出されて、溶鋼が流出するものである。

【０００４】また、前記ＢＯの他の原因として、鋳型と
凝固シェルの間に溶融状態で介在された前記パウダーが
溶鋼中に巻き込まれたり、或いは凝固シェルが凝固収縮
したりすることによって（特に包晶反応系の鋼種は凝固
収縮率が大きい）凝固シェルと鋳型の間に空隙が生じる
ことが挙げられる。すなわち、空隙が生じることで、凝
固シェルの空隙に接した部位と接していない部位の凝固
速度に差が生じてしまい、この結果、凝固シェルが局部
的に不均一成長して所謂縦割れが生じ、該縦割れを通じ
て溶鋼が流出するものである。更に、前記ＢＯの他の原
因として、前記パウダーが溶鋼中に巻き込まれ、溶鋼と
鋳型が直接接触することで溶鋼が鋳型の稼働面に固着
し、前記鋳片の引き抜きによって凝固シェルがひきちぎ
られる所謂拘束性ＢＯが生じて、溶鋼が流出するものが
挙げられる。

【０００５】そこで、この問題点を解決するべくＢＯを
予知する方法として、特開昭５８−１４８０６４号公
報、特公平５−５６２２２号公報、特公平５−５６２２
３号公報、特公平５−５６２２４号公報、特公平５−７
５５０２号公報、特公平５−７５５０３号公報等には、
鋳型壁面に複数の熱電対を埋設し、これら熱電対で検出
された温度を監視する方法、また、特開昭６１−２１
９４５６号公報には、鋳型のモールドプレートの外側面
に穿設された複数の測定孔に光ファイバーを挿入し、前
記測定孔の内奥面から放射される光エネルギーに基づい
て温度を検出する鋳造温度測定装置が提案されている。
さらに、特開平６−２７７８１４号公報には、鋳型の
モールドプレートの外周面に螺旋状に巻回された光ファ
イバーにパルス光を入射し、前記光ファイバー内部の反
射散乱光を取り出し、その強度を測定し、この強度から
得られた温度データを監視することによって、ブレーク
アウトの有無を判定する連続鋳造機におけるブレークア
ウト検出装置が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、、
の方法では、ＢＯ検知能を向上させるために、鋳型に多
数の熱電対等を埋設する必要があるため、多数の熱電対
等が必要であると共に、これら多数の熱電対等を埋設す
る作業やこれを保守点検する作業に多くの時間及び労力
が必要なため、コストが高騰化すると共に極めて作業性
に劣るという問題点を有していた。このため、前述した
ことを考慮し、鋳型に数箇所〜数十箇所程度しか熱電対
等を埋設することができないので、この結果、拘束性Ｂ
Ｏのように広範囲に渡って略Ｖ字状等に鋳片の異常温度
分布が現れる場合は、その異常温度分布が鋳片の引き抜
き方向に沿って移動することにも着目して検出すること
ができるが、微小なＢＯの発生要因となる異物巻き込み
や空隙を検出することができず、極めてＢＯ検知能が低
く、信頼性に劣るという問題点を有していた。

【０００７】そこで、前述した問題点を解決するため
に、のブレークアウト検出装置が提案されている。こ
の装置では、鋳型の外周面に光ファイバーを巻回してい
るため、前記熱電対等で鋳型の所定位置の温度をスポッ
ト的に検出する方法に比べ若干精度向上が望めるが、や
はり微小なＢＯの発生要因となる異物巻き込みや空隙を
検出することができないという問題点を有していた。す
なわち、鋳型のモールドプレートは、通常、溶鋼の冷却
速度を高めるために銅又は銅合金等の熱伝導率の高い材
料が用いられ、さらに溶鋼の静圧に耐えるために相当の
厚みを持って形成されているので、光ファイバーを鋳型
の外周面に巻回すると、凝固シェルの熱が鋳型のモール
ドプレートを介す間に広範囲に伝達されてしまい、この
結果、拘束性ＢＯ等の予知はできるが、前記異物巻き込
みや空隙に起因する凝固シェル表面の微小な温度差を検
出することができず、信頼性に劣るという問題点を有し
ていた。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、鋳型内の凝固シェルの成長状態を極めて精度よ
く把握することができ、この結果、鋳型内の温度異常部
を的確にとらえることができ、拘束性ＢＯのみならずス
ラグベアやシール材巻き込み等による微小ＢＯ等、いか
なるＢＯのパターンをも予知することができる作業性や
信頼性に優れた連続鋳造におけるブレークアウト予知方
法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の連続鋳造におけるブレークアウト予知方法は、連
続鋳造用鋳型の稼働面側に埋設又は露出して取付けられ
た光ファイバーにパルス光を入射し、該光ファイバーの
所定位置で発生した後方ラマン散乱光を検出し、そのス
トークス光と反ストークス光の強度比及びその戻り時間
に基づいて前記連続鋳造用鋳型の所定位置の温度を検出
する連続鋳造におけるブレークアウト予知方法であっ
て、前記光ファイバーを前記連続鋳造用鋳型の稼働面か
ら深さ２０ｍｍまでの範囲に取付け、更に、前記連続鋳
造用鋳型の高さをｈとしたとき、前記光ファイバーを前
記連続鋳造用鋳型の下端から（３・ｈ／４）までの範囲
に取付けている。

【００１０】また、請求項２記載の連続鋳造におけるブ
レークアウト予知方法は、請求項１記載の連続鋳造にお
けるブレークアウト予知方法において、前記連続鋳造用
鋳型の 下端から（ｈ／２）までの範囲に取付けられた前
記光ファイバーを露出し、前記連続鋳造用鋳型の下端の
（ｈ／２）から（３・ｈ／４）の範囲に取付けられた前
記光ファイバーを埋設している。

【００１１】請求項３記載の連続鋳造におけるブレーク
アウト予知方法は、請求項１及び２のいずれか１項に記
載の連続鋳造におけるブレークアウト予知方法におい
て、前記光ファイバーをラップコイル状に取付けてい
る。

【００１２】

【００１３】なお、光ファイバーは、ガラスや合成樹脂
等の透明な誘電体材料で形成されて光（又はパルス光）
を伝搬するコアと、該コアの屈折率より通常０．１〜
１．０％程度小さい前記誘電体材料で前記コアの周囲に
略同心円状に覆設されたクラッドと、ステンレス鋼等の
金属製又は合成樹脂製等の耐熱性材料等で前記クラッド
の周囲に覆設された保護用被覆材とで構成されたもので
ある。この光ファイバーとしては、石英ガラスを主体と
する石英系光ファイバー、多種類のガラスからなる多成
分系光ファイバー、合成樹脂を主体とする合成樹脂系光
ファイバー等が挙げられる。また、光伝播方式で分類す
ると、階段状の屈折率分布を有し複数の伝搬モードを有
するステップインデックス型光ファイバー（ＳＩ型光フ
ァイバー）、緩やかな屈折率分布を有し複数の伝搬モー
ドを有するグレーデッドインデックス型光ファイバー
（ＧＩ型光ファイバー）、階段状の屈折率分布を有し、
コアとクラッドの屈折率差が非常に小さく１つの伝搬モ
ードを有するシングルモード型光ファイバー（ＳＭ型光
ファイバー）等が挙げられる。なお、光ファイバーは保
護用被覆材を含めてもせいぜい直径（φ）１ｍｍ程度の
線状物であるため、設置に際しても何ら鋳型構造物に悪
影響を与えることがない。

【００１４】また、光ファイバーは、鋳型の稼働面側に
取付けられるのが好ましい。光ファイバーが稼働面に近
づくに連れヒートスポット指数が小さくなり、鋳型内の
微小な温度変化を検出することができるからである。な
お、鋳型の稼働面とは、溶鋼又は鋳片と接触する接触面
（又は内周面）をいい、また、ヒートスポット指数と
は、光ファイバーの温度検出能をいい、この値が小さく
なるにつれ微小スポットの温度を検出できることを意味
するものである。具体的には、光ファイバーは、鋳型の
稼働面から深さ２０ｍｍまでの範囲、好適には鋳型の稼
働面から深さ１５ｍｍまでの範囲に取付けられるのが好
ましい。光ファイバーの取付け深さが鋳型の稼働面から
深さ１５ｍｍを越えるにつれヒートスポット指数が大き
くなり、微小ＢＯを予知できなくなる傾向があり、特
に、鋳型の稼働面から深さ２０ｍｍを越えるとその傾向
が著しくなるので、好ましくない。

【００１５】また、光ファイバーは鋳型の稼働面全面に
渡って取付けられてもよいが、通常、鋳型の上部には溶
鋼やパウダーが接触しないので、鋳型において溶鋼やパ
ウダーと接触する部位（すなわち鋳型の下端からメニス
カス直下までの範囲内のいずれか）に取付けると、光フ
ァイバーの取付作業やコストを低減化することができ
る。特に、鋳型のメニスカス近傍では、該鋳型への熱負
荷が大きく、更に熱変動も大きいことに加え、凝固シェ
ル形成初期の温度変動がＢＯ或いはブリード（なお、水
平方向の拡がり長さが１００ｍｍ以下のもをブリードと
いい、１００ｍｍを越えるもの特に１５０ｍｍ以上のも
のをＢＯという）の発生との相関関係が小さいので、こ
の領域を除くのが好ましい。具体的には、鋳型の高さを
ｈとしたとき、鋳型の下端から（３・ｈ／４）までの範
囲、好適には鋳型の下端から（２・ｈ／３）までの範囲
に取付けられるのが好ましい。光ファイバーの取付け範
囲が鋳型の下端から（２・ｈ／３）の範囲を越えるにつ
れ不要な光ファイバーの取付作業が増加すると共にコス
トが高騰化する傾向があり、特に鋳型の下端から（３・
ｈ／４）までの範囲を越えるとその傾向が著しくなるの
で、好ましくない。更に具体的には、例えば鋳型の下端
からメニスカス直下５０ｍｍ迄の範囲である。

【００１６】また、鋳型の稼働面に取付けた光ファイバ
ーは溶鋼の熱で溶損しないように、全て埋設されてもよ
いが、鋼種によっては凝固収縮率が大きく、鋳型と凝固
シェルの間に空隙が生じるため、この空隙が形成されて
凝固シェルが鋳型と接触しない部位に取付けられた光フ
ァイバーは埋設せずに、露出したままでもよい。光ファ
イバーを埋設する作業を省略化することができるからで
ある。具体的には、鋳型の下端から（ｈ／２）までの範
囲に取付けられた光ファイバーは露出するのが好まし
い。光ファイバーの露出範囲が鋳型の下端から（ｈ／
２）の範囲を越えるにつれ光ファイバーが溶鋼の熱で溶
損する傾向があるので、露出するのは好ましくない。

【００１７】さらに、光ファイバーは、鋳型下端からの
距離をＬ、鋳造速度をＶ、鋳造の減速度をＡ、計測器の
計測時間をＴとしたとき、Ｌ≧Ｖ・Ｔ−Ａ・Ｔ²／２と
なる位置に取付けられると、ＢＯを予知したとき、ＢＯ
前兆部位が、鋳型下端に到達する以前に鋳造を停止可能
とすることができる。また、光ファイバーを鋳型の稼働
面に取付ける場合、例えば、鋳型内の幅方向に複数回往
復させながら平行に埋設等してもよいが、この場合、光
ファイバーが折損等しなように折り返し時に若干長めに
折り返し代をとらねばならず、このため、作業性に劣る
と共にコストが増大する。このため、ラップコイル状等
に取付けられるのが好ましい。折り返し代をとる必要等
がなく作業性等に優れるからである。

【００１８】また、光ファイバーを鋳型の稼働面に取付
ける場合は、該鋳型の稼働面に光ファイバー収納用溝部
を形成して取付けるのが好ましい。鋳型の稼働面に直接
光ファイバーを取付けるのに比べ極めて取付作業性を向
上させることができるからである。また、鋳型の稼働面
に光ファイバーを取付ける際、その一端を計測器に接続
することで足りるが、万一断線等が発生した場合を考慮
して他端も鋳型外に出しておくと、断線後に他端側から
の計測も可能となる。

【００１９】また、鋳型内の温度の測定方法としては、
光ファイバーにパルス光を入射し、該光ファイバーの所
定位置で発生した後方ラマン散乱光を検出し、散乱時に
おけるストークス光と反ストークス光との強度比及びそ
の戻り時間に基づいて鋳型の所定位置の温度を算出する
方法が挙げられる。

【００２０】なお、物質に一定振動数ν₀ の単色光を照
射し、散乱される光（以下散乱光という）を分光器を通
じてスペクトルを観測したとき、前記振動数ν₀ の光の
他に振動数ν₀ ±ν_i の光（又は散乱光という）が含ま
れる。ここで、照射した光と異なる振動数ν₀ ±ν_i の
光を放出する現象をラマン散乱という。また、ν₀ −ν
_i のラマン散乱光をストークス光といい、ν₀ ＋ν_i の
ラマン散乱光を反ストークス光という。また、後方ラマ
ン散乱光とは、照射側に戻ってきたラマン散乱光をい
う。

【００２１】なお、パルス光の散乱位置は、下記（１）
式及び下記（２）式より求められる。すなわち、 Ｌ＝Ｃ・ｔ／２ ・・・・・・・・・・（１） Ｃ＝Ｃ₀ ／ｎ ・・・・・・・・・・（２） 但し、Ｌ：パルス光の入射位置から散乱位置までの距離
（ｍ） Ｃ：光ファイバー中の光の速度（ｍ／ｓ） Ｃ₀ ：真空中の光の速度（ｍ／ｓ） ｔ：光の往復時間（ｓ） ｎ：光ファイバーのコアの屈折率 なお、前記（１）式中（ｔ／２）が後方ラマン散乱光の
戻り時間となる。

【００２２】また、ストークス光の強度は温度に依存す
るのに対して、反ストークス光の強度は温度に依存しな
いので、両者に強度差が生じることから、パルス光の散
乱位置の温度は、下記（３）式より求められる。すなわ
ち、 Ｐ_a ／Ｐ_s ＝（λ_s ／λ_a ）⁴exp（−（ｈＣν）／ｋＴ） ・・・・・（３） 但し、Ｐ_a ：反ストークス光の強度 Ｐ_s ：ストークス光の強度 λ_a ：反ストークス光の波長 λ_s ：ストークス光の波長 ｋ：ボルツマン定数（Ｊ／Ｋ） ｈ：プランク定数（Ｊ・ｓ） ν：ラマンシフト量（ｃｍ^-1） Ｔ：散乱位置の絶対温度（Ｋ）

【００２３】従って、パルス光の往復時間から対象の散
乱位置を定めながら前記（３）式により、散乱位置の温
度を検出するものである。なお、光の速度は、光ファイ
バーの質量や密度によって変化し、また計測器内の、例
えば時間を計測するための基準信号を発するタイマーも
経時的に変化するのが普通であるため、長期的には誤差
を生じる。従って、誤差補正のために、定期的な補正が
必要となる。そこで、前記光ファイバーの他に長さの異
なる光ファイバーを、例えば実質的に一束として巻回し
測定したとき、長さが既知の一方の光ファイバーの所定
の遠方端位置での反射波が戻ってくるまでの時間を基準
として、他方の光ファイバーの距離の検出値を補正する
ことによって定期的な補正を不要とし測定位置の精度向
上を図ることもできる。

【００２４】また、鋳型内の所定位置の温度を検出した
場合、ディスプレイ等に鋳型内の温度分布状態として表
示させるのが好ましい。一目で凝固シェルの成長状態の
正否を判断させることができるからである。また、鋳型
内の所定位置の温度を検出し、所定の設定温度範囲を越
えたとき、これを検知して、鋳片の引き抜き速度を変更
する鋳造速度制御器等を備えるのが好ましい。鋳型内の
温度異常に応じて鋳片の引き抜き速度に対する冷却速度
を変えることでＢＯの発生を防止することができるから
である。また、前記鋳造速度制御器としては、例えば、
鋳片の引き抜き速度を低減させるピンチロール駆動制御
部や溶鋼の湯面レベルを一定に保つためにスライディン
グノズルやストッパーの開度を小さくする開度調整制御
部等が挙げられる。

【００２５】

【作用】本発明者等は鋭意研究を進めた結果、図１０に
示すように、光ファイバーを稼働面に近づかせるに従っ
てヒートスポット指数を小さくすることができ、この結
果、鋳型内の微小な温度変化を検出できることを知見し
えた。なお、図１０は鋳型の稼働面からの距離とヒート
スポット指数の関係を示すグラフであり、図中横軸は光
ファイバーの連続鋳造用鋳型の稼働面からの距離、図中
縦軸はヒートスポット指数を示している。

【００２６】以上のことから、請求項１〜３記載の連続
鋳造におけるブレークアウト予知方法においては、一本
の光ファイバーで多数の所定位置（パルス光の散乱位
置）の温度を測定できるので、従来の熱電対等を鋳型に
埋設する方法に比べ、鋳型内の温度分布を高密度に計測
することができるのみならず、光ファイバーを鋳型の稼
働面側に埋設又は露出して取付けることにより、ヒート
スポット指数を小さくして鋳型内の微小な温度変化を検
出することができ、拘束性ＢＯのみならずスラグベアや
シール材巻き込み等に起因する微小ＢＯを予知すること
ができる。勿論、鋳型の凝固特性を損なわずに鋳片を冷
却できることはいうまでもない。

【００２７】また、光ファイバーを鋳型の稼働面から深
さ２０ｍｍの範囲に取付けることにより、ヒートスポッ
ト指数を小さくして鋳型内の微小な温度変化を検出する
ことができる。また、光ファイバーを鋳型の下端から
（３・ｈ／４）の範囲に取付ける（換言すると溶鋼やパ
ウダーと接触しない部位を除いて光ファイバーを取付け
る）ことにより、不要な部位の光ファイバーの取付作業
等を軽減して、溶鋼やパウダーと接触する鋳型の稼働面
側に取付けることができるので、鋳型内の温度検出範囲
が大きく、ＢＯ検出能の信頼性を高めることができる。

【００２８】特に、請求項２記載の連続鋳造におけるブ
レークアウト予知方法においては、鋳型と凝固シェルが
接触する部位のみ光ファイバーを埋設し、凝固シェルが
凝固収縮して鋳型との間に空隙を生じた部位の光ファイ
バーは露出させることができるので、光ファイバーの埋
設作業の省力化を図ることができる。

【００２９】特に、請求項３記載の連続鋳造におけるブ
レークアウト予知方法においては、光ファイバーをラッ
プコイル状に取付けることにより、光ファイバーの取付
作業が簡単であると共に、鋳型の稼働面の広域面に渡っ
て温度変化の検出ができるため、光ファイバーのＢＯ検
出能の精度を高めることができる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１〜３記載の連続鋳造におけるブ
レークアウト予知方法においては、光ファイバーを鋳型
の稼働面側に埋設又は露出して取付けることで、ヒート
スポット指数を小さくして鋳型内の微小な温度変化を検
出することができるので、拘束性ＢＯのみならずスラグ
ベアやシール材巻き込み等に起因する微小ＢＯを予知す
ることができる。従って、従来に比べ、低コストかつ高
精度で鋳型内の凝固シェルの診断を行うことができるこ
とは勿論、高密度の温度分布が可能で、稼働面の温度分
布状況を高精度に検出することができる。また、ＢＯの
予知が速いので、これに対し素早いアクションをとるこ
とができ、鋳造操業を安定化することができる。特に、
温度変化時間が短く、且つ変化量の極めて小さいブリー
ドについての検出能が向上することから、引続き行われ
る鋳型補修においてその補修部位を明確に把握すること
ができる。

【００３１】そして、光ファイバーを鋳型の稼働面から
深さ２０ｍｍの範囲に取付けることで、極めてヒートス
ポット指数を小さくすることができ、微小ＢＯの予知を
確実に行うことができる。また、光ファイバーを鋳型の
下端から（３・ｈ／４）の範囲に取付けることで、測定
不要部位の温度検出をする必要がなく、ＢＯ検出能の信
頼性を高めることができる。

【００３２】特に、請求項２記載の連続鋳造におけるブ
レークアウト予知方法においては、鋳型の稼働面におい
て、該鋳型と凝固シェルが接触する部位のみ光ファイバ
ーを埋設し、凝固シェルが十分に形成された領域の光フ
ァイバーは露出するので、光ファイバーの埋設作業の省
力化を図ることができる。また、光ファイバーの非埋設
により、更に検出精度も向上させることができる。

【００３３】特に、請求項３記載の連続鋳造におけるブ
レークアウト予知方法においては、光ファイバーをラッ
プコイル状に取付けたことにより、該光ファイバーの巻
き数を多くとれるために温度検出域を拡大することがで
き、温度検出精度を高くすることができる。また、光フ
ァイバーの曲げ角度を大きくすることができるので、過
度に曲げたりする必要がなく、施工が簡単である。

【００３４】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形
態に係る連続鋳造におけるブレークアウト予知方法を適
用した連続鋳造機の概略構成図、図２は同連続鋳造機の
連続鋳造用鋳型の概略構成図、図３は同連続鋳造機の連
続鋳造用鋳型の鋳型長辺の斜視図、図４は同連続鋳造機
の他の連続鋳造用鋳型の鋳型長辺の斜視図、図５は同連
続鋳造機の連続鋳造用鋳型の鋳型短辺の拡大斜視図、図
６は同連続鋳造機の他の連続鋳造用鋳型の鋳型短辺の拡
大斜視図、図７は同連続鋳造機の連続鋳造用鋳型の要部
拡大断面図、図８は同連続鋳造機の計測器のブロック回
路図、図９（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれディス
プレイに表示された正常鋳造時、ブレークアウト発生
時、及びパウダー巻き込み時の鋳型内温度分布図であ
る。

【００３５】図１〜図３に示すように、本発明の一実施
の形態に係る連続鋳造におけるブレークアウト予知方法
を適用した連続鋳造機１０は、溶鋼を１次冷却する鋳型
１３と、鋳型１３のモールドプレート１７の稼働面１７
ａ側に取付けられた光ファイバー２２と、光ファイバー
２２の一端に接続され鋳型１３内の所定位置の温度を検
出する計測器２７と、鋳型１３内の温度分布状態を表示
するディスプレイ３６と、計測器２７で得られた鋳型１
３内の温度分布状態によって鋳片の引き抜き速度を変更
するピンチロール駆動制御部からなる鋳造速度制御器３
７とを備えている。以下、これらについて詳しく説明す
る。

【００３６】鋳型１３は、図２に示すように、銅又は銅
合金等で略直方体状に形成された２つの鋳型短辺１３
ａ、１３ｂ、及び前記鋳型短辺１３ａ、１３ｂより長尺
に形成された鋳型長辺１３ｃ、１３ｄを、略角筒状に組
み合わせて構成されている。また、各鋳型短辺１３ａ、
１３ｂ及び各鋳型長辺１３ｃ、１３ｄは、図３に示すよ
うに、鋳片１５に直接接触するモールドプレート１７及
び該モールドプレート１７の背面側に取付けられたバッ
クプレート１８とで構成されている。そして、モールド
プレート１７のバックプレート１８との対向面には、断
面略矩形状又は略半楕円形状等の冷却水貯留部１９が形
成されている。また、該冷却水貯留部１９には、該冷却
水貯留部１９に冷却水を供給するためにその下端部近傍
に連通して冷却水供給口２０が形成され、また、該冷却
水貯留部１９から冷却水を排出するためにその上端部近
傍に連通して冷却水排出口２１が形成されている。な
お、図３中、ｈは鋳型１３（又はモールドプレート１
７）の高さを示している。また、冷却水貯留部１９、冷
却水供給口２０及び冷却水排出口２１の代わりに、図４
に示すように、モールドプレート１７に上下又は左右に
折り返して冷却水を通すスリット溝１７ｃを形成しても
よい。

【００３７】また、モールドプレート１７の稼働面１７
ａには、図３に示すように、左右に折り返して光ファイ
バー収納用溝部１７ｂが形成され、該光ファイバー収納
用溝部１７ｂ内には１本の光ファイバー２２が収納され
ている。なお、光ファイバー収納用溝部１７ｂは、温度
測定効率を上げるために溶鋼やパウダーと接触しない部
位を除き、モールドプレート１７の稼働面１７ａの下端
から（３・ｈ／４）までの範囲に形成されている。ま
た、光ファイバー収納用溝部１７ｂの深さは、光ファイ
バー２２のヒートスポット指数を小さくするためにモー
ルドプレート１７の稼働面１７ａから深さ２０ｍｍまで
の範囲に形成されている。なお、光ファイバー２２は、
特に限定されるものではないが、コア径が５０μｍ、ク
ラッド径が１２５μｍ、保護用被覆材を含めた全径とし
ても２５０μｍと極めて細いものである。また、光ファ
イバー２２は、図４に示すように、モールドプレート１
７の稼働面１７ａにオーバーラップ（稼働面１７ａで交
差させることをいう）させて該モールドプレート１７の
下端（又は上端）と略平行に左右に折り返し状に布設し
てもよい。オーバーラップさせたことで、光ファイバー
２２を折り返す際に大きな曲率Ｒをとることができ、該
光ファイバー２２の折損等を防止することができる。ま
た、同様に、光ファイバー２２は、図５に示すように、
鋳型短片１３ａのモールドプレート１７の稼働面１７ａ
にオーバーラップさせて該モールドプレート１７の左端
（又は右端）と略平行に上下に折り返し状に布設しても
よい。更に、図６に示すように、鋳型短片１３ａの光フ
ァイバー２２を上下に折り返してもよい。なお、図４及
び図５に示すようにオーバーラップさせた光ファイバー
の布設状態をラップコイル状という。

【００３８】また、モールドプレート１７の光ファイバ
ー収納用溝部１７ｂの内、モールドプレート１７の下端
から（ｈ／２）までの範囲内のものは露出され、（ｈ／
２）から（３・ｈ／４）での範囲内のものは埋設されて
いる。この光ファイバー２２の埋設方法としては、特に
限定されるものではないが、例えば従来鋳型１３が減厚
した際に該鋳型１３の厚みを付与するために行われる電
子ビーム溶接法或いは電鋳メッキ法等が挙げられる。具
体的には、図７に示すように、光ファイバー収納用溝部
１７ｂと該光ファイバー収納用溝部１７ｂ内に収納され
た光ファイバー２２の間隙に、例えばエポキシ樹脂等に
アルミナ粉を混入させた、高い熱伝導率を有する充填材
２３を充填した後、これら光ファイバー２２や充填材２
３を覆って、光ファイバー収納用溝部１７ｂ内に電鋳メ
ッキ法で、やはり高い熱伝導率を有する銅の保護層２４
を積層し、さらにモールドプレート１７の稼働面１７ａ
の所定面に電鋳メッキ法でＮｉの保護層２５を積層し、
さらにＮｉの保護層２５の上面にやはり電鋳メッキ法で
Ｃｒの保護層２６を積層するものである。なお、図３
中、ｔで示される光ファイバー収納用溝部１７ｂ間の間
隔は、略同じ間隔にするのが好ましい。これにより、光
ファイバー２２に過大な負荷をかけて折損等させること
なく容易に取付けることができる。

【００３９】そして、光ファイバー２２の一端部には、
計測器２７が接続されている。この計測器２７は、図８
に示すように、後述する半導体レーザ２９及び平均化処
理装置３４にパルス信号を出力するパルス発振装置２８
と、パルス発振装置２８から出力されたパルス信号によ
って駆動され後述する光分波器３０にパルス光を出射す
る半導体レーザ２９と、半導体レーザ２９から出射され
たパルス光を透過させると共に、光ファイバー２２の所
定位置からの後方ラマン散乱光を後述する波長分離装置
３１に分波する光分波器３０と、光分波器３０で分波さ
れた光ファイバー２２からの後方ラマン散乱光をストー
クス光及び反ストークス光に分離する波長分離装置３１
と、波長分離装置３１で波長分離されたストークス光を
光電変換する第１光検出器３２と、波長分離装置３１で
波長分離された反ストークス光を光電変換する第２光検
出器３３と、パルス発振装置２８からのパルス信号や、
第１及び第２光検出器３２、３３で光電変換されたスト
ークス光及び反ストークス光の強度に基づいて、各パル
ス光に対する各々の遅延時間に対応した光強度を加算平
均する平均化処理装置３４と、平均化処理装置３４から
の出力データを元に温度分布を算出するデータ処理装置
３５とを有している。

【００４０】さらに、計測器２７にはディスプレイ（又
はＣＲＴという）３６が接続され、該計測器２７のデー
タ処理装置３５からの出力信号に応じて、鋳型内の温度
分布状態を表示するようになっている。一方、計測器２
７には鋳造速度制御器３７が接続され（図１参照）、計
測器２７のデータ処理装置３５からの出力信号に基づ
き、鋳型１３内の温度が予め任意に設定した設定温度範
囲を越えているか否かを判定し、例えば前記設定温度範
囲の上限値を越えた場合はピンチロール１６ａ〜１６
ｄ、１６ａ′〜１６ｄ′の速度を低減させるようになっ
ている。

【００４１】続いて、この連続鋳造機１０を用いた本発
明の一実施の形態に係る連続鋳造におけるブレークアウ
ト予知方法について説明する。まず、タンディッシュ１
１から浸漬ノズル１２を介して鋳型１３内に溶鋼１４が
注入される。ここで、鋳型１３内に注入された溶鋼１４
は、鋳型１３のモールドプレート１７を介し冷却水貯留
部１９内の冷却水で冷却される（以下鋳型１３内で冷却
することを１次冷却という）。そして鋳型１３内で１次
冷却されて凝固シェル１５ａが形成された鋳片１５は、
鋳型１３の下方に所定の曲率半径を持って二列並設さ
れ、図示しない駆動モータにより所定の回転駆動力を付
与されたピンチロール１６ａ〜１６ｄ、１６ａ′〜１６
ｄ′によって図１に矢視Ａで示す引き抜き方向に引き抜
かれる。

【００４２】そして、前述した連続鋳造機１０における
連続鋳造操業の間、計測器２７によって鋳型１３内の凝
固シェル１５ａの成長状態が監視されている。以下に、
計測器２７の動作について説明する。まず、パルス発振
装置２８から所定パルス間隔を持って出力されたパルス
信号によって半導体レーザ２９が駆動される。次に、半
導体レーザ２９は、パルス発振装置２８のパルス信号に
応じたパルス光を出射する。次に、半導体レーザ２９か
ら出射されたパルス光は、光分波器３０を介して光ファ
イバー２２内に入射される。次に、光ファイバー２２内
に入射されたパルス光は所定位置でラマン散乱を起こ
し、その内の後方ラマン散乱光が計測器２７に戻ってく
る。次に、計測器２７に戻ってきた後方ラマン散乱光は
光分波器３０にて光の波長に応じて波長分離装置３１の
方へ偏光される。次に、波長分離装置３１は後方ラマン
散乱光をストークス光及び反ストークス光に分離する。
次に、波長分離装置３１で分光されたストークス光及び
反ストークス光はそれぞれ第１及び第２光検出器３２、
３３で光電変換される。次に、平均化処理装置３４は、
第１及び第２光検出器３２、３３でそれぞれ光電変換さ
れたストークス光及び反ストークス光の強度を加算平均
する。すなわち、平均化処理装置３４は、光ファイバー
２２に入射されたパルス光に応じてその戻り時間を検出
しており、その戻り時間に基づき、前記（１）式にてラ
マン散乱を起こした位置を算出している。そして、同じ
部位で生じたラマン散乱光のストークス光及び反ストー
クス光の強度を加算平均している。次に、データ処理装
置３５は、平均化処理装置３４からの出力データ及び前
記（１）〜（３）式に基づいて鋳型１３内の温度分布状
態を算出する。次に、データ処理装置３５からの出力信
号によってディスプレイ３６に鋳型１３内の温度分布状
態が表示される。一方、鋳造速度制御器３７はデータ処
理装置３５からの出力信号に基づき、鋳型１３内の温度
が予め任意に設定した設定温度範囲を越えていないか判
定している。そして、図９（ｂ）中Ｂ部又は図９（ｃ）
中Ｃ部に示した温度異常部のように、鋳型１３内の温度
が予め任意に設定した設定温度範囲を越えていたとき
は、ピンチロール１６ａ〜１６ｄ、１６ａ′〜１６ｄ′
の速度を低減させる。

【００４３】ここで、本発明の一実施の形態に係る連続
鋳造におけるブレークアウト予知方法を適用して得られ
た連続鋳造操業時の鋳型内の温度分布状態を図９
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示した。ここで、連続鋳造
の条件としては、炭素含有率０．１０ｗｔ％の包晶反応
域を有し溶鋼の凝固収縮率の大きな鋼を、厚み２５０ｍ
ｍ、幅１６００ｍｍの鋳造サイズで、鋳造速度１．４ｍ
／分で連続鋳造した。なお、図中横軸は鋳型の稼働面
（又は鋳片）の幅方向を示し、図中縦軸は鋳型（又は鋳
片）の高さ方向及び温度を示している。

【００４４】正常鋳造時には、図９（ａ）に示すよう
に、鋳型の下端から略上端に渡って、等高位置の光ファ
イバーで検出された鋳型内の温度が略同じとなってお
り、凝固シェル１５ａが略均一な凝固速度（冷却速度）
で冷却されていることが確認された。なお、図９（ａ）
中温度分布状態を示す各信号線において左右両側部の温
度が低下しているが、これは鋳片の角部は鋳型による熱
放射が盛んなことにより過冷却されていることを示して
いる。また、図９（ａ）中各信号線は光ファイバーの埋
設位置をも示している。

【００４５】また、拘束性ＢＯを生じるときには、凝固
シェル１５ａに、図９（ｂ）中Ｂ部に示す高さ方向に広
範囲に渡った高温域の温度異常部が発生することが確認
された。すなわち、図９（ｂ）中下段から３列目より上
段で温度が定常状態（１７０〜１５０℃）より上昇する
傾向となり、最高５℃の上昇が検出された。そこで、鋳
造速度を１．４ｍ／分から１．１２ｍ／分まで２０％減
速して連続鋳造を継続しながら温度の上昇傾向（Ｖ型拡
がりの有無）を観察した結果、鋳型内で温度異常分布の
終息傾向を確認できたので、この温度の上昇をブリード
と判定した。また、鋳片引き抜き後、このブリードの発
生位置に相当する鋳片の部位を切断したところ、ブリー
ドを確認することができた。

【００４６】また、前述したブリードと同様な傾向の温
度の上昇傾向が発生したが、Ｖ型の拡がりが１５０ｍｍ
より大きいものが発生したために、鋳造速度を１．４ｍ
／分から０．５ｍ／分まで約６４％減速し、鋳型内で保
持して凝固シェルの凝固を促進させると共に、引続き、
鋳型内の温度の上昇傾向及びＶ型拡がりを観察した結
果、ＢＯと判定した。また、鋳片引き抜き後、このＢＯ
の発生位置に相当する鋳片の部位を切断したところ、こ
の判別と同様にＢＯの発生する要因である鋳型に凝固シ
ェルが固着して引きちぎられた跡が確認された。この結
果、ＢＯの確実な判別ができることが確認された。

【００４７】さらに、パウダー等の異物を巻き込んでい
るときには、鋳片１５（又は凝固シェル１５ａ）に、図
９（ｃ）中Ｃ部に示す小域でかつ低温域の温度異常部が
発生することが確認された。すなわち、図９（ｃ）中下
段から３列目より上段で温度が定常状態（１７０〜１５
０℃）より下降する傾向となり、最高７℃の温度低下が
検出された。そこで、鋳造速度を１．４ｍ／分から１．
１２ｍ／分まで２０％減速して連続鋳造を継続しながら
温度の低下傾向の解消を図ると共に、スラグベアのかみ
こみ、パウダー流れ込み不良による空隙（又はエアーギ
ャップという）の形成のいずれかの現象に起因した割れ
発生と判定した。また、鋳片引き抜き後、この前記スラ
グベアのかみこみやパウダー流れ込み等の発生位置に相
当する鋳片の部位を切断したところ、この判別と同様に
ＢＯの発生する要因であるスラグベアのかみこみ又はパ
ウダー流れ込みが確認された。この結果、ＢＯの確実な
判別ができることが確認された。

【００４８】以上のように、光ファイバーを用いて鋳型
の稼働面側の温度測定を行えば、光ファイバーに沿って
連続的な温度計測を行うことができるため、鋳型の表面
温度を高密度で計測することができ、この高密度２次元
温度分布に基づいて、鋳型内の温度分布算出を行うこと
により、従来に比べ、より高精度の鋳型内の温度測定を
行うことができる。

【００４９】以上、本発明の一実施の形態を説明した
が、本発明はこの実施の形態に限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用
範囲である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る連続鋳造における
ブレークアウト予知方法を適用した連続鋳造機の概略構
成図である。

【図２】同連続鋳造機の連続鋳造用鋳型の概略構成図で
ある。

【図３】同連続鋳造機の連続鋳造用鋳型の鋳型長辺の斜
視図である。

【図４】同連続鋳造機の他の連続鋳造用鋳型の鋳型長辺
の斜視図である。

【図５】同連続鋳造機の連続鋳造用鋳型の鋳型短辺の拡
大斜視図である。

【図６】同連続鋳造機の他の連続鋳造用鋳型の鋳型短辺
の拡大斜視図である。

【図７】同連続鋳造機の連続鋳造用鋳型の要部拡大断面
図である。

【図８】同連続鋳造機の計測器のブロック回路図であ
る。

【図９】（ａ）ディスプレイに表示された正常鋳造時の
鋳型内温度分布図である。 （ｂ）ディスプレイに表示されたブレークアウト発生時
の鋳型内温度分布図である。 （ｃ）ディスプレイに表示されたパウダー巻き込み時の
鋳型内温度分布図である。

【図１０】鋳型の稼働面からの距離とヒートスポット指
数の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０：連続鋳造機、１１：タンディッシュ、１２：浸漬
ノズル、１３：鋳型、１３ａ：鋳型短辺、１３ａ′：鋳
型短辺、１３ｂ：鋳型短辺、１３ｃ：鋳型長辺、１３
ｃ′：鋳型長辺、１３ｄ：鋳型長辺、１４：溶鋼、１
５：鋳片、１５ａ：凝固シェル、１６ａ：ピンチロー
ル、１６ｂ：ピンチロール、１６ｃ：ピンチロール、１
６ｄ：ピンチロール、１６ａ′：ピンチロール、１６
ｂ′：ピンチロール、１６ｃ′：ピンチロール、１６
ｄ′：ピンチロール、１７：モールドプレート、１７
ａ：稼働面、１７ｂ：光ファイバー収納用溝部、１７
ｃ：スリット溝、１８：バックプレート、１９：冷却水
貯留部、２０：冷却水供給口、２１：冷却水排出口、２
２：光ファイバー、２３：充填材、２４：保護層、２
５：保護層、２６：保護層、２７：計測器、２８：パル
ス発振装置、２９：半導体レーザ、３０：光分波器、３
１：波長分離装置、３２：第１光検出器、３３：第２光
検出器、３４：平均化処理装置、３５：データ処理装
置、３６：ディスプレイ、３７：鋳造速度制御器

フロントページの続き (72)発明者 山本 孝則 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (72)発明者 鈴木 規之 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (72)発明者 山田 義博 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平６−277814（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−351254（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−294685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−131625（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−148064（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−119963（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−203260（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−256250（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−99761（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−138059（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−219456（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−12555（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/16 104 B22D 11/16 G01J 5/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造用鋳型の稼働面側に埋設又は露
   出して取付けられた光ファイバーにパルス光を入射し、
   該光ファイバーの所定位置で発生した後方ラマン散乱光
   を検出し、そのストークス光と反ストークス光の強度比
   及びその戻り時間に基づいて前記連続鋳造用鋳型の所定
   位置の温度を検出する連続鋳造におけるブレークアウト
   予知方法であって、 前記光ファイバーを前記連続鋳造用鋳型の稼働面から深
   さ２０ｍｍまでの範囲に取付け、更に、前記連続鋳造用
   鋳型の高さをｈとしたとき、前記光ファイバーを前記連
   続鋳造用鋳型の下端から（３・ｈ／４）までの範囲に取
   付けていることを特徴とする連続鋳造におけるブレーク
   アウト予知方法。
2. 【請求項２】 前記連続鋳造用鋳型の下端から（ｈ／
   ２）までの範囲に取付けられた前記光ファイバーを露出
   し、前記連続鋳造用鋳型の下端の（ｈ／２）から（３・
   ｈ／４）の範囲に取付けられた前記光ファイバーを埋設
   している請求項１記載の連続鋳造におけるブレークアウ
   ト予知方法。
3. 【請求項３】 前記光ファイバーをラップコイル状に取
   付けている請求項１及び２のいずれか１項に記載の連続
   鋳造におけるブレークアウト予知方法。