JP5098528B2 - 連続鋳造鋳片の欠陥検出方法及び連続鋳造鋳片の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造鋳片の表面欠陥をオンラインで検出する検出方法、並びに、この検出方法を用いて鋳片表面の欠陥を検出し、その検出結果に基づいて鋳片の運用を定める鋳片の処理方法に関するものである。

鋼の連続鋳造においては、鋳片の表面に、縦割れ、横割れ、コーナーカギ割れなどさまざまな欠陥が発生することがある。このような欠陥は、連続鋳造用鋳型内でのモールドパウダーの流入不均一などによる鋳型内での凝固の不均一に起因するもの、二次冷却帯におけるスプレー冷却の不均一に起因するもの、二次冷却帯ガイドロールのロールアラインメントの不整に起因するものなど、種々の要因によって発生することが知られている。

根源的には、このような表面欠陥発生の原因を取り除くことが重要ではあるが、予測し得ない原因によって不測に欠陥が発生してしまった鋳片を、他の健全な鋳片と区別して適切な処理を施すことも、実操業においては大切なことである。

即ち、熱間圧延工程（熱間圧延工程加熱炉での加熱、粗圧延、仕上げ圧延、スケールブレーカーなどを含む）において除去不可能な鋳片の表面欠陥については、その表面欠陥を有する鋳片を弁別して冷却するなどしてからスカーフィングやグラインダー研削などによって手入れした後に熱間圧延に供しなければならない。一方、表面欠陥がないか、熱間圧延工程で除去しうる程度の軽度の表面欠陥しかない鋳片は、熱片のまま熱間圧延工程に供することができる。

もし、前者の鋳片が後者の処理をする鋳片の群に混入すると、熱間圧延後の鋼材において欠陥が発生し、製品歩留まりが低下するとともに、その後の工程に攪乱をもたらす。一方、後者の鋳片が前者の処理をする鋳片に混入すると、手入れ不要の鋳片まで冷片にしてしまうので、当然のことながら鋳片を加熱炉にて加熱するためのエネルギーが余分に必要になる。

従って、鋳造中ないし鋳造直後の鋳片の表面欠陥を直接的に検出することが望まれる。この段階での鋳片は赤熱しており、その表面における欠陥有無を直接的に検出することは困難である。そこで、鋳片の欠陥に結びつく要因であって、直接的に定量可能な要因を測定することによって、鋳片の表面欠陥の発生を間接的に検出（実際には予測）する方法が幾つか提案されている。

例えば特許文献１及び特許文献２には、連続鋳造用鋳型での幅方向の温度或いは熱流速を経時的に監視して、その経時変化に基づいて鋳片の表面欠陥を予知する欠陥検出方法が提案されている。しかし、これらの従来技術では鋳型内での冷却の不均一などに起因して発生する表面欠陥の予知は可能であっても、それ以外の要因、つまり、二次冷却帯でのスプレー冷却の不均一、ガイドロールのミスアラインメント、鋳片のバルジングなどに起因して発生する表面欠陥を予測することはできない。このため、これらの従来技術によっても、連続鋳造用鋳型以降で発生した欠陥を有する鋳片が熱片装入すべき鋳片の群にまぎれることは、回避できないことであった。
特開平３−６０８５２号公報 特開２００３−１０９５０号公報

上記のように、従来の技術は、連続鋳造用鋳型内で発生する鋳片表面欠陥の予知を可能とするものであったが、鋳型以降の二次冷却帯で発生する表面欠陥の検出には全く無力であるという重要な問題を残していた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鋼の連続鋳造時に鋳型内で発生する鋳片表面の欠陥のみならず、鋳型以降の二次冷却帯で発生する鋳片表面の欠陥をも、鋳造中ないし鋳造直後の熱間状態の鋳片で検出することが可能な欠陥検出方法を提供することとともに、この欠陥検出方法を用いて鋳片の表面欠陥を検出し、その検出結果に基づいて鋳片の運用を定める鋳片の処理方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造鋳片の欠陥検出方法は、連続鋳造された鋳片の表面の熱画像を撮影し、該熱画像における温度プロファイルに基づき、過去の熱画像における温度プロファイルと鋳片表面の欠陥との対応関係を参照して鋳片表面の欠陥を検出することを特徴とするものである。

第２の発明に係る連続鋳造鋳片の処理方法は、第１の発明に記載の連続鋳造鋳片の欠陥検出方法によって欠陥が検出された鋳片は冷却または放冷して冷片とした後に、検査及び／または表面手入れして熱間圧延工程に供し、欠陥が検出されなかった鋳片は熱片のまま熱間圧延工程に供することを特徴とするものである。

本発明によれば、連続鋳造された鋳片表面の熱画像を撮影し、該熱画像における温度プロファイルに基づいて鋳片表面の欠陥を検出するので、連続鋳造時に発生する鋳片の表面欠陥を、鋳型内における凝固時に発生する欠陥に限定することなく、二次冷却帯において発生する欠陥であっても、何れも漏れなく検出できる。その結果、本来表面の手入れを必要とする鋳片がそのまま熱間圧延工程に供給されて、熱間圧延鋼材以降の製品において不良品となったり、また、手入れの必要のない鋳片が検査のために冷却されて冷片とされ、その後の熱間圧延工程前の鋳片の加熱に余分な熱エネルギーを必要としたり、処理時間が余分にかかることにより納期遅れが発生したりするといった問題を、防止することが可能となる。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明では、連続鋳造された鋳片の表面の熱画像を撮影し、この熱画像における温度プロファイルを把握する。そして、把握した温度プロファイルから鋳片表面の欠陥の有無を判定する。鋳片の表面欠陥は、連続鋳造用鋳型内のみならず、鋳型以降の二次冷却帯においても発生するので、鋳片表面の熱画像を測定する位置は、連続鋳造時に発生する鋳片表面欠陥を漏れなく検出するために、できるだけ連続鋳造機の出側に近いか、連続鋳造機の出側以降とすることが好ましい。この観点から、連続鋳造機出側の鋳片支持ロールの最終ロールと鋳片を切断するためのトーチカッターとの間で測定するか、トーチカッター後において撮像することが好ましい。

図１に、本発明の実施形態例を示す図であって、スラブ連続鋳造設備において、鋳片支持ロールの最終ロールとトーチカッターとの間で鋳片表面の熱画像を撮影する場合の概略図を示す。

図１において、符号１はスラブ連続鋳造機、２はタンディッシュ、３は流量調整用のスライディングノズル、４は浸漬ノズル、５は鋳型、６は、サポートロール、ガイドロール及びピンチロールからなる複数対の鋳片支持ロール、７は、鋳造された鋳片を搬送するための複数の搬送ロール、８は、鋳造される鋳片から所定の長さのスラブを切断するためのトーチカッター、１３は、鋳造された鋳片の長さを測定するためのメジャーロール、１４は、鋳片表面の熱画像を撮影するための熱画像撮影装置、１５は、熱画像撮影装置から送られてくるデータを記憶するためのデータ記録装置、１６はスラブ連続鋳造機のプロセスコンピューターである。

図１において、タンディッシュ２から浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入された溶鋼９は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１１を形成し、内部に未凝固相１２を有する鋳片１０として、鋳型５の下方に設けた鋳片支持６に支持されつつ、鋳片支持６のうちのピンチロールの駆動力により鋳型５の下方に連続的に引抜かれる。鋳片１０は、鋳片支持ロール６を通過する間、二次冷却帯の二次冷却水で冷却され、やがて内部までの凝固を完了する。凝固完了した鋳片１０は、トーチカッター８によって切断されてスラブ１０ａとなる。尚、鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール６の間隙には、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（図示せず）が配置された二次冷却帯が構成され、二次冷却帯のスプレーノズルから噴霧される冷却水（二次冷却水）によって鋳片１０は引抜かれながら冷却されるようになっている。

鋳造された鋳片１０の上面及び下面の熱画像が、鋳片支持ロール６の最終ロールとトーチカッター８との間に設置された熱画像撮影装置１４によって撮影される。尚、本実施形態例では、鋳片１０の上面及び下面の双方の熱画像を撮影しているが、噴霧した二次冷却水が溜りやすいなどの理由から、二次冷却が不均一になりやすい鋳片１０の上面側の方が一般的に表面欠陥が多いので、鋳片１０の上面側のみの熱画像を撮影するようにしても構わない。

熱画像撮影装置１４は、撮像した熱画像をデジタルデータに変換し、鋳片１０の温度プロファイルとして把握する。この熱画像撮影装置１４としては、市販のサーモビュアーでも十分に適用可能であるが、赤熱状態にある鋳片１０の表面を撮像するので、鋳片１０の輻射熱によってサーモビュアーが損傷を受けないようにするために、遮熱板を設けたり、冷却ボックス内に設置したりするなどの輻射熱対策を講じることが必要である。

鋳片１０の上面の熱画像を撮影するための熱画像撮影装置１４の設置位置は、鋳片１０の上方或いは斜め横上方から鋳片１０の熱画像が撮影できる位置とする。同様に、鋳片１０の下面の熱画像を撮影するための熱画像撮影装置１４の設置位置は、鋳片１０の下方或いは斜め横下方から鋳片１０の熱画像が撮影できる位置とする。本実施の形態例では、図２に示すように、鋳片１０の払い出し方向に対して斜め横上方から鋳片１０の表面を捕らえることができるように熱画像撮影装置１４を設置している。ここで、図２は、鋳片１０の上面の熱画像を撮影するための熱画像撮影装置１４と、鋳片１０との位置関係を示す概略図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は立面図である。図中の符号６Ａは、複数対の鋳片支持ロール６からなるロールセグメントである。尚、鋳片１０の下面の熱画像を撮影するための熱画像撮影装置１４も、図２と同様に、鋳片１０の払い出し方向に対して斜め横下方から鋳片１０の表面を捕らえることができるように設置している。

熱画像撮影装置１４による撮像は、一定の時間間隔、または鋳片１０が一定長さ移動する毎に行なうことによって、鋳造中継続して鋳片１０の熱画像を撮像する。熱画像のデータはデジタル変換され、鋳片表面の温度プロファイルとしてデータ記録装置１５に取り込まれる。鋳片１０の移動距離は、別途メジャーロール１３によって測定されて、プロセスコンピューター１６に取り込まれているので、そのデータをプロセスコンピューター１６から参照することにより、得られた温度プロファイルが鋳込み長さのどの位置に相当するものか、またトーチカッター８で切断後のどのスラブ１０ａの温度プロファイルに相当するかを知ることができる。また、これらのデータをプロセスコンピューター１６に入力することができる。

本発明を実施する際には、先ず、このようにして鋳片１０の鋳造直後の温度プロファイルを記録し、温度プロファイルを記録した各鋳片を冷却して表面検査して、その欠陥発生状況を把握する。記録された温度プロファイルとこの欠陥発生状況とを照らし合わせることによって、欠陥発生時に特有の温度プロファイルを抽出し、そのデータをデータ記録装置１５に記録し蓄積する。

この場合、温度プロファイルのどの部分に着目して欠陥情報と対応付けるかは、鋼種や各連続鋳造機によって異なるが、本発明者らが多数の予備実験を通じて得たところによると、概して、鋳片表面の最高温度部と最低温度部との温度差が大きい場合（これは、取りも直さず、鋳片表面状態の不均一さが大きいことを意味している）に、表面欠陥が発生する傾向の強いことが分っている。但し、鋼種によって欠陥発生に結びつく鋳片表面の温度差が異なるので、実験的に閾値を定める必要がある。

本発明では、このようにして予め求めておいた鋳片表面温度プロファイルと鋳片の表面欠陥との対応関係を参照して、現在鋳造中の鋳片１０の表面欠陥の有無を間接的に検出する。そして、このようにして欠陥の発生が検出された鋳片１０と、そうでない健全な鋳片１０とを弁別して、それぞれに適切な処理を施す。即ち、欠陥の発生が検出されたスラブ１０ａは、強制的に冷却する或いは放冷して冷片としたのちに検査及び／または表面手入れし、その後に熱間圧延工程に供し、一方、欠陥の発生が検出されなかったスラブ１０ａは熱片のまま熱間圧延工程に供する。

このように、本発明によれば、連続鋳造された鋳片表面の熱画像を撮影し、該熱画像における温度プロファイルに基づいて鋳片表面の欠陥を検出するので、連続鋳造時に発生する鋳片１０の表面欠陥を、鋳型内における凝固時に発生する欠陥に限定することなく、二次冷却帯において発生する欠陥であっても、何れも漏れなく検出することができる。その結果、本来表面の手入れを必要とするスラブ１０ａがそのまま熱間圧延工程に供給されて、熱間圧延鋼材以降の製品において不良品となったり、また、手入れの必要のないスラブ１０ａが検査のために冷却されて冷片とされ、その後の熱間圧延工程前のスラブ１０ａの加熱に余分な熱エネルギーを必要としたり、処理時間が余分にかかることにより納期遅れが発生したりするといった問題を、防止することが可能となる。

上記説明は、スラブ連続鋳造機１について行ったが、本発明が対象とする連続鋳造設備はスラブ連続鋳造機１に限るものでなく、ブルーム連続鋳造機またはビレット連続鋳造機の何れであっても本発明を適用することができる。但し、鋳造後の鋳片を圧延した際にその表面の品質要求が厳しい鋼板の素材となるスラブを製造するスラブ連続鋳造機に適用することが、効果がより大きくなり、好ましい。また、連続鋳造機の型式には、鋳片の引き抜き方向の違いにより、垂直型連続鋳造機、垂直曲げ型連続鋳造機、全湾曲型連続鋳造機及び水平連続鋳造機などの型式があるが、その何れであっても本発明を適用することができる。更には、鋳型内或いは二次冷却帯に存在する鋳片１０の未凝固相１２の流動を制御する電磁撹拌装置、電磁ブレーキ装置、更には中心偏析や内部割れ防止のために凝固末期の鋳片１０をロールによって軽圧下する軽圧下装置などを装着していても、何ら問題なく本発明を適用することができる。

垂直曲げ型スラブ連続鋳造設備を用いて、炭素含有量が０．１０〜０．２０質量％の中炭素普通鋼の鋳片（厚み：２６０ｍｍ、幅：１５９４ｍｍ、鋳造速度：０．８５ｍ／ｍｉｎ）を鋳造し、その際に、図１及び図２に示すように、連続鋳造機の出側の鋳片支持ロールの最終ロールとトーチカッターとの間で、サーモビュアーにて鋳片上面の鋳込みの全長にわたって鋳片表面温度プロファイルを測定した。用いたサーモビュアーの分解能は３０ｍｍで、測定できる温度範囲は２００〜１０００℃であった。

まず、スラブ一枚単位（即ち、トーチカットされてそれぞれのスラブとなる部分に対応する位置）における表面温度の平均値と、そのスラブを冷却した後の目視検査によって得られた欠陥（中炭素鋼特有のコーナー割れ）の有無とを比較した結果、サーモビュアーによるスラブ表面温度が７７０℃を超え７９０℃以下の範囲では欠陥が発生する場合があったが、それより高い温度範囲でも、また低い温度範囲でも欠陥発生率は０％であった。

そこで、サーモビュアーによるスラブ表面の平均温度が７７０℃を超え７９０℃以下の範囲であったスラブについて、最高温度と最低温度との差と、スラブでの欠陥発生の有無との関係を調査したところ、その温度差が１００℃を超えたスラブでは全ての場合において欠陥が発生していたのに対して、温度差が１００℃以下のスラブでは、欠陥は全く発生していないことが確認できた。

この予備調査の結果に基づき、炭素含有量が０．１０〜０．２０質量％の中炭素普通鋼のスラブ（厚み：２６０ｍｍ、幅：１５９４ｍｍ、鋳造速度：０．８５ｍ／ｍｉｎ）の鋳造の際に、上記サーモビュアーによるスラブ表面の平均温度が７７０℃を超え７９０℃以下の範囲であって、且つ最高温度と最低温度との差が１００℃を超えるスラブを要監視スラブと判定することとして、これに該当するスラブは冷片まで冷却し、検査及び表面手入れした後に熱間圧延工程に供した。一方、前記条件を外れるスラブは熱片のまま、熱間圧延工程の加熱炉に装入して熱間圧延に供した。その結果、熱間圧延後の鋼板において、スラブの表面欠陥に起因する鋼板表面の欠陥発生は皆無であった。

本発明の実施形態例を示す図であって、鋳片支持ロールの最終ロールとトーチカッターとの間で鋳片表面の熱画像を撮影する場合の概略図である。 本発明の実施形態例を示す図であって、鋳片上面の熱画像を撮影するための熱画像撮影装置と、鋳片との位置関係を示す概略図である。

符号の説明

１ スラブ連続鋳造機
２ タンディッシュ
３ スライディングノズル
４ 浸漬ノズル
５ 鋳型
６ 鋳片支持ロール
６Ａ ロールセグメント
７ 搬送ロール
８ トーチカッター
９ 溶鋼
１０ 鋳片
１０ａ スラブ
１１ 凝固シェル
１２ 未凝固相
１３ メジャーロール
１４ 熱画像撮影装置
１５ データ記録装置
１６ プロセスコンピューター

Claims (4)

1. 連続鋳造された鋳片の表面の熱画像を、連続鋳造機出側の鋳片支持ロールの最終ロールと鋳片を切断するためのトーチカッターとの間、または、トーチカッター後に撮影し、該熱画像における切断後の鋳片一枚単位毎の温度プロファイルに基づき、予め鋼種別に求めた過去の熱画像における温度プロファイルと鋳片表面の欠陥との対応関係を参照して、切断後の鋳片一枚単位毎の表面欠陥を検出することを特徴とする、連続鋳造鋳片の欠陥検出方法。
2. 前記過去の熱画像における温度プロファイルと鋳片表面の欠陥との対応関係は、鋳片表面温度の平均値を用いて鋳片表面の割れの有無を判定するものであることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造鋳片の欠陥検出方法。
3. 前記過去の熱画像における温度プロファイルと鋳片表面の欠陥との対応関係は、鋳片表面温度の最高温度と最低温度との差を用いて鋳片表面の割れの有無を判定するものであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の連続鋳造鋳片の欠陥検出方法。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の連続鋳造鋳片の欠陥検出方法によって欠陥が検出された鋳片は冷却または放冷して冷片とした後に、検査及び／または表面手入れして熱間圧延工程に供し、欠陥が検出されなかった鋳片は熱片のまま熱間圧延工程に供することを特徴とする、連続鋳造鋳片の処理方法。

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