JP5154997B2 - 連続鋳造におけるブレークアウト予知方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造用の鋳型内側で鋳片シェルに破断が発生したことを検出する連続鋳造におけるブレークアウト予知方法に関する。

連続鋳造設備において、ブレークアウト事故が発生した場合は、長時間、操業を停止して、未切断の鋳片の搬出や溶鋼が付着したロール等の交換を行わざるを得なくなる。このため、連続鋳造設備ではブレークアウトを予知し、事前にそれを防止することが重要であるが、ブレークアウトを早期に精度良く予知することは難しい。連続鋳造設備ではブレークアウトが発生すると予知された場合、鋳片の引抜速度を十分に下げるか、鋳片の引抜を一時停止する操業が一般的に実施される。このため、連続鋳造操業中にブレークアウトが発生するという誤警報が頻繁に発せられた場合には、相当量の減産が生じる結果になる。

なお、鋼の連続鋳造操業においては、拘束性ブレークアウトが発生することが多い。拘束性ブレークアウトは、モールドパウダーの流入状態の変化や湯面レベルの急激な変化などに起因して溶鋼が鋳型内面に固着し、そのまま鋳片が引き抜かれると、凝固シェルに内面から外面に続く破断部が生じると共に、鋳片の引き抜きに従って破断部が成長し、その破断部が鋳型下端より出たとこで溶鋼が漏出することによって生じる。

このような拘束性ブレークアウトを予知する技術が各種提案されている（例えば、特許文献１〜３）。ここで、特許文献１に記載のブレークアウト予知方法は、鋳片引き抜き方向に沿った複数箇所で鋳型の内部温度をそれぞれ測定し、測定値間の差にしきい値を超える変化が生じたとき、ブレークアウトの発生を予知するものである。このとき、測定値間の差の過去複数回分の標準偏差を算出し、これらの標準偏差の算出結果に基づき前記しきい値を更新することで、操業条件等の変化に伴う予知精度のばらつきを低減する。

また特許文献２に記載のブレークアウト予知方法は、１つの鋳型壁面において上部熱電対で温度異状が検出されてから、所定時間経過後、下部熱電対で温度の偏差及び並びに変化率が上部熱電対と同等若しくは類似する温度異常が検出されたときに、鋳型内面への焼付けが発生したものと判断するものである。
また特許文献３に記載の連続鋳造型における鋳造鋼の破断検出方法は、鋳型の内部温度を上段部及び下段部でそれぞれ測定し、下段側の測定温度が上段側の測定温度以上で、かつ所定の温度差以上にあると共に、下段側の測定温度の上昇率及び変化量が所定値（閾値）以上にある時点をもって、鋳型における鋳片破断を検出するものである。

上記特許文献１〜３に記載されたブレークアウト予知方法では、基本的には何れも、連続鋳造鋳型の内部温度を、湯面（メニスカス）下における上段側測定点及び下段側測定点でそれぞれ時系列的に測定し、任意の時期に上段側測定点における鋳型の内部温度に異常変化が見られた後、下段側測定点でも内部温度の異常変化が検出されたことをもって、鋳型内側での鋳片の凝固シェルの破断、溶鋼の鋳型への焼付き等のブレークアウトの兆候を検出する。
特開平０３−１８０２６１号公報 特開昭６０−６１１５１号公報 特開昭６１−４６３６２号公報

しかしながら、近年、連続鋳造機の操業では、生産性の向上を目的として鋳片の引抜速度が高速化する傾向がある。このような高速化された操業条件下では、鋳片シェルの破断部が下段側測定点に到達した時点をもって、ブレークアウトの予兆を検出し、この検出後に引抜速度を低下又は停止させたのでは、モールド冷却（一次冷却）により破断部にシェルを再凝固させる時間が不足し、ブレークアウトを完全に防止できなくなるおそれもある。従って、特許文献１〜３に記載されたような方法よりも早いタイミングで、ブレークアウトの予兆を検出する方法の開発が望まれている。

また、特許文献１〜３に記載されたような方法では、鋳型の内部温度の異常変化を検出することが必要になる。このよう温度変化（単位時間当りの変化率）は、一般的には下記（１）式に基づいて算出される。
ｄＴ／ｄｔ＝（Ｔ_n−Ｔ_n-1）／Δｔ・・・（１）
（１）式において、ｄＴ／ｄｔは温度の単位時間当たりの変化率、Ｔ_nはｎ回目のサンプリング温度、Δｔは内部温度のサンプリング周期である。

従って、温度変化によりブレークアウトの予兆を検出するには、温度の異常変化に対する検出時間（時間長ｄｔ）及び、温度の変化率（＝ｄＴ／ｄｔ）をそれぞれパラメータとして適正に設定する必要がある。
また、鋳型の内部温度については、ブレークアウトの予兆（シェル破断、焼付き等）以外の要因で上昇する場合があるので、ブレークアウトを精度良く予知するためには、鋳型の内部温度の上昇率及び下降率について上記パラメータを設定する必要があるため、少なくとも４個のパラメータを適正値に設定する必要がある。

更に、特許文献１〜３に記載されたように、鋳型の内部温度の異常変化を上段側測定点及び下段側測定点の２位置でそれぞれ検出する必要がある場合には、２個の測定点で合計８個のパラメータが必要になる。このようなパラメータは、引抜速度等の操業条件及び鋳型構造等の設備条件の変化に応じて新たに設定し、又は補正する必要がある。
このため、特許文献１〜３のような方法で、ブレークアウトを予知しようとした場合には、多数のパラメータを常にメンテナンスする必要があり、その負荷が多大なものになる。また全てのパラメータを適正に設定しておかなければ、凝固シェルの破断等のブレークアウトの予兆を十分な精度で検出できないという問題も生じる。

本発明の目的は、上記事実を考慮し、ブレークアウトの予兆として鋳型内側で凝固シェルに破断部が発生したことを早期に精度良く検出でき、かつ、そのためのパラメータ設定を簡略化できる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にある。

本発明の請求項１に係る連続鋳造におけるブレークアウト予知方法は、連続鋳造用の鋳型の内部温度を、湯面下における鋳片引抜方向に沿った上段側測定点及び下段側測定点でそれぞれ時系列的に測定しつつ、任意の時期ｔ₀における上段側測定点における前記内部温度をＴＵ₀、下段側測定点における前記内部温度をＴＤ₀とし、ＴＵ₀−ＴＤ₀＝ΔＴ₀を算出した後に、時期ｔ₀から所定の演算周期経過後の時期ｔ₁における、上段側測定点における鋳型内部温度をＴＵ₁、下段側測定点における鋳型内部温度をＴＤ₁とし、ＴＵ₁−ＴＤ₁＝ΔＴ₁を算出して、ΔＴ₁とΔＴ₀との温度比ＲをΔＴ ₁ ／ΔＴ ₀ により算出し、前記温度比Ｒが１．０未満で、かつ０．０を超える範囲から選択された閾値以下になったときに、鋳型内側における鋳片破断の発生を検出することを特徴とする。

また、請求項２に係る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、前記閾値を、１．０未満で、かつ０．８を超える範囲から選択された値に設定することを特徴とする。

また、請求項３に係る連続鋳造におけるブレークアウト予知方法は、請求項１又は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、前記温度比Ｒを、凝固シェルの前記下段側測定点から前記鋳型の下端部までの移動に対応するトラッキングデータとして画像表示手段により表示し、凝固シェルにおける前記温度比Ｒが前記閾値以下となった部位の鋳型内位置を視認可能としたことを特徴とする。

上記した本発明に係る連続鋳造におけるブレークアウト予知方法によれば、ブレークアウトの予兆として鋳型内側で凝固シェルに破断部が発生したことを早期に精度良く検出でき、かつ、そのためのパラメータ設定を簡略化できる。

以下、本発明の実施形態に係る連続鋳造におけるブレークアウト予知方法及び、このブレークアウト予知方法が適用される連続鋳造設備の一例について図面を参照して説明する。
（連続鋳造設備の構成）
図１には、本発明の実施形態に係る連続鋳造設備の構成が模式的に示され、図２には、図１に示される連続鋳造設備における鋳型の分解斜視図が模式的に示されている。
図１に示されるように、連続鋳造設備１０には、上下方向へ貫通する略角筒状に形成された鋳型１２が設けられている。鋳型１２は、図２に示される４枚の冷却プレート１４、１６が組み合わされて構成されている。これらの冷却プレート１４、１６の内部には、その内壁面に沿って冷却水路１８（図１参照）が形成されており、冷却プレート１４、１６が鋳型１２として組み立てられた状態では、各冷却プレート１４、１６の冷却水路１８には冷却水が流通する。

冷却プレート１４、１６の内部には、それぞれ複数個の熱電対２０、２２が配置されており、各熱電対２０、２２は、図１に示されるように、冷却プレート１４、１６における冷却水路１８に対して鋳型１２の内壁面側に埋設された状態で配置されている。
図２に示されるように、短辺側の冷却プレート１４には４個の熱電対２０、２２が配置されており、これらのうち、２個の熱電対２０は鋳片４２の引抜方向（矢印Ｐ方向）に沿って上段側に配置され、残り２個の熱電対２２は、上段側の熱電対２０に対して下段側に配置されている。ここで、1個の熱電対２０の下方には、鋳片４２の短辺方向Ｓに沿って同一位置に対応する1個の熱電対２２が配置されており、これら上下１個ずつ熱電対２０、２２は、後述するように、データ処理上、互いに対応する一組の熱電対２０、２２として扱われる。

また長辺側の冷却プレート１６には、合計２２個の熱電対２０、２２が配置されており、これらのうち、１１個の熱電対２０は鋳片４２の引抜方向Ｐに沿って上段側に配置され、残り１１個の熱電対２２は、上段側の熱電対２０に対して下段側に配置されている。ここでも、何れか１個の熱電対２０の下方には、鋳片４２の長辺方向Ｌに沿って同一位置に対応する1個の熱電対２２が配置されており、これら上下１個ずつ熱電対２０、２２も、データ処理上、互いに対応する一組の熱電対２０、２２として扱われる。

なお、本実施形態に係る短辺側の冷却プレート１４には、短辺方向Ｓに沿って上段側及び下段側にそれぞれ２個ずつの熱電対２０、２２が配置され、長辺側の冷却プレート１６には、長辺方向Ｌに沿って上段側及び下段側にそれぞれ１１個ずつの熱電対２０、２２が配置されていたが、これらの冷却プレート１４、１６に配置される熱電対２０、２２の個数は、短辺方向Ｓ及び長辺方向Ｌに沿った冷却プレート１４、１６の寸法等に応じて、互いに隣接する熱電対２０、２２間のピッチが適正なものとなるように適宜増減される。

図１に示されるように、連続鋳造設備１０には、鋳型１２の上方にタンディシュ２４が配置されている。タンディシュ２４は、耐火物により内張りが形成された有底状の容器であり、その底板部には注湯孔２６が設けられると共に、この注湯孔２６からの溶鋼の吐出量を制御するためのスライディングノズル機構２８が配置されている。スライディングノズル機構２８は、注湯孔２６に連通したノズル（図示省略）を備えており、このノズル開度を後述するシーケンサ３４からの制御信号に従って調整する。スライディングノズル機構２８のノズルには、略円筒状の浸漬ノズル３０が接続されており、この浸漬ノズル３０は、その先端側（下端側）が鋳型１２内に挿入されている。

連続鋳造設備１０では、レードル（図示省略）からタンディシュ２４に溶鋼Ｍが供給されると共に、注湯孔２６、スライディングノズル機構２８及び浸漬ノズル３０を通してタンディシュ２４から鋳型１２内に溶鋼Ｍが供給される。このとき、スライディングノズル機構２８は、そのノズル開度が適宜調整されることにより、タンディシュ２４から鋳型１２への溶鋼の供給速度（供給量／単位時間）を制御する。この供給速度は、鋳片４２の引抜速度に対応するものとなるように制御される。また浸漬ノズル３０は、その下端部が鋳型１２の内側で溶鋼Ｍ中に浸漬された状態とされる。

図１に示されるように、連続鋳造設備１０には、鋳型１２の内側であって、溶鋼Ｍの湯面（メニスカス）よりも上側に渦流センサ３２が配置されている。渦流センサ３２は、溶鋼Ｍのメニスカスレベルに対応するレベル検出信号を発生し、このレベル検出信号を連続鋳造設備１０の動作を制御するためのシーケンサ３４に出力する。シーケンサ３４は、渦流センサ３２からのレベル検出信号に基づいて鋳型１２の内側におけるメニスカスレベルを検出する。

また連続鋳造設備１０は、溶鋼Ｍのメニスカス上にモールドパウダーを自動供給するためのパウダー供給装置（図示省略）を備えており、このパウダー供給装置は、メニスカス上に支持されたパウダー供給管３６を通してモールドパウダーを溶鋼Ｍのメニスカス上に供給する。モールドパウダーは、メニスカスを覆って溶鋼Ｍの酸化及び温度低下を防止すると共に、溶融状態となって鋳片４２と鋳型１２の内壁面との間に潤滑剤として供給される。これにより、鋳型１２内における鋳片４２の引抜抵抗が低下する。

シーケンサ３４は、鋳片４２の引抜速度及びメニスカスのレベル変化に応じて、スライディングノズル機構２８のノズル開度を制御し、鋳型１２におけるメニスカスレベルを所定の範囲内に維持する。またシーケンサ３４は、鋳片４２の引抜速度等に応じてパウダー供給装置によるモールドパウダーの供給量を制御する。
連続鋳造設備１０では、鋳型１２の内側に供給された溶鋼Ｍが水冷の鋳型１２により冷却（一次冷却）されることにより、図３（Ａ）に示されるように、鋳型１２の内壁面に沿って溶鋼Ｍが凝固して凝固シェル４６が形成される。この凝固シェル４６は、通常、その厚さがメニスカス付近から鋳型１２の下端側へ移動するに従って序々に厚くなる。

図１に示されるように、連続鋳造設備１０には、鋳片４２の引抜方向Ｐに沿って鋳型１２の下流側に複数個（本実施形態では、２個）のサポートロール３８Ｓが配列されると共に、これらのサポートロール３８Ｓの下流側に複数個のガイドロール３８Ｇ及びピンチロール３８Ｐが配置されている。ここで、サポートロール３８Ｓは、そのロール面を鋳片４２の短辺部及び長辺部にそれぞれ圧接させつつ、鋳片４２を所定の引抜方向Ｐへ案内する。このとき、サポートロール３８Ｓは、鋳片４２における短辺部及び長辺部をそれぞれ加圧することにより、鋳片４２の各辺部が溶鋼静圧等によって変形（バルジング）することを防止する。

ガイドロール３８Ｇは、鋳片４２を所定の曲率半径に保ちつつ所定の引抜方向Ｐに沿って下流側へ案内する。またピンチローラ３８Ｐは、そのロール面を鋳片４２に圧接させつつ所定の速度で回転することにより、サポートロール３８Ｓ及びガイドロール３８Ｇにより案内される鋳片４２を所定の引抜速度で引抜方向Ｐへ移動させる。
連続鋳造設備１０には、引抜方向Ｐに沿って互いに隣接する一対のサポートロール３８Ｓ、ガイドロール３８Ｇ又はピンチロール３８Ｐ間にそれぞれスプレーノズル４０が配置されており、これら複数個のスプレーノズル４０は、スプレー状又はミスト状とした冷却水を鋳片４２に吹き付け、冷却水により鋳片４２を冷却（二次冷却）する。これらのスプレーノズル４０は二次冷却帯を構成しており、鋳片４２は二次冷却帯を抜出す時点までに鋳片４２の凝固が完了する。

連続鋳造設備１０は、二次冷却帯から抜け出した鋳片４２の形状を矯正する複数個の矯正ローラ（図示省略）と、この矯正ローラの下流側に配置されたガストーチ（図示省略）とを備えている。矯正ローラは、略一定の極率半径で湾曲した鋳片４２をその中心軸が直線になるように矯正する。この矯正完了後に、ガストーチは鋳片４２を所定の切断長に切断する。これにより、スラブ、ブルーム、ビレット等の半製品としての切断鋳片４４が製造完了する。

（ブレークアウトの発生メカニズム）
次に、上記のような連続鋳造設備１０における操業上の事故である拘束性ブレークアウト（以下、単に「ＢＯ」という。）の発生メカニズムについて説明する。ＢＯとは、鋳型１２の内側から溶鋼Ｍが鋳型１２の下方（サポートロール３８Ｓ側）へ流出する現象を言い、ＢＯが発生すると直ちに連続鋳造設備１０の操業を停止する必要がある。またＢＯによる操業停止後には、連続鋳造設備１０を復旧するために、溶鋼Ｍが凝固した大量の地金の除去、地金が付着したサポートロール３８Ｓ、ガイドロール３８Ｇ、スプレーノズル４０等の交換作業が必要になるため、連続鋳造設備１０の生産性及び歩留りを大幅に低下させる要因になる。

連続鋳造設備１０では、溶融状態となったモールドパウダーを凝固シェル４６と鋳型１２の内壁面との間に供給し、このモールドパウダーの潤滑作用等により溶鋼が鋳型１２の内壁面に焼き付くことを防止すると共に、鋳型１２内における凝固シェル４６の引抜抵抗を低下させている。しかし、メニスカス直下にて、モールドパウダーの流入不足等が原因となってモールドパウダーによる潤滑に異常が発生すると、溶鋼が鋳型１２の内壁面に焼き付き、その状態のまま溶鋼が一次冷却により凝固して鋳型１２に拘束される。

鋳型１２内における溶鋼及び凝固シェル４６は、焼付部を除いて所定の引抜速度で引抜方向Ｐへ移動するが、焼付部については、鋳型１２からの拘束により他の部分に対して遅い速度で引抜方向Ｐへ移動しつつ、一次冷却により凝固シェルを成長させる。これにより、図３（Ｂ）に示されるように、焼付部に対して上側には、正常の凝固シェル４６とは引抜方向Ｐに対して厚みが逆向きとなる逆凝固シェル４８が形成される。このとき、凝固シェル４６と逆凝固シェル４８との境界部には略Ｖ字状の破断部５０が形成される。

この状態で、凝固シェル４６、逆凝固シェル４８及び溶鋼がそれぞれ引抜方向Ｐへ移動することで、図３（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、正常な凝固シェル４６が成長すると共に、逆凝固シェル４８及び破断部５０もそれぞれ成長し、破断部５０が鋳型１２下端部へ達すると、破断部５０を通して溶鋼Ｍが凝固シェル４６の外側へ流出し、ＢＯが発生する。

（ブレークアウトの予知方法）
次に、上記のようなＢＯの予知方法について説明する。もし連続鋳造において破断部５０を早期に検出できれば、鋳片４２の引抜速度を十分に低下させ、又は鋳片４２の引抜きを一時的に停止させることで、一次冷却により破断部５０に溶鋼を再凝固させて凝固シェルを形成することが可能になる。そして、破断部５０に一次冷却により十分な厚さの凝固シェルを形成した後、鋳片４２の引抜きを再開することにより、ＢＯを未然に防止できる。

ＢＯの予知は、鋳型１２（冷却プレート１４、１６）内に配置された温度センサである熱電対２０、２２からそれぞれ出力される温度検出信号ＳＵ、ＳＤ（図１参照）に基づいて破断部５０を検出することにより行われる。
図４には、鋳型１２内で破断部５０が形成された場合における、破断部５０に対応する部位にある上段側の熱電対２０及び下段側の熱電対２２によりそれぞれ測定された冷却プレート１６の内部温度の変化の一例が示されている。

メニスカス直下で破断部５０が形成されると、この破断部５０では高温の溶鋼が冷却プレート１６に直接接し、又は薄い再凝固シェルを介して冷却プレート１６に接することから、破断部５０が熱電対２０（上段側測定点）に近づくに従って、図４の実線で示されるように、熱電対２０により検出された鋳型１２の内部温度ＴＵが序々に上昇する。この後、破断部５０が熱電対２０の位置に達すると、熱電対２０により検出された鋳型１２の内部温度ＴＵがピークになり、破断部５０が熱電対２０に対して下方へ離間するに従って、鋳型１２の内部温度ＴＵが序々に低下する。

上記のような破断部５０の位置に対応する温度変化は、熱伝導に伴う応答遅れの影響が若干あるものの、破断部５０の位置変化に対して常に十分に高い精度で再現される。
また破断部５０が熱電対２０の通過後、熱電対２２（下段側測定点）に近づくに従って、図４の破線で示されるように、熱電対２２により検出された冷却プレート１６の内部温度ＴＤも、熱電対２０により検出された内部温度ＴＵと同様なパターンで変化する。すなわち、熱電対２２に検出された内部温度ＴＤは、破断部５０が熱電対２０から熱電対２２まで移動する時間と略同一の時間（遅延時間ｔ_D）が経過した後に、ピークに達する。熱電対２２に検出された内部温度ＴＤは、一次冷却の影響により、熱電対２０に検出された内部温度ＴＵよりも全体的に若干低いものになるが、変化パターン自体は非常に類似したものになる。

従って、内部温度ＴＵは、ピーク温度に達した後、所定の時間ｔ_Xが経過すると、内部温度ＴＤと交差する。このとき、図４から明らかなように、０＜ｔ_X＜ｔ_Dとなる。
従来のＢＯ予知では、例えば、内部温度ＴＵが内部温度ＴＤと交差したタイミングを破断部５０の発生又は焼付きの発生と判断し、引抜速度の低下等の対応を採っていた。ここで、凝固シェル４６における破断部５０は、溶鋼が鋳型１２の内壁面に焼付くことにより発生するものであり、厳密には、破断部５０の発生は焼付き発生よりも僅かに遅れると考えるが、以下の説明では、破断部５０の発生と焼付き発生とは同一時期に発生すると見做し、破断部５０の発生をＢＯ発生の予兆として捉えるものとする。

上記〔表１〕には、ＢＯ発生時における、破断部５０に対応する上下１組の熱電対２０、２２を含む複数組の熱電対２０、２２によりそれぞれ検出された内部温度に対して、所定の演算処理を行った結果が示されている。ここで、データのサンプリング周期は０．５秒に設定し、４個のサンプリングデータを平均した値を２秒間隔（＝演算周期）の温度データとして示した。
ここで、演算処理としては、下記（２）式により、任意の時期における上段側内部温度ＴＵと下段側内部温度ＴＤとの温度差ΔＴを求めた。
ΔＴ＝ＴＵ−ＴＤ ・・・ （２）

例えば、一組の熱電対ＤのデータＮｏ０６にて、上段側の内部温度ＴＵと下段側の内部温度ＴＤとが逆転、すなわち温度差ΔＴがマイナスになっており、従来の方法では、このデータＮｏ.０６の下線が付された結果（ΔＴ）が得られたタイミングがＢＯ予知（破断発生）のタイミングとなる。また〔表１〕にて、網掛けにて表された部分は温度差ΔＴがマイナスになっているデータ群を表している。

但し、本出願の発明者等の研究によれば、図３及び図４に基づいて説明したように、実際には温度差ΔＴがマイナスになったタイミングよりも、早いタイミングで破断部５０形成されていることは明らかであり、この実際のタイミングは、〔表１〕のデータ及び鋳片４２の引抜速度から逆算し、温度差ΔＴがマイナスになった時よりも約２秒以上早い時期であると推定された。

本実施形態に係るＢＯ予知方法では、以下に示す工程（１）〜（４）により焼付きタイミングＳＴを判断する。
（１）任意の時期ｔ₀に、任意の熱電対２０により検出された鋳型１２の内部温度をＴＵ₀、熱電対２０の直下にある熱電対２２により検出された鋳型１２の内部温度をＴＤ₀とし、温度差ΔＴ₀を下記（３）式により算出する。
ＴＵ₀−ＴＤ₀＝ΔＴ₀ ・・・ （３）

（２）時期ｔ₀から所定の演算周期（例えば、１秒）経過後の時期ｔ₁に、前記熱電対２０により検出された鋳型１２の内部温度をＴＵ₁、前記熱電対２２により検出された鋳型１２の内部温度をＴＤ₁とし、温度差ΔＴ₁を下記（４）式により算出する。
ＴＵ₁−ＴＤ₁＝ΔＴ₁ ・・・ （４）
（３）次に、ΔＴ₁とΔＴ₀との温度比Ｒを下記（５）式により算出する。
ΔＴ ₁ ／ΔＴ ₀ ＝Ｒ ・・・ （５）
（４）温度比Ｒと予め設定された閾値ＳＲとを比較し、温度比Ｒが閾値ＳＲよりも小さくなったときに、ブレークアウトの予兆として鋳型１２の内側で鋳片４２に破断部５０が発生したことを検出する。

本実施形態では、後述する理由により、上記（４）における閾値ＳＲが１．０未満で、かつ０．０を超える範囲から選択された値に設定されている。この閾値ＳＲは、複数段階（本実施形態では、２段階）に設定されている。ここで、第１段目の閾値ＳＲ₁は、１．０未満で、かつ０．８を超える範囲から選択された値に設定されており、具体的には、シーケンサ３４により算出される温度比Ｒの有効桁数を１×１０^-1とすると、閾値ＳＲ₁は０．９に設定される。また第２段目の閾値ＳＲ₂は、０．８に設定されている。

連続鋳造設備１０では、例えば、温度比Ｒが閾値ＳＲ₁に到達したタイミングで、連続鋳造設備１０のオペレータ及びシーケンサ３４に予備ＢＯ警告を出力し、その後、温度比Ｒが閾値ＳＲ₂に達すると、オペレータ及びシーケンサ３４にＢＯ警告をそれぞれ出力する。このように予備ＢＯ警告及び警告を２段階で出力することにより、例えば、予備ＢＯ警告が出力された場合には、オペレータの判断で必要に応じて引抜速度を低下させるなどの対応（手動介入）を行い、この後、ＢＯ警告が出力された場合には、シーケンサ３４の制御により引抜速度を所定の減速パターンで自動低下させるなどの対応を行うことができる。

図５（Ａ）には、ＢＯ発生時におけるＢＯの発生箇所に対応する1組の熱電対２０、２２によりそれぞれ検出された鋳型１２の内部温度ＴＵ及び内部温度ＴＤと経過時間との関係が示され、また図５（Ｂ）には、所定の演算周期（１秒）毎に算出された温度比Ｒと経過時間との関係が示されている。
図５（Ａ）には、凝固シェル４６の破断発生直前の時期ｔ_n-1における温度差がΔＴ_n-1として示され、凝固シェル４６の破断発生直後の時期ｔ_nにおける温度差がΔＴ_nとして示されている。図５（Ｂ）に示されるように、時期ｔ_n-1以前の時期には、温度比Ｒは略１．０に安定的に維持されるが、時期ｔ_n-1を過ぎると、温度比Ｒが略１．０から序々に減少し、内部温度ＴＵと内部温度ＴＤとが交差するタイミングｔ_Cにて温度比Ｒの符号が逆転する。

ここで、シーケンサ３４により算出された温度比Ｒの有効桁数を１×１０^-1とすると、予備ＢＯ警告の発生タイミングは、図５（Ｂ）に示されるように、温度比Ｒが０．９になったタイミングｔ_PAであり、ＢＯ警告の発生タイミングは温度比Ｒが０．８になったタイミングｔ_Aになる。このＢＯ警告の発生タイミングは、従来のＢＯ検出のタイミングに対して約２．１秒早いものであった。

図６には、本実施形態に係るＢＯ予知方法によりＢＯを予知した場合の連鋳操業の制御の一例と従来のＢＯ予知方法によりＢＯを予知した場合の連鋳操業の制御の一例とが示されている。図６における破線は、本実施形態に係るＢＯ予知方法によりＢＯを予知した場合の引抜速度の減速パターンを示し、実線は、従来のＢＯ予知方法によりＢＯを予知した場合の引抜速度の減速パターンを示している。

図６から明らかなように、本実施形態に係るＢＯ予知方法によりＢＯを予知した場合には、従来のＢＯ予知方法によりＢＯを予知した場合よりも２秒以上速いタイミングで引抜速度を減速開始することができる。この結果、凝固シェル４６に形成された破断部５０が鋳型１２内に滞在する時間（再凝固時間）も２秒以上延長することができるので、引抜速度が高速化している場合であっても、破断部５０における溶鋼の再凝固時間も十分に長いものにでき、ＢＯの発生を効果的に防止できる。

本実施形態に係る連続鋳造設備１０では、熱電対２０、２２により検出された内部温度ＴＵ及び内部温度ＴＤがそれぞれシーケンサ３４に出力され、シーケンサ３４により温度比Ｒが演算周期毎に算出される。また連続鋳造設備１０は、図１に示されるように、ユーザインターフェイスとしてディスプレイ装置５２を備えており、ディスプレイ装置５２は、シーケンサ３４からの表示信号に従って各種のデータを各種の表示パターンで表示すると共に、ディスプレイ装置５２に付帯したポインティングデバイス（図示省略）により特定の表示データを選択することにより、シーケンサ３４に操作信号を出力して表示データの切り替えを行うことができる。

図７には、シーケンサ３４からの表示信号に基づいてディスプレイ装置５２に表示された温度比Ｒのトラッキングデータが示されている。このトラッキングデータは、冷却プレート１６における熱電対２２に対して下側の領域における温度比Ｒの分布を３色で表現（図７では、３色をそれぞれ白抜き（地色）：青、ハッチング：緑、塗り潰し：赤で表現）したもので、青の表示領域は温度比Ｒが０．９を超えた鋳片４２（凝固シェル４６）の対応領域を示し、緑の表示領域は温度比Ｒが０．８以下となった凝固シェル４６の対応領域を示し、赤の表示領域は温度比Ｒの符号が逆転した凝固シェル４６の対応領域を示している。図７から明らかなように、引抜方向Ｐに沿って緑の表示領域が赤の表示領域に対して殆どの場合に時間的に先行して発生している。

このような温度比Ｒのトラッキングデータを表示することで、オペレータがＢＯの予兆である緑の領域により現された破断部５０の位置と、破断部５０から鋳型１２の下端までの距離を視覚的に認識することができる。
また、連続鋳造設備１０では、オペレータがポインティングデバイスによりディスプレイ装置５２の表示画面の特定の部位を選択することで、その部位における温度差ΔＴ（＝ＴＵ₁−ＴＤ₁）がディスプレイ装置５２により表示される。図８（Ａ）〜（Ｃ）には、図７に示されたポイントＰＡ、ＰＢ及びＰＣに対応するタイミングで各熱電対２０、２２により検出された温度差ΔＴのデータの一例が表示されている。また、鋳型１２の辺方向（短辺方向Ｓ又は長辺方向Ｌ）に沿った特定部位をポインティングデバイスにより選択することで、その部位における温度比Ｒと経過時間との関係をグラフ（図５（Ｂ）参照）で表示するようにしても良い。

以上説明した本実施形態に係るＢＯ検知方法では、温度比Ｒに対する閾値ＳＲのみを適正な値に設定するだけで、従来の方法よりも早いタイミングで鋳型１２の内側における破断部５０の発生を検出できる。このとき、引抜速度等の操業条件や鋳型構造等の設備条件が変化しても、変更が必要となるパラメータは、基本的に閾値ＳＲのみなので、操業条件や設備条件が変化する都度、複数個のパラメータの変更が必要な従来の予知方法と比較し、シーケンサ３４やプログラム等から構築されたＢＯ予知システムのメンテナンスが非常に簡単なものになる。

また、前述したように、ＢＯ発生時には温度比Ｒが１．０より小さい正の値から符号が逆転するまで変化するので、閾値ＳＲを、定常状態の連鋳操業時における温度比Ｒのばらつきを考慮して設定して１．０未満で、かつ０．０を超える範囲から選択した値に適宜設定しておけば、操業条件や設備条件等が変化した場合でも、ＢＯの予兆である破断部５０の発生を確実に検出できる。但し、閾値ＳＲは、ＢＯを早期に検出することを考慮した場合には、上記条件を満たしたうえで、可能な限り１．０に近い値に設定することが望ましい。

本発明の実施形態に係る連続鋳造設備の構成を模式的に示す断面図である。 図１に示される連続鋳造設備における鋳型を構成する冷却プレートの分解斜視図である。 鋳型の内側における凝固シェル、逆凝固シェル及び破断部の生成過程を模式的に示す鋳型の断面図及び側面図である。 鋳型の内側で形成された破断部に対応する部位にある上段側及び下段側の熱電対によりそれぞれ測定された鋳型の内部温度と経過時間との関係を示すグラフである。 （Ａ）は、ＢＯ発生時におけるＢＯの発生箇所に対応する1組の熱電対により検出された鋳型の内部温度と経過時間との関係を示すグラフ、（Ｂ）は所定の演算周期毎に算出された温度比Ｒと経過時間との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るＢＯ予知方法によりＢＯを予知した場合及び従来のＢＯ予知方法によりＢＯを予知した場合の連鋳操業の制御方法の一例を示すグラフである。 図１に示されるシーケンサからの表示信号に基づいてディスプレイ装置に表示された温度比Ｒのトラッキングデータを示す模式図である。 図７に示されたポイントＰＡ、ＰＢ及びＰＣに対応するタイミングで熱電対により検出された温度差ΔＴの一例を示すグラフである。

符号の説明

１０ 連続鋳造設備
１２ 鋳型
１４、１６ 冷却プレート
１８ 冷却水路
２０、２２ 熱電対
２４ タンディシュ
２６ 注湯孔
２８ スライディングノズル機構
３０ 浸漬ノズル
３２ 渦流センサ
３４ シーケンサ
３６ パウダー供給管
３８Ｓ サポートロール
３８Ｇ ガイドロール
３８Ｐ ピンチロール
４０ スプレーノズル
４２ 鋳片
４４ 切断鋳片
４６ 凝固シェル
４８ 逆凝固シェル
５０ 破断部
５２ ディスプレイ装置（画像表示手段）
Ｍ 溶鋼
Ｒ 温度比
ＳＲ、ＳＲ₁、ＳＲ₂ 閾値

Claims (3)

1. 連続鋳造用の鋳型の内部温度を、湯面下における鋳片引抜方向に沿った上段側測定点及び下段側測定点でそれぞれ時系列的に測定しつつ、
   任意の時期ｔ₀における上段側測定点における前記内部温度をＴＵ₀、下段側測定点における前記内部温度をＴＤ₀とし、ＴＵ₀−ＴＤ₀＝ΔＴ₀を算出した後に、
   時期ｔ₀から所定の演算周期経過後の時期ｔ₁における、上段側測定点における鋳型内部温度をＴＵ₁、下段側測定点における鋳型内部温度をＴＤ₁とし、ＴＵ₁−ＴＤ₁＝ΔＴ₁を算出して、
   ΔＴ₁とΔＴ₀との温度比ＲをΔＴ ₁ ／ΔＴ ₀ により算出し、前記温度比Ｒが１．０未満で、かつ０．０を超える範囲から選択された閾値以下になったときに、鋳型内側における鋳片破断の発生を検出す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. 前記閾値を、１．０未満で、かつ０．８を超える範囲から選択された値に設定することを特徴とする請求項１記載の連続鋳造におけるブレークアウト予知方法。
3. 前記温度比Ｒを、凝固シェルの前記下段側測定点から前記鋳型の下端部までの移動に対応するトラッキングデータとして画像表示手段により表示し、凝固シェルにおける前記温度比Ｒが前記閾値以下となった部位の鋳型内位置を視認可能としたことを特徴とする請求項１又は２記載の連続鋳造におけるブレークアウト予知方法。

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