JP5365459B2 - Solid shell thickness estimation method and apparatus in continuous casting, breakout detection method and apparatus in continuous casting - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus which can accurately estimate the thickness of a solidification shell in the exit of a mold in continuous casting for molten steel. <P>SOLUTION: The method for estimating the thickness of a solidification shell in continuous casting is characterized in that: a heat flux q1 of heat input to the solidification interface from the time when the molten steel in the mold in continuous casting is at its surface level to the time when it reaches the mold exit, is measured; a steady solidification interface heat input q2<SB>reg</SB>, caused by the flow of molten steel in the mold in a steady state, is obtained based on formula (1), a heat flux profile is obtained for the difference between the heat flux q1 and the steady solidification interface heat input q2<SB>reg</SB>(q1-q2<SB>reg</SB>) from the time when the molten steel is at its surface level to the time when it reaches the mold exit; and, based on the heat flux profile, the thickness of the solidification shell at a predetermined position from a molten metal surface toward the outlet of the mold is estimated and, based on this, the thickness of the solidification shell at the mold outlet is predicted, wherein formula (1) is expressed by q2<SB>reg</SB>=h&times;&Delta;&theta; where q2<SB>reg</SB>is a steady solidification interface heat input (J/s/m<SP>2</SP>); h is a heat transfer coefficient (J/s/m<SP>2</SP>/&deg;C) between the molten steel and the solidification shell; and &Delta;&theta; is the degree (&deg;C) of super heat in the molten steel. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、溶鋼の連続鋳造における凝固シェル厚みを推定する方法及び装置、これらの凝固シェル厚みを推定する方法または装置を用いてブレークアウト発生の危険を精度良く検出するブレークアウト検出方法及び装置に関するものである。   The present invention relates to a method and apparatus for estimating the thickness of a solidified shell in continuous casting of molten steel, and a breakout detection method and apparatus for accurately detecting the risk of breakout occurrence using the method or apparatus for estimating the thickness of the solidified shell. Is.

連続鋳造においては、鋳型に注入された溶鋼は鋳型内で冷却されることにより凝固シェルを形成して鋳型から引き抜かれるが、なんらかの原因により凝固シェルの形成が不十分になり凝固シェル厚の薄い箇所が存在すると、この凝固シェル厚の薄い部位が鋳型出口に来たときに凝固シェルが破れて溶鋼が吹き出る、いわゆるブレークアウトが発生する危険がある。   In continuous casting, the molten steel injected into the mold is cooled in the mold to form a solidified shell, which is pulled out of the mold. If there is, there is a risk that a so-called breakout occurs in which the solidified shell is broken and the molten steel is blown out when the thinned portion of the solidified shell comes to the mold outlet.

ブレークアウトが発生すると操業停止とならざるを得ず、ブレークアウトが発生しないような操業条件を選択する必要があるが、ブレークアウトの発生を恐れて鋳造速度を必要以上に遅くすることは、操業効率の悪化となり好ましくない。
このような背景から、高速鋳造を行ないながらも、ブレークアウトの危険を的確に判断できる手法の開発が望まれ、様々な方法が提案されている。
If a breakout occurs, the operation must be stopped, and it is necessary to select an operating condition that does not cause a breakout. It is not preferable because the efficiency is deteriorated.
Against this background, development of a method that can accurately determine the risk of breakout while performing high-speed casting is desired, and various methods have been proposed.

例えば、特許文献1(特公昭63−53903号公報)においては、以下のような技術が開示されている。
鋳型の外表面に配置した薄板型の表面熱流束計により、鋳型の抜熱量に応じた熱流束を測定して、連続鋳造におけるブレークアウトを防止する方法において、
多数の熱流束計により、鋳型各部の局所的な熱流束を測定し、該熱流束の時間的変化を表した熱流束波形の波高が急激に所定値を上まわった時に鋳込み速度を低下させ、前記波高が元に戻るまで低速鋳込みを行うことにより、ブレークアウトの発生を防止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防止方法。
For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 63-53903) discloses the following technique.
In a method for preventing breakout in continuous casting by measuring the heat flux according to the amount of heat removed from the mold with a thin plate surface heat flux meter placed on the outer surface of the mold,
With a large number of heat flux meters, the local heat flux of each part of the mold is measured, and when the wave height of the heat flux waveform representing the temporal change of the heat flux suddenly exceeds a predetermined value, the casting speed is reduced, A breakout prevention method in continuous casting, wherein the occurrence of breakout is prevented by performing low speed casting until the wave height returns to the original.

特公昭63−53903号公報Japanese Examined Patent Publication No. 63-53903

特許文献1に開示された技術は熱流束計を用いて熱流束の変化を検出することによるブレークアウト防止方法である。鋳型各部の局所的な熱流束は、鋳型からの抜熱量を意味しており、抜熱量が凝固シェルの形成に関連している。
したがって、熱流束の変化に異常があったときに凝固シェル厚の形成に異常が生じ、ブレークアウトの発生の危険があると予測することは一応合理的である。
The technique disclosed in Patent Document 1 is a breakout prevention method by detecting a change in heat flux using a heat flux meter. The local heat flux of each part of the mold means the amount of heat removed from the mold, and the amount of heat removed is related to the formation of the solidified shell.
Therefore, it is reasonable to predict that when there is an abnormality in the change in heat flux, an abnormality occurs in the formation of the solidified shell thickness and there is a risk of breakout.

しかしながら、ブレークアウトの発生は、鋳型出口において凝固シェル厚が所定の厚みに達していないことによって起こることを考えると、熱流束の変化のみによっては正確なブレークアウトの危険性を把握するには必ずしも十分とは言えない。
なぜなら、鋳型内での凝固シェル形成過程の初期の段階において熱流束の異常があったとしても、凝固シェル形成過程のその後の段階において凝固シェルが形成され、鋳型出口において所定の厚みの凝固シェルが形成されておれば、ブレークアウト発生の危険はないと判断できる場合もあるからである。
つまり、従来例に示された局所熱流束の変化のみによって、ブレークアウト発生の危険を予測することは十分正確な指標とは言いがたいものであった。
However, considering that the occurrence of breakout occurs because the thickness of the solidified shell does not reach the predetermined thickness at the mold outlet, it is not always possible to grasp the risk of an accurate breakout only by the change in heat flux. That's not enough.
This is because even if there is an abnormality in the heat flux in the initial stage of the solidified shell forming process in the mold, a solidified shell is formed in the subsequent stage of the solidified shell forming process, and a solidified shell having a predetermined thickness is formed at the mold outlet. This is because if it is formed, it may be determined that there is no risk of breakout.
In other words, it is difficult to say that it is a sufficiently accurate index to predict the risk of occurrence of breakout only by the change in local heat flux shown in the conventional example.

上記のように、ブレークアウトの発生は鋳型出口における凝固シェル厚みに直接関わるものであり、凝固シェル厚みを精度よく推定できればブレークアウト発生の危険についても精度よく判断できると考えられる。すなわち、鋳型出口における凝固シェル厚が所定の厚みに達しているかどうかという事実に、密接に関連する指標を見いだすことが重要であると発明者は考えた。   As described above, the occurrence of breakout is directly related to the thickness of the solidified shell at the mold outlet, and if the thickness of the solidified shell can be estimated with high accuracy, the risk of occurrence of breakout can be determined with high accuracy. That is, the inventor considered that it was important to find an index closely related to the fact that the thickness of the solidified shell at the mold outlet reached a predetermined thickness.

したがって、本発明の目的とするところは、溶鋼の連続鋳造において、鋳型出口における凝固シェル厚みを精度よく推定する方法、装置を提供すること、これらの方法または装置を用いて溶鋼の連続鋳造における鋳片に発生するブレークアウトを精度良く検出し、さらにはこれを防止する方法及び装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for accurately estimating the thickness of the solidified shell at the mold outlet in continuous casting of molten steel, and to cast in molten steel using these methods or apparatus. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for accurately detecting and preventing a breakout occurring in a piece.

凝固シェル厚は鋳型と鋳片の間の抜熱状態に密接に関係している。すなわち、凝固シェル厚が薄いと、鋳片から鋳型への伝熱量が多くなり抜熱量が多くなるし、逆に凝固シェル厚が厚いと、鋳片から鋳型への伝熱量が少なくなり抜熱量が少なくなる。
このようなことはよく知られた事実であるが、発明者はこの事実を詳細に検討すべく実際の鋳型内における具体的な抜熱状態を調べることとした。
The solidified shell thickness is closely related to the heat removal state between the mold and the slab. That is, if the solidified shell thickness is thin, the amount of heat transferred from the slab to the mold increases and the amount of heat removal increases. Conversely, if the thickness of the solidified shell is thick, the amount of heat transferred from the slab to the mold decreases and the amount of heat extracted decreases. Less.
Although this is a well-known fact, the inventor decided to examine a specific heat removal state in an actual mold in order to examine this fact in detail.

抜熱状態を検知するには、鋳型の各部位における熱流束を求める必要があるが、これは以下のように行なう。
図2は鋳型1の断面図であり、タンディッシュ40の底部に接続され、鋳型1内に設置した浸漬ノズル3から溶鋼5を吐出している状態(矢印)を示している。湯面にはモールドパウダー7(層として示す)が添加され、このモールドパウダー7が鋳型1と溶鋼5の隙間に流れ込み潤滑剤の役割をはたす。溶鋼5はこのモールドパウダー7を介して鋳型1に抜熱され凝固シェル9を形成しながら鋳型出口に向かって引き抜かれる。
In order to detect the heat removal state, it is necessary to obtain the heat flux at each part of the mold, which is performed as follows.
FIG. 2 is a sectional view of the mold 1 and shows a state (arrow) in which molten steel 5 is discharged from the immersion nozzle 3 connected to the bottom of the tundish 40 and installed in the mold 1. Mold powder 7 (shown as a layer) is added to the molten metal surface, and this mold powder 7 flows into the gap between the mold 1 and the molten steel 5 to act as a lubricant. The molten steel 5 is extracted from the mold 1 through the mold powder 7 and drawn toward the mold outlet while forming a solidified shell 9.

図3は鋳型1を形成している鋳型銅板11の一部拡大して示す断面図である。熱流束を求めるためには鋳型銅板11における温度勾配を検出する必要があり、これを検出するために熱電対17が用いられるが、この熱電対17は、図3に示すように、鋳型銅板11の外側面に形成された冷却水通路13の底部に孔15をあけ、その中に深さ方向に一定の距離を離した2箇所に埋設されている。
この埋設した熱電対17の出力から温度勾配を検出し、この温度勾配に基づいて計算により熱流束を求めることができる。
局所熱流束q1(J/s・m2)の算出は、2本の熱電対17の検出温度をT1(℃)、T2(℃)、埋設間隔をd(m)、及び鋳型1の熱伝導率をλ(J/s・m・℃)として、次式を用いて行なう。
q1=λ(T1−T2)/d
FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the mold copper plate 11 forming the mold 1. In order to obtain the heat flux, it is necessary to detect a temperature gradient in the mold copper plate 11, and a thermocouple 17 is used to detect this, and the thermocouple 17 is used as shown in FIG. A hole 15 is formed in the bottom of the cooling water passage 13 formed on the outer side surface of the inner surface of the cooling water passage 13 and is embedded in two places at a predetermined distance in the depth direction.
A temperature gradient is detected from the output of the embedded thermocouple 17, and the heat flux can be obtained by calculation based on the temperature gradient.
The calculation of the local heat flux q1 (J / s · m 2 ) is as follows: the detected temperatures of the two thermocouples 17 are T1 (° C.), T2 (° C.), the embedding interval is d (m), and the heat conduction of the mold 1 The rate is λ (J / s · m · ° C), and the following equation is used.
q1 = λ (T1-T2) / d

鋳型厚み方向に設置した2本の熱電対17からなる一対の熱電対を、例えば鋳型短片の場合は図4の黒丸印によって示すように通常の湯面位置より下方位置に、高さ40〜200mmおきに合計で9箇所設置した。
これらの熱電対17からの出力信号に基づいて、上記の式により局所熱流束を求め、この局所熱流束と湯面からの位置との関係について調査を行なった。
For example, in the case of a mold short piece, a pair of thermocouples 17 installed in the mold thickness direction is positioned below the normal hot water surface position at a height of 40 to 200 mm as indicated by the black circles in FIG. A total of nine places were installed.
Based on the output signals from these thermocouples 17, the local heat flux was obtained by the above equation, and the relationship between the local heat flux and the position from the molten metal surface was investigated.

図5はこの調査結果を示すグラフであり、縦軸が局所熱流束を示し、横軸が湯面からの距離を示している。
なお、本明細書においては、縦軸を局所熱流束、横軸を湯面からの距離として、局所熱流束と湯面からの距離との関係を示したグラフの形状を熱流束プロファイルという。
図5のグラフに示すように、局所熱流束は湯面から鋳型出口方向に向かって減少し、湯面からの距離が400mmの近傍で極小値をとり、その後、一旦増加傾向を示し、その増加傾向は湯面からの距離が約600mm近傍で極大値を示し、その後再び減少している。
FIG. 5 is a graph showing the results of the investigation, where the vertical axis indicates the local heat flux and the horizontal axis indicates the distance from the molten metal surface.
In the present specification, the shape of a graph showing the relationship between the local heat flux and the distance from the molten metal surface, where the vertical axis is the local heat flux and the horizontal axis is the distance from the molten metal surface, is referred to as a heat flux profile.
As shown in the graph of FIG. 5, the local heat flux decreases from the molten metal surface toward the mold outlet, takes a local minimum near the distance from the molten metal surface of 400 mm, and then once shows an increasing trend. The tendency shows a maximum value when the distance from the hot water surface is about 600 mm, and then decreases again.

発明者は、局所熱流束が鋳型出口方向に向かって減少傾向から一旦上昇傾向に転ずることに注目し、さらに検討を重ねた。
局所熱流束が極小値を示す位置は湯面からの距離が400mm近傍であり、この位置は、浸漬ノズル3の吐出口から吐出される溶鋼5の吐出流が鋳型短辺に衝突する位置と一致している(図2参照)。
このような局所熱流束の変化と溶鋼吐出流との関係は以下のことを物語っている。
The inventor paid attention to the fact that the local heat flux turned from a decreasing tendency toward an increasing tendency toward the mold outlet, and further studied.
The position where the local heat flux shows the minimum value is a distance from the molten metal surface of about 400 mm. This position is the same as the position where the discharge flow of the molten steel 5 discharged from the discharge port of the immersion nozzle 3 collides with the short side of the mold. (See Figure 2)
The relationship between such changes in local heat flux and molten steel discharge flow tells the following.

図5に示すように、湯面から鋳型出口方向に行くにしたがって局所熱流束が減少しているのは、熱抵抗が増したこと、すなわち、図2に示すように凝固シェル厚が徐々に厚くなっていることを示している。
そして、浸漬ノズル3から吐出される溶鋼5の吐出流が凝固シェル9に衝突する位置においては、凝固シェル9の再溶解が起こり、凝固シェル厚みが減少し、この薄くなった凝固シェル9の凝固界面に溶鋼流動による熱が加わり局所熱流束が上昇したものと考えられる。
そしてさらに鋳造方向の下流に行くにしたがって、溶鋼流動の影響がなくなり、再び局所熱流束が減少していることから凝固シェル厚が厚くなっていると考えられる。
As shown in FIG. 5, the local heat flux decreases from the molten metal surface to the mold outlet direction because the thermal resistance increases, that is, the solidified shell thickness gradually increases as shown in FIG. It shows that it has become.
Then, at the position where the discharge flow of the molten steel 5 discharged from the immersion nozzle 3 collides with the solidified shell 9, the solidified shell 9 is remelted, the thickness of the solidified shell is reduced, and the solidified shell 9 thus thinned is solidified. It is considered that the heat generated by molten steel flow is applied to the interface and the local heat flux is increased.
Further, as it goes further downstream in the casting direction, the influence of the molten steel flow disappears, and the local heat flux is reduced again. Therefore, it is considered that the solidified shell thickness is increased.

以上の検討から、ある瞬間における凝固シェル9の形状は、図2に示されるように、湯面から局所熱流束の極小値の位置までは凝固シェル9の厚みが増し、また局所熱流束の極小値から極大値までは凝固シェル9の厚みが減少し、さらに局所熱流束の極大値以降は再び凝固シェル9の厚みが増していると考えられる。   From the above examination, as shown in FIG. 2, the shape of the solidified shell 9 at a certain moment increases the thickness of the solidified shell 9 from the molten metal surface to the position of the local heat flux minimum value, and the local heat flux minimum. It is considered that the thickness of the solidified shell 9 decreases from the value to the maximum value, and further the thickness of the solidified shell 9 increases again after the maximum value of the local heat flux.

鋳型内ではこのように凝固シェル厚が厚くなったり薄くなったりする過程を経て鋳型出口での凝固シェル厚が決定されるのである。
鋳型内において凝固シェル厚が成長する程度と、凝固シェル9が再溶解することによって一旦形成された凝固シェル9が薄くなる程度との関係は、鋳型出口における凝固シェル厚に直接的に関係していると考えられる。
In the mold, the thickness of the solidified shell at the mold outlet is determined through the process of increasing or decreasing the thickness of the solidified shell.
The relationship between the extent to which the solidified shell thickness grows in the mold and the extent to which the solidified shell 9 once formed by remelting the solidified shell 9 is directly related to the solidified shell thickness at the mold outlet. It is thought that there is.

仮に鋳型内で溶鋼流による凝固シェルの再溶解という現象が発生しないとした場合、例えば浸漬ノズルからの溶鋼の吐出がなく鋳型内の溶鋼が引き抜かれるだけの場合、凝固シェルは湯面から鋳型出口に向かって徐々にその厚みを増していくと考えられる。
このような溶鋼流による凝固シェルの再溶解という現象が発生しない状態を想定して、図5と同様に横軸を湯面からの距離、縦軸を局所熱流束としたグラフを想定すると、図5の場合に見られた途中の盛り上がりのないなだらかな減少曲線になると想定される。
そして、この場合には凝固シェルの鋳型出口での厚みは抜熱量を積算したものに比例すると考えられる。
If the phenomenon of remelting of the solidified shell due to the molten steel flow does not occur in the mold, for example, when there is no discharge of molten steel from the immersion nozzle and only the molten steel in the mold is pulled out, the solidified shell is removed from the mold surface to the mold outlet. It is thought that the thickness will gradually increase toward.
Assuming a state in which the phenomenon of remelting of the solidified shell due to the molten steel flow does not occur, assuming a graph in which the horizontal axis is the distance from the molten metal surface and the vertical axis is the local heat flux as in FIG. It is assumed that there will be a smooth decline curve without any upsurge on the way seen in the case of 5.
In this case, the thickness of the solidified shell at the mold outlet is considered to be proportional to the sum of the amount of heat removal.

他方、現実の鋳型内においては浸漬ノズルからの吐出流による溶鋼流(以下、単に「溶鋼流」という)の影響で凝固シェルの再溶解が生じており、この再溶解によって凝固シェル9が薄くなると共に抜熱量が増大するという現象が生じている。
したがって、溶鋼流の影響のある状態においては、凝固シェル厚の成長する程度は、単に抜熱量に比例するのではなく、実測される抜熱量から溶鋼流の影響による抜熱量を差し引いたものに比例すると考えられる。この溶鋼流の影響による抜熱量は、溶鋼流による凝固界面への入熱(以下、単に「凝固界面入熱」という。)として評価できる。
このように考えると、浸漬ノズルから溶鋼を吐出している操業状態においては、凝固シェルが薄くなる程度は凝固界面入熱で評価でき、他方、凝固シェルが成長する程度は、熱電対によって測定できる局所熱流束から凝固界面入熱を差し引いたもので評価できる。
On the other hand, in the actual mold, the solidified shell is remelted due to the influence of the molten steel flow (hereinafter simply referred to as “molten steel flow”) due to the discharge flow from the immersion nozzle, and the solidified shell 9 is thinned by this remelting. At the same time, there is a phenomenon that the amount of heat removal increases.
Therefore, in a state where there is an influence of the molten steel flow, the degree of growth of the solidified shell thickness is not simply proportional to the amount of heat removal, but is proportional to the amount of heat removal actually measured minus the amount of heat removal due to the influence of the molten steel flow. I think that. The amount of heat removal due to the influence of the molten steel flow can be evaluated as heat input to the solidification interface by the molten steel flow (hereinafter simply referred to as “solidification interface heat input”).
Considering this, in the operating state in which molten steel is discharged from the immersion nozzle, the degree to which the solidified shell becomes thin can be evaluated by heat input at the solidification interface, while the degree to which the solidified shell grows can be measured by a thermocouple. This can be evaluated by subtracting the solidification interface heat input from the local heat flux.

ところで、凝固界面入熱をq2(J/s・m2)とすると、この凝固界面入熱q2は、溶鋼から凝固界面への熱伝達係数をh(J/s・m2・℃)、溶鋼の過熱度をΔθ(℃)とすると、次式で表すことができる。
q2=h・Δθ・・・・・・・・・・(1)
但し、h=1.22×105×V0.8
V:溶鋼流速(m/s)
Δθ=T0−TS(℃)
0:鋳型内溶鋼温度(℃)
S:溶鋼固相線温度(℃)
なお、鋳型内溶鋼温度T0(℃)は、鋳型内溶鋼温度を実測してもよいし、例えばタンディッシュ(TD)内溶鋼温度(実測値)に基づいて次の鋳型内溶鋼温度推定式によって算出してもよい。
0=705.156+0.544086・TTD−2.35053・VC−0.00303・W+18.12663・(0.1018lnFC−0.3362)
但し、TTD:TD内溶鋼温度(℃)(実測値)
C :鋳造速度(m/min)
:鋳造幅(m)(実測値)
FC:印加電流値(A)(実測値)
By the way, if the solidification interface heat input is q2 (J / s · m 2 ), this solidification interface heat input q2 is the heat transfer coefficient from the molten steel to the solidification interface h (J / s · m 2 · ° C), Assuming that the degree of superheat is Δθ (° C.), it can be expressed as
q2 = h · Δθ (1)
However, h = 1.22 × 10 5 × V 0.8
V: Flow velocity of molten steel (m / s)
Δθ = T 0 -T S (° C)
T 0 : Molten steel temperature in mold (° C)
T S : Molten steel solidus temperature (° C)
Note that the molten steel temperature T 0 (° C.) in the mold may be obtained by actually measuring the molten steel temperature in the mold. For example, based on the molten steel temperature (actual value) in the tundish (TD), It may be calculated.
T 0 = 705.156 + 0.544086 ・ T TD −2.35053 ・ V C −0.00303 ・ W + 18.12663 ・ (0.1018lnFC−0.3362)
However, T TD : Temperature of molten steel in TD (° C) (actual value)
V C : Casting speed (m / min)
W : Casting width (m) (actual measurement)
FC: Applied current value (A) (actual measured value)

上記のように、凝固界面入熱q2は熱伝達係数hに関係し、熱伝達係数hは溶鋼流速Vに関係する量である。そのため、凝固界面入熱q2をオンラインで測定するには、鋳型内の溶鋼流速Vをオンラインで測定する必要がある。
しかしながら、溶鋼流速Vを操業状態においてオンラインで測定することは難しい。
そこで、発明者は、事前に種々の鋳造速度において鋳造された鋳片をサンプリングし、この鋳片におけるデンドライト傾角から各鋳造速度における溶鋼流速値を求めて、この溶鋼流速値に基づく凝固界面入熱q2を求めることを考えた。ここでデンドライト傾角とは、鋳片表面に対する法線方向に対して、表面から厚み方向に伸びているデンドライトの一次枝の傾角であり、溶鋼流速値と相関することが知られている。
この事前に求めた凝固界面入熱q2を「定常状態における凝固界面入熱q2」と称し、定常凝固界面入熱q2regと表記するものとする。なお、定常状態という文言を用いている趣旨は、浸漬ノズルに詰まりがあり溶鋼流速に偏流があるような異常状態を排除する趣旨である。
As described above, the solidification interface heat input q2 is related to the heat transfer coefficient h, and the heat transfer coefficient h is an amount related to the molten steel flow velocity V. Therefore, in order to measure the solidification interface heat input q2 online, it is necessary to measure the molten steel flow velocity V in the mold online.
However, it is difficult to measure the molten steel flow velocity V online in the operating state.
Therefore, the inventor samples the slabs cast at various casting speeds in advance, obtains the molten steel flow velocity value at each casting speed from the dendrite inclination angle in the slab, and solidifies interface heat input based on the molten steel flow velocity value. Considered to obtain q2. Here, the dendrite inclination angle is an inclination angle of a primary branch of dendrites extending in the thickness direction from the surface with respect to the normal direction with respect to the slab surface, and is known to correlate with a molten steel flow velocity value.
The solidification interface heat input q2 obtained in advance is referred to as “solidification interface heat input q2 in a steady state” and is expressed as steady solidification interface heat input q2 reg . The term “steady state” is used to exclude an abnormal state where the immersion nozzle is clogged and the molten steel flow velocity is uneven.

そして、発明者は、鋳型出口における凝固シェル厚みを推定したい操業状態において、熱電対によって測定した局所熱流束から定常凝固界面入熱q2regを差し引いた熱量について熱流束プロファイルを求め、この熱流束プロファイルに基づいて鋳型出口における凝固シェル厚みを推定することを考えた。このように実測された局所熱流束から定常凝固界面入熱q2regを差し引くことを考えた理由は以下の通りである。
操業状態における実測された局所熱流束から定常凝固界面入熱q2regを差し引いた熱量についての熱流束プロファイルがなだらかに減少する曲線となった場合には、この熱流束プロファイルが上述した浸漬ノズルからの吐出がなく鋳型内の溶鋼が引き抜かれるだけの場合の熱流束プロファイルと同じであることを意味し、このことは操業状態における凝固界面入熱q2が定常凝固界面入熱q2regと同じであることを意味している。つまり、この状態の場合には凝固シェルを薄くする程度は通常の浸漬ノズルからの溶鋼流によるもの、つまり定常状態と同じであり、このような状況であれば実測された局所熱流束から定常凝固界面入熱q2regを差し引いた熱量ついての熱流束プロファイルに基づいて鋳型出口での凝固シェル厚みを推定することが可能である。
The inventor then obtains a heat flux profile for the amount of heat obtained by subtracting the steady solidification interface heat input q2 reg from the local heat flux measured by a thermocouple in an operating state where it is desired to estimate the thickness of the solidified shell at the mold outlet. Based on the above, it was considered to estimate the thickness of the solidified shell at the mold outlet. The reason for considering subtracting the steady solidification interface heat input q2 reg from the local heat flux thus measured is as follows.
When the heat flux profile for the amount of heat obtained by subtracting the steady solidification interface heat input q2 reg from the measured local heat flux in the operating state becomes a gradually decreasing curve, this heat flux profile is from the above-mentioned immersion nozzle. This means that the heat flux profile is the same as when the molten steel in the mold is simply drawn without discharge, and this means that the solidification interface heat input q2 in the operating state is the same as the steady solidification interface heat input q2 reg Means. In other words, in this state, the degree of thinning of the solidified shell is the same as that in the steady state, that is, due to the molten steel flow from the normal immersion nozzle. The thickness of the solidified shell at the mold outlet can be estimated based on the heat flux profile for the amount of heat obtained by subtracting the interface heat input q2 reg .

他方、熱電対によって測定した局所熱流束から定常凝固界面入熱q2regを差し引いた熱量に関する熱流束プロファイルが湯面からある距離の位置で盛り上がるような場合、すなわち熱流束プロファイルが極小値を有しコブができるような場合には、定常凝固界面入熱q2regよりも実際の凝固界面入熱q2が大きいことを意味し、この状態では定常状態よりも凝固シェルの再溶解の程度が高いと考えられる。例えば浸漬ノズルの片詰まりなどによって鋳型内において溶鋼流に偏流が生じ、測定対象としている鋳型界面の入熱が通常よりも増大したような場合である。この場合には、コブの大きさの程度が通常の凝固界面入熱q2よりも大きい入熱を表していると考えられ、このコブの大きさの程度が異常な溶鋼流による凝固シェルを再溶解させ、凝固シェル厚みを薄くする程度であると評価できる。
このように、実測された局所熱流束から定常凝固界面入熱q2regを差し引いた熱量についての熱流束プロファイルを求めることで、その熱流束プロファイルにおけるコブの有無やその大きさの程度によって凝固シェルの再溶解の程度が定常状態と比べてどの程度であるかを明確に把握でき、鋳型出口における凝固シェル厚みを推定することが可能となるのである。そして、鋳型出口における凝固シェル厚みを推定できれば、これに基づいてブレークアウト発生の危険性の評価が可能となる。
On the other hand, when the heat flux profile related to the amount of heat obtained by subtracting the steady solidification interface heat input q2 reg from the local heat flux measured by the thermocouple rises at a certain distance from the molten metal surface, that is, the heat flux profile has a minimum value. If such can Cobb means that constant solidification interface heat input q2 actual solidification interface heat input q2 than reg is large, considered to be high degree of redissolution of solidified shell than the steady state in this state It is done. For example, there is a case where a drift in the molten steel flow occurs in the mold due to a clogging of the immersion nozzle, and the heat input at the mold interface to be measured is increased more than usual. In this case, it is considered that the size of the bumps represents a heat input larger than the normal solidification interface heat input q2, and the degree of the bumps remelts the solidified shell caused by the molten steel flow. It can be evaluated that the thickness of the solidified shell is reduced.
Thus, by obtaining the heat flux profile for the amount of heat obtained by subtracting the steady solidification interface heat input q2 reg from the measured local heat flux, the presence or absence of bumps in the heat flux profile and the size of the solid shell are determined. It is possible to clearly grasp the degree of remelting compared to the steady state, and to estimate the thickness of the solidified shell at the mold outlet. If the thickness of the solidified shell at the mold outlet can be estimated, the risk of breakout can be evaluated based on this.

そこで、発明者は種々の鋳造速度の場合について、デンドライト傾角から溶鋼流速を求め、それぞれの場合について、定常凝固界面入熱q2regを求め、この定常凝固界面入熱q2regを操業状態において熱電対によって測定される抜熱量から差し引き、それについて熱流束プロファイルを求め、その熱流束プロファイルに基づいて凝固シェル厚みを推定するべくさらに検討した。
以下、この検討内容を具体的に説明する。
Therefore, the inventor obtained the molten steel flow velocity from the dendrite inclination angle for various casting speeds, obtained the steady solidification interface heat input q2 reg for each case, and obtained this steady solidification interface heat input q2 reg in the operating state. The heat flux profile was subtracted from the heat removal amount measured by the above, and the heat flux profile was determined. Further examination was conducted to estimate the solidified shell thickness based on the heat flux profile.
Hereinafter, the contents of the examination will be specifically described.

図6は、鋳造速度VC=2.54m/minで、鋳造幅W=1100mmの場合において、鋳片のデンドライト傾角に基づいて、溶鋼流速(m/s)と湯面からの距離(mm)の関係を求めたものを、溶鋼流速を縦軸とし、湯面からの距離を横軸としてグラフ化したものである。
このグラフから溶鋼流速V(m/s)を求め、上記(1)式に基づいて定常凝固界面入熱q2regを求める。
そして、操業状態における局所熱流束を熱電対で測定し、この測定した操業状態と同じ鋳造速度における定常凝固界面入熱q2regを測定値から差し引き、差し引いた熱量における熱流束プロファイルを求める。
図7は縦軸が局所熱流束を示し、横軸が湯面からの距離を示しており、またグラフにおける黒丸の値(D1)が熱電対による測定値を示し、白丸の値(D2)が熱電対による測定値から定常凝固界面入熱q2regを差し引いた値を示している。
FIG. 6 shows the flow rate of molten steel (m / s) and the distance from the molten metal surface (mm) based on the dendrite inclination angle of the slab when the casting speed V C = 2.54 m / min and the casting width W = 1100 mm. The relationship obtained is graphed with the molten steel flow velocity on the vertical axis and the distance from the molten metal surface on the horizontal axis.
The molten steel flow velocity V (m / s) is obtained from this graph, and the steady solidification interface heat input q2 reg is obtained based on the above equation (1).
Then, the local heat flux in the operating state is measured with a thermocouple, and the steady solidification interface heat input q2 reg at the same casting speed as the measured operating state is subtracted from the measured value to obtain a heat flux profile in the subtracted heat amount.
In FIG. 7, the vertical axis indicates the local heat flux, the horizontal axis indicates the distance from the molten metal surface, the black circle value (D1) in the graph indicates the measured value by the thermocouple, and the white circle value (D2) indicates The value obtained by subtracting the steady-state solidification interface heat input q2 reg from the value measured by the thermocouple is shown.

図8は図7における白丸によって描かれたグラフを模式的に示した図であり、グラフによって囲まれた面積すなわち局所熱流束の積算値(総括熱流束)の求め方の一例を説明する説明図である。
以下、図8に基づいて総括熱流束の求め方を説明する。
なお、以下の説明において、総括熱流束の表記方法として、湯面から鋳型出口までの総括熱流束を意味する場合には、Q、Q1、Q2に添え字exを付けて、Qex、Q1ex、Q2exと表記し、湯面から鋳型出口に至る途中の測定したい位置(測定位置)における総括熱流束を意味する場合にはQ、Q1、Q2に添え字pを付けて、Qp、Q1p、Q2pと表記するものとする。また、Q、Q1、Q2に添え字をつけずに表記したときは、鋳型出口及び測定位置の両方の意味を含むものとする。
また、凝固シェル厚みについても、鋳型出口での凝固シェル厚みを意味する場合にはDに添え字exを付けて、Dexと表記し、湯面から鋳型出口に至る途中の測定したい位置(測定位置)における凝固シェル厚みを意味する場合にはDに添え字pを付けて、Dpと表記するものとし、さらに、Dに添え字をつけずに表記したときは、鋳型出口及び測定位置の両方における凝固シェル厚みを意味するものとする。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a graph drawn by white circles in FIG. 7, and is an explanatory diagram for explaining an example of how to obtain an area surrounded by the graph, that is, an integrated value of the local heat flux (overall heat flux) It is.
Hereinafter, a method for obtaining the overall heat flux will be described with reference to FIG.
In the following description, when the general heat flux from the molten metal surface to the mold outlet is meant as a general heat flux notation method, a subscript ex is added to Q, Q1, Q2, and Qex, Q1ex, Q2ex. In order to indicate the overall heat flux at the position (measurement position) that you want to measure on the way from the molten metal surface to the mold outlet, add a subscript p to Q, Q1, Q2, and write Qp, Q1p, Q2p. It shall be. In addition, when Q, Q1, and Q2 are indicated without suffixes, the meanings of both the mold outlet and the measurement position are included.
Also, regarding the thickness of the solidified shell, if it means the thickness of the solidified shell at the mold outlet, a subscript ex is added to D and expressed as Dex, and the position to be measured (measurement position) on the way from the molten metal surface to the mold outlet. ) Means the thickness of the solidified shell in D, a suffix p is added to D, and it is expressed as Dp. Furthermore, when a suffix D is added without a suffix, it is at both the mold outlet and the measurement position. It shall mean the thickness of the solidified shell.

まず、図8に示すようにグラフを複数の台形に分割することにより、各台形の面積(Q1−1〜Q1−7)を求め、それらを足し算することで全体の面積Qexを求める。
そして、グラフにおける極小点をA、極大点をB、鋳型出口の点をCとし、三角形ABCをコブと捉え、このコブの面積すなわち三角形ABCの面積Q2exを以下のようにして求める(図9参照)。
点Aに対応する横軸上の点をA´、点Cに対応する横軸上の点をC´とし、台形ACC´A´の面積Q1−8を求め、このQ1―8とQ1―1〜Q1−3を足し算した面積をQ1exとすると、Q2ex=Qex−Q1exとなる。
このようにして求めた総括熱流束Q1exは、溶鋼が凝固するのに費やされる熱量であると評価でき、また総括熱流束Q2exは溶鋼流が凝固シェルに衝突して凝固シェルを再溶解させる熱量である溶鋼流衝突顕熱であると評価できる。つまり、総括熱流束Q1exに基づいて鋳型出口における凝固シェル厚みを推定すれば、精度よく凝固シェル厚みの推定が可能となるのである。
First, as shown in FIG. 8, by dividing the graph into a plurality of trapezoids, the area (Q1-1 to Q1-7) of each trapezoid is obtained, and the total area Qex is obtained by adding them.
The minimum point in the graph is A, the maximum point is B, the mold exit point is C, the triangle ABC is regarded as a bump, and the area of this bump, that is, the area Q2ex of the triangle ABC is obtained as follows (see FIG. 9). ).
A point on the horizontal axis corresponding to the point A is A ′, a point on the horizontal axis corresponding to the point C is C ′, and an area Q1-8 of the trapezoid ACC′A ′ is obtained, and these Q1-8 and Q1-1 When the area obtained by adding ~ Q1-3 is Q1ex, Q2ex = Qex−Q1ex.
The overall heat flux Q1ex obtained in this way can be evaluated as the amount of heat consumed for solidification of the molten steel, and the overall heat flux Q2ex is the amount of heat that causes the molten steel flow to collide with the solidified shell and remelt the solidified shell. It can be evaluated as a sensible heat of a molten steel flow collision. That is, if the solidified shell thickness at the mold outlet is estimated based on the overall heat flux Q1ex, the solidified shell thickness can be accurately estimated.

以上のように、総括熱流束Q1exに基づいて鋳型出口における凝固シェル厚みを推定することが可能であり、この点については、特願2009−38855において既に提案している。
発明者は、以上の検討をさらに進め、鋳型出口にける凝固シェル厚みの推定の理論を鋳型出口の手前、すなわち湯面から鋳型出口に至る途中において適用することを考えた。つまり、鋳型出口の手前において再溶解を考慮した凝固シェル厚みを推定し、その推定値を基に鋳型出口での凝固シェル厚みを予測できれば、より早い段階でブレークアウト防止のための制御が可能になると考えた。
そこで、発明者は、湯面から鋳型出口に至る途中の所定の位置(測定位置)での凝固シェル厚みについて、その測定位置までの総括熱流束Q1pに基づいて推定することを考えた。
As described above, it is possible to estimate the thickness of the solidified shell at the mold outlet based on the overall heat flux Q1ex, and this point has already been proposed in Japanese Patent Application No. 2009-38855.
The inventor further considered the above and considered that the theory of estimating the thickness of the solidified shell at the mold outlet was applied before the mold outlet, that is, on the way from the molten metal surface to the mold outlet. In other words, if the thickness of the solidified shell is estimated in consideration of remelting before the mold outlet, and the thickness of the solidified shell at the mold outlet can be predicted based on the estimated value, control for preventing breakout can be performed at an earlier stage. I thought.
Therefore, the inventor considered that the thickness of the solidified shell at a predetermined position (measurement position) on the way from the molten metal surface to the mold outlet was estimated based on the overall heat flux Q1p up to the measurement position.

図10は総括熱流束Q1pの求め方の説明図である。仮に総括熱流束Q1pが湯面から5番目の熱電対の位置までの総括熱流束であるとすると、総括熱流束Q1pは、以下のように求めることができる。
図10において、直線A−Cと直線B−B´との交点をDとする。台形ADB´A´の面積をQ1―9とすれば、総括熱流束Q1pは、Q1―9とQ1―1〜Q1−3を足し算した面積として求めることができる。このとき、Q1―1〜Q1−4(図8参照)を足し算した面積をQpとし、三角形ABDの面積をQ2pとすると、Q2p=Qp−Q1pとなる。
なお、D点の高さ位置(局所熱流束値)は、A点とC点の位置が既知であるから、A点からC点の局所熱流束の変化量を、湯面からの距離で按分することで容易に求めることができる。
FIG. 10 is an explanatory diagram of how to obtain the overall heat flux Q1p. If the overall heat flux Q1p is the overall heat flux from the molten metal surface to the position of the fifth thermocouple, the overall heat flux Q1p can be obtained as follows.
In FIG. 10, the intersection of the straight line AC and the straight line BB ′ is D. If the area of the trapezoid ADB′A ′ is Q1-9, the overall heat flux Q1p can be obtained as an area obtained by adding Q1-9 and Q1-1 to Q1-3. At this time, when the area obtained by adding Q1-1 to Q1-4 (see FIG. 8) is Qp and the area of the triangle ABD is Q2p, Q2p = Qp-Q1p.
The height position of point D (local heat flux value) is known from the position of point A and point C. Therefore, the amount of change in local heat flux from point A to point C is apportioned by the distance from the molten metal surface. This can be easily obtained.

上記のように測定点までの総括熱流束Q1pを求めることができるので、次にこの総括熱流束Q1pを用いて測定点における凝固シェル厚みを推定する方法について以下に説明する。
まず、鋳型内での溶鋼が凝固する物理的過程を考えると、浸漬ノズルから鋳型内に注入された溶鋼は顕熱と凝固潜熱を含めたエンタルピー:H0(含熱量)を持っている。そして、このエンタルピー:H0を有する溶鋼は、湯面からの放熱することで放熱分のエンタルピー:ΔHsurを失い、また湯面から測定点に至る間に鋳型冷却によって抜熱されることによって抜熱量相当分のエンタルピー:ΔHを失い、測定点においてエンタルピー:H1を有する凝固シェルになる。この、浸漬ノズルから鋳型内に注入される溶鋼が湯面から測定点に至るまでのエンタルピーの関係を式で表すと、下式(4)のようになる。
0=H1+ΔH+ΔHsur ・・・・・・ (4)
但し、H0 :鋳型内溶鋼のエンタルピー(J/kg)
1 :測定点での凝固シェルのエンタルピー(J/kg)
ΔH :測定点での凝固シェルの単位重量当たりのエンタルピー落差(J/kg)
ΔHsur:湯面からの放熱分(J/kg)
Since the overall heat flux Q1p up to the measurement point can be obtained as described above, a method for estimating the thickness of the solidified shell at the measurement point using the overall heat flux Q1p will be described below.
First, considering the physical process in which the molten steel solidifies in the mold, the molten steel injected into the mold from the immersion nozzle has enthalpy: H 0 (heat content) including sensible heat and latent heat of solidification. And the molten steel having this enthalpy: H 0 loses the enthalpy: ΔH sur of the heat release by radiating heat from the molten metal surface, and is also removed by mold cooling during the period from the molten metal surface to the measurement point. A considerable amount of enthalpy: ΔH is lost, and a solidified shell having enthalpy: H 1 at the measurement point is obtained. When the relationship between the enthalpy from the surface of the molten steel injected from the immersion nozzle into the mold to the measurement point is expressed by an equation, the following equation (4) is obtained.
H 0 = H 1 + ΔH + ΔH sur (4)
However, H 0 : Enthalpy of molten steel in mold (J / kg)
H 1 : Enthalpy of solidified shell at measurement point (J / kg)
ΔH: enthalpy drop per unit weight of the solidified shell at the measurement point (J / kg)
ΔH sur : Heat release from hot water (J / kg)

ここで、H1、ΔHsur、H0はそれぞれ、以下のようにして求めることができる。 Here, H 1 , ΔH sur , and H 0 can be obtained as follows.

<H1の求め方>
測定点での凝固シェルのエンタルピー:H1は以下の(5)式から求めることができる。
1=670.27T1ave+11958 ・・・・・・ (5)
(5)式は、固相の鋼の比熱を温度で積分してエンタルピーを出し、それを温度の関数として式に表したものである。
(5)式におけるT1aveは測定点での凝固シェル平均温度(℃)を表しており、このT1aveは以下に示す(6)式から求められる。
1ave=aVC+b ・・・・・・ (6)
但し、VC:鋳造速度(m/min)
(6)式における定数a、bは測定点の位置によって変わってくるので、測定点ごとに求めておく必要がある。
以下に、鋳型内の伝熱凝固計算を、VC=1.4m/min、1.8m/min、2.2m/min、2.6m/minで行なって求めた、測定点(湯面からの距離L=0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.85m)でのシェル平均温度T1aveをVCの1次式として表した例を示す。
L=0.5mでは T1ave=42.42500VC+1258.62500
L=0.6mでは T1ave=39.23750VC+1247.46250
L=0.7mでは T1ave=32.65000VC+1253.95000
L=0.8mでは T1ave=31.70000VC+1248.65000
L=0.85m(鋳型出口)では T1ave=28.75000VC+1234.27500
なお、L=0.7mの式の導出に用いたグラフを図11に示す。図11は縦軸が鋳型出口シェル厚み方向平均温度(℃)、横軸が鋳造速度(m/min)を示している。
<Determination of H 1>
The enthalpy of the solidified shell at the measurement point: H 1 can be obtained from the following equation (5).
H 1 = 670.27T 1ave +11958 (5)
Equation (5) is obtained by integrating the specific heat of solid-phase steel with temperature to give enthalpy and expressing it as a function of temperature.
T 1ave in the equation (5) represents the solidified shell average temperature (° C.) at the measurement point, and this T 1ave is obtained from the following equation (6).
T 1ave = aV C + b (6)
V C : Casting speed (m / min)
Since the constants a and b in the equation (6) vary depending on the position of the measurement point, it is necessary to obtain them for each measurement point.
Below, the heat transfer solidification calculation in the mold was performed at V C = 1.4 m / min, 1.8 m / min, 2.2 m / min, 2.6 m / min. An example in which the shell average temperature T 1ave at 0.5 m, 0.6 m, 0.7 m, 0.8 m, and 0.85 m) is expressed as a linear expression of V C is shown.
At L = 0.5m, T 1ave = 42.42500V C +1258.62500
At L = 0.6m T 1ave = 39.23750V C +1247.46250
At L = 0.7m T 1ave = 32.65000V C +1253.95000
At L = 0.8m T 1ave = 31.70000V C +1248.65000
At L = 0.85m (mold exit) T 1ave = 28.75000V C +1234.27500
A graph used for deriving the equation of L = 0.7 m is shown in FIG. In FIG. 11, the vertical axis represents the mold outlet shell thickness direction average temperature (° C.), and the horizontal axis represents the casting speed (m / min).

<ΔHsurの求め方>
湯面からの放熱分に相当するエンタルピー:ΔHsurは以下の(7)式から求めることができる。
ΔHsur=(10000/7100)・(60/VC) ・・・・・・ (7)
但し、VC:鋳造速度(m/min)
(7)式は、湯面からの放熱分であり、溶鋼単位体積あたりどれだけエンタルピーが放出されるかを計算したものである。湯面単位面積あたりの放出エンタルピーを、ΔHsur’とすると(単位W/m2)、溶鋼単位体積あたりのエンタルピー放出量ΔHsur(J/kg)は、ΔHsur’を単位時間の鋳造速度で決まる溶鋼重量で割ればよいので、ΔHsur=ΔHsur’/(密度7100×Vc/60×1(=単位面積))となる。そして、ΔHsur’を10000W/m2としたのが(7)式である。
<How to find ΔH sur >
The enthalpy: ΔH sur corresponding to the amount of heat released from the molten metal surface can be obtained from the following equation (7).
ΔH sur = (10000/7100) ・ (60 / V C ) (7)
V C : Casting speed (m / min)
Equation (7) is the amount of heat released from the molten metal surface, and is a calculation of how much enthalpy is released per unit volume of molten steel. The release enthalpy per molten metal surface unit area, 'When (in W / m 2), enthalpy release amount per molten steel unit volume ΔH sur (J / kg) is, [Delta] H sur' [Delta] H sur at casting speed per unit time Since it is sufficient to divide by the determined molten steel weight, ΔH sur = ΔH sur '/ (density 7100 × Vc / 60 × 1 (= unit area)). Then, ΔH sur ′ is set to 10000 W / m 2 in the expression (7).

<H0の求め方>
鋳型内溶鋼のエンタルピー:H0は、液相の鋼の比熱を温度で積分してエンタルピーを出し、それを温度の関数として式に表した(8)式に基づいて求めることができる。
0=(1×10-10×T0 4−4×10-7×T0 3+0.0005×T0 2−0.0098×T0+4.5508)
×4.19×1000 ・・・・・・ (8)
但し、T0:鋳型内溶鋼温度(℃)
なお、(8)式における鋳型内溶鋼温度T0は、既設の設備において実際に鋳型内の溶鋼温度を熱電対で測定し、その時の操業条件で重回帰式とした下記の(9)式から求めることができる。
0=705.156+0.544086TTD−2.35053VC−0.00303W
+18.12663(0.10181・ln(FC)−0.3362) ・・・・・・ (9)
但し、TTD:タンディッシュ(T/D)内溶鋼温度(℃)
C:鋳造速度(m/min)
W:モールド(M/D)幅(m)
FC:FC電流(A)
<Determination of H 0>
The enthalpy of the molten steel in the mold: H 0 can be obtained based on the equation (8) in which the specific heat of the liquid-phase steel is integrated with the temperature to give an enthalpy and expressed as a function of the temperature.
H 0 = (1 × 10 −10 × T 0 4 −4 × 10 −7 × T 0 3 + 0.0005 × T 0 2 −0.0098 × T 0 +4.5508)
× 4.19 × 1000 ・ ・ ・ ・ ・ ・ (8)
T 0 : Molten steel temperature in mold (° C)
In addition, the molten steel temperature T 0 in the mold in the equation (8) is obtained from the following equation (9) in which the molten steel temperature in the mold is actually measured with a thermocouple in the existing equipment and the multiple regression equation is obtained under the operating conditions at that time. Can be sought.
T 0 = 705.156 + 0.544086T TD -2.35053V C -0.00303W
+18.12663 (0.10181 ・ ln (FC) −0.3362) ・ ・ ・ ・ ・ ・ (9)
However, T TD : Tundish (T / D) molten steel temperature (℃)
V C : Casting speed (m / min)
W: Mold (M / D) width (m)
FC: FC current (A)

上述のように、H1、ΔHsur、H0を求めることができるので、(4)式を変形した下記の(10)式からΔHを求めることができる。
ΔH=H0−(H1+ΔHsur) ・・・・・・ (10)
ΔHは、湯面から測定点に至る間に鋳型冷却によって抜熱されることによって抜熱量相当分のエンタルピーであるから、測定点での凝固シェル厚みDpは総括熱流束Q1pを用いて下式で表すことができる。
Dp=Q1p/(ΔH・ρ) ・・・・・・ (11)
但し、ρ:測定点での凝固シェルの密度(kg/m3)
なお、ρは20〜1500℃までの固体鉄の密度を5点で求め、それを温度の関数になるように回帰式とした下式(12)から求めることができる。
ρ=(−1.686×10-101ave 3+2.7069×10-71ave 2
−5.2909×10-41ave+7.9106)×1000 ・・・・・・(12)
なお、(12)式のT1aveは上記の(6)式から求める。
As described above, since H 1 , ΔH sur , and H 0 can be obtained, ΔH can be obtained from the following equation (10) obtained by modifying equation (4).
ΔH = H 0 − (H 1 + ΔH sur ) (10)
ΔH is the enthalpy equivalent to the amount of heat removed by removing heat by cooling the mold from the molten metal surface to the measurement point, so the solidified shell thickness Dp at the measurement point is expressed by the following equation using the overall heat flux Q1p. be able to.
Dp = Q1p / (ΔH · ρ) (11)
Where ρ: density of the solidified shell at the measurement point (kg / m 3 )
In addition, (rho) can be calculated | required from the following Formula (12) which calculated | required the density of solid iron to 20-1500 degreeC in five points, and made it a regression equation so that it might become a function of temperature.
ρ = (− 1.686 × 10 −10 T 1ave 3 + 2.7069 × 10 −7 T 1ave 2
-5.2909 × 10 -4 T 1ave +7.9106) × 1000 (12)
Note that T 1ave in the equation (12) is obtained from the above equation (6).

なお、H1、ΔHsur、H0、ρの求め方については、上述した方法に限定されるものではなく、種々の方法で求めればよい。 The method for obtaining H 1 , ΔH sur , H 0 , and ρ is not limited to the method described above, and may be obtained by various methods.

上記の検討では、総括熱流束Q2は溶鋼流が凝固シェルに衝突して凝固シェルを再溶解させる溶鋼流衝突顕熱であるとして、凝固シェル厚みを推定するための総括熱流束から除くようにした。
しかし、鋳造中において浸漬ノズルから溶鋼吐出流が一時的に大きくなった場合、すなわち総括熱流束Q2が存在する場合には、溶鋼流によって凝固シェルが再溶解され、凝固遅れが発生すると考えられる。そのため、単に総括熱流束Q2を除いて求めた凝固シェル厚みよりも凝固シェル厚みが薄くなることも考えられる。
そこで、以下においては再溶解による凝固遅れを考慮した凝固シェル厚みの推定方法について説明する。
In the above examination, the overall heat flux Q2 is excluded from the overall heat flux for estimating the solidified shell thickness, assuming that the molten steel flow is a sensible heat of the molten steel collision that causes the solidified shell to remelt by colliding with the solidified shell. .
However, when the molten steel discharge flow from the immersion nozzle temporarily increases during casting, that is, when the overall heat flux Q2 exists, it is considered that the solidified shell is remelted by the molten steel flow and a solidification delay occurs. Therefore, it is also conceivable that the solidified shell thickness becomes thinner than the solidified shell thickness obtained by simply excluding the overall heat flux Q2.
Therefore, a method for estimating the solidified shell thickness in consideration of the solidification delay due to remelting will be described below.

発明者は、総括熱流束Q2による再溶解が生ずるとしても、総括熱流束Q2の全てが凝固シェルに凝固遅れを生じさせる作用をするのではなく、その何割かが凝固遅れを生じさせる再溶解に作用すると考えた。そのように考えると、総括熱流束Q1に基づいて推定される凝固シェル厚みをD、総括熱流束Q2による再溶解を考慮した凝固シェル厚みをD1、Q2のX%が再溶解として作用すると考えると、下記の比例関係が成立する。
Q1:D=(Q1−X・Q2):D1
上記の比例式をD1について整理すると、D1=D(1−X・Q2/Q1)となる。
したがって、Xを求めることができれば、D1を求めることができる。
そこで、上記の比例式をXについて整理すると、X=(D−D1)/D・Q1/Q2となる。この式に現れた(D−D1)/Dの値は、凝固遅れ度RS(Retardation of Solidification:凝固遅れ度)として、公知である下記の(14)式によって求めることができる。
RS=β×(V0.8・Δθ) ・・・・(14)
β:凝固遅れ定数(無単位)
V:溶鋼流速(m/s)
Δθ:溶鋼過熱度(℃)
RS:凝固遅れ度(無単位)
Even if remelting by the overall heat flux Q2 occurs, the inventor does not act that all of the overall heat flux Q2 causes a solidification delay in the solidified shell, but some percent of the remelting causes a solidification delay. I thought it would work. Considering that, it is assumed that the solidified shell thickness estimated based on the overall heat flux Q1 is D, and the solidified shell thickness considering remelting by the overall heat flux Q2 is that D1 and X2 of Q2 act as remelting. The following proportional relationship is established.
Q1: D = (Q1-X · Q2): D1
When the above proportional expression is arranged for D1, D1 = D (1−X · Q2 / Q1).
Therefore, if X can be obtained, D1 can be obtained.
Therefore, when the above proportional expression is arranged for X, X = (D−D1) / D · Q1 / Q2. The value of (D−D1) / D appearing in this equation can be obtained by the following equation (14), which is known as a solidification delay degree RS (Retardation of Solidification).
RS = β × (V 0.8・ Δθ) (14)
β: Coagulation delay constant (unitless)
V: Molten steel flow velocity (m / s)
Δθ: Molten steel superheat (° C)
RS: Solidification delay (no unit)

溶鋼過熱度Δθは、前述したようにΔθ=T0−TS(T0:鋳型内溶鋼温度(℃)、TS:溶鋼固相線温度(℃))として求めることができるので、溶鋼流速Vが求まればRSを求めることができる。
そして、溶鋼流速V(m/s)は、総括熱流束Q2を用いて(15)式から求めることができる。
V=(Q(2)/(α・t・Δθ))1.25 ・・・・(15)
α:溶鋼流速定数(無単位)
t:凝固シェルがプロファイルにおける極小点を通過してから測定点または
鋳型出口に至るまでに要する時間(S)
As described above, the molten steel superheat degree Δθ can be obtained as Δθ = T 0 −T S (T 0 : molten steel temperature in mold (° C.), T S : molten steel solidus temperature (° C.)). If V is obtained, RS can be obtained.
And the molten steel flow velocity V (m / s) can be calculated | required from (15) Formula using the general heat flux Q2.
V = (Q (2) / (α ・ t ・ Δθ)) 1.25・ ・ ・ ・ (15)
α: Flow rate constant of molten steel (no unit)
t: Measurement point or point after the solidified shell passes the local minimum point in the profile
Time required to reach the mold exit (S)

X=(D−D1)/D・Q1/Q2の式における(D−D1)/DをRSと置き換えると、X=RS・Q1/Q2となる。このXの値を上述したD1=D(1−X・Q2/Q1)に代入すると、D1=D(1−RS)となり、凝固遅れを考慮した凝固シェル厚みD1を求めることができる。 When (D−D1) / D in the equation of X = (D−D1) / D · Q1 / Q2 is replaced with RS, X = RS · Q1 / Q2. Substituting this value of X into D1 = D (1−X · Q2 / Q1) described above results in D1 = D (1−RS), and the solidified shell thickness D1 considering the solidification delay can be obtained.

以上のように、上記(14)式に示される凝固遅れ度RSを求めることができ、それ故に総括熱流束Q2による凝固遅れを考慮した凝固シェル厚みD1を、D1=D(1−RS)として求めることができるのである。   As described above, the solidification delay degree RS shown in the above equation (14) can be obtained. Therefore, the solidification shell thickness D1 in consideration of the solidification delay due to the overall heat flux Q2 is set as D1 = D (1-RS). It can be sought.

以上の検討の妥当性を検証するために、いくつかの操業条件(条件1〜4)において、鋳型出口における凝固シェル厚みDおよびD1を求め、他の方法により得られた値との比較を行った。
比較法としては、下記D’およびD1’を算出した。
D’=q1のみの熱流束プロファイルを用い、抜熱量のみから計算したシェル厚み。
すなわち、q1−q2regの代わりにq1を用いて総括熱流束Qに相当する値を算出し(Q’とする)、前記(2)式に準じてD’=Q’/(ΔH・ρ)により求められる値D1’=D’に凝固遅れを考慮したシェル厚み。すなわち、RSよりD1’=D’(1−RS)により求められる値。
real=鋳片の内部割れ位置から推定したシェル厚み。
各操業条件(条件1〜4)におけるD’、D1’、D、D1及びDrealを表1に示す。
In order to verify the validity of the above examination, the solidified shell thicknesses D and D1 at the mold outlet were obtained under some operating conditions (conditions 1 to 4), and compared with values obtained by other methods. It was.
As a comparison method, the following D ′ and D1 ′ were calculated.
D ′ = The shell thickness calculated from only the amount of heat removed using the heat flux profile of q1 only.
That is, a value corresponding to the overall heat flux Q is calculated using q1 instead of q1-q2 reg (referred to as Q ′), and D ′ = Q ′ / (ΔH · ρ) according to the equation (2). The shell thickness considering the solidification delay in the value D1 ′ = D ′ determined by That is, a value obtained from D1 ′ = D ′ (1−RS) from RS.
D real = shell thickness estimated from the internal crack position of the slab.
Table 1 shows D ′, D1 ′, D, D1 and D real in each operation condition (conditions 1 to 4).

Figure 0005365459
Figure 0005365459

表1に示す結果から分かるように、DおよびD1は安定して実測値に近い値をとり、また特にD1はより実測値に近い値を示しており、改善された値を示していると評価できる。
上記の検証は鋳型出口で行っているが、測定点でも同様のことが言えると考えられる。
As can be seen from the results shown in Table 1, D and D1 stably take values close to the actual measurement values, and in particular, D1 shows a value closer to the actual measurement values and is evaluated to indicate an improved value. it can.
The above verification is performed at the mold outlet, but the same can be said at the measurement point.

このように、総括熱流束Q1を用いて測定点及び鋳型出口における凝固シェル厚みDを求めることができ、さらに凝固遅れを考慮した凝固シェル厚みD1を求めることができる。
そして、凝固シェル厚みを求めることができれば、凝固シェル厚みとブレークアウト発生の有無との関係を予め求めておくことにより、ブレークアウト発生の有無の指標とすることができる。
例えば、鋳型出口での予測厚みDが閾値以下となった場合にブレークアウトの発生条件にあると判定したり、鋳型出口予測厚みD1が閾値以下となった場合にブレークアウトの発生条件にあると判定したりできる。
なお、閾値は鋼種、設備、操業条件に応じ、予め事例から設定したり、理論計算により求めたりすればよい。
Thus, the solidified shell thickness D at the measurement point and the mold outlet can be obtained using the overall heat flux Q1, and the solidified shell thickness D1 considering the solidification delay can be obtained.
If the thickness of the solidified shell can be obtained, the relationship between the thickness of the solidified shell and the presence / absence of occurrence of breakout can be obtained in advance, and can be used as an index for occurrence of breakout.
For example, when the predicted thickness D at the mold outlet is less than or equal to the threshold value, it is determined that the breakout occurrence condition is satisfied, or when the predicted mold outlet thickness D1 is equal to or less than the threshold value, the breakout occurrence condition is satisfied. Can be judged.
In addition, what is necessary is just to set a threshold value from an example beforehand according to steel types, equipment, and operation conditions, or to obtain | require by theoretical calculation.

なお、本発明は、湯面から鋳型出口に至る途中の測定点での凝固シェル厚みDp、D1pに基づいて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを予測するものであるから、凝固シェル厚みDp、D1pから如何にして凝固シェル厚みDexを導くかが問題になる。
そこで、以下においては、湯面から鋳型出口に至る途中の測定点での凝固シェル厚みDp、D1pに基づいて鋳型出口での凝固シェル厚みを予想する方法について説明する。
一般に、湯面から鋳型出口に至る凝固シェルの厚みDと凝固時間tとの間には以下の関係がある。
D=kt1/2
但し、k:凝固定数
In the present invention, since the solidified shell thickness Dex at the mold outlet is predicted based on the solidified shell thickness Dp and D1p at the measurement point on the way from the molten metal surface to the mold outlet, the solidified shell thickness Dp and D1p is estimated. Therefore, how to derive the solidified shell thickness Dex becomes a problem.
Therefore, in the following, a method for predicting the solidified shell thickness at the mold outlet based on the solidified shell thicknesses Dp and D1p at the measurement point on the way from the molten metal surface to the mold outlet will be described.
In general, there is the following relationship between the thickness D of the solidified shell from the molten metal surface to the mold outlet and the solidification time t.
D = kt 1/2
Where k: coagulation constant

そこで、測定位置において上記の理論で推定された凝固シェル厚みDpと、その時点における凝固時間tp(湯面からの距離(m)/鋳造速度(m/min))を上式に代入することで、再溶解を考慮した凝固定数kpを求めることができる。kpが求まると、鋳型出口での凝固シェル厚みDexは、下式によって求めることができる。
Dex=kptex 1/2
但し、texは凝固時間であり、tex=(湯面から鋳型出口までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
Therefore, by substituting the solidification shell thickness Dp estimated by the above theory at the measurement position and the solidification time tp (distance from the molten metal surface (m) / casting speed (m / min)) into the above equation. Thus, the coagulation constant k p taking into account re-dissolution can be obtained. When kp is obtained, the solidified shell thickness Dex at the mold outlet can be obtained by the following equation.
Dex = k p t ex 1/2
Where t ex is the solidification time and t ex = (distance from molten metal surface to mold outlet (m) / casting speed (m / min))

以上のように、総括熱流束Q1pを用いて測定点における凝固シェル厚みDp及び凝固遅れを考慮した凝固シェル厚みD1pを求めることができ、これらDpまたはD1pに基づいて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを精度よく予測することができる。
そして、鋳型出口に至る手前の測定点でのデータに基づき鋳型出口での凝固シェル厚みが予測できれば、より早い段階でのブレークアウト防止のための制御が可能となる。
しかも、鋳型出口での凝固シェル厚みDexに基づくブレークアウト発生の有無の指標は、前述した熱流束の変化のみに基づくものに比較してより直接的な指標であることから、その精度が高いと言える。
As described above, the total heat flux Q1p can be used to determine the solidified shell thickness Dp at the measurement point and the solidified shell thickness D1p considering the solidification delay, and based on these Dp or D1p, the solidified shell thickness Dex at the mold outlet. Can be accurately predicted.
If the thickness of the solidified shell at the mold outlet can be predicted based on the data at the measurement point before reaching the mold outlet, control for preventing breakout at an earlier stage can be performed.
Moreover, since the index of occurrence of breakout based on the solidified shell thickness Dex at the mold outlet is a more direct index than the above-described index based only on the change in heat flux, the accuracy is high. I can say that.

なお、測定位置での凝固シェル厚みDp、D1pに基づいて鋳型出口での凝固シェル厚みを予想する方法については、上記のD=kt1/2に限定されるものではなく、例えば測定位置が再溶解の影響の少ない鋳型出口に近い場合には、定常状態におけるプロファイルに基づいて測定位置以降の凝固シェルの成長分を予測するようにしてもよい。 The method of predicting the solidified shell thickness at the mold outlet based on the solidified shell thicknesses Dp and D1p at the measurement position is not limited to the above D = kt 1/2 , When close to the mold outlet where there is little influence of dissolution, the growth of the solidified shell after the measurement position may be predicted based on the profile in the steady state.

本発明は以上の知見を基になされたものであり、具体的には以下の構成からなる。   The present invention has been made based on the above knowledge, and specifically comprises the following configuration.

(1)本発明に係る連続鋳造における凝固シェル厚み推定方法は、連続鋳造における鋳型内の溶鋼が湯面から鋳型出口に至るまでの間に凝固界面へ入熱する熱流束q1を測定し、定常状態における鋳型内の溶鋼流動による定常凝固界面入熱q2regを下式(1)に基づいて求め、これら熱流束q1と定常凝固界面入熱q2regの差(q1−q2reg)について溶鋼が湯面から鋳型出口に至るまでの熱流束プロファイルを求め、
該熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在しない場合には、湯面位置から鋳型出口間の該熱流束プロファイルの曲線全体で囲まれる面積のうち湯面から鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束を総括熱流束Q1pとし、
前記熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在する場合には、該極小点と鋳型出口での局所熱流束値とを直線で結んだときにこの直線よりも上の部分の面積に相当する総括熱流束をQ2とし、湯面位置から鋳型出口方向所定位置までの熱流束プロファイルの曲線で囲まれる面積に相当する総括熱流束から前記Q2のうちの前記極小点から前記鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束Q2pを差し引いた面積に相当する総括熱流束をQ1pとし、
これら総括熱流束Q1pを用いて下式(2)に基づいて鋳型出口方向所定位置における凝固シェル厚みDpを推定し、さらにこの推定値Dpを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを推定することを特徴とするものである。
q2reg=h・Δθ ・・・・・・・・・・ (1)
但し、q2reg:定常凝固界面入熱(J/s・m2)
h:溶鋼と凝固シェルの間の熱伝達係数(J/s・m2・℃)
Δθ:溶鋼の過熱度(℃)
Dp=Q1p/(ΔH・ρ) ・・・・・・・・・・ (2)
但し、
Dp :鋳型内の湯面から鋳型出口方向所定位置での凝固シェル厚み(m)
Q1p:総括熱流束(J/m2)
ΔH :鋳型内所定位置での凝固シェルの単位重量当たりのエンタルピー落差(J/kg)
ρ :鋳型内所定位置の凝固シェル密度(kg/m3)
(1) The solidified shell thickness estimation method in continuous casting according to the present invention measures the heat flux q1 that enters the solidification interface from the molten metal surface to the mold outlet in the continuous casting until the molten steel in the mold reaches the steady state. seeking steady solidification interface heat input q2 reg by molten steel flow in the mold in the state on the basis of the following equation (1), the difference between these heat fluxes q1 and steady solidification interface heat input q2 reg (q1-q2 reg) molten steel for the hot water Find the heat flux profile from the surface to the mold exit,
When there is no local minimum point indicating the minimum value in the heat flux profile, the area from the molten metal surface to a predetermined position in the mold outlet direction out of the area surrounded by the entire curve of the heat flux profile between the molten metal surface position and the mold outlet The overall heat flux corresponding to is the overall heat flux Q1p,
When there is a local minimum point indicating a minimum value in the heat flux profile, this corresponds to the area of the portion above this line when the local minimum and the local heat flux value at the mold outlet are connected by a straight line. The overall heat flux is Q2, and the overall heat flux corresponding to the area surrounded by the curve of the heat flux profile from the molten metal surface position to a predetermined position in the mold outlet direction, from the minimum point of Q2 to the predetermined position in the mold outlet direction. Q1p is the overall heat flux corresponding to the area obtained by subtracting the overall heat flux Q2p corresponding to the area of
Using these general heat fluxes Q1p, the solidified shell thickness Dp at a predetermined position in the mold outlet direction is estimated based on the following equation (2), and further, the solidified shell thickness Dex at the mold outlet is estimated using this estimated value Dp. It is characterized by.
q2 reg = h · Δθ (1)
Where q2 reg : steady-state solidification interface heat input (J / s · m 2 )
h: Heat transfer coefficient between molten steel and solidified shell (J / s · m 2 · ° C)
Δθ: Superheat degree of molten steel (° C)
Dp = Q1p / (ΔH · ρ) (2)
However,
Dp: Solidified shell thickness (m) at a predetermined position in the mold exit direction from the molten metal surface in the mold
Q1p: Overall heat flux (J / m 2 )
ΔH: enthalpy drop per unit weight of the solidified shell at a predetermined position in the mold (J / kg)
ρ: Solidified shell density at a predetermined position in the mold (kg / m 3 )

なお、鋳型出口方向所定位置としては、浸漬ノズルからの吐出流による再溶解が生ずる可能性がある部位よりも鋳型出口寄りの位置とするのが好ましく、例えば熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在する場合には、極小点よりも鋳型出口方向よりの位置にするのが好ましい。   The predetermined position in the mold outlet direction is preferably a position closer to the mold outlet than a portion where remelting due to the discharge flow from the immersion nozzle may occur. For example, a minimum point indicating a minimum value in the heat flux profile Is present, it is preferable that the position be closer to the mold exit direction than the minimum point.

(2)また、上記(1)に記載のものにおいて、鋳型内所定位置で推定された凝固シェル厚みDpを用いた鋳型出口での凝固シェル厚みDexの予測を下式に基づいて行うことを特徴とするものである。
Dex=kptex 1/2
但し、texは凝固時間であり、tex=(湯面から鋳型出口までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
凝固定数kpは、下式によって求める
p=Dp/tp 1/2
但し、tp=(湯面から鋳型内所定位置までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
(2) Further, in the above (1), the solidified shell thickness Dex at the mold outlet is predicted based on the following equation using the solidified shell thickness Dp estimated at a predetermined position in the mold. It is what.
Dex = k p t ex 1/2
Where t ex is the solidification time and t ex = (distance from molten metal surface to mold outlet (m) / casting speed (m / min))
The coagulation constant k p is obtained by the following equation
k p = Dp / t p 1/2
However, t p = (distance from molten metal surface to predetermined position in mold (m) / casting speed (m / min))

(3)また、上記(1)に記載のものにおいて、熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在する場合において、総括熱流束Q2pによる再溶解によって生ずる凝固遅れを考慮した凝固シェル厚みD1pを推定し、このD1pを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを推定する方法であって、上記(1)によって求められた凝固シェル厚みをDpとすると、D1p=Dp(1−RS)とすることを特徴とするものである。
但し、RS=β×(V0.8・Δθ)
β :凝固遅れ定数(無単位)
V :溶鋼流速(m/s)
Δθ:溶鋼過熱度(℃)
RS :凝固遅れ度(無単位)
但し、V=(Q2/(α・t・Δθ))1.25
Q2p:総括熱流束(J/m2)
α:溶鋼流速定数(無単位)
t:凝固シェルが熱流束プロファイルにおける極小点を通過してから
鋳型内所定位置に至るまでに要する時間(S)
(3) Further, in the case described in (1) above, when there is a minimum point showing a minimum value in the heat flux profile, the solidified shell thickness D1p considering the solidification delay caused by remelting by the overall heat flux Q2p is set. A method of estimating and using this D1p to estimate the solidified shell thickness Dex at the mold outlet, where Dp is the solidified shell thickness obtained by the above (1), D1p = Dp (1-RS). It is characterized by this.
However, RS = β x (V 0.8 · Δθ)
β: Coagulation delay constant (unitless)
V: Flow velocity of molten steel (m / s)
Δθ: Molten steel superheat (° C)
RS: Coagulation delay (no unit)
However, V = (Q2 / (α · t · Δθ)) 1.25
Q2p: Overall heat flux (J / m 2 )
α: Flow rate constant of molten steel (no unit)
t: After the solidified shell passes through the minimum point in the heat flux profile
Time required to reach a predetermined position in the mold (S)

(4)また、上記(3)に記載のものにおいて、凝固シェル厚みD1pを用いた鋳型出口での凝固シェル厚みDexの予測を下式に基づいて行うことを特徴とするものである。
Dex=k1ptex 1/2
但し、texは凝固時間であり、tex=(湯面から鋳型出口までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
凝固定数k1pは、下式によって求める
k1p=D1p/tp 1/2
但し、tp=(湯面から鋳型内所定位置までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
(4) Further, in the above (3), the solidified shell thickness Dex at the mold outlet using the solidified shell thickness D1p is predicted based on the following equation.
Dex = k1 p t ex 1/2
Where t ex is the solidification time and t ex = (distance from molten metal surface to mold outlet (m) / casting speed (m / min))
The coagulation constant k1 p is obtained by the following equation.
k1 p = D1p / t p 1/2
However, t p = (distance from molten metal surface to predetermined position in mold (m) / casting speed (m / min))

(5)また、上記(1)乃至(4)のいずれかに記載のものにおいて、熱流束q1は、鋳型内に鋳型厚み方向で埋め込み深さの異なる2点間に埋め込んだ一対の熱電対を、鋳型鋳造方向に複数設置して、前記一対の熱電対の出力に基づいて下式によって求める局所熱流束であることを特徴とするものである。
q1=λ(T1−T2)/d
但し、q1:熱流束(J/s・m2)
λ:鋳型の熱伝導率(J/s・m・℃)
T1、T2:熱電対の検出温度(℃)
d:熱電対の埋設間隔(m)
(5) In addition, in any of the above (1) to (4), the heat flux q1 is a pair of thermocouples embedded between two points having different embedding depths in the mold thickness direction in the mold. A plurality of heat fluxes are installed in the casting direction of the mold, and the local heat flux is obtained by the following equation based on the outputs of the pair of thermocouples.
q1 = λ (T1-T2) / d
Where q1: heat flux (J / s · m 2 )
λ: Thermal conductivity of mold (J / s · m · ° C)
T1, T2: Thermocouple detection temperature (° C)
d: Embedment interval of thermocouple (m)

(6)本発明に係る連続鋳造におけるブレークアウト検出方法は、上記(1)乃至(5)のいずれかに記載の連続鋳造における凝固シェル厚み推定方法を用いた連続鋳造におけるブレークアウト検出方法であって、上記(1)乃至(5)に記載の連続鋳造における凝固シェル厚み推定方法によって予測された鋳型出口における凝固シェル厚みと、予めブレークアウト発生の危険性との関係で求めた閾値とに基づいてブレークアウト発生の危険を検出することを特徴とするものである。 (6) The breakout detection method in continuous casting according to the present invention is a breakout detection method in continuous casting using the solidified shell thickness estimation method in continuous casting described in any of (1) to (5) above. Then, based on the solidified shell thickness at the mold outlet predicted by the solidified shell thickness estimation method in the continuous casting described in (1) to (5) above and a threshold value obtained in advance in relation to the risk of occurrence of breakout. The risk of breakout occurrence is detected.

(7)本発明に係る連続鋳造における凝固シェル厚み推定装置は、鋳型厚み方向に異なる深さの2点に埋め込んだ一対の熱電対を、鋳型鋳造方向に複数設置してなる熱電対群と、該熱電対群からの温度情報を入力して各熱電対設置部位における局所熱流束q1を求める局所熱流束演算手段と、定常状態における鋳型内の溶鋼流動による定常凝固界面入熱q2regを下式(1)に基づいて求めたデータを記憶する定常凝固界面入熱記憶手段と、これら熱流束q1と定常凝固界面入熱q2regの差(q1−q2reg)について溶鋼が湯面から鋳型出口に至るまでの熱流束プロファイルを求めるプロファイル演算手段と、該プロファイル演算手段によって求められた熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在しない場合は、湯面位置から鋳型出口間の該熱流束プロファイルの曲線全体で囲まれる全面積のうち湯面から鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束を総括熱流束Q1pとし、前記プロファイル演算手段によって求められた熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在する場合は、該極小点と鋳型出口での局所熱流束値とを直線で結んだときにこの直線よりも上の部分の面積に相当する総括熱流束をQ2とし、湯面位置から鋳型出口方向所定位置までの熱流束プロファイルの曲線で囲まれる面積に相当する総括熱流束から前記Q2のうちの前記極小点から前記鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束Q2pを差し引いた面積に相当する総括熱流束をQ1pとし、これら総括熱流束Q1pを用いて下式(2)に基づいて鋳型出口方向所定位置における凝固シェル厚みDpの推定値を演算し、さらにこの推定値Dpを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを演算する凝固シェル厚演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
q2reg=h・Δθ ・・・・・・・・・・ (1)
但し、q2reg:定常凝固界面入熱(J/s・m2)
h:溶鋼と凝固シェルの間の熱伝達係数(J/s・m2・℃)
Δθ:溶鋼の過熱度(℃)
Dp=Q1p/(ΔH・ρ) ・・・・・・・・・・ (2)
但し、
Dp :鋳型内の湯面から鋳型出口方向所定位置での凝固シェル厚み(m)
Q1p:総括熱流束(J/m2)
ΔH :鋳型内所定位置での凝固シェルの単位重量当たりのエンタルピー落差(J/kg)
ρ :鋳型内所定位置の凝固シェル密度(kg/m3)
(7) The solidified shell thickness estimation apparatus in continuous casting according to the present invention includes a thermocouple group in which a plurality of thermocouples embedded in two points at different depths in the mold thickness direction are installed in the mold casting direction; The local heat flux calculating means for obtaining the local heat flux q1 at each thermocouple installation site by inputting temperature information from the thermocouple group, and the steady solidification interface heat input q2 reg due to the molten steel flow in the mold in the steady state The steady solidification interface heat input storage means for storing the data obtained based on (1) and the difference between the heat flux q1 and the steady solidification interface heat input q2 reg (q1−q2 reg ) from the molten metal surface to the mold outlet If there is no minimum point indicating a minimum value in the heat flux profile obtained by the profile calculation means and the heat flux profile obtained by the profile calculation means, The overall heat flux corresponding to the area from the molten metal surface to a predetermined position in the mold outlet direction out of the total area surrounded by the entire curve of the heat flux profile between the mold outlets is defined as the overall heat flux Q1p, and is obtained by the profile calculation means. If there is a local minimum point that shows the minimum value in the heat flux profile, the overall heat flow corresponding to the area above this line when the local minimum and the local heat flux value at the mold outlet are connected by a straight line. An area from the overall heat flux corresponding to the area surrounded by the curve of the heat flux profile from the molten metal surface position to a predetermined position in the mold outlet direction to the predetermined position in the mold outlet direction from the minimum point of the Q2 is defined as a bundle Q2 The total heat flux corresponding to the area obtained by subtracting the total heat flux Q2p corresponding to is defined as Q1p, and using the total heat flux Q1p, a predetermined position in the mold outlet direction based on the following equation (2) And a solidified shell thickness calculating means for calculating an estimated value of the solidified shell thickness Dp in the apparatus and further calculating a solidified shell thickness Dex at the mold outlet using the estimated value Dp.
q2 reg = h · Δθ (1)
Where q2 reg : steady-state solidification interface heat input (J / s · m 2 )
h: Heat transfer coefficient between molten steel and solidified shell (J / s · m 2 · ° C)
Δθ: Superheat degree of molten steel (° C)
Dp = Q1p / (ΔH · ρ) (2)
However,
Dp: Solidified shell thickness (m) at a predetermined position in the mold exit direction from the molten metal surface in the mold
Q1p: Overall heat flux (J / m 2 )
ΔH: enthalpy drop per unit weight of the solidified shell at a predetermined position in the mold (J / kg)
ρ: Solidified shell density at a predetermined position in the mold (kg / m 3 )

(8)また、上記(7)に記載のものにおいて、凝固シェル厚演算手段は、凝固シェル厚みDpを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを求める演算を下式に基づいて行うことを特徴とするものである。
Dex=kptex 1/2
但し、texは凝固時間であり、tex=(湯面から鋳型出口までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
凝固定数kpは、下式によって求める
p=Dp/tp 1/2
但し、tp=(湯面から鋳型内所定位置までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
(8) Further, in the above described (7), the solidified shell thickness calculating means performs a calculation for obtaining the solidified shell thickness Dex at the mold outlet based on the following formula using the solidified shell thickness Dp. It is what.
Dex = k p t ex 1/2
Where t ex is the solidification time and t ex = (distance from molten metal surface to mold outlet (m) / casting speed (m / min))
The coagulation constant k p is obtained by the following equation
k p = Dp / t p 1/2
However, t p = (distance from molten metal surface to predetermined position in mold (m) / casting speed (m / min))

(9)また、上記(7)に記載のものにおいて、総括熱流束Q2pによる再溶解によって生ずる凝固遅れを考慮した凝固シェル厚みをD1pとし、請求項7によって求められた凝固シェル厚みDpとし、凝固シェル厚演算手段は凝固シェル厚みD1pを下式に基づいて演算し、凝固シェル厚みD1pを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを演算することを特徴とするものである。
D1p=Dp(1−RS)
但し、RS=β×(V0.8・Δθ)
β :凝固遅れ定数(無単位)
V :溶鋼流速(m/s)
Δθ:溶鋼過熱度(℃)
RS :凝固遅れ度(無単位)
但し、V=(Q2/(α・t・Δθ))1.25
Q2:総括熱流束(J/m2)
α:溶鋼流速定数(無単位)
t:凝固シェルが熱流束プロファイルにおける極小点を通過してから
鋳型内所定位置に至るまでに要する時間(S)
(9) Further, in the above-mentioned (7), the solidified shell thickness considering the solidification delay caused by remelting by the overall heat flux Q2p is D1p, the solidified shell thickness Dp obtained by claim 7 is solidified. The shell thickness calculating means calculates the solidified shell thickness D1p based on the following equation, and calculates the solidified shell thickness Dex at the mold outlet using the solidified shell thickness D1p.
D1p = Dp (1-RS)
However, RS = β x (V 0.8 · Δθ)
β: Coagulation delay constant (unitless)
V: Flow velocity of molten steel (m / s)
Δθ: Molten steel superheat (° C)
RS: Coagulation delay (no unit)
However, V = (Q2 / (α · t · Δθ)) 1.25
Q2: Overall heat flux (J / m 2 )
α: Flow rate constant of molten steel (no unit)
t: After the solidified shell passes through the minimum point in the heat flux profile
Time required to reach a predetermined position in the mold (S)

(10)また、上記(9)に記載のものにおいて、凝固シェル厚演算手段は、凝固シェル厚みD1pを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを求める演算を下式に基づいて行うことを特徴とするものである。
Dex=k1ptex 1/2
但し、texは凝固時間であり、tex=(湯面から鋳型出口までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
凝固定数kpは、下式によって求める
k1p=D1p/tp 1/2
但し、tp=(湯面から鋳型内所定位置までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
(10) Further, in the above-described (9), the solidified shell thickness calculating means performs a calculation for obtaining the solidified shell thickness Dex at the mold outlet based on the following formula using the solidified shell thickness D1p. It is what.
Dex = k1 p t ex 1/2
Where t ex is the solidification time and t ex = (distance from molten metal surface to mold outlet (m) / casting speed (m / min))
The coagulation constant k p is obtained by the following equation
k1 p = D1p / t p 1/2
However, t p = (distance from molten metal surface to predetermined position in mold (m) / casting speed (m / min))

(11)本発明に係るブレークアウト検出装置は、上記(7)乃至(10)のいずれかに記載の凝固シェル厚み推定装置を用いた連続鋳造におけるブレークアウト検出装置であって、凝固シェル厚演算手段の演算値を入力して、該演算値と予めブレークアウト発生の危険性との関係で求めた閾値とに基づいてブレークアウト発生の危険の有無を判定するブレークアウト判定手段を備えたことを特徴とするものである。 (11) A breakout detection device according to the present invention is a breakout detection device in continuous casting using the solidified shell thickness estimation device according to any one of (7) to (10), wherein the solidified shell thickness is calculated. A breakout determination means for inputting a calculated value of the means and determining whether there is a risk of occurrence of breakout based on the calculated value and a threshold obtained in advance in relation to the risk of occurrence of breakout. It is a feature.

(12)本発明に係る連続鋳造におけるブレークアウト防止装置は、上記(11)に記載のブレークアウト検出装置を用いたブレークアウト防止装置であって、ブレークアウト判定手段の信号を入力して、ブレークアウト判定手段がブレークアウトの危険有りと判定した場合において、鋳造速度を下げるように操業条件を制御し、または該制御に加えて鋳型内の溶鋼流速を低下させる制御を行う制御手段を備えたことを特徴とするものである。 (12) A breakout prevention device in continuous casting according to the present invention is a breakout prevention device using the breakout detection device according to the above (11), in which a signal from a breakout determination means is input, When the out determination means determines that there is a risk of breakout, the operation condition is controlled so as to reduce the casting speed, or in addition to the control, a control means is provided for performing control to decrease the molten steel flow velocity in the mold. It is characterized by.

本発明においては、連続鋳造における鋳型内の溶鋼が湯面から鋳型出口に至るまでの間に凝固界面へ入熱する熱流束q1を測定し、熱流束q1と定常状態における鋳型内の溶鋼流動による定常凝固界面入熱q2regの差(q1−q2reg)について溶鋼が湯面から鋳型出口に至るまでの熱流束プロファイルを求め、該熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在する場合において、該極小点と鋳型出口での局所熱流束値とを直線で結んだときにこの直線よりも上の部分の面積に相当する総括熱流束をQ2とし、湯面位置から鋳型出口方向所定位置までの該熱流束プロファイルの曲線全体で囲まれる全面積に相当する総括熱流束から前記Q2のうちの前記極小点から前記鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束Q2pを差し引いた面積に相当する総括熱流束をQ1pとし、この総括熱流束Q1pを用いて鋳型出口における凝固シェル厚みDexを推定するようにしたので、精度よく凝固シェル厚みを推定することができる。 In the present invention, the heat flux q1 input to the solidification interface is measured between the molten steel in the mold in the continuous casting and the mold outlet, and the heat flux q1 and the molten steel flow in the mold in the steady state are measured. When the heat flux profile from the molten steel surface to the mold outlet is obtained for the difference (q1−q2 reg ) in the steady solidification interface heat input q2 reg , and there is a minimum point indicating the minimum value in the heat flux profile, When the local minimum and the local heat flux value at the mold outlet are connected by a straight line, the overall heat flux corresponding to the area above the straight line is defined as Q2, and from the molten metal surface position to a predetermined position in the mold outlet direction. The difference between the overall heat flux Q2p corresponding to the area from the minimum point of the Q2 to the predetermined position in the mold outlet direction from the overall heat flux corresponding to the entire area surrounded by the entire curve of the heat flux profile. Since the total heat flux corresponding to the subtracted area is Q1p, and the solidified shell thickness Dex at the mold outlet is estimated using this total heat flux Q1p, the solidified shell thickness can be estimated with high accuracy.

本発明の一実施の形態に係るブレークアウト防止装置を設置した連続鋳造設備の説明図である。It is explanatory drawing of the continuous casting installation which installed the breakout prevention apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 課題を解決するための手段を説明する説明図であり、熱電対を埋め込んだ連続鋳造用鋳型の断面図である。It is explanatory drawing explaining the means for solving a subject, and is sectional drawing of the casting mold for continuous casting which embedded the thermocouple. 課題を解決するための手段を説明する説明図であり、熱電対の埋め込み方法の説明図である。It is explanatory drawing explaining the means for solving a subject, and is explanatory drawing of the embedding method of a thermocouple. 課題を解決するための手段を説明する説明図であり、熱電対の取り付け位置の説明図である。It is explanatory drawing explaining the means for solving a subject, and is explanatory drawing of the attachment position of a thermocouple. 課題を解決するための手段を説明する説明図であり、局所熱流束と湯面からの距離の関係を示すグラフである。It is explanatory drawing explaining the means for solving a subject, and is a graph which shows the relationship between the distance from a local heat flux and a molten metal surface. 課題を解決するための手段を説明する説明図であり、溶鋼流速と湯面からの距離の関係を示すグラフである。It is explanatory drawing explaining the means for solving a subject, and is a graph which shows the relationship between the distance from a molten steel flow velocity and a molten metal surface. 課題を解決するための手段を説明する説明図であり、局所熱流束と湯面からの距離の関係を示すグラフである。It is explanatory drawing explaining the means for solving a subject, and is a graph which shows the relationship between the distance from a local heat flux and a molten metal surface. 課題を解決するための手段を説明する説明図であり、局所熱流束と湯面からの距離の関係を示すグラフによって示される熱流束プロファイルの面積の求め方の説明図である。It is explanatory drawing explaining the means for solving a subject, and is explanatory drawing of how to obtain | require the area of the heat flux profile shown by the graph which shows the relationship between the distance from a local heat flux and a molten metal surface. 課題を解決するための手段を説明する説明図であり、局所熱流束と湯面からの距離の関係を示すグラフによって示される熱流束プロファイルの面積の求め方の説明図である。It is explanatory drawing explaining the means for solving a subject, and is explanatory drawing of how to obtain | require the area of the heat flux profile shown by the graph which shows the relationship between the distance from a local heat flux and a molten metal surface. 課題を解決するための手段を説明する説明図であり、局所熱流束と湯面からの距離の関係を示すグラフによって示される熱流束プロファイルの面積の求め方の説明図である。It is explanatory drawing explaining the means for solving a subject, and is explanatory drawing of how to obtain | require the area of the heat flux profile shown by the graph which shows the relationship between the distance from a local heat flux and a molten metal surface. 課題を解決するための手段を説明する説明図であり、鋳造速度と鋳型出口方向所定位置におけるシェル厚み方向の平均温度との関係を示すグラフで、縦軸が鋳型出口シェル厚み方向平均温度(℃)、横軸が鋳造速度(m/min)を示している。It is explanatory drawing explaining the means for solving a subject, and is a graph which shows the relationship between casting speed and average temperature of the shell thickness direction in a mold exit direction predetermined position, and a vertical axis is mold exit shell thickness direction average temperature (° C. ), The horizontal axis indicates the casting speed (m / min). 本発明の実施例の説明図である。It is explanatory drawing of the Example of this invention.

図1は本発明の一実施の形態に係るブレークアウト防止装置を設置した連続鋳造設備の説明図であり、図2と同一部分には同一の符号を付してある。
連続鋳造設備は、鋳型1とタンディッシュ40の底部に接続され鋳型1内に設置されて、タンディッシュ40からの溶鋼5を吐出する浸漬ノズル3と、鋳型1から出た鋳片19をガイドするガイドローラ21と、鋳片19を引抜くためのピンチロール23と、ピンチロール23を回転駆動するためのモーター25と、モーター25を制御するためのピンチロール制御装置27とを備えている。
このような構成の連続鋳造設備には、以下の構成からなるブレークアウト防止装置が設けられている。
FIG. 1 is an explanatory view of a continuous casting facility in which a breakout prevention device according to an embodiment of the present invention is installed, and the same parts as those in FIG.
The continuous casting equipment is connected to the bottom of the mold 1 and the tundish 40 and is installed in the mold 1 to guide the immersion nozzle 3 for discharging the molten steel 5 from the tundish 40 and the slab 19 discharged from the mold 1. A guide roller 21, a pinch roll 23 for pulling out the cast piece 19, a motor 25 for rotationally driving the pinch roll 23, and a pinch roll control device 27 for controlling the motor 25 are provided.
The continuous casting equipment having such a configuration is provided with a breakout prevention device having the following configuration.

ブレークアウト防止装置は、鋳型1を形成している鋳型銅板11に異なる深さの2点に埋め込んだ一対の熱電対17を、鋳型幅方向および鋳造方向に複数設置してなる熱電対群と、鋳型厚み方向に該熱電対群17からの温度情報を入力して各熱電対設置部位における局所熱流束q1を演算する局所熱流束演算手段29と、定常状態における鋳型内の溶鋼流動による定常凝固界面入熱q2regを下式(1)に基づいて求めたデータを記憶する定常凝固界面入熱記憶手段31と、これら熱流束q1と定常凝固界面入熱q2regの差(q1−q2reg)について溶鋼が湯面から鋳型出口に至るまでの熱流束プロファイルを求める熱流束プロファイル演算手段32と、熱流束プロファイル演算手段32によって求められた熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在しない場合は、湯面位置から鋳型出口間の該熱流束プロファイルの曲線全体で囲まれる全面積のうち湯面から鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束を総括熱流束Q1pとし、前記プロファイル演算手段によって求められた熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在する場合は、該極小点と鋳型出口での局所熱流束値とを直線で結んだときにこの直線よりも上の部分の面積に相当する総括熱流束をQ2とし、湯面位置から鋳型出口方向所定位置までの熱流束プロファイルの曲線で囲まれる面積に相当する総括熱流束から前記Q2のうちの前記極小点から前記鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束Q2pを差し引いた面積に相当する総括熱流束をQ1pとし、これら総括熱流束Q1pを用いて下式(2)に基づいて鋳型出口方向所定位置における凝固シェル厚みDpの推定値を演算し、さらにこの推定値Dpを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを演算する凝固シェル厚演算手段33と、凝固シェル厚演算手段33の演算値を入力して、該演算値と予めブレークアウト発生の危険性との関係で求めた閾値とに基づいてブレークアウト発生の危険の有無を判定するブレークアウト判定手段34と、ブレークアウト判定手段34の信号を入力して、ブレークアウト判定手段がブレークアウトの危険有りと判定した場合において、鋳造速度を下げる及び/又は鋳型冷却を強くするように操業条件を制御し、または該制御に加えて鋳型内の溶鋼流速を低下させる制御を行う制御手段35と、ブレークアウト判定手段34がブレークアウトの危険有りと判定したときに、警報を発する警報装置37とを備えている。
q2reg=h・Δθ ・・・・・・・・・・ (1)
但し、q2reg:定常凝固界面入熱(J/s・m2)
h:溶鋼と凝固シェルの間の熱伝達係数(J/s・m2・℃)
Δθ:溶鋼の過熱度(℃)
Dp=Q1p/(ΔH・ρ) ・・・・・・・・・・ (2)
但し、
Dp :鋳型内の湯面から鋳型出口方向所定位置での凝固シェル厚み(m)
Q1p:総括熱流束(J/m2)
ΔH :鋳型内所定位置での凝固シェルの単位重量当たりのエンタルピー落差(J/kg)
ρ :鋳型内所定位置の凝固シェル密度(kg/m3)
以下、各構成をさらに詳細に説明する。
The breakout prevention device includes a thermocouple group in which a plurality of pairs of thermocouples 17 embedded in two points at different depths in the mold copper plate 11 forming the mold 1 are installed in the mold width direction and the casting direction, Local heat flux calculation means 29 for calculating the local heat flux q1 at each thermocouple installation site by inputting temperature information from the thermocouple group 17 in the mold thickness direction, and a steady solidification interface due to molten steel flow in the mold in a steady state About the solidification interface heat input memory means 31 for storing the heat input q2 reg obtained based on the following equation (1), and the difference (q1−q2 reg ) between the heat flux q1 and the steady solidification interface heat input q2 reg The heat flux profile calculation means 32 for obtaining the heat flux profile from the molten metal surface to the mold outlet, and the heat flux profile obtained by the heat flux profile calculation means 32 is minimal. When there is no minimum point indicating a value, the overall heat flux corresponding to the area from the molten metal surface to a predetermined position in the mold outlet direction out of the total area surrounded by the entire curve of the heat flux profile between the molten metal surface position and the mold outlet Is a general heat flux Q1p, and when there is a minimum point indicating a minimum value in the heat flux profile obtained by the profile calculation means, the minimum point and the local heat flux value at the mold outlet are connected by a straight line. The overall heat flux corresponding to the area of the portion above the straight line is defined as Q2, and the overall heat flux corresponding to the area surrounded by the curve of the heat flux profile from the molten metal surface position to a predetermined position in the mold outlet direction is The overall heat flux corresponding to the area obtained by subtracting the overall heat flux Q2p corresponding to the area from the minimum point to the predetermined position in the mold outlet direction is defined as Q1p, and the overall heat flux Q The estimated value of the solidified shell thickness Dp at a predetermined position in the mold outlet direction is calculated based on the following equation (2) using p, and the solidified shell thickness is calculated using this estimated value Dp. The calculation value of the thickness calculation means 33 and the solidified shell thickness calculation means 33 is input, and the presence / absence of the risk of occurrence of breakout is determined based on the calculated value and the threshold value obtained in advance in relation to the risk of occurrence of breakout. When the breakout determination means 34 and the signal of the breakout determination means 34 are input and the breakout determination means determines that there is a risk of breakout, the casting speed is decreased and / or the mold cooling is increased. Control means 35 for controlling the operating conditions at the same time, or in addition to the control, control for lowering the flow rate of the molten steel in the mold, and breakout judgment means 34 And an alarm device 37 that issues an alarm when it is determined that there is a risk of being out.
q2 reg = h · Δθ (1)
Where q2 reg : steady-state solidification interface heat input (J / s · m 2 )
h: Heat transfer coefficient between molten steel and solidified shell (J / s · m 2 · ° C)
Δθ: Superheat degree of molten steel (° C)
Dp = Q1p / (ΔH · ρ) (2)
However,
Dp: Solidified shell thickness (m) at a predetermined position in the mold exit direction from the molten metal surface in the mold
Q1p: Overall heat flux (J / m 2 )
ΔH: enthalpy drop per unit weight of the solidified shell at a predetermined position in the mold (J / kg)
ρ: Solidified shell density at a predetermined position in the mold (kg / m 3 )
Hereinafter, each configuration will be described in more detail.

<熱電対>
熱電対17は図3、図4で示したのと同様に鋳型銅板11に埋め込まれている。すなわち、鋳型銅板11の外側面に形成された冷却水通路の底部に孔をあけ、その中に、熱電対17を埋め込み、深さ方向に一定の距離を離した2箇所に埋没した一対の熱電対17を鋳型鋳造方向に9箇所計18本設置している。
なお、熱電対17は鋳型の短辺側及び長辺側に埋め込まれているが、本発明においては、鋳型の各辺ごとに計測して、各辺ごとの計測値に基づいてブレークアウト発生の有無を判定するものである。
<Thermocouple>
The thermocouple 17 is embedded in the mold copper plate 11 in the same manner as shown in FIGS. That is, a hole is made in the bottom of the cooling water passage formed on the outer side surface of the mold copper plate 11, a thermocouple 17 is embedded therein, and a pair of thermoelectrics embedded in two places at a certain distance in the depth direction. A total of 18 pairs 17 are installed in nine locations in the casting direction.
Although the thermocouple 17 is embedded in the short side and the long side of the mold, in the present invention, measurement is performed for each side of the mold, and breakout occurs based on the measured value for each side. The presence or absence is determined.

<局所熱流束演算手段>
局所熱流束演算手段29は、熱電対17の信号を入力して局所熱流束q1を演算する。局所熱流束演算手段29はCPUが所定のプログラムを実行することにより実現されるものであり、このプログラムには、前述したように、2本の熱電対17の検出温度をT1、T2、埋設間隔をd、及び鋳型1の熱伝導率をλとして、局所熱流束を算出する次式が書き込まれている。
q1=λ(T1−T2)/d
<Local heat flux calculation means>
The local heat flux calculating means 29 inputs the signal of the thermocouple 17 and calculates the local heat flux q1. The local heat flux calculation means 29 is realized by the CPU executing a predetermined program. As described above, the local heat flux calculation means 29 includes the detected temperatures of the two thermocouples 17 as T1, T2, and the embedded interval. Where d and the thermal conductivity of the mold 1 are λ, the following equation is written to calculate the local heat flux.
q1 = λ (T1-T2) / d

<定常凝固界面入熱記憶手段>
定常凝固界面入熱記憶手段31は、下式(1)に基づいて求めた定常状態における鋳型内の溶鋼流動による定常凝固界面入熱q2regのデータを記憶する。
q2reg=h・Δθ・・・・・・・・・・(1)
但し、h=1.22×105×V0.8
V:溶鋼流速(m/s)
Δθ=T0−TS
0:鋳型内溶鋼温度(℃)
S:溶鋼固相線温度(℃)
なお、定常凝固界面入熱q2regを求める手法は、所定の鋳造速度で操業したときに鋳造した鋳片のデンドライト傾角から溶鋼流速を求め、この溶鋼流速をもとにして上記(1)式に基づいて定常凝固界面入熱q2regを求める。
<Stationary solidification interface heat input storage means>
The steady solidification interface heat input storage unit 31 stores data of the steady solidification interface heat input q2 reg due to the molten steel flow in the mold in the steady state obtained based on the following equation (1).
q2 reg = h · Δθ (1)
However, h = 1.22 × 10 5 × V 0.8
V: Flow velocity of molten steel (m / s)
Δθ = T 0 -T S
T 0 : Molten steel temperature in mold (° C)
T S : Molten steel solidus temperature (° C)
The steady solidification interface heat input q2 reg is obtained by calculating the molten steel flow velocity from the dendrite inclination angle of the cast slab cast when operating at a predetermined casting speed, and using the molten steel flow velocity, the above equation (1) is obtained. Based on this, a steady solidification interface heat input q2 reg is obtained.

<熱流束プロファイル演算手段>
熱流束プロファイル演算手段32は、これら熱流束q1と定常凝固界面入熱q2regの差(q1−q2reg)について溶鋼が湯面から鋳型出口に至るまでの熱流束プロファイルを求める。
熱流束プロファイル演算手段32は、局所熱流束演算手段29と同様に、CPUが所定のプログラムを実行することにより実現されるものであり、このプログラムには、上述した熱流束プロファイルを演算するロジックが書き込まれている。
<Heat flux profile calculation means>
The heat flux profile calculating means 32, the difference between these heat fluxes q1 and steady solidification interface heat input q2 reg (q1-q2 reg) molten for seek heat flux profile from the melt surface up to the mold exit.
Similar to the local heat flux calculation means 29, the heat flux profile calculation means 32 is realized by the CPU executing a predetermined program, and this program has logic for calculating the heat flux profile described above. Has been written.

<凝固シェル厚演算手段>
凝固シェル厚演算手段33は、熱流束プロファイル演算手段32によって求められた熱流束プロファイルに基づいて鋳型出口方向所定位置における凝固シェル厚みDpを演算する。具体的な演算方法は以下の通りである。
熱流束プロファイル演算手段32によって求められた熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在しない場合は、湯面位置から鋳型出口間の該熱流束プロファイルの曲線全体で囲まれる全面積のうち湯面から鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束をQ1pとし、この総括熱流束Q1pを用いて下式(2)に基づいて鋳型出口方向所定位置における凝固シェル厚みDを演算する。
また、熱流束プロファイル演算手段32によって求められた熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在する場合は、該極小点と鋳型出口での局所熱流束値とを直線で結んだときにこの直線よりも上の部分の面積に相当する総括熱流束をQ2とし、湯面位置から鋳型出口方向所定位置までの熱流束プロファイル曲線全体で囲まれる全面積に相当する総括熱流束から前記Q2のうちの前記極小点から前記鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束Q2pを
を差し引いた面積に相当する総括熱流束をQ12pとし、この総括熱流束Q1pを用いて下式(2)に基づいて鋳型出口方向所定位置における凝固シェル厚みDpを演算する。
Dp=Q1p/(ΔH・ρ) ・・・・・・・・・・ (2)
但し、
Dp :鋳型内の湯面から鋳型出口方向所定位置での凝固シェル厚み(m)
Q1p:総括熱流束(J/m2)
ΔH :鋳型内所定位置での凝固シェルの単位重量当たりのエンタルピー落差(J/kg)
ρ :鋳型内所定位置の凝固シェル密度(kg/m3)
<Solid shell thickness calculation means>
The solidified shell thickness calculating means 33 calculates the solidified shell thickness Dp at a predetermined position in the mold outlet direction based on the heat flux profile obtained by the heat flux profile calculating means 32. A specific calculation method is as follows.
In the case where there is no local minimum point indicating the minimum value in the heat flux profile obtained by the heat flux profile calculating means 32, the molten metal surface of the total area surrounded by the entire curve of the heat flux profile between the molten metal surface position and the mold outlet. The total heat flux corresponding to the area from the predetermined position in the mold outlet direction to Q1p is set as Q1p, and the solidified shell thickness D at the predetermined position in the mold outlet direction is calculated based on the following equation (2) using this total heat flux Q1p.
Further, when there is a local minimum point indicating a minimum value in the heat flux profile obtained by the heat flux profile calculating means 32, this straight line is connected when the local minimum and the local heat flux value at the mold outlet are connected by a straight line. The overall heat flux corresponding to the area of the upper part is defined as Q2, and from the overall heat flux corresponding to the entire area surrounded by the entire heat flux profile curve from the molten metal surface position to the predetermined position in the mold outlet direction, The total heat flux corresponding to the area obtained by subtracting the total heat flux Q2p corresponding to the area from the minimum point to the predetermined position in the mold outlet direction is defined as Q12p, and the total heat flux Q1p is used to obtain the following equation (2). Thus, the solidified shell thickness Dp at a predetermined position in the mold outlet direction is calculated.
Dp = Q1p / (ΔH · ρ) (2)
However,
Dp: Solidified shell thickness (m) at a predetermined position in the mold exit direction from the molten metal surface in the mold
Q1p: Overall heat flux (J / m 2 )
ΔH: enthalpy drop per unit weight of the solidified shell at a predetermined position in the mold (J / kg)
ρ: Solidified shell density at a predetermined position in the mold (kg / m 3 )

また、凝固シェル厚演算手段33は、凝固シェル厚みDpを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを求める演算を下式に基づいて行う。
Dex=kptex 1/2
但し、texは凝固時間であり、tex=(湯面から鋳型出口までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
凝固定数kpは、下式によって求める
p=Dp/tp 1/2
但し、tp=(湯面から鋳型内所定位置までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
Further, the solidified shell thickness calculation means 33 performs a calculation for obtaining the solidified shell thickness Dex at the mold outlet using the solidified shell thickness Dp based on the following equation.
Dex = k p t ex 1/2
Where t ex is the solidification time and t ex = (distance from molten metal surface to mold outlet (m) / casting speed (m / min))
The coagulation constant k p is obtained by the following equation
k p = Dp / t p 1/2
However, t p = (distance from molten metal surface to predetermined position in mold (m) / casting speed (m / min))

なお、より精度を向上させた計算方法として、凝固シェル厚演算手段33は総括熱流束Q2による再溶解によって生ずる凝固遅れを考慮した凝固シェル厚みD1pを、下記式(3)により得られる凝固遅れ度RSを用いて、式D1p=Dp(1−RS)により算出するようにしてもよい。
前記熱流束プロファイルにおいて極小点が存在しない場合は、D1pの代わりにDpを求めるアルゴリズムとしても、Q2=0としてD1を求めるアルゴリズムとしても得られる結果が同じなので、いずれも選択可能である。
RS=β×(V0.8・Δθ)・・・・・・・・・・ (3)
β :凝固遅れ定数(無単位)
V :溶鋼流速(m/s)
Δθ:溶鋼過熱度(℃)
RS :凝固遅れ度(無単位)
但し、V=(Q2/(α・t・Δθ))1.25
Q2p:総括熱流束(J/m2)
α:溶鋼流速定数(無単位)
t:凝固シェルが熱流束プロファイルにおける極小点を通過してから
鋳型内所定位置に至るまでに要する時間(S)
As a calculation method with improved accuracy, the solidified shell thickness calculating means 33 calculates the solidification shell thickness D1p taking into account the solidification delay caused by remelting by the overall heat flux Q2, and the solidification delay obtained by the following equation (3). RS may be used to calculate by the formula D1p = Dp (1−RS).
When there is no minimum point in the heat flux profile, both the algorithm obtained for Dp instead of D1p and the algorithm obtained for D1 with Q2 = 0 can obtain the same result, so both can be selected.
RS = β × (V 0.8・ Δθ) (3)
β: Coagulation delay constant (unitless)
V: Flow velocity of molten steel (m / s)
Δθ: Molten steel superheat (° C)
RS: Coagulation delay (no unit)
However, V = (Q2 / (α · t · Δθ)) 1.25
Q2p: Overall heat flux (J / m 2 )
α: Flow rate constant of molten steel (no unit)
t: After the solidified shell passes through the minimum point in the heat flux profile
Time required to reach a predetermined position in the mold (S)

<ブレークアウト判定手段>
ブレークアウト判定手段34は、凝固シェル厚演算手段33の演算値を入力して、該演算値と予めブレークアウト発生の危険性との関係で求めた閾値とに基づいてブレークアウト発生の危険の有無を判定する。
閾値は、種々のQ1p、Q2pと、それに対する鋳型出口での凝固シェル厚みDexと、当該凝固シェル厚みにおけるブレークアウト発生の有無について、予めシミュレーション実験や実操業におけるデータを取得することによって求めておく。
例えば、鋳型出口での目標凝固シェル厚を20〜30mmとし、凝固シェル厚が5〜7mm以下をブレークアウトの危険がある閾値とする。
ブレークアウト判定手段34についても、CPUが所定のプログラムを実行することにより実現されるものであり、このプログラムには上述した判定のロジックが書き込まれている。
<Breakout determination means>
The breakout determining means 34 inputs the calculated value of the solidified shell thickness calculating means 33, and based on the calculated value and the threshold value obtained in advance in relation to the risk of occurrence of breakout, whether or not there is a risk of occurrence of breakout Determine.
The threshold values are obtained by acquiring data in simulation experiments and actual operations in advance regarding various Q1p, Q2p, the solidified shell thickness Dex at the mold outlet, and whether or not breakout occurs at the solidified shell thickness. .
For example, the target solidified shell thickness at the mold outlet is set to 20 to 30 mm, and the solidified shell thickness is set to 5 to 7 mm or less as a threshold at which there is a risk of breakout.
The breakout determination means 34 is also realized by the CPU executing a predetermined program, and the above-described determination logic is written in this program.

<制御手段>
制御手段35は、ブレークアウト判定手段34がブレークアウトの危険有りと判定したときに、該判定結果に基づいてブレークアウトを回避するために各種の装置の制御を行う。
具体的には、ブレークアウト判定手段34からブレークアウトの危険有りとの信号を入力すると、ピンチロール制御装置27に対してモーター25の回転速度の減速を指令する信号を出力する。また、これに加えて電磁ブレーキ装置41に対して鋳型1内の溶鋼流速を低下させるような直流磁場をかける信号を出力するようにしてもよい。
また、制御手段35は、ブレークアウト判定手段34からのブレークアウトの危険有りとの信号を入力すると、警報装置37に対して警報を発するように指令信号を出力する。
制御手段35についても、CPUが所定のプログラムを実行することにより実現されるものであり、このプログラムには上述した指令信号を出力するロジックが書き込まれている。
<Control means>
When the breakout determination unit 34 determines that there is a risk of breakout, the control unit 35 controls various devices in order to avoid breakout based on the determination result.
Specifically, when a signal indicating that there is a breakout risk is input from the breakout determination unit 34, a signal for instructing the pinch roll control device 27 to reduce the rotational speed of the motor 25 is output. In addition, a signal for applying a DC magnetic field that lowers the molten steel flow velocity in the mold 1 may be output to the electromagnetic brake device 41.
In addition, when the control unit 35 receives a signal from the breakout determination unit 34 that there is a risk of breakout, the control unit 35 outputs a command signal so as to issue an alarm to the alarm device 37.
The control means 35 is also realized by the CPU executing a predetermined program, and logic for outputting the above-described command signal is written in this program.

<警報装置>
警報装置37は、ブレークアウト判定手段34からの信号を入力して警報を発する。警報の種類は問わないが、例えば警報音、警報ランプの点灯、これらの組合せなどである。
<Alarm device>
The alarm device 37 inputs a signal from the breakout determination means 34 and issues an alarm. There are no limitations on the type of alarm, but examples include alarm sounds, lighting of alarm lamps, and combinations thereof.

以上のように構成された本実施の形態の動作を説明する。
浸漬ノズル3から溶鋼5を吐出して鋳型1によって冷却して鋳片19を連続鋳造する操業において、熱電対17からの信号を局所熱流束演算手段29に入力して局所熱流束を演算し、この演算結果を熱流束プロファイル演算手段32に入力する。熱流束プロファイル演算手段32は、局所熱流束演算手段29から入力された局所熱流束q1と、定常凝固界面入熱記憶手段31に記憶されている定常凝固界面入熱q2regに基づいて、q1−q2regを演算すると共にこの演算結果に基づいて熱流束プロファイルを演算する。
凝固シェル厚演算手段33は、熱流束プロファイル演算手段32によって求められた熱流束プロファイルに基づいて前述した方法により総括熱流束Q1pを求め、この総括熱流束Q1pに基づいて前述した方法により鋳型出口所定位置における凝固シェル厚みDpを演算する。また、凝固シェル厚演算手段33は、凝固シェル厚みDpを用いて、上述の方法により鋳型出口での凝固シェル厚みDexを求める。
ブレークアウト判定手段34は、凝固シェル厚演算手段33によって演算入力された凝固シェル厚みDexを入力して、この値と予め定めた閾値との関係でブレークアウト発生の危険の有無を判定する。
The operation of the present embodiment configured as described above will be described.
In the operation of discharging the molten steel 5 from the immersion nozzle 3 and cooling it by the mold 1 to continuously cast the slab 19, the signal from the thermocouple 17 is input to the local heat flux calculating means 29 to calculate the local heat flux, This calculation result is input to the heat flux profile calculation means 32. The heat flux profile calculating means 32 is based on the local heat flux q1 input from the local heat flux calculating means 29 and the steady solidification interface heat input q2 reg stored in the steady solidification interface heat storage means 31 based on q1− q2 reg is calculated and a heat flux profile is calculated based on the calculation result.
The solidified shell thickness calculation means 33 obtains the overall heat flux Q1p by the above-described method based on the heat flux profile obtained by the heat flux profile computation means 32, and determines the mold outlet predetermined by the above-described method based on this overall heat flux Q1p. The solidified shell thickness Dp at the position is calculated. Further, the solidified shell thickness calculation means 33 obtains the solidified shell thickness Dex at the mold outlet by the above-described method using the solidified shell thickness Dp.
The breakout determination unit 34 inputs the solidified shell thickness Dex calculated and input by the solidified shell thickness calculation unit 33, and determines whether there is a risk of occurrence of breakout based on the relationship between this value and a predetermined threshold value.

判定の結果、ブレークアウト発生の危険がない場合には、そのまま操業を続行する。
一方、判定の結果、ブレークアウト発生の危険があると判定された場合には、ブレークアウト判定手段34が、制御手段35に対してブレークアウトの危険がある旨を出力する。また、それと同時に警報装置37に対して警報を発する指令信号を出力する。
As a result of the determination, if there is no risk of breakout, the operation is continued as it is.
On the other hand, when it is determined that there is a risk of breakout as a result of the determination, the breakout determination means 34 outputs to the control means 35 that there is a risk of breakout. At the same time, a command signal for issuing an alarm to the alarm device 37 is output.

制御手段35は、ブレークアウト判定手段34からの信号を入力すると、例えば鋳造速度を低下させると共に溶鋼流速を低下させるための制御を行なう。
具体的には、ピンチロール制御装置27に対してモーター25の回転速度の減速を指令する信号を出力する。この信号を入力したピンチロール制御装置27はモーター25の回転数を下げるように制御する。
モーター25の回転数を下げることにより、鋳造速度が低下し、鋳型1内での凝固シェル厚が厚くなるので、ブレークアウト発生の危険を回避することができる。
また、制御手段35は電磁ブレーキ装置41に対して鋳型1内の溶鋼流速を低下させるような直流磁場をかける信号を出力し、この信号が出力されると電磁ブレーキ装置41によって鋳型1に直流磁場がかけられ鋳型1内の溶鋼流速が低下し、溶鋼流速が低下して溶鋼が凝固シェル界面に衝突する速度が低下し、凝固シェルの再溶解の程度が小さくなるので、やはり凝固シェル厚みが厚くなりブレークアウト発生の危険を回避することができる。
When the control unit 35 receives a signal from the breakout determination unit 34, for example, the control unit 35 performs control for reducing the casting speed and the molten steel flow rate.
Specifically, a signal for instructing the pinch roll control device 27 to reduce the rotational speed of the motor 25 is output. The pinch roll control device 27 to which this signal is input controls so as to reduce the rotational speed of the motor 25.
By reducing the rotational speed of the motor 25, the casting speed is reduced and the thickness of the solidified shell in the mold 1 is increased, so that the risk of breakout can be avoided.
Further, the control means 35 outputs a signal for applying a DC magnetic field to the electromagnetic brake device 41 so as to reduce the flow velocity of the molten steel in the mold 1. When this signal is output, the electromagnetic brake device 41 applies a DC magnetic field to the mold 1. As a result, the molten steel flow rate in the mold 1 is reduced, the molten steel flow rate is reduced, the rate at which the molten steel collides with the solidified shell interface is reduced, and the degree of remelting of the solidified shell is reduced. Therefore, the risk of breakout can be avoided.

本実施の形態によれば、ブレークアウトに直接関係する鋳型出口における凝固シェル厚みを求めることができるので、この凝固シェル厚みに基づいてブレークアウト発生の有無を判定することができ、種々の操業条件下で、ブレークアウトの発生を、感度良く、簡単かつ確実に予知して、ブレークアウトを確実に防止することができる。
しかも、鋳型出口の手前である鋳型出口方向所定位置での凝固シェル厚みDpを推定し、この推定値に基づいて鋳型出口における凝固シェル厚みDexを予測しているので、より早い段階でのブレークアウトの予測ができ、それ故にブレークアウトを防止するための制御がより早くかつより確実に行なうことができる。
According to the present embodiment, the thickness of the solidified shell at the mold outlet that is directly related to the breakout can be obtained. Therefore, whether or not breakout occurs can be determined based on the thickness of the solidified shell, and various operating conditions can be determined. Below, occurrence of breakout can be easily and reliably predicted with high sensitivity, and breakout can be reliably prevented.
Moreover, since the solidified shell thickness Dp at a predetermined position in the mold outlet direction before the mold outlet is estimated and the solidified shell thickness Dex at the mold outlet is predicted based on this estimated value, the breakout at an earlier stage is performed. Therefore, control for preventing breakout can be performed faster and more reliably.

なお、上記の[課題を解決するための手段]の項や実施の形態においては、熱流束プロファイルから総括熱流束やコブの大きさに相当する熱流束の積算値を求める手法として幾何学的に行なう手法を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば総括熱流束についてはグラフを積分することで求めてもよい。   In the above-mentioned [Means for Solving the Problems] and the embodiments, geometrically, as a technique for obtaining the integrated value of the heat flux corresponding to the size of the overall heat flux and the bump from the heat flux profile. Although the method to perform was shown, this invention is not restricted to this, For example, you may obtain | require the integrated heat flux by integrating a graph.

また、上記の実施の形態において、ブレークアウトの危険有りと判定された場合において、ブレークアウトを回避するための制御として、鋳造速度を減速させること及び鋳型内の溶鋼流速を低下させることを挙げたが、鋳型冷却を強化させることによって凝固シェル厚を増すような制御を行ってもよい。   In the above embodiment, when it is determined that there is a risk of breakout, the control for avoiding the breakout includes reducing the casting speed and reducing the molten steel flow speed in the mold. However, control may be performed to increase the thickness of the solidified shell by enhancing the mold cooling.

実施例を図12に基づいて説明する。
極低炭素鋼について、2.0m/分の鋳造速度で操業を行っていたところ、湯面位置から鋳型出口方向400mmの位置における凝固シェル厚みDpの演算値が4mmとなり、この凝固シェル厚みDpに基づく鋳型出口での凝固シェル厚みDexの演算値が5.7mmとなり、ブレークアウト臨界厚みである8mm以下となると予測された(図12における白抜き△参照)。
そこで、鋳造速度を0.5m/分まで落としたところ、図12に示すように鋳型出口での凝固シェル厚みDexは8mmを超えた十分な厚みを得ることができ、ブレークアウトの発生を防止することができた(図12における黒塗り▲参照)。
なお、凝固シェル厚を十分厚くした後は、再び鋳造速度を上げることによって、高速鋳造を行なうことができる。
An embodiment will be described with reference to FIG.
When the ultra-low carbon steel was operated at a casting speed of 2.0 m / min, the calculated value of the solidified shell thickness Dp at a position 400 mm from the molten metal surface position to the mold outlet direction was 4 mm. Based on this solidified shell thickness Dp The calculated value of the solidified shell thickness Dex at the mold exit was predicted to be 5.7 mm, which was 8 mm or less, which is the critical breakout thickness (see white triangles in FIG. 12).
Therefore, when the casting speed is reduced to 0.5 m / min, the solidified shell thickness Dex at the mold outlet can be sufficiently larger than 8 mm as shown in FIG. 12, and the occurrence of breakout can be prevented. (Refer to black in FIG. 12).
After the solidified shell thickness is sufficiently increased, high speed casting can be performed by increasing the casting speed again.

1 鋳型
3 浸漬ノズル
5 溶鋼
7 モールドパウダー
9 凝固シェル
11 鋳型銅板
17 熱電対
19 鋳片
21 ガイドローラ
23 ピンチロール
25 モーター
27 ピンチロール制御装置
29 局所熱流束演算手段
31 定常凝固界面入熱記憶手段
32 熱流束プロファイル演算手段
33 凝固シェル厚演算手段
34 ブレークアウト判定手段
35 制御装置
37 警報装置
41 電磁ブレーキ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mold 3 Immersion nozzle 5 Molten steel 7 Mold powder 9 Solidified shell 11 Mold copper plate 17 Thermocouple 19 Cast piece 21 Guide roller 23 Pinch roll 25 Motor 27 Pinch roll control device 29 Local heat flux calculating means 31 Steady solidification interface heat storage means 32 Heat flux profile calculation means 33 Solidified shell thickness calculation means 34 Breakout determination means 35 Control device 37 Alarm device 41 Electromagnetic brake device

Claims (12)

連続鋳造における鋳型内の溶鋼が湯面から鋳型出口に至るまでの間に凝固界面へ入熱する熱流束q1を測定し、定常状態における鋳型内の溶鋼流動による定常凝固界面入熱q2regを下式(1)に基づいて求め、これら熱流束q1と定常凝固界面入熱q2regの差(q1−q2reg)について溶鋼が湯面から鋳型出口に至るまでの熱流束プロファイルを求め、
該熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在しない場合には、湯面位置から鋳型出口間の該熱流束プロファイルの曲線全体で囲まれる面積のうち湯面から鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束を総括熱流束Q1pとし、
前記熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在する場合には、該極小点と鋳型出口での局所熱流束値とを直線で結んだときにこの直線よりも上の部分の面積に相当する総括熱流束をQ2とし、湯面位置から鋳型出口方向所定位置までの熱流束プロファイルの曲線で囲まれる面積に相当する総括熱流束から前記Q2のうちの前記極小点から前記鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束Q2pを差し引いた面積に相当する総括熱流束をQ1pとし、
これら総括熱流束Q1pを用いて下式(2)に基づいて鋳型出口方向所定位置における凝固シェル厚みDpを推定し、さらにこの推定値Dpを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを推定することを特徴とする連続鋳造における凝固シェル厚み推定方法。
q2reg=h・Δθ ・・・・・・・・・・ (1)
但し、q2reg:定常凝固界面入熱(J/s・m2)
h:溶鋼と凝固シェルの間の熱伝達係数(J/s・m2・℃)
Δθ:溶鋼の過熱度(℃)
Dp=Q1p/(ΔH・ρ) ・・・・・・・・・・ (2)
但し、
Dp :鋳型内の湯面から鋳型出口方向所定位置での凝固シェル厚み(m)
Q1p:総括熱流束(J/m2)
ΔH :鋳型内所定位置での凝固シェルの単位重量当たりのエンタルピー落差(J/kg)
ρ :鋳型内所定位置の凝固シェル密度(kg/m3)
In the continuous casting, the heat flux q1 heat input to the solidification interface is measured between the molten steel in the mold from the molten metal surface to the mold outlet, and the steady solidification interface heat input q2 reg due to the molten steel flow in the mold in the steady state is reduced. Obtained based on the equation (1), the heat flux profile from the molten steel surface to the mold outlet is obtained for the difference between the heat flux q1 and the steady solidification interface heat input q2 reg (q1−q2 reg ),
When there is no local minimum point indicating the minimum value in the heat flux profile, the area from the molten metal surface to a predetermined position in the mold outlet direction out of the area surrounded by the entire curve of the heat flux profile between the molten metal surface position and the mold outlet The overall heat flux corresponding to is the overall heat flux Q1p,
When there is a local minimum point indicating a minimum value in the heat flux profile, this corresponds to the area of the portion above this line when the local minimum and the local heat flux value at the mold outlet are connected by a straight line. The overall heat flux is Q2, and the overall heat flux corresponding to the area surrounded by the curve of the heat flux profile from the molten metal surface position to a predetermined position in the mold outlet direction, from the minimum point of Q2 to the predetermined position in the mold outlet direction. Q1p is the overall heat flux corresponding to the area obtained by subtracting the overall heat flux Q2p corresponding to the area of
Using these general heat fluxes Q1p, the solidified shell thickness Dp at a predetermined position in the mold outlet direction is estimated based on the following equation (2), and further, the solidified shell thickness Dex at the mold outlet is estimated using this estimated value Dp. A method for estimating a solidified shell thickness in continuous casting.
q2 reg = h · Δθ (1)
Where q2 reg : steady-state solidification interface heat input (J / s · m 2 )
h: Heat transfer coefficient between molten steel and solidified shell (J / s · m 2 · ° C)
Δθ: Superheat degree of molten steel (° C)
Dp = Q1p / (ΔH · ρ) (2)
However,
Dp: Solidified shell thickness (m) at a predetermined position in the mold exit direction from the molten metal surface in the mold
Q1p: Overall heat flux (J / m 2 )
ΔH: enthalpy drop per unit weight of the solidified shell at a predetermined position in the mold (J / kg)
ρ: Solidified shell density at a predetermined position in the mold (kg / m 3 )
鋳型内所定位置で推定された凝固シェル厚みDpを用いた鋳型出口での凝固シェル厚みDexの予測を下式に基づいて行うことを特徴とする請求項1記載の凝固シェル厚み推定方法。
Dex=kptex 1/2
但し、texは凝固時間であり、tex=(湯面から鋳型出口までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
凝固定数kpは、下式によって求める
p=Dp/tp 1/2
但し、tp=(湯面から鋳型内所定位置までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
2. The solidified shell thickness estimation method according to claim 1, wherein the solidified shell thickness Dex at the mold outlet is predicted based on the following equation using the solidified shell thickness Dp estimated at a predetermined position in the mold.
Dex = k p t ex 1/2
Where t ex is the solidification time and t ex = (distance from molten metal surface to mold outlet (m) / casting speed (m / min))
The coagulation constant k p is obtained by the following equation
k p = Dp / t p 1/2
However, t p = (distance from molten metal surface to predetermined position in mold (m) / casting speed (m / min))
熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在する場合において、総括熱流束Q2pによる再溶解によって生ずる凝固遅れを考慮した凝固シェル厚みD1pを推定し、このD1pを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを推定する方法であって、請求項1によって求められた凝固シェル厚みをDpとすると、D1p=Dp(1−RS)と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凝固シェル厚み推定方法。
但し、RS=β×(V0.8・Δθ)
β :凝固遅れ定数(無単位)
V :溶鋼流速(m/s)
Δθ:溶鋼過熱度(℃)
RS :凝固遅れ度(無単位)
但し、V=(Q2/(α・t・Δθ))1.25
Q2p:総括熱流束(J/m2)
α:溶鋼流速定数(無単位)
t:凝固シェルが熱流束プロファイルにおける極小点を通過してから
鋳型内所定位置に至るまでに要する時間(S)
When there is a minimum point indicating a minimum value in the heat flux profile, the solidified shell thickness D1p is estimated in consideration of the solidification delay caused by remelting by the overall heat flux Q2p, and the solidified shell thickness at the mold outlet is estimated using this D1p. A method for estimating Dex, wherein the solidified shell thickness obtained in claim 1 is Dp, and D1p = Dp (1-RS). Estimation method.
However, RS = β x (V 0.8 · Δθ)
β: Coagulation delay constant (unitless)
V: Flow velocity of molten steel (m / s)
Δθ: Molten steel superheat (° C)
RS: Coagulation delay (no unit)
However, V = (Q2 / (α · t · Δθ)) 1.25
Q2p: Overall heat flux (J / m 2 )
α: Flow rate constant of molten steel (no unit)
t: After the solidified shell passes through the minimum point in the heat flux profile
Time required to reach a predetermined position in the mold (S)
凝固シェル厚みD1pを用いた鋳型出口での凝固シェル厚みDexの予測を下式に基づいて行うことを特徴とする請求項3記載の凝固シェル厚み推定方法。
Dex=k1ptex 1/2
但し、texは凝固時間であり、tex=(湯面から鋳型出口までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
は、下式によって求める
凝固定数k1p=D1p/tp 1/2
但し、tp=(湯面から鋳型内所定位置までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
The method for estimating a solidified shell thickness according to claim 3, wherein the solidified shell thickness Dex at the mold outlet is predicted based on the following formula using the solidified shell thickness D1p.
Dex = k1 p t ex 1/2
Where t ex is the solidification time and t ex = (distance from molten metal surface to mold outlet (m) / casting speed (m / min))
Is obtained by the following formula
Coagulation constant k1 p = D1p / t p 1/2
However, t p = (distance from molten metal surface to predetermined position in mold (m) / casting speed (m / min))
熱流束q1は、鋳型内に鋳型厚み方向で埋め込み深さの異なる2点間に埋め込んだ一対の熱電対を、鋳型鋳造方向に複数設置して、前記一対の熱電対の出力に基づいて下式によって求める局所熱流束であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の連続鋳造における凝固シェル厚み推定方法。
q1=λ(T1−T2)/d
但し、q1:熱流束(J/s・m2)
λ:鋳型の熱伝導率(J/s・m・℃)
T1、T2:熱電対の検出温度(℃)
d:熱電対の埋設間隔(m)
The heat flux q1 is calculated based on the output of the pair of thermocouples by installing a plurality of pairs of thermocouples embedded in two molds in the mold casting direction in the mold casting direction. The method for estimating a solidified shell thickness in continuous casting according to any one of claims 1 to 4, wherein the local heat flux is obtained by:
q1 = λ (T1-T2) / d
Where q1: heat flux (J / s · m 2 )
λ: Thermal conductivity of mold (J / s · m · ° C)
T1, T2: Thermocouple detection temperature (° C)
d: Embedment interval of thermocouple (m)
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の連続鋳造における凝固シェル厚み推定方法を用いた連続鋳造におけるブレークアウト検出方法であって、請求項1乃至5に記載の連続鋳造における凝固シェル厚み推定方法によって予測された鋳型出口における凝固シェル厚みと、予めブレークアウト発生の危険性との関係で求めた閾値とに基づいてブレークアウト発生の危険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検出方法。   A breakout detection method in continuous casting using the solidified shell thickness estimation method in continuous casting according to any one of claims 1 to 5, wherein the solidified shell thickness in continuous casting according to claim 1 is estimated. Breakout detection in continuous casting characterized in that the risk of breakout occurrence is detected based on the thickness of the solidified shell at the mold exit predicted by the method and the threshold value obtained in advance in relation to the risk of breakout occurrence Method. 鋳型厚み方向に異なる深さの2点に埋め込んだ一対の熱電対を、鋳型鋳造方向に複数設置してなる熱電対群と、該熱電対群からの温度情報を入力して各熱電対設置部位における局所熱流束q1を求める局所熱流束演算手段と、定常状態における鋳型内の溶鋼流動による定常凝固界面入熱q2regを下式(1)に基づいて求めたデータを記憶する定常凝固界面入熱記憶手段と、これら熱流束q1と定常凝固界面入熱q2regの差(q1−q2reg)について溶鋼が湯面から鋳型出口に至るまでの熱流束プロファイルを求めるプロファイル演算手段と、該プロファイル演算手段によって求められた熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在しない場合は、湯面位置から鋳型出口間の該熱流束プロファイルの曲線全体で囲まれる全面積のうち湯面から鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束を総括熱流束Q1pとし、前記プロファイル演算手段によって求められた熱流束プロファイルにおいて極小値を示す極小点が存在する場合は、該極小点と鋳型出口での局所熱流束値とを直線で結んだときにこの直線よりも上の部分の面積に相当する総括熱流束をQ2とし、湯面位置から鋳型出口方向所定位置までの熱流束プロファイルの曲線で囲まれる面積に相当する総括熱流束から前記Q2のうちの前記極小点から前記鋳型出口方向所定位置までの面積に相当する総括熱流束Q2pを差し引いた面積に相当する総括熱流束をQ1pとし、これら総括熱流束Q1pを用いて下式(2)に基づいて鋳型出口方向所定位置における凝固シェル厚みDpの推定値を演算し、さらにこの推定値Dpを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを演算する凝固シェル厚演算手段とを備えたことを特徴とする連続鋳造における凝固シェル厚み推定装置。
q2reg=h・Δθ ・・・・・・・・・・ (1)
但し、q2reg:定常凝固界面入熱(J/s・m2)
h:溶鋼と凝固シェルの間の熱伝達係数(J/s・m2・℃)
Δθ:溶鋼の過熱度(℃)
Dp=Q1p/(ΔH・ρ) ・・・・・・・・・・ (2)
但し、
Dp :鋳型内の湯面から鋳型出口方向所定位置での凝固シェル厚み(m)
Q1p:総括熱流束(J/m2)
ΔH :鋳型内所定位置での凝固シェルの単位重量当たりのエンタルピー落差(J/kg)
ρ :鋳型内所定位置の凝固シェル密度(kg/m3)
A thermocouple group in which a plurality of thermocouples embedded in two points at different depths in the mold thickness direction are installed in the mold casting direction, and temperature information from the thermocouple group is input to each thermocouple installation site Local heat flux calculation means for determining the local heat flux q1 in the case, and the steady solidification interface heat input that stores the data obtained from the steady solidification interface heat input q2 reg due to the molten steel flow in the mold in the steady state based on the following equation (1) Storage means, profile calculation means for obtaining a heat flux profile from the molten metal surface to the mold outlet for the difference (q1−q2 reg ) between these heat flux q1 and steady solidification interface heat input q2 reg , and the profile calculation means When there is no local minimum point indicating the minimum value in the heat flux profile obtained by the above, the total area surrounded by the entire curve of the heat flux profile between the molten metal surface position and the mold outlet is shown. When the overall heat flux corresponding to the area from the molten metal surface to the predetermined position in the mold outlet direction is the overall heat flux Q1p, and there is a minimum point indicating the minimum value in the heat flux profile obtained by the profile calculating means, When the local minimum and the local heat flux value at the mold outlet are connected by a straight line, the overall heat flux corresponding to the area above the straight line is defined as Q2, and the heat flow from the molten metal surface position to a predetermined position in the mold outlet direction The overall heat flux corresponding to the area obtained by subtracting the overall heat flux Q2p corresponding to the area from the minimum point of the Q2 to the predetermined position in the mold outlet direction from the overall heat flux corresponding to the area surrounded by the curve of the bundle profile. Is set to Q1p, and the estimated value of the solidified shell thickness Dp at a predetermined position in the mold outlet direction is calculated based on the following equation (2) using the overall heat flux Q1p. Solidified shell thickness estimation device in continuous casting, characterized in that a solidified shell thickness calculation means for calculating a solidified shell thickness Dex at the mold exit with dp.
q2 reg = h · Δθ (1)
Where q2 reg : steady-state solidification interface heat input (J / s · m 2 )
h: Heat transfer coefficient between molten steel and solidified shell (J / s · m 2 · ° C)
Δθ: Superheat degree of molten steel (° C)
Dp = Q1p / (ΔH · ρ) (2)
However,
Dp: Solidified shell thickness (m) at a predetermined position in the mold exit direction from the molten metal surface in the mold
Q1p: Overall heat flux (J / m 2 )
ΔH: enthalpy drop per unit weight of the solidified shell at a predetermined position in the mold (J / kg)
ρ: Solidified shell density at a predetermined position in the mold (kg / m 3 )
凝固シェル厚演算手段は、凝固シェル厚みDpを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを求める演算を下式に基づいて行うことを特徴とする請求項7記載の凝固シェル厚み推定装置。
Dex=kptex 1/2
但し、texは凝固時間であり、tex=(湯面から鋳型出口までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
凝固定数kpは、下式によって求める
p=Dp/tp 1/2
但し、tp=(湯面から鋳型内所定位置までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
8. The solidified shell thickness estimation device according to claim 7, wherein the solidified shell thickness calculation means performs a calculation for obtaining the solidified shell thickness Dex at the mold outlet using the solidified shell thickness Dp based on the following equation.
Dex = k p t ex 1/2
Where t ex is the solidification time and t ex = (distance from molten metal surface to mold outlet (m) / casting speed (m / min))
The coagulation constant k p is obtained by the following equation
k p = Dp / t p 1/2
However, t p = (distance from molten metal surface to predetermined position in mold (m) / casting speed (m / min))
総括熱流束Q2pによる再溶解によって生ずる凝固遅れを考慮した凝固シェル厚みをD1pとし、請求項7によって求められた凝固シェル厚みDpとし、凝固シェル厚演算手段は凝固シェル厚みD1pを下式に基づいて演算し、凝固シェル厚みD1pを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを演算することを特徴とする請求項7記載の連続鋳造における凝固シェル厚み推定装置。
D1p=Dp(1−RS)
但し、RS=β×(V0.8・Δθ)
β :凝固遅れ定数(無単位)
V :溶鋼流速(m/s)
Δθ:溶鋼過熱度(℃)
RS :凝固遅れ度(無単位)
但し、V=(Q2/(α・t・Δθ))1.25
Q2:総括熱流束(J/m2)
α:溶鋼流速定数(無単位)
t:凝固シェルが熱流束プロファイルにおける極小点を通過してから
鋳型内所定位置に至るまでに要する時間(S)
The solidified shell thickness considering the solidification delay caused by remelting by the overall heat flux Q2p is D1p, the solidified shell thickness Dp obtained by claim 7 is used, and the solidified shell thickness calculation means is based on the following equation. The solidified shell thickness estimation device in continuous casting according to claim 7, wherein the solidified shell thickness Dex at the mold outlet is calculated using the solidified shell thickness D1p.
D1p = Dp (1-RS)
However, RS = β x (V 0.8 · Δθ)
β: Coagulation delay constant (unitless)
V: Flow velocity of molten steel (m / s)
Δθ: Molten steel superheat (° C)
RS: Coagulation delay (no unit)
However, V = (Q2 / (α · t · Δθ)) 1.25
Q2: Overall heat flux (J / m 2 )
α: Flow rate constant of molten steel (no unit)
t: After the solidified shell passes through the minimum point in the heat flux profile
Time required to reach a predetermined position in the mold (S)
凝固シェル厚演算手段は、凝固シェル厚みD1pを用いて鋳型出口での凝固シェル厚みDexを求める演算を下式に基づいて行うことを特徴とする請求項9記載の凝固シェル厚み推定装置。
Dex=k1ptex 1/2
但し、texは凝固時間であり、tex=(湯面から鋳型出口までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
凝固定数kpは、下式によって求める
k1p=D1p/tp 1/2
但し、tp=(湯面から鋳型内所定位置までの距離(m)/鋳造速度(m/min))
10. The solidified shell thickness estimation device according to claim 9, wherein the solidified shell thickness calculation means performs a calculation for obtaining the solidified shell thickness Dex at the mold outlet using the solidified shell thickness D1p based on the following equation.
Dex = k1 p t ex 1/2
Where t ex is the solidification time and t ex = (distance from molten metal surface to mold outlet (m) / casting speed (m / min))
The coagulation constant k p is obtained by the following equation
k1 p = D1p / t p 1/2
However, t p = (distance from molten metal surface to predetermined position in mold (m) / casting speed (m / min))
請求項7乃至10のいずれか一項に記載の凝固シェル厚み推定装置を用いたブレークアウト検出装置であって、凝固シェル厚演算手段の演算値を入力して、該演算値と予めブレークアウト発生の危険性との関係で求めた閾値とに基づいてブレークアウト発生の危険の有無を判定するブレークアウト判定手段を備えたことを特徴とする連続鋳造におけるブレークアウト検出装置。   A breakout detection device using the solidified shell thickness estimation device according to any one of claims 7 to 10, wherein a calculated value of a solidified shell thickness calculating means is input, and the calculated value and a breakout are generated in advance. A breakout detection device in continuous casting, comprising breakout determination means for determining whether or not there is a risk of occurrence of breakout based on a threshold value obtained in relation to the risk of the above. 請求項11に記載のブレークアウト検出装置を用いたブレークアウト防止装置であって、ブレークアウト判定手段の信号を入力して、ブレークアウト判定手段がブレークアウトの危険有りと判定した場合において、鋳造速度を下げるように操業条件を制御し、または該制御に加えて鋳型内の溶鋼流速を低下させる制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする連続鋳造におけるブレークアウト防止装置。   A breakout prevention apparatus using the breakout detection apparatus according to claim 11, wherein when a signal from a breakout determination means is input and the breakout determination means determines that there is a risk of breakout, the casting speed An apparatus for controlling breakout in continuous casting, comprising control means for controlling the operating conditions so as to reduce the flow rate, or in addition to the control, controlling the flow velocity of the molten steel in the mold to be lowered.
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