JP5482418B2 - ブレークアウト予知方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造におけるブレークアウトを予知する方法に関する。

連続鋳造において、ブレークアウト事故が発生した場合には、設備に付着した溶鋼を除去する必要があり、長時間操業が停止してしまう。このため、ブレークアウトを事前に予知し、ブレークアウト事故を防止することが重要である。

図３を用いて、連続鋳造におけるブレークアウトの発生メカニズムについて説明する。なお、図３の（Ａ）〜（Ｄ）は、ブレークアウトの発生メカニズムを表した説明図であり、図３の（Ｅ）は、ブレークアウト発生時の鋳型５１の温度変化を表したグラフであり、鋳型５１内の鋳片引抜方向に沿った３カ所（上から下へ（１）〜（３））の温度変化を表している。なお、鋳型５１は、銅製であり、内部に配設された水冷管により水冷される。図３の（Ａ）は、正常時の鋳型５１断面を表した図であり、水冷される鋳型５１表面と接触する溶鋼９１は、鋳片引抜方向に向かって、徐々に凝固殻９２が形成される。この状態では、図３の（Ｅ）に示されるように、鋳型５１表面の温度は鋳片の引抜方向に行くほど温度が低くなっている（上から（１）、（２）、（３）の順に温度が低くなる）。通常時では、溶鋼からの入熱と鋳型５１内に配設された水冷管による吸熱が均衡して、鋳型５１内の各箇所（１）〜（３）の温度はほぼ一定温度で推移するようになっている。しかし、図３の（Ｂ）に示されるように、モールドパウダーの流入不良等により、鋳型５１内の湯面９４直下の位置（１）で凝固殻９２の焼き付きが発生した場合には、図３の（Ｃ）に示されるように、焼付いた凝固殻９２の下部が破断する。一方、焼き付いた凝固殻９２は、鋳型５１による抜熱により成長する。焼き付いた凝固殻の成長と、凝固殻が破断した部分への溶鋼９１が入り込みにより、鋳型５１内の位置（１）の温度は低下し続け、鋳型５１内の位置（２）の温度は上昇する。そして、鋳型５１表面に焼き付いた凝固殻９２が成長し続けると、図３の（Ｄ）に示されるように、鋳型５１内の位置（３）において、凝固殻９２が破れ、溶鋼９１が直接鋳型５１表面に接触してしまう。この場合には、図３の（Ｅ）に示されるように、鋳型５１の位置（１）、及び位置（２）の温度は低下し続け、鋳型５１の位置（３）の温度が上昇する。

このように、鋳型５１表面の位置（１）に凝固殻９２の焼き付きが発生すると、鋳片引抜方向に向かって、徐々に凝固殻９２の破れる位置が移動する。そして、鋳型５１外で凝固殻９２が破れると、ブレークアウト事故が発生してしまう。前述したように、鋳型５１表面の位置（１）に凝固殻９２の焼き付きが発生すると、鋳片引抜方向に向かって、徐々に凝固殻９２が破れる位置が移動するので、図３の（Ｅ）に示されるように、当該焼き付きが発生した位置（１）の温度が降下し、しばらく時間が経過してから位置（２）の温度が上昇した後に降下し、更にしばらく時間が経過してから位置（３）の温度が上昇してから下降する。このように、鋳型５１の位置（２）の温度変化と、鋳型５１の位置（３）の温度変化には相関があると言える。

ブレークアウト事故を防止するために、従来では、監視者が図３の（Ｅ）に示されるような鋳型５１内の温度変化を確認した場合には、ブレークアウトが発生すると予知し、鋳造速度を減速して対処していた。しかしながら、監視者の判断によりブレークアウトを予知することにしていたので、ブレークアウトが発生しないにも関わらずブレークアウトと予知してしまう誤検知や、ブレークアウトの見過ごしが発生してしまうことから、定量的にブレークアウトを予知する方法が求められていた。

そこで、特許文献１に示されるように、定量的にブレークアウトを予知する方法が提案されている。特許文献１に示されるブレークアウト予知方法では、鋳型内の鋳片引抜方向に沿った上段測定点及び下段側測定点でそれぞれ時系列的に測定し、任意の時期ｔ₀における上段側測定点における温度をＴＵ₀、下段側測定点における温度をＴＤ₀とし、ＴＵ₀−ＴＤ₀＝ΔＴ₀とを算出した後に、時期ｔ₀から所定の演算周期経過後の時期ｔ₁おける、上段側測定点における温度をＴＵ₁、下段側測定点における温度をＴＤ₁とし、ＴＵ₁−ＴＤ₁＝ΔＴ₁を算出して、ΔＴ₁とΔＴ₀との温度比ＲをΔＴ₀／ΔＴ₁により算出し、前記温度比Ｒが所定の閾値以下になったときに、ブレークアウトの発生を予知している。

特開２００９−２４１０９９号公報

しかしながら、特許文献１に示されるブレークアウト予知方法では、単純に所定の演算周期経過後の上段測定点から下段側測定点での温度を引き算した値の比ΔＴ₀／ΔＴ₁からブレークアウトの発生を予知することにしているので、鋳型内の偶発的な温度変化により、ブレークアウトの発生とされることが多く、誤検知が多発してしまい、精度高くブレークアウトを予知することが困難であった。一方で、ブレークアウト事故が発生すると損害が甚大となることから、ブレークアウト事故を完全に防止するために、ブレークアウトが敏感に検知されるように設定していた。このため、誤検知が頻繁に発生し、鋳造速度の減少により、生産性が悪化していた。
本発明は、上記問題を解決し、凝固殻破断の発生を精度高く、確実に検知することができるブレークアウト予知方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
連続鋳造用の鋳型の内部温度を測定してブレークアウトの発生を予知する方法において、
前記鋳型内部の湯面下における鋳片引抜方向に沿った第１測定点の温度及び前記第１測定点よりも下側に位置する第２測定点の温度をそれぞれ時系列的に測定し、
下記数１式を用いて、現在から所定時間前までの期間の前記第２測定点の温度変化量と、前記期間よりも所定時間前の期間の前記第１測定点の温度変化量との相関係数（ｒ）を時系列的に算出し、
前記時系列的に算出された相関係数が所定値以上を所定時間以上継続した場合に、凝固殻破断の発生と検知することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
相関係数を算出する際に、第１測定点及び第２測定点の所定値以下の温度変化量をカットオフすることを特徴とする。
これにより、鋳型内の僅かな温度変化による影響を排除することが可能となり、誤検知を確実に排除することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
鋳型内部の湯面直下位置であり、鋳片引抜方向に関し第１測定点よりも上側位置の第３測定点の温度を時系列的に測定し、
第１測定点の温度が上昇する前に、前記第３測定点の温度が下降した場合に、焼付きによる凝固殻破断の発生と検知することを特徴とする。
これにより、第１測定点の温度が上昇する前に、第３測定点の温度が下降しない場合には、凝固殻破断と判断されないので、誤検知を排除することが可能となる。

本発明によれば、現在から所定時間前までの期間の前記第２測定点の温度変化量と、前記期間よりも所定時間前の期間の前記第１測定点の温度変化量との相関係数を、上記数１式を用いて算出し、
前記時系列的に算出された相関係数が所定値以上を所定時間以上継続した場合に、凝固殻破断の発生と検知することにしたので、鋳型内の偶発的な温度変化により、凝固殻破断の発生とされる誤検知を排除することが可能となり、凝固殻破断の発生を精度高く、確実に検知することができ、誤検知による生産性の低下を防止することが可能となる。

鋳型の斜視図及び鋳型内表面の測温部の配置図である。 鋳型表面の測温部温度、測温部温度変化量、相関係数を表したグラフである。 ブレークアウト発生のメカニズムを説明した説明図である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態を示す。なお、図１の（Ａ）は鋳型５１の斜視図であり、図１の（Ｂ）は鋳型５１内幅表面における測温部１０の配置図である。本実施形態では、鋳型内幅寸法は２１２０ｍｍ、鋳型内厚さ寸法は２５０ｍｍ、鋳型長さ寸法は１０８０ｍｍである。図１の（Ｂ）に示されるように、鋳型５１の鋳片引抜方向には、３つの測温部１０（１）〜（３）が少なくとも１列配置されている。本実施形態では、鋳型５１内幅表面の幅方向に、複数列の測温部１０が配置されている。本実施形態では、測温部１０は、熱電対である。本実施形態では、測温部１０（１）は、鋳型５１の上端から１４０ｍｍ下方位置にある湯面９４直下位置（第３測定点）に配置されている。なお、湯面９４直下位置とは、湯面９４から０〜５０ｍｍ下方にある位置であり、本実施形態では、湯面９４から５０ｍｍ下方にある位置である。なお、本実施形態では、湯面９４は、鋳型５１の上端から９０ｍｍ下方に位置している。また、測温部１０（２）は、測温部１０（１）から４０ｍｍ下方位置（第１測定点）に配置されている。更に、測温部１０（３）は、測温部１０（２）から１４０ｍｍ下方位置（第２測定点）に配置されている。各列の測温部１０（１）〜（３）は、それぞれ、演算装置２０に接続されている。演算装置２０は、ＣＰＵからなり各種演算を実行する演算部と、前記演算部のワーキングエリアとして作用するＲＡＭからなる主記憶装置と、それぞれの測温部１０で時系列的に測定された鋳型５１の内部温度を、それぞれ時系列的に記憶する不揮発性メモリやハードディスク等の補助記憶装置を有している。

図２の（Ａ）は、測温部１０（２）（第１測定点）及び測温部１０（３）（第２測定点）の温度を時系列的に表したグラフである。図２の（Ｂ）は、測温部１０（２）及び測温部１０（３）の温度を時間（秒）で微分した値である温度変化量を表したグラフである。演算装置２０は、測温部１０（２）及び測温部１０（３）の温度を時間（秒）で微分し、それぞれの位置について、温度変化量を算出する。なお、本実施形態では、演算装置２０は、測温部１０（２）、（３）の±０．５℃／ｓｅｃ以内の温度変化を、カットオフする（つまり、温度変化量を０とする）ことにしている。

図２の（Ｃ）は、現在から所定時間前までの期間の下側測定点（３）の温度変化量と、前記期間よりも所定時間前の期間の上側測定点（２）の温度変化量との相関係数ｒを時系列的に算出したグラフであり、演算装置２０により前記相関係数ｒが算出される。なお、相関係数ｒは、上記数１式により算出される。本実施形態では、現在から７秒前までの期間の１秒毎の下側測定点（３）の温度変化量Ｙｉ（Ｙ１、Ｙ２〜Ｙ７）と、７秒前から１４秒前までの期間の１秒毎の上側測定点（２）の温度変化量Ｘｉ（Ｘ１、Ｘ２〜Ｘ７）との相関係数ｒを算出している。

なお、上記数１式において、μｘは７秒前から１４秒前までの７秒間の測温部１０（２）の温度変化量Ｘｉの平均値であり、μｙは現在から７秒前までの７秒間の測温部１０（３）の温度変化量Ｙｉの平均値である。

図２の（Ｃ）に示されるように、上記数１式で求められた相関係数ｒが１に近づくほど、測温部１０（２）と、測温部１０（３）における温度変化量に相関があると言える。本発明では、上記数１式で求められる相関係数ｒが所定値以上、所定期間継続した場合には、凝固殻破断の発生と検知し、ブレークアウトの発生を予知することにしている。なお、本実施形態では、演算装置２０が、上記数１式で求められる相関係数ｒが０．９以上の値を、３秒以上継続したと判断した場合には、凝固殻破断の発生と検知することにしている。本実施形態では、測温部１０（２）の温度が上昇する前に、測温部１０（１）の温度が下降した場合のみ、凝固殻破断の発生と検知することにしている。これにより、測温部１０（２）の温度が上昇する前に、測温部１０（１）の温度が下降しない場合には、凝固殻破断と判断されないので、誤検知を排除することが可能となる。演算装置２０が、ブレークアウトの発生と検知した場合には、鋳造速度を落として、実際にブレークアウト事故の発生を防止することにしている。なお、本実施形態において、鋳造速度は、最大で２．５ｍ／ｍｉｎであり、最小で１．０ｍ／ｍｉｎである。

このように、本発明では、演算装置２０が、現在から所定時間前までの期間の第２測定点（３）の温度変化量Ｙｉと、前記期間よりも所定時間前の期間の前記第１測定点（２）の温度変化量ｘｉとの相関係数ｒを算出し、前記時系列的に算出された相関係数ｒが所定値以上を所定時間以上継続した場合に、凝固殻破断の発生と検知することにしたので、鋳型５１内の偶発的な温度変化により、凝固殻破断の発生とされる誤検知を排除することが可能となり、誤検知による生産性の低下を防止することが可能となる。また、相関係数ｒを算出する際に、第１測定点（２）及び第２測定点（３）の所定値以下の温度変化量をカットオフすることにしたので、鋳型５１内の僅かな温度変化による影響を排除することが可能となり、凝固殻破断の発生を精度高く、確実に検知することができ、誤検知を確実に排除することが可能となる。

なお、本実施形態では、鋳型５１内幅表面の幅方向に、複数列の測温部１０が配置され、それぞれの列の複数の測温部１０について、前述した上記数１式に示される相関係数ｒを算出して、凝固殻破断の発生を検知することにしたので、鋳型５１内幅表面の幅方向のいかなる場所においても、凝固殻破断の発生を検知することが可能となる。

なお、本実施形態では、鋳型５１の鋳片引抜方向に３つ配設された測温部１０（１）〜（３）の温度変化により、凝固殻破断の発生を検知することにしているが、本発明の技術的思想はこれに限定されず、３つ以上の測温部１０を鋳型５１内の鋳片引抜方向に配設し、前記任意の位置の測温部１０の組み合わせにより測定された鋳型５１内の温度変化により、凝固殻破断の発生を検知することにしても差し支えない。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うブレークアウト予知方法
もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

１０ 測温部
２０ 演算装置
５１ 鋳型
９１ 溶鋼
９２ 凝固殻
９３ 鋳片
９４ 湯面

Claims (3)

1. 連続鋳造用の鋳型の内部温度を測定してブレークアウトの発生を予知する方法において、
   前記鋳型内部の湯面下における鋳片引抜方向に沿った第１測定点の温度及び前記第１測定点よりも下側に位置する第２測定点の温度をそれぞれ時系列的に測定し、
   下記数１式を用いて、現在から所定時間前までの期間の前記第２測定点の温度変化量と、前記期間よりも所定時間前の期間の前記第１測定点の温度変化量との相関係数（ｒ）を時系列的に算出し、
   前記時系列的に算出された相関係数が所定値以上を所定時間以上継続した場合に、凝固殻破断の発生と検知することを特徴とするブレークアウト予知方法。
   
2. 相関係数を算出する際に、第１測定点及び第２測定点の所定値以下の温度変化量をカットオフすることを特徴とする請求項１に記載のブレークアウト予知方法。
3. 鋳型内部の湯面直下位置であり、鋳片引抜方向に関し第１測定点よりも上側位置の第３測定点の温度を時系列的に測定し、
   第１測定点の温度が上昇する前に、前記第３測定点の温度が下降した場合に、凝固殻破断の発生と検知することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブレークアウト予知方法。