JP5483190B2 - 連続鋳造時のバルジング計測方法、および該計測方法から得られたデータを用いたバルジング評価方法、および該評価方法により決定されたバルジング形状に基づく連続鋳造操業条件制御方法 - Google Patents

Description

本発明は連続鋳造時のバルジング計測方法、および該計測方法から得られたデータを用いたバルジング評価方法、および該評価方法により決定されたバルジング形状に基づく連続鋳造操業条件制御方法に関するものである。

従来、鋳片を連続鋳造する連続鋳造装置においては、鋳型から引き抜かれた鋳片をロールでサポートすることによって、バルジングの発生の抑制や防止を図っている（特許文献１）。

一方、ロール間で発生するバルジングの挙動を測定することにより、内部歪を推定し、該内部歪を解消する方向に鋳造速度等の操業条件を最適化制御する技術への需要があったが、鋳片表面が１０００℃以上の高温となる連続鋳造工程においては、輻射熱の影響が計測センサーに及んだり、ロール間に設けられた冷却装置から鋳片に吹き付けられた冷却水が蒸気となって鋳片表面を覆うため、鋳片表面のバルジング挙動を直接測定することは困難であるという問題があった。

特開２００６−２３９７６９号公報

本発明の目的は前記問題を解決し、鋳片の連続鋳造時におけるバルジングの挙動を直接測定する技術を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明のバルジング計測方法は、鋳型から引き抜かれた直後の鋳片をガイドするガイドロール部と、凝固した鋳片を引き抜くピンチロール部の間に、鋳片をサポートする上下サポートロールの内の上側のサポートロールをなくし、かつ冷却水の吹き付けを行なわない未サポート部を設け、該未サポート部の入口部と出口部に、６２０nm−６８０nmの波長を選択的に検出するカットオフフィルターを備えたレーザー変位計を備えたバルジング計測機を設けてバルジング計測を行うことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の連続鋳造時のバルジング計測方法において、レーザー変位計をスライドさせて、鋳片の全巾にわたる形状測定を行うことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の連続鋳造時のバルジング計測方法において、未サポート部が、鋳型の下端から８ｍ〜１２ｍに位置することを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載のいずれかに記載の連続鋳造時のバルジング計測方法において、鋳片がブルームであることを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項２に記載のバルジング計測方法による計測データを用いたバルジング評価方法であって、該計測データを予めパターン化されたバルジング形状とパターンマッチングさせて、最適なバルジング形状を抽出することを特徴とするものである。

請求項６記載の発明は、請求項５のバルジング評価方法により決定されたバルジング形状に基づく連続鋳造操業条件制御方法であって、凝固計算モデルを用いて該バルジング形状データから内部歪値を推定し、該内部歪値と内部割れ限界歪値との比較に基づき、内部歪を緩和する制御を行うことを特徴とするものである。

本発明に係るバルジング計測方法は、鋳型から引き抜かれた直後の鋳片をガイドするガイドロール部と、凝固した鋳片を引き抜くピンチロール部の間に、鋳片をサポートする上下サポートロールの内の上側のサポートロールをなくし、かつ冷却水の吹き付けを行なわない未サポート部を設けている。ガイドロール部には、鋳片に冷却水を吹き付けるための冷却スプレーが設けられ、鋳片に吹き付けられた冷却水が水蒸気となって鋳片表面部を覆っているため、ガイドロール部における鋳片の表面形状をレーザー変位計で検出することは困難であるが、本発明ではガイドロール部の後段に鋳片に冷却水の吹き付けを行わない未サポート部を設け、該未サポート部にレーザー変位計を備えたバルジング計測機を設ける構成により、鋳片の表面形状をレーザー変位計で検出可能とした。さらに、未サポート部でも鋳片表面は１０００℃以上の高温となるため、輻射熱に起因するノイズがレーザー変位計に混入し、正確な形状測定が妨げられる問題があったが、本発明では、レーザー変位計に６２０nm−６８０nmの波長を選択的に検出するカットオフフィルターを備える構成により、当該問題も解決し、鋳片の連続鋳造時におけるバルジングの挙動を直接測定することを可能とした。

なお、カットオフフィルターの導入によってもなお、レーザー変位計に混入する輻射熱に起因するノイズの影響があるため、レーザー変位計によって測定された多数のデータ点列よりなる形状データの平均値から正確なバルジング形状を評価することは困難であるが、請求項５記載の発明では、請求項２の発明によりレーザー変位計をスライドさせて、鋳片の全巾にわたる形状測定を行うとともに、該計測データを予めパターン化されたバルジング形状とパターンマッチングさせて、最適なバルジング形状を抽出する構成により、前記のレーザー変位計に混入する輻射熱に起因するノイズの影響を排除し、より正確なバルジング形状の評価が可能となる。

請求項６記載の発明では、請求項５のバルジング評価方法により決定されたバルジング形状に基づく連続鋳造操業条件制御方法において、凝固計算モデルを用いて該バルジング計測データから内部歪値を推定し、該内部歪値と内部割れ限界歪値との比較に基づき、内部歪を緩和する制御を行う構成により、最適な操業条件による操業が可能となる。

本発明に係るバルジング計測方法の実施に用いる連続鋳造装置の概念図である。 バルジング計測機の構成説明図である。 レーザー変位計による形状測定を行った結果得られた波形データ（カットオフフィルター有り・無し）である。 図３の波形データに基づく標準偏差計算結果である。 バルジング形状を６次の関数で表現した図である。 バルジング形状を評価する手順を示す図である。 バルジング形状評価の実施例である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。

図１には、本発明に係るバルジング計測方法の実施に用いる連続鋳造装置の概念図を示している。連続鋳造装置は、図１に示すように、連続鋳造装置は、溶鋼を一時的に貯留するタンディッシュ５と、このタンディッシュ５からの溶鋼が供給される鋳型７と、鋳型７により鋳造された鋳片９をサポートしながらガイドするガイドロール８と、鋳片を冷却する冷却手段（冷却ノズル）と、凝固した鋳片９を引き抜くピンチロール１０を有している。

ガイドロール８は、鋳型４から下流側に向けて鋳片９をサポートするように複数配置されている。

冷却ノズルは、鋳型７で１次冷却された鋳片９を、鋳型７の下流側で２次冷却するものであって、冷却媒体（例えば、水）を鋳片９に吹き付けることによって鋳片９の広面側及び狭面側を冷却することができ、冷却媒体の水量、圧力などは適宜設定可能である。

タンディッシュ５は、全体として有底箱形となっており、タンディッシュ５の底部に浸漬ノズル１１が設けられている。浸漬ノズル１１は、ストッパ６により開閉可能となっており、浸漬ノズル１１の開閉により鋳型７への溶鋼の注入及び停止が行われる。

図１に示す、連続鋳造装置は、ブルームの鋳造に用いられるブルーム連続鋳造装置であって、ガイドロール８が鋳型７から下流側に向けて垂直方向に並べられたガイドロール部１と、ピンチロール１０が水平方向に並べられて鋳片９を直線状に矯正しながら引き抜くピンチロール部２の間に、鋳片をサポートする上下サポートロールの内の上側のサポートロールをなくし、かつ冷却水の吹き付けを行なわない未サポート部３を備えている。ガイドロール部１は鋳型７の下端から１ｍ〜８ｍ、未サポート部３は鋳型７の下端から８ｍ〜１２ｍ、ピンチロール部２は鋳型７の下端から１２ｍ〜１２．５ｍに配置されている。

未サポート部３の入口部と出口部にバルジング計測機４を備えている。図２には、バルジング計測機４の構成説明図を示している。

バルジング計測機４は、レーザー変位計１３により鋳片９の表面形状を測定するものであり、該レーザー変位計１３は、測定対象とする鋳片９の全巾に渡る形状測定を可能とするためアクチュエータ１２上にスライド自在に配置されている。

該レーザー変位計１３は、６５０ｎｍのレーザー波長を中心として６２０nmー６８０nmの波長を選択的に検出するためのカットオフフィルターを備えている。図３は、カットオフフィルター有り・無しの各々の条件で、表面温度１０００℃の鋳片９を測定対象としてレーザー変位計１３による形状測定を行った結果得られた波形データを示し、図４には前記波形データに基づく標準偏差計算結果を示している。図３に示すように、カットオフフィルターを用いない場合、１０００℃の鋳片から放射される輻射熱に起因するノイズが混入して、データばらつきが大きくなるが、カットオフフィルターの導入により、該ノイズの影響を顕著に抑制し、図４に示すように、測定標準偏差σ０．４ｍｍ以下の信頼性のあるデータ取得を可能としている。

レーザー変位計１３によって測定された多数のデータ点列よりなる形状データは、演算処理装置（図示しない）で演算処理される。

演算処理装置には、当該連続鋳造装置によるブルーム鋳造時に起こりうる変形モードがパターン化されて記憶されており、レーザー変位計１３によって測定された多数のデータ点列よりなる形状データとのパターンマッチングにより、バルジング形状を評価している。
ここでバルジング形状は図５に示すように左右対称な高々６次の関数で表現できることが従来の知見から知られている。従って図６に示すように、まず１）最小二乗法により全体の傾きを表す直線を求め回転行列Ｃを計算し、２）回転行列Ｃを元に座標変換を行い、３）全体の平均値を求め平行移動を行い、４）再度最小二乗法により六次関数の形状係数を求めることでバルジング形状を評価することができる。

上記のようにして評価したバルジング形状データに基づき、図１に示すように、凝固計算モデルを用いて該バルジング形状データから内部歪値を推定し、該内部歪値と内部割れ限界歪値との比較に基づき、内部歪を緩和する制御を行うことにより、最適な操業条件による操業が可能となる。

図１に示す連続鋳造装置でブルーム鋳造を行い、該ブルーム鋳造に伴うバルジンググ計測および評価を行った。バルジンググ計測はブルームの長辺（巾４８０ｍｍ）全長に渡って、１．０ｍｍピッチで形状データを得ることを目標として行った。１点あたりのサンプリング時間は０．１秒とし、各点で平均５回のサンプリングを行うため、アクチュエータの移動最低速度は２．０ｍｍ／ｓとした。レーザー変位計は測定範囲２５０〜１０００ｍｍ、測定分解能σ０．２ｍｍ以下であって、６５０ｎｍのレーザー波長を中心として６２０nmー６８０nmの波長を選択的に検出するためのカットオフフィルターを備えたものを使用した。

図７には、レーザー変位計による５万点の測定データを移動平均（Ｎ＝７）で平滑化した後、６次関数でパターンマッチングを行い、バルジング形状を評価した結果を示している。

１ ガイドロール部
２ ピンチロール部
３ 未サポート部
４ バルジング計測機
５ タンディッシュ
６ ストッパ
７ 鋳型
８ ガイドロール
９ 鋳片
１０ ピンチロール
１１ 浸漬ノズル
１２ アクチュエータ
１３ レーザー変位計

Claims (6)

1. 鋳型から引き抜かれた直後の鋳片をガイドするガイドロール部と、凝固した鋳片を引き抜くピンチロール部の間に、鋳片をサポートする上下サポートロールの内の上側のサポートロールをなくし、かつ冷却水の吹き付けを行なわない未サポート部を設け、該未サポート部の入口部と出口部に、６２０nm−６８０nmの波長を選択的に検出するカットオフフィルターを備えたレーザー変位計を備えたバルジング計測機を設けてバルジング計測を行うことを特徴とする連続鋳造時のバルジング計測方法。
2. レーザー変位計をスライドさせて、鋳片の全巾にわたる形状測定を行うことを特徴とする請求項１記載の連続鋳造時のバルジング計測方法。
3. 未サポート部が、鋳型の下端から８ｍ〜１２ｍに位置することを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造時のバルジング計測方法。
4. 鋳片がブルームであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の連続鋳造時のバルジング計測方法。
5. 請求項２に記載のバルジング計測方法による計測データを用いたバルジング評価方法であって、該計測データを予めパターン化されたバルジング形状とパターンマッチングさせて、最適なバルジング形状を抽出することを特徴とするバルジング評価方法。
6. 請求項５のバルジング評価方法により決定されたバルジング形状に基づく連続鋳造操業条件制御方法であって、凝固計算モデルを用いて該バルジング形状データから内部歪値を推定し、該内部歪値と内部割れ限界歪値との比較に基づき、内部歪を緩和する制御を行うことを特徴とする連続鋳造操業条件制御方法。