JP5579709B2 - 連続鋳造時に縦割れの発生を予測するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼スラブの連続鋳造時に縦割れの発生を予測するための方法であって、鋳型壁に分散配置された熱電対によってストランドの局所的な温度が測定される方法に関する。

鋼の連続鋳造時に鋳型内で、冷えるストランド（strang）に縦割れが発生する。縦割れは、連続鋳造用の鋳型内の個々の熱電対（感熱素子）における急な温度低下として確認することができる。鋳型の高さ方向に沿って並んだ複数の行（横方向の並び）の熱電対によって高い予測精度を達成することができる。最初に温度を検出した後、引き続きストランドを通過させるいくつかの熱電対の行が、欠陥を確認して、その結果を確保することができる。このため、異なる行の熱電対信号の間で時間補正を行う必要がある。欠陥は、ストランドの表面において固定された位置にあるので、補正値は、熱電対の行の間の距離寸法と、実際のストランドの速度とから得られる。

例えば、特許文献１又は特許文献２に記載されているような温度値を直接測定して評価する従来の方法は、熱電対の高い故障率と、鋳型の銅と熱電対の先端との間の接続不良とが原因となってたびたび失敗する。この接続不良の問題は、温度レベル対して強く歪んだ信号を生じさせる。

他方、上記の両方の事実によって、各鋳型は、個別の「フィンガープリント（指紋）」（固有パターン、識別像）を有する。この「フィンガープリント」は、幅広面及び幅狭面に列状に配置される多数の熱電対の内部における温度レベル差と完全故障とによって特徴づけられている。

特開平０１‐２１０１６０号公報 特開昭６２‐１９２２４３号公報

本発明の目的は、縦割れのリスクを予測するための方法を提供することである。

この課題は、本発明によれば、鋼スラブの連続鋳造時に縦割れの発生を予測するための方法であって、鋳型壁に分散配置される熱電対によってストランドの局所的な温度が測定される方法によって解決される。この方法は、割れのない状態で求めた温度値に基づいて、且つ、鋳型内に配置される熱電対によって測定された実際の温度値を計算に入れて、ストランドに縦割れのブレークアウト（break-out）が生じるリスクの統計的評価を行う方法である。

いくつかの形態は、従属請求項に示され、また、以下に記載される。

周知の方法に対して、本発明においては、測定した温度値を統計的に評価して処理される。本発明では、２つの態様の方法が適用され得る。

１つの態様は、モデル、例えば、主成分分析（ＰＣＡ：principal component analysis）に基づく方法である。

モデルに基づく方法を適用することによって、実際の温度は、あるモデル、すなわち、先行して行われた鋳造からの情報と比較される。

このモデルは、縦割れが生じなかった履歴データセットから得られる。このモデルは、探されるべき欠陥が発生しない状態を記述している。このモデルに続いて、ファジィ制御に基づくエキスパート処理システムを使用することによって、各ＰＣＡアラーム（PCA Alarm）が評価され、縦割れ又は別の具体的に特定されない欠陥が存在するか否かの判断が行われる。なお、エキスパートシステムが、ＰＣＡアラームの検定を実行する。

この方法は、上記２段階プロセスに基づいている。

ここでは、モデルに基づく方法によって欠陥検出が実行される。

モデルに基づくこの方法は、設備の実際の状態を、履歴データから求めた正常状態と比較する。この比較の次に、エキスパートシステムは、１列ずつ上下に配置された熱電対を縦割れ部分が順次通過していくときの熱電対の信号を評価する。ここで、欠陥の識別と欠陥の特定が行われる。縦割れ又は別の種類の欠陥が存在するか否かは温度勾配に基づいて判断される。

別の態様の方法によれば、測定した温度値を考慮して３つのリスク要因が規定される。これらのリスク要因は、縦割れのブレークアウトが生じるリスクを反映したものである。これらリスク要因の１つが、ある一定の大きさを超える場合、次に縦割れが検出されたときに、縦割れのブレークアウトに対する対抗措置が実行される。これらの対抗措置は、鋳造速度を低くすること、電磁ブレーキを調節すること、又は湯面レベルの目標値を適切に変更することを含むことができる。

３つの要因は詳細には：
１．幅広面にわたる縦割れの頻度分布、
２．幅広面にわたって鋳型高さ方向で観察した動的温度分布、及び／又は
３．幅広面にわたって鋳型高さ方向で観察した静的温度分布の変化である。
３つの要因すべての根底にあるのは、密に近接しているいくつかの大きな温度勾配があると、円周方向に高い応力が生じ、これにより縦割れの端緒をもたらすことである。

頻度分布では、鋳型の幅広面の特定位置に発生する縦割れのパーセントがいくらであるのかが計算される。その際、時間的推移も一緒に算入される。判定基準が所定の閾値を上まわる場合、閾値を超えた幅広面位置に縦割れが発生するとすぐに、対抗措置が講じられる。

高さ方向における動的温度分布の判定基準は、いくつかの熱電対の列（縦方向の並び）における熱電対の動的変化の平均値によって特徴づけられる。動的変化は、例えば標準偏差によって、又は一定基準時間にわたる測定値の分散によって表現される。熱電対の１列当りの計算した平均動的変化が、隣接する熱電対の列において著しく異なっている場合、対抗措置が講じられる。これらの対抗措置は、第１の判定基準の場合と同一の対抗措置である。しかしながら、これらの対抗措置が実施されるのは、別の縦割れが第２の判定基準の閾値に違反した位置の近傍で発生し、この縦割れが発生したときに第２の判定基準の閾値を依然として超えているときだけである。

第３の判定基準は、鋳型の幅広面にわたって上側の熱電対の行から下側の熱電対の行を引いて形成される温度勾配を比較する。隣接する熱電対の列における温度勾配が著しく異なる値を有する場合、この特定された位置の近傍で縦割れが発生し、縦割れが発生したときに第３の判定基準の限界値を依然として超えているとすぐに、第１の判定基準の場合と同一の対抗措置が講じられる。

Claims (6)

1. 鋼スラブの連続鋳造時に縦割れの発生を予測するための方法であって、鋳型壁に分散配置された熱電対によってストランドの局所的温度が測定され、先行して行われた鋳造時に得られたデータを算入して、ＰＣＡ又は主成分分析が、統計的評価として用いられ、割れのない状態で求めた温度値に基づいて、且つ、鋳型内に配置される熱電対によって測定された実際の温度値を計算に入れて、前記ストランドに縦割れのブレークアウトが生じるリスクの統計的評価を行う方法において、
   前記統計的評価は、前記鋳型における特有のフィンガープリントとして、行と列とに配置される前記熱電対の測定及び評価から求められ、最初に温度を検出した後、引き続きストランドを通過させるいくつかの熱電対の行が、欠陥を確認し、その結果が確保されて、前記熱電対の行の間の距離寸法と実際のストランドの速度とから得られた補正値によって補完され、このため、異なる行の熱電対信号の間で時間補正を行い、前記ＰＣＡの処理の後に配置されたエキスパートシステムによって、縦割れが存在しているか又は別の欠陥が存在しているかの区別が行われ、且つファジィ制御に基づく各ＰＣＡアラームが評価されることを特徴とする方法。
2. 前記エキスパートシステムは、ＰＣＡアラームの検定を実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記統計的評価として、
   ａ）前記ストランドの幅広面にわたって縦割れの頻度分布が求められ、そこでは、鋳型内に配置される熱電対によって測定された実際の温度値を計算に入れて、ストランドに縦割れのブレークアウト（break-out）が生じるリスクの統計的評価を行い、
   ｂ）幅広面にわたって前記鋳型の高さ方向で動的温度分布が判定され、及び／又は
   ｃ）幅広面にわたって前記鋳型の高さ方向で静的温度分布の変化が判定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ストランドの幅広面にわたって縦割れのパーセント頻度分布及び時間的頻度分布が求められることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記鋳型の幅広面の高さ方向における動的温度分布が、前記鋳型壁の高さ方向に沿って列状に分散配置された熱電対によって判定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 前記鋳型の幅広面にわたる静的温度分布が、前記鋳型の幅広面に沿って行状に分散配置された熱電対によって判定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。