JP5617293B2 - Slab surface state prediction method and slab surface state prediction apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、鋳型に溶鋼を吐出することにより鋳型の下端からスラブを連続して生成するスラブ連鋳機を適用対象とし、薄板鋼板製品を成形した際に表面欠陥となり得る介在物・気泡がスラブに存在するか否かを予測するスラブの表層状態予測方法及びスラブの表層状態予測装置に関する。 The present invention is applied to a slab continuous casting machine that continuously generates a slab from the lower end of a mold by discharging molten steel into the mold, and inclusions and bubbles that may become surface defects when forming a thin steel plate product are slabs. The present invention relates to a slab surface state prediction method and a slab surface state prediction apparatus for predicting whether or not a slab exists.
鋳型に溶鋼を吐出してスラブを連続生成するスラブ連鋳機では、脱酸生成物等の介在物や、浸漬ノズルから溶鋼流に吹き込んだアルゴンガス等の気泡が凝固シェルに付着する場合がある。介在物や気泡が凝固シェルに付着した状態でこれを圧延した場合、成形された薄板鋼板製品にヘゲ、スリバー、ブリスター等の表面欠陥が発生する虞れがある。昨今のように、薄板鋼板製品、特に薄板材の表面品質に対する要求が厳しくなる状況下にあっては、表面欠陥の発生をスラブの段階で適確に推定して処置することが望まれている。 In a slab continuous casting machine that continuously generates slab by discharging molten steel into the mold, inclusions such as deoxidation products and bubbles such as argon gas blown into the molten steel flow from the immersion nozzle may adhere to the solidified shell . When this is rolled with inclusions and bubbles adhering to the solidified shell, surface defects such as heges, slivers and blisters may occur in the formed sheet steel product. As in recent years, it is desirable to accurately estimate and treat the occurrence of surface defects at the slab stage in situations where demands on the surface quality of sheet steel products, particularly sheet materials, become severe. .
気泡や介在物の分布がスラブの品質に影響を与える点については、既に、特許文献1や特許文献2に開示されている。このため、これらの従来技術では、鋳型に配置した測温素子によって取得される温度に基づいて溶鋼の流速を算出し、あるいは鋳型内部全域の流速ベクトル分布を算出し、介在物・気泡の拡散分布を求めること、つまりスラブの品質を推定することが行われている。
The point that the distribution of bubbles and inclusions affects the quality of the slab has already been disclosed in
しかしながら、溶鋼の流速や流速ベクトル分布のみからは、気泡や介在物が実際に凝固シェルに付着するか否かを判断することはできず、薄板鋼板製品を成形した際に表面欠陥となり得る介在物・気泡がスラブに存在するか否かを予測することも困難である。 However, it is not possible to judge whether bubbles or inclusions actually adhere to the solidified shell from the flow rate or flow velocity vector distribution of the molten steel, and inclusions that can cause surface defects when forming thin steel plate products. It is also difficult to predict whether bubbles will be present in the slab.
本発明は、上記実情に鑑みて、スラブに表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在するか否かを適確に予測することのできる方法及び装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of accurately predicting whether or not inclusions / bubbles that may become surface defects exist in a slab.
上記目的を達成するため、本発明は、鋳型に溶鋼を吐出することにより鋳型の下端からスラブを連続して生成するスラブ連鋳機を適用対象とし、生成されるスラブに表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在するか否かを予測するスラブの表層状態予測方法であって、鋳型において溶鋼湯面を起点として凝固シェルが予め設定した厚さとなるまでの間に複数の測温素子を鋳造方向に沿って配設し、これら複数の測温素子を通じて凝固シェルの同一箇所が通過した際の温度を取得し、該取得した温度からそれぞれ凝固シェル界面における溶鋼の流速を算出する流速算出工程と、予め設定した介在物・気泡の洗い流し臨界流速と前記流速算出工程で算出したそれぞれの溶鋼の流速とを比較し、算出した溶鋼の流速が洗い流し臨界流速を下回ったことを条件に、計測位置に対応する凝固シェルに表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在すると判断する付着判断工程とを含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is directed to a slab continuous casting machine that continuously generates a slab from the lower end of a mold by discharging molten steel into the mold, and inclusions that can cause surface defects in the generated slab. a & whether surface state prediction method of a slab of predicting whether bubbles exist, a plurality of temperature measuring elements until a thickness of the solidified shell starting from the Oite molten steel surface in the mold has set in advance along the casting direction is arranged, a flow rate calculation step of the same portion of the solidified shell through the plurality of temperature measuring element acquires the temperature when passing through, and calculates the flow velocity of molten steel at each solidified shell interface from the acquired temperature When, it is compared with the flow rate of each molten steel calculated in rinse critical flow velocity and the flow rate calculating step of inclusions, bubbles preset flow rate of the calculated molten steel falls below the wash critical flow velocity Conditions, characterized in that it comprises a deposition determination step of inclusions, air bubbles can become surface defects in the solidified shell corresponding to the measurement position is determined to exist.
また、本発明は、上述したスラブの表層状態予測方法において、溶鋼流速が洗い流し臨界流速を下回った場合にのみ正の値を持つように溶鋼流速と介在物・気泡付着度との関係を付着度曲線として予め設定し、前記付着判断工程は、前記付着度曲線に基づき、流速算出工程で算出した溶鋼の流速に対応した付着度を導出する工程と、導出した付着度が予め設定した閾値を超えた場合に表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在すると判断する工程とを含むことを特徴とする。 Further, the present invention relates to the above-described method for predicting the surface layer state of a slab. Predetermined as a curve, the adhesion determination step is a step of deriving an adhesion degree corresponding to the flow rate of the molten steel calculated in the flow rate calculation step based on the adhesion degree curve, and the derived adhesion degree exceeds a preset threshold value. And a step of determining that inclusions / bubbles that may become surface defects are present.
また、本発明は、上述したスラブの表層状態予測方法において、前記付着度曲線は、圧延後の製品の表面欠陥となり得る介在物・気泡の表面欠陥化臨界粒径に対応した洗い流し臨界流速を導出し、溶鋼流速がこの導出した洗い流し臨界流速を上回った場合には凝固シェルに付着する介在物・気泡の総数をゼロとし、一方、溶鋼流速が前記洗い流し臨界流速を下回った場合には、前記溶鋼流速及び前記洗い流し臨界流速に対応する凝固シェルに付着する介在物・気泡の臨界粒径を求め、溶鋼中に含まれる介在物・気泡の粒径の分布関数を用いて凝固シェルに付着する介在物・気泡の総数を算出することにより作成することを特徴とする。 In the method for predicting the surface state of a slab as described above, the adhesion curve derives a critical flow velocity for washing corresponding to a critical particle size of inclusions / bubbles which may become surface defects of a product after rolling. If the molten steel flow rate exceeds the derived washing critical flow velocity, the total number of inclusions / bubbles adhering to the solidified shell is set to zero. Determine the critical particle size of inclusions and bubbles adhering to the solidified shell corresponding to the flow velocity and the washing critical flow velocity, and use the distribution function of the inclusion and bubble particle size contained in the molten steel to include the inclusions adhering to the solidified shell. -Created by calculating the total number of bubbles.
また、本発明は、上述したスラブの表層状態予測方法において、溶鋼湯面を起点として凝固シェルが予め設定した厚さとなるまでの間に複数の測温素子を鋳造方向に沿って配設し、かつ測温素子の配設位置に応じて付着度曲線を設定し、これら複数の測温素子を通じて凝固シェルの同一箇所が通過した際の温度を取得し、該取得した温度からそれぞれ溶鋼の流速を算出するとともに、計測位置に対応する付着度曲線に基づき、算出したそれぞれの溶鋼の流速から介在物・気泡の付着度を導出し、導出したいずれかの付着度が予め設定した閾値を超えた場合に、計測位置に対応する部位に表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在すると判断することを特徴とする。 Further, the present invention provides a method for predicting a surface layer state of a slab as described above, wherein a plurality of temperature measuring elements are disposed along the casting direction until the solidified shell reaches a preset thickness starting from the molten steel surface, And the adhesion curve is set according to the arrangement position of the temperature measuring element, the temperature when the same portion of the solidified shell passes through these temperature measuring elements is acquired, and the flow rate of the molten steel is respectively calculated from the acquired temperature. When calculating the degree of adhesion of inclusions / bubbles from the calculated flow velocity of each molten steel based on the adhesion curve corresponding to the measurement position, and any of the derived degrees of adhesion exceeds a preset threshold In addition, it is determined that inclusions / bubbles that may become surface defects exist in a portion corresponding to the measurement position.
また、本発明は、上述したスラブの表層状態予測方法において、前記複数の測温素子は、溶鋼湯面を起点として下方50mmから凝固シェルの厚さが10mmとなるまでの間に複数配設することを特徴とする。
In the slab surface layer state prediction method according to the present invention, a plurality of the temperature measuring elements are arranged from the
また、本発明は、鋳型に溶鋼を吐出することにより鋳型の下端からスラブを連続して生成するスラブ連鋳機を適用対象とし、生成されるスラブに表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在するか否かを予測するスラブの表層状態予測装置であって、鋳型に配設した測温素子を通じて計測位置の温度を取得する温度取得部と、前記温度取得部が取得した温度から凝固シェル界面における溶鋼の流速を算出する溶鋼流速演算部と、前記溶鋼流速演算部によって溶鋼の流速が算出された場合、予め設定した溶鋼流速と介在物・気泡付着度との関係を表す付着度曲線に基づいて、溶鋼の流速に対応した介在物・気泡の付着度を導出する付着度導出部と、前記付着度導出部が導出した介在物・気泡の付着度と予め設定した閾値と比較し、介在物・気泡の付着度が前記閾値を超えた場合に、計測位置に対応する凝固シェルに表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在すると判断する付着判断部とを備えたことを特徴とする。 The present invention is also applicable to a slab continuous casting machine that continuously generates a slab from the lower end of the mold by discharging molten steel into the mold, and there are inclusions / bubbles that can become surface defects in the generated slab. A surface layer state prediction device for a slab that predicts whether or not a temperature acquisition unit that acquires a temperature at a measurement position through a temperature measuring element disposed in a mold, and at a solidified shell interface from the temperature acquired by the temperature acquisition unit Based on an adhesion curve representing the relationship between a preset molten steel flow rate and inclusion / bubble adhesion, when the molten steel flow rate calculation unit calculates the flow rate of molten steel and the molten steel flow rate calculation unit calculates the molten steel flow rate The adhesion degree deriving part for deriving the adhesion degree of inclusions / bubbles corresponding to the flow rate of the molten steel, and comparing the inclusion / bubble adhesion degree derived by the adhesion degree deriving part with a preset threshold value, With bubbles If the degree exceeds the threshold value, characterized in that the inclusions, bubbles can become surface defects in the solidified shell corresponding to the measurement position and a deposition determining section for determining that there.
本発明によれば、凝固シェルに付着した介在物・気泡を洗い流すのに必要となる洗い流し臨界流速を指標として適用し、この洗い流し臨界流速と算出した凝固シェル界面における溶鋼の流速とを比較することによって表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在するか否かを判断しているため、スラブに表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在するか否かを適確に予測することができるようになる。これにより、鋳造後のスラブに対する表面手入れの要否や引き当てグレードの変更を効率よく行うことが可能となる。また、凝固シェルに対して介在物・気泡が付着し難いような鋳造条件への変更を行い、薄板鋼板製品に表面欠陥が発生するのを未然に防止することも可能となる。 According to the present invention, the washing critical flow velocity required to wash away inclusions and bubbles adhering to the solidified shell is applied as an index, and the flush critical flow velocity is compared with the calculated molten steel flow velocity at the solidified shell interface. Since it is judged whether there are inclusions / bubbles that can become surface defects, it is possible to accurately predict whether inclusions / bubbles that can become surface defects exist in the slab. . This makes it possible to efficiently change the necessity of the surface care for the slab after casting and the change of the assigned grade. It is also possible to prevent the occurrence of surface defects in the thin steel plate product by changing the casting conditions so that inclusions and bubbles are less likely to adhere to the solidified shell.
以下、添付図面を参照しながら本発明に係るスラブの表層状態予測方法及びスラブの表層状態予測装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a slab surface state prediction method and a slab surface state prediction apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の適用対象となるスラブ連鋳機の鋳型1を示したものである。スラブ連鋳機の鋳型1は、相対向する一対の鋳型長辺1aと、鋳型長辺1aの間に内装された相対向する一対の鋳型短辺1bとを備えて構成したもので、浸漬ノズル2を介して内部に溶鋼Yが注入される。鋳型1に注入された溶鋼Yは、鋳型1の内部で冷却されて凝固シェルSHを形成し、鋳型1の下方に引き抜かれてスラブとなる。鋳型長辺1a及び鋳型短辺1bは、いずれも銅板によって構成されたものである。
FIG. 1 shows a
この鋳型1には、鋳型長辺1aに温度を検出するための測温素子、例えば熱電対10(図3参照)が配設してある。鋳型1に熱電対10を配設するのは、鋳型1を構成する銅板の温度から凝固シェル界面の溶鋼流速を算出し、算出した溶鋼流速に基づいて、薄板鋼板製品を成形した際に表面欠陥となり得る介在物・気泡が、生成されたスラブに存在するか否かを予測するためである。以下、薄板鋼板製品に発生する表面欠陥の原因となる介在物・気泡の付着を予測するためには、熱電対10を鋳型1のどの位置に配設するのが最適であるかについて説明する。
The
まず、本発明者らは、実際に薄板鋼板製品に発生したヘゲ、スリバー等の表面欠陥を多数採取した。欠陥を含む位置で鋼板の厚み断面を顕微鏡観察し、鋼板表面から介在物・気泡までの深さを計測した。鋼板の板厚とスラブの板厚との比率を考慮し、鋼板表面から介在物・気泡までの深さを、スラブの表面から介在物・気泡までの距離に換算した。換算結果を図2に示す。 First, the present inventors collected a large number of surface defects such as baldness and sliver that were actually generated in a sheet steel product. The thickness cross section of the steel sheet was observed with a microscope at a position including the defect, and the depth from the steel sheet surface to inclusions / bubbles was measured. Considering the ratio of the steel plate thickness to the slab thickness, the depth from the steel plate surface to inclusions / bubbles was converted to the distance from the slab surface to inclusions / bubbles. The conversion result is shown in FIG.
図2の横軸は鋳造速度であり、縦軸はスラブの表面から介在物・気泡までの最小距離である。図2からも明らかなように、薄板鋼板製品において表面欠陥となる介在物・気泡は、スラブの表面から1〜10mmの範囲内に分布していることが判明した。従って、凝固シェルSHの厚さが10mmとなるまでの範囲について溶鋼流速を取得すれば良い。 The horizontal axis in FIG. 2 is the casting speed, and the vertical axis is the minimum distance from the surface of the slab to the inclusions / bubbles. As is clear from FIG. 2, it was found that inclusions / bubbles that are surface defects in the thin steel plate product are distributed within a range of 1 to 10 mm from the surface of the slab. Therefore, what is necessary is just to acquire the molten steel flow velocity about the range until the thickness of the solidification shell SH becomes 10 mm.
但し、実際の鋳型湯面は、鋳型1自体の振動、浸漬ノズル2から吐出される溶鋼Yと引き抜き速度との関係等々、種々の影響によって変動するものである。また、実際の計測によれば、鋳型湯面から下方100mmは同じ流速で溶鋼Yが流れていることが分かった。このため、熱電対10を配設する場合、鋳型湯面を上限位置として設けるのではなく、湯面変動の影響が少ない鋳型湯面から下方50mmを最適上限位置とした。
However, the actual mold surface varies depending on various effects such as the vibration of the
これらの条件を考慮し、鋳型長辺1aにおいて熱電対10を配設する位置は、鋳型湯面を起点として下方50mmから下式(1)で決まる位置の間の複数点とする。
y=V×(10/k)2…(1)
Considering these conditions, the positions where the
y = V × (10 / k) 2 (1)
ここで、yは鋳型湯面を起点として熱電対10を配設する位置までの距離(m)、Vは鋳造速度(m/min)、kは鋳型1内の凝固係数(mm/min1/2)である。凝固係数kは、連鋳機によって異なるが、通常は15〜23である。
Here, y is a distance (m) from the mold surface to the position where the
上式(1)は、凝固シェルSHの厚さdを表す下式(2)においてd=10として導き出したものである。
d=k√t…(2) 但し、t=y/V(min)
The above formula (1) is derived as d = 10 in the following formula (2) representing the thickness d of the solidified shell SH.
d = k√t (2) where t = y / V (min)
最下段の熱電対10は、yの位置にあるのが好ましいが、設備の取り合い上、熱電対10を配設することが困難な場合、それよりも上方に配設しても良い。
The
データを計測したスラブ連鋳機の鋳型1内での凝固係数は19.3mm/min1/2であった。この凝固係数とスラブ表面から介在物・気泡までの距離とを用いて鋳型湯面からの下方への距離を逆算し、縦軸に記した。この結果、図2に示した例では、薄板鋼板製品の表面欠陥の原因となる介在物・気泡が鋳型湯面から下方へ500mmの範囲内で付着していることが分かった。従って、凝固シェル界面での溶鋼流速は、鋳型湯面の下方50mmから下方500mmの範囲内で知ればよいことが分かる。
The solidification coefficient in the
一方、薄板鋼板製品の板幅方向では、表面欠陥がランダムに存在し、特に表面欠陥の分布に偏りはなかった。従って、鋳型1の幅方向、つまり鋳型長辺1aでは、その全域で溶鋼流速を知る必要がある。
On the other hand, in the sheet width direction of the thin steel plate product, surface defects existed randomly, and the distribution of surface defects was not particularly biased. Therefore, in the width direction of the
熱電対10の鋳型幅方向間隔は、鋳型1内の溶鋼流速の空間変動がどの程度の空間波長を持っているかによって決まる。溶鋼流速の空間変動について本発明者らは、既に特許第3386051号公報に開示している。すなわち、一端を鋳型湯面に浸漬させた耐火物製の棒が溶鋼流から受ける力をロードセルによって実測し、鋳型湯面近傍の鋳型幅方向に沿った溶鋼流速プロファイルを測定した結果、鋳型1内の溶鋼流速分布の空間波長が800〜1800mm程度であることを突き止めた。従って、この空間変動を検知するためには、熱電対10を200〜450mmの間隔、あるいはそれ以下の間隔で鋳型幅方向に配設すれば良いとした。但し、鋳型湯面に近い位置においては、初期凝固シェルSHの厚さに鋳型幅方向の揺らぎがある。このため、鋳型湯面に近い位置については、上述の間隔よりも小さい間隔で熱電対10を配設し、空間変動平均をとることによって初期凝固シェルSHの厚みの鋳型幅方向の揺らぎの影響を排除することとした。
The interval in the mold width direction of the
次に、熱電対10を通じて取得した銅板温度から溶鋼流速に換算した後、どのような処理を施せば介在物・気泡の付着状態を適確に検知できるかについて検討した。
Next, after converting the copper plate temperature acquired through the
薄板鋼板製品の表面欠陥に起因する介在物・気泡の大きさ(粒径)については、本発明者らが調査した結果、約300μm以上であることが分かった。一方、これらの介在物・気泡の凝固シェル界面への付着を防止するために必要となる洗い流し臨界流速についてはモデル計算によって文献(山田ら:材料とプロセス、12(1999)、682)に示されている。両者の知見から、凝固シェル界面の溶鋼流速が洗い流し臨界流速(=0.1m/s)を下回ると薄板鋼板製品の表面欠陥となり得る介在物・気泡が凝固シェルSHに付着し易くなるとした。 As a result of investigation by the present inventors, it was found that the size (particle size) of inclusions / bubbles due to surface defects of the thin steel plate product was about 300 μm or more. On the other hand, the washing critical flow velocity required to prevent the inclusions / bubbles from adhering to the solidified shell interface is shown in the literature (Yamada et al .: Materials and Processes, 12 (1999), 682) by model calculation. ing. From both findings, it was assumed that inclusions / bubbles that could become surface defects of the thin steel sheet product were liable to adhere to the solidified shell SH when the molten steel flow velocity at the solidified shell interface was less than the critical flow velocity (= 0.1 m / s).
以上、2点の検討結果から、鋳型1内に二次元的に配設した熱電対10の計測温度に基づいて凝固シェル界面の溶鋼流速を算出し、この溶鋼流速に基づいて凝固シェルSHへの介在物・気泡の付着状態を以下のようにして予測することとした。
As described above, the molten steel flow velocity at the solidified shell interface is calculated based on the measured temperature of the
図3に示すように、鋳型長辺1aを構成する銅板に熱電対10を配設した。第2段目及び第3段目は、熱電対10を200〜450mmの間隔で配設し、第1段目は、上述したように、初期凝固シェルSHの厚さの鋳型幅方向の揺らぎの影響を排除するため、熱電対10の鋳型幅方向間隔を細かくしている。これらの熱電対10によって計測した銅板温度から下式(3)及び(4)により凝固シェル界面での溶鋼流速を算出する。
算出した溶鋼流速が上述した洗い流し臨界流速を下回っている場合、その熱電対10を中心として、溶鋼流速の空間変動波長の1/2を半径とする範囲では同様に洗い流し臨界流速を下回っている可能性があるものとした。具体的には、図3に示すように、鋳型幅方向に第2段及び第3段の熱電対10を幅方向中心として複数の鋳型幅方向区間の計測列に分け、それぞれの計測列の中で洗い流し臨界流速を下回っている熱電対10があれば、その計測列に介在物・気泡の付着による表面欠陥の可能性が有ると判断する。これは、薄板鋼板製品のコイルでは、コイルの幅方向での表面欠陥が存在するか否かは判断することができるが、欠陥を生じさせている介在物・気泡がコイルの板表面からどのくらいの深さに位置するのかは欠陥一つ一つについてコイルの厚み断面を調べない限り分からないためである。
When the calculated molten steel flow velocity is lower than the above-described critical flow velocity for washing, it is possible that the molten steel flow velocity is similarly below the critical flow velocity in the range where the radius is a half of the spatial fluctuation wavelength of the molten steel flow velocity with the
ここで、介在物・気泡の付着による表面欠陥の可能性があるか否かの判断を行うため、本実施の形態では、溶鋼流速と介在物・気泡付着度との関係を表す付着度曲線を予め判断基準として設定するようにしている。 Here, in order to determine whether or not there is a possibility of a surface defect due to inclusion / bubble adhesion, in the present embodiment, an adhesion curve representing the relationship between the molten steel flow velocity and the inclusion / bubble adhesion is shown. It is set in advance as a judgment criterion.
図4は、付着度曲線を示すグラフであり、溶鋼流速を横軸とし、凝固シェルSHへの介在物・気泡の付着する度合い(付着度)を縦軸として両者の関係を示している。この付着度曲線は、図5に示した溶鋼流速ごとの凝固シェルSHに付着する介在物・気泡の限界粒径と、図6に示した溶鋼Y中に含まれる介在物・気泡のロジンラムラー分布とから設定したものである。ここで、図6の縦軸の数値は、ロジンラムラー分布での個数分布の計算式に基づいて求めた値である。 FIG. 4 is a graph showing the adhesion curve, and shows the relationship between the molten steel flow velocity on the horizontal axis and the degree of adhesion of inclusions / bubbles to the solidified shell SH (adhesion degree) on the vertical axis. This adhesion curve shows the limit particle size of inclusions / bubbles adhering to the solidified shell SH for each molten steel flow rate shown in FIG. 5, and the rosin Ramler distribution of inclusions / bubbles contained in the molten steel Y shown in FIG. It is set from. Here, the numerical value on the vertical axis in FIG. 6 is a value obtained based on the calculation formula of the number distribution in the Rosin-Rammler distribution.
以下、図4に示した付着度曲線の作成方法について説明する。尚、圧延後の製品の表面欠陥となり得る介在物・気泡の最も小さい粒径、すなわち表面欠陥化臨界粒径は140μmであることから、図5より、表面欠陥化臨界粒径140μmに対応する洗い流し臨界流速(以下、「表面欠陥化の洗い流し臨界流速」という)を求めると、0.2m/sとなる。溶鋼流速がこの表面欠陥化の洗い流し臨界流速を上回った場合と下回った場合とに分けて考える必要がある。 Hereinafter, a method of creating the adhesion curve shown in FIG. 4 will be described. Since the smallest particle size of inclusions / bubbles that can be a surface defect of the product after rolling, that is, the critical particle size for surface defect is 140 μm, the flushing corresponding to the critical particle size for surface defect is 140 μm from FIG. When the critical flow velocity (hereinafter referred to as “washing critical flow velocity for surface defects”) is obtained, it is 0.2 m / s. It is necessary to consider separately when the molten steel flow velocity exceeds the critical flow velocity for washing away the surface defects.
まず、溶鋼流速が表面欠陥化の洗い流し臨界流速を上回った場合、介在物・気泡は凝固シェルSHには付着しない。従って、この場合には、凝固シェルSHに付着する介在物・気泡の総数をゼロとして付着度曲線にプロットする。 First, when the molten steel flow rate exceeds the critical flow rate for washing away surface defects, inclusions / bubbles do not adhere to the solidified shell SH. Therefore, in this case, the total number of inclusions / bubbles adhering to the solidified shell SH is plotted as zero and plotted on the adhesion curve.
次に、溶鋼流速が表面欠陥化の洗い流し臨界流速を下回った場合について考える。例えば、溶鋼流速が0.15m/sの場合、図5より溶鋼流速0.15m/sに対応する粒径が180μmであり、粒径180μm以下の介在物・気泡が凝固シェルSHに付着することが分かる。 Next, let us consider the case where the molten steel flow velocity is less than the critical flow velocity for washing out surface defects. For example, when the molten steel flow rate is 0.15 m / s, the particle size corresponding to the molten steel flow rate of 0.15 m / s is 180 μm from FIG. 5, and inclusions / bubbles with a particle size of 180 μm or less adhere to the solidified shell SH. I understand.
次いで、図6から粒径が140μm以上で180μm以下の範囲(図6中の斜線部分)に分布する介在物・気泡の個数を積分して求める。さらに、溶鋼流速を変えてそれぞれの溶鋼流速ごとに介在物・気泡の積分値を算出し、付着度曲線にプロットする。上記の方法により、図4に示す付着度曲線を得ることができる。 Next, the number of inclusions / bubbles distributed in the range of 140 μm or more and 180 μm or less (shaded portion in FIG. 6) is obtained from FIG. Further, the integrated value of inclusions and bubbles is calculated for each molten steel flow rate by changing the molten steel flow rate, and plotted on the adhesion curve. By the above method, the adhesion curve shown in FIG. 4 can be obtained.
凝固シェルSHに付着する介在物・気泡の臨界粒径や溶鋼Yに含まれる介在物・気泡の分布は、鋳型湯面からの位置に応じて異なる。従って、付着度曲線に関しては、図7に示すように、熱電対10による鋳型銅板の計測位置に応じた個別のものを設定するようにした。いずれの付着度曲線においても、付着度は、凝固シェル界面の溶鋼流速(凝固界面流速)が洗い流し臨界流速を下回った場合に正の値を持つ。
The critical particle size of inclusions and bubbles adhering to the solidified shell SH and the distribution of inclusions and bubbles contained in the molten steel Y differ depending on the position from the mold surface. Accordingly, as shown in FIG. 7, the adhesion curve is set individually according to the measurement position of the mold copper plate by the
ここで、第1段よりも第2段、第3段の方が、介在物・気泡付着度の洗い流し臨界流速が低いのは、第1段よりも第2段、第3段に配設した熱電対10の計測位置が鋳型湯面から下方への距離が大きいため、すなわち、スラブ表面から凝固シェル界面までの距離が大きいため、薄板鋼板製品の表面欠陥を生じる介在物・気泡の粒径についてもその臨界値が第1段に比べて第2段、第3段の計測位置の方が大きくなる。従って、文献(山田ら:材料とプロセス、12(1999)、682)によれば、介在物・気泡の粒径が大きく、かつ凝固シェル界面での凝固速度が小さくなると、介在物・気泡の洗い流しに必要となる臨界流速も小さくなる。
Here, the second stage and the third stage have a lower washing critical flow velocity of inclusions / bubble adhesion than the first stage because they are disposed in the second stage and the third stage rather than the first stage. Since the measurement position of the
鋳型銅板において第1段、第2段、第3段のそれぞれに配設した熱電対10により凝固シェルSHの同一箇所が通過した際の温度を計測し、各計測温度から算出される溶鋼流速に対応した介在物・気泡の付着度を求める。これら3つの付着度の最大値を計測列の付着度とする。この付着度が予め設定した閾値を上回った場合、その計測列に対応する鋳型幅方向区間には、介在物・気泡の付着による表面欠陥の可能性があると判断する。
The temperature when the same portion of the solidified shell SH passes is measured by the
上述した銅板温度の計測、溶鋼流速の算出、付着度の導出、表面欠陥の可能性判断といった一連の処理を鋳造方向に沿った一定の周期、例えば1秒ごとに行い、それぞれの計測位置に対する表面欠陥の可能性判断と、実際に成形した薄板鋼板コイルの表面欠陥検査結果とを突き合わせて集計した。集計結果を図8に示す。 A series of processes such as the above-described copper plate temperature measurement, molten steel flow velocity calculation, adhesion degree derivation, and surface defect possibility determination are performed at a constant cycle along the casting direction, for example, every second, and the surface for each measurement position. Judgment of the possibility of defects and the surface defect inspection results of the actually formed thin steel sheet coil were put together and counted. The tabulation results are shown in FIG.
図8においてN1は、欠陥可能性無しと判断し、実際の薄板鋼板コイルにも表面欠陥が無かった場合である。N4は、欠陥可能性有りと判断し、実際の薄板鋼板コイルにも表面欠陥があった場合である。 In FIG. 8, N1 is a case where it is determined that there is no possibility of a defect, and the actual thin steel plate coil has no surface defect. N4 is a case where it is determined that there is a possibility of a defect, and the actual thin steel sheet coil also has a surface defect.
一方、図8中のN2は、欠陥可能性無しと判断したが、実際の薄板鋼板コイルには表面欠陥があった「見逃し」の場合である。但し、欠陥の有無の突き合わせに薄板鋼板コイルの表面検査結果を用いているため、鋳造よりも下流の工程で圧延性の表面欠陥が混入している可能性もある。従って、多数の薄板鋼板コイルについて突き合わせを行い、N2/(N2+N4)が、薄板鋼板コイルの表面欠陥に占める圧延性欠陥の割合と同等であれば、鋳造性、すなわち介在物・気泡の凝固シェルSHへの付着に起因した表面欠陥の見逃しは少ないといえる。また、N2/(N2+N4)が薄板鋼板コイルの表面欠陥に占める圧延性欠陥の割合と大きく異なるようであれば、N2/(N2+N4)が薄板鋼板コイルの表面欠陥に占める圧延性欠陥の割合と同等となるように上述の閾値を調整すれば良い。また、薄板鋼板コイルの表面欠陥検査の代わりにスラブ表層部の介在物・気泡を直接計測する手段、例えば超音波探傷装置を用いれば、N2がほぼゼロとなるように閾値を調整することにより対応することができる。 On the other hand, N2 in FIG. 8 is a case of “missing” in which it is determined that there is no possibility of a defect, but the actual thin steel plate coil has a surface defect. However, since the surface inspection result of the thin steel plate coil is used for the presence / absence of defects, there is a possibility that rollable surface defects are mixed in a process downstream of casting. Therefore, if a large number of sheet steel coils are matched, and N2 / (N2 + N4) is equal to the ratio of the rollability defect to the surface defects of the sheet steel coil, the castability, that is, the inclusion / bubble solidified shell SH It can be said that there are few missed surface defects due to adhesion to the surface. Further, if N2 / (N2 + N4) is significantly different from the ratio of rolling defects in the surface defects of the thin steel sheet coil, N2 / (N2 + N4) is equivalent to the ratio of rolling defects in the surface defects of the thin steel sheet coil. The above threshold value may be adjusted so that In addition, if a means for directly measuring inclusions / bubbles in the slab surface layer instead of surface defect inspection of a thin steel plate coil, for example, an ultrasonic flaw detector is used, the threshold value is adjusted so that N2 becomes almost zero. can do.
図9は、上述した方法により、スラブ連鋳機においてスラブの表層状態を予測するための装置を示したものである。図9において制御手段100は、熱電対10から検出信号が与えられた場合に予め設定したプログラムやデータに基づき、スラブ連鋳機によって生成されるスラブに表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在するか否かを判断するもので、温度取得部101、溶鋼流速演算部102、付着度導出部103及び付着判断部104を有している。
FIG. 9 shows an apparatus for predicting the surface layer state of a slab in a slab continuous casting machine by the method described above. In FIG. 9, the control means 100 includes inclusions / bubbles that may cause surface defects in a slab generated by a slab continuous casting machine based on a preset program and data when a detection signal is given from the
温度取得部101は、鋳型1に配設した熱電対10の検出結果に応じて鋳型1における計測位置の銅板温度を取得するものである。溶鋼流速演算部102は、温度取得部101によって銅板温度が取得された場合、上式(3)及び(4)に従って計測位置の凝固シェル界面における溶鋼Yの流速を算出するものである。算出した溶鋼流速は、銅板温度を計測した計測位置の情報とともに付着度導出部103に与えられる。付着度導出部103は、溶鋼流速演算部102から与えられた溶鋼流速と、銅板温度を計測した計測位置の情報とから、予めメモリ105に格納した溶鋼流速と介在物・気泡付着度との関係を表す付着度曲線に基づいて、溶鋼流速に対応した介在物・気泡の付着度を導出するものである。メモリ105には、熱電対10による鋳型銅板の計測位置に応じた個別の付着度曲線が設定してある。付着度導出部103は、計測位置の情報に従って該当する付着度曲線を選択し、選択した付着度曲線と溶鋼流速とに基づいて溶鋼流速に対応した介在物・気泡の付着度を導出する。付着判断部104は、付着度導出部103から与えられた付着度と予め設定した閾値とを比較し、この比較結果に基づいて計測位置に対応する凝固シェルSHに表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在するか否かを判断するものである。
The temperature acquisition unit 101 acquires the copper plate temperature at the measurement position in the
具体的には、第1段、第2段、第3段に配設した熱電対10の検出結果から温度取得部101によりそれぞれの銅板温度が取得され、各銅板温度から溶鋼流速演算部102によってそれぞれの溶鋼流速が算出される。第1段〜第3段に配設した熱電対10を通じて温度取得部101が取得する銅板温度は、鋳造中において凝固シェルSHの同一箇所が通過した際のものである。溶鋼流速演算部102によって算出された溶鋼流速が与えられると、付着度導出部103は、それぞれの溶鋼流速に対応した付着度を導出する。付着度が与えられた付着判断部104は、凝固シェルSHの同一箇所に対して導出された複数の付着度から最大となるものを当該計測位置に対応した凝固シェルSHの最大付着度として設定し、この最大付着度が予め設定した閾値を超えている場合に表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在すると判断する。尚、判断結果は、メモリ105に格納するとともに、ディスプレイやプリンタ等の出力手段106を介して出力されることになる。従って、この出力結果に基づいて鋳造後のスラブに対する表面手入れの要否や引き当てグレードの変更を効率よく行うことが可能となる。また、凝固シェルSHに対して介在物・気泡が付着し難いような鋳造条件への変更を行い、薄板鋼板製品に表面欠陥が発生するのを未然に防止することも可能となる。
Specifically, each copper plate temperature is acquired by the temperature acquisition unit 101 from the detection results of the
試験を行ったスラブ連鋳機の仕様は、図10に示すとおりであり、図11に示す鋳造条件に従って試験を行った。試験時の鋼の成分範囲は図12に示すとおりである。 The specifications of the slab caster that was tested are as shown in FIG. 10, and the test was performed according to the casting conditions shown in FIG. The component range of the steel during the test is as shown in FIG.
熱電対10は、鋳型銅板の上端から第1段が187mm(=鋳型湯面から下方97mm)、第2段が272mm(=鋳型湯面から下方182mm)、第3段が502mm(=鋳型湯面から下方412mm)とした。鋳型1内での凝固係数が上述と同様19.3mm/min1/2であるとすれば、y=429.54mmであり、熱電対10の配設位置が上述した鋳型湯面を起点として下方50mmから上式(1)で決まる位置の間という条件を満足している。各熱電対10の測温部先端から鋳型銅板における凝固シェル側表面までの距離は21.6mmである。また、第1段に配設した熱電対10の鋳型幅方向の間隔は50mm、第2段及び第3段に配設した熱電対10の鋳型幅方向の間隔は100mmとした。使用した熱電対10の種類はJIS−Tである。
In the
以上の方法により、自動車外板用のスラブ100枚について計測位置に対する表面欠陥の可能性判断と、実際に成形した薄板鋼板コイルの表面欠陥検査とを行い、それぞれの結果を突き合わせて集計した。集計結果を図13に示す。尚、この実施例では、鋳型幅方向で15区間、鋳造方向では1秒ピッチで熱電対10により温度を検出しているため、スラブ100枚で合計562500個の評価セクションとなる。
By the above method, the possibility of surface defects with respect to the measurement position and surface defect inspection of the actually formed thin steel plate coil were determined for 100 slabs for automobile outer plates, and the results were compared and tabulated. The tabulation results are shown in FIG. In this embodiment, since the temperature is detected by the
本発明による表面欠陥の可能性判断において「介在物・気泡有り」と判断したものについて、実際の表面欠陥計で「表面欠陥有り」と判定されたものは3119個(=N4)となった。これに対して本発明による表面欠陥可能性判断において「介在物・気泡無し」と判断し、実際の表面欠陥計で「表面欠陥有り」と判定されたものは1832個(=N2)ある。但し、実際に計測した薄板鋼板がコイルであるため、圧延性の表面欠陥も含まれている。自動車外板用鋼板製造ラインの場合、コイル表面欠陥計で検出される表面欠陥の原因割合は、鋳造性が約60%、圧延性が約40%であることが統計的に知られている。本実施例の場合、N4/(N4+N2)=0.63である。つまり、N2として検出された表面欠陥は、圧延性のものが大半であり、鋳造性の表面欠陥についてはほとんど見逃しなく予測できていると判断できる。尚、表面欠陥可能性判断において「介在物・気泡有り」と判断し、実際の表面欠陥計で「表面欠陥無し」と判定されたものは16218個(=N3)があった。これは、凝固シェル界面の溶鋼流速は洗い流し臨界流速を割り込んで介在物・気泡が付着し易い環境下であったにも関わらず、薄板鋼板製品の表面欠陥になり得る大きさの介在物・気泡が凝固シェル界面近傍に存在していなかったことを意味するものと考えられる。 In the judgment of the possibility of surface defects according to the present invention, 3119 (= N4) were judged as “with surface defects” by the actual surface defect meter as judged as “inclusions / bubbles”. On the other hand, in the determination of the possibility of surface defects according to the present invention, there are 1832 (= N2) that are determined as “no inclusions / bubbles” and determined as “surface defects” in an actual surface defect meter. However, since the thin steel plate actually measured is a coil, it includes rolling surface defects. In the case of a steel plate production line for automobile outer plates, it is statistically known that the cause ratio of surface defects detected by a coil surface defect meter is about 60% for castability and about 40% for rollability. In this embodiment, N4 / (N4 + N2) = 0.63. That is, most of the surface defects detected as N2 are rollable, and it can be judged that the surface defects of castability can be predicted with almost no oversight. In the determination of the possibility of surface defects, there were 16218 (= N3) that were judged as “inclusions / bubbles” and judged as “no surface defects” by an actual surface defect meter. This is because the molten steel flow velocity at the solidified shell interface is washed away and the critical flow velocity is interrupted, so that inclusions and bubbles are in an environment where the inclusions and bubbles are likely to adhere. This is considered to mean that was not present in the vicinity of the solidified shell interface.
尚、上述した実施の形態では、鋳造方向に沿って測温素子を3段配設するようにしているが、2段以下であっても良いし、4段以上配設しても良い。この測温素子の数を増やせば、凝固シェルSHの板厚方向に沿って多数の溶鋼流速を取得することができ、表面欠陥有無の判断をより細かく判断することができるようになる。 In the above-described embodiment, three stages of temperature measuring elements are arranged along the casting direction, but may be two stages or less, or four stages or more. If the number of temperature measuring elements is increased, a large number of molten steel flow velocities can be acquired along the thickness direction of the solidified shell SH, and the determination of the presence or absence of surface defects can be made more finely.
1 鋳型
1a 鋳型長辺
1b 鋳型短辺
2 浸漬ノズル
10 熱電対
100 制御手段
101 温度取得部
102 溶鋼流速演算部
103 付着度導出部
104 付着判断部
105 メモリ
106 出力手段
SH 凝固シェル
Y 溶鋼
DESCRIPTION OF
Claims (6)
鋳型において溶鋼湯面を起点として凝固シェルが予め設定した厚さとなるまでの間に複数の測温素子を鋳造方向に沿って配設し、これら複数の測温素子を通じて凝固シェルの同一箇所が通過した際の温度を取得し、該取得した温度からそれぞれ凝固シェル界面における溶鋼の流速を算出する流速算出工程と、
予め設定した介在物・気泡の洗い流し臨界流速と前記流速算出工程で算出したそれぞれの溶鋼の流速とを比較し、算出した溶鋼の流速が洗い流し臨界流速を下回ったことを条件に、計測位置に対応する凝固シェルに表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在すると判断する付着判断工程と
を含むことを特徴とするスラブの表層状態予測方法。 Predicts whether there are inclusions / bubbles that can cause surface defects in the generated slab by applying a slab continuous casting machine that continuously generates slab from the lower end of the mold by discharging molten steel into the mold A method for predicting the surface state of a slab,
A plurality of temperature measuring elements until a thickness of solidified shell Oite molten steel surface as a starting point in a template is preset along the casting direction and arranged, the same portion of the solidified shell through the plurality of temperature measuring elements The flow rate calculation step of acquiring the temperature at the time of passing , and calculating the flow velocity of the molten steel at each solidified shell interface from the acquired temperature,
Compare the preset flow critical flow velocity of inclusions and bubbles with the flow velocity of each molten steel calculated in the flow velocity calculation step, and respond to the measurement position on condition that the calculated molten steel flow velocity is less than the critical flow velocity. A method for predicting the surface layer state of a slab, comprising: an adhesion determination step for determining that inclusions / bubbles that may become surface defects are present in a solidified shell.
前記付着判断工程は、
前記付着度曲線に基づき、流速算出工程で算出した溶鋼の流速に対応した付着度を導出する工程と、
導出した付着度が予め設定した閾値を超えた場合に表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在すると判断する工程と
を含むことを特徴とする請求項1に記載のスラブの表層状態予測方法。 The relationship between the molten steel flow velocity and the inclusion / bubble adhesion degree is set in advance as an adhesion curve so as to have a positive value only when the molten steel flow velocity is washed away and below the critical flow velocity,
The adhesion determination step includes
A step of deriving an adhesion corresponding to the flow rate of the molten steel calculated in the flow rate calculation step based on the adhesion curve;
The method for predicting the surface layer state of a slab according to claim 1, further comprising: determining that there are inclusions / bubbles that may become surface defects when the derived adhesion degree exceeds a preset threshold value.
圧延後の製品の表面欠陥となり得る介在物・気泡の表面欠陥化臨界粒径に対応した洗い流し臨界流速を導出し、
溶鋼流速がこの導出した洗い流し臨界流速を上回った場合には凝固シェルに付着する介在物・気泡の総数をゼロとし、
一方、溶鋼流速が前記洗い流し臨界流速を下回った場合には、前記溶鋼流速及び前記洗い流し臨界流速に対応する凝固シェルに付着する介在物・気泡の臨界粒径を求め、溶鋼中に含まれる介在物・気泡の粒径の分布関数を用いて凝固シェルに付着する介在物・気泡の総数を算出することにより作成することを特徴とする請求項2に記載のスラブの表層状態予測方法。 The adhesion curve is
Deriving the critical flow velocity for washing, which corresponds to the critical particle size of inclusions and bubbles, which can be surface defects of the product after rolling,
When the molten steel flow velocity exceeds the derived washing critical flow velocity, the total number of inclusions / bubbles adhering to the solidified shell is set to zero,
On the other hand, when the molten steel flow velocity is lower than the washing critical flow velocity, the critical particle size of inclusions / bubbles adhering to the solidified shell corresponding to the molten steel flow velocity and the washing critical flow velocity is obtained, and the inclusions contained in the molten steel The method for predicting the state of the surface layer of a slab according to claim 2 , wherein the method is created by calculating the total number of inclusions and bubbles adhering to the solidified shell using a distribution function of bubble particle size.
これら複数の測温素子を通じて凝固シェルの同一箇所が通過した際の温度を取得し、該取得した温度からそれぞれ溶鋼の流速を算出するとともに、計測位置に対応する付着度曲線に基づき、算出したそれぞれの溶鋼の流速から介在物・気泡の付着度を導出し、導出したいずれかの付着度が予め設定した閾値を超えた場合に、計測位置に対応する部位に表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在すると判断することを特徴とする請求項2に記載のスラブの表層状態予測方法。 Multiple temperature measuring elements are arranged along the casting direction until the solidified shell reaches the preset thickness starting from the molten steel surface, and the adhesion curve is set according to the position of the temperature measuring element. And
Obtain the temperature when the same location of the solidified shell has passed through the plurality of temperature measuring elements, calculate the flow rate of the molten steel from the acquired temperature, respectively, and calculated based on the adhesion curve corresponding to the measurement position, respectively When the degree of adhesion of inclusions / bubbles is derived from the flow rate of the molten steel, and any of the derived degrees of adhesion exceeds a preset threshold, inclusions / bubbles that may cause surface defects are found at the site corresponding to the measurement position. It is judged that it exists, The surface layer state prediction method of the slab of Claim 2 characterized by the above-mentioned.
鋳型に配設した測温素子を通じて計測位置の温度を取得する温度取得部と、
前記温度取得部が取得した温度から凝固シェル界面における溶鋼の流速を算出する溶鋼流速演算部と、
前記溶鋼流速演算部によって溶鋼の流速が算出された場合、予め設定した溶鋼流速と介在物・気泡付着度との関係を表す付着度曲線に基づいて、溶鋼の流速に対応した介在物・気泡の付着度を導出する付着度導出部と、
前記付着度導出部が導出した介在物・気泡の付着度と予め設定した閾値と比較し、介在物・気泡の付着度が前記閾値を超えた場合に、計測位置に対応する凝固シェルに表面欠陥となり得る介在物・気泡が存在すると判断する付着判断部と
を備えたことを特徴とするスラブの表層状態予測装置。 Predicts whether there are inclusions / bubbles that can cause surface defects in the generated slab by applying a slab continuous casting machine that continuously generates slab from the lower end of the mold by discharging molten steel into the mold A slab surface state prediction device,
A temperature acquisition unit for acquiring the temperature of the measurement position through a temperature measuring element arranged in the mold;
A molten steel flow rate calculation unit for calculating a flow rate of the molten steel at the solidified shell interface from the temperature acquired by the temperature acquisition unit;
When the molten steel flow velocity is calculated by the molten steel flow velocity calculation unit, the inclusion / bubble flow corresponding to the molten steel flow velocity is represented based on the adhesion curve representing the relationship between the preset molten steel flow velocity and the inclusion / bubble adhesion. An adhesion degree deriving unit for deriving the degree of adhesion;
When the inclusion / bubble adhesion degree derived by the adhesion degree deriving unit is compared with a predetermined threshold value, and the inclusion / bubble adhesion degree exceeds the threshold value, surface defects are detected in the solidified shell corresponding to the measurement position. An apparatus for predicting a state of a surface layer of a slab, comprising: an adhesion determination unit that determines that inclusions / bubbles that can be formed exist.
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