JP5716333B2 - 鋳片表層品質予測方法および鋳片表層品質予測装置 - Google Patents

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（鋳片）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とともに、溶鋼の清浄度低下に起因する欠陥発生の有無も加味した鋳片表層品質予測方法および鋳片表層品質予測装置に関する。

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。また、一般に、溶鋼の清浄度が低下するとスラブ表層の欠陥が増加することも知られている。ここで、清浄度とは、溶鋼中の不純物の少なさを表す指標であり、溶鋼中に巻き込まれる連続鋳造パウダーは不純物の代表的なものである。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。

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。

特許第３５９８０７８号公報 特許第３６０７８８２号公報

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。また、溶鋼流速が高いとパウダーの巻き込みにより溶鋼の清浄度が低下することは知られているが、流速と清浄度の低下と、スラブ表層の欠陥（以下、簡略化してスラブ欠陥と表記）の発生との関係については、定量的には知られていなかった。

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し、溶鋼の清浄度低下による表層欠陥の発生も考慮して鋳片表層の品質を予測することのできる鋳片表層品質予測方法および鋳片表層品質予測装置を提供することを目的とする。

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とともに、溶鋼の偏流を検知して鋳片表層の品質を予測する鋳片表層品質予測方法であって、鋳型に配設した複数の測温素子を通じて計測位置の温度を取得し、該計測位置ごとに該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流速算出工程と、複数の前記計測位置のうち、鋳型幅方向に同一かつ鋳造方向に異なる計測位置ごとに、予め前記計測位置に応じて設定され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、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し、導出した付着度と予め設定した閾値とを比較し、いずれかの付着度が前記閾値を超えた場合に、該計測位置の鋳型幅方向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、前記流速算出工程で算出した複数の点での溶鋼流速から偏流度を算出し、該偏流度に基づいて偏流に伴うスラブ欠陥の発生有無を判断する偏流検知工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明は、上述した鋳片表層品質予測方法において、前記鋳型幅方向に同一の複数の計測位置は、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が鋳造方向に沿って配設されることにより設定されることを特徴とする。

また、本発明は、上述した鋳片表層品質予測方法において、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。

また、本発明は、上述した鋳片表層品質予測方法において、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。

また、本発明は、上述した鋳片表層品質予測方法において、前記偏流検知工程は、複数の点での溶鋼流速に代えて、複数の点での温度を用いて偏流度を算出することを特徴とする。

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とともに、溶鋼の偏流を検知して鋳片表層の品質を予測する鋳片表層品質予測装置であって、鋳型に配設した複数の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、該計測位置ごとに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、複数の前記計測位置のうち、鋳型幅方向に同一かつ鋳造方向に異なる計測位置ごとに、予め前記計測位置に応じて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を比較し、いずれかの介在物・気泡の付着度が前記閾値を超えた場合に、該計測位置の鋳型幅方向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、前記溶鋼流速演算部が算出した複数の点での溶鋼流速から偏流度を算出し、該偏流度に基づいて偏流に伴うスラブ欠陥の発生有無を判断する偏流検知部と、を備えたことを特徴とする。

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。さらに、偏流の発生に伴う溶鋼の清浄度低下による影響も考慮に入れたスラブ欠陥の適確な予測が可能になる。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や、溶鋼の清浄度の低下を抑止する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。

図１は、本発明の適用対象となるスラブ連鋳機の鋳型を概念的に示した断面図である。 図２は、薄板鋼板製品に発生した表面欠陥を計測することにより求めたスラブの表面から介在物・気泡までの最小距離と鋳造速度との関係を示すグラフである。 図３は、図１に示した鋳型に対する測温素子の配設位置を示す概念図である。 図４は、本発明で適用する付着度曲線を示すグラフである。 図５は、図４に示した付着度曲線を生成するために必要となる介在物・気泡の粒径と凝固シェル界面の溶鋼流速との関係を示すグラフである。 図６は、図４に示した付着度曲線を生成するために必要となる介在物・気泡の粒径と個数比率との関係を示すグラフである。 図７は、鋳型に配設した測温素子の配設位置と適用する付着度曲線との対応関係を示す図である。 図８は、図１に示したスラブ連鋳機において鋳片表層品質を予測する方法を適用した装置を示したブロック図である。 図９は、実施例の試験を行ったスラブ連鋳機の仕様を示す図表である。 図１０は、実施例の試験を行った鋳造条件を示す図表である。 図１１は、実施例の試験を行った鋼の成分範囲を示す図表である。 図１２は、本発明の方法により観測される流速の分布を示す図表である。 図１３は、従来の方法および本発明の方法によるスラブ表面欠陥の有無を予測した結果を示す図表である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る鋳片表層品質予測方法および鋳片表層品質予測装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

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。

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し、また偏流を検知するためである。偏流については、後述する。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。

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。

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。

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。

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）

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／ｍｉｎ^１／２）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。

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）

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。

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／ｍｉｎ^１／２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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を行なう。

図８は、上述した方法により、スラブ連鋳機において鋳片表層品質を予測する方法を適用した装置を示したものである。図８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とともに偏流を検知するもので、温度取得部１０１、溶鋼流速演算部１０２、付着度導出部１０３、付着判断部１０４及び偏流検知部１０５を有している。

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１０６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１０６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。なお、偏流検知部１０５は、偏流度を算出し、算出された偏流度に基づいて、スラブ欠陥の発生有無を判断するものであるが、偏流度および偏流検知部１０５における処理の詳細については後述する。

偏流検知部１０５以外の各部の処理について、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１０６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１０７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。

以上のように、凝固シェルＳＨへの介在物・気泡付着に伴う表面欠陥の発生予測は効率よく行なうことができる。ただし、この方法は、溶鋼の清浄度が一定の場合に効果的に表面欠陥の発生を予測できるものである。溶鋼の清浄度低下によって発生する表面欠陥を予測するためには十分ではない。

発明者らは、どのような操業条件においてパウダーの巻き込みが多くなるかを検討した結果、パウダー巻き込みによるスラブ欠陥の発生と、溶鋼の偏流度の間に相関があることを見出した。ここで、偏流度とは、溶鋼流速のばらつきの大きさを表す指標である。そこで、偏流検知部１０５は、以下に説明するように偏流度を算出し、算出された偏流度に基づいて、スラブ欠陥の発生有無を判断する。

偏流度は、たとえば、複数点で算出される溶鋼流速の最大値と最小値の差で表すことができる。その他、流速ばらつきと相関する、最大流速と平均流速の差や、流速分布の標準偏差などの値を用いて表すこともできる。

上述の装置を用いる場合には、複数点で算出される溶鋼流速の最大値と最小値の差を偏流度とする。なお、本発明において、溶鋼の流速は鋳型に配設された温度計の測定値に基づいてなされることから、計測された温度を用いて偏流度を算出することもできる。すなわち、例えば、鋳型内の最高温度と最低温度との差と、偏流度として溶鋼流速の最大値と最小値の差との関係をあらかじめ求めておき、その関係に基づいて偏流度を算出することができる。

また、簡便な方法としては、図１に示す２つの短辺１ｂの温度差あるいはその温度差に基づく他の測定値を指標とすることもできる。ここで、両短辺の温度差に基づく計測値としては、例えば、両短辺を冷却している排水の温度差を用いることができる。なお、溶鋼流速の最大値と最小値の差として偏流度を算出する場合、最小値は鋳型の短辺から２００ｍｍ以上離れた部位における最小値を用いることが好ましい。これは、鋳型短辺に近い部位では溶鋼流速が低下することが多く、データの代表性に問題が生ずる可能性があるためである。

以上のようにして算出された偏流度に基づいて、スラブ欠陥の発生有無を判断する方法については、以下の実施例を用いて説明する。

試験を行ったスラブ連鋳機の仕様は、図９に示すとおりであり、図１０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１１に示すとおりである。

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／ｍｉｎ^１／２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。

以上の方法により、第１段における各測定点でのスラブ流速を算出した例を図１２に示す。図１２は、縦軸は鋳型幅方向の位置、横軸は鋳込み長、すなわち連続的に鋳造されるスラブの長さ方向の位置を表し、算出された流速を分類して表示している。この計測データをもとに、たとえば幅方向位置−８００ｍｍから＋８００ｍｍにおける最大流速と最小流速の差として偏流度を算出できる。

このようにして様々な条件で鋳造されたスラブの評価を行なった結果を図１３に示す。図１３における付着度は、図７における各点での付着度の値を合計して指標化したものであり、付着度が高いほど介在物・気泡の付着によるスラブ欠陥が増大すると予測される。欠陥有無は、実際にスラブに存在する欠陥を調査した結果である。

一般に、図１３のＮｏ．２，Ｎｏ．５のように、付着度が３０００を超えると欠陥が発生することが認められる。しかし、Ｎｏ．３，Ｎｏ．７のように、付着度の値が小さくても欠陥が存在する場合があり、付着度のみでスラブ欠陥の発生有無の完全な予測は困難であることがわかる。

これに対し、上述の方法で偏流度を求めると、付着度が低くてもスラブ欠陥がある場合において、Ｎｏ．３，Ｎｏ．７のように、偏流度が高くなっていることがわかる。すなわち、この条件において、付着度３０００以上、もしくは偏流度０．１ｍ／ｓ以上の場合において、スラブに欠陥が発生すると予測する。そうすれば、すべての例において、スラブ欠陥の有無を正しく予測できることがわかる。したがって、偏流検知部１０５は、算出された偏流度が所定値以上の場合に、スラブ欠陥が発生すると予測する。

なお、このとき、Ｎｏ．３，Ｎｏ．７における鋳型内温度差（最高温度−最低温度）は、それぞれ１５°Ｃ、１８°Ｃであり、それ以外の例における鋳型内温度差が１３°Ｃ以下であるのと比較して温度差が大きいことから、温度差により偏流度を推定することも可能であることがわかる。

またこのとき、Ｎｏ．３，Ｎｏ．７における両短辺の温度差は、それぞれ６°Ｃ、８°Ｃであり、それ以外の例では５°Ｃ以下であるのと比較して温度差が大きいことから、両短辺の温度差によっても同様に偏流度が予測できることがわかる。

また、Ｎｏ．３，Ｎｏ．７における両短辺の冷却排水の温度差は、それぞれ０．８°Ｃ、１．１°Ｃであり、それ以外の例における両短辺の冷却排水の温度差が０．５°Ｃ以下であるのと比較して温度差が大きいことから、両短辺の冷却排水温度差によっても同様に偏流度が予測できることがわかる。

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、スラブ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。

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 偏流検知部
１０６ メモリ
１０７ 出力手段
ＳＨ 凝固シェル
Ｙ 溶鋼

Claims (6)

1. 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とともに、溶鋼の偏流を検知して鋳片表層の品質を予測する鋳片表層品質予測方法であって、
   鋳型に配設した複数の測温素子を通じて計測位置の温度を取得し、該計測位置ごとに該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流速算出工程と、
   複数の前記計測位置のうち、鋳型幅方向に同一かつ鋳造方向に異なる計測位置ごとに、予め前記計測位置に応じて設定され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、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し、導出した付着度と予め設定した閾値とを比較し、いずれかの付着度が前記閾値を超えた場合に、該計測位置の鋳型幅方向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、
   前記流速算出工程で算出した複数の点での溶鋼流速から偏流度を算出し、該偏流度に基づいて偏流に伴うスラブ欠陥の発生有無を判断する偏流検知工程と、
   を含むことを特徴とする鋳片表層品質予測方法。
2. 前記鋳型幅方向に同一の複数の計測位置は、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が鋳造方向に沿って配設されることにより設定されることを特徴とする請求項１に記載の鋳片表層品質予測方法。
3. 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請求項２に記載の鋳片表層品質予測方法。
4. 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請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋳片表層品質予測方法。
5. 前記偏流検知工程において、複数の点での溶鋼流速に代えて、複数の点での温度を用いて偏流度を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋳片表層品質予測方法。
6. 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とともに、溶鋼の偏流を検知して鋳片表層の品質を予測する鋳片表層品質予測装置であって、
   鋳型に配設した複数の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、
   該計測位置ごとに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、複数の前記計測位置のうち、鋳型幅方向に同一かつ鋳造方向に異なる計測位置ごとに、予め前記計測位置に応じて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を比較し、いずれかの介在物・気泡の付着度が前記閾値を超えた場合に、該計測位置の鋳型幅方向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、
   前記溶鋼流速演算部が算出した複数の点での溶鋼流速から偏流度を算出し、該偏流度に基づいて偏流に伴うスラブ欠陥の発生有無を判断する偏流検知部と、
   を備えたことを特徴とする鋳片表層品質予測装置。

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