JP5821463B2 - 鋼片の切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼片の切断方法に係り、特に連続鋳造時に鋳型から引抜かれるストランドを、目標の請求重量に対するばらつきがない適切な鋼片長さに切断する際に適用して好適な、鋼片の切断方法に関する。

便宜上、後述する図１を参照して説明すると、一般に連続鋳造設備では、取鍋１０で搬送される溶鋼はタンディッシュ１２に供給されると、その底部にあるイマージョン（浸漬）ノズル１２Ａを介して鋳型（モールド）１４内に注入される。この鋳型１４の底部より下方には、水冷スプレー（図示せず）と共に多数のガイドロールが対向配置されている垂直部と湾曲部とからなるローラエプロン１６が形成され、該湾曲部下端に続く水平部の後端近傍には例えば３つのピンチロール１８が連設されている。

これらピンチロール１８の下流には連続鋳造されるストランドＳを所定長さの鋼片（スラブ）に切断するためのスラブカッタ２０が配設され、ここで切断された鋼片（鋳片）Ｐは更に下流側に配置された重量測定器（図示せず）へ搬送され、その重量が測定されるようになっている。

このような鋳造設備においては、タンディッシュ１２から鋳型１４に注入された溶鋼は、該鋳型１４内で周囲から冷却され凝固してシェルが形成されると、その下端から引抜かれ、スプレー帯からの冷却水に冷却されながら直線部（垂直部）から湾曲部を経て水平部に案内され、平坦状のストランドＳとなる。このストランドＳは、更に下流側のピンチロール１８によりスラブカッタ２０へ送られ、ここで所定長さの鋳片Ｐに切断される。

このような製造過程において切断すべき鋳片長（スラブ切断長）は、後続プロセスにおいて要求されている請求重量に応じて公称単位重量と、これを補正する補正係数とから求められている。ここで公称単位重量とは、鋳型の断面積と溶鋼の成分により定まる比重とを用いて求められるストランドの単位長さあたりの重量を意味するが、ストランドの断面積は、例えば鋳型から引抜かれた直後と冷却された後では変化するため、補正係数を用いて切断直前のストランドの単位重量に補正して請求重量に見合ったスラブ切断長を求め、切断することが行われている。

例えば、特許文献１では、連続鋳造設備により製造された鋳片の切断方法として、鋳造中の鋳込条件が変動しても精度よく切断することを目的に、鋳込速度、溶鋼成分、比水量、ピンチロール押付重量、鋳込時間、タンディッシュΔＴなどの鋳片に関する鋳込条件情報を取得することによって、鋳片重量の補正係数に対する鋳込条件情報の寄与率を求め、この寄与率と鋳込条件情報から鋳込重量の補正係数を求めて鋳片を切断する方法を提案している。

ところが、上記特許文献１に開示されている技術では、それまでに切断された全ての鋳片を対象にそれらに合う寄与率を求めるようにしているため、例えばこれから切断しようとしている鋳片のデータが少ない、もしくは条件が大きく異なるといった鋳片情報の場合には、切断後の鋳片重量が目標値に対してばらつくという問題点があった。そのため、特許文献２では、少なくとも鋳込速度、比水量、鋳片表面温度、機内通過時間のいずれかを鋳込条件情報とし、過去の実績操業データベースに収められた操業条件を表す実績入力変数と、連鋳鋳造鋼片の新規入力変数との類似度を計算し、計算された類似度が高い所定数のデータを選択し、選択されたデータに対する重み付け係数を計算し、選択されたデータを用いてモデルを作成し、作成したモデルから補正係数を算出する技術が提案されている。

特開平６−１１４５１９号公報 特開２００８−１６１８８８号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されている鋳片切断方法では、連続鋳造中の鋳込み条件の変化に対応するようにした補正係数を使用しているため、又、特許文献２に開示されている切断方法では、過去の情報と新規情報との類似度を考慮して求めた補正係数を使用しているため、いずれもスラブの切断長の精度は改善されるようにはなってはいるものの、必ずしも正確ではないという問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、一段と請求重量に見合った鋼片長さに精度よく切断できるようにすることを課題とする。

本発明者等は、鋼片重量の目標値からのばらつきを調査した結果、ばらつきの要因に連続鋳造機内の速度変動があることを知見した。このような速度変動により鋼片の切断長を補正する技術は、前記特許文献１、２を含め、従来見られない。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、連続鋳造機を用いて、鋳型からピンチロールにより引抜かれたストランドを、鋳込条件情報に基づいて算出される補正係数により補正した公称単位重量と所要の請求重量とから得られる、所要の請求重量を有する長さの鋼片に切断する鋼片の切断方法において、前記連続鋳造機を、鋳造方向に沿って複数領域に分割し、該分割した各領域の終端にはそれぞれ対応する固定ポイントを設定し、かつ最終固定ポイントを、前記ストランドの断面全体の凝固が完了している連続鋳造機の下流位置に設定すると共に、前記鋼片の切断指示長の計算に、単純な機内滞留時間でなく、切断対象の鋼片に対応する位置のストランドが前記各領域に滞留する領域滞留時間を反映させることにより、前記課題を解決したものである。

ここで、前記各領域滞留時間の反映を、次式
β＝Σβ_N
Ｎ：２以上の任意整数
β_N＝ａ_N・α_N ^m＋ｂ_N・α_N ^m-1＋・・・＋ｇ_N・α_N＋ｈ_N
α_N：第Ｎ領域滞留時間（ｓｅｃ．）
ａ_N、ｂ_N、・・・、ｇ_N、ｈ_N：定数
ｍ：１以上の任意整数
で得られる切断補正係数：βを乗じた次式
切断指示長（熱間値）＝請求スラブ長（冷間値）×熱間補正係数×β
熱間補正係数＝熱間長／冷間長
により実現することができる。

又、前記切断対象のスラブに対応する位置のストランドを、所定長さのブロックに細分割すると共に、各ブロックを単位に、ブロックの先端が前記各領域の始端を通過してから、ブロックの後端が対応する固定ポイントを通過するまでの通過時間を測定し、全ブロックについて測定された通過時間の平均値を、前記スラブの該当領域の領域滞留時間とすることができる。

又、最終領域の固定ポイントを、前記ピンチロール又は機端位置とすることができる。

本発明によれば、連続鋳造機を鋳造方向に沿って複数分割した各領域毎の領域滞留時間を考慮して切断時の切断指示長を計算するようにしたので、メニスカス部の鋳造速度のみならず、前記各領域毎の速度履歴を反映させることができ、凝固完了ポイントの変化や鋳片温度差による重量偏差を低減させて、一段と請求重量に見合った鋼片長さに精度良く切断することができるようになった。

本発明に係る一実施形態が適用される連続鋳造設備の概要を示す模式図 前記実施形態に適用される連続鋳造設備の制御系の要部を示すブロック図 スラブの領域滞留時間の測定原理を、第１領域を例に示す説明図 スラブの機内滞留時間と重量の関係を示す線図 スラブの領域滞留時間の算出方法を具体的に示す説明図 実施例の結果を比較例の結果と対比して示すグラフ 実施例の効果を示す図表 連続鋳造機の分割方法と切断補正係数の決定方法を示す図

以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。

図１には、本発明に係る一実施形態の連続鋳造における鋼片の切断方法が適用される垂直−湾曲型（垂直曲げ型）連続鋳造機を備えた設備を概念的に示す。

取鍋１０からロングノズル１０Ａを介してタンディッシュ１２に供給された溶鋼Ｍは、イマージョン（浸漬）ノズル１２Ａを介してモールド（鋳型）１４に注入されると、周囲から冷却され凝固してシェルが形成された後、連続鋼片（ストランド）Ｓとなって多数のガイドロールが対向配置されている垂直部と湾曲部とからなるローラエプロン１６を経て円弧状に引抜かれると共に、該ローラエプロン１６に沿って配設されている２次冷却帯の水冷スプレー（図示せず）により冷却されながら下流側に案内される。

水平部に到達したストランドＳは、最終ガイドロール位置に当たる機端Ｅより更に下流側に配設されているピンチロール１８によりスラブカッタ２０へ搬送され、トーチにより所定重量のスラブ（鋳片）に溶融切断される。切断されたスラブ（図示せず）は重量測定器に搬送され、実重量が測定される。

本実施形態においては、前記連続鋳造機を用いて、鋳型１４からピンチロール１８により引抜かれたストランドＳを、鋳込条件情報に基づいて算出される補正係数により補正した公称単位重量と所要の請求重量とから得られる、所要の請求重量を有する長さの鋼片に切断する。

その際、前記連続鋳造機を、鋳造方向に沿って第１領域（図中、１ゾーン）から最終領域（図中、Ｎゾーン）までの複数領域に分割し、該分割した各領域の終端にはそれぞれ対応する固定ポイント（図示せず）を設定し、かつ最終固定ポイントを、前記ストランドＳの断面全体の凝固が完了している連続鋳造機の下流位置に設定すると共に、前記鋼片の切断指示長の計算に、切断対象の鋼片に対応する位置のストランドＳが前記各領域に滞留する領域滞留時間を反映させるようにする。なお、ここでは最終固定ポイントが、前記機端Ｅに設定されている。

本実施形態の連続鋳造設備は、図２に模式的に示す制御系を構成する連続鋳造用のプロセスコンピュータ（連鋳プロコンとも称する）３０により制御されると共に、このプロセスコンピュータ３０にはホストのビジネスコンピュータ（ビジコンとも称する）３２から指示情報として請求スラブ長（冷間値）と熱間補正係数が送信され、設定されるようになっている。

又、このプロセスコンピュータ３０には、タンディッシュ１２に付設された流量計（図示せず）による実測流量から算出される、メニスカス部における溶鋼の鋳込み速度や、スラブカッタ２０の入側に配設されたメジャーロール２２による測定結果から求まる連鋳機出側の鋳込み速度がそれぞれ入力されると共に、他の必要な鋳込み条件や測定結果が入力されるようになっている。

本実施形態では、図２のプロセスコンピュータ３０において、ビジネスコンピュータ３２から入力される該当するモールドサイズ及び鋼種に対応して請求スラブ長（冷間値）と熱間補正係数とから、３０Ａのブロックで示す従来と同様の切断指示の算出式から得られる切断長に対し、ブロック３０Ｂで示す切断対象のスラブ毎に求めた前記複数領域における各領域滞留時間に基づいて求められる切断補正係数βで補正する演算を行うことにより、各領域滞留時間を反映させるようにした。

具体的には、図示されているように、ブロック３０Ａの切断指示結果に対して、下記（２）式により求まる第Ｎ領域の補正係数β_Nを、各領域について下記（１）式で積算して求められる切断補正係数（パラメータ）：βを乗じた（３）式による補正長さがスラブカッタ２０への切断指示として出力され、該カッタ２０によりメジャーロール２２による実測長がこの補正長さに一致した長さ位置でストランドを切断する制御が行われる。

β＝Σβ_N …（１）
Ｎ：２以上の任意整数
β_N＝ａ_N・α_N ^m＋ｂ_N・α_N ^m-1＋・・・＋ｇ_N・α_N＋ｈ_N …（２）
α_N：第Ｎ領域滞留時間（ｓｅｃ．）
ａ_N、ｂ_N、・・・、ｇ_N、ｈ_N：定数
ｍ：１以上の任意整数
で得られる切断補正係数：βを乗じた次式
切断指示長（熱間値）＝請求スラブ長（冷間値）×熱間補正係数×β …（３）
熱間補正係数＝熱間長／冷間長 …（４）

ここで、請求スラブ長は、圧延工程などの次工程以降の歩留を考慮して設計された請求スラブ重量を、スラブ幅、スラブ厚み、比重で除して得られたものである。

次に、（２）式に適用される切断対象のスラブに対応するストランドの各領域滞留時間α_Nの求め方を、図３に示すイメージ図を参照して、第１領域を具体例として説明する。なお、第２領域以降では、図中メニスカスが各領域の始端（１つ上流領域の固定ポイント）となる。

ストランドの鋳込み速度は、ストランド内部の溶融部分が機端Ｅより上流の機内位置で完全に凝固するように調整される。その際、連続鋳造時の操業状況に応じて鋳込み速度を変動させる必要があるため、連続鋳造されるストランドでは長さ方向の位置によって鋳型１４から機端Ｅまでの機内滞留時間が異なることが起こる。

通常、連続鋳造機では鋳型１４に続くローラエプロン１６を構成するガイドローラは、対向間隔が下流ほど狭く設計されている。

その結果、連続鋳造されるストランドは、鋳込み速度が遅い程上流側で固まるため厚く、逆に速い程下流側で固まるため薄くなるため、長さ方向の厚さ、即ち単位長さ当たりの重量にも変動が生じることになる。図４には、実際に測定した結果の一例を、切断後のスラブ重量と請求重量との差の割合を縦軸にして示す。この現象は、機内を複数領域に分割した第１領域から第Ｎ領域の各領域においても同様に起こっている。

そこで、前記図３に示すように、切断対象のスラブに対応する位置のストランドの、第１領域の領域滞留時間について、ストランド全長を所定長さのブロックＢに細分割し、各ブロックＢ毎にその先端が鋳型内のメニスカス表面（第１領域の始端）を通過する時間ｔ1から、その後端が第１領域の固定ポイントを通過する時間ｔnまでを測定し、領域通過に要した時間ｔn−ｔ1を通過時間として求める。そして、スラブに対応する全ブロックについてそれぞれ通過時間を求め、その平均値を対象スラブの第１領域の領域滞留時間：α₁とする。

例えば、請求スラブ長が５ｍであったとする場合、一つのブロックの長さを１０ｃｍとすると、細分割した５０個のブロックについてそれぞれ領域滞留時間を求める。このようにすることにより、１０ｃｍの誤差範囲でスラブ対応長さについて測定することが可能となる。

以上の第１領域についての領域滞留時間と同様の測定を、第２領域から最終の第Ｎ領域の各領域についてそれぞれ行う。第２領域以降の始端は、１つ上流領域の固定ポイントになる。

最終領域の固定ポイントとしては、ストランド内部が完全に凝固し、外形が確定している位置である機端Ｅやピンチロール１８等の位置を設定する。このようにして求めたスラブの第１領域から第Ｎ領域の各領域滞留時間：α₁〜α_Nを前記（２）式に適用し、（１）式により切断補正係数：βを算出する。

なお、メニスカス表面を先端が通過した１つのブロックについて、その後端が対応する第１領域の固定ポイントを通過する時間を測定するに際しては、ピンチロール１８の回転数を基に計算より鋳造長を求め、該鋳造長におけるメニスカス部のポイントが特定され、その情報が連鋳プロコン３０に入力される。そして、各ブロックが、特定したメニスカス部のポイントに到達した時刻データと該ブロックが第１領域の固定ポイントに到達した時刻データとがブロック単位で連鋳プロコン３０に伝達され、各々の時刻データの差により第１領域の領域滞留時間（α₁）を求めることができる。

図５を用いて、領域滞留時間について更に具体的に説明する。同図（Ａ）には、具体例についてブロック毎に測定して管理されている第１領域の通過時間のイメージを示す。

通常、連続鋳造機内のスラブ切断予定は、調整計算により頻繁に変更がある。そのため、スラブ先端位置、後端位置を固定的に決定することができない。ここでは、前述した如く、一定間隔（１０ｃｍ）毎のブロックＢを単位に連続鋳造機内の各領域毎の通過時間を管理し、対象スラブの切断プリセット時にスラブ毎の各領域の領域滞留時間を算出する。

１）メニスカス（第１領域の始端）に一定間隔位置（ブロック先端）が到達したとき、通過開始時刻を格納する。
２）第１領域の固定ポイントに一定間隔位置（ブロック先端）が到達したとき、該領域の通過終了時刻を格納し、ブロック毎の経過時間を算出する。
３）スラブ切断予定の切断位置と一定間隔位置により各ブロックの領域通過時間を算出する。

又、図５（Ｂ）には、スラブの第１領域滞留時間の考え方のイメージを示す。

スラブ内の各ブロックについて測定された通過時間の平均値を、対象スラブの第１領域滞留時間：α₁とする。即ち、
α₁＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／４
＝（１４＋１４＋１５＋１５）÷４
＝１４．５（分）
とする。

第２領域以降についても同様の処理を行う。

以上説明した本実施形態の鋼片の切断方法を、下記表１に成分を示す鋼種の溶鋼を、表２に特徴を示す連続鋳造機により鋳造したストランドについて適用した。

その際、前記図１に示した連続鋳造機の分割数はＮ＝３とし、第１領域としては鋳型１４を含む垂直部を、第２領域としては湾曲部を、第３領域としては水平部を、それぞれ設定した。但し、これに限定されない。

又、同時に前記パラメータ：βを算出する（１）式に適用する（２）式として、第１領域、第２領域、第３領域にそれぞれ以下の（２−１）、（２−２）、（２−３）の各式を設定すると共に、ａ₁、ｂ₁、ｃ₁、ａ₂、ｂ₂、ｃ₂、ａ₃、ｂ₃、ｃ₃の各係数は回帰計算により決定した定数を用いた。

β₁＝ａ₁・α₁ ²＋ｂ₁・α₁＋ｃ₁ …（２−１）
β₂＝ａ₂・α₂ ²＋ｂ₂・α₂＋ｃ₂ …（２−２）
β₃＝ａ₃・α₃ ²＋ｂ₃・α₃＋ｃ₃ …（２−３）

ここで、ピンチロールセグメントの場合はその最終ロールまでが機長となり、セグメントの後にピンチロール単体がある場合は、ピンチロール前の最終セグメントの最終ロールまでが機長になる。

本実施形態により、前記（２−１）、（２−２）、（２−３）の各式を適用した場合と、比較例として連続鋳造機を領域分割せずに下記（５）式を適用した場合に、それぞれ求めた付加重量の結果を、図６に対比して示す。

ここで、付加重量は、{(実貫重量−請求重量)／請求重量}×１００(％)で与えられる。但し、実貫重量は実際の秤量重量である。

β＝ａ・α²＋ｂ・α＋ｃ …（５）

ここで、αは連続鋳造機全長を通過するまでの機内滞留時間であり、ａ、ｂ、ｃの各係数は、同様に回帰計算により決定した定数を用いた。

このように、本発明によれば、単純な機内滞留時間による切断長補正ではなく、機内を分割した各領域毎の速度変動を考慮した切断長補正が可能となり、これにより図示されているように、付加重量のばらつき（σ）を比較例の０．７％から０．４％まで改善でき、付加重量のばらつきを減らすことが可能となると共に、付加重量の平均値を下げることができ、歩留向上を実現することが可能となった。

次に、本発明の領域滞留時間（速度）変動を考慮する補正による切断補正係数：βの改善効果について、図７の図表に示す具体例を参照して更に詳細に説明する。

表（Ａ）の条件において、ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃はそれぞれ前記（２−１）、（２−２）、（２−３）の各式におけるα₁、α₂、α₃に対応し、ｔは前記（５）式のαに対応している。又、区間１〜３は、第１領域〜第３領域に対応している。

表（Ｂ）の参考例には、上記表（Ａ）の例（１）〜（３）について前記（５）式に対応する下記（５’）式
β＝ａ・ｔ²＋ｂ・ｔ＋ｃ …（５’）
を適用して求めた付加重量の結果を示す。

表（Ｃ）の本発明には、同じく例（１）〜（３）について前記（２−１）、（２−２）、（２−３）の各式にそれぞれ対応する下記（２−１’）、（２−２’）、（２−３’）の各式を適用して求めた付加重量の結果を示す。なお、表中βは、β＝β₁＋β₂＋β₃である。

β₁＝ａ₁・ｔ₁ ²＋ｂ₁・ｔ₁ …（２−１’）
β₂＝ａ₂・ｔ₂ ²＋ｂ₂・ｔ₂ …（２−２’）
β₃＝ａ₃・ｔ₃ ²＋ｂ₃・ｔ₃＋ｃ₃ …（２−３’）

表（Ｂ）、表（Ｃ）の各結果より、本発明により目標の２．２％に対する付加重量のばらつきが大きく低減されていることが分かる。

これらの結果より、本発明によれば、メニスカスから機端Ｅ又はピンチロール１８までの単純な機内滞留時間による補正ではなく、各領域毎の速度変動を考慮した補正をすることが可能となり、一段と歩留を向上することが実現できた。

なお、前記実施形態では、連続鋳造機を３領域に分割する例を示したが、２領域又は４領域以上としてもよいことはいうまでもない。

又、各領域毎の補正係数を求める前記（２）式としては２次式を示したが、これに限定されず次数は任意である。但し、実用上は２以上の領域について１次式又は２次式とすることが好ましい。

ここで、連続鋳造機の分割方法と切断補正係数β_Nは、例えば次のように決定することができる。

検討する組合せ数は、連続鋳造機の分割方法である図８のＮｏ.１〜１３を３分割又は２分割にする組合せと、それぞれの区間のβ_N（Ｎ＝１〜３）を２次式又は１次式とする組合せで決められ、計５７６通りある。付加重量の全データ（機内滞留時間、目標β等）を大きく２つに分けて、ある分割方法を一方のデータに当てはめて回帰し、βの係数を算出する。求めた回帰式をもう一方のデータに当てはめ、そのときの相関係数Ｒ値を確認し、全ての組合せで最もＲ値が大きい分割方法が数学的に最適な分割方法、回帰式の次数となる。

各品種毎や鋳込サイズ（ストランド幅、ストランド厚み）毎に最もＲ値が大きくなる分割方法を定めても良いが、実用的には、処理量の多い主な品種について、それぞれ、分割方法の各組合せでの相関係数Ｒ値を確認し、共通に使えて、Ｒ値が大きい分割方法を見つけるのが好ましい。

βを算出する式の次数は、品種毎や鋳込サイズ（ストランド幅、ストランド厚み）毎に決めればよい。例えば、図７に示した品種では１次式のＲ値が大きかったので１次式を採用したが、別の品種では、図７に示した品種と同じ分割方法では、２次式を採用した場合にＲ値が大きいので、２次式を採用した。

１０…取鍋
１２…タンディッシュ
１４…鋳型（モールド）
１６…ローラエプロン（ガイドロール）
１８…ピンチロール
２０…スラブカッタ
２２…メジャーロール
３０…プロセスコンピュータ

Claims (4)

1. 連続鋳造機を用いて、鋳型からピンチロールにより引抜かれたストランドを、鋳込条件情報に基づいて算出される補正係数により補正した公称単位重量と所要の請求重量とから得られる、所要の請求重量を有する長さの鋼片に切断する鋼片の切断方法において、
   前記連続鋳造機を、鋳造方向に沿って複数領域に分割し、該分割した各領域の終端にはそれぞれ対応する固定ポイントを設定し、かつ最終固定ポイントを、前記ストランドの断面全体の凝固が完了している連続鋳造機の下流位置に設定すると共に、
   前記鋼片の切断指示長の計算に、単純な機内滞留時間でなく、切断対象の鋼片に対応する位置のストランドが前記各領域に滞留する領域滞留時間を反映させることを特徴とする鋼片の切断方法。
2. 前記各領域滞留時間の反映を、次式
   β＝Σβ_N
   Ｎ：２以上の任意整数
   β_N＝ａ_N・α_N ^m＋ｂ_N・α_N ^m-1＋・・・＋ｇ_N・α_N＋ｈ_N
   α_N：第Ｎ領域滞留時間（ｓｅｃ．）
   ａ_N、ｂ_N、・・・、ｇ_N、ｈ_N：定数
   ｍ：１以上の任意整数
   で得られる切断補正係数：βを乗じた次式
   切断指示長（熱間値）＝請求スラブ長（冷間値）×熱間補正係数×β
   熱間補正係数＝熱間長／冷間長
   により実現することを特徴とする請求項１に記載の鋼片の切断方法。
3. 前記切断対象のスラブに対応する位置のストランドを、所定長さのブロックに細分割すると共に、各ブロックを単位に、ブロックの先端が前記各領域の始端を通過してから、ブロックの後端が対応する固定ポイントを通過するまでの通過時間を測定し、全ブロックについて測定された通過時間の平均値を、前記スラブの該当領域の領域滞留時間とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼片の切断方法。
4. 最終領域の固定ポイントが、前記ピンチロール又は機端位置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の鋼片の切断方法。