JP5867703B2 - 連続鋳造における鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトの予知方法およびその予知方法を用いたスラブの連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造における鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトの発生を未然に防止するのに適した予知方法およびその予知方法を用いたスラブの連続鋳造方法に関するものである。

連続鋳造における鋳造鋳片の引き抜き過程でしばしば発生する拘束性ブレークアウトは、振動している鋳造用鋳型内でメニスカス近傍の凝固シェルが何らかの要因により拘束され、その状態で鋳造鋳片が下方に引抜かれることにより凝固シェルが破断し、連続鋳造用鋳型の下端から出たところで溶鋼が漏出することによって起こるものであり、ブレークアウトが発生すると連続鋳造設備を復旧するのに多大な時間を要することから減産が避けられない不具合がある。

ブレークアウトが起こる過程においては、例えば、特許文献１に開示されている如く、凝固シェルの破断部が温度計の埋設位置を通過する際に、温度計の温度が一旦上昇したのち、遅れて下降するという温度変化をたどることが知られている。

また、凝固シェルの破断は、鋳造鋳片の幅方向および鋳込み方向に伝播していくため、上記の温度の変化パターンは、隣接する温度計で時間差をおいて検出されることも知られている。

従って、従来は、連続鋳造用鋳型の鋳型内壁面に、その水平方向及び垂直方向にわたって複数個の温度計（熱電対）を埋設固定しておき、各温度計にて測定された温度を適宜、判定装置に取り込み、判定ロジックによりブレークアウトを予知することによって非常減速を行うようにしていた。

なお、温度の上昇や下降の判定については、具体的には、図１に示すように、Δｔ_１(秒)間の温度変化量ΔＴ_１（℃）に対して、温度変化率ΔＴ_１／Δｔ_１（℃／秒）が閾値を超えている場合に温度が上昇していると判断する方法が一般的である（温度が下降する場合についても同様な考え方をする）。

しかしながら、温度計による測定温度は、破断した凝固シェルが通過するという現象のみで変化するわけではなく、操業条件の様々な変化が外乱として測定温度に影響を与えることから、上記の如き従来の予知方法では、とくに、鋳造鋳片の引抜き過程で鋳込み速度の変更を伴う場合等においては正確な予知が行えない場合があった。

特公昭６３―４７５４５号公報

そこで、本発明の目的は、連続鋳造において鋳込み速度の変更に伴う場合においても、拘束性ブレークアウトを、高い精度のもとに予知することができるブレークアウト予知方法およびその予知方法を用いたスラブの連続鋳造方法を提案するところにある。

本発明は、連続鋳造用鋳型より引抜かれた鋳造鋳片の引抜き移動中に該鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトを予知する方法において、前記連続鋳造用鋳型の鋳型内壁面に埋設固定された複数の温度計により鋳型内温度を測定し、測定された温度から温度変化率を求めるとともに、前記鋳造鋳片の鋳込み速度の変更に伴う外乱を前記温度変化率から除外する修正を行い、この修正された温度変化率と予め設定された判定閾値とを比較することにより鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトを予知することを特徴とする連続鋳造における鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトの予知方法である。また、本発明は、連続鋳造用鋳型より引抜かれたスラブの引抜き移動中に該鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトを予知する方法において、前記連続鋳造用鋳型の鋳型内壁面に埋設固定された複数の温度計により鋳型内温度を測定し、測定された温度から温度変化率を求めるとともに、前記スラブの鋳込み速度の変更に伴う外乱を前記温度変化率から除外する修正を行い、この修正された温度変化率と予め設定された判定閾値とを比較することによりスラブの拘束性ブレークアウトを予知することを特徴とするスラブの連続鋳造方法である。

上記の構成からなる本発明においては、温度変化率の修正量Ｒを下記式によって求め、該温度変化率から該修正量Ｒを差し引くことにより該温度変化率を修正するのが好ましい。

Ｒ(ｓ)＝Ｋ／（Ｊｓ＋１）＊ΔＶｃ／Δｔ（ｓ）
ΔＶｃ／Δｔ：鋳造鋳片の鋳込み変化率（（ｍ／ｍｉｎ）／秒）
Ｋ：ゲイン（―）
Ｊｓ：時定数（ｍ／ｓ）

なお、デジタル制御装置を適用した場合では、時間離散において扱われるため、修正量（Ｒ）は、
Ｒ（ｎ）＝{ｔ_ｓａｍｐ＊Ｋ＊ΔＶｃ／Δｔ（ｎ）＋Ｊ＊Ｒ（ｎ−１）}／ｔ_ｓａｍｐ＋Ｊ）にて求められる。ここに、ｔ_ｓａｍｐは、サンプリング間隔（秒）である。

上記の構成からなる連続鋳造における鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトの予知方法、その予知方法を用いたスラブの連続鋳造方法によれば、鋳込み速度の変更に伴う外乱を取り除いた温度変化率に修正して拘束性ブレークアウトの予知を行うようにしたため、予知精度が高まる。

また、本発明の連続鋳造における鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトの予知方法、その予知方法を用いたスラブの連続鋳造方法によれば、温度計によって測定された温度の温度変化率を、Ｒ（ｓ）＝Ｋ／（Ｊｓ＋１）＊ΔＶｃ／Δｔ（ｓ）によって求められた修正量に従って修正するようにしたため、温度変化率の迅速な修正が可能となる。

連続鋳造用鋳型の温度の変動状況を示した図である。 本発明に従って温度変化率を修正する修正要領を示したブロック線図である。

以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明する。

連続鋳造用鋳型の、温度計による測定温度は、破断した凝固シェルが通過するという現象でのみ変化するわけではなく、操業条件の様々な変化も、外乱として測定温度に影響を与える。

例えば、鋳込み速度Ｖｃ、湯面レベル、鋳型の冷却水量、凝固シェルと鋳型の接触状態、鋳型内の溶鋼の流動パターン等によって変化し、外乱要因は無数に存在する。

かなでも、鋳込み速度Ｖｃの変更は、スループットが変わるということであり、鋳型内への入熱量が変化することから、温度計の測定温度に大きな影響を与えることになる。

定性的には、鋳込み速度Ｖｃを増速させていくと温度計の測定温度は上昇してき、鋳込み速度Ｖｃを減速させれば温度計の測定温度は低下していく。

鋳込み速度Ｖｃの変更に伴う測定温度の変化は、ブレークアウトを予知する際に、誤検知の原因になりやすい。

拘束性ブレークアウトが発生すると予知された場合には、鋳込み速度Ｖｃを非常減速することとなるが、その判定に誤りがあると、生産性の低下や品質不良を招くことになる。

よって、拘束性ブレークアウトの予知についてその精度をあげるためには、鋳込み速度Ｖｃ一定速時、鋳込み速度増速時（鋳込み速度変化率＞０）、鋳込み速度減速時（鋳込み速度変化率＜０）のようにパターンを区別して、それぞれのパターンで温度の上昇、下降の判定閾値を変更する手法がとられる。

具体的には、温度の上昇判定の閾値は、鋳込み速度一定速時をベースとして、増速時には、一定速時より大きめに設定し、減速時には、一定速時より小さめに設定する。

しかしながら、上記の方法では、増速率、減速率は、小〜大でいろいろなケースがあるなかで、拘束性ブレークアウトの予知の精度を高めるためには無数のパターン分けが必要であり、それに対応するには非常に困難である。

また、一定速時の閾値を見直した場合には、増速時と減速時の閾値も合わせて見直す必要があり、見直しに要する労力が非常に大きい。

本発明は、温度計による鋳型内温度の、鋳造速度Ｖｃの変更を伴う影響を予め除外しておくことにより拘束性ブレークアウトの予知精度を高めるところにある。

すなわち、鋳造鋳片の鋳込み速度変化率ΔＶｃ／Δｔ（（ｍ／ｍｉｎ）／秒）を外乱とし、温度変化率ΔＴ／Δｔ（℃／秒）の修正量を、鋳込み速度変化率ΔＶｃ／Δｔの一次遅れで表し、温度計により測定された温度の温度変化率から、該修正量を差し引いた値を用いて判定閾値と比較することにより拘束性ブレークアウトが起こるかどうか判定、予知するものである。

一次遅れ要素の伝達関数Ｇ（ｓ）は、Ｇ（ｓ）＝Ｋ／（Ｊｓ＋１）で表される。ここで、Ｋはゲイン、Ｊｓは時定数である。

鋳込み速度変化率ΔＶｃ／Δｔを外乱とした場合における温度変化率の修正量Ｒは、Ｒ（ｓ）＝Ｋ／（Ｊｓ＋１）＊ΔＶｃ／Δｔ （ｓ）で求めることができる。

なお、デジタル制御装置を適用した場合においては、該修正量Ｒは、時間離散において取り扱われるため、修正量Ｒは、Ｒ（ｎ）＝{ｔ_ｓａｍｐ＊ΔＶｃ／Δｔ（ｎ）＋Ｊ＊Ｒ（ｎ−１）}／（ｔ_ｓａｍｐ＋１）で求められる。ここで、ｔ_ｓａｍｐはサンプリング間隔である。

図２に、温度変化率の修正要領のブロック線図を示す。

１．５〜２．５ｍ／ｍｉｎの鋳込み速度でスラブ（極低炭素鋼）を連続鋳造する鋳造操業において、該スラブの引抜き移動中に、鋳込み速度を変更してその変更に伴う外乱に対して、温度変化率を修正し、この修正された温度変化率と予め設定された判定閾値（拘束性ブレークアウトが発生するおそれのある温度変化率の値）との比較を行い拘束性ブレークアウトの予知、判定をおこなった。

なお、温度変化率の修正量Ｒは、時定数Ｊｓ＝１．２（秒）、ゲインＫ＝１１（℃／（ｍ／ｍｉｎ））、サンプリング間隔ｔ_ｓａｍｐ=１．０（秒）として求め、拘束性ブレークアウトの予知、判定をおこなった。

その結果、温度変化率に修正を加えることなしに単に判定閾値と比較して予知を行った場合には、年間１０件程度の誤検知があった。

これに対して、本発明に従って予知、判定した場合においては、適切な対応が可能となり拘束性ブレークアウトの発生を年間０件とすることができた。また、本発明では、連続鋳造用鋳型内で凝固シェルの焼付きがおきているときに、鋳込み速度の変更を伴っていても正確に拘束性ブレークアウトを予知できることが確認された。

本発明によれば、拘束性ブレークアウトを的確に予知することが可能であり、誤検知による生産性の低下や品質不良の発生を回避することができる。

Claims (4)

1. 連続鋳造用鋳型より引抜かれた鋳造鋳片の引抜き移動中に該鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトを予知する方法において、
   前記連続鋳造用鋳型の鋳型内壁面に埋設固定された複数の温度計により鋳型内温度を測定し、測定された温度から温度変化率を求めるとともに、前記鋳造鋳片の鋳込み速度の変更に伴う外乱を前記温度変化率から除外する修正を行い、この修正された温度変化率と予め設定された判定閾値とを比較することにより鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトを予知することを特徴とする連続鋳造における鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトの予知方法。
2. 前記温度変化率の修正量Ｒを下記式によって求め、該温度変化率から該修正量Ｒを差し引くことにより該温度変化率を修正する、ことを特徴とする請求項１に記載した連続鋳造における鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトの予知方法。
   記
   Ｒ(ｓ)＝Ｋ／（Ｊｓ＋１）＊ΔＶｃ／Δｔ（ｓ）
   ΔＶｃ／Δｔ：鋳造鋳片の鋳込み速度変化率（（ｍ／ｍｉｎ）／秒）
   Ｋ：ゲイン（℃／（ｍ／ｍｉｎ））
   Ｊｓ：時定数（秒）
3. 連続鋳造用鋳型より引抜かれたスラブの引抜き移動中に該鋳造鋳片の拘束性ブレークアウトを予知する方法において、
   前記連続鋳造用鋳型の鋳型内壁面に埋設固定された複数の温度計により鋳型内温度を測定し、測定された温度から温度変化率を求めるとともに、前記スラブの鋳込み速度の変更に伴う外乱を前記温度変化率から除外する修正を行い、この修正された温度変化率と予め設定された判定閾値とを比較することによりスラブの拘束性ブレークアウトを予知することを特徴とするスラブの連続鋳造方法。
4. 前記温度変化率の修正量Ｒを下記式によって求め、該温度変化率から該修正量Ｒを差し引くことにより該温度変化率を修正する、ことを特徴とする請求項３に記載したスラブの連続鋳造方法。
   記
   Ｒ(ｓ)＝Ｋ／（Ｊｓ＋１）＊ΔＶｃ／Δｔ（ｓ）
   ΔＶｃ／Δｔ：スラブの鋳込み速度変化率（（ｍ／ｍｉｎ）／秒）
   Ｋ：ゲイン（℃／（ｍ／ｍｉｎ））
   Ｊｓ：時定数（秒）
   

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