JP6160578B2 - 連続鋳造片の表面割れ判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造で製造された連続鋳造片に表面割れが発生している可能性を判定する方法に関し、特に連続鋳造中又は連続鋳造直後に連続鋳造片に表面割れが発生している可能性を判定するのに好適なものである。

鋼の連続鋳造では、取鍋の溶鋼をタンディッシュから鋳型に注入し、注入された溶鋼を鋳型内で冷却して凝固シェルを形成し、凝固部分をロールによって徐々に引き抜きながらスプレーノズルで水を吹きかけて凝固シェルを次第に厚くし、凝固完了した部分から切断して連続鋳造片（鋼片ともいう）とする。鋳型は水冷されており、この鋳型による溶鋼の冷却を一次冷却、スプレーノズルによる水の吹きかけを二次冷却と呼ぶ。一般的に、二次冷却は、鋳造方向に複数のゾーンに分割され、夫々のゾーン毎に、スプレーノズルへの水の流量を調整するための流量調整弁が設けられている。この二次冷却の水の流量が不足すると、連続鋳造片の表面に割れが生じる。そこで、下記特許文献１では、二次冷却水の流量調整弁の弁開度と流量を測定することにより、スプレーノズルのノズルチップやヘッダー、配管中の目詰まりを検出している。また、下記特許文献２では、二次冷却水の圧力（背圧）と流量を測定し、夫々の基準値との差の状態の組合せから、スプレーノズルの目詰まりやノズル先端の脱落といったスプレーノズルの異常を形態別に検出している。

特開２００６−１７５４６５号公報 特開２０１３−３５０２７号公報

しかしながら、特許文献１では、流量調整弁の上流側の水圧が変化すると、その変化に応じて、スプレーノズルが正常であっても、基準流量に対する弁開度が変化してしまうので、スプレーノズルの異常を精度良く判定することができない。また、特許文献２では、二次冷却水の圧力と流量が基準線を超えた場合にスプレーノズルの異常と見なしている。この基準線は、連続鋳造片の品質判定を行うために重要であると考えられるが、その具体的な設定方法については記載されていないことから、スプレーノズルの異常を精度良く判定することができない。つまり、何れのスプレーノズル判定方法も、スプレーノズルの異常を正確に判定することができないことから、連続鋳造片に表面割れの生じている可能性を適正に判定することができない。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、二次冷却水の流量調整弁下流側の不具合から連続鋳造片に表面割れが生じている可能性を適正に判定することが可能な連続鋳造片の表面割れ判定方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、鋳型による一次冷却後の二次冷却が複数のゾーンに分割され、夫々の二次冷却ゾーン毎にスプレーノズルへの水の流量を調整する流量調整弁が設けられている場合に連続鋳造片に表面割れが発生している可能性を判定する方法であって、連続鋳造片に表面割れが発生していない連続鋳造時の前記流量調整弁の下流側水圧及び下流側水量を前記二次冷却ゾーン毎に検出して前記流量調整弁下流側水圧及び下流側水量の関係を表す水圧−水量基準線を前記二次冷却ゾーン毎に設定するステップと、前記流量調整弁下流側水圧の前記水圧−水量基準線に対する圧力差の標準偏差を前記二次冷却ゾーン毎に算出し、前記水圧−水量基準線に前記圧力差標準偏差の２倍値を加減して水圧−水量基準領域を前記二次冷却ゾーン毎に設定するステップと、連続鋳造時に検出された前記二次冷却ゾーン毎の前記流量調整弁下流側水圧及び下流側水量が前記二次冷却ゾーン毎に設定される前記水圧−水量基準領域から外れている場合に当該連続鋳造時の連続鋳造片に表面割れが発生している可能性があると指摘するステップとを備えた連続鋳造片の表面割れ判定方法が提供される。

本発明の連続鋳造片の表面割れ判定方法によれば、二次冷却水の流量調整弁下流側の不具合を正確に検出することができ、それに基づいて連続鋳造片に表面割れが生じている可能性を適正に判定することができる。

本発明の連続鋳造片の表面割れ判定方法が適用された連続鋳造設備の一実施形態を示す概略構成図である。 図１の連続鋳造設備に設けられた二次冷却の１ゾーンを示す説明図である。 図１のコンピュータによって実行される連続鋳造片表面割れ判定方法の演算処理を示すフローチャートである。 図３の演算処理によって得られた水圧−水量基準領域の説明図である。 図３の演算処理によって得られた水圧−水量基準領域の説明図である。

次に、本発明の連続鋳造片の表面割れ判定方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、表面割れ判定方法が適用された連続鋳造設備の一部を示しており、図１の最上部には鋳型１が配置されている。この鋳型１の上方には、図示しないタンディッシュや取鍋が配置されており、取鍋内の溶鋼はタンディッシュから鋳型１に注入される。鋳型１は水冷されており、鋳型１内の溶鋼のうち、鋳型１に接している外殻部分が凝固して凝固シェルが形成される。鋳型１内の溶鋼に凝固シェルが形成されたら鋳型１を振動しながら凝固シェル部分を下降させ、ロール２によって徐々に引き抜く。その際、鋳造ラインの周囲に配置されたスプレーノズル３から水を吹きかけて二次冷却を行う。二次冷却では、凝固シェルが次第に厚くなり、溶鋼はやがて完全凝固する。凝固完了した連続鋳造片Ｓは切断され、圧延などの工程に送られる。

二次冷却は、連続鋳造片引き抜き用ロール２の間に配置されたスプレーノズル３から水を噴射して行う。そして、この二次冷却は、鋳造ラインに沿って、複数のゾーンに分割されており、各ゾーン毎に冷却水供給配管４に接続されている。二次冷却ゾーンの冷却水供給配管側最上流部には、スプレーノズル３から噴射される水の流量を調整するための流量調整弁５が設けられている。スプレーノズル３の上流側には、混合部６を介して空気配管７が接続されており、空気配管７から供給される空気が混合部６で混合され、スプレーノズル３からは霧化した水が噴射される。また、流量調整弁５の下流側には、流量調整弁５から供給される水の流量調整弁下流側圧力（水圧）と下流側流量（水量）を検出するために圧力計８及び流量計９が配置されている。なお、流量調整弁下流側水圧及び下流側水量は、後述するコンピュータによって定周期、例えば１秒毎に記憶されている。

二次冷却設備を含む連続鋳造設備は、コンピュータ１０によって制御されている。周知のように、コンピュータ１０は高度な演算処理機能を有する計算機であり、単に計算を行うだけでなく、設備の稼働状態やアクチュエータの駆動状態を制御することができる。この実施形態では、装置の状態制御に加えて、連続鋳造片に表面割れの発生している可能性を判定するために図３のフローチャートに示す演算処理をコンピュータ１０で行う。この演算処理は、連続鋳造で連続鋳造片が取得された後、オペレータの操作入力に基づいて実行され、まずステップＳ１で、各二次冷却ゾーン（以下、単にゾーンとも記す）毎の水圧−水量基準領域Ａが設定済みであるか否かを判定し、各ゾーン毎の水圧−水量基準領域Ａが設定済みである場合にはステップＳ６に移行し、そうでない場合にはステップＳ２に移行する。

ステップＳ２では、記憶されている流量調整弁下流側水圧及び下流側水量のうち、連続鋳造片に表面割れが検出されなかった連続鋳造時の各ゾーンにおける流量調整弁下流側水圧及び下流側水量を予め設定された規定値（例えば１０点）分古い順に読込んでからステップＳ３に移行する。ここで、読込む流量調整弁下流側水圧及び下流側水量のデータ１点とは、例えば切断された連続鋳造片の１つが特定の二次冷却ゾーンにあった時点まで遡って、その連続鋳造片の先端が当該ゾーンの入口に差し掛かってから、当該連続鋳造片の後端が当該ゾーンの出口を抜けるまでの間に、コンピュータが定周期で記憶していた複数のデータに統計処理（例えば平均処理）を施して１点とした。

ステップＳ３では、ステップＳ２で読込んだ流量調整弁下流側水圧及び下流側水量の関係を表す水圧−水量基準線Ｌを、例えば最小二乗法などによって、各ゾーン毎に設定してからステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、ステップＳ３で設定された水圧−水量基準線Ｌに対し、ステップＳ２で読込んだ流量調整弁下流側水圧の圧力差を求め、その圧力差から圧力差標準偏差σを各ゾーン毎に算出してからステップＳ５に移行する。
ステップＳ５では、ステップＳ３で設定された各ゾーンの水圧−水量基準線ＬにステップＳ４で算出された各ゾーンの圧力差標準偏差σの２倍値２σを加減して水圧−水量基準領域Ａ（＝Ｌ±２σ）を各ゾーン毎に設定してからステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、今回の連続鋳造時の各ゾーンにおける流量調整弁下流側水圧及び下流側水量を読込む。
次にステップＳ７に移行して、ステップＳ６で読込んだ今回の連続鋳造時の各ゾーンにおける流量調整弁下流側水圧及び下流側水量が各ゾーンの水圧−水量基準領域Ａから外れているか否かを判定し、流量調整弁下流側水圧及び下流側水量が水圧−水量基準領域Ａから外れている場合にはステップＳ８に移行し、そうでない場合には復帰する。
ステップＳ８では、今回の連続鋳造時の連続鋳造片に表面割れの発生している可能性があるとして、該当連続鋳造片の検査を指示する。

次にステップＳ９に移行して、検査した連続鋳造片に表面割れはなかったか否かを判定し、検査した連続鋳造片に表面割れがなかった場合にはステップＳ１０に移行し、そうでない場合には復帰する。
ステップＳ１０では、今回の連続鋳造時の流量調整弁下流側水圧及び下流側水量を加えた全ての流量調整弁下流側水圧及び下流側水量の関係を表す水圧−水量基準線Ｌを、例えば最小二乗法などによって、各ゾーン毎に更新設定する。
次にステップＳ１１に移行して、ステップＳ１０で更新設定された水圧−水量基準線Ｌに対する全ての流量調整弁下流側水圧の圧力差から圧力差標準偏差σを各ゾーン毎に算出する。
次にステップＳ１２に移行して、ステップＳ１０で更新設定された各ゾーンの水圧−水量基準線ＬにステップＳ１１で算出された各ゾーンの圧力差標準偏差σの２倍値２σを加減して水圧−水量基準領域Ａ（＝Ｌ±２σ）を各ゾーン毎に更新設定してから復帰する。

この演算処理では、水圧−水量基準領域Ａが設定されていないときには、記憶されている流量調整弁下流側水圧及び下流側水量のうち、連続鋳造片に表面割れが検出されなかった連続鋳造時の各ゾーンにおける流量調整弁下流側水圧及び下流側水量を予め設定された規定値分古い順に読込み、それらの流量調整弁下流側水圧及び下流側水量の関係を表す水圧−水量基準線Ｌを最小二乗法などによって各二次冷却ゾーン毎に設定する。水圧−水量基準線Ｌが設定されたら、その水圧−水量基準線Ｌに対する流量調整弁下流側水圧の圧力差を求め、その圧力差標準偏差σを各二次冷却ゾーン毎に算出する。そして、水圧−水量基準線Ｌに圧力差標準偏差σの２倍値２σを加減して水圧−水量基準領域Ａ（＝Ｌ±２σ）を各二次冷却ゾーン毎に設定する。周知のように、複数のデータから最小二乗法で求めた基準線に対し、データの標準偏差の２倍値を加減した基準領域には、参照したデータの大半が包含される。

従って、この演算処理では、水圧−水量基準線Ｌに圧力差標準偏差σの２倍値２σを加減して設定された各ゾーンの水圧−水量基準領域Ａから今回の連続鋳造時における流量調整弁下流側水圧及び下流側水量が外れている場合には、連続鋳造片に表面割れの発生している可能性があるとして検査を指示する。検査の結果、今回の連続鋳造時における連続鋳造片に表面割れが発生している場合には、演算処理を終了して復帰する。一方、検査の結果、今回の連続鋳造時における連続鋳造片に表面割れが発生していない場合には、サンプリングしたデータの数が不十分であったとして、今回の流量調整弁下流側水圧及び下流側水量を加えた全ての流量調整弁下流側水圧及び下流側水量を表す水圧−水量基準線Ｌを更新設定する。水圧−水量基準線Ｌを更新設定したら、その水圧−水量基準線Ｌに対する全ての流量調整弁下流側水圧の圧力差標準偏差σを求め、更に、その水圧−水量基準線Ｌに圧力差標準偏差σの２倍値２σを加減して水圧−水量基準領域Ａを更新設定する。

次に、本発明の連続鋳造片の表面割れ判定方法の実施例として、［Ｃ］＝０．０７ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％、［Ｓｉ］＝０．００ｗｔ％〜０．４０ｗｔ％、［Ｍｎ］＝０．３０ｗｔ％〜２．００ｗｔ％、［Ｐ］＝０．０００ｗｔ％〜０．０３０ｗｔ％、［Ｓ］＝０．０００ｗｔ％〜０．０１０ｗｔ％、［Ａｌ］＝０．０１０ｗｔ％〜０．０５０ｗｔ％、［Ｎ］＝０ｐｐｍから６０ｐｐｍの連続鋳造片をヒートサイズ：３００ｔｏｎ／ヒートの連続鋳造設備で連続鋳造した。連続鋳造設備の形式は、垂直曲げ型、垂直部３ｍ、湾曲部半径１０ｍ、機長４５ｍであり、連続鋳造片の厚みは２２０ｍｍ〜３７０ｍｍ、連続鋳造片の幅範囲は９００ｍｍ〜２５００ｍｍ、連続鋳造速度は３ｍ／ｍｉｎ以下である。二次冷却は、空気混合による霧化噴射、二次冷却ゾーン数は基準面、反基準面合わせて２０ゾーン／ストランドである。

この二次冷却ゾーンのうち、反基準面側の第３ゾーン（メニスカスから鋳造方向に１．５ｍ〜３．０ｍのゾーン）において、図３の演算処理のステップＳ３で設定された水圧−水量基準線Ｌ及びステップＳ５で設定された水圧−水量基準領域Ａの一例を図４に示す。図から明らかなように、初期に設定される水圧−水量基準領域Ａは領域が狭い。また、同じ第３ゾーンにおいて、図４の状態から、図３の演算処理を多数回繰り返した後、ステップＳ１０で設定された水圧−水量基準線Ｌ及びステップＳ１２で設定された水圧−水量基準領域Ａの一例を図５に示す。図から明らかなように、十分な連続鋳造後の水圧−水量基準領域Ａは領域が広く、且つ途中における表面割れ欠陥を含んでいないので、十分な連続鋳造後の水圧−水量基準領域Ａでは連続鋳造片の表面割れを適正に検出することが可能となる。

この実施例において、図３の演算処理のステップＳ５で設定された水圧−水量基準領域Ａのまま、１００ヒート連続鋳造を実施したときの連続鋳造片の表面割れ検査指示率は１００ヒートの全スラブ（連続鋳造片）枚数を分母として５．１７％であり、そのうち実際に連続鋳造片に表面割れが発生していた発生率は１００ヒートの全スラブ枚数を分母として０．３１％であった（判定例１とする）。次に、図３の演算処理のステップＳ１２で、判定例１と等しいデータ数で求めた水圧−水量基準領域Ａを更新設定しながら、判定例１とは別に１００ヒート連続鋳造を実施したときの連続鋳造片の表面割れ検査指示率は１．７２％であり、そのうち実際に連続鋳造片に表面割れが発生していた発生率は０．３０％であった（判定例２）。水圧−水量基準領域Ａを更新設定することにより、表面割れ検査指示率を低減することができるので、その分だけ、連続鋳造の効率を向上することができる。

以上説明したように、この実施形態の連続鋳造片の表面割れ判定方法では、二次冷却が複数のゾーンに分割され、夫々の二次冷却ゾーン毎にスプレーノズル３への水の流量を調整する流量調整弁５が設けられている場合に連続鋳造片Ｓに表面割れが発生している可能性を判定する。その際、連続鋳造片Ｓに表面割れが発生していない連続鋳造時の流量調整弁下流側水圧及び下流側水量を二次冷却ゾーン毎に検出して流量調整弁下流側水圧及び下流側水量の関係を表す水圧−水量基準線Ｌを二次冷却ゾーン毎に設定する。また、流量調整弁下流側水圧の水圧−水量基準線Ｌに対する圧力差の標準偏差σを二次冷却ゾーン毎に算出し、水圧−水量基準線Ｌに圧力差標準偏差σの２倍値２σを加減して水圧−水量基準領域Ａを二次冷却ゾーン毎に設定する。そして、連続鋳造時に検出された二次冷却ゾーン毎の流量調整弁下流側水圧及び下流側水量が二次冷却ゾーン毎に設定される水圧−水量基準領域Ａから外れている場合に当該連続鋳造時の連続鋳造片に表面割れが発生している可能性があると指摘する。これにより、連続鋳造片に表面割れが発生している可能性を適正に判定することができる。

また、表面割れが発生している可能性があると指摘した連続鋳造片に表面割れが発生していない場合、当該連続鋳造片の連続鋳造時に検出された二次冷却ゾーン毎の流量調整弁下流側水圧及び下流側水量を加えた全ての流量調整弁下流側水圧及び下流側水量の関係を表す新たな水圧−水量基準線Ｌを二次冷却ゾーン毎に更新設定する。そして、表面割れが発生している可能性があると指摘した連続鋳造片に表面割れが発生していないときに検出された二次冷却ゾーン毎の流量調整弁下流水圧を加えた全ての流量調整弁下流側水圧の更新設定された水圧−水量基準線Ｌに対する圧力差の標準偏差σを二次冷却ゾーン毎に新たに算出し、更新設定された水圧−水量基準線Ｌに新たに算出された圧力差標準偏差σの２倍値２σを加減して新たな水圧−水量基準領域Ａを二次冷却ゾーン毎に更新設定する。これにより、表面割れ検査指示率を適正に低減することができ、その分だけ、連続鋳造の効率を向上することができる。

１ 鋳型
２ ロール
３ スプレーノズル
４ 冷却水供給配管
５ 流量調整弁
６ 混合部
７ 空気配管
８ 圧力計
９ 流量計
１０ コンピュータ
Ｓ 連続鋳造片

Claims (2)

1. 鋳型による一次冷却後の二次冷却が複数のゾーンに分割され、夫々の二次冷却ゾーン毎にスプレーノズルへの水の流量を調整する流量調整弁が設けられている場合に連続鋳造片に表面割れが発生している可能性を判定する方法であって、
   連続鋳造片に表面割れが発生していない連続鋳造時の前記流量調整弁の下流側水圧及び下流側水量を前記二次冷却ゾーン毎に検出して前記流量調整弁下流側水圧及び下流側水量の関係を表す水圧−水量基準線（Ｌ）を前記二次冷却ゾーン毎に設定するステップと、
   前記流量調整弁下流側水圧の前記水圧−水量基準線（Ｌ）に対する圧力差の標準偏差（σ）を前記二次冷却ゾーン毎に算出し、前記水圧−水量基準線（Ｌ）に前記圧力差標準偏差（σ）の２倍値（２σ）を加減して水圧−水量基準領域Ａ（＝Ｌ±２σ）を前記二次冷却ゾーン毎に設定するステップと、
   連続鋳造時に検出された前記二次冷却ゾーン毎の前記流量調整弁下流側水圧及び下流側水量が前記二次冷却ゾーン毎に設定される前記水圧−水量基準領域Ａ（＝Ｌ±２σ）の基準領域上限あるいは基準領域下限から外れている場合に当該連続鋳造時の連続鋳造片に表面割れが発生している可能性があると指摘するステップと
   を備えたことを特徴とする連続鋳造片の表面割れ判定方法。
2. 前記表面割れが発生している可能性があると指摘した連続鋳造片に表面割れが発生していない場合、当該連続鋳造片の連続鋳造時に検出された前記二次冷却ゾーン毎の前記流量調整弁下流側水圧及び下流側水量を加えて前記流量調整弁下流側水圧及び下流側水量の関係を表す新たな水圧−水量基準線（Ｌ）を前記二次冷却ゾーン毎に更新設定するステップと、
   前記表面割れが発生している可能性があると指摘した連続鋳造片に表面割れが発生していない場合、当該連続鋳造片の連続鋳造時に検出された前記二次冷却ゾーン毎の前記流量調整弁下流側水圧を加えて前記流量調整弁下流側水圧の前記更新設定された水圧−水量基準線（Ｌ）に対する圧力差の標準偏差（σ）を前記二次冷却ゾーン毎に新たに算出し、前記更新設定された水圧−水量基準線（Ｌ）に前記新たに算出された圧力差標準偏差（σ）の２倍値（２σ）を加減して新たな水圧−水量基準領域Ａ（＝Ｌ±２σ）を前記二次冷却ゾーン毎に更新設定するステップと
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造片の表面割れ判定方法。

Images