JP6347236B2 - ブレークアウト予知方法、ブレークアウト予知装置および連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本開示は、ブレークアウト予知方法、ブレークアウト予知装置および連続鋳造方法に関する。

連続鋳造設備では、モールド（鋳型）の銅板内部に熱電対を複数設け、設けられた熱電対による銅板内部の温度の検出結果からブレークアウトを予知する取り組みが行われている。例えば、特許文献１には、鋳型の壁面に１個ずつ埋設された熱電対で所定の温度挙動が検出され、続いていずれか１個の熱電対に隣接した他の少なくとも１個の熱電対で同様な温度挙動が検出された場合に拘束性のブレークアウトの発生を予知する方法が開示されている。

特公昭６３−４７５４５号公報

しかし、特許文献１に記載の方法の場合、鋳造方向に対する１箇所の高さのみで温度変化を検出しているため、モールド内での溶鋼レベルの変動（湯面変動）によって温度変化が生じた場合に、これをブレークアウトとして誤検知することがあった。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、ブレークアウトの発生を精度よく予知することができるブレークアウト予知方法、ブレークアウト予知装置および連続鋳造方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、連続鋳造設備のモールドに、鋳造方向に垂直な鋳片幅方向に並んで設けられた複数の第１の検出部、および複数の上記第１の検出部の鋳造方向下流側にそれぞれ設けられた複数の第２の検出部を用いて上記モールドの面内の温度を検出する検出工程と、上記検出工程での検出結果を時系列的に連続して取得し、取得された上記検出結果に基づいてブレークアウトの発生を予知する判断工程とを備え、上記判断工程では、取得された複数の上記第１の検出部の上記検出結果から時系列的に連続した複数の第１の温度変化量を算出し、複数の上記第１の検出部のうち隣り合う複数の上記第１の検出部について、上記第１の温度変化量が第１の温度閾値以下となる割合である第１の異常率を、算出された複数の上記第１の温度変化量から算出し、取得された複数の上記第２の検出部の上記検出結果から時系列的に連続した複数の第２の温度変化量を算出し、複数の上記第２の検出部のうち隣り合う複数の上記第２の検出部について、上記第２の温度変化量が第２の温度閾値以下となる割合である第２の異常率を、算出された複数の上記第２の温度変化量から算出し、上記第１の異常率が第１の異常閾値以上、且つ上記第２の異常率が第２の異常閾値以上となった場合に、ブレークアウトの発生を予知することを特徴とするブレークアウト予知方法が提供される。

本発明の一態様によれば、連続鋳造設備のモールドに、鋳造方向に垂直な鋳片幅方向に並んで設けられ、上記モールドの面内の温度を検出する複数の第１の検出部と、上記モールドの、複数の上記第１の検出部の鋳造方向下流側にそれぞれ設けられ、上記モールドの面内の温度を検出する複数の第２の検出部と、複数の上記第１の検出部および複数の上記第２の検出部の検出結果を時系列的に連続して取得し、取得された上記検出結果に基づいてブレークアウトの発生を予知する判断部とを備え、上記判断部は、取得された複数の上記第１の検出部の上記検出結果から時系列的に連続した複数の第１の温度変化量を算出し、複数の上記第１の検出部のうち隣り合う複数の上記第１の検出部について、上記第１の温度変化量が第１の温度閾値以下となる割合である第１の異常率を、算出された複数の上記第１の温度変化量から算出し、取得された複数の上記第２の検出部の上記検出結果から時系列的に連続した複数の第２の温度変化量を算出し、複数の上記第２の検出部のうち隣り合う複数の上記第２の検出部について、上記第２の温度変化量が第２の温度閾値以下となる割合である第２の異常率を、算出された複数の上記第２の温度変化量から算出し、上記第１の異常率が第１の異常閾値以上、且つ上記第２の異常率が第２の異常閾値以上となった場合に、ブレークアウトの発生を予知することを特徴とするブレークアウト予知装置が提供される。

本発明の一態様によれば、連続鋳造設備にて連続鋳造をする際に、連続鋳造設備のモールドに、鋳造方向に垂直な鋳片幅方向に並んで設けられた複数の第１の検出部、および複数の上記第１の検出部の鋳造方向下流側にそれぞれ設けられた複数の第２の検出部を用いて上記モールドの面内の温度を検出する検出工程と、上記検出工程での検出結果を時系列的に連続して取得し、取得された上記検出結果に基づいてブレークアウトの発生を予知する判断工程とを備え、上記判断工程では、取得された複数の上記第１の検出部の上記検出結果から時系列的に連続した複数の第１の温度変化量を算出し、複数の上記第１の検出部のうち隣り合う複数の上記第１の検出部について、上記第１の温度変化量が第１の温度閾値以下となる割合である第１の異常率を、算出された複数の上記第１の温度変化量から算出し、取得された複数の上記第２の検出部の上記検出結果から時系列的に連続した複数の第２の温度変化量を算出し、複数の上記第２の検出部のうち隣り合う複数の上記第２の検出部について、上記第２の温度変化量が第２の温度閾値以下となる割合である第２の異常率を、算出された複数の上記第２の温度変化量から算出し、上記第１の異常率が第１の異常閾値以上、且つ上記第２の異常率が第２の異常閾値以上となった場合に、ブレークアウトの発生を予知することを特徴とする連続鋳造方法が提供される。

本発明の一態様によれば、ブレークアウトの発生を精度よく予知することができる。

本発明に第１の実施形態に係るブレークアウト予知装置を示す構成図である。 第１および第２の検出部の設置位置を示すモールドの展開図である。 第１の実施形態に係るブレークアウト予知方法を示すフローチャートである。 記憶部に時系列的に記憶された第１および第２の温度変化量を示す模式図である。 第２の実施形態における第１および第２の異常率の算出方法を示す模式図である。 第２の実施形態における第１および第２の異常率の算出する際に用いられる第１および第２の温度変化量の領域を示す模式図である。 第２の実施形態における第１および第２の異常率の算出方法を示す模式図である。 変形例における第１および第２の異常率の算出する際に用いられる第１および第２の温度変化量の領域を示す模式図である。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１個以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
＜第１の実施形態＞
［ブレークアウト予知装置の構成］
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係るブレークアウト予知装置２の構成について説明する。第１の実施形態に係るブレークアウト予知装置２は、不図示の連続鋳造設備に設けられ、連続鋳造設備での鋼の連続鋳造中に生じる拘束性のブレークアウトの発生を予知するものである。なお、本発明の第１の実施形態に係る連続鋳造方法は、このような連続鋳造設備にて鋼を連続鋳造する際に、後述するブレークアウト予知装置またはブレークアウト予知方法を用いて、拘束性のブレークアウトの発生を予知するものである。連続鋳造設備は、図１に示すように鋳型であるモールド１と、モールド１の下方に２次冷却設備やロール等の設備とを有する一般的な鋳造設備である。モールド１は、一対の長辺側銅板１１，１３と、一対の短辺側銅板１２，１４とを有する。一対の長辺側銅板１１，１３および一対の短辺側銅板１２，１４は、鋳造方向に互いに垂直に対向して設けられ、一対の長辺側銅板１１，１３の間に一対の短辺側銅板１２，１４が嵌るように設けられる。

ブレークアウト予知装置２は、複数の第１の検出部３ａ〜３ｒ（３）と、複数の第２の検出部４ａ〜４ｒ（４）と、判断部５と、記憶部６と、警報部７とを備える。
複数の第１の検出部３ａ〜３ｒは、熱電対等の測温素子であり、モールド１の一対の長辺側銅板１１，１３および一対の短辺側銅板１２，１４の内部にそれぞれ埋設され、鋳造方向（図２の紙面に対する上下方向）に対して垂直な鋳片幅方向（図２の紙面に対する左右方向）に並んで設けられる。なお、一対の長辺側銅板１１，１３には、７個の第１の検出部３ａ〜３ｇ，３ｊ〜３ｐがそれぞれ等間隔に設けられ、一対の短辺側銅板１２，１４には、２個の第１の検出部３ｈ，３ｉ，３ｑ，３ｒがそれぞれ設けられる。なお、複数の第１の検出部３ａ〜３ｒは、モールド１内の溶鋼が充填される鋳造方向の位置のうち、メニスカス（溶鋼の浴面）に近い側に設けられることが好ましい。

複数の第２の検出部４ａ〜４ｒは、複数の第１の検出部３ａ〜３ｒと同様に、熱電対等の測温素子であり、モールド１の一対の長辺側銅板１１，１３および一対の短辺側銅板１２，１４内部にそれぞれ埋設され、鋳片幅方向に並んで設けられる。また、複数の第２の検出部４ａ〜４ｒは、複数の第１の検出部３ａ〜３ｒに対応して、複数の第１の検出部３ａ〜３ｒの鋳造方向下流側に離間してそれぞれ設けられる。つまり、第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒは、鋳造方向に対に並んで、上下２段に設けられる。また、複数の第２の検出部４ａ〜４ｒは、連続鋳造設備で鋳造が行われる際に、溶鋼レベルの変動の影響がない位置に設けられることが好ましい。
複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒは、モールド１の一対の長辺側銅板１１，１３および一対の短辺側銅板１２，１４の各面内の温度を検出し、検出結果を接続された判断部５に送信する。

判断部５は、複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒから取得した検出結果をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部、各種演算を実行するＣＰＵならびに演算部のワーキングエリアとして作用するＲＡＭ等を有する。判断部５は、複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒから送信された検出結果を一定時間間隔で連続的に取得し、取得した検出結果から第１および第２の温度変化量をそれぞれ算出する。そして、判断部５は、算出された第１および第２の温度変化量を記憶部６に送信する。さらに、判断部５は、複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒの過去の検出結果から算出された、第１および第２の温度変化量を記憶部６から取得する。その後、判断部５は、取得した過去の第１および第２の温度変化量と、直前に算出された第１および第２の温度変化量とに基づいて、拘束性のブレークアウトの発生を予知する。ブレークアウト予知方法については、後述する。また、判断部５は、ブレークアウトを予知した場合、警報要求を警報部７に送信する。

記憶部６は、不揮発性メモリやハードディスク等からなり、判断部５から取得した第１および第２の温度変化量を時系列的に記憶する。
警報部７は、判断部５から取得した警報要求に基づいて、スピーカを介した音声警報の出力や連続鋳造設備の操作画面上への表示をすることで、作業者に対してブレークアウトの発生を予知したことを発信する手段である。

［ブレークアウト予知方法］
次に、図３を参照して第１の実施形態に係るブレークアウト予知方法について説明する。まず、複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒは、モールド１の一対の長辺側銅板１１，１３および一対の短辺側銅板１２，１４の面内の温度を検出する（Ｓ１００）。そして、複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒは、検出結果を判断部５に送信する。なお、第１の実施形態では、ブレークアウトの予知動作は、連続鋳造設備にて鋳造が開始されることで開始される。

次いで、判断部５は、取得したステップＳ１００の検出結果から第１および第２の温度変化量を、各検出部（複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒ）毎にそれぞれ算出する（Ｓ１０２）。この際、判断部５は、取得した検出結果と、その直前に取得された検出結果との差分から第１および第２の温度変化量を算出する。なお、判断部５による複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒからの検出結果の取得は、連続的に行われる。このため、ステップＳ１０２の処理は、判断部５による２回目以降の検出結果の取得後に行われる。第１および第２の温度変化量が算出された後、判断部５は、算出された第１および第２の温度変化量および算出する際に用いた検出結果の検出時間を、記憶部６に送信する。そして、記憶部６は、判断部５から取得した第１および第２の温度変化量を、時系列的に記憶する。

さらに、判断部５は、直前のステップＳ１００での温度の検出よりも所定時間前までに検出された検出結果から算出された第１および第２の温度変化量（過去の第１および第２の温度変化量）を、記憶部６から取得する。そして、取得した過去の第１および第２の温度変化量および直前のステップＳ１０２で算出された第１および第２の温度変化量からなる時系列的に連続した第１および第２の温度変化量に基づいて、隣接する３個の第１の検出部３および３個の第２の検出部４の組合せ毎に、第１および第２の異常率を算出する（Ｓ１０４）。なお、ステップＳ１０４の処理は、記憶部６に所定時間前までの第１および第２の温度変化量が記憶された後に行われる。つまり、連続鋳造が開始されてから所定時間が経過し、ステップＳ１００，Ｓ１０２の処理によって、所定時間前までの第１および第２の温度変化量が記憶部６に記憶された後に、ステップＳ１０４の処理が行われる。

ステップＳ１０４の処理について図４を参照して詳細に説明する。図４（Ａ），（Ｂ）は、記憶部６に時系列的に記憶された、第１および第２の温度変化量を模式的に示した図である。図４（Ａ），（Ｂ）では、紙面の上下方向が時系列となり、紙面の左右方向が複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒの設置位置順となるように第１および第２の温度変化量の情報を示す四角形が並べられる。このとき、記憶部６には、検出時間ｔ_ｎ−９〜検出時間ｔ_ｎまでの各１０個の第１および第２の温度変化量の情報が、複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒ毎にそれぞれ記憶される。ステップＳ１０２における検出結果の取得は、Δｔ［ｓ］間隔で行われるため、測定開始の時間を検出時間ｔ_ｎ−９＝０［ｓ］とした場合、図４に示す例では０［ｓ］から９×Δｔ［ｓ］までの９×Δｔ［ｓ］の間に検出された第１および第２の温度変化量の情報が示される。なお、検出結果を取得する間隔Δｔは、特に限定しないが、極端に短い場合には処理に負荷がかかり、極端に長い場合にはブレークアウトの検出精度が低下するため、設備条件や操業条件等に応じて適宜最適な値が設定される。

ステップＳ１０４では、はじめに、判断部５は、直前のステップＳ１００での温度の検出が行われた検出時間ｔ_ｎよりも、７×Δｔ［ｓ］前までの間に検出が行われた第１および第２の温度変化量を記憶部６から取得する。この場合、判断部５は、記憶部６に記憶された第１および第２の温度変化量のうち、検出時間ｔ_ｎ−１〜検出時間ｔ_ｎ−７までの７個の温度変化量の情報を、複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒ毎に取得する。

次いで、判断部５は、隣接する３個の第１の検出部３の組合せについて、取得した検出時間ｔ_ｎ−１〜検出時間ｔ_ｎ−７における過去の第１の温度変化量と、直前のステップＳ１０２で算出された検出時間ｔ_ｎにおける第１の温度変化量とから、第１の異常率を算出する。この際、複数の第１の検出部３ａ〜３ｒのうちいずれか１個の第１の検出部３と、それを中心として隣接する２個の第１の検出部３とが１つの組合せとして認識される。例えば、図４（Ａ）に示すように、第１の検出部３ｄを中心として隣接する３個の第１の検出部３ｃ〜３ｅの組合せＧ１や、第１の検出部３ｊを中心として隣接する３個の第１の検出部３ｉ〜３ｋの組合せＧ２、第１の検出部３ｒを中心として隣接する３個の第１の検出部３ｑ，３ｒ，３ａの組合せＧ３等が形成される。なお、図４（Ａ）に図示した例の場合、１８個の第１の検出部３ａ〜３ｒがそれぞれ中心となって組合せが形成されるため、全部で１８組の組合せが形成される。そして、第１の検出部３の１８組の組合せについて、直前に算出された第１の温度変化量および取得された過去の第１の温度変化量が、第１の温度閾値以下か否かが判断される。第１の温度閾値は、後述する鋳片のモールド１内での拘束が発生した際に生じる特有の温度降下が検出可能な値に設定され、例えば−０．３［℃／ｓ］に設定される。図５（Ａ）に、拘束性のブレークアウトの発生を想定した場合における、検出時間ｔ_ｎ〜検出時間ｔ_ｎ−７の第１の温度変化量についての判断結果を示す。図５（Ａ）において、ハッチングで示された第１の温度変化量の情報は、第１の温度閾値以下となるものを示す。図５（Ａ）に示すように、第１の検出部３ｄを中心とした組合せＧ１を考えた場合、第１の異常率が判断される領域は、複数の第１の検出部３ａ〜３ｒの設置順と、温度の検出時間とで示される面内において矩形状の領域Ｄ１となる。図５（Ａ）の場合、領域Ｄ１における第１の温度変化量のデータ数は２４個であり、そのうち第１の温度閾値以下となるものは１９個となる。したがって、組合せＧ１における第１の異常率は、１９個／２４個＝０．７９となる。なお、第１の異常率の算出は、第１の検出部３の１８組全ての組合せについて実施される。

第１の異常率が算出された後、判断部５は、隣接する３個の第２の検出部４の組合せについて、取得した検出時間ｔ_ｎ−１〜検出時間ｔ_ｎ−７における過去の第２の温度変化量と、直前のステップＳ１０２で算出された検出時間ｔ_ｎにおける第２の温度変化量とから、第２の異常率を算出する。この際、複数の第２の検出部４ａ〜４ｒのうちいずれか１個の第２の検出部４と、それを中心として隣接する２個の第２の検出部４とが１つの組合せとして認識される。例えば、図４（Ｂ）に示すように、第２の検出部４ｄを中心として隣接する３個の第２の検出部４ｃ〜４ｅの組合せＧ１や、第２の検出部４ｆを中心として隣接する３個の第２の検出部４ｉ〜４ｋの組合せＧ２、第２の検出部４ｒを中心として隣接する３個の第２の検出部４ｑ，４ｒ，４ａの組合せＧ３等が形成される。なお、図４（Ｂ）に図示した例の場合、１８個の第２の検出部４ａ〜４ｒがそれぞれ中心となって組合せが形成されるため、全部で１８組の組合せが形成される。そして、第２の検出部４の１８組の組合せについて、直前に算出された第２の温度変化量および取得された過去の第２の温度変化量が第２の温度閾値以上か否かが判断される。第２の温度閾値は、後述する鋳片のモールド１内での拘束が発生した際に生じる温度上昇が検出可能な値に設定され、例えば０．３［℃／ｓ］に設定される。図５（Ｂ）に、拘束性のブレークアウトの発生を想定した場合における、検出時間ｔ_ｎ〜検出時間ｔ_ｎ−７の第２の温度変化量についての判断結果を示す。図５（Ｂ）において、ハッチングで示された第２の温度変化量の情報は、第２の温度閾値以上となるものを示す。図５（Ｂ）に示すように、第２の検出部４ｄを中心とした組合せＧ１を考えた場合、第２の異常率が判断される領域は、複数の第２の検出部４ａ〜４ｒの設置順と、温度の検出時間とで示される面内において矩形状の領域Ｄ１となる。図５（Ｂ）の場合、領域Ｄ１における第２の温度変化量のデータ数は２４個であり、そのうち第２の温度閾値以下となるものは１５個となる。したがって、組合せＧ１における第２の異常率は、１５個／２４個＝０．６３となる。なお、第２の異常率の算出は、第２の検出部４の１８組全ての組合せについて実施される。

ステップＳ１０４の後、判断部５は、上下に対に設けられた第１の検出部３の組合せおよび第２の検出部４の組合せについて、第１の異常率が第１の異常閾値以上、且つ第２の異常率が第２の異常閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１０６）。第１および第２の異常閾値は、拘束性のブレークアウトが発生した場合に生じるモールド１の面内の温度変化から決定され、例えば、図５（Ａ），（Ｂ）に図示した第１および第２の温度変化量の状態が異常として検出可能な値に設定される。例えば、図５（Ａ），（Ｂ）の場合、第１の異常閾値を０．７、第２の異常閾値を０．６とすることで、図５（Ａ），（Ｂ）の場合における第１および第２の温度変化量の状態をブレークアウトが発生するときのものとして検知することができる。ステップＳ１０６の判断は、第１の検出部３および第２の検出部４の各１８組の組合せについてそれぞれ行われる。そして、第１の検出部３および第２の検出部４の各１８組の組合せのうち、少なくとも１組以上の組合せについて、第１および第２の異常率がそれぞれ第１および第２の異常閾値以上となった場合に、ブレークアウトが発生することを予知する。

ここで、拘束性のブレークアウトは、以下の機構で発生することが考えられる。連続鋳造中に、モールド１内のメニスカス（溶鋼浴面）近傍の凝固シェルが何らかの原因でモールド１に拘束された場合、凝固シェルの拘束された部分とそれよりも鋳造方向下方の引き抜きが行われている部分との間で凝固シェルの破断が生じる。このような凝固シェルの拘束は、モールド１の長辺側の中央およびコーナー部で生じることが多い。その後、破断した凝固シェルの間隙に溶鋼が流入することで新しい薄い凝固シェルが形成されるが、連続鋳造設備のオシレーションを伴う引き抜き動作によって、破断箇所が徐々にモールド１の下方へと移動するように凝固シェルの破断が連続的に発生する。そして、破断箇所がモールド１の下端まで移動すると、鋳片がモールド１を抜けた所でブレークアウトが発生することとなる。上記の機構から、拘束性のブレークアウトは、最初の破断部を起点として、鋳片の表面に対して破断部が略Ｖ字状に形成されることが知られている。第１の検出部３の設置位置は、初期にモールド１内に拘束された凝固シェルに近い位置に相当する。このため、第１の検出部３では、図５（Ａ）に示すように温度を時系列的にみた場合、略Ｖ字状に温度が降下する様子が検出される。また、第２の検出部４の設置位置は、第１の検出部３よりも下方に設けられる。このため、第２の検出部４では、図５（Ｂ）に示すように温度を時系列的にみた場合、破断部が通過することで略Ｖ字状に温度が上昇する領域が移動する様子が検出される。なお、図５（Ｂ）の場合、ハッチングで示した温度上昇量が大きな領域が通過した後は、凝固シェルが拘束された状態となるため、図５（Ａ）と同様に温度降下量の大きな領域が略Ｖ字状に広がっていく。第１の実施形態では、ステップＳ１０４，Ｓ１０６の処理を行うことで、上記の拘束性のブレークアウト特有の温度変化を検出することができる。

ステップＳ１０６の判断の結果、第１および第２の異常率がそれぞれ第１および第２の異常閾値以上であった場合、判断部５は、警報要求を警報部７に送信する。そして、警報部７は、警報要求を取得すると、ブレークアウトの発生を予知したことを作業者に、音声出力や画面表等で発信する（Ｓ１０８）。
ステップＳ１０８の後、またはステップＳ１０６の判断の結果、第１および第２の異常率がそれぞれ第１および第２の異常閾値以上でなかった場合、判断部５は、鋳造が完了したか否かを判断する（Ｓ１１０）。ステップＳ１１０では、自動または作業者による操作によって、鋳造が完了したことを示す処理が行われることで鋳造の完了が認識される。

ステップＳ１１０にて鋳造が完了したと判断された場合、ブレークアウトの予知にかかる処理が終了する。一方、ステップＳ１１０にて鋳造が完了していないと判断された場合、ステップＳ１００の処理が再度行われる。
以上のブレークアウトの予知方法において、ステップＳ１００〜Ｓ１１０の一連の判断処理は、判断部５が第１および第２の検出部３，４から検出結果を取得する一定間隔おきに行われることが好ましい。例えば、図４に図示したように、検出結果の取得がΔｔ間隔で行われる場合、ステップＳ１００〜Ｓ１１０の一連の判断処理はΔｔの間隔で行われる。

＜第２の実施形態＞
［ブレークアウト予知装置の構成］
本発明の第２の実施形態に係るブレークアウト予知装置２について説明する。第２の実施形態に係るブレークアウト予知装置２は、第１の実施形態と同様な構成であり、図１に示すように、複数の第１の検出部３ａ〜３ｒ（３）と、複数の第２の検出部４ａ〜４ｒ（４）と、判断部５と、記憶部６と、警報部７とを備える。第２の実施形態では、判断部５によるブレークアウトの発生予知の処理が異なるが、その他の構成および動作や処理については、第１の実施形態と同様である。

［ブレークアウト予知方法］
次に、図６および図７を参照して第２の実施形態に係るブレークアウト予知方法について説明する。第２の実施形態では、基本的に第１の実施形態と同様に、図３に示すフローチャートに従い処理が行われる。つまり、まず、複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒは、モールド１の内部の温度を検出する（ステップＳ１００）。次いで、判断部５は、複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒ毎に、検出結果から第１および第２の温度変化量を算出する（ステップＳ１０２）。さらに、判断部５は第１および第２の異常率を算出する（ステップＳ１０４）。なお、第２の実施形態では、後述するように、ステップＳ１０４における第１および第２の異常率の算出方法が第１の実施形態と異なる。その後、判断部５は、第１および第２の異常率が第１および第２の異常閾値以上であるか否かを判断することにより、ブレークアウトの発生を予知する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６にてブレークアウトの発生が予知された場合、警報部７は作業者に対して警報を発信する（ステップＳ１０８）。そして、ステップＳ１０８の後、またはステップＳ１０６にてブレークアウトの発生が予知されなかった場合、判断部５は鋳造が完了したか否かを判断する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０にて鋳造が完了したと判断された場合、ブレークアウトの予知にかかる処理が終了し、ステップＳ１１０にて鋳造が完了していないと判断された場合、ステップＳ１００の処理が再度行われる。

第２の実施形態におけるステップＳ１０４の処理について、詳細に説明する。ステップＳ１０４では、第１の実施形態と同様に、直前のステップＳ１００での温度の検出よりも所定時間前までに検出され、算出された過去の第１および第２の温度変化量を、記憶部６から取得する。例えば、図４に図示した例の場合、判断部５は、記憶部６に記憶された第１および第２の温度変化量のうち、時間ｔ_ｎ−１〜時間ｔ_ｎ−７までの各７個の第１および第２の温度変化量の情報を、複数の第１および第２の検出部３ａ〜３ｒ，４ａ〜４ｒ毎に取得する。

次いで、判断部５は、取得した過去の第１および第２の温度変化量および直前のステップＳ１０２で算出された第１および第２の温度変化量からなる時系列的に連続した第１および第２の温度変化量に基づいて、隣接する３個の第１の検出部３および３個の第２の検出部４の組合せ毎に、第１および第２の異常率を算出する。この際、第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、隣接する３個の第１の検出部３および３個の第２の検出部４の組合せについて、第１および第２の異常率を算出する際に用いられる第１および第２の温度変化量の時系列の領域の範囲が異なる。具体的には、隣接する３個の第１および第２の検出部３，４について、中心となる１個の第１および第２の検出部３，４に対して、それに隣接する２個の第１および第２の温度変化量の時系列の範囲が、直前にステップＳ１００で温度が検出された時間に近い、つまり、より直近に検出されたものとなるように設定される。例えば、図６に示すように、３個の第１の検出部３ｃ〜３ｅの組合せＧ１の場合、組合せの中心となる第１の検出部３ｄについては、時間ｔ_ｎ−１〜時間ｔ_ｎ−７の範囲の第１の温度変化量が第１の異常率を算出する際に用いられる。一方、第１の検出部３ｄに隣接する２個第１の検出部３ｃ，３ｅについては、測定時間がΔｔ分だけ直近のものとなる、時間ｔ_ｎ〜時間ｔ_ｎ−６の範囲の第１の温度変化量が第１の異常率を算出する際に用いられる。つまり、略Ｖ字状となる領域Ｄ２の範囲の第１の温度変化量から第１の異常率が検出される。なお、第２の異常率についても、第１の異常率と同様な範囲の第２の温度変化量から算出される。

図７（Ａ）に、図５（Ａ）と同様に、拘束性ブレークアウトの発生を想定した場合における、複数の第１の検出部３ａ〜３ｒにおける時間ｔ_ｎ〜時間ｔ_ｎ−７の温度の検出結果から算出された第１の温度変化量についての第１の温度閾値以下か否かの判断結果を示す。また、図７（Ｂ）に、図５（Ｂ）と同様に、拘束性ブレークアウトの発生を想定した場合における、複数の第２の検出部４ａ〜４ｒにおける時間ｔ_ｎ〜時間ｔ_ｎ−７の温度の検出結果から算出された第２の温度変化量についての第２の温度閾値以上か否かの判断結果を示す。

拘束性のブレークアウトが発生した場合、上述したように、図７（Ａ），（Ｂ）に示す略Ｖ字状の温度変化が生じることとなる。これに対して、第２の実施形態では、第１および第２の異常率を算出する際に、第１および第２の検出部３，４の設置位置の関係と、温度の検出時間とで示される面内において、温度変化が生じた場合と同様な略Ｖ字状の領域を用いる。このため、拘束性のブレークアウトによる温度変化を異常として、精度よく検出することができる。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。

例えば、第１および第２の実施形態では、ステップＳ１０４において第１および第２の異常率を算出する際に、第１および第２の検出部３，４の組合せとして、隣接する３個の第１および第２の検出部３，４をそれぞれ用いたが、本発明はかかる例に限定されない。第１および第２の異常率を算出する際の第１および第２の検出部３，４の組合せには、隣接する複数の第１および第２の検出部３，４が用いられればよく、組合せに用いられる数は限定されない。また、第１および第２の検出部３，４の設置間隔や検出結果の取得間隔、破断部の形状に応じて、鋳片幅方向に複数設けられた第１および第２の検出部３，４が全て用いられなくてもよい。例えば、鋳片幅方向に複数設けられた第１および第２の検出部３，４のうち、一個置きに設けられた第１および第２の検出部３，４が用いられてもよい。

また、第２の実施形態では、第１および第２の異常率を算出する際に、第１および第２の検出部３，４の設置位置の関係と、温度の検出時間とで示される面内の略Ｖ字状となる領域の範囲の第１および第２の温度変化量が用いられたが、本発明はかかる例に限定されない。第１および第２の異常率を算出する際に用いられる第１および第２の温度変化量の領域は、図７に示すようにモールド１内で凝固シェルが拘束された際に生じる温度変化の状態がより精度よく検出できれば他の形状が用いられてもよい。例えば、図８（Ａ）に示すように、紙面の上下方向の下側のみが略Ｖ字形状となる領域Ｄ３や、第１の検出部３ｈに対して非対称な略Ｖ字形状となる領域Ｄ４、第１の検出部３ｏから一方向にΔｔずつずれて傾斜した領域Ｄ５等の形状であってもよい。さらに、第１および第２の異常率を算出する際に用いられる第１および第２の温度変化量の領域は、鋳造速度や温度の検出間隔Δｔに応じて、図８（Ｂ）に示すように、領域Ｄ２よりも略Ｖ字の角度が小さい領域Ｄ６や角度が大きい領域Ｄ７等の形状であってもよい。さらに、第１および第２の異常率を算出する際に用いられる第１および第２の温度変化量の領域は、モールド１の上下に対応した第１および第２の検出部３，４が用いられれば、互いに異なる形状の領域が用いられてもよい。例えば、第１の異常率を算出する際に用いられる第１の温度変化量の領域を図５に示す矩形状の領域Ｄ１とし、第２の異常率を算出する際に用いられる第２の温度変化量の領域のみを図６に示す略Ｖ字状の領域Ｄ２としてもよい。

また、第１および第２の実施形態では、ステップＳ１０６において第１および第２の異常率を用いてブレークアウトの発生を予知する際に、全ての第１の検出部３ａ〜３ｒを中心とした１８組の第１の検出部３の組合せ、および全ての第２の検出部４ａ〜４ｒを中心とした１８組の第２の検出部４の組合せを用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、拘束性のブレークアウトが発生しやすい、モールド１の長辺の略中央部またはコーナー部に設けられた第１および第２の検出部３，４を中心とする第１および第２の検出部３，４の組合せのみが用いられてもよい。

さらに、本発明では、モールド１の長辺側銅板１１，１３に設けられる第１の検出部３の数は、少なくともそれぞれ３個以上であればよく、長辺側銅板１１，１３の幅方向の長さや鋳造方向の長さ、鋳造速度等に応じて適宜最適な数が選択される。また、モールド１の短辺側銅板１２，１４に設けられる第２の検出部４の数は、第１の検出部３と同様に設備や操業条件に応じて適宜最適な数が選択され、長辺側で発生するブレークアウトのみを検知するような場合には、設けられなくてもよい。

さらに、ステップＳ１０４において第１および第２の異常率を算出する際に、判断部５が記憶部６から取得する過去の第１および第２の温度変化量の時系列の範囲は、第１および第２の実施形態の例に限定されない。判断部５が記憶部６から取得する過去の第１および第２の温度変化量の時系列の範囲は、判断部５の検出結果を取得する間隔Δｔや、鋳造速度、モールド１の鋳造方向の寸法、発生が懸念されるブレークアウトの状態等に応じて適宜設定される。なお、過去の第１および第２の温度変化量の時系列の範囲が、極端に過去にさかのぼって長い範囲で取得される場合（例えば、図４において取得する検出結果が検出された時間ｔ_ｎ−ｋのｋが大きい場合）、拘束性ブレークアウトの原因となる凝固シェルの破断が生じた位置がモールド１を抜けブレークアウトが発生してしまう可能性がある。一方、過去の第１および第２の温度変化量の時系列の範囲が、極端に短い範囲で取得される場合（例えば、図４において取得する検出結果が検出された時間ｔ_ｎ−ｋのｋが小さい場合）、ブレークアウトの予知が過敏に行われる可能性があるため、予知精度が低下することがある。

さらに、第１および第２の実施形態では、ステップＳ１０８において、判断部５は、警報要求を取得すると、ブレークアウトの発生を予知したことを作業者に対して発信するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、これらの警報の発信に加え、連続鋳造設備の鋳造動作を制御する不図示の制御部によって、鋳造速度を低下させる動作が行われてもよい。

＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係るブレークアウト予知方法では、連続鋳造設備のモールド１に、鋳造方向に垂直な鋳片幅方向に並んで設けられた複数の第１の検出部３、および複数の第１の検出部３の鋳造方向下流側にそれぞれ設けられた複数の第２の検出部４を用いてモールド１の面内の温度を検出する検出工程（ステップＳ１００）と、検出工程での検出結果を時系列的に連続して取得し、取得された検出結果に基づいてブレークアウトの発生を予知する判断工程（ステップＳ１０２〜Ｓ１０６）とを備え、判断工程では、取得された複数の第１の検出部３の検出結果から時系列的に連続した複数の第１の温度変化量を算出し、複数の第１の検出部３のうち隣り合う複数の第１の検出部３について、第１の温度変化量が第１の温度閾値以下となる割合である第１の異常率を、算出された複数の第１の温度変化量から算出し、取得された複数の第２の検出部４の検出結果から時系列的に連続した第２の温度変化量を算出し、複数の第２の検出部４のうち隣り合う複数の第２の検出部４について、第２の温度変化量が第２の温度閾値以下となる割合である第２の異常率を、算出された複数の第２の温度変化量から算出し、第１の異常率が第１の異常閾値以上、且つ第２の異常率が第２の異常閾値以上となった場合に、ブレークアウトの発生を予知する。

上記構成によれば、第１および第２の検出部３，４の上下２二段の検出部を用いて、拘束性のブレークアウトによって生じる特徴的な温度変化を検出することができるため、精度良くブレークアウトを予知することができる。また、第１および第２の検出部３，４が共に異常を示す場合にブレークアウトを予知するため、例えば特許文献１のように鋳片幅方向の温度変化のみか予知する場合に比べ、誤検知を低減させることができる。例えば、湯面変動が生じた場合、上側の第１の検出部３においては、ブレークアウトが発生したときと同様な温度変化が検出される場合がある。しかし、上記構成によれば、下側の第２の検出部４では湯面変動を異常として検出されることがないため、湯面変動による温度変化を誤検知することを防止できる。

さらに、上記構成によれば、鋳片幅方向に並んだ複数の第１および第２の検出部３，４を用いることにより、拘束性のブレークアウトの原因となる鋳片幅方向に生じる破断部を、局所的ではなく鋳片幅方向に広がる領域で検出することができる。このため、例えば特定箇所の上下に並んだ１組の第１および第２の検出部３，４の、温度判定や温度変化のみから拘束性のブレークアウトの発生を予知する場合に比べ、拘束性のブレークアウトを精度よく検出することができる。また、第１または第２の検出部３，４のいずれかについて、不良等により正常に温度が検出できないような場合にも、閾値を調整することで正常な残りの他の第１および第２の検出部３，４の結果からブレークアウトの発生を予知することもできる。

ここで、ブレークアウトが発生した場合、連続鋳造設備を含む生産ラインが停止してしまうため生産能力が大幅に低下することになる。また、湯面変動等による誤検知が生じた場合、検知後に連続鋳造設備の鋳造速度を低下させる必要があるため生産能力が低下することが問題となる。さらに、このような誤検知の発生を抑制するためには、判定条件を厳しくすることが考えられるが、判定条件を厳しくすることにより高速性のブレークアウトを予知できない場合が発生する。これに対して上記構成によれば、ブレークアウトの予知精度が向上し、誤検知の発生を低減することができるため、生産能力を向上させることができる。

（２）上記の（１）の構成において、判断工程において第２の異常率を算出する際に、第２の異常率の算出に用いられる複数の第２の検出部として、１個の第２の検出部、および１個の第２の検出部から隣り合う少なくとも１個の他の第２の検出部が選択され、選択された少なくとも１個の他の第２の検出部の時系列的に連続した第２の温度変化量として、第２の検出部の時系列的に連続した第２の温度変化量よりも、より直近に検出されたものを用いる。
上記構成によれば、少なくとも、第２の異常率を判定する際に用いられる、第２の検出部の温度変化量の時系列における領域を、ブレークアウトが発生する際に検出される形状により近い形状とすることができるため、ブレークアウトの予知精度をより向上させることができる。

（３）本発明の一態様に係るブレークアウト予知装置は、連続鋳造設備のモールドに、鋳造方向に垂直な鋳片幅方向に並んで設けられ、モールドの面内の温度を検出する複数の第１の検出部と、モールドの、複数の第１の検出部の鋳造方向下流側にそれぞれ設けられ、モールドの面内の温度を検出する複数の第２の検出部と、複数の第１の検出部および複数の第２の検出部の検出結果を時系列的に連続して取得し、取得された検出結果に基づいてブレークアウトの発生を予知する判断部とを備え、判断部は、取得された複数の第１の検出部の検出結果から時系列的に連続した複数の第１の温度変化量を算出し、複数の第１の検出部のうち隣り合う複数の第１の検出部について、第１の温度変化量が第１の温度閾値以下となる割合である第１の異常率を、算出された複数の第１の温度変化量から算出し、取得された複数の第２の検出部の検出結果から時系列的に連続した複数の第２の温度変化量を算出し、複数の第２の検出部のうち隣り合う複数の第２の検出部について、第２の温度変化量が第２の温度閾値以下となる割合である第２の異常率を、算出された複数の第２の温度変化量から算出し、第１の異常率が第１の異常閾値以上、且つ第２の異常率が第２の異常閾値以上となった場合に、ブレークアウトの発生を予知する。
上記構成によれば、上記（１）の構成と同様な効果を得ることができる。

（４）本発明の一態様に係る連続鋳造方法は、連続鋳造設備にて連続鋳造をする際に、連続鋳造設備のモールドに、鋳造方向に垂直な鋳片幅方向に並んで設けられた複数の第１の検出部、および複数の第１の検出部の鋳造方向下流側にそれぞれ設けられた複数の第２の検出部を用いてモールドの面内の温度を検出する検出工程と、検出工程での検出結果を時系列的に連続して取得し、取得された検出結果に基づいてブレークアウトの発生を予知する判断工程とを備え、判断工程では、取得された複数の第１の検出部の検出結果から時系列的に連続した複数の第１の温度変化量を算出し、複数の第１の検出部のうち隣り合う複数の第１の検出部について、第１の温度変化量が第１の温度閾値以下となる割合である第１の異常率を、算出された複数の第１の温度変化量から算出し、取得された複数の第２の検出部の検出結果から時系列的に連続した複数の第２の温度変化量を算出し、複数の第２の検出部のうち隣り合う複数の第２の検出部について、第２の温度変化量が第２の温度閾値以下となる割合である第２の異常率を、算出された複数の第２の温度変化量から算出し、第１の異常率が第１の異常閾値以上、且つ第２の異常率が第２の異常閾値以上となった場合に、ブレークアウトの発生を予知する。
上記構成によれば、上記（１）の構成と同様な効果を得ることができる。また、これらの効果によって、高い生産効率で安定して連続鋳造を実施することができる。

次に、本発明者らが行った実施例について説明する。本発明者らは、上記の第２の実施形態に係るブレークアウト予知方法を用いて、拘束性のブレークアウトが過去に発生した際の、第１および第２の検出部３，４の検出結果から、ブレークアウトの発生を予知可能であるかを検証した。検証の結果、第１の異常閾値を０．８０、第２の異常閾値を０．６０とすることで、全ての拘束性のブレークアウトについて、ブレークアウトが発生する前に予知できることを確認した。

１ モールド
１１，１３ 長辺側銅板
１２，１４ 短辺側銅板
２ ブレークアウト予知装置
３，３ａ〜３ｒ 第１の検出部
４，４ａ〜４ｒ 第２の検出部
５ 判断部
６ 記憶部
７ 警報部

Claims (4)

1. 連続鋳造設備のモールドに、鋳造方向に垂直な鋳片幅方向に並んで設けられた複数の第１の検出部、および複数の前記第１の検出部の鋳造方向下流側にそれぞれ設けられた複数の第２の検出部を用いて前記モールドの面内の温度を検出する検出工程と、
   前記検出工程での検出結果を時系列的に連続して取得し、取得された前記検出結果に基づいてブレークアウトの発生を予知する判断工程と
   を備え、
   前記判断工程では、
   取得された複数の前記第１の検出部の前記検出結果から時系列的に連続した複数の第１の温度変化量を算出し、複数の前記第１の検出部のうち前記鋳片幅方向に連続して並んで設けられた複数の第１の検出部について、時系列的に連続した複数の前記第１の温度変化量のうち、第１の温度閾値以下となる第１の温度変化量のデータ数の割合である第１の異常率を、算出された複数の前記第１の温度変化量から算出し、
   取得された複数の前記第２の検出部の前記検出結果から時系列的に連続した複数の第２の温度変化量を算出し、複数の前記第２の検出部のうち前記鋳片幅方向に連続して並んで設けられた複数の第２の検出部について、時系列的に連続した複数の前記第２の温度変化量のうち、第２の温度閾値以上となる第２の温度変化量のデータ数の割合である第２の異常率を、算出された複数の前記第２の温度変化量から算出し、
   前記第１の異常率が第１の異常閾値以上、且つ前記第２の異常率が第２の異常閾値以上となった場合に、ブレークアウトの発生を予知することを特徴とするブレークアウト予知方法。
2. 前記判断工程において前記第２の異常率を算出する際に、
   前記第２の異常率の算出に用いられる複数の前記第２の検出部として、１個の前記第２の検出部、および１個の前記第２の検出部から隣り合う少なくとも１個の他の前記第２の検出部が選択され、
   選択された少なくとも１個の他の前記第２の検出部の時系列的に連続した前記第２の温度変化量として、前記第２の検出部の時系列的に連続した前記第２の温度変化量よりも、より直近に検出されたものを用いることを特徴とする請求項１に記載のブレークアウト予知方法。
3. 連続鋳造設備のモールドに、鋳造方向に垂直な鋳片幅方向に並んで設けられ、前記モールドの面内の温度を検出する複数の第１の検出部と、
   前記モールドの、複数の前記第１の検出部の鋳造方向下流側にそれぞれ設けられ、前記モールドの面内の温度を検出する複数の第２の検出部と、
   複数の前記第１の検出部および複数の前記第２の検出部の検出結果を時系列的に連続して取得し、取得された前記検出結果に基づいてブレークアウトの発生を予知する判断部とを備え、
   前記判断部は、
   取得された複数の前記第１の検出部の前記検出結果から時系列的に連続した複数の第１の温度変化量を算出し、複数の前記第１の検出部のうち前記鋳片幅方向に連続して並んで設けられた複数の第１の検出部について、時系列的に連続した複数の前記第１の温度変化量のうち、第１の温度閾値以下となる第１の温度変化量のデータ数の割合である第１の異常率を、算出された複数の前記第１の温度変化量から算出し、
   取得された複数の前記第２の検出部の前記検出結果から時系列的に連続した複数の第２の温度変化量を算出し、複数の前記第２の検出部のうち前記鋳片幅方向に連続して並んで設けられた複数の第２の検出部について、時系列的に連続した複数の前記第２の温度変化量のうち、第２の温度閾値以上となる第２の温度変化量のデータ数の割合である第２の異常率を、算出された複数の前記第２の温度変化量から算出し、
   前記第１の異常率が第１の異常閾値以上、且つ前記第２の異常率が第２の異常閾値以上となった場合に、ブレークアウトの発生を予知することを特徴とするブレークアウト予知装置。
4. 連続鋳造設備にて連続鋳造をする際に、
   連続鋳造設備のモールドに、鋳造方向に垂直な鋳片幅方向に並んで設けられた複数の第１の検出部、および複数の前記第１の検出部の鋳造方向下流側にそれぞれ設けられた複数の第２の検出部を用いて前記モールドの面内の温度を検出する検出工程と、
   前記検出工程での検出結果を時系列的に連続して取得し、取得された前記検出結果に基づいてブレークアウトの発生を予知する判断工程と
   を備え、
   前記判断工程では、
   取得された複数の前記第１の検出部の前記検出結果から時系列的に連続した複数の第１の温度変化量を算出し、複数の前記第１の検出部のうち前記鋳片幅方向に連続して並んで設けられた複数の第１の検出部について、時系列的に連続した複数の前記第１の温度変化量のうち、第１の温度閾値以下となる第１の温度変化量のデータ数の割合である第１の異常率を、算出された複数の前記第１の温度変化量から算出し、
   取得された複数の前記第２の検出部の前記検出結果から時系列的に連続した複数の第２の温度変化量を算出し、複数の前記第２の検出部のうち前記鋳片幅方向に連続して並んで設けられた複数の第２の検出部について、時系列的に連続した複数の前記第２の温度変化量のうち、第２の温度閾値以上となる第２の温度変化量のデータ数の割合である第２の異常率を、算出された複数の前記第２の温度変化量から算出し、
   前記第１の異常率が第１の異常閾値以上、且つ前記第２の異常率が第２の異常閾値以上となった場合に、ブレークアウトの発生を予知することを特徴とする連続鋳造方法。

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