JP6408950B2 - 連続鋳造用モールドパウダーの選定方法及び鋳造片製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造において安定操業を可能とするモールドパウダーを選定するための連続鋳造用モールドパウダーの選定方法及び鋳造片製造方法に関する。

一般に、連続鋳造における鋳型内の溶鋼表面には、溶鋼の酸化防止、溶鋼の断熱及び抜熱量のコントロール並びに鋳型内潤滑等のために、モールドパウダーが散布されている。このパウダーは、散布された直後は粉末状であるが、溶鋼の熱によって溶融し、鋳型内壁面に沿って溶鋼表面から鋳型内に流動していく。鋳型内壁面において、溶融したパウダーは、鋳型によって冷却される反面、溶鋼からは加熱される。一方、鋳型には溶鋼の凝固シェルの焼き付き防止のために上下振動が与えられている。このため、溶鋼の凝固界面の直上では、パウダー粉末層の焼結体及び一度溶融したパウダーが再び凝固したものが鋳型内壁面に付着することになる。このようにしてパウダーの付着が生じると、鋳造の進行に伴ってパウダーの付着量が徐々に増加して、スラグベアと呼ばれるモールドパウダーの凝固体が鋳型内壁面に生成される。

スラグベアは、連続鋳造を操業するに当たり重大なトラブルを起こす原因となる。例えば、スラグベアが形成されているときに何らかの原因で溶鋼面が急激に上昇した場合や、スラグベアが大きく成長した場合に、溶融したモールドパウダーの鋳型内への流動をスラグベアが阻害してしまい、鋳型と凝固シェルとの焼き付きが生じることがある。この焼き付きが生じると、ブレークアウトと呼ばれる溶鋼の漏洩が発生する恐れがある。

このため、例えば下記の特許文献１等では、スラグベアの形成を抑制できるモールドパウダーの選定方法が提案されている。すなわち、従来方法では、坩堝内に充填したモールドパウダーを所定の温度勾配で加熱し、焼結層の厚みを測定することによりスラグベア形成に関するパラメータを算出し、このパラメータに基づいてスラグベアの形成を抑制できるモールドパウダーを選定している。

特開２０１０−１７２９１７号公報

上記のような従来のモールドパウダーの選定方法では、坩堝を用いたオフライン試験によりスラグベアの形成を抑制できるモールドパウダーを選定しているので、選定されたモールドパウダーの物性によっては、ブレークアウトを予知するシステムの誤検知を引き起こし、連続鋳造の操業を不安定にすることがある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ブレークアウトを予知するシステムが誤検知することを低減でき、より安定的に連続鋳造を操業できるようにする連続鋳造用モールドパウダーの選定方法及びそれを用いた鋳造片製造方法を提供することである。

本発明に係る連続鋳造用モールドパウダーの選定方法は、連続鋳造中の鋳型内に投入するモールドパウダーを変更すること、及び鋳型に埋設された複数の温度センサにより測定される温度の変動量をモールドパウダー毎に取得することを含み、連続鋳造に適したモールドパウダーを温度の変動量に基づいて選定する連続鋳造用モールドパウダーの選定方法であって、前記鋳型に埋設された温度センサの個数をｎとし、前記鋳型に埋設されたｉ番目の温度センサの所定時間内における最大温度変動量をδＴ _max ｉとしたときに、

により表される平均最大温度変動量ΔＴ _max を取得された前記温度の変動量から求め、前記平均最大温度変動量ΔＴ _max に基づいて、前記温度の変動量に基づくモールドパウダーの適否を判定することを特徴とする。
また、本発明に係る連続鋳造用モールドパウダーの選定方法は、連続鋳造中の鋳型内に投入するモールドパウダーを変更すること、前記鋳型に埋設された複数の温度センサにより測定される温度の変動量を前記モールドパウダー毎に取得すること、及び各モールドパウダーについて、連続鋳造中の前記鋳型の内壁に生成されたスラグベアの大きさを所定の鋳造長において観察することを含み、前記温度の変動量と前記スラグベアの大きさに基づいて、連続鋳造に適したモールドパウダーを選定することを特徴とする。

また、本発明に係る鋳造片製造方法は、上記した連続鋳造用モールドパウダーの選定方法により選定されたモールドパウダーを用いて連続鋳造により鋳造片を製造することを特徴とする。

本発明の連続鋳造用モールドパウダーの選定方法及び鋳造片製造方法によれば、実際に連続鋳造を行っている鋳型においてモールドパウダー毎に取得された温度の変動量に基づいてモールドパウダーを選定するので、実機におけるブレークアウト予知システムとモールドパウダーとの相性をより確実に確認できる。これにより、ブレークアウトを予知するシステムが誤検知することを低減でき、より安定的に連続鋳造を操業できる。

本発明の実施の形態による連続鋳造用モールドパウダーの選定方法を実施する連続鋳造中の鋳型を示す斜視図である。 図１の鋳型に埋設された複数の温度センサを示す説明図である。 図１の鋳型を示す平面図である。 本発明の実施の形態による連続鋳造用モールドパウダーの選定方法を示すフローチャートである。 表１に示すモールドパウダーを用いて連続鋳造を行った際の各モールドパウダーのスラグベア指数を示すグラフである。 表１に示すモールドパウダーを用いて連続鋳造を行った際の各モールドパウダーの平均最大温度変動量ΔＴ_ｍａｘを示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態による連続鋳造用モールドパウダーの選定方法を実施する連続鋳造中の鋳型を示す斜視図である。図１に示すように、連続鋳造設備における鋳型１には、例えば普通鋼又はステンレス鋼等の溶融金属２が浸漬ノズル３から供給されている。周知のように、鋳型１は常に冷却されており、鋳型１の内壁面に接した位置から溶融金属２が徐々に凝固される。凝固された溶融金属２は凝固シェルと呼ばれる。そして、凝固シェルが形成されつつ鋳型１内の金属が鋳型１から引き抜かれることで、連続的に鋳造片が製造される。

図示はしないが、鋳型１内の溶融金属２の表面には、溶融金属２の酸化防止、溶融金属２の断熱及び抜熱量のコントロール並びに鋳型１内潤滑等のために、モールドパウダーが散布されている。鋳型１の短辺内壁１ａ及び長辺内壁１ｂには、モールドパウダーの凝固体である複数のスラグベア４が生成されている。

次に、図２は図１の鋳型１に埋設された複数の温度センサ５を示す説明図であり、（ａ）は鋳型１の片側の短辺内壁１ａの正面図であり、（ｂ）は鋳型１の片側の長辺内壁１ｂの正面図である。図２の一点鎖線は、想定される溶融金属２の湯面２ａを示している。

図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、鋳型１の短辺内壁１ａ及び長辺内壁１ｂには、例えば熱電対等により構成される複数の温度センサ５が互いに離間して埋設されている。これらの温度センサ５は、凝固シェルが破れることによる溶融金属２の漏洩であるブレークアウトの発生を予知するブレークアウト予知システムに含まれるものである。ブレークアウトの予知については、例えば特開２００４−１６０５２５号公報等に開示されている。

後に詳しく説明するように、本実施の形態の連続鋳造用モールドパウダーの選定方法では、連続鋳造中に各温度センサ５により測定される温度の変動量に基づいて、連続鋳造に適したモールドパウダーを選定する。なお、各温度センサ５は例えば２秒等の所定のサンプリング周期毎に温度を測定するものであり、サンプリング周期毎の温度の変動量をモールドパウダーの選定に利用することができる。

次に、図３は、図１の鋳型１を示す平面図である。本実施の形態の連続鋳造用モールドパウダーの選定方法では、連続鋳造中の鋳型１の短辺内壁１ａ及び長辺内壁１ｂに生成されたスラグベア４の大きさを所定の鋳造長において観察する。これは、モールドパウダー毎のスラグベア４の成長性を確認するためであり、スラグベア４の大きさの観察はモールドパウダーが投入されてから十分な長さの鋳造片が製造された後に行われる。スラグベアの大きさは、人が直接観察してもよいし、カメラによって撮影された画像に基づいて観察してもよい。本実施の形態の連続鋳造用モールドパウダーの選定方法では、上記した温度の変動量とともに、観察されたスラグベア４の大きさも連続鋳造に適したモールドパウダーの選定に用いられる。

なお、スラグベア４の大きさとしては、鋳型１の周長方向に沿う各スラグベア４の長さＬと、短辺内壁１ａ又は長辺内壁１ｂからの各スラグベア４の突出量Ｐとが観察される。突出量Ｐは、厳密な計測値を用いてもよいが、０より大きく１以下の係数に変換してモールドパウダーの選定に利用してもよい。

図３の紙面左上側に位置するスラグベア４のように、１つのスラグベア４の中に突出量Ｐが大きい部分４ａと突出量Ｐが小さい部分４ｂとが含まれているような場合、各部分４ａ，４ｂを別のスラグベアとして扱い、それらの長さＬ及び突出量Ｐを個々に観察することができる。但し、各部分４ａ，４ｂの平均突出量を観察して、各部分４ａ，４ｂを一つのスラグベアとして扱ってもよい。なお、図３において、Ｗは鋳型１の長手方向の寸法を示し、ｔは鋳型１の短手方向の寸法を示している。

次に、図４は、本発明の実施の形態による連続鋳造用モールドパウダーの選定方法を示すフローチャートである。図に示すように、連続鋳造設備において連続鋳造が行われているときに、その連続鋳造中の鋳型１にモールドパウダーが投入される（ステップＳ１）。そして、そのモールドパウダーについて、各温度センサ５により測定される温度の変動量が取得されるとともに（ステップＳ２）、スラグベア４の大きさが所定の鋳造長において観察される（ステップＳ３）。

その次に、選定に考慮されるべき他のモールドパウダーがあるか否かが判断され（ステップＳ４）、他のモールドパウダーがある場合には、鋳型１に投入されるモールドパウダーが変更されて（ステップＳ５）、変更されたモールドパウダーについて、温度の変動量の取得及びスラグベア４の大きさの観察が行われる（ステップＳ２及びＳ３）。

ステップＳ４において選定に考慮されるべき他のモールドパウダーが無いと判断された場合、取得された温度の変動量に基づいて各モールドパウダーが判定される（ステップＳ６）。具体的には、以下の判定が行われる。

すなわち、各モールドパウダーについて、取得された前記温度の変動量から、以下の式により表される平均最大温度変動量ΔＴ_maxが求められる。

ここで、ｎは鋳型１に埋設された温度センサ５の個数であり、δＴ_maxｉは鋳型１に埋設されたｉ番目の温度センサ５の所定時間内における最大温度変動量である。ｉは１からｎまでの任意の正の整数である。ここでいう所定時間とは、温度センサ５のサンプリング周期よりも十分に大きな時間を意味する。例えばサンプリング周期が２秒である場合、最大温度変動量は２００秒の間の最大温度変動量とすることができる。

そして、この平均最大温度変動量ΔＴ_ｍａｘに基づいて、温度の変動量に基づくモールドパウダーの適否が判定される。具体的には、平均最大温度変動量ΔＴ_ｍａｘが所定量よりも小さいモールドパウダーが適として判定され、平均最大温度変動量ΔＴ_ｍａｘが所定量よりも大きなモールドパウダーが不適として判定される。これは、平均最大温度変動量ΔＴ_ｍａｘが所定量よりも大きい場合、そのモールドパウダーを使用すると、ブレークアウト予知システムの誤検知が多くなると考えられるためである。

その次に、観察されたスラグベア４の大きさに基づいて各モールドパウダーが判定される（ステップＳ７）。具体的には、以下の判定が行われる。

すなわち、各モールドパウダーについて、所定の鋳造長において観察されたスラグベア４の大きさから、以下の式により表されるスラグベア指数が求められる。

ここで、Ｗは鋳型１の長手方向の寸法であり、ｔは鋳型１の短手方向の寸法であり、ｘは大きさを観察したスラグベア４の個数であり、Ｌｋは鋳型１の周長方向に沿うｋ番目のスラグベア４の長さであり、ａｋはｋ番目のスラグベアの内壁１ａ，１ｂからの突出量Ｐに応じて決定される０より大きく１以下の係数である。ｋは１からｘまでの任意の正の整数である。突出量Ｐが大きいほども係数ａｋも大きな値とされる。係数ａｋは、例えば突出量Ｐが１０ｍｍ以上のときに１として、突出量Ｐが１０ｍｍ未満のときに０．５とすることができる。

そして、このスラグベア指数に基づいて、スラグベアの大きさに基づくモールドパウダーの適否が判定される。すなわち、所定の鋳造長におけるスラグベア指数が所定値よりも小さいモールドパウダーが適として判定され、スラグベア指数が所定値よりも大きいモールドパウダーが不適として判定される。これは、スラグベア指数が所定値よりも大きい場合、そのモールドパウダーを使用すると、スラグベアが成長しやすく、大きくなったスラグベアにより連続鋳造に支障が生じることがあると考えられるためである。

その次に、温度の変動量に基づくモールドパウダーの判定結果と、スラグベア４の大きさに基づくモールドパウダーの判定結果とに基づいて、連続鋳造に適するモールドパウダーが選定される（ステップＳ８）。すなわち、上記した二つの判定の両方において適として判定されたモールドパウダーが連続鋳造に適するモールドパウダーとして選定される。そして、このように連続鋳造に適するモールドパウダーとして選定されたモールドパウダーが連続鋳造による鋳造片の製造に用いられる。

次に、実施例を示す。本発明者は、以下の表１に示す５種のモールドパウダー（パウダーＩ〜Ｖ）を用いて上記連続鋳造用モールドパウダーの選定方法を実施した。

図５は表１に示すモールドパウダーを用いて連続鋳造を行った際の各モールドパウダーのスラグベア指数を示すグラフであり、図６は表１に示すモールドパウダーを用いて連続鋳造を行った際の各モールドパウダーの平均最大温度変動量ΔＴ_ｍａｘを示すグラフである。

図５に示す結果によれば、鋳造長７０ｍ以上では、パウダーＶ及びＩＩのスラグベア指数が低いことが分かる。この結果から、パウダーＶ及びＩＩを用いることでスラグベア４の形成を抑制できることが分かる。

一方で、図６に示すように、パウダーＩ〜ＩＶの平均最大温度変動量ΔＴ_ｍａｘは同程度であるが、パウダーＶの平均最大温度変動量ΔＴ_ｍａｘは比較的大きい。この結果から、パウダーＩ〜ＩＶを用いることで、ブレークアウト予知システムの誤検知を抑制できることが分かる。

図５及び図６に示す結果から、パウダーＩＩが連続鋳造に適したモールドパウダーであると選定できる。実際、パウダーＩＩを用いて連続鋳造を行うことで安定的に連続鋳造を行うことができたが、パウダーＶを用いるとブレークアウト予知システムの誤検知が頻発し安定的に連続鋳造を行うことができなかった。

このような連続鋳造用モールドパウダーの選定方法及び鋳造片製造方法によれば、実際に連続鋳造を行っている鋳型１においてモールドパウダー毎に取得された温度の変動量に基づいてモールドパウダーを選定するので、実機におけるブレークアウト予知システムとモールドパウダーとの相性をより確実に確認できる。これにより、ブレークアウトを予知するシステムが誤検知することを低減でき、より安定的に連続鋳造を操業できる。

また、平均最大温度変動量ΔＴ_ｍａｘに基づいて温度の変動量に基づくモールドパウダーの適否を判定するので、温度の測定誤差等により誤ったモールドパウダーの選定を行うことを回避できる。

さらに、温度の変動量とスラグベアの大きさに基づいて連続鋳造に適したモールドパウダーを選定するので、実機においてより確実に連続鋳造に適したモールドパウダーを選定することができる。

さらにまた、スラグベア指数に基づいてスラグベアの大きさに基づくモールドパウダーの適否を判定するので、モールドパウダーの判定に統一性を持たせることができ、より確実に連続鋳造に適したモールドパウダーを選定することができる。

なお、実施の形態では、温度の変動量のみならず、連続鋳造中の鋳型におけるスラグベアの大きさにも基づいてモールドパウダーを選定すると説明しているが、他の方法によりスラグベアの成長を抑制できるモールドパウダーが予め判明しているような場合には、連続鋳造中の鋳型における温度の変動量のみに基づいてモールドパウダーの選定を行ってもよい。

１ 鋳型
４ スラグベア
５ 温度センサ

Claims (6)

1. 連続鋳造中の鋳型内に投入するモールドパウダーを変更すること、及び
   前記鋳型に埋設された複数の温度センサにより測定される温度の変動量を前記モールドパウダー毎に取得すること
   を含み、
   連続鋳造に適したモールドパウダーを前記温度の変動量に基づいて選定する
   連続鋳造用モールドパウダーの選定方法であって、
   前記鋳型に埋設された温度センサの個数をｎとし、前記鋳型に埋設されたｉ番目の温度センサの所定時間内における最大温度変動量をδＴ_maxｉとしたときに、
   

   

   により表される平均最大温度変動量ΔＴ_maxを取得された前記温度の変動量から求め、前記平均最大温度変動量ΔＴ_maxに基づいて、前記温度の変動量に基づくモールドパウダーの適否を判定する
   ことを特徴とする連続鋳造用モールドパウダーの選定方法。
2. 各モールドパウダーについて、連続鋳造中の前記鋳型の内壁に生成されたスラグベアの大きさを所定の鋳造長において観察することをさらに含み、
   前記温度の変動量と前記スラグベアの大きさに基づいて、連続鋳造に適したモールドパウダーを選定する
   ことを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用モールドパウダーの選定方法。
3. 前記鋳型の長手方向の寸法をＷとし、前記鋳型の短手方向の寸法をｔとし、大きさを観察した前記スラグベアの個数をｘとし、前記鋳型の周長方向に沿うｋ番目のスラグベアの長さをＬｋとし、前記ｋ番目のスラグベアの前記内壁からの突出量Ｐに応じて決定される０より大きく１以下の係数をａｋとしたときに、
   

   

   により表されるスラグベア指数を観察された前記スラグベアの大きさから求め、前記スラグベア指数に基づいて、前記スラグベアの大きさに基づくモールドパウダーの適否を判定する
   ことを特徴とする請求項２記載の連続鋳造用モールドパウダーの選定方法。
4. 連続鋳造中の鋳型内に投入するモールドパウダーを変更すること、
   前記鋳型に埋設された複数の温度センサにより測定される温度の変動量を前記モールドパウダー毎に取得すること、及び
   各モールドパウダーについて、連続鋳造中の前記鋳型の内壁に生成されたスラグベアの大きさを所定の鋳造長において観察すること
   を含み、
   前記温度の変動量と前記スラグベアの大きさに基づいて、連続鋳造に適したモールドパウダーを選定する
   ことを特徴とする連続鋳造用モールドパウダーの選定方法。
5. 前記鋳型の長手方向の寸法をＷとし、前記鋳型の短手方向の寸法をｔとし、大きさを観察した前記スラグベアの個数をｘとし、前記鋳型の周長方向に沿うｋ番目のスラグベアの長さをＬｋとし、前記ｋ番目のスラグベアの前記内壁からの突出量Ｐに応じて決定される０より大きく１以下の係数をａｋとしたときに、
   

   

   により表されるスラグベア指数を観察された前記スラグベアの大きさから求め、前記スラグベア指数に基づいて、前記スラグベアの大きさに基づくモールドパウダーの適否を判定する
   ことを特徴とする請求項４記載の連続鋳造用モールドパウダーの選定方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の連続鋳造用モールドパウダーの選定方法に選定されたモールドパウダーを用いて連続鋳造により鋳造片を製造する鋳造片製造方法。

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