JP6428424B2 - 連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法、装置及びプログラム、並びに連続鋳造の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造鋳型（モールド）内の湯面プロフィール計測方法、装置、及びプログラム、並びに連続鋳造の制御方法に関する。

連続鋳造操業においては、安定鋳造（ブレイクアウト等の鋳造トラブルの防止）や鋳片品質確保の観点から、鋳型内の湯面レベルの検出精度の向上が極めて重要である。
近年、連続鋳造操業においては、表面品質向上の観点から電磁攪拌装置（以下、ＥＭＳともいう）が普及している。ＥＭＳにより電磁攪拌する場合、従来の浸漬ノズルの左右吐出流によって形成された短辺衝突流、及び短辺部の湯面盛り上がり（幅中央部は相対的に湯面が低くなる）という湯面レベルの分布とは異なる湯面プロフィールを呈する。具体的には、電磁攪拌により形成される旋回流は、浸漬ノズルと鋳型長辺の狭隘部で圧損を受けるため、静圧降下により、湯面が低下する場合がある。このようにＥＭＳにより電磁攪拌する鋳型内流動は、従来の浸漬ノズルからの吐出流動のみとは異なり、複雑な流動を形成するのが一般的であり、かつこの流れに吐出流に起因した流動が重なり合い、一層複雑な流動となって湯面の形状を形成する。
一方で、溶融パウダーは、溶鋼との比重差により、溶鋼表面の低い個所に集まりやすいため、湯面の低い部位で厚く、湯面の高い部位で薄くなる。したがって、湯面高低差が大きくなると、溶融パウダー厚みが薄い部位では、パウダー流れ込み不足による潤滑不良が生じやすくなり、ブレイクアウト等の発生リスクが高くなる。

特許文献１には、鋳型壁の高さ方向に沿って等間隔に複数個の測温素子を埋設し、任意周期毎に各素子の点における温度の時間変化率値を演算し、該時間変化率の最大値を示す素子（ｎ）を検出し、該素子（ｎ）とその前後の素子（ｎ−１）、（ｎ＋１）の各時間変化率値を結ぶ二次曲線の最大値を示す位置を求め、該位置を湯面レベルとする技術が開示されている。
また、特許文献２には、鋳造方向に間隔をおいて鋳型の複数箇所に埋設した温度計測手段で鋳型温度を計測し、鋳型温度計測値に基づいて各計測点における鋳型内面での熱流束を伝熱逆問題手法を用いてそれぞれ推定する技術が開示されている。
また、特許文献３には、浸漬ノズルの短辺側左右に配設され、鋳型長手方向に往復移動する一対のセンサーにより、鋳型内の溶鋼湯面レベルを連続的に測定し、湯面プロフィールを求め、求めた湯面変動の差が所定値を越えた場合に、鋳造速度を変化させる技術が開示されている。
また、特許文献４では、鋳型銅板幅方向に複数の熱電対を配置して鋳型銅板温度を測定し、各測定温度の特定の周波数成分の変動量から鋳型内幅方向各位置の湯面変動量を推定する技術が開示されている。

特開昭５３−２６２３０号公報 特開２００１−２３９３５３号公報 特開平２−１３７６５５号公報 特開平１１−９０６００号公報

しかしながら、特許文献１に代表される既存の手法は、鋳型の鋳造方向の温度が最大となる位置が湯面近傍にあり、湯面位置とある相関があるという経験則に基づくものである。このように経験則に基づく場合、湯面レベルの検出精度が低いものとなってしまう懸念がある。具体的には、鋳型に埋設された熱電対の温度変化率は溶鋼温度や湯面変化速度によって左右され、溶鋼温度が高いほど温度変化率が大きくなり、また湯面変化速度が大きいと鋳型の温度上昇の時間遅れにより湯面位置の検出遅れが大きくなるという問題がある。

特許文献２は、熱流束を伝熱逆問題を用いて推定する方法であるが、熱流束と湯面レベル、湯面プロフィール計測についての記述はない。

特許文献３では、鋳型長手方向に一対のセンサーを往復運動させて求めた湯面プロフィールを求めるため、鋳型長辺及び鋳型短辺から一定程度離れた湯面プロフィールしか計測できない。湯面位置変化によるセンサー破損回避のため、センサーと湯面は一定程度の距離を保つ必要があり、一般に測定エリアが拡大する傾向となるためである。結果、鋳型壁面にセンサーが近づきすぎると計測エリアに鋳型壁面が入り、計測誤差が出やすくなる。この結果、鋳型壁面近傍の湯面変化よりも鈍った沖合の湯面変化しか把握できず、鋳型内流動に起因した鋳型壁面近傍の局所的な湯面の盛り上がりや湯面低下を計測することができない。

特許文献４では、湯面変動量は検知可能であるが、湯面レベルは検知できず、上述した湯面高低差は把握できないため、パウダー流れ込み不足による潤滑不良等の現象が把握できない。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、湯面位置における熱移動の影響を捉えて湯面レベルを検出することにより湯面レベルの検出精度を高め、鋳型内の湯面プロフィールの計測精度向上を図り、安定操業を実現することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明は以下のとおりである。
［１］ 連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法であって、
前記連続鋳造鋳型の鋳型長辺の幅方向及び／又は鋳型短辺の幅方向の複数の位置において鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算ステップと、
前記計算ステップで計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、前記複数の位置での湯面レベルを検出して、同じタイミングで前記複数の位置それぞれで検出した湯面レベルを、該タイミングでの湯面プロフィールとして計測する湯面プロフィール計測ステップとを有し、
前記湯面プロフィール計測ステップでは、前記計算ステップで計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法。
［２］ 前記連続鋳造鋳型の一対の鋳型短辺及び一対の鋳型長辺で、複数の温度検出手段が鋳造方向に配置、埋設されていることを特徴とする［１］に記載の連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法。
［３］ ［１］又は［２］に記載の連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法により求めた湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が所定の値を超えたとき、鋳造速度を減少させることを特徴とする連続鋳造の制御方法。
［４］ 湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が１５ｍｍを超えたとき、鋳造速度を１０％以上減少させることを特徴とする［３］に記載の連続鋳造の制御方法。
［５］ ［１］又は［２］に記載の連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法により求めた湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が所定の値を超えたとき、電磁攪拌装置の電磁攪拌推力を減少させることを特徴とする連続鋳造の制御方法。
［６］ 湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が１５ｍｍを超えたとき、電磁攪拌推力を２０％以上減少させることを特徴とする［５］に記載の連続鋳造の制御方法。
［７］ 連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測装置であって、
前記連続鋳造鋳型の鋳型長辺の幅方向及び／又は鋳型短辺の幅方向の複数の位置において鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力手段と、
前記入力手段で入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算手段と、
前記計算手段で計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、前記複数の位置での湯面レベルを検出して、同じタイミングで前記複数の位置それぞれで検出した湯面レベルを、該タイミングでの湯面プロフィールとして計測する湯面プロフィール計測手段とを備え、
前記湯面プロフィール計測手段は、前記計算手段で計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測装置。
［８］ 連続鋳造鋳型内の湯面プロフィールを計測するためのプログラムであって、
前記連続鋳造鋳型の鋳型長辺の幅方向及び／又は鋳型短辺の幅方向の複数の位置において鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力処理と、
前記入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算処理と、
前記計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、前記複数の位置での湯面レベルを検出して、同じタイミングで前記複数の位置それぞれで検出した湯面レベルを、該タイミングでの湯面プロフィールとして計測する湯面プロフィール計測処理とをコンピュータに実行させ、
前記湯面プロフィール計測処理では、前記計算処理で計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とするプログラム。

本発明によれば、湯面位置における熱移動の影響を捉えて湯面レベルを検出することにより湯面レベルの検出精度を高め、鋳型内の湯面プロフィールの計測精度向上を図り、安定操業を実現することができる。

第１の実施形態における連続鋳造鋳型の概要を模式的に示す図である。 電磁攪拌が湯面プロフィールに与える影響を説明するための図である。 第１の実施形態に係る連続鋳造の制御装置の機能構成を示す図である。 伝熱逆問題の座標系を示す図である。 湯面レベルの検出の概要を説明するための図である。 湯面レベルを実測するための装置構成例を示す図である。 本発明の手法で検出した湯面レベルと、既存の手法で検出した湯面レベルと、実測の湯面レベルとを示す特性図である。 第１の実施形態において制御部が実行する制御処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態において鋳造速度を減少させた場合に制御部が実行する制御処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態において制御部が実行する制御処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態において電磁攪拌推力を減少させた場合に制御部が実行する制御処理を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
図１に、連続鋳造鋳型（以下、単に鋳型と呼ぶ）１の概要を模式的に示す。鋳型１は、互いに対向する一対の鋳型短辺２ａ、２ｂと、互いに対向する一対の鋳型長辺３ａ、３ｂとにより構成される。鋳型１の内面を稼動面、外面を水冷面と呼ぶ。即ち、鋳型１の各面のうち、溶湯に接する面が稼動面である（ただし、潤滑パウダーを用いる場合は該潤滑パウダーを通して溶湯に接する）。
鋳型１の中央には浸漬ノズル４が配置されており、浸漬ノズル４の左右の吐出孔４ａ、４ｂから左右の鋳型短辺２ａ、２ｂへ向かって溶鋼が吐出される。符号５は、湯面を示す。なお、図１は左右一対の吐出孔４ａ、４ｂを有する例を示すが、吐出孔は左右複数対あってもよい。

鋳型１の鋳型短辺の幅方向及び／又は鋳型短辺の幅方向の複数の位置において、鋳造方向に複数の熱電対６が配置、埋設されている。本実施形態では、一対の鋳型長辺３ａ、３ｂのそれぞれ５箇所において、鋳造方向に複数の熱電対６が配置、埋設される。また、一対の鋳型短辺２ａ、２ｂのそれぞれ１箇所において、鋳造方向に複数の熱電対６が配置、埋設される。
湯面プロフィール（湯面の形状）を計測するという目的からいえば、熱電対６の列は、鋳型１の周方向に偏りなく、等間隔或いはそれに近い間隔で配置するのが好ましい。

鋳型１の周囲には、電磁攪拌装置（ＥＭＳ）７が配設される。電磁攪拌装置７は、鋳型１内の磁界を回転移動させることで溶鋼に流れを作り、凝固シェル表層部に介在物が留まったまま固まらないようにする。図２の矢印８は、電磁攪拌印加域の溶鋼流動ベクトルを示す。図２に示すように、電磁攪拌により形成される旋回流は、浸漬ノズルと鋳型長辺の狭隘部で圧損を受けるため、静圧降下により湯面が低下し、流れの主流が湯面より下方にもぐりこむ流れとなる。そして、鋳型短辺２ｂで衝突した流れは上下に分かれ、上昇した流れは湯面で浸漬ノズル４方向に反転する流れを形成するとともに、短辺２ｂ付近の湯面を押し上げる（図２では鋳型短辺２ｂに衝突した流れから上へ分かれた流のみを図示）。

図３に、第１の実施形態に係る連続鋳造の制御装置１００の機能構成を示す。なお、本実施形態では、制御装置１００が本発明を適用した連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測装置としても機能する。
１０１は入力部であり、鋳型１の複数の位置において鋳造方向に配置、埋設された複数の熱電対６の計測値を入力する。本実施形態では、図１に示すように、鋳型長辺３ａ、３ｂそれぞれ５列の熱電対６の計測値、及び鋳型短辺２ａ、２ｂそれぞれ１列の熱電対６の計測値が入力される。
１０２は計算部であり、詳細は後述するが、入力部１０１で入力した熱電対６の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、複数の位置それぞれで、稼動面における熱流束の鋳造方向のベクトル成分値、換言すれば稼動面における熱流束の湯面に垂直な方向のベクトル成分値を計算する。

１０３は湯面プロフィール計測部であり、複数の位置それぞれで、計算部１０２で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向のベクトル成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定して、湯面プロフィールを計測する。すなわち、同じタイミングで複数の位置それぞれで求めた湯面レベルを、該タイミングでの湯面プロフィールとするものである。この場合に、ある熱電対６の列と、それに隣り合う熱電対６の列と間では、各列で求めた湯面レベルを補間等して湯面レベルを求めるようにすればよい。
１０４は制御部であり、詳細は後述するが、湯面プロフィール計測部１０３で計測した湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差（以下、湯面高低差とも呼ぶ）が所定の値以上となったとき、鋳造速度を減少させる。
入力部１０１、計算部１０２、湯面プロフィール計測部１０３、及び制御部１０４は、例えば一定周期で、熱電対６の計測値の入力、ベクトル成分値の計算、湯面プロフィール
の計測、及び鋳造速度の制御を実行する。

（湯面レベルの検出について）
連続鋳造操業においては、鋳型１内にパウダーを添加して、溶鋼の保温及び酸化防止、溶鋼中の介在物の吸収、凝固シェルの潤滑性の確保、抜熱の調整をする。これにより、鋳型内メニスカスでの凝固シェルを均一に生成して表面割れを防止し、鋳型と凝固シェルの焼き付きを防止する。
このように鋳型１内の湯面上にはパウダーが供給されることから、本発明では「パウダーによる抜熱の影響で湯面に垂直で上向きの熱流束値は、鋳型の他の部位と比べて最も大きくなる。」という推論に基づき、湯面レベルを検出する。

以下、鋳型１に埋設された複数の熱電対６の計測データに基づいて、稼働面の熱流束ベクトルを推定する伝熱逆問題を説明する。
温度推定のための内外挿温度関数ｕ^*を、鋳型１に埋設された複数の熱電対６の時系列
データセットに基づいて、鋳型１の鋳造方向−抜熱方向の２次元断面温度分布の時間変化を予測する数式を作成する。同式に基づいて、稼働面における熱流束ベクトル（大きさと向き）を求め、湯面レベル判定のための基本物理量とする。

図４に、伝熱逆問題の座標系を示す。空間ｘ軸は稼働面をｘ＝０とする抜熱方向、空間ｙ軸は鋳型１の上端をｙ＝０とする鋳造方向であり、これらに時間軸ｔを加えた時空間３次元座標を考える。
図４のプロットは、あるｙにおける空間ｘ−時間ｔの２次元断面図上の計算に使用する情報量の定義点を示す。ｘ軸の熱電対位置の情報量は熱電対６の計測データを使う。一方、水冷面の位置には熱電対が無いので、水冷熱伝達係数と水温を既知として決まる熱流束値を情報量に使い、上述した熱電対位置と併せ、測温データ採取点の領域と定義する。この領域をｙ軸方向にある熱電対位置に拡張し、空間ｘ−空間ｙ−時間ｔの３次元測温データ採取点の領域とする。
上述した３次元測温データ採取点の領域の情報量に基づいて作成した内外挿温度関数ｕ^*(ｘ，ｙ，ｔ)を使って、稼働面における熱流束ベクトルを推定する。

以下に、内外挿温度関数ｕ^*(ｘ，ｙ，ｔ)を構成するための数学手続きを述べる。
式（１）の非定常熱伝導方程式を考える。ここで、ａは鋳型１の熱拡散係数の平方根の物理量である。位置座標ｘ，ｙは[０，１]で規格化した。

冷却面の境界条件を式（２）で表す。ここで、ｇ(ｔ)＝ｕ_wγとし、水温ｕ_wと熱伝達係数γの積として定義した。βは鋳型１の熱伝導率である。

鋳型１の熱電対温度情報を式（３）で記述する。ｘ^*，ｙ^*は熱電対位置を表し、[０，
１]で規格化している。

内外挿温度関数ｕ^*(ｘ，ｙ，ｔ)は後述する基底関数φを使い、式（４）で記述する。

係数λ_jは、行列方程式（５）を解いて決定する。ここで、Ａは（ｍ＋ｌ）×（ｍ＋ｌ
）行列、ｂは（ｍ＋ｌ）ベクトルである。ｘ_k，ｘ_s，ｔ_k，ｔ_sは上述の測温データ採取点の領域にある情報量の定義点である。一方、ｘ_j，ｔ_jは中心点と呼ばれる時空間座標上での基準点の座標であり、通常は、情報量の定義点と同一点を採用しておけばよい。

次に、基底関数φを、式（１）式を満足する基本解の形式を使い、式（６）、（７）のように定義する。

ここで、Ｔは基本解の拡散プロフィールを調整するパラメータであり、Ｈ(ｔ)はヘビサイド関数である。稼働面における熱流束のｙ方向成分ｑ_yは、式（８）で計算することが
できる。ｋは鋳型材料の熱伝導率である。

実機において、本発明の手法で湯面レベルを検出し、既存の手法で検出した湯面レベル及び実測の湯面レベルと比較した。この比較においては、鋳型短辺の鋳造方向に複数の熱
電対６を配置、埋設している。
本発明の手法では、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、稼動面における熱流束の鋳造方向のベクトル成分値を計算し、それが最大となる位置を湯面レベルと判定する。図５（ｃ）には、鋳型１内の温度分布（ドットが濃いほど高温であることを示す）と、稼動面における熱流束とを示す。図５（ｄ）には、稼動面における熱流束の鋳造方向のベクトル成分値を示す。

一方、既存の手法では、図５（ｂ）に示すように、鋳型１内の温度分布を計算し、経験則に基づいて、最高温度×０．６５となる位置を湯面レベルと判定する。

また、図６に示すように、湯面にフロート５０１を浮かべ、フロート５０１にロッド５０２を設けている。また、オッシレーション測定治具５０３を設定している。そして、ロッド５０２の先端、オッシレーション測定金物先端の動きをビデオカメラ５０４で撮影し、画像処理により垂直方向の変位をデジタル化し記録することにより、湯面レベルを実測した。

図７に、本発明の手法で検出した湯面レベルと、既存の手法で検出した湯面レベルと、実測の湯面レベルとを示す。横軸は時間を、縦軸は湯面レベルを示す。
既存の手法では、実測の湯面レベルが高くなると検出精度が極端に低下し、実測値に追従できなくなっている。
それに対して、本発明の手法では、広範囲に亘り実測値を追従できているのがわかる。湯面レベルの実測精度が５−１０ｍｍ程度のバラツキがあることを勘案すると、本発明の手法により検出した湯面レベルは実測の湯面レベルと良い対応関係にあるといえる。

以上述べたように、パウダーによる抜熱という湯面位置における熱移動の影響を捉えて湯面レベルを検出するので、湯面レベルの検出精度を高めることができる。

（制御部１０４の処理について）
図８に、制御部１０４が実行する制御処理を示す。
ステップＳ８０１で、制御部１０４は、湯面プロフィール計測部１０３から湯面プロフィールを取得する。
ステップＳ８０２で、制御部１０４は、ステップＳ８０１で取得した湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が所定の値、本例では１５ｍｍを超えているか否かを判定する。１５ｍｍを超えていれば、湯面高低差を解消する必要があるとして、ステップＳ８０３に進む。１５ｍｍ以下であれば、本処理を抜ける。
ステップＳ８０３で、制御部１０４は、鋳造速度を減少させる。本実施形態では、鋳造速度を、現在の鋳造速度よりも１０％以上減少させる。鋳造速度を減少させることにより、湯面高低差を解消することができる。

図９は、図８のステップＳ８０３で鋳造速度を減少させた場合に制御部１０４が実行する制御処理を示す。
ステップＳ９０１で、制御部１０４は、湯面プロフィール計測部１０３から湯面プロフィールを取得する。
ステップＳ９０２で、制御部１０４は、ステップＳ９０１で取得した湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が所定の値、本例では１５ｍｍ以下であるか否かを判定する。１５ｍｍ以下であれば、湯面高低差は解消されたとして、ステップＳ９０３に進む。１５ｍｍを超えていれば、湯面高低差が発生しているとして、本処理を抜ける。
ステップＳ９０３で、制御部１０４は、現在の鋳造速度を、ステップＳ８０３で減少させる前の鋳造速度に復帰させる。

ここで、本実施形態では、湯面高低差の閾値を１５ｍｍ、鋳造速度の減少率を１０％以上としたが、これは実績から得られた知見に基づくものである。
表１に、湯面高低差とブレイクアウト警報発生率を示す。ブレイクアウト警報発生率は、３５０Ｔの溶鋼量あたりの発生回数と定義する。縦軸は湯面高低差を、横軸は鋳造速度を示す。ここでは、ブレイクアウト警報発生率が１．０％を超える範囲が、許容できない範囲であるとする（図中の白抜きの範囲）。鋳造条件は、鋳造厚：２５０ｍｍ、鋳造幅：１２５０ｍｍ、モールド上端〜湯面位置：１００ｍｍ、鋼種：低炭ＡＬ−Ｋ鋼、電磁攪拌：印加（１００ｍｍＦｅ）である。なお、−で示される範囲は、該鋳造条件下において、該鋳造速度では湯面変動が生じなかったことを示す。

通常時の鋳造速度が１．２０ｍｐｍであるとする。鋳造速度が１．２０ｍｐｍの場合、湯面高低差が１５ｍｍを超えると、ブレイクアウト警報発生率が許容できない範囲となる。この場合に、鋳造速度を１．０８ｍｐｍに減少させると（１０．０％の減少）、ブレイクアウト警報発生率は許容範囲に収まることがわかる。このことから、鋳造速度を１０％以上減少させるのが好ましいことがわかる。
また、湯面高低差が２０ｍｍを超えた場合、鋳造速度を１．０８ｍｐｍに減少させても（１０．０％の減少）、ブレイクアウト警報発生率が許容できない範囲のままであり、鋳造速度を０．９６ｍｐｍに減少させると（２０．０％の減少）、ブレイクアウト警報発生率は許容範囲に収まることがわかる。このことから、図８で説明した制御と並列的に、湯面高低差が２０ｍｍを超えたとき、鋳造速度を２０％以上減少させるという制御を行うようにしてもよい。

以上述べたように、湯面位置における熱移動の影響を捉えて湯面レベルを検出することにより湯面レベルの検出精度を高め、鋳型内の湯面プロフィールの計測精度向上を図り、安定操業を実現することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、第１の実施形態とは制御部１０４の処理を変更した例である。以下では、第１の実施形態との共通点の説明は省略し、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

（制御部１０４の処理について）
図１０に、制御部１０４が実行する制御処理を示す。
ステップＳ１００１で、制御部１０４は、湯面プロフィール計測部１０３から湯面プロフィールを取得する。
ステップＳ１００２で、制御部１０４は、ステップＳ１００１で取得した湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が所定の値、本例では１５ｍｍを超えているか否かを判定する。１５ｍｍを超えていれば、湯面高低差を解消する必要があるとして、ステップＳ１００３に進む。１５ｍｍ以下であれば、本処理を抜ける。
ステップＳ１００３で、制御部１０４は、電磁攪拌装置７の電磁攪拌推力を減少させる。本実施形態では、電磁攪拌推力を、現在の電磁攪拌推力よりも２０％以上減少させる。電磁攪拌推力を減少させることにより、湯面高低差を解消することができる。

図１１は、図１０のステップＳ１００３で電磁攪拌推力を減少させた場合に制御部１０４が実行する制御処理を示す。
ステップＳ１１０１で、制御部１０４は、湯面プロフィール計測部１０３から湯面プロフィールを取得する。
ステップＳ１１０２で、制御部１０４は、ステップＳ１１０１で取得した湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が所定の値、本例では１５ｍｍ以下であるか否かを判定する。１５ｍｍ以下であれば、湯面高低差は解消されたとして、ステップＳ１１０３に進む。１５ｍｍを超えていれば、湯面高低差が発生しているとして、本処理を抜ける。
ステップＳ１１０３で、制御部１０４は、現在の電磁攪拌推力を、ステップＳ１００３で減少させる前の電磁攪拌推力に復帰させる。

ここで、本実施形態では、湯面高低差の閾値を１５ｍｍ、電磁攪拌推力の減少率を２０％以上としたが、これは実績から得られた知見に基づくものである。
表２に、湯面高低差とブレイクアウト警報発生率を示す。ブレイクアウト警報発生率は、３５０Ｔの溶鋼量あたりの発生回数と定義する。縦軸は湯面高低差を、横軸は電磁攪拌推力を示す。ここでは、ブレイクアウト警報発生率が１．０％を超える範囲が、許容できない範囲であるとする（図中の白抜きの範囲）。鋳造条件は、鋳造厚：２５０ｍｍ、鋳造幅：１２５０ｍｍ、モールド上端〜湯面位置：１００ｍｍ、鋳造速度：１．２０ｍｐｍ、鋼種：低炭ＡＬ−Ｋ鋼である。なお、−で示される範囲は、該鋳造条件下において、該電磁攪拌推力では湯面変動が生じなかったことを示す。

通常時の電磁攪拌推力が１００ｍｍＦｅであるとする。電磁攪拌推力が１００ｍｍＦｅの場合、湯面高低差が１５ｍｍを超えると、ブレイクアウト警報発生率が許容できない範囲となる。この場合に、電磁攪拌推力を８０ｍｍＦｅに減少させると（２０％の減少）、ブレイクアウト警報発生率は許容範囲に収まることがわかる。このことから、電磁攪拌推力を２０％以上減少させるのが好ましいことがわかる。
また、湯面高低差が２０ｍｍを超えた場合、電磁攪拌推力を８０ｍｍＦｅに減少させても（２０％の減少）、ブレイクアウト警報発生率が許容できない範囲のままであり、電磁攪拌推力を６０ｍｍＦｅに減少させると（４０％の減少）、ブレイクアウト警報発生率は許容範囲に収まることがわかる。このことから、図１０で説明した制御と並列的に、湯面高低差が２０ｍｍを超えたとき、電磁攪拌推力を４０％以上減少させるという制御を行うようにしてもよい。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、発明の範囲内で変更等が可能である。
本発明を適用した連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測装置は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータ装置により実現することが可能である。
また、本発明は、連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがプログラムを読み出して実行することによっても実現可能である。

１：連続鋳造鋳型、２ａ、２ｂ：鋳型短辺、３ａ、３ｂ：鋳型長辺、４：浸漬ノズル、５：湯面、６：熱電対、７：電磁攪拌装置、１００：連続鋳造の制御装置、１０１：入力部、１０２：計算部、１０３：湯面プロフィール計測部、１０４：制御部

Claims (8)

1. 連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法であって、
   前記連続鋳造鋳型の鋳型長辺の幅方向及び／又は鋳型短辺の幅方向の複数の位置において鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を取得する取得ステップと、
   前記取得ステップで取得した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算ステップと、
   前記計算ステップで計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、前記複数の位置での湯面レベルを検出して、同じタイミングで前記複数の位置それぞれで検出した湯面レベルを、該タイミングでの湯面プロフィールとして計測する湯面プロフィール計測ステップとを有し、
   前記湯面プロフィール計測ステップでは、前記計算ステップで計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法。
2. 前記連続鋳造鋳型の一対の鋳型短辺及び一対の鋳型長辺で、複数の温度検出手段が鋳造方向に配置、埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法。
3. 請求項１又は２に記載の連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法により求めた湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が所定の値を超えたとき、鋳造速度を減少させることを特徴とする連続鋳造の制御方法。
4. 湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が１５ｍｍを超えたとき、鋳造速度を１０％以上減少させることを特徴とする請求項３に記載の連続鋳造の制御方法。
5. 請求項１又は２に記載の連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測方法により求めた湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が所定の値を超えたとき、電磁攪拌装置の電磁攪拌推力を減少させることを特徴とする連続鋳造の制御方法。
6. 湯面プロフィールにおける最高値と最低値の差が１５ｍｍを超えたとき、電磁攪拌推力を２０％以上減少させることを特徴とする請求項５に記載の連続鋳造の制御方法。
7. 連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測装置であって、
   前記連続鋳造鋳型の鋳型長辺の幅方向及び／又は鋳型短辺の幅方向の複数の位置において鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力手段と、
   前記入力手段で入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算手段と、
   前記計算手段で計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、前記複数の位置での湯面レベルを検出して、同じタイミングで前記複数の位置それぞれで検出した湯面レベルを、該タイミングでの湯面プロフィールとして計測する湯面プロフィール計測手段とを備え、
   前記湯面プロフィール計測手段は、前記計算手段で計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の湯面プロフィール計測装置。
8. 連続鋳造鋳型内の湯面プロフィールを計測するためのプログラムであって、
   前記連続鋳造鋳型の鋳型長辺の幅方向及び／又は鋳型短辺の幅方向の複数の位置において鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力処理と、
   前記入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算処理と、
   前記計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、前記複数の位置での湯面レベルを検出して、同じタイミングで前記複数の位置それぞれで検出した湯面レベルを、該タイミングでの湯面プロフィールとして計測する湯面プロフィール計測処理とをコンピュータに実行させ、
   前記湯面プロフィール計測処理では、前記計算処理で計算した前記複数の位置での稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とするプログラム。

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