JPH03180261A - ブレークアウト予知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、連続鋳造設備の操業時におけるブレークアウ
トの発生、特に拘束性ブレークアウトの発生を予知する
方法に関する。

〔従来技術〕

連続鋳造においては、鋳型からの鋳片の引抜きに際し、
該鋳片の外側を覆う凝固シェルが破断して内部の溶湯が
流れ出る現象、所謂ブレークアウトの防止が、特に近年
の鋳込み速度の高速化に伴い重要な課題となっている。

溶湯温度の異常、鋳込み速度の急変、又は連続鋳造設備
の整備不良等に起因する凝固シェルの成長不足により生
じるブレークアウトは、近年の操業技術の発展と共に確
実に防止できるようになっているが、鋳型内部における
潤滑不良により凝固シェルの一部が鋳型内壁に拘束され
、これに続く凝固シェルが引き裂かれることにより起因
するブレークアウト、所謂拘束性ブレークアウトは、正
常操業時に突発的に発生するため、これの防止は実質上
困難である。従って、このような拘束性ブレークアウト
に対しては、鋳型内部での凝固シェルの破断を検出して
ブレークアウトの発生を予知し、給湯停止及び引抜き停
止等によりブレークアウトへの発展を抑止する対策がと
られている。

このブレークアウトの予知は、従来から、鋳片の引抜き
方向に沿って複数箇所にて測定された鋳型温度に基づい
て行われている。即ち、鋳型内壁に凝固シェルが拘束さ
れ、後続の凝固シェルが破断した場合、鋳片内部の溶湯
が鋳型に直接的に接触し、拘束位置以降における鋳型温
度が上昇するため、各測定位置での測温結果に予め設定
された所定のしきい値を超える上昇が生しることにより
、ブレークアウトの発生が予知される。更にこの予知を
確実にするため、各測定点での測温値間の差を求め、各
測温値が上昇すると共に、この差が所定のしきい値を超
えたときブレークアウトの発生を予知するようにした方
法もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、鋳型内壁と鋳片との接触は、これらの間に供
給されるパウダ等の潤滑剤を介して生しるため、鋳型温
度の測定値には、各測定位置におけるパウダ供給状態の
影響が現出し、パウダ星が多い場合、凝固シェルの破断
が生じているにも拘わらず大きい温度変化が生じないこ
とがあり、前述した予知方法においては、ブレークアウ
トの確実な予知ができない虞があった。この難点は、判
定基準として用いるしきい値を小さく設定することによ
り解消可能であるが、この場合、他の要因により生じる
鋳型温度のわずかな増大に応じて誤った予知がなされる
虞があり、この予知に応じて実施される操業停止により
、操業能率の低下を招来するという新たな難点が生じる
。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、鋳型
温度に生しる変化が小さい場合においても確実な予知を
可能とするブレークアウト予知方法を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るブレークアウト予知方法は、連続鋳造用鋳
型の温度を引抜き方向複数箇所にて測定し、夫々の測定
値及び／又は各測定値間の差に、夫々に対して設定され
た所定のしきい値を超える変化が生じたとき、ブレーク
アウトの発生を予知する方法において、前記測定値及び
／又は各測定値間の差における過去複数回分の標型偏差
を算出し、この算出結果に基づいて前記しきい値を更新
することを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、引抜き方向複数箇所での鋳型温度の
測定値及び／又はこれらの間の差を得ると共に、これら
の過去複数回に亘る標準偏差を求め、この標準偏差に基
づいて決定された夫々のしきい値を超える変化が前記各
測定値及び／又はこれらの間の差に生じたとき、ブレー
クアウトの発生を予知する。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は本発明に係るブレークアウト判定方法（以下
本発明方法という〉の実施状態を示す模式的ブロック図
である。

図示しないタンデイツシュに収納された溶湯ｌは、該タ
ンデイツシュの底面から下方に延設された浸漬ノズル２
を経て、上下に開口を有し筒形をなす鋳型３内に注入さ
れる。鋳型３の内部には、これの上側開口部から潤滑用
のパウダ６が供給されており、鋳型３内に注入された溶
湯１は、鋳型３の内壁に沿って流れ込むこのパウダ６を
介して鋳型３の内壁に接触して、−次冷却されて凝固シ
ェル４を形成し、これを周壁とする鋳片５となり、図示
しないピンチロールの回転により、図中に白抜矢符にて
示す如く、鋳型３の下方に連続的に引抜かれる。

鋳型３には、熱電対等を用いてなる３個の測温素子１１
．１２．１３が、鋳型３内部の場面位置よりも下方にお
いて、鋳片５の引抜き方向に沿ってこの順に埋設しであ
る。最上部の測温素子１１の埋設位置は、操業時におけ
る場面レベルの変動及びパウダ６の不均一流入等により
測温値に影響が生しないよう′、場面位置に対して十分
に下方に設定されており、また、最下方の測温素子１３
の埋設位置は、これの測定結果により後述する如くブレ
ークアウトの発生が予知され、注ン易及び引抜きの停止
がなされるまでの間に、凝固シェル４の破断部が鋳型３
の下端から突出することのないよう、該鋳型３の下端に
対して十分に上方に設定されている。鋳片５の引抜き方
向に沿っての測温素子の埋設個数、即ち測温点個数は、
前述した３箇所に限らず、２箇所以上であればよく、ま
た各複数の測温点を鋳型３の周方向複数箇所に設定する
ことにより、ブレークアウトの予知精度を更に向上させ
ることが可能である。

各測温素子１１，１２．１３の出力は、Ａ／Ｄ変換器１
４にてアナログ／ディジタル変換され、夫々における鋳
型温度に対応する温度信号Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃとなり、各
別の微分回路２０，３０，４０、減算器１５．２５．３
５、平均温度算出回路１６，２６，３６、及び標準偏差
算出回路１７，２７．３７に与えられている。

微分回路２０，３０．４０には、単位時間当たりの鋳型
温度変化率ｄＴ／ｄｔを数値微分により算出するため、
例えば公知の次式が設定されている。

・・・（１１ 但しΔｔは、入力信号の取込みピンチであり、Ｔｏは現
時点での鋳型温度、Ｔ、　、’ｈ　、Ｔ、は夫々、現時
点よりもＬ　　３，４回前に取込まれた鋳型温度である
。微分回路２０，３０．４０は、夫々に入力される温度
信号Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを用いて（１）式の演算を行い、
各測温点における鋳型温度変化率ｄＴ／ｄｔを算出し、
この結果を各別の比較器１９，２９．３９に与える。

なお、Ａ／Ｄ変換器１４からの出力は数１０ｍ５ピツチ
にてなされており、微分回路２０，３０．４０へのこれ
らの取込みに際しては、鋳型３周りに配された図示しな
いる電磁撹拌装置等からの雑音の影響を排除すべく、前
記出力の複数個分の平均値とするのがよい。このことは
減算器１５，２５，３５、平均温度算出回路１６，２６
，３６、及び標準偏差算出回路１７，２７．３７への取
込みに際しても同様である。また、（１）式の演算に際
しては、Ｔ０〜Ｔ４として各取込みピンチ毎の人力を直
接的に使用せず、複数の入力の平均値を夫々用いるよう
にしてもよい。更に、鋳型温度変化率ｄＴ／ｄｔの算出
に際して用いる数値漱分弐は、前記（１）弐に示すもの
に限らないことは言うまでもない。

一方、前記平均温度算出回路１６，２６．３６及び標準
偏差算出回路１７，２７．３７は、ｍ＋ｎ個の入力信号
の記憶が可能であり、例えば、０．５〜１秒の所定ピン
チにて取込まれる最新の入力信号を用いて夫々の記憶内
容を更新している。そして平均温度算出回路１６．２６
．３６においては、夫々の記憶値の内、記憶順位の若い
方からｎ個分の平均温度下ａ、〒ｂ、下Ｃが夫々算出さ
れ、この結果は、減算器１５．２５．３５及び標準偏差
算出回路１７，２７．３７に夫々与えられる。

減算器１５，２５．３５は、夫々に人力される鋳型温度
下ａ下す、下Ｃと、平均温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃとの差が
算出され、この結果は、各別の比較器１９，２９．３９
に与えられている。

また標準偏差算出回路１７，２７．３７においては、記
憶順位の若い方からｎ個分の夫々の記憶値と平均温度算
出回路１６．２６．３６から与えられる平均温度下ａ。

下す、下Ｃを用いて、前記ｎ個分の標準偏差σ１が算出
され、この結果は各別の積算器１８，２８．３８に与え
られ、これらに予め設定された定数に１及びに２を夫々
乗じられて、各別の比較器１９，２９．３９に与えられ
る。なお各積算器１８．２８．３８に設定される定数に
、、に２は、全て共通であってもよく、また夫々に対応
する測温位置に応じて異なる値としてもよい。

比較器１９，２９．３９は、各別の微分回路２０．３０
．４０から与えられる鋳型温度変化率ｄＴ／ｄｔ、各別
の減算器１５，２５．３５から与えられる鋳型温度と平
均温度との差（Ｔ−下）、並びに各別の積算器１８．２
８．３８から与えられる前記に１　・σ、及びに２　・
σ１を夫々所定ピッチにて取込み、これらの間に次の（
２）式及び（３）式にて示す関係が成り立つか否かを判
定する。

Ｔ−Ｔ≧に、・σ１　　　・・・（２）ｄＴ／ｄｔ≧に
２　・σ１　　　・・・（３）比較器１９．２９．３９
は、例えば−回の判定期間を５秒とし、その間に（２）
式及び（３）式が、同一タイミングではなくとも共に満
足された場合、制御部４１に異常発生信号を夫々出力す
る。なお前記判定期間は、比較器１９，２９．３９にお
ける取込みピッチ毎にこのピッチにて移動するように設
定される。

つまり比較器１９．２９．３９においては、夫々の埋設
位置において測温素子１１．１２．１３にて測定される
鋳型温度Ｔとこれの過去複数回に亘る平均値下との間に
所定のしきい値を上回る差が生じた時、また前記鋳型温
度Ｔの変化率ｄＴ／ｄｔが増大し所定のしきい値を上回
った時に異常判定信号が出力される。

本発明方法においては、（２）式及び（３）式に明らか
な如く、この判定の基準となるしきい値が標準偏差算出
回路１７，２７．３７にて算出される標準偏差σ１の夫
々に１倍及びに２倍の値となっており、判定がなされる
以前における測定値の変動が小さい場合には小さいしき
い値との比較により判定がなされ、変動が大きい場合に
は大きいしきい値との比較によって判定がなされる。従
って、鋳型３内部における凝固シェル４の破断により鋳
片５内部の溶湯１が鋳型３内壁に接触した際に鋳型温度
Ｔに生しる変化が小さい場合においても、これ以前の鋳
型温度Ｔの変動もまた小さいことから、これらの標準偏
差σ、によって定まる小さいしきい値との比較により確
実な異常判定がなされる一方、前記破断以外の要因によ
り正常鋳込み時における鋳型温度Ｔの変動幅が大きい場
合には、これらの標準偏差σ１によって定まるしきい値
もまた大きくなり、正常時における鋳型温度の変動によ
り誤った異常判定がなされることもない。

またＡ／Ｄ変換器１４の出力である温度信号Ｔａ。

Ｔｂ、Ｔｃの内、ＴａとＴｂとは減算器４５に、Ｔｂと
Ｔｃとは減算器５５に、Ｔａ　とＴｃとは減算器６５に
夫々与えられている。減算器４５，５５．６５は、夫々
の２つの人力信号を、例えば０．５〜１秒の所定ピッチ
にて取込み、これらの差ΔＴを夫々求め、これを記憶す
ると共に、最新の記憶値とそれより前の連続４ピッチ分
の記憶値、即ち合計５ピンチ分の記憶値を各別の微分回
路４６，５６．６６及び標準偏差算出回路４８，５８．
６８へ出力する。

なお、Ａ／Ｄ変換器１４からの出力は数１０ｍ５ピツチ
にてなされており、これらの減算器４５，５５．６５−
＼の取込みに際しては、鋳型３周りに配された図示しな
いる電磁攪拌装置等からの雑音の影響を排除すべく、前
記出力の複数個分の平均値を用いるのがよい。

微分回路４５，５５．６５には、前記５ピツチ分の信号
の中間時点、即ち、取込みピッチが０．５秒である場合
、現時点よりも１秒前の時点での鋳型温度差ΔＴの単位
時間当たりの変化率ｄΔＴ／ｄｔ　　を数値微分により
算出するため、例えば公知の次式が設定されている。

ｄΔＴ／ｄｔ　ｌ　＝　ｌ　　ｄ　（ＴＬ（２１−ＴＵ
（２１）　／ｄｔ＝１１／（１２・Δｔ） ［（ＴＬ（４１−ＴＵ（４）ｌ　−８（ＴＬ（３）−Ｔ
Ｕ（３）１＋　８　　（ＴＬ（１１−ＴＯ（１１）　−
ｆＴＬ（０１−Ｔ［］（０１）　］・・・（４） 但しΔｔは、人力信号の取込みピンチであり、ＴＬは下
側の測定地点における鋳型温度、ＴＵは同じく上側の測
定地点における鋳型温度であって、（０）は現時点の取
込み値を、（１）〜（４）は現時点から夫々１〜４ピツ
チ前の取込み値を夫々示している。微分回路４５，５５
．６５での算出値は各別の比較器４７，５７゜６７に夫
々与えられる。なお、Δ′Ｆの変化率であるΔＴ／ｄｔ
の算出に際して用いる数値微分式は、（４）弐に示すも
のに限らないことは言うまでもない。

て示す関係が威り立つか否かを判定する。

また標準偏差算出回路４８，５８．６８は、減算器４５
，５５゜６５からの人力信号をｍ＋ｎ個記憶しており、
記憶順位の若い方からｎ個分の標準偏差σ２を算出して
いる。この算出結果は、各別の積算器４９．５９．６９
に与えられ、これらに予め設定された定数に３を乗じら
れて、各別の比較器４７，５７．６７に与えられる。

なお各積算器４９，５９．６９に設定される定数に３は
、夫々に異なる値であってもよい。

比較器４７，５７．６７は、各別の微分回路４６，５６
．６６から鋳型温度差ΔＴの変化率１　ｄΔＴ／ｄｔ１
を、また各別の積算器４９，５９．６９からに３　・σ
２を夫々所定ピンチにて取込み、これらの間に次の（５
）弐に示す関係が戒り立つか否かを判定する。

ｄΔＴ／ｄｔｌ≧に３　・σ２　　・・・（５）比較器
４７，５７．６７は、前記比較器１９，２９．３９にお
ける場合と同様、例えば−回の判定期間を５秒とし、そ
の間に（５）式が満足された場合、制御部４１に異常発
生信号を夫々出力する。なおこの判定期間は、比較器４
７，５７．６７における取込みピッチ毎にこのピッチに
て移動するように設定される。

つまり比較器４７，５７．６７においては、前記測温素
子１１，１２．１３により夫々の埋設位置にて測定され
た鋳型温度Ｔ間の差ΔＴが所定のしきい値を超えた時、
異常判定信号が出力されるが、この判定の基準となるし
きい値には前記ΔＴの標準偏差σ２を含んでいるから、
比較器１９，２９．３９における判定の場合と同様、鋳
型３内部における凝固シェル４の破断により夫々の測定
地点における鋳型温度Ｔに生じる変化が小さい場合にお
いては、これ以前の鋳型温度差ΔＴの変動もまた小さい
ことから、これらの標準偏差σ２によって定まる小さい
しきい値との比較により確実な異常判定がなされる一方
、正常鋳込み時における鋳型温度Ｔの変動幅が大きい場
合には、前記標準偏差σ２によって定まるしきい値もま
た大きくなるため誤った異常判定がなされることもない
。

以上の如き本発明方法の実施に際しては、前記ｍ、ｎ及
びに、、に２．に、を次のように定める。

まずｎは、鋳造すべき金属材料の種類によって異なるが
、鋳型３内において不均一凝固を起こし易い中炭素鋼又
は低炭素鋼の鋳造に際しては、鋳型温度Ｔに、２０〜１
８０秒を一周期とする周期的な変動が生じるため、この
変動周期以上の時間に対応させて定められるべきである
。例えば、この変動周期が６０秒であり、記憶が１秒毎
に行われる場合、前記ｎは６０以上に設定される。

またｍは、適宜の測定位置にて凝固シェル４の破断が生
じ、鋳型温度Ｔの上昇が生じた後、上昇前の温度に復帰
するまでの時間が予知に必要な時間に含まれないように
定められる。第２図は、凝固シェル４の破断が生じた場
合の鋳型温度Ｔの変化状態を示すグラフであり、本図に
示す如くｍは、鋳型温度Ｔの復帰に要する時間５〜１５
秒に前記６０秒を加えた６５〜７５秒間に対応させて、
例えば、記憶が１秒毎に行われる場合、前記ｍは６０〜
７５とする。

更に前記に＋　２Ｋｇ　、に３は、夫々鋳型３の大小、
引抜き速度の高低等により異なるがら、実際の操業実績
に基づき、凝固シェル４の破断が生じる臨界の温度変化
量、変化率に応して定める。−船釣にＫＩは５〜１０、
Ｋ２は１〜５°Ｃ／秒、Ｋ３は１．５〜１ｂ このようにして、ｍ、ｎ及びに、、に２．Ｋ。

の多値を夫々設定した後、連続鋳造設備の操業を開始す
ると、引抜き方向各部における鋳型３の温度が測温素子
１１，１２．１３にて検出され、夫々の測温結果は、微
分回路２０，３０，４０．減算器１５，２５，３５．平
均温度算出回路１６，２６，３６．標準偏差算出回路１
７．２７３７及び減算器４５．５５．６５に与えられる
。そして、平均温度算出回路１６，２６，３６、及び標
準偏差算出回路１７．２７．３７、並びに標準偏差算出
回路４８，５８．６８における記憶数がｍ＋ｎ個になり
、これらからの出力が与えられるようになると共に、比
較Ｒ′Ｓ１９，２９．３９及び比較器４７，５７．６７
による前述の判定がなされ、夫々の異常判定信号が制御
部４１に与えられる。制御部４１はこの信号の人力に応
じて、警報器４２に動作指令を発して該警報器４２を鳴
動せしめ、作業者にブレークアウトの発生を報知する一
方、例えば、浸漬ノズル２中途に配されたスライディン
グゲート７の駆動シリンダ８に動作指令を発し、スライ
ディングゲート７の閉止により溶湯１の供給を停止する
と共に、鋳片５引抜き用の図示しないピンチロールに停
止指令を発し、鋳片５の引抜きを停止せしめるべく動作
する。これにより、鋳型３内部において凝固シェル４の
破断が生じ、溶湯１の漏出が生じたとしても、この破断
部が鋳型３の下側開口部に至る前に注湯及び引抜きの停
止がなされる結果、ブレークアウトの発生を未然に防止
できる。

なお本実施例においては、鋳型３における測温素子の埋
設個数は３個であり、鋳片５の引抜き方向に沿っての測
温地点は３箇所であって、またこれらの内の２個の測定
地点における鋳型温度間の差の組合せは３通りであるが
、例えば、ｉ個の測温素子の埋設により、ｉ箇所の測温
地点を設定した場合には、鋳型温度間の差の組合わせは
、、Ｃ２＝　　　　　・　ｉ　・　（ｉ−１）　　　・
・・（６）通りとなり、比較器４７，５７．６７の如く
、これらの差に基づいて異常判定を行う比較器、及びこ
れに前置される各部の設置数は、この（６）弐にて算出
される数となる。

また、標準偏差算出回路１７，２７．３７及び標準偏差
算出回路４８．５８．６８にて算出された標準偏差σ１
及びσ２が非常に小さい場合、鋳型温度Ｔのわずかな変
動により誤まった予知がなされる虞があるから、夫々に
対して適宜の下限値を設定するのが望ましい。

更に本実施例においては、各測定地点での測定温度及び
これら相互間の差の両方を用いてブレークアウト予知を
行う場合について述べたがおれらの内いずれか一方のみ
によって予知を行うようにしてもよい。

第３図は、幅９９０ｍｍ、厚さ２２０ｍｍのスラブ製造
用の連続鋳造設備における長さ９００ｍｍの鋳型３に、
これの上端から夫々３００ｍｍ、　４００ｍｍ、　５０
０ｍｍの各位置において、内壁面から略１５ｍｍの深さ
に埋設された測温素子１１．１２．１３にて夫々測定さ
れた鋳型温度Ｔａ。

Ｔｂ、Ｔｃの時間的変化の様子を示すグラフである。

本図に示す如く、各測温値に大きい変化が生じていない
場合、固定しきい値を用いてなる従来の予知方法におい
ては、ブレークアウトの発生予知が行われなかったが、
本発明方法においては、温度上昇前における鋳型温度の
変動が小さいことから、各測温値Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの標
準偏差が１．０℃／秒以下となっており、これに基づい
て変更されたしきい値との比較により、比較器１９，２
９．３９の全てにおいて異常判定がなされ、ブレークア
ウトの発生を確実に予知することができ、これに基づく
注湯及び引抜きに停止により、ブレークアウトの発生を
未然に防止することができた。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法においては、引抜き方向複
数箇所での鋳型温度の測定値及び／又は各測定値間の差
は、固定しきい値と比較されるのではなく、過去複数回
の測定値及び／又は各測定値間の差の標準偏差に基づい
て更新されるしきい値と比較され、この比較結果に基づ
いて異常判定がなされるから、凝固シェルの破断による
鋳型温度の変化が小さい場合における確実な予知と、正
常操業時における鋳型温度の変動が大きい場合における
誤った予知の回避とが共に実現され、高精度でのブレー
クアウトの予知が可能となり、連続鋳造設備の操業能率
向上に寄与し得る等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施状態を示す模式的ブロック図
、第２図はブレークアウト発生時における鋳型温度の変
化状態を例示するグラフ、第３図は実際の連続鋳造設備
における鋳型温度の変化状態を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、連続鋳造用鋳型の温度を引抜き方向複数箇所にて測
   定し、夫々の測定値及び／又は各測定値間の差に、夫々
   に対して設定された所定のしきい値を超える変化が生じ
   たとき、ブレークアウトの発生を予知する方法において
   、前記測定値及び／又は各測定値間の差にお ける過去複数回分の標準偏差を算出し、この算出結果に
   基づいて前記しきい値を更新することを特徴とするブレ
   ークアウト予知方法。