JPH0344658B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は連続鋳造における鋳造欠陥を検出する
方法に関する。

〔従来の技術〕

周知のように連続鋳造においては鋳型に溶鋼を
注入し、所定断面に成形した後それを鋳型下方よ
り連続的に引出すことによつて鋳片の製造が行わ
れている。而して前記鋳型内における溶鋼の初期
凝固状況は連続鋳造操業に重要な影響を与える。

例えば前記鋳型内の初期凝固過程で生成される
凝固殻が鋳型内面に固着したり、或いは凝固殻に
介在物を捲込む等の現象を生じると、鋳造直下で
凝固殻が破断し、溶鋼が流出するブレークアウト
（以下、BOと言う）が発生する。又、鋳型内に
おいて潤滑剤として用いられるパウダーが不均一
に流入する現象が生じると、凝固殻表面に各種の
欠陥が発生する。このような鋳造欠陥（前述した
凝固殻が鋳型内面に固着したり、或いはそれに介
在物を捲込む現象によつて生じるBOや、パウダ
ーの不均一流入現象によつて生じる表面欠陥等を
総称して以下鋳造欠陥と言う）が生じると、例え
ば前記BOが発生するとその復旧に長時間を要
し、生産性を著しく低下させる。一方、表面欠陥
が発生すると製造された鋳片の手入れが必要とな
る。特に近年、連続鋳造速度の高速化や連続鋳造
と圧延工程の直結化（以下直接圧延と言う）が積
極的に進められているが前記鋳造欠陥の発生はそ
れらを実施する上で大きな障害となつていた。

このため、従来より前記鋳造欠陥を早期に予
知、或いは検出する技術が数多く提案されてい
る。例えば、特開昭57−152356号公報では鋳型壁
面に熱電対を埋設し、該熱電汰により検出された
温度が通常状態の平均温度より一旦上昇してから
下降したときをBOとして予知する技術が、又特
開昭55−84259号公報では鋳型の相対する各面で
温度を検出し、それらを互いに比較してその温度
差を指標にしてBO発生の事前現象を検出する技
術が開示されている。更に、特開昭57−115960号
公報には前記鋳型に埋設した熱電対による検出温
度が平均温度より急激に低下したことから凝固殻
の表面部に大型介在物を捲込んだ現象を検出する
技術が開示されており、特開昭57−115962号公報
には前記検出温度から時間変化率を求め、該時間
変化率と予め決められた所定範囲の値とを比較す
ることによつて凝固殻の異常を検出する技術がそ
れぞれ開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記従来技術に基づく鋳造欠陥の検出法は、い
ずれも熱電対等の温度検出端によつて検出される
温度の絶対値をそのまま用いると共に、鋳造方向
において１箇所で検出された温度の絶対値を基準
として、前述したように定常状態の平均温度、又
は相対する壁面の温度と比較したり、或いはその
上昇率、又は下降率を予め定めた目標範囲と比較
して行うものであつた。

ところが鋳造欠陥発生時における温度の上昇又
は下降量、及びそれらの単位時間当りの変化量は
鋳造欠陥の種別やその時の状況等に応じて大きく
ばらつき、極端な場合同一の鋳造欠陥でもその温
度変化パターンは大きくばらつくことが普通であ
る。このため鋳造欠陥発生時の温度変化パターン
の特徴認識は複雑となり、前記従来法のみでは鋳
造欠陥を精度良く温度することは期待できなかつ
た。例えば鋳型内における温度の変化は、前述し
たような鋳造欠陥の発生時に加えて鋳造速度や湯
面レベルの急激な変動があつた時にも生じる。第
１３図は鋳造速度の変化とそれに対応する前記温
度の変化状況を示す線図である。第１３図ａは鋳
造速度が急激に低下した場合、第１３図ｂは鋳造
速度が急激に上昇した場合を示す。第１３図から
判るように温度の絶対値を用い、前記従来法の判
断基純で鋳造欠陥を認識した場合、前記鋳造速度
や湯面レベル等が変化する操業変動をも鋳造欠陥
と認識し、誤つた判断、つまり誤報を発する結果
となつていた。

鋳造欠陥の発生が検出されると実操業において
は鋳造を一旦停止するか、鋳造速度を極端に低減
する操業アクシヨンがとられる。このため誤報が
多発すると、例えば鋳片に段注ぎ等の品質欠陥が
生じたり、直接圧延を実施する上で重要な高温鋳
片の製造に支障を与えたり、後工程とのマツチン
グに支障を与える等の問題が発生する。従つて前
記従来法を実操業に適用することはでき難い状況
にあつた。

本発明は前記従来技術の問題点を解消し、鋳造
欠陥を正確に検出すると共に、鋳造欠陥検出時に
おける誤判断を少なくすることにより、前述した
鋳片の品質欠陥の発生、鋳片温度の降下、後工程
とのアンマツチング等の発生を防止するものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するための本発明の手段は、
前記連続鋳造用鋳型に温度検出端を埋設し、該検
出端から得られる温度推移パターンより鋳造欠陥
を検出する方法において、過去の鋳造欠陥発生時
における時系列温度検出値をフーリエ変換し、そ
の各項係数と前記鋳造欠陥発生状況との相関関係
から鋳造欠陥発生閾係数を設定し、次いで連続鋳
造中に実測される温度検出値をフーリエ変換して
各項係数を求め、該各項係数が前記鋳造欠陥発生
閾係数内となつた時を異常発生と判断することを
特徴とする連続鋳造における鋳造欠陥検出方法で
ある。

〔作 用〕

鋳造欠陥の一つとして前述したように鋳型内で
凝固殻の一部が鋳型壁面に固着して破断し、その
破断部が鋳型より引抜かれた際にBOとなる拘束
性BOがある。まずこの拘束性BOを検出する方
法について説明する。

第２図は鋳型１に埋設した温度検出端２の配列
状態の一例を示すもので、温度検出端２は矢印ａ
で示す鋳造方向及び矢印ｂで示す幅方向に対して
それぞれ適宜な間隔で数個配列されている。第３
図は第２図のＸ−Ｘ断面図である。同図において
３は溶鋼であり、４は鋳片４０の凝固殻を示す。

何らかの原因で凝固殻４の一部が鋳型１に固着
すると、鋳片４０の引抜きにより固着部５の直下
で凝固殻４が破断し、溶鋼３が流出する。従つて
破断部が通過すると温度検出端２で検出される温
度検出値は第４図に示すように一旦上昇する。と
ころが破断部が通過した後は固着した凝固殻４が
移動しないためその厚みが増大し、温度は下降す
ることが知られている。しかしながら前述したよ
うにこのような温度の変化は凝固殻４の破断時と
同様に鋳造速度が急激に上昇した場合、或いは湯
面レベルが急激に下がつた場合にも生じる。本発
明者等はBOが発生した場合の温度推移パターン
について種々調査、検討を加え、操喧条件の変動
要因に影響されずにBOによつてのみ現れるパタ
ーンを求めるために、温度検出端２によつて検出
された温度検出値の種々の数学的、統計的解析を
試みた。この結果、時系列温度検出値をフーリエ
変換して得られる各項係数は拘束性BO発生状況
と密接な相関関係を有していることを知見した。

次に、時係列温度検出値をフーリエ変換して各
項係数を求める方法について説明する。

例えば、第２図における温度検出端２によつて
予め定めた周期毎に検出された温度検出端をＴ(k)
とし、｛ｋ＝０，１，２，………，ｎ−１｝、つま
りＴ(o)からＴ（ｎ−１）までのｎ個の時係列温度
検出値Ｔ(k)がある場合、Ｔ(k)に対するフーリエ変
換の一例としてのsin、cos展開は下記(1)式で表さ
れる。

Ｔ(j) ；Ｔ(k)のフーリエ級数 A₀ ；フーリエ係数 Ak ； 〃 Bk ； 〃 Ak₀； 〃 ｋ ；整 数 k₀ ； 〃 （k₀＝ｎ／２） ｎ ；整 数（データ数） ｊ ； 〃 π ；円周率 前記(1)式において求めるフーリエ変換のcos係
数をＡ(j)、sin係数をＢ(j)とすると、Ａ(j)及びＢ
(j)は下記(2)、(3)式で表される。

Ａ(j)＝（２／ｎ）・_o-1 〓Ｔ^m=0 (m)cos（2πjm／ｎ） −(2) ｎ：整数（データ数） 但し（０≦ｊ≦ｎ／２） Ｂ(j)＝（２／ｎ）・_o-1 〓Ｔ^m=0 (m)sin（2πjm／ｎ） −(3) 但し〔１≦ｊ≦（ｎ／２）−１〕 ｎ ；整 数（データ数） ｍ ； 〃 Ｔ(m)；温度検出値 本発明において、フーリエ変換によつて得られ
る各項係数とは前記(2)及び(3)式で表されるＡ(j)及
びＢ(j)を言う。尚、本例ではフーリエ係数として
sin、cos係数を用いたが、例えば実部、虚部係数
等を用いても良い。

次に実際に拘束性BOが発生した際に温度検出
端２ａ，２ｂによつて検出された時系列温度検出
値をフーリエ変換し、それによつて得られる前記
各項係数と拘束性BOとの相関関係を調査した結
果の一例について説明する。

第５図はフーリエ変換を行うための温度検出値
の時系列温度変化、つまり時系列温度検出値を分
割して表したものである。第５図において６及び
６１は温度検出端２ａから得られる時系列温度検
出値（６１は６から設定時間遅れの時系列温度検
出値）を、７は温度検出端２ｂから得られる時系
列温度検出値を示し、又８及び８１は時系列温度
検出値６及び６１のフーリエ変換に用いた領域
を、同様に９は時系列温度検出値７のフーリエ変
換に用いた領域をそれぞれ表すもので、本例では
８個の時系列温度検出値を用いてフーリエ変換し
た。

フーリエ変換に用いるデータ数が８個であるこ
とから、前記(2)式によりcos係数Ａ(j)は５個、(3)
式よりsin係数Ｂ(j)は３個得られる。ここで(2)式
で得られるｊ＝０の場合のA₀はA₀＝（２／ｎ）・_o-1 〓Ｔ^m=0 （ｍ）と表される。つまりA₀は温度検出値
の絶対値の平均値に係わるものであり、温度変化
の時系列的変化を認識するために必要なパラメー
タとはならないため本例ではA₀は除外した。従
つて第５図の例で得られる各項係数は、cos係数
Ａ(j)が４個、sin係数Ｂ(j)が３個となる。

第１図は過去に拘束性BOが発生した際の時系
列温度検出値を前述した方法に基づいてフーリエ
変換し、各項係数を求めた結果を表す図である。
第１図ａが前記領域８、第１図ｂが前記領域９、
第１図ｃが前記領域８１のそれぞれフーリエ変換
して得られる各項係数を示すもので、横軸に各項
｛Ａ(j)＝A₁〜A₄、(j)＝B₁〜B₃｝を、縦軸に各項
係数を指数として表している。第１図から明らか
なように拘束性BOが発生した場合の各項係数は
ほぼ一定パターンを有し、かつ各々の項係数は或
る範囲内にばらついている。しかも温度検出端の
埋設位置、及びフーリエ変換領域に応じた特有の
パターンを示すことも確認された。

従つて、予め過去の拘束性BO発生時の時系列
温度検出値をフーリエ変換し、各項係数のばらつ
きの範囲を求めることによつてその上下限値を設
定することができる。この各項係数の上下限値の
範囲内を本発明においては鋳造欠陥発生閾係数と
定義し、用いたのである。これにより鋳造欠陥発
生時の複雑な温度パターンを一義的に検出するこ
とが可能となつた。

前記鋳造欠陥発生閾係数が設定されると、実際
の連続鋳造中における各項係数を、実測される温
度検出値をフーリエ変換して求め、それを前記鋳
造欠陥発生閾係数と比較する。この比較によつて
連続鋳造中の各項係数が総て前記鋳造欠陥発生閾
係数内となつた場合、拘束性BOが発生する可能
性が極めて高いことを意味することから鋳造異常
と判断することができる。

尚、前記比較はいずれか１つの温度検出端２で
得られた時系列温度検出値のフーリエ変換領域、
例えば領域８、又は領域８１において鋳造欠陥発
生閾係数と温度検出端２ａの温度検出値に基づく
各項係数を比較することでも、前述したように温
度検出端の埋設位置、フーリエ変換領域に応じた
特有の値を示すことから鋳造異常を判断すること
は可能である。

又、第２図の例に示すように、鋳造方向に連続
する２以上の複数個の温度検出端２を埋設し、各
温度検出端埋設位置における鋳造欠陥発生閾係係
数を設定しておき、それぞれの温度検出端２から
の温度検出値をフーリエ変換して得られる各項係
数がいずれも鋳造欠陥発生閾係数内となり、而も
それが所定の時間差をもつて生じた時を異常と判
断することや、第５図の例で示したように同一の
温度検出端２でもフーリエ変換領域を設定時間遅
れで設け、前述したと同様に各項係数がいずれも
鋳造欠陥発生閾係数内となり、かつ所定時間差を
もつて生じた時を異常と判断するよう構成すれ
ば、鋳造欠陥発生の検出精度を極めて高くするこ
とが可能である。

時系列温度検出値をフーリエ変換する領域及び
温度検出値の数等は、鋳造欠陥の種別、発生頻
度、その他種々の操業条件に応じて適宜設定すれ
ば良い。例えば設定時間遅れの連続的な領域を設
け、時々刻々変化する温度検出値から常時フーリ
エ変換演算を行つて前記判断を行うことでもよ
い。又、常時演算する際の演算負荷を軽減させる
ために、温度検出値が通常の平均温度より上昇又
は下降を開始する時点は従来法の偏差検出等の簡
単なロジツクで検出し、温度上昇又は下降の検出
をトリガーとして前記領域を設定してフーリエ変
換演算を行うことも可能である。

温度検出端２の埋設位置は鋳型内の溶鋼レベル
１０より下方で、特に溶鋼レベル１０より100mm
以上下方にすることは溶鋼のレベル変動による影
響を受けることなく正確な鋳型温度を検出できる
ことから好ましい。又、鋳造方向に複数個埋設す
るときは、その上下間隔は50mm以上離隔すること
が凝固殻破断箇所の移動を的確に把握する上で効
果的である。

ところで前記説明は拘束性BOについて述べた
が、本発明者等は鋳型内の凝固殻４に大型介在物
を捲込み、その捲込み部が鋳型より引抜かれた際
にBOとなる捲込み性BOについても前記拘束性
BOと同様にその発生状況と各項係数との相関に
ついて調査した。

捲込み性BO発生時の一般的な温度変化は第６
図に示す通りである。従つて前記拘束性BOと同
様の方法で過去に捲込み性BOが発生した時の時
系列温度検出値をフーリエ変換し、各項係数を求
めると共に鋳造欠陥発生閾係数を求めた。第７図
はその結果の一例を示すもので、拘束性BOと同
様に両者には密接な関係のあることが確認され
た。

次に第８図はパウダーの不均一流入に起因する
表面縦割れ発生時の時系列温度検出値をフーリエ
変換して得られた各項係数を表す図であり、第９
図はその代表的な温度変化パターンを示す図であ
る。又、第１０図はパウダーの不均一流入に起因
する湯皺発生時の時系列温度検出値をフーリエ変
換して得られた各項係数を表す図であり、第１１
図がその代表的な温度変化パターンを示す図であ
る。第８図及び第１０図から判るように、フーリ
エ変換して得られた各項係数は前記拘束性BO、
捲込性BOと同様に縦割れ、湯皺等の表面欠陥と
も密接な相関関係を有している。

従つて、鋳造欠陥の種別毎に鋳造欠陥発生閾係
数を予め求め、設定しておき、実際の連続鋳造中
に実測される時系列温度検出値をフーリエ変換し
て得られた各項係数を前述した鋳造欠陥発生閾係
数と比較することによつて、鋳造欠陥の発生に加
えてその種別を検出することを可能である。又、
鋳造欠陥発生閾係数の上下限値を用いて逆に鋳造
欠陥発生時の温度変化パターンの上下限値を高精
度に定量化することも可能であり、この温度変化
パターンの上下限値内に実測の温度変化パターン
が入るか否かを判断することによつても異常発生
を検出することができる。

第１２図は本発明に基づいて異常発生を判断す
る具体的方法の一例を示すブロツク図である。鋳
型１に埋設された温度検出端２ａ〜２ｃの温度検
出値はそれぞれ鋳造異常発生確認部１１及び各項
係数演算部１３に入力される。

前記BOや表面欠陥等の鋳造欠陥発生が実際に
確認されたら欠陥確認指令装置１１０を介して鋳
造異常発生確認部１１に指令を発し、その時の各
温度検出端２の時系列温度検出値が鋳造欠陥発生
閾係数設定部１２に入力される。鋳造欠陥発生閾
係数設定部１２では前述したように過去に発生し
た鋳造欠陥毎にその時系列温度検出値をフーリエ
変換し、各項係数を求めると共に鋳造欠陥発生閾
係数を設定する。

一方、温度検出端２で連続鋳造中に実測される
温度検出値は各項係数演算部１３に入力され、各
項係数演算部１３において時々刻々各項係数の演
算が行われ、その結果は比較部１４に入力する。
比較１４では鋳造欠陥発生閾係数設定部１２から
入力される鋳造欠陥発生閾係数と各項係数演算部
１３から入力される連続鋳造中の各項係数を比較
して、連続鋳造中の各項係数が鋳造欠陥発生閾係
数を総て満足、つまり鋳造欠陥発生閾係数内とな
つたら指令部１５に異常発生の指令を発する。従
つて作業者は指令部１５による指令内容により鋳
造欠陥の発生及びその種別を確認することがで
き、直ちに適切な操業アクシヨンをとることがで
きる。尚、指令部１５の指令に基づいて自動的に
各種の操業アクシヨンを実行するシーケンス制御
を行わせることも可能である。

〔実施例〕

鋳片のサイズが、厚250mm×1000mmの低炭Al−
キルド鋼を連続鋳造する際に本発明を実施した。
本実施例における鋳型１及び温度検出端２の埋設
位置は第１４図に示す通りであり、温度検出端と
しては熱電対を用い、鋳型内面より15mmの深さに
埋め込んだ。

鋳造速度1.6m／minで鋳造を実施中に鋳型長辺
のイ列に埋設された温度検出端２ａ，２ｂで実測
された温度検出値が第１５図に示すような変化を
示した。この時系列温度検出値をフーリエ変換し
て得られた各項係数は第１６図に●で示す値とな
り、総ての各項係数が予め設定しておいて拘束性
BO時の鋳造欠陥発生閾係数内となつた。従つて
拘束性BOに基づく異常と判断し、鋳造速度
0.2m／minまで低下させ、その状態を30秒間保持
した結果BOの発生を完全に防止できた。

〔発明の効果〕

本発明の実施により鋳造欠陥を正確に、かつ確
実に検出できるようになる。この結果、従来多発
していた鋳造欠陥発生検出の誤判断を皆無にする
ことができ、高温鋳造の製造や後工程のスケジユ
ールにマツチングした連続鋳造操業が可能とな
り、又製造された鋳片も段注ぎ等の表面欠陥のな
い優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいて拘束性BO発生時の
鋳造欠陥発生閾係数を求めた結果の一例を示す
図、第２図は本発明の実施に用いる鋳型の一例を
示す斜視図、第３図は第２図のＸ−Ｘ断面図、第
４図は拘束性BO発生時の温度変化パターンを示
す図、第５図は本発明に基づき時系列温度検出値
をフーリエ変換する領域を示す図、第６図は捲込
み性BO発生時の代表的な温度変化パターンを示
す図、第７図は本発明に基づき捲込み性BO発生
時の鋳造欠陥発生閾係数を求めた結果の一例を示
す図、第８図は本発明に基づき縦割れ発生時の鋳
造欠陥発生閾係数を求めた結果の一例を示す図、
第９図は縦割れ発生時の代表的な温度変化パター
ンを示す図、第１０図は本発明に基づき湯皺発生
時の鋳造欠陥発生閾係数を求めた結果の一例を示
す図、第１１図は湯皺発生時の代表的な温度変化
パターンを示す図、第１２図は本発明に基づいて
異常発生を判断する具体的方法の一例を示すブロ
ツク図、第１３図は一般的な鋳造速度の変化とそ
れに対する鋳型の温度変化の関係を示す図、第１
４図〜第１６図は本発明の実施例を示すもので第
１４図は鋳型の斜視図、第１５図は温度変化パタ
ーンを示す図、第１６図は第１５図の時系列温度
検出値をフーリエ変換して求めた各項係数を示す
図である。 １；鋳型、２，２ａ〜２ｃ；温度検出端、３；
溶鋼、４；凝固殻、４０；鋳片、５；固着部、
６，６１；温度検出端２ａから得られる時系列温
度検出値、７；温度検出端２ｂから得られる時系
列温度検出値、８；時系列温度検出値６のフーリ
エ変換に用いた領域、８１；時系列温度検出値６
１のフーリエ変換に用いた領域、９；時系列温度
検出値７のフーリエ変換に用いた領域、１０；溶
鋼レベル、１１；鋳造異常発生確認部、１１０；
欠陥確認指令装置、１２；鋳造欠陥発生閾係数設
定部、１３；各項係数演算部、１４；比較部、１
５；指令部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 連続鋳造用鋳型に温度検出端を埋設し、該検
   出端から得られる温度推移パターンより鋳造欠陥
   を検出する方法において、過去の鋳造欠陥発生時
   における時系列温度検出値をフーリエ変換し、そ
   の各項係数と前記鋳造欠陥発生状況との相関関係
   から鋳造欠陥発生閾係数を設定し、次いで連続鋳
   造中に実測される温度検出値をフーリエ変換して
   各項係数を求め、該各項係数が前記鋳造欠陥発生
   閾係数内となつた時を異常発生と判断することを
   特徴とする連続鋳造における鋳造欠陥検出方法。