JPH04178252A - 連続鋳造の拘束性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〕 本発明は連続鋳造において発生しうる拘束性ブレークア
ウトの予知に関する。

〔従来の技術〕

連続鋳造において発生するブレークアウトには様々な種
類のものがあるが、拘束性ブレークアウトに関しては、
操業条件に表面上は何ら変化がない場合にも突然発生す
るので、それの予知及び予防は難しい。即ち、拘束性ブ
レークアウトは、溶鋼が凝固して形成されるシェルの一
部分が、鋳型に固着し、それがひきちぎられて発生する
ものと考えられており、実際にブレークアウトに至るま
で、外観上の変化はない。

拘束性ブレークアウトを予知する方法は、例えば、特公
昭６３−４７５４５号公報に開示されている。この方法
では、鋳型に埋設された複数の熱電対によって、鋳型各
部の温度を測定し、１つの熱電対の検出温度が、それの
平均検出温度より−担上昇し、続いて下降した場合に、
隣接する他の熱電対によっても同様な温度変化パターン
が検出された時に、それをブレークアウトの可能性あり
とみなしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来の拘束性ブレークアウト予知方法では
、予知精度が比較的低く、実際にブレークアウトが生じ
ない場合にも、それをブレークアウトと誤認識する可能
性が高い。

連続鋳造において拘束性ブレークアウトの発生が予知さ
れた場合には、それを防止するために、直ちに鋳造鋼の
引き抜きを停止しなければならない。しかし、−時的な
鋳造鋼の引き抜き停止は。

鋳造鋼の部分的な材質変化を伴なうので、引き抜き停止
による形成された部分は製品にすることはできず、歩留
り低下を伴なう。従って、ブレークアウトの誤認識の可
能性が高いと、必要以上に歩留り低下を助長することに
なる。

鋳型の側面に２次元方向に複数個の温度センサを埋設し
それらの検出温度を測定すると、拘束性ブレークアウト
が発生する場合、まずある点に時系列で温度上昇ピーク
が現われ、この温度上昇ピーク点が時系列で下方に移行
しこれに伴って横方向にも温度上昇ピーク点が現われこ
れが横方向に移行する。これにより温度上昇ピーク点が
７字型又はＵ字型に分布するようになり、これが下方に
移行して行く。温度上昇ピーク点の先ｉ（Ｖ字型又はＵ
字型の下突端）が鋳型の下端より下方に移動するとブレ
ークアウトが発生する。

そこで、本発明者等は、このような現象に着目して、温
度上昇ピーク点を検出しそれらの連なりがＶ字形等の所
定パターンとなって鋳造速度に実質上連動して上移動す
るとき、拘束性ブレークアウトに至ると予知する方法を
提供した（特願平１−２７６７１１号）。本願発明はこ
の種の拘束性ブレークアウト予知方法の改良に関する。

上述の予知方法では、鋳型に、縦、横方向に複数個の温
度センサを埋設して、鋳型の垂直面上で２次元方向に分
布する複数点の温度を検出するが、温度センサの該２次
元方向の配列ピッチが小さい程、精細に上記パターンの
形状と移動態様を把握しうる。しかし、鋳型には高密度
に温度センサを埋設しに＜＜、温度センサの配設ピッチ
は比較的に大きい。すなわち配設密度が低い。

本発明は、比較的に低密度の温度センサ配列でも、可及
的に精細に上記パターンを検出し、連続鋳造における拘
束性ブレークアウト予知の精度を高め、ブレークアウト
を未然に防止すると同時に、歩留りの低下を防止するこ
とを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、連続鋳造設備の鋳型銅板内部に、縦方向及
び横方向に複数点環設された熱電対の温度を時系列で繰
返し読込んで各点に温度上ピークが現われたかを検出し
、温度上ピークが現われた点の分布パターンに基づいて
拘束性ブレークアウトを予知する方法において： 温度上ピークが現われた点の位置を記憶し、温度上ピー
クが現われた点それぞれの位置を、鋳造速度に対応する
、同一時点の到達位置に変換してこれらの連なりを前記
分布パターンとして用いることを特徴とする。

〔作用〕

現実の温度上ピークの検出は、温度センサが存在する位
置に限られるが、それを仮想垂直面上で、鋳造速度に対
応して下方に移して行くことにより、温度センサの配置
位置に制限されない仮想位置が得られる。これらの仮想
位置をある同一時点（例えば現時点）のもののみを摘出
して仮想垂直面上にプロットすると、拘束性ブレークア
ウトを発生する可能性があるときには、プロットの分布
パターンがＶ又はＵ字型となり、このパターンと類似形
のパターンが経時的に下方に移動する。このような現象
となったときには、拘束性ブレークアウトが将来起ると
予知することができる。

上記仮想位置は、温度センサの配置ピッチに制限されな
いので、時系列で連続的に追跡できる。

仮想位置が実際の温度センサ位置に合致するタイミング
では、該温度センサの測温値に基づいた実際の温度上ピ
ーク有無検出結果に対応して、無の検出結果となるとプ
ロット群から消去し、有の検出結果となるとプロット群
に残す。プロット群中に対応点がない位置の温度センサ
で新たに温度上ピークを検出すると、その点がプロット
群中に加入されることになる。

したがって、比較的に粗い温度センサ配列にもかかわら
ず、それらの間を連続的に細分割補間した解像度の仮想
垂直面上で、仮想位置（温度上ピーク点）の分布パター
ンが高密度で得られ、かつ更に仮想位置間の補間処理に
より、仮想位置（温度上ピーク点）が連続したカーブを
得ることができ、しかもその時系列の推移を連続的に追
跡することができる。

以上のように本発明によれば、比較的に低密度の温度セ
ンサ配列でも、精細に温度上ピーク点の分布パターンが
検出され、連続鋳造における拘束性ブレークアウト予知
の精度が高くなる。これにより、ブレークアウトが未然
に防止されると同時に、歩留りの低下が防止される。

本発明の他の目的および特徴は、以下の、図面を参照し
た実施例の説明より明らかになろう。

〔実施例 第５ａ図に、連続鋳造で使用される鋳型の外観を示す。

この鋳型の壁内部には冷却水の通路が形成されており、
冷却水によって鋳型内の溶鋼を冷却するようになってい
る。この鋳型に注入される溶鋼は、冷却の進行に伴なっ
て鋳型内で徐々に凝固しながら、鋳型の下方からゆっく
りと一定の速度で引き抜かれる。鋳造幅は成品の仕様に
よって異なるが、この例では最大の鋳造幅は２２２ｃｍ
である。

次に、拘束性ブレークアウトが発生する場合のプロセス
の進行状況を、第６図を参照しながら説明する。なお第
６図においては、プロセスは（１）−（２）−（３）−
（４）−（５）の順で進行する。

鋳型（モールド）Ｅ内の溶鋼は、冷却を受ける鋳型の内
壁に沿った部分から順次に凝固し、シェルＢを形成する
。シェルＢは鋳型の下方から引き抜かれるので、下方に
向かって進行し、下に進むに従って成長しそれの厚みが
大きくなる。シェルＢと鋳型Ｅとの間にはパウダーと呼
ばれる介在物が存在するので、シェルＢは鋳型Ｅの壁面
と分離されているが、メニスカスＦの近傍では、時とし
てシェルの一部分Ａが鋳型Ｅに固着する場合がある。鋳
型Ｅに固着したシェルは、拘束され動かなくなるので、
シェルＢを下から引き抜く力を与えると、シェルが途中
から破断し、一部のシェルＡが鋳型壁に固着したまま、
他の部分のシェルＢは下側に進行する（１）。

シェルの破断によって形成された開口部（ＡとＢの間）
では、溶鋼が直接、鋳型壁に接触し急激に冷却されるの
で、その部分に新しいシェルＣが形成される（２）。

新しいシェルＣは、下側のシェルＢと上側の拘束された
シェルＡの両者に固着するが、下側のシェルＢが下方に
移動するので、厚みの小さい新しいシェルＣはその力に
よって引きちぎられ、下方のシェルＢに固着した部分Ｃ
ａと上側のシェルＡに固着した部分ｃｂとに分かれる（
３）。

分離したシェルＣａ−Ｃｂの間には再び溶鋼が侵入して
鋳型壁と接触し、冷却されて新しいシェルを形成し、そ
のシェルが再び引きちぎられる。

これらのプロセスが繰り返される（４）。

新しいシェルが形成される位置は、しだいに鋳型の下方
に移動する。その位置が鋳型Ｅの下端に達するとブレー
クアウトが生じる（５）。

鋳造中に拘束性ブレークアウトを生じたスラブの外観を
第７図に示す。第７図を参照すると、拘束性ブレークア
ウトを生じた部分は、側面で略Ｖ字形を形成しているこ
とが分かる。ブレークアウトを生じる部分は、シェルの
厚みが非常に薄いので、鋳型壁における温度は、通常よ
りも高くなる。

このような異常温度上昇を生じる部分（シェルの厚みの
薄い部分：Ｖ字形に分布）は徐々に下方に移動する。

そこで、上述の特願平１−２７６７１１号の発明および
本願の発明においては、鋳型の各位置で温度を測定し、
異常な温度上昇（温度上ピーク）が発生した部分に注目
し、それの位置分布を識別するとともに、それが下方へ
所定の速度で進行するか否かを識別することによって、
拘束性ブレークアウトの予知を行なっている。

この実施例においては、第５ｂ図及び第５ｃ図に示すよ
うに、鋳型の４面の各々に多数の熱電対ＴＣを埋設しで
ある。具体的には、コンスタンタンで構成されるロッド
を先端以外を絶縁材で被覆し、それを鋳型を構成する銅
板上の各位置に形成した穴に挿入し固着しである。各々
の熱電対から得られる電気信号を処理することによって
、各部の温度を測定できる。

次に本発明の一実施例の拘束性ブレークアウト予知の処
理概要を第１図に示し、少し詳しく第４図に示す。以下
第１図に示す概要に沿って、第４図を参照して一実施例
を説明する。

熱電対の温度読込み（温度サンプリング）は、所定周期
Ｔｓ　　（Ｔｓ＝２ｓｅｃ）で行なう。温度サンプリン
グを行なう熱電対は次の通りである。

（ａ）湯面レベル変動影響域でないこと。

（ｂ）エアギャップ発生域でないこと。

（ｃ）鋳型幅より内側にあること。

温度サンプリングをしだ熱電対毎に、今回の読込み値と
過去少くとも４１回の読込み値とをメモリ上に記憶保持
する。

このように熱電対の温度サンプリングを行なうと、温度
サンプリングをしだ熱電対（位置）毎に、今回の読込み
値と過去少くとも４１回の読込み値に基づいて温度異常
検出を行なう。これにおいては、 Ｔｂ（＋）−Ｔｂａ（＋−）≧Ｔｓ　　　・・・（１）
Ｔ　ｂ　（１）　：今回の検出温度（瞬時値）。

Ｔｂａ（１−）＋６秒前〜２２秒前のλ４ｓｘ値７Ｔｓ
：温度偏差のしきい値、 が成立したときに温度異常があるとし、しかもこの温度
異常があった時点から２０秒以内に温度が下降したとき
、該下降した時点に温度上ピークがあったと決定し、該
時点に割り当てられているメモリ領域ｉ　　（ｉ＝１〜
ｎ）に記憶する。これが温度上ピーク点の検出である。

次にシェル破断線進行推定方法において説明する。第２
図のように破断線上の温度ピークが検出できればよいが
、実際には、熱電対の配列ピッチ。

検出時のノイズ等の影響から第３図のように数点のピー
クしか検出できない。そこで、リアルタイムで同時刻の
ピーク点を予測し破断線を可視化する処理を行う。

すなわち、上述のように、所定のサンプリング周期Ｔｓ
で上記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の条件を満す領域の
全熱電対の検出温度を読込んで、上述の温度上ピークの
検出を行なって、温度上ピークがあった時刻に割り当て
られているメモリ領域ｉ　　（ｉ＝１〜ｎ）に書込んで
いるので、これにより、メモリ領域ｎには基準時点（例
えば現時点）に検出した温度上ピークの位置データがあ
り、メモリ領域ｎ−１には現時点よりＴｓ前に検出した
温度上ピークの位置データがあり、メモリ領域ｎ−２に
は現時点より２Ｔｓ前に検出した温度上ピークの位置デ
ータがあり、メモリ領域１〜ｎに、現時点およびそれか
ら（ｎ−１）ＴＳ前までの間に検出した温度上ピークの
位置データが、検出時点区分（メモリ領域区分）で存在
する。

拘束性ブレークアウトの原因となる鋳型内シェルの破断
線は鋳造の進行に伴って、４５６の７字型で下方に移動
するという性質がある。移動速度ｖｂは、 Ｖｂ＝Ａ・υ　　　　・・・（２） Ａ：鋼種ごとに定まる破断線移動係数 υ：鋳造速度 で表わされる。

そこで、基準時点の温度上ピーク位置データ（メモリ領
域ｎの位置データ）はそのまま、他の時点の温度上ピー
ク位置データ（メモリ領域！＝１〜ｎ−１）の上下方向
（ｙ）位置データ（ｙｉ）はｙｉ−Ｔｓ　　（ｎ−ｉ）
に更新する。

次に、上述のように位置を更新した温度上ピーク点間を
結ぶ曲線を決定する。これにおいてはまず、前述の更新
した魚群の中で垂直（ｙ）方向の最下点（第１点）と次
に低い点（第２点）を摘出し、両者の内、左側にある点
（例えば第１点）を通る４５６右下りの直線と、右側に
ある点（第２点）を通る４５６左下りの直線との交点（
Ｖ先端点）を求めて、これら第１点、第２点および■先
端点を、ＣＲＴ表示用の画像メモリ上に表示点（黒ドツ
ト）として書込むと共に、第１点と■先端点を結ぶ直線
および第２点とＶ先端点を結ぶ直線を表示するビクセル
情報を画像メモリ上に書込む。次には、第１点より左上
り４５″±ａ″の範口内にある最も近い温度上ピーク点
（更新後の位置）に直線を引き、更にこの点から同様に
次の左上点に直線を引く形で、■先端点より左側に分布
する温度上ピーク点を画像メモリ上に表示点（黒ドツト
）として書込むと共にこれらの点間を結ぶ直線を表示す
るビクセル情報を画像メモリ上に書込み、同様に、第２
点より右上り４５°±　ｅの範囲内にある最も近い温度
上ピーク点（更新後の位置）に直線を引き、更にこの点
から同様に次の右上点に直線を引く形で、■先端点より
右側に分布する温度上ピーク点を画像メモリ上に表示点
（黒ドツト）として書込むと共にこれらの点間を結ぶ直
線を表示するピクセル情報を画像メモリ上に書込む。

このようにして得られた画像メモリの情報をＣＲＴデイ
スプレィに表示すると例えば第３図の（Ｃ）に示す画像
が現われる。このような７字型の曲線が現われると、こ
れは、現時点（基準時点）の、拘束性ブレークアウトを
もたらすかも知れない鋳型内シェルの破断線を現わして
いる。この曲線は、熱電対が存在しない位置の温度上ピ
ーク点を推定補間しだ、上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を
満す位置にある熱電対を含む２次元面（面積）内金領域
の温度上ピーク点分布（推定を含む）を示す。

上述の基準時点（現時点）の破断線処理と同様な処理を
、基準時点より２７ｓ　　（４ｓｅｃ）前までに検出し
た温度上ピーク点についても同様に実行する。すると例
えば第３図の（Ｂ）に示すような画像が現われる。更に
同様な処理を、基準時点より４７ｓ　　（８ｓｅｃ）前
までに検出した温度上ピーク点についても同様に実行す
る。すると例えば第３図の（Ａ）に示すような画像が現
われる。

このような処理を、予知のための追跡を開始すべきタイ
ミング（４ｓ　ｅ　ｃ刻みで）まで逆登って実行しＣＲ
Ｔデイスプレィに表示すると共に、該開始すべきタイミ
ングでＶ字曲線が現われると、そこで鋳造速度に対応し
た追跡を開始する。

次にパターン認識による拘束性ブレークアウトの発生予
知論理を説明する。

拘束性ブレークアウトの発生につながるようなＶ字曲線
が現われる場合、温度上ピーク点が時系列で例えば第３
図の（ａ）から（ｂ）と、次いで（ｂ）から（ｃ）と検
出される。前述の基準時点（現時点）は、その時点から
拘束性ブレークアウト防止用の操作を行なうとブレーク
アウトを回避しうるタイミングに設定されている。しか
してこのタイミングで、ＣＲＴデイスプレィに表示する
温度上ピーク点群が、所定サイズ以上に及ぶＶ字型曲線
分布をしているか否かをチエツクし、そうであると、こ
の分布パターンを、ＶｂＸ２Ｔｓ。

Ｖｂ×４Ｔｓ、Ｖｂ×６Ｔｓ、・・・と上シフトし、そ
れぞれと、上述の４ｓｅｃ前、８ｓｅｃ前。

１２ｓｅｃ前、・・・の、温度上ピーク点分布パターン
と相似性を比較する。そして高い相似性が得られると拘
束性ブレークアウトを生ずる、と決定し、そこでブレー
クアウト回避の操作を行なう。

第４図を参照して各処理を説明する。なお、第４図は周
期Ｔｓ＝２ｓｅｃで実行されるものである。処理Ｐ１で
は、鋳型に装着された各々の熱電対の出力する電圧を所
定時間おきにサンプリングし、得られた電圧をデジタル
データに変換し、更にそのデータを処理して温度の情報
を得る。

処理Ｐ２では処理Ｐ１で得られる多数の温度の時系列情
報を処理し、各点の異常温度上昇を検出する。即ち、各
位置の温度データの時系列変化を監視し、それが次の第
（１）式の条件を満たすか否かを識別する。

Ｔ　ｂ　（１）−Ｔ　ｂ　ａ　（＋−）≧Ｔｓ　　　・
・・（３）Ｔ　ｂ　（＋）　：今回の検出温度 Ｔｂａ（＋−）’６秒前〜２２秒前のＭ！ｌ値Ｔｓ：温
度偏差のしきい値 第（１）式の条件を満足した場合には、更に、次の第（
２）式及び第（３）式により、所定時間内に所定の温度
降下が現われるか否かを識別する。

（Ｔ　ｂ　（１）−Ｔ　ｂ　（＋　＝）／２　＜　ｂ　
　　・・・（４）ｔｂ、−ｔｂｏ≦Ｃ・−・（５） Ｔ　ｂ　（ｔ）：今回の検出温度（瞬時値）Ｔｂ（１＝
）：前回の検出温度（瞬時値）Ｔｂａ（１−）：６秒前
〜２２秒前のＭ！ｘ値ｔｂｌ　　第（４）式の条件を満
足した時刻ｔｂｏ：第（３）式の条件を満足した時刻す
、　ｃ　：’ｂ＝０　（定数）、ｃ＝２０　（定数）処
理Ｐ４では、上記第（３）式、第（４）式及び第（５）
式の全ての条件を満たす測定点の各々については、第３
図（Ｃ）について説明した処理を行い、その時刻におけ
る破断線を求める。第３図（Ａ）には、３本の破断線が
描いであるが、これらの破断線は各々、互いに異なる時
点の温度分布データに基づいて主成されたものである。

つまり、第３図（Ｃ）の処理は互いに異なる時点の温度
分布データに基づいて繰り返し実行されるので、複数の
破断線が得られる。これらの破断線はＰ５の処理によっ
て。

１つの処理平面上に合成される。これによって、例えば
第３図（Ａ）に示すような破断線群が得られる。

以上のＰ１〜Ｐ５の処理によって破断線の時系列移動が
可視化され、Ｐ６以降のブレークアウト予知フローに続
く。

拘束性ブレークアウトが生じる過程においては、鋳型壁
に沿って形成されるシェルに部分的な破断部が生じ、そ
の部分に対向する鋳型壁では、それ以前に比べて異常に
温度が上昇する。この異常温度上昇が生じる部分は、第
７図に示すスラブの形状から明らかなように、７字もし
くはＵ字型の位置分布パターンを形成する。この位置分
布パターンが、第６図に示すように、次第に下方に進行
する場合に、拘束性ブレークアウトが生じるゎ互いに異
なる位置の少なくとも３点、即ち、前述の基準点、上方
向関連点、及び横方向関連点、もしくは基準点、上方向
関連点、及び横方向関連点において、異常温度上昇の有
無とそれが生じるタイミングのずれを識別することによ
って、それが拘束性ブレークアウトに関連する位置分布
パターンか否かを判定できる。また、各点間で異常温度
上昇が生じるタイミングのずれと各点間の距離から、シ
ェル破断領域の移動速度を検出し、それが拘束性ブレー
クアウトに関連するものか否かを判定できる。

〔効果〕

以上のとおり本発明によれば、温度上ピークが現われた
点の位置を記憶し、温度上ピークが現われた点それぞれ
の位置を、鋳造速度に対応する、同一時点の到達位置に
変換してこれらの連なりを前記分布パターンとして用い
るので、比較的に低密度の温度センサ配列でも、精細に
温度上ピーク点の分布パターンが検出され、連続鋳造に
おける拘束性ブレークアウト予知の精度が高くなる。こ
れにより、ブレークアウトが未然に防止されると同時に
、歩留りの低下が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における拘束性ブレークア
ウト予知のための処理概要を示すブロック図である。 第２図および第３図は、第１図に示す鋳型の長辺におけ
る温度上ピークの位置分布を示す側面図であり、第２図
は熱電対を高密度に配設したと仮定したときに得られる
分布を示し、第３図は実際の粗い分布で熱電対を配設し
た場合に得られる分布を示す。 第４図は、本発明の一実施例における拘束性ブレークア
ウト予知のための処理をやや詳細に示すブロック図であ
る。 第５ａ図、第５ｂ図および第５Ｃ図は、それぞれ本発明
を一態様で実施する鋳型の外観を示す斜視図、正面図お
よび側面図である。 第６図は、拘束性ブレークアウトの発生プロセスを示す
鋳型内縦断面図である。 第７図は、拘束性ブレークアウトを生じたスラブの外観
を示す斜視図である。 １：鋳型の長辺 ２、ＴＣ：熱電対 第１図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 連続鋳造設備の鋳型銅板内部に、縦方向及び横方向に複
   数点埋設された熱電対の温度を時系列で繰返し読込んで
   各点に温度上ピークが現われたかを検出し、温度上ピー
   クが現われた点の分布パターンに基づいて拘束性ブレー
   クアウトを予知する方法において： 温度上ピークが現われた点の位置を記憶し、温度上ピー
   クが現われた点それぞれの位置を、鋳造速度に対応する
   、同一時点の到達位置に変換してこれらの連なりを前記
   分布パターンとして用いることを特徴とする、連続鋳造
   の拘束性ブレークアウト予知方法。