JPH0556222B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、連続鋳造用鋳型の温度変化を利用し
て鋳造中に発生するブレークアウトを予知する方
法に関し、更に詳述すると鋳造中の上記温度変化
が大きい場合であつてもブレークアウトを高精度
で予知できる方法を提供するものである。

〔従来技術〕 連続鋳造設備においてブレークアウト（BO）
が発生し、鋳片内部の未凝固溶鋼が漏出した場合
は、鋳造を停止してブレークアウトを起した鋳片
の排出及び溶鋼が付着したロール等の設備の交換
をする必要があり、相当の期間に亘つて操業の停
止を余儀なくされる。このため、ブレークアウト
は連続鋳造の操業トラブルの中で最大のものであ
り、その防止対策の確立が望まれていた。

ところで、引抜かれている鋳片の凝固殻が鋳型
に固着して破断し、そこから溶鋼が漏出してこれ
が十分に冷却される前に鋳型下端より出ることに
よりブレークアウトが発生する場合は、第６図に
示すように凝固殻の破断部が通過する鋳型部分で
は破断部の通過前に徐々に鋳型温度が上昇し、破
断部の通過後に徐々に降下することが知られてい
る。

このため、鋳型の銅板に熱電対等の測温素子を
埋設してこれにて鋳型銅板の温度（以下これを鋳
型温度という）を測定し、測定した鋳型温度の単
位時間当たりの変化率を求めてその値と基準値と
の大小を監視するか（特開昭57−115962）、或い
は測定した鋳型温度とそれ以前の鋳型温度の移動
平均値との差を求めて、その値と基準値との大小
を監視することにより（特開昭57−115959）、ブ
レークアウトを予知することは一応可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、鋳型温度は連続鋳造時、常に安
定しているとは限らず、鋳型内の湯面変動、引抜
温度の大小、鋳型内に投入した潤滑用パウダの不
均一流入及び鋳型と鋳片との接触面積の大小等の
原因により変動が生じる。

特に、中炭素鋼又は低炭素鋼を連続鋳造する場
合に、第７図に示すように単位時間（ｔ）当たり
の鋳型温度（Ｔ）変化率（以下これを単に鋳型温
度変化率という）dT／dtを監視したときには、
上記原因により生じた鋳型温度変化率が例えば
4.5℃／秒のブレークアウト予知用のしきい値
（第６図参照）と同等か又はそれよりも大きくな
ることがある。また、鋳型温度（Ｔ）と移動平均
値（）との差（Ｔ−）を監視した場合にもし
きい値27℃（第６図参照）と同等かまたはそれよ
りも大きくなることがある。

このため、従来方法による場合には凝固殻の破
断が実際には発生していないときにもブレークア
ウトと予知する頻度が高く、信頼性に欠ける。ま
たブレークアウトを予知すると、一般に引抜を停
止するか或いは引抜速度を相当遅くするため操業
安定性が悪く、鋳片品質が低下する。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであ
り、鋳造中の鋳型温度が安定しない場合であつて
も高精度でブレークアウトを予知できる方法を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、鋳型温度を測定した時点付近でのそ
の変化量に応じてブレークアウト予知のしきい値
を補正し、測定した鋳型温度とそれ以前の平均鋳
型温度との鋳型温度差及び補正した第１のしきい
値の大小、その鋳型温度差と所定の第２のしきい
値の大小及び測定した鋳型温度の単位時間当たり
の変化率と所定の第３のしきい値の大小を監視す
る。

即ち、本発明に係る連続鋳造におけるブレーク
アウト予知方法は、連続鋳造用鋳型の１又は２以
上の位置夫々で鋳型温度を測定し、その測定時点
近傍での単位時間当たりの鋳型温度変化率と、測
定時点より前の所定期間での鋳型温度の標準偏差
及び平均温度とを各位置毎に算出し、前記測定時
点での鋳型温度と算出した平均温度との差を求
め、この鋳型温度差と標準偏差に比例する第１の
しきい値との大小比較、前記鋳型温度変化率と所
定の第２のしきい値との大小比較及び前記鋳型温
度差と所定の第３のしきい値との大小比較を行う
ことによりブレークアウトを予知することを特徴
とする。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。
第１図は本発明の実施状態を示す模式図であり、
図示しないタンデイツシユに収容された溶鋼等の
溶融金属１はその下に取付けられた浸漬ノズル２
を経て一定周期で上下振動している鋳型３へ装入
される。鋳型３内の溶融金属１は、潤滑用の投入
パウダ６が鋳型３の内壁に沿つて流れ込んで形成
されたパウダ膜を介して一次冷却されて凝固殻５
を形成し、これを周壁とする鋳片４は図示しない
ピンチロールにより下方に引抜かれていく。

鋳型３の湯面レベルよりも下には鋳片４の引抜
方向（矢符方向）に沿つて３箇所に熱電対等の測
温素子１１，１２，１３の先端が埋設されてお
り、各測温素子１１，１２，１３にて測定された
鋳型温度ＴはＡ／Ｄ変換器１４にてアナログ／デ
イジタル変換されて夫々微分回路２０，３０，４
０、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１７，２
７，３７へ与えられる。

平均温度算出回路１６，２６，３６及び標準偏
差算出回路１７，２７，３７は夫々Ａ／Ｄ変換器
１４からの入力信号を例えば0.5秒乃至１秒の所
定ピツチ（Δt）で取込み、最新の入力信号を含
むそれ以前のｍ個分の入力信号を記憶、更新し、
平均温度算出回路１６，２６，３６は記憶してい
る信号のうちで記憶順位の若い方からｎ個分の信
号の平均温度を求め、これを標準偏差算出回路
１７，２７，３７及び減算器１５，２５，３５へ
与える。

減算器１５，２５，３５は入力した鋳型温度Ｔ
と平均温度との差（Ｔ−）を求め、これを比
較器１９，２９，３９へ与える。

微分回路２０，３０，４０には夫々単位時間当
たりの鋳型温度変化率dT／dtを数値微分により
求めべく、公知の下記(1)式が設定されている。

dT／dt＝１／12・Δt（−T₀＋8T₁−8T₃＋T₄） ……(1) この(1)式は、ピツチΔtで取込んだ鋳型温度の
うち、現測定時点での鋳型温度（T₀）とそれよ
りも１，３，４回前に取込んだ鋳型温度（T₁，
T₃，T₄）の４つを用いて、鋳型温度変化率を算
出するものである。

なお、上記(1)式のT₀，……，T₄は取込みピツ
チ毎の測定値そのものを使用せずに複数の測定値
が得られる期間を複数設定してその各期間での平
均値を用いてもよい。また、鋳型温度変化率
dT／dtは上記(1)式に限らず他の微分係数を求め
る式を用いてもよい。

微分回路２０，３０，４０は入力信号と上記(1)
式とにより鋳型温度変化率dT／dtを求めてこれ
を比較器１９，２９，３９へ与える。

標準偏差算出回路１７，２７，３７は前同様の
ｎ個分の信号の標準偏差σを求め、これを積算器
１８，２８，３８へ与える。積算器１８，２８，
３８には定数K₁が図示しない入力設定器から入
力されるようになつており、積算器１８，２８，
３８は定数K₁と標準偏差σとの積K₁・σを求め
て比較器１９，２９，３９へ出力する。

比較器１９，２９，３９には所定の異なる２し
きい値K₂，K₃及び下記(2)，(3)，(4)式が設定され
ており、比較１９，２９，３９は、入力した３種
の信号が、取込みピツチ毎に(2)，(3)，(4)式を各別
に満足するか否かを判定し、例えば５秒を1BO
判定期間としてその間に、(2)，(3)，(4)各式を満足
する時点がタイミング的に異なつてもすべて存在
する場合には警報器４１にて警報を発せしめると
共に、図示しない制御装置へ異常発生信号を出力
する。上記BO判定期間は取込みピツチ毎にその
ピツチで移動するように設ける。

（Ｔ−）≧K₁・σ ……(2) dT／dt≧K₂ ……(3) （Ｔ−）≧K₃ ……(4) 但し、定数K₁，K₂，K₃夫々は測温する鋳型位
置に応じて異なる値を用いてもよい。

上記制御装置（図示せず）は異常発生信号を入
力すると、浸漬ノズル２の中途に設けたスライデ
イングノズル部７を油圧シリンダ８にて駆動し
て、浸漬ノズル２を一端閉じると共に図示しない
ピンチロールの回転を停止する。これについては
浸漬ノズル２を僅かに開けた状態にすると共に引
抜速度を相当低下させるようにしてもよい。

このように構成された予知装置による本発明方
法を以下に説明する。

まず、上記ｍ，ｎ及びK₁，K₂，K₃を次のよう
に定める。連続鋳造する鋼種が中炭素鋼又は低炭
素鋼である場合には、鋳型温度は第２図（横軸に
時間をとり縦軸に鋳型温度をとつている）に示す
如く温度変化に周期があり、その周期は約20〜30
秒である。なお、第２図は鋳型の上下方向に異な
る３位置での鋳型温度Ta，Tb，Tcについて示
している。このためｎは30秒間に測定された信号
のうち高精度で予知できる数、例えば0.5秒毎に
記憶するとして約60個に定める。

また、凝固殻が破断した部分を測定する場合
は、第３図に示す如く鋳型温度がピーク値に達し
てから上昇直前の元の温度に戻るまでの時間が５
〜15秒である。このため、ｍはこの５〜15秒に相
当する温度変化期間が予知に必要な期間に含まれ
ないようにするのが良く、５〜15秒に上記30秒を
加えた35〜45秒間に連続的に測定された信号のう
ち高精度で予知できるピツチの数、例えば0.5秒
毎に記憶するとして70〜90個に定める。

また、K₁，K₂，K₃の値については夫々鋳型寸
法、引抜速度等により異なるが、以下に説明する
本発明を行つた結果に基づき、凝固殻破断が起こ
る臨界の温度変化量、変化率に定める。例えば
K₁は５〜10，K₂は２〜５℃／秒、K₃は５〜10℃
に定める。

斯かる準備が終了すると、連続鋳造を開始し、
その後引抜を開始すると予知装置を作動させる。
測温素子１１，１２，１３にて各位置の鋳造温度
Ｔが測定されると、平均温度算出回路１６，２
６，３６及び標準偏差算出回路１７，２７，３７
は鋳造温度Ｔ信号を記憶し、記憶信号の数がｍ個
となるまで演算を行わず、また出力しない。そし
て、ｍ個目の信号が記憶されると、そのうち記憶
順位が若い方からｎ個分の信号の平均温度と標
準偏差σを夫々算出し、出力する。

減算器１５，２５，３５はｍ個目に入力した鋳
型温度Ｔと平均温度との差（Ｔ−）を求め
る。

また積算器１８，２８，３８は定数K₁と標準
偏差σとの積（K₁・σ）を求める。

微分回路２０，３０，４０はＡ／Ｄ変換器１４
からの鋳型温度に関する信号を入力すると、(1)式
に基づいて時間変化率dT／dtを算出し、これを
比較器１９，２９，３９へ与える。

比較器１９，２９，３９は３種の入力信号、つ
まりＴ−，K₁・σ，dT／dtが上記(2)，(3)，(4)
式を満足するか否かを各式毎に判定する。

次いで、ｍ＋１個目以降の信号が平均温度算出
回路１６等及び標準偏差算出回路１７等に記憶さ
れると、前同様にして繰り返す。

このようにして信号処理を行つている間に、比
較器１９等のいずれか１つにて或るBO判定期間
に、(2)，(3)，(4)各式を満足する時点がタイミング
的に異なつてもすべて存在すると判定されると、
該当する比較器はブレークアウトと予知し、警報
器４１にて警報を発せしめると共に図示しない制
御装置に異常発生信号を出力する。

制御装置は前述の如くスライデイングノズル部
７及び図示しないピツチロールを制御して一旦装
入及び引抜を停止する。

これにより、凝固殻が破断してその破断部から
未凝固溶鋼が漏出してもブレークアウトを未然に
防止できる。

なお、上記実施例ではブレークアウト予知の判
定を上記(1)式にて行つているが、本発明はこれに
限らず下記(5)式を用いてもよいことは勿論であ
る。

（Ｔ−）／σ≧K₁ ……(5) 〔効果〕 第４図は、丸鋳片連続鋳造機の内径：187mm、
長さ：900mmの鋳型銅板に、円周方向120°ピツチ
の３方向で鋳型上端より200，300，400mmの各位
置に熱電対先端部を内壁面から５mmの深さに埋設
して、引抜速度2.0ｍ／分で本発明を実施し、そ
の間凝固殻が破断しなかつた場合の約６分間の結
果をまとめた図であり、本発明の予知精度につい
て示したものである。図中(a)は引抜速度、(b)は鋳
型速度、(c)はTaについての（Ｔ−）及び（Ｔ
−）／σ，(d)は同じくTaについてのdT／dtの
各推移を夫々示している。

この図より理解される如く、鋳型上端から200，
300，400mmの位置に設けた３個の熱電対による鋳
型温度を夫々Ta，Tb，Tcとすると、その温度
変化は夫々(b)に示すように変化した。このとき
dT／dtにより判定する場合、，つまり従来方法に
よる場合にはしきい値の５℃／秒を６分間の間に
８回も超え、誤警報を発し、また、（Ｔ−）に
より判定する場合、つまり従来方法による場合に
はしきい値の10℃を２回超えて誤警報を発した。
これに対して本発明による場合にはK₁が５（℃）
のときに誤警報を１回も発することがなく、前述
のパウダの不均一流入等が発生してもこれに影響
を受けずに凝固殻破断の検出、即ちブレークアウ
ト予知が可能である。

第５図は本発明によりブレークアウトを予知し
た場合の鋳型温度Ta，Tb，Tcを他の操業条件
と共にまとめた図であり、(a)は引抜速度と鋳型内
湯面レベルの推移、または(b)は鋳型温度Ta，
Tb，Tcの推移を示している。この場合には第４
図の場合と予知精度を変更して、具体的にはK₁
を７としてしきい値を高くして実施しており、こ
の場合もパウダの不均一流入等があつて鋳型温度
が変化しても誤警報を発することがなく、実際に
凝固殻が破断して鋳型温度が変化したときにのみ
警報を発した。この警報により一旦引抜速度を停
止し、凝固殻が破断した部分を鋳型内で長時間冷
却して凝固殻をより厚くして、つまりブレークア
ウトが発生しない状態にして再び引抜を開始し
た。

鋳造終了後、その部分を検査すると溶鋼の漏出
部がみられ、ブレークアウトを精度よく予知でき
ることを確認した。

また、ブレークアウトの警報を発した時間付近
での鋳型温度のピークの熱電対検出時間差と熱電
対間の離隔距離とから凝固殻破断部の降下速度を
求めてみると引抜速度２ｍ／分よりも遅く、１
ｍ／分である。この速度で破断部が移動していく
と仮定すると、ブレークアウトが発生する約42秒
前にブレークアウトの予知がなされたことにな
り、より速い引抜速度3.5ｍ／分で連続鋳造する
場合にも約24秒前にブレークアウトを予知でき、
時間的余裕をもつて凝固殻破断に対処でき、ブレ
ークアウトを確実に防止できる。

更に、従来の方法たるdT／dtによる予知と、
Ｔ−及び基準値とによる予知とを併用してブレ
ークアウト予知を行つても、凝固殻破断を12回検
出し、誤警報を37回発した。これに対して本発明
による場合は凝固殻破断の検出回数は同じく12回
であるが誤警報を２回に減少することが可能とな
つた。

なお、上記実施例では引抜方向に異なる鋳型の
３位置で鋳型温度を測定しているが、本発明はこ
れに限らず、引抜方向及びそれに直交する方向に
拘わらずに１若しくは２又は４以上の任意の位置
での鋳型温度を測定してもブレークアウトを予知
できることは勿論である。但し、鋳型温度の引抜
方向測定位置としては、凝固殻破断を検出して操
業条件を変更し、これによりブレークアウトを未
然に防止できる時間的に余裕のある位置にするの
が好ましい。

また、本発明は測温素子を鋳型の上下方向に２
個以上設ける場合には、次のようにすると更に確
実にブレークアウトを予知できる。

鋳型の上下方向に複数設けた温度素子夫々にて
凝固殻破断部が時間差をもつて検出されるとき、
その移行時間tB（秒）は下記(6)式にて表わされる
ことが一般に知られている。

tB＝60・Ｌ／ａ・vc ……(6) 但し、Ｌ：上下方向に離隔した測温素子間距離 ａ：定数（0.5〜0.9） vc：引抜速度（ｍ／分） したがつて、各測温素子からの信号を処理する
各比較器１９，２９，３９の出側にタイマ機能を
有する演算器を設け、上側の測温素子に関する比
較器から凝固殻破断の検出信号（前記異常発生信
号の出力条件にて出力され、異常発生信号とは異
なる信号）を入力し、それからtB秒程度経たの
ちにその直下の測温素子に関する比較器から同様
の凝固殻破断の検出信号を入力するとブレークア
ウトと予知し、これにより警報を発し、また制御
装置へ異常発生信号を出力する。これにより、よ
り確実にブレークアウトを予知できる。

以上詳述した如く本発明は、連続鋳造用鋳型の
１又は２以上の位置を鋳型温度を測定し、その測
定時点での鋳型温度及びそれ以前の所定期間での
平均鋳型温度の鋳型温度差と前記所定期間での鋳
型温度の標準偏差にて補正したしきい値との大小
比較、前記鋳型温度差と所定の第２のしきい値と
の大小比較及び鋳型温度変化率と所定の第３のし
きい値との大小比較を行うので、鋳型内の湯面変
動、引抜速度の大きさ、パウダの不均一流入、鋳
型と鋳片との接触面積変化等により鋳型温度が変
化してもそれに影響を受けずにブレークアウトを
確実に予知でき、信頼性の向上を図れ、また従来
では誤警報により操業条件を変更してこのために
鋳片品質が低下していたのを防止できる等優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施状態を示す模式図、第２
図は鋳型温度変化の周期の説明図、第３図は本発
明の標準偏差、平均温度を算出する期間の説明
図、第４，５図は本発明の効果の説明図、第６，
７図は従来技術の問題点の説明図である。 ３……鋳型、４……鋳片、１１，１２，１３…
…測温素子、１５，２５，３５……減算器、１
６，２６，３６……平均温度算出回路、１７，２
７，３７……標準偏差算出回路、１８，２８，３
８……積算器、１９，２９，３９……比較器、２
０，３０，４０……微分回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 連続鋳造用鋳型の１又は２以上の位置夫々で
   鋳型温度を測定し、その測定時点近傍での単位時
   間当たりの鋳型温度変化率と、測定時点より前の
   所定期間での鋳型温度の標準偏差及び平均温度と
   を各位置毎に算出し、前記測定時点での鋳型温度
   と算出した平均温度との差を求め、この鋳型温度
   差と標準偏差に比例する第１のしきい値との大小
   比較、前記鋳型温度変化率と所定の第２のしきい
   値との大小比較及び前記鋳型温度差と所定の第３
   のしきい値との大小比較を行うことによりブレー
   クアウトを予知することを特徴とする連続鋳造に
   おけるブレークアウト予知方法。