JPH0556224B2

JPH0556224B2 -

Info

Publication number: JPH0556224B2
Application number: JP62091689A
Authority: JP
Inventors: Toyotsugu Tsuda; Masami Nakamura; Masatoshi Tokuda
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-04-14
Filing date: 1987-04-14
Publication date: 1993-08-19
Also published as: JPS63256250A

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、更に詳述すれば鋳造中の前記温度変動
が大きい場合であつてもブレークアウトを高精度
に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７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
速度の大小、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、中炭素鋼又は底炭素鋼を連続鋳造する場
合に、第８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、
前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７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７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、前記鋳型温度差と所定の第２のしきい値との
大小及び２測定間における鋳型温度差の時間変化
率と所定の第３のしきい値との大小を監視するこ
とにより、鋳造中の鋳型温度が安定しない場合で
あつても高精度に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、連続鋳造用鋳型の複数の位置夫々で
鋳型温度を測定し、その測定時点近傍での測定時
点より前の所定期間における鋳型温度の標準偏差
及び平均温度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、前記鋳型温度差と所定の第２
のしきい値との大小比較及び前記複数の位置の内
の任意の２点間における鋳型温度差の単位時間当
たりの変化率と所定の第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。

〔作用〕

本発明方法にあつては、連続鋳造用鋳型の複数
位置夫々で鋳型温度を測定し、その測定点付近で
の測定時点より前の所定期間における鋳型温度の
標準偏差及び平均温度とを各位置毎に算出し、こ
の測定時点での鋳型温度と算出した平均温度との
温度差を求める。そして、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、鋳型温
度差と第２の所定のしきい値との大小及び複数の
測定点間における鋳型温度の差の単位時間当たり
の変化率と第３の所定のしきい値との大小を比較
し、各値が夫々対応するしきい値を超えた場合に
は、ブレークアウトを予知する。

〔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い
る。この測温素子１１，１２，１３の埋設位置に
ついては、パウダの不均一流入、湯面変動による
影響を軽減すべく湯面レベルの下方50mmより下の
位置が好ましい。

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１７，２
７，３７及び減算器１５，２５，３５に与える。

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に与える。

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。

また、Ａ／Ｄ変換器１４にてアナログ／デイジ
タル変換された各測温素子１１，１２，１３の測
定鋳型温度Ta，Tb，Tcの内、Ta，Tbは減算器
４５に、Tb，Tcは減算器５５に、Ta，Tcは減
算器６５に与えられる。減算器４５，５５，６５
はＡ／Ｄ変換器１４からの２つの入力信号を、例
えば0.5秒乃至１秒の所定ピツチ（Δt）で取込む。
この取込み信号については、鋳型３の周りに設け
る電磁攪拌装置等による雑音の影響を除去すべ
く、例えばＡ／Ｄ変換器１４から例えば数10ミリ
秒ピツチで出力される信号の複数個分の平均値を
用いる。

そして減算器４５，５５，６５は取込んだ２つ
の鋳型温度の差ΔT（＝Tb−Ta，＝Tc−Tb，＝Tc
−Ta）を求め、これを記憶すると共に最新の記
憶信号とそれより前の連続４ピツチ分の記憶信
号、つまり合計５ピツチ分の記憶信号を微分回路
５０，６０，７０へ与える。

微分回路５０，６０，７０には、５ピツチ分の
信号の中間時点、つまり取込みピツチが0.5秒の
場合には現測定時点よりも１秒前の時点における
鋳型温度差ΔTの単位時間当たりの変化率dΔT／
dtを求めるべく、公知の下記(1)式が設定されてい
る。

dΔT／dt＝ｄ｛TL(2)−TU(2)｝／dt ＝１／（12・Δt）・〔｛TL(4)−TU(4)｝−８
｛TL(3)−TU(3)｝＋８｛TL(1)−TU(1)｝−｛TL（０）
−TU（０））｝〕 ……(1) 但し、TLは２測定地点の内下側の温度 TUは２測定地点の内上側の温度 TL（０）−TU（０），TL(1)−TU(1)，…
…，TL(4)−TU(4)：現測定時点よりこれを含め
て連続５ピツチ分夫々のTLとTUとの差微分回路５０，６０，７０は(1)式に基づいて算
出したdΔT／dtを比較器４９，５９，６９へ与
える。

なお、dΔT／dtは、上記(1)式に替えて微分係
数の算出式一般を用いて算出してもよいことは勿
論である。

比較器１９，２９，３９には所定のしきい値
K₁及び下記(2)，(3)式が設定されており、比較器
１９，２９，３９は、入力した３種の信号が、取
込みピツチ毎に(2)，(3)式を各別に満足するか否か
を判定する。一方、比較器４９，５９，６９には
所定のしきい値K₃及び下記(4)式が設定されてお
り、比較器４９，５９，６９は入力した信号が取
込みピツチ毎に(4)式を満足するか否かを判定す
る。

（Ｔ−）≧K₁・σ ……(2) （Ｔ−）≧K₂ ……(3) dΔT／dt＞K₃ ……(4) そして例えば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。前記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。

但し、定数K₁，K₂夫々は測温する鋳型位置に
応じて、また定数K₃は２つの測定点の組合せに
応じて異なる値を用いてもよい。

前記制御装置（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、前記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５〜10℃、K₃は1.5〜15℃／秒
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
は鋳型温度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。

比較器１９，２９，３９は２種の入力信号、つ
まりＴ−，K₁・σが前記(2)，(3)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。

減算器４５，５５，６５は入力した２測定点の
鋳型温度差ΔTを求める。また微分回路５０，６
０，７０は減算器４５，５５，６５から温度差に
関する信号を入力すると前記(1)式に基づいて
dΔT／dtを算出し、これを比較器４９，５９，
６９に与える。比較器４９，５９，６９はこの入
力信号、つまりdΔT／dtが前記(4)式を満足する
か否かを判定する。

このようにして信号処理を行つている間に、６
個の比較器において或る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、本実施例ではブレークアウト予知の判定
を前記(2)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) また、本実施例では測温素子の設定個数を３個
としたので、２測定地点の温度差の組合せは３通
りであるが、これに限らず測温素子の設定個数は
２個以上であれば何個でもよい。例えばｎ個の測
温素子を引抜方向に離隔させて設けた場合には、_o
C₂＝１／２・ｎ（ｎ−１）通りの組合せがある。
更に測温素子の設定位置は引抜方向に限らず、鋳
型３の幅方向または厚み方向に離隔させて測温素
子を設けてもよい。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。

〔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
置に測温素子１１，１２，１３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)は鋳型温度、(c)はTaについての（Ｔ−
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。

ここで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。

前記(2)式の大小関係においてブレークアウトを
予知する場合であつても、例えば第５図に示すよ
うに湯面変動或いは引抜速度の変化によつて鋳型
温度が変化するときには、Ta，Tbにおける（Ｔ
−）／σの値が夫々10.3，7.7となり、何れも
K₁（＝５）より大きくなつて誤警報が出る。とこ
ろがこのような場合でも前記(6)式における大小関
係にて比較すれば、警報を出力しない。

従つて、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る。

第６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(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。

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１９，２９，３９，４９，５９，６９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
複数位置の鋳型温度を測定し、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第１の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２点間の鋳型温度差の時間変化率と
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４，５，６図は本発明の効果の説明図、第
７，８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、１５，２５，３５，４５，５５，６
５……減算器、１６，２６，３６……平均温度算
出回路、１７，２７，３７……標準偏差算出回
路、１８，２８，３８……積算器、１９，２９，
３９，４９，５９，６９……比較器、５０，６
０，７０……微分回路、４１……警報器。

Claims

【特許請求の範囲】

１連続鋳造用鋳型の複数の位置夫々で鋳型温度
を測定し、その測定時点近傍での測定時点より前
の所定期間における鋳型温度の標準偏差及び平均
温度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、前記鋳型温度差と所定の第２のしきい
値との大小比較及び前記複数の位置の内の任意の
２点間における鋳型温度差の単位時間当たりの変
化率と所定の第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。