JPH06182511A

JPH06182511A - 連続鋳造の電磁攪拌制御方法および装置

Info

Publication number: JPH06182511A
Application number: JP35372492A
Authority: JP
Inventors: Shigenao Anzai; 栄尚安斎; Hirofumi Maede; 弘文前出; Mitsuru Nikaido; 満二階堂
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 1994-07-05

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、鋼の連続鋳造を行う場合に鋳型温
度情報を監視し、鋳片凹みを把握し、無欠陥鋳片を製造
する電磁攪拌制御方法および装置を提供する。【構成】鋼の連続鋳造鋳型に温度測定手段を複数設
け、鋳型温度変化の周波数スペクトルを求める鋳型温度
監視装置と電磁攪拌装置を接続して構成し、更に周波数
のスペクトル強度から求まる周期が２０秒以下の周波数
成分が含まれる場合、２０〜６０秒以下の場合、それ以
外の３通りに区別し、２０秒以下を含む場合に電磁攪拌
推力を増加させ、２０〜６０秒を持つ場合電磁攪拌推力
を減少させ、それ以外は電磁攪拌推力を変更しないこと
によって、鋳片凹みを防止する電磁攪拌制御方法であ
る。【効果】高生産性とともに欠陥のない良質の鋳片の製
造が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素鋼など鉄鋼材料の
連続鋳造時に発生する鋳片の凹み、ブレークアウトを防
止する制御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造は、一般に上下が開放され
た水冷鋳型内に溶鋼を連続的に注入し、この注入量を制
御して所定の速度で引抜き行われる。

【０００３】鋼の連続鋳造では、鋳型内にＳｉＯ₂，Ｃ
ａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃などの酸化物を主体とした成分からな
るパウダーを添加して、鋳型と鋳片間に流入させて潤滑
を図ることが行われる。

【０００４】パウダーは凝固殻を均一に成長させる点で
必要であるが、例えば炭素鋼で０．０８〜０．１８重量
％Ｃの中炭素鋼は、凝固中および凝固後δ相からγ相に
変態するために格子構造の差に起因した凝固殻の変形が
起りやすく、凹みやときには割れを伴ない、品質欠陥ば
かりでなく操業障害を招くことが知られている。

【０００５】本発明者らは、特に中炭素鋼で鋳片凹みが
発生しやすく、凹み部は鋳片割れを伴い易いことを見出
した。割れは表面に露出するばかりでなく、皮下１〜２
ｍｍの浅い位置に存在するものもある。

【０００６】これらの皮下の割れは、鋳片観察では発見
することができず、圧延工程で製品割れとして顕在化す
る。従って中炭素鋼の製品歩留りは劣悪な状態となるた
め、圧延前の重手入れを行うことも少なくなかった。こ
うした背景から、鋳造中の鋳片凹みを把握し、鋳造中に
凹みを防止することが望まれていた。

【０００７】本発明者らは、鋳型内凝固現象の解明に努
め、鋳造プロセスで適用可能で確実に鋳片の凹みを防止
する電磁攪拌によるオンライン制御方法およびその装置
を構築するに至った。

【０００８】中炭素鋼の表面欠陥に関する報告として、
日本鉄鋼協会講演論文集『材料とプロセス』Ｖｏｌ．
４，Ｎｏ．４（１９９１）Ｐ１２５６〜１２５７の資料
が例示できる。この開示は、中炭素鋼鋳片に見られる表
面凹みが、操業条件とりわけ鋳型内電磁攪拌に強く影響
される例を示した。

【０００９】本発明者らも全く同様の知見を得ており、
中炭素鋼特有の現象であることは容易に認識するところ
である。

【００１０】鋳型内電磁攪拌の強度と鋳片凹みの関係の
特徴は、同一鋳造速度条件下において電磁攪拌推力が低
い領域では凹みが鋳造方向に対して横方向に発生するこ
と、また電磁攪拌推力が大きい領域では凹みが鋳造方向
に対して縦方向に発生することである。

【００１１】更に本発明者らは、強電磁攪拌推力領域の
操業条件では縦の凹みが鋳造方向で長い領域に渡って発
生するため、凝固シェルが縦に破断するいわゆる縦割れ
性ブレークアウトに至り易く、高速鋳造ほど顕著になる
ことを経験した。

【００１２】一方電磁攪拌を付与しない条件では、凝固
シェルの発達が不安定になるため同様に割れを伴いブレ
ークアウトに至ることを経験した。従って、適正な電磁
攪拌条件が存在することが判明し、中炭素鋼のように鋳
造性が悪い鋼種であっても、健全な鋳片製造と高速鋳造
を両立することは、極めて重要な開発課題である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように中炭素鋼
は、鋳造性が極めて劣ることは当該業者の承知するとこ
ろであるが、前述の公知文献は中炭素鋼の鋳造時の特徴
を示したに過ぎず、鋳片の凹みを防止する具体的手段を
開示するものではなく、況んや鋳造中の鋳片凹み状態に
応じて操業条件を鋳造中に変更することを示したもので
はない。

【００１４】一方鋳片の凹みを予測する手段として、特
公平３−７７９４４号公報を例示できる。この開示は、
鋳型内に温度測定手段を設け、温度変化量（正常時の２
０℃以上３０℃未満下降）とその後の温度上昇速度（変
化速度が２℃／秒）をしきい値として異常を判定するも
のである。ここで正常時の値としては、直近の時系列平
均や操業条件から規定した値などが用いられる。

【００１５】これは、鋳片表面が鋳型内のδ／γ変態に
起因して歪み凹みが発生した場合には、鋳型との接触が
低下するため結果として鋳型銅板温度が低下し、凹みが
減少した場合には、鋳型銅板温度が上昇する現象を利用
したものであり、鋳造引抜きによって温度変動が下方に
移動する現象を合せて考慮したものである。

【００１６】このシステムは巧みに構築されたものであ
るが、鋳型温度や温度変動速度は連続鋳造機の仕様，鋳
造速度，鋳型の材質，温度測定手段の取り付け状況など
に依存するものである。

【００１７】従って当該方法を採用するには、連続鋳造
機の特性に合った条件を設定しなければならないので技
術的汎用性に乏しく、また温度の絶対値を用いるシステ
ムは測定精度が結果を左右し信頼性に欠ける。

【００１８】更にこの開示は、連続鋳造時の温度をデー
タ処理し凹みを予測するもので、鋳造中積極的に凹みを
防止する操業に結びつける方法を開示したものではな
い。

【００１９】もう１つの事実として、本発明者らは鋳片
の凹み状態が、パウダーの鋳造中の成分変化に影響され
ることを見出した。連鋳パウダーは湯面に投入して使用
するが、溶融，鋳型潤滑によって消費される。鋳型内の
パウダー溶融プール厚みは、通常５〜１５ｍｍである
が、パウダープール内の成分を鋳造時間と共に調査した
結果、特にＡｌ₂Ｏ₃が３〜１０重量％程度濃化し、他
の主要成分も数％ではあるものの変化した。

【００２０】かかる状態においては、パウダーの溶融温
度，凝固温度，粘度などの物性値が変化して初期の状態
を維持することができず、鋳造中のパウダーの物性変化
によって鋳型内での潤滑，抜熱状態が変化し、結果的に
鋳片の凹み状態が変化する。

【００２１】即ちパウダー，電磁攪拌，鋳造速度を適正
な範囲に設定しようとしても、鋳造中不可避的に変化す
ることによって鋳片凹みは大きなばらつきを持つのであ
る。従って鋳造中の鋳片凹み状態に対応して、操業条件
を変更することが極めて重要な意味を持つのである。

【００２２】本発明は、容易に鋳型内鋳片の凹み状態を
判定可能でかつオンラインアクションによって凹みを防
止する具体的手段を開示するものであり、当然ながら温
度測定手段の種類，精度，取付け誤差などに起因した外
乱の影響の全くない装置と、この装置を活用して工業的
規模で無欠陥鋳片を製造可能とする連続鋳造の電磁攪拌
制御方法およびその装置を提供するものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、これらの
問題点に関して実験的検討を重ね以下の結論を得た。即
ち、本発明の要旨は以下の通りである。

【００２４】本発明の方法は、炭素鋼および合金鋼の連
続鋳造の電磁攪拌制御方法において、鋳型の湯面位置よ
り下方の鋳型壁の少なくとも１ケ所以上の温度および／
または熱流束を測定し、該温度および／または熱流束の
経時変化の周波数スペクトルを求めて、該スペクトル情
報により鋳型内電磁攪拌力を制御することを特徴とする
連続鋳造の電磁攪拌制御方法である。

【００２５】前記電磁攪拌制御方法において、温度情報
の周波数スペクトル解析から求まる周期が２０秒以下で
ある周波数成分が含まれる場合は鋳型電磁攪拌の攪拌力
を増加させ、２０秒を越え６０秒以下の周波数スペクト
ルが含まれる場合は、電磁攪拌力を減少せしめるよう電
磁攪拌装置を制御するものである。

【００２６】また前記それぞれの電磁攪拌制御方法にお
いて、電磁攪拌電流を増減する場合、１回当りの電磁攪
拌電流変化を変更直前の電流値に対して±２〜±１０％
の範囲で行うものである。

【００２７】本発明の装置は、連続鋳造の電磁攪拌制御
装置において、連続鋳造鋳型の湯面位置より下方の鋳型
壁の少なくとも１ケ所以上に設けられた熱電対および／
または熱流束測定手段と、該手段により測定された温度
および／または熱流束の経時変化の周波数スペクトルを
求める手段と、前記求められた周波数スペクトルの周期
を判定する手段と、前記判定された周期により鋳型内電
磁攪拌装置の投入電力を制御する手段とを具備したこと
を特徴とする連続鋳造の電磁攪拌制御装置である。

【００２８】

【作用】以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。

【００２９】図１は、鋳型温度測定手段と鋳型内温度の
周波数スペクトル解析を用いた鋳型監視装置と電磁攪拌
制御手段とを接続した装置構成の説明図であり、鋳片品
質判定，鋳型内電磁攪拌制御，鋳造速度制御，鋳片凹み
判断表示装置および鋳片手入れ指示，手入れ実績監視の
系統図を示す。

【００３０】図２は、鋳型温度情報の周波数スペクトル
解析を用いた鋳型内鋳片の凹み判定方法，電磁攪拌制御
判定方法，鋳造速度の変更指示のフローチャートを示す
説明図である。

【００３１】図３，４，５は、鋳片の表面状態（縦凹
み，横凹み）と鋳型温度情報の周波数スペクトル解析結
果の関係を示す説明図である。

【００３２】図６は、鋳造中の鋳片凹みの発生状況の経
時変化と電磁攪拌電流値を凹み予測によって鋳造中変更
させた場合の改善効果を示す説明図である。

【００３３】まず図１を用いて電磁攪拌制御装置の構成
を説明する。１は溶鋼保持容器，２は注入ノズル，３は
注入量制御手段，４は連続鋳造鋳型，５は溶鋼，６はパ
ウダー，７は凝固殻，８は温度測定手段，９は鋳片，１
０は鋳型内電磁攪拌手段，１１は鋳片ガイドロール，１
２は鋳片引抜き手段，１３はスペクトル分析手段，１４
は鋳造速度制御手段，１５は電磁攪拌力制御手段，１６
は鋳造長さ測定手段，１７は鋳片搬送ロール，１８は鋳
片切断機、１９は切断後の鋳片，２０は鋳片手入れ手
段，２１は鋳片凹み判定手段，２２は統轄鋳片品質管理
手段である。なお、情報の流れを図中のフローで示し
た。

【００３４】溶鋼５は溶鋼保持容器１に保持され、注入
ノズル２，注入量制御手段３を介して連続鋳造鋳型４内
に注入される。鋳型内で溶鋼５は凝固が進行して凝固殻
７を形成するが、パウダー６によって再酸化が防止さ
れ、かつ潤滑が十分に行われて鋳込まれる。

【００３５】また溶鋼５は、鋳型内電磁攪拌手段１０に
よって攪拌流動下で凝固を開始して凝固殻７を形成す
る。この際例えば中炭素鋼は、δ／γ変態を起こして凝
固殻が凹みを生じる。鋳片９は、鋳片ガイドロール１１
によって支えられつつ引抜き手段１２によって引き抜か
れる。引抜き速度は、鋳造速度制御手段１４によって自
由に変更可能である。

【００３６】鋳片９は、途中の冷却によって収縮するた
め鋳造長さ測定手段１６によって計測されている。鋳片
９がやがて切断機１８に到達すると、所望の長さに切断
され鋳片１９となる。この段階で統轄鋳片品質管理手段
２２は、鋳片別に品質情報を管理する。

【００３７】一方鋳型４内で、凹みが凝固殻７に起った
場合には、凝固殻７と鋳型４の接触状態が変化するた
め、温度測定手段８の温度情報は時間と共に変化する。
従って温度測定手段８の温度情報の取り込みを一定周期
（後述するサンプリング周期）で行い、その情報を逐次
スペクトル分析手段１３に取り込み、更に鋳片凹み判定
手段２１に伝送し、周波数スペクトル解析結果により電
磁攪拌力の増減，現状維持を判断し、電磁攪拌力制御手
段１５に命令する。

【００３８】電磁攪拌の制御は図２のフローに従って行
われる。

【００３９】鋳片凹み判定手段２１は、特定の周波数
（周期）成分の有無を判断して、電磁攪拌の条件変更と
鋳片凹みの判断を同時に行って、電磁攪拌力制御手段１
５の電流値変更と上位の統轄鋳片品質管理手段２２への
凹み情報伝送を行う。

【００４０】鋳型内電磁攪拌手段１０は、移動磁界を用
いて溶鋼を攪拌することができる。攪拌強度（攪拌流
速）は、電磁攪拌手段１０の印加電流を増減することで
変更可能である。すなわち電磁攪拌手段の誘起する移動
磁界強度が、電流によって変更可能であることによる。

【００４１】また攪拌は、電流による制御であることか
ら、その応答性は極めて良好で変更後即座に攪拌流速が
変化する。

【００４２】次に、システム構成例について説明する。
これは例えば、統轄鋳片品質管理手段２２（上位コンピ
ュータ），鋳片凹み判定手段２１（中位コンピュータ）
および鋳造長さ測定手段１６（下位コンピュータ）を接
続して構成する。

【００４３】鋳造長さ測定手段１６（下位コンピュー
タ）は、鋳片長さ計測手段であるメジャーロールとパル
スカウンタなどにより、鋳片の鋳造長を逐次測定し温度
降下による収縮などの影響を排除した正確な鋳造長さ情
報を、中位コンピュータである鋳片凹み判定手段２１に
伝送する。

【００４４】一方鋳片凹み判定手段２１は、スペクトル
解析結果から鋳片の凹み状態を判断して、凹みが縦の場
合電磁攪拌電流を減少させる命令を、また横凹みの場合
は増加させる命令を電磁攪拌力制御手段１５に下し、同
時に上位の統轄鋳片品質管理手段２２に凹み判断結果
や、電磁攪拌電流値など操業情報を伝送する。

【００４５】統轄鋳片品質管理手段２２は、鋳片の切断
完了毎に鋳片実績管理を行なう。以上の方法により、シ
ステム構築する。もちろんこれらの機能を１つのコンピ
ュータで行うことでも問題がないが、信頼性，保守，機
能増強，拡張性の点で機能分割した形式を採ることが望
ましい。

【００４６】図２は、鋳型温度情報の周波数スペクトル
解析と、鋳片凹み判定，電磁攪拌，鋳造速度の指示のフ
ローチャートを示す説明図である。

【００４７】鋳片凹み判定手段２１では、周波数スペク
トル解析と凹み発生の累積時間，すなわち鋳造長さを情
報として用いる。またスペクトル解析により含まれるス
ペクトルの周期（周波数）が、２０秒以下（０．０５Ｈ
ｚ以上）が存在すれば横凹みと判断し、電磁攪拌電流を
増す指令を、それ以外は更に長周期のスペクトル有無を
チェックし、２０秒を越え６０秒以下（０．０１６Ｈｚ
以上０．０５Ｈｚ未満）の場合縦凹みと判断し、電磁攪
拌電流を減じる指令を下す。それ以外は凹みなしとし
て、現状の状態を維持させる。

【００４８】更に品質情報として、鋳片長さを勘案し凹
み位置を特定しつつ、鋳片の切断時に凹み判定結果（例
えば、縦凹み：１、横凹み：２、なし：０などの品質情
報）と凹み発生位置などの情報を鋳片毎にファイルす
る。同時に上位の統轄鋳片品質管理手段２２に伝送し、
必要に応じて鋳片手入れの指示などを行わせる。これに
より表面疵の全くない鋳片を製造，保証する。

【００４９】次に温度測定手段８について述べる。

【００５０】温度測定手段８には、銅−コンスタンタン
熱電対，クロメル−アロメル熱電対など汎用の熱電対を
用いることができる。更に熱流速計でもなんら問題がな
く、銅−コンスタンタン−銅で構成すれば良い。

【００５１】熱電対など温度測定手段８の径は、５ｍｍ
φ以下程度で十分であるが、１．６ｍｍφ程度が一般に
販売されており、望ましいと言える。

【００５２】次に温度測定手段８の設置方法について述
べる。

【００５３】温度測定手段８を湯面位置より鋳型下端方
向に設ける理由は、鋳型内で溶鋼湯面を一定位置に保持
して鋳造するのが一般的で、通常鋳型上端から１００ｍ
ｍ程度下がった位置を設定する。かかる条件下で鋳造を
行った場合、鋳型冷却により凝固殻が生成すると湯面下
約２００〜４００ｍｍ程度の範囲までは良好な接触を示
すので、湯面より下方である必要がある。

【００５４】なお鋳型長さは、鋳型摺動抵抗と凝固殻の
強度バランスから長くとも１〜１．５ｍであることか
ら、高々１．５ｍの範囲内である。

【００５５】望ましくは、接触状態が良好な湯面下４０
０ｍｍ以内に温度測定手段８を設けるのが良い。その理
由は、４００ｍｍ以降は凝固収縮により鋳片が鋳型から
離脱する傾向となり、温度情報の信頼性が薄くなること
による。もちろんこれは鋳型内凝固厚と鋳造速度，鋳型
冷却能で決まる値であり、若干の変化はある。

【００５６】更に望ましい実施態様として、温度測定手
段８を湯面から３０ｍｍ以上２００ｍｍの範囲に少なく
とも１つ設けることである。その理由は、湯面から２０
０ｍｍ程度は鋳型と鋳片の接触が極めて良好で、鋳型温
度を測定することによって鋳片の接触状態を精度良く測
定できることによる。

【００５７】また湯面から３０ｍｍ以上が望ましい理由
は、溶鋼湯面は鋳造中一定位置を完全に維持できるもの
ではなく、通常±２〜１０ｍｍ程度変動している。この
ような状態では、湯面近傍の鋳型温度変動が大きく、鋳
片との接触状態の良否と湯面位置の影響を分離すること
が困難であるためである。

【００５８】本発明の主目的は、鋳片の凹みを判断し電
磁攪拌を制御することであるから、湯面変動の影響の少
ない位置，即ち湯面から３０ｍｍ以上を設置範囲として
採用することが望ましい。

【００５９】温度測定手段８の設置数について述べる。
温度測定手段８は、少なくとも１つ前記範囲内に設ける
ことで実施可能であるが、特に限定するものではないも
のの断線，劣化などを考慮すれば複数個設けることが得
策である。

【００６０】次に鋳造サイズが異なる場合について、ス
ラブ，ブルーム連続鋳造などの場合について説明する。

【００６１】スラブ連鋳機や大断面ブルーム連鋳機な
ど、鋳型との接触面積が大きい場合には、温度測定手段
８は各面に少なくとも１つ以上設けることで、凹みが発
生した面を特定することができる。また実施例のように
正方形断面に近く周方向の差があまりない小断面鋳型の
場合には、１つの面で代表させることも可能である。

【００６２】更に、温度測定手段８を鋳型面内に複数個
設け情報量を増やしたい場合は、格子状配置，千鳥配置
など任意の設置でなんら問題がない。設置間隔は、凹み
位置を特定する精度を考慮して設置すればよく、横方向
の間隔は短い間隔であることに越したことはないが、１
００〜２００ｍｍに最低１個の間隔で設置すれば実用に
耐える。

【００６３】鋳型温度情報をサンプリングしデータ解析
を行うには、サンプリング周期が重要である。サンプリ
ング周期は目標とする凹み推定精度で決定すれば良く、
目標精度を与えれば理論的に決定可能である。

【００６４】例えば鋳造速度２ｍ／ｍｉｎで操業する状
態において、鋳造長手方向１０ｃｍの精度を保証したけ
れば、除算を行ってその周期は３秒（０．３３Ｈｚ）が
求まる。サンプリング定理から、０．６６Ｈｚ以上の周
波数でサンプリングすればよく、例えば１Ｈｚ（１秒周
期）を採用すれば問題がない。

【００６５】データサンプリングは、現在のコンピュー
タ技術ではμｓｅｃ〜ｍｓｅｃのオーダーまで可能であ
るので、上記サンプリング周期は十分に達成できるばか
りでなく、更に小さくし推定位置の精度を高めることは
容易である。即ち鋳片凹み位置の特定精度を決定すれ
ば、鋳造速度とサンプリング定理を勘案することでほぼ
自由に選択することができる。

【００６６】次に鋳型内電磁攪拌の推力を変更する値
に、温度情報の変動周期２０秒，６０秒を採用する理由
について説明する。

【００６７】本発明者らの経験では、鋳片の凹み発生頻
度と鋳造速度の関係を検討し、以下のことを見出した。
即ち凹みが発生する場合、発生間隔と鋳造速度で求まる
時間間隔（周期）が、ある特定の範囲に存在する。

【００６８】鋳型温度変化のスペクトル解析と鋳片凹み
の特徴から、２０秒以下の範囲では横凹み疵，２０〜６
０秒の範囲では縦凹みに変化したのである。また６０秒
を越える場合には、凹みがほとんど観察されなかった。
従って鋳型温度情報の変動周期を求めることで、確実に
鋳片の表面凹み状態を推定可能であるとの結論に至っ
た。その変化を予測するに有効な周期は、２０秒および
６０秒である。

【００６９】次に鋳型内電磁攪拌の電流変化量を変更直
前の値に対して±２〜±１０％に限定する理由を述べ
る。

【００７０】電磁攪拌は連鋳機形式や効率にもよるが、
電流値で１５００〜２０００Ａ程度が一般的であり、そ
の時に得られる溶鋼の攪拌流速は５０〜８０ｃｍ／秒程
度である。

【００７１】即ち攪拌電流が、２〜１０％では３０〜２
００Ａに相当し、流速も０．１〜８ｃｍ／秒程度のオー
ダーで変化する。また電磁攪拌によって溶鋼流動を与え
ることによって、凝固状態が変化するため負偏析が発生
することが一般に知られている。こうした状況から急激
に攪拌を変化させることは偏析状態を悪化させる要因と
もなり８ｃｍ／秒程度以下で変更することが有効である
ことを見出した。

【００７２】また鋳片の欠陥状況から判断すると、２％
未満では変化量が少ないため凹み改善までの鋳造長さが
長くなり、１０％を越えると偏析が長手方向で異なって
しまう。また特に限定するものではないが、±５％程度
の増減が実用上望ましい。

【００７３】

【実施例】以下実施例により、本発明を具体的に説明す
る。実施例では本発明の効果を明確にするために、最も
欠陥の出易い中炭素鋼の場合の結果を用いて説明する。

【００７４】鋳造に用いた炭素鋼の主要成分およ連続鋳
造パウダー成分は、表１，２に示す通りである。

【００７５】

【表１】

【００７６】

【表２】

【００７７】鋳造条件を以下に示す。

【００７８】連続鋳造は、鋳片断面サイズが１６２ｍｍ
×１６２ｍｍで６ストランドの連続鋳造機を用いて行っ
た。

【００７９】鋳造速度は、全てのストランドともに１．
８ｍ／ｍｉｎ〜３．０ｍ／ｍｉｎの範囲である。

【００８０】鋳型内電磁攪拌は、全てのストランドに設
け、電流値は０〜１５００Ａまで連続可変である。

【００８１】温度測定手段には、１．６ｍｍφの銅−コ
ンスタンタン熱電対の通常の熱電対を用いた。

【００８２】熱電対は、連続鋳造鋳型銅板に埋設して設
置し、鋳造中の温度情報を測定することができる。鋳型
はチューブラ鋳型と称する１６２角の鋳片用筒型銅板で
構成し、銅板厚は１０ｍｍ，長さ９００ｍｍである。

【００８３】このチューブラ鋳型の外側に水冷箱を設
け、銅板を強制的に冷却して鋳造に用いる。なお溶鋼や
鋳片と接触する鋳型内面はＮｉメッキを施し、鋳型Ｃｕ
に起因した鋳片表面割れを防止する構造とした。

【００８４】熱電対の高さ方向には鋳型上面より１１０
ｍｍから下方に向かって３５ｍｍ間隔で１５本を銅板内
の水冷側皮下３ｍｍ（溶鋼側より７ｍｍ）に溶接施工し
て使用した。

【００８５】鋳造中の湯面位置は、８０±３ｍｍに保持
して鋳造した。従って最上段熱電対は湯面より３０ｍｍ
に位置する。

【００８６】温度測定手段即ち上記熱電対の出力をリニ
アライズ後、マイクロコンピュータによる取り込みを行
って周波数スペクトル解析を行った。

【００８７】周波数スペクトル解析は、高速フーリエ変
換法と最大エントロピー法など、スペクトル解析で通常
行われる手段を用いることが可能で、本実施例では、サ
ンプリングデータ数が少なくとも、スペクトル推定精度
が良好な最大エントロピー法を用いた。

【００８８】実施例は、周波数スペクトルを求め鋳造後
鋳片観察結果と対比し、鋳造欠陥と周波数スペクトルの
関係を評価した。

【００８９】温度情報のサンプリング間隔は、０．１，
０．２，０．５，１．２，５，１０，１５および２０秒
間隔で、鋳片の品質予測に必要なサンプリング周期を調
査した。

【００９０】表３は、温度測定手段のサンプリング間隔
（周波数）と鋳片表面凹みとの対応関係を示したもので
ある。表３から、サンプリング間隔は１０秒以下である
必要がある。

【００９１】またサンプリング間隔が細かいほど良好な
結果を与えると考えられるが、実用的には０．５〜５秒
周期で十分であり、より高精度化を期するには０．５秒
以下とすることが望ましい。

【００９２】勿論、リアルタイム方式で周波数スペクト
ル分析専用の機器が製品化されているので、これを用い
特定周波数の出現に注目することで同様のシステムを構
築可能である。

【００９３】

【表３】

【００９４】図３，４，５は鋳造速度２ｍ／ｍｉｎの条
件で鋳造し、熱電対温度のサンプリングを２秒行った際
のデータを用いて周波数スペクトルを求め、鋳造後に解
析位置に相当する部位の鋳片の表面状態との関係を示し
たものである。図３は横凹みが発生した場合、図４は縦
凹みの場合、図５は凹みがないか極めて軽微な場合であ
る。

【００９５】図３，図４より、鋳型温度変化の周波数が
高い（周期が短い）ほど鋳片横凹みが発生し、周波数が
低い（周期が長い）ほど鋳片縦凹みが発生することが判
る。更に変動周期が長い領域では、表面凹みが見られな
いことが判った。

【００９６】電磁攪拌条件との関係では、図３は電流８
００Ａの場合，図４は電流１２５０Ａの場合，図５は１
１３０Ａの場合である。この図からは、凹みを防止する
には適正な電磁攪拌電流（ここでは１１３０Ａ）が存在
することが判る。

【００９７】一方図６は、６ストランドの内３ストラン
ドづつ条件を変更して鋳造した場合の例で、連続鋳造中
の長手方向に凹みの状態の変化を示したものである。各
ストランドの鋳造速度は２．０ｍ／ｍｉｎ一定とし、鋳
造鋼種は表１，パウダーは表２に示すものを用いた。

【００９８】１〜３ストランドは、電磁攪拌電流１１３
０Ａ一定、４〜６ストランドは、図２のフローに従って
鋳型内電磁攪拌を鋳型温度情報の周波数スペクトル解析
で求めた判定値を用いて、電磁攪拌電流を８００〜１５
００Ａの範囲で変更して鋳造した。

【００９９】また、本実施例で用いた連続鋳造装置の電
磁攪拌は、各々のストランドに対して、鋳造速度Ｖと電
磁攪拌電流Ｉの関係は、Ｉ＝２９０Ｖ＋５５０（Ａ）と
している。実施例ではＶ＝２．０ｍ／ｍｉｎであるか
ら、基本電流値は１１３０（Ａ）である。従って、実施
例では１１３０（Ａ）を初期条件として、鋳造を一斉に
開始した。

【０１００】その後４〜６ストランドは、周波数スペク
トル解析を用いて鋳片の凹み状態に合せて電磁攪拌電流
を変更し、電流値は各変更必要時点での値から±２〜±
１０％の範囲で増減させた。例えば電流値を±５％変更
する場合は、変更前後での電流値をＩ₁，Ｉ₂とすると
Ｉ₂＝Ｉ₁±０．０５１₁なる関係にある。

【０１０１】図６から、電磁攪拌電流を鋳片の凹みに応
じて変更することにより、鋳片凹みが減少することが判
る。従ってオンラインでの鋳片表面状態の制御を実現し
ており、鋳造全長に渡って改善可能であると言える。

【０１０２】鋳片の疵を評価する上で重要なのは、鋳片
が製品まで良好な品質を保証することである。周波数ス
ペクトルを用いて電磁攪拌電流を制御し、鋳片凹みを制
御することの効果を明らかとするために、鋳片の品質，
手入れ量，製品疵発生率の点から説明する。

【０１０３】最初に鋳片の凹みを、凹み深さと発生長さ
の積で指標化した凹み発生率を用いて示す。凹み発生率
は深さ（ｍｍ）×発生長さ率（％）×４面で定義し、鋳
片全長，全面に深さ２ｍｍの凹みが発生した場合、凹み
発生率は２×１００×４＝８００（％）となる関係があ
る。

【０１０４】電磁攪拌をオンライン変更した鋳片は、鋳
片凹みが改善され凹み発生率は０〜５％であった。これ
に対して電磁攪拌を適用しない場合、１５０％から大き
い場合には８００％にも達した。

【０１０５】こうした凹みは、前述のように皮下に割れ
を伴っているため圧延前に手入れが必要である。手入れ
を溶削法によって実施したところ、溶削代は、電磁攪拌
オンライン変更材は、ほぼ無手入れ可能で深くとも約
０．５ｍｍを部分的に手入れすることで割れが消滅し
た。これに対して通常材は、溶削代が２〜３ｍｍ必要
で、部分的には５ｍｍ以上溶削しても消滅せず、スクラ
ップとなった。

【０１０６】具体的には、鋳片無手入れ合格率は、従来
法のせいぜい５％に比べ、本発明法では９８．５％の合
格率を示し、スクラップ比率は、従来法では鋳造量の５
〜１５％に及んだのに対し、本発明法では０％であっ
た。

【０１０７】更に電磁攪拌オンライン変更材を圧延し、
品質を評価した結果、製品圧延後の合格率も１００％
で、鋳造までに完全に良好な鋳片を製造可能であること
を確認した。

【０１０８】一方本発明法を長期間に亘って実施した結
果、ブレークアウトを未然に防止できる効果を合せ持つ
事実をつかんだ。ブレークアウトは、中炭素鋼の場合、
鋳片凹みが縦方向に長時間連続して発生した場合に縦凹
みが縦割れに進展し、更に拡大した時点で凝固殻が破れ
ることによる。

【０１０９】本発明法では、前述したように電磁攪拌の
オンライン制御で凹み防止を図るので、鋳片縦凹みによ
るブレークアウトを防止することができた。１６２ｍｍ
角のビレットの鋳造でのブレークアウト発生率は、中炭
素鋼で累積鋳造長（本実施例の場合、１ストランド当り
の鋳造長×６ストランド）が、従来１２，０００ｍに１
度発生していたものが２５０，０００ｍに１度まで減少
し、発生頻度は約１／２０になった。

【０１１０】また完全にブレークアウトを防止するに
は、縦凹みを検知し電磁攪拌を減少させる操作に加え、
鋳造速度を減少させることも有効であった。具体的に
は、鋳型長さ９００ｍｍで鋳造速度２ｍ／ｍｉｎでは、
鋳片が鋳型内に滞留している時間は約２７秒である。概
ね１５秒以内に即ち滞留時間の約１／２の間に、鋳造速
度を１／２〜１／５，即ち１〜０．４ｍ／ｍｉｎに減速
することで、ブレークアウトを未然に回避できた。

【０１１１】従って、鋳造中オンラインで確実に鋳片の
凹みを知ることができるので、高速鋳造を容易に採用す
ることができ、従来平均鋳造速度が１．９５ｍ／ｍｉｎ
であったものが、本発明法により２．６ｍ／ｍｉｎまで
増加させることが可能となった。即ち生産性では、実に
１．３倍以上の改善を達成した。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鋳
型に設けた温度測定手段の周波数スペクトル解析を行
い、その情報に基づいて鋳造中の鋳型内電磁攪拌の電流
をオンラインで変更することで、鋳片表面凹みを確実に
防止でき、製品欠陥のない良質の鋳片の製造が可能とな
り、しかも同時に高生産性を達成出来るものである。従
って本発明の制御方法および装置により、品質保証が十
分に図れる鋳片の製造が可能となり、産業上極めて有益
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳型温度測定手段と鋳型内温度変化の周波数ス
ペクトル解析を用いた鋳型監視装置と電磁攪拌制御手段
を接続した説明図であり、鋳片品質判定，鋳型内電磁攪
拌制御，鋳造速度制御，鋳片凹み判断表示装置および鋳
片手入れ指示，手入れ実績監視システムの構成を示す全
体図である。

【図２】鋳型温度情報の周波数スペクトル解析と鋳型内
鋳片の凹み判定手段，電磁攪拌制御方法を示すフローチ
ャートである。

【図３】鋳片の表面状態と鋳型温度情報の周波数スペク
トル解析結果の関係において、横凹みが発生した場合の
説明図である。

【図４】鋳片の表面状態と鋳型温度情報の周波数スペク
トル解析結果の関係において、縦凹みの場合の説明図で
ある。

【図５】鋳片の表面状態と鋳型温度情報の周波数スペク
トル解析結果の関係において、凹みがないか極めて軽微
な場合の説明図である。

【図６】鋳造中の鋳片凹みの発生状況の経時変化と電磁
攪拌電流値を凹み予測によって鋳造中変更させた場合の
改善効果を示す説明図である。

【符号の説明】

１溶鋼保持容器２注入ノズル３注入量制御手段４連続鋳造鋳型５溶鋼６パウダー７凝固殻８温度測定手段９鋳片１０鋳型内電磁攪拌手段１１鋳片ガイドロール１２鋳片引抜き手段１３スペクトル分析手段１４鋳造速度制御手段１５電磁攪拌力制御手段１６鋳造長さ測定手段１７鋳片搬送ロール１８鋳片切断機１９切断後の鋳片２０鋳片手入れ手段２１鋳片凹み判定手段２２統轄鋳片品質管理手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素鋼および合金鋼の連続鋳造の電磁攪
拌制御方法において、鋳型の湯面位置より下方の鋳型壁
の少なくとも１ケ所以上の温度および／または熱流束を
測定し、該温度および／または熱流束の経時変化の周波
数スペクトルを求めて、該スペクトル情報により鋳型内
電磁攪拌力を制御することを特徴とする連続鋳造の電磁
攪拌制御方法。
【請求項２】温度情報の周波数スペクトル解析から求
まる周期が２０秒以下である周波数成分が含まれる場合
は鋳型電磁攪拌の攪拌力を増加させ、２０秒を越え６０
秒以下の周波数スペクトルが含まれる場合は、電磁攪拌
力を減少せしめるよう電磁攪拌装置を制御することを特
徴とする請求項１記載の連続鋳造方法の電磁攪拌制御方
法。
【請求項３】電磁攪拌電流を増減する場合、１回当り
の電磁攪拌電流変化を変更直前の電流値に対して±２〜
±１０％の範囲で行うことを特徴とする請求項１または
２記載の連続鋳造の電磁攪拌制御方法。
【請求項４】連続鋳造の電磁攪拌制御装置において、
連続鋳造鋳型の湯面位置より下方の鋳型壁の少なくとも
一箇所以上に設けられた熱電対および／または熱流束測
定手段と、該手段により測定された温度および／または
熱流束の経時変化の周波数スペクトルを求める手段と、
前記求められた周波数スペクトルの周期を判定する手段
と、前記判定された周期により鋳型内電磁攪拌装置の投
入電力を制御する手段とを具備したことを特徴とする連
続鋳造の電磁攪拌制御装置。