JPH0623503A - 連続鋳造用鋳型内における溶鋼偏流制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検知や解消が困難な左右の吐出流が周期的に
強弱をくり返す第二の偏流パターンを、高精度で検知し
て制御する鋳型内偏流制御方法の提供。 【構成】 鋳型内の浸漬ノズル両側に設けたレベル計セ
ンサー８で測定した溶鋼湯面レベル差を高速フーリエ変
換し、変動成分を周波数毎に解析して、鋳型内の溶鋼偏
流パターンや偏流程度を検出する。そして、浸漬ノズル
２の吐出孔３に対向させ鋳型長辺に設置した二個の電磁
ブレーキにより、両レベル計センサー8, 8間で、左右何
れか一方の吐出流が強くなる偏流の場合は、吐出流の強
い側により多くの電流を印加する。また、渦流センサー
8, 8間で、左右の吐出流が周期的に強弱をくり返す偏流
の場合は、偏流の左右吐出流強度が入れかわる周期に合
わせ、吐出流の強い側により多くの電流が加わるよう電
流を周期的に強弱して印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連続鋳造設備におい
て、鋳型内の溶鋼吐出流の偏流を検知し、この偏流に伴
う鋳片品質の異常を判定して、前記溶鋼の偏流を制御す
る溶鋼偏流制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、連続鋳造における溶鋼は、浸漬
ノズルによって鋳型内へ注入される。

【０００３】そして、この時に溶鋼中の非金属介在物
は、浸漬ノズルからの注入流によって鋳型内へ持ち込ま
れ、その大部分は湯面上に浮上することとなる。ところ
が、残る一部は鋳片内に捕捉されて、鋳片品質の劣化原
因となる。

【０００４】一方、鋳型内の溶鋼表面には表面被覆用フ
ラックスが浮遊しており、このフラックスも浸漬ノズル
からの溶鋼吐出流によって一部が鋳片内に巻き込まれ、
これも鋳片品質の劣化原因となる。

【０００５】そして、これら非金属介在物の捕捉やフラ
ックスの巻き込み量は、鋳片内の溶鋼流の状況によって
大きく変化する。図９はその説明図であるが、スラブ連
鋳機において、鋳型１の中央に浸漬ノズル２が配置さ
れ、その吐出孔3a，3bから吐出される溶鋼流は、鋳型１
内を矢印４，５のように流動する。

【０００６】即ち、吐出孔３からの溶鋼流は、鋳型内の
溶鋼６の中を流れる間に、その速度を減少し、鋳型１に
おける各短辺1a，1bの側壁面への衝突によって反転流と
なる。この反転流の一方は、湯面側に向かう上昇流４
Ａ，５Ａとなし、他方は下方へ向かう下降流４Ｂ，５Ｂ
となし、この間に大きく減速される結果、上昇流４Ａ，
５Ａは湯面上のフラックス７を溶鋼中に巻き込むことな
く、また下降流４Ｂ，５Ｂは鋳片中に深く到達しないよ
うにして、鋳片の品質を高めて鋳造が実施されている。

【０００７】しかし、このような図９の関係は両吐出孔
3a，3bからの溶鋼流が均等である場合に生じる良好な状
況のものであって、浸漬ノズル２に取り付けられたスラ
イディングノズル（図示せず）の絞り開度や鋳込み速度
などによって浸漬ノズル２を下降する溶鋼流動にゆらぎ
を生じた場合、あるいは浸漬ノズル２の内壁にアルミナ
等非金属介在物の付着を生じた場合には、この左右の吐
出孔3a，3bからの溶鋼流の均等関係は崩れ、所謂偏流が
発生する。

【０００８】そして、この時の偏流発生状況には、次に
述べる二つのパターンがある。即ち、第一の偏流パター
ンは、図10に示すように、浸漬ノズル２における左右の
吐出孔3a，3bの何れか一方の吐出流が強くなる場合であ
る。このような偏流が発生すると、鋳型内における溶鋼
流の内、強い流動を生じた側は上昇流や下降流が強くな
って、フラックス７の巻き込み、あるいは非金属介在物
は溶鋼６の内部深くまで持ち込まれて浮上できずに捕捉
されることとなる（図12のＡ参照）。

【０００９】一方、第二の偏流パターンは、図11に示す
ように、浸漬ノズル２における左右の吐出孔3a，3bから
の吐出流が周期的に強弱をくり返す場合である。このよ
うな偏流が発生すると、左右吐出流の強さが各々ピーク
に達した時に、前述した第一の偏流パターンの場合と同
様、強い流動を生じた側で、フラックスの巻き込みや非
金属介在物の捕捉が発生することとなる（図12のＡ参
照）。

【００１０】また、同時に吐出流の強度が周期的に変化
するため、短辺側の壁面衝突後に発生した上昇反転流の
強度も周期的に変化する。この時に、浸漬ノズル近傍
の、左右の吐出孔3a，3bからの吐出反転流の衝突部にお
いて、反転流の速度変化に起因した渦（図12のＢ参照）
が発生し、この渦による下降流によって湯面上のフラッ
クスが巻き込まれることとなる。

【００１１】このように偏流発生によって、フラックス
の巻き込みや介在物捕捉の頻度が増加し、鋳片品質の劣
化を招くことになる。

【００１２】従来、こうした偏流を検出し、制御する手
段としては、例えば、特開平２−207955号公報に示され
ているように、左右の鋳型短辺における冷却水の水温差
を比較して、溶鋼流の偏流を検出するもの。または、特
開平３−275256号公報や特開平３-32457号公報に示され
ているように、鋳型における長辺および短辺に複数設置
された熱電対の温度情報から偏流を検出し、これを電磁
攪拌装置（ＥＭＳ）により解消するものが知られてい
る。

【００１３】さらに、特開平３-32456号公報や特開平３
−294053号公報に示されているように、鋳型内の浸漬ノ
ズルと鋳型における両側短辺との間に左右各々渦流セン
サーを設置し、これによって測定したレベル測定値を各
々高速フーリエ変換して両者の周波数成分を比較するこ
とで偏流を検出し、この検出した偏流を電磁ブレーキに
よって解消する方法が提案されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の偏流検知方法では、浸漬ノズルにおける左右の吐出孔
の何れか一方の吐出流が強くなる第一の偏流パターン
（以後、単に第一の偏流パターン）が発生した場合には
検知可能であるが、浸漬ノズルにおける左右の吐出孔か
らの吐出流が周期的に強弱をくり返す第二の偏流パター
ン（以後、単に第二の偏流パターン）が発生した場合に
は検知困難となる。

【００１５】即ち、特開平２-207955 号公報，特開平３
-32457号公報，特開平３-275256 号公報に示した冷却水
の水温差や鋳型測温法では、鋳型内の流動変化に対する
応答性が不十分であることから、左右の吐出流が比較的
短い周期（10〜15sec 程度）で強弱をくり返す場合の偏
流を精度よく検知することは不可能となる。

【００１６】また、特開平３-294053 号公報や特開平３
-32456号公報に示す方法では、この第二の偏流パターン
において、左右のレベル変動は位相がずれている同様の
変動成分となるために、左右の渦流センサーの高速フー
リエ変換結果が同様となってしまい、偏流を検知できな
いこととなる。

【００１７】さらに、偏流を防止するための電磁ブレー
キ印加法も、第一の偏流パターンにおいて発生する強い
吐出流側の印加電流を上げることにより、偏流解消を図
っているために、第二の偏流パターンが発生した場合の
対応、即ち、左右双方は強弱をくり返すことが不可能で
あった。

【００１８】この発明は前述した事情に鑑みて創案され
たもので、その目的は従来において検知や解消が困難で
あった、左右の吐出流が周期的に強弱をくり返す前記第
二の偏流パターンを、精度よく検知して制御することの
できる連続鋳造鋳型内の溶鋼偏流制御方法を提供するこ
とにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明の鋳型内の溶鋼
偏流制御方法は、鋳型における短辺側へ向いた溶鋼吐出
孔が穿設されている浸漬ノズルを、鋳型中央に配して連
続鋳造を行うに際し、前記ノズルと両短辺との間各々に
レベル計を配して、その左右レベル計の出力値の差を高
速フーリエ変換し、この周波数成分より鋳型内の偏流状
況を検出する。

【００２０】そして、この検出した鋳型内の偏流状況に
基づいて、偏流制御を行うべく鋳型内に設置した二個の
電磁ブレーキの印加電流を制御する。

【００２１】

【作用】本発明では浸漬ノズルと両短辺との間各々に設
置したレベル計の差を高速フーリエ変換することによ
り、あらゆるタイプの偏流を精度よく検出できるように
している。

【００２２】以下、レベル変動と偏流、および従来方法
と本発明方法での偏流検知精度の差について説明する。

【００２３】 偏流がなく、湯面レベルが安定してい
る場合には、浸漬ノズルと両短辺との間に各々設置した
レベル計からの出力値をフーリエ変換すると、図４に示
すようになる。

【００２４】 前記第一の偏流パターンである偏流が
生じた場合には、レベル計の出力値は強い吐出流の側
で、図５に示すように、高周波帯の変動が増加する。そ
して、弱い吐出流側では、湯面レベルは安定し、前記
の場合と同様に、図４に示したようになる。

【００２５】 前記第二の偏流パターンである偏流が
生じた場合には、両側のレベル変動が発生するため、両
方のレベル計からの出力値が図５に示したようになる。

【００２６】 偏流はないが、レベル制御性が悪化し
た場合には、両側のレベル変動が発生し、前記の場合
と同様に両方のレベル計からの出力値が、図５に示した
ようになる。

【００２７】以上、前記〜の内、従来方法では
（参考、位相差を考慮せず、周波数成分で解析）と、
の区別をすることはできないので、第二の偏流パターン
の偏流を検知することはできなかった。

【００２８】一方、本発明において、前記およびの
ケースでは、両短辺側のレベルはほぼ同期して動いてい
るので、両側のレベル差をフーリエ変換した結果は、図
６に示すように、いずれの周波数帯においてもパワース
ペクトルが小さくなる。

【００２９】また、本発明において、前記のケースで
は、偏流によって片側の強い吐出流側の変動が大きくな
るため、両側のレベル差をフーリエ変換した結果は、図
７に示すように、偏流による波立ち成分が高周波帯に大
きいパワースベクトルとなって表れる。

【００３０】さらに、本発明において、前記のケース
では、両短辺間にて周期的に交互に強い吐出流で偏流
中、その位相が逆であるため、両側レベル計の差をフー
リエ変換した場合に、偏流による波立ち成分が高周波数
帯に大きいパワースペクトルとなって表れる。また、こ
れと同時に、偏流パターン特有の左右の強い吐出流の偏
流が交互に発生し、この時の周期が低周波数帯にてピー
クとなって表れる（図８参照）。

【００３１】以上のように、本発明の方法によって、従
来、検出困難であった、前記第二の偏流パターンの偏流
を精度よく検知できるようになった。勿論、同時に従来
方法でも検出可能である前記第一の偏流パターンの偏流
も、本発明の方法にて検知可能である。

【００３２】次に、これら偏流発生時の制御方法である
が、前記の方法により偏流の有無，偏流の程度，偏流パ
ターン（第一および第二の偏流パターン），第二の偏流
パターンの場合には、その周期を求め、この結果によっ
て、鋳型長辺に浸漬ノズルの二個の吐出孔に対応させて
設置した二個の電磁ブレーキ装置を用いて偏流を防止す
る。

【００３３】そして、第一の偏流パターンの偏流が発生
した場合は、従来方法と同様、吐出流の強い側により多
くの印加電流を、両側レベル計の差をフーリエ変換した
パワースペクトルが図６に示した状態に近ずくまで、加
えればよい。

【００３４】また、第二の偏流パターンの偏流が発生し
た場合は、電磁ブレーキへの印加電流を第二の偏流パタ
ーンの偏流の左右吐出流強度が入れかわる周期に合わ
せ、吐出流の強い側により多くの印加電流が加わるよ
う、電流を周期的に強弱し、レベル差のパワースペクト
ルを抑制してやればよい。

【００３５】本発明の方法において、第一の偏流パター
ンの偏流の強い側、第二の偏流パターンの偏流の左右吐
出流強度が入れかわる周期の位相は、フーリエ変換する
前の両側レベルの差により判断すればよい。

【００３６】例えば、図10にてＨ_W −Ｈ_E が偏流のない
場合に比べ増加すれば、第一の偏流パターンではＥ側の
吐出流強度が強い。また、Ｈ_W −Ｈ_E が増加から減少へ
入れかわる点が、第二の偏流パターンにより、Ｅ側の吐
出流が最大から徐々に減少して、Ｗ側の吐出流強度が上
昇を始める点である。

【００３７】

【実施例】以下、この発明の連続鋳造鋳型内の溶鋼偏流
制御方法を図示する実施例によって説明する。

【００３８】実施例を図１に示す。浸漬ノズル両短辺間
にそれぞれレベル計センサー（例えば渦流センサー）11
ａ，11ｂを設置する。このセンサーによるそれぞれレベ
ル位置Ｈ_W ，Ｈ_E を検出する。このＨ_W とＨ_E の差Ｈ_W
−Ｈ_E を入力装置12を通し計算機13内にて高速フーリエ
変換する。この結果をもとに、電磁ブレーキ制御部14に
指示を出し、電磁ブレーキ15ａ，15ｂへの印加電流をコ
ントロールする。

【００３９】本発明の方法では、レベル値のサンプリン
グを0.1sec毎に行ない、1200点のサンプリングデータの
Ｈ_W −Ｈ_E 値を高速フーリエ変換した。この結果によ
り、偏流発生時にパワースペクトルが増加する周波数
帯、例えば0.３〜0.５Hzにて、ピーク値を求める。ま
た、第二の偏流パターンである偏流発生時の大きなうね
りによって、パワースペクトルが増加する周波数帯0.０
５〜0.１Hzにてピーク値と、その周波数を求める。

【００４０】これらピーク値の大きさ，周波数により、
偏流の有無や偏流パターンおよび第二の偏流パターンの
周期を判定する。なお、具体例を示すと、次の表１のよ
うになる。

【００４１】

【表１】

【００４２】勿論、この判定に用いる値は、鋳型サイ
ズ，鋳込速度等の鋳造条件によって決定される値であ
り、実験的に求めたものである。

【００４３】以下、偏流が発生した場合について述べる
と、先ず、0.３〜0.５Hzのピーク値に比例する偏流強度
に応じ、吐出流の強い側に印加電流ΔＩを加える。ここ
で、電磁ブレーキの印加電流は通常の操業で使用する場
合と同じであるが、この時は通常に加え、印加電流を吐
出流の強い側のみΔＩだけ増加させることになる。例え
ば、次の表２に示すようになる。

【００４４】

【表２】

【００４５】この時に、第一の偏流パターンなら、吐出
流の強い側へ従来方法（参考、プラス電流のみ、うねら
ない強さ）と同様、印加電流を定常的に加える。しか
し、第二の偏流パターンの場合は、0.3 〜0.5Hz のピー
ク値によって、前記表２に示した、ΔＩ×２を振幅と
し、0.０５〜0.１Hzのピーク値を示した周波数を周期と
したsin 波の印加電流増加量Ｉ＝ΔＩsin (2παｔ＋
θ）を図２に示したように加えればよい。ここで、α
は、0.05〜0.1Hz 内での第二の偏流パターンのうねりの
周波数で、ｔは時間(sec) で、θは初期位相である。

【００４６】この時｜Ｉ｜を吐出流の強い側へ加えるこ
とによって、第二の偏流パターンの偏流の大きなうねり
と同期させ、これを制御する。

【００４７】

【発明の効果】この発明の連続鋳造用鋳型内における溶
鋼偏流制御方法によって、定常的な偏流（第一の偏流パ
ターン）や周期的な偏流（第二の偏流パターン）の何れ
をも検知することができると共に、制御することもでき
るようになる。その結果、介在物の鋳片への捕捉や、パ
ウダーの巻き込みが減少し、連続鋳造における鋳片の成
品欠陥を大幅に減少させることができる（図３参照）。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の連続鋳造用鋳型内における溶鋼偏流
制御方法を実施する連続鋳造設備の概略図である。

【図２】この発明の溶鋼偏流制御方法において、第二の
偏流パターンが発生した時における電磁ブレーキ印加電
流コントロール状態を示すグラフである。

【図３】この発明の溶鋼偏流制御方法による鋳片の成品
における欠陥低減効果を示すグラフである。

【図４】従来方法での偏流のない場合におけるレベル計
測定値の高速フーリエ変換例を示すグラフである。

【図５】従来方法での偏流発生時におけるレベル計測定
値の高速フーリエ変換例を示すグラフである。

【図６】この発明方法での 偏流のない場合におけるレ
ベル計測定値の高速フーリエ変換例を示すグラフであ
る。

【図７】この発明方法での第一の偏流パターンの発生時
におけるレベル計測定値の高速フーリエ変換例を示すグ
ラフである。

【図８】この発明方法での第二の偏流パターンの発生時
におけるレベル計測定値の高速フーリエ変換例を示すグ
ラフである。

【図９】一般的な連続鋳造用鋳型内での溶鋼吐出流を示
す概略図である。

【図１０】鋳型内における溶鋼流の第一の偏流パターン
を示す概略図である。

【図１１】鋳型内における溶鋼流の第二の偏流パターン
を示す概略図である。

【図１２】鋳型内での偏流発生時における介在物の捕捉
およびパウダー巻き込み状態を示す概略図である。

【符号の説明】

１…鋳型短辺、２…浸漬ノズル、３…ノズル吐出孔、
４，５…溶鋼吐出流、４Ａ，５Ａ…上昇流、４Ｂ, ５Ｂ
…下降流、６…溶鋼、７…フラックス、８…レベル計セ
ンサー、Ｈ_W ，Ｈ_E …レベル位置、Ａ…吐出流による介
在物フラックス巻き込み、Ｂ…うずによる介在物フラッ
クス巻き込み。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造設備における鋳型内の長手方向
   両端部であり、浸漬ノズルの両側に各一個、計二個のレ
   ベル計センサー（渦流センサー）を設置して、各々の溶
   鋼湯面レベルを測定し、 次いで、鋳型内の長手方向両端部における湯面レベルの
   差を取り、この差を高速フーリエ変換し、変動成分を周
   波数毎に解析して、鋳型内での溶鋼偏流のパターンおよ
   び偏流程度を検出し、 次いで、浸漬ノズルにおける二個の吐出孔に対向させ
   て、鋳型長辺に設置した二個の電磁ブレーキにより、前
   記両レベル計センサー間で左右何れか一方の吐出流が強
   くなる偏流の場合は、吐出流の強い側により多くの電流
   を印加し、 前記二個の電磁ブレーキにより、前記両レベル計センサ
   ー間で左右の吐出流が周期的に強弱をくり返す偏流の場
   合は、偏流の左右吐出流強度が入れかわる周期に合わ
   せ、吐出流の強い側により多くの電流が加わるように、
   電流を周期的に強弱して印加することを特徴とする連続
   鋳造鋳型内の溶鋼偏流制御方法。