JPH0724927B2 - 連続鋳造の拘束性ブレークアウト予知方法 - 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
出温度より一担上昇し、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、一時的な
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、引き抜き停止により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
Ｖ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端（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下移動す
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くく、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、連続鋳造の拘束性ブレ
ークアウト予知方法において： 温度上ピークが現われた点の位置すなわちピーク点位置
を時刻（・・・,n−2,n−1,n）区分でメモリに記憶し； 最近の時刻（ｎ）より前の時刻（ｎ−1,n−2,・・・）
の前記メモリ上のピーク点位置が、鋳造鋳片の引抜きに
よる降下移動により最近の時刻（ｎ）で到達する位置す
なわちピーク点推定位置を算出し； 前記メモリ上の前記最近の時刻（ｎ）のピーク点位置
と、前記ピーク点推定位置との連なりでなるピーク点分
布パターンを形成し、このピーク点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； ことを特徴とする。

〔作用〕

現実のピーク点位置の検出は、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、すなわち、上記の
ように、ピーク点位置を時刻（・・・,n−2,n−1,n）区
分でメモリに記憶し、最近の時刻（ｎ）より前の時刻
（ｎ−1,n−2,・・・）の前記メモリ上のピーク点位置
が、鋳造鋳片の引抜きによる降下移動により最近の時刻
（ｎ）で到達する位置すなわちピーク点推定位置を算出
することにより、最近の時刻（ｎ）で、温度センサの配
置位置に制限されない仮想位置（ピーク点推定位置）が
得られる。

上記のように、最近の時刻（ｎ）のピーク点位置と、前
記ピーク点推定位置との連なりであるピーク点分布パタ
ーンを形成すると、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、このピーク点分布パターンが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。

最近の時刻（ｎ）のピーク点位置を検出するための温度
センサ（鋳型の下部側）と、それより前の時刻（ｎ−1,
n−2,・・・）でピーク点位置を検出するための温度セ
ンサ（鋳型の上部側）とは、鋳型の横方向に位置をずら
すのが、横方向でのピーク点分布パターンの点密度を高
くする上で好ましく、これは、鋳型の縦方向（上下方
向；引抜方向）各位置で、温度センサを鋳型の横方向に
粗いピッチで配列しうることを意味する。すなわち、温
度センサの横方向配置ピッチの自由度が高い。すなわ
ち、比較的に低密度の温度センサ配列でも、可及的に高
密度のピーク点分布パターンを得て拘束性ブレークアウ
ト予知の精度を高くすることができる。

換言すると、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（ピーク点推定位置）を含むピー
ク点分布パターンが高密度で得られ、かつ更に、ピーク
点位置（時刻ｎ）およびピーク点推定位置（時刻ｎ−1,
n−２等のピーク点位置に基づいた算出位置）でなるピ
ーク点グループ内のピーク点間の補間処理により、ピー
ク点間が連続したカーブを得ることができ、しかも、例
えば、最近の時刻（ｎ）のｎをｎ−1,n−２と読み替え
て、上述の本発明の処理を同様に行なうことにより、時
刻（ｎ）のピーク点分布パターンに加えて、時刻（ｎ−
１）および（ｎ−２）それぞれのピーク点分布パターン
が得られ、これらのピーク点分布パターンを、時刻
（ｎ）のもの，（ｎ−１）のもの，（ｎ−２）のもの
と、あるいはその逆順に、順次にチェックすることによ
り、ピーク点分布パターンの時系列の推移を追跡するこ
とができる。

以上のように本発明によれば、鋳型の横方向に比較的に
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（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Ca
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を埋設してあ
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てある。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。以外
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た熱電対毎に、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
サンプリングをした熱電対（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（ｔ）−Tba（ｔ′）≧Ts （１） Tb（ｔ）：今回の検出温度（瞬時値）， Tba（ｔ′）:6秒前〜22秒前のMax値， Ts: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、45゜のＶ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ｉ＝１〜ｎ−１）の上下方向
（ｙ）位置データ（yi）はyi−Vb・ts・（ｎ−ｉ）に更
新する。ここで位置データ（yi）は、鋳型の下端を原点
０とするものである。

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
した点群の中で垂直（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45゜右下りの直線と、右側にあ
る点（第２点）を通る45゜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Ｖ先端点
を、CRT表示用の画像メモリ上に表示点（黒ドット）と
して書込むと共に、第１点とＶ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ピクセル情報を
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左上
点に直線を引く形で、Ｖ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（黒ドット）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み、同様に、第２点より右
上り45゜±ａ゜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、Ｖ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（黒ドッ
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ディス
プレイ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Ｖ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
ク点を推定補間した、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）内全領域の
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2ts（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4ts（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
ec刻みで）まで逆登って実行しCRTディスプレイに表示
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ディスプレイに表示する温
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ェックし、そうであると、この
分布パターンを、Vb×2ts,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。

Tb（ｔ）−Tba（ｔ′）≧Ts …（１） Tb（ｔ）：今回の検出温度、 Tba（ｔ′）:6秒前〜22秒前のMax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
（３）式及び第（４）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。

（Tb（ｔ）−Tb（ｔ′）/2＜ｂ …（３） tb₁−tb₀≦Ｃ …（４） Tb（ｔ）：今回の検出温度（瞬時値）、 Tb（ｔ′）：前回の検出温度（瞬時値）、 Tba（ｔ′）:6秒前〜22秒前のMax値、 tb₁:第（３）式の条件を満足した時刻、 tb₀:第（１）式の条件を満足した時刻、 b,c:b＝０（定数）,c＝20（定数）。

処理P4では、上記第（１）式，第（３）式及び第（４）
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
描いてあるが、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生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、Ｖ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。

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。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、鋳型の横方向に比較的に
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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、連続鋳造の拘束性
   ブレークアウト予知方法において： 温度上ピークが現われた点の位置すなわちピーク点位置
   を時刻（・・・,n−2,n−1,n）区分でメモリに記憶し； 最近の時刻（ｎ）より前の時刻（ｎ−1,n−2,・・・）
   の前記メモリ上のピーク点位置が、鋳造鋳片の引抜きに
   よる降下移動により最近の時刻（ｎ）で到達する位置す
   なわちピーク点推定位置を算出し； 前記メモリ上の前記最近の時刻（ｎ）のピーク点位置
   と、前記ピーク点推定位置との連なりでなるピーク点分
   布パターンを形成し、このピーク点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； 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。