JPH10128508A - 連続鋳造機の鋳型内溶融金属流動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モールド内の溶鋼流動状態を最適にし、鋳片
の介在物欠陥を削減する。 【解決手段】 鋳型内の溶鋼レベル計測値のフーリエ変
換により、溶鋼レベルの周波数スペクトルを定周期で演
算し、高周波数帯の振動成分に応じて、静磁場の大きさ
を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳型内へ静磁場を
印加して鋳型内の溶融金属の流動を制御するようにした
連続鋳造機の鋳型内溶融金属流動制御方法に係り、特
に、鋼片の連続鋳造機に用いるのに好適な、溶融金属の
流動を最適化し、介在物欠陥の無い金属片を製造するこ
とが可能な、連続鋳造機の鋳型内溶融金属流動制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造設備において、図１に示す如
く、レードル２０からタンディシュ２２に注入された溶
鋼１０は、侵漬ノズル２４を通して、モールドと呼ばれ
る銅製の上下が開いた箱形の鋳型２６に流入させられ
る。モールド２６には冷却用水が流れており、モールド
２６内に流入した溶鋼１０は、モールド２６と接してい
る外側から凝固していく。モールド２６に接した溶鋼１
０の外側に、ある程度の凝固シェル１２が形成された後
に、ピンチロール２８によりモールド２６内から連続し
て引き抜かれ、その後内部まで完全に凝固させるため、
冷却用の水がスプレー３０で吹き掛けられる。完全に凝
固した鋳片１４は、切断装置３０で指定の長さに切断さ
れ、圧延素材となる。

【０００３】ところで、この連続鋳造のプロセスにおい
ては、モールド１８内の溶鋼１０の流動状態が、鋳片１
４の品質に大きく影響する。例えば、モールド１８内で
の溶鋼１０の下降流が大きいと、モールド１８内に侵入
した介在物やガスの気泡の浮上を妨げる。又、溶鋼１０
の上昇流が大きい場合は、溶鋼１０の表層での流速が大
きくなり、モールド１８と溶鋼１０の間に導入される潤
滑用パウダーや浮上した介在物を巻き込み、介在物欠陥
の要因となる。逆に溶鋼１０の上昇流が小さい場合は、
溶鋼１０の凝固面に付着した介在物を剥離させ、浮上さ
せることができなくなる。従って、モールド１８内の溶
鋼１０の流動を最適にすることが、鋳片１４の介在物欠
陥を削減するために不可欠となっている。

【０００４】そこで、侵漬ノズル２４の溶鋼吐出口の角
度や、侵漬深さを最適にすることによって、溶鋼流動を
最適にすることが試みられている。

【０００５】あるいは、モールド１８内の溶鋼吐出口の
上下にそれぞれ静磁場を印加して、溶鋼の上昇流や下降
流の速度を抑制するフローコントロールモールド（ＦＣ
モールドと称する）や、移動磁場を印加して溶鋼を加
速、減速する装置が考案されている（特開平２−９２４
４５、特開平３−２９４０５３、特開平６−２３５０
３）。

【０００６】これら磁場を印加する装置では、印加磁場
の大きさを決定する際に、モールド内の溶鋼流速を直接
測定することが困難であるため、侵漬ノズルの侵漬深
さ、溶鋼吐出口角度、モールド幅、スループットといっ
た操業条件より、モデルによって溶鋼流速を推定した
り、モールド短辺に設けた熱電対で短辺部の溶鋼レベル
の盛り上がり量を検出して、これから溶鋼流速を推定し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モデル
式で推定する場合は、侵漬ノズルの溶損等によりモデル
の精度が劣化するという問題がある。又、熱電対方式で
は、新たにモールド短辺に複数本の熱電対を設置しなけ
ればならず、更に、モールドでのマスバランスの乱れに
よって発生する、バルジングやノズルの付着物剥離等に
よるレベル変動の影響を受け易いという問題があった。

【０００８】一方、特開平３−２９４０５３や特開平６
−２３５０３には、溶鋼の湯面レベルを高速フーリエ変
換してパワースペクトルを求め、その周波数成分に基づ
いてモールド内左右の偏流を抑制することが記載されて
いるが、モールド内全体の流動を制御することは考えら
れていなかった。

【０００９】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、モールド内の溶融金属の流動状態を
最適化し、介在物欠陥のない金属片が得られるようにす
ることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋳型内へ静磁
場を印加して鋳型内の溶融金属の流動を制御するように
した連続鋳造機の鋳型内溶融金属流動制御方法におい
て、鋳型内の溶融金属レベルを計測し、該計測レベル値
のフーリエ変換により、溶融金属レベルの周波数スペク
トルを定周期で演算し、高周波数帯の振動成分に応じ
て、前記静磁場の大きさを変化させることにより、前記
課題を解決したものである。

【００１１】又、前記高周波数帯の振動成分が、設定上
限値より大きい場合は前記静磁場を所定量大きくし、設
定下限値より小さい場合は前記静磁場を所定量小さくす
ることにより、前記高周波数帯の振動成分を所定範囲に
維持するようにしたものである。

【００１２】更に、前記周波数スペクトルの低周波数帯
の振動成分に応じて、鋳型のマスバランスを制御するこ
とにより、鋳型内の溶融金属レベルを制御するようにし
て、溶融金属の流動制御とレベル制御を同時に行えるよ
うにしたものである。

【００１３】本発明による鋳型内溶融金属流動制御で
は、モールドの溶融金属（例えば溶鋼）流動状態を、例
えばモールド内の溶鋼レベル制御用に設置されている溶
鋼レベル計で計測したレベル値の周波数スペクトル分布
より判別する。溶鋼レベルの周波数スペクトル分布は、
図２に示す如く、例えば０．１Ｈｚ以下の遅い変動と、
０．１Ｈｚ以上の速い変動に分けられる。ここで、０．
１Ｈｚ以下の変動は、モールド内での溶鋼のマスバラン
スの乱れによって発生した変動であり、０．１Ｈｚ以上
の変動は、溶鋼の流動状態に大きく影響される湯面の波
立ちによって発生する振動成分である。従って、０．１
Ｈｚ以下の振動成分は、モールドでのマスバランスを制
御しているモールドレベル制御系で制御し、０．１Ｈｚ
以上の周波数帯の振動成分について、静磁場の印加強度
で制御する。

【００１４】即ち、モールドに設置した溶鋼レベル計の
計測値を定周期でサンプリングし、サンプリングしたデ
ータを一定時間毎にフーリエ変換（高速フーリエ変換）
することによって、溶鋼レベルの周波数スペクトル分布
を測定する。測定した溶鋼レベルのスペクトル分布に応
じて、例えば０．１Ｈｚ以上の周波数帯の振動成分の大
きさが、ある設定上限値以上のときに、モールドに印加
する静磁場を例えば一定量大きくし、設定下限値以下の
ときに、モールドに印加する静磁場を例えば一定量小さ
くすることにより、例えば０．１Ｈｚ以上のレベル変動
スペクトル分布の大きさを一定範囲内に制御する。これ
によって、モールド表面及び上昇流の溶鋼流動を最適に
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１６】図３に、本発明によるモールド内溶鋼流動
制御装置の実施形態の全体構成を示す。

【００１７】本実施形態は、渦流式レベル計の渦流セン
サ４０によって検出したＦＣモールド４２内の溶鋼レベ
ルに応じて、スライディングノズル４４の開度をフィー
ドバック制御して、タンディシュ２２から浸漬ノズル２
４を介してＦＣモールド４２に流入する溶鋼１０の流入
量を調整する、レベルコントローラ４６によるレベル制
御系に、コイル６２によるＦＣモールド４２への印加磁
場制御を行う静磁場コントローラ６０を含む静磁場制御
系が追加された構成となっている。

【００１８】図において、４８は、前記渦流センサ４０
の出力を増幅するプリアンプ、５０は、前記レベルコン
トローラ４６の出力により前記スライディングノズル４
４の開度を制御するためのノズルアクチュエータ、５２
は、前記レベルコントローラ４６から与えられる開度指
令と、該ノズルアクチュエータ５０のピストン位置から
検出される実際のノズル開度の差に応じて、該ノズルア
クチュエータ５０を駆動するための駆動アンプ、６２
は、ＦＣモールド４２に埋め込まれたコイル、６４は、
該コイル６２を駆動するためのコイル電流アンプであ
る。

【００１９】図３では、渦流センサ４０が片側だけに設
けられているが、侵漬ノズル２４を挟んで両側に設ける
ことが望ましい。

【００２０】前記レベルコントローラ４６は、渦流セン
サ４０で計測したＦＣモールド４２内の溶鋼１０のレベ
ルに応じたスライディングノズル４４の開度を演算指令
し、静磁場コントローラ６０は、前記渦流センサ４０で
計測した溶鋼レベルによりＦＣモールド４２のコイル６
２に流す電流値を計算して設定する。

【００２１】該静磁場コントローラ６０での処理内容
は、図４に示す如くである。即ち、まずステップ１００
のデータサンプリング処理で、一定周期Δｔ毎に前記渦
流センサ４０によって検出される溶鋼レベルの計測値を
収集し、ステップ１２０のデータバッファリング処理に
おいて、サンプリングしたデータの数がＮ個になるまで
蓄える。通常、高速フーリエ変換では、Ｎは２のｎ乗と
なり、例えばＮ＝５１２、１０２４又は２０４８とする
ことができる。

【００２２】データ数がＮ個になったとき、ステップ１
２０で、データＬ（ｎΔｔ）：ｎ＝１〜Ｎに対して高速
フーリエ変換処理を行い、パワースペクトルデータＰＳ
（ｘ）に変換する。ここでｘは周波数である。

【００２３】次に、次式のように周波数０．１Ｈｚ以上
のパワースペクトルデータＰＳ（Ｘ）の和を求め、ステ
ップ１３０で、設定上限値ａ１と比較する。

【００２４】

【数１】

【００２５】この（１）式が成立する場合は、溶鋼レベ
ルの０．１Ｈｚ以上の振動成分が大きく、溶鋼流速が過
剰に大きいと判断されるので、ＦＣモールド４２で印加
する静磁場を大きくするため、ステップ１４０で、次式
のように、今回、コイル６２に流す設定電流値Ｉ（ｋ）
を、前回の設定電流値Ｉ（ｋ−１）より一定量ΔＩだけ
増加させる。

【００２６】 Ｉ（ｋ）＝Ｉ（ｋ−１）＋ΔＩ …（２）

【００２７】一方、（１）式が成立しない場合には、ス
テップ１５０で、次式の比較を行う。

【００２８】

【数２】

【００２９】この（３）式が成立する場合は、溶鋼レベ
ルの０．１Ｈｚ以上の振動成分が小さく、溶鋼流速が小
さいと判断されるので、ＦＣモールド４２に印加する静
磁場を小さくするため、ステップ１６０で、次式に示す
如く、今回、コイル６２に流す設定電流値Ｉ（ｋ）を、
前回値Ｉ（ｋ−１）より一定量ΔＩだけ減少させる。

【００３０】 Ｉ（ｋ）＝Ｉ（ｋ−１）−ΔＩ …（４）

【００３１】又、（１）、（３）式のどちらも成立しな
い場合には、ステップ１７０に進み、次式のように前回
設定電流値Ｉ（ｋ−１）を変更しない。

【００３２】 Ｉ（ｋ）＝Ｉ（ｋ−１） …（５）

【００３３】前出ステップ１４０、１６０、１７０によ
って算出された設定電流値Ｉ（ｋ）の上下限チェックを
ステップ１８０で行った後、ステップ１９０で、コイル
６２の電流アンプ６４に設定して出力処理を行う。

【００３４】設定後は、ステップ１１０のデータバッフ
ァリング処理のデータが再びＮになった後、ステップ１
２０の高速フーリエ変換処理を行い、以下処理を繰り返
す。

【００３５】これらの処理によって、ＦＣモールド４２
の印加磁場が、溶鋼レベルの０．１Ｈｚ以上の振動成分
が常に一定範囲になるように制御され、モールド内の溶
鋼流動状態を最適な状態に保つことが可能となる。

【００３６】本実施形態においては、本発明による静磁
場制御とレベル制御を組合せているので、レベル制御の
ための渦流式レベル計の出力を共用することができ、構
成が簡略である。なお、本発明の適用方法はこれに限定
されず、レベル制御とは独立して静磁場制御を単独で行
うことも可能である。又、レベルを計測する手段も、渦
流式レベル計に限定されない。

【００３７】なお、前記説明においては、本発明が溶鋼
の制御に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに
限定されず、溶鋼以外の他の溶融金属の制御にも同様に
適用できることは明らかである。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、モールド内の溶融金属
の流動状態を最適にして、凝固片の介在物欠陥を削減す
ることができる。特に、従来のレベル制御と組合せた場
合には、溶融金属の流動状態を検出するセンサを新たに
設置する必要がなく、それらの保全費用も含めて、安価
にシステムを構築することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される連続鋳造設備の全体構成を
示す側面図

【図２】本発明の原理を説明するための、溶鋼レベルの
周波数スペクトルの例を示す線図

【図３】本発明に係る溶鋼流動制御装置の実施形態の全
体構成を示す、一部断面図を含むブロック線図

【図４】前記実施形態の静磁場コントローラにおいて実
施される、本発明による印加磁場強度計算ルーチンの例
を示す流れ図

【符号の説明】

１０…溶鋼 ２２…タンディシュ ２４…侵漬ノズル ４０…渦流センサ ４２…ＦＣモールド ４４…スライディングノズル ４６…レベルコントローラ ６０…静磁場コントローラ ６２…コイル ６４…コイル電流アンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型内へ静磁場を印加して鋳型内の溶融金
   属の流動を制御するようにした連続鋳造機の鋳型内溶融
   金属流動制御方法において、 鋳型内の溶融金属レベルを計測し、 該計測レベル値のフーリエ変換により、溶融金属レベル
   の周波数スペクトルを定周期で演算し、 高周波数帯の振動成分に応じて、前記静磁場の大きさを
   変化させることを特徴とする連続鋳造機の鋳型内溶融金
   属流動制御方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記高周波数帯の振動
   成分が、設定上限値より大きい場合は前記静磁場を所定
   量大きくし、設定下限値より小さい場合は前記静磁場を
   所定量小さくすることにより、前記高周波数帯の振動成
   分を所定範囲に維持することを特徴とする連続鋳造機の
   鋳型内溶融金属流動制御方法。
3. 【請求項３】請求項１において、前記周波数スペクトル
   の低周波数帯の振動成分に応じて、鋳型のマスバランス
   を制御することにより、鋳型内の溶融金属レベルを制御
   することを特徴とする連続鋳造機の鋳型内溶融金属流動
   制御方法。