JPH10277716A

JPH10277716A - 連続鋳造における凝固シェル厚測定方法およびその装置

Info

Publication number: JPH10277716A
Application number: JP8290197A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Suzuki; 木規之鈴
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1997-04-01
Publication date: 1998-10-20
Anticipated expiration: 2017-04-01
Also published as: JP3537625B2

Abstract

(57)【要約】【課題】オンラインで鋳型内の凝固シェル厚を精度良
く測定することのできる連続鋳造における凝固シェル厚
測定方法およびその装置を提供する。【解決手段】連続鋳造における凝固シェル厚測定方法
及びその装置において、ａ）追跡点を湯面レベルに発生
させ、追跡点の位置をその時の鋳型上端から湯面位置ま
での距離に設定し、該位置の凝固シェル厚を０に設定
し、ｂ）全ての追跡点で抜熱流束を鋳型温度と冷却水温
度から算出し、ｃ）全ての追跡点で凝固シェル厚の増分
をその追跡点の１ステップ前のシェル厚及びｂ）で算出
した抜熱流束から計算し、ｄ）全ての追跡点の凝固シェ
ル厚及び位置を上記凝固シェル厚増分及びその時の引き
抜き速度を用いて更新し、ａ）〜ｄ）を繰り返し鋳型内
の各追跡点での凝固シェル厚を順次求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造における
凝固シェル厚測定方法およびその装置に関し、特に、連
続鋳造における鋳型内の凝固シェル厚を、鋳造中にオン
ラインで測定する方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属の連続鋳造においては、鋳型内
における凝固シェル厚の監視が、鋳片の品質を確保する
上で大変重要である。特に、凝固シェル厚の変動，不均
一が大きくなると、鋳片表面の縦割れやブレークアウト
が発生する危険性が増大するため、従来、凝固シェル厚
を測定する種々の方法が提案されている。

【０００３】例えば、鋳型内溶鋼中に放射性同位体やＳ
等のトレーサーを添加して、鋳造後に鋳片の切断面の添
加元素分布から、凝固シェル厚を推定する方法が知られ
ている。また、特開昭５９−２２３１５２号公報には、
引き抜かれた鋳片の表面温度と凝固シェル厚の関係を予
め図表化しておき、検出された鋳片表面温度からその位
置での凝固シェル厚を推定する方法が記載されている。
また、特開昭６３−３０１６２号公報には、鋳型温度の
変動量と凝固シェル厚の関係を予め求めておいて、検出
された温度変動量から凝固シェル厚を推定する方法が記
載されている。また、特開平２−３０３６６２号公報に
は、渦流式凝固シェル厚計により、直接凝固シェル厚を
測定する方法が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の放射性
同位体やＳ等のトレーサー添加による方法は、鋳造，凝
固終了後に鋳片を切断し、切断面の添加元素の分布から
凝固シェル厚を測定する方法であり、鋳造中にオンライ
ンで計測することができない。

【０００５】また、鋳片表面温度から凝固シェル厚を求
める方法は、鋳片が鋳型から引き抜かれた後の表面温度
であり、鋳型内の凝固シェル厚を測定することができな
いこと、また鋳型から引き抜かれた後の鋳片は、表面に
スケールやパウダーが不均一に付着しており、正確に温
度を測定することが困難であること等の問題がある。ま
た、鋳型温度変動量から凝固シェル厚を測定する方法
は、予め温度変動量と凝固シェル厚の関係を、引き抜き
速度，溶融金属の成分等、あらゆる鋳造条件毎に作成し
ておく必要があり、全ての鋳造条件に対して精度良く測
定することは困難である。

【０００６】また、渦流式凝固シェル厚計による方法
は、やはり鋳型を出た後の凝固シェル厚を測定するもの
で、前記と同様の問題を有しており、さらにノイズ等の
処理の問題もあり、精度良く測定することは困難であ
る。

【０００７】そこで、本発明は、いかなる鋳造条件にお
いても、オンラインで鋳型内の凝固シェル厚を精度良く
測定することのできる連続鋳造における凝固シェル厚測
定方法およびその装置を提供することを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（１）溶融金属の連続鋳造における鋳型内の凝固シェル
厚を鋳造中にオンラインで測定する方法において：（ａ）位置を鋳型上端からの湯面レベルすなわち凝固開
始点までの距離に定め、また凝固シェル厚を０に定め
た、凝固シェル厚算出対象の追跡点を生成する；（ｂ）その後、鋳型温度と冷却水温度から追跡点の抜熱
流束を算出する；（ｃ）追跡点における、凝固シェル厚の増分を、（ｂ）
で算出した抜熱流束とこの抜熱流束を生ずる直前の凝固
シェル厚に基づいて算出する；（ｄ）追跡点の凝固シェル厚および位置を、上記凝固シ
ェル厚増分およびその時点の引き抜き速度を用いて更新
する；（ｅ）上記（ｂ），（ｃ）および（ｄ）を繰返す。

【０００９】（２）一定又は任意の時間経過毎もしくは
所定又は任意の引き抜き距離毎に、前記（ａ）の追跡点
を順次に生成し、各追跡点につき前記（ｂ），（ｃ），
（ｄ）および（ｅ）を実行する。

【００１０】（３）追跡点の位置が鋳型下端位置を越え
ると該追跡点に関して前記（ｅ）を停止する。

【００１１】（４）溶融金属の連続鋳造における鋳型内
の凝固シェル厚を鋳造中にオンラインで測定する方法に
おいて、以下の手順を特徴とする連続鋳造における凝固
シェル厚測定方法：（ａ）凝固シェル厚算出位置を算定するための追跡点
を、湯面レベルすなわち凝固開始点に発生させ、同時に
追跡点の位置をその瞬間における鋳型上端からの湯面位
置までの距離に設定し、またその追跡点における凝固シ
ェル厚を０に設定し、このような追跡点を、一定又は任
意の時間経過毎もしくは所定又は任意の引き抜き距離毎
に、すなわち１ステップ毎に、生成する；（ｂ）全ての追跡点において、抜熱流束を、鋳型温度と
冷却水温度から算出する；（ｃ）全ての追跡点における、凝固シェル厚の増分を、
その追跡点の１ステップ前のシェル厚および（ｂ）で算
出した抜熱流束から計算する；（ｄ）全ての追跡点における、凝固シェル厚および位置
を、上記凝固シェル厚増分およびその時点の引き抜き速
度を用いて更新し、追跡点の位置が、鋳型から出た場合
には、計算対象から除外する；（ｅ）上記（ｂ），（ｃ）および（ｄ）を繰り返し、鋳
型内鋳造金属上の各追跡位置における凝固シェル厚を順
次求める。

【００１２】（５）溶融金属の連続鋳造における鋳型の
鋳造方向の複数箇所の温度検出手段と、湯面レベルの検
出手段と、冷却水温度の検出手段と、引き抜き速度の検
出手段と、前記各検出値に基づきシェル厚を算定する演
算装置と、計算されたシェル厚分布を表示する表示装置
を有することを特徴とする連続鋳造における凝固シェル
厚測定装置。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、鋳型内の鋳造方向に複
数点設置された鋳型温度検出手段により検出された鋳型
温度から鋳型内の熱流束分布を算定し、凝固開始点から
のシェル成長を逐次追跡することにより、鋳型内で精度
良く凝固シェル厚の測定が可能となる。

【００１４】図１に、本発明の連続鋳造における凝固シ
ェル厚測定装置を示す。同図は、鋳型１の縦断面を示す
図であり、鋳型内の鋳造方向に複数個の熱電対２が設置
されている。溶融金属３は、鋳型１で冷却され、凝固シ
ェル４を形成しながら、ピンチロール５により連続的に
引き抜かれる。また、湯面レベル計６により、常時湯面
レベル７すなわち凝固開始点を計測する。各点の熱電
対，湯面レベル計，引き抜き速度検出端および冷却水温
度検出端は、検出装置８に接続され、検出装置８が、そ
れぞれの計測信号に基づいて、鋳型温度デ−タ，湯面レ
ベルデ−タ，引き抜き速度デ−タおよび冷却水温度デー
タを生成し、演算装置９に与える。演算装置９は、上記
データを用いて、鋳型内の凝固シェル厚分布を計算し、
表示装置１０に計算結果を表示する。

【００１５】図２に、図１に示す演算装置９が実施す
る、本発明の凝固シェル厚の計算フローを示す。凝固シ
ェルは、厚みを増しながら連続的に引き抜かれるため、
まず、（ａ）凝固シェル厚の算出対象位置である追跡点
の位置を算定するために、追跡点ｉを湯面レベルすなわ
ち凝固開始点に発生させ、同時に追跡点ｉの位置Ｌｉを
その瞬間における鋳型上端からの湯面位置までの距離Ｌ
ｏに設定し、またその位置における凝固シェル厚Ｓｉを
０に設定する。この処理によって順次に追跡点を追加す
る（ステップＳ１〜Ｓ３）。ここで、追跡点の追加（Ｓ
３）は、一定時間毎でも良いし、また一定の引き抜き距
離毎でも良いし、あるいは、必要に応じて任意のタイミ
ングで行っても良い。いずれにしても、追跡点の追加間
隔を１ステップと表現する。追跡点の追加を一定時間毎
すなわち一定周期で行なう場合には、１ステップはその
１周期であり、一定の引き抜き距離毎に行なう場合に
は、１ステップは該一定距離であり、任意のタイミング
で行なう場合には先行のタイミングと後行のタイミング
の間の時間差又はその間の引き抜き距離である。

【００１６】次に、（ｂ）全ての追跡点ｉ＝１〜Ｎの各
位置において、１ステップの間の抜熱流束Ｑｉを次のよ
うに計算する（ステップＳ４）。

【００１７】Ｑｉ＝ｋ×（Ｔｍ−Ｔｗ）・・・（１）ｉ＝１〜Ｎここで、ｋは例えば、熱伝導計算により求めた、追跡点
位置での、鋳型熱電対位置から冷却水までの総括熱伝達
係数（Ｗ／ｍ²Ｋ）であり、Ｔｍは、熱電対の温度
（Ｋ）であり、Ｔｗは、冷却水温度（Ｋ）である。ここ
で、熱電対の温度Ｔｍは、その位置に熱電対が無い場合
には、その近傍にある熱電対の温度から適当に補間して
用いる。次に、（ｃ）全ての追跡点ｉ＝１〜Ｎの各位置
における、凝固シェル厚の増分ΔＳｉを、その追跡点ｉ
の１ステップ前のシェル厚Ｓｉおよび上記抜熱流束Ｑｉ
から次のように計算する（ステップＳ５）。

【００１８】 ΔＳｉ＝ｆ（Ｓｉ，Ｑｉ）・・・（２）ｉ＝１〜Ｎここで、凝固シェル厚増分ΔＳｉの計算は、例えば、文
献「コンピュータ伝熱・凝固解析入門：大中逸雄著、丸
善」に記述されている、熱伝導方程式を、直接差分法で
解く方法でも良いし、また、同文献に記述されている、
プロフィル法のような近似解法を用いても良い。次に、
（ｄ）全ての追跡点ｉ＝１〜Ｎの凝固シェル厚Ｓｉおよ
び位置Ｌｉを、上記凝固シェル厚増分ΔＳｉおよびその
時点の引き抜き速度Ｖｃを用いて次のように更新する
（ステップＳ６）。

【００１９】Ｓｉ＝Ｓｉ＋ΔＳｉ・・・（３）ｉ＝１〜ＮＬｉ＝Ｌｉ＋Δｔ×Ｖｃ・・・（４）ｉ＝１〜Ｎここで、Δｔは、時間増分である。（ａ）から（ｄ）を
繰り返し、鋳型内の各追跡位置における凝固シェル厚Ｓ
ｉを求める。ここで、追跡点ｉの位置Ｌｉが、鋳型から
出た場合には、計算対象から除外する（ステップＳ７，
Ｓ８）。

【００２０】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。まず、本発明の凝固シェル厚測定方法および
装置を用いて、種々の条件で炭素鋼の連続鋳造を実施し
た例について説明する。熱電対を鋳型長辺各面の幅方向
３列、鋳造方向１６点（２０ｍｍピッチ）に埋め込み測
定した。図３に、本発明によるオンラインでの凝固シェ
ル厚測定値と、溶鋼へのＳ添加により、鋳造後、オフラ
インで同部位での凝固シェル厚測定値との比較を示す。
この実施例では、鋼種は、低炭素鋼および中炭素鋼で、
鋳造速度は、１．３ｍ／分から２．５ｍ／分であった。
本発明により、オンラインでも精度良く、凝固シェル厚
の測定が可能であることを示している。

【００２１】次に、本発明の凝固シェル厚測定方法およ
び装置を用いて、中炭素鋼の連続鋳造中に発生した鋳型
内ブリード（湯漏れ）の直前の凝固シェル厚測定を実施
した例を示す。鋳造条件は、次の通りである。

【００２２】・鋳片寸法：幅１１００ｍｍ、厚２４０ｍ
ｍ・鋳造速度：１．６ｍ／分・鋼種：中炭素鋼・熱電対：幅方向３列×鋳造方向１６点（２０ｍｍピッ
チ）／面・熱電対温度，湯面レベル，鋳造速度，冷却水温度のサンプリング周期（１ステップ）：２秒・凝固シェル厚の測定ピッチ：幅方向３列、鋳造方向１
０ｍｍ毎。

【００２３】図４に、同一時刻に追跡点として定めた、
幅方向に位置が異なる３点の、追跡点として定めた時刻
から５秒経過した時点（図４上の３０００秒）からの、
本発明により算出した凝固シェル厚を無次元化して、時
系列で示す。図中、３本のグラフは、幅方向の異なる位
置での値を表している。鋳造は、熱電対温度の急激変化
に基づくブレークアウト警報により鋳造を停止した後、
鋳片を引き抜いたところブリードが発生していたことが
確認された。これに対して、本発明により算出した凝固
シェル厚の時間変化を調べると、ブレークアウト警報が
出るよりも２分（図４上の３０６０秒）程度前から、凝
固シェル厚の変動が増大している。このことから、鋳型
内で凝固シェルの破断、溶鋼ブリードによる鋳型温度の
急激変化を検知する方法である通常のブレークアウト検
知に対して、本発明による、鋳型内での凝固シェル厚測
定をリアルタイムに行うことで、より早期に、ブレーク
アウトの検知が可能であることが明らかとなった。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
鋳型内で、凝固シェル厚の測定を、リアルタイムに行う
ことにより、ブレークアウトや割れ等の操業異常の早期
検知が可能となり、連続鋳造における、鋳片品質の向
上、生産性向上が期待できるため、本発明は工業的に価
値の高い発明であると言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる連続鋳造における凝
固シェル厚測定装置の構成概要を示すブロック図であ
り、鋳型は縦断面を示す。

【図２】図１に示す演算装置９の凝固シェル厚測定処
理の内容を示すフローチャートである。

【図３】本発明の実施例に係わる凝固シェル厚測定値
と他の測定方法による測定値との比較グラフである。

【図４】同一時刻に追跡点として定めた、幅方向に位
置が異なる３点の、本発明によって算出した凝固シェル
厚の変化を示すタイムチャ−トである。

【符号の説明】

１：鋳型２：熱電対３：溶融金属４：凝固シェル５：ピンチロール６：湯面レベル
計７：湯面レベル（凝固開始点）８：検出装置９：演算装置１０：表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属の連続鋳造における鋳型内の凝
固シェル厚を鋳造中にオンラインで測定する方法におい
て、以下の手順を特徴とする連続鋳造における凝固シェ
ル厚測定方法：（ａ）位置を鋳型上端からの湯面レベルすなわち凝固開
始点までの距離に定め、また凝固シェル厚を０に定め
た、凝固シェル厚算出対象の追跡点を生成する；（ｂ）その後、鋳型温度と冷却水温度から追跡点の抜熱
流束を算出する；（ｃ）追跡点における、凝固シェル厚の増分を、（ｂ）
で算出した抜熱流束とこの抜熱流束を生ずる直前の凝固
シェル厚に基づいて算出する；（ｄ）追跡点の凝固シェル厚および位置を、上記凝固シ
ェル厚増分およびその時点の引き抜き速度を用いて更新
する；（ｅ）上記（ｂ），（ｃ）および（ｄ）を繰返す。
【請求項２】一定又は任意の時間経過毎もしくは所定
又は任意の引き抜き距離毎に、前記（ａ）の追跡点を順
次に生成し、各追跡点につき前記（ｂ），（ｃ），
（ｄ）および（ｅ）を実行する、請求項１記載の連続鋳
造における凝固シェル厚測定方法。
【請求項３】追跡点の位置が鋳型下端位置を越えると
該追跡点に関して前記（ｅ）を停止する、請求項１又は
請求項２記載の連続鋳造における凝固シェル厚測定方
法。
【請求項４】溶融金属の連続鋳造における鋳型内の凝
固シェル厚を鋳造中にオンラインで測定する方法におい
て、以下の手順を特徴とする連続鋳造における凝固シェ
ル厚測定方法：（ａ）凝固シェル厚算出位置を算定するための追跡点
を、湯面レベルすなわち凝固開始点に発生させ、同時に
追跡点の位置をその瞬間における鋳型上端からの湯面位
置までの距離に設定し、またその追跡点における凝固シ
ェル厚を０に設定し、このような追跡点を、一定又は任
意の時間経過毎もしくは所定又は任意の引き抜き距離毎
に、すなわち１ステップ毎に、生成する；（ｂ）全ての追跡点において、抜熱流束を、鋳型温度と
冷却水温度から算出する；（ｃ）全ての追跡点における、凝固シェル厚の増分を、
その追跡点の１ステップ前のシェル厚および（ｂ）で算
出した抜熱流束から計算する；（ｄ）全ての追跡点における、凝固シェル厚および位置
を、上記凝固シェル厚増分およびその時点の引き抜き速
度を用いて更新し、追跡点の位置が、鋳型から出た場合
には、計算対象から除外する；（ｅ）上記（ｂ），（ｃ）および（ｄ）を繰り返し、鋳
型内鋳造金属上の各追跡位置における凝固シェル厚を順
次求める。
【請求項５】溶融金属の連続鋳造における鋳型の鋳造
方向の複数箇所の温度検出手段と、湯面レベルの検出手
段と、冷却水温度の検出手段と、引き抜き速度の検出手
段と、前記各検出値に基づきシェル厚を算定する演算装
置と、計算されたシェル厚分布を表示する表示装置を有
することを特徴とする連続鋳造における凝固シェル厚測
定装置。