(57)【要約】【課題】鋳型直下におけるブレークアウトを一層確実に回避する新規な方法を提供する。【解決手段】中炭素鋼を高速鋳造するに際し、狭面側シェルのバルジングに起因する著しい凝固遅れの検知を以下の方法で実施する。即ち、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］を鋳型下端近傍で夫々１箇所ずつ測定する。少なくとも何れか一方の鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］について、少なくとも５ｓｅｃ分の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］が０．０４以上である、という条件を満足したとき、著しい凝固遅れが発生したものとする。好ましくは、著しい凝固遅れを回復させる手段を講じる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有量Ｃ［ｗｔ％］を０．０８〜０．２０とする中炭素鋼を、鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］を１．５以上として連続鋳造するに際し、
各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］を、(i)鋳型厚み方向においては鋳型狭面中央から両鋳型広面へ向かって３０［ｍｍ］の範囲内であり、(ii)鋳造方向においてはメニスカスから鋳型下端へ向かって５／８Ｌ〜６／８Ｌ［ｍｍ］（ただし、Ｌ［ｍｍ］はメニスカスから鋳型下端までの距離である。）の範囲内である、領域内で夫々１箇所ずつ測定し、
少なくとも何れか一方の鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］について、少なくとも５ｓｅｃ分の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σが０．０４［ＭＷ／ｍ２］以上である、という条件を満足したとき、著しい凝固遅れが発生したものとする、
ことを特徴とする、狭面側シェルのバルジングに起因する著しい凝固遅れの検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中炭素鋼を高い鋳造速度で連続鋳造するに際し、鋳型内で狭面側のシェルがバルジングすることで引き起こされる著しい凝固遅れを検知する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳型直下のブレークアウトなどの操業異常を回避すべく、鋳型内でのシェルの異常検知に関して幾つもの提案がなされている。例えば、特許文献１（特開２００４−２４９２９８号公報、０００６、０００７、図７参照）では、縦割れ発生を検知するためにメニスカス近傍における鋳型の温度を監視している。また、特許文献２（特許第４１１２７８３号、００４４、図１参照）では、所謂拘束性ブレークアウトの発生を防止するためにメニスカス近傍の熱流束を監視している。その他、特許文献３（特許第４１０５８３９号、図１参照）や特許文献４（特許第３３６２６９２号、図１参照）、特許文献５（特許第３４１４２１９号、図２、図４参照）、特許文献６（特開平３−６０８５２号公報、第１図参照）、特許文献７（特公平７−８７９７６号公報、図１参照）などにも、鋳型内でのシェルの異常検知を目的としてメニスカス近傍の鋳型温度ないし鋳型熱流束などを監視する技術が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記何れの技術を活用しても、周知の通り、鋳型直下におけるブレークアウトを完全には回避することはできない。
【０００４】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、鋳型直下におけるブレークアウトを一層確実に回避する新規な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、本願の発明者は、連続鋳造された鋳片の断面を幾度と無く観察し、その結果、鋳型内でのシェルの様子は、図１に示されるように少なくとも二通りのパターンがあることを見つけた。即ち、（ａ）メニスカス近傍において形成された薄肉のシェルが、（ｂ）鋳型内を下降するにつれて成長し、（ｃ）鋳型下端近傍において鋳型内壁面と略平行な肉厚のシェルが形成されるパターンと、（ｃ’）鋳型下端近傍において、浸漬ノズルから吐出される溶鋼の静圧によって狭面側の肉厚に成長したシェルが鋳型狭面へ向かってバルジングし、コーナー部が太線矢印で示す方向へ回転して座屈し、鋳型狭面から若干離れた位置のシェルが抜熱不良によって薄肉となるパターン、である。一方で、『鋳型狭面から若干離れた位置のシェルが薄肉であると、シェルが鋳型下端を抜ける際に該シェルに作用する応力が上記薄肉の部分に集中してしまい、ブレークアウトを誘発する可能性が高くなる』ことが過去の知見から判っている。
【０００６】
ところで、上記の薄肉の部分は、凝固遅れ度Ｃｇ［％］を用いて以下のように定量化できる。図２を参照されたい。図２は、凝固遅れ度Ｃｇ［％］の説明図である。この凝固遅れ度Ｃｇ［％］は鋳片を鋳造方向に対して垂直に切断して得られる切断面に視認し得る負偏析線に基づき鋳片のコーナー部夫々において特定でき、その何れの凝固遅れ度Ｃｇ［％］は下記式（１）に基づいて求められる。ただし、下記式（１）中、Ａ［ｍｍ］は鋳型狭面から５［ｃｍ］離れた地点における負偏析線と鋳型広面との間の距離であり、Ｂ［ｍｍ］は負偏析線が鋳型広面に最も接近する地点における負偏析線と鋳型広面との間の距離である。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
次に、図３を参照されたい。図３は、凝固遅れ度Ｃｇと鋳型直下Ｂ．Ｏ．発生頻度との関係についての実績に基づくグラフである。即ち、溶鋼の炭素含有量Ｃ［ｗｔ％］を０．０８〜０．２０とし、鋳型幅Ｗ［ｍｍ］を１８００以下とする鋳型を用い、鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］を１．５以上として連続鋳造した際に、各チャージごとに、計３回、鋳片のコーナー部すべての凝固遅れ度Ｃｇ［％］を測定し、得られた１２（＝３×４）の凝固遅れ度Ｃｇ［％］のうち最も高い凝固遅れ度Ｃｇ［％］を横軸上で５［％］ごとに度数分けした。ここで、横軸上で「４０」とあるのは、「４０〜４５」を意味するものとする。そして、各度数ごとに、サンプル数（データ数、度数分けされたチャージ数）が少なくとも１０以上となるように上記の連続鋳造を繰り返した。すべての度数について上記サンプル数が満たされたら、各度数ごとに、（当該度数に分類されたチャージ数）を分母とし（当該度数に分類されたチャージ数のうち、鋳型直下Ｂ．Ｏ．が発生したチャージ数）を分子とする比率を「鋳型直下Ｂ．Ｏ．発生頻度［％］」として縦軸に示す。本図によれば、凝固遅れ度Ｃｇ［％］が４０未満となるように操業すれば、鋳型直下Ｂ．Ｏ．の発生を防止できることが判る。この意味で、以下、本明細書中において「著しい凝固遅れ」とは、「“凝固遅れ度Ｃｇ［％］が４０以上である”凝固遅れ」を意味するものとする。
【０００９】
上記の知見によれば鋳型直下におけるブレークアウトを回避するには著しい凝固遅れを検知することが重要である。本願では、特に、狭面側シェルのバルジングに起因する著しい凝固遅れを検知することに着目する。
【００１０】
そこで、本願の発明者は、鋳片断面の観察を含む鋭意研究の末、図１（ｃ）のように鋳型下端近傍において狭面側シェルにバルジングが発生しなかった場合と、図１（ｃ’）のようにバルジングが発生した場合と、の間には、図４に示されるように、鋳型狭面の熱流束のバラツキ、即ち鋳型狭面の熱流束の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］に有意な差異が認められることを見出した。
【００１１】
先ず、上記の図４に示されるデータについて簡単に説明する。図４に示されるデータを採取するために、先ず、狭面側の鋳型に熱電対を鋳造方向に沿って多数埋め込み、各熱電対の出力値に基づいて各熱電対の埋設位置に対応する鋳型狭面の熱流束を１ｓｅｃ毎にコンピュータを用いて算出する。そして、この鋳型狭面の熱流束の連続する５つのデータ、即ち、５ｓｅｃ分のデータの標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を求め、この標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を縦軸とした。横軸はメニスカスを基準とし、各熱電対の埋設位置までの垂直距離である。
【００１２】
上記図４によれば、図１（ｃ）のように鋳型下端近傍において狭面側シェルにバルジングが発生しなかった場合は、鋳型下端近傍における鋳型狭面の熱流束の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］が小さい値となり、一方、図１（ｃ’）のようにバルジングが発生した場合は、鋳型下端近傍における鋳型狭面の熱流束の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］が大きい値となっていた。これは、バルジングが発生すると、狭面側シェルが狭面側の鋳型の内壁面に近接して接触し、狭面側シェルが狭面側の鋳型の内壁面への放熱によって強力に冷却されて収縮して離反し、この接触と離反が頻繁に繰り返されるからだと考えられる。
【００１３】
上記の考察を踏まえ、本願発明の発明者は、鋳型直下におけるブレークアウトを一層確実に回避すべく、以下の発明を完成させた。
【００１４】
本願発明の観点によれば、炭素含有量Ｃ［ｗｔ％］を０．０８〜０．２０とする中炭素鋼を、鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］を１．５以上として連続鋳造するに際し、狭面側シェルのバルジングに起因する著しい凝固遅れの検知は、以下のような方法で行われる。即ち、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］を、(i)鋳型厚み方向においては鋳型狭面中央から両鋳型広面へ向かって３０［ｍｍ］の範囲内であり、(ii)鋳造方向においてはメニスカスから鋳型下端へ向かって５／８Ｌ〜６／８Ｌ［ｍｍ］（ただし、Ｌ［ｍｍ］はメニスカスから鋳型下端までの距離である。）の範囲内である、領域内で夫々１箇所ずつ測定する。少なくとも何れか一方の鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］について、少なくとも５ｓｅｃ分の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］が０．０４以上である、という条件を満足したとき、著しい凝固遅れが発生したものとする。以上の検知方法のよれば、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］に適切な閾値を設けることにより、著しい凝固遅れを検知できる（図１２や図１３を参照）。そして、このように著しい凝固遅れを検知できることによって、鋳型直下におけるブレークアウトの一層確実な回避に寄与する（図３参照）。また、熱流束を測定する箇所は両鋳型狭面で１箇所ずつで足りるので、測定器具を簡素とすることができ、低い導入コストが実現される。
【００１５】
なお、狭面側シェルのバルジングを検知しようとする知見は、上記特許文献１〜７も含め、本願出願時においては全くない。これには相当の理由がある。というのは、鋳型狭面は一般的に鋳造方向に向かって徐々に相互に近接するように設定されており、従って、例え狭面側シェルがバルジングを起こしても、該狭面側シェルは各鋳型狭面に支えられるので問題ない、という捉え方が当業者間では常識だからである。
【００１６】
また、本願発明において、メニスカス近傍における狭面側シェルのバルジングについては一切着目していない。これにも相当の理由がある。即ち、シェルは鋳型下端近傍に至ることでようやく図１（ｃ）ないし（ｃ’）に示されるように十分な肉厚を得るのであって、この十分な肉厚がそもそも得られていない初期の段階では、狭面側シェルがバルジングしたとしても、コーナー部の回転はあるにしても、シェルの薄肉化を招くようなシェルの座屈変形には結びつかないからである。
【００１７】
また、本願発明は、上記の著しい凝固遅れが特に発生し易い連続鋳造を対象としている。即ち、炭素含有量Ｃ［ｗｔ％］が０．０８〜０．２０である中炭素鋼は、凝固時にδ／γ変態によって不均一凝固を招く鋼種である。また、鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］が高いと、シェルが鋳型内で成長できる時間が少ないので、著しい凝固遅れからの復帰の機会が少なく、繊細な操業が求められる。
【００１８】
また、各鋳型狭面の熱流束の測定領域を、『(ii)鋳造方向においてはメニスカスから鋳型下端へ向かって５／８Ｌ〜６／８Ｌ［ｍｍ］（ただし、Ｌ［ｍｍ］はメニスカスから鋳型下端までの距離である。）の範囲内』とすることで、図４に示される、通常時とバルジング時との間の最も特徴的な差異をピンポイントに捉えることができる。即ち、図４に示されるデータは鋳型高さＨ［ｍｍ］が９００である鋳型を用い、かつ、鋳型上端からメニスカスまでの距離を１００［ｍｍ］と設定しているので、上記の範囲は、図４の横軸上では、５００〜６００［ｍｍ］に相当している。
【００１９】
また、各鋳型狭面の熱流束の測定領域を、『(i)鋳型厚み方向においては鋳型狭面中央から両鋳型広面へ向かって３０［ｍｍ］の範囲内』とすることで、狭面側シェルのバルジングを感度良く検知できる。というのは、狭面側シェルが鋳型狭面に向かってバルジングすると、鋳型狭面中央近傍に限って言えば、鋳型狭面と狭面側シェルが均一に面接触するからである。なお、図５は、鋳型狭面の熱流束の、鋳型厚み方向の分布図である。即ち、この分布図は、狭面側の鋳型の鋳型下端近傍に熱電対を鋳型厚み方向に沿って多数埋め込み、狭面側シェルがバルジングしたと思われる時刻における鋳型狭面の熱流束値を上記熱電対の出力値に基づいて算出して得たものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。図６は、連続鋳造機の概略図である。先ず、本図に基づいて、連続鋳造機１００の構成と作動を一例として簡単に説明する。
【００２１】
連続鋳造機１００は、注湯される溶鋼を冷却して所定形状のシェルを形成するための鋳型１と、図略のタンディッシュに保持される溶鋼を鋳型１へ所定流量で滑らかに注湯するための浸漬ノズル２と、鋳型１の直下から鋳造経路Ｑに沿って複数で並設されるロール対３と、を備える。浸漬ノズル２は、溶鋼を各鋳型狭面に向かって斜め下方に吐出する一般的な２孔タイプとされる。本実施形態において前記の鋳造経路Ｑは、略鉛直方向に延びる垂直経路部と、この垂直経路部に接続され、円弧状に延びる円弧経路部と、更にその下流側に設けられ、水平方向に延びる水平経路部と、前記の円弧経路部及び水平経路部とを滑らかに接続するための矯正経路部と、から成る。
【００２２】
また、前記のロール対３の夫々は、鋳造対象としての鋳片を、両広面でもって挟持する一対のロール３ａ・３ａから構成される。この一対のロール３ａ・３ａのロール面間の最短距離としてのロールギャップ［ｍｍ］は適宜の手段により調節可能に構成される。
【００２３】
また、前記の鋳造経路Ｑの上流には、鋳型１内で形成され、該鋳型１から引き抜かれるシェルに対して所定の流量で冷却水を噴霧する冷却スプレー４が適宜に設けられる。一般に、前記の鋳型１が１次冷却帯と称されるのに対して、この意味で、冷却スプレー４が配される経路部は２次冷却帯と称される。
【００２４】
鋳型１から引き抜かれ、鋳造経路Ｑに沿って搬送されるシェルは、自然放熱や、上記冷却スプレー４などにより更に冷却されて収縮する。従って、上記のロール対３のロールギャップ［ｍｍ］は、一般に、鋳造経路Ｑの下流側へ進むに連れて緩やかに狭くなるように設定される。
【００２５】
以上の構成で、スラブ鋳片の連続鋳造を開始するには、鋳型１へ溶鋼を注湯する前に予め図略のダミーバーを前記の鋳造経路Ｑ内に挿入しておき、浸漬ノズル２を介して鋳型１へ溶鋼を注湯し始めると共に上記ダミーバーを下流側へ引き抜く。この鋳型１への溶鋼の注湯量と、ダミーバーの引き抜き速度と、は、鋳造速度が所定の鋳造速度に至るまでの間、漸増させる。そして、このダミーバーは、所定のメニスカス距離に到達したときに、適宜の手段により回収する。これで、スラブ鋳片が連続的に鋳造されるようになる。
【００２６】
次に、上記の連続鋳造機１００の一般的な操業条件を簡単に紹介する。以下は、例示である。
・鋳型幅Ｗ［ｍｍ］は、８００〜２１００とする。
・鋳型厚みＤ［ｍｍ］は、２３０〜２８０とする。
・鋳型高さＨ［ｍｍ］は、８００〜９００とする。
・鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］は、１．０〜３．０とする。
・溶鋼過熱度ΔＴ［℃］は、０〜４０とする。
・比水量Ｗｔ［Ｌ／ｋｇＳｔｅｅｌ］は、１〜３とする。
・鋳型内電磁攪拌強度Ｍ−ＥＭＳ［ｇａｕｓｓ］は、０〜１０００とする。
・溶鋼成分は、当事者間の協定に基づく。代表的な成分は、ＣやＳｉ、Ｍｎである。これに、ＣｒやＣｕなどが適宜に添加される。その他の不可避の不純物を含む。
【００２７】
ここで、各用語を簡単に説明する。
・鋳型幅Ｗ［ｍｍ］及び鋳型厚みＤ［ｍｍ］は、鋳型１の上端で特定される。
・鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］は、鋳片の引抜速度であって、前記複数のロール対３のうち最上流に配されるロール対３の周速度で特定される。
・溶鋼過熱度ΔＴ［℃］は、鋳型１内へ注湯される溶鋼の温度の指標である。
・比水量Ｗｔ［Ｌ／ｋｇＳｔｅｅｌ］は、鋼１ｋｇに対して用いられる冷却水の容積を意味する。
・鋳型内電磁攪拌強度Ｍ−ＥＭＳ［ｇａｕｓｓ］は、鋳型１内の溶鋼を攪拌するために作用される磁場の強度の指標である。
【００２８】
次に、本実施形態に係る連続鋳造機１００の具体的な操業条件を説明する。本実施形態に係る連続鋳造は、下記の通りとする。
【００２９】
鋳造対象たる鋼種は、炭素含有量Ｃ［ｗｔ％］を０．０８〜０．２０とする中炭素鋼とする。この鋼種は、周知の通り、凝固時にδ／γ変態し、不均一凝固して著しい凝固遅れが発生し易い鋼種である。
【００３０】
鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］は、１．５以上とする。このような高速鋳造では、シェルが鋳型内で成長できる時間が少ないので、著しい凝固遅れからの復帰の機会が少なく、操業条件は大変厳しい。
【００３１】
一般に、鋳型１は、図７に示されるように、一対の平行な銅板１０（広面側の鋳型）と、この銅板１０の間に配される銅板１１（狭面側の鋳型）と、から構成される。銅板１０と銅板１１の背面側（モールドパウダーと接していない側）には溝が垂直に形成され、この溝がＳＵＳ板によって覆われることで、銅板１０と銅板１１の背面側に、冷却水が流れる流路１２、１３が夫々形成される。
【００３２】
各銅板１１には熱電対１４が一つずつ埋設され、この熱電対１４は連続鋳造機１００の制御装置１０１へ接続される。また、流路１３の出側の冷却水の温度を測定するための冷却水温度計１６と、が設けられ、この冷却水温度計１６も、上記の制御装置１０１へ接続される。
【００３３】
各銅板１１への熱電対１４の埋設位置について、図７及び図８を参照しつつ説明する。図７に示されるように熱電対１４は、各銅板１１の表面（モールドパウダーに接する側の表面）から例えば１５ｍｍの深さへ埋設される。また、各熱電対１４は、図８に示されるように、(i)鋳型厚み方向においては鋳型狭面中央１７から両鋳型広面１８へ向かって３０［ｍｍ］の範囲内であり、(ii)鋳造方向においてはメニスカス１９から鋳型下端へ向かって５／８Ｌ〜６／８Ｌ［ｍｍ］（ただし、Ｌ［ｍｍ］はメニスカス１９から鋳型下端までの距離である。）の範囲内である、領域内に埋設する。
【００３４】
そして、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］を、上記の領域内で夫々１箇所ずつ測定し、少なくとも何れか一方の鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］について、少なくとも５ｓｅｃ分の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］が０．０４以上である、という条件を満足したとき、著しい凝固遅れが発生したものとする。
【００３５】
即ち、制御装置１０１は、演算処理器としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）とＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）を備える。ＲＯＭには、凝固遅れ検知プログラムと該プログラムに使用されるデータが記憶されている。ＲＡＭは、凝固遅れ検知プログラムの実行時にデータが一時記憶される。上記の凝固遅れ検知プログラムは、ＣＰＵに読み込まれて実行されることで、ＣＰＵなどのハードウェアを、図７に示される熱電対温度取得部１０２や冷却水温度取得部１０３、熱流束算出部１０４、熱流束記憶部１０５、標準偏差算出部１０６、凝固遅れ判定部１０７、警告部１０８として機能させる。
【００３６】
熱電対温度取得部１０２は、各銅板１１に埋設された熱電対１４の出力データを１ｓｅｃ毎に取得する。
【００３７】
冷却水温度取得部１０３は、各冷却水温度計１６の出力データを１ｓｅｃ毎に取得する。
【００３８】
熱流束算出部１０４は、上記の熱電対温度取得部１０２が取得した熱電対１４の出力データと、冷却水温度取得部１０３が取得した冷却水温度計１６の出力データと、に基づいて、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］を夫々算出する。
【００３９】
以下、図９及び図１０に基づいて、上記の各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の算出方法を具体的に説明する。
【００４０】
熱電対１４の出力データ、冷却水温度計１６の出力データ、鋳型銅板厚み、銅熱伝導度、鋳型背面とスリットを流れる冷却水との界面熱伝達係数（スリットを通過する水の流速から算出）から、スリットの形状を考慮して、コンピュータを用い、二次元の差分法で熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］を算出する。差分法の詳細を下記に示す。鋳型銅板の形状は図９のように反復する形状である。反復形状なので図９の太線で示す領域のみを考えればよい。鋳型銅板表層側から入熱し（ｑ１）、鋳型銅板背面側から抜熱する。銅板を１［ｍｍ］ピッチでメッシュ分割して要素を作成し、図１０に示すように要素の中心を通過する熱量の収支を計算する。計算の初期条件としてある熱流束を与え、熱電対実測温度Ｔ（ｉ，ｊ）と熱電対位置にあたる要素の計算温度Ｔ（ｉ，ｊ）とを比較し、その差が１％以下になるまで収束計算を行う。収束したときのｑ１の値を熱流束値とする。鋳型背面〜冷却水間熱伝達係数ｈ１、鋳型背面〜ＳＵＳジャケット間熱伝達係数ｈ２は同一とした。また、鋳型背面〜冷却水間熱伝達係数ｈ１はスリットを流れる冷却水の流速から求めた。
・図９中、ｈ１は鋳型冷却水孔部熱伝達係数を、ｑ１は鋳片〜鋳型間熱流束を示す。銅熱伝導度λは０．８４９［ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／ｄｅｇ］と、鋳型背面〜冷却水間熱伝達係数ｈ１は０．３６９［ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／ｄｅｇ］とする（日立造船技報、第３４巻、第２号（１９７３））。鋳型冷却水温Ｔｗは鋳型出側水温測定値とする。
・計算式
境界条件（スリット側の鋳型銅板界面）は、下記式（２）のように熱伝達係数で規定する。境界条件（鋳片側の鋳型銅板界面）は、下記式（３）のように熱流束で規定する。銅板内部は、下記式（４）の通りとする。そして、式（２）〜（４）の各式を各要素について立て、温度Ｔ（Ｉ，Ｊ）の収支計算を実施する。なお、各式中、Δｘは図９の奥行き（紙面厚み方向）のことを指す（例えば、１ｍｍ）。
【００４１】
【数２】
2010089150.tif 000004
【００４２】
【数３】
2010089150.tif 000005
【００４３】
【数４】
2010089150.tif 000006
【００４４】
なお、上記の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の測定ないし算出の方法に代えて、公知の種々の方法を採用することもできる。即ち、例えば、（ｉ）熱流束計を用いる方法や、（ｉｉ）一対の熱電対を銅板１１に鋳型幅方向に埋設し、測定結果たる温度対に基づいて熱流束を求める方法、を採用してもよい。本実施形態の上記方法を採用すれば、鋳型内に埋設する必要となる熱電対の数が極めて少なくて済むので、熱電対の管理の面で大きなアドバンテージがある。勿論、その他の公知の計算的乃至解析的手法も適用可能であって、その選択は操業条件や設備環境などに応じて適宜に選択されよう。
【００４５】
熱流束記憶部１０５は、上記の熱流束算出部１０４が算出した各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］を順次、ＲＡＭに記憶する。この熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］のサンプルを図１１に示す。図１１中、横軸は時刻であり、縦軸は熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］である。
【００４６】
標準偏差算出部１０６は、上記ＲＡＭから、現時刻から遡って時間長さΔｔ［ｓｅｃ］分の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］を取得し、取得した熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を算出する。この標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］も、一方の鋳型狭面側と他方の鋳型狭面側と、で夫々算出する。本実施形態において上記時間長さΔｔ［ｓｅｃ］は少なくとも５以上とする。
【００４７】
凝固遅れ判定部１０７は、上記標準偏差算出部１０６が算出した各標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］（両狭面）のうち少なくとも何れか一方が０．０４［ＭＷ／ｍ２］以上であるか否かを判定し、０．０４［ＭＷ／ｍ２］以上であると判定した場合は、著しい凝固遅れが発生したものと判定する。一方、何れも０．０４［ＭＷ／ｍ２］以上でないと判定した場合は、著しい凝固遅れが発生していないものと判定する。
【００４８】
警告部１０８は、著しい凝固遅れが発生したものと凝固遅れ判定部１０７が判定した場合に、連続鋳造機１００のオペレータにその旨を例えば警告ランプなどを介して警告する。
【００４９】
以下、本実施形態に係る著しい凝固遅れの検知方法の技術的効果を確認するための試験に関して説明する。上述した各数値範囲などは、下記の確認試験により合理的に裏付けられている。
【００５０】
≪試験１．１：共通試験方法≫
各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の測定位置や、標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を算出する際に参照する熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の時間長さΔｔ［ｓｅｃ］を幅広く変化させて上記の凝固遅れ検知プログラムを実行した。
【００５１】
≪試験１．２：共通試験条件≫
次に、各確認試験に共通する試験条件について説明する。
・鋳型高さＨ［ｍｍ］：９００
・湯面レベル［ｍｍ］（鋳型上端からメニスカスまでの垂直距離）：１００
・メニスカスから鋳型下端までの距離Ｌ［ｍｍ］：８００
・５／８Ｌ［ｍｍ］：５００
・６／８Ｌ［ｍｍ］：６００
・鋳型厚みＤ［ｍｍ］：２３０
・銅板１１への熱電対１４の埋め込み深さ［ｍｍ］（シェル側からの深さ）：１５
・銅板１１の厚み［ｍｍ］（図９の符号ｄｄを参照）：２５
・熱電対１４：Ｋ熱電対（＋：クロメル、−：アルメル）
【００５２】
≪試験１．３：個別試験条件及びその試験結果≫
次に、各確認試験の個別の試験条件とその試験結果を下記表１及び表２に示す。試験で得られた各種のデータのうち、実施例は表１に集約し、比較例は表２とした。
【００５３】
【表１】
2010089150.tif 000007
【００５４】
【表２】
2010089150.tif 000008
【００５５】
上記表１及び表２において、列タイトル「Ｃ」は溶鋼の炭素含有量Ｃ［ｗｔ％］を意味する。列タイトル「Ｖｃ」は鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］を意味する。列タイトル「Ｗ」は鋳型幅Ｗ［ｍｍ］を意味する。列タイトル「ｋ」は図８に示されるように、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の測定ないし算出位置であって、メニスカス１９からの垂直距離を意味する。列タイトル「ｄ」は図８に示されるように、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の測定ないし算出位置であって、鋳型狭面中央１７から両鋳型広面１８へ向かっての水平距離を意味する。なお、この「ｄ」の符号については、反基準面（水平経路部において上側となる面）側（ｉｎ側）を正としている。列タイトル「Δｔ」は標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を算出する際に参照する熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の時間長さΔｔ［ｓｅｃ］を意味する。列タイトル「σｎ［ＭＷ／ｍ２］」は、一対の鋳型狭面のうち北側に位置する鋳型狭面に対応する標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を意味する。同様に、列タイトル「σｓ［ＭＷ／ｍ２］」は、一対の鋳型狭面のうち南側に位置する鋳型狭面に対応する標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を意味する。列タイトル「Ｃｇ  ｉｎ＿ｎ」は一つの鋳片断面から得られる４つの凝固遅れ度Ｃｇ［％］のうち反基準面側であって且つ北側の凝固遅れ度Ｃｇ［％］を意味する。列タイトル「σｎ［ＭＷ／ｍ２］」を算出した時刻に熱電対１４の位置にあったシェルと、列タイトル「Ｃｇ  ｉｎ＿ｎ」に示される凝固遅れ度Ｃｇ［％］の測定対象であるシェルと、は整合／一致するように配慮した。ここで「ｉｎ」は反基準側を意味し、「ｏｕｔ」は基準側を意味し、「ｎ」は北側を意味し、「ｓ」は南側を意味する。
【００５６】
また、列タイトル「Ａ判定」では、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の測定ないし算出位置が、鋳造方向においてはメニスカスから鋳型下端へ向かって５／８Ｌ〜６／８Ｌ［ｍｍ］の範囲内である場合を「○」とし、そうでない場合を「×」とした。同様に、列タイトル「Ｂ判定」では、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の測定ないし算出位置が、鋳型厚み方向においては鋳型狭面中央１７から両鋳型広面１８へ向かって３０［ｍｍ］の範囲内である場合を「○」とし、そうでない場合を「×」とした。列タイトル「Ｃ判定」では、標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を算出する際に参照する熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の時間長さΔｔ［ｓｅｃ］が少なくとも５以上である場合を「○」とし、そうでない場合を「×」とした。列タイトル「Ｄ判定」では、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］のうち北側の標準偏差σｎ［ＭＷ／ｍ２］が０．０４以上である場合を「○」とし、そうでない場合を「×」とした。列タイトル「Ｅ判定」では、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］のうち南側の標準偏差σｓ［ＭＷ／ｍ２］が０．０４以上である場合を「○」とし、そうでない場合を「×」とした。特に、上記「Ｄ判定」の判定結果が、列タイトル「Ｃｇ  ｉｎ＿ｎ」や「Ｃｇ  ｏｕｔ＿ｎ」の凝固遅れ度Ｃｇ［％］と整合しているか否かについて十分に注目されたい。「Ｅ判定」についても同様である。そして、列タイトル「Ｆ判定」は、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］のうち北側か南側の少なくとも何れか一方が０．０４以上である場合を「○」とし、そうでない場合を「×」とした。
【００５７】
≪試験１．４：考察≫
図１２及び図１３は、上記表１の試験Ｎｏ．１〜３０のデータに基づいて作成したグラフである。図１２中、シンボル「△」は上記表１の列タイトル「Ｃｇ  ｉｎ＿ｎ」であり、シンボル「○」は上記表１の列タイトル「Ｃｇ  ｏｕｔ＿ｎ」である。図１３中、シンボル「△」は上記表１の列タイトル「Ｃｇ  ｉｎ＿ｓ」であり、シンボル「○」は上記表１の列タイトル「Ｃｇ  ｏｕｔ＿ｓ」である。なお、このように北側の結果と南側の結果を別個独立して考察しているのは、北側で発生するバルジングと、南側で発生するバルジングと、の間の相互因果関係がそれほど強いものではないからである。
【００５８】
上記図１２及び図１３によれば、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］と、凝固遅れ度Ｃｇ［％］と、の間に強い相関関係があること、及び、標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］が０．０４以上となると、凝固遅れ度Ｃｇ［％］が４０を超える場合があること、の２点がはっきりと読み取れる。従って、若干の過検知はあるものの、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］のうち北側か南側か少なくとも何れか一方が０．０４以上である、という条件（即ち、上記表１の「Ｆ判定」が「○」という条件）を満たしたら、著しい凝固遅れ度Ｃｇ［％］が発生したものとすることが合理的である。
【００５９】
なお、上記の図１２及び図１３からは、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］と、著しい凝固遅れ度Ｃｇ［％］と、の間に狭面側シェルのバルジングの発生が介在していることまでは読み取れないが、図１に基づく考察によって該バルジングと凝固遅れとの関係が明らかにされ、図４には該バルジングと標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］との関係がはっきりと出ているので、上記介在は確実であると考えられる。
【００６０】
図１４及び図１５は、上記表２の試験Ｎｏ．４１〜６７のデータに基づいて作成したグラフである。図１４中、シンボル「△」は上記表２の列タイトル「Ｃｇ  ｉｎ＿ｎ」であり、シンボル「○」は上記表２の列タイトル「Ｃｇ  ｏｕｔ＿ｎ」である。図１５中、シンボル「△」は上記表２の列タイトル「Ｃｇ  ｉｎ＿ｓ」であり、シンボル「○」は上記表２の列タイトル「Ｃｇ  ｏｕｔ＿ｓ」である。
【００６１】
上記図１４及び図１５によれば、表２に示される比較例では、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］と、凝固遅れ度Ｃｇ［％］と、の間に相関関係が全くないことが判る。従って、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］に基づいて、著しい凝固遅れ度Ｃｇ［％］が発生したか否かを判断することは全くできない。
【００６２】
図１６は、上記表１及び表２の試験Ｎｏ．１〜６７のデータに基づいて作成したグラフである。シンボル「◇」は標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を算出する際に参照する熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の時間長さΔｔ［ｓｅｃ］を４とした試験Ｎｏ．５８〜６７に相当し、シンボル「△」は時間長さΔｔ［ｓｅｃ］を７とした試験Ｎｏ．３１〜４０に相当し、シンボル「○」は時間長さΔｔ［ｓｅｃ］を５としたその他の試験Ｎｏ．に相当する。図１６の横軸は各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］であり、縦軸は凝固遅れ度Ｃｇ［％］が４０以上になる確率である。この図１６によれば、標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を算出する際に参照する熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の時間長さΔｔ［ｓｅｃ］を少なくとも５以上といったように十分に確保しないと、ノイズによる影響を強く受けてしまい、意図した判定が阻害されることが判る。
【００６３】
（まとめ）
以上説明したように上記実施形態において、炭素含有量Ｃ［ｗｔ％］を０．０８〜０．２０とする中炭素鋼を、鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］を１．５以上として連続鋳造するに際し、狭面側シェルのバルジングに起因する著しい凝固遅れの検知は、以下のような方法で行われる。即ち、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］を、(i)鋳型厚み方向においては鋳型狭面中央１７から両鋳型広面１８へ向かって３０［ｍｍ］の範囲内であり、(ii)鋳造方向においてはメニスカス１９から鋳型下端へ向かって５／８Ｌ〜６／８Ｌ［ｍｍ］（ただし、Ｌ［ｍｍ］はメニスカス１９から鋳型下端までの距離である。）の範囲内である、領域内で夫々１箇所ずつ測定する。少なくとも何れか一方の鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］について、少なくとも５ｓｅｃ分の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］が０．０４以上である、という条件を満足したとき、著しい凝固遅れが発生したものとする。以上の検知方法のよれば、各鋳型狭面の熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］に適切な閾値を設けることにより、著しい凝固遅れを検知できる（図１２や図１３を参照）。そして、このように著しい凝固遅れを検知できることによって、鋳型直下におけるブレークアウトの一層確実な回避に寄与する（図３参照）。また、熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］を測定する箇所は両鋳型狭面で１箇所ずつで足りるので、測定器具を簡素とすることができ、低い導入コストが実現される。
【００６４】
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の実施形態は以下のように変更して実施することができる。
【００６５】
即ち、例えば、著しい凝固遅れが発生したものと凝固遅れ判定部１０７が判定した場合に、警告部１０８が連続鋳造機１００のオペレータにその旨を警告ランプなどを介して警告することに代え、鋳造速度Ｖｃ［ｍ／ｍｉｎ］を下げることとしてもよい。これによれば、薄肉となったシェルの部分が鋳型下端に至るまでの時間が延長されるので、該部分を薄肉状態から回復させることができ、もって、ブレークアウトの回避に役立つ。
【００６６】
また、標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を算出する際に参照する熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の時間長さΔｔ［ｓｅｃ］は、上記実施形態において少なくとも５とし、更に表１において５と７を例示したが、上限については特に言及していない。しかし、検知された著しい凝固遅れを伴った鋳片部位は、好ましくは鋳型下端から下方へ抜け出る前に何らかの肉厚を回復する手段を講じたいので、自ずと、上記時間長さΔｔ「ｓｅｃ」の上限は決まってくるだろう。即ち、上記実施形態においては、上記時間長さΔｔ［ｓｅｃ］の上限は、例えば、３０［ｓｅｃ］が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】鋳型内でのシェルの様子をイメージした図
【図２】凝固遅れ度Ｃｇ［％］の説明図
【図３】凝固遅れ度Ｃｇと鋳型直下Ｂ．Ｏ．発生頻度との関係についての実績に基づくグラフ
【図４】鋳型狭面の熱流束の標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］に関しての、狭面側シェルのバルジングの振る舞いを示すグラフ
【図５】鋳型狭面の熱流束の、鋳型厚み方向の分布図
【図６】連続鋳造機の概略図
【図７】制御装置のブロック図
【図８】鋳型幅方向に沿って見た鋳型の立面断面図
【図９】熱流束の算出方法を説明するための図
【図１０】熱流束の算出方法を説明するための図
【図１１】算出した熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］のサンプルを示すグラフ
【図１２】試験結果（実施例、北側）を示すグラフ
【図１３】試験結果（実施例、南側）を示すグラフ
【図１４】試験結果（比較例、北側）を示すグラフ
【図１５】試験結果（比較例、南側）を示すグラフ
【図１６】標準偏差σ［ＭＷ／ｍ２］を算出する際に参照すべき熱流束ｑ［ＭＷ／ｍ２］の時間長さΔｔ［ｓｅｃ］を考察するためのグラフ
【符号の説明】
【００６８】
１  鋳型
１０１  制御装置
【図１】
2010089150.tif 000009
【図２】
2010089150.tif 000010
【図３】
2010089150.tif 000011
【図４】
2010089150.tif 000012
【図５】
2010089150.tif 000013
【図６】
2010089150.tif 000014
【図７】
2010089150.tif 000015
【図８】
2010089150.tif 000016
【図９】
2010089150.tif 000017
【図１０】
2010089150.tif 000018
【図１１】
2010089150.tif 000019
【図１２】
2010089150.tif 000020
【図１３】
2010089150.tif 000021
【図１４】
2010089150.tif 000022
【図１５】
2010089150.tif 000023
【図１６】
2010089150.tif 000024