(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールドオシレーションを実施しつつ行う連続鋳造時における鋳片の鋳込み方向と反鋳込み方向の移動量を計測し、鋳込み方向のパルスが数パルス〜数十パルス続いた後、反鋳込み方向のパルスを１パルス或いは数パルス検出したときにオシレーションに起因する鋳片の振動である異常挙動が発生したと判断することを特徴とする連続鋳造時における鋳片の異常挙動検出方法。
【請求項２】
計測する連続鋳造時における鋳片の鋳込み方向と反鋳込み方向の移動量は、１パルス当たり０．０１〜０．２ｍｍの分解能であることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造時における鋳片の異常挙動検出方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法で鋳片の異常挙動を検出した後、この検出した異常挙動量に比例して、鋳込み速度一定の基に、オシレーションの振動数を増加させると共に振幅を減少させ、かつ、モールドパウダーの投入量を増加させることを特徴とする連続鋳造時における鋳造条件制御方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の方法で鋳片の異常挙動を検出した後、この検出した異常挙動量に比例して、鋳込み速度を低下させて、オシレーションの振動数を低下させると共にオシレーションの振幅とモールドパウダーの投入量を増加させることを特徴とする連続鋳造時における鋳造条件制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造での特にビレット等の鋳込みにおいて、鋳片の異常挙動を検出する方法、及び、この方法で検出した異常挙動に基づいてオシレーションの条件やモールドパウダー（以下、単に「パウダー」と言う。）の投入量等の鋳造条件を制御する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造設備には、モールド内の溶鋼がモールドの内面に融着しないように溶鋼とモールドの間にパウダーを流し込み、モールドを所定の振動数とストロークで動かすオシレーション装置が設置されている。そして、このオシレーション装置によってモールドと溶鋼間の摩擦を緩和してブレークアウトを防止したり、鋳片表面の焼き付き疵を防止している。特公平３−５６８２４号では、モールドの振動を非サイン波形で実施することで、より効果的にブレークアウトや焼き付きを防止すると言う連続鋳造鋳片の表面性状改善方法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、丸ビレットや角ビレット或いは小径のブルームを連続鋳造する際には、モールドオシレーションに起因する鋳片の振動、いわゆるシャクリが発生する場合がある。これは、モールドをオシレーションさせる際、モールド内面とモールド内の凝固しつつある溶鋼との間の摩擦力のため、モールドから下流に位置する凝固した鋳片がオシレーションストロークと振動数に連動した形でシャクリ運動をしながら鋳造される場合があるからである。
【０００４】
モールド直下以降の下流側には鋳片を保持するためのピンチロールが設置され、所定のトルク又は速度にて鋳片を引き抜いているが、前記したシャクリ現象は、このピンチロールでの鋳片保持力すなわち鋳片に対する圧下力を強くすることによって防止することができる。しかしながら、ピンチロールによる圧下力を必要以上に強くした場合には鋳片の断面形状を悪化させる原因になる。特に丸ビレットにおいては、後述する理由によってその真円度を極力高めて真円にすることが望ましいことから、圧下力は最低限鋳片の落下を防いで保持できるだけの力にしている。
【０００５】
近年において、丸ビレットの鋳込みは、生産性の向上や、取鍋内溶鋼、タンディッシュ内溶鋼の温度低下を防止する観点から、より高速鋳込み化され、また、モールド直下に位置する鋳片を冷却する水スプレー或いは水とエアーとの混合のミストスプレーにより冷却される鋳片は、急冷による鋳片表面の割れを防止するために極力少ない量で冷却することが必要になっている。
【０００６】
この場合、モールド以降の下流側に位置する表面が凝固した鋳片の表面温度は従来より高くなり、鋳片全体として柔らかくなっている。従って、この柔らかい鋳片を保持するピンチロールは、鋳片の断面形状を悪化させることのないように極力小さな圧下力で保持することが望ましい。
【０００７】
これは、次工程であるシームレスミルで丸鋳片をパイプに加工する場合、丸鋳片の形状がパイプ偏肉や穿孔能率などに大きな影響を与え、また、シームレスミルまで搬送する際の転がり性からも極力真円に近い丸ビレットが要求されるためである。従って、真円度を確保するために、ピンチロールでの軽圧下が必須となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピンチロールでの圧下力を小さくすると、ピンチロールによる鋳片の拘束力が弱まるために、モールドオシレーションの影響で上記したように鋳片のシャクリ現象が現われる。シャクリ現象が現われると、ピンチロールと鋳片間での摩擦力が変化したり、鋳片がピンチロールに擦られたりすることから、鋳片の表面に疵が発生することになる。
【０００９】
また、連続鋳造されてきた鋳片を所定の長さに切断する時、切断用トーチと鋳片との間に相対移動が発生し、切断面の性状が悪化する。これは、鋳片をクランプした状態でトーチ吹管からのガスと酸素で構成される切断炎にて鋳片を切断する際に、鋳片のシャクリにより吹管とトーチ台車本体とが鋳片の異常挙動（シャクリ）に必ずしも同調して動かないからである。
【００１０】
つまり、シャクリによる鋳片の細かい微振動によりトーチ台車本体の振動と吹管の振動とはその振動の時間的周期及び振動量が合致しなくなり、吹管からでる切断炎がシャクリにより鋳片の所定の切断位置に対してぶれることになって、切断面の切断性状が悪化するのである。シャクリ現象が現われると言うことは、モールド内ではモールド内溶鋼の表面とモールドの内側との間の摩擦が増大していることに他ならず、溶鋼とモールドの間に流し込むパウダーの量が適正になっていないともいえる。
【００１１】
本発明は、上記したシャクリ現象に起因して発生する問題点に鑑みてなされたものであり、連続鋳造時における鋳片の異常挙動を検出する方法、及び、この方法による検出に基づいてオシレーションの条件やパウダーの投入量等の鋳造条件を制御する方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る連続鋳造時における鋳片の異常挙動検出方法は、モールドオシレーションを実施しつつ行う連続鋳造時における鋳片の鋳込み方向と反鋳込み方向の移動量を計測し、鋳込み方向のパルスが数パルス〜数十パルス続いた後、反鋳込み方向のパルスを１パルス或いは数パルス検出したときにオシレーションに起因する鋳片の振動である異常挙動が発生したと判断することとしている。このようにすることで、鋳片の異常挙動すなわちシャクリの発生を正確に検出することができる。そして、鋳片の異常挙動を検出した後は、この挙動量に基づいてオシレーションの条件やパウダーの投入量等の鋳造条件を制御することで、鋳片の異常挙動を消滅させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る連続鋳造時における鋳片の異常挙動検出方法は、モールドオシレーションを実施しつつ行う連続鋳造時における鋳片の鋳込み方向と反鋳込み方向の移動量を計測し、鋳込み方向のパルスが数パルス〜数十パルス続いた後、反鋳込み方向のパルスを１パルス或いは数パルス検出したときにオシレーションに起因する鋳片の振動である異常挙動が発生したと判断するものである。この時、鋳片の異常挙動すなわちシャクリは、本発明者の実験では最小が０．１ｍｍ程度であることが判明しているから、前記鋳込み方向と反鋳込み方向の移動量を、例えばパルスを用いて１パルス当たり０．０１〜０．２ｍｍの分解能で計測すれば、どのような大きさの異常挙動であっても計測することができるようになる。
【００１４】
すなわち、図１に示したような、タンディッシュ１、スライディングゲート２、浸漬ノズル３、モールド４等からなる連続鋳造設備においては、上記したように連続鋳造した鋳片５を所定の長さに切断するための切断機６（一般にはガス方式のトーチ）が設けられている。この切断機６は、熱間で鋳込まれ凝固した鋳片５を、鋳込みを止めることなく切断する必要があるため、トーチ吹管６ｃを取り付けたトーチ台車６ａが鋳込み速度で出てくる鋳片５と同調して移動しながら所定の長さに切断するためのクランプ装置６ｂを有している。
【００１５】
この切断装置６によって切断する際の切断長さを計測するための測長装置として、通常は、メジャーリングロール７と呼ばれる鋳片５に直に接触するロールが採用されている。このメジャーリングロール７は回転が自在なように支持されたロールで、鋳片５と接触して滑ることのないように適正な摩擦を有し、鋳片５の移動に同調して回転し、このロールの軸にその回転量を測定する回転センサー８が設置されている。
【００１６】
そして、この回転センサー８は、通常はパルスジェネレータと呼ばれるパルス発信器が採用される。以下、回転センサー８をパルスジェネレータ８と言う。このパルスジェネレータ８は１回転当たり１０００パルスから数千パルスを出力できて、測長に必要な精度によってその検出分解能が選定され、通常は、連続鋳造設備における測長必要精度は１パルスが０．５〜１ｍｍ程度で十分である。
【００１７】
ところで、連続鋳造されてモールド４から出てくる鋳片５は鋳込み方向のみに向って引き抜かれてくるため、メジャーリングロール７の回転方向は常に一方向のみ（以下、これを「正転方向」と言う）である。しかしながら、何らかの理由で鋳込みを数十秒から数分或いは数十分停止する場合があり、その後、鋳込みを再スタートさせた場合等では、鋳片５は温度の低下に伴って収縮することから、メジャーリングロール７が逆転することになる。このような場合、正転方向のみの移動量しか測れないパルスジェネレータ８では、逆転した場合にも正転方向にカウントしてしまう。
【００１８】
従って、一般には、パルスの方向を判別できる二相出力方式のパルスジェネレータ８が使用されているが、この二相出力方式のパルスジェネレータ８を使用した場合でも、使用目的はあくまで鋳片５を所定長さに切断するための測長であり、切断長さを測定するための必要精度さえあれば良いことから、先に述べた通り、通常は１パルスが０．５〜１ｍｍ程度の分解能をもつものが採用されている。
【００１９】
しかしながら、鋳片の異常挙動すなわちシャクリ現象が発生した場合、如何に二相出力方式のパルスジェネレータ８であっても、上記した通常の使用方法では鋳片の異常挙動すなわちシャクリ現象を検出することができない。加えて、そのシャクリ挙動量は最小が０．１ｍｍ程度であることから、通常の鋳片５を所定長さに切断するための測長用に使用されるメジャーリングロール７のパルスジェネレータ８では検出できない。
【００２０】
そこで、本発明に係る連続鋳造時における鋳片の異常挙動検出方法では、例えば１パルスが０．０１ｍｍから０．２ｍｍの分解能をもつ高分解能の二相出力方式パルスジェネレータ８を使用し、以下のようにして細かいシャクリ量を正確に検出することにしている。
【００２１】
すなわち、本発明に係る連続鋳造時における鋳片の異常挙動検出方法では、この高分解能のパルスジェネレータ８から送られる二相出力パルスを異常挙動判定回路９に取り込み、異常挙動判定回路９では異常挙動量（シャクリ量）の大きさ及びその動き、すなわち、鋳込み方向のパルスが、図３（ｂ）に示したように、数パルス〜数十パルス続いた後の反鋳込み方向の１パルス或いは数パルスを検出した時、つまり、検出された二相パルスが反鋳込み方向の逆転パルスであり、それが鋳込み方向の正転パルスの中に存在しだしたならばシャクリ現象が始まったとして、これを鋳片５の異常挙動と判断するのである。このような本発明に係る連続鋳造時における鋳片５の異常挙動検出方法によれば、最小０．１ｍｍ程度の鋳片のシャクリ挙動を高精度に検出することができるようになる。
【００２２】
また、本発明に係る連続鋳造時における鋳造条件制御方法は、上記した本発明に係る連続鋳造時における鋳片の異常挙動検出方法で鋳片の異常挙動を検出した後、この検出した異常挙動量に比例して、▲１▼図２（ａ）に示したように、オシレーションの振動数（実線）を増加させると共に振幅（破線）を減少させ、かつ、パウダーの投入量（一点鎖線）を増加させたり、また、▲２▼図２（ｂ）に示したように、鋳込み速度（二点鎖線）とオシレーションの振動数（実線）を低下させると共にオシレーションの振幅（破線）とパウダーの投入量（一点鎖線）を増加させるのである。
【００２３】
すなわち本発明に係る連続鋳造時における鋳造条件制御方法では、上記したようにして検出した鋳片５の異常挙動を異常挙動判定回路９で解析し、この解析した異常挙動量に基づいて、異常挙動すなわちシャクリを消滅させるべく、これに比例してオシレーション周波数及び振幅、並びに、パウダー投入量や、必要に応じて、鋳込み速度を算出するのである。
【００２４】
そして、解析算出したデータに基づき、解析算出した値となるように、定常状態（オシレーションの周波数は鋳込み速度に連動し、また、振幅は鋳込みサイズや鋼種によって予め定まった値である。また、パウダーはモールド内溶鋼中への巻き込みによる品質悪化が発生するので、通常は焼き付きを防止するため、最小限の投入量で制御している。）で設定運転されているオシレーション装置１１の周波数及び振幅値、並びに、パウダー供給機１２からのパウダー投入量、及び、必要に応じて、鋳込み速度に補正をかけるべく、オシレーション制御装置１０やパウダー供給制御装置１３に制御信号を送信してシャクリ現象を止めるのである。
【００２５】
なお、図１中の１１ａはオシレーションテーブル、１１ｂはステッピングシリンダ、１１ｃはステッピングモータ、１１ｄはドライブユニットであり、これらでオシレーション装置１１が構成される。また、１４はピンチロール、１５は搬送ローラである。
【００２６】
図３（ｂ）に示したような異常挙動（シャクリ現象）を本発明方法により検出した時に、本発明方法により、図３（ａ）に示したように、異常挙動量に比例して定常状態よりもオシレーションの周波数を増加させると共に振幅を減少させ、かつ、パウダーのモールド内への投入量を、異常挙動量に比例して定常状態より増加させたところ、図３（ｂ）に示したように、異常挙動が終息した。
【００２７】
つまり、本発明によりモールド内溶鋼のシェルとモールド内面間の過大摩擦力が解消されたことにより、焼き付き直前で焼き付きが回避されたことになる。また、パウダーの過剰投入による品質悪化を防止しつつより効果的にブレークアウトを防止できたことになる。
【００２８】
なお、図３（ｃ）はブレークアウトを未然に防止するためモールド内に熱電対を埋め込み、鋳込み中にこれら熱電対の温度の挙動をモニターし、異常な温度又は異常な温度上昇率が発生した場合にブレークアウトを予知又は警報を出すブレークアウト予知装置による異常判定信号であり、この異常判定信号の発生位置と図３（ｂ）に示す本発明に係る異常挙動の検出位置とは良く一致していることが判る。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明に係る連続鋳造時における鋳片の異常挙動検出方法及び鋳造条件制御方法の効果を示すために行った実験結果について説明する。
図１は本発明方法を実施する連続鋳造機の概略構成を示した図である。丸鋳片の場合の事例について説明すると、タンディッシュ１からモールド４に注入される溶鋼は、浸漬ノズル３のスライディングゲート２の開度を適正に制御することにより、モールド４内の湯面レベルが安定化されている。
【００３０】
オシレーション装置１１はオシレーション制御装置１０からの信号により鋳込み開始と同時に鋳込み速度に連動して所定の振幅（ストローク）と振動数にて運転される。鋳込み開始はダミーバ（図示せず）にて引き抜き誘導され、ダミーバは最終段のピンチロール１４のあとで取り外され、その後は鋳片５のみが引き抜かれる。
【００３１】
切断機６にて所定の長さに切断するための切断長をカウントするメジャーリングロール７には高分解能のパルスジェネレータ８が設置され、その二相出力を異常挙動判定回路９に取り込んで異常挙動の解析を行う。この解析内容は異常挙動量の絶対値とその方向（正方向パルスと逆方向パルス）の判別であり、鋳込み速度に連動している周波数及び鋳込みサイズ、鋼種にて設定された振幅（ストローク）にて運転されているオシレーション装置１１にその変更が通知される。
【００３２】
図３は先に説明したように、（ｂ）に示す異常挙動の発生時に、（ａ）に示すようにオシレーションの振動数と振幅を、前記した解析によって求めた異常挙動量に比例して正規の値に対して振幅を小さく、また、振動数を多くすると共に、パウダーのモールド４内への投入量を、異常挙動量に比例して正規の状態より増加させることで異常挙動をなくした事例である。
【００３３】
図３ではメジャーリングロール７の高分解能パルスジェネレータ８が検出した正転、逆転を判別する二相パルスを夫々Ａ相、Ｂ相として表しているが（図３  （ｂ）参照）、これは９０度の位相差をもつ２パルス信号であり、この場合、Ａ相が時間的に先に現われ、Ｂ相が９０度遅れて現われている。この場合は、正転方向にパルスジェネレータ８が回転していることを示している。しかし、これがＢ相が先に現われた時にはパルスジェネレータ８が逆転したことを示し、この時、いわゆるシャクリの状態に鋳片５が異常挙動していることを示す。
【００３４】
また、図４は更に鋳込み速度も制御した事例である。この場合、鋳込み速度３ｍ／ｍｉｎで操業している時に図３で示すメジャーリングロール７のパルスジェネレータ８がシャクリ現象を検出した時点で、図４（ｃ）に示したように、鋳込み速度を３ｍ／ｍｉｎから０．５ｍ／ｍｉｎに急速に減速し、オシレーションの振幅は、図４（ａ）に示したように、４ｍｍのストロークから８ｍｍに大きくし、振動数は図４（ｂ）に示したように、２００（サイクル／分）から２５（サイクル／分）に鋳込み速度の減速と同じく急速に少なくし、この状態を１０秒間保持し、その後、復帰時間の間で所定のレートで夫々もとの鋳込み速度に連動して復帰させた事例である。
【００３５】
このように、鋳片の異常挙動すなわちシャクリ現象発生時に、発生した異常挙動量に比例してオシレーションの振幅と周波数及び必要に応じて鋳込み速度を定常状態から変化させることにより、モールド内の拘束現象を消滅させることができた。このように、種々の鋳込みテストを実施した結果、鋳片の異常挙動量とそれを終息させる、つまりはブレークアウトのリスクを低減するための鋳込み速度、モールドパウダー量、オシレーション振動数、オシレーション振幅との関係をグラフ化したものが図２である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、▲１▼鋳造中に鋳片のシャクリが発生しそれを許容するならば鋳片表面の疵を発生させ、また、オシレーションしているモールド内或いはモールド直下部にて最悪ブレークアウトすることになり、また、▲２▼所定長に切断している切断機の切断トーチに対して鋳片がシャクリ挙動をしているとトーチの切断炎に対して常に鋳片がシャクリ挙動するために切断面の性状が悪化し、悪いとその後工程で切断した鋳片を識別するために切断面に刻印やマーキングする際それが良好に処理されることができなくなる、と言った問題を、軽圧下することで、鋳片の断面形状をより真円に鋳造することができ、鋳片のシャクリが発生した場合、それを速やかに防止することができ、それにより鋳片の疵発生やブレークアウトの防止及び鋳片切断面の性状悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施する連続鋳造機の概略構成を示した図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は共に鋳片の異常挙動量とそれを終息させる、鋳込み速度、モールドパウダー量、オシレーション振動数、オシレーション振幅との関係をグラフ化したものである。
【図３】（ａ）は（ｂ）に示した異常挙動量に比例して定常状態よりもオシレーションの周波数を増加させると共に振幅を減少させた例を示した図、（ｂ）は異常挙動（シャクリ現象）の例を示した図、（ｃ）はブレークアウト予知装置による異常判定信号を示した図である。
【図４】（ａ）は異常挙動量に比例して定常状態よりもオシレーションの振幅を増加させた例を示した図、（ｂ）は同じくオシレーションの周波数を減少させた例を示した図、（ｃ）は同じく鋳込み速度を低下させた例を示した図である。
【符号の説明】
５    鋳片
９    異常挙動判定回路
１０  オシレーション制御装置
１３  パウダー供給制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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