(57)【要約】【課題】高品質なスラブを製造可能な連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法及び装置を得る。【解決手段】本発明に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法は、鋳型長辺に埋設する熱電対５の配置を、鋳造方向については、最上段の測温素子の位置が湯面制御レベルから２５０ｍｍ以内、最下段の測温素子の位置が湯面制御レベルから５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う測温素子間の間隔が２５０ｍｍ以下とし、鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された測温素子の位置が測定対象のスラブ幅の短辺面と長辺面の交線の位置から鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う測温素子間の間隔が２５０ｍｍ以下とし、上記のように配置された熱電対５によって測定された鋳型銅板温度を取得する鋳型銅板温度取得工程と、該取得された鋳型銅板温度に基づいて主成分分析を行って主成分スコアを算出する主成分分析工程と、該算出された主成分スコアに基づいて鋳片表面の欠陥発生の有無を判定する主成分スコア判定工程とを備えたものである。【選択図】  図１
2015160239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型長辺に埋設した測温素子によって鋳型銅板温度を測定し、該測温値に基づいてスラブ表面欠陥の判定を行う連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法であって、
鋳型長辺に埋設する前記測温素子の配置を、
鋳造方向については、最上段の測温素子の位置を湯面制御レベルから２５０ｍｍ以内、最下段の測温素子の位置を湯面制御レベルから５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下とし、
鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された測温素子の位置を測定対象のスラブ幅の短辺面と長辺面の交線の位置から、鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下とし、
上記のように配置された前記測温素子によって測定された鋳型銅板温度を取得する鋳型銅板温度取得工程と、
該取得された鋳型銅板温度に基づいて主成分分析を行って主成分スコアを算出する主成分分析工程と、
該算出された主成分スコアに基づいて鋳片表面の欠陥発生の有無を判定する主成分スコア判定工程とを備えたことを特徴とする連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法。
【請求項２】
最下段の測温素子の位置を湯面制御レベルから鋳造方向に７５０ｍｍ以内としたことを特徴とする請求項１記載の連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法。
【請求項３】
主成分スコア判定工程が、主成分スコアが所定の閾値を超えた場合に、欠陥発生と判定することを特徴とする請求項１又は２記載の連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法。
【請求項４】
鋳型長辺に埋設した測温素子によって鋳型銅板温度を測定し、該測温値に基づいて連続鋳造スラブ表面欠陥を判定する連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置であって、
鋳型長辺に埋設された測温素子群と、該測温素子群の各測温素子によって測定された鋳型銅板温度を取得する鋳型銅板温度取得手段と、該取得された鋳型銅板温度に基づいて主成分分析を行って主成分スコアを算出する主成分分析手段と、該算出された主成分スコアに基づいて鋳片表面の欠陥発生の有無を判定する主成分スコア判定手段とを備え、
前記測温素子群を構成する測温素子の配置を、
鋳造方向については、最上段の測温素子の位置を湯面制御レベルから２５０ｍｍ以内、最下段の測温素子の位置を湯面制御レベルから５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下とし、
鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された測温素子の位置を測定対象のスラブ幅の短辺面と長辺面の交線の位置から、鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下としたことを特徴とする連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置。
【請求項５】
最下段の測温素子の位置を湯面制御レベルから鋳造方向に７５０ｍｍ以内としたことを特徴とする請求項４記載の連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置。
【請求項６】
主成分スコア判定手段が、主成分スコアが所定の閾値を超えた場合に、欠陥発生と判定することを特徴とする請求項４又は５記載の連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラブの連続鋳造に用いる鋳型に測温素子を埋設し、該測温素子によって得られる鋳型銅板温度の測温値に基づいてスラブ表面欠陥の判定行う連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高級鋼製品の品質要求が厳しくなっており、鋳片（スラブ）段階すなわち連続鋳造段階からの高品質化が要望されている。
製品段階での表面欠陥の１つに、鋳型内溶鋼湯面上に散布したモールドパウダーに起因するものが挙げられる。例えば、鋳型内溶鋼湯面の表面流速が早すぎる場合には、モールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれることが知られており、このモールドパウダーが表面欠陥の要因となる。また、鋳型内溶鋼湯面の変動量が大きい場合にも、モールドパウダーが溶鋼中にトラップされ、上記と同様に表面欠陥の要因となる。
あるいは、溶鋼中に存在するアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などの脱酸生成物やＡｒガス気泡、あるいはその他の異物が凝固シェルへ捕捉されることも表面欠陥要因として挙げられる。これら凝固シェルに補足されたモールドパウダー等を除去せずに圧延した場合には、圧延後の鋼板製品においてヘゲ・スリバーなどと呼ばれる表面疵欠陥となり、鋼板製品の歩留まりを低下させる。
【０００３】
そこで、連続鋳造工程では、このような欠陥発生を防止するために、鋳型内の溶鋼に磁場を印加して鋳型内溶鋼流動を制御し、モールドパウダー等の巻き込み・トラップを防止することが一般的に行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、溶鋼に磁場を印加して鋳型内溶鋼流動を制御しても、操業変動などに起因してモールドパウダー等の巻き込み・トラップが生ずるため、上記鋳片表面欠陥を完全に抑制することは困難である。
そのため、鋳型内溶鋼流動の変化を鋳型銅板に埋め込まれた熱電対の温度変化で捉えることで、鋳片表面の欠陥発生の有無を判定し、この判定結果に基づいて連続鋳造工程で何らかの措置を講じたり、あるいは鋳片手入れを行う技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献２には、連続鋳造用鋳型の鋳型長辺銅板背面の幅方向に複数の測温素子を配置して鋳型長辺銅板幅方向の温度分布を測定し、測定された温度分布の最大値と最小値との差が１２℃以下となるように、鋳型に取り付けた磁場発生装置の磁場強度、鋳造速度、浸漬ノズルの浸漬深さ、浸漬ノズル内へのＡｒ吹き込み量のうち何れか１つまたは２つ以上を調整することが開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、連続鋳造用鋳型の幅方向各点における鋳型銅板温度または熱流束を測定するとともに鋳型幅方向のこれらの分布を監視し、これらの鋳型幅方向の分布状態が時間的に大きく変化した場合に、鋳片表面に縦割れが発生したと判定する表面欠陥検出方法が開示されている。
【０００７】
更に、特許文献４では、鋳型内溶鋼を水平方向に旋回させる移動磁場を印加しつつ、鋳型長辺銅板背面に埋設した測温素子を用いて銅板温度を測定し、鋳型空間の軸心線を対称軸として対称位置に配置された、それぞれの測温素子同士の測定結果を比較し、両者のうちの高い方の測定温度に対する低い方の測定温度の比が０．８５よりも小さくなった場合に鋳片表面に欠陥が発生したと判定する方法が開示されている。
【０００８】
特許文献５には、多数（多種類）の操業データを少数（少種類）の変数（特徴量と称する）で表現できるように変換し、その代表値となる特徴量と品質データとの対応についての実績データベースを用いて製品の品質を予測する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３０５３５３号公報
【特許文献２】国際公開第２０００／５１７６３号
【特許文献３】特開平２−１５１３５６号公報
【特許文献４】特開２００９−２１４１５０号公報
【特許文献５】特許第５１６９０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来技術には以下の問題点がある。
即ち、特許文献２及び特許文献３では、鋳型の幅方向の温度分布に基づいて表面欠陥の発生を判定しているが、移動磁場を用いて鋳型内の溶鋼を水平旋回させた場合には、鋳型銅板温度の分布は鋳型の軸中心に対して基本的に幅方向左右で非対称となり、しかも、鋳造速度、鋳片幅、磁場強度などに応じて鋳型幅方向の銅板温度分布パターンが変化するので、単純な銅板温度の高低や最大値と最小値の差などからは、鋳片表面の欠陥発生を判定できない。つまり、特許文献２及び特許文献３は、鋳型幅方向の温度分布がほぼ均一な鋳造条件を前提としており、鋳型内の溶鋼を水平旋回させるような場合には適用ができない。
【００１１】
一方、特許文献４は鋳型内流動変化に伴う銅板温度変化をとらえ、欠陥判定を行うものである。この方法では、流速低下領域が欠陥が生ずる領域であると判定されるが、その領域に欠陥要因となる脱酸生成物やＡｒ気泡、モールドパウダーやその他異物が存在しない場合には、凝固シェルには何も捕捉されないため製品欠陥とはならない。即ち、この方法では欠陥発生を過剰に検知・判定してしまう可能性がある。
【００１２】
特許文献５はデータベースを用いた製品品質予測技術であるが、データベースの保管・管理・読み出しのための設備・制御システムが必要となり設備投資費の高騰化が懸念される。また、特許文献５の実施例では、モールド銅板温度を用いた製品品質予測例が提示されているが、品質予測に必要な銅板温度データ数（銅板に埋設する熱電対の本数）に関して言及されていない。
【００１３】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、設備投資費を高騰化させることなく、高品質なスラブを製造可能な連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法及び装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）本発明に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法は、鋳型長辺に埋設した測温素子によって鋳型銅板温度を測定し、該測温値に基づいてスラブ表面欠陥の判定を行う連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法であって、
鋳型長辺に埋設する前記測温素子の配置を、
鋳造方向については、最上段の測温素子の位置を湯面制御レベルから２５０ｍｍ以内、最下段の測温素子の位置を湯面制御レベルから５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下とし、
鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された測温素子の位置を測定対象のスラブ幅の短辺面と長辺面の交線の位置から、鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下とし、
上記のように配置された前記測温素子によって測定された鋳型銅板温度を取得する鋳型銅板温度取得工程と、
該取得された鋳型銅板温度に基づいて主成分分析を行って主成分スコアを算出する主成分分析工程と、
該算出された主成分スコアに基づいて鋳片表面の欠陥発生の有無を判定する主成分スコア判定工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、最下段の測温素子の位置を湯面制御レベルから鋳造方向に７５０ｍｍ以内としたことを特徴とするものである。
【００１６】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、主成分スコア判定工程が、主成分スコアが所定の閾値を超えた場合に、欠陥発生と判定することを特徴とするものである。
【００１７】
（４）本発明に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置は、鋳型長辺に埋設した測温素子によって鋳型銅板温度を測定し、該測温値に基づいて連続鋳造スラブ表面欠陥を判定する連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置であって、
鋳型長辺に埋設された測温素子群と、該測温素子群の各測温素子によって測定された鋳型銅板温度を取得する鋳型銅板温度取得手段と、該取得された鋳型銅板温度に基づいて主成分分析を行って主成分スコアを算出する主成分分析手段と、該算出された主成分スコアに基づいて鋳片表面の欠陥発生の有無を判定する主成分スコア判定手段とを備え、
前記測温素子群を構成する測温素子の配置を、
鋳造方向については、最上段の測温素子の位置を湯面制御レベルから２５０ｍｍ以内、最下段の測温素子の位置を湯面制御レベルから５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下とし、
鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された測温素子の位置を測定対象のスラブ幅の短辺面と長辺面の交線の位置から、鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う測温素子間の間隔を２５０ｍｍ以下としたことを特徴とするものである。
【００１８】
（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、最下段の測温素子の位置を湯面制御レベルから鋳造方向に７５０ｍｍ以内としたことを特徴とするものである。
【００１９】
（６）また、上記（４）又は（５）に記載のものにおいて、主成分スコア判定手段が、主成分スコアが所定の閾値を超えた場合に、欠陥発生と判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、測温素子の配置を、鋳造方向については、最上段の測温素子の位置が湯面制御レベルから２５０ｍｍ以内、最下段の測温素子の位置が湯面制御レベルから５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う測温素子間の間隔が２５０ｍｍ以下とし、鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された測温素子の位置が測定対象のスラブ幅の短辺面と長辺面の交線の位置から鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う測温素子間の間隔が２５０ｍｍ以下とし、上記のように配置された測温素子によって測定された鋳型銅板温度を取得する鋳型銅板温度取得工程と、取得された鋳型銅板温度に基づいて主成分分析を行って主成分スコアを算出する主成分分析工程と、該算出された主成分スコアに基づいてスラブ表面の欠陥発生の有無を判定する主成分スコア判定工程とを備えたことにより、設備投資費を高騰化させることなく、測定温度に基づいた欠陥発生の有無を高精度で判定可能である。また、判定結果に基づいてスラブ表面の欠陥を適切に処置することで、高品質なスラブを製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置の説明図である。
【図２】本発明に至った経緯を説明するための実験における測温素子の配置の説明図である。
【図３】本発明に至った経緯を説明するための実験に係る鋳型銅板温度と鋳造時間との関係を示すグラフである（その１）。
【図４】本発明に至った経緯を説明するための実験に係る鋳型銅板温度と鋳造時間との関係を示すグラフである（その２）。
【図５】本発明に至った経緯を説明するための実験に係る鋳型銅板温度と鋳造時間との関係を示すグラフである（その３）。
【図６】本発明に至った経緯を説明するための実験に係る主成分分析結果を表すグラフである。
【図７】本発明の一実施の形態に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法のフローチャートである。
【図８】本発明の実施例２に係る実験結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法及び装置を詳細に説明する前に、まず本発明に至った経緯について説明する。
【００２３】
＜本発明に至った経緯＞
本発明者らは、スラブ連続鋳造機での種々の鋳造条件下において、鋳型内鋳造方向及び鋳型幅方向の鋳型長辺面銅板温度のプロファイルを調査した。その場合に、相対する鋳型長辺銅板には、向かい合ったほぼ同一の箇所に、測温素子として熱電対５を埋め込み（図１参照）、それぞれの鋳型長辺銅板の温度を測定した。
【００２４】
鋳型長辺銅板における熱電対５の配置について、図２に基づいて説明する。
鋳造方向については、図２に示すように、湯面制御レベルからの距離が５０ｍｍの点を始点として１００ｍｍピッチで、Ａ段からＩ段までの合計９段となるように熱電対５を設けた。湯面制御レベルとは、タンディッシュから溶鋼を鋳型に注入する際、注入量自動制御の目標とする湯面レベルのことである。
鋳型幅方向については、１３０ｍｍピッチで第１列から第１６列までの１６列の熱電対５を設けた。なお、鋳型銅板上面から湯面制御レベルまでの距離は５０ｍｍである。このように鋳型長辺面のほぼ全域にわたって熱電対５を埋設することで、鋳型全体の銅板温度プロファイルを測定することができる。
このような熱電対群を有する鋳型３を用いて種々の鋳造条件において銅板温度分布の測定を行いつつ、スラブを製造した。更に、製造したスラブを圧延して、オンライン表面欠陥計にて表面欠陥を連続的に測定し、製品における表面欠陥発生位置と鋳型銅板温度の測定結果を対比調査した。
【００２５】
表面欠陥測定では、図２における熱電対５の２列目の位置に対応する位置において製品にヘゲが発生しているのを発見した。そして、発見したヘゲ発生位置から欠陥の原因を有するスラブ位置が鋳造された時間帯を調べたところ、ヘゲが発生したのは鋳造開始から１１００〜１２５０秒の時間帯であることが分かった。
【００２６】
この時間帯を含む２列目位置でのＡ段〜Ｉ段の銅板温度の測定結果を図３〜図５に示す。図３〜図５において、縦軸は鋳型銅板温度（℃）を表し、横軸は鋳造開始からの鋳造時間（sec.:秒）を表しており、図３（ａ）は２列目Ａ段、図３（ｂ）は２列目Ｂ段、図３（ｃ）は２列目Ｃ段、図４（ｄ）は２列目Ｄ段、図４（ｅ）は２列目Ｅ段、図４（ｆ）は２列目Ｆ段、図５（ｇ）は２列目Ｇ段、図５（ｈ）は２列目Ｈ段、図５（ｉ）は２列目Ｉ段の銅板温度の測定結果をそれぞれ表している。
【００２７】
本発明者らは、まず、単純に鋳型銅板温度変化挙動をとらえることで欠陥判定ができないかを検討した。
しかしながら、図３〜図５に示すとおり、ヘゲ発生時間帯において、いくつかの熱電対５の温度挙動に若干の変化が見られるものの、同様の温度変化挙動はヘゲ発生の無い時間帯においても観察されるため、単純に鋳型銅板温度変化挙動からのみでは、欠陥判定は困難であると考えられる。
また、埋設された多数の熱電対５の中から、わずかな温度変化挙動を見極めるのはデータ処理の観点からも容易ではない。
【００２８】
そこで、本発明者らは、ヘゲ発生時間帯における鋳型銅板温度の特異性を見出すために様々な解析を試み、主成分分析を用いた判定手法を見出した。主成分分析とは、多くの観測変数から、特徴を表す新たな変数を合成する統計解析手法であり、特異点を見出すのに適した手法である。
以下、主成分分析の具体的な方法について、鋳型銅板に埋設した熱電対５の本数が７２本であった場合を例に挙げて説明する。
１秒毎に７２本の熱電対５から温度データが取得できるとした場合、t秒間分の温度の時系列データXは下式(1)で表される。ただし、式(1)においてＴは温度を表している。
【００２９】
【数１】
2015160239.tif 000003
【００３０】
この温度の時系列データXは、例えば３つの主成分（第１主成分〜第３主成分）に重み付けし、それらを組み合わせることによって、近似することができる。ここで、第１主成分〜第３主成分とは温度の時系列データを表現するための代表的なパターン（時間に対する値の変化）である。
なお、主成分の数は任意に設定する事が可能であるが、変数がむやみに増加するだけで傾向に大差が無いこともあるため、今回は第１主成分〜第３主成分までとした。
第１主成分〜第３主成分は、下式(2)に示す７２次元ベクトル（y1、y2、y3）で表される（基底ベクトル）。
【００３１】
【数２】
2015160239.tif 000004
【００３２】
これらに対して、温度の時系列データ毎に主成分スコアaijが計算される。主成分スコアaijとは、上述した第１主成分〜第３主成分への重み付けの値であり、この３つの主成分スコアaijに着目することで、温度の時系列データの中から特異点を抽出することが可能となる。
式(1)で表される温度の時系列データXは、第１主成分〜第３主成分（y1、y2、y3）と主成分スコアaijを用いて下式(3)で近似できる。
【００３３】
【数３】
2015160239.tif 000005
【００３４】
なお、主成分分析については汎用の統計解析ソフトを用いることで瞬時に解析を行い、主成分スコアを算出することが可能である。図３〜図５に示したものと同一チャージの鋳造期間中の長辺面の全測定温度データ（即ち、「１−Ａ」〜「１６−Ｉ」）に対して主成分分析を行った結果を主成分毎に図６に示す。
図６において、縦軸は主成分スコアの絶対値を表し、横軸は鋳造時間（sec.:秒）を表しており、図６（ａ）は第１主成分スコア、図６（ｂ）は第２主成分スコア、図６（ｃ）は第３主成分スコアのグラフである。
上述したとおり、主成分スコアとは、第１主成分〜第３主成分のそれぞれの重みに相当し、多数の温度データを特徴付ける新たな変数であり、この値が大きいほど平均的な測定値に対して特異性があることを示している。
また、主成分スコアに関してはマイナスの値が出ることもあるが、今回はその変動を調査するのが目的であるため、主成分スコアの絶対値をとって評価を行った。
【００３５】
図６によると、ヘゲ発生時間帯である１１００秒〜１２５０秒付近において第１主成分〜第３主成分スコアのいずれもが大きく変動していることが明らかに分かる。このように、測定した温度データに対して主成分分析を行い、主成分スコアの変動を監視することで、表面欠陥判定が可能となることを本発明者らは突き止めた。
なお、主成分分析の対象となる銅板温度データは同一チャージ内のデータに限定した方が好ましい。これは、例えば、当該チャージと次のチャージで溶鋼成分や溶鋼温度が異なる場合に、銅板温度挙動が異なるケースが発生するためである。
【００３６】
次に本発明者らは、上述の主成分分析による判定を行うにあたり、鋳型長辺面に埋設する熱電対５の最適な配置について、鋳造方向及び鋳型幅方向のそれぞれの方向ごとに検討を行ったので以下これについて説明する。
【００３７】
＜熱電対の鋳造方向の配置に関して＞
熱電対５の鋳造方向の配置に関して設置範囲と熱電対間隔について検討し、以下の知見（知見i及び知見ii）を得られた。
なお、以下の説明において「位置」とは湯面制御レベルから鋳造方向の位置を表している。
【００３８】
≪熱電対の鋳造方向の設置範囲（熱電対５の最上段及び最下段の位置）に関する知見≫
熱電対５の最上段の位置が湯面制御レベルから２５０ｍｍより下にある場合には、鋳片のごく表層における鋳造欠陥の発生を見落とすケースが見られた。従って熱電対５の最上段は湯面制御レベルから２５０ｍｍの範囲内とすることが望ましい（知見i-1）。
【００３９】
熱電対５の最下段の位置が５００ｍｍ以下であれば、浸漬ノズルからの吐出流による溶鋼流動を十分に捉えることができ、かつ、製品の表面欠陥の原因となる鋳造欠陥（介在物、気泡）のうち、鋳片表面から８〜１２ｍｍ程度の比較的深い位置の鋳造欠陥の発生を見逃すこともない。従って、熱電対５の最下段の位置の上限値は５００ｍｍ以下であることが望ましい（知見i-2）。
【００４０】
もっとも、熱電対５の最下段の位置は下限値を７５０ｍｍとすることが望ましい（知見i-3）。その理由は以下の通りである。
湯面制御レベルから７５０ｍｍより下方の位置においては既に凝固シェルが十分に形成されており、この位置で表面欠陥起因となるモールドパウダーや脱酸生成物を捕捉しても銅板温度に反映されにくいこと、及び湯面制御レベルから７５０ｍｍより下方の位置で捕捉されたモールドパウダーや脱酸生成物は比較的スラブ内部にあるので圧延されても表面欠陥となりにくいことが考えられる。
従って熱電対５の最下段の位置の下限値は７５０ｍｍとすることが望ましい。つまり、湯面制御レベル〜鋳造方向７５０ｍｍの範囲に熱電対５を埋設すれば足り、それより下方に熱電対５を埋設することは必ずしも必要ではなく、埋設しても熱電対コストの増加を招くことになる。
【００４１】
上記の知見i-1〜知見i-3より、熱電対５の鋳造方向の配置は、最上段を湯面制御レベルから２５０ｍｍの範囲内、最下段を５００ｍｍから７５０ｍｍの範囲内とすることが望ましい（知見i）。
【００４２】
≪熱電対の鋳造方向の間隔に関する知見≫
上述した湯面制御レベル〜鋳造方向７５０ｍｍの範囲内での隣り合う熱電対間隔が２５０ｍｍ以下であれば、表面欠陥を十分に判定できることが明らかとなった（知見ii）。鋳造方向の熱電対間隔が２５０ｍｍより大きくなると、ヘゲ発生の挙動を見落とすケースが見られた。
【００４３】
＜熱電対の鋳型幅方向の配置に関して＞
上記の熱電対５の鋳造方向の配置と同様に、熱電対５の鋳型幅方向の配置に関して設置範囲と間隔について検討し、以下の知見（知見iii及び知見iv）が得られたので順に説明する。
【００４４】
≪熱電対の鋳型幅方向の設置範囲に関する知見≫
鋳型幅方向で両短辺に近い箇所に設置された熱電対５が、短辺面と長辺面の交線から鋳型幅方向に２５０ｍｍ以下の範囲にあることが望ましい（知見iii）。前記の範囲に熱電対５がないと、鋳型短辺近傍での鋳造欠陥発生の挙動を見落とすケースが見られたからである。
【００４５】
≪熱電対の鋳型幅方向の間隔に関する知見≫
連続鋳造においては製品の要求寸法に応じて鋳造幅が変化する。今回調査した条件における鋳造幅は１０００ｍｍ〜２１００ｍｍであったが、この場合、鋳型幅方向での隣り合う熱電対間隔が２５０ｍｍ以下であれば、表面欠陥を十分に判定できることが分かった（知見iv）。鋳型幅方向の熱電対間隔が２５０ｍｍより大きくなると、ヘゲ発生の挙動を見落とすケースが見られた。
なお、上記の知見i〜知見ivについては、後述の実施例で実証している。
【００４６】
次に本発明者らは主成分スコアの閾値に着目した。一般的に、表面欠陥にも重大なものと軽微なものがあり、鋼板製品を扱う需要家によっては軽微な表面欠陥であれば使用可能な場合があるため、製造する品種によって表面欠陥判定の閾値を設定し、その閾値を超えた場合に欠陥発生の判定を行うことで鋼板製品の歩留まりを高めることができる。今回の調査においては、第１主成分スコア〜第３主成分スコアのいずれかが２．５以上である場合においては、比較的重大な表面欠陥である傾向にあった。
【００４７】
以上のことを踏まえて、本発明の実施の形態に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定装置１（以下、単に「表面欠陥判定装置１」という）について、図１に基づいて説明する。
【００４８】
＜表面欠陥判定装置＞
表面欠陥判定装置１は、図１に示すように、鋳型３に埋設する測温素子としての熱電対５と、熱電対５による測温値に基づいて表面欠陥を判定するための演算装置７を備えている。
以下、熱電対５の配置と演算装置７の構成について詳細に説明する。
【００４９】
≪熱電対の配置≫
熱電対５の鋳造方向の配置については、上述したとおり、最上段が湯面制御レベルから２５０ｍｍの範囲内、最下段が湯面制御レベルから５００ｍｍ以上離れた位置（知見iより）、鋳造方向の隣り合う熱電対５の間隔が２５０ｍｍ以下（知見ii）とした。
また、熱電対５の鋳型幅方向の配置についても、上述したとおり、両短辺に最も近い箇所に設置された測温素子の位置が測定対象のスラブ幅の短辺面と長辺面の交線の位置から、鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内（知見iii）、隣り合う熱電対５の間隔が２５０ｍｍ以下（知見iv）とした。
つまり、鋳造方向については、湯面制御レベルから２５０ｍｍの範囲には少なくとも一段の熱電対５が配置され、同様に５００ｍｍ以上離れた位置に熱電対５の最下段が配置され、また、鋳型幅方向については、鋳型短辺から２５０ｍｍの範囲には少なくとも一列の熱電対５が配置される。
このように配置した熱電対群によって測温することで、鋳型３全体の銅板温度プロファイルを測定することができる。また、鋳型３の長辺面に湯面制御レベルから鋳造方向に向かって７５０ｍｍの範囲内（知見iより）で測温素子としての熱電対５を配置することが望ましい。
【００５０】
熱電対５の配置の一例を示すと、例えば、鋳造方向については、湯面制御レベルから５０ｍｍの位置に一段目の熱電対５を配置し、鋳造方向の隣り合う熱電対５の間隔が１００ｍｍとなるように８段配置する（図２のＨ段まで）。また、鋳型幅方向については、鋳型幅方向の隣り合う熱電対５の間隔が１３０ｍｍとなるように１５列配置する。
なお、鋳造方向及び鋳型幅方向の熱電対５の間隔は上記の範囲内であればよく、等間隔に配置してもよく、必ずしも等間隔でなくてもよく、鋳型３の構造や大きさ等に応じて適宜調整してもよい。
なお、上記の説明では、測温素子として熱電対５を用いた例を示したが、例えば光ファイバー方式のセンサーなど、銅板温度を正確に測定できる手法であればどのような測温素子であっても構わない。
【００５１】
≪演算装置≫
演算装置７は、コンピュータによって構成され、熱電対５によって測定された鋳型銅板温度を取得する鋳型銅板温度取得手段９と、該取得された鋳型銅板温度に基づいて主成分分析を行って主成分スコアを算出する主成分分析手段１１と、該算出された主成分スコアに基づいて鋳片表面の欠陥発生の有無を判定する主成分スコア判定手段１３とを備えている。
【００５２】
鋳型銅板温度取得手段９は所定の測定時間間隔で鋳型銅板温度を取得可能になっている。
所定時間間隔は、１秒以上１０秒以下の間隔であることが望ましい。この理由は次の通りである。温度変動を検知するには、１秒以上１０秒以下でも十分であり、１秒よりも短い間隔で温度を取得する場合には、鋳型振動などの外乱影響を拾いやすくなる。また、１０秒を超える間隔での測定では異常発生による変動を見落とすリスクが高まる。
また、鋳型内の溶鋼流動の周期的な変化（例えば、浸漬ノズルから左右の吐出口からの溶鋼吐出流速が交互に周期的に揺らぐことなど）の周期を実測すると、およそ１０秒から３０秒の周期となっており、この周期の最小値である１０秒よりも短い測定時間間隔で測定することで、溶鋼流動の周期的な変化に起因する温度変化を捉えることができ、この点からも測定時間間隔を１０秒以下とすることが好ましい。
【００５３】
主成分分析手段１１としては、例えば、汎用の統計解析ソフトを用いるようにすればよい。
主成分スコア判定手段１３における判定方法としては、例えば、所定の閾値を設定しておき、主成分スコアが該閾値を超えた場合に、欠陥発生と判定するようにする。
【００５４】
上記のような表面欠陥判定装置１は、特許文献５の技術のようにデータベースを用いていないため、設備投資費が高騰化することがなく、大量の操業データも不要のため簡便である。
【００５５】
以上のように構成された表面欠陥判定装置１を用いた連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法（以下、単に「表面欠陥判定方法」という場合がある）について具体例を挙げて、表面欠陥判定装置１の動作と共に、図７のフローチャートに基づいて他の図を適宜参照しながら説明する。
【００５６】
＜連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法＞
本発明の実施の形態に係る連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法は、図７に示すように、熱電対５によって測定された鋳型銅板温度を取得する鋳型銅板温度取得工程（Ｓ１）と、該取得された鋳型銅板温度に基づいて主成分分析を行って主成分スコアを算出する主成分分析工程（Ｓ３）と、該算出された主成分スコアに基づいて鋳片表面の欠陥発生の有無を判定する主成分スコア判定工程（Ｓ５）とを備えている。
各工程について以下に説明する。
【００５７】
≪鋳型銅板温度取得工程≫
まず、鋳型銅板温度取得工程において、熱電対５によって測定された鋳型銅板温度を、鋳型銅板温度取得手段９を用いて取得する（Ｓ１）。
鋳型銅板温度データは、鋳型３に埋設された熱電対５から１秒以上１０秒以下の間隔で取得される（図３〜図５参照）。
【００５８】
≪主成分分析工程≫
次に、鋳型銅板温度取得工程で取得された鋳型銅板温度に基づいて、主成分分析手段１１を用いて主成分分析を行って主成分スコアを算出する（Ｓ３）。
上述したとおり、主成分の数は任意に設定する事が可能であるが、変数が増加するだけで傾向に大差が無いこともあるため、本例では第１主成分〜第３主成分までとした。また、主成分スコアに関してはマイナスの値が出ることもあるが、主成分スコアの変動を把握できるように絶対値を算出した（図６参照）。
図６に示す通り、ヘゲ発生時間帯である１１００秒〜１２５０秒において、主成分スコアは大きく変動しており、主成分スコアに基づけば鋳片表面の欠陥発生が判定可能である。
【００５９】
≪主成分スコア判定工程≫
次に、主成分分析工程で算出された主成分スコアに基づいて、主成分スコア判定手段１３を用いて鋳片表面の欠陥発生の有無を判定する（Ｓ５）。
判定方法としては、例えば、閾値を設定し、第１〜第３主成分スコアのいずれかが該閾値を超えた場合に、欠陥発生と判定するものとする。閾値を２．５として、図６に示した主成分スコアについて判定を行うと次のようになる。
ヘゲ発生時間帯である１１００秒〜１２５０秒において、第２主成分スコア（図６（ｂ）参照）では閾値２．５を超えなかったものの、第１主成分スコア及び第３主成分スコア（図６（ａ）及び図６（ｂ）参照）では超えたため、欠陥発生「有」と判定される。
【００６０】
鋳造されたスラブは、判定結果に基づいたスラブ処置（Ｓ７）が施された後、圧延工程（Ｓ９）へ搬送される。
ここでスラブ処置としては、例えば、欠陥発生「有」と判定された場合、その部分の表面をスカーフやグラインダーなどで手入れして表面欠陥を除去してからスラブを圧延工程へ搬送し、一方、欠陥発生「無」と判定された場合、表面手入れせずに圧延工程へ搬送することが挙げられる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態においては、測温素子としての熱電対５の配置を、鋳造方向については、最上段の測温素子の位置が湯面制御レベルから２５０ｍｍ以内、最下段の測温素子の位置が湯面制御レベルから５００ｍｍ以上離れた位置、隣り合う測温素子間の間隔が２５０ｍｍ以下とし、鋳型幅方向については、両短辺に最も近い箇所に設置された測温素子の位置が測定対象のスラブ幅の短辺面と長辺面の交線の位置から鋳型幅中央に向かう方向に沿って２５０ｍｍ以内、隣り合う測温素子間の間隔が２５０ｍｍ以下とし、鋳型銅板温度取得工程と、主成分分析工程と、主成分スコア判定工程とを行うことにより、設備投資費を高騰化させることなくスラブ表面欠陥発生を高精度で判定可能となり、判定結果に基づいて適切なスラブ処置を施すことで優れた表面品質のスラブを効率良く製造することができる。
【実施例１】
【００６２】
本発明の連続鋳造スラブの表面欠陥判定方法における熱電対５の配置の効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
実験は、図１に示す表面欠陥判定装置１を用いて、熱電対５の配置を変えて表面欠陥判定を行い、実際の表面欠陥的中率を評価するというものである。
熱電対５は、本発明例１〜本発明例９のいずれも上記実施の形態で説明した知見(i)〜知見(iv)を満たすように配置した。具体的な配置については後述する。
【００６３】
熱電対５としてＪＩＳ−Ｔ型熱電対を用い、その設置は、鋳型長辺銅板の鋳型フレームに接触する面から溶鋼に接触する面に向かって穿孔し、穿孔した先端底部に温接点が接触するように埋設した。先端底部から銅板の溶鋼に接触する面までの距離は１３ｍｍとした。
このように熱電対５を設置した連続鋳造鋳型を用いて、アルミキルド溶鋼を鋳造した。鋳造厚みは２２０〜３００ｍｍ、鋳造幅１０００〜２１００ｍｍ、溶鋼スループットを３．０〜７．５ｔｏｎ／ｍｉｎとした。浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の溶鋼吐出角度は下向き５°以上４５°以下とし、浸漬深さ（但し、メニスカスから溶鋼吐出孔上端までの距離）は１８０ｍｍ以上３００ｍｍ未満の条件とした。浸漬ノズルからの吹き込み不活性ガスにはＡｒガスを使用した。
【００６４】
また、磁場発生装置から、相対する鋳型長辺銅板に沿ってそれぞれ相反する向きの移動磁場を印加し鋳型内の溶鋼に凝固シェル界面に沿って水平方向に旋回する流動を付与した。
【００６５】
鋳造したスラブは表面をスカーフやグラインダーで処置することなく、無手入れの状態で圧延工程へと搬送し、熱間圧延、冷間圧延等を施して、表面欠陥をオンライン表面欠陥計で連続的に測定し、欠陥発生位置をスラブ位置と対応させ、測定した銅板温度の主成分分析結果との対比を行い、表面欠陥的中率を評価した。
【００６６】
主成分分析は同一チャージの全ての銅板温度測定値を対象とし、チャージ毎に主成分分析を１回実施した（複数チャージの銅板温度測定値をまとめて主成分分析することはしない。）。また、ここでは第１主成分スコア〜第３主成分スコアのいずれか１つでも２．５以上となる変動があった場合を表面欠陥「有」として判定し、表面欠陥「有」として判定した箇所数を、実製品の表面欠陥発生数で除したものを表面欠陥的中率として評価した。なお、発明例及び比較例ともに、それぞれ２００チャージ（１チャージあたり約３００トン）の鋳造量を対象として評価している。
【００６７】
比較のために、熱電対５の配置を、知見(i)、知見(ii)、知見(iv)で示したいずれかで範囲外となるようにして同様の評価を行った（比較例１〜比較例６）。
比較例１は、熱電対５の配置を本発明例４と同じ間隔で配置するが、知見(i)の範囲外となるように、湯面制御レベル〜鋳造方向７５０ｍｍの範囲を超えた位置に１段多く配置（９段×１６列）したものである。
比較例２及び比較例３は、知見(ii)の範囲外となるように、鋳造方向の熱電対間隔を２５０ｍｍより大きくしたものである。
比較例４は、知見(iv)の範囲外となるように、鋳型幅方向の熱電対間隔を２５０ｍｍより大きくしたものである。
比較例５は、知見(i)の範囲外となるように、最上段の熱電対を、湯面制御レベルから２５０ｍｍの範囲外となる、２８０ｍｍ位置に設置したものである。
比較例６は、知見(i)の範囲外となるように、最下段の熱電対を、湯面制御レベルから５００〜７５０ｍｍの範囲外となる、４５０ｍｍ位置に設置したものである。
なお、本発明例１〜本発明例９及び、比較例１〜比較例６のいずれの場合においても、配置した熱電対５による測定時間間隔は５秒とした。
本発明例１〜本発明例９及び、比較例１〜比較例６の熱電対５の配置と表面欠陥的中率（％）をまとめたものを表１に示す。
【００６８】
【表１】
2015160239.tif 000006
【００６９】
表１に示す通り、本発明例１〜本発明例９においては、表面欠陥的中率はいずれも８０％を超える成績であり、良好な結果となった。
【００７０】
比較例１も表面欠陥的中率は９１％と高いものの、熱電対５をほぼ同様に配置した本発明例４と同等の的中率であり、本発明例４に比べ熱電対コストが増加する点において不利である。このように、上記実施の形態の知見（i）で説明したように、湯面制御レベル〜鋳造方向７５０ｍｍの範囲を超えて配置しても大差無いことから、当該範囲内に熱電対を配置することが好ましい。もっとも、鋳造方向で７５０ｍｍの範囲を超えて熱電対を配置するものを排除するものではない。
【００７１】
鋳造方向の熱電対間隔が２５０ｍｍより大きい比較例２及び比較例３、鋳型幅方向の熱電対間隔が２５０ｍｍより大きい比較例４においては的中率が４６〜５３％と低に値であった。これらのことから、知見(ii)及び知見(iv)が実証された。また、比較例５及び６においても的中率は６４〜６７％と本発明例と比較すると低位であった。
比較例２〜比較例６における、製品の表面欠陥位置を調査すると、熱電対と熱電対の間で発生した表面欠陥を見落としているケースがほとんどであった。
【実施例２】
【００７２】
次に、表１の本発明例１の鋳型を用いて鋳造した際に得られた熱電対による温度データを用いた検証を実施した。具体的には、測定対象となるスラブの両端短辺から最外列の熱電対までの距離が２５０ｍｍを超えるように、熱電対の温度データを省略した上で、主成分分析を行い、表面欠陥的中率への影響を調査した。その結果、表１の本発明例１では８１％であった的中率が、５６％まで低下した。スラブ両端短辺から最外列の熱電対までの距離が大きくなり過ぎて、表面欠陥を見落とす結果となった。すなわち、知見（iii）として説明したように、スラブ両端短辺から最外列の熱電対までの距離は２５０ｍｍ以下が好ましいことが分かった。
【実施例３】
【００７３】
次に、図１に示す表面欠陥判定装置１を用いた表面欠陥判定方法による作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
実験は、表面欠陥判定装置１を用いて表面欠陥の有無を判定し、それに基づいて手入れ処置を行った場合（本発明例）と、表面欠陥判定装置１を導入せずにスラブを製造した場合（比較例）とで、製品の歩留りを比較するというものである。
【００７４】
本発明例における熱電対５の配置は、表１の本発明例１〜９に相当する配置とした。
また、主成分分析は、上記実施例１と同様に、同一チャージの全ての銅板温度測定値を対象とし、チャージ毎に主成分分析を１回実施した（複数チャージの銅板温度測定値をまとめて主成分分析することはしない。）。
表面欠陥判定に基づき、主成分スコアが閾値を超えたスラブに対しては、スラブ表面をスカーフ及び／又はグラインダーで手入れ処置して圧延工程へ搬送し、一方、主成分スコアが閾値未満のスラブに対してはスラブを無手入れの状態で圧延工程に搬送した。
【００７５】
実験で行った鋳造条件に関し、実施例１と同様にアルミキルド溶鋼の鋳造であり、鋳造厚み、鋳造幅、溶鋼スループット、浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の溶鋼吐出角度、浸漬深さ、浸漬ノズルからの吹き込み不活性ガスの種類についても実施例１と同様とし、また、移動磁場を印加して流動の付与も同様に行った。
【００７６】
スラブは、熱間圧延、冷間圧延等を施して、表面欠陥をオンライン表面欠陥計で連続的に測定し、製品段階で表面欠陥発生を検知した場合には、欠陥箇所の手入れや切り落としを行い（スラブ処置）、製品歩留を評価した。
なお、製品歩留は、製品として出荷できた製品重量を、鋳造重量で除した値で評価した。本発明例と比較例の製品歩留指数を比較するグラフを図８に示す。図８において、比較例の製品歩留指数を１００とした。図８に示すように、本発明例の製品歩留指数は１０６であり、６％の向上が実現された。
【００７７】
以上のように、本発明の表面欠陥判定方法を適用して連続鋳造を行うことで、圧延工程前に表面欠陥発生を検知してスラブ処置を施すことが可能となり、優れた表面品質のスラブを効率良く製造することができ製品歩留を向上可能であることが実証された。
【符号の説明】
【００７８】
１  表面欠陥判定装置
３  鋳型
５  熱電対
７  演算装置
９  鋳型銅板温度取得手段
１１  主成分分析手段
１３  主成分スコア判定手段
【図１】
2015160239.tif 000007
【図２】
2015160239.tif 000008
【図３】
2015160239.tif 000009
【図４】
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【図５】
2015160239.tif 000011
【図６】
2015160239.tif 000012
【図７】
2015160239.tif 000013
【図８】
2015160239.tif 000014