(57)【要約】【課題】連続鋳造中に鋳片縦割れの前駆現象を確実に検出することにより、表面性状の良好な連続鋳造鋳片を得るための、表面欠陥検知方法を提案する。【解決手段】【請求項１】連続鋳造用鋳型壁の内部に埋設した測温素子により、溶鋼面からの距離が等しい位置の幅方向における各測温点についての、ある時刻ｔｉからΔｔを経た時刻（ｔｉ＋１）における、下記式（１）によって定義される鋳型壁と鋳片間との間隙の程度を示すパラメータＤを算出し、このパラメータＤの値が鋳型幅方向における前記各測温点のいずれかの位置において所定の限界値を超えるかどうかによって、縦割れ発生の有無を判定するようにした連続鋳造鋳片の表面欠陥検知方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造用鋳型壁の内部に埋設した測温素子により、溶鋼面からの距離が等しい位置の幅方向における各測温点についての、ある時刻ｔｉからΔｔを経た時刻（ｔｉ＋１）における、下記式（１）によって定義される鋳型壁と鋳片間との間隙の程度を示すパラメータＤを算出し、このパラメータＤの値が鋳型幅方向における前記各測温点のいずれかの位置において所定の限界値を超えるかどうかによって、縦割れ発生の有無を判定するようにしたことを特徴とする連続鋳造鋳片の表面欠陥検知方法。
2004181466.tif 000014
ただし、Ｔｉ＋１−Ｔｉ：Δｔ後の鋳造温度の変化量
Ｔｗ：鋳型内冷却水の温度
【請求項２】
前記縦割れの発生は、前記パラメータＤが、鋳型壁と鋳片との間隙に介在するモールドフラックスフィルム厚みのパラメータを示す下記式（２）で表される限界値Ｄｐを超えるか否かによって、判定することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造鋳片の表面欠陥検知方法。
2004181466.tif 000015
ただし、Ｔｓ：鋳造鋼の固相線温度［℃］
λｐ：モールドフラックスの熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］
λｍｏｌｄ：鋳型銅板の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］
ｗ：鋳型内壁面から測温素子先端までの鋳型厚み方向の距離［ｍ］
ｈｗ：鋳型冷却水による熱伝達率［Ｗ／ｍ２Ｋ］
【請求項３】
鋳型内壁幅方向に埋設する前記測温素子の最大間隔を１００  ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造鋳片の表面欠陥検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造中に、鋳片の表面に発生する縦割れの発生を検知するのに有効な、連続鋳造鋳片の表面欠陥検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素含有量が０．０８〜０．１４  ｗｔ％の、いわゆる中炭素鋼を対象とする連続鋳造では、連続鋳造時に鋳片表面に縦割れが発生しやすく、従ってこの種の鋼ではかかる縦割れ発生の防止対策をとることが不可欠である。中炭素鋼の連続鋳造において縦割れが発生しやすい理由は、０．０８〜０．１４  ｗｔ％という炭素の含有量は、亜包晶変態域であることから、鋼の凝固過程において変態応力が加わるとき、凝固シェルの成長が遅い部分と速い部分とが発生し、凝固シェル成長速度の不均一を招くことが原因と言われている。こうした縦割れが発生した鋳片というのは、品質不良品として手入れが必要になるため、コストの増大や圧延工程での操業計画の遅延などの事態を招いて、生産性を著しく低下させるという問題があった。
【０００３】
これに対して従来、凝固シェル成長速度の不均一現象は、鋳型内初期の抜熱量と関係があることに着目し、緩冷却すること、エアギャップを解消すること、あるいは鋳型と凝固シェルとの間におけるモールドフラックスフィルムの厚みを調整すること、などの対策を行ってきた。
【０００４】
しかしながら、従来の上述した鋳片縦割れ発生対策というのは、その鋳片が鋳型を通過したのち１時間程度以上経過した後の庇検査工程において判定した結果に基づいて行われており、少なくとも鋳造中にその発生の有無を予知することはできない。特に２ｍ／ｍｉｎを超えるような高速時造条件の下での縦割れ防止を鋳造中に検知する技術は確立されていないのが実情である。それ故に、実際には、多くの欠陥鋳片を生産しており、その損害は大きい。
【０００５】
これに対し、最近、鋳型内の抜熱量の分布に着目し、鋳型表面の熱流束を測定してその振幅の大きさを制御することにより、縦割れを予測し防止する技術（特許文献１）が提案されている。しかし、この技術の場合、検出結果と縦割れ発生とが一致しないことが多く、解決課題を残したものとなっている。
また、各測温素子の平均温度と各々の測温素子の出力の差分に着目し、これらの出力のうち幾つかの条件が一致した時に縦割れと判定をする方法（特許文献２）などが提案されている。しかし、この方法は、縦割れ発生の閾値を設定することが困難であり、感度をあげるとほぼ正常な鋳片まで縦割れ有りと判定されてしまうという問題がある。
また、鋳型幅方向、鋳造方向における測温素子の温度低下を積算することにより、判定する技術（特許文献３）も提案されている。しかし、この方法では、一定の鋳造速度においては高い検出率を示すものの、縦割れ防止アクション、鍋交換などで鋳造速度が減少した場合には誤検知をしてしまうという問題がある。その回避のために複雑なロジックを組み立ててシステム化することは可能であるが、十分な誤検知対策になっていないのが実情である。
【０００６】
【特許文献１】特公昭６３−５３９０４号公報
【特許文献２】特開平３−１３８０５号公報
【特許文献３】特開平８−１１７９４４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各種従来技術においては、なお多くの解決課題があることは、上述したとおりである。とくに、これらの方法において検討すべき内容としては、測温素子の埋め込み位置、すなわち鋳型内壁面から冷却スリット（水冷空間）位置までの厚み方向のどの位置に測温素子を埋め込むのか、その伝熱的な感度がどの程度のものを用いるのか、あるいは鋳造速度の影響はどの程度まで考慮すればいいのかなどの点で検討課題が残されていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、連続鋳造中に鋳片縦割れの前駆現象を確実に検出し、表面性状の良好な連続鋳造鋳片を得るための、表面欠陥検知方法を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、鋳型壁の内部に溶鋼面から等しい位置における鋳型幅方向に測温素子を埋設し、任意の周期毎に各点における鋳型温度の時間変化率（変化量）を求めてその絶対値を算出し、その絶対値と、鋳片温度値および冷却水温とから、鋳型厚み方向における水冷スリット（水冷空間）端面から測温素子までの距離および前記水冷スリット端面から鋳型壁面までの距離で定義される鋳型壁と鋳片（凝固シェル表面）との間隙の状態（程度）を示すパラメータＤを算出し、このパラメータＤが、鋳型の幅方向いずれかの位置において所定の値、即ちモールドフラックスフィルムの厚みのパラメータとして示される限界値Ｄｐを超えたときに、縦割れ発生と判断するようにしたことを特徴とする鋳片表面の縦割れ発生を検知する方法である。
【００１０】
即ち、本発明は、連続鋳造用鋳型壁の内部に埋設した測温素子により、溶鋼面からの距離が等しい位置の幅方向における各測温点についての、ある時刻ｔｉからΔｔを経た時刻（ｔｉ＋１）における、下記式（１）によって定義され、鋳片温度の変化量の絶対値と鋳造速度補正項（フラックスフィルム全厚補正項）の比として示される鋳型壁と鋳片間との間隙の程度を示すパラメータＤを算出し、このパラメータＤの値が鋳型幅方向における前記各測温点のいずれかの位置において所定の限界値を超えるかどうかによって、縦割れ発生の有無を判定するようにしたことを特徴とする連続鋳造鋳片の表面欠陥検知方法である。
2004181466.tif 000002
ただし、Ｔｉ＋１−Ｔｉ：Δｔ後の鋳造温度の変化量
Ｔｗ：鋳型内冷却水の温度
【００１１】
なお、本発明において、前記縦割れの発生は、前記パラメータＤが、鋳型壁と鋳片との間隙に介在するモールドフラックスフィルム厚みのパラメータを示す、実験値を示す分子と測温位置補正項を分母とする下記式（２）で表される限界値Ｄｐを超えるか否かによって、判定することが好ましいと言える。
2004181466.tif 000003
ただし、Ｔｓ：鋳造鋼の固相線温度［℃］
λｐ：モールドフラックスの熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］
λｍｏｌｄ：鋳型銅板の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］
ｗ：鋳型内壁面から測温素子先端までの鋳型厚み方向の距離［ｍ］
ｈｗ：鋳型冷却水による熱伝達率［Ｗ／ｍ２Ｋ］
【００１２】
また、本発明において、鋳型内壁幅方向に埋設する前記測温素子の最大間隔は１００  ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
さて、鋳造欠陥の一つに、前述した鋳型内での初期凝固中の局所的な凝固遅れに伴う縦割れ現象があるが、発明者らはその縦割れの前駆現象として、鋳片表面（凝固シェル表面）に顕われる僅かな凹み（以下、「デプレッション」と称する）に着目してこれを観察した。その結果、発明者らは、前記縦割れに結びつくようなデプレッションの深さや長さなどの程度（大きさ）を、鋳型内壁中に埋設した測温素子による温度測定値から推定することが可能になることを見い出し、しかもこの方法が前記縦割れ発生の検知あるいは予知方法として有効であることを、数多くの鋳造実験ならびに鋳型銅板温度の解析から知った。以下、その具体的内容について説明する。
【００１４】
上述したように、前記デプレッションの規模、特にその深さが大きい時は、鋳片と鋳片（凝固シェル）との間にモールドフラックスが侵入してモールドフラックフィルム層が形成され、その部分の熱抵抗が相対的に増大する。それに伴い鋳型（銅板）の温度が低下するので、基本的にはその金属型の温度変化を監視することによって、前記デフレツションの検知が一応は可能である。しかしながら、測温素子の埋め込み位置、すなわち鋳型壁面から冷却スリット（水冷空間）位置までの鋳型銅板の厚み方向のどの位置に測温素子があり、その伝熱的な感度がどの程度か、あるいはモールドフラックの特性を考慮した伝熱特性などについても検討しないと、鋳造速度の変化に対応して刻々と変化する熱伝導条件をそのまま検出してしまい、大きな誤差を伴う検出結果を得ることになってしまう。
【００１５】
そこで、本発明では、モデル実験、数値解析を含めた研究開発を行った結果、鋳造速度や測温素子、その埋設位置の影響などの影響因子を除去して、純粋に鋳片表面に顕われるデプレッションの大きさのみを精度よく検出する方法として、上記式（１）で示されるデプレッション評価式（パラメータＤの式）に到達した。以下、この（１）式について図１に示すモデルに基づき説明する。
【００１６】
まず、鋳造初期における鋳型の抜熱量に応じた熱流束の鋳造モデルを考えた場合、鋳型に埋設した測温素子の出力する温度は、鋳型壁と鋳片（凝固シェル）との間に流入するモールドフラックスフイルムの厚みの増加とともに減少することが明らかである。
【００１７】
このような鋳造モデルにおいて、鋳型抜熱量に対応する総括熱抵抗ＲＴは、下記（３）式のように、鋳型冷却水による抜熱量を示す熱抵抗、鋳型自身の熱抵抗、鋳型とモールドフラックスフィルム界面での熱抵抗、モールドフラックスフィルム層自体での熱抵抗、および鋳片（凝固シェル）の熱抵抗の合計値で示すことができる。
2004181466.tif 000004
ただし、λはそれぞれの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、ｄは各層の厚み（ｐ：モールドフラックス、ｓｈ：鋳型）、ｈｗは鋳型水冷の熱伝達率（Ｗ／ｍ２Ｋ）、Ｒｉｎｔは鋳型とモールドフラックフィルム界面の熱抵抗、ｘは鋳型の厚み（ｍｍ）である。
【００１８】
そして、上記抜熱量に対応する総括熱流束ｑＴは、下記（４）式に示すように、鋳造鋼の固相線温度と鋳型冷却水の温度との差と、および前記熱抵抗との比として示すことができる。なお、下記式（４）において、左辺は溶鋼から冷却水まで貫く熱流束を示し、右辺はある測定点までの熱流束であって、これらの熱流束は鋳片を貫くどの位置とも一定（定常伝熱）であり、（４）式が成立する。
2004181466.tif 000005
【００１９】
上記（３）、（４）式を整理して、モールドフラックフィルムの厚み（ｄｐ）を算出すると、下記（５）（６）（７）式を導くことができる。
2004181466.tif 000006
2004181466.tif 000007
ただし、
2004181466.tif 000008
【００２０】
そして、モールドフラックスフィルムの厚みｄｐの変動分Δｄｐは、次式（１０）（１１）のように示すことができるから、これを整理すると式（１２）のようになる。
2004181466.tif 000009
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【００２１】
そして、上記式（１２）から上記（１）式を導くための下記（１３）式に示す関係式が得られる。
2004181466.tif 000011
2004181466.tif 000012
【００２２】
上記式（１３）から上記式（１）を導くことができる。即ち、（１３）式は、鋳造条件と設備条件で与えられる項と、デプレッションそのものに起因する項とに分離することができるが、本発明において縦割れ発生起因となるものは、（１３）式中のデプレッションそのものに起因する項で構成される部分であるから、この項を独立させると上記（１）式が得られることになる。
【００２３】
なお、上記（２）式は、実質的にモールドフラックスフィルムの厚みを示すものであり、分母は上記（１３）式中の測温素子による測温条件、鋳造条件および設備条件で与えられる項を用いて、Ｄｐ値を補正することにより、より正確な縦割れ発生を検知するようにしたものであり、また、分子の数値は、後述する図２および表１の記載から明らかなように、数多くの調査から発明者らが実験的に求めた値である。
【００２４】
以上の説明からも明らかなように、上記評価式（１）式、（２）式による縦割れ発生の検知方法によれば、鋳造速度の変化を温度Ｔｉの変化として認識しているため、異なる鋳造速度の場合についても、縦割れ発生の限界値Ｄｐを補正する必要はなく、有利に用いることができる。
【００２５】
また、（１）式において、温度の変化の微分値（Ｔｉ＋１−Ｔｉ）に絶対値を用いたのは、ひとたび前駆現象であるデプレッションが発生した時には、温度上昇・降下がランダムに発生するものの、デプレッションの最大深さが同じ程度であれば温度上昇幅および降下幅の最大値は同じになるため、温度上昇あるいは温度降下の両方を等価も扱うほうが合理的であり、先行技術にあるような複雑な制御は不要になると考えたからである。
【００２６】
次に、図２は、本発明における上記パラメータＤとデプレッションならびに縦割れ発生の関係を調査した結果を示すものである。この図に示すようにパラメータＤの値が増大するに従い、その増大した測温個所においてデプレッション、縦割れの発生を観察されるが、その限界値は、２．１２２×１０−４となることが明らかとなった。この時の操業条件は、以下のとおりである。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
次に、図３は、測温素子の埋設間隔と縦割れ検出失敗指数の関係図である。縦割れ検出失敗指数の定義は、鋳片長さ１０００  ｍあたりの検知できなかった縦割れの数である。この図３に示す結果に伴い、測温素子の間隔は最大でも１００  ｍｍ以下であることが必要と考えられ、これ以上の間隔では縦割れを見逃すおそれがある。従って、本発明において、鋳型内壁幅方向に埋設する前記測温素子の最大間隔は１５０  ｍｍ以下とする。
【００２９】
【実施例】
図４は、本発明の実施例を示すもので、操業条件は上記表１に示すものを基準とし、熱電対の間隔を６６  ｍｍとし、溶鋼面からの位置を１９０  ｍｍとし、鋳造速度２．２ｍ／ｍｉｎとしたときの、横軸に時間、縦軸に熱電対幅方向位置をとり、パラメータＤの大小を濃淡で示した図である。なお、この図において、時間的あるいは空間的に隣接してＤの値が特定の範囲にある場合には、その領域を同じ濃さで図示している。この図に示すように、パラメータＤの値が、２．１を超えるか否かにより、縦割れ発生位置の特定が可能となり、しかもその周辺のデプレッションの模様をも図示することができ、縦割れの前駆現象の検出も可能になることがわかった。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明によれば、連続鋳造における縦割れの検出をオンラインにおいて高い精度で行うことができるようになる。実際の操業においてはほぼ１００  ％の縦割れあるいはその前駆現象を検知でき、本発明の効果が確かめられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面欠陥検知方法において用いられるパラメータＤの考え方を示す鋳造環境の模式図である。
【図２】本発明における縦割れ発生の閾値を示すグラフである。
【図３】本発明における縦割れ検出失敗指数と測温素子間隔の関係を示すグラフである。
【図４】実施結果の鋳型幅方向および鋳造時間におけるパラメータＤの大小を濃淡で示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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