(57)【要約】【課題】  湯面レベル値の信号のみを解析することによって、簡素な処理構成で且つ低コストの手段によって、非定常バルジングを高精度に検知する。【解決手段】  連続鋳造機のモールド内湯面レベル値の振幅値が第１の閾値を超え、且つ、前記湯面レベル値の周波数特性において、鋳片支持ロールのロールピッチと鋳造速度とに基づいて求められる、発生しうる湯面レベル変動の周波数範囲での振幅が第２の閾値を超えたとき、非定常バルジングと判定する。このようにすることで、高精度で且つ低コスト設備で非定常バルジングを検知することが可能となる。【選択図】            図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造機のモールド内湯面レベル値の振幅値が第１の閾値を超え、且つ、前記湯面レベル値の周波数特性において、鋳片支持ロールのロールピッチと鋳造速度とに基づいて求められる、発生しうる湯面レベル変動の周波数範囲での振幅が第２の閾値を超えたとき、非定常バルジングと判定することを特徴とする、連続鋳造鋳片の非定常バルジング検知方法。
【請求項２】
前記第２の閾値を越えた振幅に対応する周波数に基づいて、非定常バルジングの発生している鋳片支持ロールの位置を求めることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造鋳片の非定常バルジング検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造機において鋳片の非定常バルジングを検知する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼の連続鋳造において長周期のモールド内湯面変動が生じる場合がある。このときのモールド内湯面変動の周期は数秒〜十数秒であり、その振幅は数ｍｍ〜数十ｍｍにも達することがある。この長周期の湯面変動の発生原因は次のように考えることができる。
【０００３】
即ち、図１に凝固シェルのバルジングとモールド内湯面変動との関係を模式的に示すように、凝固シェル１０が静鉄圧によって鋳片支持ロール８のロール間で凸状にバルジングし、このバルジング部（凸部）が鋳片の引き抜きによって次の鋳片支持ロール８に差し掛かった時に、バルジング部が鋳片支持ロール８に沿って元に戻ることなく、凝固シェル１０の一部が変形することによってバルジング部を残したまま鋳片が未凝固部１１の側に押し戻されるような現象が発生する。このようなバルジング現象は一般に「非定常バルジング」と呼ばれている。この非定常バルジングが、同一のロールピッチ（隣り合う鋳片支持ロール間の間隔）の連続する区間で且つ各ロール部位で一斉に生じると、鋳片の凝固シェルは広範囲に渡って一斉に未凝固部側に押し戻され、また、逆にロール間に押し出される動きが、鋳片の引き抜きに伴って周期的に発生する。これによって前述した長周期の湯面変動が生じると考えられている。以降、この湯面変動を「非定常バルジング性湯面変動」と称する。尚、図１において、２はモールド、８は鋳片支持ロール、１０は凝固シェル、１１は未凝固部、１２は溶鋼湯面である。
【０００４】
非定常バルジング性湯面変動が湯面制御系の制御可能範囲を外れるほど激しいときには、モールド内に添加したモールドパウダーの巻き込みによる鋳片品質の劣化や、ブレークアウト発生の恐れがあるので、非定常バルジングの発生を正確に検知し、非定常バルジングを抑制するために、鋳造速度（「鋳片引き抜き速度」ともいう）を低下させて操業することが必要となる。
【０００５】
この非定常バルジングを検出するには、例えばモールド内の湯面レベルを渦流式レベルセンサなどで測定し、その変動量が所定の閾値を超えたときの周期を評価することによって検知する方法がある。また、検知精度を更に上げるための技術が特許文献１に開示されている。特許文献１による検知方法は、非定常バルジング性湯面変動の周期は二次冷却帯のロールピッチと鋳造速度とによって決まることを利用して、ピンチロールモータ電流値の周期性と、湯面レベル値及び湯面制御信号値のうちの何れか一方の周波数または双方の合成値の周波数が一致したときに、非定常バルジングが発生しているとした検知方法である。
【特許文献１】特開平１１−１７００２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、モールド内の湯面変動は非定常バルジングのみによって起こるものではなく、モールド内への溶鋼注入量の変動や鋳造速度の変動などによっても起こる。即ち、モールド内の湯面変動は、複数の要因の複合的な結果として起こるため、単にモールド内の湯面変動量が所定の閾値を超えた場合にその周期から非定常バルジングが発生したと検知する方法では、精度良く検知することはできない。
【０００７】
また、特許文献１に開示された方法は、湯面レベル信号以外にピンチロールモータ電流値及び湯面制御信号値を取り込み、複数の信号に基づいて判断する方法であり、精度は向上するものの、湯面レベル以外の他の信号を取り込むための装置が必要となり、処理装置が複雑で設備コストが嵩むという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、モールド内の湯面レベル値の信号のみを解析することによって、簡素な処理構成で且つ低コストの手段によって、非定常バルジングを高精度に検知する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造鋳片の非定常バルジング検知方法は、連続鋳造機のモールド内湯面レベル値の振幅値が第１の閾値を超え、且つ、前記湯面レベル値の周波数特性において、鋳片支持ロールのロールピッチと鋳造速度とに基づいて求められる、発生しうる湯面レベル変動の周波数範囲での振幅が第２の閾値を超えたとき、非定常バルジングと判定することを特徴とするものである。
【００１０】
第２の発明に係る連続鋳造鋳片の非定常バルジング検知方法は、第１の発明において、前記第２の閾値を越えた振幅に対応する周波数に基づいて、非定常バルジングの発生している鋳片支持ロールの位置を求めることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、湯面レベル値信号の変動量の振幅が第１の閾値を超え、且つ、湯面レベル値の周波数特性において、鋳片支持ロールのロールピッチと鋳造速度とに基づいて求められる、発生しうる湯面レベル変動の周波数範囲での振幅が第２の閾値を超えたとき、非定常バルジングと判定するので、低コスト設備で且つ高精度で非定常バルジングを検知することができる。また、非定常バルジング検知の結果を操業条件に入力することで、鋳造速度を下げるなどのアクションを自動的に遅延なく行うことができるなどの効果が期待できる。また更に、本発明によれば、非定常バルジングの発生のみならず、非定常バルジングの発生している鋳片支持ロールの位置を推定することができるので、二次冷却水の水量を変更するなどのアクションを自動的に行うことができるため、非定常バルジングの復旧までの時間を短縮させ、非定常バルジング性湯面変動に起因するモールドパウダーの巻き込みを低減でき、鋳片の品質不良を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図２は、本発明を実施する際に用いたスラブ連続鋳造機のモールド周辺部の側面概略図である。
【００１３】
図２において、スラブ連続鋳造機のモールド２の上方所定位置にはタンディッシュ１が配置され、このタンディッシュ１の底部には、スライディングノズル３及び浸漬ノズル４が配置されており、タンディッシュ１に一旦滞留した溶鋼９は、スライディングノズル３及び浸漬ノズル４を介してモールド２へ注入されるようになっている。スライディングノズル３は、上部固定板３ａ、摺動板３ｂ及び下部固定板３ｃからなる３枚板構造であり、摺動板３ｂがアクチュエータ７と連結されており、摺動板３ｂが、アクチュエータ７の作動によって上部固定板３ａ及び下部固定板３ｃと密着した状態のまま摺動することで、スライディングノズル３の開度が増減し、タンディッシュ１からモールド２への溶鋼９の流出量が制御されるようになっている。
【００１４】
この場合、アクチュエータ７は、スライディングノズル３の開度を調整するためのＰＩ制御装置などの湯面レベル制御装置６から入力される信号によって作動するようになっている。また、モールド内の溶鋼湯面１２の上方には、モールド２における溶鋼湯面１２の位置を計測するための渦流式レベルセンサ５が配置されており、渦流式レベルセンサ５の計測信号は湯面レベル制御装置６に入力されている。つまり、湯面レベル制御装置６は、渦流式レベルセンサ５から得られる湯面レベル検出信号と、予め設定されている湯面レベル設定値との偏差信号を連続的に入力し、この偏差信号に基づいてモールド２における溶鋼湯面１２の位置が一定となるように、アクチュエータ７にスライディングノズル３の開度指令を出力するようになっている。
【００１５】
また、渦流式レベルセンサ５の計測信号は、非定常バルジングを検知するための非定常バルジング検知装置１４に入力されるようになっている。非定常バルジング検知装置１４は、渦流式レベルセンサ５の計測信号を入力するとともに、連続鋳造機の操業条件を管理するためのプロセスコンピュータ２０からの信号を入力するための信号入力部１５と、入力された渦流式レベルセンサ５の計測信号の振幅を算出するための振幅演算部１６と、入力された渦流式レベルセンサ５の計測信号の周波数解析を行うためのＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算部１７と、振幅演算部１６及びＦＦＴ演算部１７の演算結果に基づいて非定常バルジングの発生の有無を判定するための判定処理部１８と、判定処理部１８の判定結果を画面表示または印刷出力するための判定結果出力部１９とから構成されている。
【００１６】
取鍋（図示せず）からタンディッシュ１に注入された溶鋼９は、タンディッシュ１の底部に設置されたスライディングノズル３で定まる開度に応じて、浸漬ノズル４を経てモールド２へ注入される。モールド内の溶鋼湯面１２には、保温剤、酸化防止剤、モールド２との潤滑剤などとなるモールドパウダー１３が添加されている。モールド２へ注入された溶鋼９は、モールド２により冷却されてモールド２との接触面で凝固して凝固シェル１０を形成し、外殻を凝固シェル１０とし内部を未凝固部１１とする鋳片は、ガイドロール及びピンチロールなどからなる鋳片支持ロール８に支持されながら、ピンチロールの駆動力によってモールド２の下方へ引き抜かれる。
【００１７】
この場合、モールド２に注入される溶鋼量は、前述のように、スライディングノズル３の開度に応じて設定される。即ち、湯面レベル制御装置６から出力されるスライディングノズル３の開度指令により、アクチュエータ７はスライディングノズル３の開度を調整し、これよりタンディッシュ１からの溶鋼流入量が調整される。つまり、湯面レベル制御装置６は、モールド内溶鋼の湯面レベルを検出する渦流式レベルセンサ５から得られる湯面レベル検出信号と、予め設定されている湯面レベル設定値との偏差信号を連続的に入力し、この偏差信号に基づいてモールド内溶鋼の湯面レベルが一定となるように、アクチュエータ７にスライディングノズル３の開度指令を出力する。
【００１８】
このような連続鋳造操業において、非定常バルジング検知装置１４は渦流式レベルセンサ５から入力される湯面レベル値に基づいて非定常バルジングの発生の有無を検知する。尚、非定常バルジング性湯面変動は、鋳片を支持するためのガイドロールやピンチロールなどの鋳片支持ロール８の間で、凝固シェル１０が引き抜き方向と垂直な方向にバルジングし、その量が変動して振動的になることにより、モールド内溶鋼のマスバランスが崩れて発生することから、変動の特徴として比較的長周期の周期性を有している。具体的には、隣り合う鋳片支持ロール８の間隔、つまりロールピッチと、鋳造速度とで定まる周期を有している。即ち、ロールピッチを鋳造速度で除算した値（ロールピッチ／鋳造速度）で定まる周期を有している。
【００１９】
非定常バルジング検知装置１４における非定常バルジングの判定手順を、図３に示す処理フローに基づき説明する。
【００２０】
先ず、プロセスコンピュータ２０から連続鋳造鋳造の操業条件を信号入力部１５に入力する（ステップ１）。本発明の演算処理においては、鋳造速度及び鋳片支持ロール８のロールピッチのデータは必要であるので、少なくともこれらの情報は操業条件が変更になる都度、入力して更新する。
【００２１】
そして、信号入力部１５では、渦流式レベルセンサ５から入力される湯面レベル値の検出信号を所定のサンプリング周期ｔｓ（例えば１秒周期）で、所定のサンプリング期間ｔｒ（例えば６０秒間）入力し、Ａ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換して、その信号をメモリーなどの記憶媒体に記憶する（ステップ２）。
【００２２】
尚、サンプリング周期ｔｓは、ロールピッチと鋳造速度との関係から想定される湯面変動周期（或いは周波数）から、その変動状態を把握するために必要な間隔に設定する必要がある。例えば、連続鋳造機の鋳片支持ロール８の最小ロールピッチが１５０ｍｍで最大鋳造速度が３ｍ／分の場合には、湯面変動周期は「０．１５０ｍ（ロールピッチ）÷３ｍ／分（鋳造速度）＝３秒」となるので、周波数の変動を捉えるためには、サンプリング周期ｔｓを、サンプリング定理からその１／２以下の時間、つまり１．５秒以下に設定すればよい。
【００２３】
また、サンプリング期間ｔｒは、ロールピッチと鋳造速度との関係から求まる最長の変動周期のデータを取り込む必要がある。また、その他、後述する周波数解析のデータ処理で必要とされるデータ数やデータを記憶するためのメモリー容量などを勘案して設定することが好ましい。
【００２４】
例えば、ロールピッチの最大値が２５０ｍｍで、鋳造速度の最小値が０．３ｍ／分の場合には、変動周期は５０秒（０．２５ｍ÷０．３ｍ／分＝５０秒）になるので、例えばサンプリング周期ｔｓを１秒とすれば、１周期以上の５０点、即ち５０秒間のサンプリング期間が必要になる。また、ＦＦＴ演算の容易性やメモリー容量の単位の関係からすれば、２のべき乗が好ましく、従って、５０以上で２のべき乗の最小値である６４点と設定すればよい。
【００２５】
そして、振幅演算部１６では、入力された湯面レベル信号に基づき、その変動量の振幅値が「正常」範囲であるか或いは「異常」範囲であるかを判定する（ステップ３）。
【００２６】
図４は、正常／異常の判断の概念を示す図であり、図４に示すように、湯面レベル値の時間変化のデータに基づき、その振幅が第１の閾値Ｘthより大きいか否かで判定する。図４では、湯面レベル設定値、つまり基準の湯面レベルＸ0 を基準として、その上下に閾値Ｘthを設け、「Ｘ0−Ｘth」から「Ｘ0 ＋Ｘth」の範囲に、入力された湯面レベル値が入っているときは「正常」、それ以外の場合、即ち「Ｘ0−Ｘth」より小さい範囲或いは「Ｘ0 ＋Ｘth」より大きい範囲まで湯面レベル値が変動したときは「異常」、つまり非定常バルジングの可能性ありと判定する。尚、図４の説明では、設備仕様上のモールド上端位置を０ｍｍ位置とし、それより下方側をマイナス（負）の位置としているので、Ｘ0は負の値であり、一方、Ｘthは閾値であるので、プラス（正）の値で表示している。また、図４に示す湯面レベルの例は、その振幅が閾値Ｘthを越えているので、異常と判定する。
【００２７】
ステップ３で「異常」と判定された場合には、ＦＦＴ演算部１７に処理が移り、一方、「正常」と判定された場合には、判定処理部１８に処理が移り、非定常バルジングの発生なしと判定される（ステップ８）。
【００２８】
ＦＦＴ演算部１７は、ステップ３で「異常」と判定された場合には、ステップ２で入力された湯面レベル信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して周波数解析を行う（ステップ４）。このＦＦＴ処理を行うデータは、ステップ３で湯面レベルの基準とした湯面レベルＸ0 からの変動成分データ（Ｘ0 からの偏差）とする。即ち、実際入力された計測値のデータ（図４のモールド上端を０ｍｍとして出力されたデータ）に、湯面レベルの基準値であるＸ0を加えた値とする。
【００２９】
図５は、ステップ４で周波数解析により求められた周波数に対応する振幅の周波数特性のデータの例である。判定処理部１８は、先ず、ステップ１で入力されたロールピッチ及び現在操業中の鋳造速度との関係から湯面レベルの変動周波数として発生しうる周波数範囲Δｆ（図５中のｆmin 〜ｆmax の範囲）を求め、ＦＦＴ演算部１７から入力される、ステップ４で求められた周波数解析データのなかに、この周波数範囲Δｆの範囲内に存在する周波数があるか否かを判定する（ステップ５）。周波数範囲Δｆの範囲内に存在する周波数は、非定常バルジング性湯面変動と判定される。この処理により、鋳造速度とロールピッチ（最小値から最大値まで）との関係に基づく非定常バルジング性湯面変動以外のピーク値が除外され、非定常バルジング性湯面変動のＦＦＴピーク値のみが抽出される。
【００３０】
尚、最小周波数ｆmin 及び最大周波数ｆmax は、鋳造速度とロールピッチとの関係から定まる、発生しうる非定常バルジング性湯面変動の最小周波数と最大周波数であり、最小周波数ｆmin は「１÷（最大ロールピッチ／現在の鋳造速度）」で表され、また、最大周波数ｆmax は「１÷（最小ロールピッチ／現在の鋳造速度）」で表される。
【００３１】
そして、判定処理部１８は、発生しうる周波数範囲Δｆの範囲内で、振幅値が第２の閾値Ｙthを超えているか否かを判定する（ステップ６）。図５に示すように、周波数範囲Δｆの範囲内に閾値Ｙthを越えるピークがある場合には、非定常バルジング発生と判定する（ステップ７）。周波数範囲Δｆの範囲内に閾値Ｙthを越えるピークがない場合には、非定常バルジングの発生なしと判定する（ステップ８）。尚、ここで設定する閾値Ｙthは、過去の操業データを解析して、非定常バルジングが発生したときの振幅に基づいて設定すればよい。
【００３２】
判定処理部１８の判定結果は判定結果出力部１９に送られ、判定結果出力部１９はその旨を出力する（ステップ９）。また、閾値Ｙthを越える振幅値の周波数は、どこの鋳片支持ロール８のロールピッチに対応しているかを鋳造速度に基づき判定し、ロールピッチの値やそのロールピッチの鋳片支持ロール８がどこの場所であるのかも表示する。例えば、アラーム音やアラーム表示するとともに、『非定常バルジング検知：ロールピッチ２００ｍｍ』などと表示する。
【００３３】
この場合、連続鋳造機のモールド直下から二次冷却帯の凝固完了位置までの鋳片支持ロール８の各ロールピッチと鋳造速度との関係に基づき、発生しうる非定常バルジングの周波数を表示したデータ表を予め作成しておくことで、非定常バルジングの発生している箇所を迅速に特定することが可能となる。このようにすることで、その部位の二次冷却水量を増加させるなどして非定常バルジングの対応処理を的確に且つ迅速に行うことが可能となる。
【００３４】
このように、本発明によれば、湯面レベル値信号の変動量の振幅が第１の閾値を超え、且つ、湯面レベル値を周波数解析して求めた湯面レベル変動の周波数特性において、鋳片支持ロール８のロールピッチと鋳造速度とに基づいて求められる、発生しうる湯面レベル変動（非定常バルジング）の周波数範囲での振幅が第２の閾値を超えたとき、非定常バルジングと判定するので、高精度で且つ低コスト設備で非定常バルジングを検知することができる。
【００３５】
また、非定常バルジング検知の結果を操業条件に入力することで、鋳造速度を下げるなどのアクションを自動的に遅延なく行うことができるなどの効果が期待できる。また更に、本発明によれば、非定常バルジングの発生のみならず、非定常バルジングの発生している鋳片支持ロール８の位置を推定することができるので、二次冷却水の水量を変更するなどのアクションを自動的に行うことができるため、非定常バルジングの復旧までの時間を短縮させ、非定常バルジング性湯面変動に起因するモールドパウダーの巻き込みを低減でき、鋳片の品質不良を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】凝固シェルのバルジングと湯面変動との関係を模式的に示す図である。
【図２】本発明を実施したスラブ連続鋳造機のモールド周辺部の側面概略図である。
【図３】非定常バルジング検知装置おける非定常バルジングの判定処理フローを示す図である。
【図４】第１の閾値Ｘthに基づく、正常／異常の判断の概念を示す図である。
【図５】振幅の周波数解析したデータの例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  タンディッシュ
２  モールド
３  スライディングノズル
４  浸漬ノズル
５  渦流式レベルセンサ
６  湯面レベル制御装置
７  アクチュエータ
８  鋳片支持ロール
９  溶鋼
１０  凝固シェル
１１  未凝固部
１２  溶鋼湯面
１３  モールドパウダー
１４  非定常バルジング検知装置
１５  信号入力部
１６  振幅演算部
１７  ＦＦＴ演算部
１８  判定処理部
１９  判定結果出力部
２０  プロセスコンピュータ
【図１】
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【図２】
2007136480.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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