(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼を連続鋳造機で多連鋳造する際の取鍋交換部位の鋳片品質判定方法において、取鍋交換部における取鍋溶鋼のタンディッシュ注入開始から、溶鋼注入積算量がタンディッシュ最大容量の１．５倍に達するまでの間にタンディッシュ内より溶鋼サンプルを採取し、該溶鋼サンプルの品質分析結果を基に前記取鍋交換部位の鋳片品質を一次判定し、該品質判定結果が予め定められた判定精度の信頼区間の範囲外の場合には、前記鍋交換部における取鍋溶鋼のタンディッシュ注入開始から、溶鋼注入積算量がタンディッシュ最大容積の１．５倍に達するまでの間にタンディッシュに注入した溶鋼の鋳造鋳片から採取した鋳片サンプルを基に、前記鍋交換部の鋳片品質を二次判定することを特徴とする連鋳鋳片の取鍋交換部位における品質判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造における介在物起因の品質判定方法、特に多連鋳造時の取鍋交換部位における品質判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造工程では、単位鋳造量あたりのタンディッシュ（以下ＴＤと称す）の整備費や耐火物コストの低減を目的として、複数の鍋を連続して鋳造する多連鋳操業が指向されてきた。この多連鋳操業において取鍋を交換する際には、前鍋から注入終了時にＴＤ内に流入するスラグや、後鍋注入開始時のたたき込み等によって鋳片清浄度が悪化する傾向が見られ、取鍋交換部位の鋳片の清浄度はそれ以外の定常部位と比べてばらつきが極めて大きい。
【０００３】
そのため、自動車用鋼板や食缶用鋼板などのうち、特に加工時の変形率が大きく介在物に起因する割れが発生しやすいハイグレード材は取鍋交換部位に充当せず、取鍋交換部位の鋳片をあらかじめローグレード材に充当することを前提として製造されたり、鍋交換部の品質ばらつきも含めて品質を確保するため、前鍋終了時に流出するスラグの酸化度を予め低減するスラグ改質基準を設けるなど、生産性、コストの面で取鍋交換部の品質管理には大きな課題があった。
【０００４】
鋳片の介在物量を把握するために、例えば特開平２−１１２５７号公報に記載のように、浸漬ノズル内の圧力や湯面変動などの操業因子から間接的に品質を判定する方法があるが、取鍋からＴＤ、モールドまでの鍋交換部の介在物量を精度良く把握するためには、清浄度の直接分析値を含めた判定が必要である。
なお、清浄度の直接分析の方法としては、一般的なスライム法や検鏡法、トータル酸素分析の他、特開平１−７０１３４号公報に示されている電子ビーム法、特開平８−８２８７２９号公報に示されているコールドクルーシブル法、特開平１０−９６７２１号公報に用いられている高周波超音波法などもこれまで開発されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の清浄度直接分析法は採取サンプル分析可能サイズまで加工し清浄度の分析を行う。一般的に前述の清浄度直接分析方法では、数グラムから１ｋｇ程度のサンプルを分析する。製品の介在物を測定するためには、製鋼工程で溶鋼を鋳造後の凝固した鋳片から鋳片サンプルを採取し、分析を行うことは精度は高いが、鋳片サンプルの場合は凝固した鋳片から、断面サイズの数百ｋｇのサンプルを切り出し、前記のような小サイズまで加工する必要があるために、歩留りロスおよび、加工処理コストが多大になる。
【０００６】
一方、ＴＤ内の溶鋼段階で採取した溶鋼サンプルの場合は、サンプラーによって分析に必要な一般に１ｋｇ程度の溶鋼を汲み上げ、それを凝固させればよく、鋳片サンプルに比べ歩留りロスは軽微で加工も簡単である。しかし、該溶鋼サンプルの場合、モールド内で溶鋼流動変化により鋼中の介在物が移動するため、溶鋼サンプルの分析結果による鋳片の清浄度判定精度は、溶鋼凝固後に鋳片から採取した前記鋳片サンプル分析の判定比べ、精度は劣る可能性がある。
【０００７】
本発明では、低コストだが精度の劣るＴＤ溶鋼サンプル分析値に基づいた一次判定と、高コストだが高精度鋳片サンプル分析の二次判定を組み合わせることによって、従来方法に比べ低コストかつ高精度で鍋交換部の介在物品質判定方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段である本発明は、鋼を連続鋳造機で多連鋳造する際の取鍋交換部位の鋳片品質判定方法において、取鍋交換部における取鍋溶鋼のタンディッシュ注入開始から、溶鋼注入積算量がタンディッシュ最大容量の１．５倍に達するまでの間に、タンディッシュ内より溶鋼サンプルを採取し、該溶鋼サンプルの品質分析結果を基に前記取鍋交換部位の鋳片品質を一次判定し、該品質判定結果が予め定められた判定精度の信頼区間の範囲外の場合には、前記鍋交換部における取鍋溶鋼のタンディッシュ注入開始から、溶鋼注入積算量がタンディッシュ最大容積の１．５倍に達するまでの間に、タンディッシュに注入した溶鋼の鋳造鋳片から採取した鋳片サンプルを基に、前記鍋交換部の鋳片品質を二次判定することを特徴とする連鋳鋳片の取鍋交換部位における品質判定方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
鋼の連続鋳造の場合、取鍋交換点では前記したように前鍋からの溶鋼注入終了時にＴＤ内に流入するスラグや、次鍋注入開始時のたたき込み等によって清浄度が悪化し、その鍋交換部毎のバラツキも大きい。従って、数個の溶鋼あるいは鋳片サンプルにより鍋交換部全体の品質を判定する場合には、その採取サンプルの代表性が課題となる。
そこで清浄度判定用の溶鋼及び鋳片サンプルの分析結果に関して、次鍋交換点付近での採取タイミングにより当該溶鋼の鋳造鋳片を圧延加工後の製品品質の相関がどのように変化するかを調査したところ、前記サンプルの採取タイミングにより該サンプル分析結果は鍋交換部の製品品質と相関があることを突き止めた。
【００１０】
図２は鍋交換付近の溶鋼サンプル及び鋳片サンプルの採取タイミングによる各サンプルの介在物分析結果と、当該鍋交換付近の鋳片の圧延加工した製品品質との相関係数の関係を示す。
図２において横軸は鍋交換時の次鍋のＴＤ注入開始点を基準とし、取鍋からＴＤへの溶鋼注入量積算値をＴＤ最大容量で規格化した値を表し、縦軸は当該鋳片を圧延後の冷延板品質として内部欠陥指数（定義は後述）を表す。
【００１１】
図２より次鍋からＴＤへの取鍋注入開始点（溶鋼注入量積算値＝０）から溶鋼注入量積算値がＴＤ最大容量の１．５倍になるまでの間に採取したＴＤ溶鋼サンプル、および該溶鋼の鋳造鋳片の鋳片サンプル分析結果が当該製品品質との相関係数が高く、鍋交換部位における製品品質の代表性を得るのに適していることが発明者らの研究から判明した。
【００１２】
なお、溶鋼サンプル採取方法位置は、ＴＤ入り口から出口までの清浄度の変化に起因するばらつきを最小限にする意味からＴＤ出口（モールド注入口）近傍のＴＤ溶鋼表面から３００ｍｍ以上深い位置が望ましい。
【００１３】
また、介在物分析方法としては、検鏡法やスライム法などでも可能であるが迅速な分析方法としては、トータル酸素法やコールドクルーシブル法、電子ビーム法、高周波超音波法などが挙げられる。
【００１４】
次に、本発明による品質判定方法の一例を図１に示すフローチャートを基に説明する。図１に示すように一次判定では溶鋼サンプルを基に鍋交換部の鋳片品質を判定する。一次判定用の溶鋼サンプルは前記のように鍋交換部の次鍋のＴＤへの注入開始から溶鋼注入量積算値がＴＤ最大容量の１．５倍になるまでにＴＤから一次判定用の溶鋼サンプルを採取する。
【００１５】
一次判定では溶鋼サンプルの清浄度分析結果単独での品質判定も可能であるが、さらに高精度の品質判定には、その他の清浄度考慮因子として、例えば、平均モールド湯面変動量、平均モールド長片両端付近の湯面レベル差、鍋交換点からの鋳造長、前鍋の取鍋残湯量、鋳造中の最大湯面レベル変動量、ＴＤスライディングノズル変動量、鍋交換時のＴＤ最小溶鋼量、平均鋳造速度、モールド幅、モールド厚み、二次精錬後の取鍋スラグ厚み、二次精錬後のスラグ中トータルＦｅも考慮することが望ましい。
【００１６】
一次判定では、まず鍋交換部の溶鋼サンプル分析及び必要に応じ前記清浄度考慮因子を基に当該鋳片の圧延コイルの実績内部欠陥評点との相関係数を重回帰計算で求め、その結果を基に前記圧延コイル以外の他の圧延コイルの内部欠陥評点を予測する。
なお、内部欠陥評点とは冷延板段階における漏洩磁束検査の指標で、冷延板の重量に対してカウントされた介在物個数と比例した数値であり、例えばハイグレード材の場合には内部欠陥評点１．０以下の鋳片を合格材として判断している。
【００１７】
このようにして鍋交換部の溶鋼サンプルを基に予測した圧延コイルの内部欠陥評点と実績内部欠陥評点との比較の一例を図３に示す。例えばハイグレード材では前記のように内部欠陥評点基準値が１．０以下を合格材と判定するが、予測内部欠陥評点は実績内部欠陥評点に対してばらつきがあり、一義的に予測内部欠陥評点を基に対象鍋交換部の製品の合否判定した場合には実績内部欠陥評点が１．０未満であるにも関わらず、不合格と判定してしまう可能性があり、歩留が低下する恐れがある。
そこで、一次判定においては、溶鋼サンプル分析値による予測内部欠陥評点と実績内部欠陥評点の関係から、統計的手法を用いて品質合否判定を行う。
【００１８】
一般に回帰計算した場合の予測値の分布は真の値に対して正規分布と見なすことができ、正規分布曲線と標準偏差σから見た発生頻度は図４に示すようなの模式図となる。
図４に示すように予測内部欠陥評点を基にした品質判定では、真の値Ｘ（ここでは内部欠陥評点合格基準）、標準偏差σ及び正規分布曲線の信頼区間決定係数Ｋによって決まる信頼区間からその判定精度決まり、その信頼区間を基に下記（１）、（２）式を満足するように内部評点合格基準Ｘを補正して予測内部欠陥評点から鍋交換部の品質判定すれば良い。
▲１▼不合格材：予測内部欠陥評点＜Ｘ−Ｋ・σ    ・・・・（１）
▲２▼合格材  ：予測内部欠陥評点＞Ｘ＋Ｋ・σ    ・・・・（２）
【００１９】
例えば、前記のような内部欠陥評点合否基準＝１．０であるハイグレード材の場合、図４より信頼区間を約９８％（判定精度が約９８％）とする場合には、上記（１）式及び（２）式において内部欠陥評点合否基準＝１．０、信頼区間決定係数Ｋ＝２とする必要があり、予測内部欠陥評点が［１．０−２σ］未満の鋳片を不合格と判定し、また予測内部欠陥評点が［１．０＋２σ］超の鋳片を合格と判定すれば良い。
【００２０】
以上のように一次判定として溶鋼サンプル分析値を基に予め定められた判定精度（信頼区間）で品質の合否できなかた区間（前記一次判定の信頼区間９８％の場合には予測内部欠陥評点が、［１．０−２σ］〜［１．０＋２σ］の区間）の鋳片、即ち一次判定で合否判定ができなかった鍋交換部の鋳片は、分析自体の精度が高い鋳片サンプル分析による二次判定を行う。
【００２１】
二次判定用の鋳片サンプルは、図２に示すように鍋交換部において次鍋注入開始からＴＤへの溶鋼注入量積算値がＴＤ最大容量の１．５倍になるまでの間に注入された溶鋼の鋳造した鋳片から採取する。上記範囲内の溶鋼の鋳造した鋳片位置を特定するためには、通常、ＴＤへの溶鋼注入量積算値がＴＤ最大容量の１．５倍になるまでにモールド内のメニスカスを通過した鋳片部位を鋳造後に切り出すことで十分であるが、流動と凝固を考慮した各種数値シミュレーションや、タンディッシュ内へのトレーサー添加実験などにより、さらに鋳片サンプルの採取位置を適宜選択することが出来る。
【００２２】
二次判定についても一次判定と同様、分析値に基づく予測成績と圧延以降の製品成績との相関関係から、品質合否判定基準（ここでは内部欠陥評点１．０）の判定精度の信頼性区間を基に合否判定を実施する。
二次判定では内部欠陥評点予測値が前記（２）式を満足する場合を合格材と判定し、（２）式を満足しない場合はすべて不合格材と判定する。二次判定の鋳片サンプルは図２に示すように、溶鋼サンプル分析に比べ製品品質結果と相関性が高いことから、一次判定で合否判定できなかった予測内部欠陥評点の区間（例えば前記信頼性区間が約９８％とした場合の一次判定では［１．０−２σ］〜［１．０＋２σ］）のものでも合否判定ができる。
【００２３】
図１に示す品質判定フローでは一次判定、二次判定共に信頼区間決定係数Ｋ＝２としたが、Ｋの値は必要に応じ当業者が適宜判断できる。また、統計手法として重回帰分析法を用いたが、各種要因と欠陥発生率の関係が線形と見なせない場合はニューラルネットワーク法等を用いることで判定を行うことも可能である。
また、真の値に対する予測値のばらつきが正規分布に従わない特殊なケースの場合などはχ二乗分布や放物線など適宜フィッティングを行いその分布に見合った信頼区間を決定できる。
【００２４】
また、一次判定、二次判定に必要な取鍋交換点代表サンプルは、前記のように多連鋳造の２鍋以降の鍋注入開始点からＴＤへの溶鋼注入量がＴＤの最大容積の１．５倍までであれば１サンプルで判定可能である。しかし、試料不良による判定ミスや鋳造方向による清浄度の変化による誤差を低減させるためには複数のサンプルを採取して平均値や中央値を判定値とするなどは適宜行える。
また、判定指標は、製品成績と清浄度の分析データの単相関に基づいたものでも良いが、鍋交換点からの鋳片位置鋳造長、サンプルの採取タイミング、サンプル採取位置前後の湯面レベル変動などサンプル分析値以外の製品成績と相関関係が見られる操業指標も考慮した判定が望ましい。
【００２５】
【実施例】
実施例ではＴＤ最大容量４０ｔ、ヒートサイズ３４０ｔ、１ストランド連鋳機によってアルミキルド鋼を鋳造し、得られた鋳片を圧延により冷延コイルを製造した。鍋交換部においてはＴＤ内溶鋼から溶鋼サンプル、また当該溶鋼を鋳造した鋳片から鋳片サンプルをそれぞれ採取し、電子ビーム法により分析した。また鍋冷延コイルは漏洩磁束検査装置により内部欠陥評点を検査した。
表１に同一鍋交換部の鋳片１２１本について各方法（実施例１、従来例１〜２、比較例１）による品質判定結果を示す。なお本鋳片の合否判定基準は内部欠陥評点が１．０である。
【００２６】
表１において、実施例１は本発明の判定結果を表しており、前記図１に示す判定フローに従い、一次及び二次判定の信頼区間を９８％として鍋交換部の全鋳片から採取した溶鋼サンプル１２１本を基に一次判定し、一次判定で合否判定できなかった（信頼区間が９８％を外れた）５１本を二次判定で再度合否判定を行った。
なお溶鋼及び鋳片サンプルは本発明の規定内、即ち鍋注入開始点から注入積算量が６０ｔの範囲内からそれぞれ１サンプルずつ採取した。また従来例１及び２はそれぞれＴＤ溶鋼サンプル分析及び鋳片サンプル分析それぞれ単独で鍋交換部の鋳片の品質判定を行った。さらに、比較例１は溶鋼及び鋳片サンプルの採取を本発明の規定外位置から採取した場合の品質判定結果を示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に示すように、本発明の実施例１では合格判定精度（採取サンプル分析結果を基に品質合格と判定した鋳片中、該鋳片の圧延後の製品品質実績も合格であった割合）が９８％であり、且つ総合合格率（鍋交換部の全１２１採取サンプル中、該鋳片の圧延後の製品品質実績も合格であった割合）が７８％であるのに対し、従来例１及び比較例１では合格判定精度は本発明実施例１と同程度であったが、総合合格率がそれぞれ４５％、２６％と低く、さらに残りの不合格と判定した鍋交換部の鋳片の中には、当該鋳片の圧延後の実績製品は合格基準をクリアしたの品質であるのに係わらず不合格と判定し、鋳片歩留が低下してしまった。また従来例２では、総合合格率は本発明の実施例１並の割合であるが、鋳片サンプル分析数は本発明に比べ２．４倍にも達し、全体の分析コストも本発明の実施例１に比べ２倍要した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、以上のように本発明の場合には、従来並の高合格率で且つ低コストで鍋交換点の鋳片の品質判定が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例の品質判定フローチャートを示した図
【図２】サンプル採取タイミングと内部欠陥評点との相関係数の関係を示した図
【図３】ＴＤの溶鋼サンプル分析値に基づく冷延板成績の予測値と実績値を示した図
【図４】真の評点Ｘから見た予測内部欠陥評点のばらつきを示した図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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