(57)【要約】      （修正有）【課題】モールドパウダの溶融厚を精度良く管理し安定化する連続鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳型内短辺付近の溶鋼２に対向して多周波ベクトル渦流式の溶融パウダ厚計７が、保持台２１を介して架台に２０に設置され、モールドパウダの溶融層５は、未溶融の粉末層６で覆われている。この溶融金属上のパウダ溶融厚を計測し、この計測したパウダ溶融厚が所定範囲内となるように、未溶融および／または溶融パウダの供給量を制御して連続鋳造を行う。【選択図】図１
2009226423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造機の鋳型内短辺付近の溶融金属上のパウダ溶融厚を計測し、この計測したパウダ溶融厚が所定範囲内となるように、未溶融および／または溶融パウダの供給量を制御して連続鋳造を行うことを特徴とした連続鋳造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の連続鋳造方法において、
前記計測したパウダ溶融厚が所定範囲より小さい場合は、
未溶融パウダおよび／または溶融パウダを供給する前に、溶鋼流動を抑えるように操業条件を変更することを特徴とした連続鋳造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の連続鋳造方法において、
前記パウダ溶融厚の計測に、多周波渦流式のパウダ溶融厚計を用いることを特徴とした連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造において潤滑剤などとして用いられているモールドパウダの溶融層厚計測値を利用して鋳片の連続鋳造を行う連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造では、溶鋼を水冷構造の鋳型に注入して冷却し、鋳型との接触面に凝固シェルを生成させながら、この凝固シェルを鋳型下方に連続的に引き抜き、鋳片を製造している。
【０００３】
近年においては、鋳造速度が高速化し、鋳型内の溶鋼の状態変化が従来より大きくなっており、より安定した操業が望まれている。
【０００４】
溶鋼レベル計を短辺付近に設置して溶鋼レベルを計測し、その情報を安定した操業に利用する目的で、溶鋼レベルの盛り上がり変動を計測する技術（特許文献１参照）がある。
【０００５】
また、短辺部のパウダ溶融厚を、銅の浸漬棒を溶鋼に装入し、棒の溶融状況及び溶融パウダの付着状況から溶融厚をオペレータが判断し、単発的もしくは断続的に計測して、未溶融パウダを調整することも行われていた。
【０００６】
また、溶鋼レベル計の設置場所に溶融厚計を置き、連続的に溶融厚を計測した技術（特許文献２参照）もある。
【特許文献１】特開昭６４−２７７２号公報
【特許文献２】特開２００５−２２１２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、溶鋼レベルのみの計測では、溶鋼レベルが変動していても、溶融パウダ厚が適切な範囲内であれば、操業が安定することもありえるので、溶鋼レベルのみを計測するだけでは不十分である。
【０００８】
それは、溶融厚みは幅方向に一様でなく、特に浸漬ノズル付近や鋳型の短辺付近の溶融厚は、変動が激しく幅全体の平均厚みより薄い場合が多いと考えられるからである。溶融厚が薄いと、未溶融パウダの巻き込みにより欠陥が発生しやすい懸念があるし、溶鋼面の盛り上がりにより溶融厚が薄いのであれば、熱供給が過剰であり溶鋼の凝固不足から、重大事故であるブレークアウト発生が懸念される。このように、未溶融パウダの巻き込みは、後段の圧延過程にて欠陥として顕在化し品質上の問題として利益性を損なう結果となるし、ブレークアウトが発生すれば操業の中断を余儀なくされ、連続鋳造機の生産性が著しく悪化することとなり、溶融厚みは連続鋳造の操業管理において重要な指標である。
【０００９】
しかしながら、単発的もしくは断続的に浸漬棒を溶鋼に装入し、棒の溶融状況及び溶融パウダの付着状況から溶融厚を計測する方法では、浸漬棒の入出に時間がかかるとともに、オペレータがこれらの作業を行う場合には、各計測間隔が数十秒かかるため、操業への反映が遅くなりがちであるとともに、作業が長時間に渡るためオペレータへの負担が大きいという問題がある。
【００１０】
さらに、浸漬棒への溶融パウダの付着状況から読み取った厚みは、オペレータによる個人差が大きく、下工程へ送る操業情報としては、質(計測精度)・量(計測頻度)共に満足のいくレベルでないという問題もある。
【００１１】
一方、前記特許文献２に開示された技術では、溶鋼レベル計の設置場所に溶融厚計を置き連続的に溶融厚を計測する技術が開示されているが、短辺付近の溶融パウダ厚に注目して計測して、この計測値をリアルタイムに連続鋳造の操業に活かそうとする点については言及がない。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、モールドパウダの溶融厚を精度良く管理し安定化する連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に係る発明は、連続鋳造機の鋳型内短辺付近の溶融金属上のパウダ溶融厚を計測し、この計測したパウダ溶融厚が所定範囲内となるように、未溶融および／または溶融パウダの供給量を制御して連続鋳造を行うことを特徴とした連続鋳造方法である。
【００１４】
また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の連続鋳造方法において、前記計測したパウダ溶融厚が所定範囲より小さい場合は、未溶融パウダおよび／または溶融パウダを供給する前に、溶鋼流動を抑えるように操業条件を変更することを特徴とした連続鋳造方法である。
【００１５】
さらに本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の連続鋳造方法において、前記パウダ溶融厚の計測に、多周波渦流式のパウダ溶融厚計を用いることを特徴とした連続鋳造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、短辺付近の溶融厚が所定値になるように溶鋼流動やモールドパウダ供給量を制御することにより、溶鋼上に常に適切なモールドパウダ厚み分布を形成することができ、スラブの品質向上に寄与することができる。特に、電磁攪拌や電磁ブレーキを用いることで、応答性良く制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を、スラブ連続鋳造機で溶鋼を鋳造する場合に適用した例を用いて、以下具体的に説明する。
【００１８】
鋼の連続鋳造では、溶鋼を水冷構造の鋳型に注入して冷却し、鋳型との接触面に凝固シェルを生成させながら、この凝固シェルを鋳型下方に連続的に引き抜き、連続鋳造鋳片を製造している。鋳型内には、凝固シェルと鋳型との潤滑剤、溶鋼の酸化防止剤、溶鋼の保温剤、及び溶鋼から浮上してくるアルミナなどの酸化物の吸収剤として、モールドパウダが添加される。添加されたモールドパウダは、溶鋼を覆い、溶鋼から熱を受け、溶鋼と接触する側は溶融して溶融層を形成する。溶融したモールドパウダは凝固シェルと鋳型との間隙を流下して消費されるので、この消費量に応じて新たにモールドパウダが鋳型内に添加される。
【００１９】
モールドパウダの溶融層の厚みは、流下して消費される量と新たに溶融される量とで決定されるが、鋳造条件が変化するとモールドパウダの消費量が変化し、それに応じてモールドパウダの溶融層厚みも変動する。この溶融層厚みが薄くなると、未溶融のモールドパウダが溶鋼に巻き込まれるなどして鋳片の品質欠陥の原因になるのみならず、鋳型と凝固シェルとの潤滑が不足し、ブレークアウトを発生する恐れもある。
【００２０】
図３は、鋳型の断面および鋳型内の溶融パウダ厚の幅方向分布を示す図である。図１の下に示すグラフは、平均溶融パウダ厚が約１２ｍｍの時の分布例を示すグラフであり、溶融厚は鋳型内幅方向に分布があり、全幅で同じ厚みではない。特に、浸漬ノズル付近や短辺付近はその変動が大きい。
【００２１】
その理由としては、ノズルからの吐出流や電磁攪拌・電磁ブレーキ等の制御により、溶鋼内部に流動が生じているからである。ノズル付近は、ノズル自体が流れを阻害する物であるために、渦を生じたり、下方流を作り出したりする。また、短辺付近、すなわち、図の鋳型短辺側の計測部位として示す部分においては、吐出流が短辺に衝突し上部へ方向を変え、溶鋼上面を盛り上げる場合があり、溶鋼が盛り上がった分だけ溶融パウダ厚が、例えば、５ｍｍ程度まで薄くなる現象が起こる。このように、ノズルと短辺は流れの中で方向を変える物であるから、その付近では変動の振幅が大きくなる。
【００２２】
そのほかの位置でも、流動が変わり溶鋼からパウダへの熱供給量が変わると、溶融厚が変わる。溶融厚を常時監視していない場合には、吐出角や電磁攪拌・電磁ブレーキの調整は、生産されたスラブの品質を調査しないと正確には行えないことになる。しかしながら、これらの操作は、実際問題として大変手間ひまがかかる作業となる。そのため、モールドパウダ溶融層の厚みを計測し、その厚みに基づいて早期にフィードバックをかけることが極めて重要となる。
【００２３】
本発明者らは、特に、変動の激しい短辺付近の溶融厚に注目した。すなわち、短辺付近の溶融厚を管理し安定化することが、鋳片全体の品質向上につながるという、本発明者らの得た知見から本発明を考案するに至ったのである。なお、ここで、短辺付近とは、鋳型の形状にもよるが一般的には、鋳型短辺からノズルの方向に向って、溶融厚の変動が大きい短辺側の部位を指すものとする。具体的には、鋳型短辺から、ノズルの方向に向かって１５０ｍｍまでの範囲内の領域において、測定するのが好ましい。
【００２４】
図２は、鋳型内の溶鋼及びパウダの状態を模式的に表す図である。図中、１は鋳型銅板、２は溶鋼、２ａは溶鋼湯面、３は凝固シェル、４はモールドパウダ、５は溶融層、６は粉末層、７は溶融パウダ厚計、および８はノズルをそれぞれ表す。
【００２５】
溶鋼２の上に添加されたモールドパウダ４は、溶鋼湯面２ａからの伝達熱によって溶融し、溶鋼２と接触する側の溶融層５と、その上の未溶融状態の粉末層６との２層になっている。凝固シェル３は、溶鋼２が鋳型銅板１で冷却されて生成する。尚、図２では、凝固シェル３と鋳型銅板１との間隙を流下するモールドパウダ４については省略している。
【００２６】
鋳型銅板１の短辺付近には、溶融パウダ厚計７が設置されている。溶融厚の変動が大きいのは、短辺より２００ｍｍノズル８側までの間であるので、溶融パウダ厚計７の中心は短辺より１００ｍｍほどノズル８側が良い。溶融パウダ厚計７としては、例えば多周波渦流法を使用したものが、湯面レベルと溶融パウダ厚を同時に計測できる点から望ましい。
【００２７】
この多周波渦流法の場合、測定範囲は最大でφ１００ｍｍ程度の広がりをもつので、短辺からノズル側に５０ｍｍ〜１５０ｍｍまでの領域における湯面レベルと溶融パウダ厚を測定することになる。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態の一例を示す図である。図１(ａ)は正面図、および図１(ｂ)は側面図をそれぞれ表し、また図中、２０は架台、および２１は保持台をそれぞれ表し、その他の符号は図２と同様である。
【００２９】
連続鋳造されている鋳型内短辺付近の溶鋼２に対向して多周波ベクトル渦流式の溶融パウダ厚計７が、上下移動可能な保持台２１を介して架台２０に設置されている。溶鋼２は、モールドパウダ４の溶融層５で覆われ、さらに溶融層５は、未溶融の粉末層６で覆われている。渦流式溶融厚計測においては、粉末層６の存在が無視できない場合がある。
【００３０】
そのためには、複数の周波数を使用して粉末層の影響を除去可能な多周波ベクトル渦流式にて行うのが良い。その原理は前述の特許文献１に開示されているが、以下に簡単に説明を行う。
【００３１】
図５は、多周波渦流式厚み計測装置の全体概略図である。先ず図５を用いて、多周波渦流式厚み計測装置の全体概要を説明する。図中、１１は多周波渦流センサ、１２はケース、１３は励磁コイル、１４は検出コイル、１５は発振器、１６は電源アンプ、および１７は差動アンプをそれぞれ表し、その他の符号は図１および図２と同様である。
【００３２】
先ず、計測に入る前に０（ゼロ）点校正として、所定（例えば１００ｍｍ）の距離に溶鋼模擬材（例えばＳＵＳ３０４、３００ｍｍ角厚み１ｍｍ）を設置し、その信号データを１００ｍｍのデータとして記録する。その後鋳型上へ移動し、鋳型内の溶鋼２に対向して多周波渦流式厚み計測装置の多周波渦流センサー１１を設置する。上下移動可能な保持台２１を介して架台２０に設置されている。溶鋼２は、モールドパウダ４の溶融層５で覆われ、溶融層５は、未溶融の粉末層６で覆われている。
【００３３】
多周波渦流センサー１１は、空芯或いは絶縁体または非磁性のボビンに巻かれたコイルからなり、励磁コイル１３と検出コイル１４とから構成される。多周波渦流センサー１１は、計測中に冷却できるようにケース１２を外殻とし、外部からケース１２の内部に導入される空気によってエアーパージされる構造である。励磁コイル１３には、発振器１５から出力された基本波形が電源アンプ１６で増幅されて入力される。検出コイル１４にて検出された信号は、差動アンプ１７で増幅された後、ロックインアンプ１８へ入力される。発振器１５から別途基本波形をロックインアンプ１８へ参照波形として入力し、検波出力として絶対値と位相とが得られる。発振器１５からの信号の周波数を変えることにより、多周波での計測が可能な計測装置である。
【００３４】
鋳型内の溶鋼湯面２ａを計測するための渦流式湯面計測装置などのように測定対象が１つならば、１つの周波数で絶対値のみを測定することで計測が可能であるが、モールドパウダ４の溶融層５の厚みを精度良く計測するためには、溶鋼湯面２ａ及びモールドパウダ４の粉末層６の影響を加味する必要があり、計測の対象として３種類の対象を計測する必要がある。そのためには、少なくとも３種類の周波数を用いるか、２種類の周波数でそれぞれの絶対値と位相情報とを利用するなどして、とにかく３種類以上のデータが必要である。多周波渦流式厚み計測装置では、この点を解決しており、複数の周波数における絶対値と位相情報とを利用して計測・解析し、モールドパウダ４の溶融層５の厚みを計測するようにしている。
【００３５】
図４は、本発明に係る連続鋳造方法の処理手順の一例を示す図である。図４に基づいて、その処理フローを説明していく。先ず、Step01では、溶融パウダ厚計を用いた計測を行う。
【００３６】
次にStep02で短辺付近の溶融パウダ層厚の計算を行う。この際、溶融パウダ厚計から出力される信号は、オシレーションパターンや短辺までの距離などの鋳込み条件の影響を受けている。したがって、計測時の鋳込み条件を表す鋳込みデータ(例えば、鋼種/パウダ種/鋳込み速度/溶鋼温度/オシレーションパターン/短辺までの距離など)を勘案して、出力された信号を補正して短辺付近の溶融層厚みを計算しなければならない。補正の仕方は、鋳込みデータの種類により種々異なるが、例えば、短辺までの距離では、短辺距離が変わるとその影響度合いも変わるので、予め距離と補正値のデータベースを作っておき、このデータベースに基づいて補正を加えるようにする。
【００３７】
そして、Step03で計算された短辺付近の溶融層厚を他の鋳込みデータとともに、操業データとして記録する。もし、後工程にて大量に欠陥が発生した場合に、対応する部分の鋳込み状態を確認するといった具合に以後の操業に活かすことができるからである。
【００３８】
次にStep04で、計算された短辺付近の溶融層厚が適正かどうか（溶融層厚の目標範囲であるかどうか）の判断を行う。この判断の際にも、前述した鋳込みデータを参照することとなる。ここで、短辺付近の溶融層厚がその操業における所定値または所定範囲内の値(以下、所定値と略記する)である場合には、適正であると判断し、特段の操業上の操作を行うことなく、Step01に戻り、溶融パウダ厚計を用いた計測を行う。
【００３９】
しかし、短辺付近の溶融層厚が所定値でない場合には、適正でないと判断し、Step05で、その溶融層厚が厚目か薄目かの判断を行う。溶融層厚が厚目か薄目かにより、溶融層厚を適正値に戻す操作が異なるためである
溶融層厚が厚目の場合は、Step06にて、短辺付近の自動パウダフィーダ供給量の設定を小さくする処理を行い、Step01に戻る。
【００４０】
一般的に溶融パウダ厚が薄い場合は、未溶融パウダを多めに投入する。すると１分程度のタイムラグの後に数ｍｍ〜５ｍｍ程度溶融厚が増える。このように溶融厚が増えるまでにタイムラグが発生する為、下記のように制御するのが良い。
【００４１】
すなわち、Step07にて、電磁撹拌を抑える／電磁ブレーキをかける、といった操作により、流動によるパウダ巻き込みを防止する。この間に、Step08にて、未溶融パウダおよび／または溶融パウダ(１０００℃程度に加熱した)を緊急投入し溶融厚を増やす。
【００４２】
そして、溶融厚が増えてきたことを確認して、Step09で、Step07で抑えた流動を戻すとともに、自動パウダ投入機の短辺側への未溶融パウダ投入量設定を増やすという操作を行う。以上のような操作手順により、前述したタイムラグによる対応の遅れを埋めることができる。なお、Step07にて、電磁撹拌を抑える／電磁ブレーキをかける、といった操作後に、溶融厚を計測するようにして、適正な溶融厚が適正な範囲になっていれば、Step08の未溶融パウダおよび／または溶融パウダ(１０００℃程度に加熱した)を緊急投入や、Step09の自動パウダ投入機の短辺側への未溶融パウダ投入量設定を増やす作業は省略するようにしてもよい。
【００４３】
なお、上述した電磁撹拌／電磁ブレーキの調整の他に、溶鋼供給量を調整する（ノズル開閉度を変える）、鋳造速度を調整することにて対応することも可能である。センサとしては差分方式のセンサもあるが、多周波ベクトル渦流式である限り適用することができる。また、センサの設置方法としては、図１のように長辺側から設置しても良いし、反対に短辺側から設置しても良い。
【００４４】
鋳型はオシレーション（上下振動）している場合が有り、鋳型近辺にセンサを設置した場合はそのオシレーションの影響を受ける場合が有るが、その場合はオシレーション１周期の平均値を利用したり、オシレーションが正弦波状ならばその周波数成分を除去するフィルタを使用することで対応が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す図である。
【図２】鋳型内の溶鋼及びパウダの状態を模式的に表す図である。
【図３】鋳型の断面および鋳型内の溶融パウダ厚の幅方向分布を示す図である。
【図４】本発明に係る連続鋳造方法の処理手順の一例を示す図である。
【図５】多周波渦流式厚み計測装置の全体概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    鋳型銅板
２    溶鋼
２ａ  溶鋼湯面
３    凝固シェル
４    モールドパウダ
５    溶融層
６    粉末層
７    溶融パウダ厚計
８    ノズル
１１  多周波渦流センサ
１２  ケース
１３  励磁コイル
１４  検出コイル
１５  発振器
１６  電源アンプ
１７  差動アンプ
１８  ロックインアンプ
２０  架台
２１  保持台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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