(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連鋳ラインにおいて、溶鋼のモールドへの鋳込み状況をモニタ画面上に表示して、作業者の監視の用に供する連鋳の鋳込状況監視システムであって、
前記溶鋼の情報を上位計算機から取得する工程と、 前記モールドの状況を、モールドの内部および／または近傍に設けたセンサから取得する工程と、 前記の溶鋼の情報とモールドの状況に基づき、 モールド内での溶鋼の鋳込み状況をシミュレーションする工程と、 該シミュレーションに基づく溶鋼の流動状況をモニタ画面に擬似的に表示する工程と、 を有すると共に、前記溶鋼の情報が、過去に同一組成の溶鋼で鋳造したスラブから下流工程で製造された鋼板材の欠陥検出実績を蓄積した情報を含むものであって、該欠陥検出実績を蓄積した情報を前記シミュレーションのパラメータの一つとするようにしたことを特徴とする連鋳の鋳込状況監視システム。
【請求項２】
前記シミュレーションが有限要素法に基づくシミュレーションであって、溶鋼の流動状況を矢印付きのベクトル表示として画面上に表示することを特徴とする請求項１に記載の連鋳の鋳込状況監視システム。
【請求項３】
前記のモールドの状況を取得するセンサを、 モールド内溶鋼面レベル計、モールド温度計、オシレーションマーク検出器、ブレークアウト検出器のうちの少なくとも１つ以上とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の連鋳の鋳込状況監視システム。
【請求項４】
連鋳ラインにおいて、溶鋼のモールドへの鋳込み状況をモニタ画面上に表示して、作業者の監視の用に供する連鋳の鋳込状況監視プログラムであって、
前記溶鋼の情報を上位計算機から取得するステップと、 前記モールドの状況を、モールドの内部および／または近傍に設けたセンサから取得するステップと、 前記の溶鋼の情報とモールドの状況に基づき、 モールド内での溶鋼の鋳込み状況をシミュレーションするステップと、 該シミュレーションに基づく溶鋼の流動状況をモニタ画面に擬似的に表示するステップと、 を有すると共に、前記溶鋼の情報が、過去に同一組成の溶鋼で鋳造したスラブから下流工程で製造された鋼板材の欠陥検出実績を蓄積した情報を含むものであって、該欠陥検出実績を蓄積した情報を前記シミュレーションのパラメータの一つとするようにしたことを特徴とする連鋳の鋳込状況監視プログラム。
【請求項５】
前記シミュレーションが有限要素法に基づくシミュレーションであって、溶鋼の流動状況を矢印付きのベクトル表示として画面上に表示することを特徴とする請求項４に記載の連鋳の鋳込状況監視プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、 作業者が連鋳の鋳込状況を監視するための鋳込状況監視システムおよび鋳込状況監視プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、図３に基づき、鉄鋼の製鋼プロセスにおける連続鋳造ラインについて説明する。
図示しない転炉その他の精錬設備において精錬された溶鋼は、取鍋（レードル）２を経てタンディッシュ３からモールド４に鋳込まれる。そして、モールド４で表面層のシェル部が凝固した状態で下方に引き抜かれていく。引き抜かれた連鋳材１は、モールド４直下では、シェル部のみが凝固した状態で、内部は溶鋼のままであり、多数並設されたピンチロール５で拘束されて引き抜かれていく。そして、冷却水でスプレー冷却されながら内部まで固化する。内部まで固化した連鋳材１は、下流側の図示しない矯正装置でまっすぐにされ、所望の長さに切断されて鋳片（スラブ）とされる。
【０００３】
ところで、上記の連続鋳造ラインで連鋳材を鋳込む際に、溶鋼が凝固シェルから流出する現象が発生する場合がある。極端な場合には、 凝固シェルが完全に破れて大量の溶鋼が流出するブレークアウトとなり、また、軽微な場合、連鋳材の表面に微細な裂け目が生じて少量の溶鋼が噴出するブリードとなる。
このようなブレークアウトやブリードが発生した場合、噴出した溶鋼が連鋳機のロールに付着し、その付着物によって連鋳材に傷をつけるため、ラインを停止する必要が生じたり、 大量不具合が発生したりする原因となる。
【０００４】
また、モールドは、 鋳込み時の焼き付きを防止するため、 周期的な振動が与えられている。 このことから、鋳込んだ連鋳材の表面にオシレーションマークと呼ぶ凹凸状の模様が発生する場合がある。
このオシレーションマークも重大な欠陥の一つである。オシレーションマークには、以下の３つのタイプがある。
▲１▼  単に連鋳材（切断後は、 スラブ）表面が凹になっているもの。この異常は、 モールド内の湯面レベルが安定した状態で鋳造され、 モールド振動によりシェル先端が変形して形成されることに起因する押し込み状マークである。
▲２▼  円筒状に内部に爪のような形状で曲がった数mm程度の異常組織を伴うもの。この異常組織は、 湯面変動がある場合に、 連鋳材表面下に凝固の不均一が生じて発生すると推定されている。
▲３▼  ▲２▼の爪状の異常組織が逆方向に折れ曲がったもの。この異常組織は、 凝固シェルが内部の未凝固の溶鋼側に変形した際、溶鋼とパウダの界面張力の平衡が崩れてオーバーフローするために発生すると推定されている。
【０００５】
その他にも、 モールド内での湯面レベル変動や、 温度変動等に起因して鋳込み状況が変化し、 スティッキング等の様々な欠陥が発生する場合がある。
また、一方では、 連鋳材に内在する非金属介在物が圧延後の板材となった段階で表面に顕在化して重大な欠陥になると言う問題がある。 更には、 客先での組立て等の加工処理時に割れたり、 ピンホール欠陥となる場合もある。
【０００６】
このような非金属介在物の存在については、 これまでも長年に渡って研究されてきている。 特に、 従来から大きな問題となっていた連鋳材表層のアルミナを主体とする非金属介在物は、 溶鋼時の十分な清浄度化の不足、 空気による酸化、 耐火物やスラグとの反応、 モールド内の溶鋼の変動、 モールド内に投入するパウダやフラックス等との相互関係等に起因して生成されることが知られており、重大な製品欠陥となることが確認されている。 このような非金属介在物は、工程、あるいは、設備単位に、その生成要因が確認され、 また、連鋳操業を最適化して安定化することで、 発生が最低限となるように押えられてきている。
【０００７】
非金属介在物に起因する欠陥は、 自動車用外板（車体で塗装して仕上げられる部材）等のデザインを優先した複雑な形状のプレス加工を行う高張力鋼板や、缶用鋼板のように、軽量化を実現するために高張力でより薄い薄鋼板等の鋼板において、特に大きな問題である。
これらの鋼板は、 その特性を満足させるため、 Ti、Nb、Ｂ等の炭化物、窒化物形成元素、結晶粒界強度増加元素を添加した極低炭素アルミキルド鋼（extra low-C Al-killed steel ）を連続焼鈍法で処理して製造している。
【０００８】
また、缶用鋼板では、 ３ピース缶用として低炭素アルミキルド鋼を連続焼鈍で仕上げた高強度・極薄鋼板が使われ、 ２ピース缶用には極低炭素アルミキルド鋼も使われている。
鋼板の品質は、 製造者と顧客の双方での検査機器の完備や操業技術の向上によって年々向上してきており、 欠陥等の不良混入率も大幅に低減してきている。
【０００９】
このように、発生頻度としては非常に少なくなってきたと言える欠陥も、客先において鋼板を加工して製品に組み立てた後に発見されると、 非常に大きい問題となる。例えば、缶のように小さいものでは、 その欠陥を有する不良品を廃棄することになり、また、 自動車の車体のように大きいものは、 解体して欠陥のある部品を取り替えるという大掛かりな事態となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、顧客側からは、これらの非金属介在物欠陥を含めた欠陥の顧客先への流出を完全に０にすることが要求されるようになってきている。
この要求に応えるためには、 鉄鋼生産ラインの各ラインにおいて対策をとる必要が有り、 例えば、 極低炭素鋼を精錬するため転炉では、吹き止めＣ量を低くするとＣ−Ｏ平衡の関係から溶鋼中の酸素量が多くなり、 その酸素が後工程で添加するAlと反応して非金属介在物となることから、吹き止めＣ量を厳格に制御することが必要となる。 また、取鍋への出鋼時のスラグ流出を完全に防止することも必要である。 さらに、極低炭素鋼では、Ti、Nb、Ｂ等の微量元素を添加するため、 真空脱ガス処理装置で溶鋼を攪拌しながら元素鉱を添加調整するため、溶鋼温度が低温になり、 その結果、 粘度も上がり、 非金属介在物の浮上分離を阻害する。
【００１１】
また、真空脱ガス処理、 取鍋、タンディッシュのそれぞれにおいても、詳細は省略するが、 非金属介在物の生成と成長を押える工夫がされ、 また、次工程に流出しない工夫がなされている。
一方、 連鋳ラインにおいても、非金属介在物の生成を押える様々な工夫がされているが未だ十分ではなく、 モールド内での湯面レベル変動や、 温度変動等に起因してシェル内での未凝固の溶鋼の流動状態が変化し、非金属介在物の生成原因となる恐れがあるのが現状である。
【００１２】
また、モールドへの鋳込み処理においては、 その他のブレークアウト、 オシレーションマーク等の重大欠陥にも同様の注意を払う必要がある。
本発明は、 連鋳ラインの作業者がモニタする鋳込状況監視画面を改善し、 作業者への注意喚起をリアルタイムでビジュアルに行うことを可能として、作業者が異常状態を的確に把握することを可能とし、 作業者の対応を迅速化させ、その結果、 欠陥のない鋼板を製造させるものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、 以下の各項記載の連鋳の鋳込状況監視システムおよび鋳込状況監視プログラムによって上記課題を解決した。
１．連鋳ラインにおいて、溶鋼のモールドへの鋳込み状況をモニタ画面上に表示して、作業者の監視の用に供する連鋳の鋳込状況監視システムであって、前記溶鋼の情報を上位計算機から取得する工程と、 前記モールドの状況を、モールドの内部および／または近傍に設けたセンサから取得する工程と、 前記の溶鋼の情報とモールドの状況に基づき、 モールド内での溶鋼の鋳込み状況をシミュレーションする工程と、 該シミュレーションに基づく溶鋼の流動状況をモニタ画面に擬似的に表示する工程と、 を有すると共に、前記溶鋼の情報が、過去に同一組成の溶鋼で鋳造したスラブから下流工程で製造された鋼板材の欠陥検出実績を蓄積した情報を含むものであって、該欠陥検出実績を蓄積した情報を前記シミュレーションのパラメータの一つとするようにしたことを特徴とする連鋳の鋳込状況監視システム。
２．前記シミュレーションが有限要素法に基づくシミュレーションであって、溶鋼の流動状況を矢印付きのベクトル表示として画面上に表示することを特徴とする上記１．に記載の連鋳の鋳込状況監視システム。
３．前記のモールドの状況を取得するセンサを、 モールド内溶鋼面レベル計、モールド温度計、オシレーションマーク検出器、ブレークアウト検出器のうちの少なくとも１つ以上とすることを特徴とする上記１．又は２．に記載の連鋳の鋳込状況監視システム。
４．連鋳ラインにおいて、溶鋼のモールドへの鋳込み状況をモニタ画面上に表示して、作業者の監視の用に供する連鋳の鋳込状況監視プログラムであって、前記溶鋼の情報を上位計算機から取得するステップと、 前記モールドの状況を、モールドの内部および／または近傍に設けたセンサから取得するステップと、 前記の溶鋼の情報とモールドの状況に基づき、 モールド内での溶鋼の鋳込み状況をシミュレーションするステップと、 該シミュレーションに基づく溶鋼の流動状況をモニタ画面に擬似的に表示するステップと、 を有すると共に、前記溶鋼の情報が、過去に同一組成の溶鋼で鋳造したスラブから下流工程で製造された鋼板材の欠陥検出実績を蓄積した情報を含むものであって、該欠陥検出実績を蓄積した情報を前記シミュレーションのパラメータの一つとするようにしたことを特徴とする連鋳の鋳込状況監視プログラム。
５．前記シミュレーションが有限要素法に基づくシミュレーションであって、溶鋼の流動状況を矢印付きのベクトル表示として画面上に表示することを特徴とする上記４．に記載の連鋳の鋳込状況監視プログラム。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、図２に基づき、 モールド４内の溶鋼13と凝固殻14の状態について説明する。モールド４は、銅等の金属製の鋳型であり、 内部に冷却水4aを通すことで冷却されている。ここで、図示しないタンディッシュ下部の浸漬ノズル3aから吐出された溶鋼流13a は、モールド４の短辺面の凝固シェル14に衝突して分流し、図示のように上昇流と下降流となる。この上昇流は、 モールド４内短辺近傍に湯面変動を発生させ、 湯面上の溶融フラックス12とパウダ11からなるスラグを溶鋼中に巻き込ませる。一方、下降流に乗った非金属介在物（微小のため図示していない）は、奥深くまで侵入して凝固面に補足され非金属介在物欠陥となる。ここで、15は、パウダで形成されたパウダフィルムであり、16は、モールド４との隙間を示す。また、17は、連鋳材の鋳込み方向を示す。
【００１５】
このような、モールド内で溶鋼流や温度等がダイナミックに変化する様子は各種のシミュレーション技法を用いてシミュレーションすることができる。
モールドの凝固や溶鋼の流動の様子をシミュレーションする最も代表的な技法としては有限要素法（ＦＥＭ）をあげることができる。ただし、本発明では、 シミュレーション技法をこれに限定するものではない。
【００１６】
有限要素法でモールド内の溶鋼の流動を表示する最も代表的な手法は、溶鋼の流れの方向と速さを矢印つきのベクトルで表し、 モールド内の各点でのベクトルの変化を動的に表示するものである。また、同様にモールド内での温度変動等をシミュレーションし、溶鋼温度の違いを色表示することもできる。
次に、 本発明の連鋳の鋳込状況監視システムについて、図１に基づき説明する。なお、図３で既に説明した部材と同一の各部材には同一の番号を付し、 ここでの説明を省略する。
【００１７】
本発明は、 図１に示す連鋳ラインにおいて、溶鋼13のモールド４への鋳込み状況をモニタ画面25上に表示して、作業者の監視の用に供する連鋳の鋳込状況監視システムである。特に、 本発明においては、 鋳込中の当該溶鋼13の情報を上位計算機32から取得する工程と、 鋳込中のモールド４の状況を、モールド４の内部および／または近傍に設けたセンサ21〜24から取得する工程と、 前記の溶鋼13の情報とモールド４の状況に基づき、 モールド４内での溶鋼13の鋳込み状況を例えば、 制御用計算機20内で有限要素法等を適用してシミュレーションする工程と、 該シミュレーションに基づく溶鋼の流動状況をモニタ画面25の画面上に設けた鋳込状況の擬似画面表示部27に擬似的に表示する工程と、 を有するものである。ここで、モニタ画面25上には、 適宜、鋳込状況データ表示部26を設けるようにすれば良く、 また、該シミュレーションに基づくモールド内部の擬似表示画面を全画面表示とするようにしても良い。
【００１８】
ところで、前記の溶鋼の情報としては、過去に同一組成の溶鋼で鋳造したスラブ（図示せず）を用いて下流工程で製造された薄鋼板材の欠陥検出実績を蓄積した情報を含むものとし、その欠陥検出実績を蓄積した情報を下流工程での別のライン計算機31b 、31c 等を介して上位計算機32で蓄積し、 その情報を受け取って、前記のシミュレーションのパラメータの一つとすることを好適とする。こうすることで、 シミュレーション精度を更に向上することが可能となる。更に、 前記シミュレーションを有限要素法に基づくシミュレーションとして、かつ、溶鋼の流動状況を矢印付きのベクトル表示として画面上に表示することを好適とする。こうすることで、表示する作業者の視認性を向上することができる。
【００１９】
また、下流工程で欠陥が発見されたスラブ、 あるいは、その一部の鋳込み実績を蓄積しておき、 同一組成の溶鋼を鋳込む際に、 下流工程で欠陥が検出された薄鋼板材の素材スラブの鋳造時と同じような画面が現れたら、 注意ブザー音を発するとともに、リアルに適正化することで清浄化を図る。
ここで、表示する擬似画面を模式的に示した例を、図１（ｂ）、および、図１（ｃ）に示す。図１（ｂ）は、正常時の流動状況の例を示す擬似画面例であり、 図１（ｃ）は、ブレークアウト発生時の異常状態での流動状況の例を示す擬似画面例である。
【００２０】
なお、モールドの内部および／または近傍に設けるセンサとしては、モールド内溶鋼面レベル計、モールド温度計、オシレーションマーク検出器、ブレークアウト検出器のうちの少なくとも１つ以上とすることが好ましい。これらのセンサを適宜組み合わせて用いることで、 シミュレーションを高精度に実現することができる。
【００２１】
モールド内溶鋼面レベル計は、例えば、 レーザ距離計を適用することで実現できる。モールド温度計は、モールド内に熱電対等の温度計を埋め込んで実現することができ、 好適には、 モールド内に２次元的に多数埋め込んでおく。こうすることで、シミュレーションの精度が向上できる。オシレーションマーク検出器やブレークアウト検出器は、可視、または、赤外線式のＩＴＶ（工業用カメラ）、ＣＣＤカメラ等を適用し、 取得した画像を処理することで容易に実現することができる。
【００２２】
なお、本発明の実用化に伴い、 更に、 以下に説明するシステムを構築することも可能となる。
まず、本発明の連鋳の鋳込状況監視システムを適用し、モールド内での鋳込み状況を監視し、その異常を連鋳材の位置情報とともに蓄積する。そして、 後工程での圧延後のコイル探傷を表面自動探傷機で実施し、 その検出した欠陥信号を、コイルの表裏、 幅方向、長手方向を含めた欠陥存在位置情報として蓄積し、 更に、 非金属介在物自動センサで検出した非金属介在物情報を、 コイルの表裏、 幅方向、長手方向を含めた欠陥存在位置情報として蓄積する。
【００２３】
そして、連鋳工程、下流工程を含めて統括する上位計算機に蓄積した、以上の３つの蓄積データを対応付けることで、非金属介在物欠陥の発生を事前に予知することも可能となり、 また、欠陥の発生しないモールド内溶鋼の擬似監視システムを構築することができるのである。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によって、 連鋳ラインの作業者に、モールド内の溶鋼の状況を視覚的にリアルタイムに表示することが可能となり、 作業者が異常状態を的確に把握することを可能とし、作業者の対応を迅速化させ、 結果として、 欠陥のない鋼板を製造させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鋳込状況監視システム（ａ）、および、正常時の擬似画面例（ｂ）と異常発生時の擬似画面例（ｃ）の模式図である。
【図２】模式図連鋳モールド内での鋳込み状況を示す模式図である。
【図３】連鋳設備の部分模式図である。
【符号の説明】
１    連鋳材
２    取鍋
３    タンディッシュ
3a    浸漬ノズル
４    モールド
4a    冷却水
５    ピンチロール
11    パウダ
12    溶融フラックス
13    溶鋼
13a   溶鋼流
14    凝固殻（シェル）
15    パウダフィルム
16    隙間
17    鋳込み方向
20    制御用計算機
21    モールド内溶鋼面レベル計
22    モールド温度計
23    オシレーションマーク検出器
24    ブレークアウト検出器
25    オペレータ監視用画面表示装置
26    鋳込状況データ表示部
27    鋳込状況の擬似画面表示部
27a 、27b   鋳込状況の擬似画面表示例
31a   連鋳ライン計算機
31b 、31c   （他ラインの) ライン計算機
32    上位計算機
【図１】
0003856686.tif 000002
【図２】
0003856686.tif 000003
【図３】
0003856686.tif 000004