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発明の名称 連続鋳造鋳片の非定常バルジング検知方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−136480(P2007−136480A)
公開日 平成19年6月7日(2007.6.7)
出願番号 特願2005−331179(P2005−331179)
出願日 平成17年11月16日(2005.11.16)
代理人 【識別番号】100105968
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 憲一郎
発明者 酒井 純
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。
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




 

 


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