JP2001239353A - 連続鋳造における鋳型内鋳造異常検出方法 - Google Patents
連続鋳造における鋳型内鋳造異常検出方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い精度でブレークアウト、表面欠陥、また
は溶融金属流動異常などの鋳型内鋳造異常を検出する方
法を提供することを課題とする。 【解決手段】 鋳造方向に間隔をおいて鋳型１１の複数
箇所に埋設した温度計測手段１６，１７で鋳型温度を計
測し、鋳型温度計測値に基づいて各計測点における鋳型
内面１２での熱流束を伝熱逆問題手法を用いてそれぞれ
推定する。そして、鋳型内鋳片１の任意の点が２箇所の
計測点を通過する経過時間またはその近くで熱流束推定
値がそれぞれの計測点についてあらかじめ設定した限界
値以上にかつ計測点順に低下したことによりブレークア
ウトを検出する。
は溶融金属流動異常などの鋳型内鋳造異常を検出する方
法を提供することを課題とする。 【解決手段】 鋳造方向に間隔をおいて鋳型１１の複数
箇所に埋設した温度計測手段１６，１７で鋳型温度を計
測し、鋳型温度計測値に基づいて各計測点における鋳型
内面１２での熱流束を伝熱逆問題手法を用いてそれぞれ
推定する。そして、鋳型内鋳片１の任意の点が２箇所の
計測点を通過する経過時間またはその近くで熱流束推定
値がそれぞれの計測点についてあらかじめ設定した限界
値以上にかつ計測点順に低下したことによりブレークア
ウトを検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は連続鋳造における鋳
造異常、特に鋳型内の鋳片に発生したブレークアウト、
表面欠陥、溶融金属流動の異常などをオンラインで検出
する方法に関する。
造異常、特に鋳型内の鋳片に発生したブレークアウト、
表面欠陥、溶融金属流動の異常などをオンラインで検出
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】連続鋳造機の鋳型内にある溶融金属の凝
固状態を鋳造中に知ることは、凝固シェルの不均一生成
に起因する鋳片表面欠陥発生のオンライン検出やブレー
クアウト、場面振動等の操業異常の予知を行う上での必
要条件であり、連続鋳造操業および品質管理上、重要で
ある。したがって、従来多くの鋳型内鋳造異常検出方法
が提案されている。
固状態を鋳造中に知ることは、凝固シェルの不均一生成
に起因する鋳片表面欠陥発生のオンライン検出やブレー
クアウト、場面振動等の操業異常の予知を行う上での必
要条件であり、連続鋳造操業および品質管理上、重要で
ある。したがって、従来多くの鋳型内鋳造異常検出方法
が提案されている。
【０００３】溶融金属の凝固厚みと凝固シェルの温度プ
ロフイールを知るには鋳型内面の熱流束を知る必要があ
り、従来、溶融金属の鋳型内の熱流束を２つの熱電対を
鋳型の抜熱方向の異なる位置に配置し、鋳型材質の熱伝
導率λ、２点の熱電対の距離ｄと熱電対による温度計測
値から得られる温度差ΔＴから、熱流束ｑを、 ｑ＝（λ／ｄ）・ΔＴ の式により求めようとする試みはあった。しかし、鋳型
内面と水冷溝間の狭い空間内に２点の熱電対を配置し、
維持・管理をすることが困難であるという問題があっ
た。さらに、この方法で導出される熱流束は、鋳型内温
度分布が定常状態にあることが前提となっており、非定
常状態の程度が大きくなるにつれ、実際の熱流束値に対
する推定誤差が大きくなるという問題がある。
ロフイールを知るには鋳型内面の熱流束を知る必要があ
り、従来、溶融金属の鋳型内の熱流束を２つの熱電対を
鋳型の抜熱方向の異なる位置に配置し、鋳型材質の熱伝
導率λ、２点の熱電対の距離ｄと熱電対による温度計測
値から得られる温度差ΔＴから、熱流束ｑを、 ｑ＝（λ／ｄ）・ΔＴ の式により求めようとする試みはあった。しかし、鋳型
内面と水冷溝間の狭い空間内に２点の熱電対を配置し、
維持・管理をすることが困難であるという問題があっ
た。さらに、この方法で導出される熱流束は、鋳型内温
度分布が定常状態にあることが前提となっており、非定
常状態の程度が大きくなるにつれ、実際の熱流束値に対
する推定誤差が大きくなるという問題がある。
【０００４】また、特願平９−２７３７４５号公報「連
続鋳造設備における鋳型内異常判定方法」では、鋳型の
銅板表面に熱電対の先端を露出し、鋳型の銅板表面の鋳
造側となる温度を測定して鋳型内の溶融金属の凝固状態
およびパウダー潤滑状態を求め、鋳造時の異常を判定す
る。これにより、溶融金属の流出等による鋳造中断事故
（ブレークアウト）、鋳片表面欠陥の発生を最小に抑え
て歩留まりの向上を図る。この鋳型内異常判定方法で
は、鋳片内の熱流束を求めるものではないので、鋳型内
の凝固状態や凝固シェルの厚さを知ることはできない。
このために、表面欠陥、溶融金属流動の異常などをオン
ラインで検出することはできない。また、多数の熱電対
をこれの先端を鋳型表面に露出させて鋳型に取り付ける
必要がある。
続鋳造設備における鋳型内異常判定方法」では、鋳型の
銅板表面に熱電対の先端を露出し、鋳型の銅板表面の鋳
造側となる温度を測定して鋳型内の溶融金属の凝固状態
およびパウダー潤滑状態を求め、鋳造時の異常を判定す
る。これにより、溶融金属の流出等による鋳造中断事故
（ブレークアウト）、鋳片表面欠陥の発生を最小に抑え
て歩留まりの向上を図る。この鋳型内異常判定方法で
は、鋳片内の熱流束を求めるものではないので、鋳型内
の凝固状態や凝固シェルの厚さを知ることはできない。
このために、表面欠陥、溶融金属流動の異常などをオン
ラインで検出することはできない。また、多数の熱電対
をこれの先端を鋳型表面に露出させて鋳型に取り付ける
必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、鋳型内面と
水冷溝間に配置した鋳型温度計測値から定常状態だけで
なく非定常状態にある溶融金属鋳型表面の熱流束を推定
し、これに基づき高い精度でブレークアウト、表面欠
陥、または溶融金属流動異常などの鋳型内鋳造異常を検
出する方法を提供することを課題とする。
水冷溝間に配置した鋳型温度計測値から定常状態だけで
なく非定常状態にある溶融金属鋳型表面の熱流束を推定
し、これに基づき高い精度でブレークアウト、表面欠
陥、または溶融金属流動異常などの鋳型内鋳造異常を検
出する方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１発明の連続鋳造にお
ける鋳型内鋳造異常検出方法は、鋳造方向に間隔をおい
て鋳型の複数箇所に埋設した温度計測手段で鋳型温度を
計測し、鋳型温度計測値に基づいて各計測点における鋳
型内面での熱流束を伝熱逆問題手法を用いてそれぞれ推
定する。そして、鋳型内鋳片の任意の点が２箇所の計測
点を通過する経過時間またはその近くで熱流束推定値が
それぞれの計測点についてあらかじめ設定した限界値以
上にかつ計測点順に低下したことによりブレークアウト
を検出する。
ける鋳型内鋳造異常検出方法は、鋳造方向に間隔をおい
て鋳型の複数箇所に埋設した温度計測手段で鋳型温度を
計測し、鋳型温度計測値に基づいて各計測点における鋳
型内面での熱流束を伝熱逆問題手法を用いてそれぞれ推
定する。そして、鋳型内鋳片の任意の点が２箇所の計測
点を通過する経過時間またはその近くで熱流束推定値が
それぞれの計測点についてあらかじめ設定した限界値以
上にかつ計測点順に低下したことによりブレークアウト
を検出する。
【０００７】ブレークアウトは、鋳型と鋳片の間に噛み
込んだ異物や鋳片の割れ等で部分的に鋳片凝固層厚みが
薄くなった部位が破損し溶融金属が流出することで発生
する。ブレークアウトにつながるような凝固層が鋳型を
通過する際は、その原因となる異物または割れの影響で
凝固層から鋳型への熱移動が妨げられ、熱流束の低下が
起こる。したがって、上記方法で求めた各計測点におけ
る熱流束の減少量により、ブレークアウトの発生を検知
することができる。
込んだ異物や鋳片の割れ等で部分的に鋳片凝固層厚みが
薄くなった部位が破損し溶融金属が流出することで発生
する。ブレークアウトにつながるような凝固層が鋳型を
通過する際は、その原因となる異物または割れの影響で
凝固層から鋳型への熱移動が妨げられ、熱流束の低下が
起こる。したがって、上記方法で求めた各計測点におけ
る熱流束の減少量により、ブレークアウトの発生を検知
することができる。
【０００８】第２発明の連続鋳造における鋳型内鋳造異
常検出方法は、鋳型に埋設した温度計測手段で鋳型温度
を計測し、鋳型温度計測値に基づいて鋳型内面での熱流
束を伝熱逆問題手法を用いて推定する。そして、熱流束
推定値をウエーブレット変換して得られる各変動周期ご
との変動成分および平均成分の時系列値に基づき鋳型内
鋳片の表面欠陥を検出する。
常検出方法は、鋳型に埋設した温度計測手段で鋳型温度
を計測し、鋳型温度計測値に基づいて鋳型内面での熱流
束を伝熱逆問題手法を用いて推定する。そして、熱流束
推定値をウエーブレット変換して得られる各変動周期ご
との変動成分および平均成分の時系列値に基づき鋳型内
鋳片の表面欠陥を検出する。
【０００９】鋳片の割れは上記ブレークアウトの程度の
小さいものとみなせる。したがって、上述のブレークア
ウト判定の熱流束低下のレベル値を変更することで、大
きな割れは検知可能であるが、割れの大きさが小さくな
るにつれ、外乱等の影響で判定が困難になる。鋳片の割
れは、鋳型内における凝固不均一が原因で起こり、凝固
不均一の原因は主として鋳型と鋳片間に流入するパウダ
ー層の状態に支配されており、これは伝熱抵抗の変動と
して、鋳型内面の熱流束に反映される。したがって、第
１発明の方法で導出した熱流束の時系列変化の中には、
割れの原因となるパウダー層の状態に関する情報が埋め
込まれており、ウエーブレット変換により変動周期ごと
に熱流束の乱れ量を検知することで、パウダー層伝熱抵
抗の健全性の評価を介して鋳片表面欠陥の判定ができ
る。具体的には上記熱流束乱れの発生する変動周期から
表面欠陥の大きさが、各変動周期帯の熱流束変動量の振
幅から表面欠陥の発生頻度が判定できる。検出される表
面欠陥は、縦割れ、縦割れに比べて割れ長さが小さい横
割れ、微少ヘゲなどである。
小さいものとみなせる。したがって、上述のブレークア
ウト判定の熱流束低下のレベル値を変更することで、大
きな割れは検知可能であるが、割れの大きさが小さくな
るにつれ、外乱等の影響で判定が困難になる。鋳片の割
れは、鋳型内における凝固不均一が原因で起こり、凝固
不均一の原因は主として鋳型と鋳片間に流入するパウダ
ー層の状態に支配されており、これは伝熱抵抗の変動と
して、鋳型内面の熱流束に反映される。したがって、第
１発明の方法で導出した熱流束の時系列変化の中には、
割れの原因となるパウダー層の状態に関する情報が埋め
込まれており、ウエーブレット変換により変動周期ごと
に熱流束の乱れ量を検知することで、パウダー層伝熱抵
抗の健全性の評価を介して鋳片表面欠陥の判定ができ
る。具体的には上記熱流束乱れの発生する変動周期から
表面欠陥の大きさが、各変動周期帯の熱流束変動量の振
幅から表面欠陥の発生頻度が判定できる。検出される表
面欠陥は、縦割れ、縦割れに比べて割れ長さが小さい横
割れ、微少ヘゲなどである。
【００１０】第３発明の連続鋳造における鋳型内鋳造異
常検出方法は、鋳造方向に間隔をおいて鋳型の複数箇所
に埋設した温度計測手段で鋳型温度を計測し、鋳型温度
計測値に基づいて鋳型内面での熱流束を伝熱逆問題手法
を用いて推定し、熱流束推定値に基づき鋳片内部の熱流
束より溶融金属流出起因の対流熱伝達量を推定し、対流
熱伝達量推定値により鋳型内溶融金属流動の異常を判定
する。
常検出方法は、鋳造方向に間隔をおいて鋳型の複数箇所
に埋設した温度計測手段で鋳型温度を計測し、鋳型温度
計測値に基づいて鋳型内面での熱流束を伝熱逆問題手法
を用いて推定し、熱流束推定値に基づき鋳片内部の熱流
束より溶融金属流出起因の対流熱伝達量を推定し、対流
熱伝達量推定値により鋳型内溶融金属流動の異常を判定
する。
【００１１】上記のようにして算出した対流熱伝達量と
溶融金属流速との間には因果関係が存在するので、溶融
金属側の対流熱伝達量により鋳型内流動の異常を判定す
ることができる。鋳型内流動の異常は場面のパウダー巻
込み、介在物（アルミナクラスター、鍋スラグ）の鋳片
へのトラップなど内部欠陥の原因となる。
溶融金属流速との間には因果関係が存在するので、溶融
金属側の対流熱伝達量により鋳型内流動の異常を判定す
ることができる。鋳型内流動の異常は場面のパウダー巻
込み、介在物（アルミナクラスター、鍋スラグ）の鋳片
へのトラップなど内部欠陥の原因となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】スラブの連続鋳造を例として、本
発明の実施の形態を説明する。図１は、鋳型および鋳型
内鋳片（溶融金属および凝固シェルからなっている）を
スラブ幅方向に沿う縦断面で模式的に示している。
発明の実施の形態を説明する。図１は、鋳型および鋳型
内鋳片（溶融金属および凝固シェルからなっている）を
スラブ幅方向に沿う縦断面で模式的に示している。
【００１３】図１に示すように、鋳型１１内に水冷溝１
３が形成されており、水冷溝１３には冷却水温度を計測
する冷却水温度計測手段１５が設けられている。冷却水
量は、流量計１４で計測される。水冷溝１３を通過する
冷却水で鋳型１１を冷却し、鋳型内鋳片１より抜熱す
る。第１鋳型温度計測手段１６および第２鋳型温度計測
手段１７が、鋳型内面１２と水冷溝１３との間に上下
（鋳造）方向に間隔ｄをおいて埋設されている。熱流
束、鋳型温度分布その他を精度よく求めるために、第１
鋳型温度計測手段１６は溶融スラグ液相部分７、または
凝固開始点もしくはこの近くに配置することが望まし
く、第２鋳型温度計測手段１７は凝固シェル５の部分に
配置する。両温度計測手段１６，１７の間隔ｄは、鋳造
条件、鋳片寸法などに応じて操業実績に基づき鋳造異常
検出に適した間隔とする。図１では、上下方向に２個の
鋳型温度計測手段を配置しているが、必要に応じて上下
方向に例えば３〜５個配置してもよい。熱流束および鋳
型表面温度の鋳造方向の分布は、鋳型温度計測手段（温
度計測点）の数を増すとそれだけ高精度で求めることが
できる。また、上下で対となった鋳型温度計測手段１
６，１７を、鋳片１の幅に従い鋳片幅方向に例えば２〜
６組配置するようにしてもよい。なお、鋳造方向に対し
直角方向に関しては、温度計測手段は１個でよい。上記
冷却水温度計測手段１５、および鋳型温度計測手段１
６，１７として、例えば熱電対、サーミスターなどを用
いる。温度計測値および流量計測値は、コンピュータ１
９に送信する。コンピューター１９には、あらかじめ鋳
造条件、鋳型材質の熱伝導度、温度計測点の鋳型内面か
らの距離その他熱流束、温度分布、対流伝熱量などの演
算に必要なデータおよび演算プログラムが入力されてい
る。
３が形成されており、水冷溝１３には冷却水温度を計測
する冷却水温度計測手段１５が設けられている。冷却水
量は、流量計１４で計測される。水冷溝１３を通過する
冷却水で鋳型１１を冷却し、鋳型内鋳片１より抜熱す
る。第１鋳型温度計測手段１６および第２鋳型温度計測
手段１７が、鋳型内面１２と水冷溝１３との間に上下
（鋳造）方向に間隔ｄをおいて埋設されている。熱流
束、鋳型温度分布その他を精度よく求めるために、第１
鋳型温度計測手段１６は溶融スラグ液相部分７、または
凝固開始点もしくはこの近くに配置することが望まし
く、第２鋳型温度計測手段１７は凝固シェル５の部分に
配置する。両温度計測手段１６，１７の間隔ｄは、鋳造
条件、鋳片寸法などに応じて操業実績に基づき鋳造異常
検出に適した間隔とする。図１では、上下方向に２個の
鋳型温度計測手段を配置しているが、必要に応じて上下
方向に例えば３〜５個配置してもよい。熱流束および鋳
型表面温度の鋳造方向の分布は、鋳型温度計測手段（温
度計測点）の数を増すとそれだけ高精度で求めることが
できる。また、上下で対となった鋳型温度計測手段１
６，１７を、鋳片１の幅に従い鋳片幅方向に例えば２〜
６組配置するようにしてもよい。なお、鋳造方向に対し
直角方向に関しては、温度計測手段は１個でよい。上記
冷却水温度計測手段１５、および鋳型温度計測手段１
６，１７として、例えば熱電対、サーミスターなどを用
いる。温度計測値および流量計測値は、コンピュータ１
９に送信する。コンピューター１９には、あらかじめ鋳
造条件、鋳型材質の熱伝導度、温度計測点の鋳型内面か
らの距離その他熱流束、温度分布、対流伝熱量などの演
算に必要なデータおよび演算プログラムが入力されてい
る。
【００１４】第１発明は、鋳造方向に間隔ｄをおいて鋳
型１１の複数箇所に埋設した温度計測手段１６，１７で
鋳型温度を計測し、鋳型温度計測値に基づいて各計測点
における鋳型内面１２での熱流束を伝熱逆問題手法を用
いてそれぞれ推定する。熱流束の推定方法は、温度分布
などの推定とともに後でまとめて説明する。
型１１の複数箇所に埋設した温度計測手段１６，１７で
鋳型温度を計測し、鋳型温度計測値に基づいて各計測点
における鋳型内面１２での熱流束を伝熱逆問題手法を用
いてそれぞれ推定する。熱流束の推定方法は、温度分布
などの推定とともに後でまとめて説明する。
【００１５】鋳型内鋳片１の任意の点が２箇所の計測点
を通過する経過時間またはその近くで熱流束推定値がそ
れぞれの計測点についてあらかじめ設定した限界値以上
にかつ計測点順に低下したことによりブレークアウトを
検出する。上記経過時間またはその近くの時間τは、次
の式で示される。 ｄ／ｖc≦τ≦（１＋α）ｄ／ｖc ここで、ｄは上下温度計測点の間隔であり、ｖcは鋳造
速度である。αは余裕係数で、０．０１〜０．１程度で
ある。余裕係数αは、鋳型内鋳片の異物噛み込み部の移
動が第１計測点から第２計測点に至る間で遅れた場合、
遅れ時間を考慮した係数である。限界値は、鋳造条件、
鋳片寸法などに応じて操業実績に基づいて設定する。
を通過する経過時間またはその近くで熱流束推定値がそ
れぞれの計測点についてあらかじめ設定した限界値以上
にかつ計測点順に低下したことによりブレークアウトを
検出する。上記経過時間またはその近くの時間τは、次
の式で示される。 ｄ／ｖc≦τ≦（１＋α）ｄ／ｖc ここで、ｄは上下温度計測点の間隔であり、ｖcは鋳造
速度である。αは余裕係数で、０．０１〜０．１程度で
ある。余裕係数αは、鋳型内鋳片の異物噛み込み部の移
動が第１計測点から第２計測点に至る間で遅れた場合、
遅れ時間を考慮した係数である。限界値は、鋳造条件、
鋳片寸法などに応じて操業実績に基づいて設定する。
【００１６】図２（ａ）は鋳造経過時間と熱電対により
計測した鋳型温度との関係を、図２（ｂ）は鋳造経過時
間と鋳型計測温度より推測した熱流束との関係をそれぞ
れ示している。第１温度計測点は鋳型上面から１８０m
m、第２温度計測点は３４０mmである。これらの図か
ら、熱流束の変化が鋳型温度の変化より細かく、かつシ
ャープであり、明確となっていることがわかる。したが
って、熱流束の変化によるブレークアウトの検出が鋳型
温度の変化に比べて、より高い信頼度でより小さなブレ
ークアウトを検出できる。
計測した鋳型温度との関係を、図２（ｂ）は鋳造経過時
間と鋳型計測温度より推測した熱流束との関係をそれぞ
れ示している。第１温度計測点は鋳型上面から１８０m
m、第２温度計測点は３４０mmである。これらの図か
ら、熱流束の変化が鋳型温度の変化より細かく、かつシ
ャープであり、明確となっていることがわかる。したが
って、熱流束の変化によるブレークアウトの検出が鋳型
温度の変化に比べて、より高い信頼度でより小さなブレ
ークアウトを検出できる。
【００１７】図２（ｂ）において、第１計測点の熱流束
推定値が限界値ａ以下に低下し、続いて前記経過時間内
に第１計測点の熱流束推定値が限界値ｂ以下に低下する
と、ブレークアウトが発生したと判定する。なお、図２
（ｂ）で円で囲んだ部分で示すように、異物噛込みも検
出可能である。
推定値が限界値ａ以下に低下し、続いて前記経過時間内
に第１計測点の熱流束推定値が限界値ｂ以下に低下する
と、ブレークアウトが発生したと判定する。なお、図２
（ｂ）で円で囲んだ部分で示すように、異物噛込みも検
出可能である。
【００１８】第２発明は、上記熱流束に基づいて縦割れ
などの表面欠陥を検出する。鋳片の割れは上記ブレーク
アウトの程度の小さいものとみなせる。したがって、上
述のブレークアウト判定の前記限界値ａ、ｂを変更する
ことで、大きな割れは検知可能であるが、割れの大きさ
が小さくなるにつれ、外乱等の影響で判定が困難にな
る。
などの表面欠陥を検出する。鋳片の割れは上記ブレーク
アウトの程度の小さいものとみなせる。したがって、上
述のブレークアウト判定の前記限界値ａ、ｂを変更する
ことで、大きな割れは検知可能であるが、割れの大きさ
が小さくなるにつれ、外乱等の影響で判定が困難にな
る。
【００１９】図３（ａ）は、縦割れが生じた場合の鋳造
経過時間と熱電対により計測した鋳型温度との関係を示
している。図３（ｂ）は、上記と同じ場合の鋳造経過時
間と鋳型計測温度より推定した熱流束との関係を示して
いる。温度計測手段から鋳型内面までの伝熱抵抗による
伝熱遅れのために、図３（ａ）に示すように鋳型内面に
おける伝熱変化が鈍った状態でしか検出できない。図２
で説明したと同様に、図３（ｂ）では熱流束の変化は鋳
型温度の変化より細かく、かつシャープであり、明確と
なっていることがわかる。しかし、上述のように割れが
小さくなると、図３（ｂ）により小さな割れを検出する
ことは困難である。
経過時間と熱電対により計測した鋳型温度との関係を示
している。図３（ｂ）は、上記と同じ場合の鋳造経過時
間と鋳型計測温度より推定した熱流束との関係を示して
いる。温度計測手段から鋳型内面までの伝熱抵抗による
伝熱遅れのために、図３（ａ）に示すように鋳型内面に
おける伝熱変化が鈍った状態でしか検出できない。図２
で説明したと同様に、図３（ｂ）では熱流束の変化は鋳
型温度の変化より細かく、かつシャープであり、明確と
なっていることがわかる。しかし、上述のように割れが
小さくなると、図３（ｂ）により小さな割れを検出する
ことは困難である。
【００２０】第２発明では、図３（ｂ）に示す熱流束推
定値の経時変化をウエーブレット解析することにより小
さな割れを検出する。図４（ａ）〜（ｄ）および図５
（ａ）〜（ｄ）は、ウエーブレット解析によるそれぞれ
熱流束の周期８秒、１６秒、３２秒および６４秒変動結
果を示している。図４は鋳片に縦割れがある場合、図５
は健全な鋳片の場合である。図４（ｄ）の下に鋳片の縦
割れ手入れ率つまり縦割れの発生率を示している。これ
らのウエーブレット解析結果から、健全鋳片と比較して
縦割れ発生スラブは８秒から３２秒周期帯域の熱流束変
動の乱れが大きくなっていることがわかる。これらの変
動量の大きさ（振幅）と頻度とが縦割れ手入れ率の程度
とよく対応しており、これら周期帯の熱流束変動量を管
理することで縦割れ検出が可能となる。縦割れの大きさ
は上記振幅により、鋳片長さ方向の位置は鋳造経過時間
で決定することができる。縦割れ発生鋳片は、６４秒周
期帯の上下熱流束挙動が一致しており、鋳片の鋳型から
の浮き上がり挙動を表わしているものと考えられ、縦割
れ原因系検出の可能性を示している。
定値の経時変化をウエーブレット解析することにより小
さな割れを検出する。図４（ａ）〜（ｄ）および図５
（ａ）〜（ｄ）は、ウエーブレット解析によるそれぞれ
熱流束の周期８秒、１６秒、３２秒および６４秒変動結
果を示している。図４は鋳片に縦割れがある場合、図５
は健全な鋳片の場合である。図４（ｄ）の下に鋳片の縦
割れ手入れ率つまり縦割れの発生率を示している。これ
らのウエーブレット解析結果から、健全鋳片と比較して
縦割れ発生スラブは８秒から３２秒周期帯域の熱流束変
動の乱れが大きくなっていることがわかる。これらの変
動量の大きさ（振幅）と頻度とが縦割れ手入れ率の程度
とよく対応しており、これら周期帯の熱流束変動量を管
理することで縦割れ検出が可能となる。縦割れの大きさ
は上記振幅により、鋳片長さ方向の位置は鋳造経過時間
で決定することができる。縦割れ発生鋳片は、６４秒周
期帯の上下熱流束挙動が一致しており、鋳片の鋳型から
の浮き上がり挙動を表わしているものと考えられ、縦割
れ原因系検出の可能性を示している。
【００２１】図４では、計測点が上部熱電対位置と下部
熱電対位置との２箇所であった。１箇所で計測した熱流
束変動量により縦割れなどの表面欠陥を検出することも
できるが、２箇所で計測した方が欠陥検出精度は高くな
る。２箇所で計測の場合、欠陥の有無、大きさ、および
鋳片長さ方向の位置は、熱流束変動量の振幅が大きい方
で判断する。
熱電対位置との２箇所であった。１箇所で計測した熱流
束変動量により縦割れなどの表面欠陥を検出することも
できるが、２箇所で計測した方が欠陥検出精度は高くな
る。２箇所で計測の場合、欠陥の有無、大きさ、および
鋳片長さ方向の位置は、熱流束変動量の振幅が大きい方
で判断する。
【００２２】第３発明では、前記伝熱逆問題手法を鋳型
内にある鋳片凝固層に適用する。熱電対計測値から算出
した鋳型内面熱流束値を鋳片凝固層外表面の既知境界条
件に、鋳型内溶融金属の熱履歴計算で求めた鋳片凝固層
表面温度を観測点にして前記伝熱逆問題を解き、凝固層
厚みと凝固層内面の熱流束を算出し、凝固層内面の熱流
束凝固層内面の熱伝導量より溶融金属側の対流熱伝達量
を算出する。対流熱伝達量と溶融金属流速間には因果関
係が存在するので、溶融金属側の対流熱伝達量により鋳
型内流動の判定を行うことが可能となる。鋳型内流動の
異常が発生時の対流熱伝達量は操業実績データとして蓄
積されており、これと対流熱伝達量推定値と比較して鋳
型内流動の異常を判定する。
内にある鋳片凝固層に適用する。熱電対計測値から算出
した鋳型内面熱流束値を鋳片凝固層外表面の既知境界条
件に、鋳型内溶融金属の熱履歴計算で求めた鋳片凝固層
表面温度を観測点にして前記伝熱逆問題を解き、凝固層
厚みと凝固層内面の熱流束を算出し、凝固層内面の熱流
束凝固層内面の熱伝導量より溶融金属側の対流熱伝達量
を算出する。対流熱伝達量と溶融金属流速間には因果関
係が存在するので、溶融金属側の対流熱伝達量により鋳
型内流動の判定を行うことが可能となる。鋳型内流動の
異常が発生時の対流熱伝達量は操業実績データとして蓄
積されており、これと対流熱伝達量推定値と比較して鋳
型内流動の異常を判定する。
【００２３】前述のように、第１発明および第２発明で
は、鋳型内面と水冷溝との間に埋設した温度計測手段に
より計測した鋳型温度から鋳型内表面の熱流束を推定
し、ブレークアウトまたは表面欠陥を検出する。第３発
明では、上記熱流束に基づいて求めた溶融金属側の対流
熱伝達量により、鋳型内流動の異常を検出する。以下、
鋳型温度計測値に基づき、これら熱流束および対流熱伝
達量を求める方法について説明する。
は、鋳型内面と水冷溝との間に埋設した温度計測手段に
より計測した鋳型温度から鋳型内表面の熱流束を推定
し、ブレークアウトまたは表面欠陥を検出する。第３発
明では、上記熱流束に基づいて求めた溶融金属側の対流
熱伝達量により、鋳型内流動の異常を検出する。以下、
鋳型温度計測値に基づき、これら熱流束および対流熱伝
達量を求める方法について説明する。
【００２４】鋳型内表面の熱流束は、James.V.BECKの非
線形逆伝熱問題の手法［Int.J.Masss Transfer,vol.13,
pp703-716(1970)］を適用し、非定常伝熱方程式の数値
解より、鋳型表面と水冷溝との間に埋設した１点の鋳型
温度計測値を最も良く説明できる熱流束を時系列的に逐
次求める。また、熱流束と非定常伝熱差分方程式の解と
して求められる鋳型内面温度を同時に決定する。
線形逆伝熱問題の手法［Int.J.Masss Transfer,vol.13,
pp703-716(1970)］を適用し、非定常伝熱方程式の数値
解より、鋳型表面と水冷溝との間に埋設した１点の鋳型
温度計測値を最も良く説明できる熱流束を時系列的に逐
次求める。また、熱流束と非定常伝熱差分方程式の解と
して求められる鋳型内面温度を同時に決定する。
【００２５】図６は、鋳型内面１２と鋳型水冷溝１３間
の熱移動を表す概念図である。溶融金属２から鋳型１１
へ流入する熱流束が鋳型１１内を通過し、鋳型水冷溝１
３を流れる冷却水ｗにより抜熱される。熱流束を検出す
るために鋳型内面１２から鋳型水冷溝への垂直方向距離
Ｅの位置に熱電対１６が設置されている。
の熱移動を表す概念図である。溶融金属２から鋳型１１
へ流入する熱流束が鋳型１１内を通過し、鋳型水冷溝１
３を流れる冷却水ｗにより抜熱される。熱流束を検出す
るために鋳型内面１２から鋳型水冷溝への垂直方向距離
Ｅの位置に熱電対１６が設置されている。
【００２６】図６において、鋳型厚み方向の１次元方向
伝熱のみを考えると、鋳型内面から鋳型水冷溝間の熱移
動を支配する方程式は以下の式で表される。 ρｃp∂Ｔ／∂ｔ＝−∂（λ∂Ｔ／∂ｘ）／∂ｘ (１） Ｔ（Ｅ，ｔ）＝Ｙ（ｔ） （２） λ∂Ｔ（Ｆ，ｔ）／∂ｘ＝ｈｗ（Ｔ（Ｆ，ｔ）−Ｔｗ） （３） Ｔ（ｘ，０）＝Ｔ0（ｘ） （４） ここで、ρは鋳型材料の密度、ｃpは鋳型材料の比熱、
ｘは鋳型内面から水冷溝への任意の位置における垂直方
向距離、Ｅは鋳型内面から鋳型熱電対設置点までの垂直
方向距離、Ｙはその計測値を示す。Ｆは鋳型内面１２か
ら鋳型水冷溝１３までの垂直方向距離を、ｈｗ，Ｔｗは
各々、水側冷却の総括熱伝達係数、水温を示す。Ｔ0
（ｘ）は鋳型内面１２から鋳型水冷溝１３間の垂直方向
の初期温度分布を示し、鋳造開始直前にすべて室温に設
定する。
伝熱のみを考えると、鋳型内面から鋳型水冷溝間の熱移
動を支配する方程式は以下の式で表される。 ρｃp∂Ｔ／∂ｔ＝−∂（λ∂Ｔ／∂ｘ）／∂ｘ (１） Ｔ（Ｅ，ｔ）＝Ｙ（ｔ） （２） λ∂Ｔ（Ｆ，ｔ）／∂ｘ＝ｈｗ（Ｔ（Ｆ，ｔ）−Ｔｗ） （３） Ｔ（ｘ，０）＝Ｔ0（ｘ） （４） ここで、ρは鋳型材料の密度、ｃpは鋳型材料の比熱、
ｘは鋳型内面から水冷溝への任意の位置における垂直方
向距離、Ｅは鋳型内面から鋳型熱電対設置点までの垂直
方向距離、Ｙはその計測値を示す。Ｆは鋳型内面１２か
ら鋳型水冷溝１３までの垂直方向距離を、ｈｗ，Ｔｗは
各々、水側冷却の総括熱伝達係数、水温を示す。Ｔ0
（ｘ）は鋳型内面１２から鋳型水冷溝１３間の垂直方向
の初期温度分布を示し、鋳造開始直前にすべて室温に設
定する。
【００２７】（１）、（３）、（４）式より計算した熱
電対計測点に於ける鋳型温度Ｔ（Ｅ，ｔ）と計測温度Ｙ
（ｔ）の２乗誤差を以下の（５）式で定義し、これが最
小となるような熱流束ｑ（ｔ，０）≡λ∂Ｔ／∂ｘx=0
を（６）式より決定する。 Ｆ（ｑ）＝（Ｔ（Ｅ，ｔ）−Ｙ（ｔ））2 （５） ∂Ｆ（ｑ）／∂ｑ＝０ （６）
電対計測点に於ける鋳型温度Ｔ（Ｅ，ｔ）と計測温度Ｙ
（ｔ）の２乗誤差を以下の（５）式で定義し、これが最
小となるような熱流束ｑ（ｔ，０）≡λ∂Ｔ／∂ｘx=0
を（６）式より決定する。 Ｆ（ｑ）＝（Ｔ（Ｅ，ｔ）−Ｙ（ｔ））2 （５） ∂Ｆ（ｑ）／∂ｑ＝０ （６）
【００２８】以上の説明では、図６で上側温度計測点
（温度計測手段１６の位置）について熱流束を求めた
が、下側温度計測点（図１で温度１７の位置）または計
測点が３箇所以上ある場合でも同様にして計測点の熱流
束を求めることができる。これら求めた熱流束により内
外挿して、鋳造方向の熱流束分布を求める。熱流束は鋳
造方向位置および時間の関数であるが、以下簡単にｑm
で表す。
（温度計測手段１６の位置）について熱流束を求めた
が、下側温度計測点（図１で温度１７の位置）または計
測点が３箇所以上ある場合でも同様にして計測点の熱流
束を求めることができる。これら求めた熱流束により内
外挿して、鋳造方向の熱流束分布を求める。熱流束は鋳
造方向位置および時間の関数であるが、以下簡単にｑm
で表す。
【００２９】つぎに、上記熱流束に基づいて凝固シェル
厚み、凝固シェル内温度分布および凝固シェル表面温度
を求める。
厚み、凝固シェル内温度分布および凝固シェル表面温度
を求める。
【００３０】図７は、溶融金属内の熱移動を示す概念図
である。溶融金属プール内の溶融金属２は、メニスカス
３から鋳造速度に対応した速度で下方に引き抜かれる際
に、鋳型１１により熱流束で冷却され、凝固シェル５を
形成する。メニスカス３における溶融金属温度を初期条
件とし、上で求めた鋳型表面熱流束を境界条件にして溶
融金属２のｘ方向一次元非定常伝熱計算を行う。計算の
便宜のために、ｘ方向は図６とは逆方向にとってある。
ここで、パウダー層の熱慣性が小さいため、凝固シェル
・鋳型表面間のパウダー層内伝熱は擬定常状態が成立す
ると仮定し、鋳型表面熱流束が凝固シェル表面熱流束に
等しいとしている。 Ｃsρs∂Ｔ／∂ｔmeni＝∂（−λs∂Ｔ／∂ｘ）／∂ｘ （７） Ｔ＝Ｔ0 ただし、ｔmeni＝０ (８） −λs∂Ｔ／∂ｘ＝ｑm ただし、ｘ＝０ （９） Ｔ＝ＴL ただし、ｘ＝δ （１０） −λs∂Ｔ／∂ｘ＝ρsＬ（ｄδ／ｄｔ） ただし、ｘ＝０ （１１） ここでｔmeniはメニスカスからの経過時間、ｘは鋳型表
面から凝固シェル内の任意の位置における距離、δは凝
固シェル厚み、Ｌは凝固潜熱、λsは凝固シェルの熱伝
導度、Ｃsは凝固シェルの比熱、ＴLは凝固温度を示す。
である。溶融金属プール内の溶融金属２は、メニスカス
３から鋳造速度に対応した速度で下方に引き抜かれる際
に、鋳型１１により熱流束で冷却され、凝固シェル５を
形成する。メニスカス３における溶融金属温度を初期条
件とし、上で求めた鋳型表面熱流束を境界条件にして溶
融金属２のｘ方向一次元非定常伝熱計算を行う。計算の
便宜のために、ｘ方向は図６とは逆方向にとってある。
ここで、パウダー層の熱慣性が小さいため、凝固シェル
・鋳型表面間のパウダー層内伝熱は擬定常状態が成立す
ると仮定し、鋳型表面熱流束が凝固シェル表面熱流束に
等しいとしている。 Ｃsρs∂Ｔ／∂ｔmeni＝∂（−λs∂Ｔ／∂ｘ）／∂ｘ （７） Ｔ＝Ｔ0 ただし、ｔmeni＝０ (８） −λs∂Ｔ／∂ｘ＝ｑm ただし、ｘ＝０ （９） Ｔ＝ＴL ただし、ｘ＝δ （１０） −λs∂Ｔ／∂ｘ＝ρsＬ（ｄδ／ｄｔ） ただし、ｘ＝０ （１１） ここでｔmeniはメニスカスからの経過時間、ｘは鋳型表
面から凝固シェル内の任意の位置における距離、δは凝
固シェル厚み、Ｌは凝固潜熱、λsは凝固シェルの熱伝
導度、Ｃsは凝固シェルの比熱、ＴLは凝固温度を示す。
【００３１】（７）〜（１１）式を解くことにより、凝
固シェル厚みと同時に凝固シェル内温度分布が求まり、
メニスカスから鋳造方向の任意の位置における凝固シェ
ル表面温度が決定できる。
固シェル厚みと同時に凝固シェル内温度分布が求まり、
メニスカスから鋳造方向の任意の位置における凝固シェ
ル表面温度が決定できる。
【００３２】つぎに、凝固シェル表面熱流束を推定し、
熱対流（溶融金属流動）起因の熱流束を求める方法につ
いて説明する。前記と同様、J.V.BECKの非線形逆伝熱問
題の手法を使う。
熱対流（溶融金属流動）起因の熱流束を求める方法につ
いて説明する。前記と同様、J.V.BECKの非線形逆伝熱問
題の手法を使う。
【００３３】図７に示すような凝固シェル厚み方向の一
次元方向伝熱のみを考えると、支配方程式は以下の式で
表わせる。 ρsＣs∂Ｔ／∂ｔ＝−∂（λs∂Ｔ／∂ｘ）／∂ｘ （１２） Ｔ（０，ｔ）＝Ｙ（ｔ） （１３） λs∂Ｔ（０，ｔ）／∂ｔ＝ｑm （１４） Ｔ（ｘ，０）＝Ｔi（ｘ） （１５） ここで、ｔは任意の時刻を表し、メニスカスからの経過
時刻を示すｔmeniとは別物である。
次元方向伝熱のみを考えると、支配方程式は以下の式で
表わせる。 ρsＣs∂Ｔ／∂ｔ＝−∂（λs∂Ｔ／∂ｘ）／∂ｘ （１２） Ｔ（０，ｔ）＝Ｙ（ｔ） （１３） λs∂Ｔ（０，ｔ）／∂ｔ＝ｑm （１４） Ｔ（ｘ，０）＝Ｔi（ｘ） （１５） ここで、ｔは任意の時刻を表し、メニスカスからの経過
時刻を示すｔmeniとは別物である。
【００３４】ある凝固シェル厚みを仮定し、上の（１
２）〜（１５）式を解くと、仮定した凝固シェル内表面
上の熱流束と温度が求まる。この凝固シェル厚みを適切
な値に設定することにより、計算で求めた凝固シェル内
表面温度と溶融金属凝固温度を一致させることができ、
このときの熱流束が凝固シェル内表面上の熱流束ｑmと
なる。熱流束ｑmは溶融金属の熱対流起因の熱流束と凝
固シェルヘ熱伝導で移動する熱流束および溶融金属の凝
固潜熱として使われた熱量で構成され、これらの関係は
以下の（１６）式で表される。 ｑm−ρＬ（ｄδ／ｄｔ）＝ 〔１／｛（１／α）十Δｘ／λs｝〕（Ｔｂ−Ｔｘ） （１６） ここで、αは溶融金属対流による熱伝達係数、Ｔｘは凝
固シェル内表面からΔｘの距離における凝固シェル温
度、Ｔｂは溶融金属のバルク温度を示す。（１６）式よ
り ｑconv＝α（Ｔｂ−Ｔｘ） ＝（Ｔｂ−Ｔｘ）/〔（Ｔｂ−Ｔｘ）／｛ｑm−ρＬ（ｄδ/ｄｔ）｝ −Δｘ/λs〕 （１７） が熱対流起因の熱流束である。
２）〜（１５）式を解くと、仮定した凝固シェル内表面
上の熱流束と温度が求まる。この凝固シェル厚みを適切
な値に設定することにより、計算で求めた凝固シェル内
表面温度と溶融金属凝固温度を一致させることができ、
このときの熱流束が凝固シェル内表面上の熱流束ｑmと
なる。熱流束ｑmは溶融金属の熱対流起因の熱流束と凝
固シェルヘ熱伝導で移動する熱流束および溶融金属の凝
固潜熱として使われた熱量で構成され、これらの関係は
以下の（１６）式で表される。 ｑm−ρＬ（ｄδ／ｄｔ）＝ 〔１／｛（１／α）十Δｘ／λs｝〕（Ｔｂ−Ｔｘ） （１６） ここで、αは溶融金属対流による熱伝達係数、Ｔｘは凝
固シェル内表面からΔｘの距離における凝固シェル温
度、Ｔｂは溶融金属のバルク温度を示す。（１６）式よ
り ｑconv＝α（Ｔｂ−Ｔｘ） ＝（Ｔｂ−Ｔｘ）/〔（Ｔｂ−Ｔｘ）／｛ｑm−ρＬ（ｄδ/ｄｔ）｝ −Δｘ/λs〕 （１７） が熱対流起因の熱流束である。
【００３５】上記熱流束などを求める演算は、図１に示
すコンピューター１９により図８に示すフローチャート
の命令に従って実行される。
すコンピューター１９により図８に示すフローチャート
の命令に従って実行される。
【００３６】ステップ１で時間ｔにゼロを設定し、ステ
ップ２で時間ｔに微小時間間隔Δｔを加算し、時間を更
新する。ステップ３にて鋳造方向に鋳型内設置された熱
電対の計測値をコンピューター１９に読み込み、ステッ
プ４にてステップ３で読み込んだ熱電対の計測値に基づ
き、鋳型表面の熱流束と鋳型内表面温度Ｔmsを計算す
る。
ップ２で時間ｔに微小時間間隔Δｔを加算し、時間を更
新する。ステップ３にて鋳造方向に鋳型内設置された熱
電対の計測値をコンピューター１９に読み込み、ステッ
プ４にてステップ３で読み込んだ熱電対の計測値に基づ
き、鋳型表面の熱流束と鋳型内表面温度Ｔmsを計算す
る。
【００３７】具体的には、前述の（４）式を初期条件、
（２）式および（３）式を境界条件にして（１）式を離
散化して解く。（１）〜（４）式より計算した熱電対計
測点に於ける鋳型温度Ｔ（Ｅ，ｔ）と計測温度Ｙ（ｔ）
の２乗誤差を以下の前述の（５）式により計算する。
（２）式および（３）式を境界条件にして（１）式を離
散化して解く。（１）〜（４）式より計算した熱電対計
測点に於ける鋳型温度Ｔ（Ｅ，ｔ）と計測温度Ｙ（ｔ）
の２乗誤差を以下の前述の（５）式により計算する。
【００３８】前述の（６）式に示すように２乗誤差Ｆ
（ｑ）の熱流束ｑに関する偏微分係数がゼロに近づくよ
うに、仮定した熱流束値ｑ0を以下の手順にしたがって
修正する。
（ｑ）の熱流束ｑに関する偏微分係数がゼロに近づくよ
うに、仮定した熱流束値ｑ0を以下の手順にしたがって
修正する。
【００３９】仮定した熱流束ｑ0を境界条件にして計算
した鋳型温度計測点における鋳型温度計算値をＴ（Ｅ，
ｔ）０、修正した熱流束ｑ1を境界条件にして計算した
鋳型温度計測点における鋳型温度計算値をＴ（Ｅ，ｔ）
１とすると、Ｔ（Ｅ，ｔ）１をΔｑ≡ｑ1−ｑ0に関して
テーラー展開すると以下のようになる。 Ｔ（Ｅ，ｔ）1＝Ｔ（Ｅ，ｔ）０＋（∂Ｔ（Ｅ，ｔ）０／∂ｑ0） ・（ｑ1−ｑ0） （１８） ここで、感度係数β0を次式のように定義する。 β0≡∂Ｔ（Ｅ，ｔ）０／∂ｑ0 ＝（Ｔ（Ｅ，ｔ）1−Ｔ（Ｅ，ｔ）０）／εｑ0 （１９） ここで、εはｑの最適値を探索するために設定する微小
値であり、例えば、０．００１とする。（１８）式と
（１９）式を（６）式に代入し、ｑ1に関して整理する
と、 ｑ1＝ｑ0＋（Ｔ（Ｅ，ｔ）０−Ｙ（ｔ））／β0 （２０） ｑ1とｑ2を比較し、下記の収束判定式を満足すればｑ1
が求める熱流束である。 （ｑ1−ｑ0）／ｑ0＜０．００１ （２１）
した鋳型温度計測点における鋳型温度計算値をＴ（Ｅ，
ｔ）０、修正した熱流束ｑ1を境界条件にして計算した
鋳型温度計測点における鋳型温度計算値をＴ（Ｅ，ｔ）
１とすると、Ｔ（Ｅ，ｔ）１をΔｑ≡ｑ1−ｑ0に関して
テーラー展開すると以下のようになる。 Ｔ（Ｅ，ｔ）1＝Ｔ（Ｅ，ｔ）０＋（∂Ｔ（Ｅ，ｔ）０／∂ｑ0） ・（ｑ1−ｑ0） （１８） ここで、感度係数β0を次式のように定義する。 β0≡∂Ｔ（Ｅ，ｔ）０／∂ｑ0 ＝（Ｔ（Ｅ，ｔ）1−Ｔ（Ｅ，ｔ）０）／εｑ0 （１９） ここで、εはｑの最適値を探索するために設定する微小
値であり、例えば、０．００１とする。（１８）式と
（１９）式を（６）式に代入し、ｑ1に関して整理する
と、 ｑ1＝ｑ0＋（Ｔ（Ｅ，ｔ）０−Ｙ（ｔ））／β0 （２０） ｑ1とｑ2を比較し、下記の収束判定式を満足すればｑ1
が求める熱流束である。 （ｑ1−ｑ0）／ｑ0＜０．００１ （２１）
【００４０】（２１）式を満足しない場合は、ｑ1を基
準に上と同様の手順で以下の（２２）式に従ってｑiの
計算を行い、（２３）式を満足するまで、計算を繰り返
し、熱流束ｑを決定し、同時に鋳型内表面温度Ｔ（０，
ｔ）が計算される。 ｑi＝ｑi-1＋（Ｔ（Ｅ，ｔ）i-1−Ｙ（ｔ））／βi-1 ｉ＝２，３，… （２２） （ｑi−ｑi-1）／ｑi-1＜０．００１ ｉ＝２，３，… （２３）
準に上と同様の手順で以下の（２２）式に従ってｑiの
計算を行い、（２３）式を満足するまで、計算を繰り返
し、熱流束ｑを決定し、同時に鋳型内表面温度Ｔ（０，
ｔ）が計算される。 ｑi＝ｑi-1＋（Ｔ（Ｅ，ｔ）i-1−Ｙ（ｔ））／βi-1 ｉ＝２，３，… （２２） （ｑi−ｑi-1）／ｑi-1＜０．００１ ｉ＝２，３，… （２３）
【００４１】ステップ５では、（７）〜（１１）式を使
って凝固シェル厚みδおよび凝固シェル表面温度ＴLを
求める。その際、（９）式に使用する熱流束値ｑmは、
熱電対計測値から逆問題で求めた熱流束値の鋳造方向内
外挿値を使用する。
って凝固シェル厚みδおよび凝固シェル表面温度ＴLを
求める。その際、（９）式に使用する熱流束値ｑmは、
熱電対計測値から逆問題で求めた熱流束値の鋳造方向内
外挿値を使用する。
【００４２】ステップ６では、（１２）〜（１５）式に
より凝固シェル内表面熱流束を求める。その際、（１
３）式のＹ（ｔ）は各熱電対位置におけるステップＳ５
で求めた鋳片表面温度を使用し、（１４）式のｑmはス
テップＳ４で逆問題を解いて求めた鋳型内面熱流束値を
使用する。
より凝固シェル内表面熱流束を求める。その際、（１
３）式のＹ（ｔ）は各熱電対位置におけるステップＳ５
で求めた鋳片表面温度を使用し、（１４）式のｑmはス
テップＳ４で逆問題を解いて求めた鋳型内面熱流束値を
使用する。
【００４３】ステップ７で上記凝固シェル内表面熱流束
により溶融金属流動に起因する対流熱伝達量を（１７）
式より求める。
により溶融金属流動に起因する対流熱伝達量を（１７）
式より求める。
【００４４】以上説明した発明の実施の形態では鋳片が
スラブであったが、本発明はこれに限られるものではな
い。例えば、鋳片がビレット、厚板材、丸棒材などであ
ってもよく、また水平連続鋳造にも適用することができ
る。
スラブであったが、本発明はこれに限られるものではな
い。例えば、鋳片がビレット、厚板材、丸棒材などであ
ってもよく、また水平連続鋳造にも適用することができ
る。
【００４５】
【発明の効果】本発明方法では、鋳型内面と水冷溝間に
配置した鋳型温度計測値から定常状態だけでなく非定常
状態にある溶融金属鋳型表面または凝固シェル表面の熱
流束を求め、鋳型表面温度その他を推定するので、溶融
金属鋳型内の凝固状態を明確に検知することができる。
この結果、オンラインかつ高い精度で鋳型内鋳造異常を
検出でき、健全な凝固状態が得られるような鋳造操業方
法を管理することが可能となる。また、鋳型表面温度を
得るために、熱電対などの温度計測手段の先端を鋳型表
面に露出する必要はない。
配置した鋳型温度計測値から定常状態だけでなく非定常
状態にある溶融金属鋳型表面または凝固シェル表面の熱
流束を求め、鋳型表面温度その他を推定するので、溶融
金属鋳型内の凝固状態を明確に検知することができる。
この結果、オンラインかつ高い精度で鋳型内鋳造異常を
検出でき、健全な凝固状態が得られるような鋳造操業方
法を管理することが可能となる。また、鋳型表面温度を
得るために、熱電対などの温度計測手段の先端を鋳型表
面に露出する必要はない。
【図１】本発明方法を実施する際の装置構成図である。
【図２】（ａ）はブレイクアウトが発生した鋳片の熱電
対温度変化の経時変化を示し、（ｂ）は同鋳片の熱流束
の経時変化を示す線図である。
対温度変化の経時変化を示し、（ｂ）は同鋳片の熱流束
の経時変化を示す線図である。
【図３】（ａ）は縦割れが発生した鋳片の熱電対温度変
化の経時変化を示し、（ｂ）は同鋳片の熱流束の経時変
化を示す線図である。
化の経時変化を示し、（ｂ）は同鋳片の熱流束の経時変
化を示す線図である。
【図４】縦割れが発生した鋳片について、熱流束のウエ
ーブレット解析結果を示す線図である。
ーブレット解析結果を示す線図である。
【図５】健全な鋳片について、熱流束のウエーブレット
解析結果を示す線図である。
解析結果を示す線図である。
【図６】鋳型内面と鋳型水冷溝間の熱移動を表す概念図
である。
である。
【図７】溶融金属内の熱移動を表す概念図である。
【図８】本発明に基づく演算フロー図である。
【符号の説明】 １：鋳片 ２：溶融金属 ３：メニスカス ５：凝固シェル ７：溶融スラグ １１：鋳型 １２：鋳型内表面 １３：水冷溝 １４：流量計 １５：冷却水温度計測手段 １６：第１鋳型温度計測手段 １７：第２鋳型温度計測手段 １９：コンピューター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 康一 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内 (72)発明者 飯星 弘昭 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内 Ｆターム(参考） 4E004 MA05 MC12
Claims (3)
- 【請求項１】 鋳型に埋設した複数の温度計測手段で鋳
型温度を計測し、鋳型温度計測値に基づき鋳型内鋳造異
常を検出する方法において、鋳造方向に間隔をおいて鋳
型の複数箇所に埋設した温度計測手段で鋳型温度を計測
し、鋳型温度計測値に基づいて各計測点における鋳型内
面での熱流束を伝熱逆問題手法を用いてそれぞれ推定
し、鋳型内鋳片の任意の点が２箇所の計測点を通過する
経過時間またはその近くで熱流束推定値がそれぞれの計
測点についてあらかじめ設定した限界値以上にかつ計測
点順に低下したことによりブレークアウトを検出するこ
とを特徴とする連続鋳造における鋳型内鋳造異常検出方
法。 - 【請求項２】 鋳型に埋設した温度計測手段で鋳型温度
を計測し、鋳型温度計測値に基づき鋳型内鋳造異常を検
出する方法において、鋳型に埋設した温度計測手段で鋳
型温度を計測し、鋳型温度計測値に基づいて鋳型内面で
の熱流束を伝熱逆問題手法を用いて推定し、熱流束推定
値をウエーブレット変換して得られる各変動周期ごとの
変動成分および平均成分の時系列値に基づき鋳型内鋳片
の表面欠陥を検出することを特徴とする連続鋳造におけ
る鋳型内鋳造異常検出方法。 - 【請求項３】 鋳型に埋設した温度計測手段で鋳型温度
を計測し、鋳型温度計測値に基づき鋳型内鋳造異常を検
出する方法において、鋳造方向に間隔をおいて鋳型の複
数箇所に埋設した温度計測手段で鋳型温度を計測し、鋳
型温度計測値に基づいて鋳型内面での熱流束を伝熱逆問
題手法を用いて推定し、熱流束推定値に基づき鋳片内部
の熱流束より溶融金属流動起因の対流熱伝達量を推定
し、対流熱伝達量推定値により鋳型内溶融金属流動の異
常を検出することを特徴とする連続鋳造における鋳型内
鋳造異常検出方法。
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