特開 2023-118168 ブレークアウト検出装置、金属の連続鋳造システム、及び金属の連続鋳造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023118168

(43)【公開日】2023-08-25

(54)【発明の名称】ブレークアウト検出装置、金属の連続鋳造システム、及び金属の連続鋳造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/16 20060101AFI20230818BHJP

   B22D 11/04 20060101ALN20230818BHJP

   B22D 11/115 20060101ALN20230818BHJP

【ＦＩ】

B22D11/16 104R

B22D11/04 311J

B22D11/115 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022020956

(22)【出願日】2022-02-15

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100217249

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 耕一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100221279

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 健吾

(74)【代理人】

【識別番号】100207686

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 恭宏

(74)【代理人】

【識別番号】100224812

【弁理士】

【氏名又は名称】井口 翔太

(72)【発明者】

【氏名】山内 裕貴

(72)【発明者】

【氏名】上瀧 晴雄

【テーマコード（参考）】

4E004

【Ｆターム（参考）】

4E004AA09

4E004KA20

4E004MB20

4E004MC16

4E004NA01

4E004PA06

4E004SB09

4E004SC01

(57)【要約】

【課題】本発明は、ブレークアウトの発生を検出し、連続鋳造設備における鋳片のホールドを防止することを目的とする。
【解決手段】本発明の一態様に係るブレークアウト検出装置は、金属を連続的に鋳造する連続鋳造設備においてブレークアウトを検出するブレークアウト検出装置であって、鋳型出口側の領域に配された、内部に流体が封入される圧力配管と、前記圧力配管の圧力を検知する圧力測定部と、前記圧力測定部によって測定された前記圧力配管の圧力値が第１の閾値以上の値から、前記第１の閾値未満の値である第２の閾値以下の値になった場合にブレークアウトが発生したと判定する判定部と、前記判定部によりブレークアウトが発生したと判定された場合、前記連続鋳造設備の運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える指示を前記連続鋳造設備に送信する運転モード設定部と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属を連続的に鋳造する連続鋳造設備においてブレークアウトを検出するブレークアウト検出装置であって、
鋳型出口側の領域に配された、内部に流体が封入される圧力配管と、
前記圧力配管の圧力を測定する圧力測定部と、
前記圧力測定部によって測定された前記圧力配管の圧力値が第１の閾値以上の値から、前記第１の閾値未満の値である第２の閾値以下の値になった場合にブレークアウトが発生したと判定する判定部と、
前記判定部によりブレークアウトが発生したと判定された場合、前記連続鋳造設備の運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える指示を送信する運転モード設定部と、を備える、ブレークアウト検出装置。

【請求項2】

前記運転モード設定部は、前記圧力測定部によって測定された前記圧力配管の圧力値が、前記第１の閾値以下の閾値である第３の閾値以上となったときに、前記連続鋳造設備の運転モードを準備モードから鋳造モードに切り替える指示を前記連続鋳造設備に送信する、請求項１に記載のブレークアウト検出装置。

【請求項3】

前記ブレークアウト検出装置の各種状態に関する通知を制御する通知制御部を更に備える、請求項１又は２に記載のブレークアウト検出装置。

【請求項4】

金属を連続的に鋳造する連続鋳造設備と、ブレークアウトを検出するブレークアウト検出装置と、を備え、
前記ブレークアウト検出装置は、
鋳型出口側の領域に配された、内部に流体が封入される圧力配管と、
前記圧力配管の圧力を測定する圧力測定部と、
を有し、
前記連続鋳造設備は、
前記圧力測定部によって測定された前記圧力配管の圧力値が第１の閾値以上の値から、前記第１の閾値未満の値である第２の閾値以下の値になった場合にブレークアウトが発生したと判定する判定部と、
前記判定部によりブレークアウトが発生したと判定された場合、前記連続鋳造設備の運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える運転モード設定部を有する、金属の連続鋳造システム。

【請求項5】

連続鋳造設備を用いて金属を連続的に鋳造する金属の連続鋳造方法であって、
鋳型出口側の領域に配された、内部に流体が封入された圧力配管の圧力を測定する圧力測定ステップと、
前記圧力測定ステップにおいて測定された圧力値に基づいて、ブレークアウトが発生したか否かを判定する判定ステップと、
ブレークアウトが発生したと判定された場合、前記連続鋳造設備の運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える運転モード切替ステップと、を含み、
前記判定ステップでは、前記圧力値が、第１の閾値以上の値から、前記第１の閾値未満の値である第２の閾値以下の値になった場合にブレークアウトが発生したと判定する、金属の連続鋳造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブレークアウト検出装置、金属の連続鋳造システム、及び金属の連続鋳造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

連続鋳造時において、凝固シェルが破断して溶融金属が流出するブレークアウトは、生産、設備に多大な被害を与える。そのため、ブレークアウトの発生を早期に検出することが求められ、ブレークアウトの発生を検出する様々な手法が提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、鋳型を通過した後の鋳片の冷却を行う二次冷却水の背圧からブレークアウトの発生の有無を判断する技術が提案されている。

【0004】

また、例えば、特許文献２には、鋳型の出口近傍にカメラを配置し、このカメラで鋳片を撮像した画像からブレークアウトの発生の有無を判断する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－１８９８２号公報

【特許文献2】特開２００３－２５１４４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献２に記載されたように、カメラを用いてブレークアウトを検出する場合には、鋳型出口近傍において鋳片から発生する蒸気や鋳型からのパウダー等によってカメラの視界を安定して確保することができず、ブレークアウトを精度良く検出することができないおそれがあった。

【0007】

また、特許文献１、２の技術は、ブレークアウトの発生を検出した場合、タンディッシュから鋳型への溶鋼の供給を停止し、鋳造を停止する。鋳造を停止すると、連続鋳造設備において鋳片がホールドされ、その結果、鋳片の除去作業やロール等の交換作業が必要となり、生産性の低下やロール等の交換により製造コストが増加する。したがって、ブレークアウトの発生を検出した場合においても、連続鋳造設備の運転を継続することが求められる。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ブレークアウトの発生を検出し、連続鋳造設備における鋳片のホールドを防止することが可能なブレークアウト検出装置、金属の連続鋳造システム、及び金属の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】

【0009】

本発明の要旨は以下とおりである。
［１］ 本発明の一態様に係るブレークアウト検出装置は、金属を連続的に鋳造する連続鋳造設備においてブレークアウトを検出するブレークアウト検出装置であって、鋳型出口側の領域に配された、内部に流体が封入される圧力配管と、前記圧力配管の圧力を測定する圧力測定部と、前記圧力測定部によって測定された前記圧力配管の圧力値が第１の閾値以上の値から、前記第１の閾値未満の値である第２の閾値以下の値になった場合にブレークアウトが発生したと判定する判定部と、前記判定部によりブレークアウトが発生したと判定された場合、前記連続鋳造設備の運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える指示を送信する運転モード設定部と、を備える。
［２］ 前記運転モード設定部は、前記圧力測定部によって測定された前記圧力配管の圧力値が、前記第１の閾値以下の閾値である第３の閾値以上となったときに、前記連続鋳造設備の運転モードを準備モードから鋳造モードに切り替える指示を前記連続鋳造設備に送信してもよい。
［３］ 上記のブレークアウト検出装置は、前記ブレークアウト検出装置の各種状態に関する通知を制御する通知制御部を更に備えてもよい。

【0010】

［４］ 本発明の別の態様に係る金属の連続鋳造システムは、金属を連続的に鋳造する連続鋳造設備と、ブレークアウトを検出するブレークアウト検出装置と、を備え、前記ブレークアウト検出装置は、鋳型出口側の領域に配された、内部に流体が封入される圧力配管と、前記圧力配管の圧力を測定する圧力測定部と、前記圧力測定部によって測定された前記圧力配管の圧力値が第１の閾値以上の値から、前記第１の閾値未満の値である第２の閾値以下の値になった場合にブレークアウトが発生したと判定する判定部と、を有し、前記連続鋳造設備は、前記圧力測定部によって測定された前記圧力配管の圧力値が第１の閾値以上の値から、前記第１の閾値未満の値である第２の閾値以下の値になった場合にブレークアウトが発生したと判定する判定部と、前記判定部によりブレークアウトが発生したと判定された場合、前記連続鋳造設備の運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える運転モード設定部を有する。

【0011】

［５］ 本発明の別の態様に係る金属の連続鋳造方法は、連続鋳造設備を用いて金属を連続的に鋳造する金属の連続鋳造方法であって、鋳型出口側の領域に配された、内部に流体が封入された圧力配管の圧力を測定する圧力測定ステップと、前記圧力測定ステップにおいて測定された圧力値に基づいて、ブレークアウトが発生したか否かを判定する判定ステップと、ブレークアウトが発生したと判定された場合、前記連続鋳造設備の運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える運転モード切替ステップと、を含み、前記判定ステップでは、前記圧力値が、第１の閾値以上の値から、前記第１の閾値未満の値である第２の閾値以下の値になった場合にブレークアウトが発生したと判定する。

【発明の効果】

【0012】

本発明の上記各態様によれば、ブレークアウトの発生を検出し、連続鋳造設備における鋳片のホールドを防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係るブレークアウト検出装置が適用される連続鋳造設備の概略説明図である。

【図2】従来の技術における、連続鋳造を停止した後の鋳片が完全凝固する位置を示す模式図である。

【図3】同実施形態に係るブレークアウト検出装置の機能ブロック図である。

【図4】同実施形態における圧力配管の配置の一例を示す説明図である。

【図5】同実施形態に係るブレークアウト検出装置の配管図である。

【図6】引抜きモードにおける、スプレーノズルによる鋳片の末端部の冷却を説明するための、連続鋳造装置の垂直部に配置されたサポートロール及びスプレーノズルの配置及び垂直部を通過する鋳片を示す模式図である。

【図7】同実施形態に係るブレークアウト検出装置の動作の流れを示すフローチャートである。

【図8】本発明の別の実施形態に係る金属の連続鋳造システムの機能ブロック図である。

【図9】同実施形態に係る金属の連続鋳造システムの変形例を示す機能ブロック図である。

【図10】同実施形態に係る金属の連続鋳造システムの動作の流れを説明するための、（Ａ）圧力配管の内部の圧力を示すグラフ及び（Ｂ）シーケンス図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本発明の実施形態であるブレークアウト検出装置、金属の連続鋳造システム、及び金属の連続鋳造方法について、添付した図面を参照して説明する。

【0015】

＜連続鋳造設備１＞
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る鋳造条件の設定装置が適用され得る連続鋳造装置の全体構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るブレークアウト検出装置が適用される連続鋳造設備の概略説明図である。なお、図中の各構成要素の寸法、比率は、実際の各構成要素の寸法、比率を表すものではない。

【0016】

図１に示すように、本実施形態に係る連続鋳造装置１は、連続鋳造用の鋳型１０を用いて溶湯２を連続鋳造し、スラブ等の鋳片３を製造するための装置である。連続鋳造装置１は、鋳型１０と、取鍋４と、タンディッシュ５と、浸漬ノズル６と、二次冷却装置７と、鋳片切断機８と、電磁攪拌装置（図示せず）及び電磁ブレーキ装置（図示せず）と、を備える。

【0017】

取鍋４は、溶湯２を外部からタンディッシュ５まで搬送するための可動式の容器である。取鍋４は、タンディッシュ５の上方に配置され、取鍋４内の溶湯２がタンディッシュ５に供給される。タンディッシュ５は、鋳型１０の上方に配置され、溶湯２を貯留して、当該溶湯２中の介在物を除去する。浸漬ノズル６は、タンディッシュ５の下端から鋳型１０に向けて下方に延び、その先端は鋳型１０内の溶湯２に浸漬されている。当該浸漬ノズル６は、タンディッシュ５にて介在物が除去された溶湯２を鋳型１０内に連続供給する。

【0018】

鋳型１０は、例えば、鋳片３の幅及び厚さに応じた四角筒状であり、冷却水が流動する水路が設けられた水冷銅板で構成される。鋳片３が鋳型１０下方に向かって移動するにつれて、内部の未凝固部３ｂの凝固が進行し、外殻の凝固シェル３ａの厚さが徐々に厚くなる。かかる凝固シェル３ａと未凝固部３ｂを含む鋳片３は、鋳型１０の下端から引き抜かれる。

【0019】

鋳型１０の外側面には電磁攪拌装置及び電磁ブレーキ装置が設置され、これらを駆動させながら連続鋳造が行われる。電磁撹拌装置は、鋳型１０内の溶湯２に対して動磁場を印加して、当該溶湯２に対して電磁力を作用させ、溶湯２を水平面内において旋回させる。また、電磁ブレーキ装置は、鋳型１０内の溶湯２に対して静磁場を印加して、溶湯２の吐出流の勢いを弱めるような電磁力を溶湯２に作用させる。

【0020】

二次冷却装置７は、鋳型１０の下方の二次冷却帯９に設けられ、鋳型１０下端から引き抜かれた鋳片３を支持及び搬送しながら冷却する。この二次冷却装置７は、鋳片３の厚さ方向両側に配置される複数対の支持ロール（例えば、サポートロール１１、ピンチロール１２及びセグメントロール１３）と、鋳片３に対して冷却水を噴射する複数のスプレーノズル１６（図６参照）とを有する。

【0021】

二次冷却装置７に設けられる支持ロールは、鋳片３の厚さ方向両側に対となって配置され、鋳片３を支持しながら搬送する支持搬送手段として機能する。当該支持ロールにより鋳片３を厚さ方向両側から支持する。

【0022】

支持ロールであるサポートロール１１、ピンチロール１２及びセグメントロール１３は、二次冷却帯９における鋳片３の搬送経路（パスライン）を形成する。このパスラインは、図１に示すように、鋳型１０の直下では垂直であり、次いで曲線状に湾曲して、最終的には水平になる。二次冷却帯９において、当該パスラインが垂直である部分を垂直部９Ａ、湾曲している部分を湾曲部９Ｂ、水平である部分を水平部９Ｃと称する。このようなパスラインを有する連続鋳造装置１は、垂直曲げ型の連続鋳造装置１と呼称される。

【0023】

サポートロール１１は、鋳型１０の直下の垂直部９Ａに設けられる無駆動式ロールであり、鋳型１０から引き抜かれた直後の鋳片３を支持する。鋳型１０から引き抜かれた直後の鋳片３は、凝固シェル３ａが薄い状態であるため、ブレークアウトやバルジングを防止するために比較的短い間隔（ロールピッチ）で鋳片３を支持する。

【0024】

ピンチロール１２は、モータ等の駆動手段により回転する駆動式ロールであり、鋳片３を鋳型１０から引き抜く機能を有する。ピンチロール１２は、垂直部９Ａ、湾曲部９Ｂ及び水平部９Ｃにおいて適切な位置にそれぞれ配置される。鋳片３は、ピンチロール１２から伝達される力によって鋳型１０から引き抜かれ、上記パスラインに沿って搬送される。

【0025】

セグメントロール１３は、湾曲部９Ｂ及び水平部９Ｃに設けられる無駆動式ロールであり、上記パスラインに沿って鋳片３を支持及び案内する。

【0026】

鋳片切断機８は、上記パスラインの水平部９Ｃの終端に配置され、当該パスラインに沿って搬送された鋳片３を所定の長さに切断する。切断された厚板状の鋳片１４は、テーブルロール１５により次工程の設備に搬送される。

【0027】

ここまで、本実施形態に係るブレークアウト検出装置が適用される連続鋳造設備について説明した。本実施形態に係るブレークアウト検出装置が適用される連続鋳造設備は、一般的な従来の連続鋳造装置と同様であってよい。従って、連続鋳造装置１の構成は図示したものに限定されず、連続鋳造装置１としては、あらゆる構成のものが用いられてよい。

【0028】

例えば、連続鋳造設備１の各装置の動作状況や後述するブレークアウト検出装置の動作状況を通知するためのインターフェース（図示せず）を備えていてもよい。このようなインターフェースは、例えば、スピーカー、表示灯、画面又はこれらの組合せ等であってよい。

【0029】

連続鋳造設備１は、主として鋼の連続鋳造に用いられるが、アルミニウムなど他の金属の連続鋳造に用いられてもよい。なお、電磁攪拌装置及び電磁ブレーキ装置は備えられなくてもよい。

【0030】

ここで、図２を参照して、連続鋳造設備１において鋳造を停止した場合に鋳片が連続鋳造設備内にホールドされるメカニズムを説明する。図２は、連続鋳造を停止した後の、連続鋳造設備１における鋳片３が完全凝固する位置を示す模式図である。

【0031】

連続鋳造が行われている間は、高温の溶湯２が鋳型１０へ連続的に供給されるため、未凝固部３ｂは長い時間維持される。そのため、図２の（Ａ）に示すように、鋳片３の未凝固部３ｂの先端は水平部９ｃに位置している。タンディッシュ５から鋳型１０への溶湯２の注入を停止して、鋳造が停止すると、高温の溶湯２の注入が停止して熱の供給が停止するため、鋳型１０内の溶湯２及び鋳型１０から引き抜かれた鋳片３の各温度は、次第に低下する。これに伴い、パスラインを移動する鋳片３の未凝固部３ｂの先端は、水平部９Ｃから湾曲部９Ｂ（パスラインの上流側）に移動する。言い換えると、鋳片３の完全凝固位置が水平部９Ｃから湾曲部９Ｂに移動する。鋳片３における完全凝固した部分は、鋳片３における未凝固部３ｂを有する部分よりも変形抵抗が大きくなる。変形抵抗が大きい鋳片３はパスラインの形状に応じた変形ができなくなり、湾曲部９Ｂで鋳片３がホールドする。その結果、ホールドした鋳片３の除去作業やピンチロール１２やセグメントロール１３の交換作業が発生し、コスト増加に繋がる。

【0032】

従来の技術では、ブレークアウトが発生すると、鋳造を停止するため、鋳片３が湾曲部９Ｂでホールドされる。その結果、上述のとおり、鋳片３の除去作業やロールの交換作業が発生する。一方、本実施形態に係るブレークアウト検出装置２０は、ブレークアウトの発生を検出し、検出後に連続鋳造設備１を後述する引抜きモードで運転させるため、連続鋳造設備１における鋳片３のホールドを防止することができる。以下に、本実施形態に係るブレークアウト検出装置２０を詳細に説明する。

【0033】

＜ブレークアウト検出装置２０＞
図３～５を参照して、本発明の第１の実施形態に係るブレークアウト検出装置を説明する。図３は、本実施形態に係るブレークアウト検出装置２０の機能ブロック図である。図４は、本実施形態における圧力配管２１の配置の一例を示す説明図である。図５は、本実施形態に係るブレークアウト検出装置２０の配管図である。

【0034】

ブレークアウト検出装置２０は、図３に示すように、圧力配管２１と、圧力配管２１の圧力を測定する圧力測定部２２と、圧力配管２１に流体を送入する流体供給部２３と、圧力測定部２２によって測定された圧力配管２１内の圧力値Ｐに応じてブレークアウトの発生の有無を判定する判定部２４と、連続鋳造設備１の運転モードを設定する信号を送信する運転モード設定部２５と、を備える。

【0035】

圧力配管２１は、内部に流体が充填され、内部に高い圧力が付与される配管であり、ブレークアウトが発生した場合、漏れ出た溶湯２が圧力配管２１に付着して溶融し、内部の圧力が低下する。この圧力低下が検知されることで、ブレークアウトの発生が検知される。したがって、圧力配管２１は、ブレークアウト以外の要因で圧力が低下しない材料で構成されることが好ましい。圧力配管２１は、腐食を抑制するために、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金又は被覆銅管のいずれかで構成されることが好ましい。ステンレス鋼としては、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等が挙げられる。アルミニウム又はアルミニウム合金としては、例えば、Ａ６０６１、Ａ６０６３、Ａ７０７５等が挙げられる。

【0036】

圧力配管２１は、垂直部９Ａに配される。圧力配管２１は、例えば、サポートロール１１の外側であって、隣り合うサポートロール１１の間に配される。例えば、図４では、圧力配管２１は、鋳片３の引き抜き方向に複数段配設されている。圧力配管２１は、鋳型１０の直下から２ｍまでの領域に配設されることが好ましい。圧力配管２１が鋳型１０の直下から２ｍまでの領域に配設されていれば、流出した溶湯２によって速やかに圧力配管２１が溶融して圧力が低下することになり、ブレークアウトをより早期に検出することができる。

【0037】

圧力配管２１の内部には、Ｎ_２ガス等の流体が封入されている。鋳片３にブレークアウトが発生した場合には、鋳片３の表面に対向配置された圧力配管２１の一部が流出した溶湯２により溶融し、内部の流体（Ｎ_２ガス）が漏れ出る。これにより、圧力配管２１内部の圧力が低下する。

【0038】

圧力測定部２２は、例えば、圧力計であり、圧力配管２１内部の圧力を測定する。図４では、複数の圧力配管２１に１つの圧力計（圧力測定部）２２が設けられている。しかしながら、圧力計２２は、複数の圧力配管２１のそれぞれに圧力計２２が設けられることが好ましい。複数の圧力配管２１のそれぞれに圧力計２２を設ければ、圧力配管２１毎の圧力を測定することができ、後述する判定部２４によって、より正確にブレークアウトの発生の有無を判定することができる。

【0039】

流体供給部２３は、圧力配管２１に流体を供給する。流体供給部２３は、図５に示すように、流体供給配管２３１と圧力配管２１との間に配置されたニードル弁２３２と仕切弁２３３とを有しており、圧力配管２１に対して、常時、流体を供給することができる構造とされている。また、流体供給部２３は、圧力測定部２２が測定した圧力値Ｐに応じて、流体の供給速度を制御することができる。流体の供給速度の制御は、ニードル弁２３２の開度を調整することで精度良く制御することが可能である。

【0040】

流体供給部２３は、ブレークアウトが生じていない状態での圧力配管２１における流体のリーク量を予め把握しておき、そのリーク量に応じて、ニードル弁２１５の開度を調整し、圧力配管２１に対する流体の供給量を制御する。例えば、圧力配管２１に対する流体の供給量は、５Ｌ／ｍｉｎ以上６５Ｌ／ｍｉｎ以下の範囲内に設定することができる。これにより、ブレークアウト発生時以外の通常操業時において、圧力配管２１の圧力が初期圧力の６０％以下に低下することを抑制している。
圧力配管２１においては、継手等からの流体のリークが発生し、ブレークアウトが生じていない状況で内部圧力が徐々に低下することがある。この場合、圧力配管２１内の圧力が後述する所定値以下にまで低下し、ブレークアウトを誤検知してしまうおそれがある。さらに、圧力配管２１が腐食した場合には、腐食箇所から流体のリークが発生し、やはり、ブレークアウトを誤検知してしまうおそれがある。しかしながら、流体供給部２３は、上述のとおり、圧力値Ｐに応じて流体の供給速度を精度良く制御できるため、流体のリークによるブレークアウトの発生を誤検知することが防止される。

【0041】

流体供給部２３が供給する流体は、漏洩時に燃焼などの化学反応を起こしにくいことが望ましいため、Ａｒ等の不活性ガスであることが好ましいが、鋳造する金属の種類によっては安価化のためにＮ_２ガスや空気で代用することも可能である。鋼を対象とする場合、Ｎ_２ガスを用いることが簡便である。

【0042】

判定部２４は、圧力測定部２２によって測定された圧力配管２１内の圧力値Ｐに基づいてブレークアウトの発生の有無を判定する。判定部２４は、圧力値Ｐが第１の閾値Ｐ_ｔｈ１以上である場合に、ブレークアウト発生の有無の判定を開始する。第１の閾値Ｐ_ｔｈ１は、後述する第２の閾値Ｐ_ｔｈ２以上であり、ブレークアウトの発生を適切に判定できる値であればよく、例えば、０．１０ＭＰａである。

【0043】

判定部２４は、圧力配管２１内の圧力値Ｐが第１の閾値Ｐ_ｔｈ１以上の圧力から第２の閾値Ｐ_ｔｈ２以下になった場合にブレークアウトが発生したと判定する。第２の閾値Ｐ_ｔｈ２は、圧力配管２１の溶融による圧力低下を検知できる圧力値であり、例えば、第２の閾値Ｐｔｈ_２は、０．０６ＭＰａである。
判定部２４は、ブレークアウト発生の判定結果を運転モード設定部２５に送信する。

【0044】

運転モード設定部２５は、圧力測定部２２が測定した圧力配管２１の内部の圧力値Ｐに基づいて、連続鋳造設備１の運転モードを準備モード、鋳造モード、及び引抜きモードの３つの運転モードから１つの運転モードに設定する信号を連続鋳造設備１に送信する。

【0045】

ここで、連続鋳造設備１の各運転モードを説明する。
準備モードとは、圧力配管２１の内部に流体の供給を開始し、鋳造を開始するまでの運転モードである。準備モードでは、例えば図１０に示すように、流体供給部２３から圧力配管２１に流体が供給され、圧力測定部２２は、圧力配管２１の内部の圧力を測定する。

【0046】

鋳造モードとは、鋳片を製造する運転モードである。鋳造モードでは、浸漬ノズル６から鋳型１０への溶湯の注入速度の制御、鋳片３の搬送速度の制御、鋳型１０を流通する冷却水の温度及び速度の制御、電磁攪拌装置及び電磁ブレーキ装置による溶湯への電磁力の制御、並びにスプレーノズル１６から鋳片３へ噴射する冷却水の制御等が行われる。なお、鋳片３の搬送速度は、サポートロール１１、ピンチロール１２、セグメントロール１３、及びテーブルロール１５が制御されることにより調整される。

【0047】

引抜きモードとは、鋳型１０内の溶湯２及び鋳片３、及び連続鋳造設備１におけるパスライン上の鋳片３を外部へ取り出すために、鋳片３を引き抜く運転モードである。引抜きモードでは、タンディッシュ５内に溶湯２が残っている場合には、浸漬ノズル６を閉じる。また、引抜きモードでは、鋳造モードにおけるスプレーノズル１６による鋳片３への冷却水の噴射とは異なる態様で、スプレーノズル１６による鋳片３への冷却水の噴射を行う。

【0048】

ここで、引抜きモードにおけるスプレーノズル１６による鋳片３への冷却水の噴射態様を説明する。引抜きモードでは、鋳型１０への溶湯２の供給がないため、鋳型１０から引き抜かれる鋳片３は最上部が二次冷却帯に露出する。そのため、引抜きモードでは鋳造モードとは異なる冷却パターンを用いる。

【0049】

また、鋳型１０から引き抜かれる鋳片３の末端部３ｃでは、鋳片３の上方が開放されるため、鋳片３の未凝固部３ｂの溶鋼が漏れ出すことがある。そのため、引抜きモードでは、末端部３ｃの冷却を鋳造モードにおける鋳片３の冷却とは異ならせる必要がある。

【0050】

ここで、図６を参照して、引抜きモードでのスプレーノズル１６の動作を説明する。図６は、引抜きモードにおける、スプレーノズル１６による鋳片３の末端部３ｃの冷却を説明するための、連続鋳造装置１の垂直部９Ａに配置されたサポートロール１１及びスプレーノズル１６の配置及び垂直部９Ａを通過する鋳片３を示す模式図である。上述したとおり、引抜きモードでの運転中は鋳型１０への溶湯２の注入がないため、鋳片３の末端部３ｃの温度は、鋳造モードでの運転における鋳片３の温度よりも低い。そのため、垂直部９Ａのうちの上部側に鋳片３の末端部３ｃが位置する場合は、スプレーノズル１６は、図６の（Ａ）に示すように、鋳片３の末端部３ｃには冷却水ｗを噴射しない。これにより、鋳片３の末端部３ｃは緩冷却となる。鋳片３の末端部３ｃが垂直部９Ａのうちの下部側に搬送されたときには、鋳片３の末端部３ｃの表面は温度が低くなっている。鋳片３のホールドを防止するために、垂直部９Ａの下部側に配されたスプレーノズル１６は鋳片３の末端部３ｃの表面に対しては冷却水ｗを噴射しない。しかしながら、鋳片３の末端部３ｃの中心部においては、未凝固部３ｂが存在する。鋳片３の末端部３ｃの端面から未凝固部３ｂの溶湯２が漏れ出すのを防止するため、垂直部９Ａの上部側に配されたスプレーノズル１６から冷却水ｗを噴射し、鋳片３の端面を冷却する。これにより、鋳片３の端面からの溶湯２の漏れ出しを防止することができる。
ここまで連続鋳造設備１の各運転モードを説明した。

【0051】

引き続き、運転モード設定部２５について説明する。運転モード設定部２５は、圧力値Ｐが第３の閾値Ｐ_ｔｈ３以上となったとき、運転モードを準備モードから鋳造モードに切り替える信号を連続鋳造設備１に送信してもよい。連続鋳造設備１は、鋳造モードに応じた条件で連続鋳造を実施することになる。なお、第３の閾値Ｐ_ｔｈ３は、装置規模に応じて定められてよく、例えば、圧力配管２１の内部の圧力の上昇に長時間要する場合には、生産性を考慮して、比較的小さな値を第３の閾値Ｐ_ｔｈ３としてもよい。一方で、鋳造初期からブレークアウトの発生の有無を検出するためには、第３の閾値Ｐ_ｔｈ３は、第１の閾値Ｐ_ｔｈ１に近い値が好ましく、第１の閾値Ｐ_ｔｈ１と等しい値であることがより好ましい。したがって、第３の閾値Ｐ_ｔｈ３は、好ましくは、第１の閾値Ｐ_ｔｈ１以下である。

【0052】

また、運転モード設定部２５は、タンディッシュ５から鋳型１０への溶湯２の注入終了後、又は、判定部２４によりブレークアウトが発生したと判定されたとき、運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える信号を連続鋳造設備１に送信する。連続鋳造設備１は、引抜きモードに応じた条件で運転されることになる。

【0053】

本実施形態に係るブレークアウト検出装置２０は、当該ブレークアウト検出装置２０の各種状態に関する通知を制御する通知制御部２６を更に備えていてもよい。通知制御部２６は、例えば、圧力測定部２２により測定された圧力値Ｐ、判定部２４による判定結果、又は運転モードの設定や切換が行われた旨の通知等に関する信号を外部のインターフェースに送信する制御を行う。

【0054】

上記の判定部２４、運転モード設定部２５、及び通知制御部２６の機能は、プロセスコンピュータによって実現される。プロセスコンピュータは、電気ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、プログラマブルロジックコントローラ）や計装ＤＣＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ、分散制御システム）への設定制御、ライン自動運転制御、実績データ収集、操業管理、及びオペレータガイダンスを可能にするものである。

【0055】

以上のような構成とされた本実施形態であるブレークアウト検出装置２０によれば、ブレークアウト発生時以外の通常操業時における圧力配管２１からの流体のリーク量に対応して、圧力配管２１に対して流体を供給する流体供給部２３を有しているので、継手等から圧力配管２１の内部の流体が漏れ出しても圧力の低下を抑制でき、ブレークアウトの誤検出を抑制することができる。なお、ブレークアウトが発生した場合には、内部の流体が急激に放出されて圧力が大きく低下することから、流体供給部２３から流体を圧力配管２１に供給していても、ブレークアウトの発生を検出することが可能である。

【0056】

また、本実施形態であるブレークアウト検出装置２０において、圧力配管２１を、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金のいずれかで構成した場合には、圧力配管２１が腐食等によって劣化することを抑制することができ、ブレークアウトの誤検出を抑制することができる。また、ブレークアウト発生時には圧力配管２１に確実に孔が開いて流体を放出することができ、ブレークアウトの発生を確実に検出することが可能となる。

【0057】

また、本実施形態に係る金属の連続鋳造システム及び金属の連続鋳造方法によれば、圧力配管２１が鋳型１０の直下から２ｍまでの領域に配設されているので、流出した溶湯２によって速やかに圧力配管２１が溶融して圧力が低下することになり、ブレークアウトを早期に検出することができる。
ここまで、本実施形態に係るブレークアウト検出装置２０を説明した。

【0058】

続いて、図７を参照して、ブレークアウト検出装置２０の動作について説明する。まず、運転モード設定部２５が、連続鋳造設備１の運転モードを準備モードに設定する（ステップＳ１０１）。準備モードでは、流体供給部２３が圧力配管２１に流体を供給して圧力配管２１内部の圧力を上昇させる。圧力測定部２２は、圧力配管２１の圧力を測定する。

【0059】

判定部２４は、圧力測定部２２による圧力配管２１の内部の圧力値Ｐを随時受信し、当該圧力値Ｐが第３の閾値Ｐ_ｔｈ３以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。圧力値Ｐが第３の閾値Ｐ_ｔｈ３未満である場合（ステップＳ１０３／ＮＯ）、判定部２４は、随時受信する圧力値Ｐと第３の閾値Ｐ_ｔｈ３との比較を継続する。一方、圧力値Ｐが第３の閾値Ｐ_ｔｈ３以上である場合（ステップＳ１０３／ＹＥＳ）、運転モード設定部２５は、連続鋳造設備１に対し、運転モードを準備モードから鋳造モードに切り替える指示を送信する（ステップＳ１０５）。鋳造モードに切り替える指示を受信した連続鋳造設備１は、鋳造モードで運転される。すなわち、連続鋳造設備１が備える各種装置が、所定の条件に設定され、鋳片３の製造が行われる。

【0060】

また、連続鋳造設備１が鋳造モードで運転している間、ブレークアウト検出装置２０における流体供給部２３は、圧力配管２１に流体を供給する。具体的には、流体供給配管２３１と圧力配管２１との間に配置されたニードル弁２３２の開度が調整されて流体が圧力配管２１に供給されている。圧力測定部２２は、連続鋳造設備１が鋳造モードで運転している間も圧力配管２１の圧力を測定する。

【0061】

次いで、判定部２４は、圧力測定部２２による圧力配管２１の内部の圧力の圧力値Ｐを随時受信し、当該圧力値Ｐが第１の閾値Ｐ_ｔｈ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。圧力値Ｐが第１の閾値Ｐ_ｔｈ１未満である場合（ステップＳ１０７／ＮＯ）、判定部２４は、随時受信する圧力値Ｐと第１の閾値Ｐ_ｔｈ１との比較を継続する。また、圧力値Ｐが第１の閾値Ｐ_ｔｈ１未満である間、連続鋳造設備１に設けられたインターフェースは、圧力値Ｐが第１の閾値Ｐ_ｔｈ１未満である旨を通知する。圧力値Ｐが第１の閾値Ｐ_ｔｈ１未満である旨を通知は、特段制限されず、例えば、音声による通知（ボイスメッセージ）、警告灯の点灯もしくは点滅、又は画面への表示等により行われる。

【0062】

圧力値Ｐが第１の閾値Ｐ_ｔｈ１以上である場合（ステップＳ１０７／ＹＥＳ）、判定部２４は、ブレークアウトの発生の有無の判定を開始する（ステップＳ１０９）。判定部２４は、圧力値Ｐと第２の閾値Ｐ_ｔｈ２とを比較して圧力値Ｐが第２の閾値Ｐ_ｔｈ２以下であるか否かを判定し、圧力値Ｐが第２の閾値Ｐ_ｔｈ２以下である場合（ステップＳ１１１／ＹＥＳ）、運転モード設定部２５はブレークアウトが発生したと判定し、運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える指示を連続鋳造設備１に対して送信する（ステップＳ１１３）。連続鋳造設備１の各種装置は、引抜きモードに応じた条件で運転され、引抜きモードでの運転により、鋳片３が連続鋳造設備１から排出され、連続鋳造が終了する。

【0063】

一方、圧力値Ｐが第２の閾値Ｐ_ｔｈ２超である場合であって（ステップＳ１１１／ＮＯ）、タンディッシュから鋳型１０への溶湯２の注入が継続している場合（ステップＳ１１２／ＮＯ）、判定部２４は、随時受信する圧力値Ｐと第２の閾値Ｐ_ｔｈ２との比較を継続する。言い換えると、ステップＳ１１１、Ｓ１１２を繰り返す。
圧力値Ｐが第２の閾値Ｐ_ｔｈ２超である場合であって（ステップＳ１１１／ＮＯ）、タンディッシュから鋳型１０への溶湯２の注入が終了した場合（ステップＳ１１２／ＹＥＳ）、運転モード設定部２５は、運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える指示を連続鋳造設備１に対して送信する（ステップＳ１１３）。連続鋳造設備１の各種装置は、引抜きモードに応じた条件で運転され、引抜きモードでの運転により、鋳片３が連続鋳造設備１から排出され、連続鋳造が終了する。
ここまで、連続鋳造設備１及びブレークアウト検出装置２０の動作について説明した。

【0064】

また、ブレークアウト検出装置２０によれば、ブレークアウトの発生が検出された場合であっても、上述の引抜きモードで連続鋳造設備１が運転される。そのため、鋳片のホールドが防止され、ホールドした鋳片の除去作業やロール等の交換作業を実施する必要がなくなり、製造コストの増加を抑制することができる。

【0065】

ここまで、本発明の一実施形態に係るブレークアウト検出装置及びその動作を説明した。ただし、本発明の技術的範囲は上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0066】

例えば、本実施形態では、垂直曲げ型連続鋳造設備に適用したものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の連続鋳造設備に適用してもよい。
また、本実施形態においては、断面矩形状をなす鋳片を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、断面円形の鋳片等を対象としてもよい

【0067】

＜金属の連続鋳造システム＞
続いて、本発明の第２の実施形態に係る金属の連続鋳造システムを説明する。本実施形態に係る金属の連続鋳造システムは、金属を連続的に鋳造する連続鋳造設備１と、ブレークアウト検出装置２０と、を備える。連続鋳造設備は、公知の連続鋳造設備であってよく、例えば、上述した連続鋳造設備１であってよい。ただし、図８に示すように、連続鋳造設備１に判定部２４及び運転モード設定部２５の機能を持たせてもよい。
したがって、本実施形態に係る金属の連続鋳造システムは、金属を連続的に鋳造する連続鋳造設備１と、ブレークアウトを検出するブレークアウト検出装置２０Ａと、を備え、ブレークアウト検出装置２０Ａは、鋳型出口側の領域に配された、内部に流体が封入される圧力配管２１と、圧力配管２１の圧力を測定する圧力測定部２２と、圧力測定部２２によって測定された圧力配管２１の圧力値が第１の閾値以上の値から、第１の閾値未満の値である第２の閾値以下の値になった場合にブレークアウトが発生したと判定する判定部２４と、を有し、連続鋳造設備１は、圧力測定部２２によって測定された圧力配管２１の圧力値が第１の閾値Ｐ_ｔｈ１以上の値から、第１の閾値Ｐ_ｔｈ１未満の値である第２の閾値Ｐ_ｔｈ２以下の値になった場合にブレークアウトが発生したと判定する判定部２４と、判定部２４によりブレークアウトが発生したと判定された場合、連続鋳造設備１の運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える運転モード設定部２５を有する。

【0068】

また、判定部２４及び運転モード設定部２５は、図９に示すように、ブレークアウト検出装置２０及び連続鋳造設備１から独立して設けられた制御装置３０が備えてもよい。制御装置３０は、プロセスコンピュータによって実現される。

【0069】

＜金属の連続鋳造方法＞
続いて、図１０を参照して、本発明の第３の実施形態に係る金属の連続鋳造方法の流れを説明する。
まず、運転モード設定部２５により、連続鋳造設備１の運転モードが準備モードに設定される。これにより、連続鋳造設備１は、準備モードに応じた条件で運転が開始される（時刻ｔ１）。流体供給部２３は圧力配管２１へ流体の供給を開始し、圧力測定部２２は、圧力配管２１の内部の圧力の測定を開始し、判定部２４は、圧力測定部２２により測定された圧力値Ｐと第３の閾値Ｐ_ｔｈ３との比較を開始する。

【0070】

判定部２４により圧力値Ｐが第３の閾値以上になったと判定されたとき（時刻ｔ２）、運転モード設定部２５は、連続鋳造設備１の運転モードを準備モードから鋳造モードに切り替える。連続鋳造設備１は、鋳造モードに応じた条件で連続鋳造を開始する。インターフェースは、圧力値Ｐが第１の閾値Ｐ_ｔｈ１以上になるまで、ブレークアウト判定が行われない旨の通知を行う。

【0071】

判定部２４により圧力値Ｐが第１の閾値以上になったと判定されたとき（時刻ｔ３）、判定部２４は、ブレークアウトの発生の有無の判定を開始する。インターフェースは、ブレークアウト判定が行われない旨の通知を解除する。

【0072】

判定部２４により圧力値Ｐが第２の閾値以下になったと判定されたとき（時刻ｔ４）、運転モード設定部２５は、連続鋳造設備１の運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える。連続鋳造設備１は、引抜きモードに応じた条件で鋳片の引抜を行う。時刻ｔ４において、流体供給部２３は流体の供給を停止し、判定部２４は、ブレークアウトの発生の有無の判定を停止する。インターフェースは、ブレークアウトが発生した旨の通知を行う。
鋳片３が引き抜かれた後、連続鋳造設備１は運転を停止する（時刻ｔ５）。

【0073】

上記のとおり、本実施形態に係る金属の連続鋳造方法は、連続鋳造設備を用いて金属を連続的に鋳造する金属の連続鋳造方法であって、鋳型出口側の領域に配された、内部に流体が封入された圧力配管の圧力を測定する圧力測定ステップと、圧力測定ステップにおいて測定された圧力値に基づいて、ブレークアウトが発生したか否かを判定する判定ステップと、ブレークアウトが発生したと判定された場合、連続鋳造設備の運転モードを鋳造モードから引抜きモードに切り替える運転モード切替ステップと、を含み、判定ステップでは、上記圧力値が、第１の閾値以上の値から、第１の閾値未満の値である第２の閾値以下の値になった場合にブレークアウトが発生したと判定するものである。これにより、ブレークアウトの発生を検出し、連続鋳造設備における鋳片のホールドを防止することが可能となる。

【0074】

ここまで、本発明の実施形態に係る金属の連続鋳造システム及び金属の連続鋳造方法を説明した。ただし、本発明の技術的範囲は上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【符号の説明】

【0075】

１ 連続鋳造装置
２ 溶湯
３、１４ 鋳片
３ａ 凝固シェル
３ｂ 未凝固部
３ｃ 末端部
４ 取鍋
５ タンディッシュ
６ 浸漬ノズル
７ 二次冷却装置
８ 鋳片切断機
９ 二次冷却帯
９Ａ 垂直部
９Ｂ 湾曲部
９Ｃ 水平部
１０ 鋳型
１１ サポートロール
１２ ピンチロール
１３ セグメントロール
１５ テーブルロール
１６ スプレーノズル
２０、２０Ａ ブレークアウト検出装置
２１ 圧力配管
２２ 圧力測定部
２３ 流体供給部
２４ 判定部
２５ 運転モード設定部
２６ 通知制御部
３０ 制御装置
２３１ 流体供給配管
２３２ ニードル弁
２３３ 仕切弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】