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特開2024-140166ブレイクアウトの検知方法、連続鋳造設備の操業方法及び鋳片の製造方法
(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】P2024140166
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】ブレイクアウトの検知方法、連続鋳造設備の操業方法及び鋳片の製造方法
(51)【国際特許分類】
B22D 11/16 20060101AFI20241003BHJP
B22D 11/18 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
B22D11/16 104R
B22D11/18 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023051184
(22)【出願日】2023-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100105854
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 一
(74)【代理人】
【識別番号】100116012
【弁理士】
【氏名又は名称】宮坂 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】田村 匠
(72)【発明者】
【氏名】西村 隆
(72)【発明者】
【氏名】益田 稜介
【テーマコード（参考）】
4E004
【Ｆターム（参考）】
4E004MB09
4E004MC11
(57)【要約】
【課題】鋳造開始直後の過渡状態においても速やかにブレイクアウトを検知することができ、最適化のための調整が容易な、ブレイクアウトの検知方法、連続鋳造設備の操業方法及び鋳片の製造方法を提供すること。
【解決手段】鋼の連続鋳造設備１において、鋳造開始時期に鋳型１３内部に供給される溶鋼２の供給量を調整するスライディングノズル１１のノズル開度を連続的又は間欠的に測定し、測定されるノズル開度に応じた開度値と、鋳造速度、鋳型内湯面高さ変化率、鋳型幅、鋳型厚み及びタンディッシュ内溶鋼重量に応じて設定される許容上限開度とを比較し、開度値が許容上限開度を上回った場合にブレイクアウトが発生したと判定する、ブレイクアウトの検知方法。
【選択図】 図１
【解決手段】鋼の連続鋳造設備１において、鋳造開始時期に鋳型１３内部に供給される溶鋼２の供給量を調整するスライディングノズル１１のノズル開度を連続的又は間欠的に測定し、測定されるノズル開度に応じた開度値と、鋳造速度、鋳型内湯面高さ変化率、鋳型幅、鋳型厚み及びタンディッシュ内溶鋼重量に応じて設定される許容上限開度とを比較し、開度値が許容上限開度を上回った場合にブレイクアウトが発生したと判定する、ブレイクアウトの検知方法。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼の連続鋳造設備において、
鋳造開始時期に鋳型内部に供給される溶鋼の供給量を調整するスライディングノズルのノズル開度を連続的又は間欠的に測定し、
測定される前記ノズル開度に応じた開度値と、鋳造速度、鋳型内湯面高さ変化率、鋳型幅、鋳型厚み及びタンディッシュ内溶鋼重量に応じて設定される許容上限開度とを比較し、前記開度値が前記許容上限開度を上回った場合にブレイクアウトが発生したと判定する、ブレイクアウトの検知方法。
鋳造開始時期に鋳型内部に供給される溶鋼の供給量を調整するスライディングノズルのノズル開度を連続的又は間欠的に測定し、
測定される前記ノズル開度に応じた開度値と、鋳造速度、鋳型内湯面高さ変化率、鋳型幅、鋳型厚み及びタンディッシュ内溶鋼重量に応じて設定される許容上限開度とを比較し、前記開度値が前記許容上限開度を上回った場合にブレイクアウトが発生したと判定する、ブレイクアウトの検知方法。
【請求項2】
前記許容上限開度は、鋳造速度、鋳型内湯面高さ変化率、鋳型幅、鋳型厚み及びタンディッシュ内溶鋼重量を含む変数で構成されるパラメータｘの一次式で表される、請求項１に記載のブレイクアウトの検知方法。
【請求項3】
前記パラメータｘは、下記（１）式で示される、請求項２に記載のブレイクアウトの検知方法。
ここで、
Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）
Δｈ：鋳型内湯面高さ変化率（ｍ／ｍｉｎ）
ｗ：鋳型幅（ｍ）
ｄ：鋳型厚み（ｍ）
ＴＤ：タンディッシュ内溶鋼重量（ｔ）
【数1】
Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）
Δｈ：鋳型内湯面高さ変化率（ｍ／ｍｉｎ）
ｗ：鋳型幅（ｍ）
ｄ：鋳型厚み（ｍ）
ＴＤ：タンディッシュ内溶鋼重量（ｔ）
【請求項4】
下記（３）式を満たす場合に、前記ブレイクアウトが発生したと判定する、請求項３に記載のブレイクアウトの検知方法。
（ｓｎ－ＳＮ）－ａ（ｘ－Ｘ）－ｂ＞０．０ ・・・（３）
ここで、
ｓｎ：ノズル開度（％）
ＳＮ：鋳造開始から５０秒間のノズル開度の平均値（％）
Ｘ：鋳造開始から５０秒間のパラメータｘの平均値
ａ：一次式の勾配に対応する定数
ｂ：一次式の切片に対応する定数
（ｓｎ－ＳＮ）－ａ（ｘ－Ｘ）－ｂ＞０．０ ・・・（３）
ここで、
ｓｎ：ノズル開度（％）
ＳＮ：鋳造開始から５０秒間のノズル開度の平均値（％）
Ｘ：鋳造開始から５０秒間のパラメータｘの平均値
ａ：一次式の勾配に対応する定数
ｂ：一次式の切片に対応する定数
【請求項5】
定数ａ及び定数ｂは、５０回から２００回分の過去の複数の操業データをもとに設定され、
前記定数ａは、前記複数の操業データに含まれる、複数の前記開度値と、当該開度値の測定時における複数の前記パラメータｘとから、下記（４）式の一次式で示される回帰式により求められ、
前記定数ｂは、（４）式で求められる定数ｂ’を用いた（５）式で求められる、請求項４に記載のブレイクアウトの検知方法。
（ｓｎ－ＳＮ）＝ａ（ｘ－Ｘ）＋ｂ’ ・・・（４）
ｂ＝ｂ’＋ｃ・σ ・・・（５）
ここで、
ｂ’：回帰式の切片に対応する定数
ｃ：５．０以上１０．０以下の定数
σ：回帰式の標準偏差
前記定数ａは、前記複数の操業データに含まれる、複数の前記開度値と、当該開度値の測定時における複数の前記パラメータｘとから、下記（４）式の一次式で示される回帰式により求められ、
前記定数ｂは、（４）式で求められる定数ｂ’を用いた（５）式で求められる、請求項４に記載のブレイクアウトの検知方法。
（ｓｎ－ＳＮ）＝ａ（ｘ－Ｘ）＋ｂ’ ・・・（４）
ｂ＝ｂ’＋ｃ・σ ・・・（５）
ここで、
ｂ’：回帰式の切片に対応する定数
ｃ：５．０以上１０．０以下の定数
σ：回帰式の標準偏差
【請求項6】
前記鋳造開始時期に鋳型内部に供給される溶鋼の湯面高さ及び前記鋳型内部に供給される前記溶鋼の供給量を調整するノズルの開度偏差の少なくとも一方を監視し、
前記湯面高さが鋳造開始後の時間経過における許容高さ下限Ｈ０未満となる場合、及び前記開度偏差が鋳造開始後の時間経過における許容偏差上限Ｓ０超となる場合の少なくとも一方の場合、且つ前記開度値が前記許容上限開度を上回った場合において、ブレイクアウトが発生したと検知する、請求項１～５のいずれか１項に記載のブレイクアウトの検知方法。
前記湯面高さが鋳造開始後の時間経過における許容高さ下限Ｈ０未満となる場合、及び前記開度偏差が鋳造開始後の時間経過における許容偏差上限Ｓ０超となる場合の少なくとも一方の場合、且つ前記開度値が前記許容上限開度を上回った場合において、ブレイクアウトが発生したと検知する、請求項１～５のいずれか１項に記載のブレイクアウトの検知方法。
【請求項7】
前記許容高さ下限Ｈ０は、過去の鋳造開始時期の複数の操業データをもとに、（８）式で算出され、前記許容偏差上限Ｓ０は、過去の鋳造開始時期の複数の操業データをもとに、（９）式で算出される、請求項６に記載のブレイクアウトの検知方法。
Ｈ０＝Ｈ－Ａσ１ ・・・（８）
Ｓ０＝Ｓ＋Ｂσ２ ・・・（９）
ここで、
Ｈ０：許容高さ下限
Ｈ：過去の複数の操業データの湯面高さの平均値
Ａ：係数
σ１：過去の複数の操業データの湯面高さの標準偏差
Ｓ０：許容偏差上限
Ｓ：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の平均値
Ｂ：係数
σ２：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の標準偏差
Ｈ０＝Ｈ－Ａσ１ ・・・（８）
Ｓ０＝Ｓ＋Ｂσ２ ・・・（９）
ここで、
Ｈ０：許容高さ下限
Ｈ：過去の複数の操業データの湯面高さの平均値
Ａ：係数
σ１：過去の複数の操業データの湯面高さの標準偏差
Ｓ０：許容偏差上限
Ｓ：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の平均値
Ｂ：係数
σ２：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の標準偏差
【請求項8】
前記鋳造開始時期に鋳型内部に供給される溶鋼の湯面高さ及び前記鋳型内部に供給される前記溶鋼の供給量を調整するノズルの開度偏差の少なくとも一方を監視し、
前記湯面高さが鋳造開始後の時間経過における許容高さ下限Ｈ０未満となり、前記開度偏差が鋳造開始後の時間経過における許容偏差上限Ｓ０超となり、前記開度値が前記許容上限開度を上回った場合に、ブレイクアウトが発生したと検知する、請求項１～５のいずれか１項に記載のブレイクアウトの検知方法。
前記湯面高さが鋳造開始後の時間経過における許容高さ下限Ｈ０未満となり、前記開度偏差が鋳造開始後の時間経過における許容偏差上限Ｓ０超となり、前記開度値が前記許容上限開度を上回った場合に、ブレイクアウトが発生したと検知する、請求項１～５のいずれか１項に記載のブレイクアウトの検知方法。
【請求項9】
前記許容高さ下限Ｈ０は、過去の鋳造開始時期の複数の操業データをもとに、（８）式で算出され、前記許容偏差上限Ｓ０は、過去の鋳造開始時期の複数の操業データをもとに、（９）式で算出される、請求項８に記載のブレイクアウトの検知方法。
Ｈ０＝Ｈ－Ａσ１ ・・・（８）
Ｓ０＝Ｓ＋Ｂσ２ ・・・（９）
ここで、
Ｈ０：許容高さ下限
Ｈ：過去の複数の操業データの湯面高さの平均値
Ａ：係数
σ１：過去の複数の操業データの湯面高さの標準偏差
Ｓ０：許容偏差上限
Ｓ：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の平均値
Ｂ：係数
σ２：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の標準偏差
Ｈ０＝Ｈ－Ａσ１ ・・・（８）
Ｓ０＝Ｓ＋Ｂσ２ ・・・（９）
ここで、
Ｈ０：許容高さ下限
Ｈ：過去の複数の操業データの湯面高さの平均値
Ａ：係数
σ１：過去の複数の操業データの湯面高さの標準偏差
Ｓ０：許容偏差上限
Ｓ：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の平均値
Ｂ：係数
σ２：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の標準偏差
【請求項10】
鋼を連続鋳造する連続鋳造設備の操業方法であって、
鋳造開始時期において、請求項１～５のいずれか１項に記載のブレイクアウトの検知方法を用いて、前記ブレイクアウトを検知し、
前記ブレイクアウトが検知された場合に、鋳型への溶鋼の供給を中断する、連続鋳造設備の操業方法。
鋳造開始時期において、請求項１～５のいずれか１項に記載のブレイクアウトの検知方法を用いて、前記ブレイクアウトを検知し、
前記ブレイクアウトが検知された場合に、鋳型への溶鋼の供給を中断する、連続鋳造設備の操業方法。
【請求項11】
請求項１０に記載の連続鋳造設備の操業方法を用いて鋼の連続鋳造を行うことで鋳片を製造する、鋳片の製造方法。
【請求項12】
鋼を連続鋳造する連続鋳造設備の操業方法であって、
鋳造開始時期において、請求項６に記載のブレイクアウトの検知方法を用いて、前記ブレイクアウトを検知し、
前記ブレイクアウトが検知された場合に、鋳型への溶鋼の供給を中断する、連続鋳造設備の操業方法。
鋳造開始時期において、請求項６に記載のブレイクアウトの検知方法を用いて、前記ブレイクアウトを検知し、
前記ブレイクアウトが検知された場合に、鋳型への溶鋼の供給を中断する、連続鋳造設備の操業方法。
【請求項13】
請求項１２に記載の連続鋳造設備の操業方法を用いて鋼の連続鋳造を行うことで鋳片を製造する、鋳片の製造方法。
【請求項14】
鋼を連続鋳造する連続鋳造設備の操業方法であって、
鋳造開始時期において、請求項８に記載のブレイクアウトの検知方法を用いて、前記ブレイクアウトを検知し、
前記ブレイクアウトが検知された場合に、鋳型への溶鋼の供給を中断する、連続鋳造設備の操業方法。
鋳造開始時期において、請求項８に記載のブレイクアウトの検知方法を用いて、前記ブレイクアウトを検知し、
前記ブレイクアウトが検知された場合に、鋳型への溶鋼の供給を中断する、連続鋳造設備の操業方法。
【請求項15】
請求項１４に記載の連続鋳造設備の操業方法を用いて鋼の連続鋳造を行うことで鋳片を製造する、鋳片の製造方法。
【請求項16】
鋼を連続鋳造する連続鋳造設備の操業方法であって、
鋳造開始時期において、請求項９に記載のブレイクアウトの検知方法を用いて、前記ブレイクアウトを検知し、
前記ブレイクアウトが検知された場合に、鋳型への溶鋼の供給を中断する、連続鋳造設備の操業方法。
鋳造開始時期において、請求項９に記載のブレイクアウトの検知方法を用いて、前記ブレイクアウトを検知し、
前記ブレイクアウトが検知された場合に、鋳型への溶鋼の供給を中断する、連続鋳造設備の操業方法。
【請求項17】
請求項１６に記載の連続鋳造設備の操業方法を用いて鋼の連続鋳造を行うことで鋳片を製造する、鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ブレイクアウトの検知方法、連続鋳造設備の操業方法及び鋳片の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
鋼の連続鋳造設備における従来のブレイクアウト検知方法においては、特許文献１，２のように鋳型直下に取り付けられたカメラによってその光量の変化を閾値によって判断してブレイクアウトを検知して、いち早く溶鋼の供給を止めるなど処置が行われている。
【0003】
また、ブレイクアウトを予知する方法として様々な方法が提案されており、例えば特許文献３においては、温度測定器を用いた方法が開示されている。特許文献３の方法では、連続鋳造機の鋳型の湯面より下方に、複数個の温度測定器を水平に配列した測温列を鋳込方向に複数段配置し、複数段のうちの任意の２段について、上段の測温列に配列される温度測定器と、下段の測温列に配列される温度測定器とを同一の直線上に配置する。そして、同一直線上の上下段の温度測定器の測定値を演算装置に伝送し、これらの測定値の関係を用いてブレイクアウトを判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平１１－１９７３５２号公報
【特許文献2】特開平２－２３５５６１号公報
【特許文献3】特開２０１６－３９６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ブレイクアウトの検知技術においては、ブレイクアウトが発生した場合の検知率はより高い方がブレイクアウトの被害がより減少するため望ましい。また、ブレイクアウトが発生していない場合の誤検知率はより低い方が操業を中断する頻度がより減少しより生産性が高まるため望ましく、ブレイクアウト発生から検知までの時間はより短い方がブレイクアウトの被害がより減少するため望ましい。
【0006】
特許文献１，２のような鋳型下部に設置したカメラによるブレイクアウトの検知は、鋳型内部の溶鋼量が通常の状態に比べて少なく光量が不足する鋳造開始直後のブレイクアウトを検知することが困難であるという問題がある。
【0007】
また、特許文献３のような鋳型の温度を測定することによるブレイクアウトの検知は、鋳型が常温から上昇する過渡的状態にある鋳造開始直後のブレイクアウトを検知することが困難であるという問題がある。
【0008】
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、鋳造開始直後の過渡状態においても速やかにブレイクアウトを検知することができる、ブレイクアウトの検知方法、連続鋳造設備の操業方法及び鋳片の製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】
（１）本発明の一態様によれば、鋼の連続鋳造設備において、鋳造開始時期に鋳型内部に供給される溶鋼の供給量を調整するスライディングノズルのノズル開度を連続的又は間欠的に測定し、測定される上記ノズル開度に応じた開度値と、鋳造速度、鋳型内湯面高さ変化率、鋳型幅、鋳型厚み及びタンディッシュ内溶鋼重量に応じて設定される許容上限開度とを比較し、上記開度値が上記許容上限開度を上回った場合にブレイクアウトが発生したと判定する、ブレイクアウトの検知方法が提供される。
【0010】
（２）上記（１）の構成において、上記許容上限開度は、鋳造速度、鋳型内湯面高さ変化率、鋳型幅、鋳型厚み及びタンディッシュ内溶鋼重量を含む変数で構成されるパラメータｘの一次式で表される。
（３）上記（２）の構成において、上記パラメータｘは、下記（１）式で示される。
（３）上記（２）の構成において、上記パラメータｘは、下記（１）式で示される。
【0011】
【数1】
Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）
Δｈ：鋳型内湯面高さ変化率（ｍ／ｍｉｎ）
ｗ：鋳型幅（ｍ）
ｄ：鋳型厚み（ｍ）
ＴＤ：タンディッシュ内溶鋼重量（ｔ）
（４）上記（３）の構成において、下記（３）式を満たす場合に、上記ブレイクアウトが発生したと判定する。
（ｓｎ－ＳＮ）－ａ（ｘ－Ｘ）－ｂ＞０．０ ・・・（３）
ここで、
ｓｎ：ノズル開度（％）
ＳＮ：鋳造開始から５０秒間のノズル開度の平均値（％）
Ｘ：鋳造開始から５０秒間のパラメータｘの平均値
ａ：一次式の勾配に対応する定数
ｂ：一次式の切片に対応する定数
（５）上記（４）の構成において、定数ａ及び定数ｂは、５０回から２００回分の過去の複数の操業データをもとに設定され、上記定数ａは、上記複数の操業データに含まれる、複数の上記開度値と、当該開度値の測定時における複数の上記パラメータｘとから、下記（４）式の一次式で示される回帰式により求められ、上記定数ｂは、（４）式で求められる定数ｂ’を用いた（５）式で求められる。
（ｓｎ－ＳＮ）＝ａ（ｘ－Ｘ）＋ｂ’ ・・・（４）
ｂ＝ｂ’＋ｃ・σ ・・・（５）
ここで、
ｂ’：回帰式の切片に対応する定数
ｃ：５．０以上１０．０以下の定数
σ：回帰式の標準偏差
【0012】
（６）上記（１）～（５）のいずれか一つの構成において、上記鋳造開始時期に鋳型内部に供給される溶鋼の湯面高さ及び上記鋳型内部に供給される上記溶鋼の供給量を調整するノズルの開度偏差の少なくとも一方を監視し、上記湯面高さが鋳造開始後の時間経過における許容高さ下限Ｈ０未満となる場合、及び上記開度偏差が鋳造開始後の時間経過における許容偏差上限Ｓ０超となる場合の少なくとも一方の場合、且つ上記開度値が上記許容上限開度を上回った場合において、ブレイクアウトが発生したと検知する。
【0013】
（７）上記（６）の構成において、上記許容高さ下限Ｈ０は、過去の鋳造開始時期の複数の操業データをもとに、（８）式で算出され、上記許容偏差上限Ｓ０は、過去の鋳造開始時期の複数の操業データをもとに、（９）式で算出される。
Ｈ０＝Ｈ－Ａσ１ ・・・（８）
Ｓ０＝Ｓ＋Ｂσ２ ・・・（９）
ここで、
Ｈ０：許容高さ下限
Ｈ：過去の複数の操業データの湯面高さの平均値
Ａ：係数
σ１：過去の複数の操業データの湯面高さの標準偏差
Ｓ０：許容偏差上限
Ｓ：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の平均値
Ｂ：係数
σ２：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の標準偏差
Ｈ０＝Ｈ－Ａσ１ ・・・（８）
Ｓ０＝Ｓ＋Ｂσ２ ・・・（９）
ここで、
Ｈ０：許容高さ下限
Ｈ：過去の複数の操業データの湯面高さの平均値
Ａ：係数
σ１：過去の複数の操業データの湯面高さの標準偏差
Ｓ０：許容偏差上限
Ｓ：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の平均値
Ｂ：係数
σ２：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の標準偏差
【0014】
（８）上記（１）～（５）のいずれか一つの構成において、上記鋳造開始時期に鋳型内部に供給される溶鋼の湯面高さ及び上記鋳型内部に供給される上記溶鋼の供給量を調整するノズルの開度偏差の少なくとも一方を監視し、
上記湯面高さが鋳造開始後の時間経過における許容高さ下限Ｈ０未満となり、上記開度偏差が鋳造開始後の時間経過における許容偏差上限Ｓ０超となり、上記開度値が上記許容上限開度を上回った場合に、ブレイクアウトが発生したと検知する。
上記湯面高さが鋳造開始後の時間経過における許容高さ下限Ｈ０未満となり、上記開度偏差が鋳造開始後の時間経過における許容偏差上限Ｓ０超となり、上記開度値が上記許容上限開度を上回った場合に、ブレイクアウトが発生したと検知する。
【0015】
（９）上記（８）の構成において、上記許容高さ下限Ｈ０は、過去の鋳造開始時期の複数の操業データをもとに、（８）式で算出され、上記許容偏差上限Ｓ０は、過去の鋳造開始時期の複数の操業データをもとに、（９）式で算出される。
Ｈ０＝Ｈ－Ａσ１ ・・・（８）
Ｓ０＝Ｓ＋Ｂσ２ ・・・（９）
ここで、
Ｈ０：許容高さ下限
Ｈ：過去の複数の操業データの湯面高さの平均値
Ａ：係数
σ１：過去の複数の操業データの湯面高さの標準偏差
Ｓ０：許容偏差上限
Ｓ：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の平均値
Ｂ：係数
σ２：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の標準偏差
Ｈ０＝Ｈ－Ａσ１ ・・・（８）
Ｓ０＝Ｓ＋Ｂσ２ ・・・（９）
ここで、
Ｈ０：許容高さ下限
Ｈ：過去の複数の操業データの湯面高さの平均値
Ａ：係数
σ１：過去の複数の操業データの湯面高さの標準偏差
Ｓ０：許容偏差上限
Ｓ：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の平均値
Ｂ：係数
σ２：過去の複数の操業データのノズルの開度偏差の標準偏差
【0016】
（１０）本発明の一態様によれば、鋼を連続鋳造する連続鋳造設備の操業方法であって、鋳造開始時期において、上記（１）～（９）のいずれか１つの構成に記載のブレイクアウトの検知方法を用いて、上記ブレイクアウトを検知し、上記ブレイクアウトが検知された場合に、鋳型への溶鋼の供給を中断する、連続鋳造設備の操業方法が提供される。
（１１）本発明の一態様によれば、上記（１０）の構成に記載の連続鋳造設備の操業方法を用いて鋼の連続鋳造を行うことで鋳片を製造する、鋳片の製造方法が提供される。
（１１）本発明の一態様によれば、上記（１０）の構成に記載の連続鋳造設備の操業方法を用いて鋼の連続鋳造を行うことで鋳片を製造する、鋳片の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0017】
本発明の一態様によれば、鋳造開始直後の過渡状態においても速やかにブレイクアウトを検知することができる、ブレイクアウトの検知方法、連続鋳造設備の操業方法及び鋳片の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の一実施形態における連続鋳造設備を示す構成図である。
【図2】鋳造開始時期における連続鋳造設備の状態を示す模式図である。
【図3】パラメータｘと標準化ノズル開度との関係及び許容上限開度を示すグラフである。
【図4】係数ｃと検知件数との関係を示すグラフである。
【図5】実施例において、許容高さ下限とブレイクアウト発生時の湯面高さとを示すグラフである。
【図6】実施例において、許容偏差上限とブレイクアウト発生時の開度偏差さとを示すグラフである。
【図7】実施例において、係数Ａと検知件数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下の詳細な説明では、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる場合が含まれる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。
【0020】
＜第１実施形態＞
（装置構成）
図１には、本発明の第１実施形態における鋼の連続鋳造設備１を示す模式図を示す。連続鋳造設備１は、タンディッシュ１０と、スライディングノズル１１と、浸漬ノズル１２と、鋳型１３と、複数の支持ロール１４と、溶鋼レベル計１５と、判定部１６とを備える。連続鋳造設備１では、タンディッシュ１０に収容された溶鋼２が、スライディングノズル１１及び浸漬ノズル１２を介して鋳型１３へと注入され、冷却されることで鋳型１３と溶鋼２との境界に凝固シェルが形成される。その後、支持ロール１４で支持されながら凝固シェルが引き抜かれ、冷却水などによってさらに冷却されることで、所定の断面形状の鋳片となる。
（装置構成）
図１には、本発明の第１実施形態における鋼の連続鋳造設備１を示す模式図を示す。連続鋳造設備１は、タンディッシュ１０と、スライディングノズル１１と、浸漬ノズル１２と、鋳型１３と、複数の支持ロール１４と、溶鋼レベル計１５と、判定部１６とを備える。連続鋳造設備１では、タンディッシュ１０に収容された溶鋼２が、スライディングノズル１１及び浸漬ノズル１２を介して鋳型１３へと注入され、冷却されることで鋳型１３と溶鋼２との境界に凝固シェルが形成される。その後、支持ロール１４で支持されながら凝固シェルが引き抜かれ、冷却水などによってさらに冷却されることで、所定の断面形状の鋳片となる。
【0021】
スライディングノズル１１は、孔が形成されたプレート１１０を有し、プレート１１０が摺動することで、タンディッシュ１０から鋳型１３への溶鋼２の供給量（供給速度）を制御するノズルである。具体的には、プレート１１０の孔と、タンディッシュ１０の底部に形成された孔との重畳する面積を制御することで、溶鋼２の供給量が制御される。また、プレート１１０のタンディッシュ１０に対する摺動方向の相対位置に基いた、摺動量の割合をノズル開度（％）という。ノズル開度は、例えば、摺動方向の位置において、プレート１１０の孔とタンディッシュ１０の底部の孔とが完全に重畳する位置を１００％、この２つの孔が重畳しない位置を０％としてもよい。
【0022】
溶鋼レベル計１５は、鋳型１３内の溶鋼２の浴面の高さである湯面高さを測定する計測装置である。溶鋼レベル計１５の計測手法は、湯面高さを測定可能な既知の計測方法であれば特に限定されない。例えば、溶鋼レベル計１５には、渦流式の湯面レベル計を用いてもよい。湯面高さは、溶鋼２の浴面の鋳型１３内での高さ方向位置を把握可能なものであれば特に限定されず、例えば、鋳型１３の下面又は鋳型１３内部の所定位置からの高さ（鉛直方向の距離）であってもよい。
【0023】
また、連続鋳造設備１では、溶鋼２の鋳型１３への供給量の調整は、不図示の調整機構によって行われる。この調整機構による溶鋼２の供給量の調整は、溶鋼レベル計１５の計測結果に基づいて、湯面高さが所定の高さとなるようにノズル開度が調整されることで行われる。
【0024】
判定部１６は、鋳造開始時期におけるブレイクアウトを検知する、コンピュータ等の演算装置である。判定部１６によるブレイクアウトの検知方法の詳細については後述する。
【0025】
第１実施形態では、連続鋳造を行う期間を鋳造開始時期と定常鋳造時期とに分けて説明する。鋳造開始時期は、連続鋳造を開始した直後から、鋳造速度が定常鋳込み速度となるまでの期間である。定常鋳造時期は、鋳造開始時期の後の期間であり、鋳造速度が定常鋳込み速度となった以降の期間である。
【0026】
鋳造開始時期では、図２に示す状態で連続鋳造が開始される。図２に示すように、連続鋳造の開始時においては、連続鋳造設備１の機内にダミーバ１７を挿入し、ダミーバ１７の先端（ダミーバヘッド）を鋳型１３内に設置する。そして、ダミーバ１７の先端を鋳型１３の底として、鋳型１３内に溶鋼２を注入することで連続鋳造が開始される。その後、溶鋼２が注入されて所定時間経過した後、ダミーバ１７を引き抜く。そして、所定の位置でダミーバ１７を鋳片から切り離し、鋳造速度を定常鋳込み速度まで上げる。
【0027】
鋳造開始時期には、判定部１６はブレイクアウトが発生したか否かを連続的又は間欠的に判定することで、ブレイクアウトの検知が行われる。なお、鋳型１３の内部にダミーバ１７が存在しているときにはブレイクアウトは発生しえないため、ダミーバ１７が鋳型１３から引き抜かれてからブレイクアウトの検知が行われる。そして、ブレイクアウトが検知されると、鋳型１３への溶鋼２の供給を中断して、鋳込みを中断する。一方、ブレイクアウトが検知されない場合には、鋳込みが継続され、ブレイクアウトの検知も引き続き行われる。また、定常鋳造時期については、特に限定されず、既知の連続鋳造方法を用いて定常鋳込み速度での連続鋳造が行われる。
【0028】
（ブレイクアウトの検知方法）
第１実施形態に係るブレイクアウトの検知方法について説明する。第１実施形態では、鋳造開始時期において、鋳型１３内部に供給される溶鋼２の供給量を制御するスライディングノズル１１の開度値であるノズル開度が連続的又は間欠的に測定される。
第１実施形態に係るブレイクアウトの検知方法について説明する。第１実施形態では、鋳造開始時期において、鋳型１３内部に供給される溶鋼２の供給量を制御するスライディングノズル１１の開度値であるノズル開度が連続的又は間欠的に測定される。
【0029】
次いで、判定部１６は、測定されるノズル開度に応じた開度値と、鋳造速度、鋳型内湯面高さ変化率、鋳型幅、鋳型厚み及びタンディッシュ内溶鋼重量に応じて設定される許容上限開度とを比較する。そして、開度値が許容上限開度を上回った場合にブレイクアウトが発生したと判定し、開度値が許容上限開度以下となった場合にはブレイクアウトが発生していないと判定する。なお、ブレイクアウトが発生有無の判定は、ノズル開度の測定タイミングに応じて、連続的又は間欠的に行われる。
【0030】
許容上限開度は、鋳造速度、鋳型内湯面高さ変化率、鋳型幅、鋳型厚み及びタンディッシュ内溶鋼重量を含む変数で構成されるパラメータｘの一次式で表されることが好ましい。また、パラメータｘは、下記（１）式で示すことができる。なお、鋳型内湯面高さ変化率は、１分間当たりの湯面高さの変化量（ｍ／ｍｉｎ）である。
【0031】
【数2】
Ｖｃ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）
Δｈ：鋳型内湯面高さ変化率（ｍ／ｍｉｎ）
ｗ：鋳型幅（ｍ）
ｄ：鋳型厚み（ｍ）
ＴＤ：タンディッシュ内溶鋼重量（ｔ）
【0032】
具体的に、許容上限開度Ｍは、パラメータｘの一次式である下記（２）式で示される。第１実施形態では、判定部１６は、ノズル開度を測定したタイミングにおける、鋳造速度、鋳型内湯面高さ変化率、鋳型幅、鋳型厚み及びタンディッシュ内溶鋼重量からパラメータｘを算出し、求められたパラメータｘと（２）式から、許容上限開度Ｍを算出する。そして、判定部１６は、算出された開度値が許容上限開度Ｍを上回るか否かを判定することで、ブレイクアウトの発生有無を判定する。この判定は、ノズル開度の開度値が（３）式を満たすか否かを判定することと同じである。
【0033】
Ｍ＝ａ（ｘ－Ｘ）＋ｂ ・・・（２）
（ｓｎ－ＳＮ）－ａ（ｘ－Ｘ）－ｂ＞０．０ ・・・（３）
ここで、
ｓｎ：ノズル開度（％）
ＳＮ：鋳造開始から５０秒間のノズル開度の平均値（％）
Ｘ：鋳造開始から５０秒間のパラメータｘの平均値
ａ：一次式の勾配に対応する定数
ｂ：一次式の切片に対応する定数
（ｓｎ－ＳＮ）－ａ（ｘ－Ｘ）－ｂ＞０．０ ・・・（３）
ここで、
ｓｎ：ノズル開度（％）
ＳＮ：鋳造開始から５０秒間のノズル開度の平均値（％）
Ｘ：鋳造開始から５０秒間のパラメータｘの平均値
ａ：一次式の勾配に対応する定数
ｂ：一次式の切片に対応する定数
【0034】
なお、第１実施形態では、ノズル開度に応じた開度値として、測定されるノズル開度から鋳造開始から５０秒間のノズル開度の平均値を差し引いた値（標準化したノズル開度、又は開度偏差ともいう）を用いる。また、一次式の変数として、測定されるパラメータｘから鋳造開始から５０秒間のパラメータｘの平均値を差し引いた値（標準化したパラメータｘともいう）を用いる。パラメータｘ及びノズル開度は、タンディッシュ形状の差やタンディッシュ１０内の地金付着状況などの種々の条件により一定でない。しかしながら、ノズル開度及びパラメータｘについて標準化した値を用い、判定を行う鋳造チャンスの鋳込み開始から５０秒までの平均値からの変動を判定することで、どのような鋳造条件であっても同じ判定基準でブレイクアウトを検知することができる。なお、ノズル開度及びパラメータｘの平均値ＳＮ，Ｘを求めるための鋳造開始からの時間は５０秒が好ましい。この鋳造開始からの時間は、５０秒より長くても同様の効果は得られるが、ブレイクアウトをできるだけ検知できるように、短い方が好ましい。
【0035】
また、定数ａ及び定数ｂは、予め設定される値であり、ブレイクアウトが発生していない過去の複数の操業データをもとに設定されることが好ましい。この操業データには、複数の開度値と、この開度値の測定時における複数のパラメータｘとを含む複数のデータが含まれることが好ましい。具体的には、定数ａは、複数の操業データに含まれる、複数の開度値と、この開度値の測定時における複数のパラメータｘとから、下記（４）式の一次式で示される回帰式により求められる。また、定数ｂは、（４）式で求められる定数ｂ’を用いた（５）式で求められる。また、パラメータｘとノズル開度との線形関係は実際には一定ではなく、ある程度の範囲でばらつく。このばらつきを評価するため、通常の過去の操業データの数は、５０回以上とすることが好ましい。一方、長期的な変動により比例関係が変化したことに対応するため、過去の操業データの数は２００回以下とすることが好ましい。
【0036】
（ｓｎ－ＳＮ）＝ａ（ｘ－Ｘ）＋ｂ’ ・・・（４）
ｂ＝ｂ’＋ｃ・σ ・・・（５）
ここで、
ｂ’：回帰式の切片に対応する定数
ｃ：５．０以上１０．０以下の係数
σ：回帰式の標準偏差
ｂ＝ｂ’＋ｃ・σ ・・・（５）
ここで、
ｂ’：回帰式の切片に対応する定数
ｃ：５．０以上１０．０以下の係数
σ：回帰式の標準偏差
【0037】
さらに、（５）式に示すように、定数ｂを平均値μｂ’に標準偏差の５．０倍～１０．０倍の値を足したもの、つまり係数ｃを５．０以上１０．０としている。このように、標準偏差に対して５倍～１０倍の変動があったときのみブレイクアウトを検知することで、誤検知なくブレイクアウトを判定できるようになる。係数ｃが５．０未満と小さい場合には、ブレイクアウトが発生していない状態でもノズル開度が許容上限開度Ｍを超える頻度が多くなることから誤検知が多くなる。一方、係数ｃが１０．０超と大きい場合には、ブレイクアウトが発生しても検知できない場合が生じる可能性が高くなる。
【0038】
パラメータｘは、鋳型１３内の溶鋼２の体積変動とタンディッシュ１０内の溶鋼２との比に相当するものである。本発明者らは、鋳造が正常に行われる場合には、このパラメータｘとノズル開度とが一次式で示される線形関係を有することに注目をした。そして、パラメータｘに基づいて設定される許容上限開度を閾値として判定することで、精度よくブレイクアウトを検知できることを知見した。
【0039】
具体的には、本発明者らは、（６）式で示される物理モデル式に対して、ヘッド高さＨとタンディッシュ内溶鋼重量ＴＤとが比例関係にあると近似することで、（７）式の比例式が成立することから本発明の着想を得た。（６）式で示される物理モデルでは、タンディッシュ１０内の溶鋼２がタンディッシュ１０の底から溶鋼表面までのヘッド高さ（Ｈ）から、スライディングノズル１１を通って重力加速度ｇに従って自由落下し鋳型１３内へ流入する。そして、鋳型１３から鋳込み速度Ｖｃに従って溶鋼が引き抜かれ、湯面高さ変化率Δｈを伴うモデルである。なお、スライディングノズル１１は、ノズル断面積がＡｓｎ及びノズル開度がｓｎであり、鋳型１３は幅ｗ、厚みｄである。
【0040】
【数3】
【0041】
ブレイクアウトが生じると鋳型１３内の溶鋼レベルを一定に保つようにノズル開度が大きくなる。一方で、取鍋からタンディッシュ１０への溶鋼２の供給を調整する取鍋のスライドノズルも、タンディッシュ１０の溶鋼量の減少に伴ってノズル開度を開いてタンディッシュ内溶鋼重量を一定にするように制御が行われるため、パラメータｘはさほど変化しない。第１実施形態における検知方法は、この応答差を利用してブレイクアウトを検知するものである。
【0042】
第１実施形態では、鋳造開始時期に鋳型内部に供給される前記溶鋼の供給量を調整するスライディングノズルのノズル開度を連続的又は間欠的に測定する。そして、ノズル開度を測定するタイミングに応じて、連続的に又は間欠的に許容上限開度を求め、求められた許容上限開度がノズル開度に応じた開度値を上回る場合にブレイクアウトが発生したと判定する。このような検知方法は、カメラを用いないため、鋳型１３の内部の溶鋼量が通常の状態に比べて少なく、光量が不足する鋳造開始直後のブレイクアウトを検知することが可能である。また、鋳型１３の温度を用いないため、鋳型１３が常温から上昇する過渡的状態にある鋳造開始直後のブレイクアウトを検知することが可能である。さらに、鋳型温度などの方法に比べてより直接的に検知できることから、検知を抜けなく実施することができるようになる。
【0043】
また、第１実施形態では、パラメータｘの一次式に基いた（３）式を用いて、ブレイクアウトの発生を判定する。これによれば、設定するべき定数がａ，ｂの２個のみであることから、最適化のための調整が容易となる。
【0044】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態と装置構成や連続鋳造設備の操業方法、鋳片の製造方法は同様であり、ブレイクアウトの検知方法が異なる。このため、以下の説明では、ブレイクアウトの検知方法についてのみ説明する。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態と装置構成や連続鋳造設備の操業方法、鋳片の製造方法は同様であり、ブレイクアウトの検知方法が異なる。このため、以下の説明では、ブレイクアウトの検知方法についてのみ説明する。
【0045】
第２実施形態では、鋳造開始時期において第１実施形態でのブレイクアウトの検知（第１検知）に加えて、湯面高さおよび開度偏差の少なくとも一方に基づいたブレイクアウトの検知（第２検知）を行う。そして、第１検知と第２検知との両方においてブレイクアウトが検知された場合に、実際にブレイクアウトが発生したと検知する。
【0046】
［ブレイクアウトの検知方法（第２検知）］
第２実施形態における第２検知では、鋳造開始時期において、鋳型１３内部に供給される溶鋼２の供給量を制御するスライディングノズル１１の開度値であるノズル開度が連続的又は間欠的に測定される。さらに、判定部１６は、鋳込み開始時から一定期間のノズル開度の平均値に対する、その後のノズル開度の差分（変動値）である開度偏差を算出する。ノズル開度の平均値を算出するための一定期間は、特に限定されないが、５０秒程度とすることが好ましい。
第２実施形態における第２検知では、鋳造開始時期において、鋳型１３内部に供給される溶鋼２の供給量を制御するスライディングノズル１１の開度値であるノズル開度が連続的又は間欠的に測定される。さらに、判定部１６は、鋳込み開始時から一定期間のノズル開度の平均値に対する、その後のノズル開度の差分（変動値）である開度偏差を算出する。ノズル開度の平均値を算出するための一定期間は、特に限定されないが、５０秒程度とすることが好ましい。
【0047】
（湯面高さによる検知方法）
第２検知における湯面高さによるブレイクアウトの検知方法について説明する。湯面高さによる検知方法では、まず、連続鋳造が開始されたら、溶鋼レベル計１５により湯面高さが連続的に測定され、測定結果が判定部１６に送られることで、湯面高さの監視が行われる。なお、湯面高さとしては、実際の距離（ｍｍ）を用いてもよく、実際の距離に対応する溶鋼レベル計１５の出力値（％）等を用いてもよい。
第２検知における湯面高さによるブレイクアウトの検知方法について説明する。湯面高さによる検知方法では、まず、連続鋳造が開始されたら、溶鋼レベル計１５により湯面高さが連続的に測定され、測定結果が判定部１６に送られることで、湯面高さの監視が行われる。なお、湯面高さとしては、実際の距離（ｍｍ）を用いてもよく、実際の距離に対応する溶鋼レベル計１５の出力値（％）等を用いてもよい。
【0048】
次いで、判定部１６は、測定された湯面高さが鋳造開始後の時間経過における許容高さ下限Ｈ０未満となるか否かを判定する。そして、判定部１６は、湯面高さが許容高さ下限Ｈ０未満となる場合にブレイクアウトが発生したと判定し、湯面高さが許容高さ下限Ｈ０以上となる場合にブレイクアウトが発生していないと判定する。
【0049】
ブレイクアウトが発生すると、連続鋳造設備１の機内で溶鋼２が凝固シェルを破って漏れ出た状態となり、タンディッシュ１０からの溶鋼２の供給量よりも鋳型１３からの溶鋼２の排出量が多くなるため、湯面高さが低下する。このため、ブレイクアウトを検知できる閾値として、許容高さ下限Ｈ０を設定することで、鋳造初期におけるブレイクアウトを検知することができる。また、許容高さ下限Ｈ０は、鋳造開始後の時間経過における値であり、経過時間毎に設定される。例えば、許容高さ下限Ｈ０は、湯面高さの測定時間間隔毎に設定されてもよい。
【0050】
さらに、許容高さ下限Ｈ０は、過去の鋳造開始時期の複数の操業データをもとに、（８）式で算出されることが好ましい。なお、過去の複数の操業データは、ブレイクアウトが発生していない条件でのものである。また、係数Ａは２．０以上７．０以下であることが好ましい。
Ｈ０＝Ｈ－Ａσ１ ・・・（８）
ここで、
Ｈ０：許容高さ下限
Ｈ：過去の複数の操業データの湯面高さの平均値
Ａ：係数
σ１：過去の複数の操業データの湯面高さの標準偏差
Ｈ０＝Ｈ－Ａσ１ ・・・（８）
ここで、
Ｈ０：許容高さ下限
Ｈ：過去の複数の操業データの湯面高さの平均値
Ａ：係数
σ１：過去の複数の操業データの湯面高さの標準偏差
【0051】
また、過去の操業データの数は、湯面高さのバラつき（標準偏差）を評価するために５０回以上とすることが好ましい。一方、長期的な変動によりパターンが変化することに対応するため、過去の操業データの数を２００回以下とすることが好ましい。
【0052】
（開度偏差による検知方法）
次に、第２検知における開度偏差によるブレイクアウトの検知方法について説明する。開度偏差による検知方法では、まず、連続鋳造が開始されたら、判定部１６はスライディングノズル１１のノズル開度を連続的に取得し、開度偏差を算出することで、開度偏差の監視が行われる。
次に、第２検知における開度偏差によるブレイクアウトの検知方法について説明する。開度偏差による検知方法では、まず、連続鋳造が開始されたら、判定部１６はスライディングノズル１１のノズル開度を連続的に取得し、開度偏差を算出することで、開度偏差の監視が行われる。
【0053】
次いで、判定部１６は、求められた開度偏差が鋳造開始後の時間経過における許容偏差上限Ｓ０超となるか否かを判定する。そして、判定部１６は、開度偏差が許容偏差上限Ｓ０超となる場合にブレイクアウトが発生したと判定し、開度偏差が許容偏差上限Ｓ０以下となる場合にブレイクアウトが発生していないと判定する。
【0054】
ブレイクアウトが発生すると、上述のように湯面高さが低下するため、ノズル開度を大きくしてタンディッシュ１０からの溶鋼２の供給量を増やすような制御が行われる。この際の供給量は、ブレイクアウトが発生していない時よりも大きくなるため、ノズル開度及び開度偏差も通常に比べて大きくなる。このため、ブレイクアウトを検知できる閾値として、許容偏差上限Ｓ０を設定することで、鋳造初期におけるブレイクアウトを検知することができる。また、許容偏差上限Ｓ０は、鋳造開始後の時間経過における値であり、経過時間毎に設定される。例えば、許容偏差上限Ｓ０は、湯面高さの測定時間間隔毎に設定されてもよい。
【0055】
さらに、許容偏差上限Ｓ０は、過去の鋳造開始時期の複数の操業データをもとに、（９）式で算出されることが好ましい。なお、過去の複数の操業データは、ブレイクアウトが発生していない条件でのものである。また、係数Ｂは２．０以上１０．０以下であることが好ましい。
Ｓ０＝Ｓ＋Ｂσ２ ・・・（９）
ここで、
Ｓ０：許容偏差上限（％）
Ｓ：過去の複数の操業データの開度偏差の平均値（％）
Ｂ：係数
σ２：過去の複数の操業データの開度偏差の標準偏差
Ｓ０＝Ｓ＋Ｂσ２ ・・・（９）
ここで、
Ｓ０：許容偏差上限（％）
Ｓ：過去の複数の操業データの開度偏差の平均値（％）
Ｂ：係数
σ２：過去の複数の操業データの開度偏差の標準偏差
【0056】
また、過去の操業データの数は、開度偏差のバラつき（標準偏差）を評価するために５０回以上とすることが好ましい。一方、長期的な変動によりパターンが変化することに対応するため、過去の操業データの数を２００回以下とすることが好ましい。
【0057】
（湯面高さ及び開度偏差による検知方法）
さらに、第２検知では、湯面高さと開度偏差の両方に基いてブレイクアウトを検知してもよい。この場合、判定部１６は、湯面高さと開度偏差の両方の監視を行い、湯面高さが許容高さ下限Ｈ０未満、且つ開度偏差が許容偏差上限Ｓ０超となった場合に、ブレイクアウトが発生したと判定する。一方、湯面高さが許容高さ下限Ｈ０未満、且つ開度偏差が許容偏差上限Ｓ０超とならない場合には、判定部１６はブレイクアウトが発生していないと判定する。なお、湯面高さと開度偏差の両方の監視を行い、湯面高さが許容高さ下限Ｈ０未満、又は開度偏差が許容偏差上限Ｓ０超となった場合に、ブレイクアウトが発生したと判定してもよい。
さらに、第２検知では、湯面高さと開度偏差の両方に基いてブレイクアウトを検知してもよい。この場合、判定部１６は、湯面高さと開度偏差の両方の監視を行い、湯面高さが許容高さ下限Ｈ０未満、且つ開度偏差が許容偏差上限Ｓ０超となった場合に、ブレイクアウトが発生したと判定する。一方、湯面高さが許容高さ下限Ｈ０未満、且つ開度偏差が許容偏差上限Ｓ０超とならない場合には、判定部１６はブレイクアウトが発生していないと判定する。なお、湯面高さと開度偏差の両方の監視を行い、湯面高さが許容高さ下限Ｈ０未満、又は開度偏差が許容偏差上限Ｓ０超となった場合に、ブレイクアウトが発生したと判定してもよい。
【0058】
以上のように、第２検知では、湯面高さ及び開度偏差の少なくとも一方に基づいて判定することで、ブレイクアウトの発生を検知する。ブレイクアウトの発生の判定は、鋳造開始後の時間経過における許容高さ下限Ｈ０及び許容偏差上限Ｓ０の少なくとも一方で行われるため、鋳造開始直後の過渡状態においても、湯面高さやノズル開度に対する一定の閾値で判定する場合に比べて精度よく判定することができる。
【0059】
さらに、過去の複数の操業データ及び（１）式を用いて許容高さ下限Ｈ０を設定、又は過去の複数の操業データ及び（２）式を用いて許容偏差上限Ｓ０を設定することで、精度よくブレイクアウトを検知することができる。湯面高さは、一定値となるように自動で制御されているが実際には一定ではなく、ある程度の範囲でバラつく。鋳造開始直後は一定の操業に基づいているため、速度パターンも類似するが、鋳造速度を上昇させた直後や、鋳造速度を一定にした直後などのタイミングにおいて湯面がハンチングしやすいため、湯面高さの平均及びバラつきは時間経過に依存する。このため、経過時間毎に許容高さ下限Ｈ０及び許容偏差上限Ｓ０を設定することで、より高い精度でブレイクアウトを検知することができる。さらに、検知精度が高くなることで、誤検知も防止することができ、生産性を向上させることができる。さらに、従来の検知方法に比べて、ブレイクアウトを速やかに検知できるようになることから、ブレイクアウトによる生産影響を低減することもできる。また、鋳型温度に基いた検知方法に比べて、ブレイクアウトを直接的に検知することができるため、検知を抜けなく実施することができる。
【0060】
さらに、ノズル開度は、湯面高さと異なり、鋳型１３の大きさ（幅及び厚み）や、種々の条件により開度が一定とはならない。このため、判定を行うチャンス（連続鋳造を行う単位）の鋳込み開始から一定時間の平均値からの変動値である開度偏差を用いて判定することで、鋳型１３がどのようなサイズであっても同じ判定基準でブレイクアウトを検知することができるようになる。
【0061】
さらに、湯面高さと開度偏差の両方に基いてブレイクアウトを検知することで、より高い精度でブレイクアウトを検知することができる。
【0062】
さらに、第２検知では、（８）式及び（９）式における係数Ａ，Ｂを２．０以上７．０以下とする、つまり、過去の操業データの湯面高さ及び開度偏差の標準偏差に対して５～１０倍の変動があったときにブレイクアウトを検知することが好ましい。このようにすることで、誤検知なくブレイクアウトを判定することがきる。
【0063】
第２実施形態では、第１検知においてブレイクアウトが検知され、さらに、第２検知においてブレイクアウトが検知された場合に、実際にブレイクアウトが発生したと検知する。このようにすることで、第１検知によってのみブレイクアウトを検知する場合に比べて、誤検知を減らすことができ、検知を抜けなく実施できることから、検知精度を向上させることができる。
【0064】
また、第２実施形態では、設定するべき定数がａ，ｂ，Ａ，Ｂの多くとも４個と少ない。このため、設定するべき定数閾値が多い場合に比べ、最適化のための調整が容易となる。
【0065】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
【0066】
例えば、第１及び第２実施形態では、ブレイクアウトの検知方法について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明は、連続鋳造設備の操業方法及び鋳片の製造方法にも適用することができる。本発明の一態様に係る連続鋳造設備の操業方法は、鋼を連続鋳造する連続鋳造設備１の操業方法であって、鋳造開始時期において、第１又は第２実施形態に係るブレイクアウトの検知方法を用いてブレイクアウトを検知する。そして、ブレイクアウトが検知された場合には、鋳型１３への溶鋼２の供給を中断し、検知されなかった場合には、鋳型１３への溶鋼２の供給を継続する。また、本発明の一態様に係る鋳片の製造方法は、上記の連続鋳造設備１の操業方法を用いて鋼の連続鋳造を行う。
【0067】
また、第１実施形態では、開度値として標準化したノズル開度と、標準化したパラメータｘを用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。連続鋳造機によって、タンディッシュ形状の差やタンディッシュ１０内の地金付着状況などの種々の条件による影響が小さいようであれば、開度値として測定されるノズル開度を用い、（１）式で求められるパラメータｘを標準化せずにそのまま用いてもよい。
【実施例0068】
本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、２００回分の過去の操業データから許容上限開度を求めた。許容上限開度は、（２）式により求めた。図３には、過去の操業データのプロットと、求められた許容上限開度（破線の直線）と、（４）式で求められる回帰式（実線の直線）をそれぞれ示す。また、図３において、横軸は（１）式で求められるパラメータｘ、縦軸は標準化されたノズル開度である開度値をそれぞれ示す。また、図３の例では、許容上限開度を求める際に、（５）式で用いる係数ｃを７とした。
【0069】
さらに、図３には、実際にブレイクアウトが発生した２チャージにおける、開度値とパラメータｘのデータを線付きのプロットで示す。図３に示す例では、現状オペレータに頼っているブレイクアウトの検知方法に比べ、５～１０秒前にブレイクアウトが検知できることが確認できた。
【0070】
また、図４には、（５）式で用いる係数ｃと検知件数との関係を示す。図４から分かるように、係数ｃを小さくすることで検知抜けはなくなるものの誤検知が多くなることから検知件数が大きくなる。また、係数ｃを大きくすることで、誤検知は減るものの検知抜けが発生するようになる。このため、係数ｃは、５．０以上１０．０以下とすることが好ましいことが分かった。
【0071】
さらに、実施例では、２００回分の過去の操業データから、（８）式及び（９）式を用いて、許容高さ下限Ｈ０及び許容偏差上限Ｓ０を求め、２チャンス分のブレイクアウト発生時の湯面高さと開度偏差との比較を行った。
【0072】
図５には、求めた許容高さ下限Ｈ０及び２チャンス分のブレイクアウト発生時の湯面高さの経過時間に対する挙動を示す。なお、図５において、縦軸は湯面高さであり、横軸はダミーバの引き抜き開始からの経過時間（ｓｅｃ）である。縦軸の湯面高さは、実際の距離に対応した溶鋼レベル計１５の出力値（％）であり、４５％となるように制御が行われている。また、横軸の経過時間は、鋳型１３への溶鋼２の注入開始が－５０ｓｅｃであり、ダミーバの引き抜き開始が０ｓｅｃである。図５に示す例では、係数Ａを７、つまり湯面高さの平均値に標準偏差の７倍を閾値として与えている。図５に示す例では、許容高さ下限Ｈ０未満となるタイミングは、現状オペレータに頼っているブレイクアウト検知の１０～２０秒前となり、ブレイクアウトの検知が精度よく速やかに検知できることを確認した。
【0073】
また、図５に示す例では、時間経過毎に閾値は変動し、鋳込み開始後２０秒程度で最大となることが確認できた。これは、鋳込み開始後２０秒程度で鋳造速度の変更が行われるため、湯面高さのバラつきが大きくなるためだが、その後はピークの１／３程度に収まることが確認できた。ここで、従来の検知方法では、バラつきのピークに合わせた一定の閾値で検知を行うため、閾値を全時間帯に渡って大きく取らざるを得ない。しかし、第２検知の方法では、過去の操業データから時間経過に合わせて最適な閾値選択を行うため、従来の検知方法に比して速やかにブレイクアウトを検知することが可能である。
【0074】
図６には、求めた許容偏差上限Ｓ０及び２チャンス分のブレイクアウト発生時の開度偏差の経過時間に対する挙動を示す。なお、図６において、縦軸は開度偏差であり、横軸は図３と同様にダミーバの引き抜き開始からの経過時間（ｓｅｃ）である。縦軸の開度偏差は、経過時間が－５０ｓｅｃ～０ｓｅｃまでのノズル開度の平均値との差分であり、経過時間が０ｓｅｃよりも後に示される。また、図６に示す例では、係数Ｂを４、つまり開度偏差の平均値に標準偏差の４倍を閾値として与えている。さらに、図６のブレイクアウトの発生チャンスは、図５の発生チャンスと同じものである。図６から明らかなように、開度偏差を用いた場合においても、湯面高さを用いた場合と同様にブレイクアウトを従来に比べて速やかに検知できることが確認できた。
【0075】
さらに、（１）式，（２）式における係数Ａ，Ｂによる、検知精度と誤検知発生の影響についても調査を行った。図７には、係数Ａ，Ｂを１．０～１０．０に変えたときの、係数Ａ，Ｂとブレイクアウトの検知件数との関係を示す。なお、図５において、「両方」で示すグラフは、湯面高さと開度偏差の両方の検知方法を用いた場合であり、湯面高さとノズル開度の両方においてブレイクアウトを検知された場合にのみブレイクアウトが発生したと検知をしている。なお、この調査では、実際にブレイクアウトが発生した件数は２件である。係数Ａ，Ｂを小さくすることで誤検知は減るものの過検知が増えることが確認でき、一方、係数Ａ，Ｂを大きくすることで過検知は減るものの誤検知が増えることが確認できた。このため、本実施例の設備では、係数Ａ，Ｂは、２．０以上７．０以下程度が適当であることが確認できた。さらに、本実施例では、係数Ａ，Ｂを４とし、係数ｃを７として、第１検知と第２検知を組み合わせた条件において、検知件数が２件となり、過検知も誤検知もないことを確認した。図６に示す例では、現状オペレータに頼っているブレイクアウトの検知方法に比べ、ブレイクアウト発生チャンス（１）では９秒前、ブレイクアウト発生チャンス（２）では４秒前にブレイクアウトが検知できることが確認できた。このため、湯面高さと開度偏差の両方を用いて検知をすることで、ブレイクアウトの発生を精度よく検知できることが確認できた。
【0076】
以上の結果から、第１検知と第２検知とを組わせることで、過検知も誤検知も少なくすることができ、精度よくブレイクアウトを検知できることが確認できた。
【符号の説明】
【0077】
１ 連続鋳造設備
１０ タンディッシュ
１１ スライディングノズル
１１０ プレート
１２ 浸漬ノズル
１３ 鋳型
１４ 支持ロール
１５ 溶鋼レベル計
１６ 判定部
１７ ダミーバ
２ 溶鋼
１０ タンディッシュ
１１ スライディングノズル
１１０ プレート
１２ 浸漬ノズル
１３ 鋳型
１４ 支持ロール
１５ 溶鋼レベル計
１６ 判定部
１７ ダミーバ
２ 溶鋼
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】