特許ウォッチ

公開番号2024173349
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023091706
出願日2023-06-02
発明の名称連続鋳造機、連続鋳造機の異常予測方法およびプログラム
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人樹之下知的財産事務所
主分類B22D 11/16 20060101AFI20241205BHJP(鋳造;粉末冶金)
要約【課題】過去の実績データからブレークアウト直前の異常であることを学習させた機械学習モデルを用いることによって、鋳造中における各時刻の説明変数データの異常判別を行う。
【解決手段】溶鋼から鋳片を製造する際の異常の発生を予測する連続鋳造機であって、溶鋼から製造される鋳片で、溶鋼が凝固した凝固シェルが破断する現象であるブレークアウトが発生するか否かを、事前に予測する異常予測処理部を有し、異常予測処理部は、過去の操業実績における、複数の温度計で得られた温度分布と、当該温度分布となった溶鋼で製造された鋳片でブレークアウトが発生したか否かの情報とを、機械学習による識別器に学習させることで生成された学習済みモデルを用い、複数の温度計で得られた温度分布を推論することで、当該温度分布となった溶鋼で製造されることになる鋳片でブレークアウトが発生するか否かを事前に予測する、連続鋳造機が提供される。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
溶鋼から鋳片を製造する際の異常の発生を予測する連続鋳造機であって、
長辺と短辺とからなる鋳型と、
前記鋳型の短辺に向けて開口した吐出口から、前記鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズルと、
前記鋳型の短辺において、前記溶鋼のなす湯面の目標レベルより高い位置と低い位置とを含む複数の位置に設けられた複数の温度計と、
前記溶鋼から製造される鋳片で、溶鋼が凝固した凝固シェルが破断する現象であるブレークアウトが発生するか否かを、事前に予測する異常予測処理部と、
を有し、
前記異常予測処理部は、過去の操業実績における、前記複数の温度計で得られた温度分布と、当該温度分布となった溶鋼で製造された鋳片で前記ブレークアウトが発生したか否かの情報とを、機械学習による識別器に学習させることで生成された学習済みモデルを用い、前記複数の温度計で得られた温度分布を推論することで、当該温度分布となった溶鋼で製造されることになる鋳片で前記ブレークアウトが発生するか否かを事前に予測する、連続鋳造機。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
溶鋼から鋳片を製造する際の異常の発生を予測する連続鋳造機の異常予測方法であって、
長辺と短辺とからなる鋳型と、
前記鋳型の短辺に向けて開口した吐出口から、前記鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズルと、
前記鋳型の短辺において、前記溶鋼のなす湯面の目標レベルより高い位置と低い位置とを含む複数の位置に設けられた複数の温度計と、
前記溶鋼から製造される鋳片で、溶鋼が凝固した凝固シェルが破断する現象であるブレークアウトが発生するか否かを、事前に予測する異常予測処理部と、
を有する連続鋳造機を用い、
前記異常予測処理部を用いて、過去の操業実績における、前記複数の温度計で得られた温度分布と、当該温度分布となった溶鋼で製造された鋳片で前記ブレークアウトが発生したか否かの情報とを、機械学習による識別器に学習させることで生成された学習済みモデルを用い、前記複数の温度計で得られた温度分布を推論することで、当該温度分布となった溶鋼で製造されることになる鋳片で前記ブレークアウトが発生するか否かを事前に予測する、連続鋳造機の異常予測方法。
【請求項３】
連続鋳造機で溶鋼から鋳片を製造する際の異常の発生を予測するためのプログラムであって、
長辺と短辺とからなる鋳型と、
前記鋳型の短辺に向けて開口した吐出口から、前記鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズルと、
前記鋳型の短辺において、前記溶鋼のなす湯面の目標レベルより高い位置と低い位置とを含む複数の位置に設けられた複数の温度計と、
前記溶鋼から製造される鋳片で、溶鋼が凝固した凝固シェルが破断する現象であるブレークアウトが発生するか否かを、事前に予測する異常予測処理部と、
を有する連続鋳造機を用い、
前記プログラムは、前記異常予測処理部で、過去の操業実績における、前記複数の温度計で得られた温度分布と、当該温度分布となった溶鋼で製造された鋳片で前記ブレークアウトが発生したか否かの情報とを、機械学習による識別器に学習させることで生成された学習済みモデルを用い、前記複数の温度計で得られた温度分布を推論することで、当該温度分布となった溶鋼で製造されることになる鋳片で前記ブレークアウトが発生するか否かを事前に予測する、プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造機、連続鋳造機の異常予測方法およびプログラムに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
図１に例示される連続鋳造機１は溶鋼から鋳片を製造するものであり、長辺と短辺とからなる鋳型２と、タンディッシュから鋳型２に溶鋼ＭＳを供給する浸漬ノズル３とを備えている。浸漬ノズル３の先端は鋳型２内の溶鋼に浸漬され、先端付近に溶鋼が流出する吐出孔４が設けられる。鋳片が鋳型２から出た後に鋳片を支持するロール（図示せず）の軸線に対して垂直な鋳型２の面は、ロールに平行な面よりも水平方向の長さが短いので短辺面または鋳型短辺と呼ばれるが、浸漬ノズル３の吐出孔４はこの短辺に向けて開口している。
【０００３】
鋳片表面の品質および内部の品質を良好に保つため、鋳型２の上部に電磁攪拌装置５を設けて鋳型２内部で溶鋼を攪拌することが行われている。また、鋳片内部の欠陥を防止するために、鋳型２の下部に電磁ブレーキ装置６を設けて静磁場を印加し、溶鋼の下方への流動を抑制することが行われている。しかし、電磁ブレーキ装置６により溶鋼の吐出流Ｆ１を強力に抑制すると下方への流動が制限されるため、図１中に示すように吐出流Ｆ１の周囲に主流とは逆方向の対向流Ｆ２が発生することが、特許文献１に示されている。対向流Ｆ２は浸漬ノズル３に沿って上昇し、溶鋼湯面直下では拡散するが、鋳型２の厚み方向の中心線上では浸漬ノズル３から短辺に向かい衝突する短辺衝突流Ｆ３が形成される。
【０００４】
上記のような連続鋳造機１において、図２に示すように浸漬ノズル３の内部の片側の吐出孔４２付近にアルミナ等介在物が付着すると吐出孔４２の開口面積が減少し、反対側の吐出孔４１に吐出流量が偏るいわゆる偏流が発生する。図２には、偏流発生時の浸漬ノズル３を対称軸として偏流側（図中の左側）と吐出孔詰まり側（図中の右側）の吐出流Ｆ１１，Ｆ１２、対向流Ｆ２１，Ｆ２２および短辺衝突流Ｆ３１，Ｆ３２の違いが模式的に示されている。偏流側で溶鋼ＭＳの湯面直下に発生する短辺衝突流Ｆ３１は、吐出孔詰まり側で発生する短辺衝突流Ｆ３２と比べて流速が大きくなることが数値シミュレーションで確認されている。
【０００５】
鋳型２で溶鋼ＭＳから生成した凝固シェルＳＨは、鋳型２の全周にわたって均一に成長することが望ましい。しかし、凝固シェルＳＨと鋳型銅板との間にある潤滑剤であるパウダーフラックス（溶鋼ＭＳの湯面上に散布したパウダーが溶融したもの）の膜切れ等による凝固シェルＳＨの銅板への焼き付き（拘束）や、凝固収縮が大きい亜包晶鋼や合金鋼の鋳造でフラックスの結晶化不良や湯面からの不均一流入によって鋳型２の周方向について熱伝達が不均一になることによって生じる凝固シェルＳＨの変形のために凝固シェルＳＨと銅板との間に生じる空隙（エアギャップ）など、凝固シェルＳＨの不均一な成長となる異常現象が複数ある。
【０００６】
上述した短辺衝突流Ｆ３も、溶鋼ＭＳの凝固初期において熱収支を乱すため凝固シェルＳＨの形成を不安定化する要因になりうる。特に、溶鋼中[Ｃ]重量％が０．０８～０．１０％の亜包晶鋼では凝固収縮が大きいため凝固シェルＳＨと銅板との間にエアギャップが生じやすい。凝固シェルＳＨが不均一に成長している部分の面積が拡大した凝固不良箇所が鋳型２の下端から引き抜かれた場合、凝固不良箇所の凝固シェルの引張強度が鋳片内部の溶鋼の静圧に耐えられずに破断し、破断部から溶鋼が外部に流出するブレークアウトが発生する場合がある。ブレークアウトの発生は、鋳造の停止、鋳片の引き抜き、流出した溶鋼地金の除去、セグメント交換等を伴うため正常な操業に戻るまでには長い時間を要し、生産性を低下させる要因になる。従って、凝固不良が発生していることをブレークアウトに至る前に検知することが重要である。
【０００７】
そこで、本発明者らは、ブレークアウトが発生した鋳片の分析を行った。ブレークアウトが発生したとき、ブレークアウト後に回収した鋳片から溶鋼が流出した開口部付近の凝固シェルを観察分析することで、凝固不良箇所の原因を事後的に特定できる。さらに、発明者らは、実際に発生したブレークアウトの事例において、流出孔に至る直前の鋳型内両短辺の上下方向に沿う鋳型内溶鋼流速を、鋳片デンドライト組織の傾き角度から非特許文献１に示された計算式を用いて推定した。図３に示すように、正常な場合の凝固シェルでは溶鋼湯面を基準にした深さ３５ｍｍの位置で流速の方向が反転しているのに対し、ブレークアウトが発生した凝固シェルでは深さ８ｍｍの位置で流速の方向が反転していた。
【０００８】
この結果から、図４に示されるように、正常な場合に浸漬ノズルから短辺に向かう流れの衝突位置は溶鋼湯面から約３５ｍｍの位置と推定されるのに対して（図４（ａ））、ブレークアウト発生時には上記衝突位置が溶鋼湯面から約８ｍｍの位置と推定される（図４（ｂ））。また、いずれの場合も溶鋼湯面から５０ｍｍの位置では流速推定値が下向きになるが、この位置におけるブレークアウト発生時の流速推定値の大きさは正常な場合よりも大きくなっている。このことから、ブレークアウト発生時に溶鋼湯面から５０ｍｍ付近の位置で短辺に衝突する溶鋼の流速は、正常な場合よりも大きいと推定される。ブレークアウト発生側では、エアギャップによる凝固不良箇所が鋳型下部まで引き抜かれて破断したと推定される。
【０００９】
鋳造中は、溶鋼のなす湯面（以下、溶鋼湯面ともいう）のレベルを目標レベルに保つ湯面制御が常に行われているが、溶鋼湯面の直下では浸漬ノズルから鋳型短辺に向かう流れが発生しているため、短辺に接する湯面の形状は湯面制御の目標レベルよりも上に盛り上がることになる。従来、鋳型短辺における湯面の盛り上がりを、鋳型短辺銅板の湯面目標レベルより高い位置から湯面目標レベルより低い位置までを含めて設置した温度計の測温値において、上下方向の最大温度に対して６４％の温度に該当する位置として短辺湯面高さとして推定することが特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２０１０－２４０６８６号公報
特開昭６２－９３０５４号公報
【非特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許