JP2004205382A - 連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋳片9に対して、その厚み方向に、送信用センサ13から超音波を透入し、鋳片9を透過した超音波を受信用センサ15で受信することにより、鋳片9の凝固状態を検出する装置であって、冷却ゾーンのチャンバー31外側に鋳片9の進行方向直交方向に設置されたリニアレール33、45と、リニアレール33,45に走行可能に設置されたリニアガイド35,47と、リニアガイド35,47に取り付けられて鋳片9を挟んで上下に配置される一対のアーム37,49と、一対のアーム37,49の一方の先端部に設置された送信用センサ13と、一対のアーム37,49の他方の先端部に設置された受信用センサ15とを備え、センサ及びアーム先端部は鋳片9の上下面に非接触であることを特徴とする。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造される鋳片に対して、その厚み方向に超音波を透入することにより、鋳片の凝固状態を検出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
溶融金属の連続鋳造は、一般に、タンディッシュから所定の断面形状を有する鋳型へ溶融金属を注入し、溶融部と凝固部とが混在した鋳片を鋳型の下方から連続的に引き抜くことにより行われている。鋳片は、鋳型から引き抜かれた直後は、未凝固である溶融部が内側の大部分を占めているが、その後の冷却により凝固が進行するにつれて、凝固部が占める割合が高くなり、全体が凝固する。
【0003】
ここで、連続鋳造鋳片の完全凝固端(クレータエンド)が連続引抜過程にある鋳片のどの位置にあるかを判定することが極めて重要である。理由は以下の通りである。
すなわち、生産性を向上させるために鋳造速度を増やすと、クレータエンドは鋳片の下流側に移動する。クレータエンドの位置が鋳片切断機による切断位置を超えて下流側に移動してしまうと溶鋼漏れといった大事故になる可能性がある。
【0004】
また、凝固の中心偏析を減らし、高品質化を図るための軽圧下操業では、クレータエンドを軽圧下帯近傍に位置させるように鋳造速度や2次冷却量を制御する必要がある。これらの要求に応えるためには、鋳片の凝固状態を、連続的に計測する必要がある。
【0005】
このように、クレータエンドの位置検出や鋳片の凝固状態を検出することが鋳片の生産性や品質の向上に大きく貢献するため、従来から種々の装置が開発されている。
例えば、鋳片表面に接触転動するスペーサーローラと冷却水噴出穴を備えた水冷式電磁超音波トランスジューサを鋳片を中心として対向せしめ、前記トランスジューサに被測定体搬送ローラと接触転動する引込み防止支持ローラを設けた電磁超音波測定装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特公平2−646号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術には以下のような問題点がある。
冷式電磁超音波トランスジューサと鋳片間を所定間隔に保つために、冷式電磁超音波トランスジューサの先端部に鋳片上を接触転動するスペーサローラを設けている。しかし、鋳片表面が平滑面でないため、冷式電磁超音波トランスジューサがガイドローラに引き込まれることがある。もっとも、特許文献1ではこの引込み現象を回避するために、被測定体搬送ローラと接触転動する引込み防止支持ローラを設けているが、機械的な接触があるかぎり引き込みの危険や、振動等による検知誤作動が生ずる危険がある。
【0008】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、センサ及びその保持部を鋳片に対して完全に非接触にして、引き込みの危険や振動等による誤作動のない連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置を得ることを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置は、鋳型に注入された溶鋼を前記鋳型の下方に引き抜き、冷却ゾーンで冷却しながら連続鋳造される鋳片に対して、その厚み方向に、送信用センサから超音波を透入し、前記鋳片を透過した超音波を受信用センサで受信することにより、前記鋳片の凝固状態を検出する装置であって、
前記冷却ゾーンのチャンバー外側に前記鋳片の進行方向直交方向に設置されたリニアレールと、該リニアレールに走行可能に設置されたリニアガイドと、該リニアガイドに取り付けられて前記鋳片を挟んで上下に配置される一対のアームと、該一対のアームの一方の先端部に設置された送信用センサと、前記一対のアームの他方の先端部に設置された受信用センサとを備え、前記センサ及び前記アーム先端部は前記鋳片の上下面に非接触であることを特徴とするものである。
【0010】
また、センサは、外力を受けたときに鋳片から離れる方向に移動可能な非常緩衝装置に取り付けられていることを特徴とするものである。
【0011】
また、非常緩衝装置は、鋳片から離れる方向に移動可能に設置されたセンサ保持部と、該センサ保持部を鋳片側へ常時付勢する付勢手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【0012】
また、鋳片に対して冷却水を噴射する冷却水ノズルをアーム先端部に設けたことを特徴とするものである。
【0013】
また、センサを水冷式にすると共に、センサを冷却するための冷却水の水量及び冷却ノズルに送水される冷却水の水量のそれぞれが各別に水量調整可能に構成されていることを特徴とするものである。
【0014】
また、一対のアームは、鋳片を挟む上下がそれぞれ独立に構成され、各アームが位置調整可能に構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
【0015】
また、一対のアームは、後端側が連結されたC形状からなると共に、リニアレールが平行に複数設けられてなることを特徴とするものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は連続鋳造機の全体を示した側面概略図、図2は図1の丸で囲んだア部を拡大して示すと共に本実施の形態の凝固状態検出装置の信号処理系の構成を示している。図3は本実施の形態の凝固状態検出装置の側面図、図4は平面図である。まず、図1、図2に基づいて、連続鋳造機の全体の説明、及び信号処理系の概要を説明し、その後で図3、図4に基づいて凝固状態検出装置の構成を詳細に説明する。
【0017】
連続鋳造機では、図1に示すように、取鍋1からタンディッシュ3、タンディッシュ3から鋳型5へと移送された溶鋼を、鋳型5の下方に設けられたガイドロールエプロン6に設置された複数組のサポートロール7間を移送して鋳片9を製造する。
鋳型5から引き出された直後の鋳片9は、未凝固である溶融部9aが内側の大部分を占めているが、その後の冷却により凝固が進行するにつれて、凝固部が占める割合が高くなり、全体が凝固する。
【0018】
鋳片9の完全凝固端(クレータエンド(図2参照))が鋳片9のどの位置にあるかを判定するために、凝固状態検出装置11が設置されている。
凝固状態検出装置11の信号処理系は、図2に示すように、送信用横波電磁超音波センサ13(以下単に、「送信用センサ13」という)及び受信用横波電磁超音波センサ15(以下単に、「受信用センサ15」という)からなるセンサ部17と、送信用センサ13に送信信号を出力する送信出力系(任意波形発生器19,送信アンプ21)と、受信用センサ15にて受信した受信信号を処理する受信処理系(受信アンプ23、フィルタ25、オシロスコープ27)、及び受信信号に基づいてクレータエンド及び鋳片凝固状態を算出するクレータエンド計算機29とを備えている。
【0019】
次に、図3、図4に基づいて凝固状態検出装置の構成を詳細に説明する。なお、図3においては実線が待機時の状態を示し、破線が検出実行時の状態を示している。
本実施形態に係る凝固状態検出装置11は、冷却ゾーンのチャンバー31の外側に設置された下部側装置架構31と、下部側装置架構31に鋳片9の進行方向直交方向に設置されたリニアレール33と、リニアレール33上を走行する複数のリニアガイド35と、リニアガイド35に取り付けられた幅狭のアーム37とを備えている。リニアレール33、リニアガイド35、アーム37の関係を後方から見た状態を図5に示す。
【0020】
アーム37を幅狭にしたのは、アーム37をガイドロール7間に挿入できるようにするためである。そして、アーム37をガイドロール7間に挿入するためにアーム37を支持するリニアガイド35をアーム37の後端側に設け、アーム37の前側がリニアレール33から大きく延出できるように構成されている。そして、アーム37を支えるリニアガイド35がアーム37の中央部に位置しないことから生ずるアンバランスを解消するためにアーム37の後端側にバランスウェイト39が設けられている。
アーム37の先端側には送信用センサ13が取り付けられている。
【0021】
下部側装置架構31上には昇降装置41を介して上部側装置架構43が取り付けられ、この上部側装置架構43は昇降装置41によって高さ調整が自在に行えるようになっている。上部側装置架構43には、上述した下部側装置架構31と同様に、リニアレール45と、リニアガイド47と、アーム49とが設置されている。また、アーム49の先端側には受信用センサ15が取り付けられ、後端側にはバランスウェイト51が取り付けられている。
【0022】
本実施の形態では、上下のアーム37、49をそれぞれ別個の構造としたことにより各アームごとの位置調整が可能となり、微調整ができる。
なお、各アーム37,49は、図4に示す駆動モータ53によってリニアガイド35,47がリニアレール33,45上を走行することで、その先端部が冷却チャンバー31に出入りできるようになっている。各アーム37,49の移動を、リニアガイド35,47によって行うようにしたことにより、スムーズな走行が実現され、これによってアーム37,49の先端部に取り付けた送受信センサ13、15を非接触状態で保持することができるのである。
【0023】
送信用センサ13は、送信信号を横波の電磁超音波として発信し、電磁超音波が鋳片9を透過した透過信号を受信用センサ15が受信する。このとき横波超音波は液相である残存溶融金属中を伝播できないことを利用して受信信号を前述の信号処理系で処理することによりクレータエンドの位置検出が行われる。
【0024】
図6は凝固状態検出装置11の先端部の拡大図であり、鋳片9を挟んでセンサ13,15を配置した状態(検出可能状態)の拡大図である。図6に基づいて、凝固状態検出装置11の先端部の構造を説明する。なお、上側と下側は同じ構造なので上側を例に挙げて説明するが、下側の構成であって上側の構成に相当する部分には同一の符号を付してある。
【0025】
まず、受信用センサ15の取り付け構造を説明する。
受信用センサ15は、受信用センサ15が外力を受けたときに鋳片9から離れる方向に移動可能な非常緩衝装置55に取り付けられている。この非常緩衝装置55は、アーム49の先端部に下向きに設置された4本の支持棒57,59,61,63と、該支持棒57,59,61,63の先端側に鋳片9から離れる方向に移動可能に設置された保持部材65と、保持部材65の鋳片9側に取り付けられた脚部67とを備え、この脚部67に受信用センサ15が取り付けられている。
【0026】
そして、4本の支持棒57,59,61,63のうちの外側の2本の支持棒57,63の外周には圧縮バネ69,71がそれぞれはめ込まれており、圧縮バネ69,71が保持部材65を鋳片9側に常時付勢している。このため、保持部材65が常時鋳片9側に押し付けられ所定位置に配置され、これによって受信用センサ15と鋳片9の隙間が所定の間隔に規定される。
そして、鋳片9表面の凸部等に受信用センサ15が接触して受信用センサ15に外力が作用すると、保持部材65が圧縮バネ69,71の付勢力に抗して鋳片9から離れる方向に移動する。このため、受信用センサ15に過大な力が作用せず、受信用センサ15が巻き込まれて破壊するようなことがない。
【0027】
次に、受信用センサ15及び鋳片9の冷却構造について説明する。
受信用センサ15は水冷構造であり、アーム49に沿って設けられた冷却水管73が受信用センサ15にも配管されている。また、アーム49の先端部には鋳片9に対して冷却水を噴射する冷却ノズル75が設けられており、この冷却ノズル75にもアーム49に沿って設けられた冷却配管77が接続されている。冷却ノズル75は、図6〜図8に示すように、鋳片9進行方向の後方、すなわち受信用センサ15検出部の直前部に冷却水を噴射できるようになっている。
【0028】
このように、アーム49の先端部に鋳片9冷却用の冷却ノズル75を設けたので、アーム49を移動しても、必要な箇所のみ冷却でき、冷却水量を節約できる。
【0029】
受信用センサ15を冷却するための冷却水及び冷却ノズル75に供給する冷却水は、図9に示すように、冷却水本管79からヘッダ81を介してそれぞれの冷却管73,75によって供給される。そして、各冷却管73,75にはそれぞれ別個に流量調整弁83,85が設けられている。
このように、流量調整弁83,85を各冷却管73,75ごとに別個に設けたことにより、冷却水本管79の冷却水量の変動に影響をうけることなく、常に所定の冷却水量を受信用センサ15及び冷却ノズル75に供給できる。
【0030】
ここで、受信用センサ15及び冷却ノズル75に常に所定の冷却水量を供給できることの効果について説明する。その前提として、受信用センサ15及び冷却ノズル75に供給される冷却水量が変動したときの問題点について述べる。
まず、受信用センサ15の冷却水量が減少すると受信用センサ15の加熱により感度が低下する。逆に受信用センサ15の冷却水量が増加すると、冷却水による振動がノイズとなり、感度の低下が生じる。
【0031】
また、冷却ノズル75への冷却水量が減少すると、鋳片9の冷却効率が悪くなり、超音波の透過率が悪くなる。加えてセンサへの熱負荷も高まり、センサの耐久性が低下する。逆に、冷却水量が多くなると、冷却ノズル75から噴射される水がジェット噴射状態になり、冷却ノズル75および受信用センサ15に振動が生じ感度に悪影響を生ずる。
【0032】
このように、受信用センサ15及び冷却ノズル75に供給される冷却水量が変動すると、種々の問題が生ずるが、本実施形態では受信用センサ15及び冷却ノズル75に常に所定の冷却水量を供給できるようにしているので、このような問題が生ずることがないのである。
【0033】
以上のように構成された凝固状態検出装置11によって鋳片9の凝固状態を検出するには、鋳造開始前に送受信用センサ13,15の位置合わせをし、鋳造開始後、アーム37,49をガイドロール間に挿入し(図3の破線の状態)、センサ感度が良好になるよう、リフトオフ量(センサ13,15と鋳片9の隙間量)を調整する。
リフトオフ量の調整ができると、アーム37,49を走行させることにより、センサ13,15で鋳片9の幅方向に走査する。
このとき、送信用センサ13は、送信信号を横波の電磁超音波として発信し、電磁超音波が鋳片9を透過した透過信号を受信用センサ15が受信する。この受信信号を前述の信号処理系で処理することによりクレータエンドの位置検出が行われる。
【0034】
なお、連続鋳造機の軽圧下量の変更、鋳片9の厚みの変更などがあったときにはそれに対応してリフトオフ量を変更する。
【0035】
本実施の形態においては、アーム37,49の先端部にセンサ13,15を設置して非接触にて鋳片9の凝固状態を検出できるようにしたので、鋳片9表面の凹凸に影響されることなく、正確に鋳片9の凝固状態を検出できる。
また、アーム37,49を上下2分割構造としたので、各アーム毎に位置調整ができ、リフトオフ量を正確に設定できる。
また、センサ13,15を非常緩衝装置55を介して取り付けたので、センサ13,15が外力を受けたときに、センサ13,15が鋳片9から離れる方向に移動でき、センサが巻き込まれたり、破壊したりするのを防止できる。
【0036】
また、アーム先端部に鋳片9冷却用の冷却ノズル75を設けたので、アーム49を移動しても、必要な箇所のみ冷却でき、冷却水量を節約できる。
また、センサ13,15と冷却ノズル75への流量を各別に調整可能としたので、センサ13,15及び冷却ノズル75への冷却水量を常に所定量に制御でき、センサ13,15の感度を良好に保つことができる。
【0037】
また、アーム37,49を後退させることで、アーム先端部がチャンバー31の外側に配置されるので、センサ13,15を含む装置全体のメンテナンスを容易にすることができる。
【0038】
実施の形態2.
図10は本発明の実施の形態2の説明図であり、図3に示した実施の形態1と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態は、上下アームを一体化してC型アーム87としたものである。このようにすることで、アームの構造を単純化できる。もっとも、レールを下部だけに配置することになり、C型アーム87の立端が高くなるため左右への倒れ込みが生ずる危険がある。そこで、この実施の形態では、図11に示すように、所定間隔離した位置にレールを2本平行に設置している。このようにすることで、アームの左右への倒れ込みを防止できる。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、冷却ゾーンのチャンバー外側に鋳片の進行方向直交方向に設置されたリニアレールと、該リニアレールに走行可能に設置されたリニアガイドと、該リニアガイドに取り付けられて前記鋳片を挟んで上下に配置される一対のアームと、該一対のアームの一方の先端部に設置された送信用センサと、前記一対のアームの他方の先端部に設置された受信用センサとを備え、前記センサ及び前記アーム先端部は前記鋳片の上下面に非接触である構成としたので、鋳片表面の凹凸に影響されることなく、正確に鋳片9凝固状態を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の連続鋳造機の全体を示した側面概略図である。
【図2】図1の丸で囲んだア部の拡大図である。
【図3】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の側面図である。
【図4】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の平面図である。
【図5】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の一部拡大図である。
【図6】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の一部拡大図である。
【図7】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の一部拡大図である。
【図8】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の一部拡大図である。
【図9】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の冷却水配管の系統図である。
【図10】本発明の他の実施の形態の凝固状態検出装置の側面図である。
【図11】本発明の他の実施の形態の凝固状態検出装置の一部拡大図である。
【符号の説明】
13 送信用センサ
15 受信用センサ
31 冷却ゾーンのチャンバー
33 リニアレール
35 リニアガイド
37 アーム
39 バランスウェイト
55 非常緩衝装置
75 冷却ノズル
83,85流量調整弁
87 C型アーム
Claims (7)
- 鋳型に注入された溶鋼を前記鋳型の下方に引き抜き、冷却ゾーンで冷却しながら連続鋳造される鋳片に対して、その厚み方向に、送信用センサから超音波を透入し、前記鋳片を透過した超音波を受信用センサで受信することにより、前記鋳片の凝固状態を検出する装置であって、
前記冷却ゾーンのチャンバー外側に前記鋳片の進行方向直交方向に設置されたリニアレールと、該リニアレールに走行可能に設置されたリニアガイドと、該リニアガイドに取り付けられて前記鋳片を挟んで上下に配置される一対のアームと、該一対のアームの一方の先端部に設置された送信用センサと、前記一対のアームの他方の先端部に設置された受信用センサとを備え、前記センサ及び前記アーム先端部は前記鋳片の上下面に非接触であることを特徴とする連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。 - センサは、外力を受けたときに鋳片から離れる方向に移動可能な非常緩衝装置に取り付けられていることを特徴とする請求項1記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
- 非常緩衝装置は、鋳片から離れる方向に移動可能に設置されたセンサ保持部と、該センサ保持部を鋳片側へ常時付勢する付勢手段とを備えてなることを特徴とする請求項2記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
- 鋳片に対して冷却水を噴射する冷却水ノズルをアーム先端部に設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
- センサを水冷式にすると共に、センサを冷却するための冷却水の水量及び冷却ノズルに送水される冷却水の水量のそれぞれが各別に水量調整可能に構成されていることを特徴とする請求項4記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
- 一対のアームは、鋳片を挟む上下がそれぞれ独立に構成され、各アームが位置調整可能に構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
- 一対のアームは、後端側が連結されたC形状からなると共に、リニアレールが平行に複数設けられてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
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