JP2007090357A

JP2007090357A - 連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置

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Publication number: JP2007090357A
Application number: JP2005279193A
Authority: JP
Inventors: Junichi Yotsutsuji; 淳一四辻; Akio Nagamune; 章生長棟
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: JP4765517B2

Abstract

【課題】連続鋳造において鋳型内に添加されたモールドパウダーの溶融厚み及び粉末層厚みを適切な厚みに自動的に制御することのできるモールドパウダー自動供給装置を提供する。
【解決手段】上記課題は、連続鋳造鋳型１内の溶融金属２の上にモールドパウダー４を全自動で投入するモールドパウダー自動供給装置１９であって、前記鋳型内のモールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値に基づいて、モールドパウダーを全自動で投入するモールドパウダー自動供給装置によって解決することができる。この場合、前記モールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値は、少なくとも２種以上の周波数における位相情報と絶対値情報とを用いて計測する多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器による計測値であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造において潤滑剤などとして用いられているモールドパウダーを鋳型内へ全自動で投入するモールドパウダー自動供給装置に関するものである。

鋼の連続鋳造では、溶鋼を水冷構造の鋳型に注入して冷却し、鋳型との接触面に凝固シェルを生成させながら、この凝固シェルを鋳型下方に連続的に引き抜き、鋳片を製造している。この連続鋳造においては、銅を母材とし、その表面に必要に応じてクロムまたはニッケル若しくはこれら金属の合金がメッキされた鋳型表面と、生成される凝固シェルとの摩擦抵抗を減じるために、潤滑剤としてモールドパウダーが使用されている。

モールドパウダーは、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、ＭｎＯなどの酸化物を基材とし、これら基材に、基材の物性を調整するためのＮａ₂Ｏ、Ｋ₂ Ｏ、ＣａＦ₂ 、ＭｇＦ₂ 、Ｌｉ₂ ＣＯ₃、氷晶石などのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物や弗化物または炭酸化物と、基材の主成分であるＣａＯ、ＳｉＯ₂ の成分調整材である炭酸カルシウムや珪藻土と、溶融速度調整材であるカーボンブラックや人造黒鉛などの炭素物質とが、添加されて構成されており、鋳型内の溶鋼上に添加されたモールドパウダーは、溶鋼の熱によって加熱され溶融して鋳型と凝固シェルとの間隙に流入し、潤滑剤としての機能を発揮する。尚、モールドパウダーは、その他に酸化防止剤、保温剤、溶鋼から浮上してくるアルミナなどの酸化物の吸収剤としての機能も有している。

これらのモールドパウダーの機能うちで潤滑剤としての機能及び酸化物吸収剤としての機能は、モールドパウダーの溶融層の厚みに依存し、また、保温剤としての機能は、溶融層の厚みのみならず、溶融層の上に存在する粉末層の厚みにも依存する。従って、鋳型と凝固シェルとの間隙に流入して消費されるモールドパウダーの溶融層及び粉末層の厚みを所定の範囲に維持しながら鋳造することは、連続鋳造操業の安定化のためにも、また、鋳片の品質向上のためにも極めて重要となる。

従来、鋳型へのモールドパウダーの供給は、鋳型の状況をオペレーターがモニターで監視してオペレーター判断で投入したり、モールドパウダー自動供給装置を使用する場合には、鋳造する鋼種や使用するモールドパウダーの種類毎に供給パターン（投入量及び投入タイミング）を予め設定し、この設定値に則って投入したりすることが多かった。しかし、モニター監視に基づくオペレーターによる投入は、オペレーターによる個人差が生じ、溶融層厚み及び粉末層厚みのバラツキが大きいという問題があった。この場合には、省力化の面からも好ましいことではない。また、供給パターンを固定した自動供給も、供給パターンの変更などはモニター監視によるオペレーター判断に依存することが多く、結局はフィードバック間隔が長くなり、溶融層厚み及び粉末層厚みのバラツキの原因となっていた。

鋳造中の溶融層厚みのバラツキを少なくするべく、特許文献１には、鋳型内へモールドパウダーを供給する可動ノズル装置と、鋳型内のモールドパウダーの表面温度及びこの温度分布から溶融層厚み及びその分布を検出する検出装置と、この検出装置の出力信号に基づいて溶融層厚みが一様且つ一定になるように可動ノズルの動作及びモールドパウダーの供給量を制御する制御装置と、を有するモールドパウダー自動供給装置が提案されている。特許文献１によれば、鋳型内の溶鋼湯面全面にわたって均一なモールドパウダー層の形成が可能となり、オペレーターの省力も図れるとしている。
特開昭６０−４９８４６号公報

しかしながら、特許文献１に提案された方法には以下の問題点がある。即ち、特許文献１では溶融層の厚みをモールドパウダーの表面温度の計測値に基づいた熱計算により算出しているが、モールドパウダー粉末の粒径及び密度のバラツキが要因となってモールドパウダーの表面温度の変動誤差は大きく、また、介在物付着対策として浸漬ノズルに吹き込まれたＡｒガスがモールドパウダー層を通過して表面に出てくることから表面温度が局所的に上昇するなどすることから、モールドパウダーの表面温度と溶融層の厚みとは一対一に対応しているとはいい難く、従って、溶融層の厚みを正確に計測しているとはいい難い。また、その計測値に基づいてモールドパウダーの供給量を決定しており、常に所定厚みの溶融層が形成されているともいい難い。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、連続鋳造において鋳型内に添加されたモールドパウダーの溶融厚み及び粉末層厚みを適切な厚みに自動的に制御することのできるモールドパウダー自動供給装置を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置は、連続鋳造鋳型内の溶融金属上にモールドパウダーを全自動で投入するモールドパウダー自動供給装置であって、前記鋳型内のモールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値に基づいて、モールドパウダーを全自動で投入することを特徴とするものである。

第２の発明に係る連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置は、第１の発明において、前記モールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値は、少なくとも２種以上の周波数における位相情報と絶対値情報とを用いて計測する多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器による計測値であることを特徴とするものである。

本発明に係る連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置は、鋳型内のモールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値に基づいて、鋳型内へのモールドパウダーの投入量及び投入タイミングを制御するので、鋳型内の溶融金属上に常に適切な厚みのモールドパウダーの溶融層及び粉末層を維持することができ、鋳片の品質向上並びに連続鋳造操業の安定化が達成されるなど、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、本発明を、スラブ連続鋳造機で溶鋼を鋳造する場合に適用した例を用いて具体的に説明する。図１及び図２は、本発明に係るモールドパウダー自動供給装置を設置した連続鋳造機の概略図で、図１は側面概略図、図２は正面概略図である。

図１及び図２において、取鍋（図示せず）からタンディッシュ７に注入された溶鋼２は、タンディッシュ７の底部に設置された浸漬ノズル８を介して、水冷構造の鋳型１に注入され、鋳型１により冷却されて鋳型１との接触面に凝固シェル３を形成し、この凝固シェル３が鋳型１の下方に連続的に引き抜かれ、連続鋳造鋳片が製造されている。鋳型１の溶鋼湯面２ａには、凝固シェル３と鋳型１との潤滑剤、溶鋼２の酸化防止剤、溶鋼２の保温剤、及び溶鋼２から浮上してくるアルミナなどの酸化物の吸収剤としてのモールドパウダー４が、モールドパウダー自動供給装置１９により添加されている。

モールドパウダー自動供給装置１９は、モールドパウダー４を収容する貯蔵ホッパー２０と、貯蔵ホッパー２０に収容されたモールドパウダー４を切出して鋳型１の内部に投入する供給フィーダー２１と、モールドパウダー４の切出し量及び投入タイミングを制御する制御装置２２と、これらを積載する台盤２３とを備えている。供給フィーダー２１は、例えばスクリューフィーダーなどを用いることができる。台盤２３は車輪（図示せず）を備えており、鋳造床（図示せず）に設置されたレール（図示せず）の上を鋳型１の長辺面に対して平行に移動できるようになっている。

溶鋼湯面２ａの上方には、鋳型内のモールドパウダー４の溶融層厚み及び粉末層厚みを計測する多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器の一部分を構成する多周波渦流センサー１１が設置されている。尚、図１では、錯綜して分りにくくなるために、多周波渦流センサー１１を省略している。また、この多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器は溶鋼湯面２ａの位置を計測する湯面レベル計を兼ねている。

ここで、本発明においてモールドパウダー４の溶融層の厚み及び粉末層の厚みを計測する多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器について説明する。

図３に、鋳型内の溶鋼及びモールドパウダーの状態を示す概略図を示す。図３に示すように、鋳型１の溶鋼湯面２ａに添加された粉末状のモールドパウダー４は、溶鋼２を覆い、溶鋼２から熱を受け、溶鋼２と接触する側は溶融して溶融層５を形成する。溶融層５の上部には未溶融の粉末層６が形成される。溶融したモールドパウダーは凝固シェル３と鋳型１との間隙を流下して消費される。尚、図３では凝固シェル３と鋳型１との間隙を流下するモールドパウダーは省略している。

モールドパウダー４の溶融層５の厚みは、凝固シェル３と鋳型１との間隙を流下して消費される量と新たに溶融される量とで決定されるが、鋳造条件が変化するとモールドパウダー４の消費量が変化し、それに応じてモールドパウダー４の溶融層５の厚みも変動する。この溶融層５の厚みが薄くなると、未溶融のモールドパウダー４が溶鋼２に巻き込まれるなどして鋳片の品質欠陥の原因になるのみならず、凝固シェル３と鋳型１との潤滑が不足し、ブレークアウトを発生する恐れもある。そのため、モールドパウダー４の溶融層５の厚みが所定の厚みを維持するように、モールドパウダー４を鋳型１に供給することが極めて重要となる。

これら溶鋼２、溶融層５、粉末層６の導電率を表１に示す。溶融層５の導電率は溶融させたモールドパウダーで計測し、粉末層６の導電率は、粉末状態のモールドパウダーで計測した値である。表１に示すように、溶鋼２の導電率は非常に大きく、それに対して溶融層５の導電率は小さい。一方、粉末層６の導電率は極めて小さくほぼ絶縁体に近い。本発明で用いる多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器は、溶鋼２の表面即ち溶鋼湯面２ａまでの距離と、溶融層５の厚みと、粉末層６の厚みとを計測するための装置である。

渦流法は、図４にその計測方法の原理を示すように、励磁コイルの信号と検出コイルの信号とを検波して、検出コイルのインピーダンス変化を計測する方法であるが、検出コイルのインピーダンスは、設計仕様の他に、検出コイルの周辺状況、例えば検出コイルに対する導電体の距離、導電体の導電率の変化などによっても変化する。ここで、インピーダンスは複素数であり、絶対値（電圧）と位相情報の２つの情報がある。即ち、１つの周波数について２つのデータが得られることになる。これらの絶対値及び位相情報の概念を図５に示す。図５において、実線の波は励磁コイルへの入力、破線の波は検出コイルの出力であり、絶対値とは、検出コイルの出力の最大値と最小値との差であり、位相情報とは、励磁コイルに入力した信号に対する出力の位相差である。

鋳型内の溶鋼湯面２ａの位置を計測する渦流式湯面計測器などのように測定対象が１つならば、１つの周波数で絶対値のみを測定することで計測が可能であるが、モールドパウダー４の溶融層５の厚み及び粉末層６の厚みを計測するためには、計測の対象として３種類の対象を計測するということになる。そのためには、少なくとも３種類の周波数を用いるか、２種類の周波数でそれぞれの絶対値と位相情報とを利用するなどして、とにかく３種類以上のデータが必要である。多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器は、この点を解決しており、複数の周波数における絶対値と位相情報とを利用して計測・解析し、モールドパウダー４の溶融層５の厚み及び粉末層６の厚みを計測する装置である。

図６に、本発明で使用した多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器の構成図を示す。図６に示すように、連続鋳造されている鋳型内の溶鋼２に対向して多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器の多周波渦流センサー１１を、上下移動可能な保持台１０を介して架台９に設置する。溶鋼２は、モールドパウダー４の溶融層５で覆われ、溶融層５は、未溶融の粉末層６で覆われている。多周波渦流センサー１１は、空芯または絶縁体若しくは非磁性のボビンに巻かれたコイルからなり、励磁コイル１３と検出コイル１４とから構成される。多周波渦流センサー１１は、計測中に冷却できるようにケース１２を外殻とし、外部からケース１２の内部に導入される空気によってエアーパージされる構造である。

励磁コイル１３には、発振器１５から出力された基本波形が電源アンプ１６で増幅されて入力される。検出コイル１４にて検出された信号は、差動アンプ１７で増幅された後、ロックインアンプ１８へ入力される。発振器１５から別途基本波形をロックインアンプ１８へ参照波形として入力し、検波出力として絶対値と位相とが得られる。発振器１５からの信号の周波数を変えることにより、多周波での計測が可能となる。多周波として例えば、低周波として５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲、高周波として８００ｋＨｚ〜１．２ＭＨｚの範囲から、少なくとも１周波づつ選択して計測すると、粉末層６はバラツキ±５ｍｍ程度で計測可能である。

このようにして構成される多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器によるモールドパウダー４の溶融層５の厚み及び粉末層６の厚みの計測値が、モールドパウダー自動供給装置１９の制御装置２２に入力され、制御装置２２は入力された溶融層５の厚み及び粉末層６の厚みの計測値に基づいて、モールドパウダー４の切出し量及び投入タイミングを決定する。

図７に、モールドパウダー自動供給装置１９を制御するためのフローチャートを示す。制御装置２２は、多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器から入力された溶融層５及び粉末層６の厚みデータに基づき、鋳造データを参照して、モールドパウダー４の供給量及び投入タイミングを決定する。

供給量判定算出ロジックは、例えば以下のようにすることができる。即ち、鋼種、鋳造速度及びモールドパウダーの種類に基づいて予め作成したテーブルを用いてモールドパウダー４における基本消費量及び溶融層５の基本厚みを決定し、計測された溶融層５の厚みが前記基本厚みよりも薄ければ供給量を増加して、粉末層６の厚みが現状よりもおよそ１０ｍｍ厚くなるまで供給する。逆に、計測された溶融層５の厚みが基本厚みよりも厚ければ、粉末層６の厚みが現状よりもおよそ５ｍｍ薄くなるまで供給量を抑制する。また、鋳型１のオシレーションの周期や振幅を変化させた場合や溶鋼温度が変化した場合も、モールドパウダー４の消費量は変化するが、これらを全て加味して供給量を決定する。

溶融層５の厚みは他のパラメータ（表面流速、Ａｒガス吹き込み量）を用いて調整する場合もあるが、上記のように、粉末層６の厚みを変更することにより溶融層５の厚みを調整することに関しては全自動で制御可能となり、鋳片の品質向上並びに連続鋳造操業の安定化が達成される。

尚、図２では、浸漬ノズル８を挟んで片側のみに多周波渦流センサー１１及びモールドパウダー自動供給装置１９を図示しているが、浸漬ノズル８を挟んだ反対側にも多周波渦流センサー１１を含めて多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器並びにモールドパウダー自動供給装置１９が設置されている。つまり、浸漬ノズル８を挟んで鋳型幅方向左右でそれぞれ独立してモールドパウダー４の投入を制御している。但し、多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器及びモールドパウダー自動供給装置１９をそれぞれ２基ずつ設置する必要はなく、モールドパウダー自動供給装置１９の供給フィーダー２１に伸縮機能を持たせるなどによって、浸漬ノズル８を回避して移動させることにより、１基の多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器と１基のモールドパウダー自動供給装置１９とにより対処することができる。

また、多周波渦流センサー１１としては差分方式のセンサーもあるが、多周波渦流式である限り本発明を適用することができる。また更に、多周波の印加方法としては、同時に印加する多重周波数方式や、単周波を切り替える方式などを用いることができる。

本発明に係るモールドパウダー自動供給装置を設置した連続鋳造機の側面概略図である。本発明に係るモールドパウダー自動供給装置を設置した連続鋳造機の正面概略図である。鋳型内の溶鋼及びモールドパウダーの状態を示す概略図である。渦流法の計測方法の原理を示す図である。励磁コイルに対する検出コイルのインピーダンス変化を示す図である。本発明で使用した多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器の構成図である。本発明に係るモールドパウダー自動供給装置を制御するためのフローチャートである。

符号の説明

１鋳型
２溶鋼
２ａ溶鋼湯面
３凝固シェル
４モールドパウダー
５溶融層
６粉末層
７タンディッシュ
８浸漬ノズル
９架台
１０保持台
１１多周波渦流センサー
１２ケース
１３励磁コイル
１４検出コイル
１５発振器
１６電源アンプ
１７差動アンプ
１８ロックインアンプ
１９モールドパウダー自動供給装置
２０貯蔵ホッパー
２１供給フィーダー
２２制御装置
２３台盤

Claims

連続鋳造鋳型内の溶融金属上にモールドパウダーを全自動で投入するモールドパウダー自動供給装置であって、前記鋳型内のモールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値に基づいて、モールドパウダーを全自動で投入することを特徴とする連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置。
前記モールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値は、少なくとも２種以上の周波数における位相情報と絶対値情報とを用いて計測する多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器による計測値であることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置。