JP2008114282A - Apparatus and method for surface treatment of cast steel billet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば鋼の連続鋳造鋳片や、圧延途中の鋼片などの鋳鋼片の表層を、プラズマによって加熱したり、溶融処理するための表層処理装置および表層処理方法に関する。 The present invention relates to a surface layer processing apparatus and a surface layer processing method for heating or melting a surface layer of a cast steel slab such as a continuous cast slab of steel or a steel slab in the middle of rolling.
例えば連続鋳造後の鋳片や圧延途中の鋼片の表層を改質する処理には、プラズマ加熱装置が用いられている(特許文献1参照)。 For example, a plasma heating apparatus is used for the process of modifying the surface layer of a slab after continuous casting or a steel slab during rolling (see Patent Document 1).
プラズマ加熱装置は、例えば搬送される鋳片に対向配置された、トーチを陰極、鋳片を陽極とする直流プラズマのプラズマトーチを備え、当該プラズマトーチと鋳片との間にプラズマアークを発生させ、そのプラズマアークの熱によって鋳片を加熱して溶融し、その表層を例えば改質処理するようになっている。 The plasma heating apparatus includes, for example, a direct current plasma plasma torch that is disposed opposite to a slab to be conveyed and has a torch as a cathode and a slab as an anode, and generates a plasma arc between the plasma torch and the slab. The slab is heated and melted by the heat of the plasma arc, and the surface layer is subjected to a modification treatment, for example.
かかる技術を用いて比較的幅の広い鋳片を加熱する場合、鋳片の幅方向全体にプラズマアークを当てて、鋳片を加熱する必要がある。このため、例えば、交流磁場の電磁力を用いてプラズマアークを鋳片の幅方向に往復移動させて鋳片を加熱することが提案されている(特許文献2参照)。この交流磁場の電磁力を用いてプラズマアークを往復移動させる方法は、プラズマトーチをスキャンさせる方法に比べて、機械的な部品点数を少なくできる点で優れている。 When heating a relatively wide slab using such a technique, it is necessary to heat the slab by applying a plasma arc to the entire width of the slab. For this reason, for example, it has been proposed to reciprocate the plasma arc in the width direction of the slab using electromagnetic force of an alternating magnetic field to heat the slab (see Patent Document 2). The method of reciprocating the plasma arc using the electromagnetic force of the alternating magnetic field is superior in that the number of mechanical parts can be reduced as compared with the method of scanning the plasma torch.
以上の従来技術の下では、さらに幅広の鋳片に対して加熱処理するには、複数のプラズマトーチを等間隔で、鋳片の幅方向に沿って並列に配置することが行われる。かかる場合、プラズマトーチのピッチは100mm程度が適当とされている。それは次のような理由による。すなわちこの種の加熱処理に使用されるプラズマトーチの径は60mm程度であり、さらにプラズマトーチ相互間には、トーチ設置上のスペースが20mm程度以上必要であることから、結局プラズマトーチのピッチは80mm以上必要となる。一方、1本のプラズマトーチあたりの処理幅を増すためにトーチ出力を増加させようとすると、アークに使用するアルゴンガスの流速が増し、流動が層流から乱流に遷移し、アークが乱れて材料の溶融処理部の凹凸がひどくなるので、プラズマトーチのピッチは120mm程度が上限である。したがって、これらの事情に鑑みて結局、プラズマトーチのピッチは100mm程度が適当とされているのである。 Under the above prior art, in order to heat-treat a wider slab, a plurality of plasma torches are arranged in parallel along the width direction of the slab at equal intervals. In such a case, an appropriate pitch of the plasma torch is about 100 mm. The reason is as follows. That is, the diameter of the plasma torch used for this kind of heat treatment is about 60 mm, and furthermore, a space for installing the torch between the plasma torches is required to be about 20 mm or more. This is necessary. On the other hand, when trying to increase the torch output to increase the processing width per plasma torch, the flow rate of argon gas used for the arc increases, the flow transitions from laminar flow to turbulent flow, and the arc is disturbed. Since the unevenness of the melt-processed portion of the material becomes severe, the upper limit of the pitch of the plasma torch is about 120 mm. Therefore, in view of these circumstances, the pitch of the plasma torch is about 100 mm.
このように、プラズマトーチのピッチが100mm程度の場合、並列配置された両端のプラズマトーチの、トーチを着火しないことによる調整代は、片側100mm程度である。 Thus, when the pitch of the plasma torches is about 100 mm, the adjustment allowance of the plasma torches at both ends arranged in parallel by not igniting the torch is about 100 mm on one side.
しかしながら、連続鋳造鋳片、特にスラブと呼ばれる板用の長方形断面の鋳片の連続鋳造においては、短辺の機械的移動により鋳造中に幅を変更する技術が一般に用いられており、1m以下から2m以上まで数cm刻みで幅が変更されている。かかる場合においても、良質な製品を製造するためには、鋳片表面を均一に加熱して溶融させる必要がある。すなわち数cm〜1mの範囲で幅が変わるスラブ鋳片に対してもプラズマアークによって均一に加熱、溶融させる必要がある。 However, in continuous casting of a continuous cast slab, particularly a slab having a rectangular cross-section for a plate, a technique of changing the width during casting by mechanical movement of a short side is generally used, and from 1 m or less The width is changed in increments of several cm up to 2 m or more. Even in such a case, in order to produce a high-quality product, it is necessary to uniformly heat and melt the slab surface. That is, it is necessary to uniformly heat and melt the slab slab whose width changes in the range of several centimeters to 1 m by the plasma arc.
この点、既述したように、並列配置された両端のプラズマトーチの、トーチを着火しないことによる調整代は、片側100mm程度であるから、それ以下の幅調整は従来不可能であった。また調整しないまま、両端のプラズマトーチを着火してアークを形成すると、鋳片のエッジ部分が過剰に溶融されたり、あるいは鋳片の側面までアークが回りこんでしまうなどして、処理不良が発生するおそれがあった。 In this regard, as described above, the adjustment allowance of the plasma torches at both ends arranged in parallel by not igniting the torch is about 100 mm on one side, so that it is conventionally impossible to adjust the width less than that. If the arc is formed by igniting the plasma torches at both ends without adjustment, the edge of the slab is excessively melted or the arc wraps around to the side of the slab, resulting in processing failure. There was a risk.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、幅が異なった鋳片であっても、トーチを着火しないことによる調整以外に、プラズマアークの往復移動幅の片側のみを調整することで、たとえば100mm以下の調整幅であってもこれを好適に実現して、さまざまな幅の鋳鋼片に対して、プラズマアークによって均一に加熱したり、溶融させて表層処理を行うことを目的としている。 The present invention has been made in view of such a point, and, even for cast pieces having different widths, by adjusting only one side of the reciprocating movement width of the plasma arc in addition to adjustment by not igniting the torch. For example, even if it is an adjustment width of 100 mm or less, this is suitably realized, and it is aimed to uniformly heat or melt a cast steel slab of various widths with a plasma arc to perform surface treatment .
前記目的を達成するため、本発明は、鋳鋼片との間にプラズマアークを発生させる複数のプラズマトーチが、鋳鋼片の幅方向に沿って並列に配置された表層処理装置において、交流磁場によって前記プラズマアークを鋳鋼片の幅方向に往復移動させる第1の交流磁場発生装置と、前記第1の交流磁場とは逆向きの磁場を発生させる第2の交流磁場発生装置と、を有している。 In order to achieve the above object, the present invention provides a plasma processing apparatus in which a plurality of plasma torches for generating a plasma arc between a cast steel piece and a parallel arrangement along the width direction of the cast steel piece are provided by an alternating magnetic field. A first AC magnetic field generator for reciprocating the plasma arc in the width direction of the cast steel piece; and a second AC magnetic field generator for generating a magnetic field opposite to the first AC magnetic field. .
このように本発明においては、プラズマアークを鋳鋼片の幅方向に往復移動させる第1の交流磁場発生装置の他に、第1の交流磁場とは逆向きの磁場を発生させる第2の交流磁場発生装置を有しているので、たとえば両端のプラズマトーチによるプラズマアークに対して、両端側からこの第2の交流磁場発生装置を当該アークに近づけることで、この第2の交流磁場発生装置による交流磁場で、第1の交流磁場発生装置による磁場を両端側から次第に打ち消すことができ、当該アークの外側の移動幅(振れ幅)を調整することができる。つまり第1の交流磁場発生装置によるアークの振れ幅の、外側だけの部分を調整することができる。それゆえ、たとえば100mm以下の調整幅であってもこれに対処できる。 As described above, in the present invention, in addition to the first AC magnetic field generator for reciprocating the plasma arc in the width direction of the cast steel piece, the second AC magnetic field for generating a magnetic field opposite to the first AC magnetic field. Since it has a generator, for example, with respect to a plasma arc by a plasma torch at both ends, the second AC magnetic field generator is brought closer to the arc from both ends, so that the AC by the second AC magnetic field generator With the magnetic field, the magnetic field generated by the first AC magnetic field generator can be gradually canceled from both end sides, and the movement width (runout width) outside the arc can be adjusted. That is, it is possible to adjust only the outside portion of the arc swing width by the first AC magnetic field generator. Therefore, for example, even an adjustment width of 100 mm or less can cope with this.
第2の交流磁場発生装置による磁場強度は可変であってもよい。これによって、さらに触れ幅の微調整が行える。 The magnetic field intensity by the second AC magnetic field generator may be variable. As a result, the touch width can be further finely adjusted.
第1の交流磁場発生装置としては、例えば、プラズマトーチの並列方向に渡って配置されかつプラズマトーチによって発生するプラズマアークの前後に配置された第1の交流磁場コイルであり、第2の交流磁場発生装置としては、たとえば少なくとも両端のプラズマトーチの少なくとも一方の外側に配置され、かつプラズマトーチの並列方向からみてプラズマトーチによって発生するプラズマアークの前後に位置する第2の交流磁場コイルであり、この第2の交流磁場コイルが、プラズマトーチの並列方向に沿って中心側に移動可能であるようにしてもよい。これによって中心側への移動程度によって、両端のプラズマトーチの外側への触れ幅を調整することができる。 The first AC magnetic field generator is, for example, a first AC magnetic field coil arranged in the parallel direction of the plasma torch and arranged before and after the plasma arc generated by the plasma torch. The generator is, for example, a second AC magnetic field coil that is disposed outside at least one of the plasma torches at both ends and is positioned before and after the plasma arc generated by the plasma torch when viewed from the parallel direction of the plasma torch. You may make it a 2nd alternating current magnetic field coil move to the center side along the parallel direction of a plasma torch. Thereby, the touch width of the both ends of the plasma torch on the outside can be adjusted according to the degree of movement toward the center.
プラズマアークを生じさせるプラズマトーチの数と前記第2の交流磁場コイルの移動先の位置とを、処理対象となる鋳鋼片の幅に応じて制御する制御部を有していてもよい。これによって、鋳鋼片の幅に応じて自動的に、着火するプラズマトーチの数と触れ幅を調整することができる。 You may have a control part which controls the number of the plasma torch which produces a plasma arc, and the position of the movement destination of the said 2nd alternating current magnetic field coil according to the width | variety of the cast steel piece used as a process target. Accordingly, the number of plasma torches to be ignited and the touch width can be automatically adjusted according to the width of the cast steel piece.
前記複数の直流プラズマトーチの並列方向の両側に配置され、前記プラズマトーチによるプラズマアークと同じ方向に電流を流す導線をさらに備えていてもよい。
複数のプラズマトーチを並設した場合、複数本のプラズマアークの電流によって形成される直流磁場の相互作用により、各プラズマアークに中央方向の電磁力が発生し、プラズマアークが中央側に偏ってしまうことがあるが、このようにプラズマアークと同じ方向に電流を流す導線をさらに設けることで、それによって発生させた直流磁場によってプラズマアークの電流による磁場を打ち消し、プラズマアークに作用する電磁力を除去し、前記したような偏りを是正することができる。したがって幅の異なる鋳鋼片を処理するに際して、着火するプラズマトーチの数が外側から変動する場合には、例えば導線の電流値を調整して、導線の電流による磁場を調整することにより、各プラズマアークにおける直流磁場を打ち消すことができる。
You may further provide the conducting wire which is arrange | positioned at the both sides of the parallel direction of these DC plasma torches, and flows an electric current in the same direction as the plasma arc by the said plasma torch.
When a plurality of plasma torches are arranged in parallel, an electromagnetic force in the central direction is generated in each plasma arc due to the interaction of the DC magnetic field formed by the currents of the plurality of plasma arcs, and the plasma arc is biased toward the center side. However, in this way, by providing a conducting wire that allows current to flow in the same direction as the plasma arc, the magnetic field caused by the plasma arc current is canceled out by the DC magnetic field generated thereby, and the electromagnetic force acting on the plasma arc is removed. In addition, the above-described bias can be corrected. Therefore, when processing the cast steel slabs having different widths, if the number of plasma torches to be ignited varies from the outside, each plasma arc is adjusted by adjusting the current value of the conducting wire and adjusting the magnetic field due to the conducting wire current, for example. The DC magnetic field at can be canceled out.
前記導線は、プラズマトーチの並列方向に沿って中心側に移動可能であってもよい。これによって、例えば鋳鋼片の幅が変動した場合に、導線と鋳鋼片との距離を調整して、プラズマアークにおける直流磁場を打ち消すことができる。 The conducting wire may be movable toward the center along the parallel direction of the plasma torch. Thereby, for example, when the width of the cast steel piece changes, the distance between the conductive wire and the cast steel piece can be adjusted to cancel the DC magnetic field in the plasma arc.
別な観点によれば、本発明は、鋳鋼片との間にプラズマアークを発生させる複数のプラズマトーチを、鋳鋼片の幅方向に沿って並列に配置し、プラズマアークによって鋳鋼片の表面を処理する表層処理方法において、第1の交流磁場によって、プラズマアークを鋳鋼片の幅方向に往復移動させると共に、前記第1の交流磁場と逆向きの第2の交流磁場によって、幅方向両端のプラズマアークの幅方向外側への移動幅を制御することを特徴としている。 According to another aspect, the present invention provides a plurality of plasma torches for generating a plasma arc between a cast steel piece and a parallel arrangement along the width direction of the cast steel piece, and the surface of the cast steel piece is treated by the plasma arc. In the surface layer processing method, the plasma arc is reciprocated in the width direction of the cast steel slab by the first AC magnetic field, and the plasma arc at both ends in the width direction is driven by the second AC magnetic field opposite to the first AC magnetic field. It is characterized by controlling the movement width to the outside in the width direction.
かかる場合、幅方向両端のプラズマアークの前記幅方向外側への移動幅を制御する際に、プラズマアークが前記外側に移動しているときのプラズマアークの出力を制御するようにしてもよい。こうすることで、幅方向外側への移動幅が小さくなった分、プラズマアークの出力を減じて、単位面積当たり、より均一な熱量を加えることができ、全体的に均一な処理が可能になる。 In such a case, when controlling the movement width of the plasma arc at both ends in the width direction to the outside in the width direction, the output of the plasma arc when the plasma arc is moving outside may be controlled. By doing this, the amount of movement of the outer side in the width direction is reduced, so that the output of the plasma arc is reduced, and a more uniform amount of heat per unit area can be applied, so that uniform processing is possible as a whole. .
本発明によれば、処理対象となる鋳鋼片の幅が変わっても、その両端に対するアークの照射幅を調整してこれを均一に加熱して処理することができ、高品質の製品を製造することができる。 According to the present invention, even if the width of a cast steel piece to be processed changes, the irradiation width of the arc on both ends thereof can be adjusted and heated uniformly to process, and a high-quality product is manufactured. be able to.
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態にかかる表層処理装置1の構成の概略を正面からみた模式図であり、図2は同じく平面からみた模式図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of a schematic configuration of a surface processing apparatus 1 according to the present embodiment as viewed from the front, and FIG. 2 is a schematic diagram of the same from a plane.
この表層処理装置1は、水平方向に搬送される鋳片Hの搬送ライン上に設けられている。表層処理装置1は、例えば搬送される鋳片Hの上方に配置された複数、たとえば7本のプラズマトーチT1〜T7を、鋳片Hの幅方向Aに沿って並列に有している。プラズマトーチの本数は任意である。これらプラズマトーチT1〜T7は、直流電源2からの電圧の印加によって、各々鋳片Hとの間に直流プラズマによるプラズマアークPを形成させる。各プラズマアークPには、鋳片H側からプラズマトーチ側に電流が流れている。プラズマトーチT1〜T7の着火本数、並びに出力の制御は制御装置3によって制御される。
This surface layer processing apparatus 1 is provided on the conveyance line of the slab H conveyed in a horizontal direction. The surface layer processing apparatus 1 has, for example, a plurality of, for example, seven plasma torches T <b> 1 to T <b> 7 arranged above the slab H to be conveyed in parallel along the width direction A of the slab H. The number of plasma torches is arbitrary. These plasma torches T <b> 1 to T <b> 7 form a plasma arc P by DC plasma between each of the slabs H by application of a voltage from the
プラズマトーチT1〜T7の下方であって、かつ鋳片Hの搬送方向Bの前後、すなわちプラズマトーチT1〜T7によって形成されるプラズマアークPの搬送方向Bの前後には、第1の交流磁場発生装置としての、電磁コイル11、12が相互に平行となるように設けられている。これら電磁コイル11、12は、交流電源13からの交流電流の供給によって、各プラズマアークPに周期的にローレンツ力を作用させて、各プラズマアークPを、供給される交流の周波数に応じて鋳片Hの幅方向Aに往復移動させる。なおより正確にいうと、当該往復移動は、プラズマトーチの下端部を中心としてプラズマアークPが往復回動する動きに近いものである。
A first AC magnetic field is generated below the plasma torches T1 to T7 and before and after the slab H in the transfer direction B, that is, before and after the transfer direction B of the plasma arc P formed by the plasma torches T1 to T7. As an apparatus,
プラズマトーチT1〜T7のうちの、一端に位置するプラズマトーチT1の外側には、第2の磁場発生装置としての電磁コイル21、22が相互に平行となるように配置され、また他端に位置するプラズマトーチT7の外側には、第2の磁場発生装置としての電磁コイル23、24が相互に平行となるように配置されている。したがって、電磁コイル21、22と電磁コイル23、24は対向配置されている。電磁コイル21、22、23、24は、各々同型同大のループ状の形状を有しており、電磁コイル21、22、23、24は、交流電源25から交流電流が供給されると、電磁コイル11、12とは逆向きの磁場を同期して発生させる。なお電磁コイル21、22、23、24の磁場強度は電磁コイル11、12と同一である。交流電源25の出力は、主制御装置31によって制御される。電磁コイル11、12の交流電源13と、電磁コイル21、22、23、24の交流電源25との間の位相制御は、主制御装置31が行なう。
Among the plasma torches T1 to T7, outside the plasma torch T1 positioned at one end,
電磁コイル21、22は2個で1組となって支持部材26によって支持され、当該支持部材26は、例えばシリンダなどの水平移動機構27に取り付けられており、電磁コイル21、22は、プラズマトーチT1〜T7の並列方向、すなわち幅方向Aに沿って、中心側(プラズマトーチT4側)に移動可能である。また電磁コイル23、24も、支持部材28によって支持され、当該支持部材28は、水平移動機構29に取り付けられており、プラズマトーチT1〜T7の並列方向、すなわち幅方向Aに沿って、中心側(プラズマトーチT4側)に移動可能である。これら水平移動機構27、29の移動量は、主制御装置31によって制御される。
Two sets of
前記したように電磁コイル21、22は相互に平行となるように配置され、電磁コイル23、24も相互に平行となるように配置されているが、電磁コイル21、22間の間隔、並びに電磁コイル23、24間の間隔は、図2の破線で示したように、幅方向Aに沿って、中心側(プラズマトーチT4側)に移動した際、電磁コイル11とプラズマトーチTとの間に電磁コイル22、24が進入し、電磁コイル12とプラズマトーチTとの間に電磁コイル21、23が進入するように設定されている。すなわち、本実施の形態では、プラズマトーチTによって発生するプラズマアークを挟んで電磁コイル11、12の内側に、電磁コイル21、22、23、24が進入可能となるように配置されている。なおこれに限らず、プラズマアークを挟んで電磁コイル11、12の外側に、電磁コイル21、22、23、24が進入可能となるように、電磁コイル21、22間の間隔、電磁コイル23、24間の間隔を各々設定してもよい。
As described above, the
本実施の形態にかかる表層処理装置1は、以上のような構成を有しており、直流電源2からの電圧を印加すると、プラズマトーチT1〜T7と鋳片Hとの間に直流プラズマによるプラズマアークPが形成され、また電磁コイル11、12に交流電源13から交流電流が供給されると、形成されたプラズマアークPは、鋳片Hの幅方向Aに往復移動する。ただし、本実施の形態では、ループ状の電磁コイル11、12を使用しているので、図3に示したように、本実施の形態におけるプラズマアークPの前記往復移動は、プラズマトーチTの下端部近傍を中心とした往復回動に近い移動である。したがって、本明細書では説明の便宜上、当該往復移動を揺動と呼称し、そのときの鋳片Hの表面上の移動距離を振れ幅という。すなわち図3において、鋳片Hの表面においてプラズマアークPが照射されている幅方向Aの長さDが振れ幅である。そして例えばプラズマトーチT2に即して言えば、トーチの中心線Cの内側(プラズマトーチT4側)の振れ幅をDin、トーチの中心線Cの外側(プラズマトーチT1外側)の振れ幅をDoutとする。
The surface layer processing apparatus 1 according to the present embodiment has the above-described configuration. When a voltage from the
交流電源13からの交流電流によって電磁コイル11、12のみの交流磁場の影響下では、図3の下側の図に示したように、磁束密度の分布は、トーチの中心線Cを中心とする線対称であり、したがって、形成されたプラズマアークPにおいては、内側の振れ幅Din=外側の振れ幅Doutである。またこの種の処理においては、振れ幅Dは通常100mm程度であり、さらに既述したように、プラズマトーチT1〜T7の並列配置のピッチ(トーチの中心間距離)は、100mmであるから、実施の形態にかかる表層処理装置1のように7本のプラズマトーチT1〜T7を備えている場合には、適切に処理できる鋳片Hの幅Mの上限は700mmであり、両端側から順次プラズマトーチTを着火しないことによる、調整代は片側100mmである。
Under the influence of the AC magnetic field of only the
したがって、例えば処理対象となる鋳片Hの幅Mが500mmの場合には、両端の7本のプラズマトーチT1、T7を着火しなければよく、これによって、500mm幅の鋳片Hに対して、プラズマトーチT2〜T6の5本のトーチによるプラズマアークによって、500mm幅の鋳片Hは、幅方向Aに渡って全域でプラズマアークによる均一な処理が可能になる。 Therefore, for example, when the width M of the slab H to be processed is 500 mm, the seven plasma torches T1 and T7 at both ends need not be ignited. The slab H having a width of 500 mm can be uniformly processed by the plasma arc over the entire width direction A by the plasma arc by the five torches of the plasma torches T2 to T6.
しかしながら例えば650mm幅の鋳片Hの場合、鋳片Hのセンターをずらさないことを前提とすると、つまり調整代が片側100mm未満の場合にはプラズマトーチT1〜T7の着火制御だけでは適切に対応できない。すなわち、例えば先ほどの例のように7本のプラズマトーチT1〜T7によって処理すると、そのときの両端のプラズマトーチT1、T7のプラズマアークにおける外側の振れ幅Doutが過大となり、鋳片Hの幅方向のエッジ部が過剰溶融状態になり、アーク自体が鋳片の側面に回り込んだり、溶融部分がたれ落ちるおそれがある。また5本のプラズマトーチT2〜T6によって処理すると、鋳片の両端から各々75mmずつの領域が未処理となってしまう。 However, for example, in the case of a slab H having a width of 650 mm, on the premise that the center of the slab H is not shifted, that is, when the adjustment margin is less than 100 mm on one side, it is not possible to appropriately deal with the ignition control of the plasma torches T1 to T7 alone. . That is, for example, when processing is performed with the seven plasma torches T1 to T7 as in the previous example, the outer deflection width Dout in the plasma arc of the plasma torches T1 and T7 at both ends at that time becomes excessive, and the width direction of the slab H There is a possibility that the edge portion of the steel will be in an excessively melted state, and the arc itself may wrap around the side surface of the slab or the molten portion may fall off. Moreover, if it processes with five plasma torches T2-T6, the area | region of 75 mm will each be unprocessed from the both ends of a slab.
本実施の形態によれば、このような例えば650mm幅の鋳片Hに対しても適切な処理が可能である。すなわち、両端のプラズマトーチT1、T7の外側に配置されている電磁コイル21、22及び電磁コイル23、24を中心側(プラズマトーチT4側)に移動させ、着火している両端のプラズマトーチT1、T7の外側の振れ幅Doutを、鋳片Hの幅に応じて小さくすることが可能である。
According to the present embodiment, it is possible to perform appropriate processing even for such a slab H having a width of, for example, 650 mm. That is, the
これをプラズマトーチT1に即して説明すると、図4、図5に示したように、水平移動機構27によって電磁コイル21、22の先端をプラズマトーチT1の外側から、プラズマトーチT1の近傍まで進入させる。そうすると、電磁コイル21、22の交流磁場は、プラズマアークPを揺動させている電磁コイル11、12の交流磁場とは逆向きの磁場であるから、図6に示したように、電磁コイル21、22の進入に伴って、端部側から次第に電磁コイル11、12の交流磁場を打ち消す事ができる。そしてそのように電磁コイル11、12の交流磁場が打ち消されるに従い、端部側、つまり外側の振れ幅Doutは小さくなっていく。そして鋳片Hの幅の調整代に応じて、電磁コイル11、12の交流磁場による打ち消し度合い、すなわち電磁コイル21、22の進入度合い(中心側への移動距離)を調整すれば、鋳片Hの幅に対して適切な外側の振れ幅Doutを設定することができる。例えば前記した650mm幅の鋳片Hの場合には、着火している両端のプラズマトーチT2、T6のプラズマアークの外側の振れ幅Doutが、各々25mmとなるように、電磁コイル21、22及び電磁コイル23、24の中心側への移動距離を制御すればよい。
This will be described with reference to the plasma torch T1. As shown in FIGS. 4 and 5, the horizontal moving
したがって本発明によれば、処理対象である鋳片Hの幅が変動しても、電磁コイル21、22及び電磁コイル23、24の中心側への移動距離を制御することで、常に適切な溶融処理を実施することができる。
Therefore, according to the present invention, even if the width of the slab H to be processed fluctuates, it is always possible to appropriately melt by controlling the moving distances of the
なおそのような電磁コイル21、22及び電磁コイル23、24の中心側への移動距離を制御するだけではなく、電磁コイル21、22及び電磁コイル23、24に供給する交流のパワーも調整することで、さらに外側の振れ幅Doutの微細な制御も可能である。
In addition to controlling the moving distance of the
前記した電磁コイル21、22及び電磁コイル23、24の中心側への移動距離は、着火している両端のプラズマトーチTのプラズマアークの外側の振れ幅Doutと、処理対象である鋳片Hのエッジ部分の状況をみて制御すればよいが、例えば予め実験等によって得られた鋳片Hの幅Mと、着火するプラズマトーチTの本数、及び電磁コイル21、22及び電磁コイル23、24の中心側への移動距離との相関データを取得しておき、当該データに基づいて、処理対象である鋳片Hの幅Mに応じて主制御装置31が自動的にこれらを制御するようにしてもよい。
The moving distances of the
なお処理対象である鋳片Hのエッジ部分の状況をみて制御するにあたっては、例えばCCDカメラでエッジ部分を撮像し、鋳片Hのエッジ部分の画像処理データを用いることで好適に制御することができる。すなわち一般に溶接で使用されるフィルターを使用したCCDカメラ撮像画像では、プラズマ入熱が十分な領域は白く高い輝度を発する。したがって処理対象である鋳片Hの端部の画像処理データを用いて、鋳片Hの端部のコーナー位置と輝度が高いラインの外側と材料(鋳片H)の接点とを比較し、例えば接点が端部より内側にある場合、プラズマの振幅をフィードバック制御によってより外側に移動させるようにして、接点が端部と重なるように調整することができる。 When controlling the situation of the edge portion of the slab H to be processed, for example, the edge portion of the slab H is imaged by using a CCD camera, and the image processing data of the edge portion of the slab H is preferably used. it can. That is, in an image captured by a CCD camera using a filter generally used for welding, an area where plasma heat input is sufficient emits white and high luminance. Therefore, using the image processing data of the end of the slab H to be processed, the corner position of the end of the slab H is compared with the outside of the line with high brightness and the contact of the material (slab H). When the contact is inside the end, the plasma amplitude can be moved outward by feedback control so that the contact overlaps the end.
ところで、前記したように、プラズマアークの外側の振れ幅Doutを内側の振れ幅Dinよりも小さくした場合、外側の振れ幅Doutの部分に対応する鋳片Hの表層では、内側の振れ幅Dinに対応する表層よりも単位面積当たりの投入熱量が多くなり、外側の振れ幅Doutを内側の振れ幅Dinよりも相当程度小さく制御した場合には、溶融状態が外側の振れ幅Doutの部分と内側の振れ幅Dinの部分とでは、無視できないほどの不均一さが発生する場合がある。 By the way, as described above, when the outer deflection width Dout of the plasma arc is made smaller than the inner deflection width Din, the inner deflection width Din is increased in the surface layer of the slab H corresponding to the outer deflection width Dout. When the input heat amount per unit area is larger than that of the corresponding surface layer, and the outer deflection width Dout is controlled to be considerably smaller than the inner deflection width Din, the melted state is increased between the outer deflection width Dout and the inner deflection width Dout. In the portion of the runout width Din, non-uniformity that cannot be ignored may occur.
このような事態に防止するため、プラズマアークが外側に揺動した際には、それに同期してプラズマアークの出力を小さくするように制御すればよい。例えば前出の650mm幅の鋳片Hを処理する際、着火している両端のプラズマトーチT1、T7のプラズマアークの外側の振れ幅Doutを、各々25mmとなるように制御した場合、すなわち外側の振れ幅Doutが内側の振れ幅Dinの1/2の場合には、プラズマアークが外側に揺動した際にプラズマアークの出力を1/2に減じればよい。これによって、外側の振れ幅Doutの部分と内側の振れ幅Dinの部分は、単位面積当たり、同量の熱量が投入されることになり、外側の振れ幅Doutの部分と内側の振れ幅Dinの部分とを、均一に溶融処理することができる。 In order to prevent such a situation, when the plasma arc swings outward, the output of the plasma arc may be controlled to be reduced in synchronization therewith. For example, when the slab H having a width of 650 mm is processed, the outer deflection width Dout of the plasma arc of the plasma torches T1 and T7 at both ends that are ignited is controlled to be 25 mm, that is, outside When the deflection width Dout is ½ of the inner deflection width Din, the output of the plasma arc may be reduced to ½ when the plasma arc swings outward. As a result, the same amount of heat is input per unit area between the outer deflection width Dout and the inner deflection width Din, and the outer deflection width Dout portion and the inner deflection width Din portion. The portion can be uniformly melt-processed.
このような制御は、例えば外側の振れ幅Doutと振れ内側の幅Dinの比と、交流電源13、25の周波数信号とに基づく同期信号とに拠って、主制御装置31が、直流電源2を制御する制御装置3を制御することで実現できる。
Such control is performed, for example, by the
ところで、複数のプラズマトーチTを並列配置した場合、複数のプラズマアークの電流により形成される磁場の相互作用によって,各プラズマアークに中央方向の電磁力が作用し、鋳片H上においてプラズマアークが中央側に偏ってしまうことがある。かかる場合、当該偏りが大きい場合には、鋳片Hが幅方向Aに不均一に加熱されたり、溶融されたりして,例えば鋳片の表層改質処理に斑が生じるおそれがある。 By the way, when a plurality of plasma torches T are arranged in parallel, an electromagnetic force in the central direction acts on each plasma arc due to the interaction of magnetic fields formed by the currents of the plurality of plasma arcs, and the plasma arc is formed on the slab H. May be biased toward the center. In such a case, when the deviation is large, the slab H is heated unevenly in the width direction A or melted, and for example, the surface modification process of the slab may be uneven.
図7、図8に示した第2の実施の形態にかかる表層処理装置51は、それを是正するものである。すなわち、この表層処理装置51においては、前記した第1の交流磁場発生装置としての電磁コイル11、12、第2の交流磁場発生装置としての電磁コイル21、22、23、24の他に、複数の直流プラズマによって発生する中央方向の電磁力を打ち消すための機構である、導線としての金属棒61、62、63、64を備えている。
The
より詳述すると、例えばプラズマトーチT1側についていえば、例えば銅製の円筒管により形成された金属棒61、62が、プラズマアークPと同方向の垂直方向(鋳片Hの表面の法線方向)に向けて設けられている。金属棒61、62は、プラズマトーチTと鋳片Hとの間に形成されるプラズマアークPと同程度の高さに配置され、なおかつその全長はプラズマアークPよりも長く設定されている。また金属棒61、62同士は平行に配置されている。
More specifically, for example, on the plasma torch T1 side, the
金属棒61、62は、支持部材71を介して例えばシリンダなどの水平移動機構72に取り付けられており、プラズマトーチTの並列方向、すなわち幅方向Aに沿って中心側に移動し、金属棒61、62は、それぞれ鋳片Hの幅方向Aの端部に対して進退できる。金属棒61、62は、平面から見てプラズマトーチTの配列された直線Lに対して線対称の位置にそれぞれ配置されている。また、金属棒61、62は、鋳片H側に移動した際にプラズマトーチT及びプラズマアークPに接触しないように直線Lから所定距離離れて配置されている。
The
プラズマトーチT7側の外側に配置されている金属棒63、64についても、金属棒61、62と同様に配置され、支持部材73を介して水平移動機構74に取り付けられている。金属棒61、62、63、64内部には、冷媒となる水が流れる冷媒流路が形成されている。これにより、金属棒61、62、63、64の発熱による温度上昇を抑えられている。
The metal bars 63 and 64 disposed on the outer side on the plasma torch T7 side are also disposed in the same manner as the metal bars 61 and 62 and attached to the
本実施の形態においては、これら金属棒61、62、63、64は、側面からみて、並列配置されたプラズマトーチTを挟んだ、搬送方向Bの前後であってかつ、電磁コイル11、12と並列配置されているプラズマトーチTの間に位置するように配置されている。そして前記した電磁コイル21、22の間の間隔、及び電磁コイル23、24間の間隔は、先の表層処理装置1よりも大きく設定され、電磁コイル11、12に対して、搬送方向Bに沿って、各々外側に配置されている。
In the present embodiment, these
もちろんこれら限らず、金属棒61、62、63、64についても、側面から見て搬送方向Bに沿って各々電磁コイル11、12に対して外側に配置してもよく、また金属棒61、62、63、64及び、電磁コイル21、22、23、24の双方とも側面から見て搬送方向Bに沿って各々電磁コイル11、12に対して内側に配置してもよい。またさらに、図8とは逆の状態、すなわち電磁コイル21、22、23、24は、側面から見て搬送方向Bに沿って各々電磁コイル11、12に対して内側に配置し、金属棒61、62、63、64は同じく外側に配置してもよい。
Of course, the present invention is not limited to these, and the metal bars 61, 62, 63, 64 may also be disposed outside the
金属棒61、62は、直流電源75に接続され、金属棒63、64は、直流電源76に接続されている。かかる構成により、金属棒61、62、63、64には、直流のプラズマアークPと同じ方向の電流を所望の電流値で流すことができる。これら金属棒61、62、63、64に流れる直流電流によって、鋳片H上の領域に直流磁場を形成し、並列に発生しているプラズマアークPの電流の相互作用で形成される磁場を打ち消すことができる。こうして磁場が打ち消されることにより、各プラズマアークPには、互いに引き寄せ合う電磁力、すなわち前記した中方に向かう力が働かなくなる。
The metal bars 61 and 62 are connected to a
直流電源75、76、並びに水平移動機構72、74は、主制御装置31によって制御されている。そして例えば、鋳片Hの幅Mに応じて、着火するプラズマトーチT(プラズマアークを形成するプラズマトーチの数)を選択し、さらにそのプラズマトーチTが使用された際に各プラズマアークPにおける磁場が打ち消されるように金属棒61、62、63、64の移動先の位置と電流値が選択される。
The DC power supplies 75 and 76 and the
表層処理装置51は、以上のような構成を有しているので、金属棒61、62、63、64の幅方向Aに沿った中心側の移動に従い、その直流磁場によって、プラズマアークPの電流の相互作用で形成される磁場を打ち消すことができ、その結果、先に述べたような、鋳片H上におけるプラズマアークが中央側に偏ってしまう現象を防止することが可能である。したがって、第1の実施の形態にかかる表層処理装置1よりもさらに幅方向に均一な表層処理を、鋳片Hに対して実施することができる。
Since the
以上の実施の形態では,金属棒61、62、63、64は移動可能であったが,固定されていてもよい。かかる場合、各金属棒61、62、63、64の電流値を調整することで、プラズマアークPにおける磁場を打ち消すことができる。なお,そのように金属棒61、62、63、64が固定されている場合において,金属棒61、62、63、64は,側面から見てプラズマトーチTの列の直線L上に配置されていてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施の形態の表層処理装置は,例えば鋳片Hを加熱したり、鋳片Hに炭素などの添加物を供給して,表層溶融改質処理を行う際に使用される。また本発明は,鋳片Hに炭素以外の添加元素やその合金を添加して行われる表層改質処理にも適用できる。さらに本発明の処理対象は、鋳片に限られず,鋼片であってもよい。 The surface layer processing apparatus of the above-described embodiment is used, for example, when the slab H is heated or an additive such as carbon is supplied to the slab H to perform the surface layer melt reforming process. The present invention can also be applied to a surface layer reforming process performed by adding an additive element other than carbon or an alloy thereof to the slab H. Furthermore, the object to be treated of the present invention is not limited to a cast slab, and may be a steel slab.
連続鋳造が完了した鋳片を切断した後、先に説明した表層処理装置1を用いて当該鋳片に対してプラズマ加熱溶融による表層改質処理を行った。サンプルとした鋳片は、厚さが250mmであり、鋳造中に幅を1200mmから50mm減じて1150mmにした、0.2質量%C鋼の連続鋳造鋳片の表層5mmを、10mm/sの搬送速度で溶融処理した。用いた装置のプラズマトーチTの本数は、12本であり、各トーチのピッチは100mmである。 After cutting the slab for which continuous casting was completed, the surface layer reforming process by plasma heating and melting was performed on the slab using the surface layer processing apparatus 1 described above. The cast slab as a sample has a thickness of 250 mm, and the thickness of the continuous cast slab of 0.2 mass% C steel, which is reduced to 1,150 mm from the width of 1200 mm during casting, conveys 5 mm of the surface layer of 10 mm / s. Melt processing at speed. The number of plasma torches T in the apparatus used is 12, and the pitch of each torch is 100 mm.
先ず、第2の交流磁場発生装置としての電磁コイル21、22、23、24を作動させずに処理した結果、最初の1200mm幅の鋳片に対しては、鋳片幅方向に十分均一でエッジ部分も良好な溶融状態が得られたが、後半の1150mm幅の鋳片のときには、エッジ部分が過剰溶融となり、端部から溶融部がたれ落ちる問題が発生した。
First, as a result of processing without operating the
一方第2の交流磁場発生装置としての電磁コイル21、22、23、24を作動させるとともに、幅方向外側にプラズマアークが揺動する際に、これと同期してプラズマの出力を1/2にしたところ、1150mm幅の鋳片であっても、全体に溶融深さが5mm±0.5mmの均一な溶融状態が得られ、端部の溶け落ち現象も抑えることができた。
On the other hand, the
本発明は、幅が変動する鋳鋼片を幅方向に対して均一に表層処理する際に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful when uniformly treating a cast steel piece having a varying width in the width direction.
1 表層処理装置
2 直流電源
11、12、21、22、23、24 電磁コイル
13、25 交流電源
27、29 水平移動機構
31 主制御装置
H 鋳片
P プラズマアーク
A 幅方向
B 搬送方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
交流磁場によって前記プラズマアークを鋳鋼片の幅方向に往復移動させる第1の交流磁場発生装置と、
前記第1の交流磁場とは逆向きの磁場を発生させる第2の交流磁場発生装置と、を有することを特徴とする、鋳鋼片の表層処理装置。 In the surface treatment apparatus in which a plurality of plasma torches that generate a plasma arc between the cast steel pieces are arranged in parallel along the width direction of the cast steel pieces,
A first AC magnetic field generator for reciprocating the plasma arc in the width direction of the cast steel piece by an AC magnetic field;
A surface layer processing apparatus for cast steel pieces, comprising: a second AC magnetic field generator that generates a magnetic field opposite to the first AC magnetic field.
前記第2の交流磁場発生装置は、両端のプラズマトーチの各々の外側に配置され、かつプラズマトーチの並列方向からみてプラズマトーチによって発生するプラズマアークの前後に位置する第2の交流磁場コイルであり、
前記第2の交流磁場コイルは、プラズマトーチの並列方向に沿って中心側に移動可能であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の鋳鋼片の表層処理装置。 The first AC magnetic field generator is a first AC magnetic field coil disposed in the parallel direction of the plasma torch and disposed before and after the plasma arc generated by the plasma torch,
The second AC magnetic field generator is a second AC magnetic field coil disposed outside each of the plasma torches at both ends and positioned before and after the plasma arc generated by the plasma torch when viewed from the parallel direction of the plasma torch. ,
The surface treatment apparatus for cast steel pieces according to claim 1 or 2, wherein the second AC magnetic field coil is movable toward the center side along the parallel direction of the plasma torch.
第1の交流磁場によって、プラズマアークを鋳鋼片の幅方向に往復移動させると共に、
前記第1の交流磁場と逆向きの第2の交流磁場によって、両端のプラズマアークの幅方向外側への移動幅を制御することを特徴とする、鋳鋼片の表層処理方法。 In the surface layer processing method of arranging a plurality of plasma torches for generating a plasma arc between the cast steel pieces in parallel along the width direction of the cast steel pieces and processing the surface layer of the cast steel pieces by the plasma arc,
The first AC magnetic field causes the plasma arc to reciprocate in the width direction of the cast steel piece,
A method for treating a surface layer of a cast steel slab, comprising controlling a movement width of plasma arcs at both ends outward in the width direction by a second AC magnetic field opposite to the first AC magnetic field.
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