JP2010172921A - 連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知方法及び検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続鋳造機の二次冷却帯に設置されるスプレーノズルの詰まりを、低コストで且つ極めて単純な機構でありながら精度良く検知する。
【解決手段】 固定された３個以上のロードセル５で裏面を保持された複数の受圧板４を、連続鋳造機の二次冷却帯に設置されるスプレーノズルに対向するように、且つ、鋳片幅方向に並ぶスプレーノズルからの噴射域の全ての領域を覆うように、幅方向に並べて配置し、当該受圧板を鋳造方向に移動させながら、スプレーノズルから噴射される噴射流の圧力を、前記受圧板を介してロードセルで荷重として測定し、ロードセルで測定される荷重の変化に基づいてスプレーノズルの詰まりを検知する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鉄鋼業などで使用する連続鋳造機の二次冷却帯に配置されるスプレーノズルの詰まり検知方法及び検知装置に関するものである。

鋼の連続鋳造においては、鋳型内に注入された溶鋼は鋳型と接触して外周部に凝固シェルを形成し、次いで、鋳型の下方に引き抜かれた鋳片は、鋳型下方に設置される支持セグメントで支持されながら引き抜かれる。この場合、支持セグメントには多数のスプレーノズルが配置されており、該スプレーノズルから噴射される冷却水によって冷却されている。鋳型における冷却を「一次冷却」、支持セグメントにおける冷却を「二次冷却」と呼んでおり、また、多数のスプレーノズルが配置される領域を「二次冷却帯」と呼んでいる。

ところで、スラブ連続鋳造機では、幅の異なる種々のサイズの鋳片を鋳造する必要があり、二次冷却帯のスプレーノズルは、最大幅のスラブ鋳片の鋳造に適用するべく、最大幅のスラブ鋳片の端部にも二次冷却水が噴射されるように、幅方向にほぼ等間隔で並べて配置されている。但し、幅の狭いスラブ鋳片を鋳造する際に、最大幅のスラブ鋳片に相当する範囲に二次冷却水を噴射すると、幅の狭い鋳片の短辺面には、本来長辺面を冷却するべき二次冷却水が噴射され、短辺面及び短辺面と長辺面とのコーナー部が過冷却となって、鋳片の表面に、横割れや、横割れの１種であるコーナー割れが発生する。

そこで、この鋳片短辺側の過冷却を防止するために、例えば特許文献１に開示されるように、冷却ゾーンを鋳片幅方向で２ないし３の範囲に分割し、最大幅のスラブ鋳片を鋳造する際には、全てのスプレーノズルから噴射し、鋳造する鋳片の幅に応じて端部側のスプレーノズルから順に中央部側のスプレーノズルに向かって、冷却水を止める或いは冷却水量を減少させ、最小幅の鋳片の場合には幅中央部のスプレーノズルだけで冷却する方法が行われている。

しかしながら、幅の狭い鋳片を鋳造する際に、必要としない端部側のスプレーノズルからの冷却水の噴射を停止すると、停止させたスプレーノズルの流出孔に鋳造中にスケールやモールドパウダーなどが付着・侵入して、停止させたスプレーノズルが閉塞してしまうという問題が発生する。

スプレーノズルが閉塞すると、鋳片の表面分布が不均一になり、鋳片に表面割れが発生したり、鋳片の中心偏析が悪化したりするので、スプレーノズルの詰まりの管理は、鋳片品質を維持する観点から極めて重要な項目である。従来、スプレーノズルの詰まりの検査を作業者の目視点検で行っていたが、多大の労力を要することから、目視によらない方法が提案されている。

例えば、特許文献２には、スプレーノズルの基端側の内部に冷却水の温度を検出する熱電対を設け、該熱電対で測定した冷却水温度と、冷却水の送給基管の温度との差を用いてスプレーノズル詰まりを診断することが提案されており、また、特許文献３には、ダミーバーに、圧力検出センサー、振動センサー、及び、それぞれの信号処理装置、記憶装置を搭載し、ダミーバーの移動に伴い、圧力センサーと振動センサーの双方の測定結果から総合的にスプレーノズル詰まりを検知する方法が提案されている。

特開昭６３−２９０６７０号公報 特開２００３−１７０２５６号公報 特開平５−１７７３２３号公報

しかしながら、特許文献２及び特許文献３には、以下の問題点がある。

即ち、特許文献２では、スプレーノズルごとに熱電対を取り付ける必要があり、連続鋳造機の全てのスプレーノズルを診断するためには、多大な数の熱電対が必要であり、設備費が高くなるという問題点がある。また、完全には閉塞しないものの、流出孔の一部に異物が詰まり、噴射形状が変化した場合には、水量変化がない、または少ないため、異常として検知できないという問題点もある。

特許文献３では、最近、多く使われているミストスプレーは噴射圧力が微圧であるため、受圧面積が小さい圧力センサーでは出力が小さくなり、異常検知が困難である。また、スプレー噴射方向のズレ、噴射域の変化を検知するためには鋳片幅方向全ての圧力を検知する必要があるが、そのためには、圧力センサーを幅方向に大量に並べる必要があり、圧力センサー自体が高価な上に設置数が多くなり、設備費が極めて高くなるという問題点がある。また、振動センサーは、スプレーノズルからの噴射振動以外の振動を感知する可能性があり、外部振動の影響を受けやすいという問題点もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、連続鋳造機の二次冷却帯に設置されるスプレーノズルの詰まりを、低コストで且つ極めて単純な機構でありながら精度良く検知することのできる、連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知方法及び検知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機のスプレーノズル詰まり検知方法は、固定された３個以上のロードセルで裏面を保持された複数の受圧板を、連続鋳造機の二次冷却帯に設置されるスプレーノズルに対向するように、且つ、鋳片幅方向に並ぶスプレーノズルからの噴射域の全ての領域を覆うように、幅方向に並べて配置し、当該受圧板を鋳造方向またはその逆方向に移動させながら、スプレーノズルから噴射される噴射流の圧力を、前記受圧板を介してロードセルで荷重として測定し、ロードセルで測定される荷重の変化に基づいてスプレーノズルの詰まりを検知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機のスプレーノズル詰まり検知方法は、第１の発明において、前記受圧板はダミーバーに設置されていることを特徴とするものである。

第３の発明に係る連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知方法は、第１または第２の発明において、前記ロードセルは引張方向及び圧縮方向の力の双方を検知可能であることを特徴とするものである。

第４の発明に係る連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知装置は、連続鋳造機の二次冷却帯に設置されるスプレーノズルに対向し且つ鋳片幅方向に並ぶスプレーノズルからの噴射域の全ての領域を覆うように、幅方向に並べて配置された受圧板と、該受圧板のスプレーノズルからの噴射面とは反対側の面を保持する、１つの受圧板あたり３個以上のロードセルと、を具備する、連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知装置であって、当該検知装置が連続鋳造機のロール間を移動する際に、前記ロードセルは、スプレーノズルから受圧板に向けて噴射される噴射流の圧力を荷重として測定し、このロードセルによる荷重測定値の変化に基づいてスプレーノズルの詰まりを検知することを特徴とするものである。

第５の発明に係る連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知装置は、第４の発明において、前記スプレーノズル詰まり検知装置はダミーバーに設置されており、ダミーバーの連続鋳造機への装入または連続鋳造機からの引き抜きの際に、前記ロードセルは、スプレーノズルから受圧板に向けて噴射される噴射流の圧力を荷重として測定することを特徴とするものである。

本発明によれば、スプレーノズルから噴射される噴射流の圧力をロードセルで荷重として測定するので、スプレーノズルが閉塞した場合には受圧板への圧力が変化し、この圧力変化をロードセルにより測定することで、スプレーノズルの詰まりを精度良く検知することが可能となる。測定機器として使用するロードセルは安価であり、低コストで且つ極めて単純な機構でスプレーノズルの詰まりが検知可能となる。また、構造が単純であるので、保守性に優れている。また、微圧のスプレーに対して受圧板の大きさ及び配置を調整することにより、感度良く変化を検知することができる。

本発明に係るスプレーノズル詰まり検知装置の概略斜視図である。 図１のＸ−Ｘ’矢視による部分断面図である。 水の流量を一定とし、空気の流量を変化させたときのロードセルによる荷重の測定値を示す図である。 空気の流量を一定とし、水の流量を変化させたときのロードセルによる荷重の測定値を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係るスプレーノズル詰まり検知装置の概略斜視図、図２は、図１のＸ−Ｘ’矢視による部分断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明に係るスプレーノズル詰まり検知装置１は、連続鋳造機で鋳造される鋳片（図示せず）の幅と同等かそれよりも広い幅（Ｗ）を有する直方体形状の計測箱２を外殻とし、この計測箱２の長辺面に、スプレーノズル７に対向し、且つ、鋳片幅方向に並ぶ複数のスプレーノズル７からの噴射域の全ての領域を覆うように、複数個の受圧板４が取り付けられている。受圧板４は、どのような形であっても良いが、鋳片幅方向全てのスプレー噴射域を検知するためには、平面が長方形または正方形であり、隣り合う受圧板４は、それぞれの受圧板４の上下移動を妨げない範囲で、近接して配置されている。受圧板４は、金属製、合成樹脂製、またはセラミック製などとする。

受圧板４は、その４隅をロードセル５により保持されており、また、それぞれのロードセル５は、計測箱表面板３に固定されたロードセル支持材６に保持されている。つまり、ロードセル５は、計測箱２に固定されており、スプレーノズル７からの噴射流によって受圧板４が受ける圧力を、荷重として計測するように構成されている。この場合、スプレーノズル７からの噴射流が噴射されない状態では、各ロードセル５に均等の荷重がかかるように予め調整する。

受圧板４と計測箱表面板３との位置関係は、隣り合う受圧板同士の場合と同様に、受圧板４の上下移動を妨げない範囲で、受圧板４と計測箱表面板３とが近接して配置されている。尚、図２では、１つの受圧板４に対してロードセル５を４箇所の位置に配置しているが、３箇所であっても安定して受圧板４を保持できるので、１つの受圧板４に対してロードセル５を３個以上配置すればよい。

ロードセル５による荷重測定値は、記録計（図示せず）に記憶される。記録計は、計測箱２の内部に配置してもよく、また、計測箱２とは別の連続鋳造機操作室などに配置してもよい。記録計を計測箱２とは別の位置に配置する場合には、両者をケーブルで連結する、或いは、両者を無線で連結する、などの手段が別途必要となる。

受圧板４を設置するにあたり、１つのスプレーノズル７からの噴射面を１つの受圧板４により補うことができれば、１対１の対応が可能であり、ノズル詰まりの検査方法として好ましいが、連続鋳造機のスプレーノズルは所謂「千鳥配置」されており、全ての二次冷却帯において１つのスプレーノズル７からの噴射面を１つの受圧板４により補うことは物理的に不可能である。しかしながら、１つの受圧板４が２つのスプレーノズル７からの噴射面を補う範囲内であるならば、仮に一方のスプレーノズルが閉塞した場合には、受圧板４の左右に配置したロードセル５の荷重が異なるので、個々のスプレーノズル７の詰まり状況を検知することが可能であることから、このように受圧板４を配置することが好ましい。但し、１つの受圧板４が３つ以上のスプレーノズル７からの噴射面を補う場合であっても、閉塞したスプレーノズルがその領域に存在することを把握できるので、このようにしても構わない。つまり、受圧板４の設置数は、鋳片の幅、スプレーノズル７の個数、スプレーノズル７の仕様などに応じて適宜決めればよい。

スプレーノズル７は、水のみを噴射する水スプレーノズルでも、また、水と空気とのミストを噴射するエアーミストスプレーノズルでも、どちらでも検知可能である。

連続鋳造機は、その上部側は鋳造方向が鉛直に近く、下部側の鋳造方向は水平であり、しかも、連続鋳造機の下面（基準面側）及び上面（反基準面側）にスプレーノズル７が設置されており、下面側のスプレーノズル７を検査する際には受圧板４が重力によってロードセル５を引張るので、これに対応するために、ロードセル５は、引張及び圧縮の双方を検知可能であることが好ましい。

スプレーノズル詰まり検知装置１を単独で連続鋳造機のロール間に挿入してノズル詰まりを検査する場合には、計測箱２の長辺面の両面に受圧板４を配置して、連続鋳造機の上面及び下面のスプレーノズル７を同時に検査し、一方、スプレーノズル詰まり検知装置１をダミーバーに取り付けてノズル詰まりを検査する場合には、計測箱２の厚み（Ｄ）は薄い方が望ましく、その場合には、計測箱２の片面に受圧板４を配置し、計測箱２をダミーバーに埋め込むなどして取り付ければよい。スプレーノズル詰まり検知装置１をダミーバーに取り付ける場合であっても、例えば、上方挿入式のダミーバーの下端部に計測箱２を取り付ける場合のように、計測箱２の厚み（Ｄ）がダミーバーの挿入の妨げにならない場合には、計測箱２の長辺面の両面に受圧板４を配置しても構わない。

このように構成されるスプレーノズル詰まり検知装置１を、単独で、或いはダミーバーに取り付けて連続鋳造機のロール間に挿入し、鋳造方向または鋳造方向とは逆方向に向かって移動させながら、スプレーノズル７から受圧板４へ噴射される噴射流による荷重をロードセル５で測定する。スプレーノズル７が閉塞すると、ロードセル５による荷重測定値が変化するので、それにより、スプレーノズル７の詰まりを検知する。

連続鋳造機は、前述したように、鋳造方向が鉛直方向から徐々に水平方向に偏移する。これに応じて、ロードセル５にかかる受圧板自体の重力が変化する。また、二次冷却帯の位置に応じて、スプレーノズル７からの噴射流の流量自体が変化する。これらのデータを予め全て計算機に取り込み、このデータと測定値とを照らし合わせることで、ノズル閉塞を検知することができるが、極めて煩雑であるので、閉塞のない状態（支持セグメントを交換した直後など）の荷重測定値データを計算機に記憶させておき、測定値をこの記憶させたデータと照らし合わせることで、容易にノズル閉塞を検知することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、スプレーノズル７から噴射される噴射流の圧力をロードセル５で荷重として測定するので、スプレーノズル７が閉塞した場合には受圧板４への圧力が変化し、この圧力変化をロードセル５により測定することで、スプレーノズル７の詰まりを精度良く検知することが可能となる。また、スプレーノズルからの噴射域の全ての領域を検査できるので、スプレーノズルの様々な変化をも見逃すことなく、検査することができる。

図１に示すスプレーノズル詰まり検知装置と同様のスプレーノズル詰まり検知装置を作製し、実験室において、エアーミストスプレーノズルからの噴射流による受圧板への圧力をロードセルで測定した。受圧板はステンレス鋼製とし、受圧板の大きさは、縦が５０ｍｍ、幅が１００ｍｍ、厚みが３ｍｍである。実験では、スプレーノズル詰まり検知装置をダミーバーの引き抜き速度と同等の速度で移動させ、また、エアーミストスプレーノズルからの水及び空気の流量を、連続鋳造機で使用するときの流量を１００％とすると、５０％及び０％に減少させ、模擬的な閉塞状態を出現させた。

図３に、エアーミストスプレーノズルからの水の流量を１００％とし、空気の流量を５０％及び０％に減少させたときの４つのロードセルにより測定される荷重の合計値を示し、図４に、エアーミストスプレーノズルからの空気の流量を１００％とし、水の流量を５０％及び０％に減少させたときの４つのロードセルにより測定される荷重の合計値を示す。尚、図３及び図４における横軸の「ノズル直下からの距離」は、スプレーノズルの直下位置と受圧板の中心位置との間の距離である。

図３及び図４からも明らかなように、水及び空気のどちらか一方の流量が５０％以下になると、ロードセルによる荷重の測定値は低下しており、ロードセルによる荷重の測定値からスプレーノズルの詰まりが検知可能であることが確認できた。この場合、測定荷重のピーク高さのみからも詰まりを検知することができ、また、測定荷重の積分値を検知因子とすれば、より確実にスプレーノズルの詰まりを検知することが可能となる。

１ スプレーノズル詰まり検知装置
２ 計測箱
３ 計測箱表面板
４ 受圧板
５ ロードセル
６ ロードセル支持材
７ スプレーノズル

Claims (5)

1. 固定された３個以上のロードセルで裏面を保持された複数の受圧板を、連続鋳造機の二次冷却帯に設置されるスプレーノズルに対向するように、且つ、鋳片幅方向に並ぶスプレーノズルからの噴射域の全ての領域を覆うように、幅方向に並べて配置し、当該受圧板を鋳造方向またはその逆方向に移動させながら、スプレーノズルから噴射される噴射流の圧力を、前記受圧板を介してロードセルで荷重として測定し、ロードセルで測定される荷重の変化に基づいてスプレーノズルの詰まりを検知することを特徴とする、連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知方法。
2. 前記受圧板はダミーバーに設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知方法。
3. 前記ロードセルは引張方向及び圧縮方向の力の双方を検知可能であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知方法。
4. 連続鋳造機の二次冷却帯に設置されるスプレーノズルに対向し且つ鋳片幅方向に並ぶスプレーノズルからの噴射域の全ての領域を覆うように、幅方向に並べて配置された受圧板と、該受圧板のスプレーノズルからの噴射面とは反対側の面を保持する、１つの受圧板あたり３個以上のロードセルと、を具備する、連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知装置であって、
   当該検知装置が連続鋳造機のロール間を移動する際に、前記ロードセルは、スプレーノズルから受圧板に向けて噴射される噴射流の圧力を荷重として測定し、このロードセルによる荷重測定値の変化に基づいてスプレーノズルの詰まりを検知することを特徴とする、連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知装置。
5. 前記スプレーノズル詰まり検知装置はダミーバーに設置されており、ダミーバーの連続鋳造機への装入または連続鋳造機からの引き抜きの際に、前記ロードセルは、スプレーノズルから受圧板に向けて噴射される噴射流の圧力を荷重として測定することを特徴とする、請求項４に記載の連続鋳造機のスプレーノズル詰まり検知装置。

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