JP2012179654A - 金属溶融物の変化するレベルを検知し表示する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、金属溶融物の変化するレベルを検知し表示するために使用される装置に関する。
【解決手段】鋳型（１４）の一方の側に、長手方向の所定の長さに沿って配置されているとともに、鋳型（１４）の対向する側に向かって放射フォトンを放射する、少なくとも１つの放射線源（２０）と、鋳型（１４）の前記対向する側に、長手方向に沿って互いに隣接して配置された少なくとも１組の高感度検出器（３０．１・・・３０．８）とが設けられ、検出器（３０．１・・・３０．８）それぞれは、放射線源（２０）によって放射された入射フォトンを受けるように配置される。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、連続鋳造用鋳型、タンディッシュ、インゴット、又は同様のもの中の、金属溶融物の変化するレベルを検知し表示するために使用される装置に関する。

連続鋳造プロセスにおいては例えば、鋳造された金属ストランドの品質が、間接的に対応する鋳型中における溶融物のレベルの恒常性に関係しているので、鋳型中の金属溶融物のレベルを検知することが必要である。

流動する液体のレベルを確認するための多くの方法及び対応するハードウェアがあり、例として、キャパシタンスレベルセンサー、超音波法、マグネトレストリクティブ測定法（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）、コンダクティブレベルセンサーなどが挙げられる。これら方法の全ては、連続鋳造中における鋳型中の溶融物のレベルを検知するために使用される際には欠点を有している。１つの主な問題は、金属溶融物が高温（１５００℃前後）であることであり、別の問題はこれら方法及びハードウェアの信頼性である。上述の目的のためには、少なくとも＋／−３ｍｍの確実性を有して溶融物のレベルを測定することが望ましい。

特許文献１からは、鋳型の一方の側に取り付けられたアイソトープから発せられるガンマ放射線が鋳型内の熔融金属によって減衰する程度を測定することによって、鋳型内の熔融金属のレベルを検知することが知られている。対応する装置は、鋳型の一方の側の放射フォトン源及び対向側の放射線検出器の配列と、検出器それぞれによって単位時間当たりに受け取られた入射フォトンの数を数えるとともにこれら検出器から鋳型内の熔融金属のレベルに対する値を提供する手段と、を備えている。溶融レベルより上の検出器のみが信号を受け取る。

ガンマ線に基づいたこの方法は過去には使用されていたが、このような測定の精度及び再現性を上げることに対する要求が依然として存在している。

欧州特許出願第０８５９２２３号

したがって本発明の目的は、連続鋳造プロセスの一部分としての鋳型中の少なくとも金属溶融物のレベルをできる限り正確に、かつ再現性良く定めることを可能にする方法及び／又は装置を提供することにある。

集中的な研究活動及び試験中に、既存の方法及び装置の正確さを制限する決め手となる要因が、金属溶融物表面の領域における、潤滑用粉（成形粉）などを備える他の成分の存在であり、これら他の成分は、液相、固相、及び／又は液体と固体との混合相のいずれにも存在する場合があることが明らかとなった。以下に通例スラグと呼称するこのような物質は、変化するとともに異なるガンマ放射の減衰を引き起こし、よって対応する測定の精度及び再現性に影響する場合がある。

この問題は特許文献１に既に記載されている。この問題は既知の装置によっては十分に解決されていない。点状の放射線源では、鋼のレベルまでの、この点状の源の上に配置された検知器が信号を受け取ることしかできない。さらに、測定における感度は検出器の列の直線長に相当し、レベル測定の不確実性は少なくともそれぞれの検出器の長さに相当する。この問題は、検出器の対応する小型化された寸法によって減少させることができるが、必要な直線長を達成するための、対応する多数の検出器の結果、コストが増加する。

鋳型の一方の側の、長手方向における別個の長さに沿った、少なくとも１つの放射線源の設置が、これら問題を克服することができるということが見出された。このことは、金属コラムの位置だけでなく、関連するスラグ層の存在と厚みとを検出することを可能にする。このことは、対応する測定の信頼性及び再現性を特徴的に増加させ、より高い精度を有する連続鋳造プロセスを実行することを可能とし、ビレット、スラブ等のような半製品それぞれの品質を改善する。

このような細長い放射線源によって、長手方向における第２の直線に沿った感度の高い検出器を備えた鋳型の対向する側に向かう点状の放射の代わりに、対応する直線に沿った放射フォトンの放出が可能になる。

長手方向は、鋳型に入る金属の流れの方向、通常は鉛直方向として規定される。

その最も一般的な実施形態において、本発明は連続鋳造鋳型における、金属溶融物と、関連するスラグとの変化するレベルを同時に検知し、表示する、
・長手方向における第１の個別の長さに沿った鋳型の一方の側に配置され、鋳型の対向する側に向かって放射フォトンを放出する、少なくとも１つの放射線源と、
・前記長手方向における第２の個別の長さに沿って隣り合って次々と並んで鋳型の前記対向する側に配置された、少なくとも一連の高感度の検出器と、
を備え、
・検出器それぞれが、前記放射線源によって第１の全長に亘って放射される入射フォトンを受けるように配置されている、
装置に関する。

１つの実施形態においては、前記第１及び第２の個別の長さの末端（終点）は、検出されるべき推定された最大及び最小レベルの上および下に配置されている。

直線上に延在する放射線源によって、受線側の検知要素（前記放射能に対して高感度である結晶）は様々な個別の信号を、それぞれの溶融物（金属溶融物）及びスラグのレベルの位置に応じて検知することができる。

放射線源は、例えば棒状に形成された、又は隣り合うように配置されて対応するコラムを形成する複数の放射線源として設計された一体の放射線源とすることができる。個別の放射線源は、「点状の」放射線源にさえすることができるが、対応する数で配置されて所定の長さの列を形成する。

放射線源と検出器それぞれとの間のフォトンの流れは、係数

によって減衰し、ここで、μｘはフォトンが通過する材料の減衰係数であって、空気に対してはμａであり、特定の粉体に対してはμｐであり、所定の金属溶融物に対してはμｍである。ｄｘはそれぞれの材料の厚みである。空気、粉体、及び溶融物の異なる特性の故に、

である。

結果として、検出器（検出器／発光（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｎｇ）手段は、所定の長さに沿って並んで配置されている）それぞれは、これら検出器が、中間の金属溶融物及び／又はスラグによって異なった方法で隠される限り、直線上に方向付けられた放射線源からの異なる信号を受け取る。言い換えれば、本発明の構成は、金属溶融物及び／又はいずれかの粉体／スラグ層に対する検出器それぞれの位置に依存して、検出器それぞれによって独立した信号を垂直に受け取るのを可能にする。

これは、添付の図面に関連してさらに記載される。

様々な検出器によって受け取られた放射データそれぞれと、半導体と対応するアルゴリズムとのような関連した検出要素によるこれらデータの評価との比較によって、金属溶融物及びスラグそれぞれの正確なレベルを対応する校正（アルゴリズム、ソフトウェア）によって抽出することができる。

これは、金属溶融物及びスラグそれぞれによって引き起こされた、変化する減衰の結果である。溶融物及びスラグは、これらの異なる密度及び組成に関連して、異なる遮蔽力を生じさせる。放射線源のタイプ（例えばコバルト６０又はセシウム１３７）、（鋳型を取り囲んでいる給冷却缶（ｗａｔｅｒ ｂｏｘ）を含む）壁厚み、及び（放射線源と検出器それぞれとの間の）放射経路が一定なので、これら遮蔽力はシステム中の唯一の意味のある変数である。

対応する測定が、鋳造中のそれぞれのレベルの高さにおける全ての変化の直接の情報を受け取るために、規則的に行われなければならないことは明らかである。したがって、このような測定を連続的に又は短時間の間隔で行うことができる。１つの実施形態によれば、１０ｍｓ〜１ｓのクロックレートが推奨される。さらに、信頼できる結果は、全ての検出器における測定が同時に行われて、異なる溶融物レベルが検出器のデータを分析することによって比較されるのを回避する場合にのみ達成される。

決められた時間に検出器それぞれの信号を比較することによって、言ってみれば同時に、且つ高い分解能を有して、熔融金属のレベルとこの熔融金属上に堆積した全ての他の物質の厚み（「スラグ」の厚み）とを引き出すことが可能である。この新しい構成によって、３ｍｍ以下の分解能又は１ｍｍ以下の分解能でさえもが可能になる。

新しい装置によれば、検出器それぞれのサイズ（長さ）は、もはや直接測定データ及びその不正確性には関連せず、したがって合理的にサイズを決められた限られた数、例えば３〜１５、代替的には最小で４又は５且つ最大で６、７、８、又は１０の検出器を使用することを可能とするが、（前記直線的な範囲を達成するための検出器のサイズに依存して）より多くの検出器を使用することができる。

この、検出器の比較的少ない数及び小さな結晶サイズは、好適、かつ実行可能、かつ安価な、統合された読み出し電子回路の設計を可能にする。

通常の連続鋳造システムにおいては、溶融物及び／又はスラグのレベルは１００〜３００ｍｍの範囲に亘って変化する場合がある。これは結果的に、本発明によって５０ｍｍ、好ましくは１００ｍｍに始まり、約４００ｍｍ、通常は１００〜２５０ｍｍに終わる、放射線源及び検出器の列の両方の直線長さを対応する範囲内に導く。さらなる実施形態によれば、放射線源の（長手方向）軸長は検出器の列の軸長以上の長さである。

シリコンフォトマルチプライア（ＳｉＰＭ）又はマルチピクセルフォトンカウンタ（ＭＰＰＣ）のような半導体ベースの写真撮影手段を検出器及び対応する読み出し電子装置との組み合わせの形で使用して、検出器結晶からの信号／データを評価することができる。特に、ＳｉＰＭとＭＰＣＣとは、非常に小さい設計であり、鋳型そのもの又は鋳型カートリッジに非常に接近させるのを可能にする。その限りにおいて、放射線源と検出器との間の距離を最小化することができ、同時に放射線エネルギーを、測定の正確さを失することなく減少させることができる。ＳｉＰＭとＭＰＣＣとは、発光手段を読み出し、これらデータを電子機器（データプロセッサ）に転送する。

このデータプロセッサ（好適なアルゴリズムを含む）は、時間依存性の手段でデータ／信号を計算し、この計算から、特定の時間に収集された信号／データに従って、金属溶融物及び／又は関連するスラグそれぞれのレベルが導き出される。

検出器の１つ以上のコラム（列）、例えば平行、且つ互いに所定の距離を有する２つの列を配置することはこの発明の技術範囲内であり、よって液体鋼（金属溶融物）及びスラグ層の両方の変動の測定を可能にする。これら変動は通常は平坦ではなく、波状である。

上述したように、放射線源及び／又は検出器は、鋳型の金属性外側シェル（殆どの場合に銅からなる）、鋳型を取り囲んでいる冷却缶を含む、金属溶融物の通路領域の外側のどこにでも配置することができる。

放射線源は通常、遮蔽体内に（意図しない放射線の漏れを回避する安全上の理由のために）設置される。検出器（シンチレーション手段／水晶）は、上述された水ジャケットの内側及び外側に取り付けることができる。

本発明のさらなる特徴が、従属請求項及び以下の特定の実施形態の記載を含む他の出願書類に記載されている。

連続鋳造プロセス中の対応する鋳型における装置の配置を示す図である。 測定の典型的状況を示す図である。 測定の典型的状況を示す図である。 測定の典型的状況を示す図である。 測定の典型的状況を示す図である。

図１において、タンディッシュは１０で示され、関連するノズルは１２によって示されている。ノズル１２の下方自由端は、鋳型１４の上部開口端に進入している。潤滑粉は、鋳型の中に周期的に付与されて、鋳型１４内の熔融金属メニスカス上にカバーのようにスラグを形成する。鋳型１４は、水冷ジャケット１６内に配置されている。この全ては周知の技術であり、さらに記載されることはない。

前記水冷ジャケット１６内には、ロッド状で、直線的に延在する放射線源２０、すなわちセシウム１３７ガンマ放射線源が、垂直方向（タンディッシュ１０から鋳型１４へ、及びその先への溶融物の主流れ方向（矢印Ｍ）に対応する矢印Ｖの方向）に鋳型１４の一方の側に配置されている。（矢印Ｖで示す長手方向における）軸方向長さは、２００ｍｍである。放射はロッドの長さの全体に亘って発せられる。鋳型１４を通じる以外の他のいずれの方向の放射を避けるために、前記放射線源２０に対するケーシングが必須であるが、周知であるので示されていない。

８つの検出器３０．１・・・３０．８は、列に沿ってガンマ線放射線源２０から等距離に配置されており、この列は、鋳型１４の対向側のロッド形状の放射線源２０に平行に（すなわち、同様に垂直方向に）延在している。検出器（水晶）３０．１〜３０．８それぞれは、（方向Ｖ、すなわち前記検出器コラムの長手方向における）２５ｍｍの長さを有し、よって前記２００ｍｍの全長まで集約する。図面とは逆に、隣接する検出器間には隙間はないが、検出器それぞれは独立しているとともに、全ての信号を独立して受けることができる。放射線源２０及び検出器コラム３０．１〜３０．８の末端（終点）Ｔ１、Ｔ２は、溶融物及びスラグの予想される最小レベル及び最大レベルの上に配置される。

図面２ａ〜２ｄの全ては、鋳造プロセス中の１つの特定の時間における特定の状態を、記号で示される溶融物レベルＭＬ及びスラグレベルＳＬによって特徴付けている。

このときに、８つの検出器のそれぞれによって受信されたフォトンエネルギーが測定され、記録される。

図２ａ〜２ｄの比較によって、別々の検出器が、受信されるガンマフォトンの異なる減衰によって引き起こされる異なる信号を受信するということを認識することができる。

図２ａを参照すると、線Ａは、放射線源２０から検出器３０．１へと空気を通過するだけで、よって因子μａによって減衰するフォトンの経路を示している。線Ｂに沿って移動するフォトンについても同様である。線Ｃに沿って移動するフォトンは、まず空気を通過し、次いでスラグ層を通過し、最後に再び空気を通過し、よって対応する減衰は、放射経路（放射線源と検出器との間の距離）に沿った空気及びスラグそれぞれの寄与にしたがって、因子μａとμｐとによって生じる。線Ｄは、空気、溶融物、そして空気を横切るフォトンの経路を示している。

溶融物の減衰因子μｍは、スラグの減衰因子（μｐ）とは異なり、溶融物の減衰因子及びスラグの減衰因子はともに（空気に関する）μａとは異なり、一方で空気経路、溶融物経路、及びスラグ経路のそれぞれの長さがさらに線Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤに沿って移動するフォトンに対して異なるので、放射線源２０から検出器３０．１への前記異なる経路に沿って通過する前記フォトンから受信される複数の信号は異なっている。端部の検出器３０．１は、（測定中の）溶融物及びスラグの実際の位置に従って特定の合計信号を受信する。

対応する複数の測定が、検出器それぞれにおいて行われる。図２ｂ〜２ｄは、放射線源２０からさらなる検出器３０．６、３０．４、及び３０．２へのフォトンの対応する遷移経路を示している。

このように、検出器３０．１〜３０．８それぞれは、異なる合計の（集合の）信号を受信する。多くの検出器を使用するほど、より多くのデータを収集することができ、対応するアルゴリズムプログラムによって、関連するデータ処理装置において最終的に計算された、金属溶融物のレベルＭＬ及びスラグのレベルＳＬの正確な位置の計算の信頼性が上がる。試験中に、３〜８個の検出器が、＋／−１〜２ｍｍの精度で非常に良好な結果を達成して正確なレベルを計算するのに好適であるということが示された。

１０・・・タンディッシュ
１２・・・ノズル
１４・・・鋳型
１６・・・水冷ジャケット
２０・・・放射線源
３０．１、３０．２、３０．３、３０．４、３０．５、３０．６、３０．７、３０．８・・・検出器
ＭＬ・・・溶融物レベル
ＳＬ・・・スラグレベル

Claims (12)

1. 連続鋳造用鋳型中における金属溶融物及び関連するスラグ層の変化するレベルを同時に検出し、表示する装置であって、
   １．１前記鋳型（１４）の一方の側に、長手方向の第１の個別長さに沿って配置されているとともに、前記鋳型（１４）の対向する側に向かって放射フォトンを放射する、少なくとも１つの放射線源（２０）と、
   １．２前記鋳型（１４）の前記対向する側に、前記長手方向の第２の個別長さに沿って互いに隣接して配置された少なくとも１組の高感度検出器（３０．１・・・３０．８）と、
   を備え、
   １．３前記検出器（３０．１・・・３０．８）それぞれが、前記放射線源（２０）によって前記第１の長さの全体に亘って放射された入射フォトンを受けるように配置されている、
   装置。
2. 前記第２の個別長さに沿って配置された３〜１５の検出器を有する請求項１に記載の装置。
3. ５ｃｍより長い第１の個別長さと、５ｃｍより長い第２の個別長さと、を有する請求項１に記載の装置。
4. １０ｃｍより長い第１の個別長さと、１０ｃｍより長い第２の個別長さと、を有する請求項１に記載の装置。
5. 前記第１の個別長さが、前記第２の個別長さに対応していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記第１の個別長さは、前記第２の個別長さより長いことを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記検出器（３０．１・・・３０．８）は、前記長手方向において０．２〜３ｃｍの長さを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記検出器（３０．１・・・３０．８）は、前記長手方向において０．５〜１．５ｃｍの長さを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記第１及び第２の個別長さの末端（Ｔ１、Ｔ２）は、検出されるべき推定最大レベル及び推定最小レベルの上及び下に位置することを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記検出器（３０．１・・・３０．８）から受け取った信号を測定し、前記検出器（３０．１・・・３０．８）によって時間に依存した形で受けられた可変の前記信号を収集するとともに所定の特定の時間におけるそれぞれ金属溶融物と関連するスラグ層とのレベルを収集された前記信号に従ってそれぞれ計算するデータ処理装置に送るための手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記信号の収集及び、それぞれ金属溶融物と関連するスラグ層とのレベルの計算は、連続的に達成されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記信号の収集及び、それぞれ金属溶融物と関連するスラグ層とのレベルの計算は、０．０１〜２秒のクロックレートで周期的に達成されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。