JP3779809B2 - 溶融金属の連続鋳造方法とその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属の連続鋳造方法とその装置に関するもので、特に溶融金属の連続鋳造時における鋳型内溶融金属湯面レベル制御方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に溶融金属の連続鋳造においては、パウダーが鋳型内溶融金属プール上面に供給され、溶融金属からの熱で溶解したパウダーは上下に振動する鋳型壁と、一定速度で引き抜かれる凝固シェルの相対運動によって、これらの間に流入する。このパウダー流入時に発生する動圧によりメニスカスや凝固シェル先端が変形し、しかもこの変形は鋳型オッシレーションの周期で繰り返されるために、鋳片表面にはオッシレーションマークと呼ばれる周期的な皺が形成される。この皺の深さが深い場合には、鋳片表面疵欠陥に繋がる他、鋼種によっては特定の元素のみがオッシレーションマーク谷部に偏析したり、気泡、介在物の捕捉が増加して、歩留まり低下の原因となっている。
【０００３】
一方、ビレットや小断面積を有する鋳片の連続鋳造においては、上記パウダーに替わってレプシードオイルが使用されている。このレプシードオイルはメニスカスにおいて燃焼し、グラファイトとなって凝固シェルが鋳型壁に焼きつくことを防止するものの、鋳造された鋳片表面に規則的に生成した明瞭なオッシレーションマークを得ることは困難で、鋳造操業や鋳片の品質安定性は、上記パウダーを用いた鋳造に比べて劣っている。
【０００４】
このように、初期凝固を制御する方法としては、特開昭５２−３２８２４号公報に記載されるように、溶融金属を潤滑剤と共に一定周期で振動する水冷鋳型に注入し、連続的に下方に引き抜く連続鋳造法で、鋳型周りに設けた電磁コイルに交流電流を連続的に通電し、交流磁場によって発生する電磁力を利用して鋳型内溶融金属のメニスカスに電磁力を付与してメニスカス部を彎曲させて鋳片の表面性状を改善する方法が開示されている。また、特開昭６４−８３３４８号公報には、電磁コイルによって鋳型内の溶融金属に電磁力を与える際に、交流磁場をパルス状に付与することによって電磁力を間欠的に印加するパウダー供給法で、更に鋳片の表面性状を改善する方法が開示されている。更に、再公表平８−８０５９２６号公報には、電磁力を付与するために交流電流の振幅に、鋳型振動と同じ周波数の強弱をつけ、鋳型振動周波数（ｆｍ）と交流磁場周波数（ｆｐ）とを０．６９≦ｌｎ（ｆｐ／ｆｍ）≦９．９の範囲内に設定することで安定したメニスカスを成形させ、鋳片の表面性状改善効果を更に安定して得る連続鋳造方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来技術を実際に連続鋳造装置で実現する場合、鋳型内溶融金属の湯面レベルを精度よく検知できないという問題があった。この湯面レベル検知の精度が劣化していくと湯面レベル制御が困難になり、溶融金属のメニスカスの安定成形も難しくなり、結果的に良好な鋳片の表面性状確保ができなくなるという問題があった。
【０００６】
一方、上記のような連続鋳造装置に使用される湯面レベル検知手段として、交流磁場による電磁誘導現象を応用した渦流式湯面レベル計が良く使用されている。また、他の手段としては鋳型に埋設した熱電対を利用する方法や、γ線を用いた透過型センサー等があるが、測定精度や応答性の点で渦流センサーが最も優れていることから殆どの連続鋳造装置で使用されている。しかしながら、電磁コイルを使用する限りにおいては、電磁コイルから発生する交流磁場が、渦流式湯面レベルセンサーに対してノイズとして作用し、正確な湯面レベル検知が行えず、測定精度が悪化していくという大きな問題を引き起こしている。例えば、磁束密度強度１，０００(Gauss) 、周波数２００Ｈｚの磁界中で使用した場合には出力信号が飽和して測定不能となったり、パルス磁界を用いた場合でも磁界ＯＮの時に飽和して、そのままでは溶融金属の湯面レベルが測定できないという深刻な問題が発生している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、パルス磁場を発生させて鋳片の表面性状を改善するような連続鋳造装置においては、渦流式湯面レベルセンサーに対して、パルス付与期（ＯＮ期）には強いノイズが作用するが、パルス付与中断期（ＯＦＦ期）には殆どノイズが発生しないことに着目し、パルスＯＮ期とパルスＯＦＦ期を検知するために、電源にパルスＯＮ／ＯＦＦに対応するトリガー信号を取り出す機構を設け、このパルストリガー信号を、渦流式湯面レベル計の信号処理装置に入力し、この信号処理装置内でパルスＯＦＦ期にのみ湯面レベルを検知し、パルスＯＮ期には検知しないようにする機構を設けることで、電磁コイルから発生する交流磁場ノイズの影響を受けることなく、安定して精度高い溶融金属の湯面レベル検知が可能になったものである。すなわち、本発明は、
（１）溶融金属の連続鋳造装置に設置された鋳型振動装置より取り出した振動トリガー信号に基づいて電源を制御し、電磁コイルに電流を通電してパルス磁場を発生させ、次いで電流センサーで検知した電流信号に絶対値検波を行い、演算装置にてパルス磁場がＯＦＦのタイミングでサンプリングを行うようパルストリガー信号を生成し、前記パルストリガー信号に基づいて湯面レベル信号処理装置内に設けたサンプリングとホールドする湯面レベル検知タイミング制御機構により渦流式湯面レベルセンサーヘッド部で検知されたレベル信号の内、前記電磁コイルから発生するノイズを含むタイミングの信号を除去し、次いで前記ノイズ除去信号に基づいた湯面レベル信号を湯面レベル制御システムに伝達することにより高精度で湯面レベルを検知することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法、であり、また、
（２）溶融金属を注入して凝固させるための鋳型と、鋳型内溶融金属の湯面レベルを検知するための渦流式湯面レベルセンサーを有し、鋳型を取り囲むように配置した電磁コイルと、前記電磁コイルからパルス磁場を発生するための電源を有する連続鋳造装置において、電源よりパルス磁場に対応するパルストリガー信号を取り出す機構と、前記パルストリガー信号に基づいて湯面レベルセンサーの湯面検知タイミングを制御する機構を有することを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置、であり、
（３）前記パルストリガー信号取り出し機構が絶対値検波回路および演算装置から構成され、また、前記湯面レベルセンサー信号処理機構が、高周波アンプおよびフィルター、サンプリングおよびホールド回路、ローパスフィルターおよびリニアライザーから構成されることを特徴とする請求項２記載の溶融金属の連続鋳造装置、であり、更に、
（４）前記（２）において、鋳型に鋳造方向の振動を付与する機構を有し、鋳型振動に対応する振動トリガー信号に基づいて、電源を制御してパルス磁場を制御する電源および電流センサーから構成される機構を有することを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置、である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面を以て説明する。
図１は、本発明による連続鋳造方法を実施するための操業手順のフローチャートを示す図である。
本発明による湯面レベル制御方法は、鋳型振動装置から振動トリガー信号を生成するため、鋳型振動用モーターの回転変位を検出し、振動トリガー信号がＯＮの状態での回転変位か否かを判断し、ＯＮの状態での回転変位であれば前記振動トリガー信号をＯＮにし、ＯＮの状態での回転変位でなければ前記振動トリガー信号をＯＦＦにする。電源装置は、振動トリガーＯＦＦであれば、通電をストップし、振動トリガーＯＮであればパルス電流の通電を開始する。パルス電流の検知を行い、検知された電流信号は絶対値検波回路内で絶対値検波を行い、更に演算装置でパルストリガー信号を発生させる。次いで、前記パルストリガー信号がＯＮ／ＯＦＦであるかの判断を行なわせ、ＯＮ状態であればレベル信号のサンプリングを行い、一方、ＯＦＦ状態にあれば前回測定したサンプリング値をホールドしてサンプリングを見合せる。以上の処理で得られた湯面レベルのサンプリング、ホールド信号をローパスフィルター処理およびリニアライザー処理して次の湯面レベル制御システムへ伝達して湯面レベル制御を実施するものである。
【０００９】
次に、図２に示した本発明を実現するための溶融金属の連続鋳造装置における湯面レベル制御装置の全体構成を以て更に詳細に説明する。
図２において、連続鋳造用鋳型１内には鋳造用ノズル２から溶融金属３が鋳込まれる。前記鋳型１には、鋳型１を上下に振動させる鋳型振動装置６が設置され、また前記鋳型１を取り囲むように電磁コイル４が配設され、パルス状交流電流を通電することにより溶融金属に電磁力を印加して安定なメニスカスを成形する。一方、溶融金属の湯面直上には渦流式湯面レベルセンサーヘッド部５が設けられ鋳型内の湯面レベルを常時測定している。
【００１０】
本発明による湯面レベル制御装置は、鋳型振動装置４から振動トリガー信号を生成するため、鋳型振動装置４のモーターシャフト（図示せず）にロータリーエンコーダー７を配置し、モーター（図示せず）の回転変位を検知し、前記ロータリーエンコーダー７に接続された演算装置８によりトリガー信号を出力したい回転変位の既存データと取り出した回転変位の実績値との比較演算を基に振動トリガー信号９を生成し、この振動トリガー信号９を電磁コイル４を起動させる電源装置１０に伝達する。次いで、電源装置１０内の電源１１は、前記振動トリガー信号９に基づいて励磁コイルにパルス状交流電流を通電し、パルス磁場を発生させる。
【００１１】
次いで、電源１１と電磁コイル４間のケーブル１２に電流センサー１３を設置し、電流信号を検知する。検知された電流信号は、パルストリガー信号取り出し機構１４内に配置された絶対値検波回路１５で絶対値検波を行い、更に演算装置１６にてパルス磁場がＯＦＦのタイミングでサンプリングが行えるようにパルストリガー信号１７を生成し、湯面レベルセンサー信号処理機構１８に伝達される。この湯面レベルセンサー信号処理装置１８は、高周波アンプおよびフルター１９、サンプリングおよびホールド回路２０、ローパスフィルター２１、リニアナライザー２２で構成されている。これらは、前記パルストリガー信号１７に応じて信号をサンプリングまたはホールドし、これによって前記渦流式湯面レベルセンサーヘッド部５で検知された湯面レベル信号のうち、電磁コイル４から発生するノイズを含むタイミングの信号を除去する。このようにしてノイズ除去された湯面レベル信号に、ローパスフィルター２１、リニアライザー２２の処理を施して湯面レベル制御システム２３へ正確な湯面レベル信号を伝達することで、湯面レベル制御が高い精度で行われることになる。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、溶融金属の連続鋳造において、鋳型内の溶融金属の湯面レベル制御の精度を確保しつつ、溶融金属メニスカスを安定に成形し、更に鋳型と溶融金属間への潤滑剤の流入を促進することができ、更に鋳片の表面性状の改善と鋳造速度の向上を同時に実現できるというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による連続鋳造方法を実施するための操業手順のフローチャートを示す図。
【図２】本発明を実現するための溶融金属の連続鋳造装置における湯面レベル制御装置の全体構成を示す図。
【符号の説明】
１…連続鋳造用鋳型
２…鋳造用ノズル
３…溶融金属
４…電磁コイル
５…渦流式湯面レベルセンサーヘッド部
６…鋳型振動装置
７…ロータリーエンコーダー
８…演算装置
９…振動トリガー信号
１０…電源装置
１１…電源
１２…ケーブル
１３…電流センサー
１４…パルストリガー信号取り出し機構
１５…絶対値検波回路
１６…演算装置
１７…パルストリガー信号
１８…湯面レベルセンサー信号処理機構
１９…高周波アンプおよびフィルター
２０…サンプリングおよびホールド回路
２１…ローパスフィルター
２２…リニアライザー
２３…湯面レベル制御システム

Claims (5)

1. 溶融金属の連続鋳造装置に設置された鋳型振動装置より取り出した振動トリガー信号に基づいて電源を制御し、電磁コイルに電流を通電してパルス磁場を発生させ、次いで電流センサーで検知した電流信号に絶対値検波を行い、演算装置にてパルス磁場がＯＦＦのタイミングでサンプリングを行うようパルストリガー信号を生成し、前記パルストリガー信号に基づいて湯面レベル信号処理装置内に設けたサンプリングとホールドする湯面レベル検知タイミング制御機構により渦流式湯面レベルセンサーヘッド部で検知されたレベル信号の内、前記コイルから発生するノイズを含むタイミングの信号を除去し、次いで前記ノイズ除去信号に基づいた湯面レベル信号を湯面レベル制御システムに伝達することにより高精度で湯面レベルを検知することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
2. 溶融金属を注入して凝固させるための鋳型と、鋳型内溶融金属の湯面レベルを検知するための渦流式湯面レベルセンサーを有し、鋳型を取り囲むように配置した電磁コイルと、前記電磁コイルからパルス磁場を発生するための電源を有する連続鋳造装置において、電源よりパルス磁場に対応するパルストリガー信号を取り出すパルストリガー信号取り出し機構と、前記パルストリガー信号に基づいて湯面レベルセンサーの湯面検知タイミングを制御する湯面レベルセンサー信号処理機構を有することを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
3. 前記パルストリガー信号取り出し機構が絶対値検波回路および演算装置から構成され、また、前記湯面レベルセンサー信号処理機構が、高周波アンプおよびフィルター、サンプリングおよびホールド回路、ローパスフィルターおよびリニアライザーから構成されることを特徴とする請求項２記載の溶融金属の連続鋳造装置。
4. 前記連続鋳造装置が、更に鋳型に鋳造方向の振動を付与する機構を有し、鋳型振動に対応する振動トリガー信号に基づいて、電源を制御してパルス磁場を制御するパルス磁場制御機構を有することを特徴とする請求項２記載の溶融金属の連続鋳造装置。
5. 前記パルス磁場制御機構が電源および電流センサーから構成されることを特徴とする請求項４記載の溶融金属の連続鋳造装置。

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