JP4211548B2 - アルミニウムの連続鋳造における溶湯漏れ検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウムの連続鋳造における溶湯漏れ検出方法に関する。尚、本明細書において、単にアルミニウムと記載した際にはアルミニウム合金を含み、単に連続鋳造と記載した際には半連続鋳造も含んでいる。

アルミニウムの圧延材や押出材は、ほぼ直方体のスラブを圧延加工するか、あるいは円柱形のビレットを押出加工することにより成形されている。上記スラブは、一般には、図９に示すような連続鋳造装置５０を用いた竪型半連続鋳造法(ＤＣ鋳造)により、鋳造されている。
連続鋳造装置５０は、スラブを竪型半連続鋳造するもので、図９に示すように、一対の長辺鋳型５２とその両端付近に位置する一対の短辺鋳型５５とに囲まれ且つこれらの下方にて昇降可能に位置する下型５６に包囲されたキャビティＣにアルミニウム合金の溶湯ｍが注下される。

そして、上記キャビティＣに注下された溶湯ｍを、上記長辺・短辺鋳型５２，５５と、上記キャビティＣの後方に位置する中空部５４から斜め下向きで且つ上記キャビティＣ向きに噴射される図９中の矢印で示す冷却水と、により冷却することで、周囲から徐々に凝固して直方体形状となるスラブＭを半連続鋳造している。尚、前記ビレットを半連続鋳造する際には、円柱形のキャビティを内側に有し且つ内部に供給された冷却水を係るキャビティの下方にほぼ円錐形状に噴射できるリング形の連続鋳造鋳型が用いられている。
しかし、上記スラブＭやビレットなどの鋳造材は、長辺・短辺鋳型５２，５５などの下方に下型５６と共に下降した際、図１０に示すように、周囲の凝固部分が内部の溶湯ｍにより再溶解され、係る位置から溶湯ｍが外側に漏れＬ出る、というトラブルを生じることがある。上記漏れＬは、特に鋳造初期に生じ易い。

上記溶湯ｍの漏れＬが生じると、品質の良いスラブＭやビレットが得られないだけでなく、漏れた溶湯ｍが下型５６の下降を妨げ、長辺・短辺鋳型５２，５５などを含む連続鋳造装置５０を損傷する場合があった。
しかしながら、溶湯ｍの漏れＬは、これまで目視で観察していたが、見付けることが難しく、多量の漏れＬが発生した後で気が付く場合が多かった。
本発明は、以上に説明した背景技術における問題点を解決し、スラブなどのアルミニウムの鋳造材を連続鋳造する際に溶湯の漏れを正確且つ確実に検出できるアルミニウムの連続鋳造における溶湯漏れ検出方法を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するため、発明者らの鋭意研究および調査の結果、アルミニウムの鋳造材を連続鋳造する際に漏れ出た溶湯が連続鋳造用鋳型の下方に位置する水槽に着水する際に発する着水音を検出対象とする、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明のアルミニウムの連続鋳造における溶湯漏れ検出方法（請求項１）は、鋳型の内側のキャビティにアルミニウムの溶湯を注下し且つ係る鋳型の下方に下型と共に下降する鋳造材を連続鋳造するに際し、上記鋳型の下方に位置し且つ上記下型が進入する水槽に上記鋳造材から漏れ出た溶湯が着水した際の周波数が３〜６ｋＨｚの音を集音マイクロホンで検出する、ことを特徴とする。

これによれば、連続鋳造されるアルミニウムの鋳造材から溶湯が外部に漏れ出たことを、係る漏れ出た溶湯が水槽に着水する際の着水音のうち、周波数が３〜６ｋＨｚの着水音を検出することにより、正確且つ確実に検出することが可能となる。しかも、上記溶湯の着水音は、係る溶湯が水槽の表面付近で急激に水冷された際に必ず発せられる音であり、周囲のノイズとの区別も容易である。従って、鋳造材の品質上および溶湯の歩留まりを、高めることが可能となる。

尚、前記鋳型には、スラブを連続鋳造するための一対の長辺鋳型および一対の短辺鋳型からなる幅可変鋳型のほか、ビレットを連続鋳造するための円形断面のキャビティを内設するリング形状などの鋳型も含まれる。
また、前記鋳造材には、アルミニウムからなるスラブやビレットなどが含まれる。
更に、前記周波数の範囲は、発明者らの調査により得られたものであり、係る周波数の範囲を外れると、溶湯の漏れは統計的にはほぼ皆無となる。

尚、本発明には、内側のキャビティにアルミニウムの溶湯が注下される鋳型と、係る鋳型の下方に位置し且つ係る鋳型から垂下する鋳造材が下型と共に進入する水槽と、係る水槽の水中または水面付近に配置した集音マイクロホンと、係る集音マイクロホンで集音された音の周波数を測定する周波数測定手段と、係る周波数測定手段で測定された音の周波数が３〜６ｋＨｚの範囲内にあるときに、上記鋳造材から溶湯が漏れたことを知らせる警報手段と、を含む、アルミニウムの連続鋳造における溶湯漏れ検出装置が用いられる。

これによる場合、連続鋳造されるアルミニウムの鋳造材から溶湯が外部に漏れ出た溶湯が水槽に着水する際の着水音のうち、周波数が３〜６ｋＨｚの音を、集音マイクロホンにより検出できるため、係る溶湯の漏れを正確且つ確実に検出することが可能となる。しかも、前記周波数測定手段によって集音された着水音が溶湯の漏れ出しによることが判明した際には、係る異常事態を警報手段により直ちに表示できる。従って、溶湯の漏れが発生した早期の段階で連続鋳造装置を停止することにより、品質上の問題がある鋳造材を確実に低減可能となる。
特に、集音マイクロホンが水槽の水中に配置された形態では、上記鋳型付近のノイズが入らないため、一層精度良く着水音を検出することが可能となる。

尚、前記周波数測定手段には、例えば、前記周波数３〜６ｋＨｚの周波数帯域が記録されたＲＯＭなどの記憶部と、上記集音マイクロホンで変換された着水音の電気信号の周波数を計測し且つ上記周波数帯域との比較するＣＰＵと、を含むパーソナルコンピュータが用いられる。
また、係るコンピュータと上記集音マイクロホンとの間には、着水音から変換された電気信号を増幅するアンプを配置しても良い。
更に、前記警報手段には、例えば、スピーカ、回転警告灯、あるいはディスプレイなどが含まれる。

以下において、本発明の実施に最適な形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の溶湯漏れ検出方法が適用される幅可変鋳型(鋳型)１ａを示す平面図である。係る幅可変鋳型１ａは、アルミニウムまたはアルミニウム合金を直方体形状のスラブに竪型半連続鋳造するものであり、図１に示すように、互いにほぼ平行な一対の長辺鋳型２と、係る長辺鋳型２，２の両端部付近で直角に配置される一対の短辺鋳型１０と、を備えている。一対ずつの長辺・短辺鋳型２，１０に囲まれ、且つこれらの下端部間に上端が進入し且つ昇降可能な下型３との間には、直方体形状のキャビティＣが形成される。

長辺鋳型２は、図１に示すように、アルミニウム合金からなる板状の鋳型本体４と、係る鋳型本体４の後方(背面)に取り付けた給水ジャケット５と、を備える。一対の鋳型本体４，４は、図１における垂直方向の中間で対称に位置する緩くカーブした部分が図示しない機構により、その厚み方向に沿って弾性変形可能とされている。上記給水ジャケット５には、途中に図示しない開閉弁を有する複数の給水管９が連通している。
また、短辺鋳型１０は、図１および図２に示すように、アルミニウム合金からなる断面ほぼ箱形の鋳型本体１２と、その長手両端に対称に固定した一対の密着片１１と、を備え、図１中の矢印で示すように、図示しない機構により互いに接近・離間可能とされている。各密着片１１は、その鋭角部分が長辺鋳型２，２の鋳型本体４における端部４ａ，４ａの内側面に密着可能とされている。尚、図２は、図１中のＸ−Ｘ線に沿った矢視における断面図である。

更に、図２に示すように、短辺鋳型１０は、その鋳型本体１２に断面ほぼ長方形の中空部１４を当該本体１２の長手方向に沿って内蔵し、且つ係る中空部１４におけるキャビティＣ側の下隅には、斜め下向きで且つスリット状の噴射口１５が鋳型本体１２の長手方向に沿って形成されている。
また、図２に示すように、上記中空部１４には、鋳型本体１２の後方に接続され且つ途中に開閉弁(図示せず)を有する給水管１６が連通している。

図３に示すように、長辺鋳型２の給水ジャケット５は、鋳型本体４の背面に固定され、係る給水ジャケット５の背面に複数の給水管９が接続されている。係る給水管９は、鋳型本体４の背面と給水ジャケット５とに囲まれた中空部６に冷却水を給水可能としている。尚、給水ジャケット５および給水管９は、鋳型本体４の前記弾性変形に追従可能とされている。尚、図３は、図１中のＹ−Ｙ線に沿った矢視における断面図である。
また、中空部６は、図３に示すように、鋳型本体４の下部と給水ジャケット５の下部との間の斜めの隙間を介して、冷却水Ｗを噴射するスリット状の噴射口８と連通している。このため、図３中の矢印で示すように、中空部６に供給された冷却水Ｗは、噴射口８から斜め下向きに水膜状に噴射される。

図３中の一点鎖線の矢印で示すように、長辺・短辺鋳型２，１０に囲まれ且つ下型３に底支えされたキャビティＣに、アルミニウムの溶湯ｍを順次注下する。係る溶湯ｍは、上記鋳型２，１０および下型３に接触する周囲から冷却されてほぼ直方体の外形状を有するスラブＭに凝固し始め、且つ下型３と共に徐々に降下する。係るスラブ(鋳造材)Ｍが長辺・短辺鋳型２，１０よりも下方に降下した際に、図３に示すように、係る鋳型２，１０の噴射口８，１５から冷却水Ｗがその周囲に噴射される。

上記溶湯ｍの連続した注下で形成され始め、上記鋳型２，１０および下型３による冷却と、上記冷却水Ｗの噴射による冷却とを受けることで、図４に示すように、垂直方向に堆積した凝固組織からなる直方体形状のスラブＭとなる。係るスラブＭは、下型３と共に降下し、床面ＦＬに設けたピットＰ内の水槽２０中に順次浸漬される。尚、下型３は、水槽２０の底面に立設した油圧シリンダ１９のピストンロッド１８にて昇降とされている。また、ピットＰおよび水槽２０は、図４に示すように、スラブＭの水平断面よりも大きな寸法とされている。

ところで、図４中の二点鎖線の矢印で示すように、スラブＭにおける周囲の凝固部分が内部の溶湯ｍにより再溶解され、係る位置から溶湯ｍが外側に漏れＬる事態を生じることがある。係る漏れＬがある程度に生じたスラブＭは、圧延用のスラブ製品として使用できなくなる。
このため、溶湯漏れ検出装置１では、溶湯ｍの漏れＬを直ちに検出するため、スラブＭから漏れ出た溶湯ｍが水槽２０の水面に着水した着水音を、係る水槽２０の水中に配置した集音マイクロホン２２にて集音可能としている。尚、集音マイクロホン２２は、上記水槽２０の水面の直上付近に配置しても良い。

図４中の左方の矢印で示すように、集音マイクロホン２２において集音された溶湯ｍの着水音から変換された電気信号は、導線を通じてアンプ２３から、パーソナルコンピュータ(周波数測定手段)２４に送られる。係るアンプ２３は、上記着水音から変換された電流などの電気信号を増幅する。
また、上記コンピュータ２４は、前記着水音から変換された信号の周波数が周波数３〜６ｋＨｚの範囲内にあるか否かを判別するもので、係る３〜６ｋＨｚの周波数帯域が記録されたＲＯＭなどの記憶部(図示せず)と、上記信号の周波数を計測し且つ上記周波数帯域との比較するＣＰＵ(図示せず)と、を含んでいる。

そして、前記コンピュータ２４において、前記着水音に基づく電気信号の周波数が３〜６ｋＨｚの周波数の範囲内にある際には、前記スラブＭから溶湯ｍの漏れＬが生じたと判定され、係る判定結果は、図４の左上に示すように、回転警告灯２６やスピーカ２８などの警報手段によって、作業者に知らされる。尚、鋳造工場によっては、３〜４ｋＨｚの周波数の音を発する装置を使用していることがあるが、そのような場合、３〜６ｋＨｚの周波数帯域で判定すると、誤検出が多くなるため、４超〜６ｋＨｚの周波数を検出するようにすることが望ましい。
この場合、溶湯ｍの漏れＬが極く軽微な場合を除き、前記幅可変鋳型１ａのキャビティＣへの溶湯ｍの注湯作業を直ちに停止する。その結果、品質上の問題があるスラブＭの連続鋳造作業を可及的に早い段階で停止できる。このため、スラブＭの品質および溶湯ｍの歩留まりの向上を図ることが可能となる。

因みに、以上のような溶湯漏れ検出装置１を用いて、約２０トンのアルミニウム合金（ＪＩＳ：Ａ１０１８）の連続鋳造を１００回行った。そのうち３回の鋳造において、周波数が３〜６ｋＨｚの音を検出した。係る音を検出した時点で、鋳造を中止して、鋳造されたスラブ(鋳造材)Ｍの外観を検査したところ、３件全てについて溶湯漏れの跡が確認された。一方、上記周波数の音が検出されなかった鋳造により得られたスラブ(鋳塊)Ｍの外観を検査したが、何れについても溶湯漏れは確認されなかった。
尚、前記警報手段には、例えば液晶またはプラズマディスプレイや多数の発光ダイオードを用いたＬＥＤディスプレイを用いても良く、更に、これらと上記回転警告灯２６やスピーカ２８とを併用して警告するようにしても良い。

図５は、複数の前記幅可変鋳型(鋳型)１ａを平列に有する溶湯漏れ検出装置１において、各幅可変鋳型１ａにて鋳造されたスラブＭが下型３と共に水槽２０中に降下している状態を示す。各スラブＭの先端面に個別に接触している複数の下型３は、図５に示すように、平面視が長方形の水槽２０よりもやや小さなベース１７上に固定され、係るベース１７は、水槽２０の底面中央から立設する前記油圧シリンダ１９のピストンロッド１８により昇降可能とされている。複数の上記鋳型１ａで連続鋳造された複数のスラブＭの何れかからでも、前記同様の溶湯ｍの漏れＬが生じ得る。このため、図５に示すように、水槽２０中の４個のスラブＭの周囲にほぼ等間隔で６個の集音マイクロホン２２を配置し、これらを、前記と同様にアンプ２３を介して前記コンピュータ２４などに接続する。

その結果、何れかの集音マイクロホン２２で溶湯ｍの漏れＬによる前記着水音が集音された際には、前記同様に、前記コンピュータ２４で３〜６ｋＨｚの周波数であるか否かが判別され、該当する際には、集音したマイクロホン２２に最も近接したスラブＭで漏れＬが生じたことを、前記スピーカ２８などの警報手段で知らしめられる。
尚、図６に示すように、鋳造されつつある水槽２０中の４個のスラブＭの中央で且つその中間付近に２個の集音マイクロホン２２を配置しても、何れかのスラブＭにおける溶湯ｍの漏れＬによる着水音を、集音することが可能である。

図７は、複数のビレット(鋳造材)を連続鋳造する連続鋳造鋳型(鋳型)４１の平面図で、図８は図７中のＺ−Ｚ線に沿った断面を含み且つ本発明に用いられる連続鋳造における溶湯漏れ検出装置４０を示す垂直断面図である。
連続鋳造鋳型４１は、図７，８に示すように、平面視が細長い長方形のテーブル４１ａと、円筒形を呈し且つキャビティＣを内設する複数の鋳型４４とを備えている。複数の鋳型４４は、１列にして係るテーブル４１ａに配置され、上端のフランジ４５がテーブル４１ａの上方に位置している。各鋳型４４のキャビティＣの周囲には、テーブル４１ａの中空部４２が包囲し、この中空部４２に供給される冷却水は、各キャビティＣの下端とテーブル４１ａの底面との間にて斜め下向きに開口する円錐形で且つスリット状の噴射口４３から、ほぼ円錐形の水膜として噴射される。

また、図８に示すように、連続鋳造鋳型４１の下方は、各キャビティＣに下側から進入する複数の下型４６を有するベース４７と、係るベース４７を昇降させる図示しない油圧シリンダのピストンロッド４８とを、ピットＰ内に納めた水槽４５が位置している。係る水槽４５におけるピットＰ付近の水中には、複数個の集音マイクロホン２２が配置され、これらは、前記同様に、アンプ２３を介して前記コンピュータ２４などに接続されている。
連続鋳造鋳型４１の各キャビティＣに、上方からアルミニウムの溶湯ｍを個別に注下し且つ連続して注ぐと、各キャビティＣ内に溜まった溶湯ｍは、当該鋳型４１および噴射口４３から噴射される図示しない冷却水により冷却され、周囲から徐々に凝固し始めて円柱形のビレット(鋳造材)Ｍになる。

そして、図８に示すように、各キャビティＣから縦長の円柱形を呈する複数のビレットＭが下型４６と共に個別に降下し、その先端から水槽４５中に順次浸漬される。係る段階や前記鋳造初期の段階において、何れかの集音マイクロホン２２で溶湯ｍの漏れＬによる前記着水音が集音された際には、前記同様に、前記コンピュータ２４で３〜６ｋＨｚの周波数であるか否かが判別される。そして、該当する際には、集音したマイクロホン２２に最も接近したビレットＭで漏れＬが生じたことを、前記スピーカ２８などの警報手段で知らしめられる。この結果、ビレットＭの品質および溶湯ｍの歩留まりを高めることに寄与し得る。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、集音マイクロホン２２とアンプ２３やコンピュータ２４との間は、ワイヤレスによって導通しても良く、この場合、前記水槽２０，４５の周囲にＬＡＮを配置し且つ活用しても良い。
また、鋳造材である前記スラブＭにおける４つの側面の付近における水中に、４個の集音マイクロホン２２を個別に配置しても良い。
更に、複数の前記スラブＭまたはビレットＭを連続鋳造する際に、これらに対して専用の集音マイクロホン２２を個別に配置しても良い。
尚、前記溶湯漏れ検出装置１，４０に用いる周波数測定手段は、前記コンピュータ２４に限らず、これと同等の記憶機能、演算機能、および出力機能を有するコントローラなどの制御手段を用いても良い。

本発明の溶湯漏れ検出方法が適用される溶湯漏れ検出装置を含む幅可変鋳型を示す平面図。 図１中のＸ−Ｘ線に沿った矢視における断面図。 図１中のＹ−Ｙ線に沿った矢視における断面図。 上記溶湯漏れ検出装置を示す概略側面図。 上記溶湯漏れ検出装置の応用形態を示す概略平面図。 上記溶湯漏れ検出装置の別の応用形態を示す概略平面図。 異なる形態の溶湯漏れ検出装置を含む連続鋳造鋳型示す平面図。 図７中のＺ−Ｚ線に沿った矢視の断面図を含む上記溶湯漏れ検出装置を示す概略側面図。 従来のスラブの半連続鋳造方法を示す概略図。 上記半連続鋳造方法の使用状態を示す概略図。

符号の説明

１，４０……溶湯漏れ検出装置
１ａ…………幅可変鋳型(鋳型)
３，４６……下型
２０，４５…水槽
２２…………集音マイクロホン
２４…………コンピュータ(周波数測定手段)
２６…………回転警告灯(警報手段)
２８…………スピーカ(警報手段)
４１…………連続鋳造鋳型(鋳型)
Ｃ……………キャビティ
ｍ……………溶湯
Ｍ……………スラブ／ビレット(鋳造材)

Claims (1)

1. 鋳型の内側のキャビティにアルミニウムの溶湯を注下し且つ係る鋳型の下方に下型と共に下降する鋳造材を連続鋳造するに際し、
   上記鋳型の下方に位置し且つ上記下型が進入する水槽に上記鋳造材から漏れ出た溶湯が着水した際の周波数が３〜６ｋＨｚの音を集音マイクロホンで検出する、
   ことを特徴とするアルミニウムの連続鋳造における溶湯漏れ検出方法。

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