JP4324077B2 - スライディングノズルの開度測定方法及び装置並びにこの方法を用いた溶鋼注入方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼の連続鋳造設備において溶鋼鍋からタンディッシュに溶鋼を注入する部分に用いられるスライディングノズルの、開度測定方法及び装置並びにこの方法を用いた溶鋼注入方法に関するものである。

溶鋼の連続鋳造設備においては、精錬処理された溶鋼は溶鋼鍋により輸送され、タンディッシュ上に設置される。溶鋼鍋の底部にはスライディングノズルが設置されており、このスライディングノズルを開くことにより、その下方に接続されたロングノズルを介してタンディッシュに溶鋼を注入する。そのときの注入量を正確に制御することは、タンディッシュの湯面レベルを制御するためにも、タンディッシュ中あるいは溶鋼鍋中の溶鋼上に浮いているスラグを溶鋼中に巻き込まないためにも、非常に重要である。

特許文献１及び特許文献２には、溶鋼鍋の注入量を制御することの重要性が示されている。特許文献１には、溶鋼の注入末期において溶鋼注入量を絞ることによって溶鋼渦流の発生を抑制し、溶鋼上に浮いているスラグの混入を防止する方法が開示されている。また特許文献２には、スライディングノズルの開度が一定以下になると溶鋼が凝固し、再度注入開始しても溶鋼が流出しないというトラブルを防止するため、溶鋼流量を測定して最小限必要なスライディングノズルの開度を保つ方法が開示されている。何れの方法においても流入量制御の高度の制御性が求められるが、特許文献１、２には流入量の正確な測定方法は記載されていない。

注入流量を制御するために従来行われている方法は、溶鋼鍋あるいはタンディッシュの重量をロードセルにより測定し、その重量変化により注入流量を計算する方法である。しかしこの方法ではロードセルの出力の振れ幅が非常に大きく、この出力を微分処理することにより注入流量を正確に知ろうとすると応答性が非常に悪くなる。このため、正確な注入流量をリアルタイムに測定することは困難であり、特に注入量を変更すべき注入初期や注入末期で自動制御が不可能となるとの問題がある。

また、スライディングノズルの開度を検出することにより注入流量を測定することも考えられる。例えばスライディングノズル開閉用のシリンダーに位置検出装置を取り付ける方法である。しかし溶鋼鍋からの熱負荷のため故障頻度も高く正確な測定を期しがたいうえ、溶鋼鍋ごとに位置検出装置を設置しなければならないために、コストが高くなるという問題がある。
特許第３３２３６４４号公報 特開２００３−１５５２５６号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、振動や溶鋼鍋からの熱負荷の影響を抑制しつつ、スライディングノズルの開度をリアルタイムで正確に検出することができる方法及び装置を提供するとともに、その検出開度を用いて注入流量を高精度に制御することにより、スラグによる溶鋼汚染を最小限に抑えることができる溶鋼注入方法を提供するためになされたものである。

上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明のスライディングノズルの開度測定方法は、溶鋼鍋底部のスライディングノズルを開閉する第１シリンダーに、溶鋼鍋から離れた固定床側に設置された第２シリンダーを直列に接続し、この第２シリンダーの動作距離を検出することにより、スライディングノズルの開度を測定するスライディングノズルの開度測定方法であって、スライディングノズルの下方に接続されるロングノズルの振動を検出し、検出信号によりスライディングノズルの開度を補正することを特徴とするものである。

また請求項２の発明のスライディングノズルの開度測定装置は、溶鋼鍋から離れた固定床側に、動作距離の検出手段を備えた第２シリンダーを設置し、この第２シリンダーと溶鋼鍋底部のスライディングノズルを開閉する第１シリンダーとを、直列に脱着自在としたことを特徴とするものである。

さらに請求項３の発明の溶鋼注入方法は、請求項１に記載の方法によりスライディングノズルの開度を測定し、その開度を用いて鍋注入開始時にタンディッシュ上に浮かんでいるスラグを巻き込まない注入量に制御しながら溶鋼の注入を行うことを特徴とするものである。

また請求項４の発明の溶鋼注入方法は、請求項１に記載の方法によりスライディングノズルの開度を測定し、その開度を用いて鍋注入終了時に溶鋼鍋上に浮かんでいるスラグを巻き込まない注入量に制御しながら溶鋼の注入を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、スライディングノズルを開閉する第１シリンダーと溶鋼鍋から離れた固定床側に設置された第２シリンダーとを直列に接続し、第２シリンダーの動作距離を検出することによりスライディングノズルの開度を測定する。第１シリンダーと直列に接続された第２シリンダーの動作は第１シリンダーと同調するため、溶鋼鍋からの熱負荷や振動の影響を受けにくい位置で第２シリンダーの動作距離を検出することにより、スライディングノズルの開度をリアルタイムで正確に測定することができる。

また、溶湯鍋によってはスライディングノズルと第１シリンダーとの間に機械的なガタ（バックラッシュ）が発生する場合もあるが、本発明によればロングノズルの振動を検出し、検出信号によりスライディングノズルの開度を補正することにより、測定精度を高めることができる。

このように、本発明によればスライディングノズルの開度をリアルタイムで正確に検出することができるので、注入初期や注入末期においても注入流量を高精度に制御することが可能となり、スラグ巻き込みによる溶鋼汚染を最小限に抑えることができる。

図１において、１は溶鋼鍋であり、その底部にはスライディングノズル２が設けられている。溶鋼鍋１に設けられている油圧式の第１シリンダー３によってリンク４を動かしスライディングノズル２を開くと、溶鋼鍋１内の溶鋼はロングノズル５を介してタンディッシュ６に注入される。また溶鋼鍋１には従来と同様に重量測定用のロードセル７が取り付けられており、鍋残湯量信号をシーケンサ８に出力している。

前記したように、鍋残湯量信号を微分処理することによって溶湯の注入量を測定する方法は応答性が悪い。また第１シリンダー３の動作距離を直接測定することは、センサーが高温の溶湯鍋１からの熱負荷を受けるために実用的ではない。そこで本発明では、溶鋼鍋１から離れた固定床側に第２シリンダー９を設置し、油圧配管１０により第２シリンダー９を第１シリンダー３に直列に接続できるようにしておく。このように２つのシリンダを直列に接続すれば、両シリンダは同調して動作することとなるので、第２シリンダー９の動作距離を検出することにより、第１シリンダー３の動作距離を検出することが可能となり、スライディングノズル２の開度測定ができる。

第２シリンダー９はそのピストンロッドの動作距離を正確に検出できるものであればよいが、この実施形態ではシルナックシリンダーと呼ばれるものを使用した。このシルナックシリンダーはピストンロッドに差動トランスを設け、その動作距離を電気信号として出力できる機能を備えたものである。第２シリンダー９から出力される信号はシーケンサ８に送られる。

なお、第２シリンダー９は溶鋼鍋１から離れた固定床側に設置されるため、溶鋼鍋１からの熱負荷を避けることができる。従って長期間にわたり使用することができ、しかも高精度を維持することができる。また第２シリンダー９と第１シリンダー３とを直列接続するための油圧配管１０をカプラー等により脱着自在としておき、溶鋼鍋１が変わるたびに接続や分離を行えるようにしておけば、第２シリンダー９を溶鋼鍋１ごとに設置する必要がないため、コストを安くすることができる。

上記のようにして測定された第２シリンダー９の動作距離は、スライディングノズル２の開度を正確に示すものであるから、シーケンサ８はスライディングノズル２の開度を正確に知ることができる。そこでシーケンサ８はロードセル７からの鍋残湯量信号及び第２シリンダー９からの開度信号に基づいてリアルタイムで演算を行い、第１シリンダー３の動力源である油圧ユニット１１に開度指令を発することができる。

しかし、第１シリンダー３はリンク４を介してスライディングノズル２を開閉するために、溶鋼鍋によってはこの部分に機械的ガタ（バックラッシュ）が発生し、第１シリンダー３の動作距離がスライディングノズル２の開度と正確に一致しないことがある。

図２はその様子を示すグラフであり、例えば注入開始時に５０ｍｍのガタが発生すると、第２シリンダー９からの開度信号と実際のスライディングノズル２の開度との間には、この５０ｍｍのガタがスライディングノズル２を閉じるときまでそのまま維持される。またこのようなガタが発生するときには、スライディングノズル２に衝撃が加わるために振動が発生する。

そこで本発明では図３に示すように、スライディングノズル２の下方に接続されるロングノズル５の支持架台１２に加速度センサー１３を取り付けてロングノズル５の振動を検出する。そして加速度センサー１３が振動信号を検出したときにスライディングノズル２が実際に摺動を開始したものとし、そのときのズレにより第２シリンダー９からの開度信号を補正する。すなわち、図２のグラフではガタ発生時の開度信号は５０ｍｍであるから、このときの開度信号を０ｍｍに補正する。これによってガタの影響をキャンセルすることが可能となり、測定精度を向上させることができる。

以上に説明したように、本発明のスライディングノズルの開度測定技術を用いれば、スライディングノズル２の開度をリアルタイムで正確に測定することができる。請求項３の発明では、測定されたスライディングノズル２の開度を用い、鍋注入開始時にタンディッシュ６上に浮かんでいるスラグを巻き込まない注入量に制御しながら溶鋼の注入を行う。

すなわち、鍋注入開始時にはスライディングノズル２の部分に充填されている詰め砂を除去するため、図４のグラフに示すように一度スライディングノズル２の開度を全開とし、詰め砂が除去されたことを確認したうえで定常状態にまで開度を絞る必要がある。前記したように従来はスライディングノズル２の開度をリアルタイムで正確に把握できなかったため、ロードセル７による重量信号を参考にしながら、オペレータが手動でこの操作を行っていた。その一例は図４中に破線で示したとおりであり、オペレータの経験による個人差をなくせなかった。

ところが注入量が増大すると、図６の左側の図に示すようにタンディッシュ６上に浮かんでいるスラグが注入された溶鋼中に巻き込まれ、溶鋼汚染が発生するおそれがある。図５のグラフに示すように、従来のオペレータによる手動操作では溶鋼汚染が長時間になり易く、製品品質を低下させる要因となる。

これに対して本発明によれば、スライディングノズル２の開度をリアルタイムで正確に測定することができるから、図４のグラフに実線で示すように詰め砂除去確認後、直ちに自動制御によりスライディングノズル２の開度を定常状態に戻すことができる。従って図６の右側の図に示すようにタンディッシュ６上に浮かんでいるスラグの巻き込みは発生せず、図５のグラフに示すように、溶鋼汚染を短時間に抑制することが可能となる。

請求項４の発明では、測定されたスライディングノズル２の開度を用い、鍋注入終了時に溶鋼鍋１上に浮かんでいるスラグを巻き込まない注入量に制御しながら溶鋼の注入を行う。すなわち、溶鋼鍋１からの注入が末期に近づいてくると、図７の左側の図に示すように渦が発生して溶鋼鍋１上に浮かんでいるスラグを巻き込むおそれがある。この渦発生領域は図８のグラフ中に示すとおりである。しかし従来のオペレータによる手動操作ではバラツキがあり、安全側で操作すると長時間を要することとなる。

またスライディングノズル２の開度を絞りすぎると、ノズル閉塞のトラブルが発生する。このため従来はバラツキのある手動制御によるトラブルを回避するため、安全を見込んで注入量の下限値を例えば４トン／分に設定し、スラグ巻き込みが検知された時点で注入を停止していた。しかしその時点ではまだ溶鋼鍋１中にはかなりの残湯があり、歩留まり低下の原因となる。

しかし本発明によれば、スライディングノズル２の開度をリアルタイムで正確に測定することができるから、図８のグラフ中に示す渦発生領域の限界付近での注入が可能となる。また、渦発生領域の限界線に沿って注入量を絞り、渦発生が皆無となる２トン／分まで絞り込むことができる。このため注入終了時の残湯量もミニマム化することができ、歩留まりを向上させることができる。

本発明を採用することにより、注入初期及び注入末期における溶鋼の清浄性が大幅に向上し、スラグ巻き込みに起因する１コイルあたりの欠陥個数を従来の１／１０以下にすることができた。また残湯量も従来の１／３以下にまで低減させることができた。

なお、上記の説明ではシーケンサを用いて注入量の自動制御を行う方法を説明したが、請求項１の方法によれば、スライディングノズルの開度をリアルタイムで正確に測定することができるから、請求項３、４におけるスライディングノズルの開度指令は手動で行うことも可能である。

請求項１の発明の実施形態を示す説明図である。 ガタ発生時のスライディングノズルの開度信号と実際の開度とのずれを示すグラフである。 請求項１の発明の実施形態を示す説明図である。 鍋注入開始時における注入量の変化を示すグラフである。 タンディッシュ内の溶鋼清浄性を示すグラフである。 スラグ巻き込み状態（左）とスラグ巻き込みのない状態（右）を示す断面図である。 注入末期における渦発生状態（左）と渦発生なしの状態（右）を示す断面図である。 注入量と渦発生限界を示すグラフである。

符号の説明

１ 溶鋼鍋
２ スライディングノズル
３ 第１シリンダー
４ リンク
５ ロングノズル
６ タンディッシュ
７ ロードセル
８ シーケンサ
９ 第２シリンダー
１０ 油圧配管
１１ 油圧ユニット
１２ 支持架台
１３ 加速度センサー

Claims (4)

1. 溶鋼鍋底部のスライディングノズルを開閉する第１シリンダーに、溶鋼鍋から離れた固定床側に設置された第２シリンダーを直列に接続し、この第２シリンダーの動作距離を検出することにより、スライディングノズルの開度を測定するスライディングノズルの開度測定方法であって、スライディングノズルの下方に接続されるロングノズルの振動を検出し、検出信号によりスライディングノズルの開度を補正することを特徴とするスライディングノズルの開度測定方法。
2. 溶鋼鍋から離れた固定床側に、動作距離の検出手段を備えた第２シリンダーを設置し、この第２シリンダーと溶鋼鍋底部のスライディングノズルを開閉する第１シリンダーとを、直列に脱着自在としたことを特徴とするスライディングノズルの開度測定装置。
3. 請求項１に記載の方法によりスライディングノズルの開度を測定し、その開度を用いて鍋注入開始時にタンディッシュ上に浮かんでいるスラグを巻き込まない注入量に制御しながら溶鋼の注入を行うことを特徴とする溶鋼注入方法。
4. 請求項１に記載の方法によりスライディングノズルの開度を測定し、その開度を用いて鍋注入終了時に溶鋼鍋上に浮かんでいるスラグを巻き込まない注入量に制御しながら溶鋼の注入を行うことを特徴とする溶鋼注入方法。

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