JP5047855B2 - スライディングノズル装置の停止制御方法及びそれに使用されるプレート - Google Patents

Description

本発明は、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入作業の終了に伴うスライディングノズル装置の停止制御方法及びそれに使用されるプレートに関する。

取鍋からタンディッシュへ注入される溶鋼流量は、取鍋の底部に設置されたスライディングノズル装置により制御される。スライディングノズル装置は、ノズル孔が形成されたスライディングノズル用プレートを摺動させることで、ノズル孔の開閉度を制御している。

取鍋内の溶鋼表面には、酸化物を主成分とするスラグが浮遊しており、取鍋内の溶鋼量が少なくなると、スライディングノズル装置のノズル孔からスラグが流出する。タンディッシュへ注入される溶鋼中にスラグが混入し、鋳片に捕捉された場合、圧延以降の工程並びに製品において疵・割れ等が発生する原因となる。

そこで、溶鋼注入に伴うスラグの流出を抑えるため、電磁誘導を利用したスラグ検知装置を用いてスラグ流出開始時点を判断し、スライディングノズルを閉止する方法が広く普及している（例えば特許文献１参照）。

一方、近年、作業者のハンドリング負荷の軽減やコストダウンの要請からスライディングノズル用プレート（以下では、「スライディングノズル用プレート」を単に「プレート」と呼ぶこともある。）の小型化に対するニーズが高まっている。例えば特許文献２には、プレートのノズル孔の縁からプレートの端までの距離を規定することで溶鋼漏れを起こさない範囲で経済的なプレート形状とすることが記載されている。

特開平５−２７７６８６号公報 特開平１１−１３８２４３号公報

図４は、上プレート１１ｕと下プレート１１ｄからなるスライディングノズル用プレートの側断面図である。図４（Ａ）は、上プレート１１ｕのノズル孔１２ｕと下プレート１１ｄのノズル孔１２ｄが連通していた状態から、下プレート１１ｄを摺動させて上プレート１１ｕのノズル孔１２ｕを下プレート１１ｄで塞いだ後の状態を示したものである。スライディングノズル用プレートに損傷がなければ、図４（Ａ）に示すように、ノズル孔１２ｕの直径分だけ下プレート１１ｄを摺動させれば、ノズル孔１２ｕを閉塞することができる。

ところで、スライディングノズル用プレートに発生する損傷は、絞り注入時にノズル孔のエッジ部が溶損するエッジ溶損、スライディングノズル用プレートの摺動動作によって該プレートの摺動面が損傷するストローク損傷、さらには、酸化による組織劣化、プレート摺動過多、プレート間への地金引き込み等から起こる摺動面の面荒れがあり、これらの損傷は、スライディングノズル用プレートが再使用されるたびに進行する。

図４（Ｂ）は、スライディングノズル用プレートのノズル孔１２ｕ、１２ｄにエッジ溶損Ｑがある場合において、図４（Ａ）と同じ距離だけ下プレート１１ｄを摺動させた時の状態を示したものである。この場合、同図より明らかなように、エッジ溶損Ｑ箇所から溶鋼漏れが発生し、ノズル孔１２ｕは閉塞されない。このため、ノズル孔１２ｕを閉塞する場合は、通常、図４（Ｃ）に示すように、スライディングノズル用プレートが損傷していても溶鋼漏れが起きないように、全ストローク摺動させる。

しかしながら、スライディングノズル用プレートを全ストローク摺動させた場合、ストローク損傷や地金引き込み等から起こる摺動面の面荒れが促進され、スライディングノズル用プレートの寿命が低下するという問題がある。

また、これらのプレートの損耗が大きくなると、溶鋼漏れが発生するおそれがあるため、特許文献２で開示されているように、プレートのストローク長はノズル孔の内径の２倍以上を確保しなければならなかった。このため、従来はプレートの全長を小さくすることには限界があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、溶鋼注入作業の終了に伴うスライディングノズル用プレートの摺動量を必要最小限として、スライディングノズル用プレートの損傷を抑え、以てスライディングノズル用プレートの寿命延長を図ることが可能なスライディングノズル装置の停止制御方法及びそれに使用されるプレートを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るスライディングノズル装置の停止制御方法は、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入作業の終了に伴うスライディングノズル装置の停止制御方法であって、前記取鍋の底部に形成された注湯口に近接して磁束密度検出センサーを設置すると共に、前記取鍋内の溶鋼湯面レベルを測定するための非接触型変位計を溶鋼湯面の上方に設置し、前記磁束密度検出センサーが前記注湯口から流出するスラグを検出した時点から前記スライディングノズル装置を閉方向に作動させ、前記非接触型変位計により測定された溶鋼湯面レベルの変化率が予め設定した値以下になった時点で前記スライディングノズル装置を停止させることを特徴としている。

ここで、「スライディングノズル装置を閉方向に作動」とは、固定プレート（スライディングノズル用プレート）に形成されたノズル孔と摺動プレート（スライディングノズル用プレート）に形成されたノズル孔が連通している状態から、固定プレートのノズル孔を摺動プレートで閉塞するため、摺動プレートを固定プレートに沿って摺動させることをいう。
また、「溶鋼湯面レベルの変化率」は、（時刻ｔ２における溶鋼湯面レベル−時刻ｔ１における溶鋼湯面レベル）／（ｔ２−ｔ１）の絶対値である。一方、「予め設定した値」としては、ゼロ若しくはゼロに近い値が設定される。

本発明では、非接触型変位計により測定された溶鋼湯面レベルの変化率が予め設定した値以下になった時点でスライディングノズル装置を停止させるので、溶鋼注入作業の終了に伴うスライディングノズル用プレートの摺動量を、溶鋼漏れが起きない必要最小量に留めることができる。その結果、スライディングノズル用プレートの損傷度が低下し、スライディングノズル用プレートの寿命を延長させることができる。

また、本発明に係るスライディングノズル装置の停止制御方法では、取鍋内の溶鋼湯面レベルを測定するための非接触型変位計に替えて、取鍋内の溶鋼重量を測定するためのロードセルを前記取鍋に設置し、ロードセルにより測定された溶鋼重量の変化率が予め設定した値以下になった時点で前記スライディングノズル装置を停止させるようにしてもよい。
ここで、「溶鋼重量の変化率」は、（時刻ｔ２における溶鋼重量−時刻ｔ１における溶鋼重量）／（ｔ２−ｔ１）の絶対値である。

また、本発明に係るスライディングノズル装置の停止制御方法では、前記非接触型変位計及び前記ロードセルを設置せず、前記磁束密度検出センサーにより測定された磁束密度に基づいて算出された磁束密度の変化率が一定値に収束した時点で前記スライディングノズル装置を停止させてもよい。
ここで、「磁束密度の変化率」は、（時刻ｔ２における磁束密度−時刻ｔ１における磁束密度）／（ｔ２−ｔ１）の絶対値である。

本発明では、非接触型変位計やロードセルを設置せず、磁束密度検出センサーのみでスライディングノズル装置の停止制御を行うので、既存の連続鋳造設備にも容易に適用することができる。

また、本発明に係るスライディングノズル装置の停止制御方法では、プレートのストローク長が該プレートに形成されたノズル孔径の１．５倍以上２倍未満であることを好適とする。

プレートのストローク長がノズル孔径の１．５倍未満の場合には、プレートの損耗代が不十分となり、寿命が短くなる。一方、２倍以上になると、寿命の差はほとんど無くなるが、プレートの全長が長くなってしまう。

ここで、プレートのストローク長とは、当該プレートが使用されるスライディングノズル装置において、当該プレートのノズル孔中心と当該プレートと接する相手プレートのノズル孔中心との間の距離が最大となる位置における、当該プレートのノズル孔中心と、相手プレートのノズル孔中心を当該プレート上に仮想した仮想点との間の距離をいう。図６は、プレートが使用されるスライディングノズル装置において、ノズル孔間の距離が最大の位置を示しており、上プレートのストローク長は、上プレートのノズル孔中心Ａと、下プレートのノズル孔中心に対応する上プレートの仮想点Ｂとの間の距離Ｓとなる。

また、本発明では、上記スライディングノズル装置の停止制御方法において使用されるプレートは、ストローク長がノズル孔径の１．５倍以上２倍未満であることを好適とする。

本発明に係るスライディングノズル装置の停止制御方法では、センサーにより測定された溶鋼量の変化率が予め設定した値以下になった時点でスライディングノズル装置を停止させるので、溶鋼注入作業の終了に伴うスライディングノズル用プレートの摺動量を必要最小限に留めて、スライディングノズル用プレートの損傷を抑え、スライディングノズル用プレートの寿命延長を図ることができる。
また、プレートのストローク長をノズル孔径の１．５倍以上２倍未満とすることで、プレートのサイズを小さくすることが可能となる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。

［第１の実施の形態］
図１に、本発明の第１の実施の形態に係るスライディングノズル装置の停止制御方法を説明するための模式図を示す。以下では、スライディングノズル用プレートが上プレートと下プレートの２枚からなる場合について説明するが、上プレート（上部固定プレート）、中プレート（摺動プレート）、下プレート（下部固定プレート）の３枚からなる場合も基本的に同様である。

スライディングノズル装置１０は、スライディングノズル用プレート１１と、スライディングノズル用プレート１１を摺動させる摺動手段とから構成される。
スライディングノズル用プレート１１は、上ノズル１６のノズル孔（注湯口）と連通するノズル孔１２ｕが形成された上プレート１１ｕ（固定プレート）と、下ノズル１７のノズル孔と連通するノズル孔１２ｄが形成され、上プレート１１ｕの下面に密着して摺動する下プレート１１ｄ（摺動プレート）とから構成される。上プレート１１ｕは、取鍋２０の底部に固定された固定金枠１３に保持され、下プレート１１ｄは、固定金枠１３に対して開閉可能に設けられた開閉金枠１５の内側に配置されたスライド金枠１４に保持される。また、飛び跳ねた溶鋼がスライディングノズル装置１０に付着しないように、開閉金枠１５の下面には、スプラッシュ防止板２１が装着されている。

スライド金枠１４の一端は、中央部が取鍋２０に回動自在に軸支された「く」の字形状のアーム１８の一端に連結されている。一方、アーム１８の他端には、駆動装置２３により作動する油圧シリンダ１９が連結されている。

また、取鍋２０の底面に設置された上ノズル１６の外周部には、磁束密度検出センサー２５（いわゆるスラグ検出センサー）が設置されると共に、取鍋２０内の溶鋼湯面ＳＬの上方には、非接触型変位計２２が設置され、磁束密度検出センサー２５及び非接触型変位計２２の出力は、駆動装置２３の制御を行う制御装置２４に入力される。

磁束密度検出センサー２５は、スラグと溶鋼の導電率が大きく異なることを利用してスラグの流出を検出する。磁界を誘起するための一次コイルと、誘導電流が流れる二次コイルとを有し、溶鋼中に混入したスラグによって変化する誘導磁場を、二次コイルに発生する誘導電流の変化として検知することで、スラグの流出を検知する。

一方、非接触型変位計２２は、取鍋２０内の溶鋼湯面ＳＬのレベルを測定するために設置され、レーザー式変位計や超音波式変位計などが利用できる。レーザー式変位計や超音波式変位計は、対象物の材質に依らず使用が可能であり、対象物の表面状態による影響も殆ど受けない。また、レーザー式変位計は高精度の測定が可能であり、超音波式変位計は測定レンジが大きく、耐環境性にも優れているという特徴がある。

本実施の形態では、非接触型変位計２２としてレーザー式変位計を使用する。レーザー式変位計には、共焦点測定方式と三角測距方式の２方式があり、共焦点測定方式は、測定スポット及び測定範囲が小さく、三角測距方式は、測定スポットは標準的で、測定範囲が大きいという特徴がある。本実施の形態では、三角測距方式のレーザー式変位計を使用するものとし、図２を用いて三角測距方式の原理について説明する。

レーザー式変位計内には、半導体レーザー２６とＣＣＤ２８が内蔵されており、半導体レーザー２６の前方には投光レンズ２７が、ＣＣＤ２８の前方には受光レンズ２９がそれぞれ配置されている。
半導体レーザー２６から放射されたレーザー光Ｂは、投光レンズ２７を透過して溶鋼湯面ＳＬで拡散反射する。その反射光の一部が受光レンズ２９で集光され、ＣＣＤ２８上に結像される。溶鋼湯面ＳＬのレベルが変化すると、反射光の角度が変化し、ＣＣＤ２８上の結像位置が移動する。その差を検出することにより、溶鋼湯面ＳＬのレベル変位量が測定できる。

なお、溶鋼湯面ＳＬの上方に設置される非接触型変位計２２は、耐熱ガラスが装着された空冷ボックス（図示省略）内に収納されており、溶鋼注入末期のみ、遠隔自動操作で空冷ボックスごと取鍋２０の上方へ移動するようになっている。また、スプラッシュや粉塵が付着しないように、空冷ボックスの表面からエアーを噴射してスプラッシュや粉塵を吹き飛ばすようにしている。

次に上記構成を有するスライディングノズル装置１０の停止制御方法について説明する。
（１）取鍋２０からタンディッシュへの溶鋼注入が末期に近づいた段階で、遠隔自動操作により非接触型変位計２２を空冷ボックスごと取鍋２０の上方へ移動させ、溶鋼湯面レベルの測定を開始する。
（２）磁束密度検出センサー２５が上ノズル１６から流出するスラグを検出すると、制御装置２４は駆動装置２３を駆動してスライディングノズル装置１０を閉方向に作動させる。
（３）制御装置２４は、非接触型変位計２２により測定された溶鋼湯面レベルの変化率を逐次算出し、溶鋼湯面レベルの変化率が予め設定した値以下になった時点で、駆動装置２３に指示してスライディングノズル装置１０を停止させる。

因みに、ノズル孔径を８０ｍｍ、スライディングノズル用プレート１１の摺動速度を約２０ｍｍ／ｓｅｃとすると、制御装置２４の停止信号が仮に０．２〜０．３ｓｅｃ遅れた場合のスライディングノズル用プレート１１のオーバーシュートは４〜６ｍｍ程度である。また、スライディングノズル用プレート１１の摺動速度を調節することも可能であり、スライディングノズル装置１０の停止遅れは問題とならない。

［第２の実施の形態］
図３に、本発明の第２の実施の形態に係るスライディングノズル装置の停止制御方法を説明するための模式図を示す。なお、以下では、第１の実施の形態と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。

取鍋２０の側面には、取鍋２０を支持する張り出し部２０ａが設けられている。張り出し部２０ａの直下には、取鍋２０内の溶鋼重量を測定するためのロードセル３２が設置されており、ロードセル３２の出力は、駆動装置２３の制御を行う制御装置２４に入力される。

スライディングノズル装置１０の停止制御は以下のように行う。
（１）磁束密度検出センサー２５が上ノズル１６から流出するスラグを検出すると、制御装置２４は駆動装置２３を駆動してスライディングノズル装置１０を閉方向に作動させる。
（２）制御装置２４は、ロードセル３２により測定された取鍋２０内の溶鋼重量の変化率を逐次算出し、溶鋼重量の変化率が予め設定した値以下になった時点で、駆動装置２３に指示してスライディングノズル装置１０を停止させる。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態に係るスライディングノズル装置の停止制御方法では、非接触型変位計２２やロードセル３２を設置せず、磁束密度検出センサー２５によりスライディングノズル装置１０の停止制御を行う。

図５は、磁束密度検出センサーにより測定された磁束密度に基づいて算出された磁束密度の変化率の時刻歴変化を示したグラフであり、ノズル孔径８０ｍｍ、摺動プレートの摺動速度が２０ｍｍ／ｓｅｃのときの結果を示している。以下、図５を用いてスライディングノズル装置１０の停止制御方法について説明する。
（１）制御装置２４は、磁束密度検出センサー２５により測定された磁束密度に基づいて磁束密度の変化率を逐次算出する。
（２）磁束密度の変化率の値が減少し始めると（図５のＡ点、スラグの流出検知点）、制御装置２４は駆動装置２３を駆動してスライディングノズル装置１０を閉方向に作動させる。
（３）磁束密度の変化率が一定値に収束すると（図５のＢ点）、制御装置２４は駆動装置２３に指示してスライディングノズル装置１０を停止させる。

次に、プレートの寿命とストローク長との関係について図７に示す。
第１の実施の形態で示したスライディングノズル装置の停止制御方法においてスライディングノズル装置の設定変更によりプレートのストローク長のみを変えてテストを行った。使用したプレートは、長さ６００ｍｍ、幅２６０ｍｍ、厚さ５０ｍｍ、ノズル孔径８５ｍｍ、Ａｌ_２Ｏ_３含有率８０％以上のアルミナカーボン材質でタールを含浸したタイプを使用した。なお、試験時の面圧は１００ｋＮ、鋳造時間は１チャージが４５〜５５分、取鍋容量は３００ｔｏｎであった。

各ストローク長のプレートについて３個のプレートを使用してテストを行い、プレート寿命の平均値で評価した。テストの結果、ストローク長がノズル孔径の１．５倍未満になると、プレートの寿命が急激に低下するが、ストローク長が２倍以上になってもプレートの寿命に大きな変化は無いことがわかった。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。

本発明の第１の実施の形態に係るスライディングノズル装置の停止制御方法を説明するための模式図である。 レーザー式変位計の原理を説明するための模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係るスライディングノズル装置の停止制御方法を説明するための模式図である。 スライディングノズル用プレートの側断面図であり、（Ａ）は、閉方向へ下プレートを摺動させて上プレートのノズル孔を閉塞させた場合、（Ｂ）は、エッジ損傷がある場合、（Ｃ）は、下プレートを全ストローク閉方向へ摺動させて上プレートのノズル孔を閉塞させた場合をそれぞれ示す。 磁束密度検出センサーにより測定された磁束密度に基づいて算出された磁束密度の変化率の時刻歴変化を示したグラフである。 プレートの側断面図である。 プレートの寿命とストローク長との関係を示したグラフである。

符号の説明

１０：スライディングノズル装置、１１：スライディングノズル用プレート、１１ｕ：上プレート（固定プレート）、１１ｄ：下プレート（摺動プレート）、１２ｕ、１２ｄ：ノズル孔、１３：固定金枠、１４：スライド金枠、１５：開閉金枠、１６：上ノズル、１７：下ノズル、１８：アーム、１９：油圧シリンダ、２０：取鍋、２０ａ：張り出し部、２１：スプラッシュ防止板、２２：非接触型変位計、２３：駆動装置、２４：制御装置、２５：磁束密度検出センサー、２６：半導体レーザー、２７：投光レンズ、２８：ＣＣＤ、２９：受光レンズ、３２：ロードセル

Claims (5)

1. 取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入作業の終了に伴うスライディングノズル装置の停止制御方法であって、
   前記取鍋の底部に形成された注湯口に近接して磁束密度検出センサーを設置すると共に、前記取鍋内の溶鋼湯面レベルを測定するための非接触型変位計を溶鋼湯面の上方に設置し、
   前記磁束密度検出センサーが前記注湯口から流出するスラグを検出した時点から前記スライディングノズル装置を閉方向に作動させ、前記非接触型変位計により測定された溶鋼湯面レベルの変化率が予め設定した値以下になった時点で前記スライディングノズル装置を停止させることを特徴とするスライディングノズル装置の停止制御方法。
2. 取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入作業の終了に伴うスライディングノズル装置の停止制御方法であって、
   前記取鍋の底部に形成された注湯口に近接して磁束密度検出センサーを設置すると共に、前記取鍋内の溶鋼重量を測定するためのロードセルを前記取鍋に設置し、
   前記磁束密度検出センサーが前記注湯口から流出するスラグを検出した時点から前記スライディングノズル装置を閉方向に作動させ、前記ロードセルにより測定された溶鋼重量の変化率が予め設定した値以下になった時点で前記スライディングノズル装置を停止させることを特徴とするスライディングノズル装置の停止制御方法。
3. 取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入作業の終了に伴うスライディングノズル装置の停止制御方法であって、
   前記取鍋の底部に形成された注湯口に近接して磁束密度検出センサーを設置し、
   前記磁束密度検出センサーが前記注湯口から流出するスラグを検出した時点から前記スライディングノズル装置を閉方向に作動させ、前記磁束密度検出センサーにより測定された磁束密度に基づいて算出された磁束密度の変化率が一定値に収束した時点で前記スライディングノズル装置を停止させることを特徴とするスライディングノズル装置の停止制御方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のスライディングノズル装置の停止制御方法において、プレートのストローク長が該プレートに形成されたノズル孔径の１．５倍以上２倍未満であるスライディングノズル装置の停止制御方法。
5. 請求項４記載のスライディングノズル装置の停止制御方法において使用されるプレートであって、ストローク長がノズル孔径の１．５倍以上２倍未満であるプレート。

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