JP5052671B2 - 浸漬ノズルセンタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は浸漬ノズルセンタリング装置に関し、より詳しくは、溶鋼をタンディッシュからモールド内に供給するために使われる浸漬ノズルのセンタリング位置を正確に測定し管理することができる浸漬ノズルセンタリング装置に関する。

溶鋼をスラブに製造する連続鋳造工程は、ラドルに浸された溶鋼を連続鋳造機のタンディッシュに一時貯蔵した状態でモールドに連続して供給し、モールドを冷却させてスラブを生産する。

図１にはモールドの内部に下降進入する浸漬ノズルのセンタリング位置が誤った例の断面図が示されており、図２には浸漬ノズルのセンタリング位置に応じた正常または非正常的な溶鋼の偏流現象の数値解釈結果がグラフで示されている。

ここに示されていることによれば、タンディッシュ１の下部にはタンディッシュ１の溶鋼をモールド３内に供給する浸漬ノズル５が取り付けられる。浸漬ノズル５は、タンディッシュ１の底面を貫通して挿入されたウェルブロック７とその底面に設けられたノズル連結部９を貫通してタンディッシュ１の底面に露出するように取り付けられる。ノズル連結部９は浸漬ノズル５の上部をつかんで浸漬ノズル５のノズル直立度を維持させる役割を果たす。

浸漬ノズル５の下部には両側に貫通するように開口された溶鋼吐出口１１が形成され、その上部には浸漬ノズル５を開閉することにより、適正量の溶鋼をモールド３に供給するためのストッパー１３が位置している。

このような構成を有するタンディッシュ１は、内部に充填された溶鋼をモールド３に供給するために浸漬ノズル５をモールド３の内部に下降進入した後、浸漬ノズル５の下端をモールド３の内部に位置させることによって設置完了し、この過程で浸漬ノズル５のセンタリング作業が行われる。
浸漬ノズル５のセンタリング作業はシリンダーを利用してタンディッシュ１を移動することによって行われ、この時、溶鋼吐出口の形状、大きさ、および吐出口の位置（浸漬深さ）などの設計因子と、鋳造開始前の初期の設置位置と鋳造中に発生する位置変化などの操業因子が製品の品質に大きく影響を及ぼす。

すなわち、浸漬ノズル５が正確にセンタリングされた状態では、図２の（ａ）に示すように、モールド３の長辺、短辺方向に左、右対称的な流動パターンを形成して初期凝固の安定性を確保するため、良好なビレットまたは無欠陥ビレットの製造が可能となる。

しかし、タンディッシュ１は長期間の使用によってモールド３の長さ方向に熱変形が発生し易く、このような熱変形はタンディッシュ１を長さ方向の一側に偏心させる。タンディッシュ１の偏心は、浸漬ノズル５をタンディッシュ１の下部に直立するように設けてもモールド３内のセンタリング位置の正確度を減少させる。

このように、浸漬ノズル５が正確にセンタリングされていない状態でストッパー１３が開放されて鋳造作業が進行されれば、図２の（ｂ）、（ｃ）に示すように、溶鋼がモールド３のいずれか一側に偏重して溶鋼の偏流が発生する。

溶鋼の偏流発生は浸漬ノズル５の設置位置誤差と非常に密接な関わりがあり、このような浸漬ノズル５の設置位置誤差は、実際、連続鋳造操業時に発生するオフセンタリング（Ｏｆｆ−ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ）によって主に生じる。オフセンタリングの例は次の通りである。

第１に、モールド３の長辺または短辺幅の中心から浸漬ノズル５の中心が図面上の水平方向左側に外れた場合（図１の（ａ））、第２に、同じ様相であるが、図面上の右側に外れた場合（図１の（ｂ））、第３に、浸漬ノズル５の交換時、ノズル連結部９の不整合性によって浸漬ノズル９が一側に傾斜して設けられるか、あるいは浸漬ノズル５が軸方向に回転が発生した場合（図１の（ｃ））などである。

上述したオフセンタリングによって発生するモールド３内における溶鋼（Ｓ）の偏流は、表面の揺動（Ｆｌｕｃｔｕａｉｏｎ）増大または渦巻き（Ｖｏｒｔｅｘ）現象などを生じさせるため、溶鋼（Ｓ）内にモールドパウダーを流入（Ｅｎｔｒａｐｍｅｎｔ）させて凝固不均一を引き起こす。このような凝固不均一は不均一な凝固シェルを形成してスラブの品質を低下させ、激しい場合には鋳造中ビレットが破裂して溶鋼が流出するブレーキアウト（Ｂｒｅａｋ Ｏｕｔ）現象を誘発する。

このようなブレーキアウト（Ｂｒｅａｋ Ｏｕｔ）現象は、作業者の安全に係る事故のリスクを高め、設備の損傷をもたらす。また、設備の損傷は、全体操業を中断し作業設備を再セッティングしなければならないため、生産効率性が減少する問題点がある。

本発明は上記のような従来の問題点を解決するためのものであり、浸漬ノズルの設置位置誤差から発生する溶鋼の偏流を最小化できるように浸漬ノズルの設置位置を測定し、これを利用して浸漬ノズルを自動センタリングできる浸漬ノズルセンタリング装置を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するための本発明の特徴によれば、本発明は、連続鋳造用モールドの上部において、前記モールドの中心に向かってレーザビームを照射するように配置された複数のレーザビーム発生器と、前記モールドの上部にタンディッシュを移動させるタンディッシュ移動機器と、前記レーザビーム発生器と連携し、前記レーザビーム発生器から伝達された信号により、前記タンディッシュの下部に備えられた浸漬ノズルの設置位置をセンタリングするように前記タンディッシュ移動機器の作動を制御する制御手段とを含む。

前記レーザビーム発生器は、前記モールドの上部において上下方向に離隔するように配置され、前記モールドの中心を通る垂直軸に向かって平行したレーザビームを照射する第１レーザビーム発生器および第２レーザビーム発生器と、前記モールドの上部に配置され、前記第１レーザビーム発生器および第２レーザビーム発生器のうちのいずれか一つのレーザビーム発生器から照射されるレーザビームと会うレーザビームを照射する第３レーザビーム発生器とを備える。

前記タンディッシュ移動機器は、前記タンディッシュが載置されるカーボディー部と、前記カーボディー部の両側に備えられ、前記タンディッシュを前記モールドの上部において水平方向に移動させるカー駆動部と、前記カーボディー部の上面に設けられ、前記タンディッシュの下部を支持しつつ、前記タンディッシュの載置傾斜を調節する複数のリフト部とを備える。

前記リフト部は、前記カーボディー部の上部に突出する載置凸部と、前記載置凸部の上部に上昇／下降可能に備えられ、上端が前記タンディッシュの下部を支持する調整凸部とを備える。

前記制御手段は、前記レーザビーム発生器から照射された複数のレーザビーム長さを測定し、測定結果に応じ、前記カー駆動部と前記リフト部のうちのいずれか一つを選択的に駆動させる。

前記制御手段は、前記レーザビーム発生器から照射された複数のレーザビーム長さを測定し、測定結果に応じ、前記カー駆動部と前記リフト部を駆動させる。

本発明によれば、浸漬ノズルセンタリング装置を連続鋳造工程に活用することにより、浸漬ノズルをセンタリング位置に正確で迅速に設けることができる。それにより、溶鋼偏流を低減することができ、初期凝固安全性の増大を通じたスラブの品質向上を期待することができる。

また、溶鋼の偏流現象の低減は、溶鋼のレベル変動を小さくするので、操業安定性を確保しつつ最大鋳造操業が可能であるため、生産効率を向上させることができる。

特に、本発明の浸漬ノズルセンタリング装置は、連続鋳造工程中にも浸漬ノズルの位置変動量を測定してリアルタイムでセンタリング作業を行うため、浸漬ノズルのセンタリングを常に一定に確保することができ、溶鋼の偏流現象を最小化する効果がある。

モールド内部に下降進入する浸漬ノズルの設置位置が誤った例を示す断面図である。 浸漬ノズルの設置位置に応じた正常または非正常的な溶鋼の偏流現象を数値解釈結果で示すグラフである。 本発明に係る浸漬ノズルセンタリング装置の好ましい実施形態の構成を示す斜視図である。 本発明に係る浸漬ノズルセンタリング装置を利用して浸漬ノズルをセンタリングした様子を示す作業状態図である。 本発明に係る浸漬ノズルセンタリング装置を利用して浸漬ノズルをセンタリングする方法を示すブロック図である。

以下、本発明に係る浸漬ノズルセンタリング装置の好ましい実施形態について添付図面を参照して詳しく説明する。

図３には本発明に係る浸漬ノズルセンタリング装置の好ましい実施形態の構成が斜視図で示されている。従来の構成と同じ構成に対しては図１の符号を援用して説明する。

説明の前に、タンディッシュ１の下部には浸漬ノズル５がノズル連結部９によって結合設置され、浸漬ノズル５はタンディッシュ１の溶鋼をモールド３に注入するためにタンディッシュ１の下部に備えられたモールド３の内部に進入する。また、浸漬ノズル５の下部には両側に開口された溶鋼吐出口１１が備えられており、タンディッシュ１の溶鋼をモールド３の内部に供給する。この時、溶鋼の偏流現象を防止するために浸漬ノズル５のセンタリング作業が行われる。

以下、本発明の浸漬ノズルセンタリング装置の詳細な構成は次の通りである。

浸漬ノズルセンタリング装置（以下、「センタリング装置」という）は複数のレーザビーム発生器２０とタンディッシュ移動機器および制御手段を備え、モジュール化した状態でセンタリング作業を行う。

レーザビーム発生器２０はモールド３の上部に配置される。より詳しくは、レーザビーム発生器２０は、モールド３の中心に向かってレーザビームを照射するように、モールド３の上部において、長辺と短辺方向の中央側と近接した位置に配置される。

レーザビーム発生器２０は溶鋼の高熱に耐えられる材質からなり、より安全で正確な測定のために、モールド３の上部において、長辺または短辺から一定間隔離れた位置に設けられる。

レーザビーム発生器は、第１レーザビーム発生器２１、第２レーザビーム発生器２３、および第３レーザビーム発生器２５を含む。

図３に示すように、第１レーザビーム発生器２１および第２レーザビーム発生器２３は、モールド３の中心を通る垂直軸に向かって平行したレーザビームを照射するように、モールド３の上部において、上下方向に離隔するように配置される。

また、第３レーザビーム発生器２５は、第１レーザビーム発生器２１および第２レーザビーム発生器２３のうちのいずれか一つのレーザビーム発生器から照射されるレーザビームと会うレーザビームを照射するように、モールド３の上部に配置される。

より詳しくは、第１レーザビーム発生器２１および第２レーザビーム発生器２３は、モールド３の上部に短辺方向中央側と近接した位置に設けられ、浸漬ノズル５の短辺設置位置および浸漬ノズル５の直立度を測定する。
また、第３レーザビーム発生器２５は、モールド３の上部に長辺方向中央側と近接した位置に設けられ、浸漬ノズル５の長辺センタリング位置を測定する。ここで、第１および第２レーザビーム発生器（２１、２３）はモールド３の短辺方向に上下に設けられる。

第１レーザビーム発生器２１〜第３レーザビーム発生器２５は、レーザビームが照射される少なくとも一つ以上のレーザビーム発生部（図示せず）を備える。これは、浸漬ノズル５の外周面に向かって照射されるレーザビームを利用して浸漬ノズル５の偏心有無を測定するためである。

第１レーザビーム発生器２１では浸漬ノズル５の短辺方向設置位置を測定し、第２レーザビーム発生器２３では浸漬ノズル５の直立度を測定する。また、第３レーザビーム発生器２５では浸漬ノズル５の長辺方向設置位置を測定する。

浸漬ノズル５の設置位置は、第１レーザビーム発生器２１〜第３レーザビーム発生器２５から照射されたレーザビームの長さを既に設定された値と比較することによって確認される。また、浸漬ノズル５の設置位置がセンタリング位置から外れている程度はＸ、Ｙ、Ｚの座標値で表示される。

参考に、浸漬ノズル５の短辺方向設置位置がセンタリング位置から外れた場合は、第１レーザビーム発生器２１と浸漬ノズル５間のレーザビーム長さ（ａ）が既に設定された値と差を示す。また、浸漬ノズル５の長辺方向設置位置がセンタリング位置から外れた場合は、第３レーザビーム発生器２５と浸漬ノズル５間のレーザビーム長さ（ｃ）が既に設定された値と差を示す。ここで、既に設定された値とはモールド３のセンタリング中心値である。

また、浸漬ノズル５の設置位置がモールド３の長辺または短辺に対してセンタリング位置と一致しても浸漬ノズル５がいずれか一側に傾斜して位置するか、軸方向に回転が発生した場合は、第１レーザビーム発生器２１から照射されたレーザビームの長さ（ａ）と第２レーザビーム発生器２３から照射されたレーザビームの長さ（ｂ）が差を示す。

タンディッシュ１をモールド３の上部に移動させるためのタンディッシュ移動機器が備えられる。タンディッシュ移動機器は、タンディッシュ１が載置されるカーボディー部１５と、カー駆動部３０、および複数のリフト部４０を備える。

カー駆動部３０は、タンディッシュ１の下部に備えられた浸漬ノズル５の短辺と長辺方向設置位置をセンタリングするためのものである。カー駆動部３０は、タンディッシュ移動機器１５の両側に設けられ、タンディッシュ１をモールド３の上部において水平方向に移動させる。

カー駆動部３０は、タンディッシュ移動機器１５を水平方向に移動させるための駆動部３１と、駆動部３１に動力を伝達する駆動ホイール３３、および駆動ホイール３３に動力を提供するカー駆動部作動部３５を備える。

例えば、駆動部３１は速度調節が可能な従動ギアであってもよい。従動ギアは図示されていないギアと噛み合い、タンディッシュ移動機器１５を水平方向に移動させる。また、駆動部３１は、浸漬ノズル５の微細なセンタリング偏差を調整できるほどの速度である低速への駆動が可能である。

リフト部４０は、浸漬ノズル５の直立度（すなわち、浸漬ノズルがいずれか一側に偏心しないように合わせる）をセンタリングするための構成である。リフト部４０はカーボディー部１５の上面に設けられ、タンディッシュ１の載置傾斜を調節する。

リフト部４０は、タンディッシュ１の底面の４つのコーナーと対応するタンディッシュ移動機器１５の上面に提供される。リフト部４０は、カーボディー部１５の上部に突出する載置凸部４１と、載置凸部４１の上部に上昇／下降可能に備えられ、上端がタンディッシュ１の下部を支持する調整凸部４３とを備える。

本実施形態において、リフト部４０は４個が備えられ、この４個のリフト部４１に備えられた調整凸部４３が載置凸部４１に対して選択的に上昇／下降して浸漬ノズル５のセンタリング位置を正確に調整する。前記リフト部４０は、本実施形態では４個使われるが、必ずしもそれに限定されるものではない。この時、調整凸部４３の上昇／下降は油圧または空気圧を利用する。参考に、図面符号４５は、リフト部４０の調整凸部４３を上昇／下降させるように動力を提供するリフト部作動部である。

センタリング制御部５０は、レーザビーム発生器２０と連携し、前記レーザビーム発生器２０から伝達された信号によりタンディッシュ移動機器１５の作動を制御する。

より詳しくは、センタリング制御部５０は、レーザビーム発生器２０から照射された複数のレーザビーム長さを測定し、その測定結果に応じ、カー駆動部３０とリフト部４０のうちのいずれか一つを選択的に駆動させる。

あるいは、センタリング制御部５０は、レーザビーム発生器２０から照射された複数のレーザビーム長さを測定し、その測定結果に応じ、カー駆動部３０とリフト部４０を順次駆動させる。

すなわち、レーザビーム発生器２０から照射されたレーザビームの長さ（ａ、ｂ、ｃ）を測定し、レーザビームの長さ（ａ、ｂ、ｃ）により、浸漬ノズル５の設置位置がセンタリング位置から外れた程度を計算して、その時点における補正量（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求める。また、カー駆動部３０とリフト部４０を補正量だけ作動させ、浸漬ノズル５の設置位置をセンタリングする。

例えば、第１、第２レーザ発生器（２１、２３）から照射されたレーザビーム長さ（ａ、ｂ）の平均が既に設定されたモールド３の長辺中心値と一定値以上の偏差が発生すれば、センタリング制御部５０は、モールド３の長辺中心値と測定値の偏差が最小になるようにカー駆動部３０を移動させる。

上述した浸漬ノズル５のセンタリングは、タンディッシュ１の溶鋼をモールド３内に注入する間にもなされる。この時、浸漬ノズル５のセンタリングのためのカー駆動部３０とリフト部４０の動作は低速でなされるため、浸漬ノズル５のセンタリングそのものが溶鋼の偏流現象に影響を及ぼさないことを明らかにしておく。

一方、モールド３の長辺中央には上部に突出した表示部５１が備えられる。表示部５１は、浸漬ノズル５をモールド３に初期取り付け時に浸漬ノズル５の設置位置を正確にセンタリングする基準になる。表示部５１は、本実施形態では一つだけ備えられるが、必ずしもそれに限定されるものではない。

以下、上記のような構成を有する本発明に係る浸漬ノズルセンタリング装置の作用について詳しく説明する。

図４には本発明に係る浸漬ノズルセンタリング装置を利用して浸漬ノズルをセンタリングした様子が作業状態図で示されており、図５は本発明に係る浸漬ノズルセンタリング装置を利用して浸漬ノズルをセンタリングする方法がブロック図で示されている。

タンディッシュ１をモールド３の上部にセッティングする過程や、長期間の使用によってタンディッシュ１が熱変形した場合、浸漬ノズル５がいずれか一側に偏向し得る。すなわち、浸漬ノズル５の取り付けの不整合性や、タンディッシュ１の熱膨張と収縮などにより、浸漬ノズル５がモールド３の長辺中心または短辺中心からオフセンタリングされた場合、これを補正するために浸漬ノズル５のセンタリング作業が行われる。浸漬ノズル５のセンタリング作業は、浸漬ノズル５の初期取り付け時や溶鋼の注入中に行われてもよい。

浸漬ノズルのセンタリング作業が行われる過程は次の通りである。

先ず、レーザビーム発生器２０がモールド３の中心に向かってレーザビームを照射すれば、レーザビームがモールド３の中心に設けられた浸漬ノズル５の外周面に照射される。そうすると、センタリング制御部５０は、レーザビーム発生器２０から照射されたデータの伝送を受け、レーザビームの長さ（ａ、ｂ、ｃ）を測定する。

そうすると、センタリング制御部５０は、それぞれの伝送されたレーザビームの長さ（ａ、ｂ、ｃ）を既に設定されたデータと比較して、浸漬ノズル５の長辺、短辺の設置位置および偏向有無を計算する。

そして、センタリング制御部は、計算された値が既に設定された値と差を示せば、浸漬ノズル５がセンタリング位置から外れていると判断し、補正値を導き出す。そして、カー駆動部３０とリフト部４０を補正値だけ作動させ、浸漬ノズル５の設置位置が既に設定されたセンタリング位置と一致するようにする。

すなわち、第１、第２レーザ発生器（２１、２３）から照射されたレーザビーム長さの平均が既に設定されたモールド３の長辺中心値と一定値以上の偏差が発生すれば、センタリング制御部５０は、カー駆動部３０を水平方向に移動させ、浸漬ノズル５の設置位置を調整する。

そして、第３レーザ発生器２５から照射されたレーザビームの長さが既に設定されたモールドの短辺中心値と一定値以上の偏差が発生すれば、センタリング制御部５０は、リフト部４０の調整凸部４３を選択的に上昇／下降させ、中心値に近づくように浸漬ノズル５の設置位置を調整する。

例えば、図４の（ａ）に示すように、浸漬ノズル５がモールド３の長辺左側に偏向した場合、これを調整するためにリフト部４０を動作させる。すなわち、図４の（ｂ）に示すように、調整凸部４３の２個が昇降するようにすることにより、浸漬ノズル５の設置位置がセンタリング位置と一致するようにする。

このような本発明の基本的な技術的思想の範疇内で、当業界の通常の知識を有する者であれば他の様々な変形が可能であることは勿論であり、本発明の権利範囲は添付した特許請求の範囲に基づいて解釈しなければならない。

Claims (5)

1. 連続鋳造用モールドの上部において、前記モールドの中心に向かってレーザビームを照射するように配置された複数のレーザビーム発生器と、
   前記モールドの上部にタンディッシュを移動させるタンディッシュ移動機器と、
   前記レーザビーム発生器と連携し、前記レーザビーム発生器から伝達された信号により、前記タンディッシュの下部に備えられた浸漬ノズルの設置位置をセンタリングするように前記タンディッシュ移動機器の作動を制御する制御手段とを含み、
   前記レーザビーム発生器は、
   前記モールドの上部において上下方向に離隔するように配置され、前記モールドの中心を通る垂直軸に向かって平行したレーザビームを照射する第１レーザビーム発生器および第２レーザビーム発生器と、
   前記モールドの上部に配置され、前記第１レーザビーム発生器および第２レーザビーム発生器のうちのいずれか一つのレーザビーム発生器から照射されるレーザビームと交差するレーザビームを照射する第３レーザビーム発生器とを備えることを特徴とする浸漬ノズルセンタリング装置。
2. 前記タンディッシュ移動機器は、
   前記タンディッシュが載置されるカーボディー部と、
   前記カーボディー部の両側に備えられ、前記タンディッシュを前記モールドの上部において水平方向に移動させるカー駆動部と、
   前記カーボディー部の上面に設けられ、前記タンディッシュの下部を支持しつつ、前記タンディッシュの載置傾斜を調節する複数のリフト部とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の浸漬ノズルセンタリング装置。
3. 前記リフト部は、
   前記カーボディー部の上部に突出する載置凸部と、
   前記載置凸部の上部に上昇／下降可能に備えられ、上端が前記タンディッシュの下部を支持する調整凸部とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の浸漬ノズルセンタリング装置。
4. 前記制御手段は、前記レーザビーム発生器から照射された複数のレーザビーム長さを測定し、測定結果に応じ、前記カー駆動部と前記リフト部のうちのいずれか一つを選択的に駆動させることを特徴とする、請求項２または３に記載の浸漬ノズルセンタリング装置。
5. 前記制御手段は、前記レーザビーム発生器から照射された複数のレーザビーム長さを測定し、測定結果に応じ、前記カー駆動部と前記リフト部を駆動させることを特徴とする、請求項２または３に記載の浸漬ノズルセンタリング装置。

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