JP5171849B2 - 厚さを測定するための装置及びそのための方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に金属鋳造装置内での溶湯の厚さが可能である、測定装置によって厚さを測定するための装置と、測定装置によって測定を実施するための方法に関する。従って、本発明は、特に、請求項１に記載の厚さを測定するための装置に関する。更に、本発明は、請求項９に記載の方法と、請求項１５に記載の使用に関する。

特に水平式ストリップ鋳造法により、金属又は金属合金から成るストリップ又は型鋼を鋳造する際、特に金属溶湯又はスチール溶湯のような高温の溶湯は、容器から同調する鋳型に入る。この装置の場合、鋳造幅は、側壁の配置によって保証され、これら側壁は、ストリップの種々の幅を鋳造プロセスにおいて保証するために、固定されているか、移動可能又は調整可能である。

特にストリップ又は型鋼を製造するためのこのプロセスにおいて、溶湯上面は、鋳型壁にさらされておらず、これにより、空気もしくは適切に調整可能な雰囲気の表面にさらされている。

従って、このようなプロセスでは、溶湯の厚さは、鋳型壁によって制限されるのではなく、供給システムからのマスフローを介して調整可能であり、長手方向及び／又は幅方向に変化可能であり、これにより、幅方向にテーパ状のバラツキが生じるか、長手方向に起伏状のバラツキが生じる。

例えばストリップ又は型鋼を鋳造するためのこの方法は、ダイレクトストリップキャスティング（ＤＳＣ）とも呼ばれ、従来技術では、例えば特許文献１〜３によって公知である。

この場合、特許文献２は、薄く鋳造されたストリップが、保護ガス雰囲気下で制御冷却され、溶湯を含む容器から出発して溶湯が同調する鋳型に移送される、薄く鋳造されたストリップから成る熱間圧延された平製品を無限に発生させる方法を開示する。

同調する鋳型の後に、鋳造されたストリップもしくは鋳造された溶湯を更に加工し、所望の寸法及び材料特性にするために、圧延ラインのロールが設けられている。従って、ロールが均一な鋳造製品を生じさせることができるように、鋳造されたストリップもしくは鋳造された溶湯のできるだけ均一な厚さが必要であり、しかしながら、これは、示した従来技術の装置において、十分な寸法で実現することができない。

独国特許第１９７ ５８ １０８号明細書 欧州特許第１ ０４７ ５１０号明細書 独国特許第１９７ ４６ ７２８号明細書

本発明の課題は、十分均一な寸法と材料特性を有する圧延製品又はストリップ又は型鋼の製造を可能にする、特に金属鋳造装置内の溶湯の厚さを測定するための測定装置によって測定を実施するための装置、装置の使用及び方法を提供することにある。

本発明によれば、装置に関する課題は、請求項１により、水平式ストリップ鋳造法によりストリップ又は型鋼が鋳造され、鋳型上又は容器内の液状の溶湯又は凝固した鋳造製品の厚さが測定される、少なくとも１つの測定装置によってストリップ又は型鋼の鋳造装置内で適用するための厚さを測定するための装置において、測定装置による鋳型上の溶湯の厚さの測定から、幅方向の厚さの差であるテーパ及び長手方向の起伏が検知され、テーパが検知された場合に鋳型の傾斜を制御するための装置と、起伏が検知された場合に容器から鋳型への溶湯のマスフローを調整するための装置が、溶湯のテーパ及び／又は起伏に少なくとも反作用するように、制御されることによって解決される。この場合、移動される溶湯又は鋳造製品を監視し、その厚さを測定する場合が、特に有利である。厚さを幅方向に分布測定することによって、溶湯のプロフィルが測定可能であり、最適でない表面構造又は傾斜が生じた場合には、調整介入又は制御介入により反作用可能である。

金属との概念には、本発明の範囲内で、金属合金も含まれる。

測定装置が、非接触式で作動し、表面を監視もしくは測定する場合が、有利である。この場合、測定装置は、レーザ及び光学センサによって作動する。表面を走査する１つのレーザ及び相応のセンサ、又はそれぞれ表面の領域を検出又は走査する多数のレーザ及び／又はセンサを設けてもよい。

測定装置は、接触式で作動してもよい。この場合、測定装置が、フィーラのような接触式レベルセンサによって作動する場合が、合目的である。

測定信号に基づいて、溶湯を含む容器からの溶湯のマスフローを制御するための制御信号が発生されることが、合目的である。これにより、材料流を介して、溶湯又は鋳造製品の厚さが制御可能である。

更に、測定信号に基づいて、溶湯を動的に分配するための装置が、鋳型への溶湯のマスフローを調整するために制御される場合が、合目的である。これにより、材料の分配を介して、表面が制御可能である。

容器内の溶湯の厚さが、溶湯が注入される注入領域及び／又は溶湯が鋳型に供給される供給領域で測定される場合も、有利である。測定により、容器への溶湯の流入が制御可能である。

方法に関する課題は、請求項８により、水平式ストリップ鋳造法によりストリップ又は型鋼が鋳造され、鋳型上又は容器内の液状の溶湯又は凝固した鋳造製品の厚さが測定される、測定装置によってストリップ又は型鋼の鋳造装置内で適用するための厚さを測定するための方法において、測定装置による鋳型上の溶湯の厚さの測定から、幅方向の厚さの差であるテーパ及び長手方向の起伏が検知され、テーパが検知された場合に鋳型の傾斜を制御するための装置と、起伏が検知された場合に容器から鋳型への溶湯のマスフローを調整するための装置が、溶湯のテーパ及び／又は起伏に少なくとも反作用するように、制御されることによって解決される。

この場合、測定装置が、非接触式又は接触式で作動する場合が、合目的である。更に、測定装置の測定信号に基づいて、溶湯を含む容器からの溶湯のマスフローを制御するための制御信号が発生されることが、合目的である。

測定装置の測定信号に基づいて、溶湯を動的に分配するための装置が、鋳型への溶湯のマスフローを調整するために制御される場合も、合目的である。

溶湯又は鋳造製品の厚さが、幅方向に分布測定されることが、特に合目的である。これにより、プロフィルが測定可能であり、これに関する不均等に反作用するために、測定されたプロフィルに基づいて、制御措置もしくは調整措置をとることができる。この場合、幅方向に分布測定された厚さの結果又は信号が、鋳造製品のテーパ及び／又は起伏に少なくとも反作用するように、マスフロー及び／又は鋳型の位置調整を制御するために考慮されることが、特に合目的である。

以下で、図面に基づく実施例をベースにして本発明を詳細に説明する。

金属鋳造装置の概略図を示す。 上から見た図１の金属鋳造装置の部分図を示す。 本発明による装置の図を示す。

図１は、その中に例えば溶湯Ｓのような液状金属が用意された容器２を有する金属鋳造装置１を概略的に示す。このため、容器２は、液状金属の温度の調整及び／又は保持をするための加熱要素を備えるが、これら加熱要素は、図示してない。

容器２から、液状金属もしくは溶湯Ｓが、同調して移動する鋳型３に排出され、鋳型３の同調により、圧延装置の図示してない後続ステップで更に処理される前に、液状金属から成るストリップ４が生じる。また、付加的な後続ステップとして、例えば圧延装置以外にテーブル装置を設けてもよい。その場合、鋳造ストリップは、半製品として中間製品を構成する。

ストリップ４の厚さを測定するため、測定装置５が設けられており、この測定装置は、ストリップの表面を非接触式又は接触式で走査し、ストリップ４の厚さを測定する。

測定装置５は、ストリップ４の厚さｄの測定を実施し、これにより、容器２から鋳型３への溶湯のマスフローの制御又は調整が、制御ユニットによって実施可能である。制御ユニットは、測定装置５に統合するか、測定装置から分離したコンポーネントユニットとして設けることができる。

容器２から鋳型３へのマスフローの制御は、リザーブ容器６から容器２へのマスフローによって間接的に制御される。リザーブ容器６は、同様に高温の溶湯Ｓを備え、この溶湯は、出口を介して容器２に流出可能である。閉鎖プラグ等のような栓７の適切な移動もしくは制御により、供給部であるリザーブ容器６から容器２への溶湯の流出が制御可能である。例えば、図１における閉鎖プラグの高さを介して、溶湯Ｓが流出するための自由間隙の大きさが調整可能である。即ち、このため、測定装置５は、制御信号を操作ユニットに伝送し、この操作ユニットは、容器２への溶湯Ｓの供給を制御する。

従って、本発明によれば、ストリップもしくは溶湯４の厚さの幅方向の測定により、制御したマスフローを介する長さ及び幅方向の鋳物プロフィルの制御を行なうことができ、ストリップもしくは溶湯Ｓの厚さは、後続のインライン圧延又はオフライン圧延のために測定される。

特に、ストリップの幅方向のストリップ先端部の溶湯の厚さのデータがある場合が、有利である。

本発明の適用にとって特に有利であるのは、ストリップの始端部、本質的に鋳型の始端部、か、容器２から同調する鋳型に流れる溶湯が均等に分配された後での、溶湯もしくはストリップの厚さの測定である。これは、流出する金属が、鋳型に均等に分配されているか、均等に分配されているべきである、との条件下で、測定の場所が、ほぼ鋳型への出口から離れていることを意味する。

測定を実施するため、基本的に、非接触式で作動する測定方法と、接触式で作動する測定方法を区別することができる。非接触式で作動する測定方法は、例えば溶湯もしくはストリップに対して測定装置を離して測定を実施することができ、これにより、測定装置５を保護するように配設することができるという利点を備える。非接触式で作動する測定方法の例として、レーザ測定法や、例えば電磁式又は光学式の一般的な他の間隔測定法を使用することができる。

この場合、測定装置Ｍ，５は、Δｘ及びΔｙだけ移動することができ、溶湯Ｓからの間隔ΔＡ自体も調整可能である。これにより、測定装置は、種々の厚さに適合させるように調整することができ、環境条件に対して保護されるように位置決め可能である。

図２は、非接触式で作動する測定装置Ｍ，５によって測定される測定箇所の平面図を概略的に示す。この場合、１１は、例えば付属のレンズを有するレーザのような、測定装置の非接触式で作動するセンサの測定領域である。測定窓１１は、領域（Δｘ）１２内で移動可能である。溶湯（Ｓ）１３は、同調する鋳型１４に入り、幅Ｂを有する液状金属もしくは溶湯から成るストリップ１５を構成する。矢印は、溶湯と、同調する鋳型の方向を示し、ｖｇは、同調する鋳型の速度である。

測定装置５として、非接触式で作動する装置として、レーザを含む装置が有利である。例えば赤色光を発するレーザ又は青色光を発するレーザのようなレーザが使用可能である。この場合、レーザは、測定窓の領域に光を放出し、反射に基づいて、反射光は、検出器によって測定可能であり、これにより、受光から、ストリップの幅方向の溶湯の高さが検出可能である。レーザは、ストリップの幅を走査するように制御可能である。

１つのレーザ及び相応の１つのセンサによる溶湯又はストリップ又は鋳造製品の幅の走査に対して選択的に、複数のレーザ及び／又は複数のセンサを並べて又は互いに平行に配設し、それぞれ、溶湯又は鋳造製品の幅の部分領域を監視することもでき、これにより、それぞれのレーザと付属のセンサのデータにもとづいて、厚さプロフィルが測定可能である。

また、複数のセンサを、監視すべき領域の幅方向に分散させて配設することもできるので、例えば、複数のセンサが、互いに平行に又は並べて配設されており、平行に幅方向に分散させて、監視すべきストリップ又は溶湯の厚さを検出する。これにより、ストリップ又は溶湯の幅方向に分散させた厚さの走査又は測定によって、厚さプロフィルが測定可能である。

溶湯供給箇所の近傍の位置と、搬送されるストリップが出るところにほぼ相当する位置との間の領域へのセンサの配設が、特に有利である。この領域で、溶湯は、未だ液状又はペースト状であり、例えばスチールのような、溶湯と凝固した材料から成るペースト状の混合体も十分に測定可能である。本発明の別の実施例では、凝固したスチールの厚さを幅方向に測定することも、合目的である。

溶湯の幅方向に分散させた厚さ測定は、特に有利で有り、この場合、溶湯は、例えば最終寸法に近い鋳造時のような、例えば水平型の鋳型内を移動されている。測定は、溶湯が未だ液状である時に、理想的にはできるだけ入口の近くで、既に行なわれ、この測定は、幅方向に分散させて実施される。これにより、できるだけ早期に、場合によっては生じる、スラブ又は鋳造製品のテーパ又は起伏が検知可能であり、これは、後になってからの、凝固した状態での検知に対して、全体的に、スクラップの低減を生じさせる。

例えばテーパが検知された場合、鋳型の傾斜の適切な制御によって、このテーパは、少なくとも低減するか、更には排除することができる。また、容器の出口に複数のノズルを設けた場合、鋳型への溶湯の進入の幅方向の制御も可能であり、これにより、溶湯のテーパ又は起伏の低減が可能である。

溶湯の起伏が検知された場合、例えば、マスフローの調整の実施が可能である。このため、例えば、マスフローの調整は、プラグによって実施可能である。

測定装置５の配設は、熱及び／又は汚れが装置に損傷を与えないように、ストリップ又は溶湯から十分な間隔となるようにこの測定装置が設けられるように、実施可能である。例えば、水、スチール飛沫、ガス及び／又は熱に対して遮蔽を行なってもよい。厚さの測定は、例えば、保護又は不活性化した環境で行なうこともでき、これにより、溶湯又はストリップの表面は、全く振動しないか、強く振動することがなく、これにより、測定結果の歪曲が回避又は低減される。

本発明により、測定装置５を、保護及び／又は遮蔽をするために設けられたハウジング内に設けることは、相応に有利である。更に、ハウジングを可動に配設し、これにより、例えば鋳造速度及び／又はストリップ又は溶湯の寸法に依存してハウジングの位置決めを実施可能にする場合も、有利である。

本発明の別の思想によれば、測定装置５は、非接触式で作動するセンサシステムの代わりに、接触式で作動するセンサシステムで作動してもよい。この場合、溶湯Ｓ又はストリップ４の表面に接触するフィーラとして接触式レベルセンサが使用される。この場合、耐磨耗性に形成可能なフィーラは、持続的または例えば時間的に間隔を変更させるように時間間隔をおいて、溶湯と接触させてもよい。溶湯表面との接触により、溶湯の厚さが検出可能である。また、幅方向の溶湯の厚さも検出可能であり、このため、例えば、幅方向の移動を行なうことができる。また、幅方向の厚さプロフィルの検出を可能にするため、複数の接触式センサもしくは測定値供給器を並べて配設してもよい。

更に、１つ又は複数のセンサが、差測定を実施可能であるように、配設又は形成されている場合も、合目的である。このような差測定は、例えば、溶湯の存在なしで、ゼロ点又は基準点が、センサと搬送ストリップ表面の間に存在するか、検知され、溶湯の供給後、縮小された距離又は縮小された間隔が、センサと測定点の間で検知可能であることによって、行なうことができる。その際検知された距離差又は間隔差は、溶湯もしくは鋳造ストリップ又は鋳造製品の厚さに相当する。

また、厚さの測定は、光線を溶湯もしくは鋳造製品に通過させることによって実施可能であり、その際、例えば、溶湯／鋳造製品のない状態と、溶湯／鋳造製品のある状態の間の、センサから発せられた信号と反射された信号の間の到達時間の差から、厚さが測定可能である。

所定の位置での溶湯Ｓの厚さが、本質的に、同調する鋳型への溶湯の分配直後に検出されると、容器２から鋳型３へのマスフローを制御するための制御信号が、発生可能である。従って、これは、これにより、幅方向及び長手方向の溶湯の厚さの誤差を、所定の程度もしくは範囲内にすることができるので、有利である。

更に、このような鋳造装置は、同調する鋳型に溶湯を動的に分配するための装置の分だけ、拡大可能である。この場合、幅方向にセグメント化された制御もしくは作用をする供給ノズルへの機械式又は電磁式の溶湯ディストリビュータや、溶湯を均等に鋳型に分配する、気圧式並びに真空式の装置及び／又はマニピュレータを設けることができる。

溶湯の厚さの測定により、マスフローの制御以外に、場合によっては、例えばミキサ又は真空ディストリビュータのような、均等化をするための装置及び／又はこのようなマニピュレータも、相応の制御信号に基づいて制御可能である。

レーザ測定法もしくはレーザ測定手法を使用する場合、使用されるこのようなレーザは、ラインレーザとも呼ばれるが、鋳造方向に対して横の線を、溶湯膜もしくは、溶湯もしくは鋳造製品の表面に対して所定の角度で生じさせることができる。溶湯もしくは鋳造製品の厚さ又はその、例えばエッジ隆起のようなプロフィルの測定は、相応に、ある角度下のビデオ画像処理によって行なうことができる。このような方法は、光切断法とも呼ばれる。相応に、１つのレーザか、ストランドの幅方向に分散させて配設された多数のレーザのいずれかを使用することができる。

レーザは、上から、例えば本質的に垂直に、溶湯もしくは鋳造製品に当たるように、配設してもよい。その場合、基準値と比較した反射光の到達時間を介して、溶湯もしくは鋳造製品の厚さが、測定可能である。

図３は、容器２内の溶湯の厚さを測定するための装置を示す。この場合、溶湯は、リザーブ容器から容器２に達するが、これは、図３に示してない。溶湯の厚さを測定するために、鋳型３上の溶湯又は容器２内の溶湯の厚さを測定可能な測定装置５が設けられている。この場合、容器２内は、２つの位置、即ちリザーブ容器又はディストリビュータから溶湯が注入される注入領域１６と、走行するストリップに対する所定の厚さで鋳型３に溶湯が供給される供給領域１７、が有利である。従って、供給領域１７は、走行するストリップの方向の容器２の端部の方向に位置する。鋳型上の厚さｄ１と、容器２内の注入領域１６と供給領域１７の厚さｈ１及びｈ２が、測定可能である。従って、測定は、静止している溶湯の領域又は移動している溶湯の領域で行なうことができる。

１ 金属鋳造装置
２ 容器
３ 鋳型
４ ストリップ
５ 測定装置
６ リザーブ容器
７ 栓
１１ 測定領域
１２ 領域
１３ 溶湯
１４ 鋳型
１５ ストリップ
１６ 注入領域
１７ 供給領域

Claims (10)

1. 水平式ストリップ鋳造法によりストリップ又は型鋼が鋳造され、鋳型（３）上又は容器（２）内の液状の溶湯又は凝固した鋳造製品の厚さが測定される、測定装置（５）によってストリップ又は型鋼の鋳造装置で適用するための厚さを測定するための装置において、
   測定装置（５）による鋳型（３）上の溶湯の厚さの測定から、幅方向の厚さの差であるテーパ及び長手方向の起伏が検知され、テーパが検知された場合に鋳型（３）の傾斜を制御するための装置と、起伏が検知された場合に容器（２）から鋳型（３）への溶湯のマスフローを調整するための装置が、溶湯のテーパ及び／又は起伏に少なくとも反作用するように、制御されることを特徴とする装置。
2. 測定装置が、非接触式で作動することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 測定装置が、レーザ及び光学センサによって作動することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 測定装置が、接触式で作動することを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 測定装置が、接触式レベルセンサによって作動することを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 測定信号に基づいて、溶湯を動的に分配するための装置が、鋳型への溶湯のマスフローを調整するために制御されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
7. 容器内の溶湯の厚さが、溶湯が注入される注入領域及び／又は溶湯が鋳型に供給される供給領域で測定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
8. 水平式ストリップ鋳造法によりストリップ又は型鋼が鋳造され、鋳型（３）上又は容器（２）内の液状の溶湯又は凝固した鋳造製品の厚さが測定される、測定装置（５）によってストリップ又は型鋼の鋳造装置で適用するための厚さを測定するための方法において、
   測定装置（５）による鋳型（３）上の溶湯の厚さの測定から、幅方向の厚さの差であるテーパ及び長手方向の起伏が検知され、テーパが検知された場合に鋳型（３）の傾斜を制御するための装置と、起伏が検知された場合に容器（２）から鋳型（３）への溶湯のマスフローを調整するための装置が、溶湯のテーパ及び／又は起伏に少なくとも反作用するように、制御されることを特徴とする方法。
9. 測定装置が、非接触式又は接触式で作動することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 測定装置の測定信号に基づいて、溶湯を動的に分配するための装置が、鋳型への溶湯のマスフローを調整するために制御されることを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。

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