JP6119579B2 - 引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法 - Google Patents
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Description
これに対し、自由鋳造方法における形状規定部材は、鋳物の断面形状のみを規定し、長手方向の形状は規定しない。そのため、スタータ(もしくは形状規定部材)を水平方向に移動させながらスタータを引き上げることにより、長手方向の形状が様々な鋳物が得られる。例えば、特許文献1には、長手方向に直線状でなく、ジグザグ状あるいは螺旋状に形成された中空鋳物(すなわちパイプ)が開示されている。
特許文献1に記載の自由鋳造方法では、形状規定部材を介して引き上げられた溶湯を冷却ガスによって冷却しているため、凝固界面は形状規定部材よりも上側に位置する。この凝固界面の位置は、鋳物の寸法精度や表面品質に直接影響を及ぼす。そのため、凝固界面を検出し、これを所定の基準範囲内に制御することが重要となる。ここで、溶湯を鉛直方向に引き上げた場合、凝固界面は略水平になる。
発明者は、溶湯を斜め方向に引き上げた場合、凝固界面は水平にならずに引上方向に対して略垂直となることを見出した。すなわち、溶湯を斜め方向に引き上げた場合、引上方向や観察位置により凝固界面の位置は変化してしまう。そのため、溶湯を斜め方向に引き上げる場合、鉛直方向に引き上げる場合の基準範囲を用いて凝固界面を制御することはできないという問題があった。
溶湯を保持する保持炉と、
前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面上に設置され、かつ、前記溶湯が通過することにより鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
前記形状規定部材を通過した前記溶湯の画像を撮影する撮像部と、
前記画像から前記溶湯の搖動を検出し、前記搖動の有無に基づいて凝固界面を決定する画像解析部と、
前記画像解析部によって決定された前記凝固界面が所定の基準範囲内にない場合、鋳造条件を変更する鋳造制御部と、を備え、
前記鋳造制御部は、前記溶湯の引上角度に応じて異なる前記基準範囲を用いて、前記凝固界面が前記基準範囲内にあるか否かを判定するものである。
本発明の一態様に係る引上式連続鋳造装置では、鋳造制御部は、溶湯の引上角度に応じて異なる基準範囲を用いて、凝固界面が基準範囲内にあるか否かを判定する。そのため、溶湯を斜め方向に引き上げる場合にも凝固界面を適切な基準範囲内に制御することができる。
保持炉に保持された溶湯を、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を通過させながら引き上げるステップと、
前記形状規定部材を通過した前記溶湯の画像を撮影するステップと、
前記画像から前記溶湯の搖動を検出し、前記搖動の有無に基づいて凝固界面を決定するステップと、
決定された前記凝固界面が予め定められた基準範囲内にない場合、鋳造条件を変更するステップと、を備え、
鋳造条件を変更するステップにおいて、
前記溶湯の引上角度に応じて異なる前記基準範囲を用いて、前記凝固界面が前記基準範囲内にあるか否かを判定するものである。
本発明の一態様に係る引上式連続鋳造方法は、前記溶湯の引上角度に応じて異なる前記基準範囲を用いて、前記凝固界面が前記基準範囲内にあるか否かを判定する。そのため、溶湯を斜め方向に引き上げる場合にも凝固界面を適切な基準範囲内に制御することができる。
まず、図1を参照して、実施の形態1に係る自由鋳造装置(引上式連続鋳造装置)について説明する。図1は、実施の形態1に係る自由鋳造装置の模式的断面図である。図1に示すように、実施の形態1に係る自由鋳造装置は、溶湯保持炉101、形状規定部材102、支持ロッド104、アクチュエータ105、冷却ガスノズル106、冷却ガス供給部107、引上機108、撮像部(カメラ)109を備えている。
なお、当然のことながら、図1に示した右手系xyz座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。図1におけるxy平面は水平面を構成し、z軸方向が鉛直方向である。より具体的には、z軸のプラス方向が鉛直上向きとなる。
一方、形状規定部材102の下面を湯面から所定の距離だけ離間して配置してもよい。形状規定部材102を湯面から離間して配置した場合、形状規定部材102の熱変形や溶損が抑制され、形状規定部材102の耐久性が向上する。
アクチュエータ105には、支持ロッド104が連結されている。アクチュエータ105によって、支持ロッド104を介して形状規定部材102が上下方向(鉛直方向つまりz軸方向)に移動可能となっている。このような構成により、鋳造の進行による湯面の低下とともに、形状規定部材102を下方向に移動させることができる。
図3に示すように、この凝固界面制御システムは、撮像部109、画像解析部110、鋳造制御部111、引上機108、溶湯保持炉101、冷却ガス供給部107を備えている。ここで、撮像部109、引上機108、溶湯保持炉101、冷却ガス供給部107については、図1を参照して説明したため、詳細な説明については省略する。
図6、7に示すように、観察側の湯面から引上方向へ向かっての角度を引上角度θとする。ここで、凝固界面SIFの中心高さと観察される凝固界面SIFの高さとの差をΔhとする。図6、7に示すように、この差Δhは幾何学的に求めることができ、鋳物M3の厚さtを用いて、Δh=t/2×sin(θ−90)で表すことができる。
一方、図7に示すように、観察側の反対側に傾いて引き上げられる場合、引上角度θ>90°であるため、Δh>0となる。そのため、図7において観察される凝固界面SIFの位置が上限Hmax2であるとすると、この上限Hmax2は鉛直方向に引き上げた場合の上限Hmaxよりも高くなる。
Hmax(θ)=Hmax+Δh
=Hmax+t/2×sin(θ−90)
より正確には、差Δhに係数Cを掛けた以下の式により求めることができる。係数Cは実験的に求めることができる。
Hmax(θ)=Hmax+C×Δh
=Hmax+C×t/2×sin(θ−90)
なお、下限についても同様に求めることができる。
まず、引上機108によりスタータSTを降下させ、形状規定部材102の溶湯通過部103を通して、スタータSTの先端部を溶湯M1に浸漬させる。
まず、撮像部109により、凝固界面近傍の画像を撮影する(ステップST1)。
次に、画像解析部110は、撮像部109によって撮影された画像を解析する(ステップST2)。具体的には、連続的に撮影された複数の画像を比較することにより、保持溶湯M2の表面の搖動を検出する。そして、画像解析部110は、撮像部109によって撮影された画像において、搖動が検出された領域と検出されない領域の境界部を凝固界面と決定する。
鋳造が完了していなければ(ステップST5NO)、ステップST1に戻る。一方、鋳造が完了していれば(ステップST5YES)、凝固界面の制御を終了する。
次に、図10、11を参照して、実施の形態2に係る自由鋳造装置について説明する。図10は、実施の形態2に係る形状規定部材202の平面図である。図11は、実施の形態2に係る形状規定部材202の側面図である。なお、図10、11におけるxyz座標も、図1と一致している。
形状規定板202a、202bは、形状規定板202c、202dの上側に接触するように配置されている。
鋳造が完了していなければ(ステップST5NO)、ステップST1に戻る。一方、鋳造が完了していれば(ステップST5YES)、凝固界面の制御を終了する。
その他の構成は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
11b 記憶部
101 溶湯保持炉
102、202 形状規定部材
103、203 溶湯通過部
104 支持ロッド
105 アクチュエータ
106 冷却ガスノズル
107 冷却ガス供給部
108 引上機
109 撮像部
110 画像解析部
111 鋳造制御部
202a〜202d 形状規定板
A1、A2 アクチュエータ
G11、G12、G21、G22 リニアガイド
M1 溶湯
M2 保持溶湯
M3 鋳物
R1、R2 ロッド
S1 レーザ変位計
S2 レーザ反射板
SIF 凝固界面
ST スタータ
T1、T2 スライドテーブル
Claims (10)
- 溶湯を保持する保持炉と、
前記保持炉に保持された前記溶湯の湯面上に設置され、かつ、前記溶湯が通過することにより鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
前記形状規定部材を通過して引き上げられた前記溶湯の画像を撮影する撮像部と、
前記画像から前記溶湯の表面の搖動を検出し、前記搖動が検出された領域と前記搖動が検出されない領域の境界部を凝固界面として決定する画像解析部と、
前記画像解析部によって決定された前記凝固界面が所定の基準範囲内にない場合、鋳造条件を変更する鋳造制御部と、を備え、
前記鋳造制御部は、前記溶湯の引上角度に応じて異なる前記基準範囲を用いて、前記凝固界面が前記基準範囲内にあるか否かを判定する、引上式連続鋳造装置。 - 前記鋳造制御部は、前記引上角度ごとに予め定められた複数の前記基準範囲が格納された記憶部を備えている、
請求項1に記載の引上式連続鋳造装置。 - 前記鋳造制御部は、前記溶湯を鉛直方向に引き上げた場合の予め定められた前記基準範囲と、前記引上角度とに基づいて、当該引上角度に対応する前記基準範囲を計算する、
請求項1に記載の引上式連続鋳造装置。 - 前記鋳造条件は、
前記形状規定部材を通過した前記溶湯を冷却するための冷却ガスの流量、
前記鋳物の引上速度、
前記保持炉の設定温度、のいずれかである、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造装置。 - 前記形状規定部材は、複数に分割され、前記断面形状を変更可能であり、
前記画像解析部は、前記画像から前記鋳物の寸法を検出し、
前記鋳造制御部は、前記寸法が寸法公差内にない場合、前記形状規定部材が規定する前記断面形状を変更する、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造装置。 - 保持炉に保持された溶湯を、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材を通過させながら引き上げるステップと、
前記形状規定部材を通過して引き上げられた前記溶湯の画像を撮影するステップと、
前記画像から前記溶湯の表面の搖動を検出し、前記搖動が検出された領域と前記搖動が検出されない領域の境界部を凝固界面として決定するステップと、
決定された前記凝固界面が予め定められた基準範囲内にない場合、鋳造条件を変更するステップと、を備え、
鋳造条件を変更するステップにおいて、
前記溶湯の引上角度に応じて異なる前記基準範囲を用いて、前記凝固界面が前記基準範囲内にあるか否かを判定する、引上式連続鋳造方法。 - 前記引上角度ごとに前記基準範囲を予め定めておく、
請求項6に記載の引上式連続鋳造方法。 - 前記溶湯を鉛直方向に引き上げた場合の前記基準範囲を予め定めておき、
当該鉛直方向に引き上げた場合の前記基準範囲と前記引上角度とに基づいて、当該引上角度に対応する前記基準範囲を計算する、
請求項6に記載の引上式連続鋳造方法。 - 前記鋳造条件を、
前記形状規定部材を通過した前記溶湯を冷却するための冷却ガスの流量、
前記鋳物の引上速度、
前記保持炉の設定温度、のいずれかとする、
請求項6〜8のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造方法。 - 前記形状規定部材を複数に分割して構成することにより、前記断面形状を変更可能とし、
前記画像から前記鋳物の寸法を検出し、
前記寸法が寸法公差内にない場合、前記形状規定部材が規定する前記断面形状を変更する、
請求項6〜9のいずれか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
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