JP6759866B2 - 検出システム及び検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳片内部の未凝固部の有無を検出する検出装置及び検出方法に関する。

連続鋳造鋳片は、タンディシュ内の溶融金属をタンディシュの下部に設けられた鋳型に浸漬ノズルを介して連続的に注入し、鋳型内で凝固シェルを形成させて鋳型の下部から鋳片として連続的に引き出し、鋳片内部の溶鋼を外側から徐々に凝固させて形成される。連続鋳造において、鋳型から引き出された鋳片内部の溶鋼の凝固状態は、例えば溶鋼温度や鋳片の引き抜き速度、冷却条件等により変化する。凝固状態によっては、鋳片の中央部分に特定の成分が偏る中心偏析が起きたり、鋳片が異常膨張するバルジングや凝固シェルが破れ鋳片内部の溶鋼が流出するブレークアウト等が起きたりする。このため、鋳片の凝固状態を把握することは、鋳片の品質の改善や生産性の向上のために重要である。

例えば特許文献１には、軸受とロールスタンドのフレームとの間にロードセルを設置して、鋳片の未凝固部と完全凝固部との支持ロールにかかる荷重の差により、完全凝固位置を検出する連続鋳造鋳片の完全凝固位置検出方法が開示されている。

また、特許文献２には、連続鋳造機のロールセグメントにおいて、上下フレームを結ぶ支柱にかかる荷重を測定することにより鋳片の最終凝固位置を検出する連続鋳造機における凝固端位置の検出方法及び検出装置が開示されている。

さらに、特許文献３には、鋳片を加振して、加振に対する鋳片の振動応答を算出し、予め取得された鋳片の振動応答と中心固相率との関係から、測定された振動応答に対応する中心固相率を算出し、当該中心固相率に基づき鋳片内部の凝固状態を検出する手法が開示されている。本手法では、鋳片内部の未凝固部の断面形状に応じて鋳片を軽圧下し、加振することも可能である。

特開平５−８００６号公報 特開２００６−２８９３７８号公報 特開２０１５−２２６９３２号公報

しかし、特許文献１では、ロードセルがロールセグメント内部で高温かつ水蒸気の影響を受ける箇所に設置されているため、支持ロールにかかる荷重の差を安定的に測定することは困難である。また、特許文献２では、セグメントにかかる鋳片からの反力を測定するため、未凝固部と完全凝固部との反力の差異が小さい。このため、鋳片内部の凝固状態の検出精度が低いという問題があった。一方、特許文献３では、鋳片内部の凝固状態を高精度に検出することは可能である。しかし、既存の連続鋳造機に鋳片を加振するための装置を導入するには大幅な改造が必要であり、導入コストが大きい。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、連続鋳造機において鋳片の未凝固位置を鋳造中に簡易かつ高精度に検出することが可能な、新規かつ改良された検出システム及び検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、連続鋳造機の鋳型内に注入された溶鋼を冷却して鋳片の外郭に凝固シェルを形成し、鋳型の下端から鋳片を引き抜きながら鋳片内部の未凝固部を完全に凝固させる連続鋳造プロセスにおいて鋳片内部の未凝固部の有無を検出する検出システムであって、鋳片を厚さ方向から押圧する押圧部材と、押圧部材を鋳片の厚さ方向に移動させる駆動機構と、を備える検出装置と、鋳片加振位置における鋳片内部の凝固状態を判定する情報処理装置と、を有し、押圧部材は、鋳片と接触する先端部が、中央領域の平坦部と、平坦部の外部側領域の曲面部とからなり、押圧部材は、駆動機構に対して、鋳片の鋳造方向への移動に伴って回動可能に設けられており、検出装置は、押圧部材によって鋳片を押圧したときの圧下反力の大きさを検出し、情報処理装置は、検出された圧下反力の大きさに基づいて、鋳片加振位置における鋳片内部の未凝固部の有無を検出する、検出システムが提供される。

押圧部材は、駆動機構に対して回動した際に圧縮される弾性部材を備える。

押圧部材の回動により生じる駆動機構に対する押圧部材の最大傾き角は、５°以下であるのがよい。

また、検出装置は、駆動機構の長手方向に沿って延設され、当該駆動機構を支持するレール部材を備えてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、連続鋳造機の鋳型内に注入された溶鋼を冷却して鋳片の外郭に凝固シェルを形成し、鋳型の下端から鋳片を引き抜きながら鋳片内部の未凝固部を完全に凝固させる連続鋳造プロセスにおいて鋳片内部の未凝固部の有無を検出する検出方法であって、鋳片を厚さ方向から押圧する押圧部材を、駆動機構により鋳片の厚さ方向に移動させて、押圧部材の中央領域に形成された平坦部を鋳片の表面に接触させ、押圧部材により所定の押圧力で鋳片を押圧し、押圧部材によって鋳片を押圧したときの圧下反力の大きさを検出するステップと、検出された圧下反力の大きさに基づいて、情報処理装置により鋳片加振位置における鋳片内部の未凝固部の有無を検出するステップと、鋳片の移動によって押圧部材が鋳造方向下流側に向かう第１の方向へ回動し、押圧部材が平坦部の外部側領域の曲面部で鋳片と接触するとともに、押圧部材に設けられた弾性部材が圧縮されるステップと、弾性部材の復元力により、押圧部材が第１の方向と逆方向へ回動し、平坦部と鋳片の表面とが接触するステップと、を含む、検出方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、連続鋳造機において鋳片の未凝固位置を鋳造中に簡易かつ高精度に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る検出装置を備える連続鋳造機の概略構成を示す側断面図である。 同実施形態に係る検出装置を、図１に示した連続鋳造機に適用した状態を示す説明図である。 同実施形態に係る検出装置の一構成例を示す概略側面図であって、側面視した状態を示す。 同実施形態に係る検出装置の一構成例を示す概略断面図であって、平面視した状態を示す。 同実施形態に係る検出装置における圧縮ばねの作用を説明する説明図である。 同実施形態に係る検出装置の先端部材の形状を示す説明図である。 ヘルツの接触式の計算モデルを示す説明図である。 図６の先端部材が傾斜した状態を示す説明図である。 先端部材の押込量と検出装置が受ける圧下反力との一関係例を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．連続鋳造機＞
まず、図１に基づいて、本発明の一実施形態に係る鋳片内部の未凝固部の有無を検出する検出装置が適用される連続鋳造機の一構成について説明する。図１は、本実施形態に係る検出装置１００（１００Ａ〜１００Ｄ）を備える連続鋳造機１の概略構成を示す側断面図である。なお、本発明は、図１に示すような垂直曲げ型の連続鋳造機１に限定されず、湾曲型又は垂直型など他の各種の連続鋳造機に適用可能である。

連続鋳造機１は、図１に示すように、連続鋳造用の鋳型１０を用いて溶融金属２（例えば溶鋼）を連続鋳造し、スラブ等の鋳片１４を製造するための装置である。連続鋳造機１は、鋳型１０と、取鍋４と、タンディッシュ５と、浸漬ノズル６と、二次冷却装置７と、鋳片切断機８とを備える。

取鍋４は、溶融金属２を外部からタンディッシュ５まで搬送するための可動式の容器である。取鍋４は、タンディッシュ５の上方に配置され、取鍋４内の溶融金属２がタンディッシュ５に供給される。タンディッシュ５は、鋳型１０の上方に配置され、溶融金属２を貯留して、当該溶融金属２中の介在物を除去する。浸漬ノズル６は、タンディッシュ５の下端から鋳型１０に向けて下方に延び、その先端は鋳型１０内の溶融金属２に浸漬されている。当該浸漬ノズル６は、タンディッシュ５にて介在物が除去された溶融金属２を鋳型１０内に連続供給する。

鋳型１０は、鋳片３の幅及び厚さに応じて形成された四角筒状の型であり、例えば、一対の長辺鋳型板で一対の短辺鋳型板を幅方向両側から挟むように組み立てられる。これら鋳型板は、例えば水冷銅板で構成されている。かかる鋳型板と接触した溶融金属２は冷却されて、外殻の凝固シェル３ａの内部に未凝固部３ｂを含む鋳片３が製造される。凝固シェル３ａが鋳型１０下方に向かって移動するにつれて、内部の未凝固部３ｂの凝固が進行し、外殻の凝固シェル３ａの厚さは、徐々に厚くなる。かかる凝固シェル３ａと未凝固部３ｂを含む鋳片３は、鋳型１０の下端から引き抜かれる。

二次冷却装置７は、鋳型１０の下方の二次冷却帯９に設けられ、鋳型１０下端から引き抜かれた鋳片３を支持及び搬送しながら冷却する。この二次冷却装置７は、鋳片３の厚さ方向両側に配置される複数対の支持ロール１１と、鋳片３に対して冷却水を噴射する複数のスプレーノズル（図示せず。）とを有する。二次冷却装置７に設けられる支持ロール１１は、鋳片３の厚さ方向両側に対となって配置され、鋳片３を支持しながら搬送する支持搬送手段として機能する。当該支持ロール１１により鋳片３を厚さ方向両側から支持することで、二次冷却帯９において凝固途中の鋳片３のブレークアウトやバルジングを防止できる。

支持ロール１１は、二次冷却帯９における鋳片３の搬送経路（パスライン）を形成する。このパスラインは、図３に示すように、鋳型１０の直下では垂直であり（垂直帯９Ａ）、次いで曲線状に湾曲して（湾曲帯９Ｂ）、最終的には水平になる（水平帯９Ｃ）。支持ロール１１は、垂直部９Ａに設けられ、鋳型１０から引き抜かれた直後の鋳片３を支持するサポートロール、鋳片３を鋳型１０から引き抜く駆動式ロールであるピンチロール、湾曲帯９Ｂ及び水平帯９Ｃに設けられ、パスラインに沿って鋳片３を支持及び案内するセグメントロールからなる。

検出装置１００Ａ〜１００Ｄは、図１に示すように、例えば水平帯９Ｃの鋳造方向下流側から複数のセグメントに設けられている。本実施形態に係る検出装置１００Ａ〜１００Ｄは、鋳造方向に隣接する支持ロール１１間に設けられ、その設置位置は任意に決定可能である。検出装置１００Ａ〜１００Ｄを設置することで、鋳片３が完全凝固に近づく領域において、鋳造方向に複数箇所で鋳片３の凝固状態を検出可能となる。また、本実施形態に係る検出装置１００Ａ〜１００Ｄは、鋳片３の未凝固部３ｂの分布に応じて鋳片３を軽圧下する軽圧下装置としても機能することができる。これにより、鋳造方向上流側の検出装置１００（例えば１００Ａ、１００Ｂ）により鋳片３の未凝固部３ｂの分布を検出し、その検出結果に基づき鋳造方向下流側の検出装置１００（例えば１００Ｃ、１００Ｄ）により鋳片３を軽圧下して中心偏析を改善することも可能となる。なお、本実施形態に係る検出装置１００の詳細な構成については後述する。

情報処理装置５０は、検出装置１００Ａ〜１００Ｄを制御するとともに、検出装置１００Ａ〜１００Ｄにかかる荷重に基づき、鋳片加振位置における鋳片内部の凝固状態を判定する処理を行う。情報処理装置５０は、各検出装置１００Ａ〜１００Ｄをそれぞれ独立して駆動して、鋳片内部の凝固状態の検出処理を実行させる。検出処理開始後、各検出装置１００Ａ〜１００Ｄにかかる荷重が情報処理装置５０へ入力される。情報処理装置５０は、当該荷重に基づき、鋳片内部の未凝固部の有無や、鋳片３の幅方向における未凝固部３ｂの分布等を演算する。さらに、情報処理装置５０は、これらの検出結果に基づき、検出装置１００Ａ〜１００Ｄを駆動させて、鋳片３を軽圧下してもよい。

なお、本実施形態においては、情報処理装置５０は、すべての検出装置１００Ａ〜１００Ｄに対する処理を行うものとして説明するが、本発明はかかる例に限定されず、検出装置１００Ａ〜１００Ｄそれぞれに情報処理装置５０を設けてもよく、検出装置１００Ａ〜１００Ｄをいくつかのグループに分け、各グループに１つずつ情報処理装置５０を設けるようにしてもよい。検出装置１００Ａ〜１００Ｄおよび情報処理装置５０についての詳細な説明は後述する。

鋳片切断機８は、連続鋳造機１のパスラインの水平帯９Ｃの終端に配置され、当該パスラインに沿って搬送された鋳片３を所定の長さに切断する。切断された厚板状の鋳片１４は、テーブルロール１５により次工程の設備に搬送される。

以上、図１を参照して、本実施形態に係る連続鋳造機１の全体構成について説明した。なお、連続鋳造機１によって製造される鋳片３の種類及びサイズは、特に限定されない。例えば、鋳片３は、厚さが２５０〜３００ｍｍ程度のスラブ、５００ｍｍを超えるブルーム若しくはビレットであってもよいし、あるいは、厚さが１００ｍｍ程度の薄スラブ、５０ｍｍ以下の薄帯連続鋳造鋳片等であってもよい。

＜２．検出装置＞
次に、図２〜図９に基づいて、本実施形態に係る検出装置１００の構成を説明する。なお、図２は、本実施形態に係る検出装置１００を、図１に示した連続鋳造機１に適用した状態を示す説明図である。図３は、本実施形態に係る検出装置１００の一構成例を示す概略側面図であって、側面視した状態を示す。図４は、本実施形態に係る検出装置１００の一構成例を示す概略断面図であって、平面視した状態を示す。図５は、本実施形態に係る検出装置１００における圧縮ばね１５０の作用を説明する説明図である。図６は、本実施形態に係る検出装置１００の先端部材１４０の形状を示す説明図である。図７は、ヘルツの接触式の計算モデルを示す説明図である。図８は、図６の先端部材１４０が傾斜した状態を示す説明図である。図９は、先端部材１４０の押込量と検出装置が受ける圧下反力との一関係例を示すグラフである。

［２−１．全体構成］
本実施形態に係る検出装置１００（１００Ａ、１００Ｂ）は、図２に示すように、鋳造方向に隣接する支持ロール１１間に配置されている。図２では、検出装置１００Ａ、１００Ｂは、鋳造方向に２つの支持ロール１１を挟んで配置されているが、本発明はかかる例に限定されず、検出装置１００Ａ、１００Ｂ間の支持ロール１１の数は１つでもよく、３つ以上であってもよい。また、連続鋳造機において、１つの検出装置１００のみを備えてもよい。また、図２には図示しないが、隣接する支持ロール１１間において、鋳片３の幅方向（すなわち、図２の紙面奥行き方向）に複数の検出装置１００を配置してもよい。各検出装置１００Ａ、１００Ｂは、鋳片３の表面に対して直交するように配置される。検出装置１００Ａ、１００Ｂは、鋳造中の鋳片３の表面を押圧し、その反力を測定する。

より詳細に説明すると、図３及び図４に示すように、検出装置１００は、直線的に移動可能な駆動機構１０１と、駆動機構１０１の先端側に設けられ、鋳片３を押圧する押圧部材１０３とを備える。

（駆動機構）
駆動機構１０１は、例えば油圧シリンダ１１０を含んで構成される。油圧シリンダ１１０は、油圧によって円筒部１１１内のピストン（図示せず。）を往復運動させる油圧駆動装置である。ピストンの直線的な移動により、ピストンに接続されたロッド１１３も直線的に移動する。なお、ロッド１１３の周囲には、ロッド１１３の往復移動に応じて伸縮可能なカバー部材１１５が設けられていてもよい。

油圧シリンダ１１０は、円筒部１１１がフレーム１０５によって支持されている。また、油圧シリンダ１１０のロッド１１３の先端には、押圧部材１０３が接続されている。押圧部材１０３もロッド１１３と同一方向へ移動される。ここで、油圧シリンダ１１０のロッド１１３の移動方向をＸ方向とする。検出装置１００は、検出装置１００の押圧部材１０３により鋳片３を押圧する方向（すなわち、Ｘ方向）が、鋳片３の表面に対して直交するように、連続鋳造機１に設置される。

（押圧部材）
押圧部材１０３は、駆動機構１０１の先端に設けられ、駆動機構１０１に対して回動可能に設けられている。より具体的に説明すると、押圧部材１０３は、基部１２０と、連結部材１３０と、先端部材１４０と、圧縮ばね１５０とを含んで構成される。

基部１２０は、連結部材１３０により、駆動機構１０１の油圧シリンダ１１０のロッド１１３と接続されている。連結部材１３０は、検出装置１００が連続鋳造機１に設置された際、鋳片３を押圧する方向（Ｘ方向）及び鋳片３の鋳造方向（Ｙ方向）に対して直交する方向（すなわち、Ｚ方向）に沿って配置される回転軸である。基部１２０は、連結部材１３０を回転中心として、ロッド１１３に対して回動可能に設けられる。

また、連結部材１３０は、図４に示すように、油圧シリンダ１１０を支持するフレーム１０５から延設された一対のレール部材１０７ａ、１０７ｂによってその両端が支持されている。レール部材１０７ａ、１０７ｂは、ロッド１１３に沿って延設されている。ロッド１１３は、検出装置１００による鋳片３の圧下位置を規定している部材であるため、設置された状態から変動しないことが望ましい。そこで、ロッド１１３をレール部材１０７ａ、１０７ｂにより補強している。連結部材１３０の両端には車輪１３５ａ、１３５ｂが設けられており、連結部材１３０は車輪１３５ａ、１３５ｂを介してレール部材１０７ａ、１０７ｂに支持されている。これにより、連結部材１３０は、レール部材１０７ａ、１０７ｂに対して回転可能となる。

先端部材１４０は、鋳片３の表面と接触する部材であって、基部１２０の先端に設けられている。先端部材１４０は、基部１２０と一体となって回動するように、基部１２０に固定されている。先端部材１４０は、例えば９００℃程度の高温の鋳片３と直接接触し、数十ｔｏｎｆもの高荷重が繰り返し作用される。このため、先端部材１４０は、変形しないように耐熱性の高い材質により形成される。例えば、先端部材１４０は、ＳＳ４００等の一般構造用圧延鋼材から形成してもよい。

また、本実施形態に係る先端部材１４０は、鋳造中の鋳片３の移動に伴い回動するため、先端部材１４０が鋳片３と接触する位置が変化する。この際、先端部材１４０と鋳片３との接触状態が変化すると、先端部材１４０にかかる荷重が変化し、検出装置１００により検出される圧下反力に誤差が生じてしまう。そこで、本実施形態に係る先端部材１４０は、平坦部と曲面部とを有する台形形状に形成されている。なお、先端部材１４０の形状についての詳細な説明は後述する。

圧縮ばね１５０は、一対のレール部材１０７ａ、１０７ｂと基部１２０との間に設置された弾性部材である。圧縮ばね１５０は、レール部材１０７ａ、１０７ｂに固定された支持部材１０９と、基部１２０の一部に形成された突起部１２１との間に、伸縮方向をロッド１１３の移動方向（Ｘ方向）に対応させて配置されている。圧縮ばね１５０は、例えば圧縮コイルばねであり、コイル内部にバー１５５を挿通し、当該バー１５５を支持部材１０９及び突起部１２１に支持させることにより、設けられる。圧縮ばね１５０は、連続鋳造機に設置された際に、図３に示すように、鋳片３の鋳造方向下流側に位置するように配置される。

これにより、図５上側に示すように、先端部材１４０が鋳片３に接触し、鋳片３を押圧しているとき、鋳片３の移動による押圧部材１０３の回動により、突起部１２１が支持部材１０９側に移動し、圧縮ばね１５０が圧縮される。このとき、押圧部材１０３は、図５中央に示すように、駆動機構１０１に対して傾いた状態となる。そして、押圧部材１０３が所定の傾き角θだけ回転すると、先端部材１４０が鋳片３の表面から離れる。その結果、図５下側に示すように、圧縮された圧縮ばね１５０の復元力により突起部１２１が鋳片３側へ押され、これに伴い押圧部材１０３が鋳造方向上流側へ回動する。このように圧縮ばね１５０を設けることで、鋳片３の移動によって回動した押圧部材１０３を、回動前の位置まで容易に戻すことができる。この動作が繰り返し行われることで、連続して鋳片３を押圧し、また、圧下反力を検出することができる。

以上説明した構成の本実施形態に係る検出装置１００は、検出装置１００を連続鋳造機１の任意の支持ロール１１間に設置することができる。既存の設備に対して外付け可能であり、簡易な構成で、鋳片３の圧下反力及び振動応答を測定することができる。メンテナンスも容易に行うことが可能である。

［２−２．先端部材の形状］
本実施形態に係る検出装置１００において、鋳片３に接触する先端部材１４０は、上述したように、平坦部と曲面部とを有する台形形状に形成されている。図６に示すように、先端部材１４０を側面視すると、直径Ｄの円柱部１４１と、円柱部１４１の端面であって、鋳片３と接触する接触面となる先端部１４３とからなる。先端部１４３は、中央領域に形成された、ロッド１１３の移動方向（Ｘ方向）に対して直交する平坦部１４３ａと、平坦部１４３ａの外部側領域に形成された曲面部１４３ｂとからなる。平坦部１４３ａと円柱部１４１とを結ぶ曲面部１４３ｂは、曲率半径Ｒを有している。本実施形態において、先端部材１４０の台形形状とは、図６上側に示すように、側面視した際、平坦部１４３ａと、外部側に突出する曲面を有する曲面部１４３ｂとからなる略台形形状を意味する。先端部材１４０を台形形状とすることで、鋳片３を押圧するときの鋳片３の塑性変形を極力小さくすることができる。

平坦部１４３ａは、ロッド１１３の移動方向（Ｘ方向）に対して直交しており、押圧部材１０３が鋳片３に押圧されたときに、鋳片３の表面と面接触する部分となる。すなわち、鋳片３の移動によって押圧部材１０３が回動する前は、接触面が大きいため、先端部材１４０への面圧は低減される。

一方、鋳片３の移動によって押圧部材１０３が回動すると、先端部材１４０の先端部１４３と鋳片３との接触部分が、平坦部１４３ａから曲面部１４３ｂへ移動する。このとき、曲面部１４３ｂが曲率半径Ｒの曲面を有していることで、曲面部１４３ｂが鋳片３と接触した際に点接触とならない。したがって、鋳片３との接触部分が平坦部１４３ａから曲面部１４３ｂへ移ったときに、急激に面圧が上昇することなく、先端部材１４０の耐久性を維持することができる。その結果、接触面である先端部１４３の摩耗を抑制し、検出装置１００による鋳片３からの圧下反力の測定精度の低下を防止することができる。また、先端部材１４０の交換頻度を低減できる。

ここで、先端部材１４０の円柱部１４１の直径Ｄは、鋳造方向に隣接する支持ロール１１間の距離に応じて決定される。通常、直径Ｄは、例えば１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度、大きい場合には５００ｍｍ程度となる。

先端部１４３の平坦部１４３ａの直径ｄ１は、油圧シリンダ１１０の最大推力に応じて決定される。先端部材１４０は、通常、鋳片３から数十ｔｏｎｆもの高荷重を受ける。したがって、この荷重に耐え得るように、平坦部１４３ａの直径ｄ１を設定する必要がある。そこで、図７に示すヘルツの接触式における球と平面との計算モデルに基づき、先端部材１４０の接触面圧を算出すると、球と平面との接触半径ａ、及び、球の最大面圧Ｐ_ａは、下記式（１）、（２）で表される。

ここで、Ｐ［ｋｇｆ］は集中荷重、νはポアソン比、Ｅ［ｋｇｆ／ｍｍ^２］はヤング率、Ｒ［ｍｍ］は球の半径（ここでは、曲面部１４３ｂの曲率半径）である。上記式（２）により算出される最大面圧Ｐ_ａが、油圧シリンダ１１０の最大推力に基づき算出される許容面圧σ_ａより小さくなるように平面（すなわち、鋳片３）との接触半径ａを設定することで、先端部材１４０は鋳片３から受ける荷重にも耐え得る。すなわち、接触半径ａは、下記式（３）を満たすように設定される。

例えば、円柱部１４１の直径Ｄが１１０ｍｍ、集中荷重Ｐが２０×１０^３ｋｇｆ、許容面圧σ_ａが３１．９ｋｇｆ／ｍｍ^２のとき、接触半径ａは１７．３１ｍｍより大きければよい。すなわち、先端部材１４０の先端部１４３の平坦部１４３ａの直径ｄ_１を約３５ｍｍとすればよい。

また、曲率半径Ｒは、鋳片３に引っ掛からない程度の大きさに設定される。曲率半径Ｒが大きすぎると、曲面部１４３ｂが平面に近づいてしまう。例えば、直径Ｄが１１０ｍｍ、直径ｄ１が３５ｍｍのとき、曲率半径Ｒは３００ｍｍ以下とするのがよい。

さらに、本実施形態に係る先端部材１４０は、鋳片３の移動により回動する。このとき、検出装置１００に圧下反力の検出精度を低下させないため、先端部材１４０の回動によって検出装置１００が検出する圧下反力の変化が許容範囲となるようにする必要がある。そこで、図６に示した鋳片３の表面に対してロッド１１３の移動方向（Ｘ方向）が直交した状態を基準状態として、図８に示すように、基準状態から先端部材１４０の傾き角θを変化させて、先端部材１４０により鋳片３を押圧し、圧下反力の変化を調べた。その結果、先端部材１４０の傾き角θを５°以下とすれば、検出装置１００による検出結果に影響がないことが分かった。

図９に、先端部材１４０の押込量δ［ｍｍ］と、検出装置１００が受ける圧下反力Ｐ［ｔｏｎｆ］との一関係例を示す。図９では、図８に示した先端部材１４０の傾き角θが０°、５°及び１０°の場合の押込量と先端部材１４０の押込量と、検出装置１００が受ける圧下反力との関係を示している。なお、円柱部１４１の直径Ｄは１１０ｍｍ、先端部材１４０の先端部１４３の平坦部１４３ａの直径ｄ_１は３５ｍｍ、曲率半径Ｒは１４８．５ｍｍとした。図９に示すように、先端部材１４０の傾き角θが５°の場合には、先端部材１４０の押込量δを変化させても、０°の場合と略同一の圧下反力を検出できることがわかる。一方、先端部材１４０の傾き角θが１０°の場合には、押込量が大きくなるにつれて、圧下反力の値は傾き角θが０°の場合の圧下反力の値からの乖離が大きくなり、検出装置１００による検出結果の精度が低下してしまう。

これより、先端部材１４０を備える押圧部材１０３は、鋳造中の鋳片３を押圧しているとき、鋳片３の移動に伴う回動は５°以下となるように設定するのがよい。すなわち、押圧部材１０３は、鋳片３の移動に伴う回動が５°を超えないうちに鋳片３との接触がなくなり、圧縮ばね１５０によって基準状態に戻されるように構成される。

なお、押圧部材１０３の回動を５°以下とするとき、鋳造速度に応じて押圧部材１０３の長さＬ（図３参照）を決定してもよい。鋳造速度が高速になると、押圧部材１０３の移転速度も動きも高速となる。そこで、鋳造速度が高速である場合には押圧部材１０３の長さＬを大きくして、その動きを緩やかにすることが望ましい。

以上のように、先端部材１４０の形状を台形形状とすることで、鋳片３を押圧するときの鋳片３の塑性変形を極力小さくすることができるとともに、接触面である先端部１４３の摩耗を抑制し、検出装置１００による鋳片３からの圧下反力の測定精度の低下を防止できる。また、先端部材１４０の交換頻度を低減できる。なお、先端部材１４０の耐摩耗性を向上するために、例えば、鋳片３と接触する先端部１４３に対して、浸炭焼き入れ等の表面処理加工を行ってもよい。

＜３．検出方法＞
本実施形態に係る検出装置１００による鋳片３の未凝固位置を検出する検出方法は、例えば、上記特許文献２に記載された方法を適用することができる。

例えば、まず、検出装置１００の油圧シリンダ１１０を駆動させて、押圧部材１０３の先端部材１４０を鋳片３に対して厚さ方向に押す。このとき、検出装置１００を鋳片３に押して戻すという一回の押圧を行ってもよく、あるいは、所定の周期（例えば約０．２Ｈｚ）で鋳片３の押圧を繰り返して鋳片３を加振してもよい。鋳片３の加振は、例えばオペレータからの指示や連続鋳造機１の鋳造方向における鋳片先端位置が所定の位置を通過するタイミングで行われる。

なお、鋳造方向に検出装置１００が複数設けられている場合、鋳片３の凝固状態を検出したい位置に設けられた検出装置１００のみ機能させればよい。例えば、鋳造方向最上流側の検出装置１００を機能させたとき、当該検出装置１００と同一の鋳造方向の位置において鋳片３の幅方向に並設されている検出装置１００がある場合には、これらをすべて機能させ、同一荷重、同一変位で鋳片３を押圧して加振する。

鋳片３を加振すると、その時の油圧シリンダ１１０の推力および油圧シリンダ１１０のロッド１１３のロッド変位が測定される。油圧シリンダ１１０の推力は、鋳片３の圧下反力に相当する。この圧下反力の大きさより、当該位置における鋳片３の内部の凝固状態を検出することができる。

なお、本発明はかかる例に限定されず、本実施形態に係る検出装置１００を用いて、例えば上記特許文献３に記載された鋳片の固相率に基づき鋳片内部の凝固状態を検出することも可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 連続鋳造機
３、１４ 鋳片
３ａ 凝固シェル
３ｂ 未凝固部
９ 二次冷却帯
９Ａ 垂直部
９Ｂ 湾曲帯
９Ｃ 水平帯
１０ 鋳型
１１ 支持ロール
５０ 情報処理装置
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ 検出装置
１０１ 駆動機構
１０３ 押圧部材
１０５ フレーム
１０７ａ、１０７ｂ レール部材
１０９ 支持部材
１１０ 油圧シリンダ
１１１ 円筒部
１１３ ロッド
１１５ カバー部材
１２０ 基部
１２１ 突起部
１３０ 連結部材
１３５ａ、１３５ｂ 車輪
１４０ 先端部材
１４１ 円柱部
１４３ 先端部
１４３ａ 平坦部
１４３ｂ 曲面部
１５５ バー

Claims (5)

1. 連続鋳造機の鋳型内に注入された溶鋼を冷却して鋳片の外郭に凝固シェルを形成し、前記鋳型の下端から前記鋳片を引き抜きながら鋳片内部の未凝固部を完全に凝固させる連続鋳造プロセスにおいて前記鋳片内部の未凝固部の有無を検出する検出システムであって、
   前記鋳片を厚さ方向から押圧する押圧部材と、前記押圧部材を前記鋳片の厚さ方向に移動させる駆動機構と、を備える検出装置と、
   鋳片加振位置における鋳片内部の凝固状態を判定する情報処理装置と、
   を有し、
   前記押圧部材は、前記鋳片と接触する先端部が、中央領域の平坦部と、前記平坦部の外部側領域の曲面部とからなり、
   前記押圧部材は、前記駆動機構に対して、前記鋳片の鋳造方向への移動に伴って回動可能に設けられており、
   前記検出装置は、前記押圧部材によって前記鋳片を押圧したときの圧下反力の大きさを検出し、
   前記情報処理装置は、検出された前記圧下反力の大きさに基づいて、鋳片加振位置における鋳片内部の未凝固部の有無を検出する、検出システム。
2. 前記押圧部材は、前記駆動機構に対して回動した際に圧縮される弾性部材を備える、請求項１に記載の検出システム。
3. 前記押圧部材の回動により生じる前記駆動機構に対する前記押圧部材の最大傾き角は、５°以下である、請求項１または２に記載の検出システム。
4. 前記駆動機構の長手方向に沿って延設され、当該駆動機構を支持するレール部材を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の検出システム。
5. 連続鋳造機の鋳型内に注入された溶鋼を冷却して鋳片の外郭に凝固シェルを形成し、前記鋳型の下端から前記鋳片を引き抜きながら鋳片内部の未凝固部を完全に凝固させる連続鋳造プロセスにおいて前記鋳片内部の未凝固部の有無を検出する検出方法であって、
   前記鋳片を厚さ方向から押圧する押圧部材を、駆動機構により前記鋳片の厚さ方向に移動させて、前記押圧部材の中央領域に形成された平坦部を前記鋳片の表面に接触させ、前記押圧部材により所定の押圧力で前記鋳片を押圧し、前記押圧部材によって前記鋳片を押圧したときの圧下反力の大きさを検出するステップと、
   検出された前記圧下反力の大きさに基づいて、情報処理装置により鋳片加振位置における鋳片内部の未凝固部の有無を検出するステップと、
   前記鋳片の移動によって前記押圧部材が鋳造方向下流側に向かう第１の方向へ回動し、前記押圧部材が前記平坦部の外部側領域の曲面部で前記鋳片と接触するとともに、前記押圧部材に設けられた弾性部材が圧縮されるステップと、
   前記弾性部材の復元力により、前記押圧部材が前記第１の方向と逆方向へ回動し、前記平坦部と前記鋳片の表面とが接触するステップと、
   を含む、検出方法。
   

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