JPH0286865A - ノズルの噴射状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、連続鋳造設備における冷却水ノーズル等、多
数のノズルからの噴流の噴射状態を各別に検出するため
の装置に関する。

〔従来技術〕

連続鋳造法は、筒形をなす水冷鋳型に注入される溶鋼を
、鋳型内壁と接触により冷却（１次冷却）し、外側を凝
固シェルにて被覆された状態で連続的に引抜きつつ、鋳
型の下方に配設された多数のスプレーノズルが噴射する
冷却水を外側に浴びせて更に冷却（２次冷却）し、内部
に至るまで凝固した鋳片を連続的に製造する方法である
。この連続鋳造法においては、鋳片の表面品質及び内部
品質の確保のために、前記１次冷却及び２次冷却の際に
該鋳片が適正に冷却されることが必要であり、特に、２
次冷却の過程においては、鋳片の冷却状態は前記スプレ
ーノズルからの冷却水の噴射状態の如何に依存する一方
、これらのスプレーノズルは、冷却水中に混入する異物
等により閉塞され易く、前記噴射状態の良否の判定は、
鋳片の品質保証のための重要な課題となっている。

従来、この判定のために一般的に行われている方法は、
非操業時にスプレーノズルから冷却水を噴射せしめ、こ
れを作業者が目視により観察して噴射状態の良否を判定
する方法である。ところがこの方法においては、噴射水
中に晒される作業者の安全性の面に問題があり、また、
前記判定が主観的なものとならざるを得す、観察者に高
度の熟練が要求されるという難点があり、更に、スプレ
ーノズルの配設位置には鋳片を案内するための多数のロ
ールが配設されており、作業性が悪い上、スプレーノズ
ルの配設個数は数十個にも達し、噴射状態の観察及び判
定に多大の時間を要し、連続鋳造設備における生産性の
向上を阻害する一因となっていた。

そこで、従来から、ノズルの噴射状態の検出と、その良
否の判定とを可能とする装置が種々提案されている。

例えば、特開昭５８−２０２９５９号公ｔｉｃこ開示さ
れたこの種の装置は、ノズルに連なる供給管路の中途に
圧力計及び流量計を配設し、これらの検出値を用い、所
定の演算式により閉塞状態にあるノズルの数を演算する
構成としたものであり、また、特開昭６１−２４９５６
２号公報に開示された装置は、ノズルからの噴流に直面
させて透視窓を設け、噴流の衝突に伴いこの窓面に生じ
る白濁部を撮像し、この描像結果に基づいて噴射状態の
判定を行う構成としたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが前者は、閉塞状態にあるノズルの数の判別が可
能であるのみであり、例えば、ノズルヘッドの脱落によ
る鉄砲水等の異常な噴射状態の判定は困難であり、また
、閉塞ノズルの特定が行えないため、前記判別がなされ
た後、目視等の他の手段によりこの特定を行わざるを得
す、多大の時間及び手間を要するという難点がある。ま
た、この装置を連続鋳造設備におけるスプレーノズルの
噴射状態の判定に適用する場合、該ノズルの設置数が多
大であるために、これらの一部の閉塞により前記圧力計
及び流量計の検出値に生じる変化はわずかであり、前記
判別が困難であった。このような難点は、各ノズル毎、
又は数本のノズル毎に、前記圧力計及び流量計を設置す
ることにより解消されるが、多数の圧力計及び流量計が
必要となり、これらの日常の精度管理に多大の手間を要
する上、これらの検出結果を処理する処理系の構成も複
雑化し、現実的ではない。

これに対し後者の装置は、これを連続鋳造設備における
スプレーノズルの噴射状態の判定に用いる場合、その側
面に前記透視窓を形成してあり、その内部に撮像装置を
取付けてなる筒体を、非操業時に鋳型の上部から垂下し
、前記ロール間に位置せしめた状態で移動させつつ、各
スプレーノズルからの噴射流による前記透過窓の白濁状
態を逐次撮像する方法が採用され、筒体の移動位置と対
応させて得られる撮像結果から各ノズルの噴射状態の判
定が可能であり、閉塞ノズルの特定をも行い得る。とこ
ろが、この装置においては、前記透視窓と噴射流との対
向状態の如何に応じて前記白濁部の現出態様が変化する
ため、前記筒体を噴射流に対して常時一定の姿勢に保つ
ことが必要であるが、特に湾曲型連続鋳造設備において
は、この姿勢維持は実質上不可能であり、噴射状態の正
確な評価が難しいという難点がある。また近年、鋳片表
面上における冷却水の散布状態を均一化し、冷却状態の
改善を図るべく、ミスト状に冷却水を噴出するスプレー
ノズルが採用される場合があるが、この場合、前記透視
窓に局所的な白濁部が生じないため、撮像結果から噴射
状態の良否を判定することが困難であった。また、前述
した如く、筒体をロール間に挿入し、これを移動させつ
つ撮像が行われるため、移動速度を増大させたとしても
噴射状態の検出に要する時間の短縮化には限界があり、
この間、操業が停止されているために、連続鋳造設備に
おける生産性の向上を阻害する要因となっていた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、多数
のノズルの噴射状態を、各別にしかも速やかに検出する
ことができ、更に、噴流の種類。

噴射量等の噴射条件の如何に拘わらず、噴射状態の良否
の判定を正確に行い得るノズルの噴射状態検出装置を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るノズルの噴射状態検出装置は、ノズルから
の噴流にその一面を対向させてある検知板と、該検知板
の他面に接触させてあり、前記噴流の衝突に伴い前記検
知板に発生する音響を検知する音響検知゛センサと、該
音響検知センサの出力信号に基づいて、前記ノズルの噴
射状態の良否を判定する判定手段とを具備することを特
徴とし、また、前記判定手段は、前記音響検知センサの
出力信号から前記ノズルの噴射状態に関連する値を求め
、これを、適正な噴射状態のもとにて予め得られた同値
と比較して前記判定を行うことを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、ノズルからの噴流は、これに対向さ
せて設けた検知板の一面に衝突し、この衝突により該検
知板内部に生じる音響が、他面に接触させて設けた音響
検知センサにて捉えられ、圧電効果により該センサが発
生する出力信号に基づいて、前記ノズルの噴射状態が認
識され、良否の判定がなされる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は本発明に係るノズルの噴射状態検出装置（以
下本発明装置という）の構成を示す模式的ブロック図で
ある。

図中１は、噴射状態の検出を行うべきノズルであり、本
発明装置は、該ノズル１から噴射される噴ｆＬｚｏ到達
範囲内に配され、該噴流２にその一面を対向させてある
平板状の検知板３、該検知板３の他面に接触させてある
音響検知センサ４、該センサ４の出力信号を後述する如
く処理し、前記ノズルｌからの噴流２の噴射状態を判定
する信号処理装置５、及び判定結果を表示する表示装置
６等を備えてなる。

前記検知板３は、噴流２の分布幅、噴射量等、噴流２の
性状に応じてその材質、厚さ及び大きさを選定されたも
のが使用され、その−面が噴流２に略正対するように固
定されている。第１図においては、検知板３は、棒状を
なす脚部材３ａ、３ａの先端にナンドにより固定されて
いるが、検知板３の固定方法はこれに限るものではない
。また、前記音響検知センサ４は、−船釣にＡＨ（Ａｃ
ｏｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ　）センサと称されるも
のであり、外部ストレスに起因して物体中に発生する高
周波域の音響パルスを検知し、圧電効果により、この音
響ノ々ルスの大きさに対応する電気信号に変換して出力
するものであり、筒状のセンサホルダ４ａ内に収納され
、これと共に、検出対象たる検知板３の他面に強固に固
定されている。なお、該音響検知センサ４は、センサホ
ルダ４ａを用いることなく、接着等の手段により検知板
３に直接的に固定してもよいが、該センサ４による検出
精度の高低は、これの検知面と検知板３との密着性の高
低に依存するから、これの固定の際には、両者間にグリ
ース。

機械油を介在させる等して、密着性の向上を図ることが
重要である。なお、第１図に示す如くセンサホルダ４ａ
を用いる場合、該ホルダ４ａの底部と音響検知センサ４
との間にばね等の弾性部材を介装し、該部材の弾性復元
力により検知面を検知板３に押付ける構成とし、前記密
着性を高めることが可能である。

即ち、本発明装置は、ノズル１が噴射する噴流２を検知
１３の一面に衝突させると共に、この衝突に伴って該検
知板３内部に発生する音響パルスを、該検知板３に密着
する音響検知センサ４にて確実に捉えるべくなし、該セ
ンサ４の出力信号に基づいてノズル１の噴射状態を判定
するものである。音響検知センサ４の出力信号を処理す
る信号処理部５は、プリアンプ１０、メインアンプ１１
、バンドパスフィルタ１２及び判定部１３等からなる。

音響検知センサ４の出力信号は、通常、１０μＶ〜ｌｏ
ｍＶ程度の微弱な信号であり、これは、まずプリアンプ
ｌＯとメインアンプ１１とにより以下の処理が可能なレ
ベルにまで増幅され、次いで、バンドパスフィルタ１２
により所定の周波数帯域のみが取出され、噴射状態の良
否を判定する判定部１３に入力される。

音響検知センサ４の出力信号の減衰を抑制し、該信号に
重畳する電気的雑音が検出結果に与える影響を排除する
ため、前記プリアンプ１０は、音響検知センサ４の近傍
に配置されるべきであり、これは、センサ本体に内蔵さ
れるか又はセンサホルダ４ａ内に設けることも可能であ
る。

判定部１３は、音響検知センサ４の出力信号から、ノズ
ル１における噴射状態に関連する値として、例えば、該
出力信号の振幅値を求め、この振幅値に基づいて噴射状
態の判定を行う。この判定が可能であるためには、音響
検知センサ４の出力信号のレベルと、ノズルｌからの噴
流２の噴射量との間に十分な相関関係が成立することが
必要である。

この相関関係は、噴流２が通常の噴流である場合のみな
らず、該噴流２がミスト状である場合においても成立す
る。ミスト状の噴流２は、第１図中に２点鎖線にて示す
空気管１ａを備え、該空気管１ａから導入される空気を
液体に混合せしめて噴射するノズルｌを用いて得られる
。このようなノズル１を用い、噴射量を漸減させつつ音
響検知センサ４の出力信号の振幅変化の様子を調べた結
果を第２図に示す。本図から前記相関関係の成立は明ら
かであり、また、通常の噴流における図示しない同様の
実験結果においても十分な相関関係が得られた。

判定部１３は、前記プリアンプ１０．メインアンプ１１
及びバンドパスフィルタ１２を経てこれに入力される音
響検知センサ４の出力信号から、例えば、一定時間内に
おける該信号の最大値及び最小値を求め、前者・から後
者を減算することにより前記振幅値を得る。なお前記一
定時間は、連続的に移動するもの、即ち、現時点から一
定時間の区間とするのが望ましい。

第３図は、ノズル１からの噴流２が適正な噴射状態にあ
る場合において、該ノズルｌからの噴射量と前記振幅値
との関係を調べたグラフである。

図中△印及びム印は、噴流２が気水比１０のミスト状の
噴流である場合において、また、○印及び・印は、噴流
２が気水比０の通常の噴流である場合において、各２回
の測定を行った結果を夫々示している０本図から、噴流
２の種類の如何に拘わらず、ノズル１からの噴射量と前
記振幅値との間に良好な相関関係と高い再現性とが得ら
れていることが明らかである。判定部１３には、このよ
うな相関関係を示す曲線が、これを近似する式又は数表
の形で、噴流２の種類別に記憶させてある。そして判定
部１３は、検出対象たるノズルｌからの噴流２に対して
前述した如く得られた振幅値が、該噴流２の種類及び噴
流量に対応する。前記曲線の近傍にあるか否かを判定し
、前者の場合には適正な噴射状態にあると判定し、後者
の場合には、ノズルｌが閉塞状態にあり十分な噴射量が
得られていないと判定して、その判定結果を表示装置６
に出力し、該装置６に判定結果を表示せしめる。

また、ノズルｌのノズルヘッドが脱落し、噴流２が鉄砲
水の状態になっている場合、該噴流２の衝突に伴って検
知板３の内部に発生する音響パルスは、適正な噴射状態
のもとにて同様に発生する音響パルスに対して異なる周
波数成分を有している。従って、このような鉄砲氷状の
噴流２に対して音響検知センサ６が発生する出力信号は
、信号処理装置５の前記バンドパスフィルタ１２におい
て略完全に遮断され、判定部１３に達することがなく、
前記振幅値は略０又は極めて小さい値となり、判定部１
３においては、不適正な噴射状態にあると判定される。

このような鉄砲水状態の判定は、各別の音響検知センサ
４を備えてなる小面積の検知板３を噴流２の分布域に複
数枚配し、これらの音響検知センサ４の一部のみにて音
響パルスの検出がなされ、他の音響検知センサ４による
検出がなされない場合に鉄砲水状態にあると判定するこ
とにより、バンドパスフィルタ１２を用いることなく判
定可能であるが、この判定方法は、検知板３及び音響検
知センサ４の設置個数が多数必要となるために、実用的
な方法ではない。

以上の如く構成された本発明装置を、連続鋳造設備にお
ける多数のスプレーノズルの噴射状態の検出に用いる場
合、検知板３をこれに固着せしめた音響検知センサ４と
共に、前記スプレーノズルからの噴流に臨ませた状態で
移動させる必要がある。このような検知板３の移動は、
前述の特開昭５８−２０２９５９号公報におけるものと
同様の筒体を用い、該筒体の側面に検知板３を固設する
ことにより実現できるが、この場合、筒体のロール間へ
の挿入及びこれの移動に時間を要し、この間、操業の停
止が余儀なくされることは前述した如くである。本発明
装置は、特開昭５８−２０２９５９号公報に開示された
装置の如（、撮像装置及び該撮像装置へ透視窓上の白濁
像を導く光学系を必要とせず、音響検知センサ４を装着
してなる検知板３の固設スペースが必要であるのみであ
るから、例えば、鋳造開始時に鋳型の擬似底とすべ（用
いられるダミーパーの側面に、−平面上におけるスプレ
ーノズルの配設位置に対応させて複数の凹所を形成し、
これらの凹所の夫々に、音響検知センサ４の固着面を内
側とし、該凹所を塞ぐ態様にて検知板３を固設すること
により、該検知板３をスプレーノズルからの噴流に対向
させた態様にて、ダミーパーの移動に応じて移動せしめ
るよう構成することが可能である。このようにした場合
、鋳造開始の都度必要であるダミーパーの導入又は引抜
きの際に、該ダミーパーの移動に伴って、この移動方向
に並設されたスプレーノズルからの噴流が、各検知板３
の表面に逐次衝突することが可能となり、音響検知セン
サ４は、これらの衝突により検知板３の内部に発生する
音響パルスを検出することになる。

第４図は、その側面に検知板３を固設してなるダミーパ
ーを導入する際に、該検知板３に固設された音響検知セ
ンサ４の出力信号の時間的変化状態を示すグラフである
６本図の縦軸は、音響検知センサ４の生の出力ではなく
、信号処理部５のバンドパスフィルタ１２を経た後、即
ち判定部１３へ入力される直前の信号レベルを示してい
る。図中Ａは、該位置に対応するスプレーノズルが閉塞
状態にあり、該ノズルからの噴出量が所定の噴出量に達
していない場合の出力例であり、このような信号が判定
部１３に与えられた場合、該判定部１３において得られ
る前記振幅値も小さくなり、これが第３図に示す曲線か
ら大きく離脱する結果、噴射状態が不適正であると判定
される。また、図中Ｂは、該位置に対応するスプレーノ
ズルのノズルヘッドが脱落しており、該ノズルからの噴
出流が鉄砲水の状態になっている場合の出力例であり、
この場合、音響検知センサ４は高いレベルの信号を発す
るが、この出力信号は噴射状態が適正である場合のそれ
と異なる周波数帯域を有し、バンドパスフィルタ１２に
て大部分が遮断されるため、判定部１３に達する信号の
レベルは、図に示す如く極めて小さいレベルとなり、前
記計数値は略Ｏとなる結果、噴射状態は不適正であると
判定される。

このように本発明装置は、ダミーパーの側面に検知板３
を固設することにより、該検知板３をスプレーノズルか
らの噴流に略正対させた状態で移力信号に基づいて、ス
プレーノズルの噴射状態の検出及びその良否の判定を行
わせることができる一方、この検出のために操業を停止
する必要がなく、連続鋳造設備における生産性が大幅に
向上する。

なお本実施例においては、ノズル１の噴射状態に関連す
る値として、音響検知センサ４の出力信号の最大振幅値
を用いているが、例えば、該信号中における所定レベル
を超えるピーク数の計数結果にエネルギ的重み付けをし
て得られる計数値等を用いて噴射状態の判定を行う構成
としてもよい。

また本実施例においては、連続鋳造設備の２次冷却帯を
構成するスプレーノズルの噴射状態を検出するために本
発明装置を適用する場合にって述べたが、本発明装置は
これに限らず、目視による観察が困難なノズルの噴射状
態を検出するためのあらゆる用途に適用可能であること
は言うまでもない。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明装置においては、ノズルからの
噴流に一面を対向させて検知板を配する一方、該検知板
の他面に音響検知センサを固設するだけの簡略な構成に
より、ノズルの種類の如何に拘わらず、噴射状態の検出
が正確に行え、これの良否の判定が可能である上、適宜
の手段にて前記検出板を移動させることにより、多数の
ノズルの噴射状態の検出が、速やかに行え、更に、連続
鋳造設備のスプレーノズルの噴射状態の検出にこれを適
用する場合、検知板をダミーパーの側面に固設すること
により、該ダミーパーの挿入時又は引抜き時に噴射状態
の検出を行い得るから、この検出のために操業を停止す
る必要がなく、生産性の大幅な向上が図れる等、本発明
は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置−の構成を示す模式的ブロック図、
第２図はノズルからの噴射量を種々に変化させた場合の
音響検知センサの出力レベルの変化状態を示すグラフ、
第３図は噴射状態の判定基準となる適正な噴射状態にお
ける噴射量と振幅値との間の相関関係を示すグラフ、第
４図は本発明装置を連続鋳造設備のスプレーノズルの噴
射状態の検出に使用した場合における音響検知センサの
出力信号の時間的変化の様子を示すグラフである。 ｌ・・・ノズル　　２・・・噴流　　３・・・検知板４
・・・音響検知センサ　　５・・・信号処理装置６・・
・表示装置 特　許　出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ノズルからの噴流にその一面を対向させてある検知
   板と、 該検知板の他面に接触させてあり、前記噴流の衝突に伴
   い前記検知板に発生する音響を検知する音響検知センサ
   と、 該音響検知センサの出力信号に基づいて、 前記ノズルの噴射状態の良否を判定する判定手段と を具備することを特徴とするノズルの噴射状態検出装置
   。 ２、前記判定手段は、前記音響検知センサの出力信号か
   ら前記ノズルの噴射状態に関連する値を求め、これを、
   適正な噴射状態のもとにて予め得られた同値と比較して
   前記判定を行う請求項１記載のノズルの噴射状態検出装
   置。