JPH07164124A - 連続鋳造における取鍋注湯終点検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続鋳造において溶融金属を取鍋からロング
ノズルを介してタンディッシュに注湯するに際して、タ
ンディッシュへのスラグ流出開始を検出する。 【構成】 溶融金属を取鍋からロングノズルを介してタ
ンディッシュに注湯する連続鋳造装置において取鍋注湯
終点を検出する際に、前記ロングノズルの互いに異なる
少なくとも２方向の振動加速度を感知し、感知された振
動よりスラグ流出を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造において溶融
金属を取鍋からロングノズルを介してタンディッシュに
注湯するに際して、タンディッシュへのスラグの流出開
始時点、いわゆる取鍋注湯終点を検出する方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造においては、溶融金属（以下、
溶湯と称す）を取鍋からロングノズルを介してタンディ
ッシュに注湯し、続いてタンディッシュから鋳型に注湯
し鋳造するが、取鍋内の溶湯の上面にはスラグが浮遊し
て層を成している。このため取鍋内溶湯の全量をタンデ
ィッシュに注湯すると、注湯末期においてはスラグがタ
ンディッシュ内に流入する。タンディッシュ内にスラグ
が流入すると、これが鋳型内に流入し、鋳造された鋳片
内に介在物として混入し、鋳片の品質が著しく損なわれ
る。これを防止するために、溶湯を取鍋内に多く残存さ
せると歩留りの低下を招くことになる。このため、取鍋
からスラグが流出し始める時を正確に検知し、タンディ
ッシュへの注湯を停止することが鋳片品質および歩留り
を向上させるうえで極めて重要である。

【０００３】取鍋からのスラグの流出開始を検知するた
めに、従来から種々の方法が試行されているが、これら
のうち代表的な２つの方法について説明する。第１の方
法は人の感覚による方法、第２の方法は渦電流を用いる
方法であり、これらについて以下に説明する。

【０００４】１）人の感覚による方法 感覚による方法は２つあり、その１つは視覚による方法
であり、もう１つは触覚による方法である； （１）視覚による方法 タンディッシュの蓋を開けておき、注湯末期にタンディ
ッシュ内溶鋼の表面を注意深く観察すると、スラグがタ
ンディッシュに流入すると表面にスラグが浮上するの
で、湯面の輝度や色調の変化によって取鍋からのスラグ
の流出を判定できる， （２）触覚による方法 ロングノズルの支持装置の一部に触手し、その振動の強
さが変化することによって、スラグの流出を判定でき
る。

【０００５】２）渦電流を用いる方法 溶湯とスラグでは電気抵抗が異なることを利用する方法
である。図５に示すように取鍋ノズル１の周囲に検出用
コイル２を埋め込み、これに交流電圧を印加すると磁界
が発生し、これによる磁束が溶湯流出方向に生じ、溶湯
に渦電流が流れる。渦電流の大きさの変化は等価的に検
出用コイルのインピーダンスの変化となって現れるの
で、インピーダンス変化を検出することによりスラグの
流出を検出することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来方法の問題
点は以下に示す通りである； １）人の感覚による方法では、視覚による方法であれ触
覚による方法であれ、オペレーターの熟練を必要とす
る。高熱による過酷な作業環境である， ２）視覚による方法ではタンディッシュの蓋を開けてお
く必要があり、これはタンディッシュ内での溶湯の酸化
を招くことから、実際上は適用できないことが多い， ３）渦電流による方法は、既に実機での適用例も多い
が、 取鍋の基数分の取鍋ノズルを改造して検出コイルを埋
め込む必要があり， 取り付け部位が高温のため検出コイルが劣化する， などの理由で、検出装置を導入するに当たっての初期改
造費用が高額であり、かつ、装置の性能を安定して維持
するためには、検出コイルの頻繁な取り替えが必要とな
り、装置の保守費用が高額である。

【０００７】本発明はこれらの問題点を解決しようとす
るもので、取鍋からロングノズルを介してタンディッシ
ュに流入する流体が、溶湯からスラグに変化する時点、
いわゆる取鍋注湯終点を正確に検出することを課題とす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の連続鋳造における取鍋注湯終点検出方法は、溶融金
属を取鍋からロングノズルを介してタンディッシュに注
湯する連続鋳造装置において取鍋注湯終点を検出する際
に、前記ロングノズルの互いに異なる少なくとも２方向
の振動加速度を感知し、感知された振動よりスラグ流出
を検出することを特徴とする；また、前記連続鋳造装置
において取鍋注湯終点を検出する際に、ロングノズルの
支持装置に互いに異なる少なくとも２方向の振動加速度
を感知する加速度計を取り付け、該加速度計によって感
知された振動から周波数が１００Ｈｚ以上の振動を抽出
し、抽出した振動の減衰率からスラグ流出を検出するこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。図１は連続鋳
造装置を示し、取鍋３内の溶湯Ｍはスライディングノズ
ル４およびロングノズル５を介してタンディッシュ６に
供給され、タンディッシュ６内の溶湯Ｍは浸漬ノズル７
を介して鋳型８に注入される。Ｓは溶湯Ｍの表面に浮遊
するスラグを示す。ロングノズル支持装置９のアーム１
０の、ロングノズル５を支持する端部とは反対側の端部
には、それぞれが垂直方向，水平方向および軸方向の加
速度を検出する加速度計１１Ｖ，１１Ｈおよび１１Ａが
取り付けられている。これらの加速度計１１Ｖ，１１Ｈ
および１１Ａは、ロングノズル５により近い部分に取り
付けることも可能であるが、一般に溶融金属を扱う連続
鋳造設備では、伝熱および輻射により加速度計が過酷な
環境にさらされる。このことが装置の信頼性および耐久
性を害するため、ならびに連続鋳造操業の防げになるこ
とを避けるため、アーム１０の、ロングノズル支持端と
は反対側の端部に取り付ける方が適切である。また、後
述するようにアーム１０に伝播する振動の大きさは微小
で、かつスラグ流出が始まると必らず垂直方向，水平方
向および軸方向の、３方向の振動の大きさが同時に低下
するとは限らないので、少なくとも２方向の振動を感知
（監視）する必要がある。

【００１０】図２は、図１に示す加速度計１１Ｖ，１１
Ｈおよび１１Ａの１つ（圧電型の加速度計）の加速度検
出信号（生信号）をデータレコーダーに記録し、周波数
分析した振動加速度スペクトル強度の分布例を示す。図
中、帯域ａはスラグ流出の有無とは無関係に発生するロ
ングノズル５（図１）の自由振動などに起因する成分、
帯域ｂはロングノズル５内を溶湯やスラグ（以下両者を
含めて流体と称す）が通過するときに、ロングノズル５
の内壁に流体が着いたり離れたりすることによって生ず
る乱流現象（コアンダー効果と呼ばれている）に起因し
て発生する振動成分、帯域ｃは帯域ａおよびｂに比べて
極めて微弱であるが、ロングノズル５内を流体が流下
し、ロングノズル内のタンディッシュ湯面に流体が衝突
するときに生じる衝撃流体振動に起因する成分である。
図中、帯域ｂの斜線で示した部分は、実線がスラグ流出
なし（溶湯のみ流出）のときのスペクトル、破線はスラ
グ流出中のスペクトルであり、溶湯とスラグの比重差に
よってコアンダー効果による振動が斜線部に相当する分
だけ減少していることがわかる。また同様に帯域ｃでは
多点塗り潰し部がスラグの流出有無によるスペクトル変
化代に相当する。ここで重要なことは、帯域ｂのスペク
トルはスラグ流出の有無によって変化しないことがある
ことである。その理由は、前記のコアンダー効果は、ス
ライディングノズル４（図１）の開度やその磨耗具合な
どの操業条件によっては発生しないことがあるためと推
定される。

【００１１】これに対して帯域ｃのスペクトルは流体の
比重差があると変化するため、スラグ流出があると必ず
変化する。帯域ｃの振動は、前述のようにタンデイッシ
ュ内湯面に流体が衝突する時の衝撃流体振動に起因する
ため、ノズル内の流体の状態の影響を大きく受ける。し
たがってスラグ流出が予期される時点の前から、流体の
状態（例えば流量，湯面レベル等）に変化が生じないよ
うに慎重に条件を整えておかなければならない。次にス
ラグ流出が予期される時点の前（流出待機状態）で検出
した振動加速度のレベルを所定の値となるよう調整増幅
しておくことが望ましい。これはロングノズル５とロン
グノズル支持装置９との機械的な接合具合が取鍋３が変
わるごとに、ロングノズル５が変わるごとに変化するた
め、またロングノズル内を流下する溶湯の噴流落下状態
もその都度変化するためである。例えば、スラグ流出待
機時期に抽出した信号レベルをｌ〔Ｖ〕という所定の値
にしておけば、スラグ流出時の電圧レベルの変化がその
まま振動加速度の減衰率として表現できる。

【００１２】次に、３個の加速度計の信号から導かれた
減衰率のうち２個以上が所定の値以下になればスラグ流
出と判定する。検出される振動は、発生源がロングノズ
ル内溶湯の湯面への流体の衝撃流体振動であるため、基
本的には振動の方向性を持たないと維定される。しかし
ながら発明者が実機においてテストした結果、例えば水
平方向と垂直方向の減衰率は大きく変化するにもかかわ
らず、軸方向の減衰率は小さいといったことが生起した
からであり、一方向だけの減衰率が小さくなることはな
かった。また、このようにしておけば、たとえ加速度計
の一個が性能劣化もしくは破壊することがあっても、こ
れによる誤判定を下すことが少ないという利点もある。

【００１３】

【実施例】図３に本発明を一態様で実施する信号処理系
の構成を示す。図３に示す３個の加速度計１１Ｖ，１１
Ｈおよび１１Ａは、図１に示すものであり、ロングノズ
ル支持装置９のア−ム１０に装着されているものであ
る。前述のように、検出される振動加速度は極めて微弱
なため、加速度計の取り付けには細心の注意を要する。
発明者らは以上のことに鑑みて耐熱型かつ絶縁型かつ防
水型の加速度センサーを使用した。加速度計からローノ
イズケーブルを介して、ロングノズル支持装置９の近傍
に図３に示すプリアンプ部を設置した。配線途中で混入
するノイズを少くするためである。プリアンプ部のハイ
パスフィルタでスラグ流出検知に貢献が少い、１００Ｈ
ｚ未満の低周波の振動加速度成分をカットすることが望
ましい。プリアンプ部には後方に、加速度計（圧電型）
からの電荷出力を電圧信号に変換するチャージアンプが
設置されている。プリアンプ部の出力は増幅処理部に導
かれる。ここで更にメインアンプにて信号を増幅し、そ
の後にバンドパスフィルタによって２００Ｈｚ〜１ｋＨ
ｚの周波数成分のみを抽出する。次に絶体値平滑化回路
にて検波し、信号の変動値に相当する波形を得る。その
後にゲイン調整アンプにて、これを所定の大きさに増幅
する。ゲイン調整はゲイン調整アンプの出力をフィード
バックし、ゲイン調整タイミング指令信号が入力された
時に、出力が例えばｌ〔Ｖ〕となるようにゲインを調整
する。

【００１４】図４にゲイン調整などのタイミングを示
す。取鍋内のスラグを含む初期の取鍋内重量は事前に判
明しており、鋳造開始からの鋳込重量も計算できるの
で、取鍋終了までの時間を予測することはできる。予測
時間は一般にマイコンにて計算されるが、この予測時間
よりも早く、かつ、経験的にこれよりも早い時期にスラ
グ流出はありえないという時間も設定可能である。これ
を図４の予告信号としている。予告信号が発せられる
と、必要に応じてスライディングノズル制御装置１２の
自動制御を解除し、手動操作に切り換える。手動にてタ
ンディッシュ内溶湯面レベルがほぼ安定するようにスラ
イディングノズル４の開度を調整する。調整完了時点ａ
後にゲイン調整タイミング指令信号を発する。ゲイン調
整タイミング指令信号を受けるとゲイン調整アンプＶ，
Ｈ，Ａは、それからＴａ時間、実施例では３０ｓｅｃの
間の振動レベル（該アンプの出力レベル）の平均を求
め、この平均値がスラグ流出待機時振動調整レベル（実
施例では１〔Ｖ〕）になるように、それ自身のゲインを
調整する。なお、図４の時点ｂ，ｃは、スライディング
ノズル４の開度を自動もしくは手動で変更したことによ
って、これに起因する振動が検出されて、振動レベルが
変化したものである。図４において振動レベルが小さく
揺動しているのは、連続鋳造設備の周辺設備、例えばポ
ンプなどの振動が伝播したものであり、振動を用いた検
出装置に不可避のノイズ信号と本発明の原理にかかわる
衝撃流体振動の変化によるものである。時点ｄで、ゲイ
ン調整アンプの出力レベルが、スラグ流レベルに変化し
ている。図３に示すマイコンは、ゲイン調整タイミング
指令信号が発っせられて時間Ｔａが経過してから、ゲイ
ン調整アンプＶ，ＨおよびＡの出力レベルを監視し、ゲ
イン調整アンプＶの出力レベルがスラグ流レベルに低下
するとこれを表わす情報を表示装置に与え、ゲイン調整
アンプＨの出力レベルがスラグ流レベルに低下するとこ
れを表わす情報を表示装置に与え、ゲイン調整アンプＨ
の出力レベルがスラグ流レベルに低下するとこれを表わ
す情報を表示装置に与える。そして、このような出力を
２回行なった時点すなわちゲイン調整アンプＶ，Ｈおよ
びＡの２つの出力レベルがスラグ流レベルに低下すると
スライディングノズル４の全閉信号を発生してノズル制
御装置１２に与える。

【００１５】本実施例では、図３の表示装置に振動レベ
ルのトレンドを表示して、オペレータに提供し、あわせ
てオペレータの目視判定を可能としている。ブルーム用
のステンレス鋼連続鋳造設備に本装置を設置し、スラグ
流出判定率調査を９０チャンスについて実施したとこ
ろ、前記の加速度計を１個のみ使用したときの判定率は
約５９％、３個を使用し前記の方法で判定したものは約
９５％、オペレータによる振動レベルのトレンドの目視
判定を併用した場合には１００％の判定率を得た。従っ
て、図１のノズル制御装置１２への全閉指令信号は、装
置１２のオペレータへの警報信号として使用し、操業的
にはオペレータの判断によって手動でノズル制御装置１
２を操作してスライディングノズル４を全閉とすること
が好ましい。

【００１６】

【発明の効果】本発明を連続鋳造設備に導入したことに
よる効果について、以下に述べる； １）鋳造品の品質向上 発明者らが実機適用したのはステンレス鋼ブルームの連
続鋳造設備である。タンディッシュへのスラグ注入量を
最小限に抑制できることから、２次成品の内部欠陥検査
結果において顕著な向上がみられた， ２）鋳造歩留りの向上 本発明を実施する以前には、品質厳格材に対しては、取
鍋内に溶湯を残す湯残し操業を実施していたが、本発明
によってスラグの流出初期を的確にとらえることができ
るため、湯残し操業がなくなり、鋳造歩留りが著しく向
上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を連続鋳造設備で実施するための装置
例の断面図である。

【図２】 図１に示す加速度計１１Ｖ〜１１Ａの１つ
の、振動加速度検出信号の周波数とスペクトル強度の関
係を示すグラフである。

【図３】 図１に示す加速度計１１Ｖ〜１１Ａの検出信
号を処理する電気回路系の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】 図３に示すゲイン調整アンプＶ〜Ａの１つの
出力（振動レベル）と電気回路の入，出力信号の発生タ
イミングを示すタイムチャ−トである。

【図５】 従来の渦電流法によるスラグ流出を検知する
装置の断面図である。

【符号の説明】

１：取鍋ノズル ２：従来の検出用
コイル ３：取鍋 ４：スライディン
グノズル ５：ロングノズル ６：タンディッシ
ュ ７：浸漬ノズル ８：鋳型 ９：ロングノズル支持装置 １０：ロングノズル
支持装置のアーム １１：加速度計 １２：スライディ
ングノズル制御装置 Ｍ：溶湯 Ｓ：スラグ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属を取鍋からロングノズルを介し
   てタンディッシュに注湯する連続鋳造装置において取鍋
   注湯終点を検出する際に、前記ロングノズルの互いに異
   なる少なくとも２方向の振動加速度を感知し、感知され
   た振動よりスラグ流出を検出することを特徴とする、連
   続鋳造における取鍋注湯終点検出方法。
2. 【請求項２】 溶融金属を取鍋からロングノズルを介し
   てタンディッシュに注湯する連続鋳造装置において取鍋
   注湯終点を検出する際に、前記ロングノズルの支持装置
   に互いに異なる少なくとも２方向の振動加速度を感知す
   る加速度計を取り付け、該加速度計によって感知された
   振動より周波数が１００Ｈｚ以上の振動を抽出し、抽出
   した振動の減衰率からスラグ流出を検出することを特徴
   とする、連続鋳造における取鍋注湯終点検出方法。