JPH07314105A - 溶湯注入開始のモールドパウダー自動投入方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は鋳型へ溶湯を注入開始する際のモ
ールドパウダーの自動投入に関し、パウダー投入時期を
的確に判断し、迅速に投入して、凝固した金属と鋳型冷
却板の焼付け防止、それらの間の摩擦の低減等を図る。 【構成】 本発明のモールドパウダー自動投入装置はパ
ウダー投入装置１と渦流式距離計５と制御手段８から構
成される。パウダー投入装置１は治具２と、把持機構３
と、それらを駆動するロボット装置４から構成される。
溶湯７を注入開始する際のパウダー１３投入は注入され
た溶湯７の湯面７ａが鋳型６内に挿入された注入管１２
の吐出口１２ａを超える位置を検出し、その検出値によ
り鋳型６内にパウダー１３を自動的に投入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業用の利用分野】この発明は溶鋼等の金属溶湯の連
続鋳造において、鋳型への溶湯注入開始時の鋳型へのモ
ールドパウダーの自動投入方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属溶湯の連続鋳造において、鋳型への
溶湯注入開始は次のように行われている。

【０００３】 連続鋳造機のストランド内にダミーバ
ーを挿入し、そのダミーバーヘッドの端部が鋳型内にあ
るようにして停止する。 鋳型冷却板とダミーバーヘッドの端部との隙間を無
くする。隙間材として例えばモルタルやセラミックス繊
維の成形品等が充填される。

【０００４】 次に鋳型内への溶湯の注入を開始す
る。 溶湯の注入を開始してそれが一定の湯面高さに達
し、かつ、鋳型内で凝固して、その凝固金属がダミーバ
ーを介してストランド出口へ向かって引き抜くのに十分
な機械的強度を持つまで、鋳型内で冷却し続けた後に、
この凝固金属の引抜きを開始する。

【０００５】この場合、凝固した金属と鋳型冷却板の焼
付き防止、及び凝固した金属と鋳型冷却板の間の摩擦の
低減等が必要であり、現在では注湯開始直後にモールド
パウダー（以降パウダーと云う）を投入して、パウダー
を溶融させ、引抜き開始前から凝固した金属と鋳型冷却
板の間にスラグの皮膜を形成させている。パウダーは一
般にはＣａＯ−Ｓi Ｏ₂ −Ａl₂Ｏ₃ −ＮａＯ系のパウダ
ーであり、炭素（Ｃ）を１〜５％程度含んでいる。

【０００６】上記のようなパウダーの投入は、従来、作
業者が注入された溶湯面の上昇を目視確認した上で投入
時期を判断し、作業者自身がパウダーの投入を行ってい
た。この注入開始の際のパウダー投入は危険な作業であ
り、又、パウダー投入の時期に作業者の個人差があっ
た。鋳型への溶湯注入管がある場合、パウダー投入の投
入時期が早過ぎると、注入管の吐出口が鋳型内の溶湯に
未だ浸漬されていないために、パウダーが注湯流に巻込
まれ、溶湯中に懸濁して溶湯成分に影響を与える。又、
パウダー投入の投入時期が遅過ぎると、凝固した金属と
鋳型冷却板の焼付きが発生したり、凝固した金属と鋳型
冷却板の間の摩擦が大きくなり、ブレークアウト等の操
業トラブルが発生する。

【０００７】パウダー投入の機械による自動投入の例と
しては、特開平２−２５１３４６号公報に開示されてい
る技術がある。ここでは、定常注湯中にパウダーの供給
が不足している湯面部分を装置で認識して、該当部分へ
パウダーを自動的に補給するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−２５１３４６号公報に開示されている技術は、凝固
金属の引抜き前の鋳型への溶湯開始時を対象としたもの
ではない。特開平２−２５１３４６号公報に開示された
湯面状況認識装置は湯面の２次元情報を収集するもので
あり、湯面の高さ方向の位置情報収集は出来ず、そのま
ま、溶湯開始時の湯面変動の激しい状態で適用すること
が出来ない。

【０００９】本発明は、上記のような問題点の解決を図
るためになされたものであり、溶湯開始の際にパウダー
投入時期を的確に判断し、自動的にパウダーを投入する
ことのできるパウダー自動投入方法及び装置を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】請求項１に係わ
る発明は連続鋳造による注湯容器から注入管を介して鋳
型へ溶湯を注入開始する際のパウダー投入方法におい
て、前記注入された溶湯の湯面が鋳型内に挿入された注
入管の吐出口を超える位置を検出し、その検出値により
鋳型内にパウダーを自動的に投入することを特徴とする
溶湯注入開始のパウダー自動投入方法である。

【００１１】請求項２に係わる発明はバケットシュート
を支持部材の先端部に回転可能に枢軸させた治具と、そ
の治具を把持する機構と、それらを駆動するロボット装
置からなるパウダー投入装置と、鋳型上端から溶湯湯面
までの距離を測定する渦流式距離計と、その渦流式距離
計による検出信号を入力して、パウダー投入時期を演算
して前記パウダー投入装置にパウダー投入指令をする制
御手段を具備したパウダー自動投入装置てある。

【００１２】請求項３に係わる発明は請求項２に係わる
発明の渦流式距離計に代えて、鋳型内に停止させるダミ
ーバーのヘッドより鉛直上方に鋳型に埋設させた複数の
熱感電子を設けたパウダー自動投入装置である。

【００１３】請求項１に係わる発明において、操業条件
を限定した理由を述べる。 （１）注入された溶湯の湯面が鋳型内に挿入された注入
管の吐出口を超える位置で、パウダーを投入することが
必要である。注入管の吐出口を超えない湯面の位置で
は、注入管の吐出口が鋳型内の溶湯に未だ浸漬されてい
ないために、パウダーが注湯流に巻込まれ、懸濁して溶
鋼成分に影響を与えることによる。 （２）上記の吐出口を超える湯面位置の判断に検出手段
を用いたのは、湯面位置を高精度で判断し、従来の作業
者による目視確認による危険な作業と作業者の個人差を
回避したものである。 （３）上記検出値により鋳型内にパウダーを自動的に、
かつ全溶湯湯面を覆うことが可能な量を投入することが
必要である。本発明によるパウダー投入の役割は引抜き
開始前に、鋳型内で凝固した金属と鋳型冷却板の間にス
ラグの皮膜を形成させて、凝固した金属と鋳型冷却板の
間の焼付けを防止し、引抜きの際に、それらの間の摩擦
を低減させることにある。そのためには、投入可能な時
期の出来るだけ早い時期にパウダーを投入して溶融さ
せ、スラグの皮膜を凝固した金属と鋳型冷却板との間の
広い面積にわたるように、形成させることが必要であ
る。注湯開始後の鋳型内の溶湯湯面がその高さ位置を極
々変化するので、パウダーを自動的に投入することによ
って迅速にそれに対応させることが可能となる。 （４）パウダーの自動投入装置としては、鋳型内の注湯
開始後の溶湯湯面の検出値に対応したその高さ位置で迅
速に自動的に投入出来るものであればよい。

【００１４】請求項２に係わる発明の作用を説明する。
鋳型内への溶湯を注入開始する前につぎのことが準備さ
れる。

【００１５】ダミーバーを鋳型内の下方から挿入して所
定の位置で停止させる。注入管を底部に取付けた注湯容
器を台車により移動して鋳型上方に設置し、注湯容器を
下降させて、鋳型内に注入管を挿入し、その注入管の先
端を所定の位置に設定する。溶湯を注入開始すると、鋳
型上端から注入された溶湯湯面までの距離が渦流式距離
計によって、検出される。

【００１６】渦流式距離計は渦流式モールド湯面計とし
て知られており、一般には発振器、帰還増幅器、検出ヘ
ッドから構成されている。鋳型内の溶湯湯面の高さを測
定するにあたり、上記湯面の上方に１次コイル、一対の
上下方向の２次コイルを備えた検出ヘッドを設置し、湯
面内に交流磁界による渦電流を発生させ、この反作用に
よる誘起電圧の変化を上記２次コイルで受け、検出ヘッ
ドと湯面との相対距離に対応して変化する出力値を帰還
増幅器により、増幅して測定し、湯面の高さ（鋳型上端
からの湯面までの距離）を計測するものである。

【００１７】渦流式距離計に限定したのは、外乱に影響
されることなく、極々変動する溶湯湯面の高さを的確に
検出することが出来ることによる。

【００１８】その検出信号を制御手段に入力して、パウ
ダー投入時期を演算して、溶湯湯面が注入管の吐出口を
超えた時にパウダー投入装置に指令して、溶湯湯面にパ
ウダーを投入させる。

【００１９】ここでは予め制御手段により、下記の
（１）式でパウダー投入開始の湯面の高さＨ（ｍ）（鋳
型上端からの湯面までの距離）が演算される。

【００２０】Ｈ＝Ｌ−Ｇ （１） 但し、 Ｌ：鋳型内へ溶湯を注入するための容器と、その底部に
取付けた注入管との境界から、鉛直下方の注入管の吐出
口上端までの距離（ｍ）である。 Ｇ：鋳型内へ溶湯を注入するための容器と、その底部に
取付けた注入管との境界から、鉛直下方の鋳型上端まで
の距離（ｍ）である。

【００２１】請求項３に係わる発明の作用を説明する。
請求項２に係わる発明の渦流式距離計の代わりに熱感電
子を用いて、、鋳型の下方から挿入して停止させたダミ
ーバーヘッドの位置より鉛直上方になるように、複数の
熱感電子を鋳型に埋設させ、鋳型内の溶湯の湯面温度を
検出する。

【００２２】（１）式により、鋳型内の温度の変化から
湯面位置を検出し、それが（１）式により鋳型内に挿入
された注入管の吐出口を超えた時に、直ちに、パウダー
投入装置に指令して、溶湯湯面にパウダーを投入する。

【００２３】複数の熱感電子による溶湯湯面の位置検出
は図２から精度良く出来ることが確認されている。図２
は、ダミーバーヘッドより鉛直上方に鋳型に埋設させた
複数の熱電対の中のひとつの熱電対による温度の測定結
果と渦流式距離計による鋳型上端から溶湯湯面までの距
離を測定した結果との関係を示す図である。ここでは鋳
型上端から溶湯湯面までの距離が０．２ｍの時点に、そ
の０．２ｍの位置に埋設した熱電対による温度の変化は
時間として０．５秒の誤差（応答遅れ）で検出出来る。
０．５秒程度の応答遅れはパウダーを鋳型内の溶湯湯面
に投入するのに影響がなく、十分に目的を達成すること
が出来る。

【００２４】

【実施例】本発明の実施例を図によって詳述する。図１
は本発明の一実施例を示す図である。本発明のパウダー
自動投入装置はパウダー投入装置と渦流式距離計と制御
手段から構成されたものである。１はパウダー投入装置
で、治具２と、治具２を把持する機構３と、治具２及び
把持機構３を駆動するロボット装置４から構成されてい
る。５は鋳型６上端から溶湯湯面７ａまでの距離を測定
する渦流式距離計である。渦流式距離計７に限定したの
は、外乱に影響されることなく、溶湯７の注入によっ
て、高さが極々変動する溶湯湯面７ａを的確に検出する
ことが出来ることによる。８は渦流式距離計５による検
出信号を入力して、パウダー投入時期を演算してパウダ
ー投入装置１にパウダー投入指令をする制御手段であ
る。

【００２５】図３は本発明の治具の一実施例を示す正面
図であり、図４は側面図である。図３、図４において、
治具２はバケットシュート９を支持部材１０の先端部に
回転可能に枢軸させたものである。治具２はバケットシ
ュート９にパウダー１３を収納して、バケットシュート
９を注湯容器１１と鋳型６の間に挿入し、更に鋳型６の
上方から注入管１２に衝突させないようにして、鋳型６
内の溶湯湯面に投入させなければならない。そのために
バケットシュート９は例えば巾ａが２００ｍｍ、一端深
さｂが１３０ｍｍ、他端は０、長さｃが５００ｍｍの形
状のものが用いられ、パウダー１３の積載量は５ｋｇ程
度である。

【００２６】バケットシュート９は支持部材１０の先端
部１０ａに回転軸１４によって回転可能に枢軸されてい
る。１０ｂは把持機構との接続子である。バケットシュ
ート９は注入容器１１に衝突することなく、鋳型６の上
方から回転によって、鋳型６内の溶湯湯面７ａにパウダ
ー１３を投入することが出来る。

【００２７】図５は本発明の治具の把持機構の一実施例
を示す正面図である。治具の把持機構３は治具２の接続
子１０ｂを把持して、ロボット装置４に接続して、ロボ
ット装置４の駆動によって、治具２を所定の位置に移動
させる機能を有する。又、治具２の把持を必要としない
間は、治具２を外して、他の治具等の把持に使用するこ
とが出来る。ここでは把持機構３は治具２の接続子１０
ｂを両側から把持板３ａによりエアシリンダー１５を作
動させて挟持するようにしている。把持板３ａは上下に
設けた孔が上下のガイドロール３ｂ、３ｃと係合して移
動出来るようにしている。この場合、把持板３ａの下に
設けた孔には下のガイドロール３ｃを貫通させて、挟持
したものが下に落ちないように配慮している。

【００２８】図６は本発明の治具を駆動するロボット装
置の一実施例を示す図である。ロボット装置４は台座１
５と関節部１６と関節部の駆動装置１７と関節部間を連
結する骨部１８から構成されている。１９はロボット装
置の駆動装置である。ロボット装置４は制御手段８によ
って制御される。ここでは把持機構３を介して治具２と
接続し、鋳型と反対の方向に旋回して、バケットシュー
ト９にパウダー供給装置２８からパウダー１３の供給を
受けている状態を示している。

【００２９】図１により溶湯注入開始のパウダー自動投
入方法を説明する。溶湯注入開始にあたり、次のことが
準備される。

【００３０】ダミーバー２０を鋳型６内の下方から挿
入してダミーバー・ヘッド２０ａを所定の位置で停止さ
せる。

【００３１】注入管１２を底部に取付けた注湯容器１
１を台車２３に載置して鋳型６上方に移動して設置し、
昇降装置２４により注湯容器１１を下降させて、鋳型６
内に注入管１２を挿入し、その注入管１２の先端を所定
の位置に設定する。

【００３２】駆動用電動器２５に設けたパルスジェネ
レーター２６による信号を制御手段８に入力し、注湯容
器１１と注入管１２の境界面から鋳型上端までの距離
（Ｇ）が求められる。

【００３３】注湯容器１１の底部に接続している注入
管１２は、その境界から２孔分岐吐出孔１２ａの上端ま
での長さ（Ｌ）が予め計測されて、その値は登録装置２
７に入力される。

【００３４】上記の準備が完了すると、溶湯７を注入開
始する。鋳型６上端から注入された溶湯湯面７ａまでの
距離は渦流式距離計５によって、検出される。その検出
信号を制御手段８に入力して、パウダー投入時期を演算
して、溶湯湯面７ａが注入管１２の注入口１２ａを超え
た時にパウダー投入装置１により、溶湯湯面７ａにパウ
ダー１３を投入する。ここでは制御手段８で（１）式に
よりパウダー投入開始の湯面の高さＨ（ｍ）が演算され
る。

【００３５】本発明の方法を鋼の連続鋳造に適用した場
合について説明する。表１は溶鋼成分範囲、表２にパウ
ダーの成分を示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】ここでは表３に示すスラブ連続鋳造機で実
施した。

【００３９】

【表３】

【００４０】図７は溶湯注入開始による鋳型内へのパウ
ダー投入によるスラブ鋳片の［Ｃ］の挙動を示す図であ
る。ここでは溶鋼鍋から注湯容器への注湯流の［Ｃ］成
分は表１の溶製成分範囲に入っているものである。

【００４１】図７から明らかなように、本発明の方法と
して、Ａの記号による矢印で示した時点でパウダー投入
を行った場合は実線で示すように溶湯開始直後からスラ
ブ鋳片の［Ｃ］の変動は少なく表１の溶鋼成分範囲に入
っている。ここでは溶湯注入開始後１分３０秒がパウダ
ー投入時点である。

【００４２】これに対して、比較として注入管の吐出口
まで溶鋼湯面が達しないうちの、Ｂの記号による矢印で
示した時点でパウダー投入を行った場合は、点線で示す
ように、パウダー投入開始直後にスラブ鋳片の［Ｃ］が
上昇し、その後漸近的に低下している。ここでは溶湯注
入開始後１分がパウダー投入時点である。これはパウダ
ーが注湯流に巻込まれ懸濁して、パウダーに含まれる炭
素成分が溶湯中に溶解したものと考えられる。

【００４３】次に渦流式距離計５に代えて、鋳型に埋設
させた複数の熱電対を用いた場合について説明する。図
８は本発明の鋳型に埋設させた複数の熱電対の一実施例
を示す正面図であり、図９はその側面図である。図８、
図９で２１は熱電対であり、鋳型６内に停止させるダミ
ーバー２０のヘッド２０ａより鉛直上方の鋳型６に複数
埋設させている。ここでは鋳型６の上端から０．２ｍ鉛
直下方に一番上の熱電対２１を埋設している。それから
０．０２ｍｍ間隔で１０本の熱電対２１を埋設してい
る。２２ａは短片側の鋳片支持ロール、２２ｂは長辺側
の鋳片支持ロールである。ここでは熱電対による温度の
変化によって、湯面の位置が検出される。

【００４４】熱電対２１による検出信号は渦流式距離計
の場合と同じように、制御手段８に入力して、パウダー
投入時期を演算して、溶湯湯面２０ａが注入管１２の注
入口１２ａを超えた時にパウダー投入装置１により、溶
湯湯面２０ａにパウダーを投入する。前述したように、
応答遅れは０．５秒の誤差程度であり、パウダー投入時
期に判断に影響を受けない。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、溶湯開始の際にパウダ
ー投入時期を的確に判断し、自動的にパウダーを投入す
ることが出来るので、凝固した金属と鋳型冷却板の焼付
け防止、凝固した金属と鋳型冷却板の間の摩擦の低減等
が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】本発明による鋳型に埋設させた複数の熱電対の
中の一つの熱電対による温度上昇推移と、同時に渦流式
距離計で測定した湯面高さを示した図である。

【図３】本発明の治具の一実施例を示す正面図である。

【図４】本発明の治具の一実施例を示す側面図である。

【図５】本発明の治具の把持機構の一実施例を示す正面
図である。

【図６】本発明の治具を駆動するロボット装置の一実施
例を示す図である。

【図７】本発明の溶湯注入開始による鋳型内へのパウダ
ー投入によるスラブ鋳片の［Ｃ］の挙動を示す図であ
る。

【図８】本発明の鋳型に埋設させた複数の熱電対の一実
施例を示す正面図である。

【図９】本発明の鋳型に埋設させた複数の熱電対の一実
施例を示す側面図である。

【符号の説明】 １ パウダー投入装置 ２ 治具 ３ 把持機構 ３ａ 把持板 ３ｂ，３ｃ ガイドロール ４ ロボット装置 ５ 渦流式距離計 ６ 鋳型 ７ 溶湯 ７ａ 溶湯湯面 ８ 制御手段 ９ バケットシュート １０ 支持部材 １１ 注湯容器 １２ 注入管 １３ パウダー １４ 回転軸 １５ 台座 １６ 関節部 １７ 関節部の駆動装置 １８ 骨部 １９ ロボット装置の駆動装置 ２０ ダミーバー ２０ａ ダミーバー・ヘッド ２１ 熱電対 ２２ａ 短片側の鋳片支持ロール ２２ｂ 長辺側の鋳片支持ロール ２３ 台車 ２４ 昇降装置 ２５ 駆動用電動器 ２６ パルスジェネレーター ２７ 登録装置 ２８ パウダー供給装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤 宏一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 光広 尊 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 西町 龍三 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造による注湯容器から注入管を介
   して鋳型へ溶湯を注入開始する際のパウダー投入方法に
   おいて、前記注入された溶湯の湯面が鋳型内に挿入され
   た注入管の吐出口を超える位置を検出手段を用いて検出
   し、その検出値により鋳型内にパウダーを自動的に投入
   することを特徴とする溶湯注入開始のモールドパウダー
   自動投入方法。
2. 【請求項２】 バケットシュートを支持部材の先端部に
   回転可能に枢軸させた治具と、その治具を把持する機構
   と、それらを駆動するロボット装置からなるパウダー投
   入装置と、鋳型上端から溶湯湯面までの距離を測定する
   渦流式距離計と、その渦流式距離計による検出信号を入
   力して、パウダー投入時期を演算して前記パウダー投入
   装置にパウダー投入指令をする制御手段を具備したモー
   ルドパウダー自動投入装置。
3. 【請求項３】 バケットシュートを支持部材の先端部に
   回転可能に枢軸させた治具と、その治具を把持する機構
   と、それらを駆動するロボット装置を有するパウダー投
   入装置と、鋳型内に停止させるダミーバーのヘッドより
   鉛直上方に鋳型に埋設させた複数の熱感電子と、その熱
   感電子による検出信号を入力して、モールドパウダー投
   入時期を演算して前記パウダー投入装置にパウダー投入
   指令をする制御手段を具備したパウダー自動投入装置。