JPH1157963A - 溶融スラグの流出検知方法とその流出防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容器から溶融金属に混入して流出する溶鋼ス
ラグを精度良く検知し、これをもとにスライディングノ
ズルの開度調整を行って溶融スラグの流出量を低減する
ものである。 【解決手段】 容器内の溶融金属を流出する流出路の周
囲に磁界発生コイルと誘起電圧発生コイルを設け、該誘
起電圧発生コイルに誘起する誘導電圧の変化により前記
流出路からの溶融スラグを検知するに際して、該誘起電
圧発生コイルに誘起する誘起電圧の経時的移動平均値を
求め、この値と該コイルに誘起した誘起電圧の直近過去
の値とその時点より過去のｎ個の移動平均を経時的に比
較し、小さい方の値を逐次記憶し、この記憶した値の移
動平均を求めて参照値とし、更に、現時点の値と現時点
から過去ｎ個の移動平均を比較し、大きい値を選択値と
し、該選択値と前記参照値の差の値αが閾値βを所定回
数連続して超えたことをもって溶融スラグの流出とする
ことを特徴とする溶融スラグの流出検知方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器の流出路から
溶融金属に伴って流出する溶融スラグの検知方法とその
流出防止方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば連続鋳造設備等において、溶鋼鍋
からタンディッシュ内に溶鋼を注入する際、溶鋼鍋の流
出路からタンディッシュ内に流出する溶融スラグの量を
減少させることは、連続鋳造鋳片の品質向上のため重要
である。このため、従来よりオペレータによる溶融スラ
グ流出の目視検出を行っていた。

【０００３】しかし、近年溶融スラグの検知を自動化す
ることが望まれ、その装置として例えば特開昭６４−２
７７６８号公報及び特公平７−４１４０２号公報に提案
の装置がある。これは図７に示すように、溶鋼鍋２のロ
ングノズル（図示せず）上部に設置されているスライデ
ィングノズル６は固定プレート６ａと可動プレート６ｂ
より構成されており、スライディングノズル６の上部で
溶鋼１の流出路８を形成する流出ノズル９の外周側に、
磁界発生コイル４ａ（以下単に送信コイルと称す）と誘
起電圧発生コイル（以下単に受信コイルと称す）４ｂと
で構成したスラグ検出センサーを取り付け、前記流出ノ
ズル９内に溶鋼１のみが流れている場合と溶鋼１に溶融
スラグ３が混入して流れている場合において、流出ノズ
ル９中の導電率が異なることを利用した装置である。

【０００４】即ち、前記送信コイル４ａに電流を流して
磁界をつくっておき、流出ノズル９内を溶鋼１のみが流
れている場合と、溶鋼１に溶融スラグ３が混入して流れ
ている場合とで受信コイル４ｂに誘導される電圧が異な
る。この受信コイル４ｂに誘起する電圧の変化量を検知
して流出ノズル９内を流れる溶融スラグの有無を検知し
ようとするものある。

【０００５】そして、溶融スラグの流出を検知した際に
おける容器内の溶鋼の流出を停止する方法としては、前
記のスラグ検知装置において誘導起電力の変化から流出
路ノズル９を流れるスラグ３の混入率を計算し、この計
算した値が閾値以上に達した時点でスライディングノズ
ル６を全閉にて溶鋼鍋からの溶鋼流出量を停止する方法
がある。さらに、特開平７−９１１７号公報に記載のよ
うに流出する溶鋼中のスラグ混入率が２〜１０％の範囲
内になると、スライディングノズル６を等しいパルス幅
と等しいパルス間隔を有する閉パルス信号と、開パルス
信号とを交互に繰り返してスライディングノズル６の開
度を絞り込み、スラグ混入率が１０〜３０％の範囲にな
ると、スライディングノズル６を全閉にする方法が提案
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開昭６
４−２７７６８号公報および特公平７−４１４０２号公
報で提案の技術は、以下のような問題点を有する。つま
り両者は何れも受信コイル４ｂに誘起する電圧の変化に
よりスラグ混入率を求めているために、閾値を高い値に
置かねば誤検知が発生していた。言い換えるならば、ス
ラグ混入量が少ない場合には受信コイルに発生する誘起
電圧の変化量が小さいために検出できず、ある程度の量
以上のスラグが流出溶鋼内に無いと検知できない。しか
もこの信号が持つ情報はオンオフ情報でありスラグの有
無のみであった。このため、極微量のスラグ流出の場合
はそのスラグ検知は皆無であり、それだけスラグの検知
時期を遅らせていた。

【０００７】またスラグの混入は、スラグ流出初期に数
％で推移するのではなく、１０％以上も一気に増加する
ケースがあるが、この場合は前記特開平７−９１１７号
公報に記載の方法においては、スライディングノズルを
絞り制御せずにスライディングノズルを一度に全閉して
しまうために、容器内に多量の溶鋼が残留して歩留まり
が悪いものであった。

【０００８】本発明は上記課題を解決し、容器から溶融
金属に混入して流出する溶鋼スラグを精度良く検知し、
これをもとにスライディングノズルの開度調整を行って
溶融スラグの流出量を低減することを課題とするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の手段１は、容器内の溶融金属を流出する流出路の周
囲に磁界発生コイルと誘起電圧発生コイルを設け、該誘
起電圧発生コイルに誘起する誘導電圧の変化により前記
流出路からの溶融スラグを検知するに際して、該誘起電
圧発生コイルに誘起する誘起電圧の経時的移動平均値を
求め、この値と該コイルに誘起した誘起電圧の直近過去
（３〜２７０秒前）の値とその時点より過去のｎ個の移
動平均を経時的に比較し小さい方の値を逐次記憶し、こ
の記憶した値の移動平均を求めて参照値とし、さらに、
現時点の値と現時点から過去ｎ個の移動平均を比較し大
きい値を選択値とし、該選択値と前記参照値の差の値α
が閾値βを所定回数連続して超えたことをもって溶融ス
ラグの流出とする溶融スラグの流出検知方法である。

【００１０】さらに、手段２は前記磁界発生コイルの励
磁電流の周波数を下記、の周波数を除く３０〜４５
０Ｈｚの範囲とするものである。 商用周波数帯のｎ倍の周波数 前記誘起電圧発生コイル近傍で発生しているノイズ
の周波数と同じ周波数手段３は前記選択値と参照値の差
の値αが閾値βを所定回数連続して超えると前記容器の
溶融金属流出路を所定開度に所定期間絞り、その後、そ
の開度を再度開けて前記差の値αが閾値βを再び所定回
数連続して超えた際に前記流出路閉塞してスラグの流出
を防止する方法である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明者等は、溶鋼に混入する溶
融スラグの検知を正確、かつ、迅速に行うために種々実
験検討を行った結果、前記誘起電圧の直近過去の参照値
と選択値の差を取ることにより可能であることを知見し
た。これは従来のスラグ検知は誘起電圧の値が閾値を超
えたか超えなかったかで検知するものだったのに対し、
誘起電圧の直近過去の情報と現時点の情報を見比べるこ
とによりスラグの流出の状況が把握できるようになっ
た。しかも、過去の値の移動平均値を選択値と参照値で
使用することによりノイズに強く、またこの選択値と参
照値の差が大きく取れることになり少量のスラグ流出で
も検知できるものである。

【００１２】ここで本発明者等は更なる実験、検討を行
った結果、上記の誘起電圧発生コイルに生じる電圧信号
の選択値と参照値の値の差をとる方法は、コイルに発生
する電圧信号を基に行ったが、磁界発生コイルに流す電
流を適正な周波数にすることにより、磁界そのものを溶
鋼中に更に浸透させることが可能となり、これにより、
的確に、しかも、早期にスラグの検知が可能となること
が分かった。これは磁界発生コイルに流れる電流の励磁
周波数の検討を行った結果知見したものである。

【００１３】さらに容器内のスラグ流出量流出抑制とと
もに、容器内に残存する溶鋼を減少し溶鋼歩留まりを向
上させるために、本発明によるスラグ検知方法によりス
ラグ検知だけでなくスラグ検知装置の直近過去（３〜２
７０秒前）の誘導電圧の参照値と現時点の誘導電圧の差
によってスライディングノズルの開度を絞り、容器内の
溶鋼の流出量をコントロールする。つまり、本発明によ
り従来よりもスラグ検知精度が向上し容器からのスラグ
流出量は減少するものの、容器内に残存する溶鋼が従来
以上に増加し溶鋼歩留まりが低下するためである。

【００１４】そこで本発明では、直近過去（３〜２７０
秒前）の誘導電圧の参照値と現時点の誘導電圧の差の値
αが閾値β以上で所定値Ａ（閾値β以下の値）未満の場
合に、スライディングノズルの開度を全閉にならない程
度まで絞り、スラグの流出の原因となる渦の発生を遅ら
せ歩留まりを向上させ、誘導電圧の差αが所定値Ａ以上
の場合には、スラグの流出量が大きいため２度絞りによ
る歩留まり向上は期待できないためスライディングノズ
ルを全閉にして容器からの溶鋼流出を停止する。これに
より、スラグ流出量を抑制できるだけでなく、容器内の
溶鋼の歩留まり向上が可能になる。

【００１５】また一方でコイルとスラグ流出検知装置を
見直し、スラグ流出の傾向そのものを監視できるように
するため周波数の検討を行った。図７に示す送信コイル
４ａに流れる励磁電流の周波数は該誘導電圧の振幅の差
のみで決定されたと考えられる５００Ｈｚであった。こ
こで磁界の浸透深さについて検討し、図３の結果を得
た。例えば、流出路８の口径が半径４．５ｃｍの場合、
スラグは溶鋼流の中心近傍を通るので流出路８の半径以
上の浸透深さが必要である。このため図３から４．５ｃ
ｍ以上浸透する周波数は１８０Ｈｚ以下であることが分
かった。

【００１６】次に、測定物である溶鋼とスラグの磁界強
度の差が大きく取れることが重要であり、溶鋼とスラグ
の磁界強度を図４に示す。この図４から、その差が大き
く取れる６０Ｈｚ以上の周波数が望ましいことが分かっ
た。ここでノイズの影響を避けるため商用周波数のｎ倍
周波数を避け、その中間の周波数を選択すると９０及び
１５０Ｈｚが選定できる。

【００１７】さらに、コイル部のノイズ測定を行った結
果が図５である。この図５から９０Ｈｚ付近にはノイズ
強度が高く、１５０Ｈｚ付近はノイズ強度が低いことが
分かった。そこで、磁界発生コイルの励磁電流に用いる
周波数は１５０Ｈｚにし、本周波数を使用することによ
り磁界が溶鋼内部まで浸透し少量のスラグの流出におい
ても誘起電圧の変化として捉えることができた。

【００１８】また、溶鋼金属容器の溶鋼流路の半径が
４．５ｃｍとは異なる場合においては、図３によりそれ
ぞれの半径分に見合う浸透深さを満たし、各地の商用周
波数のｎ倍と受信コイルのノイズ測定を行い、影響を受
けない励磁周波数を選定すれば溶鋼流路内の極微量のス
ラグの流出が誘起電圧の変化として捉えることができ
る。

【００１９】詳細を述べれば、溶鋼流路の半径が４．５
ｃｍ以上の場合は浸透深さを更に深くする必要があり低
周波数を選択しなければならない。また逆に溶鋼流路の
半径が４．５ｃｍ以下の場合は浸透深さが浅くて構わな
いためノイズに対するＳＮ比を重視するように高周波数
を選択する。ただし、浸透深さについては３０Ｈｚ未満
になると種々条件にもよるがＳＮ比が取れない。また溶
鋼とスラグの磁界強度を示した図４からも同じく種々条
件にもよるが４５０Ｈｚ超になるとＳＮ比は高く取れる
が浸透深さが足りなくなる。したがって、本発明者らは
磁気式スラグ検出装置の使用周波数範囲を３０〜４５０
Ｈｚとした。

【００２０】この少量のスラグの流出の誘起電圧の変
化、即ち、スラグ信号は５００Ｈｚ時においては全く検
出できなかったものであり、多量のスラグ流出時におい
て初めて信号変化として捉えられてきたものであった。
しかもそのスラグ信号は、ほぼ垂直に立ち上がるもので
あり、ある程度のスラグが流出路に流入したときの有無
しか情報として得られなかった。少量のスラグ流出時、
言い替えるならば、ちぎれてスラグのアブクが出てき始
めた状態においてもスラグ信号を図６（ｃ）に示すよう
に捉えることができた。このスラグのアブクと見られる
なだらかに変化する信号こそがスラグの流出の状態その
ものを表している。この連続した出力信号からスラグの
流出状況の情報を表せるようになったことにより、様々
な流出状態が推定できるようになった。そこでスラグの
流出パターンを信号から推定し３パターンに分類した。

【００２１】まず、パターンは図６（ａ）に示すよう
に信号が一気に立ち上がるもので、スラグが一気に流出
したと考えられるものである。次に、パターンは図６
（ｂ）に示すように信号が徐々に立ち上がり、次に鋭く
立ち上がるものである。これは注出末期に発生する溶鋼
に生じる渦により徐々にスラグが流出していると考えら
れる。最後にパターンは図６（ｃ）に示すように、ス
ラグ流出に先駆けなだらかな上昇部が現れるもの、スラ
グ本流に先立ちスラグが泡となって流出していると考え
られる。

【００２２】このようにスラグの流出を３パターンに分
類し、スラグ流出状況が入っている信号からノイズを除
去しスラグ流出の検知を行う前記の信号処理を行った。
テストの結果、この分類に区分けした場合を示すと、パ
ターンでは平均０．０９ｓｅｃ従来システムよりも早
くなった。パターンでは平均０．７１ｓｅｃ従来シス
テムよりも早くなった。パターンでは平均２．１５ｓ
ｅｃ、最大で５．４ｓｅｃ従来システムよりもスラグ検
出を早くすることができた。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一例を図１〜７を参照して説
明する。システム構成を図１に示す。スラグ検知システ
ム１０は溶鋼鍋２の下部に設けた浸漬ノズル１３から溶
鋼がタンディッシュ１１内に流入するときに、この浸漬
ノズル１３内を流れる溶鋼中にスラグが混入しているか
判定する。この判定には溶鋼鍋２の鍋底に設置した磁界
発生コイルの１次側４ａにスラグ検知システム１０から
励磁周波数１５０Ｈｚの電流を流す。これにより前記磁
界発生コイルの受信コイル（２次側）４ｂに電圧が発生
する。この電圧はノイズが多くＳＮ比も低いためスラグ
信号とするため温度補正および絶対値検波等を行い、ス
ラグ流出を検知する。この検知信号によりＳＮ制御装置
１６はスライディングノズル閉信号として認識し、上位
計算機１８の認識している鋼種により２度絞りを行うか
判断しスライディングノズル６を閉止する。

【００２４】またこのとき、スラグ流出信号がアナログ
信号でスラグ検知システム１０よりスラグ検知マイコン
１７に逐次送信されたいるため、このスラグ検知マイコ
ン１７はこのアナログ信号を移動平均して過去の参照値
と選択値を作成し、スラグの混入を検知した段階でＳＮ
制御装置１６にスライディングノズル閉信号と認識させ
る。このとき信号の差αが閾値３．５以上５未満の場合
にはスライディングノズル６の絞りを全閉にならない程
度まで絞り、２秒閉止後に全開にしてスラグ検知および
信号処理を行わせる。

【００２５】そこで、再び前記信号差αが閾値３．５以
上５未満あることを検知するとスライディングノズル６
を全閉させる。また、信号処理についてはスラグ流出状
況が入っている信号からノイズを除去し、スラグ流出の
検知を行うために図２に示す信号処理を行う。まず、直
近過去の１０個の移動平均を取る（Ｓ１）。次に、この
移動平均値と現時点の値を比較して、大きい方の値と小
さい方の値を求める（Ｓ２）。この小さい方の値の過去
５個で移動平均を求め、３０秒記憶して参照値とする
（Ｓ３）。この参照値と前記Ｓ２で求めた大きい方の値
である選択値の差αを求め、差αが閾値β（ここでは
３．５とした）を超え、かつその状態を連続γ（５回）
保持したならばスラグ流出と判定する（Ｓ４）ものであ
る。この信号処理を行うと徐々にスラグが流出する場
合、即ち立ち上がりが緩やかなものに対しては特に有効
であった。

【００２６】（実施例）表１は容量３００ｔの溶鋼鍋２
から容量７０ｔのタンディッシュ１１を介して鋳型に溶
鋼を注入する連続鋳造機を用いて低炭素鋼の鋳造を実施
した。容量３００ｔの溶鋼鍋２に設置したスラグ検知装
置および溶鋼鍋２からタンディッシュ１１へのスライデ
ィングノズル６の開閉制御以外は実施例、従来例とも同
一条件で鋳造を行った例を示すものである。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１中、実施例１においてはスラグ検知シ
ステム１０の送信コイル励磁周波数を４００Ｈｚとし、
実施例２、３においては送信コイル励磁周波数を１５０
Ｈｚとした。また、実施例１〜３では図１に示すよう
に、スラグ検出システム１０で検知した検出値（スラグ
混入率％）を基にスラグ検知マイコン１７で信号処理を
行ってスラグ検知を実施した。つまり、スラグ検出シス
テム１０で検知した検出値をタイマー間として３０秒保
持したものを１０個の区間で移動平均を取り、そのとき
の検出値と保持していたときの検出値を比較し小さい方
を取り、この検出値の過去５個で移動平均を取り参照値
とした。

【００２９】また一方、スラグ検出システム１０で検知
した検出値も１０個の区間で移動平均を取り選択値とそ
の移動平均の信号を比較し大きい方を取り、これを選択
値とした。そして、この選択値から参照値を引いたもの
を差αとする。さらに、実施例１、２は、この差αが閾
値（３％）を超え、かつ、その状態を連続５回保持した
ならば直ちにスライディングノズル６を直ぐに全閉にし
た例である。実施例３は前記差αが第１の閾値（３％）
を超えた時にスライディングノズル６の開度を全閉に対
して開度４０％まで絞り、さらに、差αが第２の閾値
（５％）を超え、かつ、その状態を連続５回以上保持し
た時にスライディングノズル６を直ぐに全閉にした例で
ある。

【００３０】一方、従来例１〜３は、スラグ検知システ
ム１０の送信コイル励磁周波数をいずれも５００Ｈｚと
し、さらに、従来例１〜３はスラグ検出システム１０で
検知した検出値を直接閾値と比較したものである。従来
例１は、閾値を１０％以下にすると誤検知率が高くなる
ことから閾値を１０％とし、この閾値を該検出値が超え
た場合、従来例２は閾値２０％を超えた場合に、スラグ
流出と判定してスライディングノズル６を直ぐに全閉に
した例である。また、従来例３はスラグ検出システム５
での検出値が２％以上１０％未満ではスライディングノ
ズル６の開閉操作を１秒間隔で実施し、その後、検出値
が閾値１０％を超えた時点で直ちにスライディングノズ
ル６を全閉にした例である。

【００３１】表１からわかるように、実施例１〜３は従
来例に比較して溶鋼鍋２からタンディッシュ１１へのス
ラグの流入量を大幅に低減することができる。また、実
施例２は実施例１に比較して送信コイルの励磁周波数が
低いために、スラグの流入量が低減したことがわかる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によると、従来に比して流出ノズ
ルから流出する溶融スラグを精度良く検知し、これに基
づいて容器内の溶融金属の残湯量が抑制されるため、例
えば、連続鋳造設備においてはタンディッシュに流入す
る溶融スラグ量を大幅に低減することが可能となり、鋳
片品質が向上するとともに、容器内の溶融金属の歩留ま
りを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すシステム構成図

【図２】本発明の実施の形態における信号処理フロー図

【図３】励磁コイルの励磁電流の周波数と磁界の溶鋼浸
透深さの関係を示す図

【図４】溶鋼とスラグの磁界強度と周波数の関係を示す
図

【図５】励磁コイルの励磁電流の周波数とノイズ強度と
の関係を示す図

【図６】本発明の実験に用いた信号波形を示す図

【図７】溶鋼鍋の底部の側断面図

【符号の説明】

１ 溶鋼 ２ 溶鋼鍋 ３ スラグ ４ａ 送信コイル ４ｂ 受信コイル ５ 磁界強度 ６ スライディングノズル ６ａ 固定プレート ６ｂ 可動プレート ７ 開口部 ８ 流出路 ９ 流出ノズル １０ スラグ検知システム １１ タンディッシュ １３ 浸漬ノズル １６ ＳＮ制御装置 １７ スラグ検知マイコン １８ 上位計算機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井本 健夫 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内の溶融金属を流出する流出路の周
   囲に磁界発生コイルと誘起電圧発生コイルを設け、該誘
   起電圧発生コイルに誘起する誘導電圧の変化により前記
   流出路からの溶融スラグを検知するに際して、該誘起電
   圧発生コイルに誘起する誘起電圧の経時的移動平均値を
   求め、この値と該コイルに誘起した誘起電圧の直近過去
   の値とその時点より過去のｎ個の移動平均を経時的に比
   較し、小さい方の値を逐次記憶し、この記憶した値の移
   動平均を求めて参照値とし、さらに、現時点の値と現時
   点から過去ｎ個の移動平均を比較し、大きい値を選択値
   とし、該選択値と前記参照値の差の値αが閾値βを所定
   回数連続して超えたことをもって溶融スラグの流出とす
   ることを特徴とする溶融スラグの流出検知方法。
2. 【請求項２】 前記磁界発生コイルの励磁電流の周波数
   を下記、の周波数を除く３０〜４５０Ｈｚの範囲と
   したことを特徴とする請求項１記載の溶融スラグの流出
   検知方法。 商用周波数帯のｎ倍の周波数 前記誘起電圧発生コイル近傍で発生しているノイズ
   の周波数と同じ周波数
3. 【請求項３】 前記請求項１、２における選択値と参照
   値の差の値αが閾値βを所定回数連続して超えると前記
   容器の溶融金属流出路を所定開度に所定期間絞り、その
   後、その開度を再度開けて前記差の値αが閾値βを再び
   所定回数連続して超えた際に前記流出路閉塞することを
   特徴とするスラグの流出防止方法。