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連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置 - JFEスチール株式会社
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発明の名称 連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−90357(P2007−90357A)
公開日 平成19年4月12日(2007.4.12)
出願番号 特願2005−279193(P2005−279193)
出願日 平成17年9月27日(2005.9.27)
代理人 【識別番号】100105968
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 憲一郎
発明者 四辻 淳一 / 長棟 章生
要約 課題
連続鋳造において鋳型内に添加されたモールドパウダーの溶融厚み及び粉末層厚みを適切な厚みに自動的に制御することのできるモールドパウダー自動供給装置を提供する。

解決手段
上記課題は、連続鋳造鋳型1内の溶融金属2の上にモールドパウダー4を全自動で投入するモールドパウダー自動供給装置19であって、前記鋳型内のモールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値に基づいて、モールドパウダーを全自動で投入するモールドパウダー自動供給装置によって解決することができる。この場合、前記モールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値は、少なくとも2種以上の周波数における位相情報と絶対値情報とを用いて計測する多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器による計測値であることが好ましい。
特許請求の範囲
【請求項1】
連続鋳造鋳型内の溶融金属上にモールドパウダーを全自動で投入するモールドパウダー自動供給装置であって、前記鋳型内のモールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値に基づいて、モールドパウダーを全自動で投入することを特徴とする連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置。
【請求項2】
前記モールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値は、少なくとも2種以上の周波数における位相情報と絶対値情報とを用いて計測する多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器による計測値であることを特徴とする、請求項1に記載の連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、連続鋳造において潤滑剤などとして用いられているモールドパウダーを鋳型内へ全自動で投入するモールドパウダー自動供給装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
鋼の連続鋳造では、溶鋼を水冷構造の鋳型に注入して冷却し、鋳型との接触面に凝固シェルを生成させながら、この凝固シェルを鋳型下方に連続的に引き抜き、鋳片を製造している。この連続鋳造においては、銅を母材とし、その表面に必要に応じてクロムまたはニッケル若しくはこれら金属の合金がメッキされた鋳型表面と、生成される凝固シェルとの摩擦抵抗を減じるために、潤滑剤としてモールドパウダーが使用されている。
【0003】
モールドパウダーは、CaO、SiO2 、Al23 、MgO、MnOなどの酸化物を基材とし、これら基材に、基材の物性を調整するためのNa2O、K2 O、CaF2 、MgF2 、Li2 CO3、氷晶石などのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物や弗化物または炭酸化物と、基材の主成分であるCaO、SiO2 の成分調整材である炭酸カルシウムや珪藻土と、溶融速度調整材であるカーボンブラックや人造黒鉛などの炭素物質とが、添加されて構成されており、鋳型内の溶鋼上に添加されたモールドパウダーは、溶鋼の熱によって加熱され溶融して鋳型と凝固シェルとの間隙に流入し、潤滑剤としての機能を発揮する。尚、モールドパウダーは、その他に酸化防止剤、保温剤、溶鋼から浮上してくるアルミナなどの酸化物の吸収剤としての機能も有している。
【0004】
これらのモールドパウダーの機能うちで潤滑剤としての機能及び酸化物吸収剤としての機能は、モールドパウダーの溶融層の厚みに依存し、また、保温剤としての機能は、溶融層の厚みのみならず、溶融層の上に存在する粉末層の厚みにも依存する。従って、鋳型と凝固シェルとの間隙に流入して消費されるモールドパウダーの溶融層及び粉末層の厚みを所定の範囲に維持しながら鋳造することは、連続鋳造操業の安定化のためにも、また、鋳片の品質向上のためにも極めて重要となる。
【0005】
従来、鋳型へのモールドパウダーの供給は、鋳型の状況をオペレーターがモニターで監視してオペレーター判断で投入したり、モールドパウダー自動供給装置を使用する場合には、鋳造する鋼種や使用するモールドパウダーの種類毎に供給パターン(投入量及び投入タイミング)を予め設定し、この設定値に則って投入したりすることが多かった。しかし、モニター監視に基づくオペレーターによる投入は、オペレーターによる個人差が生じ、溶融層厚み及び粉末層厚みのバラツキが大きいという問題があった。この場合には、省力化の面からも好ましいことではない。また、供給パターンを固定した自動供給も、供給パターンの変更などはモニター監視によるオペレーター判断に依存することが多く、結局はフィードバック間隔が長くなり、溶融層厚み及び粉末層厚みのバラツキの原因となっていた。
【0006】
鋳造中の溶融層厚みのバラツキを少なくするべく、特許文献1には、鋳型内へモールドパウダーを供給する可動ノズル装置と、鋳型内のモールドパウダーの表面温度及びこの温度分布から溶融層厚み及びその分布を検出する検出装置と、この検出装置の出力信号に基づいて溶融層厚みが一様且つ一定になるように可動ノズルの動作及びモールドパウダーの供給量を制御する制御装置と、を有するモールドパウダー自動供給装置が提案されている。特許文献1によれば、鋳型内の溶鋼湯面全面にわたって均一なモールドパウダー層の形成が可能となり、オペレーターの省力も図れるとしている。
【特許文献1】特開昭60−49846号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献1に提案された方法には以下の問題点がある。即ち、特許文献1では溶融層の厚みをモールドパウダーの表面温度の計測値に基づいた熱計算により算出しているが、モールドパウダー粉末の粒径及び密度のバラツキが要因となってモールドパウダーの表面温度の変動誤差は大きく、また、介在物付着対策として浸漬ノズルに吹き込まれたArガスがモールドパウダー層を通過して表面に出てくることから表面温度が局所的に上昇するなどすることから、モールドパウダーの表面温度と溶融層の厚みとは一対一に対応しているとはいい難く、従って、溶融層の厚みを正確に計測しているとはいい難い。また、その計測値に基づいてモールドパウダーの供給量を決定しており、常に所定厚みの溶融層が形成されているともいい難い。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、連続鋳造において鋳型内に添加されたモールドパウダーの溶融厚み及び粉末層厚みを適切な厚みに自動的に制御することのできるモールドパウダー自動供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するための第1の発明に係る連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置は、連続鋳造鋳型内の溶融金属上にモールドパウダーを全自動で投入するモールドパウダー自動供給装置であって、前記鋳型内のモールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値に基づいて、モールドパウダーを全自動で投入することを特徴とするものである。
【0010】
第2の発明に係る連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置は、第1の発明において、前記モールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値は、少なくとも2種以上の周波数における位相情報と絶対値情報とを用いて計測する多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器による計測値であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る連続鋳造用モールドパウダー自動供給装置は、鋳型内のモールドパウダーの溶融層厚み及び粉末層厚みの計測値に基づいて、鋳型内へのモールドパウダーの投入量及び投入タイミングを制御するので、鋳型内の溶融金属上に常に適切な厚みのモールドパウダーの溶融層及び粉末層を維持することができ、鋳片の品質向上並びに連続鋳造操業の安定化が達成されるなど、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明を、スラブ連続鋳造機で溶鋼を鋳造する場合に適用した例を用いて具体的に説明する。図1及び図2は、本発明に係るモールドパウダー自動供給装置を設置した連続鋳造機の概略図で、図1は側面概略図、図2は正面概略図である。
【0013】
図1及び図2において、取鍋(図示せず)からタンディッシュ7に注入された溶鋼2は、タンディッシュ7の底部に設置された浸漬ノズル8を介して、水冷構造の鋳型1に注入され、鋳型1により冷却されて鋳型1との接触面に凝固シェル3を形成し、この凝固シェル3が鋳型1の下方に連続的に引き抜かれ、連続鋳造鋳片が製造されている。鋳型1の溶鋼湯面2aには、凝固シェル3と鋳型1との潤滑剤、溶鋼2の酸化防止剤、溶鋼2の保温剤、及び溶鋼2から浮上してくるアルミナなどの酸化物の吸収剤としてのモールドパウダー4が、モールドパウダー自動供給装置19により添加されている。
【0014】
モールドパウダー自動供給装置19は、モールドパウダー4を収容する貯蔵ホッパー20と、貯蔵ホッパー20に収容されたモールドパウダー4を切出して鋳型1の内部に投入する供給フィーダー21と、モールドパウダー4の切出し量及び投入タイミングを制御する制御装置22と、これらを積載する台盤23とを備えている。供給フィーダー21は、例えばスクリューフィーダーなどを用いることができる。台盤23は車輪(図示せず)を備えており、鋳造床(図示せず)に設置されたレール(図示せず)の上を鋳型1の長辺面に対して平行に移動できるようになっている。
【0015】
溶鋼湯面2aの上方には、鋳型内のモールドパウダー4の溶融層厚み及び粉末層厚みを計測する多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器の一部分を構成する多周波渦流センサー11が設置されている。尚、図1では、錯綜して分りにくくなるために、多周波渦流センサー11を省略している。また、この多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器は溶鋼湯面2aの位置を計測する湯面レベル計を兼ねている。
【0016】
ここで、本発明においてモールドパウダー4の溶融層の厚み及び粉末層の厚みを計測する多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器について説明する。
【0017】
図3に、鋳型内の溶鋼及びモールドパウダーの状態を示す概略図を示す。図3に示すように、鋳型1の溶鋼湯面2aに添加された粉末状のモールドパウダー4は、溶鋼2を覆い、溶鋼2から熱を受け、溶鋼2と接触する側は溶融して溶融層5を形成する。溶融層5の上部には未溶融の粉末層6が形成される。溶融したモールドパウダーは凝固シェル3と鋳型1との間隙を流下して消費される。尚、図3では凝固シェル3と鋳型1との間隙を流下するモールドパウダーは省略している。
【0018】
モールドパウダー4の溶融層5の厚みは、凝固シェル3と鋳型1との間隙を流下して消費される量と新たに溶融される量とで決定されるが、鋳造条件が変化するとモールドパウダー4の消費量が変化し、それに応じてモールドパウダー4の溶融層5の厚みも変動する。この溶融層5の厚みが薄くなると、未溶融のモールドパウダー4が溶鋼2に巻き込まれるなどして鋳片の品質欠陥の原因になるのみならず、凝固シェル3と鋳型1との潤滑が不足し、ブレークアウトを発生する恐れもある。そのため、モールドパウダー4の溶融層5の厚みが所定の厚みを維持するように、モールドパウダー4を鋳型1に供給することが極めて重要となる。
【0019】
これら溶鋼2、溶融層5、粉末層6の導電率を表1に示す。溶融層5の導電率は溶融させたモールドパウダーで計測し、粉末層6の導電率は、粉末状態のモールドパウダーで計測した値である。表1に示すように、溶鋼2の導電率は非常に大きく、それに対して溶融層5の導電率は小さい。一方、粉末層6の導電率は極めて小さくほぼ絶縁体に近い。本発明で用いる多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器は、溶鋼2の表面即ち溶鋼湯面2aまでの距離と、溶融層5の厚みと、粉末層6の厚みとを計測するための装置である。
【0020】
【表1】


【0021】
渦流法は、図4にその計測方法の原理を示すように、励磁コイルの信号と検出コイルの信号とを検波して、検出コイルのインピーダンス変化を計測する方法であるが、検出コイルのインピーダンスは、設計仕様の他に、検出コイルの周辺状況、例えば検出コイルに対する導電体の距離、導電体の導電率の変化などによっても変化する。ここで、インピーダンスは複素数であり、絶対値(電圧)と位相情報の2つの情報がある。即ち、1つの周波数について2つのデータが得られることになる。これらの絶対値及び位相情報の概念を図5に示す。図5において、実線の波は励磁コイルへの入力、破線の波は検出コイルの出力であり、絶対値とは、検出コイルの出力の最大値と最小値との差であり、位相情報とは、励磁コイルに入力した信号に対する出力の位相差である。
【0022】
鋳型内の溶鋼湯面2aの位置を計測する渦流式湯面計測器などのように測定対象が1つならば、1つの周波数で絶対値のみを測定することで計測が可能であるが、モールドパウダー4の溶融層5の厚み及び粉末層6の厚みを計測するためには、計測の対象として3種類の対象を計測するということになる。そのためには、少なくとも3種類の周波数を用いるか、2種類の周波数でそれぞれの絶対値と位相情報とを利用するなどして、とにかく3種類以上のデータが必要である。多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器は、この点を解決しており、複数の周波数における絶対値と位相情報とを利用して計測・解析し、モールドパウダー4の溶融層5の厚み及び粉末層6の厚みを計測する装置である。
【0023】
図6に、本発明で使用した多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器の構成図を示す。図6に示すように、連続鋳造されている鋳型内の溶鋼2に対向して多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器の多周波渦流センサー11を、上下移動可能な保持台10を介して架台9に設置する。溶鋼2は、モールドパウダー4の溶融層5で覆われ、溶融層5は、未溶融の粉末層6で覆われている。多周波渦流センサー11は、空芯または絶縁体若しくは非磁性のボビンに巻かれたコイルからなり、励磁コイル13と検出コイル14とから構成される。多周波渦流センサー11は、計測中に冷却できるようにケース12を外殻とし、外部からケース12の内部に導入される空気によってエアーパージされる構造である。
【0024】
励磁コイル13には、発振器15から出力された基本波形が電源アンプ16で増幅されて入力される。検出コイル14にて検出された信号は、差動アンプ17で増幅された後、ロックインアンプ18へ入力される。発振器15から別途基本波形をロックインアンプ18へ参照波形として入力し、検波出力として絶対値と位相とが得られる。発振器15からの信号の周波数を変えることにより、多周波での計測が可能となる。多周波として例えば、低周波として50kHz〜200kHzの範囲、高周波として800kHz〜1.2MHzの範囲から、少なくとも1周波づつ選択して計測すると、粉末層6はバラツキ±5mm程度で計測可能である。
【0025】
このようにして構成される多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器によるモールドパウダー4の溶融層5の厚み及び粉末層6の厚みの計測値が、モールドパウダー自動供給装置19の制御装置22に入力され、制御装置22は入力された溶融層5の厚み及び粉末層6の厚みの計測値に基づいて、モールドパウダー4の切出し量及び投入タイミングを決定する。
【0026】
図7に、モールドパウダー自動供給装置19を制御するためのフローチャートを示す。制御装置22は、多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器から入力された溶融層5及び粉末層6の厚みデータに基づき、鋳造データを参照して、モールドパウダー4の供給量及び投入タイミングを決定する。
【0027】
供給量判定算出ロジックは、例えば以下のようにすることができる。即ち、鋼種、鋳造速度及びモールドパウダーの種類に基づいて予め作成したテーブルを用いてモールドパウダー4における基本消費量及び溶融層5の基本厚みを決定し、計測された溶融層5の厚みが前記基本厚みよりも薄ければ供給量を増加して、粉末層6の厚みが現状よりもおよそ10mm厚くなるまで供給する。逆に、計測された溶融層5の厚みが基本厚みよりも厚ければ、粉末層6の厚みが現状よりもおよそ5mm薄くなるまで供給量を抑制する。また、鋳型1のオシレーションの周期や振幅を変化させた場合や溶鋼温度が変化した場合も、モールドパウダー4の消費量は変化するが、これらを全て加味して供給量を決定する。
【0028】
溶融層5の厚みは他のパラメータ(表面流速、Arガス吹き込み量)を用いて調整する場合もあるが、上記のように、粉末層6の厚みを変更することにより溶融層5の厚みを調整することに関しては全自動で制御可能となり、鋳片の品質向上並びに連続鋳造操業の安定化が達成される。
【0029】
尚、図2では、浸漬ノズル8を挟んで片側のみに多周波渦流センサー11及びモールドパウダー自動供給装置19を図示しているが、浸漬ノズル8を挟んだ反対側にも多周波渦流センサー11を含めて多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器並びにモールドパウダー自動供給装置19が設置されている。つまり、浸漬ノズル8を挟んで鋳型幅方向左右でそれぞれ独立してモールドパウダー4の投入を制御している。但し、多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器及びモールドパウダー自動供給装置19をそれぞれ2基ずつ設置する必要はなく、モールドパウダー自動供給装置19の供給フィーダー21に伸縮機能を持たせるなどによって、浸漬ノズル8を回避して移動させることにより、1基の多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器と1基のモールドパウダー自動供給装置19とにより対処することができる。
【0030】
また、多周波渦流センサー11としては差分方式のセンサーもあるが、多周波渦流式である限り本発明を適用することができる。また更に、多周波の印加方法としては、同時に印加する多重周波数方式や、単周波を切り替える方式などを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明に係るモールドパウダー自動供給装置を設置した連続鋳造機の側面概略図である。
【図2】本発明に係るモールドパウダー自動供給装置を設置した連続鋳造機の正面概略図である。
【図3】鋳型内の溶鋼及びモールドパウダーの状態を示す概略図である。
【図4】渦流法の計測方法の原理を示す図である。
【図5】励磁コイルに対する検出コイルのインピーダンス変化を示す図である。
【図6】本発明で使用した多周波渦流式モールドパウダー溶融厚み計測器の構成図である。
【図7】本発明に係るモールドパウダー自動供給装置を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【0032】
1 鋳型
2 溶鋼
2a 溶鋼湯面
3 凝固シェル
4 モールドパウダー
5 溶融層
6 粉末層
7 タンディッシュ
8 浸漬ノズル
9 架台
10 保持台
11 多周波渦流センサー
12 ケース
13 励磁コイル
14 検出コイル
15 発振器
16 電源アンプ
17 差動アンプ
18 ロックインアンプ
19 モールドパウダー自動供給装置
20 貯蔵ホッパー
21 供給フィーダー
22 制御装置
23 台盤




 

 


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