(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属とスラグが入った容器から、シ−ルされた流通管を介して他の容器に前記溶融金属を注湯する際に、前記スラグが前記シ−ルされた流通管を通過して前記他の容器に流出するのを検知するスラグ流出検知装置であって、一端が前記シ−ルされた流通管の表面に接触する棒状の振動伝達手段と、該棒状の振動伝達手段の他端に取り付けられた振動検知手段と、棒状の振動伝達手段の中間に設けた振動伝達制御手段とから構成されることを特徴とするスラグ流出検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶融金属とスラグが入った容器（例えば取鍋）から、エアシ−ルパイプを介して他の容器（例えばタンディッシュ）に溶融金属を注入する際に、スラグがエアシ−ルパイプを通過して他の容器に流出するのを検知するスラグ流出検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉で精練された溶鋼は取鍋に移された後、連続鋳造において、タンディッシュにエアシ−ルパイプを介して注湯される。
【０００３】
通常、取鍋には溶鋼とともにスラグが入っているため、取鍋からタンディッシュに溶鋼を注入する際、注湯末期においてスラグが大量にタンディッシュに流入すると、タンディッシュ内の溶鋼にスラグが混入し、結果としてスラグが連続鋳造機の鋳型に巻き込まれ、連続鋳造された鋳片に内部欠陥として残留することになる。
【０００４】
したがって、タンディッシュ内には極力スラグを流出させないような操業が行われている。
【０００５】
このようなスラグの取鍋からタンディッシュへの流出を検知する従来の方法としては、特公平７−４１４０２号公報に開示された技術がある。この技術に基づくスラグの流出検知方法は、センサを構成する送信コイルおよび受信コイルにより金属溶湯の流れ断面を包囲し、複数の周波数を含む電流を送信コイルに印加し、この電流により受信コイルに電圧を誘導し、周波数を選択してこの電圧を評価し、この電圧のスペクトル状の複合経過から流れ断面にわたる導電率分布を求め、それから通過する金属溶湯のスラグの割合と、摩擦により変化する流れ断面の直径とを求め、溶湯およびセンサの変化する温度連続または準連続測定を行ない、温度デ−タと誘導される電圧スペクトルの測定値との理論結合を行なうものである。
【０００６】
また、特公昭６３−１１０９９号公報に開示されたスラグ混入防止装置による方法もある。この装置による方法は、エアシ−ルパイプを通過する溶鋼とスラグの振動変化を、振動検出個所を介して振動検知手段により検知する。そして、溶鋼流出末期の溶鋼中のスラグの含有量の増加にともない、振動数が所定値より低下する時点で、制御操作手段の作動により、ノズルの開閉手段を自動的に閉止し、溶鋼の注入を直ちに停止するというものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のスラグの流出検知方法には、次のような問題点がある。
【０００８】
（１）特公平７−４１４０２号公報に開示されたスラグの流出検知方法
取鍋ノズル取り囲むように検出コイルを設置する必要があるので、
▲１▼取鍋ノズルを改造する必要がある。
▲２▼使用する取鍋全てに検出コイルを設置する必要がある。
▲３▼検出コイルの設置場所が取鍋内溶湯の流出口であるため、検出コイルが高温にさらされて劣化が早い。
【０００９】
したがって、スラグの流出を検知するために、高額な初期投資が必要であるとともに、検出精度を維持するために、検出コイルの頻繁な取り替えが必要となり、保守費が高くなる。
【００１０】
（２）特公昭６３−１１０９９号公報に開示されたスラグ混入防止装置による方法
振動伝達手段の先端を、ノズル表面に溶接する方式のため、ノズルとセンサ部が一体として構成されており、チャ−ジ毎のノズルの移動および数チャ−ジ毎のノズルの交換時において、センサの取り外し等が必要となるため、作業性が悪い。また、ノズルとセンサ部とを容易に取り外し可能に構成しようとした場合、振動の伝達が十分に行なわれない可能性がある。
【００１１】
この発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、初期投資および保守費用が低額で、かつ正確にスラグ流出を検知することができるとともに、ノズルとセンサ部との切り離しが可能であるためノズル交換時における作業性が阻害されないスラグ流出検知装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るスラグ流出検知装置は、溶融金属とスラグが入った容器から、シ−ルされた流通管を介して他の容器に前記溶融金属を注入する際に、前記スラグが前記シ−ルされた流通管を通過して前記他の容器に流出するのを検知するスラグ流出検知装置であって、一端が前記シ−ルされた流通管の表面に接触する棒状の振動伝達手段と、該棒状の振動伝達手段の他端に取り付けられた振動検知手段と、棒状の振動伝達手段の中間に設けた振動伝達制御手段とから構成されるものである。
【００１３】
取鍋内の溶湯はシ−ルされた流通管を通って、重力により自由落下して、タンディッシュ内の湯面に衝突する。この流体衝突により、シ−ルされた流通管の先端が加振され、シ−ルされた流通管に振動が発生する。そして、溶湯に代わってスラグが流出した場合には、スラグの比重は溶湯の比重の１／３であるので、その比重差により、流体衝突によって発生するシ−ルされた流通管への加振力が低下し、シ−ルされた流通管に発生する振動強度は、溶湯の場合よりも減少する。
【００１４】
本発明のスラグ流出検知装置は、シ−ルされた流通管に発生する振動の上述のような強度の変化を検出して、スラグ流出を検知するものである。そして、シ−ルされた流通管に発生している振動を検知するために、振動検知手段を直接高温のシ−ルされた流通管の表面に接触させることは難しいので、耐熱性に優れた材料でできた棒状の振動伝達手段をシ−ルされた流通管の表面に接触させ、この棒状の振動伝達手段のシ−ルされた流通管の表面に接触しない方の端部に振動検知手段を取り付け、振動検知手段の耐熱性を確保しつつ、シ−ルされた流通管の振動を検知するようにしている。
【００１５】
また、シ−ルされた流通管の振動を、振動伝達手段を介して検知しようとしているので、その伝達特性の影響を受けて、スラグ流出時の振動変化の検知精度が悪くなる傾向にある。そこで、振動伝達手段の途中に、振動伝達手段の伝達特性を制御する振動伝達制御手段を設け、検知精度の悪化を防いでいる。
【００１６】
本発明のスラグ流出検知装置は、上述したような構成となっているため、取鍋を改造する必要もなく、また全ての取鍋にスラグ流出検知装置を取り付ける必要もない。
【００１７】
また、振動検知手段の耐熱性が確保されているので、振動検知手段を頻繁に取り替える必要もない。
【００１８】
さらには、シ−ルされた流通管に振動伝達手段を接触させるだけの構造となっているので、取鍋ノズル交換時に作業性を妨げることはない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態のスラグ流出検知装置をエアシ−ルパイプに接触させている状態を示す模式図である。
【００２０】
図１において、符号１はスラグ流出検知装置、２は棒状の振動伝達手段、３は振動検知手段、４は振動伝達制御手段、５は取鍋、６は取鍋５内のスラグ、７は取鍋５内の溶鋼、８は取鍋ノズル、９はエアシ−ルパイプ、１０はエアシ−ルパイプ９の支持ア−ム、１１はタンディッシュ、１２は浸漬ノズル、１３は鋳型である。
【００２１】
このスラグ流出検知装置１は、一端がエアシ−ルパイプ９の表面に接触する棒状の振動伝達手段２と、該棒状の振動伝達手段２の他端に取り付けられた振動検知手段３と、棒状の振動伝達手段２の中間に設けた振動伝達制御手段４とから構成されている。
【００２２】
このスラグ流出検知装置１を使用して、取鍋５内のスラグ６が、エアシ−ルパイプ９を通ってタンディシュ１１に流出するのを検知する方法を説明すると、次のとおりである。取鍋５内の溶湯７の湯面にはスラグ６が浮遊しているが、タンディッシュ１１への注湯の進行にともない、溶湯５の湯面レベルが一定レベルまで下がると、取鍋ノズル８の上部に渦が発生し、スラグ６が溶湯７とともにタンディッシュ１１に流出する。
【００２３】
取鍋５内の溶湯７は、取鍋ノズル８およびエアシ−ルパイプ９を通って、重力により自由落下して、タンディッシュ１１内の湯面１１ａに衝突する。この流体衝突により、シ−ルパイプ９の先端が加振され、エアシ−ルパイプ９に振動が発生する。溶湯７に代わってスラグ６が流出した場合には、スラグ６の比重は溶湯７の比重の１／３であるので、その比重差により、流体衝突によって発生するエアシ−ルパイプ９への加振力が低下し、エアシ−ルパイプ９に発生する振動強度は、溶湯７の場合よりも減少する。
【００２４】
本発明のスラグ流出検知装置１を使用して、スラグ流出を検知するに際しては、エアシ−ルパイプ９に発生する振動を、振動伝達手段２を介して振動検知手段３に伝達し、振動検知手段３からの振動信号を経時的に受信し、この信号の大きさが大きく変化した場合に、スラグが流出したと判断するのである。
【００２５】
図２はスラグ流出検知装置の具体例を示す断面図である。このスラグ流出検知装置は、一端２１ａが振動計測点となる棒状の振動伝達部材２１と、振動伝達部材２１の他端部２１ｂに接続した振動センサ−２２と、振動伝達部材２１の中間部分を支持する円筒状の支持部材２３と、円筒状の支持部材２３の内部に挿入されているバネ２４と、バネ２４を円筒状の支持部材２３の端面２３ａとの間で圧縮させてバネ２４に付勢力を与えるストッパ−２５と、円筒状の支持部材２３を固定させるための固定部材２６とから構成されている。
【００２６】
このスラグ流出検知装置にいては、棒状の振動伝達部材２１の振動計測点２１ａがバネ２４により、常に一定圧力でエアシ−ルパイプ９に押し付けられている状態で、エアシ−ルパイプ９の振動が振動伝達部材２１を介して伝達され、振動センサ−２２により計測される。この例では、バネ２４が振動伝達制御手段となって、振動伝達手段である棒状の振動伝達部材２１の伝達特性を制御しているが、振動伝達制御手段はこれに限るものではなく、例えばダンパ−やダンパ−とバネの組み合わせ等振動制御を可能とする機械部品の利用が可能である。
【００２７】
なお、振動センサ２２における振動制御は、次のような考え方で行なえばよい。
【００２８】
図３の振動モデル図に示すように、棒状の振動伝達部材２１の振動計測点２１ａが接触しているエアシ−ルパイプ９の表面上の点Ａでの振動とほぼ同じ振動を棒状の振動伝達部材２１の他端部２１ｂで測定するためには、まず点Ａにおいて振動伝達部材２１とエアシ−ルパイプ９が離れない条件として、（１）式が成立しなければならない。
ｋ・ｌ０／ｍ＞（αＡ）ｍａｘ……（１）
ただし、  ｋ：バネ２４のバネ定数
ｌ０：振動伝達部材をエアシ−ルパイプに押さえ付けたときのバネ２４の変位
ｍ：振動伝達部材２１の質量
（αＡ）ｍａｘ：点Ａにおける最大加速度
【００２９】
また、振動伝達部材２１が剛体として運動するためには、振動伝達部材２１自身のバネ定数ｋ′が、次の（２）式を満足しなければならない。
ｋ′≫ｋ……（２）
【００３０】
さらに、振動伝達部材２１の振動が、エアシ−ルパイプ９の振動に影響を与えないためには、次の（３）式および（４）式を満足しなければならない。
ｍ≪Ｍ……（３）
ただし、Ｍ：エアシ−ルパイプ９の質量
ｋ≪Ｋ……（４）
ただし、Ｋ：スラグ流出検知装置全体のバネ定数
【００３１】
これら（１）〜（４）式を満足するように、振動伝達部材２１の質量ｍ、バネ２４のバネ定数ｋおよびバネ変位ｌ０を決めればよい。
【００３２】
図４はエアシ−ルパイプ９の支持ア−ム１０の下面に、上述したスラグ流出検知装置を取り付けた状態を示す側面図であり、（ａ）はエアシ−ルパイプ９が支持ア−ム１０で支持され、振動伝達部材２１がエアシ−ルパイプ９に接触している状態を、（ｂ）はエアシ−ルパイプ９が支持ア−ム１０で支持されておらず、振動伝達部材２１がエアシ−ルパイプ９から離れている状態を示す。この場合には、エアシ−ルパイプ９が支持ア−ム１０で支持されておれば、必ず振動伝達部材２１がエアシ−ルパイプ９に接触しているので、支持ア−ム１０がエアシ−ルパイプ９を支持したまま移動する場合にも、スラグ流出の検知は可能である。
【００３３】
図５はエアシ−ルパイプに発生する振動を、本発明のスラグ流出検知装置に取り付けた振動計で計測したときの振動伝達特性（点線）と、エアシ−ルパイプに直接取り付けた振動計で計測したときの振動伝達特性（実線）とを示すグラフである。この計測は、実物大のエアシ−ルパイプに本発明のスラグ流出検知装置に取り付けた振動伝達部材を接触させ、加振装置で他の振動計が取り付けられているエアシ−ルパイプを加振させる方法で行なった。
【００３４】
点線および実線で示した曲線とも、測定しようとする周波数範囲において、ほぼ同一の特性を示し、振動伝達部材を介して振動を測定する本発明のスラグ流出検知装置が、十分な検知性能を有していることが分かる。
【００３５】
図６は実物大加振実験を行なったときの振動の減衰曲線を示すグラフであり、（ａ）はエアシ−ルパイプの減衰曲線を、（ｂ）はエアシ−ルパイプの支持ア−ムの減衰曲線を示す。
【００３６】
この加振実験においては、エアシ−ルパイプを周波数０〜４００Ｈｚでランダム加振し、加振を停止した後の振動を、エアシ−ルパイプの振動は、エアシ−ルパイプに直接取り付けた振動計により、支持ア−ムの振動は、垂直方向の振動が測定できるように支持ア−ムに取り付けた振動計により測定した。
【００３７】
図６から明らかなように、エアシ−ルパイプの振動が減衰した後も、支持ア−ムの振動は継続している。そして、このことから、エアシ−ルパイプの支持ア−ムに振動センサを設置した振動測定では、精度のよい振動測定は困難であり、本発明のスラグ流出検知装置を使用して、エアシ−ルパイプの振動を測定した方が精度のよい測定ができることが分かる。
【００３８】
また、エアシ−ルパイプの支持ア−ムに発生する振動は、その支持方法より上下（垂直）方向が主成分であるため、エアシ−ルパイプの振動測定においては、本発明のスラグ流出検知装置を使用し、振動センサを水平方向に設置して測定するのが有利であることが分かる。この際、振動センサには支持ア−ムの振動が伝播してくるが、振動方向が上下方向であるため、水平方向に取り付けた振動センサにとっては、上下方向の感度が小さいため、その影響を小さくできるという効果も、合わせて発揮することができる。
【００３９】
図７はスラグ流出時の振動の減衰率を示すグラフであり、（ａ）は本発明のスラグ流出検知装置を使用してエアシ−ルパイプの振動を測定した場合、（ｂ）は、支持ア−ムの振動を支持ア−ムに取り付けた振動計で測定した場合（従来法）である。
【００４０】
スラグ流出時の振動減衰率が従来法では５２％であったのに比較し、本発明のスラグ流出検知装置を使用した測定方法では７５％となり、スラグ流出を精度よく測定することが可能となった。
【００４１】
【実施例】
図２に示すスラグ流出検知装置を用いて、連続鋳造設備におけるスラグ流出検知テストを、１１０チャ−ジを対象として行なった。検知性能を比較するために、エアシ−ルパイプ９の支持ア−ム１０に振動センサ−を設置した場合の検知テストも合わせて行なった。この場合、支持ア−ム１０が振動伝達手段として機能するが、振動伝達制御手段がない装置でスラグ流出を検知する場合に匹敵する。
【００４２】
さらには、スラグ流出時に、タンディッシュ１１側の湯面１１ａに浮いてくるスラグを、オペレ−タが目視で検知する方法も同時に行なった。そして、オペレ−タが目視で検知したタイミングを基準として、本発明のスラグ流出検知装置やエアシ−ルパイプ９の支持ア−ム１０に振動センサ−を設置した場合の検知性能を評価した。
【００４３】
その結果、本発明のスラグ流出検知装置による検知は、オペレ−タの検知タイミングに対して平均で５．２秒早く、エアシ−ルパイプ９の支持ア−ム１０に振動センサ−を設置した場合の検知は、オペレ−タの検知タイミングに対して平均で２．１秒早かった。
【００４４】
また、検知率も本発明のスラグ流出検知装置による検知率は１００％、エアシ−ルパイプ９の支持ア−ム１０に振動センサ−を設置した場合の検知率は７０％であり、本発明のスラグ流出検知装置を使用すれば、早いタイミングで１００％スラグの流出を把握することができ、タンディッシュへのスラグの流出を最小限にすることができるということが分かった。
【００４５】
【発明の効果】
この発明により、オペレ−タの目視検知に比較してスラグ流出の検知タイミングが早くなり、タンディッシュへのスラグ流出量を減少させることができるので、鋳造製品の品質を向上させることができる。
【００４６】
また、電磁式スラグ流出検知装置に比較して、初期投資や保守費用の低減が可能になった。
【００４７】
また、エアシ−ルパイプに振動伝達手段を接触させるだけの構造となっているので、取鍋ノズル交換時に作業性を妨げることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のスラグ流出検知装置をエアシ−ルパイプに接触させている状態を示す模式図である。
【図２】スラグ流出検知装置の具体例を示す断面図である。
【図３】振動制御を行なうときの振動モデル図である。
【図４】エアシ−ルパイプの支持ア−ムの下面にたスラグ流出検知装置を取り付けた状態を示す側面図であり、（ａ）はエアシ−ルパイプが支持ア−ムで支持され、振動伝達部材がシ−ルパイプに接触している状態を、（ｂ）はエアシ−ルパイプが支持ア−ムで支持されておらず、振動伝達部材がエアシ−ルパイプから離れている状態を示す。
【図５】本発明のスラグ流出検知装置に取り付けた振動計で計測したときの振動伝達特性と、エアシ−ルパイプに直接取り付けた振動計で計測したときの振動伝達特性とを示すグラフである。
【図６】実物大加振実験を行なったときの振動の減衰曲線を示すグラフであり、（ａ）はエアシ−ルパイプの減衰曲線を、（ｂ）はエアシ−ルパイプの支持ア−ムの減衰曲線を示す。
【図７】スラグ流出時の振動の減衰率を示すグラフであり、（ａ）は本発明のスラグ流出検知装置を使用してエアシ−ルパイプの振動を測定した場合、（ｂ）は、支持ア−ムの振動を支持ア−ムに取り付けた振動計で測定した場合である。
【符号の説明】
１  スラグ流出検知装置
２  振動伝達手段
３  振動検知手段
４  振動伝達制御手段
２１  振動伝達部材
２２  振動センサ−
２３  支持部材
２４  バネ
２５  ストッパ−
２６  固定部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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