(57)【要約】【課題】連続的かつ立体的に測定した溶鋼の湯面レベルとモールドパウダー表面レベルの変動に基づくモールドパウダーの厚さの変動を、モールド内部全体で連続的かつ立体的に捉えて、鋼の品質を判定するようにした鋼の品質判定方法及び鋼の品質判定装置を提供する。【解決手段】鋼の品質判定装置１０は、モールド３内の溶鋼の湯面レベルとモールドパウダーＰの溶融表面レベルを観測ポイント１１ａ，１１ｂと、モールド３で鋳造される鋼の品質が規格を満たす否か判定する判定制御部１２とからなる。観測ポイントは、溶鋼の湯面までの距離に係る第１測定値Ｘと、モールドパウダーの溶融表面までの距離に係る第２測定値σを出力する。判定制御部は、第１測定値Ｘと第２測定値σに基づいて算出したモールドパウダーの溶融厚みに係る第３測定値Ｈを所定の閾値αと比較する。ここでＨ＞αを満たす場合は品質が正常であると判定し、Ｈ≦αの場合は異常であると判定する。【選択図】図１
2019098394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造において、モールド内へ注入された溶鋼の湯面レベルと、溶鋼の湯面を覆う層状のモールドパウダーの溶融表面レベルに基づいて算出した前記モールドパウダーの溶融厚みが、所定の厚さを満たしている場合に、前記モールドで形成される鋳片に係る鋼の品質が所定の規格を満たしていると判定する鋼の品質判定方法であって、
前記モールドから所定の高さに、前記溶鋼の湯面と前記モールドパウダーの溶融表面を観測する観測ポイントを設け、
当該観測ポイントから、前記溶鋼の湯面までの距離を第１測定値とし、
前記観測ポイントから、前記モールドパウダーの溶融表面までの距離を第２測定値とし、
前記第１測定値と前記第２測定値に基づいて算出した前記モールドパウダーの溶融厚みに係る第３測定値を、所定の閾値と比較して、
前記溶鋼の湯面を被覆する前記モールドパウダーの溶融層厚によって変化する前記鋳片に係る前記鋼の品質を連続的に判定するようにしたことを特徴とする鋼の品質判定方法。
【請求項２】
前記第３測定値が、前記閾値より大きい場合は、前記鋼の品質が正常であると判定し、
前記第３測定値が、前記閾値以下の場合は、前記鋼の品質が異常であると判定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の鋼の品質判定方法。
【請求項３】
前記観測ポイントが少なくとも２か所以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼の品質判定方法。
【請求項４】
連続鋳造において、モールド内へ注入された溶鋼の湯面レベルと、溶鋼の湯面を覆う層状のモールドパウダーの溶融表面レベルに基づいて算出した前記モールドパウダーの溶融厚みが、所定の厚さを満たしている場合に、前記モールドで形成される鋳片に係る鋼の品質が所定の規格を満たしていると判定する鋼の品質判定装置であって、
前記モールドから所定の高さに、前記溶鋼の湯面と前記モールドパウダーの溶融表面を観測する観測ポイントを設け、
前記観測ポイントから前記溶鋼の湯面までの距離を測定して、当該距離に係る第１測定値を出力する第１観測手段と、
前記観測ポイントから前記モールドパウダーの溶融表面までの距離を測定して、当該距離に係る第２測定値を出力する第２観測手段とを、前記観測ポイントに設け、
当該観測ポイントとは別に設けた判定制御部に、
前記第１測定値と前記第２測定値に基づいて算出した前記モールドパウダーの溶融厚みに係る第３測定値を、所定の閾値と比較して、前記鋳片に係る鋼の品質の良又は不良を判定する判定手段を設け、
連続鋳造工程中、前記判定制御部で前記判定手段が、モールドパウダーの厚さに係る前記第３測定値を連続的に算出して、
前記溶鋼の湯面を被覆する前記モールドパウダーの溶融層厚によって変化する前記鋳片に係る前記鋼の品質を連続的に判定するようにしたことを特徴とする鋼の品質判定装置。
【請求項５】
前記判定手段は、
前記第３測定値が、前記閾値より大きい場合は、前記鋼の品質が正常であると判定し、
前記第３測定値が、前記閾値以下の場合は、前記鋼の品質が異常であると判定するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の鋼の品質判定装置。
【請求項６】
前記観測ポイントが少なくとも２か所以上設けられていることを特徴とする請求項４に記載の鋼の品質判定装置。
【請求項７】
前記第１観測手段は、非接触型の第１センサを有し、前記第２観測手段は、非接触型の第２センサを有していることを特徴とする請求項４に記載の鋼の品質判定装置。
【請求項８】
前記第１センサ及び前記第２センサが取り付けられるブラケット本体と、当該ブラケット本体を前記観測ポイントへ配置する可動アームとからなるブラケットを有することを特徴とする請求項４、請求項６若しくは請求項７のいずれかに記載の鋼の品質判定装置。
【請求項９】
前記ブラケットは、前記検知面に前記溶鋼の湯面又は前記モールドパウダーの溶融表面が接触しそうになったとき、当該検知面を、前記溶鋼の湯面又は前記モールドパウダーの溶融表面から素早く退避させる緊急退避手段を有していることを特徴とする請求項８に記載の鋼の品質判定装置。
【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、モールド内の溶鋼の湯面を被覆するモールドパウダーの厚さに基づいて、鋼の品質を判定する品質判定方法及びその品質判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造では、現在、溶鋼が溜められたタンディッシュからモールドへ溶鋼を注入するキャスティング方式の主流は、溶鋼が空気に触れないように溶鋼の湯面全体をモールドパウダーで被覆し、浸漬ノズルを通じて溶鋼をモールド内へ注入する浸漬ノズルパウダーキャスティング方式と呼ばれる方式である。
モールドパウダーは、合成スラグからなり、溶鋼の湯面における酸化防止の他に、溶鋼の保温目的や、注入された溶鋼がモールド内壁で凝固した凝固シェルと、モールド内壁間の潤滑剤として働き、さらには湯面上で溶融スラグとなり、溶鋼中に含まれるアルミナ等の酸化物を溶解して鋼の品質を向上させている。
【０００３】
従来、モールドパウダーの厚さ、溶融層の厚みの測定は、鋳型内で溶けにくい金属製の検尺棒と溶けやすい金属製の検尺棒を同時に差し込んで、溶けた長さの差から厚みを測定していた。しかしこの場合、連続鋳造を行うと、鋼の中に不純物が添加され続けることになる。また、一回の測定に手間がかかるため、離散的な測定値しか得られず、連続鋳造中に連続的に変化する溶鋼表面のレベルと、それに積層するモールドパウダーの溶融層の連続的な変化に対応することができない。
【０００４】
そこで、特開２０１４−０３４０４６号公報に開示されている連続鋳造用鋳型内の溶融金属の湯面レベル及びモールドパウダー厚の測定方法は、鋳型内の溶融金属の湯面レベルを測定するための電磁式の第１レベル計１０と、第１レベル計に設定された測定範囲と重複する範囲及びこれよりも低い範囲の湯面レベルを測定可能なマイクロ波式の第２レベル計とを使用し、湯面レベルが第１レベル計に設定された測定範囲の下限に到達するまでは、第２レベル計で測定した湯面レベル測定値を湯面レベルとして出力し、湯面レベルが前記下限に到達した後は、第１レベル計で測定した湯面レベル測定値を湯面レベルとして出力し、なお且つ、第１レベル計の測定値及び第２レベル計の測定値に基づき、溶融金属の湯面までの測定距離とモールドパウダー上面までの測定距離の差をとって、溶融金属上に投入されたモールドパウダーの厚みを算出するようにしている。これによって、連続的に変化するモールドパウダーの厚さを測定することができるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０３４０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、近年、連続鋳造工程は、鋳造速度の高速化が進んでいる。当該高速化は、省エネルギー及び省資源といったメリットの一方で、浸漬ノズルから注ぎ込まれる溶鋼速度、モールド内の溶鋼の流速、鋳片の引き出し速度等が速くなることによって、モールド内の湯面の変動量が大きくなるというデメリットがある。湯面の変動量が大きくなると、湯面上のモールドパウダーの厚さがモールド内の場所によって異なるようになり、これによって、当該モールドパウダーの溶融状態、或いは鋳片への巻き込み量に偏りが生じ、モールドから引き出される鋳片の品質に大きな影響を及ぼすことが新たな問題となっている。
当該問題とは、連続鋳造速度を高速化したとき、モールド内の溶鋼の状態に関わらず浸漬ノズルを当該モールド内へ下した場合に、たとえば、浸漬ノズルの左右で溶鋼の湯面レベルが異なったり、浸漬ノズルから吐出される溶鋼の勢いが異なったりすることによって引き起こされる。
つまり、溶鋼の湯面が不安定となることによって、溶鋼の湯面上に散布されたモールドパウダーに偏りが生じ、さらには、溶鋼がモールドパウダーをかき分けて露出するおそれがある。このように、モールド内でモールドパウダーの散布状況に偏りが生じると、鋳片の品質を高く維持することが困難となるおそれがある。
そして、上記の測定方法は、モールドパウダーの厚みを容易に計測することができるが、その計測範囲が限られている。具体的には、浸漬ノズルやモールド内壁のスラグラインに準じた溶鋼の湯面レベルの上限と下限が定められている。そのため、当該溶鋼の湯面レベルが上限に達したとき又は上限を超えたとき、モールドパウダーが十分な厚さで被覆しているにも関わらず、溶鋼の湯面レベルが上限を超えたために鋼の品質は「不良」と報告されるおそれがある。
一方、勢いよく注ぎ込まれたことで溶鋼の湯面が乱れた結果、当該湯面上に生じたモールドパウダー層の穴を検知することができない。これによって、当該穴で露出した溶鋼で酸化物が生成されて鋼の品質を落とすおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、連続的かつ立体的に測定した溶鋼の湯面レベルとモールドパウダー表面レベルの変動に基づくモールドパウダーの厚さの変動を、モールド内部全体で連続的かつ立体的に捉えて、鋼の品質を判定するようにした鋼の品質判定方法及び鋼の品質判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の鋼の品質判定方法は、連続鋳造において、モールド内へ注入された溶鋼の湯面レベルと、溶鋼の湯面を覆う層状のモールドパウダーの溶融表面レベルに基づいて算出した前記モールドパウダーの溶融厚みが、所定の厚さを満たしている場合に、前記モールドで形成される鋳片に係る鋼の品質が所定の規格を満たしていると判定する鋼の品質判定方法であって、
前記モールドから所定の高さに、前記溶鋼の湯面と前記モールドパウダーの溶融表面を観測する観測ポイントを設け、
当該観測ポイントから、前記溶鋼の湯面までの距離を第１測定値とし、
前記観測ポイントから、前記モールドパウダーの溶融表面までの距離を第２測定値とし、
前記第１測定値と前記第２測定値に基づいて算出した前記モールドパウダーの溶融厚みに係る第３測定値を、所定の閾値と比較して、
前記溶鋼の湯面を被覆する前記モールドパウダーの溶融層厚によって変化する前記鋳片に係る前記鋼の品質を連続的に判定するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の鋼の品質判定方法は、請求項１に記載の発明において、前記第３測定値が、前記閾値より大きい場合は、前記鋼の品質が正常であると判定し、
前記第３測定値が、前記閾値以下の場合は、前記鋼の品質が異常であると判定するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の鋼の品質判定方法は、請求項１に記載の発明において、前記観測ポイントが少なくとも２か所以上設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の鋼の品質判定装置は、連続鋳造において、モールド内へ注入された溶鋼の湯面レベルと、溶鋼の湯面を覆う層状のモールドパウダーの溶融表面レベルに基づいて算出した前記モールドパウダーの溶融厚みが、所定の厚さを満たしている場合に、前記モールドで形成される鋳片に係る鋼の品質が所定の規格を満たしていると判定する鋼の品質判定装置であって、
前記モールドから所定の高さに、前記溶鋼の湯面と前記モールドパウダーの溶融表面を観測する観測ポイントを設け、
前記観測ポイントから前記溶鋼の湯面までの距離を測定して、当該距離に係る第１測定値を出力する第１観測手段と、
前記観測ポイントから前記モールドパウダーの溶融表面までの距離を測定して、当該距離に係る第２測定値を出力する第２観測手段とを、前記観測ポイントに設け、
当該観測ポイントとは別に設けた判定制御部に、
前記第１測定値と前記第２測定値に基づいて算出した前記モールドパウダーの溶融厚みに係る第３測定値を、所定の閾値と比較して、前記鋳片に係る鋼の品質の良又は不良を判定する判定手段を設け、
連続鋳造工程中、前記判定制御部で前記判定手段が、モールドパウダーの厚さに係る前記第３測定値を連続的に算出して、
前記溶鋼の湯面を被覆する前記モールドパウダーの溶融層厚によって変化する前記鋳片に係る前記鋼の品質を連続的に判定するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の鋼の品質判定装置は、請求項４に記載の発明において、前記判定手段は、
前記第３測定値が、前記閾値より大きい場合は、前記鋼の品質が正常であると判定し、
前記第３測定値が、前記閾値以下の場合は、前記鋼の品質が異常であると判定するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の鋼の品質判定装置は、請求項４に記載の発明において、前記観測ポイントが少なくとも２か所以上設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の鋼の品質判定装置は、請求項４に記載の発明において、前記第１観測手段は、非接触型の第１センサを有し、前記第２観測手段は、非接触型の第２センサを有していることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の鋼の品質判定装置は、請求項４、請求項６若しくは請求項７のいずれかに記載の発明において、前記第１センサ及び前記第２センサが取り付けられるブラケット本体と、当該ブラケット本体を前記観測ポイントへ配置する可動アームとからなるブラケットを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の鋼の品質判定装置は、請求項８に記載の発明において、前記ブラケットは、前記検知面に前記溶鋼の湯面又は前記モールドパウダーの溶融表面が接触しそうになったとき、当該検知面を、前記溶鋼の湯面又は前記モールドパウダーの溶融表面から素早く退避させる緊急退避手段を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の鋼の品質判定方法によれば、モールドから所定の高さに、溶鋼の湯面とモールドパウダーの溶融表面を観測する観測ポイントを設けて、当該観測ポイントから、溶鋼の湯面までの距離を第１測定値とし、モールドパウダーの溶融表面までの距離を第２測定値とする。そして、第１測定値と第２測定値に基づいて算出したモールドパウダーの溶融厚みに係る第３測定値を、所定の閾値と比較して、閾値よりも大きい場合には鋼の品質が正常であると判定し、閾値以下の場合は鋼の品質が異常であると判定するようにして、溶鋼の湯面を被覆するモールドパウダーの溶融層の厚みによって、鋳片に係る鋼の品質の良又は不良を判定するようにした。
これによって、モールド又は浸漬ノズルのスラグラインに準じた溶鋼の上限一杯まで、或いは上限を超えて溶鋼がモールドへ注入された場合であっても、モールドパウダーの溶融層が十分に溶鋼の湯面を覆っている場合には、鋼の品質を高く維持することができる。すなわち、鋳造速度を速めるために勢いよく溶鋼を注入した結果、溶鋼の湯面が乱れて、一時的に溶鋼が上限を超えた場合であっても、湯面がモールドパウダーの溶融層に覆われて露出していない限りは、生産される鋼に異常は生じないものとして取り扱うことができる。そのため、連続鋳造工程の高速化を図ることができる。
また好ましくは、観測ポイントを複数個所設けた。これによって、溶鋼の湯面を面状に観測し、湯面又はモールドパウダー表面の変動を立体的に捉えることができる。そのため、勢いよく注ぎ込んだ溶鋼によって湯面が波状に乱れてモールドパウダーが偏り、溶鋼が複数個所で露出した場合であっても、湯面の変動を立体的に捉えているので、モールドパウダーを追加投入したり、溶鋼の注入速度を弱めたりといった露出対策を素早く取ることができ、溶鋼の酸化を最小限に止めることができるので、鋼の品質を高品位に保つことができる。
また、溶鋼を勢いよく注ぎ込んだ場合であっても、立体的に変動を観測しているモールドパウダーが偏らずに溶融層を形成している限り、形成される鋳片に係る鋼の品質は正常であると判定することが出来るので、連続鋳造のさらなる高速化、高効率化を図ることができる。
【００１８】
本発明の鋼の品質判定装置によれば、モールドから所定の高さに設けた観測ポイントに、溶鋼の湯面までの距離を測定して、当該距離に係る第１測定値を出力する第１観測手段と、モールドパウダーの溶融表面までの距離を測定して、当該距離に係る第２測定値を出力する第２観測手段を設けた。さらに、当該観測ポイントは別に設けた判定制御部で、第１測定値と第２測定値に基づいてモールドパウダーの厚さに係る第３測定値を算出し、当該第３測定値と所定の閾値を比較して、第３測定値が閾値よりも大きい場合には、モールドパウダーの溶融層の厚さが十分であり、製造される鋼は、品質が規格を満たす正常なものであると判定するようにした。
これによって、連続鋳造中の溶鋼の湯面を被覆する必要最低限のモールドパウダーの溶融層の厚さを維持することができ、溶鋼の湯面が空気中に露出することを防止することができるので、溶鋼中に生じた酸化物が溶鋼に混入して鋼の品質が劣化することを防ぎ、ひいては鋼の品質を高品位に保つことができる。
また、好ましくは、観測ポイントを２カ所以上の複数個設けるようにした。これによって、モールドパウダーの溶融厚みに係るサンプリング数を増やすことができる。そのため、一点で観測するのではなく、多点で観測して面状に溶鋼の湯面及びモールドパウダーの溶融表面の変化を検知することができ、これらの変動を立体的に捉えることができる。すなわち、浸漬ノズルからモールドへ勢いよく溶鋼を注入したとき、湯面が局所的、たとえば、浸漬ノズルの吐出口近傍で乱れ、当該部分のみモールドパウダーを押し分けて露出しそうになったり、勢いよく注入した溶鋼によってモールド内の溶鋼中で対流が生じ、湯面のある場所で突発的に溶鋼の湯面が沸き上がったりしても、これらを素早く検知することができる。この場合に、たとえば、当該箇所にモールドパウダーを追加投入したり、素早く対処することができる。
そして、好ましくは、第１観測手段に係る第１センサと、第２観測手段に係る第２センサを有する観測ポイントを支えるブラケットが、溶鋼の湯面又はモールドパウダーの溶融表面が突発的に乱れたときは、溶鋼の湯面方向を指向するセンサの検知面を素早く溶鋼の湯面から回避させる緊急退避手段を設けた。これによって、溶鋼の湯面又はモールドパウダーの溶融表面が乱れて、急上昇したときに第１第２両センサを保護することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施例に係る鋼の品質判定装置の構成の概略を示す説明図
【図２】第１実施例に係る鋼の品質判定装置の緊急回避手段の構成の概略を示す説明図
【図３】第１実施例に係る鋼の品質判定装置の観測ポイントを複数個設けた場合の一例を示す説明図
【図４】第１実施例に係る鋼の品質判定方法の処理フローの概略を示すチャート図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の鋼の品質判定方法は、連続鋳造法によって生産される鋼の品質を判定する方法であり、鋼の品質判定装置は、連続鋳造装置に組み込まれて実施される装置である。
連続鋳造装置１は、製鋼炉で溶製された溶鋼をレードル（図示略）で連続鋳造装置１上へ運び、当該レードルから、図１に示すタンディッシュ２、モールド３と順に流し込んで冷却し、モールド下部から鋳片を引き出して鋼製品を鋳造する装置である。タンディッシュ２底面にはモールド３へ溶鋼を注入する浸漬ノズル４が接続されている。
【００２１】
溶鋼が空気に触れて冷却された場合、溶鋼の湯面で空気に晒された部分には酸化物が生成される。当該酸化物が鋳片内部に巻き込まれて鋼が凝固した場合、生産される鋼製品は、品質不良とされる。そこで、溶鋼の湯面をモールドパウダーＰで被覆することによって、溶鋼の冷却時に湯面が空気に晒されないようにしている。さらに、モールドパウダーＰは、湯面と接触している部分が漸次溶融してモールド３内壁と、当該内壁で溶鋼が冷却形成されて発生する凝固シェルとの間に流れ込んで潤滑剤として作用する。これによって、鋳片の離型作用を向上させて、かつモールド３内壁の剥落を防ぐことができる。また、溶融したモールドパウダーＰは、溶鋼の湯面上で溶融スラグと化し、溶鋼中に不純物として存在するアルミナなどの酸化物を溶解して鋼の品質を向上させる効果がある。
溶鋼の上面に散布されるモールドパウダーＰは、上記のように様々な効果を有しているので、鋳造中にモールドパウダーＰの厚さを十分に保つことが求められる。このモールドパウダーＰの厚さを保持して、鋼を品質を向上させることを目的として、本発明は、モールド３上に鋼の品質判定装置１０を設け、溶鋼の湯面、及びモールドパウダーＰの溶融表面の変化に基づいてモールドパウダーＰの溶融層厚を算出することで、鋼の品質を判定する鋼の品質判定方法を実施可能とするものである。以下に実施例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明に係る実施例を添付した図面にしたがって説明する。図１は、本実施例に係る鋼の品質判定装置を有する連続鋳造設備の構成の概略を示した説明図である。
【００２３】
鋼の品質判定装置１０は、連続鋳造装置１のモールド３上部近傍に設けられている。連続鋳造装置１は、図１に図示されない製鋼炉から溶鋼を装置へ運ぶレードルと、当該レードル底面に接続されるロングノズル、並びに図１に示すように、ロングノズルを通じて溶鋼が注入されるタンディッシュ２と、当該タンディッシュ２の底面に接続される浸漬ノズル４と、当該浸漬ノズル４を通じて溶鋼が注入されるモールド３を有している。
モールド３に貯留された溶鋼の湯面上には、当該湯面を被覆するようにモールドパウダーＰが所定の厚さで積層され、溶鋼の湯面上で溶融して溶融層を形成している。
【００２４】
鋼の品質判定装置１０は、観測ポイント１１ａ，１１ｂと、当該観測ポイント１１ａ，１１ｂからの結果を受けて鋼の品質を判定制御する判定制御部１２とからなる。
観測ポイント１１ａ，１１ｂは、モールド３から所定の高さに配置され、溶鋼の湯面の所定位置を中心とした所定の観測範囲を指向するように形成されている。観測ポイント１１ａ，１１ｂは、少なくとも２個所以上、好ましくは、モールド３開口部の大きさ、面積に合せて、複数個所形成されている。
本実施例は説明のため、図１に示すように簡略化して、浸漬ノズルの左右２個所に、一の観測ポイントと他の観測ポイントを図示している。一の観測ポイント１１ａは、鋼の品質が正常と判定される場合を示し、他の観測ポイント１１ｂは、鋼の品質が異常と判定される場合を示している。この判定方法については後述する。
【００２５】
観測ポイント１１ａ，１１ｂは、それぞれ第１観測手段１３と第２観測手段１４を有している。第１観測手段１３と第２観測手段１４は、基準位置を共有している。当該基準位置は、モールド３から所定の高さに設定されている。基準位置を統一することによって、計測を容易に行うことができる。
第１観測手段１３は、溶鋼の湯面を検知可能な第１センサを有している。第１観測手段は、第１センサによって、基準位置から溶鋼の湯面までの距離を測定し、当該距離に係る第１測定値を出力可能に形成されている。
第２観測手段１４は、モールドパウダーＰの溶融表面を検知可能な第２センサを有している。第２観測手段１４は、第２センサによって、基準位置からモールドパウダーＰの溶融表面までの距離を測定し、当該距離に係る第２測定値を出力可能に形成されている。
第１センサと第２センサの検出面は、基準位置で面一に揃えられていることが好ましいが、これに限定されるものでなく、仮想的に設定した基準位置との誤差を取ってそれぞれ補正するようにしても良い。
【００２６】
第１センサ及び第２センサは、非接触型センサからなる。非接触型センサは、たとえば、磁気センサである。磁気センサは、基準位置の検知面と溶鋼の湯面又はモールドパウダーＰの溶融表面との間の誘磁率を測定して、当該誘磁率の変化から検知面と溶鋼の湯面又はモールドパウダーＰの溶融表面との距離を測定することができる。
また、本実施例において採用され得る非接触型センサは、磁気センサ以外にも、可視光域、赤外域の変化から距離を測定する光学センサ、ドップラー効果、超音波を用いた音響センサ等があり、適宜選択可能である。
非接触型センサを用いることによって、従来の検尺棒を用いたモールドパウダーＰの溶融層厚を測定する方法と異なり、連続的に測定することができる。また、センサの検知範囲を調整して、所定の観測範囲を設定することによって、一点で測定するのではなく、面状に測定することができるので、時々刻々と変動するモールドパウダーＰの溶融厚み又は溶鋼の湯面を立体的に捉えることができる。さらには、非接触型センサの場合は、使い捨てなくとも良いので、繰り返し使用することができ、コスト面、環境面からも優れている。
【００２７】
第１センサと第２センサは、図１及び図２に示すように、一のブラケット１５で支持されている。すなわち、観測ポイント１１ａ，１１ｂは、基準位置に検知面が揃えられた第１観測手段１３の第１センサと、第２観測手段１４の第２センサを有し、ブラケット１５によって支持されている。
ブラケット１５は、図２に示すように、第１センサと第２センサが取り付けられたブラケット本体１５ａと、当該ブラケット本体１５ａをモールド３上の所定位置で支持する可動アーム１５ｂからなる。
ブラケット１５は、ブラケット本体１５ａ、すなわち、第１センサ及び第２センサ、特に両センサの検知面を、溶鋼の湯面又はモールドパウダーの溶融表面から素早く退避させる緊急退避手段１６を有している。
【００２８】
緊急退避手段１６は、第１回避手段１６ａ、第２回避手段１６ｂ、第３回避手段１６ｃを有している。
第１回避手段１６ａは、可動アーム１５ｂの長手方向に沿った軸を中心に、ブラケット本体１５ａを９０度回動可能に形成されている。これによって、湯面に対向している第１センサと第２センサの検知面を素早く湯面から逃がすことができる。
第２回避手段１６ｂは、先端にブラケット本体１５ａを有する可動アーム１５ｂの基端近傍を中心に、当該可動アームをパン方向へ回動可能に形成されている。これによって、観測ポイント１１ａ，１１ｂの位置を素早くずらすことができる。
第３回避手段１６ｃは、可動アーム１５ｂを直線的に移動させて、ブラケット本体１５ａをモールド３上から退避可能に形成されている。これによって、観測ポイント１１ａ，１１ｂをモールド３外へ素早く退避させることができる。
観測ポイント１１ａ，１１ｂの第１センサ又は第２センサが、溶鋼の湯面又はモールドパウダーＰの溶融表面に生じた突発的な事態を検知したとき、緊急回避手段１６は、第１回避手段１６ａ、第２回避手段１６ｂ、第３回避手段１６ｃのいずれかの回避手段を単独で、或いは複数個組み合わせて、モールド３上で検知面を湯面方向へ指向させているセンサ類を素早く退避させるように形成されている。
これによって、第１センサ又は第２センサが、溶鋼又は溶融した高温のモールドパウダーによって破損されることを防止することができ、従来の検尺棒等と異なり、繰り返し使用することが出来ることから、コストを抑えることが出来る。
また、本実施例に示した第１回避手段１６ａ、第２回避手段１６ｂ、第３回避手段１６ｃに限定することなく、たとえば、可動アーム１５ｂの基端近傍を中心にしてチルト方向へ跳ね上げるようにしたり、可動アーム１５ｂを用いずに、ブラケット本体１５ａを連続鋳造設備の天井部分から吊下げておき、緊急時の場合は上方へ素早く引き上げて、退避させたりするといった手法を用いても良い。
【００２９】
上記のように、観測ポイント１１ａ，１１ｂを複数個設けることによって、モールド３内を多点観測することができ、溶鋼の湯面又はモールドパウダーＰの溶融表面の変動を面状に捉えることができる。
また、平面視断面形状が矩形状に形成されるモールド３に対して、たとえば、図３に示すように、長手方向に沿った所定の位置座標と、幅方向に沿った所定の位置座標の交点に、黒点で示すように観測ポイント１１を複数個設けるようにしても良い。観測ポイント１１は、たとえば、一点鎖線で示すような所定の観測エリア１１ｃを有している。
この場合には、観測ポイント１１を中心として所定の観測エリア１１ｃ内の溶鋼の湯面又はモールドパウダーの溶融表面の上下変動を立体的に観測することができ、また隣り合う一の観測エリア１１ｃと他の観測エリア１１ｃが重なり合う部分でより密に溶鋼の湯面又はモールドパウダーの溶融表面の上下変動を観測することができる。
さらに、観測ポイント１１を溶鋼注入時に最も湯面の変動が大きくなると予想される浸漬ノズルの吐出口近傍では隣り合う観測ポイントを互いに近づけて密に、その他の箇所は互いに離間させて疎となるよう変化を付けて設けるようにしても良い。この場合は、溶鋼を注入したときに湯面が乱れやすい場所を重点的に観測することができる。
【００３０】
図１に示す判定制御部１２は、たとえば、連続鋳造装置１の動作を制御する制御盤に設けられている（図示略）。判定制御部１２は、鋼の品質を判定する判定手段を有している。
判定手段は、まず、第１観測手段から出力された第１測定値と、第２観測手段から出力された第２測定値に基づいてモールドパウダーの厚みに係る第３測定値を算出するように形成されている。
ここで、第１測定値をＸ、第２測定値をσ、第３測定値をＨとする。
図１では、観測ポイント１１ａから出力された第１測定値Ｘ１と第２測定値σ１に基づいて第３測定値Ｈ１が算出され、観測ポイント１１ｂから出力された第１測定値Ｘ２と第２測定値σ２に基づいて第３測定値Ｈ２が算出されている。
次に、判定手段は、第３測定値Ｈと、予め設定された所定の閾値とを比較する。ここで、閾値をαとする。
そして、第３測定値Ｈ、すなわちモールドパウダーの厚みが所定の閾値αよりも厚いのか、又は薄いのかが比較対照され、厚かった場合と、薄かった場合に基づいて、それぞれモールドから引き出し形成される鋳片に係る鋼の品質を判定するように形成されている。
図１では、第３測定値Ｈ１が閾値αよりも大きい場合、すなわちモールドパウダーの厚みが所定の閾値αよりも厚い場合を正常とし、第３測定値Ｈ２が閾値α以下である場合に異常としている。
判定手段による鋼の品質の判定方法については後述する。
【００３１】
ここで、たとえば、図３に示すように、黒点で示した観測ポイント１１をｎ個設けたとき、上記のように、各観測ポイント１１の第１測定手段１３と第２測定手段１４によって、第１測定値がＸ１，Ｘ２，…，Ｘｎと出力され、第２測定値がσ１，σ２，…，σｎと出力されて、判定制御部１２では、それぞれの観測ポイント１１に対応する第３測定値Ｈ１，Ｈ２，…，Ｈｎが算出され、各観測ポイント１１におけるモールドパウダーＰの溶融層の厚みが測定されるようにしても良い。この場合には、時々刻々と変動する溶鋼の湯面上で偏ったり、溜まったりして溶鋼の湯面と同様に時間と共に変動するモールドパウダーＰの溶融層の厚みを立体的に捉えることができる。
【００３２】
本実施例に係る鋼の品質判定装置１０によれば、モールド３から所定の高さに観測ポイント１１ａ，１１ｂを複数個所設けて、溶鋼の湯面及びモールドパウダーＰの溶融表面を多点観測するようにした。これによって、時々刻々と変化する溶鋼の湯面の変動とモールドパウダーＰの溶融表面の変動を立体的に捉えることができ、そこから、モールドパウダーＰ溶融層の厚い所と薄い所を検出することができる。そのため、モールドパウダーＰ溶融層の薄い所を補うようにモールドパウダーＰを均したり、或いはモールドパウダーＰを追加投入したりすることによって、不純物となるモールドパウダーＰの量を抑えることができ、また、モールドパウダーＰの溶融層の下から溶鋼が露出して酸化することを防ぐことができるので、鋼の品質を良くすることができる。
【００３３】
また、本実施例に係る鋼の品質判定装置１０によれば、観測ポイント１１ａ，１１ｂに配置されている第１観測手段１３の第１センサ、及び第２観測手段１４の第２センサを、溶鋼が接触することを防ぐ緊急回避手段１６を設けた。緊急回避手段１６は、ブラケットを長手方向の軸を中心に回動させたり、パン方向へ回動させたり、モールド上から引っ張り出すようにして、第１センサ及び第２センサの検知面が溶鋼に触れないようにしている。これによって、素早くセンサを高温の溶鋼から退避させることができるので、センサの検知面を保護してセンサの寿命を延ばすことができる。そのため、使い捨て部材によってモールドパウダーの厚さを計測する方法と異なり、繰り返して使用することができるので、コストを抑えることができる。
【００３４】
上記の構成を有する鋼の品質判定装置１０は、次に説明する鋼の品質判定方法にしたがって鋼の品質を判定するように形成されている。当該鋼の品質判定方法を添付した図面にしたがって説明する。
【００３５】
図４は、鋼の品質判定方法に係る処理フローを示すチャート図である。
ここで、第１測定値をＸ、第２測定値をσ、第３測定値をＨと置き、閾値をαとする。
このとき、鋼の品質を判定するためのモールドパウダーの厚み、第３測定値Ｈを求める式は、
Ｈ＝Ｘ−σ  …（１）
で示され、
第３測定値Ｈと閾値αの関係は、第３測定値Ｈが閾値αより大きい、すなわち
Ｈ＞α  …（２）
か、又は、第３測定値Ｈが閾値α以下、すなわち、
Ｈ≦α  …（３）
であるか比較される。上記の式（１）〜（３）に基づいて、図４で示す鋼の品質判定方法に係る処理が行われる。
【００３６】
本実施例における閾値αは、１２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲で任意に設定可能であって、以下、閾値を１２ｍｍと設定して説明する。
ここで、第３測定値Ｈが１２ｍｍより大きい値を取るときは、図１に示す観測ポイント１１ａのように、モールドパウダーＰが十分な厚さを持っており、溶鋼の湯面で溶融したモールドパウダーＰの溶融層が、溶鋼を被覆していると判断することができる。この場合には、溶鋼の湯面で酸化物が発生しないので、鋼の品質を高品質に維持することができる。
一方、第３測定値Ｈが１２ｍｍ以下の値を取るときは、図１に示す観測ポイント１１ｂのように、モールドパウダーＰが無くなり溶鋼の湯面が露出する可能性が大きいと判断することができる。そして、湯面が露出した場合、当該露出個所から酸化物が発生して溶鋼に溶け込み、鋼の品質が劣化するおそれがある。
したがって、第３測定値Ｈが１２ｍｍ以下であるときは、鋼の品質に異常が発生するおそれがあると判定し、第３測定値Ｈが１２ｍｍより大きいときは、鋼の品質は正常であると判定するようにすれば、モールドパウダーＰの必要最低限の厚さを維持すると共に、モールド３から引き出される鋳片に係る鋼の品質を高く維持することが出来る。
なお、本実施例において閾値αは１２ｍｍに設定し、さらには１２ｍｍ〜１５ｍｍの間で任意に設定可能としたが、これに限定されるものではなく、０ｍｍ〜数ｃｍの任意の厚さ、又は幅を持たせて設定するようにしても良い。この場合には、モールドパウダーＰが尽きて湯面が露出すると思われる所定の時点から実際に湯面が露出した瞬間のデータを取ることができるので、所定の段階で溶鋼の湯面の露出を防止する処置を施すことによって、鋼の品質の劣化を防止することができる。
【００３７】
次に、上記の数式に基づいた判定手法に基づく鋼の品質を判定する処理の流れについて説明する。
ステップＳ１００は、品質判定方法に係る処理フローを開始する処理を行うステップである。
ステップＳ１０５は、第１観測手段１３から第１測定値Ｘが入力される処理を行うステップである。ステップＳ１０５の後はステップＳ１１０へ移行する。
ステップＳ１１０は、第２観測手段１４から第２測定値σが入力される処理を行うステップである。ステップＳ１１０の後はステップＳ１１５へ移行する。
【００３８】
ステップＳ１１５は、第１測定値Ｘと第２測定値σに基づいて数式（１）にしたがって第３測定値Ｈを求め、所定の閾値αと比較し、第３測定値Ｈが閾値αより大きいか否かを判断する処理を行うステップである。第３測定値Ｈが、数式（２）で示すように、閾値αより大きい場合、ステップＳ１２０へ移行し、第３測定値Ｈが、数式（２）を満たしていない場合、すなわち、数式（３）で示すように、閾値α以下である場合には、ステップＳ１２５へ移行する。
【００３９】
ステップＳ１２０は、第３測定値Ｈが閾値αより大きいと判断されたことに基づいて、図１に示した観測ポイント１１ａのように、モールドパウダーＰの厚さが十分にあって、当該観測ポイント１１ａで鋳造される鋼の品質は正常であると判定する処理を行うステップである。ステップＳ１２０の後は、ステップＳ１０５へ移行して、上記の処理フローが、連続鋳造中に繰り返される。
【００４０】
一方、ステップＳ１２５は、第３測定値Ｈが閾値α以下であると判断されたことに基づいて、図１に示した観測ポイント１１ｂのように、モールドパウダーＰが無く、溶鋼の湯面が露出しているため、当該観測ポイント１１ｂで鋳造される鋼の品質が異常であると判定する処理を行うステップである。
この場合、ステップＳ１３０へ移行して、溶鋼の湯面に対する露出解消処理に加えて、異常を検知した観測ポイント１１ｂを品質判定装置１０の操縦者に対して報知する処理を行う。これによって、当該操縦者は、異常を検知したことを受けて、鋳造される鋳片が所定の規格を満たさないものと判断することができる。
【００４１】
また、ステップＳ１３０で行う溶鋼の湯面に対する露出解消処理は、たとえば、モールドパウダーＰの量や偏りを制御して、鋼の品質を維持するための対策を自動的に行う処理である。当該制御の一例を挙げると、モールド３上で異常判定がなされた観測ポイント１１ｂは容易に特定することができるので、たとえば、当該観測ポイント１１ｂを中心として溶鋼の表面が露出しないようにモールドパウダーＰを追加投入する制御、或いは当該観測ポイント１１ｂを中心としてモールドパウダーＰの偏りを均したり、溶鋼の湯面の乱れを抑えて、モールドパウダーＰの厚さを均一化する制御等である。
【００４２】
上記の鋼の品質判定方法に係る処理は、図１の判定制御部１２に示したように、モールド３上に設けた複数個の観測ポイント１１ａ，１１ｂ全てについて行われる。そして、それぞれの観測ポイント１１ａ，１１ｂの第１観測手段１３及び第２観測手段１４は、第１測定値Ｘと第２測定値σを判定手段へ出力する。これによって、所定の観測ポイント１１ａ，１１ｂにおけるモールドパウダーの厚みに係るデータである第３測定値Ｈ１，Ｈ２が、それぞれの第１測定値Ｘと第２測定値σに基づいて算出される。判定手段において、所定の観測ポイント１１ａ，１１ｂにおける第３測定値Ｈ１，Ｈ２と閾値αの比較が行われ、当該観測ポイント１１ａ，１１ｂで異常が発生していないか、すなわち、モールドパウダーＰの量が足りなくて、溶鋼の湯面が露出していないか観測される。
これを連続鋳造中に連続的に観測し、随時比較判定することによって、モールドパウダーＰの厚さが時間経過と共に変動する様を立体的に捉えることができる。これによって、溶鋼の湯面が露出して溶鋼表面に酸化物が形成され、これが溶鋼中に巻き込まれて不純物として鋳片の品質が劣化することを防止することができる。そのため、高品質な鋳片を無手入れのまま圧延工程へ送ることができる。
【００４３】
また、本実施例に係る鋼の品質判定方法によれば、多数の観測ポイントで、第３測定値Ｈ、すなわちモールドパウダーの厚さを測定するようにした。ここで、鋼の品質を判定したとき、異常を検知した観測ポイントの個数又は観測ポイントの箇所によって、モールドで鋳造される鋳片が無手入れか手入れか振り分けることができる。
これはたとえば、図３に示すように、観測ポイント１１を複数個設けたとき、異常を判定した観測ポイント１１が所定の数以下の場合、又は鋳片の外側面に相当する箇所である場合には、製造される鋳片の品質は規格を満たした無手入れ品に振り分け、異常を判定した観測ポイント１１が所定の数よりも大きくなった場合、又は鋳片の中心部に相当する箇所である場合には、鋳片の品質が規格外の手入れ品に振り分けるようにすれば良い。
【００４４】
さらに、本実施例に係る鋼の品質判定方法によれば、図１に示すように、モールド３へ注入される溶鋼の湯面レベルの許容範囲である従来のスラグラインＹを、溶鋼の湯面が超えた場合であっても、第３測定値Ｈが閾値αを満たしている場合、すなわち、モールドパウダーＰの溶融層が、溶鋼の湯面を被覆しているときは、製造される鋳片の品質は規格を満たすものとして正常であると判断されるようにした。これによって、溶鋼の注入速度を上げて湯面が乱れた場合であっても、モールドパウダーＰの溶融層が溶鋼の湯面を被覆している限り、鋼の品質について規格を満たした無手入れ品を鋳造することができるので、鋳造される鋼製品の歩留まりを上げて生産性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…鋼の品質判定装置、
１１，１１ａ，１１ｂ…観測ポイント、１１ｃ…観測エリア、１２…判定制御部、
１３…第１観測手段、１４…第２観測手段、
１５…ブラケット、１５ａ…ブラケット本体、１５ｂ…可動アーム、
１６…緊急回避手段、１６ａ…第１回避手段、１６ｂ…第２回避手段、１６ｃ…第３回避手段、
１…連続鋳造装置、２…タンディッシュ、３…モールド、４…浸漬ノズル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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