(57)【要約】      （修正有）【課題】簡便な方法で鋼鋳片表面の溶削不良を適切に可視化する。【解決手段】溶削後において表面温度が４００℃以上９００℃以下となった鋼鋳片の表面を、ＣＭＯＳセンサを撮像素子とする撮像装置によって撮像することで、鋼鋳片の表面の溶削不良を可視化する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼鋳片の表面の溶削不良を可視化する方法であって、
溶削後において表面温度が４００℃以上９００℃以下となった前記鋼鋳片の表面を、ＣＭＯＳセンサを撮像素子とする撮像装置によって撮像することを特徴とする、
方法。
【請求項２】
前記撮像装置によって撮像される前記鋼鋳片の表面温度が４００℃以上９００℃以下の範囲内となるように、鋳造設備の操業条件及び連続鋳造設備における前記撮像装置の設置位置のうちの少なくとも一つを調整する、
請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、溶削後の高温の鋼鋳片に対して、その表面に存在する溶削不良を可視化する方法を開示する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造設備で製造された鋼鋳片（特にスラブ）は、鋼種や用途等に応じて、表面手入れのために熱間で溶削（ホットスカーフ）が行われる。具体的には、スカーフ設備においてスカーフユニットから鋼鋳片表面に燃料と酸素と吹き付けながら燃料と酸素との燃焼熱によって鋼鋳片表面を酸化溶融させて溶鉄湯溜まりを生成させ（予熱工程）、その後、燃料と酸素の量や比率を調整しながら、鋼鋳片を搬送させつつ連続的に溶鉄と酸素との酸化反応熱によって鋼鋳片表面を溶かして削り取る（溶削工程）。これにより、鋼鋳片表面の疵や介在物などの欠陥を除去することができる。
【０００３】
鋼鋳片の表面を溶削すると鋼鋳片の表面に溶削不良が生じることがある。溶削不良の類型としては、例えば、以下の４つの類型が挙げられる。
（１）鋼鋳片の先頭部表面に溶鉄が凸状に付着する場合がある。これは予熱工程により生成した溶鉄がガス流れによって鋼鋳片先頭部に流れて付着したものと考えられる。本願では、これを「溶鉄返り」ということとする。
（２）スラブ表面が十分に溶削されない場合がある。これは予熱工程における燃焼熱不足により溶鉄が不足したために生じるものと考えられる。本願では、これを「掛残り」ということとする。
（３）鋼鋳片表面に長手方向に伸びた筋状の凸部が生じる場合がある。これはスカーフユニットの噴射孔詰まり等のために鋼鋳片表面に局所的な予熱不足が生じ、これが起点となって長手方向に周囲の溶鉄が流入するとともに酸素によって全長に亘って冷却されることで生じるものと考えられる。本願では、これを「溶着地金」ということとする。
（４）鋼鋳片表面に長手方向に伸びた筋状の凹部が生じる場合がある。これはスカーフユニットの隙間部から酸素が漏れる等して、鋼鋳片の表面が過剰に削られることによって生じるものと考えられる。本願では、これを「線状深掘れ」ということとする。
【０００４】
鋼鋳片の表面の溶削不良は、その後に鋼鋳片を圧延して薄板とする場合に当該薄板表面に疵を発生させる等、製品歩留まり低下の原因となり得る。そのため、溶削後において、鋼鋳片の表面の溶削不良の有無を適切に判別し、溶削不良があった場合にはその原因を特定して溶削設備の操業を改善することが重要である。溶削不良の有無を判別するためには、例えば、以下の特許文献１〜３に開示された方法を転用することで、撮像画像において溶削不良を可視化することが考えられる。
【０００５】
特許文献１には、表面を溶削された鋼材の表面に残存する湯だれや未溶削部を精度よく確実に検出するという課題が開示され、当該課題の解決手段として、１２００℃以上に加熱され且つ表面を溶削された鋼材の表面を撮像装置（ＣＣＤカメラ）によって連続撮像し、得られた画像の輝度信号を温度に換算し、健常部位との温度差を基にして、湯だれや未溶削部の疑いがある部位を検出する方法が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、熱間溶削の予熱時において鋼材の幅方向の予熱むらを簡単に検知するという課題が開示され、当該課題の解決手段として、溶削装置に備えられた火口に対向する鋼材の表面を撮像する撮像手段（ＣＣＤカメラ）を配備したうえで、所定のステップを経て鋼材の予熱むらを検知する方法が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、高温状態にあるスラブの全表面を熱間で検査するという課題が開示され、当該課題の解決手段として、熱間スラブの表面に１次元の線光源から光を照射し、当該表面から反射した反射光を１次元の撮像装置によって連続的に撮像することで２次元画像を生成し、当該２次元画像を基にスラブの表面疵を検出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−２３６２１５号公報
【特許文献２】特開２０１５−１６７９７７号公報
【特許文献３】特開２０１４−１０００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１に示すように、鋼鋳片の表面においては、溶削完了後の経過時間に応じて、溶削不良部と健常部とが所定の温度差（輝度差）を有する。例えば、「線状深掘れ」のような凹部は、健常部に比べて鋳片の中心に存在することから、健常部に比べて温度が高く、輝度も高くなる。一方、「溶鉄返り」や「溶着地金」のような凸部は、比表面積が大きく、健常部に比べて冷え易く、輝度も低くなる。また、「掛残り」についても、燃焼熱不足により健常部に比べて温度が低く、輝度も低くなる。ここで、溶削完了後の経過時間が短い場合、鋼鋳片表面において溶削不良部と健常部とで温度差（輝度差）がほとんど生じておらず、撮像装置で撮像しても溶削不良の特定をすることは困難となる場合がある。また、特許文献１、２に開示されたようなＣＣＤカメラを用いて鋼鋳片表面を撮像する場合において鋼鋳片表面における温度（輝度）が高すぎると、カメラの輝度識別範囲の上限を超えてハレーションを起こしてしまい鋼鋳片表面の溶削不良を適切に判別できない虞がある。一方、溶削完了後の経過時間が長い場合、鋼鋳片表面において溶削不良部と健常部とで温度差（輝度差）が拡大し過ぎて、撮像装置の輝度識別範囲を超えてしまい、溶削不良を特定することが困難となる場合がある。また、温度が下がりきった低温の鋼鋳片を撮像装置で撮像した場合、鋼鋳片表面の溶削不良部と健常部とで輝度差が生じず、鋼鋳片表面の溶削不良を適切に判別できない場合がある。さらに、鋼鋳片の表面温度が低いと、鋼鋳片と背景との輝度差もほとんど生じないことから撮像画像において鋼鋳片と背景とを区別することが困難となり、特に鋼鋳片の外縁付近の溶削不良を適切に判別できない場合がある。特許文献１、２に開示された方法においては、このような鋼鋳片の表面温度や撮像装置の輝度識別範囲に起因して生じる課題に対して何ら検討しておらず、当然解決手段も示していない。
【００１０】
一方で、特許文献３に開示された方法は、撮像装置に加えて線光源用の装置が別途必要となることから、全体として装置が大型化して鋳造設備の鋳造ラインに設置することが困難となる虞がある等、簡便性に欠ける。また、上記した鋼鋳片の表面温度や撮像装置の輝度識別範囲に起因する課題について何ら検討しておらず、当然解決手段も示していない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者の知見によれば、特許文献１、２に開示されたような一般に使用されているＣＣＤカメラは、鋼鋳片の溶削不良を有無を判別するための撮像装置として十分な輝度識別範囲を有さない。この理由は明確ではないが、ＣＣＤセンサの特性として知られているスミアやブルーミングに関連すると考えられる。すなわち、溶削後の鋼鋳片のような高温物を観察した場合、光量の多い部分から周辺に光が滲み出すために、輝度識別範囲が狭くなると考えられる。
【００１２】
この問題を解決するため、本発明者は、ＣＣＤセンサではなく、ＣＭＯＳセンサを撮像素子とする撮像装置を適用することに想到した。ＣＭＯＳセンサは、原理的に上記したスミアやブルーミングのような問題が生じない。そのため、ＣＣＤセンサを用いた撮像装置と比較して、ＣＭＯＳセンサを用いた撮像装置は輝度識別範囲が拡大すると考えられる。
【００１３】
しかしながら、ＣＭＯＳセンサを用いた撮像装置であっても、輝度識別範囲は特定の範囲に限られる。そこで、本発明者は、ＣＭＯＳセンサを用いた撮像装置の輝度識別範囲と溶削後の鋼鋳片の表面の温度（輝度）との関係について検討を進めた。その結果、４００℃以上９００℃以下の表面温度を有する鋼鋳片であれば、溶着不良部と健常部とが十分な温度差（輝度差）を有しつつ、溶着不良部の温度（輝度）と健常部の温度（輝度）とがともにＣＭＯＳセンサを用いた撮像装置の輝度識別範囲内となることを見出した。
【００１４】
以上に鑑み、本願は、上記課題を解決するための手段の一つとして、
鋼鋳片の表面の溶削不良を可視化する方法であって、溶削後において表面温度が４００℃以上９００℃以下となった前記鋼鋳片の表面を、ＣＭＯＳセンサを撮像素子とする撮像装置によって撮像することを特徴とする、方法
を開示する。
【００１５】
「表面温度」とは、鋼鋳片表面の平均温度を意味する。鋼鋳片の表面の平均温度は、サーモグラフィなどを用いて測定可能である。すなわち、本開示の方法においては、撮像装置の視野内に、４００℃以上９００℃以下の範囲内にない鋼鋳片表面が含まれていたとしても、撮像装置の視野内に含まれる鋼鋳片の表面全体としての平均温度が４００℃以上９００℃以下であればよい。
【００１６】
「溶削後において表面温度が４００℃以上９００℃以下となった鋼鋳片」とは、溶削後に時間の経過とともに表面温度が低下する鋼鋳片において、当該表面温度が４００℃以上９００℃以下の温度に収まった鋼鋳片を意味する。尚、当業者にとって自明ではあるが、溶削後に何らかの加熱処理がなされた鋳片は、仮に加熱処理後の表面温度が４００℃以上９００℃以下であったとしても、本願に言う「溶削後において表面温度が４００℃以上９００℃以下となった鋼鋳片」には該当しない。例えば、溶削後、鋼鋳片の表面温度が４００℃未満となった後で加熱等によって表面温度が４００℃以上９００℃以下の範囲に昇温されたような鋼鋳片は、本願に言う「溶削後において表面温度が４００℃以上９００℃以下となった鋼鋳片」から除外される。
【００１７】
本開示の方法において、前記撮像装置によって撮像される前記鋼鋳片の表面温度が４００℃以上９００℃以下の範囲内となるように、鋳造設備の操業条件及び鋳造設備における前記撮像装置の設置位置のうちの少なくとも一つを調整することが好ましい。
【００１８】
「鋳造設備の操業条件」とは、例えば、鋼鋳片を溶削する際の温度の条件、溶削後の鋼鋳片の搬送速度の条件（溶削完了後から撮像装置に搬送されるまでの時間の条件）、溶削後の鋼鋳片の冷却工程の有無等、鋳造設備において撮像装置によって撮像されるまでの間に鋼鋳片の表面温度を調整可能な操業条件のうちの少なくとも一つをいう。
【発明の効果】
【００１９】
本開示の方法においては、撮像装置の撮像素子としてＣＭＯＳセンサを用いることで、撮像時のハレーション等を防止できる。また、撮像対象である鋼鋳片の表面温度が４００℃以上９００℃以下であることで、溶削後の鋼鋳片表面の溶削不良部と健常部とで十分な温度差（輝度差）を生じさせることができ、且つ、溶削不良部の温度（輝度）及び健常部の温度（輝度）のいずれについてもＣＭＯＳセンサの輝度識別範囲内に収めることができる。さらに、鋼鋳片の表面に光を照射する線光源を別途用意する必要がない。このように、本開示の方法によれば、簡便な方法で鋼鋳片表面の溶削不良を適切に可視化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】溶削後の経過時間と鋼鋳片表面温度（溶削不良部の温度及び溶削健常部の温度）との関係を説明するための概念図である。
【図２】鋼鋳片表面温度（溶削不良部の温度及び溶削健常部の温度）と輝度との関係を説明するための概念図である。従来の撮像装置（ＣＣＤカメラ）の輝度識別範囲と本開示の方法で用いる撮像装置（ＣＭＯＳカメラ）の輝度識別範囲とについても概念的に併記している。
【図３】溶削後の経過時間と鋼鋳片表面温度（溶削不良部の温度及び溶削健常部の温度）との関係を示す概念図であって、本開示の方法によって上記の課題を解決できることを説明するための概念図である。グラフ中の４本の曲線（実線１本、破線３本）は図１のグラフにおける４本の曲線（実線１本、破線３本）とそれぞれ対応する。
【図４】実施例におけるカメラの設置角度を説明するための概略図である。
【図５】「溶着地金」の可視化を試みた画像である。（Ａ）がＣＭＯＳカメラで撮像した場合の画像、（Ｂ）がＣＣＤカメラで撮像した場合の画像である。
【図６】「掛残り」の可視化を試みた画像である。（Ａ）がＣＭＯＳカメラで撮像した場合の画像、（Ｂ）がＣＣＤカメラで撮像した場合の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本願にて開示する方法は、鋼鋳片の表面の溶削不良を可視化する方法であって、溶削後において表面温度が４００℃以上９００℃以下となった前記鋼鋳片の表面を、ＣＭＯＳセンサを撮像素子とする撮像装置によって撮像することを特徴とする。
【００２２】
１．鋼鋳片
撮像対象である鋼鋳片は、鋳造装置によって鋳造された鋳片であって鋼からなるものであればよく、その鋼種や用途（形状）は特に限定されるものではない。鋼からなる鋳片は、鋼種や用途（形状）によらず、表面温度と輝度との関係がほぼ同等となるためである。よって、溶削が行われた鋼鋳片であれば、いずれも本開示の方法による撮像対象となり得る。
【００２３】
２．溶削
本開示の方法は、溶削後の鋼鋳片を撮像対象とする。溶削とは、スカーフユニットを用いて実施される一般的なものであればよい。通常、溶削は、予熱工程と溶削工程とを有する。予熱条件や溶削条件は、鋼鋳片の鋼種や用途に応じて適宜調整すればよい。尚、予熱温度や溶削温度は「鋼が溶融するほどの温度」であることから９００℃超であることが自明である。例えば、約１５００℃以上、好ましくは約１５８０℃以上の温度で予熱や溶削を行うことができる。すなわち、溶削完了直後の鋼鋳片の温度も、例えば、約１５００℃以上、好ましくは約１５８０℃以上とすることができる。
【００２４】
３．撮像装置
鋼鋳片の表面を撮像装置によって撮像することで溶削不良が可視化された撮像画像を得る。ここで、本開示の方法においては、ＣＭＯＳセンサ（ＣＭＯＳイメージセンサ）を撮像素子とする撮像装置を用いることが重要である。図２に概念的に示すように、ＣＭＯＳセンサを用いた撮像装置はＣＣＤセンサを用いた撮像装置と比較して輝度識別範囲が広い。上述の通り、ＣＭＯＳセンサにおいては、ＣＣＤセンサ特有のスミアやブルーミングといった問題が生じないためと考えられる。ＣＭＯＳセンサを撮像素子とする撮像装置そのものは公知であり、当業者にとって自明であることから、ここでは説明を省略する。
【００２５】
ＣＭＯＳセンサを用いた撮像装置による撮像の際は、溶削後の鋼鋳片の表面温度が４００℃以上９００℃以下となっていることが重要である。ここで「表面温度」とは、鋼鋳片「表面の平均温度」を意味する。鋼鋳片の表面の平均温度は、サーモグラフィなどを用いて測定可能である。すなわち、本開示の方法においては、撮像装置の視野内に、４００℃以上９００℃以下の範囲内にない鋼鋳片表面が含まれていたとしても、撮像装置の視野内に含まれる鋼鋳片の表面全体としての平均温度が４００℃以上９００℃以下であればよい。ただし、鋼鋳片の表面の溶削不良を一層適切に可視化できることから、撮像装置の視野内に含まれる鋼鋳片の表面について、その最低温度と最高温度との差が１００℃以上３００℃以下であることが好ましい。鋼鋳片の表面は、最低温度が好ましくは３００℃以上であり、最高温度が好ましくは１１００℃以下である。特に、撮像装置の視野内に含まれる鋼鋳片の表面全体が４００℃以上９００℃以下の範囲に収まっていることが好ましい。
【００２６】
鋼鋳片の表面温度が４００℃以上であれば、ＣＭＯＳセンサの輝度識別範囲の下限を下回ることがなく、また、鋼鋳片の表面温度が９００℃以下であれば、ＣＭＯＳセンサの輝度識別範囲の上限を上回ることがない。また、鋼鋳片の表面温度が４００℃以上であれば、鋼鋳片と背景との輝度差も十分となることから、撮像画像において鋼鋳片と背景との境界を判断すること容易であり、鋼鋳片の外縁付近の溶削不良についても適切に判別できる。さらに、図３に概念的に示すように、鋼鋳片の表面温度が４００℃以上９００℃以下である場合（図３において溶削後の経過時間がＡ以上Ｂ以下の場合）、鋼鋳片表面の溶削不良部と健常部とで十分な温度差（輝度差）が生じる。以上のことから、溶削後に鋼鋳片の表面温度が４００℃以上９００℃以下となったときにＣＭＯＳセンサを用いた撮像装置で鋼鋳片の表面を撮像することで、溶削不良が適切に可視化された撮像画像を得ることができる。
【００２７】
４．鋼鋳片と撮像装置との位置関係
鋳造設備における撮像装置の設置箇所は特に限定されるものではない。ただし、上述したように、溶削後、表面温度が４００℃以上９００℃以下となった鋼鋳片表面を撮像装置により撮像する必要がある。言い換えれば、溶削後に撮像装置によって撮像される鋼鋳片の表面温度が４００℃以上９００℃以下の範囲内となるように、撮像装置の設置位置を調整することが好ましい。後述する鋳造設備の操業条件にもよるが、例えば、鋼鋳片の溶削の完了後５秒以上１８０秒以下の時間が経過した鋼鋳片表面を撮像できるような箇所に、撮像装置を設置することが好ましい。
【００２８】
５．鋳造設備の操業条件
鋳造設備の操業条件は特に限定されるものではない。ただし、上述したように、溶削後、表面温度が４００℃以上９００℃以下となった鋼鋳片表面を撮像装置により撮像する必要がある。言い換えれば、溶削後に撮像装置によって撮像される鋼鋳片の表面温度が４００℃以上９００℃以下の範囲内となるように、鋳造設備の操業条件を調整することが好ましい。或いは、上記した撮像装置の設置箇所と鋳造設備の操業条件との双方を調整することも好ましい。上述の撮像装置の設置箇所にもよるが、例えば、鋼鋳片の溶削の完了後５秒以上１８０秒以下の時間が経過したときに撮像対象である鋳片表面が上記の撮像装置の撮像範囲に到達するように、鋼鋳片を溶削する際の温度の条件、溶削後の鋼鋳片の搬送速度の条件等のうちの少なくとも一つを調整することが好ましい。或いは、撮像装置の撮像範囲内に到達する鋼鋳片の表面温度が高くなってしまう場合は、冷却装置等を利用して冷却を促進してもよい。
【実施例】
【００２９】
連続鋳造により得られたスラブの上面、下面及び側面のそれぞれに対して、下記表１に示す条件でスカーフユニットから燃料ガス及び酸素ガスを吹き付けながら予熱工程及び溶削工程を行った。
【００３０】
【表１】
2019025488.tif 000003
【００３１】
一方、スカーフユニットから下流側１０ｍの地点に撮像装置を設置し、溶削後のスラブの表面を撮像した。このとき、図４に示すように、撮像装置による撮像方向がスラブの下面に対して２５°の角度となすようにした。撮像装置としては、ＣＣＤカメラとＣＭＯＳカメラとの双方を用い、撮像画像を比較した。
【００３２】
溶削したスラブの形状、溶削前のスラブの温度、溶削量、溶削時のスラブの搬送速度、溶削終了直後のスラブの表面温度、溶削終了から撮像箇所までの所要時間、撮像箇所におけるスラブ搬送速度、及び、撮像箇所におけるスラブの表面温度については、下記表２の通りであった。尚、スラブの表面温度についてはサーモグラフィを用いて測定した。
【００３３】
【表２】
2019025488.tif 000004
【００３４】
スラブ１についての撮像画像（（Ａ）ＣＭＯＳ画像、（Ｂ）ＣＣＤ画像）を図５に、スラブ２についての撮像画像（（Ａ）ＣＭＯＳ画像、（Ｂ）ＣＣＤ画像）を図６に示す。
【００３５】
スラブ１については、図５（Ａ）に示すように、ＣＭＯＳカメラで撮像することで、溶削不良である「溶着地金」を可視化できた。一方、図５（Ｂ）に示すように、ＣＣＤカメラを用いた場合は撮像画像においてハレーションが発生して、溶削不良を適切に可視化できなかった。ＣＣＤカメラにあっては、図２に示したように輝度識別範囲が狭く、スラブ先頭部がカメラの視野に入った瞬間、輝度識別範囲内に収めようと受光量を調節したことで、ハレーションを起こしたものと考えられる。
【００３６】
スラブ２については、図６（Ａ）に示すように、ＣＭＯＳカメラで撮像することで、スラブ端部において溶削不良である「掛残り」を可視化できた。一方、図６（Ｂ）に示すように、ＣＣＤカメラを用いた場合は撮像画像においてスラブ端部が黒く潰れてしまい、溶削不良を適切に可視化できなかった。ＣＣＤカメラにあっては、図２に示したように輝度識別範囲が狭く、冷却され易いスラブ端部の温度（輝度）が輝度識別範囲の下限を下回ったものと考えられる。
【００３７】
以上のように、ＣＭＯＳセンサを撮像素子とする撮像装置を用い、撮像対象である鋼鋳片の表面温度（輝度）が当該撮像装置の輝度識別範囲内（表面温度４００℃以上９００℃以下）に収まるように調整することで、溶着不良が可視化された撮像画像が得られた。
【００３８】
尚、図１、２に示したメカニズム及び図５、６の結果からすれば、上記の「溶着地金」や「掛残り」以外にも、「溶鉄返り」や「線状深掘れ」といった様々な溶削不良について、ＣＭＯＳセンサを撮像素子とする撮像装置を用い、撮像対象である鋼鋳片の表面温度（輝度）が当該撮像装置の輝度識別範囲内（表面温度４００℃以上９００以下）に収まるように調整することで、可視化画像が得られることが自明である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
鋼鋳片の表面の溶削不良は、その後に鋼鋳片を圧延して薄板とする場合に当該薄板表面に疵を発生させる等、製品歩留まり低下の原因となり得る。本開示の方法によって鋼鋳片の表面の溶削不良の有無を適切に判別することで、溶削不良があった場合にはその原因を特定して溶削設備の操業を改善することができる。これにより、その後に鋼鋳片を圧延して薄板とする場合に当該薄板表面における疵を発生を抑制できる等、製品歩留まりを向上させることができる。
【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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