(57)【要約】【課題】長期的に安定して鋳型の振動状態を監視することができる鋳型振動監視方法、及び、ブレークアウト監視方法を提供すること。【解決手段】連続鋳造設備の鋳型の振動状態を監視する鋳型振動監視方法であって、鋳型に設けられた、少なくとも鋳型振動方向に周期性を有する測定対象模様を、撮影手段によって所定の時間間隔で撮影し、撮影手段によって撮影された測定対象模様の画像データに対して、サンプリングモアレ法を用いて画像処理を行うことにより求められた測定対象模様の変位の変化量から、鋳型の振動状態を判定する。【選択図】図３
2019013927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造設備の鋳型の振動状態を監視する鋳型振動監視方法であって、
前記鋳型に設けられた、少なくとも鋳型振動方向に周期性を有する測定対象模様を、撮影手段によって所定の時間間隔で撮影し、前記撮影手段によって撮影された前記測定対象模様の画像データに対して、サンプリングモアレ法を用いて画像処理を行うことにより求められた前記測定対象模様の変位の変化量から、前記鋳型の振動状態を判定することを特徴とする鋳型振動監視方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鋳型振動監視方法において、
前記測定対象模様の変位量から求められた前記鋳型の振動の振幅、周期または周波数と、予め設定された目標となる前記鋳型の振動の振幅、周期または周波数との差分に、予め設定された一定以上の差がある場合には、前記鋳型の振動が異常であると判定することを特徴とする鋳型振動監視方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鋳型振動監視方法において、
前記測定対象模様は格子状であることを特徴とする鋳型振動監視方法。
【請求項４】
連続鋳造設備の鋳型内側における鋳片破断であるブレークアウトの発生を監視するブレークアウト監視方法であって、
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の鋳型振動監視方法によって前記鋳型の振動状態を監視し、前記鋳型の振動状態が異常であると判定された場合に、ブレークアウトが発生すると判定することを特徴とするブレークアウト監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造設備における鋳型振動監視方法及びブレークアウト監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造設備においては、連続鋳造時に鋳型を絶えず上下振動させているが、その目的のひとつにブレークアウトの発生を抑制することが挙げられる。ここで、ブレークアウトとは、連続鋳造時に鋳型と鋳片との間に焼き付きが発生し、焼き付き部分の鋳片が鋳型に固着し、固着した鋳片を下方に引き抜いた際に、鋳片の外郭（凝固シェル）が引きちぎられ、引きちぎられた部分が鋳型の下端に達したときに鋳型内から溶鋼が漏れ出す現象のことを意味する。鋳型を振動させることによって、鋳型と鋳片との間に焼き付きが発生するのを抑制することはできるが、異常振動を引き起こすと、鋳型と鋳片との間に焼き付きが発生し、ブレークアウトの発生に繋がる。
【０００３】
特許文献１には、鋳型を一定の振幅で上下動させる振動フレームの変位を、鋳型近傍に設けた変位検出用センサによって検出し、振動フレームの振動異常を早期に検出して、振動フレームの振動異常に伴う鋳型の異常振動によってブレークアウトが発生するのを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−８１２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、鋳型近傍は、鋳型に注がれた溶鋼などの熱の影響を受けやすく、その熱によって、鋳型近傍に設けた変位検出用センサの短寿命化を招いてしまうなど、長期的に安定して鋳型の振動状態を監視することができないといった問題が生じ得る。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、長期的に安定して鋳型の振動状態を監視することができる鋳型振動監視方法、及び、ブレークアウト監視方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋳型振動監視方法は、連続鋳造設備の鋳型の振動状態を監視する鋳型振動監視方法であって、前記鋳型に設けられた、少なくとも鋳型振動方向に周期性を有する測定対象模様を、撮影手段によって所定の時間間隔で撮影し、前記撮影手段によって撮影された前記測定対象模様の画像データに対して、サンプリングモアレ法を用いて画像処理を行うことにより求められた前記測定対象模様の変位の変化量から、前記鋳型の振動状態を判定するものである。
【０００８】
また、本発明に係る鋳型振動監視方法は、上記の発明において、前記測定対象模様の変位量から求められた前記鋳型の振動の振幅、周期または周波数と、予め設定された目標となる前記鋳型の振動の振幅、周期または周波数との差分に、予め設定された一定以上の差がある場合には、前記鋳型の振動が異常であると判定することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係る鋳型振動監視方法は、上記の発明において、前記測定対象模様は格子状であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係るブレークアウト監視方法は、連続鋳造設備の鋳型内側における鋳片破断であるブレークアウトの発生を監視するブレークアウト監視方法であって、上記の発明の鋳型振動監視方法によって前記鋳型の振動状態を監視し、前記鋳型の振動状態が異常であると判定された場合に、ブレークアウトが発生すると判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に鋳型振動監視方法及びブレークアウト監視方法は、長期的に安定して鋳型の振動状態を監視することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態に係る連続鋳造設備の概要構成を示す模式図である。
【図２】図２は、連続鋳造設備の鋳型を振動させる鋳型振動装置の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、実施形態に係る鋳型振動監視方法が適用された鋳型振動監視装置の概略図である。
【図４】図４は、鋳型振動監視装置に設けられた監視カメラの撮影範囲を示す図である。
【図５】図５は、測定対象物の格子模様の変位量を時系列プロットして作成した鋳型振動方向の振動波形を示すグラフである。
【図６】図６は、測定対象物の格子模様の変位量を時系列プロットして作成した鋳型振動方向の振動波形を示すグラフである。
【図７】図７は、測定対象物の格子模様の変位量を時系列プロットして作成した鋳型振動方向の振動波形を示すグラフである。
【図８】図８は、振動波形をフーリエ変換して求めた鋳型の振動の周波数波形を示すグラフである。
【図９】図９は、鋳型の振動波形データを、ローパスフィルタに通して高周波成分が除去されたフィルタ後の鋳型の振動波形データを求める場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る鋳型振動監視方法及びブレークアウト監視方法の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１４】
図１は、実施形態に係る連続鋳造設備１の概要構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る連続鋳造設備１は、タンディッシュ１１、スライディングノズル機構１２、浸漬ノズル１３、鋳型１４、ロール群１５、コントローラ１６、及び入出力部１７を備えている。
【００１５】
連続鋳造時には、図示しないレードルから溶鋼Ｍがタンディッシュ１１に供給される。溶鋼Ｍは、スライディングノズル機構１２及び浸漬ノズル１３を通って鋳型１４内に供給される。鋳型１４内の溶鋼Ｍは、鋳型１４によって冷却されることにより凝固シェル２０を形成し、鋳片２１を形成していく。鋳型１４の下部に設けられたロール群１５は、鋳片２１を引き抜き方向にガイドするとともに鋳片２１の引き抜きを行って、鋳片２１の連続鋳造を行う。なお、この連続鋳造設備１で連続鋳造を行う際には、鋳型１４と凝固シェル２０との焼き付きを抑制するために、鋳型１４を周期的且つ連続的に鋳型振動方向である上下方向に振動させている。
【００１６】
図２は、連続鋳造設備１の鋳型１４を振動させる鋳型振動装置３０の一例を示す概略図である。鋳型振動装置３０は、操作盤３１、ドライブ装置３２、駆動モータ３３、減速機３４、偏心カム３５、プッシュロッド３６、スプリング３７、及び、リンクロッド３８などによって構成されている。そして、鋳型振動装置３０では、オペレータが操作盤３１に設けられたスタートボタン３１ａを押すことによって、操作盤３１からドライブ装置３２に振動開始信号が送られる。この振動開始信号を受信したドライブ装置３２は、所定の振動条件で鋳型１４を振動させるような回転数となるように、駆動モータ３３の回転駆動を制御する。なお、駆動モータ３３としては、例えば交流モータなどを用いることができる。駆動モータ３３からの回転力は、減速機３４によって減速されて偏心カム３５に伝達される。偏心カム３５の上方には、スプリング３７の中空内部に配置されているとともに、スプリング３７によって下方に付勢されたプッシュロッド３６が、偏心カム３５のカム面３５ａと下端が接触するように設けられており、偏心カム３５が回転することによって、プッシュロッド３６が上下方向に振動する。また、プッシュロッド３６の上端には、一端が鋳型１４に固定されたリンクロッド３８の他端が取り付けられており、鋳型１４はリンクロッド３８を介して、プッシュロッド３６の上下方向の振動に連動して振動する。
【００１７】
なお、本実施形態においては、振動ストローク（鋳型１４の変位の上限位置から下限位置までの距離）を８．６４［ｍｍ］（振幅を４．３２［ｍｍ］）で、振動サイクルを１６０［サイクル／分］（周波数を２．６７［Ｈｚ］）で、鋳型振動装置３０によって鋳型１４を上下方向に振動させている。
【００１８】
図１に戻って、タンディッシュ１１は、耐火物による内張りが形成された有底状の容器であり、有底部には注湯孔が設けられる。スライディングノズル機構１２は、タンディッシュ１１の注湯孔に連通したノズルを有し、コントローラ１６からの制御信号に従ってノズルの開度を調整することによって注湯孔からの溶鋼Ｍの吐出量を調整する。浸漬ノズル１３は、略円筒状をなし、上端がスライディングノズル機構１２のノズルに接続され、下端が鋳型１４内に挿入され、鋳型１４内の湯面下に浸漬されている。
【００１９】
鋳型１４の内側であって溶鋼Ｍの湯面上部には、渦流センサ１８が設けられている。渦流センサ１８は、湯面レベルをコントローラ１６に出力する。パウダー供給管１９は、図示しないパウダー供給装置から供給されるモールドパウダーを溶鋼Ｍの湯面上に供給する。モールドパウダーは、湯面を覆い、溶鋼Ｍの酸化及び温度低下を防止するとともに、溶融状態となって鋳片２１と鋳型１４の内壁面との間での潤滑剤として機能し、鋳型１４内の鋳片２１の引き抜き抵抗を低下させる。
【００２０】
コントローラ１６は、鋳型１４の湯面レベル及び鋳片２１の引き抜き速度の変化に応じてスライディングノズル機構１２のノズルの開度を調整することによって、タンディッシュ１１から鋳型１４内への溶鋼Ｍの供給速度を調整し、湯面レベルが所定範囲内となるように制御する。
【００２１】
鋳型１４の下流側には、鋳片２１の引き抜き方向Ａに沿ってロール群１５が配置されている。ロール群１５には、サポートロール、ガイドロール、及びピンチロールが含まれる。サポートロールは、鋳片２１の短辺部及び長辺部を圧接しつつ、鋳片２１を引き抜き方向Ａにガイドする。このサポートロールの圧接によって鋳片２１のバルジングが抑制される。ガイドロールは、鋳片２１を所定の曲率半径に保ちつつ、鋳片２１を引き抜き方向Ａにガイドする。ピンチロールは、コントローラ１６からの制御信号に従って鋳片２１を圧接しつつ回転することによって、所定の引き抜き速度で鋳片２１を引き抜き方向Ａに移動させる。なお、図示しないが、ロール群１５の位置に合わせて、鋳片２１を冷却するためのスプレーノズル群が配置されており、スプレーノズル群から噴出される冷却水によって鋳片２１は冷却される。
【００２２】
図３は、実施形態に係る鋳型振動監視方法が適用された鋳型振動監視装置４０の概略図である。図４は、鋳型振動監視装置４０に設けられた監視カメラ４１の撮影範囲を示す図である。
【００２３】
図３に示すように、鋳型１４の２つの側壁１４ａ，１４ｂには、立方体からなる測定対象物４４，４６が棒状の支持部材４８，４９を介して取り付けられており、測定対象物４４，４６の隣り合う２側面に測定対象模様である格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂがそれぞれ形成されている。この格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂは、平面上の互いに直交する２方向において、同じ一定のピッチを有する矩形格子からなる。なお、格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂのピッチは、平面上の互いに直交する２方向において同じでなくてもよい。また、監視カメラ４１によって撮像する鋳型１４の振動を検出するための測定対象模様としては、格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂのような格子状の模様に限るものではない。すなわち、鋳型振動装置によって鋳型１４を振動させる鋳型振動方向である上下方向（Ｚ軸方向）において、少なくとも周期性を有する模様であることにより、鋳型振動方向における鋳型１４の振動の異常を検出することができる。また、格子模様４５ａなどの前記測定対象模様は少なくとも１つあればよく、鋳型１４の２つの側壁１４ａ，１４ｂの表面に前記測定対象模様を直接形成してもよい。
【００２４】
また、図３に示すように、鋳型１４の振動を監視する鋳型振動監視装置４０は、撮影手段である監視カメラ４１と、監視プロセスコンピュータ４２と、監視モニター４３とを備える。監視カメラ４１は、鋳型１４の２つの側壁１４ａ，１４ｂに設けられた測定対象物４４，４６の格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂを所定の時間間隔（サンプリング周期）で撮影して、監視プロセスコンピュータ４２に画像データを出力する。監視プロセスコンピュータ４２は、監視カメラ４１が出力した画像データに対して、特開２０１５−１４１１５１号公報などに開示されているサンプリングモアレ法を用いてリアルタイム画像処理を行い、このリアルタイム画像処理によって生成された複数のモアレ画像からモアレ縞の位相値を算出し、その位相値を用いて、格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂの変位量を求める。そして、例えば、その求めた格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂの変位量を時系列プロットすることにより鋳型１４の振動波形を作成して、鋳型１４の振動の振幅、周期または周波数を求め、その求めた鋳型１４の振動の振幅、周期または周波数と、予め設定された目標となる鋳型１４の振動の振幅、周期または周波数との差を監視し、予め設定された一定以上の差があった場合に鋳型１４の振動が異常であると判定する。
【００２５】
なお、本実施形態においては、図４に示すように、鋳型１４の２つの側壁１４ａ，１４ｂに設けられた測定対象物４４，４６の格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂを、鋳型１４から約５［ｍｍ］離れた位置に設けた１台の監視カメラ４１によって、所定の時間間隔（サンプリング周期）１０［ｍｓ］で撮影する。ここで、監視カメラ４１は複数台あっても良いが、１台の監視カメラ４１で４つの格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂを撮影することにより、格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂのそれぞれ１つずつに１台の監視カメラ４１を設ける場合よりも、監視カメラ４１の台数を減らせる分、低コスト化を図ることが可能となる。次に、監視カメラ４１から出力された画像データに対して、上述したように監視プロセスコンピュータ４２によるサンプリングモアレ法を用いたリアルタイム画像処理を行うことによって、各格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂのＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向それぞれの変位量を求める。このように、各格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂのＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向それぞれの変位量を求めることによって、鋳型振動装置３０による鋳型振動方向である上下方向の振動異常だけではなく、鋳型１４が傾いて振動するなどの他の方向における振動異常も検出することができる。
【００２６】
また、本実施形態に係る鋳型振動監視装置４０は、監視プロセスコンピュータ４２がサンプリングモアレ法を用いて格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂの変位量を求めることによって、格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂのピッチの百分の一までの微小な変位量を検出することができ、鋳型１４の振動を精度良く監視することができる。
【００２７】
監視モニター４３は、監視プロセスコンピュータ４２の出力を表示するものであって、鋳型１４の振動波形のグラフを表示したり、監視プロセスコンピュータ４２によって鋳型１４の振動が異常であると判定されたときには、監視モニター４３に鋳型１４の振動異常が発生した旨を表示したりする。また、鋳型１４の振動が異常であると判定されたときには、スピーカー（不図示）などから警報を鳴らすことによって、オペレータに鋳型１４の振動異常を報知するようにしてもよい。
【００２８】
さらに、本実施形態においては、鋳型振動監視装置４０によって監視された鋳型１４の振動状態から、連続鋳造設備１の鋳型内側における鋳片破断であるブレークアウトの発生を監視しており、監視プロセスコンピュータ４２や監視モニター４３をブレークアウトの監視に兼用している。監視プロセスコンピュータ４２は、鋳型１４の振動状態が異常であると判定したときに、ブレークアウトが発生すると判定し、監視モニター４３にブレークアウトが発生する旨を表示する。また、これとともに、スピーカー（不図示）などから警報を鳴らしたりすることによって、オペレータにブレークアウトが発生することを報知してもよい。
【００２９】
次に、監視プロセスコンピュータ４２が、格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂの変位量を時系列プロットして作成する鋳型１４の振動波形の代表例として、格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａの各設置位置における鋳型振動方向の振動波形を、図５、図６及び図７に示す。図５は、測定対象物４４の格子模様４５ａの変位量を時系列プロットして作成した鋳型振動方向の振動波形を示すグラフである。図６は、測定対象物４４の格子模様４５ｂの変位量を時系列プロットして作成した鋳型振動方向の振動波形を示すグラフである。図７は、測定対象物４６の格子模様４７ａの変位量を時系列プロットして作成した鋳型振動方向の振動波形を示すグラフである。
【００３０】
図５、図６及び図７から、監視プロセスコンピュータ４２によって求められた、格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａの各設置位置における鋳型１４の振動の振幅は、格子模様４５ａの設置位置で約３．６０［ｍｍ］、格子模様４５ｂの設置位置で約４．７５［ｍｍ］、格子模様４７ａの設置位置で約４．００［ｍｍ］であり、１［ｍｍ］未満の誤差で、予め設定された目標となる鋳型１４の振動の振幅（４．３２［ｍｍ］）とほぼ同様の振幅を検出できていることがわかる。
【００３１】
図８は、振動波形をフーリエ変換して求めた鋳型１４の振動の周波数波形を示すグラフである。図８から、監視プロセスコンピュータ４２によって鋳型振動方向の振動波形をフーリエ変換することで求められた、鋳型１４の振動の周波数は２．６１［Ｈｚ］であり、予め設定された目標となる鋳型１４の振動の周波数（２．６７［Ｈｚ］）とほぼ同様の周波数を検出できていることがわかる。また、このように鋳型１４の振動の周波数を精度良く検出できることによって、鋳型１４の振動の周期も精度良く検出できることがわかる。
【００３２】
次に、鋳型振動監視装置４０による鋳型１４の振動の異常判定方法の例について説明する。鋳型振動監視装置４０による鋳型１４の振動の異常判定方法としては、例えば、下記（１）式に示すように、１サンプリング間における格子模様４５ａの変位量の差分の絶対値Δｘｋを取り、その差分の絶対値Δｘｋが、下記（２）式に示すように、予め設定した閾値Ｔｈ１以上の場合に、鋳型１４の振動が異常（変位過大異常）であると判定する。なお、閾値Ｔｈ１としては、例えば、１．５０［ｍｍ］と設定する。
【００３３】
【数１】
2019013927.tif 000003
ただし、ｋは離散時刻、ｘは変位量の絶対値である。
【００３４】
【数２】
2019013927.tif 000004
【００３５】
また、１サンプリング間における格子模様４５ａの変位量の差分の絶対値Δｘｋが、下記（３）式に示すように、予め設定された閾値Ｔｈ２（ただし、Ｔｈ２＜Ｔｈ１）以下を連続ｎ回（例えば、ｎ＝１０）続けた場合に、鋳型１４の振動が異常（変位過小異常）であると判定する。なお、閾値Ｔｈ２としては、例えば、０．０１［ｍｍ］と設定する。
【００３６】
【数３】
2019013927.tif 000005
【００３７】
図９は、鋳型１４の振動波形データＷ１を、ローパスフィルタに通して高周波成分が除去されたフィルタ後の鋳型１４の振動波形データＷ２を求める場合の説明図である。なお、図９中のＴｓはサンプリング周期である。
【００３８】
鋳型振動監視装置４０による鋳型１４の振動の異常判定方法としては、次のような方法もある。すなわち、上述したように、監視プロセスコンピュータ４２が、格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂの変位量を時系列プロットして作成した鋳型１４の振動波形データＷ１を、図９に示すように、ローパスフィルタに通して高周波成分を除去し、フィルタ後の鋳型１４の振動波形データＷ２を求める。そして、下記（４）式に示すように、振動波形データＷ１と振動波形データＷ２との差分の絶対値ΔＷを取り、差分の絶対値ΔＷに一定以上の差、言い換えれば、下記（５）式に示すように、差分の絶対値ΔＷに予め設定された閾値Ｔｈ３以上の差が見られた場合には、鋳型１４の振動が異常（振幅異常）であると判定する。これにより、鋳型１４の異常な高周波の振動異常を検出することが可能となる。なお、閾値Ｔｈ３としては、例えば、１．０［ｍｍ］と設定する。
【００３９】
【数４】
2019013927.tif 000006
【００４０】
【数５】
2019013927.tif 000007
【００４１】
本実施形態に係る鋳型振動監視方法では、鋳型１４に設けられた格子模様４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂを、鋳型１４から遠方に離して設置された監視カメラ４１によって撮影することによって、鋳型１４の振動状態を監視するため、鋳型１４に注がれた溶鋼Ｍの熱などの影響を受けることなく、長期的に安定して鋳型１４の振動状態を監視することができる。また、監視カメラ４１を鋳型１４から遠方に離して設置することによって、監視カメラ４１のメンテナンスは、連続鋳造設備１の操業を停止させることなく行うことが可能となるため、連続鋳造設備１の生産性の低下を抑えつつ、監視カメラ４１のメンテナンス性を高めることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１      連続鋳造設備
１１    タンディッシュ
１２    スライディングノズル機構
１３    浸漬ノズル
１４    鋳型
１５    ロール群
１６    コントローラ
１７    入出力部
１８    渦流センサ
１９    パウダー供給管
２０    凝固シェル
２１    鋳片
３０    鋳型振動装置
３１    操作盤
３１ａ  スタートボタン
３２    ドライブ装置
３３    駆動モータ
３４    減速機
３５    偏心カム
３５ａ  カム面
３６    プッシュロッド
３７    スプリング
３８    リンクロッド
４０    鋳型振動監視装置
４１    監視カメラ
４２    監視プロセスコンピュータ
４３    監視モニター
４４    測定対象物
４５ａ  格子模様
４５ｂ  格子模様
４６    測定対象物
４７ａ  格子模様
４７ｂ  格子模様
４８    支持部材
４９    支持部材
【図１】
2019013927.tif 000008
【図２】
2019013927.tif 000009
【図３】
2019013927.tif 000010
【図４】
2019013927.tif 000011
【図５】
2019013927.tif 000012
【図６】
2019013927.tif 000013
【図７】
2019013927.tif 000014
【図８】
2019013927.tif 000015
【図９】
2019013927.tif 000016