(57)【要約】【課題】センサ及びその保持部を鋳片に対して完全に非接触にして、引き込みの危険や振動等による誤作動のない連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置を得る。【解決手段】鋳片９に対して、その厚み方向に、送信用センサ１３から超音波を透入し、鋳片９を透過した超音波を受信用センサ１５で受信することにより、鋳片９の凝固状態を検出する装置であって、冷却ゾーンのチャンバー３１外側に鋳片９の進行方向直交方向に設置されたリニアレール３３、４５と、リニアレール３３，４５に走行可能に設置されたリニアガイド３５，４７と、リニアガイド３５，４７に取り付けられて鋳片９を挟んで上下に配置される一対のアーム３７，４９と、一対のアーム３７，４９の一方の先端部に設置された送信用センサ１３と、一対のアーム３７，４９の他方の先端部に設置された受信用センサ１５とを備え、センサ及びアーム先端部は鋳片９の上下面に非接触であることを特徴とする。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型に注入された溶鋼を前記鋳型の下方に引き抜き、冷却ゾーンで冷却しながら連続鋳造される鋳片に対して、その厚み方向に、送信用センサから超音波を透入し、前記鋳片を透過した超音波を受信用センサで受信することにより、前記鋳片の凝固状態を検出する装置であって、
前記冷却ゾーンのチャンバー外側に前記鋳片の進行方向直交方向に設置されたリニアレールと、該リニアレールに走行可能に設置されたリニアガイドと、該リニアガイドに取り付けられて前記鋳片を挟んで上下に配置される一対のアームと、該一対のアームの一方の先端部に設置された送信用センサと、前記一対のアームの他方の先端部に設置された受信用センサとを備え、前記センサ及び前記アーム先端部は前記鋳片の上下面に非接触であることを特徴とする連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
【請求項２】
センサは、外力を受けたときに鋳片から離れる方向に移動可能な非常緩衝装置に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
【請求項３】
非常緩衝装置は、鋳片から離れる方向に移動可能に設置されたセンサ保持部と、該センサ保持部を鋳片側へ常時付勢する付勢手段とを備えてなることを特徴とする請求項２記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
【請求項４】
鋳片に対して冷却水を噴射する冷却水ノズルをアーム先端部に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
【請求項５】
センサを水冷式にすると共に、センサを冷却するための冷却水の水量及び冷却ノズルに送水される冷却水の水量のそれぞれが各別に水量調整可能に構成されていることを特徴とする請求項４記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
【請求項６】
一対のアームは、鋳片を挟む上下がそれぞれ独立に構成され、各アームが位置調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
【請求項７】
一対のアームは、後端側が連結されたＣ形状からなると共に、リニアレールが平行に複数設けられてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造される鋳片に対して、その厚み方向に超音波を透入することにより、鋳片の凝固状態を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属の連続鋳造は、一般に、タンディッシュから所定の断面形状を有する鋳型へ溶融金属を注入し、溶融部と凝固部とが混在した鋳片を鋳型の下方から連続的に引き抜くことにより行われている。鋳片は、鋳型から引き抜かれた直後は、未凝固である溶融部が内側の大部分を占めているが、その後の冷却により凝固が進行するにつれて、凝固部が占める割合が高くなり、全体が凝固する。
【０００３】
ここで、連続鋳造鋳片の完全凝固端（クレータエンド）が連続引抜過程にある鋳片のどの位置にあるかを判定することが極めて重要である。理由は以下の通りである。
すなわち、生産性を向上させるために鋳造速度を増やすと、クレータエンドは鋳片の下流側に移動する。クレータエンドの位置が鋳片切断機による切断位置を超えて下流側に移動してしまうと溶鋼漏れといった大事故になる可能性がある。
【０００４】
また、凝固の中心偏析を減らし、高品質化を図るための軽圧下操業では、クレータエンドを軽圧下帯近傍に位置させるように鋳造速度や２次冷却量を制御する必要がある。これらの要求に応えるためには、鋳片の凝固状態を、連続的に計測する必要がある。
【０００５】
このように、クレータエンドの位置検出や鋳片の凝固状態を検出することが鋳片の生産性や品質の向上に大きく貢献するため、従来から種々の装置が開発されている。
例えば、鋳片表面に接触転動するスペーサーローラと冷却水噴出穴を備えた水冷式電磁超音波トランスジューサを鋳片を中心として対向せしめ、前記トランスジューサに被測定体搬送ローラと接触転動する引込み防止支持ローラを設けた電磁超音波測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平２−６４６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術には以下のような問題点がある。
冷式電磁超音波トランスジューサと鋳片間を所定間隔に保つために、冷式電磁超音波トランスジューサの先端部に鋳片上を接触転動するスペーサローラを設けている。しかし、鋳片表面が平滑面でないため、冷式電磁超音波トランスジューサがガイドローラに引き込まれることがある。もっとも、特許文献１ではこの引込み現象を回避するために、被測定体搬送ローラと接触転動する引込み防止支持ローラを設けているが、機械的な接触があるかぎり引き込みの危険や、振動等による検知誤作動が生ずる危険がある。
【０００８】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、センサ及びその保持部を鋳片に対して完全に非接触にして、引き込みの危険や振動等による誤作動のない連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置を得ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置は、鋳型に注入された溶鋼を前記鋳型の下方に引き抜き、冷却ゾーンで冷却しながら連続鋳造される鋳片に対して、その厚み方向に、送信用センサから超音波を透入し、前記鋳片を透過した超音波を受信用センサで受信することにより、前記鋳片の凝固状態を検出する装置であって、
前記冷却ゾーンのチャンバー外側に前記鋳片の進行方向直交方向に設置されたリニアレールと、該リニアレールに走行可能に設置されたリニアガイドと、該リニアガイドに取り付けられて前記鋳片を挟んで上下に配置される一対のアームと、該一対のアームの一方の先端部に設置された送信用センサと、前記一対のアームの他方の先端部に設置された受信用センサとを備え、前記センサ及び前記アーム先端部は前記鋳片の上下面に非接触であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、センサは、外力を受けたときに鋳片から離れる方向に移動可能な非常緩衝装置に取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、非常緩衝装置は、鋳片から離れる方向に移動可能に設置されたセンサ保持部と、該センサ保持部を鋳片側へ常時付勢する付勢手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、鋳片に対して冷却水を噴射する冷却水ノズルをアーム先端部に設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、センサを水冷式にすると共に、センサを冷却するための冷却水の水量及び冷却ノズルに送水される冷却水の水量のそれぞれが各別に水量調整可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、一対のアームは、鋳片を挟む上下がそれぞれ独立に構成され、各アームが位置調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の連続鋳造鋳片の凝固状態検出装置。
【００１５】
また、一対のアームは、後端側が連結されたＣ形状からなると共に、リニアレールが平行に複数設けられてなることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は連続鋳造機の全体を示した側面概略図、図２は図１の丸で囲んだア部を拡大して示すと共に本実施の形態の凝固状態検出装置の信号処理系の構成を示している。図３は本実施の形態の凝固状態検出装置の側面図、図４は平面図である。まず、図１、図２に基づいて、連続鋳造機の全体の説明、及び信号処理系の概要を説明し、その後で図３、図４に基づいて凝固状態検出装置の構成を詳細に説明する。
【００１７】
連続鋳造機では、図１に示すように、取鍋１からタンディッシュ３、タンディッシュ３から鋳型５へと移送された溶鋼を、鋳型５の下方に設けられたガイドロールエプロン６に設置された複数組のサポートロール７間を移送して鋳片９を製造する。
鋳型５から引き出された直後の鋳片９は、未凝固である溶融部９ａが内側の大部分を占めているが、その後の冷却により凝固が進行するにつれて、凝固部が占める割合が高くなり、全体が凝固する。
【００１８】
鋳片９の完全凝固端（クレータエンド（図２参照））が鋳片９のどの位置にあるかを判定するために、凝固状態検出装置１１が設置されている。
凝固状態検出装置１１の信号処理系は、図２に示すように、送信用横波電磁超音波センサ１３（以下単に、「送信用センサ１３」という）及び受信用横波電磁超音波センサ１５（以下単に、「受信用センサ１５」という）からなるセンサ部１７と、送信用センサ１３に送信信号を出力する送信出力系（任意波形発生器１９，送信アンプ２１）と、受信用センサ１５にて受信した受信信号を処理する受信処理系（受信アンプ２３、フィルタ２５、オシロスコープ２７）、及び受信信号に基づいてクレータエンド及び鋳片凝固状態を算出するクレータエンド計算機２９とを備えている。
【００１９】
次に、図３、図４に基づいて凝固状態検出装置の構成を詳細に説明する。なお、図３においては実線が待機時の状態を示し、破線が検出実行時の状態を示している。
本実施形態に係る凝固状態検出装置１１は、冷却ゾーンのチャンバー３１の外側に設置された下部側装置架構３１と、下部側装置架構３１に鋳片９の進行方向直交方向に設置されたリニアレール３３と、リニアレール３３上を走行する複数のリニアガイド３５と、リニアガイド３５に取り付けられた幅狭のアーム３７とを備えている。リニアレール３３、リニアガイド３５、アーム３７の関係を後方から見た状態を図５に示す。
【００２０】
アーム３７を幅狭にしたのは、アーム３７をガイドロール７間に挿入できるようにするためである。そして、アーム３７をガイドロール７間に挿入するためにアーム３７を支持するリニアガイド３５をアーム３７の後端側に設け、アーム３７の前側がリニアレール３３から大きく延出できるように構成されている。そして、アーム３７を支えるリニアガイド３５がアーム３７の中央部に位置しないことから生ずるアンバランスを解消するためにアーム３７の後端側にバランスウェイト３９が設けられている。
アーム３７の先端側には送信用センサ１３が取り付けられている。
【００２１】
下部側装置架構３１上には昇降装置４１を介して上部側装置架構４３が取り付けられ、この上部側装置架構４３は昇降装置４１によって高さ調整が自在に行えるようになっている。上部側装置架構４３には、上述した下部側装置架構３１と同様に、リニアレール４５と、リニアガイド４７と、アーム４９とが設置されている。また、アーム４９の先端側には受信用センサ１５が取り付けられ、後端側にはバランスウェイト５１が取り付けられている。
【００２２】
本実施の形態では、上下のアーム３７、４９をそれぞれ別個の構造としたことにより各アームごとの位置調整が可能となり、微調整ができる。
なお、各アーム３７，４９は、図４に示す駆動モータ５３によってリニアガイド３５，４７がリニアレール３３，４５上を走行することで、その先端部が冷却チャンバー３１に出入りできるようになっている。各アーム３７，４９の移動を、リニアガイド３５，４７によって行うようにしたことにより、スムーズな走行が実現され、これによってアーム３７，４９の先端部に取り付けた送受信センサ１３、１５を非接触状態で保持することができるのである。
【００２３】
送信用センサ１３は、送信信号を横波の電磁超音波として発信し、電磁超音波が鋳片９を透過した透過信号を受信用センサ１５が受信する。このとき横波超音波は液相である残存溶融金属中を伝播できないことを利用して受信信号を前述の信号処理系で処理することによりクレータエンドの位置検出が行われる。
【００２４】
図６は凝固状態検出装置１１の先端部の拡大図であり、鋳片９を挟んでセンサ１３，１５を配置した状態（検出可能状態）の拡大図である。図６に基づいて、凝固状態検出装置１１の先端部の構造を説明する。なお、上側と下側は同じ構造なので上側を例に挙げて説明するが、下側の構成であって上側の構成に相当する部分には同一の符号を付してある。
【００２５】
まず、受信用センサ１５の取り付け構造を説明する。
受信用センサ１５は、受信用センサ１５が外力を受けたときに鋳片９から離れる方向に移動可能な非常緩衝装置５５に取り付けられている。この非常緩衝装置５５は、アーム４９の先端部に下向きに設置された４本の支持棒５７，５９，６１，６３と、該支持棒５７，５９，６１，６３の先端側に鋳片９から離れる方向に移動可能に設置された保持部材６５と、保持部材６５の鋳片９側に取り付けられた脚部６７とを備え、この脚部６７に受信用センサ１５が取り付けられている。
【００２６】
そして、４本の支持棒５７，５９，６１，６３のうちの外側の２本の支持棒５７，６３の外周には圧縮バネ６９，７１がそれぞれはめ込まれており、圧縮バネ６９，７１が保持部材６５を鋳片９側に常時付勢している。このため、保持部材６５が常時鋳片９側に押し付けられ所定位置に配置され、これによって受信用センサ１５と鋳片９の隙間が所定の間隔に規定される。
そして、鋳片９表面の凸部等に受信用センサ１５が接触して受信用センサ１５に外力が作用すると、保持部材６５が圧縮バネ６９，７１の付勢力に抗して鋳片９から離れる方向に移動する。このため、受信用センサ１５に過大な力が作用せず、受信用センサ１５が巻き込まれて破壊するようなことがない。
【００２７】
次に、受信用センサ１５及び鋳片９の冷却構造について説明する。
受信用センサ１５は水冷構造であり、アーム４９に沿って設けられた冷却水管７３が受信用センサ１５にも配管されている。また、アーム４９の先端部には鋳片９に対して冷却水を噴射する冷却ノズル７５が設けられており、この冷却ノズル７５にもアーム４９に沿って設けられた冷却配管７７が接続されている。冷却ノズル７５は、図６〜図８に示すように、鋳片９進行方向の後方、すなわち受信用センサ１５検出部の直前部に冷却水を噴射できるようになっている。
【００２８】
このように、アーム４９の先端部に鋳片９冷却用の冷却ノズル７５を設けたので、アーム４９を移動しても、必要な箇所のみ冷却でき、冷却水量を節約できる。
【００２９】
受信用センサ１５を冷却するための冷却水及び冷却ノズル７５に供給する冷却水は、図９に示すように、冷却水本管７９からヘッダ８１を介してそれぞれの冷却管７３，７５によって供給される。そして、各冷却管７３，７５にはそれぞれ別個に流量調整弁８３，８５が設けられている。
このように、流量調整弁８３，８５を各冷却管７３，７５ごとに別個に設けたことにより、冷却水本管７９の冷却水量の変動に影響をうけることなく、常に所定の冷却水量を受信用センサ１５及び冷却ノズル７５に供給できる。
【００３０】
ここで、受信用センサ１５及び冷却ノズル７５に常に所定の冷却水量を供給できることの効果について説明する。その前提として、受信用センサ１５及び冷却ノズル７５に供給される冷却水量が変動したときの問題点について述べる。
まず、受信用センサ１５の冷却水量が減少すると受信用センサ１５の加熱により感度が低下する。逆に受信用センサ１５の冷却水量が増加すると、冷却水による振動がノイズとなり、感度の低下が生じる。
【００３１】
また、冷却ノズル７５への冷却水量が減少すると、鋳片９の冷却効率が悪くなり、超音波の透過率が悪くなる。加えてセンサへの熱負荷も高まり、センサの耐久性が低下する。逆に、冷却水量が多くなると、冷却ノズル７５から噴射される水がジェット噴射状態になり、冷却ノズル７５および受信用センサ１５に振動が生じ感度に悪影響を生ずる。
【００３２】
このように、受信用センサ１５及び冷却ノズル７５に供給される冷却水量が変動すると、種々の問題が生ずるが、本実施形態では受信用センサ１５及び冷却ノズル７５に常に所定の冷却水量を供給できるようにしているので、このような問題が生ずることがないのである。
【００３３】
以上のように構成された凝固状態検出装置１１によって鋳片９の凝固状態を検出するには、鋳造開始前に送受信用センサ１３，１５の位置合わせをし、鋳造開始後、アーム３７，４９をガイドロール間に挿入し（図３の破線の状態）、センサ感度が良好になるよう、リフトオフ量（センサ１３，１５と鋳片９の隙間量）を調整する。
リフトオフ量の調整ができると、アーム３７，４９を走行させることにより、センサ１３，１５で鋳片９の幅方向に走査する。
このとき、送信用センサ１３は、送信信号を横波の電磁超音波として発信し、電磁超音波が鋳片９を透過した透過信号を受信用センサ１５が受信する。この受信信号を前述の信号処理系で処理することによりクレータエンドの位置検出が行われる。
【００３４】
なお、連続鋳造機の軽圧下量の変更、鋳片９の厚みの変更などがあったときにはそれに対応してリフトオフ量を変更する。
【００３５】
本実施の形態においては、アーム３７，４９の先端部にセンサ１３，１５を設置して非接触にて鋳片９の凝固状態を検出できるようにしたので、鋳片９表面の凹凸に影響されることなく、正確に鋳片９の凝固状態を検出できる。
また、アーム３７，４９を上下２分割構造としたので、各アーム毎に位置調整ができ、リフトオフ量を正確に設定できる。
また、センサ１３，１５を非常緩衝装置５５を介して取り付けたので、センサ１３，１５が外力を受けたときに、センサ１３，１５が鋳片９から離れる方向に移動でき、センサが巻き込まれたり、破壊したりするのを防止できる。
【００３６】
また、アーム先端部に鋳片９冷却用の冷却ノズル７５を設けたので、アーム４９を移動しても、必要な箇所のみ冷却でき、冷却水量を節約できる。
また、センサ１３，１５と冷却ノズル７５への流量を各別に調整可能としたので、センサ１３，１５及び冷却ノズル７５への冷却水量を常に所定量に制御でき、センサ１３，１５の感度を良好に保つことができる。
【００３７】
また、アーム３７，４９を後退させることで、アーム先端部がチャンバー３１の外側に配置されるので、センサ１３，１５を含む装置全体のメンテナンスを容易にすることができる。
【００３８】
実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２の説明図であり、図３に示した実施の形態１と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態は、上下アームを一体化してＣ型アーム８７としたものである。このようにすることで、アームの構造を単純化できる。もっとも、レールを下部だけに配置することになり、Ｃ型アーム８７の立端が高くなるため左右への倒れ込みが生ずる危険がある。そこで、この実施の形態では、図１１に示すように、所定間隔離した位置にレールを２本平行に設置している。このようにすることで、アームの左右への倒れ込みを防止できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、冷却ゾーンのチャンバー外側に鋳片の進行方向直交方向に設置されたリニアレールと、該リニアレールに走行可能に設置されたリニアガイドと、該リニアガイドに取り付けられて前記鋳片を挟んで上下に配置される一対のアームと、該一対のアームの一方の先端部に設置された送信用センサと、前記一対のアームの他方の先端部に設置された受信用センサとを備え、前記センサ及び前記アーム先端部は前記鋳片の上下面に非接触である構成としたので、鋳片表面の凹凸に影響されることなく、正確に鋳片９凝固状態を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の連続鋳造機の全体を示した側面概略図である。
【図２】図１の丸で囲んだア部の拡大図である。
【図３】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の側面図である。
【図４】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の平面図である。
【図５】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の一部拡大図である。
【図６】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の一部拡大図である。
【図７】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の一部拡大図である。
【図８】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の一部拡大図である。
【図９】本発明の一実施の形態の凝固状態検出装置の冷却水配管の系統図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態の凝固状態検出装置の側面図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態の凝固状態検出装置の一部拡大図である。
【符号の説明】
１３  送信用センサ
１５  受信用センサ
３１  冷却ゾーンのチャンバー
３３  リニアレール
３５  リニアガイド
３７  アーム
３９  バランスウェイト
５５  非常緩衝装置
７５  冷却ノズル
８３，８５流量調整弁
８７  Ｃ型アーム
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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