(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再溶解炉のモールド内に電極を装入するに先立ち、前記電極の上端面にスタブを溶接するに際し、
電極長手方向の複数の計測点において、前記モールドとスタブクランプ部の通り芯を軸にして前記電極の外側を旋回する測距センサで、前記電極の外周面と前記測距センサとの間の距離を計測する工程１；
各計測点において、その計測情報に基づく画像処理を行い、前記通り芯の位置を原点座標とする電極断面図を描画し、描画された電極断面図内に存在するある点を中心点として前記モールドと同径の仮想モールド円を描画し、前記電極断面図と前記仮想モールド円の間に描画された仮想サイドギャップ間の差が前記電極断面図の全周において最小となるような前記中心点（ＧＰ’）の座標を計算する工程２；
全ての前記電極断面図における前記中心点の座標を近似的に結んで電極の長手方向に仮想軸（Ｚ）を描画し、電極の上端面における前記仮想軸（Ｚ）の前記通り芯に対する傾きが１．５mm/m以下となるように電極の傾きを調整する工程３；
前記仮想軸（Ｚ）の中心点（ＧＰ'（ｍ、ｎ））の座標を、前記中心点（ＧＰ'（ｍ、ｎ））を通る垂線に沿って電極の上端面まで垂直に移動させ、前記上端面と交差する点における座標（ＧＰ''）を溶接点の位置座標とする工程４；および、
前記通り芯を原点座標とする座標系を備えたスタブ搬送手段でスタブを前記溶接点に搬送したのち、その位置で、スタブを電極の上端面に溶接する工程５；
を備えていることを特徴とする、再溶解炉に用いる電極へのスタブの取付け方法。
【請求項２】
前記工程２において、前記仮想モールド円は前記電極断面図の外接円として描画される請求項１の、再溶解炉に用いる電極へのスタブの取付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は再溶解炉に用いる消耗電極（以下、単に電極という）へのスタブの取付け方法に関し、更に詳しくは、再溶解炉の水冷鋳型（以下、モールドという）に電極を装入・配置するに先立って、当該電極の上端面にスタブを取り付ける方法であって、電極の全長に亘って、電極／モールド間の間隙のばらつきが小さく、この間隙が可能な限り均等となるように、スタブを電極に取付ける（溶接する）方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空アーク再溶解法（ＶＡＲ）やエレクトロスラグ再溶解法（ＥＳＲ）では、それぞれの再溶解炉内に配置された水冷モールドに、精製すべき電極が吊設された状態で操業が進められる。
具体的には、電極の上端面に溶接して取付けられたスタブをスタブクランプ部で把持した状態で、電極はモールド内に吊設される。
【０００３】
そして、各再溶解炉においては、スタブクランプ部の機械中心とモールドの機械中心は合致しているので、両者の間では、垂直な通り芯が形成されている。
したがって、用いる電極が断面真円で長手方向に湾曲していないとするならば、当該電極の上端面における中心（軸心）とスタブの軸心を合致させて両者を溶接すれば、モールド内に電極を吊設したときに、電極の全長に亘り、電極外周とモールドの内壁の間隙（以下、サイドギャップという）は同一となり、操業過程においてもサイドギャップのばらつきはほとんど起こらない。
【０００４】
しかしながら、実際に用いている電極は、断面が真円ではなく、また、全長方向で湾曲している。そのため、このような電極をモールド内に吊設すると、電極／モールド間のサイドギャップには、操業開始時にあっても、操業中においても大きなばらつきがでる。そして、サイドギャップのばらつきが大きくなると、操業後に得られる鋼塊の品質低下がもたらされる。
【０００５】
このようなことから、電極／モールド間のサイドギャップのばらつきを小さくするために、電極をモールドに配置する際に次のような調整作業が行なわれている。
１つは次のような調整作業である。
モールド内に電極を例えばクレーンなどを用いて装入し着底させる。そして、モールドと電極との間隙を目視観察し、仮にサイドギャップにばらつきが観察されれば、電極をクレーンで少し吊り上げ、そして例えばバールなどを用いて人力で電極を動かしてサイドギャップを均等化したのち再びモールド内に着底させる。
【０００６】
そしてその後、電極の上端部の中心にスタブ中心を配置し、両者を溶接する。
しかしながら、この調整作業の場合、電極は通常全長が２〜３ｍであるため、モールドの開口部付近におけるサイドギャップの目視観察はできるが、モールドの下部における目視観察は事実上不可能であり、観察結果の精度は極めて低い。
また、電極は一般に湾曲していたり、部分的な変形もあるが、このような電極に対しては、上記した調整作業は対応不能である。
【０００７】
更に、調整作業中やスタブの溶接時に、モールド内に異物や溶接スプラッシュなどが落下・混入することもあり、これらが目的鋼塊を汚染することも起こり得る。
他の方法としては次のような方法がある。
この方法では、モールド内に電極を装入・配置したのちにスタブを取付けるのではなく、モールドの外で事前に電極の上端部にスタブを目視作業で通り芯がでるように取付けて長尺な一体化物とし、その後、この一体化物を炉にセットする。このとき、スタブクランプ部の上端部は、炉体の上部から突出する。
【０００８】
そして、スタブクランプ部の上端部にＸ−Ｙ調芯機構を取付け、このＸ−Ｙ調芯機構を作動してモールド内に位置する電極とモールド間のサイドギャップの調整が行なわれている。
この方法の場合、モールドの外でスタブの取付けが行われるので、モールド内の汚染は起こらないという利点がある。しかしながら、電極とスタブの通り芯は、前記した方法の場合と同じように、目視によって決められているので、やはり精度は不充分である。
【０００９】
また、Ｘ−Ｙ調芯機構を作動すると、一体化物は炉体の上部を支点として動くことになり、当該一体化物は全長に亘ってＸ−Ｙ平面内で平行移動しない。すなわち、一体化物の上部の移動距離と下部の移動距離は異なってくるので、電極の全長に亘って均等にサイドギャップを調整することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記した先行技術における問題点を解決し、電極のセット時にモールド内を汚染する心配もなく、高精度で電極／モールド間のサイドギャップを均等化することができる電極へのスタブの取付け方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成するために、本発明においては、再溶解炉のモールド内に電極を装入するに先立ち、前記電極の上端面にスタブを溶接するに際し、
電極長手方向の複数の計測点において、前記モールドとスタブクランプ部の通り芯を軸にして前記電極の外側を旋回する測距センサで、前記電極の外周面と前記測距センサとの間の距離を計測する工程１；
各計測点において、その計測情報に基づく画像処理を行い、前記通り芯の位置を原点座標とする電極断面図を描画し、描画された電極断面図内に存在するある点を中心点として前記モールドと同径の仮想モールド円を描画し、前記電極断面図と前記仮想モールド円の間に描画された仮想サイドギャップ間の差が前記電極断面図の全周において最小となるような前記中心点（ＧＰ’）の座標を計算する工程２；
全ての前記電極断面図における前記中心点の座標を近似的に結んで電極の長手方向に仮想軸（Ｚ）を描画し、電極の上端面における前記仮想軸（Ｚ）の前記通り芯に対する傾きが１．５mm/m以下となるように電極の傾きを調整する工程３；
前記仮想軸（Ｚ）の中心点（ＧＰ'（ｍ、ｎ））の座標を、前記中心点（ＧＰ'（ｍ、ｎ））を通る垂線に沿って電極の上端面まで垂直に移動させ、前記上端面と交差する点における座標（ＧＰ''）を溶接点の位置座標とする工程４；および、
前記通り芯を原点座標とする座標系を備えたスタブ搬送手段でスタブを前記溶接点に搬送したのち、その位置で、スタブを電極の上端面に溶接する工程５；
を備えていることを特徴とする、再溶解炉に用いる電極へのスタブの取付け方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電極へのスタブの取付けはモールドの外で行なわれるので、モールド内への異物混入は防止されて得られた鋼塊の品質低下は起こらない。したがって、電極へのスタブの取付けに際しては、炉運転を停止することが不要になり、炉回転の効率化と生産性の向上が可能となる。
また、電極上端面におけるスタブ溶接点の決定に際しては、各計測点における電極断面に関する計測情報が、コンピュータにより、画像処理され、電極断面の画像と仮想モールド円の間に描画された仮想サイドギャップ間の差が電極断面の全周において最小となるような電極断面内の中心点が計算され、この計算された中心点に基づいて、モールド／スタブクランプ部の通り芯に対する電極の傾きが調整され、また電極の上端面におけるスタブ溶接点が自動的に決定されるので、作業者による従来の目視作業に比べてスタブと電極との芯合せの精度は向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、断面が真円とはいえず、また長手方向で湾曲もしている電極の上端面にスタブを溶接し、そのスタブをスタブクランプ部で把持して電極をモールド内に吊設したときに、電極の外周面とモールドの内壁との間に形成されるサイドギャップのばらつきが、電極の各断面においても小さく、また電極の長手方向の全ての位置においても小さくなるように、電極上端面におけるスタブの溶接点を決めることを最終目的にしている。
【００１４】
そして、この目標を達成するために、後述する工程をコンピュータ動作と連動させて実施する。
その場合、コンピュータによる計算動作における前提条件は以下のとおりである。
まず、溶解炉におけるモールド断面の機械中心とスタブクランプ部の機械中心は合致していて、その機械中心をＸ−Ｙ座標で原点（０，０）とする座標系が採用されていることである。したがって、両者の機械中心である通り芯（以後、ＧＭと呼ぶ）の位置座標はＧＭ（０，０）となっている。
【００１５】
また、後述する測距センサやスタブ搬送手段など、実際にスタブを溶接するまでの過程で、電極やスタブを操作する各種の機械装置は、いずれも、上記した座標系に基づいた動作をすることである。
以下、各工程について詳細に説明する。
工程１：  この工程では、用いる電極の断面形状が計測され、その計測情報がコンピュータに導入される。
【００１６】
まず、図１で示したように、所定の電極把持装置（図示しない）を用いて、電極１のいずれか一方の断面の略中心と通り芯ＧＭの座標（０，０）を合致させた状態で電極を垂直に倒立させたのち、当該電極１の外側に例えばレーザ変位計のような測距センサ２を配置する。
測距センサ２は、図２で示したように、通り芯ＧＭを軸にして電極１の外側を３６０°旋回できるように配置され、また旋回軸を変えることなく、電極の長手方向にも上下動できるように配置されている。
【００１７】
この測距センサ２は、ある計測点において、通り芯ＧＭに対して例えば１°〜２°の角度θで旋回動作を行なうことにより、電極１の全外周面につき、電極外周面と測距センサ２の間の距離ａを計測する。その計測情報は、図３で示したような情報としてコンピュータに導入される。
測距センサによる上記距離ａの計測は、電極の長手方向の複数個所で行なうことにより、電極の長手方向における各計測点での電極断面形状の情報を得て、それらがコンピュータに導入される。
【００１８】
計測点の選択は任意であるが、少なくとも、電極１の上端部、中央部、下端部の３個所は必要である。
工程２：  工程２では、工程１で得られた計測情報に基づいて各計測点における電極断面図と仮想モールド円を描画し、そして電極断面図と仮想モールド円の間に描画された間隔（これを仮想サイドギャップという）の差が電極断面図の全周のすべての箇所で最小となるような仮想モールト円の中心点の位置座標ＧＰ’ (ｘ，ｙ)を計算する。
【００１９】
具体的には、図４で示したように、計測情報をコンピュータで画像処理を行なうことにより、通り芯ＧＭ（０，０）を原点座標とする電極断面図Ａを描画する。
ところで、表面を機械加工しない電極の表面には、大小様々な凹凸が存在しているので、測距センサの計測情報に従って忠実に描画した電極の表面には、大小様々な凹凸が存在している。そのため、測距センサの計測情報に基づいてコンピュータが忠実に描画する電極断面は図４における曲線Ａ１のように、微細な多数の凹凸と例えば２個の大きな凹みをもった曲線図として描画されるはずである。
【００２０】
このような場合、コンピュータはこれら２個の大きな凹みを例外として認識してこれを無視し、大きな凹み以外の外周に存在する小さい凸部を結んで全体として滑らかな曲線で電極断面の外周を描画する。すなわち、電極断面図Ａは、その外周が図４の曲線Ａ２として描画される。
なお、電極表面が真円に機械加工されている場合は、電極の実際の軸心と描画される電極断面図のＧＭ（０，０)は自動的に一致する。
【００２１】
ついでコンピュータは、電極断面図内のある任意の点ＧＰ’ (ｘ，ｙ)を中心にして、モールドと同径の仮想モールド円Ｂを描画する。その場合、この仮想モールド円Ｂは既に描画されている曲線Ａ２のある任意の点Ｐで接触する外接円として描画される。
このようにして、コンピュータは、仮想モールド円Ｂが電極断面図として描画した曲線Ａ２の外接円として描画されたその時点で電極断面図の外周と仮想モールド円Ｂの間に形成される仮想サイドギャップのばらつきの大小を認識する。
【００２２】
ついで、コンピュータは、例えば図５で示したように、この点ＧＰ’(ｘ，ｙ)で交差し、かつ電極断面を横断して仮想モールド円Ｂにまで至る複数（図では４本）の直線を描画する。
なお、図５では４本の直線を描画したが、例えば点Ｐと点ＧＰ’(ｘ，ｙ)を通る直線と、点ＧＰ’(ｘ，ｙ)を通り、上記した直線と直交する別の直線の計２本の直線を描画してもよい。
【００２３】
それぞれの直線は、その両端において、電極断面の外周を示す曲線Ａ２と仮想モールド円Ｂの間に２個の仮想サイドギャップ（Ｌ１，Ｌ’１）、（Ｌ２，Ｌ’２）・・・（Ｌｎ，Ｌ’ｎ）を形成する。そして、これら仮想サイドギャップの値がコンピュータで認識される。なお、図５において、点Ｐは仮想モールド円Ｂと曲線Ａ２の接点なのでＬ１＝０である。
【００２４】
ついで図６で示したように、Ｘ−Ｙ平面内で中心点ＧＰ’(ｘ，ｙ)の位置を変えて、仮想モールド円ＢをＸ−Ｙ平面内で平行移動して、全ての仮想サイドギャップＬ１，Ｌ１’、Ｌ２，Ｌ２’・・・Ｌｎ，Ｌｎ’が同じ値になる、すなわち全ての仮想サイドギャップ間の差が最小になる中心点ＧＰ’ (ｘ，ｙ)の位置座標を計算する。そして、この位置座標の点ＧＰ’ (ｘ，ｙ)を電極断面図の全周において仮想サイドギャップのばらつきが最小になる点として決定する。
【００２５】
この計算は、電極の長手方向における各計測点で得られた電極断面図の全てについて実行される。そして、計測したそれぞれの電極断面につき、その外周と仮想モールド円が形成する仮想サイドギャップのばらつきが最小になる中心点ＧＰ’ (ｘ，ｙ)の位置座標が把握される。
なお、上記した説明は、仮想モールド円Ｂを曲線Ａ２の外接円として描画した場合であるが、工程３はこれに限定されるものではなく、例えば最初から電極断面内の任意の点ＧＰ’ (ｘ，ｙ)を中心にしてモールドと同径の仮想モールド円Ｂを描画したのち、そのときに電極外周との間に描画された仮想サイドギャップ間の差が最小になるＧＰ’ (ｘ，ｙ)の位置座標を計算してもよい。
【００２６】
工程３：工程３では、工程２で計算した中心点（ＧＰ’）に基づいてスタブ溶接点を決定し、そしてモールド内に電極を吊設したときに、通り芯ＧＭ（０，０）に対してその電極が示す傾きを調整することが行なわれる。
図７で示したように、工程２で計算した各電極断面の中心点ＧＰ’（図では、ＧＰ１’，ＧＰ２’，ＧＰ３’の３点）の座標を単純に結んだとしても、１本の直線は形成されない。
【００２７】
そこで、工程３では、コンピュータは中心点ＧＰ１’，ＧＰ２’，ＧＰ３’の座標と近似させて１本の仮想軸Ｚを計算し、それを描画する。
このとき、電極１の上端面１ａにおいて、仮想軸Ｚの通り芯ＧＭ（０，０）に対する傾き（θ）が１．５ｍｍ／ｍより大きくなった場合には、例えばスタブクランプ部の水平移動や電極把持装置の傾きの調整のような機械的補正を行って仮想軸Ｚの傾き（θ）が１．５ｍｍ／ｍ以下となるようにする。
【００２８】
傾きθが１．５mm/mより大きい仮想軸ＺとなるようなＧＰ１’，ＧＰ２’，ＧＰ３’の関係である場合には、電極１の上端面１ａにおける仮想軸Ｚの座標位置にスタブを溶接し、そのスタブをスタブクランプ部で把持した状態でモールド内に吊設すると、サイドギャップのばらつきが大きくなるからである。
このような計算によって、電極１の上端面１ａにおける仮の溶接点の位置座標が計算される。
【００２９】
工程４：  この工程４では、電極の上端面におけるスタブの溶接点の位置座標が決定される。
具体的には、図８で示したように、工程２で決定された仮想軸（Ｚ）の中心点ＧＰ’(ｍ，ｎ)の座標を、通り芯ＧＭ（０，０）の座標に沿って電極の上端部１ａまで垂直に移動させ、上端面１ａとの交点（ＧＰ''）をもってスタブの溶接点、正確には、スタブの断面中心を配置する点とする。
【００３０】
この点ＧＰ''の位置座標を決定するまでの工程３で、電極の仮想軸Ｚの通り芯ＧＭ（０，０）に対する傾きは、１．５mm/m以下となるように調整され、また工程２で点ＧＰ’ (ｘ，ｙ)が電極の全長における仮想サイドギャップＬｎのばらつきを最小にする点として計算され、そしてこの点ＧＰ’(ｘ，ｙ)を基準にして点ＧＰ''が決定されているので、この点ＧＰ''にスタブを溶接し、そのスタブをスタブクランプ部で把持して電極をモールド内に吊設した場合、当該電極は、モールド／スタブクランプ部の通り芯ＧＭ（０，０）に対する傾きは１．５mm/m以下となり、またモールドとのサイドギャップのばらつきも最小になる。
【００３１】
工程５：  この工程では、工程４で決定された溶接点ＧＰ''にスタブを配置したのち、スタブを電極の上端面に溶接する。
具体的には、コンピュータからの指令により、通り芯ＧＭ（０，０）を原点座標とする座標系に基づいて動作するスタブ搬送手段でスタブを電極の上端面に搬送し、スタブの断面中心の座標と工程４で決定した溶接点の位置座標を一致させてスタブをそこに配置したのち、両者を溶接する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、電極へのスタブの取付けはモールドの外で行なわれるので、モールド内への異物混入は防止されて得られた鋼塊の品質悪化は起こらない。したがって、電極へのスタブの取付けに際しては、炉運転を停止することが不要になり、炉回転の効率化と生産性の向上が可能となる。
また、電極上端面におけるスタブ溶接点の決定に際しては、コンピュータにより、モールド／スタブクランプ部の通り芯に対する電極の傾きが調整され、また電極とモールドとのサイドギャップのばらつきを最小にする点が計算され、その計算値に基づいてスタブ溶接点が自動的に決定されるので、従来の作業者による目視作業に比べてスタブと電極との芯合せの精度は向上し、品質低下のない鋼塊の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】倒立した電極の外側に測距センサを配置した状態を示す模式図である。
【図２】ある計測点における電極断面図である。
【図３】測距センサと電極の外周面の距離と測距センサの旋回角度との関係を示すグラフである。
【図４】画像処理した電極断面図とその外接円として描画された仮想モールド円を示す模式図である。
【図５】画像処理した電極断面と仮想モールド円が形成する仮想サイドギャップを計算するための説明図である。
【図６】電極の外周と仮想モールド円との間の仮想サイドギャップのばらつきを最小にする点ＧＰ’(ｘ，ｙ)を決定するための説明図である。
【図７】通り芯に対する電極の傾きを示す模式図である。
【図８】スタブの溶接点ＧＰ''の決定を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  電極
１ａ  電極１の上端面
２  測距センサ
Ａ  電極断面図
Ａ１  計測された電極断面の外周
Ａ２  画像処理された電極断面の外周
Ｂ  仮想モールド円
Ｌｎ、Ｌｎ’  仮想サイドギャップ
ＧＭ（０，０）  モールド／スタブクランプ部の通り芯の原点座標
ＧＰ’（ｘ，ｙ)  仮想サイドギャップＬｎ、Ｌｎ’のばらつきを最小にする点
ＧＰ''  スタブの溶接点
ＧＰ’（ｍ，ｎ)  仮想軸（Ｚ）上の溶接点
【図１】
0004654850.tif 000002
【図２】
0004654850.tif 000003
【図３】
0004654850.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004654850.tif 000006
【図６】
0004654850.tif 000007
【図７】
0004654850.tif 000008
【図８】
0004654850.tif 000009