(57)【要約】【課題】  検出された欠陥位置、形状等に応じて少なくとも一個のプラズマトーチにて対処でき、エネルギー及び設備面において節減を図ることが可能な連続鋳造鋳片の表面手入れ方法及びこの方法を効果的に実施し得る手入れ装置を提供すること。【解決手段】  鋼の連続鋳造鋳片の表面における検出された欠陥部位を、部分的にその水平断面形状が欠陥の形状に合わせて変形されたプラズマ加熱を用いて、自動的に溶融修復することを特徴とする。前記欠陥検出手段としては、画像処理法、漏洩磁束法及び連続鋳造中の操業異常欠陥検知法の１以上の手段により欠陥を検出することが好ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼の連続鋳造鋳片の表面における検出された欠陥部位を、部分的にその水平断面形状が欠陥の形状に合わせて変形されたプラズマ加熱を用いて、自動的に溶融修復することを特徴とする、連続鋳造鋳片の表面手入れ方法。
【請求項２】
欠陥検出手段として、画像処理法、漏洩磁束法及び連続鋳造中の操業異常欠陥検知法の１以上の手段により欠陥を検出することを特徴とする、請求項１記載の連続鋳造鋳片の表面手入れ方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の表面手入れ方法を行うための表面手入れ装置において、鋳片に指向する直流プラズマトーチと、該プラズマトーチと鋳片間にて、プラズマアークの方向と直交する２軸に配置された２組の交流コイルとを配置したことを特徴とする連続鋳造鋳片の表面手入れ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造鋳片の表面手入れ方法、特に、簡易な機構で効率的に欠陥部位を自動的に修復することができる表面手入れ方法及びこの方法を実施する手入れ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、連続鋳造された鋼スラブ等の表面を溶削或いはプラズマ手段により全面手入れする方法とは別に、欠陥部位のみを選択的に手入れする方法が知られている。この選択的手入れ方法においては、まず、欠陥部位を正確に検出することが前提となるが、この欠陥検知技術としては、オンラインで自動的に欠陥位置や形状（サイズも含む）を特定できる形式のものが望ましい。このため、古くから知られている漏洩磁束法の他に、（非特許文献１）に開示されているような画像処理法や、（非特許文献２）に開示されている操業異常欠陥検出法などが用いられている。
また、上記の欠陥検知技術により検出された欠陥を部分的に溶融修復する技術として、（特許文献１）に示すような、プラズマアークによるスラブの表面溶融手入れ方法が提案されている。この（特許文献１）では、プラズマアークを鋳片幅方向に外部磁力（斜交磁界）を使って扁平な円弧状の往復運動させ、移動するスラブの表面を一定幅にわたって溶融手入れする手段が開示されている。
【非特許文献１】第７６・７７回西山記念講座  鉄鋼業における計測と制御の最近の進歩  社団法人  日本鉄鋼協会  昭和５６年  ｐｐ９５−１４０（回折パターン認識等による表面疵検出装置の概要が説明されている）
【非特許文献２】第１５３・１５４回西山記念講座  鋼のスラブ連続鋳造技術の最近の動向  社団法人  日本鉄鋼協会  平成６年  ｐｐ１８９−２２４のｐ１９９（鋳型内に埋設した熱電対による湯面レベル計測技術が示されている）
【特許文献１】特開昭５４−１４２１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の（特許文献１）によれば、プラズマアークによって溶融し再凝固した部分は、溶け込み深さの均一性が認められたとされている。しかしながら、この技術は疵手入れとしては汎用性のあるものではなく、一定幅にわたる手入れに限られ、あらゆる態様の疵に対処し得るものではない。
本発明は、検出された欠陥位置、形状等に応じて少なくとも一個のプラズマトーチにて対処でき、エネルギー及び設備面において節減を図ることが可能な連続鋳造鋳片の表面手入れ方法及びこの方法を効果的に実施し得る手入れ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明に係る表面手入れ方法は、鋼の連続鋳造鋳片の表面における検出された欠陥部位を、部分的にその水平断面形状が欠陥の形状に合わせて変形されたプラズマ加熱を用いて、自動的に溶融修復することを特徴とする。前記欠陥検出手段としては、画像処理法、漏洩磁束法及び連続鋳造中の操業異常欠陥検知法の１以上の手段により欠陥を検出することが好ましい。プラズマ加熱を行うプラズマトーチは、任意の方向に可動し得るようにしているので、あらゆる態様の欠陥に対応できる。
また、本発明に係る表面手入れ装置は、鋳片に指向する直流プラズマトーチと、該プラズマトーチと鋳片間にて、プラズマアークの方向と直交する２軸に配置された２組の交流コイルとを配置したことを特徴とするもので、この装置によって上記した手入れ方法を効果的に実施することができる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係る手入れ方法及び装置によれば、最小限の設備配置で効率的な欠陥手入れを行うことができ、設備面及び電力面でのコスト削減を図ることが可能となった。また、本発明の手入れ方法によれば、全ての部位における多様な形状の欠陥に対して一個のプラズマトーチにより対処し得ることから、極めて効率の良い手入れ作業を行うことが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の望ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の基本的な手入れ手段は、鋳片欠陥の検出工程と、検出された欠陥を効率的に溶融修復する工程とから構成される。まず、鋼の連続鋳造工程から送られてくる鋳片表面に存在する欠陥を精度良く自動的に検出する手段として、画像処理法、漏洩磁束法及び連続鋳造中の操業異常欠陥検知法の少なくとも１つを選択する。画像処理法は、ＣＣＤカメラなどの撮像装置で鋳片表面の画像を得て、この画像を２値化処理などの画像処理を行って欠陥情報（位置や形状等）を得る方式である。漏洩磁束法は、鋳片を磁化して表面欠陥から漏洩する磁束を検出素子によって電気信号として検出する方式であり、オンラインの自動探傷法として広く採用されている。また、連続鋳造中の操業異常欠陥検知法は、非特許文献２に示すように、大きな湯面レベル変動などの連続鋳造操業における異常に基づいて欠陥を検出する方式である。
【０００７】
このようにして検出された欠陥は、電気的信号として次のプラズマによる溶融修復工程へ出力される。該プラズマ修復工程においては、プラズマアークを２次元配置した電磁コイルにより振らせて、その断面形状を任意に制御し、欠陥形状にあわせて制御する。このための具体的な手入れ装置の例を図１及び図２に示す。
すなわち、図示するように、本発明の鋳片表面手入れ装置は、直流プラズマトーチ１と、該プラズマトーチ１と鋳片６間にあって、プラズマアークの方向と直交する２軸に配置された２組の交流磁場コイル（交流プラズマ駆動コイル）２（ａ１）、３（ａ２）及び４（ｂ１）、５（ｂ２）とからなる。図において、コイルａ１とａ２とが、コイルｂ１とｂ２とがそれぞれ組となる。これらの交流コイルの各々に、種々の波形の交流電流を付与することにより発生磁場を時間変化させ、交流磁場とプラズマ直流電流が作る電磁力を時間変化させることにより、任意の形状のプラズマターゲット形状を得ることができる。
【０００８】
図３に本発明によって作り出すことができるプラズマターゲット形状の例を示す。（ａ）のパターンは、図１におけるコイル２及び３を励磁することによってトーチを中心にしたコイル軸方向にプラズマアークを直線状に振動させた例であり、コイル４及び５によって（ａ）と直交する方向にアークを振ることもできる。（ｂ）のパターンは、コイル２と４によってトーチから斜め方向にアークを振った例、（ｃ）は、コイル２〜５を用いかつ電流の相対的な位相や強さを調整してトーチを中心に振り幅を変えたアークを作った例、（ｄ）は同様に個々のコイル電流の位相や強さを相対的に変化させてトーチを中心に非対称なアークを作った例、（ｅ）は交流電流を切りにしてトーチ軸方向の直流電流だけで弧状のアークを作った例である。
図３（ａ）〜（ｄ）の例は、各コイルに流れる交流電流によりトーチ軸に直交する面上に磁場を印加させ、この交流磁場とプラズマ直流電流が作る電磁力を変化させて、プラズマアークの振り方向を制御することで得られる。
【０００９】
従って、本発明においては、鋳片表面の欠陥の位置、方向、長さ、深さ等の形状を前記した欠陥検出手段によって正確に検出し、この検出された欠陥形状に合わせてプラズマアークの断面形状を制御する。例えば、１つの溶融修復エリアを修復する場合、当該エリアに存在する欠陥の方向及び長さ、欠陥深さに基づいて、予めプラズマ直流電流の強さ、使用する２軸の交流コイルの励磁電流や相対的な位相を設定しておき、実際の欠陥修復に際しては、当該エリアの中心位置にプラズマトーチを合わせてから、設定されたパターンにしたがってプラズマを照射し、当該エリアの欠陥溶融修復を行う。
鋼の連続鋳造ラインに本発明を適用する場合には、鋳片が凝固して水平に移動する範囲の任意の位置に、欠陥検出手段とこれと関連するプラズマ溶融修復手段を配置しておき、検出手段の検出信号に基づいてプラズマ照射条件及び各交流磁場コイル条件を演算し、得られた制御信号をプラズマ・コイル制御部に出力して欠陥に対応した断面形状のプラズマを照射する。これらの制御は送られてくる鋳片に沿って連続的にかつ自動的に行われる。なお、プラズマ溶融修復手段は、少なくともそのプラズマトーチが鋳造方向及び鋳片幅方向に自在に移動可能となっている。
【実施例１】
【００１０】
中炭素鋼の鋳片表面をＣＣＤカメラ観察し、２値化処理する方法により疵観察を実施中、鋳片幅中心付近に直径１０ｃｍ相当の円内に５方向に中心から伸びた５ｃｍ程度のひび割れが観察された。そこで、割れ中心位置に直流プラズマトーチを移動し３００Ａの電流を印加した後、鋳造幅方向に平行な交流磁場コイル及び鋳造方向に並行な交流磁場コイルを励磁して５０Ｈｚの周波数で約５０Ｇａｕｓｓの磁場を印加し、この２つのプラズマ振動用コイルの５０Ｈｚの交流電流の位相を、１秒間に２０度づつずらし、９秒間割れ部にプラズマを照射した。これにより、プラズマは１０ｃｍ程度の振幅で振動し、その振動方向は鋳造方向に対して０から１８０度の偏向の経時変化を示した。この溶融修復を行った鋳片を冷却した後、割れが存在した部位の断面を調査したところ、割れは消失していることが確認された。
【実施例２】
【００１１】
０．１５質量％炭素鋼を垂直部２．５ｍ長の垂直曲げ連続鋳造機で幅１２００ｍｍ、厚み２５０ｍｍの鋳片を鋳造速度１．６ｍ／分で連続鋳造した。その後８００℃程度の鋳片表面をＣＣＤカメラで観察したところ、ある鋳造長のところで、鋳片幅中心付近に幅１．２ｍｍ程度、長さ１０ｃｍ程度の鋳造方向の割れ、鋳片端部付近に、幅１．２ｍｍ、長さ４ｃｍの鋳造方向に直角な方向の割れが観察された。そこで、観察された鋳造方向欠陥部位の割れ中心位置に直流プラズマトーチを移動し３００Ａの電流を印加した後、鋳造幅方向に平行な交流磁場コイルを励磁し５０Ｈｚの周波数で約５０Ｇａｕｓｓの磁場を印加し、鋳造方向にプラズマを振動させた。また、鋳造方向に直角な方向の割れ発生部位の中心に同様にプラズマトーチを移動させ３００Ａの電流を印加した後、鋳造方向に並行な交流磁場コイルを励磁させ５０Ｈｚの周波数で約２０Ｇａｕｓｓの磁場を印加し、鋳造方向と直交する方向にプラズマを振動させた。前者で１０秒、後者で５秒プラズマを照射した。上記鋳片を冷却した後、割れが存在した部位の断面を調査したところ、割れは消失していることが確認された。
【実施例３】
【００１２】
垂直部２．５ｍ長の垂直曲げ連続鋳造機で幅１２００ｍｍ、厚み２５０ｍｍの鋳片を鋳造速度１．８ｍ／分で低炭素アルミキルド鋼を連続鋳造中、鋳型内に埋め込んだ熱電対によって検知される湯面レベルの変動を時系列で検知した。この変動値が振幅１０ｍｍを越えた場合に相当する鋳片の幅中央の１００ｍｍ幅部を、プラズマ溶融処理有無で比較した。プラズマ溶融処理深さは５ｍｍ、幅１００ｍｍとした。その後通常の熱間・冷間圧延を行い、鋼材表面の欠陥発生指数を比較した。その結果、手入れなしの材料での欠陥発生指数を１とした時、プラズマ溶融にて手入れした鋼材では、欠陥指数はその１／１０であった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る表面手入れ装置の原理を示す平面模式図である。
【図２】図１の装置をＡ方向から見た図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、本発明によって得られるプラズマターゲット形状の各種の例を示す平面説明図である。
【符号の説明】
【００１４】
１    直流プラズマトーチ              ２〜５    交流磁場コイル
６    鋳片
【図１】
2005305534.tif 000003
【図２】
2005305534.tif 000004
【図３】
2005305534.tif 000005