(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定プレートと、該固定プレートに密着して摺動する摺動プレートとからなるスライディングノズル用プレートの寿命判定方法であって、
溶融金属容器の底部に固定され、前記固定プレートを保持する固定金枠、及び／又は、前記固定金枠に対して開閉可能に設けられた開閉金枠に振動計を設置し、前記摺動プレートが開方向に摺動する際の振動波形を前記振動計により測定し、測定された振動波形の時刻歴データから波形面積を求め、該波形面積を予め設定した判定基準値と比較し、該波形面積が前記判定基準値を超えた場合に、前記スライディングノズル用プレートを不良品と判定することを特徴とするスライディングノズル用プレートの寿命判定方法。
【請求項２】
請求項１記載のスライディングノズル用プレートの寿命判定方法において、前記判定基準値をＢ、損傷の無いスライディングノズル用プレートによる前記波形面積をＡ、安全率をαとすると、Ｂ＝α・Ａ且つα＝１．４〜２．０であるスライディングノズル用プレートの寿命判定方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載のスライディングノズル用プレートの寿命判定方法において、前記波形面積は、測定された振動波形をフィルタ処理した後、２乗移動平均処理して得られたデータから算出された面積であるスライディングノズル用プレートの寿命判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造設備において使用される取鍋やタンディッシュなどの溶融金属容器の底部に設置されたスライディングノズル装置を構成するスライディングノズル用プレートの寿命判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼の流量制御に用いられるスライディングノズル用プレートに発生する損傷は、絞り注入時にノズル孔のエッジ部が溶損するエッジ溶損Ｑ（図９（Ａ）参照）と、スライディングノズル用プレートの摺動動作によって該プレートの摺動面が損傷するストローク損傷Ｒ（図９（Ｂ）参照）に大別されるが、これら以外にも、酸化による組織劣化、プレート摺動過多、地金引き込み等から起こる摺動面の面荒れがある。
【０００３】
これら損傷は、再使用されるたびに進行するため、スライディングノズル用プレートは、使用回数が制限されている。従来より、スライディングノズル用プレートの寿命は、作業員の目視検査によって判断されている。しかしながら、目視検査は定性的なものであるため、目視検査を行う作業員の経験や技能に大きく依存し、作業員によって判定結果が大きく異なる場合もある。
【０００４】
そこで、特許文献１では、スライド栓のサイズ、温度、圧力及び／又は力に関連する１つ又は複数の測定値を、目標値又は目標値範囲と比較してスライド栓の継続使用可能性を判定する方法が提案されている。また、特許文献２では、注湯時間、相対移動の回数、オリフィス口唇部の限界摩耗量等を記憶ユニットに入力する工程と、レードル及び耐熱板に関する情報を入力ユニットを介して入力する工程と、レードルへの注湯時間、ある時点でのレードルの重量、移動の回数、シリンダの油圧、ある時点のシリンダ端部の位置などを収集する工程と、収集又は算定した値を記憶ユニット内の限界値と比較する比較工程とを有する方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５３６３４９号公報
【特許文献２】特表２００６−５２８０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１や特許文献２では、測定値や収集した値を目標値又は限界値と比較するとのみ記載され、評価項目に関して目標値又は限界値を如何に設定すればよいのか全く記載されていない。また、スライディングノズル用プレートの損傷と、測定又は収集されたデータとの相関性も明らかでなく、実用性の点で多くの問題がある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、スライディングノズル用プレートの損傷と測定されたデータとの相関性が明確で、スライディングノズル用プレートの損傷度を定量的に評価することのできるスライディングノズル用プレートの寿命判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、固定プレートと、該固定プレートに密着して摺動する摺動プレートとからなるスライディングノズル用プレートの寿命判定方法であって、溶融金属容器の底部に固定され、前記固定プレートを保持する固定金枠、及び／又は、前記固定金枠に対して開閉可能に設けられた開閉金枠に振動計を設置し、前記摺動プレートが開方向に摺動する際の振動波形を前記振動計により測定し、測定された振動波形の時刻歴データから波形面積を求め、該波形面積を予め設定した判定基準値と比較し、該波形面積が前記判定基準値を超えた場合に、前記スライディングノズル用プレートを不良品と判定することを特徴としている。
【０００９】
ここで、「開方向」とは、固定プレートのノズル孔が摺動プレートで塞がれた状態から、固定プレートのノズル孔から摺動プレートのノズル孔を介して溶鋼が流れ落ちるように、摺動プレートが摺動するときの摺動方向をいう。また、その逆方向を「閉方向」と呼ぶ。
摺動プレートを保持して摺動するスライド金枠は、開方向時の摺動に比べ、閉方向時の摺動のほうが蛇行した動きをしやすい。このため、本発明では、摺動プレートが開方向に摺動する際の振動波形をスライディングノズル用プレートの寿命判定に使用する。さらに、本発明では、ノイズの影響を極力避けるため、摺動しない固定金枠及び／又は開閉金枠に振動計を設置する。
【００１０】
後述するように、スライディングノズル用プレートが開方向に摺動するときの振動振幅は、スライディングノズル用プレートの損傷度と相関性が高い。このため、該振動波形の波形面積を判定基準値と比較することにより、スライディングノズル用プレートの寿命を定量的に評価することができる。
【００１１】
また、本発明に係るスライディングノズル用プレートの寿命判定方法では、前記判定基準値をＢ、損傷の無いスライディングノズル用プレートによる前記波形面積をＡ、安全率をαとすると、Ｂ＝α・Ａ且つα＝１．４〜２．０としてもよい。
【００１２】
αが２．０を超えると、損傷がひどく使用に耐えないスライディングノズル用プレートを使用可能と判断するおそれがあり、αが１．４未満だと、損傷が小さく再使用が可能なスライディングノズル用プレートを使用不可とするおそれがある。αが大きくなるにつれて安全性が低下し、αが小さくなるにつれてコストアップとなる。上記範囲は、安全性とコストのバランスを考えて設定されたものである。
【００１３】
また、本発明に係るスライディングノズル用プレートの寿命判定方法では、前記波形面積は、測定された振動波形をフィルタ処理した後、２乗移動平均処理して得られたデータから算出された面積としてもよい。
【００１４】
スライディングノズル用プレートが損傷した場合、特定の周波数帯域の振動が卓越する。そこで、本発明では、測定された振動波形をフィルタ処理して特定の周波数帯域の振動波形のみとすることにより、スライディングノズル用プレートの損傷を顕在化させる。また、振動波形のパターンや傾向をより明確にするため、フィルタ処理した振動波形をさらに２乗移動平均処理して振動波形の変動が滑らかに表示されるようにする。
【発明の効果】
【００１５】
スライディングノズル用プレートを構成する摺動プレートが開方向に摺動するときの振動波形は、スライディングノズル用プレートの損傷度と相関性が高く、該振動波形の波形面積を判定基準値と比較することにより、スライディングノズル用プレートの寿命を定量的に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
【００１７】
図１に、本発明の一実施の形態に係るスライディングノズル用プレートの寿命判定方法を使用するスライディングノズル装置１０の模式図を示す。以下では、スライディングノズル用プレートが上プレートと下プレートの２枚からなる場合について説明するが、上プレート（上部固定プレート）、中プレート（摺動プレート）、下プレート（下部固定プレート）の３枚からなる場合も基本的に同様である。
【００１８】
スライディングノズル用プレート１１は、上ノズル１６に接続されるノズル孔１２ｕが形成された上プレート１１ｕ（固定プレート）と、下ノズル１７に接続されるノズル孔１２ｄが形成され、上プレート１１ｕの下面に密着して摺動する下プレート１１ｄ（摺動プレート）とから構成される。上プレート１１ｕは、溶融金属容器２０の底部に固定された固定金枠１３に保持され、下プレート１１ｄは、固定金枠１３に対して開閉可能に設けられた開閉金枠１５の内側に配置されたスライド金枠１４に保持される。スライド金枠１４の一端は、アーム１８を介して油圧シリンダ１９に連結され、油圧シリンダ１９を作動させることで、スライド金枠１４は、下プレート１１ｄを保持した状態で上プレート１１ｕの下面に沿って一方向に摺動する。
【００１９】
図２は、開閉金枠１５を開いた状態のスライディングノズル装置１０を、溶融金属容器２０の底面側から見たものである。
固定金枠１３内の上プレート１１ｕは、固定金枠１３に螺挿されたプレート固定用ボルト２３の先端に取り付けられたプレート押さえ２２によって、動かないように押圧されている。また、固定金枠１３の外側面には、固定金枠１３を溶融金属容器２０に固定するためのブラケット２４が設けられており、ブラケット２４上に振動計２５が設置される。振動計２５としては、加速度計や速度計、変位計などを使用することができるが、２００℃以上の高温下において正常に作動する仕様でなければならない。
【００２０】
図３に、スライディングノズル用プレート１１の摺動方向を示す。図３（Ａ）に示すように、上プレート１１ｕのノズル孔１２ｕが下プレート１１ｄで塞がれた状態から、上プレート１１ｕのノズル孔１２ｕの直下に下プレート１１ｄのノズル孔１２ｄが位置するように、下プレート１１ｄが摺動するときの摺動方向Ｕを「開方向」という。また、図３（Ｂ）に示すように、その逆方向Ｓを「閉方向」と呼ぶ。
開方向Ｕ時の摺動に比べ、閉方向Ｓ時の摺動のほうがスライド金枠１４が蛇行した動きをしやすい。このため、スライディングノズル用プレート１１の振動を測定する際は、下プレート１１ｄが開方向Ｕに摺動するときの振動波形を振動計２５により測定する。
【００２１】
振動計２５により測定された振動波形は、フィルタ処理を行い、スライディングノズル用プレート１１の損傷に起因する特定の周波数帯域の振動波形を抽出する。
振動波形のフィルタ処理を行う場合、周波数軸上で行う方法と時間軸上で行う方法に大別できる。
【００２２】
先ず、振動波形のフィルタ処理を周波数軸上で行う場合について説明する。なお、以下の説明では、説明の便宜上、離散データと連続データとを特に区別せずに説明する。
測定された振動波形ｘ（ｔ）をフーリエ変換し、周波数データＸ（ｆ）に変換する。ここで、ｔは時間、ｆは周波数である。特定の周波数帯域のみからなる周波数応答関数Ｈ（ｆ）を導入し、（１）式により、測定された振動波形について特定の周波数帯域のみ抽出する。（１）式で得られたＹ（ｆ）は、逆フーリエ変換し、特定の周波数帯域のみからなる時刻歴データｙ（ｔ）に変換する。
【００２３】
【数１】
0005123692.tif 000002
【００２４】
図４に、特定の周波数帯域のみからなる周波数応答関数Ｈ（ｆ）の一例を示す。周波数応答関数としては、図４で示した正規分布フィルタではなく、特定の周波数帯域に渡って振幅が一定値となるバンドパスフィルタや、基本周波数の整数倍の成分のみ有するフィルタなど対象に応じて用いることができる。
【００２５】
次に、振動波形のフィルタ処理を時間軸上で行う場合について説明する。
特定の周波数帯域のみからなる周波数応答関数Ｈ（ｆ）を逆フーリエ変換した重み関数をｈ（ｔ）とすると、特定の周波数帯域のみからなるｙ（ｔ）は、（２）式で示される畳み込み積分を用いて計算することができる。
【００２６】
【数２】
0005123692.tif 000003
【００２７】
（２）式において、ｘ（ｔ）、ｈ（ｔ）が有限区間で定義される場合は、ｘ（ｔ）、ｈ（ｔ）を周期関数として取り扱う。
なお、振動波形のフィルタ処理を時間軸上で行う他の方法として、ウェーブレット変換を用いても良い。その際、基底関数として使用するウェーブレットは、ガボール関数やメキシカンハット関数など対象に応じて使用することができる。
【００２８】
フィルタ処理が終了すると、振動波形のパターンや傾向をより明確にするため、フィルタ処理後の波形に対して２乗移動平均処理を行う。２乗移動平均処理は、各時刻歴値を２乗して正値にした後、各時刻歴値について、その時刻を中心とする前後一定区間の平均値を計算するものであり、振動波形の変動を滑らかに表示することができる。
【００２９】
図５に、スライディングノズル用プレートを構成する下プレートが開方向に摺動する際の加速度波形をフィルタ処理した後、２乗移動平均処理を行った結果の一例を示す。図５（Ａ）は、スライディングノズル用プレートが新品の場合、図５（Ｂ）は、スライディングノズル用プレートの損傷が軽微の場合、図５（Ｃ）は、スライディングノズル用プレートの損傷が大きい場合の結果を示している。同図より、開方向のデータについて（Ａ）〜（Ｃ）を比較した場合、スライディングノズル用プレートの損傷が大きくなるにつれて、振動振幅が大きくなることがわかる。即ち、スライディングノズル用プレートが開方向に摺動する際の振動振幅は、スライディングノズル用プレートの損傷度と相関性が高いことがわかる。
【００３０】
上記振動振幅を用いて、スライディングノズル用プレートの使用可否の判定を行う場合、以下のように行う。
スライディングノズル用プレートが開方向に摺動する際の振動波形について、フィルタ処理と２乗移動平均処理を行ったデータの波形面積を求める。そして、波形面積が判定基準値を超えた場合に、データ処理を行ったスライディングノズル用プレートを不良品と判定する。
ここで、判定基準値をＢ、損傷の無いスライディングノズル用プレートによる前記波形面積をＡ、安全率をαとすると、Ｂ＝α・Ａ且つα＝１．４〜２．０である。
【００３１】
以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記の実施の形態では、ブラケットに振動計を設置しているが、固定金枠の他の箇所、或いは、開閉金枠に振動計を設置してもよい。また、上記の実施の形態では、振動計を１個としたが、固定金枠及び／又は開閉金枠に複数の振動計を設置し、その平均値を用いてもよい。
【実施例】
【００３２】
固定金枠に振動計として加速度計を設置し、図６に示す５つの試験体について、下プレートが開方向に摺動するときの加速度波形を測定した。試験には、アルミナカーボン質のプレートを使用し、プレートの形状は全長３５０ｍｍ、幅２００ｍｍ、厚さ３０ｍｍとした。試験体１が新品であり、試験体２〜試験体５については、試験のために意図的に損傷を与えたものである。
なお、試験に使用したスライディングノズル装置の面圧は８ｔｎｆ、ストロークは１５０ｍｍである。
【００３３】
加速度計は、Ｗｉｌｃｏｘｏｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社製のＭｏｄｅｌ３７６／ＣＣ７０１ＨＴを使用した。使用した加速度計の主な仕様は以下の通りである。最大振幅：５０Ｇ、共振周波数：３２．０ｋＨｚ、使用可能温度：−５０〜２６０℃。
【００３４】
表１に、各試験体について熟練作業員が行った判定結果を示す。３段階で評価し、○は損傷度：小、△は損傷度：中、×は損傷度：大を意味する。
【００３５】
【表１】
0005123692.tif 000004
【００３６】
ノズル孔が全開の状態から全閉そして全開となる２０秒間の加速度を測定し、全閉そして全開となる区間についてデータ処理を行った。また、Ａ／Ｄ変換時のサンプリング周波数は２５ｋＨｚとした。
【００３７】
重み関数ｈ（ｔ）は、図７に示すように、ゼロから正の方向に徐々に増加し、正のピークで反転して負のピークとなり、再び正の方向に徐々に増加してゼロとなる形状を有する三角波とした。この重み関数ｈ（ｔ）は、図４に示したような正規分布の周波数特性を有し、卓越周波数をＰとすると、周波数帯域はＰ／２〜２Ｐ、主要周波数帯域は３Ｐ／４〜３Ｐ／２となる。本試験では、卓越周波数を６．２５ｋＨｚに設定してフィルタ処理を行った。
また、２乗移動平均処理では、１００データ毎に移動平均値を算出した。
【００３８】
図８に、各試験体の波形面積を判定基準値と併せて示す。ここで、判定基準値は、試験体１の波形面積５８．０にα＝１．４とα＝２．０を掛けたものである。
同図より、試験体１については再使用可、試験体３〜５については再使用不可となり、熟練作業員が行った判定結果と一致していることがわかる。また、試験体２については、安全率αを２．０とした場合は再使用可となり、αを１．４とした場合は再使用不可となる。試験体２については、熟練作業員が行った判定結果においても○と△であり、判断が分かれるところである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスライディングノズル用プレートの寿命判定方法を使用するスライディングノズル装置の構成を示した模式図である。
【図２】同スライディングノズル装置に振動計を設置した状態を示した模式図である。
【図３】スライディングノズル用プレートの摺動方向を示す説明図であって、（Ａ）はスライディングノズル用プレートが開方向へ摺動する場合、（Ｂ）はスライディングノズル用プレートが閉方向へ摺動する場合である。
【図４】特定の周波数帯域のみからなる周波数応答関数Ｈ（ｆ）の一例を示すスペクトル図である。
【図５】測定された加速度波形をフィルタ処理した後、２乗移動平均処理を行った結果の一例を示す説明図であって、（Ａ）は新品の場合、（Ｂ）は損傷軽微の場合、（Ｃ）は損傷が大きい場合である。
【図６】各試験体の一方のプレートの摺動面の状態を示した平面図である。
【図７】使用した重み関数ｈ（ｔ）の時刻歴波形図である。
【図８】スライディングノズル用プレートの判定結果を示した棒グラフである。
【図９】（Ａ）は、スライディングノズル用プレートのエッジ溶損を示した該プレートの側断面図であり、（Ｂ）は、スライディングノズル用プレートのストローク損傷を示した該プレートの側断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０：スライディングノズル装置、１１：スライディングノズル用プレート、１１ｕ：上プレート（固定プレート）、１１ｄ：下プレート（摺動プレート）、１２ｕ、１２ｄ：ノズル孔、１３：固定金枠、１４：スライド金枠、１５：開閉金枠、１６：上ノズル、１７：下ノズル、１８：アーム、１９：油圧シリンダ、２０：溶融金属容器、２２：プレート押さえ、２３：プレート固定用ボルト、２４：ブラケット、２５：振動計
【図１】
0005123692.tif 000005
【図２】
0005123692.tif 000006
【図３】
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【図４】
0005123692.tif 000008
【図５】
0005123692.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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