JP2005014063A

JP2005014063A - 溶鋼流速測定方法および装置

Info

Publication number: JP2005014063A
Application number: JP2003184209A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kishimoto; 康夫岸本; Masamichi Abe; 正道阿部; Hiroki Kurooka; 裕樹黒岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】鋳型内溶鋼の流動状況を直接測定し、その測定結果に基づいて、浸漬ノズルの浸漬深さ，流動制御装置の出力，鋳造速度等を調整し、鋳型内における溶鋼流れを制御することにより、高品質鋳片を安定して鋳造する。
【解決手段】鋳型直上においてセンサーの二方向の水平を設定後、センサーを鋳型上で回転することにより、静磁場によりセンサーに付与される磁力を最小化させた後に、鋳型内に下降させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型内電磁ブレーキの出力等の種々の鋳造条件を制御して鋳型内の溶鋼流動パターンを最適化するために、鋼の連続鋳造鋳型内に設置する鋳型内溶鋼表面流速測定用非接触型流速センサーおよび鋳型内溶鋼表面流速の測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造において、鋳型内における溶鋼流動を最適値に制御することは品質管理上極めて重要である。従来鋳型内の流動を制御する方法として、例えば特開平７−１９５１５９号公報に示されるように、タンディッシュから耐火物製の浸漬ノズルを介して鋳型に溶鋼を注入する連続鋳造において静磁場を鋳型短辺の面と平行な方向に鋳片を貫通するように印加して、この静磁場印加範囲内に２本で１対の電極を１対以上鋳型長辺方向に所定の間隔で溶鋼中に浸漬させ、溶鋼流と印加磁界との相互作用から誘起される起電圧を電極で連続的に検出し流速を求める方法、特開平７−２０９０４７号公報に示されるように、静磁場を印加した鋳型内に電極を浸漬させて電位を測定することにより流速を測定する方法、特開平９−１６４４６２号公報に示されるように、空芯のソレノイドコイルを用いた浸漬型センサーを用いて流速を測定する方法が用いられている。
【０００３】
また、特開平７−１２８１０４号公報では鋳型に埋め込んだコイルにより電磁気を発生させ、２ケ所で磁場の差分を検知することにより流速を求める非接触式流速計を用いて流速を測定する方法等が用いられている。
【０００４】
また特表２００２−５４０４１４号公報には、メタルベッドの少なくとも１つのパラメータを測定する非接触式測定装置において、磁場とメタルベッドとが互いに相対的に移動するときにメタルベッドで渦電流が生じるよう、磁場を発生させる第１手段と、この渦電流と相互作用して、渦電流に関連する力に作用されるように配された、第２手段と、第２手段への力の作用を検出するようになっていて、検出された力がメタルベッドの所望のパラメータの関数である、第３手段とを備える装置において、第１手段が、メタルベッドの片側のみから磁場を発生させるようになっていることを特徴とする装置が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１９５１５９号公報
【特許文献２】
特開平７−２０９０４７号公報
【特許文献３】
特開平９−１６４４６２号公報
【特許文献４】
特開平７−１２８１０４号公報
【特許文献５】
特表２００２−５４０４１４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溶鋼に浸漬させて流速を測定する方法は、センサーにより溶鋼流動が干渉される上に、センサー自体が溶損することにより品質上大きな障害となるため、工程管理に用いることは事実上困難である。
【０００７】
一方、磁場を鋳型背面から与える方法は、溶鋼流動制御に効果的な電磁ブレーキを用いる際には適用困難である上、鋳型や周囲の金属との相互干渉の問題から十分な精度の流速を測定することができないという問題がある。
【０００８】
特表２００２−５４０４１４号公報に示される、磁場により生ずる溶鋼内渦電流に基づく、磁場と溶鋼との相互作用力により溶鋼流速を検知する方法は、比較的簡便にメタルの移動速度を非接触で検知できる方法であるが、溶鋼流動制御に効果的な電磁ブレーキを用いる際には適用困難である上、設置上の問題から十分な精度の流速を測定することができないという問題があった。
【０００９】
【発明を解決するための手段】
本発明による装置とは、静磁場によって流動を制御されている連続鋳造用鋳型内溶鋼の一方向の表面の流速を測定するにあたって、前記静磁場とは別に設けた磁場と溶鋼とが互いに相対的に移動する際に生ずる、溶鋼内渦電流に関連する力を検出することにより流速を測定する非接触式の測定装置であって、鋳型直上においてセンサーの二方向の水平を設定後、センサーを鋳型上で回転することにより、静磁場によりセンサーに付与される磁力を最小化させた後に、鋳型内に下降する機構を備えることを特徴とする鋳型内溶鋼流速の測定装置である。
【００１０】
また本発明の方法は、非接触式センサーを用いて、静磁場によって流動を制御されている連続鋳造用鋳型内溶鋼の一方向の表面の流速を測定する測定方法において、鋳型直上においてセンサーの二方向の水平を設定し、次いでセンサーを鋳型上で回転させて前記静磁場によりセンサーに付与される磁力を最小化させた後、鋳型内に下降させて溶鋼内渦電流に関連する力を検出することにより流速を測定することを特徴とする鋳型内溶鋼流速の測定方法である。
【００１１】
発明者らは、磁場により生ずる溶鋼内渦電流に基づく、磁場と溶鋼との相互作用力により溶鋼流速を検知する方法および装置について実験を行ない、検討を加えた。
【００１２】
本発明で用いる非接触で鋳型内の溶鋼表面流速を測定できるセンサーは、図２に示すように、センサーの持つ磁場と溶鋼間に発生する渦電流に基づく微小な力を検出するものである。図２に示すセンサーでは磁場は永久磁石を用いた例を示すが、図５に示すようにコイルに電流を流して直流磁場を発生する形式のものであっても良い。磁場を発生させると溶鋼内に生じた渦電流との干渉により微小な力が生じる。例えば、磁場発生部を支えるロッドに厚みが細くなる部分を形成し、そこに歪みゲージを付けることにより上記の微弱な力を検知可能となる。図２中の矢印Ａ３は溶鋼２の流動方向を示す。
【００１３】
またセンサーへの力Ｆは、電磁力ｆと誘導電流Ｊを用いて、下記の式で算出される。
【００１４】

Ｆ：センサーへの力
ｆ：電磁力
Ｊ：誘導電流
Ｕ：溶鋼の流速
σ：溶鋼の電気伝導度
Ｂ：磁場の強さ
本装置は、比較的簡便にメタルの移動速度を非接触で検知できる装置であるが、実際に本装置により鋼の連続鋳造における鋳型内の溶鋼流速を測定することを試みたところ、以下の課題が生じた。
【００１５】
高速連鋳機にとって重要となる電磁ブレーキ装置の使用下では上記の流速センサーによる出力が大きく変化し、流速を測定できなくなった。これは、電磁ブレーキの磁場によりセンサー内部の磁石に力が印加され溶鋼流動による力を正しく検知できないためであることが分かった。
【００１６】
すなわち、本装置では鋳型に設置したセンサーにかかる力が極力ゼロとなるように溶鋼流動の影響の無い状態で水準を取りその状態を参照値として、溶鋼流動により生ずる力を求めて流速を推定するものである。従って鋳型上に流速センサーを設置した後に、鋳型長辺に水平・垂直方向の水準を取り、その時点でコイルにかかる力をゼロにすることが極めて肝要である。
【００１７】
ところが、電磁ブレーキのような静磁場による溶鋼流動制御装置を用いる場合は、電磁ブレーキの静磁場とセンサーの磁場との干渉が大きくなり、センサーの微小な力を検知できなくなる。特に、長辺に垂直方向の流速は、その方向に電磁ブレーキの静磁場により生じる強力な磁力が印加されているため測定が困難である。
【００１８】
しかし、鋳型内の溶鋼流動制御に必要な流速は、主にノズルより吐出した後に形成される短辺とノズルを結ぶ長辺に対して水平な流れが重要であることから、発明者らは、電磁ブレーキの静磁場と垂直で短辺とノズルを結ぶ幅方向の流速のみを上記のセンサーにより測定することを試みた。すなわち図１に示すように、電磁ブレーキの静磁場の方向（長辺に対して垂直方向）についてはセンサーを固定し、幅方向（溶鋼注入用浸漬ノズルと短辺を結ぶ方向）についてのみ溶鋼２からの力を検出できるようにした。なお、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。また、図１中の矢印Ａ１は溶鋼の吐出方向を示し、矢印Ａ２は電磁ブレーキの静磁場の方向を示す。
【００１９】
しかし、実際に電磁ブレーキ下で本流速センサーを適用すると、以下の問題が生じた。
【００２０】
電磁ブレーキの静磁場は極めて強く、上記の改善によるセンサーを用いても流速を検知できないことが多く、測定できても値のばらつきが多いことが分かった。さらに詳しく調べるとセンサーの水平度以外に、磁力を発生させる電磁ブレーキ（鋳型長辺背面に設置）とセンサーの設置角度によりばらつきが生じていることが分かった。これは電磁ブレーキの静磁場がセンサーに与える力が強大であるため、電磁ブレーキ（長辺）に対してセンサーの検知方向を垂直に設定しても、電磁ブレーキと流速センサーの間の垂直が少しでもずれると、電磁ブレーキによる力が流速による出力に大きく影響を与えるためと推察された。
【００２１】
そこで、以下のようにセンサーを設置する機構を改善した。図３に示すように、鋳型上に設置する際に、センサーを支える支点を長辺あるいは短辺に設ける。その支点より鋳型上にセンサーを移動させ、測定したい位置（鋳型内の溶鋼部位）に設置する。溶鋼流動が十分影響を与えない鋳型上（図３（１）の位置：通常湯面より１００ｍｍ以上であり、鋳型上端より少し上）において鋳型の長辺方向と短辺方向の両方向に対して水平を取るように設定する。なお、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図であり、矢印Ａ１は溶鋼の吐出方向を示す。
【００２２】
水平を取った後に図３（１）の位置で、センサーを回転させて電磁力がゼロになる位置を探せるようにした。すなわち、本装置では水平方向を完全に維持した状態で、かつセンサーの流速検知方向を電磁ブレーキ（長辺）の静磁場の方向に対して微調整して完全に垂直に設定することにより、電磁力の影響を受けない状態で溶鋼の流動による力のみを検知できる。
【００２３】
この設定を行った後に図３（２）の位置まで垂直下降を行ない、流速測定を開始する。図３（２）におけるセンサーと湯面位置は４０〜７０ｍｍ程度であるので、図３（１）の位置より３０〜５０ｍｍ程度下降させることになる。
【００２４】
以上の操作で、精度の高い測定が可能となった。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図４は本発明の連続鋳造設備鋳型近傍の概略断面図である。１はタンディッシュ，２は溶鋼，３はタンディッシュ昇降装置，４はスライディングプレート，５は浸漬ノズル，６は鋳型，７は浸漬型電磁流速センサー，８は鋳型内の溶鋼流動を制御する流動制御装置（電磁ブレーキ）である。なお、図４中の矢印Ａ１は溶鋼の吐出方向を示す。
【００２７】
タンディッシュ１内の溶鋼２はスライディングプレート４から浸漬ノズル５を経由して鋳型６に注入される。鋳型６内には非接触式センサー７が設置され、鋳型６の長辺裏面には鋳型内の溶鋼流動を制御する流動制御装置８が設置されている。この流動制御装置８としては直流磁場を用いたいわゆる電磁ブレーキを使用する。
【００２８】
浸漬型電磁流速センサー７で、浸漬ノズル５からの溶鋼２の流速値を測定する。各スループット（鋳造速度）における流速についてデータを収集し、それに基づく予測値と測定した流速との偏差が大きくなると電磁流動制御を変化させ、流速の予測値と近づける操作を行なうことが可能となる。また浸漬ノズル５の深さをタンディッシュ昇降装置３により制御して、流速を変化させることも可能である。
【００２９】
非接触式流速計とそれを利用した操業操作によりメニスカスの流動を一定状態に保つことが可能となり、鋳型内において最適な溶鋼の流動パターンを得、表面品質が改善できる。
【００３０】
【実施例】
〔実施例１〕
タンディッシュ内溶鋼の過熱度３５℃で、鋳造中のサイズ２６０ｍｍ×１７００ｍｍの鋳型内において、幅方向１／４位置（ノズルと短辺の中間）において、図１に示す構造の非接触式流速センサーを設置した。ノズルの吐出角度２５度のノズルを使用した。センサー内の磁場発生手段（磁石）９としては図２に示すような永久磁石を用いた。
【００３１】
図３に示すように、短辺側にセンサーを設置し測定開始直前に測定位置の鋳型上（鋳型上端）の（１）の位置で水平を取った。ここで二方向の水準は水準器を用いて確認した。その後、センサーを水平方向に回転させながら電磁ブレーキの静磁場による電磁力の影響がなくなる位置を探した。電磁ブレーキの静磁場による電磁力の影響が無くなる位置で固定した後に、そのままセンサーを（２）の位置まで下降させた。湯面からの距離は、センサーに取り付けた誘電コイルで測定し、４０〜６０ｍｍに維持した。交流電流を印加した誘電コイルの出力を見ることにより、湯面との距離が測定可能である。
【００３２】
流速センサーにより流動に伴う力を検出し、その信号に基づいて、流速を推定した。短辺より浸漬ノズル側に向かって３５〜４５ｃｍ／ｓｅｃになるように、電磁流動制御装置８を用いて制御した。電磁流動制御装置としては、２段の静磁場を印加できる、いわゆる電磁ブレーキを用いた。
【００３３】
センサーにより測定している流速が大きく変化する時期があった。いわゆる偏流が大きくなったことによる変化であり、電磁ブレーキによる電磁流動制御を強くすることが偏流防止に効果的であった。以上の操作を実施することにより、浸漬ノズル詰まりの発生傾向があるにも拘らず、鋳造初期から末期まで安定して高品質の鋳片を鋳造することができた。
【００３４】
〔実施例２〕
実施例１と同一の、鋳造装置及び流動速度の測定装置を用いて、鋳型の電磁流動制御装置の出力を制御しながら鋳造を行なった。センサー内部構造としては図５に示すように、コイルに電流を流すことにより直流磁場を形成する物を使用した。この形状の利点は、永久磁石形式に比べてより強い磁場を与えることができる点である。従って、湯面からの距離をさらに大きく取ることが可能となる。湯面からの距離は鋳型上端から２０ｍｍ（湯面からの距離がおよそ７０ｍｍ）とし、別に設けた湯面センサーの情報を基に、信号からのデータを逐次流速に換算した。
【００３５】
短辺より浸漬ノズル側に向かって３５〜４５ｃｍ／ｓｅｃになるように、電磁流動制御装置８を用いて制御した。電磁流動制御装置としては、２段の静磁場を印加できる、いわゆる電磁ブレーキを用いた。
【００３６】
本二つの実施例では、共に外部静磁場の存在下での測定を意図しているため、磁場の向かう方向と直角の方向である、短辺からノズルに向けて流れる、いわゆる幅方向の流速のみを測定している。ノズルの吐出孔は一般に２孔であるため鋳型内の流動は一般に２次元的であり、幅方向の流れが長辺の凝固シェルへの介在物と気泡の付着を決定するため、幅方向の流速を測定することにより鋳片の品質を制御できる。
【００３７】
また、２段の静磁場を備える電磁流動制御装置を用いる例を説明したが、本発明の趣旨は非接触式流速センサーを用いて電磁流動制御によりメニスカスの流速を制御することにあるので、特に２段の静磁場を備える電磁流動制御装置に限定されることはない。ただし２段の磁場を用いることにより内部への介在物浸入を防止できるので、加工性を要求される鋼種では２段の静磁場の印加が有効である。
【００３８】
一方、例えば薄スラブ連鋳機などではＣａ処理を行なうため介在物の問題は存在せず、電磁ブレーキの主たる目的は表面の変動・流速低減を抑制することが主目的であるので１段の静磁場の利用が考えられる。
【００３９】
いずれの場合も本発明の適用が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、磁場を利用した非接触式流速センサーにより鋳型内溶鋼の流動状況を直接測定し、その測定結果に基づいて、浸漬ノズルの浸漬深さ，流動制御装置の出力，鋳造速度等を調整し、鋳型内における溶鋼流れを制御することにより、高品質鋳片を安定して鋳造することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における流速センサー構造、およびその設置機構を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明における流速センサーの測定原理を示す図である。
【図３】本発明における流速センサーおよびその鋳型へ設置する際の取り付け機構を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】本発明を利用する連続鋳造設備鋳型近傍の概要断面図である。
【図５】本発明に用いられる静磁場下で流速を検知可能な非接触式流速センサー構造の別形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１タンディッシュ
２溶鋼
３タンディッシュ昇降装置
４スライディングプレート
５浸漬ノズル
６鋳型
７浸漬型電磁流速センサー
８流動制御装置
９磁石
１０電磁コイル

Claims

静磁場によって流動を制御されている連続鋳造用鋳型内溶鋼の一方向の表面の流速を測定するにあたって、前記静磁場とは別に設けた磁場と溶鋼とが互いに相対的に移動する際に生ずる、溶鋼内渦電流に関連する力を検出することにより流速を測定する非接触式の測定装置であって、鋳型直上においてセンサーの二方向の水平を設定後、センサーを鋳型上で回転することにより、前記静磁場によりセンサーに付与される磁力を最小化させた後に、鋳型内に下降する機構を備えることを特徴とする鋳型内溶鋼流速の測定装置。
非接触式センサーを用いて、静磁場によって流動を制御されている連続鋳造用鋳型内溶鋼の一方向の表面の流速を測定する測定方法において、鋳型直上においてセンサーの二方向の水平を設定し、次いでセンサーを鋳型上で回転させて前記静磁場によりセンサーに付与される磁力を最小化させた後、鋳型内に下降させて溶鋼内渦電流に関連する力を検出することにより流速を測定することを特徴とする鋳型内溶鋼流速の測定方法。