JP4948973B2

JP4948973B2 - Method for measuring molten depth of cast steel slab and surface treatment method for cast steel slab

Info

Publication number: JP4948973B2
Application number: JP2006302531A
Authority: JP
Inventors: 健彦藤; 研一山本; 純田中; 雄介今野; 敦史杉橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-11-08
Also published as: JP2008114283A

Description

本発明は、例えば鋼の連続鋳造鋳片や、圧延途中の鋼片などの鋳鋼片の表層を、プラズマによって加熱溶融する際の溶融深さの測定方法、及び当該測定方法を用いた表層処理方法に関する。 The present invention relates to, for example, a method for measuring a melting depth when a surface layer of a cast steel piece such as a continuous cast slab of steel or a steel piece in the middle of rolling is heated and melted by plasma, and a surface layer processing method using the measurement method. About.

例えば連続鋳造後の鋳片や圧延途中の鋼片の表層を改質する処理には、プラズマ加熱装置が用いられている（特許文献１参照）。 For example, a plasma heating apparatus is used for the process of modifying the slab after continuous casting or the surface layer of a steel slab during rolling (see Patent Document 1).

プラズマ加熱装置は、例えば搬送される鋳片に対向配置されたトーチを陰極、鋳片を陽極とする直流プラズマのプラズマトーチを備え、当該プラズマトーチと鋳片との間にプラズマアークを発生させ、そのプラズマアークの熱によって鋳片を加熱して溶融し、その表層を例えば改質処理するようになっている。 The plasma heating apparatus includes, for example, a plasma torch of direct current plasma having a torch disposed opposite to a conveyed slab as a cathode and a slab as an anode, and generates a plasma arc between the plasma torch and the slab, The slab is heated and melted by the heat of the plasma arc, and the surface layer is subjected to a modification treatment, for example.

特開２００４−１９５５１２号公報JP 2004-195512 A

鋳片表層溶融処理を実施する場合、処理深さ、すなわち溶融深さは処理速度とプラズマ出力により決まるが、溶融深さをプラズマによる投入熱量の制御のみによって変化させようとしても、プラズマが照射される鋳片表面から三次元的に熱が拡散するので、溶融深さを制御することが困難であった。さらに溶融部は不透明な溶融金属で満たされていることから、溶融深さを直接測定する方法はなく、処理後の鋳片の断面を腐食させ、凝固組織を現出する方法などによって、溶融処理部の深さを処理後に知るしかなかった。従って、溶融処理深さを変更したい場合には、予めサンプルの処理前温度やプラズマ電圧、電流、プラズマを振動させる磁束密度等の多数のプラズマ制御条件と溶融深さの関係を調べておいて、処理する方法しかなかった。この場合、新たな成分の鋼材を処理する際などは溶融温度（融点あるいは液相線温度）が異なる場合には事前に条件を把握するなど効率が悪かった。 When the slab surface layer melting process is performed, the processing depth, that is, the melting depth is determined by the processing speed and the plasma output, but plasma is irradiated even if the melting depth is changed only by controlling the heat input by the plasma. Since the heat diffuses three-dimensionally from the surface of the slab, it is difficult to control the melting depth. Furthermore, since the melted part is filled with opaque molten metal, there is no method for directly measuring the melt depth, and the melt processing is performed by corroding the cross-section of the slab after processing to reveal a solidified structure. I had to know the depth of the part after processing. Therefore, if you want to change the melt treatment depth, check the relationship between the melt depth and many plasma control conditions such as the pre-treatment temperature, plasma voltage, current, and magnetic flux density to vibrate the plasma in advance. There was only a way to handle it. In this case, when a steel material having a new component is processed, the efficiency is poor, such as grasping the conditions in advance if the melting temperature (melting point or liquidus temperature) is different.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、プラズマによって溶融処理を行なっている間であっても、溶融深さを直接測定することを可能にして、前記問題を解決することを目的としている。 The present invention has been made in view of such points, and it is an object of the present invention to directly measure the melt depth even during the melting process using plasma, and to solve the above-described problem. It is said.

前記目的を達成するため、本発明は、鋳鋼片を移動させながら当該鋳鋼片の一面を、プラズマトーチから照射されるプラズマガスによって加熱溶融しているときの溶融深さを測定する方法であって、前記プラズマガスのガス流量を調整して、溶融金属を溶融部から追い出して窪み部を形成し、当該窪み部に対してレーザー光を照射して、レーザースポットを形成させ、溶融部の底部がプラズマガス中に露出したときの当該レーザースポットの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位を測定することによって溶融部の溶融深さを求めることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention is a method for measuring a melting depth when one surface of a cast steel piece is heated and melted by a plasma gas irradiated from a plasma torch while moving the cast steel piece. Adjusting the gas flow rate of the plasma gas, expelling the molten metal from the melting part to form a depression, irradiating the depression with a laser beam to form a laser spot, and the bottom of the melting part is It is characterized in that the melting depth of the melted part is obtained by measuring the vertical displacement of the laser spot from the cast steel piece surface when exposed to the plasma gas.

発明者らの知見によれば、鋳鋼片の表層溶融処理を実施する際に、プラズマガス流量を大きくしプラズマガス圧力を利用して溶融部に窪み部を形成させ、プラズマガス圧力が溶融プール深さの静圧と等しくなるところで、溶融部の底部の深さが決まる。したがってプラズマガスの圧力を大きくし、溶融金属を窪み部からほぼ完全に追い出して溶融部の底部がプラズマ照射部において露出している状態に制御することが可能であり、このときの窪み部深さと処理後に得られる溶融深さがほぼ一致する条件があることがわかった。したがって、プラズマガスのガス流量を調整して、溶融金属を溶融部から追い出して窪み部を形成し、さらに溶融部の底部がプラズマガス中に露出したときのレーザースポットの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位（処理前の鋳鋼片表面からの変位）を溶融深さとみなすことができる。それゆえ溶融処理中に溶融深さを直接測定することが可能になる。 According to the knowledge of the inventors, when performing the surface layer melting treatment of the cast steel pieces, the plasma gas flow rate is increased and a hollow portion is formed in the melting portion using the plasma gas pressure, and the plasma gas pressure is reduced to the depth of the molten pool. The depth of the bottom of the melted part is determined at a point equal to the static pressure. Therefore, it is possible to increase the pressure of the plasma gas and control the molten metal to be almost completely expelled from the depression, so that the bottom of the fusion part is exposed at the plasma irradiation part. It was found that there are conditions where the melt depth obtained after the treatment is almost the same. Therefore, by adjusting the gas flow rate of the plasma gas, the molten metal is expelled from the melted part to form a recess, and the laser spot when the bottom of the melted part is exposed to the plasma gas is perpendicular to the surface of the cast steel slab. The displacement in the direction (displacement from the surface of the cast steel piece before processing) can be regarded as the melting depth. It is therefore possible to directly measure the melt depth during the melt process.

別な観点によれば、本発明は、鋳鋼片を移動させながら当該鋳鋼片の一面を、プラズマトーチから照射されるプラズマガスによって加熱溶融しているときの溶融深さを測定する方法であって、前記プラズマガスのガス流量を調整して、溶融金属を溶融部から追い出して窪み部を形成し、当該窪み部に対してレーザー光を照射してレーザースポットを形成させて、当該レーザースポットの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位の変動を測定し、当該変動の変動幅が所定値以下になったときのレーザースポットの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位を、測定しようとする溶融深さとすることを特徴としている。 According to another aspect, the present invention is a method for measuring a melting depth when one surface of a cast steel piece is heated and melted by a plasma gas irradiated from a plasma torch while moving the cast steel piece. , By adjusting the gas flow rate of the plasma gas, expelling the molten metal from the melted portion to form a hollow portion, irradiating the hollow portion with a laser beam to form a laser spot , the variation in the vertical displacement from the cast steel strip surface was measured, deep melting fluctuation range of the variation of the laser spot when it becomes less than a predetermined value, the vertical displacement from the cast steel strip surface, to be measured It is characterized by that.

溶融部に対してガス流量を調節して溶融金属を追い出して窪み部を形成した際、底部表面に溶融金属が残っている場合には、ガス流によって溶融金属表面が揺れ動き、レーザースポットの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位が変動する。しかしながら溶融金属がほぼ完全に窪み部から追い出されて溶融部の底部が露出すると、当該変動は殆どないか、あってもごく僅かなものとなる。したがって本発明のように前記変動の変動幅が所定値以下になったときのレーザースポットの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位を、溶融深さとすることで、測定しようとする溶融深さを求める事が容易になる。 When the molten metal remains on the bottom surface when the molten metal is expelled by adjusting the gas flow rate with respect to the molten part and forming the hollow part, the molten metal surface is moved by the gas flow , and the cast steel of the laser spot The vertical displacement from one surface varies. However, when the molten metal is almost completely expelled from the depression and the bottom of the molten part is exposed, there is little or no such variation. Therefore, as in the present invention, when the fluctuation range of the fluctuation becomes a predetermined value or less, the displacement in the vertical direction from the surface of the cast steel piece of the laser spot is defined as the melting depth, thereby determining the melting depth to be measured. It becomes easy to ask.

そして上記のようにして求めた溶融深さが所望の位置となるようにプラズマ出力を制御することで、鋳鋼片の溶融処理において常に所望の溶融深さで処理することが可能である。かかる場合、交流磁場によってプラズマガスによるプラズマアークを鋳鋼片の幅方向に往復移動させて、鋳鋼片の表層処理を行なう際には、鋳鋼片上におけるプラズマアークの往復移動の範囲内において、当該幅方向の複数個所の溶融深さを求め、当該溶融深さが各々所望の値になるようにプラズマ出力を制御することで、プラズマアークの往復移動の範囲内の幅方向についても所望の溶融深さの溶融処理が可能になる。 Then, by controlling the plasma output so that the melting depth obtained as described above becomes a desired position, it is possible to always perform processing at the desired melting depth in the melting processing of the cast steel piece. In such a case, when the plasma arc by the plasma gas is reciprocated in the width direction of the cast steel piece by the alternating magnetic field and the surface treatment of the cast steel piece is performed, the width direction is within the range of the reciprocal movement of the plasma arc on the cast steel piece. By determining the melt depth at a plurality of locations and controlling the plasma output so that the melt depth is a desired value, the desired melt depth is also obtained in the width direction within the range of reciprocal movement of the plasma arc. Melting processing becomes possible.

本発明によれば、溶融処理中に溶融深さを測定することが可能であり、したがってたとえば溶融温度が異なる新たな鋼材を処理する際にも効率よく溶融処理を実施することができ、また処理直前の鋳片等の温度が変動しても所望の深さの溶融処理を実施することができる。 According to the present invention, it is possible to measure the melting depth during the melting process, and therefore it is possible to efficiently perform the melting process, for example, when processing a new steel material having a different melting temperature. Even if the temperature of the immediately preceding slab or the like fluctuates, it is possible to carry out a melting process at a desired depth.

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる表層処理方法を実施するための表層処理装置１の構成の概略を正面からみた模式図であり、図２は同じく平面からみた模式図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic view of a schematic configuration of a surface processing apparatus 1 for carrying out the surface processing method according to the present embodiment as viewed from the front, and FIG.

この表層処理装置１は、水平方向に搬送される鋳片Ｈの搬送ライン上に設けられている。表層処理装置１は、例えば搬送される鋳片Ｈの上方に配置された複数、たとえば７本のプラズマトーチＴ１〜Ｔ７を、鋳片Ｈの幅方向Ａに沿って並列に有している。プラズマトーチの本数は任意である。これらプラズマトーチＴ１〜Ｔ７は、直流電源２からの電圧の印加によって、各々鋳片Ｈとの間にプラズマガスによるプラズマアークＰを形成させる。プラズマトーチＴ１〜Ｔ７の着火本数、並びに出力の制御は制御装置３によって制御される。また制御装置３は、プラズマトーチＴ１〜Ｔ７に対して各々独立して出力調整が可能である。 This surface layer processing apparatus 1 is provided on the conveyance line of the slab H conveyed in a horizontal direction. The surface layer processing apparatus 1 has, for example, a plurality of, for example, seven plasma torches T 1 to T 7 arranged above the slab H to be conveyed in parallel along the width direction A of the slab H. The number of plasma torches is arbitrary. These plasma torches T 1 to T 7 form a plasma arc P by a plasma gas between the slab H and each by applying a voltage from the DC power supply 2. The number of ignitions and the output of the plasma torches T1 to T7 are controlled by the control device 3. The control device 3 can adjust the output independently for each of the plasma torches T1 to T7.

プラズマトーチＴ１〜Ｔ７の下方であって、かつ鋳片Ｈの搬送方向Ｂの前後、すなわちプラズマトーチＴ１〜Ｔ７によって形成されるプラズマアークＰの搬送方向Ｂの前後には、交流磁場を発生させる電磁コイル１１、１２が相互に平行となるように設けられている。これら電磁コイル１１、１２は、交流電源１３からの交流電流の供給によって、各プラズマアークＰに周期的にローレンツ力を作用させて、各プラズマアークＰを、供給される交流の周波数に応じて鋳片Ｈの幅方向Ａに往復移動させる。なお、あえて言えば、当該往復移動は、プラズマトーチの下端部を中心としてプラズマアークＰが往復回動する動きに近いものである。 Electromagnetic waves that generate an alternating magnetic field below the plasma torches T1 to T7 and before and after the slab H transfer direction B, that is, before and after the transfer direction B of the plasma arc P formed by the plasma torches T1 to T7. The coils 11 and 12 are provided so as to be parallel to each other. These electromagnetic coils 11, 12 cause the Lorentz force to act periodically on each plasma arc P by supplying an AC current from an AC power supply 13, and cast each plasma arc P in accordance with the supplied AC frequency. Reciprocate in the width direction A of the piece H. In other words, the reciprocating movement is close to a movement in which the plasma arc P reciprocates around the lower end of the plasma torch.

各プラズマトーチＴ１〜Ｔ７には、プラズマ生成用のガス供給源２１から、マスフローコントローラ２２を介して、プラズマ用ガス、例えばアルゴンガスが供給される。なお図示の都合上、マスフローコントローラ２２は、１台のみしか記載していないが、各プラズマトーチＴ１〜Ｔ７には、ガス供給源２１から各々独立したガス供給路が接続され、各ガス供給路にはそれぞれ独立したマスフローコントローラ２２が設けられている。したがって、各プラズマトーチＴ１〜Ｔ７に供給するプラズマ用ガスの流量は、各々独立して制御可能である。 Plasma gas, for example, argon gas, is supplied to each plasma torch T 1 to T 7 from a gas supply source 21 for plasma generation via a mass flow controller 22. For convenience of illustration, only one mass flow controller 22 is shown, but each plasma torch T1 to T7 is connected to a gas supply path that is independent from the gas supply source 21, and is connected to each gas supply path. Independent mass flow controllers 22 are provided. Therefore, the flow rate of the plasma gas supplied to each plasma torch T1 to T7 can be independently controlled.

前記交流電源１３、制御装置３、並びにマスフローコントローラ２２は、主制御装置３１によって制御される。 The AC power supply 13, the control device 3, and the mass flow controller 22 are controlled by a main control device 31.

表層処理装置１は、各プラズマトーチＴ１〜Ｔ７ごとにそのプラズマアークによる溶融深さを測定するために、図３に示したようなレーザー照射装置３２、及びレーザー照射装置３２によって形成されたレーザースポットＳの鉛直方向の位置変動を撮像するための撮像装置３３を備えている。例えば図３に示したように、プラズマトーチＴ１に即して言えば、レーザー照射装置３２は、斜め上方からプラズマトーチＴ１の直下に対してレーザー光を照射する位置に配置されている。レーザー照射装置３２自体は、照射角度を自由に変更できる機構（図示せず）を備えており、プラズマトーチＴ１からのプラズマガスによって形成される窪みＺにおけるプラズマトーチＴ１の直下に対してレーザー光を照射して、窪みＺの最も深い地点に対してレーザースポットＳを形成することが可能になっている。なお溶融前にプラズマトーチＴ１の直下に対して斜め方向からレーザー光を照射してレーザースポットＳを形成すると、溶融後は反対側に若干ずれることになる。この点発明者の実際の観察によれば、プラズマトーチＴ１の直下では、処理方向に±５ｍｍ程度、ほぼ一定の溶融プールの底形状になっていることがわかった。したがってこの種のプラズマトーチであれば、通常半径が３０ｍｍ程度であるから、例えば溶融深さが５ｍｍの場合、プラズマトーチの下端の高さ（この種の処理では一般的に処理対象から１００ｍｍ程度である）にて、トーチに近い地点から溶融前のプラズマトーチＴ１の直下に対してレーザースポットＳを形成するようにしても、前記のずれは極めて小さく、実際上は全く問題がない。いずれにしろ、プラズマトーチの外壁になるべく近いところであって、トーチ下端位置程度の高さからプラズマトーチの直下の部分にレーザースポットＳを形成すればよい。 The surface layer processing apparatus 1 has a laser irradiation device 32 as shown in FIG. 3 and a laser spot formed by the laser irradiation device 32 in order to measure the melting depth by the plasma arc for each plasma torch T1 to T7. An image pickup apparatus 33 for picking up an image of a vertical position change of S is provided. For example, as shown in FIG. 3, in the case of the plasma torch T 1, the laser irradiation device 32 is disposed at a position that irradiates the laser beam from obliquely above to directly below the plasma torch T 1. The laser irradiation device 32 itself includes a mechanism (not shown) that can freely change the irradiation angle, and emits laser light directly below the plasma torch T1 in the depression Z formed by the plasma gas from the plasma torch T1. The laser spot S can be formed at the deepest point of the depression Z by irradiation. If the laser spot S is formed by irradiating a laser beam from an oblique direction with respect to a position immediately below the plasma torch T1 before melting, the laser spot is slightly shifted to the opposite side after melting. According to the actual observation by the inventor in this respect, it has been found that the bottom shape of the molten pool is approximately constant within about ± 5 mm in the processing direction immediately below the plasma torch T1. Therefore, since this type of plasma torch usually has a radius of about 30 mm, for example, when the melting depth is 5 mm, the lower end height of the plasma torch (this type of treatment is generally about 100 mm from the object to be treated). However, even if the laser spot S is formed immediately below the plasma torch T1 before melting from a point close to the torch, the deviation is extremely small, and there is no problem in practice. In any case, the laser spot S may be formed in a portion as close as possible to the outer wall of the plasma torch and at a position just below the plasma torch from the height of the lower end of the torch.

このレーザースポットＳは、例えばＣＣＤビデオカメラなどの撮像装置３３によって撮像され、撮像信号は、画像処理されてレーザースポットＳの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位を測定することが可能である。かかる処理は、主制御装置３１によってなされる。 The laser spot S is imaged by an imaging device 33 such as a CCD video camera, and the imaging signal can be image-processed to measure the vertical displacement of the laser spot S from the surface of the cast steel slab . Such processing is performed by the main control device 31.

表層処理装置１は以上の構成を有しており、この表層処理装置１を用いて鋳片Ｈに対して溶融処理を行なう場合、鋳片Ｈを搬送方向Ｂに沿って所定の速度で搬送しつつ、プラズマトーチＴ１〜Ｔ７に対して直流電源２からの電圧を印加すると、プラズマトーチＴ１〜Ｔ７と鋳片Ｈとの間にプラズマガスによるプラズマアークＰが形成され、鋳片Ｈの表層部分が順に溶融処理されていく。 The surface layer processing apparatus 1 has the above-described configuration. When the surface layer processing apparatus 1 is used to melt the slab H, the slab H is transported along the transport direction B at a predetermined speed. On the other hand, when a voltage from the DC power source 2 is applied to the plasma torches T1 to T7, a plasma arc P is formed between the plasma torches T1 to T7 and the slab H, and a surface layer portion of the slab H is formed. It is melted in order.

かかる溶融処理中は、プラズマアークＰのガス流と鋳片の搬送とによって、溶融金属Ｑは次々と搬送先へと送られていく。そしてそのようにして溶融金属Ｑが送られた後には、図３に示したように、プラズマアークＰのガス流によってプラズマアークＰの照射部分に窪みＺが形成される。なおそのようにして送られた溶融金属Ｑは、その後自然に搬送方向Ｂとは逆の方向に戻り、埋め戻される。また図３において、Ｒは溶融処理された表層を示している。 During the melting process, the molten metal Q is successively sent to the conveyance destination by the gas flow of the plasma arc P and the conveyance of the slab. Then, after the molten metal Q is sent in this way, as shown in FIG. 3, a depression Z is formed in the irradiated portion of the plasma arc P by the gas flow of the plasma arc P. The molten metal Q sent in this way is then naturally returned to the direction opposite to the conveying direction B and backfilled. In FIG. 3, R indicates the surface layer that has been melt-processed.

このときガス流が適切でない場合には、図４に示したように、窪みＺの底に溶融金属Ｑが残っている。したがって、そのときのレーザースポットＳの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位は、窪みＺの上に残存している当該溶融金属Ｑの厚さ分だけ、溶融部分の底部Ｘよりも高い位置になっており、実際の溶融深さＬを示していない。 If the gas flow is not appropriate at this time, the molten metal Q remains at the bottom of the recess Z as shown in FIG. Accordingly, the vertical displacement of the laser spot S from the cast steel piece surface at that time is higher than the bottom X of the molten portion by the thickness of the molten metal Q remaining on the depression Z. The actual melting depth L is not shown.

しかしながらマスフローコントローラ２２によってガス流量を調節することで、図３に示したように、窪みＺから溶融金属Ｑをほぼ完全に追い出し、溶融部の底部ＸをプラズマアークＰ中に露出させることができる。したがってこの状態におけるレーザースポットＳの鉛直方向の位置は、溶融部分の底部Ｘに一致している。すなわちこのときのレーザースポットＳの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位は実際の溶融深さＬを示している。したがってかかる状態でのレーザースポットＳの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位を測定することで、溶融深さＬを知ることができる。 However, by adjusting the gas flow rate by the mass flow controller 22, as shown in FIG. 3, the molten metal Q can be almost completely expelled from the depression Z, and the bottom X of the molten portion can be exposed in the plasma arc P. Accordingly, the vertical position of the laser spot S in this state coincides with the bottom X of the melted portion. That is, the vertical displacement of the laser spot S from the cast steel piece surface at this time indicates the actual melting depth L. Therefore, the melting depth L can be known by measuring the vertical displacement of the laser spot S from the surface of the cast steel piece in such a state.

ところでプラズマアークＰ自体は、高い輝度で発光しているので、この中に位置するレーザースポットＳの位置を確認するには、レーザースポットＳの輝度がさらに高いものでなければならない。したがって、プラズマアークＰの波長成分におけるピーク波長とは異なった波長で、かつプラズマアークＰの波長よりも相対強度が高い波長のレーザー光を用いる必要がある。発明者らが調べたところ、プラズマアークＰの光は、７００ｎｍ付近で最も高いピークがあり、次いで４００〜５００ｎｍあたりに比較的高いピークがあることがわかった。そこで本実施の形態では、６１０〜７００ｎｍの波長を有する半導体レーザーのレーザー光（赤色光）、または５００〜５６０ｎｍの波長を有する半導体レーザーのレーザー光（緑色光）を使用することができる。この半導体レーザーは入手が容易である。もちろんこれに限らず、プラズマアークＰの波長成分において、同波長でプラズマアークＰにおける波長よりも相対強度が高いレーザー光であれば、本発明において好適に採用することができる。 By the way, since the plasma arc P itself emits light with high luminance, in order to confirm the position of the laser spot S located therein, the luminance of the laser spot S must be higher. Therefore, it is necessary to use a laser beam having a wavelength different from the peak wavelength in the wavelength component of the plasma arc P and having a relative intensity higher than that of the plasma arc P. As a result of investigations by the inventors, it was found that the light of the plasma arc P has the highest peak in the vicinity of 700 nm, and then has a relatively high peak around 400 to 500 nm. Therefore, in the present embodiment, laser light (red light) of a semiconductor laser having a wavelength of 610 to 700 nm or laser light (green light) of a semiconductor laser having a wavelength of 500 to 560 nm can be used. This semiconductor laser is easily available. Of course, the present invention is not limited to this, and any laser beam having the same wavelength and higher relative intensity than the wavelength of the plasma arc P can be suitably employed in the present invention.

以上のように、窪みＺから溶融金属Ｑをほぼ完全に追い出し、溶融部の底部ＸをプラズマアークＰ中に露出させた時点でのレーザースポットＳの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位が、溶融深さＬを示しているが、そのように窪みＺから溶融金属Ｑをほぼ完全に追い出し、溶融部の底部ＸをプラズマアークＰ中に露出させた時点を客観的に判断するのが困難な場合も予想される。 As described above, the displacement of the laser spot S in the vertical direction from the surface of the cast steel piece at the time when the molten metal Q is almost completely expelled from the depression Z and the bottom X of the molten part is exposed in the plasma arc P, Although the melting depth L is shown, it is difficult to objectively determine when the molten metal Q is almost completely expelled from the depression Z and the bottom X of the molten portion is exposed in the plasma arc P. Cases are also expected.

発明者らの知見によれば、かかる場合、レーザースポットＳの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位の変動を測定し、当該変動の変動幅が所定値以下になったときのレーザースポットＳの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位を、溶融深さＬとして扱っても支障はない。すなわち、図４に示したように窪みＺの底に溶融金属Ｑが残っている場合、プラズマアークＰのガス流によって、窪みＺの底に残っている溶融金属Ｑが揺れ動き、その結果図５に示したようにレーザースポットＳの鉛直方向の位置が上下に変動するが、窪みＺから溶融金属Ｑをほぼ完全に追い出し、溶融部の底部ＸをプラズマアークＰ中に露出させた状態になれば、前記変動の変動幅ｄは、極めて小さくなる。発明者が実験的に求めたところ、当該変動幅が所定値以下、例えば±０．２５ｍｍ以下になったときには、そのときのレーザースポットＳの形成地点を、溶融部分の底部Ｘとみて差し支えない。したがってそのときのレーザースポットＳの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位を、溶融深さＬとすることで、溶融深さＬを容易に求めることができる。なおかかる場合、例えば変動幅が前記所定値以下になったときの変位の最大値と最小値との間の平均を溶融深さＬとしてもよい。 According to the knowledge of the inventors, in such a case, the fluctuation of the vertical displacement of the laser spot S from the surface of the cast steel slab is measured, and the fluctuation of the laser spot S when the fluctuation width of the fluctuation becomes a predetermined value or less. Even if the vertical displacement from the surface of the cast steel piece is treated as the melting depth L, there is no problem. That is, as shown in FIG. 4, when the molten metal Q remains at the bottom of the recess Z, the molten metal Q remaining at the bottom of the recess Z is swayed by the gas flow of the plasma arc P. As a result, FIG. As shown, the vertical position of the laser spot S fluctuates up and down, but if the molten metal Q is almost completely expelled from the depression Z and the bottom X of the molten part is exposed in the plasma arc P, The fluctuation range d of the fluctuation is extremely small. As a result of experimental determination by the inventor, when the fluctuation range is a predetermined value or less, for example, ± 0.25 mm or less, the formation point of the laser spot S at that time may be regarded as the bottom X of the melted portion. Therefore, by setting the vertical displacement of the laser spot S from the surface of the cast steel piece as the melting depth L, the melting depth L can be easily obtained. In such a case, for example, an average between the maximum value and the minimum value of the displacement when the fluctuation width is equal to or less than the predetermined value may be set as the melting depth L.

以上のようにして鋳片Ｈに対する溶融処理中に溶融深さＬを知る事ができると、例えばこのようにして求めた溶融深さＬに基づいて、所望の溶融深さになるように、例えばプラズマアークＰのパワー（例えば、電圧、電流）を調整すれば、鋳片Ｈの搬送方向Ｂに沿った長手方向に対して、所望の溶融深さの溶融処理を実施することが可能になる。かかる調整は、例えば主制御装置３１によって行なう事ができる。また前記溶融深さＬに基づいて、所望の溶融深さになるように、溶融金属を追い出して底部を露出させるような流量以上にプラズマガスの流量を調整してもよい。 When the melting depth L can be known during the melting process on the slab H as described above, for example, based on the melting depth L thus obtained, By adjusting the power (for example, voltage, current) of the plasma arc P, it is possible to perform a melting process with a desired melting depth in the longitudinal direction along the conveying direction B of the slab H. Such adjustment can be performed by the main control device 31, for example. Further, based on the melting depth L, the flow rate of the plasma gas may be adjusted to be higher than the flow rate at which the molten metal is expelled and the bottom is exposed so that the desired melting depth is obtained.

前記した方法にしたがって求めた溶融深さＬに基づいて、プラズマアークＰのパワーを調整すれば、鋳片Ｈの搬送方向Ｂに沿った長手方向に対して、溶融深さを制御できるが、上記した測定方法を応用すれば、プラズマアークＰの幅方向の溶融深さも制御することができる。 If the power of the plasma arc P is adjusted based on the melting depth L obtained according to the method described above, the melting depth can be controlled with respect to the longitudinal direction along the conveying direction B of the slab H. By applying the measurement method, the melting depth in the width direction of the plasma arc P can also be controlled.

すなわち、本実施の形態で用いた表層処理装置１においては、電磁コイル１１、１２によって、各プラズマアークＰに周期的にローレンツ力を作用させて、各プラズマアークＰを、鋳片Ｈの幅方向Ａに往復移動させるようにしているが、図６に示したように、鋳片Ｈにおける当該往復移動範囲（以下、振れ幅Ｄという）内に、各々別個のレーザー照射装置３２によって、複数個所、例えばプラズマトーチＴ１の中心線Ｃよりも幅方向外側の振れ幅Ｄｏｕｔの範囲内にレーザースポットＳｏを形成し、幅方向内側の振れ幅Ｄｉｎの範囲内にレーザースポットＳｉを形成して、各々の地点の溶融深さを求める。そしてそれに基づいて各プラズマアークＰの出力を外側の振れ幅Ｄｏｕｔの範囲と、内側の振れ幅Ｄｉｎの範囲とで個別に制御するようにすれば、振れ幅Ｄにおいて、溶融深さの制御を幅方向についても実施することができる。かかる外側の振れ幅Ｄｏｕｔの範囲と、内側の振れ幅Ｄｉｎの範囲とにおけるプラズマアークＰの出力の制御は、例えば交流電源１３の周波数に同期して、主制御装置３１が制御装置３を制御することで実現できる。また例えば、交流電源１３からの電力の波形を正弦波から台形波、さらには台形波を矩形波に近づけることで、プラズマトーチＴ１直下の入熱量を減らし、プラズマトーチＴ１の往復移動範囲の両端の入熱量を増加させることができる。このように交流電源１３からの電力の波形の関数形を変えることにより、幅方向の入熱量の分布を制御することができる。 That is, in the surface layer processing apparatus 1 used in the present embodiment, the Lorentz force is periodically applied to each plasma arc P by the electromagnetic coils 11 and 12, and each plasma arc P is moved in the width direction of the slab H. As shown in FIG. 6, as shown in FIG. 6, in the reciprocating movement range (hereinafter referred to as runout width D) in the slab H, a plurality of locations are provided by separate laser irradiation devices 32. For example, the laser spot So is formed in the range of the deflection width Dout on the outer side in the width direction from the center line C of the plasma torch T1, and the laser spot Si is formed in the range of the deflection width Din on the inner side in the width direction. Obtain the melting depth of. Based on this, if the output of each plasma arc P is individually controlled in the range of the outer deflection width Dout and the inner deflection width Din, the control of the melting depth in the deflection width D is reduced. Direction can also be implemented. For example, the main controller 31 controls the controller 3 in synchronism with the frequency of the AC power supply 13 in the control of the output of the plasma arc P in the range of the outer amplitude Dout and the range of the inner amplitude Din. This can be achieved. Further, for example, the waveform of the power from the AC power supply 13 is changed from a sine wave to a trapezoidal wave, and further the trapezoidal wave is approximated to a rectangular wave, thereby reducing the amount of heat input immediately below the plasma torch T1 and The amount of heat input can be increased. In this way, the distribution of heat input in the width direction can be controlled by changing the function form of the waveform of the power from the AC power supply 13.

（実施例１）連続鋳造を完了した鋳片を切断後に、プラズマ加熱溶融により溶融改質処理する方法を用いて、厚さ２５０ｍｍ、幅１２００ｍｍ、長さ１０ｍの０．２質量％Ｃ鋼の連続鋳造鋳片の表層を、搬送速度５ｍｍ／ｓでプラズマトーチ１本あたりの出力を３０ｋWとして溶融処理した。このとき使用した表層処理装置における各プラズマトーチの間隔は１００ｍｍとし、１２本のトーチを使用した。処理対象である鋳片は、プラズマ処理前の温度が約８００℃であった。はじめの５ｍは各プラズマトーチに流すアルゴンガス流量を毎分３０リットルとし、後半５ｍは毎分５０リットルとした。 (Example 1) Continuous cutting of 0.2 mass% C steel having a thickness of 250 mm, a width of 1200 mm, and a length of 10 m using a method of melt-modifying by plasma heating and melting after cutting a slab that has been continuously cast. The surface layer of the cast slab was melted at a conveyance speed of 5 mm / s and an output per plasma torch of 30 kW. The interval between the plasma torches in the surface layer processing apparatus used at this time was 100 mm, and 12 torches were used. The slab to be treated had a temperature of about 800 ° C. before the plasma treatment. The first 5 m had an argon gas flow rate of 30 liters per minute flowing through each plasma torch, and the latter 5 m was 50 liters per minute.

そしてプラズマ溶融部中心に対して波長６５０ｎｍの半導体レーザによるレーザー光を照射して、１ｍｍ径のスポットを形成し、ＣＣＤカメラを用いて変位を測定し、カメラ位置から計算する方法を用いて当該スポットの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位量と変位変動量を調査した。 Then by irradiating a laser beam by the semiconductor laser with a wavelength of 650nm to the plasma melting unit center, to form a spot of 1mm diameter, the displacement was measured using a CCD camera, the spot using the method of calculating the camera position The amount of displacement in the vertical direction from the surface of the cast steel piece and the amount of displacement were investigated.

その結果、アルゴンガス流量が毎分３０リットルの場合には、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位量は３ｍｍで、変位変動量は±０．５ｍｍであった。一方、アルゴンガス流量が毎分５０リットルの場合には、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位量は５ｍｍで、変位変動量は±０．０３ｍｍであった。処理後のサンプルを調査したところ、処理部の深さは処理材料の処理前温度が安定していることから、長さ１０ｍにわたり、ほぼ５ｍｍ深さであった。即ち、アルゴンガス流量が毎分３０リットルの場合にはアルゴンガス圧力による窪み深さが３ｍｍで、その下方に深さ２ｍｍの溶融した金属プールがあることが確認できた。またアルゴンガス流量が毎分５０リットルの場合にはアルゴンガス圧力による窪み深さが５ｍｍで、その下方には溶融した金属プールが殆どなく、窪み深さがそのまま処理後の溶融深さとなっていることが確認された。 As a result, when the argon gas flow rate was 30 liters per minute, the vertical displacement amount from the cast steel piece surface was 3 mm, and the displacement fluctuation amount was ± 0.5 mm. On the other hand, when the argon gas flow rate was 50 liters per minute, the vertical displacement from the surface of the cast steel piece was 5 mm, and the displacement variation was ± 0.03 mm. When the sample after the treatment was examined, the depth of the treatment portion was about 5 mm over a length of 10 m because the temperature before treatment of the treatment material was stable. That is, when the argon gas flow rate was 30 liters per minute, it was confirmed that the depression depth due to the argon gas pressure was 3 mm, and there was a molten metal pool having a depth of 2 mm below it. When the argon gas flow rate is 50 liters per minute, the depression depth due to the argon gas pressure is 5 mm, there is almost no molten metal pool below it, and the depression depth is the melting depth after the treatment as it is. It was confirmed.

（実施例２）
連続鋳造を完了した鋳片を切断後に、プラズマ加熱溶融により溶融改質処理する方法を用いて、厚さ２５０ｍｍ、幅１２００ｍｍ、長さ１０ｍの０．２質量％Ｃ鋼の連続鋳造鋳片の表層を、５ｍｍ深さを目標にアルゴンガス流量を毎分３０リットルで溶融処理した。このとき使用した表層処理装置における各プラズマトーチ間隔は１００ｍｍとし、１２本のプラズマトーチを使用した。処理対象である鋳片は、鋳造中に冷却条件が変化したことから長さ方向に温度差があり、処理する長さ１０ｍの前半の５ｍ相当の部分は約８５０℃、後半の５ｍ相当の部分は８００℃であった。そしてプラズマ溶融処理中の窪みの深さは、前半が５．５ｍｍ、後半が５ｍｍであった。 (Example 2)
The surface layer of a continuous cast slab of 0.2 mass% C steel having a thickness of 250 mm, a width of 1200 mm, and a length of 10 m, using a method of melting and reforming by plasma heating and melting after cutting a slab that has been continuously cast. Was melt-processed at an argon gas flow rate of 30 liters per minute with a target depth of 5 mm. The plasma torch interval in the surface layer processing apparatus used at this time was 100 mm, and 12 plasma torches were used. The slab to be processed has a temperature difference in the length direction because the cooling conditions have changed during casting, and the portion corresponding to 5 m in the first half of the length to be processed is about 850 ° C., the portion corresponding to 5 m in the second half Was 800 ° C. The depth of the depression during the plasma melting process was 5.5 mm in the first half and 5 mm in the second half.

そこで、同じ条件のサンプルを処理深さが処理中の窪み深さとほぼ一致する条件であるアルゴンガス流量を毎分５０リットルとして、前半は窪み深さが５ｍｍになるようにプラズマ出力を自動調整し（結果として約９５％出力であった）、継目は連続的に出力を窪み深さが一定となるように調整し処理した。最初の鋳片、すなわち鋳片の表層を、５ｍｍ深さを目標にアルゴンガス流量を毎分３０リットルで溶融処理した場合の鋳片を処理後に切断し、溶融深さを調査したところ、一定処理深さとなっていなかったのに対し、後の鋳片、すなわち処理中の窪み深さとほぼ一致する条件であるアルゴンガス流量を毎分５０リットルとして、前半は窪み深さが５ｍｍになるようにプラズマ出力を自動調整した鋳片についても同様に処理後に切断して溶融深さを調査したところ、溶融深さは一定となっていた。 Therefore, the plasma output is automatically adjusted so that the depth of the recess is 5 mm in the first half, with the argon gas flow rate being 50 liters per minute, where the processing depth of the sample with the same conditions is almost the same as the depth of the recess being processed. (As a result, the output was about 95%), and the seam was processed by continuously adjusting the output so that the depth of the depression was constant. The first slab, ie, the surface layer of the slab, was cut after processing the slab when the argon gas flow rate was 30 liters per minute with a target of 5 mm depth, and the melt depth was investigated. Although the depth was not, the plasma flow was adjusted so that the depth of the recess was 5 mm in the first half with an argon gas flow rate of 50 liters per minute, which is almost the same as the depth of the subsequent slab, that is, the recess being processed. Similarly, the slab whose output was automatically adjusted was cut after the processing and the melting depth was examined. As a result, the melting depth was constant.

本発明は、鋳片をはじめとする各種の鋳鋼片を搬送しながら、プラズマによって加熱溶融して当該鋳鋼片の表層を処理する際に有用である。 The present invention is useful when a surface layer of a cast steel piece is processed by heating and melting with plasma while conveying various cast steel pieces including a cast piece.

実施の形態にかかる測定方法を実施するために用いた表層処理装置の構成の正面からみた概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline seen from the front of the structure of the surface processing apparatus used in order to implement the measuring method concerning embodiment. 図１の表層処理装置を平面からみた概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline which looked at the surface layer processing apparatus of FIG. 1 from the plane. 底部がプラズマアーク中に露出したときのレーザースポットの測定状況を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement condition of the laser spot when a bottom part is exposed in a plasma arc. 底部上に溶融金属が残存しているときのレーザースポットの測定状況を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement condition of the laser spot when molten metal remains on the bottom part. 底部上に溶融金属が残存しているときのレーザースポットの変動を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fluctuation | variation of a laser spot when molten metal remains on the bottom part. プラズマアークの振れ幅における２点で溶融深さを測定する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that a melting depth is measured by two points in the fluctuation width of a plasma arc.

符号の説明Explanation of symbols

１表層処理装置
２直流電源
１１、１２電磁コイル
１３交流電源
３１主制御装置
３２レーザー照射装置
３３撮像装置
Ａ幅方向
Ｂ搬送方向
Ｈ鋳片
Ｐプラズマアーク
Ｑ溶融金属
Ｘ底部
Ｚ窪み DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface processing apparatus 2 DC power supply 11, 12 Electromagnetic coil 13 AC power supply 31 Main control apparatus 32 Laser irradiation apparatus 33 Imaging apparatus A Width direction B Conveyance direction H Cast piece P Plasma arc Q Molten metal X Bottom part Z Dimple

Claims

鋳鋼片を移動させながら当該鋳鋼片の一面を、プラズマトーチから照射されるプラズマガスによって加熱溶融しているときの溶融深さを測定する方法であって、
前記プラズマガスのガス流量を調整して、溶融金属を溶融部から追い出して窪み部を形成し、当該窪み部に対してレーザー光を照射して、レーザースポットを形成させ、
溶融部の底部がプラズマガス中に露出したときの当該レーザースポットの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位を測定することによって溶融部の溶融深さを求めることを特徴とする、鋳鋼片の溶融深さ測定方法。 A method of measuring a melting depth when one surface of the cast steel piece is heated and melted by a plasma gas irradiated from a plasma torch while moving the cast steel piece,
Adjusting the gas flow rate of the plasma gas, expelling the molten metal from the melted portion to form a hollow portion, irradiating the hollow portion with laser light to form a laser spot,
Melting the cast steel slab characterized by determining the melt depth of the melted part by measuring the vertical displacement of the laser spot from the surface of the cast steel slab when the bottom of the melted part is exposed to plasma gas Depth measurement method.

鋳鋼片を移動させながら当該鋳鋼片の一面を、プラズマトーチから照射されるプラズマガスによって加熱溶融しているときの溶融深さを測定する方法であって、
前記プラズマガスのガス流量を調整して、溶融金属を溶融部から追い出して窪み部を形成し、当該窪み部に対してレーザー光を照射してレーザースポットを形成させて、当該レーザースポットの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位の変動を測定し、
当該変動の変動幅が所定値以下になったときのレーザースポットの、鋳鋼片表面からの鉛直方向の変位を、測定しようとする溶融深さとすることを特徴とする、鋳鋼片の溶融深さ測定方法。 A method of measuring a melting depth when one surface of the cast steel piece is heated and melted by a plasma gas irradiated from a plasma torch while moving the cast steel piece,
Adjusting the gas flow rate of the plasma gas, expelling the molten metal from the melted part to form a recessed part, irradiating the recessed part with a laser beam to form a laser spot, the cast steel of the laser spot Measure the variation of vertical displacement from one surface ,
Melting depth measurement of cast steel slab, characterized in that the laser spot's vertical displacement from the surface of the cast steel slab when the fluctuation width of the fluctuation becomes a predetermined value or less is the melting depth to be measured. Method.

鋳鋼片を移動させながら当該鋳鋼片の一面を、プラズマトーチから照射されるプラズマガスによって加熱溶融して、前記鋳鋼片の表層処理を行なう方法において、
請求項１または２に記載の鋳鋼片の溶融深さ測定方法によって得た溶融深さが、所望の値となるように前記プラズマガスを発生させるプラズマ出力を制御することを特徴とする、鋳鋼片の表層処理方法。 In a method of performing a surface layer treatment of the cast steel piece by heating and melting one surface of the cast steel piece with a plasma gas irradiated from a plasma torch while moving the cast steel piece,
A cast steel slab characterized by controlling the plasma output for generating the plasma gas so that the melt depth obtained by the method for measuring the melt depth of a cast steel slab according to claim 1 or 2 has a desired value. Surface treatment method.

鋳鋼片を移動させながら当該鋳鋼片の一面を、プラズマトーチから照射されるプラズマガスによって加熱溶融すると共に、交流磁場によって前記プラズマガスによるプラズマアークを前記鋳鋼片の幅方向に往復移動させて、前記鋳鋼片の表層処理を行なう方法において、
前記鋳鋼片上におけるプラズマアークの前記往復移動の範囲内において、前記幅方向の複数個所の溶融深さを請求項１または２に記載の鋳鋼片の溶融深さ測定方法によって求め、
当該求めた溶融深さが、各々所望の値となるように前記プラズマガスを発生させるプラズマ出力を制御することを特徴とする、鋳鋼片の表層処理方法。 While moving the cast steel piece, one surface of the cast steel piece is heated and melted by the plasma gas irradiated from the plasma torch, and the plasma arc by the plasma gas is reciprocated in the width direction of the cast steel piece by an alternating magnetic field, In the method of surface treatment of cast steel pieces,
Within the range of the reciprocating movement of the plasma arc on the cast steel slab, the melt depth at a plurality of locations in the width direction is determined by the method for measuring the melt depth of the cast steel slab according to claim 1 or 2.
A method for processing a surface layer of a cast steel slab, characterized in that the plasma output for generating the plasma gas is controlled so that the obtained melting depth has a desired value.