JPH01148457A - スラグ流出判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば連続鋳造設備において、取鍋からタン
デイツシュへ注入される溶融金属中に、スラグが混入し
ているか否かを判定する方法に関する。

〔従来技術〕

連続鋳造法は、タンデイツシュ内の溶融金属を、該タン
デイツシュの下部に連設した水冷鋳型に注入して表面を
凝固させ、更に、これを鋳型下部から引抜きつつ冷却し
、内部に至るまで凝固させた後、適宜に切断して所望の
形状、大きさを有する鋳片を得る方法である。前記タン
デイツシュへは、これの上方に位置させた取鍋内の溶融
金属が、該取鍋の底部に設けたノズルから流出せしめら
れて供給されるようになっている。

このような連続鋳造法においては、取鍋中の溶融金属の
残量が少なくなった場合、該溶融金属表面に浮遊するｍ
様にて存在するスラグが、ノズルから流出する溶融金属
中に混入してタンデイツシュ内に供給されることがあり
、このスラグが製品として得られる鋳片に混入し、該鋳
片の品質を悪化せしめるため、ノズルから流出する溶融
金属中へのスラグの混入の有無を判定することが鋳片の
品質保証上の重要な課題となっている。

このスラグの流出を判定する方法としては種々の方法が
あり、第１の方法は、ノズルから流出する溶融金属を目
視により観察して判定する方法でであるが、この方法に
より判定を行うには高度な熟練を要し、しかも判定基準
に観察者間の個人差が生じることが避けられないという
難点がある上、取鍋とタンデイツシュとの間に目視のた
めの空間を設ける必要があり、流出中の溶融金属が外気
に触れて酸化し、この酸化により鋳片の品質が悪化する
虞がある。

第２の方法は、溶融金属を流出中のノズルに生じる振動
に基づいて前記判定を行う方法である。

これは、溶融金属中にスラグが混入している場合とそう
でない場合とにおいて、前記振動の検出結果に、溶融金
属とスラグとの間の粘度差に起因する振幅の変化が生じ
ることを利用する方法であるが、前記振動の検出の際に
、検出器が、天井走行うレーン等建屋内の他の機械が発
生する振動をも検出するため、この検出結果に基づく判
定には精度上の問題がある。

第３の方法は、前記ノズルの周囲に巻回されたコイルの
インピーダンス変化に基づいて前記判定を行う方法であ
る。これは、溶融金属中にスラグが混入している場合と
そうでない場合とにおいて、溶融金属とスラグとの間の
電導度の相違に起因して、前記コイルのインピーダンス
に変化が生じることを利用する方法であるが、このイン
ピーダンスは、ノズル内面の付着物（地金、アルミナ等
）によっても変化するため、前記第２の方法と同様、正
確な判定結果が得られないという難点がある。

以上の方法には夫々の難点があり、いずれも流出スラグ
の有無を正確に判定できるものではない。

そこで、近年、特公昭５９−２６８８８号公報に開示さ
れている如き第４の方法が主に採用されている。

この方法は、ノズルから流出する溶融金属中にスラグが
混入している場合とそうでない場合とにおいて、流出物
が放射する光エネルギに差異が生じることを利用し、前
記光エネルギを光学的に検出して、この検出エネルギの
時間的な変化に基づいて流出スラグの有無を判定する方
法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この第４の方法には２通りの方法があり、その一方は、
前記ノズルからの流出物及びその周辺を含む所定範囲内
の光エネルギを検出する方法である。この方法において
は、前記流出物中にスラグが混入している場合、そうで
ない場合と比較して該流出物のノズルからの流出径が増
大することに着目し、前述の如く検出された光エネルギ
が、この流出径の増大に応じて増大することによりスラ
グの流出を判定する。しかしながら、流出中のノズルの
周辺部には、流出物の飛沫、所謂スプラッシュが多数飛
散しており、光エネルギの検出値にはこのスプラッシュ
が放射する光エネルギも含まれる一方、このスプラッシ
ュは、ノズル先端部における付着物の付着状態等、操業
状態の変化に応じて極めて不規則な発生態様を示すため
、前記検出値は不規則な変動成分を有し、この変動成分
に起因する検出値の増加とスラグ流出による検出値の増
加とを区別し、スラグの流出を正確に判定することが困
難となることがあった。

第４の方法の他の方法は、前記スプラッシュが放射する
光エネルギによる検出値の変動成分を除去すべく、流出
物の中心位置近傍が放射する光エネルギのみを検出する
方法である。この方法においては、スラグの輝度が溶融
金属のそれに比較して大であり、流出物中にスラグが混
入している場合、そうでない場合と比較して流出物が放
射する光エネルギが増大することに着目し、前述の如く
検出される光エネルギの増大によってス、ラグの流出を
判定する。しかしながら、この方法においては、流出物
の局所的な放射エネルギにより判定を行うため、検出範
囲外の位置にスラグが流出した場合この流出を判定する
ことができないという難点がある上、溶融金属の輝度と
スラグの輝度との間の差異はわずかであり、スラグの流
出に応じて生じる検出値の増大は微小であるため、特に
流出開始直後における少量のスラグの流出を確実に判定
することが困難であり、判定に遅れを生じ、タンデイツ
シュ内に相当量のスラグが混入することが避けられない
という難点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、容器
から流出する溶融金属中に混入するスラグの有無を、確
実にしかも速やかに判定できるスラグ流出判定方法を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るスラグ流出判定方法は、容器から流出する
溶融金属が放射する光エネルギを検出し、この検出エネ
ルギの時間的変化に基づいて前記溶融金属中に混入する
スラグの有無を判定するスラグ流出判定方法において、
現時点よりも前の第１の所定時間内における検出エネル
ギの第１の平均値及び標準偏差を算出し、現時点におけ
る検出エネルギと前記第１の平均値との差を求め、この
差と前記標準偏差に比例する第１のしきい値との大小を
比較し、現時点よりも前の第２の所定時間内における検
出エネルギの第２の平均値を算出し、現時点における検
出エネルギと前記第２の平均値との差を求め、この差と
前記第２の平均値に比例する第２のしきい値との大小を
比較し、現時点よりも前の第３の所定時間内における検
出エネルギの第３の平均値、最大値及び最小値を算出し
、該最大値と該最小値との差を求め、この差と前記第３
の平均値に比例する第３のしきい値との大小を比較する
ことにより、スラグ流出の有無を判定することを特徴と
する。

〔作用〕

本発明にあっては、容器から流出する溶融金属が放射す
る光エネルギを経時的に検出する。現時点よりも前の第
１の所定時間内における検出エネルギの平均値及び標準
偏差を算出し、現時点の検出エネルギ及びこの平均値の
差と標準偏差に比例する第１のしきい値との大小を比較
する。また、現時点よりも前の第２の所定時間内におけ
る検出エネルギの平均値を算出し、現時点の検出エネル
ギ及びこの平均値の差とこの平均値に比例する第２のし
きい値との大小を比較する。更に、現時点における第３
の所定時間内における検出エネルギの平均値、最大値及
び最小値を算出し、この最大値及び最小値の差とこの平
均値に比例する第３のしきい値との大小を比較する。そ
してこれらの３組の大小関係の結果に基づき、スラグ流
出の有無を判定する。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は本発明に係るスラグ流出判定方法（以下本発
明方法という）の実施状態を示す模式図、第２図は取鍋
底部のノズルからの溶融金属の流出状態を示す模式図で
ある。

図において１は、例えば転炉において溶製された溶融金
属２をその内部に収納してあり、有底円筒状をなす取鍋
である。取鍋１内の溶融金属２の上部には、これの溶製
の過程において生成されるスラグ２ａが、第１図に示す
如く浮遊している。また取鍋ｌの底面の中央部には、油
圧又は電動式のノズル開閉装置３ａにより開閉されるノ
ズル３が設けてあり、該開閉装置３ａが開状態にある場
合、取鍋１内の溶融金属２又はスラグ２ａが、ノズル３
を通過して下方に流出するようになっている。

このように構成された取鍋１は、図示しない適宜の搬送
手段によりタンデイツシュ４の上方に搬送され、前記ノ
ズル３からの流出物５は、タンデイツシュ４の上側開口
部から該タンデイツシュ４内に供給される。取鍋１のノ
ズル３とタンデイツシュ４の上側開口部との間には、内
部にアルゴン等の不活性ガスを封入しであるシールカバ
６が、タンデイツシュ４の内部に適長突出する態様にて
介装されており、タンデイツシュ４内に供給される流出
物５の外気との接触を断ち、該流出物５の酸化を防止す
る構成としである。

シールカバ６には、これを貫通して支持管７が固着して
あり、該支持管７の内部には、これと同軸をなして光フ
ァイバ８が支持されている。該光ファイバ８の一端部は
、シールカバ６の内部に臨ませてあり、また他端部は、
タンデイツシュ４がら十分に離隔した位置に設けた光パ
ワーメータ９に接続しである。そして光ファイバ８は、
第２図にＡとして示す如く、ノズル３から流出する流出
物５及びその周辺部を含む所定範囲内の光を集光して光
パワーメータ９に伝送し、光パワーメータ９は、光ファ
イバ８からの光信号を、これが保有する光エネルギに相
当する電気信号に変換する。。

また第１図中の１０はノズル制御部であり、該制御部１
０の入力側には、前記光パワーメータ９の出力信号が与
えられていると共に、取鍋１の支持部に配設されたロー
ドセル１１から、取鍋１の重量、換言すれば取鍋１の内
容物の重量に相当する信号が夫々与えられている。また
ノズル制御部１ｏの出力は、流出物５中へのスラグの混
入を作業者に報知するための警報ブザ１３、及び前記ノ
ズル開閉装置３ａに夫々与えられており、警報ブザ１３
はノズル制御部１０からの出力信号に応じて鳴動し、ま
たノズル開閉装置！３ａは、ノズル制御部１０からの出
力信号に応じてノズル３を閉鎖すべく動作するようにな
っている。

さて以上の如く構成された装置を用いて実施される本発
明方法について、ノズル制御部１０の動作内容を示す第
３図のフローチャートに基づいて説明する。

ノズル制御部１０は、取鍋１がタンデイツシュ４の上方
に位置せしめられ、例えば、作業者により操作される図
示しないノズル開放スイッチのオンに応じて、前記ノズ
ル開閉装置３ａの動作によりノズル３が開放されると共
にその動作を開始し、所定のサンプリング周期にて前記
ロードセル１１から与えられる取鍋重量信号Ｗ、を取込
み、これを予め記憶している取鍋１の下限重ＩＷ−１ｆ
ｉと比較する。この下限重量Ｗａｉ＊は、その内部の溶
融金属２の大部分が流出した場合の取鍋１の重量に相当
する値であり、ノズル制御部１０は、前記取鍋重量信号
Ｗ１がこの下限重ｆｆ１ｗ、ｔ、を上回っている場合、
取鍋１内の溶融金属２の残量が十分に多く、該溶融金属
２の上部に浮遊するスラグ２ａが、ノズル３からの流出
物５中に混入して流出する虞がないと判断し、再度重量
信号ＷＩの取込みの段階に戻り前述の動作を繰返す。

一方、Ｗ、≦Ｗ、五〇である場合、ノズル制御部１０は
、前記スラグ２ａがノズル３からの流出物５内に混入し
て流出する虞があると判断し、光パワーメータ９から入
力される光エネルギ信号Ｅを、例えば５０ｍｇ〜２００
＋＋＋ｓの所定ピッチで取込み、該信号已に基づいて以
下に示す如くスラグ２ａの流出の有無を判定する。

まずノズル制御部１０は、光エネルギ信号Ｅを１回取込
む毎に該信号Ｅの取込み回数を計数するカウンタに１を
加え、このカウンタの計数値ｎを予め記憶している所定
値Ｎと比較し、ｎ≦Ｎである場合には、取込まれた光エ
ネルギ信号Ｅを前記カウンタｎの計数値に対応するレジ
スタに格納し、重量信号Ｗ、の取込みの段階にまで戻っ
て前述の動作を繰返し、また、ｎ＞Ｎである場合には、
スラグ２ａの流出の有無を判定する次の段階に進む。

この一連の動作により、Ｗ１≦ＷｍＩＭなる条件が満た
された後、光エネルギ信号Ｅの取込み回数がＮ回に達す
るまでは、各サンプリング時において取込まれたＥの値
がＮ個のレジスタに取込み順に格納されるのみであり、
取込み回数がＮ回を超えた後にスラグ２ａの流出の有無
の判定が開始される。

従って、前述の下限重量Ｗ−ｔ　、１は、サンプリング
周期のＮ倍に相当する時間におけるノズル３からの流出
予想量を考慮して設定しである。

さてカウンタｎの計数値が前記Ｎを超えた後、ノズル制
御部１０は、現時点より前の第１の所定時間Ｔ　ｒ　（
ｓｅｃ）における光エネルギ信号Ｅの第１の平均値■「
、標準偏差Ｅσを算出する。ノズル制御部１０には下記
（１）式が入力されており、ノズル制御部１０は、現時
点における光エネルギ信号Ｅ、と算出した第１の平均値
百「との差を求め、この差が下記（１）式を満足するか
否かを判定する。

Ｅｓ　　Ｅ＋≧に１　・Ｅσ　　　・・・（１）但し、 ＫＩ　：比例定数 （１）式が満足されている場合、ノズル制御部１０は現
時点より前の第２の所定時間Ｔｚ（ｓｅｃ）における光
エネルギ信号Ｅの第２の平均値■「を算出する。

ノズル制御部１０には下記（２）式が人力されており、
ノズル制御部１０は、現時点における光エネルギ信号Ｅ
１と算出した第２の平均値τ７との差を求め、この差が
下記（２）式を満足するか否かを判定する。

Ｅ□−丁「≧に２　・丁「　　　・・・（２）但し、 Ｋｔ　：比例定数 （１）式、（２）式が満足されている場合、ノズル制御
部１０は現時点より前の第３の所定時間’ｒ　ｓ　（ｓ
ｅｃ）における光エネルギ信号Ｅの第３の平均値■π最
大値Ｅ、１．及び最小値Ｅ、１７を算出する。ノズル制
御部１０には下記（３）式が入力されており、ノズル制
御部１０は、最大値Ｅ１．８と最小値Ｅ　ｓｉｎとの差
を求め、この差が下記（３）式を満足するか否かを判定
する。

Ｅ　＊＊＊　　　Ｅａ、ｓ　≧に、・丁「　　・・・（
３）但し、 Ｋ、：比例定数 上記（３）式は、スラグ流出前には溶鋼流径が小さくな
って一時的に光エネルギの増減が大きくなる現象に基づ
いて設定された判定式である。

前述の（１）式、（２）式、（３）式のうち少なくとも
一つの式が満足されない場合、ノズル制御部１０はスラ
グ２ａが流出していないと判定し、Ｎ個の前記レジスタ
の格納値を後述する如く更新し、再度重量信号Ｗｌの取
込みの段階に戻り前述の動作を繰返す。

前記レジスタの格納値の更新は、具体的には、まず第１
番目のレジスタの格納値を消去し、次いで第２番目から
第Ｎ番目までのレジスタの格納値を、夫々第１番目から
Ｎ−１番目のレジスタに順次格納し直した後、現状の光
エネルギ信号Ｅを第Ｎ番目のレジスタに格納することに
よりなされ、これにより、光エネルギ信号Ｅの取込み時
点における各レジスタの格納値は、該信号Ｅの取込み時
点からＮ回〜１回以前に取込まれた光エネルギ信号已に
夫々対応することになる。

従つて算出される平均値丁Ｔ及び標準偏差Ｅσは、常に
、現時点から前の時間Ｔ１における平均値及び標準偏差
に相当する。また同様に前記平均値■７は、常に現時点
から前の時間Ｔ３における平均値に相応し、前記平均値
Ｅｅｌ最大値Ｅ１１．及び最小値Ｅ、！７は、常に現時
点から前の時間Ｔ。

における平均値、最大値及び最小値に相当することにな
る。

前述の（１）式、（２）式、（３）式がすべて満足され
ている場合、ノズル制御部１０はスラグ２ａが流出して
いると判定し、前記警報ブザ１３に鳴動信号を発して該
警報ブザ１３を鳴動せしめ、作業者にスラグ２ａの流出
を報知すると共に、ノズル開閉装置３ａに閉信号を発し
て該ノズル開閉装置３ａの動作により、ノズル３を閉鎖
せしめ、タンデイツシュ４への溶融金属２の供給を直ち
に停止した後、その動作を完了する。

なお、上述した所定時間Ｔ　Ｉ＊　Ｔ　ｘ＋　Ｔ　ｓｏ
比例定数に、、に、、に、の各値は、Ｔｔ　　：　５〜
６０ｓｅｃ　ｅ　Ｔ。

：　Ｏ〜３０ｓｅｃ　、　Ｔｘ　　：　１〜１０ｓｅｃ
　、　ＫＩ　　：１．５〜１０、　Ｋｇ　　：０．１〜
０．５　、　Ｋｓ　　：０．１〜０．５が適当である。

また上述の（１）〜（３）式において、光エネルギ信号
Ｅ、はいくつかの移動平均であってもよい。

ここで上述の（１）〜（３）式の各判定式における長所
及び短所について説明する。

上述の（１）の判定式の長所は、光エネルギのばらつき
が大きい場合に誤警報を減少できる点であり、短所は光
エネルギが非常に安定している場合には標準偏差Ｅσが
小さくなって少しのノイズにおいても警報を出力してし
まう点である。

また上述の（２）の判定式の長所は、適正な定数Ｋｇを
設定すれば多少のノイズが発生する場合にあっても誤警
報が出力されない点であり、短所は光エネルギのばらつ
きが大きい場合に誤警報の出力が多い点である。

更に上述の（３）の判定式の長所は、スラグ流出末期に
おいて流出する溶鋼の径変化を捉えることができる点で
あり、短所は光エネルギのばらつきが大きい場合に誤警
報の出力が多い点である。

上述の実施例においては、（１）〜（３）式がすべて満
足される時点をスラグ流出開始時点と判定したが、これ
に限らず、他の組合せに基づいてスラグ流出開始時点を
判定してもよい、各判定式の長所及び短所を鑑みた場合
、（１）式が満足され、しかも（２）または（３）式が
満足される時点を、スラグ流出開始時点と判定すること
が実用的である。

第４図は光パワーメータ９の出力信号の時間的変化の様
子を示すグラフである。光パワーメータ９に接続された
前記光ファイバ８の集光範囲は、第２図にＡとして示す
範囲であり、ノズル３からの流出物５及びその周辺部を
含んでおり、該光ファイバ８が集光する光は、流出物５
の主流が放射する光だけではなく、該主流の周辺に飛散
する態様にて不規則に発生している多数のスプラッシュ
５ａが放射する光をも集光しているから、前記光パワー
メータ９の出力信号、即ち前記光エネルギ信号Ｅは第４
図に示す如（不規則に変動している。

第４図にｔＪとして示す時点においてスラグ２ａの流出
が開始された場合、該スラグ２ａの混入に起因して、前
述した如く流出物５の主流の直径が増大する結果、光フ
ァイバ８の集光範囲内において流出物５の占める面積が
増大し、前記ｔＪなる時点に対応する光エネルギ信号Ｅ
Ｊはこれ以前に比較して増大するが、この増大は光エネ
ルギ信号Ｅ中に含まれる不規則な変動成分のために、第
４図に示す如く顕著ではない、従って、スラグの流出の
有無を、光エネルギ信号Ｅと一定のしきい値との大小比
較により、スラグの流出の有無を判定する方法（例えば
Ｅ、≧Ｋを満足する場合にはスラグ流出があると判定、
但し、Ｅｉ　：現時点の光エネルギ信号、に：定数）に
おいては、スプラッシュの影響によりスラグ流出前に誤
警報が多発することがある。

ところが本発明にあっては、現時点より前の所定時間に
おける光エネルギ信号Ｅの平均値πと標準偏差Ｅσを算
出し、現時点の光エネルギ信号Ｅｉ及び平均値τの差を
、標準偏差Ｅσに比例するしきい値と比較して（前述の
（１）式）、この比較結果に応じてスラグ２ａの流出の
判定がなされる。この際、比較の基準が光エネルギ信号
Ｅのばらつきの大小に応じて増減するので、変動成分の
大きさ、つまり不規則に発生するスプラッシュ５ａの発
生態様の如何に拘わらず、光エネルギ信号Ｅの増大がス
ラグ２ａの流出によるものか、または前記変動成分によ
るものかを確実に区別することが可能であり、スラグ２
ａの流出を確実にしかも速やかに判定できる。

また本実施例においては、連続鋳造設備における取鍋１
からタンデイツシュ４に供給される溶融金属２中におけ
るスラグ２ａの混入の有無を判定する場合について述べ
たが、本発明方法は、あらゆる種類の溶融金属容器から
のスラグ流出の判定に適用可能であることは言うまでも
ない。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法においては、容器から流出
する溶融金属が放射する光エネルギの検出結果に基づき
、前述した如き３組の判定式により総合的にスラグ流出
の有無を判定するので、流出位置近傍に不規則に生じる
スプラッシュが放射する光エネルギにより、前記検出結
果が不規則な変動成分を有している場合においても、こ
の変動成分に起因する検出結果の変化と、スラグの流出
に起因する検出結果の変化とを明確に区別することがで
き、スラグの流出を確実にしかも速やかに判定すること
が可能である。従って、連続鋳造設備における取鍋から
タンデイツシュへの供給部に本発明方法を適用した場合
、取鍋中に浮遊するスラグがタンデイツシュ内に混入す
ることを、確実にしかも最小限に止めることができ、該
設備の製品として得られる鋳片の品質が向上する等価れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施状態を示す模式図、第２図は
溶融金属の流出状態を示す模式図、第３図は本発明方法
に従って動作するノズル制御部の動作内容を示すフロー
チャート、第４図は光エネルギ信号の時間的な変化状態
を示すグラフである。 １・・・取鍋　　２・・・溶融金属　　２ａ・・・スラ
グ３・・・ノズル　　４・・・タンデイツシュ　　５・
・・流出物　　５ａ・・・スプラッシュ　　８・・・光
ファイバ９・・・光パワーメータ　　１０・・・ノズル
制御部時　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人
　弁理士　　河　　野　　登　　夫第　　２　　図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、容器から流出する溶融金属が放射する光エネルギを
   検出し、この検出エネルギの時間的変化に基づいて前記
   溶融金属中に混入するスラグの有無を判定するスラグ流
   出判定方法において、 現時点よりも前の第１の所定時間内におけ る検出エネルギの第１の平均値及び標準偏差を算出し、
   現時点における検出エネルギと前記第１の平均値との差
   を求め、この差と前記標準偏差に比例する第１のしきい
   値との大小を比較し、現時点よりも前の第２の所定時間
   内における検出エネルギの第２の平均値を算出し、現時
   点における検出エネルギと前記第２の平均値との差を求
   め、この差と前記第２の平均値に比例する第２のしきい
   値との大小を比較し、現時点よりも前の第３の所定時間
   内における検出エネルギの第３の平均値、最大値及び最
   小値を算出し、該最大値と該最小値との差を求め、この
   差と前記第３の平均値に比例する第３のしきい値との大
   小を比較することにより、スラグ流出の有無を判定する
   ことを特徴とするスラグ流出判定方法。