特開 2024-174660 下部ノズル着脱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024174660

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】下部ノズル着脱装置

(51)【国際特許分類】

   B22D 41/34 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

B22D41/34 520

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092600

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】000170716

【氏名又は名称】黒崎播磨株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001601

【氏名又は名称】弁理士法人英和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 勇介

(72)【発明者】

【氏名】尾上 雄大

(72)【発明者】

【氏名】二村 麻熙

(72)【発明者】

【氏名】吉村 守

【テーマコード（参考）】

4E014

【Ｆターム（参考）】

4E014MA08

4E014MA18

(57)【要約】

【課題】下部ノズルの着脱を確実に行うことのできる下部ノズル着脱装置を提供する。
【解決手段】スライディングノズル装置７に装着されている耐火物製の下プレートに対して、耐火物製の下部ノズル７２を着脱するための下部ノズル着脱装置Ａであって、下部ノズル７２を保持する保持金枠に着脱可能な保持具１、保持具１を先端に有するロボットアーム２、ロボットアーム２の動作に伴い保持具１が前記保持金枠より受ける前後方向の反力及び回転方向の反力を検出する力センサ３、並びにロボットアーム２の動作を監視し制御する制御部２１を含む。制御部２１は、力センサ３が検出する各反力、並びにロボットアーム２の前後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながら当該ロボットアーム２の動作を制御することにより下部ノズル７２の着脱を実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スライディングノズル装置に装着されている耐火物製の下プレートに対して、耐火物製の下部ノズルを着脱するための下部ノズル着脱装置であって、
前記下部ノズルを保持する保持金枠に着脱可能な保持具、この保持具を先端に有するロボットアーム、このロボットアームの動作に伴い前記保持具が前記保持金枠より受ける前後方向の反力及び回転方向の反力を検出する力センサ、並びに前記ロボットアームの動作を監視し制御する制御部を含み、
前記制御部は、前記力センサが検出する各反力、並びに前記ロボットアームの前後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながら当該ロボットアームの動作を制御することにより下部ノズルの着脱を実行する、下部ノズル着脱装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記下部ノズルの取外しの際に前記力センサが検出する各反力がそれぞれ所定の設定値に達することなく、前記ロボットアームの後方向の動作量及び回転方向の動作量がそれぞれ所定の設定値に達した場合、当該下部ノズルの取外しが正常に完了したと判断する、請求項１に記載の下部ノズル着脱装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記下部ノズルの取外しの際に前記力センサが検出する各反力の少なくとも一方が所定の設定値に達した場合、取外し異常と判断して前記ロボットアームの動作を停止する、請求項２に記載の下部ノズル着脱装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記下部ノズルの取付けの際に前記力センサが検出する各反力がそれぞれの所定の設定値に達し、かつ前記ロボットアームの前方向の動作量及び回転方向の動作量がそれぞれ所定の設定値に達した場合、当該下部ノズルの取外しが正常に完了したと判断する、請求項１に記載の下部ノズル着脱装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記下部ノズルの取付けの際に前記力センサが検出する各反力の少なくとも一方が所定の設定値に達した時点で、前記ロボットアームの前方向の動作量及び回転方向の動作量の少なくとも一方が所定の設定値に達していない場合、取付け異常と判断して前記ロボットアームの動作を停止する、請求項４に記載の下部ノズル着脱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶鋼の連続鋳造において、溶鋼流量を制御するスライディングノズル装置に使用される下部ノズルの取付け／取外し、すなわち着脱を行うための下部ノズル着脱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

溶鋼の連続鋳造で使用されるスライディングノズル装置において、通常、溶鋼流量を制御するプレートれんが、すなわち下プレートの下面側には、溶鋼の流れを整流するために耐火物製のノズル、すなわち下部ノズルを配置している。この下部ノズルは飛散するスプラッシュの付着や酸素洗浄によるダメージでプレート寿命より早く交換が必要となる。そのため、通常、下部ノズルは、単独で交換可能となるように、下プレートを収納するプレート収納金枠の下面側に固定されている円筒状のスリーブ金物に対して、下部ノズルを保持する円環状の保持金枠を介してバイヨネット機構によって保持されている。

【0003】

このような下部ノズル及びその保持金枠を着脱するための装置として、例えば特許文献１には、トルクと回転角が制御できる駆動機構を含む着脱装置が開示されている。また特許文献２には、規定のトルクで下部ノズルの保持金枠を回転させる方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６－２５４６７０号公報

【特許文献2】特表２０１６－５２５４５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明者らが下部ノズルの着脱試験を重ねたところ、従来技術のようにトルク及び回転角を制御するだけでは、下部ノズルの着脱を確実に行うことができないことがわかった。すなわち、下部ノズルは使用前と使用後で大きく溶損し形状が変化し、また、下部ノズルの保持金枠やスリーブ金物も温度変化による熱膨張や外力による変形が大きいため着脱時の摩擦抵抗が大きく変化する。そのため、トルク及び回転角を制御するだけでは下部ノズルの着脱を確実に行うことができない。

【0006】

そこで本発明が解決しようとする課題は、下部ノズルの着脱を確実に行うことのできる下部ノズル着脱装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明者らが下部ノズルの着脱試験を更に重ねた結果、下部ノズルの着脱時のロボットアームの動作制御において、ロボットアームに作用する前後方向及び回転方向の各反力、並びにロボットアームの前後方向及び回転方向の各動作量を監視しながらロボットアームの動作を制御することが有効であることがわかった。

【0008】

すなわち本発明の一観点によれば、次の下部ノズル着脱装置が提供される。
スライディングノズル装置に装着されている耐火物製の下プレートに対して、耐火物製の下部ノズルを着脱するための下部ノズル着脱装置であって、
前記下部ノズルを保持する保持金枠に着脱可能な保持具、この保持具を先端に有するロボットアーム、このロボットアームの動作に伴い前記保持具が前記保持金枠より受ける前後方向の反力及び回転方向の反力を検出する力センサ、並びに前記ロボットアームの動作を監視し制御する制御部を含み、
前記制御部は、前記力センサが検出する各反力、並びに前記ロボットアームの前後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながら当該ロボットアームの動作を制御することにより下部ノズルの着脱を実行する、下部ノズル着脱装置。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、下部ノズルの着脱を確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態である下部ノズル着脱装置の全体構成図。

【図2】図１の下部ノズル着脱装置の使用状態を示す要部の断面図。

【図3】図１の下部ノズル着脱装置における保持具及び着脱される下部ノズル等を示す分解側面図。

【図4】図１の下部ノズル着脱装置における保持具及び着脱される下部ノズル等を示す分解斜視図。

【図5】図１の下部ノズル着脱装置における保持具を単体で示す斜視図。

【図6A】図１の下部ノズル着脱装置による下部ノズルの取外し動作において、保持具を保持金枠に係合させた状態を示す要部の斜視図。

【図6B】図６Ａの縦断面図。

【図7A】図６Ａの状態から保持具を反時計回り方向に回転させながら後方向に移動させて、下部ノズルを取り外した状態を示す要部の斜視図。

【図7B】図７Ａの縦断面図。

【図8A】図７Ａの状態から保持具を後方向に移動させて、下部ノズルを保持する保持金枠をスリーブ金物から取り外した状態を示す要部の斜視図。

【図8B】図８Ａの縦断面図。

【図9A】図８Ａの状態から保持具を後方向に移動させて、下部ノズルをスリーブ金物から抜き取った状態を示す要部の斜視図。

【図9B】図９Ａの縦断面図。

【図10A】図１の下部ノズル着脱装置による下部ノズルの取付け動作において、下部ノズルを保持した保持金枠を保持具に取り付けた状態を示す要部の斜視図。

【図10B】図１０Ａの縦断面図。

【図11A】図１０Ａの状態から保持具を前方向に移動させて、保持金枠の突起をスリーブ金物の溝に嵌め込んだ状態を示す要部の斜視図。

【図11B】図１１Ａの縦断面図。

【図12A】図１１Ａの状態から保持具を時計回り方向に回転しながら前方向に移動させて、下部ノズルを下プレートに取り付けた状態を示す要部の斜視図。

【図12B】図１２Ａの縦断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１に、本発明の一実施形態である下部ノズル着脱装置Ａの全体構成を示している。また図２には、下部ノズル着脱装置Ａの使用状態を要部の断面で示している。
図１において、鋳造が終わった直後の取鍋４が床５に設置された取鍋受部６の上で横に倒されている。この取鍋の底４１にはスライディングノズル装置７が取り付けられ、図１の状態では摺動方向がほぼ鉛直となっている。
下部ノズル着脱装置Ａは、スライディングノズル装置７に装着されている耐火物製の下プレート７１（図２参照）に対して、耐火物製の下部ノズル７２を着脱するための装置である。図２に表れているように下部ノズル７２は、下プレート７１を収納するプレート収納金枠７３の下面側に固定されている円筒状のスリーブ金物７４に対して、下部ノズル７２を保持する円環状の保持金枠７５を介してバイヨネット機構によって保持されている。

【0012】

下部ノズル着脱装置Ａは、下部ノズル７２を保持する円環状の保持金枠７５に着脱可能な保持具１、この保持具１を先端に有するロボットアーム２、このロボットアーム２の動作に伴い保持具１が保持金枠７５より受ける前後方向の反力及び回転方向の反力を検出する力センサ３、並びにロボットアーム２の動作を監視し制御する制御部２１を含む。
図１に示しているように、本実施形態においてロボットアーム２は、その基端が床５に設置されたロボットアーム用の架台２２に固定されている。そして、このロボットアーム２の先端部に力センサ３が取り付けられている。このとき、力センサ３とロボットアーム２の先端部とは中心軸が一致するように直列に配置される。なお、力センサ３は、ロボットアーム２から独立して保持具１側に設けることもできる。この場合も、力センサ３とロボットアーム２の先端部とは中心軸が一致するように直列に配置される。なお、このように反力を検出する力センサは、力覚センサとも称されておりロボットアーム等に一般的に使用されているものを使用することができ、本実施形態では力センサ３として６軸力センサを使用している。また、ロボットアーム２は６軸の垂直多関節ロボットアームであり、その先端に取り付けられた保持具１の姿勢や位置を自在に動かすことが可能である。

【0013】

本実施形態においてロボットアーム２の先端部分には、カメラとレーザー照射機を有する立体センサ２３が取り付けられている。カメラで撮影された画像は画像処理装置に入力されて、画像処理法によって３次元位置座標が補正される。この座標情報を制御部２１に入力することで、ロボットアーム２は、保持具１を、下部ノズル７２を着脱するための所定位置まで移動することができる。一方、力センサ３が検出する上述の各反力（前後方向の反力及び回転方向の反力）は、常に制御部２１に入力されている。そして詳細は後述するが、制御部２１は、力センサ３が検出する上述の各反力、並びにロボットアーム２の前後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながらロボットアーム２の動作を制御することにより、下部ノズル７２の着脱を実行する。なお、ロボットアーム２の前後方向の動作量及び回転方向の動作量は、ロボットアーム２自体で認識する。すなわち、ロボットアーム２は、前後方向及び回転方向の動作をさせるためのエンコーダ付モータを有し、そのエンコーダ値に基づいて制御部２１が前後方向の動作量及び回転方向の動作量を認識する。

【0014】

次に、保持具１の構成について説明する。図３及び図４には、保持具１と、この保持具１を含む下部ノズル着脱装置Ａにより着脱される下部ノズル７２等とを分解して示している。また、図５には保持具１単体を斜視図で示している。なお、図３及び図４においてプレート収納金枠は省略している。
図２並びに図３から図５に表れているように、保持具１は、基体１１と、この基体１１に取り付けられた、芯棒１２、係止ピン１３及びクランプ１４を有する。
基体１１は、下部ノズル７２の下端部を挿入可能な空間１１１を有する円環状の構造体であり、その基端部がロボットアーム２の先端に取り付けられる。
芯棒１２は、空間１１１の中心軸に沿って設けられ、使用時には例えば図２に示すように下部ノズル７２のノズル孔７２１に挿入され、その下部ノズル７２を保持する。
係止ピン１３は、基体１１の先端部から更に突出するように２箇所に設けられ、クランプ１４は、一方の係止ピン１３の近傍に設けられている。なお、係止ピン１３及びクランプ１４の機能等については後述する。

【0015】

保持具１に着脱される保持金枠７５は、その下端側に、係止ピン１３と係合する係合溝７５１と、係止ピン１３が挿入されて係合する係合孔７５２をそれぞれ２箇所に有する。詳細は後述するが、係合溝７５１は下部ノズル７２を取り外すときに係止ピン１３と係合し、係合孔７５２は下部ノズル７２を取り付けるときに係止ピン１３と係合する。すなわち、下部ノズル７２を取り外すときは、係止ピン１３の回転方向の位置にばらつきがあるため干渉しないように、係止ピン１３は溝形状の係合溝７５１と係合させる。一方、下部ノズル７２を取り付けるときは、作業者が保持金枠７５の位置を微調整することができるため、係止ピン１３は孔形状の係合孔７５２と係合させる。なお、図２には、取付け時の状態、すなわち係合孔７５２が係止ピン１３と係合した状態を示している。
保持金枠７５は下部ノズル７２を保持した状態で、スリーブ金物７４に対してバイヨネット機構によって着脱される。具体的にはバイヨネット機構として、保持金枠７５はその外周面の３箇所に突起７５３を有し、スリーブ金物７４は突起７５３を嵌め込むための螺旋状の溝７４１を３箇所に有する。

【0016】

次に、下部ノズル着脱装置Ａの動作について説明する。最初に下部ノズルを取り外す際の取外し動作について説明する。
まず、スライディングノズル装置７に設けた撮影基準部であるマーカー（図示省略）に向けて、立体センサ２３のレーザー照射機からレーザーを照射してカメラで撮影し画像処理することでスライディングノズル装置７の基準位置とのズレを計算してスライディングノズル装置７の３次元位置座標を補正する。このスライディングノズル装置７の補正位置を制御部２１に入力することで、ロボットアーム２が動作して、ロボットアーム２に取り付けられた保持具１がスライディングノズル装置７に取り付けられた下部ノズル７２の手前の所定位置まで移動する。なお、図１はこの所定位置まで移動する途中の状態を示している。

【0017】

本実施形態において制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により、保持具１を上述の所定位置まで移動させ、その所定位置で一旦停止させた後に、更に下部ノズル７２に向けて前方向に移動させる。これにより、上述の２箇所の係止ピン１３が２箇所の係合溝７５１とそれぞれ係合すると共に、芯棒１２がノズル孔７２１に挿入される。図６Ａ及び図６Ｂには、この状態を斜視図及び縦断面で示している。なお、図６Ａ及び図６Ｂにおいてプレート収納金枠は省略している。以降の図面においても同様である。

【0018】

図６Ａ及び図６Ｂの状態から制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により、上述のバイヨネット機構が緩む方向（本実施形態では反時計回り方向）に保持具１を回転させると共に、下部ノズル７２を取り外す方向、すなわち後方向へ保持具１を移動させる。このとき制御部２１は、力センサ３が検出する上述の各反力、並びにロボットアーム２の後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながらロボットアーム２の動作を制御する。具体的に本実施形態では、力センサ３が検出する上述の各反力がそれぞれ所定の設定値に達することなく、ロボットアーム２の後方向の動作量及び回転方向の動作量が所定のタイミングでそれぞれ所定の設定値に達した場合、下部ノズル７２の取外しが正常に完了したと判断する。図７Ａ及び図７Ｂには、この状態を斜視図及び縦断面で示している。すなわち、この状態ではバイヨネット機構が正常に解除されており、この段階で下部ノズル７２の取外しが完了したと判断することができる。なお、本実施形態において、図６Ａ及び図６Ｂの状態から図７Ａ及び図７Ｂの状態までのロボットアーム２の後方向及び回転方向の動作量は、それぞれ３ｍｍ程度及び２５度程度である。

【0019】

その後、制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により保持具１を更に後方向へ移動させ、図８Ａ及び図８Ｂに示しているように下部ノズル７２を保持する保持金枠７５をスリーブ金物７４から取り外す。続いて制御部２１は必要に応じて、ロボットアーム２を例えば上下方向に動作させることにより、下部ノズル７２と下プレート７１との間のシール目地を分離する。そして制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により保持具１を更に後方向へ移動させる。これにより、図９Ａ及び図９Ｂに示すように下部ノズル７２をスリーブ金物７４から抜き取ることができる。更に制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により、保持具１を下方に傾ける。これにより下部ノズル７２のみを落下させ、廃棄することができる。なお、保持具１を下方に傾ける際、上述のクランプ１４を作動させることで、係止ピン１３と係合溝７５１とを確実に係合させることができる。これにより、保持具１を下方に傾けたときに保持金枠７５は落下することなく、下部ノズル７２のみが確実に落下する。

【0020】

他方で制御部２１は、下部ノズル７２の取外しの際、力センサ３が検出する上述の各反力の少なくとも一方が所定のタイミングで所定の設定値に達した場合、取外し異常と判断してロボットアーム２の動作を停止する。すなわち、力センサ３が検出する各反力の少なくとも一方が所定の設定値に達したということは、上述のバイヨネット機構における摩擦抵抗が増大するなどして、バイヨネット機構が緩みにくくなっているということであり、そのまま取外し動作を継続すると、保持具１やロボットアーム２等の損傷を招くおそれがある。したがって本実施形態において制御部２１は、力センサ３が検出する各反力の少なくとも一方が所定の設定値に達した場合、取外し異常と判断してロボットアーム２の動作を停止する。なお、制御部２１はロボットアーム２の動作を停止した後、ロボットアーム２を一旦逆方向に動作させ、その後、上述の取外し動作を再開することもできる。

【0021】

次に、下部ノズルを取り付ける際の取付け動作について説明する。
まず、ロボットアーム２の先端に取り付けた保持具１に、下部ノズル７２を保持した保持金枠７５を取り付ける。具体的に本実施形態では、保持金枠７５の係合孔７５２に保持具１の係止ピン１３を挿入することで、下部ノズル７２を保持した保持金枠７５を保持具１に取り付ける。図１０Ａ及び図１０Ｂには、この状態を斜視図及び縦断面で示している。なお、上述の、保持具１に下部ノズル７２を保持した保持金枠７５を取り付ける作業は、作業者が行うことができる。またこのとき、下部ノズル７２の上端面にシール目地材を塗布又は設置することができる。

【0022】

続いて、上述の取外し動作のときと同様に、スライディングノズル装置７に設けた撮影基準部であるマーカー（図示省略）に向けて、立体センサ２３のレーザー照射機からレーザーを照射してカメラで撮影し画像処理することでスライディングノズル装置７の基準位置とのズレを計算してスライディングノズル装置７の３次元位置座標を補正する。このスライディングノズル装置７の補正位置を制御部２１に入力することで、ロボットアーム２が動作して、保持具１に取り付けられた保持金枠７５及び下部ノズルが、スライディングノズル装置７に固定されているスリーブ金物７４の手前の所定位置まで移動する。

【0023】

本実施形態において制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により、保持具１を上述の所定位置まで移動させ、その所定位置で一旦停止させた後に、更にスリーブ金物７４に向けて前方向に移動させる。これにより、下部ノズル７２の上端面（シール目地材）が下プレート７１に接触すると共に保持金枠７５の突起７５３がスリーブ金物７４の溝７４１に嵌まり込み、バイヨネット機構が構成可能な位置となる。図１１Ａ及び図１１Ｂには、この状態を斜視図及び縦断面で示している。

【0024】

この状態から制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により、上述のバイヨネット機構が締まる方向（本実施形態では時計回り方向）に保持具１を回転させると共に、下部ノズル７２を取り付ける方向、すなわち前方向へ保持具１を移動させる。このとき制御部２１は、力センサ３が検出する上述の各反力、並びにロボットアーム２の前方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながらロボットアーム２の動作を制御する。具体的に本実施形態では、力センサ３が検出する上述の各反力が所定のタイミングでそれぞれの所定の設定値に達し、かつロボットアーム２の前方向の動作量及び回転方向の動作量がそれぞれ所定の設定値に達した場合、下部ノズル７２の取付けが正常に完了したと判断する。図１２Ａ及び図１２Ｂには、この状態を斜視図及び縦断面で示している。

【0025】

その後、制御部２１はロボットアーム２の動作制御により、保持具１を後方向に移動させる。これにより、保持具１の係止ピン１３が保持金枠７５の係合孔７５２から外れ、保持具１のみが後方向に移動する。

【0026】

他方で制御部２１は、下部ノズル７２の取付けの際、力センサ３が検出する上述の各反力の少なくとも一方が所定のタイミングで所定の設定値に達した時点で、ロボットアームの前方向の動作量及び回転方向の動作量の少なくとも一方が所定の設定値に達していない場合、取付け異常と判断してロボットアーム２の動作を停止する。すなわち、この場合は、上述のバイヨネット機構における摩擦抵抗が増大するなどしてバイヨネット機構が締まりにくくなっているということであり、そのまま取付け動作を継続すると、保持具１やロボットアーム２等の損傷を招くおそれがある。したがって本実施形態において制御部２１は、力センサ３が検出する各反力の少なくとも一方が所定の設定値に達した時点で、ロボットアームの前方向の動作量及び回転方向の動作量の少なくとも一方が所定の設定値に達していない場合、取付け異常と判断してロボットアーム２の動作を停止する。なお、制御部２１はロボットアーム２の動作を停止した後、ロボットアーム２を一旦逆方向に動作させ、その後、上述の取付け動作を再開することもできる。

【0027】

以上の通り本実施形態において制御部２１は、力センサ３が検出する上述の各反力、並びにロボットアーム２の前後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながらロボットアーム２の動作を制御することにより下部ノズルの着脱を実行する。これにより、下部ノズル７２の着脱を確実に行うことができる。

【符号の説明】

【0028】

Ａ 下部ノズル着脱装置
１ 保持具
１１ 基体
１１１ 空間
１２ 芯棒
１３ 係止ピン
１４ クランプ
２ ロボットアーム
２１ 制御部
２２ 架台
２３ 立体センサ
３ 力センサ
４ 取鍋
４１ 取鍋の底
５ 床
６ 取鍋受部
７ スライディングノズル装置
７１ 下プレート
７２ 下部ノズル
７２１ ノズル孔
７３ プレート収納金枠
７４ スリーブ金物
７４１ 溝
７５ 保持金枠
７５１ 係合溝
７５２ 係合孔
７５３ 突起

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】