説明

スラグ検出装置及びスラグ検出方法

【課題】安定したスラグ検出を行うことができるスラグ検出装置及びスラグ検出方法を提供する。
【解決手段】取鍋1内の溶鋼2を、取鍋1の底部に取り付けられたスライドゲート3c、コレクタノズル3d及びエアシールパイプ(ASP)4を介してタンディッシュ6に注入する際に、取鍋1からタンディッシュ6へのスラグ流出を検出する。その際、コレクタノズル3cに対するASP4の押付力Pの変動を監視し、当該押付力Pが判定基準値PTHを超えるか、当該押付力Pの上昇率ΔPが上昇率判定基準値ΔPTHを超えたとき、タンディッシュ6への注入流が溶鋼2からスラグに切り替わったと判断する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶融金属とスラグとが入った取鍋から、エアシ−ルパイプを介してタンディッシュに溶融金属を注入する際に、スラグがエアシ−ルパイプを通過してタンディッシュに流出するのを検出するスラグ検出装置及びスラグ検出方法に関する。
【背景技術】
【0002】
取鍋からエアシールパイプ(ASP)を介してタンディッシュに注湯する際に、注入流が溶鋼からスラグへ切り替わったことを見極めることは、操業歩留および操業トラブル防止の観点から非常に重要な管理項目である。すなわち、早めに切り替わりを判断すると鍋内に溶鋼が残り歩留が悪化してしまうし、逆に判断が遅れるとタンディッシュにスラグが流入し、凝固中にスラグ巻き込み部から溶鋼が漏れ出すブレークアウトという大トラブルにつながる。
【0003】
そこで、溶鋼を取鍋からタンディッシュに案内する溶鋼流出用ノズル内のスラグの存在を検出する方法として、例えば特許文献1に記載の技術がある。この技術は、取鍋に発信コイルと受信コイルとを設け、発信コイルが発生した電磁界によって受信コイルに発生する誘導電圧を検出し、誘導電圧の違いから溶鋼流出用ノズル内を流れているのが溶鋼かスラグかを判別するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007−523747号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術にあっては、取鍋に発信コイルと受信コイルとを設置し、地上側の検出装置とケーブルおよびコネクタを介して接続する必要がある。ところが、取鍋は高温且つ粉塵が多い環境であるため、取鍋側にケーブルやコネクタを必要とする装置では、ケーブルの断線やコネクタの接続不良による測定不能が発生し、スラグ検出処理を適切に行うことができない場合がある。
さらに、操業中の断線検出および健全性の事前チェックも行えず、使用時に初めて異常と認識するケースが大多数を占めている。その結果、ケーブルやコネクタの状態判断を操業者に頼ることなり、操業の悪化を招く。
そこで、本発明は、安定したスラグ検出を行うことができるスラグ検出装置及びスラグ検出方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明に係るスラグ検出装置は、取鍋内の溶鋼を、当該取鍋底部に取り付けられたスライドゲートのコレクタノズルに接続可能なエアシールパイプを介してタンディッシュに注入する際に、前記取鍋から前記タンディッシュへのスラグ流出を検出するスラグ検出装置であって、前記コレクタノズルに対する前記エアシールパイプの押付力を検出する押付力検出手段と、前記押付力検出手段で検出した押付力の上昇変化に基づいて、前記タンディッシュへの注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断する判断手段と、を備えることを特徴としている。
【0007】
このように、溶鋼とスラグとの比重の違いにより溶鋼流出時のASP押付力とスラグ流出時のASP押付力とに違いがあることを利用し、操業中、常時ASP押付力を監視することで、溶鋼とスラグの切り替わりタイミングを適切に判断することができる。さらに、従来装置のように取鍋側にスラグを検出するためのコイル等の装置を必要としないため、ケーブル断線やコネクタ不良などの心配がない。よって、スラグ検出を必要とするタイミングで装置異常により検出できないということがなく、安定したスラグ検出を行うことができる。
【0008】
また、上記において、前記判断手段は、前記押付力検出手段で検出した押付力が所定の判定基準値を超えたとき、前記タンディッシュへの注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断することを特徴としている。
このように、スラグ流出時のASP押付力が溶鋼流出時のASP押付力に比べて大きいことを利用して溶鋼からスラグへの切り替わりを判断するので、溶鋼とスラグの切り替わりタイミングを容易且つ適切に検知することができる。
【0009】
さらに、上記において、前記判断手段は、前記押付力検出手段で検出した押付力の上昇率が所定の上昇率判定基準値を超えたとき、前記タンディッシュへの注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断することを特徴としている。
これにより、溶鋼中のスラグ量が想定以上であり、タンディッシュへの注入流が溶鋼からスラグに切り替わったときの押付力が設定した判定基準値を超えない場合であっても、溶鋼とスラグの切り替わりタイミングを容易且つ適切に検知することができる。
【0010】
また、上記において、前記押付力検出手段は、前記コレクタノズルと前記エアシールパイプとの接続部に設置されたロードセルであることを特徴としている。
このように、コレクタノズルとASPとの嵌合部にASP押付力確認用のロードセルを設置するので、比較的簡易な構成で、コレクタノズルに対するエアシールパイプの押付力を適切に検出することができる。
【0011】
さらに、上記において、前記判断手段で前記注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断したとき、前記スライドゲートを開状態から閉状態に制御する開閉制御手段を備えることを特徴としている。
これにより、タンディッシュへのスラグ流出を防止することができ、凝固中にスラグ巻き込み部から溶鋼が漏れ出すブレークアウトという大トラブルの発生を防止することができる。
【0012】
また、本発明に係るスラグ検出方法は、取鍋内の溶鋼を、当該取鍋底部に取り付けられたスライドゲートのコレクタノズルに接続可能なエアシールパイプを介してタンディッシュに注入する際に、前記取鍋から前記タンディッシュへのスラグ流出を検出するスラグ検出方法であって、前記コレクタノズルに対する前記エアシールパイプの押付力を監視し、当該押付力が所定の判定基準値を超えたとき、前記タンディッシュへの注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断することを特徴としている。
これにより、安定したスラグ検出を行うことができるスラグ検出方法とすることができる。
【0013】
さらにまた、本発明に係るスラグ検出方法は、取鍋内の溶鋼を、当該取鍋底部に取り付けられたスライドゲートのコレクタノズルに接続可能なエアシールパイプを介してタンディッシュに注入する際に、前記取鍋から前記タンディッシュへのスラグ流出を検出するスラグ検出方法であって、前記コレクタノズルに対する前記エアシールパイプの押付力の上昇率を監視し、当該押付力の上昇率が所定の上昇率判定基準値を超えたとき、前記タンディッシュへの注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断することを特徴としている。
これにより、安定したスラグ検出を行うことができるスラグ検出方法とすることができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、正確かつ確実にタンディッシュへのスラグ注入を検出することができる。したがって、適切にスラグ注入の防止策を講じることができる。そのため、操業歩留の低下を防止することができると共に、スラグ流入によるトラブルを防止することができ、操業停止による機会損失を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本実施形態における取鍋からタンディッシュへの注湯を行う設備を示す図である。
【図2】スラグ検出装置の構成を示す概略図である。
【図3】ロードセルの配置例である。
【図4】スラグ検出処理手順を示すフローチャートである。
【図5】押付力の上昇率を示す図である。
【図6】本実施形態の効果を示すシミュレーション結果の一例である。
【図7】本実施形態の効果を示すシミュレーション結果の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態におけるスラグ検出装置を適用した取鍋からタンディッシュへの注湯を行う設備を示す図である。
図中、符号1は溶融金属(溶鋼)2が入った取鍋であり、取鍋1の底部には、溶鋼2を注出するためのロータリーノズル3が装着されている。このロータリーノズル3は、上ノズル3aと、固定板3bと、摺動板(スライドゲート)3cと、コレクタノズル3dとで構成されている。
【0017】
上ノズル3aは、取鍋1の底部に埋設された煉瓦からなるノズルであり、そのノズル孔と一致する孔を有する固定板3bが取鍋1の底部に外側から固定されている。固定板3bの下方にはスライドゲート3cが配置されており、このスライドゲート3cは、モータや油圧シリンダ等の駆動源によって、固定板3bに対して水平方向(図1の左右方向)に摺動可能となっている。スライドゲート3cにはコレクタノズル3dが固定されており、スライドゲート3cと共にコレクタノズル3dが移動することで当該コレクタノズル3dが開閉される。
【0018】
取鍋1が溶鋼2を受鋼する際には、スライドゲート3cを閉状態として、溶鋼2を転炉から受鋼する。そして、鋳造工程において取鍋1内の溶鋼2をタンディッシュ6へ排出する際には、コレクタノズル3dにエアシールパイプ(ASP)4を接続し、スライドゲート3cを開状態として、溶鋼2を取鍋1からコレクタノズル3d及びASP4を介してタンディッシュ6に排出する。ASP4は、円筒状の部材であって、その上端部が、コレクタノズル3dの下端部にシール材を介して嵌合可能となっている。
ここで、取鍋1からタンディッシュ6への溶鋼2の流入量は、スライドゲート3cの開度を制御することで調整可能となっている。また、スライドゲート3cの移動時には、コレクタノズル3d及びASP4はスライドゲート3cと一体となって移動する。
【0019】
ASP4は、コレクタノズル3dと接続状態にあるとき、ASP支持装置(不図示)のアーム5によって、一定圧力でコレクタノズル3dに押し付けられた状態で支持されている。ASP支持装置は、ASP4がタンディッシュ6内の溶鋼浮力を受けつつ、コレクタノズル3dを割損させない最適な圧力でコレクタノズル3dに押し付けられるように、押付力を制御している。
【0020】
ところで、通常、取鍋1内には溶鋼2と共にスラグが入っている。スラグの比重は溶鋼2の比重に対して1/3程度と小さいため、スラグは取鍋1内において溶鋼2の湯面に浮遊しており、注湯末期において、スラグが溶鋼2とともにコレクタノズル3d及びASP4を通ってタンディッシュ6に流出する。
本実施形態では、コレクタノズル3dとASP4との嵌合部に、上述したスラグ流出を検出するためのスラグ検出装置を構成するロードセル(押付力検出手段)を設置する。そして、このロードセルによってASP4のコレクタノズル3dに対する押付力(コレクタノズル3dとASP4との嵌め合い圧力)の変動を監視することで、取鍋1内のスラグがASP4を通ってタンディッシュ6に流出するタイミングを検出する。
【0021】
図2は、スラグ検出装置の構成を示す概略図である。
この図2に示すように、コレクタノズル3dの下面とASP4の上面との間(接続部)には、ロードセル7が設置されている。ロードセル7は、例えば図3に示すように、コレクタノズル3dとASP4との間に配置されるリング状のシール材8に形成された複数(ここでは4つ)の貫通穴の中にそれぞれ配置する。なお、シール材8は、ロードセル7による押付力の測定に影響を及ぼさないような弾性係数を有するものとする。
【0022】
ロードセル7から出力される電気信号は、制御器10に入力される。制御器10は、ロードセル7から入力した電気信号を押付力に変換し、当該押付力に基づいて後述するスラグ検出処理を実行する。そして、その結果に応じて、スライドゲート3cの開閉制御を行うモータ11と該モータ11の電源12とを接続するスイッチ13を制御する。
図4は、制御器10で実行するスラグ検出処理手順を示すフローチャートである。このスラグ検出処理は、鋳造中、所定時間毎に(例えば、ロードセル7による押付力Pの計測タイミングに同期して1秒毎に)繰り返し実行する。
先ずステップS1で、制御器10は、ロードセル7によって検出された押付力Pを取得する。ここで、図3に示すようにロードセル7を複数設置している場合には、例えば、各ロードセル7で検出した押付力の平均値や合計値をスラグ検出に用いる押付力Pとする。
【0023】
次にステップS2では、制御器10は、前記ステップS1で取得した押付力Pが予め設定された判定基準値PTHを超えているか否かを判定する。
上述したようにスラグと溶鋼2とには比重差があるため、この比重差により、ASP4を溶鋼2に代わってスラグが通る場合には、ASP支持装置によるASP4のコレクタノズル3dに対する押付力に抗する力が低下し、ロードセル7により検出される押付力が大きくなる。そこで、上記判定基準値PTHは、取鍋1からタンディッシュ6への注入が溶鋼2からスラグに切り替わったと判断できる程度の押付力に設定する。
【0024】
そして、P>PTHである場合には、取鍋1からタンディッシュ6への注入が溶鋼2からスラグに切り替わったものと判断して後述するステップS4に移行し、P≦PTHである場合にはステップS3に移行する。
ステップS3では、制御器10は、所定時間あたりの押付力Pの上昇量に相当する上昇率ΔPが、予め設定された上昇率判定基準値ΔPTHを超えているか否かを判定する。
【0025】
上記上昇率ΔPは、図5に示すように、一定時間X[秒](例えば5秒)あたりの押付力Pの上昇量Y[N]であり、ΔP=Y/X(単位:N/秒)である。また、上記上昇率判定基準値ΔPTHは、取鍋1からタンディッシュ6への注入が溶鋼2からスラグに切り替わったと判断できる程度の値に設定するものとし、例えば5秒間に押付力Pが100[N]上昇する上昇率に設定する。
ここでは、前記ステップS1で取得した押付力Pが、X秒前(例えばX=5の場合、5サンプリング前)に取得した押付力Pと比較して、上昇量Y[N](例えば100[N])を超えて上昇しているとき、上昇率ΔPが上昇率判定基準値ΔPTHを超えていると判断する。
【0026】
そして、ΔP>ΔPTHである場合には、取鍋1からタンディッシュ6への注入が溶鋼2からスラグに切り替わったものと判断してステップS4に移行し、ΔP≦ΔPTHである場合にはそのままスラグ検出処理を終了する。
ステップS4では、制御器10は、スライドゲート3cを閉状態とするべくモータ11を駆動し、ステップS5に移行する。
そしてステップS5では、制御器10は、取鍋1からタンディッシュ6への注入が溶鋼2からスラグに切り替わったことをモニタ表示や警告音等によって作業者に報知し、スラグ検出処理を終了する。
ここで、ステップS2及びS3が判断手段に対応し、ステップS4が開閉制御手段に対応している。
【0027】
以上の構成により、鋳造工程において、取鍋1からタンディッシュ6への溶鋼2の注入は以下のように行われる。
鋳造工程において、連続鋳造装置に搬送された取鍋1内の溶鋼2は、取鍋1からASP4を介してタンディッシュ6に注入され、タンディッシュ6から鋳型へと注入されることにより連続鋳造が行われる。取鍋1内の溶鋼2の湯面にはスラグが浮遊しているが、注入初期においては、取鍋1の溶鋼2のみがタンディッシュ6へ注入される。このとき、ASP4は、ASP支持装置のアーム5によって、一定圧力でコレクタノズル3dに押し付けられているため、コレクタノズル3とASP4との間に設置されたロードセル7で検出される押付力は一定の値となる。
【0028】
その後、タンディッシュ6への注湯が進行し、注入末期となると、取鍋1の底部に設けられた上ノズル3aの上部に渦が発生し、溶鋼2の湯面に浮遊していたスラグが溶鋼2とともにタンディッシュ6に流入する。この渦発生に伴いスラグが流出され始めると、スラグと溶鋼2との比重の違いにより、ロードセル7で検出される押付力が徐々に増加する。
そして、ロードセル7で検出される押付力が所定の判定基準値PTHを超えるか、ロードセル7で検出される押付力の上昇率が所定の上昇率判定基準値ΔPTHを超えると、制御器10はタンディッシュ7への注入流が溶鋼2からスラグに切り替わったと判断し(図4のステップS2でYes、又はステップS3でYes)、モータ11を駆動してスライドゲート3cを閉状態とするとともに(ステップS4)、これを作業者に報知する(ステップS5)。これにより作業者は、取鍋1内の溶鋼2が無くなったことを確実に認識することができ、溶鋼2が充填された取鍋1と交換するなどの作業を行うことができる。
【0029】
(実施例)
図1及び図2に示す設備を用いて、鋳造中にロードセル7により押付力を測定し、注入初期における溶鋼2の押付力変動と、注入末期におけるスラグの押付力変動とを比較した。その結果を図6に示す。
この図6に示すように、タンディッシュ6への注入流が溶鋼2のみの期間の押付力は、微小変動はあるものの略一定の値であった。この値は、ASP支持装置のアーム5によるASP4のコレクタノズル3dに対する押付力によって決まる。その後、タンディッシュ6にスラグが流出し始めると、押付力は徐々に増加し、タンディッシュ6への注入流がスラグのみとなると、押付力は略一定の値となった。この例では、溶鋼流出時における押付力とスラグ流出時における押付力とでは、数十kg程度の変動差があった。
【0030】
このように、溶鋼流出時におけるASP4の押付力とスラグ流出時におけるASP4の押付力とでは、比較的大きな変動差がある。したがって、判定基準値PTHを適切に設定することで、溶鋼2からスラグへの切り替えタイミングを正確且つ確実に検知することができる。
すなわち、タンディッシュ6への注入末期における溶鋼2中のスラグ含有量の増加に伴ってASP4の押付力Pが増加すると、当該押付力Pが判定基準値PTHを超えた時点(符号αに示す時点)で、タンディッシュ6への注入流が溶鋼2からスラグに切り替わったと判断することができる。そして、この時点でスライドゲート3cを閉止し、溶鋼2の注入を停止することができる。これにより、品質に影響を与えるほど多量のスラグが溶鋼2と共にタンディッシュ6に注入されるのを防止することができ、その結果、鋳型内に多量のスラグが注入されるのを防止することができる。そのため、鋳片品質の低下やブレークアウト事故の誘発を防止することができる。
【0031】
また、コレクタノズル3dとASP4との嵌合部にロードセル7を設置して押付力変動を監視する構成とするので、取鍋1側にケーブルやコネクタ等を設ける必要がなく、ケーブル断線やコネクタ不良に起因してスラグ検出が行えないという事態を回避することができる。
ところで、タンディッシュ6への注入流が溶鋼2からスラグに切り替わった際の押付力Pの上昇変化量は、溶鋼2中のスラグ量によって変動する。溶鋼2中に想定以上のスラグが存在する場合、タンディッシュ6への注入流が溶鋼2からスラグに切り替わった際の押付力Pの上昇変化量が小さく、押付力Pが判定基準値PTHを超えないことがある。この場合のシミュレーション結果を図7に示す。
【0032】
図7に示すように、タンディッシュ6への注入流が溶鋼2のみの期間の押付力は、微小変動はあるものの略一定の値であった。その後、タンディッシュ6にスラグが流出し始めると、押付力は徐々に増加し、タンディッシュ6への注入流がスラグのみとなると、押付力は略一定の値となった。ところが、この例では、溶鋼流出時における押付力とスラグ流出時における押付力とでそれほど大きな変動差はなく、押付力Pは判定基準値PTHを超えなかった。
【0033】
このような場合には、タンディッシュ6への注入末期における溶鋼2中のスラグ含有量の増加に伴ってASP4の押付力Pの上昇率ΔPが上昇率判定基準値ΔPTHを超えた時点(符号βに示す時点)で、タンディッシュ6への注入流が溶鋼2からスラグに切り替わったと判断する。
このように、溶鋼2中のスラグ量は測定不能であるため、判定基準値PTHが適切に設定されない場合があるが、押付力Pの上昇変化の監視として、押付力Pが判定基準値PTHを超えたか否かに加えて押付力Pの上昇率ΔPが上昇率判定基準値PTHを超えたか否かを監視することで、溶鋼2からスラグへの切り替えタイミングを正確且つ確実に検知することができる。
【0034】
(変形例)
なお、上記実施形態では、押付力検出手段としてロードセル7を適用し、ASP4のコレクタノズル3dに対する押付力を検出する場合について説明したが、ロードセル7に代えて他の圧力センサを用いることもできる。
また、上記実施形態では、押付力Pが判定基準値PTHを超えたか否かと、押付力Pの上昇率ΔPが判定基準値ΔPTHを超えたか否かの両方を監視する場合について説明したが、何れか一方のみの監視によりタンディッシュ6への注入流が溶鋼2からスラグに切り替わったことを検知するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0035】
1…取鍋、2…溶鋼、3…ロータリーノズル、3a…上ノズル、3b…固定板、3c…摺動板(スライドゲート)、3d…コレクタノズル、4…エアシールパイプ(ASP)、5…ASP支持装置、6…タンディッシュ、7…ロードセル(押付力検出手段)、8…シール材、10…制御器(判断手段)、11…モータ、12…電源、13…スイッチ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
取鍋内の溶鋼を、当該取鍋底部に取り付けられたスライドゲートのコレクタノズルに接続可能なエアシールパイプを介してタンディッシュに注入する際に、前記取鍋から前記タンディッシュへのスラグ流出を検出するスラグ検出装置であって、
前記コレクタノズルに対する前記エアシールパイプの押付力を検出する押付力検出手段と、
前記押付力検出手段で検出した押付力の上昇変化に基づいて、前記タンディッシュへの注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断する判断手段と、を備えることを特徴とするスラグ検出装置。
【請求項2】
前記判断手段は、前記押付力検出手段で検出した押付力が所定の判定基準値を超えたとき、前記タンディッシュへの注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断することを特徴とする請求項1に記載のスラグ検出装置。
【請求項3】
前記判断手段は、前記押付力検出手段で検出した押付力の上昇率が所定の上昇率判定基準値を超えたとき、前記タンディッシュへの注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断することを特徴とする請求項1又は2に記載のスラグ検出装置。
【請求項4】
前記押付力検出手段は、前記コレクタノズルと前記エアシールパイプとの接続部に設置されたロードセルであることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のスラグ検出装置。
【請求項5】
前記判断手段で前記注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断したとき、前記スライドゲートを開状態から閉状態に制御する開閉制御手段を備えることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のスラグ検出装置。
【請求項6】
取鍋内の溶鋼を、当該取鍋底部に取り付けられたスライドゲートのコレクタノズルに接続可能なエアシールパイプを介してタンディッシュに注入する際に、前記取鍋から前記タンディッシュへのスラグ流出を検出するスラグ検出方法であって、
前記コレクタノズルに対する前記エアシールパイプの押付力を監視し、当該押付力が所定の判定基準値を超えたとき、前記タンディッシュへの注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断することを特徴とするスラグ検出方法。
【請求項7】
取鍋内の溶鋼を、当該取鍋底部に取り付けられたスライドゲートのコレクタノズルに接続可能なエアシールパイプを介してタンディッシュに注入する際に、前記取鍋から前記タンディッシュへのスラグ流出を検出するスラグ検出方法であって、
前記コレクタノズルに対する前記エアシールパイプの押付力の上昇率を監視し、当該押付力の上昇率が所定の上昇率判定基準値を超えたとき、前記タンディッシュへの注入流が溶鋼からスラグに切り替わったと判断することを特徴とするスラグ検出方法。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2012−187634(P2012−187634A)
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−9480(P2012−9480)
【出願日】平成24年1月19日(2012.1.19)
【出願人】(000001258)JFEスチール株式会社 (8,589)
【Fターム(参考)】