CN106537088A - 熔融金属的液面上悬浮的熔渣的厚度测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明的主要目的在于，提供一种能够不依赖于操作员且高精度地进行熔渣厚度测定的方法。在本发明中，使用微波测距仪来计算从微波测距仪发送出微波起至接收到该微波在熔融金属液面反射的反射波为止的第一时间以及从微波测距仪发送出微波起至接收到该微波在熔渣表面反射的反射波为止的第二时间，并且根据第一时间(t1)、第二时间(t2)以及微波在大气中的速度(c)来计算计算值(c(t1‑t2)/2)，预先根据厚度已知的熔渣的计算值的测定结果来求出校正式，将利用该校正式对进行操作时由微波测距仪连续地测定出的计算值进行校正所得到的值设为熔渣的厚度，其中，该微波测距仪基于天线发送并接收中心频率为24GHz～32GHz且频率调制的振幅为8GHz～10GHz的频率调制微波。

Description

熔融金属的液面上悬浮的熔渣的厚度测定方法

技术领域

本发明涉及一种对熔融金属的液面上悬浮的熔渣的厚度进行测定的方法，特别是涉及一种在熔渣厚度薄的情况下也能够高精度地连续测定熔渣厚度的熔渣厚度测定方法。

背景技术

在钢的连续铸造中，通过将钢水注入水冷铸模并使钢水与铸模接触来冷却该钢水，由此一边形成凝固坯壳一边向铸模的下方连续地抽出该凝固坯壳，由此制造铸坯。

在这种连续铸造中，使用中间包来作为铸模与用于供给钢水的钢包之间的中间容器，以在更换钢包时暂时贮存钢水或者将钢水分配到多个铸模。

在向中间包供给钢包内的钢水的作业的末期，有时钢包内的钢水液面上悬浮的钢包内熔渣会有少量与钢水一起从钢包流出到中间包内。流入到中间包内的钢包内熔渣在中间包内扩散到钢水中，之后该熔渣的大部分上浮到钢水的上部并与钢水分离，并且在中间包内的钢水的液面上形成层状而以中间包内熔渣悬浮。另外，在中间包中，除了与钢水一起从钢包流入的熔渣之外，还以中间包内的钢水的遮盖等为目的投入有粉末状剂。粉末状剂由于钢水的热而熔化，成为熔渣。

不能完全上浮到钢水的上部的一部分熔渣与钢水一起经由中间包的浸渍喷嘴的供给液被带入水冷铸模，在钢水凝固后该一部分的熔渣作为非金属夹杂物而残留在铸坯中，从而成为引起产品的表面缺陷等的主要原因。在中间包内，当熔渣的量增加时，在更换钢包时会发生熔渣的卷入等，并且不能完全上浮到钢水的上部的熔渣增加，因此有时产生所得到的铸坯的内部质量缺陷等质量上的问题。

另外，当在更换钢包时中间包内的钢水减少从而熔渣的比例变大时，容易卷入熔渣。因此，当中间包内的熔渣的厚度超过规定值时，从设置于中间包上部的排渣孔向外部排出熔渣。该熔渣的排出不仅成为熔渣飞散引起火灾等次生事故的原因，还由于钢水也被排出一部分而成为产品的成品率降低的原因。

并且，从防止因熔渣从铸模内流出而导致的断裂来提高操作的安全性和产品的生产性的观点来看，中间包内的熔渣的厚度也是重要的管理因素。

这样，从铸坯的质量管理、成品率的提高以及安全性的提高的观点来看，在连续铸造的操作中，重要的是，事先掌握将从钢包流入的熔渣和由来于有目的投入的粉末状剂的熔渣都包含在内的中间包内的熔渣的量。当然，大前提是使从钢包流出到中间包的熔渣为最小限度。

作为极力抑制熔渣随着钢水的供给而流出的方法，在专利文献1中，提出了如下一种方法：基于向铸模注入中间包内的钢水的滑动喷嘴的开度信号和铸模内的钢水的液面水平信号，来进行对滑动喷嘴的打开操作和关闭操作的控制。

但是，在专利文献1所提出的方法中，不能进行中间包内的熔渣量的测定。因此，在将该方法应用于从钢包向中间包供给钢水的情况下，存在如下问题：当从可靠地防止熔渣从钢包流出的观点出发而在连续铸造操作中提早进行滑动喷嘴的关闭操作时，钢包内的残留钢水变多，钢水的成品率大幅降低。

另外，在现状的连续铸造操作中，中间包内的熔渣量是通过该熔渣的厚度来进行管理的。作为该管理的方法，通常，操作员将中间包的上表面的盖的一部分打开并将金属制的检尺棒装入中间包内的钢水中，对附着于检尺棒的熔渣的厚度进行测定。

虽然在铸造中中间包内的熔渣不会急剧增加，但是中间包内的熔渣量随着连续铸造中的连续个数的增加、即钢包的更换次数的增加而逐渐增加。因此，在每次更换钢包时都需要进行熔渣厚度的测定。但是，使用检尺棒的熔渣厚度的测定是基于操作员的手动作业的暂时性的测定，因此存在如下问题：产生作业负担并且各个操作员的测定值之差大，而且不能连续且稳定地进行测定。

并且，在将检尺棒装入钢水时，还存在如下问题：必须将中间包上表面的盖的一部分打开，中间包内的惰性气体(例如Ar气体)环境对大气的阻断不充分，由于大气侵入引起的二次氧化而导致在钢水中产生夹杂物等，使铸坯的内部质量降低。

另外，为了抑制熔渣向中间包流出，掌握钢包内的钢水的液面上悬浮的熔渣的厚度也很重要。从转炉流入钢包内的熔渣的厚度也与中间包内的熔渣的厚度同样，是使用通过手动作业装入的检尺棒来进行测定的，从而成为操作员的作业负担。

专利文献1：日本特开平5-359号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，连续铸造操作时的钢包内、中间包内的熔渣厚度的测定是通过操作员的手动作业进行的，从而产生作业负担，测定精度存在问题。另外，钢包内和中间包内为高温环境，因此手动作业进行的测定在安全方面不是优选的。并且，在测定中间包内的熔渣的厚度时必须将盖打开，因此存在由于大气侵入中间包内而导致铸坯的内部质量降低这样的问题。

本发明是鉴于这些问题而完成的，目的在于提供一种能够不依赖于操作员且高精度地进行熔渣厚度的测定的方法。

用于解决问题的方案

本发明的发明者们对使用微波测距仪来自动进行熔渣厚度的测定进行了研究。作为微波测距仪，使用一般对于高精度地测定距离来说有效的调频连续波(FrequencyModulation Contiuous Wave；FMCW)方式的微波测距仪。

FMCW方式是指将微波的频率相对于规定的中心频率以规定的振幅、规定的周期连续地进行调制的方式。从微波测距仪的天线对测定对象物发送微波，利用相同的天线接收被该测定对象物反射回来的微波(反射波)。由于对微波的频率进行了调制，因此由微波测距仪接收到的在测定对象物反射的反射波(被测定对象物反射回来的反射波。以下相同)的频率与在接收到该反射波的时间点从微波测距仪发送出的微波的频率不同。因此，能够根据接收到的反射波的频率与在接收到该反射波的时间点发送出的微波的频率之差，来计算从发送出微波起至接收到该微波在测定对象物反射的反射波为止的时间。在FMCW方式中，将对计算出的该时间乘以微波在大气中的速度后除以2所得到的值设为从天线至测定对象物的距离。即，将通过下述(1)式计算出的值L(mm)设为从天线至测定对象物的距离。

L＝c·t/2…(1)

在此，c：微波在大气中的速度(mm/s)，t：根据接收到的反射波的频率与在接收到该反射波的时间点从微波测距仪发送出的微波的频率之差计算出的时间(s)。

当前，微波测距仪被用于转炉内的钢水液面水平的测定。通过使用微波测距仪，能够不依赖于操作员地连续测定该微波测距仪到测定对象的距离，因此认为通过应用该微波测距仪，还能够连续测定熔渣的厚度。另外，通过在中间包内配置天线，在测定熔渣的厚度时不需要将中间包的盖打开。此外，在本发明中，有时将使用微波测距仪的测定结果来计算(掌握)A的情形表述为“测定A”。另外，在以下中，“在B反射的反射波”是指被B反射回来的微波(反射波)。

在使用微波测距仪测定熔渣的厚度的情况下，从天线朝向钢水和钢水液面上悬浮的熔渣发送微波，通过相同的天线接收该微波在钢水液面反射的反射波和该微波在熔渣表面反射的反射波。根据接收到的反射波的频率与在接收到该反射波的时间点从微波测距仪发送出的微波的频率之差，来计算从发送出微波起至接收到该微波在钢水液面反射的反射波为止的第一时间以及从发送出微波起至接收到该微波在熔渣表面反射的反射波为止的第二时间。然后，首先，在忽略微波在大气中的速度与微波在熔渣中的速度之间的差异的情况下，能够根据上述(1)式以及第一时间t1和第二时间t2，使用微波测距仪来测定从天线至钢水液面的距离L0以及从天线至熔渣表面的距离L1。而且，能够认为从距离L0减去距离L1所得到的值ΔL为熔渣的厚度。AL能够通过下述(2)式表示。

ΔL＝L0-L1＝(c·t1-c·t2)/2

＝c·(t1-t2)/2…(2)

在此，c：微波在大气中的速度(mm/s)，t1：第一时间(s)，t2：第二时间(s)。

中间包内的钢水的液面上悬浮的熔渣的厚度通常在10mm～20mm的范围内。根据发明者们研究出的结果可知：在使用中心频率为20GHz且频率调制的振幅(以下也称为“调制振幅”。)为4GHz的所谓的通用微波来作为微波的情况下，中间包内的熔渣的厚度过薄而不能将在钢水液面反射的反射波与在熔渣表面反射的反射波分离，从而无法明确地确认在熔渣表面反射的反射波，因此无法测定熔渣的厚度。与此相对，得到了如下见解：通过使用中心频率为24GHz～32GHz且调制振幅为8GHz～10GHz的微波，即使该熔渣的厚度薄也能够测定熔渣的厚度。

另外，得到了如下见解：通过对根据使用该微波测定出的上述的第一时间和第二时间计算出的计算值ΔL乘以常数来进行校正，能够高精度地得到熔渣的厚度。在后面记述以上研究内容。

本发明是基于这些见解而完成的，其主旨在于下述的熔融金属的液面上悬浮的熔渣的厚度测定方法。

提供一种熔融金属液面上悬浮的熔渣的厚度测定方法，使用微波测距仪来对熔融金属的液面上悬浮的熔渣的厚度进行测定，其中，该微波测距仪基于天线发送并接收中心频率为24GHz～32GHz且频率调制的振幅为8GHz～10GHz的频率调制微波，该熔渣的厚度测定方法的特征在于，所述微波测距仪从所述天线朝向所述熔融金属和所述熔渣发送所述微波，并通过所述天线接收所发送出的所述微波在所述熔融金属液面反射的反射波以及所述微波在所述熔渣表面反射的反射波，所述微波测距仪根据由所述天线接收到的在所述熔融金属液面反射的反射波的频率与在接收到在该熔融金属液面反射的反射波的时间点从所述微波测距仪发送出的微波的频率之差，来计算从发送出所述微波起至接收到所述微波在所述熔融金属液面反射的反射波为止的第一时间，并且根据由所述天线接收到的在所述熔渣表面反射的反射波的频率与在接收到在该熔渣表面反射的反射波的时间点从所述微波测距仪发送出的微波的频率之差，来计算从发送出所述微波起至接收到所述微波在所述熔渣表面反射的反射波为止的第二时间，所述微波测距仪使用所述第一时间和所述第二时间，来计算通过上述(2)式表示的计算值ΔL，在该熔渣的厚度测定方法中，预先利用所述微波测距仪对厚度已知的熔渣的厚度进行测定来计算所述计算值，求出用于将该计算值校正为所述厚度已知的熔渣的厚度的校正式，将利用所述校正式对进行操作时由所述微波测距仪连续地测定出的所述计算值进行校正所得到的值设为熔渣的厚度。

在本发明的熔渣的厚度测定方法中，作为所述熔融金属，能够应用收纳在连续铸造用中间包内的钢水。

另外，在本发明的熔渣的厚度测定方法中，作为所述校正式，能够应用对所述计算值乘以常数的校正式，作为所述常数，能够应用对所述熔渣的相对介电常数进行-0.5次方所得到的数值。

在本说明书的说明中，“粉末状剂”是指向熔融金属液面上投入的粉末，“熔渣”是指粉末状剂熔融所形成的熔渣。

发明的效果

根据本发明的熔融金属液面上悬浮的熔渣的厚度测定方法，即使在熔渣的厚度薄为150mm以下的情况下，也能够不依赖于操作员且高精度地测定该熔渣的厚度。即使不将中间包的盖打开也能够测定中间包内的熔渣，因此能够抑制由于大气侵入引起二次氧化而在钢水中产生夹杂物，从而能够得到内部质量高的铸坯。另外，通过使用该熔渣厚度的测定值来控制连续铸造操作，能够抑制在连续铸造时的更换钢包时发生的熔渣的卷入等，从而能够以高成品率得到质量高的铸坯。

附图说明

图1是示出粉末状剂厚度的测定中使用的实验装置的结构的图。

图2是示出容器中的粉末状剂厚度X与使用通用微波测定出的从天线至容器底面的距离La以及从天线至粉末状剂表面的距离Lb之间的关系的图。

图3是示出容器中的粉末状剂厚度X与使用中心频率为32GHz且调制振幅为8GHz的微波测定出的从天线至容器底面的距离La以及从天线至粉末状剂表面的距离Lb之间的关系的图。

图4是使用中心频率为32GHz且调制振幅为8GHz的微波的情况下的测定数据的一例。

图5是示出由微波测距仪测定熔渣厚度的测定状态的示意图。

图6是针对钢水液面上悬浮着粉末状剂和熔渣的状态的测定数据的一例。

图7是示出熔渣厚度测定中使用的试验装置的结构的图。

图8是示出粉末状剂的投入次数与通过手动测定得到的熔渣厚度以及粉末状剂厚度之间的关系的图。

图9是示出粉末状剂的投入次数与通过手动测定测定出的熔渣厚度以及通过本发明的熔渣厚度测定方法测定出的熔渣厚度之间的关系的图。

具体实施方式

下面，对用于完成本发明的研究内容以及用于实施本发明的方式进行说明。

1.研究内容

1-1.能够测定的粉末状剂厚度的确认(第一预备实验)

中间包内的钢水液面上悬浮的熔渣的厚度通常在10mm～20mm的范围内。因此，通过实验室中的实验(第一预备实验)进行了如下确认：在使用所谓的通用微波的情况下，是否能够以能够计算熔渣厚度的程度测定从微波测距仪的天线至熔渣表面的距离以及从该天线至钢水液面的距离。

在第一预备实验中，使用了粉末状剂来代替熔渣。即，第一预备实验是将粉末状剂当作熔渣并将收纳粉末状剂的容器底当作钢水液面进行的实验。

图1是示出粉末状剂厚度的测定中使用的实验装置的结构的图。实验装置包含微波测距仪1以及用于收纳粉末状剂13的容器10。微波测距仪1是FMCW方式的微波测距仪，具有：天线2，其向用于测定距离的对象物(以下也称为“测定对象物”。)发送微波来向该对象物照射微波，并且接收所发送出的微波被测定对象物反射回来的反射波；放大器3，其对接收到的反射波的信号强度进行放大；以及个人计算机4，其对微波的发送进行控制，并且收集并解析关于接收到的反射波的数据。

微波测距仪1是将微波的频率相对于规定的中心频率以规定的振幅、规定的周期连续地进行调制的FMCW方式的微波测距仪。如上所述，在微波测距仪1中，使用接收到的在测定对象部反射的反射波的频率与在接收到该反射波的时间点从微波测距仪1发送出的微波的频率之差，来计算从发送出微波起至接收到该微波在测定对象物反射的反射波为止的时间。而且，将把计算出的该时间代入到上述(1)式中而得到的值设为从天线至测定对象物的距离。

在下述的表1中，示出第一预备实验中使用的粉末状剂的特性。在该表中，示出主要成分的组成、碱度以及粘度，表中示出的粉末状剂的主要成分以外的剩余部分为杂质。

[表1]

·表中的数值是(最小值/最大值)。

·“T·C”是总碳量。

·“粘度”是在粉末状剂熔融所产生的熔渣的温度为1400℃时的值。

在第一预备实验中，使用了所谓的通用微波、即中心频率为20GHz且调制振幅为4GHz的微波。当向容器10内照射微波时，微波的一部分在粉末状剂13的表面反射，剩余部分透过粉末状剂13而在容器10的底面10a反射。在该预备实验中，在将从天线2至容器10的底面10a的距离设为固定的状态下，使容器10内的粉末状剂13的量变化，并对能够测定从天线2至粉末状剂13的表面的距离的粉末状剂13的量(容器10中的粉末状剂13的厚度X)进行了调查。并且，对粉末状剂13的厚度X与由微波测距仪1测定出的从天线2至容器10的底面10a的距离La之间的关系进行了调查。

图2是示出容器中的粉末状剂厚度X与使用通用微波测定出的从天线至容器底面的距离La以及从天线至粉末状剂表面的距离Lb之间的关系的图。该图所示的距离是通过将从发送出微波起至接收到该微波在测定对象物反射的反射波为止的时间的计算值代入上述(1)式而得到的值。另外，该图所示的点线是单纯地将能够通过该微波测定出的点与粉末状剂的厚度为零的点连结的线。

作为实验的结果，如果容器10中的粉末状剂13的厚度X小于150mm，则来自容器10的底面10a的反射波与来自粉末状剂13的表面的反射波没有被分离，因此无法明确地确认出来自粉末状剂13的表面的反射波，其结果，无法测定从天线2至粉末状剂13的表面的距离。但是，如该图所示，如果容器10中的粉末状剂13的厚度X为150mm以上，则能够将来自容器10的底面10a的反射波和来自粉末状剂13的表面的反射波都明确地确认出，因此能够测定出从天线2至粉末状剂13的表面的距离。

另外，如图2所示，由微波测距仪1测定出的从天线2至容器10的底面10a的距离La与粉末状剂13的厚度X的增加成比例地增加。这是由于粉末状剂的介电常数与空气的介电常数不同从而透过粉末状剂中的微波的速度受到粉末状剂的影响。根据该结果可知，从由微波测距仪1测定出的从天线2至容器10的底面10a的距离La减去由微波测距仪1测定出的从天线2至粉末状剂13的表面的距离Lb所得到的值(La-Lb，以下也称为“差值”。)是大于实际的粉末状剂13的厚度X的值。

在此，对差值(La-Lb)进行说明。根据由天线2接收到的在容器10的底面10a反射的反射波的频率与在接收到该反射波的时间点从微波测距仪1发送出的微波的频率之差，来计算从发送出微波起至接收到该微波在容器10的底面10a反射的反射波为止的时间，将该时间设为第一时间。另外，根据由天线2接收到的在粉末状剂13的表面反射的反射波的频率与在接收到该反射波的时间点从微波测距仪1发送出的微波的频率之差，来计算从发送出微波起至接收到该微波在粉末状剂13的表面反射的反射波为止的时间，将该时间设为第二时间。

上述的(2)式是关于钢水液面上的熔渣的、针对由微波测距仪测定出的从天线至钢水液面的距离L0与从天线至熔渣表面的距离L1之差(L0-L1)的数式，当将该数式应用于由微波测距仪1测定出的从天线2至容器10的底面10a的距离La与由微波测距仪1测定出的从天线2至粉末状剂13的表面的距离Lb时，差值(La-Lb)能够通过下述(3)式表示。

La-Lb＝c·(t1-t2)/2…(3)

在此，c：微波在大气中的速度(mm/s)，t1：第一时间(s)，t2：第二时间(s)。

1-2.最佳的微波的选定以及由微波测距仪测定出的粉末状剂的厚度的校正(第二预备实验)

本发明者们对第一预备实验的结果进行了研究，认为：预先基于实际的粉末状剂的厚度X与根据由微波测距仪测定出的距离La和Lb计算出的差值(La-Lb)之间的相关性来求出用于将该差值校正为实际的粉末状剂的厚度X的校正式，并利用该校正式来对基于由微波测距仪连续地测定出的值的差值进行校正，由此能够使用微波测距仪连续且高精度地测定粉末状剂的厚度。该校正式如后述的那样是对差值乘以常数的校正式，常数是对粉末状剂的相对介电常数进行-0.5次方所得到的值。

另外，进行了第一预备实验后可知，在使用通用微波的情况下，难以稳定地检测在粉末状剂的表面反射的反射波。本发明的发明者们认为该问题的原因在于，通用微波的波长长为十几mm，因此测定精度低。而且，认为通过使用波长比通用微波的波长短的微波且增大调制振幅，不仅能够稳定地检测出在容器底面反射的反射波，还能够稳定地检测出在粉末状剂表面反射的反射波，从而能够提高由微波测距仪测定出的粉末状剂厚度的精度。在FMCW方式中，频率调制的振幅和中心频率对测定精度的提高来说很重要。

因此，本发明者们使用图1所示的实验装置来进行了使用中心频率为32GHz且调制振幅为8GHz的微波的第二预备实验。

图3是示出容器中的粉末状剂厚度X与使用中心频率为32GHz且调制振幅为8GHz的微波测定出的从天线至容器底面的距离La以及从天线至粉末状剂表面的距离Lb之间的关系的图。如该图所示，在使用该微波的情况下，即使容器中的粉末状剂的厚度X小于150mm，但是只要厚度X为15mm以上，就能够测定从天线至粉末状剂表面的距离。另外，本发明的发明者们确认出通过使用微波的中心频率为24GHz～32GHz且调制振幅为8GHz～10GHz的微波能够进行同样的测定。

图4是使用中心频率为32GHz且调制振幅为8GHz的微波的情况下的测定数据的一例。在该图中，示出将容器10内的粉末状剂13的厚度X设为40mm的情况下的测定数据。根据该图可知，在粉末状剂表面反射的反射波与在容器底面反射的反射波明确地分离，并且都能够被稳定地检测出。另外，由微波测距仪测定出的从天线至容器底面的距离La为545mm，从天线至粉末状剂表面的距离Lb为484mm。这两个距离的差值(La-Lb)为61mm，因此该差值(La-Lb)是大于实际的粉末状剂厚度(X＝40mm)的值。

如根据图3和图4所示的实验结果明确可知的那样，粉末状剂的实际的厚度与根据由微波测距仪测定出的各距离计算出的差值之间具有相关性。因此，本发明者们求出下述(4)式来作为用于将计算出的差值校正为实际的粉末状剂厚度的校正式。(4)式是对根据由微波测距仪测定出的各距离计算出的差值(La-Lb)乘以常数的式子。根据本发明的发明者们的研究，该常数相当于对粉末状剂的相对介电常数ε_L进行-0.5次方所得到的值。在图4所示的测定数据的情况下，粉末状剂的相对介电常数ε_L是2.33。本发明的发明者们确认出通过利用(4)式对根据由微波测距仪连续地测定出的距离La和Lb计算出的差值进行校正，能够高精度地计算粉末状剂的厚度。

X＝(La-Lb)·ε_L ^-0.5…(4)

在此，X：粉末状剂的厚度(mm)，La：由微波测距仪测定出的从天线至容器底面的距离(mm)，Lb：由微波测距仪测定出的从天线至粉末状剂表面的距离(mm)，ε_L：粉末状剂的相对介电常数。

2.使用微波测距仪的熔渣厚度的测定试验

图5是示出由微波测距仪测定熔渣厚度的测定状态的示意图。如该图所示，针对处于在钢水11的液面上悬浮的状态的粉末状剂13和粉末状剂13熔融所形成的熔渣12进行了如下试验：利用FMCW方式的微波测距仪，使用中心频率为24GHz～32GHz且调制振幅为8GHz～10GHz的微波对从微波测距仪的天线2至钢水11的液面的距离L0、从天线2到熔渣12与粉末状剂13的界面的距离L1、以及从天线2至粉末状剂13的表面的距离L2进行测定。

图6是针对钢水液面上悬浮着粉末状剂和熔渣的状态的测定数据的一例。根据测定试验的结果可知，如该图所示，在钢水液面反射的反射波、在熔渣与粉末状剂的界面反射的反射波、以及在粉末状剂表面反射的反射波分别明确地分离并且都能够被稳定地检测出。

而且，根据通过第一预备实验和第二预备实验得到的见解，可以说对于钢水液面上悬浮着粉末状剂和熔渣的状态下的熔渣的厚度和粉末状剂的厚度，能够根据由微波测距仪测定出的从天线至钢水液面的距离L0、由微波测距仪测定出的从天线至熔渣与粉末状剂的界面的距离L1、由微波测距仪测定出的从天线至粉末状剂表面的距离L2以及熔渣的相对介电常数ε_S和粉末状剂的相对介电常数ε_L，利用下述(5)式和(6)式来计算。熔渣的相对介电常数ε_S也与粉末状剂的相对介电常数ε_L同样地，根据熔渣的实际的厚度与根据由微波测距仪测定出的各距离计算出的同熔渣的厚度对应的差值之间的相关性来事前计算。

T1＝(LO-L1)·ε_s-^0.5…(5)

T2＝(Ll-L2)·ε_L-^0.5…(6)

在此，T1：熔渣的厚度(mm)，T2：粉末状剂的厚度(mm)，L0：由微波测距仪测定出的从天线至钢水液面的距离(mm)，L1：由微波测距仪测定出的从天线至熔渣与粉末状剂的界面的距离(mm)，L2：由微波测距仪测定出的从天线至粉末状剂表面的距离(mm)，ε_S：熔渣的相对介电常数，ε_L：粉末状剂的相对介电常数。

根据本发明的发明者们研究出的结果确认出，对于熔渣，即使厚度小于粉末状剂的最小可测定厚度(15mm)，但只要厚度为2mm以上就能够测定从天线至熔渣与粉末状剂的界面的距离。其原因在于，作为粉末状剂的熔融物的熔渣与作为粉末的粉末状剂相比孔隙率小，因此熔渣的相对介电常数大于粉末状剂的相对介电常数，从而根据由微波测距仪测定出的各距离计算出的同熔渣的厚度对应的差值(L0-L1)大于同粉末状剂的厚度对应的差值(L1-L2)，差值被放大输出。

另外，本发明的发明者们确认出，在粉末状剂完全熔融而在钢水液面上只悬浮着熔渣的情况下，能够通过在(5)式中将L1设为“由微波测距仪测定出的从天线至熔渣表面的距离”来计算熔渣的厚度。

根据本发明的熔渣厚度测定方法，能够不依赖于操作员地简便且高精度地测定熔渣的厚度。熔渣的厚度只要为2mm以上就能够测定，因此对于厚度比较薄的中间包内的熔渣也同样，只要是有可能由于熔渣的卷入等而使铸坯的质量降低的程度的厚度，就能够测定厚度。另外，通过将天线配置在中间包内，不将中间包的盖打开就能够以非接触的方式连续地测定熔渣的厚度。

实施例

为了确认本发明的熔渣厚度测定方法的效果，进行了以下的试验并对其结果进行了评价。

<试验方法>

图7是示出熔渣厚度的测定中使用的试验装置的结构的图。试验装置包含微波测距仪1和高频熔化炉(大气炉)15。

钢水11以已被加热的状态收纳在高频炉15中。当向高频炉15内投入粉末状剂时，粉末状剂由于钢水11的热而熔融，在钢水11的液面上分离为熔渣12层(熔融层)和粉末状剂13层(粉末层)。

微波测距仪1具有天线2、波导管5、反射板6以及放大器3。从天线2发送出的微波被反射板6反射后向高频炉15内照射，在钢水11的液面、熔渣12与粉末状剂13的界面以及粉末状剂13的表面发生反射。之后，再次被反射板6反射后被波导管5引导并被天线2接收。在本试验中，将从天线2的微波接收发送部至反射板6的微波反射部的距离设为1000mm。

<试验条件>

在高频炉15中，将200kg的钢材熔化成钢水11。将粉末状剂分为6次投入到高频炉15内。将每次粉末状剂的投入量设为1.3kg。这是使粉末状剂在高频炉15内的厚度(将粉末状剂的体积除以圆筒形的炉内的横截面积所得到的值)为20mm的量。所使用的粉末状剂具有表1所示的特性。

在每次投入粉末状剂时，利用微波测距仪1测定粉末状剂的厚度和熔渣的厚度，并且使用金属制的检尺棒通过操作员的手动作业(以下称为“手动测定”。)来测定粉末状剂的厚度和熔渣的厚度。在微波测距仪1中，使用了中心频率为32GHz且调制振幅为8GHz的微波。

另外，将熔渣的相对介电常数ε_S设为35。这是预先针对钢水液面上悬浮的规定厚度(通过手动测定为6.5mm)的熔渣、使用由微波测距仪测定出的从天线至钢水液面的距离以及由微波测距仪测定出的从天线至熔渣与粉末状剂的界面的距离(差值38.5mm)通过上述(5)式计算出的值。

<试验结果>

图8是示出粉末状剂的投入次数与通过手动测定而测定出的熔渣的厚度以及粉末状剂的厚度之间的关系的图。根据该图可知，高频炉内的熔渣的厚度和粉末状剂的厚度均随着粉末状剂的投入次数的增加而增加。

图9是示出粉末状剂的投入次数与通过手动测定而测定出的熔渣的厚度以及通过本发明的熔渣厚度测定方法测定出的熔渣的厚度之间的关系的图。“通过本发明的熔渣厚度测定方法测定出的熔渣的厚度”是指通过将由微波测距仪测定出的从天线至钢水液面的距离、由微波测距仪测定出的从天线至熔渣与粉末状剂的界面的距离以及熔渣的相对介电常数的值(ε_S＝35)代入上述(5)式中而计算出的值。

根据图9可知，基于手动测定的熔渣的厚度与基于本发明的熔渣厚度测定方法测定的熔渣的厚度相同。由此可知，根据本发明的熔渣厚度测定方法，能够连续地高精度地测定熔渣的厚度。

产业上的可利用性

根据本发明的熔渣厚度测定方法，即使在熔渣的厚度薄为150mm以下的情况下，也能够不依赖于操作员地简便且高精度地测定熔渣的厚度。不将中间包的盖打开也能够测定中间包内的熔渣，因此能够抑制由于大气侵入导致二次氧化而在钢水中产生夹杂物，从而能够得到内部质量高的铸坯。另外，通过使用该熔渣厚度的测定值控制连续铸造操作，能够抑制在连续铸造时的更换钢包时发生的熔渣的卷入等，从而能够得到质量高的铸坯。

附图标记说明

1：微波测距仪；2：天线；3：放大器；4：个人计算机；5：波导管；6：反射板；10：容器；10a：底面；11：钢水；12：熔渣；13：粉末状剂；15：高频熔化炉。

Claims (3)

1.一种熔融金属液面上悬浮的熔渣的厚度测定方法，使用微波测距仪来对熔融金属的液面上悬浮的熔渣的厚度进行测定，其中，该微波测距仪基于天线发送并接收中心频率为24GHz～32GHz且频率调制的振幅为8GHz～10GHz的频率调制微波，该熔渣的厚度测定方法的特征在于，

所述微波测距仪从所述天线朝向所述熔融金属和所述熔渣发送所述微波，并通过所述天线接收所发送出的所述微波在所述熔融金属的液面反射的反射波以及在所述熔渣的表面反射的反射波，

所述微波测距仪使用由所述天线接收到的在所述熔融金属的液面反射的反射波的频率与在接收到该反射波的时间点发送出的微波的频率之差，来计算从发送出所述微波起至接收到所述微波在所述熔融金属的液面反射的反射波为止的第一时间，并且

所述微波测距仪使用由所述天线接收到的在所述熔渣的表面反射的反射波的频率与在接收到该反射波的时间点发送出的微波的频率之差，来计算从发送出所述微波起至接收到所述微波在所述熔渣的表面反射的反射波为止的第二时间，

所述微波测距仪使用所述第一时间和所述第二时间，来计算通过下述(1)式表示的计算值，

在该熔渣的厚度测定方法中，预先利用所述微波测距仪对厚度已知的熔渣的厚度进行测定来计算所述计算值，求出用于将该计算值校正为所述厚度已知的熔渣的厚度的校正式，

将利用所述校正式对进行操作时由所述微波测距仪连续地测定出的所述计算值进行校正所得到的值设为熔渣的厚度，

ΔL＝c·(t1-t2)/2…(1)，

在此，ΔL为计算值(mm)，c为微波在大气中的速度(mm/s)，t1为所述第一时间(s)，t2为所述第二时间(s)。

2.根据权利要求1所述的熔融金属液面上悬浮的熔渣的厚度测定方法，其特征在于，

所述熔融金属是收纳在连续铸造用中间包内的钢水。

3.根据权利要求1或2所述的熔融金属液面上悬浮的熔渣的厚度测定方法，其特征在于，

所述校正式是对所述计算值乘以常数的校正式，所述常数是对所述熔渣的相对介电常数进行-0.5次方所得到的数值。