JP2003103351A - 連続鋳造鋳片の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｓ／Ｎ比の改善された凝固状態判定装置を利
用して連続鋳造鋳片のクレータエンド位置を正確に検出
し、生産性又は鋳片品質を高める。 【解決手段】 本発明による連続鋳造方法は、鋳片１に
対して電磁超音波の横波を透過させることによりその凝
固状態を判定する凝固状態判定装置３，４を用いて鋳片
鋳造方向の複数箇所で鋳片のクレータエンド位置７ａを
検出して、（１）求めたクレータエンド位置が予め設定
されている基準位置となるように鋳造速度又は二次冷却
水量を変化させる。（２）検出したクレータエンド位置
に対応して、鋳片に対して圧下が可能な軽圧下帯２８の
位置を変更し、この軽圧下帯により鋳片を圧下する。
（３）検出したクレータエンド位置の鋳造方向での変化
量に基づき鋳片の切断位置を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造鋳片
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造においては、連続鋳造鋳片
の完全凝固位置（「クレータエンド位置」と云う）が鋳
片のどの位置にあるかを判定することが極めて重要であ
る。クレータエンド位置を検出することが、鋳片の生産
性や品質の向上に大きく貢献するためである。

【０００３】例えば、生産性を向上させるために鋳造速
度を増やすと、クレータエンド位置は鋳片の鋳造方向下
流側に移動する。クレータエンド位置が鋳片支持ロール
の範囲を超えてしまうと鋳片が静鉄圧により膨らみ
（「バルジング」と云う）、内質の悪化や巨大バルジン
グの場合には鋳造停止と云った問題が発生する。それ
故、クレータエンド位置が明確に分からない場合には、
鋳造速度を無闇に増速できない。又、鋳片の中心偏析を
低減して高品質化を図るための軽圧下操業では、クレー
タエンドを軽圧下帯に位置させるように鋳造速度や二次
冷却水量を制御する必要がある。これらの要求に応える
ためには、鋳片の凝固状態を連続的に計測する必要があ
る。

【０００４】従って、鋳片内部の凝固状態を判定するた
めに、今までに種々の方法が提案されており、そのなか
でも、超音波の横波の透過強度を利用した方法が多数提
案されている。横波は固相のみ透過して液相が存在する
と透過しないと云う性質があり、横波を鋳片の厚み方向
に送信し、鋳片を透過した信号が検出されれば完全に凝
固していると判断でき、信号が得られなければ未凝固層
が残存していると判断できるからである。

【０００５】例えば、特開昭６２−１４８８５０号公報
では、縦波と横波を同時に発生できる電磁超音波センサ
を用い、横波の透過強度で凝固状態を判定している。未
凝固層があっても透過する縦波の信号を併用することに
より、リフトオフ（鋳片とセンサとのギャップ）変動や
センサ異常も同時にチェックできるようにしている。
又、特開平１０−１９７５０２号公報では、鋳片におけ
る横波の共鳴周波数を測定し、この共鳴周波数から鋳片
の中心固相率（鋳片軸心部の固液共存相における固相の
比率）を求めている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記２
つの公報に提案された装置を始めとして従来の凝固状態
判定装置では感度が低い上にＳ／Ｎ（信号対雑音比）が
低く、そのため、測定精度が悪いのみならず、非接触計
測を行うほどには電磁超音波センサのリフトオフを大き
くすることができず、長時間の連続計測が不可能である
と云う問題点があった。

【０００７】又、鋳造中にクレータエンド位置は鋳造条
件の変化に伴って鋳造方向で変動する。クレータエンド
位置が鋳造方向で大幅に変動した場合には、クレータエ
ンド位置よりも鋳造方向上流側の方が先に凝固が完了し
て、その下流側への残溶鋼の供給が途絶え、鋳片中心部
にポロシティや層状の空隙を生ずる場合がある。連続鋳
造機出側に設置されたガス切断機において、この部位で
切断して鋳片を製造すると、次工程の加熱中に鋳片中心
部の空隙が空気により酸化され、熱間圧延でも圧着せ
ず、欠陥となって製品歩留まりを低下させる。従来、こ
の点に関しては何ら対策が採られておらず、鋳片は指示
長さ通りで切断されていた。

【０００８】更に、クレータエンド位置が鋳造方向で大
幅に変動した場合には、鋳造速度や二次冷却水量を調整
しても、クレータエンド位置が軽圧下帯から外れ、鋳片
を所定の圧下量で圧下できないと云う問題点があった。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
その第１の目的とするところは、Ｓ／Ｎ比の改善された
凝固状態判定装置を利用することにより、正確に連続鋳
造鋳片のクレータエンド位置を検出し、クレータエンド
位置を予め設定された基準位置に制御しながら鋳造し
て、生産性又は鋳片品質を高めることを可能とする連続
鋳造鋳片の製造方法を提供することであり、第２の目的
とするところは、クレータエンド位置が鋳造方向で変動
しても的確に軽圧下を行い、鋳片品質を高めることを可
能とする連続鋳造鋳片の製造方法を提供することであ
り、第３の目的とするところは、クレータエンド位置の
変動により鋳片中心部にポロシティや層状の空隙が生じ
ても、これらポロシティ及び層状空隙が製品における欠
陥とならず、製品歩留まりを高めることを可能とする連
続鋳造鋳片の製造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題を
解決するために鋭意検討を行った。以下に検討結果を説
明する。先ず最初に、凝固状態判定装置のＳ／Ｎ改善の
検討結果を説明する。

【００１１】本発明者等は、横波電磁超音波を連続鋳造
に適用した場合の感度について種々の実験と考察を重ね
た結果、以下の各Ｓ／Ｎ改善方法を適宜組み合わせるこ
と、場合によっては単独のままで、完全非接触で計測で
きるセンサのリフトオフを実現できることを見出した。

【００１２】第１のＳ／Ｎ改善方法は、被測定材即ち鋳
片の表層部を冷却によって相変態させ、この冷却した部
位に近接して横波用の送信用電磁超音波センサと受信用
電磁超音波センサを配置するものである（以下「表層冷
却によるＳ／Ｎ改善」とも云う）。

【００１３】この方法の特徴は、冷却によって被測定材
を相変態させていることと、横波用電磁超音波センサを
用いている点にある。冷却過程においては、冷却速度が
速く且つ冷却時間が短い場合、被測定材をキュリー点以
下に低下させたとしても、過冷却のため結晶はしばらく
γ相のままであり、磁性はすぐには回復しない。そこで
本発明においては確実に磁性が回復するように相変態す
るまで冷却する。このようにすると、横波電磁超音波を
磁性体に適用することとなるが、超音波の発生メカニズ
ムとしてローレンツ力でなく磁歪の効果が支配的になる
と云う新たな効果を得ることができる。

【００１４】図１でこれを説明する。図１は、横波電磁
超音波の発生メカニズムを示す図であり、図１に示すよ
うに、キュリー点より高い温度では、横波電磁超音波は
ローレンツ力のみで発生している。ここで冷却すると、
過冷却のためキュリー点より若干低い温度で磁性が回復
する。これにつれて、ローレンツ力の効果は大きくなっ
ていくが、ここで磁歪の効果も出てくるようになる、磁
歪の効果はローレンツ力よりも更に大きくなるため、磁
歪による電磁超音波は、ローレンツ力による電磁超音波
より高い感度が得られる。従って、被測定材の表層部を
冷却によって相変態させ、この冷却した部位に近接して
横波用の送信用電磁超音波センサと受信用電磁超音波セ
ンサを配置すれば、大幅な感度向上を得ることができ
る。

【００１５】ここで、冷却によって相変態させる必要の
ある被測定材の表層部としては、その幅が電磁超音波セ
ンサのコイル幅以上、長さが電磁超音波センサのコイル
長さ以上、深さが用いる超音波の周波数における浸透深
さ程度、例えば周波数が１ＭＨｚであれば０．１〜０．
２ｍｍ程度以上であることが望ましい。尚、相変態させ
る必要のある表層部は、全てα相となることが望ましい
が、表層部におけるγ相からα相への相変態の仕方は冷
却条件や表層部の組成状態等により複雑に変化するた
め、部分的にγ相が残っている状態であっても或る程度
以上α相に変態していれば本発明の効果は得られる。

【００１６】第２のＳ／Ｎ改善方法は、送信信号のバー
スト波パルス幅がその伝播時間を超えない範囲で最大の
パルス幅となるようにするものである（以下「バースト
波によるＳ／Ｎ改善」とも云う）。具体的には、鋳片厚
み、鋳片温度、音速とから定まる最大数の近傍に設定し
た所定パルス幅内で、周波数、振幅若しくは位相の何れ
か、又はこれらの任意の組み合せにより変調したバース
ト状の送信信号を送信用電磁超音波センサに印加して鋳
片内に横波超音波を送信する。これを受信用電磁超音波
センサにより受信し、その受信信号に対し、送信信号と
同一又は類似の波形の参照信号を用いて相関演算を行う
ようにする。

【００１７】ここでは、変調した送信信号を用い、受信
信号の相関演算を行うようにしているが、これによる効
果を最大限に得るために、送信信号のパルス幅を鋳片厚
み、鋳片温度、音速とから定まる最大数の近傍に設定す
る。

【００１８】鋳片を透過した信号は、図２に示されるよ
うに、送信信号から伝播時間だけ遅れた位置に現れる。
図２は、送信信号と伝播時間の関係を示す図である。伝
播時間ｄｔは、鋳片厚みｄ、鋳片温度Ｔ（ｘ）、音速Ｃ
（Ｔ）とから、下記の（１）式により推定できる。尚、
ここでＴａは鋳片の平均温度である。

【００１９】

【数１】

【００２０】鋳片の温度分布は、大まかには伝熱計算で
容易に求まるため、予め鋳片の厚み、操業条件に応じて
平均温度を求めておけば伝播時間が求められる。従っ
て、この伝播時間を超えない範囲で最大のパルス幅を設
定することで、最大のＳ／Ｎ改善が得られる。

【００２１】第３のＳ／Ｎ改善方法は、平均回数を１６
回以上且つ平均後の透過信号が小さくならない範囲に設
定した平均回数で、相関後の信号又は受信信号を送信信
号に同期して加算平均するものである（以下「加算平均
によるＳ／Ｎ改善」とも云う）。ここでは、同期加算平
均を行うようにしているが、鋳片温度は操業状態によっ
て様々に変化するため、図３に示すように透過信号の現
れる位置は刻一刻変化することになる。この結果、伝播
時間の変化率が大きい時、平均処理後に透過信号が小さ
くなってしまい、凝固状態の判定精度が低くなる。図３
は、伝播時間の変化と平均処理の関係を示す図であり、
図３は平均回数が２回の場合を示しているが、平均回数
が更に多いと、より伝播時間の変化割合は増えてしまう
ため、より透過信号が小さくなる。これを避けるため、
平均後の透過信号が小さくならない範囲に設定する。こ
こで、Ｓ／Ｎ比を最大にする平均回数は次のように定め
られる。

【００２２】透過信号を周波数ｆの正弦波とし、透過信
号の単位時間あたりの伝播時間変化率をτ（=(t2-t1)/
T）、パルス繰り返し周波数をＰＲＦ（=1/Tprf ）、平
均回数をＮとすると、加算平均後の透過信号の振幅Ｘｓ
は下記の（２）式で表される。

【００２３】

【数２】

【００２４】又、ノイズの振幅Ｘｎは下記の（３）式で
表される。

【００２５】

【数３】

【００２６】よって、平均後のＳ／Ｎ比改善量αとして
下記の（４）式が得られる。

【００２７】

【数４】

【００２８】そこで、これらの式に基づいて最大の平均
回数を求めれば良い。従って、これを超えない範囲で平
均回数を設定することで、最大のＳ／Ｎ改善を得るよう
にする。

【００２９】以上、個々のＳ／Ｎ改善方法について説明
したが、１番目の「表層冷却によるＳ／Ｎ改善」は電磁
超音波の発生原理を利用したもの、２番目の「バースト
波によるＳ／Ｎ改善」は送信信号とノイズとの相関を利
用したもの、３番目の「加算平均によるＳ／Ｎ改善」は
ノイズの時間ランダム性を利用したものであり、これら
のＳ／Ｎ改善効果は全て異なる原理で得ている。従っ
て、Ｓ／Ｎ改善量は加算されていくこととなり大きなＳ
／Ｎ改善量が得られることになる。

【００３０】これらのＳ／Ｎ改善方法や送信信号の高出
力化方法を適宜組み合わせていくと、ある段階で電磁超
音波センサにタッチロールを付けて鋳片に接触させるよ
うなことをしなくても構わないほど、リフトオフを広く
取ることができるようになる。従来技術では、リフトオ
フはせいぜい２ｍｍであり、本発明者等が知る限り、現
実に、完全非接触で且つ連続的に連続鋳造鋳片の凝固状
態を判定できるシステムは存在しない。しかし、上記し
たＳ／Ｎ改善方法同士、あるいはＳ／Ｎ改善方法と送信
信号の高出力化方法を組み合わせることで、従来は不可
能であった完全非接触且つ連続的な連続鋳造鋳片の凝固
状態判定を現実に可能なものとすることができる。

【００３１】このようにしてクレータエンド位置を的確
に且つ安定して検出することが可能になると、鋳片に対
して圧下が可能な軽圧下帯の位置を、検出したクレータ
エンド位置に応じて変更し、この軽圧下帯を用いて鋳片
を圧下することにより、鋳造の初期や末期の等の非定常
部を含めて鋳片の大部分を軽圧下することができる。

【００３２】次に、鋳片中心部のポロシティや層状の空
隙と製品欠陥との関係について説明する。

【００３３】溶鋼は凝固時に体積収縮するが、この最終
凝固部への残溶鋼の供給が途絶えることにより、鋳片中
心部にポロシティや層状の空隙が生成する。取鍋交換時
等の非定常鋳造時や何らかのトラブル等による鋳造速度
の変更若しくは二次冷却水量の変更により、鋳造方向各
部位の冷却強度が均一にならず、クレータエンド位置よ
りも上流側部位の凝固速度が早くなる場合が発生する。
この場合には、クレータエンド位置よりも鋳造方向上流
側の方が先に凝固が完了して、その下流側への残溶鋼の
供給が途絶え、鋳片中心部にポロシティや層状の空隙が
生ずる。そして、この部位がたまたまガス切断位置に対
応する場合には、鋳片切断面に空隙が現出して、製品に
おける欠陥となり歩留まりを低下させる。

【００３４】上記のような残溶鋼の供給が途絶える場合
には、クレータエンド位置が上流側に急激に移動する。
従って、クレータエンド位置の鋳造方向の変化量を監視
して、クレータエンド位置が急激に変動する部位を外し
て鋳片を切断すれば、前述したポロシティや層状の空隙
は鋳片切断面に現出せず、次工程の熱間圧延で圧着し、
歩留まりを低下させることがないとの知見が得られた。

【００３５】本発明は上記検討結果に基づきなされたも
ので、第１の発明による連続鋳造鋳片の製造方法は、連
続鋳造鋳片の表層部が相変態するまで鋳片を冷却する冷
却手段と、冷却手段にて冷却された鋳片に対し、鋳片と
非接触状態にある横波用の送信用電磁超音波センサによ
って送信信号としての横波超音波を送信する送信手段
と、送信信号が鋳片を透過した透過信号を、鋳片と非接
触状態にある横波用の受信用電磁超音波センサによって
受信する受信手段と、受信手段において受信した受信信
号に基づき鋳片の凝固状態を判定する判定手段と、を有
し、鋳片に対して電磁超音波の横波を透過させることに
よりその凝固状態を判定する凝固状態判定装置を用いて
鋳片鋳造方向の複数箇所で鋳片のクレータエンド位置を
検出し、求めたクレータエンド位置が予め設定されてい
る基準位置となるように鋳造速度又は二次冷却水量を変
化させながら鋳造することを特徴とするものである。

【００３６】第２の発明による連続鋳造鋳片の製造方法
は、電磁超音波が連続鋳造鋳片を透過する伝播時間を超
えない時間の最大数に対し、その５０％から１５０％の
範囲に設定されたパルス幅内で、周波数、振幅若しくは
位相の何れか、又はこれらの任意の組み合せにより変調
したバースト状の送信信号を、鋳片と非接触状態にある
横波用の送信用電磁超音波センサによって送信する送信
手段と、送信信号が鋳片を透過した透過信号を、鋳片と
非接触状態にある横波用の受信用電磁超音波センサによ
って受信する受信手段と、受信手段において受信した受
信信号に対し、送信信号と同一又は類似の波形の参照信
号を用いて相関演算を行い、鋳片の凝固状態を判定する
判定手段と、を有し、鋳片に対して電磁超音波の横波を
透過させることによりその凝固状態を判定する凝固状態
判定装置を用いて鋳片鋳造方向の複数箇所で鋳片のクレ
ータエンド位置を検出し、求めたクレータエンド位置が
予め設定されている基準位置となるように鋳造速度又は
二次冷却水量を変化させながら鋳造することを特徴とす
るものである。

【００３７】第３の発明による連続鋳造鋳片の製造方法
は、連続鋳造鋳片に対し、鋳片と非接触状態にある横波
用の送信用電磁超音波センサによって送信信号としての
横波超音波をパルス単位で繰り返し送信する送信手段
と、送信信号が鋳片を透過した透過信号を、鋳片と非接
触状態にある横波用の受信用電磁超音波センサによって
受信する受信手段と、受信手段で受信された受信信号に
おける各パルスを加算平均すると共に、その加算平均回
数を１６回以上、且つ、信号伝播時間の変化がパルス加
算による信号強度の相殺低下を生じさせない程度の時間
幅に相当するパルス回数以下として信号処理し、この信
号処理結果に基づいて鋳片の凝固状態を判定する判定手
段と、を有し、鋳片に対して電磁超音波の横波を透過さ
せることによりその凝固状態を判定する凝固状態判定装
置を用いて鋳片鋳造方向の複数箇所で鋳片のクレータエ
ンド位置を検出し、求めたクレータエンド位置が予め設
定されている基準位置となるように鋳造速度又は二次冷
却水量を変化させながら鋳造することを特徴とするもの
である。

【００３８】第４の発明による連続鋳造鋳片の製造方法
は、第１の発明ないし第３の発明の何れかにおいて、前
記クレータエンドの基準位置を、鋳片に対して軽圧下が
可能な軽圧下帯の範囲内に設定することを特徴とするも
のである。

【００３９】第５の発明による連続鋳造鋳片の製造方法
は、送信信号としての横波超音波を送信する送信用電磁
超音波センサと、送信信号が鋳片を透過した透過信号を
受信する受信用電磁超音波センサと、を有し、鋳片に対
して電磁超音波の横波を透過させることによりその凝固
状態を判定する凝固状態判定装置を用いて鋳片鋳造方向
の複数箇所で鋳片のクレータエンド位置を検出し、検出
したクレータエンド位置に対応して、鋳片に対して圧下
が可能な軽圧下帯の位置を変更し、この軽圧下帯により
鋳片を圧下しつつ鋳造することを特徴とするものであ
る。

【００４０】第６の発明による連続鋳造鋳片の製造方法
は、送信信号としての横波超音波を送信する送信用電磁
超音波センサと、送信信号が鋳片を透過した透過信号を
受信する受信用電磁超音波センサと、を有し、鋳片に対
して電磁超音波の横波を透過させることによりその凝固
状態を判定する凝固状態判定装置を用いて鋳片鋳造方向
の複数箇所で鋳片のクレータエンド位置を検出し、検出
したクレータエンド位置の鋳造方向での変化量に基づき
鋳片の切断位置を変更することを特徴とするものであ
る。

【００４１】第７の発明による連続鋳造鋳片の製造方法
は、第１の発明ないし第６の発明の何れかにおいて、前
記送信用電磁超音波センサ及び受信用電磁超音波センサ
は、鋳片幅方向に移動して、鋳片幅方向全体でクレータ
エンド位置を検出できることを特徴とするものである。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を説明する。図４及び図５は本発明の実施
の形態を示す図であって、図４は本発明を実施したスラ
ブ連続鋳造機の概略図、図５は本発明で用いた凝固状態
判定装置の１例を示す構成図である。

【００４３】図４に示すように、連続鋳造機３１には、
溶鋼を注入して凝固させるための鋳型２２が設置されて
おり、この鋳型２２の下方には、対向する一対のロール
を１組として複数組の鋳片支持ロール２が設置されてい
る。そして、鋳片支持ロール２の下流側には、複数本の
搬送ロール２９と、搬送ロール２９の上方に位置して鋳
片１の鋳造速度と同調するガス切断機３０とが設置され
ている。又、鋳片支持ロール２には、鋳型２２の直下か
ら下流側に向かって、第１冷却ゾーン２４ａ、２４ｂ、
第２冷却ゾーン２５ａ、２５ｂ、第３冷却ゾーン２６
ａ、２６ｂ、及び、第４冷却ゾーン２７ａ、２７ｂの合
計８つに分割された冷却ゾーンからなる二次冷却帯２３
が設置されている。

【００４４】二次冷却帯２３の各冷却ゾーンには、エア
ーミストスプレー用又は水スプレー用の複数個のスプレ
ーノズル（図示せず）が設置されており、スプレーノズ
ルから鋳片１の表面に二次冷却水が噴霧される。尚、各
冷却ゾーンにおいて、連続鋳造機３１の反基準面側（上
面側）の冷却ゾーンをａで表示し、基準面側（下面側）
の冷却ゾーンをｂで表示している。又、冷却ゾーンの設
置数は図４では合計８であるが、連続鋳造機３１の長さ
等に応じて幾つに分割しても良い。

【００４５】鋳片支持ロール２のうちの一部は、対向す
るロール間の間隔（「ロール間隔」と云う）が鋳片１の
鋳造方向下流側に向かって徐々に狭くなるように設定さ
れ、鋳片１に対して圧下力を付与することの可能な支持
ロール２の群、即ち、軽圧下帯２８が設置されている。
凝固末期の鋳片１を圧下することにより、凝固収縮に基
づく濃化溶鋼の流動を抑えて、中心偏析を改善すること
ができる。

【００４６】鋳片支持ロール２のロール間隔は、油圧や
電動機による遠隔操作により鋳造中であっても変更可能
であり、従って、図４では連続鋳造機３１の水平部に軽
圧下帯２８が設置されているが、鋳片支持ロール２の設
置されている範囲であればどこであっても、例えば湾曲
部であっても軽圧下帯２８とすることができる。即ち、
軽圧下帯２８は、鋳片１のクレータエンド７ａに応じて
鋳造方向上流側又は下流側へ移動させることができるよ
うになっている。

【００４７】この複数対の鋳片支持ロール２からなる軽
圧下帯２８におけるロール間隔の勾配は、鋳片１の圧下
速度が０．６〜１．５ｍｍ／ｍｉｎの範囲になる程度に
設定すれば良い。圧下速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ未満で
は、偏析を軽減する効果が少なく、一方、圧下速度が
１．５ｍｍ／ｍｉｎを越えると、濃化溶鋼が鋳造方向と
は逆方向に絞り出され、鋳片中心部には負偏析が生成さ
れる虞があるからである。又、総圧下量は２〜６ｍｍで
十分である。

【００４８】二次冷却帯２３の下流側の鋳片支持ロール
２の間隙には、鋳片１のクレータエンド７ａの位置を検
出する凝固状態判定装置の一部を構成する送信用横波電
磁超音波センサ３（３ａ，３ｂ）、及び受信用横波電磁
超音波センサ４（４ａ，４ｂ）が鋳造方向に３箇所設置
されている。図４では、送信用横波電磁超音波センサ３
及び受信用横波電磁超音波センサ４が３箇所に設置され
ているが、設置数は３に限る訳ではなく、２以上であれ
ば幾つでも良い。

【００４９】次に、図５に基づき本発明で用いた凝固状
態判定装置を説明する。図５において、内部に未凝固層
７を有する鋳片１を鋳片支持ロール２が挟みこみ、鋳片
１は図中右側へ引き抜かれている。未凝固層７の先端が
クレータエンド７ａである。そして、対向配置させた送
信用横波電磁超音波センサ３及び受信用横波電磁超音波
センサ４の上流側には、隣り合う鋳片支持ロール２の間
隙に水冷用ノズル５が設置されており、水冷用ノズル５
は鋳片１の表層部に対して水を放出して冷却し、その所
定領域６をγ相からα相へ変態させている。水冷用ノズ
ル５を二次冷却用スプレーノズルが兼ねることができ
る。

【００５０】凝固状態判定装置は、鋳片１をα相変態し
た位置で挟んで対向配置させた送信用横波電磁超音波セ
ンサ３及び受信用横波電磁超音波センサ４からなるセン
サ部と、送信用横波電磁超音波センサ３に送信信号を出
力する送信出力系８，９（１４，１５），１６と、受信
用横波電磁超音波センサ４にて受信した受信信号を処理
する受信処理系１０，１１，１２，１３，１７とからな
っている。送信用横波電磁超音波センサ３及び受信用横
波電磁超音波センサ４は、鋳片１の幅方向に移動可能な
取り付け架台（図示せず）に取り付けられており、同調
して移動することにより鋳片１の幅全体で検出できる構
成となっている。鋳片幅方向に移動可能であるので、ク
レータエンド７ａの鋳片幅方向の状況も把握することが
できる。

【００５１】送信用横波電磁超音波センサ３は、送信信
号を横波の電磁超音波として発信し、鋳片１を透過した
電磁超音波の透過信号を受信用横波電磁超音波センサ４
が受信する。この受信信号を処理することによりクレー
タエンドの位置検出が行われる。尚、図５においては、
電磁超音波センサ３，４の位置では鋳片１の内部が完全
に凝固しており、クレータエンド７ａはセンサ部の上流
側にある。

【００５２】又、送信出力系は、送信信号のトリガー信
号発生部８と、送信信号発生部９と、バースト波のパル
ス幅を設定するパルス幅設定部１６とから構成される。
送信信号発生部９は、更にトリガー信号に基づいて設定
されたパルス幅のバースト波を発生するバースト波発生
部１４と、発生したバースト波を増幅して送信信号とし
てセンサ３に出力する電力増幅部１５とからなってい
る。

【００５３】一方、受信処理系は、受信信号の増幅部１
０、同期加算平均部１２、平均回数設定部１３、相関処
理部１７、及び、受信信号から透過信号を抽出して凝固
状態を判定する評価部１１とから構成されている。

【００５４】次に、以上のように構成された凝固状態判
定装置の動作について説明する。

【００５５】トリガー信号発生部８から送信のタイミン
グ信号が出ると、バースト波発生部１４は、周波数、振
幅若しくは位相の何れか又はこれらの任意の組み合せに
より変調したバースト状の送信信号を発生する。ここ
で、パルス幅はパルス幅設定部１６にて指定された値と
する。送信信号は電力増幅部１５で増幅され、送信用横
波電磁超音波センサ３に印加される。

【００５６】図６は電磁超音波センサ３，４の構造例を
示す図である。同図に示すように、送信用横波電磁超音
波センサ３はコイル１９を備えており、鋳片１の表層部
でα相に変態している所定領域６に、送信信号による高
周波の振動磁場Ｂｖを鋳片１の表面に平行な方向に加え
る。この結果、鋳片１の表面に平行な応力が磁歪によっ
てかかるため、せん断波即ち横波が発生することにな
る。尚、ここで送信用横波電磁超音波センサ３は垂直方
向に磁極を持つ磁石２０も備えているが、これは静磁場
Ｂｓにより磁歪の効果を増すために用いられる。この磁
石は永久磁石でも電磁石でも良い。

【００５７】このようにして、発生した横波超音波は鋳
片１を透過し、送信とは反対側の表面に到達する。こち
ら側には、図６と同様に受信用横波電磁超音波センサ４
が対向しており、鋳片１の表層部でα相に変態している
所定領域６に、磁石２０により静磁場Ｂｓがかけられて
いる。ここに横波が到達すると、磁歪の逆効果として、
この部分の透磁率が変化する。この結果、受信用横波電
磁超音波センサ４のコイルを横切る磁束Ｂｓが高周波で
振動的に変化するため、電磁誘導によってセンサコイル
１９に電圧が発生し、受信信号が得られる。

【００５８】この受信信号は増幅部１０で増幅された
後、同期加算平均部１２に入力され、平均回数設定部１
３により設定された回数だけ平均化される。同期加算平
均部１２は種々の方法で実施可能だが、ここでは、Ａ／
Ｄ変換を行って数値化し、トリガー発生部８の信号に同
期して計算機によって平均化するようにした。演算式と
して下記の（５）式等を適用することができる。但し
（５）式において、ｘi(j)は入力信号、ｙi(j)は出力信
号、Ｎは平均回数、ｉはパルス繰り返し、ｎは一探傷信
号のデータ点数であり、−∞≦ｉ≦∞、０≦ｊ≦ｎ−１
である。

【００５９】

【数５】

【００６０】平均された受信信号は、相関処理部１７に
入力される。ここでは、既に数値化されているので、更
に計算を行うことが相関処理部１７の役割となる。相関
処理は下記の（６）式で実施することができる。但し
（６）式において、ｘi(j)は入力信号、ｙi(j)は出力信
号、Ｃ(j)は参照信号、Ｎｃは参照信号の点数、ｉはパ
ルス繰り返し、ｎは一探傷信号のデータ点数であり、−
∞≦ｉ≦∞、０≦ｊ≦ｎ−１である。尚、直接（６）式
を計算しないで、入力信号をＦＦＴしたものと参照信号
をＦＦＴしたものの共役とを乗算し、その結果を逆ＦＦ
Ｔして出力を得るのが最も高速に処理できるため有用で
ある。

【００６１】

【数６】

【００６２】バースト波発生部１４は、周波数、振幅若
しくは位相の何れか、又はこれらの任意の組み合せによ
り変調したバースト状の送信信号を発生するが、変調方
式はどの方式でも良い。変調方式の一例として、周波数
変調であるチャープ波の例を下記の（７）式で示す。但
し（７）式において、ｆｃはチャープ波の中心周波数、
Ｂｗはチャープ波の周波数掃引幅、Ｔｗはチャープ波の
パルス幅であり、０≦ｔ≦Ｔｗである。

【００６３】

【数７】

【００６４】チャープ波は自己相関関数が鋭い性質を持
つ波形である。鋳片１を透過してきた受信信号の波形
は、送信信号と相似であるから、相関処理部１７を通過
した受信信号は、送信信号のパルス幅より短くなるパル
ス圧縮効果が得られ、パルス幅の短い鋭い波形となる。
これは、評価部１１で凝固状態の判定を行う際に以下の
点で有用である。一つ目は、透過信号の強度を求める
際、透過信号の時間帯だけにゲートをかけて、その中の
最大値を求めれば良いが、パルス幅の短い鋭い波形だと
ゲートの幅を狭くできるので、余分なノイズを拾わなく
なる。二つ目は、透過信号の伝播時間を求める際、短い
パルスだと時間の精度が高くなり、より精度良い鋳片１
の凝固状態判定ができるようになる。

【００６５】以上のようにして、相関処理の出力を得
て、評価部１１で凝固状態の判定を行う。これも計算で
実施できるので、同期加算平均部１２、相関処理部１
７、評価部１１は一つあるいは複数の計算機で実施でき
る。

【００６６】尚、本実施の形態においては、「表層冷却
によるＳ／Ｎ改善」、「バースト波によるＳ／Ｎ改善」
及び「加算平均によるＳ／Ｎ改善」の全てを組み合わせ
た場合について説明したが、これら全てを組み合さなく
てもセンサの非接触化を実現できる場合がある。具体的
には、完全に非接触で計測可能なリフトオフ改善量とし
ては従来技術（１〜２ｍｍ）より望ましくは＋７ｍｍ以
上あれば良いが、＋４ｍｍ以上でも可能である。そこ
で、センサのリフトオフ特性がおよそ−４ｄＢ／ｍｍで
あることを考慮すると、従来に比べて１６ｄＢ以上のＳ
／Ｎ改善があればセンサ〜鋳片間を非接触とすることが
可能である。従って、従来に比べて１６ｄＢ以上のＳ／
Ｎ改善が期待できるように、「表層冷却によるＳ／Ｎ改
善」、「バースト波によるＳ／Ｎ改善」及び「加算平均
によるＳ／Ｎ改善」を適宜組み合わせることが可能であ
る。

【００６７】このようにして連続鋳造機３１が構成され
ている。このような構成の連続鋳造機３１において、本
発明による連続鋳造鋳片の製造方法を以下のようにして
実施する。

【００６８】浸漬ノズル（図示せず）を介して鋳型２２
内に溶鋼を鋳造する。鋳型２２内に鋳造された溶鋼は鋳
型２２内で冷却されて凝固殻２１を形成し、内部に未凝
固層７を有する鋳片１として、鋳片支持ロール２に支持
されつつ下方に連続的に引き抜かれる。鋳片１は鋳片支
持ロール２を通過する間、二次冷却帯２３で冷却され、
凝固殻２１の厚みを増大して、やがて中心部までの凝固
を完了する。その際に、凝固状態判定装置によりクレー
タエンド７ａの位置を検出する。

【００６９】鋳片１の中心偏析を低減するために鋳片１
に対して軽圧下を施す場合には、以下の２通りの方法で
対処することができる。

【００７０】１つの方法は、軽圧下帯２８の設置位置を
固定しておき、クレータエンド７ａを軽圧下帯２８内に
制御する方法である。図４に示す位置に軽圧下帯２８が
設置されていることを前提として、この場合について説
明する。この場合には、クレータエンド７ａ位置を軽圧
下帯２８内に制御する必要があり、従って、クレータエ
ンド７ａの基準位置を軽圧下帯２８内に設定して、送信
用横波電磁超音波センサ３，３ａ及び受信用横波電磁超
音波センサ４，４ａを用いてクレータエンド７ａ位置を
制御する。

【００７１】具体的には、受信用横波電磁超音波センサ
４で送信用横波電磁超音波センサ３による送信信号が検
出されたなら、鋳造速度を上昇させる若しくは二次冷却
水量を減少させ、クレータエンド位置を鋳造方向下流側
に延ばし、一方、受信用横波電磁超音波センサ４ａで送
信用横波電磁超音波センサ３ａによる送信信号が検出さ
れたなら、鋳造速度を低下させる若しくは二次冷却水量
を増加させ、クレータエンド７ａ位置を鋳造方向上流側
に向かわせる。このように制御して、受信用横波電磁超
音波センサ４では送信用横波電磁超音波センサ３による
送信信号が検出されず、受信用横波電磁超音波センサ４
ａでは送信用横波電磁超音波センサ３ａによる送信信号
が検出されるように、鋳造速度若しくは二次冷却水量を
調整する。このようにすることで、クレータエンド７ａ
位置が軽圧下帯２８内に制御され、中心偏析の少ない鋳
片１を得ることができる。

【００７２】軽圧下を施す他の方法は、検出されたクレ
ータエンド７ａ位置に応じて軽圧下帯２８を鋳造方向で
移動させ、クレータエンド７ａを軽圧下帯２８内に制御
する方法である。この場合には、送信用横波電磁超音波
センサ３，３ａ，３ｂ及び受信用横波電磁超音波センサ
４，４ａ，４ｂによりクレータエンド７ａ位置を検出
し、検出したクレータエンド７ａ位置が軽圧下帯２８内
に存在するように、上述した遠隔操作により軽圧下帯２
８の設定位置を変更する。この場合、鋳造速度及び二次
冷却水量を調整しても良い。このようにすることで、非
定常域を含め大部分の鋳片１のクレータエンド７ａ位置
を軽圧下帯２８内に制御することが可能となり、鋳造開
始から鋳造終了まで一貫して中心偏析の少ない鋳片１を
得ることができる。

【００７３】又、連続鋳造機３１の生産性を最大限発揮
させる場合には、クレータエンド７ａ位置を連続鋳造機
３１の出側に位置させる必要があり、従って、クレータ
エンド位置７ａの基準位置を、例えば送信用横波電磁超
音波センサ３ａとセンサ３ｂとの間に設定し、受信用横
波電磁超音波センサ４ａで送信用横波電磁超音波センサ
３ａによる送信信号が検出されたなら、鋳造速度を上昇
させる若しくは二次冷却水量を減少させ、クレータエン
ド位置を鋳造方向下流側に延ばし、一方、受信用横波電
磁超音波センサ４ｂで送信用横波電磁超音波センサ３ｂ
による送信信号が検出されたなら、鋳造速度を低下させ
る若しくは二次冷却水量を増加させ、クレータエンド７
ａ位置を鋳造方向上流側に向かわせる。このように制御
して、受信用横波電磁超音波センサ４ａでは送信用横波
電磁超音波センサ３ａによる送信信号が検出されず、受
信用横波電磁超音波センサ４ｂでは送信用横波電磁超音
波センサ３ｂによる送信信号が検出されるように、鋳造
速度若しくは二次冷却水量を調整する。このようにする
ことで、クレータエンド７ａ位置が連続鋳造機３１の出
側に制御され、連続鋳造機３１の生産性を高めることが
できる。

【００７４】このようにして、送信用横波電磁超音波セ
ンサ３，３ａ，３ｂ及び受信用横波電磁超音波センサ
４，４ａ，４ｂを用いてクレータエンド７ａ位置を連続
的に検出している際に、クレータエンド７ａ位置が鋳造
方向で大幅に変化した場合には、その部位をプロセスコ
ンピュータ（図示せず）に記憶させ、ガス切断機３０に
よる切断位置と当該部位とを対比させ、当該部位が切断
位置に該当する場合には、この部位を外して鋳造中の鋳
片１をガス切断機３０により切断して鋳片１ａを得る。
このようにすることで、鋳片１の中心部に生成されるポ
ロシティや層状の空隙が鋳片１の切断面に現出せず、次
工程の熱間圧延で圧着し、ポロシティや層状の空隙によ
る歩留まり低下を未然に防止することができる。この場
合、クレータエンド７ａ位置の鋳造方向の変動量が０．
５ｍ／ｍｉｎ以上となったなら、切断位置を変更した方
が良い。

【００７５】尚、クレータエンド７ａが電磁超音波セン
サ３（３ａ，３ｂ）の設置位置を通過する直前の伝播時
間（以後、Δtcとする）を記憶するようにすると、次の
ような制御方法も可能となる。即ち、電磁超音波センサ
３（３ａ，３ｂ）の設置位置にクレータエンド７ａが近
づいてくると、鋳片温度が高くなってくるので、伝播時
間が長くなる。そこで、伝播時間を連続的に計測し、こ
の伝播時間がΔtcに近づいてきたら、クレータエンド７
ａが電磁超音波センサ３（３ａ，３ｂ）の設置位置に近
づいてきたことを予測することができ、一方、伝播時間
がΔtcから短い側に遠ざかっていったら、クレータエン
ド７ａが電磁超音波センサ３（３ａ，３ｂ）の設置位置
から遠ざかったことを予測することができ、従って、こ
れに応じて鋳造速度若しくは二次冷却水量を調整するこ
とができる。このようにすると、より一層クレータエン
ド７ａの位置を所定の位置に保つことが可能となる。

【００７６】

【実施例】図４及び図５に示すスラブ連続鋳造機を用
い、軽圧下帯を固定し、中心偏析低減のために軽圧下帯
内にクレータエンド位置を制御すべく、厚みが２５０ｍ
ｍ、幅が１６００ｍｍのＡｌキルド炭素鋼鋳片を鋳造し
た。この場合、鋳造開始時の鋳造速度は、伝熱計算によ
りクレータエンド位置を算出し、算出したクレータエン
ド位置が軽圧下帯内となる鋳造速度とした。又、凝固状
態判定装置の各部の設定値は以下のようにした。

【００７７】１．表層冷却によるＳ／Ｎ改善：鋳片の表
層部を相変態させる条件は次のようにした。ここでは、
センサ手前の鋳片の表面温度は９００℃で、水冷用ノズ
ルの水量は−２０℃／ｓの冷速が得られる量とした。被
測定材の連続冷却変態線図（ＣＣＴ）は図７のようであ
ったため、冷却速度が−２０℃／ｓの時の変態開始温度
（曲線ａ）は約６２０℃となる。図１で説明した磁歪の
効果を得るためには、変態開始よりも温度を下げて変態
終了温度（曲線ｂ）に近づければ良いので、表層部が６
２０℃以下となるようにした。この場合、下げれば下げ
るほど効果は大きくなるため、表面割れ等が発生しない
ように、品質上の制約から温度を決めれば良い。ここで
は、表層の温度を６００℃まで冷やすとすると、３００
℃低下させれば良い。従って、α相への冷却ゾーン長を
３００℃÷２０℃／ｓ×４０ｍｍ／ｓ＝６００ｍｍとし
た。

【００７８】以上の条件で、実際に透過信号のＳ／Ｎを
測定すると、冷却しないでローレンツ力で電磁超音波を
発生させた場合に比較して、冷却して相変態させ磁歪で
電磁超音波を発生させた場合は１０ｄＢのＳ／Ｎ改善効
果があった。尚、電磁超音波の周波数を考慮し、振動磁
場の浸透深さ程度までが相変態開始するように冷却する
とより感度を高くすることができる。

【００７９】２．バースト波によるＳ／Ｎ改善：送信信
号は次のようにした。透過信号は、送信後、図２に示す
ように伝播時間分だけ遅れた位置に現れる。従って、送
信信号の漏れ込みが透過信号に重ならないように、この
伝播時間より送信信号のパルス幅を短くすれば良い。こ
こで伝播時間は、鋳片厚み、鋳片温度、音速とから決定
される。音速は鋳片温度（Ｔ）と鋼種に依存し、横波で
炭素鋼の場合、概略３０００−０．６５Ｔ（ｍ／ｓ）で
ある。即ち鋳片温度（Ｔ）が低いほど音速は速くなり、
伝播時間は短くなる。

【００８０】従って、適用しようとする測定位置におい
て、鋳片の温度が最も低くなる場合が最も伝播時間が短
くなる場合であるから、この時の伝播時間が最大数であ
る。そこで、送信信号のパルス幅はこの値の近傍に設定
すれば良いことになる。本発明は鋳片の凝固状態を判定
するために使うので、鋳片の温度が最も低くなる場合と
は、軸心の温度で１１００℃程度、平均温度で１０００
℃程度と考えれば良い。

【００８１】パルス幅の許容範囲は以下のように決めら
れる。Ｓ／Ｎはパルス幅の１／２乗にほぼ比例するた
め、パルス幅を１／２位に短くすると６ｄＢ近く低下し
て効果が少なくなってしまう。一方、長すぎると透過信
号に重なってしまうようになるが、波形の両端は、セン
サや増幅器の特性により多少振幅が小さくなるため、パ
ルス幅は上記最大値の１．５倍位まで許容できる。この
ため、Ｓ／Ｎ向上効果の出るパルス幅の範囲としては最
大数の５０%以上、１５０%以下が望ましく、最適な範囲
としては８０%以上、１２０%以下が望ましい。

【００８２】表１に、厚みが２００ｍｍ、２５０ｍｍ、
３００ｍｍの鋳片について定めた送信信号の最適なパル
ス幅を示す。ここでは最低の温度を平均温度で１０００
℃とし、その時の音速は２３５０ｍ／ｓとした。

【００８３】

【表１】

【００８４】尚、送信信号の漏洩信号が大きい場合、漏
洩信号により受信アンプが飽和し、いわゆる追い込み現
象によりしばらくの時間不感帯になる場合がある。従っ
て、追い込みがある場合は、上表の値からこの追い込み
時間を引いた値にパルス幅を設定すれば良い。

【００８５】表１のうちで、鋳片厚み２５０ｍｍ、パル
ス幅１００μｓ、周波数１００ｋHzの場合について、実
際に透過信号のＳ／Ｎを測定すると、１００ｋHzの１波
のsin波に比較して、１２ｄＢのＳ／Ｎ改善効果があっ
た。従って、上記のパルス幅の範囲に設定することで最
低６ｄＢのＳ／Ｎ改善効果が得られた。

【００８６】３．加算平均によるＳ／Ｎ改善：同期加算
平均の平均回数は次のようにした。鋳造中の温度変化に
よる伝播時間の変化率が大きい場合ほど、図３に示すよ
うに、平均化によって透過信号が小さくなってしまう可
能性がある。そこで、伝播時間の変化率について様々な
実験を繰り返した結果、同変化率がかなり大きくなる場
合においては０．０３μｓ／ｓ〜０．３μｓ／ｓ程度で
あった。そこで、この値をパラメータとし、超音波の周
波数１００ｋHz、パルス繰り返し周波数１００Hzの場合
の場合について、（２）式に基づいて平均回数と透過信
号の振幅の関係を求めると図８のようになった。

【００８７】同図によれば、単位時間あたりの伝播時間
の変化率τが最も早い０．３μｓ／ｓの時に平均回数２
５６回程度までなら、振幅の低下はほとんどないことか
ら、この場合は、平均回数の最大数は２５６と定められ
る。この時のＳ／Ｎ改善効果は（４）式のように平均回
数の１／２乗に比例するので２４ｄＢが得られた。尚、
上記最大数の算出に当たっては、透過信号強度の低下が
１ｄＢ前後であれば振幅の低下がほとんどないことを基
準にしている。即ち「伝播時間の変化率τが０．３μｓ
／ｓの時に平均回数の最大数２５６回」と云う値は、透
過信号強度の低下１ｄＢの場合である。伝播時間の変化
率τが他の値となる場合にも、同様な基準により平均回
数の最大数が算出される。

【００８８】又、平均回数が少ないとＳ／Ｎ向上効果は
少なくなるので、効果の出る範囲としては１６回以上が
望ましい。この場合、＋１２ｄＢの効果がある。反対に
平均回数が多すぎると図３のように振幅が小さくなるた
め、上記最大数の２倍程度以内が望ましい。最適な範囲
としては上記最大数の５０%以上、２００%以下が適当で
ある。尚、（２）式から明らかなように、超音波の周波
数やパルス繰り返し周波数を変更する場合は、τを比例
させて変化させた点で図８を読むことで、図８から平均
回数と透過信号の振幅の関係を求めることができる。

【００８９】以上に説明した３種類の効果は前述したよ
うに全て独立のため、これらを全て組み合わせることに
より、１０＋６＋１２＝２８ｄＢのＳ／Ｎ改善効果が得
られた。電磁超音波センサのリフトオフ感度特性は−４
ｄＢ／ｍｍ程度であるため、２８／４＝＋７ｍｍリフト
オフを広くすることができるようになった。

【００９０】このように設定した凝固状態判定装置を用
いてクレータエンド位置を検出し、受信用横波電磁超音
波センサ４で送信用横波電磁超音波センサ３による送信
信号が検出されたなら、鋳造速度を上昇させる若しくは
二次冷却水量を減少させ、一方、受信用横波電磁超音波
センサ４ａで送信用横波電磁超音波センサ３ａによる送
信信号が検出されたなら、鋳造速度を低下させる若しく
は二次冷却水量を増加させた。

【００９１】又、凝固状態判定装置によるクレータエン
ド位置の鋳造方向の変動量が０．５ｍ／ｍｉｎ以上とな
った部位はプロセスコンピュータにトラッキングし、こ
の部位がガス切断機による切断位置に該当した場合に
は、この部位から少なくとも１ｍ以上離れた部位で鋳片
を切断した。

【００９２】その結果、鋳片の中心偏析は大幅に改善さ
れ高品質の鋳片を製造することができ、且つ、ポロシテ
ィや層状の空隙が鋳片の切断面に現出せず、ポロシティ
や層状の空隙による歩留まり低下を防止することができ
た。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば、連続鋳造鋳片を製造す
る際に、鋳片の鋳造方向で変動するクレータエンド位置
を常に所定の位置に制御しながら鋳造することができ、
鋳片の中心偏析の低減、並びに、鋳造速度上限値までの
増速による生産性の向上等が可能となり、一方、クレー
タエンド位置が鋳造方向で大幅に変動した場合には、そ
の部位を外して鋳片を切断するので、鋳片中心部に生成
されるポロシティや層状の空隙による歩留まり低下を防
止することができ、工業上有益な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】横波電磁超音波の発生メカニズムを示す図であ
る。

【図２】送信信号と伝播時間の関係を示す図である。

【図３】伝播時間の変化と平均処理の関係を示す図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態を示す図で、本発明を実施
したスラブ連続鋳造機の概略図である。

【図５】本発明の実施の形態を示す図で、本発明で用い
た凝固状態判定装置の１例を示す構成図である。

【図６】本発明の実施の形態を示す図で、本発明で用い
た電磁超音波センサの構造例を示す図である。

【図７】被測定材料の連続冷却変態線図である。

【図８】平均回数と透過信号の振幅との関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 鋳片 ２ 鋳片支持ロール ３ 送信用横波電磁超音波センサ ４ 受信用横波電磁超音波センサ ５ 水冷用ノズル ６ 所定領域 ７ 未凝固層 ８ トリガー信号発生部 ９ 送信信号発生部 １０ 増幅部 １１ 評価部 １２ 同期加算平均部 １３ 平均回数設定部 １４ バースト波発生部 １５ 電力増幅部 １６ パルス幅設定部 １７ 相関処理部 １９ コイル ２０ 磁石 ２３ 二次冷却帯 ２８ 軽圧下帯 ３１ 連続鋳造機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 正之 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 堤 康一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 鈴木 真 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 2F068 AA04 AA13 BB23 CC00 DD03 FF04 FF12 FF25 GG04 HH02 JJ12 QQ25 4E004 MC05 MC18 NC01 TB07 TB09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造鋳片の表層部が相変態するまで
   鋳片を冷却する冷却手段と、冷却手段にて冷却された鋳
   片に対し、鋳片と非接触状態にある横波用の送信用電磁
   超音波センサによって送信信号としての横波超音波を送
   信する送信手段と、送信信号が鋳片を透過した透過信号
   を、鋳片と非接触状態にある横波用の受信用電磁超音波
   センサによって受信する受信手段と、受信手段において
   受信した受信信号に基づき鋳片の凝固状態を判定する判
   定手段と、を有し、鋳片に対して電磁超音波の横波を透
   過させることによりその凝固状態を判定する凝固状態判
   定装置を用いて鋳片鋳造方向の複数箇所で鋳片のクレー
   タエンド位置を検出し、求めたクレータエンド位置が予
   め設定されている基準位置となるように鋳造速度又は二
   次冷却水量を変化させながら鋳造することを特徴とする
   連続鋳造鋳片の製造方法。
2. 【請求項２】 電磁超音波が連続鋳造鋳片を透過する伝
   播時間を超えない時間の最大数に対し、その５０％から
   １５０％の範囲に設定されたパルス幅内で、周波数、振
   幅若しくは位相の何れか、又はこれらの任意の組み合せ
   により変調したバースト状の送信信号を、鋳片と非接触
   状態にある横波用の送信用電磁超音波センサによって送
   信する送信手段と、送信信号が鋳片を透過した透過信号
   を、鋳片と非接触状態にある横波用の受信用電磁超音波
   センサによって受信する受信手段と、受信手段において
   受信した受信信号に対し、送信信号と同一又は類似の波
   形の参照信号を用いて相関演算を行い、鋳片の凝固状態
   を判定する判定手段と、を有し、鋳片に対して電磁超音
   波の横波を透過させることによりその凝固状態を判定す
   る凝固状態判定装置を用いて鋳片鋳造方向の複数箇所で
   鋳片のクレータエンド位置を検出し、求めたクレータエ
   ンド位置が予め設定されている基準位置となるように鋳
   造速度又は二次冷却水量を変化させながら鋳造すること
   を特徴とする連続鋳造鋳片の製造方法。
3. 【請求項３】 連続鋳造鋳片に対し、鋳片と非接触状態
   にある横波用の送信用電磁超音波センサによって送信信
   号としての横波超音波をパルス単位で繰り返し送信する
   送信手段と、送信信号が鋳片を透過した透過信号を、鋳
   片と非接触状態にある横波用の受信用電磁超音波センサ
   によって受信する受信手段と、受信手段で受信された受
   信信号における各パルスを加算平均すると共に、その加
   算平均回数を１６回以上、且つ、信号伝播時間の変化が
   パルス加算による信号強度の相殺低下を生じさせない程
   度の時間幅に相当するパルス回数以下として信号処理
   し、この信号処理結果に基づいて鋳片の凝固状態を判定
   する判定手段と、を有し、鋳片に対して電磁超音波の横
   波を透過させることによりその凝固状態を判定する凝固
   状態判定装置を用いて鋳片鋳造方向の複数箇所で鋳片の
   クレータエンド位置を検出し、求めたクレータエンド位
   置が予め設定されている基準位置となるように鋳造速度
   又は二次冷却水量を変化させながら鋳造することを特徴
   とする連続鋳造鋳片の製造方法。
4. 【請求項４】 前記クレータエンドの基準位置を、鋳片
   に対して軽圧下が可能な軽圧下帯の範囲内に設定するこ
   とを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１つに
   記載の連続鋳造鋳片の製造方法。
5. 【請求項５】 送信信号としての横波超音波を送信する
   送信用電磁超音波センサと、送信信号が鋳片を透過した
   透過信号を受信する受信用電磁超音波センサと、を有
   し、鋳片に対して電磁超音波の横波を透過させることに
   よりその凝固状態を判定する凝固状態判定装置を用いて
   鋳片鋳造方向の複数箇所で鋳片のクレータエンド位置を
   検出し、検出したクレータエンド位置に対応して、鋳片
   に対して圧下が可能な軽圧下帯の位置を変更し、この軽
   圧下帯により鋳片を圧下しつつ鋳造することを特徴とす
   る連続鋳造鋳片の製造方法。
6. 【請求項６】 送信信号としての横波超音波を送信する
   送信用電磁超音波センサと、送信信号が鋳片を透過した
   透過信号を受信する受信用電磁超音波センサと、を有
   し、鋳片に対して電磁超音波の横波を透過させることに
   よりその凝固状態を判定する凝固状態判定装置を用いて
   鋳片鋳造方向の複数箇所で鋳片のクレータエンド位置を
   検出し、検出したクレータエンド位置の鋳造方向での変
   化量に基づき鋳片の切断位置を変更することを特徴とす
   る連続鋳造鋳片の製造方法。
7. 【請求項７】 前記送信用電磁超音波センサ及び受信用
   電磁超音波センサは、鋳片幅方向に移動して、鋳片幅方
   向全体でクレータエンド位置を検出できることを特徴と
   する請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の連続
   鋳造鋳片の製造方法。