JP2005262237A

JP2005262237A - 金属シートの製造装置と製造方法

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Publication number: JP2005262237A
Application number: JP2004074965A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Okada; 貴弘岡田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】アルミシートに代表されるように、冷却ローラ間に送込む直前まで筒状ガイド部材によって表面を覆っておく必要がある金属のシートを製造する際に、冷却ローラ間に送込む直前の金属の固相率を推定し、それに応じた制御をすることによって板厚を安定させることができる技術を提供する。
【解決手段】本発明で具現化される金属シートの製造装置は、間隙を隔てて対向する一対の冷却ローラと、半凝固状態に冷却された金属をスリットから前記間隙に向けて送出すダンディシュと、ダンディシュの外側から音波を加えてスリットから送出される金属を伝播する音速を計測するセンサと、計測された音速に基づいて冷却ローラの冷却能力を増減調整するコントローラとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属シートの製造技術に関する。詳しくは、一対の冷却ローラ間の間隙を半凝固状態の金属を通過させることによって、均一な板厚の金属シートを製造する技術に関する。

冷却ローラ間の間隙を半凝固状態の金属を通過させることによって、金属シートを製造する技術が開発されている。冷却ローラ間に送込まれる金属は半凝固状態であり、内部には固相と液相が混在している。冷却ローラ間に送込まれる金属の固相率（固相と液相の量比）が変化すると、冷却ローラから送出される金属シートの板厚が変化してしまう。
金属シートの板厚の変動を防ぐ技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、溶融した鉄を予備冷却装置で半凝固状態となるように冷却し、半凝固状態に冷却された鉄を冷却ローラ間に送込む。特許文献１の技術では、冷却ローラ間に送込まれる鉄の表面温度を計測し、その表面温度から固相率を推定計算する。そして計測された固相率が目標範囲に収まるように、予備冷却装置の冷却能力を増減調整する。この結果、冷却ローラ間に送込まれる鉄の固相率が安定し、冷却ローラから送出される鉄のシートの板厚が安定する。
特開２００１―７１１０２号公報

特許文献１の技術によると、冷却ローラ間に送込まれる鉄の固相率が安定し、冷却ローラから送出される鉄のシートの板厚が安定する。
しかしながら、特許文献１の技術を実施するためには、半凝固状態の金属の表面温度を検出しなければならない。金属の表面温度を検出するためには、金属表面が露出していなければならない。鉄の場合には、溶湯の粘性が高く、溶融状態や半凝固状態の鉄の表面が露出した状態で処理することができる。表面が露出していれば、放射温度計等を利用することによって鉄の表面温度を計測し、固相率を計算することができる。
しかしながら、例えばアルミ等の場合には、溶湯の粘性が低く、表面が露出した状態で搬送することが難しい。筒状ガイド部材によって案内しながら搬送しなければならない。またアルミは酸化しやすいために、冷却ローラ間に送込む直前まで筒状ガイド部材によって表面を覆っておく必要がある。
半凝固状態の金属が筒状ガイド部材によって案内されながら冷却ローラ間に送込まれる場合、半凝固状態の金属の表面温度を検出することができない。半凝固状態の金属の温度を検出することができなければ、固相率を推定計算することができない。
半凝固状態の金属が筒状ガイド部材によって案内されながら冷却ローラ間に送込まれる場合、筒状ガイド部材の内部に温度センサを設置することも難しい。半凝固状態の金属が温度センサに強い摩擦力を与えるために、その環境で使用できる温度センサを得ることができない。
冷却ローラ間に送込む直前まで筒状ガイド部材によって表面を覆っておく必要がある金属に対しては、特許文献１の技術が利用できない。ガイド部材によって外部から遮蔽されている半凝固状態の金属の温度を計測することができないために固相率を推定計算することができず、冷却ローラで冷却する半凝固状態の金属の固相率を安定させることができない。

本発明は上記の課題を解決する。アルミシートに代表されるように、冷却ローラ間に送込む直前まで筒状ガイド部材によって表面を覆っておく必要がある金属シートを製造する際に、冷却ローラ間に送込む直前の金属の固相率を推定し、それに応じた制御をすることによって板厚を安定させることができる技術を提供する。

本発明で具現化される金属シートの製造装置は、間隙を隔てて対向する一対の冷却ローラと、半凝固状態に冷却された金属をスリットから前記間隙に向けて送出すダンディシュと、ダンディシュの外側から音波を加えてスリットから送出される金属を伝播する音速を計測するセンサと、計測された音速に基づいて冷却ローラの冷却能力を増減調整するコントローラとを備える。

ダンディシュの外側から音波を加えると、その音波は半凝固状態の金属を伝播する。この伝播結果を観測すると、金属を伝播する音速を計測することができる。金属を伝播する音速は、金属の温度に依存して変動する特性を持ち、固相率に依存して変動する特性を持つ。半凝固状態の金属の固相率と音速の関係を予め把握しておけば、ダンディシュの外側から音波を加えることによって、ダンディシュのスリットから冷却ローラの間隙に向けて送出される半凝固状態の金属の固相率を知ることができる。

一定の板厚のシートを製造するためには、一対の冷却ローラ間を通過する半凝固状態の金属の固相率が一定範囲に調整されていることが必要である。計測された音速に基づいて冷却ローラの冷却能力を増減調整すると、このことが可能となる。音速が早くて固相率が高ければ冷却ローラの冷却能力を下げる。音速が遅くて固相率が低ければ冷却ローラの冷却能力を上げる。この結果、冷却ローラ間を通過する半凝固状態の金属の固相率が一定範囲に調整される。計測された音速に基づいて冷却ローラの冷却能力を増減調整しながら金属シートを製造すると、一定の板厚のシートを製造することが可能となる。

冷却ローラの圧延荷重を増減調整することが可能な場合には、計測された音速に基づいて冷却ローラの圧延荷重を増減調整するコントローラを設けることも有効である。
冷却ローラ間を通過する半凝固状態の金属の固相率が変動するのに対応して圧延荷重を増減調整すると、固相率の変動が圧延荷重の調整によって補償され、一定の板厚のシートを製造することが可能となる。

ダンディシュが、金属溶湯を受入れ、受入れた金属溶湯を半凝固状態に冷却し、半凝固状態に冷却された金属をスリットから冷却ローラ間の間隙に向けて送出す場合には、計測された音速に基づいてダンディシュの冷却能力を増減調整するコントローラを設けることも有効である。
これによって、冷却ローラ間に送出される半凝固状態の金属の固相率が目標固相率に向けてフィードバック制御され、冷却ローラ間に送出される金属の固相率が一定範囲内で安定する。冷却ローラ間に送出される金属の固相率が安定するため、冷却ローラから送出される金属シートの板厚が均一化される。

計測された音速に基づいて、冷却ローラの冷却能力、冷却ローラの圧延荷重、ダンディシュの冷却能力のいずれかを増減調整することによって、金属シートの板厚が均一化されるが、それらの２以上を組み合わせて増減調整することよって、金属シートの板厚はさらに均一化される
たとえば、冷却ローラの冷却能力とダンディシュの冷却能力を増減調整すれば、前者によってフィードフォワード制御が得られ後者によってフィードバック制御が得られ、非常に好ましい。

本発明は、金属シートの製造方法にも具現化される。本発明の製造方法では、ダンディシュのスリットから半凝固状態に冷却された金属を送出し、送出された半凝固状態の金属を一対の冷却ローラで冷却する工程と、ダンディシュのスリットから送出される金属を伝播する音速を計測する工程と、計測された音速に基づいて冷却ローラの冷却能力を増減調整する工程を実施する。
冷却ローラの冷却能力を増減調整するのに代えて、冷却ローラの圧延荷重を増減調整してもよい。あるいは両方を実施してもよい。
ダンディシュが、金属溶湯を受入れ、受入れた金属溶湯を冷却して半凝固状態にし、スリットから半凝固状態に冷却された金属を送出す場合には、計測された音速に基づいてダンディシュの冷却能力を増減調整する工程を実施してもよい。
本発明の方法によると、冷却ローラから送出される金属シートの板厚が均一化される。冷却ローラ間に送込む直前まで筒状ガイド部材によって表面を覆っておく必要がある金属を利用する場合でも、音速によって固相率を推定計算することから、冷却ローラ間に送出される金属の固相率を安定させることができる。

本願発明の金属シートの製造装置および製造方法によると、冷却ローラから送出される金属シートの板厚が波打つように変動したり、金属シート表面に縞状のシワが発生したりすることが防止され、板厚が均一で表面品質が安定した金属シートを製造することができる。

以下に本発明に係る金属シートの製造装置と製造方法を実施するための最良の形態を列記する。
（形態１）金属溶湯は、ダンディシュのスリットから送出されるまで大気に触れないよう覆われている。
（形態２）金属溶湯は、窒素ガスにて加圧されることによってダンディシュのスリットから押出される。

以下に本発明に係る金属シートの製造装置と製造方法の実施例を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施例）
図１は本発明に係る金属シートの製造装置２の概要を模式的に示している。
本実施例の金属シートの製造装置２は、一対の冷却ローラ１２、２２が上下に配置されている。冷却ローラ１２と冷却ローラ２２の間には、所定の距離の間隙が設けられている。上側の冷却ローラ１２の内部に冷却水通路１４が設けられており、図示されない冷却水バルブから所定の流量の冷却水が供給される。下側の冷却ローラ２２の内部に、冷却水通路２４が設けられており、図示されない冷却水バルブから所定の流量の冷却水が供給される。冷却ローラ１２、２２にはそれぞれ図示されないモータが接続されている。モータによって、冷却ローラ１２、２２は、間隙に供給される金属溶湯が間隙に送込まれる向きに回転する。即ち、冷却ローラ１２は、図１において反時計回りに回転し、冷却ローラ２２は、時計回りに回転する。
冷却ローラ１２、２２の回転軸端部には、それぞれ圧下制御装置が接続されている。圧下制御装置によって、冷却ローラ１２、２２は、間隙を増減する方向に移動可能である。即ち、冷却ローラ１２、１４は、図１において上下方向に移動可能であり、冷却ローラ１２、２２間の間隙は増減可能である。

ダンディシュ５０は耐熱性のセラミックによって作られており、保持炉４０から供給される金属溶湯３２を貯えることができる。
ダンディシュ５０には、冷却水通路５２が設けられており、図示されない冷却水バルブから所定の流量の冷却水が供給される。保持炉４０から供給された金属溶湯３２は、ダンディシュ５０に接する部分から冷却され、ダンディシュ５０に接する外側は固化し、中心部は液相のまま、半凝固状態の金属３４となってスリット５８から送出される。
ダンディシュ５０の先端にスリット５８が開口している。スリット５８の幅は、冷却ローラ１２、２２の幅とほぼ同じであり、スリット５８の高さは、冷却ローラ１２、２２間の間隙の高さより大きい。ダンディシュ５０は、冷却ローラ１２，２２の側方に配置されており、スリット５８から送出される金属３４が冷却ローラ１２，２２の外周面に到達する。本実施例のダンディシュ５０と冷却ローラ１２，２２は非常に近接して配置されており、外部から冷却ローラ１２と冷却ローラ２２の間隙を観察したり、冷却ローラ１２，２２とダンディシュ５０の間にセンサ等を挿入したりすることが非常に困難である。
スリット５８から冷却ローラ１２，２２の間隙に向けて送出された金属３４は、冷却ローラ１２、２２の回転によって間隙に送込まれる。間隙に送込まれた金属３４は、冷却ローラ１２、２２によって圧下されながら、冷却ローラ１２，２２に接する部分から冷却される。金属３４は中心部まで全て固化することによって金属シート３６となって冷却ローラ１２，２２の間隙から送出される。

保持炉４０は耐熱性のセラミックによって作られており、溶解炉３０から供給される金属溶湯３２を保持する。保持炉４０の上部には窒素ガス流入口が設けられており、保持炉４０内部に保持されている金属溶湯３２は、窒素ガスによって加圧される。保持炉４０の下部はダンディシュ５０に接続されており、金属溶湯３２は加圧されてダンディシュ５０へ送出される。

ダンディシュ５０の外側に、反射型の超音波センサ６０が設けられている。超音波センサ６０はスリット５８より上流側に設けられており、スリット５８から送出される金属３４の固相率を計測する。
図２および図３を参照しながら、超音波センサ６０を用いた金属３４の固相率の計測について詳細に説明する。超音波センサ６０は図３の（ａ）に示す超音波を入射波として発振する。発振された超音波は、図２中の矢印の方向に向かって、ダンディシュ外板５４、金属３４、ダンディシュ外板５６を透過しながら伝播していく。超音波は超音波センサ６０とダンディシュ外板５４の境界面、ダンディシュ外板５４と金属３４の境界面６２、金属３４とダンディシュ外板５６の境界面６４、ダンディシュ外板５６と大気の境界面でその一部が反射し、反射した超音波は超音波センサ６０で反射波として検出される。
図３（ｂ）は、超音波センサ６０が検出する反射波と、入射波を発振してからその反射波が検出されるまでの時間の関係を示す。反射波６６はダンディシュ外板５４と金属３４の境界面６２で反射した成分を示し、反射波６８は金属３４とダンディシュ外板５６の境界面６４で反射した成分を示す。反射波６６が検出される時間は、超音波センサ６０が入射波を発振してから、その発振された入射波がダンディシュ外板５４内を伝播し、境界面６２で反射し、ダンディシュ外板５４内を入射波の反対の方向に伝播し、超音波センサ６０で検出されるまでの時間である。一方、反射波６８が検出される時間は、超音波センサ６０が入射波を発振してから、その発振された入射波がダンディシュ外板５４内を伝播し、境界面６２を透過し、金属３４内を伝播し、境界面６４で反射し、金属３４内を入射波の反対の方向に伝播し、境界面６２を透過し、ダンディシュ外板５４内を入射波の反対の方向に伝播し、超音波センサ６０で検出されるまでの時間である。従って、反射波６８が検出される時間から、反射波６６が検出される時間までの時間差tを算出することによって、超音波が境界面６２から境界面６４までの間の金属３４内を往復して伝播するのに要した時間を算出することができる。

このようにして算出される超音波の伝播時間から、金属３４内を伝播する超音波の伝播速度を算出することができる。超音波が境界面６２から境界面６４までの間の金属３４内を往復して伝播する場合の超音波の伝播経路の長さは、境界面６２から境界面６４までの距離の２倍であり、ダンディシュ外板５４とダンディシュ外板５６の距離の２倍である。従って、超音波センサ６０取り付け位置におけるダンディシュ外板５４、５６間の距離を予め計測しておくことで、超音波の伝播経路長さを算出することができる。算出された超音波の伝播経路長さを、前記算出された伝播時間で除することによって、超音波が金属３４内を伝播する速度を算出する。

超音波が金属３４内を伝播する速度が算出されると、金属３４の固相率を推定することができる。
超音波が金属３４内を伝播する速度は、金属３４の温度に依存して変化し、温度が高いほど伝播速度は速く、温度が低いほど伝播速度は遅い。金属３４の温度は、固相率とともに変化し、固相率が高いほど温度は高く、固相率が低いほど温度は低い。
従って、超音波が金属３４内を伝播する速度は、金属３４の固相率が高いほど速く、金属３４の固相率が低いほど遅くなる。
上記の超音波の伝播速度と固相率の関係は、製造装置２を運転している状態におけるダンディシュ５０と金属３４を模擬した試験を実施することによって把握することができる。
従って、超音波センサ６０によって超音波の伝播時間を計測することによって、超音波の伝播速度が算出され、超音波の伝播速度から金属３４の固相率が算出される。

超音波センサ６０で計測される超音波の伝播時間から、チャート等を用いて金属３４の固相率を直接算出してもよい。例えば、製造装置２を運転している状態で超音波センサ６０によって計測されうる超音波の伝播時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・を複数個抽出しておく。抽出された超音波の伝播時間それぞれについて、その伝播時間から算出される超音波の伝播速度を算出しておく。算出された超音波の伝播速度から、その伝播速度を実現する金属３４の固相率を試験によって把握しておく。上記のようにして、超音波の伝播時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・と、それぞれの伝播時間に対応する金属３４の固相率γ１、γ２、γ３、・・・の組がチャートとして得られる。コントローラ７０はそのチャートを予め記憶しておく。超音波センサ６０で超音波の伝播時間が計測されると、コントローラ７０は計測された伝播時間を記憶されたチャート内の複数個の伝播時間と比較し、内挿法によって計測された伝播時間に対応する金属３４の固相率を算出する。

図４を参照しながらコントローラ７０による制御を説明する。
ステップＳ１２で、ダンディシュ５０から送出される金属３４の固相率の目標範囲を読み込む。その目標範囲は固相率の最大値γｍａｘと最小値γｍｉｎで表現されている。
ステップＳ１４で、超音波センサ６０に計測要求信号を送信し、超音波センサ６０は超音波伝播時間の計測を実施する。コントローラ７０は超音波センサ６０の計測結果を読み込む。
ステップＳ１６で、計測された超音波の伝播時間と、予め記憶されたチャート、すなわち金属３４の超音波の伝播時間から固相率を算出するチャートから、金属３４の固相率を算出する。
ステップＳ１８では、算出された固相率と前記γｍａｘを比較する。算出された固相率がγｍａｘを超えている場合（ステップＳ１８でＮＯの場合）、コントローラ７０は金属３４の固相率が目標範囲を超えていると判断し、ステップＳ２０へ進む。算出された固相率がγｍａｘ以下の場合（ステップＳ１８でＹＥＳの場合）、コントローラ７０は金属３４の固相率が目標範囲を超えていないと判断し、ステップＳ２２へ進む。
ステップＳ２０では、ダンディシュ５０の冷却水通路５２が接続されている冷却水バルブの開放量を減らし、冷却水通路５２へ供給される冷却水の流量を減少させる。
ステップＳ２２では、算出された固相率と前記γｍｉｎを比較する。算出された固相率がγｍｉｎ未満の場合（ステップＳ２２でＮＯの場合）、コントローラ７０は金属３４の固相率が目標範囲を下回っていると判断し、ステップＳ２４へ進む。算出された固相率がγｍｉｎ以上の場合（ステップＳ２２でＹＥＳの場合）、コントローラ７０は金属３４の固相率が目標範囲を下回っていないと判断し、ステップＳ２６へ進む。
ステップＳ２４では、ダンディシュ５０の冷却水通路５２が接続されている冷却水バルブの開放量を増やし、冷却水通路５２へ供給される冷却水の流量を増加させる。
ステップＳ２６では、停止命令の有無を確認する。ステップＳ１４からステップＳ２６までを実行する間に、停止命令を受信している場合は、制御装置２の運転を停止し、制御を終了する。ステップＳ１４からステップＳ２６までを実行する間に、停止命令を受信していない場合は、ステップＳ１４からステップＳ２６までの処理を繰り返し実行する。

コントローラ７０が上記の制御を実行することによる作用効果を説明する。
金属３４の固相率は、ダンディシュ５０の冷却能力に依存して変化する。ダンディシュ５０の冷却水通路５２を流れる冷却水の流量が減少すると、すなわちダンディシュ５０の冷却能力が低減すると、金属３４とダンディシュ５０が接する部分の温度が上昇し、金属３４の固化される領域が狭まり、金属３４の固相率は減少する。またダンディシュ５０の冷却水通路５２を流れる冷却水の流量が増加すると、すなわちダンディシュ５０の冷却能力が増大すると、金属３４とダンディシュ５０が接する部分の温度が低下し、金属３４の固化される領域が広がり、金属３４の固相率は増加する。
ステップＳ１６で算出される金属３４の固相率が目標範囲の上限値であるγｍａｘを超えている場合、ステップＳ２０でダンディシュ５０の冷却能力が低減され、その結果金属３４の固相率はγｍａｘ以下の値になるまで減少していく。
またステップＳ１６で算出される金属３４の固相率が目標範囲の下限値であるγｍｉｎを下回る場合、ステップＳ２４でダンディシュ５０の冷却能力が増大され、その結果金属３４の固相率はγｍｉｎ以上の値になるまで増加していく。
上記のようなフィードバック制御を行うことによって、冷却ローラ１２、２２間の間隙へ送出される金属３４の固相率は、目標範囲内で安定する。冷却ローラ１２、２２へ供給される金属３４の固相率が安定することで、製造される金属シート３６の板厚は均一化される。

（第２実施例）
本発明で具現化される他の一つの金属シートの製造装置について説明する。第１実施例と同一のものについては、同一符号を付与して重複説明を省略する。
本実施例の冷却ローラ１２、２２の圧下制御装置は変位制御型であり、製造装置２が運転し、ダンディシュ５０から金属３４が送出される状態で、すなわち冷却ローラ１２、２２に金属３４からの反力が作用している状態で、冷却ローラ１２、２２間の間隙の高さが、目標とする高さとなるように制御されている。
本実施例の冷却ローラ１２、２２の冷却水通路１４、２４が接続されている冷却水バルブは、コントローラ７０の指示によって、その開度を「大」、「中」、「小」の３段階に変更可能である。バルブの開度が「大」の場合、最もバルブの開度は大きく、冷却水通路１４、２４に供給される冷却水の流量は最も多い。バルブの開度「大」は、金属３４の固相率が小さく、その固相率が所定の閾値γ１にくらべ小さい場合に、冷却ローラ１２、２２による金属３４の冷却が好適に実施されるように、調整されたバルブ開度である。バルブの開度が「小」の場合、最もバルブの開度は小さく、冷却水通路１４、２４に供給される冷却水の流量は最も小さい。バルブの開度「小」は、金属３４の固相率が大きく、その固相率が所定の閾値γ２にくらべ大きい場合に、冷却ローラ１２、２２による金属３４の冷却が好適に実施されるように、調整されたバルブ開度である。バルブの開度「中」は、金属３４の固相率が所定の閾値γ１以上でありかつ所定の閾値γ２以下である場合に、冷却ローラ１２、２２による金属３４の冷却が好適に実施されるように、調整されたバルブ開度である。

本実施例のコントローラ７０による制御内容を、図５のフローチャートを参照しつつ説明する。
ステップＳ３２では、ダンディシュ５０から送出される金属３４の固相率の閾値γ１、γ２を読み込む。閾値γ１、γ２は、金属３４の凝固進行状態を、低水準、中水準、高水準の３つの水準に分類するために用いる閾値である。閾値γ１は閾値γ２より小さく、金属３４の固相率がγ１未満の場合、金属３４の凝固進行状態は低水準と判断される。金属３４の固相率がγ１以上γ２以下の場合、金属３４の凝固進行状態は中水準と判断される。金属３４の固相率がγ２を超える場合、金属３４の凝固進行状態は高水準と判断される。
ステップＳ３４では、超音波センサ６０に計測要求信号を送信し、超音波センサ６０は超音波伝播時間の計測を実施する。コントローラ７０は超音波センサ６０の計測結果を読み込む。
ステップＳ３６では、計測された超音波の伝播時間と、予め記憶されたチャートから、金属３４の固相率を算出する。
ステップＳ３８では、算出された固相率と前記γ１を比較する。算出された固相率がγ１を下回る場合（ステップＳ３８でＹＥＳの場合）、コントローラ７０は金属３４の凝固進行状態が低水準にあると判断し、ステップＳ４０へ進む。算出された固相率がγ１以上の場合（ステップＳ３８でＮＯの場合）、コントローラ７０は金属３４の凝固進行状態が低水準ではないと判断し、ステップＳ４２へ進む。
ステップＳ４０では、冷却ローラ１２、２２の冷却水通路１４、２４が接続されている冷却水バルブの開放量を「大」に設定し、冷却水通路５２へ供給される冷却水の流量を調整する。
ステップＳ４２では、算出された固相率と前記γ１、γ２を比較する。算出された固相率がγ１以上でありかつγ２以下である場合（ステップＳ４２でＹＥＳの場合）、コントローラ７０は金属３４の凝固進行状態が中水準にあると判断し、ステップＳ４４へ進む。算出された固相率がγ１を下回るか、あるいはγ２を超える場合（ステップＳ４２でＹＥＳの場合）、コントローラ７０は金属３４の凝固進行状態が中水準ではないと判断し、ステップＳ４６へ進む。
ステップＳ４４では、冷却ローラ１２、２２の冷却水通路１４、２４が接続されている冷却水バルブの開放量を「中」に設定し、冷却水通路５２へ供給される冷却水の流量を調整する。
ステップＳ４６では、算出された固相率と前記γ２を比較する。算出された固相率がγ２を上回る場合（ステップＳ４６でＹＥＳの場合）、コントローラ７０は金属３４の凝固進行状態が高水準にあると判断し、ステップＳ４８へ進む。算出された固相率がγ２以下の場合（ステップＳ４６でＮＯの場合）、コントローラ７０は金属３４の凝固進行状態が高水準ではないと判断し、ステップＳ５０へ進む。
ステップＳ４８では、冷却ローラ１２、２２の冷却水通路１４、２４が接続されている冷却水バルブの開放量を「小」に設定し、冷却水通路５２へ供給される冷却水の流量を調整する。
ステップＳ５０では、停止命令の有無を確認する。ステップＳ３４からステップＳ５０までを実行する間に、停止命令を受信している場合は、制御装置２の運転を停止し、制御を終了する。ステップＳ３４からステップＳ５０までを実行する間に、停止命令を受信していない場合は、ステップＳ３４からステップＳ５０までの処理を繰り返し実行する。

コントローラ７０が上記の制御を実行することによる作用効果を説明する。
上記の制御では、冷却ローラ１２、２２間に供給される金属３４の固相率が大きい場合には、冷却水通路１４、２４を通過する冷却水の流量を少なくして、冷却ローラ１２、２２の冷却能力を低下させる。一方、冷却ローラ１２、２２間に供給される金属３４の固相率が小さい場合には、冷却水通路１４、２４を通過する冷却水の流量を多くして、冷却ローラ１２、２２の冷却能力を増大させる。その結果、冷却ローラ１２、２２による金属３４の冷却を、固相率の実測値に基づいた冷却能力で実施することが可能となる。
冷却ローラ１２、２２による金属３４の圧下は、圧下制御装置によって好適になされており、冷却ローラ１２、２２による金属３４の冷却は、上記の制御によって好適になされる。従って、製造される金属シート３６の板厚は均一化され、金属シート３６の表面品質は良好に保たれる。

（第３実施例）
本実施例に係る他の一つの金属シートの製造装置を説明する。第１実施例と同一のものについては、同一符号を付し、重複説明を省略する。

本実施例の冷却ローラ１２、２２の圧下制御装置は荷重制御型であり、製造装置２が運転し、ダンディシュ５０から金属３４が送出される状態で、すなわち冷却ローラ１２、２２に金属３４からの反力が作用している状態で、冷却ローラ１２、２２が金属３４に負荷する圧縮荷重が、目標とする荷重となるように制御されている。

本実施例のコントローラ７０による制御内容を、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
ステップＳ５２では、金属３４の固相率から、冷却ローラ１２、２２の圧延荷重と、冷却水通路１４、２４に冷却水を供給するバルブの開度を算出する、最適値算出チャートを読み込む。そのチャートは事前に実施される模擬試験等の試験結果から設定されており、冷却ローラ１２、２２間に供給される金属３４の固相率から、最も好適に圧延と冷却が可能となる冷却ローラ１２、２２の圧延荷重と、冷却水通路１４、２４に冷却水を供給するバルブの開度の組み合わせを算出可能である。
ステップＳ５４では、超音波センサ６０に計測要求信号を送信し、超音波センサ６０は超音波伝播時間の計測を実施する。コントローラ７０は超音波センサ６０の計測結果を読み込む。
ステップＳ５６では、計測された超音波の伝播時間と、予め記憶されたチャート、すなわち金属３４の超音波の伝播時間から固相率を算出するチャートから、金属３４の固相率を算出する。
ステップＳ５８では、算出された金属３４の固相率から、冷却ローラ１２、２２の圧延荷重の最適値と、冷却水通路１４、２４に冷却水を供給するバルブの開度の最適値を算出する。
ステップＳ６０では、算出された冷却ローラ１２、２２の圧延荷重の最適値に応じて、冷却ローラ１２、２２の圧延荷重を増減調整する。
ステップＳ６２では、算出された冷却ローラ１２、２２の冷却水通路１４、２４に冷却水を供給するバルブの開度を、算出された最適値に応じて、増減調整する。
ステップＳ６４では、停止命令の有無を確認する。ステップＳ５４からステップＳ６４までを実行する間に、停止命令を受信している場合は、制御装置２の運転を停止し、制御を終了する。ステップＳ５４からステップＳ６４までを実行する間に、停止命令を受信していない場合は、ステップＳ５４からステップＳ６４までの処理を繰り返し実行する。

上記のような制御を行うことによって、冷却ローラ１２、２２間の間隙へ送出される金属３４の固相率に応じて、冷却ローラ１２、２２による金属３４の圧下および冷却が、最も好適に実施されるように冷却ローラ１２、２２の圧延荷重および冷却能力を増減調整することが可能となる。従って、製造される金属シート３６の板厚は均一化され、金属シート３６の表面は、高品質に保たれる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記実施例では、超音波センサを用いて金属を伝播する音速を計測する例を説明したが、超音波に限らず、音波、亜音波を利用するセンサを用いて金属を伝播する音速を計測してもよい。
上記実施例では、計測された金属の音速に基づいて、ダンディシュの冷却能力を増減調整する場合（第１実施例）と、冷却ローラの冷却能力および／または冷却ローラの圧延荷重を増減調整する場合（第２、第３実施例）とを個別に説明したが、それらの制御を組み合わせて実施することも可能である。このような制御を行う場合、ダンディシュのスリットから送出される金属の固相率は、計測される固相率に基づいてダンディシュの冷却能力を増減調整するフィードバック制御によって、ある目標とする固相率で安定し、製造される金属シートの板厚は安定する。さらに、何らかの外乱の影響によってダンディシュのスリットから送出される金属の固相率が変動したとしても、その固相率に基づいて冷却ローラの冷却能力および冷却ローラの圧延荷重を増減調整することで、その外乱の影響を補償して均一な板厚の金属シートを製造することができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

金属シートの製造装置の構成を模式的に示した図である。金属シートの製造装置の一部を拡大した断面図である。超音波センサの計測データを示した図である。制御装置が実行する処理のフローチャートである。制御装置が実行する処理のフローチャートである（第２実施例）。制御装置が実行する処理のフローチャートである（第３実施例）。

符号の説明

２・・・金属シートの製造装置
１２、２２・・・冷却ローラ
１４、２４・・・冷却水通路
３０・・・溶解炉
３２・・・金属溶湯
３４・・・金属
３６・・・金属シート
４０・・・保持炉
５０・・・ダンディシュ
５２・・・冷却水通路
５４、５６・・・ダンディシュ外壁
５８・・・スリット
６０・・・反射型超音波センサ
６２、６４・・・境界面
６６・・・入射波
６８・・・反射波
７０・・・コントローラ

Claims

金属溶湯から金属シートを製造する装置であり、
間隙を隔てて対向する一対の冷却ローラと、
半凝固状態に冷却された金属をスリットから前記間隙に向けて送出すダンディシュと、
ダンディシュの外側から音波を加えてスリットから送出される金属を伝播する音速を計測するセンサと、
計測された音速に基づいて冷却ローラの冷却能力を増減調整するコントローラと、
を備える金属シートの製造装置。
金属溶湯から金属シートを製造する装置であり、
間隙を隔てて対向する一対の冷却ローラと、
半凝固状態に冷却された金属をスリットから前記間隙に向けて送出すダンディシュと、
ダンディシュの外側から音波を加えてスリットから送出される金属を伝播する音速を計測するセンサと、
計測された音速に基づいて冷却ローラの圧延荷重を増減調整するコントローラと、
を備える金属シートの製造装置。
金属溶湯から金属シートを製造する装置であり、
間隙を隔てて対向する一対の冷却ローラと、
金属溶湯を受入れ、受入れた金属溶湯を冷却し、半凝固状態に冷却された金属をスリットから前記間隙に向けて送出すダンディシュと、
ダンディシュの外側から音波を加えてスリットから送出される金属を伝播する音速を計測するセンサと、
計測された音速に基づいてダンディシュの冷却能力を増減調整するコントローラと、
を備える金属シートの製造装置。
金属溶湯から金属シートを製造する方法であり、
ダンディシュのスリットから半凝固状態に冷却された金属を送出し、送出された半凝固状態の金属を一対の冷却ローラで冷却する工程と、
ダンディシュのスリットから送出される金属を伝播する音速を計測する工程と、
計測された音速に基づいて冷却ローラの冷却能力を増減調整する工程と、
を備える金属シートの製造方法。
金属溶湯から金属シートを製造する方法であり、
ダンディシュのスリットから半凝固状態に冷却された金属を送出し、送出された半凝固状態の金属を一対の冷却ローラで冷却する工程と、
ダンディシュのスリットから送出される金属を伝播する音速を計測する工程と、
計測された音速に基づいて冷却ローラの圧延荷重を増減調整する工程と、
を備える金属シートの製造方法。
金属溶湯から金属シートを製造する方法であり、
金属溶湯をダンディシュに受入れ、通過する金属溶湯をダンディシュで冷却し、ダンディシュのスリットから半凝固状態に冷却された金属を送出し、送出された半凝固状態の金属を一対の冷却ローラで冷却する工程と、
ダンディシュのスリットから送出される金属を伝播する音速を計測する工程と、
計測された音速に基づいてダンディシュの冷却能力を増減調整する工程と、
を備える金属シートの製造方法。