JP2007296583A

JP2007296583A - 連続鋳造機

Info

Publication number: JP2007296583A
Application number: JP2007119071A
Authority: JP
Inventors: William Sheldon; シェルダンウイリアム; Randall Duane Siders; デュアンサイダーズランダル; Douglas Myhre; マイーレダグラス; Steven Lenertz; レナーツスティーブン; Timothy Griffith; グリフィスティモシー; David R Percival; アール．パーシバルデイビッド
Original assignee: Delavan Ltd; Delavan Inc; Rosemount Aerospace Inc
Current assignee: Delavan Ltd; Rosemount Aerospace Inc; Collins Engine Nozzles Inc
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2007-11-15
Also published as: EP1849539A1; US20070251663A1

Abstract

【課題】連続鋳造機の厳しい内部環境に適する温度センサを用いて金属の鋳造を動的に制御する連続鋳造機を提供する。
【解決手段】本発明に係る装置は溶融金属を厚板１４０に成形するように適応され、構成される鋳型１２４と、鋳型１２４の下流に配置される、連続鋳造機を出る前に厚板１４０を冷却し、固化するように構成される冷却装置１７０と、厚板１４０の表面温度を検出するように構成される温度測定装置１８０とを備える。この温度測定装置１８０は鋳造される材料を動的に冷却するため冷却剤流量を調節する冷却装置１７０に接続されている。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は溶融金属を厚板、ストランド、ビレットなどに成形する、連続鋳造機において、２次冷却を制御する連続鋳造機に関する。

（関連出願に対する相互参照）
本出願は２００６年４月２８に出願された米国仮出願番号第６０／７９６，０７４号に対する優先権の利益を請求する。本出願は２００７年２月２１日に出願された米国特許出願番号第１１／７０９，０７０号に関する出願である。これらの各出願は参照してここにその全体を取り入れる。

図１に示されるような連続鋳造機（または鋳造装置）では、溶融金属１は完成製品の幅と厚さとを所定の寸法に仕上げる、冷却鋳型２に注入される。金属は厚板またはストランド形状になって鋳型２を出る。このとき、成形される厚板、ストランドは溶融した金属のコア４と共に固化した金属の薄いシェル３を有する。ストランドは溶融金属をさらに凝固させるため第２の冷却域５に流れる。溶融金属が鋳造機を通過した後、操作や処理のためにそれまでの垂直から水平に向きを変えたとき、金属は溶融金属を液状から半固形状に変える水噴霧または気水混合流体噴霧を浴びて徐々に冷却する（２次冷却）。冷却速度はそのときの製造している金属の冶金的性質に直接影響を及ぼし、最良の製品を得るために従うべき、当業者に知られた理想冷却曲線がある。

残念なことに現在の連続鋳造機は設計上の理由から温度制御がある範囲に制限される。鋳型から水平になる点まで出口から測定した連続鋳造機の長さは複数の区域に分割されており、予め決められた一定の水量が各区域の出口温度を満たすため区域毎の冷却水量を増減して使用される。現在、金属の表面温度は光高温計または類似する装置を用いて測定されている。しかしながら、たとえば温度と理想冷却曲線のような予め決められた曲線とを組み合わせて使用する試みはなく、結果として、冷却は不正確なままである。

金属を素早く冷却したときに発生する表面のクラックまたは内部欠陥を生じさせず、または厚板のコアからの溶融金属の噴出を防ぐような方法を使って材料の表面温度を維持することは望ましい。噴出は金属の薄いシェルが破れたときに発生し、厚板内部の溶融金属が流れ出て鋳造装置を詰まらせ、高く付く鋳造装置の休止を招く。しばしば噴出はシェルがある厚さまで固化するのに必要な時間を与えられなかったとき、あるいは溶融金属が非常に高温であった場合のように製品回収速度が余りにも早いために生じ、このとき最後の固化が仕上げロールの下で起こり、ロール圧延中に加えられる圧力で内部応力が高くなって材料が噴出する。こうした噴出でもたらされる損失金額は約３０，０００，０００円（２５０，０００ドル）（製鋼圧延機１基当たり）で、このような不具合は月当たり２、３回の割合で発生することも珍しくない。

こうした故障は修理費を上昇させ、無駄を生じ、人員および機器が危険にさらされる。特に、鉄鋼業の場合、表面温度を制御することは鋼材の品質を向上させ、生産効率を高めることにつながる。

材料噴出を最小に保つための従来の知識によれば、鋳造厚板が連続鋳造機を通過するとき、厚板を過剰に冷却する、経験的に確立された冷却方法に従うことであった。この方法は連続して予め決められた流量になるように冷却剤を調節することで達成される。予め決められた流量は連続鋳造機に沿った幾つかの箇所で温度を目標値に近づけるように制御される。測定装置を用いて厚板温度をときどき確認しているにも拘らず、この装置は冷却剤制御装置に組み込まれない。普通に行われているのは厚板が切断される前の連続鋳造機の出口に固定した高温計を設けることだけである。シェルの形成される間、正確な温度制御を行わないことで、好ましい冷却速度に従うだけの能力がなく、製品の品質に悪影響が生じる。

連続鋳造機を通過するときの厚板の冷却を制御するため、この技術分野ではフィードバック機構を用いた方法でこれらの不具合を解消することが試みられた。たとえば、米国特許第4,073,332号明細書はこのような装置について記述する。しかしながら、この装置は避け難い不具合に苦しむことになる。この不具合の一例は可視性が著しく低く、振動が高くなり、極度の高温である連続鋳造機の厳しい内部環境に適した温度センサが存在しないことである。この点は米国特許第4,073,332号明細書の第５カラム、第６−１０行の記載によって理解される。さらに、この点は米国特許第4,073,332号明細書に記載される取り組みが実用的でないという、別の理由から理解される。たとえば、米国特許第4,699,202号明細書によれば、米国特許第4,073,332号明細書の第２カラム、第８−２１行に詳しく述べられる不具合について理解することができる。これらの各明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。

時間短縮と共に鋳造材料の品質と量とを改良する必要性は鉄鋼業のような金属生産業において急務となっている。この技術分野の現状は生産高を最大化する方法で連続鋳造をアクティブに制御する装置を未だ持たない。この技術分野では、長期にわたってこのような装置を求める切実な要求がある。本発明はこれらの問題に対する解決策を提供する。

本発明の目的と利点とはここに記載され、後に続く詳細な説明から明らかになる。本発明のこれ以外の利点は添付図面と共に詳細な説明および請求の範囲に特に指摘された方法および装置により具体化され、達成される。

ここに具体化され、広く説明されるように、本発明の目的に従ってこれらの利点と他の利点を達成するため本発明は溶融金属の鋳造を動的に制御する装置、方法およびプログラムを含む。

一般的に、本発明は連続鋳造機内部の厳しい環境によく適する温度センサ装置を有するアクティブ・フィードバック制御装置を備える。温度測定は直接接触または間接的方法のいずれかを用いて達成される。このフィードバック制御装置は鋳造工程のある特定点で実温度と理想とする鋳造温度のような望ましい鋳造温度とを比較するように構成される。この温度センサ装置は冷却装置を制御するコントローラに接続される。温度センサ装置は測定域から流れる残留物を取り除くためのパージ・ガス系統を備える。この冷却装置は鋳造している材料を動的に冷却するため冷却剤流量を調節する。本発明の一実施例に従って、冷却装置は１ないしそれ以上の冷却液を鋳造材料に供給する複数のノズルを備える。本発明の好ましい実施例に従って、ノズルは気水混合流体の噴霧を供給する。供給する冷却剤について材料の温度測定に応じて実時間で動的に供給するのは鋳造装置の効率を最大化する。

本発明の別の態様に従って、連続鋳造する方法が提供される。この方法は、ここに説明されるように、連続鋳造機とフィードバック制御装置とを準備することを含む。本方法は、さらに材料が鋳型を出たとき、温度センサ手段を用いて材料流の表面温度を測定することを含む。この後、実測された表面温度はある望ましい冷却温度分布に関係する予め決められた表面温度と比較される。この比較に基づいて実表面温度と予め決められた表面温度との差に応じて連続鋳造機内部の冷却流体量を調節する。好ましくは、金属材料はコアが確実に固化したことを指示する温度になったときに連続鋳造機を出る。

本発明のさらに別の態様に従って、金属材料からなる厚板を鋳造するため連続鋳造機を制御する命令を含む、機械読み取りプログラムが提供される。このプログラムは材料の厚板の実測された表面温度と望ましい冷却温度分布に関係する予め決められた表面温度とを比較する手段を備える。このプログラムはまた実表面温度と予め決められた表面温度との差に応じて連続鋳造機内部の冷却装置を制御する手段を含む。

本発明のさらに別の実施例に従って、プログラムは冷却流体を連続鋳造機の内部に向ける、複数のノズルまたはノズル列を個別に制御する手段を有する。プログラムはまた材料が固化する間、材料流表面の幅方向にほぼ均一な表面温度を維持する手段を含む。さらに、プログラムはまた材料流の溶融コアが材料流の固化した壁面から外に噴出したことを感知する手段を備えることができる。本発明のさらに別の態様に従って、機械読み取りプログラムはまた連続鋳造機の速度を制御する手段を備えることができる。材料の厚板の表面温度を制御する手段はまた連続鋳造機の速度を変えるようにしてもよい。本発明のさらに別の態様に従って、温度センサあるいは他の要素のような装置の一部が休止する状況が発生したとき、予め選ばれた冷却モデルを省略する手段を備えることができる。

上述した一般的な説明と後に続く詳細な説明とは代表的説明であり、請求された本発明のさらなる説明を与えるように意図すると理解すべきである。

添付図面に示される本発明の好ましい実施例を詳しく参照する。本発明の方法および対応するステップが装置の詳細な説明と共に記述される。ここに提供される装置および方法は金属を鋳造するために使用される。本発明は、特に鋼および鋼合金を連続鋳造するのに適する。

説明と図示とを目的とし、限定する意図のない、本発明に従って構成された符号１００で表わす装置の代表的実施例が図２Ａに示される。本発明に従う装置の他の実施例または態様は後に説明されるように図２Ｂないし図１６に示される。

本発明に従って、装置は金属材料の鋳造を動的に制御ために提供される。この装置は予め決められる冷却温度分布に従って鋳造される材料の流れを動的に冷却し、固化するように適応され、構成される。

図２Ａに示されるように、図示を目的とし、限定する意図のない、実施例として、装置１００は金属材料のような材料からなる厚板１４０を連続鋳造するように適応され、構成される連続鋳造機１１０を備える。この厚板１４０は用途に応じてストランドおよび同様な素材のような別の多用な名称を取ると理解することができる。連続鋳造機１１０は溶融材料１０をひしゃく２０を使って湯溜り１２０に注ぐ、第１端部または入口要素１１２を備える。湯溜り１２０は溶融材料１０を溜めておくリザーバとして働き、鋳型１２４で終わる内面１２２を備える。溶融材料１０が湯溜り１２０を通過して流れると、第１冷却装置１３０が溶融材料１０の表面に固まった表皮が形成されるまで、材料から熱を奪い、鋳型１２４を出たとき、溶融材料１０が部分的に固化した厚板１４０になる。

連続鋳造機１１０内部の鋳型１２４を出た後に、厚板１４０は全体として垂直方向から全体として水平方向に変わる複数のキャスタ・セグメント１５０を通って案内される。この厚板１４０はキャスタ・セグメント１５０内の複数のローラ１６０によって案内される。厚板１４０が連続鋳造機１１０を通過すると、冷却装置１７０によって冷却される。好ましくは、厚板１４０は表皮の厚みを維持し、材料の噴出を防ぐためには十分に速度を上げて冷却するが、一方厚板１４０が余り早く固化するのを防ぐためには十分に速度を下げて冷却する。厚板１４０の過冷却を防ぐことは連続鋳造機１１０のローラ１６０および他の部分の摩耗や振動を減らす効果がある。厚板１４０が鋳造機出口１１４から連続鋳造機１１０を去ったとき、好ましくは、厚板１４０は幅方向全体が固化する点まで冷却される。連続鋳造機１１０を出た後に、厚板１４０は切断装置３００によって予め決められた長さに切断される。これらの各要素については後に詳しく議論される。

水平連続鋳造機１１０が図２Ａに示されるが、多様な連続鋳造機の形態が本発明に従って使用できると理解される。たとえば、垂直連続鋳造機も使用することができる。この相違を表わすため、図２Ａに示されるような水平連続鋳造機１１０では、厚板１４０は縦向きに鋳型を出て、その後キャスタ・セグメント１５０を通って移動すると、ローラ１６０が徐々に厚板１４０を方向転換させ、水平方向に向ける。対照的に、垂直連続鋳造機では、厚板が冷却されるときも厚板は縦向きのままである。

連続鋳造機１１０が金属材料のような多様な材料１０を連続鋳造するために使用できることは理解される。特に、連続鋳造機１１０は多様な鋼級、他の第一鉄材および非第一鉄材ならびに同様な材料を鋳造するために使用することができる。さらに、この技術分野でよく知られるように、縦方向の鋳型１２４は、望まれるのあれば、円形、卵形、矩形、Ｉ字形、などを含む、多くの断面形状を持つことができる。第１冷却装置１３０は湯溜り１２０および鋳型１２４に内蔵させる、あるいはそれに隣接して形成される複数の通路を通して流体を流すことで、材料１０から熱を奪うように適応され、構成される熱交換器を備える。

キャスタ・セグメント１５０は適する数だけ使用する。一般には、キャスタ・セグメント１５０は鋳造材料、厚板１４０を冷却するのに望ましい速度に応じて４個から８個が適当である。ローラ１６０は鋳造分野で知られたものと同じローラである。図４に示されるように、ローラ１６０は各ローラ軸１６８で軸受に支承される。ローラ１６０の構造および材料はよく知られており、ここでは繰り返し述べない。

本発明に従って、さらに厚板１４０を動的に冷却し、固化するように適応され、構成される冷却装置が設けられる。ここに説明されるように、この技術分野では、連続鋳造機内部を通過する中の厚板の表面温度を正確に測定するため実用的かつ効果的な温度測定装置を有する、冷却装置を求める切実な要求がある。本発明はこの問題に対する複数の新規な解決策を提供する。

図２Ａに示されるように、図示を目的とし、限定する意図のない、冷却装置１７０が先に述べたように設けられる。この冷却装置１７０は材料が連続鋳造機を通過したとき、厚板１４０を動的に冷却するため冷却ノズル２００のような複数の冷却装置を制御する制御装置１９０（図２および図３に模式的に示され、以下に詳しく議論される）に動作可能に接続される。好ましい実施例に従って、厚板１４０が連続鋳造機１１０を出る前に厚板１４０を予め決められた冷却温度分布に従って冷却する。一実施例に従って、温度測定装置１８０は厚板１４０が鋳型１２４を出た時点から出口１１４において連続鋳造機を出るときまで、厚板１４０の表面温度を測定するように適応され、構成される。

本発明の一態様に従って、この温度測定装置１８０は厚板１４０に直接接触する方法で厚板の温度を測定する。

図４Ａに示されるように、図示を目的とし、限定する意図のない、温度測定装置１８０の第１の実施例はここに説明されるようなローラ１６０内部でローラの表面１６２に近接して配置される熱電対１８２のような検出手段を備える。この熱電対１８２は厚板１４０がローラ１６０に沿って送られるとき、厚板１４０の表面１４２の温度を相関的に、かつ実時間で検出するためローラ１６０の表面１６２に接し、または表面の下の直ぐ近くに配置される。さらに、熱電対１８２はローラの幅１６４に沿い、かつローラの周方向１６６全域にわたり連続して温度を検出するためローラ１６０の表面１６２に接し、または表面の下の直ぐ近くに配置される。熱電対１８２で収集される温度測定データは１ないしそれ以上のデータ伝送線１９２によって制御装置１９０に送られる。信号伝送用のリンクを与えるためローラ１６０の各端部１６３に変換子１６１が使用される。

図４Ｂに示されるように、代替的実施例に従って、抵抗温度検出器または温度検出キャパシタ１８６がローラ１６０に埋め込まれた共振回路１８７に動作可能に接続される。図示のように、共振回路１８７は予め決められた周波数で送信するアンテナ１８９のようなソースが放射する電磁波１８７ｂと交信するように適応され、構成される誘導線１８７ａを備える。一度励磁されると、共振回路１８７は検出位置の温度を指示する信号を発生するため抵抗温度検出器または温度検出キャパシタ１８６に電流を供給する。共振回路１８７は、この後温度情報を含む信号１８７ｃを周囲に送信する。当業者に理解されるように、共振回路１８７は放射を受信し、送信する共振レンジを有する。一実施例に従って、この共振回路１８７は約１４ＭＨｚから１６ＭＨｚの範囲で働く。１０〜２０ＭＨｚの周波数を含む周波数レンジを走査することにより共振回路１８７が放射する信号を検出することが可能である。

これに代えて、図５に示されるように、ローラ１６０の内面（あるいはローラ１６０に形成される貫通孔１６０ａを通して厚板１４０自身に表面）の温度を測定するためローラ１６０内側の点からの放射を検出する高温計２８０のような光検出技術を使用してもよい。ここで、放射はファイバ光ケーブル２８２によってローラ１６０の端部１６３から光交換子２８４によって取り出して検出する。光変換子２８４は多様な形態で装うことができる。ローラ１６０内部の１点を測定するため１本の光経路２８５をローラ１６０の端部１６３を通して引く方法、ローラ１６０の端部１６３で各ファイバ光ケーブル２８２の各端２８４ａ−２８４ｎがローラ回転毎に光経路を完成するように複数のファイバ光系統２８２ａ−２８２ｎをローラ１６０の中心から半径方向外側に配置する方法がある。各端２８８に結ばれるファイバ光系統２８２は厚板１４０の幅方向の温度分布を得るためローラ１６０の幅方向の異なる点２８７で温度を検出するように向けられる。

さらに、別の実施例として、図６に示されるように、温度測定装置３８０は厚板１４０に沿って選択的に回転させるように適応され、構成されるローラ３８２を備える。このローラ３８２はビーム３９０の第１端部３９２に配置される。ビーム３９０はさらに第２端部３９４を備えており、第１端部３９２と第２端部３９４との間に回動点３９６を形成している。ビーム３９０と連続鋳造機１１０とはピン３９８によって回動可能に連結される。図示のように、ビーム３９０は隣り合う２個のローラ３８２の間に配置される。ビーム３９０の第２端部３９４がスプリング４００によって連続鋳造機１１０に結ばれる。このスプリング４００は確実に温度を測定するため厚板１４０にローラ３８２を押し付けるように適応され、構成される。

ローラ３８２はローラ軸３８４に回転可能に装着される。ローラ３８２は、たとえばセラミックまたは炭化ケイ素あるいはアルミナのような他の材料の耐火物から製作される。ローラ軸３８４には熱電対３８６が内蔵されており、この熱電対３８６が厚板１４０の温度を制御装置１９０に伝送する信号線３８８に結ばれている。熱電対３８６がローラ軸３８４内部で実際の温度を測定する間、温度測定装置３８０はローラ軸３８４内部の温度に基づいて厚板１４０の表面温度を指示するように適切に較正される。水と蒸気との対流により生じる誤差を減少させるためローラにパージ・ガスを吹き付ける。これはガス供給系統４００ｂを通して送られるパージ・ガスをビーム３９０を取り囲むガス流路４００ａに送り、ローラに吹き出すようにする。一実施例に従って熱電対３８６はローラ軸３８４内部で熱的に絶縁される。

図７に示されるように、代替的実施例に従って、温度測定装置４８０は厚板１４０に当接して滑るように適応され、構成される。図示のように、ビーム４９０の第１端部４９２に滑り材４８２が設けられる。図６に示される実施例と同様に、ビーム４９０はさらに第２端部４９４を備えており、第１端部４９２と第２端部４９４との間に回動点４９６を形成し、ビーム４９２と連続鋳造機１１０とがピン４９８によって回動可能に連結される。図６に示される実施例と同様に、確実に温度を測定するためスプリング４００が厚板１４０に滑り材４８２を押し付けるように適応され、構成される。滑り材４８２はセラミックから製作され、その内部に配置される熱電対４８６を有する。図６に示される実施例と同様に、温度測定装置４８０は熱電対４８６で検出される温度を厚板１４０の実表面温度と正確に相関させるように較正される。図６に示される実施例と同様に、水と蒸気との対流による生じる誤差を減少させるため滑り材４８２にパージ・ガスを吹き付ける。

さらに、本発明に従って、厚板の表面に当接して動かすように適応され、構成される温度制御装置が使用される。

図８に示されるように、図示を目的とし、限定する意図のない、温度測定装置５８０は連続鋳造機１１０と組み合わせて構成される。この連続鋳造機１１０の構成は複数の流動空間５８９を形成しているグリッド構造体５８２を備える。流動空間５８９は厚板１４０を冷却する冷却噴霧が流動する空間を与える。グリッド構造体５８２は厚板１４０と接触するように適応され、構成される正面プレート５８４を備える。グリッド構造体５８２内部に熱電対組み立て体５８６を収容する孔５８５が形成される。望まれるのであれば、熱電対組み立て体５８６は厚板１４０との接触を良好に保つため正面プレート５８４にスプリング５８８によって付勢される。正面プレート５８４は、好ましくは高温での使用に適した外面を有する材料から製作される。グリッド構造体５８２は銅合金、ベリリア（酸化ベリウム）、グラファイトおよびこれらと同類の材料のような多様な材料から製作される。

図９に示されるように、熱電対組み立て体５８６は熱電対線５９４を収容している管５９２に固着した耐熱チップ５９０を備える。内部にセラミック製の管５９２が挿入されるねじ式支持体５９６が設けられる。望まれるのであれば、この支持体５９６は熱電対組み立て体５８６を簡単に取り付け、取り外しできるように、グリッド構造体５８２に刻設されるねじ（図示せず）と螺合するように適応され、構成されるねじを備える。管５９２はつば５９３を備える。図示のように、スプリング５８８がつば５９３を押し、支持体５９６が熱電対組み立て体５８６を正面プレート５８４に押し付けるようになっている。

図１０に示されるように、別の実施例に従って、温度測定装置６８０は消耗熱電対６８６を備える。この消耗熱電対６８６は、好ましくは金属材料から製作される管状ハウジング６８２を備える。このハウジング６８２は腐食性媒体６８８内に置かれる熱電対線６８４を有する消耗熱電対６８６の測定部を取り囲むように構成される。露出している温度測定装置６８０の端部６９０は付勢手段６９２によって押され、厚板１４０の表面に直接接触する。鋳造中、厚板１４０を経由して熱電対線６８４との間の導通が保たれる。熱電対線６８４は温度測定装置６８０の連続運転を可能にするため厚板１４０と常に接触しなければならない。温度測定装置６８０で得られる測定値が装置の運転される環境に左右されて変化するのは理解することができる。そのような手段として、温度測定装置６８０からの信号を厚板１４０の所定の表面温度と正確に相関させるように温度測定装置６８０を較正する必要がある。厚板１４０が温度測定装置６８０を通過する度に測定装置の端部６９０は徐々に腐食し、熱電対線材料を消耗させる。空気のようなパージ・ガスを空気系統６００ｂを使ってハウジング６８２内に吹き出し、空気と蒸気との対流による影響を減少させる。

別の実施例に従って、図１１に示されるように、温度測定装置７８０は炭化ケイ素からなる、または炭化ケイ素を被覆した管状部材７８２のような弾力で押すハウジングを備える。この管状部材７８２は熱電対７８６を収容する。熱電対７８６で検出される、加熱状態を表わす温度信号は制御装置１９０に伝送される。温度測定装置７８０はここに説明されるような付勢手段７９２によって厚板１４０と滑り係合するように押し付けられる。
望まれるのであれば、温度測定装置７８０と厚板１４０との接触は周期的であってもよい。たとえば、荷重を負荷した温度センサを２、３秒毎にある時間間隔で厚板に接触させる。この方法は使用される温度測定装置の寿命を延ばすことができる。水と蒸気との対流による影響を減少させるため温度測定装置７８０に管７００ａとガス供給系統７００ｂとを使ってパージ・ガスを吹き出す。

本発明の別の態様に従って、温度測定装置は処理材料と物理的に接触することなく、材料の表面温度を測定するように適応され、構成される。

図１２Ａに示されるように、図示を目的とし、限定する意図のない、ここに具体化された温度測定装置は温度を測定する厚板１４０の表面を観察するように適応され、構成される高温計８８０を備える。この高温計８８０はある視域８８２を有する光学装置を備える。望まれるのであれば、高温計の汚れを清掃し、過熱状態に陥るのを防ぐためパージ空気を空気系統８８４を用いて供給する。また、水と蒸気とが放射を妨げるのを防ぐためパージ空気用管が使用される。

本発明に適する高温計８８０は米国特許出願公開番号第２００５／０２４７０６６（Ａ１）号公報および第２００６／００００２１９（Ａ１）号公報ならびに米国特許第4,521,088号明細書に開示される。この明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。この高温計８８０は厚板１４０の幅方向の温度分布を検出するため厚板１４０の表面を幅方向に走査するように適応され、構成される。一実施例に従って、米国特許第5,785,426号明細書の教示に従い製作されるミリ波高温計が使用される。この明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。高温計８８０はまた厚板１４０の端の表面温度を検出するため連続鋳造機１１０の下流で厚板１４０の端の部分に付設される。このような構成は厚板１４０の端にあるクラックを検出するために使用される。これはクラックにより高温計で検出される厚板の表面の放射が急激に変化するからである。

図１２Ｂは都合よく高温計を取り付けるのに冷却ノズルを利用して連続鋳造機に高温計を保持する方法を示す。また、高温計を連続鋳造機に保持するために磁石で作られたクランプ１２００ａを使用してもよい。これは磁石クランプ１２００ａが鋼から製作されるので、どこの位置でも装着することが可能である。

さらに、別の実施例として、図１３Ａに示されるように、（たとえば、高温計８８０のような）温度センサ９８０はエア・ジャケット９８４を備えるように適応され、構成されるエア・ノズル９８２と連通して移動中の厚板に近接して装着することができる。このエア・ジャケット９８４は温度センサ９８０の過熱を防ぐように働き、ガスなどの残留物から隔離して放射経路を透明に保ちながら、温度センサ９８０が汚れるのを防ぐ働きがある。この温度センサの詳細は米国特許第5,146,244号明細書、第4,836,689号明細書および第4,786,188号明細書に記載されている。これらの明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。

さらに、別の例として、厚板１４０の表面の温度が厚板の表面に近い空気の温度を測定することにより検出される。図１３Ｂに示されるように、図示を目的とし、限定する意図のない、温度測定装置１０８０は第１端部１０８３と第２端部１０８５とを有する、通路１０８４を形成しているハウジング１０８２を備える。ここで、ハウジング１０８２の通路１０８４内部には１ないしそれ以上の熱電対１０８６が設けられる。第１端部１０８３側から生じた流れは通路１０８４に達し、このとき厚板１４０の表面に近い空気および他のガスが通路１０８４に吸引され、熱電対１０８６の周りを覆ってさらに第２端部１０８５にかけて流動する。この結果、厚板１４０の温度を算定することができる。第１端部１０８３から通路１０８４に向かう流れはこの技術分野で知られた多様な方法でつくり出すことができる。たとえば、通路１０８４を通過する流れ１０８４ａを誘起するため高速のガス・ジェット１０９２ａをベンチュリ・ポンプ１０９０の通路１０９２に向かって流動させる。このベンチュリ・ポンプ１０９０は鋼およびこれと同類の材料のような材料から製作される。

さらに、別の例として、図１３Ｃに示されるように、温度センサ１８００が設けられる。この温度センサ１８００は厚板１４０から放射される光子のエネルギを特徴づけて厚板の温度を測定する高温計のような光子検出装置を含む。特に温度センサ１８００は厚板１４０の表面から放射される光子の運動を許容するため第１端部１８２２と第２端部１８２４とを有する、細長い管状部材または中空部材あるいは導管１８２０を備える。光子はケーブル１８６０を介してここに説明されるような制御装置に対して出力を送る電子機器１８５０で処理して電気信号を発生するためフォトダイオードのような光子センサ１８４０に集められる。レンズ１８３０の汚れを取り除き、レンズ１８３０から厚板１４０までの放射経路をほぼ透明に保つためパージ・ガス１８７０がレンズを横切って供給される。

管状部材１８２０は適する寸法を有する。管状部材１８２０のガス放出用第１端部１８２２はレンズ１８３０の視軸から残留物（たとえば、蒸気、凝縮水）を除くため十分に速度を早めることが望ましい。好ましくは、平均ガス速度は毎秒３０．４８ｍ（１００フィート）よりも大きい値である。より好ましくは、平均ガス速度は毎秒６０．９６ｍ（２００フィート）よりも大きい値か、それ以上である。

ガス・パージが管状部材１８２０の通路１８２６を下り、および／または１ないしそれ以上の補助パージ系統１８２８を下った地点まで到達するのは理解することができる。特に、補助パージ系統１８２８を使用することで、パージ・ガスの体積流量を最小に保ちながら、視域に高速流を流すことができる。さらに、パージ・ガスが通路１８２６を通過して流れる間に高速流を主として通路および上流の光学機器および電子機器を冷却するために使用することできる。また、このような配置によりより多くの光子を集めるのにパージ用ガス量を増やすことなく、通路１８２６の直径を増大させることができる。

一実施例に従い、試験に使用された管状部材１８２０の寸法は長さが０．６０ｍ（２フィート）で、内径が２．２８ｃｍ（０．９インチ）であった。通路１８２６を通過している放射を集めるため光子センサ１８４０に焦点を合わせる、焦点距離５．０８ｃｍ（２インチ）のレンズ１８３０が使用された。特定の試験という、実際的な考察に基づいて主に長さを延長したものを選択した。たとえば、連続鋳造機１１０内にある余裕はある寸法を選択する際の指針を与える。しかしながら、管状部材１８２０がいずれかの適当な長さのものであることは理解できる。一般に、長さの短いプローブは作業者がプローブを送り、固定するのにより困難を伴う。また、光学機器および電子機器が厚板１４０に近づけば近づくほど、電子機器に対する熱の影響が及ぶ危険が一段と大きくなる。仮に、厚板１４０から溶融コアの噴出が起これば、温度センサ１８００により大きな損傷が発生する可能性がある。試験では、パージ・ガスは圧縮空気源から供給される空気が使用され、系統圧力が約６，２０５ｈＰａ（９０ポンド／平方インチ）に保たれた。

一実施例に従って、管状部材１８２０の第１端部１８２２はパージ・ガスが残留物（たとえば、すす、蒸気、凝縮水）をレンズ１８３０の視域の外へ吹き出すようにある角度に切断してもよい。ここに説明されるように、パージ・ガスを流す延長した管を使用することは厚板と光子検出手段との間の放射経路を清浄に維持するのに有効であることが見出された。特に、鋳型に近い連続鋳造機の上流域は最も高温で、しかも蒸気、凝縮水、すすなどで塞がれる。

しかしながら、温度センサ１８００のようなセンサの使用によりこれらの問題を回避することができる。さらに、厚板からある距離を保っている光子検出装置により電子機器が厳しい環境にさらされるのを一段と少なくすることができる。

図１３Ｃに示されるように、管状部材１８２０の第１端部１８２２は角度を付けている。この図示の実施例では、管状部材の縦軸に垂直に引く軸を基準に約１０°の角度を付けた第１端部１８２２として形成される。この傾斜により流体が管状部材から流出するとき、切断を浅くした方向に効果的に向けることができる。これは光センサの視域内にある残留物を取り除くのに力を貸す。

先の説明から理解できるように、厚板１４０の温度を測定する装置として高温計（温度センサ１８００を含むがこれに限られない）を利用する開示された実施例の場合、多様な光高温計を使用することが可能である。たとえば、スペクトルがどの領域でも高温計を使用することができる。たとえば、紫外領域を検出する高温計を使用することできる。一実施例に従って、約０．３５μｍから約０．４５μｍのような約０．５μｍよりも短い波長を検出するＵＶ高温計を使用することができる。これらの波長は比較的高エネルギの波長で、高温計に到達するために連続鋳造機の厳しい環境を貫き透すのに効果的である。さらに、この波長は酸化した鋼の温度（約９２６．６°Ｃ（１７００°Ｆ）から約１１４８．９°Ｃ（２１００°Ｆ））を測定するのに適すると思われ、厚板の表面のスラグ層で生じる誤差の影響を少なくすることができる。しかし、ここで説明したようなガスによるパージと共にＮＩＲ高温計を使用するならば、良好な測定結果を得ることがとできる。

光子の水の吸収は厚板１４０を冷却するために厚板１４０の表面に噴霧として吹き出す水が高温計と厚板との間にバリアを形成するので、重要な問題となる。たとえば、図１３Ｄは水蒸気の（エネルギ透過率に関する）吸収率を示す。

放射率は厚板の表面に形成される、放射性を大きく変化させる、スラグにより変化する。スラグとむき出しの金属とは波長および温度に従って放射率が変化する。酸化した表面の放射率は、典型的には０．９から０．９６の値である。ＵＶ温度測定装置の精度を評価するため図１３Ｅに示されるような酸素アセチレン・ガス・トーチを用いて一面を加熱した炭素鋼を使って行う試験を実施した。炭素鋼の温度を熱電対（Ｂ形）とガス・トーチの反対側の面に配置した高温計とを用いて測定した。収集したデータが図１３Ｆに示される。約０．３５μｍから約４．５μｍの波長を検出するためフィルタで分離する、フォトダイオードを組み込んだ高温計が使用された。これらの試験結果に基づいて酸化した鋼の測定に適するスペクトル・レンジを決定し、精度に僅かしか影響しない、使用温度の全範囲にわたる平均放射率を得るために容易に修正することが可能になる。鋼のストランドの表面に生じるスラグの放射率はより短い波長になるように鋼から得る最小値に合わせて変更する。このような方法で修正したとき、短い波長で厚板１４０から放射される光子の検出では高温計が鋼またはスラグを測定する際の誤差をより小さく保って測定することができる。

さらに、表面の温度測定を高精度で行うため二色高温計が使用される。二色高温計は２つの波長域を測定し、双方の測定値の比率を算定する。好ましい実施例は、図１３Ｇに示されるように、３００ｎｍから５００ｎｍの波長を包含するスペクトルを有し、別のものは３００ｎｍから１０００ｎｍの波長を含むスペクトルである。二色高温計を用いる利点は測定した表面の放射率を相殺する能力があることで、検出精度を向上させることができる。２つの波長の間で発散度が同じであるならば、発散度は打ち消し合い、測定対象の真の温度を得ることができる。本発明の場合、二色高温計で測定される、厚板１４０の真の温度に近い、色温度を与えるため灰色仮説は十分に有効である。好ましくは、二色高温計で検出される、少なくとも１つの波長はここに説明されるような紫外波長レンジである。

具体例
ＵＶ高温計および二色高温計の試験
試験は製鋼圧延機において連続鋳造工程中に実施された。試験は鋼の温度を測定するため上述したＵＶ高温計を有する温度センサ１８００に類似する温度センサを使用した。ＮＩＲ高温計もここで説明されたパージ・ガスを使用する管状部材と共に同じ位置に装着した。２つの高温計から得られるスペクトルの精度を比較するためデータが収集された。

ＵＶ高温計は光子センサのようなフォトダイオードを使用した。２個のフォトダイオードはカラー・フィルタで帯域を分離した。これは約３５０μｍから約４５０μｍの使用可能なスペクトルを生じ、ＵＶ領域に十分に重ねることが可能になった。パージ系統を設けるためＮＩＲ高温計はグッドリッチ製のモデルを改良した。このＮＩＲ高温計はフィルタで処理しないシリコン・フォトダイオードを使用する。このフォトダイオードは約８５０μｍのピーク感度を有する標準的シリコン応答性を有する。

図１３Ｈはある時間周期の間、採取した出力データを示す。ＮＩＲ温度分布は最も低い温度分布である。ＵＶ温度分布は中間の温度分布であり、計算で求めた二色温度分布は最も高い温度分布である。図から判るように、ＵＶ高温計の測定温度はＮＩＲ高温計の測定温度よりも厚板の実際の表面温度に近い値であった。

この具体例における各高温計用の曲線適合式は次のように表わすことができる。

Ｔ₁＝Ａ₁（Ｅ₁ｇ）^B1 （１）
Ｔ₂＝Ａ₂（Ｅ₂ｇ）^B2 （２）
Ａ、Ｂは曲線適合定数であり、ｇは温度Ｔ₁、Ｔ₂を等しくするために必要な利得を表わす（１／放射率）。Ｅ₁、Ｅ₂は高温計出力である。温度を等しい値に定め、ｇの解を求める。

ｇ＝（Ａ₁Ｅ₁ ^B1／₍Ａ₂Ｅ₂ ^B2 ₎）^(1/(B2-B1)) （３）
それゆえ、各データ点で利得補正を解くことができれば、各点で補正温度を求めることができる。これは図１３Ｈに最も高い温度分布としてプロットされている。この特定の具体例の場合、利得補正は平均放射率０．１４に等しい、平均７．１３になる。

温度測定装置２８００のさらに異なる実施例が図１３Ｉに示される。この温度測定装置２８００はハウジング２８６０に固定される第１端部２８２２と第２端部２８８４とを備えた細長い管状部材２８２０を有する。この温度測定装置２８００は共に高温計に組み合わせるパージ・ガスを使用する点で温度測定装置１８００に類似した方法で操作する。図１３Ｊは温度測定装置２８００のハウジング２８６０の拡大断面図を示す。図示のように、管状部材２８２０の第２端部２８２４はハウジング２８６０の第１エンド・キャップ２８６２に連結される。ハウジング２８６０はさらに第２エンド・キャップ２８６４と、２つのエンド・キャップ２８６２、２８６４の間に配置される筒状の外壁２８６６とを備える。このハウジング２８６０は複数のボルト２８６７およびナット２８６８によって保持される。

ハウジング２８６０内にはフォトダイオードのようなセンサ２８４６と動作可能に接合されるボード２８５２を有する、電子機器用の中間室２８５０が形成される。このボード２８５２は温度測定装置２８００からコンピュータ（図示せず）のような記憶手段に信号を伝送するためコネクタ２８８０に取り付けられる。中間室２８５０は第１端部２８５４が第２エンド・キャップ２８６４に取り付けられ、第２端部２８５６がセンサ・ハウジング２８４０に取り付けられる。センサ・ハウジング２８４０は第１端部２８５４側に留め具（図示せず）およびＯ−リング２８４５により保持されるレンズ２８３０を収容している。センサ２８４６はセンサ・ハウジング２８４０の第２端部２８５６側に配置される。複数のパージ・ガス用通路２８７４を形成するため複数のストラットまたはスペーサ２８４８が第１エンド・キャップ２８６２からセンサ・ハウジング２８４０を離して配置される。パージ・ガスはパージ・ガス入口２８７０から供給され、外壁２８６６とハウジング２８５０との間に形成される環状空間２８７２を通り、通路２８７４からさらに管状部材２８２０に流動する。このようなガスの流れを用いた構造は温度測定装置２８００内部の光学機器および電子機器を冷却するのを助ける。さらに、こうした構造は温度測定装置２８００のメンテナンスを著しく容易にすると理解することができる。たとえば、温度測定装置２８００のハウジング２８６０は連続鋳造機の外側に配置され、管状部材２８２０は連続鋳造機の壁を貫いて突出する。ハウジング２８６０内に収めた機器のメンテナンスのために専門技術者はナット２８６８を緩めて電子機器用中間室２８５０およびセンサ・ハウジング２８４０を含む内部組み立て部分を引き出すことを要求するので、上記構成によれば、このような要求に応えることができる。

図１４に示されるように、別の実施例に従って、温度測定装置１２８０は厚板１４０の導電率を測定する手段を備える。図１４に示されるように、たとえば厚板１４０の表面と接触するように適応され、構成される電極１２８２が設けられる。好ましくは、電極１２８２はタングステンのような高硬度の耐熱材料から製作されるチップを備えており、厚板１４０との導通を確実にするため各チップが厚板の表面に食い込んでいる。厚板１４０の導電率を測定するため厚板１４０に当てた電極１２８２に電圧が印加される。電気測定値に基づいて厚板１４０の抵抗率を計算することが可能である。抵抗率は材料毎に定まっている温度の関数とみることができる。それゆえ、温度の関数としての既知の抵抗率から厚板の温度を測定することができる。

さらに、望まれるのであれば、電極１２８２ａと電極１２８２ｂとの間または厚板を介して電極１２８２ａから電極１２８２ｃにわたるような厚板表面の幅方向の異なる部分の導電率を得るためにスイッチ機構１２８４が設けられる。当業者は電極について多くの異なる導電率測定値、したがって温度測定値を得るために望まれる箇所に適する数だけ使用し、配置することが可能であると理解する。

別の態様に従って、厚板の温度はりん光温度測定技術を用いて感知することができる。ここに具体化されるように、多様なサーモグラフィー技術のうちの１つを利用して厚板１４０の温度を測定することができる。たとえば、表面測定技術はオーク・リッジ・ナショナル・ラボラトリから発行された文献に記述されている。移動する基材のような材料の温度を測定する、このような方法を利用する装置は、たとえば米国特許第6,123,455号明細書、第5,986,272号明細書および第5,949,539号明細書に記載される。各明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。

図１５に示されるように、蛍光物質が溶融金属に導入されると、放射光が、たとえば分光計を有する温度測定装置１３８０を用いて測定される。これは、たとえばレンズ１３８２を有するトレース要素から放射される光を光ファイバ１３８４を通して分光計１３８６に向け、スペクトルを測定することでなし遂げることができる。ここで、スペクトルは、たとえばパーソナル・コンピュータのようなグラフィック・ユーザ・インターフェース１３９２と結ばれる光検出器アレイ１３９０を経由してトレース要素の原子遷移について観察するグレーティング１３８８を用いて分光される。たとえば、温度を測定するため時間減衰率（ＴＲＤ）法を使用することができる。ＴＲＤ法では、冷却噴霧中に蛍光物質が律動的に噴射される。蛍光物質は温度に従って異なったエネルギの放射光（ある特定の波長を有する）を発する。それゆえ、放射蛍光物質の強さが変化して生じる、波長の状態を温度と相関させることにより厚板の表面に近い部分の温度を測定することができる。したがって、蛍光物質のコーティングからの放射光の変化を測定すれば、厚板１４０の温度分布を得ることができる。

代替的実施例に従って、望まれるのであれば、１ないしそれ以上のローラ１６０が温度に従って光を放射するコーティングで被覆される。適するコーティングはサーモグラフィーりん光物質と他の温度感光コーティング剤とを含む。先に説明された技術に従って放射光は厚板１４０の表面の温度を評価するため測定され、処理される。

別の態様に従って、厚板の温度は熱流束を測定することによって検出される。

ここに具体化され、図１６に示されるように、温度検出装置１４８０は厚板１４０からの熱を検出するため熱流束センサ１４８２を利用する。熱流束センサはこの技術分野で知られており、一般に熱伝導性材料１４８８で分離させた２本の熱電対１４８６を備える。測定される熱流束が厚板の表面温度に実験的に相関できることは理解される。図７の構成はまた熱電対を熱流束センサに置き換えて熱流束センサとして使用することができる。

本発明の装置に従って、冷却装置は厚板に冷却剤を供給するノズルのような冷却剤供給装置を備える。図２Ａに示されるように、図示を目的とし、限定する意図のない、ノズル２００のような冷却装置は水または水と空気との混合流体のような冷却剤を厚板１４０に供給することができる。適するノズルは、たとえば、とりわけ米国特許第6,036,116号明細書、第6,729,562号明細書、第6,578,777号明細書および２００７年４月１８日に出願された米国特許出願番号第１１／７３６，８１０号に説明される。これらの明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。ノズル２００はキャスタ・セグメント１５０内部に適する方法で配置される。好ましい実施例に従って、ノズル２００は厚板１４０の幅方向に個別に、または列をなして配置される。別の実施例に従って、各ノズル２００には個別に制御可能な弁２１０が設けられる。適する弁は、たとえばソレノイド弁またはソレノイドもしくはアクチュエータ制御と連係して空気アクチュエータで制御する弁を含む。この弁構造は、たとえば玉形弁またはバタフライ弁を含む。適する弁は、たとえばフィッシャー・コントロール・インターナショナル社（アイオア州、マーシャルタウン）から入手することができる。これに代えて、望まれるのであれば、（たとえば、キャスタ・セグメント１５０を横切って配置される）全て揃ったノズル列のような複数のノズルを単一の制御弁２１０を用いて制御してもよい。この目的を果たすものとして、弁列は一様な冷却のために厚板の各縁端よりも中間部分により多く冷却剤を供給するように厚板１４０の幅方向に冷却剤流量を変えて供給する。本発明の装置は正確な制御のために多数の温度測定装置と共に個別ノズルまたは多数のノズル噴霧、ノズルの区域、ノズルのマニホールド部またはノズルのキャスタ・セグメントの制御を可能にするため制御装置１９０に柔軟性を持たせるように適応させると理解される。

図２Ｂは本発明の実施例に従う別の噴霧ノズルを示す。図２Ｂの噴霧ノズルの配置は空気入口４２がねじを刻設した接続部によって結ばれるノズル本体４０を備える。空気入口４２は空気供給系統４４に接続される。空気入口４２はノズル本体４０内に設けられる空気オリフィス４６に結ばれる。ノズル本体４０は第１要素４０ａと第２要素４０ｂとからなる２つの部分で構成されているが、これは常にこのように構成する必要はない。第２要素４０ｂは（以下に説明される）パイプ６２が固定されるコネクタとして役立つ。

ノズル本体４０はさらに水入口５０がねじを刻設した接続部によって固定される水入口ポート４８を備えており、水入口５０が水供給系統５２に結ばれる。

ノズル本体４０は水入口ポート４８から送られる水を空気オリフィス４６周りに形成される環状室５８に運ぶため通路５４を備えるように構成される。この通路５４はノズル本体４０に装着される水オリフィス５６を取り囲むように形成される。環状室５８からの水は十字状スロット４６ａを通して混合室６０に流すことができる。混合室６０では、気流が水を液滴のミストに変え、このミストがチューブ６２沿って流動し、噴霧ヘッド６４を通して望ましい場所に運ばれる。

水オリフィス５６はほぼ円筒状の本体を有し、水オリフィス５６がノズル本体４０に形成される通路５４に装着できるように本体にねじを刻設している軸部５６ａを備える。水オリフィス５６はオリフィス本体を通過する水を一定の量に制限する、絞りを与えるべく、小径の領域６８を有する貫通孔６６を備えるように形成される。この貫通孔６６はねじを刻設して所定の箇所に固定できるアクセス・キャップ７０により領域６８から遠い側の一端で密閉される。水オリフィス５６はさらに貫通孔６６に対して垂直であり、それと通じている通路によって形成される水入口ポート７２を備える。

ノズル本体４０と水オリフィス５６との間に生じる水リークを最小に保ち、あるいはこれを防ぐために（たとえば、銅から製作される）変形可能な密封ワッシャー７４をノズル本体４０と水オリフィス５６との間に介装する。

図示のように、装置の使用では、噴霧ノズルが空気供給系統４４および水供給系統５２に結ばれ、水がノズル本体４０の入口ポート４８に供給され、水オリフィス５２にかけて流動する。この後、水は貫通孔６６に沿って流れ、小径の領域６８を通って環状室５８まで流動する。この水は環状室５８から十字状スロット４６ａを通って空気の働きにより水を霧化し、液滴のミストを生成する混合域６０に流れる。水のミストはチューブ６２を通り、噴霧ヘッド６４によって望ましい場所に、望ましい噴霧様式で運ばれる。

水オリフィス５６内に形成される貫通孔６６で水の流動が妨げられるときはノズルを取り外して分解するのではなく、アクセス・キャップ７０を水オリフィス５６から取り外し、圧縮空気の働きにより流動の障害を取り除き、再びアクセス・キャップ７０を固定し、噴霧ノズルの正常な操作を続けることができる。この方法で圧縮空気を貫通孔６６に供給しても、流動の障害を取り除くことができない場合、噴霧ノズルを完全に取り外さないで水オリフィス５６の清掃、交換あるいは保守を可能にするため噴霧ノズルを残したまま、水オリフィス５６を取り外す。水オリフィス５６を清掃した後、図２Ｂに示されるように、水オリフィス５６とノズル本体４０との間に一体の密封状態を維持するため水オリフィス５６に密封ワッシャー７４を装着し、正常に動作可能な位置に水オリフィス５６を戻す。水供給系統および空気供給系統から噴霧ノズルを分解することなく、これらの作業を実施でき、生産工程への混乱を最小に保って短時間のうちに作業を終了させることができる。

従来の配置と比べて、図２Ｂの配置でもたらされる利点は液滴のミストについて供給する比率を変えるときに供用中の水オリフィス５６から口径の異なる領域６８を有する水オリフィス５６に交換できることである。この交換は明らかに完全に噴霧ノズルを取り外すことなく、実施することが可能である。

ここに説明されるノズル２００の配置は別の手段でも同じように使用することができる。たとえば、貫通孔６６の一端を閉じるアクセス・キャップ７０を使用しないで、別の入口系統をそこに接続することができる。一つの可能性は追加の空気系統をノズル２００に接続することである。これは追加の空気系統の供給圧力を適切に調節することで、水の供給圧力を調節することなく、水の供給比率を変えられる利点がある。さらに、水を混合域６０に到達する前に少なくとも部分的に霧化することができ、これにより、典型的なノズルの配置と比べてノズルが液滴サイズのより小さい噴霧を形成することが可能になる。

ノズルは水入口ポート７２について、図２Ｃに示されるように、貫通孔６６の接線方向に向け、水に旋回運動を与えることができる。水に旋回運動を与えることにより水が領域６８を通過するとき、中空の円錐状噴霧に変えることができる。したがって、領域６８を通る水の比率を大きくしないで口径をより大きくすることが可能で、領域６８が異物で塞がれてしまう可能性を減少させることができる。

さらに、本発明に従って、制御装置が冷却装置と温度検出手段とに接続される。この制御装置は材料が連続鋳造機１１０を通過するときに材料を冷却するため冷却装置を制御するように適応され、構成される。ここに具体化され、図３に示されるように、図示を目的とし、限定する意図のない、制御装置１９０は厚板１４０が連続鋳造機１１０を通過するときに厚板１４０の冷却を制御するため設けられる。制御装置１９０は装置１００の冷却装置１７０を操作するソフトウエア・プログラムを走らせる、たとえばコンピュータの形態で提供されるプロセッサ１９４を備える。

温度測定装置１８０は制御装置１９０に運転可能に接続される。運転では、ノズル２００によって供給される冷却流体量が連続鋳造機１１０のある決められた点で厚板１４０の表面温度を望ましいい値にするため、たとえば弁マニホールド１９６と結ぶ１ないしそれ以上の弁を操作して調節される。

本発明の一実施例に従って、予め決められる冷却温度分布が鋳造される材料に合わせて与えられる。

予め決められる冷却温度分布は、特に本発明に従って構成される装置が現存する連続鋳造機に改良を施して新たに提供される場合には実際の冷却温度分布に類似した温度分布になる。鋼材に適した実際の冷却温度分布の例が図１７に示される。この例の連続鋳造機速度は１．２７０ｍ／分で、湯溜り温度は１５４９°Ｃである。ある冷却水量が連続鋳造機の各冷却域に供給される。

特に、図１７に示される冷却曲線は連続鋳造機内の移動距離の関数として温度が変化する様子を示す。各曲線は実際の厚板表面温度曲線３００、実際のシェル厚さ４００（ｍｍ）および実際の厚板中心温度曲線５００を示す。図１７には模範的な予め決められる値、すなわち理想冷却曲線６００を示している。図示のように、理想冷却曲線６００は実際の厚板表面温度曲線３００に類似するある傾向を呈する。厚板表面温度曲線３００の形は、とりわけ連続鋳造機の設計、鋳造材料、厚板の寸法および鋳造速度のような多様な要因に左右される。図１７に示される鋼材に適した理想冷却曲線６００はある食い違いと共に実際の厚板表面温度曲線３００に類似した傾向を呈する。たとえば、厚板表面温度曲線３００の大きく振れる温度値は連続鋳造機のローラ１６０と接する厚板１４０の表面温度に起因する。図示のように、理想冷却曲線６００はそうした振動を含まず、それに代わって滑らかな傾向を呈する。しかしながら、理想冷却曲線６００が実際の厚板表面温度曲線３００に似通う、多様な形および変化する領域を有することも理解することができる。冷却曲線を求めるコンピュータ・モデルはこの技術分野では知られており、たとえば次の文献に記載されている。

ハーディン（Hardin）ベッカーマン(Beckerman)、“多成分鋼の連続鋳造における熱交換および固形化モデリング”（Heat Transfer and Solidification Modeling in the Continuous Casting of Multi-Component Steels）、HTD-Vol.1347、ナショナル・ヒート・トランスファ会議、第９巻、ＡＳＭＥ1997年、p.9-20
ハーディン（Hardin）、リウ(Liu)、カプァー(Kapoor)、ベッカーマン(Beckerman)、“連続鋳造用過渡シミュレーションおよび動的冷却制御モデル”、（A Transient Simulation and Dynamic Spray Cooling Control Model for Continuous Steel Casting）、メタラージカル・アンド・マテリアル会報、第３４Ｂ巻、2006年6月、p.297-307
ハーディン（Hardin）、リウ(Liu)、ベッカーマン(Beckerman)、“鋼厚板連鋳機の過渡シミュレーションおよび制御用モデルの開発”、（Development of a Model for Transient Simulation and Control of a Continuous Steel Slab Caster）、マテリアル・プロセッシング・イン・ザ・コンピュータ・エイジIII、ミネラル・メタル＆マテリアル協会、2000年、p.61-74
上記各文献は参照してここにその全体を取り入れる。したがって、改良用キットの形態で提供される本発明に従い製作される装置を使用したとき、装置は、たとえばその機械を設計した範囲内で運転するため連続鋳造機を操作して使用することができる。しかしながら、本発明に従って製作された装置は本発明により与えられる恩恵のうち、最大の利点を得る、新規で効率のよい連続鋳造機についての設計を容易にする。

したがって、本発明の別の実施例に従って、理想冷却曲線は本発明に従って製作される装置を用いて改良した連続鋳造機ではなく、新しい連続鋳造機と共に使用することを意図して提供される。この理想冷却曲線は本発明によりもたらされるアクティブ・フィードバック温度制御の恩恵のうち、最大の利点を得る連続鋳造機の設計に基づいて最適化される。

したがって、厚板の温度は、好ましくは理想冷却曲線のような予め決められた曲線に従って下げられる。この理想温度分布に従って金属を冷却することで、多くの利点を得ることができる。これらの利点は、とりわけ材料内部に生じる欠陥を少なくし、製品材料の硬さを増すことができる。理想冷却曲線が経験的に作成され、鋼材を冷却するために本発明の装置用の基準点として使用できることが理解される。

図３に示されるように、鋳造機操作にあたり、予め決められた目標表面温度が制御装置に入力される。次に、コントローラが経験的に決められたデータまたは以前に使用した他のデータのどちらかの望ましい冷却剤量を選択する。コントローラが冷却装置１７０と接続している弁を操作して望ましい流量を供給する。ノズルが冷却剤を厚板１４０に吹き出し、厚板を冷却する。厚板の表面温度が温度センサ１８０によって連続的に監視される。一度固定状態が達成されると、コントローラ１９０で読み取る温度が、たとえば目標値よりも低くなるような固定状態の変化が発生する。このとき温度が受け入れ可能なレベルまで冷却剤流量を減少させる。同様に、検出される温度が高温に変化したとき、温度が受け入れ可能なレベルに達するまで冷却剤流量を増加させる。

したがって、望まれるのであれば、冷却剤が冷却装置１７０から厚板に十分に供給されているか、否かを連続してみるため厚板１４０の目標表面温度値がつくられ、温度変化があれば温度値を更新するようにする。

また、ここに説明されるように、アクティブ・フィードバック制御を行うことにより連続鋳造機を噴出の機会を最小に保ちながら、最大実用速度で運転することができる。たとえば、温度を連続して監視するならば、どこに過熱状態に陥った区域があるかを検出することができる。これは金属表面温度が急激に上昇したとき、たとえば警告を発するコンピュータ・プログラムのスマート・ロジックによって達成することができる。温度測定装置とコンピュータ・プログラムのスマート・ロジックとをリンクさせ、噴出に対する対応をより早くすることができる。

異常な温度上昇を緩和させる過程を取り入れることができる。これは温度検出点上流を流れる厚板の当該区域の流体量を増加させる方法により異常温度および／または急激な温度上昇に対する補償を行う。望まれるのであれば、この冷却方法は温度上昇が検出されたとき、厚板を適切に冷却するため検出点下流側での冷却流体量を増すために適用する。さらに、温度変化に対応するため温度測定装置１８０は時間毎に冷却装置用の冷却流体量を正確に予測する方法で連続鋳造機１１０内部で重点的に配置することができる。制御装置１９０は厚板１４０の表面の幅方向の温度について可能な限り最適温度に近づけるように適応され、構成される。

本発明のさらに別の態様に従って、材料の表面温度を調節するため連続鋳造機速度制御装置が使用される。ここに具体化されるように、金属表面温度を適切に制御するのを助けるため連続鋳造機速度制御を行うように制御装置１９０を運転するためのコンピュータ・プログラムが書き込まれる。この方法を利用する場合、連続鋳造機速度を制御するため温度測定装置１８０からの信号を用いるフィードバック制御が利用される。連続鋳造機１１０が遅い速度で運転することを求められるとき、冷却剤流量を鋳造速度の低下に合わせて減少させる。これは材料の表面温度と製鋼圧延機の出力とを監視することにより果たす。連続鋳造機が一段と遅い速度で運転することを求められるとき、冷却剤流量をさらに大きく減少させるようにする。逆に、より早い速度で連続鋳造機を安全に運転する、十分な余裕があるとき、冷却剤流量は増加することが可能で、連続鋳造工程をさらに早めることができる。

本発明の別の態様に従って、制御装置１９０はここに説明されるようなアクティブ・フィードバック制御を実施する状態から冷却を予め決められた制御アルゴリズムに従って実行するフェイルセーフ状態に戻るように適応され、構成される。この予め決められたアルゴリズムはこの技術分野でよく知られており、一般的には連続鋳造機をどのように制御するかを記述する。フェイルセーフ機構を組み込むことはアクティブ・フィードバック制御装置が誤作動するような場合に有用である。仮に、バックアップ装置がなければ、製造上の損失につながる、圧延機の運転を休止する必要に迫られる。連続鋳造機は省略設定を行うことによりそのまま運転を続けて生産を続行することができ、時間と費用とを大きく節約することが可能になる。また、フェイルセーフに合わせて省略を設定することはアクティブ・フィードバック制御装置について診断が求められるような場合に望ましい。アクティブ・フィードバック制御装置が修理され、および／またはそうした診断が完了したとき、制御装置は再びアクティブ・フィードバック制御を開始するため組み立てられる。

ここに説明される装置、方法およびプログラムは製造者から配給され、新しい連続鋳造機として提供される。望まれるのであれば、これに代えて、この装置、方法およびプログラムは現存する連続鋳造機用の改良キットの形で提供することも可能である。

ここに説明している本発明の原理、態様および実施例に関する全ての語は特定の具体例も含めて構造的均等物および機能的均等物の双方を含むことを意図する。これに加えて、均等物が現時点で知られた均等物、そして将来開発される均等物、すなわち構造自体に拘わりなく、同一機能を果たす新たに開発される要素も含むことを意図する。

ブロック図および他の回路設計図は本発明の原理を利用している回路設計の概念とソフトウエアとを表わす。それゆえ、図面に示される多様な要素の機能は専用ハードウエアおよび適切なソフトウエアと協働してソフトウエアを実行する能力があるハードウエアの使用を通じて提供される。プロセッサにより提供されるとき、こうした機能は単一の専用プロセッサ、単一の共用プロセッサまたは幾つかのプロセッサが共用される複数の個別プロセッサによって提供される。これらの多様な要素の機能は、たとえばディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ハードウエア、ネットワーク・プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウエアを記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置によって実行される。他の汎用および／特注ハードウエアも含まれる。

同様に、ここに説明されるシステム・フローがコンピュータまたはプロセッサについて明白に述べていなくても、コンピュータで読み取り可能な媒体に表わされ、コンピュータまたはプロセッサにより実行される多様な処理方法を表わすことは理解される。さらに、この多様な処理方法は処理および／または他の機能を表わすだけでなく、そうした処理または機能を実行するプログラム・コードのブロックも表わすと理解することができる。

上記のように、そして図面に示されるように、本発明の方法および装置は生産量を高め、信頼性を増す、優れた特性を有する鋳造装置を提供する。当業者には本発明の本質と範囲とから離れることなく、本発明の装置および方法において多様な変更および変形をなし得ることが明らかである。したがって、添付の請求の範囲とそれらの均等物の範囲内にある変更および変形を含むことが意図される。

図１は従来の連続鋳造装置の構成図である。図２Ａは本発明に従って製作された連続鋳造機の構成図である。図２Ｂは本発明に従って製作された冷却装置のノズルを示す断面図である。図２Ｃは本発明に従って製作された冷却装置のノズルを示す断面図である。図３は本発明に係るアクティブ・フィードバック制御装置のフローチャートである。図４Ａは本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の一実施例を示す構成図である。図４Ｂは本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図５は本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図６は材料に当接して回転するローラを有する、本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図７は材料に当接して滑る滑り材を有する、本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図８は本発明に係る温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図９は本発明に係る温度測定装置に組み合わせて使用されるグリッド・センサを示す構成図である。図１０は本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１１は本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１２Ａは高温計を有する、本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１２Ｂは高温計を有する、本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１３Ａは本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１３Ｂは本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１３Ｃは本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１３Ｄは本発明に係る水蒸気の吸収率を示すグラフである。図１３Ｅは本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１３Ｆは本発明に係る実験で得られた炭素鋼の放射率の変化を示すグラフである。図１３Ｇは本発明に係るＵＶおよびＮＩＲスペクトルの応答性を示すグラフである。図１３Ｈは本発明に係る高温計を用いた試験で得られた温度分布を示すグラフである。図１３Ｉは本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１３Ｊは図１３Ｉに示される温度測定装置の詳細を示す斜視図である。図１４は電子技術を利用する、本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１５は分光技術を利用する、本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１６は熱流束センサを有する、本発明に従うアクティブ・フィードバック制御装置に組み合わせて使用される温度測定装置の他の実施例を示す構成図である。図１７は理想冷却曲線と鋼の実際の冷却曲線との比較を示す線図である。

符号の説明

１１０… 連続鋳造機
１２０… 湯溜り
１２４… 鋳型
１４０… 厚板
１６０、３８２… ローラ
１７０… 冷却装置
１８０、４８０、５８０、６８０、７８０、１０８０、１３８０、１８００… 温度測定装置
１９０… 制御装置
３８６、４８６… 熱電対
５８２… グリッド構造体
５８６… 熱電対組み立て体
８８０… 高温計
９８０… 温度センサ
１３９０… 光検出器アレイ
１４８２… 熱流束センサ
１８２０… 管状部材
１８３０… レンズ
１８４０… 光子センサ

Claims

金属を連続して鋳造するための連続鋳造機であって、
ａ）溶融金属を金属素材に成形するように適応され、構成される鋳型と、
ｂ）前記金型の下流に配置され、前記連続鋳造機を出る前に前記素材を冷却し、固化するように適応され、構成される冷却装置と、
ｃ）前記素材の表面温度を検出するように適応され、構成される温度測定装置と、
ここで、前記温度測定装置は
i）前記素材の温度を検出するように適応され、構成される温度センサと、
ii）前記温度センサに接続され、前記センサで監視される前記素材のある領域から流れる残留物を逸らすためパージ・ガスを供給するように適応され、構成されるパージ・ガス系統とを備えており、
を備える連続鋳造機。
前記ガスによるパージで冷却剤が温度測定の精度に悪影響を及ぼすのを防ぐようにした請求項１記載の連続鋳造機。
前記温度センサが素材の温度を検出するため前記素材に直接接触する請求項１記載の連続鋳造機。
前記温度センサが熱電対を備える請求項３記載の連続鋳造機。
前記温度センサが素材の温度を検出するため前記素材から放出される光子を検出する光子センサを備える請求項１記載の連続鋳造機。
さらに、前記素材に近接して配置される第１端部と、前記温度センサに近接して配置される第２端部とを有する細長い管状部材を備え、前記管状部材が前記管状部材の前記第１端部から前記温度センサへ向かう、前記素材から放出される光子の移動を可能にするように適応され、構成される請求項５記載の連続鋳造機。
前記パージ・ガス系統が前記管状部材を通してパージ用ガスを導く請求項６記載の連続鋳造機。
前記パージ・ガス系統が前記素材と前記光子センサとの間に形成される放射経路から残留物を一掃するように適応され、構成される請求項７記載の連続鋳造機。
前記管状部材の前記第１端部が前記放射経路から残留物を一掃するのを促進するため角度を付けるようにした請求項８記載の連続鋳造機。
前記光子センサが高温計を備える請求項５記載の連続鋳造機。
前記高温計が電磁スペクトルの紫外領域、電磁スペクトルの可視光領域および電磁スペクトルの近赤外領域の少なくとも１つの波長に感光するようにした請求項１０記載の連続鋳造機。
前記高温計が約０．５μｍよりも小さい長さの波長に感光する請求項１１記載の連続鋳造機。
前記高温計が二色高温計である請求項１０記載の連続鋳造機。
さらに、前記冷却装置と前記温度センサとに接続される制御装置を備え、前記制御装置が前記温度センサで検出される素材温度の変化に応じて前記素材に向かう冷却剤の流量を調節するように適応され、構成される請求項１記載の連続鋳造機。
前記冷却剤が水、空気およびこれらを組み合わせた流体からなる群から選ばれる請求項１４記載の連続鋳造機。
前記制御装置が個別の冷却ノズルおよび冷却ノズル列の少なくとも１つを制御するように適応され、構成される請求項１４記載の連続鋳造機。
前記温度センサが少なくとも１個の冷却ノズル下流側位置で前記素材の表面温度を検出する請求項１記載の連続鋳造機。
前記制御装置が次の機能の少なくとも１つを果たすように適応され、構成される請求項１４記載の連続鋳造機。
i）前記素材が固化する間、素材の幅方向の表面温度を維持する、
ii）前記連続鋳造機の速度を調節する、
iii）前記連続鋳造機の速度を制御することにより材料流の表面温度を調節する、
iv）アクティブ・フィードバック制御から冷却省略設定に制御を省略する、