JP4453556B2 - Manufacturing method of continuous cast slab - Google Patents
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Description
本発明は、連続鋳造鋳片の製造方法に関し、詳しくは、鋳造中に鋳片の凝固完了位置を検出し、検出した凝固完了位置が所定の位置になるように制御しながら連続鋳造鋳片を製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a continuous cast slab, and more specifically, detects a solidification completion position of the slab during casting, and controls the continuous cast slab while controlling the detected solidification completion position to be a predetermined position. It relates to a method of manufacturing.
鋼の連続鋳造においては、連続鋳造鋳片の凝固完了位置(「クレータエンド位置」ともいう)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。凝固完了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。 In continuous casting of steel, it is extremely important to determine at which position of the slab the solidification completion position (also referred to as “crater end position”) of the continuous cast slab. This is because detecting the solidification completion position greatly contributes to the improvement of the productivity and quality of the slab.
例えば、生産性を向上させるために鋳造速度(=鋳片引き抜き速度)を増やすと、凝固完了位置は鋳片の鋳造方向下流側に移動する。凝固完了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」という)、内質の悪化や巨大バルジングの場合には鋳造停止といった問題が発生する。それ故、凝固完了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。また、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、凝固完了位置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。 For example, when the casting speed (= slab drawing speed) is increased in order to improve productivity, the solidification completion position moves to the downstream side in the casting direction of the slab. If the solidification completion position exceeds the range of the slab support roll, the slab swells due to the static iron pressure (referred to as “bulging”), and in the case of deterioration of the internal quality or huge bulging, there arises a problem that the casting is stopped. Therefore, if the solidification completion position is not clearly known, it is impossible to increase the casting speed. Further, in the light reduction operation for improving the quality by reducing the center segregation of the slab, it is necessary to control the casting speed and the amount of secondary cooling water so that the solidification completion position is located in the light reduction zone. In order to meet these requirements, it is necessary to continuously measure the solidification state of the slab.
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、超音波を利用した方法が多数提案されている。例えば、特許文献1には、縦波超音波及び横波超音波を鋳片幅方向に走査しながら鋳片を透過させ、鋳片幅方向中央部における縦波超音波の伝播時間と、鋳片幅方向での凝固部と未凝固部との境界位置における横波超音波伝播時間/縦波超音波伝播時間の比と、固相中及び液相中における縦波超音波の伝播速度とから、鋳片幅方向中央位置における未凝固層の厚みを求める方法が提案されている。
Therefore, various methods have been proposed so far in order to determine the solidified state inside the slab, and among them, many methods using ultrasonic waves have been proposed. For example,
また、特許文献2には、縦波超音波と横波超音波とを同時に鋳片を透過させ、横波超音波の透過波の振幅と縦波超音波の透過波の振幅との比を求め、求めた比に基づいて超音波センサーの設置位置における未凝固層の存在を判定する方法が提案されている。尚、横波超音波は固相のみを透過して液相を透過しないという性質があり、特許文献1及び特許文献2は、横波のこの特性を利用している。
しかしながら、これらの方法では次のような問題が残されている。 However, these methods still have the following problems.
特許文献1では、固相及び液相における縦波の伝播速度を用いて液相厚みを算出しているが、この伝播速度が鋼種によって異なっている。この伝播速度は全ての鋼種で知られている訳ではないため、伝播時間から得られた測定値を校正するために、例えば、鋳造中の鋳片に金属製の鋲を打ち込み、冷却後に鋲の打ち込み部分を切断・研磨し、鋲がどの程度溶融したかを測定することによって固相厚みを把握し、この結果と照らし合わせて伝播時間から求めた計算値の合わせ込みを実施する必要がある。この作業は、手間やコストを費やし、従って、全ての鋼種について校正を行うことは現実的には不可能である。また、測定箇所における鋳片の厚みを把握する必要があるが、未凝固層を有する鋳片はバルジングするため、鋳造中の鋳片の厚みを精度良く安定して測定することも難しく、測定精度を低下させる一因となっている。
In
特許文献2では、横波超音波の透過波の振幅と縦波超音波の透過波の振幅との比から未凝固層の存在を判定するだけであるので、一対の送信器及び受信器を設置しただけでは凝固完了位置を知ることができず、凝固完了位置を知るためには鋳造方向に多数の送信器及び受信器を設置しなければならない。
In
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、鋳片への鋲の打ち込みによる校正を必要とせず、センサーによる計測値のみから凝固完了位置を精度良く検知することの可能な凝固完了位置検知装置を利用して連続鋳造鋳片の凝固完了位置を正確に検出し、凝固完了位置を予め設定された基準位置に制御しながら鋳造することで、生産性また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る。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to eliminate the need for calibration by staking a slab into the slab, and to accurately determine the solidification completion position from only the measured value by the sensor. Production is performed by accurately detecting the solidification completion position of a continuous cast slab using a solidification completion position detection device that can detect well, and casting while controlling the solidification completion position to a preset reference position. It is providing the manufacturing method of a continuous casting slab which makes it possible to improve property or slab quality.
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討・研究を行った。以下に検討・研究結果を説明する。 The inventors of the present invention diligently studied and studied to solve the above problems. The examination and research results are explained below.
連続鋳造鋳片における縦波超音波の伝播時間から固相厚みを推定する方法に関して伝播時間のシミュレーションを重ねた結果、従来の方法においては、縦波超音波の伝播速度の鋼種による依存性や鋳片厚みの影響が大きく、これらの校正を行わないと精度良く測定することはできないことが分かった。但し、凝固完了位置が縦波超音波センサーよりも鋳造方向の下流側に存在して超音波の伝播経路に液相が含まれる場合には、液相における伝播速度が固相における伝播速度に比べて遅いため、縦波超音波センサーによって測定される伝播時間は固相厚みに応じて感度良く変化し、固相厚みの測定値及びこの固相厚みから導かれる凝固完了位置の相対的な測定精度は極めて高いことが分かった。 As a result of repeated simulation of propagation time for the method of estimating the solid phase thickness from the propagation time of longitudinal wave ultrasonic waves in continuous cast slabs, in the conventional method, the dependence of the propagation speed of longitudinal wave ultrasound on the steel type and the casting It was found that the influence of the thickness of the piece was large, and it was impossible to measure with high accuracy unless these calibrations were performed. However, if the solidification completion position is downstream of the longitudinal wave ultrasonic sensor in the casting direction and the liquid phase is included in the propagation path of the ultrasonic wave, the propagation speed in the liquid phase is compared with the propagation speed in the solid phase. Therefore, the propagation time measured by the longitudinal wave ultrasonic sensor changes with high sensitivity according to the solid phase thickness, and the measured value of the solid phase thickness and the relative measurement accuracy of the solidification completion position derived from this solid phase thickness Was found to be extremely expensive.
そこで、縦波超音波の伝播時間から固相厚みを推定する際に用いる物性値をオンラインで校正する方法として、横波が液相を透過しないことにより求められる凝固完了位置を利用して校正することを検討した。 Therefore, as a method for calibrating the physical property values used when estimating the thickness of the solid phase from the propagation time of longitudinal ultrasonic waves, calibrating using the solidification completion position required when the transverse wave does not penetrate the liquid phase. It was investigated.
内部がまだ未凝固の状態の小型鋼塊を用い、それを冷却しながら鋼塊に横波超音波を透過させると同時に鋼塊軸心部を熱電対で測温する試験を行った。その結果、鋼塊内部に未凝固相が存在する場合には、即ち鋼塊軸心部の固相率が1未満の場合には、横波超音波は鋼塊を透過できず、鋼塊が軸心まで凝固した時点即ち鋼塊軸心部の固相率が1になった時点で初めて横波超音波が鋼塊を透過することが分かった。更に、この性質は鋼種に依存せず生じることも明らかとなった。この性質に基づくことで、横波超音波センサーによる透過信号が、消失状態から出現した時点、或いは、検出状態から消失した時点は、鋼種や鋳造条件に拘わらず、凝固完了位置と横波超音波センサーの配置位置とが一致するという絶対値計測ができるとの知見が得られた。 Using a small steel ingot that was still unsolidified inside, a transverse wave ultrasonic wave was transmitted through the steel ingot while cooling it, and at the same time, the temperature of the steel ingot shaft was measured with a thermocouple. As a result, when an unsolidified phase is present inside the steel ingot, that is, when the solid phase ratio of the steel ingot axis is less than 1, the transverse wave ultrasonic wave cannot penetrate the steel ingot, and the steel ingot is in the axial direction. It was found that the transverse wave ultrasonic wave was transmitted through the steel ingot only when it solidified to the center, that is, when the solid phase ratio of the steel ingot axis became 1. Furthermore, it became clear that this property occurs independently of the steel type. Based on this property, the time when the transmission signal by the transverse wave ultrasonic sensor appears from the disappearance state or the point at which it disappears from the detection state is the solidification completion position and the transverse wave ultrasonic sensor's position regardless of the steel type and casting conditions. The knowledge that the absolute value measurement that the arrangement position matches can be obtained.
従って、凝固完了位置を横波超音波センサーの配置位置とした条件下において、縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置を算出する計算式を校正することにより、相対的な測定精度に優れている、縦波超音波の伝播時間を用いた凝固完了位置の推定方法を、絶対的な精度にも優れた検知手段として使用可能であるとの知見が得られた。 Therefore, the relative measurement accuracy is excellent by calibrating the calculation formula for calculating the coagulation completion position from the propagation time of the longitudinal wave ultrasonic wave under the condition that the coagulation completion position is the arrangement position of the transverse wave ultrasonic sensor. It was found that the method for estimating the coagulation completion position using the propagation time of longitudinal ultrasonic waves can be used as a detection means excellent in absolute accuracy.
具体的には、縦波超音波センサーで測定された伝播時間から算出される凝固完了位置が横波超音波センサーの配置位置になるように物性値を決めてやれば、伝播時間により凝固完了位置を求める計算式は校正されることになる。以後、このようにして校正された伝播時間から凝固完了位置を求める計算式を用いることで、例えば鋳造速度を更に高くするなど、鋳造条件を変更したときの凝固完了位置を精度良く求めることができることが分かった。 Specifically, if the physical property value is determined so that the coagulation completion position calculated from the propagation time measured by the longitudinal wave ultrasonic sensor becomes the arrangement position of the transverse wave ultrasonic sensor, the coagulation completion position is determined by the propagation time. The calculated formula will be calibrated. Thereafter, by using a calculation formula for obtaining the solidification completion position from the calibrated propagation time in this way, the solidification completion position when the casting conditions are changed can be obtained with high accuracy, for example, by further increasing the casting speed. I understood.
ここで、第1の校正点となる横波超音波センサーの鋳造方向の下流側に第2の横波超音波センサーを配置し、第2の横波超音波センサーの位置を凝固完了位置とした鋳造条件下においても、凝固完了位置を算出する計算式を校正することにより、凝固完了位置の測定精度が大幅に向上することが分かった。 Here, the second transverse wave ultrasonic sensor is disposed downstream of the transverse wave ultrasonic sensor serving as the first calibration point in the casting direction, and the casting condition is such that the position of the second transverse wave ultrasonic sensor is the solidification completion position. The calibration accuracy of the solidification completion position was greatly improved by calibrating the calculation formula for calculating the solidification completion position.
このようにして凝固完了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に鋳片の凝固完了位置を常に位置させることが可能となり、鋳造の初期や末期などの非定常部を含めて鋳片の大部分を適切に軽圧下することができるのみならず、連続鋳造機の機端に凝固完了位置を安定して位置させることが可能となり、連続鋳造機の機長を十分に活用した高速鋳造を安定して行うことが可能になるとの知見を得た。 When the solidification completion position can be accurately and stably detected in this way, the solidification completion position of the slab can always be positioned in a light reduction belt that can be reduced with respect to the slab, Not only can the most part of the slab be appropriately lightly reduced, including unsteady parts such as the initial and final stages of casting, but the solidification completion position can be stably positioned at the end of the continuous casting machine. As a result, we have obtained knowledge that high-speed casting can be performed stably by making full use of the continuous casting machine.
本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、第1の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、連続鋳造鋳片に対して横波超音波を送信し且つ送信した横波超音波を受信する横波超音波センサーと、該横波超音波センサーの配置位置と連続鋳造機の鋳造方向上流側に離れた鋳片幅方向の同一位置に設置された、連続鋳造鋳片に対して縦波超音波を送信し且つ送信した縦波超音波を受信する縦波超音波センサーと、該縦波超音波センサーで受信した受信信号に基づき下記の(1)式に示す計算式を用いて鋳片の凝固完了位置を求める凝固完了位置演算部と、を備え、前記横波超音波センサーの受信信号の強度の変化によって横波超音波センサーの配置位置と鋳片の凝固完了位置とが一致したことが確認された時点での前記縦波超音波センサーからの信号に基づいて前記(1)式により算出される凝固完了位置が横波超音波センサーの配置位置と合致するように、前記(1)式が下記の(2)式によって校正される凝固完了位置検知装置を用いて、連続鋳造鋳片の凝固完了位置を検出し、検出した凝固完了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また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。
CE=a 1 ・Δt+a 0 …(1)
但し、(1)式において、CEは鋳型内の溶鋼湯面から凝固完了位置までの距離、Δtは縦波超音波の伝播時間、a 1 及びa 0 は多項式の係数である。
a 0 =CE 1 −a 1 ・Δt 1 …(2)
但し、(2)式において、CE 1 は鋳型内の溶鋼湯面から横波超音波センサーの配置位置までの距離、Δt 1 は凝固完了位置が横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定した時点の縦波超音波の伝播時間である。
The present invention has been made based on the above examination results, and the method for producing a continuous cast slab according to the first aspect of the present invention transmits a transverse wave ultrasonic wave to the continuous cast slab and transmits the transmitted transverse wave ultrasonic wave. A longitudinal wave with respect to a continuous cast slab installed at the same position in the width direction of the slab away from the upstream position in the casting direction of the continuous casting machine. A longitudinal wave ultrasonic sensor that transmits ultrasonic waves and receives the transmitted longitudinal wave ultrasonic waves, and a slab using a calculation formula shown in the following equation (1) based on a reception signal received by the longitudinal wave ultrasonic sensor A solidification completion position calculating unit for obtaining a solidification completion position of the horizontal wave ultrasonic sensor, and confirming that the arrangement position of the transverse wave ultrasonic sensor coincides with the solidification completion position of the slab by a change in the intensity of the received signal of the transverse wave ultrasonic sensor the longitudinal wave ultrasonic cell at the time it was As on the basis of the signal from the server (1) clotting completion position calculated by equation matches the position of the transverse ultrasonic wave sensors, coagulation, wherein (1) is calibrated by the following formula (2) Using the completion position detection device, the solidification completion position of the continuous cast slab is detected, and casting is performed while changing the casting speed or the amount of secondary cooling water so that the detected solidification completion position becomes a preset reference position. It is characterized by this.
CE = a 1 · Δt + a 0 (1)
In Equation (1), CE is the distance from the molten steel surface in the mold to the solidification completion position, Δt is the propagation time of longitudinal ultrasonic waves, and a 1 and a 0 are polynomial coefficients.
a 0 = CE 1 −a 1 · Δt 1 (2)
However, in the formula (2), CE 1 is the distance from the molten steel surface in the mold to the position where the transverse ultrasonic sensor is arranged , and Δt 1 is the time when it is determined that the solidification completion position has passed the arrangement position of the transverse wave ultrasonic sensor. Is the propagation time of longitudinal ultrasonic waves.
第2の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、連続鋳造鋳片に対して横波超音波を送信し且つ送信した横波超音波を受信する第1の横波超音波センサーと、第1の横波超音波センサーの配置位置と連続鋳造機の鋳造方向上流側に離れた鋳片幅方向の同一位置に設置された、連続鋳造鋳片に対して縦波超音波を送信し且つ送信した縦波超音波を受信する縦波超音波センサーと、第1の横波超音波センサーの鋳造方向下流側の鋳片幅方向の同一位置に設置された、連続鋳造鋳片に対して横波超音波を送信し且つ送信した横波超音波を受信する第2の横波超音波センサーと、前記縦波超音波センサーで受信した受信信号に基づき下記の(1)式に示す計算式を用いて鋳片の凝固完了位置を求める凝固完了位置演算部と、を備え、第1の横波超音波センサーの受信信号の強度の変化によって第1の横波超音波センサーの配置位置と鋳片の凝固完了位置とが一致したことが確認された時点での前記縦波超音波センサーからの信号に基づいて前記(1)式により算出される凝固完了位置が第1の横波超音波センサーの配置位置と合致し、且つ、第2の横波超音波センサーの受信信号の強度の変化によって第2の横波超音波センサーの配置位置と鋳片の凝固完了位置とが一致したことが確認された時点での前記縦波超音波センサーからの信号に基づいて前記(1)式により算出される凝固完了位置が第2の横波超音波センサーの配置位置と合致するように、前記(1)式が下記の(3)式及び下記の(4)式によって校正される凝固完了位置検知装置を用いて、連続鋳造鋳片の凝固完了位置を検出し、検出した凝固完了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また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。
CE=a 1 ・Δt+a 0 …(1)
但し、(1)式において、CEは鋳型内の溶鋼湯面から凝固完了位置までの距離、Δtは縦波超音波の伝播時間、a 1 及びa 0 は多項式の係数である。
CE 1 =a 1 ・Δt 1 +a 0 …(3)
CE 2 =a 1 ・Δt 2 +a 0 …(4)
但し、(3)式及び(4)式において、CE 1 は鋳型内の溶鋼湯面から第1の横波超音波センサーの配置位置までの距離、Δt 1 は凝固完了位置が第1の横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定した時点の縦波超音波の伝播時間、CE 2 は鋳型内の溶鋼湯面から第2の横波超音波センサーの配置位置までの距離、Δt 2 は凝固完了位置が第2の横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定した時点の縦波超音波の伝播時間である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing a continuous cast slab, wherein the first transverse wave ultrasonic sensor transmits a transverse wave ultrasonic wave to the continuous cast slab and receives the transmitted transverse wave ultrasonic wave, and the first transverse wave. Longitudinal wave ultrasonic waves transmitted and transmitted to continuous cast slabs installed at the same position in the slab width direction, which is located upstream of the casting direction of the continuous casting machine and in the casting direction of the continuous casting machine A transverse wave ultrasonic wave is transmitted to a continuous cast slab installed at the same position in the slab width direction downstream of the first transverse wave ultrasonic sensor in the casting direction of the longitudinal wave ultrasonic sensor that receives the sound wave; and Based on the second transverse wave ultrasonic sensor that receives the transmitted transverse wave ultrasonic wave and the received signal received by the longitudinal wave ultrasonic sensor, the solidification completion position of the slab is determined using the calculation formula shown in the following expression (1). A first coagulation completion position calculation unit, and a first transverse ultrasonic sensor. Based on a signal from the longitudinal wave ultrasonic sensor at the time when the solidification completion location of the position and the slab of the first transverse ultrasonic wave sensor by the change in the intensity of the received signal that matches were confirmed Sir The coagulation completion position calculated by the equation (1) matches the arrangement position of the first transverse wave ultrasonic sensor , and the second transverse wave ultrasonic wave is changed by the change in the intensity of the received signal of the second transverse wave ultrasonic sensor. The solidification completion position calculated by the equation (1) based on the signal from the longitudinal wave ultrasonic sensor at the time when it is confirmed that the sensor arrangement position and the solidification completion position of the slab coincide with each other is the second solidification position. Continuous casting slab by using a solidification completion position detecting device in which the equation (1) is calibrated by the following equation (3) and the following equation (4) so as to match the arrangement position of the transverse wave ultrasonic sensor: Detects solidification completion position , It is characterized in that the detected solidification completion position is cast while varying the casting speed or the secondary cooling water so that the reference position set in advance.
CE = a 1 · Δt + a 0 (1)
In Equation (1), CE is the distance from the molten steel surface in the mold to the solidification completion position, Δt is the propagation time of longitudinal ultrasonic waves, and a 1 and a 0 are polynomial coefficients.
CE 1 = a 1 · Δt 1 + a 0 (3)
CE 2 = a 1 · Δt 2 + a 0 (4)
In the equations (3) and (4), CE 1 is the distance from the molten steel surface in the mold to the position of the first transverse wave ultrasonic sensor, and Δt 1 is the first transverse wave ultrasonic wave at the solidification completion position. Longitudinal wave ultrasonic wave propagation time when it is determined that the sensor has passed the placement position, CE 2 is the distance from the molten steel surface in the mold to the second transverse wave ultrasonic sensor placement position, and Δt 2 is the solidification completion position Is the propagation time of longitudinal ultrasonic waves at the time when it is determined that has passed the arrangement position of the second transverse wave ultrasonic sensor.
第3の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、第1または第2の発明において、前記凝固完了位置の基準位置を、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。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a continuous cast slab according to the first or second invention, wherein the reference position of the solidification completion position is within a range of a light pressure lowering zone capable of light pressure reduction with respect to the slab. It is characterized by setting.
第4の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、第1または第2の発明において、前記凝固完了位置の基準位置を、連続鋳造機の機端から5m以内の範囲に設定することを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the method for producing a continuous cast slab according to the first or second aspect, wherein the reference position of the solidification completion position is set within a range of 5 m from the end of the continuous caster. It is what.
尚、本発明における鋳片幅方向の同一位置とは、凝固完了位置の鋳造方向の変化がほとんど無いと見なせる範囲内を意味するものとする。スラブ連続鋳造機では、凝固完了位置が鋳片の幅方向で異なる場合もあるので、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとで検出する凝固完了位置が同一であるか、或いは、凝固完了位置に鋳造方向の変化が生じたとしても変化の差がほとんど無いと見なせる幅方向の範囲内に横波超音波センサー及び縦波超音波センサーを配置する必要がある。具体的には、凝固完了位置の鋳片幅方向の形状を平坦と見なせる場合には、数100mm離れていてもよく、逆に、凝固完了位置の鋳片幅方向の形状が大きく変化している場合には、数10mm以内とする必要がある。これは、この目的に用いられる超音波の波長が数10mmであり、且つセンサーの大きさが数10mm程度であることから、回折の影響も考慮すると、数10mm以内であれば同一位置と見なすことができるからである。また、連続鋳造機の同一位置とは、鋳片幅方向が同一位置であるのみならず、鋳造方向にも同一位置であるという意味である。鋳造方向に同一位置とは、センサーを配置する鋳片支持ロール間隙の位置が同一であるという意味である。 In the present invention, the same position in the slab width direction means a range in which it can be considered that there is almost no change in the casting direction at the solidification completion position. In slab continuous casting machines, the solidification completion position may differ in the width direction of the slab, so the solidification completion position detected by the transverse wave ultrasonic sensor and the longitudinal wave ultrasonic sensor is the same, or the solidification completion position Even if there is a change in the casting direction, it is necessary to arrange the transverse wave ultrasonic sensor and the longitudinal wave ultrasonic sensor within a range in the width direction where it can be considered that there is almost no difference in change. Specifically, when the shape in the slab width direction at the solidification completion position can be regarded as flat, it may be several hundred mm away, and conversely, the shape in the slab width direction at the solidification completion position is greatly changed. In some cases, it is necessary to make it within several tens of mm. This is because the wavelength of the ultrasonic wave used for this purpose is several tens of millimeters and the size of the sensor is about several tens of millimeters. Therefore, if the influence of diffraction is taken into consideration, it is regarded as the same position within several tens of millimeters. Because you can. Moreover, the same position of the continuous casting machine means that not only the slab width direction is the same position but also the same position in the casting direction. The same position in the casting direction means that the positions of the slab support roll gaps where the sensors are arranged are the same.
本発明によれば、鋳片の凝固完了位置を横波超音波センサーによって検出した時点で、縦波超音波センサーで測定された縦波超音波の伝播時間から求められる凝固完了位置を校正するので、鋳片への鋲打ち込みなどの手間のかかる校正作業を施すことなく、横波超音波センサー及び縦波超音波センサーの測定値のみから鋳片の凝固完了位置を精度良く検知することが可能となる。これにより、全ての鋼種の様々な鋳造条件において凝固完了位置を鋳造中に精度良く把握すると同時にその位置を制御することが可能となり、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などが可能となり、工業上有益な効果がもたらされる。 According to the present invention, when the solidification completion position of the slab is detected by the transverse wave ultrasonic sensor, the solidification completion position obtained from the propagation time of the longitudinal ultrasonic wave measured by the longitudinal wave ultrasonic sensor is calibrated. It is possible to accurately detect the solidification completion position of the slab from only the measurement values of the transverse wave ultrasonic sensor and the longitudinal wave ultrasonic sensor, without performing laborious calibration work such as hammering into the slab. This makes it possible to accurately grasp the solidification completion position during casting under various casting conditions for all steel types, and at the same time to control the position, reducing the center segregation of the slab and reducing the casting speed to the upper limit. Productivity can be improved by increasing the speed, resulting in industrially beneficial effects.
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。先ず、凝固完了位置検知装置を構成する横波超音波センサーと縦波超音波センサーとが同一位置に配置されたスラブ連続鋳造機における第1の実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態例を示す図であって、本発明を実施したスラブ連続鋳造機の概略図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of a slab continuous casting machine in which a transverse wave ultrasonic sensor and a longitudinal wave ultrasonic sensor constituting a solidification completion position detection device are arranged at the same position will be described. FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, and is a schematic view of a slab continuous casting machine in which the present invention is implemented.
図1において、1は鋳片、2は固相部、3は液相部、4は凝固完了位置であり、連続鋳造機の鋳型101に注入された溶鋼は、鋳型101によって冷却されて鋳型101と接触する部位に固相部2を形成し、周囲を固相部2とし、内部を未凝固の液相部3とする鋳片1は、鋳型101の下方に対抗して配置された複数対の鋳片支持ロール102に支持されつつ鋳型101の下方に引き抜かれる。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール102の間隙には、鋳片1の表面に向けて冷却水を吹き付けるエアーミストスプレーノズルや水スプレーノズルなどからなる二次冷却帯(図示せず)が設置されており、鋳片1は鋳造方向下流側に引き抜かれながら二次冷却帯で冷却され、中心部まで完全に凝固する。この中心部まで完全に凝固した位置が凝固完了位置4である。凝固が完了した鋳片1は、鋳片支持ロール102の下流側に設置された鋳片切断機104で所定の長さに切断され、鋳片1Aとして搬送用ロール103によって搬出される。
In FIG. 1, 1 is a slab, 2 is a solid phase part, 3 is a liquid phase part, and 4 is a solidification completion position. The molten steel injected into the
鋳片支持ロール102のうちの一部には、対向するロール間の間隔(「ロール間隔」という)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102の群、即ち、軽圧下帯105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。この軽圧下帯105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よい。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。また、総圧下量は2〜6mmで十分である。
A part of the
このような構成のスラブ連続鋳造機において、鋳片1の凝固完了位置4を検出するための凝固完了位置検知装置が配置されている。凝固完了位置検知装置は、鋳片1を挟んで対向配置させた横波超音波送信器6及び横波超音波受信器8からなる横波超音波センサーと、鋳片1を挟んで対向配置させた縦波超音波送信器7及び縦波超音波受信器9からなる縦波超音波センサーと、横波超音波送信器6及び縦波超音波送信器7へ電気信号を与えて鋳片1に超音波を送出するための電気回路である超音波送信部5と、横波超音波受信器8及び縦波超音波受信器9にて受信した受信信号を処理するための横波透過強度検出部10、凝固完了位置到達検出部11、縦波伝播時間検出部12及び凝固完了位置演算部13と、を備えている。横波超音波送信器6及び縦波超音波送信器7にて送出された超音波は鋳片1を透過し、横波超音波受信器8及び縦波超音波受信器9でそれぞれ受信され、電気信号に変換される。
In the slab continuous casting machine having such a configuration, a solidification completion position detecting device for detecting the
横波透過強度検出部10は、横波超音波受信器8により受信された横波超音波信号の強度を検出する装置で、凝固完了位置到達検出部11は、横波透過強度検出部10にて検出された横波超音波の透過信号の変化から、凝固完了位置4が横波超音波送信器6及び横波超音波受信器8の配置位置よりも鋳造方向の上流側か、或いは下流側かを判定する装置である。また、縦波伝播時間検出部12は、縦波超音波受信器9にて受信した受信信号から鋳片1を透過する縦波超音波の伝播時間を検出する装置であり、凝固完了位置演算部13は、縦波伝播時間検出部12で検出された縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置4を演算して求める装置である。ここで、横波透過強度検出部10、凝固完了位置到達検出部11、縦波伝播時間検出部12及び凝固完了位置演算部13は、計算機にて演算される。尚、横波超音波受信器8及び縦波超音波受信器9とこの計算機との間には、超音波信号増幅器や波形を計算機に取り込むためのA/D変換器などが必要であるが、図中では省略している。また、図1に示す凝固完了位置検知装置においては、横波超音波送信器6と縦波超音波送信器7とが一体的に構成され、同様に、横波超音波受信器8と縦波超音波受信器9とが一体的に構成されている。
The transverse wave transmission
横波超音波送信器6と縦波超音波送信器7、並びに、横波超音波受信器8と縦波超音波受信器9とが一体的に構成される例を、図2を参照して説明する。図2は、縦波超音波と横波超音波とを同一位置で発生・検出するための電磁超音波センサーの構成と動作について説明する図である。
An example in which the transverse wave
図2において31は磁石である。これは永久磁石でも電磁石でもどちらでも構わないが、永久磁石の方が電磁超音波センサーを小型化することができることから好ましい。32は、縦波用コイルであり、内側の磁極の周囲を巻くように配置したパンケーキコイルである。一方、33は、横波用コイルであり、磁極面と重なるように配置したパンケーキコイルである。34は、磁石31からの磁力線を示したものである。35及び36は、それぞれ縦波用コイル32及び横波用コイル33から鋳片1に生ずる渦電流を示したものであり、渦電流35及び渦電流36は、超音波送信部5から縦波用コイル32及び横波用コイル33に高周波電流が流されることによって発生する。
In FIG. 2, 31 is a magnet. This may be either a permanent magnet or an electromagnet, but a permanent magnet is preferred because the electromagnetic ultrasonic sensor can be miniaturized.
鋳片1に生じた渦電流35及び渦電流36は、磁力線34で示される磁石31からの静磁場との間にローレンツ力を発生させ、これによって縦波超音波37及び横波超音波38が発生する。超音波の受信については送信の逆作用であり、静磁場中の鋳片1が超音波によって振動することにより、鋳片1に渦電流が生じることを縦波用コイル32及び横波用コイル33で検知するものであり、送信と全く同じ構成を用いることができる。
The
連続鋳造機の隣り合う鋳片支持ロール間の間隙で、同一位置に縦波と横波とを発生・検出するためには、狭いロール間の間隙(一般に40〜75mm)に挿入可能な小型の電磁超音波センサーが必要である。電磁超音波センサーはよく知られているが、従来、この目的に見合った、縦波超音波と横波超音波とを同一箇所で発生・検出できる小型の電磁超音波センサーは提案されていない。本発明では、図2に示すように、鋳片1の幅方向に磁石31を並べる構成としたことで、磁極を3つまたは3つ以上設けることが可能となり、鋳片支持ロール102の狭い間隙に電磁超音波センサーを挿入することが可能となった上に、縦波超音波と横波超音波とを同一箇所で発生・検出することが可能となった。また、センサーの設置数が減ることにより、設置コストの削減のみならず保守点検のコストも削減することができる。
In order to generate and detect longitudinal and transverse waves at the same position in the gap between adjacent slab support rolls of a continuous casting machine, a small electromagnetic that can be inserted into the gap between narrow rolls (generally 40 to 75 mm) An ultrasonic sensor is required. Electromagnetic ultrasonic sensors are well known, but no small electromagnetic ultrasonic sensor that can generate and detect longitudinal and transverse ultrasonic waves at the same location has been proposed. In the present invention, as shown in FIG. 2, by arranging the
この電磁超音波センサーの具体的な形状としては、磁極の面積は10mm×10mm〜30mm×30mm程度の範囲が望ましく、磁極の間隔は5mm〜30mm程度の範囲が適当であり、磁極間の水平磁場が0.1T以上となる磁力を有することが適当である。磁石31として永久磁石を用いる場合には、希土類系磁石を用いることが望ましく、高さは20mm〜100mm程度あればよい。コイルの巻き数は10ターン〜100ターン程度の範囲が適当である。また、鋳造方向でコイルが磁極からはみ出る部分については、コイルを折り曲げることによって鋳造方向のセンサー幅を狭くすることができるが、磁極から直ちに折り曲げると、鋳造方向へ向かう水平磁場を有効に活用することができなくなり、感度が低下するため、磁極から5mm程度はみ出してから折り曲げるとよい。はみ出す幅は、3mm程度では感度低下を防止する効果が少なく、10mm以上ではセンサーの鋳造方向の幅を狭くする上では余り意味がないため、従って、3mm〜10mm程度が適当である。
As a specific shape of this electromagnetic ultrasonic sensor, the area of the magnetic pole is preferably in the range of about 10 mm × 10 mm to 30 mm × 30 mm, and the interval of the magnetic pole is suitably in the range of about 5 mm to 30 mm. It is appropriate to have a magnetic force of 0.1 T or more. When a permanent magnet is used as the
このような電磁超音波センサーを用いる場合、電気回路に要求される仕様としては、送信信号の電圧はおよそ1kV以上(電流では20A以上)、受信アンプのゲインは60dB〜80dB以上あれば発生・検出が可能であり、送信信号の周波数は、横波用は50kHz〜150kHz、縦波用は100kHz〜400kHz程度の範囲が適当である。送信信号波形としては、正弦波を短時間発生させたトーンバースト波や、所定時間幅内で振幅や位相を変化させたチャープ波などの変調信号の何れでも構わない。 When such an electromagnetic ultrasonic sensor is used, the specifications required for an electric circuit are generated and detected if the voltage of the transmission signal is about 1 kV or more (current is 20 A or more) and the gain of the receiving amplifier is 60 dB to 80 dB or more. The frequency of the transmission signal is suitably in the range of about 50 kHz to 150 kHz for the transverse wave and about 100 kHz to 400 kHz for the longitudinal wave. The transmission signal waveform may be a tone burst wave in which a sine wave is generated for a short time, or a modulation signal such as a chirp wave in which the amplitude or phase is changed within a predetermined time width.
尚、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとを連続鋳造機の同一位置に配置する場合、必ずしも縦波超音波と横波超音波とを同一位置で発生・検出させる電磁超音波センサーを使用する必要はなく、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとの配置間隔が、凝固完了位置4の鋳造方向の変化がほとんど無いと見なせる範囲内であるならば、具体的には数10mm以内であるならば、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとを別々に配置してもよい。
In addition, when the transverse wave ultrasonic sensor and the longitudinal wave ultrasonic sensor are arranged at the same position of the continuous casting machine, the electromagnetic ultrasonic sensor that always generates and detects the longitudinal wave ultrasonic wave and the transverse wave ultrasonic wave is used. There is no need, and if the arrangement interval between the transverse wave ultrasonic sensor and the longitudinal wave ultrasonic sensor is within a range in which it is considered that there is almost no change in the casting direction of the
以下、受信した信号の処理方法について説明する。先ず、横波透過強度検出部10の動作について図3を参照して説明する。
Hereinafter, a method for processing the received signal will be described. First, the operation of the transverse wave
図3は、横波透過強度検出部10の動作を示す図で、送信信号の1発分に対応した受信信号波形を示している。図3中の最初の波は、送信信号が電気的に横波超音波受信器8に漏れ込んだものであり、2番目の波が横波超音波の透過信号である。ここで、横波超音波の透過信号が現れる時間位置は、鋳片1の厚み、鋳片1のおよその温度、及び横波超音波の伝播速度から、大まかに既知であるので、その位置の信号だけを取り出すゲートを設け、そのゲート内の信号の最大値を求めるようにする。この処理は、受信信号の波形をA/D変換で計算機内に取り込むことにより、計算処理で容易に実現することができる。信号の最大値の取り方としては、0Vを基準にした絶対値でも、また、ピークトゥーピーク値でも何れでもよい。尚、実際には、送信信号は数10Hz〜数100Hzの周期で繰り返されるので、その一つ一つの波形を平均化してから横波超音波の透過強度を求めたり、一つ一つの波形の透過強度を平均化したりして、ノイズによる揺らぎの影響を少なくすることが有効である。
FIG. 3 is a diagram showing the operation of the transverse wave transmission
次いで、凝固完了位置到達検出部11の動作について図4を参照して説明する。図4は、凝固完了位置到達検出部11の動作の1例を示す図で、連続鋳造操業の数10分間にわたって鋳造条件を変化させながら、横波透過強度検出部10から送られてくる横波超音波の透過信号の強度を検出したチャート図である。
Next, the operation of the solidification completion position
図4に示すように、連続鋳造操業の鋳造条件の変化に応じて横波超音波の透過信号の強度は変化する。図4中のA及びBの範囲では透過信号の強度は非常に小さくなっており、凝固完了位置4が横波超音波送信器6及び横波超音波受信器8の配置位置よりも鋳造方向の下流側に存在する状態を表している。凝固完了位置到達検出部11では、透過信号の強度が所定の判定しきい値を横切った時点で、凝固完了位置4が横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定する。この判定しきい値は、予め定めた固定値でも、或いは横波超音波の透過信号が現れない時間領域の信号レベルからノイズレベルを求め、その値を用いた変動しきい値でも、どちらでも構わない。凝固完了位置到達検出部11は、このようにして凝固完了位置4が横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定すると、凝固完了位置演算部13へタイミング信号を送出する。
As shown in FIG. 4, the intensity of the transmitted signal of the transverse ultrasonic wave changes according to the change in the casting conditions of the continuous casting operation. In the range of A and B in FIG. 4, the intensity of the transmission signal is very small, and the
次ぎに、縦波伝播時間検出部12の動作について図5を参照して説明する。図5は、縦波伝播時間検出部12の動作を示す図で、送信信号の1発分に対応した受信信号の波形を示す図である。図5中の最初の波は、送信信号が電気的に縦波超音波受信器9に漏れ込んだものであり、2番目の波が縦波超音波の透過信号である。ここで、縦波伝播時間検出部12は、送信信号の送出タイミングから縦波超音波の透過信号の出現タイミングまでの時間を検出する。縦波超音波の透過信号の検出方法としては、図5に示すように、しきい値以上になる時点としても、或いはゲート内の最大値となる時点としても、どちらでもよい。この処理は、横波透過強度検出部10と同様に、受信信号の波形をA/D変換で計算機内に取り込むことにより、計算処理で容易に実現することができる。また、実際には、送信信号は数10Hz〜数100Hzの周期で繰り返されるので、その一つ一つの波形を平均化してから縦波超音波の伝播時間を求めたり、一つ一つの波形の伝播時間を平均化したりして、ノイズによる揺らぎの影響を少なくすることが有効である。
Next, the operation of the longitudinal wave
最後に、凝固完了位置演算部13の動作について図6を参照して説明する。図6は、第1の実施の形態例における凝固完了位置演算部13の動作を示す図で、縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置4を算出する近似式を図示したものである。凝固完了位置4が縦波超音波送信器7及び縦波超音波受信器9の配置位置よりも鋳造方向の下流側になるほど、液相部3の厚みが増大するため、伝播時間は長くなる。従って、伝播時間と、鋳型101内の溶鋼湯面14から凝固完了位置4までの距離とはおよそ比例関係になり、図6のような関係を示す。そこで、伝播時間から凝固完了位置4を求めるには、多項式の近似式、例えば下記の(1)式に示す一次式などを用いればよい。但し、(1)式において、CEは鋳型内の溶鋼湯面14から凝固完了位置4までの距離、Δtは縦波超音波の伝播時間、a1 及びa0 は多項式の係数である。
Finally, the operation of the coagulation completion
図6中、Aで示す線は校正前の近似式を表している。ここで、凝固完了位置到達検出部11から凝固完了位置4の通過判定のタイミング信号が凝固完了位置演算部13に送出されると、凝固完了位置演算部13では、その時点における縦波超音波の伝播時間(Δt1 )を求め、更に、鋳型内の溶鋼湯面14から凝固完了位置4までの距離(CE)が、横波超音波センサーの配置位置と合致するように、下記の(2)式を用いて(1)式の係数(a0 )を修正する。但し、(2)式において、CE1 は鋳型内の溶鋼湯面14から横波超音波センサーの配置位置までの距離、Δt1 は凝固完了位置4が横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定した時点の縦波超音波の伝播時間である。
In FIG. 6, a line indicated by A represents an approximate expression before calibration. Here, when the timing signal for determining the passage of the
これによって、凝固完了位置4を求める近似式は校正され、例えば図6中にBで示す校正後となる。校正後は、Bで示す校正後の近似式を用いて、縦波超音波の伝播時間に基づいて精度良く凝固完了位置4を鋳造中にオンラインで検知することが可能となる。
As a result, the approximate expression for determining the
校正する時点は、新たな鋼種を鋳造する毎の1回だけでも、また、連続鋳造の操業中に横波超音波センサーの配置位置を凝固完了位置4が横切る毎に、或いは、操作員の判断による適当な時期の何れでもよい。
The calibration is performed only once every time a new steel type is cast, every time the
尚、縦波超音波と横波超音波とを同一位置で発生・検出するための電磁超音波センサーとして、前述した図2に示す電磁超音波センサーは磁極が3つであったが、磁極を4以上とすることもできる。図7は、縦波超音波と横波超音波とを同一位置で発生・検出するための電磁超音波センサーの磁極を4つとした例の構成を示す図である。図7では、実際には重なって配置される縦波用コイル32と横波用コイル33とを、磁極に対する配置が分かりやすくなるように、別々に描いており、図面の向かって左側が縦波用コイル32の配置図で、右側が横波用コイル33の配置図である。図2に示す電磁超音波センサーと同様に、縦波用コイル32は内側の磁極の周囲を巻くように配置され、横波用コイル33は磁極面と重なるように配置されている。磁極の数は4に限るものではなく、更に多くても実施可能である。このようにすると、縦波用コイル32に対する水平磁場の強度が高くなるため、縦波超音波の感度が高くなる上に、横波超音波と縦波超音波の発生・検出位置がほぼ等しくなるという効果がある。
As an electromagnetic ultrasonic sensor for generating and detecting longitudinal wave ultrasonic waves and transverse wave ultrasonic waves at the same position, the electromagnetic ultrasonic sensor shown in FIG. 2 has three magnetic poles. It can also be set as above. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an example in which four magnetic poles of an electromagnetic ultrasonic sensor for generating and detecting longitudinal wave ultrasonic waves and transverse wave ultrasonic waves at the same position are used. In FIG. 7, the
ところで、凝固完了位置4が縦波超音波センサーの配置位置よりも上流側の場合には、縦波超音波は全て固相部2を透過する。また、横波超音波も、縦波超音波と同一位置で発生・検出するため全て固相部2を透過する。この場合の伝播時間は固相部2における超音波の伝播速度に依存することになる。超音波の伝播速度は固相部2の温度に依存することから、縦波超音波及び横波超音波の伝播時間は鋳片1の温度によって変化することになる。一方、凝固完了位置4から電磁超音波センサーの配置位置までの距離が異なると電磁超音波センサーの配置位置における鋳片の温度は変化する。即ち、凝固完了位置4が電磁超音波センサーの配置位置から上流側に遠くなるほど電磁超音波センサーの配置位置における鋳片の温度は低下する。鋳片の温度が低いほど超音波の伝播速度は増加するため、伝播時間は短くなる。
By the way, when the
従って、凝固完了位置4が縦波超音波センサーの配置位置よりも上流側の場合においても、伝播時間と、溶鋼湯面14から凝固完了位置4までの距離との関係は、前述した図6に示すものと同様の傾向になる。しかしながら、凝固完了位置4が縦波超音波センサーの下流側に存在して伝播経路に液相部3が含まれる場合に較べると、固相部2に比べて伝播速度の遅い液相部3の影響がないため、凝固完了位置4が鋳造方向で変動しても、この変動の伝播時間に及ぼす影響は小さく、検出される伝播時間の変動率は小さい。
Accordingly, even in the case where the
そのため、凝固完了位置4が縦波超音波センサーの上流側に存在する場合と下流側に存在する場合とで、伝播時間から凝固完了位置4を求める際に使用する計算式を異なる式とすることが好ましい。
Therefore, the calculation formula used when obtaining the
具体的には、凝固完了位置4が縦波超音波センサーよりも上流側の場合には、伝播時間と凝固完了位置とを直接結び付けた実験式(図6に示すような式)を用いる方法、或いは、伝播時間から鋳片の内部温度または軸心温度を推定し、その値から凝固完了位置を推定する方法の何れでもよい。一方、凝固完了位置4が縦波超音波センサーよりも下流側の場合には、伝播時間と凝固完了位置とを直接結び付けた実験式(図6に示すような式)を用いる方法、或いは、伝播時間から固相部2の厚みまたは液相部3の厚みを推定し、その値から凝固完了位置を推定する方法の何れでもよい。図6に示すような実験式を用いる場合でも、凝固完了位置4が縦波超音波センサーよりも上流側の場合と下流側の場合とで、自ずと係数は異なってくる。
Specifically, when the
これを実施するためには、凝固完了位置4が縦波超音波センサーの配置位置よりも上流側であるか下流側であるかを判別する必要があり、従って、この場合には、凝固完了位置到達検出部11では次の判定も実施する。即ち、横波超音波の透過強度が判定しきい値よりも大きければ凝固完了位置4は上流側と判定し、逆に、判定しきい値以下であれば凝固完了位置4は下流側と判定し、その信号を凝固完了位置演算部13に送出する。凝固完了位置演算部13では、その結果に基づき凝固完了位置4を計算するための計算式を選択し、選択した計算式を用いて凝固完了位置4を算出する。
In order to perform this, it is necessary to determine whether the
このようにして構成される連続鋳造機において、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。 In the continuous casting machine constructed as described above, the method for producing a continuous cast slab according to the present invention is carried out as follows.
浸漬ノズル(図示せず)を介して鋳型101に溶鋼を鋳造する。鋳型101に鋳造された溶鋼は鋳型101で冷却されて固相部2を形成し、内部に液相部3を有する鋳片1として、鋳片支持ロール102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102を通過する間、二次冷却帯で冷却され、固相部2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、凝固完了位置検知装置により凝固完了位置4の位置を検出する。
Molten steel is cast on the
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、以下の方法で対処する。即ち、凝固完了位置4を軽圧下帯105の範囲内に制御する必要があり、従って、凝固完了位置4の基準位置を軽圧下帯105の範囲内に設定し、凝固完了位置検知装置を用いて凝固完了位置4を軽圧下帯105の範囲内に制御する。
In order to reduce the center segregation of the
具体的には、凝固完了位置4が軽圧下帯105よりも上流側である場合には、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て、凝固完了位置4を鋳造方向下流側に延ばし、一方、凝固完了位置4が軽圧下帯105よりも下流側である場合には、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て、凝固完了位置4を鋳造方向上流側に向かわせる。このように鋳造速度または二次冷却水量を調整することで、凝固完了位置4は軽圧下帯105の範囲内に制御され、中心偏析の少ない鋳片1Aを得ることができる。
Specifically, when the
また、連続鋳造機の生産性を最大限発揮させる場合には、凝固完了位置4を連続鋳造機の機端即ち出側に位置させる必要があり、従って、凝固完了位置4の基準位置を、例えば機端から5m以内の範囲に設定し、検出される凝固完了位置4に応じて、凝固完了位置を鋳造方向下流側に延ばす場合には、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、逆に、凝固完了位置4を鋳造方向上流側に向かわせる場合には、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る。このように鋳造速度または二次冷却水量を調整することで、凝固完了位置4位置は連続鋳造機の出側に制御され、連続鋳造機の生産性を高めることができる。
Further, in order to maximize the productivity of the continuous casting machine, the
次いで、凝固完了位置検知装置を構成する横波超音波センサーと縦波超音波センサーとが連続鋳造機の鋳造方向に離れた2箇所の鋳片幅方向の同一位置に配置されたスラブ連続鋳造機における第2の実施の形態について説明する。図8は、本発明の第2の実施の形態例を示す図であって、本発明を実施したスラブ連続鋳造機の概略図である。 Next, in the slab continuous casting machine in which the transverse wave ultrasonic sensor and the longitudinal wave ultrasonic sensor constituting the solidification completion position detection device are arranged at the same position in the slab width direction at two locations separated in the casting direction of the continuous casting machine. A second embodiment will be described. FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and is a schematic view of a slab continuous casting machine in which the present invention is implemented.
第2の実施の形態では、図8に示すように、横波超音波送信器6及び横波超音波受信器8からなる横波超音波センサーと、縦波超音波送信器7及び縦波超音波受信器9からなる縦波超音波センサーとが鋳造方向の2箇所に別々に配置されている。この場合、横波超音波センサー及び縦波超音波センサーは、前述した図2に示すような縦波超音波と横波超音波とを同一位置で発生・検出するセンサーである必要はなく、通常の電磁超音波センサーを用いることができる。勿論、図2に示す電磁超音波センサーも用いることができる。
In the second embodiment, as shown in FIG. 8, a transverse wave ultrasonic sensor comprising a transverse wave
但し、スラブ連続鋳造機では、凝固完了位置4が鋳片1の幅方向で異なる場合もあるので、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとで検出する凝固完了位置4の鋳造方向の変化がほとんど無いと見なせる幅方向の範囲内に横波超音波センサー及び縦波超音波センサーを配置する必要がある。具体的には、前述したように、二次冷却が適切で凝固完了位置4の幅方向の形状を平坦と見なせる場合には、数100mm離れていてもよく、逆に、凝固完了位置4の幅方向の形状が大きく変化している場合には、数10mm以内とする必要があり、従って、何れにも対応するためには、数10mm以内とする必要がある。
However, in the slab continuous casting machine, the
また、横波超音波センサーの配置位置と縦波超音波センサーの配置位置との間隔は狭いほど検出精度が良く、配置間隔が広くなるほど精度が悪化するので、配置間隔はおよそ5m以内とすることが好ましい。また、縦波超音波センサーの検出する縦波超音波の伝播時間は、前述したように、液相部3が含まれていると敏感に変化するため、凝固完了位置4が縦波超音波センサーの下流側に存在する状態の方が精度は良く、従って、縦波超音波センサーを横波超音波センサーの鋳造方向の上流側に配置することが好ましい。
In addition, since the detection accuracy is better as the distance between the arrangement position of the transverse wave ultrasonic sensor and the arrangement position of the longitudinal wave ultrasonic sensor is smaller, and the accuracy is worsened as the arrangement interval is wider, the arrangement interval may be within about 5 m. preferable. Further, as described above, the propagation time of the longitudinal wave ultrasonic wave detected by the longitudinal wave ultrasonic sensor changes sensitively when the
その他の構成は、図1に示す第1の実施の形態例と同一構成であり、同一の部分は同一符号により示し、その説明は省略する。 Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and the same portions are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
横波透過強度検出部10、凝固完了位置到達検出部11、縦波伝播時間検出部12及び凝固完了位置演算部13の動作も第1の実施の形態例と同様であり、凝固完了位置到達検出部11から凝固完了位置4の通過判定のタイミング信号が凝固完了位置演算部13に送出されると、凝固完了位置演算部13ではその時点における縦波超音波の伝播時間(Δt1 )を求め、更に、溶鋼湯面14から凝固完了位置4までの距離(CE)が横波超音波センサーの配置位置となるように、前述した(2)式によって係数(a0 )を修正する。凝固完了位置4を求める多項式の校正後は校正後の近似式を用いることで、縦波超音波の伝播時間に基づいて精度良く凝固完了位置4を鋳造中にオンラインで検知することが可能となる。校正の時期、並びに、凝固完了位置4が縦波超音波センサーの上流側であるか否かによって凝固完了位置4を算出するための計算式を変更することは、前述した第1の実施の形態での説明に沿って行うこととする。
The operations of the transverse wave transmission
そして、第1の実施の形態で説明したと同様に、鋳片1の中心偏析を軽減する場合には、鋳造速度または二次冷却水量を調整して凝固完了位置4を軽圧下帯105の範囲内に制御し、連続鋳造機の生産性を高める場合には、鋳造速度または二次冷却水量を調整して凝固完了位置4を連続鋳造機の機端から5m以内の範囲に制御する。
Then, as described in the first embodiment, when reducing the center segregation of the
尚、図8では、横波超音波センサーの配置位置を縦波超音波センサーの配置位置より下流側としているが、逆の上流側としてもよい。但し、この場合、縦波超音波センサーよりも上流側の凝固完了位置4を縦波超音波センサーによって検知する精度は余り高くないので、横波超音波センサーで凝固完了位置4の到達を検知した後、鋳造速度を考慮し、凝固完了位置4が縦波超音波センサーの配置位置に到達したと予想される時点で、多項式を校正することが望ましい。このようにすることで、高い精度を得ることができる。
In FIG. 8, the arrangement position of the transverse wave ultrasonic sensor is on the downstream side of the arrangement position of the longitudinal wave ultrasonic sensor, but may be on the opposite upstream side. However, in this case, since the accuracy of detecting the
最後に、凝固完了位置検知装置を構成する第2の横波超音波センサーが、第1の横波超音波センサーに対して鋳造方向の下流側に離れた鋳片幅方向の同一位置に配置されたスラブ連続鋳造機における第3の実施の形態について説明する。図9は、本発明の第3の実施の形態例を示す図であって、本発明を実施したスラブ連続鋳造機の概略図である。 Finally, the second transverse wave ultrasonic sensor constituting the solidification completion position detecting device is arranged at the same position in the slab width direction, which is separated from the first transverse wave ultrasonic sensor on the downstream side in the casting direction. A third embodiment of the continuous casting machine will be described. FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, and is a schematic view of a slab continuous casting machine in which the present invention is implemented.
第3の実施の形態では、図9に示すように、第1の実施の形態例における横波超音波送信器6、横波超音波受信器8、縦波超音波送信器7、縦波超音波受信器9からなる縦波超音波及び横波超音波を発生・検出可能な電磁超音波センサーの配置位置の下流側に、横波超音波送信器6A及び横波超音波受信器8Aからなる第2の横波超音波センサーが設置されている。この場合、第2の横波超音波センサーは、前述した図2に示すような縦波超音波と横波超音波とを同一位置で発生・検出するセンサーである必要はなく、通常の電磁超音波センサーを用いることができる。勿論、図2に示す電磁超音波センサーも用いることができる。また、凝固完了位置4の鋳片幅方向での変化の影響を避けるために、第2の横波超音波センサーは、横波超音波送信器6及び横波超音波受信器8からなる横波超音波センサー(以下、「第1の横波超音波センサー」と称す)と鋳片幅方向の同一位置に設置されている。そして、横波超音波受信器8Aの受信信号は、横波透過強度検出部10Aに送出され、横波透過強度検出部10Aの信号は凝固完了位置到達検出部11Aに送出されている。横波透過強度検出部10A及び凝固完了位置到達検出部11Aは、それぞれ、前述した第1の実施の形態例における横波透過強度検出部10及び凝固完了位置到達検出部11と同一機能を有しており、第2の横波超音波センサーの配置位置を凝固完了位置4が通過することで、凝固完了位置到達検出部11Aは、凝固完了位置演算部13へタイミング信号を送出するようになっている。
In the third embodiment, as shown in FIG. 9, the transverse wave
また、第2の横波超音波センサーの配置位置と第1の横波超音波センサーの配置位置との間隔が余りに狭いと校正精度を高めることができないので、校正精度を高める観点から、両者の配置間隔は2m〜10m程度の範囲が適当である。その他の構成は、図1に示す第1の実施の形態例と同一構成であり、同一の部分は同一符号により示し、その説明は省略する。 In addition, if the distance between the second transverse wave ultrasonic sensor and the first transverse ultrasonic sensor is too small, the calibration accuracy cannot be improved. The range of about 2 m to 10 m is appropriate. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and the same portions are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
横波透過強度検出部10、凝固完了位置到達検出部11及び縦波伝播時間検出部12の動作は第1の実施の形態例と同様であるが、凝固完了位置演算部13の動作は異なるので、以下、凝固完了位置演算部13の動作について図10を参照して説明する。
The operations of the transverse wave transmission
図10は、第3の実施の形態例における凝固完了位置演算部13の動作を示す図で、縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置4を算出する近似式を図示したものである。ここでは、第1の実施の形態例と同様に(1)式を用いて縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置4を算出するものとする。図10中、Aで示す線は校正前の近似式を表している。
FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of the coagulation completion
ここで、凝固完了位置到達検出部11から、第1の横波超音波センサー位置における凝固完了位置4の通過判定のタイミング信号が凝固完了位置演算部13に送出されると、凝固完了位置演算部13では、その時点における縦波超音波の伝播時間(Δt1 )を記憶する。次ぎに、鋳造速度や二次冷却強度などを変更させて凝固完了位置4を鋳造方向の下流側に延ばして凝固完了位置4が第2の横波超音波センサーの配置位置を通過すると、凝固完了位置到達検出部11Aから凝固完了位置4の通過判定のタイミング信号が凝固完了位置演算部13に送出される。凝固完了位置演算部13では、その時点における縦波超音波の伝播時間(Δt2 )を求める。そして、下記に示す(3)式及び(4)式の連立方程式を解き、(1)式の定数(a1 )及び定数(a0 )を修正する。但し、(3)式及び(4)式において、CE1 は鋳型内の溶鋼湯面14から第1の横波超音波センサーの配置位置までの距離、Δt1 は凝固完了位置4が第1の横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定した時点の縦波超音波の伝播時間、CE2 は鋳型内の溶鋼湯面14から第2の横波超音波センサーの配置位置までの距離、Δt2 は凝固完了位置4が第2の横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定した時点の縦波超音波の伝播時間である。
Here, when the coagulation completion position
これによって、凝固完了位置4を求める近似式は校正され、例えば図10中にBで示す線となる。校正後は、Bで示す校正後の近似式を用いて、縦波超音波の伝播時間に基づいて精度良く凝固完了位置4を鋳造中にオンラインで検知することが可能となる。この場合には第1の実施の形態よりも更に高い精度で凝固完了位置4を検知することができる。校正の時期、並びに、凝固完了位置4が縦波超音波センサーの上流側であるか否かによって凝固完了位置4を算出するための計算式を変更することは、前述した第1の実施の形態での説明に沿って行うこととする。
As a result, the approximate expression for obtaining the
そして、第1の実施の形態で説明したと同様に、鋳片1の中心偏析を軽減する場合には、鋳造速度または二次冷却水量を調整して凝固完了位置4を軽圧下帯105の範囲内に制御し、連続鋳造機の生産性を高める場合には、鋳造速度または二次冷却水量を調整して凝固完了位置4を連続鋳造機の機端から5m以内の範囲に制御する。
Then, as described in the first embodiment, when reducing the center segregation of the
尚、本発明は上記に説明した範囲に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができる。例えば、上記説明では電磁超音波センサーを用いた場合について説明したが、縦波超音波の送信及び受信には、圧電振動子を水と接触させる方法や、レーザー超音波法を用いてもよい。また、レーザー超音波法で送信し、電磁超音波法で受信することも計測感度を高めることから有用である。 In addition, this invention is not limited to the range demonstrated above, In the range which does not deviate from the summary, it can be variously changed. For example, although the case where an electromagnetic ultrasonic sensor is used has been described in the above description, a method of bringing a piezoelectric vibrator into contact with water or a laser ultrasonic method may be used for transmission and reception of longitudinal ultrasonic waves. Also, it is useful to transmit by laser ultrasonic method and receive by electromagnetic ultrasonic method because the measurement sensitivity is increased.
更に、上記実施の形態においては、横波超音波送信器6と横波超音波受信器8とを、或いは、縦波超音波送信器7と縦波超音波受信器9とを、鋳片1を挟んで透過法で計測する配置としているが、送信器と受信器とを鋳片1の同一面上に配置し、鋳片1の反対面でのエコーを利用して反射法で計測するようにしてもよい。本発明にいう超音波センサーは、これらの何れの形態も含むものである。また、本発明においては、伝播時間から凝固完了位置を求める計算式の校正は、鋳片幅方向の任意の複数位置で行ってもよい。このように、鋳片幅方向の任意の複数位置において、それぞれ別の計算式を用いるようにすると、鋳片幅方向における冷却ムラや厚み変動の影響を少なくして、各位置それぞれで測定精度を向上させることができる。
Furthermore, in the above embodiment, the transverse wave
また、縦波超音波の伝播時間から一次式を用いて凝固完了位置4を直接求める場合について説明したが、二次式或いは三次式などの多項式を用いてもよく、また、縦波超音波の伝播時間から固相部2の厚みを求め、求めた固相部2の厚みと鋳造速度とから凝固完了位置を求めてもよい。
Moreover, although the case where the
更に、縦波超音波と横波超音波とを同一位置で発生・検出するための電磁超音波センサーについては、縦波用コイルと横波用コイルとを別々に配置せず、センサーの磁極の極性を交互に変えることによって縦波用のコイルと横波用のコイルとを同一のコイルで兼用することもできる。 Furthermore, for electromagnetic ultrasonic sensors for generating and detecting longitudinal and transverse ultrasonic waves at the same position, the polarity of the magnetic pole of the sensor is not set up separately from the longitudinal and transverse wave coils. By alternately changing the longitudinal coil and the transverse coil, the same coil can be used.
1 鋳片
2 固相部
3 液相部
4 凝固完了位置
5 超音波送信部
6 横波超音波送信器
7 縦波超音波送信器
8 横波超音波受信器
9 縦波超音波受信器
10 横波透過強度検出部
11 凝固完了位置到達検出部
12 縦波伝播時間検出部
13 凝固完了位置演算部
14 溶鋼湯面
31 磁石
32 縦波用コイル
33 横波用コイル
34 磁力線
35 渦電流
36 渦電流
37 縦波超音波
38 横波超音波
101 鋳型
102 鋳片支持ロール
103 搬送用ロール
104 鋳片切断機
105 軽圧下帯
DESCRIPTION OF
Claims (4)
CE=a 1 ・Δt+a 0 …(1)
但し、(1)式において、CEは鋳型内の溶鋼湯面から凝固完了位置までの距離、Δtは縦波超音波の伝播時間、a 1 及びa 0 は多項式の係数である。
a 0 =CE 1 −a 1 ・Δt 1 …(2)
但し、(2)式において、CE 1 は鋳型内の溶鋼湯面から横波超音波センサーの配置位置までの距離、Δt 1 は凝固完了位置が横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定した時点の縦波超音波の伝播時間である。 A transverse wave ultrasonic sensor that transmits a transverse wave ultrasonic wave to a continuous cast slab and receives the transmitted transverse wave ultrasonic wave , a slab separated from the arrangement position of the transverse wave ultrasonic sensor and the upstream side in the casting direction of the continuous casting machine A longitudinal wave ultrasonic sensor that transmits longitudinal wave ultrasonic waves to a continuous cast slab installed at the same position in the width direction and receives the transmitted longitudinal wave ultrasonic waves, and received by the longitudinal wave ultrasonic sensor A solidification completion position calculation unit that obtains the solidification completion position of the slab using the calculation formula shown in the following equation (1) based on the received signal, and the transverse wave supersonic wave is detected by a change in the intensity of the received signal of the transverse wave ultrasonic sensor. The solidification completion position calculated by the above equation (1) based on the signal from the longitudinal wave ultrasonic sensor at the time when it is confirmed that the arrangement position of the acoustic wave sensor and the solidification completion position of the slab coincide with each other is the transverse wave. Position of ultrasonic sensor To match the said equation (1) using a coagulation completion position sensing device is calibrated by the following formula (2), detects the solidification completion location of the continuous casting slab, it is detected clotting completion position in advance A method for producing a continuous cast slab, wherein casting is performed while changing a casting speed or an amount of secondary cooling water so as to be a set reference position.
CE = a 1 · Δt + a 0 (1)
In Equation (1), CE is the distance from the molten steel surface in the mold to the solidification completion position, Δt is the propagation time of longitudinal ultrasonic waves, and a 1 and a 0 are polynomial coefficients.
a 0 = CE 1 −a 1 · Δt 1 (2)
However, in the formula (2), CE 1 is the distance from the molten steel surface in the mold to the position where the transverse ultrasonic sensor is arranged , and Δt 1 is the time when it is determined that the solidification completion position has passed the arrangement position of the transverse wave ultrasonic sensor. Is the propagation time of longitudinal ultrasonic waves.
CE=a 1 ・Δt+a 0 …(1)
但し、(1)式において、CEは鋳型内の溶鋼湯面から凝固完了位置までの距離、Δtは縦波超音波の伝播時間、a 1 及びa 0 は多項式の係数である。
CE 1 =a 1 ・Δt 1 +a 0 …(3)
CE 2 =a 1 ・Δt 2 +a 0 …(4)
但し、(3)式及び(4)式において、CE 1 は鋳型内の溶鋼湯面から第1の横波超音波センサーの配置位置までの距離、Δt 1 は凝固完了位置が第1の横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定した時点の縦波超音波の伝播時間、CE 2 は鋳型内の溶鋼湯面から第2の横波超音波センサーの配置位置までの距離、Δt 2 は凝固完了位置が第2の横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定した時点の縦波超音波の伝播時間である。 A first transverse wave ultrasonic sensor that transmits transverse wave ultrasonic waves to the continuous cast slab and receives the transmitted transverse wave ultrasonic waves, an arrangement position of the first transverse wave ultrasonic sensor, and a casting direction upstream side of the continuous casting machine installed at the same position of the slab width direction spaced a longitudinal ultrasonic wave sensor for receiving the transmitted and transmitted longitudinal ultrasonic wave and longitudinal wave ultrasonic waves to continuously cast slabs, the first shear wave A second transverse wave ultrasonic sensor, which is installed at the same position in the slab width direction downstream of the ultrasonic sensor in the casting direction, transmits transverse wave ultrasonic waves to the continuous cast slab and receives the transmitted transverse wave ultrasonic waves. And a solidification completion position calculation unit for obtaining a solidification completion position of the slab using a calculation formula shown in the following equation (1) based on a reception signal received by the longitudinal wave ultrasonic sensor, the first transverse wave The first is determined by the change in the intensity of the received signal of the ultrasonic sensor. Solidification completion position calculated by the equation (1) based on a signal from the longitudinal wave ultrasonic sensor at the time of the waves and the solidification completion location of the position and the slab of the ultrasonic sensor matches were confirmed There was consistent with the arrangement position of the first transverse ultrasonic wave sensor, and a solidification completion position of the second transverse ultrasonic wave sensor position and the slab of the second transverse ultrasonic wave sensor by the change in the intensity of the received signals So that the coagulation completion position calculated by the equation (1) based on the signal from the longitudinal ultrasonic sensor at the time when it is confirmed that the two coincide with the arrangement position of the second transverse wave ultrasonic sensor. In addition, the solidification completion position of the continuously cast slab is detected by using the solidification completion position detection device in which the above-mentioned formula (1) is calibrated by the following formula (3) and the following formula (4). The position is preset Wherein the casting while changing the casting speed or the secondary cooling water so that the reference position, a manufacturing method of continuous casting slabs.
CE = a 1 · Δt + a 0 (1)
In Equation (1), CE is the distance from the molten steel surface in the mold to the solidification completion position, Δt is the propagation time of longitudinal ultrasonic waves, and a 1 and a 0 are polynomial coefficients.
CE 1 = a 1 · Δt 1 + a 0 (3)
CE 2 = a 1 · Δt 2 + a 0 (4)
However, in the equations (3) and (4), CE 1 is the distance from the molten steel surface in the mold to the position of the first transverse wave ultrasonic sensor, and Δt 1 is the first transverse wave ultrasonic wave at the solidification completion position. Longitudinal ultrasonic wave propagation time when it is determined that the sensor has passed the position of the sensor, CE 2 is the distance from the molten steel surface in the mold to the position of the second transverse wave ultrasonic sensor, and Δt 2 is the solidification completion position Is the propagation time of longitudinal ultrasonic waves at the time when it is determined that has passed the arrangement position of the second transverse wave ultrasonic sensor.
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