JPH01127161A - 連続鋳造におけるクレータエンド凝固プロフィール測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、連続鋳造において鋳片の品質・生産性に大き
な影響を与える、鋳片の凝固プロフィールを測定する技
術に関するものである。

〈従来の技術〉 公知の°とおり連続鋳造においては鋳片の凝固状態を正
確に検出することは、鋳片の生産性・品質の向上のため
に重要であり、その精度の向上が要求されている。特に
鋳片最終凝固プロフィールは、中心偏析対策、バルジン
グ事故防止および直接圧延などのために重要な管理項目
である。このため、鋳片最終凝固位置およびプロフィー
ルを測定する種々の方法が提案されてきた。しかしその
提案の多くは、実用上問題点があり、オンラインにて実
用可能なものは主に電磁超音波を用いた方法である。こ
の方法は、縦波超音波の伝播速度の温度依存性を利用す
る方法と、横波超音波の液相不透過性を利用する方法と
にわけられる。前者の例では、たとえば特開昭５５−１
５８５０６号公報に示されているような鋳片内部の固相
部における超音波の伝播速度の差から液相厚みを測定す
る方法が知られている。この方法の利点としては、鋳片
の凝固厚みを測定しているために本質的に測定位置が束
縛されない点が挙げられるが、その反面この測定におい
ては、鋳片厚みやモデル式の精度などがそのまま測定精
度に大きく影響を与えるために非常に精度よくこれらの
測定・同定を行なう必要があった。

また横波超音波の液相不透過性を利用した方法の例では
、たとえば特開昭５２−１３０４２２号公報がある。こ
の方法は、横波超音波の透過・不透過によって鋳片内部
に未凝固部が存在するか否かを判断する方法であり、前
者の方法のように鋳片厚み等の測定を行なう必要がなく
かつ精度が良い代わりに、測定点が凝固末端部でなけれ
ばならなく、また超音波の透過・不透過と鋳片の内部凝
固状態との関係がまだ明らかでないという欠点があった
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 縦波超音波の伝播速度の温度依存性を利用した方法、横
波超音波の液相不透過性を利用した方法には、それぞれ
前述の様な問題が存在していたが、本発明は、これらの
方法の各長所を取り入れかつ欠点を克服し、精度のよい
鋳片の凝固プロフィール測定方法を提示するためになさ
れたものである。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者らは、精度のよい鋳片の凝固プロフィール測定
方法について鋭意研究を重ねた結果、鋳片の凝固位置近
傍とそれよりも下流とに横波超音波の送受信子を各１対
ずつ、鋳片幅方向にスキャンできるように配置し、夫々
が測定した位置、超音波伝播時間を用いて凝固プロフィ
ールを求めることができるとの知見をえ、この知見にも
とづいて本発明をなすに至った。

本発明は、溶融金属を連続的に鋳造するに際し、鋳型か
ら引き出された鋳片の目標クレータエンド近傍およびそ
れよりも下流でその近傍にて鋳片を挟んで対向配置した
各１対の超音波送受信子を、鋳片幅方向に走査させて、
前記クレータエンド近傍に配設された超音波送受信子対
により測定した超音波の透過信号の有無から、所定の固
相率を存する基準となる凝固状態の位置を検出するとと
もに、他の超音波送受信子対により鋳片内の超音波伝播
時間を測定し、前記２種類の測定結果をもとに鋳片クレ
ータエンドの凝固プロフィールを測定することを特徴と
する連続鋳造におけるクレータエンド凝固プロフィール
測定方法である。

く作　　用〉 連続鋳造設備において鋳片の凝固位置近傍と、それより
も下流に、電磁的な方法による横波超音波の送受信子を
各１対ずつ、鋳片幅方向にスキャン出来るように設置し
、■凝固位置近傍の超音波送受信子（Ａ）（以下センサ
Ａと称す）２の信号から、鋳片幅方向の基準となる凝固
状態の位置を測定し、■■で測定した位置の下流地点で
の超音波伝ばん時間をその地点の超音波送受信子（Ｂ）
（以下センサＢと称す）４で測定し、■これらの値から
、あらかじめ定めておいた超音波伝播時間とセンサＢと
目的凝固率地点との距離との関係を表わすパラメータを
修正し、■センサＢを鋳片幅方向にスキャンして各地点
での超音波伝播時間から目標固相率の地点までの距離を
測定し、■それらの値から、凝固プロフィールを構成・
測定する。

第１図をもとに本発明を具体的に説明する。

まず横波超音波の液相部子透過を利用した凝固状態測定
方法について述べる。公知のように、横波超音波はせん
断波でありそのため液相部ではすぐに減衰してしまい殆
んど透過しない、したがって、透過波の有無を検出する
ことにより鋳片内部の未凝固部の有無を測定できる。と
ころが一般に、鋳片の凝固末期では液相・固相が混在し
ており単純に横波超音波が透過するから液層部がないと
は判断できず、横波超音波の透過・不透過の境界が、鋳
片のどの程度の凝固状態に対応するかは解明されていな
かった。そこで、本発明者は、鋳片の凝固過程において
横波超音波の透過波強度と、現在量も信頼のおける鋲打
ち実験さらに伝熱計算によって中心部固相率とを求めこ
れらの関係を調べ、その結果を第２図に示した。

これから横波超音波の透過・不透過の境界は、中心部の
固相率（ｆ、）が約０．４に相当することが判かった。

したがって、本方法によって検出できるのは、′固相率
が約０．４の点“となる、以降この点を″基準となる凝
固状態の位置”と呼ぶことにする。

次に、任意の固相率位置の推定はセンサＢによる超音波
伝播時間から求める０本発明者らは、精密な伝熱計算に
より、超音波伝播時間と凝固位置とを次の関数式で近似
できることを見いだした。

ｙ−ατ＋β＋に−Ｚ（ｘ）”・・・・・・・曲−・曲
間・・・−曲間・（１）（１≦ｙ＜５　（ｍ）　） ここに、ｙ：センサＢから固相率がＸである点までの距
離、τ：超音波伝播時間、Ｚ（ｘ）：第１表で示される
値、α・β・Ｋ：鋳造条件によって定まる常数である。

ここで距離ｙに制限をつけたのは、この距離を越えると
近似の精度が著しく低下するためである。

第　　１　　表 さて、この（１）式を用いれば、超音波伝播時間を測定
することによって凝固位置を推定することが出来るが、
この式は近似式であるので精度を向上させるためになん
らかの修正を行うことが望ましい、そこで、センサＡに
よって、基準となる凝固状態の位置を正確に測定し、そ
の値を用いて（１）式を修正すれば精度の向上を図るこ
とができる。

以下にその方法について述べる。まず、センサＡとセン
サＢを第３図に示すように鋳片幅方向に同期させながら
スキャンし、センサＡにて超音波の透過波の有無を、セ
ンサＢにて伝播時間を測定する。たとえば、鋳片の最終
凝固プロフィールが第４図に示すような形状である場合
、その時のセンサＡの透過信号の有無とセンサＢによる
超音波伝播時間は、例えば第５図のようになる。ここで
、センサＡでの透過信号の変化のあった点（ａ、ｂ。

ｃ、ｄ）でのセンサＢによる超音波伝播時間τ１゜τ２
．τ７．τ４の平均値をτとし、このτを用いて（１）
式で求めたセンサＢと基準となる凝固状態の位置との距
Ｗｓｙと、センサＡとセンサＢの間の距離が合致するよ
うに（１）式の常数Ｋを修正する。しかる後、この修正
値とセンサＢによる超音波伝播時間とを用いて、（１）
式により目的固相率地点とセンサＢとの距離を求め、そ
れを縦軸に、横軸に鋳片幅方向位置となるように例えば
コンピュータの画面に描いて、凝固プロフィールを得る
ことができる。

ここでは、センサＢによる超音波伝播時間の測定に横波
超音波を用いたが、縦波超音波を用いても同様に伝播時
間の測定は出来る。

〈実施例〉 以下に、本方法を用いた凝固位置測定方法の実施例を説
明する。

第２表に示す鋳造条件で鋳造し、センサＡとセンサＢの
距離は３ｍとした。

第　　　２　　　表 まず、鋳造中の鋳片に対して超音波送信子（＾）２・超
音波受信子（Ａ）２および超音波送信子（Ｂ）４・超音
波受信子（Ｂ）４の対向性を保ちつつ鋳片幅方向にスキ
ャンする。同時に超音波の送受信を行ない、超音波受信
装置（Ａ）・（Ｂ）、７・８でその信号を受信し、その
結果を演算装置９に送る。演算装Ｗ９は、その時の超音
波送受信子の鋳片幅方向位置と、超音波受信装置８で受
信した信号の透過波の有無、超音波受信装置１１７で受
信した伝播時間とから、その位置での目的固相率位置を
（１）式によって計算し、表示装置ｌＯに送る。但し、
同時にセンサＢから基準となる凝固状態の位置までの距
離も超音波伝播時間から（１）式によって計算しておき
、センサＡで基準となる凝固状態の位置を検出した時に
は、前記センサＢから基準となる凝固状態の位置までの
計算距離と、センサＡとセンサＢとの距離（本実施例で
は３ｍ）とが合致するように（１）式のパラメーターＫ
を修正する。

鋲打ち法による固相率が０．８の点と、本方法による固
相率が０．８の点の推定値の偏差を第６図に示す、これ
から、本方法により±１ｍの範囲でクレータ−エンドを
推定できることが分かる。

〈発明の効果〉 以上述べた通り、本発明方法によれば従来の縦波超音波
法におけるように多くの測定を行うことなく、又横波超
音波法におけるような測定の制限を受けることなく、精
度良く凝固プロフィールを測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の構成を示す系統図、第２図は、超音
波の透過波強度と鋳片中心部の固相率との関係を示すグ
ラフ、第３図は、センサ走査方法を示す説明図、第４図
は、鋳片上のセンサ走査方向とｆｓ　””　０．４との
関係を示す説明図、第５図はセンサ受信信号と伝播時間
を示す説明図、第６図は本発明方法による偏差を示すヒ
ストグラムである。 １・・・鋳片。 ２・・・超音波送受信子（Ａ）、 ４・・・超音波送受信子（Ｂ）、 ６・・・超音波送信装置、 ７・・・超音波受信装置（Ａ）、 ８・・・超音波受信装置（Ｂ）、 ９・・・演算装置、　　　　１０・・・表示装置。 特許出願人　　　　川崎製鉄株式会社 第２図 中Ｉじ聞駐泪率　（ｆｓ） 第４図 第５図 鋳片巾方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶融金属を連続的に鋳造するに際し、鋳型から引き出さ
   れた鋳片の目標クレータエンド近傍およびそれよりも下
   流でその近傍にて鋳片を挟んで対向配置した各１対の超
   音波送受信子を、鋳片幅方向に走査させて、前記クレー
   タエンド近傍に配設された超音波送受信子対により測定
   した超音波の透過信号の有無から、所定の固相率を有す
   る基準となる凝固状態の位置を検出するとともに、他の
   超音波送受信子対により鋳片内の超音波伝播時間を測定
   し、前記２種類の測定結果をもとに鋳片クレータエンド
   の凝固プロフィールを測定することを特徴とする連続鋳
   造におけるクレータエンド凝固プロフィール測定方法。