JPH0222882B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は連続鋳造機における凝固層厚さ検出装
置に係り、特に被鋳造材の凝固層と非凝固層との
境界面において超音波が反射することを利用して
凝固層の厚さを検出するようにした装置に関す
る。

従来の技術 連続鋳造機とは第１図に示す如く、鋳型１に流
し込まれた溶融金属Ｍを外部より冷却しながら次
第に下方へローラ２，２…で引き抜き、凝固させ
ながら所定の形状に仕上げていく装置であり、こ
の装置にあつては冷却速度と引張り速度とのバラ
ンスが製品ストリツプの品質と生産能率を確保す
る上で重要な要素とされている。

即ち、冷却速度を上げ過ぎると製品ストリツプ
表層にヘアークラツクが生じ易く、また引張り速
度に較べ冷却速度が遅過ぎるとブレークアウトの
大事故となつてしまう。このため、凝固層の厚さ
を測定することは連続鋳造機の安定操業上不可欠
である。

従来、この凝固層の厚さを測定する装置として
は超音波を利用したものがいくつか知られてお
り、これを第２図及び第３図に従つて以下に説明
する。

第２図に示すものは、凝固層３と非凝固層、即
ち液層４とでは音波伝達速度が大幅（２：１程
度）に異なることを利用し、図示の如く被鋳造材
５を挾んで相対向する位置に超音波振動子６及び
超音波受信器７を設け、超音波振動子６より超音
波パルスを発射し、凝固層３と液相との厚さの比
が異なると超音波受信器７への超音波パルスの到
達時間が変化することを基に凝固厚の厚さを測定
する装置である。

また、第３図に示すものは、被鋳造材５を挾ん
で相対向する位置に超音波振動子６及び超音波受
信器７を設けるとともに、超音波振動子６より発
射される超音波の周波数を一定周期で変化させ、
金属体厚さ方向における共振周波数を超音波受信
器７の出力変化により求めて凝固層厚さを測定す
る装置である。

さらに、別な方法として、一定変化率で周波数
変調した超音波を超音波振動子より発射し、超音
波受信器で受信した時点で、超音波振動子の周波
数が超音波の金属透過時間分だけ変化しているこ
とを利用して、発振周波数と、受信周波数の差か
ら音波の金属体通過時間を求め凝固層厚さを求め
る装置がある。

そして、これらの方法に共通していえること
は、第４図に示す如く、被鋳造材５に超音波ビー
ムを有効に伝播させるために、例えば被鋳造材５
の両面５ａ，５ｂに夫々対向させて水ジエツト噴
射口８及び水ジエツト噴射スリツト９を設け、こ
れらの中に超音波振動子６及び超音波受信器７を
挿入支持させる構造を採るというような、水を介
在させる手段を不可欠としていたことである。

しかしながら、これらの装置は一対の超音波送
信器と超音波受信器とを必ず必要とする一方、超
音波ビームを伝播させるための水ジエツト噴流構
造も双方に不可欠であり、しかもこの水ジエツト
噴流には気泡の少ないことが要求されることか
ら、構造、取付けが複雑で保守点検も面倒であつ
た。

また、一般に、連続鋳造設備にあつては鋳型へ
の湯の注入、金属表面に吹き付ける水ジエツト、
ローラの回転等によるノイズが多く、従つてある
瞬間の変化をとらえることを主体とするこれらの
方法では充分なＳ／Ｎ比を確保し、信頼度の高い
凝固層の厚さを測定することが困難であつた。

尚、特開昭52−89953号公報においては連続鋳
造鋳片における凝固厚み測定装置が提案されてお
り、この提案は鋳片に遅延棒を溶接接合するた
め、遅延棒の接合切離手段を要し、装置が大型化
する欠点がある。

そこで、本発明者は従来の凝固層厚さ検出装置
における以上の如き問題点に鑑み、これを有効に
解決すべく鋭意研究した結果本発明を創案するに
至つたものである。

従つて、本発明の目的とするところは、被鋳造
材に超音波ビームを伝播させるための水ジエツト
噴流を必要とせず、構造、取付けが簡単、保守点
検が容易であり、かつノイズ除去が容易で信頼性
の高い計測が行なえる連続鋳造機における凝固層
厚さ検出装置を提供するにある。

［課題を解決するための手段と作用］ 本発明は、かかる目的を達成すべく次のように
構成されている。即ち、連続鋳造機を通過する被
鋳造材の表面に押し付けられ接触面がその熱によ
り溶融し、この溶融により被鋳造材の表面に密接
される銅材等の融点の低い溶融媒質と、その溶融
媒質を着脱自在に保持しつつこれを冷却するケー
シングと、上記溶融媒質の非接触部に密着固定さ
れ溶融媒質が被鋳造材に密接しているときに上記
被鋳造材にビーム状の超音波を発射するととも
に、その反射波を受信する振動子を備えた超音波
送受信器と、この超音波送受信器の出力側に設け
られ上記反射波の時間的遅れを検出する時間差検
出器とから構成されている連続鋳造機における凝
固層厚さ検出装置である。

［実施例］ 以下に、本発明の好適な一実施例を添付図面に
従つて詳述する。

本発明は連続鋳造過程における金属体中を進む
細いビームに絞られた超音波が凝固層と液層との
境界に達したときに、一部はそのまま液層中へ伝
達されるが、他の一部は逆に凝固層内へもどつて
来る反射現象を利用して凝固層の厚さを測定しよ
うとするものである。

第５図に示す如く、１０は連続鋳造機において
鋳造中の被鋳造材を示し、この被鋳造材１０に対
し探触子Ａと凝固点検出電気装置Ｂとから成る凝
固層厚さ検出装置が用意されている。探触子Ａの
先端には超音波振動を伝達させる固体の溶融媒質
１１が取り付けられ、上記被鋳造材１０の表面に
接触すると被鋳造材１０の熱により接触面が僅か
に溶融していく傾向を示して密接するようになつ
ている。この溶融媒質１１の上記接触面とは反対
側に位置する非接触面には、溶融媒質１１を介し
て接触面側へビーム状の超音波を発射するととも
に、その反射波を接触面側から受信する振動子１
２が密着されている。この振動子１２に接続され
探触子Ａの後端から引き出されたリード線１３は
上記凝固点検出電気装置Ｂに接続されている。こ
の凝固点検出電気装置Ｂには振動子１２を駆動す
るとともに振動子からの超音波を受信する超音波
送受信器１４とこの超音波送受信器１４の出力側
に設けられた時間差検出器１５とが内蔵され、後
者の時間差検出器１５は振動子１２から発射され
たビーム状の超音波が反射して振動子１２に戻つ
て来る時間的遅れを検出するように構成されてい
る。また、凝固点検出電気装置Ｂはそのパネル面
に検出結果を表示する表示部１６を有している。

第６図は探触子Ａの具体例を示すもので、同図
に示す如く、本体は周壁を二重にしてヒートパイ
プ１７構造とした円筒形のケーシング１８であ
り、このケーシング１８の先端にボルト１９等で
着脱自在に溶融媒質１１を取り付けてある。この
溶融媒質１１は溶融しやすい金属材料、例えば
銅、鉛等の融点の低い金属材料が使用され、接触
面ａを接触させやすいように突状に形成し、非接
触面には振動子１２密着用の溝ｂを形成してあ
る。しかして、この溝ｂに密着された振動子１２
はヒートパイプ１７により空冷或いは水冷されて
常時高温から保護される構造となつている。

第７図は凝固点検出電気装置Ｂの具体例を示す
もので、図中１２は振動子、１４ａはこの振動子
を駆動する超音波送信器、そして１４ｂは振動子
１２からの反射波を超音波送信器１４ａと同期し
て受信する超音波受信器である。この超音波受信
器１４ｂの出力にはCRT２０が接続される一方、
時間差検出回路１５の例示である反射波検出用デ
イジタル回路２１が接続されている。反射波検出
用デイジタル回路２１は、超音波送信器１４ａか
らのスタート信号により作動するとともに閾値設
定デイジタルスイツチ２２により設定される所定
電圧値以上の入力電圧が来たとき開かれるゲート
回路２３と、上記スタート信号の入力時からゲー
ト回路２３出力が現われるまでの時間を水晶発振
器２４等のクロツク信号に基づいて計数するカウ
ンタ回路２５と、このカウンタ回路２５出力を温
度要因に応じてデイジタルスイツチで設定される
補正値にて音速補正する音速補正回路２６とから
構成されている。このように構成された反射波検
出用デイジタル回路２１の出力は、更にデコーダ
２７を介して数字表示器２８に接続されている。

次に、以上の構成よりなる本発明装置の作用を
第５図乃至第７図に従つて説明する。

連続鋳造機の注入口より注入される被鋳造材
（溶融金属）はその周囲より噴射される冷却水に
より徐々にその外側から凝固されていく。そこ
で、この凝固層１０ａの厚さを測定するために
は、本発明にあつては先ず探触子Ａの先端に取り
付けられている溶融媒質１１を被鋳造材１０の表
面に押し付け、ヒートパイプ１７で適切に冷却す
ることにより溶融媒質１１の接触表面が僅かに、
即ちノイズが少ない状態を保持しながら最少の範
囲で溶けていくように調節して、隙間なく完全に
密接させる。次に、超音波発振器１４ａを作動さ
せて振動子１２を駆動し、溶融媒質１１が被鋳造
材１０の表面に密着しているときにすなわち密着
状態が保持された状態においてビーム状の超音波
を溶融媒質１１を介して被鋳造材１０の表面に対
して発射する。この場合、溶融媒質１１の接触面
は完全に密接しているので安定した超音波を被鋳
造材１０に伝播させることができる。また、溶融
媒質１１の接触面が熱により溶融されるために、
溶融媒質１１の位置を固定して保持し、被鋳造材
１０を相対移動させることができる。このため、
被鋳造材１０の凝固厚さの等しい位置の厚さ測定
が可能であり、安定した測定結果を得ることがで
きる。発射された超音波ビームは被鋳造材１０の
凝固層１０ａ内を進んで凝固層１０ａと液層１０
ｂとの境界面に達し、ここで一部が物質定数の違
いによつて反射され凝固層１０ａ内を戻つてく
る。この戻つてくる反射波は凝固層１０ａ内を進
んで再び発射した表面に達し、そのまま溶融媒質
１１を通過して同一の振動子１２によつて受信さ
れる。

振動子１２によつて受信された反射波は超音波
受信器１４ｂにて電気信号に変換されるも、通常
多くのノイズを含んでいるため、変換後大きな時
定数をもつた増幅器或いは積分回路を通過させる
か、又は統計的処理等の手段によりノイズを除去
してからゲート回路２３へ送るようにする。この
ゲート回路２３では、他の境界面からの反射波を
含む一群の受信信号の中から最初の境界面で生じ
た最も信号レベルの大きい受信信号のみを抽出し
ている。これは、他の境界面からの反射波は減衰
が大きいので所定電圧値に達せず、ゲート回路２
３が開かないからである。カウンタ回路２５はビ
ーム状の超音波が発射された時点から計数を開始
し、ゲート回路２３出力が入力されたときその計
数を終了する。この時間が望む反射波の時間遅れ
となるも、凝固層中の温度勾配が大きく、温度変
化による金属の弾性率の変化により音速も変るた
め、音速補正回路２６にて補正され、次いでデコ
ーダ２７により２進数を10進数に変換させる。こ
の変換値をそのまま、或いはこの変換値に音速の
半分を掛けた値を数字表示器２８に表示すれば、
その表示された値が反射波の遅れ時間或いは凝固
層の厚さとなる。

このようにして、連続鋳造過程における金属体
中の固相での音の伝播と反射の時間を測定するこ
とにより凝固層の厚さを知ることができる。尚、
探触子Ａの先端に取り付けた溶融媒質１１は逐次
溶融していくも、これをケーシング１８に着脱自
在に取り付けるようにしてあるので、随時新しい
ものと交換できる。

第８図及び第９図は本発明に係る装置を複数個
使用して、単に１点における凝固層の厚さを検出
するに止まらず、被鋳造材１０の凝固状態を長さ
方向に視覚で把握できるようにした応用例を示
す。第８図に示す如く、探触子A₁，A₂…は被鋳
造材１０の両面に対向させるとともに、これらの
面に沿つて適宜間隔を置いて複数個配設されてい
る。そして、これらの探触子A₁，A₂…には、前
述の第７図で示すデコーダ２６までの回路がそれ
ぞれ個別的に接続されている。各デコーダ２６出
力はこれらを演算処理するマイクロコンピユータ
等３０に入力され処理後CRT２０に表示される
構造になつている。しかして、第１の探触子A₁
から順次凝固層１０ａの厚さを検出し、その演算
処理結果を第９図に示す如く、CRT２０上に横
軸を凝固層１０ａの厚さ距離Ｗ、また縦軸を各探
触子Ａが設けられた長さ方向の距離として映し出
すようにしたもので、この構造によれば被鋳造材
１０全体の凝固状態を直観的かつ実時間で把握で
きるので、引張り速度と冷却速度とを最適に制御
することが可能となる。

以上で明らかなように、本発明によれば次のよ
うな優れた効果を発揮する。

(1) 被鋳造材にビーム状の超音波を伝播させるた
めの水ジエツト噴流を必要としなくなつたので
取扱いが極めて容易で、特に気泡の少ない水ジ
エツト噴流を作ることから解放されるので作業
能率が大幅に改善される。

(2) 被鋳造材にその熱により溶融される溶融媒質
を〓間なく完全に密接させることにより、安定
した超音波を伝播させることができると共に、
被鋳造材に対する溶融材の接触切離しが容易で
あり、且つ被鋳造材との相対移動が可能である
ため、厚さの等しい位置において凝固厚さを測
定でき、安定した測定結果を得ることができ
る。

(3) 溶融媒質を冷却するケーシングにより、振動
子を被鋳造材の熱から保護でき、振動子の長寿
命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続鋳造機の概略断面図、第２図、第
３図及び第４図は従来の方法を説明する図、第５
図は本発明装置の全体概略図、第６図は同じく要
部拡大断面図、第７図は同じく要部回路構成図、
第８図及び第９図は本発明装置の応用例を示す説
明図である。 尚、図中１０は被鋳造材、１０ａは凝固層、１
１は溶融媒質、ａは溶融媒質の接触面、ｂは溶融
媒質の非接触面側に設けた溝、１２は振動子、１
４は超音波送受信器、１５は時間差検出器、１８
はケーシングである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 連続鋳造機を通過する被鋳造材の表面に密接
   すべくこれに押し付けられる接触面を有すると共
   に、該接触面が被鋳造材の熱により溶融される銅
   材等の融点の低い溶融媒質と、該溶融媒質を着脱
   自在に保持しつつこれを冷却するケーシングと、
   上記溶融媒質の非接触部に密着固定され溶融媒質
   が被鋳造材に密接しているときに上記被鋳造材に
   ビーム状の超音波を発射すると共にその反射波を
   受信する振動子を備えた超音波送信器と、該超音
   波送信器の出力側に設けられ上記反射波の時間的
   遅れを検出する時間差検出器とを備えた連続鋳造
   機における凝固層厚さ検出装置。