JPH06335757A - 鋳片内部の温度測定用鋲および鋲打ち銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 連続鋳造中の鋳片内部の温度をその場でしか
も一定時間継続して精度よく求めるための温度測定用鋲
および鋲打ち銃を提供する。 【構成】 鋲打ち銃により鋳片に打ち込む鋳片内部の温
度測定用鋲であって、棒状の鋼材とその内部に埋め込ん
だ導線をもつ熱電対とから成る。また、鋲打ち銃は、火
薬を爆発させる銃本体４と鋲１を装填する銃身５とから
なり、銃身の先端側に鋲が装填され、銃身の銃本体側に
該鋲を衝撃押圧して発射させるピストン６が装填され、
銃身の最先端に該鋲に係合して同時に発射するワッシャ
７を有し、銃身の先端側の銃身壁に熱電対２の導線を取
り出す開口部９を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造中の鋳片内部
に打ち込み、鋳片内部の温度をその場でしかも一定時間
継続して精度良く求めるために用いられる鋲および鋲の
打ち込み方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造鋳片の内部品質向上のため、鋳
片内部欠陥である中心偏析および内部割れを低減する必
要がある。中心偏析の発生は、凝固時の溶質排出による
残溶鋼濃化、凝固収縮による溶鋼流動、ロール間バルジ
ングやロールアラインメント不整等の機械的要因による
溶鋼流動が原因として考えられる。内部割れの発生は、
凝固収縮による内応力、ロール間バルジング等の機械的
外応力が考えられる。

【０００３】中心偏析および内部割れ低減のためには、
実際の連続鋳造時における凝固現象を理解する必要があ
る。これには鋳片内部の温度履歴を精度良く測定し、冷
却速度、凝固速度を把握することが不可欠である。

【０００４】従来、鋳片内部の温度を測定するため連続
鋳造時の鋳片に鋲を打ち込む方法が採られてきた。例え
ば、「鉄と鋼」'７２−Ｓ１１５（昭和４７年３月１
０日、日本鉄鋼協会発行、第８３回講演大会講演概要集
１１５ページ）、特公昭４６−２１０９２号公報によ
り提案された温度測定法は、液相線温度および固相線温
度が予め判明している鋼製の鋲を凝固途中の鋳片内部に
打ち込み、凝固完了後に鋲の溶融状態から鋳片内部の温
度を推定する方法である。鋲の溶融状態の観察は、エッ
チングによる凝固組織の顕出またはＸ線マイクロアナラ
イザーを用い、鋲の溶け出している部分を鋳片の固相線
温度、鋲が完全に融けている部分を液相線温度としてい
る。

【０００５】また、「鉄と鋼」'７５−Ｓ６３（昭和
５０年３月５日、日本鉄鋼協会発行、第８９回講演大会
講演概要集６３ページ）により提案された温度測定法
は、直径1.6 mmの純ニッケル線を内包した直径５mmのＳ
ＣＭ４製鋲を用い、ニッケルの溶融開始部を鋳片温度が
ニッケル融点1452℃と判定し、鋲の溶融開始部をＳＣＭ
４の液相線温度1502℃と判定している。

【０００６】上記の温度測定法はいずれも鋳造完了後に
鋲打ち込み箇所を切り出し、鋲の溶融状態から鋳片の温
度、凝固殻厚さを推定する方法であるため測定精度が良
くなく、また鋲打ち込み時に鋳片内部の温度が分からな
いという欠点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】「鉄と鋼」'７２−Ｓ
１１５、および特公昭４６−２１０９２号公報により提
案された鋳片内部の温度測定技術は、鋲自体の溶融温度
に幅があることや、鋲が打ち込まれた時には鋲の周囲が
高温状態にあるため鋲材の成分が拡散することから、鋲
の溶融開始部を特定することが困難である。したがっ
て、鋳片鋳造後に鋲打ち箇所を切り出し、エッチングに
よる凝固組織の顕出あるいはＸ線マイクロアナライザー
による濃度分析結果から、鋲の溶融開始部を決定する方
法は誤差を生じやすい。

【０００８】また、「鉄と鋼」'７５−Ｓ６３により提
案された温度測定技術は、鋲に純ニッケル線を内包して
いるため、純ニッケルの融点から温度の特定が容易と考
えられる。しかし、純ニッケル線を鋲内部に配置してい
ることから、鋲周囲の温度とニッケル線温度が同一とな
るまで時間の遅れがあると考えられ、これが測定誤差と
なる可能性が高い。

【０００９】上記いずれの温度測定法においても鋲打ち
箇所の鋳片を切り出し研磨した後エッチングにより凝固
組織の顕出あるいはＸ線マイクロアナライザーによる濃
度分析を行わなければならない。このため、鋳片内部の
温度測定法としては簡便でしかも測定精度が高いとは言
い難い。また、連続鋳造時の鋳片内部の凝固現象を理解
するうえで重要な温度履歴を測定することは不可能であ
る。

【００１０】本発明は、鋲内部にシース型熱電対を設置
しこれを連続鋳造時の鋳片に打ち込むことにより、鋳片
内部の温度を簡便に精度良くしかもその場で一定時間継
続して測定可能とすることであり、またシース型熱電対
を内蔵した鋲の打ち込み方法に関するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】連続鋳造時の鋳片内部の
温度履歴を測定するため、直径または１辺が３〜８mmの
鋼製棒状（円柱状または角柱状）体の中心にシース型熱
電対を内蔵させた鋲を発明するに至った。鋲にはシース
型熱電対が設置されているため、通常使用されている鋲
打ち銃をそのまま使用することは不可能である。通常の
鋲打ち銃は、銃本体に鋲を装填し、火薬の爆発力により
鋲を発射する構造をしている。シース型熱電対が鋲に設
置されていると、火薬の爆発力のためシース型熱電対が
破断する可能性が高く、また銃にシース型熱電対の挿入
口を開けると銃の機密性が低下し火薬の爆発力が弱めら
れ鋲が鋳片内部にまで侵入しない可能性が高いことか
ら、鋲を銃本体に装填することは実験上極めて不利であ
る。

【００１２】上記の理由により、鋲を銃身先端部に設置
するとともに、銃本体にピストンを装填し、鋲を鋳片に
打ち込む際は火薬の爆発力によりピストンを鋲に衝突さ
せ鋲を発射させるという方法を発明するに至った。

【００１３】課題解決手段としての本発明の構成は以下
のとおりである。 １．鋲打ち銃により鋳片に打ち込む鋲であって、棒状の
鋼材とその内部に埋め込んだ導線をもつ熱電対とから成
ることを特徴とする鋳片内部の温度測定用鋲。 ２．火薬を爆発させる銃本体と鋲を装填する銃身とから
なる請求項１記載の鋲を鋳片に打ち込む銃であって、銃
身の先端側に鋲が装填され、銃身の銃本体側に該鋲を衝
撃押圧して発射させるピストンが装填され、銃身の最先
端に該鋲に係合して同時に発射するワッシャを有し、銃
身の先端側の銃身壁に熱電対の導線を取り出す開口部を
有する。

【００１４】

【作 用】以下、添付図を参照しながら本発明の作用効
果を詳述する。図１に本発明にかかる温度測定用鋲の構
造を模式的に示す。鋲本体１の長手方向の中心に後部か
ら先端に向かって盲孔があけられ、シース型熱電対２の
先端部分が内蔵されている。鋲本体１の後部にストッパ
３が固定されている。シース型熱電対２は鋲本体１に開
けられた盲孔にセラミックス系接着剤で固定されてい
る。鋲１が凝固途中にある鋳片に打ち込まれた際、鋲１
の一部が鋳片内で溶融しシース型熱電対２が露出し、鋳
片内部の溶鋼と接触することとなり、溶鋼の温度が測定
可能となる。また、鋲打ち込み後、一定時間継続して温
度測定を行えることからシース型熱電対２の先端位置に
おける鋳片内の冷却速度、凝固速度を精度よく算出する
ことが可能となる。

【００１５】鋲の形状はとくに限定するものではなく、
円柱状、角柱状、或は図１〜図３に示すような砲弾状で
もよい。また、鋲の寸法を上記の範囲に例示したのは、
直径または１辺の長さが３mm以下であると強度が充分で
なく、打ち込み時の衝撃に耐えられず、所定の温度測定
が不可能となるからである。鋲の材質に高強度のものを
選ぶことも考えられるが、炭素鋼の場合は少なくとも３
mmは必要である。

【００１６】一方、鋲の直径または１辺の長さが８mm
以上あると、鋲を打ち込んだときに鋳片が局部的に急激
な温度低下を起こし、鋳片の組織や性質に悪い影響が生
じる恐れがあるからである。以上の理由により、鋲の直
径または１辺の長さを３〜８mmの範囲とすることが好ま
しい。なお、鋲の長さおよび熱電対の長さは、後述のよ
うに鋳片の寸法に応じて決定する。

【００１７】図２に温度測定用鋲を銃へ装填した状態を
模式的に示す。鋲本体１は、銃本体４に接続された銃身
５の先端近傍に装填されている。鋲本体１に内蔵された
シース型熱電対２は、銃身５の長手方向に穿設した溝９
から外に引き出され、記録装置８に接続されている。本
発明による鋲打ち込み装置の特徴は、銃本体４に装填さ
れたピストン６を火薬の爆発力により銃身５の先端部に
配置したストッパ３の後部に衝突させ鋲を発射させるこ
とである。本発明による温度測定鋲はシース型熱電対２
が内蔵されているため、シース型熱電対２の取り出し口
を銃本体４あるいは銃身５に設けなければならない。銃
本体４あるいは銃身５にシース型熱電対２の取り出し口
を開けると銃に気密性がなくなるため、火薬の爆発力が
弱められることとなり鋲本体１が鋳片内部にまで侵入し
ない恐れがある。これを解決するために、火薬の爆発力
を効率よく完全に受け取るピストンを銃本体４と鋲１の
ストッパ３との間に設け、ピストンが受け取った爆発エ
ネルギーを完全に鋲に伝達させるようにした。

【００１８】また、シース型熱電対２が銃本体４あるい
は銃身５中を高速で通過する必要があり、シース型熱電
対２が切断される可能性が極めて高い。この問題は、開
口部９を銃身の先端側に設けたことにより解決した。但
しこの溝内をコードが余裕をもって通過できることが必
要である。

【００１９】銃身５の先端部にはワッシャ７が設置され
ており、鋲本体１がピストン６により打ち出される際ス
トッパ３でワッシャ７が鋲本体１に付随することとな
る。ワッシャ７は鋲本体１の鋳片への侵入距離を規定す
る役目を果たす。これより、シース型熱電対２の測温部
位値が決定でき、鋲本体１の長さから温度測定位置を知
ることができる。なお、鋲本体１へのシース型熱電対２
の内蔵位置あるいは鋲本体１の長さを変えることによ
り、鋳片内部の温度測定位置を変化させることができ
る。

【００２０】図３に鋲が鋳片に打ち込まれた際の模式図
を示す。鋲本体１がワッシャ７を付随して鋳片１０に打
ち込まれ、ワッシャ７により鋲本体１が鋳片１０の所定
位置に固定されることとなる。

【００２１】

【実施例】本発明による温度測定用鋲を本発明方法で鋳
片に打ち込んだ際の温度測定結果を示す。鋲を打ち込ん
だ鋳片の成分は０. １５％Ｃ、０. ２７％Ｓｉ、１. ３
５％Ｍｎ、０. ０１％Ｐ、０. ０２％Ｓであり、鋳片サ
イズ1000mm×100 mm、鋳造速度２m/min である。鋲打ち
込みは鋳型内湯面から４ｍの位置での鋳片の長辺側中央
部で行った。使用した鋲の長さは７０mm、外径６mmであ
り、シース型熱電対設置位置は鋲先端部から３０mm位置
とした。

【００２２】図４に鋳片表面から４０mm位置における温
度と時間の関係を示す。時間の基準は、鋲打ち込み時間
とした。鋲打ち込み直後の温度は一旦緩やかに上昇し、
その後急激に1525℃まで上昇した。温度の急激な上昇
は、鋲が溶融しシース型熱電対の先端部が鋳片内部の溶
鋼と接触したためである。鋳片が冷却され凝固殻が成長
すると温度は徐々に低下し、1520℃で停滞する。この温
度の停滞は、鉄−炭素系平衡状態図から決定される液相
線温度1522℃に近いことから、停滞温度は鋳片の液相線
温度と判断される。時間の経過とともに温度は低下し、
1490℃で再び停滞した。この温度は鉄−炭素系平衡状態
図から固相線温度であることがわかる。その後、温度は
徐々に降下した。このような温度履歴は鋼の凝固時に特
有なものであるから、本発明による温度測定法が妥当な
ものと判断される。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、連
続鋳造時の鋳片内部の温度を一定時間継続してしかもそ
の場で測定可能となり、温度測定結果から冷却速度、凝
固速度が明らかとなる。これより鋳片の凝固現象が把握
でき、連続鋳造時の操業条件の決定や、連続鋳造設備の
設計を精度よく行うことが可能となり、その実用的な効
果はきわめて大きいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる温度測定用鋲の構造を示す説明
図である。

【図２】本発明にかかる温度測定用鋲の打ち込みの様態
を示す説明図である。

【図３】温度測定用鋲が鋳片に打ち込まれた状態を示す
説明図である。

【図４】温度測定用鋲による鋳片の温度測定結果を示す
図である。

【符号の説明】

１ 鋲 ２ 熱電対 ３ ストッパ ４ 銃本体 ５ 銃身 ６ ピストン ７ ワッシャ ８ 記録装置 ９ 溝 １０ 鋳片

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋲打ち銃により鋳片に打ち込む鋲であっ
   て、棒状の鋼材とその内部に埋め込んだ導線をもつ熱電
   対とから成ることを特徴とする鋳片内部の温度測定用
   鋲。
2. 【請求項２】 火薬を爆発させる銃本体と鋲を装填する
   銃身とからなる請求項１記載の鋲を鋳片に打ち込む銃で
   あって、銃身の先端側に鋲が装填され、銃身の銃本体側
   に該鋲を衝撃押圧して発射させるピストンが装填され、
   銃身の最先端に該鋲に係合して同時に発射するワッシャ
   を有し、銃身の先端側の銃身壁に熱電対の導線を取り出
   す開口部を有することを特徴とする鋲打ち銃。