JPH0648182B2 - 鋳片凝固厚み計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、連続鋳造される鋳片の凝固厚みを測定する鋳
片凝固厚み計に関する。

連鋳々片は鋳型から下方へ引出された直後は外側のみ凝
固して内部は未凝固であり、それが弯曲冷却ゾーンを通
って水平搬送路に出るまでに内部まで完全凝固する。未
凝固部の先端（クレータエンド）位置は不変であるよう
に冷却及び又は引出し速度を制御するが、この制御には
凝固厚み（これよりクレータエンドを推定する）の測定
が必要である。

〔従来の技術〕

凝固厚みの測定装置は特開昭51−16302,特開昭60−
31008,特開昭60−31010 などに開示されている。これ
らに説明されているように、鋳片断面は第６図（これは
の第２図に相当）に示す凝固部１，２、未凝固部３か
らなり、全体の厚みをＤ、凝固部の厚みをｄ＝ｄ_１＋ｄ
_２とすると、未凝固部の厚みはＤ−ｄである。これに超
音波を送、受信して、超音波が鋳片を横断する時間を
ｔ、凝固部を伝播する速度をＶｓ、未凝固部を伝播する
速度をＶｌとすると、 の関係があり、ｔを測定し、Ｖｓ，Ｖｌ，Ｄは既知とす
れば(1)式より凝固厚みｄが求まる。

速度Ｖｓは鋳片表面温度を実測して、また速度Ｖｌは鋼
種よりその凝固温度を知って求められるが、問題は全厚
みＤで、これは実測するが、その手段が厄介である。実
測要領は第７図（これはの第３図に相当）に示すよう
にロッド１１，１２を鋳片１０上に降ろし、その際のロ
ッド移動距離を求める、というものである。即ち、今ロ
ッド１１，１２の各先端間距離がｃ_１の状態から、距離
ａ_１，ｂ_１だけ移動して先端が鋳片に当接したとする
と、明らかに、 Ｄ＝ｃ_１−（ａ_１＋ｂ_１） ……(2) であるから、ｃ_１が既知なら、ａ_１，ｂ_１を実測するこ
とにより(2)式から全厚みＤが求まる。ｃ_１を知るには
厚みが既知の校正片を利用する。即ち該校正片の厚みを
ｓとし、やはりロッド先端間距離がｃ_１の状態から距離
ａ_２，ｂ_２だけ移動させてロッド先端を校正片に当接し
たとすれば、 ｓ＝ｃ_１−（ａ_２＋ｂ_２） ……(3) であるから、これより間隔ｃ_１が求まる。ロッド１１，
１２は、特別に設けた架台に昇降可能に取付る。即ち第
８図（これはの第３ａ図に相当）に示すように、鋳片
１０を抑えるロール２１，２２を支持するセグメントフ
レーム２３，２４を囲って架台１５，１６を構築し、こ
れらの架台にロッド１１，１２を取付ける。１３，１４
はロッドを昇降するシリンダ、１５，１６は鋳片幅方向
に従ってこれらを移動させる台車、１７，１８を該台車
を移動させるエアシリンダである。ロッド１１，１２の
先端には超音波送、受信器を取付けて、全厚み測定と凝
固厚み測定が可能なようにするが、セグメントフレーム
２３，２４を囲む架台１５，１６の設置は可成り大規模
なものになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように従来の凝固厚み測定装置は、特設の架台上に
取付けるので大型になり、設備費が大になる。また凝固
厚み測定はクレータエンドの上流側で行なうが、この部
分には大規模施設の取付けを可能にするスペースを確保
しにくいことが多い。

またロッドの昇降量ａ，ｂは、歯車機構を介してマグネ
スケールを駆動して検出する、という方法をとるが、歯
車機構が介在するとガタ（バックラッシュ）が含まれ、
測定誤差が生じる。

また、クレータエンドは鋳片幅方向で変るので、凝固厚
み測定は鋳片幅方向の複数個所で行なう必要があり、第
８図の台車１５，１６およびエアシリンダ１７，１８は
このためのものであるが、これでは構造が複雑になり、
高温、多湿でスケールの多い冷却ゾーンでは、耐久性が
低い。

本発明はかゝる点を改善し、構造が簡単で、設備費が安
く、スペース確保の問題が少なく、測定精度も高い、鋳
片凝固厚み計を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図に示すように本発明では鋳片凝固厚み計３０をセ
グメントフレーム２３，２４に取付ける。厚み計３０は
電磁超音波送信器３２、同受信器３１、これを支持し進
退させるロッド１１，１２、エアまたはオイルシリンダ
１３，１４を備えるが、この他にパルス発生器３４、受
信出力の増幅器３６、演算装置３５を備える。またセグ
メントフレームには該フレーム２３，２４の間隔を測定
するフレーム間隔計３３を取付ける。

第２図に電気回路部の構成を示す。演算装置３５は、超
音波が鋳片１０を貫通する時間を測定する透過時間測定
回路３８と、該回路の出力および表面温度計４１の出力
およびフレーム間隔計３３の出力を受けて凝固厚みを演
算する回路３９と、出力回路４０を備える。３７はゲー
ト回路で、時間弁別して必要な信号のみ通す。４２は励
磁電源である。即ち電磁超音波は、磁界中でパルス電流
による渦流を発生させ、該渦流と磁界により力を発生さ
せ、これが超音波を生じ（送信側）、また伝播してきた
超音波が磁界に入って渦流を発生し、該渦流を検出コイ
ルの誘起電圧として検出する（受信側）が、励磁電源４
２は受信側の該磁界発生用である。

この超音波送、受信器３１，３２等は鋳片１０の幅方向
に複数組、例えば中央と左、右に各１組、計３組、ある
いは中央と左、右に２組ずつ、計５組設ける。

〔作用〕

本発明でも凝固厚みの測定要領は従来と同じである。即
ち鋳片１０の全厚みをＤ、凝固部１，２の厚みをｄ＝ｄ
_１＋ｄ_２、超音波の鋳片透時間をｔとすると、 の関係があるから、これにより凝固厚みｄを求める。こ
の(1)を計算するにはｔ，Ｖｓ，Ｖｌ，Ｄの値が必要で
あるが、透過時間測定回路３８は上記ｔを出力し、表面
温度計４１は鋳片１０の表面温度を出力するので演算回
路３９は該温度よりＶｓを決定する。また演算回路３９
には鋳片１０の鋼種が入力されるので、これよりＶｌを
決定する。鋳片全厚みＤは、フレーム間隔計３３の出力
の修正値とする。

即ち、フレーム間隔計３３は、歯車機構とマグネスケー
ルなどにより、上、下セグメントフレーム２３，２４の
間隔、ひいては上、下ロール２１，２２の間隔、従って
鋳片の全厚みＤを計測する。しかしこの計測値は精度が
よくない。理由の１つは、鋳片がロールに噛み込まれる
とセグメントフレーム２３，２４が撓み、その撓み量が
鋳片幅方向で異なり（中央で最大）、１個所に設けたフ
レーム間隔計３３では幅方向各部のロール間隔を正しく
示すことができないことである。また他の理由は熱膨張
に対応できない、ロール支持系などのガタに対応できな
い、等である。

そこで本発明は、超音波送、送信器３１，３２を用いて
鋳片１０の全厚みの測定を行なう。鋳造開始時、ダミー
バーにより引出され、ロール間を通されて行く鋳片は、
凝固厚み測定箇所では完全に凝固しており、未凝固部は
ない。またクレータエンドは冷却及び又は鋳造速度によ
り変動し、凝固厚み測定箇所の手前にくることがあり、
この状態では凝固厚み測定箇所で鋳片は完全に凝固して
おり、未凝固部はない。この完全凝固状態で超音波厚み
測定を行なうと、(1)式は ｔ＝Ｄ／Ｖｓ となり、ｔとＶｓから全厚みＤが求まる。一方、フレー
ム間隔計３３もロール間隔、従って全厚みＤを出力して
おり、その差はセグメントフレームの撓み、ロール支持
系のガタなどによる誤差を示している。そこで、幅方向
に複数組ある超音波送、受信器における上記差を個々に
記憶しておき、該差でフレーム間隔計の出力を修正し
て、その修正値を全厚みＤとして用いることにする。こ
のようにすれば、フレームの撓み、ロール支持系のガタ
などを補正した、正しい全厚みＤが得られ、これを用い
て(1)式により凝固厚みｄを算出することができる。

勿論これは、凝固厚み測定箇所に未凝固部を有する鋳片
が入ってきた状態でもフレームの撓み、ロール支持系の
ガタなどは不変であると仮定しているが、この仮定は成
立するとしてよい。

凝固厚み演算回路３９は、上記の全厚みＤの測定、偏差
の記憶、フレーム間隔計３３が測定した全厚みの上記偏
差による修正、(1)式による凝固厚みｄの算出を行な
う。この演算回路３９は具体的にはプロセッサであり、
測定箇所（送、受信器３１，３２の取付け位置）に完全
凝固の鋳片が入ってきたとき、それを示すセンサ等の信
号により、超音波送、受信器による全厚み測定、フレー
ム間隔計の出力との差の演算、メモリへの該差の記憶を
行ない、然る後、凝固厚み測定モードに入る。

第３図に、上記測定要領をフローチャートで示す。

この構成では、特別に架台を設けることはせず、既設の
セグメントフレームを利用してこれに超音波送、受信器
を取付けるので、装置の小型化、低廉化が図れ、取付け
スペースの確保に悩まされることもない。また超音波
送、受信器は複数組を鋳片幅方向に取付け、移動させて
計測することはしないので、装置構成の簡潔化が図れ
る。また鋳片が完全凝固の状態で超音波送、受信器によ
る全厚み測定を行ない、フレーム間隔計の出力との差を
求めておくので、フレーム撓み、熱膨張などによる誤差
も補正でき、高精度な凝固厚み測定が可能になる。

〔実施例〕

超音波送、受信器３１，３２を鋳片幅方向に５組設けた
例を第４図に示し、その１つ（受信器）の詳細を第５図
に示す。第４図(a)は正面図、同図(b)は側面図である。
同様に第５図(a)は正面図、同図(b)は側面図である。全
図を通してそうであるが、同じ部分には同じ符号が付し
てある。

シリンダ１３，１４はエアシリンダであり、エアはこの
シリンダに供給される。また超音波送、受信器は水冷及
び気冷され、エアと水はこの冷却用である。

次に測定誤差を検討する。完全凝固時においては、実ロ
ール間隔をＤ_１、前記差をΔＤ（これは一定とする）、
採用した音速をＶ_SM1、透過時間をｔ_１とすれば（添字
１はこの状態のもの）、このときの誤差 は である。また未凝固ありのとき（添字２はこの状態のも
の）、補正をしないと、凝固厚みの測定値をｄ_M2、フレ
ーム間隔計の出力をＤ_M2、採用した音速をＶ_SM2，Ｖｌ
として、 である。補正をする場合はＤ_M2を とする。これを とすると、 である。従って(5)式は になる。つまり全ての誤差が凝固層音速の誤差ΔＶ_S1に
帰着される。音速は高精度に測定可能であり、従って誤
差は小さい。

数値例を挙げると、Ｄ_１＝Ｄ_２＝240mm、Ｖ_S1＝Ｖ_S2＝4
800m/s、Ｖｌ＝3900m/s、ｄ_M2＝200mmとし、ΔＤ＝＋２
mm、ΔＶ_S1＝＋３０m/s（＝Ｖ_S1×０．６３％……実現
可能範囲）と仮定すると、ｔ_１＝５０．０μＳ、ｔ_２＝
５１．９２３μＳより、上記(5)式は ｄ_M2＝205.2mm（誤差は２．６％） となり、また上記(6)式は となる。仮にＤ_２を誤差なしで測定すると（ΔＶ_S1のみ
誤差要因） ｄ_Ｍ＝194.8mm（誤差２．６％） となる。このように本発明方式によると誤差が約半分に
なり、クレータエンド位置管理などに対する実用上許容
誤差範囲（片側±２mm）に入る。

また全厚みＤが正確に測れる場合、本方式により音速誤
差ΔＶ_S1の補正を行なうことも可能である。

連続鋳造の１サイクルは１０時間，などであり、このサ
イクルの開始時と、連続鋳造中、クレータエンドが上っ
たとき数回、前記差を求める処理をすれば、補正は充分
正確に行なえる。

超音波送、受信器は鋳片幅方向に複数個設置するが、切
換えて使用することにより、パルス発生回路および演算
回路などは１組で共用できる。

使用する超音波の周波数は６０〜１００ＫＨｚが適当で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、構造が簡単で、設
備費の節減ができ、しかも測定精度が高い、連続鋳造さ
れる鋳片の凝固厚み計が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は第１図の主として電気回路部のブロック図、 第３図は測定要領を示す流れ図、 第４図(a)(b)は超音波送、受信器の取付け例を示す正面
図および側面図、 第５図(a)(b)は第４図の超音波受信器の正面図および側
面図、 第６図は超音波による凝固厚測定の説明図、 第７図は鋳片の全厚み測定の説明図、 第８図は凝固厚測定装置の例の説明図である。 第１図で１０は鋳片、２３、２４はセグメントフレー
ム、３１，３２は超音波送、受信器、３３はフレーム間
隔計、３５は演算装置である。

フロントページの続き (72)発明者 山田 衛 千葉県君津市君津１番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭60−31008（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−9562（ＪＰ，Ａ) 実公 昭62−39886（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭59−42201（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続鋳造される鋳片（10）の一面に当接可
   能に、一方のセグメントフレーム（23）に取付けられ
   て、該鋳片の一面に超音波を発生させる複数個の電磁超
   音波送信器（31）と、 該鋳片の他面に当接可能に、他方のセグメントフレーム
   （24）に取付けられて、鋳片を伝播してきた超音波を受
   信する複数個の電磁超音波受信器（32）と、 これらのセグメントフレームに取付けられて鋳片の全厚
   みを測定するフレーム間隔計（33）と、 鋳片が完全凝固の状態で、前記超音波送、受信器の出力
   により鋳片の全厚みを求め、フレーム間隔計による全厚
   みとの差を求め、これを修正値として記憶し、この記憶
   値とフレーム間隔計による全厚みと、超音波送、受信器
   による超音波の鋳片透過時間を用いて、未凝固部を含む
   鋳片の凝固厚みを算出する演算装置（35）とを備えるこ
   とを特徴とする鋳片凝固厚み計。