JPH10325714A

JPH10325714A - 連続鋳造鋳片の未凝固部形状の検出方法および装置

Info

Publication number: JPH10325714A
Application number: JP9133860A
Authority: JP
Inventors: Kazuharu Hanazaki; 一治花崎
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】連続鋳造におけるクレータエンドの形状を液
相線、固相線を弁別して精度よく検出し、中心偏析管
理、適正な未凝固圧下などの対策によって品質向上を図
ること。【解決手段】鋳片の伝熱計算による温度分布を、異な
ったエネルギースペクトルを有する放射線の透過度とか
ら求めた固相線、液相線で修正し、さらに鋳片長手方向
の温度分布を修正することによって３次元温度分布をも
とめ、クレータエンドを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスラブやブルームな
ど鋼材の中間製品としての鋳片の連続鋳造時の未凝固部
形状を検出する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板用などの連続鋳造鋳片の製造におい
ては、冷却制御、中心偏析などの品質管理、未凝固部の
圧下管理などのため、鋳片の未凝固部分の位置を推定す
ることが重要である。通常、鋳片内部の凝固開始、凝固
完了は中心部で最も遅く、未凝固部はラインの下流側に
伸びている。鋳片の凝固完了点の近傍で、凝固開始点を
結ぶ面、または凝固終了点を結ぶ面で形成された鋳片の
未凝固部分を総称してクレータエンドとも言う。また、
凝固開始面または凝固終了面を任意の断面で見たとき、
現れる曲線を液相線または固相線と呼ぶ。

【０００３】図１はクレータエンドの模式図である。同
図(a) に示すように、鋳片１を上から見ると、固相線２
または液相線３で表されるクレータエンドは下流側に向
かって舌が伸びたようなＶ字状曲線、あるいは、同図
(b) のようにＷ形状曲線になっている。

【０００４】鋳片の中心偏析を改善する手段として、未
凝固部を圧下して中心部に集積した不純物濃化溶鋼を上
流側に絞り出す目的で行う未凝固圧下技術では、凝固完
了点（クレータエンドの最終端）の直前で圧下するた
め、その位置を正確に知ることが重要である。すなわ
ち、圧下する位置が所定位置より上流側にずれると不純
物濃化溶鋼を完全に絞り出せないし、所定位置より下流
側にずれると、不純物濃化溶鋼が凝固した後、圧下する
ため効果がない。

【０００５】また、Ｗ型クレータエンドの場合は圧下位
置は鋳片中央部の凝固完了点ではなく、Ｗ字状に伸びて
いる左右いずれか最下流の凝固完了点を基準に圧下位置
を決めねばならないので、クレータエンド（すなわち凝
固完了直前の未凝固部）全体の形状を知ることが重要で
ある。

【０００６】クレータエンド形状を求めるため、オフラ
イン計算あるいはオンライン計算によって鋳造時の溶鋼
温度、冷却ゾーンにおけるスプレー冷却パターン、鋳込
み速度などのデータに基づいて鋳片の温度分布を伝熱計
算し、鋳片の凝固状態を推定することが行われている。
しかし、スプレーによる鋳片冷却状況は水温や水圧の変
動、あるいはノズル詰まりなどにより常に一定とは限ら
ず、凝固までの時間が変動し、クレータエンドの形状お
よび位置は鋳造ラインの前後で変動する。また、鋳造時
の鋳型（モールド）内の溶鋼流れの形状によってもクレ
ータエンドの位置および形状が変化する。これらの変動
要因は予測が困難であり、予測できたとしても伝熱計算
上のパラメータの修正に反映するのは困難である。

【０００７】クレータエンドの位置または形状を実測す
る方法として、超音波を鋳片に照射し、凝固部と溶融部
中の超音波減衰特性の差異から凝固率を算出する技術が
従来から開示されているが、熱間の鋳片に超音波振動子
を音響的に接合させる接触媒質として適切なものがな
く、実用化されているものはない。

【０００８】鋳片と超音波接触子の接触媒質の問題を避
けるため、電磁超音波法により鋳片に非接触で超音波を
照射し、検出する方法が開示されているが、非接触とは
いえ、高々1.0 mm程度のリフトオフ（鋳片と検出器との
距離）が確保できる程度で、検出器が熱影響を受けやす
く温度変化による誤差が大きいこと、鋳片表面の凹凸
（オシレーションマーク）により感度が大きく変化する
こと等のため、実用には至っていない。

【０００９】前記の鋳片と検出器との間隔の問題を解決
するため、放射線の透過度が鋳片凝固部と溶融部で異な
ることを利用して、クレータエンドを検出する技術とし
て、 (1) 特開昭５８−１９５１０９号公報に、未凝固鋳片の
放射線等の透過度を測定し、鋳片の吸収係数分布を求め
ることからなる鋳片の未凝固相検出方法が開示されてい
る。

【００１０】(2) 特開昭６３−２０３２６１号公報に、
放射線源と検出器を鋳造方向に多数ならべ、鋳片を透過
するγ線の減衰率の測定から液相領域の厚さと実効線吸
収率を計算し、鋳片内の液相の先端部を検知する技術が
開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記特開昭５８−１９
５１０９号公報では、鋳片内部の固相と液相の密度の差
を利用し、密度分布から固液比分布、すなわち凝固率を
求めているが、凝固組織と液相との混合相で連続的に密
度が変化する部分の扱いについては言及していない。ま
た密度分布の算出方法についても、単に原理を述べるに
とどまり、具体性がない。

【００１２】前記特開昭６３−２０３２６１号公報に開
示されている技術は、多数の放射線源と検出器を連続鋳
造ラインに沿って設置することは実現性に乏しいし、実
効線吸収率の計算方法も原理を述べるにとどまっており
具体性がない。本発明の課題は、上記の課題を解決すべ
く、鋳片の未凝固部の形状を検出し、クレータエンド形
状を安定的に精度良く検出することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、溶融金属が
凝固時に大きく密度が変化すること、およびエネルギー
レベルの異なる放射線は物質の透過度が異なること、お
よび、異なったエネルギーレベルの放射線を複数用いて
固相と液相の放射線透過度を測定すれば、固相と液相の
混合比率が求められることについて知見を得た。本発明
はこのような知見に基づきなされたもので、その要旨は
次の通りである。

【００１４】(1) ２つ以上の異なったエネルギースペク
トルを有する放射線の、鋳片厚さ方向の透過度の鋳片幅
方向分布に基づいて、鋳片断面の未凝固部形状を求める
ことを特徴とする連続鋳造鋳片の未凝固部形状の検出方
法。

【００１５】(2) 前記(1) の方法によって鋳片断面の未
凝固部形状を求め、伝熱計算によって鋳片の温度分布を
求め、前記未凝固部形状に基づいて前記の温度分布を修
正し、前記修正された温度分布に基づいて３次元の未凝
固部形状を求めることを特徴とする連続鋳造鋳片の未凝
固部形状の検出方法。

【００１６】(3) ２つ以上の異なったエネルギースペク
トルを有する放射線の、鋳片の厚さ方向の透過度を測定
する放射線透過度測定装置と、前記放射線透過度測定装
置を鋳片幅方向に走査する幅方向走査装置と、前記放射
線透過度測定装置と幅方向走査装置によって得られた透
過度の鋳片幅方向の分布に基づいて、鋳片断面の未凝固
部形状を求める未凝固部形状演算装置と、溶鋼温度、ス
プレー冷却水温度、冷却水ノズル状態および鋳造速度に
基づいて鋳片の温度分布を求める伝熱計算装置と、前記
鋳片の温度分布と前記断面の未凝固部形状に基づいて温
度分布を修正する温度修正演算装置と、前記修正された
温度分布に基づいて３次元の未凝固部形状を求める３次
元未凝固部形状演算装置とを備えたことを特徴とする連
続鋳造鋳片の未凝固部形状の検出装置。

【００１７】

【発明の実施の形態】図２は未凝固状態における鋳片断
面の摸式図である。図２(a) において、固相４は完全に
凝固しており、片側厚さは1/2 ｔ_slで、液相５は完全溶
融状態で、厚さはｔ_lqである。

【００１８】混合相６は固相線２と液相線３に囲まれた
領域で、片側厚さは1/2 ｔ_mxである。混合相６は液相側
から固相側にかけて、固相率が0 〜100 ％で変化してお
り、成長中の凝固結晶と溶融金属とが共存している。

【００１９】同図(b) はこの部分を単純化して、固相４
と液相５のみで形成されているとした２相モデルの摸式
図、同図(C) は混合相６を想定し、混合相６の凝固率を
均一と想定した３相モデルの模式図である。

【００２０】以下の説明においては便宜のため随時、鋳
片の幅方向をＸ方向（原点は鋳片中心）、厚さ方向をＹ
方向（原点は鋳片中心）、長手方向をＺ方向と言う。

【００２１】図３は普通鋼の温度と密度の関係を表すグ
ラフである。凝固過程での実測値では同図上の実線ａの
ように、液相では温度降下とともに密度ρは大きくな
り、液相線温度Ｔ_lqで密度は急激に増加し、固相線温度
Ｔ_slで完全に凝固する。さらに、固相では温度降下とと
もに緩やかに密度が大きくなる。液相線温度Ｔ_lqと固相
線温度Ｔ_slの間では液相と固相が混在し、凝固潜熱を放
出する間、固相率は０から１まで変化する。

【００２２】同図のように、固相または液相での温度変
化に対する密度変化は、液相から固相への相変化による
密度変化に比べて小さい。また、相変化のとき密度が急
変するが凝固潜熱放出のため温度変化は小さい。

【００２３】従って、以下のモデルでの扱いは、固液の
相変化前後の密度変化は、図３上の点線ｂのように、温
度に関係なく固相ρ_sl、液相ρ_lqの一定密度として説明
する。また、固相線温度Ｔ_sl、液相線温度Ｔ_lqも以下の
モデルでは両者の温度の平均値Ｔ_sを凝固温度として取
り扱う。図２(c) の３相モデルにおいては、混合相内の
温度は凝固温度Ｔ_sで一定とし、密度は凝固率に対応し
た均質一定の密度ρ_mxであるものとして扱うこととす
る。

【００２４】ｃａｓｅ１：本発明外であるが、放射線を
用いて鋳片の未凝固部の形状を測定する原理を以下に説
明する。

【００２５】図２(b) において、鋳片１を挟んで放射線
源８と放射線検出器９を配置して放射線の透過度を測定
する場合を考える。固相部の厚さ（上下の凝固シェル厚
さの合計）をｔ_sl（cm）、液相部の厚さをｔ_lq（cm）と
すると、

【００２６】

【数１】

【００２７】または、

【００２８】

【数２】

【００２９】と表わすことができる。ただし、Ｅ：鋳片測定状態での放射線透過量Ｅ₀：鋳片がない場合の放射線透過量 μ ：物質（この場合、鋼）によって決まる吸収係数
（cm²/g ） ρ_sl、ρ_lq：固相および液相の密度（g/cm³）である。ここで、鋳片厚さｔ_CCが既知（例えば、ｔ_CC＝
鋳型厚さ）とすると、

【００３０】

【数３】

【００３１】である。μ、ρ_sl、ρ_lqは実験室的に求め
ることができ、Ｅ₀は鋳片がない状態での透過量として
測定できる。Ｅをオンラインで測定すれば、（２）およ
び（３）式より（４）式のように凝固層厚さ（鋳片上下
面シェル厚さの合計）ｔ_slを求めることができる。

【００３２】

【数４】

【００３３】この場合、ｔ_CCを鋳型厚さとして、一定値
を代入するかわりに、鋳片の実際の厚さを接触式あるい
は光学式の厚さ計で幅方向にわたって測定してもよい。

【００３４】ｃａｓｅ２：次に、本発明の２つ以上の異
なったエネルギースペクトルを有する放射線を用いる未
凝固部の測定原理を以下のｃａｓｅ２〜４に説明する。

【００３５】図４は放射線のエネルギースペクトル（あ
るいは素粒子のエネルギーレベル、あるいは波数）がそ
れぞれＡ、Ｂ、Ｃの場合、鋼材厚さに対する透過エネル
ギー量を表した摸式図である。すなわち、Ｘ線やγ線の
ような放射線の性質として、エネルギーレベルが異なる
と、同図の勾配すなわち物質の透過係数が異なる。エネ
ルギーレベルを、Ａ＞Ｂ＞Ｃの順とすると、透過度もＡ
＞Ｂ＞Ｃの順になり、エネルギーが高いほど吸収（吸収
係数）は小さく、透過量は大きい。

【００３６】例えば、工業的に利用しうる放射線源とし
ては、Ｘ線、Ｃｏ⁶⁰、Ｃｓ¹³⁷等があり、Ｘ線の場合は
印加電圧を変えることによって異なったエネルギーレベ
ルの放射線を得ることができる。

【００３７】放射性同位元素を使う場合はＣｏ⁶⁰で２種
のレベル（Ａ：1.33Ｍｅｖ（Million Electron-Volt
）、およびＢ：1.17Ｍｅｖ）、Ｃｓ¹³⁷で１種のレベ
ル（Ｃ：0.662 Ｍｅｖ）が得られ、それぞれのエネルギ
ーレベルにおける鋼の吸収係数は、μ_A＝0.05、μ_B＝
0.06、μ_C＝0.07（cm²/g ）である。

【００３８】ここで、図２(b) において、放射線源とし
て、２種の異なったエネルギーレベルＡおよびＢのスペ
クトルを用意し、それぞれのエネルギーレベルでの透過
度測定を行ったとすると、（２）式から下記の（５）お
よび（６）式が導出される。

【００３９】

【数５】

【００４０】

【数６】

【００４１】ただし、Ｅ_A，Ｅ_B：鋳片測定状態での
放射線透過量Ｅ_A0，Ｅ_B0：鋳片がない場合の放射線透過量 μ_A，μ_B：エネルギーレベルＡおよびＢにおける吸収
係数 ρ_sl，ρ_lq：固相および液相の密度である。

【００４２】ここで、（５）、（６）式のうち、μ_A、
μ_B、ρ_sl、およびρ_lqは実験室的に求めることがで
き、Ｅ_A0、Ｅ_B0、Ｅ_AおよびＥ_B、は実測値として求め
ることができる。従って、前記の２つの独立な式
（５）、（６）を２元１次連立方程式として解けば、２
つの未知数ｔ_slとｔ_lqを独立に求めることができる。

【００４３】すなわち、ｃａｓｅ１のように、鋳片の全
体厚さｔ_CCが未知であっても、固相と液相の２相モデル
の前提のもとで、固相厚さｔ_slと、液相厚さｔ_lqを求め
ることができる。

【００４４】図２(c) の３相モデルにおいて、混合相６
を凝固率が均一な相（例えば、固相／液相＝50／50で一
定）であると仮定し、混合相６の厚さ、密度をそれぞ
れ、ｔ_mx、ρ_mxとすると、３相モデルにおける透過量は
下記（７）式のようになる。

【００４５】

【数７】

【００４６】ｃａｓｅ３：放射線源に２つの異なったエ
ネルギーレベルＡおよびＢの放射線を用いたとすると、
（７）式より次の２つの（８）、（９）式が導出され
る。

【００４７】

【数８】

【００４８】

【数９】

【００４９】ここで、鋳片厚さを既知（例えば、鋳片厚
さｔ_CC＝鋳型厚さ、または接触式などの実測値）と仮定
すれば、ｔ_cc、ｔ_sl、ｔ_lq、ｔ_mxの関係は、

【００５０】

【数１０】

【００５１】となる。式（８）、（９）、（１０）のう
ち、Ｅ_A、Ｅ_B、Ｅ_A0、Ｅ_B0は実測値であり、μ_A、μ
_B、ρ_sl、ρ_lq、ρ_mxは実験室的に求められる値であ
る。従って、３つの未知数ｔ_sl、ｔ_lq、ｔ_mx、は式
（８）〜（１０）の連立方程式の解として解くことがで
きる。つまり３相モデルのもとで、鋳片厚さを既知とす
れば、２つのエネルギーレベルの放射線を使うと３相の
それぞれの厚さを求めることができる。

【００５２】ｃａｓｅ４：つぎに、放射線源として３つ
の異なったエネルギーレベルＡ、Ｂ、Ｃの放射線を用い
たとすると、式（８）、（９）と同様にＣのエネルギー
レベルの透過度から式（１１）が導出できる。

【００５３】

【数１１】

【００５４】（８）、（９）、（１１）の３つの式のう
ち、Ｅ_A〜Ｅ_C、Ｅ_A0〜Ｅ_C0、μ_A〜μ_C、ρ_sl、
ρ_lq、ρ_mxは実測値または実験室的に求められる値であ
り、３つの連立方程式の解として、ｔ_sl、ｔ_lq、ｔ_mx、
を求めることができる。つまり、３つのエネルギーレベ
ルの放射線を用いれば、３相モデルの前提のもとで鋳片
厚さが未知でも固相、混合相、液相のそれぞれの厚さを
求めることができる。

【００５５】ｃａｓｅ５：３相モデルでは１つの混合相
の組成を均一なものとして扱ったが、混合相をｍｘとｍ
ｙの２つの組成に分けた場合を考える。例えば、ｍｘ相
は75％凝固、ｍｙ相は25％凝固の混合相とする４相モデ
ルを考えると、下記の（１２）〜（１４）式が導出され
る。

【００５６】

【数１２】

【００５７】

【数１３】

【００５８】

【数１４】

【００５９】ここで、

【００６０】

【数１５】

【００６１】として、ｔ_CCを既知（定数または実測値）
とすれば、４つの未知数ｔ_sl、ｔ_lq、ｔ_mx、ｔ_myに対し
て４つの連立方程式（１２）〜（１５）式を解けば、４
相モデルでの各相の厚さを求めることができる。

【００６２】以上のことから一般に、Ｎ種のエネルギー
レベルの放射線源を用いれば、鋳片厚さが既知の場合
（Ｎ＋１）相の組成モデルでの未凝固部厚さを求めるこ
とができ、鋳片厚さが未知の場合、Ｎ相の組成モデルで
の未凝固部厚さを求めることができる。

【００６３】実際の連続鋳造プロセスでは鋳片は溶鋼の
静圧により鋳片中央部が膨れるため（この現象をバルジ
ングと言う）、鋳片厚さは幅方向に一定ではない。した
がって、Ｎ種レベルのエネルギースペクトルを用いると
きはＮ相組成モデルを扱うことが望ましい。

【００６４】図２(b) または同図(c) において、放射線
源８と検出器９を鋳片幅方向に走査し、幅方向の各点に
おいて前記ｔ_sl、ｔ_lq、ｔ_mx、を求めれば、測定断面で
の固相、液相の境界形状すなわち未凝固部形状を求める
ことができる。

【００６５】ところで、図５(a) に示すように、３相モ
デルの断面において、混合相の幅端部付近の放射線の透
過経路Ｆ−Ｆにおいては、混合相の凝固率は50％より大
きいが、３相モデルではこの部分での凝固率を一定（例
えば50％）と仮定している。

【００６６】従って、計算上の凝固相厚さは実際より大
きくなる。反対に液相の幅端部のすぐ外側の混合相で、
放射線の透過経路Ｇ−Ｇでの凝固率は50％より小さいた
め、計算上の液相厚さは実際より大きくなる。その結
果、同図(b) に示すように、混合相の固相線、液相線は
破線で示すように、実際より固相線は内側に、液相線は
外側に膨らんだ形となる。

【００６７】これに対して、４相以上のモデルは、混合
相を２つまたはそれ以上の相として扱うので、上記の誤
差が小さくなり、より正確な凝固部形状を求めることが
できるという利点がある。ただし、実際のプロセスでの
測定環境やクレータエンドの管理の要求精度などを考慮
すると、実用的には３相モデルで十分である。

【００６８】次に、鋳片の伝熱計算と放射線透過量によ
る未凝固部形状の関係について、以下に説明する。図６
は本発明の装置例を表す構成図で、同図を用いて以下に
計算手順の概要を説明する。

【００６９】同図の伝熱計算装置１３は溶鋼温度、鋳造
速度、スプレーノズルの冷却水温度、ノズルの開閉状態
などのプロセス信号、および鋳片の鋼種、寸法などの鋳
造に関する情報を取り込み、鋳片の３次元の温度分布を
計算する。

【００７０】一方、未凝固部形状演算装置１２は放射線
透過度測定装置１０の放射線透過度データと、幅方向走
査装置１１からの幅位置データから固相・液相・混合相
別の厚さの計算、および断面未凝固部形状計算を行う。
温度修正演算装置１４は前記放射線透過度から求めた未
凝固断面形状に基づいて前記伝熱計算から得られた測定
点Ｍでの温度分布を修正する。つまり、透過度測定断面
における未凝固断面形状の固相線と液相線の形状は凝固
温度Ｔ_Sの等温線と見なすことができ、これを正しいも
のとして伝熱計算から求められた凝固温度の等温線を修
正するのである。次いで、３次元未凝固部形状演算装置
１５は鋳片長手方向にわたって断面温度分布修正計算を
行い、これに基づいて３次元未凝固部形状もしくはクレ
ータエンド形状を求める。

【００７１】図７は伝熱計算モデルによって求めたエン
タルピー温度の透過度測定位置Ｍにおける等温線図であ
る。エンタルピー温度とは溶融部については溶鋼温度に
凝固潜熱を上乗せした温度指標であって、上乗せ量は凝
固熱を比熱で除したものに相当する。同図(a) は伝熱計
算による１／４断面のエンタルピー温度の等温線図であ
る。同図は上下対称（厚さ方向＝Ｙ方向）であるが、か
ならずしも左右方向（幅方向＝Ｘ方向）には対称ではな
い。固相線２Ｊの温度と液相線３Ｊの実温度は凝固温度
Ｔ_sでエンタルピー温度は液相線３Ｊの方が前記上乗せ
分だけ高い。固相線２Ｊと液相線３Ｊの間は混合相で実
温度Ｔ_sの等温帯である。

【００７２】同図(b) は同図(a) のエンタルピー温度等
温線に、前記放射線の透過度測定から求めた固相線２Ｋ
と液相線３Ｋを重ね合わせて記入したものである。これ
らは、伝熱計算から求められた固相線２Ｊ、液相線３Ｊ
（同図(a) の固相線２Ｊ、液相線３Ｊと同じもの）とは
必ずしも一致しない。

【００７３】本発明は、放射線透過度から求めた固相線
２Ｋ、液相線３Ｋに基づいて、伝熱計算から求めた固相
線２Ｊ、液相線３Ｊを修正し、さらには鋳片全体の伝熱
計算による温度分布を修正するのである。

【００７４】この伝熱計算の修正方法として、例えば伝
熱計算時の熱伝達係数などのパラメータを修正して再計
算を行う方法が考えられる。また、放射線透過度測定に
よる液相線３Ｋにおけるエンタルピー温度と、伝熱計算
によるエンタルピー温度との誤差だけ、放射線透過度測
定断面の全点での温度を一律に補正する方法などが考え
られる。

【００７５】以下に、本発明者が用いた修正方法を一例
として説明する。図７(b) の鋳片断面で幅方向のある位
置Ｈ−Ｈの厚さ方向の温度分布を考える。図８に断面Ｈ
−Ｈにおける厚さ方向のエンタルピー温度を示す。実線
のグラフｈ_J＝ｈ_J（ｙ）は伝熱計算から求めたエンタ
ルピー温度分布で、鋳片厚さ方向に連続的に求められ
る。同図でＨ_lqは液相線のエンタルピー温度、Ｈ_slは固
相線のエンタルピー温度で、Ｈ_slは凝固温度Ｔ_sと同じ
である。

【００７６】伝熱計算から求めた固相線は点２Ｊで表さ
れ、液相線は点３Ｊで表される。放射線透過度から求め
た固相線は点２Ｋ、液相線は点３Ｋで表され、２Ｋ、３
Ｋ点は離散的に求められている。この２点に基づいて、
同図の点線のグラフ、すなわち修正後のエンタルピー温
度：ｈ_K＝ｈ_K（ｙ）を求めるに際し、ｈ_Jからｈ_Kへ
の修正は以下のように行う。 (1) ０≦ｙ＜1/2 ｔ_lqの領域（液相）では：

【００７７】

【数１６】

【００７８】(2) 1/2 ｔ_lq≦ｙ＜1/2 ｔ_lq＋1/2 ｔ_mxの
領域（混合相）では：

【００７９】

【数１７】

【００８０】(3) 1/2 ｔ_lq＋1/2 ｔ_mx≦ｙ＜1/2 ｔ_ccの
領域（固相）では、

【００８１】

【数１８】

【００８２】とする。つまり、図８において、点線のグ
ラフｈ_Kは、(1) 液相領域では液相線におけるエンタル
ピー温度誤差Δ_lqを上乗せし、(2) 混合相では液相線と
固相線でのエンタルピー温度誤差の比例計算による補間
を行い、(3) 固相では、固相線におけるエンタルピー温
度誤差Δ_slを上乗せするのである。

【００８３】図９(a) は（１６）〜（１８）式の右辺の
修正量のみ、すなわち（ｈ_K−ｈ_J）をグラフ化したも
のである。この修正量をΔ_M（ｙ）とする。この計算を
幅全体に対して行うと透過量測定位置Ｍでの断面のエン
タルピー温度修正量Δ_M（ｘ，ｙ）が決まる。

【００８４】図９(b) は測定位置Ｍにおける温度修正量
Δ_M（ｘ，ｙ）を立体的、模式的にに表したものであ
る。前記修正量を以下ではΔ（ｘ、ｙ、Ｍ）と表すが、
コンピュータ内部では２次元の網点（ｘ，ｙ）に対して
配列実数値として保存される。

【００８５】次に、測定位置Ｍより下流側の鋳片長手方
向の温度分布を推定する計算を行う方法を説明する。図
１０に鋳片長手方向のエンタルピー温度修正計算手順の
概念図を示す。

【００８６】同図のｈ_K＝ｈ_K（ｘ，ｙ，Ｍ）は放射線
透過度測定点Ｍにおけるエンタルピー温度修正結果であ
る。Δ（ｘ、ｙ、Ｍ）は図９のΔ（ｘ、ｙ）と同じもの
で、伝熱計算と放射線透過度計算のエンタルピー温度の
誤差であり、かつ長手方向の他の断面の修正量でもあ
る。ｈ_J（ｘ，ｙ，Ｎ）、ｈ_J（ｘ，ｙ，Ｎ＋ｎ）・・
・は他の断面Ｎ、Ｎ＋ｎ、・・・の伝熱計算によるエン
タルピー温度であり、ｈ_K（ｘ，ｙ，Ｎ）、ｈ_K（ｘ，
ｙ，Ｎ＋ｎ）・・・は修正されたエンタルピー温度であ
る。この時、Ｎ断面でのエンタルピー温度の修正は下記
の計算を行う。

【００８７】

【数１９】

【００８８】つまり、放射線測定位置Ｍにおける修正量
をそのまま、下流側の鋳片断面内の網点のエンタルピー
温度の修正量として上乗せする。このように、断面Ｎに
おける修正エンタルピー温度分布が求められると、凝固
温度に相当する点を結ぶことによって固相線が求められ
る。同様に、凝固温度＋（凝固潜熱／比熱）すなわち液
相エンタルピー温度に相当する点を結べば液相線が求め
られる。また、溶融部のエンタルピー温度から凝固潜熱
に相当する温度（凝固潜熱／比熱）を差し引けば、通常
の温度分布が求められる。

【００８９】以下、Ｎ＋１、Ｎ＋２、・・・・と順次計
算することにより、各断面のエンタルピー温度分布が求
まり、固相線、液相線が求められる。Ｍ、Ｎ、Ｎ＋１、
Ｎ＋２、・・・Ｎ＋ｎの各断面において、鋳片厚さ中心
における固相線、液相線の位置を鋳片長手方向（Ｚ方
向）に結べば鋳片を上から見たときの固相および液相ク
レータエンド形状が求められる。

【００９０】図１１はこの方法で求められたクレータエ
ンド形状の摸式図である。断面Ｍ、Ｎ、Ｎ＋１・・・の
各固相線２、液相線３は修正された固相線、液相線であ
り、これらを結ぶ点線が固相クレータエンド２１、液相
クレータエンド３１である。

【００９１】図６は前述の本発明の装置の構成例である
が、以下に構成上の留意点を述べる。放射線透過度測定
装置１０は２次冷却帯のスプレーゾーンの後、最終凝固
点Ｐの前１〜５ｍの位置に設置するのが望ましい。この
放射線透過度測定装置１０は幅方向走査装置１１により
幅方向に往復移動可能な構造となっており、走査中の位
置をコンピュータに送信している。メンテナンスなどを
考慮して、同装置１０は鋳造ラインから引き出して随時
保守ゾーンに引き込みができる構造とするのが望まし
い。放射線透過度測定装置１０のγ線放射線源８にはＣ
ｏ⁶⁰とＣｓ¹³⁷の混合物１００〜５００Ci（キュリー）
などを用いるのがコスト上望ましい。検出器９の好例は
シンチレーションカウンター型の検出器で、Ｃｏ⁶⁰の２
つのエネルギースペクトル（Ａ，Ｂ）およびＳｃ¹³⁷の
１つのスペクトル（Ｃ）を検出するため波高弁別器（図
示せず）を備えており、エネルギーレベル別にパルスカ
ウントし、時間平均を取って透過度を測定できる検出器
である。

【００９２】

【実施例】本発明を確認をするために用いた鋼種の成
分、および鋳造条件を表１に示す。

【００９３】

【表１】

【００９４】同鋼種を電気炉で溶解し、凝固温度−５℃
での凝固状態、および凝固温度＋５℃の溶融状態で、Ｃ
ｏ⁶⁰の２つのエネルギースペクトル（Ａ，Ｂ）、および
Ｃｓ¹³⁷のエネルギースペクトル（Ｃ）での吸収係数μ
_A、μ_B、μ_Cを測定した。

【００９５】また、前記の凝固状態密度ρ_sl、ρ_lqを測
定した。また３相モデルにおける混合相の密度として、 ρ_mx＝（ρ_sl＋ρ_lq）／２とした。

【００９６】図１２は本実施例における放射線透過度測
定結果の模式図である。すなわち、試験用の連続鋳造設
備で前記の鋳片を鋳込み、放射線透過度測定装置１０を
鋳片幅方向に走査し、未凝固部形状（固相線２Ｋ、液相
線３Ｋ）を得たものである。図１３は、伝熱計算により
鋳片の温度を推定して計算した結果の等エンタルピー温
度分布図である。

【００９７】図１２で、固相線２Ｋと液相線３Ｋは、図
１３のような単純な形状ではなく、等温線が中央部でく
びれたようになっている。これは、伝熱計算上はＶ字状
クレータエンドとなっているが、放射線透過度測定結果
では、Ｗ字状クレータエンドになっていることを示唆し
ている。

【００９８】図１４は図１２と図１３から測定断面のエ
ンタルピー温度分布を修正した結果の等エンタルピー温
度分布図である。図１５は、図１４で求めた測定位置Ｍ
での等エンタルピー温度分布から断面温度の修正量を求
め、鋳片長手方向の温度分布を修正し、３次元のエンタ
ルピー温度分布を得て、クレータエンド形状を求めた結
果の模式図である。

【００９９】同図上の○、△、●の各点は鋲打ち法によ
り鋳造中の凝固状態を確認したものである。●は固相
（鋲の溶解無し）、△は混合相（鋲の一部溶解）、○は
液相（溶解）であることを確認した。同図から、算出し
たクレータエンド形状と前記鋲打ちから確認したクレー
タエンドとはよく一致していた。

【０１００】

【発明の効果】連続鋳造におけるクレータエンドの形状
を液相線、固相線を弁別して精度よく検出することがで
き、中心偏析管理などの品質管理、未凝固圧下などの品
質改善に効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】クレータエンドの摸式図であり、それぞれ同図
(a) はＶ字状、同図(b) はＷ字状のクレータエンドを表
す。

【図２】鋳片の未凝固部断面の摸式図であり、同図(a)
は固相、液相、および凝固が進行中の混合相の摸式図、
同図(b) は固相と液相のみの２相モデルの摸式図、同図
(c) は固相、液相および混合相が均一組成と仮定した３
相モデルの模式図である。

【図３】凝固点付近の鋳片の温度と密度の関係を表すグ
ラフである。

【図４】放射線エネルギースペクトルの差違による放射
線透過量を半対数目盛りで表したグラフである。

【図５】３相モデルにおいて、未凝固端部での測定誤差
の説明図であり、同図(a) は放射線透過度の測定位置を
表し、同図(b) は測定結果の誤差を表す。

【図６】本発明の装置例を表す構成図である。

【図７】３相モデルによる鋳片断面のエンタルピー温度
分布を表す模式図である。同図(a) は伝熱計算から求め
たエンタルピー温度分布の模式図、同図(b) は同図
（ａ）のエンタルピー温度から求めた固相線、液相線と
放射線透過度から求めた固相線、液相線の差異を表す模
式図である。

【図８】放射線透過度の測定断面において、ある幅位置
でのエンタルピー温度を表す図である。

【図９】放射線透過度の測定断面において、伝熱計算か
ら求めたエンタルピー温度に対する修正量を表すグラフ
である。同図（ａ）はある幅位置でのエンタルピー温
度修正量を表すグラフであり、同図(b) は鋳片全幅にわ
たってのエンタルピー温度修正量を立体的に表したグラ
フである。

【図１０】放射線透過度測定断面におけるエンタルピー
温度修正量に基づいて、鋳片長手方向の温度を修正する
方法の説明図である。

【図１１】鋳片長手方向の各断面の固相線、液相線か
ら、クレータエンド形状を求める方法の説明図である。

【図１２】本発明の実施例における放射線透過度の測定
断面での固相線、液相線の計算結果を示す模式図であ
る。

【図１３】本発明の実施例における放射線透過度の測定
断面での、伝熱計算結果の等エンタルピー温度分布図で
ある。

【図１４】本発明の実施例における放射線透過度の測定
断面での、修正計算後の等エンタルピー温度分布図であ
る。

【図１５】本発明の実施例におけるクレータエンド計算
結果と、鋲打ち試験の結果を示す模式図である。

【符号の説明】

１：鋳片２：固相線３：液相線４：固相５：液相６：混合相７：固液境界線８：放射線源９：放射線検出器１０：放射線透過度測定装置１１：幅方向走査装置１２：未凝固形状演算装置１３：伝熱計算装置１４：温度修正演算装置１５：３次元未凝固部形状演算装置２１：固相クレータエンド３１：液相クレータエンド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つ以上の異なったエネルギースペクト
ルを有する放射線の、鋳片厚さ方向の透過度の鋳片幅方
向分布に基づいて、鋳片断面の未凝固部形状を求めるこ
とを特徴とする連続鋳造鋳片の未凝固部形状の検出方
法。
【請求項２】請求項１の方法によって鋳片断面の未凝
固部形状を求め、伝熱計算によって鋳片の温度分布を求
め、前記未凝固部形状に基づいて前記の温度分布を修正
し、前記修正された温度分布に基づいて３次元の未凝固
部形状を求めることを特徴とする連続鋳造鋳片の未凝固
部形状の検出方法。
【請求項３】２つ以上の異なったエネルギースペクト
ルを有する放射線の、鋳片の厚さ方向の透過度を測定す
る放射線透過度測定装置と、前記放射線透過度測定装置
を鋳片幅方向に走査する幅方向走査装置と、前記放射線
透過度測定装置と幅方向走査装置によって得られた透過
度の鋳片幅方向の分布に基づいて、鋳片断面の未凝固部
形状を求める未凝固部形状演算装置と、溶鋼温度、スプ
レー冷却水温度、冷却水ノズル状態および鋳造速度に基
づいて鋳片の温度分布を求める伝熱計算装置と、前記鋳
片の温度分布と前記断面の未凝固部形状に基づいて温度
分布を修正する温度修正演算装置と、前記修正された温
度分布に基づいて３次元の未凝固部形状を求める３次元
未凝固部形状演算装置とを備えたことを特徴とする連続
鋳造鋳片の未凝固部形状の検出装置。