JPH1163968A

JPH1163968A - 鋳造用モールドの熱流束検出によるエアギャップ測定方法並びに熱流束検出装置及び同装置におけるセンサー装置

Info

Publication number: JPH1163968A
Application number: JP24186297A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ito; 智伊藤; Masahiro Toki; 正弘土岐; Junji Nakajima; 潤二中島; Yasuhiko Otani; 康彦大谷; Osamu Igawa; 修井川; Keiichi Mori; 敬一森
Original assignee: KAWASO DENKI KOGYO; KAWASOU DENKI KOGYO KK; Nippon Steel Corp
Current assignee: KAWASO DENKI KOGYO; KAWASOU DENKI KOGYO KK; Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】鋳造用モールドの熱流束検出によるエアギャ
ップ測定方法並びに熱流束検出装置及び同装置における
センサー装置。【解決手段】鋳造用モールドのモールド壁面Ｗと溶鋼
５６の間に潤滑剤５７による潤滑層を形成し、潤滑層と
モールド壁の間にエアギャップ５９を自然形成せしめ
る。モールド壁の肉厚方向に挿入された同軸センサー５
５により検出され且つ式ｑ＝（Ｔ_H−Ｔ_L）／Ｒ（但し
ＲはＴ_HとＴ_Lの間における物体の熱抵抗により表され
る熱流束ｑと、同軸センサーの先端において検出したモ
ールド壁部Ｗの内部温度Ｔ₁と、溶鋼の固相線温度Ｔ_SL
とから、モールド壁とエアギャップの界面における温度
Ｔ₂と、潤滑層とエアギャップの界面における温度Ｔ₃
を求め、エアギャップの厚さ方向の熱流束ｑを表す式、
ｑ＝（Ｔ₃−Ｔ₂）／Ｒ₂により、エアギャップの熱抵
抗Ｒ₂を求め、Ｒ₂＝ｄ₂／λ（λはエアギャップの熱
伝導率）により、エアギャップの厚みｄ₂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、鋳造用モールド、
特に、連続鋳造用モールドにおいて、モールド内部を流
れる熱流束を検出することによりエアギャップを測定す
る方法と、該測定方法を実施するための熱流束検出装置
と、該熱流束検出装置に用いられるセンサー装置を提供
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、連続鋳造用モールド壁部内の温度
分布を測定することにより、連続鋳造設備で生産される
鋳片の表面疵の発生防止や、モールド内溶鋼の湯面レベ
ルの検出による溶鋼流入量のコントロール等が行われて
いる。例えば、モールド壁部内の所定の多点位置に熱電
対を埋め込むことにより、モールドの壁部内の温度分布
を測定する技術が公知である（第一公知技術）。この第
一公知技術を利用して、縦割れや拘束性ブレークアウト
等の鋳片異常を検出し、異常発生時には鋳造速度を急激
に落とすことにより操業を安定させている。然しなが
ら、第一公知技術では、モールド壁部内の温度分布を測
定するため、鋳片の異常が発生し、抜熱量の異常が発生
した場合でも、正確に検知できず、また検知速度も遅
く、リアルタイムな異常検出ができない。

【０００３】そこで、モールド壁部内の温度分布を測定
するのではなく、モールド壁部の内部において該壁部の
肉厚方向に流れる熱流束を検出することが有利であるこ
とから、図４に示すような二つのシース熱電対１、２を
用いた装置が公知である（第二公知技術）。この装置に
おいて、二つのシース熱電対１、２は、モールド壁部Ｗ
に穿設された孔に挿入することにより相互に近接して平
行に埋入され、両者の先端測温部をモールド壁部Ｗの肉
厚方向に距離ｄだけ位置をずらせて配置されている。そ
こで、深く挿入された熱電対１により測定される温度Ｔ
_Hと、浅く挿入された熱電対２により測定される温度Ｔ
_Lから、壁部Ｗ内を流れる熱流束ｑは、式、ｑ＝（Ｔ_H
−Ｔ_L）／Ｒ（但しＲは前記距離ｄに相当するモールド
壁内部の熱抵抗）により求めることができることにな
る。尚、熱抵抗Ｒは、式、Ｒ＝ｄ／λ（但しλは熱伝導
率）により求められる。

【０００４】然しながら、第二公知技術は、二つの熱電
対１、２を平行に配置したものであるため、モールド壁
部の熱流束を正しく測定し得るかどうか疑問を生じる。
即ち、図４から明らかなように、二つの熱電対１、２を
同軸上に配置できない構成であるから、壁部Ｗの肉厚方
向に対して同一線上に配置できず、両者の先端測温部を
必然的に距離Ｄだけ偏位せしめることになる。従って、
二つの熱電対１、２の先端測温部を同じ熱流束上に配置
し得ないため、真の熱流束を検出できない。

【０００５】そこで、本出願人らは、先に、モールド壁
部の内部において該壁部の肉厚方向に流れる熱流束を検
出するための装置を特願平４−１４８７２２号（特公平
７−８６４３７号）として提案した（第三公知技術）。

【０００６】この第三公知技術によれば、図５に示すよ
うに、センサー１１は、モールドＭと同材質の金属棒１
２と、該金属棒１２の先端に接合し固着された異種金属
片１３とから構成されており、モールド壁部Ｗの外側よ
り該壁部の肉厚方向に穿設された孔１４に挿入され、前
記異種金属片１３を孔１４の孔底部分に接合せしめられ
る。

【０００７】モールド壁部Ｗの外側には、内側プレート
１５ａと外側プレート１５ｂの間に冷媒室１６を形成し
た冷却箱１５が設けられているため、前記センサー１１
は該冷却箱１５を貫通して取付けられた金属チューブ１
７の挿通孔１８に挿通せしめられる。尚、金属チューブ
１７は、先端部をモールド壁部Ｗに螺入し、尾端部にシ
ールブロック８を介してナット９を螺着した締付ボルト
を構成する。

【０００８】金属チューブ１７の先端に対向して挿通孔
１８と連通するようにモールド壁部Ｗに前記孔１４が穿
設されており、該孔１４にセンサー１１の先端の異種金
属片１３が挿入される。

【０００９】金属チューブ１７の尾端から挿出されたセ
ンサー１１（金属棒１２）の尾端部には押圧手段２０が
設けられ、センサー１１の先端部を孔１４に圧入せしめ
るように付勢している。押圧手段２０は、締付ボルト１
７の尾端に設けられたケース２１と、該ケース２１の尾
端側の開口部に螺合するネジ込み手段を介して挿入固定
される受部材２２と、ケース２１内に位置するセンサー
１１（金属棒１２）の軸部分に固着された鍔部材２３
と、該鍔部材２３及び前記受部材２２の間に介装された
圧縮コイルスプリング２４とから成る。

【００１０】センサー１１の外周面は、セラミック（Ａ
ｌ₂Ｏ₃等）のコーティング等による絶縁被膜２５ｂに
より被覆され、これにより、金属チューブ１７、押圧手
段２０等からセンサー１１を電気的に絶縁している。ま
た、金属チューブ１７の挿通孔１８から、モールド壁部
の孔１４に至り、電気的絶縁性を有する充填剤、例え
ば、シリコン樹脂から成る充填剤２５ａが充填されてい
る。即ち、充填剤２５ａは、前記挿通孔１８に挿通され
たセンサー１１の外周面と該挿通孔１８の内周面との
間、並びにモールド壁部Ｗの孔１４に挿入されたセンサ
ー１１の外周面と該孔１４の内周面との間に充填されて
いる。

【００１１】そこで、第三公知技術によれば、モールド
Ｍと、金属棒１２の尾端１２ａとの間には、起電力検出
手段２６が設けられ、前記モールド壁部Ｗ及び異種金属
片１３により第一の熱電対を構成し、前記異種金属片１
３及び金属棒１２により第二の熱電対を構成し、この第
一、第二の熱電対により、差動熱電対を構成する。その
結果、起電力検出手段２６により検知される起電力は、
モールド壁部Ｗ及び異種金属片１３から構成される第一
の熱電対により生じる起電力と、異種金属片１３及び金
属棒１２から構成される第二の熱電対により生じる起電
力とを打ち消した二接点の起電力の差として、温度Ｔ_H
及びＴ_Lが測定されるので、その温度差（Ｔ_H−Ｔ_L）
を検知することにより、熱流束ｑを検出することができ
る。

【００１２】ところで、連続鋳造の場合、溶鋼はモール
ド内を流動し鋳片として成型されるが、連続鋳造中、モ
ールド壁を構成する銅板の内壁面に沿って溶鋼が円滑に
流動するように、硝子系の材質を含むパウダーから成る
潤滑剤が、銅板の内壁面に添加せしめられる。そこで、
添加された潤滑剤は、溶鋼に接する溶融層と、モールド
壁面に臨む固着層とを成層し、固着層とモールド壁面と
の間にエアギャップを自然形成する。そして、溶鋼は、
溶融層のある１点から凝固成長を開始し、シェルを形成
する。

【００１３】この点に関し、前記シェルのモールド表面
への拘束や、該シェルの縦割れが生じた場合、そのまま
鋳造を続けると溶鋼が鋳片の外に漏れ、設備に甚大な被
害を及ぼすことがある。このような現象は、それぞれパ
ウダーの流入不足や抜熱の不均一が原因であるとされて
いる。

【００１４】それら鋳片の異常を検知するため、従来よ
り熱電対をモールド壁部に複数個埋設し、鋳片異常の発
生時の温度異常を検知し、異常発生時には鋳造速度を急
激に落とすことにより操業停止を回避している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような本出願人
らの開発経緯によれば、第三公知技術に基づいて、モー
ルド壁部内において壁部の肉厚方向に流れる熱流束を好
適に検出することができたものであるが、更に別の観点
から技術を見直した場合、今なお解決すべき次のような
課題がある。

【００１６】即ち、第三公知技術は、熱流束検出技術と
して極めて優れたものであるが、これをセンサー組立体
として見たとき、比較的、構造が複雑でありコストが高
く、しかも簡便な実施には必ずしも適しない。

【００１７】例えば、センサー１１を絶縁するため、該
センサー１１の外周にセラミックコーティングによる絶
縁被膜２５ｂを設けた構成を採用しているが、低コスト
化の観点からは、このような絶縁手段を簡素化すること
が望ましい。

【００１８】また、金属棒１２の絶縁のため、金属チュ
ーブ１７の挿通孔１８に充填剤２５ａを充填した構成を
採用しているが、これが高コスト化の原因になるばかり
か、センサー組立体のユニット化を妨げることになる。

【００１９】ところで、連続鋳造において、熱流束検出
装置や熱電対をモールド壁部に複数個設置することによ
り、鋳造異常の有無を監視しつつ異常発生時には鋳造速
度を減速していることは、前述の通りであるが、鋳造異
常が進展してブレークアウトが生じ、溶鋼が流れ出す
と、最悪の事態を招来することになる。

【００２０】本発明者らが知見したところによると、こ
のようなブレークアウトは、モールド表面とシェルの間
における潤滑層の異常によるエアギャップの拡大が主原
因であると考えられる。ところが、従来は、複数の温度
測定点に基づいて局部的な温度変化があれば、エアギャ
ップの厚さの変化に関係なく異常信号を発し、ブレーク
アウトの危険性を予知していたため、実際にはエアギャ
ップに異常がなくブレークアウトの危険性が低い場合で
も、鋳造速度の急減速を行い稼働率の低下を余儀なくさ
れていた。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決したものであり、鋳造用モールド、特に、連続鋳造用
モールドにおいて、モールド内部を流れる熱流束を検出
することによりエアギャップを測定する方法と、該測定
方法を実施するための熱流束検出装置と、該熱流束検出
装置に用いられるセンサー装置を提供するものである。

【００２２】そこで、本発明に係る鋳造用モールドの熱
流束検出によるエアギャップ測定方法が第一の手段とし
て構成したところは、鋳造用モールドのモールド壁面と
溶鋼の間に潤滑剤による潤滑層を形成し、該潤滑層とモ
ールド壁の間にエアギャップを自然形成せしめると共
に、該潤滑層と溶鋼の間に溶鋼の凝固層によるシェルを
自然形成せしめている連続鋳造方法において、前記モー
ルド壁の肉厚方向に挿入された同軸センサーにより検出
され且つ式ｑ＝（Ｔ_H−Ｔ_L）／Ｒ（但しＲはＴ_HとＴ
_Lの間における物体の熱抵抗）により表される熱流束ｑ
と、同軸センサーの先端において検出したモールド壁部
Ｗの内部温度Ｔ₁と、溶鋼の固相線温度Ｔ_SLとから、モ
ールド壁とエアギャップの界面における温度Ｔ₂と、潤
滑層とエアギャップの界面における温度Ｔ₃を求め、該
エアギャップの厚さ方向の熱流束ｑを表す式、ｑ＝（Ｔ
₃−Ｔ₂）／Ｒ₂により、エアギャップの熱抵抗Ｒ₂を
求め、該エアギャップの熱抵抗Ｒ₂から式、Ｒ₂＝ｄ₂
／λ（但しλはエアギャップの熱伝導率）により、エア
ギャップの厚みｄ₂を求める行程から成り、前記エアギ
ャップの厚みｄ₂を監視することにより鋳造時のブレー
クアウトを防止するように構成した点にある。

【００２３】また、本発明に係る鋳造用モールドの熱流
束検出によるエアギャップ測定方法が第二の手段として
構成したところは、鋳造用モールドのモールド壁面と溶
鋼の間に添加された潤滑剤により形成した潤滑層が、溶
鋼に接する溶融層と、モールド壁面に対してエアギャッ
プを介して臨む固着層とを成層せしめ、溶鋼が、前記潤
滑層の溶融層に接して該溶鋼を凝固せしめたシェルを自
然形成せしめている連続鋳造方法において、前記モール
ド壁の肉厚方向に挿入された同軸センサーにより検出さ
れ且つ式ｑ＝（Ｔ_H−Ｔ_L）／Ｒ（但しＲはＴ_HとＴ_L
の間における物体の熱抵抗）により表される熱流束ｑ
と、同軸センサーの先端において検知したモールド壁部
の内部温度Ｔ₁に基づいて、該モールド壁の肉厚方向に
関する熱流束ｑを表す式、ｑ＝（Ｔ₂−Ｔ₁）／Ｒ
₁（但しＲ₁はモールド壁の熱抵抗）により、モールド
壁とエアギャップの界面における温度Ｔ₂を求める行程
と、溶鋼の固相線温度Ｔ_SLと、前記熱流束ｑに基づい
て、シェルの肉厚方向の熱流束を表す式、ｑ＝（Ｔ_SL−
Ｔ₅）／Ｒ₅（但しＲ₅はシェルの熱抵抗）により、シ
ェルと潤滑層の界面における温度Ｔ₅を求める行程と、
前記により求めた温度Ｔ₅と、前記熱流束ｑに基づい
て、潤滑層における溶融層の肉厚方向の熱流束を表す
式、ｑ＝（Ｔ₅−Ｔ₄）／Ｒ₄（但しＲ₄は溶融層の熱
抵抗）により、溶融層と固着層の界面における温度Ｔ₄
を求める行程と、前記により求めた温度Ｔ₄と、前記熱
流束ｑに基づいて、潤滑層における固着層の肉厚方向の
熱流束を表す式、ｑ＝（Ｔ₄−Ｔ₃）／Ｒ₃（但しＲ₃
は固着層の熱抵抗）により、固着層とエアギャップの界
面における温度Ｔ₃を求める行程と、前記により求めた
エアギャップの厚さ方向の両側における温度Ｔ₃及びＴ
₂と、前記熱流束ｑに基づいて、エアギャップの厚さ方
向の熱流束を表す式、ｑ＝（Ｔ₃−Ｔ₂）／Ｒ₂によ
り、エアギャップの熱抵抗Ｒ₂を求める行程と、前記に
より求めたエアギャップの熱抵抗Ｒ₂から式、Ｒ₂＝ｄ
₂／λ（但しλはエアギャップの熱伝導率）により、エ
アギャップの厚みｄ₂を求める行程とから成り、エアギ
ャップの厚みｄ₂を監視することにより鋳造時のブレー
クアウトを防止するように構成した点にある。

【００２４】また、本発明に係る鋳造用モールドの熱流
束装置が手段として構成したところは、耐熱性樹脂の被
覆材により被覆された熱電対の該被覆材から突出する温
接点を鋳造用モールドと同材質の金属片に内装せしめた
第１センサーと、鋳造用モールドと同材質の金属棒の先
端に異種金属片を接合せしめた第２センサーとを備え、
前記第２センサーの異種金属片に前記第１センサーを接
合すると共に、第１センサーの熱電対を含む被覆材を第
２センサーの金属棒の外周に螺旋状に巻回せしめ且つ金
属棒の尾端方向に延長せしめることにより同軸センサー
を構成し、前記同軸センサーを金属チューブに挿通し、
少なくとも第１センサーの金属片を金属チューブの先端
から突出せしめると共に、第２センサーの外周部と金属
チューブの内周との間に、螺旋状熱電対の被覆材により
形成された絶縁部を備えるセンサー組立体を構成して成
り、前記センサー組立体の金属チューブから突出する金
属片を鋳造用モールドの壁部肉厚方向に穿設された孔に
挿入せしめた状態で、前記熱電対の一対の素線に接続さ
れる第１の起電力検出手段と、前記熱電対の一方の素線
と金属棒の尾端部に接続される第２の起電力検出手段と
を設けて成る点にある。

【００２５】更に、本発明に係る鋳造用モールドの熱流
束装置におけるセンサー装置が手段として構成したとこ
ろは、耐熱性樹脂の被覆材により被覆された熱電対の該
被覆材から突出する温接点を鋳造用モールドと同材質の
金属片に内装せしめた第１センサーと、鋳造用モールド
と同材質の金属棒の先端に異種金属片を接合せしめた第
２センサーとを備え、前記第２センサーの異種金属片に
前記第１センサーを接合すると共に、第１センサーの熱
電対を含む被覆材を第２センサーの金属棒の外周に螺旋
状に巻回せしめ且つ金属棒の尾端方向に延長せしめるこ
とにより同軸センサーを構成し、前記同軸センサーを金
属チューブに挿通し、少なくとも第１センサーの金属片
を金属チューブの先端から突出せしめると共に、第２セ
ンサーの外周部と金属チューブの内周との間に、螺旋状
熱電対の被覆材により形成された絶縁部を備えるセンサ
ー組立体を構成して成る点にある。

【００２６】本発明の実施形態において、前記第１セン
サーにおける熱電対の被覆材は、フッ素樹脂により形成
することが好ましい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の１実
施形態を詳述する。

【００２８】図１に示すように、連続鋳造用モールド等
のモールドＭは、モールド壁部Ｗの外側に冷却箱３１を
設けており、該冷却箱３１は、モールド壁部Ｗの外側面
に接合される内側プレート３１ａと、該内側プレート３
１ａの外側に冷媒室３２を形成する外側プレート３１ｂ
とから成り、冷媒室３２に冷媒３３を充填しており、こ
の点は公知の構成である。

【００２９】センサー組立体３４は、同軸センサー３５
と金属チューブ３６との組立体から成り、同軸センサー
３５を金属チューブ３６の挿通孔３７に挿通せしめるこ
とにより組立てられる。

【００３０】金属チューブ３６は、金属管から成り、前
記冷却箱３１を貫通せしめられ、該金属チューブ３６の
先端部をモールド壁部Ｗに螺入すると共に、尾端部にシ
ールブロック３８を介してナット３９を螺着した締付ボ
ルトを構成する。

【００３１】図２に示すように、同軸センサー３５は、
鋳造用モールドＭと同材質の金属棒４０の先端に異種金
属片４１を接合せしめると共に、更に異種金属片４１に
鋳造用モールドＭと同材質の金属片４２を接合せしめた
棒状体を構成し、この先端の金属片４２に熱電対４３の
温接点４３ａを内装せしめることにより構成した第１セ
ンサー４４と、前記金属棒４０と異種金属片４１により
構成した第２センサー４５とを、同軸上に設けている。
この際、モールドＭが銅又は鉄の場合、第１センサー４
４の一部を構成する金属片４２、第２センサー４５を構
成する異種金属片４１及び金属棒４０の材質は下記の表
１のように選択することができる。

【００３２】

【表１】

【００３３】前記第１センサー４４は、図２（Ｂ）に示
すように、金属片４２の直径方向に貫通して穿孔した小
孔４６に該孔の一端から熱電対４３の一対の素線４３
ｂ、４３ｃを挿入すると共に、該孔の他端から挿出した
素線４３ｂ、４３ｃの先端相互を溶接することにより温
接点４３ａを形成した後、該温接点４３ａを孔内に引込
むことにより構成される。従って、溶接により形成され
た温接点４３ａが孔内に嵌入状態で定置されている。

【００３４】熱電対４３は、一対の素線４３ｂ、４３ｃ
を相互に絶縁した状態で樹脂製の被覆材４７により被覆
されており、前記温接点４３ａに近傍する被覆材４７の
先端を小孔４６に臨ましめている。そして、熱電対４３
を含む被覆材４７を金属片４２から異種金属片４１を経
て金属棒４０の尾端に至る外周に螺旋状に巻回せしめて
いる。被覆材４７は、耐熱性樹脂から成り、好ましくは
フッ素樹脂（商品名：テフロン）により成形される。

【００３５】図２（Ｃ）に示すように、金属棒４０の尾
端部と、該金属棒４０に巻回せしめられ該金属棒４０の
尾端に延長された熱電対４３を含む被覆材４７の延長端
は、ともに接続スリーブ４８に挿入され、セットボルト
等の固定手段４８ａにより固定される。接続スリーブ４
８にはケーブル４９が案内されジョイント手段５０によ
り固定される。ケーブル４９には３本の導線４９ａ、４
９ｂ、４９ｃが内包されており、導線４９ａを金属棒４
０の尾端に接続せしめられる。接続スリーブ４８の内部
において、熱電対４３のマイナス側の素線４３ｂは導線
４９ｂに接続され、プラス側の素線４３ｃは導線４９ｃ
に接続される。

【００３６】上記構成の同軸センサー３５は、熱電対４
３を含む被覆材４７を螺旋状に巻回せしめた状態で、金
属チューブ３６に挿通され、先端部の温接点４３ａを内
装する金属片４２を金属チューブ３６の先端から突出せ
しめると共に、モールド壁部Ｗの肉厚方向に穿設された
孔に嵌入し、該金属片４２の先端を該孔内にスタッド溶
接される。この際、螺旋状に巻回された熱電対４３を含
む被覆材４７は、同軸センサー３５と金属チューブ３６
の間に圧着され、その状態で、同軸センサー３５を金属
チューブ３６の挿通孔３７内で同心同軸状態に定置せし
め、しかも、金属片４２と異種金属片４１と金属棒４０
とから成る棒状体の外周面と挿通孔３７の内周面との間
に絶縁空間としての絶縁部５１を形成する。従って、絶
縁部５１は、電気的絶縁を果たす。

【００３７】そして、熱電対４３の一対の素線４３ｂ、
４３ｃに接続されたケーブル４９の導線４９ｂ、４９ｃ
は、第１の起電力検出手段５２に接続される。また、熱
電対４３のプラス側の素線４３ｃに接続された導線４９
ｃと、金属棒４０に接続された導線４９ａは、第２の起
電力検出手段５３に接続される。

【００３８】尚、ナット３９から挿出された金属チュー
ブ３６の尾端にはジョイントボックス５４が螺着され、
金属チューブ３６から挿出された金属棒４０の尾端と、
接続スリーブ４８と、ケーブル４９の一部とを該ジョイ
ントボックス５４に内装せしめ、電気的絶縁性を有する
充填剤、例えば、シリコン樹脂から成る充填剤５５をジ
ョイントボックス５４の内部に充填している。

【００３９】そこで、第１センサー４４と第２センサー
４５を構成する同軸センサー３５は、冷媒室３２に橋架
された部分においては金属チューブ３６及び絶縁部５１
を介して冷媒３３により冷却される。

【００４０】以下、上記構成の同軸センサー３５を組込
んだ熱流束検出装置に基づいて、鋳造用モールドの熱流
束を検出し、連続鋳造時におけるブレークアウトを防止
するために、鋳造用モールドのモールド壁部と潤滑剤の
間のエアギャップを測定する方法について説明する。

【００４１】図３に示すように、連続鋳造用モールドＭ
は、モールド壁部Ｗと溶鋼５６との間に潤滑剤５７によ
る潤滑層５８が形成される。潤滑剤５７は、硝子系の材
質を含むパウダーから成り、モールド壁部Ｗの内壁面に
添加せしめられる。そこで、モールド壁部Ｗと溶鋼５６
の間に形成された潤滑層５８は、溶鋼５６に接する溶融
層５８ａと、モールド壁部Ｗの壁面に臨む固着層５８ｂ
とを成層し、該固着層５８ｂとモールド壁面との間にエ
アギャップ５９が自然形成される。また溶鋼５６は、前
記溶融層５８ａのある１点から凝固成長を開始し、シェ
ル５６ａを自然形成する。

【００４２】上述したように、シェル５６ａによるモー
ルド壁部Ｗの拘束や、該シェル５７ａの縦割れが生じる
と、鋳造異常を引き起こすことになり、このような現象
は、部分的な温度異常や、抜熱量の異常が原因であるた
め、上述のような同軸センサー３５の多数をモールドＭ
に埋設することにより、鋳造異常の原因となる部分的な
温度異常や抜熱量の異常を検知し、鋳造速度の減速が行
われる。

【００４３】ところで、上述したように、本発明者らが
知見したところによると、潤滑層５８とモールド壁部Ｗ
の間におけるエアギャップ５９が拡大する等の異常が発
生すると、ブレークアウトの危険性が極めて高くなる。

【００４４】そこで、このようなエアギャップ５９の厚
み変化を上記実施形態の熱流束検出装置を用いて理論的
に測定し、鋳造速度をコントロールすることにより、ブ
レークアウトを好適に防止することができる。

【００４５】先ず、モールド壁部Ｗの温度により生じる
第１センサー４４の起電力を第１の起電力検出手段５２
により検出し、異種金属片４１と金属棒４０により熱電
対を構成した第２センサー４５の起電力を第２の起電力
検出手段５３により検出することにより、第１センサー
４４により測定された温度Ｔ_Hと、第２センサー４５に
より測定された温度Ｔ_Lの温度差（Ｔ_H−Ｔ_L）から、
熱流束ｑを検出することができ、熱流束ｑは、モールド
壁部Ｗ内の熱流束に比例する。この際、高低温度が異な
る２点で検知された温度Ｔ_HとＴ_Lの温度差から熱流束
ｑを求めるためには、式、ｑ＝（Ｔ_H−Ｔ_L）／Ｒが用
いられる。ここで、Ｒは、温度測定された２点の間にお
ける物体の熱抵抗である。そして、前記熱抵抗Ｒは、
式、Ｒ＝ｄ／λにより求められる。ここで、ｄは、前記
物体の２点の間の距離であり、λは、その熱伝導率であ
る。

【００４６】そこで、上述の同軸センサー３５において
は、図３に示す異種金属片４１の両端の温度Ｔ_H1とＴ_L1
の温度差として特定されるので、これにより同軸センサ
ー３５における熱流束ｑは、ｑ＝（Ｔ_H1−Ｔ_L1）／Ｒ₀
により求められる。尚、Ｒ₀は、Ｔ_H1とＴ_L1の間におけ
る同軸センサーの熱抵抗であり、事前に検出されてい
る。

【００４７】ところで、同軸センサー３５の熱流束ｑに
対して、該センサー３５と同軸線上にあるモールド壁部
Ｗの熱流束（図中、Ｔ₁とＴ₂の間の熱流束）、エアギ
ャップ５９の熱流束（図中、Ｔ₂とＴ₃の間の熱流
束）、固着層５８ｂの熱流束（図中、Ｔ₃とＴ₄の間の
熱流束）、溶融層５８ａの熱流束（図中、Ｔ₄とＴ₅の
間の熱流束）、シェル５６ａの熱流束（図中、Ｔ₅とＴ
_SLの間の熱流束）は、それぞれ比例する。

【００４８】換言すれば、前記モールド壁部Ｗの熱流束
ｑは式、ｑ＝（Ｔ₂−Ｔ₁）／Ｒ₁で表され、前記エア
ギャップ５９の熱流束は式、ｑ＝（Ｔ₃−Ｔ₂）／Ｒ₂
で表され、前記固着層５８ｂの熱流束は式、ｑ＝（Ｔ₄
−Ｔ₃）／Ｒ₃で表され、前記溶融層５８ａの熱流束は
式、ｑ＝（Ｔ₅−Ｔ₄）／Ｒ₄で表され、前記シェル５
６ａの熱流束は式、ｑ＝（Ｔ_SL−Ｔ₅）／Ｒ₅で表され
ることになる。

【００４９】従って、同軸センサー３５により測定され
た熱流束ｑの値を利用することにより、該センサー３５
の先端におけるモールド壁部Ｗの温度Ｔ₁と、溶鋼５６
の固相線温度Ｔ_SLがわかれば、エアギャップ５９の熱流
束を表す式、ｑ＝（Ｔ₃−Ｔ₂）／Ｒ₂における値、Ｔ
₃、Ｔ₂、Ｒ₂を求めることができる。そして、そこで
求められたＲ₂（エアギャップの熱抵抗）は式、Ｒ₂＝
ｄ₂／λにより求めることができ、エアギャップの熱伝
導率λは既知のことであるから、これによりエアギャッ
プの厚みｄ₂が求められることになる。

【００５０】念のため具体的に説明すると、モールド壁
部Ｗの内部温度Ｔ₁は、同軸センサー３５の第１センサ
ー４４により検知される。従って、同軸センサー３５に
より測定した熱流束ｑから、モールド壁部Ｗの肉厚方向
の熱流束ｑは式、ｑ＝（Ｔ₂−Ｔ₁）／Ｒ₁で表される
ので、これにより、モールド壁部Ｗとエアギャップ５９
の界面における温度Ｔ₂を求める。因みに、モールド壁
部Ｗの熱抵抗Ｒ₁は、該壁部を構成する素材から予め検
出済である。

【００５１】一方、溶鋼の固相線温度Ｔ_SLは、既存の連
続鋳造設備においても、常に測定されている。そこで、
前述の同軸センサー３５により測定した熱流束ｑから、
シェル５６ａの肉厚方向の熱流束ｑは式、ｑ＝（Ｔ_SL−
Ｔ₅）／Ｒ₅で表されるので、これにより、シェル５６
ａと溶融層５８ａの界面における温度Ｔ₅を求める。
尚、シェル５６ａの熱抵抗Ｒ₅は事前に検出されてい
る。

【００５２】引き続き同様にして、溶融層５８ａの肉厚
方向の熱流束ｑは式、ｑ＝（Ｔ₅−Ｔ₄）／Ｒ₄で表さ
れるので、これにより、該溶融層５８ａと固着層５８ｂ
の界面における温度Ｔ₄を求め、更に、固着層５８ｂの
肉厚方向の熱流束ｑは式、ｑ＝（Ｔ₄−Ｔ₃）／Ｒ₃で
表されるので、該固着層５８ｂとエアギャップ５９の界
面における温度Ｔ₃を求める。尚、潤滑剤５７は、材質
が特定されているので、溶融層５８ａの熱抵抗Ｒ₄、固
着層５８ｂの熱抵抗Ｒ₃は、事前に検出されている。

【００５３】その結果、エアギャップ５９の両側におけ
る温度Ｔ₃、Ｔ₂が求められると、エアギャップ５９の
肉厚方向の熱流束ｑは式、ｑ＝（Ｔ₃−Ｔ₂）／Ｒ₂で
表されるので、これにより、該エアギャップ５９の熱抵
抗Ｒ₂を求める。前述の通り、この熱抵抗は式、Ｒ₂＝
ｄ₂／λにより表され、エアギャップの熱伝導率λは既
知であるから、結局、エアギャップ５９の厚みｄ₂を求
めることができる。

【００５４】従って、熱流束検出装置における同軸セン
サー３５の第１センサー４４における金属片４２と第２
センサー４５における異種金属片４１と金属棒４０によ
り測定した熱流束ｑと、該第１センサー４４における熱
電対４３により検知したモールド壁部Ｗ内の温度Ｔ
₁と、溶鋼の固相線温度Ｔ_SLから、前述のような演算方
法を用いてコンピュータ等によりエアギャップ５９の厚
みｄ₂を算出し、この厚みｄ₂を監視することにより潤
滑剤５７の添加量を調節すれば、エアギャップ５９の厚
みｄ₂を常に正常な状態に維持することができ、ブレー
クアウトを防止することが可能になる。

【００５５】そして、上記実施態様の熱流束検出装置に
よれば、センサー組立体３４は、同軸センサー３５を金
属チューブ３６に挿通せしめて成る組立ユニットを構成
し、その際、図５に示した第三公知技術のような絶縁被
膜２５ｂのコーティングや放熱用充填剤２５ａの充填を
必要としないので、構造が簡単である。特に、同軸セン
サー３５の外周域における絶縁部５１は、第１センサー
４４の熱電対４３を含む被覆材４７を金属片４２から異
種金属片４１を経て金属棒４０の外周に螺旋状に巻回せ
しめることにより形成したものであるから、構成が極め
て簡単である。そして、被覆材４７は、フッ素樹脂等の
耐熱性樹脂により成形しているので、同軸センサー３５
の電気的絶縁を好適に果たすことができ、しかも、同軸
センサー３５と金属チューブ３６の間に挿入される結
果、金属チューブ３６の挿通孔３７内で同軸センサー３
５を同心同軸状に固定し定置できる。更に、この点に関
して、仮に、熱電対４３を同軸センサー３５に沿って直
線状に延長せしめる場合は、電磁攪拌によるノイズを生
じる虞れがあり、起電力の正確な測定を困難ならしめる
のに対して、前述のように熱電対４３を螺旋状に巻回せ
しめることにより、電磁攪拌によるノイズ発生を防止で
きるという利点がある。

【００５６】更に、熱電対４３の素線４３ｂ、４３ｃ
と、金属棒４０の尾端は、全てがセンサー組立体３４の
尾端の接続スリーブ４８に集約されているので、そこ
で、第１の起電力検出手段５２と、第２の起電力検出手
段５３から延びるケーブル４９の導線４９ａ、４９ｂ、
４９ｃに接続すれば良く、配線が簡単である。

【００５７】

【発明の効果】本発明に係る鋳造用モールドの熱流束検
出によるエアギャップ測定方法によれば、同軸センサー
３５により検出した熱流束ｑを表す式、ｑ＝（Ｔ_H−Ｔ
_L）／Ｒに基づいて、該同軸センサー３５の先端におい
て検出したモールド壁部Ｗの内部温度Ｔ₁と、溶鋼５６
の固相線温度Ｔ_SLとから、エアギャップ５９の厚さ方向
の両側の温度Ｔ₂、Ｔ₃を求め、該エアギャップ３５の
厚さ方向の熱流束ｑを表す式、ｑ＝（Ｔ₃−Ｔ₂）／Ｒ
₂により、エアギャップの熱抵抗Ｒ₂を求めると共に、
これにより求めたエアギャップの熱抵抗Ｒ₂から式、Ｒ
₂＝ｄ₂／λ（但しλは熱伝導率）により、エアギャッ
プの厚みｄ₂を求める構成であるから、エアギャップの
厚みｄ₂を監視することにより鋳造時のブレークアウト
を防止できるという著効がある。

【００５８】また、本発明に係る熱流束検出装置及び同
装置におけるセンサー装置によれば、同軸センサー３５
内を流れる熱流束を第１センサー４４と第２センサー４
５により検出できるので、それに比例するモールド壁部
Ｗの肉厚方向に関する熱流束を好適に検出し測定するこ
とができることは勿論、同軸センサー３５を金属チュー
ブ３６に挿通せしめることによりユニットとしてのセン
サー組立体３４を構成するに際し、第１センサー４４の
熱電対４３を含む被覆材４７を第２センサー４５の金属
棒４０の外周に螺旋状に巻回せしめた構成であり、前記
被覆材４７は、フッ素樹脂等の耐熱性樹脂により成形さ
れ、螺旋状に巻回された構成により同軸センサー３５の
外周域に電気的絶縁を果たす絶縁部５１を形成するの
で、従来のような絶縁被膜のコーティングを必要とせ
ず、しかも、被覆材４７と共に熱電対４３が螺旋状に巻
回されるので、電磁攪拌によるノイズ発生を防止でき
る。

【００５９】更に、第１センサー４４を構成する熱電対
４３の素線４３ｂ、４３ｃと、第２センサー４５を構成
する金属棒４０の尾端が、全てセンサー組立体３４の尾
端に集約され、そこで、第１の起電力検出手段５２と、
第２の起電力検出手段５３に導線を介して接続すること
ができるので、配線作業が簡単容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱流束検出装置の１実施形態を示
す横断面図である。

【図２】本発明の１実施形態における同軸センサーを示
しており、（Ａ）は全体を示す正面図、（Ｂ）は熱電対
の温接点を示す断面図、（Ｃ）は接続スリーブを示す断
面図である。

【図３】本発明に係る鋳造用モールドの熱流束検出によ
るエアギャップ測定方法の１実施形態を説明する拡大断
面図である。

【図４】公知技術のうち、第二公知技術を示す横断面図
である。

【図５】公知技術のうち、第三公知技術を示す横断面図
である。

【符号の説明】

３４センサー組立体３５同軸センサー３６金属チューブ３７挿通孔４０金属棒４１異種金属片４２金属片４３熱電対４３ａ温接点４３ｂ、４３ｃ熱電対素線４４第１センサー４５第２センサー４６小孔４７被覆材４８接続スリーブ５１絶縁部５２第１の起電力検出手段５３第２の起電力検出手段５６溶鋼５６ａ溶鋼の凝固シェル５７潤滑剤５８ａ潤滑層の溶融層５８ｂ潤滑層の固着層５９エアギャップＭ鋳造用モールドＷモールド壁部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中島潤二千葉県君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者大谷康彦千葉県君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者井川修大阪府大阪市西区西本町１丁目７番10号川惣電機工業株式会社内 (72)発明者森敬一大阪府大阪市西区西本町１丁目７番10号川惣電機工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳造用モールドのモールド壁面と溶鋼の
間に潤滑剤による潤滑層を形成し、該潤滑層とモールド
壁の間にエアギャップを自然形成せしめると共に、該潤
滑層と溶鋼の間に溶鋼の凝固層によるシェルを自然形成
せしめている連続鋳造方法において、前記モールド壁の肉厚方向に挿入された同軸センサーに
より検出され且つ式ｑ＝（Ｔ_H−Ｔ_L）／Ｒ（但しＲは
Ｔ_HとＴ_Lの間における物体の熱抵抗）により表される
熱流束ｑと、同軸センサーの先端において検出したモー
ルド壁部Ｗの内部温度Ｔ₁と、溶鋼の固相線温度Ｔ_SLと
から、モールド壁とエアギャップの界面における温度Ｔ
₂と、潤滑層とエアギャップの界面における温度Ｔ₃を
求め、該エアギャップの厚さ方向の熱流束ｑを表す式、
ｑ＝（Ｔ₃−Ｔ₂）／Ｒ₂により、エアギャップの熱抵
抗Ｒ₂を求め、該エアギャップの熱抵抗Ｒ₂から式、Ｒ
₂＝ｄ₂／λ（但しλはエアギャップの熱伝導率）によ
り、エアギャップの厚みｄ₂を求める行程から成り、前記エアギャップの厚みｄ₂を監視することにより鋳造
時のブレークアウトを防止するように構成したことを特
徴とする鋳造用モールドの熱流束検出によるエアギャッ
プ測定方法。
【請求項２】鋳造用モールドのモールド壁面と溶鋼の
間に添加された潤滑剤により形成した潤滑層が、溶鋼に
接する溶融層と、モールド壁面に対してエアギャップを
介して臨む固着層とを成層せしめ、溶鋼が、前記潤滑層
の溶融層に接して該溶鋼を凝固せしめたシェルを自然形
成せしめている連続鋳造方法において、前記モールド壁の肉厚方向に挿入された同軸センサーに
より検出され且つ式ｑ＝（Ｔ_H−Ｔ_L）／Ｒ（但しＲは
Ｔ_HとＴ_Lの間における物体の熱抵抗）により表される
熱流束ｑと、同軸センサーの先端において検知したモー
ルド壁部の内部温度Ｔ₁に基づいて、該モールド壁の肉
厚方向に関する熱流束ｑを表す式、ｑ＝（Ｔ₂−Ｔ₁）
／Ｒ₁（但しＲ₁はモールド壁の熱抵抗）により、モー
ルド壁とエアギャップの界面における温度Ｔ₂を求める
行程と、溶鋼の固相線温度Ｔ_SLと、前記熱流束ｑに基づいて、シ
ェルの肉厚方向の熱流束を表す式、ｑ＝（Ｔ_SL−Ｔ₅）
／Ｒ₅（但しＲ₅はシェルの熱抵抗）により、シェルと
潤滑層の界面における温度Ｔ₅を求める行程と、前記により求めた温度Ｔ₅と、前記熱流束ｑに基づい
て、潤滑層における溶融層の肉厚方向の熱流束を表す
式、ｑ＝（Ｔ₅−Ｔ₄）／Ｒ₄（但しＲ₄は溶融層の熱
抵抗）により、溶融層と固着層の界面における温度Ｔ₄
を求める行程と、前記により求めた温度Ｔ₄と、前記熱流束ｑに基づい
て、潤滑層における固着層の肉厚方向の熱流束を表す
式、ｑ＝（Ｔ₄−Ｔ₃）／Ｒ₃（但しＲ₃は固着層の熱
抵抗）により、固着層とエアギャップの界面における温
度Ｔ₃を求める行程と、前記により求めたエアギャップの厚さ方向の両側におけ
る温度Ｔ₃及びＴ₂と、前記熱流束ｑに基づいて、エア
ギャップの厚さ方向の熱流束を表す式、ｑ＝（Ｔ₃−Ｔ
₂）／Ｒ₂により、エアギャップの熱抵抗Ｒ₂を求める
行程と、前記により求めたエアギャップの熱抵抗Ｒ₂から式、Ｒ
₂＝ｄ₂／λ（但しλはエアギャップの熱伝導率）によ
り、エアギャップの厚みｄ₂を求める行程とから成り、エアギャップの厚みｄ₂を監視することにより鋳造時の
ブレークアウトを防止するように構成したことを特徴と
する鋳造用モールドの熱流束検出によるエアギャップ測
定方法。
【請求項３】耐熱性樹脂の被覆材により被覆された熱
電対の該被覆材から突出する温接点を鋳造用モールドと
同材質の金属片に内装せしめた第１センサーと、鋳造用
モールドと同材質の金属棒の先端に異種金属片を接合せ
しめた第２センサーとを備え、前記第２センサーの異種
金属片に前記第１センサーを接合すると共に、第１セン
サーの熱電対を含む被覆材を第２センサーの金属棒の外
周に螺旋状に巻回せしめ且つ金属棒の尾端方向に延長せ
しめることにより同軸センサーを構成し、前記同軸センサーを金属チューブに挿通し、少なくとも
第１センサーの金属片を金属チューブの先端から突出せ
しめると共に、第２センサーの外周部と金属チューブの
内周との間に、螺旋状熱電対の被覆材により形成された
絶縁部を備えるセンサー組立体を構成して成り、前記センサー組立体の金属チューブから突出する金属片
を鋳造用モールドの壁部肉厚方向に穿設された孔に挿入
せしめた状態で、前記熱電対の一対の素線に接続される
第１の起電力検出手段と、前記熱電対の一方の素線と金
属棒の尾端部に接続される第２の起電力検出手段とを設
けて成ることを特徴とする鋳造用モールドの熱流束検出
装置。
【請求項４】耐熱性樹脂の被覆材により被覆された熱
電対の該被覆材から突出する温接点を鋳造用モールドと
同材質の金属片に内装せしめた第１センサーと、鋳造用
モールドと同材質の金属棒の先端に異種金属片を接合せ
しめた第２センサーとを備え、前記第２センサーの異種
金属片に前記第１センサーを接合すると共に、第１セン
サーの熱電対を含む被覆材を第２センサーの金属棒の外
周に螺旋状に巻回せしめ且つ金属棒の尾端方向に延長せ
しめることにより同軸センサーを構成し、前記同軸センサーを金属チューブに挿通し、少なくとも
第１センサーの金属片を金属チューブの先端から突出せ
しめると共に、第２センサーの外周部と金属チューブの
内周との間に、螺旋状熱電対の被覆材により形成された
絶縁部を備えるセンサー組立体を構成して成ることを特
徴とする鋳造用モールドの熱流束検出装置におけるセン
サー装置。
【請求項５】第１センサーにおける熱電対の被覆材が
フッ素樹脂から成ることを特徴とする請求項４に記載の
鋳造用モールドの熱流束検出装置におけるセンサー装
置。