JPS6113162B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼等の連続鋳造における鋳造の未凝固
部厚さを測定する方法に関する。連続鋳造におい
て鋳片の生産速度は引抜きロールによる鋳片引抜
き速度により決まるが、この鋳片の引抜き過程に
おいて水冷による鋳片の冷却条件と引抜き速度と
のバランスが崩れると鋳片の凝固殻が破れて溶鋼
が流出する事故が発生したり、また鋳片の厚さ方
向の中心に著しく不純物が偏析して良好な製品品
質が得られない等の悪影響が生じる。最適な冷却
条件と手抜き速度のバランスを決める目安とし
て、鋳片の未凝固部の厚さを知ることが極めて重
要であることは周知の通りである。

従来、連続鋳造鋳片の未凝固部の厚さを測定す
る方法としては、連続鋳造用鋳型の下方で鋳片の
凝固未完了領域において鋳片の一方の面から超音
波を入射し、鋳片の厚さ方向に伝播した縦波超音
波の伝播時間を測定するとともに、鋳片の厚さお
よび表面温度を測定し、上記伝播時間、厚さ、表
面温度の３つの測定値から鋳片の未凝固部の厚さ
を推定する方法があるが、この方法では、鋳型の
下方の鋳片の冷却ゾーンにおいて鋳片の表面温度
および厚さを精度よく測定することが困難なた
め、未凝固部の厚さ測定の精度が低いという欠点
があつた。

本発明は従来法の上記のような欠点を解決する
ため、鋳片の表面温度と厚さを測定することな
く、鋳片厚さ方向の横波超音波と縦波超音波の伝
播時間を測定することにより、鋳片の未凝固部厚
さを簡便にかつ精度よく求める方法を提供するも
のである。

本発明の要旨とするところは、 連続鋳造鋳型の下方において、鋳片の一方の面
に近接して横波用電磁式超音波送信器と縦波用電
磁式超音波送信器をそれぞれ鋳片の巾方向に移動
可能なように配設し、前記横波用電磁式超音波送
信器に対向して鋳片の他方の面に横波用電磁式超
音波受信器を又前記縦波用電磁式超音波送信器に
対向して鋳片の他方の面に縦波用電磁式超音波受
信器をそれぞれ前記各送信器と共働して鋳片の巾
方向に移動可能なように配設し、前記横波用電磁
式超音波送、受信器を鋳片巾方向に移動させなが
ら横波超音波を送、受信することにより鋳片巾方
向における鋳片の未凝固部と凝固部との境界位置
を検出するとともに該境界位置における横波超音
波の鋳片厚さ方向の伝播時間を測定し、前記縦波
用電磁式超音波送、受信器により鋳片の巾方向中
央位置および前記境界位置における縦波超音波の
鋳片厚さ方向の伝播時間をそれぞれ測定し、前記
境界位置における横波超音波と縦波超音波の各伝
播時間と前記巾方向中央位置における縦波超音波
の伝播時間およびあらかじめ実験的に求めたとこ
ろの被測定鋳片と同材質の材料の固相中における
縦波超音波の音速と（横波超音波伝播時間／縦波
超音波伝播時間）との関係ならびに既知の値であ
るところの被測定鋳片と同材質の材料の液相中に
おける縦波超音波音速とを用いて鋳片の巾方向中
央位置における未凝固部の厚さを求めることを特
徴とする連続鋳造鋳片の未凝固部厚さ測定方法で
ある。

次に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
第１図は本発明において用いる横波用電磁式超音
波送信器および受信器の基本構成を示す図、第２
図は同じく本発明において用いる縦波用電磁式超
音波送信器および受信器の基本構成を示す図であ
る。第１図に示すごとく被測定材である鋳片１の
一方の面１′に近接して磁石２と送信コイル３と
からなる電磁式超音波送信器４を設け、これに対
向して鋳片２の他方の面１″に近接して磁石２′と
受信コイル３′とからなる電磁式超音波受信器
４′を設ける。

電磁式超音波送受信の原理は周知のことであ
り、また被測定材に横波超音波（あるいは縦波超
音波）を送信（受信）するための送（受）信器の
構成も公知であるので、ここでは詳細な説明は省
略する。横波用電磁式超音波送信器４により鋳片
１の一方の面１′に発生した横波超音波は鋳片１
の厚さ方向に伝播し、他方の面１″に到達したと
ころで横波用電磁式超音波受信器４′により受信
される。

第２図に示す構成は、電磁式超音波送（受）信
器が縦波用であることを除けば第１図の場合と同
様である。第２図において４０は縦波用電磁式超
音波送信器、４０′は縦波用電磁式超音波受信
器、２０，２０′は磁石、３０は送信コイル、３
０′は受信コイルである。第３図は本発明におけ
る横波用電磁式超音波送信器４および受信器４′
ならびに縦波用電磁式超音波送信器４０および受
信器４０′の配置関係を示す図で、鋳片１は横断
面図で示してある。それぞれ対になつた横波用電
磁式超音波送受信器と縦波用電磁式超音波送受信
器は図示は省略したが鋳片１の巾方向（図中矢印
方向）に移動可能なように支持されている。図中
ｄは鋳片１の巾方向中央位置の未凝固部６の厚
さ、Ｄは鋳片１の厚さを示し、ａは鋳片１の巾方
向の中央位置を示し、ｂは鋳片１の巾方向の未凝
固部と凝固部の境界位置を示す。横波超音波はそ
の性質により、鋳片１の凝固部すなわち固相中で
は伝播するが、未凝固部６すなわち液相中では伝
播しないので、横波用電磁式超音波送、受信器
４，４′を鋳片１の巾方向に移動させながら横波
超音波を送受信すると、送信器４から送信され受
信器４′が受信される横波超音波の有無によつて
鋳片１の未凝固部と凝固部との境界位置ｂを検出
することができる。そこで先づ横波用電磁式超音
波送、受信器を用いて鋳片１の巾方向の未凝固部
と凝固部との境界位置を検出し、次に鋳片１の巾
方向の中央位置ａおよび未凝固部と凝固部との境
界位置ｂのそれぞれの位置において縦波用電磁式
超音波送、受信器４０，４０′を用いて送信器４
０から発信され受信器４０′で受信される縦波超
音波の鋳片厚さ方向の伝播時間を測定し、さらに
未凝固部と凝固部の境界位置ｂにおいて横波用電
磁式超音波送、受信器４，４′を用いて送信機４
から発信され、受信器４′で受信される横波超音
波の鋳片厚さ方向の伝播時間を測定する。

ところで一般に鋼の固相中および液相中におけ
る音速と温度との間には、第４図に示すような関
係がある。すなわち、鋼の固相中における音速は
温度が上昇するにつれてほぼ直接的に低下し、液
相と固相が共存する液相中では温度は一定となり
音速も一定値となる。また第５図に示すように鋼
の固相中において縦波の音速は横波の音速の約２
倍であり、第６図に示すように温度上昇につれて
横波音速の低下率が縦波音速の低下率に比べて大
きいことも知られている。第５図及び第６図の関
係から第７図に示すような、鋼の固相中における
縦波音速と（縦波音速／横波音速）との間の関係
が得られる。ここで音速と伝播時間とは逆数関係
にあるので、第７図の横軸は（横波伝播時間／縦
波伝播時間）と書き換えることができる。

次に先に測定して求めた鋳片１の巾方向中央位
置ａにおける縦波超音波の伝播時間（これをｔ_al
とする）と、未凝固部と凝固部との境界位置ｂに
おける縦波超音波の伝播時間（これをｔ_blとす
る）と、同じく位置ｂにおける横波超音波の伝播
時間（これをｔ_bsとする）と、第７図に示した縦
波音速と（横波伝播時間／縦波伝播時間）との関
係とを用いて、鋳片１の巾方向中央位置における
未凝固厚さｄを求める方法について説明する。

いま鋳片１の表面温度をＴとし、未凝固部６の
温度をToとすると、鋳片１の巾方向中央位置ａ
および未凝固部と凝固部との境界位置ｂにおい
て、固相中の温度は伝熱理論により温度Ｔから温
度Toまで直線的に変化していると考えられその
平均温度は（Ｔ＋To）／２となる（この関係を
第４図に示す）。一方、第５図に示すように音速
と温度との間には、ほぼ直線関係があるので、超
音波は固相中を近似的には平均温度（Ｔ＋
To）／２に対応する音速で伝播すると考えてよ
い。

したがつて、鋳片１の巾方向中央位置ａにおけ
る縦波超音波の伝播時間ｔ_al、未凝固部と凝固部
との境界位置ｂにおける縦波超音波の伝播時間ｔ
_bl、同じく位置ｂにおける横波超音波の伝播時間
ｔ_bsは次のように表わせる。

ｔ_al＝（Ｄ−ｄ）／Ｖｍｌ＋ｄ／Ｖｏｌ ……(1) ｔ_bl＝Ｄ／Ｖｍｌ ……(2) ｔ_bs＝Ｄ／Ｖｍｓ ……(3) ここでVolは未凝固部内での縦波音速、Vmlは
固相平均温度での縦波音速、Vmsは同じく固相
平均温度での横波音速である。(1)式および(2)式か
ら鋳片１の巾方向中央位置での未凝固部の厚さｄ
は次式で示される。

ｄ＝（ｔ_al−ｔ_bl）／（１／Ｖｏｌ−１／Ｖｍｌ）……
(4) (4)式において未凝固部内の縦波音速Volは、そ
の鋳片の未凝固温度（To）をその凝固開始温度
とほぼ等しいとみなして、鋳片の材質ごとに予め
作成しておいた、凝固開始温度と縦波音速との関
係を示すデータ（図示せず）を用いて求めること
ができる。また、固相平均温度での縦波音速Vml
は被測定材の鋳片と同材質の鋼を用いてあらかじ
め実験的に測定された第７図に関係を用いて、横
波伝播時間（ｔ_bs）／縦波伝播時間（ｔ_bl）に対
応する縦波音速として求めることができる。この
第７図の関係を用いて求めた縦波音速Vmlの値を
(4)式に代入することにより、鋳片１の巾方向中央
位置における未凝固部の厚さｄを求めることがで
きる。

以上に説明した本発明において、超音波の送、
受信に電磁式超音波送受信器を用いたのは、被測
定材である鋳片の表面温度が800〜1100℃と高温
であるので、通常の圧電式超音波送受信器は使用
できないこと、および電磁式超音波送受信器は、
横波および縦波のそれぞれを送、受信するための
送受信器の構成が容易に得られることにある。ま
た鋳片の凝固部（固相）の超音波伝播時間を測定
するのに鋳片巾方向の未凝固部と凝固部との境界
位置において測定するようにしたのは、該位置に
おいては鋳片の厚さ方向中央位置は固相と液相の
共存温度として一定の温度であるので、該位置に
おける固相平均温度は鋳片巾方向中央位置の固相
平均温度と常に等しく、従つて鋳片の部位による
温度変動の影響を受けることがないからである。

以上述べたごとく本発明は、連続鋳造作業環境
下では測定精度の悪い鋳片の表面温度および厚さ
を測定することなく、鋳片中を伝播する横波超音
波と縦波超音波の伝播時間を用いて簡便にかつ精
度よく鋳片の未凝固部の厚さを求めることができ
るので、その工業的価値が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において用いる横波用電磁式超
音波送受信器の基本構成を示す正面図、第２図は
本発明において用いる縦波用電磁式超音波送受信
器の基本構成を示す正面図、第３図は本発明にお
ける横波用電磁式超音波送、受信器と縦波用電磁
式超音波送、受信器の配置関係を示す正面図であ
る。第４図は鋼中の縦波の音速と温度との関係を
示す図、第５図は鋼中の縦波および横波の音速と
温度との関係を示す図、第６図は温度と（縦波音
速／横波音速）との関係を示す図、第７図は鋼中
の縦波音速と（横波伝播時間／縦波伝播時間）と
の関係を示す図である。 １……鋳片、１′……鋳片の一方の面、１″……
鋳片の他方の面、２，２′，２０，２０′……磁
石、３，３０……送信コイル、３′，３０′……受
信コイル、４……横波用電磁式超音波送信器、
４′……横波用電磁式超音波受信器、４０……縦
波用電磁式超音波送信器、４０′……縦波用電磁
式超音波受信器、６……鋳片の未凝固部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 連続鋳造鋳型の下方において、鋳片の一方の
   面に近接して横波用電磁式超音波送信器と縦波用
   電磁式超音波送信器をそれぞれ鋳片の巾方向に移
   動可能なように配設し、前記横波用電磁式超音波
   送信器に対向して鋳片の他方の面に横波用電磁式
   超音波受信器を又前記縦波用電磁式超音波送信器
   に対向して鋳片の他方の面に縦波用電磁式超音波
   受信器をそれぞれ前記各送信器と共動して鋳片の
   巾方向に移動可能なように配設し、前記横波用電
   磁式超音波送、受信器を鋳片巾方向に移動させな
   がら横波超音波を送、受信することにより鋳片巾
   方向における鋳片の未凝固部と凝固部との境界位
   置を検出するとともに、該境界位置における横波
   超音波の鋳片厚さ方向の伝播時間を測定し、前記
   縦波用電磁式超音波送、受信器により鋳片の巾方
   向中央位置および前記境界位置における縦波超音
   波の鋳片厚さ方向の伝播時間をそれぞれ測定し、
   前記境界位置における横波超音波と縦波超音波の
   各伝播時間と前記巾方向中央位置における縦波超
   音波の伝播時間およびあらかじめ実験的に求めた
   ところの被測定鋳片と同材質の材料の固相中にお
   ける縦波超音波の音速と（横波超音波伝播時間／
   縦波超音波伝播時間）との関係ならびに既知の値
   であるところの被測定鋳片と同材質の材料の液相
   中における縦波超音波音速とを用いて鋳片の巾方
   向中央位置における未凝固部の厚さを求めること
   を特徴とする連続鋳造鋳片の未凝固部厚さ測定方
   法。