JPS63313643A - 連続鋳造における完全凝固位置制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、連続鋳造における鋳片の完全凝固位置を精度
よく推定し、目標範囲に制御する方法に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 溶融金属の連続鋳造は、クンディツシュを通じて所定の
断面形状の鋳型内に溶湯を注入しこれを下方から鋳片と
して連続的に引き出す、鋳型から引き出された鋳片の内
部は、初め未凝固部を残し、下流にいくにしたがって凝
固部が次第に増え遂に全体が凝固する。

このような連続鋳造において、鋳片の全体が凝固した完
全凝固位置を正確に検出、制御することはいわゆるバル
ジング現象の防止対策や凝固未軽圧下などの中心偏析対
策を行うために非常に重要である。

従来、鋳片の完全凝固位置の検出、制御方法として、継
波超音波を用いて完全凝固位置を推定し凝固方程式をも
ちいて鋳造速度を変化させる方法がある６例えば、特開
昭５７−１３９４５８号では完全凝固点より上流で凝固
厚みを測定し、各鋳造条件に応じて定まる定数を含む推
定式で完全凝固位置を推定し乍ら、鋳造速度か冷却速度
のいづれかを変化させて、完全凝固位置を制御していた
。しかし、推定式に用いられる定数は、鋳造条件によっ
て変化するものである。したがって、これら定数を精度
よく測定しておく必要があるが、実際にそれら値をすべ
ての鋳造条件に応じて精度よ（測定することは非常に困
難であり実用的ではない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、従来の完全凝固位置の推定方法の問題点であ
った定数の測定を最小限にし、精度よく完全凝固位置を
推定、制御する方法を提供するためになされたものであ
る。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者らは、完全凝固位置の推定方法について鋭意研
究を重ねた結果、横波超音波の鋳片内超音波伝ぱん時間
などを使用することによって３５片の完全凝固位置を精
度よく推定、制御できるとの知見をえ、この知見にもと
づいてこの発明をなすに至った。

本発明は、■溶融金属を連続的に鋳造するに際し、鋳型
から引き出された鋳片の目標完全凝固位置の下流側で該
目標完全凝固位置の近傍にて、超音波送受信子対により
測定した鋳片内の超音波伝ぱん時間より完全凝固位置を
推定し、その推定値に基づいて鋳造速度を制御する連続
鋳造における完全凝固位置制御方法、■溶融金属を連続
的に鋳造するに際し、鋳型から引き出された鋳片の目標
完全凝固位置を挟んでその上流側近傍と下流側近傍にて
、超音波送受信子対により鋳片内の超音波透過信号の有
無を測定するとともに、前記下流側の測定位置のさらに
少し下流側にて、超音波送受信子対により、鋳片内の超
音波伝ぱん時間を測定し、この２つの測定結果から完全
凝固位置を推定し、その推定値叫基づいて鋳造速度を制
御する連続鋳造における完全凝固位置制御方法、である
。

く作　用〉 先ず、目標完全凝固位置の下流側近傍に１対の超音波送
信子対がある場合について第１図（ａ）にしたがって説
明する。

完全凝固位置の推定方法と鋳造速度の変更方法について
述べる。

本発明者らは、精密な伝熱計算から超音波送受信子対の
ある位Ｍｅから完全凝固完了点までの距離ｄと、ｅ点で
の横波超音波の伝ぱん時間τとの間にはつぎの近似式が
成立することを見出した。

ｄ＝α・τ＋β　　　　　　　　　−−−ｍ−−・−・
−・−・・・・・（１）ここに、α、βは定数であり鋳
造条件によって定まる。τとｄとの関係の一例を第２図
に示した。

鋳造速度の変更は、第１図（ａ）における超音波送受信
子対３で測定した横波超音波の伝ぱん時間τ。

によって、その地点からの完全凝固点までの距離ｄ、を
求め、それをベースに鋳造速度を変更する。

鋳造速度の変更はつぎのとおり行う。

溶湯注入から完全凝固に至るまでの時間をＴｏ、鋳造速
度変更前の鋳造速度を■。、変更後の鋳造速度を■とし
、時刻Ｔ６に鋳造速度を変更したときＴ、＋１時間での
メニスカスから完全凝固位置までの距離をＹ、Ｔ、時で
のメニスカスから鋳片までの距離をＸとすると、つぎの
式が成立する。

τ−（Ｙ−Ｘ）／Ｖ　　　　　　　　・−−−−−−−
−−−−−−−−−−（ａ）Ｘ　／　Ｖ　、　＋　（Ｙ
　−Ｘ　）　／　Ｖ　−Ｔ　、　　−−−−−−−−−
−−−−（ｂ）Ｙ　＝　（ｖ　　ｖ　ｏ　）　　・ｒ　
＋　ｖ　ＯＴ　１１　−−−−−−−−・−−−−−（
ｃ）ここで鋳造速度が■。のとき横波超音波像ぱん時間
から推定した完全凝固位置（メニスカスからの距離をＺ
とする）が目標位置とずれていて、推定完全凝固位置を
ｆだけ移動させる（下流方向を正とする）ために必要な
鋳造速度はつぎのとおりである。

Ｖ　−（Ｚ　＋　ｒ　）　／　Ｔ　、　　　　　　　・
−−−−−−−−−−−−−−−（ｄ）但し　Ｔ、−Ｚ
／Ｖ。　　　　　　・・・・−・・−・−−−−−−−
−−−（ｅ）したがって鋳造速度を■に変更する。

一方、鋳造速度変更に用いたｄ−α・τ＋β・・・−・
−・（１）式では近似式であるので鋳造速度変更の実績
に従って定数をつ６゛のように変更する。

すなわち完全凝固点の目標とする位置への移動完了時間
は超音波送受信子対３における横波超音波伝ぱん時間の
変化を調べ、この変化がなくなるまでの時間をＴ′とし
、メニスカスから完全凝固位置までの距離の推定値を２
０、真価をＺとすると推定値の誤差δ（＝Ｚ”−Ｚ）は
（ｅ）式からつぎのとおりとなる。

δ＝　　（Ｔ、−Ｔ’）Ｖ。　　　　　　′・−・−一
−−−−−−・−・−・・（ｆ）したがって（１）式の
βからδだけ減じたつぎの式で完全凝固位置を推定しな
おす。

ｄ＝α・τ＋β−（Ｔ、−Ｔ’）Ｖ。・−・・−・−・
（８）つぎに目標完全凝固位置の下流側のほかに、その
上流側にも２対の超音波送受信子対を設置した場合につ
いて第１図（ｂ）にしたがって説明する。

横波超音波は前述のとおり鋳片での超音波伝ぱん速度と
完全凝固位置までの距離との間に一定の関係をもつと共
に、液相を透過しないという性質がある。従って目標完
全凝固位置の上流側にある超音波送受信子対１．２の受
信信号の有無によって、完全凝固位置が超音波送受信子
対１．２の下流にあるか否かを検出する事が可能である
。そこで、この方法を用いて超音波送受信子対１，２を
目標位置の上流と下流側に置き、完全凝固位置を常時監
視しく第１表参照）、その位置がもし目標位置から外れ
ているときは完全凝固位置を目標位置に入れるよう、鋳
造速度を変更すると共に、完全凝固位置が目標位置に移
動するまでの時間も計算し、アクション時間を見積もっ
ておく、ここで、もし、アクション時間に完全凝固位置
が目標位置に移動していなければ、（１）式の定数を変
化させ、推定精度を向上させる。以下、その方法につい
て述べる。

完全凝固位置が超音波送受信子対１よりＴ′だけ上流に
あると検出された場合、目標完全凝固位置に現在の完全
凝固位置を移動させるために必要な鋳造速度■はつぎの
ようになる。

Ｌ＋ｆ” ｖ　−−ｖ　、　　　　　　　　−−−−−・・・−・
・・・・・・・・（３）ここで■、：現在の鋳造速度、
Ｌ：メニスカス第　　１　　表 Ｏ：受信信号を、　×：受信信号熱 から現在の完全凝固位置までの距離、Ｔ′：現在の完全
凝固位置から望ましい完全凝固位置までの距離である。

このとき鋳造速度を■。から■に変更すると、変更した
ときから超音波送受信子１の位置に完全凝固位置が移動
するまでの時間Ｔは、つぎのように計算される。

Ｔ＝（Ｌ＋ｆ’）／Ｖ　　　　　　　−−−・・−一−
−−−−・・・−・・・（４）ところが、この鋳造速度
変更に際して用いた（１）式は近似式であり必ずしも望
ましい位置に完全凝固位置を移動できるとは限らない、
そのため（１）式を鋳造速度変更の実績からつぎのよう
に修正する。

すなわち、鋳造速度変更後、時間Ｔ以前のＴ′に完全凝
固位置の通過を目標完全凝固位置近傍の超音波送受信子
により検出した場合は、最初に推定した完全凝固位置が
実際の凝固位置よりもＰだけ上流に存在したために完全
凝固位置の移動が計算した時間Ｔよりも早く行われたと
考える。

ここでＰは、（４）式からつぎにように計算される。

Ｐ＝　（Ｔ−Ｔ’）Ｖ　　　　　　　　・−・・・−・
・・・・−・（５）そこで、完全凝固位置の通過検出後
、すぐに推定値ｆ゛が大きいと判断しく１）式のβから
Ｐだけ減じ、Ｔ経過後、制御にもどる。

逆に時間Ｔ・経過後も完全凝固位置の通過を検出できな
かった場合は、実際の完全凝固位置が推定した位置より
も上流側であったために完全凝固位置がまだ上流に存在
していた。つまり（１）式による推定値ｆが小さすぎた
と判断し、（１）式のβに一定値を加え制御にもどる。

一方、超音波送受信子対３で測定した伝ぱん時間τから
、完全凝固位置が超音波送受信子対２よりもｇだけ下流
に存在すると推定された場合は、上記と同様に、変更す
べき鋳造速度Ｖはつぎのとおりであり Ｌ−ｇ　　’ Ｖ　＝　　−Ｖ　０　　　　　　　　　　　　　・−・
・・−・・・・・−・・−・・・・　（６）移動にかか
る時間Ｔはつぎのとおりである。

■ ただしｇ′は現在の完全凝固位置から望ましい完全凝固
位置までの距離である。

超音波送受信子対の配置は次のように行う、超音波送受
信子対１．２との間の距離！は、目標完全凝固位置から
メニスカスまでの距離をＭｌとしたときに、０．０１５
Ｍ〜０．０３Ｍとする。この長さを限定する理由は、た
とえば、これが長すぎると、完全凝固位置制御の精度が
落ち、また短かすぎるといわゆる不安定現象を引き起こ
す可能性があるためである。さらに超音波送受信子対３
は、（１）式の近似を成立させるために超音波送受信子
対２より、１〜５ｍ下流に配置する必要がある。１ｍ以
下もしくは５ｍ以上であれば、（１）式の近（以弐の精
度が著しく低下するためである。

〈実施例１〉 第３図に本発明（１）の適用結果の一例を示す、鋳造条
件を第２表に示す。

ここで、目標完全凝固位置は、メニスカスより０．９Ｍ
とし、超音波送受信子対はこれより０．０５Ｍ下流側に
設置している。

第５図において、横軸は時間を、縦軸は上よりそれぞれ
超音波像ぱん時間、超音波送受信子から完全凝固位置ま
での（推定）距離、鋳造速度である。

第５図は次のことを示している。すなわち、Ｌ−１，で
超音波像ぱん時間より式（１）を用いて完全凝固位置を
求めたところ、目標位置よりも上流側に存在したために
、鋳造速度を上昇させた。その後、Ｔ’　　（−ｔ、−
ｔ、）後に、超音波像ぱん時間の変化がなくなったが、
これは式（ｅ）のＴｏと合っていなかったために、式（
（至）に従って式（１）を修正する。修正後、超音波像
ぱん時間より完全凝固位置を求めたところ、目標位置よ
りも下流側に存在したために、鋳造速度を下げた。再び
、１＝１゜で超音波像ぱん時間の変化がなくなり、これ
は式（ｅ）のＴｏとほぼ同じであったため、式（１）の
修正は行わず、このまま制御を続ける。

〈実施例２〉 第４図に、本発明の適用結果の他の一例を示す。

ここで、目標完全凝固位置はメニスカスより、０．９Ｍ
とし、超音波送受信子対１．２の間の距離を０．０２Ｍ
、超音波送受信子対３と２の距離は、２ｍとした。

第４図において、横軸は時間りであり、縦軸は上から、
それぞれ、超音波送受信子対３による超音波像ぱん時間
、超音波送受信子対１．２の信号の有無、鋳造速度であ
る。主要鋳造条件は、実施例１と同じである。

第４図は次のことを示している。すなわち、１＝１．で
、超音波送受信子対１．２の信号から、完全凝固位置が
望ましい位ｆｆ１０．９Ｍよりも上流にあると判断し、
さらに超音波像ぱん時間より、その位置を超音波送受信
子対ｌよりも０．０６Ｍ上流と（１）式を用いて推定す
る。これより、変更速度、移動完了時間をそれぞれ（３
）、（４）式で計算し、変更す第　　２　　表 る、ところが、１＝１．で、移動完了時間Ｔ経過以前に
完全凝固位置の通過を検出したので、（５）式により、
β値を０．８３Ｍと変更し、１＝１ｃで伝ぱん時間から
、再び（１）式を用いて完全凝固位置が超音波送受信子
対２よりも０．０３ｍ下流にあると推定し、（６）、（
７）式にて変更速度、移動完了時間を計算し変更する。

今度は、ｔ　””　ｔ　ａで丁度移動完了時間経過後に
完全凝固位置の通過を検出したので、βの変更は行わず
、このまま制御を続ける。

第５図に本発明に係る実施例と本発明を用いない従来例
との完全凝固位置の偏差比較の結果を示した。

図から明らかなように本発明の実施例の方が従来例に比
べて目標完全凝固位置からの偏差が著しく小ざくなって
いる。従って本発明によると精度よ（完全凝固位置を制
御できる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、非常に難しい凝固方程式の定数の測定
を各鋳造条件ごとに測定することなしに、精度よく完全
凝固位置を推定し、目標範囲に制御Ｂすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を示す説明図、第２図、は超音
波伝ぱん時間とその測定点から完全凝固位置までの距離
との関係（例）を示す特性図、第３図、第４図は、本発
明の適用結果の例を示す特性図、第５図は、本発明の実
施例および従来例との完全凝固位置の偏差を示すグラフ
である。 １．２．３・・・超音波送受信子対、４・・・鋳片、５
・・・鋳片未凝固部 特許出願人　　　川崎製鉄株式会社 第　　１　　図 区 ＩＺ　　　　３ 第　　２　　図 ０　１　２　３　４　５（ｍ） 完全凝固位置までの距離ｄ 第　　３　　図 第　　５ ↓Ｕυ　１Ｕ（Ｊ　　　　　　　ｌυυ　１００（注）
　Ｍ：メニスカスから目標完全 凝固位にまでの距離

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融金属を連続的に鋳造するに際し、鋳型から引
   き出された鋳片の目標完全凝固位置の下流側で該目標完
   全凝固位置の近傍にて、超音波送受信子対により測定し
   た鋳片内の超音波伝ぱん時間より完全凝固位置を推定し
   、その推定値に基づいて鋳造速度を制御することを特徴
   とする連続鋳造における完全凝固位置制御方法。
2. （２）溶融金属を連続的に鋳造するに際し、鋳型から引
   き出された鋳片の目標完全凝固位置を挟んでその上流側
   近傍と下流側近傍にて、超音波送受信子対により鋳片内
   の超音波透過信号の有無を測定するとともに、前記下流
   側の測定位置のさらに少し下流側にて、超音波送受信子
   対により、鋳片内の超音波伝ぱん時間を測定し、この２
   つの測定結果から完全凝固位置を推定し、その推定値に
   基づいて鋳造速度を制御することを特徴とする連続鋳造
   における完全凝固位置制御方法。