JPH0251011A - 鋳片凝固厚み計 - 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Ｄ１凝固
部の厚みをｄ＝ｄ、＋ｄ２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も、凝固部を伝播する速度をＶＳ
、未凝固部を伝播する速度をＶＺとすると、 の関係があり、Ｌを測定し、Ｖｓ、Ｖ６．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Ｖ１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ＣＩの状態から、距離
ａｌ＋Ｉ）ｌ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　＝ＣＩ　　　（ａ　ｌ　＋　ｂ　Ｉ）　　　　　　
”””（２）であるから、ｃ、が既知なら、ａ、ｂ、を
実測することにより（２）式から全厚みＤが求まる。ｃ
、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ＣＩの
状態から距離ａ２＋ｂ２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、５−ｃｔ　　　（ａｚ　＋　
ｂｚ）　　　　　　−”・（３）であるから、これより
間隔ｃ１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３
ａ図に相当）に示すように、鋳片１０を抑えるロール２
１．２２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１
１．１２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
信器を取付椿すて、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。

マタ、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＼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ｉｏ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３ＩＪｌ、
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＋　＋ｄｚ　、超音波の鋳片適時間を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、Ｖ４．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３！１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Ｖ
ｌ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。

そこで本発明では、超音波送、受信器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　／　Ｖ　ｓ 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、咳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の取付は位置）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、取付は
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（ロ）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。企図を通してそうであるが、同じ部分には同
じ符号が付しである。

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ＤＩ、前記差をΔＤ（これは一定とする）、
採用した音速をＶＳＮ＋、透過時間をｔｌ　とすれば（
添字１はこの状態のもの）、このときの誤差ΔＤは ΔＤ＝Ｄ＋　＋ΔＤ　　ＶｓＭ＋−ｔ　Ｉ−・・・（４
）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。、フ
レーム間隔計の出力をり、４２、採用した音速を■、。

、■βとして、 である。補正をする場合はＤＭ□をり、Ｉ□−ΔＤとす
る。これをＤ２とすると、 Ｄ　２　＝Ｄ　Ｉ４□−ΔＤ ＝　Ｄ　ｚ＋ΔＤ　　（ＤＩ十ΔＤ　　ＶＳＭ＋・１＋
）＝Ｄｚ　　Ｄｒ　＋ＶＳＮＩ　・ｔ Ｖ！Ｍｌ　＝Ｖｓ＋　＋　ΔＶｓｔ　１：あるから（Δ
ＶＳＩはＶＳ、（７）誤差）＝　Ｄ　ｚ　　Ｅ’　ｒ　
＋（Ｖ　ｓ　Ｉ＋ΔＶｓ＋）　　・ｔ＋＝Ｄ２＋ΔＶＳ
＋・ｔｌ 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ΔＶ３＋
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、ＤＩ　＝Ｄｚ　＝２４０ｍｍ、　Ｖ
ｓ＋＝Ｖｓｚ＝４８００ｎ＋／ｓ　、　Ｖ１＝３９００
ｍ／ｓ　Ｓ（１＋ｚ＝２００閣とし、ΔＤ＝＋２ａａ、
　ΔＶ　３１　＝　＋　３０　ｍ／ｓ（＝　Ｖ　ｓ＋Ｘ
０．６３％・・・・・・実現可能範囲）と仮定すると、
１゜＝　５０．０μ５Ｓｔｚ　＝５１．９２３μｓより
、上記（５）式は ｄ　５ｚ＝２０５．２　ｍ１１１（誤差２．６％）とな
り、また上記（６）式は ｄ　ｘｚ＝２０２．６　ｍｌ　（誤差１．３％）となる
。仮にＤ２を誤差なしで測定すると（ΔＶＳ＋のみ誤差
要因） ｄＭ＝１９４．８　ｔｍ　（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±２閣）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ΔＶ３１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、受信器の取付は例を示
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。 出　願　人　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　　青　　柳　　　　　　稔第３図 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。