JPH0255909A - 鋳片の凝固厚演算装置 - 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演算装置に関す
る。

連続鋳造設備ではクレータエンド位置を管理しており、
この目的で凝固厚みの計測が行なわれている。

第５図はその概要を示し、１０は連続鋳造される鋳片、
１０ａはその凝固部、１０ｂは未凝固部、ＣＥはその端
、即ちクレータエンドである。１２はモールド、１４は
ロール群である。１６がシェル＜ａ面部）厚み測定装置
で、鋳片１０のＣＥのや一手前で超音波を送受信し、シ
ェル厚みを測定する。１８はＣＥ位置推定装置でシェル
厚み測定結果からクレータエンドＣＥの位置を推定する
。

ＧＥ位置及び形状の推定方法は例えば特開昭５７−１３
９４５７に開示されている。２２はＣＥ位置変化指示・
演算装置で、ＣＥが所定位置にあるように鋳片引出し速
度及び又は冷却度を制御するその制御信号を演算し、ピ
ンチロールモータ２４及び又は２次冷却ノズル２６へ出
力する。２０は表示／作業指示用のデイスプレィで゛あ
る。本発明はこのようなシェル厚み測定装置１６に係る
ものである。

〔従来の技術〕

凝固厚み測定装置の例を第６図に示す。全図を通してそ
うであるが、他の図と同じ部分には同じ符号が付しであ
る。３０は高電圧パルサで、送信器３２に高電圧パルス
を与えて鋳片表面に電磁超音波を発生させる。３４は受
信器で、鋳片を透過した超音波を電磁的に受信し、受信
出力を増幅器３６を介して演算器３８に与え、該演算器
は超音波の送信、受信タイミングから超音波が鋳片を透
過するに要した時間を測定する。４２は鋳片厚み計（高
さセンサ）、４４は鋳片厚み（全厚）を出力する増幅器
である。また４６は走査型放射表面温度計、４８は該温
度計の出力を用いて鋳片中の超音波の速度を求める音速
演算器である。４ｏは凝固厚演算器で、次式により凝固
厚Ｓを演算する。

Ｄ　　　　　　１１ Ｓ＝（τ−−）（−−−）　　　　　・・・・・・（１
）ｖＩｌ　　　Ｖｌ　　Ｖｓ こ＼でτは演算器３８が求めた超音波の鋳片透過時間、
Ｄは増幅器４４が出力した鋳片厚み、ＶＪは溶銑中（未
凝固部）の超音波の速度、Ｖｓはシェル中（凝固部）の
超音波の速度である。Ｖｓ。

ｖｌは演算器４８が出力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

周知のように超音波の伝播速度は温度で変る。

鋳片内温度は第７図（ａ）に示すように表面がＴｓで最
も低く、凝固部Ｓ内では図示のように折れ線状に上昇し
、未凝固部で更にステップ状に上昇したのち一定になる
。つれて超音波の速度Ｖ　＜Ｔ＞　は第Ｃ図［有］）の
如くなる。未凝固部は温度一定であるからその音速Ｖｌ
は一定であるが、凝固部の音速Ｖｓは各部の温度に応じ
て変る。凝固厚Ｓの算出式（１）におけるＶｓは平均値
である。即ち超音波がＶｓで凝固部Ｓを通り、Ｖｌで未
凝固部（Ｄ−２３）を通り、透過時間τとはτ＝２Ｓ／
Ｖｓ＋（Ｄ−２３）／Ｖ［の関係があるとして（１）式
は求められている。実際のＶｓが第７図（ｂ）の如く変
るなら、このＶｓの平均値を求めることが（１）式の計
算に必要である。

従来、凝固部の音速の平均値は、第７図（ａ）の凝固開
温度分布を表面温度Ｔｓと凝固開始温度（これは鋼種な
どに応じて一定）ＴＳＬとを結ぶ直線または２次曲線で
表わし、これで平均温度を求め、該平均温度で音速−温
度特性曲線を読んで得られる音速が、求める平均音速と
する等の方法で得ている。

特開昭６０−１２２６６も熱鋼片の厚み方向における平
均温度を求める方法を開示しているが、これは電磁超音
波を用い、超音波の熱綱片透過時間τを測定し、また熱
鋼片の厚みＤを測定し、Ｖ＝Ｄ／τとして音速■を求め
、音速Ｖと温度Ｔとは■＝−０，６６９Ｔ　＋　５５８
３の関係があるとして該■を熱鋼片平均温度Ｔを求める
。Ｔと■は１次式の関係があるとしているが、勿論これ
はある狭い範囲、第７図［有］）のＴＡ、、〜ＴＬＬの
範囲などで成立するに過ぎない。

本発明はか−る点を改善し、第７図の如き特性に忠実に
従った、可及的に高精度な平均音速を得て、凝固厚みを
正確に算出可能に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〕

凝固厚みＳは前記（１）式で求められるから、第１図（
ｂ）に示すように超音波透過時間τの算出手段３８、鋳
片厚みＤの算出手段４５、凝固部平均音速Ｖｓの算出手
段４９を設け、これら及び未凝固部音速ｖ１を用いて凝
固厚み演算手段４０に前記（１）弐を計算させればよい
。本発明ではこの凝固部平均音速算出手段４９を第１図
（ａ）で構成する。

即ち、予めメモリに格納しておいた鋼種毎の音速温度特
性のうちの該当するものをプロセッサへ取込むステップ
■、同様に予めメモリに格納しておいた冷却パターン毎
の鋼片内部温度分布関数のうちの該当するものをプロセ
ッサへ取込むステップ■、凝固厚み部分を差分化し、各
部分の代表温度Ｔｉを求めるステップ■、温度Ｔｉに対
する音速ｖｔｔｉ＋を求め、それらの平均を求めるステ
ップ■、格納しておいた鋳片内部温度分布関数に該当す
るものが無い場合は直近のものを選び、そのＴ　（＋ｃ
）の関数型は固定し、該関数型のＴｓと実際の表面温度
との差をΔＴｓとして、Ｔｓ＋ΔＳの場合の温度分布を
比例的にシフトして求めるステップ■、このシフトした
温度分布関数から■■のステップで平均音速Ｖｓを求め
るステップ■で、凝固部平均音速算出手段４９を構成す
る。

〔作用〕

鋳片内の温度分布は第７図（ａ）に示した如くであり、
音速と温度の関係は同図（ｂ）の如くである。勿論これ
らは一例であり、種々の要因で変化する。

しかし温度分布（ａ）については、計測点までの間に鋳
片が受けた冷却の態様（どの部分を通っているときどの
程度の冷却を受けたか等、二＼では冷却パターンという
）及び鋼種が決まるとばずその形状が決まり、また音速
温度特性（ロ）については鋼種が決まるとは１′その形
状が決まるとしてよい（本発明ではこのような設定を行
なう）。そこで鋳造予定の網種全てにつき（ｂ）の音速
温度特性を求めてこれらをメモリに格納しておきまた予
想される種々の冷却パターンにつき（ａ）の温度分布特
性を求めてこれらをメモリに格納してお（。そして凝固
厚みの演算に際しては該当する音速温度特性と温度分布
特性をメモリから読出す（■■）。

温度分布特性は冷却パターンをもとに該当するものをメ
モリから読出すが、表面温度が計測値Ｔｓ’と等しいも
のはメモリに格納されていないときはその温度差ΔＴｓ
で補正を行なう。この補正は、比例的なシフトで行なう
。例えば、凝固開始温度Ｔ’ｓＬは鋼種により決まって
一定であるからこれは変らず、唯、表面温度ＴｓがＴｓ
十ΔＴｓでこれに応じて凝固開温度分布が変るのである
から、ｘ＝０つまり表面ではＴｓ十ΔＴとし、以後Ｘ＝
Ｓまでを比例配分してＴｓ＋ΔＴｓ（ｓ−ｘ）／Ｓとす
る（■）。この結果は第７図（Ｃ）の如くなる。

メモリから読出したまたはそれを修正した温度分布特性
を微小区分ｄｘで細分し、各区分の代表温度Ｔｉ（ｉ＝
１．２．・・・Ｎ）を求める（■）。代表温度としては
、当該区分の温度分布を直線で近似して求めた単純平均
を利用できる。

次は、メモリから読出した音速温度特性を前記Ｔｉで読
み、音速■、アｉ〉を得る。そしてこれらの単純平均を
求め、それを凝固部平均音速Ｖｓとする（■）。

このようにすると凝固部平均音速Ｖｓがより実際に近い
ものになり、凝固厚み測定精度が上る。

例えば従来方式では第７図（ｂ）のＴ１１．〜ＴＬＬ間
を直線近似しているのが実態であり、そして平均温度は
変態点温度ＴＡｒ３以下になることもあるが、この場合
は上記直線近似では大きな誤差がでてしまう。本発明に
よればこのようなことはない。

数値例を挙げると、音速誤差は従来方式で３４ｍ／ｓｅ
ｃ、本発明方式で１２ｍ／ｓｅｃになり、凝固厚測定誤
差は２．５１１Ｉ１１、測定精度１％を確保できる。

〔実施例〕

第２図にＣＥ位置制御に用いた本発明の実施例を示す。

鋳片にはその一面に電磁超音波を発生し、他面でそれを
検出するが、送信時刻推定処理５１では前者のタイミン
グを送信器コイルに加える送信電流波形から検出し、後
者は受信時刻推定処理５２が受信波形から推定する。

受信波形は第３図に示す如きものであり、デジタル処理
するので多数のデータの時系列になる。

ゼロクロス部のこれらのデータをプロットするとＯｊＩ
域内に拡大して示す如くなる。この波形のピーク点のタ
イミングＰを受信時刻τ２とするが、このピーク値及び
その前後の３つのゼロクロス点を求め、ピーク値の大き
さ及びゼロクロス点の間隔が予定範囲のものか否かチエ
ツクし、異常なら採用せず、正常ならピーク点タイミン
グＰを受信時刻とする。

透過時間推定処理５３では送信時刻τ１と受信時刻τ２
から透過時間τ＝τ２−τ１を計算する。

鋳片厚み推定処理５５では、セグメントフレームの間隔
から鋳片厚みＤを算出する。即ちモールドから引出され
る鋳片は第５図に示す如く多数のロール１４で支持され
、これらのロールは所定数ずつセグメントフレーム（Ｓ
Ｆ）で支持される。

従ってＳＦの間隔はロール間隔、ひいては鋳片厚みに応
じて変るから、これを測定して鋳片厚みＤを得ることが
できる。

内部温度モデル選択手段６１は前述のメモリに入ってい
る温度分布特性を、当該鋳片が受けた冷却パターンに従
って選択する。選択した温度分布特性は鋼種により補正
する。即ち、凝固開始温度ＴｓＬを内部温度モデル補正
手段６２に加えて温度分布特性を補正する。補正要領は
前記表面温度の場合に準する。

また鋼種を音速特性モデル選択手段６５に加え、該当す
る音速温度特性を選択させる。

前記補正した温度分布特性により各面温度Ｔｉを求め、
これで上記音速温度特性を読んでＶ＜ｒｓ）を得、平均
すれば、平均音速Ｖｓが求まるが、−々これを行なうと
計算量が多くなり、コンピュータの負担が増すので、計
算結果を表面温度Ｔｓ別のテーブルにしておく。固相平
均音速テーブル演算手段６３が、この処理を行なう。

表面温度推定手段６６は計測した表面温度ＴＲＩ、計算
表面温度ＴＳｔ、同中央部温度Ｔｃを入力され、表面温
度推定値Ｔｓを出力する。計測値には異常に高い／低い
ものもあるが、これらは計算値によりチエツクし、異常
なら廃棄して前の値を使用し、または加重平均によるな
らし処理をして、妥当な表面温度Ｔｓを出力する。この
ような補正をすると、ＣＥ位置制御のための冷却調整で
表面のみ異常に低温になることがあるが、か＼るものに
対しても妥当な表面温度を出力することができる。

固相平均音速推定手段６４では、手段６３の音速テーブ
ルを手段６６からの表面温度で読んで凝固部内音速Ｖ象
を出力する。

シェル厚計算手段５４では手段５３，５５．６４からτ
、Ｄ、Ｖｓを入力され、これらを用いて前記（１）弐に
より凝固厚みＳを計算する。

ＣＥ位置計算手段５６は、凝固厚Ｓ、鋳片厚みり、鋳造
速度Ｖｚ、経過時間Ｔ、を入力され、クレータエンド位
置を出力する。完全凝固時間Ｔｓ（１）　は次式で与え
られるので（ａ　％　ｆは演算定数）、・・・・・・（
２） これと鋳造速度ＶｚからＣＥ位置を算出できる。

このＣＥ位置が目標位置にあるようにＶｚ及び又は冷却
パターンを制御するが、この部分は第２図に示してない
。

クレータエンドＣＥは第４図（ａ）　（ｂ）に示すよう
に種々の形状をしているので凝固厚測定は複数点、例え
ば図示の如（５点で行なう。この場合電磁超音波の送受
信器は５組設けて図示５点の位置に配置し、演算装置は
これらに共通に１組設け、切換えスイッチにより逐次測
定、演算する。電磁超音波を発生するには送信器のコイ
ルに大電流パルスを流すが、これには高電圧電源とトリ
ガ電極付きスパークギャップを使用する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では凝固厚みの計算に必要
な凝固部内音速を、凝固部内音速の実態に合わせて正確
に算出するので、該凝固部の厚みの計測精度を高めるこ
とができ、ＣＥ位置制御などの精度を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の凝固厚演算装置の構成の説明図、 第２図は本発明の実施例を示すブロック図、第３図は受
信波形の説明図、 第４図は凝固厚測定点の説明図、 第５図はＣＥ位置制御の説明図、 第６図は従来の凝固厚演算装置の説明図、第７図は温度
分布および音速特性の説明図である。 出　願　人　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　　青　　柳　　　　　　稔（ａ） Ｍ６図 （ｂ） 第７図 手続補正書（自発） ８．補正の内容 １、事件の表示 昭和６３年特許願第２０７８８７号 ２、発明の名称 鋳片の凝固厚演算装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　東京都千代田区大手町二丁目６番３号名称　（６
６５）新日本製鐵株式会社 代表者　　齋　　藤　　　　　裕 ４、代　　理　　人　　　〒ｌ　Ｏ１ｅ　０３（８６３
）０２２０住所 東京都千代田区岩本町３丁目４番５号第−東ビルｒ　−
鴨 （３）同第４頁４行の「速度」を「平均速度」に補正す
る。 （４）同第６頁１９行〜２０行の「に該当〜を選び、」
を「と計測した表面温度が異なる場合は」に補正する。 （５）同第７頁２行の「ΔＳ」を「ΔＴＳ、に補正する
。 （６）同第１０頁９行〜１２行の「ピーク値〜時刻とす
る。」を「ゼロクロス点の受信時刻を補正して受信時刻
τ２とする。」 （７）同第１２頁１８行〜１９行の記載を次の様に補正
する。 「（、）　は次式の関数で与えられるのでＴ　Ｓ　（ｉ
）　　＝　ｆ　（Ｔｚ＋＝＞＋　　Ｄ、Ｓ　）　Ｊ（８
）図面第１図（ａ）、第２図を別紙のとおり補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、凝固部と未凝固部を持つ連続鋳造される鋳片（１０
   ）の凝固部平均音速（Ｖｓ）、該鋳片を超音波が透過す
   る時間（τ）、および該鋳片の厚み（Ｄ）を用いて凝固
   部の厚み（Ｓ）を算出する凝固厚演算装置において、 該凝固部平均音速（Ｖｓ）を求める手段が、鋼種毎の音
   速温度特性および冷却パターン毎の鋳片内部温度分布特
   性を格納する記憶装置と、該記憶装置から読出した鋳片
   内部温度分布特性を表面温度及び又は凝固開始温度で修
   正し、その修正した温度分布特性から凝固部各部分の温
   度（Ｔｉ）を求める手段と、 該音速温度特性から該温度（Ｔｉ）の音速（Ｖ＿（＿Ｔ
   ＿ｉ＿））を求め、これらの音速（Ｖ＿（＿Ｔ＿ｉ＿）
   ）の平均値（Ｖｓ）を求める手段とを有することを特徴
   とする、鋳片の凝固厚演算装置。