連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置
【課題】 鋳片品質に悪影響を与えることなく鋳片凝固層厚みを精度良く検出することができる、連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置を提供すること。
【解決手段】 鋳片５１に接触して回転する鋳造ロール５２の外周面にペースト状又は粉体状の低融点物質からなる鋳造ロール用接触媒質１６を間欠的に供給する鋳造ロール用接触媒質供給手段と、接触媒質１３を介して鋳造ロール５２に接触させる超音波探触子１１と、前記鋳造ロール用接触媒質１６を介して鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ２と鋳造ロール用接触媒質１６が存在せずに接触しているときの超音波エコーＳ１との差分により、鋳片５１の凝固層と未凝固層との境界面エコーを検出し、該境界面エコーに基づいて鋳片凝固層厚みを求める計測手段と、を備えたことを特徴とする。
【解決手段】 鋳片５１に接触して回転する鋳造ロール５２の外周面にペースト状又は粉体状の低融点物質からなる鋳造ロール用接触媒質１６を間欠的に供給する鋳造ロール用接触媒質供給手段と、接触媒質１３を介して鋳造ロール５２に接触させる超音波探触子１１と、前記鋳造ロール用接触媒質１６を介して鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ２と鋳造ロール用接触媒質１６が存在せずに接触しているときの超音波エコーＳ１との差分により、鋳片５１の凝固層と未凝固層との境界面エコーを検出し、該境界面エコーに基づいて鋳片凝固層厚みを求める計測手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳片の凝固層厚みを超音波により検出する連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造機は、図６に示すように、親鍋５３からタンディシュ５４を介して鋳型５５に流し込まれた溶鋼を、外部より冷却しながら次第に下方へ鋳造ロール５２により引き抜き、凝固させながら主として長方形断面の鋳片５１を製造するようにしている。凝固した鋳片５１は、ガス切断機５６などで一定長さに切断されスラブ５７などと呼ばれる中間製品になる。この連続鋳造機では、冷却速度と鋳造速度（引き抜き速度）とのバランスが、製品品質と生産性を確保する上で重要な要素である。例えば、引き抜き速度を上げすぎると、鋳片が十分に凝固していないことに起因する湯漏れ事故を起こすことになったり、あるいは、鋳型直下でのブレークアウトという大事故を起こすことになったりしてしまう。一方、引き抜き速度が遅すぎると生産性が低下する。したがって、鋳片の凝固状態を適切に検出し、最適な引き抜き速度、冷却状態を実現し維持することが、連続鋳造機での安定、かつ高生産操業上不可欠となる。
【０００３】
そこで、従来より、連続鋳造機における鋳片凝固層厚み検出装置として、凝固が進行中の鋳片の凝固層厚みを超音波により検出するようにした装置が提案されている。例えば特公昭６０−１１５８７号公報には、鋳片の凝固層と未凝固層との境界面において超音波ビームが屈折することを利用して、鋳片表面に対して斜めに入射させた超音波の、前記鋳片表面とは対向する鋳片表面での検出位置から、凝固層の厚みを検出するようにしたものが示されている（従来技術１）。
【０００４】
また、特公平２−２２８８２号公報には、鋳片の凝固層と未凝固層との境界面において超音波が反射することを利用して凝固層の厚みを検出するようにしたものが示されている（従来技術２）。
【０００５】
ところで、鋳片の凝固層厚みを超音波により検出する場合、鋳片内に超音波を有効に入射させ、また鋳片内を伝搬してきた超音波を有効に検出する必要があり、そのため、超音波探触子と検出対象である鋳片の間の超音波の伝達効率を低下させないように、超音波探触子と鋳片との間に、水，油などの接触媒質と呼ばれる物質を供給するようにしている。
【０００６】
このような接触媒質供給手段として、前記の従来技術１では、図７に示すように、鋳片引き抜き方向に沿って隣り合う鋳造ロール５２の間において、鋳片５１を挟んで対向させて２つの水ジェットノズル６２Ａ，６２Ｂを配置し、一方の水ジェットノズル６２Ａ内に入射用の超音波探触子６１Ａを設置し、他方の水ジェットノズル６２Ｂ内に受信用の超音波探触子６１Ｂを設置している。これにより、水ジェットを鋳片５１に向けて噴射して局部的な水浸状態を実現して、水ジェットを介して超音波の送受信を行うようにしている。なお、５１ａは鋳片５１の凝固層（凝固部）を示し、５１ｂは鋳片５１の未凝固層（未凝固部）を示している。
【０００７】
しかしこの図７に示す手段を有する鋳片凝固層厚み検出装置では、検出対象の鋳片が高温であるため、水ジェット内に気泡（水蒸気など）が発生しやすく、そのため超音波伝達の障害になる場合がしばしば発生するという問題があった。さらに、鋳片に多量の水が噴射されることで局部的に鋳片の冷却が加速されるため、鋳片表面に割れが生じるなどして鋳片品質に悪影響を及ぼすことが懸念される。
【０００８】
また、別の接触媒質供給手段として、前記の従来技術１では、図８に示すように、鋳片５１の一方の面においてこれに圧接させて回転自在にドラム７２を支持し、このドラム７２内に冷却用液体７３を満たし、この冷却用液体７３中に超音波探触子７１を設置している。
【０００９】
しかしこの図８に示す手段を有する鋳片凝固層厚み検出装置では、ドラム７２と鋳片５１との間に接触媒質が存在していないので、ドラム７２と鋳片５１の接触圧を高くしても、鋳片５１に対する超音波伝達効率が非常に悪く、水などの接触媒質を供給した場合に比較して１／１０以下に減衰し、凝固層厚みを検出する感度が低いものであった。
【００１０】
また、別の接触媒質供給手段として、前記の従来技術２では、図９に示すように、鋳片５１の表面に押し付けられる接触面を有し、この接触面が鋳片５１の熱により溶融される銅，鉛などの融点の低い物質からなる接触媒質としての溶融媒質８２と、この溶融媒質８２を着脱自在に保持し、これを冷却するケーシング８３と、ケーシング８３内における溶融媒質８２の非接触部（接触面とは反対側の面）に密着固定された超音波探触子８１により構成されている。これにより、鋳片５１に溶融媒質８２を介して超音波を入射させ、その超音波エコーを溶融媒質８２を介して受信するようにしている。
【００１１】
しかしこの図９に示す手段を有する鋳片凝固層厚み検出装置では、有限長さの溶融媒質８２がすべて融解した状態では検出が不可能となるので、定期的に溶融媒質８２の交換を行う必要がある。また、溶融媒質８２が融解によって徐々に長さが減少するため、超音波探触子８１と鋳片５１との相対距離が鋳造の進行に伴って変化して、真に一定の超音波送受信状態の維持が不可能なものである。
【特許文献１】特公昭６０−１１５８７号公報（第６図、第７図）
【特許文献２】特公平２−２２８８２号公報（第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明の課題は、連続鋳造機において鋳片に接触している鋳造ロールを介して超音波探触子により鋳片の凝固層厚みを検出するに際し、鋳片と鋳造ロールとの間に鋳片品質に悪影響を与えることなく安定して接触媒質を供給することができるとともに、前記鋳造ロールの存在に起因する多重エコーの影響を解消して、鋳片の凝固層と未凝固層との境界面エコーのみを精度良く検出することができて、鋳片品質に悪影響を与えることなく鋳片凝固層厚みを精度良く検出することができる、連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１４】
請求項１の発明は、鋳片の凝固層厚みを超音波により検出する連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置において、前記鋳片に接触して回転する鋳造ロールの外周面にペースト状又は粉体状の低融点物質からなる鋳造ロール用接触媒質を間欠的に供給する鋳造ロール用接触媒質供給手段と、前記鋳造ロールと前記鋳片との接触点での鋳片外周面に対する略法線上に位置され、接触媒質を介して前記鋳造ロールに接触させる超音波探触子と、前記鋳造ロール用接触媒質を介して前記鋳造ロールと前記鋳片とが接触しているときの前記超音波探触子で受信した超音波エコーと前記鋳造ロール用接触媒質が存在せずに前記鋳造ロールと前記鋳片とが接触しているときの前記超音波探触子で受信した超音波エコーとの差分により、前記鋳片の凝固層と未凝固層との境界面エコーを検出し、該境界面エコーに基づいて鋳片凝固層厚みを求める計測手段と、を備えたことを特徴とする連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置である。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置において、前記超音波探触子は、内部が冷却水で満たされた鋳造ロールの該内部に配置されていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置において、前記低融点物質が黒鉛ペースト、あるいは鋳造用パウダーであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置は、鋳片に接触して回転する鋳造ロールを介して超音波探触子により鋳片の凝固層厚みを検出するに際し、鋳造ロールの外周面にペースト状又は粉体状をなす低融点物質からなる鋳造ロール用接触媒質を所定量間欠的に供給し、この鋳造ロール用接触媒質が鋳造ロールの回転に伴って鋳片に近づき鋳造ロールと鋳片との接触点に達すると、高温の鋳片との接触による熱で液体状となって鋳造ロールと鋳片の間に超音波の接触媒質として供給されるように構成されている。したがって、鋳造ロールと鋳片との間に鋳片品質に熱的な悪影響を与えることなく所定量の接触媒質を安定して間欠的に供給することができ、超音波の伝達効率の低下を防いで高い凝固層厚み検出感度を保つことができる。
【００１８】
また、鋳造ロールの外周面に鋳造ロール用接触媒質を間欠的に供給し、液体状となった鋳造ロール用接触媒質を介して鋳造ロールと鋳片とが接触しているときの超音波探触子で受信した超音波エコーと、鋳造ロール用接触媒質なしで鋳造ロールと鋳片とが接触しているときの超音波探触子で受信した超音波エコーとの差分をとるように構成されている。これにより、鋳造ロールの存在に起因する多重エコーの影響を無くして鋳片からのエコーである鋳片の凝固層と未凝固層との境界面エコーのみを精度よく検出することができて、該境界面エコーに基づいて鋳片凝固層厚みを精度よく求めることができる。よって、鋳片品質に悪影響を与えることなく鋳片凝固層厚みを精度良く検出することができ、連続鋳造機の安定で、生産性の高い操業に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置の構成説明図である。
【００２０】
図１において、５１は連続鋳造機における凝固が進行中の鋳片であり、同図における上から下の方向へ引き抜かれている。５２は鋳片５１に接している複数の鋳造ロールの1つであって時計回りに等速度で回転している。鋳片５１内部には凝固層５１ａと未凝固層５１ｂが存在しており、凝固層厚みを検出する（測定する）ことが操業管理上重要となっている。
【００２１】
超音波探触子１１は、鋳造ロール５２と鋳片５１との接触点での鋳片外周面に対する略法線上に位置され、探触子用接触媒質（超音波伝達媒質）１３を介して鋳造ロール５２に接触させて配置されている。すなわち、本実施形態では、超音波探触子１１は、鋳造ロール５２の外周面における鋳片５１との接触点と反対側の位置に探触子用接触媒質１３を介して配置されている。１２は超音波探触子１１と鋳造ロール５２との間に探触子用接触媒質１３を常時供給する探触子用接触媒質塗布ノズルである。探触子用接触媒質１３としては、水，グリセリンなどが挙げられるが、コストの点と鋳造ロール５２に対する冷却効果の点から、水が望ましい。
【００２２】
超音波探触子１１と、鋳造ロール５２と鋳片５１の接触点との間、本実施形態では鋳造ロール５２の外周面の上下方向における頂点位置の上方には、鋳造ロール用接触媒質タンク１４からの鋳造ロール用接触媒質１６を、鋳造ロール５２の外周面に所定量間欠的に塗布するための鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５が配置されている。なお、鋳造ロール５２の長手方向に対しては、超音波探触子１１と鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５とは同一の位置に配置されている。鋳造ロール用接触媒質１６は、常温でペースト状又は粉体状（固体）をなし、表面温度が約９００〜１２００℃である鋳片５１に接触することで気化蒸発することなく液体状となる低融点物質であって、黒鉛ペースト，鋳造用パウダーなどが好ましい。なお、単一の物質でなくとも混合した状態として気化蒸発することなく液体状となるようにしておけばよい。鋳造用パウダー（鋳造用モールドパウダー）は、一般に、ＣａＯ，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3等を基材とし、これにアルカリ金属等が添加されたものが用いられる。前記鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５によって鋳造ロール５２の外周面に塗布された鋳造ロール用接触媒質１６は、鋳造ロール５２の回転に伴って鋳片５１に近づき鋳造ロール５２と鋳片５１との接触点に達すると、高温の鋳片との接触による熱で液体状となって鋳造ロール５２と鋳片５１の間に超音波の接触媒質（超音波伝達媒質）として供給されるようになっている。そして、鋳片５１との接触点を通過して残存する鋳造ロール用接触媒質１６は、接触媒質除去機構１７によって除去されるようになっている。
【００２３】
前記の鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５は、ノズル下部が截頭逆円錐筒状をなしており、鋳造ロール用接触媒質１６の注ぎ口が広く、鋳造ロール５２への供給口が狭くなっている。また、本実施形態では、鋳造ロール用接触媒質タンク１４内に小形のスクリューフィーダが設置されており、このスクリューフィーダをモータによって回転駆動することにより、定められた所定量の鋳造ロール用接触媒質１６が鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５から鋳造ロール５２の外周面に供給されて塗布されるようになっている。
【００２４】
１８は、鋳造ロール５２のロール軸に取り付けられ、鋳造ロール５２の予め定められた設定点からの回転角度を知るためのロータリエンコーダ（回転検出器）である。また、２４は、このロータリエンコーダ１８の矩形波出力信号の数を計数するためのカウンタである。ロータリエンコーダ１８及びカウンタ２４は、鋳造ロール用接触媒質１６の塗布のタイミングを定めたり、超音波探触子１１で受信した超音波エコーの読み取りのタイミングを定めたりするためのものである。
【００２５】
２０はパルサーであり、超音波探触子１１は、パルサー２０から発生したパルス電圧が印加されると超音波を発生し、鋳造ロール５２と鋳片５１との接触点の方向に向けて超音波パルスを発信する。レシーバ２１は、超音波探触子１１に戻ってきた超音波エコーを受信してパルス電圧に変換する。２３はプログラムされたマイクロコンピュータで構成された演算処理部である。演算処理部２３は、入力として、カウンタ２４の計数値（鋳造ロール５２の回転角度）が入力されるとともに、超音波探触子１１（レシーバ２１）で受信した超音波エコーＳ１，Ｓ２がＡ／Ｄ変換器２２を介して入力され、かつ、出力として、求めた鋳片凝固層厚みｄを表示部２５に出力するとともに、必要に応じて外部の制御系へ出力するようになっている。また、演算処理部２３は、鋳造ロール用接触媒質タンク１４内のスクリューフィーダを回転させるモータを駆動させるための鋳造ロール用接触媒質塗布指令を出力するようになっている。
【００２６】
前記の鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５、スクリューフィーダを備えた鋳造ロール用接触媒質タンク１４、ロータリエンコーダ１８、カウンタ２４及び演算処理部２３は、鋳片５１に接触して回転する鋳造ロール５２の外周面にペースト状又は粉体状をなし、鋳片５１に接触することで液体状となる鋳造ロール用接触媒質１６を間欠的に供給する鋳造ロール用接触媒質供給手段を構成している。
【００２７】
また、前記のパルサー２０、レシーバ２１、Ａ／Ｄ変換器２２、カウンタ２４及び演算処理部２３によって構成される計測部１９と、ロータリエンコーダ１８とは、液体状となった鋳造ロール用接触媒質１６を介して鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ２と鋳造ロール用接触媒質１６が存在せずに鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ１との差分（Ｓ２−Ｓ１）により、鋳片５１の凝固層５１ａと未凝固層５２ｂとの境界面エコーを求め、該境界面エコーに基づいて鋳片凝固層厚みを求める計測手段を構成している。
【００２８】
このように構成される鋳片凝固層厚み検出装置の動作について、前記図１とともに、図２〜図４を参照して説明する。図２は図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による凝固層厚み検出手順を示すフローチャート、図３は図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による超音波エコーの一例を示す説明図、図４は図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による超音波エコーの差分処理の概念を示す図である。
【００２９】
ここで、動作説明に先立ち、超音波探触子１１で受信される超音波エコーＳ１，Ｓ２について説明する。
【００３０】
鋳造ロール用接触媒質１６が存在せずに鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信される超音波エコーＳ１は、図４の（ｂ）に示すように、まず、鋳造ロール表面エコーＥＳ、その次には鋳造ロール底面エコーＥＢ１、その後、２回目の鋳造ロール底面エコーＥＢ２、３回目の鋳造ロール底面エコー（図示せず）が観測される各エコー成分を持つ波形となる。つまり、鋳造ロール用接触媒質１６を介さずに鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときには、超音波探触子１１からの超音波が鋳片５１内に伝達せず、鋳片５１内の凝固層５１ａと未凝固層５１ｂとの境界面エコーＥは観察されない。
【００３１】
一方、鋳造ロール用接触媒質１６を介して鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信される超音波エコーＳ２は、超音波探触子１１からの超音波が鋳片５１内にも伝達することから、図３，図４の（ａ）に示すように、鋳造ロール表面エコーＥＳ、１回目の鋳造ロール底面エコーＥＢ１、２回目の鋳造ロール底面エコーＥＢ２及び鋳片５１内からの境界面エコーＥが観察される各エコー成分を持つ波形となる。（この場合、図３，図４の（ａ）に示すように、境界面エコーＥは、そのエコー強度（エコーレベル）が鋳造ロール底面エコーＥＢ１，ＥＢ２のエコー強度に比較して小さく、また、時間的にも鋳造ロール底面エコーＥＢ１，ＥＢ２と重なってしまうこともありうる。）
【００３２】
さて、前記のように構成される鋳片凝固層厚み検出装置において、まず、そのときの鋳造ロール５２の回転角を読み取る（ステップ１０１）。演算処理部２３は、ロータリエンコーダ１８に接続されたカウンタ２４の計数値から、回転角を読み取り、その回転角θ１を記憶する。
【００３３】
次に、鋳造ロール用接触媒質１６の塗布を行う（ステップ１０２）。演算処理部２３は、鋳造ロール用接触媒質塗布指令を出力して、鋳造ロール用接触媒質タンク１４内のスクリューフィーダを回転させるモータを所定の短時間だけ駆動させる。これにより、鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５によって鋳造ロール５２の外周面に所定量の鋳造ロール用接触媒質１６が短時間だけ塗布される。
【００３４】
次に、超音波エコーＳ１の読み取りを行う（ステップ１０３）。演算処理部２３は、鋳造ロール用接触媒質塗布指令の出力のあと直ちに、レシーバ２１からの超音波エコーをＡ／Ｄ変換器２２を介して読み込むとともに、記憶する。これにより、鋳造ロール用接触媒質１６を介さずに鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ１（図４（ｂ）に示す）が得られる。
【００３５】
次に、鋳造ロール５２の回転角がθ１＋Δθ２になったか否かを判断する（ステップ１０４）。ここで、角度差Δθ２は、鋳造ロール５２における鋳造ロール用接触媒質塗布位置と鋳片５１との接触位置との角度差であり、本実施形態では図１に示すように９０°である。
【００３６】
次に、鋳造ロール５２の回転角がθ１＋Δθ２になると（ステップ１０４でＹＥＳ）、超音波エコーＳ２の読み取りを行う（ステップ１０５）。演算処理部２３は、カウンタ２４の計数値がステップ１０１で記憶しておいた計数値に予め設定されている角度差Δθ２に相当する計数値を加算した値になると、鋳造ロール５２が鋳造ロール用接触媒質１６を塗布したときより角度差Δθ２だけ回転したことを知り、レシーバ２１からの超音波エコーをＡ／Ｄ変換器２２を介して読み込むとともに、記憶する。これにより、鋳造ロール用接触媒質１６を介して鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ２（図３，図４（ａ）に示す）が得られる。
【００３７】
次に、２つの超音波エコーＳ２，Ｓ１の差分（Ｓ２−Ｓ１）により、鋳片凝固層５１ａと未凝固層５１ｂとの境界面エコーＥを検出する（ステップ１０６）。演算処理部２３は、超音波エコーＳ２と超音波エコーＳ１との差分を求める。これにより、図４の（ｃ）に示すように、鋳造ロール５２の存在に起因する多重エコーＥＢ１，ＥＢ２の影響を無くして鋳片５１からのエコーである鋳片５１の凝固層５１ａと未凝固層５１ｂとの境界面からの境界面エコーＥのみを優れたＳ／Ｎ比にて精度よく検出することができる。
【００３８】
次に、鋳造ロール底面エコーＥＢ１（鋳片表面エコー）と境界面エコーＥとの時間差ｔを算出し、この時間差ｔと鋳片５１中の音速（鋳片凝固層中の音速）とから鋳片凝固層厚みｄを算出する（ステップ１０７）。演算処理部２３は、差分により検出した境界面エコーＥのピーク位置を検出し、この境界面エコーＥのピーク位置と、超音波エコーＳ２における鋳造ロール底面エコーＥＢ１（鋳片表面エコー）のピーク位置との時間差ｔを求め、算出された時間差ｔに鋳片５１中の音速を乗じて、鋳片５１の鋳片凝固層厚みｄを算出する。
【００３９】
次に、算出した鋳片凝固層厚みｄを表示部２５に表示する（ステップ１０８）。演算処理部２３は、算出した鋳片凝固層厚みｄを表示部２５に出力するとともに、必要に応じて外部の制御系へ出力するようになっている。そして、算出した鋳片凝固層厚みｄは、その厚み設定値より薄い場合には鋳造速度を減速し、厚み設定値より厚い場合には鋳造速度を増速する制御に用いられる。
【００４０】
ステップ１０８の後、ステップ１０１へ戻るようになっており、鋳造ロール５２の１回転中に予め定めた回数分だけ等間隔に鋳造ロール用接触媒質１６の塗布と鋳片凝固層厚みｄの検出とが行われるようになっている。例えば、鋳造ロール５２の１回転中に１回だけ鋳造ロール用接触媒質１６の塗布と鋳片凝固層厚みｄの検出とが行われるようになっている。
【００４１】
このように、本実施形態による鋳片凝固層厚み検出装置は、鋳片５１に接触して回転する鋳造ロール５２を介して超音波探触子１１により鋳片５１の凝固層厚みを検出するに際し、鋳造ロール５２の外周面に黒鉛ペースト，鋳造用パウダーなどのような低融点物質からなる鋳造ロール用接触媒質１６を所定量間欠的に供給し、この鋳造ロール用接触媒質１６が鋳造ロール５２の回転に伴って鋳片５１に近づき鋳造ロール５２と鋳片５１との接触点に達すると、高温の鋳片５１との接触による熱で液体状となって鋳造ロール５２と鋳片５１の間に超音波の接触媒質（超音波の伝達媒質）として供給されるように構成されている。したがって、鋳造ロール５２と鋳片５１との間に水ジェットとは違って鋳片品質に熱的な悪影響を与えることなく接触媒質を安定して定量供給することができ、超音波の伝達効率の低下を防いで高い凝固層厚み検出感度を保つことができる。
【００４２】
また、鋳造ロール５２の外周面に鋳造ロール用接触媒質１６を間欠的に供給し、液体状となった鋳造ロール用接触媒質１６を介して鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ２と、鋳造ロール用接触媒質１６なしで鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ１との差分をとるように構成されている。これにより、鋳造ロール５２の存在に起因する多重エコーＥＢ１，ＥＢ２の影響を無くして鋳片５１からのエコーである鋳片５１の凝固層と未凝固層との境界面エコーＥのみを優れたＳ／Ｎ比にて精度よく検出することができて、該境界面エコーＥに基づいて鋳片凝固層厚みｄを精度よく求めることができる。よって、鋳片品質に悪影響を与えることなく鋳片凝固層厚みを精度良く検出することができ、連続鋳造機の安定で、生産性の高い操業に寄与することができる。
【００４３】
図５は本発明の別の実施形態による連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置の構成説明図である。ここで、内部に冷却液体５８が満たされた鋳造ロール５２’の前記内部に超音波探触子１１を配置した点以外は、前記図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置の構成と同一であるので、前記図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置と同一部分には図１と同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。
【００４４】
この実施形態による鋳片凝固層厚み検出装置によれば、図５に示すように、鋳造ロール５２’内部に満たされた鋳造ロール５２’冷却用の冷却液体５８が超音波探触子１１にとってよい接触媒質となっている。これにより、超音波探触子１１の熱的な保護をも確実に図りながら、鋳片品質に悪影響を与えることなく鋳片凝固層厚みを精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態による連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置の構成説明図である。
【図２】図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による凝固層厚み検出手順を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による超音波エコーの一例を示す説明図である。
【図４】図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による超音波エコーの差分処理の概念を示す図である。
【図５】本発明の別の実施形態による連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置の構成説明図である。
【図６】連続鋳造機の全体構成を示す斜視図である。
【図７】連続鋳造機における従来の接触媒質供給手段の説明図である。
【図８】連続鋳造機における従来の接触媒質供給手段の説明図である。
【図９】連続鋳造機における従来の接触媒質供給手段の説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１…超音波探触子
１２…探触子用接触媒質塗布ノズル
１３…探触子用接触媒質
１４…鋳造ロール用接触媒質タンク
１５…鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル
１６…鋳造ロール用接触媒質
１７…接触媒質除去機構
１８…ロータリエンコーダ
１９…計測部
２０…パルサー
２１…レシーバ
２２…Ａ／Ｄ変換器
２３…演算処理部
２４…カウンタ
２５…表示部
５１…鋳片 ５１ａ…凝固層 ５１ｂ…未凝固層
５２，５２’…鋳造ロール
５８…冷却液体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳片の凝固層厚みを超音波により検出する連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造機は、図６に示すように、親鍋５３からタンディシュ５４を介して鋳型５５に流し込まれた溶鋼を、外部より冷却しながら次第に下方へ鋳造ロール５２により引き抜き、凝固させながら主として長方形断面の鋳片５１を製造するようにしている。凝固した鋳片５１は、ガス切断機５６などで一定長さに切断されスラブ５７などと呼ばれる中間製品になる。この連続鋳造機では、冷却速度と鋳造速度（引き抜き速度）とのバランスが、製品品質と生産性を確保する上で重要な要素である。例えば、引き抜き速度を上げすぎると、鋳片が十分に凝固していないことに起因する湯漏れ事故を起こすことになったり、あるいは、鋳型直下でのブレークアウトという大事故を起こすことになったりしてしまう。一方、引き抜き速度が遅すぎると生産性が低下する。したがって、鋳片の凝固状態を適切に検出し、最適な引き抜き速度、冷却状態を実現し維持することが、連続鋳造機での安定、かつ高生産操業上不可欠となる。
【０００３】
そこで、従来より、連続鋳造機における鋳片凝固層厚み検出装置として、凝固が進行中の鋳片の凝固層厚みを超音波により検出するようにした装置が提案されている。例えば特公昭６０−１１５８７号公報には、鋳片の凝固層と未凝固層との境界面において超音波ビームが屈折することを利用して、鋳片表面に対して斜めに入射させた超音波の、前記鋳片表面とは対向する鋳片表面での検出位置から、凝固層の厚みを検出するようにしたものが示されている（従来技術１）。
【０００４】
また、特公平２−２２８８２号公報には、鋳片の凝固層と未凝固層との境界面において超音波が反射することを利用して凝固層の厚みを検出するようにしたものが示されている（従来技術２）。
【０００５】
ところで、鋳片の凝固層厚みを超音波により検出する場合、鋳片内に超音波を有効に入射させ、また鋳片内を伝搬してきた超音波を有効に検出する必要があり、そのため、超音波探触子と検出対象である鋳片の間の超音波の伝達効率を低下させないように、超音波探触子と鋳片との間に、水，油などの接触媒質と呼ばれる物質を供給するようにしている。
【０００６】
このような接触媒質供給手段として、前記の従来技術１では、図７に示すように、鋳片引き抜き方向に沿って隣り合う鋳造ロール５２の間において、鋳片５１を挟んで対向させて２つの水ジェットノズル６２Ａ，６２Ｂを配置し、一方の水ジェットノズル６２Ａ内に入射用の超音波探触子６１Ａを設置し、他方の水ジェットノズル６２Ｂ内に受信用の超音波探触子６１Ｂを設置している。これにより、水ジェットを鋳片５１に向けて噴射して局部的な水浸状態を実現して、水ジェットを介して超音波の送受信を行うようにしている。なお、５１ａは鋳片５１の凝固層（凝固部）を示し、５１ｂは鋳片５１の未凝固層（未凝固部）を示している。
【０００７】
しかしこの図７に示す手段を有する鋳片凝固層厚み検出装置では、検出対象の鋳片が高温であるため、水ジェット内に気泡（水蒸気など）が発生しやすく、そのため超音波伝達の障害になる場合がしばしば発生するという問題があった。さらに、鋳片に多量の水が噴射されることで局部的に鋳片の冷却が加速されるため、鋳片表面に割れが生じるなどして鋳片品質に悪影響を及ぼすことが懸念される。
【０００８】
また、別の接触媒質供給手段として、前記の従来技術１では、図８に示すように、鋳片５１の一方の面においてこれに圧接させて回転自在にドラム７２を支持し、このドラム７２内に冷却用液体７３を満たし、この冷却用液体７３中に超音波探触子７１を設置している。
【０００９】
しかしこの図８に示す手段を有する鋳片凝固層厚み検出装置では、ドラム７２と鋳片５１との間に接触媒質が存在していないので、ドラム７２と鋳片５１の接触圧を高くしても、鋳片５１に対する超音波伝達効率が非常に悪く、水などの接触媒質を供給した場合に比較して１／１０以下に減衰し、凝固層厚みを検出する感度が低いものであった。
【００１０】
また、別の接触媒質供給手段として、前記の従来技術２では、図９に示すように、鋳片５１の表面に押し付けられる接触面を有し、この接触面が鋳片５１の熱により溶融される銅，鉛などの融点の低い物質からなる接触媒質としての溶融媒質８２と、この溶融媒質８２を着脱自在に保持し、これを冷却するケーシング８３と、ケーシング８３内における溶融媒質８２の非接触部（接触面とは反対側の面）に密着固定された超音波探触子８１により構成されている。これにより、鋳片５１に溶融媒質８２を介して超音波を入射させ、その超音波エコーを溶融媒質８２を介して受信するようにしている。
【００１１】
しかしこの図９に示す手段を有する鋳片凝固層厚み検出装置では、有限長さの溶融媒質８２がすべて融解した状態では検出が不可能となるので、定期的に溶融媒質８２の交換を行う必要がある。また、溶融媒質８２が融解によって徐々に長さが減少するため、超音波探触子８１と鋳片５１との相対距離が鋳造の進行に伴って変化して、真に一定の超音波送受信状態の維持が不可能なものである。
【特許文献１】特公昭６０−１１５８７号公報（第６図、第７図）
【特許文献２】特公平２−２２８８２号公報（第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明の課題は、連続鋳造機において鋳片に接触している鋳造ロールを介して超音波探触子により鋳片の凝固層厚みを検出するに際し、鋳片と鋳造ロールとの間に鋳片品質に悪影響を与えることなく安定して接触媒質を供給することができるとともに、前記鋳造ロールの存在に起因する多重エコーの影響を解消して、鋳片の凝固層と未凝固層との境界面エコーのみを精度良く検出することができて、鋳片品質に悪影響を与えることなく鋳片凝固層厚みを精度良く検出することができる、連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１４】
請求項１の発明は、鋳片の凝固層厚みを超音波により検出する連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置において、前記鋳片に接触して回転する鋳造ロールの外周面にペースト状又は粉体状の低融点物質からなる鋳造ロール用接触媒質を間欠的に供給する鋳造ロール用接触媒質供給手段と、前記鋳造ロールと前記鋳片との接触点での鋳片外周面に対する略法線上に位置され、接触媒質を介して前記鋳造ロールに接触させる超音波探触子と、前記鋳造ロール用接触媒質を介して前記鋳造ロールと前記鋳片とが接触しているときの前記超音波探触子で受信した超音波エコーと前記鋳造ロール用接触媒質が存在せずに前記鋳造ロールと前記鋳片とが接触しているときの前記超音波探触子で受信した超音波エコーとの差分により、前記鋳片の凝固層と未凝固層との境界面エコーを検出し、該境界面エコーに基づいて鋳片凝固層厚みを求める計測手段と、を備えたことを特徴とする連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置である。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置において、前記超音波探触子は、内部が冷却水で満たされた鋳造ロールの該内部に配置されていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置において、前記低融点物質が黒鉛ペースト、あるいは鋳造用パウダーであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置は、鋳片に接触して回転する鋳造ロールを介して超音波探触子により鋳片の凝固層厚みを検出するに際し、鋳造ロールの外周面にペースト状又は粉体状をなす低融点物質からなる鋳造ロール用接触媒質を所定量間欠的に供給し、この鋳造ロール用接触媒質が鋳造ロールの回転に伴って鋳片に近づき鋳造ロールと鋳片との接触点に達すると、高温の鋳片との接触による熱で液体状となって鋳造ロールと鋳片の間に超音波の接触媒質として供給されるように構成されている。したがって、鋳造ロールと鋳片との間に鋳片品質に熱的な悪影響を与えることなく所定量の接触媒質を安定して間欠的に供給することができ、超音波の伝達効率の低下を防いで高い凝固層厚み検出感度を保つことができる。
【００１８】
また、鋳造ロールの外周面に鋳造ロール用接触媒質を間欠的に供給し、液体状となった鋳造ロール用接触媒質を介して鋳造ロールと鋳片とが接触しているときの超音波探触子で受信した超音波エコーと、鋳造ロール用接触媒質なしで鋳造ロールと鋳片とが接触しているときの超音波探触子で受信した超音波エコーとの差分をとるように構成されている。これにより、鋳造ロールの存在に起因する多重エコーの影響を無くして鋳片からのエコーである鋳片の凝固層と未凝固層との境界面エコーのみを精度よく検出することができて、該境界面エコーに基づいて鋳片凝固層厚みを精度よく求めることができる。よって、鋳片品質に悪影響を与えることなく鋳片凝固層厚みを精度良く検出することができ、連続鋳造機の安定で、生産性の高い操業に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置の構成説明図である。
【００２０】
図１において、５１は連続鋳造機における凝固が進行中の鋳片であり、同図における上から下の方向へ引き抜かれている。５２は鋳片５１に接している複数の鋳造ロールの1つであって時計回りに等速度で回転している。鋳片５１内部には凝固層５１ａと未凝固層５１ｂが存在しており、凝固層厚みを検出する（測定する）ことが操業管理上重要となっている。
【００２１】
超音波探触子１１は、鋳造ロール５２と鋳片５１との接触点での鋳片外周面に対する略法線上に位置され、探触子用接触媒質（超音波伝達媒質）１３を介して鋳造ロール５２に接触させて配置されている。すなわち、本実施形態では、超音波探触子１１は、鋳造ロール５２の外周面における鋳片５１との接触点と反対側の位置に探触子用接触媒質１３を介して配置されている。１２は超音波探触子１１と鋳造ロール５２との間に探触子用接触媒質１３を常時供給する探触子用接触媒質塗布ノズルである。探触子用接触媒質１３としては、水，グリセリンなどが挙げられるが、コストの点と鋳造ロール５２に対する冷却効果の点から、水が望ましい。
【００２２】
超音波探触子１１と、鋳造ロール５２と鋳片５１の接触点との間、本実施形態では鋳造ロール５２の外周面の上下方向における頂点位置の上方には、鋳造ロール用接触媒質タンク１４からの鋳造ロール用接触媒質１６を、鋳造ロール５２の外周面に所定量間欠的に塗布するための鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５が配置されている。なお、鋳造ロール５２の長手方向に対しては、超音波探触子１１と鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５とは同一の位置に配置されている。鋳造ロール用接触媒質１６は、常温でペースト状又は粉体状（固体）をなし、表面温度が約９００〜１２００℃である鋳片５１に接触することで気化蒸発することなく液体状となる低融点物質であって、黒鉛ペースト，鋳造用パウダーなどが好ましい。なお、単一の物質でなくとも混合した状態として気化蒸発することなく液体状となるようにしておけばよい。鋳造用パウダー（鋳造用モールドパウダー）は、一般に、ＣａＯ，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3等を基材とし、これにアルカリ金属等が添加されたものが用いられる。前記鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５によって鋳造ロール５２の外周面に塗布された鋳造ロール用接触媒質１６は、鋳造ロール５２の回転に伴って鋳片５１に近づき鋳造ロール５２と鋳片５１との接触点に達すると、高温の鋳片との接触による熱で液体状となって鋳造ロール５２と鋳片５１の間に超音波の接触媒質（超音波伝達媒質）として供給されるようになっている。そして、鋳片５１との接触点を通過して残存する鋳造ロール用接触媒質１６は、接触媒質除去機構１７によって除去されるようになっている。
【００２３】
前記の鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５は、ノズル下部が截頭逆円錐筒状をなしており、鋳造ロール用接触媒質１６の注ぎ口が広く、鋳造ロール５２への供給口が狭くなっている。また、本実施形態では、鋳造ロール用接触媒質タンク１４内に小形のスクリューフィーダが設置されており、このスクリューフィーダをモータによって回転駆動することにより、定められた所定量の鋳造ロール用接触媒質１６が鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５から鋳造ロール５２の外周面に供給されて塗布されるようになっている。
【００２４】
１８は、鋳造ロール５２のロール軸に取り付けられ、鋳造ロール５２の予め定められた設定点からの回転角度を知るためのロータリエンコーダ（回転検出器）である。また、２４は、このロータリエンコーダ１８の矩形波出力信号の数を計数するためのカウンタである。ロータリエンコーダ１８及びカウンタ２４は、鋳造ロール用接触媒質１６の塗布のタイミングを定めたり、超音波探触子１１で受信した超音波エコーの読み取りのタイミングを定めたりするためのものである。
【００２５】
２０はパルサーであり、超音波探触子１１は、パルサー２０から発生したパルス電圧が印加されると超音波を発生し、鋳造ロール５２と鋳片５１との接触点の方向に向けて超音波パルスを発信する。レシーバ２１は、超音波探触子１１に戻ってきた超音波エコーを受信してパルス電圧に変換する。２３はプログラムされたマイクロコンピュータで構成された演算処理部である。演算処理部２３は、入力として、カウンタ２４の計数値（鋳造ロール５２の回転角度）が入力されるとともに、超音波探触子１１（レシーバ２１）で受信した超音波エコーＳ１，Ｓ２がＡ／Ｄ変換器２２を介して入力され、かつ、出力として、求めた鋳片凝固層厚みｄを表示部２５に出力するとともに、必要に応じて外部の制御系へ出力するようになっている。また、演算処理部２３は、鋳造ロール用接触媒質タンク１４内のスクリューフィーダを回転させるモータを駆動させるための鋳造ロール用接触媒質塗布指令を出力するようになっている。
【００２６】
前記の鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５、スクリューフィーダを備えた鋳造ロール用接触媒質タンク１４、ロータリエンコーダ１８、カウンタ２４及び演算処理部２３は、鋳片５１に接触して回転する鋳造ロール５２の外周面にペースト状又は粉体状をなし、鋳片５１に接触することで液体状となる鋳造ロール用接触媒質１６を間欠的に供給する鋳造ロール用接触媒質供給手段を構成している。
【００２７】
また、前記のパルサー２０、レシーバ２１、Ａ／Ｄ変換器２２、カウンタ２４及び演算処理部２３によって構成される計測部１９と、ロータリエンコーダ１８とは、液体状となった鋳造ロール用接触媒質１６を介して鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ２と鋳造ロール用接触媒質１６が存在せずに鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ１との差分（Ｓ２−Ｓ１）により、鋳片５１の凝固層５１ａと未凝固層５２ｂとの境界面エコーを求め、該境界面エコーに基づいて鋳片凝固層厚みを求める計測手段を構成している。
【００２８】
このように構成される鋳片凝固層厚み検出装置の動作について、前記図１とともに、図２〜図４を参照して説明する。図２は図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による凝固層厚み検出手順を示すフローチャート、図３は図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による超音波エコーの一例を示す説明図、図４は図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による超音波エコーの差分処理の概念を示す図である。
【００２９】
ここで、動作説明に先立ち、超音波探触子１１で受信される超音波エコーＳ１，Ｓ２について説明する。
【００３０】
鋳造ロール用接触媒質１６が存在せずに鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信される超音波エコーＳ１は、図４の（ｂ）に示すように、まず、鋳造ロール表面エコーＥＳ、その次には鋳造ロール底面エコーＥＢ１、その後、２回目の鋳造ロール底面エコーＥＢ２、３回目の鋳造ロール底面エコー（図示せず）が観測される各エコー成分を持つ波形となる。つまり、鋳造ロール用接触媒質１６を介さずに鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときには、超音波探触子１１からの超音波が鋳片５１内に伝達せず、鋳片５１内の凝固層５１ａと未凝固層５１ｂとの境界面エコーＥは観察されない。
【００３１】
一方、鋳造ロール用接触媒質１６を介して鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信される超音波エコーＳ２は、超音波探触子１１からの超音波が鋳片５１内にも伝達することから、図３，図４の（ａ）に示すように、鋳造ロール表面エコーＥＳ、１回目の鋳造ロール底面エコーＥＢ１、２回目の鋳造ロール底面エコーＥＢ２及び鋳片５１内からの境界面エコーＥが観察される各エコー成分を持つ波形となる。（この場合、図３，図４の（ａ）に示すように、境界面エコーＥは、そのエコー強度（エコーレベル）が鋳造ロール底面エコーＥＢ１，ＥＢ２のエコー強度に比較して小さく、また、時間的にも鋳造ロール底面エコーＥＢ１，ＥＢ２と重なってしまうこともありうる。）
【００３２】
さて、前記のように構成される鋳片凝固層厚み検出装置において、まず、そのときの鋳造ロール５２の回転角を読み取る（ステップ１０１）。演算処理部２３は、ロータリエンコーダ１８に接続されたカウンタ２４の計数値から、回転角を読み取り、その回転角θ１を記憶する。
【００３３】
次に、鋳造ロール用接触媒質１６の塗布を行う（ステップ１０２）。演算処理部２３は、鋳造ロール用接触媒質塗布指令を出力して、鋳造ロール用接触媒質タンク１４内のスクリューフィーダを回転させるモータを所定の短時間だけ駆動させる。これにより、鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル１５によって鋳造ロール５２の外周面に所定量の鋳造ロール用接触媒質１６が短時間だけ塗布される。
【００３４】
次に、超音波エコーＳ１の読み取りを行う（ステップ１０３）。演算処理部２３は、鋳造ロール用接触媒質塗布指令の出力のあと直ちに、レシーバ２１からの超音波エコーをＡ／Ｄ変換器２２を介して読み込むとともに、記憶する。これにより、鋳造ロール用接触媒質１６を介さずに鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ１（図４（ｂ）に示す）が得られる。
【００３５】
次に、鋳造ロール５２の回転角がθ１＋Δθ２になったか否かを判断する（ステップ１０４）。ここで、角度差Δθ２は、鋳造ロール５２における鋳造ロール用接触媒質塗布位置と鋳片５１との接触位置との角度差であり、本実施形態では図１に示すように９０°である。
【００３６】
次に、鋳造ロール５２の回転角がθ１＋Δθ２になると（ステップ１０４でＹＥＳ）、超音波エコーＳ２の読み取りを行う（ステップ１０５）。演算処理部２３は、カウンタ２４の計数値がステップ１０１で記憶しておいた計数値に予め設定されている角度差Δθ２に相当する計数値を加算した値になると、鋳造ロール５２が鋳造ロール用接触媒質１６を塗布したときより角度差Δθ２だけ回転したことを知り、レシーバ２１からの超音波エコーをＡ／Ｄ変換器２２を介して読み込むとともに、記憶する。これにより、鋳造ロール用接触媒質１６を介して鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ２（図３，図４（ａ）に示す）が得られる。
【００３７】
次に、２つの超音波エコーＳ２，Ｓ１の差分（Ｓ２−Ｓ１）により、鋳片凝固層５１ａと未凝固層５１ｂとの境界面エコーＥを検出する（ステップ１０６）。演算処理部２３は、超音波エコーＳ２と超音波エコーＳ１との差分を求める。これにより、図４の（ｃ）に示すように、鋳造ロール５２の存在に起因する多重エコーＥＢ１，ＥＢ２の影響を無くして鋳片５１からのエコーである鋳片５１の凝固層５１ａと未凝固層５１ｂとの境界面からの境界面エコーＥのみを優れたＳ／Ｎ比にて精度よく検出することができる。
【００３８】
次に、鋳造ロール底面エコーＥＢ１（鋳片表面エコー）と境界面エコーＥとの時間差ｔを算出し、この時間差ｔと鋳片５１中の音速（鋳片凝固層中の音速）とから鋳片凝固層厚みｄを算出する（ステップ１０７）。演算処理部２３は、差分により検出した境界面エコーＥのピーク位置を検出し、この境界面エコーＥのピーク位置と、超音波エコーＳ２における鋳造ロール底面エコーＥＢ１（鋳片表面エコー）のピーク位置との時間差ｔを求め、算出された時間差ｔに鋳片５１中の音速を乗じて、鋳片５１の鋳片凝固層厚みｄを算出する。
【００３９】
次に、算出した鋳片凝固層厚みｄを表示部２５に表示する（ステップ１０８）。演算処理部２３は、算出した鋳片凝固層厚みｄを表示部２５に出力するとともに、必要に応じて外部の制御系へ出力するようになっている。そして、算出した鋳片凝固層厚みｄは、その厚み設定値より薄い場合には鋳造速度を減速し、厚み設定値より厚い場合には鋳造速度を増速する制御に用いられる。
【００４０】
ステップ１０８の後、ステップ１０１へ戻るようになっており、鋳造ロール５２の１回転中に予め定めた回数分だけ等間隔に鋳造ロール用接触媒質１６の塗布と鋳片凝固層厚みｄの検出とが行われるようになっている。例えば、鋳造ロール５２の１回転中に１回だけ鋳造ロール用接触媒質１６の塗布と鋳片凝固層厚みｄの検出とが行われるようになっている。
【００４１】
このように、本実施形態による鋳片凝固層厚み検出装置は、鋳片５１に接触して回転する鋳造ロール５２を介して超音波探触子１１により鋳片５１の凝固層厚みを検出するに際し、鋳造ロール５２の外周面に黒鉛ペースト，鋳造用パウダーなどのような低融点物質からなる鋳造ロール用接触媒質１６を所定量間欠的に供給し、この鋳造ロール用接触媒質１６が鋳造ロール５２の回転に伴って鋳片５１に近づき鋳造ロール５２と鋳片５１との接触点に達すると、高温の鋳片５１との接触による熱で液体状となって鋳造ロール５２と鋳片５１の間に超音波の接触媒質（超音波の伝達媒質）として供給されるように構成されている。したがって、鋳造ロール５２と鋳片５１との間に水ジェットとは違って鋳片品質に熱的な悪影響を与えることなく接触媒質を安定して定量供給することができ、超音波の伝達効率の低下を防いで高い凝固層厚み検出感度を保つことができる。
【００４２】
また、鋳造ロール５２の外周面に鋳造ロール用接触媒質１６を間欠的に供給し、液体状となった鋳造ロール用接触媒質１６を介して鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ２と、鋳造ロール用接触媒質１６なしで鋳造ロール５２と鋳片５１とが接触しているときの超音波探触子１１で受信した超音波エコーＳ１との差分をとるように構成されている。これにより、鋳造ロール５２の存在に起因する多重エコーＥＢ１，ＥＢ２の影響を無くして鋳片５１からのエコーである鋳片５１の凝固層と未凝固層との境界面エコーＥのみを優れたＳ／Ｎ比にて精度よく検出することができて、該境界面エコーＥに基づいて鋳片凝固層厚みｄを精度よく求めることができる。よって、鋳片品質に悪影響を与えることなく鋳片凝固層厚みを精度良く検出することができ、連続鋳造機の安定で、生産性の高い操業に寄与することができる。
【００４３】
図５は本発明の別の実施形態による連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置の構成説明図である。ここで、内部に冷却液体５８が満たされた鋳造ロール５２’の前記内部に超音波探触子１１を配置した点以外は、前記図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置の構成と同一であるので、前記図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置と同一部分には図１と同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。
【００４４】
この実施形態による鋳片凝固層厚み検出装置によれば、図５に示すように、鋳造ロール５２’内部に満たされた鋳造ロール５２’冷却用の冷却液体５８が超音波探触子１１にとってよい接触媒質となっている。これにより、超音波探触子１１の熱的な保護をも確実に図りながら、鋳片品質に悪影響を与えることなく鋳片凝固層厚みを精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態による連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置の構成説明図である。
【図２】図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による凝固層厚み検出手順を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による超音波エコーの一例を示す説明図である。
【図４】図１に示す鋳片凝固層厚み検出装置による超音波エコーの差分処理の概念を示す図である。
【図５】本発明の別の実施形態による連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置の構成説明図である。
【図６】連続鋳造機の全体構成を示す斜視図である。
【図７】連続鋳造機における従来の接触媒質供給手段の説明図である。
【図８】連続鋳造機における従来の接触媒質供給手段の説明図である。
【図９】連続鋳造機における従来の接触媒質供給手段の説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１…超音波探触子
１２…探触子用接触媒質塗布ノズル
１３…探触子用接触媒質
１４…鋳造ロール用接触媒質タンク
１５…鋳造ロール用接触媒質塗布ノズル
１６…鋳造ロール用接触媒質
１７…接触媒質除去機構
１８…ロータリエンコーダ
１９…計測部
２０…パルサー
２１…レシーバ
２２…Ａ／Ｄ変換器
２３…演算処理部
２４…カウンタ
２５…表示部
５１…鋳片 ５１ａ…凝固層 ５１ｂ…未凝固層
５２，５２’…鋳造ロール
５８…冷却液体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳片の凝固層厚みを超音波により検出する連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置において、
前記鋳片に接触して回転する鋳造ロールの外周面にペースト状又は粉体状の低融点物質からなる鋳造ロール用接触媒質を間欠的に供給する鋳造ロール用接触媒質供給手段と、
前記鋳造ロールと前記鋳片との接触点での鋳片外周面に対する略法線上に位置され、接触媒質を介して前記鋳造ロールに接触させる超音波探触子と、
前記鋳造ロール用接触媒質を介して前記鋳造ロールと前記鋳片とが接触しているときの前記超音波探触子で受信した超音波エコーと前記鋳造ロール用接触媒質が存在せずに前記鋳造ロールと前記鋳片とが接触しているときの前記超音波探触子で受信した超音波エコーとの差分により、前記鋳片の凝固層と未凝固層との境界面エコーを検出し、該境界面エコーに基づいて鋳片凝固層厚みを求める計測手段と、を備えたことを特徴とする連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置。
【請求項２】
前記超音波探触子は、内部が冷却水で満たされた鋳造ロールの該内部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置。
【請求項３】
前記低融点物質が黒鉛ペースト、あるいは鋳造用パウダーであることを特徴とする請求項１又は２記載の連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置。
【請求項１】
鋳片の凝固層厚みを超音波により検出する連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置において、
前記鋳片に接触して回転する鋳造ロールの外周面にペースト状又は粉体状の低融点物質からなる鋳造ロール用接触媒質を間欠的に供給する鋳造ロール用接触媒質供給手段と、
前記鋳造ロールと前記鋳片との接触点での鋳片外周面に対する略法線上に位置され、接触媒質を介して前記鋳造ロールに接触させる超音波探触子と、
前記鋳造ロール用接触媒質を介して前記鋳造ロールと前記鋳片とが接触しているときの前記超音波探触子で受信した超音波エコーと前記鋳造ロール用接触媒質が存在せずに前記鋳造ロールと前記鋳片とが接触しているときの前記超音波探触子で受信した超音波エコーとの差分により、前記鋳片の凝固層と未凝固層との境界面エコーを検出し、該境界面エコーに基づいて鋳片凝固層厚みを求める計測手段と、を備えたことを特徴とする連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置。
【請求項２】
前記超音波探触子は、内部が冷却水で満たされた鋳造ロールの該内部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置。
【請求項３】
前記低融点物質が黒鉛ペースト、あるいは鋳造用パウダーであることを特徴とする請求項１又は２記載の連続鋳造機の鋳片凝固層厚み検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−５３０４０（Ｐ２００６−５３０４０Ａ）
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３４７５７（Ｐ２００４−２３４７５７）
【出願日】平成１６年８月１１日（２００４．８．１１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１１日（２００４．８．１１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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