JPH10197502A - 連続鋳造鋳片の中心固相率検出方法 - Google Patents

連続鋳造鋳片の中心固相率検出方法

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JPH10197502A
JPH10197502A JP9002086A JP208697A JPH10197502A JP H10197502 A JPH10197502 A JP H10197502A JP 9002086 A JP9002086 A JP 9002086A JP 208697 A JP208697 A JP 208697A JP H10197502 A JPH10197502 A JP H10197502A
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slab
phase
transverse wave
cast piece
continuous casting
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Riichi Murayama
理一 村山
Akira Miura
昌 三浦
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】連続鋳造鋳片の適切な操業条件をタイムリーに
制御し鋳片の品質改善に必要な凝固工程での鋳片の中心
固相率を精度よく測定する方法を提供する。 【解決手段】連続鋳造した鋳片の表面から厚さ方向に、
横波型電磁超音波探触子を用い横波モードの超音波を入
射し、反対面に設けた受信機により透過横波を受信し、
その受信信号の強度がノイズ信号の強度を超えた部分の
受信信号波形を使って、横波の連続鋳造鋳片を透過する
のに要した時間を測定し、その測定値から、予め求めて
おいた連続鋳造鋳片の固相率と、横波モードの超音波が
連続鋳造鋳片の表面から厚さ方向に入射してから鋳片を
透過するのに要する時間(または共鳴周波数)との関係
に基づいて連続鋳造鋳片の中心部の固相率を求めること
を特徴とする連続鋳造鋳片の固相率検出方法。ここで、
中心固相率とは鋳片中心部の溶融相と凝固相が混在する
領域における凝固相と溶融相との比、すなわち凝固相/
溶融相をいう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属の連続鋳造鋳
片の冷却過程において中心固相率を超音波により検出す
る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属の連続鋳造方法は、タンディシュ内
の溶融金属をタンディシュの下部に設けた鋳型に浸漬ノ
ズルを介して連続的に注入し、鋳型内で凝固シェルを形
成させて鋳型の下部から鋳片として連続的に引き出し、
鋳片内部の溶鋼を外側から徐々に凝固させて鋳片を得る
方法である。
【0003】この連続鋳造において、鋳型から引き出さ
れた鋳片内部の溶鋼の凝固は、溶鋼温度、鋳片の引き抜
き速度や冷却条件等により変化する。凝固状態によって
は、中心偏析が顕著になったり、鋳片が異常膨張するバ
ルジングや凝固シェルが破れ鋳片内部の溶鋼が流出する
ブレイクアウト等が起こる。
【0004】したがって、鋳片の冷却過程における凝固
状態を把握しておくことは、鋳片の品質の改善や生産性
の向上のために極めて重要なことである。
【0005】鋳型から引き抜かれた鋳片の内部が完全に
凝固しているか、未凝固部分が残存しているかを検出す
る従来法としては、1)鋲打ち法、2)圧延ロールの負
荷過重からの推定法および3)超音波法がある。
【0006】図4は、従来例の未凝固部検出方法を説明
するための図で、これらの方法について以下に説明す
る。
【0007】1)鋲打ち法 図4(a)は、鋲打ち法を説明するための図で、鋳片の
側面断面図である。
【0008】鋳片の凝固状態を調べる位置に鋲を打ち込
み、鋳片が完全に凝固してから鋲を打ち込んだ位置を切
断して溶融部が存在していたかを確認する方法である。
鋲を打ち込んだだ時点で、鋳片内部に溶融部分が存在し
ていれば鋲は融け、鋲打ち時点での鋳片内部の溶融状況
が判断できる。
【0009】2)圧延ロールの負荷荷重からの推定法 図4(b)は、圧延ロールの負荷荷重からの推定法を説
明するための側面断面図である。
【0010】鋳片の測定位置に圧延ロール4を設け負荷
荷重を測定し、その変化をから鋳片内部状況を推定する
方法である。
【0011】この方法は、直接測定ではなく正確さに欠
けるため実用化に至っていない。
【0012】3)超音波法 図4(c)は、超音波法を説明するための側面断面図で
ある。この方法は、鋳片の厚み方向に横波超音波を入
射、受信できる探触子を設け、透過してきた横波超音波
の強度から鋳片内部の凝固状況を推定する方法である。
しかし、横波が液体中を伝播しない性質を利用している
ため、鋳片内部が完全凝固しているか否かの検出ができ
るのみである。
【0013】近年、連続鋳造の鋳片凝固過程で、内部が
未凝固の状態で鋳片に圧延ロールで圧下を加え、鋳片の
中心偏析を改善する未凝固圧延が試みられるようになっ
た。この圧延では、凝固状態により適正な圧下率で圧延
する必要がある。例えば、所定の圧延する位置での鋳片
内部の溶融部の厚さおよび幅が、適正値にに比べてそれ
らが大きくなっていれば圧下量を増加させることで溶融
部の厚さ、幅を減少させて偏析量を減少させることにな
る。
【0014】このように、連続鋳造における鋳片の品質
改善、バルジングやブレイクアウト等のトラブル防止等
のためには冷却過程での凝固状態を精度良く把握してお
くことが重要であり、その検出法の開発が望まれてい
る。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、連続鋳造鋳
片の適切な操業条件をタイムリーに制御し鋳片の品質改
善に必要な凝固過程での鋳片の凝固状態を精度よく測定
する方法を提供することを課題とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、超音波を
利用して鋳片の凝固状態を検出する方法について種々検
討した結果、下記の知見を得た。
【0017】a)鋳片の圧下制御には、鋳片の内部の凝
固状態の把握方法として鋳片の中心固相率を求めるのが
有効である。
【0018】中心固相率とは、鋳片中心部の数mmの溶
融相と凝固相が混在する薄い層中での、下記する溶融相
と凝固相の割合である。
【0019】中心固相率=凝固相/溶融相 b)横波モードの超音波は、鋳片内部に溶融金属が存在
すれば、それを透過することはできないが、溶融金属が
完全に凝固する前の溶融部の厚さが数mmの凝固相と溶
融相が混在している部分では横波も透過させることがで
きる。
【0020】c)横波受信強度は、中心固相率が約0.
25、約0.7および1の場合に急激に変化し、中心固
相率が約0.25から約0.7の範囲では一定となるの
で、受信強度から中心固相率を求めることはできない。
【0021】d)しかし、横波の透過時間または共鳴周
波数を測定することにより中心固相率を求めることがで
きる。
【0022】本発明は、このような知見に基づきなされ
たもので、その要旨は下記の通りである。
【0023】(1)連続鋳造した鋳片の表面から厚さ方
向に、横波型電磁超音波探触子を用い横波モードの超音
波を入射し、反対面に設けた受信機により透過横波を受
信し、その受信信号の強度がノイズ信号の強度を超えた
部分の受信信号波形を使って、横波が連続鋳造鋳片内を
透過するのに要した時間を測定し、その測定値から、予
め求めておいた連続鋳造鋳片の中心固相率と、横波モー
ドの超音波が連続鋳造鋳片の表面から厚さ方向に入射し
てから鋳片内を透過するのに要する時間との関係に基づ
いて連続鋳造鋳片の中心固相率を求めることを特徴とす
る連続鋳造鋳片の中心固相率検出方法。
【0024】ここで、中心固相率とは鋳片中心部の溶融
相と凝固相が混在する領域における凝固相と溶融相との
比、すなわち凝固相/溶融相をいう。
【0025】(2)連続鋳造した鋳片の表面から厚さ方
向に、横波型電磁超音波探触子を用い横波モードの超音
波を入射し、反対面に設けた受信機により透過横波を受
信し、その受信信号の強度がノイズ信号の強度を超えた
部分の受信信号波形を使って、共鳴周波数を求め、その
共鳴周波数から、予め求めておいた連続鋳造鋳片の中心
固相率と、横波モードの超音波が連続鋳造鋳片の表面か
ら厚さ方向に入射した場合の共鳴周波数との関係に基づ
き連続鋳造鋳片の中心固相率を求めることを特徴とする
連続鋳造鋳片の中心固相率検出方法。
【0026】ここで、中心固相率とは鋳片中心部の溶融
相と凝固相が混在する領域における凝固相と溶融相との
比、すなわち凝固相/溶融相をいう。
【0027】以下、本発明の実施形態について詳細に説
明する。
【0028】
【発明の実施の形態】横波モードの超音波を使用するの
は、横波の鋳片内透過時間または共鳴周波数は、鋳片中
心部の固相率の変化と共に変化するので、中心固相率を
求めるのに適しているためである。
【0029】鋳片内を透過した超音波の強度は、中心固
相率が小さいと小さく、ノイズ信号と区別できないた
め、強度がノイズ信号を超えた部分の受信信号の波形を
使用して、横波の鋳片透過時間または共鳴周波数を求め
る必要がある。なお、中心固相率を求めるのに、鋳片透
過時間と共鳴周波数のどちらを使用しても同じである。
本発明の方法では、中心固相率と鋳片透過時間または中
心固相率と共鳴周波数との関係を、実験により求めてお
かなければならない。その求め方は、鋳片の引き抜き速
度を変えることにより、鋳型より鋳片が出てから超音波
発信位置までの時間を種々変えて超音波の鋳片内透過時
間を測定し、その各測定時における中心固相率を伝熱計
算により求める。
【0030】図1は、中心固相率と受信信号強度との関
係を示す図である。
【0031】図2は、中心固相率と横波透過時間との関
係を示す図である。
【0032】図3は、中心固相率と共鳴周波数との関係
を示す図である。
【0033】これらの図は、連続鋳造実験装置により低
炭素鋼の厚さ300mmの鋳片を鋳造して得られた曲線
である。受信強度は、図1で矢示する1Vで受信信号が
ノイズ信号を超えおり、1V以上での受信波形を使用し
て透過時間または共鳴周波数を求める。受信強度は、中
心固相率が0.25から0.7の間では変化しない。し
たがって、受信強度からでは中心固相率を求めることは
できない。一方、横波の透過時間は中心固相率が大きく
なるに従い小さくなり、また共鳴周波数は、中心固相率
が大きくなるに従い大きくなる。
【0034】本発明の方法で電磁超音波探触子を用いる
のは、900℃程度の高温度の鋳片に超音波を入射しな
ければならなく、水、油等の接触媒質を使用する通常の
超音波探触子は使うことが出来ない。そこで、接触媒質
が不要な電磁超音波探触子を用いる。
【0035】
【実施例】実験用連続鋳造設備で、低炭素鋼の溶鋼を用
い、寸法が幅500mm、厚さ300mmの鋳片を鋳造
した。超音波の発受信装置には、横波型電磁超音波探触
子を用い、鋳片の厚さ方向に横波モードの超音波を入射
させ、受信強度を測定した。
【0036】鋳片が、超音波発信位置を透過する時間を
変えるため鋳片の引き抜き速度を制御し、鋳片が鋳型を
出てから超音波発信位置までの時間(以下、鋳込み完了
からの時間と記す)が1000秒から3500秒になる
ようにし、その間の受信強度を測定した。
【0037】その測定した強度に基づき横波の鋳片透過
時間と共鳴周波数とを求めた。
【0038】図5は、受信信号の強度と鋳込み完了から
の時間との関係で整理した図である。
【0039】受信信号は、鋳込み完了後、約1800秒
後(A点)から、強度1v[受信信号の大きさ(S)/
ノイズ信号の大きさ(N)=2]程度のレベルで5分間
程度検出された。
【0040】次に、2分間程度で、完全凝固した部分の
最大受信信号強度の8割程度まで大きくなる(B点→C
点)。その後5分〜10分程度かけて最大値に到達して
いる(D点)。
【0041】図6は、横波の鋳片透過時間と鋳込み完了
からの時間との関係で整理した図である。透過時間は、
図5のB点以降の波形から求めたものである。
【0042】また、鋳型を出てから測定までの時間10
00〜3500秒の各時間における中心固相率を伝熱計
算により中心固相率を求めた。
【0043】図7は、上記の伝熱計算により求めた中心
固相率と鋳込み完了からの時間との関係を示す図であ
る。
【0044】図8は、求めた中心固相率と受信信号強度
および横波透過時間との関係(a)、共鳴周波数との関
係(b)を示す図である。受信強度が1.25v以下で
はノイズ信号のため横波の測定はできなかった。
【0045】この図を予め求めておくことにより、実操
業での横波透過時間または共鳴周波数を測定することに
より、中心固相率をもとめることが可能となった。
【0046】
【発明の効果】本発明の方法によれば、連続鋳造の鋳片
冷却過程において任意な位置での中心固相率を精度よく
求めることができ、鋳片の品質改善や操業でのバルジン
グ等のトラブルを防止することができ安定操業が可能と
なり、その工業的な価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】中心固相率と受信信号強度との関係を示す図で
ある。
【図2】中心固相率と横波透過時間との関係を示す図で
ある。
【図3】中心固相率と共鳴周波数との関係を示す図であ
る。
【図4】従来例の未凝固部検出方法を説明するための図
である。
【図5】受信信号の強度と鋳込み完了からの時間との関
係で整理した図である。
【図6】横波の鋳片透過時間と鋳込み完了からの時間と
の関係で整理した図である。
【図7】計算により求めた固相率と鋳込み完了からの時
間との関係を示す図である。
【図8】固相率と受信信号強度および横波透過時間との
関係、共鳴周波数との関係を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】連続鋳造した鋳片の表面から厚さ方向に、
    横波型電磁超音波探触子を用い横波モードの超音波を入
    射し、反対面に設けた受信機により透過横波を受信し、
    その受信信号の強度がノイズ信号の強度を超えた部分の
    受信信号波形を使って、横波の連続鋳造鋳片を透過する
    のに要した時間を測定し、その測定値から、予め求めて
    おいた連続鋳造鋳片の中心固相率と、横波モードの超音
    波が連続鋳造鋳片の表面から厚さ方向に入射してから鋳
    片を透過するのに要する時間との関係に基づいて連続鋳
    造鋳片の中心固相率を求めることを特徴とする連続鋳造
    鋳片の中心固相率検出方法。ここで、中心固相率とは鋳
    片中心部の溶融相と凝固相が混在する領域における凝固
    相と溶融相との比、すなわち凝固相/溶融相をいう。
  2. 【請求項2】連続鋳造した鋳片の表面から厚さ方向に、
    横波型電磁超音波探触子を用い横波モードの超音波を入
    射し、反対面に設けた受信機により透過横波を受信し、
    その受信信号の強度がノイズ信号の強度を超えた部分の
    受信信号波形を使って、共鳴周波数を求め、その共鳴周
    波数から、予め求めておいた連続鋳造鋳片の中心固相率
    と、横波モードの超音波が連続鋳造鋳片の表面から厚さ
    方向に入射した場合の共鳴周波数との関係に基づき連続
    鋳造鋳片の中心固相率を求めることを特徴とする連続鋳
    造鋳片の中心固相率検出方法。ここで、中心固相率とは
    鋳片中心部の溶融相と凝固相が混在する領域における凝
    固相と溶融相との比、すなわち凝固相/溶融相をいう。
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