(57)【要約】【課題】１個のセンサーで探傷開始から最適な切断位置を決定し、切断するまでの時間を飛躍的に高速化する探傷走査方法およびこの探傷走査方法を用いた鋳片の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】鋳造された鋼材の探傷を行うにあたって、所定の探傷開始位置から、前記鋼材の端面から内側に向かう長手方向に探傷をして、パイプが検知されなくなった前記長手方向位置で、前記長手方向と垂直な幅方向に探傷方向を変えて探傷を行い、パイプが検知された前記幅方向位置で、また前記長手方向に探傷方向を変えて探傷を行うことを繰り返し、前記幅方向で鋼片全幅に渡りパイプが検知されなくなった前記長手方向位置を切断位置と決定して、その切断位置にて鋼材を切り落とす。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳片の最トップ部に発生する内部欠陥のパイプを検出するセンサを用いて、
該センサでパイプが検出される位置では、その位置から前記鋳片の鋳造引き抜き方向である長手方向の中央部に向かってセンサを移動させ、該センサでパイプが検出されない位置では、その位置から前記長手方向と直交する鋳片幅方向にセンサを移動させて、計測することを繰り返し、
前記幅方向にセンサを移動して計測した際に、鋳片の全幅にわたりパイプが検出されない場合に、その長手方向位置を鋳片の切断位置と決定して、
その切断位置にて鋳片を幅方向に切断して鋳片を製造することを特徴とする鋳片の製造方法。
【請求項２】
請求項１の鋳片の製造方法において、
計測を開始する位置を、鋳造の操業条件とパイプの伸び位置の関係から決定することを特徴とする鋳片の製造方法。
【請求項３】
請求項１の鋳片の製造方法において、
計測を開始する位置の幅方向位置を、鋳片両側面から鋳片幅の１／４以内の位置に、設定することを特徴とする鋳片の製造方法。
【請求項４】
請求項１の鋳片の製造方法において、
計測を開始する位置を、鋳片の鋳造時におけるクレーターエンドの形状から決定することを特徴とする鋳片の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の鋳片の製造方法において、
前記センサは、矩形状または楕円形状の超音波ビームを前記鋼材に送信し、前記鋼材の内部からの反射波を受信する超音波探触子を用い、前記矩形状または楕円形状の超音波ビームの長軸方向に前記超音波探触子を走査して、走査方向上の異なる位置での前記反射波を受信して、前記反射波を受信位置に対応した遅延時間により遅延合成して内部欠陥を検出するセンサであることを特徴とする鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳片の製造方法に関するもので、特に切断面に内部欠陥（以下、パイプと称する）が現れず切断量が最小となる切断位置を決定して、切断を行う鋳片の製造方法である。
【背景技術】
【０００２】
鋳造スラブの最トップ部（連続鋳造された鋳片の最尾端部、因みに先端部はボトムと称する）や異鋼種連々鋳継目には、パイプまたはメカニカルパイプと呼ばれる空孔ができる。図１は、鋳造スラブの最トップ部およびカット位置を模式的に表した図である。L方向は、鋳片の端面から内側に向かっての長手方向であり、C方向は、L方向と直交する方向すなわち鋳片の幅方向を表す。鋳造スラブの最トップ部１にできる大きなパイプ２を一次パイプ、他所にできるパイプ３を二次パイプと呼ぶ。一次パイプは空孔も大きく、圧延工程で二枚割れの原因となる為、最トップ部分を切り落とすことで一次パイプの除去が行われている。二次パイプの空隙の中は真空であり、熱間圧延によって圧着され無害化される。
【０００３】
現状の最トップ部の切り落とし作業では、切断前にパイプの分布状況がわからない為に、切断面に一次パイプまたは二次パイプが開口してしまうことが多々ある。切断面４に現れたパイプ部分５は酸化することにより、圧延時に二枚割れの原因となる。その為、切断面にパイプが現れた場合には、更に切断面にパイプが現れなくなるまで切り落としを繰り返し行なうことになる。
【０００４】
図１（B）は、図１（A）に示す切断位置Ａ１でカットした場合を、模式的に示す図である。一次パイプ２の一部が残り、切断面にパイプ５が現れるので再切断することになる。２回目の切断位置をＡ３とした場合には、パイプは切断面には現れないことから切り落とし作業は完了となる。しかし、一次パイプのある部位に加えて良片部分も多く切り落とすことになり、歩留まりを低下させることになる。さらにもし、２回目の切断位置をＡ４とした場合には、二次パイプ３が切断面に現れるので、先に述べた理由（切断面に現れたパイプ部分は酸化することにより、圧延時に二枚割れの原因となる）から更に再切断を行うことになる。よって、Ａ３における切断よりも更に歩留まりが低下することとなる。
【０００５】
例えば、図１に示すようなパイプの分布状況を事前に知ることができれば、図１におけるＡ２での切断が、切断面に内部欠陥（パイプ）が現れず、切り落としてしまう良片部分の量を最小とするベストの切断位置であると決定できる。さらに、複数回の切断を行うことなく、一回の切断で一次パイプ部分を切り落とすことも可能となる。
【０００６】
このような課題を解決するために、これまでに例えば、特許文献１、特許文献２および非特許文献１にあるような鋳片のパイプの有無を計測するための方法が開示・開発されている。特許文献１は、鋳片を分塊圧延後に局部水浸法によるカップリングで超音波を鋳片に送信し、鋳片の底面からの反射波と内部からの反射波を受信することでパイプの有無を判定して、最適な切断位置を決定し切断する方法である。また、特許文献２および非特許文献１は、電磁超音波探触子を用いて鋳片に対して超音波を送信して、反射法または透過法で鋳片内部からの反射波を受信してパイプを探傷する方法である。
【特許文献１】特開昭６２−１８１８１７号公報
【特許文献２】特開昭６０−４５３７２号公報
【非特許文献１】川島捷宏；電磁超音波技術とその応用，西山記念技術講座，日本鉄鋼協会，76，1981，p.229
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の方法では、実施例としてセンサーを幅方向の任意の位置に設置して、長さ方向に走査また鋳片を長さ方向に移動させることにより、任意の位置における長さ方向でのパイプの有無を探傷する方法をとっている。
【０００８】
図２は、実際に連鋳鋳片のパイプ部の形状とその分布状況を、超音波探傷による正面像で調査した結果の一例であり、（Ａ）および（Ｂ）のパイプ部形状が大きく異なる２種類を例に挙げている。図２（Ｂ）のようなC方向に平坦な形状をしたパイプであれば、特許文献１の方法で切断位置を決定することはできるが、実際には図２（Ａ）のようなC方向に凸凹したいわゆる角が伸びているような形状をしたパイプも存在しており、特許文献１の探傷走査方法では不十分で、最適な切断位置を決定することはできない。
【０００９】
そこで、特許文献２にあるように１個または複数個のセンサーで全面探傷する方法の適用が考えられる。しかし、１個のセンサーによる全面探傷方法では、探傷範囲が広く切断位置を決定するまでの探傷時間が長くなってしまい結果として歩留まり低下となりかねない。また、複数個のセンサーを用いて探傷する方法では、探傷時間を短縮することはできるものの、複数個センサー設置のための設備負担が大きくなってしまうという問題がある。
【００１０】
１個のセンサーで探傷を行い、探傷開始から切断位置を決定し切断するまでの時間を飛躍的に高速化することができれば、設備負担を少なく歩留まりを向上することが可能となる。
【００１１】
上述のように、パイプを検知する方法は数多く検討・開発されているが、これらは切断位置を決定するための最適な探傷走査方法であるとはいい難い。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、１個のセンサーで探傷開始から最適な切断位置を決定し、切断するまでの時間を飛躍的に高速化する探傷走査方法およびこの探傷走査方法を用いた鋳片の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に係る発明は、鋳片の最トップ部に発生する内部欠陥のパイプを検出するセンサを用いて、該センサでパイプが検出される位置では、その位置から前記鋳片の鋳造引き抜き方向である長手方向の中央部に向かってセンサを移動させ、該センサでパイプが検出されない位置では、その位置から前記長手方向と直交する鋳片幅方向にセンサを移動させて、計測することを繰り返し、前記幅方向にセンサを移動して計測した際に、鋳片の全幅にわたりパイプが検出されない場合に、その長手方向位置を鋳片の切断位置と決定して、その切断位置にて鋳片を幅方向に切断して鋳片を製造することを特徴とする鋳片の製造方法である。
【００１４】
また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の鋳片の製造方法において、計測を開始する位置を、鋳造の操業条件とパイプの伸び位置の関係から決定することを特徴とする鋳片の製造方法である。
【００１５】
また本発明の請求項３に係る発明は、請求項１の鋳片の製造方法において、計測を開始する位置の幅方向位置を、鋳片両側面から鋳片幅の１／４以内の位置に、設定することを特徴とする鋳片の製造方法である。
【００１６】
また本発明の請求項４に係る発明は、請求項１の鋳片の製造方法において、計測を開始する位置を、鋳片の鋳造時におけるクレーターエンドの形状から決定することを特徴とする鋳片の製造方法である。
【００１７】
さらに本発明の請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の鋳片の製造方法において、前記センサは、矩形状または楕円形状の超音波ビームを前記鋼材に送信し、前記鋼材の内部からの反射波を受信する超音波探触子を用い、前記矩形状または楕円形状の超音波ビームの長軸方向に前記超音波探触子を走査して、走査方向上の異なる位置での前記反射波を受信して、前記反射波を受信位置に対応した遅延時間により遅延合成して内部欠陥を検出するセンサであることを特徴とする鋳片の製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、１個のセンサーを用いて良塊切断量を最小に抑え、かつパイプが切断面に現れない切断位置を高速に決定することができるので、設備負担を少なく歩留まりを向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る探傷走査方法から切断までの処理手順例を、図４のフローチャートに示す。
まず、はじめに探傷走査開始位置を決定する(S100)。長手方向（Ｌ方向）と長手方向と直交する幅方向（Ｃ方向）における開始位置は、一次パイプが最長となる位置とすることが好ましい。このため例えば、事前に鋳造の操業条件とパイプの伸び位置の関係についてデーターベース化しておき、鋳造の操業条件から最もパイプが伸びやすい位置を計算機で判定して決定するようにするとよい。
【００２０】
または、鋳片中の未凝固部分であるクレーターエンドの形状から決定してもよい。これは、トップに生じるパイプは鋳造において凝固する時にそこに静圧がかかりにくいことから生じるとされており、クレーターエンド形状と密接な関係があるという本発明者等の知見によるものである。
【００２１】
伝熱計算またはクレーターエンド検知センサーから得られたクレーターエンド形状において、未凝固部分がボトム側に最も伸びている長手方向と直交する方向位置を探傷開始位置とする（図９参照）。なお、図１に示す二次パイプ３に探索が収束してしまわないように、長手方向における探傷開始位置はできるかぎり、最トップに近い位置から探傷することが好ましい。
【００２２】
探傷走査開始位置が決まれば、次にこの位置にセンサを移動し(S101)、探傷の準備を行う。そして、この探傷開始位置から長手方向に探傷を開始(S102)して、パイプの有無を判断し(S103)、パイプがなくなるまでS102に戻るという処理を繰返す。
【００２３】
そして、パイプが消失した位置で、長手方向と直交する方向について探傷を行う(S104)。ここでも長手方向と同様に、パイプの有無を判断し(S105)、パイプがなくなるまでS102に戻るという処理を繰返す。長手方向と直交する方向に探傷した結果、全幅においてパイプが検知されなければその長手方向位置が切断位置として決定される(S106)。
【００２４】
切断位置が決定後、この切断位置を出力装置に出力し(S107)、先の切断位置で鋳片を切断機(図示せず)にて切断して(S108)、切断位置探索から切断に至る一連の処理を終了する。
【００２５】
探傷方法としては、被検体を長手方向に探傷して、パイプが検知されない長手方向位置で、長手方向と直交する幅方向（Ｃ方向）について探傷走査を行いパイプが検知された場合には、また長手方向に探傷を行うことを繰り返し行う探傷方法であればよい。Ｃ方向の探傷走査すなわちセンサ移動と探傷走査の仕方により、たとえば、図５（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）のような方法がある。図５（Ａ）は、Ｃ方向における向かって右側の探傷走査を優先させる方法であり、（Ｂ）は一旦左端に戻り、全幅探傷走査を行う方法であり、（Ｃ）はより近い端に戻り、反対方向（内側）に向かって探傷走査を行う方法であり、それぞれ６は探傷開始位置および７は切断位置を示している。図に示すように、同じスタート位置からスタートして最終的に同じ切断位置に至っていても、途中の探傷経路が異なることが分かる。
【００２６】
なお、以上は鋳片のトップ部を例に説明したが、本発明はボトム部でも、さらに言えば途中の切断部でも適用可能である。また、本発明を実施するための最良の形態では、長手方向の走査から計測を開始したが、幅方向の走査から計測を開始してもかまわず、これに限定されるものではない。
【実施例】
【００２７】
図６に、探傷装置の具体的構成の一例を模式図で示す。パルス繰り返し周波数が任意に変更可能なパルサー１０にて任意の波形を作成して、探触子１５から被検体に超音波を入射する。パルス繰り返し周波数は、被検体内部に残響が残ることで計測波形に影響がでないように設定する。
【００２８】
被検体の表面または内部から反射する信号は、探触子１５で受信されレシーバー１１にてフィルター処理、信号増幅され、Ａ／Ｄコンバーター１２にてデジタル情報に変換されて計算機１３に取り込まれる。探触子１５は音波の送受信面が矩形状で、短辺側と平行方向に走査できる走査機構１４に取り付ける。計算機１３からの信号をうけて走査機構１４は稼動し、超音波の発信、受信を行ないながら被検体を走査し、設定された時間または位置間隔毎に受信された超音波波形を、計算機１３に取り込む。計算機１３、は取り込んだ超音波波形を、設定された開口合成幅、焦点距離の探触子で計測したのと同様の効果が得られるように伝播時間を補正し合成を行う。超音波探触子と被検体は水柱超音波法（局部水浸法）により音響結合させている。その他、計算機１３には、探傷条件などの入力を行う入力インターフェイス１６、および探傷結果、切断位置等の表示を行う表示部１７が接続されている。
【００２９】
図７は、探傷走査から切断に至る一連の処理流れを示すフローチャートである。基本的な処理フローは、図４と同じであるが、Ｃ方向の探傷に図５（Ｃ）に示した方法を採用した例を示している。以下、Ｌ方向は長手方向、Ｃ方向は長手方向と直交する方向、Ｗはスラブ幅、ＬoはＬ方向（長さ方向）における探傷開始位置、ＸoはＣ方向（幅方向）における探傷開始位置、dyはＬ方向における探傷ピッチ、dxはＣ方向における探傷ピッチ、YｓはＬ方向における探傷位置、およびＸｓはＣ方向における探傷位置をそれぞれ示すものとする。
【００３０】
まず、始めに探傷開始位置を決める。図３は、発明者らがパイプの形状を調査して１次パイプ最長端のＬ方向，Ｃ方向の位置をまとめたものである。図３より、Ｃ方向のパイプ最長端位置は、１点を除き、スラブ両側面から１/４Ｗの範囲に２分して分布していることが判る。この結果に基づき、実施例ではＣ方向探傷開始位置Ｘoを、スラブ幅の１／４Ｗまたは３／４Ｗの位置とした。Ｌ方向探傷開始位置Ｌoについては、パイプ最長部位置はＬ方向に広範囲に存在しているため、できるかぎり最トップから探傷することが好ましい。
【００３１】
探傷開始位置を決定したならば、探傷を開始する。まず（１）探傷開始位置（Ｘo，Ｌo）からＬ方向に対してdy毎に、パイプが検知されなくなるまで探傷走査を行う。パイプがなくなったところでＬ方向の探傷走査を止めて、（２）現在のＬ方向位置において、Ｃ方向の探傷を開始する。このとき、幅方向の探傷は、センサーをより近いスラブ端に移動させて、Ｃ方向の探傷を開始する。たとえば、（１）でパイプがなくなった位置を（Ｘp1,Ｙp1）とした場合、以下の（１）式を満たすのであれば、Ｃ方向に−Ｘp1移動させて、＋Ｃ方向に探傷を開始する。もし（１）式を満たさないのであれば、Ｃ方向にＷ−Xp1だけ移動させて、−Ｃ方向に探傷を開始する。
【００３２】
Xp1≦Ｗ−Xp1  ・・・・・・（１）
Ｃ方向についてdx毎にパイプ検知されるまで、探傷走査を行う。パイプが検知された場合には、その位置を（Xo，Yo）として上記の（１）と（２）の処理を行う。
【００３３】
（３）パイプが全幅に対して検知されなかった場合には、このときのＬ方向の探傷位置が、良塊切断量を最小にしてかつパイプが切断面に現れない切断位置として決定されることとなる。
【００３４】
（４）オペレーターまたは自動切断機にこの切断位置を出力して、鋳片を切断する。
【００３５】
上述の（１）〜（４）の手順により高速に最適な切断位置を高速に決定し、最トップ部分を一回の切り落としで除去することが可能となる。
【００３６】
Ｌ方向・Ｃ方向に走査可能な走査機構にセンサーを取り付け、図７のフローチャートに従って探傷走査および切断位置決定を行った。本実施例では、局部水浸超音波法によって鋳片に対して音波を送受信してパイプの有無を検知するセンサーを取り付けた。
【００３７】
本実施例で用いた超音波探触子は、振動子形状が50ｍｍ×10ｍｍ、周波数を１ＭＨｚとし、振動子形状が50ｍｍ×50ｍｍで焦点が115ｍｍの探触子にて計測したのと同等の効果が得られるように開口合成計算を行なった。
【００３８】
幅1360ｍｍ、厚み約230mmの鋳造されたスラブに対して探傷開始位置をＬ方向に350ｍｍ，Ｃ方向に1/4Wに相当する340ｍｍとした。探傷速度はＬ方向・Ｃ方向ともに100mm/sec、探傷走査ピッチはdx=1mm，dy=10mmとした。図８（Ａ）に探傷走査の軌跡と決定された切断位置を示す。ここで、６は探傷開始位置および７は切断位置を示している。この結果、最トップ部からＬ方向に670mmの位置を最適な切断位置と決定した。
【００３９】
全面探傷してパイプの分布状況を調べた結果が、図８（Ｂ）である。図８（Ｂ）と最適切断位置から良塊切断量も最小限に抑えることができていることが分る。決定された位置にて切断を行なった結果、切断面にパイプが現れることなく最トップ部を一度の切断で切り落とすことができた。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】鋳造スラブの最トップ部を模式的に表した図である。
【図２】連鋳鋳片のパイプ部の形状とその分布状況を示す超音波探傷による正面像を模式的に表した図である。
【図３】１次パイプ最長端のＬ方向，Ｃ方向の位置をまとめた図である。
【図４】探傷走査方法から切断までの処理手順例を示す図である。
【図５】探傷走査方法の違いを示す図である。
【図６】探傷装置の具体的構成の一例を示すブロック図である。
【図７】実施例における一連の処理流れを示す図である。
【図８】探傷走査の軌跡と決定された切断位置、およびパイプの分布状況を調べた結果を示す図である。
【図９】クレーターエンド形状による探傷開始位置を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１                最トップ部
２                一次パイプ
３                二次パイプ
４                切断面
５                開口したパイプ
６                探傷開始位置
７                切断位置
１０              パルサー
１１              レシーバー
１２              Ａ／Ｄコンバーター
１３              計算機
１４              走査機構
１５              探触子
１６              入力インターフェイス１６
１７              表示部
【図２】
2006231392.tif 000003
【図４】
2006231392.tif 000004
【図５】
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【図９】
2006231392.tif 000006
【図１】
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【図３】
2006231392.tif 000008
【図６】
2006231392.tif 000009
【図７】
2006231392.tif 000010
【図８】
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