(57)【要約】  溶融金属をストランドに鋳造する自動化された設備で使用される連鋳鋳型は、包括的で信頼性の高いリアルタイムの監視を必要とする。現在使用されているシステムは損傷を受けやすく、また、より多くの数のセンサを伴う設備は、鋳型の交換に当たって相当な努力を必要とするために非実用的であると既にわかっているため、ほんの数個のセンサのみに限定されている。この障害を克服するために、無線問い合わせ可能なパッシブ式表面弾性波（ＳＡＷ）センサを用いて連鋳鋳型の物理パラメータを監視すること、及びＳＡＷセンサとそのリーダデバイスの間の信号通路に少なくとも１つの無線リンク部分を設けることを提案する。よって、連鋳鋳型は、そのセンサが設置された状態で容易に交換可能となり、これにより、従来可能であったよりも有意に多い数のセンサを有する連鋳鋳型を装備することが工業的に実用的となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ストランドの鋳造に使用され、連鋳鋳型の物理パラメータを測定するための装置であって、
前記物理パラメータを測定するための、少なくとも１つのパッシブ式表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスの使用を特徴とする、装置。
【請求項２】
前記表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスは、好ましくは複数のセンサ及びリーダ、並びに、各前記センサとその前記リーダとの間の１つ又は複数の信号通路内に少なくとも１つの無線リンクを有し、
前記センサは交換可能な鋳型に設置され、前記リーダは据え付けの鋳造シートに設置される
ことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
温度を測定する前記ＳＡＷデバイスの使用を特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
機械的パラメータ、具体的には歪み、力又は圧力を測定する前記ＳＡＷデバイスの使用を特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項５】
温度と機械的パラメータ、具体的には歪み、力又は圧力とを同時に測定する前記ＳＡＷデバイスの使用を特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
各前記センサを１つ又は複数のセンサ信号と共にタグ付けする識別（ＩＤ）コードを伝送する、好ましくは遅延ラインタイプのＳＡＷセンサの使用を特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項７】
複数の前記ＳＡＷセンサを、１つのジョイントセンサ側アンテナに電気的に接続し、前記ジョイントセンサ側アンテナは、接続された前記ＳＡＷセンサ問い合わせを行う読み取り信号を受信し、前記問い合わせ信号に応じて生成される前記ＳＡＷセンサの信号を前記ＳＡＷリーダに送り返すことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
１つの前記ジョイントセンサ側アンテナに接続された全ての前記ＳＡＷセンサにハードウェアコード化する時間定義域多重化法を用いて、前記センサのクロストークを制御することを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
１つの前記ジョイントセンサ側アンテナに接続された全ての前記ＳＡＷセンサにハードウェアコード化する周波数定義域多重化法を用いて、前記センサの前記クロストークを制御することを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも２つの別個の前記センサ側アンテナを伴い、空間定義域多重化を用いて、異なる無線信号リンク間のクロストークを制御することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記鋳型及びそのスタンドは、１つ又は複数の前記センサ側アンテナ及び１つ又は複数のリーダ側アンテナが配置される、基本的にはファラデー箱として機能する閉鎖容積を形成することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記鋳型の少なくとも１つの壁部に設置される前記ＳＡＷ温度センサの列又はグリッドを用いて、前記鋳型内の鋳造メニスカスの位置及び／又は形状をリアルタイムに決定し、このようにして得られた１つ又は複数の前記鋳型壁部の温度プロファイルを評価することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記鋳型の少なくとも１つの壁部に設置される前記ＳＡＷ温度センサの列又はグリッドを用いて、初期鋳造をリアルタイムで監視及び／又は制御し、１つ又は複数の前記鋳型壁部の温度プロファイル、及びプロセス全体にわたるその一時的な発現を評価することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
２０ｍｓ以下で問い合わせ可能な、共振器タイプの前記ＳＡＷ温度センサの使用を特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
ＦＭＣＷタイプＳＡＷリーダによって２０ｍｓ以下の範囲で問い合わせ可能な、遅延ラインタイプの前記ＳＡＷ温度センサの使用を特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記鋳型の少なくとも１つの壁部に設置される前記ＳＡＷ温度センサの列又はグリッドを用いて、前記鋳型キャビティ内の欠陥状態、具体的にはストランドの詰まりの発現を監視し、このようにして得られた１つ又は複数の前記鋳型壁部の温度プロファイルを全時間にわたって評価することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記鋳型の欠陥状態の早期段階を検出するための、機械的量、具体的には圧力又は歪みを測定する前記ＳＡＷセンサの更なる使用を特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記鋳型壁部の温度を測定するＳＡＷ温度センサの組、及び前記鋳型の固化部分の前記壁部の歪みを測定する機械的ＳＡＷセンサの組を用いて、前記ストランドのシェルの固化を前記鋳造鋳型の高さ全体にわたって監視するためのＳＡＷセンサを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設置が容易な金属連鋳鋳型における物理パラメータ、具体的には温度、機械的歪み及び／又は圧力の分散型リアルタイム測定のための、センサデバイスの設備・装置に関する。
【０００２】
本発明の実施形態により、例えば初期鋳造を監視するため、溶融レベルを制御するため、並びに／又は例えばストランドの詰まり若しくは固着、鋳型の摩耗及び破損状態、及び／若しくは鋳型内の鋳造ストランドの外側金属シェルの固化を検知する初期段階欠陥検出器として機能させるために使用できるデータを得ることができる。
【背景技術】
【０００３】
連続鋳造では、冷却され開放された鋳型に液体金属を連続的に流し込み、金属ストランドが鋳型の底部から出てゆく前に、キャビティ壁部のそばで鋳造金属の薄いシェルを固化させる。現在では、このプロセスは例外なく完全に自動化及びコンピュータ制御されており、鋳型を監視する正確かつリアルタイムの検知が可能なセンサが必要である。特に関連があるのは、鋳造プロセス全体にわたる鋳型の温度及び鋳造メニスカスの連続的な測定である。また、鋳造キャビティ内の圧力及び／又は歪みを監視するセンサにも、高い実用的関心が寄せられている。
【０００４】
このようなセンサへの要求は種々あり、重工業環境で完全に動作可能でなければならず、電磁干渉に影響されてはならず、典型的には≦１０ｍｓの反応時間を有さなければならず、２００℃を超える温度でも動作可能なままでなければならず、プロセスが誘発する振動と、ストランドのつまりを回避するために一般に使用される鋳型の発振運動の両方に耐えることができなければならない。更に、据え付けの鋳造スタンドに一時的に設置される様々な鋳型を使用し、これらを必要に応じて交換することは、一般的に行われているため、鋳造鋳型及び各鋳造鋳型が有するセンサは、容易に入れ替え可能でなければならない。
【０００５】
連鋳鋳型用の従来技術の温度監視システムの殆どは、熱電対を使用している。このような設備は過去に数多く、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４などで開示されている。これらの解決法全てが有する重大な問題は、各熱電対が少なくとも１つの電気的接続を必要とすることである。従って鋳型の交換は、各センサの接続を解除し、そのセンサを他の鋳型に正確に接続し、異なる測定位置のための適切な較正機能を割り当てることを意味する。特に、センサの数が増加すると、上記は非実用的な作業努力を生み、誤差の潜在的な原因を増やすことになる。更に、工業的実施において、センサのケーブル及びコネクタは、取り扱い中又は保管中に容易に損傷する。総じて、これらの要因によって、熱電対を用いる解決法の連鋳鋳型における実用的な適用範囲は、大いに制限される。
【０００６】
光ファイバ温度センサを含む、過去に提案された他の解決法にも、同様の難点が当てはまり、このような解決策の全ては、１つ以上のセンサと１つ以上のリーダの間の、ある種の導電性又は光伝導性接続を必要とする。例えば特許文献５は、最小数の信号コネクタを用いて、良好な測定ダイナミクスを有する、空間的に分解された温度検知を達成しているが、それでもなお、光学システムは重工業環境において潜在的に問題を孕むものである。
【０００７】
現在、工業分野で利用されている金属ストランド鋳造用の鋳型は、通常、i）工業規格又は軍用規格の単一のコネクタを用いてデータ入手システムに接続される、少数の熱電対、及びii）典型的には放射性測定又は渦電流効果測定に基づく、専用の溶融メニスカス検出器を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３２０４４６０号
【特許文献２】米国特許第３７４５８２８号
【特許文献３】ドイツ特許第３４３６３３１Ａ１号
【特許文献４】国際公開第２００４／０８２８６９Ａ１号
【特許文献５】国際公開第２０１０／０１２４６８Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで開示する発明の目的は、これらの制限を克服することにより、金属ストランド鋳造における監視及びプロセス制御能力を有意に向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態は、温度、歪み及び／又はその他の物理パラメータを連鋳鋳型内の多くの異なる場所で測定する複数の物理センサの実装を可能にする、工業的に適用可能で堅牢な設備を提供する。
【００１１】
ここに記載する本発明の実施形態は、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスを用いて、金属鋳造のための連鋳鋳型を監視するという、中心的創意に基づくものである。
【００１２】
この解決法の第１の主要な利点は、ＳＡＷデバイスは、無線問い合わせ用に設計することができ、少なくとも１つの無線セクションを、センサとそのリーダとの間の信号ラインに挿入することができることである。従って、現在必要とされている物理的な結合を、ＲＦ伝送リンクで置き換える。電気的又は光学的接続の削減を確実にすることで、センサが設置された鋳型を容易に交換できるようになる。
【００１３】
ＳＡＷセンサの第２の主要な利点は、その他の無線動作可能な検知デバイスとは対照的に、これらのデバイスを、２００℃を優に超える温度でも安定して長時間動作するように設計できることである。よって提案する解決法は、金属溶融鋳造鋳型内又は付近において動作するセンサシステムの、欠くことのできない必要条件を満たす。その上、動作が完全にパッシブモードで行われるため、ＳＡＷセンサは事実上メンテナンス不要である。
【００１４】
更なる利点は、センサの信号と共に無線で読み取ることができる一意の識別（ＩＤ）コードを、ＳＡＷデバイスに装備することができることである。この任意のＲＦＩＤ機能面により、単一のセンサを明確に識別することができ、この識別は、例えば、関連する較正機能を割り当てるため、及び／又は設置した鋳造鋳型を、そのセンサのＩＤコードによってはっきりと識別するために使用することができる。
【００１５】
従って、工業的に使用される連鋳鋳型に、現在実用的なものより相当多くのセンサを装備することができる解決法が提示される。利用可能なセンサ情報が増加することにより、結果として例えばi）温度の測定による直接の、即ち放射性検出器を用いない、鋳造レベルの正確な制御、ii）初期鋳造の改善された制御、iii）鋳型内のストランドの詰まりの初期段階の監視、及び／又はiv）ストランドシェルの固化のオンライン監視、が可能になる。
【００１６】
本発明により連鋳鋳型の物理量を測定するために使用される表面弾性波（ＳＡＷ）センサは、提案する応用に必須の、以下の３つの相補的な独自の特性を有する：
１．ＳＡＷセンサは、無線動作用に設計及び製造することができる。これは、ケーブルで連結されたセンサを、容認できる労力で設置できる数に関する現在の制限に対する、実行可能な回避策をもたらすものであるため、工業的に適用される連鋳鋳型にとって極めて重要である。
２．無線センサシステムの他の選択肢の殆どとは異なり、ＳＡＷセンサは完全にパッシブ式で動作することができ、即ち、問い合わせ信号のエネルギによって完全に電力供給され、従って、例えばバッテリ等のような内部電源を必要としない。これにより、ＳＡＷセンサは完全にメンテナンス不要となり、鋳型の典型的な寿命を大きく超える動作寿命を有する。
３．パッシブ式又はそうではない、既に確立されている無線問い合わせ可能なセンサシステムの全てに対して独自に、ＳＡＷセンサは、金属鋳造に利用するための鋳型キャビティ壁部における適用条件が必要とする２００℃を超える温度でも長時間動作するように設計及び製造することができる。
【００１７】
結果としてもたらされる、センサとリーダの間の信号ラインの少なくとも一部にわたる無線信号伝送能力、完全にパッシブ式のメンテナンス不要動作、及び連鋳鋳型での使用のための高温での適用可能性の組み合わせは、ここで開示する新規の設備独自のものである。
【００１８】
本発明の新規の特徴及び利点は、様々な適用及び／又は装置概要に関する本発明の様々な実施形態を例示する添付の図面から、最適に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明による連鋳鋳型の物理パラメータを測定するための装置の概略図である。
【図２】図２は、この装置の第２の実施形態の概略図である。
【図３】図３は、溶融した金属を金属ストランドに鋳造するための例示的な立て鋳造鋳型の長手方向断面図である。
【図４】図４は、例示的な立て鋳造鋳型の別の長手方向断面図である。
【図５】図５は、本発明による装置の概略図である。
【図６】図６は、鋳型キャビティ壁部に一体化された複数のセンサを有する装置の、別の設置例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明による装置を有する連鋳鋳型１を示し、この設備は、連鋳鋳型の物理パラメータを測定するためのパッシブ式無線問い合わせ可能表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスを備える。このようなＳＡＷセンサ４０は、好ましくは使用する周波数に最適化された同軸ケーブルである適切なＲＦ伝送ライン４１によって、センサ側アンテナ４２と電気的に接続されている。センサ側アンテナ４２は、適切なＳＡＷセンサリーダデバイス４４に接続された対応するリーダ側アンテナ４３に対面し、信号ライン内に無線リンク４５を形成する。提案する応用において、無線リンクの長さは典型的には５〜５００ｍｍの範囲であり；これ以外の距離も本発明の範囲内で容易に考案及び実現することができる。動作時、ＳＡＷリーダ４４は、センサ４０への信号ライン全体を通って輸送されるＲＦ問い合わせ信号を放出し、これによりセンサ情報及び任意にＩＤコードも含有する応答信号が生成される。次に、この応答が同一の信号ラインを通してＳＡＷリーダに送り返されて記憶され、例えば温度値等のセンサ読み取り情報に変換される。
【００２１】
想定した複数センサを用いる応用のために、本発明のこの基本的な実施形態を、例えば図１による装置を、設置するＳＡＷセンサの数だけ増やすことによって、複数の無線問い合わせ可能ＳＡＷセンサを用いることができるように適合させることができる。よってＳＡＷセンサはそれぞれ固有のセンサ側アンテナに接続され、様々なリーダ側アンテナは、別個のＳＡＷリーダに接続されるか、又は好ましくは、例えば適切な多重変換装置を介して１つの中央ＳＡＷリーダに接続される。
【００２２】
このような設備の動作時性能は、異なるセンサ間のクロストーク干渉によって厳しく制限される。これは、適切な耐衝突プロトコルを実装することによって有意に改善及び制御することができる。
【００２３】
複数のアンテナ対を伴うシステムは、とりわけi）送信／受信フィールドの意図しない重複を回避するための、異なるアンテナ対の十分な離間、ii）適切に成形された狭い送信／受信フィールドを整合させた複数のアンテナの使用、及び／又はiii）隣接するアンテナ対に対する、例えば垂直／水平又は左循環／右循環といった交番分極化の使用を含むがこれらに限定されない、空間定義域多重化（ＳＤＭ、又はＳＤＭＡ）法から利益を得ることができる。
【００２４】
しかし、センサの数が増加すると、センサの数とアンテナ対の数とが同等であることにより、この解決法は結局技術的及び／又は経済的に非実用的なものとなってしまう。よって、本発明の更なる実施形態（図２）では、適切なＲＦ伝送ライン４１によって複数のＳＡＷセンサ４０をジョイントセンサ側アンテナ４２、及びこれを通ってＳＡＷリーダ４４へと接続できる。２つ以上のＳＡＷセンサを１つのアンテナに接続するこのようなセンサラインの実用的な応用は好ましくは、Ｔ字型部品を備える同軸ケーブル及び適切な検知位置における分岐線を用いて実現することができる。複数のパッシブ式ＳＡＷデバイスを基本的に並列に１つのアンテナに接続するために必要なパッシブインピーダンス整合回路４２ａは、好ましくはアンテナ４２に一体化される。その他の可能な、応用に特化した有利な実施形態、例えば、単一のＳＡＷセンサをジョイントアンテナに接続する複数の同軸ケーブルの使用、又はパッシブインピーダンス整合回路の少なくとも一部分をＳＡＷセンサ若しくは／及びＴ字型部品に実装することは、当業者には容易に明らかとなるであろう。
【００２５】
このようなセンサラインを採用してアンテナ対の数を最小化することは、センサのクロストークを回避する耐衝突技術の実装を再び必要とする。ここで適切な特定の方法は、時間定義域多重化（ＴＤＭ、又はＴＤＭＡ）及び／又は周波数定義域多重化（ＦＤＭ、又はＦＤＭＡ）法である。
【００２６】
ＴＤＭでは、ジョイントアンテナに接続された単一のＳＡＷ要素を、通常の問い合わせ信号に反応して生成されるセンサ信号が一時的に互いに対してオフセットされるように設計する。よって、各センサは、センサ信号即ちセンサ読み取り情報及び最終的なＩＤコードが送り返される、固有の、ハードウェアコード化指定時間表示窓を有する。
【００２７】
ＦＤＭでは、ジョイントアンテナに接続された単一のＳＡＷデバイスを、異なる動作周波数用に設計する。ここでＳＡＷリーダは基本的に、接続されたＳＡＷセンサの事前に設定された動作範囲全体をスキャンする、広周波数幅にわたる信号を放出する。従って、特定の、設計によって決定される周波数帯域内のみで反応する各センサにより、１つのライン内の個々のセンサを区別することができる。鋳型及び鋳造スタンドを、これらが共に、センサ信号が無線伝送される閉鎖領域、基本的にはファラデー箱を形成するように設計することができるため、この方法は特に連鋳造鋳型における適用に便利である。よって、使用するＳＡＷ材料及び設計の必要に応じて周波数幅を自由に選択することができ、この周波数幅は、屋外で送信される場合のように、法的に規定された特定の周波数帯域及び／又はＲＦパワーレベルに限定されない。
【００２８】
主として信号生成ＳＡＷ要素の設計、選択した動作周波数帯域並びに／又は使用する特定の多重化及び逆多重化プロトコルに応じて、これらの方法では、典型的には４〜１０の別個のＳＡＷセンサを１つのジョイントアンテナに接続することができる。容易に交換可能な連鋳鋳型に設置できるセンサの数を更に増加させるために、異なる耐衝突技術を組み合わせることができ、これはしばしば有利である。ＴＤＭ及び／又はＦＤＭ耐衝突とＳＤＭ耐衝突とを組み合わせてＳＡＷセンサの数を増加させる本発明の好ましい実施形態を、２つの異なるセンサラインに関して図４に示す。この例示的実施形態では、各センサラインは複数のＳＡＷセンサ４０用のＴＤＭ又は／及びＦＤＭ技術を用いた耐衝突を特徴とする。１つのセンサライン内の全てのＳＡＷセンサは、ジョイントセンサ側アンテナ４２１、４２２に接続されており、これらはそれぞれ、対応するリーダ側アンテナ４３１、４３２に対面している。２つ（他の実施形態では２つ以上）のアンテナ対間のクロストーク、ひいては異なるセンサライン内のＳＡＷセンサを、上で概説したＳＤＭ技術を用いて制御することができる。
【００２９】
本発明の重要な実用的利点は、慣用のセンサプラットフォームを未だ共有した状態で、異なる物理パラメータを広い範囲にわたって測定するよう、ＳＡＷセンサを設計することができる点である。よって、１つのＳＡＷリーダシステムを用いて、複数のＳＡＷセンサに問い合わせることができるばかりか、異なる物理パラメータに関して問い合わせることさえできる。連鋳鋳型で用いるために特に重要なのは、温度並びに／又は例えば圧力、機械的歪み及び／若しくは力等の機械的パラメータを測定するＳＡＷセンサである。また、例えば温度と歪み等の２つ以上のパラメータを１つの検知デバイスで同時に測定するＳＡＷセンサを設計及び使用することもできる。
【００３０】
ここで採用するＳＡＷ要素の基本的な動作原理は、本発明にとって根本的な重要性を有さない、即ち、本発明は特定のＳＡＷセンサ設計、ＳＡＷ問い合わせ原理及び／又はデータ評価アルゴリズムに限定されない。しかし、特定の応用において、このような選択肢が狭められることがある。例えば、センサを明確に識別して、データ処理における正確な較正機能を割り当てることができるようにするために、例えば一体化されたＩＤコードを有するＳＡＷセンサが必要である場合、遅延ラインタイプのＳＡＷセンサがその他のセンサ設計の選択肢よりも好ましい。
【００３１】
連鋳鋳型での複数のＳＡＷセンサの使用のための第１の応用例は、溶融又は鋳造レベル、即ち鋳型内の溶融潤滑剤又は溶融／スラグ界面３１１の位置の測定である。鋳造レベルは、リアルタイムで正確かつ連続的に監視する必要がある主要なプロセスパラメータである。
【００３２】
この応用のための本発明の適切な実施形態は、図３〜図６に示すように、連鋳鋳型１の溶融レベル範囲内において鋳型壁部１１に設置されたＳＡＷ温度センサを備える。この目的に適した実施形態は、複数のＳＡＷ温度センサを単一の垂直な列内に配設することを含む。このような列で十分に高い空間的分解能を得られない場合、更なる実施形態では、ＳＡＷ温度センサ４０１を、関係のある１つ又は複数の領域をカバーする平行な列（図５）又は斜めのライン（図６）に配設する。これらの、又は同様のセンサパターンを、鋳型の反対側の壁部に、１つ又は複数のわずかなグリッドピッチだけ互いに垂直及び／又は水平にオフセットして設置することもできる。センサデータを組み合わせると、これによって、多すぎるセンサが距離的に近接して集中し互いに干渉し合うことによって鋳型壁部の静的な完全性を甚だしく損なうことなく、空間的分解能の高いセンサグリッドが得られる。
【００３３】
これらの実施形態のＳＡＷ温度センサ読み取り情報を組み合わせることにより、導関数の算出のようなデータの事前処理を経た結果、鋳型内の鋳造レベルの現在の位置とリアルタイムに相互関連することができる、鋳型壁部の温度プロファイルを生成することができる。
【００３４】
これと深く関連する第２の応用例は、鋳造中に鋳型内に形成されるメニスカスの形状の測定である。例えば特許文献５に概説されているように、メニスカスは鋳造速度に直接関係する波形を有する定常波を形成し、従ってこの波形を測定すると、タンディッシュから鋳型への溶融金属の実際の流れの直接的かつ信頼性の高い読み取り情報が得られる。図５及び６に例示した実施形態のような、水平方向に少なくとも３つの測定ポイントを有する２次元センサグリッドを用いて、鋳造速度を測定することができ、連鋳プロセスのプロセス制御を更に向上させることができる。
【００３５】
センサ動力学が十分に高ければ、鋳造レベル位置及び／又は形状の測定のための既に示した設備を、初期鋳造即ち鋳造の開始を監視するためにも使用することができる。このプロセスステップでは、鋳型壁部１１は、溶融金属３１を鋳型に充填するため、冷却剤１２の温度から標準鋳造温度に数秒以内に加熱される。これに続いて、この後の連鋳プロセスへの遷移は、典型的には５〜２０ｍｓ又はこれより良好な、数ミリ秒範囲の読み取り間隔を必要とする。これは、ＳＡＷ技術により、i）共振器タイプのＳＡＷセンサ、又はii）ＦＭＣＷ（周波数変調連続波）レーダ信号で問い合わせされる遅延ラインタイプのＳＡＷセンサを用いて最適に達成することができる。
【００３６】
ＳＡＷ温度センサは、発現しつつある欠陥状態の早期表示を確認するためにも使用することができる。最も重要な例は、下流へ移動してストランドを形成する代わりに、キャビティ壁部（の一部）にストランドの詰まりが生じることである。粘性の金属によって鋳造中の詰まりが発生すると、その早期段階でさえ、温度分布が標準プロセス条件と比較して変化するため、このような詰まりは、鋳型キャビティ壁部に差し込んだ温度センサグリッドによって、敏感に検出することができる。
【００３７】
これらの応用の両方は、典型的には信号の時間に対する過渡状態の評価を伴うため、特許文献４に示す熱電対設備の原理に従い、単一のＳＡＷセンサの鋳型キャビティ壁部への設置深さに差をつけるような温度センサの配置を採用することも、有利であり得る。典型的な銅ベースの鋳型キャビティ壁部の熱伝導は、熱源即ち液体金属から少なくとも２つの異なる距離に設置したＳＡＷセンサによって検知された温度の一時的なオフセットを生成する。適切なデータ評価アルゴリズムを用いると、この効果を用いて鋳型の状態の変化を敏感に検出することができる。
【００３８】
ＳＡＷセンサは、鋳造ストランドが鋳型を離れる前に固体シェルを形成する、鋳型の固化領域に適用して大きな効果を得ることもできる。具体的には、ストランドの中心部分で依然として液体状態である溶融金属は、鋳型を離れた後の薄すぎるシェルを突破して、高温の液体金属の流出及び方向転換を引き起こすため、シェルの厚さはここでは重要なパラメータである。固体のストランドのシェルの厚さは、鋳型内の温度測定及び／又は圧力測定から推測し得る。例えばストランドの詰まりの更なる指標としても機能し得るこのような圧力測定は、キャビティ内の圧力の直接的な測定により、又はキャビティ壁部の機械的歪みの測定により達成することができる。また、既に示したＳＡＷセンサの設計における温度及び圧力検知をそれぞれ温度及び歪み検知機能面として１つの要素内で組み合わせることも考えられる。
【００３９】
更に、典型的には副次的に、連鋳鋳型内のＳＡＷセンサの適用は、温度読み取り情報のばらつき及び／又は（事前）固着発生頻度の上昇をもたらすキャビティ内側表面の摩耗の増加によって、鋳型の摩耗及び破損状態を監視することを含むことができる。また、現在の鋳造鋳型の多くは、静的及び可撓性のキャビティ壁部を使用しているため、歪み及び力センサも用いて、このような設備を効率的に監視及び制御してもよい。
【００４０】
本開示によるＳＡＷセンサの実際の物理的実装は、特定の要件及び設置条件に応じて柔軟に適合させることができる。鋳造レベル及び／又は初期鋳造の監視のためには、図５に示すように、十分な数のＳＡＷ温度センサ４０１を、ただ鋳型の鋳造レベル部分に設置するだけで通常十分である。下部の冷却部分の物理パラメータも監視することを目的とする場合は、これらのセンサ４０２を、例えば図６に示すように設置することができる。
【００４１】
同様に、プロセスにとって必要及び有利であれば、鋳型１に固定されたセンサ側アンテナ４２、４２１、４２２と、鋳造スタンド２に設置されたリーダ側アンテナ４３、４３１、４３２との間に、１つ又は複数の双方向データリンク４５を配置することができる。図３は、アンテナ４２、４３を、鋳型及びその鋳造スタンドが形成する内部容積内に配設した例を示す。アンテナは、取り扱い及び保管中の損傷に耐え得るよう、極めて強固かつ堅牢に設計することができる。図４に例示するように、アンテナは、外部筐体１４等の鋳型の既存の部品に有利に一体化させることもできる。
【００４２】
ここに示した例示的実施形態以外に、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示に対して様々な変更及び改変を行うこと、並びにその均等物を採用することが可能であることは、当業者には明らかである。いずれの実施形態と共に示した要素は、特定の実施形態のために例示したものであり、本開示内のその他の実施形態にも使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2013537486.tif 000009
2013537486.tif 000010
2013537486.tif 000011