(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅板（１０）と、溶融金属（４０）が垂直方向に伸びる軸（Ｙ）に沿って流し込まれる鋳造中に銅板（１０）の温度を測定するために配置されている複数の温度測定点（２２）をそれぞれが有する複数の光ファイバー（２０）とを含む鋳型（１）であって、光ファイバー（２０）が、計算／測定された溶融流れに基づき、銅板（１０）に内蔵され、銅板の上端を含む少なくとも銅板の上部に配置されており、複数の穴（１２）が、光ファイバーを収容するために、軸（Ｙ）に平行及び／又は垂直に配置されており、光ファイバー（２０）を収容する穴（１２）がグループ化され、二つの隣接するグループ内の二つの隣接する穴の距離（ｄ２）が、同一グループ内の二つの隣接する穴の距離（ｄ３）よりも大きく、温度測定点の総数が少なくとも５００であることを特徴とする、鋳型。
【請求項２】
光ファイバーが、軸（Ｙ）と平行に、少なくとも銅板の上端から軸（Ｙ）に沿って下方向で上部３００ｍｍに配置されている、請求項１に記載の鋳型。
【請求項３】
光ファイバーが、軸（Ｙ）と垂直に、銅板の広い側面全体及び少なくとも銅板の上端から軸（Ｙ）に沿って下方向で上部４００ｍｍに配置されている、請求項１に記載の鋳型。
【請求項４】
光ファイバーが、互いに噛み合って、銅板の全域に配置されている、請求項１に記載の鋳型。
【請求項５】
穴のそれぞれが０．３〜１．２ｍｍの直径（ｄ１）を有する、請求項１に記載の鋳型。
【請求項６】
二つの隣接するグループ内の二つの隣接する穴の距離（ｄ２）が、１００〜４００ｍｍの範囲である、請求項１に記載の鋳型。
【請求項７】
同一グループ内の二つの隣接する穴の距離（ｄ３）が１０〜１００ｍｍの範囲である、請求項６に記載の鋳型。
【請求項８】
温度測定点の総数が少なくとも１５００である、請求項１に記載の鋳型。
【請求項９】
温度測定点の総数が少なくとも３０００である、請求項１に記載の鋳型。
【請求項１０】
少なくとも一の銅板を有する鋳型中の、垂直方向に伸びる軸（Ｙ）に沿って鋳型に流し込まれている溶融金属の温度分布を検出するための方法であって、
−  鋳型中の溶融金属の理想的な溶融流れを計算又は測定によって決定すること（Ｓ１０）、
−  計算／測定された溶融流れに基づき、銅板内に複数の光ファイバーを内蔵すること（Ｓ２０）、
−  銅板内部の光ファイバーを、銅板の上端を含む少なくとも銅板の上部に配置すること（Ｓ３０）、
−  光ファイバーを収容するために、複数の穴を軸に平行及び／又は垂直に配置すること（Ｓ２５）、
−  温度の測定結果を受信すること（Ｓ４０）、及び
−  温度の測定結果を理想条件中の理想の溶融流れの計算／測定された温度分布と比較すること（Ｓ５０）
を含み、
光ファイバー（２０）を収容する穴（１２）がグループ化され、二つの隣接するグループ内の二つの隣接する穴の距離（ｄ２）が、同一グループ内の二つの隣接する穴の距離（ｄ３）よりも大きく、温度測定点の総数が少なくとも５００であることを特徴とする、方法。
【請求項１１】
銅板内の測定された温度分布を継続してモニターすること（Ｓ４５）、測定された温度分布を理想条件中の計算／測定された温度分布と比較すること（Ｓ５０’）、及び、二つの温度分布の比較結果に基づき、銅板における温度勾配を検出すること（Ｓ６０）を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
銅板の上部内の測定された温度分布を継続してモニターすること（Ｓ４５’）、測定された温度分布を理想条件中の計算／測定された温度分布と比較すること（Ｓ５０’’）、及び二つの温度分布の比較結果に基づき、鋳型の左右の側面の温度パターンの偏差を検出すること（Ｓ６０’）を含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅板及び銅板の温度を測定するために配置されており、鋳造中に銅板の温度を測定するために配置されている複数の温度測定点をそれぞれが有する複数の光ファイバーを含む鋳型に関する。本発明はまた、少なくとも一の銅板を有する鋳型中の溶融金属の温度分布を検出するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
高速で作動している鋳型の温度をモニターすることが重要であることは、当該技術分野では知られている。
【０００３】
鋳造プロセス中、温度変化の典型的な周期は１０秒未満である。これは、温度が溶鋼の熱流束に依拠するためである。熱流束は、溶融温度、成形粉末特性及び溶鋼運動によって変化しうる。典型的には、溶鋼流れは鋳造プロセス中に変化し、これは、鋳型の動的な温度プロファイルをもたらす。温度が溶融金属表面層中で均一である場合、凝固はストランド幅にわたって均一である。一方、温度が溶融金属表面層中で均一ではない場合、鋳肌は凝固し、表面亀裂の危険性、介在物の巻き込み及び不均等な凝固シェルは増加する。また、凝固シェルが不均等である場合、構造強度及び凝固シェルの再溶融の両方の危険性があり、これは、シェルが破損し、鋼が流出して周囲の設備に大きな損傷を与えてしまう鋳型の下方でのいわゆるブレイクアウトをもたらす可能性がある。
【０００４】
典型的には、鋳型内の溶鋼の上面は、溶鋼が鋳型内をどのように流れるかをある程度明らかにする。溶鋼の流速及びパターンは、鋳造プロセスの安定性及び均質性並びに有益な凝固及び巻き込み洗浄条件を促進するために非常に重要であるため、上部溶鋼表面の形状の検出が不可欠である。上部の溶鋼表面の典型的な定在波の高さは１０ｍｍである。特に鋳造シーケンスの後期段階において、ランダムな目詰まりの影響は、しばしば鋳型内の非対称溶鋼流パターンにつながる。
【０００５】
温度決定は、鋳型の銅板の温度を測定することによってなされてもよい。銅板の温度を測定、決定及びモニターするために、熱電対が銅板の穴に取り付けられる。熱電対の数は、銅板の形状の制約により、例えば最大２０ピースに限定されている。したがって、測定された温度の空間分解能は低い。
【０００６】
最近の動向において、光ファイバーは、銅板の温度を測定するのに使用され、測定された温度のより高い分解能を達成する。
【０００７】
米国特許第２０１１／０１６７９０５号は、鋳型の銅板に取り外し可能に取り付けられており、ファイバー−光センサを含む測定用糸及び／又は測定用プローブを使用して、鋳型の高さを超える鋳造レベルの領域における温度分布を検出し、鋳造レベルの高さを決定することを含む方法を記載している。鋳造レベルの高さは、評価装置を使用して、検出された温度分布から決定される。温度検出のためのさらなる測定用プローブは、鋳型の下端の領域に取り外し可能に配置されうる。
【０００８】
ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００４９０１は、レーザー光線がセンサとして使用される光ファイバーを通過する、別の方法を記載している。溝は、鋳型の銅板の外側に設けられている。光ファイバーは、これらの溝に位置する。ファイバーは、溝内に蛇行した配置を有する。少なくとも二本のファイバーが各溝に配置されている。溝は、板の外側の冷却チャネルの間に位置するファイバーは固定側、取り外し可能な側、好ましくは鋳型の狭い両側に配置される。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、継続する鋳造の鋳型中のより正確かつ増加した空間分解能温度を達成し、結果的に、鋳造プロセスのよりよい制御を可能にし、それにより、より高い鋳鋼品質及びより高いプロセス安全性を達成することである。
【００１０】
第一の態様において、銅板と、溶融金属が軸に沿って流し込まれる鋳造中に銅板の温度を測定するために配置されている複数の温度測定点をそれぞれが有する複数の光ファイバーを含む鋳型であって、光ファイバーが銅板に内蔵されており、少なくとも銅板の上部の温度が測定されるように少なくとも銅板の上部に配置されている鋳型が存在する。
【００１１】
鋳造中、銅板は鋳型フラックスの薄層に隣接して位置しており、その反対側には凝固シェル及び溶鋼が位置している。少なくとも銅板の上部の全長の温度を測定することにより、凝固シェル及び溶融金属の温度を推定することができ、したがって、鋳造プロセスについての重要な情報が得られる。
【００１２】
鋳造プロセス中、銅板の温度は時間及び位置と共に変化する。温度感知は、銅板の温度分布をモニターするために、これらの変化をモニターできなければならない。
【００１３】
熱情報に関連した最良の鋳造実践について学習するため、凝固するシェルの不均質性及び欠点、ステッカー及びブレイクアウト傾向並びに流れパターン、非対称性及びスピードの変化についての情報を早い段階で抽出するために、銅板の上部をモニターすることが特に重要である。
【００１４】
光ファイバーを取り外し不可能に銅板内に内蔵／包埋することにより、非常にロバストで信頼性のある測定システムが達成される。
【００１５】
本発明の一実施態様において、光ファイバーは少なくとも銅板の上部３００ｍｍに配置されている。
【００１６】
本発明の別の実施態様において、光ファイバーは銅板の広い側面全体及び少なくとも上部４００ｍｍに配置されている。
【００１７】
本発明のさらなる実施態様において、光ファイバーは銅板の全域に配置されており、これは、鋳造中の全凝固シェル中の熱変化に関する完全な情報を収集すること及び熱情報に関連した最良の鋳造実践について学習することを可能にする。
【００１８】
光ファイバーを銅板に内蔵するために、複数の穴が、光ファイバーを収容するために鋳造方向の軸に平行及び／又は垂直に配置される。穴のそれぞれは０．３〜１．２ｍｍの直径を有する。穴はさらにグループ化されてもよく、二つのグループ間の距離は、１００〜４００ｍｍの範囲、好ましくは１５０〜４００ｍｍである。同一グループ内の二つの穴の間の距離は、１０〜１００ｍｍの範囲、好ましくは５０〜８０ｍｍである。
【００１９】
光ファイバーをグループにグループ化し、グループを間隔を空けて配置することにより、温度測定点の総数は少なくとも５００、あるいは１５００に達することがあり、したがって、高分解能を達成する。より高い温度及び位置測定分解能を達成するために、少なくとも３０００の温度測定点の総数が配置されうる。
【００２０】
本発明の第二の態様において、本発明は、少なくとも一の銅板を有する鋳型中の、軸に沿って鋳型に流し込まれている溶融金属の温度分布を検出するための方法であって、鋳型中の溶融金属の理想的な溶融流れを計算又は測定によって決定すること、計算／測定された実際の溶融流れに基づき、銅板内に複数の光ファイバーを内蔵すること、銅板内部の光ファイバーを少なくとも銅板の上部に配置すること、温度の測定結果を受信すること、及び、温度の測定結果を理想条件中の理想の溶融流れの計算／測定された分布と比較することを含む方法がある。
【００２１】
本発明の一実施態様において、該方法は、光ファイバーを銅板に収容するために、複数の穴を、光ファイバーを収容するための鋳造方向の軸に平行及び／又は垂直に配置することを含む。
【００２２】
本発明のさらに別の実施態様において、該方法は、温度の測定値を受信した後、測定された結果を理想溶融流れと比較することによって銅板の温度分布を決定する工程を含む。
【００２３】
本発明のさらに別の実施態様において、該方法は、銅板内の測定された温度分布を継続してモニターすること、測定された温度分布を理想条件中の計算／測定された分布と比較すること、及び、比較結果に基づき、高い空間的温度勾配を検出することをさらに含む。
【００２４】
本発明のさらなる実施態様において、該方法は、銅板の上部内の測定された温度分布を継続してモニターすること、測定された温度分布を理想条件中の計算／測定された分布と比較すること、及び、比較結果に基づき、鋳型の左右の側面の温度パターンの偏差を検出することを含む。
【００２５】
ここで本発明を、本発明の様々な実施形態の記述と、添付の図面を参照することによって、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一の実施態様による鋳型の側面透視概略図を説明しており、複数の光ファイバーが鋳型の銅板の上部領域に内蔵されている。
【図１ａ】図１ａの実施態様の鋳型の断面を示す。
【図１ｂ】本発明の第二の実施態様による鋳型の断面図を説明しており、複数の光ファイバーが、銅板の上端から少なくとも３００ｍｍに垂直に内蔵されている。
【図１ｃ】本発明の第三の実施態様による鋳型の断面図を説明しており、複数の光ファイバーが、銅板の上端から少なくとも４００ｍｍに水平に内蔵されている。
【図１ｄ】本発明の第四の実施態様による鋳型の断面図を説明しており、複数の光ファイバーが、互いに噛み合って、銅板の広い側面全域に内蔵されている。
【図２】本発明の第五の実施態様による鋳型の側面透視概略図を説明しており、光ファイバーが一緒にグループ化されている。
【図３】図１による鋳型の銅板に内蔵された光ファイバーを説明する。
【図４】本発明の実施態様による溶融金属の温度分布を検出するフローチャートを示す。
【図５】鋳型銅板の測定された温度の図を示す。
【図６−１】本発明の別の実施態様による局所温度偏差を検出するフローチャートを示す。
【図６−２】局所温度偏差中の鋳型銅板の測定された温度の図を示す。
【図７−１】本発明のさらなる実施態様による鋳型の温度をモニターするフローチャートを示す。
【図７−２】偏流中の鋳型銅板の測定された温度及び結果として生じる非対称性の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の範囲は、提示された実施形態に限定されるべきではなく、当業者にとって明らかである他の実施形態を包括することを理解されたい。
【００２８】
図１は、溶融金属４０、例えば鋼、銅又はアルミニウムを鋳造するための鋳型１の側面透視図である。鋳型１は、ノズル又は注ぎ口２及び所望の形の空洞３を含む。この例においては、長方形の空洞が説明される。空洞３は、典型的には、広い側面と狭い側面を有する長方形の形で構成され、外部構造３０及び内部銅板１０をさらに含む。溶融金属４０は、鋳造中に空洞３を満たす。鋳型フラックスの薄層５０は、溶融金属と銅板との間に形成され、銅板１０の全域をカバーすることができ、したがって、溶融金属４０を内部銅板１０との直接接触から分離する。
【００２９】
鋳造プロセス中、溶融金属４０は、ノズル又は注ぎ口２を通じて、空洞３に注がれ、凝固する。凝固部分はまた、鋳造ストランドとしても知られており、スラブ又はビレットとして、鋳型から引き出される。鋳造ストランドの表面の凝固は、鋳型中の溶融金属の温度分布により決定されることが知られている。
【００３０】
溶融金属の温度分布をモニターするため、複数の光ファイバー２０が、内部銅板の内部に固定して内蔵される。複数の光ファイバー２０のそれぞれは、銅板の温度を測定するために配置された複数の温度測定／感知点２２を有する。光ファイバー２０のそれぞれにある温度測定／感知点２２の総数は、例えば４０〜１００の範囲でありうる。図３は、複数の測定点２２を有する光ファイバー２０を説明する。温度は、軸Ｙに沿って溶融金属を鋳型に流し込む間に、測定され、収集され、分析される。ここで鋳造方向は矢印Ａで表される。光ファイバーの導入は、固体シェルの欠陥、流れパターンにおけるブレイクアウトの傾向及び偏差についての情報を抽出することを可能にし、したがって、熱情報に関連した鋳造プロセスのよりよい制御を提供する。さらに、固定して内蔵された光ファイバー２０は、ロバストで容易な導入を提供する。
【００３１】
図１において、光ファイバー２０は、少なくとも銅板の上部の温度が感知され、測定されるように、銅板の上部に配置される。内蔵構造を容易にするために、複数の穴１２が銅板１０に配置され、穴１２のそれぞれは光ファイバー２０を収容するように構成されている。
【００３２】
図１ａは、本発明の一例による鋳型の断面図を示し、穴１２が銅板の上端から銅板へ、軸Ｙに平行に、即ち、鋳造の方向に沿って配置されており、光ファイバーが層版に固定して内蔵されていることを示す。
【００３３】
図１ｂは、本発明の別の例の断面図を示し、ここで、穴１２は、軸Ｙに平行に、光ファイバー１２を収容するための銅板の広い側面の上部から少なくとも３００ｍｍで、銅板に配置される。この例において、配置は、高さ９００ｍｍ、幅１８５０ｍｍ及び厚さ３０〜５０ｍｍの銅板に適用される。しかしながら、適切な調整を伴って他の寸法へも同様に適用されうる。
【００３４】
さらに、穴２０はまた、図１ｃで説明されるように、軸Ｙに垂直に配置されてもよい。この例において穴１２は、光ファイバーが銅板の上端及び広い側面から４００ｍｍをカバーする領域を測定しうるように、配置される。
【００３５】
図１ｄに示されるさらに別の実施態様は、光ファイバー２０が銅板の全域を測定しうるように、穴１２が互いに噛み合って、光ファイバーを収納するための銅板の全域に配置されることである。
【００３６】
図１、１ａ−１ｄに示される上記のあらゆる場合において、穴２０は、溶融金属に面する側面から５〜２０ｍｍ、好ましくは３〜２０ｍｍで銅板に配置される。
【００３７】
図２を参照すると、穴１２のそれぞれは０．３〜１．２ｍｍの直径を有する。一方では、小さな穴が鋳型銅板の強度に小さな衝撃を有するため、穴はこの範囲で構成されることが有利である。他方では、温度変化に対する時定数は、光ファイバー及び穴の直径に依拠する。穴の直径が小さいことにより、時定数は短くなり、銅板の温度変化に対する検出時間は速くなる。穴２０はさらにグループ化されてもよく、二つのグループ間の距離ｄ２は、鋳型の寸法に応じて、１００〜４００ｍｍの範囲、好ましくは１５０〜４００ｍｍである。図５は、１６００ｍｍの広い側面幅を有するスラブ、ノズルが置かれる鋳型の中部／中心、及び間の二点について、銅板において測定された温度の図を示す。図のＸ軸は、鋳型の中部／中心からの距離であり、Ｙ軸は銅板の上部からの距離を示す空間温度変化は、特に銅板の上部で生じる。したがって、この領域に光ファイバーを置くことによって、温度変化が捕捉される。溶融金属の熱分布の空間変化を捕捉するため、同一グループ内の二つの穴の間の距離ｄ３は、１０〜１００ｍｍの範囲、好ましくは５０〜８０ｍｍである。グループ内の光ファイバーの配置は、鋳造条件が熱モニタリングに関して特別な注意を要するドメインを作成する銅板の特定の領域に、より良い局所分解及び感知点密度を提供する。
【００３８】
光ファイバーをグループにグループ化し、グループを間隔を空けて配置することにより、温度測定点の総数は少なくとも５００、あるいは１５００に達することがあり、したがって、高分解能を達成する。より高い温度及び位置測定分解能を達成するために、より高い温度及び位置の正確性が達成されうるように、少なくとも３０００の温度測定点の総数が配置されうる。
【００３９】
図１、１ａ−１ｃ及び２に示される光ファイバー２０は、温度分析ユニットにさらに接続されてもよく、広帯域光はそこから光ファイバー２０へ導かれる。各光ファイバーに沿った測定／感知点の温度は、よく知られた分析法、例えばファイバー・ブラッグ・グレーティング法、略してＦＢＧ法により決定されうる。該方法の原理は、米国特許公開第２０１１／０１６７９０５号にみられる。記載するように、ファイバー・ブラッグ・グレーティング法の詳細設計が広く知られている。局所測定分解は、グレーティングされた測定／感知点の間隔の機能である。ＦＢＧに使用される分析法は、ＯＦＤＲ（周波数領域後方散乱測定法）又はＯＴＤＲ（光時間領域反射測定法）でありうる。測定された温度を分析することにより、鋳造プロセスは、鋳型中の特に興味のあるメニスカス領域付近の熱画像によってよりよくモニターされうる。測定及び分析された温度のさらなる適用は、銅板中の凝固シェル及び熱流速における機械的応力の同定でありうる。
【００４０】
図１、１ａ−ｄ及び２は、光ファイバーは鋳型の一銅板内部に配置される説明するが、鋳型全体の周囲長の周りの高い測定分解を達成するために、鋳型の他の銅板に光ファイバーを配置することも可能であることを理解するべきである。
【００４１】
図４は、少なくとも一の銅板を有する鋳型中の溶融金属の温度分布を検出するフローチャートを示し、鋳型中の溶融金属の理想的な溶融流れを計算又は測定によって決定すること（Ｓ１０）、計算／測定された実際の溶融流れに基づき、銅板内に複数の光ファイバーを内蔵すること（Ｓ２０）、銅板内部の光ファイバーを少なくとも銅板の上部に配置すること（Ｓ３０）、温度の測定結果を受信すること（Ｓ４０）、及び、温度の測定結果を理想条件中の理想の溶融流れの計算／測定された分布と比較すること（Ｓ５０）を含む。この方法において、銅板の上部領域における温度分布と溶融金属の明らかな特徴を関連付けることは、温度の測定結果に基づいて決定することができ、理想の流れパターンと比較することができる。
【００４２】
図６−１は、本発明の別の実施態様に従って、凝固金属シェル中の局所温度偏差を検出するフローチャートを示し、ここで、該方法は、銅板内の測定された温度分布を継続してモニターすること（Ｓ４５）、測定された温度分布を理想条件中の計算／測定された分布と比較すること（５０’）、及び、比較結果に基づき、高い空間的温度勾配を検出すること（Ｓ６０）をさらに含む。そのようなホット又はコールドスポットは、スラブの質及び鋳造プロセス安定性に関する大きな結果を伴い、ステッカー、ブレイクアウト又は亀裂を示すことができた。空間温度勾配は、垂直及び水平の両方の方向で評価され、０．４〜５Ｋ／ｍｍの最大ではあるが限定されない勾配が検出されうる。図６−２は、局所温度偏差中の鋳型銅板の測定された温度の図を示す。−４００ｍｍに位置する軽く色づけられた縦すじは、縦方向のシェル亀裂の位置でストランドから鋳型への減少した熱交換によって潜在的に引き起こされる鋳型の局所低温領域を示す。示された低温のすじは、左右の側面に対する水平方向での強い温度勾配により囲まれる。
【００４３】
図７−１は、本発明のさらなる実施態様に従って、比較結果に基づき、鋳型の左右の側面の温度パターンの偏差を検出するフローチャートを示し、ここで、該方法は、銅板の上部内の測定された温度分布を継続してモニターすること（Ｓ４５’）、測定された温度分布を理想条件中の計算／測定された分布と比較すること（Ｓ５０’’）、及び、比較結果に基づき、鋳型の左右の側面の温度パターンの偏差を検出すること（Ｓ６０）を含む。この方法において、流れの非対称性が検出されうる。そのような非対称性は、スラブの質に関する大きな結果を伴うノズルのつまりによって引き起こされる偏流を示す可能性がある。１〜１００ｍｍの上部の溶鋼表面の定在波の高さが検出されうる。
【００４４】
図７−２は、偏流中の鋳型銅板の測定された温度及び結果として生じる非対称性の図を示す。−５００ｍｍでの左側面上からの波高点５０ｍｍは、鋳型の右側面よりもはるかに顕著なメニスカスを示す。この非対称のメニスカス形状は、左側面により強い流れをもたらすノズルの詰まりによって潜在的に引き起こされる。左右の側面の間の定在波の差異は、偏ったメニスカス流れを検出する。
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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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６−１】
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【図６−２】
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【図７−１】
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【図７−２】
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