(57)【要約】【課題】複雑な機構を伴わずに、十分なリフトオフで鋳片に対して非接触に超音波の透過信号を計測し、鋳片の厚みを測定することが可能な凝固シェル厚測定方法および装置を提供することを目的とする。【解決手段】連続鋳造される鋳片を挟んで、該鋳片の対向する面に一対に配置した、圧電型振動子と局部水浸ノズルから構成される、第一の超音波センサーおよび第二の超音波センサーと、該第一および第二の超音波センサーに送信波を送信する波形送信部と、前記第一および第二の超音波センサーの受信信号を増幅する超音波信号受信部と、前記局部水浸ノズルの流量を制御する流量制御部と、前記超音波信号受信部からの信号から、鋳片内部を通過するのに要した時間ｔおよび鋳片の厚みＤを求め、求めた厚みＤ、時間ｔと、鋳片の凝固部での音速と未凝固部の音速から凝固シェルの厚みの算出を行う演算部とを備える。【選択図】図１
2008076125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造される鋳片を挟んで、該鋳片の対向する面に配置された、圧電型振動子と局部水浸ノズルから構成される、第一の超音波センサーおよび第二の超音波センサーを用いて、局部水浸法により鋳片の凝固シェル厚を求める鋳片の凝固シェル厚測定方法であって、
第一の超音波センサーから超音波を送信して、第二の超音波センサーで超音波の透過信号を受信して、第一の超音波センサーの振動子から第二の超音波センサーの振動子まで伝播するのに要した時間ｔ１を計測するステップと、
第一の超音波センサーから超音波を送信して、前記鋳片表面で反射した表面反射信号を第一の超音波センサーで受信して、第一の超音波センサーの圧電型振動子から対向する鋳片表面までの距離Ｗ１を超音波が伝播するのに要した時間ｔ２を計測するステップと、
第二の超音波センサーから超音波を送信して、前記鋳片表面で反射した表面反射信号を第二の超音波センサーで受信して、第二の超音波センサーの圧電型振動子から対向する鋳片表面までの距離Ｗ２を超音波が伝播するのに要した時間ｔ３を計測するステップと、
前記時間ｔ１，時間ｔ２、時間ｔ３から、鋳片内部を通過するのに要した時間ｔおよび鋳片の厚みＤを求め、求めた厚みＤ、時間ｔと、鋳片の凝固部での音速と未凝固部の音速から凝固シェルの厚みを測定するステップとを備えたことを特徴とする凝固シェル厚測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の凝固シェル厚測定方法において、
前記凝固シェルの厚みを測定するステップは、
前記時間ｔ１から前記時間ｔ２および時間ｔ３を減算して前記時間ｔを求め、前記時間ｔ２に水中音速を乗じて前記距離Ｗ１を求め、前記時間ｔ３に水中音速を乗じて前記距離Ｗ２を求め、第一の超音波の圧電型振動子と第二の超音波の圧電型振動子との距離Ｄａから前記距離Ｗ１と距離Ｗ２を減算して鋳片の厚みＤを求めることを特徴とする凝固シェル厚測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の凝固シェル厚測定方法において、
前記局部水浸ノズルの流量を、前記透過信号が所望の受信信号レベルになるように制御することを特徴とする凝固シェル厚測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の凝固シェル厚測定方法において、
前記時間ｔ１を計測するステップは、
超音波の送受信を複数回行い、超音波の受信信号強度が所定値以上の場合のみ、時間ｔ１を算出することを特徴とする凝固シェル厚測定方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の凝固シェル厚測定方法において、
鋳片が第一の超音波センサーと第二の超音波センサーとの間に存在していない時に、第一の超音波センサーの局部水浸部と第二の超音波センサーの局部水浸部を結合して、一方の超音波センサーから超音波を送信し、もう一方の超音波センサーで透過信号を受信し、超音波が伝播するのに要した時間ｔ４を計測し、この時間ｔ４から前記距離Ｄａを校正することを特徴とする凝固シェル厚測定方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の凝固シェル厚測定方法において、
前記時間ｔ１を計測するステップと、前記時間ｔ２を計測するステップおよび時間ｔ３を計測するステップは、異なる時間に行うようにしたことを特徴とする凝固シェル厚測定方法。
【請求項７】
連続鋳造される鋳片を挟んで、該鋳片の対向する面に一対に配置した、圧電型振動子と局部水浸ノズルから構成される、第一の超音波センサーおよび第二の超音波センサーと、
該第一および第二の超音波センサーに送信波を送信する波形送信部と、
前記第一および第二の超音波センサーの受信信号を増幅する超音波信号受信部と、
前記局部水浸ノズルの流量を制御する流量制御部と、
前記超音波信号受信部からの信号から、鋳片内部を通過するのに要した時間ｔおよび鋳片の厚みＤを求め、求めた厚みＤ、時間ｔと、鋳片の凝固部での音速と未凝固部の音速から凝固シェルの厚みの算出を行う演算部とを備えることを特徴とする凝固シェル厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の連続鋳造において、鋳片の凝固層の厚み（凝固シェル厚み）を測定する凝固シェル厚測定方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造では、鋳型に溶鋼を注入し、鋳型内で溶鋼が鋳型と接して冷却されて薄い凝固層（凝固シェル）を形成させて、徐々に鋳型から鋳片を引き抜きながら冷却して凝固シェルを鋳片中心に向かって成長させて、完全に凝固した鋳片を製造する。
【０００３】
鋳型内から鋳片を引き抜いた際に、鋳型内で形成される凝固シェルの厚みが十分ではなかったり、輻射熱により凝固シェルが溶解して薄くなったりすると、溶鋼の静圧に耐えられずに鋳型直下で凝固シェルが破れ、溶鋼が流出するブレークアウトが起きてしまう。一度、ブレークアウトが起きると、連続鋳造の長時間操業停止や連続鋳造設備損傷といった重大事故となる。そのため、鋳型直下で起きるブレークアウトを予知するために凝固シェルの厚みを測定する必要がある。
【０００４】
これまでに凝固シェルの厚みを測定する方法として、鋳片内部を透過する超音波の伝播時間ｔ、凝固シェルの厚みｄ、鋳片の厚みＤ、凝固シェルでの音速Ｖｓ、および未凝固部での音速ＶＬが、以下の（１）式の関係にあることを利用する方法が知られている。
【０００５】
【数１】
2008076125.tif 000003
さらに（１）式から、凝固シェルの厚みｄは、鋳片の厚みＤ、凝固シェルでの音速Ｖｓ、未凝固部での音速ＶＬ、および鋳片内部を透過する超音波の伝播時間ｔが得られれば、（２）式により求めることが可能となる。
【０００６】
【数２】
2008076125.tif 000004
しかしながら、（２）式から凝固シェル厚を求める際、鋳片の厚みＤの誤差が凝固シェルの厚みｄの測定誤差に大きく影響するため、凝固シェルの厚みを精度良く測定するには、超音波が透過した部位での鋳片の厚みＤの正確な計測が必要となってくる。
【０００７】
これに対して、特許文献１では、電磁超音波センサーにタッチロールを取り付け、昇降装置によって、計測時のみ電磁超音波センサーを鋳片に設置させ、電磁超音波センサーの昇降量から鋳片の厚みも同時に計測する技術が開示されている。
【０００８】
以下に、発明の開示で参照する文献についても、合わせて記載する。
【特許文献１】特開昭６０−３１００８号公報
【非特許文献１】W.KURTZ and B.Lux: Arch.Eisenhhutten wes.,39 (1968),S521
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電磁超音波センサーの感度を十分にとるためには、リフトオフ（センサーと鋳片とのギャップ）を数ｍｍ程度にする必要があり、特許文献１で開示されている技術のようにタッチロールでセンサーを鋳片に押し付ける方法では、数100℃以上を超え、かつスケールも多い環境下で連続的に使用すると、センサーと鋳片の間にスケールが詰まってセンサーを破壊したり、倣いロールが固着して、センサーが鋳造ロールに巻き込まれたりするなどの問題がある。
【００１０】
さらに、鋳型直下では巨大な昇降装置を取り付けるスペースを確保することが困難であり、また複雑な機構を伴う装置はメンテナンスの面でも好ましくないという問題もある。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複雑な機構を伴わずに、十分なリフトオフで鋳片に対して非接触に超音波の透過信号を計測し、鋳片の厚みを測定することが可能な凝固シェル厚測定方法および装置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】
【００１２】
本発明の請求項１に係る発明は、連続鋳造される鋳片を挟んで、該鋳片の対向する面に配置された、圧電型振動子と局部水浸ノズルから構成される、第一の超音波センサーおよび第二の超音波センサーを用いて、局部水浸法により鋳片の凝固シェル厚を求める鋳片の凝固シェル厚測定方法であって、第一の超音波センサーから超音波を送信して、第二の超音波センサーで超音波の透過信号を受信して、第一の超音波センサーの振動子から第二の超音波センサーの振動子まで伝播するのに要した時間ｔ１を計測するステップと、第一の超音波センサーから超音波を送信して、前記鋳片表面で反射した表面反射信号を第一の超音波センサーで受信して、第一の超音波センサーの圧電型振動子から対向する鋳片表面までの距離Ｗ１を超音波が伝播するのに要した時間ｔ２を計測するステップと、第二の超音波センサーから超音波を送信して、前記鋳片表面で反射した表面反射信号を第二の超音波センサーで受信して、第二の超音波センサーの圧電型振動子から対向する鋳片表面までの距離Ｗ２を超音波が伝播するのに要した時間ｔ３を計測するステップと、前記時間ｔ１，時間ｔ２、時間ｔ３から、鋳片内部を通過するのに要した時間ｔおよび鋳片の厚みＤを求め、求めた厚みＤ、時間ｔと、鋳片の凝固部での音速と未凝固部の音速から凝固シェルの厚みを測定するステップとを備えたことを特徴とする凝固シェル厚測定方法である。
【００１３】
また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の凝固シェル厚測定方法において、前記凝固シェルの厚みを測定するステップは、前記時間ｔ１から前記時間ｔ２および時間ｔ３を減算して前記時間ｔを求め、前記時間ｔ２に水中音速を乗じて前記距離Ｗ１を求め、前記時間ｔ３に水中音速を乗じて前記距離Ｗ２を求め、第一の超音波の圧電型振動子と第二の超音波の圧電型振動子との距離Ｄａから前記距離Ｗ１と距離Ｗ２を減算して鋳片の厚みＤを求めることを特徴とする凝固シェル厚測定方法である。
【００１４】
また本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の凝固シェル厚測定方法において、前記局部水浸ノズルの流量を、前記透過信号が所望の受信信号レベルになるように制御することを特徴とする凝固シェル厚測定方法である。
【００１５】
また本発明の請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の凝固シェル厚測定方法において、前記時間ｔ１を計測するステップは、超音波の送受信を複数回行い、超音波の受信信号強度が所定値以上の場合のみ、時間ｔ１を算出することを特徴とする凝固シェル厚測定方法である。
【００１６】
また本発明の請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の凝固シェル厚測定方法において、鋳片が第一の超音波センサーと第二の超音波センサーとの間に存在していない時に、第一の超音波センサーの局部水浸部と第二の超音波センサーの局部水浸部を結合して、一方の超音波センサーから超音波を送信し、もう一方の超音波センサーで透過信号を受信し、超音波が伝播するのに要した時間ｔ４を計測し、この時間ｔ４から前記距離Ｄａを校正することを特徴とする凝固シェル厚測定方法である。
【００１７】
また本発明の請求項６に係る発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の凝固シェル厚測定方法において、前記時間ｔ１を計測するステップと、前記時間ｔ２を計測するステップおよび時間ｔ３を計測するステップは、異なる時間に行うようにしたことを特徴とする凝固シェル厚測定方法である。
【００１８】
さらに本発明の請求項７に係る発明は、連続鋳造される鋳片を挟んで、該鋳片の対向する面に一対に配置した、圧電型振動子と局部水浸ノズルから構成される、第一の超音波センサーおよび第二の超音波センサーと、該第一および第二の超音波センサーに送信波を送信する波形送信部と、前記第一および第二の超音波センサーの受信信号を増幅する超音波信号受信部と、前記局部水浸ノズルの流量を制御する流量制御部と、前記超音波信号受信部からの信号から、鋳片内部を通過するのに要した時間ｔおよび鋳片の厚みＤを求め、求めた厚みＤ、時間ｔと、鋳片の凝固部での音速と未凝固部の音速から凝固シェルの厚みの算出を行う演算部とを備えることを特徴とする凝固シェル厚測定装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、連続鋳造される鋳片の対向する面に一対に配置した、圧電型振動子と局部水浸ノズルから構成される、第一の超音波センサーおよび第二の超音波センサーそれぞれの局部水浸部の流速を、前記鋳片表面が核沸騰膜状態に、かつ前記局部水浸部内に生じた沸騰膜及び気泡を押し流すように設定し、鋳片表面の計測する部位を冷却するようにして、第一の超音波センサーおよび第二の超音波センサーでの送受信を行うようにしたので、複雑な機構を伴わずに、十分なリフトオフで鋳片に対して非接触に超音波の透過信号を計測し、高い精度で鋳片および鋳片の凝固層の厚みを測定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明について図面および数式を参照して以下に具体的に説明する。
【００２１】
図１は、本発明を実施するための最良の形態を示す図である。図１中、１は鋳型から引き抜かれた鋳片の凝固シェル部、２は鋳型から引き抜かれた鋳片の未凝固シェル部、３は第一の圧電型振動子、４は第二の圧電型振動子、５は第一の水柱ノズル（局部水浸ノズル）、６は第二の水柱ノズル（局部水浸ノズル）、７は水柱部、８はパルス送信手段、９は信号線接続切替用スイッチSW、１０は受信信号増幅手段、１１は受信信号記憶手段、１２は計測評価手段をそれぞれ表す。流量制御装置は、水柱ノズルからの流量を制御する装置である。
【００２２】
図２は、超音波伝播経路を説明する図である。図２中、１３は第一の振動子と鋳片表面までの距離Ｗ１、１４は鋳片の厚みＤ、１５は第二の振動子と鋳片までの距離Ｗ２、１６は第一の振動子と第二の振動子との距離Ｄaをそれぞれ表す。さらに、図３は、超音波伝播経路による受信信号の違いを説明する図である。
【００２３】
本発明では超音波の音響結合方法として、いわゆる局部水浸法、すなわち水柱法、部分水浸法、および噴流水浸法を用いている。一般的に、熱間材に対しては、音響結合に水を用いた場合、表面に生じた沸騰膜が鋳片への超音波の入射が妨げてしまうので、適用はできないとされている。本発明では局部水浸部の水を高速かつ高圧な流れとして、水柱の鋳片への衝突圧を増やして鋳片を冷却することで鋳片表面に生じる沸騰膜の状態を核沸騰膜状態にして、生じた沸騰膜および気泡を押し流すように、受信される信号強度が所定レベルになるように局部水浸部の水流の流量を流量制御装置で制御することで、鋳片との音響結合を行なう。
【００２４】
［第1の実施形態］
第一の圧電型振動子３と第二の圧電型振動子４は、図１に示すように、ともに各水柱ノズル(第一の水柱ノズル５および第二の水柱ノズル６)に組み込み、鋳片を挟んで対向するように配置する。このように配置することで、鋳片の透過エコーT（図２における経路１を伝播）と鋳片表面からの反射エコーS1（図２における経路２を伝播）およびS2（図２における経路３を伝播）を計測して、各伝播時間を計測して凝固シェルの厚みを測定する。
【００２５】
パルス送信手段８は、第一の圧電型振動子３および第二の圧電型振動子４を駆動するための電気パルスを、毎秒数１００〜数１０００発程度送信する送信部である。駆動された第一の圧電型振動子３および第二の圧電型振動子４からは超音波が送信され、鋳片表面で反射したエコーS1を第一の圧電型振動子３で、エコーS2及び鋳片を透過伝播した透過エコーＴを第二の圧電型振動子４で受信する。
【００２６】
なお、透過エコーＴは第一の振動子で受信しても、以下の動作は同じであることはいうまでもない。なお、このとき、各振動子で受信する信号の強度が、ノイズレベルと分離できないときは、局部水浸部の水流の流量を増加させて、ノイズよりエコーＴ，Ｓ１，Ｓ２の信号強度を大きくさせることが好ましい。
【００２７】
[第２の実施形態]
上述した第1の実施形態においては、送信する超音波の音圧を１とすると、鋳片表面からの反射エコーの音圧は0.94程度、鋳片を透過するエコーの音圧は0.12程度と小さく、さらに、鋳片を透過するエコーは鋳片内部での散乱減衰の影響をうけることから、鋳片表面からの反射エコーに比べて非常に小さい音圧となる。したがって、第1の実施形態のように、第一の振動子と第二の振動子を同時に駆動して、超音波の送受信を行い、一度に透過エコーＴ、反射エコーS1およびS2を計測した場合、鋳片の成分、温度など製造条件が異なる検査対象によっては、反射エコーのS1とS2の尾引きノイズに重なったり、ベースノイズに埋もれてしまい、受信信号レベルが小さい透過エコーＴをS/N良く受信することができないことが起こり得る。
【００２８】
そこで、例えば、パルス送信毎にSW（信号線接続切替スイッチ）9-1、9-2を切り替えて、表面からの反射エコーS1およびS2を計測するタイミングと透過エコーＴを計測するタイミングを異ならせて、反射エコーＳ１，Ｓ２と透過エコーＴとを確実に分離できるようにすることが望ましい。さらに、受信信号増幅部についてもパルス送信毎に、反射エコーS1およびS2、透過エコーＴに応じて適切な増幅ができるように増幅ゲインを切り替えることが好ましい。
【００２９】
以下に、ここでの動作を説明する。SW9-1、9-2ともにONとすると、第一の振動子と第二の振動子が同時に駆動されて超音波が送信され、図２（Ａ）に示す経路２と経路３を伝播する、反射エコーS1が第一の振動子で、反射エコーS2が第二の振動子で受信される。また、このままＳＷをＯＮとしておくと、鋳片を透過するエコーＴも受信されてしまうので、透過エコーＴが受信される前に、ＳＷをＯＦＦとする。
【００３０】
なお、透過エコーと受信されたエコーは、各振動子で電気信号に変換されて受信信号増幅手段で増幅され、超音波記憶手段に記憶される。このとき、記憶される信号は、図３（Ａ）に示すような反射エコーS1と反射エコーS2が重畳された波形となる。この際、反射エコーＳ１とＳ２の伝播距離は同じであると、両者の伝播時間が同じとなるので、両者とを分離できなくなる。
【００３１】
したがって、計測評価手段１２においては、反射エコーS1と反射エコーS2の伝播時間を読み取る際、バルジングによる水距離W1とW2の変化量も考慮し、反射エコーS1と反射エコーS2は伝播時間軸上で完全に分離できるように、つまり、反射エコーＳ１と反射エコーＳ２の伝播時間が明確に異なるように、第一の超音波振動子および第二の超音波振動子の伝播距離を異ならせて配置する必要がある。
【００３２】
本発明では、第一の水柱ノズルの長さN1と第二の水柱ノズルの長さN2とに、長さDsだけの差をつけることで分離できるように工夫した。ここで図４を用いて、反射エコーS1と反射エコーS2を、伝播時間軸上で完全に分離できるようにする方法を説明する。図４中、１７は第一の水柱ノズルの長さN1、１８は第二の水柱ノズルの長さN2、１９は片側におけるバルジング量である。Dsは、凝固シェル厚みを測定する箇所における片側での最大バルジング量Db、水の音速Cwから次式で求めるようにした。
【００３３】
【数３】
2008076125.tif 000005
式（３）において、αは、図４中に示す反射エコーＳ１の変化範囲と反射エコーＳ２の変化範囲との伝播時間軸上でのマージンに相当する。通常は、α＝０でもよいが、確実にＳ１とＳ２とを分離するためには、α＞0として、αを大きな値とすることが好ましい。
【００３４】
式（３）に基づいて、ノズルの長さ｜N1−N2｜=DsとなるようにN1とN２を設定することで、反射エコーS1とS2を伝播時間軸上で重ならないように分離して、各伝播時間を計測可能となる。
【００３５】
SWがOFFのときは、第一の振動子のみが駆動され超音波が送信され、図３（B）に示す経路１伝播する透過エコーＴが、第二の振動子で受信される。受信されたエコーは、第二の振動子で電気信号に変換されて受信信号増幅手段１０で増幅され超音波記憶手段１１に記憶される。
【００３６】
受信信号増幅手段以降は、図中に記載されていないＡ／Ｄ変換器によってデジタル化することで、PCやDSPなどを用いてソフトウェア的に実現している。受信信号記憶手段１０は、パルス送信手段８からの送信パルスに対応した受信信号を記憶する際、一発ずつでも構わないし、複数の信号を記憶していっても良い。
【００３７】
次に、計測評価手段について説明する。計測評価手段１２では、透過エコーＴと反射エコーＳ１およびＳ２から、凝固シェルの厚みｄを算出する。
【００３８】
まず、受信信号記憶手段に記憶された信号を用いて、図３（B）に示す透過エコーＴから経路３を伝播するのに要した時間ｔ１を、鋳片表面からの反射エコーS1から経路１（距離＝２×Ｗ１）および反射エコーS2から経路２（距離＝２×Ｗ２）を伝播するのに要した時間ｔ２，ｔ３を計測する。
【００３９】
各伝播時間の計測は、それぞれにゲートを設け、ゲート内での最大振幅のエコーを探索し、そのエコーの伝播時間を計測するようにする。超音波が鋳片内部を透過するのに要した時間ｔと時間ｔ１、ｔ２、ｔ３との関係は、次式（４）で表される。
【００４０】
【数４】
2008076125.tif 000006
したがって、式（４）を変形した式（５）から、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３を計測することによって、時間ｔが算出される。
【００４１】
【数５】
2008076125.tif 000007
また、時間ｔ２とｔ３、および水の音速Cwから、次式（６）および（７）で距離W1と距離W2を算出することができる。
【００４２】
【数６】
2008076125.tif 000008
【００４３】
【数７】
2008076125.tif 000009
これより、鋳片の厚みDを振動子間の距離Daと距離W1および距離W2を用いて、数式（８）を用いて求める。
【００４４】
【数８】
2008076125.tif 000010
算出された鋳片の厚みＤ、鋳片内部のみを伝播するのに要した時間ｔ、予め設定される凝固シェルでの音速Vs、未凝固部の音速ＶＬとから、前述の（２）式を用いて凝固シェルの厚みｄを算出する。未凝固部の音速VLは、非特許文献１で報告されている、実験値３９３０ｍ／ｓとすればよい。
【００４５】
また、凝固シェルでの音速Vsは温度で変化するので、解析的や操業経験的に温度に関する情報に基づいて設定すればよい。例えば、鋳造速度や水柱部の流速の設定値や測定値に基づいて設定するようにすればよい。このときは、鋳造速度が速ければ鋳片温度が高くなるので音速Vsを遅めに設定し、鋳造速度が遅ければ鋳片温度が低くなるので音速Vsを速めに設定する。また水柱部の流速が速ければ鋳片温度が低くなるので音速Vsを速めに設定し、流速が遅ければ温度が高くなるので音速Vsを遅めに設定する。また、鋳片の表面温度を測定して、その表面温度に基づいて設定してもよい。
【００４６】
なお、振動子間の距離Daについては、鋳片が第一の超音波センサーと第二の超音波センサーとの間を通過していないときに、第一の水柱ノズルの水柱部と第二の水柱ノズルの水柱部を繋げて、第一の超音波センサーから超音波を送信し、第二の超音波センサーで透過エコーRwを受信して、その伝播時間ｔ４を計測し、この時間ｔ４から次式で距離Daを校正するようにしてもよい。これにより、熱による超音波振動子間の距離の変化や、経時変化による誤差をなくすことができる。
【００４７】
【数９】
2008076125.tif 000011
なお、ＳＷ9-1、9-2を同時に切り替えて、透過エコーＴと反射エコーＳ１，Ｓ２とを２回の測定で分離するようにしたが、ＳＷ9-1とＳＷ9-2をＯＮにするタイミングを異ならせて、第一の振動子と第二の振動子を駆動を異なるタイミングにして、取り込むようにしてもよい。この場合は、測定は３回となるが、この場合には、第一の超音波振動子と第二の超音波振動子の受信は完全に分離されるので、伝搬距離を同じであっても、検出が可能である。
【実施例】
【００４８】
図５は、本発明の一実施例を示す図である。図中、２０はタイミング制御手段、２１は受信信号初期増幅手段、２２はスイッチSW2、２３は有効信号選出手段、２４は操業データベース、２５は鋳造速度制御手段、２６は表示手段である。なお、図１と符号が重なる部分については、説明を省略する。
【００４９】
図６は、有効信号選出手段における信号判定方法を説明する図である。実施例ではパルス送信毎にタイミング制御手段によりSW1とSW2を切り替えて、透過エコーＴと表面反射エコーS1およびS2を交互に受信できるようにしている。
【００５０】
透過エコーＴを受信したときは、SW2をｃｈ１に切り替え、受信された透過エコーＴは受信信号初期増幅手段２１で初期増幅され、さらに受信信号増幅手段１０で増幅することで、極小さな信号を図中には記載されていないA/D変換器で、十分にA/D変換できる信号振幅のレベルまで増幅し、超音波記憶手段１１に記憶する。
【００５１】
表面反射エコーを受信したときは、SW2をｃｈ２に切り替えて、受信信号初期増幅手段で増幅された信号を超音波記憶手段１１に記憶する。
【００５２】
前述したとおり、本発明では水を介して音響結合を行なう。しかし、沸騰膜や気泡を除去しきれず、音響結合することができないときがある。このとき、透過エコーＴのエコーレベルは低下する。音響結合することができなかったときは、伝播時間ｔ１を計測することができなくなり、凝固シェルの厚みを算出することができない。そこで、有効信号選出手段２３で音響結合されたときの超音波エコーのみを選出して、計測評価手段１４で凝固シェル厚みを算出するようにしている。
【００５３】
図６に示すように、超音波記憶手段にはパルス送信毎にＳＷ１とＳＷ２が切り替わり、交互に表面反射エコーＳ１およびＳ２と透過エコーＴが記憶される。この交互に記憶された反射エコーＳ１およびＳ２と透過エコーＴを一組として、凝固シェルの厚みの算出を行なう。
【００５４】
有効信号選出手段２３では、透過エコーＴに対して、時間軸方向にゲート範囲と信号レベルに対して判定用閾値を設定する。十分に音響結合していれば、強い透過信号が受信されるが、音響結合されていなければ、超音波は透過せずに透過エコーＴは弱まるので、ゲート内の信号の強さが判定閾値以上であれば、十分に音響結合されて透過してきた有効な振動であると判定し、閾値より低ければ、十分に音響結合されていない無効な信号であると判定する。図６の場合、（１）と（３）の組が有効と判定しており、これら有効と判定されたとき信号のみを用いて計測評価手段で凝固シェルの厚みの算出を行なう。
【００５５】
２４は操業データベースで、ブレークアウトの発生有無、凝固シェルの厚み、鋳造速度、冷却パターンや冷却水量などをデータベース化しておく。また２５は、鋳造速度制御手段で、算出された凝固シェル厚みを操業データベースと照らし合わせる。照らし合わせ結果、ブレークアウト発生の危険があると判定した場合は、鋳造速度を遅くしてシェルが十分に成長するように制御する。そして、２６は表示手段であり、算出された凝固シェル厚みを表示する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明を実施するための最良の形態を示す図である。
【図２】超音波伝播経路を説明する図である。
【図３】超音波伝播経路による受信信号の違いを説明する図である。
【図４】水柱ノズルの長さの設定方法を説明する図である。
【図５】本発明の第一の実施例を説明する図である。
【図６】有効信号選出手段における信号判定方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００５７】
１        鋳型から引き抜かれた鋳片の凝固シェル部
２        鋳型から引き抜かれた鋳片の未凝固シェル部
３        第一の圧電型振動子
４        第二の圧電型振動子
５        第一の水柱ノズル（局部水浸ノズル）
６        第二の水柱ノズル（局部水浸ノズル）
７        水柱部
８        パルス送信手段
９        信号線接続切替用スイッチSW
１０        受信信号増幅手段
１１        受信信号記憶手段
１２        計測評価手段
１３        第一の振動子と鋳片表面までの距離Ｗ１
１４        鋳片の厚みＤ
１５        第二の振動子と鋳片までの距離Ｗ２
１６        第一の振動子と第二の振動子との距離Ｄa
１７        第一の水柱ノズルの長さN1
１８        第二の水柱ノズルの長さN2
１９        片側におけるバルジング量
２０        タイミング制御手段
２１        受信信号初期増幅手段
２２        スイッチSW2
２３        有効信号選出手段
２４        操業データベース
２５        鋳造速度制御手段
２６        表示手段
【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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