(57)【要約】【課題】  多量の水や水蒸気等が存在する苛酷な雰囲気下でも、長時間、安定的に鋳片表面温度を測定できる鋳片表面温度の測定装置および鋳片表面温度の測定方法を提供する。【解決手段】本発明に係る鋳片表面温度の測定装置は、鋳片１の表面に対してほぼ垂直に交流磁場を印加する励磁コイル２と、前記鋳片１の表面温度によって変化した磁力線を検出するために交流磁場を検出する検出コイル３と、前記検出コイルで交流磁場を検出することによって得られた誘導起電力と予め定めた対応関係データから前記鋳片１の表面温度を導出する表面温度導出手段と、を具備し、前記対応関係データは、予め定めたキュリー点以下の鋳片表面温度と誘導起電力との対応関係を表すデータであることを特徴とする。【選択図】      図２
2008256605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳片の表面に対してほぼ垂直に交流磁場を印加する磁場励磁手段と、
前記鋳片の表面温度によって変化した磁力線を検出するために交流磁場を検出する磁場検出手段と、
前記磁場検出手段で交流磁場を検出することによって得られた誘導起電力と予め定めた対応関係データから前記鋳片の表面温度を導出する表面温度導出手段と、
を具備し、
前記対応関係データは、予め定めたキュリー点以下の鋳片表面温度と誘導起電力との対応関係を表すデータであることを特徴とする鋳片表面温度の測定装置。
【請求項２】
請求項１において、前記対応関係データが鋳片表面温度と誘導起電力との対応関係を数式で表した較正式であることを特徴とする鋳片表面温度の測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記磁場励磁手段はソレノイド状の励磁コイルを有しており、前記磁場検出手段はソレノイド状の検出コイルを有しており、前記検出コイルは前記鋳片の表面に対して前記励磁コイルよりも離して配置されていることを特徴とする鋳片表面温度の測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記鋳片は、鋳型を用いて鋳型下方から引き抜く連続鋳造によって得られるスラブであり、前記磁場励磁手段および前記磁場検出手段は、鋳型直下で鋳片短辺側を冷却する冷却帯よりも下方の鋳片短辺側に配置されていることを特徴とする鋳片表面温度の測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記磁場励磁手段によって励磁される磁場の印加周波数は０．５Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下であることを特徴とする鋳片表面温度の測定装置。
【請求項６】
鋳片の表面に対してほぼ垂直に交流磁場を磁場励磁手段によって印加するとともに、前記鋳片の表面温度によって変化した磁力線を検出するための磁場検出手段によって交流磁場を検出し、
前記磁場検出手段で交流磁場を検出することによって得られた誘導起電力と予め定めた対応関係データから前記鋳片の表面温度を導出することを有し、
前記対応関係データは、予め定めたキュリー点以下の鋳片表面温度と誘導起電力との対応関係を表すデータであることを特徴とする鋳片表面温度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、苛酷な雰囲気下でも、長時間、安定的に鋳片表面温度を測定できる鋳片表面温度の測定装置および鋳片表面温度の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラブの連続鋳造において、表面および内部品質が良好な高品位鋳片を高い生産性で鋳造するには、ブレークアウト等の操業トラブルの発生を防止することが必要である。ブレークアウトを防止する方法には次のようなものがある。鋳型内の銅板表面に凝固シェルが完全に拘束されると、その凝固シェルの温度がキュリー点まで低下する。そこで、凝固シェルの温度がキュリー点まで低下したことを検出することにより、凝固シェルの拘束を検知して鋳片の引き抜きを一旦停止する方法である。詳細には、外部から直流磁場を鋳型内の鋳片に印加して凝固シェルを磁化するとともにその磁力線の変化を検出することにより、凝固シェルがキュリー点まで低下したか否かを検出することができる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公昭５６−７４５６号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、鋳型内に注入される溶鋼流に偏りが生じ、溶鋼流が凝固シェルに衝突した際の凝固シェルの再溶解が顕著になると、局部的な凝固シェル厚が不足し、その結果、孔あき性ブレークアウトと呼ばれる操業トラブルを招くことがある。このような操業トラブルは、上述したような凝固シェルがキュリー点まで低下したことを検出する方法では十分に防止することができない。つまり、孔あき性ブレークアウトは、鋳片表面の温度を正確に測定して鋳片表面を適切な温度に制御することができれば避けることができる。そこで、次に鋳片表面の温度測定方法について説明する。
【０００５】
まず、鋳片表面の温度を放射温度計によって測定する方法がある。しかし、放射温度計で測定する場合は測定部位によっては制約がある。具体的には、測定部位と放射温度計との間の雰囲気に水蒸気や水がないこと、水蒸気や水がある場合は水蒸気や水の影響を受けないように放射温度計前面の水蒸気や水を高圧空気で吹き飛ばしながら測定することが必要となる。
【０００６】
上述した放射温度計を用いて孔あき性ブレークアウトを防止する場合、鋳型直下の鋳片表面温度を管理する必要がある。つまり、鋳型直下に放射温度計を配置して鋳型直下の鋳片表面温度を測定することにより、孔あき性ブレークアウトが起こるほどに鋳片表面温度が上昇するのを検出することができ、その結果、孔あき性ブレークアウトの発生を未然に防止することができる。しかし、鋳型直下では鋳片を多量の水で冷却しているため、放射温度計と鋳片表面との間は、多量の水、水蒸気、パウダー、スケール等が飛散する苛酷な雰囲気である。このため、高圧空気を用いたとしても放射温度計では鋳片表面温度を正確に測定することは極めて困難である。
【０００７】
また、上記のような苛酷な雰囲気に比較的強いと考えられる、波長が１μｍ以下の短波長領域を利用した放射温度計も考案されている。しかし、この放射温度計を用いたとしても測定データのばらつきが大きく、安定した測定をすることは困難である。
【０００８】
また、鋳片表面温度を測定する他の方法には、鋳型銅板内に多数の熱電対を埋め込み、その熱電対によって鋳片表面の温度変化を監視する方法があり、それにより孔あき性ブレークアウトを未然に防止することが考えられる。しかし、この方法では、鋳型内の湯面レベル近傍であれば鋳片表面温度の変化を感度良く測定できるが、鋳型下方では鋳片表面と鋳型内銅板との間にエアギャップが生じているため、鋳片表面温度を正確に測定することが困難である。
【０００９】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、多量の水や水蒸気等が存在する苛酷な雰囲気下でも、長時間、安定的に鋳片表面温度を測定できる鋳片表面温度の測定装置および鋳片表面温度の測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る鋳片表面温度の測定装置は、鋳片の表面に対してほぼ垂直に交流磁場を印加する磁場励磁手段と、
前記鋳片の表面温度によって変化した磁力線を検出するために交流磁場を検出する磁場検出手段と、
前記磁場検出手段で交流磁場を検出することによって得られた誘導起電力と予め定めた対応関係データから前記鋳片の表面温度を導出する表面温度導出手段と、
を具備し、
前記対応関係データは、予め定めたキュリー点以下の鋳片表面温度と誘導起電力との対応関係を表すデータであることを特徴とする。
なお、前記対応関係データにおける鋳片表面温度の下限はキュリー点マイナス１００℃程度が好ましい。その理由は、鋼はキュリー点を境に比透磁率が１から２００程度まで急激に変化するためである。
【００１１】
また、本発明に係る鋳片表面温度の測定装置において、前記対応関係データが鋳片表面温度と誘導起電力との対応関係を数式で表した較正式であっても良い。
【００１２】
また、本発明に係る鋳片表面温度の測定装置において、前記磁場励磁手段はソレノイド状の励磁コイルを有しており、前記磁場検出手段はソレノイド状の検出コイルを有しており、前記検出コイルは前記鋳片の表面に対して前記励磁コイルよりも離して配置されていることが好ましい。これにより、鋳片が印加磁場中を移動する場合でも鋳片の移動による誘導磁場の影響を少なくすることができ、より正確に鋳片表面温度を測定することができる。
【００１３】
また、本発明に係る鋳片表面温度の測定装置において、前記鋳片は、鋳型を用いて鋳型下方から引き抜く連続鋳造によって得られるスラブであり、前記磁場励磁手段および前記磁場検出手段は、鋳型直下で鋳片短辺側を冷却する冷却帯よりも下方の鋳片短辺側に配置されていることも可能である。これにより、鋳片短辺側を冷却する冷却帯で鋳片表面温度をキュリー点以下まで一旦冷却し、その直後に、復熱により鋳片表面温度が上昇する部分の表面温度を測定することができる。
【００１４】
また、本発明に係る鋳片表面温度の測定装置において、前記磁場励磁手段によって励磁される磁場の印加周波数は０．５Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る鋳片表面温度の測定方法は、鋳片の表面に対してほぼ垂直に交流磁場を磁場励磁手段によって印加するとともに、前記鋳片の表面温度によって変化した磁力線を検出するための磁場検出手段によって交流磁場を検出し、
前記磁場検出手段で交流磁場を検出することによって得られた誘導起電力と予め定めた対応関係データから前記鋳片の表面温度を導出することを有し、
前記対応関係データは、予め定めたキュリー点以下の鋳片表面温度と誘導起電力との対応関係を表すデータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明によれば、多量の水や水蒸気等が存在する苛酷な雰囲気下でも、長時間、安定的に鋳片表面温度を測定できる鋳片表面温度の測定装置および鋳片表面温度の測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施の形態では、内部が直方体形状の鋳型を用いてスラブを下方から引き抜いて連続鋳造する際に鋳型直下の鋳片表面温度を測定する装置および方法について説明する。
【００１８】
鋳型の長辺側の下方では、鋳型直下から引き抜かれた鋳片が最終的に凝固する位置の近傍まで多数のロールで鋳片が支えられているが、短辺側の下方では、鋳型直下に設けられた数本のロールで鋳片が支えられているに過ぎない。そのため、鋳片の長辺側はロール間に冷却用のノズルチップを凝固完了位置まで配して冷却することができるが、短辺側では鋳型直下のロールがある範囲内で表面温度を低下させ溶鋼ヘッドに耐えうる凝固シェル厚を確保する必要がある。従って、鋳型直下の鋳片の短辺側を水等で強冷却することになり、それによって鋳片表面は図１に模式的に示すような温度パターンとなる。図１で注目すべきは、鋳片の短辺側からの強冷却によって鋳片表面温度が一旦キュリー点Ｔｃ以下まで低下した後、復熱により上昇する点である。キュリー点は磁気変態点であり、鋼はキュリー点を境に比透磁率が１から２００程度まで急激に変化するという性質を持つ。本実施の形態は、この性質を利用した温度センサーを用いて鋳片表面温度を測定するものである。
【００１９】
図２（Ａ）は、鋳片表面温度を測定する基本原理を説明するための模式図であり、図２（Ｂ）は、本発明の実施の形態による鋳片表面温度の測定装置を詳細に示す構成図である。
【００２０】
図２（Ａ）に示すように、鋳片表面温度を測定する基本原理は、鋳片１の表面に垂直磁場を励磁コイル２によって印加すると鋳片１の表面温度によって磁力線が変化し、その磁力線の変化を検出コイル３で検出し、この検出によって得られた誘導起電力と予め定めた鋳片表面温度と誘導起電力との較正式を用いることにより鋳片１の表面温度を測定するものである。
【００２１】
より詳細に説明すると、図２（Ａ）に示すように、本実施の形態による鋳片表面温度の測定装置の主な構成は、鋳片１の表面に対して交流磁場を印加するためのソレノイド状の励磁コイル２と、磁力線の変化を検出するためのソレノイド状の検出コイル３と、予め定めた鋳片表面温度と誘導起電力との関係を示す較正式を用いて鋳片表面温度を算出する算出手段（図示せず）とを有するものである。検出コイル３は、励磁コイル２よりも後方に、即ち鋳片１の表面に対して励磁コイル２よりも離して配置される。その理由は、検出コイルを鋳片１に接近させて配置すると鋳片１が鋳造速度で印加磁場中を移動することによる誘導磁場の影響を受けて正確に磁力線の変化を検出できなくなるからである。
【００２２】
図２（Ｂ）に示すように、励磁コイル２は、外径３０ｍｍのガラスエポキシ製パイプ４に外径１ｍｍのポリエステル被覆銅線５を５００回巻いたものである。また、検出コイル３は、前記ガラスエポキシ製パイプ４に外径０．３ｍｍのポリエステル被覆銅線６を４０回巻いたものである。なお、励磁コイル２および検出コイル３のコイル一式はセンサーとしてステンレス製円筒ケース（図示せず）に収納され、この円筒ケース内は乾燥空気で強制冷却されている。
【００２３】
励磁コイル２には定電流アンプ７が配線によって接続されており、この定電流アンプ７には発振器８が接続されている。検出コイル３には信号処理器９が配線によって接続されている。この信号処理器９は、オペアンプや抵抗、コンデンサ等で構成され、電圧増幅およびローパスフィルターやバンドパスフィルター等のフィルター処理機能を持つものである。この信号処理器９にはロックインアンプ１０が接続されている。このロックインアンプ１０は、定電流アンプ７から１．５Ｈｚの信号を参照信号として取り込み、同一周波数の電圧の大きさを出力するアナログ機器であり、参照信号との位相差も検出できる。
【００２４】
なお、信号処理器９およびロックインアンプ１０をパソコンで代替処理することもできる。その場合は、検出コイル３で検出された信号を、ＡＤ変換器を通してパソコンに取り込み、信号処理器９とロックインアンプ１０の機能をソフトプログラムで実現すれば良い。
【００２５】
上記測定装置は鋳型直下で鋳片１の短辺側を強冷却する冷却帯よりも下方の鋳片短辺側に固定される。冷却帯よりも下方に固定する理由は、鋳片１は、鋳型直下の冷却帯で鋳片表面温度がキュリー点以下まで一旦冷却され、その直後に、復熱により鋳片表面温度が上昇する部分の表面温度を測定するためである。
【００２６】
この測定装置において、発振器８で１．５Ｈｚの交流信号を作り、その信号を定電流アンプ７で一定の大きさの交流電流に増幅して励磁コイル２に通電することにより、励磁コイル２は交番磁束φを鋳片１に励磁する。即ち、励磁コイル２によって鋳片１の短辺側の表面に対してほぼ垂直に交流磁場が印加される。そして、鋳片１の表面温度がキュリー点以上の場合は、図２（Ａ）の破線で示すように真空中と同様に磁場が広がりながら鋳片１の内部まで侵入する。鋳片１の表面が磁性を帯びると、実線で示すようにその部位に磁場が集中することにより磁力線が大幅に変化する。この磁力線の変化は、鋳片１の表面温度、即ち、鋳片１の表面の透磁率によって決まる。そこで、その磁力線の変化を検出コイル３によって検出する。
【００２７】
検出コイル３による磁力線の変化の検出を詳細に説明する。検出コイル３には、Ｎ×ｄφｃ／ｄｔ（Ｎ：検出コイルの巻数、φｃ：検出コイルの鎖交磁束数、ｔ：時間）の交流電圧が誘起される。その交流電圧は、信号処理器９で５Ｈｚのローパスフィルターを介してノイズ除去するとともにロックインアンプ１０で処理され、１．５Ｈｚの周波数成分の電圧値を検出する。つまり、鋳片１の表面温度によって交番磁束φの分布が変わると、検出コイル３の鎖交磁束数φｃが変わるため、検出コイル３に誘起される交流電圧が変化し、この変化する交流電圧を検出する。このように磁力線の変化を検出コイル３で検出することによって得られた誘導起電力と前記較正式から前記算出手段によって鋳片１の表面温度を算出する。このようにして鋳片１の表面温度を測定することができる。
【００２８】
前記基本原理で説明したように、前記測定装置で鋳片表面温度を測定するには、鋳片表面温度と誘導起電力（即ち、検出コイル３によって検出される電圧）との関係を示す較正式を予め定めておく必要がある。そこで、その較正式の一例を導出するための実験を行ったので、その実験および結果について以下に説明する。
【００２９】
図３は、鋳片温度（鋳片表面温度）と電圧（検出コイル３によって検出された電圧）の関係を示す図である。図４は、図３に示す７００℃からキュリー点Ｔｃまでの温度領域における電圧と鋳片表面温度との関係を示す図である。この関係式、即ち、電圧と鋳片表面温度の関係を示す較正式は、下記式（１）に示すとおりである。
なお、ｘは、検出コイル３によって検出された電圧Ｚ１から６．２５Ｖを減算した値であり、ｙは、鋳片表面温度（℃）であり、Ｒは相関係数である。
【００３０】
ｙ＝−20665ｘ３＋8752.8ｘ２−1390.8ｘ＋785.83    （１）
Ｒ２＝0.9967
【００３１】
実験では、鋳片サンプルを加熱炉によって１２００℃程度まで加熱し、この加熱した鋳片サンプルの表面に垂直磁場を印加するように図２（Ｂ）に示す測定装置を配置し、この測定装置を、ガラスエポキシ製パイプ４と鋳片サンプル表面との距離が３０ｍｍとなるような位置に固定した。また、鋳片サンプル表面から３ｍｍ内部に熱電対をセットし、鋳片サンプルの温度を測定した。その結果を図３に示している。
【００３２】
図３に示すように、高温側では検出コイル３によって検出された電圧がほぼ一定であるが、キュリー点Ｔｃを境に急激に電圧が変化することが確認された。また、電圧が急激に変化する温度領域について、温度と電圧の関係は例えば図４に示すような多項式近似を行うことで上記式（１）のような関係式（較正式）を得ることができる。これは、本実施の形態による測定装置が、キュリー点近傍での透磁率の変化による磁気特性の変化を感度良く検出できることを示しており、例えばキュリー点からキュリー点マイナス１００℃の温度領域で鋳片表面の温度計として活用できることを意味している。
【００３３】
また、発振器８から発振して励磁コイル２に印加する周波数は０．５Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下とすることが好ましい。０．５Ｈｚより低周波数側であると検出コイル３から検出される信号を位相検波する際の時定数が１分以上必要となり、測定装置の応答速度が遅くなるためである。一方、２０Ｈｚより高周波側であると、磁場が浸透する深さである表皮深さが薄くなるため、磁場がより鋳片表面に集中することになる。図５に示すように、２０Ｈｚまでは比透磁率が２００程度であったとしても表皮深さを１０ｍｍ程度（０．０１ｍ程度）確保できる。この意味は、鋳片表面はオシレーションマーク等の凹凸があり、それに加えてバルジング等により鋳片表面と測定装置との間の距離が微妙に変動しているため、周波数が高くなるとその影響を受けやすくなるので、表皮深さを１０ｍｍ程度確保できるのが好ましいということである。よって、周波数の上限は２０Ｈｚとするのが好ましい。
【実施例】
【００３４】
本発明の鋳片表面温度の測定装置としての有効性を確認するための実験を行った。その実験の条件は、下記に示すとおりである。
【００３５】
（実験条件）
鋳片幅：１０００〜１８００ｍｍ
鋳造速度：０．７５〜１．２ｍ／分
鋼種：中炭素Ａｌ−キルド鋼
センサー設置位置（測定装置の設置位置）：鋳型内湯面レベルから１ｍ下方であって鋳型短辺冷却帯の直下
センサー（測定装置）と鋳片表面との距離：３０ｍｍ
励磁コイルに印加する交流電流の周波数：１．５Ｈｚ
【００３６】
本実施例では、測定装置を鋳型に固定することにより測定装置が鋳型短辺直下に設置されている。このため、鋳片の幅を種々変更するべく鋳型を調整したとしても、測定装置と鋳片表面間距離をほぼ一定にすること、即ち励磁コイルによって鋳片の短辺側の表面に対してほぼ垂直に印加される交流磁場をほぼ一定にすることができる。
【００３７】
図６（ａ）は、上記実験条件における測定装置を従来の放射温度計に代えて行った比較実験の測定結果であって、測定した時間と鋳片表面の温度との関係を示す図である。図６（ｂ）は、上記実験条件による測定結果であって、測定した時間と鋳片表面温度との関係を示す図である。
【００３８】
図６（ａ）に示すように、比較実験では、放射温度計と鋳片表面との間に存在する水膜、水蒸気の影響を受けたため、測定値が大きくばらついており、鋳片表面温度を正確に測定することができなかった。これに対し、図６（ｂ）に示すように、本実施例による実験結果では、本発明の測定装置を用いれば鋳片表面温度を安定して測定できることが確認された。
【００３９】
上記実施の形態および実施例によれば、前述した測定装置を用いることにより、鋼の連続鋳造を行う鋳型の直下であって多量の水や水蒸気等が存在する苛酷な雰囲気下においても、鋳片表面温度を長時間、直接的にかつ安定的に測定することができる。換言すれば、鋳型直下の冷却帯で鋳片表面温度がキュリー点以下まで一旦冷却され、その直後に、復熱により鋳片表面温度が上昇する部分の表面温度を長時間、直接的にかつ安定的に測定することができる。また、鋳片サイズに依存することなく鋳片表面温度を測定することができる。従って、本発明の測定装置および測定方法を用いることで操業異常であるブレークアウトや溶鋼流に偏りが生じる偏流の検知が可能となる。
【００４０】
尚、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、鋳片表面温度を測定する際、鋳型直下の鋳片の短辺側の両方それぞれに前述した測定装置を配置し、一方の測定装置によって測定された鋳片表面温度がキュリー点を超えたことを検出した場合に孔あき性ブレークアウトの発生のおそれがあると認識し、連続鋳造を一旦停止することでブレークアウトの発生を未然に防止する方法を採用することも可能である。
【００４１】
また、上記実施の形態では、予め定めた鋳片表面温度と誘導起電力との較正式を用いることにより鋳片１の表面温度を導出しているが、予め定めた鋳片表面温度と誘導起電力との対応関係を表す対応関係データ（例えば図４に示す対応関係を表すデータ）を用いることにより鋳片１の表面温度を導出することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】鋳型直下の鋳片短辺側を強冷却しながらスラブを下方から引き抜いて連続鋳造するプロセスにおける湯面からの距離とスラブ表面温度との関係を示す図である。
【図２】（Ａ）は鋳片表面温度を測定する基本原理を説明するための模式図であり、（Ｂ）は本発明の実施の形態による鋳片表面温度の測定装置を詳細に示す構成図である。
【図３】鋳片温度と電圧の関係を示す図である。
【図４】図３に示す７００℃からキュリー点Ｔｃまでの温度領域における電圧と鋳片表面温度との関係を示す図である。
【図５】励磁コイルに印加する周波数と表皮深さとの関係を示す図である。
【図６】（ａ）は比較実験の測定結果であって測定した時間と鋳片表面温度との関係を示す図であり、（ｂ）は実施例による測定結果であって測定した時間と鋳片表面温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  鋳片
２  励磁コイル
３  検出コイル
４  ガラスエポキシ製パイプ
５  外径１ｍｍのポリエステル被覆銅線
６  外径０．３ｍｍのポリエステル被覆銅線
７  定電流アンプ
８  発振器
９  信号処理器
１０  ロックインアンプ
【図１】
2008256605.tif 000003
【図２】
2008256605.tif 000004
【図３】
2008256605.tif 000005
【図４】
2008256605.tif 000006
【図５】
2008256605.tif 000007
【図６】
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