(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力部と、
入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算する演算部と、
演算された稼動面における温度に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する判定部とを有し、
前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記鋳型または金型の焼き付き発生の判定であって、
該判定が、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点以上となったときに、前記焼き付きが発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【請求項２】
鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力部と、
入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算する演算部と、
演算された稼動面における温度に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する判定部とを有し、
前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記鋳型または金型の焼き付き発生の判定であって、
該判定が、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点から、前記鋳型と前記鋳造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点から、前記金型と前記鍛造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったときに、前記焼き付きが発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【請求項３】
鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力部と、
入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度および熱流速を演算する演算部と、
演算された稼動面における温度および熱流速に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する判定部とを有し、
前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記稼動面における空隙発生の判定であって、
前記演算部では、更に、前記鋳型と前記鋳型で鋳造する鋳造物との間の総括熱伝達係数、または前記金型と前記金型で鍛造する鍛造物との間の総括熱伝達係数を演算し、前記判定部では、前記総括熱伝達係数が、所定値以下となったときに、前記空隙が発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【請求項４】
前記非定常伝熱逆問題解析が、非定常熱伝導方程式を満たす内外挿関数を用いた非定常伝熱逆問題解析であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【請求項５】
前記内外挿関数は、位置ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）、時間ｔとし、Ｘ、Ｙ、Ｚ、τx、τy、τz、Ａx、Ａy、Ａzを任意の定数として、下式
【数１】
0004579820.tif 000022
の関係を有することを特徴とする請求項４に記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【請求項６】
前記内外挿関数は、位置ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）、時間ｔとし、Ｘ、Ｙ、Ｚ、τxy、τz、Ａxy、Ａzを任意の定数として、下式
【数２】
0004579820.tif 000023
の関係を有することを特徴とする請求項４に記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【請求項７】
前記内外挿関数は、位置ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）、時間ｔとし、Ｘ、Ｙ、Ｚ、τxyzを任意の定数として、下式
【数３】
0004579820.tif 000024
の関係を有することを特徴とする請求項４に記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【請求項８】
パラメータαi,j、基準位置ベクトル（ｘj，ｙj，ｚj）、基準時間ｔi、基準位置ベクトルの数Ｍ、基準時間の数Ｎとして、前記非定常熱伝導方程式の解を、下式
【数４】
0004579820.tif 000025
により表現することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【請求項９】
上付き文字のｋは測定位置（ｘk，ｙk，ｚk）、ｌを温度サンプリング時間とし、温度測定点において測定された測温データａk,lとして、上記パラメータαi,jを下式
【数５】
0004579820.tif 000026
を用いて決めることを特徴とする請求項８に記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【請求項１０】
鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを用いて、非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算し、当該演算された稼動面における温度に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法であって、
前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記鋳型または金型の焼き付き発生の判定であって、
該判定が、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点以上となったときに、前記焼き付きが発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法。
【請求項１１】
鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを用いて、非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算し、当該演算された稼動面における温度に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法であって、
前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記鋳型または金型の焼き付き発生の判定であって、
該判定が、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点から、前記鋳型と前記鋳造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点から、前記金型と前記鍛造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったときに、前記焼き付きが発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法。
【請求項１２】
鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを用いて、非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度および熱流速を演算し、当該演算された稼動面における温度および熱流速に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法であって、
前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記稼動面における空隙発生の判定であって、
前記演算された稼動面における温度および熱流速に基づき、前記鋳型と前記鋳型で鋳造する鋳造物との間の総括熱伝達係数、または前記金型と前記金型で鍛造する鍛造物との間の総括熱伝達係数を演算し、当該総括熱伝達係数が、所定値以下となったときに、前記空隙が発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法。
【請求項１３】
あらかじめ予熱された鋳型または金型において、鋳造前または鍛造前に、鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを用いて、非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算し、当該演算された稼動面における温度が、水の沸点超の場合は、鋳型または金型に、被鋳造物または被鍛造物を投入開始し、水の沸点以下の場合は、鋳型または金型に、被鋳造物または被鍛造物の投入を中止する、判定を行うことを特徴とする鋳型または金型の操業方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法の処理をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１３に記載の鋳型または金型の操業方法の処理をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１６】
コンピュータを、鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力手段、入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算する演算手段、演算された稼動面における温度に基づき、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点以上となったときに、前記鋳型または金型の稼動面の焼き付き発生を判定する判定手段、として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１７】
コンピュータを、鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力手段、入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算する演算手段、演算された稼動面における温度に基づき、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点から、前記鋳型と前記鋳造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点から、前記金型と前記鍛造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったときに、前記鋳型または金型の稼動面の焼き付き発生を判定する判定手段、として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１８】
コンピュータを、鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力手段、入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度および熱流速を演算する演算手段、演算された稼動面における温度および熱流速に基づき前記鋳型または金型の稼動面における空隙発生を判定する判定手段、として機能させ、
前記演算手段では、更に、前記鋳型と前記鋳型で鋳造する鋳造物との間の総括熱伝達係数、または前記金型と前記金型で鍛造する鍛造物との間の総括熱伝達係数を演算し、前記判定手段では、前記総括熱伝達係数が、所定値以下となったときに、前記空隙が発生したと判定することを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれか１項に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の鋳造または昇温された金属の鍛造における、鋳型または金型の稼動面の温度または熱流束から、鋳型または金型の操業状態、および鋳型内鋳造物または金型内鍛造物の状態を判定する装置、判定する方法、および操業方法、並びに、コンピュータプログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋳型または金型の稼動面における温度および熱流束は、鋳型および鋳型内鋳片の状態または金型および金型内鍛造片の状態が直接反映されているという点で重要である。例えば、図１の連続鋳造を説明するための模式図において、鋳型１と鋳造物７の凝固層５の間には、潤滑材であるパウダーの薄膜４が存在するが、凝固層５の一部が破断して溶鋼６がパウダーの薄膜４を破って流出し、鋳型１に鋳造物７が焼き付くというトラブルが発生した場合、鋳型の稼動面３の温度は瞬間的に溶鋼温度に到達する。
【０００３】
また、鋳型１と鋳造物７の接触状態が阻害されると、鋳型１と鋳造物７の間に空隙が生じ、表面割れや引巣等の鋳片の品質欠陥の原因となるが、前記接触状態の良し悪しは、鋳型の稼動面３の熱流束に反映される。なぜならば、鋳型１と鋳造物７の間に空隙が生ずると、気体による大きな伝熱抵抗のため、鋳造物７から鋳型１への熱移動が阻害されるため、鋳型の稼動面３の熱流束は、鋳型１と鋳造物７の健全な接触状態の熱流束と比較し、大幅に低下する結果、凝固遅れによる割れ、引巣等の品質欠陥を引き起こす
【０００４】
また、鍛造においては、金型に塗布した潤滑材の一部が途切れて金型と被成形物間の潤滑が不良である場合、金型と鍛造物間に大きな摩擦熱が発生して、金型稼動面の温度は瞬間的に高温に達し焼き付きが発生する。他方、鍛造物の金型内への充填が十分に進行しない場合、当該部分の金型温度は、十分に上昇せず、金型稼動面の熱流束は、健全な接触状態の熱流束と比較し、大幅に低下する。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５１−１５１６２４号公報
【特許文献２】特開２００５−１３４３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、鋳型または金型の稼動面の温度および熱流束を熱電対等の温度計測手段を使って直接計測することは、極めて困難である。特許文献１にあるように、鋳型の稼動面の近傍に熱電対を配置することはできるが、熱電対の耐久性および稼動面近傍の鋳型の損耗を考慮すると、図１に示すように鋳型１の稼動面３からある程度離れた位置に熱電対２を配置せざるを得ず、鋳型稼動面と温度センサ間に存在する鋳型の伝熱抵抗のため、鋳型１および鋳型内の鋳片７の状態を反映するような瞬時の伝熱状態の変化を検出することは不可能であった。
【０００７】
本発明は、上記のような背景技術の下になされたものであり、鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された測温データを基に、鋳型または金型の稼動面における温度、または、温度および熱流束を計算し、鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）．鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力部と、入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算する演算部と、演算された稼動面における温度に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する判定部とを有し、前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記鋳型または金型の焼き付き発生の判定であって、該判定が、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点以上となったときに、前記焼き付きが発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【００１０】
（２）．鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力部と、入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算する演算部と、演算された稼動面における温度に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する判定部とを有し、前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記鋳型または金型の焼き付き発生の判定であって、該判定が、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点から、前記鋳型と前記鋳造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点から、前記金型と前記鍛造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったときに、前記焼き付きが発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【００１１】
（３）．鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力部と、入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度および熱流速を演算する演算部と、演算された稼動面における温度および熱流速に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する判定部とを有し、前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記稼動面における空隙発生の判定であって、前記演算部では、更に、前記鋳型と前記鋳型で鋳造する鋳造物との間の総括熱伝達係数、または前記金型と前記金型で鍛造する鍛造物との間の総括熱伝達係数を演算し、前記判定部では、前記総括熱伝達係数が、所定値以下となったときに、前記空隙が発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【００１３】
（４）．前記非定常伝熱逆問題解析が、非定常熱伝導方程式を満たす内外挿関数を用いた非定常伝熱逆問題解析であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【００１４】
（５）．前記内外挿関数は、位置ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）、時間ｔとし、Ｘ、Ｙ、Ｚ、τx、τy、τz、Ａx、Ａy、Ａzを任意の定数として、下式の関係を有することを特徴とする（４）に記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【００１５】
【数１】
0004579820.tif 000002
【００１６】
（６）．前記内外挿関数は、位置ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）、時間ｔとし、Ｘ、Ｙ、Ｚ、τxy、τz、Ａxy、Ａzを任意の定数として、下式の関係を有することを特徴とする（４）に記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【００１７】
【数２】
0004579820.tif 000003
【００１８】
（７）．前記内外挿関数は、位置ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）、時間ｔとし、Ｘ、Ｙ、Ｚ、τxyzを任意の定数として、下式の関係を有することを特徴とする（４）に記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【００１９】
【数３】
0004579820.tif 000004
【００２０】
（８）．パラメータαi,j、基準位置ベクトル（ｘj，ｙj，ｚj）、基準時間ｔi、基準位置ベクトルの数Ｍ、基準時間の数Ｎとして、前記非定常熱伝導方程式の解を、下式により表現することを特徴とする（５）〜（７）のいずれか１つに記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【００２１】
【数４】
0004579820.tif 000005
【００２２】
（９）．上付き文字のｋは測定位置（ｘk，ｙk，ｚk）、ｌを温度サンプリング時間とし、温度測定点において測定された測温データａk,lとして、上記パラメータαi,jを下式を用いて決めることを特徴とする（８）に記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置。
【００２３】
【数５】
0004579820.tif 000006
【００２４】
（１０）．鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを用いて、非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算し、当該演算された稼動面における温度に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法であって、前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記鋳型または金型の焼き付き発生の判定であって、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点以上となったときに、前記焼き付きが発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法。
【００２６】
（１１）．鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを用いて、非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算し、当該演算された稼動面における温度に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法であって、前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記鋳型または金型の焼き付き発生の判定であって、該判定が、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点から、前記鋳型と前記鋳造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点から、前記金型と前記鍛造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったときに、前記焼き付きが発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法。
【００２７】
（１２）．  鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを用いて、非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度および熱流速を演算し、当該演算された稼動面における温度および熱流速に基づき前記鋳型または金型の稼動面の操業状態を判定する鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法であって、
前記鋳型または金型の稼動面の操業状態判定が、前記稼動面における空隙発生の判定であって、
前記演算された稼動面における温度および熱流速に基づき、前記鋳型と前記鋳型で鋳造する鋳造物との間の総括熱伝達係数、または前記金型と前記金型で鍛造する鍛造物との間の総括熱伝達係数を演算し、当該総括熱伝達係数が、所定値以下となったときに、前記空隙が発生したと判定することを特徴とする鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法。
【００２９】
（１３）．あらかじめ予熱された鋳型または金型において、鋳造前または鍛造前に、鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを用いて、非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算し、当該演算された稼動面における温度が、水の沸点超の場合は、鋳型または金型に、被鋳造物または被鍛造物を投入開始し、水の沸点以下の場合は、鋳型または金型に、被鋳造物または被鍛造物の投入を中止する、判定を行うことを特徴とする鋳型または金型の操業方法。
【００３０】
（１４）．（１０）〜（１２）のいずれか１つに記載の鋳型または金型の稼動面の操業状態判定方法の各処理をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００３１】
（１５）．（１３）に記載の鋳型または金型の操業方法の各処理をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００３２】
（１６）．コンピュータを、鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力手段、入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算する演算手段、演算された稼動面における温度に基づき、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点以上となったときに、前記鋳型または金型の稼動面の焼き付き発生を判定する判定手段、として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
（１７）．コンピュータを、鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力手段、入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算する演算手段、演算された稼動面における温度に基づき、前記演算された稼動面の温度が、前記鋳型で鋳造する鋳造物の凝固点から、前記鋳型と前記鋳造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったとき、または前記金型で鍛造する鍛造物の凝固点から、前記金型と前記鍛造物の間に存在する潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量を差し引いた値以上となったときに、前記鋳型または金型の稼動面の焼き付き発生を判定する判定手段、として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【００３３】
（１８）．コンピュータを、鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを入力する入力手段、入力された測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度および熱流速を演算する演算手段、演算された稼動面における温度および熱流速に基づき前記鋳型または金型の稼動面における空隙発生を判定する判定手段、として機能させ、
前記演算手段では、更に、前記鋳型と前記鋳型で鋳造する鋳造物との間の総括熱伝達係数、または前記金型と前記金型で鍛造する鍛造物との間の総括熱伝達係数を演算し、前記判定手段では、前記総括熱伝達係数が、所定値以下となったときに、前記空隙が発生したと判定することを特徴とするコンピュータプログラム。
【００３４】
（１９）．（１６）〜（１８）のいずれか１つに記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【００３５】
ここで、稼動面とは、鋳型が潤滑材を介してまたは直接、鋳造物と接触している面、または金型が潤滑材を介してまたは直接、鍛造物と接触している面をいう。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された温度情報を基に、非定常伝熱逆問題解析を行うことにより、鋳型または金型の稼動面における温度、または、温度および熱流束を計算し、鋳型および金型の稼動面の操業状態を判定することができる。従って、例えば、連続鋳造において、鋳造物の凝固層の一部が破断して溶融金属が流出し、鋳型に鋳造物が焼き付くというトラブルや、鋳型と鋳造物の接触状態が阻害され鋳型と鋳造物の間に空隙が生じることで発生する鋳造物の品質欠陥を、鋳造中に検出することで、被害の拡大を未然に防止することができる。金型鍛造においても同様に、鍛造物の金型への焼き付きトラブルや、金型と鍛造物の接触状態が阻害されることによって発生する割れ、引巣等の品質欠陥を、鍛造中に検出することで、被害の拡大を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図２には、本発明の実施形態の一例としての、鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置の概略構成を示す。同図に示すように、操業状態判定装置は、金型に埋設された温度計測手段により測定された測温データが入力される入力部１０１、入力部１０１に入力される測温データから非定常伝熱逆問題解析を行うことにより、鋳型または金型の稼動面における温度および熱流束を演算する演算部１０２、演算部１０２により演算された鋳型または金型の稼動面における温度および熱流束をディスプレイに表示するための出力部１０３、出力部１０３に表示された鋳型または金型の稼動面における温度および熱流束に基づき稼動面の操業状態を評価する判定部１０４を備えている。
【００３８】
図２の演算部１０２では、非定常伝熱逆問題解析の演算が行われる。非定常伝熱逆問題解析とは、下記の式（１）で表される非定常熱伝導方程式の境界条件である式（２）の稼動面における鋳型または金型の温度、または式（３）の鋳型または金型の稼動面における熱流束を、式（４）の金型内部に埋設された温度計測手段により計測された測温データから決定する解析方法をいう。
【００３９】
【数６】
0004579820.tif 000007
【００４０】
ここで、ρは鋳型または金型材料の密度、ｃは鋳型または金型材料の比熱、ｘは鋳型または金型稼動面に対して法線方向の座標軸、ｙとｚは鋳型または金型稼動面に対して接線方向で互いに交差するような座標軸、ｕは金型温度、ｋx、ｋy、ｋzは各々ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の鋳型または金型材料の熱伝導率、（ｘs，ｙs，ｚs）は鋳型または金型稼動面の位置を表す座標、ｑsは鋳型または金型稼動面の熱流束、（ｘi，ｙi，ｚi）は温度測定点の座標、添え字ｉは温度測定点の識別番号、Ｍは温度測定点数、ｕiは測温データを表す。Ｍについては、熱移動の向きを知るために、少なくとも２点以上の温度測定点数が必要である。上限については特に規定しないが、対象案件及び条件に応じて、計算精度と計算負荷を考慮して、適宜設定すれば良い。
【００４１】
本実施の形態では、式（１）で表される非定常熱伝導方程式の境界条件である式（２）の稼動面における温度または式（３）の稼動面における熱流束を、式（４）の鋳型または金型内部に埋設された温度計測手段により計測された少なくとも２点以上の測温データから決定する。
【００４２】
例えば、変分法を用いることにより鋳型または金型稼動面の温度および熱流束を推定する。変分法とは、下記の式（５）で表される最小２乗誤差Ｊが最小となるように、金型稼動面の温度および熱流束を推定する方法をいう。
【００４３】
【数７】
0004579820.tif 000008
【００４４】
ここで、Ｍは測温点の数、Ｎは時間方向の測温サンプリング数を表す。Ｙi,jは測温データを表し、添え字ｉ、ｊは各々、測温点の位置空間と測温サンプリング時間を表す。ｕi,jは測温データに対応する測温点の位置空間と測温サンプリング時間における温度計算値を表し、添え字ｉ、ｊは各々、測温点の位置空間と測温サンプリング時間を表す。
【００４５】
また、より好ましい別の方法として、式（１）の非定常熱伝導方程式を満たす内外挿関数を用いることにより鋳型または金型稼動面の温度および熱流束をより精度良く推定することができる。内外挿関数とは、測定点を結んで、その点以外の領域、例えば、解析領域全体または一部を表現する関数である。内挿とは既知点に囲まれた内部の未知点を推定することをいい、外挿とは既知点の外側や周囲を含めて推定することをいう。
【００４６】
以下、図３のフローチャートを参照して、図２の演算部１０２において行われる演算処理について説明する。図２の演算部１０２では、まず、所定の内外挿関数およびパラメータを用いて非定常熱伝導方程式の解を表現する（ステップ２０１）。
【００４７】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、下記の式（６）で表現される非定常熱伝導方程式を満たす内外挿関数を用いることで、より物理的に意味のある内外挿が施せることを特許文献２で提案している。
【００４８】
【数８】
0004579820.tif 000009
【００４９】
上式（６）のｔは時間を表し、また、ｘ、ｙ、ｚは位置ベクトル要素を表し、一般の３次元座標系にも適用可能である。τx、τy、τz、Ａx、Ａy、Ａz、Ｘ、Ｙ、Ｚは、適当な任意定数を表し、対象とする系によって、最適な値は変化する。
【００５０】
これらの関数Ｆ(ｘ，ｙ，ｚ，ｔ)は、自動的に非定常熱伝導方程式の式（１）を満たす。この関数Ｆ(ｘ，ｙ，ｚ，ｔ)を用いて、非定常熱伝導方程式の解を一般的に表現すると、下記の式（７）として表現される。
【００５１】
【数９】
0004579820.tif 000010
【００５２】
上式（７）のｘj、ｙj、ｚjは、任意の基準位置ベクトルの各要素、ｔiは任意の基準時間を表し、ｘ、ｙ、ｚおよびｔは、温度を推定しようとしている点の位置ベクトルの要素および時間である。また、Ｍ、Ｎは、各々、基準位置ベクトルの数、および、時間方向の基準時間の数である。これらの数は、各々、温度測定点の数、即ち、金型に埋設された温度計測手段による測温点の数、および、測定温度の時間方向のサンプリング数と一致させることが多いが、必ずしも一致させる必要はない。そして、αj,iはパラメータであるが、この値が決まれば、任意の位置ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）、時間ｔにおける鋳型または金型温度ｕ(ｘ，ｙ，ｚ，ｔ)を決めることができる。
【００５３】
次に、上式（７）により表現される非定常熱伝導方程式の解中のパラメータαj,iの値を、鋳型または金型に埋設された熱電対等の温度センサによる測温データを用いて決める（ステップ２０２）。このパラメータαj,iの値は、下記の連立方程式（８）を解くことで決めることができる。
【００５４】
【数１０】
0004579820.tif 000011
【００５５】
上式（８）のａk,lは、鋳型または金型に埋設された温度計測手段により測定された温度、すなわち、測温データｕ(ｘk,ｙk,ｚk,ｔl)を示しており、上付き添え字のｋは測定位置（ｘk,ｙk,ｚk）、上付き添え字のｌはサンプリング時間ｔlを表す。
【００５６】
式（６）のτx、τy、τz、Ａx、Ａy、Ａz、Ｘ、Ｙ、Ｚの最適な値を決定するために、解析対象である鋳型または金型と同一の物性値を有する材料を使用した物理実験または数値実験を実施し、鋳型または金型内部の温度計測手段埋設位置の温度および鋳型または金型の稼動面の温度または熱流束を求める。物理実験または数値実験により求めた鋳型または金型内部の温度計測手段埋設位置の温度データを基に、式（７）を使って鋳型または金型稼動面の温度または熱流束の推定誤差を評価する。τx、τy、τz、Ａx、Ａy、Ａz、Ｘ、Ｙ、Ｚの組み合わせを変化させ、鋳型または金型の稼動面の温度または熱流束の推定誤差が極小となるような値を選択する。
【００５７】
以上述べた手法を用いることで、鋳型または金型内部の空間３次元および時間方向に離散的な測温データがあれば、非定常熱伝導方程式に支配される鋳型または金型の全体（任意の時空間位置）での温度推定値が得られることになる。
【００５８】
鋳型または金型の稼動面における熱流束ｑは、鋳型または金型の稼動面の座標位置（ｘs，ｙs，ｚs）における式（７）のｘ軸方向の微分を表す下記の式（９）によって計算することができる。
【００５９】
【数１１】
0004579820.tif 000012
【００６０】
図２の判定部１０４では、鋳型または金型の稼動面における温度推定値と熱流束推定値を使って、各々、鋳型または金型に接触している媒体の状態を判定する。以下、図４のフローチャートを参照して、図２の判定部１０４において行われる演算処理について説明する。
【００６１】
演算ステップＳ３０１において、鋳造前または鍛造前に、あらかじめ予熱された鋳型または金型の稼動面温度が水の沸騰温度以下であるか否かを判定する。なぜなら、例えば、鋳型に吹き付けた潤滑材に水分が含まれた状態で、高温物が接触すると、水蒸気爆発等を引き起こし、操業および鋳片品質に重大な影響を及ぼすことになる。具体的には、鋳型または金型に埋設された温度センサにより計測された少なくとも２点の測温データを用いて、非定常伝熱逆問題解析を行うことにより前記鋳型または金型の稼動面における温度を演算し、当該演算された稼動面における温度が、水の沸点超の場合は、鋳型または金型に、被鋳造物または被鍛造物を投入開始し、水の沸点以下の場合は、鋳型または金型に、被鋳造物または被鍛造物の投入を中止する、判定を行う。
【００６２】
鋳造または鍛造が開始されると、演算ステップＳ３０２および演算ステップＳ３０３を同時に作動させる。
【００６３】
演算ステップＳ３０２では、鋳型または金型の稼動面温度が、溶融金属温度または鋳造物温度、鍛造物温度と同程度に昇温されているか否かを判定する。連続鋳造の場合は鋳造物と鋳型の間にパウダーと称する潤滑材の薄膜が存在することで、潤滑材が高温鋳造物からの熱負荷を軽減するとともに、鋳造物と鋳型間の摩擦抵抗を低減し、健全な操業が行える。
【００６４】
同様に、バッチ鋳造の場合は鋳造物と鋳型の間に離型材と呼ばれる潤滑材の薄膜が存在する。また、金型鍛造の場合も、金型と鍛造物の間に、潤滑材の薄膜が存在する。
【００６５】
従って、健全な操業の場合は、鋳型と鋳造物の間、または、金型と鍛造物の間に潤滑材の薄膜が存在するため、鋳型または金型の稼動面の温度は常に、鋳造物または鍛造物の温度に対し、潤滑材の伝熱抵抗相当量だけ低い温度に維持される。
【００６６】
しかし、例えば、連続鋳造およびバッチ鋳造において、鋳造物の凝固層の一部が破断して溶融金属が潤滑材の薄膜を破って流出し、鋳型に鋳造物が焼き付くというトラブルが発生した場合、鋳型稼動面の温度は瞬間的に溶鋼温度に到達するので、鋳型稼動面の温度推定値から溶鋼の金型への直接接触状態の有無を判定することにより鋳型の異常を検出できる。また、流出した溶融金属と鋳型の間に潤滑材の薄膜層が存在する場合は、潤滑材の伝熱抵抗が存在し、鋳型稼動面温度は鋳造物の凝固温度より小さくなるため、潤滑材の伝熱抵抗による温度低下量△Ｔを下記の式（１０）を使って計算し、凝固温度から△Ｔを差し引いた値で焼き付きを判定する。
【００６７】
【数１２】
0004579820.tif 000013
【００６８】
ここで、ｋfは潤滑材の熱伝導率、ｄfは潤滑材の塗布厚み、ｑは鋳型稼動面の熱流束を表わす。このように、判定部１０４では、鋳型の稼動面の温度推定値を基に、鋳型稼動面に接触している物体を判別し、鋳型設備および鋳型稼動面の操業状態の健全性を判定する。
【００６９】
演算ステップＳ３０３では、鋳型または金型の稼動面の温度および熱流束を基に、鋳型と鋳造物の間または金型と鍛造物の間の熱移動における総括熱伝達係数の値を判定することにより、鋳型と鋳造物または金型と鍛造物間の空隙形成を検出する。
【００７０】
鋳型と鋳造物または金型と鍛造物の接触状態が阻害されると、鋳型と鋳造物の間、または金型と鍛造物の間に空隙が生じ、鋳造物や鍛造物の品質欠陥の原因となるが、前記接触状態の良し悪しは、鋳型または金型の稼動面の熱流束に反映される。なぜならば、鋳型と鋳造物または金型と鍛造物の間に空隙が生ずると、気体による大きな伝熱抵抗のため、鋳造物から鋳型または鍛造物から金型への熱移動が阻害されるため、鋳型または金型の稼動面の熱流束は、鋳型と鋳造物または金型と鍛造物の健全な接触状態の熱流束と比較し、大幅に低下する。演算部３０３では、鋳型の稼動面の温度ｕ0と熱流束推定値ｑを基に、鋳型稼動面と鋳片または金型と鍛造片の間の総括熱伝達係数ｈを下記の式（１１）で数値化する。
【００７１】
【数１３】
0004579820.tif 000014
【００７２】
ここで、ｕsは或る基準温度を示し、鋳型の稼動面の温度ｕ0より高い温度を設定する。また、ｑは下記の式（１２）で計算する。
【００７３】
【数１４】
0004579820.tif 000015
【００７４】
ここで、ｋnは鋳型稼動面または金型稼動面に垂直方向の鋳型または金型の熱伝導率、△ｄは鋳型稼動面または金型稼動面から垂直方向の鋳型または金型の内部点で、鋳型または金型内部の温度勾配が直線近似可能な１mm程度の微小長さを設定する。ｕ1は、前記内部点における鋳型または金型の温度計算値を示す。
【００７５】
基準温度ｕsは、例えば、鋳片の場合は溶融金属の凝固温度、鍛造片の場合は鍛造片の加熱温度に設定する。本来は、鋳型と鋳片間または金型と鍛造片間には潤滑材の薄膜が存在するが、総括熱移動の観点からは潤滑材の薄膜による伝熱抵抗の影響は殆ど無視できる。
【００７６】
式（１２）により計算した総括熱伝達係数ｈが、所定値以下に低下したことをもって、鋳型と鋳片間に操業または品質に影響を及ぼすような空隙が生じていると判定する。具体的な例を示すと、先ず、所定値h_criteriaは、下記の式（１３）により設定する。ここで、h_peakは、健全鋳造時の総括熱伝達係数のピーク値の時間平均を表し、下記の式（１４）で計算する。
【００７７】
【数１５】
0004579820.tif 000016
【００７８】
ここで、ｎｓは定常操業領域における熱伝達係数のサンプリング数を示し、ｈstableは熱伝達係数のサンプリング値を示す。定常操業の期間を特定するのが困難な場合は、ｎｓは熱伝達係数のピーク値を含むピーク近傍領域のサンプリング数とし、ｈstableは熱伝達係数のピーク値を含むピーク近傍領域でのサンプリング値を示す。
【００７９】
σは前記総括熱伝達係数のピーク値の時間平均の標準偏差を表し、下記の式（１５）で計算する。ここで、E(（h_peak）2)は、健全鋳造で得られたｈ_peak値の２乗の平均値を示し、（E（h_peak））2は健全鋳造で得られたｈ_peak値の平均値の２乗を示す。
【００８０】
【数１６】
0004579820.tif 000017
【００８１】
総括熱伝達係数のピーク値が上式（１３）の値未満であれば、空隙が形成したと判定する。
【００８２】
演算ステップＳ３０１、Ｓ３０２およびＳ３０３で取り扱う現象は、各々、独立であるため、Ｓ３０１、Ｓ３０２およびＳ３０３を単独で使用しても構わない。
【００８３】
上述した実施の形態の状態判定装置は、コンピュータのＣＰＵ或いはＭＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成され、ＲＡＭやＲＯＭに記憶されたプログラムが動作することによって実現される。従って、コンピュータに対し、上記実施の形態の機能を実現するためのプログラム自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラム自体は本発明を構成する。
【００８４】
また、上記プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えば、かかるプログラムを格納した記憶媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、等を用いることができる。
【００８５】
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより、上述の実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは、他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施の形態の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本発明の実施の形態に含まれることはいうまでもない。
【００８６】
更に、供給されたプログラムがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることはいうまでもない。
【００８７】
なお、上記実施の形態において示した各部の形状および構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、本発明をネットワーク環境で利用すべく、全部或いは一部のプログラムが他のコンピュータで実行されるようになっていてもかまわない。
【００８８】
（実施例）
本発明の実施例について説明する。図５は、本発明の効果を検証するために製作した上注ぎタイプの鋳造のモデル実験装置図である。厚み５μｍの潤滑材３の薄膜を塗布した鋳型１に６００℃に加熱した溶湯１（溶融アルミニウム合金）を鋳型２に注入する。鋳型２は冷却水４によって冷却されているため、鋳型２に注入された溶湯１は、鋳型２との接触面から冷却され凝固が進行する。凝固進行中の鋳型温度の時間変化を、鋳型２に埋設した熱電対Ｕ０、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６により測定する。鋳型稼動面の中心点Ｄを座標の原点（０，０，０）にとり、ｘ軸を稼動面に対し法線方向に、ｙ軸、ｚ軸を稼動面に対し接線方向で互いに直交するように設定するとき、上記の熱電対の座標は、Ｕ０＝（０，０，１．５mm）、Ｕ１＝（０，０，５．５mm）、Ｕ２＝（−７．０mm，７．１mm，５．５mm）、Ｕ３＝（７．０mm，１８．７mm，５．５mm）、Ｕ４＝（０，０，１０．０mm）、Ｕ５＝（−７．１mm，−７．０mm，１０．０mm）、Ｕ６＝（−１８．７mm，７．０mm，１０．０mm）に位置する。鋳型の支配方程式は下記の式（１６）の非定常熱伝導方程式であり、内外挿関数は式（１７）で表される。
【００８９】
【数１７】
0004579820.tif 000018
【００９０】
計算に使用する鋳型材料の物性値は、熱伝導率ｋx＝ｋy＝ｋz＝１６.３W/(m・K)、比熱ｃ＝５２７J/(kg・K)、密度ρ＝７６５０．０kg/m3とした。τx、τy、τz、Ａx、Ａy、Ａz、Ｘ、Ｙ、Ｚは、解析対象と同一材料の数値実験をあらかじめ実施し、熱電対埋設位置Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６の温度データを使用して計算した鋳型稼動面の原点Ｄにおける温度と熱流束の推定誤差が極小になるように決定した。
【００９１】
Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６に埋設した熱電対による測温データを、逆問題解析の入力データとし、下記の式（１８）の連立方程式を解き、係数パラメータαj,iの値を決定した。
【００９２】
【数１８】
0004579820.tif 000019
【００９３】
ａk,lは前記の逆問題解析の入力測温データである熱電対計測温度ｕ(ｘk，ｙk，ｚk，ｔl)を示しており、上付き文字のｋは熱電対埋設位置（ｘk，ｙk，ｚk）の位置座標を表し、ｋ＝１〜６の数字をとる。これら数字は、各々、熱電対埋設位置Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６の番号に対応しており、Ｍ＝６とした。上付き文字のｌはサンプリング時間ｔlを表す。サンプリング間隔を０．０１秒とし、Ｎ＝６０とした。
【００９４】
決定した係数パラメータαj,Iを使って、下記の式（１９）、式（２０）より、各々、鋳型の任意の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）および時間ｔにおける温度ｕ(ｘ，ｙ，ｚ，ｔ)と熱流束ｑ(ｘ，ｙ，ｚ，ｔ) を計算する。
【００９５】
【数１９】
0004579820.tif 000020
【００９６】
図６は、鋳型の熱電対埋設位置Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６の測温データを示す。図７は、これら測温データを逆問題解析の入力測温データとして、式（１８）の連立方程式を解いて係数パラメータαj,iの値を決定し、決定した係数パラメータαj,iを使って式（１９）より計算した鋳型の熱電対埋設位置Ｕ０の温度計算値と熱電対による温度測定値の比較を示す。曲線２の逆問題解析による温度計算値が、曲線１の熱電対による温度計測値の挙動を良く再現しているのが判る。一方、曲線３は、Ｕ１およびＵ４の位置における温度計測値から、鋳型内の温度分布が定常状態にあると仮定して下記の式（２１）で計算したＵ０の位置における鋳型温度を示す。
【００９７】
【数２０】
0004579820.tif 000021
【００９８】
ここで、ｕ0、ｕ1、ｕ4は、各々、熱電対埋設位置Ｕ０、Ｕ１、Ｕ４における鋳型温度を示す。ｄ01は熱電対埋設位置Ｕ０とＵ１間の距離、ｄ04は熱電対埋設位置Ｕ０とＵ４間の距離を示す。定常状態を仮定した曲線３では、曲線１の熱電対による温度計測値の挙動に対し、顕著な伝熱応答遅れが存在することが確認でき、鋳型内部が伝熱的に強い非定常状態にあることが判る。
【００９９】
図８は、鋳型の稼動面上の点Ｄにおける鋳型温度の逆問題解析による計算値を示す。溶湯（アルミニウム合金）は、矢印１のタイミングで鋳型に注入されている。溶湯（アルミニウム合金）の凝固温度が５５０℃であり、厚さ１００μｍの潤滑材の伝熱抵抗による温度降下量が５０℃であることを考慮すると、領域１の範囲で、鋳型温度が溶湯（アルミニウム合金）の凝固に伴う凝固温度の維持状態が観察でき、逆問題解析の解が、金型稼動面に接触している物体の温度状態を良く判別できていることを示している。
【０１００】
図９は、鋳片の凝固層の一部が破断して溶湯が流出し、鋳型に鋳片が焼き付くというトラブルが発生した場合の事例の解析結果を示す。領域２において、鋳型の稼動面の温度は瞬間的に溶湯の温度である６００℃に到達しており、鋳型の焼き付きトラブルを検出できているのが判る。
【０１０１】
図１０は、鋳型の稼動面上の点Ｄにおける熱流束の逆問題解析による計算値を示す。曲線１は、健全な鋳片が得られたときの鋳造における測温データから計算した熱流束を示し、曲線２は、鋳片と鋳型間に空隙が形成したときの鋳造における測温データから計算した熱流束を示す。曲線１と曲線２の熱流束値の比較から、鋳片と鋳型間に空隙が形成したときの鋳造では、熱流束が大幅に低下することが判る。これは、鋳型と鋳片の間に空隙が生ずると、気体による大きな伝熱抵抗のため、鋳片から鋳型への熱移動が阻害されるためである。
【０１０２】
図１１は、鋳型稼動面Ｄ点の温度と熱流束を基に、上式（１１）より計算した鋳型稼動面と鋳片凝固層内面間の総括熱伝達係数を示す。曲線１の健全鋳造のケースと比較し、曲線２は総括熱伝達係数が大幅に低下し、ピーク値Ａが、健全鋳造の総括熱伝達係数のピーク値の時間平均値を基に、上式（１３）で算出したｈ_criteria未満になっており、鋳型稼動面と鋳片外表面間に形成した空隙のため、鋳片から鋳型稼動面への熱移動が阻害されていることが、図１０より鮮明に判別できる。
【０１０３】
図１２は、本発明の効果を検証するために製作した金型鍛造のモデル実験装置図である。厚み１０μｍの潤滑材３の薄膜を塗布した金型１に１２００℃に加熱した鍛造物を金型２に挿入する。金型２は冷却水４によって冷却されているため、金型２に挿入された鍛造物１は、金型２との接触面から冷却される。冷却中の金型温度の時間変化を、金型２に埋設した熱電対Ａ、Ｂ、Ｃにより測定する。金型稼動面の中心点を座標の原点（０，０，０）にとり、ｘ軸を稼動面に対し法線方向に、ｙ軸、ｚ軸を稼動面に対し接線方向で互いに直交するように設定するとき、上記の熱電対の座標は、Ａ＝（０，０，９０mm）、Ｂ＝（０，０，３０mm）、Ｃ＝（０，０，１mm）に位置する。
【０１０４】
図１３は、金型の熱電対埋設位置Ａ、Ｂの測温データを示す。図中の矢印１は、鍛造物の金型への挿入タイミングを表す。
【０１０５】
図１４は、これら測温データを逆問題解析の入力測温データとして、上式（１８）の連立方程式を解いて係数パラメータαj,iの値を決定し、決定した係数パラメータαj,iを使って上式（１９）より計算した鋳型の熱電対埋設位置Ｃの温度計算値と熱電対による温度測定値の比較を示す。曲線２の逆問題解析による温度計算値が、曲線１の熱電対による温度計測値の挙動を良く再現しているのが判る。
【０１０６】
従って、金型を使用した鍛造においても、鋳型を使用した鋳造の場合と同様に、本発明により、稼動面の操業状態を判定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】連続鋳造を説明するための模式図である。
【図２】本実施の形態の操業状態判定装置の概略構成を示すブロック線図である。
【図３】状態判定装置の演算処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】状態判定装置の判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】実施例における鋳型の配置関係を示す断面図である。
【図６】実施例における鋳型温度の時間履歴と逆問題解析に使用したデータを説明するための図である。
【図７】実施例における鋳型内部温度の逆問題解析結果を説明するための図である。
【図８】実施例における鋳型稼動面温度の逆問題解析結果を説明するための図である。
【図９】実施例における焼き付き発生時の鋳型稼動面温度の逆問題解析結果を説明するための図である。
【図１０】実施例における鋳型稼動面の熱流束の逆問題解析結果を説明するための図である。
【図１１】実施例における鋳型と鋳片間の熱移動における健全鋳造と空隙が形成した鋳造の総括熱伝達係数を説明するための図である。
【図１２】実施例における鍛造金型の配置関係を示す断面図である。
【図１３】実施例における金型温度の時間履歴と逆問題解析に使用したデータを説明するための図である。
【図１４】実施例における金型内部温度の逆問題解析結果を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０１    入力部
１０２    演算部
１０３    出力部
１０４    判定部
【図１】
0004579820.tif 000027
【図２】
0004579820.tif 000028
【図３】
0004579820.tif 000029
【図４】
0004579820.tif 000030
【図５】
0004579820.tif 000031
【図６】
0004579820.tif 000032
【図７】
0004579820.tif 000033
【図８】
0004579820.tif 000034
【図９】
0004579820.tif 000035
【図１０】
0004579820.tif 000036
【図１１】
0004579820.tif 000037
【図１２】
0004579820.tif 000038
【図１３】
0004579820.tif 000039
【図１４】
0004579820.tif 000040