(57)【要約】【課題】  鋳造中の鋳片の端部を正確に把握しながら、鋳片表面に残留する二次冷却水、二次冷却水から生成される水蒸気及び水蒸気の凝縮した白水煙の影響を受けることなく、鋳片の表面温度を精度良く測定する。【解決手段】  本発明の鋳片表面温度の測定方法は、赤外線感知式表面温度測定器１３によって連続鋳造中の鋳片１０の表面温度を測定する方法であって、赤外線感知式表面温度測定器の鋳片表面からの放射エネルギー測定方向が鋳片表面の垂直線に対して鋳片幅方向に１〜６０度の範囲で傾斜する赤外線感知式表面温度測定器を用い、前記赤外線感知式表面温度測定器の集光レンズと鋳片表面との距離を１００〜８００ｍｍの範囲内とし、且つ、前記赤外線感知式表面温度測定器から鋳片に向かって１０ＮＬ／ｍｉｎ以上の気体を噴射し、該気体によって前記集光レンズと鋳片表面との間及び鋳片の被測温箇所から二次冷却水及び蒸気を排斥する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線感知式表面温度測定器によって連続鋳造中の鋳片の表面温度を測定する、連続鋳造機内での鋳片表面温度の測定方法であって、赤外線感知式表面温度測定器の鋳片表面からの放射エネルギー測定方向が鋳片表面の垂直線に対して鋳片幅方向に１〜６０度の範囲で傾斜している赤外線感知式表面温度測定器を用い、前記赤外線感知式表面温度測定器の集光レンズと鋳片表面との距離を１００〜８００ｍｍの範囲内とし、且つ、前記赤外線感知式表面温度測定器から鋳片に向かって１０ＮＬ／ｍｉｎ以上の気体を噴射して該気体によって前記集光レンズと鋳片表面との間及び鋳片の被測温箇所から二次冷却水及び蒸気を排斥しながら、前記赤外線感知式表面温度測定器で鋳片の表面温度を測定することを特徴とする、連続鋳造機内での鋳片表面温度の測定方法。
【請求項２】
前記赤外線感知式表面温度測定器は、それぞれ鋳片幅方向の反対側に傾斜している２つの放射エネルギー測定方向を有する赤外線感知式表面温度測定器であることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造機内での鋳片表面温度の測定方法。
【請求項３】
前記赤外線感知式表面温度測定器を鋳片の幅方向で往復移動させて鋳片の表面温度を測定し、得られた鋳片幅方向の温度測定値を鋳片幅方向距離または測定時間で微分し、その微分値の極大値の位置を鋳片の端部と判定して鋳片の表面温度分布を測定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の連続鋳造機内での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、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の表面温度を赤外線感知式表面温度測定器によって測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造では、取鍋内の溶鋼を一旦タンディッシュに注入し、タンディッシュ内に所定量の溶鋼を滞在させた状態で、タンディッシュ内の溶鋼を、タンディッシュ底部に設置した浸漬ノズルを介して鋳型に注入している。鋳型内に注入された溶鋼は冷却されて鋳型との接触面に凝固シェルを形成し、この凝固シェルを外殻とし、内部に未凝固溶鋼を有する鋳片は、鋳型下方に設けられた二次冷却帯において、鋳片表面に噴射される冷却水（「二次冷却水」ともいう）によって冷却されながら鋳型下方に連続的に引き抜かれ、やがて中心部までの凝固が完了する。中心部まで凝固の完了した鋳片を所定の長さに切断して、圧延用素材である鋳片が製造されている。
【０００３】
二次冷却帯において、鋳造中の鋳片の表面温度を目標範囲に維持することは、鋳片品質確保の基本的な手段であり、鋳片の表面から放射される放射光のエネルギーを測定して鋳片表面温度を測定する放射温度計などの表面温度測定器を用いて鋳造中の鋳片の表面温度を測定することが、従来から行われてきた（例えば、特許文献１を参照）。但し、二次冷却帯には、溶鋼静圧による鋳片の膨らみを抑制するための鋳片支持ロールが鋳造方向に１５０〜４００ｍｍの間隔で配置されていて、隣り合うロールの間隔が狭い上に、二次冷却水が鋳片表面に残留したり、蒸気が発生したりすることで、表面温度の測定精度は高くはなかった。また、長期間に亘って安定して測定することも困難であった。
【０００４】
しかし、近年、増産や高機能材料の要望に伴い、ダイナミック制御やアクティブ制御を可能とする、高機能を有する連続鋳造機が求められている。そのためにも連続鋳造機内で精度良く且つ安定して鋳片表面の測温を行うことが重要となっている。また、増産を目的として鋳片の鋳造速度を上昇すると、鋳片コーナー部に割れが発生しやすく、鋳片コーナー部の温度管理が重要になっている。このためにも連続鋳造機内で鋳片幅方向に表面温度を二次元的に正確に把握することが重要になっている。
【０００５】
冷却中の鋼材表面温度を放射温度計によって測定する場合に、鋼材の表面に存在する冷却水などの処理液によって放射エネルギーが吸収されることによる誤差を解決して測定する方法として、特許文献２及び特許文献３が提案されている。特許文献２及び特許文献３に提案される測定方法は、被測温鋼材と放射温度計との間に光導波路としての水柱を形成し、当該水柱を介して被測温鋼材表面からの放射光を放射温度計で検出して、被測温鋼材の表面温度を測定するという方法である。
【０００６】
また、連続鋳造中の鋳片表面温度を測定する装置として、特許文献４には、鋳片表面に対向する開口をその先端に有し、鋳片表面からの放射光をその内部に取り込むライトガイド及びこれの基礎に配された集光レンズからなる集光部と、該集光部に光ファイバーを介して接続し、前記集光レンズにより集光された放射光を鋳片表面温度に関連する電気信号に変換する光電変換部と、前記ライトガイドの内部にガスを吹き込み、前記開口から噴出せしめるパージ手段と、を有する表面温度測定器が提案され、また、特許文献５には、鋳片表面温度を検出するように適応される温度センサーと、該温度センサーに接続され、温度センサーで監視される鋳片表面の残留物を除外・排斥するためのパージ・ガスを供給するパージ・ガス系統と、を備えた表面温度測定器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭５８−４９２３６号公報
【特許文献２】特開昭５９−１００２２４号公報
【特許文献３】特開２００８−１６４６２６号公報
【特許文献４】特開平４−１６２９４９号公報
【特許文献５】特開２００７−２９６５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
連続鋳造機内で赤外線感知式表面温度測定器によって鋳片の表面温度を非接触で測定する場合には、以下の事項が問題となる。即ち、鋳片表面上に残留する二次冷却水は、放射光を屈折させるために正確な温度測定の妨げとなる。また、鋳片との熱交換によって二次冷却水から生成される水蒸気は、赤外線を吸収するために、これも温度測定の妨げとなる。また更に、連続鋳造機の二次冷却帯での鋳片の冷却中には白い水煙のようなものが発生するが、これは水蒸気ではなくて、空気中のチリや埃を凝縮核として水蒸気が凝縮したもので、ここでは「白水煙」と称するが、これも光を散乱させるので、赤外線感知式表面温度測定器による温度測定の妨げとなる。
【０００９】
また、赤外線感知式表面温度測定器を鋳片の幅方向に往復移動させながら鋳片幅方向の温度分布を測定する際には、鋳片端部（長辺面と短辺面とのコーナー部）の表面温度が低く、また、表面温度測定器は鋳片端部を離れても鋳片短辺面からの放射エネルギーを検出し、鋳片の存在しない領域と鋳片端部との区別が困難で、鋳片端部の表面温度を正確に把握することができない場合、つまり、鋳片表面温度の分布を正確に把握できない場合が発生する。
【００１０】
このような問題を抱える連続鋳造機での鋳片表面温度の測定手段として、前記特許文献２〜５を検証すれば、水柱を介して測定する特許文献２、３は、二次冷却に加えて更に水中によって鋳片表面を冷却することになり、鋳片表面温度の不均一化を増大させる原因となることから鋳造中の鋳片の表面温度測定には適切ではない。また、鋳片幅方向で二次元に測定することも困難である。
【００１１】
特許文献４、５は、パージ用ガスを噴射して鋳片表面の残留水や蒸気を除外・排斥しているが、確実なパージを行うための空気の流量、並びに、精度の高い測定を可能とするための鋳片と表面温度測定器との距離が開示されていない。パージ用空気の流量が不十分であると、鋳片表面の二次冷却水を除外することは不可能であるし、また、表面温度測定器が鋳片から離れすぎていると、パージしているとはいえども蒸気の影響を受けやすく、また、水蒸気の凝縮した白水煙によって放射光が表面温度測定器と鋳片との間で散乱して測定ができなくなる虞がある。また更に、特許文献４、５は、鋳片端部の判定方法は記載していない。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の端部を正確に把握しながら、鋳片表面に残留する二次冷却水、二次冷却水から生成される水蒸気及び水蒸気の凝縮した白水煙の影響を受けることなく、鋳片の表面温度を赤外線感知式表面温度測定器によって精度良く測定する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）  赤外線感知式表面温度測定器によって連続鋳造中の鋳片の表面温度を測定する、連続鋳造機内での鋳片表面温度の測定方法であって、赤外線感知式表面温度測定器の鋳片表面からの放射エネルギー測定方向が鋳片表面の垂直線に対して鋳片幅方向に１〜６０度の範囲で傾斜している赤外線感知式表面温度測定器を用い、前記赤外線感知式表面温度測定器の集光レンズと鋳片表面との距離を１００〜８００ｍｍの範囲内とし、且つ、前記赤外線感知式表面温度測定器から鋳片に向かって１０ＮＬ／ｍｉｎ以上の気体を噴射して該気体によって前記集光レンズと鋳片表面との間及び鋳片の被測温箇所から二次冷却水及び蒸気を排斥しながら、前記赤外線感知式表面温度測定器で鋳片の表面温度を測定することを特徴とする、連続鋳造機内での鋳片表面温度の測定方法。
（２）  前記赤外線感知式表面温度測定器は、それぞれ鋳片幅方向の反対側に傾斜している２つの放射エネルギー測定方向を有する赤外線感知式表面温度測定器であることを特徴とする、上記（１）に記載の連続鋳造機内での鋳片表面温度の測定方法。
（３）  前記赤外線感知式表面温度測定器を鋳片の幅方向で往復移動させて鋳片の表面温度を測定し、得られた鋳片幅方向の温度測定値を鋳片幅方向距離または測定時間で微分し、その微分値の極大値の位置を鋳片の端部と判定して鋳片の表面温度分布を測定することを特徴とする、上記（１）または上記（２）に記載の連続鋳造機内での鋳片表面温度の測定方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、赤外線感知式表面温度測定器の鋳片表面からの放射エネルギー測定方向が鋳片表面の垂直線に対して鋳片幅方向に１〜６０度の範囲で傾斜している赤外線感知式表面温度測定器を用いるので、鋳片幅の範囲外から鋳片に向かって測温したときには鋳片短辺面からの放射エネルギーが検出され、これによって、周囲に比較して相対的に表面温度の低い鋳片端部を確実に把握することができる。また、赤外線感知式表面温度測定器の集光レンズと鋳片表面との距離を１００〜８００ｍｍの範囲内とし、且つ、前記表面温度測定器から鋳片に向かって１０ＮＬ／ｍｉｎ以上の気体を噴射しつつ鋳片表面温度を測定するので、鋳片表面に残留する二次冷却水、二次冷却水から生成される水蒸気及び水蒸気の凝縮した白水煙の影響を受けることなく、精度良く且つ長期間に亘って安定して連続鋳造中の鋳片の表面温度を測定することが実現される。また更に、精度良く且つ長期間に亘って安定して鋳片表面温度を測定することが実現されることから、鋳片の表面欠陥の発生防止や表面温度計を利用したダイナミック制御が可能になるという副次的効果も発現する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が適用される垂直曲げ型スラブ連続鋳造設備の一例の概略図である。
【図２】図１に示す赤外線感知式表面温度測定器の概略図である。
【図３】集光レンズの放射エネルギー測定方向を鋳片表面の垂直線に対して鋳片幅方向に傾斜させたときに測定される鋳片表面温度の測定結果の例を示す図である。
【図４】本発明で使用する赤外線感知式表面温度測定器の他の形態の概略図である。
【図５】水蒸気層を通過した赤外線の吸収割合と赤外線の波長との関係を示す図である。
【図６】表面温度の測定値と、この温度測定値を測定時間で微分した結果と、を対比して示す図である。
【図７】本発明例１において、赤外線感知式表面温度測定器を鋳片幅方向に移動させたときに得られた温度測定値を示す図である。
【図８】図７に示す温度測定値を鋳片幅方向距離で微分した結果を示す図である。
【図９】本発明例２において、赤外線感知式表面温度測定器を鋳片幅方向に移動させたときに得られた温度測定値を示す図である。
【図１０】鋳片の表面温度分布の測定結果を、本発明例２と比較例１とで対比して示す図である。
【図１１】鋳片が存在しない範囲まで測温したときの測定結果を、本発明例２と比較例２とで対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明が適用される垂直曲げ型のスラブ連続鋳造設備の一例の概略図、図２は、図１に示す赤外線感知式表面温度測定器１３の概略図である。
【００１７】
図１に示すように、スラブ連続鋳造機１には、溶鋼９を注入して凝固させ、鋳片１０の外殻形状を形成するための鋳型５が設置され、この鋳型５の上方所定位置には、取鍋（図示せず）から供給される溶鋼９を鋳型５に中継供給するためのタンディッシュ２が設置されている。一方、鋳型５の下方には、サポートロール、ガイドロール及びピンチロールからなる複数対の鋳片支持ロール６が配置されている。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール６の間隙には、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（図示せず）が配置された二次冷却帯が構成され、二次冷却帯のスプレーノズルから噴霧される冷却水（「二次冷却水」ともいう）によって鋳片１０は引き抜かれながら冷却されるようになっている。
【００１８】
タンディッシュ２の底部には、溶鋼９の流量を調整するためのスライディングノズル３が設置され、このスライディングノズル３の下面には、浸漬ノズル４が設置されている。また、鋳片支持ロール６の下流側には、鋳造された鋳片１０を搬送するための複数の搬送ロール７が設置されており、この搬送ロール７の上方には、鋳造される鋳片１０から所定の長さの鋳片１０ａを切断するためのガス切断機８が配置されている。
【００１９】
鋳片１０の上面側であって、二次冷却帯の隣り合う鋳片支持ロール６の間隙には、鋳片１０の表面温度を測定するための赤外線感知式表面温度測定器１３が設置されている。この赤外線感知式表面温度測定器１３は、図２に示すように、セグメントフレーム２０に固定された支持台座２２に保持される往復スライダー２１に対して移動可能に配置される変換器１４と、変換器１４と接続する光ファイバー１５と、光ファイバー１５の他端に接続する集光レンズ１６と、上端が変換器１４と密着し、光ファイバー１５及び集光レンズ１６を覆い、下端が開放した保護カバー１７と、を備えている。保護カバー１７の上部には、パージ用気体を導入するためのガス導入管１８が設置されている。
【００２０】
即ち、鋳片１０の表面から放射される放射光を集光レンズ１６で集め、集められた放射光は光ファイバー１５を経由して変換器１４に送られ、変換器１４に送られた放射光は、変換器１４に配置される、例えばＳｉ半導体などからなる放射光検知素子によってその強度が検出され、検出強度に基づいて鋳片表面温度に変換され、かくして鋳片１０の表面温度が測定されるようになっている。保護カバー１７は、光ファイバー１５及び集光レンズ１６を保護すると同時に、ガス導入管１８から導入されたパージ用気体を鋳片表面に向けて噴出する役割を担うものである。
【００２１】
この赤外線感知式表面温度測定器１３は、往復スライダー２１を左右に自走することで、鋳片１０の幅方向全面の表面温度を測定可能となっている。また、この赤外線感知式表面温度測定器１３は、二次冷却帯の鋳造方向任意の位置に取り付けられるように構成されている。尚、図２では、鋳片１０を支持するセグメントとして、鋳片１０の上面側のみを表示しているが、鋳片１０の下面側も同様の構造になっている。また、図２において、符号１９は、上面側のセグメントフレーム２０と下面側のセグメントフレーム（図示せず）とを所定の間隔で連結するためのタイロッドである。
【００２２】
本発明においては、集光レンズ１６と鋳片１０の表面との距離を１００〜８００ｍｍの範囲内とする。これは、二次冷却によって生じる白水煙（空気中のチリや埃を凝縮核として水蒸気が凝縮したもの）を避けるためである。鋼の連続鋳造では１５００℃以上の溶鋼を取り扱っており、連続鋳造機内での鋳片１０の表面温度は６００〜１１００℃になる。一方、白水煙は、二次冷却によって生成した水蒸気が、大気圧下で１００℃以下となってチリや埃などを凝縮核として凝縮するものであるので、大気温度が１００℃以上であれば凝縮せず、白水煙は発生しない。鋳片１０のサイズにもよるが、スラブ幅が９００ｍｍ以上の一般的なスラブを鋳造するスラブ連続鋳造機では、鋳片表面から８００ｍｍ以内であれば大気温度は殆ど１００℃以上であることが分った。これに基づき集光レンズ１６と鋳片表面との距離の上限を８００ｍｍとした。一方、集光レンズ１６と鋳片表面との距離を１００ｍｍ以上とする理由は、鋳片１０からの熱により、集光レンズ１６や光ファイバー１５などが溶解・劣化することを防止するためである。
【００２３】
また、本発明においては、保護カバー１７から噴出するパージ用気体の流量を１０ＮＬ／ｍｉｎ以上とする。これは、集光レンズ１６と鋳片表面との間の蒸気を除外・排斥するのみならず、被測温箇所である鋳片表面に残留する冷却水及び鋳片表面から剥がれたスケールなどを確実に吹き飛ばすためである。当然、パージ用気体の流量が多ければ除外・排斥効果が高く、従って、パージ用気体の流量は５０ＮＬ／ｍｉｎ程度が最適である。
【００２４】
更に、本発明においては、集光レンズ１６の軸心方向が、鋳片表面（長辺面）の垂直線Ｚに対して鋳片幅方向に１〜６０度の範囲で傾斜している赤外線感知式表面温度測定器１３を使用する。つまり、集光レンズ１６の鋳片表面からの放射エネルギーの測定方向Ｒが、鋳片１０の鋳造方向から見たときに鋳片表面の垂直線Ｚに対して１〜６０度の範囲で傾斜している（鋳造方向から見たときに垂直線Ｚと測定方向Ｒとでなす角度が１〜６０度であるという意味である）赤外線感知式表面温度測定器１３を使用する。図２では、集光レンズ１６は図面の右側を向いて傾斜しているが、傾斜方向はこの方向に限るものではなく、左側を向いて傾斜していても全く問題ない。但し、鋳造方向に如何に大きく傾斜していても、鋳片幅方向に１〜６０度の範囲で傾斜していない限り、本発明は適用できない。
【００２５】
このように、集光レンズ１６の放射エネルギー測定方向Ｒを、垂直線Ｚに対して鋳片幅方向に１〜６０度の範囲で傾斜させる理由は以下による。
【００２６】
即ち、赤外線感知式表面温度測定器１３を鋳片幅方向に往復移動させて鋳片１０の表面温度を測定する際には、赤外線感知式表面温度測定器１３は鋳片端部（鋳片１０の長辺面と短辺面とのコーナー部）で停止せず、鋳片端部を外れた領域まで移動して温度測定を行う。これは、鋳片１０の幅は連続鋳造中にも変更されるので、このような表面温度測定方法を採用する。一方、鋳片１０の端部は、鋳片長辺面側と鋳片短辺面側との２方向から冷却されており、長辺面側及び短辺面側ともに、その周囲よりも相対的に表面温度が低くなる。
【００２７】
赤外線感知式表面温度測定器１３の放射エネルギーつまり放射光の測定方向Ｒを垂直線Ｚに対して鋳片幅方向に１〜６０度の範囲で傾斜させることで、この赤外線感知式表面温度測定器１３を鋳片幅方向に移動させて測温すると、測定方向Ｒの向く方向と赤外線感知式表面温度測定器１３の移動方向とが同一の方向（図２の紙面の左側から右側への方向）のときには、鋳片１０の存在しない側から鋳片側に向かって鋳片端部を通過すると、鋳片１０の短辺面が測定視野に入るので、赤外線感知式表面温度測定器１３は、先ず、鋳片端部よりも表面温度の高い鋳片短辺面の放射エネルギーを検出し、これにより測定温度が上昇する。その後、周囲よりも相対的に温度の低い鋳片端部を測定することで測定温度が低下し、更に鋳片端部を通りすぎると測定温度が再度上昇する。即ち、測定した表面温度分布から、鋳片端部を測定温度の極小値の位置として把握することが可能となる。
【００２８】
但し、反対側の鋳片端部を通過する際は、鋳片短辺面は測定視野に入らないので、鋳片短辺面の放射エネルギーは検出されず、鋳片端部での測定温度は単調に減少し、鋳片端部を明確に判別することはできない。また、赤外線感知式表面温度測定器１３を逆向き方向（測定方向Ｒの向く方向と赤外線感知式表面温度測定器１３の移動方向とが反対方向、図２の紙面の右側から左側への方向）で移動する場合には、上記と同様に、図２の紙面の右側の鋳片短辺面の放射エネルギーは検出できず、図２の紙面の左側の鋳片短辺面の放射エネルギーが検出される。
【００２９】
しかしながら、鋳片１０の幅は、連続鋳造機の制御用計算機から変換器１４に入力するなどして知ることができるので、一方の鋳片端部の位置が正確に把握できれば、他方の鋳片端部の位置も、赤外線感知式表面温度測定器１３の移動速度に基づいて把握することができる。つまり、このようにして鋳片表面温度を測定することで、鋳片１０の幅が正確に把握でき、鋳片１０の表面温度分布を正確に求めることができる。
【００３０】
尚、放射光の測定方向Ｒを傾斜させずに垂直線Ｚと平行にすると、鋳片１０の短辺面は赤外線感知式表面温度測定器１３の測定視野に入らず、赤外線感知式表面温度測定器１３が鋳片側に向かって鋳片端部を通過した際には、温度分布は単調に増加し、一方、赤外線感知式表面温度測定器１３が鋳片側から鋳片端部を通過した際には、温度分布は単調に減少し、鋳片端部の位置を正確に把握することができない。ひいては、鋳片１０の表面温度分布を正確に求めることができない。
【００３１】
集光レンズ１６の鋳片表面からの放射光の測定方向Ｒが、垂直線Ｚに対して鋳片幅方向に１度未満では、鋳片短辺面が測定視野に十分に入らず、一方、垂直線Ｚに対して鋳片幅方向に６０度を超えると、赤外線感知式表面温度測定器１３は鋳片長辺面の放射光を測定するための機器であり、赤外線感知式表面温度測定器１３の検出する鋳片長辺面からの放射エネルギーの強度が低下し、温度測定値の誤差が大きくなる。
【００３２】
図３に、集光レンズ１６の放射光の測定方向Ｒを鋳片表面（長辺面）の垂直線Ｚに対して鋳片幅方向に傾斜させたときに測定される鋳片表面温度の測定結果の例を示す。図３において、実線で示す表面温度の測定値が、測定方向Ｒの向く方向を図３の紙面の右側とした集光レンズ１６を鋳片幅方向に移動させたときのデータであり、破線で示す表面温度の測定値が、測定方向Ｒの向く方向を図３の紙面の左側とした集光レンズ１６Ａを鋳片幅方向に移動させたときのデータである。図３で示すように、鋳片端部（＝端部Ａ）が、表面温度の極小値の位置として明確に検出され、他方の鋳片端部（＝端部Ｂ）は、赤外線感知式表面温度測定器１３の移動速度と鋳片幅とから求めることができる。
【００３３】
また、図３からも明らかなように、放射光の測定方向Ｒの向く方向がそれぞれ逆向きである２つの集光レンズ１６を備えた赤外線感知式表面温度測定器を用いることで、鋳片１０の左右両方の端部位置を表面温度測定値から把握することが可能となる。同様に、放射光の測定方向Ｒの向く方向がそれぞれ逆向きである集光レンズ１６を備えた赤外線感知式表面温度測定器１３を鋳片幅方向に２つ並べて設置することでも、鋳片１０の左右両方の端部位置を表面温度測定値から把握することが可能となる。
【００３４】
図４に、測定方向Ｒの向く方向が逆向きである２つの集光レンズ１６，１６Ａを備えた赤外線感知式表面温度測定器１３Ａの概略図を示す。図４において、赤外線感知式表面温度測定器１３Ａは、往復スライダー２１に対して移動可能に配置される変換器１４と、この変換器１４と接続する光ファイバー１５と、光ファイバー１５の他端に接続する集光レンズ１６と、上端が変換器１４と密着し、光ファイバー１５及び集光レンズ１６を覆い、下端が開放した保護カバー１７と、を一方の放射エネルギー測定経路として備えるとともに、前記変換器１４と接続する光ファイバー１５Ａと、光ファイバー１５Ａの他端に接続する集光レンズ１６Ａと、上端が変換器１４と密着し、光ファイバー１５Ａ及び集光レンズ１６Ａを覆い、下端が開放した保護カバー１７Ａと、を他の一つの放射エネルギー測定経路として備えている。保護カバー１７の上部には、パージ用気体を導入するためのガス導入管１８が設置され、また、保護カバー１７Ａの上部には、パージ用気体を導入するためのガス導入管１８Ａが設置されている。
【００３５】
つまり、２つの集光レンズ１６，１６Ａで測定される放射エネルギーが１つの変換器１４に入力され、集光レンズ１６，１６Ａの測定データから、鋳片幅方向の表面温度分布が求められるように構成されている。この場合、同一箇所の表面温度がそれぞれの集光レンズ１６，１６Ａによって２つ測定されるが、表面温度の測定値は外乱などの影響によって真の表面温度に対して低くなることが一般的であり、従って、高い方の測定値をその部位の表面温度とすればよい。光ファイバー１５Ａ、集光レンズ１６Ａ、保護カバー１７Ａ及びガス導入管１８Ａは、前述した光ファイバー１５、集光レンズ１６、保護カバー１７及びガス導入管１８と同一機能を有しており、その説明は省略する。
【００３６】
尚、本発明においては、赤外線感知式表面温度測定器１３，１３Ａとして、測定波長が５．０μｍ以下、赤外線の吸収率が２０％以下である赤外線感知式表面温度測定器を用いることが好ましい。これは、測定波長が５．０μｍを超えると水蒸気の影響が強くなり、測定精度が低下し、また、赤外線の吸収率が２０％以下の波長領域を使用することで、水蒸気による影響も抑制できることによる。
【００３７】
また、測定精度をより一層高めるために、測定波長が１．３３μｍ以下、１．５〜１．８μｍ、２．０〜２．４μｍ、３．４〜４．８μｍの赤外線感知式表面温度測定器を使用することが好ましい。水蒸気層を通過した赤外線の吸収割合と赤外線の波長との関係を図５に示す。図５は、文献１（伝熱工学（下）、原著者：Ｊ．Ｐ．ホールマン、著者：平田賢、発行所：ブレイン図書出版株式会社、発行所：丸善株式会社、昭和６３年９月３日第１版第５刷発行、Ｐ．３０８）に記載された図であり、測定波長が１．３３μｍ以下、１．５〜１．８μｍ、２．０〜２．４μｍ、３．４〜４．８μｍの範囲で、赤外線の吸収が少ないことを示している。
【００３８】
尚、図５において、波長が０．８μｍから４μｍまでの範囲は、蒸気温度１２７℃、水蒸気層の厚さ１０９ｃｍでの測定値で、波長が４μｍから３４μｍまでは、（ａ）蒸気温度１２７℃、水蒸気層の厚さ１０９ｃｍでの測定値、（ｂ）蒸気温度１２７℃、水蒸気層の厚さ１０４ｃｍでの測定値、（ｃ）蒸気温度１２７℃、水蒸気層の厚さ３２．４ｃｍでの測定値、（ｄ）蒸気温度８１℃、水蒸気層の厚さ４ｃｍでの測定値、（ｅ）室温、水蒸気層の厚さ７ｃｍでの測定値である。
【００３９】
鋳片１０からの放射光の検知素子をＳｉ半導体、ＰｂＳ半導体、ＩｎＧａＡｓ半導体の何れか１種とすることで、赤外線感知式表面温度測定器１３，１３Ａの測定波長を前記範囲内とすることができる。特に、Ｓｉ半導体は水蒸気を良く透過するので、検知素子として好ましい。
【００４０】
また、変換器１４は、赤外線感知式表面温度測定器１３，１３Ａを鋳片１０の幅方向に鋳片幅以上に亘って往復移動させて測定される鋳片幅方向の温度測定値（鋳片の両側の鋳片の存在しない部分での温度測定値を含む）を、鋳片幅方向距離または測定時間で微分し、その微分値の極大値の位置を鋳片１０の端部と判定する機能を有している。
【００４１】
例えば、赤外線感知式表面温度測定器１３Ａを鋳片１０の幅方向に鋳片幅以上に亘って往復移動させて温度測定したときに、図６（Ａ）に示すような温度測定値が得られたとすると、この温度測定値を鋳片幅方向距離または測定時間で微分し、図６（Ｂ）に示すような微分値の分布を求め、微分値の二箇所の極大値の位置、つまり、図６（Ａ）と図６（Ｂ）とを破線で結ぶ位置を、鋳片１０の端部として判定するという機能である。この場合に、微分値の閾値を絶対値で１００００以上とし、閾値を越えた極大値の内側の位置を鋳片１０の端部と判断することで、より容易に鋳片端部を判定可能となる。尚、集光レンズ１６を１つのみ有する赤外線感知式表面温度測定器１３の場合には、片側の極大値のみ求められる。
【００４２】
変換器１４は、連続鋳造機の制御用計算機（図示せず）から入力される、温度を測定している鋳片１０の情報（図６の場合の鋳片幅は１４００ｍｍ）を参照し、図６（Ａ）の「鋳片幅」と表示した範囲の測定値を鋳片１０の幅方向温度分布として別途設けたモニター（図示せず）或いは記憶装置に出力するように構成されている。即ち、図６（Ａ）からも、温度が一旦低下し、その後上昇する温度極小値の位置を鋳片端部と判定することができるが、図６（Ｂ）の手法を併用することで、より一層鋳片端部を判定することが正確且つ容易となる。これにより、鋳片端部をより正確に把握することができ、鋳片幅方向の表面温度分布を正確に求めることが可能となる。
【００４３】
尚、変換器１４は、赤外線感知式表面温度測定器１３，１３Ａで測定した温度測定値の生データ（図６（Ａ）に相当）、及び、生データの微分値（図６（Ｂ）に相当）も、モニター或いは記憶装置に出力するように構成されている。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す温度測定値を測定時間（０．０１秒）で微分した結果であり、微分値を絶対値で表示している。また、図６の横軸は、赤外線感知式表面温度測定器１３Ａを、鋳片１０の幅以上の範囲に亘って往復スライダー２１の左側から右側に移動させたときの移動距離に対応するカウント数である。
【００４４】
この構成のスラブ連続鋳造機１において、取鍋からタンディッシュ２に溶鋼９を注入してタンディッシュ２に所定量の溶鋼９を滞留させ、次いで、タンディッシュ２に滞留させた溶鋼９を、浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入する。鋳型内の溶鋼上には、保温剤、潤滑剤、酸化防止剤などとして機能するモールドパウダー（図示せず）を添加する。
【００４５】
鋳型５に注入された溶鋼９は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１１を形成し、内部に未凝固相１２を有する鋳片１０として、鋳型５の下方に設けられた複数対の鋳片支持ロール６に支持されつつ、ピンチロールの駆動力により鋳型５の下方に連続的に引き抜かれる。鋳片１０は、これらの鋳片支持ロール６を通過する間、二次冷却帯で冷却され、凝固シェル１１の厚みを増大し、やがて内部までの凝固を完了する。内部までの凝固を完了した鋳片１０は、ガス切断機８によって切断されて鋳片１０ａとなる。
【００４６】
このような連続鋳造操業において、赤外線感知式表面温度測定器１３または赤外線感知式表面温度測定器１３Ａを用いて鋳片１０の表面温度を測定する。その際に、赤外線感知式表面温度測定器１３，１３Ａを鋳片幅方向に往復移動させながら測温してもよく、また、一定の位置に固定して測温してもよい。これは、鋳片１０の表面温度を測定する目的に応じて決めればよい。
【００４７】
また、赤外線感知式表面温度測定器１３，１３Ａを鋳片幅方向に鋳片幅以上に亘って往復移動させながら鋳片１０の表面温度を測定する際には、赤外線感知式表面温度測定器１３，１３Ａは、温度測定値を鋳片幅方向距離または測定時間で微分して鋳片１０の端部位置を確認し、確認した鋳片端部に基づいて鋳片幅方向の表面温度分布を定め、定めた鋳片幅方向の表面温度分布を、別途設けたモニター或いは記憶装置に出力する。
【００４８】
このようにして鋳片１０の表面温度を測定することにより、鋳片１０の端部を正確に把握しながら、鋳片表面に残留する二次冷却水、二次冷却水から生成される水蒸気及び水蒸気の凝縮した白水煙の影響を受けることなく、精度良く且つ長期間に亘って安定して連続鋳造中の鋳片１０の幅方向表面温度分布を測定することが実現される。
【００４９】
尚、図１では、赤外線感知式表面温度測定器１３，１３Ａが、鋳造方向の一箇所に設置されているが、鋳造方向の二箇所以上としてもよく、また、２つの集光レンズを有する赤外線感知式表面温度測定器１３Ａの替わりに、放射エネルギー測定方向がそれぞれ反対方向である赤外線感知式表面温度測定器１３を同じ位置に鋳片幅方向に２基並べて配置することも可能である。更に、集光レンズ１６を鋳片表面の垂直線Ｚに対して１８０度回転可能に構成し、赤外線感知式表面温度測定器の移動方向と放射エネルギー測定方向とが一致するように、赤外線感知式表面温度測定器１３の移動方向に応じて集光レンズを回転させながら測定するようにすることもできる。また更に、図１に示す連続鋳造機は垂直曲げ型連続鋳造機であるが、本発明は垂直曲げ型連続鋳造機に限定されるものではなく、湾曲型連続鋳造機であってもまた垂直型連続鋳造機であっても、上記と同様に本発明を適用することができる。
【実施例１】
【００５０】
図１に示すスラブ連続鋳造機において、図２に示す赤外線感知式表面温度測定器を使用した本発明の実施例を説明する。
【００５１】
使用したスラブ連続鋳造機の設備長は４５ｍであり、厚みが２５０ｍｍ、最大幅２０００ｍｍのスラブ鋳片の鋳造が可能な設備である。鋳型の上端から鋳型の下端までが１ｍであり、鋳型直下から機端までの４４ｍの範囲が二次冷却帯であり、この二次冷却帯を、およそ１１ｍ毎に、鋳型直下側から機端側に向いて、第１冷却ゾーン、第２冷却ゾーン、第３冷却ゾーン、第４冷却ゾーンの４つの二次冷却ゾーンに分け、それぞれの二次冷却ゾーン毎に冷却条件を設定した。図１において、Ａ−Ａ’位置からＢ−Ｂ’位置直上の鋳片支持ロールまでの範囲が第１冷却ゾーン、Ｂ−Ｂ’位置からＣ−Ｃ’位置直上の鋳片支持ロールまでの範囲が第２冷却ゾーン、Ｃ−Ｃ’位置からＤ−Ｄ’位置直上の鋳片支持ロールまでの範囲が第３冷却ゾーン、Ｄ−Ｄ’位置から機端の鋳片支持ロールまでの範囲が第４冷却ゾーンである。二次冷却帯の各二次冷却ゾーンにはエアーミストスプレーノズルが配置されており、このエアーミストスプレーノズルから噴射されるエアーミストにより、鋳片は冷却される。
【００５２】
この構成のスラブ連続鋳造機を用い、幅２０００ｍｍのスラブ鋳片を１．２ｍ／ｍｉｎの鋳造速度で鋳造する際に本発明を適用した（本発明例１）。
【００５３】
鋳片からの放射光の検知素子をＳｉ半導体（波長＝０．９１μｍ）とする赤外線感知式表面温度測定器を、集光レンズと鋳片表面との距離が３００ｍｍとなるように、第２冷却ゾーンと第３冷却ゾーンとの間に設置し、保護カバーから噴出するパージ用空気の流量を３０ＮＬ／ｍｉｎとし、鋳片幅方向に鋳片幅以上に亘って往復移動させながら、鋳片の表面温度を測定した。使用した赤外線感知式表面温度測定器は、集光レンズの放射エネルギー測定方向が鋳片表面の垂直線に対して鋳片幅方向に３度傾斜している赤外線感知式表面温度測定器である。片道１０秒、一往復２０秒で赤外線感知式表面温度測定器を往復させた。
【００５４】
鋳造開始から１５分経過した時点において鋳型内に注入した部位に相当する鋳片の表面温度の測定結果を図７に示す。図７は、赤外線感知式表面温度測定器を、鋳片幅の中心位置を中心として往復スライダーの左側及び右側にそれぞれ１０００ｍｍを超えた位置まで移動させたときに得られた温度測定値である。集光レンズの放射エネルギーの測定方向が鋳片表面の垂直線に対して鋳片幅方向に３度傾斜しているので、集光レンズの放射エネルギー測定方向と相対する側の鋳片端部では、鋳片短辺面の放射エネルギーが検出され、図７に示すように、周囲よりも相対的に温度の低い鋳片端部を明確に識別でき、温度の極小値の位置であるＡ位置が鋳片端部であることを確認できた。尚、図７のＡ位置よりも左側の領域では、赤外線感知式表面温度測定器は鋳片の短辺面の温度を測定している。
【００５５】
図８は、図７に示す温度測定値を鋳片幅方向距離（距離間隔＝０．０１ｍｍ）で微分した結果を示す図である。図８に示すＡ位置は図７に示すＡ位置と対応しており、微分値の極大値の位置が鋳片端部と一致している。微分値に閾値を設けることで、鋳片端部の検出が確実になることが分った。尚、図８に示す微分値は絶対値である。
【実施例２】
【００５６】
実施例１で使用したスラブ連続鋳造機において、図４に示す、２つの集光レンズを有する赤外線感知式表面温度測定器を使用して、幅２０００ｍｍのスラブ鋳片を１．２ｍ／ｍｉｎの鋳造速度で鋳造する際に本発明を適用した（本発明例２）。
【００５７】
鋳片からの放射光の検知素子をＳｉ半導体（波長＝０．９１μｍ）とする赤外線感知式表面温度測定器を、それぞれの集光レンズと鋳片表面との距離が３００ｍｍとなるように、第２冷却ゾーンと第３冷却ゾーンとの間に設置し、それぞれの保護カバーから噴出するパージ用空気の流量を３０ＮＬ／ｍｉｎとし、鋳片幅方向に鋳片幅以上に亘って往復移動させながら、鋳片の表面温度を測定した。使用した赤外線感知式表面温度測定器は、それぞれの集光レンズの放射エネルギー測定方向が鋳片表面の垂直線に対してそれぞれ鋳片幅方向の反対側に３度傾斜している赤外線感知式表面温度測定器である。片道１０秒、一往復２０秒で赤外線感知式表面温度測定器を往復させた。
【００５８】
鋳造開始から１５分経過した時点において鋳型内に注入した部位に相当する鋳片の表面温度の測定結果を図９に示す。図９の下側の図は、赤外線感知式表面温度測定器を図４の紙面の左側から右側に移動させたときに図４の紙面の左側に配置した集光レンズで測定した表面温度の測定値を示し、図９の上側の図は、赤外線感知式表面温度測定器を図４の紙面の右側から左側に移動させたときに図４の紙面の右側に配置した集光レンズで測定した表面温度の測定値を示している。この場合には、鋳片の左右両方の端部位置を測温値から容易に判定することができた。
【００５９】
また比較のために、本発明例２を実施する際に、ハンディタイプの二次元赤外線放射温度計を用い、第２冷却ゾーンと第３冷却ゾーンとの隙間を、セグメント上から望み込んで鋳片表面温度の分布を測定した（比較例１）。この二次元赤外線放射温度計の測定波長は７．５〜１４μｍである。本発明例２による温度測定後の１分後に、この二次元赤外線放射温度計で鋳片の表面温度分布を測定した。図１０に、本発明例２における鋳片の表面温度分布の測定結果に併せて比較例１による測定結果を破線で示す。
【００６０】
図１０に示すように、比較例１では、水蒸気や鋳片表面の残留冷却水に邪魔されて、ところどころで表面温度が落ちこんでいるのに比べて、本発明例２では、表面温度の落ち込みが全くなく、水蒸気や冷却水に影響することなく測定できることが確認できた。
【００６１】
また比較のために、集光レンズの放射エネルギー測定方向が鋳片表面の垂直線と平行である赤外線感知式表面温度測定器を用いて表面温度を測定した（比較例２）。この赤外線感知式表面温度測定器は、集光レンズの放射エネルギー測定方向が鋳片表面の垂直線と平行である以外は、本発明例２で使用した赤外線感知式表面温度測定器と同一仕様であり、本発明例２で使用した赤外線感知式表面温度測定器よりも鋳片支持ロール１本分下流側の位置に、集光レンズと鋳片表面との距離が３００ｍｍとなるように設置し、保護カバーから噴出するパージ用空気の流量を３０ＮＬ／ｍｉｎとした。
【００６２】
図１１に、この赤外線感知式表面温度測定器を用いて、本発明例２と同時期に鋳片が存在しない範囲まで測定したときの温度分布を示す。図１１に示すように、比較例２では、鋳片端部を通過するときにも温度測定値は単調に増加する、或いは、単調に減少しており、どの位置が鋳片端部であるのか不明であった。これに対して、本発明例２では、鋳片端部を通過する際の温度の極小値を得ることができ、鋳片端部を明確に確認することができた。
【符号の説明】
【００６３】
１  スラブ連続鋳造機
２  タンディッシュ
３  スライディングノズル
４  浸漬ノズル
５  鋳型
６  鋳片支持ロール
７  搬送ロール
８  ガス切断機
９  溶鋼
１０  鋳片
１１  凝固シェル
１２  未凝固相
１３  赤外線感知式表面温度測定器
１４  変換器
１５  光ファイバー
１６  集光レンズ
１７  保護カバー
１８  ガス導入管
１９  タイロッド
２０  セグメントフレーム
２１  往復スライダー
２２  支持台座
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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