(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型に複数の測温素子を配置して連続鋳造中の鋳型銅板温度を測定するとともに、測定した鋳型銅板温度を記憶装置に記憶させておき、鋳造した鋳片の表層部の欠陥を欠陥検出装置によって検出し、欠陥検出装置による欠陥の検出結果と前記記憶装置に記憶させた鋳型銅板温度の測定値とを照らし合わせ、検出された欠陥の発生した時点における鋳型銅板温度の測定値に基づいて、該欠陥の原因となった鋳型内の溶鋼流動状況を把握し、鋳型内の溶鋼流動状況が把握された欠陥発生時の溶鋼流動状況と一致しないように、鋳型内の溶鋼流動を制御するための磁場発生装置の磁場印加条件を調整することを特徴とする、連続鋳造鋳片の製造方法。
【請求項２】
前記欠陥検出装置は、
鋳片の表面状態情報を入力する表面状態情報入力装置と、
鋳片の欠陥を超音波探傷する探傷用超音波装置と、
該探傷用超音波装置で得られた探傷結果及び前記表面状態情報入力装置に入力された鋳片の表面状態情報を入力し、入力された鋳片の表面状態情報に基づいて前記探傷結果から鋳片の非平坦部位置のデータを除去し、非平坦部位置のデータを除去した後の探傷結果を鋳片の欠陥検査情報とする欠陥判定処理装置と、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造鋳片の製造方法。
【請求項３】
前記探傷用超音波装置は、
鋳片に対してクリーピング波を送信する送信用圧電型振動子と、鋳片に存在する欠陥で反射したクリーピング波を送信位置とは異なる位置で受信する受信用圧電型振動子と、を有する第１の超音波探傷装置、及び／または、
鋳片に対して超音波を送信する送信用圧電型振動子と、鋳片に存在する欠陥で反射した超音波を受信する受信用圧電型振動子と、超音波の送受信間を音響隔離する音響隔離板と、を有する第２の超音波探傷装置、
を備えることを特徴とする、請求項２に記載の連続鋳造鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造鋳片の製造方法に関し、詳しくは、鋳造中の鋳型銅板温度の測定値と、欠陥検出装置による欠陥検出結果とを照らし合わせ、検出された鋳片表層部の欠陥を減少させるべく、鋳型内に磁場を印加する磁場発生装置の磁場印加条件を変更し、鋳型内の溶鋼流動を調整しながら連続鋳造機によって鋳片を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造では、浸漬ノズルを介して溶鋼を鋳型内に高速度で吐出させており、この吐出流に起因して鋳型内で溶鋼流動が発生する。そして、この鋳型内の溶鋼流動は鋳片の表面性状に大きな影響を及ぼすことが知られている。例えば、鋳型内溶鋼湯面（以下、「メニスカス」と記す）の表面流速が速すぎる場合や、異なる方向の溶鋼流が衝突するなどしてメニスカスに縦渦が発生する場合には、メニスカス上に添加したモールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれ、凝固シェルに捕捉される。逆に、メニスカスの表面流速が遅すぎる場合には、溶鋼中に存在するＡｌ2Ｏ3などの脱酸生成物及びＡｒガス気泡の凝固シェル界面での洗浄効果が低下して、Ａｌ2Ｏ3などの脱酸生成物及びＡｒガス気泡が凝固シェルに補足される。鋳型内において、鋳片の凝固シェルつまり鋳片表層部に捕捉されたモールドパウダー、脱酸生成物及びＡｒガス気泡は、これらを除去せずに圧延した場合には、圧延後の薄鋼板製品における表面疵欠陥となり、薄鋼板製品の歩留りを低下させる。
【０００３】
そこで、これら鋳片表層部における欠陥の発生を防止するために、鋳型内溶鋼流動を制御する或いは監視して、表面性状を評価する方法が多数提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、連続鋳造用鋳型の鋳型長辺銅板背面の幅方向に複数の測温素子を配置して鋳型長辺銅板幅方向の温度分布を測定し、測定された温度分布の最大値と最小値との差が１２℃以下となるように、鋳型に取り付けた磁場発生装置の磁場強度、鋳片引抜き速度、浸漬ノズルの浸漬深さ、浸漬ノズル内へのＡｒ吹き込み量のうちの何れか１つまたは２つ以上を調整することが提案されている。また、この特許文献１には、鋳型長辺銅板温度から各測定点前面の鋳型内溶鋼流速を算出し、算出した溶鋼流速の最大値と最小値との差が０．２５ｍ／秒以下となるように、磁場発生装置の磁場強度、鋳片引抜き速度、浸漬ノズルの浸漬深さ、浸漬ノズル内へのＡｒ吹き込み量のうちの何れか１つまたは２つ以上を調整することも提案されている。
【０００５】
特許文献２には、連続鋳造用鋳型の幅方向各点における鋳型銅板温度または熱流速を測定するとともに鋳型幅方向のこれらの分布を監視し、これらの鋳型幅方向の分布状態が時間的に大きく変化した場合に、鋳片表面に縦割れが発生したと判定する表面欠陥検出方法が提案されている。
【０００６】
特許文献３には、連続鋳造用鋳型の鋳型長辺銅板背面の幅方向に複数の測温素子を配置して鋳型長辺幅方向各位置の鋳型銅板温度を測定し、測定した鋳型銅板温度から各測定点における溶鋼流速を求め、求めた溶鋼流速値が０．１３ｍ／秒未満の場合には、鋳片表層部に介在物性の欠陥が発生したと判定し、その部位を溶削して除去することが提案されている。
【特許文献１】国際公開第２０００／５１７６３号
【特許文献２】特開平２−１５１３５６号公報
【特許文献３】特開２００５−２６２３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１〜３などにより、鋳片表層部の欠陥発生は大幅に減少した。しかしながら、特許文献１〜３には以下の問題点がある。
【０００８】
即ち、特許文献１〜３では、鋳型銅板の幅方向温度差や温度分布の時間的変化量或いは溶鋼流速値に閾値を設定し、その閾値を境として鋳片表層部での欠陥発生を判定しているが、この閾値を設定するに当たり、その連続鋳造機における最も一般的な鋳造条件下での鋳造結果に基づいて設定しているという点、つまり、平均値的なデータに基づいているという点である。同じ連続鋳造機であっても、鋳片の引抜き速度や鋳片のサイズが変れば、浸漬ノズルからの吐出流速が変り、それにより鋳型内の溶鋼流動が自ずと変ることから、上記閾値もそれに応じて変って然るべきである。更に、使用する連続鋳造機が変れば、鋳型の構造も異なることから、鋳型銅板温度の絶対値自体が変ることも思慮される。
【０００９】
従って、上記特許文献１〜３では、欠陥発生の閾値が過剰に厳しく設定されて、欠陥が発生しないにも拘わらず不必要な鋳造条件や不必要な鋳片手入れ作業を強いられたり、逆に、或る特定の鋳造条件では閾値が不適切のために表層部欠陥を見逃してしまったりする恐れがある。つまり、欠陥の発生した鋳造条件下における鋳型内溶鋼流動を正確に把握し、把握した溶鋼流動から欠陥発生の原因を解明し、同様の欠陥の発生を防止するべく、鋳型内の流動を修正しなければならないが、特許文献１〜３はそこまでは追求していないという点である。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鋳片表層部で発生した欠陥を把握するとともに、当該欠陥の発生した時点における鋳型内溶鋼流動を把握し、これらを付き合わせることによって欠陥発生の原因を付きとめ、それにより同様の欠陥の発生を防止して、表層部に欠陥の少ない連続鋳造鋳片を製造することができる連続鋳造鋳片の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、鋳型に複数の測温素子を配置して連続鋳造中の鋳型銅板温度を測定するとともに、測定した鋳型銅板温度を記憶装置に記憶させておき、鋳造した鋳片の表層部の欠陥を欠陥検出装置によって検出し、欠陥検出装置による欠陥の検出結果と、前記記憶装置に記憶させた鋳型銅板温度の測定値とに基づいて、鋳型内の溶鋼流動を制御するための磁場発生装置の磁場印加条件を変更することを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、第１の発明において、前記欠陥検出装置は、鋳片の表面状態情報を入力する表面状態情報入力装置と、鋳片の欠陥を超音波探傷する探傷用超音波装置と、該探傷用超音波装置で得られた探傷結果及び前記表面状態情報入力装置に入力された鋳片の表面状態情報を入力し、入力された鋳片の表面状態情報に基づいて前記探傷結果から鋳片の非平坦部位置のデータを除去し、非平坦部位置のデータを除去した後の探傷結果を鋳片の欠陥検査情報とする欠陥判定処理装置と、を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
第３の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、第２の発明において、前記探傷用超音波装置は、鋳片に対してクリーピング波を送信する送信用圧電型振動子と、鋳片に存在する欠陥で反射したクリーピング波を送信位置とは異なる位置で受信する受信用圧電型振動子と、を有する第１の超音波探傷装置、及び／または、鋳片に対して超音波を送信する送信用圧電型振動子と、鋳片に存在する欠陥で反射した超音波を受信する受信用圧電型振動子と、超音波の送受信間を音響隔離する音響隔離板と、を有する第２の超音波探傷装置、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、鋳片表層部に欠陥が発生した場合、この欠陥を欠陥検出装置によって検出し、また、この欠陥の発生した時点における鋳型銅板温度の測定値が記憶装置に記憶されているので、欠陥発生の原因となった鋳型内の溶鋼流動状況が鋳型銅板温度の測定値から把握され、そして、これらに基づいて、検出された欠陥が再び発生しないように、鋳型内溶鋼流動を磁場発生装置によって修正するので、表層部に欠陥の少ない連続鋳造鋳片を連続鋳造機で安定して製造することが可能となり、歩留りの向上や納期の短縮など、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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、本発明により製造される鋳片の連続鋳造工程から熱間圧延工程の加熱炉までの流れを示すフロー図であり、図１（Ａ）は、鋳片の表層部を溶削（スカーフ）などせず、表皮のスケールを除去した後にその表皮の疵を検出するときのフロー図であり、図１（Ｂ）は、鋳造された鋳片の表層部を溶削するか研削した後にこの溶削面または研削面の疵を検出するときのフロー図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明においては、連続鋳造工程で製造された鋳片を、熱間圧延工程の加熱炉に搬送する搬送過程の途中で、鋳片表皮のスケールをショットブラストなどによって除去するか、或いは、鋳片表層部をホットスカーファーやコールドスカーファーによって溶削する、またはグラインダーやシェーパーなどによって研削し、スケールの除去された表皮、或いは、ホットスカーファーなどによる溶削面またはグラインダーなどによる研削面を、光学式表面疵検知装置、磁粉探傷装置、超音波探傷装置、渦電流センサーなどの欠陥検出装置によって検査して欠陥発生の有無を調査する。そして、欠陥が検出されたときには、その情報を連続鋳造工程にフィードバックする。
【００１７】
連続鋳造工程では、鋳型内の溶鋼流動を監視する目的のために鋳型銅板温度を測定し且つ記憶しており、フィードバックされた鋳片表層部の欠陥情報と、欠陥が発生した時点での鋳型銅板温度つまり鋳型内溶鋼流動状況とを照らし合わせ、検出された欠陥の発生原因を付きとめ、検出された欠陥が再び発生することがないように、磁場発生装置を用いて鋳型内の溶鋼流動を変更する。尚、鋳型内の溶鋼流動を監視するためには、少なくとも鋳型幅方向の鋳型銅板温度を測定する必要があるが、鋳型幅方向とともに鋳型鋳造方向（縦方向）の鋳型銅板温度を測定することにより、より一層精度良く鋳型内溶鋼流動状況を監視することが可能となる。
【００１８】
欠陥検出工程で欠陥が検出された鋳片は、スポットスカーファーやグラインダー或いはホットスカーファーなどによって検出された欠陥が除去された後、熱間圧延工程の加熱炉に装入される。欠陥検出工程で欠陥が検出されない鋳片は、そのまま熱間圧延工程の加熱炉に装入される。
【００１９】
近年、地球温暖化防止のための環境対策やエネルギー対策が問われており、その観点から、連続鋳造機によって鋳造された鋳片の有する熱を有効利用することが望ましく、従って、上記連続鋳造工程から加熱炉装入までの工程を、鋳片が熱間状態または温間状態の間に実施することが好ましい。ここで、熱間状態とは鋳片の平均温度が４００℃程度以上、温間状態とは平均温度が２００℃程度以上と定義する。熱間圧延工程の加熱炉において所定の温度及び所定の時間加熱された鋳片は、熱間圧延されて熱延鋼材が製造される。
【００２０】
以下、工程を追って順に本発明を説明する。尚、ここでは、鋳片を熱片状態のまま加熱炉に装入する例で説明するが、鋳片が温間状態或いは冷間状態の場合も、熱片状態の場合に準じて本発明を適用すればよい。
【００２１】
図２及び図３に、本発明を実施する上で好適なスラブ連続鋳造機を示す。図２は、垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機の側面概要図、図３は、図２に示すスラブ連続鋳造機の鋳型部の詳細を示す正面断面概略図である。
【００２２】
図２に示すように、スラブ連続鋳造機１には、溶鋼１１を冷却するための鋳型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１１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６、ガイドロール７及びピンチロール８からなる複数対の鋳片支持ロールが配置されている。このうち、ピンチロール８は、鋳片１２を支持すると同時に鋳片１２を引抜くための駆動ロールである。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロールの間隙には、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１２は引抜かれながら冷却されるようになっている。鋳片支持ロールの下流側には、鋳造された鋳片１２を搬送するための複数の搬送ロール９が設置されており、この搬送ロール９の上方には、鋳造される鋳片１２から所定の長さの鋳片１２ａを切断するためのガス切断機１０が配置されている。
【００２３】
また、図３に示すように、タンディッシュ２の底部には上ノズル１８が設けられ、この上ノズル１８に接続して、固定板１９、摺動板２０及び整流ノズル２１からなるスライディングノズル３が配置され、更に、スライディングノズル３の下面側には、下部に吐出孔２２を有する浸漬ノズル４が配置されて、タンディッシュ２から鋳型５への溶鋼流出孔２３が形成されている。
【００２４】
鋳型５は、相対する一対の鋳型長辺銅板１６と、この鋳型長辺銅板１６に内装された、相対する一対の鋳型短辺銅板１７と、から構成されていて、鋳型長辺銅板１６の背面には、鋳型５の内部空間に電磁場を印加することによって溶鋼１１の流動を制御する磁場発生装置２７が設置されている。磁場発生装置２７の発生する磁場は、直流静磁場であっても、交流移動磁場であっても、また直流静磁場と交流移動磁場とが重畳された磁場の何れであっても構わず、磁場発生装置２７に期待される効果に応じて配置すればよい。
【００２５】
直流静磁場は、移動する溶鋼１１に、溶鋼１１の向きとは反対側の向きに電磁的な制動力を働かせる機能を有する装置であり、交流移動磁場は、移動する磁場の方向に溶鋼１１を移動させる機能を有する装置であり、直流交流重畳磁場は、両者の機能を有する装置である。磁場発生装置２７の磁場強度は磁場強度制御装置３０によって制御されている。この場合、図２では、磁場発生装置２７を鋳片幅方向で一つのものとして表示しているが、鋳型幅方向の中心を境として二箇所以上に分割し、それぞれ独立して磁場強度制御装置３０の信号が入力されるようにしてもよい。また、磁場発生装置２７が浸漬ノズル４の吐出孔２２の近傍に設置されているが、メニスカス２５の近傍や鋳型５の下端部など、磁場発生装置２７の機能に応じて最適位置に配置するものとする。また更に、図３では、磁場発生装置２７を鋳造方向で１段のみ設置しているが、鋳造方向で２段以上配置しても構わない。
【００２６】
鋳型長辺銅板１６の背面には、鋳型長辺銅板１６の幅方向に沿って複数の孔が設けられ、鋳型長辺銅板１６の銅板温度を測定するための測定点２８となっている。各測定点２８には、測温素子２９が、その先端を鋳型長辺銅板１６に接して配置されている。この場合に、時々刻々の溶鋼流速の変化を銅板温度の変化として正確に捉えるために、鋳型長辺銅板１６の溶鋼側表面から測温素子２９の先端までの距離は１６ｍｍ以下とすることが好ましい。また、メニスカス２５から測定点２８までの距離は、鋳造中のメニスカス２５の上下動による温度変動の影響を受けないようにするために１０ｍｍ以上とし、且つ、溶鋼流動の変化による鋳型長辺銅板温度の変化量を正確に把握するために１３５ｍｍ以下にすることが好ましい。更に、鋳型幅方向の鋳型長辺銅板１６の温度分布を正確に把握するために、隣り合う測定点２８の間隔は２００ｍｍ以下とすることが好ましい。尚、測温素子２９は、熱電対や抵抗測温体などのうち±１℃以上の精度で測温できるものであれば種類を問わない。
【００２７】
測温素子２９の他端は零点補償器（図示せず）に連結されており、測温素子２９から出力される起電力信号は零点補償器を経由して記憶装置３１に入力されている。記憶装置３１は、起電力信号を電流信号に変換して測定データとして記憶する。また、記憶装置３１には、銅板温度を測定した時点の鋳片引抜き速度、磁場発生装置２７の磁場強度、浸漬ノズル４の浸漬深さ、浸漬ノズル内へのＡｒ吹き込み量などの鋳造条件が、連続鋳造操業を制御するプロセスコンピューター３３から入力され、銅板温度の測定値とともに記憶されるようになっている。記憶装置３１と接続してデータ解析装置３２が設置されており、データ解析装置３２は、記憶装置３１から入力される測定データを用いて、例えば鋳片引抜き速度と鋳型幅方向での温度差との関係などの種々の解析が可能となっている。
【００２８】
鋳型銅板温度は、鋳型銅板直前の溶鋼流動に関連して変化するので、具体的には鋳型銅板直前の溶鋼流速が速くなると鋳型銅板温度は上昇するので、鋳型５の幅方向で鋳型銅板温度を測定することにより、鋳型内の溶鋼流動やその分布を把握することができる。
【００２９】
この構成のスラブ連続鋳造機１において、取鍋（図示せず）からタンディッシュ２に溶鋼１１を注入してタンディッシュ２に所定量の溶鋼１１を滞留させ、次いで、タンディッシュ２に滞留した溶鋼１１を、溶鋼流出孔２３を経由して、浸漬ノズル４の下部に設けられ且つ鋳型内の溶鋼１１に浸漬された吐出孔２２から、溶鋼１１の吐出流２４を鋳型短辺銅板１７に向けて鋳型５に注入する。鋳型５に注入された溶鋼１１は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１３を形成し、内部に未凝固相１４を有する鋳片１２として、鋳型５の下方に設けたサポートロール６、ガイドロール７及びピンチロール８に支持されつつ、ピンチロール８の駆動力により鋳型５の下方に連続的に引抜かれる。鋳片１２は、これらの鋳片支持ロールを通過する間、二次冷却帯の二次冷却水で冷却され、凝固シェル１３の厚みを増大し、凝固完了位置１５で内部までの凝固を完了する。鋳片１２は、ガス切断機１０によって切断されて鋳片１２ａとなる。鋳片１２の引抜きの間、鋳型５のメニスカス２５の位置をほぼ一定の位置とし、メニスカス２５の上には、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２６を添加する。
【００３０】
この鋳造中、記憶装置３１は、測温素子２９により測定される鋳型長辺銅板温度を逐次記憶する。但し、測定される鋳型長辺銅板温度を全て記憶すると、記憶容量が大きくなり不都合であるとともに、鋳型長辺銅板温度の時間的変化は左程大きくないので、１０秒間隔ないし数十秒間隔で記憶させても構わない。この鋳造においては、その鋳造が最初の鋳造の場合には、磁場発生装置２７から磁場を印加しても、しなくてもどちらでも構わない。但し、本発明を適用した以降は、定められた所定の磁場印加条件で磁場を印加する。
【００３１】
このようにして製造され、鋳型長辺銅板温度及び鋳片引抜き速度などの他の鋳造条件の記憶された鋳片１２ａは、熱間状態のまま次工程の熱間圧延工程の加熱炉へ搬送される。
【００３２】
この搬送過程の途中、搬送用ローラーテーブルの上、或いは、専用の表層部手入れ場などの適宜の場所で、熱間状態のままの鋳片１２ａの表面、裏面及び側面をショットブラストなどによって処理して表皮のスケールを除去するか、或いは、熱間状態のままの鋳片１２ａの表面、裏面及び側面を、ホットスカーファーやコールドスカーファーによって溶削するかまたはグラインダー、シェーパー、フライス式切削機によって研削する。本発明において、鋳片表皮のスケールを除去する理由は、付着したスケールを除去して疵を検出しやすくするためであり、また、鋳片表層部を溶削または研削する理由は、鋳片表層部に存在する欠陥を顕在化させるためである。溶削または研削する場合、欠陥を顕在化させるためには、溶削厚みまたは研削厚みは、鋳込みままの鋳片表皮から１ｍｍ〜４ｍｍとすることが好ましく、また、鋳片表層部に存在する欠陥を顕在化させるために、鋳片１２ａの全面を溶削または研削する。
【００３３】
次いで、スケールの除去された鋳片１２ａの表皮、或いは、鋳片１２ａの溶削面または研削面を、光学式表面欠陥検出装置や、磁粉探傷装置、超音波探傷装置、渦電流センサーなどを備えた欠陥検出装置を用いて検査し、欠陥発生の有無を調査する。欠陥検出装置としては、迅速な検査が可能で且つ検出精度も高いことから、ＣＣＤカメラを利用した光学式表面欠陥検出装置、或いは、超音波探傷装置を備えた欠陥検出装置を用いることが好ましい。
【００３４】
但し、鋳片１２ａの表面、特にスケールが除去されただけの鋳片１２ａの表面にはオシレーションマークなどの凹み部があり、超音波探傷装置で欠陥を検出する場合には、この凹み部が外乱となって検出精度が劣化する。従って、超音波探傷装置を備えた欠陥検出装置を用いて欠陥を検出する場合には、鋳片１２ａの表面の凹凸の影響を回避するために、図４に示す超音波探傷式欠陥検出装置を使用することが好ましい。図４は、本発明を実施する上で好適な超音波探傷式欠陥検出装置の構成図である。
【００３５】
図４において、符号３４は第１の探傷用超音波センサー、３５は第２の探傷用超音波センサー、３６は表面状態測定用センサー、３７は駆動装置、３８は第１の探傷用超音波送信部、３９は第２の探傷用超音波送信部、４０は第１の探傷用超音波受信部、４１は第２の探傷用超音波受信部、４２は表面状態測定部、４３はＡ／Ｄ変換部、４４は計算機、４５は探傷条件入力部、４６は出力部である。
【００３６】
第１の探傷用超音波センサー３４及び第２の探傷用超音波センサー３５は、被検査材である鋳片１２ａの表面との超音波音響結合方法を局部水浸法として、超音波を送受信する。探傷条件入力部４５にて入力された各設定値に基づき、計算機４４は、駆動装置３７、第１の探傷用超音波送信部３８、第２の探傷用超音波送信部３９、Ａ／Ｄ変換部４３を制御し、第１の探傷用超音波センサー３４、第２の探傷用超音波センサー３５及び表面状態測定用センサー３６を鋳片表面に対して走査して測定を行う。走査方法は、探傷したい部位に応じて二方向スキャン（例えばＸＹスキャン）や一方向スキャンなどを適宜選択すればよい。
【００３７】
このとき、第１の探傷用超音波センサー３４、第２の探傷用超音波センサー３５及び表面状態測定用センサー３６を、同一のセンサーヘッドに納めて同時に探傷してもよいし、別個のセンサーヘッドに納め、別々に駆動して探傷してもよい。また、第１の探傷用超音波センサー３４或いは第２の探傷用超音波センサー３５による探傷前後に、別の場所やラインで表面状態測定用センサー３６により測定しても構わない。
【００３８】
また、走査方法は各センサーを駆動させるのではなく、被検査材である鋳片１２ａをロールなどにより搬送させながら走査できるようにしても構わないし、鋳片１２ａを搬送させながら各センサーを駆動して走査するようにしてもよく、探傷すべき範囲を走査することができれば、その走査方法は限定しない。
【００３９】
通常のシングルプローブ（超音波の送信と受信とを同一の圧電型振動子で行う方法）を用いて、被検査材の不感帯直後から欠陥検出ゲートを設定して探傷すると、被検査材の表面にわずかな凹み、例えば０．１ｍｍ程度の凹みであっても存在する場合には、欠陥検出ゲート内に超音波反射波が漏れこんでしまい、探傷範囲のほとんどで、凹みによる誤検出が出てしまう。そのために、探傷範囲に対する有効探傷面積が極わずかになってしまい、被検査材を正しく評価することができなくなる。
【００４０】
そこで、本発明で使用する超音波探傷式欠陥検出装置では、被検査材表面の凹凸の影響を受け難くした二種類の超音波センサーを配置し、被検査材の表面直下から深さｄX1ｍｍまでの範囲については、第１の探傷用超音波センサー３４で探傷し、深さｄX1より深い範囲（深さｄX2まで）を、第２の探傷用超音波センサー３５で探傷する。尚、ここでは上記２つのセンサーを組み合わせる方法を説明するが、被検査材の状態に応じてどちらか一方のみを使用するようにしてもよい。つまり、検出すべき欠陥の被検査材表面からの存在する深さ範囲に応じて、測定条件やこれらのセンサーの組合せを適宜決定すればよい。例えば、表面から深さｄX1までの欠陥を検査対象とするならば、第１の探傷用超音波センサー３４だけでよいし、深さｄX1からｄX2の欠陥を検査対象とするならば、第２の探傷用超音波センサー３５だけでもよく、表面からｄX2までの欠陥を検査するのであれば両方の超音波センサーが必要となる。
【００４１】
第１の探傷用超音波センサー３４について、図５を参照して詳細に説明する。第１の探傷用超音波センサー３４は、被検査材にクリーピング波を送信し、被検査材に存在する欠陥で反射したクリーピング波を送信位置とは異なる位置で受信するようにしたものであり、このようにすることで、被検査材の表面粗さに起因するノイズを抑制し、検査材表面直下に存在する微小欠陥を高い検出能力で探傷することが可能となる。尚、図５は、第１の探傷用超音波センサー３４の実施形態を示す図である。
【００４２】
図５に示す超音波探傷方法において、鋳片１２ａの表面との音響結合方法は水浸法とし、クリーピング波の送受信を、送信用圧電型振動子４７と受信用圧電型振動子４８とに分離して行う。送信用圧電型振動子４７と被検査材との角度Φ１は、送信用圧電型振動子４７から送信した超音波が被検査材内部に屈折角度を約７５°〜９０°とするクリーピング波として伝播するように設定し、屈折角度を７５°〜９０°のクリーピング波を受信できるように、受信用圧電型振動子４８と被検査材表面との角度Φ２を設定する。図５における符号５０は鋳片１２ａに存在する欠陥である。
【００４３】
このとき、送信用圧電型振動子４７の検査材表面との角度Φ１と、受信用圧電型振動子４８の検査材表面との角度Φ２とを、異なる角度に設定する。このようにして角度Φ１及び角度Φ２を設定することで、図５に示すように、送信及び受信の超音波ビームの中心を或る表面深さの位置で交差させて焦点を結ぶことができ、焦点近傍での検出能を高めることができる。
【００４４】
送信用圧電型振動子４７と受信用圧電型振動子４８とは、図５に示したように、前後に配置したタンデム配置とする。検査材内部の送受ビームの交差点と超音波の入射位置及び放射位置とが同一直線上であることが、配置を容易にする上で好ましいが、これに限定されない。図５の配置とすることで、受信用圧電型振動子４８は送信ビームの入射位置に対して、大きく異なる方向を向くことになる。従って、ビームの広がりがあって、送信ビームが入射位置の周りに広がって表面粗さで散乱したとしても、その表面エコーは受信用圧電型振動子４８に受信されにくくなる。更に、検査材中での超音波の伝播経路も短くすることができることから、欠陥エコーの信号を強く受信することが可能となる。この結果、表面粗さに起因するノイズを低減し、信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）を向上させることができる。
【００４５】
また更に、送信用圧電型振動子４７と受信用圧電型振動子４８との間に、音響隔離板４９を設置することで、受信用圧電型振動子４８の側にわずかに伝播してくる表面散乱ノイズを遮蔽し、よりＳ／Ｎを向上させることができる。
【００４６】
次に、第２の探傷用超音波センサー３５について、図６を参照して詳細に説明する。第２の探傷用超音波センサー３５は、超音波の送受信を異なる圧電型振動子で分離して行い、送受信する圧電型振動間に音響隔離版５３を設置することで、被検査材表面での反射波は、ほとんど受信されないか、小振幅の表面波が受信される程度となり、より表層部の欠陥をＳ／Ｎ良く検出できるようになる。ここで、表層部の欠陥とは、表面近くの内部欠陥や表面での割れであるが、「割れ」とは、間隙が非常に狭く密着しているような表面欠陥をいう。尚、図６は、第２の探傷用超音波センサー３５の実施形態を示す図である。
【００４７】
図６に示す超音波探傷方法において、鋳片１２ａの表面との音響結合方法は水浸法とし、送信用圧電型振動子５１と被検査材表面との角度をθ１とし、受信用圧電型振動子５２と被検査材表面との角度をθ２として、超音波の送受信を行う。このとき、超音波の送信及び受信の超音波ビームの中心を予め設定した深さ位置で交差させて焦点を結び、焦点近傍での検出能を高めるように、角度θ１と角度θ２及び送信用圧電型振動子５１と受信用圧電型振動子５２との距離を設定する。
【００４８】
送信用圧電型振動子５１と受信用圧電型振動子５２と間には音響隔離板５３を配置し、超音波の送信と受信とを音響的に分離する。被検査材表面からの反射波が少しでも受信されないようにするために、音響隔離板５３の先端と被検査材表面との距離は可能な限り小さくすることが好ましい。
【００４９】
また、音響隔離板５３の先端の形状は、被検査材からの反射波が反射し難くなるような形状とし、被検査材表面からの反射波が音響隔離板５３の先端で反射することで散乱し、その散乱波が受信されないようにすることが好ましい。これは、前述した音響隔離板４９も同様に当てはまる。
【００５０】
例えば、図７（Ａ）の例では、音響隔離板４９，５３の先端部での反射面積を小さくするために、先端部の形状を鋭くしている。このときの先端の厚みｔは反射し難くなるように波長以下とし、波長の二分の一以下であることが好ましい。
【００５１】
図７（Ｂ）の例では、音響隔離板４９，５３の形状を受信側の面は被検査材と垂直として、送信側の面を受信側の面に対して角度θ３の鋭角にして、音響隔離板４９，５３の先端で生じた反射波を送信側に反射させている。このように音響隔離板４９，５３の先端部の形状を定めているので、被検査材表面で反射したエコーは、音響隔離板４９，５３で反射しても、受信用圧電型振動子４８及び受信用圧電型振動子５２にはほとんど入らず、Ｓ／Ｎを高めることができる。
【００５２】
また、図８に示すように音響隔離板４９，５３の内部に空気層または不連続部を設けることで、送信側から音響隔離板４９，５３を透過してしまう超音波を小さくすることができ、Ｓ／Ｎを小さくすることができる。
【００５３】
尚、第１の探傷用超音波センサー３４や第２の探傷用超音波センサー３５の音響結合方法は、水を介する、所謂、水浸法（全没水浸法、局部水浸法、噴流水浸法など）に限らず、アクリル樹脂などを介し、更に水や油を介するギャップ法や直接接触法を用いることもできる。
【００５４】
第１の探傷用超音波送信部３８により、第１の探傷用超音波センサー３４に配置された送信用圧電型振動子４７を駆動して、水を介して超音波を送信し、被検査材内部からの反射波を第１の探傷用超音波センサー３４に配置された受信用圧電型振動子４８にて受信し、受信した反射波を第１の探傷用超音波受信部４０にてフィルター処理、増幅を行い、Ａ／Ｄ変換部４３を介して計算機４４で取り込み、計算機４４は超音波指示を算出する。
【００５５】
また、第２の探傷用超音波送信部３９により、第２の探傷用超音波センサー３５に配置された送信用圧電型振動子５１を駆動して、水を介して超音波を送信し、被検査材内部からの反射波を第２の探傷用超音波センサー３５に配置された受信用圧電型振動子５２にて受信し、受信した反射波を第２の探傷用超音波受信部４１にてフィルター処理、増幅を行い、Ａ／Ｄ変換部４３を介して計算機４４で取り込み、計算機４４は超音波指示を算出する。
【００５６】
第１の探傷用超音波センサー３４及び第２の探傷用超音波センサー３５で探傷した波形を、更に計算機４４の内部または外部に取り付けたＤＳＰ（Digital Signal Processor）で同期加算平均や開口合成などのデジタル信号処理を行ってから超音波指示を判定してもよいし、アナログ回路で超音波指示を算出してもよい。
【００５７】
更に、計算機４４は、第１の探傷用超音波センサー３４及び第２の探傷用超音波センサー３５の測定データのみならず、表面状態測定用センサー３６の測定データを入力し、それらの結果を比較することによって被検査材の内部欠陥や表面欠陥を正確に判定する欠陥判定処理装置としての役割を有し、以下に示す欠陥判定処理装置の機能も有している。
【００５８】
計算機４４は、Ａ／Ｄ変換部４３により入力された受信信号に対して信号波形全波整流を施し、予め設定されたゲート範囲内において信号振幅の最大値Ｆｐを算出し、このとき最大値Ｆｐが予め設定されたＦthに対して、Ｆｐ＞Ｆthを満たすときに超音波指示有り（内部欠陥や表面欠陥が存在する）として判定し、満たさないときは超音波指示なし（欠陥無し）として、探傷位置情報とともに計算機４４の内部や外部に設置された記録装置などに記録する。
【００５９】
表面状態情報入力装置である、被検査材表面の凹みを検出するための表面状態測定用センサー３６及び表面状態測定部４２としては、距離計を用いる。距離計としては、レーザー距離計或いは超音波距離計などの各種距離計を用い、この距離計によって距離計から被検査材表面までの距離を測定する。表面状態測定部４２で算出され出力された表面状態情報であるデータ値は、Ａ／Ｄ変換部４３によりデジタル変換された後に、または、計算機４４と表面状態測定部４２とを直接つなげるシリアル通信やＧＰＩＢ通信などにより、計算機４４に取り込まれ、計算機４４の欠陥判定処理機能により、最終欠陥の判定が行われる。計算機４４に取り込まれた値は、被検査材上における測定位置情報とともに、計算機４４の外部や内部に設置された記録装置に記録される。
【００６０】
計算機４４では、一旦記録された距離情報を入力して、被検査材上に表面状態情報である、凹みの有無（凹み指示）を算出する。具体的には、被検査材の任意の位置Ｐにおいて、距離計から被検査材表面までの距離Ｓｐ（距離計の測定値）が予め設定した閾値（基準値）Ｓthに対して、Ｓth＜Ｓｐを満たすときは凹み（凹部）ありと判定し、満たさないときは凹み無しと判定する。
【００６１】
そして、表面状態測定用センサー３６による測定データから算出された被検査材表面の凹み位置と、第１の探傷用超音波センサー３４及び第２の探傷用超音波センサー３５による測定データから算出された超音波指示位置（欠陥ありと判定した位置）とを比較して、超音波指示位置と同一個所に凹みが検出されている（第１の探傷用超音波センサー３４または第２の探傷用超音波センサー３５で検出した欠陥の位置と、表面状態測定用センサー３６で検出した凹み位置とが一致している）ときは、その超音波指示を除外して、欠陥である可能性の高い位置のみを残したデータを作成する。これによって、超音波探傷時に凹みによって欠陥を検出するためのゲート内に表面からの超音波反射波が紛れ込むことに起因する、誤検出となる可能性のある「欠陥あり」と判定された指示が除外され、正確な欠陥指示を出力することができるようになる。
【００６２】
作成されたデータは、出力部４６に出力され、そのデータに基づいて、被検査材の品質の良否判定を行うことができる。
【００６３】
尚、表面状態情報入力装置として、表面状態測定用センサー３６及び表面状態測定部４２の代わりに、検査員による目視観察で被検査材の表面状態を検査して、凹み位置を検出し、この表面状態情報を入力する表面状態検査結果入力部を設けて計算機４４と接続してもよい。また、本発明において、「表面状態情報入力装置」とは、表面状態測定用センサー３６などの表面状態計測装置そのものであってもよいし、表面状態計測装置の情報データを入力する端末や通信用Ｉ／Ｆなどの入力装置や前述の目視検査の情報を入力するための表面状態検査結果入力部を含むものである。また、表面状態測定用センサー３６として距離計を用いる例で説明したが、それに限らず、例えば、光切断法や投影パターンの歪を画像処理により計測する方法など、被検査材の凸部や凹部などの表面形状を測定可能な３次元形状計測装置を用いてもよい。また更に、出力部４６には、凹みを検出した位置を除外した欠陥指示（位置、欠陥種、程度など）のデータだけを出力するのではなく、除外前の欠陥指示データに必要に応じて凹みが検出された指示や、凹み検出位置をあわせて出力してもよいし、欠陥指示と一緒にその欠陥の、超音波の信号から推定される大きさや、深さを同時に出力するようにしてもよい。
【００６４】
以上説明したように、上記構成の超音波探傷式欠陥検出装置では、上記第１の探傷用超音波センサー３４及び／または上記第２の探傷用超音波センサー３５を用いることにより、被検査材表面のわずかな凹みによる誤検出を抑えるとともに、表面状態測定用センサー３６の表面状態情報を用いて、更に深い凹みの位置を除去するようにしてあるので、誤検出を低減して探傷検査でき、より表面状態の悪い被検査材を正しく評価することが実現可能となり、本発明を実施する上で極めて好適な欠陥検出装置である。
【００６５】
欠陥検出装置により欠陥が検出されたなら、欠陥の発生した鋳片１２ａの識別番号、欠陥発生の位置、欠陥の個数などが欠陥検出装置からプロセスコンピューター３３及び記憶装置３１を介してデータ解析装置３２に送信される。データ解析装置３２は、検出された欠陥のデータと、当該欠陥の鋳片部位に相当する鋳型長辺銅板温度及びその他の鋳造条件とを対比して表示すると同時に、これらのデータを照らし合わせ、検出された欠陥と鋳造条件との関係を解析し表示する。
【００６６】
オペレーターは、データ解析装置３２に表示されるデータに基づき、検出された欠陥が再び発生することがないように、磁場強度制御装置３０を介して磁場発生装置２７の磁場印加条件を変更する。この場合、磁場印加条件の変更を頻度高く行うと、溶鋼流動を制御できずに発散してしまう恐れがあるので、１チャージの鋳造終了毎に行うなど、或る程度の間隔を隔てて磁場印加条件を変更することが好ましい。磁場印加条件を変更しても欠陥が無くならない場合や他の種類の欠陥が発生した場合には、上記に沿って磁場印加条件を変更する。この磁場印加条件の変更は、鋳片１２のサイズ、鋳片引抜き速度などの鋳造条件と対応して行うものであり、鋳片１２のサイズや鋳片引抜き速度などの鋳造条件が異なる条件では適用しない。
【００６７】
欠陥検出工程で欠陥が検出された鋳片１２ａは、スポットスカーファーやグラインダー或いはホットスカーファーなどによって検出された欠陥が除去された後、熱間圧延工程の加熱炉に装入され、欠陥検出工程で欠陥が検出されない鋳片１２ａは、熱間圧延工程の加熱炉に熱間状態のまま装入される。
【００６８】
以上説明したように、本発明によれば、鋳片１２ａの表層部に欠陥が発生した場合、この欠陥を欠陥検出装置によって検出し、また、この欠陥の発生した時点における鋳型長辺銅板温度から鋳型内の溶鋼流動状況が把握され、そして、これらに基づいて検出された欠陥が再び発生しないように鋳型内溶鋼流動を磁場発生装置２７によって修正するので、表層部に欠陥の少ない連続鋳造鋳片を連続鋳造機で安定して製造することが可能となる。
【実施例１】
【００６９】
交流移動磁場を印加する磁場発生装置が設置されたスラブ連続鋳造機において、厚みが２５０ｍｍ、幅が１６５０ｍｍのスラブ鋳片を鋳造した。得られた鋳片の全面を、ホットスカーファーを用いて表皮から２ｍｍ厚さで溶削し、溶削面をＣＣＤカメラ方式による欠陥検出装置で検査した。その結果、１つの鋳片に欠陥が検出された。
【００７０】
その欠陥の発生位置を図９に示す。欠陥は、長さ約１０ｍの鋳片のボトム側（鋳造方向の下方側）から約４ｍの位置及び約７ｍの位置であり、鋳片の幅方向では鋳片幅中央から南側に０．４ｍ〜０．８ｍ離れた位置に発生した。このときの鋳片ボトム側から約４ｍの位置に相当する鋳型長辺銅板温度分布を図１０に示す。図１０からも明らかなように、鋳型長辺銅板温度は欠陥の発生した部位で低下しており、欠陥の発生した部位では、溶鋼の流速が不足したことが確認できた。尚、そのときの鋳片引抜き速度は２．２ｍ／分であった。
【００７１】
そこで、スラブ厚みが２５０ｍｍ、スラブ幅が１６５０ｍｍであって鋳片引抜き速度が２．２ｍ／分の近傍においては、磁場発生装置によって溶鋼が鋳型内で水平方向に攪拌するように、交流移動磁場を印加するように操業条件を変更した。その結果、厚みが２５０ｍｍ、幅が１６５０ｍｍのスラブ鋳片を２．２ｍ／分の鋳片引抜き速度で鋳造する場合には、それ以降、同様の欠陥の発生は皆無であった。
【実施例２】
【００７２】
交流移動磁場を印加する磁場発生装置が設置されたスラブ連続鋳造機において、厚みが２５０ｍｍ、幅が１６５０ｍｍのスラブ鋳片を鋳造した。得られた鋳片の全面をショットブラスト処理して鋳片表皮のスケールを除去し、次いで、鋳片表面を、図４に示す超音波探傷式欠陥検出装置で検査した。その結果、１つの鋳片に欠陥が検出された。
【００７３】
その欠陥の発生位置を図１１に示す。欠陥は、長さ約１０ｍの鋳片のボトム側（鋳造方向の下方側）から約３ｍの位置及び約５ｍの位置であり、鋳片の幅方向では鋳片幅中央から南側に０．５ｍ〜０．７ｍ離れた位置に発生した。このときの鋳片ボトム側から約３ｍの位置に相当する鋳型長辺銅板温度分布を図１２に示す。図１２からも明らかなように、鋳型長辺銅板温度は欠陥の発生した部位で低下しており、欠陥の発生した部位では、溶鋼の流速が不足したことが確認できた。尚、そのときの鋳片引抜き速度は２．２ｍ／分であった。
【００７４】
そこで、スラブ厚みが２５０ｍｍ、スラブ幅が１６５０ｍｍであって鋳片引抜き速度が２．２ｍ／分の近傍においては、磁場発生装置によって溶鋼が鋳型内で水平方向に攪拌するように、交流移動磁場を印加するように操業条件を変更した。その結果、厚みが２５０ｍｍ、幅が１６５０ｍｍのスラブ鋳片を２．２ｍ／分の鋳片引抜き速度で鋳造する場合には、それ以降、同様の欠陥の発生は皆無であった。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明により製造される鋳片の連続鋳造工程から熱間圧延工程の加熱炉までの流れを示すフロー図である。
【図２】本発明を実施する上で好適なスラブ連続鋳造機の側面概要図である。
【図３】図２に示すスラブ連続鋳造機の鋳型部の詳細を示す正面断面概略図である
【図４】本発明を実施する上で好適な超音波探傷式欠陥検出装置の構成図である。
【図５】図４に示す第１の探傷用超音波センサーの実施形態を示す図である。
【図６】図４に示す第２の探傷用超音波センサーの実施形態を示す図である。
【図７】音響隔離板の形状を示す概略図である。
【図８】音響隔離板の他の形状を示す概略図である。
【図９】実施例１における欠陥の発生位置を示す図である。
【図１０】図９に示す欠陥が発生したときの鋳型長辺銅板温度分布を示す図である。
【図１１】実施例２における欠陥の発生位置を示す図である。
【図１２】図１１に示す欠陥が発生したときの鋳型長辺銅板温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
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  サポートロール
７  ガイドロール
８  ピンチロール
９  搬送ロール
１０  ガス切断機
１１  溶鋼
１２  鋳片
１３  凝固シェル
１４  未凝固相
１５  凝固完了位置
１６  鋳型長辺銅板
１７  鋳型短辺銅板
１８  上ノズル
１９  固定板
２０  摺動板
２１  整流ノズル
２２  吐出孔
２３  溶鋼流出孔
２４  吐出流
２５  メニスカス
２６  モールドパウダー
２７  磁場発生装置
２８  測定点
２９  測温素子
３０  磁場強度制御装置
３１  記憶装置
３２  データ解析装置
３３  プロセスコンピューター
３４  第１の探傷用超音波センサー
３５  第２の探傷用超音波センサー
３６  表面状態測定用センサー
３７  駆動装置
３８  第１の探傷用超音波送信部
３９  第２の探傷用超音波送信部
４０  第１の探傷用超音波受信部
４１  第２の探傷用超音波受信部
４２  表面状態測定部
４３  Ａ／Ｄ変換部
４４  計算機
４５  探傷条件入力部
４６  出力部
４７  送信用圧電型振動子
４８  受信用圧電型振動子
４９  音響隔離板
５０  欠陥
５１  送信用圧電型振動子
５２  受信用圧電型振動子
５３  音響隔離板
【図１】
0005104247.tif 000002
【図２】
0005104247.tif 000003
【図３】
0005104247.tif 000004
【図４】
0005104247.tif 000005
【図５】
0005104247.tif 000006
【図６】
0005104247.tif 000007
【図７】
0005104247.tif 000008
【図８】
0005104247.tif 000009
【図９】
0005104247.tif 000010
【図１０】
0005104247.tif 000011
【図１１】
0005104247.tif 000012
【図１２】
0005104247.tif 000013