JP5343554B2 - バルジング検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造において引き抜かれている鋳片におけるバルジングの発生およびその量を検知するためのバルジング検知装置に関するものである。

連続鋳造中に鋳片の凝固層が破れて未凝固の溶鋼が漏れ出すブレークアウトは、発生すると大きな損害となる。特にこのブレークアウトが、鋳型から出た後の工程で発生すると、ロール等の周辺機器に重大な損害をもたらす。

この様な鋳型外で発生するブレークアウトは、鋳片の凝固層の厚みの不足から発生するが、ブレークアウト直前には、バルジング量が大きくなることが知られている。バルジングとは、鋳片内部の未凝固溶鋼の圧力により、外部からの支えのないロール間の位置において、凝固層が外側に膨らむ現象である。この現象は、溶鋼流動により凝固層に熱供給が行われて凝固層が再溶解し、これによって凝固層が薄くなるために起こると考えられている。そして、凝固層が薄くなる確率は、鋳片の長辺側よりも短辺側において高く、それゆえバルジングも鋳片の短辺側において特に顕著に発生する。そこで、従来より、鋳片短辺のバルジングの発生およびその量を検知して、ブレークアウトを未然に防ぐ技術が開示されている。

従来のバルジング検知技術としては、光学式、超音波式、接触式等がある。たとえば光学式としては、特許文献１のようにバルジング部分を挟むように投光器、受光器を設けてその投影からバルジング量を計測する方法や、特許文献２のようにレーザ距離計を使用して計測する方法がある。また、超音波式としては、特許文献３のように水柱方式の超音波距離計を使用して計測する方法がある。また、接触式としては、特許文献４のように接触子によって計測する方法がある。

特開昭５８−１７６５１０号公報 特開２００７−３１９９２９号公報 特開昭６０−６２６０号公報 特開２００６−１３０５４９号公報

ところが、バルジングが発生する位置は鋳型直下の冷却帯付近であるため、一般的に水蒸気や水流、スケールや粉塵が多く、また１０００℃以上の高温であるという厳しい環境である。したがって、たとえば光学式を用いる際には、機器に含まれる電気回路、特に半導体を用いた回路等には厳しい環境であり、長期に検知を行なうことは困難であり、検知も不安定となる。一方、超音波式を用いる場合には、超音波の伝搬媒質として水柱を鋳片の表面まで形成するが、水柱中のノイズを減らすために鋳片までの距離を短くしなくてはならない。また、鋳造中に鋳片の幅替えを行なう際には、鋳片の短辺の位置も変化するため、その追従も高精度に行う必要があり、エンジニアリング的に困難である。また、上記のような高温であるため、蒸発の影響を避けるために相当量の水を使用しなければならない。また、接触式においては、接触子の耐久性が問題になるとともに、接触により凝固層が刺激され、場合によってはブレークアウトを助長することにもなりかねないという問題がある。また、上記の従来技術はどれも、万が一ブレークアウトが発生した際には、センサ等の主要部品が破損する可能性があり、その損害は大きいという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易かつ安定して、より正確にバルジングを検知することができるバルジング検知装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るバルジング検知装置は、連続鋳造において引き抜かれている鋳片の短辺に面して配置され、前記鋳片の短辺の厚さ方向略中央部に向かって、時間的に連続した信号パターンを有する高周波の第１電波信号を送信する第１送信アンテナと、前記第１送信アンテナの近傍に配置され、前記第１送信アンテナが送信した前記第１電波信号が前記短辺の厚さ方向略中央部によって反射して発生した第１反射電波信号を受信する第１受信アンテナと、前記第１受信アンテナの近傍に、該第１受信アンテナとは異なる位置で前記第１反射電波信号を受信する第２受信アンテナと、前記第１送信アンテナならびに前記第１および第２受信アンテナに接続し、前記第１送信アンテナに前記第１電波信号を供給するとともに、前記第１受信アンテナおよび前記第２受信アンテナが受信した前記第１反射電波信号を受け付け、前記第１電波信号と前記第１受信アンテナが受信した前記第１反射電波信号とを用いて測定した前記短辺の厚さ方向略中央部までの距離と、前記第１電波信号と前記第２受信アンテナが受信した前記第１反射電波信号とを用いて測定した前記短辺の厚さ方向略中央部までの距離との第１平均値の変動をもとに、前記鋳片の短辺に発生するバルジングを検知するバルジング検知手段と、を備えたことを特徴とする。
なお、高周波の電波とは、周波数がおおよそ３ＧＨｚ〜３ＴＨｚの範囲の電磁波を意味するものとする。

また、本発明に係るバルジング検知装置は、上記の発明において、前記第１反射電波信号が、前記第１受信アンテナで反射後、前記鋳片の短辺まで伝搬し、前記鋳片の短辺で反射して前記第１受信アンテナに受信されるまでの伝搬距離と、前記第１反射電波信号が、前記第２受信アンテナで反射後、前記鋳片の短辺まで伝搬し、前記鋳片の短辺で反射して前記第２受信アンテナに受信されるまでの伝搬距離との差が、ｎを整数として、前記第１電波信号の搬送波の（ｎ±１／２）波長となるように前記第１受信アンテナと前記第２受信アンテナとが配置されることを特徴とする。

また、本発明に係るバルジング検知装置は、上記の発明において、前記第１反射電波信号が、前記第１受信アンテナに受信されるまでの伝搬距離と、前記第１反射電波信号が、前記第２受信アンテナに受信されるまでの伝搬距離との差、および、前記第１反射電波信号が、前記第１受信アンテナで反射後、前記鋳片の短辺まで伝搬するまでの伝搬距離と、前記第１反射電波信号が、前記第２受信アンテナで反射後、前記鋳片の短辺まで伝搬するまでの伝搬距離との差、の少なくとも一方が、ｎを整数として、前記第１電波信号の搬送波の（ｎ±１／４）波長となるように、前記第１受信アンテナと前記第２受信アンテナとが配置されることを特徴とする。

また、本発明に係るバルジング検知装置は、上記の発明において、前記第１受信アンテナと前記鋳片の短辺との離隔距離と、前記第２受信アンテナと前記鋳片の短辺との離隔距離との差が、ｎを整数として、前記第１電波信号の搬送波の（ｎ±１／４）波長となるように、前記第１受信アンテナと前記第２受信アンテナとが配置されることを特徴とする。

また、本発明に係るバルジング検知装置は、上記の発明において、前記バルジング検知手段に接続し、前記鋳片の短辺に面して配置され、前記鋳片の短辺の厚さ方向略端部に向かって、時間的に連続した信号パターンを有する高周波の第２電波信号を送信する第２送信アンテナと、前記バルジング検知手段に接続し、前記第２送信アンテナの近傍に配置され、前記第２送信アンテナが送信した第２電波信号が前記短辺の厚さ方向略端部によって反射して発生した第２反射電波信号を受信する第３受信アンテナと、前記バルジング検知手段に接続し、前記第３受信アンテナの近傍に、異なるような位置で前記第２反射電波信号を受信する第４受信アンテナと、をさらに備え、前記バルジング検知手段は、前記第２送信アンテナに前記第２電波信号を供給するとともに、前記第３受信アンテナおよび前記第４受信アンテナが受信した前記第２反射電波信号を受け付け、前記第２電波信号と前記第３受信アンテナが受信した前記第２反射電波信号とを用いて測定した前記鋳片の短辺の厚さ方向略端部までの距離と、前記第２電波信号と前記第４受信アンテナが受信した前記第２反射電波信号とを用いて測定した前記短辺の厚さ方向略中央部までの距離との第２平均値の変動と、前記第１平均値の変動とをもとに、前記鋳片の短辺に発生するバルジングを検知することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な装置構成により、熱、水、粉塵の影響が少なく、鋳片から遠く離れた距離から非接触でバルジングを検知でき、さらに、時間的に連続した信号パターンを有する電波信号を用いた場合に発生する測定距離の揺らぎによる測定精度の低下を防止できるので、簡易かつ安定して、より正確にバルジングを検知することができるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係るバルジング検知装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施１の形態に係るバルジング検知装置１０の概略構成、およびこのバルジング検知装置１０を適用すべき鋳片Ｓと連続鋳造機１００とを模式的に示した図である。なお、この鋳片Ｓは連続鋳造工程において、連続鋳造機１００のガイドロール１０２に支持されながら鋳型１０１から矢印Ａｒの方向へ引き抜かれている。また、鋳型１０１の直下には冷却帯Ａがあり、この冷却帯Ａにおいて鋳片Ｓの凝固層の成長が制御される。また、符号Ｗは、連続鋳造機１００の外壁である。

本発明者は、バルジング検知装置として、悪環境下においても安定した測定を可能とする技術として、電波信号を用いた距離計を利用することに着眼し、その上で、周囲が金属部材で電波の多重反射が測定精度に影響を及ぼすという知見を得て、本発明に想到した。

このバルジング検知装置１０は、周波数が３０ＧＨｚ〜３００Ｇｚのミリ波を用いたものであり、図１に示すように、距離計ヘッド１１、１２と、バルジング検知手段としてのミリ波距離計１３と、ミリ波用の導波管１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂとを備えている。

距離計ヘッド１１、１２は、冷却帯Ａの下方に配置されている。また、距離計ヘッド１１は、鋳片Ｓの一方の短辺に面して配置され、距離計ヘッド１２は、鋳片Ｓの他方の短辺に面して配置されている。また、ミリ波距離計１３は、連続鋳造機１００の外部に設置されている。また、導波管１４ａ、１４ｂは、距離計ヘッド１１とミリ波距離計１３とを接続し、導波管１５ａ、１５ｂは、距離計ヘッド１２とミリ波距離計１３とを接続している。

図２は、距離計ヘッド１１の詳細構成、配置、およびその動作を説明する説明図である。なお、図２において、符号Ｄは鋳片Ｓの引き抜き方向を示しており、鋳片Ｓは、紙面の表側から裏側に向かって引き抜かれている。図２に示すように、この距離計ヘッド１１は、断面が矩形のホーンアンテナを用いた送信アンテナ１１ａと、送信アンテナ１１ａの近傍に配置された受信アンテナ１１ｂと、さらに受信アンテナ１１ｂの近傍に配置された受信アンテナ１１ｃを有している。なお、送信アンテナ１１ａと受信アンテナ１１ｂとは、鋳片Ｓの短辺Ｓａに面して、短辺Ｓａから所定の距離だけ離隔した状態で配置されている。距離計ヘッド１１と短辺Ｓａとの距離と、送信アンテナ１１ａおよび受信アンテナ１１ｂと短辺Ｓａとの距離は同じである。また、受信アンテナ１１ｃは、短辺Ｓａの厚さ方向に対して受信アンテナ１１ｂと横並びであるとともに、短辺Ｓａに対して受信アンテナ１１ｂからさらに距離ｄ１だけ離隔した状態で配置されている。また、導波管１４ａは送信アンテナ１１ａに接続し、導波管１４ｂは切替スイッチ１１ｄを介して受信アンテナ１１ｂ、１１ｃに接続している。なお、短辺Ｓａの長さはたとえば２００〜３００ｍｍ程度である。

一方、距離計ヘッド１２も、距離計ヘッド１１と同様に、断面が矩形のホーンアンテナを用いた送信アンテナ、２つの受信アンテナを有しており、鋳片Ｓにおける短辺Ｓａの反対側の短辺に面して、この短辺から所定の距離だけ離隔した状態で配置されており、また一方の受信アンテナはこの所定の距離からさらに距離ｄ１だけ離隔した状態で配置されている。また、導波管１５ａ、１５ｂは、距離計ヘッド１２の送信アンテナ、２つの受信アンテナにそれぞれ接続している。なお、距離計ヘッド１１、１２とそれぞれが面している短辺との間の離隔距離は、たとえば約２００ｍｍであるが、連続鋳造機１００内の他の機器と干渉しないようにすれば特に限定されない。

つぎに、図２、３を用いてバルジング検知装置１０の動作を説明する。まず、ミリ波距離計１３は、導波管１４ａを通して送信アンテナ１１ａに時間的に連続した信号パターンを有するミリ波信号Ｗ１を供給する。ここで、時間的に連続した信号パターンとは、ＦＭ、ＡＭ信号や擬似ランダム信号などの、信号パターンが時間的に連続したものである。ミリ波信号Ｗ１は、搬送波であるミリ波をこれらの信号で変調して生成される。特に、擬似ランダム信号で変調したミリ波信号を用いれば、信号処理により距離分解能を向上させることができる。つぎに、送信アンテナ１１ａは、鋳片Ｓの短辺Ｓａの厚さ方向の略中央部Ｃ（短辺の厚さ方向の中心５０〜１００ｍｍ程度の範囲）に向かってミリ波信号Ｗ１を送信する。なお、ミリ波信号Ｗ１の短辺Ｓａ上でのスポットサイズはたとえば２０ｍｍ〜３０ｍｍとする。

すると、ミリ波信号Ｗ１が中央部Ｃ（短辺の厚さ方向中心５０〜１００ｍｍ程度の範囲）によって反射して反射ミリ波信号ＲＷ１１が発生する。受信アンテナ１１ｂは、この反射ミリ波信号ＲＷ１１を受信する。導波管１４ｂは、所定のタイミングで切り替わる切替スイッチ１１ｄを介して、受信アンテナ１１ｂが受信した反射ミリ波信号ＲＷ１１をミリ波距離計１３へと導波する。ミリ波距離計１３は、反射ミリ波信号ＲＷ１１を受け付け、送信アンテナ１１ａがミリ波信号Ｗ１を送信した時刻と、受信アンテナ１１ｂが反射ミリ波信号ＲＷ１１を受信した時刻との時間差にもとづき、距離計ヘッド１１と鋳片Ｓの短辺Ｓａとの距離を測定する。たとえば、上記時間差とミリ波信号Ｗ１の速度との積を２で除算して上記距離とする。また、距離計ヘッド１１と短辺Ｓａとの距離と、送信アンテナ１１ａおよび受信アンテナ１１ｂと短辺Ｓａとの距離は同じである。

なお、ミリ波信号Ｗ１は、時間的に連続した信号パターンを有するものであるから、ミリ波信号Ｗ１と反射ミリ波信号ＲＷ１１との間で同期を取って、上記時間差を確定させている。

一方、受信アンテナ１１ｃも、ミリ波信号Ｗ１が中央部Ｃによって反射して発生した反射ミリ波信号をその配置した位置において受信する。図２においては、受信アンテナ１１ｃが受信する反射ミリ波信号を反射ミリ波信号ＲＷ１２として示している。導波管１４ｂは、所定のタイミングで切り替わる切替スイッチ１１ｄを介して、受信アンテナ１１ｃが受信した反射ミリ波信号ＲＷ１２をミリ波距離計１３へと導波する。ミリ波距離計１３は、反射ミリ波信号ＲＷ１２を受け付ける。そして、上記と同様に信号間の同期を取って、送信アンテナ１１ａがミリ波信号Ｗ１を送信した時刻と、受信アンテナ１１ｃが反射ミリ波信号ＲＷ１２を受信した時刻との時間差にもとづき、受信アンテナ１１ｃと鋳片Ｓの短辺Ｓａとの距離を測定する。

ここで、このバルジング検知装置１０においては、ミリ波距離計１３は、距離計ヘッド１１と鋳片Ｓの短辺Ｓａとの距離と、受信アンテナ１１ｃと鋳片Ｓの短辺Ｓａとの距離との平均値を算出する。なお、このように平均値を算出する理由については後述する。

つぎに、図３は、鋳片Ｓの短辺ＳａにバルジングＢが発生した状態を模式的に示した図である。図３に示すように、バルジングＢが発生した場合は、距離計ヘッド１１と鋳片Ｓの短辺Ｓａの中央部Ｃとの距離は、図２のようにバルジングＢが無い場合よりも短くなるように変動する。このときも図２の場合と同様に、ミリ波距離計１３は、ミリ波信号Ｗ１の送信時刻と反射ミリ波信号ＲＷ１１の受信時刻との時間差から距離を測定する。その一方で、ミリ波距離計１３は、ミリ波信号Ｗ１の送信時刻と反射ミリ波信号ＲＷ１２の受信時刻との時間差から距離を測定する。そして、ミリ波距離計１３は、バルジングが無い場合と同様に、測定した２つの距離の平均値を算出する。そして、この平均値の変動から、短辺ＳａにおけるバルジングＢの発生とその量を検知することができる。なお、バルジング量は、バルジングＢがない場合の短辺Ｓａの位置（例えば、設計上の値や、距離測定値の最大値など）を基準としたバルジングＢの高さで定義する。すなわち、バルジングＢが有る場合と無い場合とでの平均値の差分がバルジング量に対応する。

同様に、ミリ波距離計１３は、導波管１５ａ、１５ｂを介して距離計ヘッド１２との間で所定のミリ波信号の供給（送信）と反射ミリ波信号の受け付け（受信）とを行って距離の測定と平均値の算出とを行い、この平均値の変動をもとに、この反対側の短辺におけるバルジングの発生とその量を検知することができる。

図４は、距離計ヘッド１１と鋳片Ｓの短辺Ｓａとの距離を約２０３ｍｍとした場合の測定距離の一例を模式的に示した図である。図４において、横軸は測定した距離、縦軸は反射ミリ波信号の強度を示している。なお、ここで、横軸の距離は、ミリ波信号Ｗ１の送信時刻と反射ミリ波信号ＲＷ１１の受信時刻との時間差にミリ波信号Ｗ１の速度を積算し、これを２で除算したものである。図４に示すように、反射信号の強度の最大値は、距離計ヘッド１１と鋳片Ｓの短辺Ｓａとの距離に対応し、線Ｌ１が示す約２０３ｍｍの位置に現われている。したがって、ミリ波距離計１３は、この強度の最大値の位置をもとに、距離を測定し、さらに平均値を算出し、バルジングを検知することができる。

ここで、このバルジング検知装置１０においては、２つの受信アンテナ１１ｂ、１１ｃを用い、これらが受信した反射ミリ波信号ＲＷ１１、ＲＷ１２を用いて測定した距離の平均値を用いることによって、時間的に連続した信号パターンを有するミリ波信号Ｗ１を用いたことにより発生する測定距離の揺らぎによる測定精度の低下を防止でき、より正確にバルジングを検知することができる。以下に具体的に説明する。

図５は、距離計ヘッド１１と鋳片Ｓの短辺Ｓａとの実際の距離と、受信アンテナ１１ｂが受信した反射ミリ波信号ＲＷ１１を用いて測定した距離との関係の一例を示した図である。なお、図５においては、周波数２０ＧＨｚのミリ波を搬送波とし、これを擬似ランダム信号で変調して生成したミリ波信号Ｗ１を用いている。距離が正確に測定されていれば、線Ｌ２に示すように実際の距離と測定した距離とが完全に比例するはずである。しかし、実際には、線Ｌ３に示すように線Ｌ２のまわりを±５ｍｍ程度の振幅で振動するようにゆらいでおり、その誤差幅Ｅ１はこの例では１０ｍｍとなる。またこのゆらぎの周期は約７．５ｍｍであり、搬送波の半波長分に相当している。

このようなゆらぎが発生する原因は、以下のようなものであると考えられる。図６は、ゆらぎの発生原因を説明する説明図である。図６に示すように、送信アンテナ１１ａは鋳片Ｓの短辺Ｓａに向かってミリ波信号Ｗ１を送信し、受信アンテナ１１ｂは反射ミリ波信号ＲＷ１１を受信する。ところが、反射ミリ波信号ＲＷ１１の一部は受信アンテナ１１ｂにより反射され、短辺Ｓａによりさらに反射され、多重反射ミリ波信号が発生する。ここで、ミリ波信号Ｗ１は時間的に連続した信号パターンを有するので、或る時刻において、反射ミリ波信号ＲＷ１１と、それより以前の時刻に発生した反射ミリ波信号による多重反射ミリ波信号ＭＲＷとが重ね合わせられて干渉した状態で、受信アンテナ１１ｂによって受信される。このように、反射ミリ波信号ＲＷ１１と多重反射ミリ波信号ＭＲＷとの干渉により、受信アンテナの受信する信号強度が最大値となる時刻にずれが生じ、測定した距離に誤差が生じると考えられる。このとき、反射ミリ波信号ＲＷ１１と多重反射ミリ波信号ＭＲＷとの位相差Ｐは、受信アンテナ１１ｂと短辺Ｓａとの実際の距離に応じて変化するので、干渉の仕方も実際の距離に応じて変化する。その結果、図５に示すような、実際の距離に応じた測定距離のゆらぎが発生すると考えられる。

一方、図７は、図５に、受信アンテナ１１ｃと鋳片Ｓの短辺Ｓａとの実際の距離と、受信アンテナ１１ｃが受信した反射ミリ波信号ＲＷ１２を用いて測定した距離との関係を示す曲線を重ね合わせて示した図である。なお、ここでは、図２に示す距離ｄ１を約３．８ｍｍ、すなわち搬送波の１／４波長分の距離に設定している。図７の線Ｌ４に示すように、この場合の実際の距離と測定した距離との関係は、線Ｌ３と同様に線Ｌ２のまわりを振動するようにゆらぐが、そのゆらぎの特性は線Ｌ３とは約３．８ｍｍだけずれており、ほぼ逆位相となっている。

つぎに、図８は、図７に示す線Ｌ３、Ｌ４の平均値を示したものである。すなわち、図８の線Ｌ５は、距離計ヘッド１１と鋳片Ｓの短辺Ｓａとの実際の距離と受信アンテナ１１ｃと短辺Ｓａとの実際の距離との平均値と、受信アンテナ１１ｂを用いて測定した距離と受信アンテナ１１ｃを用いて測定した距離との平均値との関係を示している。図８の線Ｌ５に示すように、２つの受信アンテナ１１ｂ、１１ｃを用いて測定した距離の平均値を用いることによって、線Ｌ３、Ｌ４のゆらぎの特性が相殺され、線Ｌ２のまわりの振幅が±１．５ｍｍ程度に低減され、誤差幅Ｅ２が３ｍｍに低減されている。

このように、このバルジング検知装置１０においては、測定距離の揺らぎによる測定精度の低下を防止でき、より正確にバルジングを検知することができる。

なお、図８に示す場合は、受信アンテナ１１ｂと鋳片Ｓの短辺Ｓａとの離隔距離と、受信アンテナ１１ｃと短辺Ｓａとの離隔距離との差を、ミリ波信号Ｗ１の搬送波の１／４波長分の距離に設定しているが、この差を搬送波の（ｎ±１／４）波長分（ｎは整数）とすれば、図８に示す場合と同一の効果を得ることができる。また、上記差が（ｎ±１／４）波長分から外れていたとしても、平均値を用いることによるゆらぎ特性の相殺の効果を得ることができる。

なお、図５に示したように、ゆらぎの周期は搬送波のほぼ半波長に相当しているので、図７、図８の様に離隔距離の差を（ｎ±１／４）波長とするのみでなく、アンテナと鋳片との間を伝搬する電波の往復経路の差が（ｍ±１／２）搬送波の波長分（ｍは整数）となる様にすればよい。図７、８の場合は、実質的に最短経路を伝搬していると思われるので、離隔距離で考えればよい。

また、バルジング検知装置１０においては、ミリ波信号Ｗ１と反射ミリ波信号ＲＷ１１、ＲＷ１２とを用いてバルジングＢを検知するので、熱、水、粉塵の影響が少なく、非接触で鋳片Ｓの遠方からバルジングＢの検知を行うことができる。また、送信または受信アンテナ１１ａ〜１１ｃあるいは導波管１４ａ、１４ｂは、簡易な構成で実現できる。また、これらの送信または受信アンテナ１１ａ〜１１ｃあるいは導波管１４ａ、１４ｂは、金属製のものを用いることができるので、耐熱性を確保することができ、安定した検知を実現する。さらに、これらをたとえばステンレス製のものとすれば、さらに耐腐食性を確保することができ、さらに安定した検知を実現できる。また、導波管１４ａ、１４ｂを用いることによってミリ波信号Ｗ１を鋳片Ｓの輻射熱を受けない位置まで導波することができるので、ノイズの少ない安定した検知が可能となる。

また、ミリ波距離計１３を連続鋳造機１００の外部に設置しているので、鋳片Ｓの近くには送信または受信アンテナ１１ａ〜１１ｃや導波管１４ａ、１４ｂなど金属製のパーツのみが設置されることとなる。その結果、このバルジング検知装置１０は、仮にブレークアウトが発生した場合でも、簡易な構成のアンテナと導波管との交換で再使用でき、メンテナンス性に優れている。

なお、このバルジング検知装置１０において、エアポンプ等を用いて構成したエア吹き込み機構によって導波管１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂにエアを吹き込むように構成すれば、導波管１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ自体の冷却と、各導波管内部への水蒸気、粉塵の侵入防止が実現されるので、長期にわたってさらに安定したバルジングの検知が可能となる。

また、冷却帯Ａより大量の水が落下し、水の流れがミリ波信号Ｗ１の進行方向に対して垂直な膜状になった場合などは、ミリ波信号Ｗ１が水の膜で遮断され、または反射してしまうおそれがある。したがって、このバルジング検知装置１０において、エアポンプ等を用いて構成したエア吹き付け機構によって距離計ヘッド１１、１２の送受信アンテナの周辺にエアを吹き付けて、水の膜が形成されないようにずれば、さらに安定したバルジングの検知が可能となる。

なお、この実施の形態１に係るバルジング検知装置１０においては、ミリ波距離計１３を連続鋳造機１００の外部に設置しているが、連続鋳造機１００の内部の鋳片Ｓから離隔した位置に設置してもよい。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、実施の形態１に係るバルジング検知装置１０において、さらに鋳片Ｓの各短辺の厚さ方向略端部の位置の変動を測定するものである。

図９は、本実施の形態２に係るバルジング検知装置２０の要部構成を模式的に示した図である。なお、図９において、符号Ｄは図２と同様に鋳片Ｓの引き抜き方向を示している。図９に示すように、このバルジング検知装置２０は、バルジング検知装置１０の構成に加えて、距離計ヘッド１１と同様に断面が矩形のホーンアンテナを用いた送信アンテナ２１ａ、受信アンテナ２１ｂ、２１ｃを有した距離計ヘッド２１を備えている。この距離計ヘッド２１も、鋳片Ｓの短辺Ｓａに面して、距離計ヘッド１１と同じ距離だけ短辺Ｓａから離隔した状態で配置されている。また、受信アンテナ２１ｃは、短辺Ｓａの厚さ方向に対して受信アンテナ２１ｂと横並びであるとともに、短辺Ｓａに対して受信アンテナ２１ｂからさらに距離ｄ２だけ離隔した状態で配置されている。なお、距離ｄ２は、上述した距離ｄ１の場合と同じ理由で、ミリ波信号Ｗ１の搬送波の（ｍ±１／４）波長分（ｍは整数）とするのが特に好適であるが、これに限定されない。

また、導波管１４ａ、導波管１４ｂの途中にはそれぞれ切替スイッチ２７ａ、２７ｂが設けられており、導波管２４ａは送信アンテナ２１ａと切替スイッチ２７ａとに接続し、導波管２４ｂは切替スイッチ２１ｄを介して受信アンテナ２１ｂ、２１ｃと切替スイッチ２７ｂとに接続している。なお、切替スイッチ２７ａ、２７ｂは、このように連続鋳造機１００の内部に設けてもよいし、連続鋳造機１００の外部やミリ波距離計１３の内部に設けてもよい。

一方、このバルジング検知装置２０は、距離計ヘッド１２の側にも、距離計ヘッド２１、導波管２４ａ、導波管２４ｂ、切替スイッチ２７ａ、２７ｂと同様の構成要素を備えている。

つぎに、このバルジング検知装置２０の動作について説明する。まず、バルジング検知装置１０と同様に、ミリ波距離計１３は、ミリ波信号Ｗ１を出力する。その一方、ミリ波距離計１３は、導波管１４ａを通して、ミリ波信号Ｗ１と同一または異なる所定の信号パターンを有するミリ波信号Ｗ２も供給する。ここで、切替スイッチ２７ａは所定の切替タイミングにより適宜に切り替わり、ミリ波信号Ｗ２は送信アンテナ２１ａに供給される。つぎに、送信アンテナ１１ａは、鋳片Ｓの短辺Ｓａの厚さ方向の略中央部Ｃに向かってミリ波信号Ｗ１を送信する。その一方で、送信アンテナ２１ａは、鋳片Ｓの短辺Ｓａの厚さ方向の略端部Ｅに向かってミリ波信号Ｗ２を送信する。

すると、受信アンテナ１１ｂが、ミリ波信号Ｗ１が中央部Ｃによって反射して発生した反射ミリ波信号ＲＷ１１を受信する。また、受信アンテナ１１ｃが、反射ミリ波信号ＲＷ１２を受信する。その一方で、受信アンテナ２１ｂが、ミリ波信号Ｗ２が端部Ｅによって反射して発生した反射ミリ波信号ＲＷ２１を受信する。また、受信アンテナ２１ｃが、ミリ波信号Ｗ２が端部Ｅによって反射して発生した反射ミリ波信号ＲＷ２２を受信する。導波管１４ｂは、切替スイッチ１１ｄを介して、受信アンテナ１１ｂ、１１ｃが受信した反射ミリ波信号ＲＷ１１、Ｒ１２をミリ波距離計１３へと導波する。その一方で、導波管２４ｂは、切替スイッチ２１ｄ、切替スイッチ２７ｂ、導波管１４ｂを介して、受信アンテナ２１ｂ、２１ｃが受信した反射ミリ波信号ＲＷ２１、ＲＷ２２をミリ波距離計１３へと導波する。

ミリ波距離計１３は、反射ミリ波信号ＲＷ１１、ＲＷ１２、ＲＷ２１、ＲＷ２２を受け付ける。そして、ミリ波距離計１３は、送信アンテナ１１ａの送信時刻と、受信アンテナ１１ｂの受信時刻との時間差にもとづき、距離計ヘッド１１と鋳片Ｓの短辺Ｓａの中央部Ｃとの距離を測定する。一方で、送信アンテナ１１ａの送信時刻と、受信アンテナ１１ｃの受信時刻との時間差にもとづき、送信アンテナ１１ｃと中央部Ｃとの距離を測定し、両測定距離の平均値を算出する。また、他方で、ミリ波距離計１３は、送信アンテナ２１ａの送信時刻と、受信アンテナ２１ｂの受信時刻との時間差にもとづき、距離計ヘッド２１と鋳片Ｓの短辺Ｓａの端部Ｅとの距離を測定し、送信アンテナ２１ａの送信時刻と、受信アンテナ２１ｃの受信時刻との時間差にもとづき、受信アンテナ２１ｃと端部Ｅとの距離を測定し、両測定距離の平均値を算出する。

ここで、バルジングは、鋳片Ｓの短辺Ｓａの中央部Ｃを中心として現われる。一方、バルジングが発生しても、それによっては端部Ｅの位置はほとんど変動しない。したがって、ミリ波距離計１３は、距離計ヘッド２１と端部Ｅとの測定距離の平均値を基準値として、距離計ヘッド１１と中央部Ｃとの測定距離の平均値と基準値との差分により、バルジングを検知する。

図１０、１１は、鋳片Ｓにバルジング量がそれぞれ１ｍｍ、１０ｍｍのバルジングＢ１、Ｂ２が発生した状態における各距離計ヘッド１１、２１により測定した距離を示した図である。なお、受信アンテナ１１ｃ、２１ｃは記載を省略している。また、図１０、１１において、線Ｌ４、Ｌ５が距離計ヘッド１１による測定距離を示し、線Ｌ２、Ｌ３が距離計ヘッド２１による測定距離を示している。また、線Ｌ６〜Ｌ９は、反射ミリ波信号の強度が最大値となる位置を示し、各距離計ヘッド１１、２１と鋳片Ｓの短辺Ｓａとの距離を示している。図１０においては、距離計ヘッド１１と短辺Ｓａとの距離が２０２ｍｍであり、距離計ヘッド２１と短辺Ｓａとの距離が２０３ｍｍであり、その差分は１ｍｍである。一方、図１１においては、距離計ヘッド１１と短辺Ｓａとの距離が１９３ｍｍであり、距離計ヘッド２１と短辺Ｓａとの距離が２０３ｍｍであり、その差分は１０ｍｍである。すなわち、図１０、１１において、バルジング量は、各距離計ヘッド１１、２１と短辺Ｓａとの距離の差分となって現われている。

また、同様に、バルジング量は、各受信アンテナ１１ｃ、２１ｃと短辺Ｓａとの距離の差分となって現われる。

このように、このバルジング検知装置２０は、距離計ヘッド１１と中央部Ｃとの距離と受信アンテナ１１ｃと中央部Ｃとの距離との平均値と、距離計ヘッド２１と端部Ｅとの距離と受信アンテナ２１ｃと端部Ｅとの距離との平均値との差分によりバルジングを検知する。したがって、鋳片Ｓが蛇行するなどして、短辺Ｓａの位置が変動したとしても、正確にバルジングを検知できる。

なお、このバルジング検知装置２０では、距離計ヘッド１１と距離計ヘッド２１とを同じ距離だけ短辺Ｓａから離隔した状態で配置しているが、異なる距離としてもよい。

また、このバルジング検知装置２０は、粉塵や水などによって距離の測定結果にノイズが生じた場合でも、より正確にバルジングを検知できるものとなる。これを以下に説明する。

図１２は、バルジング検知装置２０の各距離計ヘッド１１、２１による測定距離の平均値の経時変化を示した図である。なお、ここでは、距離計ヘッド１１と距離計ヘッド２１とを、短辺Ｓａから異なる距離だけ離隔した状態で配置している。また、図１２において、時間区間Ｔ１では距離計ヘッド１１、２１の周囲に水が少ない状態であり、時間区間Ｔ２では冷却帯Ａから大量の水が落下してきた状態である。また、線Ｌ１４、Ｌ１５はそれぞれ距離計ヘッド１１、２１により測定した距離の平均値を示している。図１２に示すように、線Ｌ１４、Ｌ１５に示したいずれの平均値も、時間区間Ｔ１では安定しているものの、時間区間Ｔ２においては水の影響によりノイズが発生している。しかしながら、距離計ヘッド１１、２１の周囲環境はほとんど同じであるため、その測定距離の平均値に発生するノイズもほとんど同じ形状の経時変動を有している。したがって、このバルジング検知装置２０においては、バルジングの検知のために距離計ヘッド１１、２１による平均値の差分をとる際に、各平均値に発生しているノイズが相殺される。したがって、このバルジング検知装置２０は、水の影響を受けず、より正確にバルジングを検知できる。また、粉塵によりノイズが発生する場合も同様である。

また、実施の形態１、２に係るバルジング検知装置１０、２０によりバルジングが検知された場合や、バルジング量が所定の閾値、たとえば３０ｍｍを超えた場合には、ミリ波距離計１３がアラームを発生するようにしてもよい。作業者は、このアラームを感知して、鋳造速度を遅くしたり、溶鋼流動の制御パターンを変えて鋳型１０１の下方の溶融流動を抑制したりすることによって、その後のバルジングの発生を防止することができる。

なお、上記実施の形態１、２では、ミリ波を用いたが、周波数が３００ＧＨｚ〜３ＴＨｚのテラヘルツ波や、３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚのマイクロ波を用いてもよい。用いる電波の種類は、たとえば所望の距離分解能や許容設置スペースを基準として最適なものを選択する。なお、距離分解能は、周波数が高いほど良くなり、すなわちマイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波の順番で良くなり、導波管などのパーツ寸法は、周波数が高いほど小さくなり、すなわちマイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波の順番で小さくなる。また、上記実施の形態１、２では、各送信または受信アンテナとして断面が矩形のホーンアンテナを用いたが、断面が円形のホーンアンテナやパラボラアンテナを用いてもよい。

また、上記実施の形態１、２では、受信アンテナ１１ｃ、２１ｃは、短辺Ｓａの厚さ方向に対してそれぞれ受信アンテナ１１ｂ、２１ｂと横並びに配置されているが、縦並び、または各送信アンテナ１１ａ、２１ａを挟んで配置されていてもよい。

また、ゆらぎの原因となる多重反射は、被測定物である鋳片Ｓからのみの反射で起きるとは限らず、周囲の構造物などからの反射により起きることも考えられる。したがって、上記実施の形態１、２において、各距離計ヘッドの受信アンテナを２つ以上、たとえば４つ設け、それぞれ１／８波長分、１／４波長分、３／８波長分だけ離隔させて配置させてもよい。これらの受信アンテナを用いて測定した距離の平均値を用いれば、より安定したバルジングの検知が可能となる。

また、上記実施の形態２では、切替スイッチ２７ａ、２７ｂを用い、各距離計ヘッド１１、２１に対してひとつのミリ波距離計１３を用いてバルジングを検知しているが、各距離計ヘッド１１、２１に対して別個のミリ波距離計を備えるようにしてもよい。

また、上記実施の形態２では、鋳片Ｓの短辺Ｓａの一方の端部Ｅの距離を測定しているが、さらにもう一方の端部の距離を測定してもよい。このように、鋳片Ｓの短辺Ｓａの両端部の距離を測定し、一方の端部の距離を適宜選択して基準の距離としたり、両方の端部を結んだ直線の中点近辺を基準の距離としたりすれば、より正確なバルジングの検知を行うことができる。

実施の形態１に係るバルジング検知装置の概略構成、およびこのバルジング検知装置を適用すべき鋳片と連続鋳造機とを模式的に示した図である。 距離計ヘッドの詳細構成、配置、およびその動作を説明する説明図である。 鋳片の短辺にバルジングが発生した状態を模式的に示した図である。 距離計ヘッドと鋳片の短辺との距離を約２０３ｍｍとした場合の測定距離の一例を模式的に示した図である。 距離計ヘッドと鋳片の短辺との実際の距離と、受信アンテナが受信した反射ミリ波信号を用いて測定した距離との関係の一例を示した図である。 ゆらぎの発生原因を説明する説明図である。 図５に、別の受信アンテナと鋳片の短辺との実際の距離と、この受信アンテナが受信した反射ミリ波信号を用いて測定した距離との関係を示す曲線を重ね合わせて示した図である。 図７に示す線の平均値を示したものである。 実施の形態２に係るバルジング検知装置の要部構成を模式的に示した図である。 鋳片にバルジング量が１ｍｍのバルジングが発生した状態における各距離計ヘッドにより測定した距離を示した図である。 鋳片にバルジング量が１０ｍｍのバルジングが発生した状態における各距離計ヘッドにより測定した距離を示した図である。 バルジング検知装置の各距離計ヘッドによる測定距離の平均値の経時変化を示した図である。

符号の説明

１０、２０ バルジング検知装置
１１、１２、２１ 距離計ヘッド
１１ａ、２１ａ 送信アンテナ
１１ｂ、１１ｃ、２１ｂ、２１ｃ 受信アンテナ
１３ ミリ波距離計
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、２４ａ、２４ｂ 導波管
１１ｄ、２１ｄ、２７ａ、２７ｂ 切替スイッチ
１００ 連続鋳造機
１０１ 鋳型
１０２ ガイドロール
Ａ 冷却帯
Ａｒ 矢印
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ バルジング
Ｃ 中央部
Ｄ 引き抜き方向
ｄ１、ｄ２ 距離
Ｅ 端部
Ｅ１、Ｅ２ 誤差幅
Ｌ１〜Ｌ１５ 線
ＭＲＷ 多重反射ミリ波信号
Ｐ 位相
ＲＷ１１、ＲＷ１２、ＲＷ２１、ＲＷ２２ 反射ミリ波信号
Ｓ 鋳片
Ｓａ 短辺
Ｔ１、Ｔ２ 時間区間
Ｗ 外壁
Ｗ１、Ｗ２ ミリ波信号

Claims (5)

1. 連続鋳造において引き抜かれている鋳片の短辺に面して配置され、前記鋳片の短辺の厚さ方向略中央部に向かって、時間的に連続した信号パターンを有する高周波の第１電波信号を送信する第１送信アンテナと、
   前記第１送信アンテナの近傍に配置され、前記第１送信アンテナが送信した前記第１電波信号が前記短辺の厚さ方向略中央部によって反射して発生した第１反射電波信号を受信する第１受信アンテナと、
   前記第１受信アンテナの近傍に、該第１受信アンテナとは異なる位置で前記第１反射電波信号を受信する第２受信アンテナと、
   前記第１送信アンテナならびに前記第１および第２受信アンテナに接続し、前記第１送信アンテナに前記第１電波信号を供給するとともに、前記第１受信アンテナおよび前記第２受信アンテナが受信した前記第１反射電波信号を受け付け、前記第１電波信号と前記第１受信アンテナが受信した前記第１反射電波信号とを用いて測定した前記第１受信アンテナから前記短辺の厚さ方向略中央部までの距離と、前記第１電波信号と前記第２受信アンテナが受信した前記第１反射電波信号とを用いて測定した前記第２受信アンテナから前記短辺の厚さ方向略中央部までの距離との第１平均値の変動をもとに、前記鋳片の短辺に発生するバルジングを検知するバルジング検知手段と、
   を備えたことを特徴とするバルジング検知装置。
2. 前記第１反射電波信号が、前記第１受信アンテナで反射後、前記鋳片の短辺まで伝搬し、前記鋳片の短辺で反射して前記第１受信アンテナに受信されるまでの伝搬距離と、前記第１反射電波信号が、前記第２受信アンテナで反射後、前記鋳片の短辺まで伝搬し、前記鋳片の短辺で反射して前記第２受信アンテナに受信されるまでの伝搬距離との差が、ｎを整数として、前記第１電波信号の搬送波の（ｎ±１／２）波長となるように前記第１受信アンテナと前記第２受信アンテナとが配置されることを特徴とする請求項１に記載のバルジング検知装置。
3. 前記第１反射電波信号が、前記第１受信アンテナに受信されるまでの伝搬距離と、前記第１反射電波信号が、前記第２受信アンテナに受信されるまでの伝搬距離との差、および、前記第１反射電波信号が、前記第１受信アンテナで反射後、前記鋳片の短辺まで伝搬するまでの伝搬距離と、前記第１反射電波信号が、前記第２受信アンテナで反射後、前記鋳片の短辺まで伝搬するまでの伝搬距離との差、の少なくとも一方が、ｎを整数として、前記第１電波信号の搬送波の（ｎ±１／４）波長となるように、前記第１受信アンテナと前記第２受信アンテナとが配置されることを特徴とする請求項１に記載のバルジング検知装置。
4. 前記第１受信アンテナと前記鋳片の短辺との離隔距離と、前記第２受信アンテナと前記鋳片の短辺との離隔距離との差が、ｎを整数として、前記第１電波信号の搬送波の（ｎ±１／４）波長となるように、前記第１受信アンテナと前記第２受信アンテナとが配置されることを特徴とする請求項１に記載のバルジング検知装置。
5. 前記バルジング検知手段に接続し、前記鋳片の短辺に面して配置され、前記鋳片の短辺の厚さ方向略端部に向かって、時間的に連続した信号パターンを有する高周波の第２電波信号を送信する第２送信アンテナと、
   前記バルジング検知手段に接続し、前記第２送信アンテナの近傍に配置され、前記第２送信アンテナが送信した第２電波信号が前記短辺の厚さ方向略端部によって反射して発生した第２反射電波信号を受信する第３受信アンテナと、
   前記バルジング検知手段に接続し、前記第３受信アンテナの近傍に、異なるような位置で前記第２反射電波信号を受信する第４受信アンテナと、
   をさらに備え、
   前記バルジング検知手段は、前記第２送信アンテナに前記第２電波信号を供給するとともに、前記第３受信アンテナおよび前記第４受信アンテナが受信した前記第２反射電波信号を受け付け、前記第２電波信号と前記第３受信アンテナが受信した前記第２反射電波信号とを用いて測定した前記第３受信アンテナから前記鋳片の短辺の厚さ方向略端部までの距離と、前記第２電波信号と前記第４受信アンテナが受信した前記第２反射電波信号とを用いて測定した前記第４受信アンテナから前記短辺の厚さ方向略端部までの距離との第２平均値の変動と、前記第１平均値の変動とをもとに、前記鋳片の短辺に発生するバルジングを検知することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のバルジング検知装置。
   

Images