特許 7163215 鋳片内部状態判定装置および該方法ならびに連続鋳造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-21

(45)【発行日】2022-10-31

(54)【発明の名称】鋳片内部状態判定装置および該方法ならびに連続鋳造装置

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/16 20060101AFI20221024BHJP

【ＦＩ】

B22D11/16 104S

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019029177

(22)【出願日】2019-02-21

(65)【公開番号】P2019162664

(43)【公開日】2019-09-26

【審査請求日】2021-10-26

(31)【優先権主張番号】P 2018051924

(32)【優先日】2018-03-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100111453

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻井 智

(72)【発明者】

【氏名】福井 利英

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／０９４１９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－２９８９１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ １１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋳片の内部に横波超音波を送信する送信用電磁超音波センサと、
前記送信用電磁超音波センサで送信され前記鋳片の内部を伝播した横波超音波を受信する受信用電磁超音波センサと、
前記鋳片の厚さ方向に沿った前記鋳片の内部温度分布を測定する温度分布測定部と、
前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波の有無、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波の強度、および、前記温度分布測定部で測定された最大内部温度に基づいて、前記鋳片の内部状態を判定する内部状態判定部とを備え、
前記温度分布測定部は、前記鋳片の表面温度を測定する温度センサと、前記温度センサで測定した前記鋳片の表面温度から数式モデルを用いて前記鋳片の内部温度分布を求める温度演算部とを備え、
前記内部状態は、未凝固状態、凝固状態および不完全凝固状態であり、
前記内部状態判定部は、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波が無い場合、前記内部状態として、前記未凝固状態であると判定し、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波が有る場合であって、前記温度センサおよび前記温度演算部で測定された最大内部温度が第１閾値以上であって、かつ、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波の強度が第２閾値未満である場合に、前記内部状態として、前記不完全凝固状態であると判定し、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波が有る場合であって、前記温度センサおよび前記温度演算部で測定された最大内部温度が前記第１閾値未満であって、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波の強度が前記第２閾値以上である場合に、前記内部状態として、前記凝固状態であると判定する、
鋳片内部状態判定装置。

【請求項2】

前記送信用電磁超音波センサと前記受信用電磁超音波センサとを１組として、連続鋳造装置における複数のロール間それぞれに配置された複数の組を備え、
前記内部状態判定部は、前記複数の組それぞれについて、各内部状態を判定する、
請求項１に記載の鋳片内部状態判定装置。

【請求項3】

前記送信用電磁超音波センサと前記受信用電磁超音波センサとは、前記鋳片を介してはす向かいに配置される、
請求項１または請求項２に記載の鋳片内部状態判定装置。

【請求項4】

前記送信用電磁超音波センサは、配置位置をずらして順次に並置され、前記鋳片に横波超音波を素横波超音波として発生させる複数の電磁超音波発生素子と、前記複数の電磁超音波発生素子それぞれによって発生させられた複数の素横波超音波を相互に干渉させることで送信面の法線方向を基準とした所定の角度の伝播方向に前記横波超音波を送信するように、前記複数の電磁超音波発生素子を制御する素子制御部とを備え、
前記受信用電磁超音波センサは、前記送信用電磁超音波センサに対し、前記法線方向を基準とした互いに異なる複数の角度で対抗する複数の位置それぞれに配置された複数である、
請求項１に記載の鋳片内部状態判定装置。

【請求項5】

鋳片の内部に横波超音波を送信する送信工程と、
前記送信工程で送信され前記鋳片の内部を伝播した横波超音波を受信する受信工程と、
前記鋳片の厚さ方向に沿った前記鋳片の内部温度分布を測定する温度分布測定工程と、
前記受信工程で受信される横波超音波の有無、前記受信工程で受信される横波超音波の強度、および、前記温度分布測定工程で測定された最大内部温度に基づいて、前記鋳片の内部状態を判定する内部状態判定工程とを備え、
前記温度分布測定工程は、前記鋳片の表面温度を測定する温度測定工程と、前記温度測定工程で測定した前記鋳片の表面温度から数式モデルを用いて前記鋳片の内部温度分布を求める温度演算工程とを備え、
前記内部状態は、未凝固状態、凝固状態および不完全凝固状態であり、
前記内部状態判定工程は、前記受信工程で受信される横波超音波が無い場合、前記内部状態として、前記未凝固状態であると判定し、前記受信工程で受信される横波超音波が有る場合であって、前記温度測定工程および前記温度演算工程で測定された最大内部温度が第１閾値以上であって、かつ、前記受信工程で受信される横波超音波の強度が第２閾値未満である場合に、前記内部状態として、前記不完全凝固状態であると判定し、前記受信工程で受信される横波超音波が有る場合であって、前記温度測定工程および前記温度演算工程で測定された最大内部温度が前記第１閾値未満であって、前記受信工程で受信される横波超音波の強度が前記第２閾値以上である場合に、前記内部状態として、前記凝固状態であると判定する、
鋳片内部状態判定方法。

【請求項6】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の鋳片内部状態判定装置を備える連続鋳造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、連続鋳造装置で製造される鋳片の内部状態を判定する鋳片内部状態判定装置および鋳片内部状態判定方法に関する。そして、本発明は、前記鋳片内部状態判定装置を備える連続鋳造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

連続鋳造（連鋳）では、鋳片は、鋳型から離れるに従って、厚み方向における主に外側の凝固シェルの肉厚が増加する一方、主に内側の未凝固部が減少し、最終的に凝固する。生産性を向上させるために、鋳型から鋳片を引く抜く速度を上げ過ぎると、引っ張り応力に凝固シェルが耐えられずに鋳片の破断が生じてしまったり、あるいは、最終凝固部（クレータエンド）の位置が、連続鋳造装置における鋳片を支持する支持ロール（支持ローラ）が設置されている設置範囲を超えてしまい、いわゆるバルジングが生じてしまう。また、扁平断面形のスラブ鋳片では、クレータエンドの位置が鋳片の幅方向に均一とならず、またクレータエンドにおける幅方向の形状が時間変動することもある。さらに、クレータエンド付近の未凝固部では、いわゆる中心偏析が生じ易く、品質に影響する。このため、クレータエンドの位置を検出することは、鋳片における生産性や品質等の向上にとって重要である。

【0003】

一般に、固相では、超音波の縦波も横波も伝播する一方、液相では、超音波の縦波は、伝播するが、横波は、伝播しない。このような性質を利用した未凝固部の厚さを測定する測定方法が例えば特許文献１に開示されている。なお、未凝固部の厚さを測定することで、未凝固部か凝固部かの内部状態が判別でき、したがって、クレータエンドの位置も検出できる。この特許文献１に開示された、連続鋳造鋳片の未凝固部厚さ測定方法は、連続鋳造鋳型の下方において、鋳片の一方の面に近接して横波用電磁式超音波送信器と縦波用電磁式超音波送信器をそれぞれ鋳片の巾方向に移動可能なように配設し、前記横波用電磁式超音波送信器に対向して鋳片の他方面に横波用電磁式超音波受信器を又前記縦波用電磁式超音波送信器に対向して鋳片の他方面に縦波用電磁式超音波受信器をそれぞれ前記各送信器と共動して鋳片の巾方向に移動可能なように配設し、前記横波用電磁式超音波送、受信器を鋳片巾方向に移動させながら横波超音波を送、受信することにより鋳片巾方向における鋳片の未凝固部と凝固部との境界位置を検出するとともに、該境界位置における横波超音波の鋳片厚さ方向の伝播時間を測定し、前記縦波用電磁式超音波送、受信器により鋳片の巾方向中央位置および前記境界位置における縦波超音波の鋳片厚さ方向の伝播時間をそれぞれ測定し、前記境界位置における横波超音波と縦波超音波の各伝播時間と前記巾方向中央位置における縦波超音波の伝播時間およびあらかじめ実験的に求めたところの被測定鋳片と同材質の材料の固相中における縦波超音波の音速と（横波超音波伝播時間／縦波超音波伝播時間）との関係ならびに既知の値であるところの被測定鋳片と同材質の材料の液相中における縦波超音波音速とを用いて鋳片の巾方向中央位置における未凝固部の厚さを求める。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特公昭６１－１３１６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、鋳片内で固相と液相とが分離されていれば良いが、固相か液相かが判別し難い場合があり、このような場合、未凝固部の厚さに誤差が生じてしまう。また、未凝固でも粘度が高ければ、超音波の横波が伝播する可能性があり、このような場合も未凝固部の厚さに誤差が生じてしまう。未凝固部の厚さに誤差が生じてしまうと、未凝固部か凝固部かの内部状態が誤判定されてしまい、その結果、クレータエンドの位置にも誤差が生じてしまう。

【0006】

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、連続鋳造される鋳片の内部状態を、より精度良く判定できる鋳片内部状態判定装置および鋳片内部状態判定方法ならびに前記鋳片内部状態判定装置を備える連続鋳造装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる鋳片内部状態判定装置は、鋳片の内部に横波超音波を送信する送信用電磁超音波センサと、前記送信用電磁超音波センサで送信され前記鋳片の内部を伝播した横波超音波を受信する受信用電磁超音波センサと、前記鋳片の厚さ方向に沿った前記鋳片の内部温度分布を測定する温度分布測定部と、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波の有無、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波の強度、および、前記温度分布測定部で測定された最大内部温度に基づいて、前記鋳片の内部状態を判定する内部状態判定部とを備え、前記温度分布測定部は、前記鋳片の表面温度を測定する温度センサと、前記温度センサで測定した前記鋳片の表面温度から数式モデルを用いて前記鋳片の内部温度分布を求める温度演算部とを備える。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記送信用電磁超音波センサと前記受信用電磁超音波センサとを１組として、連続鋳造装置におけるロール間に配置された複数の組を備え、前記内部状態判定部は、前記複数の組それぞれについて、各内部状態を判定する。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記複数の組は、鋳造方向（引き抜き方向）に沿って配置されている。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記複数の組は、鋳造方向に直交する幅方向に沿って配置されている。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記内部状態判定部で判定された前記複数の組それぞれについての各内部状態に基づいてクレータエンドの位置を判定するクレータエンド位置判定部をさらに備える。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記送信用電磁超音波センサと前記受信用電磁超音波センサとを１組として、前記１組を、連続鋳造装置のロール間において鋳造方向に沿って移動する第１移動機構をさらに備え、前記内部状態判定部は、前記第１移動機構で前記組を複数の位置に移動させて前記複数の位置それぞれについて、各内部状態を判定する。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記送信用電磁超音波センサと前記受信用電磁超音波センサとを１組として、前記１組を、連続鋳造装置のロール間において鋳造方向に直交する幅方向に沿って移動する第２移動機構をさらに備え、前記内部状態判定部は、前記第２移動機構で前記組を複数の位置に移動させて前記複数の位置それぞれについて、各内部状態を判定する。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記内部状態判定部で判定された前記複数の位置それぞれについての各内部状態に基づいてクレータエンドの位置を判定するクレータエンド位置判定部をさらに備える。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記温度演算部は、前記鋳片の厚さ方向における横波超音波の伝播時間に基づいて補正しつつ、前記温度センサで測定した前記鋳片の表面温度から所定の数式モデルを用いて前記鋳片の内部温度分布を求める。

【0008】

このような鋳片内部状態判定装置は、受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波の有無だけなく、前記横波超音波の強度および最大内部温度にも基づいて、前記鋳片の内部状態を判定するので、連続鋳造される鋳片の内部状態を、より精度良く判定できる。この結果、クレータエンドの位置もより精度良く判定できる。

【0009】

そして、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記内部状態は、未凝固状態、凝固状態および不完全凝固状態である。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記内部状態判定部は、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波が無い場合、前記内部状態として、前記鋳片の厚さ方向に沿った前記鋳片の内部に未凝固部分が存在する未凝固状態であると判定する。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記内部状態判定部は、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波が有る場合であって、前記温度分布測定部で測定された最大内部温度が予め設定された所定の第１閾値以上であって、かつ、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波の強度が予め設定された所定の第２閾値未満である場合に、前記内部状態として、前記鋳片の厚さ方向に沿った前記鋳片の内部に未凝固部分が存在する未凝固状態と判定されず、かつ、前記鋳片の厚さ方向に沿った前記鋳片の内部に未凝固部分が存在しない凝固状態とも判定されない不完全凝固状態であると判定する。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記内部状態判定部は、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波が有る場合であって、前記温度分布測定部で測定された最大内部温度が予め設定された所定の第１閾値未満であって、前記受信用電磁超音波センサで受信される横波超音波の強度が予め設定された所定の第２閾値以上である場合に、前記内部状態として、前記鋳片の厚さ方向に沿った前記鋳片の内部に未凝固部分が存在しない凝固状態であると判定する。

【0010】

このような鋳片内部状態判定装置は、内部状態を未凝固状態および凝固状態の二分類で判定するのではなく、前記未凝固状態と判定されず、かつ、前記凝固状態とも判定されない不完全凝固状態を含む三分類で判定するので、連続鋳造される鋳片の内部状態を、実際（現実）に則してより精度良く判定できる。この結果、クレータエンドの位置もより精度良く判定できる。

【0011】

他の一態様では、これら上述の鋳片内部状態判定装置において、前記送信用電磁超音波センサと前記受信用電磁超音波センサとを１組として、連続鋳造装置における複数のロール間それぞれに配置された複数の組を備え、前記内部状態判定部は、前記複数の組それぞれについて、各内部状態を判定する。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記内部状態判定部で判定された前記複数の組それぞれについての各内部状態に基づいてクレータエンドの位置を判定するクレータエンド位置判定部をさらに備える。

【0012】

このような鋳片内部状態判定装置は、連続鋳造装置における複数のロール間それぞれに配置された複数の組を備え、前記複数の組それぞれについて、各内部状態を判定するので、連続鋳造中に鋳造方向に沿った各位置で、各内部状態を判定できる。この結果、例えば引き抜き速度の変更や冷却態様の変更や調整成分の変更等に応じて、クレータエンドの位置がシフトした場合でも、クレータエンドの位置もより精度良く判定できる。

【0013】

他の一態様では、これら上述の鋳片内部状態判定装置において、前記送信用電磁超音波センサと前記受信用電磁超音波センサとは、前記鋳片を介してはす向かいに配置される。
状態であると判定する。

【0014】

このような鋳片内部状態判定装置は、前記送信用電磁超音波センサと鋳片を介してはす向かいに配置される前記受信用電磁超音波センサとを１組として備えるので、ロール下における鋳片の内部状態を判定できる。

【0015】

他の一態様では、これら上述の鋳片内部状態判定装置において、前記送信用電磁超音波センサは、配置位置をずらして順次に並置され、前記鋳片に横波超音波を素横波超音波として発生させる複数の電磁超音波発生素子と、前記複数の電磁超音波発生素子それぞれによって発生させられた複数の素横波超音波を相互に干渉させることで送信面の法線方向を基準とした所定の角度の伝播方向に前記横波超音波を送信するように、前記複数の電磁超音波発生素子を制御する素子制御部とを備え、前記受信用電磁超音波センサは、前記送信用電磁超音波センサに対し、前記法線方向を基準とした互いに異なる複数の角度で対抗する複数の位置それぞれに配置された複数である。好ましくは、前記電磁超音波素子は、前記鋳片の内部に静磁場を生成する磁石と、前記鋳片の内部に渦電流を生成するコイルとを備え、前記静磁場および前記渦電流に基づく電磁超音波を前記素横波超音波として発生させる。好ましくは、前記複数の電磁超音波素子は、前記鋳片の内部に静磁場を生成する１個の磁石と、アレイ状に配置され、前記鋳片の内部に複数の渦電流を生成する複数のコイルとを備え、前記磁石で生成された静磁場および前記複数のコイルそれぞれによって生成された複数の渦電流に基づく複数の電磁超音波を前記複数の素横波超音波として発生させる。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記複数の受信用電磁超音波センサは、鋳造方向（引き抜き方向）に沿って配置されている。好ましくは、上述の鋳片内部状態判定装置において、前記複数の受信用電磁超音波センサは、鋳造方向に直交する幅方向に沿って配置されている。

【0016】

このような鋳片内部状態判定装置は、前記所定の伝播方向を変更することによって互いに異なる複数の各位置で、各内部状態を判定できる。この結果、例えば引き抜き速度の変更や冷却態様の変更や調整成分の変更等に応じて、クレータエンドの位置がシフトした場合でも、クレータエンドの位置もより精度良く判定できる。

【0019】

本発明の他の一態様にかかる鋳片内部状態判定方法は、鋳片の内部に横波超音波を送信する送信工程と、前記送信工程で送信され前記鋳片の内部を伝播した横波超音波を受信する受信工程と、前記鋳片の厚さ方向に沿った前記鋳片の内部温度分布を測定する温度分布測定工程と、前記受信工程で受信される横波超音波の有無、前記受信工程で受信される横波超音波の強度、および、前記温度分布測定工程で測定された最大内部温度に基づいて、前記鋳片の内部状態を判定する内部状態判定工程とを備え、前記温度分布測定工程は、前記鋳片の表面温度を測定する温度測定工程と、前記温度測定工程で測定した前記鋳片の表面温度から数式モデルを用いて前記鋳片の内部温度分布を求める温度演算工程とを備え、 前記内部状態は、未凝固状態、凝固状態および不完全凝固状態であり、前記内部状態判定工程は、前記受信工程で受信される横波超音波が無い場合、前記内部状態として、前記未凝固状態であると判定し、前記受信工程で受信される横波超音波が有る場合であって、前記温度測定工程および前記温度演算工程で測定された最大内部温度が第１閾値以上であって、かつ、前記受信工程で受信される横波超音波の強度が第２閾値未満である場合に、前記内部状態として、前記不完全凝固状態であると判定し、前記受信工程で受信される横波超音波が有る場合であって、前記温度測定工程および前記温度演算工程で測定された最大内部温度が前記第１閾値未満であって、前記受信工程で受信される横波超音波の強度が前記第２閾値以上である場合に、前記内部状態として、前記凝固状態であると判定する。

【0020】

このような鋳片内部状態判定方法は、受信工程で受信される横波超音波の有無だけなく、前記横波超音波の強度および最大内部温度にも基づいて、前記鋳片の内部状態を判定するので、連続鋳造される鋳片の内部状態を、より精度良く判定できる。この結果、クレータエンドの位置もより精度良く判定できる。

【0021】

本発明の他の一態様にかかる連続鋳造装置は、これら上述のいずれかの鋳片内部状態判定装置を備える。好ましくは、連続鋳造装置は、溶鋼を貯留する取鍋と、前記取鍋から前記溶鋼が流れ込み、前記溶鋼から介在物を除去するタンディッシュと、前記タンディッシュから前記溶鋼が流れ込み、前記溶鋼を冷やして所定の形の鋳片を形成する鋳型と、前記鋳型から抜き出された鋳片を支持する複数組のロール（ローラ）と、前記複数組のロール（ローラ）で支持された鋳片の内部状態を判定する内部状態判定部とを備え、前記内部状態判定部は、これら上述のいずれかの鋳片内部状態判定装置である。

【0022】

これによれば、これら上述のいずれかの鋳片内部状態判定装置を備える連続鋳造装置が提供できる。このような連続鋳造装置は、これら上述のいずれかの鋳片内部状態判定装置を備えるので、連続鋳造される鋳片の内部状態を、より精度良く判定できる。この結果、クレータエンドの位置もより精度良く判定できる。

【発明の効果】

【0023】

本発明にかかる鋳片内部状態判定装置および鋳片内部状態判定方法は、連続鋳造される鋳片の内部状態を、より精度良く判定できる。本発明によれば、前記鋳片内部状態判定装置を備える連続鋳造装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施形態における連続鋳造装置の構成を示す図である。

【図2】前記連続鋳造装置におけるロール付近の一部拡大斜視図である。

【図3】前記連続鋳造装置に備えられる鋳片内部状態判定装置の構成を示す図である。

【図4】前記鋳片内部状態判定装置に備えられる電磁超音波センサの構成を示す図である。

【図5】前記鋳片内部状態判定装置に記憶される係数情報テーブルを示す図である。

【図6】凝固状態の鋳片における受信超音波の最大振幅（最大強度）を説明するための図である。

【図7】前記連続鋳造装置に備えられる鋳片内部状態判定装置における内部状態判定に関する動作を示すフローチャートである。

【図8】第１変形形態の鋳片内部状態判定装置における送信用電磁超音波センサおよび受信用電磁超音波センサの構成を示す図である。

【図9】第２変形形態の鋳片内部状態判定装置における送信用電磁超音波センサおよび受信用電磁超音波センサの構成を示す図である。

【図10】前記第２変形形態の鋳片内部状態判定装置における電磁超音波センサのコイルの構成を示す図である。

【図11】第３変形形態の鋳片内部状態判定装置における送信用電磁超音波センサおよび受信用電磁超音波センサの構成を示す図である。

【図12】前記第３変形形態の鋳片内部状態判定装置における第１態様の送信用電磁超音波センサの構成を示す図である。

【図13】前記第３変形形態の鋳片内部状態判定装置における第２態様の送信用電磁超音波センサの構成を示す図である。

【図14】前記第３変形形態の鋳片内部状態判定装置における第３態様の送信用電磁超音波センサの構成を示す図である。

【図15】前記第３変形形態の鋳片内部状態判定装置において、第３態様の送信用電磁超音波センサにおけるコイルの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

【0026】

図１は、実施形態における連続鋳造装置の構成を示す図である。図２は、前記連続鋳造装置におけるロール付近の一部拡大斜視図である。図３は、前記連続鋳造装置に備えられる鋳片内部状態判定装置の構成を示す図である。図４は、前記鋳片内部状態判定装置に備えられる電磁超音波センサの構成を示す図である。図４Ａは、前記電磁超音波センサの全体斜視図であり、図４Ｂは、電磁超音波センサのコイルの構成を示す図である。図５は、前記鋳片内部状態判定装置に記憶される係数情報テーブルを示す図である。図６は、凝固状態の鋳片における受信超音波の最大振幅（最大強度）を説明するための図である。図６の横軸は、距離（鋳片の厚さ）であり、その縦軸は、受信用電磁超音波センサで受信された受信信号の電圧（すなわち、受信超音波の強度（振幅））である。

【0027】

実施形態における鋳片内部状態判定装置は、連続鋳造装置で製造される鋳片の内部状態を判定する装置であり、前記連続鋳造装置に備えられている。すなわち、実施形態における連続鋳造装置ＣＣは、溶鋼を鋳型に注ぎ込み、側面が凝固した溶鋼を前記鋳型から引き抜いて長尺な鋳片（スラブ、ブルーム、ビレット）を製造する装置であり、例えば、図１ないし図３に示すように、連続鋳造本体ＣＢと、鋳片内部状態判定装置ＳＤとを備える。

【0028】

連続鋳造本体ＣＢは、取鍋１１と、タンディッシュ１２と、鋳型１３と、複数組のロール１４とを備え、この順で上流側から下流側へ配設されている。

【0029】

取鍋１１は、成分を微調整された二次精錬後の溶鋼が注がれ、前記溶鋼を貯留する装置である。取鍋１１は、連続鋳造本体ＣＢの最上部に配設される。

【0030】

タンディッシュ１２は、取鍋１１から前記溶鋼が流れ込み、前記溶鋼から所定の介在物を除去する装置である。前記介在物は、浮上して分離することで除去される。なお、取鍋１１でも、介在物の一部が浮上分離で除去される。タンディッシュ１２は、取鍋１１の次段に配設される。

【0031】

鋳型１３は、タンディッシュ１２から前記溶鋼が流れ込み、前記溶鋼を冷やして所定の形の鋳片Ｏｂを形成する装置である。鋳型１３は、水冷されており、鋳型１３に接触した溶鋼は、その外側から凝固されて相対的に薄肉の凝固シェルを形成し、前記所定の形の鋳片Ｏｂに形成される。鋳型１３は、タンディッシュ１２の次段に配設される。

【0032】

ロール（ローラ）１４は、鋳型１３から鋳片Ｏｂを所定の速度で引き抜きつつ、前記鋳片Ｏｂを支持する装置である。ロール１４は、鋳片Ｏｂの両面それぞれに接するように配設された２個１組で、鋳型１３の次段に、上流側から下流側へ沿って所定の間隔を空けて複数配設される。前記所定の間隔は、等間隔であって良く、あるいは、上流側より下流側の方が広い間隔であって良い。複数組のロール１４は、鋳造方向（引き抜き方向）が垂直方向から水平方向へ向くように、配設される。複数組のロール１４は、１または複数の駆動ロールと複数の従動ロールとを備えて構成される。

【0033】

鋳片内部状態判定装置ＳＤは、連続鋳造本体ＣＢにおける複数組のロール１４で支持された鋳片Ｏｂの内部状態を判定する装置であり、例えば、送信部ＳＳと、受信部ＲＳと、温度センサ２５と、鋳片内部状態判定本体ＰＣとを備える。

【0034】

送信部ＳＳは、例えば、図１ないし図３に示すように、送信用電磁超音波センサ２１ａと、第１昇降機２３とを備え、複数組のロール１４のうち、鋳造方向に沿って互いに隣接する２組のロール間において、鋳片Ｏｂの一方主面側に配置される。受信部ＲＳは、例えば、図１ないし図３に示すように、受信用電磁超音波センサ２２ａと、第２昇降機２４とを備え、前記送信部ＳＳが配設されたロール間において、鋳片Ｏｂの他方主面側に配置される。

【0035】

送信用電磁超音波センサ２１ａは、鋳片内部状態判定本体ＰＣに接続され、鋳片内部状態判定本体ＰＣの制御に従って鋳片Ｏｂの内部に横波超音波を送信する装置である。第１昇降機２３は、鋳片内部状態判定本体ＰＣに接続され、鋳片Ｏｂの一方主面から、所定の間隔を空けて送信用電磁超音波センサ２１ａを配置するように、鋳片Ｏｂの一方主面に対して離接する離接方向に沿って送信用電磁超音波センサ２１ａを、鋳片内部状態判定本体ＰＣの制御に従って移動する機構である。

【0036】

受信用電磁超音波センサ２２ａは、鋳片内部状態判定本体ＰＣに接続され、鋳片内部状態判定本体ＰＣの制御に従って、送信用電磁超音波センサ２１ａで送信され鋳片Ｏｂの内部を伝播した横波超音波を受信する装置である。受信用電磁超音波センサ２２ａは、横波超音波の受信によって得られた超音波の受信信号を鋳片内部状態判定本体ＰＣへ出力する。第２昇降機２４は、鋳片内部状態判定本体ＰＣに接続され、鋳片Ｏｂの他方主面から、所定の間隔を空けて受信用電磁超音波センサ２２ａを配置するように、鋳片Ｏｂの他方主面に対して離接する離接方向に沿って受信用電磁超音波センサ２２ａを、鋳片内部状態判定本体ＰＣの制御に従って移動する機構である。

【0037】

このような送信用電磁超音波センサ２１ａと受信用電磁超音波センサ２２ａとには、同構成の電磁超音波センサが利用でき、その一例が図４に示されている。なお、図４には、主に送信用電磁超音波センサ２１ａの構成が示され、受信用電磁超音波センサ２２ａの構成は、当該構成に付せられた参照符号を括弧書きで図示することで図４に示されている。

【0038】

これら送信用電磁超音波センサ２１ａおよび受信用電磁超音波センサ２２ａそれぞれに利用される電磁超音波センサ２１ａ（２２ａ）は、例えばローレンツ力型であり、図４Ａに示すように、静磁場を生成するための１組の磁石２１２（２２２）と、前記１組の磁石２１２（２２２）における一方端部に接続され、前記一方端部同士を磁気的に連結するためのヨーク２１１（２２１）と、前記１組の磁石２１２（２２２）における他方端部に接続され、送信では渦電流を生成するためであって、受信では誘導起電力を生じさせるためのコイル２１３ａ（２２３ａ）とを備える。なお、前記１組の磁石２１２（２２２）における磁石の配列は、図４Ａに示す配列に限らず、例えばハルバッハ配列等の他の配列であっても良い。コイル２１３ａ（２２３ａ）は、図４Ｂに示すように、渦巻き状の長尺な導体部材を基板上に配設したいわゆるレーストラック型コイルである。このレーストラック型コイル２１３ａ（２２３ａ）は、コイル面の法線方向に沿って鋳片Ｏｂの内部に伝播する超音波を送受信する。このため、本実施形態では、送信用電磁超音波センサ２１ａは、そのコイル面が鋳片Ｏｂの一方主面と略平行となるように、配設され、受信用電磁超音波センサ２２ａは、そのコイル面が鋳片Ｏｂの他方主面と略平行となるように、配設される。このような電磁超音波センサ２１ａにおける送信では、鋳片Ｏｂに対して静磁場と高周波振動の渦電流とが付与され、これによって渦電流の高周波振動に従った周期的なローレンツ力が鋳片Ｏｂに生じて超音波が鋳片Ｏｂに生じる。前記電磁超音波センサ２２ａにおける受信では、鋳片Ｏｂの表面における超音波と静磁場とによりコイル２２３ａに超音波の受信信号として電磁誘導で起電力が誘起される。

【0039】

温度センサ２５は、送信用電磁超音波センサ２１ａと受信用電磁超音波センサ２２ａとで超音波が送受信される箇所における、鋳片Ｏｂの表面温度を測定するセンサである。温度センサ２５は、鋳片内部状態判定本体ＰＣに接続され、鋳片内部状態判定本体ＰＣの制御に従って、前記表面温度を測定する。温度センサ２５は、この測定された表面温度を鋳片内部状態判定本体ＰＣへ出力する。温度センサ２５は、例えば、熱電対を備えて構成されたセンサであって良く、あるいは、放射温度計であっても良い。

【0040】

鋳片内部状態判定本体ＰＣは、例えば、制御処理部２６と、入力部２７と、出力部２８と、インターフェース部（ＩＦ部）２９と、記憶部３０とを備える。

【0041】

入力部２７は、例えば、判定開始等を指示するコマンドや鋳片Ｏｂの属性情報等のデータを入力するための装置であり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。出力部２８は、入力部２７で受け付けたコマンドやデータおよび判定結果等を出力するための装置であり、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）および有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。これら入力部２７および出力部２８それぞれは、制御処理部２６に接続される。

【0042】

なお、入力部２７および出力部２８からタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部２７は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部２８は、表示装置である。このタッチパネルでは、表示装置の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として鋳片内部状態判定本体ＰＣに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い鋳片内部状態判定装置ＳＤが提供される。

【0043】

ＩＦ部２９は、制御処理部２６に接続され、制御処理部２６の制御に従って、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ－２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。また、ＩＦ部２９は、外部機器との間で通信を行う回路であり、例えば、データ通信カードや、ＩＥＥＥ８０２．１１規格等に従った通信インターフェース回路等であっても良い。

【0044】

記憶部３０は、制御処理部２６に接続され、制御処理部２６の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。

【0045】

前記各種の所定のプログラムには、制御プログラム、温度演算プログラム、および、内部状態判定プログラム等が含まれる。前記制御プログラムは、鋳片内部状態判定装置ＳＤの各部２１ａ～２５、２７～３０を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するプログラムである。前記温度演算プログラムは、温度センサ２５で測定した鋳片Ｏｂの表面温度から所定のモデルを用いて前記鋳片Ｏｂの内部温度分布を求めるプログラムである。前記内部状態判定プログラムは、受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の有無、前記受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の強度、および、前記温度演算プログラムで求められた最大内部温度に基づいて、前記鋳片Ｏｂの内部状態を判定するプログラムである。前記各種の所定のデータには、例えば鋳片Ｏｂの属性情報や後述の係数情報等の、各プログラムを実行する上で必要なデータ等が含まれる。

【0046】

記憶部３０は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備える。記憶部３０は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部２６のワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。記憶部３０は、比較的大容量のデータを記憶できるハードディスク装置を備えても良い。そして、記憶部３０は、係数情報を記憶するために、係数情報記憶部３０１を機能的に備える。鋳片Ｏｂの内部温度分布は、後述するように、温度センサ２５で測定した鋳片Ｏｂの表面温度から所定のモデルを用いて求められるが、前記係数情報は、前記所定のモデルで用いられる係数を表す情報である。この係数情報および係数情報記憶部３０１について、より詳しく後述する。

【0047】

制御処理部２６は、鋳片内部状態判定装置ＳＤの各部を当該機能に応じて制御し、鋳片Ｏｂの内部状態を求めるための回路である。より具体的には、制御処理部２６は、本実施形態では、前記所定のプログラムが実行されることによって、制御部２６１と、温度演算部２６２と、内部状態判定部２６３とを機能的に備える。

【0048】

制御部２６１は、鋳片内部状態判定装置ＳＤの各部２１ａ～２５、２７～３０を当該機能に応じて制御し、鋳片内部状態判定装置ＳＤの全体制御を司るものである。

【0049】

温度演算部２６２は、温度センサ２５で測定した鋳片Ｏｂの表面温度から所定のモデルを用いて前記鋳片Ｏｂの内部温度分布を求めるものである。より具体的には、温度演算部２６２は、前記鋳片の厚さ方向における横波超音波の伝播時間（すなわち、鋳片Ｏｂの内部平均温度）に基づいて補正しつつ、温度センサ２５で測定した前記鋳片Ｏｂの表面温度から所定のモデルを用いて前記鋳片の内部温度分布を求める。前記所定のモデルには、予め設定された適宜な数式モデルが用いられる。前記数式モデルは、例えば、第１ないし第３係数をＡ、Ｂ、Ｃとし、鋳片Ｏｂの厚さ方向に沿った前記一方主面の表面からの距離（深さ）をｘとし、距離ｘにおける内部温度をＴ（ｘ）とした場合に、次式１である。
式１；Ｔ（ｘ）＝Ａｅｘｐ（Ｂｘ）＋Ｃ

【0050】

第３係数Ｃは、温度センサ２５で測定された鋳片Ｏｂの表面温度から決定される。第１および第２係数Ａ、Ｂは、基本的に、鋳片Ｏｂの材種に応じた比熱や熱伝達係数等から決定される。しかしながら、連続鋳造装置ＣＣでは、複数組のロール１４で支持された鋳片Ｏｂは、鋳造方向に移動する間に、エアーやミストを吹き付けられることで冷却され、このエアーやミストの吹き付け方（冷却態様）で、鋳型１３から引き抜かれた後の経過時間が同一でも鋳片Ｏｂの温度は、必ずしも同一とならずに変化してしまう。このため、鋳片Ｏｂの材種に応じた比熱や熱伝達係数等から決定された第１および第２係数Ａ、Ｂでは、内部温度分布Ｔ（ｘ）が所望の精度で求められない場合がある。そこで、本実施形態では、鋳片Ｏｂの実際の内部平均温度Ｔａｖｅに応じて第１および第２係数Ａ、Ｂが補正され、鋳片Ｏｂの実際の内部平均温度Ｔａｖｅに応じてその内部温度分布Ｔ（ｘ）が求められる。

【0051】

この内部平均温度Ｔａｖｅは、次のように、超音波の伝播時間ｔから求められる。すなわち、鋳片Ｏｂを伝播する超音波の伝播速度Ｖ（Ｔ）は、温度Ｔの関数であり、温度分布が１次元である場合、第４および第５係数をＤ、Ｅとする場合に、次式２で表され、鋳片Ｏｂの厚さをＬとした場合に、鋳片Ｏｂの厚さ方向に沿って伝播する超音波の伝播時間ｔは、次式３で表される。
式２；Ｖ（Ｔ）＝－ＤＴ＋Ｅ
式３；ｔ＝２∫１／Ｖ（Ｔ）ｄｘ、積分範囲は、０からＬまでである（すなわち、前記一方主面の表面から前記他方主面の表面までである）。

【0052】

式３で積分することにより、式２および式３の温度Ｔは、内部平均温度Ｔａｖｅとみなすことができる。これにより、超音波の伝播時間ｔを送信用電磁超音波センサ２１ａおよび受信用電磁超音波センサ２２ａを用いて実測することにより、鋳片Ｏｂの実際の内部平均温度Ｔａｖｅが求められる。

【0053】

そして、鋳片Ｏｂの実際の内部平均温度Ｔａｖｅから、補正後の第１および第２係数Ａ、Ｂそれぞれが求められる。鋳片Ｏｂの実際の内部平均温度Ｔａｖｅに対する各関数式Ａ（Ｔａｖｅ）、Ｂ（Ｔａｖｅ）を、例えば複数のサンプルから予め求めておくことによって、前記補正後の第１および第２係数Ａ、Ｂそれぞれは、前記各関数式Ａ（Ｔａｖｅ）、Ｂ（Ｔａｖｅ）から求められて良いが、本実施形態では、内部平均温度Ｔａｖｅ（すなわち、超音波の伝播時間ｔ）と第１および第２係数Ａ、Ｂとの対応関係が、例えば複数のサンプルから予め求められ、前記係数情報としてテーブル形式で係数情報記憶部３０１に記憶され、前記補正後の第１および第２係数Ａ、Ｂそれぞれは、この係数情報を用いて求められる。

【0054】

この係数情報を登録する係数情報テーブルＣＴは、例えば、図５に示すように、超音波の伝播時間ｔ（内部平均温度Ｔａｖｅ）を登録する伝播時間フィールド（内部平均温度フィールド）３０１１と、伝播時間フィールド３０１１に登録された超音波の伝播時間ｔに対応する補正後の第１および第２係数Ａ、Ｂそれぞれを登録する第１および第２係数フィールド３０１２、３０１３とを備え、超音波の伝播時間ｔごとにレコードを持つ。図５に示す例では、伝播時間フィールド３０１１には、適宜に区切られた所定の範囲で超音波の伝播時間ｔ（内部平均温度Ｔａｖｅ）が登録される。例えば、実測された超音波の伝播時間がｔ１以上であってｔ２未満である場合には、補正後の第１および第２係数Ａ、Ｂそれぞれは、ａ１およびｂ１で与えられる。このように係数情報記憶部３０１には、係数情報テーブルＣＴが前記係数情報として記憶される。

【0055】

したがって、内部温度分布Ｔ（ｘ）を求める際に、まず、温度演算部２６２は、送信用電磁超音波センサ２１ａおよび受信用電磁超音波センサ２２ａを用いて得られる、鋳片Ｏｂを厚さ方向に沿って伝播する伝播時間ｔ、に対応する、補正後の第１および第２係数Ａ、Ｂを、係数情報記憶部３０１に記憶された係数情報テーブルＣＴから選定（検索）する。なお、前記伝播時間ｔは、内部状態を判定するために、鋳片Ｏｂに対し送信用電磁超音波センサ２１ａおよび受信用電磁超音波センサ２２ａで横波超音波を送受信する際に併せて求められる。すなわち、送信用電磁超音波センサ２１ａで横波超音波を送信した時刻から、鋳片Ｏｂを介して受信用電磁超音波センサ２２ａで横波超音波を受信する時刻までの時間が前記伝播時間ｔとして測定される。次に、温度演算部２６２は、温度センサ２５で実測された鋳片Ｏｂの表面温度から第３係数Ｃを決定し、この決定した第３係数Ｃ、ならびに、上述のように求められた補正後の第１および第２係数Ａ、Ｂを用いることで、内部温度分布Ｔ（ｘ）を表す数式モデルの式１を決定する。このように温度演算部２６２は、前記鋳片Ｏｂの厚さ方向における横波超音波の伝播時間ｔ（すなわち、鋳片Ｏｂの内部平均温度Ｔａｖｅ）に基づいて補正しつつ、温度センサ２５で測定した前記鋳片Ｏｂの表面温度から所定の数式モデルを用いた前記鋳片Ｏｂの内部温度分布Ｔ（ｘ）を求める。

【0056】

内部状態判定部２６３は、受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の有無、前記受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の強度、ならびに、温度センサ２５および温度演算部２６２で測定された最大内部温度に基づいて、鋳片Ｏｂの内部状態を判定するものである。

【0057】

前記内部状態は、本実施形態では、鋳片Ｏｂの厚さ方向に沿った前記鋳片Ｏｂの内部に未凝固部分が存在する未凝固状態、鋳片Ｏｂの厚さ方向に沿った前記鋳片Ｏｂの内部に未凝固部分が存在しない凝固状態、および、前記未凝固状態と判定されず、かつ、前記凝固状態とも判定されない不完全凝固状態である。現実の鋳片Ｏｂでは、凝固状態での横波超音波の強度より小さい強度で横波超音波が受信される場合がある。従前のように、横波超音波の受信の有無から、内部状態が未凝固状態および凝固状態の二分類で判定されてしまうと、このような場合も内部状態が凝固状態と判定されてしまい、クレータエンドの位置に誤差が含まれてしまう。そこで、本実施形態では、前記内部状態の一態様として不完全凝固状態が導入され、前記内部状態を、未凝固状態、不完全凝固状態および凝固状態の三分類で判定することで、鋳片Ｏｂの内部状態が、実際（現実）に則してより精度良く判定できる。この三分類で内部状態を判定するために、特に、不完全凝固状態と凝固状態とを判別するために、不完全凝固状態では、その最高内部温度が凝固温度を超えていると考えられ、受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の強度が、鋳片Ｏｂが凝固状態である場合に受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の強度より小さいと考えられることから、本実施形態では、横波超音波の受信の有無だけでなく、横波超音波が受信された場合に、この受信された横波超音波の強度および鋳片Ｏｂの最高内部温度が内部状態の判定に参酌される。

【0058】

より具体的には、表１に示すように、内部状態判定部２６３は、受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波が無い場合、前記内部状態として、未凝固状態であると判定する。内部状態判定部２６３は、受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波が有る場合であって、温度センサ２５および温度演算部２６２で測定された最大内部温度が予め設定された所定の第１閾値Ｔｈ１以上であって、かつ、受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の強度が予め設定された所定の第２閾値Ｔｈ２未満である場合に、前記内部状態として、不完全凝固状態であると判定する。内部状態判定部２６３は、受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波が有る場合であって、温度センサ２５および温度演算部２６２で測定された最大内部温度が前記第１閾値Ｔｈ１未満であって、受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の強度が前記第２閾値Ｔｈ２以上である場合に、前記内部状態として、凝固状態であると判定する。前記最大内部温度は、温度演算部２６２で上述のように第１ないし第３係数Ａ、Ｂ、Ｃを決定することで求められた内部温度分布Ｔ（ｘ）から、０から鋳片Ｏｂの厚さＬまでの範囲ｘ（０≦ｘ≦Ｌ）において取り得る最大値として求められる。前記第１閾値Ｔｈ１は、例えば鋳片Ｏｂの材種に応じた凝固温度に基づき、複数のサンプルから適宜に設定される。前記第２閾値Ｔｈ２は、例えば図６に示すように、凝固状態での鋳片Ｏｂにおける最大強度（最大振幅、受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される受信信号の最大電圧）Ｙに基づき、複数のサンプルから適宜に設定される。例えば、前記第２閾値Ｔｈ２は、０．５Ｙ、０．６Ｙおよび０．７Ｙ等の、０．５Ｙ以上１Ｙ未満の範囲で適宜に設定される。

【0059】

【表1】

【0060】

このような鋳片内部状態判定本体ＰＣは、例えば、デスクトップ型やノート型等のコンピュータによって構成可能である。

【0061】

次に、本実施形態の動作について説明する。図７は、前記連続鋳造装置に備えられる鋳片内部状態判定装置における内部状態判定に関する動作を示すフローチャートである。

【0062】

このような鋳片内部状態判定装置ＳＤを備えた連続鋳造装置ＣＣでは、鋳片内部状態判定装置ＳＤは、電源が投入されると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始め、前記所定のプログラムの実行によって、制御処理部２６には、制御部２６１、温度演算部２６２および内部状態判定部２６３が機能的に構成される。

【0063】

そして、内部状態の判定開始の指示が入力部２７から受け付けられると、図７において、鋳片内部状態判定装置ＳＤは、予め設定された所定のサンプリング間隔で、送信用電磁超音波センサ２１ａおよび受信用電磁超音波センサ２２ａで横波超音波を送受信する（Ｓ１１－１）。これによって鋳片Ｏｂの厚さ方向に沿って伝播した超音波の伝播時間ｔ、鋳片Ｏｂを厚さ方向に沿って透過して受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の有無、鋳片Ｏｂを厚さ方向に沿って透過して受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の強度が取得される。一方、これと同期して温度センサ２５から鋳片Ｏｂの表面温度が取得される（Ｓ１１－２）。

【0064】

これらが取得されると、温度演算部２６２は、実測された超音波の伝播時間ｔに対応する補正後の第１および第２係数Ａ、Ｂを、係数情報記憶部３０１に記憶された係数情報テーブルＣＴから選定し、温度センサ２５で実測された鋳片Ｏｂの表面温度から第３係数Ｃを決定し、これによって式１の内部温度分布Ｔ（ｘ）を求める（Ｓ１２）。

【0065】

内部温度分布Ｔ（ｘ）が求められると、内部状態判定部２６３は、鋳片Ｏｂを厚さ方向に沿って透過して受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の有無、鋳片Ｏｂを厚さ方向に沿って透過して受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の強度、ならびに、前記求められた内部温度分布Ｔ（ｘ）で与えられる最大内部温度に基づいて、鋳片Ｏｂの内部状態を判定する（Ｓ１３）。

【0066】

鋳片Ｏｂの内部状態が判定されると、制御処理部２６は、この判定結果を出力部２８で出力する（Ｓ１４）。なお、制御処理部２６は、必要に応じて前記判定結果をＩＦ部２９から出力しても良い。

【0067】

このように動作することで、連続鋳造本体ＣＢで連続鋳造されている鋳片Ｏｂにおける内部状態が送信部ＳＳおよび受信部ＲＳの配置位置において前記サンプリング間隔で順次に判定され、出力される。

【0068】

以上説明したように、本実施形態における連続鋳造装置ＣＣ、これに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤおよびこれに実装された鋳片内部状態判定方法は、受信用電磁超音波センサ２２ａで受信される横波超音波の有無だけなく、前記横波超音波の強度および最大内部温度にも基づいて、鋳片Ｏｂの内部状態を判定するので、連続鋳造される鋳片Ｏｂの内部状態を、より精度良く判定できる。この結果、クレータエンドの位置もより精度良く判定できる。

【0069】

上記連続鋳造装置ＣＣ、鋳片内部状態判定装置ＳＤおよび鋳片内部状態判定方法は、内部状態を未凝固状態および凝固状態の二分類で判定するのではなく、前記未凝固状態と判定されず、かつ、前記凝固状態とも判定されない不完全凝固状態を含む三分類で判定するので、連続鋳造される鋳片Ｏｂの内部状態を、実際（現実）に則してより精度良く判定できる。この結果、クレータエンドの位置もより精度良く判定できる。

【0070】

なお、上述の実施形態における連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、鋳造方向に沿って互いに隣接する２組のロール間に配置された、１組の送信用電磁超音波センサ２１ａおよび受信用電磁超音波センサ２２ａを備え、内部状態判定部２６３は、前記１組について、内部状態を判定したが、これに限定されるものではなく、例えば、以下に説明する、第１ないし第３変形形態の送信用電磁超音波センサ２１ａ～２１ｃおよび受信用電磁超音波センサ２２ａ～２２ｃを備えても良い。

【0071】

図８は、第１変形形態の鋳片内部状態判定装置における送信用電磁超音波センサおよび受信用電磁超音波センサの構成を示す図である。

【0072】

第１変形形態では、連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、送信用電磁超音波センサ２１ａと受信用電磁超音波センサ２２ａとを１組として、連続鋳造装置ＣＣにおける複数のロール間それぞれに配置された複数の組を備え、内部状態判定部２６３は、前記複数の組それぞれについて、各内部状態を判定する。一例では、図８に示すように、連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、連続鋳造装置ＣＣにおける３個のロール間それぞれに配置された３個の組を備え、内部状態判定部２６３は、これら３個の各組それぞれについて、各内部状態を判定する。より具体的には、図８において、上流側の１組のロール（第１の１組のロール）１４と、これに鋳造方向に沿って下流側で隣接する１組のロール（第２の１組のロール）１４とのロール間に第１の１組の送信用電磁超音波センサ２１ａ－１と受信用電磁超音波センサ２２ａ－１とが配置され、前記第２の１組のロール１４と、これに鋳造方向に沿って下流側で隣接する１組のロール（第３の１組のロール）１４とのロール間に第２の１組の送信用電磁超音波センサ２１ａ－２と受信用電磁超音波センサ２２ａ－２とが配置され、前記第３の１組のロール１４と、これに鋳造方向に沿って下流側で隣接する１組のロール（第４の１組のロール）１４とのロール間に第３の１組の送信用電磁超音波センサ２１ａ－３と受信用電磁超音波センサ２２ａ－３とが配置される。そして、内部状態判定部２６３は、これら第１ないし第３の各組の送信用電磁超音波センサ２１ａ－１～２１ａ－３および受信用電磁超音波センサ２２ａ－１～２２ａ－３それぞれについて、各内部状態を判定する。これによれば、連続鋳造中に鋳造方向に沿った各位置で、各内部状態を判定できる。この結果、例えば引き抜き速度の変更や冷却態様の変更や調整成分の変更等に応じて、クレータエンドの位置がシフトした場合でも、クレータエンドの位置もより精度良く判定できる。例えば、第１の１組の送信用電磁超音波センサ２１ａ－１および受信用電磁超音波センサ２２ａ－１における送受信結果から、内部状態が未凝固状態と判定され、第２の１組の送信用電磁超音波センサ２１ａ－２および受信用電磁超音波センサ２２ａ－２における送受信結果から、内部状態が不完全凝固状態と判定され、第３の１組の送信用電磁超音波センサ２１ａ－３および受信用電磁超音波センサ２２ａ－３における送受信結果から、内部状態が凝固状態と判定される。このような場合、第２の１組の送信用電磁超音波センサ２１ａ－２および受信用電磁超音波センサ２２ａ－２の配置位置から、第３の１組の送信用電磁超音波センサ２１ａ－３および受信用電磁超音波センサ２２ａ－３の配置位置までの間に、クレータエンドが存在するとさらに判定できる。このようなクレータエンドの位置は、オペレータ（ユーザ）が出力部２８に出力される各内部状態を参照することで判定されて良いが、図３に破線で示すように、制御処理部２６に、内部状態判定部２６３で判定された前記複数の組（図８に示す例では３個の組）それぞれについての各内部状態に基づいてクレータエンドの位置を判定するクレータエンド位置判定部２６４を機能的にさらに備え、このクレータエンド位置判定部２６４によって自動的に判定されても良い。このクレータエンド位置判定部２６４は、鋳造方向に沿って互いに隣接する２個の組において、内部状態が未凝固状態と判定された送受信結果を与えた１組の送信用電磁超音波センサ２１ａおよび受信用電磁超音波センサ２２ａの配置位置から、内部状態が凝固状態と判定された送受信結果を与えた他の１組の送信用電磁超音波センサ２１ａおよび受信用電磁超音波センサ２２ａの配置位置までの間に、クレータエンドが存在すると判定し、そして、鋳造方向に沿って互いに隣接する２個の組において、内部状態が不完全凝固状態と判定された送受信結果を与えた１組の送信用電磁超音波センサ２１ａおよび受信用電磁超音波センサ２２ａの配置位置から、内部状態が凝固状態と判定された送受信結果を与えた他の１組の送信用電磁超音波センサ２１ａおよび受信用電磁超音波センサ２２ａの配置位置までの間に、クレータエンドが存在すると判定する。

【0073】

図９は、第２変形形態の鋳片内部状態判定装置における送信用電磁超音波センサおよび受信用電磁超音波センサの構成を示す図である。図１０は、前記第２変形形態の鋳片内部状態判定装置における電磁超音波センサのコイルの構成を示す図である。

【0074】

また、これら上述では、１組の送信用電磁超音波センサ２１ａと受信用電磁超音波センサ２２ａとは、鋳片Ｏｂを介した送信用電磁超音波センサ２１ａの略直下に受信用電磁超音波センサ２２ａが位置するように、配置されたが、第２変形形態では、１組の送信用電磁超音波センサ２１ｂと受信用電磁超音波センサ２２ｂとは、連続鋳造装置ＣＣのロール１４を介して配置される。すなわち、１組の送信用電磁超音波センサ２１ｂと受信用電磁超音波センサ２２ａとは、鋳片Ｏｂを介した送信用電磁超音波センサ２１ｂの斜め下に受信用電磁超音波センサ２２ｂが位置するように、配置されても良い。これによれば、ロール１４下における鋳片Ｏｂの内部状態が判定できる。このようなコイル面の法線方向を基準に斜めに超音波を送受信する送信用電磁超音波センサ２１ｂおよび受信用電磁超音波センサ２２ｂそれぞれには、上述のレーストラック型コイルに代え、いわゆるメアンダ型コイルを備える電磁超音波センサ２１ｂ（２２ｂ）が利用される。この電磁超音波センサ２１ｂ（２２ｂ）は、図４Ａに示すように、静磁場を生成するための１組の磁石２１２（２２２）と、前記１組の磁石２１２（２２２）における一方端部に接続され、前記一方端部同士を磁気的に連結するためのヨーク２１１（２２１）と、前記１組の磁石２１２（２２２）における他方端部に接続され、送信では渦電流を生成するためであって、受信では誘導起電力を生じさせるためのコイル２１３ｂ（２２３ｂ）とを備える。コイル２１３ｂ（２２３ｂ）は、図１０に示すように、長尺な導体部材をつづら折りに折り返して基板上に配設した前記メアンダ型コイルである。このメアンダ型コイル２１３ｂ（２２３ｂ）は、駆動周波数をｆとし、音速をＶとし、折り返された導体部材の線間距離をｗとし、コイル面の法線方向を基準に超音波の入射角をθとした場合に、次式４を満たす角度θの方向に沿って鋳片Ｏｂの内部に伝播する超音波を送受信する。
式４；ｆ＝Ｖ／（２ｗｓｉｎθ）

【0075】

このようなはす向かいで配置される１組の送信用電磁超音波センサ２１ｂと受信用電磁超音波センサ２２ｂとは、上述の実施形態のように１個であって良いが、上述の第１変形形態のように、複数であって良い。すなわち、この場合では、連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、送信用電磁超音波センサ２１ｂと連続鋳造装置ＣＣのロール１４を介して配置される受信用電磁超音波センサ２２ｂとを１組として複数の組を備え、内部状態判定部２６３は、前記複数の組それぞれについて、各内部状態を判定する。一例では、図９に示すように、連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、２個の組を備え、内部状態判定部２６３は、これら２個の各組それぞれについて、各内部状態を判定する。より具体的には、図９において、鋳造方向に沿って上流側から下流側へ順次に隣接して配置される４個の第１ないし第４の１組のロール１４に対し、まず、第１の１組の送信用電磁超音波センサ２１ｂ－１および連続鋳造装置ＣＣのロール１４を介して配置される受信用電磁超音波センサ２２ｂ－１のうち、一方の前記送信用電磁超音波センサ２１ｂ－１は、第１の１組のロール１４と第２の１組のロール１４とのロール間における鋳片の一方主面側に配置され、他方の前記受信用電磁超音波センサ２２ｂ－１は、第２の１組のロール１４と第３の１組のロール１４とのロール間における鋳片の他方主面側に配置される。第２の１組の送信用電磁超音波センサ２１ｂ－２および連続鋳造装置ＣＣのロール１４を介して配置される受信用電磁超音波センサ２２ｂ－２のうち、一方の前記送信用電磁超音波センサ２１ｂ－２は、第２の１組のロール１４と第３の１組のロール１４とのロール間における鋳片の一方主面側に配置され、他方の前記受信用電磁超音波センサ２２ｂ－２は、第３の１組のロール１４と第４の１組のロール１４とのロール間における鋳片の他方主面側に配置される。そして、内部状態判定部２６３は、これら第１および第２の各組の送信用電磁超音波センサ２１ｂ－１、２１ｂ－２および受信用電磁超音波センサ２２ｂ－１、２２ｂ－２それぞれについて、各内部状態を判定する。例えば、第１の１組の送信用電磁超音波センサ２１ｂ－１および受信用電磁超音波センサ２２ｂ－１における送受信結果から、内部状態が不完全凝固状態と判定され、第２の１組の送信用電磁超音波センサ２１ｂ－２および受信用電磁超音波センサ２２ｂ－２における送受信結果から、内部状態が凝固状態と判定される。このような場合、第２の１組のロール１４と第３の１組のロール１４とのロール間に、クレータエンドが存在するとさらに判定できる。このようなクレータエンドの位置は、第１変形形態と同様に、オペレータ（ユーザ）によって判定されて良く、あるいは、制御処理部２６にクレータエンド位置判定部２６４を機能的にさらに備え、このクレータエンド位置判定部２６４によって判定されても良い。

【0076】

また、これら上述の第１および第２変形形態が組み合わされても良い。すなわち、連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、１または複数の組の送信用電磁超音波センサ２１ａおよび受信用電磁超音波センサ２２ａと、１または複数の組の送信用電磁超音波センサ２１ｂおよび受信用電磁超音波センサ２２ｂとを備え、内部状態判定部２６３は、前記複数の組それぞれについて、各内部状態を判定する。そして、このような場合に、制御処理部２６にクレータエンド位置判定部２６４が機能的にさらに備えられても良い。

【0077】

図１１は、第３変形形態の鋳片内部状態判定装置における送信用電磁超音波センサおよび受信用電磁超音波センサの構成を示す図である。図１２は、前記第３変形形態の鋳片内部状態判定装置における第１態様の送信用電磁超音波センサの構成を示す図である。図１２Ａは、斜視図であり、図１２Ｂは、図１２Ａに示す断面線Ｉ－Ｉにおける断面図である。図１３は、前記第３変形形態の鋳片内部状態判定装置における第２態様の送信用電磁超音波センサの構成を示す図である。図１３Ａは、斜視図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す断面線ＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図１４は、前記第３変形形態の鋳片内部状態判定装置における第３態様の送信用電磁超音波センサの構成を示す図である。図１４Ａは、斜視図であり、図１４Ｂは、図１４Ａに示す断面線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける、送信用電磁超音波センサの一部断面図である。図１５は、前記第３変形形態の鋳片内部状態判定装置において、第３態様の送信用電磁超音波センサにおけるコイルの構成を示す図である。図１５Ａは、平面図であり、図１５Ｂは、分解斜視図である。

【0078】

また、これら上述では、連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、１対１で対応する、１個の送信用電磁超音波センサ２１（２１ａ、２１ｂ）および1個の受信用電磁超音波センサ２２（２２ａ、２２ｂ）を、1組または複数組、備えたが、第３変形形では、１対多で対応する、１個の送信用電磁超音波センサ２１ｃおよび複数の受信用電磁超音波センサ２２ｃを備える。より具体的には、この第３変形形態では、送信用電磁超音波センサ２１ｃは、前記横波超音波の伝播方向を変更可能であり、受信用電磁超音波センサ２２ｃは、送信用電磁超音波センサ２１ｃに対し互いに異なる複数の角度で対抗する互いに異なる複数の位置それぞれに配置された複数であり、内部状態判定部２６３は、これら複数の受信用電磁超音波センサ２２ｃそれぞれについて、各内部状態を判定する。一例では、図１１に示すように、送信用電磁超音波センサ２１ｃは、鋳片Ｏｂの一方主面側に配置され、複数の受信用電磁超音波センサ２２ｃ、この例では５個の受信用電磁超音波センサ２２ｃ－１～２２ｃ－５は、鋳片Ｏｂの他方主面側であって、鋳造方向（引き抜き方向）に沿って互いに異なる複数の位置それぞれに配置される。図１１に示す例では、１個の送信用電磁超音波センサ２１ｃおよび５個の第１ないし第５受信用電磁超音波センサ２２ｃ－１～２２ｃ－５は、送信用電磁超音波センサ２１ｃと第３受信用電磁超音波センサ２２ｃ－３とが鋳片Ｏｂを介して互いに対向（正対）するように、連続鋳造装置ＣＣにおける５個のロール間それぞれに配置される。より詳しくは、上流側の１組のロール（第１の１組のロール）１４と、これに鋳造方向に沿って下流側で隣接する１組のロール（第２の１組のロール）１４とのロール間における鋳片Ｏｂの他方主面側に第１受信用電磁超音波センサ２２ｃ－１が配置され、前記第２の１組のロール１４と、これに鋳造方向に沿って下流側で隣接する１組のロール（第３の１組のロール）１４とのロール間における鋳片Ｏｂの他方主面側に第２受信用電磁超音波センサ２２ｃ－１が配置され、前記第３の１組のロール１４と、これに鋳造方向に沿って下流側で隣接する１組のロール（第４の１組のロール）１４とのロール間において、鋳片Ｏｂの一方主面側に送信用電磁超音波センサ２１ｃが配置され、鋳片Ｏｂの他方主面側に第３受信用電磁超音波センサ２２ｃ－３が配置され、前記第４の１組のロール１４と、これに鋳造方向に沿って下流側で隣接する１組のロール（第５の１組のロール）１４とのロール間における鋳片Ｏｂの他方主面側に第４受信用電磁超音波センサ２２ｃ－４が配置され、前記第５の１組のロール１４と、これに鋳造方向に沿って下流側で隣接する１組のロール（第６の１組のロール）１４とのロール間における鋳片Ｏｂの他方主面側に第５受信用電磁超音波センサ２２ｃ－５が配置される。そして、内部状態判定部２６３は、これら第１ないし第５受信用電磁超音波センサ２２ｃ－１～２２ｃ－５それぞれについて、各内部状態を判定する。送信用電磁超音波センサ２１ｃは、その送信面の法線方向と、順次に並置された複数の受信用電磁超音波センサ２２ｃにおける並置方向、図１１に示す例では鋳造方向に沿う線分とを含む平面内で、前記法線方向を基準に、前記横波超音波の伝播方向を変更する。図１１に示す例では、この送信用電磁超音波センサ２１ｃに対し、第１ないし第５受信用電磁超音波センサ２２ｃ－１～２２ｃ－５それぞれは、θ１度、θ２度、０度、θ４（＝－θ２）度およびθ５（＝－θ１）度の各方向に配置される。なお、図１１に示す例では、複数の受信用電磁超音波センサ２２ｃは、送信用電磁超音波センサ２１ｃに対し対称に配置されたが、非対称に配置されても良い。例えば、第２受信用電磁超音波センサ２２ｃ-２が送信用電磁超音波センサ２１ｃに対向するように、第１ないし第５受信用電磁超音波センサ２２ｃ－１～２２ｃ－５は、配置されても良い。

【0079】

このような送信用電磁超音波センサ２１ｃは、例えば、アレイ状に配置され、鋳片Ｏｂに横波超音波を素横波超音波として発生させる複数の電磁超音波発生素子と、前記複数の電磁超音波発生素子それぞれによって発生させられた複数の素横波超音波を相互に干渉させることで所定の伝播方向に前記横波超音波を送信するように、前記複数の電磁超音波発生素子を制御する素子制御部とを備える。前記電磁超音波素子は、例えば、鋳片Ｏｂの内部に静磁場を生成する磁石と、前記鋳片Ｏｂの内部に渦電流を生成するコイルとを備え、前記静磁場および前記渦電流に基づく電磁超音波を前記素横波超音波として発生させる。このように前記複数の電磁超音波素子における各磁石は、個別であって良いが、一体であっても良い。すなわち、前記複数の電磁超音波素子は、例えば、鋳片Ｏｂの内部に静磁場を生成する１個の磁石と、アレイ状に配置され、前記鋳片Ｏｂの内部に複数の渦電流を生成する複数のコイルとを備え、前記磁石で生成された静磁場および前記複数のコイルそれぞれによって生成された複数の渦電流に基づく複数の電磁超音波を前記複数の素横波超音波として発生させる。

【0080】

このような第３変形形態で用いられる送信用電磁超音波センサ２１ｃとして、例えば、以下に説明する、第１ないし第３態様の電磁超音波センサ２１ｃａ～２１ｃｃが挙げられる。

【0081】

第１態様における電磁超音波センサ２１ｃａは、例えばローレンツ力型であり、図１２に示すように、鋳片Ｏｂの内部に静磁場を生成する１個の磁石２１２ｃａと、アレイ状に配置され、前記鋳片Ｏｂの内部に複数の渦電流を生成する複数のコイル２１３ｃａ、図１２に示す例では３個の第１ないし第３コイル２１３ｃａ－１～２１３ｃａ－３とを備える。磁石２１２ｃａは、例えば永久磁石または電磁石を備えて構成され、磁極の一方（例えばＳ極）を鋳片Ｏｂの一方主面と対向（正対）し、磁束線が鋳片Ｏｂの前記一方主面の法線方向に沿って磁石２１２ｃａから鋳片Ｏｂの一方主面へ入り込むように、配置される。複数のコイル２１３ｃａ（２１３ｃａ－１～２１３ｃａ）は、それぞれ、磁石２１２ｃａをコイルボビンとして、２１２ｃａの外周面に、絶縁被覆した長尺な導体線を、順次に並置された複数の受信用電磁超音波センサ２２ｃにおける並置方向、図１１および図１２に示す例では鋳造方向に沿う線分を軸として軸回りに、巻回すことによって形成される。そして、これら複数のコイル２１３ｃａ（２１３ｃａ－１～２１３ｃａ）は、前記並置方向（前記鋳造方向）に沿って所定の間隔を空けて順次に配置される。

【0082】

このような第１態様における電磁超音波センサ２１ｃａでは、磁石２１２ｃａと第１コイル２１３ｃａ－１とが１つの電磁超音波発生素子を構成し、磁石２１２ｃａによる静磁場および第１コイル２１３ｃａ－１による渦電流に基づき、電磁超音波が１つの素横波超音波として発生する。磁石２１２ｃａと第２コイル２１３ｃａ－２とが他の１つの電磁超音波発生素子を構成し、磁石２１２ｃａによる静磁場および第２コイル２１３ｃａ－１による渦電流に基づき、電磁超音波が他の１つの素横波超音波として発生する。磁石２１２ｃａと第３コイル２１３ｃａ－３とがさらに他の１つの電磁超音波発生素子を構成し、磁石２１２ｃａによる静磁場および第３コイル２１３ｃａ－３による渦電流に基づき、電磁超音波がさらに他の１つの素横波超音波として発生する。

【0083】

第２態様における電磁超音波センサ２１ｃｂは、例えばローレンツ力型であり、図１３に示すように、鋳片Ｏｂの内部に静磁場を生成する１個の磁石２１２ｃｂと、アレイ状に配置され、前記鋳片Ｏｂの内部に複数の渦電流を生成する複数のコイル２１３ｃｂ、図１３に示す例では３個の第１ないし第３コイル２１３ｃｂ－１～２１３ｃｂ－３とを備える。磁石２１２ｃｂは、例えば永久磁石または電磁石を備えて構成され、磁極の一方（例えばＳ極）を、複数のコイル２１３ｃｂ（２１３ｃｂ－１～２１３ｃｂ－３）を介して、鋳片Ｏｂの一方主面と対向（正対）し、磁束線が鋳片Ｏｂの前記一方主面の法線方向に沿って磁石２１２ｃｂから鋳片Ｏｂの一方主面へ入り込むように、配置される。複数のコイル２１３ｃｂ（２１３ｃｂ－１～２１３ｃｂ）は、それぞれ、コイルボビンＣＢの外周面に、絶縁被覆した長尺な導体線を、順次に並置された複数の受信用電磁超音波センサ２２ｃにおける並置方向、図１１および図１３に示す例では鋳造方向に沿う線分を軸として、軸回りに巻回すことによって形成される。コイルボビンＣＢは、例えば、被磁性材料で形成された板状の部材である。そして、これら複数のコイル２１３ｃｂ（２１３ｃｂ－１～２１３ｃｂ）は、前記並置方向（前記鋳造方向）に沿って所定の間隔を空けて順次に配置される。

【0084】

このような第２態様における電磁超音波センサ２１ｃｂでは、磁石２１２ｃｂと第１コイル２１３ｃｂ－１とが１つの電磁超音波発生素子を構成し、磁石２１２ｃｂによる静磁場および第１コイル２１３ｃｂ－１による渦電流に基づき、電磁超音波が１つの素横波超音波として発生する。磁石２１２ｃｂと第２コイル２１３ｃｂ－２とが他の１つの電磁超音波発生素子を構成し、磁石２１２ｃｂによる静磁場および第２コイル２１３ｃｂ－１による渦電流に基づき、電磁超音波が他の１つの素横波超音波として発生する。磁石２１２ｃｂと第３コイル２１３ｃｂ－３とがさらに他の１つの電磁超音波発生素子を構成し、磁石２１２ｃｂによる静磁場および第３コイル２１３ｃｂ－３による渦電流に基づき、電磁超音波がさらに他の１つの素横波超音波として発生する。

【0085】

第３態様における電磁超音波センサ２１ｃｃは、例えばローレンツ力型であり、図１４および図１５に示すように、鋳片Ｏｂの内部に静磁場を生成する１個の磁石２１２ｃｃと、アレイ状に配置され、前記鋳片Ｏｂの内部に複数の渦電流を生成する複数のコイル２１３ｃｃ、図１４および図１５に示す例では３個の第１ないし第３コイル２１３ｃｃ－１～２１３ｃｃ－３とを備える。磁石２１２ｃｃは、例えば永久磁石または電磁石を備えて構成され、磁極の一方（例えばＳ極）を、複数のコイル２１３ｃｃ（２１３ｃｃ－１～２１３ｃｃ－３）の各一部分を介して、鋳片Ｏｂの一方主面と対向（正対）し、磁束線が鋳片Ｏｂの前記一方主面の法線方向に沿って磁石２１２ｃｃから鋳片Ｏｂの一方主面へ入り込むように、配置される。複数のコイル２１３ｃｃ（２１３ｃｃ－１～２１３ｃｃ）は、それぞれ、略同形状であって、上述の電磁超音波センサ２１ａのコイル２１３ａと同様に、渦巻き状の長尺な導体部材を、巻位置を所定の間隔で順次にずらしながら、基板ＳＢ上に配設したいわゆるレーストラック型コイルである。より詳しくは、第１コイル２１３ｃｃ－１は、板状の非磁性材料で形成された基板ＳＢ上に配設される。第２コイル２１３ｃｃ－２は、図略の絶縁層（絶縁膜）を介して第１コイル２１３ｃｃ－１上に積層されることで、基板ＳＢ上に配設される。この際に、レーストラック型の第２コイル２１３ｃｃ－２における一方の直線状の導体部材２１３１ｃｃ－２が、レーストラック型の第１コイル２１３ｃｃ－１における一方の直線状の導体部材２１３１ｃｃ－１に、順次に並置された複数の受信用電磁超音波センサ２２ｃにおける並置方向、図１１、図１４および図１５に示す例では鋳造方向で隣接するように、第２コイル２１３ｃｃ－２は、第１コイル２１３ｃｃ－１に対して前記並置方向（鋳造方向）にずらして配設される。第３コイル２１３ｃｃ－３は、図略の絶縁層（絶縁膜）を介して第２コイル２１３ｃｃ－２上に積層されることで、基板ＳＢ上に配設される。この際に、レーストラック型の第３コイル２１３ｃｃ－３における一方の直線状の導体部材２１３１ｃｃ－３が、レーストラック型の第２コイル２１３ｃｃ－２における一方の直線状の導体部材２１３１ｃｃ－２に、前記並置方向で隣接するように、第３コイル２１３ｃｃ－３は、第２コイル２１３ｃｃ－２に対して前記並置方向にずらして配設される。そして、磁石２１２ｃｃは、これら第１ないし第３コイル２１３ｃｃ－１～２１３ｃｃ－３における各直線状の各導体部材２１３１ｃｃ－１～２１３ｃｃ－３上に位置するように、配置される。

【0086】

このような第３態様における電磁超音波センサ２１ｃｃでは、磁石２１２ｃｃと第１コイル２１３ｃｃ－１とが１つの電磁超音波発生素子を構成し、磁石２１２ｃｃによる静磁場および第１コイル２１３ｃｃ－１による渦電流に基づき、電磁超音波が１つの素横波超音波として発生する。磁石２１２ｃｃと第２コイル２１３ｃｃ－２とが他の１つの電磁超音波発生素子を構成し、磁石２１２ｃｃによる静磁場および第２コイル２１３ｃｃ－１による渦電流に基づき、電磁超音波が他の１つの素横波超音波として発生する。磁石２１２ｃｃと第３コイル２１３ｃｃ－３とがさらに他の１つの電磁超音波発生素子を構成し、磁石２１２ｃｃによる静磁場および第３コイル２１３ｃｃ－３による渦電流に基づき、電磁超音波がさらに他の１つの素横波超音波として発生する。

【0087】

なお、これら第１ないし第３態様における電磁超音波センサ２１ｃａ～２１ｃｃにおいて、複数のコイル２１３ｃａ、２１３ｃｂ、２１３ｃｃは、３個に限定されず、任意の個数であって良く、個数が多いほど、角度分解能が向上して好ましい。

【0088】

これら第１ないし第３態様における電磁超音波センサ２１ｃａ～２１ｃｃにおいて、図３に示すように、前記複数の電磁超音波発生素子それぞれによって発生させられた複数の素横波超音波を相互に干渉させることで所定の伝播方向に前記横波超音波を送信するように、前記複数の電磁超音波発生素子を制御する素子制御部２６５が制御処理部２６に機能的に構成される。より具体的には、一例として、第１態様の電磁超音波センサ２１ｃａの場合では、素子制御部２６５は、第１ないし第３コイル２１３ｃａ－１～２１３ｃａ－３それぞれにパルス状の電流を通電する。これに応じて鋳片Ｏｂには、渦電流が生じ、磁石２１２ｃａの静磁場との相互作用で鋳片Ｏｂにローレンツ力が生じ、これによってパルス状に横波超音波が素横波超音波として鋳片Ｏｂに発生する。この際に、素子制御部２６５は、これら第１ないし第３コイル２１３ｃａ－１～２１３ｃａ－３それぞれに対する通電タイミングを所定の時間だけずらすことで、各素横波超音波を各通電タイミングで発生させる。これら各通電タイミングで発生した各素横波超音波は、相互に干渉し、これら各素横波超音波の干渉によって、前記所定の時間に応じた角度を持つ波面を形成した横波超音波が形成される。このように第１態様の電磁超音波センサ２１ｃａは、前記所定の時間に応じた角度の伝播方向に横波超音波を送信する。前記所定の時間を調整（制御）することで、横波超音波の伝播方向が変更（制御）できる。第２および第３態様における電磁超音波センサ２１ｃｂ、２１ｃｃも、素子制御部２６５が同様に各コイル２１３ｃｂ、２１３ｃｃを制御することで、所定の伝播方向に横波超音波を送信する。

【0089】

複数の受信用電磁超音波センサ２２ｃは、それぞれ、受信角度に応じて設計された第２変形形態で説明した上述の受信用電磁超音波センサ２２ｂを利用できる。送信用電磁超音波センサ２１ｃと対向する受信用電磁超音波センサ２２ｃ、図１１に示す例では、第３受信用電磁超音波センサ２２ｃ－３には、実施形態で説明した上述の受信用電磁超音波センサ２２ａが利用されても良い。あるいは、複数の受信用電磁超音波センサ２２ｃには、それぞれ、受信角度に応じた受信タイミングで超音波を受信する点を除き、上述した第１ないし第３態様の電磁超音波センサ２１ｃａ、２１ｃｂ、２１ｃｃと同様の電磁超音波センサが利用されても良い。

【0090】

このような連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、伝播方向を変更することによって互いに異なる複数の各位置で、各内部状態を判定できる。この結果、例えば引き抜き速度の変更や冷却態様の変更や調整成分の変更等に応じて、クレータエンドの位置がシフトした場合でも、クレータエンドの位置もより精度良く判定できる。

【0091】

また、これら上述では、連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、１個のロール間に１組の送信用電磁超音波センサ２１（２１ａ、２１ｂ）および受信用電磁超音波センサ２２（２２ａ、２２ｂ）を備えたが、送信用電磁超音波センサ２１と受信用電磁超音波センサ２２とを１組として、連続鋳造装置ＣＣにおける１個のロール間に配置された複数の組を備え、内部状態判定部２６３は、前記複数の組それぞれについて、各内部状態を判定しても良い。このような場合において、前記複数の組は、鋳造方向（引き抜き方向）に沿って配置されて良い。これによれば、より高い空間分解能で鋳片Ｏｂの内部状態を判定でき、また、ロール間が比較的広い（ロール間隔が比較的長い）場合にも対応できる。あるいは、前記場合において、前記複数の組は、鋳造方向に直交する幅方向に沿って配置されて良い。これによれば、幅方向における鋳片Ｏｂの内部状態を判定できる。また、連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、連続鋳造装置ＣＣにおける１個のロール間において、鋳片Ｏｂの一方主面側に、横波超音波の伝播方向を変更できる１個の送信用電磁超音波センサと、前記鋳片Ｏｂの他方主面側に複数の受信用電磁超音波センサ２２とを備え、内部状態判定部２６３は、前記複数の受信用電磁超音波センサ２２それぞれについて、各内部状態を判定しても良い。これによっても、より高い空間分解能で鋳片Ｏｂの内部状態を判定でき、また、ロール間が比較的広い（ロール間隔が比較的長い）場合にも対応できる。あるいは、前記場合において、前記複数の受信用電磁超音波センサ２２は、鋳造方向に直交する幅方向に沿って配置されて良い。これによっても、幅方向における鋳片Ｏｂの内部状態を判定できる。そして、これらそれぞれにおいて、制御処理部２６にクレータエンド位置判定部２６４が機能的にさらに備えられても良い。

【0092】

あるいは、連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、送信用電磁超音波センサ２１と受信用電磁超音波センサ２２とを１組として、前記１組を、連続鋳造装置ＣＣのロール間において鋳造方向に沿って移動する第１移動機構をさらに備え、内部状態判定部２６３は、前記第１移動機構で前記組を複数の位置に移動させて前記複数の位置それぞれについて、各内部状態を判定しても良い。前記第１移動機構は、例えば、両先端それぞれに送信用電磁超音波センサ２１および受信用電磁超音波センサ２２それぞれを取り付けたコ字状（Ｃ字状）のフレームと、前記フレームを支持し、前記フレームを鋳造方向に沿って移動するアームと、前記アームを駆動する駆動部とを備えて構成される。これによっても、より高い空間分解能で鋳片Ｏｂの内部状態を判定できる。あるいは、連続鋳造装置ＣＣおよびこれに備えられた鋳片内部状態判定装置ＳＤは、送信用電磁超音波センサ２１と受信用電磁超音波センサ２２とを１組として、前記１組を、連続鋳造装置ＣＣのロール間において鋳造方向に直交する幅方向に沿って移動する第２移動機構をさらに備え、内部状態判定部２６３は、前記第２移動機構で前記組を複数の位置に移動させて前記複数の位置それぞれについて、各内部状態を判定しても良い。前記第２移動機構は、例えば、両先端それぞれに送信用電磁超音波センサ２１および受信用電磁超音波センサ２２それぞれを取り付けたコ字状（Ｃ字状）のフレームと、前記フレームを支持し、前記フレームを幅方向に沿って移動するアームと、前記アームを駆動する駆動部とを備えて構成される。これによっても、幅方向における鋳片Ｏｂの内部状態を判定できる。そして、これらそれぞれにおいて、制御処理部２６にクレータエンド位置判定部２６４が機能的にさらに備えられても良い。

【0093】

また、これら上述では、鋳片Ｏｂの内部温度分布Ｔ（ｘ）は、温度センサ２５で実測した表面温度から数式モデルを用いて求められたが、これに限定されるものではない。例えば熱伝導の基本方程式をｘ方向のみに一次元化したモデルを表す次式５より、内部温度分布Ｔ（ｘ）を推定することもできる。
式５；ρｃ（∂Ｔ／∂ｔ）＝∂／∂ｘ（Ｋ∂Ｔ／∂ｘ）＋Ｈ
ここで、ρは、鋳片の密度であり、ｃは、鋳片の比熱であり、Ｋは、鋳片の熱伝導率であり、Ｈは、発熱量であり、具体的な操業条件から境界条件等を適宜設定すればＴ（ｘ）を推定することができる。

【0094】

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

【符号の説明】

【0095】

ＣＣ 連続鋳造装置
ＣＢ 連続鋳造本体
ＳＤ 鋳片内部状態判定装置
ＰＣ 鋳片内部状態判定本体
ＳＳ 送信部
ＲＳ 受信部
ＣＴ 係数情報テーブル
１１ 取鍋
１２ タンディッシュ
１３ 鋳型
１４ ロール
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ（２１ｃａ、２１ｃｂ、２１ｃｃ） 送信用電磁超音波センサ
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 受信用電磁超音波センサ
２５ 温度センサ
２６ 制御処理部
３０ 記憶部
２６２ 温度演算部
２６３ 内部状態判定部
２６４ クレータエンド位置判定部
２６５ 素子制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】