特許 7507868 スラブ上の連続鋳造関連の欠陥の検出および除去

(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】2024-06-20

(45)【発行日】2024-06-28

(54)【発明の名称】スラブ上の連続鋳造関連の欠陥の検出および除去

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/04 20060101AFI20240621BHJP

   G01N 29/24 20060101ALI20240621BHJP

   B22D 11/16 20060101ALI20240621BHJP

【ＦＩ】

G01N29/04

G01N29/24

B22D11/16 104N

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2022551234

(86)(22)【出願日】2021-02-26

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-11

(86)【国際出願番号】 US2021019810

(87)【国際公開番号】W WO2021173927

(87)【国際公開日】2021-09-02

【審査請求日】2022-09-08

(31)【優先権主張番号】62/982,200

(32)【優先日】2020-02-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503404132

【氏名又は名称】クリーブランド－クリフス スティール プロパティーズ、インク．

(74)【代理人】

【識別番号】100104411

【弁理士】

【氏名又は名称】矢口 太郎

(72)【発明者】

【氏名】ラッドジロウスキー、ロナルド エイチ．

(72)【発明者】

【氏名】キング、ウィリアム エル．

【審査官】村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２３８２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２２２８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９１５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２０８７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２７４８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０７９１００（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

Ｂ２２Ｄ １１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋳造金属に用いられる欠陥検出および補修システムであって、
（ａ）前記鋳造金属内の表面付近における欠陥を検出するように構成された１若しくはそれ以上の検出ユニットを有する検出デバイスであって、各検出ユニットは、
（ｉ）１若しくはそれ以上の信号発生器であって、前記鋳造金属の表面に向かって方向づけられたパルスを発生させ、それにより前記鋳造金属内に１若しくはそれ以上の超音波を発生させるように構成されているものであり、前記１若しくはそれ以上の信号発生器は前記鋳造金属の表面から離間し前記鋳造金属と物理的に結合しないものである、前記１若しくはそれ以上の信号発生器と、
（ｉｉ）１若しくはそれ以上の受信機であって、前記１若しくはそれ以上の信号発生器から所定距離離間し、且つ前記鋳造金属の前記表面から離間し前記鋳造金属と物理的に結合しないものであり、前記１若しくはそれ以上の受信機は前記鋳造金属内で前記１若しくはそれ以上の超音波によって引き起こされる信号を受信するように構成されている、前記１若しくはそれ以上の受信機と
を有するものである、前記検出ユニットと、
（ｂ）前記検出された欠陥を含む前記鋳造金属の標的領域において前記検出デバイスによって検出された前記欠陥を補修するように構成された１若しくはそれ以上の補修ユニットを有する補修デバイスであって、各補修ユニットは、前記標的領域における前記鋳造金属の前記表面に向けてビームを発生させるように構成された１若しくはそれ以上のレーザーを有し、アブレーションによって前記検出された欠陥を補修するように構成されているものである、前記補修デバイスと
を有する、システム。

【請求項2】

請求項１に記載のシステムにおいて、このシステムは、後続の仕上げ前の連続鋳造段階中に前記検出された欠陥を補修するように構成されている、システム。

【請求項3】

請求項１に記載のシステムにおいて、このシステムは、前記鋳造金属が約１，０００℃までの温度を有するときに、前記検出された欠陥を補修するように構成されている、システム。

【請求項4】

請求項１に記載のシステムにおいて、このシステムは、前記受信機によって受信された前記信号の１若しくはそれ以上の特性に基づいて前記欠陥の存在を検出するように構成されている、システム。

【請求項5】

請求項４に記載のシステムにおいて、前記信号の１若しくはそれ以上の特性は前記受信された信号の振幅および周波数の選択された一方または両方を含むものである、システム。

【請求項6】

請求項１に記載のシステムにおいて、前記信号発生器はレーザーを有するものである、システム。

【請求項7】

請求項１に記載のシステムにおいて、前記信号発生器は電磁音響トランスデューサを有するものである、システム。

【請求項8】

請求項１に記載のシステムにおいて、前記受信機は電磁音響トランスデューサを有するものである、システム。

【請求項9】

請求項１に記載のシステムにおいて、前記受信機は、約５０キロヘルツ～約１０５０キロヘルツの範囲の周波数を受信するように構成されている、システム。

【請求項10】

請求項１に記載のシステムにおいて、このシステムは、前記欠陥のサイズおよび位置の選択された一方または両方を検出するように構成されている、システム。

【請求項11】

請求項１０に記載のシステムにおいて、このシステムは、前記欠陥の前記サイズおよび前記位置の一方または両方に基づいて前記欠陥を補修するかどうかを判定するように構成されている、システム。

【請求項12】

請求項１に記載のシステムにおいて、各補修ユニットは、さらに、溶融、研削、および削り取りのうちの選択された１若しくはそれ以上によって、前記標的領域における前記検出された欠陥を補修するように構成されている、システム。

【請求項13】

欠陥検出および補修システムを動作させて鋳造金属の表面下の欠陥を補修する方法であって、前記欠陥検出および補修システムは、１若しくはそれ以上の検出ユニットを有する検出デバイスと、１若しくはそれ以上の補修ユニットを有する補修デバイスとを有するものであり、この方法は、
（ａ）前記欠陥検出および補修システムに対して鋳造金属を平行移動させる工程と、
（ｂ）前記検出デバイスの前記１若しくはそれ以上の検出ユニットにより、前記鋳造金属の表面付近に欠陥が存在するかどうかを検出する工程であって、前記検出デバイスは、前記鋳造金属の表面から離間し前記鋳造金属と物理的に結合しない１若しくはそれ以上の信号発生器を有するものであり、前記信号発生器は前記鋳造金属の前記表面へ方向づけられたパルスを発生させ、それにより前記鋳造金属内に１若しくはそれ以上の超音波を発生させるものであり、前記検出デバイスは、前記１若しくはそれ以上の信号発生器から所定距離離間し、且つ前記鋳造金属の前記表面から離間し前記鋳造金属と物理的に結合しない１若しくはそれ以上の受信機を有するものであり、前記１若しくはそれ以上の受信機は前記鋳造金属内で前記１若しくはそれ以上の超音波によって引き起こされる信号を受信するように構成されている、前記検出する工程と、
（ｃ）前記検出デバイスによって欠陥が検出された場合に前記欠陥が補修されるように構成されているかどうかを判定する工程と、
（ｄ）補修領域を形成するように前記欠陥を補修すると判定された場合に、前記検出された欠陥を含む標的領域において前記検出された欠陥を前記補修デバイスの前記１若しくはそれ以上の補修ユニットにより補修する工程であって、各補修ユニットは、前記標的領域における前記鋳造金属の前記表面に向けてビームを発生させるように構成された１若しくはそれ以上のレーザーを有し、アブレーションによって前記検出された欠陥を補修するように構成されている、前記補修する工程と
を有する、方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の方法において、前記鋳造金属が約１，０００℃までの温度を有するときに、連続鋳造プロセス中に前記鋳造金属が前記欠陥検出および補修システムに対して平行移動されるものである、方法。

【請求項15】

請求項１３に記載の方法において、さらに、前記欠陥が前記検出デバイスによって検出されたときに、前記欠陥のサイズおよび位置の一方または両方を判定する工程を有するものである、方法。

【請求項16】

請求項１３に記載の方法において、前記検出された欠陥を補修する工程は、さらに、前記標的領域の溶融、研削、および削り取りのうちの１若しくはそれ以上を行う工程を有するものである、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２０年２月２７日に出願された「Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃａｓｔｅｒ－Ｒｅｌａｔｅｄ Ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｎ Ｓｌａｂｓ（スラブ上の連続鋳造関連の欠陥の検出および除去）」と題する米国仮特許出願第６２／９８２，２００号に基づく優先権を主張するものであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

典型的な連続鋳造プロセスの間、鋼などの液体金属は凝固して鋳造金属となる。この鋳造金属はその後の仕上げ（例えば、圧延、コイリング、コーティングなど）のために半製品のスラブに切断することができる。いくつかの場合において、連続鋳造プロセス中、鋳造関連の欠陥（例えば、ラミネーション、割れ、ピンホールなど）が鋳造金属の表面および／または表面付近に形成される可能性がある。これら表面下付近の欠陥は、典型的には連続鋳造プロセスの後に下流に現れ、そのような欠陥を検出および／または修正することを困難にする。この結果、鋳造金属の全てまたは一部が表面削り取りの対象および／または不合格となり、追加のコストが発生する可能性がある。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１） 韓国登録特許第１０－１７６７９３５号公報
（特許文献２） 特開昭５４－１０９０３１号公報
（特許文献３） 米国特許第４１３１４９０号明細書
（特許文献４） 特開昭５３－４０６３６号公報
（特許文献５） 米国特許第４３１８４３９号明細書
（特許文献６） 特開平０８－９０２２６号公報

【発明の概要】

【0003】

したがって、その後の仕上げに先立ち連続鋳造段階で、例えば鋳造金属が連続鋳造プロセスからの熱エネルギーを保持しているときなどに、鋳造金属内の表面下付近の鋳造関連の欠陥を検出および／または補修することが望ましい場合がある。これにより、完成品について表面下付近の鋳造関連の欠陥の数を減らすことができ、したがって連続鋳造プロセスのコストを削減し、および／または効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】図１は、連続鋳造金属に用いられる例示的な欠陥検出および補修システムの斜視図である。

【図2】図２は、図１の欠陥検出および補修システムの検出ユニットの側面図である。

【図3】図３は、図２の検出ユニットと共に用いられる第１の例示的な信号発生器の側面図である。

【図4】図４は、図２の検出ユニットと共に用いられる第２の例示的な信号発生器の側面図である。

【図5】図５は、図２の検出ユニットと共に用いられる例示的な受信機の側面図である。

【図6】図６は、図２の検出ユニットの側面図であり、欠陥を含む連続鋳造金属が検出ユニットに対して平行移動していることを示す。

【図7】図７は、図６の検出ユニットの上面図である。

【図8】図８は、図６の検出ユニットの側面図であり、欠陥が検出ユニット内に位置していることを示す。

【図9】図９は、図６の検出ユニットによって検出された信号を示すグラフである。

【図10】図１０は、図１の欠陥検出および補修システムの補修ユニットの側面図である。

【図11】図１１は、図１の欠陥検出および補修システムを用いて鋳造金属の欠陥を検出および補修する例示的な方法のフローチャートである。

【図12】図１２は、シミュレートされた表面下の欠陥を有する鋳造金属の試験ブロックについての検出ユニットによって受信された信号のグラフである。

【図13】図１３は、シミュレートされた表面下の欠陥を有する鋳造金属の試験ブロックについての他の検出ユニットによって受信された生データの信号のグラフである。

【図14】図１４は、図１３の信号が多項式トレンドによって修正されたグラフである。

【図15】図１５は、図１４の信号が高速フーリエ変換によって修正されたグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0005】

欠陥検出および補修システムを用いて、その後の仕上げに先立ち連続鋳造段階で、鋳造金属内で検出された表面下付近の鋳造関連の欠陥を補修することができる。このシステムは、鋳造金属内に欠陥が存在するかどうかを検出する検出デバイスと、前記欠陥を含む標的領域内において前記検出デバイスによって検出された欠陥を補修する補修デバイスとを有する。前記検出デバイスは、前記鋳造金属の表面へ方向づけられたパルスを発生させ、それによって前記鋳造金属内に１若しくはそれ以上の超音波を発生させるように構成された１若しくはそれ以上の信号発生器と、前記１若しくはそれ以上の信号発生器から離間して配置された１若しくはそれ以上の受信機であって、前記鋳造金属内で前記１若しくはそれ以上の超音波によって引き起こされた信号を受信するように構成されている、前記受信機とを有する。次いで、前記システムは、前記受信機によって受信された信号の１若しくはそれ以上の特性（例えば、振幅、周波数、波長など）に基づいて前記欠陥の存在を検出することができる。

【0006】

次いで、前記システムは、前記検出された欠陥のサイズおよび／または位置などに基づいて、前記検出された欠陥を補修できるかどうかを判定することができる。前記補修デバイスは、前記欠陥を含む標的領域内の前記鋳造金属の表面へ方向づけられたビームを発生させるように構成されたレーザーを有する１若しくはそれ以上の補修ユニットを有する。これにより、前記修正ユニットは、前記標的領域におけるアブレーション、溶融、研削、および削り取りのうちの１若しくはそれ以上によって、前記検出された欠陥を平滑化することができる。前記鋳造金属の前記検出された表面下の欠陥のこのスポット修正は、表面削り取りの対象および／または不合格となる鋳造金属の量を減らし、それによって連続鋳造プロセスのコストおよび／または効率を改善することができる。前記システムは、鋳造金属と物理的に結合されていないため、高温および／または汚染された環境で動作可能である。

【0007】

Ｉ．例示的な欠陥検出および補修システム
図１を参照すると、鋼などの連続鋳造金属２に用いて、鋳造金属２内の表面下付近の欠陥４の数および／または程度を低減するための例示的な欠陥検出および補修システム１０が示されている。システム１０は、１若しくはそれ以上の検出ユニット２２を有する検出デバイス２０と、１若しくはそれ以上の補修ユニット３２を有する補修デバイス３０とを有する。検出デバイス２０の検出ユニット２２は、鋳造金属２の表面８および／または表面８下付近で、鋳造関連の欠陥（例えば、ラミネーション、割れ、ピンホールなど）などの欠陥４を検出するように構成されている。例えば、検出デバイス２０は、約５ミリメートル以下など、約１０ミリメートル以下の深さを有する１若しくはそれ以上の欠陥４を検出することができる。図に示す形態では２つの検出ユニット２２を有する検出デバイス２０を示しているが、検出デバイス２０が鋳造金属２の表面下付近の欠陥４の存在を十分に検出できる任意のその他の好適な数の検出ユニット２２を用いてもよい。補修デバイス３０の補修ユニット３２は、領域が欠陥を含むときよりも連続的な補修領域６を形成することにより、検出された欠陥４を除去し、および／またはその数および／または程度を改善することよって検出デバイス２０によって検出された欠陥４を補修するように構成されている。図に示す形態では、２つの補修ユニット３２を有する補修デバイス３０を示しているが、補修デバイス３０が鋳造金属２の所望の領域で当該鋳造金属２の表面８および／またはその付近の欠陥４を十分に改善および／または補修できる任意のその他の好適な数の補修ユニット３２を用いてもよい。

【0008】

したがって、システム１０は、その後の仕上げ（例えば、圧延、コイリング、コーティングなど）に先立ち連続鋳造段階中に、例えば鋳造金属２が連続鋳造プロセスからの熱エネルギーを保持しているときなどに、鋳造金属２において検出された欠陥４を補修するように構成されている。システム１０は、約７００℃までなど、約１，０００℃までの高温で動作可能である。さらに、または代替的に、システム１０は、鋳造金属２が冷却された後、その後の仕上げの前に、鋳造金属２の欠陥４を補修することができる。システム１０はさらに、図１に矢印４０で示すように、鋳造金属２がシステム１０に対して平行移動されている間に動作するように構成されている。例えば、システム１０は、鋳造金属２がスラブに切断される場合、鋳造金属２がスラブに切断される前および／または後にシステム１０が欠陥を補修できるように鋳造ランアウトテーブルに設置することができる。いくつかの形態において、システム１０は、鋳造金属２がシステム１０に対して約０．５メートル／秒～約５メートル／秒の間の速度で移動している間に動作可能であるが、システム１０が鋳造金属２の欠陥４十分に検出および／または修正できるその他の好適な速度を用いてもよい。

【0009】

図１に示すように、検出デバイス２０の１若しくはそれ以上の検出ユニット２２は、検出デバイス２０内で静止していてもよく、および／または１若しくはそれ以上の検出ユニット２２は、矢印４２で示すように鋳造金属２の平行移動の方向に対して横断方向に鋳造金属２を横切って横方向に平行移動させることができる。したがって、１若しくはそれ以上の検出ユニット２２は、離間させて配列することができ、および／または検出デバイス２０に沿って移動可能で、検出ユニット２２が鋳造金属２の選択された領域において、例えば鋳造金属２の表面８の一部または全体に沿って、欠陥４を検出できるようになっている。同様に、補修デバイス３０の１若しくはそれ以上の補修ユニット３２は静止していてもよく、および／または１若しくはそれ以上の補修ユニット３２は矢印４４で示すように鋳造金属２の平行移動の方向に対して横断方向に鋳造金属２を横切って横方向に平行移動させることができる。したがって、１若しくはそれ以上の補修ユニット３２は、離間して配列することができ、および／または補修デバイス３０に沿って移動可能で、補修ユニット３２が鋳造金属２の選択された領域において、例えば鋳造金属２の表面８の一部または全体に沿って、欠陥４を補修できるようになっている。

【0010】

いくつかの形態において、検出デバイス２０と補修デバイス３０との間の距離は調整自在とすることができる。図に示す形態において、補修デバイス３０は、矢印４６で示すように鋳造金属２の平行移動の方向に沿って長手方向に検出デバイス２０に対して移動可能であり、補修デバイス３０が検出デバイス２０の近くへ、および／または遠くへと移動可能なようになっている。これにより、補修デバイス３０は、欠陥４を補修する際、鋳造金属２と平行移動することが可能になる。さらに、または代替的に、検出デバイス２０は長手方向に移動可能であってもよい。システム１０の更なるその他の好適な構成が本明細書の教示を考慮すれば当業者には明らかであろう。例えば、いくつかの形態において、検出デバイス２０および／または補修デバイス３０は水冷することができる。

【0011】

Ａ．例示的な検出デバイス
図２を参照すると、検出デバイス２０の検出ユニット２２は、１若しくはそれ以上の信号発生器２４と、１若しくはそれ以上の受信機２６とを有する。信号発生器２４は、鋳造金属２の表面８へ方向づけられた超音波パルス２１を発生させるように構成されている。信号発生器２４は制御部２８と結合されてもよく、当該制御部２８は信号発生器２４のパルス２１（例えば、パルス速度、パルスエネルギー、波長、周波数など）を制御するように構成することができる。信号発生器２４によって発生したパルス２１は鋳造金属２によって少なくとも部分的に吸収され、パルス２１が、鋳造金属２を進行する１若しくはそれ以上の超音波２３を形成するようになっている。受信機２６は、信号発生器２４から選択された距離ｘ離れて配置され、波２３によって引き起こされる信号２５を検出するように構成されている。受信機２６は制御部２８と結合されてもよく、制御部２８は受信機２６によって検出された信号２５を受け取るように構成することができる。制御部２８は、信号２５の特性（例えば、パルスレート、パルスエネルギー、振幅、波長、周波数など）を分析して、信号２５に基づいて鋳造金属２内の表面８付近に欠陥が存在するかどうかを判定するように構成することができる。

【0012】

例えば、制御部２８は、鋳造金属２内に欠陥が存在することを判定するため、信号２５の特性がパルス２１に対して変わっているかどうか、および／または前記特性が所定のレベルを満たしていないかどうかを判定することができる。したがって、検出デバイス２０は、鋳造金属２の所望の表面８の下に欠陥が存在するかどうかを検出するように構成されている。いくつかの形態において、検出デバイス２０は、さらに、受信信号２５に基づいて、検出された欠陥の位置および／またはサイズを判定するように構成することができる。信号発生器２４および受信機２６は、鋳造金属２と物理的に結合されず、鋳造金属２の表面８から離間しているので、検出ユニット２２は、高温で、および／または、表面８が前記連続鋳造プロセスからの残留物を含む場合などの汚染された環境で、動作可能である。

【0013】

信号発生器２４は、レーザー、電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ）、および／またはパルス２１を発生させるように構成されたその他の好適な信号発生器を有することができる。図３を参照すると、第１の例示的な信号発生器１２４は、パルスレーザーなどの、ビームを提供してパルス２１を発生させるレーザー１２０を有する。それにより、パルス２１が鋳造金属２に接触すると、パルス２１は表面波２３ａおよび／またはバルク波２３ｂを含むレイリー波などの１若しくはそれ以上の超音波２３を形成する。例えば、表面波２５ａは鋳造金属２の表面８に沿って進行し、バルク波２５ｂは鋳造金属２の厚さｔ内を進行する。いくつかの形態において、レーザー１２０によって発生したビームは、ビームガイド１２２によって、例えばビームを鋳造金属２の方へ方向転換させるように構成されたプリズムまたその他の好適なビームガイド１２２などによって鋳造金属２の表面８に向けて方向転換される。

【0014】

図４を参照すると、第２の例示的な信号発生器２２４はＥＭＡＴ２２０を有する。ＥＭＡＴ２２０は電気コイル２２２と磁石２２３とを有する。磁石２２３は永久磁石および／または電磁石とすることができる。したがって、ＥＭＡＴ２２０は電磁誘導とローレンツ力の組み合わせによって動作するように構成されている。例えば、短時間の高強度電流がコイル２２２を介してパルス化され、コイル２２２内の電流パルスからの過渡磁場が、鋳造金属２内に逆電流２２８を誘導する。この電流は、過渡磁場と、磁石２２３の存在によって生成される固定磁場２２６との両方の存在により、ローレンツ力２３０を受ける。それにより、ローレンツ力２３０は、レイリー波などの１若しくはそれ以上の超音波２３を鋳造金属２内に生成する。コイル２２２および／または磁石２２３の形状を選択することによって、ＥＭＡＴ２２０によって発生する力２３０および／または波２３の方向を制御することができる。信号発生器２２４として用いることができるＥＭＡＴ２２０の例としては、ロードアイランド州ワーウィックのＲＩＴＥＣ Ｉｎｃ．によって製造されたＲＰＲ４０００トーンバースト発生器がある。ＥＭＡＴ２２０は、約７５０キロヘルツなど、２０キロヘルツを超える超音波周波数で動作することができる。図４に示すように、ＥＭＡＴ２２０のコイル２２２は鋳造金属２の表面８から距離ｄ離間して配置されている。いくつかの形態において、コイル２２２は表面８から約５ミリメートル離間して配置されているが、ＥＭＡＴ２２０が鋳造金属２内で１若しくはそれ以上の波２３を十分に発生するように構成されるその他の好適な寸法を用いてもよい。

【0015】

図５は、波２３によって引き起こされる信号２５を検出および／または受信するための、ＥＭＡＴ２２０を有する検出ユニット２２用の例示的な受信機１２６を示す。前述のように、ＥＭＡＴ２２０は、電気コイル２２２と磁石２２３とを有する。磁石２２３は永久磁石および／または電磁石とすることができる。磁石２２３からの固定磁場２２６存在下での波２３の相互作用は、受信コイル２２２に電流２２８を誘導して信号２５を形成する。ＥＭＡＴ２２０は、ＥＭＡＴ２２０が様々な種類の波を検出できるように、約５０キロヘルツ～約１０５０キロヘルツなどの広範囲の周波数を検出するように構成することができる。次いで、制御部２８は、受け取った信号２５の特性（例えば、振幅、波長、周波数など）を分析して、欠陥４が存在するかどうかを判定することができる。

【0016】

したがって、検出ユニット２２は、鋳造金属２の選択された表面８の一部および／または全体に沿って表面下付近の欠陥４を検出するように構成することができる。図６～図９を参照すると、鋳造金属２は図６に矢印４０で示すように検出ユニット２２に対して平行移動させることができる。鋳造金属２が移動すると、検出ユニット２２の信号発生器２４は表面８に沿って、および／または鋳造金属２内で、レイリー波などの１若しくはそれ以上の超音波２３を生成するパルス２１を発生させ、当該１若しくはそれ以上の超音波２３が受信機２６まで少なくとも距離ｘ進行する。次いで、受信機２６は、波２３によって発生した信号２５を受信機２６で検出することができる。例えば、レイリー波は、表面８でより強く、また、レイリー波の波長に比例する深さまで鋳造金属２に浸透するエネルギー容量を有してもよい。受信機２６によって受信された信号２５は、そのようなレイリー波が欠陥４のために遮断および／または反射されたかどうかを示すことができる。いくつかの場合において、レイリー波の欠陥４によって遮断および／または反射される部分の波長は、そのような欠陥４のサイズおよび／または深さに比例する。

【0017】

図６～図７において、鋳造金属２内の欠陥４は信号発生器２４および受信機２６の外側にある。したがって、受信機２６は、信号発生器２４によって発生した比較的大きな振幅を有する波２３を直接検出し得る。次いで、波２３の第１の部分２７が欠陥４によって遮断および／または反射されて受信機２６に戻り得、また、波２３の第２の部分２９が欠陥４を通り過ぎて進行し続け得る。波２３の反射部分２７は欠陥４が検出ユニット２２に向かって移動するにつれて次第に早く到達することができる。図９を参照すると、図に示す形態の受信機２６によって受信された信号２５の例が破線で示されている。例えば、直接受信された波２３は領域ｒに示され、また、波２３の反射され受信された部分２７は領域ｒ１に示されているが、当該反射され受信された部分２７は直接受信された波２３に比べて振幅が小さくなっている。

【0018】

図８において、鋳造金属２の欠陥４は、検出ユニット２２内の信号発生器２４と受信機２６との間に平行移動されている。したがって、信号発生器２４によって発生した直接波２３は、欠陥４が波２３を少なくとも部分的に遮断および／または反射するため、完全には受信機２６までの距離ｘを進行することができない。欠陥４によって遮断および／または反射された波２３の第１の部分２７は受信機２６から遠ざかり、波２３の第２の部分２９は欠陥４を通過して受信機２６に移動し続け得る。いくつかの形態において、より高い周波数は欠陥４によってブロックされ、より低い周波数は欠陥４を通過し得る。これにより、受信機２６によって受信された波２３の第２の部分２９が減衰され、検出されなくなり、および／または波２３に比べて振幅が小さなり得る。

【0019】

図９を参照すると、図に示す形態の受信機２６によって受信される信号２５の例が実線で示されている。例えば、受信された波２３の部分２９は、領域ｒに示されており、欠陥４が信号発生器２４および受信機２６の外側に配置された前の様態における直接受信された波２３に比べて小さい振幅を有する。波２３の反射部分２７もまた、欠陥４が信号発生器２４および受信機２６内に配置されているため、受信機２６によって検出できなかった。いくつかの形態において、波２３が欠陥４によって減衰される量は欠陥４のサイズおよび／または位置を示し得る。例えば、受信機２６によって受信され、波２３よりも大幅に小さい振幅および／またはより低い周波数を有する信号２５は、波２３よりもわずかに小さい振幅および／またはより低い周波数を有する信号２５よりも大きな欠陥４を示し得る。鋳造金属２内の表面下付近の欠陥４を検出するその他の好適な構成および方法が本明細書の教示を考慮すれば当業者には明らかであろう。

【0020】

Ｂ．例示的な補修デバイス
欠陥４が検出デバイス２０によって検出されると、システム１０は、検出された欠陥４を補修デバイス３０によって補修できるかどうかを判定することができる。例えば、検出デバイス２０によって検出された欠陥４のサイズまたは程度に応じて、システム１０は、欠陥４を補修するか、または補修せずに鋳造金属２の一部を除くことのどちらが、より費用対効果が高く、および／または効率的であるかを判定することができる。図１０を参照すると、補修デバイス３０は、鋳造金属２に向けてビーム３１を発生させるように構成された１若しくはそれ以上のレーザー３４を有する。レーザー３４は、パルスレーザー、強力な連続波レーザー、および／または以下でより詳細に説明するような欠陥を補修するための任意のその他の適切なレーザーを含むことができる。図に示す形態において、レーザー３４は制御部２８と結合され、制御部２８がレーザー３４の出力（例えば、ビーム３１のパルス速度、パルスエネルギー、波長、周波数など）を制御するように構成できるようになっている。制御部２８は、検出ユニット２０によって検出された欠陥４を含む鋳造金属２の標的領域にレーザー３４のビーム３１が向けられるように、レーザー３４の位置を制御するように構成することもできる。例えば、補修ユニット３２は標的領域を補修するために、鋳造金属２と共に移動しながら、標的領域に向けることができる。

【0021】

いくつかの形態において、レーザー３４によって発生したビーム３１は変更器３６へ向かう。変更器３６はビーム３１の方向および／または強度を変更して、変更されたビーム３３を形成するように構成されている。変更器３６で変更されたビーム３３を形成する方法には、固定ミラーまたは検流走査ミラーによるビームステアリング、伸縮光学系または収束光学系によるビーム集束、および／またはホモジナイザ、振幅マスク、屈折要素、および／または回折光学要素によるビーム整形が含まれてもよい。さらに、または代替的に、空間光変調器、変形可能ミラー、および／または調整可能な音響勾配屈折率レンズにより、変更されたビーム３３の強度のリアルタイム変調が可能になる。したがって、補修ユニット３２は、レーザー３４によって発生した大量のエネルギーを、鋳造金属２の標的領域に正確に送達するように構成されている。

【0022】

１若しくはそれ以上のビーム３１、３３が鋳造金属２の表面に接触すると、ビーム３１、３３のエネルギーの少なくとも一部が鋳造金属２の表面８および／またはその付近で吸収され、その吸収されたエネルギーにより、鋳造金属２の材料の大部分を変更することなく、鋳造金属２の表面８および／またはその付近の欠陥４を含む鋳造金属２の材料の標的領域を修正できるようになっている。例えば、補修ユニット３０は、そのような欠陥４の修正後に標的領域がより滑らかまたは連続的になるように、鋳造金属２の表面８および／またはその付近の標的領域からそのような欠陥４を平滑化および／または除去することによって、表面下付近の欠陥４を補修するように構成することができる。

【0023】

レーザー３４は、アブレーション、研削、溶融、削り取り、および／または欠陥を平滑化するその他の好適な方法によって欠陥を補修するように構成することができる。例えば、アブレーションは、レーザーエネルギーの直接吸収により材料を除去する。アブレーションの開始は、吸収メカニズム、材料特性、および／またはレーザーパラメーター（例えば、波長、パルス持続時間、パルス振幅など）に依存し得る閾値フルエンスを超えると発生する。金属の典型的な閾値フルエンスは１平方センチメートルあたり約１～約１０ジュールである。その他のいくつか形態において、吸収されたレーザーエネルギーは溶融の閾値を超えたときに溶融が発生し、それによって鋳造金属２の選択された領域が溶融し得る。したがって、溶融金属がより滑らかな構成で再凝固するように、選択された領域に溶融金属のプールを形成することができる。さらに、または代替的に、レーザー３４および／またはその他の好適なデバイスが、欠陥を有する鋳造金属２の目標領域において研削を提供するように構成されてもよい。したがって、補修ユニット３２のその他の好適な構成が本明細書の教示を考慮すれば当業者には明らかであろう。

【0024】

ＩＩ．欠陥を検出および補修する例示的な方法
図１～図２および図１０～図１１を参照すると、鋳造金属２の欠陥４を検出および／または補修する方法５０は、欠陥検出および修正システム１０に対して鋳造金属２を平行移動させる工程５２を有する。このような平行移動は、鋳造金属２がスラブに切断される前および／または後、鋳造金属２が高温および／または冷却された温度で起こり得る。方法５０は、さらに、鋳造金属２の表面８および／またはその付近に欠陥４が存在するかどうかを検出する工程５４を有する。例えば、検出ユニット２２の受信機２６は、鋳造金属２を通って距離ｘを移動した信号発生器２４のパルス２１によって生成された１若しくはそれ以上の超音波２３により引き起こされた信号２５を受信することができる。受信された信号２５の特性（例えば、振幅、波長、周波数など）に基づいて、システム１０は鋳造金属２内に欠陥４が存在するかどうかを判定することができる。例えば、信号２５の特性は、信号発生器２４によって発生した１若しくはそれ以上の波２３の特性および／または所定のレベルと比較することができる。信号２５の特性が波２３の特性と異なる、および／または信号２５の特性が所定のレベルを満たさない場合、システム１０は欠陥４が存在すると判定することができる。システム１０は、さらに、信号２５の特性に基づいて検出された欠陥４の位置および／またはサイズを判定することができる。

【0025】

方法５０は、さらに、検出された欠陥４を補修できるかどうかを判定する工程５６を有する。例えば、受信機２６によって受信された信号２５の分析された特性に基づいて、システム１０は、検出された欠陥４を補修するか、または欠陥４を補修せずに鋳造金属２の一部を不合格とすることのどちらが、より費用対効果が高く、かつ／または効率的であるかを判定することができる。システム１０が欠陥４を補修できると判定した場合、方法５０は、さらに、検出された欠陥４を補修して補修領域６を形成する工程５８を有する。例えば、補修ユニット３２のレーザー３４は標的領域で鋳造金属２によって少なくとも部分的に吸収され得るビーム３１を発生させて、例えばアブレーション、研削、溶融、削り取りなどにより欠陥４を補修し、鋳造金属２の表面８および／またはその付近に、補修前よりも滑らかなおよび／またはより連続的な仕上げを有する補修領域６を形成することができる。

【0026】

これにより、鋳造金属２の表面８および／またはその付近の欠陥４の数および／または程度を低減することができる。したがって、システム１０は、その後の仕上げに先立ち、そのような欠陥４がより深刻になる前に、および／またはより完成した製品で発見される前に、鋳造金属２内の欠陥４の対象を絞った補修を提供することができる。これにより、表面削り取りおよび／または不合格のために方向転換される鋳造金属２の量を減らすことができ、それによってコスト量を削減し、および／または連続鋳造プロセスの効率を高めることができる。鋳造金属２内の欠陥４を検出および／または修正する更なるその他の好適な方法が本明細書の教示を考慮すれば当業者には明らかであろう。

【0027】

ＩＩＩ．実施例

【実施例1】

【0028】

初期試験において、それぞれ約１４センチメートル×約１８センチメートル×約１２センチメートルの寸法を有する３つのブロックが鋳造金属から切り出された。各ブロックには、鋳造された材料の滑らかな面が１つと、粗くカットされた材料の残りの５つの面が含まれていた。次いで、鋳放し面と反対側の切断面を含む大きな面の下の小さな面に６つの穴を開けた。上述のように鋳造金属２の表面下付近の欠陥４をシミュレ―トするため、穴は、長さが約４０ミリメートルで、各種直径が約１ミリメートル、約２ミリメートル、および約３ミリメートル、各種深さが約１ミリメートル、約２ミリメートル、および約３ミリメートルのものを含んでいた。次いで、表面下付近の欠陥に見られる典型的な材料である溶融モールドパウダーで穴を埋めた。

【0029】

上述の検出デバイス２０と同様の構造を有する検出デバイスを用いて、シミュレートされた表面下付近の欠陥を検出した。検出デバイスは、レーザーを含む第１の信号発生器とＥＭＡＴを含む第２の信号発生器を用いて試験された。検出デバイスは、さらに、ＥＭＡＴを含む受信機を含んでいた。検出デバイスは各ブロックの大きな面に沿って移動された。受信機によって受信された信号の結果は、周波数と振幅の両方で分析され、受信された信号の周波数スペクトルが約５０～約１０５０キロヘツルにおいてそれぞれ帯域幅約１００キロヘルツの帯域に分割され、受信された異なる周波数の相対振幅が観察された。

【0030】

ブロックの滑らかな鋳放し面内に約１ミリメートル埋められた直径約３ミリメートルの穴を有する試験ブロックの１つについて、分析された信号が図１２に示されている。図１２に示すように、レーザー―ＥＭＡＴおよびＥＭＡＴ―ＥＭＡＴ検出デバイス構成の両方についてブロックのエッジまでの距離に対する信号の振幅が示されている。穴は、ｘ軸に沿って約０センチメートル～約３センチメートルに配置された。図示されるように、検出デバイスのレーザー―ＥＭＡＴ構成およびＥＭＡＴ―ＥＭＡＴ構成の両方について受信された信号の振幅は、穴を含む領域では、穴のない領域において受信された信号の振幅に対してより小さい。したがって、レーザー―ＥＭＡＴ構成およびＥＭＡＴ－ＥＭＡＴ構成の両方が鋳造金属内の表面下付近の欠陥を検出可能であることが特定された。

【実施例2】

【0031】

上記実施例１で説明した試験の後、他の検出デバイスを用いて実施例１で説明したのと同じブロックに穴が存在するかどうかを検出した。検出デバイスには、信号発生器として広帯域高出力パルサーＥＭＡＴ（Ｓｏｎｅｍａｔ ＨＰＰ２０００）が含まれ、また、受信された超音波信号を十分に増幅するために受信機としてアンプに接続された他のＥＭＡＴ（Ｓｏｎｅｍａｔ ＳＡＡ１０００）が含まれていた。次いで、ブロックの滑らかな鋳放し面上のブロック表面に沿う様々な領域に検出デバイスを配置した。例えば、検出デバイスは、表面下に穴のない領域、ならびに、約１ミリメートル、約２ミリメートル、および約３ミリメートルといった各種直径の穴を表面下に有する他の領域の上に配置した。検出デバイスが表面下の穴を含む領域上に配置された場合、ＥＭＡＴは、穴が両方のＥＭＡＴから等距離にある状態で、各ＥＭＡＴのそれぞれのコイルの中心が約１４０ｍｍ離れるように配置された。

【0032】

受信用ＥＭＡＴによって受信された信号の生データが記録され、図１３に示されている。次いで、図１４に示すように、多項式トレンドが適合され生データから除去された。次いで、図１５に示すように、高速フーリエ変換（ＦＴＴ）が適用され周波数領域で信号が分析された。図１５に示すように、穴を含む領域において受信された信号は、穴のない領域において受信された信号に比べて周波数が低かった。したがって、検出デバイスは鋳造金属内の表面下付近の欠陥を検出することができることが特定された。

【実施例3】

【0033】

鋳造金属に用いられる欠陥検出および補修システムであって、前記鋳造金属内のその表面付近における欠陥を検出するように構成された１若しくはそれ以上の検出ユニットを有する検出デバイスと、前記検出された欠陥を含む前記鋳物金属の標的領域において、前記検出デバイスによって検出された前記欠陥を補修するように構成された１若しくはそれ以上の補修ユニットを有する補修デバイスとを有する、システム。

【実施例4】

【0034】

実施例３に記載のシステムにおいて、このシステムは、後続の仕上げ前の連続鋳造段階中に、前記検出された欠陥を補修するように構成されている、システム。

【実施例5】

【0035】

実施例３～４のいずれか１つまたはそれ以上に記載のシステムにおいて、このシステムは、前記鋳造金属が約１，０００℃までの温度を有するときに前記検出された欠陥を補修するように構成されている、システム。

【実施例6】

【0036】

実施例３～５のいずれか１つまたはそれ以上に記載のシステムにおいて、各検出ユニットは、前記鋳造金属の表面へ方向づけられたパルスを発生させ、それによって前記鋳造金属内に１若しくはそれ以上の超音波を発生させるように構成された１若しくはそれ以上の信号発生器と、前記１若しくはそれ以上の信号発生器から離間して配置された１若しくはそれ以上の受信機であって、前記鋳造金属内で前記１若しくはそれ以上の超音波によって引き起こされる信号を受信するように構成されている、前記１若しくはそれ以上の受信機とを有するものである、システム。

【実施例7】

【0037】

実施例６に記載のシステムにおいて、このシステムは、前記受信機によって受信された前記信号の１若しくはそれ以上の特性に基づいて前記欠陥の存在を検出するように構成されている、システム。

【実施例8】

【0038】

実施例７に記載のシステムにおいて、前記信号の１若しくはそれ以上の特性は前記受信された信号の振幅および周波数の選択された一方または両方を含むものである、システム。

【実施例9】

【0039】

実施例６～８のいずれか１つまたはそれ以上に記載のシステムにおいて、前記信号発生器はレーザー有するものである、システム。

【実施例10】

【0040】

実施例６～９のいずれか１つまたはそれ以上に記載のシステムにおいて、前記信号発生器は電磁音響トランスデューサを有するものである、システム。

【実施例11】

【0041】

実施例６～１０のいずれか１つまたはそれ以上に記載のシステムにおいて、前記受信機は電磁音響トランスデューサを有するものである、システム。

【実施例12】

【0042】

実施例６～１１のいずれか１つまたはそれ以上に記載のシステムにおいて、前記受信機は、約５０キロヘルツ～約１０５０キロヘルツの範囲の周波数を受信するように構成されている、システム。

【実施例13】

【0043】

実施例３～１２のいずれか１つまたはそれ以上に記載のシステムにおいて、このシステムは、前記欠陥のサイズおよび位置の選択された一方または両方を検出するように構成されている、システム。

【実施例14】

【0044】

実施例１３に記載のシステムにおいて、このシステムは、前記欠陥のサイズおよび位置の一方または両方に基づいて前記欠陥を補修するかどうかを判定するように構成されている、システム。

【実施例15】

【0045】

実施例３～１４のいずれか１つまたはそれ以上に記載のシステムにおいて、各補修ユニットは、前記標的領域における前記鋳造金属の表面に向けてビームを発生させるように構成された１若しくはそれ以上のレーザーを有するものである、システム。

【実施例16】

【0046】

実施例３～１５のいずれか１つまたはそれ以上に記載のシステムにおいて、各補修ユニットは、アブレーション、溶融、研削、および削り取りのうちの選択された１若しくはそれ以上によって、前記標的領域における前記検出された欠陥を補修するように構成されている、システム。

【実施例17】

【0047】

鋳造金属に用いられる欠陥検出および補修システムであって、１若しくはそれ以上の検出ユニットを有する検出デバイスであって、前記鋳造金属内の表面下の欠陥を検出するように構成されているものであり、各検出ユニットは、前記鋳造金属の表面へ方向づけられたパルスを発生させ、それによって前記鋳造金属内に１若しくはそれ以上の超音波を発生させるように構成された信号発生器と、前記信号発生器から離間して配置された受信機であって、前記１若しくはそれ以上の超音波によって引き起こされた信号を受信するように構成されている、前記受信機とを有するものであり、前記検出デバイスは前記受信された信号に基づいて前記表面下の欠陥を検出するように構成されている、前記検出デバイスと、１若しくはそれ以上の補修ユニットを有する補修デバイスであって、各補修ユニットはレーザーを有するものであり、前記レーザーは前記検出された欠陥を含む標的領域内の前記鋳造金属の表面へ方向づけられたビームを生成するように構成されているものであり、前記ビームは、前記標的領域の前記検出された欠陥を補修するように構成されている、前記補修デバイスとを有するシステム。

【実施例18】

【0048】

欠陥検出および補修システムを動作させて鋳造金属の表面下の欠陥を補修する方法であって、前記欠陥検出および補修システムは、１若しくはそれ以上の検出ユニットを有する検出デバイスと、１若しくはそれ以上の補修ユニットを有する補修デバイスとを有するものであり、この方法は、前記欠陥検出および修正システムに対して鋳造金属を平行移動させる工程と、前記検出デバイスの前記１若しくはそれ以上の検出ユニットにより、前記鋳物金属の表面付近に欠陥が存在するかどうかを検出する工程と、前記検出デバイスによって欠陥が検出された場合に前記欠陥を補修できるかどうかを判定する工程と、補修領域を形成するように前記欠陥を補修すると判定された場合に、前記検出された欠陥を含む標的領域内において前記検出された欠陥を前記補修デバイスの前記１若しくはそれ以上の補修ユニットにより補修する工程とを有する、方法。

【実施例19】

【0049】

実施例１８に記載の方法において、前記鋼が約１，０００℃までの温度を有するときに、連続鋳造プロセス中に前記鋳造金属が前記欠陥検出および補修システムに対して平行移動されるものである、方法。

【実施例20】

【0050】

実施例１８～１９のいずれか１つまたはそれ以上に記載の方法において、前記鋳造金属の表面付近に欠陥が存在するかどうかを検出する工程は、前記鋳造金属内に超音波を発生させる工程と、前記鋳造金属内に前記超音波によって引き起こされる信号を受信する工程とを有するものである、方法。

【実施例21】

【0051】

実施例１８～２０のいずれか１つまたはそれ以上に記載の方法において、さらに、前記欠陥が前記検出デバイスによって検出されたときに、前記欠陥のサイズおよび位置の一方または両方を判定する工程を有するものである、方法。

【実施例22】

【0052】

実施例１８～２１のいずれか１つまたはそれ以上に記載の方法において、前記検出された欠陥を補修する工程は、前記標的領域のアブレーション、溶融、研削、および削り取りのうちの１若しくはそれ以上を行う工程を有するものである、方法。

【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】