由于钢在连铸时通过浸入式的水口使钢水高速流到铸模内，流出 的钢水会在铸模内产生钢水流动，所以钢水的流动对铸坯的表面和内 部的特性造成很大影响。例如铸模内的钢水液面(以下表示为弯液面) 的表面流速过快时，或和弯液面产生纵向涡流时，铸模的熔渣会被卷 入钢水中。再有众所周知Al2O3等脱氧产物的上浮分离也受钢水流动 的影响，卷入钢水中的铸模熔渣和脱氧产物在制品中成为非金属夹杂 物的缺陷。
钢水在铸模内的流动，即使铸造条件相同，在铸造中浸入式水口 内部附着的Al2O3、浸入式水口的熔损、滑动水口的开度等要发生变 化。因此作为提高铸坯质量的重要课题有很多提案提出通过检测钢水 的流动，从检测钢水流动的情况控制外加磁场的强度和方向，以此来 控制铸模内钢水流动的方法。
例如在特开昭62-252650号公报(以下表示为“已有技术1”) 中，发表了利用埋设在铸模短边铜板中的热电偶，检测浸入式水口左 右的钢水液面水平差，控制电磁搅拌装置的搅拌方向和搅拌力，控制 钢水流动使其不存在水平差的控制方法。
特开平3-275256号公报(以下表示为“已有技术2)中，发表了 利用埋设在铸模长边铜板中的热电偶，测量长边铜板的温度分布，从 铸模左右的温度分布检测是否发生钢水偏流，对应于检测到的发生钢 水偏流的方向和程度，分别控制供给设置在铸模长边背面的两个直流 电磁式制动装置的电流，以控制铸模内钢水流动的方法。
特开平4-284956号公报(以下表示为“已有技术3”)中，发表 了设在浸入式水口和铸模短边间的弯液面上两个非接触式距离计，测 量弯液面的变化，从这两个测量值之间的相关关系求出表面波动的传 播速度，用电磁搅拌装置控制从浸入式水口流出的速度，使此传播速 度在规定的值以下的方法。
已有技术1和已有技术2从铸模铜板温度分布检测钢水的流动， 以检测到的钢水流动为基础进行流动控制，而铸模铜板温度分布的变 化不仅仅是由于钢水流动状态改变才产生的，也会因铸模和凝固壳的 接触状态和铸模熔渣流入状态等的不同而改变。这样由于钢水流动以 外的因素使铸模铜板温度分布发生变化，单纯从铸模铜板温度分布检 测钢水流动的已有技术1和已有技术2不能准确检测到钢水的流动情 况。
后面将详细叙述，根据本发明人等调查的结果，要减少铸模熔渣 和脱氧产物，仅仅在铸模内防止偏流使液流左右对称是不够的，发现 在几个左右对称的液流内存在有最佳的流动特性。
已有技术3作为控制流动的方法是有效的，但由于是仅控制弯液 面的钢水流速，所以不足以检测钢水流动特性。再有与已有技术1和 已有技术2相同，也不能检测流动特性。

本发明的目的是改善连铸生产的铸坯质量和使其稳定化，特别是 通过防止因铸模内钢水流动特性引起的卷入铸模熔渣，改善铸坯质量 和使其稳定化，为下一步工序提供良好的铸坯。
本发明提供在连铸时保持最佳流动特性的钢水流动特性控制方 法，再有，为了准确判断钢水流动情况，提供采用在铸模铜板上的测 温装置，及利用此测温装置判断铸模内钢水流动情况的方法。
为了达到上述目的，第一，本发明提供由下述过程组成的判断连 铸时钢水流动特性的方法：
从浸入式水口流向铸模内的连续铸钢工序；利用在铸模长边方向 的铸模铜板温度测量装置多点测量铸模铜板温度；从在各测量点铜板 温度分布判断铸模内钢水流动特性的工序。
希望上述判断钢水流动特性的方法对流入铸模内的钢水施加外加 磁场，使被检测到的流动特性达到所规定的特性。并希望外加磁场是 在水平方向可移动的移动磁场。
希望上述判断钢水流动特性的方法具有以下过程：
使用由铸模铜板温度的测温装置测量的铸模铜板温度、铸模铜板 的厚度、从铸模铜板的钢水一侧的表面到测温元件端部的距离、铸模 铜板用的冷却水的温度、凝固壳的厚度、铸模熔渣层厚度、铸模内的 钢水温度等，求出从铸模内钢水传递给铸模铜板用冷却水的热通量的 过程；求出相当于此热通量的钢水和凝固壳之间的对流传热系数的工 序；从此对流传热系数求出钢水沿凝固壳的流速。
上述判断流动特性的方法也可用来校正由以下过程组成的各测温 点铸模长边铜板温度的过程：
从铸模下端测量下方铸坯宽度方向凝固壳表面形状；从测量的表 面形状判断铸模长边铜板和凝固壳之间的传热阻力；利用推断的传热 阻力修正各测温点铸模长边铜板的温度。
上述判断流动特性方法中的铸模铜板测温装置，希望由埋在连铸 用铸模铜板的背面的多个测温元件组成。最好把上述测温元件埋在从 铸模内钢水液面向铸坯拉出方向10～135mm范围，从铸模铜板钢水 一侧的表面到测温元件末端的距离在16mm以下，而且铸模宽度方向 设置的间隔在200mm以下，横跨相当于铸坯整个宽度的范围。
上述判断流动特性的过程希望从下面选择其中之一来进行：
(A)从铸模长边铜板温度随时间的变化，求出铸模长边铜板温 度上升的测量点的分布，以上升测量点的分布为基础，判断铸模内钢 水流动的特性。
(B)从铸模长边铜板温度随时间的变化，求出铸模长边铜板温 度下降的测量点的分布，以下降测量点的分布为基础，判断铸模内钢 水流动的特性。
(C)从铸模长边铜板温度随时间的变化，求出铸模长边铜板温 度上升的测量点和下降的测量点的分布，以上升测量点的分布和下降 的测量点分布为基础，判断铸模内钢水流动特性。
(D)从铸模宽度方向铸模铜板温度的峰值的数和峰值的位置， 来判断铸模内钢水流动特性。
(E)利用测量的温度，以铸模宽度方向中心位置为基准，比较 铸模宽度方向左右的铸模铜板温度的最大值和最大值的位置，来判断 铸模内钢水的偏流。
第二，本发明提供由以下组成的铸模铜板测温装置：
埋在连铸用铸模铜板背面的多个测温元件；上述测温元件设置在 从铸模内钢水液面位置向铸坯拉出方向10～135mm范围，从铸模铜 板的钢水一侧表面到测温元件末端的距离为16mm以下，而且在铸坯 整个宽度上铸模宽度方向设置的间隔为200mm以下。
希望在上述测温装置中，测温元件被放在与水箱中的冷却水贯通 的密封的管子内，而且在放置测温元件的周围设有密封衬垫。
第三，本发明提供以下连铸铸坯表面缺陷的判定方法：
从铸模内的弯液面向铸坯拉出方向10～135mm范围的铸模铜板 背面宽度方向设置有多个测温元件；测量铸模铜板温度在宽度方向的 分布；以铸模宽度方向温度分布为基础判定铸坯的表面缺陷。
上述表面缺陷的判定用下述方法之一进行。
(A)以铸模宽度方向温度分布的最大值为基础进行铸坯表面缺 陷判定。
(B)以铸模宽度方向温度分布的最小值为基础进行铸坯表面缺 陷判定。
(C)以铸模宽度方向温度分布的平均值为基础进行铸坯表面缺 陷判定。
(D)以铸模宽度方向温度分布的平均值和此铸坯拉速中有代表 性的铸模宽度方向温度分布平均值的差为基础进行铸坯表面缺陷判 定。
(E)以设置在铸模中央的浸入式水口为中心，铸模宽度方向左 侧温度分布的最大值与最小值的差值，和铸模宽度方向右侧温度分布 的最大值与最小值的差值之中以大的一个为基础进行铸坯表面缺陷判 定。
(F)以设置在铸模中央的浸入式水口为中心，以铸模宽度方向 左侧温度分布的最大值与铸模宽度方向右侧温度分布的最大值的差的 绝对值为基础进行铸坯表面缺陷判定。
(G)以用各测温元件测量的温度值中单位时间温度变化量的最 大值为基础进行铸坯表面缺陷判定。
第四，本发明提供由下述内容组成的检测连铸时钢水流动的方 法：
在连铸用铸模铜板背面的、与铸坯拉出方向垂直的方向上设置多 个测温元件；用这些测温元件测量铸模铜板温度；钢水流动的空间频 率f用钢水流动的变动波长L(mm)f＝1/L定义时，在截止空间频率 比2/[铸模宽W]大，而且比0.01小的范围，要对被测量的各铸模铜板 温度进行低频滤波处理；以此经过低频滤波处理的铸模铜板温度分布 为基础判定铸模内钢水流动的情况。
上述检测钢水流动的方法希望把相邻测温元件的间隔调整到比 44.3/3mm宽，而且比0.443×[铸模宽W]/6mm窄的范围。
上述检测钢水流动的方法希望把铸模宽度两侧端点测量的数据折 回，采用扩展的数据系列进行低频滤波处理。
第五，本发明提供由下述内容组成的检测连铸时钢水流动的方 法：
设置在连铸用铸模铜板背面的、与铸坯拉出方向垂直的方向上， 相邻测温元件的间隔为44.3/3mm～0.443×[铸模宽W]/6mm的多个测 温元件；用这些测温元件测量铸模铜板温度；把测量的各铸模铜板温 度进行空间移动平均；以此空间移动平均的铸模铜板温度分布为基础 判定铸模内钢水流动情况。
第六，本发明提供由下述内容组成的评价连铸时铸模内吸热不均 匀性的方法：
设置在连铸用铸模铜板背面的、与铸坯拉出方向垂直的方向上的 多个测温元件；用这些测温元件测量铸模铜板温度；对被测量的各铸 模铜板温度进行低频滤波处理；以铸模铜板温度的测量值和经过低频 滤波处理的铸模铜板温度的差值为基础评价铸模内吸热的不均匀性。
第七，本发明提供由下述内容组成的检测连铸时钢水流动的方 法：
设置在连铸用铸模铜板背面的、与铸坯拉出方向垂直的方向上的 多个测温元件；用这些测温元件测量铸模铜板温度；以60秒以下的 间隔采集被测量的各铸模铜板温度；以这些间隔采集的铸模铜板温度 为基础判定铸模内钢水流动的情况。
第八，本发明提供由下述内容组成的控制连铸时钢水流动的方 法：
在连铸用铸模长边铜板背面宽度方向上设置多个测温元件，测量 铸模长边铜板温度分布；调整装在铸模上的磁场发生装置的磁场强 度、铸坯拉速、浸入式水口的浸入深度、吹入浸入式水口内的Ar量 等中的一项或两项以上，使测量的温度分布的最大值和最小值的差小 于12℃。
在上述控制钢水流动的方法中，希望调整装在铸模上的磁场发生 装置的磁场强度、铸坯拉速、浸入式水口的浸入深度、吹入浸入式水 口内的Ar量等中的一项或两项以上，使测量的温度分布的最大值和 最小值的差小于12℃，而且以浸入式水口为中心在铸模长边铜板宽度 方向左右对称位置上温度差在10℃以下。
在上述控制钢水流动的方法中，希望以浸入式水口为界在铸模宽 度方向左右两侧，独立地调整装在铸模上的磁场发生装置的磁场强 度。
第九，本发明提供由下述内容组成的控制连铸时钢水流动的方 法：
在连铸用铸模长边铜板背面宽度方向上设置多个测温元件，测量 铸模长边铜板宽度方向各位置的温度；以此温度的测量值为基础求出 各测量点的钢水的流速，求出铸模长边铜板宽度方向钢水流速分布； 调整装在铸模上的磁场发生装置的磁场强度、铸坯拉速、浸入式水口 的浸入深度、吹入浸入式水口内的Ar量等中的一项或两项以上，使 求出的钢水流速分布的最大值和最小值的差小于0.25m/sec(米/秒)。
在上述控制钢水流动的方法中，希望调整装在铸模上的磁场发生 装置的磁场强度、铸坯拉速、浸入式水口的浸入深度、吹入浸入式水 口内的Ar量等中的一项或两项以上，使钢水流速分布的最大值和最 小值的差小于0.25m/sec，而且以浸入式水口为中心在铸模长边铜板宽 度方向左右对称位置上钢水流速的差小于0.20m/sec。
在上述控制钢水流动的方法中，希望以浸入式水口为界在铸模宽 度方向左右两侧，独立调整装在铸模上的磁场发生装置的磁场强度。
附图简要说明
图1表示优选实施方案1中的铸模内钢水流动特性的模式图。
图2表示优选实施方案1中的铸模内钢水流动特性和质量不合格 产品产生量之间的关系图示。
图3为表示优选实施方案1实施例的连铸机铸模的正视断面简 图。
图4为表示优选实施方案1实施例的铸模的侧视断面简图。
图5为表示优选实施方案1的实施例1中两个测量点温度的推 移。
图6为表示在优选实施方案1的实施例1中，用测温结果表示各 测量点温度随时间变化的差别的图示。
图7表示在优选实施方案1的实施例1中，用温度解析结果表示 检测流动特性变化的图示。
图8表示在优选实施方案1的实施例1中，用耐火棒测量的铸模 内钢水表面流速分布图。
图9表示在优选实施方案1的实施例1中，提高磁场强度后两个 测量点温度的推移的图示。
图10表示在优选实施方案1的实施例2中修正前后铸模长边铜 板温度的图示。
图11表示在优选实施方案1的实施例2中，用耐火棒测量的铸 模内钢水流速的图示。
图12表示在优选实施方案2的第1水平铸造条件下，弯液面附 近的钢水流速剖面测量结果的图示。
图13表示在优选实施方案2的第2水平铸造条件下，弯液面附 近的钢水流速剖面测量结果的图示。
图14表示在优选实施方案2的第3水平铸造条件下，弯液面附 近的钢水流速剖面测量结果的图示。
图15表示为了用测温元件正确确定优选实施方案2钢水流速剖 面的测温元件设置位置的图示。
图16表示在优选实施方案2中，用水模型测量的弯液面正下方 流速分布的图示。
图17表示在优选实施方案2中用耐火材料制的钢水流速计测量 的钢水流速自相关系数计算结果的图示。
图18表示优选实施方案2中铸模铜板的钢水一侧温度变化用埋 设的测温元件输出模型的等效电路表示的图示。
图19表示优选实施方案2铸模铜板的钢水一侧温度变化用埋设 的测温元件输出模型的等效电路表示的图示。
图20表示给优选实施方案2中的铸模铜板钢水一侧表面脉冲信 号时，铸模铜板内各位置的铸模铜板温度变化的图示。
图21表示优选实施方案2中从钢水到铸模铜板用的冷却水的温 度分布模式的图示。
图22表示优选实施方案2中铸模内钢水流动特性和铸模宽度方 向的铸模铜板温度分布的图示。
图23是用优选实施方案2实施例表示的连铸机铸模部分的正视 断面简图。
图24是用优选实施方案2实施例表示的连铸机铸模部分的侧视 断面简图。
图25是表示优选实施方案2测温元件安装结构的连铸机铸模部 分的侧视断面简图。
图26表示优选实施方案2铸模铜板温度和钢水流速之间关系的 一个示例。
图27表示优选实施方案2的实施例1中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图28表示优选实施方案2的实施例1中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图29表示优选实施方案2的实施例1中从铸模铜板温度推测钢 水流速分布的图示。
图30表示优选实施方案2的实施例1中从铸模铜板温度推测钢 水流速分布的图示。
图31表示优选实施方案2的实施例2中全连铸第1炉测量的铸 模内钢水流速分布。
图32表示优选实施方案2的实施例2中全连铸第5炉测量的铸 模铜板温度分布。
图33表示优选实施方案2的实施例2中全连铸第5炉测量的铸 模内钢水流速分布。
图34表示优选实施方案2的实施例3中全连铸第1炉测量的铸 模内钢水流速分布。
图35表示优选实施方案2的实施例3中全连铸第3炉测量的铸 模铜板温度分布。
图36表示优选实施方案2的实施例3中全连铸第3炉测量的铸 模内钢水流速分布。
图37表示优选实施方案3铸模内钢水流动情况和铸模铜板温度 剖面对比的模式图。
图38表示优选实施方案3中钢水流动状况为特性1时，铸模铜 板温度在宽度方向的分布、铸模铜板温度的最大值、最小值、平均值 的模式图。
图39表示优选实施方案3中钢水流动状况为特性2时，铸模铜 板温度在宽度方向的分布、铸模铜板温度的最大值、最小值的模式图。
图40是优选实施方案3的连铸机铸模部分的正视断面简图。
图41是优选实施方案3实施例1的调查结果，表示铸模铜板温 度的最大值(Tmax)和冷轧卷表面缺陷关系的图示。
图42是优选实施方案3实施例2的调查结果，表示铸模铜板温 度的最小值(Tmin)和铸坯表面瑕疵和夹渣缺陷关系的图示。
图43是优选实施方案3实施例3的调查结果，表示最大高低温 差和最大左右温差和冷轧卷表面缺陷关系的图示。
图44是优选实施方案3实施例4的调查结果，表示平均铜板温 差(Tave)和最大高低温差与铸坯表面瑕疵和夹渣缺陷关系的图示。
图45表示优选实施方案3的实施例5中的铸模铜板温度测量值 的图示。
图46是优选实施方案3实施例5的调查结果，表示温度变化量 的最大值的推移对应于冷轧卷的图示。
图47是优选实施方案3实施例6的调查结果，表示按冷轧卷表 面缺陷产生比率区分的与铸坯拉速和平均铜板温度(Tave)的关系的 图示。
图48表示在优选实施方案4的第1水平铸造条件下，钢水流速 剖面测量结果的图示。
图49表示在优选实施方案4的第2水平铸造条件下，钢水流速 剖面测量结果的图示。
图50表示在优选实施方案4的第3水平铸造条件下，钢水流速 剖面测量结果的图示。
图51表示在优选实施方案4中使磁场发生装置的磁通密度改变 时，铸模长边铜板温度随时间变化的图示。
图52表示把在优选实施方案4中的铸模长边铜板温度变化推移 期间汇总成的频率图的图示。
图53是优选实施方案4的连铸机铸模部分的正视断面简图。
图54表示优选实施方案4的实施例1中，以采集的铸模长边铜 板温度原始数据为基础的铸模宽度方向温度分布图示。
图55表示优选实施方案4中根据平均个数M变化计算出的衰减 量R变化结果的图示。
图56是图54表示的温度在空间移动平均的温度分布图。
图57表示优选实施方案4的实施例2中，以采集的铸模长边铜 板温度原始数据为基础的铸模宽度方向温度分布图示。
图58为图57表示的温度分布以平均个数为3的空间移动平均温 度的分布图示。
图59为图57表示的温度分布以平均个数为7的空间移动平均温 度的分布图示。
图60为图57表示的温度分布以平均个数为9的空间移动平均温 度的分布图示。
图61为优选实施方案4的实施例3中埋入热电偶间隔为100mm 时，温度分布以平均个数为3的空间移动平均温度的分布图示。
图62为优选实施方案4的实施例3中埋入热电偶间隔为150mm 时，温度分布以平均个数为3的空间移动平均温度的分布图示。
图63在优选实施方案4的实施例4中，使用在端点测量的数据 折回后扩展的数据进行空间移动平均温度的分布图示。
图64表示在优选实施方案4的实施例5中，采集数据间隔为1 秒时，铸模长边铜板温度随时间变化的图示。
图65表示在优选实施方案4的实施例5中，采集数据间隔为5 秒时，铸模长边铜板温度随时间变化的图示。
图66表示在优选实施方案4的实施例5中，采集数据间隔为10 秒时，铸模长边铜板温度随时间变化的图示。
图67表示在优选实施方案4的实施例5中，采集数据间隔为60 秒时，铸模长边铜板温度随时间变化的图示。
图68表示在优选实施方案4的实施例5中，采集数据间隔为240 秒时，铸模长边铜板温度随时间变化的图示。
图69表示在优选实施方案4的实施例6中，铸模宽度方向平均 值(D0)和凝固壳厚度的标准离差(σ)之间的关系图示。
图70表示优选实施方案5中铸模内钢水流动特性为特性B时的 弯液面的钢水流速分布示例。
图71表示优选实施方案5中铸模内钢水流动特性为特性B时的 铸模长边铜板温度的温度分布示例。
图72表示优选实施方案5中从钢水到铸模铜板用冷却水的温度 分布模式图。
图73表示优选实施方案5中铸模铜板温度和钢水流速关系的一 个示例。
图74表示优选实施方案5中铸模长边铜板温度测量结果的一个 示例。
图75表示优选实施方案5中铸模长边铜板温度测量结果的另一 个示例。
图76是图74表示的铸模长边铜板温度换算成钢水流速的图示。
图77是图75表示的铸模长边铜板温度换算成钢水流速的图示。
图78是用优选实施方案5实施例表示的连铸机的正视断面简图。
图79是用优选实施方案5实施例表示的连铸机的侧视断面简图。
图80表示优选实施方案5的实施例1中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图81表示从图80的温度分布推断钢水流动情况的图示。
图82表示优选实施方案5的实施例1中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图83表示从图82的温度分布推断钢水流动情况的图示。
图84表示优选实施方案5的实施例1中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图85表示从图84的温度分布推断钢水流动情况的图示。
图86表示优选实施方案5的实施例2中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图87表示优选实施方案5的实施例2中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图88表示优选实施方案5的实施例3中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图89表示优选实施方案5的实施例3中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图90表示优选实施方案5的实施例4中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图91表示优选实施方案5的实施例4中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图92表示优选实施方案5的实施例5中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图93表示优选实施方案5的实施例5中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图94表示优选实施方案5的实施例5中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图95表示优选实施方案5的实施例5中的铸模铜板温度测量结 果的一个示例。
图96表示优选实施方案5的实施例5中，改变磁场发生装置的 磁通密度时铸模长边铜板温度随时间变化的一个示例。
发明的优选实施方案 优选实施方案1(钢水流动特性控制方法)
即使是没有偏流、左右对称的流动情况下，Ar的气泡在铸模内 上浮和附加磁场的影响，铸模内钢水流动特性也会发生复杂的变化。 把流动特性简化大致可分为图1所示的特性A到特性C三种特性。图 1中3为铸模短边、4为钢水、5为凝固壳、8为浸入式水口、9为出 钢孔、10为钢水流、13为弯液面、14为铸模熔渣。
其中特性A的流动特性是：从浸入式水口8流出的钢水流10到 达铸模短边3一侧的凝固壳5，冲击后分成两流，一流沿铸模短边3 一侧的凝固壳5上升到弯液面13，然后顺弯液面13从铸模短边3流 向铸模中央(浸入式水口8一侧)，另一流从与凝固壳5的冲击点向 铸模下方流动。
与此相反，特性B的流动特性是：流出的钢水流10受到Ar气泡 上浮的影响或附加磁场的影响，从浸入式水口8流出的钢水流10不 能到达铸模短边3一侧的凝固壳5，在从出钢孔9到铸模短边3的凝 固壳5之间分散，形成上升流和下降流，而且在弯液面13以浸入式 水口8和铸模短边3的中间位置附近为界，在浸入式水口8一侧向铸 模中央(浸入式水口一侧)流动，在铸模短边3一侧向相反的铸模短 边3方向流动。
特性C是在浸入式水口8附近存在流出的钢水流10的上升流的 流动特性，是由于受到粗大的Ar气泡上浮的影响或附加磁场的影响 产生的。在特性C中在弯液面13上形成的主要流动为从铸模中央一 侧(浸入式水口8一侧)向铸模短边3方向的流动。
调查了不同的铸模内钢水流动特性中，薄钢板制品中因铸模熔渣 性缺陷产生的产品质量不合格的数量。图2为调查的结果。如图2所 示，可以看出铸模内钢水流动特性为特性B时铸模熔渣性缺陷少，铸 坯质量最好。其理由如下。
特性A的情况下，铸模中央和从铸模中央到铸模宽的1/4的位置 之间的弯液面上，容易产生涡流，这是向钢水中混入铸模熔渣的原因， 此外钢水表面流速过快时，钢水表面流刮带铸模熔渣，因此容易使铸 模熔渣混入。特性C的情况是受到浸入式水口附近钢水的上升流和上 浮粗大的Ar气泡的影响，引起弯液面变化和搅动，产生混入铸模熔 渣，此外钢水表面流速过快时在铸模短边附近产生纵向涡流，也成为 混入铸模熔渣的原因。与此相反，特性B的情况下，在弯液面不产生 涡流和强的表面流，形成难以卷入铸模熔渣的流动条件。
利用把特性B作为铸模内钢水流动的特性，可防止铸坯质量降 低，实现减少产品次品率，提高铸坯不检修率。可是如前所述，即使 铸造条件相同，铸模内钢水流动特性在铸造中也要发生变化。铸造中 可以检测流动特性的话，在偏离规定的流动特性时，变化附加磁场强 度可以回到规定的流动特性。
本发明人发现了利用测量铸模长边铜板温度可以检测铸模内钢水 流动特性。也就是铸模弯液面附近的铸模长边铜板温度，在相当于钢 水上升流位置铸模长边铜板温度升高，因此对应流动特性的变化铸模 长边温度高的位置也要发生变化。例如在特性A情况下，由于在铸模 短边附近形成上升流，铸模短边附近的铸模长边铜板温度升高。这是 因为流出的钢水流比铸模内的钢水温度高，在流出的钢水流上升的位 置，钢水的温度变高，同时由于钢水的流动促进热传导，传递给铸模 长边铜板的热量增加，铸模长边铜板温度提高。
可是铸模长边铜板温度不仅受钢水流动而改变，也会随铸模和凝 固壳的接触状态以及铸模熔渣流入状态的变化而改变。因此单单从铸 坯宽度方向的铸模长边铜板温度的绝对值的分布检测钢水流动的话， 会发生误检。也就是不去除这种因钢水流动以外的因素对铸模长边铜 板温度的影响，就不能正确检测流动特性。
本发明人发现，测量铸模长边铜板温度各测量点温度随时间的变 化，也就是以某个时间各温度的上升速度和下降速度为指标，可以使 除钢水流动以外的原因造成对铸模长边铜板温度的影响最小，可正确 检测流动特性。这是由于除钢水流动以外的原因造成铸模长边铜板温 度的变化比较和缓。
此时求出铸模长边铜板温度上升的测量点和下降的测量点的分 布，以上升测量点的分布和/或下降测量点的分布为基础检测流动特性 的话，可以更正确地检测。这是由于流动特性发生变化的话，铸模长 边铜板温度的分布要改变。
从铸模下端的下方测量铸坯宽度方向凝固壳的表面形状，从凝固 壳的表面形状推断铸模长边铜板和凝固壳之间的热阻，根据推断的热 阻修正各测量点铸模长边铜板温度的话，可减小因铸模和凝固壳接触 状态对铸模长边铜板温度的影响，可以更准确检测流动特性。这种情 况下，由于要将铸模下端的下方测量的凝固壳表面形状数据反馈给弯 液面附近的铸模长边铜板温度的测量值，所以反馈的凝固壳表面形状 数据要产生凝固壳从弯液面到表面形状测量位置的时间差。可是，表 面形状测量位置即使在弯液面下1.5m的位置，铸坯的拉速为1.8m/min 的话，其所需的时间也为50秒左右。铸模内钢水的流动控制中，短 时间间隔的控制例如改变附加磁场的话，反而有发散的倾向，所以适 合某一个程度的长周期的控制。因此此程度的时间差不是问题，可充 分进行流动控制。
对流出的钢水流附加的磁场希望使用磁场在水平方向可以移动的 移动磁场。这是由于在移动磁场中由于可选择适当的附加磁场强度， 与直流电产生的静磁场相比，可以自由控制钢水流速和流动特性。
下面结合附图对本发明进行说明。图3表示本发明1个实施形式 的连铸机铸模的正视断面简图。图4为侧视断面简图。
在图3和图4中，相对设置的铸模长边2和装在铸模长边2内的 相对的铸模短边3构成铸模1，在铸模1的上方设置有中间包6。在 中间包6的底部设有由固定板22、滑动板23、以及整流水口24组成 的滑动水口7，在滑动水口7的下面设置有浸入式水口8，形成从中 间包6流入铸模1的钢水流出孔28。从图中没有表示的钢水包注入中 间包6的钢水4，经过钢水流出孔28，通过设在浸入式水口8下部的、 而且浸入铸模1内的钢水4中的出钢孔9，使流出的钢水流10朝向铸 模短边3，注入到铸模1内。因此钢水4在铸模1内被冷却，形成凝 固壳5，成为从铸模1的下方拉出的铸坯。
固定板22的钢水流出孔28中，配合设置多孔砖25，为了防止 钢水流出孔28的壁上附着Al2O3，从多孔砖25向钢水流出孔28内吹 入Ar。吹入的Ar和钢水4一起通过浸入式水口8经出钢孔9流入铸 模1内，通过铸模1内的钢水4上浮到弯液面13，通过弯液面13上 添加的铸模熔渣14到大气。
在铸模长边2的背面，以浸入式水口8为界，在铸模长边2宽度 方向分割成左右两个磁场发生装置11和磁场发生装置12，把磁场发 生装置11、12的铸造方向的中心位置放在出钢孔9的下端和铸模1 的下端范围，夹在铸模长边2中间相向设置。此磁场发生装置11、12 连在磁场电源控制装置19上，通过磁场电源控制装置19分别调整附 加磁场强度。磁场发生装置11、12的磁场强度可以是最大磁场强度 为0.2特斯拉～0.4特斯拉左右的工业常用的磁场强度。
由磁场发生装置11、12产生的附加磁场可以用直流电产生的静 磁场，而如前所述希望使用在磁场水平方向可移动的移动磁场。在移 动磁场情况下，由于不仅是磁场强度可以控制，而且磁场的移动方向 也可以分别控制，流动的控制更容易。用移动磁场使移动磁场的移动 方向从铸模短边3移向浸入式水口8一侧，使钢水流10减速，相反 使移动方向从浸入式水口8一侧移向铸模短边3，使钢水流10加速。 在移动磁场情况下，磁场发生装置11、12不是必须夹在铸模长边2 中间相向设置，仅仅设在单片铸模长边2的背面也可以控制钢水流10。 但是仅设在单片背面情况下，由于磁场强度减弱，必须设置磁场强度 高的移动磁场发生装置。
在铸模长边2的铜板宽度方向上设有多个孔，作为测量铸模1内 铸模长边2的铜板温度的测量点15。在各测量点15上，作为测温元 件的热电偶16插入铜板的孔中，与孔底部的铜板接触。然后用与热 电偶16连接的温度计主体17测量铸模长边铜板温度。各测量点15 设置成并排在水平方向，希望各测量点15间的距离在200mm以下， 并与弯液面13相距300mm以内。各测量点15间距离超过200mm的 话，测量点15的个数过少，检测不准确，此外与弯液面13的距离超 过300mm的话，铸模长边2的铜板温度受流向水平方向的钢水流10 的影响，同样也不能正确检测流动特性。
用温度计主体17测量的铸模长边铜板温度送到数据分析装置 18，解析出各测量点15的铜板温度上升比率和下降比率。同时要解 析出在铸模长边2宽度方向上类似铜板温度的变化的测量点15的分 布。然后以这些解析的数据为基础，数据分析装置18检测铸模1内 的钢水流动特性，把检测的流动特性信号送到磁场电源控制装置19。 磁场电源控制装置19以送来的流动特性信号为基础，从磁场发生装 置11、12分别控制附加磁场强度，使流动特性控制成特性B。调整磁 场强度通过增减供给磁场发生装置11、12的电流进行。移动磁场(使 用交流电源)的情况下，改变电流的频率也能调整磁场强度。控制流 动特性的方法在特性A的情况下，增加磁场强度使钢水流10减速， 在特性C的情况下，使减速方向的磁场强度减弱或加速方向的磁场强 度增强来使钢水流10增速的话，可以变成特性B。
在铸模1的正下方，设置有测量凝固壳5表面形状的位移计20、 20a、20b、20c、20d，位移计20、20a、20b、20c、20d与运算器21 用导线连接。各位移计20、20a、20b、20c、20d通过移动装置(图中 未表示)可分别在铸坯宽度方向移动，可以测量铸坯整个宽度的凝固 壳5表面形状。位移计20、20a、20b、20c、20d中，用涡流式测距计 等的测距器，分别用位移计20、20a、20b、20c、20d测量位移计20、 20a、20b、20c、20d与凝固壳5的距离，以此测量值为基础运算器21 进行解析处理，确定凝固壳5宽度方向的凹凸等的表面形状。然后运 算器21根据这样确定的表面形状推断铸坯宽度方向的铸模长边2的 铜板和凝固壳5之间的热阻，把推断的热阻送到数据分析装置18。
数据分析装置18以送来的热阻的数据为基础，修正铸模长边2 的铜板温度，可以根据修正的铜板温度检测铸模1内钢水流动特性。 再有如前所述，数据分析装置18的结构可不用热阻数据，从测量的 铜板温度也能检测钢水4的流动特性，可是从修正后的铜板温度检测 会更准确。特别是含碳量为0.1～0.15重量％的亚包晶碳钢的情况下， 凝固壳5在铸坯宽度方向的厚度容易不均匀，凝固壳5表面出现凹凸 不平，所以采用经热阻修正的铜板温度，可以准确地检测流动特性。
铜板温度的修正方法，如凝固壳5的凹部与铸模长边铜板的接触 不好，热阻低，由于这部分测量的铸模长边铜板温度降低，使凝固壳 5凹部的热阻修正为与凸部相同，把凹部的铸模长边铜板温度向高温 修正。再有在铸造开始前，适当地选择浸入式水口8的出钢孔9的流 出角度和断面积、浸入式水口8的浸入深度、单位时间向铸模1内注 入钢水4的量、附加磁场强度、以及吹Ar气的量等的铸造条件，使 铸模1内钢水流动特性为特性B，开始铸造。
在本实施形式中，设置有浸入到弯液面13下100mm左右深的耐 火棒26和检测作用在耐火棒26上的力的压力传感器27，在弯液面13 的几个部位从钢水4的表面流作用在耐火棒26上的力，可测量表面 流速，确认流动特性是否成为所规定的特性。由于3个流动特性分别 有不同的表面流速分布，所以可以推断出流动特性。耐火棒26和压 力传感器27是为了分辨和判断流动特性而设置的，因此没有必要在 每次实施本发明时都要设置。
在上述说明中，磁场发生装置11、12是以浸入式水口8为界在 铸模长边2的宽度方向分割开，而本发明也可以使用覆盖铸模长边2 整个宽度的一个磁场发生装置。这种情况下用移动磁场时，要以浸入 式水口8为界，必须预先连接到磁场电源控制装置19时要使左右磁 场移动方向相反。但是与分割开的磁场发生装置11、12相比，用一 个磁场发生装置在控制流动上有一定困难。在上述说明中使用5个位 移计进行说明的，位移计的个数可根据铸坯的宽度和位移计的移动速 度等来适当确定。 [实施例1]
下面结合图3和图4表示的连铸机来说明实施例。铸坯尺寸为厚 250mm、宽1600mm，以拉速2.5m/min铸造低碳A1镇静钢。附加磁 场为移动磁场，磁场发生装置的铸造方向中心设在出钢孔9下端150mm 的位置上。向钢水流出孔内吹入Ar气量为9Nl/min。铸模长边铜板从 上端130mm(距弯液面50mm)的位置上，间隔50mm打孔，设置热 电偶，测量了铸模长边铜板温度。
图5表示在点A和点B两个测量点上测量铸模长边铜板温度的 测量示例。如图所示，在T1-ΔT时点B的温度比点A的温度高，而 在T1稍前一点时点A的温度开始升高，而点B的温度开始下降，然 后在T1前后点A和点B两个测量点的温度逆转，随后在T1+ΔT时点 A和B都逆转后稳定下来。
图6表示在T1前后时，铸模长边整个宽度上各测量点温度随时 间的变化。在图6中，符号●表示在T1前后温度不变的测量点15、 符号◎表示温度上升的测量点15、×表示温度下降的测量点15。如 图所示，温度上升的测量点分布在铸模短边3一侧，温度下降的测量 点分布在浸入式水口8和铸模短边3中间的位置，可以看出温度上升 的测量点和温度下降的测量点分布的特征。图6表示图5中的点A和 点B两个测量点合并在一起的情况。
图7表示以上述温度解析的结果为基础，检测铸模内钢水流动特 性的结果。如图7所示，检测到在T1-ΔT时为特性B，在T1+ΔT时 为特性A。
图8表示在同一时间用耐火棒测量的铸模内钢水表面流速分布。 在T1-ΔT时以浸入式水口和铸模短边的中间位置为界，在浸入式水口 一侧向铸模中央流动，相反在铸模短边一侧向铸模短边流动，也就是 形成特性B流动。可是在T1+ΔT时表面流动从铸模短边向铸模中央 流动，也就是形成特性A。这样从钢水表面流动分布也可确认在T1- ΔT时为特性B，在T1+ΔT时为特性A，证明从铜板温度的测量检测 的特性是正确的。
增加供给到磁场发生装置的电流，提高浸入式水口左右的移动磁 场的强度，使钢水流减速。图9表示在此状态下继续铸造，测量上述 点A和点B两个测量点温度变化的结果。从一改变供给的电流开始点 A温度下降，点B温度上升，然后在与T1-ΔT时相同的状态下稳定 下来。用耐火棒也确认了弯液面的表面流动分布与在T1-ΔT时相同。
用本实施例得到的铸坯轧制成薄钢板的结果是，产生铸模熔渣性 缺陷少，成品率高。另外图6和图7中的符号与图3和图4的相同。 [实施例2]
下面结合图3和图4表示的连铸机来说明实施例。铸坯尺寸为厚 250mm、宽1600mm，以拉速1.8m/min铸造含碳量为0.12重量％的碳 钢。附加磁场为移动磁场，磁场发生装置的铸造方向中心设在出钢孔 9下端150mm的位置上。向出钢孔内吹Ar的量为9Nl/min。铸模长边 铜板从上端130mm(距弯液面50mm)的位置上，间隔50mm打孔， 设置热电偶，测量铸模长边铜板温度。在本实施例中在铸模正下方设 置5台位移计测量凝固壳表面形状以修正铸模长边铜板温度。
图10表示某时刻铸模长边铜板温度的测量数据，虚线表示修正 前铸模长边铜板温度，实线表示修正后铸模长边铜板温度。把铸模长 边铜板和凝固壳间的间隙整理成标准值以推断热阻，修正铸模长边铜 板温度。修正前温度升降过快，正确把握铸模长边铜板温度随时间变 化是困难的，利用修正有可能正确把握铸模长边铜板温度高的时间范 围。
图11是图10表示的测量点附近同一时刻用耐火棒测量的钢水的 流速。在与图10的出现铸模长边铜板温度高的时间范围相同的时刻， 也是出现钢水流速快的时间范围。这样从凝固壳表面形状修正铸模长 边铜板温度，能更正确检测流动特性。 优选实施方案2(推断钢水流动特性的方法及其装置)
本发明人研究了即使在弯液面附近存在复杂的钢水流动中，要精 度高地检测钢水的流动状况，在铸模铜板上埋设测温元件的位置。
第一，研究了铸模宽度方向测温元件的设置间隔。虽然在弯液面 附近复杂的钢水流动中，沿铸模宽度方向弯液面附近钢水流速剖面在 质量管理上也是特别重要，所以用在后面介绍的实施例使用的连铸 机，用钢水流速计测量弯液面附近沿铸模宽度方向钢水流速剖面，钢 水流速计是把耐火棒的一端浸没在弯液面中，用测力传感器测量因钢 水流使耐火棒受到的力，用以计量钢水流速。钢水流速剖面的测量使 铸坯拉速和铸坯宽度的组合变为水平1～3的三个水平进行实施。表1 表示各水平的铸造条件。水平1～3中弯液面附近钢水流速剖面测量 结果示于图12～图14。在图12～图14中纵轴弯液面钢水流速的“正” 值表示从铸模短边一侧向浸入式水口一侧流动，“负”值表示相反的 流动。以下在本发明中弯液面的钢水流动也这样表示。
表1
如图12～图14所示，沿铸坯宽度方向的弯液面附近钢水流速剖 面的波长，也就是钢水流速高低的波长在水平1为1750mm，水平2 为800mm，水平3为880mm，搞清了是在800～1800mm左右。
要用埋设在铸模铜板中的测温元件正确捕捉钢水流速剖面，如图 15所示，在一个波长之间至少要有5个测温点。图15是表示与弯液 面附近钢水流速高低的波长和铸模铜板温度相对应的图示，根据本发 明人的经验，钢水流速越快铸模铜板温度越高。
因此钢水流速高低的波长在800～1800mm情况下，可以以200～ 450mm的间隔设置测温元件。可是如上述图12～图14所示，即使是 同一连铸机，因铸造条件的不同弯液面附近钢水流速剖面也会变化， 所以必须以200mm以下的间隔设置测温元件，以捕捉上述最短的钢 水流速高低的波长。
第二，研究了测温元件在铸坯拉出方向设置的位置。由于本发明 的目的是推断弯液面附近钢水的流动，所以必须尽可能在弯液面附近 设置测温元件。可是由于向铸模内注入钢水的流量和铸坯拉速微妙平 衡的起伏，弯液面的位置在铸坯拉出的方向是变动的。其变动量一般 最大为±10mm左右。设置测温元件的位置必须也要在此弯液面位置 变化范围下方。原因是铸坯拉出方向上弯液面降得比测温元件位置更 低的话，测量的铸模铜板温度会明显降低，推断弯液面附近钢水流动 会产生大的误差。所以测温元件设置位置的上限应放在铸坯拉出方向 距弯液面位置10mm的位置上。
此外研究了在铸坯拉出方向测温元件的下限位置。这取决于弯液 面附近钢水流同样的流动能到弯液面下多深的位置。为了研究此问 题，使用了铸模宽1500mm的水模型，在距铸模短边225mm和375mm 位置上，测量了距弯液面195mm下方位置的流速分布。图16表示测 量的结果，(A)为距铸模短边225mm位置上测量的结果，(B)为 距铸模短边375mm位置上测量的结果，图中记号○为平均流速，线 的长度表示流速的范围。如图16所示，在测量的两点位置上都是到 弯液面下135mm位置流速缓慢减弱，由此以下要急剧减弱。因此从 此结果可确定在铸坯拉出方向测温元件设置位置的下限应是距弯液面 135mm的位置。
第三，研究了从铸模铜板钢水一侧表面到测温元件末端的距离。 此距离过长测温元件的响应时间太长，不能正确反映弯液面附近钢水 流动随时间的变化。所以首先用前述的浸入棒型钢水流速计，对弯液 面附近钢水流速如何随时间变化进行了研究。为了求出钢水流速随时 间变化的周期性，计算了测量的钢水流速的自相关系数。图17表示 此计算的结果。如图17所示，在此例子中弯液面附近钢水流速具有9.3 秒的周期性。再有图中的记号×表示各周期的边界。本发明人对其他 的铸造条件也进行了同样的周期性的研究，发现根据情况不同具有9～ 30秒的周期性。以此研究的结果为基础，为了推断具有周期性的弯液 面附近的钢水流速，对测温元件的埋设深度进行了以下研究。
铸模铜板钢水一侧表面温度的变化变成铸模铜板中埋设的测温元 件的输出模型，转换成如图18所示的有分布常数的等效电路。为了 简化把此分布常数电路变换成如图19所示的集中常数电路的话，就 是由RC积分电路构成的低频滤波器。此电路的截止频率用(1)式表 示。但是在(1)式中f0为截止频率、R为直流电阻、C为电容。
f0＝1/(2π×R×C)……………………………………………(1)
如前所述，在本发明中必须捕捉周期9秒的弯液面附近钢水流速 的变化，也就是铸模铜板表面温度的变化。以此周期为截止点，用测 温元件测量比它更长周期的铸模铜板温度的变化的话，此时R×C的 积变为(2)式。
2π×R×C＝9……………………………………………………(2)
因此根据(2)式R×C＝1.4秒。然后求出R×C的积为1.4秒的 从铸模铜板钢水一侧表面到测温元件末端的距离。图20是表示给铸 模铜板钢水一侧表面温度从25℃上升到300℃的步长信号，铸模铜板 的冷却水一侧表面温度为25℃定值时，铸模铜板内各位置的铸模铜板 温度变化的非稳态一次传热方程式的解。图20的横坐标为从输入步 长信号时开始经过的时间(t)，纵坐标为以达到稳态时的铸模铜板温 度(T∞)为分母，此时铸模铜板的温度(Ti)为分子的温度比值(Ti/T ∞)。在图20中表示，以铸模铜板钢水一侧表面为起点向冷却水一侧 的距离(X)不同的多个位置上的比值(Ti/T∞)，图中曲线上给出的 数值是用mm表示的距离(X)。图20的曲线近似用(3)式表示。
Ti＝{l-exp[-t/(R×C)]}×T∞……………………………………(3)
t＝R×C时，比值(Ti/T∞)＝0.63。因此在t＝R×C＝1.4秒情况下， 测温元件的距离(X)达到比值(Ti/T∞)≥0.63的话，此测温元件的 R×C的积在1.4秒以下，铸模铜板温度变化在上述9秒的变化周期以 上，也就是说可以捕捉到弯液面附近钢水流速的变化。如图20所示， 满足此条件的距离(X)为16mm以下。因此在本发明中从铸模铜板 的钢水表面一侧到测温元件末端的距离定为16mm以下。
下面说明用上述的测温装置推断铸模内钢水流动的方法。首先对 最初从铸模铜板温度推断铸模内钢水流速的方法的原理进行说明。
图21为表示从铸模内钢水经过铸模铜板到铸模铜板用的冷却水 的热传导过程中，从钢水到铸模铜板用冷却水的温度分布模式。如图 21所示，在钢水101到铸模铜板用冷却水105之间，存在凝固壳102、 铸模熔渣层103、以及铸模铜板104的各种导热体，在铸模铜板104 中埋设测温元件106，测量铸模铜板104内的温度。图中T0为钢水101 的温度，TL为凝固壳102与钢水101界面的温度，TS为凝固壳102与 铸模熔渣层103界面的温度，TP为铸模熔渣层103的铸模铜板104一 侧的表面温度，TmH为铸模铜板104的铸模熔渣层103一侧的表面温 度，TmL为铸模铜板104的冷却水105一侧的表面温度，TW为冷却水 105的温度。
这种情况下，从钢水101到冷却水105的综合导热体热阻的总热 阻用(4)式表示。在(4)式中R为总热阻、α为钢水和凝固壳之间 的对流传热系数、λs为凝固壳的导热率、λp为铸模熔渣层的导热率、 λm为铸模铜板的导热率、hm为铸模熔渣层和铸模铜板之间的传热系 数、hw为铸模铜板和冷却水之间的传热系数、ds为凝固壳厚度、dp为 铸模熔渣层的厚度、dm为铸模铜板的厚度。
R＝(1/α)＋(ds/λs)＋(dp/λp)＋(1/hm)＋(dm/λm)＋(1/hw)…(4) 其中铸模铜板厚度(dm)、铸模铜板导热率(λm)是由设备决定的一 定数值。凝固壳的导热率(λs)由钢种决定的话也是确定的值。铸模 熔渣层厚度(dp)决定于铸模熔渣的种类和铸模振动的振幅、振动数、 以及波形和铸坯拉速，是确定的数值。铸模熔渣层的导热率(λp)与 铸模熔渣的种类无关，几乎是定值。铸模铜板和冷却水之间的传热系 数(hw)决定于冷却水105的流量、铸模铜板104表面粗糙度，是确 定的值。铸模熔渣层和铸模铜板之间的传热系数(hm)也决定于铸模 熔渣种类，几乎是定值。
可是钢水和凝固壳之间的对流传热系数(α)是取决于沿凝固壳 102表面钢水流速而变化的数值，此对流传热系数(α)可以用(5) 式的平板近似公式表示。(5)式中NU为努赛尔数，λ1为钢水的导 热率，X1为传热代表性长度。
α＝NU×λ1/X1…………………………………………………(5)
根据钢水流速范围不同，其中努赛尔数(NU)可用(6)式和(7) 式表示。在(6)式和(7)式中，Pr为普郎特数，Re为雷诺数，U为 钢水流速，U0为钢水层流和紊流的转变速度。
NU＝0.664×Pr1/3×Re4/5   (U＜U0)…………………………(6)
NU＝0.036×Pr1/3×Re1/2   (U≥U0)…………………………(7)
普郎特数(Pr)和雷诺数(Re)分别用(8)式和(9)式表示。 (9)式中X2为钢水流代表性长度，v为钢水的动力粘度系数。
Pr＝0.1715   …………………………………………………(8)
Re＝U×X2/v    ………………………………………………(9)
从钢水101到冷却水105的热通量可用(10)式表示。(10)式 中Q为从钢水到冷却水的热通量，T0为钢水温度，Tw为冷却水温度。
Q＝(T0-Tw)/R    ……………………………………………(10)
铸模铜板104的冷却水105一侧的表面温度可用(11)式表示。 (11)式中TmL为铸模铜板的冷却水一侧表面温度。
TmL＝Tw＋Q/hw    ……………………………………………(11)
用测温元件106测量的铸模铜板温度可用(12)式表示。(12) 式中T为用测温元件测量的铸模铜板温度，d为从铸模铜板的钢水一 侧表面到测温元件末端的距离。
T＝TmL＋Q×(dm-d)/λm    …………………………………(12)
把(11)式代入(12)式得出，铸模铜板温度(T)可用(13) 式表示。
T＝Tw＋Q/hw＋Q×(dm-d)/λm…………………………………(13)
本发明是用上述公式求钢水流速(U)的，下面说明其顺序。首 先把用测温元件得到的铸模铜板温度(T)的测量值代入(13)式求 出热通量(Q)。由于(13)式中除热通量(Q)以外右边的变量都是 已知的，可以反算出热通量(Q)。然后把热通量(Q)代入(10)式， 求出总热阻(R)。这其中也是除总热阻(R)以外右边的变量都是已 知的，可以反算出总热阻(R)。把总热阻(R)代入(4)式，求出 对流传热系数(α)。这其中也是除对流传热系数(α)以外右边的 变量都是已知的，可以反算出对流传热系数(α)。把求出的对流传 热系数(α)代入(5)式，求出努赛尔数(NU)，把努赛尔数(NU) 代入(6)式或(7)式，求出雷诺数(Re)。最后把求出的雷诺数(Re) 代入(9)式求出钢水流速。
这样就能捕捉到因钢水流速变化引起的钢水和凝固壳间对流传热 系数的改变，从而产生的铸模铜板温度的变化，就能够推断沿凝固界 面钢水的流速。
下面说明从铸模铜板温度推断铸模内钢水流动特性的方法。铸模 内钢水流动特性会因铸坯的拉速、浸入式水口的形状、向浸入式水口 内吹Ar气的量等的不同而有各种特性，其代表的例子示于图22。在 图22中，同时把铸模长边铜板温度沿铸模宽度方向的测量结果也一 并表示。在图22中109为铸模短边铜板，116为弯液面，120为浸入 式水口，121为出钢孔，122为钢水流，用箭头表示钢水流122的流 动方向。如图22所示，可以看出铸模长边铜板温度沿铸模宽度方向 的测量结果与钢水流动特性能很好对应。也就是铸模长边铜板温度高 的部分取决于从浸入式水口120流出的钢水流122，因此能确定钢水 流动特性。此时能找到铸模宽度方向铸模铜板温度的峰值个数和峰值 位置，可以容易推断流动特性。
例如图22的特性0中，不存在有特别影响的流动，铸模整个宽 度方向为稳定的流动，测温元件的测量值表现出没有大的差异，而特 性1中受到伴随向浸入式水口120内吹Ar气的上浮产生的浸入式水 口附近上升流的影响，浸入式水口附近的温度测量值升高。这是可以 观察到浸入式水口附近有一个温度峰值的情况。特性2中由于从浸入 式水口120流出的钢水流122与铸模短边铜板109相冲击，铸模短边 铜板附近的测量值升高。此时温度的峰值出现在铸模短边铜板109附 近，整个铸模的温度存在两个峰值。特性3中受到伴随向浸入式水口 120内吹入的Ar气上浮产生的浸入式水口附近上升流和钢水流122的 惯性的影响，浸入式水口附近和铸模短边铜板附近两处温度的测量值 升高。此时在整个铸模宽度上存在三个峰值。其特性编号的由来是： 图22所示的特性No.的整数部分表示整个铸模宽度上温度峰值的个 数，小数部分表示铸模短边一侧温度峰值离开铸模短边铜板109到浸 入式水口120一侧的位置。
最后说明从铸模铜板温度推断铸模内有无偏流的方法。一般从浸 入式水口向铸模内注入的钢水以浸入式水口为中心向铸模宽度方向左 右对称流动，导致铸模长边铜板温度也左右对称。因此在铸模长边铜 板宽度方向铜板温度的最大值的位置左右不对称的情况下，可以很容 易地推断产生了偏流。即使铜板温度的最大值位置左右对称，最大值 存在差异时，是由于钢水流量左右不同，也可以推断产生了偏流。
下面用图来说明本发明。图23为表示本发明一个实施形式的连 铸机铸模部分的正视断面简图，图24为侧视断面简图。
在图23和图24中，铸模107由相向设置的铸模长边铜板108、 和装在铸模长边铜板108内相向设置的铸模短边铜板109组成，在铸 模107的上方设置中间包118。铸模长边铜板108的背面上部和背面 下部设有长边水箱110，从背面下部的水箱110供给的冷却水105通 过管路111冷却铸模长边铜板108，然后排到上部长边水箱110。从 铸模长边铜板108前的侧表面到管路111的厚度也就是铸模长边铜板 的厚度，为dm。铸模短边铜板109也同样冷却，但图中没有表示。
中间包118的底部设有上水口123，还设置有连接此上水口123 的固定板124、滑动板125、和整流水口126组成的滑动水口119，在 滑动水口119的下面设置浸入式水口120，浸入式水口120上具有使 钢水从中间包118流入铸模107的钢水流出孔127。
从图中没有表示的钢包注入中间包118内的钢水101经钢水流出 孔127通过设在浸入式水口120下部，并且浸入到铸模107内钢水101 的出钢孔121，使钢水流122朝向铸模短边铜板109把钢水注入到铸 模107内。钢水101在铸模107内冷却形成凝固壳102，变成向铸模 107下方拉出的铸坯。此时铸模107内的弯液面116上添加铸模熔渣 117，铸模熔渣117熔融，流入凝固壳102和铸模107之间，形成铸 模熔渣层103。
在铸模长边铜板108上，从弯液面116向拉出方向的距离L的位 置，以相邻间隔为Z沿铸模长边铜板108宽度方向设有多个孔，作为 测量铸模长边铜板108温度的测量点112。从弯液面116向拉出方向 的距离(L)定为10～135mm，设置间隔(Z)为200mm以下。在各 测量点112上，设从铸模长边铜板108钢水一侧表面到测温元件106 末端的距离为d，设置成测温元件106的末端与铸模长边铜板108相 接触。距离(d)为16mm以下。
另一方面，测温元件106的另一端与零点补偿器113连接，从测 温元件106输出的电动势信号经零点补偿器113输入到转换器114， 用转换器114把电动势信号转换成电流信号后，以电流信号输入到数 据分析装置115。
测量点112内进入冷却水105的话，由于测温点的铜板温度降低， 不能正确测量铜板温度。在本发明中为了防止冷却水105进入到测量 点112内，如图25所示，在长边水箱110内设置不锈钢管128，钢管 128和长边水箱110的接触面四周设有焊接形成的焊接部位130，把 测温元件106贯通此钢管128设置，再有测量点112周围的铸模长边 铜板108上设有槽，在槽中设有与铸模长边铜板108和长边水箱110 接触的密封衬垫129。利用卷簧(图中没有表示)把测温元件106的 末端压在铸模长边铜板108上。图25为表示测温元件安装结构的连 铸机铸模部分侧视断面简图，图中的标号131为后挡板。
采用这样的结构，在长边水箱110内测温元件106和冷却水105 完全分开，长边水箱110中的冷却水105不会进入测量点112，冷却 水105即使通过铸模长边铜板108和长边水箱110接触的间隙，到达 测量点112的周围，靠密封衬垫129也能防止冷却水进入到测量点112 内。此外不用焊接，用树脂密封和用硬焊料密封也可以。密封衬垫129 也可以设置在长边水箱110一侧的槽中。测温元件106不管是哪种， 是热电偶或是电阻测温件，测温精度在±1℃即可。
用数据分析装置115从铸模长边铜板温度沿铸模宽度方向的分布 和温度峰值的位置、峰值的个数，推断铸模内钢水的流动特性，以浸 入式水口120为界的铸模长边铜板108宽度方向左右的铸模铜板温度 最大值位置和最大值，来推断铸模内钢水的偏流。以上述钢水流速测 量原理为基础，使用铸模长边铜板温度(T)、铸模长边铜板的厚度 (dm)、上述距离(d)、钢水温度、冷却水温度等数据，能够算出 各测量点112的钢水流速(U)。构成从(4)式到(13)式的15个 变量中，因铸造条件不同而改变，而且在铸造中不能直接测量的变量 有①凝固壳厚度(ds)、②铸模熔渣层厚度(dp)、③铸模铜板和冷 却水之间的传热系数(hw)三个变量，关于此三个变量要预先通过实 际试验或模拟试验，研究随铸造条件改变造成的数值变化，以对应于 测量铸模铜板温度时的铸造条件的数值为基础，可以算出钢水流速 (U)。其他的12个变量可由设备条件和材料的物理性质确定。
表2表示在铸坯拉速为2.0m/min和1.3m/min的铸造条件下，各 变量的例子，图26表示以表2所示的变量为基础，求出的铸模铜板 温度(T)和钢水流速(U)的关系。如图26所示，即使铸模铜板温 度相同，由于铸坯拉速不同，钢水流速也要发生大的变化，可以看出 能够从铸模铜板温度推断钢水流速。再有钢水的层流和紊流的转变速 度(U0)是以0.1m/sec算出，表2和图26中的Vc为铸坯拉速。
表2
如上所述，把测温元件106设置在铸模铜板上，钢水在弯液面116 附近即使有复杂的流动，也能够精确地测量因铸模内钢水流动引起的 铸模铜板温度的变化。以这样测量的铸模铜板温度为基础，推断铸模 内的钢水流速、铸模内钢水的流动特性、以及铸模内钢水的偏流，所 以在提高推断精确度的同时，可以不妨碍操作，可在线推断。
在上述说明中，测温元件106是在铸模107宽度方向设置成一列， 也可以在铸造方向上设置多列。上述说明是在铸模长边铜板108的单 片上设置测温元件106，也可以设置在两片铸模长边铜板108上。上 述说明是关于断面形状为矩形的铸模107的说明，本发明并不限定铸 模107断面形状为矩形，也可适用于例如园形等。 [实施例1]
下面说明使用图23表示的板坯连铸机和铸模铜板温度测量装 置，推断钢水流速的实施例。连铸机是具有3m垂直部分的立弯式连 铸机，可以铸造最大2100mm的铸坯。表3表示使用的连铸机的参数。
表3        项目     规格     连铸机型式     立弯式连铸机     垂直部分长度     3m     钢包钢水容量     250吨    中间包钢水容量     80吨       铸坯厚度     220～300mm       铸坯宽度     675～2100mm       铸坯拉速     最大3m/min      浸入式水口     向下倾斜25度，出钢孔φ80mm
铸模长边铜板厚度(dm)为40mm，使用镍铝-镍铬合金(JIS热 电偶K)做测温元件，从铸模铜板的钢水一侧表面到热电偶末端(测 温点)的距离(d)为13mm、相邻热电偶间隔(Z)为66.5mm、到弯 液面的距离(L)为50mm，沿铸模宽度方向长度2100mm埋设热电偶。 在以拉速1.85m/min铸造厚度220mm、宽度1650mm的铸坯的情况下 (以下表示为“铸造条件1”)，以及在以拉速1.75m/min铸造厚度 220mm、宽度1750mm的铸坯的情况下(以下表示为“铸造条件2”)， 测量了铸模长边铜板温度。把铸造条件汇总于表4。
表4
图27和图28是分别为铸造条件1和铸造条件2的某个瞬间的铸 模宽度方向铸模铜板温度的测温数据示例。在这些图中，横坐标为铸 坯宽度方向的位置，中央的“0mm”位置为铸坯宽度方向的中心位置， 浸入式水口的位置(下文中铸坯宽度方向位置用同样方法表示)。如 图27和图28所示，铸坯宽度方向的两端的温度大幅度降低，这是由 于在温度大幅度降低的附近设置有铸模短边铜板。
图29和图30为用表2所示的变量的数值，从图27和图28所示 的铸模铜板温度算出的钢水流速。表2的变量中，凝固壳厚度(ds) 在铸造条件1时为0.00362m，在铸造条件2时为0.00372m。在图29 和图30中，测量铸模铜板温度时，用前述的浸入棒型钢水流速计测 量的钢水流速值，用记号●表示。从这些结果可以看出，从铸模铜板 温度推断的弯液面下50mm的钢水流速，和用浸入棒得到的弯液面附 近的钢水流速非常一致。 [实施例2]
使用与实施例1同一个连铸机和铸模铜板温度测量装置，以 10Nl/min向浸入式水口内吹Ar气，以拉速2.2m/min铸造厚度250mm、 宽度1600mm的铸坯，推断铸模内钢水流动的特性。
铸造开始后10分钟时，铸模长边铜板的温度分布是在浸入式水 口位置和两铸模短边铜板一侧出现3个温度峰值，而且是铸模宽度方 向左右大体对称的温度分布，从这个结果可以推断是前述图22所示 的特性3。为了确认这一点，使用前述的浸入棒型钢水流速计，测量 了铸模宽度方向钢水的流速及其方向。测量的结果示于图31。如图31 所示，用浸入棒型钢水流速计测量的结果铸模内浸入式水口一侧是从 浸入式水口流向铸模短边铜板，在铸模短边铜板一侧向相反方向流 动，也就是可确认是特性3的流动情况，与从铸模长边铜板温度推断 的结果一致。
全连铸第5炉铸造开始经过10分钟时，铸模长边铜板的温度分 布在铸模左右侧是不同的，变成图32的温度分布。从此温度分布推 断流动特性的结果为：在浸入式水口的左侧是在浸入式水口侧有一个 温度峰值的特性1，在浸入式水口右侧是在铸模短边铜板一侧有温度 峰值的特性2。为了确认这一点，用前述的浸入棒型钢水流速计测量 了铸模宽度方向钢水的流速和流向。其结果示于图33。如图33所示， 用浸入棒型钢水流速计测量的结果为：在铸模左侧钢水从浸入式水口 向铸模短边铜板流动，也就是为特性1，铸模右侧相反是从铸模短边 向浸入式水口流动，也就是为特性2，与从铸模长边铜板温度推断的 结果一致。 [实施例3]
使用与实施例1同一个连铸机和铸模铜板温度测量装置，以 10Nl/min向浸入式水口内吹Ar气，以拉速2.6m/min铸造厚度250mm、 宽度1600mm的铸坯，推断铸模内有无钢水的偏流。
铸造开始经过10分钟，铸模长边铜板温度分布在铸模宽度方向 几乎是左右对称的，温度的最大值在左侧为180.5℃，右侧为181℃。 温度最大值位置在左右没有差别，左右的最大值的差也小，所以能推 断没产生偏流。为了确认这一点，用前述的浸入棒型钢水流速计测量 了铸模宽度方向钢水的流速和流向。其结果示于图34。如图34所示， 用浸入棒型钢水流速计测量弯液面的钢水流速左右对称，没产生偏 流，与从铸模铜板温度推断的结果一致。
全连铸第3炉铸造开始经过10分钟，铸模长边铜板的温度分布 在铸模宽度方向左右不同，把此时的温度分布示于图35。如图35所 示，用热电偶发现温度的最大值左右都是在离浸入式水口中心598.5mm 的位置，其值为左侧176.5℃，右侧为184.5℃，有8℃的差。由于温 度的最大值的差大，能推断发生偏流。为了确认这一点，用前述的浸 入棒型钢水流速计测量了铸模宽度方向钢水的流速和流向。其结果示 于图36。如图36所示，用浸入棒型钢水流速计测量弯液面的钢水流 速在浸入式水口左右不同，确认产生偏流。
在本发明中，由于测量铸模铜板温度的测温元件按上述说明设 置，所以即使在弯液面附近发生复杂的钢水流动，也能够精确测量铸 模内钢水流动引起的铸模铜板温度的变化。以这样测量的铸模铜板温 度为基础，来推断铸模内的钢水流速、铸模内钢水的流动特性、以及 铸模内钢水的偏流，可提高推断的精度，同时不妨碍操作，可在线推 断。其结果是提高了铸坯质量管理，可以实现以高的合格率生产高质 量的铸坯，其工业效果显著。 优选实施方案3(连铸铸坯表面缺陷的判定方法)
本发明人进行了实际测量、模拟试验、以及进行了数据分析，对 各种铸造条件下铸模内的钢水流动情况、和此时铸模宽度方向的铸模 铜板温度剖面进行了研究。图37表示铸模内的钢水流动情况和铸模 铜板温度剖面对比的模式图。在图37中206为铸模短边铜板，211为 弯液面，215为浸入式水口，216为出钢孔，217为钢水流，用箭头表 示钢水流217流动的方向。
在特性0中不存在有特殊影响的流动，在整个铸模宽度方向平稳 流动，铸模宽度方向测温元件的测量值没有大的差异。也就是在没有 明显温度峰值的情况下，温度剖面在横跨铸模整个宽度是平坦的。特 性1中伴随吹入浸入式水口215内的Ar气上浮，在浸入式水口附近 的上升流动起支配作用，在弯液面211的钢水从浸入式水口215向铸 模短边铜板206流动。因此铸模铜板宽度方向温度分布在浸入式水口 215附近高，在浸入式水口215附近产生一个大的温度峰值。特性2 中从浸入式水口215出来的钢水流217的惯性大，钢水流217冲击到 铸模短边铜板206后向上下分开，在弯液面211形成从铸模短边铜板 206向浸入式水口215的钢水流。这种情况下，在弯液面211的钢水 流速比较快。此时铸模短边铜板206附近的铜板温度升高，在左右两 边的铸模短边铜板206附近形成有一个大的温度峰值的温度剖面。
这样可以根据主要的差别，把温度剖面分成0、1、2三种。可是 实际上存在这三种以外的温度特性。例如图37所示的特性3，伴随有 Ar气上浮在浸入式水口215附近的上升流和钢水流217的惯性共同起 支配作用的情况下，在浸入式水口215附近和铸模短边铜板206附近 都出现温度峰值，形成具有三个温度峰值的温度剖面。这可看作是特 性1和2的组合。可是也确认了除此以外的其他情况下会表现出特性 0、特性1、特性2组合的形式。
从以上的研究可以看出，根据铸造条件的不同，钢水流动情况会 发生各种各样的变化，与钢水流动的情况相对应，存在各种温度剖面。 因而搞清了在判断铸坯表面质量时，要考虑钢水流动的情况，从与其 对应的温度剖面来判断是非常重要的，而且也是可能的。
首先对操作中钢水流动情况在特性1时进行说明。在特性1情况 下钢水流动的情况是，Ar气的上浮集中在浸入式水口附近，上浮的Ar气的气泡也大。这些气泡在脱离弯液面时把弯液面搅乱，铸模熔渣被 卷入，或者气泡跑不出去，成为形成瑕疵的原因。此时可以认为如图 38(a)所示的铸模铜板宽度方向温度分布中的最大值(Tmax)，能 表示因Ar气把弯液面搅乱程度的一个因子。因此可以预测在最大值 (Tmax)过大的情况下，会由于Ar气而卷入铸模熔渣。
再有如果在弯液面存在流速快和流速慢两种情况下，钢水流速的 梯度与作用在铸模熔渣上的剪应力有关，梯度值越大越容易刮带铸模 熔渣。此流速的梯度可以用铸模铜板温度梯度检测出来。如图38(b) 所示，可以认为以浸入式水口为中心铸模宽度方向左侧温度分布中的 最大值(TL1)与最小值(TL2)的差值(TL1-TL2)，和铸模宽度方向 右侧温度分布中的最大值(TR1)与最小值(TR2)的差值(TR1-TR2) 中，数值大的一个(以下称为“最大高低温度差”)可以表示因Ar气把弯液面搅乱程度的另一个因子。因此也可以用最大高低温度差的 大小来预测由于Ar气而卷入铸模熔渣的情况。
钢水流动情况为特性1的情况下，由于弯液面的钢水从浸入式水 口向铸模短边铜板一侧流动，铸模短边铜板一侧的钢水温度降低，因 此在钢水循环量小时，在铸模短边铜板附近的弯液面上，会发生钢水 凝固的所谓的起皮和夹渣。因此可以考虑把图38(a)所示的铸模铜 板宽度方向温度分布的最小值(Tmin)作为表示弯液面的钢水循环量 的一个因子，因此可以预测在最小值(Tmin)过小的情况下，容易产 生起皮，以预测瑕疵和夹渣。此外可以考虑把图38(c)所示的铸模 铜板整个宽度方向温度分布的平均值(Tave)作为表示弯液面的钢水 循环量的另一个因子，因此也可以用平均铜板温度(Tave)的大小预 测起皮和夹渣。
分析产生夹渣的机理是：由于铸模熔渣的物理性质的波动出现铸 模熔渣的消耗量异常增加，弯液面上的铸模熔渣熔融层的厚度变薄， 未熔融的铸模熔渣附着在凝固壳表面而产生的夹渣。此时由于铸模熔 渣的消耗量异常增加，与铸模熔渣消耗量正常时相比，此时的铸模铜 板温度要降低。因此把得到的铸模宽度方向的平均铜板温度(Tave) 与此铸坯拉速下具有代表性的铸模宽度方向的平均铜板温度(Tave) 相比较，用得到的差值能预测是否会产生夹渣。而所谓的铸坯拉速下 具有代表性的铸模宽度方向的平均铜板温度(Tave)，是指铸坯在拉 速下铸造多次测量铸模宽度方向铜板温度的平均值。
下面对操作中钢水流动情况为特性2的情况进行说明。钢水流动 为特性2的情况下，在弯液面存在流速比较快的钢水流，担心这样的 钢水流会刮带覆盖在弯液面上的铸模熔渣。钢水流速快的话，铸模铜 板温度也变高。可以考虑把图39(a)所示的铸模铜板宽度方向温度 分布的最大值(Tmax)作为表示弯液面的钢水最大流速的一个因子， 因此在最大值(Tmax)过大的情况下，可以预测会卷入铸模熔渣。
象钢水流动特性2那样的情况下，如果在弯液面存在流速比较快 和比较慢两种情况的话，如前所述，钢水流速的梯度与作用在铸模熔 渣上的剪应力有关，梯度值越大越容易刮带铸模熔渣。此流速的梯度 可以用铸模铜板温度梯度检测出来。如图39(b)所示，可以认为以 浸入式水口为中心铸模宽度方向左侧温度分布中的最大值(TL1)与最 小值(TL2)的差值(TL1-TL2)，和铸模宽度方向右侧温度分布中的最 大值(TR1)与最小值(TR2)的差值(TR1-TR2)中，数值大的一个即 最大高低温度差可以表示流速梯度大小的一个因子。因此也可以用最 大高低温度差的大小来预测是否卷入铸模熔渣。
在钢水流动为特性2时，铸模宽度方向左右的弯液面钢水流速波 动大的情况下，在流动的正面相遇时容易产生涡流，担心会卷入铸模 熔渣。如图39(c)所示，可以认为以浸入式水口为中心铸模宽度方 向左侧温度分布中的最大值(TL1)与右侧温度分布中的最大值(TR1) 差的绝对值(以下称为“最大左右温度差”)，可以表示偏流程度对 因涡流产生的卷入铸模熔渣影响的一个因子。因此也可以用最大左右 温度差的大小来预测是否因涡流产生卷入铸模熔渣情况。
铸模内钢水流动情况，例如发生从特性1到特性3这样的变化情 况下，即使是特性2单侧的流出速度与另外的一侧相比更快的情况下， 铸模内钢水流动被搅乱，弯液面的变动量也大，发生卷入铸模熔渣的 概率也高。一般在铸模内观测的流动情况是以数十秒为周期缓慢变 化，在比此周期短的时间内变化的情况下，发生卷入铸模熔渣的频数 也高。这种钢水流动的变化可以用单位时间铸模铜板温度的变化量来 检测。因此掌握单位时间铸模铜板温度的变化量的最大值，用此最大 值的大小可以预测是否会卷入铸模熔渣。
但是必须把铸模铜板的测温位置放在铸坯拉出方向上距铸模内弯 液面位置10～135mm的范围。在距弯液面不足10mm范围内，由于 铸造时弯液面的变动造成铸模铜板温度的升高和降低，不能正确把握 由于钢水流动造成铸模铜板温度的变化，此外放在距弯液面超过 135mm的下面的位置上，由于钢水流动的变化造成的铸模铜板温度的 变化小，所以也不能正确把握由于钢水流动造成铸模铜板温度的变化 量。
对铸模铜板温度宽度方向的分布进行这样的解析，就能够在线判 定产生卷入铸模熔渣、起皮、瑕疵、以及夹渣等表面缺陷的程度。
图38表示钢水流动情况为特性1时，铸模铜板温度在宽度方向 上的分布，以及铸模铜板温度的最大值、最小值、平均值的模式图， 图39是表示钢水流动情况为特性2时，铸模铜板温度在宽度方向上 的分布，以及铸模铜板温度的最大值、最小值的模式图。此外铸模短 边铜板附近的温度测量值受到铸模短边铜板的影响而变低，本发明中 在解析铸模铜板温度在宽度方向分布时，是去除表现出铸模短边铜板 影响范围的测量值进行解析的。
下面用图对本发明进行说明。图40为适用于本发明的连铸机铸 模部分的正视断面简图。
在图40中，相对设置的铸模长边铜板205和装在铸模长边铜板 205内相对设置的铸模短边铜板206组成铸模204，在铸模204的上 方设置有中间包213。在中间包213的底部设有上水口218，滑动水 口214连在此上水口218上，滑动水口214由固定板219、滑动板220、 整流水口221组成，在滑动水口214的下面设置有浸入式水口215， 构成了使钢水从中间包213流入铸模204的钢水流出孔222。
从钢包(图中未表示)注入到中间包213的钢水201经过钢水流 出孔222，通过设在浸入式水口215下部，而且浸入铸模204内钢水 201中的出钢孔216，把钢水流217朝向铸模短边铜板206注入到铸 模204内。然后钢水201在铸模204内冷却后形成凝固壳202，拉向 铸模204下方形成铸坯。在铸模204内弯液面211上添加铸模熔渣212。
上水口218由多孔砖构成，为了防止氧化铝附着在钢水流出孔222 的壁上，通过与上水口218连接的Ar气导入管(图中未表示)从上 水口218向钢水流出孔222内吹入Ar气。吹入的Ar气与钢水201一 起通过浸入式水口215，从出钢孔216流入铸模204内，通过铸模204 内的钢水201上浮到弯液面211，穿过弯液面211上的铸模熔渣212 排到大气中。
在铸模长边铜板205背面，向拉引铸坯方向距弯液面211在10～ 135mm范围，并且与拉引铸坯方向垂直的直线上，沿铸模长边铜板205 宽度方向设有多个孔，作为测量铸模长边铜板205的铜板温度的测量 点207。在各测量点207上设置有测温元件203，使其末端与铸模长 边铜板205相接触，可以测量对应于铸坯整个宽度的铸模铜板温度。 希望相邻测量点207的间隔在200mm以下。各测量点207的间隔超 过200mm的话，测量点过少，不能正确把握铸模铜板温度在宽度上 的分布。
另一方面，测温元件203的另一端与零点补偿器208连接，测温 元件203输出的电动势信号经过零点补偿器208，被输入到转换器 209，用转换器209把电动势信号转换成电流信号后，以电流信号输 入到数据分析装置210中。作为测温接点的测温元件203的末端不要 被铸模204的冷却水(图中未表示)直接冷却，测量点207要用密封 衬垫(图中未表示)与冷却水隔离。测温元件203无论是热电偶还是 电阻测温体，只要能以±1℃的精度测温就可以。
用数据分析装置210从被测量的铸模长边铜板温度在宽度方向上 温度分布中，求出最大值(Tmax)、最小值(Tmin)、平均铜板温 度(Tave)、最大高低温度差、最大左右温度差、以及单位时间温度 变化的最大值，与对应质量级别分别预先设定的阈值进行比较，以判 断缺陷产生的程度，决定铸坯的修整的方法。作为最大值(Tmax)、 最小值(Tmin)、平均铜板温度(Tave)、最大高低温度差、最大左 右温度差的铸坯的有代表性的值，即可以是在以一定间隔或连续测量 的宽度方向温度分布中，最大的值(最大值(Tmax)和最大高低温度 差、最大左右温度差的情况)或最小的值(最小值(Tmin)和平均铜 板温度(Tave)的情况)，也可以是铸坯上测量值的平均值，哪个都 可以，而从准确检测铸坯表面缺陷的意义上，希望以最大的值或最小 的值为基础进行判定。单位时间的温度变化量以5～20秒为单位时间， 算出此时间内的温度变化量，求出铸模宽度方向温度变化量的最大 值，即可以把这样求出的铸坯上每个单位时间的最大值的平均值作为 有代表性的值，也可以铸坯上每个单位时间的最大值中最大的值作为 有代表性的值。用哪个都可以。
实际操作时，由于铸模204内钢水流动特性随时间变化，或3种 基本特性0、1、2组合的情况比较多，所以在判定铸坯表面缺陷时， 希望综合采用2种以上的判定方法。
本发明中由于是以沿铸模整个宽度测量的铸模铜板温度为基础， 进行铸坯表面质量判定，所以无论铸模204内钢水的流动变成什么样 的特性，都可以正确地在线判定表面缺陷。
在上述说明中，测温元件203在铸模长边铜板205的宽度方向设 置一列，也可以在铸造方向上设置多列。在上述说明中，仅在单侧的 铸模长边铜板205设置测温元件203，也可以设置在两侧的铸模长边 铜板205上。此外吹Ar气的方法也不是仅限于前面介绍的方法，也 可以从滑动水口214和浸入式水口215吹入。 [实施例1]
使用图40所示的板坯连铸机铸造了厚度250mm、宽度1600～ 1800mm的碳钢连铸板坯。连铸板坯拉速1.2～1.8m/min，以10Nl/min 向钢水流出孔内吹入Ar气，浸入式水口为山字形的两孔水口，其流 出的角度为向下倾斜25度。测温元件使用热电偶，设置在弯液面下 50mm位置上，以浸入式水口为中心左右对称，间隔65mm设置。
把铸造的板坯轧制成冷轧板卷，用目测方法检查了冷轧板卷的表 面缺陷。图41为调查的结果，横轴表示铸模铜板温度的最大值 (Tmax)，纵轴表示每个冷轧板卷表面缺陷的个数。这种情况下，横 轴的铸模铜板温度的最大值(Tmax)是对应于各冷轧板卷的连铸板坯 上每10秒钟测量的宽度方向温度分布中，分别检测各测量时间段的 最大值(Tmax)，以这些最大值(Tmax)的平均值为代表值。如图41 所示，可以看出各曲线为指向右上方的直线。
这样就可以从铸模宽度方向温度分布的最大值(Tmax)预测冷 轧板卷的表面缺陷程度，根据冷轧板卷的用途和分级设定的阈值，可 以判断要修整还是不修整。图41中，阈值为160℃，可以设定最大值 (Tmax)低于160℃时不修整，在160℃以上时要修整。有时即使最 大值(Tmax)高也不产生表面缺陷，由于本来每个板卷的缺陷个数就 非常少，所以这种情况下可以准确地说没有卷入铸模熔渣。 [实施例2]
使用图40所示的板坯连铸机，铸造了厚度250mm、宽度2000mm 的碳钢连铸板坯。连铸板坯拉速1.2m/min，以10Nl/min向钢水流出 孔内吹Ar气，浸入式水口为山字形的两孔水口，其流出的角度为向 下倾斜25度。测温元件使用热电偶，设置在弯液面下50mm位置上， 以浸入式水口为中心左右对称，间隔65mm设置。在此种铸造条件下 铸模铜板温度的特性随时间波动，大体上为特性1。
采用比色测量法用目测检查了铸造的铸坯表面，调查了瑕疵和夹 渣的情况。图42为调查的结果，横轴表示铸模铜板温度的最小值 (Tmin)，纵轴表示铸坯单位表面积瑕疵个数和夹渣个数的总和。这种 情况下，横轴的铸模铜板温度的最小值(Tmin)是各铸坯上每10秒 钟测量的宽度方向温度分布中，分别检测各测量时间段的最小值 (Tmin)，以这些最小值(Tmin)的平均值为代表值。如图42所示， 可以看出随温度的最小值(Tmin)降低，瑕疵和夹渣变多。
这样就可以从铸模宽度方向温度分布的最小值(Tmin)预测铸坯 表面缺陷的程度，根据用途和分级设定的阈值，可以判断要修整还是 不修整。附带说明图42中，阈值为120℃，可以设定最小值(Tmin) 低于120℃时要修整，在120℃以上时不要修整。 [实施例3]
使用图40所示的板坯连铸机铸造了厚度250mm、宽度1600～ 1800mm的碳钢连铸板坯。连铸板坯拉速1.6～1.8m/min，以10Nl/min 向钢水流出孔内吹Ar气，浸入式水口为山字形的两孔水口，其流出 的角度为向下倾斜25度。测温元件使用热电偶，设置在弯液面下50mm 位置上，以浸入式水口为中心左右对称，间隔65mm设置。在此种铸 造条件下，铸模铜板温度的特性随时间波动，大体上为特性2。
把铸造的板坯轧制成冷轧板卷，用目测方法检查了冷轧板卷的表 面缺陷。图43为调查的结果，横轴表示最大高低温度差，纵轴表示 最大左右温度差，表示了每个冷轧板卷表面缺陷的个数。这种情况下， 横轴的最大高低温度差和纵轴的最大左右温度差是对应于各冷轧板卷 的连铸板坯上每10秒钟测量的宽度方向温度分布中，分别检测各测 量时间段的最大高低温度差和最大左右温度差，以这些测量值的平均 值为代表值。如图43所示，可以看出各曲线为指向右上方的直线， 越是在右上方冷轧板卷的缺陷个数越增加。
这样就可以从铸模宽度方向温度分布的最大高低温度差和最大左 右温度差预测冷轧板卷表面缺陷的程度，根据冷轧板卷用途和分级设 定的阈值，可以判断要修整还是不修整。附带说明图43中，最大高 低温度差的阈值为10℃，最大左右温度差的阈值为2℃，可以设成修 整和不修整的界限。 [实施例4]
使用图40所示的板坯连铸机铸造了厚度250mm、宽度1800～ 2100mm的碳钢连铸板坯。连铸板坯拉速1.0～1.6m/min，以10Nl/min 向钢水流出孔内吹Ar气，浸入式水口为山字形的两孔水口，其流出 的角度为向下倾斜25度。测温元件使用热电偶，设置在弯液面下50mm 位置上，以浸入式水口为中心左右对称，间隔65mm设置。在此种铸 造条件下，铸模铜板温度的特性随时间波动，大体上为特性1。
采用比色测量法用目测检查了铸造的铸坯表面，调查了瑕疵和夹 渣的情况。图44为调查的结果，横轴表示铸模铜板的平均温度(Tave)， 纵轴表示最大高低温度差，表示了铸坯单位表面积瑕疵个数和夹渣个 数的总和。这种情况下，横轴的平均铜板温度(Tave)和纵轴的最大 高低温度差是各铸坯上每10秒钟测量的宽度方向温度分布中，分别 检测各测量时间段平均铜板温度(Tave)和最大高低温度差，以这些 测量值的平均值为代表值。如图44所示，可以看出越移向曲线的左 下方瑕疵和夹渣越多。
这样就可以从铸模宽度方向温度分布的平均铜板温度(Tave)和 最大高低温度差预测铸坯表面缺陷的程度，根据用途和分级设定的阈 值，可以判断要修整还是不修整。附带说明图44中，平均铜板温度 (Tave)的阈值为180℃，最大高低温度差的阈值为15℃，可以设成 修整和不修整的界限。 [实施例5]
使用图40所示的板坯连铸机连续铸造了5炉厚度250mm、宽度 1600mm的碳钢连铸板坯。连铸板坯拉速1.8m/min，以10Nl/min向钢 水流出孔内吹Ar气，浸入式水口为山字形的两孔水口，其流出的角 度为向下倾斜25度。测温元件使用热电偶，设置在弯液面50mm以 下的位置处，以浸入式水口为中心左右对称，间隔65mm设置。测温 元件的数量为25个。
首先把浸入棒浸入到弯液面中，利用浸入棒受的力测量钢水流速 的方法，测量钢水在弯液面的流速，调查了钢水在铸模内长周期的流 动变化，可以看出长周期的流动变化为30秒。以单位时间为10秒测 量铸模铜板温度的变化量。图45中表示了t时刻和t时刻前10秒的 铸模铜板温度的测量值。在图45中记号●为在t时刻的温度，记号○ 为t时刻的10秒钟前的温度。
如图45所示，此期间以浸入式水口为中心在铸模宽度方向左侧， 在此10秒之间铸模铜板温度上升，相反在右侧铸模铜板温度下降。 这种情况下，每单位时间温度变动量的最大值是用铸模宽度方向右侧 No.6热电偶得到的测量值。把此温度差除以10秒得到的值作为此单 位时间温度变动量的最大值。
把铸造的铸坯轧制成冷轧板卷，用目测的方法检查了冷轧板卷的 表面缺陷。图46纵轴是表示对应于各板卷的铸坯上，每隔10秒测量 的温度变动量的最大值，横轴为对应铸造的铸坯顺序的35个冷轧板 卷的板卷编号。在图46中，铸造的铸坯内除去头尾的铸坯，板卷序 号从小到大的方向是铸造的方向。
图46中表示有斜线的No.1、No.5、No.8、No.12、No.20、No.21、 No.23、No.30和No.31板卷中发现了表面缺陷。在这些板卷中，铸坯 上的某个位置温度变动量的最大值超过了1.0℃/Sec。温度变动量的最 大值超过1.5℃/Sec的No.1、No.21、No.30和No.31板卷每个板卷上 出现3个以上表面缺陷，是造成成品率降低的原因。
这样就可以从温度变动量的最大值预测冷轧板卷表面缺陷的程 度，根据用途和分级设定的阈值，可以判断要修整还是不修整。附带 说明图46中，阈值为1.0℃/Sec，温度变动量的最大值在1.0℃/sec的 情况下无须修整，超过1.0℃/sec的情况下需要修整。 [实施例6]
使用图40所示的板坯连铸机，采用成分为33.6重量％CaO、39.1 重量％SiO2、5.0重量％Al2O3、3.4重量％Na2O、7.6重量％F、6.9重量 ％MgO，在1300℃的粘度为0.35Pa·s的铸模熔渣，铸造了厚度250mm、 宽度1250～1900mm的碳钢连铸板坯。连铸板坯拉速0.78～ 1.82m/min，以10Nl/min向钢水流出孔内吹Ar气，浸入式水口为山字 形的两孔水口，其流出的角度为向下倾斜25度。测温元件使用热电 偶，设置在弯液面50mm以下的位置上，以浸入式水口为中心左右对 称，间隔65mm设置。
把铸造的铸坯轧成冷轧板卷，用目测的方法检查在认为是冷轧板 卷上由夹渣造成的鳞状折叠的表面缺陷，与铸模铜板温度的平均铜板 温度(Tave)进行了对比。图47是调查的结果，是表示铸坯拉速和 平均铜板温度(Tave)的关系与冷轧板卷表面缺陷发生率级别的图示。 此时纵轴的平均铜板温度(Tave)是从各铸坯上每10秒钟测量的宽 度方向温度分布，分别计算出各测量阶段的平均铜板温度(Tave)， 把这些计算值的平均值作为代表值。
在图47中○符号是不认为是由于夹渣造成的鳞状折叠的板卷对 应的平均铜板温度(Tave)。贯穿○符号的虚线是用最小二乘法求出 的○符号组的平均铜板温度(Tave)曲线，是此铸坯拉速下有代表性 的铸模宽度方向温度的平均铜板温度(Tave)。所有的○符号分布在 此曲线的±25℃的范围内。图47中用实线表示在仅偏移25℃的低温 一侧的温度曲线。
另一方面，在图47中用△符号表示认为是由于夹渣造成的鳞状 折叠的板卷对应铸坯的平均铜板温度(Tave)。这些△符号在上述实 线的下面，也就是可以看出来比在此铸坯拉速下有代表性的平均铜板 温度(Tave)低25℃以上。
这样就可以监测铸模宽度方向温度分布的平均铜板温度(Tave)， 把此铸坯拉速下有代表性的平均铜板温度(Tave)与监测值进行比较， 可以预测铸坯产生表面缺陷的程度。根据用途和分级设定的阈值，可 以判断要修整还是不修整。附带说明图47中，平均铜板温度(Tave) 的差的阈值为25℃可以是修整和不修整的界限。 优选实施方案4
由于铸模熔渣层和铸模铜板之间的气隙层厚度和铸模熔渣层厚度 的变动会引起杂波，首先对从铸模铜板温度的测量值研究去除杂波的 问题进行说明。
作为影响铸模铜板温度变化的因素有铸坯拉速、铸模用冷却水的 温度、铸模铜板厚度、铸模内钢水温度、钢水沿凝固壳表面的流速、 铸模熔渣层和铸模铜板之间气隙层厚度、铸模熔渣层厚度等7个因素。 可是这7个因素中，因仅限于考虑某一瞬间铸模铜板宽度方向，铸坯 拉速的影响是恒定的，可以忽略。冷却水温度和铸模铜板厚度在一次 铸造中间没有大的变化，所以这些影响也可以忽略。一次铸造中铸模 内钢水温度的变化不大，它的影响也可以忽略。铸模熔渣层厚度的影 响和气隙层厚度的影响大，在评价钢水流速时必须除去这些变化的部 分。
实际铸模铜板温度是流速剖面的变化、凝固壳厚度的变化和铸模 熔渣层厚度的变化综合作用的结果。例如为了避免凝固壳厚度的变化 和铸模熔渣层厚度的变化的影响，即使把测温元件在铸模宽度方向设 置的间隔做得稀疏一些，减少温度分布的空间分辨率，偶尔测温元件 设置间隔接近凝固壳厚度的变化和铸模熔渣层厚度的空间变化波长的 整数倍时，铸模铜板温度会有大的变化，推断钢水流动情况会产生大 的误差。
所以本发明人利用试验连铸机和实际铸坯的凝固壳厚度的变化， 调查了铸模熔渣层厚度和气隙层厚度的变化间隔。搞清了铸模熔渣层 厚度和气隙层厚度的变化对凝固壳厚度的变化有很大影响。其结果为 铸模熔渣层厚度和气隙层厚度的变化间隔为数10毫米。
另一方面，把耐火棒的一端浸入在弯液面中，用测力传感器测量 钢水流使耐火棒受到的力，以测量钢水流速，利用这样的钢水流速计 测量弯液面附近沿铸模宽度方向钢水流速的剖面，调查了铸模内钢水 流速剖面的空间变化波长。测量该流速剖面时，铸坯拉速和铸坯宽度 的组合采用了水平1～3的三个水平。表5表示各水平的铸造条件。 在水平1～3中弯液面附近钢水流速剖面的测量结果示于图48～图 50。在图48～图50中纵轴的弯液面钢水流速中，“正”值表示从铸 模短边一侧向浸入式水口一侧的流动，“负”值表示与其相反的流动。
表5     (mm)     (mm)   (m/min)  (Nl/min)   水平1     220     1750     2.1     10   水平2     220     1300     1.6     10   水平3     220     2100     1.6     10
如图48～图50所示，沿铸模宽度方向弯液面附近钢水流速剖面 的波长，也就是钢水流速快慢的波长在水平1为1750mm，水平2为 800mm，水平3为880mm，可以看出在800～1800mm左右。
这样就搞清了钢水流动空间变化间隔为数百毫米到数千毫米，相 反铸模熔渣层厚度以及气隙层厚度的变化间隔为数十毫米。所以钢水 流动空间变化间隔明显大于铸模熔渣层厚度和气隙层厚度的变化间 隔，利用这一点可去除铸模熔渣层厚度和气隙层厚度变化的部分。
也就是说，测量的铸模铜板温度在宽度上的分布中，具有数十毫 米的吸热变化间距和由于钢水流动造成的数百毫米到数千毫米的间 距，除去数十毫米间距变化的温度分布中，就仅留下由于钢水流动造 成的铸模铜板温度的变化部分。因此除去了铸模熔渣层厚度和气隙层 厚度造成的100mm以下细小的变化，要评价铸模整体的大的变化时， 至少要去除100mm以下的变化波长，即使是在最大波长的情况下， 也要进行低频滤波处理，以去除铸模宽度的1/2以下的变化波长。
在这里设钢水流动的空间频率为f，钢水流动的变化波长为L， 用此变化波长L(mm)以f＝1/L(mm-1)来定义钢水流动的空间频率 f的话，除去100mm以下变化波长就是截止空间频率fc不足0.01。同 样设铸模宽度为W(mm)，除去铸模宽度的1/2以下的变化波长就 是要使截止空间频率fc大于2/W。
在本发明中，利用在连铸用铸模铜板的背面并与铸坯拉引方向垂 直设置多个测温元件，测量铸模铜板温度，假设截止空间频率fc处于 大于2/W而且小于0.01的范围就进行低频滤波处理，所以可以除去 由于铸模熔渣层厚度和气隙层厚度造成的杂波。由于是以经过低频滤 波处理的铸模铜板温度分布为基础，来推断铸模内钢水流动情况，能 够除去凝固壳厚度变化和铸模熔渣层厚度变化引起的铸模铜板温度的 变化，能准确地检测铸模内钢水流动的情况。
铸模的宽度是有限的，低频滤波处理时，在端点的测量温度的降 低的影响不能忽略。为此在铸模宽度两侧的端点把数据折回，使用扩 展的数据，以此为基础进行低频滤波处理，在利用有限个数据方面是 有效的方法，评价铜板温度分布的精度也能提高。特别是从浸入式水 口出来的钢水流速快的情况下，钢水流冲击铸模短边铜板后分成上下 两股，向上流的分支在弯液面改变方向，从铸模短边一侧流向浸入式 水口一侧。为此，铜板温度分布特征是在铸模短边一侧观测到高的温 度。即使是为了正确捕捉这个特征，也必须除去铸模宽度端点的温度 的降低。
空间移动平均可作为低频滤波处理的例子，此方法简单，希望采 用从铸模铜板温度的测量值除去铸模熔渣层和铸模铜板之间的气隙层 厚度和铸模熔渣厚度的变化引起的杂波的方法。
所谓空间移动平均是指铸模铜板温度的测温点从一端到另一端按 一个方向标上号i＝1、2、…、k(k为另一端的测温点)，对于i＝N的 测温点的温度Tn，空间移动平均后的温度Tn(ave)用下述的(14) 式定义。但是(14)式中L＝(M－1)/2，平均化个数M为奇数。 $T_n\left(\mathrm{ave}\right)=(1/M)\times \underset{m=-L}{\overset{m=L}{\Sigma }}{T}_{n+m}\dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \dots \left(14\right)$
但是任意的连续函数一般利用傅立叶变换，可以表示成下述(15) 式的正弦波的集合。 $u(L,h)=(1/L)\times {\int }_L^{h+L}\sin 2\mathrm{\pi fh}•\mathrm{dh}$ $=(1/2\mathrm{\pi fL})\times [{(2-2\cos 2\mathrm{\pi fL})}^{1/2}\times \sin (2\mathrm{\pi fh}+\phi )]\dots \dots \dots \dots \left(15\right)$
此处，φ＝tan-1[(1-cos2πfL)/sin2πfL]
由于截止空间频率fc是增益为 的频率。所以可以使用(15) 式，把截止空间频率fc用下述的(16)式表示。 $(1/2\mathrm{\pi fcL})\times \left[\right({(2-2\cos 2\mathrm{\pi fcL})}^{1/2}=1/\sqrt{2}\dots \dots \dots \dots \left(16\right)$ 从(16)式可以得到fc×L0.443。
设平均化数为M，相邻测温元件设置间隔为Δh，能导出(17) 式。
fc×L0.443＝fc×M×Δh……………………………………(17) 其中M为最小的3的情况下，由于变化间距比100mm短的波动被遮 挡，所以相邻测温元件设置间隔Δh必须满足下述(18)式，此外M 为最小的3的情况下，由于变化间距比铸模宽度W的1/2短的波动被 遮挡，所以相邻测温元件设置间隔Δh必须满足下述(19)式。
Δh＝0.443/[(1/100)×3]＝44.3/3…………………………(18)
Δh＝0.443/[(2/W)×3]＝0.443W/6…………………………(19)
因此一般操作中，使相邻测温元件设置间隔Δh(mm)为下述(20) 式范围，就能够除去要去除的波动。
44.3/3＜Δh＜0.443W/6………………………………………(20)
平均个数未必是3，可用下面的方法确定。由空间移动平均得到 的正弦波形的波衰减量R用下述(21)式表示。在(21)式中，π是 圆周率，f是正弦波形的波的空间频率，则τ＝M/fs，fs是测温元件在 铸模宽度方向埋设间隔的空间频率，具体地说是用作为基准的铸模宽 度除以测温元件的设置间隔的值来表示。
    R＝(1/2πfτ)×[2－2cos(2πfτ)]1/2…………………(21)
改变平均化个数M，正弦波形的波各自的频率f的衰减量R可用 (21)式计算，想要测量的钢水流速剖面的频率域的衰减量R要尽量 小，而且想要去除的凝固壳厚度变化和铸模熔渣层厚度变化引起的铸 模铜板温度变化的频率域，可采用充分衰减的平均化个数M。这样使 平均化个数M采用适当的值进行空间移动平均，就能去除与钢水流速 剖面波长相比波长短的凝固壳厚度和铸模熔渣层厚度的变化。所谓充 分衰减是指衰减后的值为衰减前的值的1/10左右的状态，衰减量R 用dB表示时，为-10dB左右的衰减量R的状态。
如上所述，铸造中的铸模铜板温度的变化是由钢水流速的变化、 铸模熔渣层厚度的变化和气隙层厚度的变化引起的。上述的低频滤波 处理是去除由于影响铸模铜板温度的铸模熔渣层厚度和气隙层厚度变 化造成的杂波。因此从铸模铜板温度的测量值减去低频滤波处理的 值，就能够求出铸模熔渣层厚度和气隙层厚度对铸模宽度方向铸模铜 板温度的影响。
在连铸中，如果铸模熔渣层厚度和气隙层厚度变化造成铸模内吸 热在铸模宽度方向上是不均匀的话，使得铸模宽度方向的凝固壳厚度 变得不均匀，不仅会在铸坯表面发生纵裂，使铸坯质量恶化，凝固壳 的厚度过薄的话，还会在铸模正下方难以承受钢水的静压，钢水会流 出来，发生所谓的跑钢。
如上所述，从铸模铜板温度的测量值减去低频滤波处理的值，可 以在线把握铸模宽度方向上吸热的不均匀程度，把掌握的结果反馈给 铸造条件，就能够确保铸坯质量的提高和铸造的稳定性。
下面对适当地确定采集数据的间隔的研究结果进行说明。
以铸模铜板背面设置的多个测温元件得到的温度测量值为基础， 在获取铸模铜板温度分布时，和从求得的铸模铜板温度分布推断钢水 流动情况时，一般是采用计算机进行的。可是计算机的数据处理在装 置的结构上必须使用时间不连续的离散化的数据。
本发明人在后面介绍的实施例中，在采用的连铸机和铸模铜板用 温度测量装置中，使用在铸模长边铜板背面设有移动磁场式的磁场发 生装置，目的是要改变铸模内钢水的流动，调查了在什么样的时间内 钢水流动的变化完成，为了没有遗漏地检测到铸模内钢水流动情况的 变化，研究了铸模铜板上设置的测温元件获取数据的离散的时间间隔 允许到什么程度。
调查按如下进行。在铸坯厚度为220mm、铸坯宽度为1875mm、 铸坯拉速为1.6m/min、向浸入式水口的吹Ar气量为13Nl/min的铸造 条件下，移动磁场式的磁场发生装置的磁通密度从0.03特斯拉到0.05 特斯拉阶跃式增加，经过一定时间后，再阶跃式减少到0.03特斯拉， 调查了在这段时间铸模长边铜板温度随时间的变化。调查的结果示于 图51。图51表示右侧距铸模长边铜板的宽度方向中心731.5mm、 798mm、864.5mm，和左侧距铸模长边铜板的宽度方向中心864.5mm 位置的铸模长边铜板温度随时间的变化。可以看出无论在什么情况 下，改变磁通密度时，铸模长边铜板温度变化过渡的时间大约为60 秒。
对各种各样的铸造条件进行了同样的调查，图52是把求出铸模 长边铜板温度变化过渡的时间汇总成的直方图。从图52可以看出， 过渡时间分布在从60秒到120秒之间。因此用测温元件采集的温度 测量值时，把离散的时间间隔定为60秒以下的话，能够没有遗漏地 检测到铸模内钢水流动情况的变化对质量的影响。
如上所述，在本发明中设在铸模铜板上的测温元件采集温度测量 值时，由于使用60秒以下的间隔间歇式采集，以在此间隔采集的铸 模铜板温度为基础，推断铸模内钢水流动的情况，所以可以没有遗漏 地、正确地检测铸模内流动情况的变化对质量的影响。
下面用图对本发明进行说明。图53为本发明的连铸机铸模部分 的正视断面简图。
如图53所示，相对设置的铸模长边铜板305和装在铸模长边铜 板305内、相对设置的铸模短边铜板306组成铸模304，在铸模304 的上面设有中间包313。中间包313的底部设有上水口318，连接此 上水口318设置有由固定板319、滑动板320及整流水口321组成的 滑动水口314，在滑动水口314下面设有浸入式水口315，构成从中 间包313流入铸模304的钢水流出孔322。
从钢包(图中没有表示)注入中间包313内的钢水301经钢水流 出孔322通过设在浸入式水口315下部，并且浸入到铸模304内钢水 301的出钢孔316，使钢水流317朝向铸模短边铜板306把钢水注入 到铸模304内。钢水301在铸模304内冷却形成凝固壳302，变成向 铸模304下方拉出的铸坯。铸模304内的弯液面311上添加有铸模熔 渣312。
上水口318由多孔砖构成，为了防止氧化铝附着在钢水流出孔322 的壁上，通过与上水口318连接的Ar气导入管(图中未表示)从上 水口318向钢水流出孔322内吹入Ar气。吹入的Ar气与钢水301一 起通过浸入式水口315，从出钢孔316流入铸模304内，通过铸模304 内的钢水301上浮到弯液面311，通过弯液面311上的铸模熔渣312 排到大气中。
在铸模长边铜板305背面，在铸坯拉出方向上弯液面311的下方， 与拉引铸坯方向垂直的直线上，沿铸模长边铜板305宽度方向设有多 个孔，作为测量铸模长边铜板305的铜板温度的测量点307。在各测 量点307上设置有测温元件303，使其末端与铸模长边铜板305相接 触，可以测量对应于铸坯整个宽度的铸模长边铜板温度。在铸模铜板 温度进行低频滤波处理情况下，相邻测量点307的间隔必须在 44.3/3＝14.8mm以上、0.443×[铸模宽度(mm)]/6以下范围。希望从 弯液面311到测量点307的距离在铸坯拉出方向为10～135mm范围。 在距弯液面311不足10mm范围内，由于铸造时弯液面311的变动造 成铸模铜板温度的升高和降低，不能正确把握由于钢水流动造成铸模 铜板温度的变化，此外放在距弯液面311超过135mm的下面的位置 上，由于凝固壳302厚，铜板温度的变化小，所以不能期望高的测量 精度。为了总能正确捕捉到钢水流速的变化，铸模长边铜板305钢水 一侧表面到测温元件303末端的距离希望在16mm以下。
另一方面，测温元件303的另一端与零点补偿器308连接，测温 元件303输出的电动势信号经过零点补偿器308，被输入到转换器 309，用转换器309把电动势信号转换成电流信号后，以电流信号输 入到数据分析装置310中。在数据分析装置310中设置有低频滤波处 理功能，例如用上述(20)式计算空间移动平均的功能。作为测温接 点的测温元件303的末端不要被铸模304的冷却水(图中未表示)直 接冷却，测量点307要用密封衬垫(图中未表示)与冷却水隔离。测 温元件303无论是热电偶还是电阻测温体，只要能以±1℃的精度测 温就可以。
数据分析装置310以60秒以下的间隔，阶跃式读取从转换器309 送来的铸模长边铜板温度数据，把读取的各测量点307上的数据用 (20)式进行空间移动平均，把空间移动平均了的温度Tn(ave)的 铸模宽度方向分布表示在监测器(图中未表示)上，此外要预先表示 出从铸模长边铜板温度分布定义的钢水流动特性。再有在(20)式中 的平均化个数M要考虑钢水流速剖面的频率，预先输入一合适的值。
在本发明中，由于能这样检测到铸模内钢水301的流动情况，就 有可能去除凝固壳厚度和铸模熔渣层厚度的变化造成的杂波，同时适 当地选择采集数据的间隔，可以高精度而且没有遗漏地检测流动的变 化。从检测到的钢水流动特性反馈给铸坯拉速和向钢水流出孔322内 吹Ar气的量等铸造条件，来进行钢水流动控制时，由于检测到的信 息正确，所以能迅速而且适当地进行反馈控制。
在上述说明中，仅在单侧的铸模长边铜板305宽度方向设置一列 测温元件303，也可以在铸造方向设置多列，还可以设置在两侧的铸 模长边铜板305上。在铸模短边铜板306上没有设置测温元件303， 也可以在铸模短边铜板306上设置。此外吹Ar气的方法也不是仅限 于前面介绍的方法，也可以从滑动水口314和浸入式水口315吹入。 [实施例1]
下面说明使用图53所示的板坯连铸机，进行检测铸模内钢水流 动的实施例。连铸机为具有3m垂直部分的立弯式连铸机，可以铸造 最大2100mm的铸坯。使用的连铸机的参数示于表6。
表6       项  目    说  明     连铸机型式    立弯式    垂直部分长度      3m   钢包的钢水容量     250吨     中间包的钢水容量     80吨     铸坯厚度     220～300mm     铸坯宽度     675～2100mm     铸坯拉速     最大3m/min     浸入式水口     向下倾斜25度，出钢孔φ80mm
使用镍铝-镍铬合金(JIS热电偶K)做测温元件，从铸模铜板的 钢水一侧表面到热电偶末端(测温点)的距离为13mm、相邻热电偶 间隔为66.5mm、到弯液面的距离为50mm、沿铸模宽度方向长度 2100mm埋设热电偶。在以拉速2.1m/min、吹Ar量为10Nl/min的铸 造条件铸造厚度220mm、宽度1700mm的铸坯。
图54为利用在此铸造条件下采集的铸模长边铜板温度原始数据 得到的铸模宽度方向温度分布。在温度分布中，把认为是凝固壳厚度 的变化和铸模熔渣层厚度的变化引起的短波长变化进行了合成。图54 的横轴为铸模宽度方向的位置，中间的“0mm”位置是铸模宽度方向 的中心位置，是浸入式水口的位置，负号表示铸模宽度方向的左侧， 正号表示铸模宽度方向的右侧(后面铸模宽度方向位置用同样方法表 示)。
在图54所示的温度分布中进行了空间移动平均。首先平均化个 数M用下述方法决定。在求正弦波形的波的空间频率f和测温元件埋 设间隔的空间频率fs时，作为基准的铸模宽度取最大为2100mm，使 平均化个数M变化在3、5、7三个水平，计算出正弦波形的波的衰减 量R。其结果示于图55。如图55所示，用改变平均化个数M，使波 长为1000mm以下的正弦波形的波的衰减量R产生差异。
在本实施例中，除去认为是凝固壳厚度的变化和铸模熔渣层厚度 的变化引起的200mm左右波长的正弦波形的波，要使认为与钢水流 速剖面对应的800～1800mm左右的正弦波形的波保留下来。从此观 点来分析图55的话，200mm左右波长的正弦波形的波其衰减量R最 大时的平均化个数M为3，判定平均化个数M为3是合适的。在平 均化个数为5、7的情况下，有可能使钢水流速剖面产生大的衰减， 是不合适的。所以把平均化个数定为3。
图56为图54所示温度分布以平均化个数M为3，进行空间移动 平均后的铸模长边铜板宽度方向的温度分布。如图56所示，图56中 在图54中存在的短波长变化消失了，能够仅表示由于钢水流速剖面 造成的温度变化。 [实施例2]
使用与实施例1相同的连铸机，在以拉速2.0m/min、吹Ar量为 10Nl/min的铸造条件铸造厚度250mm、宽度1500mm的铸坯。在本实 施例中，使用镍铝-镍铬合金(JIS热电偶K)做测温元件，从铸模长 边铜板的钢水一侧表面到热电偶末端(测温点)的距离为13mm、相 邻热电偶间隔为50mm、到弯液面的距离为50mm、沿整个铸模宽度 方向埋设热电偶。
此时测量的铸造中铜板温度分布的原始数据示于图57。这些原 始数据表示埋设间隔2倍的100mm波长以上的变化。作为低频滤波 使用空间移动平均。图58～图60表示用平均化个数M＝3、7、9处理 的温度分布。对于平均化个数M＝3，截止空间频率fc为0.003，波长 为340mm。对于平均化个数M＝7，截止空间频率fc为0.0013，波长 为790mm。对于平均化个数M＝9，截止空间频率fc为0.001，波长为 1015mm。
在不进行低频滤波处理时，乍一看找不到特征，可是在M＝3时， 如图58所示，可观察到由于强的钢水流造成在短边附近强的流动带 来的高温，同时因Ar造成在浸入式水口附近上浮形成的流动，在中 心附近形成高温。M＝7的话，如图59所示，在短边附近和中心附近 高温的特征保留下来，但棱角变得稍稍模糊一些。在M＝9时，如图60 所示，温度分布几乎成平面，整体特征不清楚。由以上可知滤波的截 止波长最好在100mm到铸模宽度(W)/2(＝750mm)范围进行。 [实施例3]
与实施例2使用同一连铸机和同样的铸造条件，热电偶埋设间隔 为50mm、100mm、150mm。低频滤波处理采用空间移动平均，采用 最小平均化个数M＝3进行处理。上述图58是表示以50mm间隔埋设 热电偶情况下的温度分布，图61是以100mm间隔、图62是以150mm 间隔埋设热电偶情况下的温度分布。
对应各种埋设间隔的M＝3情况下的截止波长，对50mm、100mm、 150mm分别为340mm、680mm、1015mm。如图62所示，在150mm 间隔时，进行低频滤波处理的话变成平面的温度分布，不能把握温度 分布的特征。从这些结果可看出，埋设热电偶的间隔最好是规定为 0.443/(3×f)mm，最大也要在0.443×[铸模宽度(W)]/6mm(1500mm 宽度的情况：110mm)以内。 [实施例4]
与实施例2使用同一连铸机和温度测量装置，以与实施例2同样 的铸造条件进行铸造。使用在铸模端点把数据折回、扩展的数据，平 均化个数M＝7进行空间移动平均的情况示于图63，与数据不折回的 情况的上述图59进行了比较。数据折回的情况是在直到铸模端点都 可以捕捉到原始数据，能更正确评价温度分布。 [实施例5]
与实施例1使用同一连铸机和温度测量装置，在以拉速 2.0m/min、吹Ar气量为10Nl/min的铸造条件铸造厚度220mm、宽度 1550mm的铸坯。在本实施例中，在铸模长边铜板背面装有移动磁场 式磁场发生装置，附加的移动磁场控制从浸入式水口流出的钢水流的 方向进行铸造。
铸造中用数据分析装置每1秒采集测量的铸模长边铜板温度。在 本实施例中，为了变更采集铸模长边铜板温度数据的间隔，把数据分 析装置采集的数据每隔1秒、5秒、10秒、60秒和240秒等5种间隔 送到数据采集分析用计算机中。从数据分析装置输送的数据采用 TCP/IP的程序。数据采集分析用计算机CPU是块频率为200MHz、RAM 存储容量为128MB的通用计算机。
铸造中，浇铸的长度达到165m时，使移动磁场式磁场发生装置 的磁通密度从0.125特斯拉阶跃式增加到0.145特斯拉，用上述5种 采集间隔监视此时铸模长边铜板的温度变化，确认得到的数据之间是 否存在差异。图64～图68表示数据采集分析用计算机在采集间隔为 1秒、5秒、10秒、60秒、240秒时，铸模长边铜板温度随时间的变 化。
如图64～图68所示，对于数据采集间隔最短的1秒采集时的温 度变化，随移动磁场式磁场发生装置的磁道密度变化，大体上能够正 确捕捉到铸模长边铜板温度变化，即使是数据采集间隔长到60秒， 也大体上能够正确捕捉到铸模长边铜板温度变化。但是数据采集间隔 为240秒的情况下，铸模长边铜板温度的变化变钝，不能正确捕捉到 温度变化。再有图64～图68所示的数据是距铸模长边铜板宽度方向 中心右侧665mm测量点的温度测量值。 [实施例6]
使用与实施例2相同的连铸机和温度测量装置，在吹Ar量为 10Nl/min、拉速为1.2～1.8m/min的铸造条件铸造厚度250mm、宽度 1400～1800mm的铸坯。
铸造中在铸模内加入硫化铁，从铸造后铸坯断面上硫的分布测量 各断面30个点的凝固壳厚度，求出标准离差(σ)。
另一方面，把铸模铜板温度的测量值以平均化个数M＝3进行空 间移动平均，在线求出各测量点上测量值(Ti)和空间移动平均后的 值Tn(ave)的差值(Di＝Ti-Tn(ave))。然后如下述(22)式所示， 求出此值(Di)绝对值的铸模宽度方向平均值(Do)作为代表铸模内 吸热不均匀程度的代表值。 $\mathrm{Do}=(1/n)\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left|\mathrm{Di}\right|\dots \dots \dots \dots \dots \left(22\right)$
图69表示求出的铸模宽度方向平均值(Do)和从硫分布得到的 凝固壳厚度的标准离差(σ)之间的关系。从图中可以看出，两者有 非常好的线性关系，可以看出，铸模宽度方向平均值(Do)能够精度 很高地判定铸模内吸热不均匀程度。如果吸热的不均匀程度可以在线 判断的话，就可以间接地预测此结果产生的凝固壳厚度的不均匀程 度。 优选实施方案5
在本发明中，不是依赖于推断数据库，而是实时捕捉铸模内的钢 水流动情况，目的是以此信息为基础适当地控制钢水流动情况，但是 要实时捕捉连铸用的铸模内的钢水流动情况必须有传感器。因此本发 明人在铸模长边铜板背面宽度方向设置了多个测温元件，作为传感 器。对应于铸模内的钢水流动，铸模内的钢水和凝固壳之间的对流传 热系数会发生变化，伴随此过程从钢水通过铸模长边铜板流向铸模长 边铜板用的冷却水的热通量大小要改变。因此监视铸模长边铜板温度 的话，就能监视铸模内钢水流动情况。由于测温元件不与钢水直接接 触，所以耐用，并且在把铸模装在连铸机上期间，可以不间断地检测 铸模内钢水的流速。
可是在特开平10-109145号公报中公布了通过改变铸模尺寸、铸 坯拉速、向浸入式水口内吹Ar的量、以及控制钢水流动用的磁场强 度等4个要素，铸模内的钢水流动特性分为A、B、C三大类，以这4 个要素为铸造条件的对象，这些要素组成的复杂的铸造条件中，预先 测量铸模内钢水流动特性，以此测量结果为基础，推断各铸造条件的 铸模内钢水流动特性，利用调整附加磁场强度或向浸入式水口吹入Ar气量的方法，使特性变成特性B的钢水流。再有，所谓特性A是指从 浸入式水口流出的钢水流到达铸模短边一侧的凝固壳后，分成上下两 支的特性，在弯液面从铸模短边向浸入式水口流动；所谓特性B是指 从浸入式水口流出的钢水流不到达铸模短边一侧的凝固壳，从出钢孔 到凝固壳之间分散的特性；所谓特性C是指在浸入式水口附近存在上 升流动的特性，在弯液面形成从浸入式水口向铸模短边的流动。而从 这些不同特性的制品中的铸模熔渣性缺陷生成数量来看，特性B最好。
要使制品的质量好，特别是要使由于卷入铸模熔渣造成制品中混 入夹杂物最少，最好使铸模内钢水流动特性为特性B。因此本发明人 使用在后面介绍的实施例中的连铸机，在拉速为1.3m/min、向浸入式 水口的吹Ar量为10Nl/min、浸入式水口浸入深度260mm铸造条件下 铸造厚度220mm、宽度1600mm的铸坯，测量了铸模内钢水流动情况 为特性B时弯液面处的钢水流速。采用把耐火棒插入弯液面，利用钢 水流造成的耐火棒振动的角度来测量钢水流速的方法(以下称“浸入 棒式弯液面钢水流速计”)进行。
其结果示于图70。从图70可以看出，相当于特性B时在弯液面 钢水流速的分布，几乎是以铸模宽度方向中心对称的，而且铸模宽度 方向流速的绝对值差小。再有图70中纵轴正号的流速是指从铸模短 边一侧向浸入式水口一侧的流动，负号的流速是指与其相反方向的流 动，横轴为铸模宽度方向的位置，中间的“0mm”位置为铸模宽度方 向的中心位置，即浸入式水口的位置。负号表示铸模宽度方向左侧， 正号表示铸模宽度方向右侧(以下采用同样方法表示铸模宽度方向位 置)。
因此从与上述钢水流动对应的铸模铜板温度的特性看，此时铸模 长边铜板温度分布是平坦而且左右对称。实际上能够得到图71所示 的特性B时铸模长边铜板宽度方向温度分布的结果。如图71所示， 特性B时温度分布在铸模宽度上几乎是左右对称的，是最大值和最小 值的差小的、平坦的温度分布。这样可以看出，对各种各样铸造条件 进行在特性B情况下的温度分布的测量结果，在特性B的铸模长边铜 板温度分布中，在最大值和最小值的差在12℃以下是比较平坦的温度 分布，用铸模宽度方向左右对称性的观点，相对于铸模宽度方向中心 左右对称位置的铜板温度的差为10℃以下。
在本发明中，铸模长边铜板宽度方向温度分布的最大值和最小值 的差定为12℃以下，由于更希望使铸模长边铜板温度宽度方向以浸入 式水口为中心左右对称位置温度差控制在10℃以下，所以铸模内钢水 流动被控制成特性B，能提高制品的质量。
在本发明中作为控制钢水流动的手段，是调整磁场发生装置的磁 场强度、铸坯拉速、浸入式水口的浸入深度、向浸入式水口吹Ar的 量等之中的任何一个或两个以上。
磁场发生装置产生的磁场为静磁场的情况下，铸模内的钢水流因 洛伦兹力的作用受到制动力，磁场发生装置产生的磁场为移动磁场情 况下，按磁场移动的方向驱动铸模内钢水，由此用激发起来的钢水流 来控制铸模内钢水的流动。这样的磁场发生装置可以用瞬时改变供电 的情况，使磁场强度瞬时改变。因此用测温元件测量各个时刻铸模内 钢水流动的变化，对应于铸模内钢水流动的变化，可以对钢水流动进 行控制。再有磁场发生装置不与钢水直接接触，使用上能耐久，因此 可以在把铸模装在连铸机上期间，随时根据需要给钢水上作用附加磁 场。
调节铸坯拉速的话，可以调节从浸入式水口流出的钢水流的速 度，所以可以控制铸模内钢水的流动。此外调节浸入式水口的浸入深 度的话，会上下改变钢水流冲击短边一侧凝固壳的位置。这样就调节 了从冲击位置到弯液面之间的距离，可以调节在与短边一侧凝固壳冲 击后，调节流向上方的钢水流在到达弯液面之前的衰减程度，所以可 以调整铸模内钢水的流动。向浸入式水口吹入的Ar在从浸入式水口 出来时，在浸入式水口附近上浮，此时会产生钢水的上升流动。因此 调节Ar的吹入量可以调节铸模内钢水的流动。在本发明中所谓浸入 式水口的浸入深度是指浸入式水口出钢孔的上端到弯液面的距离。
如以上说明所述，以铸模长边铜板温度分布为基础，可以控制铸 模内钢水的流动，但是用测温元件测量的铸模长边铜板温度随铜板的 厚度、铸模用冷却水的温度和流量等因素的变化而改变。因此包含着 这些因素，使用传热计算模型从铸模铜板温度求铸模内钢水流速，可 以在排除掉钢水流速以外影响铸模铜板温度变化的因素，来进行铸模 内钢水流动控制。从用测温元件测量的铸模长边铜板温度换算成铸模 内钢水流速的方法如下。
图72是表示从铸模内钢水经过铸模长边铜板，向铸模长边铜板 用冷却水传递热量的过程，以及从钢水到冷却水的温度分布模式。如 图72所示，从钢水401到铸模长边铜板用冷却水405之间存在有凝 固壳402、铸模熔渣层403、铸模长边铜板404等各导热体，所以测 温元件406被埋设在铸模长边铜板404上，测量铸模长边铜板404内 的温度。图中To为钢水401的温度、TL为凝固壳402和钢水401界 面的温度、Ts为凝固壳402和铸模熔渣层403界面的温度、Tp为铸模 熔渣层403在铸模长边铜板404一侧的表面温度、TmH为铸模长边铜 板404在铸模熔渣层403一侧的表面温度、TmL为铸模长边铜板404 在冷却水405一侧的表面温度、Tw为冷却水405的温度。
此时从钢水401到冷却水405的导热体合成的总热阻可以用(23) 式表示，(23)式中R为总热阻、α为钢水和凝固壳之间的对流传热 系数、λs为凝固壳的导热率、λp为铸模熔渣层的导热率、λm为铸 模长边铜板的导热率、hm为铸模熔渣层和铸模长边铜板之间的传热系 数、hw为铸模长边铜板和冷却水之间的传热系数、ds为凝固壳厚度、 dp为铸模熔渣层厚度、dm为铸模长边铜板的厚度。
R＝(1/α)＋(ds/λs)＋(dp/λp)＋(1/hm)＋(dm/λm)＋(1/hw)…(23)
其中的铸模长边铜板厚度(dm)、铸模长边铜板的导热率(λm) 是由设备决定的确定值。凝固壳的导热率(λs)由钢种确定的话也是 确定的。铸模熔渣层厚度(dp)是由铸模熔渣的种类、铸模振动幅度、 频率和振动波形、铸坯拉速等决定的，是确定的值。铸模熔渣层的导 热率(λp)与铸模熔渣的种类无关，几乎是个定值。铸模长边铜板和 冷却水之间的传热系数(hw)是由冷却水405的流量、铸模长边铜板 404的表面粗糙度决定的话，是个确定的值。铸模熔渣层和铸模长边 铜板之间的传热系数(hm)由铸模熔渣种类决定的话，几乎是个定值。
可是钢水和凝固壳之间的对流传热系数(α)是一个沿凝固壳402 表面随钢水流速变化而改变的值，此对流传热系数(α)可以用(24) 式的平板近似式表示。(24)式中Nu为努赛尔数、λ1为钢水的导热 率、X1为有代表性的传热长度。
α＝Nu×λ1/X1………………………………………………(24) 其中努赛尔数(Nu)根据钢水流速范围的类别，用(25)式和(26) 式表示。在(25)式和(26)式中Pr为普朗特数、Re为雷诺数、U 为钢水流速、Uo为钢水的层流和紊流的转变速度。
Nu＝0.664×Pr1/3×Re4/5  (U＜Uo)………………………(25)
Nu＝0.036×Pr1/3×Re1/2    (U≥Uo)………………………(26)
普朗特数(Pr)和雷诺数(Re)分别用(27)式和(28)式表示。 (28)式中X2为有代表性的钢水流长度、v为钢水的动力粘度系数。
Pr＝0.1715…………………………………………………………(27)
Re＝U×X2/v……………………………………………………(28)
另一方面，从钢水401流向冷却水405的热通量利用(29)式表 示。(29)式中Q为从钢水流向冷却水的热通量、To为钢水温度、Tw 为冷却水温度。
Q＝(To－Tw)/R……………………………………………………(29)
铸模长边铜板404在冷却水405一侧的表面温度可以用(30)式 表示。(30)式中TmL为铸模长边铜板在冷却水一侧的表面温度。
TmL＝Tw＋Q/hw……………………………………………………(30)
用测温元件406测量的铸模长边铜板温度用(31)式表示。(31) 式中T为用测温元件测量的铸模长边铜板温度、d为铸模长边铜板在 钢水一侧的表面到测温元件末端的距离。
T＝TmL＋Q×(dm－d)/λm…………………………………………(31)
把(30)式代入第(31)式，铸模长边铜板温度(T)可用(32) 表示。
T＝Tw＋Q/hw＋Q×(dm－d)/λm…………………………………(32)
因此从铸模长边铜板温度(T)求钢水流速(U)的顺序如下。 首先把用测温元件测量的铸模长边铜板温度(T)的测量值代入(32) 式，求热通量(Q)。由于(32)式中除热通量(Q)以外右边的变量 全是已知的，可以反算求出热通量(Q)。然后把热通量(Q)代入(29) 式，求出总热阻(R)。其中也是除了总热阻(R)以外右边的变量都 是已知的，所以用反算的方法可以求出总热阻(R)。然后把总热阻 (R)代入(23)式，求对流传热系数(α)。其中也是除对流传热 系数(α)以外都是已知的，可反算求出对流传热系数(α)。把求 出的对流传热系数(α)代入(24)式，求努赛尔数(Nu)，把此努 赛尔数(Nu)代入(25)或(26)式，求雷诺数(Re)。最后把求出 的雷诺数(Re)代入(28)式，求钢水流速。这样在本发明中，就能 捕捉到由钢水和凝固壳之间对流传热系数(α)的变化引起钢水流速 的变化，从而捕捉到由此产生的铸模长边铜板温度(T)的变化，来 推断沿凝固界面钢水流速(U)。
图73是用以上原理求出的钢水流速和铸模长边铜板温度之间关 系的一个示例。如图73所示，铸模长边铜板温度即使相同，由于铸 坯拉速的变化钢水的流速也有很大差异，可以看出能从铸模长边铜板 温度推断钢水的流速。图73是以表7所示的变量为基础，从铸模长 边铜板温度计算出的钢水的流速，所以表7给出了铸坯拉速为 2.0m/min、1.3m/min铸造条件下各变量的示例。再有钢水的层流和紊 流之间的转变速度(Uo)是以0.1m/sec计算的，表7和图73中的Vc 为铸坯的拉速。
表7   4   铸模熔渣层和铸模铜板间的传热系数(hm)     2500W/m2·K   5   铸模铜板和冷却水间的传热系数(hw)     28750W/m2·K   6   铸模铜板厚度(dm)     0.04m   7   铸模铜板在钢水一侧的表面到测温元件的距离(d)     0.013m   8   冷却水温度(Tw)     25℃   9   凝固壳厚度(ds)     0.00348m(Vc＝2.0m/min)     0.00432m(Vc＝1.3m/min)  10   铸模熔渣层厚度(dp)     0.0006m  11   钢水温度(To)     1545℃  12   钢水导热率(λ1)     33.44W/m·K  13   有代表性的传热长度(X1)     0.23m  14   有代表性的钢水流长度(X2)     0.23m  15   钢水的动力粘度系数(v)     1×10-6m2/sec
象上述说明的那样，从铸模长边铜板温度可以求出铸模内钢水的 流速。另外本发明人为了弄清此原理，使用上述的连铸机，沿铸模长 边铜板的宽度方向设置多个测温元件，进行了以各测温元件的温度为 基础，推断铸模内钢水流速和铸模宽度方向流速分布的试验。使用镍 铝-镍铬合金(JIS热电偶K)做测温元件，热电偶的测温点在弯液面 下50mm，从铸模长边铜板的钢水一侧表面到热电偶末端的距离(d) 为13mm、相邻热电偶间隔为66.5mm。此热电偶列覆盖铸模长边铜板 宽度方向长度2100mm。各热电偶的电动势通过补偿导线接到零点补 偿器上，然后把电动势转换成电流模拟输出(4～20mA)，输入到数 据采集分析计算机。
铸模长边铜板温度的测量结果示于图74和图75。图74是拉速 为1.85m/min、向浸入式水口吹Ar的量为10Nl/min、浸入式水口的浸 入深度为260mm、铸造厚度220mm、宽度1650mm铸坯的铸造条件 (铸造条件1)下的测量结果。图75是拉速为1.75m/min、向浸入式 水口吹Ar的量为10Nl/min、浸入式水口的浸入深度为260mm、铸造 厚度220mm、宽度1750mm铸坯的铸造条件(铸造条件2)下的测量 结果。图74和图75都是在铸模宽度方向的两侧温度大幅度降低，这 是由于温度大幅度降低的附近有铸模短边的缘故。
图76和图77是用上述的换算方法，从图74和图75所示的铸模 长边铜板温度求出的钢水的流速。图76和图77中带●符号的曲线是 在各种铸造条件下，使用浸入棒式弯液面钢水流速计，测量的弯液面 附近钢水流速的结果。如图76和图77所示，从铸模长边铜板温度推 断的钢水流速和使用浸入棒式弯液面钢水流速计测量的钢水流速非常 吻合。表7的变量内，凝固壳厚度(ds)在铸造条件1为0.00362m， 在铸造条件2为0.00372m。
采用此方法，适当选择从铸模长边铜板的钢水一侧表面到测温元 件末端的距离(d)，测温元件输出变化的时间常数总是能够充分捕 捉到钢水流速的变化。
用此换算方法，铸模内钢水的流动特性为特性B时，流速的最大 值和最小值的差为0.25m/sec以下的比较平稳的速度分布，从铸造宽 度方向左右对称性的观点来看，以铸模宽度方向为中心左右对称位置 的流速差在0.20m/sec以下。本发明中所谓的速度差与钢水流动方向 无关，是流速的绝对值的差。
在本发明中，铸模长边铜板宽度方向流速分布的最大值和最小值 的差定为0.25m/sec以下，更希望控制成以浸入式水口为中心，在铸 模长边铜板宽度方向左右对称位置上的钢水流速差在0.20m/sec以下， 铸模内钢水流动被控制成特性B，能提高制品质量。
靠近铸模短边铜板测量的温度，由于增加了铸模短边铜板的冷却 效果，测量温度变低，在本发明中，向铸模宽度中心方向，从铸模短 边铜板的钢水一侧表面位置到距其150mm之间的铸模长边铜板温度， 不作为监视的对象。
下面用图对本发明进行说明。图78表示本发明一个实施形式的 连铸机的正视的断面简图，图79为它的侧视的断面简图。
在图78和图79中，相向设置的铸模长边铜板404和装在铸模长 边铜板404内相向设置的铸模短边铜板408组成铸模407，铸模407 的上方规定位置设置有中间包423，中间包装在中间包车(图中未表 示)上。中间包423通过设在中间包车上的升降装置(图中未表示) 上下移动，保持在规定的位置上。此升降装置通过升降控制装置419 进行控制。
在铸模长边铜板404背面的上部和下部设有长边水箱409，从背 面下部的长边水箱409供给的冷却水405通过管路410冷却铸模长边 铜板404，然后排到上部长边水箱409。从铸模长边铜板404前面的 侧表面到管路410的厚度即为铸模长边铜板厚度dm。图中没有表示， 铸模短边铜板408也同样冷却。
在铸模长边铜板404背面设置有磁场发生装置411。磁场发生装 置411产生的磁场即可以是静磁场，也可以是移动磁场，都可以。磁 场发生装置411的磁场强度用磁场强度控制装置417控制。为了容易 控制铸模407内钢水流动，希望对磁场发生装置411产生的磁场强度 以浸入式水口425为界，在铸模宽度方向左右分别调整。
在中间包423底部设有上水口428，连接此上水口428设置有由 固定板429、滑动板430、整流水口431组成的滑动水口424，在滑动 水口424下面设有浸入式水口425，构成从中间包423流入铸模407 的钢水流出孔432。
从钢包(图中没有表示)注入中间包423内的钢水401经钢水流 出孔432通过设在浸入式水口425下部，并且浸入到铸模407内钢水 401的出钢孔426，使钢水流427朝向铸模短边铜板408把钢水注入 到铸模407内。钢水401在铸模407内冷却形成凝固壳402，利用牵 引辊412变成向铸模407下方拉出的铸坯。此时铸模407内的弯液面 421上添加铸模熔渣422，铸模熔渣422熔融，流入凝固壳402和铸 模407之间，形成铸模熔渣层403。牵引辊412通过铸坯拉速控制装 置418来控制。
上水口428由多孔砖构成，为了防止氧化铝附着在钢水流出孔432 的壁上，通过Ar气供给装置，由上水口428向钢水流出孔432吹入 Ar气，Ar气供给装置由与上水口428连接的Ar气导入管(图中未表 示)和设在Ar气导入管上的Ar气流量调整阀(图中未表示)构成。 从上水口吹入的Ar气与钢水401一起通过浸入式水口425，从出钢孔 426流入铸模407内，通过铸模407内的钢水401上浮到弯液面421， 通过弯液面421上的铸模熔渣422排到大气中。Ar气供给装置通过吹 Ar量控制装置420来控制。
在铸模长边铜板404背面，沿铸模长边铜板404宽度方向设有多 个孔，作为测量铸模长边铜板404的铜板温度的测量点413。设从铸 模长边铜板404的钢水一侧表面到测温元件406的末端的距离为d， 各测量点413上测温元件406的末端设置成与铸模长边铜板404接触。 此时为了总能正确捕捉钢水流速，希望距离(d)在16mm以下。铸 造中为了不受弯液面421上下波动对温度变化的影响，希望从弯液面 421到测量点413的距离在10mm以上。为了正确把握铸模宽度方向 温度分布，希望相邻测量点413的间隔在200mm以下。
另一方面，测温元件406的另一端与零点补偿器414连接，测温 元件406输出的电动势信号经过零点补偿器414，被输入到转换器 415，用转换器415把电动势信号转换成电流信号后，以电流信号输 入到数据分析装置416中。数据分析装置416具有从铸模长边铜板温 度计算钢水流速的功能。数据分析装置416把信号输出到磁场强度控 制装置417、铸坯拉速控制装置418、升降控制装置419、以及吹Ar量控制装置420。作为测温点的测温元件406的末端不要用冷却水405 直接冷却，测温点413要用密封衬垫(图中未表示)与冷却水405隔 离。测温元件406无论是热电偶还是电阻测温体，只要能以±1℃的 精度测温就可以。
在这样构成的连铸设备中采用如下方法控制铸模内钢水的流动。 用数据分析装置416从铸模长边铜板温度的铸模宽度方向温度分布， 时时刻刻捕捉温度的最大值和最小值，同时要捕捉以浸入式水口425 为中心铸模长边铜板404宽度方向左右对称位置的温差。把控制信号 输送给磁场强度控制装置417、铸坯拉速控制装置418、升降控制装 置419、以及吹Ar量控制装置420中的任1个或2个以上，使捕捉到 的最大值和最小值的差在12℃以下，最好使铸模长边铜板404宽度方 向左右对称位置温差在10℃以下。收到控制信号的各个控制装置按控 制信号改变磁场强度、铸坯拉速、浸入式水口425的浸入深度、以及 吹Ar量，来控制钢水流动。
用数据分析装置416以从(23)式到(32)式为基础，用铸模长 边铜板温度、铸模长边铜板厚度(dm)、上述的距离(d)、钢水温 度、冷却水温度等数据，推断各测量点413的钢水流速。因此捕捉铸 模长边铜板404宽度方向钢水流速分布，把控制信号输送给磁场强度 控制装置417、铸坯拉速控制装置418、升降控制装置419、以及吹Ar量控制装置420中的任1个或2个以上，使捕捉到的钢水流速分布的 最大值和最小值的差在0.25m/sec以下，最好使以浸入式水口425为 中心铸模长边铜板404宽度方向左右对称位置钢水流速的差在 0.20m/sec以下。收到控制信号的各个控制装置按控制信号改变磁场强 度、铸坯拉速、浸入式水口425的浸入深度、以及Ar量，来控制钢 水流动。
用磁场发生装置411控制的情况下，根据本发明人的经验，铸模 407内钢水流动达到稳定状态需要30秒，所以希望改变磁场强度最少 需要间隔30秒以上。
表7中所示的构成(23)式到(32)式的15个变量中，随铸造 条件改变而改变，而且铸造中不能直接测量的变量有三个，即①凝固 壳厚度(ds)、②铸模熔渣层厚度(dp)、③铸模铜板和冷却水之间 的传热系数(hw)，对于这三个变量要预先用实测或模拟试验研究随 铸造条件改变而发生的数值的变化，以对应于测量铸模铜板温度时铸 造条件的数值为基础可计算出钢水流速。其他的12个变量可以由设 备条件和物理性质来确定。
这样对铸模内钢水流动进行控制，铸模内钢水流动被在线而且实 时控制成适当的流动特性，可以稳定地生产非常洁净的、优良的铸坯。
在上述说明中，测温元件406是在铸模长边铜板404的宽度方向 上设置1列，也可以在铸造方向上设置多列。在上述说明中，仅在单 侧的铸模长边铜板404设置测温元件406，也可以设置在两侧的铸模 长边铜板404上。此外向钢水流出孔432内吹Ar的位置也不仅限于 上水口428，也可以是固定板429和浸入式水口425。 [实施例1]
使用图78的板坯连铸机进行控制铸模内钢水流动的实施例说明 如下。连铸机为有3m垂直部分的立弯型，可以铸造最大2100mm的 铸坯。表8表示使用的连铸机的各参数。
表8      项  目   说    明    连铸机型式    立弯式   垂直部分长度      3m     钢包的钢水容量     250吨     中间包的钢水容量     80吨     铸坯厚度     220～300mm     铸坯宽度     675～2100mm     铸坯拉速     最大3m/min     浸入式水口     向下倾斜25度，出钢孔φ80mm
铸模长边铜板厚度(dm)为40mm，使用镍铝-镍铬合金(JIS热 电偶K)做测温元件，从铸模长边铜板的钢水一侧表面到热电偶末端 (测温点)的距离(d)为13mm、相邻热电偶间隔为66.5mm，热电 偶的测温点在弯液面下50mm，在整个铸模宽度方向长度2100mm埋 设热电偶。以拉速为1.60m/min、向浸入式水口吹Ar的量为10Nl/min、 浸入式水口的浸入深度为260mm条件下，用磁场发生装置在制动钢 水流方向上附加移动磁场，铸造厚度220mm、宽度1875mm铸坯。磁 场发生装置的各参数示于表9。 表9     项目     说    明     磁场形式     移动磁场     容量     2000KVA     电压     430V(最大)     电流     2700A(最大)     频率     2.6Hz(最大)     磁通密度     0.21特斯拉(最大)
最初把磁场发生装置的磁通密度定为0.03特斯拉进行铸造，此 时得到图80的铸模长边铜板温度分布。在此温度分布中，铸模短边 铜板附近的温度高，因此推断在弯液面铸模短边铜板附近钢水流速 快。这种情况下，推断对应的铸模内钢水流动为图81的情况。此流 动特性相当于特开平10-109145号公报的特性A。
给磁场发生装置增加供电，使磁通密度为0.05特斯拉时，铸模 长边铜板温度分布变成图82的温度分布。在此温度分布中，最大值 和最小值的差为8℃，铸模宽度方向左右对称位置的温差也变为10℃ 以下。因此可以推断在弯液面钢水流速在铸模宽度方向几乎是均匀 的，这种情况下，推断对应的铸模内钢水流动为图83的情况。此流 动特性相当于特开平10-109145号公报的特性B。
然后给磁场发生装置增加供电，使磁通密度为0.07特斯拉时， 铸模长边铜板温度分布变成图84的温度分布。在此温度分布中，浸 入式水口附近的温度高，因此可以推断在弯液面钢水流速在浸入式水 口附近最快，这种情况下，推断对应的铸模内钢水流动为图85的情 况。此流动特性相当于特开平10-109145号公报的特性C。
可以看出，这样利用控制磁场发生装置的磁场强度，能够把铸模 内钢水流动情况控制为适合的流动特性。在图81、图83、图85中， 中空的箭头表示移动磁场移动的方向。 [实施例2]
使用与实施例1相同的连铸机和温度检测装置，在以拉速 1.30m/min、吹Ar量为10Nl/min、浸入式水口浸入深度为260mm条 件下，用磁场发生装置在制动钢水流方向上附加移动磁场，铸造厚度 220mm、宽度1600mm的铸坯。
最初把磁场发生装置的磁通密度定为0.13特斯拉时，铸模长边 铜板温度分布成为图86所示的温度分布。在此板坯宽度方向中间偏 右侧的温度比左侧的温度高，因此可以推断在弯液面右侧的钢水流速 比左侧的钢水流速快。也就是说铸模宽度方向的左右存在偏流。把磁 场发生装置的磁通密度增加到0.17特斯拉时，变成图87所示的温度 分布。在此温度分布中，最大值和最小值的差为9℃，左右对称位置 的温差也变为10℃以下。因此可以推断在弯液面流速在铸模两侧相 等。在这种状态下，用浸入棒式钢水流速计测量弯液面钢水流速，确 认铸模内钢水流动特性为特性B。 [实施例3]
使用与实施例1相同的连铸机和温度检测装置，吹Ar量为 10Nl/min、浸入式水口浸入深度为260mm条件下，铸造厚度220mm、 宽度1600mm的铸坯。在此实施例中不使用磁场发生装置进行铸造。
最初用1.60m/min的铸坯拉速进行铸造时，铸模长边铜板温度分 布为图88所示的温度分布。在此温度分布中，在弯液面为铸模短边 铜板附近和浸入式水口附近具有极大值。从此温度分布可以推断在弯 液面铸模短边铜板附近和浸入式水口周围钢水流速快。也就是说铸模 短边铜板附近的钢水流是由于从浸入式水口流出的钢水流，与短边凝 固壳冲击后分为上下两个支流，使产生的上升流引起流动，此外浸入 式水口附近的钢水流是由于吹入浸入式水口内Ar气，在浸入式水口 的出钢孔附近上浮时，引起的钢水上升流造成的流动。认为是这两支 钢水流相遇位置，也就是铸模的铸模短边铜板和浸入式水口的中间 点，两者的流动相碰，因此使流速变小。实际测量的温度分布中有极 小值。
降低铸坯拉速，降到1.30m/min时，变成图89所示的温度分布。 在此温度分布中，最大值和最小值的差为12℃，左右对称位置的温差 也变为10℃以下。因此可以推断在弯液面流速在铸模宽度两侧相等。 在这种状态下，用浸入棒式钢水流速计测量弯液面钢水流速，确认铸 模内钢水流动特性为特性B。可以认为这是由于降低铸坯拉速，钢水 流变慢，钢水流不能到达铸模短边一侧的凝固壳，从出钢孔到短边凝 固壳之间分散开来。 [实施例4]
使用与实施例1相同的连铸机和温度检测装置，在以拉速 1.50m/min、吹Ar量为10Nl/min条件下，用磁场发生装置在制动钢水 流方向上附加移动磁场，铸造厚度220mm、宽度1000mm的铸坯。
最初把磁场发生装置的磁通密度定为0.03特斯拉、浸入式水口 浸入深度为180mm进行铸造时，铸模长边铜板温度分布为图90所示 的温度分布。在此温度分布中，浸入式水口附近具有极大值。从此温 度分布可以推断在弯液面浸入式水口周围的钢水流速快。也就是说搞 清了钢水流动是由于Ar气吹入浸入式水口内，在浸入式水口出钢孔 附近上浮时，引起的钢水上升流造成的流动为主体的钢水流动。
磁通密度保持在0.03特斯拉，浸入式水口的浸入深度增加到 230mm时，成为图91所示的温度分布。在此温度分布中，最大值和 最小值的差为9℃，左右对称位置的温差也变为10℃以下。因此可以 推断在弯液面流速在铸模宽度中央两侧相等。在这种状态下，用浸入 棒式钢水流速计测量弯液面钢水流速，确认铸模内钢水流动特性为特 性B。认为这是由于浸入式水口浸入深度增加，浸入式水口附近的上 升流远离浸入式水口，实际上减弱了浸入式水口附近的上升流。 [实施例5]
使用与实施例1相同的连铸机和温度检测装置，在以拉速 2.0m/min、吹Ar量为10Nl/min、浸入式水口浸入深度为220mm条件 下，用磁场发生装置在制动钢水流方向上附加移动磁场，铸造厚度 220mm、宽度1600mm的铸坯。磁场发生装置以浸入式水口为界可以 在铸模宽度方向左右分别调整附加磁场强度。
最初把磁场发生装置左右的磁通密度都定为0.06特斯拉时，铸 模长边铜板温度分布成为图92所示的温度分布。在此温度分布中， 以铸模宽度方向的中间为界，右侧的温度比左侧的温度高，因此可以 推断在弯液面右侧的钢水流速比左侧的钢水流速快。也就是说铸模宽 度方向的左右存在偏流。
只把铸模右侧的磁场发生装置的磁通密度增加到0.065特斯拉 时，变成图93所示的温度分布，铸模宽度方向左右的偏流缓和了。 进一步把铸模右侧的磁场发生装置的磁通密度增加到0.07特斯拉时， 变成图94的温度分布。在此温度分布中，最大值和最小值的差为12 ℃，铸模宽度方向左右对称位置的温差也变为10℃以下。因此可以推 断在弯液面流速在铸模宽度方向左右两侧相等。
在此状态下，用浸入棒式钢水流速计测量弯液面钢水流速，确认 铸模内钢水流动特性为特性B。为了确认这一点，把铸模右侧的磁场 发生装置的磁通密度调回到与左侧相同的0.06特斯拉时，变成图95 所示的温度分布。在此温度分布中，铸模宽度方向右侧的温度分布比 左侧高，又回到了原来铸模宽度方向左右有偏流的状态。
在铸模宽度方向中心的左侧和右侧，用分别距中心665mm位置 设置的热电偶，测量的铸模铜板温度的变化示于图96。可看出利用左 右独立的附加磁场能控制偏流。
在此例子中，采用了在流动强的一侧增加磁场强度的方法，也可 以采用在流动弱的一侧减弱磁场强度的方法。在加速流动方向上附加 移动磁场的情况下，可以采用减弱在流动强的一侧磁场强度的方法或 增强在流动弱的一侧磁场强度的方法。