(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を供給する開口部を上面に有するインゴットモールドを備えた連続鋳造プラント用の湯面のレベルを測定するセンサーであって、
前記インゴットモールドの上面に対して垂直に配置され、前記インゴットモールドから遠ざかる上方力線、並びに、前記インゴットモールドの上面及び前記湯面を覆う下方力線として力線が広がっている磁界を発生させるように電流により駆動される空芯の励起コイルと、
前記励起コイルに対して平行に配置され、前記湯面のレベルの変化に応じて変化する前記下方力線の作用により誘導電圧が発生する空芯の下部検出コイルと、
前記励起コイルに対して平行に配置され且つ前記下部検出コイルの上に配置され、前記下部検出コイルと外形及び特性が同等で、且つ前記湯面による干渉を実質的に受けない前記上方力線の作用により誘導電圧が発生する空芯の上部検出コイルとを備え、
前記開口部に隣接するように前記インゴットモールドの上面に配置されている、センサー。
【請求項２】
前記上部検出コイル及び前記下部検出コイルは、前記励起コイルと並置されている、請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
前記上部検出コイルと前記下部検出コイルとは、前記励起コイルの対称面に対して互いに対称に配置されている、請求項１又は２に記載のセンサー。
【請求項４】
前記励起コイル、前記下部検出コイル及び前記上部検出コイルの導線が巻き付けられている、非磁性で且つ絶縁性であるコアを備えている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項５】
前記コアは、前記励起コイルの導線がらせん状に巻かれた第１の溝部と、前記下部検出コイル及び前記上部検出コイルの導線がそれぞれらせん状に巻かれ、軸が互いに平行で且つ前記励起コイルを受ける前記第１の溝部の軸と平行な、２つの並置された第２の溝部を有している、請求項４に記載のセンサー。
【請求項６】
前記コアは、それぞれが２つの前記第２の溝部の一方と、前記第１の溝部の半分とを有する２つの部分が組み合わされている、請求項５に記載のセンサー。
【請求項７】
前記第１の溝部及び前記第２の溝部のそれぞれは、実質的に長方形状である、請求項５又は６に記載のセンサー。
【請求項８】
前記励起コイル、前記下部検出コイル及び前記上部検出コイルを保護するハウジングと、
前記励起コイル、前記下部検出コイル及び前記上部検出コイルとの電気的な接続のための手段とを備えている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項９】
前記ハウジングの上部壁、下部壁及び前面壁は、高絶縁性の材料からなる、請求項８に記載のセンサー。
【請求項１０】
前記励起コイル、前記下部検出コイル及び前記上部検出コイルを保護するハウジングと、
前記ハウジングの上部壁及び下部壁を覆う高磁気抵抗率の材料からなるプレートを有している、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１１】
前記開口部の近傍に配置された温度測定プローブが接続されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１２】
前記インゴットモールドの壁面に配置された温度測定プローブが接続されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１３】
冷却回路を備えている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセンサー。
【請求項１４】
溶融金属を供給する開口部を上面に有するインゴットモールドを備えた連続鋳造プラントにおいて湯面のレベルを測定する方法であって、
前記インゴットモールドの上面に対して垂直で且つ前記開口部に隣接して配置された空芯の励起コイルに、前記インゴットモールドから遠ざかる上方力線と前記インゴットモールドの上面及び湯面を覆う下方力線として力線が広がっている磁界を発生させるために電圧を印加する工程と、
前記湯面のレベルの変化に応じて変化する前記下方力線の作用によって、前記励起コイルと平行に配置された空芯の下部検出コイルに生じる誘導電圧を測定する工程と、
前記励起コイルと平行で、前記下部検出コイルの上に配置され、前記下部検出コイルと外形及び特性が同等である空芯の上部検出コイルに、前記湯面による干渉を実質的に受けない前記上方力線の作用により生じる誘導電圧を測定する工程と、
前記インゴットモールド内における湯面のレベルを得るために、前記下部検出コイルの誘導電圧及び前記上部検出コイルの誘導電圧を比較すると共にデジタル処理する工程と、
前記インゴットモールドの温度を測定する工程と、
前記インゴットモールドの温度に応じて前記湯面のレベルをデジタル処理により補正する工程とを備えている、測定方法。
【請求項１５】
前記インゴットモールドの幅に応じて前記湯面のレベルをデジタル処理により補正する工程をさらに備えている、請求項１４に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造インゴットモールド中における金属のレベルを測定するセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造冶金法は、１５００℃程度の状態において底のないモールドを用いて溶融金属を鋳造する方法である。インゴットモールドの形状は、連続的に押し出されるインゴットの断面形状を規定する。
【０００３】
この方法における重要な要因は、インゴットモールド内における溶融金属のレベルである。
【０００４】
溶融金属のレベルを監視することは、つり下げ式の電磁センサーを用いることにより従来から可能である（例えば特許文献１を参照。）。
【０００５】
この種のセンサーは、２つ又は３つの独立したコイルを有し、コイルはすべて溶融金属表面に対して平行に配置される。第１のコイルは励起機能を有し、第２及び第３のコイルは励起コイルの両側方に配置され、測定機能を有する。
【０００６】
この種のセンサーの動作原理は、制御回路により発生させた交流信号を励起コイルに流し、磁界を発生させることにある。
【０００７】
発生させた磁界は、インゴットモールド内における溶融金属のレベルに応じて程度の差はあるが干渉を受ける。
【０００８】
溶融金属のレベルに対応して磁界が変化するため、溶融金属に隣接して配置された測定コイルに誘起された電圧は、インゴットモールド内における金属のレベルを示す。
【０００９】
溶融金属に隣接して配置された測定コイルを通過する誘導電圧は、反対側の測定コイルを通過する誘導電圧と比較される。その結果、これら２つの誘導電圧の差から液状金属のレベルを干渉を受けることなく求めることができる。
【００１０】
実際には、副次的な悪影響を避けるために、電磁センサーは溶融金属の上方につり下げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許４６４７８５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
溶融金属の上方にこのようなセンサーを配置すると、鋳造を行う作業者の障害となる。作業者は、溶融金属の表面における「清浄度」を常にチェックし、溶融金属の表面を手入れする必要がある。
【００１３】
さらに、インゴットモールドの上流にある取鍋からインゴットモールドの中へ溶融金属を供給する配管を交換する場合には、インゴットモールドから完全に取り除かなければならない。
【００１４】
このような技術的な背景の元において、本発明の目的の一つは、鋳造面から離して配置でき、且つ電磁的及び熱的な干渉をほとんど受けない連続鋳造インゴットモールド用の溶融金属測定電磁センサーを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、溶融金属を供給する開口部を上面に有するインゴットモールドを備えた連続鋳造プラントにおいて湯面のレベルを測定するためのセンサーに関する。
【００１６】
さらに、センサーは以下のような構成を備えている。インゴットモールドの上面に対して垂直に配置され、インゴットモールドから遠ざかる上方力線と、前記インゴットモールドの上面及び前記湯面を覆う下方力線として力線が広がっている磁界を発生させるように電流により駆動される空芯の励起コイルと、励起コイルに対して平行に配置され、湯面のレベルの変化に応じて変化する下方力線の作用により誘導電圧が発生する空芯の下部検出コイルと、励起コイルに対して平行に配置され且つ下部検出コイルの上に配置され、下部検出コイルと外形及び特性が同等で、湯面による干渉を実質的に受けない上方力線の作用により誘導電圧が発生する空芯の上部検出コイルとを備え、開口部に隣接するようにインゴットモールドの上面に配置されている。
【００１７】
このため、本発明は溶融金属の端部となるインゴットモールドの上に恒久的に設置することが可能な独自の構成を有するセンサーを実現できる。従来のように溶融金属の直上としなくても、本発明のセンサーは溶融金属のレベルを測定できる。これは、湯面に対して垂直な平面に励起コイル及び検出コイルを配置することによって可能となる。従って、本発明のセンサーは、湯面に対して平行な磁界を測定に用いる。
【００１８】
さらに、本発明のセンサーは、強磁性体からなるコアを用いない空芯コイルを用いている。このような構成は、測定精度の向上に大きく寄与する。なぜなら、従来のセンサーに用いられている強磁性体のコアは、温度変化及び電磁干渉に敏感であり、予測することが非常に困難なヒステリシスを示すためである。このため、本発明のセンサーは、外乱並びに磁気及び温度の変化に対して耐性を有する。
【００１９】
上部検出コイル及び下部検出コイルは、励起コイルと並置されていることが好ましい。このような構成とすることにより、外乱要因を低減すると共にセンサーを小型化できる。
【００２０】
本発明の一形態においては、下部検出コイルと上部検出コイルとは、励起コイルの対称面に対して互いに対称に配置されている。
【００２１】
センサーは、励起コイル及び２つの検出コイルの導線が巻き付けられた非磁性で且つ絶縁性のコアを有している形態でもよい。
【００２２】
励起コイルの導線がらせん状に巻かれた溝部と、検出コイルの導線がらせん状に巻かれ、軸が互いに平行で且つ励起コイルを受ける溝部の軸と平行な、２つの並置された溝部とを有しているコアを用いた形態でもよい。
【００２３】
形成を容易にするために、それぞれが検出コイルの２つの溝部の一方と、励起コイルの溝部の半分とを有する２つの組み合わされた部分からなるコアを用いた形態としてもよい。
【００２４】
各溝部が実質的に長方形状である形態でもよい。
【００２５】
さらに、センサーはコイルを保護するハウジングと、コイルとの電気的な接続のための手段とを有していてもよい。
【００２６】
うず電流による磁界の損失を最小にするためは、ハウジングの上部壁及び下部壁並びに前面壁は、高抵抗の材料により形成すればよい。
【００２７】
磁界を適切にするために、センサーを下部及び上部壁を覆う低抵抗のプレートを有する形態としてもよい。
【００２８】
センサーに冷却回路が組み込まれた形態としてもよい。
【００２９】
１つの形態として、センサーを開口部の近傍に配置された温度測定プローブと接続し、インゴットモールドの銅板の温度を測定できるようにしてもよい。温度を測定することにより、インゴットモールドの温度変化に起因するセンサーのドリフトを補償することができる。温度プローブは、インゴットモールドの壁面に設けることができる。
【００３０】
別の形態として、本発明は、溶融金属を供給するための開口部が設けられた上面を有するインゴットモールドを備えた連続鋳造プラントにおいて湯面のレベルを測定する方法に関し、以下のようなステップを備えている。
【００３１】
インゴットモールドの上面に対して垂直で且つ前記開口部に隣接して配置された空芯の励起コイルに、インゴットモールドから遠ざかる上方力線とインゴットモールドの上面及び湯面を覆う下方力線として力線が広がっている磁界を発生させるために電圧を印加する工程と、湯面のレベルの変化に応じて変化する下方力線の作用によって、励起コイルと平行に配置された空芯の下部検出コイルに生じる誘導電圧を測定する工程と、励起コイルと平行で、下部検出コイルの上に配置され、下部検出コイルと外形及び特性が同等である空芯の上部検出コイルに、湯面による干渉を実質的に受けない上方力線の作用により生じる誘導電圧を測定する工程と、インゴットモールド内における湯面のレベルを得るために、下部検出コイルの誘導電圧及び上部検出コイルの誘導電圧を比較すると共にデジタル処理する工程と、インゴットモールドの温度を測定する工程と、インゴットモールドの温度に応じて湯面のレベルをデジタル処理により補正する工程とを備えている。
【００３２】
本発明は、測定精度を向上させることができるインゴットモールドのレベルの測定を実現する。インゴットモールの温度変化の影響を補正するために、本発明は温度の測定と共に、温度により湯面のレベルを補正する。
【００３３】
一つの形態として、インゴットモールドの幅に基づいてデジタル処理により湯面のレベルを補正してもよい。
【００３４】
以下において、センサーの一実施形態を図面に基づいて説明するが、これは本発明を容易に理解するための例示であり限定ではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】インゴットモールドの上に位置するセンサーを示す模式図である。
【図２】センサーのコアを示す斜視図である。
【図３】センサーの冷却チャネルを示す断面図である。
【図４】センサーの冷却チャネルを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１には、インゴットモールドの一部を示している。従来と同様にインゴットモールドは、上面３及び開口部４を有している。開口部４の横断面は、インゴットモールド２により得られるインゴットの断面を規定する。
【００３７】
溶融金属は、供給管（図示せず）によりインゴットモールド２の開口部４に導かれ、そのレベルは溶融金属の供給流速を制御するために連続的に測定される。
【００３８】
図１に示すようにセンサー１は、開口部４の近傍に設けられている。言い換えると、センサー１は、開口部４の端部に位置しているが、開口部４の直上には位置していない。
【００３９】
センサーは、セラミック又は金属からなるハウジング５を有している。図１に示すように、デバイスは、上部壁５ａ及び下部壁５ｂの内面上に設けられ、例えば銅からなり、電磁シールドとして機能するライニングであるプレート６を有している。他の実施形態として、ハウジングの上部壁５ａ及び下部壁５ｂが電磁シールドとなる材料により形成された構成でもよい。
【００４０】
一方、ハウジングの前面壁５ｃ（インゴットモールドの開口部４に隣接する面）は、非常に高抵抗の金属により形成されていることが好ましい。
【００４１】
センサー周辺は高温となるため、ハウジング５は水冷又は空冷するシステムを備えていてもよい。図３及び４は、ハウジング５内に形成され、冷却液が循環する複数のチャネル１１を備えた冷却回路を示している。
【００４２】
ハウジング５は、クランプ又はねじによりインゴットモールドに固定することができる。従来のセンサーと異なり、本発明のセンサーは、インゴットモールドの上に恒久的に取り付けるように設計されている。
【００４３】
ハウジング５の内部に設けられたセンサー１は、３つのコイルを有している。３つのコイルは、インゴットモールドの上面に対して直交しており、３つのコイルは湯面に対して垂直な平面に配置されている。
【００４４】
コイルの１つは、励起コイル７であり、インゴットモールドの上面と直交している。励起コイル７は、らせん状に巻かれた導線からなり、４００Ｈｚ〜１２００Ｈｚ程度の低周波電流を通過させる。
【００４５】
他の２つコイルは、検出コイルであり、下部検出コイル８と上部検出コイル９とが上下に配置されている。
【００４６】
下部検出コイル８と上部検出コイル９とは、励起コイル７の対称面に対して対称的に配置されている。
【００４７】
図１の明瞭性のために、図１においては励起コイル及び検出コイルが巻かれているコア１０を図示していない。コア１０については、図２において示している。
【００４８】
コア１０は、励起コイル７を形成する導線がらせん状に巻かれている溝部１２と、互いに平行で且つ励起コイルを受ける溝部１２の軸と平行な軸を有する２つの上下に配置された溝部１３とを有し、それぞれの溝部１３には、検出コイルを形成する導線がらせん状に巻かれている。
【００４９】
溝部１２及び１３のそれぞれは、実質的に長方形状とすることができる。
【００５０】
容易に形成するために、それぞれが検出コイルのための溝部１３と励起コイルのための溝部１２の半分とを有する、部分１０ａ及び１０ｂを組み合わせてコアを形成すればよい。
【００５１】
コア１０は高温に対する耐性を有するセラミック又はプラスチック等の非磁性で且つ絶縁性の材料により形成すればよい。
【００５２】
操作としては、励起コイル７に電流を流すことによりコイルの内側及び外側に磁界を発生させる。
【００５３】
上方力線１４は、インゴットモールドから遠ざかる方向に拡散し、上部検出コイル９を通過する。一方、下方力線１５はインゴットモールド及び、特に湯面を含むインゴットモールド２の一部に供給されると共に、下部検出コイル８を通過する。
【００５４】
図１において破線で示すように、溶融金属のレベルの変化は、下方力線を擾乱させ、下部検出コイルにおいて電圧の変化を生じさせる。
【００５５】
下部検出コイル８及び上部検出コイル９は、誘導電圧を処理し、増幅し、比較する電子処理ユニットと接続されている。
【００５６】
上部検出コイル９における誘導電圧を比較することにより、インゴットモールド内の液状金属のレベルを決定することが可能となる。励起コイル及び検出コイルの通常の配置は、鋳造開口部の端部でインゴットモールドの上にセンサーを配置することを可能とする。
【００５７】
本発明のセンサーに温度プローブを設けることも可能である。温度プローブは、開口部４に近接した位置又はインゴットモールドの壁面に設けることが好ましい。
【００５８】
熱電対型又はサーミスタ型の温度プローブは、温度に関するデータを積分する電子処理ユニットと接続する。これによりインゴットモールドの壁面の温度による変化に由来する測定値のずれを補償することが可能となる。
【００５９】
本発明は、非限定的な例として示した上記の実施形態に限定されるものではなく、むしろ実施形態を全て包含するものである。
【図１】
0005558559.tif 000002
【図２】
0005558559.tif 000003
【図３】
0005558559.tif 000004
【図４】
0005558559.tif 000005