(57)【要約】【課題】モールドパウダー層の厚さ計測装置において、小型の装置により高い精度で、粉末層及び溶融層の一方または両方の厚さを計測可能とすることである。【解決手段】厚さ計測装置１０は、鋳型５０内の溶鋼５６上におけるモールドパウダーの粉末層５２の表面５２ａにマイクロ波を発信し、マイクロ波の反射波の振幅及び位相を複数の周波数のそれぞれについて計測し、計測した結果を逆フーリエ変換によって時間軸情報に変換し、時間軸情報に基づく距離情報から得た、モールドパウダーの粉末層５２の表面５２ａ、及び、粉末層５２とモールドパウダーの溶融層５４との界面５２ｂの位置と、溶鋼の湯面５７の位置とに基づいて、モールドパウダーの粉末層５２及び溶融層５４の厚さの一方または両方を計測する。【選択図】図１
2019051550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内の溶鋼上におけるモールドパウダーの粉末層の表面にマイクロ波を発信し、前記マイクロ波の反射波の振幅及び位相を複数の周波数のそれぞれについて計測し、計測した結果を逆フーリエ変換によって時間軸情報に変換し、前記時間軸情報に基づく距離情報から得た、前記モールドパウダーの前記粉末層の表面、及び、前記粉末層と前記モールドパウダーの溶融層との界面の位置と、前記溶鋼の湯面の位置とに基づいて、前記モールドパウダーの前記粉末層及び前記溶融層の厚さの一方または両方を計測する、モールドパウダー層厚さ計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモールドパウダー層厚さ計測装置において、
前記複数の周波数は、ステップ状に変化させた複数の周波数であり、
前記マイクロ波の反射波の振幅及び位相を前記複数の周波数のそれぞれについて計測した結果を逆フーリエ変換によって前記時間軸情報に変換し、前記時間軸情報に基づく距離情報により、前記モールドパウダーの前記粉末層の表面及び底面の位置を計測する、モールドパウダー層厚さ計測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のモールドパウダー層厚さ計測装置において、
前記マイクロ波の発信により得られた前記反射波の信号特性における振幅に、前記モールドパウダーの前記粉末層の厚さ及び特性に応じたフィルタ処理を施すことにより、前記粉末層の表面及び底面の位置に対応するパルス形状を制御し、前記粉末層の表面及び底面の位置を推定する、モールドパウダー層厚さ計測装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモールドパウダー層厚さ計測装置において、
湯面位置センサによって求めた前記溶鋼の湯面の位置の計測値から、前記モールドパウダーの前記粉末層の表面位置の計測値を減算することにより、前記モールドパウダーの前記粉末層及び前記溶融層の合計の厚さを計測する、モールドパウダー層厚さ計測装置。
【請求項５】
請求項４に記載のモールドパウダー層厚さ計測装置において、
前記モールドパウダーの前記粉末層の表面及び底面の位置の計測値の差に基づいて、前記粉末層の厚さを計測し、
前記粉末層及び前記溶融層の合計の厚さから前記粉末層の厚さを減算することによって、前記溶融層の厚さを計測するモールドパウダー層厚さ計測装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモールドパウダー層厚さ計測装置において、
前記マイクロ波の発信装置及び受信装置がベクトルネットワークアナライザにより構成される、モールドパウダー層厚さ計測装置。
【請求項７】
鋳型内の溶鋼上におけるモールドパウダーの粉末層の表面にマイクロ波を発信し、前記マイクロ波の反射波の振幅及び位相を複数の周波数のそれぞれについて計測し、計測した結果を逆フーリエ変換によって時間軸情報に変換し、前記時間軸情報に基づく距離情報から得た、前記モールドパウダーの前記粉末層の表面、及び、前記粉末層と前記モールドパウダーの溶融層との界面の位置と、前記溶鋼の湯面の位置とに基づいて、前記モールドパウダーの前記粉末層及び前記溶融層の厚さの一方または両方を計測する、モールドパウダー層厚さ計測方法。
【請求項８】
請求項７に記載のモールドパウダー層厚さ計測方法において、
前記複数の周波数は、ステップ状に変化させた複数の周波数であり、
前記マイクロ波の反射波の振幅及び位相を前記複数の周波数のそれぞれについて計測した結果を逆フーリエ変換によって前記時間軸情報に変換し、前記時間軸情報に基づく距離情報により、前記モールドパウダーの前記粉末層の表面及び底面の位置を計測する、モールドパウダー層厚さ計測方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載のモールドパウダー層厚さ計測方法において、
前記マイクロ波の発信により得られた前記反射波の信号特性における振幅に、前記モールドパウダーの前記粉末層の厚さ及び特性に応じたフィルタ処理を施すことにより、前記粉末層の表面及び底面の位置に対応するパルス形状を制御し、前記粉末層の表面及び底面の位置を推定する、モールドパウダー層厚さ計測方法。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のモールドパウダー層厚さ計測方法において、
湯面位置センサによって求めた前記溶鋼の湯面の位置の計測値から、前記モールドパウダーの前記粉末層の表面位置の計測値を減算することにより、前記モールドパウダーの前記粉末層及び前記溶融層の合計の厚さを計測するモールドパウダー層厚さ計測方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のモールドパウダー層厚さ計測方法において、
前記モールドパウダーの前記粉末層の表面及び底面の位置の計測値の差に基づいて、前記粉末層の厚さを計測し、
前記粉末層及び前記溶融層の合計の厚さから前記粉末層の厚さを減算することによって、前記溶融層の厚さを計測するモールドパウダー層厚さ計測方法。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載のモールドパウダー層厚さ計測方法において、
前記マイクロ波の発信装置及び受信装置がベクトルネットワークアナライザにより構成される、モールドパウダー層厚さ計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型内の溶鋼上におけるモールドパウダー層厚さ計測装置及び厚さ計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造では、溶鋼の保温、潤滑、不純物除去などを目的にして、鋳型内の溶鋼の湯面上にモールドパウダーと呼ばれる粉末が投入される。溶鋼の湯面上に投入されたモールドパウダーは溶鋼の熱によって液体状態になった溶融層と、その上の粉末層とに分かれる。これら各層の厚さはモールドパウダーの目的となる働きを維持する上で非常に重要である。そのため、これら各層の厚さを計測する技術が求められている。一方、溶鋼は、１３００℃を超える高温である。また、モールドパウダーは、粉塵となって鋳型周囲に散っている。これにより、超音波やレーザを用いた厚さ計測装置を適用することは困難である。
【０００３】
特許文献１には、マイクロ波の伝播特性が大気中の温度や粉塵の影響を受けづらい点に着目した技術であって、マイクロ波の反射信号からモールドパウダーの粉末層及び溶融層の厚さを計測する技術が記載されている。特許文献１に記載された各層の厚さの算出方法として、次の第１〜第３の場合に対応した算出方法が記載されている。第１の場合は、モールドパウダーの粉末層及び溶融層の界面からのマイクロ波が明瞭に得られず、溶鋼湯面からのマイクロ波が明瞭に得られる場合である。第２の場合は、粉末層及び溶融層の界面からのマイクロ波が明瞭に得られるが、溶鋼湯面からのマイクロ波が明瞭に得られない場合である。第３の場合は、粉末層及び溶融層の界面、及び、溶鋼湯面からのマイクロ波を明瞭に得られる場合である。例えば、第１の場合には、ＦＭＣＷ（Frequency Modulation Continuous Wave）方式の測定で、照射器からのマイクロ波を用いて、粉末層及び溶融層の平均誘電率の影響を受けるマイクロ波による溶鋼湯面の位置を計測する。そして、その湯面の位置の計測値と、粉末層及び溶融層の平均誘電率の影響を受けない湯面位置センサでの計測値の差と、事前に用意した溶融層厚さとの相関に基づいて溶融層の厚さを導出する。残りの２つの場合についても、それぞれの場合に合わせた相関などを用いることで各層の厚さを計測できる。
【０００４】
また、特許文献２には、特許文献１と同様の条件及び装置によってモールドパウダーの粉末層の厚さ計測を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−００６２０６号公報
【特許文献２】特開２０１４−０３４０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された技術では、ＦＭＣＷ方式でマイクロ波を用いた測定を行っている。このＦＭＣＷ方式では、広帯域の受信回路を使用するためにノイズが生じやすい。一方、感度の高い大型の高周波アンテナを用いることでこの問題を解消することが考えられるが、この場合には、操業設備によっては大型のアンテナを使用するために装置全体が大型化する。
【０００７】
また、特許文献２に記載された技術によってモールドパウダーの粉末層の厚さ計測を行う場合には、その計測精度は粉末層に対して＋側、−側のそれぞれで例えば５ｍｍと大きい。これにより、所望のモールドパウダー層の厚さが数十ｍｍと小さい場合には、高い精度で計測することが困難である。
【０００８】
本発明の目的は、モールドパウダー層の厚さ計測装置及び厚さ計測方法において、小型の装置により高い精度で、粉末層及び溶融層の一方または両方の厚さを計測できる構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るモールドパウダー層厚さ計測装置は、鋳型内の溶鋼上におけるモールドパウダーの粉末層の表面にマイクロ波を発信し、前記マイクロ波の反射波の振幅及び位相を複数の周波数のそれぞれについて計測し、計測した結果を逆フーリエ変換によって時間軸情報に変換し、前記時間軸情報に基づく距離情報から得た、前記モールドパウダーの前記粉末層の表面、及び、前記粉末層と前記モールドパウダーの溶融層との界面の位置と、前記溶鋼の湯面の位置とに基づいて、前記モールドパウダーの前記粉末層及び前記溶融層の厚さの一方または両方を計測する。
【００１０】
本発明に係るモールドパウダー層厚さ計測方法は、鋳型内の溶鋼上におけるモールドパウダーの粉末層の表面にマイクロ波を発信し、前記マイクロ波の反射波の振幅及び位相を複数の周波数のそれぞれについて計測し、計測した結果を逆フーリエ変換によって時間軸情報に変換し、前記時間軸情報に基づく距離情報から得た、前記モールドパウダーの前記粉末層の表面、及び、前記粉末層と前記モールドパウダーの溶融層との界面の位置と、前記溶鋼の湯面の位置とに基づいて、前記モールドパウダーの前記粉末層及び前記溶融層の厚さの一方または両方を計測する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るモールドパウダー層厚さ計測装置及び厚さ計測方法によれば、マイクロ波の反射波について複数の周波数のそれぞれにおいてＦＭＣＷ方式の場合より狭帯域の受信回路により計測ができる。これにより、モールドパウダー粉末層の表面及び底面の位置を高ＳＮ比で計測できる。このとき、感度の高い大型の高周波アンテナを用いる必要がない。これにより、小型の装置により、粉末層の表面及び底面の位置の計測値に基づく、粉末層及び溶融層の一方または両方の厚さの計測精度も高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施形態のモールドパウダー層厚さ計測装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施形態のモールドパウダー層厚さ計測方法において、時間軸情報の取得方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る実施形態において、マイクロ波の複数の周波数における反射波の振幅の計測結果を示す図である。
【図４】本発明に係る実施形態において、マイクロ波の複数の周波数における反射波の位相の計測結果を示す図である。
【図５】反射波の振幅の計測結果に乗算する窓関数における周波数と振幅との関係を示す図である。
【図６】反射波の振幅及び位相の計測結果を逆フーリエ変換することにより得られた関係であって、アンテナ及びケーブルの接続位置から反射源にマイクロ波が到達する時間（反射源へのマイクロ波到達時間）と反射波の大きさとの関係を示す図である。
【図７】アンテナ及びケーブルの接続位置から反射源までの距離と反射波の大きさとの関係を示す図である。
【図８】本発明の実施形態の効果を確認するために行った基礎実験の実験装置を示す模式図である。
【図９】基礎実験の計測結果を示す図であって、窓関数にカイザー窓を用いた図７に対応する図である。
【図１０】基礎実験の計測結果を示す図であって、窓関数に矩形窓を用いた図７に対応する図である。
【図１１】基礎実験での粉末層の投入厚さと、実施形態の計測方法による粉末層の厚さの計測結果との関係を示す図である。
【図１２】鋼の連続鋳造における操業中に鋳型内に投入されたパウダー粉末層に対して一定時間ごとに粉末層と溶融層との合計の厚さを実施形態の計測方法により計測した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下で説明する材料、個数、及び数値は、説明のための例示であって、モールドパウダー層厚さ計測装置の仕様に応じて適宜変更することができる。以下において複数の実施形態や、変形例などが含まれる場合、それらを適宜組み合わせて実施することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。
【００１４】
図１は、実施形態のモールドパウダー層厚さ計測装置１０の概略構成を示す図である。モールドパウダー層厚さ計測装置１０は、鋼の連続鋳造の操業中における鋳型５０内に投入されたモールドパウダーの粉末層５２及び溶融層５４の厚さを計測するために用いる。粉末層５２及び溶融層５４により、モールドパウダー層５１が形成される。以下では、モールドパウダー層厚さ計測装置１０は、厚さ計測装置１０と記載する。
【００１５】
厚さ計測装置１０は、反射波計測装置１１と、アンテナ１２と、演算装置１４と、湯面位置センサ１６とを含んで構成される。反射波計測装置１１は、周波数をステップ状に変化させたマイクロ波を、アンテナ１２から発信させるように構成される。反射波計測装置１１は、鋳型５０内の溶鋼５６の上に投入されたモールドパウダー層５１の表面に向けてマイクロ波を、アンテナ１２から発信させる。反射波計測装置１１とアンテナ１２とはケーブルで接続される。鋳型５０内には、溶鋼ノズル５８の下端部に形成された孔５９から溶鋼５６が供給される。溶鋼５６は、鋳型５０内に注入され、例えば、鋳型５０による冷却によって形成された凝固シェルが鋳型５０の下方から引き抜かれて、鋳片が製造される。
【００１６】
モールドパウダーは、例えばＣａＯ、ＳｉＯ2などの酸化物を基材とし、基材の物性を調整するためのＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物等が添加されて構成される。モールドパウダーは、溶鋼５６の保温、潤滑、不純物除去などを目的に鋳型５０内に投入される。鋳型５０内の溶鋼５６の湯面５７上で、モールドパウダーは、溶鋼５６に接触して溶融層５４を形成し、その上に粉末層５２を形成する。
【００１７】
反射波計測装置１１からアンテナ１２を介して発信されたマイクロ波は、鋳型５０内の粉末層５２の表面に向かってほぼ垂直に入射される。このとき、反射波計測装置１１は、マイクロ波を、ステップ状に変化させた複数の周波数で発信させる。マイクロ波は、電磁気的な特性が異なる空気と層との間、及び、層間の界面で反射される。このため、マイクロ波は、粉末層５２の表面、粉末層５２の底面である粉末層５２と溶融層５４との界面で反射される。その反射波は、アンテナ１２を介して、反射波計測装置１１を構成する狭帯域の受信回路で受信される。反射波計測装置１１は、反射波の振幅及び位相を複数の周波数のそれぞれについて計測する機能を有する。例えば、反射波計測装置１１は、ベクトルネットワークアナライザであり、マイクロ波の発信装置及び受信装置がベクトルネットワークアナライザにより構成される。反射波計測装置１１は、受信回路で受信した反射波を周波数ごとに振幅及び位相を計測し、記録する。
【００１８】
一方、反射波計測装置１１には、湯面位置センサ１６が接続される。湯面位置センサ１６は、例えば渦流センサであり、鋳型５０内のモールドパウダー層５１の上側に離れて配置され、溶鋼５６の湯面５７の位置としての、湯面位置センサ１６から湯面５７までの距離の計測値Ｌ2を得る。図１では、湯面位置センサ１６とアンテナ１２との水平な基準面からの高さが一致している。
【００１９】
演算装置１４は、反射波計測装置１１によって複数の周波数のそれぞれについて計測された反射波の振幅及び位相の計測結果を、逆フーリエ変換によって時間軸情報に変換する。そして、演算装置１４は、この時間軸情報に基づく距離情報から得た粉末層５２の表面５２ａ、粉末層５２と溶融層５４との界面５２ｂ、及び溶鋼の湯面５７の位置に基づいて、粉末層５２及び溶融層５４の厚さの両方を計測する。演算装置１４は、演算処理部としてのＣＰＵ、記憶部としてのメモリ等を有するマイクロコンピュータを含んで構成される。演算装置１４には、計測結果を表示する表示装置（図示せず）が接続されてもよい。粉末層５２及び溶融層５４の厚さの計測について、より具体的に説明する。
【００２０】
図２は、実施形態のモールドパウダー層厚さ計測方法において、時間軸情報の取得方法を示すフローチャートである。以下、モールドパウダー層厚さ計測方法は、厚さ計測方法と記載する。厚さ計測方法は、反射波取得ステップと、フィルタ処理ステップと、時間軸情報取得ステップとを有する。
【００２１】
図２のＳ１１に示すように、「反射波取得ステップ」は、反射波計測装置１１及びアンテナ１２により、鋳型５０内の溶鋼５６上におけるモールドパウダーの粉末層５２の表面５２ａにマイクロ波を発信させる。そして、反射波計測装置１１により、複数の周波数ｆｉ（ｉ＝１，２・・・Ｎ）における反射波の振幅Ａ（ｆｉ）と位相θ（ｆｉ）とを、周波数ごとに計測して取得する。
【００２２】
図３は、実施形態において、マイクロ波の複数の周波数における反射波の振幅の計測結果を示す図である。図４は、実施形態において、マイクロ波の複数の周波数における反射波の位相の計測結果を示す図である。図３では、反射波の振幅を無次元単位としての相対値で示している。図３、図４に示すように、反射波取得ステップでは、ステップ状に変化させた離散的な複数の周波数で振幅及び位相が取得される。
【００２３】
次いで、図２のＳ１２に示すように、「フィルタ処理ステップ」は、演算装置１４により、記録された周波数ごとの反射波の振幅に、窓関数によるフィルタ処理を施す。このとき、反射波の信号特性における振幅に、粉末層５２の厚さ及び特性に応じたフィルタ処理が施される。特性は、例えば比誘電率により定められる。例えば、反射波の振幅Ａ（ｆｉ）に窓関数Ｗ（ｆｉ）が乗算されることにより、フィルタ処理が施され、処理後振幅Ａｗ（ｆｉ）が取得される。窓関数は、例えば図５に示すようなカイザー窓である。図５では、図３と同様に振幅を相対値で示している。これにより、後述の図６、図７に示すように、粉末層５２の表面及び底面の位置に対応するパルス形状が制御され、粉末層５２の表面及び底面の位置が推定される。
【００２４】
その後、図２のＳ１３に示すように、「時間軸情報取得ステップ」は、演算装置１４により、複数の周波数についての処理後振幅Ａｗ（ｆｉ）及び位相θ（ｆｉ）の計測結果を次の（１）式で逆フーリエ変換することにより時間軸情報ａ（Ｔ）に変換する。時間軸情報ａ（Ｔ）は、反射波の振幅の大きさａであって、時間Ｔについての変数である。
【００２５】
【数１】
2019051550.tif 000003
【００２６】
ここで、Ｘは、次の（２）式で表される。
【００２７】
【数２】
2019051550.tif 000004
【００２８】
これによって、時間軸情報として、例えば図６に示すように時間軸と反射波の大きさとの関係が得られる。図６は、反射波の振幅及び位相の計測結果を逆フーリエ変換することにより得られた関係であって、アンテナ１２及びケーブルの接続位置から反射源にマイクロ波が到達する時間（反射源へのマイクロ波到達時間）と反射波の大きさとの関係を示す図である。図６では横軸により、反射源へのマイクロ波の到達時間を示している。図６において、ピークＡ１は、粉末層５２の表面５２ａからの反射波に相当する。ピークＡ２は、粉末層５２の底面である粉末層５２及び溶融層５４の界面５２ｂからの反射波に相当する。
【００２９】
また、「時間軸情報取得ステップ」は、演算装置１４により、時間軸情報の横軸の値にマイクロ波の空気中での速度を乗算することで、アンテナ１２及びケーブルの接続位置から反射源までの距離を距離情報として導出して取得する。図７は、アンテナ１２及びケーブルの接続位置から反射源までの距離と反射波の大きさとの関係を示す図である。ピークＡ１、Ａ２の意味は、図６と同様である。図７では、ピークＡ１，Ａ２以外にノイズとしての複数のピークも計測されている。大きさが顕著で比較的近い２つのピークをピークＡ１，Ａ２としてそれらの距離の値を取得できる。一方、２つのピークＡ１，Ａ２のうち、距離の値が小さい側のピークＡ１に対し距離の値が小さい側に隣り合う比較的大きいピークＡ３は、アンテナ先端での信号の反射に起因するものである。また、そのピークＡ３よりも距離の値が小さい側に存在する複数のピークは、アンテナの内部回路の接続部等での信号の反射に起因するものである。ピークＡ１によって、アンテナ１２の先端から粉末層５２の表面５２ａまでの距離の計測値である表面位置の計測値Ｌ１が得られる。例えば、アンテナ先端の位置を示すピークＡ３とピークＡ１との距離の差分から計測値Ｌ１が得られる。また、ピークＡ２によって、アンテナ１２の先端から界面５２ｂまでの距離の計測値としての界面位置の計測値Ｌ３が得られる。この場合には、アンテナ先端の位置を示すピークＡ３とピークＡ２との距離の差分から計測値Ｌ３が得られる。図６、図７に示す時間軸情報及び距離情報は、狭帯域の受信回路によって高いＳＮ比で計測された振幅及び位相に基づくものであるため、反射源となる粉末層５２の表面５２ａまたは界面５２ｂの位置を高精度で計測できる。さらに、厚さ計測方法は、時間軸情報取得ステップの後、次のモールドパウダー層厚さ算出ステップを行う。
【００３０】
「モールドパウダー層厚さ算出ステップ」は、演算装置１４により、モールドパウダーの粉末層５２及び溶融層５４の厚さを算出する。このモールドパウダーの粉末層５２及び溶融層５４の厚さの算出方法を、図１を用いて説明する。まず、粉末層５２及び溶融層５４の合計の厚さｔは、マイクロ波による粉末層５２の表面位置の計測値Ｌ1と、湯面位置センサ１６によって求めた溶鋼５６の湯面位置としての、アンテナ１２から湯面５７までの距離の計測値Ｌ2とによって、（３）式で求められる。
【００３１】
ｔ＝Ｌ2−Ｌ1  ・・・（３）
【００３２】
この厚さｔは、粉末層５２の表面５２ａからのみ反射波を得られる場合、つまり、粉末層５２及び溶融層５４の界面５２ｂからの反射波を明瞭に得られなかった場合にも算出可能である。これに加えて、粉末層５２及び溶融層５４の界面５２ｂからの反射波を明瞭に得られる場合には、（４）式と（５）式とによって、粉末層５２の厚さｔ1と溶融層５４の厚さｔ2とをそれぞれ求めることができる。
【００３３】
ｔ1＝（Ｌ3−Ｌ1）／（εγ）1/2  ・・・（４）
ｔ2＝ｔ−ｔ1  ・・・（５）
【００３４】
ここで、Ｌ3はマイクロ波による粉末層５２及び溶融層５４の界面位置の計測値であり、εγは粉末層５２の比誘電率である。粉末層５２をマイクロ波が通過するときには、そのマイクロ波の速度は比誘電率εγの影響によって空気を通過する場合より遅くなるため、Ｌ3は実際よりも大きく計測される。このため、粉末層５２の厚さｔ1を算出する場合には、（４）式のように比誘電率εγによる厚さの補正が必要である。（４）式により、粉末層５２の表面及び底面の位置の計測値の差に基づいて、粉末層５２の厚さｔ1が計測される。（５）式により、粉末層５２及び溶融層５４の合計の厚さｔから粉末層５２の厚さｔ1を減算することによって、溶融層５４の厚さｔ2が計測される。
【００３５】
次に、実施形態の効果を確認するために行った基礎実験を説明する。基礎実験は、図８に示すような実験装置２０を用いて行った。図８は、実験装置２０を示す模式図である。
【００３６】
実験装置２０は、アルニミウム製の上端が開口する容器２１と、アンテナ２２と、計測演算装置２４とを含んで構成される。容器２１内にはモールドパウダーの粉末層２５を形成し、実施形態と同様の構成によって粉末層２５の厚さの計測を試みた。アンテナ２２にはホーンアンテナを用い、計測演算装置２４にはベクトルネットワークアナライザを用いた。アンテナ２２から粉末層２５に向けて発信させるマイクロ波の周波数には、Ｋａ−ｂａｎｄ（２６．５〜４０ＧＨｚ）を用い，０．００５４ＧＨｚずつ変化させて反射波の計測を行った。
【００３７】
図９及び図１０は、粉末層２５の厚さが４０ｍｍのときの時間軸情報を計測し、その時間軸情報の横軸にマイクロ波の空気中での速度を乗算して得られた距離情報の計測結果を示している。時間軸情報に変換する際に反射波の振幅に乗算する窓関数として、図９の場合はカイザー窓を用い、図１０の場合は矩形窓を用いた。図９で用いたカイザー窓では、窓関数の形状を決定するパラメータαを１２とした。図９、図１０において、横軸はアンテナ２２及びケーブルの接続位置から反射源までの距離を示し、縦軸は反射波の大きさ、すなわち入射波の大きさに対する比率を示している。
【００３８】
図９及び図１０ともに，粉末層２５の表面２５ａ及び底面２５ｂからの反射波を明瞭に計測できており、特に図９の場合にはノイズがほとんど現れていないことが分かる。一方、図１０の場合には、ノイズは大きくなるが粉末層２５の表面２５ａ及び底面２５ｂの位置を表すパルスのそれぞれの幅が狭くなっている。これにより、窓関数に矩形窓を用いる場合には、粉末層２５の表面２５ａ及び底面２５ｂの距離が短い場合にも、これらの両面からの反射波を分離して計測しやすい。このため、矩形窓を用いる場合には、薄い粉末層２５の厚さ計測に適していることが分かる。
【００３９】
一方、図９のように窓関数にカイザー窓を用いる場合にはノイズが小さくなるため、粉末層２５の底面２５ｂからの反射波が小さい場合、例えば、厚い粉末層２５の厚さ計測に適していることが分かる。なお、図９において、粉末層表面からの反射波を示すピークに対し距離の値が小さい側に隣り合う小さいピークは、アンテナ先端からの反射波を示すピークであり、図７のＡ３のピークに対応する。このように窓関数を適切に変更することによって、様々な厚さの粉末層２５の厚さ計測に適切に対応できる。
【００４０】
図１１は、粉末層２５の厚さを変えて得られた時間軸情報から、粉末層２５の厚さを算出して計測した結果を示す図であって、基礎実験での粉末層２５の投入厚さと、実施形態の計測方法による粉末層２５の厚さの計測結果との関係を示す図である。図１１に示した結果から、実施形態の計測精度は＋側、−側のそれぞれで０．７３ｍｍ以内と、特許文献２に記載された従来技術の場合以上の高精度を有していることが分かった。図８に示した実験装置２０で行った基礎実験では、粉末層２５の底面が容器２１の底面との界面になっている。一方、モールドパウダーの溶融層５４（図１）との界面の場合でも、その界面での反射波を十分な大きさで計測できれば、粉末層５２（図１）の厚さは計測可能である。
【００４１】
図１２は、鋼の連続鋳造における操業中に鋳型内に投入されたモールドパウダーの粉末層に対して一定時間ごとに粉末層と溶融層との合計の厚さを実施形態の計測方法により計測した結果を示す図である。
【００４２】
計測３回目と４回目との間では、モールドパウダーを追加投入しており、図１２の計測結果から、この追加投入による層の厚さの増加を操業中でも計測できていることが分かった。
【００４３】
以上のように実施形態のモールドパウダー層の厚さ計測装置及び厚さ計測方法によれば、マイクロ波の反射波について、複数の周波数のそれぞれにおいてＦＭＣＷ方式の場合より狭帯域の受信回路により計測ができる。これにより、モールドパウダーの粉末層の表面及び底面の位置を高ＳＮ比で計測できる。このとき、実施形態での時間軸情報におけるノイズは非常に小さいため、感度が低い小型のセンサでも計測が可能となることを期待できる。これにより、感度の高い大型の高周波アンテナを用いる必要がない。このため、小型の装置により、粉末層の表面及び底面の位置の計測値に基づく、粉末層及び溶融層の厚さと、粉末層及び溶融層の合計の厚さとの計測精度を高くできる。上記では、粉末層の厚さを計測し、粉末層及び溶融層の合計の厚さから溶融層の厚さを計測したが、粉末層と溶融層との界面での反射波を明瞭に得られれば、その反射波の反射位置の計測値と、溶鋼の湯面位置とから溶融層の厚さを計測することもできる。また、実施形態により、粉末層及び溶融層の一方の厚さのみを計測することもでき、その場合に、この一方の厚さの計測精度を高くできる。
【００４４】
また、上記では、マイクロ波の発信装置と受信装置とが反射波計測装置１１により構成される場合を説明したが、別体の発信装置と受信装置とが信号線により接続され、厚さ計測装置を構成してもよい。
【００４５】
また、上記では、アンテナ１２と湯面位置センサ１６との高さを同じにして、溶鋼の湯面の位置、粉末層の表面位置及び界面位置を、それぞれアンテナからの距離として説明した。一方、アンテナ１２と湯面位置センサ１６との高さを変えてもよい。このとき、湯面位置センサ１６の計測値と、アンテナ１２及び湯面位置センサ１６の上下方向差とから算出した、アンテナ１２から溶鋼の湯面までの上下方向距離を、湯面位置の計測値Ｌ２としてもよい。また、溶鋼の湯面、粉末層の表面、粉末層及び溶融層の界面の位置は、アンテナ１２からの上下方向距離ではなく、それぞれ下側の基準位置からの高さ位置としてもよい。このとき、粉末層及び溶融層の合計の厚さは、粉末層の表面位置の計測値から湯面の計測値を減算することにより取得できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  モールドパウダー層厚さ計測装置（厚さ計測装置）、１１  反射波計測装置、１２  アンテナ、１４  演算装置、１６  湯面位置センサ、２０  実験装置、２１  容器、２２  アンテナ、２４  計測演算装置、２５  粉末層、２５ａ  表面、２５ｂ  底面、５０  鋳型、５１  モールドパウダー層、５２  粉末層、５２ａ  表面、５２ｂ  界面、５４  溶融層、５６  溶鋼、５７  湯面、５８  溶鋼ノズル、５９  孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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