(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールド内の溶融金属のレベルを測定する渦流式モールドレベル測定装置であって、
モールドレベルの変化によるインピーダンス値の変化を検出するコイルを備えた検出部と、
該検出部の出力を増幅する増幅部と、
注湯前の環境において、該増幅部の正帰還率の基準値を定める注湯前較正部と、
正帰還率が該基準値である場合の、モールド・オシレーションの既知の振幅に対応する該測定装置の出力信号の差分である基準の差分を求め、モールド・オシレーションの際の該測定装置の出力の最大値と最小値との差分、及び該基準の差分から測定のずれを求め、修正された正帰還率を該基準値の周囲の所定の範囲内に制限しながら、前記測定のずれを小さくするように正帰還率を修正するモールド・オシレーション較正部と、を備えた渦流式モールドレベル測定装置。
【請求項２】
前記測定のずれを表示する表示部をさらに備えた請求項１に記載の渦流式モールドレベル測定装置。
【請求項３】
モールド・オシレーションの周期に応じて、前記所定の範囲が変更されるように構成された請求項１または２に記載の渦流式モールドレベル測定装置。
【請求項４】
前記モールド・オシレーション較正部が、正帰還率を修正した後、所定の期間内に、前記測定のずれが所定の範囲内に入らない場合には正帰還率を基準値とするように構成された請求項１から３のいずれかに記載の渦流式モールドレベル測定装置。
【請求項５】
該モールド・オシレーション較正部は、モールド・オシレーションの期間中に該測定装置の出力の最大値と最小値との差、及び前記測定のずれを逐次的に求めるように構成された請求項１から３のいずれかに記載の渦流式モールドレベル測定装置。
【請求項６】
該モールド・オシレーション較正部は、モールド・オシレーション・サイクルを表す信号を外部から受け取り、該モールド・オシレーション・サイクルを表す信号にしたがって、モールド・オシレーションによる較正を行う期間を定めるように構成された請求項１から５のいずれかに記載の渦流式モールドレベル測定装置。
【請求項７】
該モールド・オシレーション較正部は、外部からの入力に基づいてモールド・オシレーションの振幅の値を定めるように構成された請求項１から６のいずれかに記載の渦流式モールドレベル測定装置。
【請求項８】
モールド・オシレーションによる成分のみを検出するように設定されたフィルタをさらに備え、
該モールド・オシレーション較正部は、モールド・オシレーションの際の該測定装置の出力の最大値と最小値との差を求める際に、該フィルタを通した信号を使用するように構成された請求項１から７のいずれかに記載の渦流式モールドレベル測定装置。
【請求項９】
渦流式モールドレベル測定装置によって、モールド内の溶融金属のレベルを測定するモールドレベル測定方法であって、
注湯前の環境において、該測定装置の増幅部の正帰還率の基準値を定めるステップと、
該測定装置のコイルによって、モールドレベルの変化によるインピーダンス値の変化を検出するステップと、
該増幅部によって、該インピーダンス値の変化に対応する電圧を増幅するステップと、
正帰還率が該基準値である場合の、モールド・オシレーションの既知の振幅に対応する該測定装置の出力信号の差分である基準の差分を求め、モールド・オシレーションの際の該測定装置の出力の最大値と最小値との差分、及び該基準の差分から測定のずれを求めるステップと、
修正された正帰還率を該基準値の周囲の所定の範囲内に制限しながら、前記測定のずれを小さくするように正帰還率を修正するステップと、を含むモールドレベル測定方法。
【請求項１０】
モールド・オシレーションの周期に応じて、前記所定の範囲が変更されるように構成された請求項９に記載のモールドレベル測定方法。
【請求項１１】
正帰還率を修正した後、所定の期間内に、前記測定のずれが所定の範囲内に入らない場合には正帰還率を基準値とするように構成された請求項９または１０に記載のモールドレベル測定方法。
【請求項１２】
モールド・オシレーションの期間中に該測定装置の出力の最大値と最小値との差、及び前記測定のずれを逐次的に求める、請求項９から１１のいずれかに記載のモールドレベル測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造設備において使用される渦流式モールドレベル測定装置及びモールドレベル測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造設備は、溶融金属を連続的にモールドに注入し、冷却・凝固させて所定の形状の鋳片を製造するための設備ある。連続鋳造設備において、モールド内の溶融金属の表面のレベル、すなわちモールドレベルを測定し、制御することは、製造される鋳片の品質を向上させる上で非常に重要である。
【０００３】
渦流式モールドレベル測定装置は、モールド内の溶融金属の表面に発生させた渦電流によって検出コイルに誘起される電圧の強さが検出コイルと溶融金属の表面との間の距離によって変化することを利用して、モールド内の溶融金属の表面のレベルを測定するものである。渦流式モールドレベル測定装置は、応答性に優れ、モールド内の溶融金属の表面のレベルの高精度の制御に適するが、周囲の温度、及び電磁的環境の影響を受けやすい。したがって、渦流式モールドレベル測定装置においては、較正（キャリブレーション）が非常に重要である。従来の渦流式モールドレベル測定装置の較正方法としては、オペレータの目視による測定値などを利用するもの（たとえば、特許文献１）、熱電対式のモールドレベル計を利用するもの（たとえば、特許文献２）、電極式レベル計を利用するもの（たとえば、特許文献３）などが開発されていた。しかし、いずれの方法によるものも、精度が十分ではなく、また、連続鋳造プロセス中におけるタンディッシュの上下降やスラブモールドにおける幅替えなどの動的外乱要因に対応することはできなかった。特に、ブルーム・ビレットなど小断面モールドの場合には、タンディッシュの上下降の、渦流式モールドレベル測定装置による測定への影響が顕著であり、測定精度を向上させる障害となっていた。
【０００４】
また、モールド・オシレーションによって生じる信号を利用してモールドレベル測定装置の特性を定める方法も提案されている(特許文献４)。しかし、特許文献４の方法には以下の問題がある。モールドレベル測定装置は、溶融金属のモールドへの注入量の制御に使用されるので、測定値の誤差は大きな事故につながる恐れがある。このため、連続鋳造プロセス中におけるモールドレベル測定装置の較正は、較正の確実性、及び安全性を確認しながら実施する必要がある。しかし、特許文献４は、連続鋳造プロセス中に、較正の確実性、及び安全性を確認しながら、モールドレベル測定装置の較正をどのように実施するかについて何ら開示していない。したがって、特許文献４の方法は、実際に、連続鋳造プロセス中の較正に適用することはできない。
【０００５】
このように、従来のいずれの方法によっても、連続鋳造プロセス中の環境変化に対応しながら十分な測定精度を確保することはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２３９１２０号公報
【特許文献２】特開平２−１４０６２１号公報
【特許文献３】特開平８−２３３６３２号公報
【特許文献４】特開昭６０−２１６９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、連続鋳造プロセス中に、較正の確実性、及び安全性を確認しながら、モールドレベル測定装置の較正を実施して、十分な測定精度を確保することのできる渦流式モールドレベル測定装置及び測定方法に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様の渦流式モールドレベル測定装置は、モールド内の溶融金属のレベルを測定するものであって、モールドレベルの変化によるインピーダンス値の変化を検出するコイルを備えた検出部と、該検出部の出力を増幅する増幅部と、注湯前の環境において、該増幅部の正帰還率の基準値を定める注湯前較正部と、モールド・オシレーションの際の該測定装置の出力の最大値と最小値との差分、及びモールド・オシレーションの振幅の値に対応する、正帰還値が基準値である場合の測定装置の出力信号の差分から測定のずれを求め、前記基準値の周囲の所定の範囲内となるように正帰還率を修正するモールド・オシレーション較正部と、を備えている。
【０００９】
本態様の渦流式モールドレベル測定装置は、渦流式モールドレベル測定装置の出力の変化分、及びモールド・オシレーションの既知の振幅の値を使用して較正を行うので、高精度が達成される。また、渦流式モールドレベル測定装置自身の出力を使用して較正を行うので、較正に、熱電対式のモールドレベル計や電極式レベル計などの他のタイプのレベル計を必要としない。
【００１０】
さらに、注湯前校正によって求めた正帰還率を基準値とした測定のずれを求めるので、連続鋳造プロセス中に、較正の確実性、及び安全性を確認しながら、モールドレベル測定装置の較正を実施することができる。
【００１１】
本発明の第１の態様の第１の実施形態の渦流式モールドレベル測定装置は、前記測定のずれを表示する表示部をさらに備えている。
【００１２】
本実施形態の渦流式モールドレベル測定装置によれば、連続鋳造プロセス中に、オペレータは、表示部によって測定装置の測定のずれを知ることができる。
【００１３】
本発明の第１の態様の第２の実施形態の渦流式モールドレベル測定装置は、モールド・オシレーションの周期に応じて、前記所定の範囲が変更されるように構成されている。
【００１４】
本実施形態によれば、たとえば、周期が長い場合には周期が短い場合よりも、上記の所定の範囲を小さくすることによって、より安全に較正を実施することができる。
【００１５】
本発明の第１の態様の第３の実施形態の渦流式モールドレベル測定装置において、前記モールド・オシレーション較正部が、正帰還率を修正した後、所定の期間内に、前記測定のずれが所定の範囲内に入らない場合には正帰還率を基準値とするように構成されている。
【００１６】
本実施形態の渦流式モールドレベル測定装置によれば、較正の過程で測定装置のずれ量が大きくなった場合には、正帰還率を一旦、基準値としてから較正を行うことによりずれ量の較正を早めることができる。
【００１７】
本発明の第１の態様の第４の実施形態の渦流式モールドレベル測定装置において、該演算部は、モールド・オシレーションの期間中に該測定装置の出力の最大値と最小値との差、及び前記測定のずれを逐次的に求めるように構成されている。
【００１８】
本実施形態の渦流式モールドレベル測定装置によれば、連続鋳造プロセスの引き抜き期間を通して逐次的に較正を実施することができる。したがって、鋳造中におけるタンディッシュの上下降やスラブモールドにおける幅替えなどの動的外乱要因に十分に対応することができる。
【００１９】
本発明の第１の態様の第５の実施形態の渦流式モールドレベル測定装置において、該演算部は、モールド・オシレーション・サイクルを表す信号を外部から受け取り、該モールド・オシレーション・サイクルを表す信号にしたがって、モールド・オシレーションによる較正を行う期間を定めるように構成されている。
【００２０】
本実施形態の渦流式モールドレベル測定装置は、外部から受け取ったモールド・オシレーション・サイクルを表す信号を参照することにより、モールド・オシレーション期間中の較正の開始及び終了時期を適切に判断することができる。ここで、モールド・オシレーション・サイクルを表す信号は、モールド・オシレーション・サイクルに比例した信号、及びモールド・オシレーションの逆位相の信号を含む。
【００２１】
本発明の第１の態様の第６の実施形態の渦流式モールドレベル測定装置において、該モールド・オシレーション較正部は、外部からの入力に基づいてモールド・オシレーションの振幅の値を定めるように構成されている。
【００２２】
本実施形態の渦流式モールドレベル測定装置は、外部からの入力に基づいてモールド・オシレーションの振幅の値を定め、該振幅の値を使用して較正を行うことにより、高い精度を実現することができる。
【００２３】
本発明の第１の態様の第７の実施形態の渦流式モールドレベル測定装置は、モールド・オシレーションによる成分のみを検出するように設定されたフィルタをさらに備え、該演算部は、モールド・オシレーションの際の該測定装置の出力の最大値と最小値との差を求める際に、該フィルタを通した信号を使用するように構成されている。
【００２４】
本実施形態の渦流式モールドレベル測定装置は、モールド・オシレーションによる成分のみを検出するように設定されたフィルタを通した信号を使用することにより、モールド・オシレーション以外の溶融金属面の変動による外乱の影響を除去することができる。
【００２５】
本発明の第２の態様のモールドレベル測定方法は、渦流式モールドレベル測定装置によって、モールド内の溶融金属のレベルを測定するものであって、注湯前の環境において、該増幅部の正帰還率の基準値を定めるステップと、コイルによって、モールドレベルの変化によるインピーダンス値の変化を検出するステップと、増幅部によって、該インピーダンス値の変化に対応する電圧を増幅するステップと、モールド・オシレーションの際の該測定装置の出力の最大値と最小値との差分、及びモールド・オシレーションの振幅の値に対応する、正帰還値が基準値である場合の測定装置の出力信号の差分から測定のずれを求めるステップと、修正された正帰還率を前記基準値の周囲の所定の範囲内に制限しながら、前記測定のずれを小さくするように正帰還率を修正するステップと、を含む。
【００２６】
本態様のモールドレベル測定方法は、渦流式モールドレベル測定装置の出力の変化分、及びモールド・オシレーションの既知の振幅の値を使用して較正を行うので、高精度が達成される。また、渦流式モールドレベル測定装置自身の出力を使用して較正を行うので、較正に、熱電対式のモールドレベル計や電極式レベル計などの他のタイプのレベル計を必要としない。
【００２７】
さらに、注湯前校正によって求めた正帰還率を基準値とした測定のずれを求めるので、連続鋳造プロセス中に、較正の確実性、及び安全性を確認しながら、モールドレベル測定装置の較正を実施することができる。
【００２８】
本発明の第２の態様の第１の実施形態のモールドレベル測定方法においては、モールド・オシレーションの周期に応じて、前記所定の範囲が変更される。
【００２９】
本実施形態によれば、たとえば、周期が長い場合には周期が短い場合よりも、上記の所定の範囲を小さくすることによって、より安全に較正を実施することができる。
【００３０】
本発明の第２の態様の第２の実施形態のモールドレベル測定方法においては、正帰還率を修正した後、所定の期間内に、前記測定のずれが所定の範囲内に入らない場合には正帰還率を基準値とする。
【００３１】
本実施形態のモールドレベル測定方法によれば、較正の過程で測定装置のずれ量が大きくなった場合には、正帰還率を一旦、基準値としてから較正を行うことによりずれ量の較正を早めることができる。
【００３２】
本発明の第２の態様の第３の実施形態のモールドレベル測定方法においては、モールド・オシレーションの期間中に該測定装置の出力の最大値と最小値との差、及び前記測定のずれを逐次的に求める。
【００３３】
本実施形態のモールドレベル測定方法によれば、引き抜き期間を通して逐次的に較正を実施することができる。したがって、鋳造中におけるタンディッシュの上下降やスラブモールドにおける幅替えなどの動的外乱要因に十分に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】連続鋳造設備の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による渦流式モールドレベル測定装置の構成を示す図である。
【図３】渦流式モールドレベル測定装置の較正方法を説明するための図である。
【図４】モールドレベルと帰還増幅器の出力電圧との関係を示す図である。
【図５】モールドレベルとレベル計出力との関係を示す図である。
【図６】連続鋳造プロセスを説明するための図である。
【図７】モールド・オシレーション較正（ＭＯＳＣ）機能を説明するための流れ図である。
【図８】図７のステップＳ１０３０において正帰還率Ｋを定める方法を説明するための図である。
【図９】振幅ストロークの既知の値Ｓ０に対応するレベル計出力の差分ΔＶのΔＶ０に対する比と、理論修正正帰還率の、正帰還率の基準値に対する比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、連続鋳造設備の構成を示す図である。
【００３６】
タンディッシュ２１０内に蓄えられた溶鋼などの溶融金属は、浸漬ノズル２２０を介して、モールド３１０内に注入され、モールド３１０内で冷却されて凝固し、ピンチロール３３０によってモールド３１０から送り出される。また、モールド３１０には、モールド・オシレーションを生じさせるモールド・オシレーション装置３２０が設置されている。モールド・オシレーションについては後で説明する。
【００３７】
一定時間において、モールド３１０へ注入される溶融金属の量がモールド３１０から送り出される金属の量よりも多い場合には、モールド３１０内の溶融金属の面のレベルが上昇し、一定時間において、モールド３１０から送り出される金属の量がモールド３１０へ注入される溶融金属の量がよりも多い場合には、モールド３１０内の溶融金属の面４００のレベルが下降する。本発明の実施形態による渦流式モールドレベル測定装置は、このような状況において、モールド内の溶融金属の面４００のレベルを測定する。本実施形態による渦流式モールドレベル測定装置は、検出部１０５と信号処理部１１０とを含む。検出部１０５と信号処理部１１０とは、ケーブル１０５５によって接続されている。検出部１０５は、溶融金属の近くに位置するので、検出部１０５に冷却用空気を送るために、ジョイント部１０５３及び空気配管１０５１が設置されている。
【００３８】
図２は、本発明の一実施形態による渦流式モールドレベル測定装置１００の構成を示す図である。上述のように、渦流式モールドレベル測定装置１００は、検出部１０５と信号処理部１１０とを含む。検出部１０５は、駆動コイル１０５Ｃ１と、検出コイル１０５Ｃ２と、参照コイル１０５Ｃ３と、を含む。信号処理部１１０は、信号増幅部１２０と、出力生成部１３０と、モールド・オシレーション較正部１４０と、注湯前較正部１５０と、表示部１６０と、入力部１７０と、を含む。
【００３９】
検出部１０５において、駆動コイル１０５Ｃ１には一定周波数の電流が加えられ、駆動コイル１０５Ｃ１は交流磁界を発生する。この交流磁界は、検出コイル１０５Ｃ２、及び参照コイル１０５Ｃ３を通過する。また、この交流磁界が、駆動コイル１０５Ｃ１から所定の距離範囲内の溶融金属と交差すると、溶融金属に渦電流が発生し、その反作用として検出コイル１０５Ｃ２のインピーダンスが変化する。この検出コイル１０５Ｃ２のインピーダンスの変化は、検出コイル１０５Ｃ２と溶融金属面との間の距離に応じて変化する。したがって、この検出コイル１０５Ｃ２のインピーダンスの変化を測定することによって、検出コイル１０５Ｃ２と溶融金属面との間の距離を測定することができる。なお、検出コイル１０５Ｃ２のインピーダンスの変化の代わりに、検出コイル１０５Ｃ２のインピーダンスと参照コイル１０５Ｃ３のインピーダンスとの差の変化を使用することにより、温度及び周囲の電磁的環境による影響を小さくすることができる。本実施形態において、信号増幅部１２０は、検出コイル１０５Ｃ２のインピーダンスと参照コイル１０５Ｃ３のインピーダンスとの差を使用している。しかし、本発明は、本実施形態の差動式以外のいずれのタイプの渦流式モールドレベル測定装置にも適用することができる。
【００４０】
信号増幅部１２０は、一定周波数、かつ一定振幅の交流電圧を生成する基準発振器１２０１と、帰還増幅器１２０３と、可変の正帰還率Ｋの帰還インピーダンス１２０５と、検出コイル１０５Ｃ２のインピーダンスと参照コイル１０５Ｃ３のインピーダンスとの差を入力とする差動増幅器１２０７と、帰還増幅器１２０３の出力の交流電圧を振幅変調する振幅変調器１２０９とを含む。基準発振器１２０１の出力電圧をＶｉｎ、帰還増幅器１２０３の出力電圧をＶｏｕｔ、帰還増幅器１２０３の増幅度をＧ１、差動増幅器１２０７の増幅度をＧ２、正帰還率をＫ、溶融金属のレベルをｈとすると、以下の式が成立する。
【数１】
0005782202.tif 000002
ここで、ｆは溶融金属のレベルｈの関数である。溶融金属のレベルｈが上昇して、検出コイル１０５Ｃ２と溶融金属面との間の距離が小さくなると、式（１）において、ｆ（ｈ）は大きくなる。したがって、溶融金属のレベルｈが上昇すると、式（１）にしたがって、帰還増幅器１２０３の出力電圧の絶対値｜Ｖｏｕｔ｜は小さくなる。
【００４１】
つぎに、渦流式モールドレベル測定装置の較正（キャリブレーション）について説明する。上述のように、渦流式モールドレベル測定装置は、式（１）にしたがって、モールド３１０内の溶融金属面のレベルｈの変化による検出コイル１０５Ｃ２のインピーダンスの変化を検出する。しかし、検出コイル１０５Ｃ２のインピーダンスは、モールド３１０内の溶融金属面のレベルだけではなく、温度及び周囲の電磁的環境によっても変化する。したがって、渦流式モールドレベル測定装置による測定の際には、渦流式モールドレベル測定装置の較正が必要となる。
【００４２】
図３は、渦流式モールドレベル測定装置の較正方法を説明するための図である。渦流式モールドレベル測定装置の較正は、較正板による校正と、モールドへの注湯前の較正とを含む。
【００４３】
較正板による較正は、連続鋳造プロセスから独立して実施される。較正板による較正においては、検出コイル１０５Ｃ２と金属製の較正板との距離を変化させながら、帰還増幅器１２０３の出力電圧を測定し記録する。図３の横軸は、溶融金属面または較正板のレベルを表す。レベルは、検出コイル１０５Ｃ２と溶融金属面または較正板との距離で示す。レベル０は、検出コイル１０５Ｃ２と溶融金属面または較正板との距離が０の状態である。図３の縦軸は、帰還増幅器１２０３の出力電圧を表す。図３の実線Ｒ１は、較正板による校正の結果を示す。図３において、渦流式モールドレベル測定装置の測定範囲は０から１５０ミリメータであるとして、検出コイル１０５Ｃ２と較正板との距離がこの範囲の値に対応する出力電圧が測定される。さらに、較正板を除去した場合、すなわち、検出コイル１０５Ｃ２と較正板との距離が無限大である場合の出力電圧Ｖ０１が測定される。この出力電圧Ｖ０１を基準電圧と呼称する。実線Ｒ１の形状を適切に定めるように、必要に応じて正帰還率Ｋを調整する。
【００４４】
モールドへの注湯前の較正は、連続鋳造プロセスにおいて注湯前較正部１５０によって実施される。注湯前較正部１５０は、モールドへの注湯前に、帰還増幅器１２０３の出力電圧をリニアライザ１３０５で処理した値を記録する。注湯前の較正は、オペレータの指令によって行ってもよい。注湯前の状態は、検出コイル１０５Ｃ２と較正板との距離が無限大である状態に対応する。したがって、モールドへの注湯前に測定された帰還増幅器１２０３の出力電圧は、上述の基準電圧Ｖ０１と等しくなるはずである。しかし、実際には、温度及び周囲の電磁的環境が鋳造条件によって異なるので、測定された電圧は基準電圧Ｖ０１と等しくならない場合がある。図３において、一点鎖線Ａ１は、注湯前に測定された出力電圧ＶがＶ０１よりも大きい場合を示し、二点鎖線Ｂ１は、注湯前に測定された出力電圧ＶがＶ０１よりも小さい場合を示す。このような場合に、注湯前較正部１５０は、帰還増幅器１２０３の出力電圧Ｖが、基準電圧Ｖ０１に等しくなるように、式（１）の正帰還率Ｋを調整する。具体的に、一点鎖線Ａ１の場合には、レベル計出力のＶを小さくしてＶ０１と一致させるように正帰還率Ｋを大きくする。二点鎖線Ｂ１の場合には、レベル計出力Ｖを大きくしてＶ０１と一致させるように正帰還率Ｋを小さくする。モールドへの注湯前の較正は、鋳造ごとに行われる。
【００４５】
後で説明するように、注湯前較正部１５０によって定められた正帰還率は、正帰還率の基準値として使用される。
【００４６】
図４は、モールドレベルと帰還増幅器１２０３の出力電圧との関係を示す図である。図４の横軸は、モールドレベルを表し、図４の縦軸は、帰還増幅器１２０３の出力電圧を表す。ここで、検出コイル１０５Ｃ２の位置をモールドレベル０としている。
【００４７】
図２に示す出力生成部１３０は、後で説明する、モールド・オシレーションによる溶融金属面の変動の影響を除去するモールド・オシレーション・フィルタ（ＭＯＦ）１３０１と、アナログ・デジタル変換器１３０３と、リニアライザ１３０５と、を含む。リニアライザ１３０５は、レベル計出力の変化量とモールドレベルの変化量との比が一定値となるように線形化を行う。モールド・オシレーション・フィルタ１３０１を通過していない信号と、モールド・オシレーション・フィルタ１３０１を通過した信号と、の２種類の信号が、アナログ・デジタル変換器１３０３に入力され、該２種類の信号のアナログ・デジタル変換器１３０３の出力は、リニアライザ１３０５に入力される。該２種類の信号のリニアライザ１３０５の出力のうち、モールド・オシレーション・フィルタ１３０１を通過した信号に対応する出力は、渦流式モールドレベル測定装置の出力となる。該２種類の信号のリニアライザ１３０５の出力のうち、モールド・オシレーション・フィルタ１３０１を通過していない信号に対応する出力は、モールド・オシレーション較正部１４０によって使用される。
モールド・オシレーション較正部１４０は、振幅抽出部１４０１と、演算部１４０３と、正帰還率修正部１４０５と、を含む。モールド・オシレーション較正部１４０の機能については後で説明する。
【００４８】
図５は、モールドレベルとレベル計出力との関係を示す図である。レベル計出力は、帰還増幅器１２０３の出力をリニアライザ１３０５によって線形化したものである。図５の横軸は、モールドレベルを表し、図５の縦軸は、渦流式モールドレベル測定装置の出力を表す。
【００４９】
図６は、連続鋳造プロセスを説明するための図である。連続鋳造プロセスは、モールド３１０内の溶融金属面４００が一定のレベルに上昇するまで、タンディッシュ２１０からモールド３１０へ溶融金属を供給する注湯段階と、タンディッシュ２１０からモールド３１０へ溶融金属を供給しながら、モールド３１０から凝固した金属の引き抜きを行う引き抜き段階と、を含む。注湯段階において、モールド３１０内には底部を形成するダミーバーが設置されており、溶融金属はモールド３１０及びダミーバーに囲まれた領域に凝固しながら蓄積され、溶融金属の表面、すなわちモールドレベルが上昇してゆく。モールドレベルが、所定の水準に達すると引き抜き段階へ移行する。引き抜きとは、モールド３１０内で凝固した、板状、棒状などの形状の金属を、モールド３１０の下部のピンチロール３３０によってモールドから外に出すことをいう。引き抜きの開始前に、溶融金属の表面の酸化を防止し、凝固した金属とモールドとの間の潤滑剤として機能するパウダーが溶融金属の表面に散布される。また、図１のモールド・オシレーション装置３２０によって、凝固した金属をモールド３１０から引き抜くために、モールド３１０を鉛直方向に振動させるモールド・オシレーション（ＭＯＳ）が開始される。モールド・オシレーションの振幅ストロークは、２ミリメータ乃至６ミリメータであり、モールド・オシレーションの周期は、毎分３０サイクル乃至４５０サイクルである。モールド・オシレーションの開始後に引き抜きが開始され、モールド・オシレーションは、引き抜きが行われている間は継続して行われる。
【００５０】
図６に示すように、モールド３１０への注湯開始前に、渦流式モールドレベル測定装置１００の、上述の注湯前の較正が行われる。注湯開始後にモールド３１０内の溶融金属のレベルが上昇する。溶融金属のレベルが渦流式モールドレベル測定装置１００の測定範囲に到達すると、渦流式モールドレベル測定装置１００によるモールドレベル測定が行われる。また、モールド・オシレーションの期間に以下に説明するモールド・オシレーション較正（ＭＯＳＣ）が行われる。
【００５１】
出力生成部１３０は、図１のモールド・オシレーション装置３２０の、図１に図示しない制御装置から、モールド・オシレーション・サイクルに比例した信号を受け取る。出力生成部１３０は、この信号のサイクル値（周波数）に応じてモールド・オシレーション・フィルタ１３０１の阻止域を変化させる。モールド・オシレーション・フィルタ１３０は、信号増幅部１２０の出力からモールド・オシレーションの成分を除去することによって、レベル計出力におけるモールド・オシレーションによる溶融金属面の変動の影響を除去する。なお、モールド・オシレーション・フィルタ１３０１の代わりに、信号増幅部１２０の出力に、上述の制御装置から受け取ったモールド・オシレーションの逆位相の信号を加算する加算器を設け、信号増幅部１２０の出力にモールド・オシレーションの逆位相の信号を加算することによってモールド・オシレーションの成分を除去することによって、レベル計出力におけるモールド・オシレーションによる溶融金属面の変動の影響を除去するようにしてもよい。このように、本実施形態において使用されるモールド・オシレーション・サイクルに比例した信号の代わりに、他の実施形態においてモールド・オシレーションの逆位相の信号を使用することもできる。
【００５２】
図７は、渦流式モールドレベル測定装置１００のモールド・オシレーション較正部１４０によって実施される、モールド・オシレーション較正機能を説明するための流れ図である。
【００５３】
図７のステップＳ１０１０において、モールド・オシレーション較正部１４０は、ＭＯＳＣを開始するか判断する。開始する場合には、ステップＳ１０２０に進む。開始しない場合には、待機する。モールド・オシレーション較正部１４０は、上述のモールド・オシレーション・サイクルに比例した信号、またはモールド・オシレーションの逆位相の信号によりＭＯＳＣを開始する時点を定める。定常状態における湯面（溶融金属の面）の変動周期は、０．１ヘルツ乃至０．５ヘルツである。したがって、モールド・オシレーション較正部１４０において、モールド・オシレーションの周期に対応した通過域を有するハイパスフィルタやバンドパスフィルタなどのフィルタを設け、モールド・オシレーションの成分を検出し、その大きさが所定値以上となったときにＭＯＳＣを開始するようにしてもよい。また、以下のステップにおいて、上記のフィルタの出力を使用してもよい。
【００５４】
図７のステップＳ１０２０において、モールド・オシレーション較正部１４０の振幅抽出部１４０１は、信号増幅部１２０の出力の最大値及び最小値を取得し更新する。一例として、振幅抽出部１４０１は、モールド・オシレーションの周期以上の所定の期間を定め、更新時点から該所定の期間だけ先行する時点から該更新時点までの期間の最大値と最小値とを求めるようにしてもよい。このようにすれば、最大値及び最小値の少なくとも一方が変化した場合に、振幅抽出部１４０１は、その変化を把握しながら、逐次的に最大値及び最小値を測定することができる。振幅抽出部１４０１は、最大値と最小値との差を、振幅の測定値として求める。
【００５５】
図７のステップＳ１０３０において、モールド・オシレーション較正部１４０の演算部１４０３は、上記の振幅の測定値と、モールド・オシレーションの既知の振幅ストロークの値と、を使用して測定のずれを求める。モールド・オシレーションの振幅ストロークの値は、上述のように、２ミリメータ乃至６ミリメータの範囲であり、鋳造される対象によって異なる。したがって、演算部１４０３は、上述のモールド・オシレーション・サイクルに比例した信号、またはモールド・オシレーションの逆位相の信号を使用して振幅ストロークの値を定めてもよい。あるいは、振幅ストロークの値を、制御装置やオペレータなど外部から、鋳造ごとに受け取るようにしてもよい。測定のずれは、一例として、上記の振幅に対応する、測定装置の出力信号の差分とモールド・オシレーションの既知の振幅ストロークに対応する、正帰還値が基準値である場合の測定装置の出力信号の差分との比で表せる。上記の比が１であれば、測定のずれはない。すなわち、正帰還値が基準値である測定装置は適正に機能していると判断できる。上記の比と１との差が大きいほど測定のずれは大きい。上記の比と正帰還率との関係については後で説明する。
【００５６】
演算部１４０３が、測定のずれを表す上記の比を表示部１６０に送って、オペレータなどへ表示するように構成してもよい。
【００５７】
演算部１４０３は、さらに、上記の振幅の測定値と、モールド・オシレーションの既知の振幅ストロークの値と、を等しくする信号増幅部１２０の理論修正正帰還率を定める。
【００５８】
図８は、図７のステップＳ１０３０において理論修正正帰還率を定める方法を説明するための図である。振幅ストロークの既知の値をＳ０とする。図８の実線Ｒ２について、振幅ストロークの既知の値Ｓ０に対応するレベル計出力の差分ΔＶはΔＶ０に等しい。なお、図５の実線Ｒの関係が成立する場合の正帰還率は基準値である。すなわち、差分ΔＶ０は正帰還率が基準値である場合に対応する。図８の一点鎖線Ａ２について、振幅ストロークの既知の値Ｓ０に対応するレベル計出力の差分ΔＶはΔＶ０よりも大きい。図８の二点鎖線Ｂ２について、振幅ストロークの既知の値Ｓ０に対応するレベル計出力の差分ΔＶはΔＶ０よりも小さい。一点鎖線Ａ２の場合には、レベル計出力の差分ΔＶを小さくしてΔＶ０と一致させるように理論修正正帰還率は、基準値より大きくなる。二点鎖線Ｂ２の場合には、レベル計出力の差分ΔＶを大きくしてΔＶ０と一致させるように理論修正正帰還率は、基準値より小さくなる。
【００５９】
つぎに、演算部１４０３は、上記の理論修正正帰還率の、上記の正帰還率の基準値に対する比を求める。図８において説明したように、振幅ストロークの既知の値Ｓ０に対応するレベル計出力の差分ΔＶがΔＶ０よりも大きな場合には、上記の正帰還率の基準値に対する比は１(１００％)より大きくなり、振幅ストロークの既知の値Ｓ０に対応するレベル計出力の差分ΔＶがΔＶ０よりも小さな場合には、上記の正帰還率の基準値に対する比は１(１００％)より小さくなる。
【００６０】
図９は、振幅ストロークの既知の値Ｓ０に対応するレベル計出力の差分ΔＶのΔＶ０に対する比と、理論修正正帰還率の、正帰還率の基準値に対する比との関係を示す図である。図９の横軸は、振幅ストロークの既知の値Ｓ０に対応するレベル計出力の差分ΔＶのΔＶ０に対する比を表し、図９の縦軸は、理論修正正帰還率の、正帰還率の基準値に対する比を表す。
【００６１】
図７のステップＳ１０４０において、正帰還率修正部１４０５は、帰還インピーダンス１２０５の正帰還率を修正する。正帰還率修正部１４０５は、修正された正帰還率を前記基準値の周囲の所定の範囲内に制限するリミッタを備えている。図９のＡ１及びＢ１は、リミッタの上限の例を示し、図９のＡ２及びＢ２は、リミッタの下限の例を示す。正帰還率修正部１４０５は、上記の所定の範囲内で正帰還率を自動的に修正するように構成してもよい。あるいは、表示部１６０によって、測定のずれを知ったオペレータが、修正の必要性の有無及び修正量を定め、入力部１７０から指示するように構成してもよい。
【００６２】
正帰還率修正部１４０５は、モールド・オシレーションの周期によってリミッタの上下限値、すなわち、上記の所定の範囲を変更するように構成してもよい。具体的には、周期が長い場合には周期が短い場合よりも、上記の所定の範囲を小さくする。図９において、周期が長い場合の正帰還率の上限値及び下限値の一例をＡ１及びＡ２で示し、周期が短い場合の正帰還率の上限値及び下限値の一例をＢ１及びＢ２で示す。
【００６３】
モールド・オシレーションの周期が長い場合に周期が短い場合よりもリミッタの範囲を小さくする理由は以下のとおりである。周期が長い場合（たとえば、１分間に６０サイクルの場合）には、周期が短い場合（たとえば、１分間に２４０サイクルの場合）よりも較正の頻度が低下し、較正の信頼度は低下する。このため、リミッタの範囲を小さくすることによって、安定性を高め、安全性を向上させる。
【００６４】
また、正帰還率修正部１４０５が正帰還率を修正した後、所定の期間（たとえば、較正の周期）内に、振幅ストロークの既知の値Ｓ０に対応するレベル計出力の差分ΔＶのΔＶ０に対する比が、所定の範囲内（たとえば、±１００％）に入らない場合には、正帰還率修正部１４０５が、モールド・オシレーションの周期とは無関係に、正帰還率の値を基準値に戻すように構成してもよい。本測定装置を使用した実験によると、較正の過程で正帰還率を修正した後、測定のずれ量（上記の差分ΔＶのΔＶ０に対する比）が±１００％を超えた場合には、正帰還率を一旦、基準値としてから較正を行った方が、正帰還率をそのままとして較正を継続した場合よりも、ずれ量の較正が早くなった。
【００６５】
図７のステップＳ１０５０において、モールド・オシレーション較正部１４０は、ＭＯＳＣを終了するか判断する。モールド・オシレーション較正部１４０は、上述のモールド・オシレーション・サイクル信号によってＭＯＳＣを終了する時点を定める。終了する場合には、処理を終了する。終了しない場合には、ステップＳ１０２０に戻る。
【００６６】
ＭＯＳＣにおいては、渦流式モールドレベル測定装置の出力の変化分、及びモールド・オシレーションの既知の振幅ストローク値を使用して較正を行うので、高精度が達成される。また、図６に示すように、ＭＯＳＣによれば、引き抜き期間を通して逐次的に較正を実施することができる。したがって、鋳造中におけるタンディッシュの上下降やスラブモールドにおける幅替えなどの動的外乱要因に十分に対応することができる。このように、ＭＯＳＣによって、十分に高い精度を有し、動的外乱要因へ対応することのできる渦流式モールドレベル測定装置を実現することができる。さらに、渦流式モールドレベル測定装置自身の出力を使用して較正を行うので、較正に、熱電対式のモールドレベル計や電極式レベル計などの他のタイプのレベル計を必要としない。
【００６７】
さらに、本発明によるモールドレベル測定装置及び測定方法においては、修正された正帰還率を前記基準値の周囲の所定の範囲内に制限するので、較正によって操業が不安定となることが防止され、連続鋳造プロセス中に較正を確実に実施し、高い測定精度を維持することができる。
【要約】
【課題】連続鋳造プロセス中の環境変化に対応しながら十分な測定精度を確保することのできる渦流式モールドレベル測定装置を提供する。
【解決手段】渦流式モールドレベル測定装置は、モールドレベルの変化によるインピーダンス値の変化を検出するコイルを備えた検出部（１０５）と、該検出部の出力を増幅する増幅部（１２０）と、注湯前の環境において、該増幅部の正帰還率の基準値を定める注湯前較正部（１５０）と、モールド・オシレーションの際の該測定装置の出力の最大値と最小値との差分、及びモールド・オシレーションの振幅の値に対応する、正帰還値が基準値である場合の測定装置の出力信号の差分から測定のずれを求め、前記基準値の周囲の所定の範囲内となるように正帰還率を修正するモールド・オシレーション較正部と、を備えた渦流式モールドレベル測定装置（１４０）を備えている。
【選択図】図２【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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