(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型に注入された溶鋼のレベルを測定するレベル測定システムであって、
溶鋼のレベルに応じた出力電圧を出力する渦流レベル計と、
前記鋳型に設けられた複数の測温素子を備える測温計と、
前記測温計の測定結果に基づいて溶鋼のレベルを算出するレベル算出手段と、
前記レベル算出手段が算出した溶鋼のレベルに基づく第１データと、前記渦流レベル計の出力電圧に基づく第２データとからなる対データを、前記鋳型に溶鋼が注入された状態で取得する対データ取得手段と、
前記対データ取得手段が取得した複数の前記対データに基づいて、溶鋼のレベルと前記渦流レベル計の出力電圧との関係である渦流レベル計特性を算出する特性算出手段と、
前記特性算出手段が算出した前記渦流レベル計特性に基づいて、前記渦流レベル計の出力電圧から溶鋼のレベルを測定する測定手段と、を備えることを特徴とするレベル測定システム。
【請求項２】
前記特性算出手段は、前記渦流レベル計特性を次式で表すために、定数Ａ、定数Ｂ、定数Ｃ及び定数Ｄを算出することを特徴とする請求項１に記載のレベル測定システム。
（渦流レベル計の出力電圧）＝ｅｘｐ（Ａ−Ｂ×（溶鋼のレベル）D）＋Ｃ
【請求項３】
溶鋼が前記鋳型に注入される前の前記渦流レベル計の出力電圧に基づく初期データを取得する初期データ取得手段をさらに備え、
前記特性算出手段は、前記初期データを前記定数Ｃとすることを特徴とする請求項２に記載のレベル測定システム。
【請求項４】
前記対データ取得手段は、３組以上の前記対データを取得することを特徴とする請求項３に記載のレベル測定システム。
【請求項５】
前記第１データは前記レベル算出手段が算出した溶鋼のレベルの平均値であり、前記第２データは前記渦流レベル計の出力電圧の平均値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレベル測定システム。
【請求項６】
溶鋼のレベルと、鋳型に注入された溶鋼のレベルに応じた出力電圧を出力する渦流レベル計の出力電圧との関係である渦流レベル計特性を算出する情報処理装置であって、
前記鋳型に設けられた複数の測温素子を備える測温計の測定結果から算出された溶鋼のレベルに基づく第１データと、前記渦流レベル計の出力電圧に基づく第２データとからなる複数の対データに基づいて、溶鋼のレベルと前記渦流レベル計の出力電圧との関係である渦流レベル計特性を算出する特性算出手段を備えることを特徴とする情報処理装置。
【請求項７】
溶鋼のレベルに応じた出力電圧を出力する渦流レベル計を用いて溶鋼のレベルを測定する測定方法であって、
鋳型に設けられた複数の測温素子を備える測温計の測定結果に基づいて溶鋼のレベルを算出するレベル算出ステップと、
前記レベル算出ステップで算出した溶鋼のレベルに基づく第１データと、前記渦流レベル計の出力電圧に基づく第２データとからなる対データを、前記鋳型に溶鋼が注入された状態で取得する対データ取得ステップと、
前記対データ取得ステップで取得した複数の前記対データに基づいて、溶鋼のレベルと前記渦流レベル計の出力電圧との関係である渦流レベル計特性を算出する特性算出ステップと、
前記特性算出ステップで算出した前記渦流レベル計特性に基づいて、前記渦流レベル計の出力電圧から溶鋼のレベルを測定する測定ステップと、を備えることを特徴とする測定方法。
【請求項８】
溶鋼のレベルに応じた出力電圧を出力する渦流レベル計と、鋳型に設けられた複数の測温素子を備える測温計と、を備え、溶鋼のレベルを測定できるレベル測定システムを制御するためのプログラムであって、
前記測温計の測定結果に基づいて溶鋼のレベルを算出するレベル算出ステップと、
前記レベル算出ステップで算出した溶鋼のレベルに基づく第１データと、前記渦流レベル計の出力電圧に基づく第２データとからなる対データを、前記鋳型に溶鋼が注入された状態で取得する対データ取得ステップと、
前記対データ取得ステップで取得した複数の前記対データに基づいて、溶鋼のレベルと前記渦流レベル計の出力電圧との関係である渦流レベル計特性を算出する特性算出ステップと、
前記特性算出ステップで算出した前記渦流レベル計特性に基づいて、前記渦流レベル計の出力電圧から溶鋼のレベルを測定する測定ステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼のレベルを測定するレベル測定システム、レベル測定システムに用いられる情報処理装置、溶鋼のレベルの測定方法、及び、レベル測定システムに用いられるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造では、溶鋼をタンディッシュから鋳型（モールド）に注入する。連続鋳造において、鋳型に注入された溶鋼のレベルの管理が、良好な品質の鋼片の製造に重要である。溶鋼のレベルとは、鋳型の上端から鋳型に注入された溶鋼の表面（湯面）までの距離である。溶鋼のレベルの測定に関連する技術として、次のようなものが開示されている。
【０００３】
特許文献１は、渦流式湯面レベル計の校正方法を開示する。特許文献１の渦流式湯面レベル計の校正方法は、底板を模擬湯面ターゲットと成した箱型の校正治具を用いて冷間特性による校正曲線を求める。その後、校正曲線を実測値に基づいて平行移動する。こうして、熱間校正曲線を求める。
【０００４】
また、特許文献２は、渦流式湯面レベル計の簡易校正方法を開示する。特許文献２の簡易校正方法では、予め基準となる単位レベル毎のデータを含む折れ線近似したデータテーブルを求めておく。実際の使用にあっては、予め、既知湯面レベルでの実測値（Ｖｍ）とデータテーブルでのデータ値（Ｖｄ）を求めて、データ値（Ｖｄ）／実測値（Ｖｍ）からなる正規化係数（Ｋ１）を求める。そして、実際の測定値に正規化係数（Ｋ１）を乗じて、データテーブルを用いて、溶鋼面までの深さを測定する。
【０００５】
また、特許文献３は、連続鋳造鋳型の渦流式湯面レベル計の自動校正方法を開示する。特許文献３の自動校正方法では、まず鋳造開始から定常湯面レベルに到達するまでの湯面レベルを渦流式湯面レベル計とフロート式レベル計とで同時に測定する。この測定結果によりこれまでの渦流式湯面レベル計のレベルＬ−出力Ｖ（Ｌ）特性曲線を校正する。次いで、湯面レベルが定常状態であるときに要求されるより微妙な校正を、スライディングノズル等を加振して湯面レベルを変動させる。そして、そのときの変動幅が異なる２水準以上の湯面レベルにおいて等しくなるように上記レベルＬ−出力Ｖ（Ｌ）校正曲線の補正を行ない、湯面レベルが定常状態であるときの微妙な校正を行なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２９１５３１号公報
【特許文献２】特開２００２−３３１３４２号公報
【特許文献３】特開平５−４００５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、冷間特性による校正曲線を求めて、１つの実績値から冷間特性による校正曲線を平行移動させる。しかしながら、冷間特性は、実際に溶鋼を流すときのような高温ではなく、溶鋼を流していない状態での特性であり、実際に溶鋼を流すときのような高温での熱間特性とは異なることが知られている。そのため、特許文献１では、平行移動させて補正した校正曲線は、１つの実績値以外については、十分な精度を得られない。なお、冷間特性と熱間特性とが異なる理由として、例えば次のようなものが挙げられる。第１に、冷間特性は、溶鋼を流した状態を模擬する校正装置で測定された値から得るものである。この校正装置では、溶鋼の代わりに鉄板を使う。この鉄板は、鋳型と完全に接触しているわけではない。したがって、鉄板の渦電流は、溶鋼の湯面の渦電流とは発生の仕方が異なると考えられる。第２に、校正装置を鋳型に取り付けるには、校正装置がある程度の大きさがあるため、通常タンディシュを移動する必要がある。タンディッシュは金属でできているため、タンディシュの有無によって電磁特性が変化すると考えられる。第３に、溶鋼を流しているときは、タンディシュに接続するノズルにも溶鋼が流れている。校正装置を使う場合は、ノズルの溶鋼に相当するものがないため、校正装置を使う場合と溶鋼を流す場合とでは電磁特性が異なると考えられる。
【０００８】
また、特許文献２では、正規化係数は、溶鋼のレベルがどの値でも同じであることを前提にしている。しかしながら、特許文献２では、データテーブルを、溶鋼を流す前の状態で作成するため、特許文献２のデータテーブルは特許文献１と同様に冷間での特性といえる。よって、上記のように、冷間での特性と熱間での特性とは異なるため、正規化係数は、通常は、溶鋼のレベルによって異なる。そのため、特許文献２でも、特許文献１と同様に、正規化係数を求める際に使用する溶鋼のレベルの実績値以外については、十分な精度を得られない。
また、特許文献３では、スライディングノズル等を加振して湯面レベルを変動させる。このとき、加振の量に応じて湯面レベルの変動量が定まることを前提にしている。しかしながら、実際はノズル詰まり等により、加振の量が一定でも湯面レベルの変動量が異なることがある。そのため、渦流式湯面レベル計の校正を行っても十分な精度を得られないおそれがある。また、特許文献３ではフロート式レベル計が使われる。フロート式レベル計は、安定して使用するために、溶鋼が鋳型の上部に到達しない状態で使われる。したがって、渦流式湯面レベル計の校正を行っても十分な精度を得られないおそれがある。
【０００９】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、鋳型に注入された溶鋼のレベルの測定の精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のレベル測定システムは、鋳型に注入された溶鋼のレベルを測定するレベル測定システムであって、溶鋼のレベルに応じた出力電圧を出力する渦流レベル計と、前記鋳型に設けられた複数の測温素子を備える測温計と、前記測温計の測定結果に基づいて溶鋼のレベルを算出するレベル算出手段と、前記レベル算出手段が算出した溶鋼のレベルに基づく第１データと、前記渦流レベル計の出力電圧に基づく第２データとからなる対データを、前記鋳型に溶鋼が注入された状態で取得する対データ取得手段と、前記対データ取得手段が取得した複数の前記対データに基づいて、溶鋼のレベルと前記渦流レベル計の出力電圧との関係である渦流レベル計特性を算出する特性算出手段と、前記特性算出手段が算出した前記渦流レベル計特性に基づいて、前記渦流レベル計の出力電圧から溶鋼のレベルを測定する測定手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明のレベル測定システムの他の特徴とするところは、前記特性算出手段は、前記渦流レベル計特性を次式で表すために、定数Ａ、定数Ｂ、定数Ｃ及び定数Ｄを算出する点にある。
（渦流レベル計の出力電圧）＝ｅｘｐ（Ａ−Ｂ×（溶鋼のレベル）Ｄ）＋Ｃ
また、本発明のレベル測定システムの他の特徴とするところは、溶鋼が前記鋳型に注入される前の前記渦流レベル計の出力電圧に基づく初期データを取得する初期データ取得手段をさらに備え、前記特性算出手段は、前記初期データを前記定数Ｃとする点にある。
また、本発明のレベル測定システムの他の特徴とするところは、前記対データ取得手段は、３組以上の前記対データを取得する点にある。
また、本発明のレベル測定システムの他の特徴とするところは、前記第１データは前記レベル算出手段が算出した溶鋼のレベルの平均値であり、前記第２データは前記渦流レベル計の出力電圧の平均値である点にある。
本発明の情報処理装置は、溶鋼のレベルと、鋳型に注入された溶鋼のレベルに応じた出力電圧を出力する渦流レベル計の出力電圧との関係である渦流レベル計特性を算出する情報処理装置であって、前記鋳型に設けられた複数の測温素子を備える測温計の測定結果から算出された溶鋼のレベルに基づく第１データと、前記渦流レベル計の出力電圧に基づく第２データとからなる複数の対データに基づいて、溶鋼のレベルと前記渦流レベル計の出力電圧との関係である渦流レベル計特性を算出する特性算出手段を備えることを特徴とする。
本発明の測定方法は、溶鋼のレベルに応じた出力電圧を出力する渦流レベル計を用いて溶鋼のレベルを測定する測定方法であって、鋳型に設けられた複数の測温素子を備える測温計の測定結果に基づいて溶鋼のレベルを算出するレベル算出ステップと、前記レベル算出ステップで算出した溶鋼のレベルに基づく第１データと、前記渦流レベル計の出力電圧に基づく第２データとからなる対データを、前記鋳型に溶鋼が注入された状態で取得する対データ取得ステップと、前記対データ取得ステップで取得した複数の前記対データに基づいて、溶鋼のレベルと前記渦流レベル計の出力電圧との関係である渦流レベル計特性を算出する特性算出ステップと、前記特性算出ステップで算出した前記渦流レベル計特性に基づいて、前記渦流レベル計の出力電圧から溶鋼のレベルを測定する測定ステップと、を備えることを特徴とする。
本発明のプログラムは、溶鋼のレベルに応じた出力電圧を出力する渦流レベル計と、鋳型に設けられた複数の測温素子を備える測温計と、を備え、溶鋼のレベルを測定できるレベル測定システムを制御するためのプログラムであって、前記測温計の測定結果に基づいて溶鋼のレベルを算出するレベル算出ステップと、前記レベル算出ステップで算出した溶鋼のレベルに基づく第１データと、前記渦流レベル計の出力電圧に基づく第２データとからなる対データを、前記鋳型に溶鋼が注入された状態で取得する対データ取得ステップと、前記対データ取得ステップで取得した複数の前記対データに基づいて、溶鋼のレベルと前記渦流レベル計の出力電圧との関係である渦流レベル計特性を算出する特性算出ステップと、前記特性算出ステップで算出した前記渦流レベル計特性に基づいて、前記渦流レベル計の出力電圧から溶鋼のレベルを測定する測定ステップと、をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、鋳型に注入された溶鋼のレベルの測定の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】鋳造システムの構成図である。
【図２】渦流レベル計主部の構成図である。
【図３】時間変化率グラフの図である。
【図４】溶鋼のレベルを制御する処理のフローチャートである。
【図５】初期データ及び対データを取得する処理のフローチャートである。
【図６】測温レベルグラフを示す図である。
【図７】渦流レベル計の特性を算出する処理のフローチャートである。
【図８】渦流レベル計特性グラフの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
はじめに、図１を参照して、本実施形態の鋳造システムについて説明する。図１は、本実施形態の鋳造システムの構成図である。
本実施形態の鋳造システムは、タンディッシュ１０と、ノズル１１と、ストッパ１２と、鋳型１３と、レベル管理システム１００とを備える。
タンディッシュ１０は、取鍋から注入される溶鋼１４を一時的に受け止める受け皿である。タンディッシュ１０に注入された溶鋼１４は、ノズル１１を通り、鋳型１３に注入される。
ノズル１１は、タンディッシュ１０の底面にある貫通孔が形成された領域に接続して、下方に伸びる。
【００１４】
ストッパ１２は、タンディッシュ１０から鋳型１３に注入される溶鋼１４の量を調整する。ストッパ１２は、ノズル１１の上方に、上下方向に伸びるように配置される棒状の部材である。ストッパ１２におけるノズル１１側の端部である先端はノズル１１より小径であり、上方に進むにつれて、ノズル１１の径と同等になるまで径が大きくなる形状である。ストッパ１２は、上下に動くことができる。ストッパ１２が下方に動くにつれて、ストッパ１２の先端がノズル１１内に侵入し、タンディッシュ１０からノズル１１に流れる溶鋼１４の量が減る。また、ストッパ１２が下方から上方に動くにつれて、ストッパ１２の先端がノズル１１内から抜き出され、タンディッシュ１０からノズル１１に流れる溶鋼１４の量が増える。
鋳型１３は、内部に冷却水が流されており、鋳型１３に注入される溶鋼１４を冷却する。鋳型１３の下方には、不図示のロールが配置され、鋳型１３に注入された溶鋼１４は冷却されながら、ロールによって引き出されていく。
【００１５】
レベル管理システム１００は、鋳型１３に注入された溶鋼１４のレベルＬを管理する。レベルＬは、鋳型１３の上端から鋳型１３に注入された溶鋼１４の表面までの距離である。レベル管理システム１００は、溶鋼１４のレベルＬを測定し、溶鋼１４のレベルＬの測定結果に基づいて溶鋼１４のレベルＬを調整する。本実施形態では、レベル管理システム１００が、本発明を適用したレベル測定システムとして機能する。
レベル管理システム１００は、渦流レベル計１１０と、レベル計アンプ盤１２０と、測温計１３０と、制御装置１４０と、特性算出装置１５０と、データベース１６０と、目標レベル設定器１７０と、ストッパ制御盤１８０とを備える。
【００１６】
渦流レベル計１１０は、溶鋼のレベルに応じた電圧信号を出力する計測機器である。電圧信号は、渦流レベル計１１０が出力する出力電圧である。渦流レベル計１１０は、上下方向に伸びる棒状の渦流レベル計主部１１０Ａを備える。渦流レベル計主部１１０Ａの下方の端部が、鋳型１３内の溶鋼１４の表面に対向するように配置される。
次に、図２を参照して渦流レベル計主部１１０Ａについて説明する。図２は渦流レベル計主部１１０Ａの構成図である。渦流レベル計主部１１０Ａは、発振コイル１１１と、第１検出コイル１１２と、第２検出コイル１１３とを備える。
発振コイル１１１、第１検出コイル１１２及び第２検出コイル１１３は、それぞれ、溶鋼１４の表面に垂直な線が軸線になるように巻かれたコイルである。また、第１検出コイル１１２及び第２検出コイル１１３は、コイルの素材及び巻き数等が同じである。また、発振コイル１１１の上方に第１検出コイル１１２が配置され、発振コイル１１１の下方に第２検出コイル１１３が配置される。発振コイル１１１から第１検出コイル１１２までの距離と、発振コイル１１１から第２検出コイル１１３までの距離とは等しい。
【００１７】
まず、溶鋼１４が存在しない場合を考える。このとき、発振コイル１１１に交流電圧を印加すると、発振コイル１１１によって変動する磁界が生じる。この変動する磁界は、電磁誘導により、第１検出コイル１１２に電圧ｅ１を生じさせ、第２検出コイル１１３に電圧ｅ２を生じさせる。第１検出コイル１１２及び第２検出コイル１１３は同じコイルであり、発振コイル１１１から第１検出コイル１１２までの距離と、発振コイル１１１から第２検出コイル１１３までの距離とは等しい。したがって、第１検出コイル１１２に生じる電圧ｅ１と、第２検出コイル１１３に生じる電圧ｅ２とは等しい。
次に、溶鋼１４が存在する場合を考える。このとき、発振コイル１１１によって生じる磁界は、溶鋼１４の表面に渦電流を生じさせる。この溶鋼１４の表面の渦電流が、磁界を生じさせ、この磁界が第１検出コイル１１２及び第２検出コイル１１３に影響を与える。したがって、電圧ｅ１と電圧ｅ２とは異なる値になる。渦流レベル計１１０は、電圧ｅ１と電圧ｅ２との差を出力電圧とする。
【００１８】
溶鋼１４の表面に生じる渦電流は、溶鋼１４の表面と、渦流レベル計主部１１０Ａとの距離に依存する。よって、溶鋼１４のレベルＬに応じて渦流レベル計１１０の出力電圧が定まる。したがって、溶鋼１４のレベルＬと渦流レベル計１１０の出力電圧との関係である渦流レベル計特性が得られれば、渦流レベル計１１０の出力電圧から溶鋼１４のレベルＬを取得できる。精度の高い渦流レベル計特性を得ることが、溶鋼１４のレベルＬの測定精度を上げることに重要である。レベル管理システム１００での渦流レベル計特性の算出方法は、後に詳しく説明する。
なお、ここで説明したものは渦流レベル計主部１１０Ａの一例であり、渦流レベル計主部１１０Ａは、例えば第１検出コイル１１２を備えない構成であってもよい。
【００１９】
図１に戻り、レベル管理システム１００の説明を続ける。
レベル計アンプ盤１２０は、渦流レベル計１１０の出力電圧から、登録テーブル１２１を用いて、溶鋼１４のレベルＬを導くことで溶鋼１４のレベルＬを測定するアンプ盤である。レベル計アンプ盤１２０は、ハードディスクドライブ等の記憶装置を備え、記憶装置に登録テーブル１２１が記憶される。レベル計アンプ盤１２０は、溶鋼１４のレベルＬを、電圧又はデジタルデータ等で表されるレベル信号として出力する。
【００２０】
登録テーブル１２１は、渦流レベル計特性を表す情報であり、例えば、１０ｍｍ刻みの溶鋼１４のレベルＬと、それぞれの溶鋼１４のレベルＬでの渦流レベル計１１０の出力電圧とから構成される情報である。レベル計アンプ盤１２０は、渦流レベル計１１０の出力電圧を基に、登録テーブル１２１を参照することで、溶鋼１４のレベルＬを得ることができ、この溶鋼１４のレベルＬを表す信号を電圧又はデジタルデータ等として出力する。
登録テーブル１２１の精度によって、レベル計アンプ盤１２０が導く溶鋼１４のレベルＬの精度が変わる。本実施形態では、登録テーブル１２１には、高精度登録テーブルと簡易登録テーブルとがある。高精度登録テーブルは、特性算出装置１５０が生成する登録テーブル１２１であり、高精度登録テーブルを使うことでレベル計アンプ盤１２０が導く溶鋼１４のレベルＬの精度が向上する。簡易登録テーブルは、例えば特許文献２に記載のように、冷間で求めた渦流レベル計１１０を簡易的に補正して得たれた登録テーブルであり、高精度登録テーブルと比べて精度が劣る。また、簡易登録テーブルは、後述する比較例となる渦流レベル計特性の算出方法で算出した渦流レベル計特性であってもよい。
本実施形態では、後述のように、特性算出装置１５０が高精度登録テーブルを生成するまでは登録テーブル１２１として簡易登録テーブルが使われる。特性算出装置１５０が高精度登録テーブルを生成した後は、登録テーブル１２１として高精度登録テーブルが使われる。
【００２１】
測温計１３０は、鋳型１３の温度を計測する計測機器である。測温計１３０は、複数の測温素子１３１と、変換器盤１３２とを備える。測温素子１３１は、熱電対であって、鋳型１３の内部に、上下方向に等間隔に並ぶように設けられる。
変換器盤１３２は、測温素子１３１の出力電圧を、制御装置１４０のＩＯインターフェースに合う温度信号に変換して、制御装置１４０に送る変換装置である。変換器盤１３２は、測温素子１３１と同数の変換器１３３を備え、測温素子１３１と、変換器１３３とが一対一に対応する。変換器１３３は、例えば、電圧値をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器（アナログデジタル変換器）でもよく、測温素子１３１の出力電圧を例えば４ｍＡから２０ｍＡの範囲の電流に変換する変換器でもよい。
なお、測温素子１３１は、温度を測定できるものであればよく、例えばサーミスタであってもよい。
【００２２】
制御装置１４０は、レベル制御部１４１、初期データ取得部１４２、対データ取得部１４３、及び、レベル算出部１４４を備える情報処理装置である。
レベル制御部１４１は、レベル計アンプ盤１２０からレベル信号として受信する溶鋼１４のレベルＬと、目標レベル設定器１７０で指定される目標レベルとから、溶鋼１４のレベルＬが目標レベルになるように制御する。レベル制御部１４１は、ストッパ制御盤１８０にレベル制御信号を送信することで、ストッパ１２の動きを制御し、溶鋼１４のレベルＬを制御する。目標レベルは、目標とする溶鋼１４のレベルＬである。
初期データ取得部１４２は、初期データを取得して、初期データに基づくデータをデータベース１６０に保存する。初期データは、溶鋼１４を鋳型１３に注入する前の渦流レベル計１１０の出力電圧に基づくデータである。
対データ取得部１４３は、対データを取得して、データベース１６０に保存する。対データは、レベル算出部１４４が算出する溶鋼１４のレベルＬに基づく第１データと、渦流レベル計１１０の出力電圧に基づく第２データとからなる。
【００２３】
レベル算出部１４４は、測温レベルを算出して、対データ取得部１４３に送る。測温レベルは、鋳型１３の温度から算出される溶鋼１４のレベルＬである。なお、レベル算出部１４４は、鋳型１３の温度を、温度信号として測温計１３０から受信する。
次に、レベル算出部１４４が行う測温レベルの算出方法の一例を説明する。
まず、レベル算出部１４４は、それぞれの変換器１３３から受信する温度信号から、測温素子１３１が測定する温度の時間変化率を算出する。
次に、レベル算出部１４４は、時間変化率が最も大きい温度を測定した測温素子１３１を選択する。この測温素子１３１を第Ｎ測温素子１３１とする。次に、レベル算出部１４４は、第Ｎ測温素子１３１の上方に隣接する第（Ｎ−１）測温素子１３１、及び、第Ｎ測温素子１３１の下方に隣接する第（Ｎ＋１）測温素子１３１を選択する。
【００２４】
次に、レベル算出部１４４は、時間変化率二次曲線Ｃ１の最大値となる距離を算出する。時間変化率二次曲線Ｃ１について図３を参照して説明する。図３は時間変化率グラフを表す図である。時間変化率グラフの横軸は、鋳型１３の上端からの距離であり、（Ｎ−１）、Ｎ、及び、（Ｎ＋１）は、それぞれ、鋳型１３の上端から第（Ｎ−１）測温素子１３１、第Ｎ測温素子１３１、及び、第（Ｎ＋１）測温素子１３１までの距離を表す。時間変化率グラフの縦軸は、温度の時間変化率である。点Ｐ１０、Ｐ１１及びＰ１２は、それぞれ、第（Ｎ−１）測温素子１３１、第Ｎ測温素子１３１、及び、第（Ｎ＋１）測温素子１３１が測定した温度の時間変化率である。時間変化率二次曲線Ｃ１は、Ｐ１０、Ｐ１１及びＰ１２を通る二次曲線である。レベル算出部１４４は、時間変化率二次曲線Ｃ１における「温度の時間変化率」が最大値となる点Ｐ１３の「鋳型１３の上端からの距離」である距離Ａを算出する。レベル算出部１４４は、距離Ａを、測温レベルとする。
レベル算出部１４４は、このように測温レベルを算出する。また、レベル算出部１４４は、このような処理を繰り返して、測温レベルを更新していく。
【００２５】
特性算出装置１５０は、特性算出部１５１、及び、テーブル生成部１５２を備える情報処理装置である。
特性算出部１５１は、データベース１６０に格納されている初期データと対データとから、渦流レベル計特性を算出する。
テーブル生成部１５２は、特性算出部１５１が算出した渦流レベル計特性から、レベル計アンプ盤１２０の登録テーブル１２１を作成する。
なお、特性算出装置１５０の処理の詳細は後述する。
【００２６】
データベース１６０は、制御装置１４０の初期データ取得部１４２が取得した初期データ、及び、対データ取得部１４３が取得した対データを保存する。データベース１６０には、ハードディスクドライブ等の記憶装置が使われる。
目標レベル設定器１７０は、レベル管理システム１００の使用者が、溶鋼１４の目標レベルを入力する装置であり、入力された目標レベルは制御装置１４０のレベル制御部１４１に送信される。
ストッパ制御盤１８０は、制御装置１４０から受信するレベル制御信号に基づいて、ストッパ１２にストッパ駆動信号を送信して、ストッパ１２の動きを制御する制御盤である。
【００２７】
制御装置１４０、及び、特性算出装置１５０は、それぞれ、例えば、ＣＰＵ、主記憶装置、ハードディスク等の補助記憶装置、及び、外部機器とのＩＯインターフェースを備えるコンピュータにより実現される。制御装置１４０のＩＯインターフェースは、渦流レベル計１１０、レベル計アンプ盤１２０、測温計１３０、データベース１６０、目標レベル設定器１７０、及び、ストッパ制御盤１８０とデータの送受信を行える。特性算出装置１５０のＩＯインターフェースは、レベル計アンプ盤１２０、及び、データベース１６０とデータの送受信を行える。制御装置１４０、及び、特性算出装置１５０は、ＣＰＵが主記憶装置に展開されたプログラムを実行することで、それぞれの装置が備える機能を実現する。
【００２８】
次に、渦流レベル計１１０及び測温計１３０の特徴について説明する。
渦流レベル計１１０は、溶鋼１４のレベルＬが変動すると即座に応答し、溶鋼１４のレベルＬに応じて出力電圧が変動する。一方、測温計１３０は、溶鋼１４の熱が測温素子１３１に伝わるための時間が必要であるため、応答が渦流レベル計１１０と比べて遅い。したがって、溶鋼１４のレベルＬを安定して制御するためには、応答の早い渦流レベル計１１０を使うことが好ましい。
しかし、渦流レベル計１１０の出力電圧から溶鋼１４のレベルＬを高精度に得るためには、渦流レベル計特性を高精度に求めて、渦流レベル計特性が反映された登録テーブル１２１を作成することが重要である。一方、レベル算出部１４４は、特別な特性を求めることなく、測温計１３０の測定結果に基づく処理を行うことで、溶鋼１４のレベルＬを高精度に得ることができる。
このような特徴から、本実施形態では、渦流レベル計特性を高精度に求めるために測温計１３０が使われ、溶鋼１４のレベルＬを安定して制御するために渦流レベル計１１０が使われる。
【００２９】
次に、図４を参照して、溶鋼１４のレベルＬを制御する処理について説明する。図４は、溶鋼１４のレベルＬを制御する処理のフローチャートである。
ステップＳ１０１において、制御装置１４０のレベル制御部１４１は、制御装置１４０の対データ取得部１４３又は目標レベル設定器１７０から溶鋼１４の目標レベルを取得する。レベル制御部１４１が対データ取得部１４３から溶鋼１４の目標レベルを取得するのは、渦流レベル計特性を算出するときである。また、レベル制御部１４１が目標レベル設定器１７０から溶鋼１４の目標レベルを取得するのは、渦流レベル計特性の算出が終わり、レベル計アンプ盤１２０に登録テーブル１２１として高精度テーブルが登録されているときである。
ステップＳ１０２において、レベル制御部１４１は、レベル計アンプ盤１２０から溶鋼１４の現在レベルを取得する。
ステップＳ１０３において、レベル制御部１４１は、目標レベルと現在レベルとの偏差に基づいて、ＰＩＤ演算等により、ストッパ１２の移動方向、及び、ストッパ１２の移動量を演算して求める。
【００３０】
ステップＳ１０４において、レベル制御部１４１は、ステップＳ１０３での演算結果に基づいたレベル制御信号をストッパ制御盤１８０に送信して、ストッパ制御盤１８０を制御する。そして、レベル制御部１４１は処理をステップＳ１０１に戻す。ストッパ制御盤１８０は、レベル制御信号に基づいてストッパ１２にストッパ駆動信号を送信して、ストッパ１２の動きを制御する。
以上のような処理により、溶鋼１４を目標レベルで安定させることができる。
【００３１】
次に、渦流レベル計特性を算出して、登録テーブル１２１として上記の高精度登録テーブルを生成する処理について説明する。高精度登録テーブルを生成する処理は、初期データ及び対データを取得する処理と、取得した初期データ及び対データから渦流レベル計特性を算出して高精度登録テーブルを生成する処理とからなる。
まず、図５を参照して、初期データ及び対データを取得する処理について説明する。図５は、初期データ及び対データを取得する処理のフローチャートである。
本実施形態の鋳造システムは、初期データ及び対データを取得することを目的とした鋳造を行う。図５のステップＳ２０１は、鋳型１３に溶鋼１４が注入される前に開始する。
【００３２】
ステップＳ２０１において、制御装置１４０の初期データ取得部１４２は、鋳型１３に溶鋼１４が注入されていない状態での渦流レベル計１１０の出力電圧を、所定時間の間に複数取得する。所定時間は、予め定められた時間であり例えば４００秒又は５００秒とする。
ステップＳ２０２において、初期データ取得部１４２は、ステップＳ２０１で取得した複数の出力電圧について平均値を算出して初期データとする。なお、初期データ取得部１４２は、複数の出力電圧の中央値を初期データとする等、平均値以外の値を使ってもよい。
ステップＳ２０３において、初期データ取得部１４２は、ステップＳ２０２で算出した初期データをデータベース１６０に保存する。
ステップＳ２０４において、本実施形態の鋳造システムは、溶鋼１４を鋳型１３に注入することを開始する。
ステップＳ２０５において、本実施形態の鋳造システムは、鋳型１３に所定の量の溶鋼１４が溜まった状態にする。鋳型１３に溜まった溶鋼１４の量は、例えば溶鋼１４のレベルLで測定される。所定の量は、レベルLの変動を考慮した適度な値であればよく、目視、針金による測定、又は、レベル計アンプ盤１２０が示す値等によって決めてもよい。
【００３３】
ステップＳ２０６において、制御装置１４０の対データ取得部１４３は、ステップＳ２０７からＳ２１０までの処理であるループ内処理の開始準備をする。対データ取得部１４３は、ループ内処理を３回以上であって予め定められた回数実行する。
ステップＳ２０７において、対データ取得部１４３は、溶鋼１４の目標レベルをレベル制御部１４１に送って、溶鋼１４の目標レベルを設定する。対データ取得部１４３が設定する溶鋼１４の目標レベルは、ループ内処理でステップＳ２０７が実行される毎に、異なるレベルにする。図５の処理と並列に動作するレベル制御部１４１は、図４のステップＳ１０１で対データ取得部１４３から目標レベルを取得して、図４の処理によって溶鋼１４のレベルＬを制御する。なお、ステップＳ２０７の段階では、高精度登録テーブルは生成されていないため、登録テーブル１２１として簡易登録テーブルが使われる。
ステップＳ２０７は、ループ内処理に含まれる処理であるため、３回以上処理される。したがって、ステップＳ２０７において対データ取得部１４３は３回以上目標レベルを設定する。対データ取得部１４３が設定する目標レベルは、安定して運用できる範囲として定められた溶鋼１４のレベルＬの範囲である定常範囲に含まれる次の３つの値を含むものとする。１つ目の値は定常範囲の上位１０％の範囲に含まれる値である。２つ目の値は定常範囲の下位１０％の範囲に含まれる値である。３つ目の値は定常範囲の中間点を含む定常範囲の１０％の範囲に含まれる値である。このように目標値を設定することで、広範囲の対データを安定して取得できる。
【００３４】
ステップＳ２０８において、対データ取得部１４３は、溶鋼１４のレベルＬが一定になるまで待機する。対データ取得部１４３は、例えば４００秒又は５００秒の所定時間待機したり、渦流レベル計１１０の出力電圧の変化が所定の範囲に収まるまで待機したり、レベル管理システム１００の使用者が対データ取得部１４３に対して不図示の入力装置で指示を与えるまで待機したりする。
その後、対データ取得部１４３は、渦流レベル計１１０の出力電圧、及び、レベル算出部１４４で算出された溶鋼１４のレベルＬである測温レベルを、所定時間の間に複数取得する。所定時間は、予め定められた時間であり例えば４００秒又は５００秒とする。
【００３５】
ステップＳ２０９において、対データ取得部１４３は、対データを算出する。対データは、測温レベルの平均値である第１データ、及び、渦流レベル計１１０の出力電圧の平均値である第２データからなる。対データ取得部１４３は、ステップＳ２０８で取得した複数の測温レベルの平均値を算出して第１データとし、ステップＳ２０８で取得した渦流レベル計１１０の複数の出力電圧の平均値を算出して第２データとする。なお、対データ取得部１４３は、複数の測温レベルの中央値を第１データとし、複数の出力電圧の中央値を第２データする等、平均値以外の値を使ってもよい。
ステップＳ２１０において、対データ取得部１４３は、対データをデータベース１６０に保存する。
ステップＳ２１１において、対データ取得部１４３は、ループ内処理の終了を確認する。対データ取得部１４３は、ループ内処理が予め定められた回数実行されたときは図５に示す処理を終了し、ループ内処理が予め定められた回数実行されていないときは、処理をステップＳ２０７に戻す。
図５に示す処理が終了すると、本実施形態の鋳造システムは、初期データ及び対データを取得することを目的とした鋳造を終了し、図７に示す高精度登録テーブルを生成する処理を開始する。
【００３６】
次に、図６を参照して、対データ取得部１４３による対データの算出の処理の例を説明する。図６は、測温レベルグラフを示す図である。測温レベルグラフは、測温計１３０を用いて算出された溶鋼１４のレベルＬである測温レベルを表す。測温レベルグラフの横軸は時間（秒）であり、縦軸が測温レベル（ｍｍ）である。
図６に示す例では、溶鋼１４のレベルＬが一定になる時間帯として、時間帯Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３がある。それぞれの時間帯Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３において異なる目標レベルが設定されているため、溶鋼１４のレベルＬが異なっている。そして、それぞれの時間帯Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３において、図５のステップＳ２０８の処理が行われ、対データ取得部１４３は、渦流レベル計１１０の出力電圧、及び、測温レベルを複数取得する。その後、対データ取得部１４３は、取得したデータの平均値を算出して対データを得る。
【００３７】
次に、図７を参照して、取得した初期データ及び対データから渦流レベル計特性を算出して高精度登録テーブルを生成する処理について説明する。図７は、渦流レベル計の特性を算出するフローチャートである。
ステップＳ３０１において、特性算出装置１５０の特性算出部１５１は、データベース１６０から、初期データ及び対データを取得する。
ステップＳ３０２において、特性算出部１５１は、渦流レベル計特性を算出する。本実施形態では、渦流レベル計特性を次式１で表す。
（渦流レベル計の出力電圧）＝ｅｘｐ（Ａ−Ｂ×（溶鋼のレベル）D）＋Ｃ  ・・・  （式１）
ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは定数である。
式１は、発明者が種々の実験をすることで導いたものであり、後に図８を参照して説明するように、渦流レベル計特性を高精度に表すことができる。
【００３８】
特性算出部１５１は、ステップＳ３０１で取得した初期データから定数Ｃを算出する。具体的には、特性算出部１５１は、ステップＳ３０１で取得した初期データを定数Ｃとする。これは次の理由による。式１から分かるように、溶鋼１４のレベルＬが極めて大きいとき、渦流レベル計の出力電圧は定数Ｃに等しいといえる。ここで、初期データは、溶鋼１４を鋳型１３に注入する前の渦流レベル計１１０の出力電圧である。よって、初期データは、溶鋼１４のレベルＬが極めて大きいときの渦流レベル計１１０の出力電圧といえる。したがって、初期データを定数Ｃとできる。
【００３９】
また、特性算出部１５１は、ステップＳ３０１でデータベース１６０から取得した対データから定数Ａ、定数Ｂ、定数Ｄを算出する。対データに含まれる第１データは、複数の測温レベルの平均値であり、式１の「溶鋼のレベル」に対応する。対データに含まれる第２データは、複数の渦流レベル計１１０の出力電圧の平均値であり、式１の「渦流レベル計の出力電圧」に対応する。
データベース１６０に保存される対データは、図５を参照して説明したように、３組以上ある。特性算出部１５１は、データベース１６０から取得した対データの数に応じて次のように定数Ａ、定数Ｂ、定数Ｄを算出する。
特性算出部１５１が取得した対データが３組のときは、求めたい定数が３個あるため、３組の対データのそれぞれを式１に代入して得られた３つの式を使った連立方程式を解くことで、特性算出部１５１は定数Ａ、定数Ｂ、定数Ｄを算出する。
特性算出部１５１が取得した対データが４組以上のときは、特性算出部１５１は非線形最小二乗法等によって定数Ａ、定数Ｂ、定数Ｄを算出してもよい。
【００４０】
ステップＳ３０３において、テーブル生成部１５２は、高精度登録テーブルを生成する。高精度登録テーブルは、溶鋼のレベルと、渦流レベル計の出力電圧とからなるデータの集まりである。特性算出部１５１は、例えば、式１の「溶鋼のレベル」を１０ｍｍ毎に変化させて「渦流レベル計の出力電圧」を算出していくことで、高精度登録テーブルを生成する。
ステップＳ３０４において、テーブル生成部１５２は、生成した高精度登録テーブルを、登録テーブル１２１として、レベル計アンプ盤１２０に送信する。レベル計アンプ盤１２０は、受信した高精度登録テーブルを登録テーブル１２１として登録することで、登録後は、渦流レベル計１１０の出力電圧から、溶鋼１４のレベルＬを高精度に得ることができる。
なお、テーブル生成部１５２は、高精度登録テーブルを、ＣＳＶファイル等のファイルとして生成し、レベル管理システム１００の使用者が生成されたファイルをレベル計アンプ盤１２０に登録する作業を行うようにしてもよい。
【００４１】
次に、本実施形態で説明した方法で算出した渦流レベル計特性と、比較例となる方法で算出した渦流レベル計特性との精度の違いについて説明する。
まず、比較例とする渦流レベル計特性の算出方法について説明する。この算出方法は、渦流レベル計特性の冷間特性を求めて、溶鋼を注入したときの１組の実績値で補正する方法である。
比較例となる渦流レベル計特性の算出方法では、はじめに、冷間での渦流レベル計特性を求める。具体的には、第１に、鋳型１３を空にして、鋳型１３に溶鋼１４が存在しない状態にする。第２に、鋳型１３に模擬湯面を配置する。模擬湯面は、鉛板等の金属板であり、溶鋼１４の表面の模擬となる。したがって、模擬湯面は、上側の表面の垂線が上方向を向くように配置される。第３に、模擬湯面を１０ｍｍ毎に上下方向に移動しながら、渦流レベル計１１０の出力電力を得る。これにより、冷間での渦流レベル計特性が得られる。
【００４２】
次に、鋳型１３に溶鋼１４が注入される。
次に、１組の実測値が測定される。１組の実測値は、溶鋼１４のレベルＬと、渦流レベル計１１０の出力電圧とからなる。この測定には、鋳型１３の内部に配置する電極センサが用いられる。溶鋼１４の表面が電極センサに到達すると割り込み信号が発生するように電極センサが設定される。また、溶鋼１４の表面が電極センサに到達したときの溶鋼１４のレベルＬは予め分かっている。そして、１組の実測値を、この予め分かっている溶鋼１４のレベルＬ（基準溶鋼レベル）と、割り込み信号が発生したときの渦流レベル計１１０の出力電圧（実測出力電圧）とで構成する。
次に、正規化係数Ｋが算出される。正規化係数Ｋは、（実測出力電圧）／（冷間での渦流レベル計特性から得られる基準溶鋼レベルのときの出力電圧）で得られる値である。
次に、冷間での渦流レベル計特性における渦流レベル計１１０の出力電圧に正規化係数Ｋを乗じて、渦流レベル計特性とする。
比較例となる渦流レベル計特性は、以上のように算出される。
【００４３】
次に、図８を参照して、本実施形態で説明した方法で算出した渦流レベル計特性と、比較例となる方法で算出した渦流レベル計特性との精度の違いについて説明する。図８は、渦流レベル計特性グラフを示す図である。渦流レベル計特性グラフは、渦流レベル計特性を表すグラフである。渦流レベル計特性グラフの横軸は溶鋼１４のレベルＬであり、縦軸は渦流レベル計１１０の出力電圧である。
渦流レベル計特性グラフにおいて実線で示されるものが、本実施形態の方法で算出した渦流レベル計特性である。また、渦流レベル計特性グラフにおいて破線で示されるものが、比較例となる方法で算出した渦流レベル計特性である。また、渦流レベル計特性グラフにプロットされた点は、溶鋼１４のレベルＬと、渦流レベル計１１０の出力電圧とからなる実測値である。
図８から分かるように、実測値が得られたすべての領域で、本実施形態で説明した方法で算出した渦流レベル計特性は、比較例となる方法で算出した渦流レベル計特性よりも精度が高いといえる。したがって、レベル管理システム１００では、溶鋼のレベルの測定の精度を向上させることができる。
【００４４】
以上説明した通り、レベル管理システム１００は、鋳型１３に溶鋼１４が注入された状態で対データを取得する。そして、レベル管理システム１００は、複数の対データに基づいて、渦流レベル計特性を算出する。したがって、先行技術のように、冷間での渦流レベル計特性を１つの実績値に基づいて補正する場合と比べて、レベル管理システム１００が算出する渦流レベル計特性の精度が高い。
また、レベル管理システム１００は、渦流レベル計特性として式１を使う。この式１は、図８を参照して説明したように精度が高い。したがって、式１を使って算出した高精度登録テーブルを使うことで、溶鋼のレベルの測定の精度を向上させることができる。
また、対データに含まれる第１データはレベル算出部１４４が算出した測温レベルの平均値であり、第２データは渦流レベル計１１０の出力電圧の平均値である。したがって、対データの精度が高くなり、対データに基づいて算出する渦流レベル計特性の精度を高くできる。
【００４５】
上記の実施形態では、式１の定数Ａ、定数Ｂ、定数Ｃ、定数Ｄの算出のために、図５を参照して説明したように、初期データ及び対データを取得することを目的とした鋳造を行う。この鋳造は、初期データ及び対データを取得した後に終了する。しかし、初期データ及び対データを取得した後も鋳造を継続してもよい。この場合でも、初期データ及び対データに基づいて算出した高精度登録テーブルを登録テーブル１２１としてレベル計アンプ盤１２０に登録した後は、溶鋼１４のレベルＬの測定を高精度に行うことができる。
【００４６】
また、初期データ及び対データを取得した後も鋳造を継続するとき、渦流レベル計特性を算出して高精度登録テーブルを生成する処理を繰り返して行ってもよい。具体的には、高精度登録テーブルを一度生成して登録した後に、次のように処理を行う。
まず、図５のステップＳ２０６からＳ２１１を行い、対データ取得部１４３は対データを複数取得する。
次に、図７の処理により、特性算出部１５１が渦流レベル計特性を算出し、テーブル生成部１５２が高精度登録テーブルを生成して、レベル計アンプ盤１２０に送信する。
この２つの処理を定期的に繰り返す。
これにより、鋳型１３等に何らかの電磁的な特性等の変化が生じても、高精度の溶鋼のレベルの測定を維持できる。
【００４７】
また、レベル計アンプ盤１２０は、式１を使って、渦流レベル計１１０の出力電圧から溶鋼１４のレベルＬを算出できる算出部を備えてもよい。このとき、レベル計アンプ盤１２０は、特性算出装置１５０から登録テーブル１２１を受信する代わりに、定数Ａ、定数Ｂ、定数Ｃ、定数Ｄを受信する。この算出部により、レベル計アンプ盤１２０は、登録テーブル１２１を持たなくても、渦流レベル計１１０の出力電圧から溶鋼１４のレベルＬを算出できる。
また、レベル管理システム１００は、初期データの取得を行わずに、対データを４組以上取得するようにしてもよい。式１は、定数が４つあるため、４組の対データによって４つの定数を算出できる。
また、式１の代わりに、二次関数や三次関数等の他の式を用いてもよい。この場合であっても、鋳型１３に溶鋼１４が注入された状態で取得する対データで式の定数を算出するため、一定の精度の渦流レベル計特性を得ることができる。
【００４８】
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  タンディッシュ、１１  ノズル、１２  ストッパ、１３  鋳型、１４  溶鋼、１００  レベル管理システム、１１０  渦流レベル計、１２０  レベル計アンプ盤、１３０  測温計、１４０  制御装置、１５０  特性算出装置
【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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