(57)【要約】【課題】モールド銅板や熱電対の特性等が均質でなくとも、モールド内湯面レベルを確実に判定できるようにする。【解決手段】鋳造用モールドに複数の熱電対が設置された熱電対式レベル計２４により、モールド内の湯面レベルを判定する際、湯面上昇時には、注目熱電対によりサンプリングされた測定温度Ｔについて、次式ΔＴ≧Ｈａ、且つ、Ｔ−μ≧σ×Ｗａ（ここで、σ：直近の過去Ｎサンプルの標準偏差、Ｗａ：上昇用検定幅）により、単位時間当たりの温度変化ΔＴが、所定の閾値Ｈａを超え、且つ、過去の測定温度の平均値μとの差が、誤差範囲σ×Ｗａを超えた場合に、該熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造用モールドに熱電対が設置された熱電対式レベル計により、モールド内の湯面レベルを判定する際、
注目熱電対によりサンプリングされた測定温度について、単位時間当たりの温度変化が所定の閾値を超え、且つ、過去の測定温度の平均値との差が誤差範囲を超えた場合に、該熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定することを特徴とする熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定方法。
【請求項２】
鋳造用モールドに複数の熱電対が縦方向に間隔を置いて設置された熱電対式レベル計により、モールド内の湯面レベルを判定する際、
任意の隣接する上段、中段、下段の熱電対により、それぞれサンプリングされた測定温度について、単位時間当たりの温度変化が、上段と下段の熱電対より、中段の熱電対の方が大きくなった場合に、該中段の熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定することを特徴とする熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定方法。
【請求項３】
鋳造用モールドに複数の熱電対が縦方向に間隔を置いて設置された熱電対式レベル計により、モールド内の湯面レベルを判定する際、
注目熱電対によりサンプリングされた測定温度について、単位時間当たりの温度変化が所定の閾値を超え、且つ、過去の測定温度の平均値との差が誤差範囲を超えた場合に、該熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定する方法と、任意の隣接する上段、中段、下段の熱電対により、それぞれ同時にサンプリングされた測定温度について、単位時間当たりの温度変化が、上段と下段の熱電対より、中段の熱電対の方が大きくなった場合に、該中段の熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定する方法とを、併用することを特徴とする熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定方法。
【請求項４】
更に、個別の熱電対毎に過去の鋳造時に得られた測定温度の最大値の平均値、及び、単位時間当たりの温度変化の最大値の平均値の少なくとも一方を予め求めておき、対象とする熱電対によりサンプリングされた測定温度の最大値及び単位時間当りの温度変化の最大値の少なくとも一方との比を取り、その比が基準値に達したことにより、該熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定する方法を併用することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定方法、特に連続鋳造時のモールド内湯面レベルを検出する際に適用して好適な、熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベルを検出する技術は、従来より種々提案されている。例えば、特開平２−１９２８６２号公報には、（１）熱電対間の起電力差及び熱電対間距離から算出される起電力勾配の最大なる区間を起電力分布から検出し、湯面レベルを演算する最大起電力勾配法、（２）任意周期毎に各熱電対素子の点における温度の時間変化率を演算し、該時間変化率の最大値を示す素子を検出し、それを基に湯面レベルを演算する最大起電力変化率法、（３）熱電対起電力の時間変化から湯面の上昇、下降、静止といった湯面の状態を検知し、それぞれの湯面の状態に応じて熱電対起電力を使って湯面を演算する湯面状態法、が紹介されている。
【０００３】
これらの湯面レベル測定方法では、いずれも縦方向に所定の間隔でモールド壁に埋設された複数の熱電対の熱起電力に基づいて温度変化等を検出している。即ち、これらの複数の熱電対からなる熱電対式レベル計では、使用している全ての熱電対について、温度特性及びモールド銅板との接触状態が均一で差がなく、しかも同一の温度変化に際して出力される熱起電力の変化率と最高値は共にバラツキが小さいことが前提となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の熱電対式レベル計による湯面レベル測定方法には、以下の問題点があった。
【０００５】
（ｉ）モールド内壁を構成するモールド銅板は、必要に応じて表面の改削を行なった後、平滑化のためにメッキを施すことにより再利用することが行なわれているため、モールド毎に銅板の厚みが異なる。従って、仮に均質の熱電対が入手できたとしても、その先端が埋設されている銅板内部の測定位置における温度はモールド毎に異なってしまうため、判定基準として使用する閾値をモールド毎に変える必要があった。
【０００６】
（ｉｉ）仮にモールド銅板の厚さも熱電対の特性も共に均一であってとしても、鋳造初期の湯上がり状態に応じて、銅板の場所によって温度変化が異なることがあるため、特定位置の熱電対だけ温度変化や最大温度が大きい場合があることから、前記（１）〜（３）の方法のように最大温度勾配、最大起電力変化率、湯面状態に着目して湯面到達を判断するには困難を生じる場合があった。
【０００７】
（ｉｉｉ）実際には、モールド銅板の厚さ、熱電対の特性、熱電対とモールド銅板の接触状態はいずれも均一でないために、前記従来の方法によっては特定の熱電対の温度変化や最大温度が突出して大きい場合があるため、特定の熱電対近傍から湯面が上昇せず、湯面レベルの到達を判断できない場合があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、モールド銅板の厚さや熱電対の特性等が均一でなくとも、モールド内湯面レベルを確実に判定することができる熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定方法において、鋳造用モールドに熱電対が設置された熱電対式レベル計により、モールド内の湯面レベルを判定する際、注目熱電対によりサンプリングされた測定温度について、単位時間当たりの温度変化が所定の閾値を超え、且つ、過去の測定温度の平均値との差が誤差範囲を超えた場合に、該熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定するようにしたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
本発明は、又、熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定方法において、鋳造用モールドに複数の熱電対が縦方向に間隔を置いて設置された熱電対式レベル計により、モールド内の湯面レベルを判定する際、任意の隣接する上段、中段、下段の熱電対により、それぞれサンプリングされた測定温度について、単位時間当たりの温度変化が、上段と下段の熱電対より、中段の熱電対の方が大きくなった場合に、該中段の熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定することを特徴とする熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定するようにしたことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１１】
本発明は、又、熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定方法において、鋳造用モールドに複数の熱電対が縦方向に間隔を置いて設置された熱電対式レベル計により、モールド内の湯面レベルを判定する際、注目熱電対によりサンプリングされた測定温度について、単位時間当たりの温度変化が所定の閾値を超え、且つ、過去の測定温度の平均値との差が誤差範囲を超えた場合に、該熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定する方法と、任意の隣接する上段、中段、下段の熱電対により、それぞれ同時にサンプリングされた測定温度について、単位時間当たりの温度変化が、上段と下段の熱電対より、中段の熱電対の方が大きくなった場合に、該中段の熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定する方法とを、併用するようにしたことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１２】
本発明は、又、前記熱電対式レベル計によるモールド内湯面レベル判定方法のいずれかにおいて、更に、個別の熱電対毎に過去の鋳造時に得られた測定温度の最大値の平均値、及び、単位時間当たりの温度変化の最大値の平均値の少なくとも一方を予め求めておき、対象とする熱電対によりサンプリングされた測定温度の最大値及び単位時間当りの温度変化の最大値の少なくとも一方との比を取り、その比が基準値に達したことにより、該熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定する方法を併用するようにしたことにより、更に確実に前記課題を解決したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る第１実施形態のモールド内湯面レベル判定方法に適用される、熱電対式レベル計の要部を示す、ブロック図を含む概略部分断面図である。
【００１５】
この図１には、モールド１０の一部である短辺壁１２片側の上端部近傍が示されており、この短辺壁１２は外壁のバックフレーム１４と内壁のモールド銅板１６とからなる２層構造を有している。このモールド１０内には、湯面レベルが上端近傍に位置する溶鋼１８が貯留されていると共に、短辺壁１２に接している溶鋼１８には下から徐々に成長する凝固シェル２０が形成されている。
【００１６】
上記短辺壁１２の上端からの距離がＬａｍｍからＬｂｍｍの間には、所定の間隔で複数の熱電対２２が埋設され、それぞれの先端が前記モールド銅板１６の内部の所定深さ位置に接触するようになっており、これら縦（上下）方向に間隔をおいて埋設されている複数の熱電対２２により溶鋼１８の湯面レベルを測定する熱電対式レベル計２４が形成されている。そして、このレベル計２４を構成する各熱電対２２の熱起電力は、それぞれ変換器盤２６を介して溶鋼レベル演算器（コンピュータ）２８に入力され、該演算器２８において後述する湯面レベル判定のための演算が実行されるようになっている。
【００１７】
本実施形態においては、上記熱電対式レベル計２４により、湯面レベルの位置を判定する際、注目する熱電対によりサンプリングされた測定温度について、単位時間当たりの温度変化が、所定の閾値を超え、且つ、過去の複数サンプリング点における測定温度の平均値との差が、誤差範囲（ばらつきの範囲）を超えた場合に、該熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定する。但し、この判定に使用する“超える”の概念は“同一”を含めてもよく、又、後述する湯面降下の場合のように、一方向に値が大きくなる場合も含まれる。
【００１８】
即ち、湯面上昇時であれば、特定の熱電対に注目し、得られた測定温度の経時変化を時間軸に対して表わすと図２の示すようになる。この図に示されるように、１つの熱電対に上昇する湯面レベルが近づいてくる、図中ａ〜ｄの各点の場合は、最初はモールド壁を介する下部からの熱伝導のみによる昇温であるため、測定温度はある程度のバラツキを伴って緩慢に上昇するが、湯面が到達したＡ時点で急激に上昇し、その状態がｅ〜ｆ点まで続いた後、湯面が通過するとｉ、ｊ点のように少し下がる変化をする。
【００１９】
そこで、ａ〜ｊの各点で示したような一定のサンプリング間隔（例えば５０ｍｓｅｃや１００ｍｓｅｃ等の時間間隔）で熱電対による測定温度をサンプリングしていき、各測定温度について、例えばサンプリング間隔と同一の単位時間当たりの温度変化を求め、次式の上昇判定式により、該熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定する。
【００２０】
ΔＴ≧Ｈａ、且つ、Ｔ−μ≧σ×Ｗａ…（１）
（ここで、Ｔ：最新モールド銅板温度、ΔＴ：最新モールド銅板温度変化、μ：過去Ｎサンプルの平均温度、σ：過去Ｎサンプルの標準偏差、Ｈａ：上昇用閾値、Ｗａ：上昇用検定幅）
【００２１】
この（１）式で、Ｈａ、Ｗａは予め実験的に決定しておく。又、平均温度μ、標準偏差σは、それぞれ
【数１】
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（ここで、ｔｉ：過去のモールド銅板温度、Ｎ：サンプル数、ｉ：サンプリング回数（ｉ＝１が最新サンプリング））
により算出する。その際、Ｎは、例えば１０にすることができる。
【００２２】
上記（１）〜（３）式による判定は、前述したように、湯面到達位置の熱電対によって測定された温度変化（上昇）は、該熱電対によって測定された湯面到達より以前の温度変化よりも大きく、且つ、過去の一定サンプリング回数の温度平均と比較して、温度のばらつき以上に高い温度に達するという考え方に基づいている。なお、計算に際しては、今回と前回の測定温度の差分値（サンプリング間隔を単位時間とする今回の温度変化）を取る前に、過去の複数点のサンプリング値（測定温度）との間の移動平均あるいは指数平滑を求めて、ノイズを除去してから演算を行なってもよい。
【００２３】
又、本実施形態では、次式
ΔＴ≦Ｈｂ、且つ、Ｔ−μ≦σ×Ｗｂ…（４）
（ここで、Ｈｂ：下降用閾値、Ｗｂ：下降用検定幅）
により、湯面下降時の到達位置を判定することもできる。この場合、ΔＴ、Ｗｂは負の値である。
【００２４】
以上詳述した本実施形態によれば、任意の熱電対について、湯面到達を確実に判定することができる。即ち、モールド銅板の厚みが異なっていても、サンプリングされた各測定温度について、単位時間当たりの温度変化と、過去の平均値からの誤差範囲としての標準偏差（バラツキ）とを考慮することにより、銅板の厚みに関係なく湯面レベルの到達を安定して判定することができる。
【００２５】
又、毎回の鋳造初期の湯上がり状態に応じて、モールド銅板の場所によって温度変化が異なる場合についても、サンプリングされた測定温度について、鋳造毎の単位時間当たりの温度変化と過去の標準偏差を考慮することにより、温度上昇のばらつきを吸収することができる。
【００２６】
更に、モールド銅板の厚さ、熱電対の特性、熱電対とモールド銅板の接触状態が均一でない場合にも、安定して湯面到達を判定することができる。
【００２７】
次に、本発明に係る第２実施形態のモールド内湯面レベル判定方法について説明する。
【００２８】
この第２実施形態では、連続鋳造設備におけるモールドに複数の熱電対が縦方向に間隔を置いて設置された熱電対式レベル計により、モールド内の湯面レベルの位置を判定する際、任意の隣接する上段、中段、下段の３つの熱電対により、それぞれ同時にサンプリングされた測定温度について、単位時間当たりの温度変化を算出し、その温度変化が上段と下段の熱電対より、中段の熱電対の方が大きい場合に、該中段の熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定する。
【００２９】
図３は、前記図１に示したモールドの上端部分と熱電対式レベル計２４とを拡大した断面図であり、縦方向にｉからｉ＋４段目まで所定の間隔ΔＬをおいて複数の熱電対が設置されている。ここでは、ｉからｉ＋２段目までの３つの熱電対に注目し、湯面レベル上昇時に測定される温度について考える。
【００３０】
図４（Ａ）には、湯面レベルが符号Ｐを付して示す点線に従って上昇した場合のｉ〜ｉ＋２段目の各熱電対により得られる測定温度の、前記図２に示したものと実質的に同一の経時変化を示し、同図（Ｂ）〜（Ｄ）にはサンプリング毎に得られる測定温度について、前記第１実施形態と同様に単位時間当たりの温度変化ΔＴを算出し、プロットした曲線（微分曲線に相当する）を各熱電対についてそれぞれ示す。
【００３１】
この図に示される場合では、各熱電対による測定温度及び温度変化はいずれも、間隔ΔＬに相当する時間遅れを伴って実質的に同一の変化をしている。ｉ段目（下段）の熱電対による単位時間当たりの温度変化（図中、差分値）では、湯面レベルが到達したＡ時点で急激に変化している。
【００３２】
図２を参照して説明したように、モールド銅板の単位時間当りの温度変化（変化率）は、湯面到達時が最も大きい。一方、到達位置の下段の通過部分では、凝固シェル２０が形成されるとともに、そのモールド内面からの剥離が起こったりすることによって測定温度が若干低下する。逆に、到達位置の上段の、湯面が近づきつつある銅板位置は、変化率が増大し始める。このような温度変化の特徴により、ｉ〜ｉ＋２段目までの３つの熱電対による差分値を、横に並べてプロットすると図５に示すようになる。ｉ＋１段目（中段）の熱電対に湯面が到達した時点（図５（Ｂ））の特徴を示すように、上段と下段の熱電対における単位時間当りの温度変化（差分値）より大きいことが分かる。そこで、本実施形態では、このように上段に比べて大きく上昇し、下段に比べて若干高い温度変化をしている中段の熱電対の設置位置を湯面到達位置と判定する。なお、計算する際、差分値は移動平均や指数平滑等を用いてノイズ的な温度変化を除去するようにしてもよい。
【００３３】
以上詳述した本実施形態によれば、任意の隣接する３つの熱電対による測定温度に基づいて、湯面レベルの到達位置を確実に測定することができる。
【００３４】
本発明に係る第３実施形態は、前記第１実施形態と第２実施形態のモールド内湯面レベル判定方法を併用し、両者が同時に成立したときに、湯面レベル到達と判定するものである。これにより、一段と判定精度を向上することができる。
【００３５】
本発明に係る第４実施形態は、個別の熱電対毎に過去の鋳造時に得られた測定温度の最大値の平均値、及び、過去の鋳造時に得られた単位時間当たりの温度変化の最大値の平均値の少なくとも一方を予め求めておき、前記第１実施形態〜第３実施形態のいずれかにおいて、注目する熱電対によりサンプリングされた測定温度の最大値及び単位時間当りの温度変化の最大値の少なくとも一方との比を取り、その比が一定の基準値に達したことにより、該熱電対の設置位置に湯面レベルが到達したと判定する方法を併用するものである。これにより、更に判定精度の向上を図ることができる。
【００３６】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、モールド銅板や熱電対の特性等が均一でなくとも、モールド内湯面レベルを確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態のモールド内湯面レベル判定方法に適用される熱電対式レベル計の要部を示すブロック図を含む部分断面図
【図２】湯面上昇時の熱電対による測定温度の経時変化を示す線図
【図３】熱電対式レベル計を拡大して示す部分断面図
【図４】湯面上昇時の熱電対による測定温度の経時変化と、単位時間当たりの温度変化との関係を示す線図
【図５】湯面上昇に伴う隣接する熱電対による単位時間当たりの温度変化の推移を示す線図
【符号の説明】
１０…モールド
１２…モールド短辺壁
１４…バックフレーム
１６…モールド銅板
１８…溶鋼
２０…凝固シェル
２２…熱電対
２４…熱電対式レベル計
【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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