(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御する溶鋼流量制御方法であって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算ステップと、
前記計算ステップで計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出ステップと、
前記湯面レベル検出ステップで検出した湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御ステップとを有し、
前記湯面レベル検出ステップでは、前記計算ステップで計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御方法。
【請求項２】
前記制御ステップでは、前記湯面レベル検出ステップで検出した湯面レベルが目標湯面レベルと略一致するように前記浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御方法。
【請求項３】
前記制御ステップでは、一定時間経過ごとに、前記湯面レベル検出ステップで検出した湯面レベルを、５ｍｍより大きく１５ｍｍ以下の範囲で定められた所定のレベルだけ上昇又は下降させるように前記浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御方法。
【請求項４】
連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御する溶鋼流量制御方法であって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算ステップと、
前記計算ステップで計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出ステップと、
前記湯面レベル検出ステップで検出した湯面レベルに基づいて、渦流式湯面計を較正する較正ステップと、
前記渦流式湯面計で検出した較正後の湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御ステップとを有し、
前記湯面レベル検出ステップでは、前記計算ステップで計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御方法。
【請求項５】
連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御する溶鋼流量制御装置であって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力手段と、
前記入力手段で入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算手段と、
前記計算手段で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出手段と、
前記湯面レベル検出手段で検出した湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御手段とを備え、
前記湯面レベル検出手段は、前記計算手段で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御装置。
【請求項６】
連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御する溶鋼流量制御装置であって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力手段と、
前記入力手段で入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算手段と、
前記計算手段で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出手段と、
前記湯面レベル検出手段で検出した湯面レベルに基づいて、渦流式湯面計を較正する較正手段と、
前記渦流式湯面計で検出した較正後の湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御手段とを備え、
前記湯面レベル検出手段は、前記計算手段で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御装置。
【請求項７】
連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御するためのプログラムであって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力処理と、
前記入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算処理と、
前記計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出処理と、
前記検出した湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御処理とをコンピュータに実行させ、
前記湯面レベル検出処理では、前記計算処理で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とするプログラム。
【請求項８】
連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御するためのプログラムであって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力処理と、
前記入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算処理と、
前記計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出処理と、
前記検出した湯面レベルに基づいて、渦流式湯面計を較正する較正処理と、
前記渦流式湯面計で検出した較正後の湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御処理とをコンピュータに実行させ、
前記湯面レベル検出処理では、前記計算処理で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造鋳型（モールド）内の溶鋼流量制御方法、装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造操業においては、安定鋳造（ブレイクアウト等の鋳造トラブルの防止）や鋳片品質確保の観点から、鋳型内の湯面レベルの検出精度の向上が極めて重要である。例えば浸漬ノズルパウダーラインの局部的な溶損を防止するために、鋳造中の一定時間経過ごとに浸漬ノズルの浸漬深さを変更することが行われているが、湯面レベルの検出精度が悪いと、溶鋼流量制御が適正に行われなくなる。そのため、湯面位置の制御精度が悪くなって浸漬ノズルの浸漬深さ変更が不十分となる場合があり、局部溶損の助長、さらにはノズルへの孔開きにより空気が侵入して溶鋼の空気酸化、品質低下を引き起こす場合がある。
【０００３】
鋳型内の湯面を検出する手段としては、渦流式湯面計が一般に用いられているが、渦流式湯面計は鋳型内の導電体の影響を受けやすく、出力特性が変化し易いため、検出精度が高いとはいえない。例えば特許文献１に、鋳型短辺からの影響を受けない位置における湯面と渦流式センサー間の電圧特性を基準として、センサー特性を補正する技術が開示されている。
また、特許文献２には、鋳型壁の高さ方向に沿って等間隔に複数個の測温素子を埋設し、任意周期毎に各素子の点における温度の時間変化率値を演算し、該時間変化率の最大値を示す素子（ｎ）を検出し、該素子（ｎ）とその前後の素子（ｎ−１）、（ｎ＋１）の各時間変化率値を結ぶ二次曲線の最大値を示す位置を求め、該位置を湯面レベルとする技術が開示されている。
また、特許文献３には、鋳造方向に間隔をおいて鋳型の複数箇所に埋設した温度計測手段で鋳型温度を計測し、鋳型温度計測値に基づいて各計測点における鋳型内面での熱流束を伝熱逆問題手法を用いてそれぞれ推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６６１６７号公報
【特許文献２】特開昭５３−２６２３０号公報
【特許文献３】特開２００１−２３９３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のセンサー特性を補正する方式を用いても、導電性を帯びた周辺設備の改造等によりセンサー特性が変化するために、測定された湯面レベルの絶対値の信頼性が低い。そのため、鋳造時に何らかの手段で湯面の絶対値を計測して補正することが行われている。例えば溶鋼より融点が低い銅線を溶鋼に浸漬して鋳型上端と湯面との距離を計測して補正する等の方法が実施されている。しかしながら、銅線浸漬後、引き上げて残存した銅線長さと渦流式湯面計の値との比較から補正値を入力する間に、実際の湯面は変化してしまうことがあり、補正後の湯面の絶対値の信頼性が担保されていなかった。その結果、精度よく湯面位置を制御することができず、渦流式湯面計の値は鋳造チャンスごとに湯面レベルは±２０ｍｍ程度ずれることがあり、鋳造トラブルリスクを回避することが困難であった。
【０００６】
また、特許文献２に代表される既存の手法は、鋳型の鋳造方向の温度が最大となる位置が湯面近傍にあり、湯面位置とある相関があるという経験則に基づくものである。このように経験則に基づく場合、湯面レベルの検出精度が低いものとなってしまう懸念がある。具体的には、鋳型に埋設された熱電対の温度変化率は溶鋼温度や湯面変化速度によって左右され、溶鋼温度が高いほど温度変化率が大きくなり、また湯面変化速度が大きいと鋳型の温度上昇の時間遅れにより湯面位置の検出遅れが大きくなるという問題がある。
【０００７】
特許文献３は、熱流束を伝熱逆問題を用いて推定する方法であるが、熱流束と湯面レベル、溶鋼流量制御についての記述はない。
【０００８】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、湯面位置における熱移動の影響を捉えて湯面レベルを検出することにより湯面レベルの検出精度を高め、溶鋼流量制御を高精度化して、安定操業を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための、本発明は以下のとおりである。
［１］  連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御する溶鋼流量制御方法であって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算ステップと、
前記計算ステップで計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出ステップと、
前記湯面レベル検出ステップで検出した湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御ステップとを有し、
前記湯面レベル検出ステップでは、前記計算ステップで計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御方法。
［２］  前記制御ステップでは、前記湯面レベル検出ステップで検出した湯面レベルが目標湯面レベルと略一致するように前記浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御することを特徴とする［１］に記載の連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御方法。
［３］  前記制御ステップでは、一定時間経過ごとに、前記湯面レベル検出ステップで検出した湯面レベルを、５ｍｍより大きく１５ｍｍ以下の範囲で定められた所定のレベルだけ上昇又は下降させるように前記浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御することを特徴とする［１］又は［２］に記載の連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御方法。
［４］  連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御する溶鋼流量制御方法であって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算ステップと、
前記計算ステップで計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出ステップと、
前記湯面レベル検出ステップで検出した湯面レベルに基づいて、渦流式湯面計を較正する較正ステップと、
前記渦流式湯面計で検出した較正後の湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御ステップとを有し、
前記湯面レベル検出ステップでは、前記計算ステップで計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御方法。
［５］  連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御する溶鋼流量制御装置であって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力手段と、
前記入力手段で入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算手段と、
前記計算手段で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出手段と、
前記湯面レベル検出手段で検出した湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御手段とを備え、
前記湯面レベル検出手段は、前記計算手段で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御装置。
［６］  連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御する溶鋼流量制御装置であって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力手段と、
前記入力手段で入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算手段と、
前記計算手段で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出手段と、
前記湯面レベル検出手段で検出した湯面レベルに基づいて、渦流式湯面計を較正する較正手段と、
前記渦流式湯面計で検出した較正後の湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御手段とを備え、
前記湯面レベル検出手段は、前記計算手段で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とする連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御装置。
［７］  連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御するためのプログラムであって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力処理と、
前記入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算処理と、
前記計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出処理と、
前記検出した湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御処理とをコンピュータに実行させ、
前記湯面レベル検出処理では、前記計算処理で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とするプログラム。
［８］  連続鋳造鋳型内の溶鋼流量を制御するためのプログラムであって、
前記連続鋳造鋳型の鋳造方向に配置、埋設された複数の温度検出手段の計測値を入力する入力処理と、
前記入力した前記温度検出手段の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値を計算する計算処理と、
前記計算した稼動面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、湯面レベルを検出する湯面レベル検出処理と、
前記検出した湯面レベルに基づいて、渦流式湯面計を較正する較正処理と、
前記渦流式湯面計で検出した較正後の湯面レベルに基づいて、浸漬ノズルからの溶鋼流量を制御する制御処理とをコンピュータに実行させ、
前記湯面レベル検出処理では、前記計算処理で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向の成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定することを特徴とするプログラム。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、湯面位置における熱移動の影響を捉えて湯面レベルを検出することにより湯面レベルの検出精度を高め、溶鋼流量制御を高精度化して、安定操業を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態における連続鋳造鋳型の概要を模式的に示す図である。
【図２】第１の実施形態における熱電対の配置を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御装置の機能構成を示す図である。
【図４】伝熱逆問題の座標系を示す図である。
【図５】湯面レベルの検出の概要を説明するための図である。
【図６】湯面レベルを実測するための装置構成例を示す図である。
【図７】本発明の手法で検出した湯面レベルと、既存の手法で検出した湯面レベルと、実測の湯面レベルとを示す特性図である。
【図８】第１の実施形態において制御部が実行する制御処理を示すフローチャートである。
【図９】第２の実施形態に係る連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御装置の機能構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
［第１の実施形態］
図１に、連続鋳造鋳型（以下、単に鋳型と呼ぶ）１の概要を模式的に示す。鋳型１は、互いに対向する一対の鋳型短辺２ａ、２ｂと、互いに対向する一対の鋳型長辺３ａ、３ｂとにより構成される。鋳型１の内面を稼動面、外面を水冷面と呼ぶ。即ち、鋳型１の各面のうち、溶湯に接する面が稼動面である（ただし、潤滑パウダーを用いる場合は該潤滑パウダーを通して溶湯に接する）。
鋳型１の中央には浸漬ノズル４が配置されており、浸漬ノズル４の左右の吐出孔４ａ、４ｂから左右の鋳型短辺２ａ、２ｂへ向かって溶鋼が吐出される。符号５は、湯面を示す。なお、図１は左右一対の吐出孔４ａ、４ｂを有する例を示すが、吐出孔は左右複数対あってもよい。
【００１３】
一対の鋳型長辺３ａ、３ｂには、鋳造方向に複数の熱電対６が配置、埋設される。図１２に示すように、本実施形態では、鋳型長辺３ａ、３ｂに、それぞれ２列で熱電対６を配置、埋設する。
図１に示す熱電対６の配置は一例に過ぎず、例えば一対の鋳型短辺２ａ、２ｂに、鋳造方向に複数の熱電対６を配置、埋設するようにしてもよい。ただし、鋳型１内に流入する溶鋼流量に起因する湯面変動を捉える意味からいうと、偏流の影響をさけるために、浸漬ノズル４の吐出流が衝突する鋳型短辺２ａ、２ｂから離れた位置での湯面レベルを捉えるのが好ましい。そこで、本実施形態では、図２に示すように、浸漬ノズル４の中心から左右鋳型短辺２ａ、２ｂまでの鋳型長辺幅方向距離をそれぞれＷ／２とした場合に、鋳型長辺３ａ、３ｂにおいて、浸漬ノズル４の中心から３Ｗ／８以内に熱電対６を配置、埋設するようにしている。
【００１４】
図３に、第１の実施形態に係る連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御装置１００の機能構成を示す。
１０１は入力部であり、鋳型１の鋳造方向に配置、埋設された複数の熱電対６の計測値を入力する。本実施形態では、各列の熱電対６の計測値が入力される。
１０２は計算部であり、詳細は後述するが、入力部１０１で入力した熱電対６の計測値を用いて伝熱逆問題を解き、稼動面における熱流束の鋳造方向のベクトル成分値、換言すれば稼動面における熱流束の湯面に垂直な方向のベクトル成分値を計算する。
１０３は湯面レベル検出部であり、計算部１０２で計算した稼動面における熱流束の鋳造方向と逆向きとなる湯面の法線方向のベクトル成分値が最大となる位置を湯面レベルと判定する。
本実施形態のように複数列で熱電対６を配置する場合、計算部１０２及び湯面レベル検出部１０３において、列ごとに熱電対６の計測値を用いて湯面レベルを推定し、これら湯面レベルの平均値を現在の湯面レベルとして取り扱うようにすればよい。
１０４は制御部であり、詳細は後述するが、湯面レベル検出部１０３で検出した湯面レベルに基づいて、浸漬ノズル４からの溶鋼流量を制御する。
入力部１０１、計算部１０２、湯面レベル検出部１０３、及び制御部１０４は、例えば一定周期で、熱電対６の計測値の入力、ベクトル成分値の計算、湯面レベルの検出、及び溶鋼流量の制御を実行する。
【００１５】
（湯面レベルの検出について）
連続鋳造操業においては、鋳型１内にパウダーを添加して、溶鋼の保温及び酸化防止、溶鋼中の介在物の吸収、凝固シェルの潤滑性の確保、抜熱の調整をする。これにより、鋳型内メニスカスでの凝固シェルを均一に生成して表面割れを防止し、鋳型と凝固シェルの焼き付きを防止する。
このように鋳型１内の湯面上にはパウダーが供給されることから、本発明では「パウダーによる抜熱の影響で湯面に垂直で上向きの熱流束値は、鋳型の他の部位と比べて最も大きくなる。」という推論に基づき、湯面レベルを検出する。
【００１６】
以下、鋳型１に埋設された複数の熱電対６の計測データに基づいて、稼働面の熱流束ベクトルを推定する伝熱逆問題を説明する。
温度推定のための内外挿温度関数ｕ*を、鋳型１に埋設された複数の熱電対６の時系列データセットに基づいて、鋳型１の鋳造方向−抜熱方向の２次元断面温度分布の時間変化を予測する数式を作成する。同式に基づいて、稼働面における熱流束ベクトル（大きさと向き）を求め、湯面レベル判定のための基本物理量とする。
【００１７】
図４に、伝熱逆問題の座標系を示す。空間ｘ軸は稼働面をｘ＝０とする抜熱方向、空間ｙ軸は鋳型１の上端をｙ＝０とする鋳造方向であり、これらに時間軸ｔを加えた時空間３次元座標を考える。
図４のプロットは、あるｙにおける空間ｘ−時間ｔの２次元断面図上の計算に使用する情報量の定義点を示す。ｘ軸の熱電対位置の情報量は熱電対６の計測データを使う。一方、水冷面の位置には熱電対が無いので、水冷熱伝達係数と水温を既知として決まる熱流束値を情報量に使い、上述した熱電対位置と併せ、測温データ採取点の領域と定義する。この領域をｙ軸方向にある熱電対位置に拡張し、空間ｘ−空間ｙ−時間ｔの３次元測温データ採取点の領域とする。
上述した３次元測温データ採取点の領域の情報量に基づいて作成した内外挿温度関数ｕ*(ｘ，ｙ，ｔ)を使って、稼働面における熱流束ベクトルを推定する。
【００１８】
以下に、内外挿温度関数ｕ*(ｘ，ｙ，ｔ)を構成するための数学手続きを述べる。
式（１）の非定常熱伝導方程式を考える。ここで、ａは鋳型１の熱拡散係数の平方根の物理量である。位置座標ｘ，ｙは[０，１]で規格化した。
【００１９】
【数１】
0006428419.tif 000002
【００２０】
冷却面の境界条件を式（２）で表す。ここで、ｇ(ｔ)＝ｕwγとし、水温ｕwと熱伝達係数γの積として定義した。βは鋳型１の熱伝導率である。
【００２１】
【数２】
0006428419.tif 000003
【００２２】
鋳型１の熱電対温度情報を式（３）で記述する。ｘ*，ｙ*は熱電対位置を表し、[０，１]で規格化している。
【００２３】
【数３】
0006428419.tif 000004
【００２４】
内外挿温度関数ｕ*(ｘ，ｙ，ｔ)は後述する基底関数φを使い、式（４）で記述する。
【００２５】
【数４】
0006428419.tif 000005
【００２６】
係数λjは、行列方程式（５）を解いて決定する。ここで、Ａは（ｍ＋ｌ）×（ｍ＋ｌ）行列、ｂは（ｍ＋ｌ）ベクトルである。ｘk，ｘs，ｔk，ｔsは上述の測温データ採取点の領域にある情報量の定義点である。一方、ｘj，ｔjは中心点と呼ばれる時空間座標上での基準点の座標であり、通常は、情報量の定義点と同一点を採用しておけばよい。
【００２７】
【数５】
0006428419.tif 000006
【００２８】
次に、基底関数φを、式（１）式を満足する基本解の形式を使い、式（６）、（７）のように定義する。
【００２９】
【数６】
0006428419.tif 000007
【００３０】
ここで、Ｔは基本解の拡散プロフィールを調整するパラメータであり、Ｈ(ｔ)はヘビサイド関数である。稼働面における熱流束のｙ方向成分ｑyは、式（８）で計算することができる。ｋは鋳型材料の熱伝導率である。
【００３１】
【数７】
0006428419.tif 000008
【００３２】
実機において、本発明の手法で湯面レベルを検出し、既存の手法で検出した湯面レベル及び実測の湯面レベルと比較した。この比較においては、鋳型短辺の鋳造方向に複数の熱電対６を配置、埋設している。
本発明の手法では、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、稼動面における熱流束の鋳造方向のベクトル成分値を計算し、それが最大となる位置を湯面レベルと判定する。図５（ｃ）には、鋳型１内の温度分布（ドットが濃いほど高温であることを示す）と、稼動面における熱流束とを示す。図５（ｄ）には、稼動面における熱流束の鋳造方向のベクトル成分値を示す。
【００３３】
一方、既存の手法では、図５（ｂ）に示すように、鋳型１内の温度分布を計算し、経験則に基づいて、最高温度×０．６５となる位置を湯面レベルと判定する。
【００３４】
また、図６に示すように、湯面にフロート５０１を浮かべ、フロート５０１にロッド５０２を設けている。また、オッシレーション測定治具５０３を設定している。そして、ロッド５０２の先端、オッシレーション測定金物先端の動きをビデオカメラ５０４で撮影し、画像処理により垂直方向の変位をデジタル化し記録することにより、湯面レベルを実測した。
【００３５】
図７に、本発明の手法で検出した湯面レベルと、既存の手法で検出した湯面レベルと、実測の湯面レベルとを示す。横軸は時間を、縦軸は湯面レベルを示す。
既存の手法では、実測の湯面レベルが高くなると検出精度が極端に低下し、実測値に追従できなくなっている。
それに対して、本発明の手法では、広範囲に亘り実測値を追従できているのがわかる。湯面レベルの実測精度が５−１０ｍｍ程度のバラツキがあることを勘案すると、本発明の手法により検出した湯面レベルは実測の湯面レベルと良い対応関係にあるといえる。
【００３６】
以上述べたように、パウダーによる抜熱という湯面位置における熱移動の影響を捉えて湯面レベルを検出するので、湯面レベルの検出精度を高めることができる。
【００３７】
（制御部１０４の処理について）
図８に、制御部１０４が実行する制御処理を示す。図８に示す制御処理は、湯面レベル検出部１０３で検出した湯面レベルが目標湯面レベルと略一致するように浸漬ノズル４からの溶鋼流量を制御する。
ステップＳ８０１で、制御部１０４は、湯面レベル検出部１０３から湯面レベルを取得する。
ステップＳ８０２で、制御部１０４は、ステップＳ８０１で取得した湯面レベルが目標湯面レベルを超えているか否か、本例では（湯面レベル−目標湯面レベル）＞２ｍｍであるか否かを判定する。湯面レベルが目標湯面レベルを超えていれば、ステップＳ８０３に進み、超えていなければ、ステップＳ８０４に進む。
ステップＳ８０３で、制御部１０４は、浸漬ノズル４の上流に設置したスライディングノズル（図示せず）の開度を制御して溶鋼流量を減らし、湯面レベルが目標湯面レベルに近づくようにする。なお、スライディングノズルの代わりに、タンディッシュ（図示せず）内に設けたストッパーを上下させて溶鋼流量を制御してもよい。
【００３８】
ステップＳ８０４で、制御部１０４は、ステップＳ８０１で取得した湯面レベルが目標湯面レベルを下回っているか否か、本例では（目標湯面レベル−湯面レベル）＞２ｍｍであるか否かを判定する。湯面レベルが目標湯面レベルを下回っていれば、ステップＳ８０５に進み、下回っていなければ、本処理を抜ける。
ステップＳ８０５で、制御部１０４は、浸漬ノズル４の上流に設置したスライディングノズルの開度を制御して溶鋼流量を増やし、湯面レベルが目標湯面レベルに近づくようにする。ステップ８０４と同様に、スライディングノズルの代わりに、ストッパーを上下させて溶鋼流量を制御してもよい。
【００３９】
ここで、本実施形態では閾値を２ｍｍとしたが、これに限定されるものではない。閾値を２ｍｍとしたのは、後述するように湯面レベル検出部１０３での湯面レベルの検出誤差が２ｍｍ程度ありえるので、±２ｍｍの範囲であれば、湯面レベル検出部１０３で検出した湯面レベルが目標湯面レベルと略一致しているとみなすことにしたものである。
【００４０】
また、制御部１０４は、図８に示した制御処理とは別に、浸漬ノズルパウダーラインの局部的な溶損を防止するために、鋳造中の一定時間経過ごとに浸漬ノズル４の浸漬深さを変更する。具体的には、例えば６０分経過ごとに、そのときに湯面レベル検出部１０３で検出した湯面レベルを、５ｍｍより大きく１５ｍｍ以下の範囲で定められた所定のレベルだけ上昇させるように浸漬ノズル４からの溶鋼流量を制御する。
ここで、湯面レベルを５ｍｍより大きく１５ｍｍ以下の範囲で定められた所定のレベルだけ上昇させる理由を説明する。一般的にパウダーの厚みは５ｍｍ程度あるので、それを超えるように浸漬深さを変更しなければ、浸漬ノズル４の局所的な溶損を効果的に防ぐことができないからである。また、１５ｍｍを超える湯面変動は、鋳片品質に影響を与えるおそれがあるからである。
なお、湯面レベルを上昇させると説明したが、下降させるようにしてもよい。ただし、上昇と下降を繰り返すのでは、浸漬ノズル４の局所的な溶損を効果的に避けることができないので、上昇又は下降の一方向に湯面レベルを変更するものとする。必要であれば、上昇又は下降の一方向に数段階で湯面レベルを変更した後に、他方向に数段階で湯面レベルを変更するように切り替えてもよい。
【００４１】
表１に、従来技術１と、従来技術２と、本法（実施形態の手法）とにおいて、湯面レベル検出精度（ｍｍ）と、浸漬ノズルパウダーライン溶損量（ｍｍ／２ｈ）とを比較した結果を示す。従来技術１は、従来の渦流式湯面計を用いた例である。また、従来技術２は、図５（ｂ）に示したように、鋳型１内の温度分布を計算し、最高温度×０．６５となる位置を湯面レベルと判定した例である。鋳造条件は、鋳造厚：２５０ｍｍ、鋳造幅：１２５０ｍｍ、鋳造速度：１．４ｍｐｍ、モールド上端〜湯面位置：１００ｍｍ、鋼種：低炭ＡＬ−Ｋ鋼である。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
表１に示すように、従来技術１では湯面レベル検出精度（ｍｍ）が±２０、従来技術２では湯面レベル検出精度が±１５ある。このように湯面レベル検出精度が±１５ｍｍを超えているため、浸漬ノズル４の浸漬深さを１５ｍｍ以下の範囲で変更しても、浸漬ノズルパウダーラインの局部的な溶損を効果的に防ぐことができない。そのため、浸漬ノズルパウダーライン溶損量（ｍｍ／２ｈ）はそれぞれ１５、１３と大きくなっている。
それに対して、本法では湯面レベル検出精度（ｍｍ）が±２と大幅に改善されており、浸漬ノズルパウダーライン溶損量（ｍｍ／２ｈ）も３となり、浸漬ノズルパウダーラインの局部的な溶損を効果的に防ぐことができる。
以上述べたように、湯面位置における熱移動の影響を捉えて湯面レベルを検出することにより湯面レベルの検出精度を高め、鋳型内の偏流の検知精度向上を図り、鋳片品質の安定化を実現することができる。
【００４４】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、パウダーによる抜熱という湯面位置における熱移動の影響を捉えて湯面レベルを検出することは第１の実施形態と共通であるが、検出した湯面レベルに基づいて、渦流式湯面計を較正するようにした例である。
【００４５】
図９に、連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御装置２００の機能構成を示す。溶鋼流量制御装置２００には、渦流式湯面計３００が接続する。
入力部２０１、計算部２０２、及び湯面レベル検出部２０３は、第１の実施形態の入力部１０１、計算部１０２、及び湯面レベル検出部１０３と同様であり、その説明を省略する。
２０４は較正部であり、湯面レベル検出部１０３で検出した湯面レベルに基づいて、渦流式湯面計３００を較正する。較正の仕方は限定されるものではないが、所定のタイミングで（例えば鋳造スタート時）、湯面レベル検出部１０３で検出した湯面レベルと、渦流式湯面計３００で検出した湯面レベルとの差を求める。そして、その差を補正値として記憶しておき、以降、渦流式湯面計３００で検出した湯面レベルを補正値を用いて補正する形態とすればよい。
２０５は制御部であり、渦流式湯面計３００で検出した較正後の湯面レベルに基づいて、浸漬ノズル４からの溶鋼流量を制御する。制御部２０５の処理については、渦流式湯面計３００で検出した較正後の湯面レベルを用いる点以外は第１の実施形態と同様であり、その説明を省略する。
【００４６】
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、発明の範囲内で変更等が可能である。
本発明を適用した連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御装置は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータ装置により実現することが可能である。
また、本発明は、連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがプログラムを読み出して実行することによっても実現可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１：連続鋳造鋳型、２ａ、２ｂ：鋳型短辺、３ａ、３ｂ：鋳型長辺、４：浸漬ノズル、５：湯面、６：熱電対、１００：連続鋳造鋳型内の溶鋼流量制御装置、１０１：入力部、１０２：計算部、１０３：湯面レベル検出部、１０４：制御部、２００：連続鋳造鋳型内の湯面変動制御装置、２０１：入力部、２０２：計算部、２０３：湯面レベル検出部、２０４：較正部、２０５：制御部、３００：渦流式湯面計
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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