(57)【要約】【課題】正確な鋳型温度を得る。【解決手段】鋳型内溶鋼の電磁攪拌装置３を備えた連続鋳造機の鋳型温度を熱電対２で測定するに際し、熱電対２からの電圧信号を温度信号に変換した後、電磁攪拌装置３から発せられる電磁ノイズが原因の前記温度信号に変換した後の信号における周期的なノイズ波形をローパスフィルタ５で除去する鋳型温度測定方法において、電磁攪拌開始後における任意時刻のローパスフィルタ５からの出力値と鋳型温度との間の偏差を、電磁攪拌開始直前と同開始直後と前記任意時刻におけるローパスフィルタ５からの出力値を用いて算出して前記任意時刻におけるローパスフィルタ５の出力値から除去し、当該任意時刻の鋳型温度とする。【効果】電磁ノイズがあっても、連続鋳造用鋳型の温度を熱電対により正確に測定できるので、鋳型の温度分布または温度測定値の時間変動を用いたブレイクアウトの予知や鋳型内溶鋼流動の推定が可能になる。【選択図】図１
2012254466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内溶鋼の電磁攪拌装置を備えた連続鋳造機の鋳型温度を熱電対で測定するに際し、熱電対からの電圧信号を温度信号に変換した後、電磁攪拌装置から発せられる電磁ノイズが原因の前記温度信号に変換した後の信号における周期的なノイズ波形をローパスフィルタで除去する鋳型温度測定方法において、
電磁攪拌開始後における任意時刻のローパスフィルタからの出力値と鋳型温度との間の偏差を、電磁攪拌開始直前と同開始直後と前記任意時刻におけるローパスフィルタからの出力値を用いて算出して前記任意時刻におけるローパスフィルタの出力値から除去し、当該任意時刻の鋳型温度とすることを特徴とする鋳型温度測定方法。
【請求項２】
電磁攪拌開始直前と同開始直後のローパスフィルタの出力温度値を用いて、前記電磁ノイズの温度信号変換装置の出力温度スケールに変換した振幅を算出し、
電磁攪拌装置動作中の任意時刻において、当該任意時刻における鋳型の温度と温度信号変換装置への出力温度の下限値または上限値との差と、前記温度変換後の電磁ノイズの振幅との比を任意時刻におけるクリッピング波高比率として算出し、
このクリッピング波高比率と、前記電磁ノイズの温度変換後の振幅と、前記任意時刻におけるローパスフィルタからの出力温度値とを用いて、当該任意時刻におけるローパスフィルタからの出力温度値と鋳型温度との間の偏差を算出し、
この偏差をローパスフィルタからの前記出力温度から除去することで鋳型温度を算出することを特徴とする請求項１に記載の鋳型温度測定方法。
【請求項３】
鋳型内溶鋼の電磁攪拌装置を備えた連続鋳造機の鋳型温度を測定する熱電対と、
熱電対からの電圧信号を温度信号に変換する温度信号変換装置と、
温度信号変換装置からの出力信号を入力し、熱電対からの電圧信号に加わる電磁攪拌装置から発せられる電磁ノイズが原因の前記温度信号変換装置からの出力信号における周期的な電磁ノイズの波形を除去するローパスフィルタを備えた鋳型温度測定装置において、
電磁攪拌開始後の任意時刻におけるローパスフィルタからの出力値と鋳型温度との間の偏差を、電磁攪拌開始直前と同開始直後と前記任意時刻におけるローパスフィルタからの出力値を用いて算出し、この算出した偏差を前記任意時刻におけるローパスフィルタからの前記出力値から除去して同時刻の鋳型温度とする偏差除去手段を更に備えたことを特徴とする鋳型温度測定装置。
【請求項４】
前記偏差除去手段は、
電磁攪拌開始直前と開始直後のローパスフィルタからの出力温度値を入力され、前記電磁ノイズの温度信号変換装置の出力温度スケールに変換した振幅を算出する手段と、
電磁攪拌装置動作中の任意時刻において、当該任意時刻における鋳型温度と、温度信号変換装置への出力温度の下限値または上限値との差と、前記温度変換後の電磁ノイズの振幅との比をクリッピング波高比率として算出する手段と、
前記算出したクリッピング波高比率と、前記算出した電磁ノイズの温度変換後の振幅と、前記任意時刻におけるローパスフィルタの前記出力値を用いて当該任意時刻のローパスフィルタの前記出力値と鋳型温度との間の偏差を算出し、この算出した偏差をローパスフィルタの前記出力温度から除去して当該任意時刻の鋳型温度を算出する手段と、
からなることを特徴とする請求項３に記載の鋳型温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電対により連続鋳造用鋳型の温度を測定する方法及び装置に関するものである。特に熱電対の出力信号に加わる、電磁攪拌装置から生じる電磁ノイズに起因する温度測定値に含まれる周期的ノイズを、ローパスフィルタで除去する際に生じる、ローパスフィルタ出力温度と鋳型温度の間の偏差を除去する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造機では、通常、オシレーション機構で鋳型全体を上下に振動させることにより、溶鋼湯面上のパウダーを溶鋼熱で溶融させてフラックスとし、メニスカスから鋳型銅板と凝固シェルの間に流入させ、凝固シェルと鋳型間の摩擦を低減させて潤滑を促進している。
【０００３】
それにもかかわらず、凝固シェルの一部分が鋳型に拘束されて凝固シェル厚の成長が遅れ、拘束部位が鋳型下端から出た時に、溶鋼がその静圧により拘束部位を破って凝固シェルから流出する場合がある。この現象はブレイクアウトと呼ばれ、一旦、ブレイクアウトが発生すると、鋳型から流出した溶鋼により連続鋳造機に大きな損傷を与える場合がある。
【０００４】
従って、ブレイクアウトの発生を予知、或いは検知する装置が種々考案され、提案されている。例えば、鋳型銅板に熱電対を多数設置し、測温値の時間変化または近接した複数の熱電対の温度差の時間変化等から、ブレイクアウトを予知する装置が提案されている。
【０００５】
ところが、前記ブレイクアウト予知装置では、熱電対の発生する電圧信号が微弱であるため、専用の温度信号変換装置に入力して工業的な取り扱いが容易な信号に変換した後に処理するようにしている。その際、温度信号変換装置では、熱電対から入力される電圧信号が規格の上限を超える場合には温度上限値を、また、規格の下限を下回る場合には温度下限値を出力するようにしている。
【０００６】
一方、連続鋳造では、凝固シェル先端での気泡捕捉を防止することなどを目的として、鋳型に沿って水平方向に移動する磁場を発生させ、鋳型内溶鋼を移動させて回転する流れを起こす電磁攪拌が実施される場合がある。この場合の移動磁場は、鋳型に接する電磁石のコイル電流を交流とすることで発生し、交流の周波数は通常１〜５Hz程度である。
【０００７】
電磁石のコイル電流により発生する誘導磁場により、前記鋳型温度測定装置の熱電対の微弱な電圧信号に電磁ノイズ信号が加わる場合がある。通常は、熱電対信号線を電磁シールドすることによりコイル電流の影響を抑制しているが、スラブ用電磁攪拌装置のように大電流により溶鋼を攪拌駆動する場合には、発生する電磁ノイズのエネルギーが大きいので、ノイズの抑制が不十分になる場合がある。
【０００８】
そのため、温度信号変換装置から出力される温度信号に含まれるノイズ成分に起因する変動を減衰させるフィルタを設置する方法が、特許文献１で提案されている。
【０００９】
特許文献１で提案された方法は、電磁攪拌の設定周期の整数倍となる範囲に決定した温度測定値信号のサンプリング範囲で温度信号変換装置の出力信号を移動平均して、電磁攪拌電流による周期的なノイズ信号を除去するものである。また、同様の目的のため、バタワース型やチェビシェフ型周波数特性を持つローパスフィルタ装置もよく使用される。
【００１０】
熱電対からの電圧信号が温度信号変換装置への入力電圧信号規格の上限または下限に近い場合に電磁ノイズが加わると、温度信号変換装置への入力電圧信号の変動範囲が前記電圧信号規格の上限または下限を超える場合がある。このような場合、入力電圧信号が前記上限規格を超える時刻または下限規格を下回る時刻において、温度信号変換装置への出力温度信号は、予め定めた上限値及び下限値で飽和する。
【００１１】
電磁攪拌装置から発せられる電磁ノイズは正弦波で表される周期信号であるため、前記飽和が生じる場合には正弦波形の上半分または下半分の一部が切り取られた波形になる。このような波形の一部が切り取られる歪みを、クリッピング歪みと呼ぶ。
【００１２】
クリッピング歪みを受けた温度信号を、電磁攪拌電流の周波数を遮断周波数域に含み、鋳型温度信号はそのまま通過させるローパスフィルタ装置、または前記特許文献１に記載されるような移動平均装置に入力した場合、これらのフィルタ装置からの出力信号と真の鋳型温度の間には常に偏差が生じる。なお、この偏差は真の鋳型温度の値によって変化し、温度信号変換装置からの出力信号の上端が切り取られる場合には負の値、反対に下端が切り取られる場合には正の値になる。
【００１３】
上記の様子を数式で表現すると、以下のようになる。
【００１４】
図６は、鋳型１に設置した熱電対２で測定した電圧信号に、電磁攪拌装置３から発せられる電磁ノイズが加わった電圧信号を温度信号変換装置４で温度信号に変換し、変換した温度信号をローパスフィルタ５で電磁ノイズによる高周波温度振動成分を除去するシステムをブロック線図で表したものである。
【００１５】
このブロック線図において、時刻をｔで表し、熱電対２からの電圧信号をｕ0（ｔ）、電磁攪拌装置３から発せられる電磁ノイズの電圧をｕn（ｔ）とすると、温度信号変換装置４への入力電圧信号ｕ（ｔ）は、熱電対２からの電圧信号ｕ0（ｔ）に電磁攪拌装置３から発せられる電磁ノイズの電圧ｕn（ｔ）が加わったｕ（ｔ）＝ｕ0（ｔ）＋ｕn（ｔ）である。
【００１６】
温度信号変換装置の入出力特性は時間に無関係で、熱電対からの電圧信号ｕ0が入力された温度信号変換装置からの出力信号（温度信号に変換した値）ｘ（℃）は、入力電圧信号ｕと前記規格下限値Ｕ0と前記規格上限値Ｕ1との関係により、
ｘ＝ａ・ｕ＋ｂ （Ｕ0＜ｕ＜Ｕ1の場合）        …(1)
ｘ＝ｈ（℃）        （定数下限値、ｕ≦Ｕ0の場合）…(2)
ｘ＝Ｈ（℃）        （定数上限値、ｕ≧Ｕ1の場合）…(3)
となる。
【００１７】
さらに、温度信号変換装置からの前記出力信号ｘ（℃）は入力電圧信号ｕに対して連続であり、前記(1)式の係数ａ（℃／Ｖ）及び切片ｂ（℃）は、
ａ＝（Ｈ−ｈ）／（Ｕ1−Ｕ0）          …(4)
ｂ＝（Ｕ1・ｈ−Ｕ0・Ｈ）／（Ｕ1−Ｕ0）…(5)
で表される。
【００１８】
電磁ノイズは電磁攪拌装置の周波数ｆの交流電流から発生するため、同じ周波数からなる振幅一定の周期的信号であり、以下、この電磁ノイズの波形を周期Ｔ＝１／ｆの正弦波信号とする。また、電磁ノイズは電圧信号であるが、その振幅が前記温度信号変換装置の温度信号スケールに換算してＡ（℃）であるとする。すなわち、電磁ノイズの電圧信号での振幅は、前記(1)式における係数ａを用いてＡ／ａ（Ｖ）である。
【００１９】
以下では、鋳型温度が温度信号変換装置からの出力温度範囲の下限に近いため、電磁ノイズが加わった温度信号変換装置への入力電圧信号ｕ（ｔ）の波形下半分の一部が、前記 (1)式から(3)式の入出力特性により切り取られるものとして、解決すべき課題について説明する。
【００２０】
電磁攪拌装置の電流に起因する電磁ノイズ信号は定常的であるので、以下では電磁ノイズ信号の電圧が０Ｖになる時刻ｔ＝ｔ0を基点とする１周期ｔ0≦ｔ ＜ｔ0＋Ｔなる区間で議論する。この区間における電磁ノイズの信号波形は、
ｕn（ｔ）＝（Ａ／ａ）sin２πｆ（ｔ−ｔ0）…(6)
で表す。
【００２１】
また、鋳型温度の変化は、通常、分オーダーで変化するので、電磁ノイズの信号振動周期内ではほぼ一定とみなすことができる。従って、熱電対からの電圧信号ｕ0（ｔ）は区間の先頭の値ｕ0（ｔ0）で代表してｕ0（ｔ）＝ｕ0（ｔ0）とみなすことができ、
ｕ（ｔ）＝ｕ0（ｔ0）＋ｕn（ｔ）（ｔ0≦ｔ＜ｔ0＋Ｔ）…(7)
で近似される。前記代表値は、ｔ0≦ｔ＜ｔ0＋Ｔなる区間内の平均値であってもよい。
【００２２】
熱電対から出力される電圧信号自身の変動幅が温度信号変換装置への入力範囲制限の中に含まれるものとすると、真の鋳型温度、すなわち熱電対からの電圧信号ｕ0（ｔ0）を温度信号変換装置で温度信号に変換した値ｘ0（ｔ0）は、
ｘ0（ｔ0）＝ａ・ｕ0（ｔ0）＋ｂ…(8)
で表されて、ｈ＜ｘ0（ｔ0）＜Ｈを満たすものとする。
【００２３】
しかしながら、温度信号変換装置への入力電圧信号ｕ（ｔ）については、前記(1)，(2)，(6)，(7)，(8)式より、
ｈ＜ｘ0（ｔ0）＋Ａsin２πｆ（ｔ−ｔ0）＜Ｈの場合、
ｘ（ｔ）＝ａ・（ｕ0（ｔ0）＋ｕn（ｔ））＋ｂ
＝ｘ0（ｔ0）＋ａ・ｕn（ｔ）
＝ｘ0（ｔ0）＋Ａsin２πｆ（ｔ−ｔ0）…(9)
となる。
【００２４】
また、ｘ0（ｔ0）＋Ａsin２πｆ（ｔ−ｔ0）≦ｈの場合は、
ｘ（ｔ）＝ｈ…(10)
となる。
【００２５】
温度信号変換装置からの出力信号に基づく温度を真の温度ｘ0（ｔ0）と電磁ノイズに起因する変動成分ｘn（ｔ）の和として、
ｘ（ｔ）＝ｘ0（ｔ0）＋ｘn（ｔ）…(11)
と書くとき、Ａsin２πｆ（ｔ1−ｔ0）＝Ａsin２πｆ（ｔ2−ｔ0）＝ｈ−ｘ0（ｔ0）となる時刻ｔ1，ｔ2（ｔ1＜ｔ2）が存在するので、
ｔ0≦ｔ＜ｔ1，ｔ2＜ｔ＜ｔ0＋Ｔ の場合は、
ｘn（ｔ）＝Ａsin２πｆ（ｔ−ｔ0）… (12)
である。
【００２６】
また、ｔ1≦ｔ≦ｔ2の場合は、
ｘn（ｔ）＝ｈ−ｘ0（ｔ0）…(13)
である。
【００２７】
従って、温度信号変換装置からの出力信号は、この周期における温度測定値ｘ0（ｔ0）と、正弦波Ａsin２πｆ（ｔ−ｔ0）の下側を切り取った歪みを持つ温度ノイズ信号との和である。
【００２８】
ここで、ｔ1≦ｔ≦ｔ2において、温度ノイズ信号の絶対値｜ｈ−ｘ0（ｔ0）｜と振幅Ａとの比をクリッピング波高比率ｋと定義する。このときｘ0（ｔ0）＞ｈなので、クリッピング波高比率ｋは、
ｋ＝｜ｈ−ｘ0（ｔ0）｜／Ａ＝（ｘ0（ｔ0）−ｈ）／Ａ…(14)
で表される。
【００２９】
前記(14)式より、ｈ＝（ｈ−ｘ0（ｔ））＋ｘ0（ｔ0）＝−ｋ・Ａ＋ｘ0（ｔ0）なので、ｔ1≦ｔ≦ｔ2において、前記(10)式を、
ｘ（ｔ）＝ｘ0（ｔ0）−ｋ・Ａ＝ｈ （ｔ1≦ｔ≦ｔ2の場合）…(15)
のように表すことができる。
【００３０】
ローパスフィルタでは、温度信号変換装置からの出力信号ｘ（ｔ）の電磁ノイズ信号に由来する高周波成分を減衰させるが、これは区間ｔ0≦ｔ＜ｔ0＋Ｔにおいてｘ（ｔ）を平均することとほぼ同じである。
【００３１】
前記(9)式と(15)式を用いて温度信号変換装置からの出力信号ｘ（ｔ）の平均値ｙ（ｔ0）を求めると、下記数式１のようになる。
【００３２】
【数１】
2012254466.tif 000003
【００３３】
ここで、2πｆ（ｔ1＋ｔ2）／２＝（３／２）πなので、cos２πｆ（ｔ2−ｔ0）＝−cos２πｆ（ｔ1−ｔ0）＝（１−ｋ2）1/2となって、ｔ2−ｔ1＝（１／πｆ）cos−1ｋである。
【００３４】
ｆ・Ｔ＝１より、温度信号変換装置からの出力信号ｘ（ｔ）の平均値ｙ（ｔ0）は、
ｙ（ｔ0）＝ｘ（ｔ0）＋（Ａ／π）｛（１−ｋ2）1/2−ｋcos−1ｋ）｝…(16)
で表す式となる。
【００３５】
前記(16)式の第２項は、０≦ｋ≦１の場合は負ではなくｋ＝１で０であるため、波形の下端が切り取られた信号を入力したローパスフィルタの出力は常に正値の偏差が加わる。
【００３６】
図７は、正弦波で表した周期的な電磁ノイズによる温度信号変換装置からの出力信号の下端部が、温度信号変換装置の出力範囲制限によって切り取られた波形の時間に対する図である。さらに、ハッチングを施した部分は、前記(16)式の第２項を表しており、本例ではｋ＜１であるため、直線ｙ＝ｘ0（ｔ0）より上側にある部分の面積が下側にある部分の面積よりも大きく、前記(16)式の第２項が正値であることを示している。
【００３７】
反対に波形の上端が切り取られる場合は、
ｈ＜ｘ0（ｔ0）＋Ａsin２πｆ（ｔ−ｔ0）＜Ｈの場合は、
ｘ（ｔ）＝ａ・（ｕ0（ｔ0）＋ｕn（ｔ））＋ｂ＝ｘ0（ｔ0）＋ａ・ｕn（ｔ）
＝ｘ0（ｔ0）＋Ａsin２πｆ（ｔ−ｔ0）…(17)
である。
【００３８】
また、Ｈ≦ｘ0（ｔ0）＋Ａsin２πｆ（ｔ−ｔ0）の場合は、
ｘ（ｔ）＝Ｈ…(18)
である。
【００３９】
Ａsin２πｆ（ｔ’1−ｔ0）＝Ａsin２πｆ（ｔ’2−ｔ0）＝Ｈ−ｘ0（ｔ0）となる時刻ｔ’1，ｔ’2（ｔ’1＜ｔ’2）が存在するので、前記(11)式と同様に、真の温度ｘ0（ｔ0）と電磁ノイズに起因する変動成分ｘn（ｔ）の和として書くと、
ｔ0≦ｔ＜ｔ’1、またはｔ’2＜ｔ＜ｔ0＋Ｔ の場合は、
ｘn（ｔ）＝Ａsin２πｆ（ｔ−ｔ0）… (19)
である。
【００４０】
また、ｔ’1≦ｔ≦ｔ’2の場合は、
ｘn（ｔ）＝Ｈ−ｘ0（ｔ0）…(20)
である。
【００４１】
ｔ’1≦ｔ≦ｔ’2において温度ノイズ信号の絶対値｜Ｈ−ｘ0（ｔ0）｜と振幅Ａとの比を前記(14)式と同様にクリッピング波高比率ｋと定義すると、
ｋ＝｜Ｈ−ｘ0（ｔ0）｜／Ａ＝（Ｈ−ｘ0（ｔ0））／Ａ…(21)
である。
【００４２】
前記(21)式より、Ｈ＝（Ｈ−ｘ0（ｔ））＋ｘ0（ｔ0）＝ｋ・Ａ＋ｘ0（ｔ0）なので、ｔ’1≦ｔ≦ｔ’2において前記(18)式を、
ｘ（ｔ）＝ｘ0（ｔ0）＋ｋ・Ａ＝Ｈ （ｔ’1≦ｔ≦ｔ’2の場合）…(22)
と表すことができる。
【００４３】
電磁ノイズ信号１周期の間で温度信号変換装置からの出力信号ｘ（ｔ）を平均したローパスフィルタの出力信号は、下記数式２で代表される。
【００４４】
【数２】
2012254466.tif 000004
【００４５】
電磁ノイズに起因して波形の上端が切り取られる場合には、２πｆ（ｔ1＋ｔ2）／２＝（１／２）πなので、
−cos２πｆ（ｔ2−ｔ0）＝cos２πｆ（ｔ1−ｔ0）＝（１−ｋ2）1/2
ｙ（ｔ0）＝ｘ（ｔ0）−Ａ｛（１−ｋ2）1/2−ｋcos−1ｋ｝／π
である。すなわち、波形の上端が切り取られた信号を入力したローパスフィルタの出力は常に負値の偏差が加わる。
【００４６】
前記(14)式または(21)式で定義したクリッピング波高比率ｋを用いた関数Ｓ（ｋ）を、
Ｓ（ｋ）＝（Ａ／π）｛（１−ｋ2）1/2−ｋcos−1ｋ｝…(23)
のように定義すると、ｘ0（ｔ0）＋Ａsin２πｆ（ｔ−ｔ0）≦ｈとなる区間では、
ｙ（ｔ）＝ｘ0（ｔ0）＋Ｓ（ｋ）…(24)
となる。
【００４７】
また、Ｈ≦ｘ0（ｔ0）＋Ａsin２πｆ（ｔ−ｔ0）となる区間では、
ｙ（ｔ）＝ｘ0（ｔ0）−Ｓ（ｋ）…(25)
となる。
【００４８】
以上のように、電磁ノイズによる温度信号変換装置への入力電圧信号の変動波形が同装置からの出力信号において上半分の一部または下半分の一部が切り取られる場合にローパスフィルタにより出力温度信号から周期的ノイズ成分を除去して測定した鋳型温度は、真の温度に対して常に偏差が生じ、正しい温度測定値が得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４９】
【特許文献１】特開２００７−２４５２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００５０】
本発明が解決しようとする問題点は、電磁ノイズによる温度信号変換装置への入力電圧信号の変動波形が、温度信号変換装置からの出力信号において上半分または下半分の一部が切り取られる場合に、ローパスフィルタにより出力温度信号から周期的ノイズ成分を除去しても正確な鋳型温度が得られないという点である。
【課題を解決するための手段】
【００５１】
本発明の鋳型温度測定方法は、
電磁ノイズによる温度信号変換装置への入力電圧信号の変動波形が、温度信号変換装置からの出力信号において上半分または下半分の一部が切り取られる場合にも、正確な鋳型温度が得られるようにするために、
鋳型内溶鋼の電磁攪拌装置を備えた連続鋳造機の鋳型温度を熱電対で測定するに際し、熱電対からの電圧信号を温度信号に変換した後、電磁攪拌装置から発せられる電磁ノイズが原因の前記温度信号に変換した後の信号における周期的ノイズ波形をローパスフィルタで除去する鋳型温度測定方法において、
電磁攪拌開始後における任意時刻のローパスフィルタからの出力値と鋳型温度との間の偏差を、電磁攪拌開始直前と同開始直後と前記任意時刻におけるローパスフィルタからの出力値を用いて算出して前記任意時刻におけるローパスフィルタの出力値から除去し、当該任意時刻の鋳型温度とすることを最も主要な特徴としている。
【００５２】
上記本発明の鋳型温度測定方法は、
鋳型内溶鋼の電磁攪拌装置を備えた連続鋳造機の鋳型温度を測定する熱電対と、
熱電対からの電圧信号を温度信号に変換する温度信号変換装置と、
温度信号変換装置からの出力信号を入力し、熱電対からの電圧信号に加わる電磁攪拌装置から発せられる電磁ノイズが原因の前記温度信号変換装置からの出力信号における周期的な電磁ノイズの波形を除去するローパスフィルタを備えた鋳型温度測定装置において、
電磁攪拌開始後の任意時刻におけるローパスフィルタからの出力値と鋳型温度との間の偏差を、電磁攪拌開始直前と同開始直後と前記任意時刻におけるローパスフィルタからの出力値を用いて算出し、この算出した偏差を前記任意時刻におけるローパスフィルタからの前記出力値から除去して同時刻の鋳型温度とする偏差除去手段を更に備えた本発明の鋳型温度測定装置を使用して実施できる。
【００５３】
上記本発明では、電磁攪拌開始直前と同開始直後と電磁攪拌開始後の任意時刻におけるローパスフィルタからの出力値を用いて前記任意時刻におけるローパスフィルタからの出力値と鋳型温度との間の偏差を算出してローパスフィルタからの出力値から除去するので、正確な鋳型温度を得ることができる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、電磁攪拌装置による電磁ノイズがある場合でも、連続鋳造用鋳型の温度を熱電対により正確に測定できるので、鋳型の温度分布または温度測定値の時間変動を用いたブレイクアウトの予知や鋳型内溶鋼流動の推定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の鋳型温度測定装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図７の信号の周波数を遮断周波数域とするローパスフィルタに 入力した場合の、ローパスフィルタの出力を示す図である。
【図３】実施例における電磁攪拌開始後の温度変換装置への入力信号の一例を示した図である。
【図４】実施例におけるローパスフィルタからの出力値、偏差除去後の温度計算値、温度測定値を比較した図である。
【図５】偏差除去手段によるクリッピング波高率の計算結果を示した図である。
【図６】従来の鋳型温度測定装置のブロック図である。
【図７】温度信号変換装置からの出力信号の下端部が、温度信号変換装置からの出力範囲制限により正弦波で表した周期的電磁ノイズによって切り取られた波形の、時間に対する図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明では、電磁攪拌装置による電磁ノイズがある場合でも、連続鋳造用鋳型の温度を正確に測定するという目的を、電磁攪拌開始直前と同開始直後と電磁攪拌開始後の任意時刻におけるローパスフィルタからの出力値を用いて前記任意時刻におけるローパスフィルタからの出力値と鋳型温度との間の偏差を算出し、ローパスフィルタからの出力値から除去することで実現した。
【実施例】
【００５７】
（実施の形態１：鋳型温度が温度信号変換装置への入力電圧信号の規格下限に近い場合）
実施の形態１は、電磁攪拌開始直後より熱電対からの電圧信号に電磁ノイズが加わるが、熱電対からの電圧信号ｕ0（０）が温度信号変換装置への入力規格下限に近いため、温度信号変換装置からの出力信号の下端側が切り取られる場合に適用されるものである。
【００５８】
実施の形態１では、前記課題を解決するために、図１に示すように、電磁攪拌開始直前と開始直後におけるローパスフィルタ５からの出力値を用いて、電磁攪拌開始時点でのクリッピング波高比率ｋ0と、電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａを算出する手段６を備えている。加えて、前記電磁ノイズ信号を温度スケールに変換した振幅Ａと電磁攪拌中のローパスフィルタ５からの出力値から、電磁攪拌中のクリッピング波高比率ｋと鋳型１の温度を算出する手段７を備えている。
【００５９】
以下、前記手段６，７により、電磁攪拌開始時点でのクリッピング波高比率ｋ0、電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａ、電磁攪拌中のクリッピング波高比率ｋと鋳型１の温度を算出する方法について説明する。
【００６０】
電磁攪拌を開始する時刻をｔ＝０とすると、電磁攪拌開始直前の温度信号変換装置４からの出力ｘ（０）は、熱電対２からの電圧信号ｕ0（０）を温度信号変換装置４の線形変換式である前記(1)式により変換した値ｘ0（０）である。電磁攪拌開始前は電磁ノイズが発生しないので、ローパスフィルタ５の出力値ｙ（０）もｘ（０）に等しい。
【００６１】
電磁攪拌開始直後、熱電対２からの電圧信号に電磁ノイズが加わると、熱電対２からの電圧信号ｕ0（０）が温度信号変換装置４の入力規格下限に近いため、温度信号変換装置４からの出力信号の下端側が切り取られる。
【００６２】
電磁攪拌開始後、電磁ノイズ信号の１周期程度時間が経過すると、ローパスフィルタ５からの出力信号には正値の偏差が加わる。この偏差は、電磁攪拌開始直前の鋳型１の温度ｘ0（０）と、電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａと、温度信号変換装置４からの出力下限ｈによって定まる、前記(14)式のクリッピング波高比率ｋ0＝（ｘ0（０）−ｈ）／Ａを用いたＳ（ｋ0）である。
【００６３】
電磁攪拌開始前は鋳型１の温度とローパスフィルタ５からの出力値は同じなので、前記(14)式のクリッピング波高比率ｋ0は、
ｋ0＝（ｙ（０）−ｈ）／Ａ… (26)
である。
【００６４】
電磁攪拌開始直後の電磁攪拌装置３の電流変動の１周期分経過後では、鋳型１の温度には変化がないので、前記(23)式で定義した関数は、前記(24)式より、
Ｓ（ｋ0）＝ｙ（Ｔ）−ｙ（０）…(27)
である。
【００６５】
従って、前記図１に示したブロック図の本発明装置の算出手段６を用いて、以下の手順によりクリッピング波高比率ｋ0と、電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａを算出する。
【００６６】
[1-1]   電磁攪拌電流に起因する電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａは前記(26)式を変形して、
Ａ＝（ｙ（０）−ｈ）／ｋ0  …(28)
で表すことができるので、前記(27)式においてＳ（ｋ0）の定義式（前記(23)式）に(28)式の前記振幅Ａを代入して整理した電磁攪拌開始時点でのクリッピング波高比率ｋ0（未知数）に関する下記数式３の方程式を数値的に解くことで前記クリッピング波高比率ｋ0を算出する。
【００６７】
【数３】
2012254466.tif 000005
【００６８】
数値的解法にはニュートン法などを用いる。次に、電磁攪拌開始時点でのクリッピング波高比率ｋ0の値を前記(28)式に代入することより振幅Ａを算出する。
【００６９】
[1-2]  電磁攪拌中においても、電磁攪拌開始時と同様に電磁ノイズ波形の下端がクリッピングされるならば、ローパスフィルタの出力は真の温度に対して正値の偏差を持つ。電磁攪拌開始以降、次の処理を繰り返して逐次鋳型の真の温度を算出する。以下、処理の時刻をｔ0とする。
【００７０】
前記(22)式より、
ｘ0（ｔ0）＝Ｈ−ｋ（ｔ0）Ａ…(29)
であることと、電磁攪拌電流に起因する電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａが[1-1]により判明しているので、クリッピング波高比率ｋ0を用いた関数Ｓ（ｋ0）の定義式（前記(23)式）に前記(24)式を代入して、下記数式４をｋ（ｔ0）の方程式としてニュートン法などを用いて数値的に解き、さらにその値を(29)式に代入することで、真の温度ｘ0（ｔ0）を算出する。
【００７１】
【数４】
2012254466.tif 000006
【００７２】
（実施の形態２：鋳型温度が温度信号変換装置への入力電圧信号の規格上限に近い場合）
実施の形態２は、電磁攪拌開始直後より熱電対からの電圧信号に電磁ノイズが加わるが、熱電対からの電圧信号ｕ0（０）が温度信号変換装置への入力規格上限に近いため、温度信号変換装置からの出力信号の上端側が切り取られる場合に適用されるものである。
【００７３】
実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、電磁攪拌開始直前と同開始直後のローパスフィルタへの出力値を用いて、電磁攪拌開始時点でのクリッピング波高比率ｋ0と、電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａを算出する手段、及び前記振幅Ａと電磁攪拌中のローパスフィルタ出力から、電磁攪拌中のクリッピング波高比率ｋ（ｔ0）と鋳型の温度ｘ0（ｔ0）を算出する手段を備えた本発明装置を用いて、鋳型の温度を算出する。
【００７４】
時間、電圧信号、温度信号、ローパスフィルタからの出力値に関しても実施の形態１と同じものを用いる。また、電磁攪拌開始等の時刻についても実施の形態１と同様とし、電磁攪拌前は電磁ノイズが発生しないので、ローパスフィルタからの出力値ｙ（０）がｘ（０）に等しいことも同じである。
【００７５】
電磁攪拌開始直後より熱電対からの電圧信号に電磁ノイズが加わると、熱電対からの電圧信号ｕ0（０）が温度信号変換装置への入力規格上限に近いため、温度信号変換装置からの出力信号の上端側が切り取られる。
【００７６】
電磁攪拌開始直後の電磁ノイズ信号の１周期程度時間が経過すると、ローパスフィルタからの出力信号には負値の偏差が加わる。この偏差は、電磁攪拌開始直前の鋳型温度ｘ0（０）と、電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａと、温度信号変換装置からの出力上限Ｈによって定まる前記(21)式のクリッピング波高比率ｋ0＝（Ｈ−ｘ0（０））／Ａを用いたＳ（ｋ0）の値である。
【００７７】
電磁攪拌開始前は鋳型の温度とローパスフィルタからの出力値は同じであるので、
ｋ0＝（Ｈ−ｙ（０））／Ａ… (30)
である。
【００７８】
電磁攪拌開始直後の電磁攪拌装置の電流変動の１周期分経過後では鋳型温度には変化がないので、
ｙ（Ｔ）＝ｙ（０）−Ｓ（ｋ0）、すなわち、
Ｓ（ｋ0）＝ｙ（０）−ｙ（Ｔ）…(31)
である。
【００７９】
従って、本発明装置を用いて、以下の手順により、クリッピング波高比率ｋ0と、電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａを算出する。
【００８０】
[2-1]   電磁攪拌電流に起因する電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａは、前記(26)式を変形して、
Ａ＝（Ｈ−ｙ（０））／ｋ0 …(32)
で表すことができるので、前記(27)式においてＳ（ｋ0）の定義式（前記(23)式）に(32)式の前記振幅Ａを代入して整理した電磁攪拌開始時点でのクリッピング波高比率ｋ0（未知数）に関する下記数式５の方程式を、例えばニュートン法などを用いて数値的に解くことで前記クリッピング波高比率ｋ0を算出する。
【００８１】
【数５】
2012254466.tif 000007
【００８２】
次に，電磁攪拌開始時点でのクリッピング波高比率ｋ0の値を前記(32)式に代入することより振幅Ａを算出する。
【００８３】
[2-2]  電磁攪拌中においても、電磁攪拌開始時と同様に電磁ノイズ波形の上端がクリッピングされるならば、ローパスフィルタの出力は真の温度に対して負値の偏差を持つ。電磁攪拌開始以降、次の処理を繰り返して逐次鋳型の真の温度を算出する。以下、処理を実施する時刻をｔ0とする。
【００８４】
前記(15)式より、
ｘ（ｔ0）＝Ｈ−ｋ（ｔ0）Ａ…(33)
であることと、電磁攪拌電流に起因する電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａが[2-1]により判明しているので、クリッピング波高比率ｋ0を用いた関数Ｓ（ｋ0）の定義式（前記(23)式）に前記(24)式を代入して、下記数式６をｋ（ｔ0）の方程式としてニュートン法などを用いて数値的に解き、さらにその値を前記(33)式に代入することで、真の温度ｘ0（ｔ0）を算出する。
【００８５】
【数６】
2012254466.tif 000008
【００８６】
以上の実施の形態では、電磁ノイズ外乱の振幅は電磁攪拌開始直後から一定としたが、実際には電流値を鋳造中に変更する場合があり、電流値に応じて温度信号変換装置からの出力信号のクリッピング歪みの大きさは変化する。
【００８７】
このような場合には、電流値を実測することが可能であるので、その値に応じて温度スケールにおける周期的な電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａを適切に変更すれば、ローパスフィルタの出力値における偏差を適切に補正することができる。
【００８８】
本発明の実施をシミュレーションした結果により、本発明の効果を示す。
【００８９】
図１に示したブロック構成の実施例において、電磁攪拌装置は周波数０．８８Hzの交流により溶鋼攪拌力を発生するものとした。
【００９０】
図７に示した温度信号波形の下端がクリッピングされる例では、クリッピング波高比率ｋ＝０．３（−）、電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａ＝２５０（℃）、電磁ノイズの周波数ｆ＝１（Hz）、時刻ｔ0＝０（sec）、Ｔ＝１（sec）なので、図２では、前記(16)式に基づくローパスフィルタからの出力信号における偏差が４７．３（℃）となることを示すシミュレーション結果を示している。
【００９１】
そのため、温度信号変換装置の出力信号は、図３に示すように、電磁攪拌開始直後より大きな周期的な電磁ノイズが加わる。また、電磁ノイズの振幅が大きいため、温度信号変換装置の出力下限の０℃で波形がクリッピングされている。
【００９２】
図４は、電磁攪拌開始後、本発明により平均期間１．１秒の移動平均によるローパスフィルタ出力信号から温度測定値に対する偏差を除去した結果である。電磁攪拌開始直後、ローパスフィルタの出力信号は３３℃のステップ状に上昇するが、本発明では、この上昇量と電磁攪拌装置の交流周波数とを用いて温度に換算した後の電磁ノイズの振幅Ａを１９４．５℃と算出した。
【００９３】
電磁攪拌開始後は、前記(14)式に基づき前記(20)式の方程式を０．１秒周期でニュートン法により解くことで、クリッピング波高比率ｋを逐次計算する。
【００９４】
鋳造開始直後に電磁攪拌を開始したため、電磁攪拌開始以降鋳型温度も上昇したが、温度測定値とローパスフィルタ後の温度の差は、図４に示すように、時間とともに小さくなる。
【００９５】
シミュレーションでは、電磁攪拌開始後、電磁攪拌装置の出力を一定に保ったため、鋳型温度が上昇した結果クリッピング波高比率も上昇する。本発明は、上昇するクリッピング波高比率を図５に示すように算出し、その結果として時間経過とともに小さくなる偏差を除去して、ほぼ温度測定値に一致する偏差除去後温度を出力した。
【００９６】
本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【００９７】
例えば、図１の例では、電磁攪拌開始時点でのクリッピング波高比率ｋ0と、電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａを算出する手段６と、この算出した振幅Ａと電磁攪拌中のローパスフィルタ５からの出力値から、電磁攪拌中のクリッピング波高比率ｋと鋳型１の温度を算出する手段７を別体構成したものを示したが、これらを一体に構成した偏差除去手段としたものでも良い。また、電磁攪拌開始時点でのクリッピング波高比率ｋ0と、電磁ノイズの振幅を温度スケールに変換した振幅Ａを算出する手段を別体構成しても良い。
【符号の説明】
【００９８】
１    鋳型
２    熱電対
３    電磁攪拌装置
４    温度信号変換装置
５    ローパスフィルタ
６    クリッピング波高比率ｋ0と温度スケールに変換後の電磁ノイズ振幅Ａの算出手段
７    クリッピング波高比率ｋと鋳型温度算出手段
【図１】
2012254466.tif 000009
【図２】
2012254466.tif 000010
【図３】
2012254466.tif 000011
【図４】
2012254466.tif 000012
【図５】
2012254466.tif 000013
【図６】
2012254466.tif 000014
【図７】
2012254466.tif 000015