(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型を取り囲むように配置した電磁コイルを制御部によって、該電磁コイルの電流を一定周期で通電（ＯＮ）し、その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一定周期で通電する操作を繰り返して、前記鋳型内の溶融金属に電磁力を付与しながら該溶融金属を鋳造する連続鋳造装置に用いる、前記鋳型内溶融金属の湯面レベルを検知するための湯面レベル測定方法であって、
前記制御部の通電のＯＮ／ＯＦＦを表すマスキング信号に基づいて、ＯＦＦ時間のみ渦流式レベル計又は鋳型内蔵式湯面レベル計を測定・出力させることにより湯面レベルを測定することを特徴とする連続鋳造における溶融金属湯面レベル測定方法。
【請求項２】
鋳型を取り囲むように配置した電磁コイルを制御部によって、該電磁コイルの電流を一定周期で通電し、その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一定周期で通電する操作を繰り返して、前記鋳型内の溶融金属に電磁力を付与しながら該溶融金属を鋳造する連続鋳造装置に用いる、前記鋳型内溶融金属の湯面レベルを検知するための湯面レベル計であって、
渦流式又は鋳型内蔵式の湯面レベルセンサーと、
該湯面レベルセンサーの出力を検波する検波器、及び前記制御部からの通電のＯＮ／ＯＦＦを表すマスキング信号に基づいて該検波器の出力からＯＦＦ時間のみ湯面レベルを測定・出力させるＲＭＳ部、からなる二次信号処理機構とを具備することを特徴とする連続鋳造における溶融金属湯面レベル計。
【請求項３】
一次コイルと二次コイルで構成される渦流式レベルセンサーと、
前記一次コイルに一次信号を送るための一次信号発生装置と、
前記二次コイルからの二次信号を、前記制御部からのマスキング信号にしたがって信号処理して、湯面レベルを測定する前記二次信号処理機構とからなることを特徴とする請求項２に記載の連続鋳造における溶融金属湯面レベル計。
【請求項４】
前記鋳型内の溶融金属に電磁力を付与するための、鋳型を取り囲むように配置した電磁コイルと、
前記電磁コイルの電流を一定周期で通電し、その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一定周期で通電する操作を繰り返し行う制御部と、
請求項２又は請求項３に記載の溶融金属湯面レベル計とを具備する溶融金属の連続鋳造装置であって、
前記制御部は、前記繰り返しの周期を、前記一定周期の通電の周波数（ｆ）、通電ＯＮ／ＯＦＦピッチ（Ｔｏ）との関係を、
６０≦ｆ≦４００（Ｈｚ）、および、
３０≦Ｔｏ≦３００（ｍｓｅｃ）、
の条件で通電することを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
【請求項５】
請求項４に記載の溶融金属の連続鋳造装置において、
前記制御部は前記ＯＦＦ時に前記電磁コイルへの電流を完全に停止する代わりに、前記渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計との電磁界の相互作用がないレベルまでの小さな値の電流を通電することを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
【請求項６】
鋳型を取り囲むように配置した電磁コイルを用いて前記鋳型内の溶融金属に電磁力を付与する溶融金属の連続鋳造方法において、
制御部を用いて、前記電磁コイルの電流を一定周期で通電し、その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一定周期で通電する操作を繰り返し行い、
請求項２又は請求項３に記載の溶融金属湯面レベル計を用いて、前記ＯＦＦ時間のみ湯面レベルを測定して湯面レベル制御することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属の連続鋳造における溶融金属の連続鋳造時における鋳型中の溶融金属湯面レベル位置測定方法とそれに使用するレベル計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に溶融金属の連続鋳造においては、パウダーが鋳型内溶融金属プール上面に供給され、溶融金属からの熱で溶解したパウダーは上下に振動する鋳型壁と、一定速度で引き抜かれる凝固シェルの相対運動によって、これらの間に流入するが、この流入時に発生する動圧によりメニスカスや凝固シェル先端が変形し、しかもこの変形は鋳型オッシレーションの周期で繰り返されるために、鋳片表面にはオッシレーションマークと呼ばれる周期的な皺が形成される。しかし、この皺の深さが深い場合には、鋳片表面疵欠陥に繋がる他、鋼種によっては特定の元素のみがこのオッシレーションマーク谷部に偏析したり、気泡、介在物の捕捉が増加し、歩留まり低下の原因となっている。
【０００３】
一方、ビレットや小断面積を有する鋳片の連続鋳造においては、上記パウダーに替わってレプシードオイルが使用されている。このレプシードオイルはメニスカスにおいて燃焼し、グラファイトとなって凝固シェルが鋳型壁に焼きつくことを防止するものの、鋳造された鋳片表面に規則的に生成した明瞭なオッシレーションマークを得ることは困難で、鋳造操業や鋳片の品質安定性は、上記パウダーを用いた鋳造に比べて劣っている。
【０００４】
このように、初期凝固を制御する方法としては、特開昭５２−３２８２４号公報に記載されるように、溶融金属を潤滑剤と共に一定周期で振動する水冷鋳型に注入し、連続的に下方に引き抜く連続鋳造法で、鋳型周りに設けた電磁コイルに交流電流を連続的に通電し、交流磁場によって発生する電磁力を利用して鋳型内溶融金属のメニスカスに電磁力を付与してメニスカス部を彎曲させて鋳片の表面性状を改善する方法が開示されている。また、特開昭６４−８３３４８号公報には、電磁コイルによって鋳型内の溶融金属に電磁力を与える際に、交流磁場をパルス状に付与することによって電磁力を間欠的に印加するパウダーキャスティング法で更に鋳片の表面性状を改善する方法が開示されている。また、再公表平８−８０５９２６号公報には、電磁力を付与するために交流電流の振幅に、鋳型振動と同じ周波数の強弱をつけ、鋳型振動周波数（ｆｍ）と交流磁場周波数（ｆｐ）とを０．６９≦ｌｎ（ｆｐ／ｆｍ）≦９．９、ただし、ｌｎは定数、の範囲内に設定することで安定したメニスカスを生成させ、鋳片の表面性状効果を更に安定して得る連続鋳造方法が開示されている。
【０００５】
また、溶融金属のレベル検出方法については、従来より浮き子を利用する方法、光学的（光電変換）手法、超音波、放射線を利用する方法、漬積電極式、サーモカップル方式、電磁誘導方式等の様々な方式が開発、実施されている。さらには、特開平３−１２２５２６号公報、特開平３−１３８５３６号公報、特開平４−１８７３５５号公報および特開平４−２３８６６１号公報に開示されているような、溶融金属中で発生する渦電流の大小による受信コイルのインピーダンス変化を位相変化として測定する方法が開発されている。また、特開平４−２３８６６１号公報には、複数個の検出器で湯面レベルの変動範囲を分割測定し、検出器の切替えによる測定値の不連続性を抑制する方法も開発されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来技術を実際に電磁誘導加熱装置を設置した連続鋳造装置で実現する場合、鋳型内溶融金属の湯面レベルを精度よく検知できないという問題があった。この湯面レベル検知の精度が劣化していくと湯面レベル制御が困難になり、溶融金属のメニスカスの安定成形も難しくなり、結果的に良好な鋳片の表面性状確保ができなくなるという問題があった。
【０００７】
一方、連続鋳造装置に使用される湯面レベル検知手段として、前述したような交流磁場による電磁誘導現象を応用した渦流式湯面レベル計が良く使用されている。また、他の手段としては鋳型に埋設した熱電対を利用する方法や、γ線を用いた透過型センサー等があるが、測定精度や応答性の点で渦流センサーが最も優れている観点から殆どの連続鋳造装置で使用されている。しかしながら、電磁コイルを使用する限りにおいては、電磁コイルから発生する交流磁場が、渦流式湯面レベルセンサーに対してノイズとして作用し、正確な湯面レベル検知が行えず、しかも測定精度が悪化していくという大きな問題を引き起こしている。例えば、１，０００(Gauss) 以上の強度で周波数２００Ｈｚの連続電磁誘導鋳造における磁界中で使用した場合には信号出力電圧が飽和して測定不能となったり、パルス電磁誘導鋳造における磁界中でも磁界ＯＮの時には飽和して、そのままでは溶融金属の湯面れべるが測定できないという深刻な問題が発生している。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、パルス磁場を発生させて鋳片の表面性状を改善するような連続鋳造装置においては、渦流式湯面レベルセンサーに対して、パルス付与期（ＯＮ期）には強いノイズが作用するが、パルス付与中断期（ＯＦＦ期）には殆どノイズが発生しないことに着目し、パルスＯＮ期とパルスＯＦＦ期を周期的に繰り返し、渦流式湯面レベル計または鋳型内蔵式レベル計の信号処理装置に入力し、この信号処理装置内でパルスＯＦＦ期にのみ湯面レベルを検知し、パルスＯＮ期には検知しないようにすることで、電磁コイルから発生する交流磁場ノイズの影響を受けることなく、安定して精度高い溶融金属の湯面レベル検知が可能になったものであり、その要旨は次の通りである。
【０００９】
（１）鋳型を取り囲むように配置した電磁コイルを制御部によって、該電磁コイルの電流を一定周期で通電（ＯＮ）し、その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一定周期で通電する操作を繰り返して、前記鋳型内の溶融金属に電磁力を付与しながら該溶融金属を鋳造する連続鋳造装置に用いる、前記鋳型内溶融金属の湯面レベルを検知するための湯面レベル測定方法であって、前記制御部の通電のＯＮ／ＯＦＦを表すマスキング信号に基づいて、ＯＦＦ時間のみ渦流式レベル計又は鋳型内蔵式湯面レベル計を測定・出力させることにより湯面レベルを測定することを特徴とする連続鋳造における溶融金属湯面レベル測定方法。
【００１０】
（２）鋳型を取り囲むように配置した電磁コイルを制御部によって、該電磁コイルの電流を一定周期で通電し、その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一定周期で通電する操作を繰り返して、前記鋳型内の溶融金属に電磁力を付与しながら該溶融金属を鋳造する連続鋳造装置に用いる、前記鋳型内溶融金属の湯面レベルを検知するための湯面レベル計であって、渦流式又は鋳型内蔵式の湯面レベルセンサーと、該湯面レベルセンサーの出力を検波する検波器、及び前記制御部からの通電のＯＮ／ＯＦＦを表すマスキング信号に基づいて該検波器の出力からＯＦＦ時間のみ湯面レベルを測定・出力させるＲＭＳ部、からなる二次信号処理機構とを具備することを特徴とする連続鋳造における溶融金属湯面レベル計。
（３）一次コイルと二次コイルで構成される渦流式レベルセンサーと、前記一次コイルに一次信号を送るための一次信号発生装置と、前記二次コイルからの二次信号を、前記制御部からのマスキング信号にしたがって信号処理して、湯面レベルを測定する前記二次信号処理機構とからなることを特徴とする（２）に記載の連続鋳造における溶融金属湯面レベル計。
【００１１】
（４）前記鋳型内の溶融金属に電磁力を付与するための、鋳型を取り囲むように配置した電磁コイルと、前記電磁コイルの電流を一定周期で通電し、その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一定周期で通電する操作を繰り返し行う制御部と、（２）又は（３）に記載の溶融金属湯面レベル計とを具備する溶融金属の連続鋳造装置であって、前記制御部は、前記繰り返しの周期を、前記一定周期の通電の周波数（ｆ）、通電ＯＮ／ＯＦＦピッチ（Ｔｏ）との関係を、
６０≦ｆ≦４００（Ｈｚ）、および、３０≦Ｔｏ≦３００（ｍｓｅｃ）、
の条件で通電することを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
（５）（４）に記載の溶融金属の連続鋳造装置において、
前記制御部は前記ＯＦＦ時に前記電磁コイルへの電流を完全に停止する代わりに、前記渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計との電磁界の相互作用がないレベルまでの小さな値の電流を通電することを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
【００１２】
（６）鋳型を取り囲むように配置した電磁コイルを用いて前記鋳型内の溶融金属に電磁力を付与する溶融金属の連続鋳造方法において、制御部を用いて、前記電磁コイルの電流を一定周期で通電し、その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一定周期で通電する操作を繰り返し行い、（２）又は（３）に記載の溶融金属湯面レベル計を用いて、前記ＯＦＦ時間のみ湯面レベルを測定して湯面レベル制御することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施態様を概要図に基づいて説明する。
図１は、本発明による連続鋳造における溶融金属湯面レベル計の概要図を示したものである。図１において、鋳型１内の溶融金属２の湯面３に相当する位置に鋳型１の外部周囲に電磁気発生装置４を設け、これから発生される交流電流により前記溶融金属を対流・攪拌させている。溶融金属２の湯面３の直上には湯面レベルを測定するための湯面レベルセンサー５（通常は、渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計が用いられている。）が設置される。この湯面レベルセンサー５は、内部に導電性強磁性物質６を挟んで湯面と平行に上下に一次コイル７および二次コイル８が配置されている。この状態で溶融金属の湯面レベルを測定使用とすると、電磁気発生装置４と湯面レベルセンサー５を併用すると、電磁コイルを使用する限り電磁気発生装置４内の電磁コイルから発生する交流磁場が、湯面レベルセンサー５に対してノイズとして作用し、正確な湯面レベル検知が行えず、しかも測定精度が悪化していくという障害が常に付きまとうことになる。
【００１４】
そこで、本発明者らは、前記ノイズを除去し常に安定した湯面レベルを測定するために、図２に示したように、電源発生電流は電磁気発生装置４内の電磁コイルを介して（Ａ）のように周期的にＯＮ／ＯＦＦの波形を有しており、ＯＮ状態においては電磁コイルから発生する交流磁場が生じ、ＯＦＦ状態では交流磁場が生じないことに着目し、前記電磁気発生装置４をＯＮ／ＯＦＦパターンで操業することとした。一方、この電磁気発生装置４のＯＮ／ＯＦＦパターンで操業に合わせて、（Ｂ）に示すように、平行的にＯＮ／ＯＦＦさせること、つまり、電磁気発生装置４のＯＮパターン時にはマスキングし、ＯＦＦパターン時のみ湯面レベルセンサー５から発せられる信号の処理を行うことで湯面レベル測定を行った。すなわち、電磁気発生装置４内の電磁コイルの電流を一定周期で通電し、その通電中に、好ましくは、電磁コイルの電流のＯＮ時に回転磁界の向きを正転／逆転させ、ＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一定周期で通電する操作を繰り返し行い、ＯＦＦ時間のみを渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計で湯面レベルを測定・出力させることにより湯面レベルを測定することで安定して常に精度の高い溶融金属湯面レベルを測定することが可能になった。その具体的処理を図１に基づいて更に説明する。
【００１５】
湯面レベルセンサー５内の一次コイル側には一次信号発生装置９から一次信号が送られる。この一次信号は断続的であっても、常時信号を発していても差し支えない。前記一次信号は導電性強磁性物質６により増幅されて二次コイル８側に伝達され、そして二次信号が発せられる。この二次信号は二次信号処理機構１０に送られ二次信号処理がなされる。この二次信号処理機構１０は、増幅器フィルター１１で増幅され、波高値検波或いは位相検波を行うための検波器１２、ＲＭＳ１３、増幅器１４で構成されている。この二次信号処理機構１０内には、二次信号処理と共に、電源制御部からのマスキング信号に従って信号処理を行ったり、行わなかったりする。一方、電磁コイルに送給される周波数および電流の通電量の指令を行う制御部１５においては、通常の正弦波に加え台形波等の波形を基にして電源のＯＮ領域或いはＯＦＦ領域の指令を発する。本発明においては、前記制御部１５で、前記電磁コイルの電流を１〜５周期で通電し、その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで１〜５周期で通電する操作を繰り返し行うことが好ましいが、通電がＯＦＦの時のみ起動するよう構成されている。また、前記電磁コイルの電流の通電ＯＦＦ時は、電磁コイルと渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計との電磁界の相互作用がないレベルまで小さい値の電流を通電する状態として操業することにより、更にノイズの少ない状態で湯面レベルを測定することが可能になる。更に、前記制御部１５からの指令は、一次信号発生装置９およびＲＭＳ１３に送られ、通電ＯＦＦ時に前記溶融金属の湯面レベルを測定する情報処理を行う。
【００１６】
特に、本発明では、前記繰り返しの周期を、周波数（ｆ）、通電ＯＮ／ＯＦＦピッチとの関係を、６０≦ｆ≦４００（Ｈｚ）、および、３０≦Ｔｏ≦３００（ｍｓｅｃ）の条件で通電することが好ましい。これは、図３（ａ）に示すように、本発明で周波数と電流との関係から２００Ｈｚ近傍でノイズが最小値を示し、使用可能な周波数は６０〜４００Ｈｚの範囲とされる。また、２００Ｈｚの周波数で鋳片表面粗度（Ｒｍａｘ）と通電ＯＮ／ＯＦＦピッチ（Ｔｏ）との関係をみると、図３（ｂ）に示すように通電ＯＮ／ＯＦＦピッチ（Ｔｏ）が２００ｍｓｅｃの時に鋳片表面粗度が著しく改善されていることが分かる。従って、鋳片粗度の観点から通電ＯＮ／ＯＦＦピッチ（Ｔｏ）の範囲を３０〜３００ｍｓｅｃの範囲で通電することが好ましい。なお、前記Ｔｏが３０ｍｓｅｃ以下、また３００ｍｓｅｃ以上では湯面レベル計では追随できないことから上記範囲に設定することが好ましい。
【００１７】
更に、本発明においては、図４に示すように、渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計の二次側コイル側に更に変動コイルとマスキング装置を付加することにより、更に電磁コイルから発生する交流磁場ノイズの影響を受けることなく、安定して精度高い溶融金属の湯面レベル検知が可能になる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は電磁コイルに通電中に、電磁コイルの電流をＯＮ／ＯＦＦ、好ましくは、ＯＮ時に正転／逆転の操作を導入することにより、或る間隔でＯＦＦ時間を任意の回数設け、その際に渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計で電磁コイルから発生する交流磁場ノイズの影響を受けることなく、安定して精度高い溶融金属の湯面レベル検知が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による連続鋳造における溶融金属湯面レベル計の概要図。
【図２】電磁気発生装置の電磁コイルの電流波形（Ａ）とマスキング（Ｂ）波形を示す図。
【図３】（ａ）は周波数と電流との関係を示す図、（ｂ）は通電ＯＮ／ＯＦＦピッチ（Ｔｏ）と鋳片表面粗度との関係を示す図。
【符号の説明】
１…鋳型
２…溶融金属
３…湯面
４…電磁コイル
５…渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計
６…導電性強磁性物質
７…一次コイル
８…二次コイル
９…一次信号発生装置
１０…二次信号処理機構
１１…増幅器・フィルター
１２…検波装置
１３…ＲＭＳ
１４…増幅器
１５…周波数、電流制御部
１６…変動コイル
１７…マスキング装置
【図１】
0003878309.tif 000002
【図２】
0003878309.tif 000003
【図３】
0003878309.tif 000004