(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴巻きコイルと、該コイルを励磁するために所定周期で交流電力をオン・オフして間欠的に出力する電源とを具備する鋳型内の溶融金属の湯面レベルを、渦電流センサを使用して測定する溶融金属の湯面レベル測定方法であって、
前記電源が動作中は、交流電力の出力期間中には第１の論理レベルであり、交流電力の出力休止期間中には第２の論理レベルであり、前記電源が停止中は連続的に第２の論理レベルとなるトリガーパルス信号を出力するトリガーパルス信号出力工程と、
前記トリガーパルス信号が第１の論理レベルから第２の論理レベルに遷移したときに、予め定められた時間経過後に第１の論理レベルから第２の論理レベルに遷移し、トリガーパルス信号が第２の論理レベルにある間で且つ第１の予め定められた期間第２の論理レベルを維持し、その後第１の論理レベルに復帰し、前記トリガーパルス信号が第２の予め定められた期間以上第２の論理レベルを維持したときには第２の論理レベルに遷移して維持するタイミングパルス信号を出力するタイミングパルス信号出力工程と、
前記タイミングパルス信号が、第２の論理レベルであるときには前記渦電流センサの出力をそのまま出力するとともに前記渦電流センサの出力をサンプリングして保持し、第１の論理レベルであるときには保持された前記渦電流センサの出力を出力するサンプル・ホールド工程とからなることを特徴とする溶融金属の湯面レベル測定方法。
【請求項２】
胴巻きコイルと、該コイルを励磁するために所定周期で交流電力をオン・オフして間欠的に出力する電源とを具備する鋳型内の溶融金属の湯面レベルを、渦電流センサを使用して測定する溶融金属の湯面レベル測定装置であって、
前記電源が動作中は、交流電力の出力期間中には第１の論理レベルであり、交流電力の出力休止期間中には第２の論理レベルであり、前記電源が停止中は連続的に第２の論理レベルとなるトリガーパルス信号を出力するトリガーパルス信号出力手段と、
前記トリガーパルス信号出力手段から出力されるトリガーパルス信号が第１の論理レベルから第２の論理レベルに遷移したときに、予め定められた時間経過後に第１の論理レベルから第２の論理レベルに遷移し、トリガーパルス信号が第２の論理レベルにある間で且つ第１の予め定められた期間第２の論理レベルを維持し、その後第１の論理レベルに復帰し、前記トリガーパルス信号が第２の予め定められた期間以上第２の論理レベルを維持したときには第２の論理レベルに遷移して維持するタイミングパルス信号を出力するタイミングパルス信号出力手段と、
前記タイミングパルス信号が、第２の論理レベルであるときには前記渦電流センサの出力をそのまま出力するとともに前記渦電流センサの出力をサンプリングして保持し、第１の論理レベルであるときには保持された前記渦電流センサの出力を出力するサンプル・ホールド手段と、を具備することを特徴とする溶融金属の湯面レベル測定装置。
【請求項３】
前記サンプル・ホールド手段の前段に前記渦電流センサの出力を増幅し、検波し、高周波成分を除去する前処理手段と、
前記サンプル・ホールド手段の後段に、前記サンプル・ホールド手段の出力に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタ手段、及び前記ローパスフィルタ手段の出力をリニアライズするリニアライズ手段を更に含む請求項２に記載の溶融金属の湯面レベル測定装置。
【請求項４】
前記サンプル・ホールド信号出力手段が、
前記トリガーパルス信号出力手段から出力されるトリガーパルス信号が第１の論理レベルから第２の論理レベルに遷移したときに、予め定められた時間経過後に第１の論理レベルから第２の論理レベルに遷移し、トリガーパルス信号が第２の論理レベルにある間で且つ第１の予め定められた期間第２の論理レベルを維持し、その後第１の論理レベルに復帰するタイミングパルス信号を生成するタイミングパルス生成部と、
前記トリガーパルス信号出力手段から出力されるトリガーパルス信号が第２の予め定められた期間以上第２の論理レベルを維持したときに切替え信号を出力するタイマ部と、
前記タイマ部から切替え信号が出力されないときは前記タイミングパルス生成部の出力をそのまま出力し、前記タイマ部から切替え信号が出力されたときは第２の論理レベルを連続的に出力する切替え部と、を具備する請求項２又は請求項３に記載の溶融金属の湯面レベル測定装置。
【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湯面レベル測定方法及び装置に係わり、特に、湯面形成用コイルを具備する鋳型内の溶融金属の湯面レベル測定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スラブの連続鋳造においては、スラブの品質を向上するために、湯面上に供給されたパウダを溶融金属の熱で溶融し鋳型と凝固シェルの間に流入させる。即ち、溶融したパウダは上下に振動する鋳型と一定速度で底部から引き抜かれる凝固シェルとの相対運動によって、鋳型と凝固シェルの間に流入する。
【０００３】
そして、溶融したパウダの流入により発生する動圧によりメニスカス及び凝固先端シェルが変形するが、この変形は鋳型の振動周期ごとに繰り返されるためスラブ表面にはオ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、この皺の深さが深すぎると、鋳型表面疵欠陥となるだけでなく、鋼種によっては特定の元素が谷部に析出する、気泡、介在物の捕捉が増加する等品質低下の原因となる。
【０００４】
一方、ビレットや小断面積鋳片の連続鋳造においては、パウダに代え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てグラファイトに変化して凝固シェルが鋳型壁に焼き付くことを防止するものの、明瞭なオシレーションマークを形成することはできず、操業あるいは品質の安定性はパウダを使用する場合に比較し劣ることは避けられない。
【０００５】
このため、連続鋳造で鋳造される鋳片の品質を一層向上させるために、鋳型に胴巻きした湯面形成用コイルを交流電力で励磁し、湯面に磁力を作用させて湯面を湾曲させることにより鋳片の表面性状を改善することが提案されている（特開昭５２−３２８２４号公報）。
さらに、コイルを交流電力で間欠的に励磁し、さらに鋳片の表面性状を改善することも提案されている（特開昭６４−８３３４８号公報）。
【０００６】
また、コイルを励磁する交流電力を鋳型の上下振動周波数で振幅変調し、鋳型振動周波数（ｆｍ）とコイル励磁交流電力の周波数（ｆｐ）の関係を、
０．６９≦ｌｎ（ｆｐ／ｆｍ）≦９．９
ただし、ｌｎは定数
の範囲内に維持することにより、湯面形状を安定させ、鋳片の表面性状を改善することも提案されている（再公表平８−８０５９２６号公報）。
【０００７】
ところで、鋳片の品質を向上させるためには鋳型内の溶融金属の湯面レベルを正確に計測することも必要となる。溶融金属の湯面レベルを計測する湯面レベル測定装置としては、鋳型に埋設した熱電対を使用したセンサ、γ線を使用した透過型センサの外に精度及び応答性に利点を有する渦電流式センサも適用されている。
【０００８】
しかし、湯面成形用コイルを具備する鋳型にあっては、コイルにより生成される交流磁場により渦電流式センサに誘導電流が惹起され、湯面を正確に検出することができない。
例えば、コイルを周波数２００Ｈｚの交流電力で連続励磁して１，０００ガウスの磁束密度を湯面に作用させた場合には渦電流式センサの出力信号は飽和してしまう。また、コイルを間欠励磁した場合でも、交流電力供給中は渦電流式センサの出力信号が飽和することを回避できない。
【０００９】
そこで、コイルを間欠励磁する場合は、交流電力休止期間中に湯面を測定し、交流電力供給期間は湯面測定を中止する渦電流式センサを使用した湯面レベル測定器も提案されている（特開平１１−１８８４６５号公報）。
上記提案に係る湯面レベル測定器にあっては、コイル励磁用電源装置にトリガーパルス発生部を設け、電源から出力される励磁電力に基づいてトリガーパルスを発生することも提案されている。
【００１０】
そしてこのトリガーパルスに基づいて生成されたタイミングパルスによって、励磁電力休止期間に渦電流式センサ出力をサンプル・ホールドし、励磁電力供給期間はホールド値を出力することにより、励磁の影響を排除している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案に係る湯面レベル測定器にあっては、コイル励磁電源が動作していない場合にはトリガーパルス及びタイミングパルスは生成されず、磁力によって湯面形状を成形していないときには湯面レベル測定器を較正することができないという課題が生じる。
【００１２】
さらに、磁力によって湯面形状を成形している場合であっても、意図的、又は偶発的にコイル励磁が中断される場合もあるが、励磁中断中には湯面レベルの測定が中止されてしまうという課題を生じる。そこで、コイルの励磁されていないときはサンプル・ホールドを中止して渦電流センサの出力をそのまま出力するために手動バイパススイッチを設けることも考えられる。
【００１３】
しかし、切替えが確実になされる保証はなく、溶融金属が注入されているときには湯面レベル制御に支障が生じるおそれもある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、湯面形成用コイルの励磁と同期して湯面レベルを測定することができるだけでなく、励磁されていないときには連続的に湯面レベルを測定することができる湯面レベル測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る溶融金属の湯面レベル測定方法は、胴巻きコイルと、該コイルを励磁するために所定周期で交流電力をオン・オフして間欠的に出力する電源とを具備する鋳型内の溶融金属の湯面レベルを、渦電流センサを使用して測定する溶融金属の湯面レベル測定方法であって、前記電源が動作中は、交流電力の出力期間中には第１の論理レベルであり、交流電力の出力休止期間中には第２の論理レベルであり、前記電源が停止中は連続的に第２の論理レベルとなるトリガーパルス信号を出力するトリガーパルス信号出力工程と、前記トリガーパルス信号が第１の論理レベルから第２の論理レベルに遷移したときに、予め定められた時間経過後に第１の論理レベルから第２の論理レベルに遷移し、トリガーパルス信号が第２の論理レベルにある間で且つ第１の予め定められた期間第２の論理レベルを維持し、その後第１の論理レベルに復帰し、前記トリガーパルス信号が第２の予め定められた期間以上第２の論理レベルを維持したときには第２の論理レベルに遷移して維持するタイミングパルス信号を出力するタイミングパルス信号出力工程と、前記タイミングパルス信号が、第２の論理レベルであるときには前記渦電流センサの出力をそのまま出力するとともに前記渦電流センサの出力をサンプリングして保持し、第１の論理レベルであるときには保持された前記渦電流センサの出力を出力するサンプル・ホールド工程とからなることを特徴とする。
【００１５】
第２の発明に係る溶融金属の湯面レベル測定器は、胴巻きコイルと、該コイルを励磁するために所定周期で交流電力をオン・オフして間欠的に出力する電源とを具備する鋳型内の溶融金属の湯面レベルを、渦電流センサを使用して測定する溶融金属の湯面レベル測定装置であって、前記電源が動作中は、交流電力の出力期間中には第１の論理レベルであり、交流電力の出力休止期間中には第２の論理レベルであり、前記電源が停止中は連続的に第２の論理レベルとなるトリガーパルス信号を出力するトリガーパルス信号出力手段と、前記トリガーパルス信号出力手段から出力されるトリガーパルス信号が第１の論理レベルから第２の論理レベルに遷移したときに、予め定められた時間経過後に第１の論理レベルから第２の論理レベルに遷移し、トリガーパルス信号が第２の論理レベルにある間で且つ第１の予め定められた期間第２の論理レベルを維持し、その後第１の論理レベルに復帰し、前記トリガーパルス信号が第２の予め定められた期間以上第２の論理レベルを維持したときには第２の論理レベルに遷移して維持するタイミングパルス信号を出力するタイミングパルス信号出力手段と、前記タイミングパルス信号が、第２の論理レベルであるときには前記渦電流センサの出力をそのまま出力するとともに前記渦電流センサの出力をサンプリングして保持し、第１の論理レベルであるときには保持された前記渦電流センサの出力を出力するサンプル・ホールド手段と、を具備することを特徴とする。
【００１６】
鋳型に胴巻きにされたコイルが交流電力によって間欠的に励磁される場合には、電力供給の休止期間に渦電流センサの出力がサンプル・ホールドされ、電力供給期間にはホールドされた出力が出力される。
そして、コイルの励磁が停止すると、渦電流センサの出力がそのまま出力される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る湯面レベル測定器の説明図であって、鋳型部１０には電源部１１から電力が供給される。そして、鋳型内の溶融金属の湯面レベルは湯面レベル測定部１２によって測定される。
鋳型部１０の鋳型１０１には鋳造用ノズル１０２から溶融金属１０３が注入される。湯面成形用コイル１０４は鋳型１０１に胴巻きにされている。
【００１８】
このコイル１０４を電源部１１から供給される電力によって励磁することによって溶融金属１０３のメニスカスを凸状に形成するが、電源部１１は励磁電力を発生する電源１１１の外に、トリガーパルス信号発生部１１２を含む。トリガーパルス信号発生部１１２は、電源１１１が出力するパルス状交流電力のオン・オフに同期したトリガーパルス信号を生成する。
【００１９】
湯面レベル測定部１２は、鋳型１０１上部に設置される渦電流式センサ１２１と、渦電流式センサ１２１の出力を増幅、検波、及びフィルタリングする前処理部１２２と、前処理部１２２の出力をサンプル・ホールドするサンプル・ホールド部１２３、サンプル・ホールド部１２３の出力の高周波成分を除去するローパスフィルタ１２４、ローパスフィルタ１２４の出力をリニアライズするリニアライザ１２５、及びサンプル・ホールド部１２３を制御するモード切替え部１２６から構成される。
【００２０】
図２はサンプル・ホールド部１２３の１例の回路図であって、サンプル・ホールド部１２３の入力端子３１は第１の演算増幅器３２の非反転入力端子に接続される。第１の演算増幅器３２の出力はスイッチ３３の共通端子に接続される。そしてスイッチ３３のブレーク端子は、ホールドコンデンサ３４の一方の端子及び第２の演算増幅器３５の非反転入力端子に接続される。なお、ホールドコンデンサ３４の他方の端子は接地される。
【００２１】
そして第２の演算増幅器３５の出力はサンプル・ホールド部１２３の出力端子３６に接続される。さらに、第２の演算増幅器３５の出力は、第１の演算増幅器３２の反転端子及び第２の演算増幅器３５の反転端子にフィードバックされる。
モード切替え部１２６から供給されるタイミングパルス信号が "低レベル" であり、スイッチ３３が閉とされると、入力端子３１に供給される信号はそのまま出力端子３６から出力される。そして、タイミングパルス信号が "高レベル" であり、スイッチ３４が開となると、ホールドコンデンサ３４に保持された電圧が出力端子３６から出力される。
【００２２】
図３はトリガーパルス信号発生部の出力波形図であって、（イ）は電源１１１が動作中の、（ロ）は電源１１１が停止中の出力波形を示す。即ち、動作中に励磁電力がオンである期間はトリガーパルス信号は "高レベル" となり、励磁電力がオンである期間はトリガーパルス信号は "低レベル" となる。また、電源１１１が停止中はトリガーパルス信号は "低レベル" を維持する。
【００２３】
図４はモード切替え部の一例の回路図であって、タイミングパルス生成回路４１、タイミングパルス切替え回路４２、発振器４３及びタイマ回路４４から構成される。
即ちモード切替え部１２６の入力端子４０には、トリガーパルス信号発生部１１２からトリガーパルス信号が供給される。そして、タイミングパルス生成回路４１はトリガーパルス信号の立ち下がりタイミングをトリガとして、 "高レベル" から予め定められた期間だけ "低レベル" となるタイミングパルス信号を発生する。そしてタイミングパルス信号は出力端子４５から出力される。
【００２４】
タイマ回路４４は、発振器４３から出力される方形波のレベル遷移回数を計数することによって所定時間を計時する。そしてタイミングパルス生成回路４１がタイマ回路４４で計時される所定時間トリガーパルス信号の立ち下がりを検出しなかったときは、タイミングパルス切替え回路４２が動作してタイミングパルス信号を "低レベル" に維持する。
【００２５】
図５はタイミングパルス切替え回路の出力波形図であって、（イ）は電源１１１が動作中の、（ロ）は電源１１１が停止中の出力波形を示す。
即ち、電源１１１が動作中は、励磁電力がオンである期間はタイミングパルスは "高レベル" を維持し、励磁電力がオフである期間内の所定期間タイミングパルスは "低レベル" に遷移する。従って、電源１１１が動作中は励磁電力のオフ期間中に渦電流センサ１２１の出力がサンプルされてそのまま出力され、他の期間はサンプル・ホールド部１２３に保持された値が出力される。
【００２６】
逆に、電源１１１が停止中は、タイミングパルス信号は "低レベル" に維持されるので、サンプル・ホールド部１２３は連続サンプルモードで動作し、渦電流センサ１２１の出力がそのまま出力される。
上記実施形態においては、モード切替え回路を論理集積回路を使用して構成しているが、マイクロコンピュータ等のプログラマブル素子を使用して構成できることは明らかである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る溶融金属湯面レベル測定方法及び測定器によれば、鋳型に胴巻きにされたコイルが交流電力によって間欠的に励磁されているときにはコイルの励磁の影響を受けることなく溶融金属湯面レベルを測定することが可能となるだけでなく、コイルが励磁されていないときは溶融金属湯面レベルを連続的に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る湯面レベル測定器の説明図である。
【図２】サンプル・ホールド部の１例の回路図である。
【図３】トリガーパルス信号発生部の出力波形図である。
【図４】モード切替え回路の１例の回路図である。
【図５】タイミングパルス切替え回路の出力波形図である。
【符号の説明】
１０…鋳型部
１０１…鋳型
１０２…鋳造用ノズル
１０３…溶融金属
１１…電源部
１１１…電源
１１２…トリガ−パルス信号発生部
１２…湯面レベル測定部
１２１…渦電流センサ
１２２…前処理部
１２３…サンプル・ホールド部
１２４…ローパスフィルタ
１２５…リニアライザ
１２６…モード切替え部
【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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