JP2003290894A - 溶融金属移送ノズル内流動状態検知方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融金属移送ノズル内への空気の混入等や、
同ノズル内の溶融金属の異常な流動状態の検知、或は、
旋回羽根を備えた場合の同ノズル内の溶融金属の旋回流
の存在の有無等を、同ノズル内の溶融金属の流動による
ノズル振動から直接的に判定する、溶融金属移送ノズル
内流動状態検知方法を提供しようとするものである。 【解決手段】 周期性があるノズル振動に対しては、溶
融金属移送ノズルの振動を周波数解析処理するととも
に、この処理の結果から得られる周波数スペクトル分布
の特徴により、溶融金属移送ノズル内の溶融金属の異常
な流動状態や、溶融金属移送ノズル内に旋回羽根を備え
る場合の旋回流の有無の判定を行なう。周期性がないノ
ズル振動に対しては、その移相面軌道図により解析を行
なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶鋼等の溶融金
属が流動する溶融金属移送ノズル内流動状態検知方法及
びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼の連続鋳造装置では、タンディッシ
ュから出た溶鋼が、溶鋼移送ノズル内を流動してモール
ドに吐出されるが、この溶鋼移送ノズルは、３層スライ
ディングノズルと浸漬ノズルとが上下に直列接続されて
構成されている。この溶鋼移送ノズルを有する連続鋳造
装置を用いた溶鋼の連続鋳造においては、連続鋳造鋳片
の高品質化の要求に伴い、鋳片中の欠陥の発生防止は重
要な問題となってきている。この欠陥の発生要因として
は、３層スライディングノズルの隙間から空気が混入す
ることで、溶鋼が酸化されて品質低下をきたすことがあ
げられる。この場合は、空気の混入により３層スライデ
ィングノズル内や浸漬ノズル内で、流動が異常状態とな
ると考えられる。また、浸漬ノズル内で偏流が生じるこ
とで、浸漬ノズル内の溶鋼の流動が異常状態となり、モ
ールド内で吐出された溶鋼が偏流となることにより生じ
る品質低下があげられる。即ち、モールド内に吐出され
た溶鋼が偏流となると、溶鋼中に、モールドパウダーを
巻き込んだり気泡等の介在物を深く侵入させたりして、
鋳片中に取り込まれやすくなるので、品質低下を招く原
因となる。一般に、溶鋼が浸漬ノズル内に充満して流動
していれば、吐出された溶鋼の偏流の発生が抑えられる
が、スラグ等が浸漬ノズル内に詰まったりする等により
充満せずに真空域等の低圧空域が生じたり、浸漬ノズル
内で偏流が生じたりする等、浸漬ノズル内の溶鋼の流動
が異常な状態となると、吐出された溶鋼の偏流が発生す
る原因となる。そこで、このような場合は、速やかに溶
鋼の浸漬ノズルへの注入を停止して、原因を取り除く等
の対処を行なわなければならず、そのためには、浸漬ノ
ズル内の溶鋼の異常な流動状態を検知する必要がある。
そこで、従来は、浸漬ノズル内に溶鋼が存在するか否か
を電磁力を利用して検知したり、スラグの混入による透
磁率の変化を電磁気的に検知したりして、間接的に浸漬
ノズル内の溶鋼の異常な流動状態を知るようにしてい
る。

【０００３】また、溶鋼を浸漬ノズルからモールド内に
吐出させる際に、偏流が生じないよう吐出流を安定させ
る方法として、浸漬ノズルの内部に、特開2000-237852
号に記載されているような旋回羽根を備えることによ
り、浸漬ノズル内の溶鋼を旋回流とする方法が考案さ
れ、用いられている。この方法によれば、浸漬ノズル内
の溶鋼流を旋回させることで、高速でノズル内に溶鋼を
注入しても吐出流の速度を低くすることができ、安定し
た吐出流を得ることができることから、効果をあげてい
る。ところが、この方法では、浸漬ノズルの内部に備え
られた旋回羽根が破損したり、この旋回羽根の部分にス
ラグ等が詰まったりすると、旋回流が消失して安定した
吐出流を得ることができなくなってしまう。そこで、旋
回流が消失した場合は、速やかに溶鋼の注入を停止し
て、原因を取り除く等の対処を行なわなければならず、
浸漬ノズル内の旋回流の有無を検知する必要がある。そ
のため、従来は、この場合も、浸漬ノズル内の透磁率の
変化を電磁気的に検知して浸漬ノズル内にスラグが混入
しているか否かを検知する等により、間接的に旋回流の
存在の有無を調べるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、浸漬ノズル内
の溶鋼の異常な流動状態や旋回流の存在の有無を間接的
に調べる方法では、異常な流動状態や旋回流の存在の有
無を正確に知ることはできず、鋳片中の欠陥の発生を防
止するためには、これらを直接的に検知する方法が求め
られていた。また、上述したように、３層スライディン
グノズルの隙間から空気が混入すると、溶鋼が酸化され
て品質低下をきたすが、空気の混入による３層スライデ
ィングノズル内や浸漬ノズル内での流動の異常状態を検
知する方法が無く、その方法が求められていた。この発
明は、このような要望に対処するためになされたもので
あって、３層スライディングノズルや浸漬ノズル等で構
成される溶鋼移送ノズルにおいて、３層スライディング
ノズル内への空気の混入や、浸漬ノズル内の溶鋼の異常
な流動状態を検知する方法、或は、旋回羽根を備えた浸
漬ノズル内の溶鋼の旋回流の存在の有無を、溶鋼移送ノ
ズル内の溶鋼の流動特性から直接的に判定する等の、溶
鋼移送ノズル内流動状態検知方法及びその装置を提供し
ようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】３層スライディングノズ
ルと浸漬ノズル等でなる溶鋼移送ノズルから発生する振
動は、３層スライディングノズルからの空気の混入が原
因の場合は、周期性を示さないようである。これに対し
て、モールド内で吐出された溶鋼に偏流を生じさせる浸
漬ノズル内の偏流が原因の場合は、振動は周期性がある
ことが分かっている。そこで、この発明は、この点に注
目してなされたものであって、周期性があるノズル振動
に対しては、溶鋼移送ノズル、特に、浸漬ノズルの振動
を周波数解析処理するとともに、この処理の結果から得
られる周波数スペクトル分布の特徴により、浸漬ノズル
内の溶鋼の異常な流動状態や、浸漬ノズル内に旋回羽根
を備える場合の旋回流の有無の判定を行なうものであ
る。また、本発明は、この検知、判定に要する時間の短
縮や精度向上についても配慮している。また、周期性が
ないノズル振動に対しても独自の工夫を行なっている。
これらの点は、溶鋼のみならず溶融金属一般にも当ては
まるので、以下の説明では、溶融金属一般を対象とす
る。

【０００６】次に、本発明の溶融金属移送ノズル内流動
状態検知方法について説明する。最初に、溶融金属移送
ノズルの周期性の無い振動を主たる対象とした溶融金属
移送ノズル内流動状態検知方法について説明する。この
方法は、溶融金属移送ノズルから発生するノズル振動を
検出してノズル振動信号に変換するとともに、このノズ
ル振動信号の移相面軌道図を描き、この移相面軌道図の
パターンの特徴を捉えて、溶融金属移送ノズル内の流動
状態を判定することを特徴としている。

【０００７】上記の溶融金属移送ノズル内流動状態検知
方法において、ノズル振動の検出に、溶融金属移送ノズ
ルに着接された振動検知センサ、または、溶融金属移送
ノズルの近傍に設置されたマイクロフォンを用いること
が、実用的である。

【０００８】次に、溶融金属移送ノズルの周期性のある
振動を対象とした溶融金属移送ノズル内流動状態検知方
法について説明する。この方法は、溶融金属移送ノズル
内の溶融金属の流動により発生するノズル振動を検出し
てノズル振動信号に変換するとともに、このノズル振動
信号の周波数解析処理を行ない、この周波数解析処理か
ら得られる周波数スペクトル分布の特徴を捉えて、溶融
金属移送ノズル内の溶融金属の流動状態を判定すること
を特徴としている。

【０００９】上記の溶融金属移送ノズル内流動状態検知
方法を具体化した方法として、周波数解析処理から得ら
れる周波数スペクトル分布において、全帯域における全
てのピークの平均値に対して、特定の帯域における全て
のピークの平均値が一定割合以上であれば、溶融金属移
送ノズル内の溶融金属の流動に低圧空域が発生している
と判定する方法がある。

【００１０】この方法で、一定割合を２５０％とするこ
とが推奨される。

【００１１】また、上記の溶融金属移送ノズル内流動状
態検知方法を具体化した方法として、周波数スペクトル
分布において、最も高いピークが、溶融金属移送ノズル
のサイズによって定まる固有の周波数で発生していれ
ば、溶融金属移送ノズル内の溶融金属の流動に偏流が生
じていると判定する方法がある。

【００１２】或いは、溶融金属移送ノズル内に、流動す
る溶融金属を旋回流とするための旋回羽根が備えられて
いる場合の、上記の溶融金属移送ノズル内流動状態検知
方法を具体化した方法として、周波数スペクトル分布に
おいて、最も高いピークの値に対して、このピークの周
波数の整数倍の周波数でなる高調波によるピークを除い
た残りのピークの中で、次に高いピークの値が一定割合
以下であれば、旋回流が存在していると判定する方法が
ある。

【００１３】この方法で、一定割合を３０％とすること
が推奨される。

【００１４】上記の各方法において、ノズル振動信号を
サンプリングして所定単位時間毎に得られる所定データ
個数のデータ列で形成するデータブロックを、形成順に
連続して所定個数結合して集合データブロックを形成
し、その際、新たなデータブロックを形成する毎にこれ
を集合データブロックの先頭に挿入するとともに、後続
する各データブロックを順次後方にシフトし、最後尾の
データブロックを廃棄するとともに、集合データブロッ
クの末尾に、データ値が全て一定値の所定個数のデータ
で構成するダミーデータブロックを付加してフレームを
形成し、さらに、このフレームをＦＦＴを用いて解析す
ることで、ノズル振動信号の周波数解析処理を行なうこ
とが、検知の処理速度と精度の向上の観点から推奨され
る。ここで、ＦＦＴとは、高速フーリエ変換を指す。

【００１５】この方法において、ダミーデータブロック
の一定値を０とすることが、実際の処理上便宜である。

【００１６】或いは、上記の各方法において、ノズル振
動信号をサンプリングして所定単位時間毎に得られる所
定データ個数のデータ列で形成するデータブロックを、
形成順に連続して所定個数結合して集合データブロック
を形成し、その際、新たなデータブロックを形成する毎
にこれを集合データブロックの先頭に挿入するととも
に、後続する各データブロックを順次後方にシフトし、
最後尾のデータブロックを廃棄するとともに、集合デー
タブロックの末尾に、データ値が全て一定値の所定個数
のデータで構成する第１ダミーデータブロックを付加し
て第１フレームを形成するとともに、同時に、集合デー
タブロックの先頭に挿入したのと同じデータブロックの
末尾に、データ値が全て一定値の所定個数のデータで構
成する第２ダミーデータブロックを付加して、データの
個数が第１フレームと等しい第２フレームを形成し、さ
らに、ＦＦＴを用いて、第１フレームを解析する第１周
波数解析処理と第２フレームを解析する第２周波数解析
処理を行なうとともに、この両者の解析処理結果の相乗
平均を求めることで、ノズル振動信号の周波数解析処理
を行なうことが、検知の処理速度と精度のさらなる向上
の観点から推奨される。

【００１７】この方法において、第１ダミーデータブロ
ック及び第２ダミーデータブロックの一定値を０とする
ことが、実際の処理上便宜である。

【００１８】次に、本発明の溶融金属移送ノズル内流動
状態検知装置について説明する。この装置は、溶融金属
移送ノズル内の溶融金属の流動により発生するノズル振
動を検出してノズル振動信号に変換するノズル振動検出
手段と、ノズル振動信号の周波数解析処理を行なう周波
数解析処理手段と、周波数解析処理から得られる周波数
スペクトル分布の特徴を捉えて、溶融金属移送ノズル内
の溶融金属の流動状態を判定する判定手段とでなること
を特徴としている。

【００１９】上記の溶融金属移送ノズル内流動状態検知
装置を具体化したものとして、判定手段が、周波数スペ
クトル分布において、全帯域における全てのピークの平
均値に対して、特定の帯域における全てのピークの平均
値が一定割合以上であれば、溶融金属移送ノズル内の溶
融金属の流動に低圧空域が発生していると判定する装置
がある。

【００２０】この装置で、一定割合を２５０％とするこ
とが推奨される。

【００２１】また、上記の溶融金属移送ノズル内流動状
態検知装置を具体化したものとして、判定手段が、周波
数スペクトル分布において、最も高いピークが、溶融金
属移送ノズルのサイズによって定まる固有の周波数で発
生していれば、溶融金属移送ノズル内の溶融金属の流動
に偏流が生じていると判定する装置がある。

【００２２】或いは、溶融金属移送ノズル内に流動する
溶融金属を旋回流とするための旋回羽根が備えられてい
る場合の、上記の溶融金属移送ノズル内流動状態検知装
置を具体化したものとして、判定手段が、周波数スペク
トル分布において、最も高いピークの値に対して、この
ピークの周波数の整数倍の周波数でなる高調波によるピ
ークを除いた残りのピークの中で、次に高いピークの値
が一定割合以下であれば、旋回流が存在していると判定
する装置がある。

【００２３】この装置で、一定割合を３０％とすること
が推奨される。

【００２４】上記の各装置において、ノズル振動の検出
に、溶融金属移送ノズルに着接された振動検知センサを
用いることが推奨される。

【００２５】或いは、上記の各装置において、ノズル振
動の検出に、溶融金属移送ノズルの近傍に設置されたマ
イクロフォンを用いるようにしてもよい。

【００２６】上記の各装置において、周波数解析処理手
段が、ノズル振動信号をサンプリングして所定単位時間
毎に得られる所定データ個数のデータ列で形成するデー
タブロックを、形成順に連続して所定個数結合して集合
データブロックを形成し、その際、新たなデータブロッ
クを形成する毎にこれを集合データブロックの先頭に挿
入するとともに、後続する各データブロックを順次後方
にシフトし、最後尾のデータブロックを廃棄するととも
に、集合データブロックの末尾に、データ値が全て一定
値の所定個数のデータで構成するダミーデータブロック
を付加してフレームを形成し、さらに、このフレームを
ＦＦＴを用いて解析を行なうようにするのが、検知の処
理速度と精度の向上の観点から推奨される。

【００２７】この装置において、ダミーデータブロック
の一定値を０とすることが、実際の処理上便宜である。

【００２８】或いは、上記の各装置において、周波数解
析処理手段が、ノズル振動信号をサンプリングして所定
単位時間毎に得られる所定データ個数のデータ列で形成
するデータブロックを、形成順に連続して所定個数結合
して集合データブロックを形成し、その際、新たなデー
タブロックを形成する毎にこれを集合データブロックの
先頭に挿入するとともに、後続する各データブロックを
順次後方にシフトし、最後尾のデータブロックを廃棄す
るとともに、集合データブロックの末尾に、データ値が
全て一定値の所定個数のデータで構成する第１ダミーデ
ータブロックを付加して第１フレームを形成するととも
に、同時に、集合データブロックの先頭に挿入したのと
同じデータブロックの末尾に、データ値が全て一定値の
所定個数のデータで構成する第２ダミーデータブロック
を付加して、データの個数が第１フレームと等しい第２
フレームを形成し、さらに、ＦＦＴを用いて、第１フレ
ームを解析する第１周波数解析処理と第２フレームを解
析する第２周波数解析処理を行なうとともに、この両者
の解析処理結果の相乗平均を求めるようにするのが、検
知の処理速度と精度のさらなる向上の観点から推奨され
る。

【００２９】この装置において、第１ダミーデータブロ
ック及び第２ダミーデータブロックの一定値を０とする
ことが、実際の処理上便宜である。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例につき、図
面に基づき詳しく説明する。本発明の実施例では、溶融
金属として、溶鋼を対象として説明する。また、溶融金
属移送ノズルとしては、タンディシュとモールドの間に
設けられる溶鋼移送ノズルで、３層スライディングノズ
ルと浸漬ノズルとを上下に接続して構成されているもの
を対象として説明する。下記に述べる各実施例は、この
溶鋼移送ノズルから発生するノズル振動をチェックし
て、３層スライディングノズルにおける空気の混入や、
浸漬ノズル内の溶鋼の異常な流動状態、或は、旋回羽根
を備えた浸漬ノズル内の溶鋼の旋回流の存在の有無を、
判定する装置に関するものである。前述したように、溶
鋼移送ノズルから発生するノズル振動は、３層スライデ
ィングノズルからの空気の混入が原因の場合は、周期性
を示さないようである。これに対して、モールド内で吐
出された溶鋼に偏流を生じさせる浸漬ノズル内の偏流が
原因の場合は、周期性があることが分かっている。そこ
で、最初に、周期性を備えたノズル振動をチェックの対
象としたものとして、溶鋼移送ノズルの要部を構成して
おり、その内部に旋回羽根を備えた浸漬ノズルに対する
溶鋼移送ノズル内流動状態検知装置について説明し、次
に、内部に旋回羽根を備えていない浸漬ノズルに対する
溶鋼移送ノズル内流動状態検知装置について説明する。
そして、その後、周期性を備えないノズル振動をチェッ
クの対象とした場合について説明する。

【００３１】まず、内部に旋回羽根を備えた浸漬ノズル
に対する、第１実施例の溶鋼移送ノズル内流動状態検知
装置について説明する。前述したように、溶鋼の連続鋳
造では、旋回羽根を内部に設けた浸漬ノズルを用いて、
その内部に溶鋼の旋回流を生じさせることで、浸漬ノズ
ルからモールド内に吐出させる溶鋼の吐出流を安定させ
ているが、第１実施例の装置は、この溶鋼の吐出流の安
定に必要な浸漬ノズル内の溶鋼の旋回流の有無を検知す
るものである。この検知は、前述した通り、溶鋼の旋回
流の有無によって浸漬ノズル振動の特性である振動周波
数成分が異なっていることを利用して、浸漬ノズル振動
の振動周波数成分をチェックすることにより行なってい
る。この振動周波数成分のチェックは、周波数解析処理
として、実時間データである浸漬ノズルのノズル振動信
号を、フーリエ変換して得られる周波数スペクトルをチ
ェックすることにより行なっている。この周波数解析処
理の実際の処理作業としては、処理作業を効率よく容易
に行なえるようにするため、ノズル振動信号をサンプリ
ング等によりデジタルデータ化するとともに、このデジ
タルデータを離散フーリエ変換（以下フーリエ変換と称
する）することにより行なっており、このフーリエ変換
には、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いている。

【００３２】図１は、第１実施例の装置が用いられる状
態を示した説明図である。図１において、１は浸漬ノズ
ル、２は旋回羽根、３ａは振動センサ、４は溶鋼注入方
向、５は溶鋼流の旋回方向、６は溶鋼の吐出方向、７は
モールド、８は溶鋼、そして、９は処理装置である。浸
漬ノズル１は、内部に旋回羽根２を備えている。この
内、第１実施例の装置は、浸漬ノズル１の外表面に着接
された振動センサ３ａ、及びこの振動センサ３ａの出力
信号を入力信号として受信する処理装置９で構成され
る。図１では、タンディッシュと３層スライディングノ
ズルは、図示されていない。振動センサ３ａは、浸漬ノ
ズル１のノズル振動を検知して、電気信号であるノズル
振動信号に変換する機能を有している。振動センサは、
一般に、耐熱性や検知信号の信号伝送特性に優れてお
り、また、接着剤等を用いて容易に浸漬ノズルへ固定す
ることができる利点がある。この振動センサ３ａの代わ
りにマイクロフォン３ｂを用いることもでき、マイクロ
フォン３ｂを使用した場合は、低周波で高感度である利
点があるが、浸漬ノズル１のノズル振動を音として検知
する必要があることから、浸漬ノズル１に接着させず
に、その近傍に設置する必要がある。処理装置９は、増
幅器９ａ、演算器９ｂ、及び、ディスプレイ９ｃで構成
されている。増幅器９ａは振動センサ３ａの出力するノ
ズル振動信号を増幅する機能を備えている。演算器９ｂ
は、マイクロコンピュータとそれに用いられるプログラ
ム等を搭載しており、以下で述べるような、ノズル振動
信号のサンプリング等によるデジタルデータ化や、この
デジタルデータのＦＦＴ処理、及び、この処理結果を基
に旋回流の存在の有無を判定する等の機能を備えてい
る。また、ディスプレイ９ｃは、ＦＦＴ処理の結果や判
定結果を表示する機能を備えている。

【００３３】次に、第１実施例の装置の動作について説
明する。図２は、第１実施例の装置の動作を示したフロ
ーチャートである。まず、振動センサ３ａが、浸漬ノズ
ル１の振動を電気信号であるノズル振動信号に変換する
（Ｓ１）。次に、このノズル振動信号のデジタルデータ
化と、そのデータをＦＦＴを用いて周波数解析するＦＦ
Ｔ処理を行なう（Ｓ２）。このデジタルデータ化とＦＦ
Ｔ処理を行なうに際しては、次のような問題がある。

【００３４】浸漬ノズル内の溶鋼の旋回流の有無の検知
を正確に行なうためには、ＦＦＴ処理における必要な周
波数分解能を確保する必要があり、そのためには、ノズ
ル振動信号をデジタル化した十分な量のデータが必要で
ある。そこで、この点について検討するに、ＦＦＴ処理
における周波数分解能をΔf (Hz)、サンプリング周波数
をfs (Hz)、デジタルデータの個数をN(個)とすると、 Δf = fs / N (1) この式から、 N = fs /Δf (2) また、Ｎ個のデータを得るのに必要な時間T (秒)は、 T ＝ N / fs (3) である。そうすると、浸漬ノズル内に旋回流が存在して
いる場合、浸漬ノズルのノズル振動信号に含まれる周波
数の上限は、概ね10Hz程度であるので、サンプリング定
理により、サンプリング周波数fsは20Hzとすれば必要十
分である。そこで、溶鋼の旋回流の有無の検知を正確に
行なうためには、周波数分解能Δfとして0.02Hzを確保
する必要があると考えられるので、このためには、上記
(2)式から、必要なデータの個数N = 1000個となるが、
ＦＦＴ処理のデータとしては２のベキ乗とするのが処理
の都合上便宜であるので、N = 1024個とすると、データ
を得るのに必要な時間は、上記(3)式から、T = 51.2秒
となる。即ち、周波数分解能Δfとして0.02Hzを確保す
るためには、必要なデータを収集するだけでも、51.2秒
かかることになり、ＦＦＴ処理等の時間を加えると、旋
回流の有無の判定をするのに、さらに多くの時間がかか
ることになる。

【００３５】ところが、溶鋼を旋回羽根２を備えた浸漬
ノズル１に注入し、浸漬ノズル１内に溶鋼の旋回流を生
じさせてモールド７へ溶鋼を供給中に旋回流が消失した
場合、実際の旋回流の消失時点と、その消失が装置によ
って検知された時点との時間差が大きい場合は、いくら
旋回流の消失を正確に検知したとしても、その間は旋回
流が消失した状態が継続することになり、鋳片の不良に
結びつく欠陥が発生する危険性が極めて高くなる。そこ
で、応答性をよくするために、旋回流の消失の検知に要
する時間はできるだけ短くする必要があるが、上記の計
算から分かる通り、判定を得るまでの処理・判定所要時
間を短縮するためにデータ収集の時間を短くしようとす
ると、収集データの個数が少なくなり、必要な周波数分
解能を維持することが困難になる。

【００３６】そこで、この問題を解決する方法として、
図３に示すような方法を採用している。この方法では、
まず、ノズル振動信号をサンプリングしてデジタルデー
タ化し、所定単位時間内に得られたこのデータ列を用い
て、１個のデータブロック１１を形成する。例えば、サ
ンプリング周波数を20Hzとし所定単位時間を1.6秒とす
ると、所定単位時間内に32個のデータが得られるので、
１個のデータブロック１１はデータが32個のデータ列で
形成される。所定単位時間を変えることによってデータ
ブロック１１を形成するデータの個数は変化する。この
場合、所定単位時間を50ｍ秒とすることにより、データ
ブロック１１を形成するデータの個数を１個とすること
もできる。このデータブロック１１を、形成順に連続し
て所定個数結合して集合データブロック１２を形成す
る。図３ではこの個数を４個としているが、これには限
られず、個々のケースに応じた最適な個数に設定すれば
よい。この集合データブロック１２は、図３に示すよう
に、新たなデータブロック１１が形成される毎に、即
ち、所定単位時間経過毎に、その直前に形成されている
集合データブロック１２の先頭に、新たに形成されたデ
ータブロック１１を挿入するとともに、最後尾のデータ
ブロック１１を廃棄して、新たな集合データブロック１
２を形成する。即ち、一度使用したデータブロック１１
も、次回以降の集合データブロック１２の形成に使用さ
れることになり、データブロック１１の再利用になる
が、これは、データを再利用することでデータ量を確保
して、処理精度を高めるためである。上記の例では、集
合データブロック１２は、32個のデータで構成されるデ
ータブロック１１を４個結合して形成しているので、１
28個のデータで構成される。

【００３７】このようにして形成された集合データブロ
ック１２の末尾に、データ値が全て一定値の所定個数の
データで構成するダミーデータブロック１３を付加し
て、フレーム１４を形成する。このようなダミーデータ
ブロック１３を付加するのは、所定のデータ量を確保す
ることにより、データ収集時間を節約しつつ上述した周
波数分解能を高めるためである。ダミーデータブロック
１３の構成に用いるデータ値を全て一定値とするのは、
ダミーデータブロック１３が、実時間データとしてみた
場合に、直流分のみを有する信号のデータとするためで
あり、ダミーデータブロック１３の付加によるＦＦＴ処
理結果への悪影響がないようにするためである。このダ
ミーデータブロック１３の具体的なデータ値は、実用的
な処理の観点から０としているが、０以外の値としても
よい。このダミーデータブロック１３を構成するデータ
の個数は、このダミーデータブロック１３が付加された
後のフレーム１４を構成するデータ個数が、ＦＦＴ処理
の都合上、２のベキ乗となるように設定する。上記の例
で、フレーム１４を構成するデータ個数を1024個とする
と、集合データブロック１２は１28個のデータで形成さ
れているから、ダミーデータブロック１３を構成するデ
ータの個数は、両者の差である896個とする。図４は、
上記の例におけるフレーム１４の構成を示したものであ
る。このようにして形成されたフレーム１４は、次にＦ
ＦＴ処理される。即ち、第１実施例では、図３から分か
るように、新たなデータブロック１１が形成される毎
に、即ち、所定単位時間経過毎にフレーム１４が形成さ
れ、このフレーム１４のＦＦＴ処理が行なわれる。

【００３８】ノズル振動信号のデジタルデータ化とＦＦ
Ｔ処理を上記のように行なうと、上述したように、上記
の例では、図４に示すように、サンプリング周波数が20
Hz、所定単位時間が1.6秒、データブロック１１のデー
タ個数が32個、集合データブロック１２のデータブロッ
ク数が４個、ダミーデータブロック１３のデータ個数が
896個、フレーム１４のデータ個数が1024個であり、こ
のフレーム１４をＦＦＴ処理することから、周波数分解
能Δfとして0.02Hzを確保でき、必要な周波数解析の精
度を確保することができるので、精度のよい装置とする
ことができる。また、データブロック１１のデータ個数
が32個であり、この１個のデータブロック１１を構成す
るデータを収集するのに、所定単位時間の1.6秒で済む
ため、実用的に十分な処理・判定所要時間を実現するこ
とができ、応答性のよい装置とすることができる。ま
た、フレーム１４を構成する全データ個数に対して、集
合データブロック１２を構成する実測されたノズル振動
信号をサンプリングしたデータの個数があまりにも少な
いと、周波数分解能は確保できても、サンプリング区間
が旋回流による振動の周期より短かくなる恐れがある
が、集合データブロック１２は１28個のデータで形成さ
れており、そのような恐れもないといえる。上記の例に
おいて、図５に示すように、サンプリング周波数は20H
z、フレーム１４のデータ個数は1024個、ダミーデータ
ブロック１３のデータ個数は896個のままで、所定単位
時間を6.4秒、データブロック１１のデータ個数を128
個、集合データブロック１２のデータブロック数を１個
とすることもできる。この場合は、周波数分解能等は、
上記の例と同様であるが、１個のデータブロック１１を
構成するデータを収集するのに、所定単位時間の6.4秒
かかるため、応答性に問題を残すものとなる。

【００３９】図２において、上記のようにして、ノズル
振動信号のデジタルデータ化とＦＦＴ処理（Ｓ２）が終
了すると、周波数スペクトル分布を作成する（Ｓ３）。
図６及び図７はこの周波数スペクトル分布を表したもの
であり、図６は旋回流が存在する場合の例を、また、図
７は旋回流が存在しない場合の例を示している。図中、
２１はスペクトルを表している。図６及び図７から分か
るように、浸漬ノズル内に旋回流が存在する場合は、特
定の周波数で周波数スペクトル分布のカーブに振動強度
の著しく大きい鋭いピークが現れるのに対して、旋回流
が消失して存在しない場合は、このような振動強度の著
しく大きい鋭いピークは現れず、周波数スペクトル分布
のカーブは全体として平坦なカーブを描く。周波数スペ
クトル分布がこのような傾向を示すのは次の理由による
ものと考えられる。浸漬ノズル内に旋回流が存在する場
合は、溶鋼が浸漬ノズル内で特定の角速度で旋回するこ
とから、この特定の角速度に比例した振動が浸漬ノズル
に発生し、特定の周波数の振動が著しく大きくなる。こ
の特定の角速度に比例した振動周波数としては、一般的
に、基本波のみ、あるいはこの基本波とその高調波が発
生する。これに対して、浸漬ノズル内の旋回流が消失し
て存在しない場合は、特定の角速度に比例した振動が発
生せず、特定の周波数の振動が著しく大きくなることは
ない。

【００４０】従がって、旋回流の有無は、ＦＦＴ処理し
て得られた周波数スペクトル分布のカーブが、振動強度
の著しく大きい鋭いピークを有しているか否かで判定す
ることができる。この判定を行なう具体的な方法とし
て、旋回流が存在する場合としない場合とで、実際に数
多くのノズル振動信号を解析した結果、次のような方法
により、判定することが可能であるとの結論に至った。
この方法は、周波数スペクトル分布のカーブにおいて、
最も高いピークの値に対して、このピークの周波数の整
数倍の周波数でなる高調波によるピークを除いた残りの
ピークの中で、２番目に高いピークの値が一定割合以下
であれば、旋回流が存在していると判定する方法であ
る。比較の対象として、最も高いピークの周波数の整数
倍の周波数でなる高調波によるピークを除くのは、上述
したように、特定の角速度に比例した振動周波数として
は、基本波のみならずその高調波も発生するのが一般的
であるので、この基本波の高調波を除く必要があるから
である。

【００４１】この方法を、基本波のみで高調波は発生し
ていない場合について、図を用いて具体的に説明する。
図２のフローチャートと図６及び図７は、この場合を示
したものである。図６及び図７において、周波数スペク
トル分布のカーブにおける最大ピーク３２の値（Ｐ１）
と、残りのピークの中で、２番目に大きいピーク３３の
値（Ｐ２）とを抽出し（Ｓ４）、このＰ２がＰ１に対し
て一定割合以下であるか否かをチェックし（Ｓ５）、一
定割合以下、例えば、３０％以下であれば、旋回流が存
在していると判定する（Ｓ６、Ｓ７）方法である。逆に
言えば、一定割合を超えれば、旋回流が消失していると
判定する（Ｓ６、Ｓ８）。この一定割合を３０％とする
ことは、実際の解析結果から得られたものであり妥当な
値と考えられるが、この一定割合は３０％には限られ
ず、個々のケースに応じた最適な割合に設定すればよ
い。

【００４２】上記の第１実施例の装置によれば、浸漬ノ
ズル振動を周波数解析処理して浸漬ノズル内の旋回流の
有無を判定するので、旋回流の存在の有無を、旋回流の
有する特性から直接的に判定することができる。また、
ノズル振動信号をサンプリングしてデジタルデータ化す
るとともに、ＦＦＴを用いて処理するので、処理作業を
効率よく容易に行なうことができる。また、一度使用し
たデータブロック１１を、次回以降の集合データブロッ
ク１２の形成に再利用しており、データを再利用するこ
とでデータ量を確保することにより、処理精度を高める
ことができる。また、集合データブロック１２に全て一
定値のデータでなるダミーデータブロック１３を付加し
て所定のデータ量を確保してフレーム１４を形成してお
り、必要な周波数分解能等を確保しつつ、実用的に十分
な処理・判定所要時間を実現することができ、精度や応
答性に優れた溶鋼移送ノズル内流動状態検知装置とする
ことができる。

【００４３】第１実施例では、上述したように、所定単
位時間経過毎にフレーム１４が形成され、このフレーム
１４のＦＦＴ処理が行なわれる。即ち、所定単位時間経
過毎に浸漬ノズル内の旋回流の有無の判定が行なわれる
が、当該判定に用いられる新たなデータは、集合データ
ブロック１２の先頭データ、つまり、フレーム１４の先
頭データのみであり、この先頭データより後方のデータ
は、前回以前の判定に用いたデータである。このような
前回以前の判定に用いたデータを再度用いるのは、上述
の通り、周波数分解能等の精度を高めるためであるが、
これらのデータを含むフレーム１４をＦＦＴ処理して得
られる周波数スペクトルは、厳密には、最新の当該所定
単位時間におけるノズル振動の状況のみならず、それ以
前の状況をも含めた状況について解析した結果を表して
おり、最新の当該所定単位時間のみのノズル振動の状況
を、正確に解析して表したものではない。例えば、最新
の当該所定単位時間におけるＦＦＴ処理の結果から、図
９の周波数スペクトル分布のカーブが得られた場合に、
最新の当該所定単位時間におけるノズル振動の実際の状
況の特徴が、周波数ｆ２におけるピーク４２が存在する
ことにあり、最大ピークである周波数ｆ１におけるピー
ク４１の存在は、最新の当該所定単位時間以前の状況を
反映した結果であるような場合が有り得る。この場合
に、第１実施例の方法では、この当該所定単位時間以前
の状況の影響である、周波数ｆ１におけるピーク４１の
存在を取り除くことはできない。つまり、浸漬ノズルに
生じている最新の状況に即した判定がなされていない。
そこで次に、この最新の当該所定単位時間以前の状況の
影響を極力取り除くことができる工夫を盛り込んだ、第
２実施例の溶鋼移送ノズル内流動状態検知装置について
説明する。

【００４４】第２実施例の装置の構成は第１実施例と全
く同じである。また、第２実施例の装置の動作も、図２
のフローチャートで示される第１実施例の装置の動作と
全く同じである。ただ、第２実施例では、第１実施例と
比較して、ノズル振動信号のデジタルデータ化とＦＦＴ
処理に更なる工夫を取り入れて、精度や応答性の向上を
図っている。このノズル振動信号のデジタルデータ化と
ＦＦＴ処理として、第２実施例では、図８に示すような
方法を採用している。この方法において、第１フレーム
２４の形成方法は、ダミーデータブロックを第１ダミー
ブロックと称する以外、第１実施例におけるフレーム１
４の形成方法と全く同じである。異なるのは、第１フレ
ーム２４以外に、第２フレーム２６を形成し、第１フレ
ーム２４と第２フレーム２６をそれぞれＦＦＴ処理した
後、両者の処理結果を相乗平均して周波数スペクトルを
得る点である。

【００４５】この第２フレーム２６は、第１フレーム２
４の先頭に用いられているのと同じデータブロック２１
を基に形成し、第１フレーム２４を構成するデータ個数
と同数のデータで構成する。この第２フレーム２６の形
成方法は、図８に示すように、新たなデータブロック２
１が形成される毎に、即ち、所定単位時間経過毎に、こ
の新たなデータブロック２１が、第１フレーム２４の形
成に用いられるのと同時に、この同じデータブロック２
１の末尾に、データ値が全て一定値の所定個数のデータ
で構成する第２ダミーデータブロック２５を付加して、
第２フレーム２６を形成する。付加するダミーデータブ
ロック２５を構成するデータの個数は、第１実施例同
様、このダミーデータブロック２５が付加された後のフ
レーム２６を構成するデータ個数が、２のベキ乗となる
ように設定するが、上記の通り、第２フレーム２６のデ
ータ数は、第１フレーム２４のデータ数と同数にする必
要がある。また、第２ダミーデータブロック２５を構成
するデータ値は、第１ダミーデータブロック２３と同じ
く、全て一定値とする。ここで、例として、第１実施例
と同様、サンプリング周波数を20Hz、所定単位時間を1.
6秒、データブロック２１のデータ個数を32個、集合デ
ータブロック２２のデータブロック数を４個、第１ダミ
ーデータブロック２３のデータ個数を896個、第１フレ
ーム２４のデータ個数を1024個として第１フレーム２４
を形成すると、第２フレーム２６のデータ個数は、第１
フレーム２４と同じ1024個であるから、第２フレーム２
６に付加する第２ダミーデータブロック２５のデータ個
数は、1024個からデータブロック２１を１個構成するデ
ータ個数である32個を減算した992個である。また、第
２ダミーデータブロック２５を構成するデータ値を第１
実施例と同様、０とするが、０以外の値とすることもで
きる。

【００４６】このようにして形成された、第１フレーム
２４と第２フレーム２６を、図８に示すように、それぞ
れＦＦＴ処理した後、両者の処理結果を相乗平均する相
乗平均算出処理を行ない、この結果から周波数スペクト
ルを得る。相乗平均の算出は、第１フレーム２４のＦＦ
Ｔ処理結果をＦ１、第２フレーム２６のＦＦＴ処理結果
をＦ２ 、相乗平均算出処理した結果をＦ３とすると、
Ｆ３は、 Ｆ３＝（Ｆ１×Ｆ２）^1/2 (4) で求められる。このＦ３から得られる周波数スペクトル
を基にして、第１実施例と同様の判定を行なう。

【００４７】上記で説明した相乗平均算出処理した結果
を用いる場合の作用、効果について、図9、図１０及び
図１１を用いて説明する。これらの図では、個々のスペ
クトルを省略している。第１フレーム２４のＦＦＴ処理
結果に基づく周波数スペクトル分布のカーブは、最新の
当該所定単位時間における集合データブロック２２の先
頭データ、つまり、フレーム２４の先頭データとこの先
頭データより後方のデータに基づくものである。そこ
で、例えば、この第１フレーム２４のＦＦＴ処理結果に
基づく周波数スペクトル分布のカーブが、上述で例示し
た図９のように、最新の当該所定単位時間におけるノズ
ル振動の実際の状況の特徴が、周波数ｆ２におけるピー
ク４２の存在であり、最大ピークである周波数ｆ１にお
けるピーク４１の存在が、最新の当該所定単位時間以前
の状況を反映した結果であるとする。そうすると、最新
の当該所定単位時間における集合データブロック２２の
先頭データ、つまり、フレーム２４の先頭データのみに
基づいて形成された、第２フレーム２６のＦＦＴ処理結
果に基づく周波数スペクトル分布のカーブは、図１０に
示すように、周波数ｆ２におけるピーク４３を有してお
り、最新の当該所定単位時間における状況のみが反映さ
れるものとなる。そこで、第１フレーム２４のＦＦＴ処
理結果と、第２フレーム２６のＦＦＴ処理結果を相乗平
均した結果から得られる周波数スペクトル分布のカーブ
は、図１１に示すように、図９における周波数ｆ２のピ
ーク４２が、ピーク４４として強調されて存在し、図９
における周波数ｆ１のピーク４１は、縮小されて存在す
ることになる。即ち、最新の当該所定単位時間以前の状
況の影響を、極力取り除くことが実現できたことにな
る。

【００４８】上記の第２実施例の装置によれば、最新の
当該所定単位時間及びそれ以前におけるデータで構成さ
れる第１フレーム２４と、最新の当該所定単位時間のみ
におけるデータで構成される第２フレーム２６を形成
し、これら双方をそれぞれＦＦＴ処理した後、両者の処
理結果を相乗平均して得られる周波数スペクトルを用い
て旋回流の有無の判定を行なうので、最新の当該所定単
位時間以前の状況の影響を極力取り除くことができ、周
波数分解能等の精度を維持しつつ、浸漬ノズルに生じて
いる最新の状況に即した判定を行なうことができる。

【００４９】次に、内部に旋回羽根を備えていない浸漬
ノズルに対する第３実施例の溶鋼移送ノズル内流動状態
検知装置について説明する。図１２はこの第３実施例の
装置が用いられる状態を示した説明図である。図１２で
は、タンディッシュと３層スライディングノズルは、図
示されていない。この装置の構成は、内部に旋回羽根を
備えた浸漬ノズルに代えて、内部に旋回羽根が備えられ
ていない浸漬ノズル１０を用いる以外は、第１実施例ま
たは第２実施例と全く同じである。従って、振動センサ
３ａの代わりにマイクロフォン３ｂを用いることが可能
な点や、浸漬ノズル１０の振動を電気信号であるノズル
振動信号に変換してデジタルデータ化し、そのデータを
ＦＦＴ処理する点も全く同じである。また、１個のフレ
ームをＦＦＴ処理した結果を用いる方法のみならず、第
１フレームのＦＦＴ処理結果と第２フレームのＦＦＴ処
理結果の相乗平均算出処理した結果を用いる方法が使用
できる点も全く同じである。第１実施例または第２実施
例と異なるのは、これらの結果得られる周波数スペクト
ル分布に基づく判定方法である。

【００５０】そこで次に、この判定方法について説明す
る。図１３、図１４、及び、図１５は、第３実施例で、
１個のフレームをＦＦＴ処理した結果から得られる周波
数スペクトル分布のカーブの例を示したものである。こ
れらの図では、個々のスペクトルを省略している。図１
３は、正常な場合の周波数スペクトル分布のカーブの例
であり、全周波数帯域に渡って振動強度がほぼ一定であ
り、振動強度が著しく大きい部分が存在していない。こ
のような振動をホワイトノイズと称するが、これは、浸
漬ノズル内の溶鋼の流動が正常な場合は、特に振動強度
の大きい特定の振動は発生しないことから、その状態を
示していると考えられる。従がって、判定方法として
は、全周波数帯域に渡って振動強度がほぼ一定であり、
振動強度が著しく大きい部分が存在しない場合は、正常
と判定する判定方法を採用することができる。

【００５１】図１４は、浸漬ノズル内の溶鋼の流動に低
圧空域が存在する場合の周波数スペクトル分布のカーブ
の例であり、周波数ｆ１１からｆ１２にかけた周波数帯
で振動強度が大きくなるが、この特定の周波数帯域で周
波数スペクトル分布のカーブの形状に、特に固有の特徴
は見られない。このような状態となるのは、本来なら浸
漬ノズル１０内が全て溶鋼で充満しているはずであると
ころ、その一部に真空域等の低圧空域が発生すると、溶
鋼がこの低圧空域を通ってこの低圧空域の下方の溶鋼充
満域の上面に、まっすぐ滝のように落下する現象が生じ
ることから、その際の、この溶鋼充満域の上面で生じる
振動によって特定の周波数帯域で振動強度が大きくなる
ためと考えられる。このような状態について、実際に数
多くのノズル振動信号を解析した結果、この状態は、周
波数スペクトル分布において、全帯域における全てのピ
ークの平均値に対して、特定の帯域における全てのピー
クの平均値が一定割合以上であることが分かった。従が
って、判定方法としては、周波数スペクトル分布におい
て、全帯域における全てのピークの平均値に対して、特
定の帯域における全てのピークの平均値が一定割合以
上、例えば、２５０％以上であれば、浸漬ノズル内の溶
鋼の流動に低圧空域が発生していると判定する判定方法
を採用することができる。この一定割合は２５０％には
限られず、個々のケースに応じた最適な割合に設定すれ
ばよい。

【００５２】図１５は、浸漬ノズル内の溶鋼の流動に偏
流が存在する場合の周波数スペクトル分布のカーブの例
であり、浸漬ノズルのサイズによって定まる固有の周波
数ｆ２１で最も高いピークが存在している。これは、上
記の低圧空域が発生した場合に、この低圧空域の空間が
さらに大きくなると、溶鋼が低圧空域の下方の溶鋼充満
域の上面に、まっすぐ落ちずに、浸漬ノズルの内壁面に
斜めにぶつかりながら落下する現象が生じることから、
浸漬ノズルの内壁面に斜めにぶつかる際に、浸漬ノズル
のサイズによって定まる固有の周波数の振動が発生する
ためと考えられる。従がって、判定方法としては、周波
数スペクトル分布において、最も高いピークが、浸漬ノ
ズルのサイズによって定まる固有の周波数で発生してい
れば、浸漬ノズル内の溶鋼の流動に偏流が生じていると
判定する判定方法を採用することができる。

【００５３】図１６は、第３実施例の装置の動作を示し
たフローチャートである。このフローチャートのＳ１１
〜Ｓ１３までは、図２の第１実施例のフローチャートの
Ｓ１〜Ｓ３までと全く同じである。またこの第３実施例
の装置では、上記の説明における偏流の有無を先に判定
し（Ｓ１４〜Ｓ１６）、その後、低圧空域の有無の判定
を行ない（Ｓ１７〜Ｓ２１）、いずれも存在しない場合
は、正常と判定している（Ｓ２２）。

【００５４】上記の第３実施例では、１個のフレームを
ＦＦＴ処理した結果を用いているが、第１フレームのＦ
ＦＴ処理結果と第２フレームのＦＦＴ処理結果の相乗平
均算出処理した結果を用いるようにしてもよい。

【００５５】上記の説明から分かるとおり、第３実施例
の装置によれば、浸漬ノズル振動を周波数解析処理して
浸漬ノズル内における溶鋼の流動の低圧空域の有無や、
浸漬ノズル内における溶鋼の流動の偏流の有無を判定す
るので、浸漬ノズル内の流動の有する特性から直接的に
判定可能な溶鋼移送ノズル内流動状態検知方法またはそ
の装置を提供することができる。

【００５６】次に、溶鋼移送ノズルから発生する周期性
を備えない振動を対象とした第４実施例の溶鋼移送ノズ
ル内流動状態検知装置について説明する。図１７は、第
４実施例の装置が用いられる状態を示した説明図であ
る。図１７において、５１はタンディッシュ、５２は多
孔質耐火物、５３は３層スライディングノズル、５４は
３層スライディングノズル駆動シリンダ、５５は浸漬ノ
ズル、５６はモールド、５７はマイクロフォン、５８は
処理装置、そして、５９は溶鋼である。マイクロフォン
５７は、３層スライディングノズル５３の近傍に設置さ
れ、主として、３層スライディングノズル５３の発する
振動音を検知して振動信号に変換する。このマイクロフ
ォン５７の代わりに、３層スライディングノズル５３に
着接された振動検知センサを用いてもよい。処理装置５
８は、マイクロフォン５７の出力した振動信号を受け
て、処理を行なう。そのため、処理装置５８は、メモリ
ーを備えたマイクロコンピュータと、必要なプログラム
を搭載している。

【００５７】図１７において、３層スライディングノズ
ル５３は、３層スライディングノズル駆動シリンダ５４
によって、タンディッシュ５１からモールド５６へ供給
する溶鋼５９の量を調整するために、３層の真中の部分
がスライドする仕組となっている。そのため、３層の真
中の部分がこのスライドにより振動しており、この振動
により振動音が発生している。この３層スライディング
ノズル５３において、例えば、そのスライド面から空気
が３層スライディングノズル５３内に混入する恐れがあ
るが、その場合は、振動音が変化することが考えられ
る。そこで、３層スライディングノズル５３の発するノ
ズル振動音をマイクロフォン５７で捉えて、ノズル振動
信号に変換し、この振動信号の移相面軌道図、即ち、ト
ラジェクトリーを描くことにより、処理装置５８は、３
層スライディングノズル５３における空気の混入の有無
等をチェックする。

【００５８】このトラジェクトリーの作成は、ノズル振
動信号から、フイルターを用いて、直流分と商用電源周
波数帯域のノイズを取り除いた後、このノズル振動信号
をサンプリングするとともに、このサンプリングデータ
に基づき、横軸をノズル振動信号の信号レベルとし、縦
軸をこのノズル振動信号の時間微分値として、発生順に
プロットして行なう。このトラジェクトリーは、ノズル
振動信号が周期性を備えた振動、即ち、周期現象を示す
場合は、クリアな軌跡を描くが、周期性を備えない振
動、即ち、概周期現象を示す場合は、クリアな軌跡は描
かない。ここで、クリアな軌跡を描く場合、即ち、周期
現象の場合は、上述した周波数解析を用いる方法で解析
が可能であるが、クリアな軌跡を描かない場合、即ち、
概周期現象の場合は、上述した周波数解析を用いる方法
では解析が困難であることが判明している。上記の空気
の混入の有無のチェックは、この概周期現象を対象にす
る必要がある。

【００５９】そこで、空気の混入の有無のチェック方法
としては、空気の混入がある場合のトラジェクトリーを
基準トラジェクトリーとして予め処理装置に記憶させて
おき、マイクロフォン５７が出力するノズル振動信号の
描く被検査トラジェクトリーをこの基準トラジェクトリ
ーと比較する。比較の方法としては、上記の各トラジェ
クトリーを、横軸と縦軸とが直行する格子面上に描き、
トラジェクトリーが通過する各格子で構成されるパター
ンとしてトラジェクトリーを表す。図１８は、このよう
にして描いたトラジェクトリーのパターンの例を示した
ものである。そうして、基準トラジェクトリーと被検査
トラジェクトリーの各格子において、最も接近している
格子同士の格子の中心座標間の距離を求め、この総和を
乖離度と定義する。基準トラジェクトリーと被検査トラ
ジェクトリーが同一の格子を通過する場合は、その格子
における距離は０である。そして、乖離度が一定の範囲
にある場合に、被検査トラジェクトリーが基準トラジェ
クトリーに一致すると判定する。

【００６０】第４実施例の装置によれば、溶鋼移送ノズ
ルから発生するノズル振動が概周期現象を示す場合であ
っても、解析を可能とすることができる。

【００６１】上記の実施例の説明では、タンディシュと
モールドの間に設けられている溶鋼移送ノズルとして、
３層スライディングノズルと浸漬ノズルを対象として説
明を行なっているが、図１９に示すような、ストッパー
６３を用いたタンディッシュノズル６２を対象とするこ
ともできる。この場合は、タンディッシュノズル６２の
入口付近での詰りが発生しやすく、この詰りの有無を流
動状態の検知の中心にすることが考えられる。尚、同図
中、６１はタンディッシュ、６４はストッパーホルダ
ー、６５はストッパー駆動シリンダ、６６は溶鋼、６７
はマイクロフォン、そして、６８は処理装置である。マ
イクロフォン６７に代えて振動検知センサを用いてもよ
い。

【００６２】また、タンディシュとモールドの間に設け
られている溶鋼移送ノズル以外に、レードル（取鍋）と
タンディシュ間の溶鋼移送ノズルを対象とすることもで
きる。図２０は、レードル（取鍋）７１とタンディシュ
７３の間に設けられているレードル７１のロングノズル
７２を対象としたものであり、この場合は、ノズル内で
の偏流が生じやすいので、この偏流の有無を流動状態の
検知の中心にすることが考えられる。或は、このロング
ノズル７２内に溶鋼７４が完全に充満した場合は、溶鋼
のロングノズル７２内における流速が大きくなりすぎる
等の不安定要因が発生する場合があるが、このような状
態も、検知の対象とすることができる。尚、同図中、７
４は溶鋼、７５はマイクロフォン、そして、７６は処理
装置である。この場合もマイクロフォン７５に代えて振
動検知センサを用いてもよい。また、図２１に示すよう
な、レードル（取鍋）８１とタンディシュ８４間におけ
る浸漬管８３を対象とすることもでき、この場合は、空
気の巻き込みが生じやすいので、この空気の巻き込みの
有無を流動状態の検知の中心にすることが考えられる。
尚、同図中、８２はショートノズル、８５は溶鋼、８６
はマイクロフォン、そして、８７は処理装置である。

【００６３】上記の実施例の説明では溶融金属として溶
鋼を用いているが、これには限られず溶融したアルミニ
ウム等、他の溶融金属にも本発明を適用することができ
る。

【００６４】

【発明の効果】請求項１、または２記載の発明によれ
ば、ノズル振動が概周期現象を示す場合も、解析が可能
な溶融金属移送ノズル内流動状態検知方法を提供するこ
とができる。

【００６５】請求項３、または１３記載の発明によれ
ば、溶融金属移送ノズル振動を周波数解析処理して溶融
金属移送ノズル内の異常な流動状態を判定するので、異
常な流動状態を溶融金属移送ノズル内の流動の有する特
性から直接的に判定することができる溶融金属移送ノズ
ル内流動状態検知方法またはその装置を提供することが
できる。

【００６６】請求項４、５、１４または１５記載の発明
によれば、溶融金属移送ノズル振動を周波数解析処理し
て溶融金属移送ノズル内における溶融金属の流動の低圧
空域の有無を判定するので、低圧空域の発生を溶融金属
移送ノズル内の流動の有する特性から直接的に判定する
ことができる溶融金属移送ノズル内流動状態検知方法ま
たはその装置を提供することができる。

【００６７】請求項６、または１６記載の発明によれ
ば、溶融金属移送ノズル振動を周波数解析処理して溶融
金属移送ノズル内における溶融金属の流動の偏流の有無
を判定するので、溶融金属移送ノズル内の偏流の有無を
溶融金属移送ノズル内の流動の有する特性から直接的に
判定することができる溶融金属移送ノズル内流動状態検
知方法またはその装置を提供することができる。

【００６８】請求項７、８、１７または１８記載の発明
によれば、溶融金属移送ノズル振動を周波数解析処理し
て溶融金属移送ノズル内の旋回流の有無を判定するの
で、旋回流の存在の有無を旋回流の有する特性から直接
的に判定することができる溶融金属移送ノズル内流動状
態検知方法またはその装置を提供することができる。

【００６９】請求項９、１０、２１、または２２記載の
発明によれば、ノズル振動信号をサンプリングしてデジ
タルデータ化するとともに、ＦＦＴを用いて処理するの
で、処理作業を効率よく容易に行なうことができる。ま
た、一度使用したデータブロックを、次回以降の集合デ
ータブロックの形成に再利用しており、データを再利用
することでデータ量を確保することにより、処理精度を
高めることができる。また、集合データブロックに全て
一定値のデータでなるダミーデータブロックを付加して
所定のデータ量を確保してフレームを形成しており、必
要な周波数分解能等を確保しつつ、実用的に十分な処理
・判定所要時間を実現することができ、精度や応答性に
優れた溶融金属移送ノズル内流動状態検知方法またはそ
の装置を提供することができる。

【００７０】請求項１１、１２、２３、または２４記載
の発明によれば、最新の当該所定単位時間及びそれ以前
におけるデータで構成される第１フレームと、最新の当
該所定単位時間のみにおけるデータで構成される第２フ
レームを形成し、これら双方をそれぞれＦＦＴ処理した
後、両者の処理結果を相乗平均して得られる周波数スペ
クトルを用いて溶融金属移送ノズル内の異常な流動状態
の判定を行なうので、最新の当該所定単位時間以前の状
況の影響を極力取り除くことができ、周波数分解能等の
精度を維持しつつ、溶融金属移送ノズルに生じている最
新の状況に即した判定を行なうことができる溶融金属移
送ノズル内流動状態検知方法またはその装置を提供する
ことができる。

【００７１】請求項１９記載の発明によれば、ノズル振
動の検出に、溶融金属移送ノズルへの固定が容易で耐熱
性や検知信号の信号伝送特性に優れた振動センサを用い
ているので、センサ部分の溶融金属移送ノズルへの固定
が容易で、耐熱性や検知信号の信号伝送特性に優れた溶
融金属移送ノズル内流動状態検知方法またはその装置を
提供することができる。

【００７２】請求項２０記載の発明によれば、ノズル振
動の検出にマイクロフォンを用いているので、低周波で
高感度な溶融金属移送ノズル内流動状態検知方法または
その装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の溶鋼移送ノズル内流動状態検知装
置が用いられる状態を示した説明図。

【図２】第１実施例の溶鋼移送ノズル内流動状態検知装
置の動作を示したフローチャート。

【図３】第１実施例におけるノズル振動信号のデジタル
データ化とＦＦＴ処理の説明図。

【図４】第１実施例におけるフレームの構成例を示した
説明図。

【図５】第１実施例におけるフレームの他の構成例を示
した説明図。

【図６】第１実施例における旋回流が存在する場合の周
波数スペクトル分布の例を示したグラフ。

【図７】第１実施例における旋回流が存在しない場合の
周波数スペクトル分布の例を示したグラフ。

【図８】第２実施例におけるノズル振動信号のデジタル
データ化とＦＦＴ処理の説明図。

【図９】第２実施例における第１フレームのＦＦＴ処理
結果に基づく周波数スペクトル分布の例を示したグラ
フ。

【図１０】第２実施例における第２フレームのＦＦＴ処
理結果に基づく周波数スペクトル分布の例を示したグラ
フ。

【図１１】第２実施例における第１フレームのＦＦＴ処
理結果と第２フレームのＦＦＴ処理結果を相乗平均算出
処理した結果に基づく周波数スペクトル分布の例を示し
たグラフ。

【図１２】第３実施例の溶鋼移送ノズル内流動状態検知
装置が用いられる状態を示した説明図。

【図１３】第３実施例における浸漬ノズル内の溶鋼の流
動が正常な場合の周波数スペクトル分布の例を示したグ
ラフ。

【図１４】第３実施例における浸漬ノズル内の溶鋼の流
動に低圧空域が存在する場合の周波数スペクトル分布の
例を示したグラフ。

【図１５】第３実施例における浸漬ノズル内の溶鋼の流
動に偏流が存在する場合の周波数スペクトル分布の例を
示したグラフ。

【図１６】第３実施例の溶鋼移送ノズル内流動状態検知
装置の動作を示したフローチャート。

【図１７】第４実施例の溶鋼移送ノズル内流動状態検知
装置が用いられる状態を示した説明図。

【図１８】第４実施例のトラジェクトリーのパターンの
例を示したグラフ。

【図１９】ストッパーを用いたタンディッシュノズルに
対して流動状態検知装置が用いられる状態を示した説明
図。

【図２０】レードルのロングノズルに対して流動状態検
知装置が用いられる状態を示した説明図。

【図２１】レードルの浸漬管対して流動状態検知装置が
用いられる状態を示した説明図。

【符号の説明】

１ 浸漬ノズル ２ 旋回羽根 ３ａ 振動センサ ３ｂ マイクロフォン ４ 溶鋼注入方向 ５ 溶鋼の旋回方向 ６ 溶鋼の吐出方向 ７ モールド ８ 溶鋼 ９ 処理装置 ９ａ 増幅器 ９ｂ 演算器 ９ｃ ディスプレイ １０ 浸漬ノズル １１ データブロック １２ 集合データブロック １３ ダミーデータブロック １４ フレーム ２１ データブロック ２２ 集合データブロック ２３ 第１ダミーデータブロック ２４ 第１フレーム ２５ 第２ダミーデータブロック ２６ 第２フレーム ３１ スペクトル ３２ 最大ピーク ３３ ２番目のピーク ４１ 周波数ｆ１におけるピーク ４２ 周波数ｆ２におけるピーク ４３ 周波数ｆ２におけるピーク ４４ 周波数ｆ２におけるピーク ５１ タンディッシュ ５２ 多孔質耐火物 ５３ ３層スライディングノズル ５４ ３層スライディングノズル駆動シリンダ ５５ 浸漬ノズル ５６ モールド ５７ マイクロフォン ５８ 処理装置 ５９ 溶鋼 ６１ タンディッシュ ６２ タンディッシュノズル ６３ ストッパー ６４ ストッパーホルダー ６５ ストッパー駆動シリンダ ６６ 溶鋼 ６７ マイクロフォン ６８ 処理装置 ７１ レードル ７２ ロングノズル ７３ タンディッシュ ７４ 溶鋼 ７５ マイクロフォン ７６ 処理装置 ８１ レードル ８２ ショートノズル ８３ 浸漬管 ８４ タンディッシュ ８５ 溶鋼 ８６ マイクロフォン ８７ 処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G047 AA01 BA04 BC04 CA07 EA08 EA11 GD02 GG09 GG12 GG24 GG28 4E004 FB10 MB20

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属移送ノズルから発生するノズル
   振動を検出してノズル振動信号に変換するとともに、こ
   のノズル振動信号の移相面軌道図を描き、この移相面軌
   道図のパターンの特徴を捉えて、前記溶融金属移送ノズ
   ル内の流動状態を判定することを特徴とする溶融金属移
   送ノズル内流動状態検知方法。
2. 【請求項２】 前記ノズル振動の検出に、前記溶融金属
   移送ノズルに着接された振動検知センサ、または、前記
   溶融金属移送ノズルの近傍に設置されたマイクロフォン
   を用いてなる請求項１記載の溶融金属移送ノズル内流動
   状態検知方法。
3. 【請求項３】 溶融金属移送ノズル内の溶融金属の流動
   により発生するノズル振動を検出してノズル振動信号に
   変換するとともに、このノズル振動信号の周波数解析処
   理を行ない、 前記周波数解析処理から得られる周波数スペクトル分布
   の特徴を捉えて、前記溶融金属移送ノズル内の溶融金属
   の流動状態を判定することを特徴とする溶融金属移送ノ
   ズル内流動状態検知方法。
4. 【請求項４】 前記周波数スペクトル分布において、全
   帯域における全てのピークの平均値に対して、特定の帯
   域における全てのピークの平均値が一定割合以上であれ
   ば、前記溶融金属移送ノズル内の溶融金属の流動に低圧
   空域が発生していると判定してなる請求項３記載の溶融
   金属移送ノズル内流動状態検知方法。
5. 【請求項５】 前記一定割合を２５０％としてなる請求
   項４記載の溶融金属移送ノズル内流動状態検知方法。
6. 【請求項６】 前記周波数スペクトル分布において、最
   も高いピークが、前記溶融金属移送ノズルのサイズによ
   って定まる固有の周波数で発生していれば、前記溶融金
   属移送ノズル内の溶融金属の流動に偏流が生じていると
   判定してなる請求項３記載の溶融金属移送ノズル内流動
   状態検知方法。
7. 【請求項７】 前記溶融金属移送ノズル内に、流動する
   溶融金属を旋回流とするための旋回羽根が備えられてお
   り、 前記周波数スペクトル分布において、最も高いピークの
   値に対して、このピークの周波数の整数倍の周波数でな
   る高調波によるピークを除いた残りのピークの中で、次
   に高いピークの値が一定割合以下であれば、前記旋回流
   が存在していると判定してなる請求項３記載の溶融金属
   移送ノズル内流動状態検知方法。
8. 【請求項８】 前記一定割合を３０％としてなる請求項
   ７記載の溶融金属移送ノズル内流動状態検知方法。
9. 【請求項９】 前記ノズル振動信号をサンプリングして
   所定単位時間毎に得られる所定データ個数のデータ列で
   形成するデータブロックを、形成順に連続して所定個数
   結合して集合データブロックを形成し、その際、新たな
   前記データブロックを形成する毎にこれを前記集合デー
   タブロックの先頭に挿入するとともに、後続する各前記
   データブロックを順次後方にシフトし、最後尾の前記デ
   ータブロックを廃棄するとともに、前記集合データブロ
   ックの末尾に、データ値が全て一定値の所定個数のデー
   タで構成するダミーデータブロックを付加してフレーム
   を形成し、 さらに、このフレームをＦＦＴを用いて解析すること
   で、前記ノズル振動信号の前記周波数解析処理を行なっ
   てなる請求項３から８のいずれか１項に記載の溶融金属
   移送ノズル内流動状態検知方法。
10. 【請求項１０】 前記ダミーデータブロックの前記一定
    値を０としてなる請求項９記載の溶融金属移送ノズル内
    流動状態検知方法。
11. 【請求項１１】 前記ノズル振動信号をサンプリングし
    て所定単位時間毎に得られる所定データ個数のデータ列
    で形成するデータブロックを、形成順に連続して所定個
    数結合して集合データブロックを形成し、その際、新た
    な前記データブロックを形成する毎にこれを前記集合デ
    ータブロックの先頭に挿入するとともに、後続する各前
    記データブロックを順次後方にシフトし、最後尾の前記
    データブロックを廃棄するとともに、前記集合データブ
    ロックの末尾に、データ値が全て一定値の所定個数のデ
    ータで構成する第１ダミーデータブロックを付加して第
    １フレームを形成するとともに、 同時に、前記集合データブロックの先頭に挿入したのと
    同じ前記データブロックの末尾に、データ値が全て一定
    値の所定個数のデータで構成する第２ダミーデータブロ
    ックを付加して、データの個数が前記第１フレームと等
    しい第２フレームを形成し、さらに、ＦＦＴを用いて、
    前記第１フレームを解析する第１周波数解析処理と前記
    第２フレームを解析する第２周波数解析処理を行なうと
    ともに、この両者の解析処理結果の相乗平均を求めるこ
    とで、前記ノズル振動信号の前記周波数解析処理を行な
    ってなる請求項３から８のいずれか１項に記載の溶融金
    属移送ノズル内流動状態検知方法。
12. 【請求項１２】 前記第１ダミーデータブロック及び前
    記第２ダミーデータブロックの前記一定値を０としてな
    る請求項１１記載の溶融金属移送ノズル内流動状態検知
    方法。
13. 【請求項１３】 溶融金属移送ノズル内の溶融金属の流
    動により発生するノズル振動を検出してノズル振動信号
    に変換するノズル振動検出手段と、 前記ノズル振動信号の周波数解析処理を行なう周波数解
    析処理手段と、 前記周波数解析処理から得られる周波数スペクトル分布
    の特徴を捉えて、前記溶融金属移送ノズル内の溶融金属
    の流動状態を判定する判定手段と、 でなることを特徴とする溶融金属移送ノズル内流動状態
    検知装置。
14. 【請求項１４】 前記判定手段が、前記周波数スペクト
    ル分布において、全帯域における全てのピークの平均値
    に対して、特定の帯域における全てのピークの平均値が
    一定割合以上であれば、前記溶融金属移送ノズル内の溶
    融金属の流動に低圧空域が発生していると判定してなる
    請求項１３記載の溶融金属移送ノズル内流動状態検知装
    置。
15. 【請求項１５】 前記一定割合を２５０％としてなる請
    求項１４記載の溶融金属移送ノズル内流動状態検知装
    置。
16. 【請求項１６】 前記判定手段が、前記周波数スペクト
    ル分布において、最も高いピークが、前記溶融金属移送
    ノズルのサイズによって定まる固有の周波数で発生して
    いれば、前記溶融金属移送ノズル内の溶融金属の流動に
    偏流が生じていると判定してなる請求項１３記載の溶融
    金属移送ノズル内流動状態検知装置。
17. 【請求項１７】 溶融金属移送ノズル内に流動する溶融
    金属を旋回流とするための旋回羽根が備えられており、 前記判定手段が、前記周波数スペクトル分布において、
    最も高いピークの値に対して、このピークの周波数の整
    数倍の周波数でなる高調波によるピークを除いた残りの
    ピークの中で、次に高いピークの値が一定割合以下であ
    れば、前記旋回流が存在していると判定してなる請求項
    １３記載の溶融金属移送ノズル内流動状態検知装置。
18. 【請求項１８】 前記一定割合を３０％としてなる請求
    項１７記載の溶融金属移送ノズル内流動状態検知装置。
19. 【請求項１９】 前記ノズル振動の検出に、前記溶融金
    属移送ノズルに着接された振動検知センサを用いてなる
    請求項１３から１８のいずれか１項に記載の溶融金属移
    送ノズル内流動状態検知装置。
20. 【請求項２０】 前記ノズル振動の検出に、前記溶融金
    属移送ノズルの近傍に設置されたマイクロフォンを用い
    てなる請求項１３から１８のいずれか１項に記載の溶融
    金属移送ノズル内流動状態検知装置。
21. 【請求項２１】 前記周波数解析処理手段が、 前記ノズル振動信号をサンプリングして所定単位時間毎
    に得られる所定データ個数のデータ列で形成するデータ
    ブロックを、形成順に連続して所定個数結合して集合デ
    ータブロックを形成し、その際、新たな前記データブロ
    ックを形成する毎にこれを前記集合データブロックの先
    頭に挿入するとともに、後続する各前記データブロック
    を順次後方にシフトし、最後尾の前記データブロックを
    廃棄するとともに、前記集合データブロックの末尾に、
    データ値が全て一定値の所定個数のデータで構成するダ
    ミーデータブロックを付加してフレームを形成し、 さらに、このフレームをＦＦＴを用いて解析を行なって
    なる請求項１３から２０のいずれか１項に記載の溶融金
    属移送ノズル内流動状態検知装置。
22. 【請求項２２】 前記ダミーデータブロックの前記一定
    値を０としてなる請求項２１記載の溶融金属移送ノズル
    内流動状態検知装置。
23. 【請求項２３】 前記周波数解析処理手段が、 前記ノズル振動信号をサンプリングして所定単位時間毎
    に得られる所定データ個数のデータ列で形成するデータ
    ブロックを、形成順に連続して所定個数結合して集合デ
    ータブロックを形成し、その際、新たな前記データブロ
    ックを形成する毎にこれを前記集合データブロックの先
    頭に挿入するとともに、後続する各前記データブロック
    を順次後方にシフトし、最後尾の前記データブロックを
    廃棄するとともに、前記集合データブロックの末尾に、
    データ値が全て一定値の所定個数のデータで構成する第
    １ダミーデータブロックを付加して第１フレームを形成
    するとともに、 同時に、前記集合データブロックの先頭に挿入したのと
    同じ前記データブロックの末尾に、データ値が全て一定
    値の所定個数のデータで構成する第２ダミーデータブロ
    ックを付加して、データの個数が前記第１フレームと等
    しい第２フレームを形成し、 さらに、ＦＦＴを用いて、前記第１フレームを解析する
    第１周波数解析処理と前記第２フレームを解析する第２
    周波数解析処理を行なうとともに、この両者の解析処理
    結果の相乗平均を求めてなる請求項１３から２０のいず
    れか１項に記載の溶融金属移送ノズル内流動状態検知装
    置。
24. 【請求項２４】 前記第１ダミーデータブロック及び
    前記第２ダミーデータブロックの前記一定値を０として
    なる請求項２３記載の溶融金属移送ノズル内流動状態検
    知装置。