JP3140171B2 - モールドレベル計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明のモールドレベル計は鋳型
内の温度を計測することにより該鋳型中の溶鋼の湯面高
さを算出するものであり、特に連続鋳造機において湯面
高さを一定範囲内に制御するのに適するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造機においては、鋳型中に流入さ
れる溶鋼の湯面高さを所定の範囲内に制御することが必
要である。これは鋳型中から既に凝固が開始して金属組
織の変質や変態が発生するためであり、特に高張力鋼
等、金属組織の安定状態を必要とする鋼では溶鋼の湯面
高さをきめ細かく制御する必要がある。

【０００３】このような鋳型中の溶鋼の湯面高さを計測
するモールドレベル計には従来から種々のものが開発さ
れており、そのうちの一つに熱電対を用いたものがあ
る。この熱電対式モールドレベル計は、特公昭５２−２
６４６０号公報，特公昭５３−１０４６５号公報，特公
昭５５−６８７号公報等に記載されるように、鋳型の内
部の所定の箇所に熱電対を鋳型の高さ方向にずらして埋
設し、前記湯面の高さ範囲内又はその近傍の所定の測定
点の鋳型内の温度を検出し、その温度を湯面高さに演算
し直すようにしたものである。このようなモールドレベ
ル計は溶鋼に非接触でその湯面高さを算出することがで
きるため寿命が永く、また少なくとも鋳込み中で湯面状
態の変動が小さい場合には算出される湯面高さ値が比較
的安定するという利点がある。ちなみに一般に使用され
ている従来のモールドレベル計では三つの熱電対により
鋳型内の三箇所の測定点の温度を検出するようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
のモールドレベル計は以下のような難点がある。 １．熱電対の埋設点数が複数，例えば三箇所であると、
少なくとも湯面高さの範囲内で該熱電対の埋設点近傍の
温度を三つの熱電対で検出しなければならない。既知の
ように熱電対の起電力変化が温度に対してリニアである
範囲は夫々の熱電対の種類により限定されているので、
このリニア範囲を広げてより広い範囲を検出しようとす
るとその範囲の起電力変化が温度に対してノンリニアと
なり、その分だけ算出される湯面高さに誤差が生じ易く
なる。

【０００５】２．検出された温度から湯面高さを演算し
直すものであるために湯面高さの算出までに相当の遅れ
時間が生じる。従って、鋳込み中に湯面状態に変動が生
じるとその変動に湯面高さの算出が追随し切れず、リア
ルタイムな湯面高さの制御が困難である。このため前記
１項の理由とも相まって従来のモールドレベル計の計測
精度は±１０〜１５ｍｍ程度であり、湯面高さの制御範
囲が±３〜５ｍｍ程度を要求される前記高張力鋼等、金
属組織の安定変態を必要とする鋼の連続鋳造には不適で
ある。

【０００６】３．既存のモールドレベル計では、鋳込み
開始時の湯面高さの算出が困難である。これは従来のモ
ールドレベル計が検出温度から一つの演算式により湯面
高さを算出しようとするためである。既知のように鋳込
み開始前で鋳型中が空の状態と、鋳込み中の鋳型中に溶
鋼がある状態とでは鋳型内の温度特性は全く異なる。例
えば鋳込みを開始して鋳型内の温度が低温から上昇して
いるときの温度−湯面高さの相関関係と、鋳込みを終了
して鋳型内の温度が高温から低下しているときの温度−
湯面高さの相関関係とでは、所定の温度における湯面高
さを比較した場合、前者の方が遙かに高い。従って前記
従来のように一つの演算式で鋳込み開始時と鋳込み中の
湯面高さの算出を行うことは実質的に困難であり、事
実、鋳込み速度を自動制御可能な連続鋳造機でも、熱電
対式モールドレベル計を使用している場合は、鋳込み開
始時の湯面高さは夫々の連続鋳造機毎に配置されたオペ
レータが制御しなければならず、コストがかかり、作業
性もよくないのが実情である。

【０００７】４．通常、鋳型中には電磁攪拌装置等の溶
鋼攪拌手段が設けられている。図１０ａのようにこの攪
拌手段により溶鋼が攪拌されている場合は、湯面の中心
が渦巻き状になるので、上方から溶鋼が注入されている
状態でも鋳型内壁面近傍の湯面高さは比較的安定してい
る。ところがこの攪拌を行わない場合は、図１０ｂに示
すように注入された溶鋼により湯面に波が生じ、この波
の影響で鋳型内壁面近傍の湯面高さは変動する。このよ
うに湯面高さが変動すると前記１項及び２項の理由と相
まって計測誤差が大きくなる。

【０００８】５．連続鋳造法の一つに、溶鋼と鋳型との
間に溶融パウダを介在させるパウダ鋳造法がある。とこ
ろがこの溶融パウダの介在により溶鋼と鋳型との熱伝達
率が変化し、具体的には熱伝達率が低下する。このよう
な熱伝達率の変化は湯面変動に伴う鋳型内の温度特性を
変化させるものであるため、当然の如く湯面高さの計測
誤差を誘因する。このような熱伝達率変化に伴う計測誤
差の補正は従来から強く要望されていたが、それを実用
化したものはなかった。

【０００９】６．前述の如く従来既存のモールドレベル
計は三つの熱電対を使用するものであったが、そのうち
の一つでも断線等のトラブルにより温度の検出が不可能
になると湯面高さの算出も不可能になり、計器そのもの
が使用不能になって湯面高さの制御ができなくなり、結
果的にラインの稼動率が低下する。 ７．既存のモールドレベル計を使用した連続鋳造機では
鋳込みのオートスタートとオートストップとを両立する
ことが困難であった。これは鋳込みの開始及び終了を一
つの設定温度で連続鋳造機の入切を行おうとするためで
ある。前述のように相対的に、鋳込み開始時には鋳型内
の温度が低くても湯面高さが高く、鋳込み終了時には鋳
型の温度が高くても湯面高さが低いために、一つの設定
温度の上昇通過又は下降通過で鋳造を開始及び終了しよ
うとすると、鋳造開始温度を検出したときには湯面高さ
は制御されるべき範囲を遙かに越えているはずであり、
レベルオーバやオーバフロー等が憂慮される。このた
め、事実上可能なのは鋳込みをオートスタートすること
だけであり、オートストップと両立させることが困難と
なっている。

【００１０】本発明は上記諸問題に鑑みて開発されたも
のであり、まず何よりも湯面高さの計測精度を向上させ
ると共に、あらゆる状態でも湯面高さの計測を可能と
し、作業性を向上することのできるモールドレベル計を
提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１に
係るモールドレベル計は、 鋳型内の温度から鋳型中の
溶鋼の湯面高さを計測するモールドレベル計において、
前記湯面高さの検出範囲又はその近傍のうち高さの異な
る少なくとも四点以上の鋳型内の測定点の温度を検出す
る鋳型温度検出手段と、前記四点以上の各測定点におけ
る温度勾配特性と湯面高さとの相関関係を回帰式として
予め記憶し、前記鋳型温度検出手段からの検出信号に基
づいて、各測定点の温度を前記回帰式に代入して直接的
に湯面高さを算出する演算処理手段とを設けたことを特
徴とするものである。

【００１２】本発明のうち請求項２に係るモールドレベ
ル計は、前記温度勾配特性と湯面高さとの相関関係は鋳
込み開始時と鋳込み中とで異なり、前記演算処理手段
は、鋳込み開始時と鋳込み中とで異なる前記相関関係を
表す回帰式に基づいて、夫々の鋳込み状態における湯面
高さを直接的に算出することを特徴とするものである。
本発明のうち請求項３に係るモールドレベル計は、鋳型
内の温度から鋳型中の溶鋼の湯面高さを計測するモール
ドレベル計において、前記湯面高さの検出範囲又はその
近傍のうち鋳型内の高さの異なる所定の測定点の温度を
検出する鋳型温度検出手段と、前記各測定点における、
鋳込み開始時と鋳込み中とで異なる温度勾配特性と湯面
高さとの相関関係を回帰式として予め記憶し、前記鋳型
温度検出手段からの検出信号に基づいて、各測定点の温
度を前記回帰式に代入して、鋳込み開始時と鋳込み中の
夫々の鋳込み状態における湯面高さを直接的に算出する
演算処理手段とを設けたことを特徴とするものである。

【００１３】本発明のうち請求項４に係るモールドレベ
ル計は、前記演算処理手段を構成する部品に時定数や検
索時間の小さなものを用いて高速演算処理を可能とした
ことを特徴とするものである。本発明のうち請求項５に
係るモールドレベル計は、鋳型中に溶鋼攪拌手段を有
し、該溶鋼攪拌手段が作動中であるか否かを検出する攪
拌状態検出手段を備え、前記演算処理手段は、該攪拌状
態検出手段からの検出信号に基づいて前記算出される湯
面高さを補正する攪拌状態補正手段を具備したことを特
徴とするものである。

【００１４】本発明のうち請求項６に係るモールドレベ
ル計は、鋳込みの状態がパウダ鋳造であるか否かを検出
するパウダ鋳造検出手段を備え、前記演算処理手段は、
該パウダ鋳造検出手段からの検出信号に基づいて前記算
出される湯面高さを補正するパウダ鋳造補正手段を具備
したことを特徴とするものである。本発明のうち請求項
７に係るモールドレベル計は、前記各測定点の温度を測
定する鋳型温度検出手段の故障を検出する故障検出手段
を備え、前記演算処理手段は、該故障検出手段からの検
出信号に基づいて故障した鋳型温度検出手段に隣接する
鋳型温度検出手段からの検出信号により該故障した鋳型
温度検出手段で測定されるべき測定点の温度を補間する
故障時補間手段を具備したことを特徴とするものであ
る。

【００１５】本発明のうち請求項８に係るモールドレベ
ル計は、前記鋳型温度検出手段とは個別に鋳込みのオー
トスタート及び鋳込みのオートストップを判定するため
の始動停止用温度検出手段と、該始動停止用温度検出手
段からの検出信号に基づいて鋳込みのオートスタート及
びオートストップを制御する始動停止制御手段とを備え
たことを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】本発明のうち請求項１に係るモールドレベル計
では、鋳型温度検出手段により湯面高さの検出範囲又は
その近傍のうち高さの異なる少なくとも四点以上の鋳型
内の測定点の温度を検出するものであるため、例えば前
記鋳型温度検出手段として四つ以上の熱伝対を用いた場
合、夫々の熱伝次いで検出する温度範囲を狭くしてその
検出温度勾配をきつくすることができ、その分だけ夫々
の熱伝対は鋭敏な温度検出が可能となる。また前記演算
処理手段は検出された温度から湯面高さを演算し直すの
ではなく、各測定点の温度勾配特性と湯面高さとの相関
関係を回帰式として予め記憶し、前記鋳型温度検出手段
からの検出信号に基づいて各測定点の温度を前記回帰式
に代入して湯面高さを直接的に算出するものであるた
め、温度検出から湯面高さ算出までの遅れ時間を大幅に
短縮することができ、算出される湯面高さの誤差が減少
し、また応答性も向上する。

【００１７】本発明のうち請求項２又は３に係るモール
ドレベル計では、前記演算処理手段が鋳込み開始時と鋳
込み中とで異なる前記温度勾配特性の相関関係を表す回
帰式に従って、夫々の鋳込み状態における湯面高さを算
出するものであるため、鋳込み開始時も鋳込み中も一つ
のモールドレベル計で湯面高さを計測し、この計測され
た湯面高さをもって注入される溶鋼の流量を制御する等
して連続鋳造機を完全自動で制御することが可能とな
る。

【００１８】本発明のうち請求項４に係るモールドレベ
ル計では、前記演算処理手段を構成する部品に時定数や
検索時間の小さなものを用いて高速演算処理を可能とし
たことにより、湯面高さの変動に計測レベルが追随し、
これにより更に湯面高さの計測誤差を小さくして精度を
向上せしめ、応答性を向上することができる。本発明の
うち請求項５に係るモールドレベル計では、攪拌状態検
出手段が、溶鋼攪拌手段の作動中か否かを検出し、演算
処理手段に具備された攪拌状態補正手段が、該攪拌状態
検出手段からの検出信号に基づいて前記算出される湯面
高さを補正するものであるため、例えば溶鋼の攪拌がな
く、注入される溶鋼により湯面に波が生じている場合に
はローパスフィルタの時定数を切り換える等することに
より検出される温度変化のうねり成分をカットして安定
した温度に計測し直し、これにより溶鋼の攪拌の有無に
係わらず、正確で且つ安定した湯面高さの計測を可能と
することができる。

【００１９】本発明のうち請求項６に係るモールドレベ
ル計では、演算処理手段に具備されたパウダ鋳造補正手
段が、例えばオペレータの操作によるパウダ鋳造検出手
段からの検出信号に基づいて前記算出される湯面高さを
補正するものであるため、例えば前記検出温度と湯面高
さとの相関関係に熱伝達率の変化率を乗する等して該熱
伝達率の変動を補正することによりパウダ鋳造における
湯面高さの計測を可能とすることができる。

【００２０】本発明のうち請求項７に係るモールドレベ
ル計では、演算処理手段に具備された故障時補間手段
が、前記故障検出手段からの検出信号に基づいて故障し
た鋳型温度検出手段に隣接する鋳型温度検出手段からの
検出信号により該故障した鋳型温度検出手段で測定され
るべき測定点の温度を補間するものであるため、湯面高
さの計測を継続して行うことができ、これにより連続鋳
造を中断する必要がなくなり、ライン稼動率が向上す
る。

【００２１】本発明のうち請求項８に係るモールドレベ
ル計では、前記鋳型温度検出手段とは個別に設けられた
始動停止用温度検出手段が鋳込みのオートスタートと鋳
込みのオートストップとを判定し、始動停止制御手段が
該始動停止用温度検出手段からの検出信号に基づいて鋳
込みのオートスタート及び鋳込みのオートストップを制
御するものであるため、異なるオートスタート温度とオ
ートストップ温度とを設定することにより鋳込みの自動
始動終了を行うことができ、作業性を向上することがで
きる。なお、前記異なるオートスタート温度とオートス
トップ温度とは、例えば異なるオートスタート温度勾配
とオートストップ温度勾配として捉えることもできる。

【００２２】

【実施例】図１は本発明のモールドレベル計の一実施例
を示す概略構成である。この実施例に使用された連続鋳
造機の鋳型Ａは図３に示すように方形断面の貫通部Ｄを
有し、この貫通部Ｄ内に溶鋼Ｂを注入し、該貫通部Ｄか
ら既に凝固し始める外周部の凝固シェルＣを下方に引き
抜くことにより方形断面の鋳鋼を連続鋳造するものであ
る。この実施例の連続鋳造機では図１に明示するように
鋳型の上端から距離Ｌ＝１００ｍｍの高さをメニスカス
レベルとして設定し、このメニスカスレベルから上方Ｄ
＝４０ｍｍの点を湯面制御の上限値とし、該上限値から
下方１００ｍｍの間を湯面制御範囲Ｗと設定し、常にこ
の間に湯面が位置するように制御する。勿論、高張力鋼
等のように安定した金属組織の変態を必要とする鋳鋼で
は、湯面高さＬを前記メニスカスレベルに対して３〜５
ｍｍ以内に制御する必要がある。

【００２３】鋳型温度検出手段である四つの鋳型温度検
出用熱電対１ａ〜１ｄは鋳型Ａ内に埋設されている。こ
れらの熱電対１ａ〜１ｄは図２のように棒状で先端のみ
に感熱体を有する感熱部１０を有するシース型熱電対で
あり、該感熱部１０の長さは夫々の熱電対の埋設箇所に
合わせて変更した。またこれらの鋳型温度検出用熱電対
１ａ〜１ｄには湯面高さの変動に算出される湯面高さ値
を十分に追随させるために検出時間遅れ時定数が２００
msec以下のものを使用し、夫々の熱電対から変換された
検出信号の出力値が下方の熱電対から上方の熱電対にな
るにつれて連続して小さくなるように設定した。夫々の
熱電対１ａ〜１ｄは、図３に示すようにその感熱部１０
が鋳型Ａの内壁から所定距離だけ離して該内壁に沿うよ
うにして埋設されており、その埋設箇所は図１に示すよ
うに前記メニスカスレベルから上下に１／２ピッチＰ＝
１５ｍｍだけ離して夫々一個ずつ、更にそれらから上下
にピッチＰ＝３０ｍｍずつ離して夫々一個ずつとした。
従って、最も上方の第一熱電対１ａによる鋳型内温度検
出範囲は鋳型上端から６０ｍｍから８５ｍｍの間、次の
第二熱電対１ｂによる鋳型内温度検出範囲は鋳型上端か
ら８５ｍｍから１１５ｍｍの間、次の第三熱電対１ｃに
よる鋳型内温度検出範囲は鋳型上端から１１５ｍｍから
１４５ｍｍの間、最も下方の第四熱電対１ｄによる鋳型
内温度検出範囲は鋳型上端から１４５ｍｍから１６０ｍ
ｍの間になる。ちなみにこれらの熱電対１ａ〜１ｄと鋳
型外部に設置されているコネクターボックス１１とを結
ぶ信号線は図３，図４のように配設されている。

【００２４】また本発明では鋳込みオートスタート及び
オートストップを判定するための始動停止温度検出用熱
電対（以下、単に始動停止用熱電対と記す）２が鋳型Ａ
内に埋設されている。この始動停止用熱電対２には前記
鋳型内温度検出用熱電対１ａ〜１ｄと同一のものが使用
されているが、この始動停止用熱電対２は前記鋳型内温
度検出用熱電対１ａ〜１ｄよりもやや下方に設けられて
いる。この始動停止用熱電対２からの信号線も図３，図
４のように配設されている。

【００２５】前記各熱電対１ａ〜１ｄ，２から延設され
た信号線には夫々温度変換器１１ａ〜１１ｄ，１２が取
付けられている。この温度変換器１１ａ〜１１ｄ，１２
は各熱電対の起電力変化に合わせた温度検出信号を出力
するものであり、この温度変換器１１ａ〜１１ｄ，１２
から出力される温度検出信号により夫々の熱電対が検出
した温度が入力指示計１３ａ〜１３ｄ，１４に表示さ
れ、同時に後述するプログラマブルコントローラ（シー
ケンサ，以下ＰＣと記す）１０に入力される。この温度
変換器１１ａ〜１１ｄ，１２にも高速変換処理を要求す
るため、その時定数が１５msec以下のものを使用した。
なお、前記熱電対１ａ〜１ｄが断線等のトラブルにより
使用できない場合は、温度変換器１１ａ〜１１ｄ，１２
が自動的に温度上限値信号を出力するようにしてある。

【００２６】本発明の計測器本体内には図１ａに示すよ
うに、前記ＰＣ１０と、該ＰＣ１０から出力された信号
をＯＮ／ＯＦＦ信号に変換するためのリレー回路１６
と、該ＰＣ１０から出力された信号をアナログ表示する
出力指示計１５とが備えられている。このうちＰＣ１０
では前記温度変換器１１ａ〜１１ｄからの温度検出信号
に基づいて溶鋼の湯面高さを算出し、その溶鋼湯面高さ
（レベル）信号を出力すると共に、鋳込みのオートスタ
ート信号、鋳込みのオートストップ信号、出力指示信
号、第一熱電対故障信号、第二熱電対故障信号、第三熱
電対故障信号、第四熱電対故障信号、始動停止用熱電対
故障信号、ＰＣ正常動作信号を、例えば注入される溶鋼
の流量調整制御装置や凝固シェルの引抜き速度制御装置
等の制御装置に向けて出力し、鋳型中の溶鋼攪拌手段で
ある電磁攪拌装置が作動しているか否かの攪拌作動信
号、連続鋳造法にパウダ鋳造が使用されているか否かの
パウダ鋳造信号が連続鋳造機の制御装置から入力され
る。ちなみに、上記攪拌作動信号はオペレータからの入
出力信号を用い、パウダ鋳造を行っているかのパウダ鋳
造信号も同様とした。また、前記攪拌作動信号は電磁攪
拌手段の操作回路から得るようにしてもよい。そして、
前記第一〜第四熱電対故障信号、始動停止用熱電対故障
信号、攪拌作動信号及びパウダ鋳造信号は前記リレー回
路１６を介して送受される。

【００２７】このＰＣには前記熱電対１ａ〜１ｄにより
検出され且つ温度変換器１１ａ〜１１ｄにより変換され
た温度信号のうちうねり成分を除去するためのローパス
フィルタ或いはハイパスフィルタを備えたディジタルフ
ィルタ２０と、図５〜図８に示すような温度−モールド
レベル特性回帰式や処理プログラム等が予め記憶された
湯面高さを算出するための演算部２１と、該算出された
湯面高さに応じた出力信号を出力するための信号出力部
２２とが組込まれている。なお、図示されていないＡ／
Ｄ変換カードには時定数２．５msec以下のものを、Ｄ／
Ａ変換カードには時定数１５msec以下のものを使用し
て、ＰＣの演算処理時間（スキャンタイム）を３０〜４
０msec以下のものにした。

【００２８】前記ディジタルフィルタ２０には一般的な
一次遅れ系 exp（−Ls）／（１＋Ts）（ｓ：ラプラシア
ン，Ｌ：無駄時間，Ｔ：一次遅れ時定数）が組込まれて
いるが、前記攪拌作動信号やパウダ鋳造信号が入力され
ると、この一次遅れ時定数を変更することによりディジ
タルフィルタの時定数が変更され、これによりローパス
或いはハイパスされる信号のうねり成分が大きくなった
り小さくなったりして湯面の波状態が吸収されなかった
り吸収されたりする。具体的には前記攪拌作動信号が入
力された場合には図１０ａに示すように溶鋼の貫通部内
壁面近傍は波立ちが小さいので時定数を小さく設定して
温度の検出を鋭敏にし、攪拌作動信号が入力されない場
合には図１０ｂに示すように溶鋼の貫通部内壁面近傍に
は波立ちがあるので時定数を大きく設定して温度の検出
を愚鈍化して波による温度変動を相殺するようにしてい
る。ちなみに、前記攪拌信号が入力された場合には温度
検出信号のサンプリング数も変更されるようにしてあ
る。

【００２９】次に前記各温度−モールドレベル特性回帰
式について説明する。前述したように熱電対の起電力が
温度変化に伴ってリニアに変化する範囲は予め決定して
いるので、このリニア範囲をもって湯面高さを算出す
る。図５は鋳込み中の温度−モールドレベル特性回帰式
（以下定常時温度−モールドレベル特性回帰式と記す）
である。鋳込み中は鋳型が十分に熱せられているので、
熱電対が検出する温度も比較的高いため、熱電対により
検出される温度範囲を上方にシフトしてある。

【００３０】まず第一熱電対１ａにより検出された検出
温度：Ｔ₁ で第一熱電対１ａにより算出される湯面高
さ：Ｌは、 Ｌ＝−0.265 Ｔ₁ ＋102.49 ………（１） で表される。従って、第一熱電対１ａによる上限検出温
度Ｔ₁ が１８０℃の場合、湯面高さＬは鋳型上端からの
距離が５５ｍｍ、下限検出温度Ｔ₁ が６６℃の場合は湯
面高さＬは鋳型上端からの距離が８５ｍｍとなる。

【００３１】次に第二熱電対１ｂにより検出された検出
温度：Ｔ₂ で第二熱電対１ｂにより算出される湯面高
さ：Ｌは、 Ｌ＝−0.265 Ｔ₂ ＋132.49 ………（２） で表される。従って、第二熱電対１ｂによる上限検出温
度Ｔ₂ が１８０℃の場合、湯面高さＬは鋳型上端からの
距離が８５ｍｍ、下限検出温度Ｔ₂ が６６℃の場合、湯
面高さＬは鋳型上端からの距離が１１５ｍｍとなる。

【００３２】次に第三熱電対１ｃにより検出された検出
温度：Ｔ₃ で第三熱電対１ｃにより算出される湯面高
さ：Ｌは、 Ｌ＝−0.265 Ｔ₃ ＋162.49 ………（３） で表される。従って、第三熱電対１ｃによる上限検出温
度Ｔ₃ が１８０℃の場合、湯面高さＬは鋳型上端からの
距離が１１５ｍｍ、下限検出温度Ｔ₃ が６６℃の場合、
湯面高さＬは鋳型上端からの距離が１４５ｍｍとなる。

【００３３】次に第四熱電対１ｄにより検出された検出
温度：Ｔ₄ で第四熱電対１ｄにより算出される湯面高
さ：Ｌは、 Ｌ＝−0.265 Ｔ₄ ＋192.49 ………（４） で表される。従って、第四熱電対１ｄによる上限検出温
度Ｔ₄ が１８０℃の場合、湯面高さＬは鋳型上端からの
距離が１４５ｍｍ、下限検出温度Ｔ₄ が６６℃の場合、
湯面高さＬは鋳型上端からの距離が１７５ｍｍとなる。

【００３４】但し、前記湯面高さＬの制御範囲は鋳型上
端から６０ｍｍ〜１６０ｍｍの範囲であるから、これら
の熱電対１ａ〜１ｄで検出できる範囲内に納まってお
り、十分制御可能である。図６は鋳込み開始時の温度−
モールドレベル特性回帰式（以下開始時温度−モールド
レベル特性回帰式と記す）である。鋳込みの開始時は鋳
型が冷却しているので、熱電対が検出する温度も低いた
め、熱電対により検出される温度範囲を下方にシフトし
てある。

【００３５】まず第一熱電対１ａにより検出された検出
温度：Ｔ_1Wで第一熱電対１ａにより算出される湯面高
さ：Ｌは、 Ｌ＝−0.58Ｔ_1W＋96.76 ………（５） で表される。従って、第一熱電対１ａによる上限検出温
度Ｔ_1Wが７２℃の場合、湯面高さＬは鋳型上端からの距
離が５５ｍｍ、下限検出温度Ｔ_1Wが４０℃の場合、湯面
高さＬは鋳型上端からの距離が８５ｍｍとなる。

【００３６】次に第二熱電対１ｂにより検出された検出
温度：Ｔ_2Wで第二熱電対１ｂにより算出される湯面高
さ：Ｌは、 Ｌ＝−0.58Ｔ_2W＋126.76 ………（６） で表される。従って、第二熱電対１ｂによる上限検出温
度Ｔ_2Wが７２℃の場合、湯面高さＬは鋳型上端からの距
離が８５ｍｍ、下限検出温度Ｔ_2Wが４０℃の場合、湯面
高さＬは鋳型上端からの距離が１１５ｍｍとなる。

【００３７】次に第三熱電対１ｃにより検出された検出
温度：Ｔ_3Wで第三熱電対１ｃにより算出される湯面高
さ：Ｌは、 Ｌ＝−0.58Ｔ_3W＋156.76 ………（７） で表される。従って、第三熱電対１ｃによる上限検出温
度Ｔ_3Wが７２℃の場合、湯面高さＬは鋳型上端からの距
離が１１５ｍｍ、下限検出温度Ｔ_3Wが４０℃の場合、湯
面高さＬは鋳型上端からの距離が１４５ｍｍとなる。

【００３８】第四熱電対１ｄにより検出された検出温
度：Ｔ_4Wで第四熱電対１ｄにより算出される湯面高さ：
Ｌは、 Ｌ＝−0.58Ｔ_4W＋186.76 ………（８） で表される。従って、第四熱電対１ｄによる上限検出温
度Ｔ_4Wが７２℃の場合、湯面高さＬは鋳型上端からの距
離が１４５ｍｍ、下限検出温度Ｔ_4Wが４０℃の場合、湯
面高さＬは鋳型上端からの距離が１７５ｍｍとなる。

【００３９】但し、前記湯面高さＬの制御範囲は鋳型上
端から６０ｍｍ〜１６０ｍｍの範囲であるから、これら
の熱電対１ａ〜１ｄで検出できる範囲内に納まってお
り、十分制御可能である。これらの熱電対からの検出信
号を前記ＰＣ内に記憶された温度−モールドレベル特性
回帰式に従って湯面高さに応じた出力信号を前記溶鋼湯
面高さ信号として、例えば溶鋼注入制御装置や凝固シェ
ル引抜き速度制御装置等に出力する。この実施例では前
記出力信号の電流値を下記表１及び図７のように設定
し、鋳込み開始時と鋳込み中とでそれらを切り換えて適
用するようにしてある。なお、前記温度−モールドレベ
ル特性回帰式は事前に鋳型を試験してその特性を把握し
て得られたものであり、本発明のモールドレベル計はワ
ンポイントキャリブレーションを行うだけで一般の連続
鋳造機にも使用可能としてある。

【００４０】

【表１】

【００４１】また本発明のモールドレベル計では前記四
つの鋳型内温度検出用熱電対が断線等のトラブルにより
作動しなくなった場合に、その故障した熱電対を隣接す
る熱電対により補償する手段が講じられている。前記温
度変換器から温度上限値信号が出力された場合は、前記
ＰＣは前記定常時温度−モールドレベル特性回帰式から
図８に示す異常時の温度−モールドレベル特性回帰式に
切り換えて温度の計測及び湯面高さ計測の制御を行う。

【００４２】前記図８において、定常時における第一熱
電対１ａの下限以下に拡張された温度検出範囲は６６〜
３４．１℃以下であり、この範囲内の温度Ｔ_1L−湯面高
さＬ特性は下記９式で表される。これにより少なくとも
モールド上端から８５〜１００ｍｍの位置の湯面高さＬ
を第一熱電対１ａにより計測することができる。 Ｌ＝−0.47Ｔ_1L＋116.02 ………（９） また定常時における第三熱電対１ｃの上限以上に拡張さ
れた温度検出範囲は１８０〜２４３．５℃以上であり、
この範囲内の温度Ｔ_3U−湯面高さＬ特性は下記１０式で
表される。これにより少なくともモールド上端から１０
０〜１１５ｍｍの位置の湯面高さＬを第三熱電対１ｃに
より計測することができる。

【００４３】 Ｌ＝−0.23Ｔ_3U＋156 ………（10） また定常時における第二熱電対１ｂの下限以下に拡張さ
れた温度検出範囲は６６〜３４．１℃以下であり、この
範囲内の温度Ｔ_2L−湯面高さＬ特性は下記１１式で表さ
れる。これにより少なくともモールド上端から１１５〜
１３０ｍｍの位置の湯面高さＬを第二熱電対１ｂにより
計測することができる。

【００４４】 Ｌ＝−0.47Ｔ_2L＋146.02 ………（11） また定常時における第四熱電対１ｄの上限以上に拡張さ
れた温度検出範囲は１８０〜２４３．５℃以上であり、
この範囲内の温度Ｔ_4U−湯面高さＬ特性は下記１２式で
表される。これにより少なくともモールド上端から１３
０〜１４５ｍｍの位置の湯面高さＬを第四熱電対１ｄに
より計測することができる。

【００４５】 Ｌ＝−0.23Ｔ_4U＋186 ………（12） また定常時における第三熱電対１ｃの下限以下に拡張さ
れた温度検出範囲は６６〜３４．１℃以下であり、この
範囲内の温度Ｔ_3L−湯面高さＬ特性は下記１３式で表さ
れる。これにより少なくともモールド上端から１４５〜
１６０ｍｍの位置の湯面高さＬを第三熱電対１ｃにより
計測することができる。

【００４６】 Ｌ＝−0.47Ｔ_3L＋176.02 ………（13） 従って、例えば第二熱電対１ｂが故障した場合には、前
記第一熱電対１ａの下限以下に拡張された温度検出範囲
Ｔ_1Lと前記第三熱電対１ｃの上限以上に拡張された温度
検出範囲Ｔ_3Uとにより、該第二熱電対１ｂが検出すべき
温度範囲Ｔ₂ をバックアップすることができ、また例え
ば第三熱電対１ｃが故障した場合には、前記第二熱電対
１ｂの下限以下に拡張された温度検出範囲Ｔ_2Lと前記第
四熱電対１ｄの上限以上に拡張された温度検出範囲Ｔ_4U
とにより、該第三熱電対１ｃが検出すべき温度範囲Ｔ₃
をバックアップすることができる。前記ＰＣではこのよ
うにして検出された鋳型内温度から図８に示す異常時温
度−モールドレベル特性回帰式に基づいて湯面高さを算
出決定し、この湯面高さに応じた前記定常時と同様の電
流値勾配を有する溶鋼湯面高さ信号を出力することによ
り、鋳込みを中断することなく計測を継続実施すること
ができる。但し、前記熱電対故障信号は前述したように
集中制御装置等に出力されており、この信号を入力した
制御装置側ではこれを光や音の信号にしてオペレータに
認識させるようにしてある。この故障時のバックアップ
はあくまでも連続鋳造を停止しないための応急策であ
り、常時このバックアップを用いて操業するためのもの
ではない。

【００４７】更に本発明のモールドレベル計ではパウダ
鋳造時の湯面高さを計測するためのパウダ鋳造モードが
設定されている。前述のように、パウダ鋳造法では溶鋼
と鋳型内壁との間に溶融パウダが介在するために、両者
間の熱伝達率が低下し、湯面高さ変動に伴う温度変化に
遅れが生じるため、湯面高さの算出が実際の湯面高さ変
動に追随しにくい。具体的には検出される温度が低くな
るため、前記定常時の温度−モールドレベル特性回帰式
に従って湯面高さを算出した場合には、実際の湯面高さ
よりも高く算出されてしまう。従って、前記パウダ鋳造
モードでは前記集中制御装置等からパウダ鋳造信号が入
力されると、前記ディジタルフィルタの時定数と、温度
−モールドレベル特性回帰式とを切り換えることにより
該パウダ鋳造時の湯面高さ算出をより正確なものとして
いる。このパウダ鋳造時温度−モールドレベル特性回帰
式はここでは詳述しないが、具体的には前記定常時温度
−モールドレベル特性回帰式の温度勾配、即ち１〜４式
の係数を小さくし、温度−モールドレベル特性回帰式の
切片、即ち１〜４式の定数を小さくすることにより対応
する。この実施例ではオペレータの操作によりパウダ鋳
造信号を入力するとしたが、これを温度勾配の変化等か
ら自動検出するようにしてもよい。

【００４８】なお、前記攪拌作動信号が入力された場合
には、前記鋳型温度の検出信号のサンプリング数を変更
してそれらの平均温度演算方法も切り換えるようにして
ある。更に本発明では前記始動停止用熱電対２で検出さ
れた鋳型内温度に基づいて鋳込みオートスタート信号及
び鋳込みオートストップ信号が出力される。前述したよ
うに鋳型中が空である状態から溶鋼が注入される鋳込み
開始時と、鋳型中に溶鋼がある鋳込み中とでは温度−湯
面高さ特性は全く異なる。従って、鋳込みのオートスタ
ート温度と鋳込みのオートストップ温度とを同一温度に
設定したのでは、実質的に鋳込みのオートスタート及び
鋳込みのオートストップの何れか一方の制御しかできな
くなる。本発明では前記始動停止用熱電対２で検出され
た鋳型温度を、異なる鋳込みオートスタート温度及び鋳
込みオートストップ温度と比較することにより双方を自
動的に制御する。即ち、前記ＰＣ内では始動停止用熱電
対２の検出温度Ｔ₅ が鋳込みオートスタート温度Ｔ
_START より高くなった場合には鋳込みのオートスタート
信号を出力し、該熱電対２の検出温度Ｔ₅ が鋳込みオー
トストップ温度Ｔ_STOPより低くなった場合には鋳込みの
オートストップ信号を出力する。

【００４９】このモールドレベル計による電磁攪拌作動
時の各出力信号を図９に示す。このうち図９ａ〜ｄは夫
々第一〜第四熱電対１ａ〜１ｄによる温度検出信号であ
り、図９ｅはレベル計による湯面高さの計測信号であ
り、図９ｆは鋳込み速度データである。これらの図から
明らかなように鋳込み速度が増大して湯面高さが下がる
とそれに追随して湯面高さの計測値も低下し、鋳込み速
度が減少して湯面高さが上がるとそれに追随して湯面高
さの計測値も高上している。しかもその検出の遅れ時間
は極めて小さく、このモールドレベル計の応答性の良さ
を示している。

【００５０】このモールドレベル計を用いた実際の連続
鋳造機において従来の諸問題に対する評価を行ってみ
た。 １．鋳込みもオートスタート及びオートストップとも問
題なく実施できている。 ２．湯面高さの計測精度は±４．６ｍｍ以下を実現して
おり、高張力鋼等の高級鋼製造にも十分に対応できてい
る。

【００５１】３．電磁攪拌の作動時も非作動時も正確な
湯面高さの計測を実現している。 ４．パウダ鋳造時にも十分に実用レベルの計測精度を実
現している。 ５．熱電対の断線バックアップでは若干計測精度が低下
するものの、実質的な対応は可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係るモールドレベル計では、鋳型温度検出手段に
より湯面高さの検出範囲又はその近傍のうち高さの異な
る少なくとも四点以上の鋳型内の測定点の温度を検出す
るものであるため、従来三点で検出していた鋳型内の温
度計測範囲を狭くして、その分だけ鋭敏なレベル検出が
可能となる。また従来検出された温度から湯面高さを演
算し直すものと異なり、検出された温度から温度ーモー
ルドレベル特性回帰式に従って直接的に湯面高さを算出
するものであるため、算出される湯面高さの計測精度が
向上し、また応答性も向上する。

【００５３】本発明のうち請求項２又は３に係るモール
ドレベル計では、鋳込み開始時と鋳込み中とで異なる前
記温度勾配特性の相関関係を表す回帰式に従って、夫々
の鋳込み状態における湯面高さを算出するものであるた
め、この計測された湯面高さをもって注入される溶鋼の
流量を制御する等して連続鋳造機を完全自動で制御する
ことが可能となる。

【００５４】本発明のうち請求項４に係るモールドレベ
ル計では、前記演算処理手段を構成する部品に時定数や
検索時間の小さなものを用いて高速演算処理を可能とし
たことにより、湯面高さの変動に計測レベルが追随し、
これにより更に湯面高さの計測誤差を小さくして精度を
向上せしめ、応答性を向上することができる。本発明の
うち請求項５に係るモールドレベル計では、溶鋼攪拌手
段の作動中か否かに応じて算出される湯面高さを補正す
るものであるため、溶鋼の攪拌の有る無しに係わらず、
正確で且つ安定した湯面高さの計測を可能とすることが
できる。

【００５５】本発明のうち請求項６に係るモールドレベ
ル計では、パウダ鋳造時であるか否かに応じて算出され
る湯面高さを補正するものであるため、パウダ鋳造にお
ける湯面高さの計測を可能とすることができる。本発明
のうち請求項７に係るモールドレベル計では、故障検出
手段からの検出信号に基づいて故障した鋳型温度検出手
段で測定されるべき測定点の温度を補間するものである
ため、湯面高さの計測を継続して行うことができ、これ
により連続鋳造を中断する必要がなくなり、ライン稼動
率が向上する。

【００５６】本発明のうち請求項８に係るモールドレベ
ル計では、始動停止温度検出手段からの検出信号に基づ
いて鋳込みのオートスタート及び鋳込みのオートストッ
プを制御するものであるため、異なる鋳込みオートスタ
ート温度と鋳込みオートストップ温度とを設定すること
により計測の自動始動終了を行うことができ、作業性を
向上することができる。

【００５７】このように本発明のモールドレベル計では
湯面高さの計測精度を向上し且つその計測所要時間を短
縮して応答性を向上することができると共に、自動運転
停止を可能ならしめて工数を低減することによりコスト
をも低減することを可能とし、更にはあらゆる操業条件
下でも湯面高さの自動計測を可能ならしめてラインの稼
動率を向上することができるなど、従来のモールドレベ
ル計の殆どの問題点を解決してその用途を飛躍的に拡大
できるものとして、業界において大きな有益性を発揮す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモールドレベル計の一実施例を示す主
要構成図であり、（ａ）は全体概略構成図、（ｂ）はプ
ログラマブルコントローラの概略ブロック図である。

【図２】図１のモールドレベル計に使用された熱電対の
正面図である。

【図３】図２の熱電対の鋳型への取付け位置の説明図で
ある。

【図４】図３の熱電対と計測機本体との接続説明図であ
る。

【図５】図１のモールドレベル計に記憶された定常時の
温度−湯面高さの特性回帰式を示す相関関係図である。

【図６】図１のモールドレベル計に記憶された鋳込み開
始時の温度−湯面高さの特性回帰式を示す相関関係図で
ある。

【図７】図５の定常時の相関関係図と図６の鋳込み開始
時の特性回帰式を示す相関関係図とを比較した説明図で
ある。

【図８】図１のモールドレベル計に記憶された故障時の
温度−湯面高さの特性回帰式を示す相関関係図である。

【図９】図１のモールドレベル計から出力された各種信
号の説明図であり、（ａ）〜（ｄ）は第一〜第四熱電対
による検出温度の出力値を示す説明図、（ｅ）は計測湯
面高さの出力値を示す説明図、（ｆ）は鋳込み速度の説
明図である。

【図１０】電磁攪拌による湯面の状態を示す説明図であ
り、（ａ）は攪拌状態、（ｂ）は非攪拌状態を示すもの
である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄは鋳型内温度検出用熱電対 ２は始動停止用熱電対 １０はプログラマブルコントローラ １１ａ〜１１ｄは温度変換器 １２は温度変換器 Ａは鋳型 Ｂは溶鋼 Ｃは凝固シェル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大岩 美貴 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 青木 修三 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１− １ 大和電機製鋼株式会社内 (72)発明者 志摩 亨 愛媛県新居浜市惣開町５番２号 住友重 機械工業株式会社新居浜製造所内 (72)発明者 土岐 武男 愛媛県新居浜市惣開町５番２号 住友重 機械工業株式会社新居浜製造所内 (56)参考文献 特開 昭54−77233（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−259528（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−192862（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/16 104

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型内の温度から鋳型中の溶鋼の湯面高
   さを計測するモールドレベル計において、前記湯面高さ
   の検出範囲又はその近傍のうち高さの異なる少なくとも
   四点以上の鋳型内の測定点の温度を検出する鋳型温度検
   出手段と、前記四点以上の各測定点における温度勾配特
   性と湯面高さとの相関関係を回帰式として予め記憶し、
   前記鋳型温度検出手段からの検出信号に基づいて、各測
   定点の温度を前記回帰式に代入して直接的に湯面高さを
   算出する演算処理手段とを設けたことを特徴とするモー
   ルドレベル計。
2. 【請求項２】 前記温度勾配特性と湯面高さとの相関関
   係は鋳込み開始時と鋳込み中とで異なり、前記演算処理
   手段は、鋳込み開始時と鋳込み中とで異なる前記相関関
   係を表す回帰式に基づいて、夫々の鋳込み状態における
   湯面高さを直接的に算出することを特徴とする請求項１
   に記載のモールドレベル計。
3. 【請求項３】 鋳型内の温度から鋳型中の溶鋼の湯面高
   さを計測するモールドレベル計において、前記湯面高さ
   の検出範囲又はその近傍のうち鋳型内の高さの異なる所
   定の測定点の温度を検出する鋳型温度検出手段と、前記
   各測定点における、鋳込み開始時と鋳込み中とで異なる
   温度勾配特性と湯面高さとの相関関係を回帰式として予
   め記憶し、前記鋳型温度検出手段からの検出信号に基づ
   いて、各測定点の温度を前記回帰式に代入して、鋳込み
   開始時と鋳込み中の夫々の鋳込み状態における湯面高さ
   を直接的に算出する演算処理手段とを設けたことを特徴
   とするモールドレベル計。
4. 【請求項４】 前記演算処理手段を構成する部品に時定
   数や検索時間の小さなものを用いて高速演算処理を可能
   としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載
   のモールドレベル計。
5. 【請求項５】 鋳型中に溶鋼攪拌手段を有し、該溶鋼攪
   拌手段が作動中であるか否かを検出する攪拌状態検出手
   段を備え、前記演算処理手段は、該攪拌状態検出手段か
   らの検出信号に基づいて前記算出される湯面高さを補正
   する攪拌状態補正手段を具備したことを特徴とする請求
   項１乃至４の何れかに記載のモールドレベル計。
6. 【請求項６】 鋳込みの状態がパウダ鋳造であるか否か
   を検出するパウダ鋳造検出手段を備え、前記演算処理手
   段は、該パウダ鋳造検出手段からの検出信号に基づいて
   前記算出される湯面高さを補正するパウダ鋳造補正手段
   を具備したことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに
   記載のモールドレベル計。
7. 【請求項７】 前記各測定点の温度を測定する鋳型温度
   検出手段の故障を検出する故障検出手段を備え、前記演
   算処理手段は、該故障検出手段からの検出信号に基づい
   て故障した鋳型温度検出手段に隣接する鋳型温度検出手
   段からの検出信号により該故障した鋳型温度検出手段で
   検出されるべき測定点の温度を補間する故障時補間手段
   を具備したことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに
   記載のモールドレベル計。
8. 【請求項８】 前記鋳型温度検出手段とは個別に鋳込み
   のオートスタート及び鋳込みのオートストップを判定す
   るための始動停止用温度検出手段と、該始動停止用温度
   検出手段からの検出信号に基づいて鋳込みのオートスタ
   ート及びオートストップを制御する始動停止制御手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記
   載のモールドレベル計。