JPH0734980B2 - モールドレベル制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は連続鋳造機（CC）におけるモールド内のレベル
を制御するモールドレベル制御装置、特に、双ベルト方
式の連続鋳造設備のモールドレベル制御に適したモール
ドレベル制御装置に関する。

双ベルト方式の連続鋳造機は粗圧延工程を省略できる等
の利点を有しており、鋳造の生産性を向上しうる方式と
して有望視されている。しかし、所望の鋳造速度を達成
するためには、従来方式よりも格段に速い鋳片の引き速
度が要求され、そのためモールドレベルの制御には従来
方式よりも格段の応答性と信頼性が要求される。

〔従来の技術〕

応答性および信頼性に優れたモールドレベル制御装置を
実現するためには、応答性および信頼性に優れたモール
ドレベルの検出方式を開発することが不可欠である。

モールド内の溶融金属のレベルの検出方式としては、以
下に示すようなものがある。

１）浮き子を利用するもの 溶融金属面に浮き子を浮かべこの浮き子の位置を棒また
はチェーンなどにより検出するもの。

２）光学的（光電変換）手法 溶融金属上面と容器等との接触位置における輝度の違い
に着目し、この境界線を例えばアレイセンサあるいはテ
レビカメラ等を用いて三角測量法によって測定するも
の。

３）超音波によるもの 超音波を溶融金属の表面に照射し、その反射した音波が
戻ってくる時間を測ることで溶融金属表面までの距離を
測定するもの。

４）放射線を利用するもの 溶融金属に対し斜め方向に放射線を透過させ、この放射
線の減衰量より溶融金属の表面位置を検出するもの。

５）浸漬電極式 電極と溶融金属により電圧回路のON−OFF状態を作って
溶融金属のレベルを検出するもの。

６）サーモカップル方式 溶融金属の容器外側壁面に数組の熱電対を埋め込み、温
度分布の変化から間接的に溶融金属のレベルを検出する
ものである。

７）電磁誘導方式 特願昭47−25058号のものはモールド外壁面に深さ方向
に長いコイルを設け、該コイルをインピーダンスブリッ
ジ回路の一辺に接続する構成で、モールド内の溶鋼湯面
高さの変化をモールド壁温度変化として捕らえ、これに
よって生じるモールド壁の固有抵抗変化によりモールド
内に発生する渦電流の変化を利用して溶鋼レベルを検出
するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の技術による溶融金属面の検出方式は、各々以下の
ような問題点があった。即ち、 １）浮き子を利用するもの 高温溶融金属に侵食されない浮き子材料がなく、またス
ラグ、メタル等が浮き子に付着し、浮き子の比重変化を
生じることがあり、その都度更生の必要を生じる。

２）光学的（光電交換）手法 煙、粉塵等が存在する場合、あるいは溶融金属表面にス
ラグ（一般に輝度が低く黒く見える）が浮上する場合は
測定が困難となるだけでなく、この煙等により光学セン
サ部に汚れが生じ、また溶融金属が高温である場合はそ
の熱による陽炎によって光の屈折を生じ、このため測定
誤差を生じる。

３）超音波によるもの 溶融金属が高温の場合は、その熱によって空気の揺らぎ
（空気密度変化）による複雑な音の屈折が生じ測定不能
となる。

４）放射線を利用するもの 安全上の問題があることと、放射線源および検出器を設
置するスペースが無いような場所では使用不可である。

５）浸漬電極式 高温の溶融金属による電極消耗が著しく長期使用が不可
能である。

６）サーモカップル方式 高温溶融金属の場合は容器として耐火煉瓦を用いるため
に熱伝導が悪く、よって測定時間遅れが生じるばかりで
なく検出精度も悪い。またサーモカップルの容器壁内へ
の埋め込みや、サーモカップルが断線した時の交換は容
易でない。

７）電磁誘導式（特願昭47−25058号） メタル境界の温度変化をモールド壁の温度変化として間
接的に測定するので、メタル境界におけるモールド壁の
温度分布が緩慢となるために測定誤差を生じ易くなるば
かりでなく、またモールドを冷却するために、この温度
変化をインピーダンス変化として捕らえることは更に困
難となりよって測定誤差を生じることは避けられなかっ
た。

したがって本発明の目的は、前述のような種々の問題点
を克服したモールドレベルセンサを使用したモールドレ
ベル制御装置を提案することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理構成図である。図において、本発
明のモールドレベル制御装置は、モールド10の外側に配
置され、交番電圧が印加される送信コイル12と、該送信
コイル12において発生し、該モールド10内の湯面の近傍
を透過する交番磁束によって、電流が誘起される位置に
配置された受信コイル14と、該受信コイル14に誘起され
た電流からモールド10内の湯面レベルに対応する信号を
検出し出力する検出手段16と、該検出手段16の出力信号
にもとづき、注入量制御信号を算出し出力する制御演算
手段18と、該注入量制御信号にもとづき、モールド10へ
の溶融金属の注入量を制御する注入量制御手段20とを具
備することを特徴とするものである。

〔作 用〕

送信コイル12において発生した交番磁束のごく一部はモ
ールド10の壁を透過し、湯面付近の空気中または溶融金
属を透過し、モールド10の他方の壁を透過して受信コイ
ル14に達する。磁束が溶融金属内を透過する場合にはこ
の磁束によって溶融金属内に渦電流が発生し、ジュール
熱として消費されるため、その分だけ受信コイル14に達
する磁束は少なくなる。したがって湯面の近傍を透過し
て受信コイル14へ達する磁束はモールド10内の溶融金属
のレベルに応じて変化し、この変化に応じて変化する電
流が受信コイル14に流れる。検出手段16はこの信号のみ
を取り出し、モールドレベル検出信号とする。さらに、
制御手段18と注入量制御手段20とによって制御ループが
形成され、モールドレベルの制御が行なわれる。

〔実施例〕

第２図は本発明を双ベルト式連続鋳造機の湯面制御に適
用した例を表わす図である。

タンディッシュ204内の溶鋼は、紙面方向に狭く紙面に
垂直な方向に広い幅の、断面がほぼ矩形の偏平ノズル20
6を通してモールド100に注入される。モールド100は、
偏平ノズル206の長辺の幅よりも広い幅の、ノズル３を
間にして対向する２つの鋳造ベルト110,112と、偏平ノ
ズル206の短辺の幅よりも広い厚みの、ノズル206を間に
して対向する２つの移動短辺（図示せず）で構成されて
いる。

フェライトコアー上に捲いた送信コイル120には交流電
源122が印加されており、これによって交番磁束が発生
する。その交番磁束の一部はコイル120の直上方向なら
びに直下方向に分布し、また一部は鋳造ベルト110の一
部であるモールド100の側壁102の内部に入りその側壁10
2の上方向ならびに下方向に通過する。そして更に磁束
密度は小ではあるが一部の磁束は側壁102を透過し溶鋼
内または空気中（これは、その時の溶鋼のレベル位置に
よって、溶鋼中かまた空気中か、あるいは第２図に示す
ように中間的位置のいずれかである）を通過し、他方の
側壁104に達する。側壁104に達した磁束の一部は側壁10
4内に入り側壁104の上方向ならびに下方向に通過する。
そしてごく一部の磁束は受信コイル140に達した誘起電
圧信号を発生する。この信号値は、受信コイル140に達
する磁束が微少であるが故に非常に小さく（発明者等に
よる実測結果によれば、受信コイル140に誘過される電
圧値は交流電源122の電圧値の約1/100であった）、よっ
て実際の測定現場においては溶鋼レベル測定信号と無関
係な有害なノイズ成分の影響を受け易い。そこで発明者
等は以下に述べる手段によってこの有害なノイズ成分を
除去することで実用化に成功した。即ち、受信コイル14
0の出力を、先ず交流電源122と同じ周波数のみを通過さ
せるバンドパスフィルター160によって有害ノイズ成分
を除去する。

しかし、バンドパスフィルター160を通過した信号中に
は交流電源とほぼ同じ周波数のノイズ成分が含まれてい
る場合もあり得るので、バンドパスフィルター160を通
過した有効な信号の位相にあうように交流電源122の位
相を調整した後、公知の同期整流器162を用いて交流電
源122に同期した信号のみを直流電圧信号に変換する。
交流電源122に同期していない信号（不要な信号）は交
流電圧として同期整流器162より出力されるので、この
交流電圧は直流電圧および非に低い周波数のみを通過さ
せるローパスフィルター164によって除去し、直流信号
成分のみとして有効な信号のみを取り出すことができ
る。

さて、溶鋼がモールド100内に充満している場合は、側
壁102を透過した一部の磁束が溶鋼内を通過する際、こ
の磁束によって溶鋼内に渦電流が発生し、これはこの内
部でジュール熱として消耗されるため受信コイル140に
発する磁束は過小となる。

しかし、モールド100内に溶鋼が皆無で空気のみの場合
は、前記のような溶鋼内での渦電流が生じることがない
ので、ここでの磁束の減衰は少なくジュール熱として消
耗されることが無いため、受信コイル140に達する磁束
は溶鋼が満たされている場合に比べて大である。

そして、この受信コイル140に誘起される電圧は、第３
図に示す実測データのごとく送、受信コイルの近傍に溶
鋼レベルがある場合においては、この溶鋼レベル位置に
よって逆順且つ連続的に変化する。よって、この誘起電
圧を測定すれば第３図に示す受信コイル誘起電圧対溶鋼
レベル特性より送、受信コイル120,140近傍における溶
融金属のレベル位置を検出することができる。

PID演算装置180はローパスフィルター164から出力され
る湯面レベル信号と目標レベル信号との差に対して周知
のPID演算を行ない制御信号を出力する。スラインディ
ングノズル駆動装置200はこの制御信号に応じて、タン
ディッシュ240と偏平ノズル206との間に設けられたスラ
インディングノズル202の開度を制御してモールド100へ
の溶鋼の注入量を調節する。

なお注入量の調節は、偏平ノズルを狭んでコイルを設
け、このコイルをステータとし溶鋼をロータとするリニ
アモータによって溶鋼流を調節することによっても良
く、また両者を併用して、大きい偏差に対してはスライ
ンディングノズル202の開閉により調節し、小さい偏差
に対してはリニアモータにより調節する構成とすれば、
応答性と安定性に優れた制御が可能となる。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように本発明によれば、モールドレベル
制御に使用される湯面センサは、溶融金属中にセンサを
入れる方式では無いので、高温溶融金属によるセンサの
消耗が無く、よって保守を不要とし高信頼度で半永久的
な使用を可能とする。

また磁気式であるため、煙、粉塵、蒸気等が存在してい
ても、あるいは高温による空気の揺らぎがあってもその
影響を全く受けない。

また更に、本発明の方式は溶融金属そのものの中で発生
する渦電流の大小により測定する方式であるから、例え
ば前述の特願昭47−25058号、あるいはサーモカップル
方式の如き間接的な測定法ではないため、検出時間遅れ
が無く、よって応答性が非常に良い。

加えて、放射線等の有害な物を用いる物では無いため、
安全上の問題も皆無である。

このような数々の特長を有するセンサを使用することに
より、応答性および信頼性に優れたモールドレベル制御
装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成を表わすブロック図、 第２図は本発明の一実施例を表わすブロック図、 第３図は本発明に使用される湯面センサにおける受信コ
イルの誘起電圧対溶鋼レベルの特性を表わすグラフ。 図において、 10,100……モールド、 12,120……送信コイル、 14,140……受信コイル。

フロントページの続き (72)発明者 徳田 篤洋 大分県大分市大字西ノ州１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭58−53363（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−35054（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−46172（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モールド（10）の外側に配置され、交番電
   圧が印加される送信コイル（12）と、 該送信コイル（12）において発生し、該モールド（10）
   内の湯面の近傍を透過する交番磁束によって、電流が誘
   起される位置に配置された受信コイル（14）と、 該受信コイル（14）に誘起された電流からモールド（1
   0）内の湯面レベルに対応する信号を検出し出力する検
   出手段（16）と、 該検出手段（16）の出力信号にもとづき、注入量制御信
   号を算出し出力する制御演算手段（18）と、 該注入量制御信号にもとづき、モールド（10）への溶融
   金属の注入量を制御する注入量制御手段（20）とを具備
   することを特徴とするモールドレベル制御装置。