JP2008254017A - 連続鋳造設備における鋳型熱電対の診断方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操業状態と同様の取付状態において的確に熱電対の正常・異常を診断できる連続鋳造設備における鋳型熱電対の診断方法及び装置を得る。
【解決手段】連続鋳造設備の鋳型に取り付けられる温度センサーの設置状態の正常・異常を診断する鋳型熱電対の診断方法であって、温度センサーとして接地式シース熱電対５を、機械的に鋳型側に押し付けた状態で、かつ、接地式シース熱電対５の先端以外を電気的に絶縁した状態で取り付け、接地式シース熱電対５のプラス端子および／またはマイナス端子と前記鋳型本体間の電気抵抗を測定し、その測定値が予め定めた基準範囲を外れたときに当該熱電対を異常と判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、連続鋳造設備に用いられる鋳型熱電対の正常・異常、より具体的には鋳型熱電対の設置状態の正常・異常を診断する鋳型熱電対の診断方法及び装置に関する。

連続鋳造設備の鋳型の温度は、拘束性ブレークアウトの予防や、鋳型内の溶鋼流動状況の監視、溶鋼レベルの間接測定等の目的で、主に温度センサーとして熱電対を使って連続的に測定されている。そして、これら測定温度を安定して長期間測定することが、上記の種々の目的を達成するためには不可欠となっている。

連続鋳造設備の鋳型に用いられる熱電対は、高温、多湿、振動、粉塵多いといった劣悪な環境化において、安定して温度を測定する必要から、裸素線での使用をさけてシース熱電対を用いている。
また、測定箇所に熱電対を溶接や接着材を使って固定すると振動による断線や剥離が発生し易いため、シース熱電対をばね等で機械的に測定点に押し付ける取り付け構造を採用していることが多い。

しかしながら、上記のような対策を講じても、長期間の使用により熱電対が異常となることがあり、異常になった熱電対では当然のことながら正常な温度測定が行えず、上記目的が達成できない。
そこで、熱電対の正常・異常を診断する必要があるが、熱電対の異常状態のうち、断線についてはバーンアウト機能等で簡易に判別できる。
ところが、センサー個体のバラツキや取り付け時のバラツキによる測定誤差や、測定の応答性の鈍化や、測定精度の劣化といった、断線のように全く測温データが得られないのではなく、何らかの測温データが得られる状態の熱電対の異常を検知することは容易ではなく、種々の研究がなされている。

このような、何らかの測温データが得られる状態における熱電対の正常・異常を診断する提案として、以下のものがある。
（１）複数個の熱電対を鋳型の取り付け部位毎にグループ分けし、鋳型に取り付けられた状態において熱電対を蒸気等で加熱し、各熱電対の起電力を測定して温度に変換し、予め決められた基準値と比較することにより熱電対の正常異常を判定する方法（特許文献１参照）。

（２）実操業中の測温データを元に、異なる位置に取り付けられた熱電対の温度変化の頻度を規格化して基準値と比較することにより、応答性の劣化した熱電対を判定する方法、測温データの平均値が所定温度範囲内にあることで測温部に浸水していることを判定する方法、および鋳造開始時の温度上昇時の温度変化率および到達最高温度をそれぞれ基準値と比較して応答性の劣化した熱電対を判定する方法（特許文献２参照）。
特開平８−１５９８８３号公報 特開２００４−３１４１２６号公報

特許文献１に記載のものは、熱電対を設置したときの個々のバラツキをなくし、異常な熱電対を補修、交換することにより鋳型の使用開始時には正常な状態で熱電対が設置されていることを事前に管理できるといった利点がある。
しかしながら、操業状態での使用中という劣悪な環境において測定特性が徐々に劣化していくことをオンラインで検知することは難しい。
また、熱電対取り付け施工時に鋳型を蒸気等で高温に加熱するといった危険で手間のかかる作業を実施しなければならないといった問題点もある。

他方、特許文献２に記載のものは、操業中のオンラインの測温データ-に基づいて判定するため、操業中の熱電対設置環境による測定特性の変化を速やかに検知し、異常熱電対に対する処置をオンラインで行えるといった利点がある。
しかしながら、実操業における測定データ-に基づいて判定を行っているため、異常とみられるような測温特性の変化があったとしても、それが鋳型内の溶鋼流動や鋳型と溶鋼間に存在するパウダーフィルムの流動状況といった操業状況に起因して発生しているものなのか、熱電対や熱電対の設置状態の劣化に起因して発生しているものなのかを明確に判別することは困難であり、熱電対の正常・異常を正確に判定するのが難しいという問題点かある。

さらに、上記のいずれの特許文献のものも、熱電対の測温信号に基づいて熱電対の正常・異常を判定していることから、異常と判定されたとしても、それが熱電対そのものの不具合に起因するのか、それとも熱電対の設置状態の劣化によるものかを判別することはできない。
そのため、異常と判定されてもその後の対策、すなわち熱電対自体を交換すべきなのか、熱電対の設置状態を改善すべきなのかを知ることができないという問題があった。

本発明は、上記従来技術の有する問題点を解決するためになされたものであり、操業状態と同様の取付状態において的確に熱電対の正常・異常を診断できる連続鋳造設備における鋳型熱電対の診断方法及び装置を得ることを目的としている。

鋳型熱電対による温度計測が不良になる原因としては、熱電対そのものが異常になる場合、熱電対の設置状態が異常になる場合、これら両方が異常になる場合等が考えられる。
前述したように、最近の鋳型熱電対は鋳型に対してばね等によって機械的に押し付けて取り付けられているものが多い。
そのため、熱電対の取付当初から取付状態にばらつきがある場合や、ばね等の押し付け手段の不具合によって押し付け不良になる場合や、あるいは熱電対の先端と鋳型との間に蒸気などによる酸化皮膜が形成され、これによって鋳型熱電対の鋳型への接触状態が不良になる場合が考えられる。

発明者は、鋳型熱電対による温度計測が不良になる原因について調査したところ、上述した原因のうちで鋳型熱電対と鋳型との接触状態が異常になることに起因するものが多いとの知見を得た。
ところが、従来においては、鋳型熱電対による測温信号に基づいて鋳型熱電対の正常、異常を判定していたため、前述したように、鋳型熱電対事態の異常なのか接触状態の異常なのかを特定できず、その後の対策を円滑に採ることができないという問題があった。
そこで、発明者は、鋳型熱電対と鋳型との接触状態の正常・異常を確実に診断することができれば、鋳型熱電対による温度測定の異常原因を的確に判定することができるとの着想を得た。

そして、鋳型熱電対からの測温信号によって鋳型熱電対の異常を判定するという従来の発想を転換して、鋳型熱電対からの測温信号に基づくのではなく、鋳型熱電対と鋳型との電気抵抗を測定することにより熱電対の接触状態を診断するという新規な着想を得た。そして、そのためには、鋳型熱電対として、接地式シース熱電対を用いることで簡易な手段での測定が可能であるとの知見を得て、本発明を完成したものである。
具体的には、以下の構成を備えている。

（１）本発明に係る鋳型熱電対の診断方法は、連続鋳造設備の鋳型に取り付けられる温度センサーの設置状態の正常・異常を診断する鋳型熱電対の診断方法であって、前記温度センサーとして接地式シース熱電対を、機械的に鋳型側に押し付けた状態で、かつ、該接地式シース熱電対の先端以外を電気的に絶縁した状態で取り付け、前記接地式シース熱電対のプラス端子および／またはマイナス端子と前記鋳型本体間の電気抵抗を測定し、その測定値が予め定めた基準範囲を外れたときに当該熱電対を異常と判定することを特徴とするものである。

本発明においては、鋳型熱電対と鋳型との電気抵抗を測定することにより鋳型熱電対の接触状態を簡易に診断できるとの発想を得、そのために、熱電対の測温部の電気抵抗を簡易に測定できる接地式シース熱電対を用いたものである。つまり、鋳型熱電対の接触状態を診断するために熱電対として接地式シース熱電対を用いるという着想自体が新規なものである。

（２）また、本発明に係る鋳型熱電対の正常・異常診断装置は、連続鋳造設備の鋳型に取り付けられる温度センサーの設置状態の正常・異常を診断するものであって、前記鋳型に機械的に押し付けた状態で取り付けられた接地式シース熱電対と、前記接地式シース熱電対をその先端以外を電気的に絶縁した状態で取付ける取付手段と、前記接地式シース熱電対のプラス端子および／またはマイナス端子と鋳型本体との電気抵抗を測定する抵抗測定装置と、該抵抗測定装置で測定された抵抗値が予め設定した範囲を超えたときに当該熱電対を異常と判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするものである。

（３）また、上記（２）に記載の鋳型熱電対の診断装置において、接地式シース熱電対の測温信号を入力して温度に変換する熱電対温度変換器を備えた鋳型温度管理装置に設けられて鋳型熱電対の正常・異常を診断するものであって、前記接地式シース熱電対のプラス端子および／またはマイナス端子と抵抗測定装置の接続と、前記接地式シース熱電対のプラス端子および／またはマイナス端子と前記熱電対温度変換器の接続とを、相互に切り替える熱電対信号切替手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明においては、接地式シース熱電対のプラス端子および／またはマイナス端子と前記鋳型本体間の電気抵抗を測定し、その測定値が予め定めた基準範囲を外れたときに当該熱電対を異常と判定するようにしたので、鋳型に熱電対を取り付けた時の各熱電対の正常、異常判定が、蒸気等で加熱して検査することなく、安全に実行できる。
また、異常を発見した際の異常熱電対に対して、鋳型の接触部や熱電対先端の清掃（酸化皮膜等の除去）や、押し付けばねの補修、熱電対の交換といった具体的な対処が可能になる。

さらに、鋳型が連続鋳造機に搭載され操業中に使われている状態であっても、鋳造停止中の短い時間の間に、鋳型をオフラインとすることなく、熱電対の診断を簡易に行い、その判定をすることができる。
また、操業中であっても短時間の間、診断対象となる熱電対の測定を中断すれば、本発明の方法によって当該熱電対を診断することができ、この意味では操業中の診断も可能である。
さらに、測定される接触抵抗値を管理することにより、操業起因による温度変化と環境起因による温度変化の判別をより明確に行うことが可能となり、異常熱電対の判別精度を向上させることもできる。

［実施の形態１］
図１は本発明の一実施の形態に係る鋳型熱電対の正常・異常診断方法の説明図である。
図１は、鋳型の一部の断面を模式的に示したものであり、鋳型銅板１の外面側に設けられたバックアッププレート３を貫通して接地式シース熱電対５を設置した状態を示している。
本実施の形態に係る鋳型熱電対の正常・異常診断方法は、鋳型温度を測定する温度センサーとして接地式シース熱電対５を用いることを前提としている。
なお、本実施の形態において、接地式シース熱電対５を表現するときに、単に「熱電対」という場合がある。

ここで、接地式シース熱電対５について説明する。図２は接地式シース熱電対５の要部の説明図である。シース熱電対は、熱電対素線１３を金属シース内に納め、酸化マグネシウム等の無機絶縁物で充填密封して一体化したものである。本実施の形態で用いるものは接地型であり、図２に示されるように、素線の先端が金属からならなるシース先端部１５に接合されたものである。シース式熱電対には、素線と先端金属部が接地していない非接地型のものもあるが、本発明では、熱電対と鋳型との接触状態を簡易に診断するために、接地式シース熱電対５を用いるのである。

接地式シース熱電対５は、図１に示すように、ばね７によって鋳型側に押し付けるように設置されている。さらに、接地式シース熱電対５は、測温部となる先端部以外を電気的に絶縁した状態で取り付けられている。具体的には、接地式シース熱電対５を、絶縁部材９を介してバックアッププレート３に取り付け、接地式シース熱電対５の外管と絶縁部材９との間に接地式シース熱電対５を鋳型側に付勢するばね７を設置している。
そして、接地式シース熱電対５のプラス端子およびマイナス端子と鋳型銅板１との抵抗値を、例えばテスター１１によって測定する。
測定された抵抗値が予め定めた基準値の範囲を外れたときに当該熱電対を異常、より正確には熱電対の接触状態が異常であると判定する。

上記のように、本実施の形態においては、例えば鋳型のメンテナンスの時に、図１に示すようにして熱電対と鋳型との接触抵抗値を測定し、この測定値を予め定めた基準値の範囲と比較することで、接地式シース熱電対５と鋳型との接触状態を診断する。
例えば、接地式シース熱電対５を鋳型に押し付けるばね７の付勢力が経年あるいは何らかの要因により低下したような場合、あるいは熱電対の先端と鋳型との間に蒸気などによる酸化皮膜が形成された場合等には、鋳型熱電対の鋳型への接触状態が悪化し、抵抗値が大きくなる。

測定された抵抗値が、予め設定した基準値の範囲を超えている場合には、熱電対の接触状態が異常であると判定する。なお、素線の断線の場合には抵抗値が無限大になるので、抵抗値が無限大ではなく、所定の正常値の範囲を超えているような場合が、接触不良と判定される。
接触状態不良と判定されれば、対象となった熱電対を取り出し、ばね７の交換や、シース先端部１５の研磨など接触不良に対する具体的な対応策を適切に講じることができる。
このように、本実施の形態によれば、熱電対の不具合の中でも頻繁に生ずる接触不良を特定できるので、その後の対策を適切にとることができる。

なお、上記の実施の形態１においては、接地式シース熱電対５のプラス端子およびマイナス端子と鋳型銅板１との抵抗値を測定するようにしたが、接地式シース熱電対５のプラス端子またはマイナス端子のいずれかと鋳型銅板１との抵抗値を測定するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態１では、メンテナンスの時期や稼動前のときなどを想定して、直接鋳型銅板１と接地式シース熱電対５のプラス端子及びマイナス端子との抵抗値を測定するようにした。
しかしながら、鋳造はしていなくても操業時の状態では、直接鋳型銅板１との抵抗値を測定するのは困難である。その場合には、鋳型銅板１と同電位にある接地ベースとの抵抗値を測定すればよい。この場合であっても、抵抗値の絶対値が必要なのではなく、正常状態における抵抗値と相対値をもって正常・異常を判定するのであるから、問題はない。

また、上記の実施の形態では、接地式シース熱電対５を、絶縁部材９を介して取り付けるようにしたが、絶縁部材９を使用しなくても接地式シース熱電対５の外管を絶縁処理してもよい。

[実施の形態２]
図３は本発明の実施の形態２の説明図である。
本実施の形態に係る鋳型熱電対の診断装置は、接地式シース熱電対５の測温信号を入力して温度に変換する熱電対温度変換器２１を備えた鋳型温度管理装置２０に設けられて鋳型熱電対の正常・異常をオンラインで診断できるようにしたものである。
そのため、本実施の形態に係る鋳型熱電対の診断装置は、接地式シース熱電対５のプラス端子および／またはマイナス端子と鋳型１との接触抵抗を測定する抵抗測定装置１７と、抵抗測定装置によって測定された抵抗値を入力して入力された抵抗値が予め定めた基準値の範囲内にあるかどうかを判定する熱電対抵抗管理端末１９と、接地式シース熱電対５のプラス端子および／またはマイナス端子と抵抗測定装置１７の接続と、接地式シース熱電対のプラス端子および／またはマイナス端子と熱電対温度変換器２１の接続とを、相互に切り替える熱電対信号切替盤２３を備えている。

熱電対抵抗管理端末１９は、パーソナルコンピュータからなり、抵抗測定装置１７からの各熱電対の測定抵抗値を入力して、入力された抵抗値が予め設定されている基準値の範囲にあるかどうかを判定する判定手段としての機能を有する。この判定手段としての機能は、パーソナルコンピュータに記憶された所定のプログラムがＣＰＵによって実行されて実現されるものである。

鋳型温度管理装置２０は、熱電対から入力される電気信号を測定温度に変換する熱電対温度変換器２１、熱電対温度変換器２１に接続されて測温データを収集するデータ収集装置２５、溶鋼流動データが記憶された流動データサーバ２７、ブレークアウト（ＢＯ）に関するデータが記憶されたＢＯデータサーバ２９、流動データや測温データに基づいて溶鋼の流動状態を監視する流動監視端末３１、ＢＯデータや測温データに基づいてＢＯ発生の予知・監視を行なうＢＯ予知監視端末３３を備えている。
そして、測温データに基づいて鋳型内の溶鋼の流動状態やＢＯ発生の予知監視を行なっている。

上記のように構成された、本実施の形態においては、鋳型鋳造中においては、熱電対信号切換盤２３によって接地式シース熱電対５の信号を熱電対温度変換器２１側に送信できるようにする。そして、熱電対によって鋳型温度測定を行い、流動監視やＢＯ予知監視を行なう。

鋳造停止中において、熱電対信号切換盤２３によって、接地式シース熱電対５と抵抗測定装置１７と接続して、抵抗測定ができるようにする。この状態で、抵抗測定装置１７によって各接地式シース熱電対５の接触抵抗を測定し、測定値を熱電対抵抗管理端末１９に出力する。
熱電対抵抗管理端末１９では、入力された各熱電対の抵抗値を予め設定した基準となる抵抗値と比較して、その基準値の範囲にある場合には、正常と判定し、範囲を超えている場合いは異常と判定する。

図４は、熱電対抵抗管理端末１９のモニタに表示されたグラフであり、鋳型の長辺側である鋳型１面と鋳型３面に設置した熱電対の抵抗値を測定したときのデータをグラフ表示している。横軸が熱電対Noであり、設置された熱電対の番号を示している。縦軸は、接触抵抗値を示している。また、図中の黒塗りの菱形が１面側であり、白抜きの四角が３面側である。
図４から分かるように、１面側に設置したNo8とNo10の熱電対が他のものに比較して高い抵抗値を示している。

したがって、熱電対抵抗管理端末１９は、No8とNo10において測定された抵抗値が予め設定した基準値の範囲を超えるかどうかを判断し、超えた場合には当該熱電対の接触状態を異常と判定し、基準値の範囲内のときには正常と判定する。

本発明によれば、オンラインでの接地式シース熱電対５の接触状態を判定できる。

本発明の一実施の形態に係る鋳型熱電対の正常・異常診断方法の説明図である。 本発明の一実施の形態に用いる接地式シース熱電対の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る鋳型熱電対の正常・異常診断装置の説明図である。 図３に示す装置において測定した抵抗値を示すグラフである。

符号の説明

１ 鋳型銅板
５ 接地式シース熱電対
７ ばね
９ 絶縁部材
１７ 抵抗測定装置
１９ 熱電対抵抗管理端末
２１ 熱電対温度変換器
２３ 熱電対信号切替盤

Claims (3)

1. 連続鋳造設備の鋳型に取り付けられる温度センサーの設置状態の正常・異常を診断する鋳型熱電対の診断方法であって、
   前記温度センサーとして接地式シース熱電対を、機械的に鋳型側に押し付けた状態で、かつ、該接地式シース熱電対の先端以外を電気的に絶縁した状態で取り付け、前記接地式シース熱電対のプラス端子および／またはマイナス端子と前記鋳型本体間の電気抵抗を測定し、その測定値が予め定めた基準範囲を外れたときに当該熱電対を異常と判定することを特徴とする鋳型熱電対の診断方法。
2. 連続鋳造設備の鋳型に取り付けられる温度センサーの設置状態の正常・異常を診断する鋳型熱電対の診断装置であって、
   前記鋳型に機械的に押し付けた状態で取り付けられた接地式シース熱電対と、前記接地式シース熱電対をその先端以外を電気的に絶縁した状態で取付ける取付手段と、前記接地式シース熱電対のプラス端子および／またはマイナス端子と鋳型本体との電気抵抗を測定する抵抗測定装置と、該抵抗測定装置で測定された抵抗値が予め設定した範囲を超えたときに当該熱電対を異常と判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする鋳型熱電対の診断装置。
3. 接地式シース熱電対の測温信号を入力して温度に変換する熱電対温度変換器を備えた鋳型温度管理装置に設けられて鋳型熱電対の正常・異常を診断する鋳型熱電対の診断装置であって、
   前記接地式シース熱電対のプラス端子および／またはマイナス端子と抵抗測定装置の接続と、前記接地式シース熱電対のプラス端子および／またはマイナス端子と前記熱電対温度変換器の接続とを、相互に切り替える熱電対信号切替手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の鋳型熱電対の診断装置。

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