JP2020169981A - 流量測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための第1実施形態について説明する。
(1)本発明の第1実施形態の連続複層鋳造装置の全体構成
図1は、連続複層鋳造装置100の一部の断面を示す図である。図1では、内層と、内層の外側の表層とで成分組成が異なる複層鋳片が鋳造されているときの連続複層鋳造装置100を示している。連続複層鋳造装置100は、取鍋4から第1溶鋼41が注がれ、一時的に第1溶鋼41を貯留するタンディッシュ2と、複層鋳片を成型する鋳型3とを備えている。連続複層鋳造装置100は、図1には図示しないが、鋳型から引き出された複層鋳片を搬送するロールと、固まった鋳片を切断するガス切断機などを備えていてもよい。連続複層鋳造装置100は、鋳型3上にタンディッシュ2が配置されている。図1では、取鍋4の底部に設けられた溶鋼供給ノズル43がタンディッシュ2内に挿入されるように、取鍋4がタンディッシュ2上に配置されている。取鍋4は、第1溶鋼41が充満されており、タンディッシュ2上に配置されている。取鍋4は、溶鋼供給ノズル43のストッパー(図1には不図示)が解放されており、取鍋4内の第1溶鋼41が溶鋼供給ノズル43を介してタンディッシュ2内に注がれている。
管内を流れる導電性流体の流量を測定する流量計としては、交流磁場中を導電性流体が移動する際に生じる誘導起電力を管内に電極を設けて測定し、測定した誘導起電力に基づいて導電性流体の流量を算出する電磁流量計が一般的である。本実施形態では、測定対象流体が高温の溶鋼であるので、電極が導電性を兼ね備え、かつ、溶鋼内でも耐えうる耐溶損性、耐食性を併せ持つことが必要であるが、そのような電極を用意することは難しい。そのため、誘導起電力のかわりに、当該誘導起電力により生じる誘導電流に起因する磁場を管(内層溶鋼用浸漬ノズル24)の外部から検出し、検出した磁場に基づいて溶鋼流量を算出するようにしている。
続いて、第1実施形態の流量測定方法について説明する。ここでは、連続複層鋳造装置100が、タンディッシュ2に設けられた浸漬ノズル(内層溶鋼用浸漬ノズル24及び表層溶鋼用浸漬ノズル25)を交換された後の初回操業時を例に説明する。浸漬ノズル交換後の初回操業時は、内層溶鋼用浸漬ノズル24と電磁流量計1の相対的な位置関係が変わっているため、電磁流量計1の比例係数α及びゼロ点(Xo、Yo)を、現状の内層溶鋼用浸漬ノズル24と電磁流量計1の位置関係に合わせて校正する必要がある。そのため演算処理部13は、初回操業時に、校正部133で、現在未知数となっている比例係数α及びゼロ点(Xo、Yo)を求め、求めた比例係数α及びゼロ点(Xo、Yo)を用いて電磁流量計1を校正させる。なお、本実施形態では、電磁流量計1の演算処理部13の校正部133が校正作業を行うが、別途校正処理装置などを設けて、当該校正処理装置に校正作業を実行させるようにしてもよい。
Vm=αRa …(2)
よって、図8の下部のグラフに示した近似直線の傾きが、1/αに相当することがわかる。このように、溶鋼流量とRaとの関係を直線近似することで、比例係数αを算出することができる。よって、校正部133は、算出した近似直線を用いて、比例係数αを算出する。最後に、校正部133が、算出した比例係数αとゼロ点(Xo、Yo)とを流量算出部132に送出し、電磁流量計1の校正作業は終了する。
以上の構成において、本発明の第1実施形態の流量測定方法は、内層溶鋼用浸漬ノズル24(ノズル)を用いて、タンディッシュ2(第1槽)から鋳型3(第2槽)へ第1溶鋼41(溶鋼)を供給する溶鋼供給ステップと、励磁コイル66を用いて、第1溶鋼41が内層溶鋼用浸漬ノズル24内に形成する溶鋼流7に対して交流磁場B0を印加する励磁ステップと、交流磁場B0によって溶鋼流7に生じた誘導起電力に基づき、検出コイル63に生じた電圧を検出する検出ステップと、検出コイル63に生じた電圧から、ロックインアンプ70を用いて、励磁コイル66と同位相の0°位相信号と励磁コイル66から位相が90°ずれた90°位相信号とからなる流量信号R(X、Y)を検出する流量信号検出ステップと、流量信号R(X、Y)と、タンディッシュ2の重量変化又は鋳型3内の第1溶鋼41の量から求めた、タンディッシュ2から鋳型3に供給された第1溶鋼41の重量に対応する重量信号と、に基づいて、第1溶鋼41の流量を算出する流量算出ステップと、を有するように構成した。
次に、図面を参照しながら、本発明を実施するための第2実施形態について説明する。
なお、第2実施形態に係る連続複層鋳造装置100は、第1実施形態に係る連続複層鋳造装置100に比べ、取得部131及び校正部133での処理が異なっているので、それらを中心に説明を行う。なお、その他の構成は、実質的に第1実施形態と同じものであるので説明を省略する。
次に、第1及び第2実施形態の流量測定方法の変形例を説明する。変形例の流量測定方法において、校正部133は、まず、取得部131から重量信号を取得し、溶鋼の重量変化を第1溶鋼流量V1とする。次に、校正部133は、取得部131から、第1溶鋼流量V1時の流量信号R1(X1、Y1)(X成分をX1、Y成分をY1とする)を取得する。ストッパー24bの開度を変え、タンディッシュ2内の溶鋼の重量変化、すなわち、溶鋼流量を変えた後、校正部133は、再度、溶鋼の重量変化を算出し、第2溶鋼流量V2とする。そして校正部133は、取得部131から、第2溶鋼流量V2時の流量信号R2(X2、Y2)(X成分をX2、Y成分をY2とする)を取得する。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
上述のように、電磁ブレーキ装置37は、磁場発生器32のコイルに電流を流し、鋳型3内に直流磁場を印加することで、直流磁場帯34を通過しようとする溶鋼に電磁ブレーキをかけている。しかしながら、電磁流量計1が、磁場発生器32のコイルからの漏れ磁場の影響を受けてしまい、電磁流量計1の計測値が変化する。
X=Xb+ΔXb …(4)
Y=Yb+ΔYb …(5)
ここで、Xb及びYbは、それぞれ、電磁ブレーキ装置37がOFF状態のとき(電磁ブレーキ装置37による漏れ磁場の影響がないとき)の流量信号のX成分及びY成分を表す。
上述の第3実施形態では、電磁ブレーキ装置37をOFF状態にして校正動作をしていたが、電磁ブレーキ装置37を作動させながら校正動作をしてもよい。この場合、校正部133は、電磁ブレーキ装置37による漏れ磁場の影響も反映して、電磁流量計1を校正することができる。校正後の実際の鋳造時、流量算出部132は、検出部12で検出された流量信号R(X、Y)(実測値)と、漏れ磁場の影響も反映された比例係数α及びゼロ点(Xo、Yo)の値とから、式(1)により、溶鋼流量Vmを算出する。
連続複層鋳造装置100の操業中に電磁ブレーキの強さを変更する可能性は低いものの、電磁ブレーキの強さの変更も反映して、溶鋼流量を補正することも可能である。実際の操業では、鋳造を連続的に行う場合に、タンディッシュ2に溶鋼をつぎ足すことがある。そのとき、鋳型3への給湯量を減らして鋳造速度を小さくする必要があるが、溶鋼中の介在物の除去に最適な電磁ブレーキの条件が変化することから、電磁ブレーキを弱くすることがある。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
上述のように、電磁攪拌装置38は、交流磁場を用いて、鋳型3内で溶鋼を流動させるが、電磁ブレーキ装置37と同様、電磁攪拌装置38による漏れ磁場も、電磁流量計1の計測値に影響を及ぼす。そこで、第4実施形態では、電磁攪拌装置38による漏れ磁場の影響を反映した流量測定方法について説明する。第4実施形態に係る流量測定方法を実行する装置の構成は、第1〜第3実施形態に係る連続複層鋳造装置100と実質的に同一であるため、以下では、第1〜第3実施形態と異なる処理のみを説明する。
ΔXs=ΔX・sin(ωt+φ1) …(7)
ΔYs=ΔY・sin(ωt+φ2) …(8)
X(t)=Xs+ΔXs=Xs+ΔX・sin(ωt+φ1) …(9)
Y(t)=Ys+ΔYs=Ys+ΔY・sin(ωt+φ2) …(10)
ここで、Xs及びYsは、それぞれ、電磁攪拌装置38がOFF状態のとき(電磁攪拌装置38による漏れ磁場の影響がないとき)の流量信号のX成分及びY成分を表す。
上述の第3実施形態の変形例1と同様、電磁攪拌装置38を作動させながら校正動作を行ってもよい。この場合、電磁流量計1の信号は、その中に含まれる、電磁撹拌による交流磁界の影響成分と溶鋼流による流量信号とを分離する必要がある。例えば、電磁撹拌装置38の交流磁界の周期の整数倍の時間で流量信号を記録し、流量信号に時間平均処理を行うことで、電磁撹拌装置38の交流磁界による影響成分をキャンセルすることができ、溶鋼流による電磁流量計1の信号変化のみを知ることができる。このような電磁撹拌装置38の交流磁界の周期の整数倍の時間における流量信号の時間平均(時間平均流量信号)を、異なる2以上の溶鋼流の流量条件で記録し、それぞれの溶鋼流量(=TD重量変化)と流量信号(R)との関係から、電磁撹拌を行わない場合の校正と同様に、溶鋼流量がゼロの場合の比例係数α及び流量信号のゼロ点(Xo、Yo)を求めることができる。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。
実施形態5は、上述の第3実施形態と第4実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、実施形態5は、電磁ブレーキ装置37による漏れ磁場の影響と、電磁攪拌装置38による漏れ磁場の影響とを反映した流量測定方法を提供する。第5実施形態に係る流量測定方法を実行する装置の構成は、第1〜第4実施形態に係る連続複層鋳造装置100と実質的に同一であるため、以下では、第1〜第4実施形態と異なる処理のみを説明する。
X(t)=Xbs+ΔXb+ΔX・sin(ωt+φ1) …(12)
Y(t)=Ybs+ΔYb+ΔY・sin(ωt+φ2) …(13)
ここで、Xbs及びYbsは、それぞれ、電磁ブレーキ装置37も電磁攪拌装置38もOFF状態のとき(電磁ブレーキ装置37による漏れ磁場及び電磁攪拌装置38による漏れ磁場の影響がないとき)の流量信号のX成分及びY成分を表す。
第5実施形態においても、電磁ブレーキ装置37及び電磁攪拌装置38の双方を作動させながら校正動作を行ってもよい。この場合、校正部133は、電磁ブレーキ装置37による漏れ磁場の影響と電磁攪拌装置38による漏れ磁場の影響も反映して、電磁流量計1を校正する。電磁攪拌装置38により、流量信号に重畳される信号は、時間的に変動しているので、第4実施形態と同様に、電磁攪拌装置38によるノイズ成分を分離して、変動振幅ΔX、ΔYと、電磁攪拌装置38の駆動電流Iとの位相ずれφ1、φ2を求めた後、式(14)に基づいて、溶鋼流量を求めることができる。
2 タンディッシュ
3 鋳型
11 励磁部
12 検出部
13 演算処理部
24 内層溶鋼用浸漬ノズル
25 表層溶鋼用浸漬ノズル
37 電磁ブレーキ装置
38 電磁攪拌装置
63 検出コイル
66 励磁コイル
70 ロックインアンプ
100 連続複層鋳造装置
Claims (12)
- 電磁流量計を用いて、溶鋼の流量を測定する流量測定方法において、
ノズルを用いて、第1槽から第2槽へ前記溶鋼を供給する溶鋼供給ステップと、
励磁コイルを用いて、前記溶鋼が前記ノズル内に形成する溶鋼流に対して交流磁場を印加する励磁ステップと、
前記交流磁場によって前記溶鋼流に生じた誘導起電力に基づき、検出コイルに生じた電圧を検出する検出ステップと、
前記検出コイルに生じた電圧から、ロックインアンプを用いて前記励磁コイルと同位相の0°位相信号と前記励磁コイルから位相が90°ずれた90°位相信号とからなる流量信号を検出する流量信号検出ステップと、
前記流量信号と、前記第1槽の重量変化又は前記第2槽内の前記溶鋼の量から求めた、前記第1槽から前記第2槽に供給された前記溶鋼の重量に対応する重量信号と、に基づいて、前記溶鋼の流量を算出する流量算出ステップと、
を有し、
前記第1槽から前記第2槽へ供給される前記溶鋼の流量を、2以上の条件で変化させ、
前記2以上の条件に対応する前記流量信号と前記重量信号とに基づいて前記電磁流量計を校正する、流量測定方法。 - 前記第1槽から前記第2槽へ供給される前記溶鋼の量を連続的に変化させることで、前記2以上の条件を実現する、請求項1に記載の流量測定方法。
- 前記第1槽から前記第2槽へ供給される前記溶鋼の量を段階的に2段階以上変化させることで、前記2以上の条件を実現する、請求項1に記載の流量測定方法。
- 前記2以上の条件は、前記校正の後に前記電磁流量計を用いる際の前記溶鋼流の流量が、前記2以上の条件の流量の間の値となるように設定される、請求項2又は3に記載の流量測定方法。
- 前記電磁流量計を校正する前に、電磁ブレーキ装置を作動させ、前記電磁ブレーキ装置の作動によって前記電磁流量計の計測値に生じる変化を表す変化信号を検出する変化検出ステップを更に有し、
前記電磁流量計の校正は、前記電磁ブレーキ装置を作動させずに行い、
前記流量算出ステップは、前記電磁ブレーキ装置を作動させたときに検出された前記流量信号と、前記重量信号と、前記変化信号と、に基づいて、前記溶鋼の流量を算出する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の流量測定方法。 - 前記電磁流量計の校正は、電磁ブレーキ装置を作動させながら行い、
前記流量算出ステップは、前記電磁ブレーキ装置を作動させたときに検出された前記流量信号と、前記重量信号と、に基づいて、前記溶鋼の流量を算出する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の流量測定方法。 - 前記電磁流量計を校正する前に、電磁攪拌装置を作動させ、前記電磁攪拌装置の作動によって前記電磁流量計の計測値に生じる変化を表す変化信号を検出する変化検出ステップを更に有し、
前記電磁流量計の校正は、前記電磁攪拌装置を作動させずに行い、
前記流量算出ステップは、前記電磁攪拌装置を作動させたときに検出された前記流量信号と、前記重量信号と、前記変化信号と、前記電磁攪拌装置の駆動電流の波形と、に基づいて、前記溶鋼の流量を算出する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の流量測定方法。 - 前記電磁流量計の校正は、電磁攪拌装置を作動させながら行い、
前記流量算出ステップは、前記電磁攪拌装置を作動させたときに検出された前記流量信号と、前記重量信号と、前記電磁攪拌装置の駆動電流の波形と、に基づいて、前記溶鋼の流量を算出する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の流量測定方法。 - 前記電磁流量計の校正は、電磁攪拌装置を作動させながら行い、
前記流量算出ステップは、前記電磁攪拌装置を作動させたときに検出された前記流量信号から、周波数フィルタを用いて前記電磁撹拌装置の交流磁場の成分を除去した流量信号と、前記重量信号と、に基づいて、前記溶鋼の流量を算出する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の流量測定方法。 - 前記電磁流量計を校正する前に、電磁ブレーキ装置を作動させ、前記電磁ブレーキ装置の作動によって前記電磁流量計の計測値に生じる変化を表す第1変化信号を検出するとともに、電磁攪拌装置を作動させ、前記電磁攪拌装置の作動によって前記電磁流量計の計測値に生じる変化を表す第2変化信号を検出する変化検出ステップを更に有し、
前記電磁流量計の校正は、前記電磁ブレーキ装置及び前記電磁攪拌装置を作動させずに行い、
前記流量算出ステップは、前記電磁ブレーキ装置及び前記電磁攪拌装置を作動させたときに検出された前記流量信号と、前記重量信号と、前記第1変化信号と、前記第2変化信号と、前記電磁攪拌装置の駆動電流の波形と、に基づいて、前記溶鋼の流量を算出する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の流量測定方法。 - 前記電磁流量計の校正は、電磁ブレーキ装置及び電磁攪拌装置を作動させながら行い、
前記流量算出ステップは、前記電磁ブレーキ装置及び前記電磁攪拌装置を作動させたときに検出された前記流量信号と、前記重量信号と、前記電磁攪拌装置の駆動電流の波形と、に基づいて、前記溶鋼の流量を算出する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の流量測定方法。 - 表層と内層とで成分組成が異なる複層鋳片を鋳造する工程で、前記溶鋼の流量を測定する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の流量測定方法。
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