JP2776721B2 - レベルセンサおよび溶湯面レベル制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属鋳造工程等における
モールド内の溶湯面レベルの検出に好適なレベルセンサ
および溶湯面レベル制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
のモールド内の溶湯面レベルセンサとしては、γ線を用
いたγ線式レベルセンサ、渦電流式レベルセンサ、電極
式レベルセンサが知られている。γ線式レベルセンサは
人体への影響があるという問題がある。渦電流式レベル
センサは検出コイル部が大きく、小規模な装置に対して
の適応は困難な場合があるという問題がある。電極式レ
ベルセンサとしては、例えば特公昭５２−４４２９２号
公報に示されているようなものがある。

【０００３】特公昭５２−４４２９２号公報において
は、モールド内の溶湯面に対向して２本の電極を溶湯面
の移動方向に所定間隔離して固定した電極式レベルセン
サを使用し、電極に溶湯が接触したことを検出すること
により、溶湯面レベルを検出している。

【０００４】しかしながら、上記した電極式レベルセン
サにおいては、電極位置が固定であり、所定間隔離して
上下に２本電極が設けられているのみであるから、上、
下限レベルリミッタとしてしか機能せず、上、下限リミ
ットレベル間の液位値を測定することができないという
問題点があった。

【０００５】そして上記特公昭５２−４４２９２号公報
においては、この２本の電極を用いた電極式レベルセン
サによって溶湯面レベルを制御しているから、溶湯面レ
ベルに関する信号としては、溶湯面が上限リミットレベ
ルまたは下限リミットレベルに達したことを示す信号し
か供給されず、溶湯面のレベルを精度よく一定に保つこ
とは困難であった。

【０００６】従って、本発明の一目的は、上、下限リミ
ットレベル間においても溶湯面レベルを検出することが
できるレベルセンサを提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、溶湯面のレベルを精
度よく一定に保つことができる溶湯面レベル制御装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、モール
ド内の溶湯面レベルを検出するレベルセンサにおいて、
溶湯に対して絶縁された電極と、前記電極をモールド内
の溶湯面に向かって相対的に往復動させる駆動手段と、
電極と溶湯面上を覆う導電性のカバー材との間の電気抵
抗変化を検出する検出手段と、前記検出手段による検出
電気信号が所定値以上に変化したことを検出する比較手
段と、所定基準位置から前記比較手段が前記検出を行う
までの電極の移動量に基づく移動量信号を出力する移動
量信号出力手段とを有することを特徴とするレベルセン
サが得られる。

【０００９】また、本発明によれば、前記レベルセンサ
と、溶湯が貯留されて前記レベルセンサにより該溶湯の
レベルを検出するモールドと、前記モールドの上方に設
けられて該モールドに溶湯を導入するためのタンディッ
シュと、前記レベルセンサからの前記移動量信号に基づ
き前記タンディッシュから前記モールドへの溶湯の注入
速度を制御する手段とを有し、これによりモールド内の
溶湯面レベルを制御することを特徴とする溶湯面レベル
制御装置が得られる。

【００１０】

【作用】本発明においては、駆動手段によって電極が溶
湯面に向かって相対的に往復動され、この駆動によって
電極が溶湯面を覆う導電性のカバー材に接するとカバー
材と電極間の電気信号、たとえば電圧は所定電圧値にま
で低下する。所定電圧値にまで低下したことは比較手段
によって検出されて、所定基準位置から比較手段による
この検出がなされるまでの電極移動量に基づく移動量信
号が出力される。この移動量信号の値は所定基準位置か
ら溶湯面レベルまでの電極の移動量に基づいているか
ら、この移動量信号により基準位置からの溶湯面レベル
が検出されることになる。

【００１１】また、本発明においては、たとえば２本の
電極を装着した電極台を溶湯面方向に往復動させ、２本
の電極が溶湯面に接すると移動量信号が出力されるか
ら、上、下限リミットレベル間においても所望の間隔で
溶湯面レベルを検出することができる。従って、この移
動量信号に基づいて溶湯面を制御することにより、溶湯
面レベルを精度よく一定に保つことができる。さらにま
た、本発明に係る溶湯面レベル制御装置においては、前
記レベルセンサと、溶湯が貯留されて前記レベルセンサ
により該溶湯のレベルを検出するモールドと、前記モー
ルドの上方に設けられて該モールドに溶湯を導入するた
めのタンディッシュと、前記レベルセンサからの前記移
動量信号に基づき前記タンディッシュから前記モールド
への溶湯の注入速度を制御する手段とを有する。これに
より前記レベルセンサで検出された溶湯面レベルに応じ
た注入速度の変更量を設定し、溶湯面レベルが上下限付
近に至った場合には迅速に適正な溶湯面レベルへの回復
が図られ、また原点付近では微調整により精度よく設定
溶湯面に到達し、これを保持することができ、より正確
且つ安全に溶湯注入操作を行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１３】図１は本発明の第１の実施例の構成を示す
ブロック図である。

【００１４】符号１は本実施例のレベルセンサを制御す
るマイクロコンピュータであって、その１部を構成する
ＲＡＭ中にカウンタ領域が形成してあり、後記のステッ
プモータ５への駆動パルスを計数し、計数値を記憶す
る。マイクロコンピュータ１は入力装置２から出力され
た測定開始指示信号を受けてステップモータ５の各相に
パルスを分配する分配回路を構成するステップモータコ
ントローラ３に駆動パルスを出力する。

【００１５】駆動パルスを受けたステップモータコント
ローラ３からの出力はモータドライバ４を介してステッ
プモータ５に送出し、ステップモータ５を駆動する。ス
テップモータ５のロータの回転は回転運動を往復直線運
動に変換する回転運動／直線運動変換装置６に伝達さ
れ、モールド９内の溶湯面１５に対向する電極台７を溶
湯面１５に接近する方向および溶湯面１５から離れる方
向に駆動する。回転運動／直線運動変換装置６にはその
直線運動の上限および下限を制限するためのリミットス
イッチ６１および６３、さらに溶湯面レベル測定の基準
値を示すためのリミットスイッチ６２が設けてあり、リ
ミットスイッチ６１、６２、６３の出力はマイクロコン
ピュータ１に送出される。

【００１６】電極台７には電極台７から電気的に絶縁さ
れて同一長の相互に絶縁された電極８１および８２を所
定間隔離して装着してあり、電極８１および８２には電
流源１０が接続してあって、電極８１および８２に電流
源１０からの出力電流を流すようにしてある。一方、電
極８１、８２間の電圧はＡ／Ｄ変換器１１に供給してデ
ジタルデータに変換の上マイクロコンピュータ１に供給
する。マイクロコンピュータ１におけるレベル検出値は
Ｄ／Ａ変換器１２に供給して測定範囲に対応させた所定
範囲内の電圧もしくは電流信号として出力する。

【００１７】次に、回転運動／直線運動変換装置６につ
いて説明する。回転運動／直線運動変換装置６は無バッ
クラッシュ減速機を介してステップモータ５によって駆
動される、例えば往復スライダクランク機構で構成して
あって、アームを介して電極台７が固着されたスライダ
を往復直線運動させると共に、スライダによってリミッ
トスイッチ６１、６２、６３を駆動するようにしてあ
る。または回転運動／直線運動変換装置６は無バックラ
ッシュ減速機を介してステップモータ５によって駆動さ
れるタイミングベルトと、先端部に電極台７が固着さ
れ、かつ基端部がタイミングベルトに固着された支持部
材とで構成して、タイミングベルトによって電極台７を
往復直線運動をさせると共に、支持部材によってリミッ
トスイッチ６１、６２、６３を駆動するようにしてあっ
てもよい。

【００１８】ここで、マイクロコンピュータ１は機能的
に、ステップモータコントローラ３、モータドライバ
４、ステップモータ５および回転運動／直線運動変換装
置６と協働して電極台７をモールド９内の溶湯面方向に
往復動させるための駆動パルスを出力する駆動信号発生
部と、Ａ／Ｄ変換器１１と協働して電極８１、８２間の
電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部による検出電
圧が所定電圧値以下に低下したことを検出する比較部
と、所定基準位置から比較部が出力を発生するまでの電
極の移動量を算出し、算出出力をＤ／Ａ変換器１２へ出
力する移動算出部とを備えている。

【００１９】上記のように構成した本実施例の作用を図
２のフローチャートにしたがって説明する。

【００２０】プログラムの実行が開始されると、ステッ
プモータ５の回転速度設定などの初期設定がなされ（ス
テップＳ１）、入力装置２からの測定開始指示信号が入
力されるのを待ち（ステップＳ２）、測定開始指示信号
が入力されるとステップモータコントローラ３に駆動パ
ルスが出力され、ステップモータコントローラ３によっ
てステップモータ５の各相に所定の順序でパルスが順次
出力されて、モータドライバ４を介してステップモータ
５は電極８１、８２の上昇方向（溶湯面１５から離れる
方向）に１ステップずつリミットスイッチ６１が出力を
発生するまで駆動される（ステップＳ３、Ｓ４）。

【００２１】リミットスイッチ６１が出力を発したとき
には電極８１、８２が上端位置に達したときであって、
上端位置に達したときからステップモータ５の回転方向
が切り換えられて、ステップモータコントローラ３に駆
動パルスが出力され、ステップモータコントローラ３に
よってステップモータ５の各相にパルスが順次出力され
て、モータドライバ４を介してステップモータ５は電極
８１、８２の下降方向（溶湯面１５へ近づく方向）に１
ステップずつ駆動される（ステップＳ５）。

【００２２】この駆動によって電極８１、８２は下降
し、この下降によってリミットスイッチ６２が出力を発
生したときは、ＲＡＭ内のカウンタ領域の記憶内容はク
リアされる（ステップＳ７）。続いてさらにステップモ
ータ５は電極８１、８２の下降方向に１ステップずつ駆
動されて、電極８１、８２は一定ステップ量ずつ下降さ
れる（ステップＳ８）。１ステップ毎にＲＡＭ内のカウ
ンタ領域の計数値が＋１される（ステップＳ９）。

【００２３】リミットスイッチ６２が駆動される位置に
まで電極８１、８２が達したときを基準位置として、こ
の基準位置から溶湯面レベルを測定するため、ＲＡＭ内
のカウンタ領域の記憶内容をクリアしたのである。ステ
ップＳ９に次いでＡ／Ｄ変換器１１の出力Ｖが読み込ま
れて（ステップＳ１０）、Ａ／Ｄ変換器１１の出力Ｖが
閾値Ｖ_THを超えているか否かがチェックされる（ステッ
プＳ１１）。このチェックの結果、Ｖ＞Ｖ_THと判別され
たときはステップＳ８から再び実行されて、電極８１、
８２はさらに下降駆動される。

【００２４】一方、電極８１、８２間には電流源１０か
ら電流が供給されていて電極８１、８２間の電圧がＡ／
Ｄ変換器１１によってデジタルデータに変換されてい
る。しかし、電極８１と電極８２が溶湯面１５に達する
までは相互に絶縁された状態であって、電流源１０は電
流を流そうとするが流れないため電圧は上昇していて、
ステップＳ１１におけるチェックの結果はＶ＞Ｖ_THであ
る。電極８１と電極８２が溶湯面１５を覆っている導電
性のカバー材８３に接すると、電極８１と電極８２とは
カバー材８３を介して導通状態となって、電流源１０か
らの電流は流れる。この結果、電極８１と電極８２との
間の電圧は低下して閾値Ｖ_THとなる。

【００２５】したがって、電極８１と電極８２がカバー
材に接したとき、ステップＳ１１におけるチェックの結
果、Ｖ＞Ｖ_THでないと判別されて、ステップＳ１１に続
いてＲＡＭのカウンタ領域においてカウントされていた
カウント値が、１駆動パルス当たりの電極８１、８２の
移動量に基づいて、溶湯面レベルに変換され（ステップ
Ｓ１２）、次いで変換された溶湯面レベルに対応するデ
ータがＤ／Ａ変換器１２に出力されて、Ｄ／Ａ変換器１
２においてアナログ電圧もしくは電流信号に変換されて
出力され、溶湯面レベルが測定される（ステップＳ１
３）。

【００２６】ステップＳ１３に続いて入力装置２から測
定終了指示信号が出力されているか否かがチェックさ
れ、測定終了指示がなされていないときはステップＳ３
から再び実行されて、引き続いて測定が行われ（ステッ
プＳ１４）、測定終了指示がなされているときはステッ
プモータ５を駆動して、所定長、電極８１、８２を上昇
駆動させた後、測定が終了される（ステップＳ１５）。

【００２７】このように、電極８１、８２は溶湯面１５
に達すると再び上昇を始め、溶湯面に滞在することはな
い。従って、本発明のレベルセンサを用いれば、レベル
センサによって溶湯に影響をほとんど与えることなく溶
湯面レベルを検出することができる。

【００２８】以上説明した実施例において、溶湯面検出
用の電極は、同一長の２本の電極を用いた例を示した
が、一方の電極が常に溶湯上を覆うカバー材と導通をと
る構成であれば、電極は１本でよい。また２本の電極間
の電気信号は電圧値の代わりに抵抗値等で検出しても何
ら差し支えない。なお、ステップモータ５および回転運
動／直線運動変換装置６はモールド９の近くに設置され
るため、電極台７を装着しているアーム長を調整すると
共に、必要に応じて冷却ファンなどを適宜設けて鋳造環
境において使用できるようにすることは勿論である。

【００２９】図３は本発明の第２の実施例の構成を示す
ブロック図である。

【００３０】本実施例は、第１の実施例のレベルセンサ
を用いた溶湯面レベル制御装置に関するものである。レ
ベルセンサの構成部分のうち、マイクロコンピュータ
１、入力装置２、ステップモータコントローラ３、モー
タドライバ４、ステップモータ５、回転運動／直線運動
変換装置６、リミットスイッチ６１、６２、６３、電極
台７、電極８１および８２、電流源１０、Ａ／Ｄ変換器
１１に関する部分は基本的に第１の実施例のレベルセン
サと同じである。但し、第１の実施例においては、マイ
クロコンピュータ１における溶湯面レベルに対応するデ
ータをＤ／Ａ変換器１２に供給し、Ｄ／Ａ変換器１２に
よってアナログ電圧若しくは電流信号に変換されて出力
されていたが、本実施例においては、マイクロコンピュ
ータ１における溶湯面レベルに対応するデータをＤ／Ａ
変換器１２を介することなく直接制御盤２２に送出して
いる。

【００３１】そして、第１の実施例においては、マイク
ロコンピュータ１内に機能的に備えられている移動算出
部により、所定基準位置から比較部が出力を発生するま
での電極の移動量を算出し、算出出力をＤ／Ａ変換器１
２へ出力していたが、本実施例においては、マイクロコ
ンピュータ１内に機能的に備えられている移動算出部に
より算出出力を制御盤２２に出力する。

【００３２】制御盤２２は、マイクロコンピュータ１か
ら出力された算出出力を受けて、ステップモータ３０の
各相にパルスを分配する分配回路を構成するステップモ
ータコントローラ２６に駆動パルスを出力する。

【００３３】駆動パルスを受けたステップモータコント
ローラ２６からの出力は、モータドライバ２８を介して
ステップモータ３０に送出され、ステップモータ３０を
駆動する。ステップモータ３０のロータの回転は、回転
運動を往復直線運動に変換する回転運動／直線運動変換
装置３２に伝達し、タンディッシュ３６の底部に設けら
れた注湯ノズル４０の開口端にその下端を臨ませたスト
ッパーノズル３４を上下に駆動して、タンディッシュ３
６内の溶湯３８が注湯ノズル４０内に流入する量を制御
する。なお、回転運動／直線運動変換装置３２は、回転
運動／直線運動変換装置６と同様のものを使用する。

【００３４】注湯ノズル４０の下端は、モールド９内の
溶湯１６内に挿入されており、タンディッシュ３６内の
溶湯３８をモールド９内の溶湯１６内に注入する。

【００３５】なお、制御盤２２においては、ストッパー
ノズル３４の上昇／下降制御の自動／手動モード切換部
が設けられており、手動モードを選択したときにはリモ
ート操作盤２４により、ストッパーノズル３４の上昇／
下降操作が行われる。

【００３６】次に、上記のように構成した本実施例の作
用を図４、図５のフローチャートに従って説明する。な
お、ステップＳ１からステップＳ１２までは第１の実施
例と同じなのでステップ１１までの説明はここでは省略
し、ステップＳ１２から説明する。

【００３７】ステップＳ１２において、マイクロコンピ
ュータ１内のＲＡＭのカウンタ領域においてカウントさ
れていたカウント値が、１駆動パルス当たりの電極８
１、８２の移動量に基づいて、溶湯面レベルに変換され
た後、ステップＳ１３において、変換された溶湯面レベ
ルに対応するデータが制御盤２２に出力される。

【００３８】次に、制御盤２２の自動／手動モード切換
が自動になっているか手動になっているかが判別され
（ステップＳ１６）、自動モードに切り換わっていると
きは溶湯面レベルが警報用のレベル上限を超えているか
否かが判別される。警報用のレベル上限を超えていれ
ば、アラーム等の異常時処置が行われ（ステップＳ２
１）、超えていなければ、次に、ステップモータ３０が
異常か否かが判別され（ステップＳ１８）、異常の場合
にはやはりアラーム等の異常時処置が行われる（ステッ
プＳ２１）。ステップモータ３０が正常の場合には、ス
トッパーノズル３４を操作するための自動制御ルールに
基づいて、ストッパーノズル３４の上昇、下降が行われ
る。

【００３９】本実施例において、ストッパーノズル３４
を操作するための自動制御ルールとしては、例えば、次
のようなルールを採用する。リミットスイッチ６２が駆
動される位置にまで電極８１、８２が達したとき、すな
わち溶湯面レベルが基準位置にあるときを原点として、
溶湯面レベルが２．０ｍｍよりも高くなく、２．０ｍｍ
よりも低くない場合には、ストッパーノズル３４の位置
は、現在あるその位置に固定したままとする。溶湯面レ
ベルが高くなって、基準位置よりも２．０ｍｍ以上高い
が５．０ｍｍよりも高くない範囲のデータが制御盤２２
に出力された場合においては、そのようなデータが制御
盤２２に出力される毎にストッパーノズル３４を０．０
５ｍｍ下降させ、溶湯面レベルが低くなって、基準位置
よりも２．０ｍｍ以上低いが５．０ｍｍよりも低くない
範囲のデータが制御盤２２に出力された場合において
は、そのようなデータが制御盤２２に出力される毎にス
トッパーノズル３４を０．０５ｍｍ上昇させる。次に、
溶湯面レベルがより高くなって基準位置よりも５．０ｍ
ｍ以上高いというデータが制御盤２２に出力された場合
においては、そのようなデータが制御盤２２に出力され
る毎にストッパーノズル３４を０．２５ｍｍ下降させ、
溶湯面レベルが低くなって、基準位置よりも５．０ｍｍ
以上低くなったというデータが制御盤２２に出力された
場合においては、そのようなデータが制御盤２２に出力
される毎にストッパーノズル３４を０．２５ｍｍ上昇さ
せる。

【００４０】また、制御盤２２の自動／手動モード切換
が手動モードに切り換わっているときは自動制御を開始
するか否かが判断され（ステップＳ２２）、自動制御を
開始する場合には、制御目標レベルの設定が行われ（ス
テップＳ２３）、自動制御を開始しない場合には、リモ
ート操作盤でストッパーノズル３４の上昇／下降操作が
手動で行われる（ステップＳ２４）。

【００４１】ステップＳ１９、ステップＳ２３またはス
テップＳ２４に続いて入力装置２から測定終了指示信号
が出力されているか否かがチェックされ、測定終了指示
がなされていないときはステップＳ３から再び実行され
て、引き続いて測定が行われ（ステップＳ２０）、測定
終了指示がなされているときはステップモータ５を駆動
して、所定長、電極８１、８２を上昇駆動させた後、測
定が終了される〈ステップＳ２５）。

【００４２】以上説明した実施例においては、溶湯面レ
ベルを一定に保つ場合を例にとって説明したが、本発明
のレベルセンサは他の場合にも適用でき、例えば、結晶
の引き上げの場合のように、液面が時間の経過とともに
下降していくような場合においても、その液面の制御に
本発明のレベルセンサを用いることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明した如く本発明によれば、２本
の電極が互いに絶縁されて装着された電極台を駆動手段
によって溶湯面方向に往復動し、２本の電極間の電圧を
検出手段によって検出し、比較手段に検出電圧が所定電
圧値以下に低下したことを検出することによって２本の
電極が溶湯面上を覆う導電性のカバー材に接したことを
検出し、移動量信号出力手段により所定基準位置から比
較手段が上記検出を行うまでの電極の移動量に基づく移
動量信号を出力するようにしたため、所定基準位置から
の溶湯面レベルが長期間にわたって精度よく検出される
ことになり、小規模な構成で溶湯面レベルが測定でき
る。

【００４４】また、本発明においては、２本の電極を装
着した電極台を溶湯面方向に往復動させ、２本の電極が
溶湯面に接すると移動量信号が出力されるから、上、下
限リミットレベル間においても所望の間隔で溶湯面レベ
ルを検出できる。

【００４５】さらに、この移動量信号に基づいて溶湯面
レベルを制御する溶湯面レベル制御手段を設けることに
より溶湯面レベルを精度よく一定に保つことができる。
さらにまた、本発明に係る溶湯面レベル制御装置におい
ては、レベルセンサからの前記移動量信号に基づきタン
ディッシュからモールドへの溶湯の注入速度を制御する
手段を用いて、溶湯面レベルに応じた注入速度の変更量
を設定することにより、より正確且つ安全に溶湯注入操
作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図２】本発明の第１の実施例の作用の説明に供するフ
ローチャートである。

【図３】本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図４】本発明の第２の実施例の作用の説明に供するフ
ローチャートである。

【図５】本発明の第２の実施例の作用の説明に供するフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１…マイクロコンピュータ ２…入力装置 ３…ステップモータコントローラ ４…モータドライバ ５…ステップモータ ６…回転運動／直線運動変換装置 ７…電極台 ９…モールド １０…電流源 １１…Ａ／Ｄ変換器 １２…Ｄ／Ａ変換器 １５…溶湯面 ２２…制御盤 ２６…ステップモータコントローラ ２８…モータドライバ ３０…ステップモータ ３２…回転運動／直線運動変換装置 ３４…ストッパーノズル ３６…タンディッシュ ３８…溶湯 ４０…注湯ノズル ６１、６２、６３…リミットスイッチ ８１、８２…電極８３…カバー材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モールド内の溶湯面レベルを検出するレベ
   ルセンサにおいて、溶湯に対して絶縁された電極と、前
   記電極をモールド内の溶湯面に向かって相対的に往復動
   させる駆動手段と、電極と溶湯面上を覆う導電性のカバ
   ー材との間の電気抵抗変化を検出する検出手段と、前記
   検出手段による検出電気信号が所定値以上に変化したこ
   とを検出する比較手段と、所定基準位置から前記比較手
   段が前記検出を行うまでの電極の移動量に基づく移動量
   信号を出力する移動量信号出力手段とを有することを特
   徴とするレベルセンサ。
2. 【請求項２】請求項１記載のレベルセンサと、溶湯が貯
   留されて前記レベルセンサにより該溶湯のレベルを検出
   するモールドと、前記モールドの上方に設けられて該モ
   ールドに溶湯を導入するためのタンディッシュと、前記
   レベルセンサからの前記移動量信号に基づき前記タンデ
   ィッシュから前記モールドへの溶湯の注入速度を制御す
   る手段とを有し、これによりモールド内の溶湯面レベル
   を制御することを特徴とする溶湯面レベル制御装置。