JP3116299B2 - 渦流式レベル計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造設備における
モールド内の溶鋼の湯面レベルを計測する渦流式レベル
計、特にその自動校正に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造設備においては、モールド（鋳
型）内の溶鋼の湯面レベルを一定に制御することは、製
品の品質向上並びに操業の安定化及び省力化の目的から
大変重要である。そのために、放射線や熱電対、電磁
波、光学式等を用いた湯面レベルの計測方式及びその計
測値を用いた湯面レベルの制御方式が各種提案されてい
るが、応答性、メンテナンス性、精度、モールド内のス
ラグやパウダの影響を受けない等の理由から、現在は渦
流方式（電磁誘導式）を用いたレベル計測・制御が主流
となっている。しかしながら、渦流式レベル計によるレ
ベル計測・制御には以下に示すような問題点があり、モ
ールド内の溶鋼の湯面レベルの絶対値の安定した計測が
困難であった。

【０００３】渦流式レベル計の計の問題点 検出器の温度ドリフト：（この問題点について検討し
たものとして特公昭６２−３８８１号公報に開示された
ものがあるが、まだ十分でない。） 検出器周囲の影響：（この問題点について検討したも
のとして特公昭６２−４６４５号公報に開示されたもの
があるが、まだ十分でない。） 初期調整時に使用する金属板と実際の溶鋼湯面との電
気特性の違いによる距離特性の誤差

【０００４】このような問題点に対して特開平３−６７
５７８号公報に代表されるような次のような計測方式が
提案されている。 ワンポイントＡＧＣ：オペレータがモールド内の溶鋼
の湯面レベルを目測して、渦流式レベル計の測定値との
違いを校正する方式。 無限大ＡＧＣ：鋳造開始前の溶鋼の無いモールドに渦
流式レベル計の検出器を取付け、レベル計の基本距離特
性を求める校正方式。 モールド内に埋め込まれた感温素子を用いて溶鋼の湯
面レベルを検出し、校正する方式（例えば特公平６−５
２１８５号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の各計測方式には
次のような問題点がある。 ワンポイントＡＧＣ：連続鋳造設備において、溶鋼の
湯面には保温及び溶鋼を引き抜く際の潤滑の目的からパ
ウダが散布されている。パウダは溶鋼の湯面表面より数
ｍｍ〜数十ｍｍの厚みを持っている。渦流式レベル計の
検出器から出る磁界はパウダを通過し溶鋼を検出する
が、そのため、オペレータは経験的にパウダの厚みを考
慮し溶鋼の湯面レベルを推測して校正するため、オペレ
ータの推測誤差、各オペレータによる個人差等があり、
正確な校正が困難である。

【０００６】無限大ＡＧＣ；ビレットＣＣのような小
断面モールドではＴＤノズルの近傍に渦流式レベル計の
検出器が設置される。アルミナ等非導電性のノズルの場
合には、検出器から出る磁界はノズル材料を透過し内部
の溶鋼流を検出してしまう。そのため、鋳造開始前に無
限大ＡＧＣを行い基本距離特性を合わせたとしても、操
業時にノズル内に溶鋼が注がれると距離特性がずれてし
まい、正確な計測が困難である。また、鋳造開始前と鋳
造開始中の渦流レベル計の検出器内部の温度を比べる
と、スラブのような大断面モールドで１０゜℃〜１５゜
℃、ビレットのような小断面モールドでは２０゜℃〜３
０゜℃の温度上昇がある。無限大ＡＧＣでは鋳造開始前
に冷間で距離特性を校正するため、検出器内部にあるコ
イルの温度ドリフトの影響により、スラブＣＣで５ｍｍ
〜10ｍｍ、ビレットＣＣで１０ｍｍ〜２０ｍｍの誤差が
生じる。

【０００７】感温素子を用いた校正方法；この校正方
法においては、モールド内に感温素子が埋め込まれてお
り、補修をする場合にはその作業が大変である。また、
感温素子の精度、応答性が渦流式レベル計を校正する際
の誤差となる。即ち、感温素子の精度及び応答性に問題
があるため、この感温素子を用いたレベル計はまだ実用
化されていない。にもかかわらずその値を真値として渦
流式レベル計の校正を行ったとしても、正確な校正は難
しい。

【０００８】また、特開平６−５２１８５号公報は、湯
面レベル計の計測値の零調精度が向上することによって
湯面が安定化し、湯面レベルが安定なほど熱電対レベル
計の精度も向上し、それがさらに零調精度を向上させる
といった好循環が実現する、という趣旨の記載がある
が、湯面レベル計の計測値の零調精度を向上させるため
の熱電対レベル計がもともと精度及び応答性に問題があ
るのだから、逆に悪循環が生じる可能性がある。

【０００９】いずれにしても、渦流レベル計を精度よく
校正するためには、実際の操業中のモールド内の溶鋼の
湯面レベルを高応答、高精度で、しかも周囲の影響を受
けずに湯面レベルの絶対値を計測する必要であり、その
開発が待たれていた。

【００１０】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、高応答、高精度で、周囲の影響を受けず
に湯面レベルの絶対値を計測して校正する機能を備えた
渦流式レベル計を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様によ
る渦流式レベル計は、連続鋳造設備のモールド内の溶鋼
の湯面レベルを計測する渦流式レベル計において、定常
操業状態のモールド内の溶鋼中に断続的に又は連続的に
挿入される第１及び第２の２本の電極と、第１の電極に
所定の信号を入力し、モールド内の溶鋼を介して第２の
電極に伝送された信号を受信し、所定信号の伝搬による
時間遅れに基いて定常状態のモールド内の溶鋼の湯面レ
ベルを断続的に又は連続的に計測する電極式レベル計
と、この電極式レベル計によって得られた湯面レベルに
基いて渦流式レベル計の特性を校正する校正演算回路と
を備えている。

【００１２】本発明の他の態様による渦流式レベル計
は、上記の渦流式レベル計において、電極式レベル計
は、第１の擬似ランダム信号を発生する手段と、第１の
擬似ランダム信号と信号パターンは同一で周波数がわず
かに異なる第２の擬似ランダム信号を発生する手段と、
第１の擬似ランダム信号と第２の擬似ランダム信号を乗
算して第１の乗算値を求める手段と、第１の擬似ランダ
ム信号を介して第１の電極に出力する手段と、第２の電
極を介して得られた信号と第２の擬似ランダム信号とを
乗算して第２の乗算値を求める手段と、第１の乗算値を
積分して第１の積分値を求める手段と、第２の乗算値を
積分して第２の積分値を求める手段と、第１の積分値及
び第２の積分値がそれぞれ最大値となる時刻の間の時間
遅れを計測する手段とを有する。

【００１３】本発明の他の態様による渦流式レベル計
は、上記の各渦流式レベル計において、校正演算回路
は、渦流式レベル計の出力と電極式レベル計の出力との
差を求める比較器と、比較器の出力に基いて渦流式レベ
ル計の増幅回路のゲインを調整する自動利得調整器とを
備えている。本発明の他の態様による渦流式レベル計
は、上記の各渦流式レベル計において、モールド内の溶
鋼中に２本の電極を断続的に又は連続的に挿入する手段
を有し、モールド内の溶鋼の湯面レベルを断続的に又は
連続的に計測する。

【００１４】

【作用】本発明の一つの態様による渦流式レベル計にお
いては、定常操業状態のモールド内の溶鋼中に断続的に
又は連続的に第１及び第２の２本の電極を挿入し、そし
て、電極レベル計は第１の電極に所定信号を送り出し、
第１及び第２の電極がモールド内に挿入されて溶鋼と接
触すると、第１及び第２の電極と接触する溶鋼を介して
第２の電極に所定信号が伝送され、挿入されて第１及び
第２の電極が溶解して電極と溶鋼との接触が断たれるま
での間、信号伝送による時間遅れから定常状態における
モールド内の溶鋼の湯面レベルを計測する。

【００１５】そして、校正演算回路においては、電極の
挿入により計測された電極式レベル計の出力とその時点
での渦流式レベル計の出力（計測値）とを比較し、渦流
式レベル計の計測値にズレが生じていた場合には、渦流
式レベル計の距離−出力特性の補正を行う。

【００１６】本発明の他の態様による渦流式レベル計に
おいて、電極式レベル計は次の演算処理をする。この電
極式レベル計においては、第１の擬似ランダム信号と第
２の擬似ランダム信号は同一のパターンで周波数がわず
かに異なっている。第１の乗算値の時系列パターンは第
１の擬似ランダム信号と第２の擬似ランダム信号の各周
期のパルスが一致したときの乗算値が最大相関値を示
し、最大値となり、この最大値は周期Ｔで発生する。周
期Ｔは次式で表わされる。 Ｔ＝ｋ／Δｆ …（１） ここでｋは定数で第１の擬似ランダム信号M1と第２の擬
似ランダム信号M2の１周期を構成するビット数（クロッ
ク数）を表わす。また、ΔｆはM1の１ビットのクロック
周波数f1とM2の１ビットのクロック周波数f2との差で次
式で表わされる。 Δｆ＝f1−f2 …（２）

【００１７】第２の乗算値の時系列パターンも最大値が
周期Ｔで発生するが、第１の擬似ランダム信号M1が第１
の電極、溶鋼、及び第２の電極を経由してくるので、Td
時間第２の擬似ランダム信号M2に対して遅れるため、第
２乗算値の最大値に対し、図９に示すようにＸ時間遅れ
ている。Ｘは次式で表される。 Ｘ＝（Td／Δｔ）×P2 …（３） Δｔ＝P2−P1 …（４） ここでP1はM1の周期、P2はM2の周期である。

【００１８】ここでTdは溶鋼の湯面レベルの変位に応じ
て変化するので、（３）式よりＸを測定してTdを求めれ
ば溶鋼の湯面レベルの変位を得ることができる。また、
湯面レベルの変位がわかれば、基準位置を決め、この基
準位置から湯面レベルまでの距離を求めることもでき
る。また、（３）式において、Δｔの値をTdに比べて小
さな値とし、P2の値を大きくすれば、Tdの値をP2／Δｔ
倍に拡大して計測することができるので精度よく計測す
ることができる。また、本方式による計測では、信号は
電極及び溶鋼内を伝導し、従来のように反射方式を用い
ていないので、Ｓ／Ｎ比が大きく、多重反射の影響もな
く、溶鋼の湯面レベルを精度よく測定することができ
る。

【００１９】また、本発明の他の態様による渦流式レベ
ル計において、校正演算回路の比較器は、渦流式レベル
計の出力と電極式レベル計の出力との差を求め、自動利
得調整器はその比較器の出力に基いて渦流式レベル計の
増幅回路のゲインを調整し、渦流式レベル計の距離ー出
力特性を補正する。更に、本発明の他の態様による渦流
式レベル計において、モールド内の溶鋼中に２本の電極
を同時に断続的に又は連続的に挿入し、電極が湯面レベ
ルに追随して挿入され、モールド内の溶鋼の湯面レベル
が断続的に又は連続的に計測され、従って、その計測の
度に、渦流式レベル計が自動的に校正される。

【００２０】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の一実施例に係る渦流式レベル
計及びその関連設備の構成を示すブロック図である。モ
ールド１内の溶鋼２の上部には渦流検出器３が配置さ
れ、また、溶鋼２には電極式レベル計２０の電極４，５
の下端部が挿入されている。この渦流式レベル計１０は
渦流検出器３の底から１００ｍｍの範囲まで計測できる
ものを使用している。電極式レベル計２０の電極４，５
には溶鋼と同材質のものを使用し、鋳造初期からの溶鋼
レベル計測ができるように長さ３５０ｍｍのものを使用
し、先端がダミーバー上部１０ｍｍの位置に来るように
設置されている。渦流式レベル計１０は、正帰還（Posi
tive Feed back：ＰＦ）増幅器１１、帯域制限フィルタ
（ＢＥＦ）１２、リニアライザー１３、Ｄ／Ａ変換器１
４、比較器１５及びＡＧＣ回路１６から構成されてい
る。この渦流式レベル計１０は、モールド１内の溶鋼２
の上部に配置された渦流検出器２からの信号を取り込ん
で、ＰＦ増幅器１１において増幅し、ＢＥＦ１２、リニ
アライザー１３及びＤ／Ａ変換器１４を介してレベル信
号が得られる。なお、これまでの動作については従来の
ものと同一である。

【００２１】本実施例においては、電極式レベル計２０
からの計測値を校正信号として取り込み、比較器５にお
いてＢＥＦ１２の出力と比較し、その偏差をＡＧＣ回路
１６に出力する。ＡＧＣ回路１６はその偏差に基いてＰ
Ｆ増幅器１１の増幅度を調整し、その増幅度の調整によ
って、渦流式レベル計１０のレベル出力は、電極式レベ
ル計２０の計測値によって校正されたものとなる。即
ち、渦流式レベル計の出力と電極式レベル計の計測値と
は比較器１５に入力され、電極式レベル計から得られる
溶鋼の絶対レベルと渦流式レベル計の出力信号とを比較
して偏差があった場合には、その偏差分だけ渦流式レベ
ル計１０の出力を補正するようにしている。なお、ここ
ではＡＧＣ回路１６によってＰＦ増幅器１１の増幅度を
調整した例を示したが、渦流式レベル計１０の他の構成
要素を調整しても同様に校正することができる。

【００２２】次に、電極式レベル計２０について説明す
る。電極式レベル計２０において、第１クロック発生器
２１は、１クロック当たり周波数f1の周波数を発生し、
第２クロック発生器２２は１クロック当たりf1よりわず
かに小さい周波数f2の周波数を発生する。第１擬似ラン
ダム信号発生器２３は周期P1の第１擬似ランダム信号M1
を発生し、第２擬似ランダム信号発生器２４はM1と同一
パターンで周期P2がP1よりわずかに異なる第２擬似ラン
ダム信号M2を発生する。第１擬似ランダム信号Ｍ１はＲ
Ｆ増幅器３３を介して第１電極４に送り出される。そし
て、第２電極５を介して得られた信号はアッテネータ
（ＡＴＴ）３４及びＲＦ増幅器３５を介して乗算器２６
に入力する。第１乗算器２５は第１擬似ランダム信号発
生器２３からのM1と第２擬似ランダム信号発生器４から
のM2とを乗算する。第２乗算器２６は第１擬似ランダム
信号発生器２３から上記のような伝送線路を通ってＡＴ
Ｔ３４及びＲＦ増幅器３５を介して入力されてきたM1と
第２擬似ランダム信号発生器２４からのM2とを乗算す
る。

【００２３】第１ローパスフィルタ２７は第１乗算器２
５の出力より高周波成分を除き、最大相関値間を１周期
とする時系列パターンを出力する。第２ローパスフィル
タ２８も同様に第２乗算器２６の出力より高周波成分を
除き、最大相関値間を１周期とする時系列パターンを出
力する。演算部２９は第１ローパスフィルタ７と第２ロ
ーパスフィルタ２８の時系列パターンの最大相関値間の
時間差から溶鋼の湯面レベルを算出する。演算部２９に
おいて得られた溶鋼の湯面レベルはＢＥＦ３０において
所定の周波数帯域が制限され、それ以外の周波数成分は
制限を受けずに通過し、それは渦流れ式レベル計１０の
校正信号として比較器１５に入力され、上述のように校
正処理がなされる。また、このＢＥＦ３０の出力はＤ／
Ａ変換器３１を介して電極式レベル計３０のレベル出力
として出力される。なお、上記の伝送線路にはモールド
１内の溶鋼２内に一部分を挿入された第１電極４と第２
電極５が設けられ、両電極４，５は溶鋼２を介して電気
的に接続されている。また、この両電極４，５は保持部
材３９によって保持され、昇降器３６によってが昇降制
御され、その位置は昇降装置位置検出器３７によって検
出されて演算器２９に入力される。演算器２９は第１ロ
ーパスフィルタ２７及び第２ローパスフィルタ２８の出
力及び保持部材３９の位置信号に基いてＡＴＴ３４の減
衰度を調整し、信号レベルが一定になるようにしてい
る。

【００２４】図２は第１クロック発生器２１及び第２ク
ロック発生器２２の構成を示した図である。第１水晶発
振器４１は周波数fa，例えば３０．００１ＭＨｚの水晶
発振器、第２水晶発振器４２は周波数fb，例えば３０．
０００ＭＨｚの水晶発振器であり、共通発振器４３は周
波数fc，例えば１４７０ＭＨｚの発振器である。第１混
合器４４は例えば平衡変調器等で構成され、fc±faの信
号を出力し、第２混合器４５はfc±fbの信号を出力する
混合器である。第１バンドパスフィルタ４６は第１混合
器４４の出力の内fc±faを通過させ、第２バンドパスフ
ィルタ４７は第２混合器４５の出力の内fc±fbを通過さ
せる。

【００２５】第１水晶発振器４１から出力される３０．
００１ＭＨｚの信号と、共通発振器４３から出力される
１４７０ＭＨｚの信号が、第１混合器４４で混合され１
５００．００１ＭＨｚと１４３９．９９９ＭＨｚの２つ
の信号を出力する。このうち１５００．００１ＭＨｚの
信号が第１バンドパスフィルタ４６を通過して第１クロ
ック周波数f1として出力される。また、同様に、第２水
晶発振器４２から出力される３０．０００ＭＨｚの信号
と、共通発振器４３から出力される１４７０ＭＨｚの信
号が第２混合器４５で混合され１５００．０００ＭＨｚ
と１４４０ＭＨｚの２つの信号を出力し、第２バンドパ
スフィルタ４７を通過することにより１５０００．００
０ＭＨｚの第２クロック周波数f2が出力される。この構
成により周波数f1，f2の周波数の差が正確に１ＫＨｚに
保持される。

【００２６】この局部部発振器に相当する第１、第２水
晶発振器４１，４２では既に１ＫＨｚの差を持たせてお
り、また、混合器４４，４５から出力される周波数差は
６０ＭＨｚと広い周波数差があるため、第１，第２バン
ドパスフィルタ４６，４７の特性はあまり急峻なものを
必要とせずＳＡＷフィルタ、水晶フィルタのような一般
的フィルタで実現できる。

【００２７】図３は第１及び第２擬似ランダム信号発生
器２３，２４の構成を説明した図である。本図は３ビッ
トのＭ系列信号発生器の構成図であり、分かり易く説明
するため３ビットの場合を示すが、より大きなビット、
例えば７ビットのシフトレジスタ等が用いられる。Ｍ系
列信号発生器はクロック信号に同期したフリップフロッ
プからなるシフトレジスタ５０と、シフトレジスタ５０
の最終段とその１つ前の段の出力信号を入力して最初の
段に出力する排他的論理回路５１から構成される。

【００２８】図４は図３に示した３段シフトレジスタを
用いた場合の擬似ランダム信号（Ｍ系列信号）を示した
タイミングチャートである。１周期のクロック数（ビッ
ト数）は段数をｎとするとＰ＝２ⁿ −１で表され、３段
シフトレジスタの場合ｎ＝３で、Ｐ＝７となる。図３に
示す第１擬似ランダム信号発生器２３から発生する第１
擬似ランダム信号M1の１ビットのクロック周波数をf1，
第２擬似ランダム周波数発生器２４の第２擬似ランダム
信号M2の１ビットのクロック周波数をf2とすると、M1の
周期P1，M2の周期P2は次式で表される。 P1＝（２ⁿ −１）／f1，P2＝（２ⁿ −１）／f2 …（５） 擬似ランダム信号M1，M2の１周期における時間差Δｔは
次式で表される。 Δｔ＝P2−P1＝（２ⁿ −１）（f1−f2）／（f1・f2） …（６） ここでf1＞f2とする。具体例としてf1＝１５００．００
１ＭＨｚ，f2＝１５００．０００ＭＨｚとし、シフトレ
ジスタを７段（ｎ＝７）とすると、 P1＝（２ⁿ −１）／f1 ＝（２⁷ −１）／１５００．００１×１０⁶ ＝８４６６６．６１０２２（psec） P2＝（２ⁿ −１）／f2 ＝（２⁷ −１）／１５００．００１×１０⁶ ＝８４６６６．６６６６７（psec） また、１周期の差Δｔは（６）式より Δｔ＝P2−P1 ０．０５６５（psec） と非常に微少な時間差として得られる。

【００２９】図５の（ａ）及び（ｂ）は乗算器２５，２
６で得られる相関値の説明図である。図５（ｂ）は図３
に示した３段シフトレジスタの１周期の擬似ランダム信
号M1，M2とその１ビット分を拡大したものであり、M2と
M1の最初の１ビットが、１ビット分ずれた状態から一致
してゆき、次に１ビット分ずれてゆく過程を表す。図５
の（ｃ）はこのときの相関値を示す。図５の（ｂ）にお
いて、M2の１周期P2とM1の１周期P1とは（６）式に示す
ようにΔｔだけずれており、１周期P1，P2は７ビットか
ら構成されているので、１周期の最初のビットではΔｔ
／７、最後の７ビット目ではΔｔずれている。はM1と
M2が１ビットずれた場合を示し、は最も一致した場合
を示し、は再び１ビットずれた場合を示す。図５の
（ｃ）は図７の（ａ）の，〜に対応した相関値の大
きさを縦軸にとり、横軸に時間軸をとって表したもので
ある。これは図１のローパスフィルタ２７，２８の出力
を表し、三角形の頂点が最大相関値である。

【００３０】擬似ランダム信号M1，M2で相関があるのは
周期P1，P2の位相が一致している場合である。つまり、
P1とP2の位相が１ビット以上ずれていると相関がとれな
くなる。そこでM1とM2が互いに相関が得られる時間ΔＴ
はM2の１ビット当たりの時間をB2とすると次式で表され
る。 ΔＴ＝２（B2／Δｔ）×P1＝２（１／Δｆ） …（７） ただし、B2＝１／f2 B2／Δｔは１ビットずれるM1の周期P1の数を示し、この
数の周期P1分の時間はP1を掛ければ得られ、しかもこの
１ビットずれは、前後へのずれがあるので２倍となって
いる。次に一度相関を得た後、再度相関を得られるまで
の時間（相関周期）を求める。

【００３１】図６は周期P2に対する周期P1の位相変化を
示したタイミングチャートである。図においては分かり
易くするためΔｔをP1，P2に対し大きな値としている。
図示のように、Ａの位置からΔｔがP2に含まれる数だけ
P1を繰り返すと、P2とP1の関係がＡの位置と同じくなる
Ｂの位置となるのでＴは次式で表される。 Ｔ＝（P2／Δｔ）×P1 ＝（P2／（P2−P1））×P1 ＝（２ⁿ −１）／Δｆ …（８） （８）式は先に示した（１）式を表している。

【００３２】図７は図１の第１，第２ローパスフィルタ
２７，２８の出力を示したタイミングチャートである。
Ｓ１は第１ローパスフィルタ２７の出力を示し、Ｓ２は
第２ローパスフィルタ２８の出力を示す。Ｓ１，Ｓ２は
相関周期Ｔで最大相関値が表れている。伝送線路La〜Ld
はそれぞれの線路の長さも表すとする。なお、伝送線路
Laは第２擬似ランダム信号発生器２４から第１乗算器２
５までの伝送距離、伝送線路Lbは第２擬似ランダム信号
発生器２４から第２乗算器２６までの伝送距離、送線路
Lcは第１擬似ランダム信号発生器２３から第１乗算器２
５までの伝送距離であり、送線路Ldは第１擬似ランダム
信号発生器２３から第１電極４、第２電極５を経由して
第２乗算器に至るまでの距離である。La＝Lbとし、Lc＝
LdとするとS1とS2の位相差Ｘは０となるがLc≠Ldとなる
とLcとLdの差に応じた位相差Ｘが発生する。溶鋼の湯面
レベル

【００３３】図８は溶鋼の湯面レベルが変化した時のLd
−Lcの変化を説明する図である。 レベルH0のとき：Ld−Lc＝Ｌ’ レベルH1のとき：Ld−Lc＝2L＋Ｌ’ とし、レベルがＬ変位すると第１擬似ランダム信号発生
器２３から乗算器２６に伝達される信号M1は、乗算器２
５へ伝達されるM1に比べて次式に示す時間Td（遅延時
間）遅く伝達される。 Td＝（2L＋Ｌ’）／Ｖ …（９） ここでＶ＝３×１０⁸ m／sec （光の速度）で電極と溶
鋼内を信号M1が伝わる速度である。

【００３４】図９は遅延時間Tdと位相差Ｘとの関係を示
したタイミングチャートである。位置Ａと位置Ｂにおい
ては周期P2と周期P1の位相は一致しており、位置Ａでは
Ｓ１の最大相関値が発生し、位置ＢではＳ２の最大相関
値が発生している。位相差Ｘには周期P2と周期P1がｎ個
あり、このｎ個のP2とｎ個のP1の差はｎΔｔで表され、
このｎΔｔが遅延時間Tdに等しいので次式が成り立つ。 Td＝ｎΔｔ …（１０） ここでｎ＝Ｘ／P2であるので、 Ｘ＝（Td／Δｔ）P2 …（１１） ＝Td×f1／Δf ＝（（2L＋Ｌ’）×f1）／（Ｖ×Δｆ） …（１２） この（１１）式は先に示した（３）式を表す。（１２）
式を用いて溶鋼の湯面レベルを求めるには次のようにす
る。まず基準となるレベルH0を設定する。H0においてレ
ベル変位Ｌを０とし、H0における位相差X0を求めれば
（１２）式より、Ｌ’を求めることができる。次に基準
レベルH0よりＬ下のレベルH1における位相差X1を求めれ
ば（１２）式にＬ’とX1を代入してＬを求めることがで
きる。なお、H0より溶鋼の湯面レベルが上にゆくと変位
Ｌが負の値として算出される。

【００３５】ここで溶鋼の湯面レベル変位ＬがL1からL2
に変化したとすると、それぞれの変位における位相差X
1，X2は次式で表される。 X1＝（（2L1 ＋Ｌ’）×f1）／（Ｖ×Δｆ） …（１３） X2＝（（2L2 ＋Ｌ’）×f1）／（Ｖ×Δｆ） …（１４） このときの位相差変化量ΔX は次式で表れる。 ΔX ＝X2−X1 ＝（２（L2−L1）×f1）／（Ｖ×Δｆ） ＝２ΔＬ×f1／（Ｖ×Δｆ） …（１５） ただしΔL ＝L2−L1 これにより位相差変化ΔX と変位差ΔL の関係から得ら
れるのでΔX からΔLを算出することができる。またΔL
が分かれば基準レベルからの変位量Ｌや溶鋼の湯面レ
ベルも算出できる。

【００３６】次に先に示した具体的数値を代入して検討
を行う。 擬似ランダム信号発生器のシフトレジスタ段数ｎは７
段とする。 Ｐ＝２ⁿ −１＝１２７ クロツク周波数 f1＝１５００．００１ＭＨｚ f2＝１５００．０００ＭＨｚ 変位差ΔL ＝１ｍｍとする。以上の値を（１５）式に
代入すると、 ΔX ＝（２ΔL ＝f1）／（Ｖ×f1） ＝２×１×１０^-3×１５００×１０⁸ ／（３×１０⁸ ×１×１０³ ） ＝０．００００１(sec) ＝１０×１０^-6(sec) 通常１ｍｍ当たりの信号伝搬時間ΔＸ’は ΔＸ’＝2L／Ｖ ＝（２×１×１０^-3）／（３×１０⁸ ） ＝６．７×１０^-12 （sec ） ΔX ／ΔＸ’＝１０×１０^-6／（６．７×１０^-12 ）＝１．５×１０⁶ これにより信号の伝達時間が約１５０万倍遅延化された
ことになり信号処理が容易に、かつ精度よく行われる。

【００３７】図１０は本実施例による電極式レベルの計
測結果を示した特性図である。横軸に溶鋼の湯面レベル
をとり、縦軸に湯面レベルの計測値を表す電圧をとる。
この時の計測条件は、ｆ＝１５００ＭＨｚ，Δf ＝１Ｋ
Ｈｚ，擬似ランダム信号発生器のシフトレジスト段数は
７段である。実験では位相差Ｘをコンピュータに取り込
み演算することでレベル又は基準位置からの距離を容易
に、かつ高速に処理することができた。

【００３８】なお、本実施例の電極４，５は溶融金属よ
り高い融点の金属を用いるか、或いは溶融金属内へ自動
的に繰り込んでゆくようにするとよい。電極は溶融金属
と同一の材料を用いれば融けても溶融金属の成分に影響
を与えない。

【００３９】ところで、従来の小断面モールドにおける
校正方法は、特開平３−６７６７８号公報においても開
示されているように、無限大ＡＧＣと接点電極等による
ワンポイントＡＧＣとを併用したものが一般的である。
ところが、小断面モールドの場合には渦流式レベル計の
検出器とノズルとが接近しているため、アルミナなどの
非導電性の材質で構成されたノズルの場合には、検出器
から出た磁界はノズルを透過し、内部を通過する溶鋼を
検出してしまう。そのため、無限大ＡＧＣで距離特性を
校正してもその後ノズル内部に溶鋼が通過してしまえ
ば、また距離特性がずれてしまう。また、小断面モール
ドの場合には溶鋼湯面の上昇速度が速く、溶鋼の波立ち
飛散が発生し，従来の電極（接点）方式によるワンポイ
ントＡＧＣでは１０ｍｍ以上の計測誤差を生じ、正確な
校正ができない場合が生じる。しかし、本実施例におい
ては、上述の電極式レベル計によって湯面レベルを連続
的に計測しているので、そのような弊害が除去されてお
り、次のような優れた特性が得られている。

【００４０】第１１図は図１の実施例における鋳造開始
時の渦流式レベル計の距離−出力特性の校正結果例を示
す特性図である。図示のように、区間Ｔ0 においては、
本来は破線のような計測レベルでなければならないが、
実際には実線に示されるような計測レベルが出力され、
それが電極レベル計１０の計測値によって校正される
と、両レベル計１０，２０の計測レベルは一致したもの
となる。従って、本実施例においては、従来の接点電極
と違って、連続して溶鋼の湯面レベルを計測できるた
め、溶鋼の湯面の波立ち、飛散により計測値に変動を生
じた場合でも、平均化等の信号処理により計測誤差を小
さくし、渦流式レベル計との計測上の差異を抑制し（渦
流式レベル計はその磁界視野に入る溶鋼湯面を平均化し
て検出している）、正確な校正を行うことができる。ま
た、接点電極の場合には溶鋼湯面が電極に接触した瞬間
の一点のみでの渦流式レベル計の特性校正しかできない
が、本実施例によれば電極式レベル計の出力に渦流式レ
ベル計の基本特性を追従させることにより溶鋼の湯面の
上昇速度が速くても精度よくＡＧＣ回路１６によってＲ
Ｆ増幅器１１の増幅度を調整して校正することができ
る。

【００４１】実施例２．図１２は本発明の他の実施例に
係る渦流式レベル計の湯面追従型の電極式レベル計にお
いて用いられる追従機構を示した説明図である。なお、
本実施例における回路校正は図１に示されるものと同一
である。上記のようにして校正が完了した渦流式レベル
計１０によって溶鋼の湯面制御が行われると、電極式レ
ベル計２０は湯面追従型のレベル計測に入るが、この湯
面追従型のレベル計測について説明する。。この追従機
構は、図示のように、長尺の電極４ａ，５ａが回巻され
たドラム４１と、ドラム４１から電極４ａ，５ａを引き
出す昇降ローラ４２と、電極４ａ，５ａを保持し、且つ
ケーブルと接続して図１のＲＦ増幅器３３及びＡＴＴ３
４と電極４ａ，５ａとをそれぞれ電気的に接続する電極
保持・ケーブル接続装置４３とから構成されている。電
極式レベル計２０の電極４ａ，５ａはその材質によって
は溶鋼２の湯面の上昇とともに溶融してなくなってしま
う。そのため、鋳造開始時のような溶鋼の上昇する方向
については計測できても下降する方向のレベル計測はで
きない。本実施例においては、長尺の電極４ａ，５ａが
使用され、昇降装置（図示せず）によって昇降ローラ４
２を駆動させることによって電極４ａ，５ａの断続的又
は連続的な昇降を可能にしており、モールド内の溶鋼２
の湯面レベルが下がったりレベル信号が無くなったら、
電極を下降させ溶鋼２に電極４ａ，５ａが接触した（レ
ベル信号が出た）時点でまた上昇させる。このような動
作を繰り返すことにより、電極４ａ，５ａの溶融を最小
限に押さえ，断続的又は連続的なレベル計測を可能にし
ている。

【００４２】このような湯面追従型の電極式レベル計に
よって断続的にモールド内の溶鋼２の湯面レベルを計測
し、渦流式レベル計１０の計測値との比較を行うことに
より、操業途中に周囲の外乱や温度ドリフトによって渦
流式レベル計１０の距離−出力特性が変化した場合で
も、渦流レベル計１０の計測値を正確に校正することが
できる。なお、

【００４３】第１３図（ａ）（ｂ）はモールド自動幅替
え時の状態及びその時の渦流式レベル計１０及び湯面追
従型の電極式レベル計２０の計測値を示した特性図であ
る。ここでは、幅替えによる渦流式レベル計１０の渦流
検出器３の周辺の条件が変化し、それによって渦流レベ
ル計１０の計測値に変動が生じているが、湯面追従型の
電極式レベル計２０の計測値が得られた時点で、渦流式
レベル計１０の距離−出力特性を自動的に校正し、正確
なレベル計測が可能となっている。モールド自動幅替え
は、渦流検出器３の設置位置によっては移動するモール
ド側壁を検出してしまい、距離特性に大きく影響する。
そのため、電極式レベル計２０を用いた校正は非常に有
効な方法といえる。電極の種類によっては溶融すること
が考えられるが、計測したい溶融金属よりも融点の高い
材質の電極を用いるか、本実施例にあるように、電極に
移動機構を設け、渦流式レベル計１０を校正するときだ
け溶鋼に接触させる方式又は湯面追従方式を用いればよ
い。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、定常状態
におけるモールド内の溶鋼の湯面レベルの計測値が電極
式レベル計によって断続的又は連続的に得られ、その計
測値によって渦流式レベル計の校正を行うようにしたの
で、渦流式レベル計の温度ドリフト等による変動が補正
され、正確なモールド内の溶鋼の湯面レベルを計測する
ことが可能なっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る渦流式レベル計及びそ
の関連設備の構成を示すブロック図である。

【図２】図１のクロック発生器の構成を示すブロック図
である。

【図３】図１の擬似ランダム信号（Ｍ系列信号）発生回
路の一例を示す図である。

【図４】図２の３段シフトレジスタによる擬似ランダム
信号を示すタイミングチャートである。

【図５】相関値の出力を説明するタイミングチャートで
ある。

【図６】相関周期Ｔの算出方法を説明するタイミングチ
ャートである。

【図７】第１ローパスフィルタの出力Ｓ１及び第２ロー
パスフィルタの出力Ｓ２を示すタイミングチャートであ
る。

【図８】溶鋼の湯面レベルと信号伝送距離を説明する図
である。

【図９】位相差Ｘを算出する説明図である。

【図１０】上記実施例の電極式レベル計の実測値の一例
を示す特性図である。

【図１１】図１の実施例における渦流式レベル計のレベ
ル計測値を示す図である。

【図１２】本発明の他の実施例の渦流式レベル計の湯面
追従型の電極式レベル計において用いられる追従機構の
説明図である。

【図１３】図１２の実施例におけるモールド幅替えの状
態及びそのときの渦流式レベル計校正結果を示す特性図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 幸一 東京都八王子市石川町2951−４ 株式会 社ニレコ内 (72)発明者 山田 健夫 東京都八王子市石川町2951−４ 株式会 社ニレコ内 (72)発明者 菅原 政夫 東京都八王子市石川町2951−４ 株式会 社ニレコ内 審査官 森口 正治 (56)参考文献 特開 昭48−21566（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−95407（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭42−26231（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 23/00 - 25/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造設備のモールド内の溶鋼の湯面
   レベルを計測する渦流式レベル計において、 定常操業状態のモールド内の溶鋼中に断続的又は連続的
   に挿入される第１及び第２の２本の電極と、 前記第１の電極に所定信号を入力し、モールド内の溶鋼
   を介して第２の電極に伝送された信号を受信し、前記所
   定信号の伝搬による時間遅れに基いて定常状態のモール
   ド内の溶鋼の湯面レベルを断続的又は連続的に計測する
   電極式レベル計と、 前記電極式レベル計によって得られた湯面レベルに基い
   て渦流式レベル計の特性を校正する校正回路とを備えた
   ことを特徴とする渦流式レベル計。
2. 【請求項２】 前記電極式レベル計は、 第１の擬似ランダム信号を発生する手段と、 前記第１の擬似ランダム信号と信号パターンは同一で周
   波数がわずかに異なる第２の擬似ランダム信号を発生す
   る手段と、 前記第１の擬似ランダム信号と前記第２の擬似ランダム
   信号を乗算して第１の乗算値を求める手段と、 前記第１の擬似ランダム信号を介して前記第１の電極に
   出力する手段と、 前記第２の電極を介して得られた信号と前記第２の擬似
   ランダム信号とを乗算して第２の乗算値を求める手段
   と、 前記第１の乗算値を積分して第１の積分値を求める手段
   と、 前記第２の乗算値を積分して第２の積分値を求める手段
   と、 前記第１の積分値及び前記第２の積分値がそれぞれ最大
   値となる時刻の間の時間遅れを計測する手段とを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の渦流式レベル計。
3. 【請求項３】 前記校正演算回路は、前記渦流式レベル
   計の出力と前記電極式レベリ計との差を求める比較器
   と、該比較器の出力に基いて前記渦流式レベル計の増幅
   回路のゲインを調整する自動利得調整器とを備えたこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の渦流式レベル計。
4. 【請求項４】 モールド内の溶鋼中に２本の電極を同時
   に断続的に又は連続的に挿入する手段を有し、モールド
   内の溶鋼の湯面レベルを断続的に又は連続的に計測する
   ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の渦流式レベ
   ル計。