JPH03251723A

JPH03251723A - 金属溶湯の液面検知装置

Info

Publication number: JPH03251723A
Application number: JP4834490A
Authority: JP
Inventors: Toji Kin; 東治金
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1991-11-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は金属溶湯の液面位を検知する液面検知装置に関
するものであ□す、金属溶解炉のポット。

クンデイツシュ等における金属溶湯の液面位を検知、監
視等に利用できるものである。

（従来の技術）非鉄金属の製錬、溶解鋳造等の分野では金属溶湯が取り
扱われている。特に、溶解鋳造の分野では作業の効率化
を図るために連続鋳湯プロセスをコンピュータ制御化す
ることが進められている。

そのためには連続鋳湯プロセス全体の情報を正確に把握
することが重要である。この情報把握の一つとして金属
溶湯の液面位を検知することがある。金属溶湯は１例え
ば銅の場合１１５０℃もの高温であり、また、温度によ
る検知精度の変化が大きいため金属溶湯の液面位を検知
するプローブは次のような条件を備えていることが望ま
れている。

■、耐高温特性に優れ、１２５０℃以上でも使用できる
こと。

■、温度ドリフトが小さいこと。

■、溶湯と接触する部品の取付け、取外しが容易であり
、交換し易いこと。

■、メンテナンスが容易であること。

■、検知精度が高いこと。

しかし、従来の金属溶湯用のセンサは第７図、第８図の
ようなものであった。

第７図のセンサは検出器Ａと回路部Ｂとから構成され、
検出器Ａには案内管Ｃ内に耐熱性の高いＭＩケーブルを
巻いた一次コイルＤ、と二次コイルＤ２とが収容され、
−次コイルＤＩに電流を流すと二次コイルＤ２に誘導電
圧が発生し、検出器へのまわりに溶融金属Ｅがあると同
金属溶湯Ｅにも誘導電流が流れ、溶湯Ｅの上面Ｇの高低
変動に応じて二次コイルＤ２の出力が変化するようにし
たものである。

第８図のセンサは一対のコイルＦ、、Ｆ、を金属溶湯Ｅ
の上面Ｇの上方に配置し、−次コイルＦ、にｌ　０ＯＫ
Ｈ２の高周波電流を流すと金属溶湯Ｅの上面Ｇの位置（
液面位の増減）に応じて二次コイルＦ２に誘起される電
圧が変化し、この変化量から金属溶湯Ｅの上面Ｇの位置
を検出するようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題）前記した従来技術のうち第７図の金属溶湯用のセンサは
次のような問題があった。

■、金金属溶湯円内プローブＨを２００〜５００ｍｍも
長く侵入させないと金属溶湯Ｅの上面Ｇの位置を測定す
ることができないため、金属溶湯Ｅが少なくなって同溶
湯Ｅの上面Ｇの位置が下ると正確な測定ができなかった
。

■、コイルＤ１、Ｄ２が案内管Ｃ内に収容されているが
、コイルＤ、、Ｄ、のうち金属溶湯Ｅ内に差込まれてい
る部分は昇温することになり、かかるコイルのインタフ
タンスが温度により大きく変動するので、センサ自体の
温度による零点の変動が大きい。

■、最高使用温度が８００℃であるため、耐高温度特性
が悪い。

第８図のセンサは次のような問題があった。

■、コイルＦ１、Ｆ、が金属溶湯Ｅの上面Ｇから離れて
いる非接触型ではあるが、耐熱温度が１２０℃と低いた
め常時或は必要に応じてコイルＦ、、Ｆ、を冷却しなけ
ればならず、そのための冷却装置が必要になり、液面検
知装置全体が大掛かりになり、コスト高にもなる。

また、場合によっては金属溶湯Ｅの上面に薬剤を撒いて
金属溶湯Ｅからの輻射熱を抑えて、コイルＦ、、Ｆ、の
湯度上昇を防止していたが、このように薬剤を撒くと、
これが金属溶湯Ｅ内に不純物として侵入して溶湯の品質
に悪影響が及ぶ外、薬剤を撒く作業が面倒で手間がかか
り、作業が煩雑となる。

■、コイルＦ、、Ｆ、と金属溶湯Ｅの上面Ｆとの測定可
能な離間距離りが２０〜１２０ｍｍと狭いため、金属溶
湯Ｅの量が変化してその離間距離りが長くなると正確な
測定が難しくなる。

■、二つのコイルＦ１、Ｆ２が同じ材質、形状であるた
め、温度ドリフトが大きく（二倍）なる。

このように、従来は前記要求に応え得るプローブが実現
されておらず、それ故、従来の高温溶融金属プロセスの
制御は作業者の経験に頼っているのが実情である。しか
し、それでは多くの作業者が必要になり、作業者が多く
なると作業者によって制御にばらつきが生じ、しかも熟
練者が必要となるので人件費もかさみ、コスト高になる
という問題もあった。

（発明の目的）本発明の目的は金属溶湯の液面を同溶湯の浮力として検
出することにより、耐高温度特性に優れ、温度ドリフト
が少な（、構成が簡潔で、しかも検知精度の高い金属溶
湯の液面検知装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の金属溶湯の液面検知装置はアルキメデスの原理
、即ち、液体中にある物体が受ける浮力は物体の体積と
液体の比重との積に等しいという原理に基づいて開発さ
れたものである。

本件出願の発明のうち請求項第１の金属溶湯の液面検知
装置は第１図、第２図のように、溶湯槽１内の金属溶湯
２内に差込まれて同金属溶湯２の液面位に応じた浮力を
受けるセラミックス製のプローブ３と、同プローブ３を
支持するアーム４と、同アーム４を回転自在なるように
支持する支持具５と、同アーム４の一方の端部４ａの下
方に配置されて前記プローブ３が受けた浮力を前記アー
ム４を介して検出する浮力検出器６と、同浮力検出器６
の電気出力信号を演算処理して、同出力に対応する金属
溶湯２の液面位を求める信号処理器７とが備えられてい
ることを特徴とするものである。

本件出願の発明のうち請求項第２の金属溶湯の液面検知
装置は第１図、第２図のように、前記浮力検出器６の電
気出力信号から外来振動を除去するフィルター８が備え
られていることを特徴とすものである。

本件出願の発明のうち請求項第３の金属溶湯の液面検知
装置は第２図、第５図のように、前記プローブ３の上部
３ｂを二枚の挟着具９で挟み１両挟着具９をビスｌＯに
より締付けるとプローブ３が固定され、同ビスＩＯを緩
めるとプローブ３を取外しできるようにしたことを特徴
とするものである。

本件出願の発明のうち請求項第４の金属溶湯の液面検知
装置は第２図、第４図のように、前記浮力検出器６とし
てロードセルが使用され、同ロドセルの受力点にペアリ
ング１４が回転自在に設けられてなることを特徴とする
ものである。

第２図の金属溶湯の液面検知装置において静止の状態だ
けを考えると、プローブ３の下部（溶湯内に侵入する部
分）３ａの外径をＤ、溶湯の比重をρ、プローブ３の金
属溶湯２内への侵入深度の変化をΔＳとした場合、浮力
検出器６の受けた力の変化ΔＦは次の式で求められる。

ΔＦ＝（Ｌ、／Ｌ２）（π／４）Ｄ”ρΔＳここで、前
記り、ρ、Ｌ、、Ｌ、は常に一定であると仮定すれば、
ΔＦはΔＳに比例することが明らかである。従ってΔＦ
を正確に測定できればΔＳ（侵入深度の変化＝金属溶湯
の増減による液面位変化）を計算することができる。

（作用）本発明の液面検知装置では、溶湯槽ｌ内に侵入している
プローブ３が同温湯槽ｌ内の金属溶湯２の浮力を受け、
その浮力がアーム４に伝達され、同アーム４の他方の端
部４ｂから浮力検出器６に伝達される。この場合、アー
ム４の他方の端部４ｂが浮力検出器（例えばロードセル
）６に接触しているので、同アーム４は浮力を受けても
目視出来ない程度の微小角度しか回動せず、その浮力が
浮力検出器６に伝達され、同浮力検出器６により浮力が
検出される。検出された浮力は電気信号として出力され
、その信号に含まれている外来ノイズ（溶湯槽ｌが設定
されている箇所の機械的振動によるノイズ）がフィルタ
ー８により除去され。

更に第２図の演算処理器７により演算処理されて、浮力
検出器６により検出された浮力に対応した金属溶湯の液
面位が算出される。

（実施例）第１図は本発明の金属溶湯の液面検知装置の一実施例で
ある。

これらの図において１は溶湯槽、２は同溶湯槽内の金属
溶湯、３は金属溶湯内に下部３ａが差込まれているプロ
ーブ、４はアーム、５はアームを矢印方向に回動可能な
るように支持する支持具、６は浮力検知器である。

前記プローブ３は耐熱性に優れ、熱膨張率が比較的小さ
いセラミックスにより成形されている。

その形状は丸棒状であり、下部３ａが金属溶湯２内に差
込まれ、上部３ｂがアーム４に支持されている。

高温の金属溶湯２と直接接触するプローブ３の寿命は限
られているので、一定の期間が経過したら交換しなけれ
ばならない、そこでプローブ３はアーム４にできるだけ
交換し易いように取付けるのが望ましい、そのためには
例えば第２図、第５図のように、アーム４の先端に取付
けられている二枚の挟着具９間にプローブ３を挟み、両
挟着具９をビスｌＯで締付けるとプローブ３が固定され
、同ビスｌＯを緩めると固定が解除されてプローブ３を
取外しできるようにしである。又、液面検知装置の測定
レンジを大きく調整することができる。

前記アーム４はその重心位置が支持具５によりほぼ水平
に保持されて、アーム４の荷重が浮力検出器６にできる
だけ加わらないようにしである。

また、支持具５によるアーム４の支点をできるだけ金属
溶湯２の液面位と同じ高さにして、金属溶湯２の流れが
プローブ３に与える力によるモーメントができるだけ小
さくなるようにするのが望ましい、更にアーム４は長く
ても湾曲したり歪んだすすることがないように、剛性に
優れた材料で形成したり、剛性に優れた形状にしたりし
て、アーム４の端部４ａで受けた浮力が他方の端部４ｂ
から浮力検出器６にできるだけ正確に伝達されるように
するのがよい。

前記浮力検出器６にはロードセルが使用されている。第
３図に示したように、ロードセルに加わる力Ｆは垂直分
力Ｆ、と水平分力Ｆ２に分解できる。このうちの垂直分
力Ｆ、を正確に測定できればレベルの変化を計算できる
。水平分力Ｆ２はプローブ３の浮力と全く関係がなく、
ロードセルに悪影響を与えるだけであるため、適当な対
策を採らないと、場合によっては金属溶湯の液面位の測
定誤差が生ずる。この水平分力Ｆ２の影響を受けないよ
うにするためには１通常市販されているロードセルの荷
重当金１３（第３図）の上方の受力点に第２図、第４図
のようにペアリング１４を回転自在に設けるのがよい、
このようにすれば水平分力Ｆ２が極めて微小になり、そ
れによって生じる誤差が無視できるほど小さくなる。

前記信号処理器７は浮力検出器６からの電気信号出力を
演算処理して、溶湯槽ｌ内における金属溶湯２の液面位
を求めると共に、検知した液面位を表示できるようにし
である。

金属溶解鋳造等の向上の環境はかなり厳しいので１機械
的振動を完全に抑えることは不可能に近い、このような
機械的振動（外来振動）が金属溶湯検出装置に伝達され
て大きなノイズが生ずる。

金属溶湯検出装置に人為的に振動を与えてロードセルの
出力波形を調べると第６図の信号ａのようになった。こ
の図から明らかなように外来振動によるノイズは非常に
大きいだけでな（その周波数はランダムで不規則である
。

これを防止するには金属溶湯検出装置の下に防振ゴムを
敷（等してもよいが、防振ゴムは耐熱性が悪く、こげつ
（等の問題がある。そこで本発明では防振ゴムを使用せ
ず、第２図のように浮力検出器６と信号処理器７どの間
にローパスフィルター８を設けて、浮力検出器６の電気
信号出力に含まれる外来ノイズを電気的に除去するよう
にした。その結果、第６図の信号すのように外来ノイズ
が殆ど除去された。

第２図において１４は矢印ａ−ｂ方向に上下動自在とし
て高さ調整できるようにしであるＺステージ、１５はＺ
ステージの上下動の距離を正確に測定するリニアスケー
ルである。

（発明の効果）本発明の金属溶湯の液面検知装置は次のような効果があ
る。

■、セラミックス製のプローブ３が使用されているので
、耐高温度特性に優れ、コイルを使用しないから温度ド
リフトも小さく、検出精度も高し）＋ ■、プローブ３が耐高温度特性に優れているので、プロ
ーブ３の交換間隔が長くなり、また、プローブ３の交換
が容易であるためメンテナンスも容易である。

■、金属溶湯の液面位を浮力として検知するものである
ため、金属溶湯の量が多くても少なくても金属溶湯の液
面位を正確に検知でき、また、従来のコイルを使用して
誘導電流を検知するセンサより精度の高いものとなる。

■、金属溶湯の液面位を浮力として検知するものである
ため、同溶湯内にプローブ３を深めに侵入させておけば
、同溶湯の量が多少減少しても同溶湯の浮力を受ける限
り金属溶湯の液面位を検知することができるので、第７
図のセンサのように金属溶湯の量の増減に応じて測定可
能離間距離りを調節する必要が無く、測定が容易になる
。

■、浮力検出器６としてロードセルが使用され、同ロー
ドセルの受力点にペアリングが回転自在に設けられいる
ので、ロードセル↓こ加わる力のうち水平分力Ｆ２が殆
ど無くなり、はぼ垂直分力Ｆ、だけとなるので、測定精
度が向上する。

■、プローブ３がアーム４に脱着自在であるため、金属
溶湯内へのプローブ３の侵入深度の調節が容易になる。

■、構成が簡潔であるため製作が容易であり。

コストも易い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金属溶湯の液面検知装置の原理図、第
２図は同液面検知装置の一実施例を示す説明図、第３図
はロードセルに加わる力の説明図、第４図はロードセル
の改良説明図、第５図はプローブの取付は構造の説明図
、第６図は外来ノイズの説明図、第７図、第８図は従来
の液面検知センサのは異なる例の説明図である。１は溶湯槽２は金属溶湯３はプローブ３ａはプローブの下部３ｂはプローブの上部４はアーム４ａはアームの一方の端部４ｂはアームの他方の端部５は支持具６は浮力検出器７は信号処理器８はフィルター９は両挟着具ｌＯはビス１４はペアリング第７図第Ｓ図七つ、畝２− 手続補正書平成３年５月１３日平成２年特許願第４８３４４号２　発明の名称金属溶湯の液面検知装置３　補正をする者事件との関係名称

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶湯槽１内の金属溶湯２内に差込まれて同金属溶
湯２の液面位に応じた浮力を受けるセラミックス製のプ
ローブ３と、同プローブ３を支持するアーム４と、同ア
ーム４を回転自在なるように支持する支持具５と、同ア
ーム４の一方の端部４ａの下方に配置されて前記プロー
ブ３が受けた浮力を前記アーム４を介して検出する浮力
検出器６と、同浮力検出器６の電気出力信号を演算処理
して、その出力に対応する金属溶湯２の液面位を求める
信号処理器７とが備えられていることを特徴とする金属
溶湯の液面検知装置。
（２）前記浮力検出器６の電気出力信号から外来振動を
除去するフィルター８が備えられていることを特徴とす
る請求項第１の金属溶湯の液面検知装置。
（３）前記プローブ３の上部３ｂを二枚の挟着具９で挟
み、両挟着具９をビス１０により締付けるとプローブ３
が固定され、同ビス１０を緩めるとプローブ３を取外し
できるようにしたことを特徴とする請求項第１の金属溶
湯の液面検知装置。
（４）前記浮力検出器６としてロードセルが使用され、
同ロードセルの受力点にペアリング１４が回転自在に設
けられてなることを特徴とする請求項第１の金属溶湯の
液面検知装置。