JPH03276025A - 金属溶湯の液面位置検知装置 - Google Patents

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位置検知装置
に関するものであり、金属溶解炉のポット、タンデイツ
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） 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
るために連続鋳造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造プロセス全
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。従来の金属溶湯用のセンサとしては第７図、第８図
のようなものがある。

第７図のセンサは検出器へと回路部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Ｄ１と二次コイルＤ２とが収容され、
−次コイルＤ１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Ａ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Ｆ１、Ｆ２を金属溶湯Ｅ
の上面Ｇの上方に配置し、−次コイルＦ１に１００ＫＨ
，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
深く挿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が少なくなって同温
ｍＥ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Ｄ、Ｄｔ＝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内に挿入されてい
る部分は昇温することになり、かかるコイルのインダク
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９図のセンサは次のような問題があった。

■、コイルＦ１、Ｆ２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、場合によっては金金属ｆｉＥ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、
の温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内に不純物として混入して溶湯の品
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Ｆ、、Ｆ、が昇温することにより、そ
れらコイルのインダクタンスが温度により大きく変動し
、センサ自体の温度による零点の変動が大きい。

このように、従来は前記要求に応え得るセンサが実現さ
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ちかさみ、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
が少なく、構成が簡潔で、検知精度の高く、しかも金属
溶湯へのプローブの挿入深度を正確に制御できるように
した金属溶湯の液面位置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位置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。

本件発明の金属溶湯の液面位置検知装置は、第１図、第
２図のように溶湯槽１内の金属溶湯２内に挿入されて同
金属溶湯２の液面位に応じた浮力を受けるプローブ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点５と、同アーム４の一方
の端部４ａの近傍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
が備えられている金属溶湯の液面検知装置において、第
２図のように少なくとも前記プローブ３、支点５に支持
されたアーム４、浮力検出器６が、水平に昇降動できる
架台１４に設置され、同架台１４にその昇降距離を計測
できる変位センサ１５が設けられてなるものである。

本発明の金属溶湯の液面位置検知装置は、第９図のよう
な、半連続鋳造設備における場面制御方法の液面位置検
知に使用するのに適する。

第９図の半連続鋳造設備における湯面制御方法は、鋳型
３０の間に配置された受台３１にスパウト３２から金属
溶湯２を注湯し、注湯された金属溶湯２が固まったら受
台３１を第１０図の矢印方向に降下させて、その金属溶
湯２の上に更にスパウト３２から金属溶湯２を注渇し、
これを繰返して第９図のように鋳型３０内に所望量だけ
注湯するようにしたものである。

この半連続鋳造設備における湯面制御方法では、鋳型３
０内の金１）：溶湯２の液面位置を検知する必要がある
。この場合、金属溶湯２の正しい液面位置を検出するた
めには、鋳型３０内の金属溶湯２の量にかかわらず金属
溶湯２へのプローブ３の挿入深度は常に一定でなければ
ならない。即ち、この半連続鋳造設備では第１１図のよ
うに、鋳型３０の内部に冷却水を流している。それ故に
金属溶湯２は鋳型３０近辺から徐々に固まる。結果とし
ては第１１図に示すように金属溶湯内部に固液境界面３
３が存在している。しかも、金属溶湯２の液面位置が徐
々に上昇するにつれてその固液境界面３３も３４の位置
まで上昇する。この場合プローブ３が固定されて上昇し
ないと金属溶湯２に固められる虞れがある。そういう状
況になったら液面位置検知装置は測定不能になってしま
い、しかも、鋳塊も廃品になる虞れもある。それ故にプ
ルーブ３の挿入深度は正確に制御しなければならない。

しかし鋳型３０内の金属溶湯２の液面位置が上昇しても
プローブ３の位置が固定されていると、金属溶湯２への
プローブ３の挿入深度が変ってしまい、正確な液面位置
検出ができない。

そこで本発明の金属溶湯の液面位置検知装置では前記の
ように、少なくとも前記プローブ３．支歩、５に支持さ
れたアーム４、浮力検出器６を昇降動できる架台１４に
設置し、更に同架台１４にその昇降距離を測定できる変
位センサ１５を設けて、第９図のような金属溶湯２の液
面位置をち正確に検出できるようにした。

（作用） 本発明の金属溶湯の液面検知装置では、第２図の溶湯槽
ｌ内に挿入しているプローブ３が同溶湯槽１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１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８により除去され、更に演算処理器
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。

しかも本発明の金属溶湯の酸部位置検知装置では第２図
のように、少なくとちプローブ３、支点５に支持された
アーム４、浮力検出器６が水平に昇降動できる架台１４
に設置されているので、同液面位置検知装置を第９図の
ような半連続鋳造設備の液面位置検知に採用すれば、プ
ローブ３、支や、５に支持されたアーム４、浮力検出器
６を、鋳型３０内の金属溶湯２の液面位置の変化に応じ
て水平に昇降移動させることができる。このため同液面
位置が変化しても金属溶湯２へのプローブ３の挿入深度
を常に一定に保持することができる。

更に本発明の金属溶湯の液面位置検知装置では前記架台
１４にその昇降距離を計測できる変位センサ１５が設け
られているので、同案台１４の昇降距離、ひいてはプロ
ーブ３の昇降距離を正確に制御することもできる。

（実施例） 第１図〜第４図は本発明の金属溶湯の液面位置検知装置
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が挿入されているプロ
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、第３図、第４図のように下部
３ａが金属溶湯２内に挿入され、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
枝着具９をビスｌＯで締付けるとプローブ３が固定され
、同ビス１０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、液面位置検知装置の
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点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、アーム４の支点５
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りすることがな
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し）。

第２図の１４は昇降動できるようにした架台であり、こ
の図では架台１４として矢印ａ−ｂ方向に上下動自在と
して高さ調整できるＺステージが使用されている。

第２図の１５は架台（同図ではＺステージ）１４の昇降
距離を計測する測定センサであり、この図ではこの変位
センサ１５としてリニアスケールが使用されている。

第２図の１６はシールドケースであり、これはアーム４
の一部、支点５．浮力検出器６、信号処理器７、フィル
ター８等を収容するものである。

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置の
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、通常市販されているロードセルの
荷重当金１３（第２図）の上方の受力点に第２図、第４
図のようにベアリング１７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。

金属溶解鋳造等の工場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
大きいだけでなく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
敷く等してもよいが、防振ゴムは耐熱性が悪く、こげつ
く等の問題がある。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との間
にローパスフィルタ８を設けで、浮力検出器６の電気信
号出力に含まれる外米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。

（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。

■　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を深めに挿入させておけば
、同溶湯の量が多少減少しで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
。

■、金属溶湯２へのプローブ３の挿入深度を常に一定に
保持することができるので、プローブ３を金属溶湯中に
深く挿入するすることが出来ない金属溶湯の液面位置検
知に使用するのに適する。

■、プローブ３が傾くことなく昇降動されるので、プロ
ーブ３の浮力を受ける面積は変化せず常に一定である。

このためプローブ３が昇降しても検出精度が損なわれる
ことがない。

■、変位センサＩ５により架台１４の昇降距離を計測で
きるので、プローブ３の昇降動を正確に制御することも
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金属溶湯の液面位置検知装置の原理図
、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６図は
従来の液面位置検知センサの異なる例の説明図、第９図
は半連続鋳造設備における制御方法における注湯終了時
の説明図、第１０図は同制御方法における注湯スタート
時の説明図、 説明図である。 １は溶ン易手１！Ｉ ３はプローブ ５は支点 ７は信号処理器 １４は架台 第１ １図は半連続鋳造設備の ２は金属ン容湯 ４はアーム ６は浮力検出器 ８はフィルター ５は変位センサ 第７図 第Ｓ図 法 手続補正書

Claims (1)

【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
   うに支持する支点５と、同アーム４の一方の端部４ａの
   近傍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
   なる金属溶湯の液面検知装置において、少なくとも前記
   プローブ３、支点５に支持されたアーム４、浮力検出器
   ６が、昇降動できる架台１４に設置され、同架台１４に
   その昇降距離を計測できる変位センサ１５が設けられて
   なることを特徴とする金属溶湯の液面位置検知装置。