JPH04351254A - 連続鋳造におけるモールドレベル測定装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連続鋳造設備におけ
るモールド内の溶鋼レベルを測定するモールドレベル測
定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のモールドレベル測定方法と
しては、次に述べるもの（図８参照）が一般に知られて
いる。

【０００３】■　　光学式レベル計、即ちカメラ２０等
の撮像手段により、モールド２１の内壁面を含むように
撮像した湯面の画像から、モールド２１内の溶鋼レベル
をとらえるもの（特開昭６１−１３２２５３号公報参照
）。

【０００４】■　　渦流式レベル計、即ちモールド２１
内の湯面２２に渦電流を発生させ、この時にセンサー２
３と湯面２２との間の距離に応じて前記センサー２３の
インピーダンスが変化することを検出することにより、
モールド２１内の溶融レベルをとらえるもの（特開昭６
３−１０４７５８号公報参照）。

【０００５】■　　放射線式、即ち棒状等の放射線発生
源２４からの放射線の放射線受け部２５への入射量が、
湯面２２の変動により変化することを検出することによ
り、モールド２１内の溶鋼レベルをとらえるもの（実開
昭６３−１２２７４６号公報参照）。

【０００６】■　　熱電対式、即ちモールド２１の鋼板
に熱電対２６を複数個埋め込み、この各熱電対２５で検
出した各々のポイントにおける温度をパターン化し、こ
れより湯面位置を推定して、モールド内の溶鋼レベルと
してとらえるもの（特開平２−１９２８６２号公報参照
）。

【０００７】

【この発明が解決しようとする課題】しかし■の光学式
レベル計では、実操業でのモールド内における湯面上に
はパウダー層があるので、湯面位置の測定は原理的に誤
差が大きいものとなる。この誤差は、特にパウダーを一
括投入した時などに、より大きいものとなる。

【０００８】また■の渦流式レベル計では、測定距離が
１５０ｍｍ以上になると原理的に測定が難しくなる。そ
のためセンサーは、湯面近くに設置しなければならず、
鋳込み開始時やタンデッシュ交換時の湯面変動期には、
センサーを追従昇降させる必要があり、それらの装置を
含めたセンサー部をモールド上面に設置せざるを得ない
ので、パウダー供給機等の干渉がある。しかも鋳込み開
始や鋳継ぎ時のモールド内への金物挿入時には、センサ
ーをモールド上面より引き出す必要があり、設備が複雑
で高価になる上、操業的にもじゃまになるなどの問題が
ある。

【０００９】また■の放射線式レベル計では、可動部が
ないため溶鋼レベルの測定は行い易いが、放射線を使用
するため、作業者への安全上の問題が多くなる。しかも
パウダーの影響は避けられないため、湯面測定に誤差が
つきまとう。

【００１０】さらに■の熱電対式レベル計では、熱電対
を複数埋め込まねばならず、また溶鋼レベルという意味
ではモールドの高さ方向において非連続的な測定となる
ため、精度が悪くなる。しかも測定子の断線や劣化およ
び校正などのメンテナンスもたいへんである。

【００１１】この発明は前述した事情に鑑みて創案され
たもので、その目的はモールド内の溶鋼レベルを、パウ
ダー等に影響されることなく容易かつ確実に、しかもモ
ールド高さ方向へ連続して精度良く測定でき、この測定
作業を安全に行えてメンテナンスも容易に行うことので
きる連続鋳造におけるモールドレベル測定方法を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明によるモールド
内における溶鋼レベルの測定は（図１参照）、光ファイ
バー３でモールド内壁の温度を連続的に検出すると共に
、この温度情報を溶鋼に対応した位置情報として換算す
ることで行われる。

【００１３】詳しく述べると、溶鋼が流れ込んだモール
ド（Ｃｕ板）２の温度は、図２に示したように、溶鋼が
接触している上端位置（湯面位置）で、極端に高くなっ
ている。一方、光ファイバー３は温度に応じてレイリー
散乱量が多くなると共に、減衰率が大きくなる。

【００１４】そのためこの光ファイバー３の各点での減
衰量を測ればモールド２の各点の温度が推定でき、この
光ファイバー３の減衰量の急峻位置が湯面１２の位置と
なり、モールド２内における溶鋼レベル（モールドレベ
ル）の測定が行われる。

【００１５】つまり、本発明装置は、前記モールド内壁
面の内部または表面位置に、光ファイバーを埋設または
密着し、この光ファイバーの一端にレーザ投受光器を連
設し、該レーザ投受光器にパルスレーザ発信器及び時間
経過の反射光強度に解析する受光器を接続すると共に、
前記受光経過時間と受光強度とより光ファイバーの位置
と温度とに換算する変換器とを設けたモールドレベル測
定装置である。

【００１６】

【作用】なお前述したように光ファイバー３の減衰量を
、湯面１２の位置情報として得るためには、一般のパワ
ーメーターではダメで、時間経過と反射光強度とに解析
する装置であるＯｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉ
ｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｅｒ（商品名）が必要になり
、このＴ．Ｄ．Ｒ７（図１参照）を用いれば良い。

【００１７】但し、通常の通信用等の光ファイバーでは
減衰量が小さすぎるため（温度変化による減衰影響が小
さすぎるため）、温度変化による減衰量も小さすぎて測
定が困難である。従って計測用として、減衰率の大きな
光ファイバーを用いる方が有利となる。

【００１８】また一般的に光ファイバー内に投光された
レーザ光は、本質的にレイリー散乱によって減衰される
。これは、減衰率η＝反射散乱量Ｐｒ（入力に対する散
乱光量）／透過量Ｐｔ（出力）＝ＷαｒＣΔ／４ｎ１　
で表わされる。ここでαｒはレイリーによる光損失で、
Ｃは真空中の光速度で、ｎ１はコアの屈折率で、Ｗはパ
ルス幅（送出光）で、Δは比屈折率差である。そして温
度が上がるとファイバー中の原子の格子振動が大きくな
るために、光の散乱する確率が多くなり、このことから
光損失αｒが大きくなると考えられる。

【００１９】従ってこの発明の測定方法に使用する検出
用の光ファイバーとしては、比屈折率差Δが大きく、コ
アの屈折率ｎ１　を小さくとるものを選ぶ。なおパルス
幅Ｗは、スキャンタイムとの相関があり、検出位置精度
向上のためには小さい方がよい。また光ファイバー自体
、現在一般に使用されているものは、通信用であって減
衰率ηが０．２　ｄＢ／Ｋｍ程度のものであるが、精度
を上げるためには減衰率ηが１０００ｄＢ／Ｋｍ以上の
もの（不純物を含むファイバー）を使用することが望ま
しい。

【００２０】なお溶鋼レベルを測定する方法としては、
まず光ファイバー３（図１参照）により得られた反射光
の時間経過による強度量の情報は図３に示すような情報
であり、予めモールド全体が均一温度条件にて測定した
反射光強度線と対比してその差分より温度による減衰量
を求め、これを図４に示すように微分して、温度の逆数
の関数を抽出する。そしてこの情報から、温度のピーク
値ないしは、温度の変化率の最大のところ、即ち変曲点
等を抽出する。ただし、これら変曲点位置が光ファイバ
ーのどこの位置と対応しているかは、実操業時に接触式
等で湯面位置を測定しておき、湯面レベル（湯面ポイン
ト）基準点を求める。

【００２１】このようなロジックは、ＣＰＵ５（図１参
照）で実施する。これを計測信号（ｅｘ４〜２０ｍＡ）
に直して、タンディシュスライディングノズルの制御部
（図示せず）へ渡すことにより、モールド２内への溶鋼
注入量制御に利用でき、モールド内溶鋼レベルの安定化
ができる。

【００２２】さらに、光ファイバー３を複数本設置する
ことにより、モールド２の温度分布マップを得ることが
できる。即ち光スイッチ４（図１参照）等で、多数本の
各光ファイバー３を切換えながらスキャニングすること
により、図５のような温度分布を得ることができる。

【００２３】なお光ファイバー３による温度情報として
の検出精度は、光パルス幅と減衰率及び検出強度解析能
力とにより変わるが、後述する図６に示すように約５ｍ
ｍ程度の埋設位置で、１００℃以下の温度であれば±２
〜５℃、１５０℃までであれば±１０℃程度の精度で測
定可能である。ただし実用的には、光ファイバーの曲が
り等で、さらに測定精度は低下傾向にある。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の連続鋳造におけるモールド
レベル測定装置を、具体的な実施例によって説明する。

【００２５】この発明のモールドレベル測定装置は、図
１に示すように、モールド２内の溶鋼レベル１２を測定
する測定装置１であり、モールド２内に計測用光ファイ
バー３を複数本埋設し、この各計測用光ファイバー３の
一端にハーフミラー３１を介してレーザ投光器３２と光
電変換器とを接続し、該光電変換器の出力は切り替えス
イッチ４に接続し、このスイッチ４のもう一方は、反射
強度を経過時間をおって解析するＴ．Ｄ．Ｒ　７とが接
続されている。さらに、Ｔ．Ｄ．Ｒ　７の解析結果をＣ
ＰＵ５にて校正線（予め求めておいたもの）との比較、
換算により、光ファイバーの各点の温度を求め、変曲点
位置よりモールド内の溶鋼レベル１２位置としてＣＲＴ
６等に出力表示する。なお、ＣＰＵ５内にて、複数本の
光ファイバーの計測結果を順次求め、平均化または異常
値の除去等の平準化処理を行うことにより測定結果の信
頼性向上を図る。さらに、この測定結果は変換器を介し
て別な指示計８や、タンデッシュスライディングゲート
調節計（　図示せず）　のフィードバックとして利用可
能である。

【００２６】次にスラブ断面２５０×１８５０の連続鋳
造モールドに、光ファイバー３を７本埋め込み、前述し
たような構成からなる測定装置１を使用して、この発明
のモールドレベル測定装置の性能試験を行った。

【００２７】光ファイバー３は、図６に示すように、モ
ールド板の冷却溝底にさらに深さ５ｍｍの細溝加工を行
い、該細溝内に光ファイバー３を置き、伝熱性の良い樹
脂（エポキシ系にアルミナ粉混入したもの）で埋め込ん
だ。なおここでの光ファイバー３の構造（図６参照）は
、減衰率１２００ｄＢ／Ｋｍの石英（耐熱性の面より）
ファイバーを用いた０．１φ程度の光ファイバーを、保
護管（シリコンチューブ）に入れており、全体として外
径２φに形成されている。

【００２８】光ファイバーの校正は、図７に示すように
、モールド２内へ光ファイバー３を埋込む際に、光ファ
イバー３に近接して２点の温度測定子１１を設け、この
測温値を基に光ファイバーの計測値に対する校正線を求
めた。手順は、モールドを現地に据え付けた後、モール
ド全体を均一に昇熱しつつ前記測温値と光ファイバーの
計測値とを対比して行った。光ファイバーの位置情報へ
の変換は、予め光ファイバーの長さを計測しておき、投
光時より他端からの反射の受光時までの時間を該距離で
割って求めた。

【００２９】実操業での溶鋼レベル測定精度確認は、光
ファイバーで求めた温度測定結果の変曲点位置と、溶鋼
上面より渦電流式距離計により求めた溶鋼レベル位置と
を比較した。この結果、安定状態での湯面位置指示誤差
は、±５ｍｍ以内であった。しかし、湯面レベル変動時
の追従性は、磁気湯面計との比較で少々悪化傾向にあり
、±１０〜１５ｍｍ程度の変動（差）が見られた（スタ
ート時の湯面上昇中で悪化）。安定状態での測温値は、
湯面上で３０℃、湯面下で８０℃±５℃であった。

【００３０】次に、各光ファイバー毎の校正を行い、モ
ールドの面の温度分布測定解析を行った。なおこの温度
分布測定は、拘束性ブレークアウト予知に非常に効果が
あり、光ファイバーによる測温結果では、±１０℃以上
の温度異常であれば検出可能であることが分かった。温
度異常点は大きさが小さいため、光ファイバーを充分細
かく（異常温度範囲は通常５０ｍｍ程度の大きさで、こ
れ以下のピッチ）配置することにより、モールド内にお
ける凝固シェルの形成状態を推定することが可能となる
。 さらにモールド内の熱分布の積算を行うことにより幅方
向シェル均一度を測定することができ、溶鋼上面のパウ
ダー投入制御を行うこともできる。

【００３１】

【発明の効果】■　　モールド内にその高さ方向全長に
わたって光ファイバーを埋設することにより、モールド
の高さ方向の温度を連続的に測定でき、モールド内にお
ける湯面レベルがどの位置でも精度良く測定することが
できる。

【００３２】特に、鋳込み開始や終了時の湯面位置変動
時にも、略全位置の検出が可能となり、これらの非定状
域においても自動制御化が可能となる。

【００３３】■　　測定子がモールド内に埋設した光フ
ァイバーであることから、保守が容易であり、劣化も少
なく、従来の熱電対温度計に比べ、劣化に伴う測定値の
校正頻度を大幅に低減でき、測定子の数も少ないため校
正に要する時間も少なくてすむ。

【００３４】■　　光ファイバーは、予めオンライン位
置にてモールド内埋設され、調整および校正されるため
、現地据え付け後の作業量が少なく、また、モールド外
には接続用ケーブルだけであるため、周辺の機器との干
渉の問題もない。

【００３５】■　　検出手段が光を利用しているため、
溶鋼撹拌用等の磁界の影響なく測定ができ、誘導電流に
よる発熱の問題もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のモールドレベル測定装置を示す概略
ブロック図である。

【図２】この発明のモールドレベル測定装置、即ち光フ
ァイバーによるモールドレベルの温度情報としての検出
状態を示す概略図である。

【図３】この発明のモールドレベル測定装置におけるＴ
．Ｄ．Ｒ　の測定チャートを示すグラフである。

【図４】図３のグラフの計測軸を光ファイバーの減衰率
で置換えた状態を示すグラフである。

【図５】この発明のモールドレベル測定装置における複
数本の光ファイバーで検出したモールドの温度分布図で
ある。

【図６】この発明の測定装置における光ファイバーのモ
ールド内への埋設状態を示す概略図である。

【図７】この発明の測定装置の校正を行うための、熱電
対の取付状態を示す概略図である。

【図８】従来のモールドレベル測定方法を示す連続鋳造
設備におけるモールド部の概略断面図である。

【符号の説明】

１…測定装置、２…モールド、３…検出用光ファイバー
、４…切り替えスイッチ、５…ＣＰＵ、６…ＣＲＴ、７
…Ｔ．Ｄ．Ｒ　、８…指示計、９…変換器、１０…冷却
用溝、１１…熱電対温度計、１２…湯面、１３…パウダ
ー。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　連続鋳造設備におけるモールド内の溶
   鋼レベルを測定するモールドレベル測定方法であり、前
   記モールド内壁面の内部または表面位置に、光ファイバ
   ーを埋設または密着し、この光ファイバーの一端にレー
   ザ投受光器を連設し、該レーザ投受光器にパルスレーザ
   発信器及び時間経過の反射光強度に解析する受光器を接
   続すると共に、前記受光経過時間と受光強度とより光フ
   ァイバーの位置と温度とに換算する変換器とを設けたこ
   とを特徴とする連続鋳造におけるモールドレベル測定装
   置。
2. 【請求項２】　　光ファイバーはモールドの上下方向の
   冷却溝底部に密着または埋設して複数本設けられ、受光
   器と投受光器間に接続切り替えスイッチを設けた、請求
   項１記載の連続鋳造におけるモールドレベル測定装置。