JPH0751261B2 - 溶融金属レベル検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属の溶融面位置
（溶鋼レベル）の検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属の溶融面の位置を検出する方法
としては、以下に示すような方法がある。

【０００３】１）浮き子を利用する方法 溶融金属面に浮き子を浮かべ、この浮き子の位置を棒ま
たはチェ−ンなどにより検出する。

【０００４】２）光学的（光電変換）方法 溶融金属上面と容器等との接触位置における輝度の違い
に着目し、この境界線を例えばアレイセンサ−あるいは
テレビカメラ等を用いて三角測量法によって測定する。

【０００５】３）超音波による方法 超音波を溶融金属の表面に照射し、その反射した音波が
戻ってくる時間を測ることで溶融金属表面までの距離を
測定する。

【０００６】４）放射線を利用する方法 溶融金属に対し斜め方向に放射線を透過させ、この放射
線の減衰量より溶融金属の表面位置を検出する。

【０００７】５）浸積電極式方法 電極と溶融金属により電気回路のｏｎ−ｏｆｆ状態を作
って溶融金属のレベルを検出する。

【０００８】６）サ−モカップル方式 溶融金属の容器外側壁面に数組の熱電対を埋め込み、温
度分布の変化から間接的に溶融金属のレベルを検出す
る。

【０００９】７）電磁誘導方式 特開昭４８−９３５３９号公報の方法は、モ−ルド外壁
面に深さ方向に長いコイルを設け、該コイルをインピ−
ダンスブリッジ回路の一辺に接続する構成で、モ−ルド
内の溶鋼レベルの変化をモ−ルド壁温度変化として捕
え、これによって生じるモ−ルド壁の固有抵抗変化によ
りモ−ルド内に発生する渦電流の変化を利用して溶鋼レ
ベルを検出する方法である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術による溶融
金属の検出方法は、各々以下のような問題があった。、 １）浮き子を利用する方法 高温溶融金属に侵食されない浮き子材料がなく、またス
ラグ，メタル等が浮き子に付着し、浮き子の比重変化を
生じることがあり、その都度更正の必要を生じる。

【００１１】２）光学的（光電変換）方法 煙，粉塵等が存在する場合、あるいは溶融金属表面にス
ラグ（一般に輝度が低く黒く見える）が浮上する場合は
測定が困難となるだけでなく、煙等により光学センサ−
部に汚れが生じ、また溶融金属が高温である場合はその
熱による陽炎によって光の屈折を生じ、このため測定誤
差を生じる。

【００１２】３）超音波による方法 溶融金属が高温の場合は、その熱によって空気の揺らぎ
（空気密度変化）による複雑な音の屈折が生じ測定不能
となる。

【００１３】４）放射線を利用する方法 安全上の問題があることと、放射線源および検出器を設
置するスペ−スが無いような場所では使用不可である。

【００１４】５）浸積電極式方法 高温の溶融金属による電極消耗が著しく、長期使用が不
可能である。

【００１５】６）サ−モカップル方式 高温溶融金属の場合は、容器として耐火煉瓦を用いるた
めに熱伝導が悪く、よって測定時間遅れが生じるばかり
でなく、検出精度も悪い。またサ−モカップルの容器壁
内への埋め込みや、サ−モカップルが断線した時の交換
は容易でない。 ７）電磁誘導方式（特開昭４８−９３５３９号公報） メタル境界の温度変化をモ−ルド壁の温度変化として間
接的に測定するので、メタル境界におけるモ−ルド壁の
温度分布が緩慢となるために測定誤差を生じ易くなるば
かりでなく、またモ−ルドを冷却するために、この温度
変化をインピ−ダンス変化として捕えることは更に困難
となり、よって測定誤差を生じることは避けられなかっ
た。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明では、溶融金属が
在中する容器等の外側を、左右もしくは前後から挾むよ
うに送信ならびに受信コイルを対向させて配置し、前記
送信コイルに交番電圧を印加し、これによって生じる交
番磁束を前記溶融金属および容器中を透過せしめ、この
透過した磁束によって受信コイルに誘起される交番電圧
を観測するようにした溶融金属レベル検出器を縦方向に
複数組設け、各溶融金属レベル検出器の出力電圧値が、
予めそれぞれの溶融金属レベル検出器に設定した値（し
きい値）より高い電圧を出力している溶融金属レベル検
出器を選択して溶融金属レベルを測定する。

【００１７】本発明の好ましい実施態様では、溶融金属
レベル検出器を縦方向に複数組設けるに際して、隣合わ
せとなる溶融金属レベル検出器の検出範囲の一部が重複
するように各溶融金属レベル検出器を順次縦方向に配置
して、溶融金属レベルを測定する。

【００１８】

【作用】以下、図１および図２に示す本発明のブロック
概要図に基づいて説明する。

【００１９】図２において、フェライトコア上に電気コ
イルを捲いた送信コイル４には交流電源５が交騎番電圧
を印加し、これによって交番磁束が発生する。交番磁束
の一部は送信コイル４の直上方向ならびに直下方向に分
布し、また一部は鋼板からなるモ−ルド２の内部に入
り、モ−ルド２の上方向ならびに下方向に通過する。そ
して更に磁束密度は小ではあるが、一部の磁束はモ−ル
ド２を透過し溶鋼１または空気中６（これは、その時の
溶鋼のレベル位置によって、溶鋼１中かまたは空気中６
か、あるいは図２に示すように中間的位置のいずれかで
ある）内を通過し、モ−ルド３に達する。モ−ルド３に
達した磁束の一部はモ−ルド３内に入りモ−ルド３の上
方向ならびに下方向に通過する。そしてごく一部の磁束
は受信コイル７に達し誘起電圧信号を発生する。この信
号レベルは、受信コイル７に達する磁束が微少であるが
故に非常に小さく（発明者等による実測結果によれば、
受信コイル７に誘起される電圧は、交流電源５の電圧の
数千分の１であった）、よって実際の測定現場において
は、溶鋼レベル測定信号と無関係な有害なノイズ成分の
影響を受け易い。そこで発明者等は以下に述べる手段に
よって、この有害なノイズ成分を除去することで実用化
に成功した。即ち、受信コイル７の出力を、先ず交流電
源５と同じ周波数のみを通過させるバンドパスフィルタ
８によって有害ノイズ成分を除去する。しかし、バンド
パスフィルタ８を通過した後、公知の同期整流器９を用
いて交流電源５に同期した信号のみを直流電圧信号に交
換する。交流電源５に同期していない信号（不要な信
号）は交流電圧として同期整流器９より出力されるの
で、この交流電圧は直流電圧および非常に低い周波数の
みを通過させるロ−パスフィルタ１０によって除去し、
直流信号成分のみとして有効な信号のみを取り出すこと
ができる。

【００２０】さて、溶融金属１がモ−ルド２，３内に充
満している場合は、モ−ルド２を透過した一部の磁束が
溶融金属１内を通過する際、この磁束によって溶融金属
１内に渦電流が発生し、これはこの内部でジュ−ル熱と
して消耗されるため受信コイル７に達する磁束は過小と
なる。

【００２１】しかし、モ−ルド２，３内に溶融金属１が
皆無で空気６のみの場合は、前記のような溶鋼内での渦
電流が生じることが無いため、ここでの磁束の減衰は少
なく、よって受信コイル７に達する磁束は溶融金属１が
満たされている場合に比べて大である。

【００２２】そして、この受信コイル７に誘起される電
圧は、図３に示すごとく送，受信コイルの近傍に溶鋼レ
ベルがある場合においては、この溶鋼レベルによって順
次且つ連続的に変化する。よって、この誘起電圧を測定
すれば図３に示す受信コイル誘起電圧対溶鋼レベル特性
より送、受信コイル４，７近傍における溶融金属のレベ
ルを検出することができる。勿論、前述の如く実際の測
定現場においては、この溶鋼レベル信号と無関係な有害
な信号が含まれているので、図２のロ−パスフィルタ１
０の出力値をもって測定することは云うまでもない。

【００２３】ところで、溶鋼レベルが送，受信コイル位
置より大きく離れた場合、前記方法では検出範囲が送，
受信コイル位置より上あるいは下にあるかは判っても、
どの位置にあるかを知ることはできない。

【００２４】そこで発明者等は次の方法により、その問
題を解決した。即ち、図１に示すごとく、溶融金属１が
在中するモ−ルド２，３の外側を、左右もしくは前後か
ら挾むように前記方法と同じ送信コイル４ａ，４ｂ・・
・４ｎならびに受信コイル７ａ，７ｂ・・・７ｎを各々
対向させて複数個縦方向に配置し、該各々の送信コイル
４ａ，４ｂ・・・４ｎに周波数の異なる交流電源５ａ，
５ｂ・・・５ｎを印加し、これらによって生じる各々の
交番磁束の一部を前記方法と同様にして、溶鋼１または
空気中６およびモ−ルド２，３を透過させ、該各透過磁
束によって各々の受信コイル５ａ，５ｂ・・・５ｎに誘
起される各々の交番電圧を前記と同様のバンドパスフィ
ルタ８ａ・・・８ｎ，同期整流器９ａ・・・９ｎ，ロ−
パスフィルタ１０ａ・・・１０ｎを通し、前記と同様の
処理を行うようにしておく。

【００２５】そして、ロ−パスフィルタ１０ａ〜１０ｎ
の各々の出力値が図４に示す受信コイル誘起電圧対溶鋼
レベル特性の受信コイル誘起電圧値のしきい値より高い
時はオン，低い時はオフとなる２値化器１１ａ〜１１ｎ
を接続しておき、該２値化器１１ａ〜１１ｎの出力の中
の、隣り合う検出器の出力（１対の出力）の中で、オン
とオフとが存在する信号対の中の、オンを出力している
２値化器が接続されたロ−パスフィルタ（１０ａ〜１０
ｎの１つ）の出力を選択回路１２により選択し観測する
ようにする。

【００２６】この選択を実行する１つの具体的な電気回
路構成を図５に示す。この図５を参照して説明する。
今、溶鋼レベルが非常に低い場合は、全検出器の位置に
は空間６があるため、ロ−パスフィルタ１０ａ〜１０ｎ
の出力電圧値（図６にａ，ｂ，ｃ，・・・で示す）がし
きい値より全て高い。このときには２値化器１１ａ，１
１ｂ，１１ｃ，・・・の出力は全てオン（高レベルＨ）
となり、よってアンドゲ−ト１２ａ，１２ｂ，１２ｃ・
・・の全てのＸ入力を開とする。しかし２値化器１１
ｂ，１１ｃ，・・・の出力は反転器１３ａ，１３ｂ，１
３ｃ，・・・にも入力され、反転器１３ａ，１３ｂ，１
３ｃ，・・・の出力はオフ（低レベルＬ）となり、アン
ドゲ−ト１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・のＹ入力を閉
（低レベルＬ）とし、よってアンドゲ−ト１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ，・・・の出力はオフ（低レベルＬ）であ
り、アンドゲ−ト１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・の出
力がオン（Ｈ）の時閉じるアナログゲ−トスイッチ１４
ａ，１４ｂ，１４ｃ，・・・は閉じないため、これらの
スイッチ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，・・・はロ−パスフ
ィルタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・の出力を通過さ
せない（どの検出器の出力も出力しない）。

【００２７】ところが、溶鋼レベルが上昇し、例えばロ
−パスフィルタ１０ｃの出力値が前記しきい値より低く
なったとすると、２値化器１１ｃの出力がオフ（Ｌ）と
なり、よって反転器１３ｂの出力がオン（Ｈ）となって
アンドゲ−ト１２ｂのＹ入力を開（Ｈ）とし、２値化器
１１ｂの出力はまだオン（Ｈ）のままであるので、アン
ドゲ−ト１２ｂの出力がオン（Ｈ）となりよってアナロ
グゲ−トスイッチ１４ｂを閉じてロ−パスフィルタ１０
ｂの出力のみを通過させる。すなわちロ−パスフィルタ
１０ｂの溶鋼レベル検出信号を選択して出力する。

【００２８】このようにして溶鋼レベルの上昇に応じて
２値化器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ・・・の、隣り合せの
信号対がオン（Ｈ）とオフ（Ｌ）の組合せとなっている
場合、該オン（Ｈ）を出力している２値化器（１１ｂ）
が接続されたロ−パスフィルタ（１０ｂ）の出力が、選
択回路１１で自動的に摘出されて、溶鋼レベル検出信号
として出力される。

【００２９】これによれば、複数ある溶鋼レベル検出器
の溶鋼レベル出力の内、溶鋼レベルを測定するに最適な
検出器を自動的に選択し、その検出信号を出力するの
で、連続的に溶鋼レベルを広範囲に測定することができ
る。

【００３０】

【実施例】双ベルト式連続鋳造方法において、図１に示
すように、溶鋼が在中する鋼板製のベルトモ−ルドの外
側を挾むようにベルトから２０ｍｍ離してフェライトコ
ア−上に７７０回コイルを捲いた送信コイルならびに受
信コイルを対向させて４組縦方向に１１０ｍｍ間隔で配
置し、それぞれのレベル検出範囲の内、３０ｍｍづつ互
いに重複させるようにした。そしてこの時、各該送信コ
イルにお互いの干渉を避けるために４００〜１０００Ｈ
ｚのぞれぞれ周波数の異なる交番電圧を印加した。そし
て、これによって受信コイルに誘起されたそれぞれの
０．５〜７ｍＶの交番電圧信号を本発明の方法により検
出して信号処理を行い溶鋼レベル出力を得るようにし
た。

【００３１】これを図６に基づいて更に詳細に説明す
る。

【００３２】今、溶鋼レベルがＬ１にあるとき、図６よ
り、レベル検出器ａの出力電圧レベルａはＶａ（Ｖ）
で、しきい値よりも低いためこれに対応した図５の２値
化器１１ｃの出力はオフ（Ｌ）となり、図５のアンドゲ
−ト１２ｃを閉じる。また、図６のレベル検出器ｂ，ｃ
の出力電圧レベルｂ，ｃは、各々Ｖｂ，Ｖｃ（Ｖ）でし
きい値よりも高いためこれに対応した図５の２値化器１
１ｂ，１１ｃの出力はオン（Ｈ）となり、図５のアンド
ゲ−ト１２ｂ，１２ｃの各々の入力ゲ−トＸを開（Ｈ）
とする。アンドゲ−ト１２ａの入力ゲ−トＹは２値化器
１１ｂがオン（Ｈ）であるためそれに接続した反転器１
３ａの出力がオフ（Ｌ）であるのでその出力でアンドゲ
−ト１２ａは閉（Ｌ）である。しかし、図５の２値化器
１１ｃの出力がオフ（Ｌ）であるのでそれに接続した反
転器１３ｂの出力がオン（Ｈ）であり、これによりアン
ドゲ−ト１２ｂのみがオン（Ｈ）となってアナログゲ−
トスイッチ１４ｂのみが閉じて、結局、図６のレベル検
出器ｂの出力電圧レベルｂのみが出力される。

【００３３】このようにして、溶鋼レベルの上昇，下降
に応じて、図５の２値化器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ・・
・の出力のうち、隣り合せの対がオンとオフの組対の、
オン信号を出力している２値化器に接続されたロ−パス
フィルタの出力のみが、自動的に選択されるようにし
た。

【００３４】なお、本実施例の場合は、溶融金属として
溶鋼を対象としたが、必ずしも溶鋼に限られることはな
く、ほかの液体状の金属、あるいは例えば食塩水の如き
電流を流し得る液体であれば本発明方法を同様に適用す
ることができる。また、本実施例の場合、溶鋼の外側の
素材（モ−ルド）は鋼板であったが、これに限られるこ
とは無く、その他の素材、例えば耐火煉瓦ごとき物でも
よい。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように本発明の方法によれ
ば、溶融金属中にセンサ−を入れる方式では無いので、
高温溶融金属によるセンサ−の消耗が無く、よって保守
を不要とし高信頼度で半永久的な使用を可能とする。ま
た、磁気式であるため、煙，粉塵，蒸気等が存在してい
ても、あるいは高温による空気の揺らぎがあってもその
影響を全く受ない。また更に、本発明の方法は溶融金属
そのものの中で発生する渦電流の大小により直接に測定
する方法であるから、検出時間遅れが無く、よって応答
性が非常に良い。加えて、放射線等の有害な物を用いる
方法では無いため、安全性の問題も皆無である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の方法を一態様で実施する装置構成を
示すブロック図である。

【図２】 図１に示す複数組の検出器の１組のみを示す
ブロック図である。

【図３】 図２に示す検出器の出力電圧を示すグラフで
ある。

【図４】 図１に示す複数組の検出器の出力電圧を示す
グラフである。

【図５】 図１に示す選択回路１１の構成を示すブロッ
ク線図である。

【図６】 図５に示す選択回路１１に与えられる、検出
器の出力電圧を示すグラフである。

【符号の説明】

１：溶鋼 ２，３：モ−ルド ４，４ｂ〜４ｎ：送信コイル ５，５ａ，５ｂ〜５
ｎ：交流電源 ６：空気 ７，７ａ，７ｂ〜７
ｎ：受信コイル ８：バンドパスフィルタ− ９，９ａ，９ｂ〜９
ｎ：同期整流器 １０，１０ａ，１０ｂ〜１０ｎ：ロ−パスフィルタ １１ａ，１１ｂ〜１１ｎ：２値化器 １２：選択回路 １２ａ〜１２ｃ：ア
ンドゲ−ト １３ａ〜１３ｃ：反転器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属が在中する容器等の外側を、左
   右もしくは前後から挾むように送信コイルならびに受信
   コイルを対向させて配置し、前記送信コイルに交番電圧
   を印加し、これによって生じる交番磁束を前記溶融金属
   および容器中を透過せしめ、この透過した磁束によって
   受信コイルに誘起される交番電圧を観測するようにした
   溶融金属レベル検出器を縦方向に複数組設け、各溶融金
   属レベル検出器の出力電圧値が、予めそれぞれの溶融金
   属レベル検出器に設定した値より高い電圧を出力してい
   る溶融金属レベル検出器を選択して溶融金属レベルを測
   定することを特徴とする溶融金属レベル検出方法。
2. 【請求項２】 溶融金属レベル検出器を縦方向に複数組
   設けるに際して、隣合わせとなる溶融金属レベル検出器
   の検出範囲の一部が重複するように各溶融金属レベル検
   出器を順次縦方向に配置して、溶融金属レベルを測定す
   ることを特徴とする、前記請求項１記載の溶融金属レベ
   ル検出方法。