JPH11188470A - 溶融金属の連続鋳造における湯面レベル測定方法と湯面レベル計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、溶融金属の連続鋳造における溶融
金属の連続鋳造時における鋳型中の溶融金属湯面レベル
位置測定方法とそれに使用するレベル計を提供する。 【解決手段】 鋳型を取り囲むように配置した電磁コイ
ルと、前記鋳型内溶融金属の湯面レベルを検知するため
の渦流式湯面レベルセンサーを有する連続鋳造装置にお
いて、前記電磁コイルの電流を一定周期で通電し、その
通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一定周
期で通電する操作を繰り返し行い、ＯＦＦ時間のみを渦
流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計で湯面レベルを
測定・出力させることにより湯面レベルを測定すること
を特徴とする連続鋳造における溶融金属湯面レベル測定
方法とそれに使用する湯面レベル計。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属の連続鋳
造における溶融金属の連続鋳造時における鋳型中の溶融
金属湯面レベル位置測定方法とそれに使用するレベル計
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に溶融金属の連続鋳造においては、
パウダーが鋳型内溶融金属プール上面に供給され、溶融
金属からの熱で溶解したパウダーは上下に振動する鋳型
壁と、一定速度で引き抜かれる凝固シェルの相対運動に
よって、これらの間に流入するが、この流入時に発生す
る動圧によりメニスカスや凝固シェル先端が変形し、し
かもこの変形は鋳型オッシレーションの周期で繰り返さ
れるために、鋳片表面にはオッシレーションマークと呼
ばれる周期的な皺が形成される。しかし、この皺の深さ
が深い場合には、鋳片表面疵欠陥に繋がる他、鋼種によ
っては特定の元素のみがこのオッシレーションマーク谷
部に偏析したり、気泡、介在物の捕捉が増加し、歩留ま
り低下の原因となっている。

【０００３】一方、ビレットや小断面積を有する鋳片の
連続鋳造においては、上記パウダーに替わってレプシー
ドオイルが使用されている。このレプシードオイルはメ
ニスカスにおいて燃焼し、グラファイトとなって凝固シ
ェルが鋳型壁に焼きつくことを防止するものの、鋳造さ
れた鋳片表面に規則的に生成した明瞭なオッシレーショ
ンマークを得ることは困難で、鋳造操業や鋳片の品質安
定性は、上記パウダーを用いた鋳造に比べて劣ってい
る。

【０００４】このように、初期凝固を制御する方法とし
ては、特開昭５２−３２８２４号公報に記載されるよう
に、溶融金属を潤滑剤と共に一定周期で振動する水冷鋳
型に注入し、連続的に下方に引き抜く連続鋳造法で、鋳
型周りに設けた電磁コイルに交流電流を連続的に通電
し、交流磁場によって発生する電磁力を利用して鋳型内
溶融金属のメニスカスに電磁力を付与してメニスカス部
を彎曲させて鋳片の表面性状を改善する方法が開示され
ている。また、特開昭６４−８３３４８号公報には、電
磁コイルによって鋳型内の溶融金属に電磁力を与える際
に、交流磁場をパルス状に付与することによって電磁力
を間欠的に印加するパウダーキャスティング法で更に鋳
片の表面性状を改善する方法が開示されている。また、
再公表平８−８０５９２６号公報には、電磁力を付与す
るために交流電流の振幅に、鋳型振動と同じ周波数の強
弱をつけ、鋳型振動周波数（ｆｍ）と交流磁場周波数
（ｆｐ）とを０．６９≦ｌｎ（ｆｐ／ｆｍ）≦９．９、
ただし、ｌｎは定数、の範囲内に設定することで安定し
たメニスカスを生成させ、鋳片の表面性状効果を更に安
定して得る連続鋳造方法が開示されている。

【０００５】また、溶融金属のレベル検出方法について
は、従来より浮き子を利用する方法、光学的（光電変
換）手法、超音波、放射線を利用する方法、漬積電極
式、サーモカップル方式、電磁誘導方式等の様々な方式
が開発、実施されている。さらには、特開平３−１２２
５２６号公報、特開平３−１３８５３６号公報、特開平
４−１８７３５５号公報および特開平４−２３８６６１
号公報に開示されているような、溶融金属中で発生する
渦電流の大小による受信コイルのインピーダンス変化を
位相変化として測定する方法が開発されている。また、
特開平４−２３８６６１号公報には、複数個の検出器で
湯面レベルの変動範囲を分割測定し、検出器の切替えに
よる測定値の不連続性を抑制する方法も開発されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来技術を実際に電磁誘導加熱装置を設置した連続鋳造
装置で実現する場合、鋳型内溶融金属の湯面レベルを精
度よく検知できないという問題があった。この湯面レベ
ル検知の精度が劣化していくと湯面レベル制御が困難に
なり、溶融金属のメニスカスの安定成形も難しくなり、
結果的に良好な鋳片の表面性状確保ができなくなるとい
う問題があった。

【０００７】一方、連続鋳造装置に使用される湯面レベ
ル検知手段として、前述したような交流磁場による電磁
誘導現象を応用した渦流式湯面レベル計が良く使用され
ている。また、他の手段としては鋳型に埋設した熱電対
を利用する方法や、γ線を用いた透過型センサー等があ
るが、測定精度や応答性の点で渦流センサーが最も優れ
ている観点から殆どの連続鋳造装置で使用されている。
しかしながら、電磁コイルを使用する限りにおいては、
電磁コイルから発生する交流磁場が、渦流式湯面レベル
センサーに対してノイズとして作用し、正確な湯面レベ
ル検知が行えず、しかも測定精度が悪化していくという
大きな問題を引き起こしている。例えば、１，０００(G
auss) 以上の強度で周波数２００Ｈｚの連続電磁誘導鋳
造における磁界中で使用した場合には信号出力電圧が飽
和して測定不能となったり、パルス電磁誘導鋳造におけ
る磁界中でも磁界ＯＮの時には飽和して、そのままでは
溶融金属の湯面れべるが測定できないという深刻な問題
が発生している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
パルス磁場を発生させて鋳片の表面性状を改善するよう
な連続鋳造装置においては、渦流式湯面レベルセンサー
に対して、パルス付与期（ＯＮ期）には強いノイズが作
用するが、パルス付与中断期（ＯＦＦ期）には殆どノイ
ズが発生しないことに着目し、パルスＯＮ期とパルスＯ
ＦＦ期を周期的に繰り返し、渦流式湯面レベル計または
鋳型内蔵式レベル計の信号処理装置に入力し、この信号
処理装置内でパルスＯＦＦ期にのみ湯面レベルを検知
し、パルスＯＮ期には検知しないようにすることで、電
磁コイルから発生する交流磁場ノイズの影響を受けるこ
となく、安定して精度高い溶融金属の湯面レベル検知が
可能になったものであり、その要旨は次の通りである。

【０００９】（１）鋳型を取り囲むように配置した電磁
コイルと、前記鋳型内溶融金属の湯面レベルを検知する
ための渦流式湯面レベルセンサーを有する連続鋳造装置
において、前記電磁コイルの電流を一定周期で通電し、
その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一
定周期で通電する操作を繰り返し行い、ＯＦＦ時間のみ
を渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計で湯面レベ
ルを測定・出力させることにより湯面レベルを測定する
ことを特徴とする連続鋳造における溶融金属湯面レベル
測定方法。

【００１０】（２）前記繰り返しの周期を、周波数
（ｆ）、通電ＯＮ／ＯＦＦピッチとの関係を、６０≦ｆ
≦４００（Ｈｚ）、および、３０≦Ｔｏ≦３００（ｍｓ
ｅｃ）、の条件で通電することを特徴とする前記（１）
記載の連続鋳造における溶融金属湯面レベル測定方法。

【００１１】（３）鋳型を取り囲むように配置した電磁
コイルと、前記鋳型内溶融金属の湯面レベルを検知する
ための渦流式湯面レベルセンサーを有する連続鋳造装置
において、前記電磁コイルの電流を１〜５周期で通電
し、その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次い
で１〜５周期で通電する操作を繰り返し行い、ＯＦＦ時
間のみを渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計で湯
面レベルを測定・出力させることにより湯面レベルを測
定することを特徴とする連続鋳造における溶融金属湯面
レベル計。

【００１２】（４）前記電磁コイルの電流の回転磁界の
向きを正転／逆転させることを特徴とする前記（３）記
載の連続鋳造における溶融金属湯面レベル計。 （５）前記電磁コイルの電流の通電ＯＦＦ時は、電磁コ
イルと渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計との電
磁界の相互作用がないレベルまで小さい値の電流を通電
する状態としたことを特徴とする前記（３）または
（４）記載の連続鋳造における溶融金属湯面レベル計。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施態様を概要図
に基づいて説明する。図１は、本発明による連続鋳造に
おける溶融金属湯面レベル計の概要図を示したものであ
る。図１において、鋳型１内の溶融金属２の湯面３に相
当する位置に鋳型１の外部周囲に電磁気発生装置４を設
け、これから発生される交流電流により前記溶融金属を
対流・攪拌させている。溶融金属２の湯面３の直上には
湯面レベルを測定するための湯面レベルセンサー５（通
常は、渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計が用い
られている。）が設置される。この湯面レベルセンサー
５は、内部に導電性強磁性物質６を挟んで湯面と平行に
上下に一次コイル７および二次コイル８が配置されてい
る。この状態で溶融金属の湯面レベルを測定使用とする
と、電磁気発生装置４と湯面レベルセンサー５を併用す
ると、電磁コイルを使用する限り電磁気発生装置４内の
電磁コイルから発生する交流磁場が、湯面レベルセンサ
ー５に対してノイズとして作用し、正確な湯面レベル検
知が行えず、しかも測定精度が悪化していくという障害
が常に付きまとうことになる。

【００１４】そこで、本発明者らは、前記ノイズを除去
し常に安定した湯面レベルを測定するために、図２に示
したように、電源発生電流は電磁気発生装置４内の電磁
コイルを介して（Ａ）のように周期的にＯＮ／ＯＦＦの
波形を有しており、ＯＮ状態においては電磁コイルから
発生する交流磁場が生じ、ＯＦＦ状態では交流磁場が生
じないことに着目し、前記電磁気発生装置４をＯＮ／Ｏ
ＦＦパターンで操業することとした。一方、この電磁気
発生装置４のＯＮ／ＯＦＦパターンで操業に合わせて、
（Ｂ）に示すように、平行的にＯＮ／ＯＦＦさせるこ
と、つまり、電磁気発生装置４のＯＮパターン時にはマ
スキングし、ＯＦＦパターン時のみ湯面レベルセンサー
５から発せられる信号の処理を行うことで湯面レベル測
定を行った。すなわち、電磁気発生装置４内の電磁コイ
ルの電流を一定周期で通電し、その通電中に、好ましく
は、電磁コイルの電流のＯＮ時に回転磁界の向きを正転
／逆転させ、ＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一
定周期で通電する操作を繰り返し行い、ＯＦＦ時間のみ
を渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計で湯面レベ
ルを測定・出力させることにより湯面レベルを測定する
ことで安定して常に精度の高い溶融金属湯面レベルを測
定することが可能になった。その具体的処理を図１に基
づいて更に説明する。

【００１５】湯面レベルセンサー５内の一次コイル側に
は一次信号発生装置９から一次信号が送られる。この一
次信号は断続的であっても、常時信号を発していても差
し支えない。前記一次信号は導電性強磁性物質６により
増幅されて二次コイル８側に伝達され、そして二次信号
が発せられる。この二次信号は二次信号処理機構１０に
送られ二次信号処理がなされる。この二次信号処理機構
１０は、増幅器フィルター１０で増幅され、波高値検波
或いは位相検波を行うための検波器１１、ＲＭＳ１２、
増幅器１３で構成されている。この二次信号処理機構１
０内には、二次信号処理と共に、電源制御部からのマス
キング信号に従って信号処理を行ったり、行わなかった
りする。一方、電磁コイルに送給される周波数および電
流の通電量の指令を行う制御部１５においては、通常の
正弦波に加え台形波等の波形を基にして電源のＯＮ領域
或いはＯＦＦ領域の指令を発する。本発明においては、
前記制御部１５で、前記電磁コイルの電流を１〜５周期
で通電し、その通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設け
て、次いで１〜５周期で通電する操作を繰り返し行うこ
とが好ましいが、通電がＯＦＦの時のみ起動するよう構
成されている。また、前記電磁コイルの電流の通電ＯＦ
Ｆ時は、電磁コイルと渦流式レベル計または鋳型内蔵式
レベル計との電磁界の相互作用がないレベルまで小さい
値の電流を通電する状態として操業することにより、更
にノイズの少ない状態で湯面れべるを測定することが可
能になる。更に、前記制御部１５からの指令は、一次信
号発生装置９およびＲＭＳ１２に送られ、通電ＯＦＦ時
に前記溶融金属の湯面レベルを測定する情報処理を行
う。

【００１６】特に、本発明では、前記繰り返しの周期
を、周波数（ｆ）、通電ＯＮ／ＯＦＦピッチとの関係
を、６０≦ｆ≦４００（Ｈｚ）、および、３０≦Ｔｏ≦
３００（ｍｓｅｃ）の条件で通電することが好ましい。
これは、図３（ａ）に示すように、本発明で周波数と電
流との関係から２００Ｈｚ近傍でノイズが最小値を示
し、使用可能な周波数は６０〜４００Ｈｚの範囲とされ
る。また、２００Ｈｚの周波数で鋳片表面粗度（Ｒｍａ
ｘ）と通電ＯＮ／ＯＦＦピッチ（Ｔｏ）との関係をみる
と、図３（ｂ）に示すように通電ＯＮ／ＯＦＦピッチ
（Ｔｏ）が２００ｍｓｅｃの時に鋳片表面粗度が著しく
改善されていることが分かる。従って、鋳片粗度の観点
から通電ＯＮ／ＯＦＦピッチ（Ｔｏ）の範囲を３０〜３
００ｍｓｅｃの範囲で通電することが好ましい。なお、
前記Ｔｏが３０ｍｓｅｃ以下、また３００ｍｓｅｃ以上
では湯面レベル計では追随できないことから上記範囲に
設定することが好ましい。

【００１７】更に、本発明においては、図４に示すよう
に、渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計の二次側
コイル側に更に変動コイルとマスキング装置を付加する
ことにより、更に電磁コイルから発生する交流磁場ノイ
ズの影響を受けることなく、安定して精度高い溶融金属
の湯面レベル検知が可能になる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は電磁コイ
ルに通電中に、電磁コイルの電流をＯＮ／ＯＦＦ、好ま
しくは、ＯＮ時に正転／逆転の操作を導入することによ
り、或る間隔でＯＦＦ時間を任意の回数設け、その際に
渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計で電磁コイル
から発生する交流磁場ノイズの影響を受けることなく、
安定して精度高い溶融金属の湯面レベル検知が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による連続鋳造における溶融金属湯面レ
ベル計の概要図。

【図２】電磁気発生装置の電磁コイルの電流波形（Ａ）
とマスキング（Ｂ）波形を示す図。

【図３】（ａ）は周波数と電流との関係を示す図、
（ｂ）は通電ＯＮ／ＯＦＦピッチ（Ｔｏ）と鋳片表面粗
度との関係を示す図。

【符号の説明】

１…鋳型 ２…溶融金属 ３…湯面 ４…電磁コイル ５…渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計 ６…導電性強磁性物質 ７…一次コイル ８…二次コイル ９…一次信号発生装置 １０…二次信号処理機構 １１…増幅器・フィルター １２…検波装置 １３…ＲＭＳ １４…増幅器 １５…周波数、電流制御部 １６…変動コイル １７…マスキング装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型を取り囲むように配置した電磁コイ
   ルと、前記鋳型内溶融金属の湯面レベルを検知するため
   の渦流式湯面レベルセンサーを有する連続鋳造装置にお
   いて、前記電磁コイルの電流を一定周期で通電し、その
   通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで一定周
   期で通電する操作を繰り返し行い、ＯＦＦ時間のみを渦
   流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計で湯面レベルを
   測定・出力させることにより湯面レベルを測定すること
   を特徴とする連続鋳造における溶融金属湯面レベル測定
   方法。
2. 【請求項２】 前記繰り返しの周期を、周波数（ｆ）、
   通電ＯＮ／ＯＦＦピッチとの関係を、 ６０≦ｆ≦４００（Ｈｚ）、および、 ３０≦Ｔｏ≦３００（ｍｓｅｃ）、 の条件で通電することを特徴とする連続鋳造における溶
   融金属湯面レベル測定方法。
3. 【請求項３】 鋳型を取り囲むように配置した電磁コイ
   ルと、前記鋳型内溶融金属の湯面レベルを検知するため
   の渦流式湯面レベルセンサーを有する連続鋳造装置にお
   いて、前記電磁コイルの電流を１〜５周期で通電し、そ
   の通電中にＯＦＦ時間を任意の回数設けて、次いで１〜
   ５周期で通電する操作を繰り返し行い、ＯＦＦ時間のみ
   を渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベル計で湯面レベ
   ルを測定・出力させることにより湯面レベルを測定する
   ことを特徴とする連続鋳造における溶融金属湯面レベル
   計。
4. 【請求項４】 前記電磁コイルの電流の回転磁界の向き
   を正転／逆転させることを特徴とする請求項３記載の連
   続鋳造における溶融金属湯面レベル計。
5. 【請求項５】 前記電磁コイルの電流の通電ＯＦＦ時
   は、電磁コイルと渦流式レベル計または鋳型内蔵式レベ
   ル計との電磁界の相互作用がないレベルまで小さい値の
   電流を通電する状態としたことを特徴とする請求項３ま
   たは４記載の連続鋳造における溶融金属湯面レベル計。