JPS61230033A - 温度分布測定装置 - Google Patents

温度分布測定装置

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JPS61230033A
JPS61230033A JP60071361A JP7136185A JPS61230033A JP S61230033 A JPS61230033 A JP S61230033A JP 60071361 A JP60071361 A JP 60071361A JP 7136185 A JP7136185 A JP 7136185A JP S61230033 A JPS61230033 A JP S61230033A
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arc
temperature
melted
brightness
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JP60071361A
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Hidekazu Makabe
英一 真壁
Naoki Harada
直樹 原田
Katsuhiko Murakami
勝彦 村上
Akira Kato
彰 加藤
Hirotaka Nakagawa
中川 大隆
Kiyotaka Imai
清隆 今井
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明はアーク熱により溶解する鋼等の被溶解材の温度
分布を測定する温度分布測定装置に関する。
〔発明の技術的背景〕
鋼や合金等の溶解にはアークを発生させこのアーク熱に
より溶解するアーク溶解法なる技術がある。この技術の
うち特開昭55−165271号公報に開示されている
VADER(Vacuum ArcDouble El
@ctrode R@meltlng)法と呼ばれるも
のがある。これは第8図に示すように非水冷鋳W1上部
に一対の消耗電極2,3を水平方向に対向させて設置し
、これら電極2,3間に真空中でアーク人を発生させ、
このアーク熱によりミ極2.3を溶融するものである。
また、他の溶解方法として第9図に示す技術もある。す
なわち、消耗電極4,5を鋳麗6上部にその中心線が交
わるように水平または下方向きに対向させて設置し、真
空下或は、不活性ガス雰囲気中で各電極4,5間及び各
電極4゜5と鋳型6及び再溶解インゴット7間にアーク
Bを発生させ、そのアーク熱により電極4,5を溶融さ
せるものである。
なお、消耗電極4,5は長手方向(イ)、←)にスライ
ド可能であるとともに(ハ)、に)方向に移動可能な構
成となっておシ、溶解の進行に従りて消耗電極4.5を
送出させて各電極4.5間のギャップが調整されている
。このようにして溶融した溶融金属は落下して鋳型6に
入り、この鋳型6において溶融ノール8となシ凝固して
インゴット7として製造される。
以上のアーク熱溶解法の技術において、高品質で均一な
インゴットを製造するためには、各電極2.3.4.5
の温度分布、特に各電極先端において溶融した落下直前
の溶融金属の温度情報を把握することが重要である。
つまり、電極先端の溶融温度はインク9ツトが凝固形成
されるときの内部組織を支配し、インゴットの品質を決
定する重要な因子となっているからである。ところで溶
融温度が高すぎると溶融プールが深くなって微細組織を
得るのが困難となり、また低過ぎると健全な組織が形成
されない等の問題があシ、シたがって適切な溶解温度で
溶解金属の粒適が落下するのが望ましい。
よって、各電極2.3.4.5の温度を測定して供給電
流をコントロールをすれば高品質で均一なインク9ツト
が安定して鋳造できることになる。
〔背景技術の問題点〕
しかしながらアーク溶解法に対する温度測定にあっては
次に示すような問題があって実現されていないのが現状
である。すなわち、■ 各電極2,3,4.5では溶解
す゛る先端から他端にかけて数百度の温度勾配が存在し
、かつ、溶解する先端部の巾が狭いため ■ 各電極2.3−4 * 5が移動するため■ アー
ク光が外乱となるため である。したがりてアーク溶鋼の操業に際しては主にオ
ペレータの経験に頼っているのが実状である。
〔発明の目的〕
本発明は上記実情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、オンラインで被溶解材の温度分布が測
定できる温度分布測定装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、被溶解材の輝度を検出する輝度検出器にアー
ク成分を除去して放射輝度成分を通過させる光学フィル
タを設け、この輝度検出器から出力される放射輝度成分
の検出僅号から被溶解材の温度分布を求める温度分布測
定装置である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。第1図は温度分布測定装置の全体構成図であって、
10はアーク溶解炉の真空容器であり、11.12は被
溶解材としての各電極である。Cはアークであシ、13
は落下している粒滴状の溶解金属である。
さて、20は輝度検出器としての撮像装置であって、こ
れは電極11.12の放射輝度分布を真空容器10に設
けられている測定窓を通して検出するように設置され、
その視野5は各電極11.12が入るような1次元とな
っている。
30は温度制御装置であって、これは撮像装置20から
のビデオ信号を受けて温度分布を求めるものであシ、4
0は表示部である。
ここで、撮像装置20および温度制御装置30の具体的
な構成について第2図を参照して説明する。
撮像装置20は、その先端に光学フィルタ21が設けら
れ、この光学フィルタ21を通った光がレンズ22を通
ってセンサ23上に結像されるようになっている。この
センサ23は光電変換素子を1次元に多数配列した構成
のもので、例えば光電変換素子としてシリコン・フォト
・ダイオード・アレイ(リニア・プレイ、CCD−次元
センナ)を1024素子配列した構成となっている。
ここで光学フィルタ2ノについて説明する。
第3図は電極11.12間で発生するアークCの分光放
射特性と黒体炉を用いて得られた黒体の分光放射特性と
の相対的比較を示している。
なお、同図においてアーク・スペクトルは被溶解材とし
て数種ある中の一例であるが、他の被溶解材を用いた場
合でも、また不活性雰囲気、或は真空度を変えた場合で
もスペクトルは異なるが0.85μm以上については黒
体放射に比べ殆んど無視しうろことが判明している。ま
た同図はシリコン・フォト・ダイオードアレイを検出器
としたマルチ・チャンネル分光器を用いて測定したもの
で、これに用いたレンズ、回折格子、フォト・ダイオー
ドプレイの総合的な分光感度は第4図に示すようになっ
ていることが判明している。第3図に示すようにアーク
光の放射分光特性、は、波長0゜80μm付近まで強い
ス(クトルが存在する。一方、波長0.80μm以下で
はシリコン・フォト・ダイオード・アレイを用いたアー
ク光のスペクトルは、例えば1500℃(Pl)、16
50℃(P2)の黒体放射と比較して非常に弱くほとん
ど無視しうろことがわかる。
従って、本実施例における光学フィルター21は、S/
Nを向上させるために、波長0.90μm以上の赤外線
透過フィルターを用いてアーク光を除去し、各電極11
.12の放射輝度分布を検出するようにしている。この
場合、第4図かられかるように波長0.90μm以上で
もシリコン・フォト・ダイオード・プレイは感度を持り
ておシ、シかも測定対象温度が1400℃以上であって
十分な出力値が得られる。
また、レンズ22は各電極11.12の移動範囲領域を
視野とするような焦点距離のものが選定されて設けられ
ている。さらに撮像装置20には、センサ23を駆動す
るドライバ回路24およびビデオ信号増幅回路25が内
設されている。
次に温度制御回路30の構成について説明する。ビデオ
信号増幅回路25からのビデオ信号はA/1) (アナ
ログ−ディジタル)変換回路31を通って暗電流補正演
算部32に送られるようなっている。この暗電流補正演
算部32は、シリコン・フォト・ダイオード・アレイ(
特にCCDセンサ)では周囲温度により暗電流が変化す
るのでこれを補正するものである。この補正は次のよう
に行なわれる。すなわち、1024素子のシリコン・フ
ォト・ダイオード・アレイのうち1〜30番目の素子の
受光面に光学的にシールを覆してこれら素子の出力平均
値を暗電流とする。そして、31〜1024番目の素子
の出力値から暗電流値を差演算して暗電流補正が行なわ
れる。
この暗電流補正が行なわれたデータはバラツキ補正演算
部33に送られるようになっている。
このバラツキ補正演算部33は各シリコン・フォト・ダ
イオード・アレイの感度のバラツキを補正するもので、
素子バラツキ記憶部34に所定のシリコン・フォト・ダ
イオード・プレイ(例えばセンサ23の中央に位置する
512番目の素子)の出力値と他の全てのシリコン・フ
ォト・ダイオード・アレイの出力値とを黒体炉を用いて
測定し、その比率がそれぞれ記憶されておシ、この比率
によシバラツキ補正が行なわれる。
このバラツキ補正後のデータは放射率補正演算部35に
より放射率補正が行なわれて温度変換演算部36に送ら
れるように構成されている。
なお、放射率補正演算部35には、補正を行なうための
放射率値が予め被温度測定物となる被溶解材を実際の測
定と同一条件(同一雰囲気)で測定され求められて格納
されている。
また、温度変換演算部36は、予め黒体炉校正で得られ
た温度と電圧との関係から温度分布を演算し求めるもの
である。そして、温度変換演算部36の出力電圧はD/
A変換回路37を通って表示部40に送られる構成とな
っている。
なお、ドライバ回路24にはスタートノ臂ルス発生回路
38からスタートノ母ルスが送出されるものとなってお
シ、また温度制御装置30はシーケンス制御部39によ
りスタートパルスの発生タイミングが制御されるととも
に全体の動作タイミングが制御されている。なお、スタ
ートパルス発生回路38で発生するスタートパルスの周
波数(いわゆる走査周波数)は、一定輝度の対象を測定
する場合、出力電圧とは反比例をする関係にある。従っ
て、黒体炉校正を行う時に、測定する温度範囲を満たす
ような周波数を決め、この周波数をもってスタートパル
スを発生させている。
次に上記の如く構成された装置の動作について説明する
。各電極11.12に電流が供給されてアークCが発生
すると、このアーク熱により各電極11.12は溶解し
て粒滴状の溶解金属13として鋳歴内に落下する。この
アーク溶解とともにスタートパルス発生回路38からス
タートパルスがドライバ回路24に送出されるととKよ
シセンサ23の各シリコン・フォト・ダイオード・アレ
イが駆動する。ここで撮像装置20の視野fは各電極1
1.12を捕えているので各電極11.12の輝度像が
光学フィルタ21、レンズ22を通ってセンサ23上に
結像される。ところで、光学フィルタ21には赤外線透
過フィルタが用いられているためアーク光は除外され各
電極11.12の放射輝度分布成分がセンサ23に達し
ている。これによりセンサ23からは放射輝度分布に応
じたビデオ信号が出力され、このビデオ信号がビデオ信
号増幅回路25を通りて〜勺変換回路31に送られてデ
ィジタルビデオ信号に変換されて暗電流補正演算部32
に送られる。この暗電流補正演算部32でディジタルビ
デオ信号は暗電流補正が行なわれ、さらにバラツキ補正
演算部32で各シリコン・フォト・ダイオード・アレイ
に対する感度のバラツキ補正が行なわれる。そして、バ
ラツキ補正が終了するとディジタルビデオ信号は放射率
補正演算部35によシ放射率の補正が行なわれて温度変
換演算部36に送られる。
そうして、この温度変換演算部36によシ黒体炉校正か
ら得られた温度と電圧との関係から電極11.12の温
度分布が演算し求められる。
第5図は求められた温度分布の一例であってQ1eQ2
が各電極11.12の先端位置に相当している。そして
、この温度分布データはD/A変換回路31によシアナ
ログ信号に変換されて表示部40に送られて表示される
このように上記一実施例においては、撮像装置20にア
ーク光を除去して放射輝度を通過させる赤外線透過フィ
ルタ21を設け、撮像装置20からの放射輝度のビデオ
信号から温度分布を求める構成としたので、アーク溶解
中に溶解金属、特に各電極11.12の先端における落
下直前の溶解金属の温度分布がアーク光の影響を受けず
に正確に測定できる。そして、この温度分布測定にあっ
ては、撮像装置2oが視野fを有しているので、各電極
11.12に温度勾配があったり、また移動したとして
も常に正確に測定できる。したがって、この温度分布情
報や各種操作条件(電流、電圧など)を主制御部(不図
示)にフィードバックすることにより適切なアーク熱が
発生でき、これに・よって高品質なインゴットが製造で
きるとともに安定して効率の良い操業が可能となる。
第6図は温度分布情報を電極電流制御部41゜42にフ
ィードバックして各電極11,12の゛電流を制御する
場合の構成図である。
なお、本発明は上記一実施例に限定されるものではない
。例えば第7図に示すように撮像装置50は2次元像の
撮像装置(シリコン・ビジコン、二次元固体撮像装置等
)を用いて偏度制御装置51により各電極の温度分布を
求めて表示部52で表示させるようにしてもよい。また
、VADER法によるアーク溶解装置に対して適用して
もよい。
〔発明の効果〕− 以上詳記したように本発明によれば、オンラインで被溶
解材の温度分布が測定できる温度分布測定装置を提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る温度分布測定装置の一実施例を示
す構成図、第2図は本発明装置の具体的な構成図、第3
図はアークおよび黒体の分光放射特性の相対的比較を示
す図、第4図はマルチチャンネル分光器の分光感度を示
す図、第5図は本発明装置の温度分布測定結果を示す図
、第6図および第7図は本発明装置の変形例を示す図、
第8図および第9図はアーク溶解法による装置の構成図
である。 10−・・真空容器、I J 、 12−・・電極、2
0・・・撮像装置、21・・・光学フィルタ、22・・
・レンズ、23・・・センサ、30・・・温度制御装置
、36−・・温度変換演算部、40−・・表示部。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 音第3図 0,4  Q5 0.6  Q7 0.8   Q9 
1.0波41c   (Mm) 第 4 図 0.4 0.5 0.6 07  Q8 0.9 10
夜 番 第 5 図 第 6 図 第 8 図 第 9 図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アークを発生しこのアーク熱により被溶解材を溶
    解させるアーク溶解装置において、前記被溶解材の輝度
    を検出する輝度検出器と、この輝度検出器に設けられア
    ーク光成分を除去して前記被溶解材の放射輝度成分を通
    過させる光学フィルタと、前記輝度検出器から出力され
    る前記放射輝度成分の検出信号を受けて前記被溶解材の
    温度分布を演算し求める温度演算手段とを具備したこと
    を特徴とする温度分布測定装置。
  2. (2)輝度検出器は、複数の光電変換素子を1次元また
    は2次元のうちいずれか一方で配列した特許請求の範囲
    第(1)項記載の温度分布測定装置。
  3. (3)光学フィルタは、赤外線透過フィルタを用いる特
    許請求の範囲第(1)項記載の温度分布測定装置。
JP60071361A 1985-04-04 1985-04-04 温度分布測定装置 Pending JPS61230033A (ja)

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