WO2013114914A1

WO2013114914A1 - 連続鋳造用モールド内湯面計およびそれを用いた湯面制御方法

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Publication number: WO2013114914A1
Application number: PCT/JP2013/050111
Authority: WO
Inventors: 新井　学; 中田　正之
Original assignee: 品川リフラクトリーズ株式会社
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2013-08-08
Also published as: JP2013154393A

Abstract

　湯面計（２０）は、発振器（３）と、帰還増幅器（４）と、一次コイル（７）および互いに差動接続された一対の二次コイル（８，９）を有する検出ヘッド（５）とを備え、帰還増幅器（４）の出力が一次コイル（７）に供給され、二次コイル（８，９）の出力を帰還増幅器（４）に帰還し、湯面レベルの変化に対応して変化する帰還増幅器（４）の出力に基づいてモールド内の湯面レベルを計測する。さらに、帰還増幅器（４）の出力に混入する定在波の信号を抽出するバンドパスフィルター（１２）と、抽出された定在波信号と定在波信号を含む帰還増幅器（４）の出力信号とが入力される差動増幅器（１４）とを備え、差動増幅器（１４）により出力信号に含まれている定在波信号と抽出された定在波信号とを相殺することにより定在波信号を除去する。

Description

連続鋳造用モールド内湯面計およびそれを用いた湯面制御方法

　本発明は、連続鋳造に用いるモールド内の湯面レベルを計測する連続鋳造用モールド内湯面計およびそれを用いた湯面制御方法に関する。

　連続鋳造において、モールド内の湯面レベルを高精度で計測し、湯面レベルを一定に制御することが、鋳片の品質を向上させることになるので、高精度なモールド湯面計の開発が行なわれている。

　従来、この種のモールド湯面計として、特許文献１に記載された渦流式距離計が知られている。

　特許文献１に開示された渦流距離計は、一次コイルと、一次コイルを挟んで上下に同軸に配置され、相互に差動的に接続された一対の二次コイルと、前記一次コイルに発振器からの交流電圧を増幅して印加する増幅器と、前記一対の二次コイルの差分出力電圧を増幅して前記増幅器に帰還させる信号増幅器とを備えたものである。

　特許文献１では、このようにセンサーコイルとして同軸に上下に分割された二次コイルを用い、これら二次コイルを互いに差動的に接続して帰還信号を得るようにしたから、二次コイルの軸方向に対してのみ検出感度を保持させることができ、したがって、側面導体の影響も分割された二次コイルによって補償されることにより除去され、また温度変化に対しても分割された二次コイルにより補償し合うため、特性が良好となり、渦流距離計として測定精度が高いものが得られるとしている。

特公昭６２－３０５６２号公報

　ところで、連続鋳造においてはモールドの固有振動数に起因する定在波が存在するため、渦流距離計の計測によりこの定在波も同時に計測される。この定在波信号を含む渦流式距離計からの出力信号を制御信号として用いると、上記定在波信号により湯面の制御精度が悪化する。

　すなわち、定在波は設備の固有振動数と同じで、湯面上の波として必ず存在する。モールド湯面制御はマスバランス制御であるため、このような定在波の波を制御してはならない。しかし、渦流式距離計の検出ヘッドは、定在波が発生した湯面を検知するため、その検知結果に基づいて湯面高さを目標値に合せようとスライディングノズルまたはストッパー装置を作動させる。そのため、定在波が助長され、振幅がますます大きくなるという発散現象が発生する。

　従来はこの発散現象を防止するために、制御ゲインを下げて、すなわち、渦流式距離計本体からの出力信号に対して鈍感にスライディングノズルまたはストッパー装置を作動させて操業を行なっている。

　しかしながら、この方法は、本来の湯面制御精度を悪化させてしまう。具体的には、鋳造速度変更、タンディッシュ重量変更およびアルゴン吹込み等の操業変化時に湯面変動が増長されてしまう。

　したがって、本発明の目的は、定在波の影響を受けずに高精度で連続鋳造用モールド内の湯面を計測することができる連続鋳造用モールド内湯面計、および定在波による発散現象を生じることなく連続鋳造用モールド内の湯面を制御することができる湯面制御方法を提供することにある。

　すなわち、本発明は、所定の周波数の交流信号を送出する発振器と、前記交流信号が供給される帰還増幅器と、一次コイルおよび互いに差動接続された一対の二次コイルを有する検出ヘッドとを備え、前記帰還増幅器の出力が前記一次コイルに供給され、前記二次コイルの出力を前記帰還増幅器に帰還し、湯面レベルの変化に対応して変化する前記帰還増幅器の出力に基づいて連続鋳造用モールド内の湯面レベルを計測する連続鋳造用モールド内湯面計において、前記帰還増幅器の出力に混入する前記連続鋳造用モールドの固有振動数に起因する定在波の信号を抽出するバンドパスフィルターと、前記バンドパスフィルターにより抽出された定在波信号と前記定在波信号を含む前記帰還増幅器の出力信号とが入力される差動増幅器とをさらに備え、前記差動増幅器により前記帰還増幅器の出力信号に含まれている定在波信号と前記抽出された定在波信号とを相殺することにより前記モールド固有振動数に起因する定在波信号を除去する、連続鋳造用モールド内湯面計を提供する。

　また、本発明は、所定の周波数の交流信号を送出する発振器と、前記交流信号が供給される帰還増幅器と、一次コイルおよび互いに差動接続された一対の二次コイルを備えた検出ヘッドを備え、前記帰還増幅器の出力が前記一次コイルに供給され、前記二次コイルの出力を前記帰還増幅器に帰還し、湯面レベルの変化に対応して変化する帰還増幅器の出力に基づいて連続鋳造用モールド内の湯面レベルを計測する連続鋳造用モールド内湯面計を用いて湯面を制御する湯面制御方法であって、前記帰還増幅器の出力に混入する前記連続鋳造用モールドの固有振動数に起因する定在波の信号をバンドパスフィルターにより抽出し、この抽出された定在波信号と前記定在波信号を含む前記帰還増幅器の出力信号とを差動増幅器に入力し、前記差動増幅器により前記帰還増幅器の出力信号に含まれている定在波信号と前記抽出された定在波信号とを相殺することにより前記モールド固有振動数に起因する定在波信号を除去し、定在波信号を除去した後の出力信号に基づいて前記連続鋳造用モールド内の湯面を制御する、湯面制御方法を提供する。

　本発明によれば、帰還増幅器の出力に混入するモールドの固有振動数に起因する定在波の信号をバンドパスフィルターにより抽出し、この抽出された定在波信号と定在波信号を含む帰還増幅器の出力信号とを差動増幅器に入力し、差動増幅器により出力信号に含まれている定在波信号と抽出された定在波信号とを相殺することによりモールド固有振動数に起因する定在波信号を除去することができる。このため、定在波の影響を除去することができ、これを用いて湯面制御を行うことにより、定在波に起因する湯面制御の発散を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る連続鋳造用モールド内湯面計を示すブロック図である。バンドパスフィルターの周波数特性図である。本発明の他の実施形態に係る連続鋳造用モールド内湯面計の一部を示すブロック図である。本発明によりモールド湯面を制御した場合の湯面レベルの経時変化を表すチャートである。本発明によらないでモールド湯面を制御した場合の湯面レベルの経時変化を表すチャートである。

　以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る連続鋳造用モールド内湯面計を示すブロック図である。同図において、１は連続鋳造用モールドであり、２はモールド１内の湯面である。

　連続鋳造用モールド内湯面計２０は、所定の周波数の交流信号を送出する発振器３と、送出された交流信号が供給される帰還増幅器４と、検出ヘッド５と、信号増幅器１０と、定在波除去回路１１とを有している。

　検出ヘッド５は、モールド１内の湯面２の上方に設けられ、コイルボビン６に巻回される一次コイル７および同軸配置された一対の二次コイル８，９から構成されている。一対の二次コイル８，９は差動接続されている。一次コイル７には、帰還増幅器４を介して発振器３から固定周波数の交流電圧が供給され、これにより交流磁界が発生して二次コイル８，９と交差するとともに溶鋼と交差し、湯面内の溶鋼には渦電流が発生する。渦電流の反作用により、逆極性の交流磁界が発生し、この反作用によって一対の二次コイル８，９に電圧が誘起され、その誘起電圧の差分が信号増幅器１０により増幅された後、帰還増幅器４に帰還し、出力電圧Ｅ_０として出力される。

　定在波除去回路１１は、出力電圧Ｅ_０からモールド１の固有振動数に起因する定在波の信号を抽出するバンドパスフィルター１２と、抽出された定在波信号を増幅するアンプ１３と、この増幅された定在波信号と定在波信号を含む出力電圧信号Ｅ_０とが入力される差動増幅器１４とを有する。

　このように構成される連続鋳造用モールド内湯面計２０においては、検出ヘッド５をモールド１内の湯面２の上方（湯面との相対距離ｈ）に設置し、その一次コイル７に帰還増幅器４を介して発振器３から固定周波数の交流電圧を供給する。これにより交流磁界が発生する。この交流磁界は、二次コイル８，９と交差するとともに、モールド１内の溶鋼とも交差し、この交差により湯面内に渦電流が発生する。この渦電流の発生によりその反作用として一次コイル７から発生したのと逆極性の交流磁界が発生し、その影響により一対の二次コイル８，９に誘起する誘起電圧が変化する。この影響は、湯面２に近い二次コイル９がより大きく受けるので、一対の二次コイル８，９の誘起電圧Ｖ_Ｓ１，Ｖ_Ｓ２はＶ_Ｓ１＞Ｖ_Ｓ２となり、その差分Ｖ_Ｓ＝（Ｖ_Ｓ１－Ｖ_Ｓ２）を信号増幅器１０に加え、所期の増幅をした後、帰還増幅器４に帰還する。

　すなわち、帰還増幅器４の出力は以下の（１）式によって表される。
Ｅ_０＝－Ｇ１・Ｅ_ｉｎ／{１－Ｇ１（Ｋ＋Ｇ２・ｆ（ｈ））}・・・（１）
ただし、
　Ｅ_０；帰還増幅器４の出力電圧
　Ｅ_ｉｎ；発振器３の出力電圧（帰還増幅器４の入力電圧）
　Ｇ１；帰還増幅器４のオープン増幅度
　Ｇ２；信号増幅器１０の増幅度
　Ｋ；正帰還率
　ｆ（ｈ）；検出ヘッド５と溶鋼湯面レベル２との相対距離によって決定される関数（ｆ（ｈ）＝Ｖ_Ｓ／Ｅ_０で表される。）
である。

　したがって、（１）式から明らかなように、Ｇ１、Ｇ２、Ｅ_ｉｎが固定されると、検出ヘッド５と湯面２との相対距離ｈに対応して出力電圧Ｅ_０の値が変化するので、この値を測定することにより湯面２のレベルを計測することができる。

　しかし、連続鋳造においてはモールドの固有振動数に起因する定在波が存在するため、出力電圧Ｅ_０にはこの定在波信号も含むものとなる。このような定在波信号を含む出力信号を制御信号として用いて、湯面高さを目標値に合せるべくスライディングノズルまたはストッパー装置を作動させると定在波が助長され、振幅がますます大きくなるという発散現象が発生する。

　そこで、本実施形態では、帰還増幅器４から出力される定在波信号を含む出力信号（出力電圧Ｅ_０）から、定在波除去回路１１により定在波信号を除去する。

　具体的には、例えば図２に示す周波数特性を有するバンドパスフィルター１２に供給し、定在波信号のみを抽出し、この抽出した定在波信号をアンプ１３で増幅して差動増幅器１４に入力する。この差動増幅器１４には、上述した帰還増幅器４から出力される定在波信号を含む出力信号（出力電圧Ｅ_０）も入力される。差動増幅器１４でこれらの入力信号を加算して定在波信号を相殺することにより、差動増幅器１４からは定在波信号が除去された出力信号（出力電圧Ｅ_０′）が得られる。

　このように定在波信号が除去された出力信号（出力電圧Ｅ_０′）により湯面２のレベルを計測するので、定在波の影響を受けずに高精度で湯面２のレベルを計測することができる。

　このため、このように計測した出力信号（出力電圧Ｅ_０′）を制御信号として、湯面高さを目標値に合せるべくスライディングノズルまたはストッパー装置を作動させるフィードバック制御を行うことにより発散現象を生じることなく極めて高精度のモールド内湯面制御を行うことができる。

　上記した定在波の周波数が大幅に変化する場合には、図３に示すように、上記定在波除去回路１１として、コンパレーター１５と、周波数・電圧変換器１６とを加えたものを用いることが好ましい。すなわち、上述のバンドパスフィルター１２の出力をコンパレーター１５に入力して一定振幅の矩形波に波形整形し、然る後に周波数・電圧変換器１６によりＦ・Ｖ変換して抽出された定在波信号の周波数に比例した直流電圧を得る。この直流電圧をバンドパスフィルター１２に印加してバンドパスフィルター１２の定数を変化させ、その中心周波数を抽出すべき定在波信号の周波数に追従させることにより、自動的にバンドパスフィルター１２の中心周波数を上記定在波の周波数に合せることができる。なお、定在波の周波数は０.７～０.９Ｈz、実際の湯面変動の周波数は０.５Ｈz以下である。

　以下、本発明の実施例について説明する。
　図４は、本発明によりモールド湯面を制御した場合の湯面レベルの経時変化を表すチャートであり、図５は、比較として定在波を除去せずにモールド湯面を制御した場合の湯面レベルの経時変化を表すチャートである。

　図４から明らかなように、本発明によってモールド湯面を制御した場合、湯面変動は±２ｍｍ以内で安定していることがわかる。一方、本発明によらないでモールド湯面を制御した場合、図５に示すように、湯面変動は途中から突然増加し、±５ｍｍ以上まで増加している。

　このことから、本発明に従って出力信号から定在波の信号を除去することにより、発散現象を有効に防止することができ、高精度でモールド内湯面制御を行えることが確認された。

　したがって、実際の湯面変動のみが渦流式距離計本体から信号として出力され、これが制御信号として使用される。すなわち、定在波による発散現象が防止できる。

１；モールド、２；湯面、３；発振器、４；帰還増幅器、５；検出ヘッド、６；コイルボビン、７；一次コイル、８，９；二次コイル、１０；信号増幅器、１１；定在波除去回路、１２；バンドパスフィルター、１３；アンプ、１４；差動増幅器、１５；コンパレーター、１６；周波数・電圧変換器、２０；連続鋳造用モールド内湯面計

Claims

　所定の周波数の交流信号を送出する発振器と、前記交流信号が供給される帰還増幅器と、一次コイルおよび互いに差動接続された一対の二次コイルを有する検出ヘッドとを備え、前記帰還増幅器の出力が前記一次コイルに供給され、前記二次コイルの出力を前記帰還増幅器に帰還し、湯面レベルの変化に対応して変化する前記帰還増幅器の出力に基づいて連続鋳造用モールド内の湯面レベルを計測する連続鋳造用モールド内湯面計において、
　前記帰還増幅器の出力に混入する前記連続鋳造用モールドの固有振動数に起因する定在波の信号を抽出するバンドパスフィルターと、
　前記バンドパスフィルターにより抽出された定在波信号と前記定在波信号を含む前記帰還増幅器の出力信号とが入力される差動増幅器と
をさらに備え、
　前記差動増幅器により前記帰還増幅器の出力信号に含まれている定在波信号と前記抽出された定在波信号とを相殺することにより前記モールド固有振動数に起因する定在波信号を除去する、連続鋳造用モールド内湯面計。
　前記バンドパスフィルターの出力を一定振幅の矩形波に波形整形するコンパレーターと、前記コンパレーターにより波形整形されて得られた矩形波をＦ・Ｖ変換して定在波信号の周波数に比例した直流電圧を抽出する周波数・電圧変換器とをさらに備える、請求項１に記載の連続鋳造用モールド内湯面計。
　所定の周波数の交流信号を送出する発振器と、前記交流信号が供給される帰還増幅器と、一次コイルおよび互いに差動接続された一対の二次コイルを備えた検出ヘッドを備え、前記帰還増幅器の出力が前記一次コイルに供給され、前記二次コイルの出力を前記帰還増幅器に帰還し、湯面レベルの変化に対応して変化する帰還増幅器の出力に基づいて連続鋳造用モールド内の湯面レベルを計測する連続鋳造用モールド内湯面計を用いて湯面を制御する湯面制御方法であって、
　前記帰還増幅器の出力に混入する前記連続鋳造用モールドの固有振動数に起因する定在波の信号をバンドパスフィルターにより抽出し、この抽出された定在波信号と前記定在波信号を含む前記帰還増幅器の出力信号とを差動増幅器に入力し、前記差動増幅器により前記帰還増幅器の出力信号に含まれている定在波信号と前記抽出された定在波信号とを相殺することにより前記モールド固有振動数に起因する定在波信号を除去し、定在波信号を除去した後の出力信号に基づいて前記連続鋳造用モールド内の湯面を制御する、湯面制御方法。
　前記バンドパスフィルターの出力をコンパレーターに入力して一定振幅の矩形波に波形整形し、然る後に周波数・電圧変換器によりＦ・Ｖ変換して抽出された定在波信号の周波数に比例した直流電圧を得る、請求項３に記載の湯面制御方法。