JP7726197B2 - 溶鋼湯面レベル制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、溶鋼湯面レベル制御方法に関する。本開示は、特に、鉄鋼業における鋳型内溶鋼の湯面レベルを制御する溶鋼湯面レベル制御方法に関する。

鋼の連続鋳造において、鋳型内の溶鋼湯面レベルを一定に制御することは、安全化、安定生産、品質向上のため重要な技術である。鋳型内の溶鋼湯面レベルの測定には一般に渦流式レベル計が用いられる。

鋼の連続鋳造の鋳型内ではスプラッシュと呼ばれる溶鋼飛散が発生することがある。渦流式レベル計はその測定原理から、レベル計の外筒に溶鋼が付着すると、ある一定のレベル指示を示す。そのため、鋳型内の溶鋼湯面レベルを監視し一定に制御することが不可能になる。

この問題に対する従来の対策として、例えば特許文献１は、監視カメラを取り付けてスプラッシュを検知したタイミングでレベル指示を無視する方法を開示する。また、例えば特許文献２は、鋳型内にレベル計へのスプラッシュ付着防止のための防止板を取り付ける方法を開示する。

特開２００４－３５１４６９号公報 実開平０１－１３５３２７号公報

しかし、特許文献１は、スプラッシュが起きたタイミングでの影響を軽減できる方法を提案するが、レベル計に溶鋼が付着し続けるような場合に、その影響を軽減する方法まで示すものでない。

また、特許文献２の方法では、防止板が劣化した場合に、スプラッシュを完全に防止しきれない。

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、スプラッシュが付着することによるレベル計の異常を自動検知して監視を継続できる溶鋼湯面レベル制御方法を提供することにある。

（１）本開示の一実施形態に係る溶鋼湯面レベル制御方法は、
計測された溶鋼湯面レベルに基づいて、前記溶鋼湯面レベルが目標値であるように制御する溶鋼湯面レベル制御方法であって、
２台以上設置された複数のレベル計のうちの１台である第１レベル計によって前記溶鋼湯面レベルを計測することと、
前記第１レベル計によって計測された前記溶鋼湯面レベルの状態に基づいて、前記第１レベル計が異常であるかを判定することと、
前記第１レベル計が異常であると判定する場合に、前記複数のレベル計のうちの前記第１レベル計を除く１台である第２レベル計に切り替えて前記溶鋼湯面レベルを計測することと、を含む。

（２）本開示の一実施形態として、（１）において、
前記第１レベル計によって計測された前記溶鋼湯面レベルが変動せずに一定時間が経過した場合に、前記第１レベル計が異常であると判定する。

（３）本開示の一実施形態として、（１）又は（２）において、
前記第１レベル計から切り替えられた前記第２レベル計によって前記溶鋼湯面レベルが計測された場合に、前記溶鋼湯面レベルが段階的に前記目標値に近づくように設定レベルを調整すること、をさらに含む。

（４）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記複数のレベル計のそれぞれは渦流センサである。

本開示によれば、スプラッシュが付着することによるレベル計の異常を自動検知して監視を継続できる溶鋼湯面レベル制御方法を提供することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る溶鋼湯面レベル制御方法を実行する溶鋼湯面レベル制御装置を備えるシステムの構成を示す模式図である。 図２Ａは、溶鋼湯面レベルの測定値の変化を例示する図である。 図２Ｂは、溶鋼湯面レベルの設定値の変化を例示する図である。 図２Ｃは、ノズルの開度の変化を例示する図である。 図３は、実施例における複数のレベル計による溶鋼湯面レベルの測定値の変化を示す図である。 図４は、本開示の一実施形態に係る溶鋼湯面レベル制御方法の処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る溶鋼湯面レベル制御方法が説明される。ここで、溶鋼湯面レベルは、モールドに注ぎ入れられた溶鋼の湯面のレベルを意味する。

図１は、溶鋼湯面レベル制御装置を備えるシステムの構成を示す模式図である。溶鋼湯面レベル制御装置は、複数のレベル計５と、判定部７と、レベル制御部９と、を備え、本開示の一実施形態に係る溶鋼湯面レベル制御方法を実行する。判定部７は、溶鋼湯面レベルを演算する演算部８と、レベル制御部９へ出力する溶鋼湯面レベルを切り替えるためのスイッチと、を備える。溶鋼湯面レベル制御装置は、計測された溶鋼湯面レベルに基づいて、溶鋼湯面レベルが目標値であるように制御する。レベル計５、判定部７、演算部８及びレベル制御部９の詳細については後述する。

本実施形態において、溶鋼湯面レベル制御装置は、鋼の連続鋳造を行うシステムの一部であって、鋳型６（モールド）内の溶鋼湯面レベルを目標値に制御する。鋼の連続鋳造においては、タンディッシュ１から鋳型６に溶鋼を供給し、鋳型６の底部から凝固途中の鋳片を引き抜くことによって、連続的な鋳片が製造される。タンディッシュ１の下部にはスライディングノズル２及び浸漬ノズル４が設けられており、スライディングノズル２の開度に応じた量の溶鋼が鋳型６に供給される。ここで、溶鋼湯面レベル及び目標値は、鋳型６の基準位置（例えば鋳型６の底部）からの高さ方向の距離で示される。溶鋼湯面レベル及び目標値は、例えば基準位置からの高さ［ｍｍ］で示されてよいし、基準位置から上限位置までを１００％とする場合の相対的な高さ［％］で示されてよい。

鋳型６内の溶鋼湯面レベルを測定するレベル計５は、非接触で溶鋼湯面レベルを測定する。レベル計５は公知の装置が用いられてよい。レベル計５としては、種々の装置が提案されているが、本実施形態において渦流センサである。渦流センサは、応答性及び検出精度に優れ、取り扱いが簡便である。本実施形態に係る溶鋼湯面レベル制御方法が行われるシステムでは、２台以上のレベル計５、すなわち複数のレベル計５が設置される。以下、複数のレベル計５のうちの１台が第１レベル計５Ａであるとする。また、複数のレベル計５のうちの第１レベル計５Ａを除く１台が第２レベル計５Ｂであるとする。複数のレベル計５は、第１レベル計５Ａ及び第２レベル計５Ｂの２台で構成されてよいし、さらに他のレベル計５を含む３台以上で構成されてよい。本実施形態において、複数のレベル計５のそれぞれが溶鋼湯面レベルを計測する。

溶鋼湯面レベル制御装置は、ハードウェア構成として、例えばコンピュータを含んでよい。また、溶鋼湯面レベル制御装置は、少なくとも１つ以上のプロセッサを含んで構成されてよい。プロセッサは、例えばコンピュータのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってよいが、これらに限られず任意のプロセッサとすることができる。溶鋼湯面レベル制御装置は、以下のようなソフトウェア構成を有してよい。溶鋼湯面レベル制御装置の動作の制御に用いられる１つ以上のプログラムが記憶装置（例えばコンピュータのメモリ）に記憶される。記憶装置に記憶されたプログラムは、プロセッサによって読み込まれると、プロセッサを判定部７、演算部８及びレベル制御部９として機能させる。

演算部８は、複数のレベル計５のそれぞれによって計測されたデータを取得して、溶鋼湯面レベルを演算する。演算部８は、レベル計５からの信号を例えばアンプを介して取得し、必要に応じて増幅処理を行ってよい。演算部８は、例えば目標値と比較可能であるように、溶鋼湯面レベルを演算する。例えば目標値が鋳型６の基準位置からの相対的な高さ［％］で設定されている場合に、演算部８は、レベル計５によって計測された数値を相対的な高さ［％］で表される溶鋼湯面レベルに換算してよい。

判定部７は、演算部８によって演算された溶鋼湯面レベルのうちの１つがレベル制御部９に出力されるように、スイッチを設定する。ここで、複数のレベル計５のうちの１つが制御用に割り当てられ、その他がバックアップ用に割り当てられる。判定部７は、制御用のレベル計５によって計測されたデータに基づく溶鋼湯面レベルがレベル制御部９に出力されるようにスイッチを設定する。判定部７は、制御用のレベル計５が異常であると判定する場合に、バックアップ用のレベル計５のうちの１つを、新たな制御用のレベル計５に割り当てる。この場合に、判定部７は、新たな制御用のレベル計５によって計測されたデータに基づく溶鋼湯面レベルがレベル制御部９に出力されるようにスイッチを切り替える。ここで、バックアップ用のレベル計５を新たな制御用のレベル計５とする順番は、予め定められている優先順位に従ってよいし、ランダムに決定されてよい。

レベル制御部９は、取得した溶鋼湯面レベルに基づいて、溶鋼湯面レベルが目標値となるようにスライディングノズル２の開度を調整する。本実施形態において、レベル制御部９は、シリンダ３を介してスライディングノズル２の開度を調整する。例えばスライディングノズル２の開度が大きくなると、より多くの溶鋼が鋳型６に供給されて、溶鋼湯面レベルが上昇する。

ここで、鋼の連続鋳造において、鋳型６内でスプラッシュ（溶鋼飛散）が生じることがある。スプラッシュによって溶鋼がレベル計５に付着すると、レベル計５が付着した溶鋼を検出してしまうため、正確な計測ができなくなる。例えば渦流センサは磁性体に反応するため、渦流センサであるレベル計５の外筒に磁性体である溶鋼が付着すると、正しい測定対象である鋳型６内の溶鋼湯面レベルを測定できず、一定値を出力し続ける。従来、スプラッシュによる溶鋼付着があった場合に、溶鋼湯面レベルの監視を停止する必要があり、鋼の連続鋳造の操業を中断させることが問題であった。本実施形態では、溶鋼湯面レベル制御装置が以下に説明する制御方法を実行することによって、スプラッシュが付着することによるレベル計５の異常を自動検知して監視を継続できる。

溶鋼湯面レベル制御装置は、以下の（処理ａ）から（処理ｆ）を行ってよい。ここで、第１レベル計５Ａが制御用であって、第２レベル計５Ｂがバックアップ用であるとする。

（処理ａ）として、演算部８は、ある制御周期で測定している複数のレベル計５の溶鋼湯面レベルを示すデータ（計測数値）の前回値と今回値の差分を計算する。演算部８は少なくとも第１レベル計５Ａ（制御用のレベル計５）について差分を計算する。演算部８は複数のレベル計５のそれぞれについて差分を計算してよい。

（処理ｂ）として、演算部８は第１レベル計５Ａの前回値と今回値の差分が閾値を超過したかを判定する。閾値は例えば過去の溶鋼付着時のレベル計５の計測数値の変化などに基づいて決定されてよい。演算部８は、閾値との比較を行う場合に、予め記憶装置に格納されている閾値を記憶装置から読み出してよい。

（処理ｃ）として、演算部８は、（処理ｂ）で差分が閾値を超過した後で、前回値と今回値の差分が変化しない状態が一定時間継続しているかを判定する。一定時間は、例えば数秒であってよいが、過去の溶鋼付着時のレベル計５の計測数値の変化などに基づいて決定されてよい。

（処理ｄ）として、判定部７は、（処理ｃ）で前回値と今回値の差分が変化しない状態が一定時間継続していれば、第１レベル計５Ａに溶鋼が付着した状態、すなわち第１レベル計５Ａが異常であると判定する。ここで、判定部７は、（処理ｂ）で差分が閾値を超過しない場合又は（処理ｃ）で差分が変化しない状態が一定時間継続していない場合に、第１レベル計５Ａが正常であると判定する。正常な第１レベル計５Ａは、引き続き制御用のレベル計５として用いられる。

（処理ｅ）として、判定部７は、第２レベル計５Ｂが異常でないことを判定する。つまり、判定部７及び演算部８は、対象を第２レベル計５Ｂとして（処理ｂ）～（処理ｄ）と同様の演算及び判定を実行する。ここで、（処理ｅ）は省略可能である。

（処理ｆ）として、判定部７は、第２レベル計５Ｂを新たな制御用のレベル計５に設定する。したがって、レベル制御部９に出力される溶鋼湯面レベルは、第１レベル計５Ａの計測数値から第２レベル計５Ｂの計測数値に基づくものに切り替わる。このとき、鋼の連続鋳造の操業は中断することなく、継続して実行される。

溶鋼湯面レベル制御装置は、第２レベル計５Ｂが新たな制御用のレベル計５に設定された場合に、第１レベル計５Ａを第２レベル計５Ｂに置き換えた上で、再び（処理ａ）～（処理ｆ）を行ってよい。

溶鋼湯面レベル制御装置は、上記の（処理ｆ）によって制御用のレベル計５が切り替えられる場合に、溶鋼湯面レベルの急変を防ぐために、下記のシーケンス（設定レベルを用いる制御）を実施して、操業への影響を軽減する。

上記のように、レベル制御部９は、取得した溶鋼湯面レベルに基づいて、溶鋼湯面レベルが目標値となるようにスライディングノズル２の開度を調整する。ここで、複数のレベル計５の個体差によって、各レベル計５からの溶鋼湯面レベルを示すデータ（計測数値）は異なっていることがある。図２Ａは、レベル制御部９が取得する溶鋼湯面レベルの測定値（測定レベル）の変化を例示する図である。図２Ａにおいて、縦軸が測定レベルであって、横軸が時間である。制御用のレベル計５が切り替えられたタイミング（Ｔｃ）で、測定レベルが大きく変化している。図２Ａの例では、第１レベル計５Ａの計測数値に基づく測定レベルが４０％であったところ、第２レベル計５Ｂの計測数値に基づく測定レベルが３５％である。また、図２Ａの例では、目標値は４０％に予め設定されている。

レベル制御部９が、制御用のレベル計５の切り替え後に、溶鋼湯面レベルを目標値に合わせるようにスライディングノズル２の開度を大きく変化させると、溶鋼湯面レベルも短時間で大きく変化する。溶鋼湯面レベルの急激な変化は、鋼の連続鋳造の操業において好ましくない。そのため、レベル制御部９は、溶鋼湯面レベルを目標値でなく設定レベルに合わせるように、スライディングノズル２の開度を変化させる。設定レベルは、溶鋼湯面レベルの設定値であって、一時的な目標として機能する。図２Ｂに示すように、設定レベルは、制御用のレベル計５が切り替えられたタイミング（Ｔｃ）の溶鋼湯面レベルから目標値まで、段階的に（階段状に）変化するように設定される。図２Ｂにおいて、縦軸が設定レベルであって、横軸が時間である。図２Ｂの例では、Ｔｃにおいて設定レベルが３５％であって、その後、ある時間が経過すると目標値である４０％に近づくように、設定レベルが少しずつ上昇する。レベル制御部９は、スライディングノズル２の開度について、制御用のレベル計５が切り替えられたタイミング（Ｔｃ）で設定レベルを用いる制御を開始する。レベル制御部９は、溶鋼湯面レベルが設定レベルになるように、スライディングノズル２の開度を調整する。そして、設定レベルが目標値と一致すると、レベル制御部９は、設定レベルを用いる制御を終了する。

図２Ｃは、スライディングノズル２の開度の変化を例示する図である。図２Ｃにおいて、縦軸がスライディングノズル２の開度（ノズル開度）であって、横軸が時間である。レベル制御部９が、図２Ｂに示される設定レベルを用いる制御を実行することによって、Ｔｃにおいても開度が急激に変化することがない。図２Ｃの例では、スライディングノズル２の開度が７０％～９０％の範囲内でなだらかに変化している。そして、図２Ａに示すように、測定レベルは目標値である４０％に緩やかに近づいている。

図３は、１つの実施例における２台の過流式センサであるレベル計５による溶鋼湯面レベルの測定値の変化を示す。２台のレベル計５は、上記と同様に、第１レベル計５Ａと第２レベル計５Ｂである。最初に、第１レベル計５Ａが制御用に割り当てられ、第２レベル計５Ｂがバックアップ用に割り当てられている。図３の例では、時間が２［秒］となったときに、第１レベル計５Ａが一定の値となり、異常を示している。溶鋼湯面レベル制御装置は、一定時間（Ｃ）継続して溶鋼湯面レベルが一定の値となっているため、Ｔｃにおいて第２レベル計５Ｂを制御用に割り当てる。このように、溶鋼湯面レベル制御装置が制御用のレベル計５の自動切り替えを行うことによって、鋼の連続鋳造の操業を中断させることがない。本実施形態において、操業の中断は、複数のレベル計５の全てについて溶鋼湯面レベルが一定の値となった場合に限られ、少なくとも１台のレベル計５が正常でれば操業が継続される。

図４は、本実施形態に係る溶鋼湯面レベル制御方法の処理を示すフローチャートである。本実施形態に係る溶鋼湯面レベル制御方法では、少なくとも図４のステップＳ１～Ｓ３の処理が実行される。

まず、第１レベル計５Ａによって溶鋼湯面レベルを計測することが行われる（ステップＳ１）。つまり、演算部８は、第１レベル計５Ａによって計測されたデータを取得して、溶鋼湯面レベルを演算する。

そして、第１レベル計５Ａによって計測された溶鋼湯面レベルの状態に基づいて、第１レベル計５Ａが異常であるかを判定することが行われる。本実施形態において、第１レベル計５Ａによって計測された溶鋼湯面レベルが変動せずに一定時間が経過した場合に（ステップＳ２のＹｅｓ）、第１レベル計５Ａが異常であると判定される。溶鋼湯面レベルについて、変動せずに一定時間が経過することがない場合（ステップＳ２のＮｏ）、第１レベル計５Ａに異常はないと判定され、ステップＳ１の処理に戻る。

第１レベル計５Ａが異常であると判定する場合に、第２レベル計５Ｂによって溶鋼湯面レベルを計測する。つまり、判定部７は、制御用のレベル計５を、第１レベル計５Ａから第２レベル計５Ｂに変更する（ステップＳ３）。そして、ステップＳ１の処理に戻り、第２レベル計５Ｂによる計測が行われる。つまり、演算部８は、第２レベル計５Ｂによって計測されたデータを取得して、溶鋼湯面レベルを演算する。

ここで、制御用のレベル計５が切り替えられた場合に、レベル制御部９は設定レベルを用いる制御を実施する。つまり、レベル制御部９は、第１レベル計５Ａから切り替えられた第２レベル計２Ｂによって溶鋼湯面レベルが計測された場合に、溶鋼湯面レベルが段階的に目標値に近づくように設定レベルを調整する。

以上のように、本実施形態に係る溶鋼湯面レベル制御方法は、上記の構成によって、スプラッシュが付着することによるレベル計５の異常を自動検知して、溶鋼湯面レベルの監視を継続できる。第１レベル計５Ａが異常である場合に第２レベル計５Ｂによって溶鋼湯面レベルの計測が継続されるため、連続鋳造などにおける安定操業が可能になる。また、複数のレベル計５の数は２台より多くてよく、この場合に２台以上のバックアップ用のレベル計５が用意されるため、さらなる鋳造の操業安定化を図ることが可能である。

本開示の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを１つに組み合わせたり又は分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行されるプログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

１ タンディッシュ
２ スライディングノズル
３ シリンダ
４ 浸漬ノズル
５ レベル計
５Ａ 第１レベル計
５Ｂ 第２レベル計
６ 鋳型
７ 判定部
８ 演算部
９ レベル制御部

Claims (2)

1. 計測された溶鋼湯面レベルに基づいて、前記溶鋼湯面レベルが予め設定された目標値であるように制御する溶鋼湯面レベル制御方法であって、
   ２台以上設置された複数のレベル計のうちの１台である第１レベル計によって前記溶鋼湯面レベルを計測することと、
   前記第１レベル計によって計測された前記溶鋼湯面レベルの状態に基づいて、前記第１レベル計が異常であるかを判定することと、
   前記第１レベル計が異常であると判定する場合に、前記複数のレベル計のうちの前記第１レベル計を除く１台である第２レベル計に切り替えて前記溶鋼湯面レベルを計測することと、
   前記第１レベル計から切り替えられた前記第２レベル計によって前記溶鋼湯面レベルが計測された場合に、前記溶鋼湯面レベルが段階的に前記目標値に近づくように設定レベルを調整すること、を含み、
   前記複数のレベル計のそれぞれは渦流センサであり、
   前記設定レベルは、一時的な目標として機能し、切り替えられたタイミングにおいて前記第２レベル計によって計測された前記溶鋼湯面レベルから前記目標値まで階段状に変化するように調整される、溶鋼湯面レベル制御方法。
2. 前記第１レベル計によって計測された前記溶鋼湯面レベルが変動せずに一定時間が経過した場合に、前記第１レベル計が異常であると判定する、請求項１に記載の溶鋼湯面レベル制御方法。