JP7766482B2 - 鋳型内の鋳造レベルの測定のための方法及び測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋳型内の鋳造レベルの測定方法及び測定装置に関する。

本発明は、鋳型内の鋳造レベルの信頼性のある測定を可能にする鋳造レベル測定方法及び測定装置を提供するという目的に基づく。

鋳型内の鋳造レベルの測定法は、以下のステップを有する。

ａ）測定時間隔の間に鋳型に／鋳型上に配置される送信コイルに、定義された時間変動する電流プロファイルを通電する（すなわち、送信コイルに定義された時間変動する電流プロファイルを引き起こす）ステップ。

ｂ）測定時間隔中に受信コイル内で生じる時間変動する信号プロファイルを測定するステップであって、前記受信コイルは、鋳型及びその内容物を介して送信コイルに誘導結合されるステップ。

ｃ）測定時間隔内の時間ウィンドウを選択するステップ。

ｄ）選択された時間ウィンドウ内の測定された時間変動する信号プロファイルを評価して、鋳造レベルを決定するステップ。

一実施形態によると、受信コイル内で生じる時間変動する信号プロファイルは、時間変動する電流プロファイルが送信コイル内に通電された結果、受信コイル内に誘導される時間変動する電圧プロファイルである。

一実施形態によると、事前定義された時間変動する電流プロファイルは、ランプ型、特に線形のランプ型の電流プロファイルである。例えば、電流のランプ型は、ゼロアンペアの電流の大きさから特定の最大電流の大きさまで延びることができ、電流の大きさは、最大電流の大きさに達した後に再びゼロに減少される。この結果、例えば、鋸歯状の電流プロファイルが得られる。

一実施形態では、事前定義された時間変動する電流プロファイルは非正弦波形電流プロファイルである。事前定義された時間変動する電流プロファイルは特に、純粋に正弦波ではなく、及び／又は純粋に長方形ではない。

一実施形態では、本方法が選択された時間ウィンドウ内で測定された時間変動する信号プロファイル又は電流プロファイルの勾配を確認するステップと、確認された勾配を評価して鋳造レベルを確認するステップと、を含む更にのステップを含む。

一実施形態によると、測定時間隔中に事前定義された時間変動する電流プロファイルを送信コイル内に通電するステップは、時間変動する電流－設定値プロファイルを指定するステップと、時間変動する電流－設定値－プロファイルに合致するように送信コイルを流れる電流を調整するステップとを含む。

一実施形態では、ステップａ）、ｃ）及びｄ）は継続的に、特に周期的に繰り返される。もちろん、ステップａ）～ｄ）を継続的に、特に周期的に繰り返すことも可能である。

一実施形態では、本方法がｅ）鋳型及びその含有量を介して送信コイルに誘導結合される少なくとも１つの更に受信コイル内の測定時間隔中に生じる時間変動する信号プロファイルを測定するステップと、ｆ）鋳造レベルを確認するために選択された時間ウィンドウ内で測定された更に時間変動する信号プロファイルを評価するステップと、を含む更にステップである。

一実施形態では、測定時間隔内の時間ウィンドウが鋳型の形状に応じて選択される。

測定装置は、鋳型内の鋳造レベルの測定のために使用され、少なくとも１つ又は精密に１つの送信コイル、少なくとも１つ又は精密に１つの受信コイル、鋳型に配置される１つ又は複数の送信コイル内の事前定義された時間変動する電流プロファイルを達成するように設計された少なくとも１つの制御可能な電流源、送信コイルに誘導結合された１つ又は複数の受信コイル内の時間変動する信号プロファイル、特に時間変動する電圧プロファイルを測定するのに設計されたな測定装置、及び鋳造レベルを確認するために測定された時間変動する信号プロファイルを評価するのに設計されたな評価装置を有する。

一実施形態では、測定装置が上述の手法を実行するように設計される。

鋳造工場における液状金属の充填レベルの測定（鋳造レベルの測定）は、鋳造工程における最も重要な測定の一つである。鋳造工程中の過充填及びブレークスルーを回避することに加えて、更に、可能な限り最も速く、最も正確で、最も信頼性が高く、継続的に測定することが、最終製品の質（結晶構造、微細構造）にとって重要であることが多い。通常、液状金属の高温のため、鋳造レベルの測定は通常、非接触でのみ可能である。

大型鋳造鋳型（スラブ）について、誘導渦電流に基づく電磁測定が確立されている。放射性測定とは対照的に、この測定は一方では放射性同位体を必要とせず、他方では存在し得る鋳造パウダー又は油とは無関係であるという長所を有する。しかし、この測定方法での不利な点は、センサ・システムの近傍に他の導電性材料が存在することに対する感度が高く、その電気特性が変化することである。したがって、鋳造鋳型は通常、複雑な金属構造（銅の被覆鋳型、鋼鉄の容器）であり、液状金属を有するタンディッシュ及び柄杓がすぐ近くに見出され、一方、液状金属は鋳造管内にも存在するなどである。材料の電気的特性は、特に温度変化は、それによって渦電流応答が温度に大きく依存するので、この測定原理を著しく損なう。また、この方法では、ケーキングを防止するために鋳造工程に要する鋳造鋳型の振動も顕著な妨害作用を有する。非常に強い電磁場を持つ磁気攪拌器やブレーキを使用することも、この測定技術に妨害効果をもたらす。大きな型の場合、全ての擾乱構造から十分な距離を有し、その変化する影響が従って小型センサ位置が通常見出される。しかしながら、小さい型の場合には、全てが非常にコンパクトであるので、前述した外乱のために、以前の渦電流法を有効に使用することができない。この手法の更なる欠点は鋳造に使用される液状金属では通常実施できないが、冷たい場合には代替材料で実施しなければならない非常に複雑な較正であり、その結果、周囲の温度依存性の影響を考慮に入れることは本質的に不可能である。

したがって、小型鋳造鋳型に誘導測定原理を使用することができるためには規定された空間領域、すなわち、測定されるべき液状金属のみが見出される領域においてのみ感度が高いことが要求される。

渦電流測定の他に、本発明による誘導測定法は、送信コイルの（１つ又は複数の周波数での）正弦波又は矩形波励起ではなく、例えばランプ型励起で動作する。

鋳型中の液状金属の充填レベルを測定するために、鋳型に適切に取り付けられた１つ又は複数の送信コイルに、適当な電流プロファイル（例えば、ランプ型）が通電される。コイル電流の適当な測定を使用して、送信コイルを流れる電流は、設定値プロファイルを正確に追跡するようになされる。その結果、送信コイル（ｓ）の温度依存性抵抗は、励磁電流によって生成される磁界にほとんど影響を及ぼさない。

このようにして生成された磁界は、ここで、１つ（又は複数）の受信コイルに時間変動する電圧プロファイルを誘導する。この時間変動する電圧プロファイルが非常に高い抵抗で読み出される場合、受信コイルには無視できる電流しか流れないので、電圧プロファイルは、受信コイルの電気抵抗、したがって受信コイルの温度とは無関係である。

送信コイル及び受信コイルの近傍に導電性物質が存在しない場合、ランプ型励振の際に定電圧に対応するする時間変動する電圧プロファイルが受信コイルに誘起される。導電性材料（金属）が存在する場合、この時間変動する電圧プロファイルは例えば、ドイツ国公開特許 １０ ２０１８ １２０ ９１２号に記載されているように、材料の種類、その量及びその位置に応じて、特徴的な方法で変更される。

ｔ軸（時間軸）に沿った時間変動する電圧プロファイルの変更は、ｚ軸（コイル面に垂直な空間軸）に沿った距離に相関することが分かっている。最大範囲（侵入深さ）は、ここでは励起ランプの持続時間と励起コイルを流れる電流の大きさによって決まる。

ここで、適当な領域、又はｔ軸に沿った適当な時間ウィンドウが時間変動する電圧プロファイルの評価のために選択される場合、測定の敏感領域は、それによって、測定される液体金属の領域のみに敏感であるように制限され得る。この時間ウィンドウで時間変動する電圧プロファイルの適当なパラメータが決定されれば（これは、例えば、ランプ型励振の場合の時間変動する電圧プロファイルの勾配である）、これは液体金属の充填レベルと相関する。

時間変動する電圧プロファイルの正確な形態はとりわけ、送信及び受信コイルの形態、鋳造鋳型内のコイルの位置、鋳型そのもの、及び測定される物質の構成に依存し、それぞれ１回又は複数回学習することができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明による測定装置の概略ブロックを示す図である。 異なる鋳造レベルにおいて受信コイル中に誘起される電圧プロファイルの特性を示す図である。 複数の受信コイルを有する本発明の測定装置の一実施形態を示す図である。 それぞれ２つの受信コイルの差動読み取りによって決定される２つの基準点を備えた充填レベルの較正曲線を示す図である。

図１は、鋳型１における液状金属又は鋳造金属９の鋳造レベルを測定するための本発明による測定装置１００の高度に概略的な構成図を示す。

測定装置１００は、鋳型１に又はその上に配置された送信コイル２を備える。

測定装置１００は、鋳型１に又はその上に配置され、鋳型１及び鋳型１内に配置され得る液体金属９を介して送信コイル２に誘導結合される受信コイル３を更に備える。

測定装置１００は更に、測定時間隔ＭＺＩの間に送信コイル２内の時間変動するに線形のランプ型電流プロファイルｉ（ｔ）を作動させるように設計された調整電流源６を備える。

測定装置１００は更に、電流プロファイルｉ（ｔ）の結果として受信コイル３に誘導される時間変動する電圧プロファイルＵｅ（ｔ）を測定するように設計された測定器７を備える。

測定装置１００は更に、測定時間変動する電圧プロファイルＵｅ（ｔ）を評価して鋳造レベルＬを確認するように設計された評価器８を備える。

鋳造レベルを測定するために測定時間隔ＭＺＩ内で時間ウィンドウＺＦを選択し、時間ウィンドウＺＦ中に受信コイル３に生じる、又は誘導される時間変動する電圧プロファイルＵｅ（ｔ）を評価する。測定時間隔ＭＺＩ内の時間ウィンドウＺＦは、鋳型１の形状に応じて選択される。

図２は、異なった鋳造レベルＬ１又はＬ２に応じて受信コイル３に誘導される電圧分布Ｕｅ（ｔ）の勾配ｍ１又はｍ２の形での特性を示す。－図４も参照されたい。鋳造レベルＬを測定するために、評価ユニット８は結果として得られる勾配ｍ１又はｍ２を時間ウィンドウＺＦ中で確認し、次いで、勾配ｍ１又はｍ２に応じて鋳造レベルＬを確認する。

上記のステップは、鋳造レベルＬの継続的な測定のために連続的に繰り返される。

図３は、測定装置１００が３つの受信コイル３、４及び５を備える本発明の実施形態を示す。この実施形態では、時間ウィンドウＺＦ中に受信コイル３、４及び５に誘起された時間変動する電圧プロファイルの全てが測定され、評価される。

それぞれの受信コイル３、４及び５における時間変動する電圧プロファイルＵｅ（ｔ）の正確な形は、とりわけ、送信コイル２及び受信コイル３、４及び５の形、鋳造鋳型内のコイル２～５の位置、鋳型自身、及び、ある程度測定される液状金属９の構成に依存し、それぞれ１回は学習されなければならない。

充填レベルの較正曲線の位置及び形状は、差動読み取り受信コイル４及び５を加えることによって、その後調整することができる。すなわち、受信コイル対３／４及び４／５に基づく差分評価信号ＡＳ１又はＡＳ２（図４参照）は、充填レベルＬが受信コイル対３／４又は４／５の２つの差分読取り受信コイルの間に正確に位置する場合に、極大に達することが見出された。この位置は、受信コイル３、４及び５の既知の位置によって正確に機械的に決定されるので、充填レベルの較正曲線はこのようにして、特にスプルー鋳造を行う場合には充填レベルの較正曲線をその後充分な精度で調整することができる。

図４はこのような充填レベルの較正曲線を示しており、この場合、充填レベルＬは、電圧プロファイルＵｅ（ｔ）の勾配ｍに対してプロットされる。受信コイル３及び４の電圧プロファイル間の差動信号ＡＳ１は、基準点Ｒ１においてその極大を有するので、基準点Ｒ１において、勾配ｍ１を既知の充填レベルＬ１に割り当てることができる。受信コイル４と５の電圧プロファイル間の差動信号ＡＳ２は基準点Ｒ２でその極大を有するので、基準点Ｒ２では勾配ｍ２を既知の充填レベルＬ２に割り当てることができる。

本発明は、局所的に選択的な分解能で、温度に大きく依存しない鋳造型における導電性材料、特に液体金属の充填レベルの非接触測定のための渦電流に基づかない誘導測定原理を提供する。

本発明はコイルシステムの近傍の妨害導電性材料とは無関係に、鋳造レベルの信頼性の高い測定を可能にし、更に、容易に較正することができる。又、時間ウィンドウＺＦを選択することにより、敏感領域を容易に特定することができるので、小型の鋳造鋳型にも適用することができる。本発明の態様の一部を以下記載する。
［態様１］
鋳型（１）内の鋳造レベル（Ｌ）の測定方法であって、
ａ）測定時間間隔（ＭＺＩ）の間に、前記鋳型（１）に配置された送信コイル（２）に時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））を通電するステップと、
ｂ）前記測定時間間隔（ＭＺＩ）の間に、前記送信コイル（２）に誘導結合された受信コイル（３）に発生する時間的信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））を測定するステップと、
ｃ）前記測定時間間隔（ＭＺＩ）内の時間ウィンドウ（ＺＦ）を選択するステップと、
ｄ）前記鋳造レベル（Ｌ）を決定するために、前記選択された時間ウィンドウ（ZF）内で測定された前記時間的信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））を評価するステップと、を有する方法。
［態様２］
前記受信コイル（３）内に発生する前記時間的信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））は、前記送信コイル（２）に前記時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））が通電された結果として前記受信コイル（３）に誘導される時間的電圧プロファイル（Ｕｅ（ｔ））である、態様１に記載の方法。
［態様３］
前記時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））は、ランプ型、特に、線形ランプ型の電流プロファイルである、態様１又は２に記載の方法。
［態様４］
前記時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））は、非正弦波形及び/又は非矩形波形の時間的電流プロファイルである、態様1～３のいずれか１項に記載の方法。
［態様５］
前記選択された時間ウィンドウ（ＺＦ）内で測定された前記時間的信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））の勾配（ｍ１、ｍ２）を確認するステップと、
前記鋳造レベル（Ｌ）を確認するために前記確認された勾配（ｍ１、ｍ２）を評価するステップと、により特徴付けられる態様１～４のいずれか１項に記載の方法。
［態様６］
前記測定時間間隔（ＭＺＩ）の間に前記送信コイル（２）に前記時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））を通電するステップは、
時間電流設定値プロファイルを指定するステップと、
前記時間電流設定値プロファイルを追跡するために、前記送信コイル（２）を流れる電流（ｉ（ｔ））を調整するステップと、を有する態様１～５のいずれか１項に記載の方法。
［態様７］
前記ａ）、ｃ）、およびｄ）のステップは、継続的に、特に周期的に繰り返されることを特徴とする態様１～６のいずれか１項に記載の方法。
［態様８］
ｅ）前記送信コイル（２）に誘導結合された少なくとも1つのさらなる受信コイル（４、５）で前記測定時間間隔（ＭＺＩ）の間に発生する時間信号プロファイルを測定するステップと、
ｆ）前記鋳造レベル（Ｌ）を決定するために、前記選択された時間ウィンドウ（ＺＦ）内で測定されたさらなる時間信号プロファイルを評価するステップと、を有する態様１～７のいずれか１項に記載の方法。
［態様９］
前記測定時間間隔（ＭＺＩ）内の前記時間ウィンドウ（ＺＦ）は、前記鋳型（１）の形状に応じて選択される、態様１～８のいずれか１項に記載の方法。
［態様１０］
鋳型（１）内の鋳造レベル（Ｌ）の測定装置（１００）であって、
少なくとも１つの送信コイル（２）と、
少なくとも１つの受信コイル（３、４、５）と、
前記少なくとも１つの送信コイル（２）に事前定義された時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））を通電するように設計された制御電流源（６）と、
前記少なくとも１つの送信コイル（２）に誘導結合された前記少なくとも１つの受信コイル（３）の時間信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））を測定するように設計された測定器（７）と、
-鋳造レベル（Ｌ）を確認するために測定された時間的信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））を評価するように設計された評価装置（８）と、を有する測定装置。
［態様１１］
前記測定装置（１００）は、態様１～８のいずれか１項に記載の方法実行するように設計された態様１０に記載の測定装置。

Claims (10)

1. 鋳型（１）内の鋳造レベル（Ｌ）の測定方法であって、
   ａ）測定時間間隔（ＭＺＩ）の間に、前記鋳型（１）に配置された送信コイル（２）に時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））を通電するステップと、
   ｂ）前記測定時間間隔（ＭＺＩ）の間に、前記送信コイル（２）に誘導結合された受信コイル（３）に発生する時間的信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））を測定するステップと、
   ｃ）前記測定時間間隔（ＭＺＩ）内の時間ウィンドウ（ＺＦ）を選択するステップと、
   ｄ）前記鋳造レベル（Ｌ）を決定するために、前記選択された時間ウィンドウ（ZF）内で測定された前記時間的信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））を評価するステップと、を有し、
   前記時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））は、ランプ型の電流プロファイルである、方法。
2. 前記受信コイル（３）内に発生する前記時間的信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））は、前記送信コイル（２）に前記時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））が通電された結果として前記受信コイル（３）に誘導される時間的電圧プロファイル（Ｕｅ（ｔ））である、請求項１に記載の方法。
3. 前記時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））は、非正弦波形及び/又は非矩形波形の時間的電流プロファイルである、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記選択された時間ウィンドウ（ＺＦ）内で測定された前記時間的信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））の勾配（ｍ１、ｍ２）を確認するステップと、
   前記鋳造レベル（Ｌ）を確認するために前記確認された勾配（ｍ１、ｍ２）を評価するステップと、により特徴付けられる請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記測定時間間隔（ＭＺＩ）の間に前記送信コイル（２）に前記時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））を通電するステップは、
   時間電流設定値プロファイルを指定するステップと、
   前記時間電流設定値プロファイルを追跡するために、前記送信コイル（２）を流れる電流（ｉ（ｔ））を調整するステップと、を有する請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記ａ）、ｃ）、およびｄ）のステップは、継続的に繰り返されることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. ｅ）前記送信コイル（２）に誘導結合された少なくとも1つのさらなる受信コイル（４、５）で前記測定時間間隔（ＭＺＩ）の間に発生する時間信号プロファイルを測定するステップと、
   ｆ）前記鋳造レベル（Ｌ）を決定するために、前記選択された時間ウィンドウ（ＺＦ）内で測定されたさらなる時間信号プロファイルを評価するステップと、を有する請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記測定時間間隔（ＭＺＩ）内の前記時間ウィンドウ（ＺＦ）は、前記鋳型（１）の形状に応じて選択される、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
9. 鋳型（１）内の鋳造レベル（Ｌ）の測定装置（１００）であって、
   少なくとも１つの送信コイル（２）と、
   少なくとも１つの受信コイル（３、４、５）と、
   前記少なくとも１つの送信コイル（２）に事前定義された時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））を通電するように設計された制御電流源（６）と、
   前記少なくとも１つの送信コイル（２）に誘導結合された前記少なくとも１つの受信コイル（３）の時間信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））を測定するように設計された測定器（７）と、
   -鋳造レベル（Ｌ）を確認するために測定された時間的信号プロファイル（Ｕｅ（ｔ））を評価するように設計された評価装置（８）と、を有し、
   前記時間的電流プロファイル（ｉ（ｔ））は、ランプ型の電流プロファイルである、測定装置。
10. 前記測定装置（１００）は、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法を実行するように設計された請求項９に記載の測定装置。