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技術 モールドレベル制御装置

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 杉丸聡近藤琢巳加藤祐一黒川哲明
出願日 1992年6月22日 (28年0ヶ月経過) 出願番号 1992-162330
公開日 1994年1月11日 (26年5ヶ月経過) 公開番号 1994-000611
状態 特許登録済
技術分野 連続鋳造
主要キーワード 押し込みロール わん曲部 持続振動 ロール接線 レベル制御装置 モールド壁 定値制御 補償圧
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年1月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

目的

モールド内の湯面レベル変動を抑制する。

構成

モールド内の溶融金属のレベルを連続的に検出するモールドレベル検出手段と、鋳片の引き抜き抵抗を連続的に検出する手段と、該モールドレベル検出手段が検出したモールドレベルの値と該鋳片の引き抜き抵抗検出手段が検出した鋳片引き抜き抵抗の値から、モールド内へ注入される溶融金属の注入量の操作量を算出する操作量算出手段と、該操作量算出手段が算出した操作量に応じて注入量を操作するスライディングノズル具備するモールドレベルまたはストッパー制御装置において、鋳片引き抜き抵抗の変化を注入操作量にフィードフォワードする事を特徴とするレベル制御装置

概要

背景

概要

モールド内の湯面レベル変動を抑制する。

モールド内の溶融金属のレベルを連続的に検出するモールドレベル検出手段と、鋳片の引き抜き抵抗を連続的に検出する手段と、該モールドレベル検出手段が検出したモールドレベルの値と該鋳片の引き抜き抵抗検出手段が検出した鋳片引き抜き抵抗の値から、モールド内へ注入される溶融金属の注入量の操作量を算出する操作量算出手段と、該操作量算出手段が算出した操作量に応じて注入量を操作するスライディングノズル具備するモールドレベルまたはストッパー制御装置において、鋳片引き抜き抵抗の変化を注入操作量にフィードフォワードする事を特徴とするレベル制御装置

目的

しかしながら、鋳片出側にて鋳片を矯正する際に、矯正点鋳造方向と平行に圧縮力を付与して鋳片に生じる矯正歪を軽減させる制御(以降CPC制御と呼ぶ)を行った場合、鋳造する溶融金属の種類によっては、前述の適応制御によっても品質を確保するのに十分な湯面レベルの安定性が得られない場合があった。これはたとえ鋳造速度が一定でも、鋳片にかかる冷却水が部分的に不均一になるなどの原因で、凝固シェルに不均一が生じると、矯正歪を軽減し一定に保つCPC制御に伴う応力の変化に湯面変化が反応するためと考えられる。つまり鋳造速度が一定でも、引き抜き抵抗が増加した場合に鋳片が引き抜けない方向になり、湯面が上昇し、引き抜き抵抗が減少した場合に湯面が下降する現象が観察される。したがって、本発明の目的は、鋳片出側にて鋳片を矯正する際に、矯正点で鋳片に鋳造方向と平行に圧縮力を付与して鋳片に生じる矯正歪を軽減させる連続鋳造機において、スライディングノズルまたはストッパーの制御に、鋳片の引き抜き抵抗変化をフィードフォワードする事により、モールド内の湯面レベルを品質に影響のない変動量に制御することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

鋳型引き続く片引き抜きロール配列が、わん曲部を有し、鋳片出側にて鋳片を矯正する際に、矯正点で鋳片に鋳造方向と平行に圧縮力を付与して鋳片に生じる矯正歪を軽減させるための、制動ロール及び押し込み駆動ロールにおける、鋳片の引き抜き抵抗を連続的に検出する手段と、モールド内の溶融金属のレベルを連続的に検出するモールドレベル検出手段と、 該モールドレベル検出手段が検出したモールドレベルの値と該鋳片の引き抜き抵抗検出手段が検出した鋳片引き抜き抵抗の値から、モールド内へ注入される溶融金属の注入量の操作量を算出する操作量算出手段と、該操作量算出手段が算出した操作量に応じて注入量を操作するスライディングノズルまたはストッパー具備するモールドレベル制御装置において、鋳片引き抜き抵抗の変化を押し込みロール駆動力から算出し、スライディングノズルまたはストッパー操作量にフィードフォワードする事を特徴とするモールドレベル制御装置。

技術分野

0001

本発明は、連続鋳造プロセスにおけるモールド内の湯面レベルを適切に制御するためのモールドレベル制御装置に関する。

0002

鉄鋼アルミニウム合金等の連続鋳造においては、溶融金属からなる湯を、上下が解放されたモールドの上方から注入し、モールド側面から冷却して、その表面を固化せしめ、下方からロールではさん引出しながら冷却することによって連続的に鋳造が行なわれる。

0003

この時に、鋳片に生じる矯正歪により表面欠陥内部欠陥が生じる事は良く知られておりその解決策としては、鋳片出側にて鋳片を矯正する際に、矯正点で鋳片に鋳造方向と平行に圧縮力を付与して鋳片に生じる矯正歪を軽減させることが行われる(例えば特開昭58−61957号公報参照)。しかし、この方法を適用することに依って、モールドの湯面レベルに乱れが生ずる事が知られている。一方、連続鋳造プロセスにおいて、モールド内の湯面レベルの制御状態が鋳片の品質を左右する重大な要因であることは良く知られており、特に、湯面の変動量と、変動速度とを低く抑えることが肝要である(例えば特公昭63−16218号公報参照)。

0004

湯面レベル制御の方式は一般にPID演算による定値制御によっており、特に比例動作(P)および積分動作(I)を主体とした制御が行なわれている。

0005

しかしながら、製品の品質および歩留まりへの要求は年々厳しくなってきており、最近では鋳造の安定時において発生する細かい湯面レベルの持続振動が問題とされるようになってきた。

0006

従来の制御装置は湯面レベルを、目標とするレベル偏差なく一致させることを主眼に置いて設計されており、前述したようにP動作およびI動作を主体とした制御となっているので、外乱が入るたびに湯面の急上昇下降が起こり、湯面変動の観点からは好ましい制御とは言えない。

0007

そこで特願平2−89076号において、上記の持続振動の主な要因は、系内に存在しかつ時間的にその大きさが変動するむだ時間要素であるものとし、流入量の変動は、流量係数の変動としてとらえ、これらむだ時間および流量係数を動的に同定して補償する適応制御の手法が提案されている。

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、鋳片出側にて鋳片を矯正する際に、矯正点で鋳造方向と平行に圧縮力を付与して鋳片に生じる矯正歪を軽減させる制御(以降CPC制御と呼ぶ)を行った場合、鋳造する溶融金属の種類によっては、前述の適応制御によっても品質を確保するのに十分な湯面レベルの安定性が得られない場合があった。これはたとえ鋳造速度が一定でも、鋳片にかかる冷却水が部分的に不均一になるなどの原因で、凝固シェルに不均一が生じると、矯正歪を軽減し一定に保つCPC制御に伴う応力の変化に湯面変化が反応するためと考えられる。つまり鋳造速度が一定でも、引き抜き抵抗が増加した場合に鋳片が引き抜けない方向になり、湯面が上昇し、引き抜き抵抗が減少した場合に湯面が下降する現象が観察される。したがって、本発明の目的は、鋳片出側にて鋳片を矯正する際に、矯正点で鋳片に鋳造方向と平行に圧縮力を付与して鋳片に生じる矯正歪を軽減させる連続鋳造機において、スライディングノズルまたはストッパーの制御に、鋳片の引き抜き抵抗変化をフィードフォワードする事により、モールド内の湯面レベルを品質に影響のない変動量に制御することである。

課題を解決するための手段

0009

前述の目的を達成する本発明のモールド制御装置は、鋳型引き続く片引き抜きロール配列が、わん曲部を有し、鋳片出側にて鋳片を矯正する際に、矯正点で鋳片に鋳造方向と平行に圧縮力を付与して鋳片に生じる矯正歪を軽減させるための、押し込み駆動ロールと鋳片の引き抜き抵抗を連続的に検出する手段と、モールド内の溶融金属のレベルを連続的に検出するモールドレベル検出手段と、 該モールドレベル検出手段が検出したモールドレベルの値と該鋳片の引き抜き抵抗検出手段が検出した鋳片引き抜き抵抗の値から、モールド内へ注入される溶融金属の注入量の操作量を算出する操作量算出手段と、該操作量算出手段が算出した操作量に応じて注入量を操作するスライディングノズルまたはストッパーを具備するモールドレベル制御装置において、鋳片引き抜き抵抗の変化をスライディングノズルまたはストッパー操作量にフィードフォワードするレベル制御を行なうことによって、モールド内の湯面の安定化を図るものである。

0010

本発明による湯面レベル制御を行なわない場合、一定周期のモールド湯面変動を起こし、その変動量は、約±15mmとなる。この湯面変動量はモールド内の凝固シェルにモールドパウダー巻き込む原因となる。モールドパウダーはスラブ表面近傍の皮下介在物として存在し、圧延工程を経て最終製品表面疵の原因となる。

0011

このモールド湯面変動の原因を調査した結果、たとえ鋳造速度が一定でも、鋳片にかかる冷却水が部分的に不均一になるなどの原因で、凝固シェルに不均一が生じると、引き抜き抵抗が変化し、矯正歪を軽減し一定に保つCPC制御を行なっていても、引き抜き抵抗の変化に湯面が反応することが判明した。

0012

最終製品で表面疵を出さない限界の湯面変動量は、±5mmと言われており、本発明による、湯面レベルへの引き抜き抵抗力のフィードフォワードを行なった場合、この基準が十分に達成できることが判明した。

0013

図1本発明一実施例、溶融金属の注入量制御にスライディングノズルを用いた場合の連続鋳造機、を示す。溶融金属の注入量制御にストッパーを用いる場合にも本発明は同様に実施しうる。

0014

図1においてタンディッシュ1に満たされた溶融金属2は、タンディッシュ1の底部の穴よりスライディングノズル7および浸漬ノズル3を経てモールド4へ注入される。モールド4へ注入された溶融金属は、モールド壁面から冷却され、表層部から凝固しつつ下方へ、一定速度で引き抜かれる。鋳片出側にて鋳片を矯正する際に、矯正点で鋳片に鋳造方向と平行に圧縮力を付与して鋳片に生じる矯正歪を軽減させるために、一定駆動力で回転する駆動ロール14と必要圧縮力を与える押し込みロール10によって、CPC制御は実現される。

0015

油圧シリンダー8によってスライディングノズルの開度を調節することによって、モールド4への溶融金属2の注入量が、調節される。モールド4内の湯面レベルは、レベル計5で連続的に測定される。鋳片の引き抜き抵抗は、鋳片押し込みロール駆動モーター10に接続された引き抜き抵抗計算部13によって連続的に測定される。制御部6は、レベル計5と引き抜き抵抗計算部13から得られた計算値から、後述する演算により、モールド4内のレベルを一定に保つための操作量を演算し、油圧シリンダー8に出力する。

0016

ここに、本発明で使用する引き抜き抵抗計算部13(図1)の演算を示す。

0017

鋳片を押し込むために必要な駆動ロールのモータートルクは、(1)式で表わされる。
CO =PB +PS −RB −CL ←押込バランス
=BR +RH −CL −TM ←制御側バランス
・・・(1)
CO :CPC制御の必要圧縮力PB :押込側ロール押込力
PS :鋳片自重ロール接線成分 RB :押込側ロールの引き抜き抵抗
CL :補償圧縮力 BR :制御側ロールの制動力
RH :制動側ロールの引き抜き抵抗 TM :矯正抵抗

0018

(1)式を変形すると下式のようになる。
PB =BR +RB +RH −PS −TM
・・・(2)
更に(2)式の時間微分を取ると、
(δPB /δt)=(δBR /δt)+〔δ(RB +RH )/δ〕
−(δPS /δt)−(δTM /δt) ・・・(3)
ここで、
δBR /δt=0 (制動側の駆動力は一定に制御)
δPS /δt=0 (鋳片自重は時間に依存しない)
δTM /δt=0 (矯正抵抗はマシーンプロファイルに依って決まる)。

0019

よって(3)式は以下のようになる。
(δPB /δt)=〔δ(RB +RH )/δt〕
(RB +RH )は、連続鋳造材(CC機)内の全引き抜き抵抗である。

0020

従って(3)式は、「押し込み側ロールの押し込み力(トータルトルク)変化は、全引き抜き抵抗に等しい」ことを示している。

0021

本発明では、押し込みロールのトルク変化を湯面レベルにフィードフォワードすることにより、湯面の安定化を図る。

0022

図2に、本発明で使用する制御系モデルを表わすブロック線図を示す。ブロック21は、制御装置6(図1)の伝達特性を表わす。ブロック22は油圧装置の伝達特性を表わす。ブロック23はスライディングノズル7(図1)の伝達特性を表わす。ブロック24は、モールド1(図1)および浸漬ノズル3(図1)の伝達特性を表わす。ブロック25は、レベル計5(図1)の伝達特性を表わす。ブロック26は、ピンチロールモータトルク出力を示す。ブロック27でピンチロール出力より引き抜き抵抗変動を計算する。ブロック28およびブロック29で、一次遅れの演算を行い制御系に加算することによりフィードフォワードが成立する。

0023

本発明では、押し込みロール駆動モータ18のトルク変化を湯面レベルにフィードフォワードすることにより、湯面の安定化を図る。なお、本発明による制御を行なわない場合、引き抜き抵抗の変化が周期80秒で±35トンのとき湯面変動は、±15mmとなる。

0024

図3の(a)は引き抜き抵抗を制御に反映させない場合のモ−ルドレベル(湯面レベル)の例、図3の(b)は引き抜き抵抗を制御に反映させた場合のモ−ルドレベルの例である。図3の(a),(b)ともに、君津2号連鋳機において、2200mm幅スラブを1.2m/分で鋳造した例である。

0025

鋳造速度が一定でも引き抜き抵抗に変動が生ずるため、図3の(a)の引き抜き抵抗を制御に反映させない場合±15mmの湯面変動があるのに対し、図3の(b)の引き抜き抵抗を制御に反映させた場合は、±5mmの湯面変動となる。よって、引き抜き抵抗を制御に反映することにより湯面レベルの大幅な安定が図られることが分かる。

0026

図4に、第1図に示すスライディングノズルをストッパーに置き換えた本発明のもう1つの実施例を示し、図5に、図4に示す湯面レベル制御系の機能構成を示す。この、スライディングノズルをストッパーに置き換えた実施例でも、上述と同様な効果が得られる。

発明の効果

0027

以上述べたように、本発明によれば、従来のモールドレベル制御装置に、引き抜き抵抗を連続的に検出する手段を備え、鋳片引き抜き抵抗の変化をスライディングノズルまたはストッパー操作量にフィードフォワードするレベル制御を行なうことによって、モールド内の湯面変動を品質に悪影響を与えない水準以下に制御し得るモールドレベル制御装置が実現できる。

図面の簡単な説明

0028

図1本発明の一実施例を示すブロック図である。
図2図1に示す制御系の機能を表わすブロック線図である。
図3(a)は、従来例の湯面レベル変動を示すグラフ、(b)は図1に示す実施例での湯面レベル変動を示すグラフであり、横軸は共に、時間経過を示す。
図4本発明のもう1つの実施例を示すブロック図である。
図5図1に示す制御系の機能を表わすブロック線図である。

--

0029

1:タンディッシュ2:溶融金属
3:浸漬ノズル4:モールド
5:モールドレベル計6:制御部
7:スライディングノズル(SN) 8:油圧シリンダー
9:スライディングノズル開度計 10:押し込み側ロール及びモータ
11:油圧制御盤12:油圧源電磁弁
13:引き抜き抵抗計算部 14:制動ロール及びモータ
15:ストッパ16:ストッパー開度
17:押し込みロール18:押し込みロールモータ

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