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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7月15日 (27年11ヶ月経過) 出願番号 1992-188367
公開日 1994年2月8日 (26年4ヶ月経過) 公開番号 1994-031417
状態 特許登録済
技術分野 連続鋳造
主要キーワード 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 モータートルク
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2月8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

引き抜き抵抗の変化による湯面レベルの変動を抑制し安定化する。

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、制動ロ−ル駆動モ−タのトルクより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

鉄鋼アルミニウム合金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。

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)。

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。

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。

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。

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。

概要

引き抜き抵抗の変化による湯面レベルの変動を抑制し安定化する。

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、制動ロ−ル駆動モ−タのトルクより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
1件
牽制数
1件

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請求項1

わん曲部を有する、鋳型引き続く片引き抜きロール配列と、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を有する連続鋳造機の、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、制動ロールより鋳片の引き抜き抵抗を連続的に検出する手段と、該検出する手段が検出した鋳片引き抜き抵抗の値と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スライディングノズルまたはストッパーを操作する制御手段と、を備えるモ−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。

背景技術

0002

鉄鋼アルミニウム合金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。

0004

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)。

0005

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。

0006

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。

0007

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。

0008

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

0009

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。

0010

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

0011

前述の目的を達成する本発明のモールド制御装置は、わん曲部を有する、鋳型引き続く片引き抜きロール配列と、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を有する連続鋳造機の、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、制動ロールより鋳片の引き抜き抵抗を連続的に検出する手段と、該検出する手段が検出した鋳片引き抜き抵抗の値と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スライディングノズルまたはストッパーを操作する制御手段と、を備える。

0012

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。

0013

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。

0014

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。

0015

図1に本発明を一態様で実施する連続鋳造機を示す。これにおいては、溶融金属の注入量制御にスライディングノズルを用いている。溶融金属の注入量制御にストッパーを用いた場合でも本質的な差は生じない。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17と必要圧縮力を与える制動ロ−ルおよびこれを駆動するモ−タ14によって、CPC制御は実現される。

0016

油圧シリンダ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の注入量は、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、制動ロール駆動モータ14の電流検出器18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8に出力する。

0017

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。

0018

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 ←制動側バランス
・・・(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 :制動側ロールの制動力
RH :制動側ロールの引き抜き抵抗 TM :矯正抵抗

0019

(1)式を変形すると下式のようになる。
BR =PB −RB −RH +PS +TM
・・・(2)
更に(2)式の時間微分を取ると、
(δBR /δt)=(δPR /δt)+〔δ(RB +RH )/δt〕
−(δPS /δt)−(δTM /δt) ・・・(3)
ここで、
δPB /δt=0 (押込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)。

0020

よって(3)式は以下のようになる。
(δBR /δt)=〔δ(RB +RH )/δt〕 ・・・(4)
(RB +RH )は、連続鋳造機内の全引き抜き抵抗である。

0021

従って(4)式は、「制動ロール(を駆動するモ−タ)14の制動力(トルク)の変化は、全引き抜き抵抗の変化に等しい」ことを示している。引き抜き抵抗計算部13は、制動ロ−ル駆動モ−タ14の、電流検出器18が検出した電流値(モ−タトルクを表わす)の変化より引き抜き抵抗の変化を算出し、これを制御部6に与える。

0022

本発明では、制御部6が、制動ロール駆動力から算出した鋳片引き抜き抵抗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ので、モールド内の湯面が安定化する。

0023

図1に本発明の一実施例を示し、図2に、図1に示す連続鋳造機とそれに結合した制御装置の組合せにかかる湯面制御ステムの機能を示す。図2ブロック21は、制御装置6(図1)の伝達特性を表わす。図2のブロック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。図2のブロック26は、制動ロ−ル駆動モ−タ14のトルク出力を示す。ブロック27で電流検出器18が検出した出力(モ−タトルク)に基づいて引き抜き抵抗変化を計算する。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加算することによりフィードフォワードが成立する。すなわち、制動ロールの駆動モータ14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。

0024

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。

0025

図3の(A)は引き抜き抵抗を制御に反映させない場合の例、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。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は、±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、本発明のもう1つの実施例を示す。この実施例の連続鋳造機は、図1のスライディングノズルをストッパーに置き換えたものである。図5には、図4に示す連続鋳造機と制御装置の組合せでなる湯面レベル制御系の機能を示す。この実施例でも、図1および図2に示す実施例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する。

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に示す連続鋳造機と制御装置の組合せでなる湯面レベル制御系の機能を示すブロック図である。
図3図1に示す実施例による制御結果を示すグラフである。
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4に示す連続鋳造機と制御装置の組合せでなる湯面レベル制御系の機能を示すブロック図である。

--

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8:油圧シリンダ
9:スライディングノズル開度計 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:ストッパ開度計 17:押し込みロ−ルおよびモ−タ
18:モ−タ電流検出器

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