CN1149845A - 连续铸造的操作控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

从浇注刚开始后至液面高度达到正常作业的液面高度期间，检测结晶器内的钢水液面高度，适当控制钢水的排出量，然后能够自动开始铸造拉拔的连续铸造的操作控制方法及其装置。利用电极式液面计连续测量液面高度，根据该液面高度的变化求出钢水上升速度。根据钢水上升速度与基准速度之偏差调整从中间包排出的钢水流量。而液面高度一达到比正常作业的液面高度低的规定基准高度就开始铸造拉拔。

Description

连续铸造的操作控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及钢水连续铸造的操作控制方法及其装置，尤其涉及铸造开始时的自动起动。

背景技术

以往在这种钢水连续铸造中，已经提出各种控制方法来最佳控制引锭杆拉拔开始前在结晶器内保持钢水的时间，以达到适当生成凝固壳这一目的。例如在特开昭58-84652号公报中，已提出根据预定的结晶器内的液面高度上升图形，从中间包内的钢水深度计算出钢水的注入量和与此相对应的滑动水口的开度目标值，按照该开度目标值进行控制钢水注入量的控制方法。然而，在该控制方法中，因为不能反馈每时每刻的液面与预定的液面上升图形之偏差来进行控制，所以不能弥补由水口特性波动和运作不良而引起的变动，产生与流速不一致的状态。

另外，在特开昭62-84862号公报中，为了改进像上述那样的控制技术，已提出这样的控制方法：设定达到预定的液面的中间确认高度所需的时间，若在经过此所需的时间时达不到中间确认液面高度，则以此作为触发信号，将流量控制装置的开度开到预先设定的紧急处理开度，效仿基本钢水上升图形。

另外，在特开昭62-54562号公报中，已提出在钢水上升图形偏离中间确认高度时，修正钢水上升图形的控制方法。另外，对于钢水上升速度的控制方法，在特开昭62-18395、特开平1-170568、特开平2-142659号公报中已提出各种方法，但都是把握检测的高度是否达到规定的液面高度，检测高度的反馈信息是不连续的。

此外，在特开平2-142659号公报中，已提出设置长度不同的数个电极，分别检测液面高度的控制方法。然而，在该控制方法中具有以下那样的不合适情况。

(1)设备投资费用变高。

(2)不能完全消除由飞溅影响而引起的误运作的影响。

(3)运转成本变高。

(4)在钢坯连铸过程中，例如在直径

170mm以下的小截面上安装数个电极，受设备的限制，这是困难的。

在像以上那样的以往控制方法中，不能采用从注入开始后立即就连续地时刻测量液面上升速度，进行反馈控制的方式。但是在中间包内的钢水中包含夹杂物，如果浇注刚开始后的钢水上升速度过快，则将存在于中间包内的钢水上部附近的夹杂物卷入，这是成为铸造后因钢坯中的夹杂物因素引起的裂纹等缺陷的原因，若该钢水上升速度不能控制到最佳值，则有不合格率变高的问题。此问题在结晶器断面小，向结晶器浇注刚开始后结晶器内的钢水上升速度快的钢坯连续铸造中特别显著。

另外，在像扁坯连续铸造时那样，再使用中间包的情况下，铸造开始之后，因残留在中间包内的炉渣的影响，水口增益产生大的变化，因为排出流量变化，对于该控制区域，若不进行反馈控制，则不能进行稳定的自动起动，由于此，不得不对应地手动操作滑动水口。然而，在手动操作的情况下，容易引起过动作，水口堵塞故障的发生频率变多。

发明的公开

本发明的目的在于提供连续铸造的操作控制方法及其装置，该方法能从浇注开始后至液面高度达到正常作业的液面高度期间，检测结晶器内的钢水液面高度，适当地控制钢水的排出量，而且能够自动开始铸造拉拔。

a)按照本发明的一种方式的连续铸造操作控制方法具有以下步骤：从向连铸的结晶器注入钢水后，至钢水液面高度达到正常作业的液面高度期间，利用电极式液面计连续测定液面高度的步骤；一旦钢水液面高度达到比正常作业的液面高度低的基准高度就开始铸造拉拔的步骤。

在本发明中，在铸造开始前，将电极式液面计，例如第一和第二两根电极垂直插入到恰好在结晶器内的引锭杆前面。在操作开始前，即或将信号输入第一电极，因第一电极和第二电极之间是绝缘的，该信号也不能传送到第二电极。操作开始，在结晶器内一注入钢水，钢水就开始与第一和第二电极接触，输入到第一电极中的信号通过钢水传送到第二电极中。例如中间包的塞棒或滑动水口完全打开，开始向结晶器内注入钢水，由此经过一定时间后，塞杆或滑动水口降低至某一定的开度。钢水浇注开始后，结晶器内的钢水液面高度逐渐上升。而且随着结晶器内的钢水高度上升，由通过钢水在第一电极和第二电极之间传送的信号传播而引起的时间滞后变短，通过测量该信号的时间滞后变化，可以连续测量从钢水注入开始后结晶器内的钢水液面高度。然后，液面高度一达到基准高度就开始铸造拉拔。然后根据液面高度和液面上升速度，控制拉拔速度和钢水注入量(中间包的水口开度)，调整结晶器内的钢水高度和钢水上升速度，使液面高度结束到预先设定的一定值。

然后，在结晶器内的钢水高度达到正常作业的液面高度时，过渡到用电磁感应式液面计的测量值进行的正常作业控制。在利用通常的电磁感应式液面计的控制中，不能测量从钢水上升开始后至电磁感应式液面计的测量范围的结晶器内的钢水高度，因为在钢水高度上升到测量范围后才进行控制，由结晶器内的钢水上升速度，结晶器内的钢水液面高度的控制滞后，产生液面高度向目标高度以上的上升和液面的上下变动，有过渡到正常作业需要时间的情况。然而在本发明中，根据从钢水上升开始后的结晶器内的钢水液面高度和钢水上升速度进行控制，可防止液面的变动等发生，使稳定地以最短时间过渡到正常作业成为可能。

另外，在按照本发明的液面高度测量中，因为在电极浸入到钢水内时，钢水液面以下部分的电极熔化，所以出现钢水液面上下变动的情况，在此情况下，电极间的接触中途切断，信号检测变得困难，但是对于细小变动，通过调整电极材料和形状可以调整浸入钢水后的熔化时间，保持电极与钢水之间的接触，进行连续测量。进而，使用长尺寸的电极，相对电极材料的熔化损耗，将电极逐步插入结晶器内，也可以进行连续测量。

再者，在上述的说明中，虽然电极式液面计的电极是就二根电极例子加以说明，但是电极为一根电极，由相对于此的发送信号与反射信号的关系也可以测量液面高度。

b)按照本发明其他方式的连续铸造的操作控制方法还具有以下步骤：在上述(a)的连续铸造操作控制方法中，从向连铸中的结晶器刚注入钢水后至钢水液面高度达到正常作业的液面高度期间，再根据液面高度变化求出钢水上升速度的步骤；根据钢水上升速度和基准速度的偏差调整从中间包排出的钢水流量的步骤。

在本发明中，连续测量液面高度，再根据该液面高度的变化，例如按一定周期计算钢水上升速度。为消除该钢水上升速度与基准速度的偏差，求出塞棒或者滑动水口的开度补正量，通过向塞棒或者滑动水口输出操作指令，在每个规定周期进行反馈控制。而且，液面一达到基准高度，就开始铸造拉拔。另外，上述的基准速度是不产生夹杂物的最佳钢水上升速度，它根据每个钢坯直径尺寸的操作条件预先求出。另外，在反馈控制中，例如在下述的实施方式中使用PI控制(比例+积分控制)，但也可使用其他方法。

按照本发明，像这样根据该钢水上升速度，达到调整从中间包排出的钢水量，所以可恰当地控制结晶器内的钢水的上升速度。而且，恰当地控制钢水上升速度，结果得到由夹杂物卷入而引起的铸造后的不好铸坯发生率削减约20％的效果。另外，同以往技术一样，既能达到适当生成凝固壳，又能达到防止发生跑钢。再有，还可以防止在铸造初期发生的各种现象，例如由塞棒耐火物质剥离引起的液面急剧上升，或者由塞棒操作动作滞后而发生的溢出等于未然。

c)按照本发明其他方式的连续铸造操作控制方法具有以下步骤：在上述(a)的连铸操作控制方法中，从钢水刚注入连铸中的结晶器之后，至钢水液面高度达到正常作业的液面高度期间，还测量钢水水头的步骤；根据液面高度、钢水水头及此时的塞棒或者滑动水口的开度计算出水口增益的推断值的步骤；根据液面高度计算出为满足预先设定的目标浇注完成时间(注上げ時間)的目标排出量的步骤；根据这些水口增益的推断值和目标排出量计算出塞棒或者滑动水口的开度的步骤；根据该开度，操作塞捧或者滑动水口的开度，调整从中间包排出的钢水流量的步骤，而且在每个给定的演算周期重复此处理。

在本发明中，结晶器内的液面一上升，就在用电极式液面计连续测量结晶器内的钢水液面高度的同时，测量中间包的钢水水头。而且，例如在每个演算周期求出从前次的液面高度的上升值，根据该上升值求出现在的实际排出量。随后从该实际排出量、钢水水头及中间包的塞棒或滑动水口的开度，计算出现在的水口增益的推定值。而且，从现在的液面高度和至目标浇注完成时间前的残留时间求出这次的目标排出量，根据该目标排出量、水口增益推断值和现在的钢水水头，求出这次的塞棒或者滑动水口的开度，例如开口面积。然后，根据该结果操作塞棒或者滑动水口，通过反馈控制，尤其相对于在再使用中间包时铸造开始之后因炉渣影响而引起的水口增益的大变动，能够最适当地控制从中间包排出的钢水流量，满足目标浇注完成时间，而且能够防止水口堵塞等故障。

此外，按照本发明，尤其在再使用中间包时，即使在因残留在中间包内的炉渣的影响，水口增益发生大变动，排出流量变动的情况下，也能最佳地控制排出量，得到将使用再使用的中间包时的水口堵塞、密封泄露、溢出等故障减低到使用本发明前的1/3频度的效果。

d)按照本发明其他方式的连续铸造操作控制方法，在上述(a-c)的连续铸造操作控制方法中，在铸造拉拔开始后，根据液面高度的变化求出钢水上升速度，然后根据液面高度及其钢水上升速度，分别调整铸造拉拔速度和从中间包排出的钢水注入量，控制结晶器内的钢水液面高度，而且，液面高度一达到正常作业的高度，就过渡到正常作业。

在本发明中，铸坯拉拔开始后，根据液面高度及钢水上升速度，控制拉拔速度和钢水注入量(中间包的水口开度)，调整液面高度及其钢水上升速度，使钢水液面高度结束在预先设定的一定值。

e)按照本发明其他方式的连续铸造操作控制方法，在上述(a-d)的连续铸造操作控制方法中，根据由电极式液面计测量的结晶器内的钢水液面高度，校正电磁感应式液面计的测量值，在结晶器内的钢水液面高度达到正常作业的高度后，根据电磁感应式液面计的测量值，进行结晶器内的钢水液面高度的控制。

在本发明中，在结晶器内分别设置电磁感应式液面计和电极，用电极式液面计测量从铸造开始(钢水注入开始)的结晶器内的液面高度，在结晶器内的钢水液面高度达到电磁感应式液面计的测量范围内时，利用由电极式液面计测得的测量值校正电磁感应式液面计的测量值，借此可以防止产生由温度偏差等引起的电磁感应式液面计的测量值误差，进行电磁感应式液面计的测量值的绝对值校正，在过渡到正常作业后，按照电磁感应式液面计的测量值，调整拉拔速度和中间包(TD)水口的开度，进行结晶器内的钢水液面高度绝对值的正确控制。

f)按照本发明其他方式的连续铸造操作控制方法，在上述(a-e)的连续铸造操作控制方法中，在液面高度达到正常作业的液面高度而过渡到正常作业后，将电极式液面计的电极保持在钢水液面上，检测钢水与电极之间的接触，由该检测，通过调整中间包水口的开度，防止钢水从结晶器内溢出。

在本发明中，在连续铸造的正常作业中，在结晶器内的正常作业的液面上方的任意位置设置电极。经常监视钢水与电极之间的接触。借此，即使发生正常作业中的由例如电磁感应式液面计故障等引起的控制不良，结晶器内的钢水液面高度发生异常上升时，通过检测电极与钢水的接触，可以检测出液面高度的异常上升及其钢水上升速度。通过这些检测，调整拉拔速度或者钢水注入量，由此防止溢出。

g)按照本发明其他方式的连续铸造的操作控制方法，在上述(a-f)的连续铸造的操作控制方法中，作为电极式液面计的电极，使用以大致等于铸造开始时的钢水液面高度的上升速度的速度熔化的构件。

在本发明中，因为电极以大致等于在铸造开始时的钢水液面高度的上升速度的速度熔化，所以可避免熔化过慢和过快的两种弊病。即，在熔化慢的情况下，即使在拉拔开始时，电极也在结晶器下部连续存在，在拉拔开始时电极被捕入到凝固壳，随着拉拔开始，电极从电极夹中拉出，不能进行测量。另外，在熔化过快的情况下，若产生液面变动，则切断钢水与电极的接触，发生不能测量的事态。然而在本发明中，由于恰当地设定电极的熔化速度，可以避免熔化过慢和熔化过快的两种弊病，即使在方坯等的小断面结晶器中，也能连续测定液面高度。

h)按照本发明其他方式的连续铸造的操作控制装置，具有配备了插入结晶器的钢水中的电极，在对电极供给第一模拟随机信号的同时，将与第一模拟随机信号类型相同、频率稍微不同的第二模拟随机信号与第一模拟随机信号相乘，计算出第一相乘值，将通过电极得到的信号与第二模拟随机信号相乘，计算出第二相乘值，分别将第一相乘值和第二相乘值积分，从两积分值的时间序列图形上分别产生的最大相关值的时间差测定液面高度，而且从液面高度的变化算出钢水上升速度的电极式液面计，以及根据钢水上升速度和基准速度的偏差，控制中间包的塞棒或滑动水口的开度，调整从中间包排出的钢水流量，而且液面高度一达到比正常作业的液面高度低的基准高度就开始铸造拉拔的铸造控制装置。

在本发明中，如上所述，采用电极式液面计，从向连铸中的结晶器注入钢水后至液面高度达到正常作业的高度期间，连续测量液面高度，再根据其液面高度的变化、例如以一定周期计算钢水上升速度。而为消除钢水上升速度和基准速度的偏差，求出塞棒或者滑动水口的开度补正量，通过向塞棒或滑动水口输出操作指令，在每一定周期完成反馈控制。而且液面高度一达到基准高度就开始铸造拉拔。

i)按照本发明其他方式的连续铸造的操作控制装置具有以下的装置和设备：配备了插入结晶器的钢水中的电极，在对电极供给第一模拟随机信号的同时，将与第一模拟随机信号类型相同、频率稍微不同的第二模拟随机信号与第一模拟随机信号相乘，计算出第一相乘值，将通过电极得到的信号与第二模拟随机信号相乘，计算出第二相乘值，分别将第一相乘值和第二相乘值积分，从两积分值的时间序列图形上分别产生的最大相关值的时间差测定液面高度的电极式液面计；测定中间包的钢水水头的设备；根据液面高度、钢水水头及此时的塞棒或滑动水口的开度计算出水口增益的推断值，并且根据液面高度计算出为满足预先设定的目标浇注完成时间的目标排出量，根据这些水口增益的推断值和目标排出量计算出塞棒或滑动水口的开度，根据此开度操作塞棒或滑动水口的开度调整从中间包排出的钢水流量，而且在每个给定演算周期反复进行上述的处理，液面高度一达到比正常作业的液面高度低的基准高度就开始铸造拉拔的铸造控制装置。

在本发明中，如上所述，根据目标排出量、水口增益推断值和现在的钢水水头，求出这次的塞棒或滑动水口的开度，例如开口面积。然后根据此结果，操作塞棒或滑动水口而进行反馈控制。因此，尤其能够满足目标浇注完成时间，而且能够防止水口堵塞等故障。

j)在按照本发明其他方式的连续铸造的操作控制装置中，电极式液面计具备发生第一模拟随机信号的第一模拟随机信号发生设备；发生与第一模拟随机信号类型相同、频率稍微不同的第二模拟随机信号的第二模拟随机信号发生设备；与第一模拟随机信号发生设备相连接、插入钢水中的第一电极；插入钢水中的第二电极；将第一模拟随机信号发生设备的输出和第二模拟随机信号发生设备的输出相乘、输出第一相乘值的第一乘法器；与第二电极相连接、将其输出和第二模拟随机信号发生设备的输出相乘、输出第二乘值的第二乘法器；将第一相乘值积分、输出第一积分值的第一积分器；将第二相乘值积分、输出第二积分值的第二积分器；从第一积分值和第二积分值的时间序列图形上分别产生的最大相关值的时间差测定液面高度、再从该液面高度的时间变化计算出钢水上升速度的演算设备。

下面说明上述电极式液面计的动作。在该电极式液面计中，第一模拟随机信号和第二模拟随机信号类型相同，频率稍微不同。第一相乘值的时间序列图中，在第一模拟随机信号和第二模拟随机信号的各周期的脉冲一致时相乘值表现出最大相关值，成为最大值，该最大值以周期T产生。

周期T以下式表示。

T＝K/Δf     (1)

式中，K是常数，表示构成第一模拟随机信号M1和第二模拟随机信号M2的一个周期的比特数(时钟数)。Δf是M1的一个比特的时钟频率f1与M2的一个比特的时钟频率f2的差，以下式表示。

Δf＝f1-f2   (2)

第二相乘值的时间序列图形也以周期T产生最大值，但是因为第一模拟随机信号M1经过第一电极、钢水和第二电极，所以相对于第二模拟随机信号M2滞后Td时间，因此相对第二相乘值的最大值，如图9所示，滞后X时间。

X以下式表示。

X＝(Td/Δt)×P2    (3)

Δt＝P2-P1     (4)

式中，P1是M1的周期，P2是M2的周期。

式中Td随钢水液面高度变化而变化，所以由(3)式测定X，求出Td就可得到钢水液面高度的变化。另外，知道高度的变化就能确定基准位置，也能够求出从该基准位置至液面的距离。此外，在(3)式中，Δt的值是比Td小的值，若使P2的值变大，则Td的值扩大到P2/Δt倍，能测量，所以能进行精度良好的测量。另外，以该方式进行测量，信号传到电极和钢水内，因为不像以往那样使用反射方式，所以S/N的比大，也没有多重反射的影响，能够精度良好地测定钢水液面高度。因此，也能够精度良好地测定钢水上升速度。

此外，虽然就有两个电极(第一电极、第二电极)的例子说明了电极式液面计，但将模拟随机信号输送到一个电极中，然后将其反射波与输入信号分离并取出，可以测量液面高度。

对附图的简要说明

图1表示本发明一个实施方式的连续铸造操作控制装置及其相关设备构成的方块图。

图2是表示图1的电极式液面计构成的方块图。

图3是表示图2的时钟发生器构成的方块图。

图4是表示图2的模拟随机信号(M系列信号)发生电路的一例的电路图。

图5是表示图4的3级移位寄存器产生的模拟随机信号的时间图。

图6是说明相关值输出的时间图。

图7是说明相关周期T的算出方法的时间图。

图8是表示第一低通滤波器的输出S1和第二低通滤波器的输出S2的时间图。

图9是说明熔融液面与信号传输距离的图。

图10是计算相位差X的说明图。

图11是表示图1的电极式液面计的实测值一例的特性图。

图12是表示在图1的实施方式中的电极式液面计和电磁感应式液面计的测量值的特性图。

图13是表示本发明其他实施方式的连续铸造操作控制装置图。

图14是表示图13的实施方式中的电极式液面计和电磁感应式液面计的测量值的特性图。

图15是表示本发明其他实施方式的连续铸造操作控制装置及相关设备构成的方块图。

图16是图15的连续铸造控制的时间图。

图17是表示本发明其他实施方式的连续铸造的自动起动控制装置及其相关设备的构成方块图。

图18是图17的连续铸造控制的时间图。

实施发明的最佳方式

实施方式1

图1是表示本发明一种实施方式的连续铸造操作控制装置及其相关设备的构成方块图。在图1中，1、2是第一和第二电极，3是电极式液面计，4是铸造控制装置，5是拉拔速度控制装置，6是水口开度调整装置，7是结晶器，8是中间包，9是水口，10是钢水，11是电极保持装置，12是引锭杆，13是电磁感应式(涡流式)液面计。本实施例中，利用设置在连续铸造结晶器7上部的电极保持装置11将垂直插入结晶器内的两根电极1、2保持而设置。在此，虽然电极1、2的前端处于结晶器内的引锭杆12之前，但电极1、2的前端即使接触引锭杆12，对测量上也没有妨碍。另外，作为电极1、2使用SUS管(直径3mm，壁厚0.1mm)，电极间隔为30mm。

电极式液面计3通过同轴电缆将在其装置内产生的模拟随机信号输入第一电极1，检测经过结晶器7内的钢水10输送到第二电极2的模拟随机信号。然后，电极式液面计3从检测出的模拟随机信号的时间滞后变化和该信号的传输速度计算出结晶器内的钢水液面高度，再从单位时间内的结晶器中的钢水液面高度的变化量计算出其上升速度。

图2是表示电极式液面计3的详细构成的方块图。在电极式液面计3中，第一时钟发生器21每一时钟产生频率f1的频率，第二时钟发生器22每一时钟产生比f1稍小的频率f2的频率。第一模拟随机信号发生器23发生周期P1的第一模拟随机信号M1，第二模拟随机信号发生器24发生与M1类型相同、周期P2与P1稍有不同的第二模拟随机信号M2。往第一电极1送出第一模拟随机信号M1。然后通过第二电极2将所得到的信号输入乘法器26中。第一乘法器25将来自第一模拟随机信号发生器23通过传输线路Lc的M1和来自第二模拟随机信号发生器4通过传输线路La的M2相乘。第二乘法器26将来自第一模拟随机信号发生器23通过传输线路Ld的M1和来自第二模拟随机信号发生器24通过传输线路Lb的M2相乘。

第一低通滤波器27从第一乘法器25的输出除去高频成分，输出以最大相关值间隔作为一周期的时间序列图形。第二低通滤波器28同样也从第二乘法器26的输出除去高频成分，输出以最大相关值间隔作为一周期的时间序列图形。运算部29从第一低通滤波器27和第二低通滤波器28的时间序列图形的最大相关值间之时间差计算出钢水液面高度。在运算部29中得到的钢水液面高度输出到铸造控制装置4。另外，在上述传输线路中设置其中一部分插入结晶器7内的钢水10中的第一电极1和第二电极2，两电极1、2通过钢水10进行电连接。

图3是表示第一时钟发生器21和第二时钟发生器22的构成图。第一晶体振荡器41是频率fa，例如30.001MH_z的晶体振荡器，第二晶体振荡器42是频率fb，例如30.000MH_z的晶体振荡器，公共振荡器43是频率fc，例如1470MH_z的振荡器。第一混合器44例如以平衡调制器等构成、输出fc±fa的信号，第二混合器45是输出fc±fb信号的混合器。第一带通滤波器46使第一混合器44的输出中的fc±fa通过，第二带通滤波器使第二混合器45的输出中的fc±fb通过。

从第一晶体振荡器41输出的30.001MH_z信号和从公共振荡器43输出的1470MH_z信号，在第一混合器44混合成1500.001MH_z和1439.999MH_z的两种信号而输出。其中1500.001MH_z信号通过第一带通滤波器46，作为第一时钟频率f1而输出。并且，同样地从第二晶体振荡器42输出的30.000MH_z信号和从公共振荡器43输出的1470MH_z信号在第二混合器45混合成1500.000MH_z和1440MH_z的两种信号而输出，通过第二带通滤波器47输出15000.000MH_z的第二时钟频率f2。按照此构成，频率f1和f2的频率差能准确保持在1KH_z。

用该相当于局部振荡器的第一、第二晶体振荡器41、42，已保持1KH_z的差，另外，从混合器44、45输出的频率差有60MH_z的大频率差，所以第一、第二带通滤波器46、47的特性不必过于陡峻，以SAW滤波器、晶体滤波器等一般滤波器就能实现。

图4是说明第一和第二模拟随机信号发生器23和24构成的图。该图是3比特的M系列信号发生器的构成图，为了容易理解且容易说明，示出3比特的情况，但更多比特，例如7比特的移位寄存器等也可以使用。M系列信号发生器由移位寄存器50和“异”电路51构成，所述的移位寄存器50由与时钟信号同步的双稳态多谐振荡器组成，所述的“异”电路51输入移位寄存器50的最未级和其前一级的输出信号，而输出至最初级。

图5是表示使用图4所示3级移位寄存器时的模拟随机信号(M系列信号)的时间图。一周期的时钟数(比特数)以n为级数时，以P＝2ⁿ-1表示，在3级移位寄存器时，n＝3，P＝7。若从图4所示的第一模拟随机信号发生器23发生的第一模拟随机信号M1的一比特的时钟频率作为f1，第二模拟随机信号发生器24的第二模拟随机信号M2的一比特的时钟频率作为f2，则M1的周期P1、M2的周期P2以下式表示。

P1＝(2ⁿ-1)/f1，P2＝(2ⁿ-1)/f2    (5)

在模拟随机信号M1、M2的一周期中的时间差Δt以下式表示。

Δt＝P2-P1＝(2ⁿ-1)(f1-f2)/f1-f2    (6)

式中，f1＞f2。作为具体例子，f1＝1500.001MH_z，f2＝1500.000MH_z，若移位寄存器达到7级(n＝7)，则

P1＝(2ⁿ-1)/f1

  ＝(2⁷-1)/1500.001×10⁶

  ＝84666.61022(微秒)

P2＝(2ⁿ-1)/f2

  ＝(2⁷-1)/1500.001×10⁶

  ＝84666.66667(微秒)

并且，由(6)式得到一周期的差Δt＝P2-P1＝0.0565(μs)，是非常微小的时间差。

图6(a)、(b)、(c)是以乘法器25、26得到的相关值的说明图。图6(b)是图4所示3级移位寄存器的一周期的模拟随机信号M1、M2与其一比特部分的扩大，表示M2和M1的最初的一比特从错位一比特状态逐渐一致，随后逐渐错位一比特过程。图6(c)表示此时的相关值。在图6(b)中，M2的一周期P2和M1的一周期P1，如(6)式所示仅错位Δt，因为一周期P1、P2由7比特构成，所以一周期的最初的比特时错位Δt/7，最后的第7比特时错位Δt。①表示M1和M2错位1比特的情况，②表示最一致的情况，③表示又错位一比特的情况。图6(c)表示将与图6(b)的①-③相对应的相关值大小记录在纵轴上、在横轴上取时间轴。这些表示图2的低通滤波器27、28的输出，三角形的顶点是最大相关值。

在模拟随机信号M1、M2中存在相关者是周期P1、P2的相位一致的情况。即，若P1和P2的相位错位一比特以上，则可理解为没有相关。在此，M1和M2彼此相关得到的时间ΔT若以每M2的一比特的时间作为B2，可以下式表示。

ΔT＝2(B2/Δt)×P1＝2(1/Δf)    (7)

但B2＝1/f2

B2/Δt表示错位一比特的M1的周期P1之数，该数的周期P1部分的时间若乘以P1即可得到，而且该一比特错位，因为有向前后错位，所以成为2倍。接着求出得到一次相关后，直至得到再次相关的时间(相关周期)。

图7是表示相对周期P2的周期P1的相位变化之时间图。在图中，为了容易理解，以Δt作为相对P1、P2为较大的值。如图所示，若从A位置开始在Δt包含在P2中的数值范围内重复P1，则P2和P1的关系成为与A位置相同的B位置，所以T以下式表示。

T＝(P2/Δt)×P1

 ＝(P2/(P2-P1))×P1

 ＝(2ⁿ-1)/Δf            (8)

(8)式表示先前所示的(1)式。

图8是表示图2的第一、第二低通滤波器27、28的输出的时间图。S1表示第一低通滤波器27的输出，S2表示第二低通滤波器28的输出S₁、S₂以相关周期T表现最大相关值。另外，图2的传输线路La-Ld也表示各自线路的长度，传输线路La是从第二模拟随机信号发生器24至第一乘法器25的传输距离，传输线路Lb是从第二模拟随机信号发生器24至第二乘法器26的传输距离，传输线路Lc是从第一模拟随机信号发生器23至第一乘法器25的传输距离，传输线路Ld是从第一模拟随机信号发生器23经第一电极4、第二电极5至第二乘法器26的距离。若设La＝Lb、Lc＝Ld，则S1和S2的相位差X成为0，但若Lc≠Ld，则产生对应于Lc和Ld之差的相位差X。

图9是说明钢水液面高度变化时的Ld-Lc的变化图。

如高度为H0时，Ld-Lc＝L’

高度为H1时，Ld-Lc＝2L+L’

且高度若发生L变化，则从第一模拟随机信号发生器23传送到乘法器26的信号M1，比向乘法器25传送的M1滞后下式所示的时间Td(滞后时间)传送。

Td＝(2L+L’)/V    (9)

式中，V＝3×10⁸米/秒(光速)，是信号M1在电极和钢水内传播的速度。

图10是表示滞后时间Td和相位差X的关系的时间图。在位置A和位置B中，周期P2和周期P1的相位一致，位置A产生S1的最大相关值，位置B产生S2的最大相关值。在相位差X中周期P2和周期P1有n个，此n个P2和n个P1的差以nΔt表示，因该nΔt等于滞后时间Td，所以下式成立。

         Td＝nΔt                       (10)

式中，因n＝X/P2，所以

           X＝(Td/Δt)P2                  (11)

       ＝Td×f1/Δf

 ＝((2L+L’)×f1)/(V×Δf)     (12)

该(11)式表示先前所示的(3)式。

为了利用(12)式求出钢水液面高度要像以下那样进行。首先设定为基准的高度H0。在H0中，以0作为高度变化L，如求出在H0中的相位差X0，由(12)式可以求出L’。接着如求出基准高度H0之下L的高度H1中的相位差X1，则在(12)式中以X1代入L’，可以求出L。另外，若钢水液面高度从H0向上去，则变化L以负值计算出。

在此，若钢水液面高度的变化L从L1变化到L2，则在各自变化中的相位差X1、X2以下式表示。

X1＝((2L1+L’)×f1)/(V×Δf)    (13)

X2＝((2L2+L’)×f1)/(V×Δf)    (14)

此时的相位差变化量ΔX以下式表示。

ΔX＝X2-X1

   ＝(2(L2-L1)×f1)/(V×Δf)

   ＝2ΔL×f1/(V×Δf)           (15)

但ΔL＝L2-L1

因为按照该式是从相位差变化ΔX和变化差ΔL的关系得到的，所以可从ΔX计算出ΔL。并且若知道ΔL，也就可以计算出距基准高度的变化量L和钢水液面高度。

接着，代入先前所示的具体数值进行研究。

①模拟随机信号发生器的移位寄存器级数n为7级。

P＝2ⁿ-1＝127

②时钟频率

    f1＝1500.001MHz

    f2＝1500.000MHz

③变化差ΔL＝1mm

若将以上值代入(15)式，则

  ΔX＝(2ΔL＝f1)/(V×f1)

    ＝2×1×10^-3×1500×10⁸/(3×10⁸×1×10³)

   ＝0.00001(秒)

   ＝10×10^-6(秒)

通常每1mm的信号传送时间ΔX’是

ΔX’＝2L/V

     ＝(2×1×10^-3)/(3×10⁸)

     ＝6.7×10^-12(秒)

ΔX/ΔX’＝10×10^-6/(6.7×10^-12)

         ＝1.5×10⁶

按照此式，信号传送时间应延迟约150万倍，可以容易且精度良好地进行信号处理。

图11是表示图1的电极式液面计3的测量结果的特性图。在横轴上记录钢水液面高度，在纵轴记录表示钢水液面高度的测量值的电压。此时的测量条件，f＝1500MH_z，Δf＝1KH_z，模拟随机信号发生器的移位寄存器级数是7级。在实验中，将相位差X采集到计算机中进行运算，可以容易且高速地处理高度或距基准位置的距离。

本实施方式的电极1、2或者使用比熔融金属熔点高的金属，或者可以自动进入熔融金属内。电极若使用与熔融金属相同的材料，即使熔化也不影响熔融金属的成分。

从以上的说明可以知道电极式液面计3的内容，接着再回到图1继续说明。在铸造控制装置4中，也输入电磁感应式液面计13的检测信号，结晶器内的钢水液面高度上升，在得到电磁感应式液面计13的输出的时刻(钢水液面高度达到测定范围的时刻)，求出电磁感应式液面计13的输出-距离特性，根据电极式液面计3的测量结果校正其特性。而且，此后根据电磁感应式液面计13的校正过的输出计算出结晶器内的钢水液面高度的测量值。

图12是表示用本实施方式中的电极式液面计3，连续测定从铸造开始时(钢水开始时)的结晶器内的钢水液面高度的测量值和电磁感应式液面计13的测量值的图。虽然电磁感应式液面计13的测量值和电极式液面计3的测量值当初不一致，但从用电极式液面计3的测量值校正电磁感应式液面计13的测量值的时刻开始，两测量值成为一致，此后，电极1、2熔化，虽然用电极式液面计3的测量成为不可能，但电磁感应式液面计13的测量值被校正，成为精度高的测量值，在钢水液面高度的正常控制中可使用该测量值。

另外，在铸造控制装置4中，按照由电极式液面计3测量的结晶器内的钢水液面高度及钢水上升速度，向拉拔速度控制装置5和水口开度调整装置6中分别送出控制信号，拉拔速度控制装置5根据该控制信号控制拉拔辊14的旋转速度，由此控制拉拔速度。另外，水口开度调整装置6进行塞棒15的位置控制，由此调整水口9的开度。作为钢水液面高度的控制方法，虽然可考虑多种多样的方法，但在本实施方式中，在操作开始时，控制塞棒15的位置而使水口9形成一定开度，开始钢水的注入，在结晶器内的钢水液面高度达到一定高度时，驱动拉拔辊14，开始拉拔。而且，在拉拔开始后，结晶器内的钢水的上升速度逐渐减小，进行水口9的开度调整和拉拔速度的控制，以使钢水的液面高度结束在一定值。

实施方式2

图13是表示本发明其他实施方式的连续铸造操作控制装置图。在该图中，关于溢出的检测的实施方式如图所示。在实际操作中，电极1、2的前端设置在正常作业状态的结晶器内钢水面的变动上限的上方数十毫米的位置，在利用电极式液面计3检测出信号时，利用铸造控制装置4进行拉拔速度和水口开度的调整，但在本实施方式中，为了确保效果，电极1、2的前端设置在正常作业状态的结晶器内钢水液面高度变动的上限附近，观测电极式液面计3的输出。

图14是表示其观测结果的图。由正常作业状态下的钢水面变动，电极与钢水面接触，得到断续的测量值，由于电极1、2设置在钢水液面的上方位置，即使在因电磁感应式液面计14的故障等引起的结晶器内的钢水液面高度异常上升的情况下，也检测出钢水液面高度的上升，证实能够防止溢出。

再者，虽然示出了使用一定长度的电极1、2的例子，但作为电极1、2，可使用长尺寸的棒，随着向钢水浸渍、电极的损耗，连续地或者断续地插入电极棒，借此不仅可以进行钢水上升时的钢水液面高度的测量，而且也可以连续地或者断续地测定正常状态中的钢水液面高度。

另外，根据由电极式液面计3连续或断续地测量的钢水液面高度的测量值，校正电磁感应式液面计13的测量值，这样，在正常作业状态中，可以用电磁感应式液面计的绝对值进行正确的钢水液面高度的测量。尤其，在钢水上升时和正常作业状态下，在温度有差异时，可以适当补偿温度漂移。

实施方式3

可是，在连续铸造设备，尤其是方坯等小截面结晶器中，因为钢水液面高度的上升速度快，作为电极若使用金属棒，则电极在钢水中熔损前的时间长，所以即使在拉拔开始时，也有电极连续存在至结晶器下部的状态，在拉拔开始时，电极被捕入凝固壳中，随着拉拔开始电极拉出电极夹，有测量成为不可能的情形。作为此对策，虽然考虑使电极变细，调整电极的熔损前时间的方法，但在像这样做的情况下，需要使电极极其细，在电极的设置、保持上得不到足够的强度。因此，在本发明的其他实施方式中，作为插入连续铸造设备的小截面结晶器内的两根电极，使用外径3.0mm、内径2.0mm、壁厚0.5mm的中空SUS管。

其结果是电极在钢水中至熔损前的时间变短，随结晶器内的钢水液面高度上升，电极浸渍在钢水中的部分逐次熔损，在拉拔开始时，因为电极至结晶器下部不形成连续存在状态，所以即使电极捕入到凝固壳中，也可避免像电极从电极夹中拉脱、不能进行测量那样的事故。另外，因为像上述那样最佳地调整电极管的厚度，所以在液面上升时，电极存在于液面下的10mm至20mm的部分，即使在钢水上升时产生液面变动的情况下，也避免像钢水与电极接触的切断，成为不能测量那样的事故，可以进行连续测量、控制钢水液面高度。并且由于电极制成管状，可原样保持电极的强度，能够调整电极的熔损时间。

再者，电极不限于上述的金属管的例子，只要是有适当弯曲刚性、熔融速度与钢水液面高度的上升速度相平衡的其他材料，例如导电性(包括碳棒)塑料等都可以使用。

另外，上述的实施方式2、3在下述的实施方式中也同样适用。

实施方式4

图15是表示本发明其他实施方式的连续铸造操作控制装置及其相关设备的构成方块图。图16是表示其控制状态的时间图。本实施方式适合于像连铸方坯、结晶器的容量小、至液面高度达到正常值的时间短(例如10-20秒)的场合。在图15的控制装置中，从盛钢桶将钢水注入中间包8中，在利用设置在中间包8上的中间包重量计16检测的钢水质量达到一定值时(参照图16(a))，从铸造控制装置4输出塞棒开度全开的指令，驱动步进汽缸6a。通过该步进汽缸6a的驱动，塞棒15形成全开(参照图16(b))，开始向结晶器7注入钢水。此后，经过一定时间，从铸造控制装置4输出使塞棒15闭合至一定开度的指令，塞棒15闭合至一定开度(参照图16(b))。

这时，使用电极式液面计3连续测量钢水液面高度，然后每隔一定周期根据其变化计算钢水上升速度。计算的钢水上升速度的实测值输入铸造控制装置4，与预先输入同一装置的对每种方坯直径的操作、未夹入夹杂物的最佳目标钢水上升速度比较。而为使钢水上升速度实测值和目标钢水上升速度的偏差为零，在铸造装置4中，例如利用PI(比例+积分)控制，输出塞棒开度补正值，塞棒15移向规定开度(参见图16(b)，(d))。

另外，本实施方式的电极或使用比熔融金属熔点高的金属，或可以使之自动进入熔融金属内。

实施方式5

图17是表示本发明其他实施方式的连续铸造作业控制装置及其相关设备的构成方块图。图18是表示其控制状态的时间图。本实施方式适合于像扁坯连铸时再使用中间包等场合，以及结晶器的容量较大、至达到液面高度的时间长(例如1分以上)的场合。在图17中，与图15装置相同符号者表示相同或相当部分，省略其说明。

在图17的装置中，钢水从盛钢桶注入中间包8中，在由中间包重量计检测的重量达到一定值时(参照图18(a))，从铸造控制装置4向滑动水口17输出初期开度的指令。再者，滑动水口17直至接受该指令的期间，为了防止水口堵塞，在闭位置附近助振。滑动水口17一接受该指令就根据其指令打开水口，开始向结晶器7注入钢水。

在此时，使用电极式液面计3连续测定液面高度，并将其测定结果输入到铸造控制装置4中。铸造控制装置4首先从运算周期的前次值和这次值按下述(16)式计算出实际排出量。 $Q_i=\frac{M_W\×M_T\×\mathrm{\ρ}\×(M_{L\left(i\right)}-M_{L(i-1)})}{T_C}----\left(16\right)$ 式中，Q_i：这次的实际排出量(克/秒)

  M_w：结晶器宽度(mm)

  M_T：结晶器厚度(mm)

  ρ：钢水密度(g/mm3)

  M_L(i)：这次的液面高度(mm)

  M_L(i-1)：前次的液面高度(mm)

  T_c：运算周期(秒)接着，使用以(16)式求出的Q_i，按(17)式计算出实际水口增益。 ${\mathrm{\β}}_i=\frac{Q_i}{A_{T(i-1)}\×\mathrm{\ρ}\×\sqrt{2g{H}_{i-1}}}----\left(17\right)$

式中，β_i：这次实际水口增益

      A_T(i-1)：前次的滑动水口开口面积目标值(mm²)

      g：重力加速度(mm/秒²)

      H_i-1：前次的钢水水头(mm)

并且，Q_i、ρ与(16)式的说明相同。钢水水头H_i-1在测量液面高度M_L(i-1)中，根据由中间包重量计7检测的重量来求出。因此，测量本发明钢水水头的设备，在本实施方式中，由中间包重量计16和铸造控制装置4构成。

接着，根据液面高度的实际值，按照下述(18)式计算出以直至目标浇注完成时间前的残留时间、用于注入直至残留的结晶器高度的目标排出量。 $Q_{\mathrm{Ti}}=\frac{M_W\×M_T\×\mathrm{\ρ}\×(M_D-M_{L\left(i\right)})}{T_M-(i\×T_C)}----\left(18\right)$

式中，Q_Ti：这次的目标排出量(克/秒)

      M_D：结晶器高度(mm)

      T_M：目标浇注完成时间(秒)

M_w、M_T、ρ、M_L(i)、T_c与(16)式的说明相同。

接着，根据以(17)式求出的β_i和以(18)式求出的Q_Ti，按照下述(19)式计算出滑动水口的开口面积目标值。 $A_{\mathrm{Ti}}=\frac{Q_{\mathrm{Ti}}}{{\mathrm{\β}}_i\×\mathrm{\ρ}\×\sqrt{2g{H}_i}}----\left(19\right)$

式中，A_Ti：这次的滑动水口的开口面积目标值(mm²)

      H_i：这次的钢水水头(mm)

Q_Ti、β_i、ρ、g与(16)-(18)式的说明相同。

按照以上的计算，操作对应于由水口增益βi的推断求出的这次滑动水口17的开口目标面积值A_Ti的滑动水口操作量部分，进行反馈控制。以上的控制在铸造控制装置4的每个运算周期，进行至进入正常作业的正常液面控制的液面高度(参照图18(c))。而以后根据电磁感应式(涡流式)液面计13测定的液面高度测量值进行正常液面控制。另外，在进入正常液面控制前(达到基准高度时)从拉拔速度控制装置5输出拉拔指令，开始引锭杆的拉拔(参照图18(d))。

Claims (10)

1.连续铸造的操作控制方法，该方法具有以下步骤：从向连续铸造的结晶器注入钢水后至钢水液面高度达到正常作业的液面高度期间，用电极式液面计连续测量液面高度的步骤；上述液面高度一达到比上述正常作业的液面低的基准高度，就开始铸造拉拔的步骤。

2.权利要求1所述的连续铸造的操作控制方法，其中具有以下步骤：从向连续铸造的结晶器注入钢水后至钢水液面高度达到正常作业的液面高度期间，还根据上述液面高度的变化求出钢水上升速度的步骤；根据上述钢水上升速度与基准速度的偏差调整从中间包排出的钢水流量的步骤。

3.权利要求1所述的连续铸造的操作控制方法，其中具有以下步骤：

从向连续铸造的结晶器注入钢水后至钢水液面高度达到正常作业的液面高度期间，还

测量中间包的钢水水头的步骤，

根据上述液面高度、钢水水头及此时的塞棒或者滑动水口的开度，计算出水口增益的推断值的步骤，

根据上述液面高度，计算出为满足预先设定的目标浇注完成时间的目标排出量的步骤，

根据这些水口增益的推断值和目标排出量，计算出塞棒或者滑动水口的开度的步骤，

根据此开度操作塞棒或滑动水口的开度，调整从中间包排出的钢水流量的步骤，

而且在每个规定的运算周期重复进行此处理。

4.权利要求1、2或3所述的连续铸造的操作控制方法，其中在铸造拉拔开始后，根据上述液面高度的变化求出钢水上升速度，然后基于上述液面高度及其钢水上升速度，分别调整铸造的拉拔速度和从中间包排出的钢水注入量，控制结晶器内的钢水液面高度，而且上述液面高度一达到正常作业高度就过渡到正常作业。

5.权利要求1、2、3或4所述的连续铸造的操作控制方法，其中根据由上述电极式液面计测量的结晶器内的钢水液面高度校正电磁感应式液面计的测量值，结晶器内的钢水液面高度达到正常作业高度后，根据上述电磁感应式液面计的测量值进行结晶器内的钢水液面高度的控制。

6.权利要求1、2、3、4或5所述的连续铸造的操作控制方法，其中在上述液面高度达到上述正常作业的液面高度过渡到正常作业后，上述电极式液面计的电极保持在钢水液面的上面，检测钢水与上述电极之间的接触，通过此检测，调整中间包水口的开度，以此防止钢水从结晶器内溢出。

7.权利要求1、2、3、4、5或6所述的连续铸造的操作控制方法，其中作为上述电极式液面计的电极，使用以大致等于铸造开始时上述钢水上升速度的速度熔融的构件。

8.连续铸造的操作控制装置，其特征在于，具有电极式液面计和铸造控制装置，所述的电极式液面计备有插入结晶器内的钢水中的电极，在对该电极供给第一模拟随机信号的同时，将与上述第一模拟随机信号类型相同、频率稍微不同的第二模拟随机信号和上述第一模拟随机信号相乘、计算出第一相乘值，将通过上述电极得到的信号和上述第二模拟随机信号相乘、计算出第二相乘值，分别将上述第一相乘值和上述第二相乘值积分，从两积分值的时间序列图形上分别产生的最大相关值的时间差，测定液面高度，再从上述液面高度的变化计算出钢水上升速度，所述的铸造控制装置是根据上述钢水上升速度与基准速度之偏差，控制中间包的塞捧或滑动水口的开度，调整从中间包排出的钢水流量，而且上述液面高度一达到比上述正常作业的液面高度低的基准高度就开始铸造拉拔。

9.连续铸造的操作控制装置，其特征在于具有：

备有插入结晶器的钢水中的电极，在对该电极供给第一模拟随机信号的同时，将与上述第一模拟随机信号类型相同、频率稍微不同的第二模拟随机信号和第一模拟随机信号相乘、计算出第一相乘值，将通过上述电极得到的信号和上述第二模拟随机信号相乘、计算出第二相乘值，分别将上述第一相乘值和第二相乘值积分，从两积分值的时间序列图形上分别产生的最大相关值的时间差测定液面高度的电极式液面计，

测量中间包的钢水水头的设备，

根据上述液面高度、钢水水头及此时的塞棒或滑动水口的开度算出水口增益的推断值，并且根据上述液面高度计算出为满足预先设定的目标浇注完成时间的目标排出量，根据这些水口增益的推断值及目标排出量算出塞棒或滑动水口的开度，根据该开度操作塞棒或滑动水口的开度而调整从中间包排出的钢水流量，而且在每个规定的运算周期重复进行上述处理，上述液面高度一达到比上述正常作业的液面高度低的基准高度就开始铸造拉拔的铸造控制装置。

10.权利要求8或9所述的连续铸造的操作控制装置，其特征在于电极式液面计具备：

发生第一模拟随机信号的第一模拟随机信号发生设备，

发生与第一模拟随机信号类型相同、频率稍微不同的第二模拟随机信号的第二模拟随机信号发生设备，

与上述第一模拟随机信号发生设备相连，插入钢水中的电极，

将上述第一模拟随机信号发生设备的输出与上述第二模拟随机信号发生设备的输出相乘、输出第一相乘值的第一乘法器，

与上述电极相连、将其输出和上述第二模拟随机信号发生设备的输出相乘、输出第二相乘值的第二乘法器，

将上述第一相乘值积分、输出第一积分值的第一积分器，

将上述第二相乘值积分、输出第二积分值的第二积分器，

从上述第一积分值和上述第二积分值的时间序列图形上分别产生的最大相关值的时间差测定液面高度的运算设备。

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