JP2005246466A - 連続鋳造設備の鋳型内溶鋼レベル制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル上部の詰まりの剥離による鋳型内溶鋼レベル変動が多い鋼種のレベル変動を小さくして鋳片品質の改善を行うこと安価に提供する。
【解決手段】
鋳造中の鋳型内溶鋼レベルの検出値に対応して浸漬ノズルの開閉を追従制御する連続鋳型内溶鋼レベル自動制御の途中に、定常的に上下変動する湯面レベルの湯面レベル目標値の上方位置に所定の基準レベルを設定し、実際の湯面レベルが該基準レベルを超えて上昇変動する場合を浸漬ノズル上部の詰まりの剥離による湯面レベル上昇変動として認識し、前記基準レベル以上の湯面変動の傾きＹ（ｍｍ／ｓｅｃ）を測定すると共に現時点のストッパーの流量特性Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ／ｍｍ）により、前記剥離に相当するストッパー開度量（ｍｍ）ＸをＸ＝Ｙ／Ｖから求め、演算開始時点のストッパー開度からその演算ストッパー開度量Ｘをフィードフォワード量としてストツバーをその分下降させて湯面レベル変動を抑制。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造設備において、製造される鋳片の品質悪化を防止する連続鋳造設備の鋳型内溶鋼レベル制御方法に関する。

図２において、レードル１からレードル溶鋼吐出操作端２を開いてタンディッシュ３に溶鋼４が注入され、次にタンディッシュ３から鋳型６内に溶鋼４を注入して鋳片８を連続的に生産している連続鋳造設備おいて、鋳型６内の溶鋼レベル７を湯面レベル計９で検出し、湯面レベル計信号処理装置１０で信号処理してタンディッシュ３内に設置された溶鋼注入量を調整する断面形状が砲弾状のストッパー１４を、検出された溶鋼レベル７に基づいてストッパー駆動装置（油圧シリンダー）１３で浸漬ノズル５の注入口で昇降させて溶鋼の注入量を調整して溶鋼レベル７を自動制御しながら、鋳片８を連続的に生産している。溶鋼レベル７の自動制御は、レベル制御装置１１にて制御演算を行い、この制御出力にてストッパー駆動制御装置１２およびストッパー駆動装置１３を介してストッパーを上下して鋳型６内の溶鋼レベル７を安定するように制御している。

しかしながら、一般的にアルミキルド鋼やアルミ／シリコンキルド鋼はその溶鋼成分によってタンディッシュ内のストッパー１４と浸漬ノズル５にアルミナ等の析出により詰まり１５とその詰まりの剥離が不定期に発生して注入量が急変し、鋳型内溶鋼レベル７の大きな変動となり、この変動レベルが１０ｍｍ以上の変動を含む鋳片品質ランク低下扱いまたは屑鋳片扱いとなる大きな品質悪化の要因となってきている。

鋳型内の溶鋼レベルの自動制御方法としては、古くから種々の方法が試みられている。例えば、鋳型内溶鋼レベル制御への不定期な外乱に対する制御技術は、詰まりの進行過程において注入量の変化を制御装置の操作出力の変化又は操作端の開度信号より検出して補正する特許文献１や、外乱による流量変動を推定し、推定した流量外乱を相殺するように操作端を操作する特許文献２、外乱の重み関数化・制御出力・制御操作量等を用いて状態方程式等を作成してＨ無限大制御理論により操作端を制御する特許文献３などの提案がなされている。

しかし、これらは操作端の実流量特性を把握して補正する方法や、外乱が発生した後の各情報より外乱を推定して制御する方法といったものであり、いずれも複雑な制御となるためにコストも高くなっている。
特開昭５９−０２７７６２号公報 特開平０３−１７４９６１号公報 特開平０６−０７９４２３号公報

本発明は、前記従来技術の課題に鑑み、連続鋳造設備の鋳型内溶鋼レベルをストッパーを用いて注入量を変化させて制御する鋳型内溶鋼レベル制御方法において、ノズル上部の詰まりとその後の詰まりの剥離によって鋳型内溶鋼レベル変動が多い鋼種において、詰まりとその後の剥離による鋳型内溶鋼レベル変動を小さくしてレベル制御精度を向上させることで詰まりの剥離による大きなレベル変動を防止して鋳片品質の改善を行う方法を安価に提供することを目的とする。

本発明の連続鋳造設備の鋳型内溶鋼レベル制御方法は、タンディシュから溶鋼を浸漬ノズルを介して鋳型に流し込むようにしてなる連続鋳造設備の鋳型内溶鋼レベル制御方法において、鋳造中の鋳型内溶鋼レベルの検出値に対応して前記浸漬ノズルの開閉を追従制御する連続鋳型内溶鋼レベル自動制御の途中に、定常的に上下変動する湯面レベルの湯面レベル目標値の上方位置に所定の基準レベルを設定し、実際の湯面レベルが該基準レベルを超えて上昇変動する場合を浸漬ノズル上部の詰まりの剥離による湯面レベル上昇変動として認識し、前記基準レベル以上の湯面変動の傾きＹ（ｍｍ／ｓｅｃ）を測定すると共に現時点のストッパーの流量特性Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ／ｍｍ）により、前記剥離に相当するストッパー開度量（ｍｍ）ＸをＸ＝Ｙ／Ｖから求め、現時点のストッパー開度からその演算ストッパー開度量Ｘをフィードフォワード量としてストツバーをその分下降させ、前記浸漬ノズル上部の詰まりの剥離による大きな湯面レベル変動を抑制することを特徴とする。

本発明者等は、連続鋳造設備の鋳型内溶鋼レベルを耐火物のストツバーを用いて注入量を変化させて制御する鋳型内溶鋼レベル制御装置について、ノズル上部の詰まりとその後の詰まりの剥離によって鋳型内溶鋼レベル変動が多い鋼種において、湯面レベル目標値に対して上方にレベル範囲を設定し、その範囲を越えた場合に剥離によるレベル上昇変動として、そのレベル上昇変動の傾きと現時点のストッパーの流量特性とにより剥離量に相当するストッパー開度量を演算して求め、現時点のストッパー開度からその演算ストッパー開度量をフィードフォワード量としてストッパーを下降させることにより、詰まりの剥離による大きな湯面レベル変動を抑制して、この大きなレベル変動による鋳片品質の悪化の改善が行えることを知見した。

図３と図４に示す溶鋼湯面レベルとストッパー開度のグラフにより詰まりの剥離量、湯面上昇の傾き（＝湯面上昇速度）、湯面上昇量について説明する。図３は剥離量が多い場合であり湯面上昇の傾きが大きく、湯面上昇量も多い。一方、図４は剥離量が比較的少ない場合であり湯面上昇の傾きが小さく湯面上昇量も少ない。なお、図３と図４の下のチャートは制御結果としてのストッパーの動作状況である。

この様に詰まりの剥離量の大小により湯面上昇の傾き（Ｙ）が変化し、この傾きは詰まりの剥離後の剥離量による溶鋼注入量の増加であり、この増加量はストッパー開度が開いて注入量が増加したことと等しい。したがって、この剥離相当分の開度（Ｘ）をいち早く閉めることにより湯面レベルの上昇を抑えることができることが分かる。

具体的には、詰まりとその後の剥離により鋳型内溶鋼レベル変動が多い鋼種において、図１の溶鋼湯面レベルとストッパー開度のグラフに示すように、湯面レベル目標値に対して上方に、例えば目標値＋３ｍｍのしきい値（レベルしきい値：Ｄ）を設定し、そのしきい値Ｄを越えた時に、過去の湯面レベルと越えた湯面レベルとの差と時間にて湯面レベルの上昇速度（傾きＹ：ｍｍ／ｓｅｃ）を求める。ストッパーの流量特性は定常のタンディッシュ溶鋼ヘッドはほぼ一定であることと、通常使用域のストッパーの流量特性はほぼ直線であるため、定常のタンディッシュ溶鋼ヘッドにおけるストッパー開度１ｍｍの湯面上昇速度（Ｖ：ｍｍ／ｓｅｃ／ｍｍ）を使用してよい。この傾きＹとストッパー開度１ｍｍの湯面上昇速度Ｖにより、ストッパー開度に相当する詰まりの剥離量Ｘ（ｍｍ）は、次式
Ｘ（ｍｍ）＝Ｙ（ｍｍ／ｓｅｃ）／Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ／ｍｍ）
から求められる。

このＸ（ｍｍ）を演算の直後にストッパー開度ヘフィードフォワード量としてストッパーを下降させ、詰まりの剥離による大きな湯面レベル変動を抑制し、大きなレベル変動による鋳片品質の悪化を改善することができる。

本発明においては、前記の構成としているため、実際の詰まりの剥離量にてストッパーへの開度補正を行うことになり、詰まりの剥離による湯面変動をいち早く軽減して、鋳片品質のランク低下扱いまたは屑鋳片扱いとなる大きな湯面レベル変動による品質悪化の要因が発生するのを軽減することができ、大幅な品質の向上となった。

また、一般的なＰＩＤ制御に前述の簡単なロジックを付加することにより課題の解決を実現しているため、従来技術より極めて安価となり、その効果は実際の剥離量を把握して作用するため同等もしくはそれ以上の効果が期待できる。

以下図面を参照して、本発明を具体化した実施例に基づき説明する。なお、以下の実施例は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は本発明に基づきストッパーを剥離後の湯面上昇速度より必要なストッパーのフィードフォワード量を演算してストッパーを下降させる動作図、図２は本発明による連続鋳造設備の鋳型内溶鋼レベル制御装置の構成を示す概念図である。

図２では、鋳型６内の溶鋼レベル７を溶鋼レベル計９にて検出し、従来はレベル制御演算１１にて操作端への制御出力を行い、この制御出力にてストッパー駆動制御装置１２およびストッパー駆動装置１３を介してストッパーを上下して鋳型６内の溶鋼レベル７を安定するように制御している。しかし、ストッパー１４の下部の浸漬ノズル５上部には溶鋼成分によってアルミナ等が付着・成長してノズル上部の詰まり１５が発生する。このノズル上部の詰まり１５は大きく成長した後、不定期なタイミングで剥離して大きな湯面レベル変動となる。そこで、本発明では、図２のレベル制御演算部１１に本発明によるストッパーの開度補正ロジックを組込み制御出力に加算して作用させる。

図１において、溶鋼レベルを常時藍視し、目標レベル値との上昇方向の差がしきい値Ｄ（ｍｍ）を越えた時点で、越えた時点のレベル値と１秒程度前のレベル値とから湯面レベルの傾きＹ（ｍｍ／ｓｅｃ）を求める。次に、既知のストッパー流量特性よりストッパーが１ｍｍ変化した場合の湯面上昇速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ／ｍｍ）を用いて前式のＸ＝Ｙ／Ｖから剥離量Ｘ（ｍｍ）を演算して求め、自動制御中の操作端への出力に加算する。

これにより、図１に示すように本発明を適用しない場合には、破線のように剥離により湯面レベルが大きく上昇するが、本発明を適用することにより剥離量Ｘ（ｍｍ）がフィードフォワードとして作用し、実線のようにレベル変動が小さくなり、本発明が課題としている詰まりの剥離が多い鋼種における大きな湯面変動を軽減して、鋳片品質の悪化の大幅な改善が安価に行える。

なお、この図１に示す動作図は本発明の一例であり、ストッパー下部の詰まりの剥離にて湯面が急上昇する速度等を捕らえて、ストッパーの開度を補正する方法にて詰まりの剥離後の湯面レベルの大きな上昇を軽減させる作用であれば、本発明の範囲から逸脱するものではない。

本発明によるストッパーの開度補正ロジックの具体的な動作概要を示す図である。 本発明による連続鋳造設備の鋳型内溶鋼レベル制御装置の構成を示す概念図である。 剥離量が多い場合の溶鋼湯面レベルとストッパー開度の関係を示す図である。 剥離量が比較的少ない場合の溶鋼湯面レベルとストッパー開度の関係を示す図である。

符号の説明

１．レードル
２．レードル溶鋼吐出操作端
３．タンディッシュ
４．溶鋼
５．浸漬ノズル
６．鋳型
７．鋳型内溶鋼レベル
８．鋳片
９．湯面レベル計
１０．湯面レベル計信号処理装置
１１．レベル制御及びストッパー開度補正演算装置
１２．ストッパー駆動制御装置
１３．ストッパー駆動装置（油圧シリンダー）
１４．ストッパー
１５．ノズル上部の詰まり

Claims (1)

1. タンディシュから溶鋼を浸漬ノズルを介して鋳型に流し込むようにしてなる連続鋳造設備の鋳型内溶鋼レベル制御方法において、
   鋳造中の鋳型内溶鋼レベルの検出値に対応して前記浸漬ノズルの開閉を追従制御する連続鋳型内溶鋼レベル自動制御の途中に、定常的に上下変動する湯面レベルの湯面レベル目標値の上方位置に所定の基準レベルを設定し、実際の湯面レベルが該基準レベルを超えて上昇変動する場合を浸漬ノズル上部の詰まりの剥離による湯面レベル上昇変動として認識し、前記基準レベル以上の湯面変動の傾きＹ（ｍｍ／ｓｅｃ）を測定すると共に現時点のストッパーの流量特性Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ／ｍｍ）により、前記剥離に相当するストッパー開度量（ｍｍ）Ｘを次式
   Ｘ＝Ｙ／Ｖ
   から求め、演算開始時点のストッパー開度からその演算ストッパー開度量Ｘをフィードフォワード量としてストツバーをその分下降させ、前記浸漬ノズル上部の詰まりの剥離による大きな湯面レベル変動を抑制することを特徴とする連続鋳造設備の鋳型内溶鋼レベル制御方法。

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