JP3107912B2

JP3107912B2 - 半完成製品の自動鋳造のプロセス及び装置

Info

Publication number: JP3107912B2
Application number: JP04171582A
Authority: JP
Inventors: ジヤツク・モリソー
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 2000-11-13
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JPH05200516A; CA2069802C; NO922189D0; CA2069802A1; AU648667B2; NO302868B1; DE69207816D1; EP0517629A1; DE69207816T2; EP0517629B1; NO922189L; ATE133359T1; FR2677284A1; FR2677284B1; US5409054A; ES2084314T3; AU1725692A; GR3019073T3

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本特許出願の主題である発明は半
完成金属製品の連続又は半連続した鉛直鋳造に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続した鉛直鋳造の原理は周知である。
即ち、それは既に凝固した鋳造金属の部品によって形成
された鋳型内で溶解（溶融）した金属を鋳造することに
ある。最も単純な形態の連続鋳造プラント（図１）は、
−例えばビレットやプレートといった鋳造する製品の断
面の形状による柱状又は直線的な角柱形の鋳造鋳型又は
鋳塊鋳型（１）であって対象形の鉛直軸を有し且つその
上端及び下端が開放している鋳塊鋳型と、−開始時にお
いて下端を密封し、その壁が鋳塊鋳型によって形成され
ている鋳型の底部を形成する底部ブロック（２）と、−
例えば鋳塊鋳型の上部外側にぶつかり、その母線に沿っ
て滴り落ち、更に鋳造製品に沿って滴り落ちる水のシー
トより成る鋳塊鋳型用の冷却システム（３）と、−底部
ブロックを支持し、仮の底部を下げることを可能とする
手段（図示されず）と共に備えられているテーブル
（４）と、−金属が鋳塊鋳型内に流れ込む一つ以上のノ
ズル（６）と共に備えられている溶解した金属を供給す
るためのランナー（５）と、−一方では製品の全断面に
金属を分配する機能を有し、他方では鋳塊鋳型内の金属
の高さを調節する機能を有するフロート（７）であっ
て、フロートのプラグには液面が上昇している時にノズ
ルを部分的に密閉するためのピン（８）が備えられてい
ることもあるフロートとを含む。

【０００３】始動中はテーブルは上の位置にあり、底部
ブロックは溶解した金属がちょうど滲出しない程の遊び
をもって軽く鋳塊鋳型内に係合している。鋳塊鋳型は水
のシートによって冷却される。溶解した金属はランナー
（５）及びノズル（６）を通って、鋳塊鋳型と底部ブロ
ックより形成された鋳型内に注がれる。凝固は冷却され
た鋳塊鋳型の壁と底部ブロックから始まる。こうして十
分に堅い外殻が形成されると底部ブロックのテーブルが
下げられ、更に鋳造が続けられる。固体／液体の界面と
して知られている固体相と液体相の境界は、おおよそ図
１の（９）に示される形状の断面を有する。

【０００４】ここでは以下のことが可能である。

【０００５】−鋳造を続けて所望の長さの鋳造製品が得
られたら鋳造を中止する。これは半連続鋳造であり、ア
ルミニウム合金に適用できる唯一の方法である（しかし
「連続鋳造」として知られている場合が多い）。

【０００６】−又は、鋳造製品を所望の連続する長さに
切断し、場合によっては水平にするためにそれを曲げて
炉が完全に枯渇するまで鋳造を続ける。これは厳密な意
味での連続鋳造であり、鉄鋼に適用される。

【０００７】少なくともアルミニウム製品の鋳造におい
ては、生産性のために、幾つかの製品を同時に鋳造する
ことは常習的である。複数の鋳塊鋳型が鋳造ユニットに
装着され、複数の底部ブロックがサポートテーブル上に
備えられ、ランナーには複数のノズルが備えられる。

【０００８】この種の多流出ユニットの鋳造操作を手動
で開始することには多数の欠点がある。いずれも製品の
品質と操作員の安全に関わる。鋳塊鋳型は同じスピード
では一杯にならず、全ての鋳塊鋳型において金属が要求
される高さに達するまで底部ブロックは下げることがで
きないため、操作員は全てを同時に開始レベルにするた
めに、最も「進んでいる」鋳塊鋳型への充填を遅らせる
ように手動で介在することを強いられる。操作員に多大
な手際のよさを要求するこの方法は、明らかに、開始状
態をうまく再生することは保証せず、鋳造品の最下部の
欠陥の原因となり全製品をスクラップ化する原因にもな
り得る。さらに、鋳造ユニットのすぐ隣にいる操作員
は、溶解した金属の飛沫と、開始時の暫時状態において
より頻繁に起こる金属と水の爆発性の反応とにさらされ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】出願人が提起する問題
は、半連続鋳造の完全な自動化であり、操作員が鋳造ユ
ニット付近から離れて、合金の性質、形状、サイズ及び
同時に鋳造する製品の数、といった鋳造パラメータや鋳
造操作を開始するために自動化システムに命令を指示す
るためのみ介在することを可能にするようなものであ
る。本システムは鋳造操作を操作する。従って、合金及
び型による鋳造状態と進行中にあり得る進行とを格納す
るデータベースを備えている。

【００１０】１９７６年９月１５日に発行された英国特
許１４４９８４６（ＣＯＮＣＡＳＴ）は、連続鋳造プラ
ントへの金属の注入を加減するプロセスを開示してい
る。このプロセスは、−鋳型中の金属のレベルを測定
し、 −レベルを表す信号を供給し、 −金属の望ましいレベルを表す参照信号を発生し、 −レベルを表す信号と参照信号とを比較し、 −金属の流れ又は鋳造製品を下げるスピードに対して作
用する出力信号を発生することにある。

【００１１】この特許の教示は二つの問題点に対する解
決を与えていない。即ち、多流出の鋳造を加減する問題
と、開始時に鋳塊鋳型を充填する暫時状態の問題であ
る。

【００１２】ＵＳ特許4498521及び4567935（KAISER ALM
INIUM & CHEMICAL）は、それぞれ自動化鋳造のプロセス
と装置を開示している。このプロセスは、始動中の多流
出の鉛直連続鋳造プラント内のレベルを加減するプロセ
スをもたらすことにより、テーブルを下げる前に異なる
位階鋳型内の金属のレベルを同一の水平面に揃えること
が可能であるため、上記の二つの問題を解決する。

【００１３】しかし、このプロセスは炉の傾けを考慮に
入れていないため、全ての鋳造操作を自動化していな
い。さらに、以下に説明されるように、個々の鋳塊鋳型
のレベル規則は実質的に平行であり、即ち異なるポイン
トにおいて共通のレベルの規則に合流する。本発明にお
いては、個々の鋳塊鋳型は共通の規則に追いつくそれぞ
れの規則を有しており、この個々の規則はその鋳塊鋳型
のレベルの遅れに従って傾斜が大きく又は小さくなり、
共通のレベルの規則に同時に到達するように適用されて
いる。

【００１４】ＵＳ特許4660586（ALMINIUM COMPANY OF A
MERICA）は、容器内に鋳造する溶解した金属のレベルを
加減するプロセスを請求している。このプロセスは以下
の段階をふくんでいる。

【００１５】−溶解した金属のレベルの検知 −差異を決定するための、検知したレベルと基準レベル
との比較 −ステッパーモーターによる溶解した金属の流れの増
減。モーターの動作のステップは、差異に比例する期間
と、差異の導関数に比例する期間と、差異の第２の導関
数に比例する期間の和である。

【００１６】この特許の教示は全体的に汎用であり、い
かなる容器内のいかなる液体のレベル制御にも適用可能
であり、特に鋳塊鋳型内の金属のレベル制御に適用可能
である。しかし、この特許は開始から連続鋳造操作の継
続の間の連続する全ての段階の実行の自動化を可能とす
るものではない。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属合金、特
にアルミニウム合金よりなるプレートまたはビレット
の、複数の流出を有する連続鋳造の開始及び継続におい
て起こる連続した段階を総合的に自動化するプロセス及
び装置に関する。

【００１８】本発明の考案を司る二つの基本原理は −全ての流出においてこの段階が同じ状況で実行され、
パネルの下げが、溶解した金属のレベルが全ての鋳塊鋳
型内で近似し、既定の再生可能であるときに実施される
ように、全鋳塊鋳型に対して可能な限り同時性の高い充
填シーケンスを設定することと、 −完全な停止は製品の最下部において冷却褶曲をもたら
しひび割れの原因と成るため、溶解した金属の鋳塊鋳型
への供給を停止することを避けることである。

【００１９】本プロセスは、準備の段階と五つの主要な
連続的段階とを含むことを特徴とする。操作員は第１の
準備段階を開始し、次に第１の主要段階を開始する。そ
れ以降の段階は自動的に後に続く。各段階とは、１）閉鎖ポイントを決定すると共に、各鋳塊鋳型内への
流入を加減するあるタイプのピン（以下にて記述する）
であるストッパー棒を予め位置決めする準備段階と、２）鋳造炉による金属の供給段階と、３）鋳塊鋳型の強制供給段階と、４）鋳塊鋳型が共通の設定レベルに合わせられる、各鋳
塊鋳型内の金属のレベルの個々の「追いつき」段階と、５）全鋳塊鋳型内にて共通のレベル規則に従う段階と、６）鋳造する長さの関数としてレベル規則に従って、パ
ネルを下げる段階である。各段階は以下に説明する幾つ
かの連続するステージを含む。

【００２０】１）閉鎖のポイントを決定すると共にスト
ッパー棒を予め位置決めする準備段階この段階は、鋳造
の開始前に操作員に要求されて開始される。

【００２１】システムはまず、ストッパー棒のそれぞれ
の閉鎖ポイントの探索自動シーケンスを実行する。これ
は、ストッパー棒を鋳造前に予め位置決めする次のステ
ージと、明確に規定された孔における位置決めも又設定
される本来の鋳造ステージへの欠かすことのできない準
備である。

【００２２】一般に、ストッパー棒の予めの位置決めは
ゼロ孔においてなされる。以下に詳述する本プロセスの
変形例では、予めの位置決めはゼロ以外の孔においてな
され、場合によっては各流出毎に異なった孔においてな
される。

【００２３】２）鋳造炉による金属供給段階この段階は操作員の要求によって、１）の段階が順調に
完了した場合に開始される。これは自動鋳造の段階の最
初であり、操作員がこれ以上介在する事なく以降の段階
が続いていく。

【００２４】本段階中では以下のステージが実行され
る。

【００２５】ａ）炉が傾けるタイプの場合には溶解した
金属を供給するために炉を傾ける、又は炉が固定されて
いる場合には鋳造穴を密閉しているストッパーロッドと
してのストッパーを開放する。

【００２６】ｂ）鋳塊鋳型に供給するランナーを充填す
る。一般的に、各鋳塊鋳型の上のランナーの下部に位置
するノズルは、金属が鋳塊鋳型に流入することなくラン
ナーを満たすように、ストッパー棒によって閉鎖されて
いる。特に、ノズルがストッパー棒によって閉じられて
いない場合には、同様に金属が鋳塊鋳型に流入すること
なくランナーを満たすように、最初に供給されるノズル
のすぐ上流にダムが配置されている。

【００２７】この段階はランナー内の溶解した金属のレ
ベルが規定値に達した時に終了する。３）強制供給の段
階この段階は、ランナー内の溶解した金属のレベルが規定
値または域値レベルに達した時に開始し、各鋳塊鋳型に
ついてレベルセンサ（以下に説明する）が底部ブロック
上の金属のある高さｄｈを感知した時に終了する。この
段階の終了と存続期間は鋳塊鋳型によって変化する。

【００２８】ランナー内の域値レベルに達した時に以下
のステージが起動される。

【００２９】ｃ）ランナー内の溶解した金属が域値レベ
ルに達した時点Ｔ₀において、初期孔として知られてい
る孔から鋳塊鋳型に供給するストッパー棒の位置決め
し、時間の関数としての金属のレベルＮの変化の規則の
時間原点のリリースする。これはやや後に効果があり、
全鋳塊鋳型に共通であり、Ｎ＝ｆ（Ｔ）である。

【００３０】このステージは以下のように変更できる。
ランナー内の溶解した金属のレベルが規定値に達した時
点Ｔ₀において、凝固を回避する大きな流量をもたらす
ために鋳塊鋳型に供給するストッパー棒をやや広い孔に
開放し、全鋳塊鋳型に共通の金属レベルの予期される変
化の規則の時間原点を開放し、前記初期孔の位置までス
トッパー棒を部分的に閉鎖する。

【００３１】ストッパー棒が開放した状態で前の段階が
実施され、金属がダムによって蓄えられている特定の場
合においては、このステージの進行は以下の通りであ
る。第１のノズルのすぐ上流に位置しているダムを開放
し、金属レベルの予期される変化Ｎ＝ｆ（Ｔ）の規則の
時間原点Ｔ₀をリリースする。

【００３２】この特定の場合では、前述の変更例も使用
してもよい。ストッパー棒の予めの位置決めは孔上の位
置にて行われ、初期孔として知られている位置への部分
的な再閉鎖はダムの開放のやや後に行われる。

【００３３】ｄ）レベルの感知と、保持炉の傾け又はス
トッパー棒の孔に作用する制御システムとによってラン
ナー内を一定したレベルに維持する。

【００３４】ｅ）各鋳塊鋳型の上に設置された溶解金属
のレベルセンサのいずれかが底部ブロック上の金属の指
定された高さｄｈを感知した時、その鋳塊鋳型について
は強制供給段階から追いつき段階に変わり、この高さｄ
ｈがまだ検知されていないその他の鋳塊鋳型については
継続する。

【００３５】ｆ）時間Ｔ₀を基にして定められたドエル
時間の終わりに各鋳塊鋳型内で高さｄｈに達していない
場合には、初期孔から徐々に増加するようにストッパー
棒を開放する。

【００３６】４）追いつき段階この段階は各鋳塊鋳型で異なる。異なる時点に開始し、
同時点Ｔ₁及び曲線Ｎ＝ｆ（Ｔ）上の同レベルＮ₁に終了
する。

【００３７】この第２の段階は以下のステージをふく
む。

【００３８】ｇ）鋳塊鋳型の強制供給段階が終了する
と、レベルが予め決定されている値Ｎ₁になるように、
時間の関数として増加するレベル規則に従って鋳塊鋳型
内のレベル制御を開始する。前記制御は、対応する鋳塊
鋳型のストッパー棒の位置に作用し、このレベル規則は
検知ポイントとポイントＮ₁，Ｔ₁との間で直線的であ
る。

【００３９】ｈ）他の鋳塊鋳型においても金属の高さｄ
ｈが検知されたならば、これらの鋳塊鋳型についてレベ
ルが他の鋳塊鋳型と同じ値Ｎ₁に同時Ｔ₁になるように、
時間の関数として増加するレベル規則に従ってレベル制
御を開始する。前記制御はなお鋳塊鋳型の供給ストッパ
ー棒の位置に作用し、レベル規則はなお検知ポイントと
ポイントＮ₁，Ｔ₁との間で直線的である。

【００４０】「追いつき」段階は時間Ｔ₁にて終了す
る。遅延は次の段階で補償されうるため、この段階の交
代ではいかなる遅延も考慮されていない。

【００４１】５）共通レベル規則に従う段階。

【００４２】この段階はただ一つのステージを含む。

【００４３】ｉ）時間Ｔ₁から始まって、全鋳塊鋳型内
の金属レベルに共通レベル規則Ｎ＝ｆ（Ｔ）を課する。
この規則はＴ₂，Ｎ₂にて変化度の変更又は複数の変更を
有してもよい。

【００４４】この第３の段階はＴ₃，Ｎ₃にて（又はレベ
ルの規則に１を超える変化度の変更がある場合には
Ｔ_n，Ｎ_nにて）終了し、底部ブロックのサポートテーブ
ルが下げられ始める。

【００４５】６）テーブルの下げの段階この段階は以下のステージを含む。

【００４６】ｊ）達したレベルと経過した時間とをモニ
ターした後、理論上のレベルはＮ₃である時間Ｔ₃におい
て底部ブロックを支えるテーブルの降下を開始する。降
下のスピードの既定の規則を適用し、規則Ｎ＝ｆ（Ｌ）
に従って各鋳塊鋳型内のレベルＮを調整する。Ｌは鋳造
された製品の長さである。

【００４７】その詳細と利点が以下に説明される変形例
は、Ｔ₃以前の狭い範囲の時間内にレベルが全てＮ₃付近
の狭い範囲内に入るやいなや、パネルの降下を開始する
ことにある。

【００４８】ｋ）炉のプログラムされた戻り長（ランナ
ー内にある金属によってそれ以上の長さの鋳造が可能で
あるため、鋳造製品の長さより小さい）に達した時、金
属の供給を停止するために炉の傾斜を元に戻すか又は炉
のストッパーロッドを閉鎖し、ランナー内の金属を利用
して鋳塊鋳型内の金属が既定のレベルに下がるまで鋳造
を継続し、ランナー内に残っている金属をこの様にして
形成された孔にあけるために鋳塊鋳型の上に位置するラ
ンナーの部分を持ち上げて傾け、テーブルの降下を停止
する。

【００４９】鋳塊鋳型内の金属レベルを司る制御原理の
選択もまた、本発明の手段の一つである。多数の原理が
あることが公知である。

【００５０】−比例作用による制御。ストッパー棒の移
動は検知された金属のレベルと基準値との差に単に比例
する。

【００５１】−比例及び積分作用による制御。ストッパ
ー棒の移動は二つの期間の和である。一つは検知された
金属のレベルと基準値との差の比例し、第２は差の時間
の関数である差の積分の比例である。

【００５２】−比例、導関数、及び積分作用による制
御。ストッパー棒の移動は三つの期間の和である。第１
は差の比例、第２は時間の関数である差の導関数の比
例、第３は時間の関数の差の積分の比例である。

【００５３】本出願人は本応用に最も適しているのは第
２の、比例及び積分作用であることを発見した。これは
十分に迅速でかつ感応性があり、特に「ポンプ式の動
き」と不安定さを回避する。

【００５４】対応する装置には以下のものが含まれる。

【００５５】ａ）例えば傾斜システム又はストッパーロ
ッド等の、保持炉から溶解した金属を供給する手段と、ｂ）全体的又は部分的な密封手段と共に備えれれている
基準化した孔によって連続鋳造鋳塊鋳型に供給するラン
ナーと、ｃ）レベルを検知するシステムと傾斜又はストッパーロ
ッドの孔に作用する制御システムとを備えた、ランナー
内で一定のレベルを維持する手段と、ｄ）各鋳塊鋳型の基準化された孔の全体的に又は部分的
に密閉する手段であって、それぞれはストッパー棒とし
て知られているピンと、自動的に孔の閉鎖点を見つける
ことができるピンの作動器とを備える手段と、ｅ）各鋳塊鋳型の上方に設置されている金属レベルセン
サと、ｆ）鋳塊鋳型の供給孔の断面に作用する作動器を制御す
ることにより、各鋳塊鋳型内の金属のレベルを最初は鋳
塊鋳型に特定の既定の増加規則に、次には全鋳塊鋳型に
共通の増加規則に管理する制御システムと、ｇ）全鋳塊鋳型内で既定のレベルＮ_３に達したことを検
知すると共に、開始時に鋳塊鋳型の底部を密閉する底部
ブロックを支持しているテーブルの降下を既定の速度の
規則に従って制御するシステムと、ｈ）炉のプログラムされた戻り値を検知すると共に、鋳
造炉からランナーへの供給の停止と、パネルの降下の停
止と、鋳塊鋳型の上方に位置するランナーの部分の持ち
上げ及び傾けとを制御するシステムとを備える。

【００５６】

【実施例】プロセスと装置の詳細な説明は図面からより
明かになるであろう。

【００５７】図２において、金属レベル制御システム
が、 −鋳塊鋳型内の金属レベルに比例する信号をリリースす
るレベルセンサ（10）と、−この信号を所望のレベルを
表す基準値と比較する加減器（11）と、 −ストッパー棒（13）を加減器によって検知された差の
関数として鉛直方向に移動する作動器（12）と、 −一般に円錐形の下部がその位置によってノズル（14）
の上部セクションをある程度密閉し、ランナー（15）か
ら来る溶解した金属の流れに作用するストッパー棒（1
3）とを含んでいる。

【００５８】変形例によれば、ストッパー棒（13）は、
ノズルの上部セクションを密閉する代わりに下部セクシ
ョンを密閉してもよい。この種の配置は添付の図２ｂに
示されている。この場合には、金属がノズルとストッパ
ー棒の間に固定するため、ノズルを閉じた状態でランナ
ーを満たすことは不可能である。従って使われる手順は
前述ものの変化例である。

【００５９】鋳造の前に、 −ストッパー棒は非ゼロ孔（いわゆる初期位置、又は必
要に応じて上孔）に存在する。

【００６０】−第１のノズルのすぐ上流に位置するダム
は閉鎖している。

【００６１】ランナーは域値レベルまでみたされ、ダム
が開放されると共に共通レベル規則の時間原点が開始さ
れ、一般の場合と同様に充填が続けられる。

【００６２】図３のフロー図において、通常のやり方
で、プロセスの連続したステージ（準備段階を除く）は
長方形で表され、外部条件が実現する（ＹはＹＥＳ）又
は実現しない（ＮはＮＯ）という択一的機能を有するス
テージはひし形で表されている。長方形の内部の文は該
当する操作を意味し、ひし形の内部の文は外部条件を公
式化している。

【００６３】図の上部の第１のひし型（21）は炉の傾け
の命令を示している。それが与えられていない場合
（Ｎ）にはプログラムは自らループして戻る。与えられ
ている場合（Ｙ）には、次のステージである炉の傾け
（22）に進む。溶解した金属はランナー内に流れ込み、
鋳塊鋳型に供給するストッパー棒が閉じた状態でランナ
ー内の金属のレベルが上昇する。ランナー内に位置する
レベルセンサーは常に実際のレベルと基準レベルとを比
較する。（23）。このレベルに達していない場合（Ｎ）
には、炉は傾け続けられる。レベルに達するとすぐに、
次のステージ（24）が開始される。

【００６４】鋳塊鋳型の供給ストッパー棒は、溶解した
金属がタイミング悪く凝固しない程の流量を保証するよ
うな位置まで全開する。この時、全ての鋳塊鋳型に共通
の、鋳塊鋳型内の金属のレベルの変化の規則の時間原点
がリリースされる。この種の規則は図４に示されてお
り、以下に説明される。次に非常に短い既定時間の後
に、ストッパー棒は固定した初期孔まで部分的に閉じ
る。上で述べたように、準備の上孔無しで直接初期孔に
移ることも可能である。

【００６５】このステージ以降では、連続するオペレー
ションは鋳塊鋳型毎に独立して進行する。線図はただ一
つの鋳塊鋳型のステージの順序のみを示しているが、他
の各鋳塊鋳型についても同様である。

【００６６】ひし形（25）は鋳塊鋳型内で検知される仮
の底部上の金属の高さと、例えば３ｍｍの既定の基準値
ｄｈとの比較を示している。設定された期間（26）後に
もこの高さｄｈに達しない場合には、基準値まで鋳塊鋳
型を充填することを加速するために、時間の関数である
増加分によるストッパー棒の孔の規則は初期化される
（27）。鋳塊鋳型のいずれか一つにおいてストッパー棒
の孔の継続した拡大にも関わらず、指定された期間（2
8）の後も基準高に達しなかった場合は何らかの事故が
発生したことを意味し、鋳造は停止される（29）。

【００６７】正常の場合には（25、Y）、溶解した金属は
鋳塊鋳型毎に同時にではないが、基準高ｄｈに達するで
あろう。全鋳塊鋳型は同時点に時間の関数であるレベル
の規則に対応する同じレベルになるように仕向けられな
くてはならない。この目的のために、プログラムは個々
の鋳塊鋳型毎に固有の、検知された時点から開始して各
鋳塊鋳型内の金属のレベルが、例えば図４の点Ａ
（Ｔ₁，Ｎ₁）にてレベルの規則に連接する（長方形30）
ことを可能とする追いく規則を算出する。

【００６８】図４のポイントＡからは時間の関数として
のレベルの規則は全鋳塊鋳型に共通であり、図４そのも
のに示されている（31）。

【００６９】（32）において、鋳塊鋳型のレベルセンサ
ーは検知された金属のレベルと、底部ブロックを支持し
ているテーブルの降下のために割り当てられている基準
レベルＮ₃とを比較する。もしレベルに達しているなら
ば、テーブルは下げられる（33）。

【００７０】次のステージは、鋳造された製品の長さと
プログラムされた長さとを比較することにある（34）。
この長さに達した場合には鋳造は停止される（35）。鋳
造の停止はフロー図には図示されていない以下の連続し
た操作を必要とする。

【００７１】−溶解した金属の供給を停止するために、
炉を傾け戻す又は鋳造ストッパーロッドを閉鎖する。

【００７２】−鋳塊鋳型内の金属のレベルが指定された
量だけ減少するまでランナー内にある金属で鋳造を継続
する。

【００７３】−鋳塊鋳型の上方に位置するランナーの部
分を持ち上げると共に傾け、テーブルの降下を停止す
る。

【００７４】図４は、簡略化のために三つの流出ａ，
ｂ，ｃのみを備えた連続鋳造プラントの鋳塊鋳型に対し
て位置する金属のレベルを時間の関数として示してい
る。しかし記述はより多くの流出を有するプラントにも
同様に適用する。

【００７５】より明確にするために、図４にはレベルの
縦軸の隣のセクションに示した半鋳塊鋳型（40）と、三
つの鋳塊鋳型の初期位置（41,a,b,c）の底部ブロック
と、所与の時点の金属のレベルとを示している。合金及
び型に依存する設定されたレベルの規則は、実線Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄに示されている。高さｄｈは図２のステージ
（25）にて検知される最小の高さである。鋳塊鋳型ｃ、
ａ、及びｂ内の金属が連続して高さｄｈに達することは
確定している。プログラムは、鋳塊鋳型の「遅れ」と開
始時点での底部ブロックの位置によって異なる変化度を
有する三つの線形レベルの規則（ハイフンで示される）
を計算し、それによってポイントＡでは金属のレベルが
同一になるように各鋳塊鋳型の個々の制御が収束する。
ＡからＢに、そしてＢからＣまで、鋳塊鋳型のそれぞれ
にどの調整にも固有の変動を伴う個別の調整がレベルに
なされる、共通の規則がレベルＮ₃まで予測され、パネ
ルの降下を司る。実際に観察されるレベルは点線で示さ
れる。

【００７６】よって降下は二つの条件が同時に満たされ
ることにより開始される。

【００７７】−Ｔ＞Ｔ₃ −どの鋳塊鋳型ｎにおいても、Ｎ_n＝Ｎ₃ 実際はどの調整にも固有の変動のために、第２の条件に
よって最も進行している鋳塊鋳型への供給をかなり長時
間完全に中断することになるかもしれない。これは前述
の第２の原則に相反しており、鋳造製品の最下部に欠陥
をもたらすかもしれない。

【００７８】この状況は図５に図式的に図解されてお
り、時間−レベルの軸のシステムにおいて、レベルの規
則は太い実線に、全ての鋳塊鋳型内で観察されるレベル
の進行は点線で示されている。本例では鋳塊鋳型の数は
三つ（ａ，ｂ，ｃ）に限定されている。鋳塊鋳型ａは時
間ＴａにレベルＮ₃に達し、鋳塊鋳型ｂは時間Ｔｂに、
鋳塊鋳型ｃは時間Ｔｃに達する。従って、パネルの降下
は時間Ｔｃまで始まらない。鋳塊鋳型ａはかなり長時間
Ｔｃ−Ｔａ供給されずにおり、鋳塊鋳型ｂでは時間は多
少短い。しかしこの待ち時間は製品の品質に損害を与え
る。

【００７９】更に、図６及び図７に想定される二つ変化
例がそれぞれ図式的に示されている。これら二つの図
は図５と同一である。これらは同じレベルの規則と三つ
の鋳塊鋳型ａ，ｂ，ｃで観察される同じレベルの進行を
示している。

【００８０】図６の変化例では、時間Ｔ₃において鋳塊
鋳型ａのみがレベルＮ₃に達しており、その供給は時間
Ｔａから停止されている。従って時間Ｔ₃における他の
二つの鋳塊鋳型内の到達レベルは基準レベルＮ₃と比較
される。レベルＮｂ及びＮｃが対象的に又は他の形でＮ
₃の許容可能な既定範囲にある場合には、テーブルの降
下を開始する。

【００８１】この変化例は、最も進んでいる鋳塊鋳型ａ
への供給が止められている期間を相当限定するという利
点を有する。

【００８２】パネルの降下を開始する条件は、 −Ｔ＞Ｔ₃ −どの鋳塊鋳型ｎについても、Ｎ_nがＮ₃の許容可能な範
囲にあること。

【００８３】となる。

【００８４】図７に示されている変化例では、レベルＮ
ｂ及びＮｃとＮ₃との比較は時間Ｔ₃からだけではなく、
Ｔ₃以前の既定の期間ｄＴ前から実行される。時間Ｔ₃−
ｄＴから三つの鋳塊鋳型内の全レベルは指定されたレベ
ル範囲内にあるため、降下が開始される。

【００８５】降下の開始条件は、 −Ｔ＞Ｔ₃−ｄＴ −どの鋳塊鋳型ｎについても、Ｎ_nがＮ₃の許容可能な範
囲にあることとなる。

【００８６】記述されている本発明の作用は、 −レベルの正確かつ信頼のおける測定 −各ストッパー棒のノズルのそれぞれに対する正確な位
置付け手段を意味する。

【００８７】本発明によると、好ましくは以下のものが
使用される。

【００８８】−金属レベルの静電容量センサー −ノズルの閉鎖ポイントを検知する装置を組み込んだ作
動器静電容量センサーの原理は以下の通りである。

【００８９】一つの電極が金属盤であり、もう一つが溶
解した金属の上面である平面コンデンサが形成される。
平面コンデンサの静電容量ｃは、電極の表面と電極を分
離している媒体の比誘電率の積を電極間の距離で割った
値に等しいことが知られている。コンデンサの静電容量
を計測することは、間接的に二つの電極間の距離を測る
ことになり、従って金属のレベルを測ることになる。

【００９０】実用においてはこの操作は図８及び図９に
示される如く大まかには以下の様に行われる。

【００９１】図８はプローブ自身が鋳塊鋳型内の溶解し
た金属の上面に位置している様子を図示している。

【００９２】図９はこの様にして形成されたコンデンサ
の静電容量を測るブリッジの図である。

【００９３】図８において、参照番号（50）で示されて
いる溶解した金属のレベルはコンデンサ電極の一つを形
成している。第２の電極（51）はプローブ本来の部品を
形成している。電極（51）の上の固定した距離に位置す
る第３の電極（52）は電極（51）と共に第２のコンデン
サを形成しており、その静電容量は以下で説明する測定
ブリッジの基準となる。例として溶解した金属のレベル
と電極（51）との間の距離ｅは平衡状態で18mmであり、
二つの電極（51）及び（52）の間の距離と等しい。

【００９４】電極（50）及び（51）で形成されているコ
ンデンサの静電容量Ｃｘは、電極（51）及び（52）で形
成されているコンデンサの基準静電容量Ｃｒと、図９に
図式的に示されている測定ブリッジによって常に比較さ
れる。ブリッジは４ノード（53）、（54）、（55）、
（56）によって相互接続されている四つの枝を備えてい
る。枝（53）−（54）及び（54）−（55）には二つの同
種の変圧器（57）及び（58）を介して交流正弦電流が供
給されており、二つの変圧器の一次側は高周波電源（例
えば80khz）に直列に接続されている。枝（55）−（5
6）にはコンデンサＣｘが配置され、枝（56）−（53）
には基準コンデンサＣｒが配置されている。溶解した金
属で形成される電極Ｃｘに対応するノード（55）はアー
スされている。これは鋳造製品が置かれる底部ブロック
を支持する金属テーブルを介して容易に実現できる。そ
の反対のノード（54）及び（56）は変圧器（59）を介し
て電流センサ（60）に一緒に接続されている。Ｃｘの電
極（50）と（51）の間の距離が例えば18mmの基準値に等
しいときにはＣｘとＣｒの静電容量は等しく、ブリッジ
は平衡してセンサ（60）には電流が流れない。この距離
が縮小又は拡大したときブリッジはバランスが崩れてセ
ンサに電流が流れる。そして電子システムは、溶解した
金属からの距離が例えば18mmの基準値に等しくなるよう
にプローブを上昇又は下降させるサーボモータに命令を
送る。プローブの連続的な移動を繰り返すことにより、
どの時点においても鋳塊鋳型内の溶解した金属のレベル
に対応した信号を発生する事が可能となる。

【００９５】この種の装置は各鋳塊鋳型内の溶解した金
属の上方に配置されて金属のレベルの測定と制御とを可
能にする。

【００９６】作動器は本来、ノズルの閉鎖ポイントを検
知する装置を特徴とする。本発明によれば、作動器は好
ましくは主に棒位置の正確な自動制御を備えた電気バッ
クギアモータユニットからなる。棒は中空であり、数ミ
リメータスライド可能なシャフトを中に備えている。こ
のシャフトはバネ状の装置によって伸長した状態で保持
される。ストッパー棒はこのシャフトに固定されてい
る。

【００９７】棒が引き揚げ方向に移動している時に、ス
トッパー棒がその経路内で障害物に遭遇した場合には、
バネが押し入れられシャフトは棒内にスライドしてスト
ロークリミットを作動させる。

【００９８】このセンサ装置によって、自動的な手続き
でノズルの閉鎖ポイントを決定することができる。この
ポイントは棒の最小引き揚げ位置に対応しており、スト
ロークリミットの作動を可能とし、シャフトがバネを中
に押してストロークリミットを作動させるシャフトのス
トロークによって訂正される。

【００９９】そして、ストッパー棒の開放ポイントはこ
の基準点から決定される。

【０１００】前述の装置は、1360mm対610mmの型のアル
ミニウム合金5052（Alminium Association Standard）
の五つのプレートの同時鋳造を意図した連続鋳造ユニッ
トに装着されている。鋳塊鋳型は互いに平行に供給ラン
ナーの軸に垂直に配置されている。鋳塊鋳型の高さは11
5mmである。ｄｈの基準値は両曲線の底部ブロックの上3
mmである。Ｎ₃の基準値は鋳塊鋳型の上部レベルより48m
m下である。降下のスピードは42mm/分である。これらの
パラメータは自動化システムに入力される。

【０１０１】第１の命令が、閉鎖ポイントを見つける準
備ステージを開始する。流出によってこれらのポイント
は、ストロークが100mmである作動器（0mmは棒が完全に
引き揚げられている状態）で18mmから29mmの間に位置す
る事が分かった。このステージの終わりに作動器はスト
ッパー棒を閉鎖ポイントに位置づける。

【０１０２】第２の命令は本来の鋳造を開始する。ラン
ナーを充填するステージの終わりにおいて、域値レベル
に達するやいなやストッパー棒は閉鎖ポイントより上7m
mに開放する。

【０１０３】高さｄｈに最初に到達した鋳塊鋳型はスト
ッパー棒の開放から18秒後に到達し、最後のものは開放
から25秒後に到達した。

【０１０４】個々の基準規則に従うことにより、全ての
鋳塊鋳型が基準時間Ｔ₁＝４０ｓにレベルＮ₁に到達し
た。

【０１０５】全ての鋳塊鋳型においてストッパー棒の開
放から85秒後にはレベルＮ₃に到達し、その時点で底部
ブロックの支持テーブルが下降を開始した。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による半完成品の連続鋳造の原理を示
す説明図である。

【図２ａ】本発明で使用する金属レベルの制御システム
を示す説明図である。

【図２ｂ】本発明で使用する金属レベルの制御システム
を示す説明図である。

【図３】本発明による連続鋳造オペレーションの連続す
るステージのフロー図である。

【図４】時間の関数として実線で示した鋳塊鋳型に設定
されたレベル規則と、異なる鋳塊鋳型内での実際に達し
たレベルの三つの例の説明図である。

【図５】テーブルの降下が開始された時点の金属レベル
の基準値に対する位置と、開始されるために必要な条件
の例を示した説明図である。

【図６】テーブルの降下が開始された時点の金属レベル
の基準値に対する位置と、開始されるために必要な条件
の例を示した説明図である。

【図７】テーブルの降下が開始された時点の金属レベル
の基準値に対する位置と、開始されるために必要な条件
の例を示した説明図である。

【図８】静電容量液面計の好ましい実施例を示す説明図
である。

【図９】液面を測るために使用する測定ブリッジの線図
である。

【符号の説明】

22 炉の傾け 23 レベルの比較 24 ステージ 25 金属の高さの比較 27 ストッパー棒の孔の拡大 29 鋳造の停止 30 追いつきの段階 31 共通のレベル規則に従う段階 32 レベルの比較 33 テーブルの下降 34 鋳造製品の長さの比較 35 鋳造の停止

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジヤツク・モリソーフランス国、38500・ボアロン、クーブルビ、リユ・デ・ペルバンシユ、レ・ビツト（番地なし) (56)参考文献特開平２−255257（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−195572（ＪＰ，Ａ) 特開平２−220751（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−101359（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−183952（ＪＰ，Ａ) 特開平４−294850（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/18 B22D 11/00 B22D 11/10 B22D 11/16 104

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造ユニットに複数の流出を備えて
いる、金属合金、特にアルミニウム合金のプレート又は
ビレットの自動鋳造を、開始及び継続するためのプロセ
スであって、第１の命令によって開始される準備段階と
第２の命令によって開始される五つの主要段階の連続と
を含んでおり、これらの段階が、１）準備段階中にそれぞれのストッパー棒（１３）によ
って、鋳塊鋳型の上に位置するランナー（１５）から該
鋳塊鋳型に供給するノズル（１４）の閉鎖ポイントを自
動的に捜して、前記ストッパー棒（１３）を予め位置決
めするステージと、２）鋳造炉による金属の供給段階中にａ）溶融金属を供給する炉を傾ける（２２）、又は炉の
鋳造孔を密閉するストッパーロッドを開放するステージ
と、ｂ）一つ以上の適切な装置によって金属が前記鋳塊鋳型
内に流出するのを防いで、前記鋳塊鋳型に供給する前記
ランナー（１５）を充填するステージと、３）強制供給の段階中にｃ）ランナー（１５）内の溶融金属のレベルが既定値に
達した時点Ｔ_０において、前記金属が前記鋳塊鋳型内に
流出するのを防いでいる一つ以上の前記装置を開放し、
前記ストッパー棒（１３）を初期孔として知られている
孔値に位置づけ、以降の段階で有効となりかつ全鋳塊鋳
型に共通である時間の関数としての金属レベルＮの変化
の規則、Ｎ＝ｆ（Ｔ）の時間原点をリリースするステー
ジ（２４）と、ｄ）前記ランナー（１５）内の一定レベルを検知する手
段、及び保持炉の傾斜又は保持炉のストッパーロッドの
孔に作用する制御システムにより、前記ランナー内の一
定レベルを維持するステージ（２３）と、ｅ）各鋳塊鋳型の上に設置された溶融金属センサー（１
０）が、ある特定の鋳塊鋳型の仮の底部上の金属の指定
された高さｄｈを検知する度に、この鋳塊鋳型は以下に
記述するステージｇに進むステージと、ｆ）時間Ｔ_０から始まる指定されたドエル時間の後に各
鋳塊鋳型内で高さｄｈに達しなかった場合に、前記スト
ッパー棒が初期孔から始まって次第に拡大するように開
放するステージと、４）追いつき段階（３０）中にｇ）ある鋳塊鋳型内で高さｄｈが検知されると、時間の
関数として増加すると共に検知ポイントとポイント（Ｎ
_１、Ｔ_１）との間が直線であるレベル規則に従って、レ
ベルが予め定められている値Ｎ_１となるように、鋳塊鋳
型内のレベルを調節し、該調節は対応する鋳塊鋳型のス
トッパー棒（１３）の位置に作用するステージと、ｈ）他の鋳塊鋳型内で金属の高さｄｈが検知されると、
それらの鋳塊鋳型においてこのレベルが他の鋳塊鋳型と
同じ時間Ｔ_１に同じ値Ｎ_１となるように、時間の関数と
して増加するレベル規則によるレベル制御を各鋳塊鋳型
について開始し、該制御は鋳塊鋳型のストッパー棒の位
置に作用するステージと、５）共通のレベル規則に従う段階（３１）中にｉ）共通のレベル規則Ｎ＝ｆ（Ｔ）による全鋳塊鋳型内
のレベルの自動的な制御を時間Ｔ _１から始め、この規則
は、Ｔ _２、Ｎ _２において一つの勾配変更、または複数の
勾配変更さえも有し得るステージと、６）テーブルの降下の段階（３３）中にｊ）時点Ｔ_３において、理論上のレベルＮ_３に対するレ
ベルをモニターした後に底部ブロックを支持するプレー
トを下げる動作を開始し、降下速度の予め定められた規
則を適用し、新しい規則Ｎ＝ｆ（Ｌ）＝ｆ（鋳造された
長さ）に従って各鋳塊鋳型のレベルＮを調節するステー
ジと、ｋ）鋳造された製品の長さがプログラムされた値に達す
ると、金属の供給を中止するために前記炉を傾け戻し、
又は該炉のストッパーロッドを閉鎖し、前記鋳塊鋳型内
の金属が所定のレベルまで降下するまで前記ランナー
（１５）内に含まれる金属で鋳造を継続し、前記鋳塊鋳
型の上に位置する前記ランナー（１５）の部分を持ち上
げて傾け、テーブルの降下を停止するステージとを実行
することを特徴とする前記プロセス。
【請求項２】前記ストッパー棒（１３）が前記ノズル
（１４）の上部断面のレベルで該ノズルを密閉し、前記
ランナーを充填するステージ中に金属が前記鋳塊鋳型内
に流出することを防ぐために使用される前記装置が、準
備ステージ中に閉鎖ポイントに位置するストッパー棒
（１３）からなることを特徴とする請求項１に記載のプ
ロセス。
【請求項３】前記ストッパー棒（１３）が前記ノズル
（１４）の下部断面のレベルで前記ノズルを密閉し、前
記ランナーを充填するステージ中に金属が前記鋳塊鋳型
内に流出することを防ぐために使用される前記装置が、
第１のノズルのすぐ上流に位置するダムからなり、前記
ストッパー棒（１３）が準備ステージ中に初期孔として
知られる値に既に予め位置づけられていることを特徴と
する請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】ステージｃ中に前記ランナー（１５）内
の溶融金属のレベルが所定の値に達すると、凝固を避け
るための大きな流量を保証するためにやや広い孔の位置
まで前記ストッパー棒（１３）を開放し又は既に開放し
ている場合には保持し、金属レベルの変化の共通の規則
Ｎ＝ｆ（Ｔ）が全鋳塊鋳型について設定され、前記スト
ッパー棒（１３）がいわゆる初期孔位置まで部分的に再
閉鎖されることを特徴とする請求項１から３のいずれか
一項に記載のプロセス。
【請求項５】以下の二つの条件、Ｔ＞Ｔ_３、及び、ど
の鋳塊鋳型ｎにおいても、Ｎ_nはＮ_３の許容可能な範囲
内にあること、が満たされるとすぐにパネルの降下が開
始されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一
項に記載のプロセス。
【請求項６】以下の二つの条件、Ｔ＞Ｔ_３−ｄＴ、ｄ
Ｔは既定の期間、及び、どの鋳塊鋳型ｎにおいても、Ｎ
_nはＮ_３の許容可能な範囲内にあること、が満たされる
とすぐにパネルの降下が開始されることを特徴とする請
求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】レベルの調節が比例及び積分動作によっ
て起こることを特徴とする請求項１から６のいずれか一
項に記載のプロセス。
【請求項８】連続鋳造ユニットに複数の流出を備えて
いる、金属合金、特にアルミニウム合金のプレート又は
ビレットの自動鋳造を、開始及び継続するための装置で
あって、ａ）傾けシステム又はストッパーロッドなどの、保持炉
から溶融金属を供給する手段と、ｂ）複数のノズル（１４）及び複数のストッパー棒（１
３）を用いて複数の連続鋳造鋳塊鋳型への供給を行なう
ランナー（１５）と、ｃ）該ランナー（１５）内のレベルを検知するシステム
と、前記保持炉の傾斜又は該保持炉のストッパーロッド
の位置に作用する制御システムとを備えた、前記ランナ
ー内を一定のレベルに維持する手段と、ｄ）それぞれがストッパー棒（１３）として知られてい
るピンと該ピンの作動器（１２）とを備え、孔の閉鎖ポ
イントを自動的に探知することが可能な、各鋳塊鋳型の
較正された孔を全体的又は部分的に密閉するための手段
と、ｅ）各鋳塊鋳型の上に設置された、溶融金属のレベルの
レベルセンサー（１０）と、ｆ）各鋳塊鋳型に特有である特定の増加の規則に従っ
て、該鋳塊鋳型の供給孔の断面に作用する作動器（１
２）を制御することにより、各鋳塊鋳型内の金属レベル
を管理する制御システム（１１）と、ｇ）全ての鋳塊鋳型内で、ある特定のレベルＮ_３に達し
たことを検知すると共に、開始時に鋳塊鋳型の底部を密
閉する底部ブロックを支持するテーブルの降下を予め定
められた速度の規則に従って制御するシステムと、ｈ）鋳造製品がプログラムされた長さに達したことを検
知するとテーブルの降下の停止を制御し、前記鋳塊鋳型
の供給孔を密閉する手段を完全に閉鎖し、鋳造炉からの
鋳造ランナーへの供給を停止するシステムとを含むこと
を特徴とする前記装置。
【請求項９】前記ストッパー棒の前記作動器（１２）
が自動位置制御装置を備えた電気バックギアモータであ
り、中空棒と、数ミリメータ摺動可能であり、端部に前
記ストッパー棒が固定されており、バネ状装置によって
伸長されて保持されている、前記中空棒内のシャフト
と、前記摺動シャフトが前記バネ状装置の作用に対抗し
て前記棒内に押し戻されたときに前記摺動シャフトによ
って作動されるストロークリミットとを含むことを特徴
とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】前記鋳塊鋳型内の溶融金属のレベルを
検知する前記システム（１０）は、第１の電極が前記鋳
塊鋳型内の金属の上部表面（５０）であり、第２の電極
が前記表面に平行であると共に一定の距離にあるプレー
ト（５１）である平面コンデンサと、前記平面コンデン
サの静電容量（Ｃｘ）を、固定した基準静電容量（Ｃ
ｒ）と比較する測定ブリッジと、前記測定ブリッジで自
動的に制御され、前記第２の電極（５１）と前記金属表
面（５０）との間の静電容量を一定に保つために前記第
２の電極（５１）を上方又は下方に移動可能なサーボモ
ータと、前記第２の電極（５１）の移動に比例する信号
を発生するシステムとからなる静電容量レベルプローブ
であることを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。