JP3961571B2 - ストランド支持部材の位置を調節する調節装置 - Google Patents

Description

本発明は、特にスチール用連続鋳造プラント（continuous casting plant）とされた連続鋳造プラントのストランド（strand）用ガイドの、特にストランド用ガイドローラとされた少なくとも一つのストランド支持部材の位置を、少なくとも一つの他のストランド支持部材を備えた支持スタンドに対して調節し、一側部でストランド支持部材と直接または間接にかつ他側部で支持スタンドと接触する少なくとも一つの液圧調節シリンダを備え、ストランド支持部材の動作が位置センサを介して検知可能とされかつ自動コントローラにより制御可能とされた調節装置に関する。
この種の装置は米国特許第３，８１２，９００号明細書により知られている。この明細書において、液圧調節シリンダを用いて移動可能とされるように支持スタンドに配置されたストランド用ガイドローラは、支持スタンドに剛に配置された対向するストランド用ガイドローラに向かって或いは離間する方向に移動させられる。移動可能とされたストランド用ガイドローラの相対位置（実際の値）は、測定装置により検出されるとともに、比較器により設定値と比較される。設定値と実際の値との間にずれが生じた場合には、比較器はサーボユニットを始動させ、各液圧調節シリンダが圧力源と接続可能とされる。
サーボバルブ技術は、中間通過流れ（medium flowing through）により及ぼされるアシスト効果のおかげで、高出力の非常に感度が高く迅速な制御を低い制御入力に対して行うことを可能とする。サーボバルブ技術は主として、詳細な位置決めが要求される工作機械の分野に適用されている。したがって、サーボバルブ技術を実現しようとする際には、材料およびコストの両面において結果的に高い支出を伴うことになる。メンテナンスおよび動作を妨げる影響を回避するための手段もまた厄介なものである。
連続鋳造技術にサーボバルブ技術を適用することにより、移動可能とされたストランド用ガイドローラの位置を最も精度良く調節することができる。サーボバルブ技術の適用に関連して多くの材料を消費してしまうということ及び汚染（contamination）という欠点がある；粗雑なスチール工場の操業において生じうる困難性もある。
本発明は、上記各欠点および困難性を解決することをねらいとするとともに、製造コスト並びにサービスおよびメンテナンスのコストの両面において、従来の技術と比較して最小限の消費のみを必要としかつストランド用ガイドを安全に得るために要求されるストランド支持部材の位置決めを高精度で行うことにより、冒頭に定義した種の調節装置を提供することを目的とする。ダスト、高温およびストランド冷却の際に生じる水の散乱等の鋳造技術において生じる各影響は、ストランド用ガイドの位置決めの正確性に対して全く効果を有さず、あるいはほんの最小限のみの効果を有するだけである。
本発明によれば、上記目的は以下の手段により達成される。それは、液圧調節シリンダを動作させるために、位置センサにより検知された実際の値がカップリングを介して入力され得る三段階コントローラ、多段階コントローラまたはパルス幅出力を備えたコントローラを介して切り替えることができる少なくとも一つの方向制御バルブを設けたことである。
方向制御バルブを設けたことにより、従来技術に比べてさらに容易に制御を行うことができる。サーボバルブ技術により得られる非常に高い精度を放棄することになるが、実質的により低いコストにより得られる有利点に限らず、さらに、例えばオイル汚染、圧力降下等の故障要因（failures）に対して実質的に低い感度とするという有利点もある。驚くべきことに、方向制御バルブは、感度の高いスチールの各グレード（sensitive steel grades）を備えた連続鋳造に対して有効であるということが示された。
パルス幅出力を備えたコントローラを用いることにより、典型的にはサーボバルブあるいは比例制御バルブを用いて得ることができるほぼ連続的な制御を、方向制御バルブとともに用いて得ることができる。これら連続動作されるバルブに対するバルブ開口の変化は、オン−オフバルブに対して一連のパルスが付与されるバルブ開口に置き換えられる。これにより高精度な位置決めが可能となる。
全システムは高圧（例えば１６０バール）で動作させられるが、ストランド用支持部材を調節するために非常に小さな堆積流量のみが要求されるので、圧力流体供給ステーションから方向制御バルブへと又は方向制御バルブから液圧調節シリンダへと導く液圧調節シリンダの少なくとも一つの液圧動作ダクト内にスロットル或いはスクリーンが適切に配置される。
好ましい態様として、整流機能を備えた流れ制御バルブが、圧力流体供給ステーションから方向制御バルブへと又は方向制御バルブから液圧調節シリンダへと導く少なくとも一つの液圧動作ダクト内に配置されていることを特徴とする。
流れ制御バルブを用いることにより、調節速度が、負荷および同様の調節を行うのに対応した液圧からほぼ独立したものとされる。各方向制御バルブの調節速度、応答時間および下降時間に一致させた構成された三段階コントローラまたは五段階コントローラにより、あらゆる負荷に対して非常に正確にかつ直接的に所望の設定値に位置決めすることができる。
さらに好ましい態様によれば、スロットル或いはスクリーンが、それぞれ後に続く液圧調節シリンダの直前に配置されるように、液圧調節シリンダに対して導かれ及び／又は液圧調節シリンダから離間する液圧動作ダクト内に設けられている。これにより、液圧調節シリンダと該シリンダに先行する各逆止バルブとの間で主絞り効果（または主遮蔽効果）が得られることになる。結果として、各逆止バルブの切替時間を短時間に維持することができるとともに、該バルブの振動を回避することができる。圧力源と方向制御バルブとの間に配置された各スロットル或いは各スクリーンに加えて各スロットル或いは各スクリーンを配列することにより、各液圧調節シリンダに調節速度を大きく変化させることが容易となり、これに加えて、原則的に、スロットル或いはスクリーンをさらに多く設けかつさらに大きく構成することにより、汚染に対してより感度の低いものとされる。
液圧調節シリンダの調節径路とは異なるピストンの調節速度を達成するとともに、向上された精度を得るために、好ましくは、追加的な方向制御バルブが、スロットル、スクリーン、または整流機能を備えた流れ制御バルブに対して平行に配列され、三段階コントローラまたは多段階コントローラがコントローラとして適切に設けられている。
さらに、本発明は、本発明による調節装置を備えた連続鋳造プラントのためのストランド用ガイドに関する。この場合には、好ましくは、位置センサが、液圧調節シリンダに対して平行に配列されかつ液圧調節シリンダに対向して正反対に動作するバランス用シリンダにより構成されており、該バランス用シリンダは、特に支持用区画体（supporting segment）とされたストランド支持部材を有する支持スタンドと一側部において持続され、かつ、ストランドを支持するとともに支持スタンドに対して移動可能に配列されたストランド支持部材に対して直接あるいは間接的に他側部において接続されている。
以下に、本発明について、下記の各図面に概略的に図示した例示的な複数の実施形態に基づいてさらに詳細に説明する。図１は、本発明による調節装置を概略的に示した図である。図２は、複数のストランド用ガイドローラを備えたストランド用ガイドの配置状態を概略的に示した図である。図３および図４は、三段階コントローラおよび五段階コントローラの動作モードを制御偏差（control deviation）の関数として示したものである。図５は、流れ制御バルブを備えた基本的な流れ回路構成を示した図である。図６は、複数のスクリーンを有する４／３ポート方向制御バルブを備えた基本的な流れ回路構成を示した図である。図７は、液圧調節シリンダのピストンの二つの速度を調節することができるバルブ・スロットル組合せ体（valve throttle combination）を示した図である。
ストランド用ガイド（strand guide）１において、ストランド支持部材としての複数のストランド用ガイドローラ５，６が、固化したストランドシェル（strand shell）２と未固化の液状コア部３とを有するストランド４を支持するために供されている。各ストランド用ガイドローラは、ストランド４の幅広な各側部すなわち図２によれば上側部７および下側部８においてストランド４と接触している。特に図２から明らかなように、下方ストランド用ガイドローラ６はキャリア９に固定されており、該キャリア９は、下方ローラ６のキャリア９にはめ込まれた複数のタイロッド（tie lods）１０によって、上方ストランド用ガイドローラ５が回動自在に連結された対向キャリア１１と接続されている。対向キャリア１１は、各ストランド用ガイドローラ５，６間の距離を変化させうるように、タイロッド１０に沿って変位可能とされている。対向キャリア１１のキャリア９に対する移動を実現するために、液圧調節シリンダ１２が設けられている。好ましくは、キャリア９および対向キャリア１１にはそれぞれ、ストランド支持用区画体を形成する複数のストランド用ガイドローラ５，６が取り付けられている。
液圧調節シリンダ１２のシリンダ１３をキャリア９に対して定位置に固定するように、該シリンダは、タイロッド１０に対してさらにはめ込まれた追加キャリア１４上に支持されている。キャリア９、タイロッド１０および追加キャリア１４は、対向キャリア１１が相対移動可能とされるための支持スタンドを構成している。均一でかつ半径方向対称に力を付加するために、好ましくは、液圧調節シリンダ１２のピストン１５は、タイロッド１０が貫通するようにされた中空ピストンとして構成されている。ピストン１５の前端部１６は対向キャリア１１上で支持されている。
追加キャリア１４と対向キャリア１１との間には、液圧調節シリンダ１２に対して平行に配列されたバランス用シリンダ１７が設けられており、該液圧調節シリンダ１２のピストン１５の前端部に対向キャリア１１が常に当接するように即ち該ピストンを押圧するように駆動されている。バランス用シリンダ１７のシリンダは追加キャリア１４に接続されており、かつ、ピストンは対向キャリア１１に接続されている。また、このバランス用シリンダは、追加キャリア１４と対向キャリア１１との間で１８０°反転させて配置することもできる。バランシング用シリンダ１７は、キャリア９に対して対向キャリア１１の位置決めを遊びなく行うことを容易にするとともに、例えば追加的に、図１に概略的に示したように、対向キャリア１１の実際の位置を検知する位置センサとして機能させることができる。この手段において、対向キャリア１１（即ちピストン１５の当接部）に対する液圧調節シリンダ１２の力の作用点の故障（jams）または汚染（contaminations）が、調節されるストランド用ガイドローラ５の設定位置に対して逆効果を与えることはない。
特に図１から明らかなように、順に各スロットル２０或いは各スクリーン、各方向制御バルブ２１Ａ，２１Ｂ、および逆止制御バルブ２２Ａ，２２Ｂを介して、液圧調節シリンダ１２の各チャンバ２３，２４のそれぞれに接続可能とされた各液圧動作ダクト１８，１９が設けられている。液圧調節シリンダ１２のピストン１５（ここではストランド用ガイドローラ５）の相対位置は、位置センサすなわちバランス用シリンダ１７を介して検知され、位置センサの信号は三段階コントローラ２６の比較器２５へと伝送される。液圧調節シリンダ１２のピストン１５の位置を調節するための設定値は、比較器２５に入力することができる。設定値から実際の値が変動している場合には、三段階コントローラ２６が動作させられ、バルブ２１Ａは信号＋１に応じて切り替えられるとともにバルブ２１Ｂは信号−１に応じて切り替えられる。
各制御ダクト２７を介して、液圧調節シリンダ１２の二つのチャンバ２３，２４へと導かれる各液圧動作ダクト１８，１９内に設けられた逆止バルブ２２Ａ，２２Ｂはそれぞれ、他のチャンバ内へと走行する液圧動作ダクト１８，１９により動作させられる。
図２に示された実施形態によれば、バランス用シリンダ１７に、別個の液圧動作ダクト２８から圧力を供給することができる。さらに、圧力制御バルブ２９が設けられており、該バルブは、液圧調節シリンダ１２のピストン１５が互いに対向配置された二つのストランド用ガイドローラ５，６を移動させるように、ピストン１５の力を制限している。
図３には、三段階コントローラ２６による制御がさらに詳細に図示されている。方向制御バルブの選択が縦座標にプロットされているとともに、制御のずれが横座標にプロットされている。三段階コントローラ２６が信号＋１を発した場合には、方向制御バルブ２１Ａのマグネットが切り替えられる一方で、方向制御バルブ２１Ｂのマグネットは駆動されない。三段階コントローラ２６の信号が０とされている場合には、両方向制御バルブ２１Ａ，２１Ｂのマグネットは駆動されない；信号が−１とされた場合には、方向制御バルブ２１Ａのマグネットは駆動されず、方向制御バルブ２１Ｂのマグネットが切り替えられる。
図５には、４／３ポート方向制御バルブ２１Ｃを備えているとともに、整流機能を備えた流れ制御バルブ３０が設けられた僅かに改良された流れ回路構成が示されている。図６には、同様に４／３ポート方向制御バルブ２１Ｃを備えているが、流れ制御バルブを備えていない類似の回路構成が示されている。この実施形態によれば、逆止バルブ２２Ａ，２２Ｂと液圧調節シリンダ１２との間の各液圧動作ダクト１８，１９には、複数のスロットル２０或いはスクリーンが設けられており、これらスロットル２０或いはスクリーンはさらに４／３ポート方向制御バルブ２１Ｃの前方に設けられている。これにより、各液圧調節シリンダ１２に対して幅広い範囲で変動する速度を提供することができる。より大きな又はより多くのスロットル或いはスクリーンを設けることができ、これにより、汚染に対して実質的に感度がさらに低いものとされた各スロットル２０或いはスクリーンの有利点を提供することができる。
図６に示した実施形態において、４／３ポート方向制御バルブ２１Ｃの前方に設けられた各スロットル２０或いはスクリーンが省略された場合には、または、これらスロットル或いはスクリーンが、液圧調節シリンダ１２の前方に隣接して配置された各スロットル２０或いはスクリーンよりも大きいものとされた場合には、各逆止バルブ２２Ａ，２２Ｂと液圧調節シリンダ１２との間で主絞り効果（主遮蔽効果）を得ることができ、これにより、各逆止バルブ２２Ａ，２２Ｂの切り替え時間を特別に短く維持することができる。その上、この手段により、各逆止バルブ２２Ａ，２２Ｂの振動を回避することができる。上述した各有利点が各実施形態においても同様に具現化されるように図１，２，５および７に示された他の全ての実施形態に対しても同様に、原則として、各スロットル２０或いはスクリーンは、液圧調節シリンダ１２の近傍すなわち各逆止バルブ２２Ａ，２２Ｂと液圧調節シリンダ１２との間に配置することができる。
図７には、液圧調節シリンダ１２に対する二つの調節速度を実現するためのバルブ・スロットル組合せ体が記載されている。液圧調節シリンダ１２のピストン１５は、素早い速度または穏やかな速度で移動させることができる。この流れ回路構成において、一点鎖線で囲まれた部分は図１の回路と同一であり、追加的に、バイパス３２，３３によりそれぞれ橋渡しされ得る複数のスロットル３１或いはスクリーンが、各液圧動作ダクト１８，１９における各方向制御バルブ２１Ａ，２１Ｂの前方に配置されている。各バイパスダクト３２，３３に設けられた方向制御バルブ３４を用いて橋渡しを行うことができ、かつ、五段階コントローラを用いることにより橋渡しを行ったり或いは行わなかったりすることができる。五段階制御は、図３に示した機能を有する図１の三段階コントローラと、図４に示した機能を有する迅速／拙速切替器３５と、を用いて実施することができる。液圧調節シリンダ１２のピストン１５が三段階コントローラ２６の切替領域に近づくとき、さらに詳細な位置決めを行うことができるように、中間接続可能とされたスクリーン３１の一つを用いて迅速／拙速切替器３５を介してより遅い速度に切り替えられる。信号が＋１とされた場合には迅速／拙速切替器３５は方向制御バルブ３４を図４に示す拙速位置へと設定し、信号が０とされた場合には方向制御バルブ３４を、液流が各バイパス３２，３３を通って流れる迅速位置へと設定する。
三段階コントローラ２６に替えて、パルス幅出力を備えたコントローラを設けることもできる。

Claims (10)

1. 少なくとも一つのストランド支持部材（５）の位置を、少なくとも一つの他のストランド支持部材（６）を備えた支持スタンド（９，１０）に対して調節し、
   一側部でストランド支持部材（５）と直接または間接に、かつ他側部で支持スタンド（９，１０）と接触する少なくとも一つの液圧調節シリンダ（１２）を備え、
   ストランド支持部材（５）の動作が位置センサ（１７）を介して検知可能とされかつ自動コントローラ（２６）により制御可能とされた、連続鋳造プラントのストランド用ガイド（１）の調節装置において、
   前記液圧調節シリンダ（１２）を動作させるために、前記位置センサにより検知された実際の値がカップリングを介して入力される三段階コントローラ（２６）、さらに多くの段階を有する多段階コントローラ（２６，３５）またはパルス幅出力を備えたコントローラを介して切り替えることができる少なくとも一つの方向制御バルブ（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）が設けられており、
   スロットル（２０）或いはスクリーンが、圧力流体供給ステーションから前記方向制御バルブ（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）へと又は前記方向制御バルブから前記液圧調節シリンダ（１２）へと導く前記液圧調節シリンダ（１２）の少なくとも一つの液圧動作ダクト（１８，１９）内に配置されていることを特徴とする調節装置。
2. 整流機能を備えた流れ制御バルブ（３０）が、圧力流体供給ステーションから前記方向制御バルブ（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）へと前記方向制御バルブから前記液圧力調節シリンダ（１２）へと導く少なくとも一つの液圧動作ダクト（１８，１９）内に配置されていることを特徴とする請求項１記載の調節装置。
3. スロットル（２０）或いはスクリーンが、それぞれ後に続く前記液圧調節シリンダ（１２）の直前に配置されるように、前記液圧調節シリンダ（１２）へと導かれ及び／又は前記液圧調節シリンダ（１２）から離間する液圧動作ダクト（１８，１９）内に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の調節装置。
4. 追加的な方向請制御バルブ（３４）が、スロットル、スクリーン、または整流機能を備えた流れ制御バルブに対して平行に配列されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の調節装置。
5. 五段階コントローラ（２６，３５）またはさらに多くの段階を有する多段階コントローラが、コントローラとして設けられていることを特徴とする請求項４記載の調節装置。
6. 連続鋳造プラントのストランド用ガイドにおいて、請求項１から請求項５のいずれかに記載された調節装置を備えていることを特徴とするストランド用ガイド。
7. 前記位置センサ（１７）が、前記液圧調節シリンダ（１２）に対して平行に配列されかつ前記液圧調節シリンダ（１２）に対向して正反対に動作するバランス用シリンダ（１７）により構成されており、
   該バランス用シリンダは、ストランド支持部材（６）を有する支持スタンド（９，１０）と一側部において接続され、かつ、ストランド（４）を支持するとともに該支持スタンド（９，１０）に対して移動可能に配列されたストランド支持部材（５）に対して直接あるいは間接的に他側部において接続されていることを特徴とする請求項６記載のストランド用ガイド。
8. 前記少なくとも一つのストランド支持部材（５）が、ストランド用ガイドローラ（５）とされていることを特徴とする請求項１記載の調節装置。
9. 前記連続鋳造プラントが、スチール用連続鋳造プラントとされていることを特徴とする請求項１記載の調節装置。
10. 前記ストランド支持部材（６）が、支持用区画体とされていることを特徴とする請求項７記載のストランド用ガイド。

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