JP4623619B2 - 連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湾曲型の連続鋳造機において、湾曲部から水平部への矯正点において鋳片に対し適正な圧縮力を与えることにより、鋳片の内部及び表面の割れを防止することを目的とした連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧縮力制御方法について、図１を用いて説明を行う。図１のようにモールド１より溶鋼を注湯する湾曲型の連続鋳造機ではピンチロール３，４により鋳片２が湾曲部から水平部に引き抜かれていく。その際、途中での曲率変化点Ｐ１（矯正点５）では、円弧鋳片を水平に矯正することによる応力が発生する。その方向は鋳片上面（Ｌ面）側のシェルに対して引っ張り応力、鋳片下面（Ｆ面）側のシェルに対しては圧縮応力となる。このうち、鋳片上面シェルに発生する引っ張り応力は、シェル内部にも影響し機械的に脆弱な凝固界面付近での内部割れの原因となり、同じく表面においては表面割れの発生または助長の要因となる。そこで、鋳片２の割れ防止のため、矯正点５での引っ張り応力で発生する歪みをなくすよう、水平部の駆動ロール４に制動力を発生させ、矯正点５において故意に鋳片２を圧縮する鋳造を実施している（以降、これを圧縮鋳造と略す。）。
【０００３】
圧縮鋳造を実現するため、従来技術では、湾曲部のピンチロール３の駆動モータは、速度制御装置６により速度制御を実施しており、水平部のピンチロール４の駆動モータは、トルク制御装置７によりトルク一定制御を実施している。
【０００４】
まず、湾曲部ピンチロール（ＰＲ）３の速度制御装置６は、共通の速度指令値に対して、駆動ロール３毎に独立に垂下特性付き速度制御を実施しており、更にそれらの駆動ロール３の負荷バランスを均一に保つため、個別のロール速度を平均化したものを鋳片全体速度とみなし（例えば、特開昭56−126061号公報「連続鋳造設備における鋳片引き抜き装置用制御装置」では、湾曲部ピンチロール３のロール速度を代表速度演算部８により算出した結果を鋳片全体速度とみなしている。)、該鋳片全体速度をフィードバックして単一の鋳片全体の速度制御ループを構成し、その制御出力を各駆動ロール３に対し、トルク補正指令として均等に分配している。ここで、代表速度制御部９は、代表速度演算部８で算出された結果に基づいてトルク補正指令を各速度制御装置６に送出するものである。
【０００５】
一方、水平部ピンチロール（ＰＲ）４のトルク一定制御は、矯正点５にて発生させる圧縮力［トン］を得るために設定され、それを水平部駆動ピンチロール４の個数で案分し、各ピンチロール４のトルク設定値としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２に従来制御を実施した場合の湾曲部ピンチロール発生力のタイムチャートを表わすグラフを示す。グラフから判るように、速度制御を実施している湾曲部では、周期的なトルク変動が発生している。このトルク変動信号に対し周波数解析（ＦＦＴ）を実施したところ、水平部のロール回転周期がトルク変動発生の原因であることが判明した。
【０００７】
即ち、この原因は、水平部でのロール４の偏芯、ロール４の曲がり等により発生している引抜き負荷（抵抗）変動を、その発生場所である水平部にてトルク一定制御を実施しているために、その水平部で除去することができず、速度制御を実施している湾曲部がその負荷変動を荷っているためである。この状況を鋳片２に働く応力で見ると、上述した水平部の個々のロール４にて発生している負荷変動が応力変動として上流側方向へ向かうにつれ蓄積され、速度制御実施領域とトルク制御実施領域の境界である矯正点５の近傍にて最大の応力変動を与えることとなる。この状況を図３の応力分布図に示す。同図は、異鋼種の繋ぎ目において、一定時間、鋳片２を停止した後、再スタートした際に発生した圧縮力変動範囲を連続鋳造機の機長全体に渡って表わした分布図である。これより、矯正点５（図３において、４７番ロールと５７番ロールとの間）において最大の応力変動（１０〜２０トン程度)が発生していることが判る。この際、圧縮力が下限にあるとき、前述した矯正点５での鋳片上面シェルに発生する引っ張り応力による歪みを打ち消すために必要な圧縮力が確保できなくなり、鋳片２の割れをもたらすものと推定される。ここで、この対策として圧縮力が変動しても十分に必要な圧縮力が確保できるだけ絶対量を大きくするという方法も有効と考えられるが、鋳片２とロール４とのスリップ安全限界を超える可能性があり、むやみに圧縮力目標値を上げることは難しい。
【０００８】
従って、本発明の目的は、上述した圧縮力変動を低減させ常に適正な圧縮力を鋳片に対して付与することにより、良好な鋳片品質を確保することにある。更に、本発明の目的は、常にスリップ安全限界まで圧縮力目標値を上げると共に適正な圧縮力を鋳片に対して付与することにより、良好な鋳片品質を確保することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ロール駆動電動機及び駆動制御装置をピンチロール毎に個別に持つ湾曲型連続鋳造機の鋳圧縮力制御装置において、ピンチロール毎に垂下特性付き速度制御を行う個別ロール速度制御手段と、鋳片の搬送速度に基づいて鋳片全体の引抜き速度を制御する鋳片速度制御手段と、複数のピンチロールを複数のグループに分け、各グループにて発生する引抜き抵抗の推定値を前記鋳片速度制御手段の出力と各グループのピンチロール加圧力とに基づいて求める引抜き抵抗推定手段と、各グループの間における圧縮力目標値と前記引抜き抵抗推定手段により出力される当該グループにて発生する引抜き抵抗の推定値とに基づいて各グループ毎に出力すべきピンチロールトルク目標値を定め、そのグループ毎のピンチロールトルク目標値と当該グループの実績出力トルクとに基づいてフィードバック制御を行い、その出力を前記個別ロール速度制御手段の速度補正量とするグループトルク制御手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置において、前記フィードバック制御は、湾曲部に属するグループでは比例制御、水平部に属するグループでは比例及び積分制御を行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置において、前記グループトルク制御手段は、前記フィードバック制御に加えて、前記グループ毎のピンチロールトルク目標値に対応した前記個別ロール速度制御手段の速度補正量を定めるフィードフォワード制御を合わせて行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
更に、請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の連続鋳造機の鋳片圧縮制御装置において、鋳造する鋳片の幅に基づいて鋳片と湾曲部に属するピンチロールとのスリップ安全限界トルクを求め、その求めた湾曲部のスリップ安全限界トルクと湾曲部のロール駆動電動機の駆動トルクとを比較することにより常に当該湾曲部のロール駆動電動機の駆動トルクが略当該湾曲部のスリップ安全限界トルクとなるように圧縮力変更係数を算出し、その算出した圧縮力変更係数を外部より与えられる各グループの間の基準圧縮力目標値に乗ずることにより鋳片に対する前記圧縮力目標値を求める圧縮力目標値調整手段を具備することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態である連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置について図面を参照して説明する。図８は本発明の一実施形態である鋳片圧縮力制御装置を適用した連続鋳造機の全体構成を示す図である。かかる連続鋳造機は、モールド１より溶鋼を注湯し、複数のピンチロール３，４により鋳片２を湾曲部から水平部に引き抜いていく、いわゆる湾曲型のものである。ここで、各ピンチロール３，４に対しては、個別にロール駆動電動機及び駆動制御装置が設けられている。本実施形態の鋳片圧縮力制御装置は、代表速度演算部８と、鋳片速度制御装置２３と、引抜き抵抗推定装置２４と、トルク制御装置２５と、個別ロール速度制御装置２６と、圧縮力目標値調整装置２７と、圧縮力分布設定回路２８とを備えるものである。なお、本実施形態において、従来のものと同一の機能を有するものには同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明では、従来技術である「水平部におけるピンチロールグループではトルク一定制御」という方式をやめ、複数のピンチロールを複数のグループに分け、湾曲部だけでなく水平部をも含む全グループにて垂下特性つき速度制御を行い、その特性を利用し各グループが発生するトルク（力）を制御する。その際、各グループが発生するトルク（力）が鋳片とロールとのスリップ安全限界トルクまで常に高められるように、グループ間圧縮力目標値を調整する。これにより、常にグループ毎に発生すべきトルク（力）を適切に設定し、鋳片各部位に適正な圧縮力を付与する制御を行う。
【００１５】
そこで、以下では、まず、▲１▼速度制御を行いながら垂下特性を利用して各グループの電動機が発生するトルク（力）を制御する方法を示す。続いて、▲２▼連続鋳造機の機内の鋳片全長に渡り部位に応じた適切な圧縮力を与えるために、各々のピンチロールグループが出力すべきトルク（力）設定方法について示す。最後に、▲３▼ほぼピンチロールのスリップ安全限界まで高められた圧縮力を付与するための圧縮力目標値調整方法について示す。
【００１６】
最初に、▲１▼垂下特性つきの速度制御とその特性を利用した電動機駆動力（またはトルク）の制御方法について説明する。
【００１７】
図４に一般的な垂下特性（ドループ（Droop））付きの個別ロール速度制御装置２６の回路構成を示す。この個別ロール速度制御装置２６は、速度制御装置２６ａと、垂下率制御装置２６ｂとを有する。本例では、速度制御装置２６ａの出力電圧の１０％をオペアンプの入り側回路に返すことで垂下特性を実現している（垂下特性率：ドループ率α＝０．１＝１０％）。このように垂下特性を有する速度制御では、電動機トルク指令（≒電動機トルク実績）が＋側に増加すると自動的に速度指令を減少させ、逆に電動機トルク指令（≒電動機トルク実績）が−側へ変化した場合は、自動的に速度指令を上昇させる回路となる。制御ブロック図で示すと、速度制御装置２６ａの出力を垂下率制御装置２６ｂが負帰還させている回路になる。
【００１８】
このように電動機トルク実績に応じて電動機速度指令を増減する回路の特性により、複数の電動機により駆動される複数のロールによって一つの剛体（この場合は鋳片）を搬送する場合、それぞれの電動機の速度実績は、与えられた速度指令に対して速度偏差をしゃにむに０にせず、定常状態ではロール間の力平衡が図られ、全ての電動機の速度がバランスし一致するよう作用する（この際、全ての電動機の一致した速度が鋳片の搬送速度となる。）。
【００１９】
かくのごとく垂下特性とは、電動機の出力トルクに応じて、速度指令を変化させ、複数の電動機出力トルクをバランスさせる手法であるが、逆の見方をすると、この手法により複数の電動機速度がバランスした平衡状態（即ち定常状態）では、各々電動機が出力するトルク（力）はそれぞれの電動機の速度偏差より逆算できることとなる。つまり、上記のように垂下特性付きの速度制御を行う複数の電動機により長尺の剛体を搬送する際における、各電動機が出力するトルク（力）実績は、各々の電動機の速度偏差（＝個別速度指令−搬送速度）、垂下率、電動機容量などにより決まる。具体的には、電動機が発生する力（トルク）を示す電流値Ｉｉと速度実績Ｖｉとの関係は、図５に示すようになり、
Ｖｉ＝ＶｉＳＥＴ−αｉ・Ｖ０ｉ・（Ｉｉ／Ｉ０ｉ）・・・・（１式）
と表すことができる。ここで
Ｖｉ：ｉロール速度［m/sec］
ＶｉＳＥＴ：ｉロール速度指令［m/sec］
αｉ：ｉロール駆動モータ垂下率（Drooping係数）［−］
Ｖ０ｉ：ｉロール駆動モータ定格速度［m/sec］
Ｉｉ：ｉロール駆動モータ電流［Ａ］
Ｉ０ｉ：ｉロール駆動モータ定格電流［Ａ］
である。また、添字“ｉ”はピンチロールの番号を表わす。
【００２０】
特に、『搬送物の「伸び縮み」、「ロールスリップ」が無視できるほど小さい』という仮定の下で、ライン速度Ｖ（この条件では定常状態にあり、全ロール速度に等しい）が判っている場合には、Ｖｉ＝Ｖ（既知量）であるため、各ロール速度指令ＶｉＳＥＴにより各ロール駆動モータ発生力を制御することが可能となる。
【００２１】
つまり、ｉロール駆動モータがＦｉの力を発生するために必要となる当該ロール速度偏差ＶｉＳＥＴ−Ｖｉは、下式のように、Dropping係数、定格速度、定格出力等から定めるパラメータＧｉを所望の駆動力Ｆｉに掛けた量とすれば良いことが判る。すなわち、
ＶｉＳＥＴ−Ｖｉ＝Ｇｉ・Ｆｉ・・・・（２式）
Ｇｉ＝（αｉ・Ｖ０ｉ ２）／Ｐｉ・・・・（３式）
となる。ここで、
Ｆｉ：ｉロール駆動モータ発生力［Ｎ］
αｉ：ｉロール駆動モータDrooping係数［−］
Ｖ０ｉ：ｉロール駆動モータ定格速度［m/sec］
Ｈｆｉ：ｉロール駆動モータ電流を発生力に換算する係数［Ｎ／Ａ］、つまりＦｉ＝Ｈｆｉ・Ｉｉ
Ｐｉ：ｉロール駆動モータ定格出力［Ｗ］、即ちＰｉ＝Ｈｆｉ・Ｉ０ｉ・Ｖ０ｉである。このように垂下特性を持つ速度制御系においては上記のようなフィードフォワード制御により駆動力を制御することができる。
【００２２】
なお、以上の説明においては、ロール単位での関係式を示したが、これらの関係式は、複数のロールからなるロールグループ単位の関係に読みかえることもできる。その場合、Ｐｉは当該グループに含まれる各ロール駆動モータの定格出力の総和となる。
【００２３】
次に、▲２▼鋳片部位に応じた適正圧縮力付与のためのピンチロールグループトルク（力）の設定方法について説明する。
【００２４】
任意のロールまたはロールグループ直下で見たローカルな力の釣り合いは、図６のようになり、
Ｃｉ−１＋τｉ＝Ｃｉ＋Ｌｉ・・・・（４式）
にて表すことができる。ここで、
τｉ：ｉグループモータ発生力（トルク）
Ｌｉ：ｉグループでの引抜き抵抗
Ｃｉ：ｉ＋１番ロールグループとｉ番ロールグループとの間の鋳片圧縮力（ｉグループ後方圧縮力）
である。また、ロール径をｒとすると、トルクτｉとモータ発生力Ｆｉとの間には、τｉ＝Ｆｉ×ｒなる関係がある。通常、ロール径ｒは一定であるので、τｉとＦｉとは同一視することができる。このため、本明細書では、トルクτｉのことを、「力」とも称している。
【００２５】
（４式）を変形して、τｉ＝Ｃｉ−Ｃｉ−１＋Ｌｉとする。このとき、Ｃｉ，Ｃｉ−１をそれぞれ、ロールグループ間応力設定値（圧縮力目標値）ＣｉＳＥＴ，Ｃｉ−１ＳＥＴとみなし、かつＬｉを推定可能とし、その推定値をＬｉＥＳＴとする。そして、τｉを各ｉ番ロールグループ駆動力設定値（各グループ毎に出力すべきピンチロールトルク目標値）τｉＳＥＴとみなせば、（４式）を
τｉＳＥＴ＝ＣｉＳＥＴ−Ｃｉ−１ＳＥＴ＋ＬｉＥＳＴ・・・・（５式）
のように捉えることが可能となる。これにより、ｉ＋１番ロールグループとｉ番ロールグループとの間の鋳片応力設定値（圧縮力目標値）をＣｉＳＥＴとする鋳片応力設定制御を実現できる。
【００２６】
また、この際、ｉグループでの引抜き抵抗Ｌｉの推定方法は以下のように行う。つまり、今までの説明はあるロールグループ周辺でのローカルな力の釣り合いを考えたものであったが、鋳片全体に対する外力は、全ロール駆動力の総和と全ロール引抜き抵抗の総和であり、それらの和は鋳片が一定速度で鋳造されている限りにおいては０であることは、慣性の法則より自明である。つまり
Στｉ＝ΣＬｉ・・・・（６式）
となるため、測定可能なτｉより全ロール引抜き抵抗の総和（ΣＬｉ）は測定可能とみなせる。そこで、引抜き抵抗は鋳片に対するロールの抗力に比例するとの仮定の下に、測定可能な各ピンチロール加圧力によりΣＬｉを案分することにより、各Ｌｉを推定することができる。なお、全ロール引抜き抵抗の総和（ΣＬｉ）は（６式）のごとく全ロール駆動力の総和（Στｉ）に等しく、これは鋳片全体の引抜き速度を制御する鋳片速度制御装置２３の操作出力であるトータルトルク指令に一致するため、実施においてはこれを利用することとする。
【００２７】
つまり、以上のように▲２▼の考え方に基づき各ピンチロールグループの発生すべき力（トルク）τｉＳＥＴを定め、その力τｉＳＥＴを▲１▼の考え方に基づいて速度制御により実現するために各ピンチロールグループに対して速度指令補正値ΔＶｉ＝ＶｉＳＥＴ−Ｖｉを与えることによって、速度制御を行いながらなおかつ力（トルク）の制御を同時に行えることとなる。
【００２８】
次に、▲３▼ほぼピンチロールのスリップ安全限界まで高められた圧縮力を付与するための圧縮力目標値調整方法について説明する。
【００２９】
ロールと鋳片とのスリップ安全限界となるトルクは、ピンチロール加圧力及び鋼種が与えられた前提では鋳造スラブ幅に依存することが知られており、従って、スリップ安全限界トルク（力）は、その際の鋳造スラブ幅により理論的あるいは経験的に求めることができるものとする。一方、（５式）にて示したごとく各ピンチロールグループに付与されるトルク（力）目標値τｉＳＥＴは、当該グループの引抜き抵抗ＬｉＥＳＴ及び上下流の圧縮力目標値ＣｉＳＥＴ，Ｃｉ−１ＳＥＴより定まる。このため、時々刻々変動する引抜き抵抗ＬｉＥＳＴに合わせて、（５式）式の右辺が上記のスリップ安全限界トルク（力）に一致するように上下流の圧縮力目標値ＣｉＳＥＴ，Ｃｉ−１ＳＥＴを随時変更することにより、常にスリップ安全限界まで圧縮力目標値を上げ、適正な圧縮力を鋳片に対して付与することができる。
【００３０】
図７は、本発明の一実施形態である連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置の構成例を示す図である。この例では、従来、湾曲部と水平部という２グループ分割であったグルーピング方式を見直し、複数のピンチロールを６グループに細分化している。かかる鋳片圧縮力制御装置では、図７に示すように、無駆動ロールに設置された鋳片速度計（回転速度計）などから出力される鋳片速度信号２１と操業条件などにより決められる鋳片速度目標信号２２との偏差が鋳片速度制御装置２３に入力する。ＰＩ演算により算出された鋳片速度制御装置２３の出力ΣＬｉは、引抜き抵抗推定装置２４へ入力する。
【００３１】
引抜き抵抗推定装置２４は、各グループに属するロール加圧力設定値のグループ毎の総和に基づいて鋳片速度制御装置２３の出力を案分する。つまり、第ｉグループのロール加圧力設定値の総和をＲＰｉとすると、
Ｋｉ＝ＲＰｉ／ΣＲＰｉ・・・・（７式）
にて定まるｉグループに対する引抜き抵抗分配率Ｋｉを鋳片速度制御装置２３の出力ΣＬｉに掛けることにより、鋳片速度制御装置２３の出力ΣＬｉを各グループ毎の値ＬｉＥＳＴに案分する。その案分された各グループの引抜き抵抗ＬｉＥＳＴはトルク制御装置２５によるトルク（力）目標値τｉＳＥＴの演算に使われる。なお、図７では、添字“ＥＳＴ”を省略して示している。
【００３２】
一方、圧縮力目標値調整装置２７は、湾曲部に属するグループの電動機が出力しているトルク（力）実績信号の総和（あるいはグループ毎のトルク（力）実績信号の総和）をフィードバックし、当該トルク（力）の総和と鋳造幅から決まるスリップ安全限界トルクとを比較する。そして、圧縮力目標値調整装置２７は、トルク（力）の総和がそのスリップ安全限界トルクを超えない範囲で（グループ毎の信号の場合は一つでもスリップ安全限界トルクを超えない範囲で）、当該圧縮力目標値調整装置２７の出力となる圧縮力変更係数βをできる限り大きくし、十分な圧縮力が確保できるよう制御する。その圧縮力変更係数βと各グループ間の基準圧縮力目標値Ｃ′ｉＳＥＴとの積が圧縮力目標値ＣｉＳＥＴとなり、この圧縮力目標値ＣｉＳＥＴは、上述の引抜き抵抗ＬｉＥＳＴと同様に、トルク制御装置２５によるトルク（力）目標値の演算τｉＳＥＴに使われる。なお、ここで湾曲部に属するグループの電動機が出力しているトルク（力）実績信号をフィードバックするのは、水平部に属するグループの電動機が出力しているトルク（力）実績信号は湾曲部のそれに比べ十分小さく、そこでスリップを起こす可能性が極めて低いと判断されるためである。また、図７では、添字“ＳＥＴ”を省略して示している。
【００３３】
トルク制御装置２５は、前記（４式），（５式）に基づいて各グループが出力すべきトルク（力）目標値τｉＳＥＴを求め、フィードバック制御及びフィードフォワード制御により、各グループの出力トルク（力）が、目標値と一致するように、当該グループに属する個別ロール速度制御装置２６の速度目標値に対する速度目標補正量ΔＶｉ＝ＶｉＳＥＴ−Ｖｉを調整する。つまり、（５式）より第ｉグループが出力すべきトルク（力）目標値τｉＳＥＴは、第ｉ＋１グループと第ｉグループとの間の圧縮力目標値ＣｉＳＥＴと第ｉグループと第ｉ−１グループとの間の圧縮力目標値Ｃｉ−１ＳＥＴとの差に、第ｉグループの引抜き抵抗ＬｉＥＳＴを加えたものであるから、図７に示すような加減算により各グループのトルク（力）目標値ΔＶｉを計算することとなる。この際、フィードフォワード制御では、（３式）にて示した、垂下特性付き速度制御におけるｉロール駆動モータ発生力から速度偏差への換算係数Ｇｉを用いて、各グループへの速度目標補正量ΔＶｉを求める。フィードバック制御では、湾曲部に属するグループでは比例制御を行い、水平部に属するグループでは比例及び積分制御を行う。これは、水平部に属するグループについては、フィードフォワード制御や比例制御だけでは、下部の水平部ほどわずかな幅・厚み変化の影響で、速度偏差が設定からずれ易い傾向にあるからである。そして、各グループのトルク制御装置２５より出力されるそのフィードバック制御量及びフィードフォワード制御量の和として出力された速度目標補正量ΔＶｉと、基準となる鋳片速度（全体速度）目標信号Ｖｉとの和が、各グループに属する個別ロール速度制御装置２６の速度目標信号Ｖｉ＋ΔＶｉとなり、それによりピンチロールに対して個別に速度制御が行われる。なお、この場合はＶｉ＝Ｖ（全ロール速度）である。
【００３４】
次に、図９を用いて圧縮力目標値調整装置２７の機能を詳細に説明する。かかる圧縮力目標値調整装置２７は、スリップ安全限界トルク算出テーブル３３と、デットバンド３４と、積分器３５と、リミッター３６とを有する。ピンチロール加圧力及び鋳片とロールとの摩擦係数などが定まっている前提では、スリップ安全限界トルク（力）は鋳造スラブ幅に依存する。スリップ安全限界トルク算出テーブル３３には、スリップ安全限界トルク（力）と鋳造スラブ幅との対応関係が記されている。圧縮力目標値調整装置２７は、まず、スリップ安全限界トルク算出テーブル３３を用いて、入力された鋳造スラブ幅に関する情報３１に基づいて湾曲部ピンチロール全体のスリップ安全限界トルク（力）を求める。次に、そのスリップ安全限界トルク（力）と湾曲部ピンチロールのトータルトルク実績３２との偏差を求めた後、その偏差の絶対値にデットバンド（不感帯）３４を設け、それを超えた場合に、積分器３５で偏差の積分を行う。また、積分器の出力にはリミッター３６を設けると共にワインドアップを防止するため、積分器出力がリミッター３６にかかった場合には積分動作を停止する。こうして求まるリミッター３６を通した積分器出力が圧縮力変更係数βとなる。圧縮力目標値調整装置２７は、この圧縮力変更係数βを基準となる各区分点での基準圧縮力目標値Ｃ′ｉＳＥＴに乗ずることにより、圧縮力目標値ＣｉＳＥＴを求める。これにより、その際の引抜き抵抗の変動に応じ、湾曲部ピンチロールトータルトルク実績が変動しても、常にスリップ安全限界トルク（力）いっぱいの圧縮力目標を設定することが可能となる。
【００３５】
本発明の一実施形態である鋳片圧縮力制御装置を適用した連続鋳造機全体の構成例を図８に示す。前述したように、従来、湾曲部と水平部という２グループ分割であったグルーピング方式を見直し、複数のピンチローラ３を６グループに細分化している。その結果、圧縮力設定ポイントは、従来１点（図１の矯正点５）であったが、本実施形態では、Ｐ１〜Ｐ５まで５点に増加した。これらの設定ポイントにおける圧縮力目標値ＣｉＳＥＴは、各々の設定点における基準圧縮力目標値Ｃ′ｉＳＥＴに圧縮力目標値調整装置２７からの出力である圧縮力調整係数βを乗じたものである。また、従来、ピンチロール制御は、湾曲部については速度制御、水平部についてはトルク制御であったが、本実施例では、ピンチロール制御がすべて垂下特性付きの速度制御に変更され、それに速度補正ΔＶ１〜ΔＶ６が加算される。
【００３６】
例えば第１グループを例にとると、ΔＶ１は、次のように算出される。つまり、第１グループトルクの目標値ΔＶ１は、鋳片速度制御装置（代表速度制御装置）２３の出力であるトータルトルク指令ΣＬｉに第１グループに対する引抜き抵抗分配率Ｋ１を積算したもの（Ｌ１ＥＳＴ）に、圧縮力分布設定回路２８の出力値Ａ１を加算し、この加算したもの（Ａ１＋Ｌ１ＥＳＴ）に換算係数Ｇ１を乗じたものになる。
【００３７】
なお、圧縮力分布設定回路２８では、次のように出力値Ａ１〜Ａ６を求める。すなわち、図７及び図８に示すように、外部から入力されるロールグループ間の基準圧縮力目標値Ｃ′ｉＳＥＴに基づいて、
Ａ１＝Ｃ１ＳＥＴ＝β×Ｃ′１ＳＥＴ
Ａ２＝Ｃ２ＳＥＴ−Ｃ１ＳＥＴ＝β×（Ｃ′２ＳＥＴ−Ｃ′１ＳＥＴ）
・・・・・・・・
Ａｉ＝ＣｉＳＥＴ−Ｃｉ−１ＳＥＴ＝β×（Ｃ′ｉＳＥＴ−Ｃ′ｉ−１ＳＥＴ）
・・・・・・・・
Ａ６＝−Ｃ５ＳＥＴ＝−β×Ｃ′５ＳＥＴ
となる。ここで、ＣｉＳＥＴは、常にピンチロールのスリップ安全限界まで高められたＰｉ点における圧縮力目標値（すなわち第ｉグループと第ｉ−１グループとの間の圧縮力目標値）である。
【００３８】
次に、本実施形態の鋳片圧縮力制御装置の効果を図１０および図１１を用いて説明する。図１０は本実施形態の鋳片圧縮力制御装置による圧縮力変動低減効果を従来制御の場合と対比して示す図であり、図１１はそれによってもたらされる品質改善効果を示す図である。
【００３９】
まず、図１０では、異鋼種連続鋳造時の繋ぎ目による一時停止時間帯をはさみ、その前後での矯正点近傍における圧縮力変動のタイムチャートを示しており、ここでは、第３ロールグループと第４ロールグループとの間の圧縮力実績を示している。図１０から、特に再スタート後の圧縮力変動が新制御では従来制御に比べ低減していることが判る。このように圧縮力の変動を低減できたことから、鋳片の内部割れをもたらす歪みをキャンセルでき、疵発生量が低減されることが期待できる。これに関する調査結果を図１１に示す。
【００４０】
図１１は２ストランド連続鋳造機にて、一方のストランドを従来制御にて行い、他方のストランドを新制御にて行った場合の同一キャストにおける疵発生量を比較したものである。図１１より、新制御を導入したストランドの方が旧制御方式のストランドと比較して特に矯正点近傍（機長１６ｍ〜２４ｍ）にて狙い通り疵が低減されていることが判明した。
【００４１】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置は、連続鋳造機により鋳造中の鋳片に対し、引抜きロールの偏芯、ロールの曲がり等により発生している引抜き負荷（抵抗）変動を発生場所である水平部にて除去できないことから生ずる矯正点近傍での過大な応力（圧縮力）変動を低減させ、常に適正な圧縮力を鋳片に対して付与することができるので、鋳片の内部及び表面での割れを防止することができ、良好な鋳片品質を確保する上で必須の性能をもたらす点で極めて有用である。
【００４３】
特に、鋳片と湾岸部に属するピンチロールとのスリップ安全限界トルクに基づいて所定の圧縮力変更係数を算出し、その算出した圧縮力変更係数を外部より与えられる各グループの間の基準圧縮力目標値に乗ずることによって鋳片に対する圧縮力目標値を調整する圧縮力目標値調整手段を設けることにより、常に当該湾曲部のロール駆動電動機の駆動トルクが略当該湾曲部のスリップ安全限界トルクとなるようにすることができるので、常に適正な圧縮力を鋳片に付与し、良好な鋳片品質を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の手法による鋳片圧縮力制御システム全体の概要図である。
【図２】従来の圧縮力制御時における湾曲部ピンチロール発生力のタイムチャートである。
【図３】従来の圧縮力制御時における各ピンチロール間での圧縮力変動量分布図である。
【図４】垂下特性付き個別ロール速度制御回路を示すブロック図である。
【図５】垂下特性を示す図である。
【図６】任意のピンチロール直下における力の釣り合いを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態である連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置の構成図である。
【図８】その鋳片圧縮力制御装置を適用した連続鋳造機全体の構成例である。
【図９】本発明の圧縮力目標値調整装置の構成図である。
【図１０】本実施形態の鋳片圧縮力制御装置による圧縮力変動低減効果を示すタイムチャートである。
【図１１】本実施形態の鋳片圧縮力制御装置による品質改善効果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ モールド
２ 鋳片
３ 湾曲部ピンチロール
４ 水平部ピンチロール
５ 矯正点
６ 速度制御装置
７ トルク制御装置
８ 代表速度演算部
９ 代表速度制御装置
２１ 鋳片速度信号
２２ 鋳片速度目標信号
２３ 鋳片速度制御装置
２４ 引抜き抵抗推定装置
２５ トルク制御装置
２６ 個別ロール速度制御装置
２６ａ 速度制御装置
２６ｂ 垂下率制御装置
２７ 圧縮力目標値調整装置
２８ 圧縮力分布設定回路
３１ 鋳造幅信号
３２ 湾曲部ピンチロールトータルトルク信号
３３ スリップ安全限界算出テーブル
３４ デットバンド
３５ 積分器
３６ リミッター
３７ 圧縮力変更係数
【発明の属する技術分野】
本発明は、湾曲型の連続鋳造機において、湾曲部から水平部への矯正点において鋳片に対し適正な圧縮力を与えることにより、鋳片の内部及び表面の割れを防止することを目的とした連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧縮力制御方法について、図１を用いて説明を行う。図１のようにモールド１より溶鋼を注湯する湾曲型の連続鋳造機ではピンチロール３，４により鋳片２が湾曲部から水平部に引き抜かれていく。その際、途中での曲率変化点Ｐ１（矯正点５）では、円弧鋳片を水平に矯正することによる応力が発生する。その方向は鋳片上面（Ｌ面）側のシェルに対して引っ張り応力、鋳片下面（Ｆ面）側のシェルに対しては圧縮応力となる。このうち、鋳片上面シェルに発生する引っ張り応力は、シェル内部にも影響し機械的に脆弱な凝固界面付近での内部割れの原因となり、同じく表面においては表面割れの発生または助長の要因となる。そこで、鋳片２の割れ防止のため、矯正点５での引っ張り応力で発生する歪みをなくすよう、水平部の駆動ロール４に制動力を発生させ、矯正点５において故意に鋳片２を圧縮する鋳造を実施している（以降、これを圧縮鋳造と略す。）。
【０００３】
圧縮鋳造を実現するため、従来技術では、湾曲部のピンチロール３の駆動モータは、速度制御装置６により速度制御を実施しており、水平部のピンチロール４の駆動モータは、トルク制御装置７によりトルク一定制御を実施している。
【０００４】
まず、湾曲部ピンチロール（ＰＲ）３の速度制御装置６は、共通の速度指令値に対して、駆動ロール３毎に独立に垂下特性付き速度制御を実施しており、更にそれらの駆動ロール３の負荷バランスを均一に保つため、個別のロール速度を平均化したものを鋳片全体速度とみなし（例えば、特開昭56−126061号公報「連続鋳造設備における鋳片引き抜き装置用制御装置」では、湾曲部ピンチロール３のロール速度を代表速度演算部８により算出した結果を鋳片全体速度とみなしている。)、該鋳片全体速度をフィードバックして単一の鋳片全体の速度制御ループを構成し、その制御出力を各駆動ロール３に対し、トルク補正指令として均等に分配している。ここで、代表速度制御部９は、代表速度演算部８で算出された結果に基づいてトルク補正指令を各速度制御装置６に送出するものである。
【０００５】
一方、水平部ピンチロール（ＰＲ）４のトルク一定制御は、矯正点５にて発生させる圧縮力［トン］を得るために設定され、それを水平部駆動ピンチロール４の個数で案分し、各ピンチロール４のトルク設定値としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２に従来制御を実施した場合の湾曲部ピンチロール発生力のタイムチャートを表わすグラフを示す。グラフから判るように、速度制御を実施している湾曲部では、周期的なトルク変動が発生している。このトルク変動信号に対し周波数解析（ＦＦＴ）を実施したところ、水平部のロール回転周期がトルク変動発生の原因であることが判明した。
【０００７】
即ち、この原因は、水平部でのロール４の偏芯、ロール４の曲がり等により発生している引抜き負荷（抵抗）変動を、その発生場所である水平部にてトルク一定制御を実施しているために、その水平部で除去することができず、速度制御を実施している湾曲部がその負荷変動を荷っているためである。この状況を鋳片２に働く応力で見ると、上述した水平部の個々のロール４にて発生している負荷変動が応力変動として上流側方向へ向かうにつれ蓄積され、速度制御実施領域とトルク制御実施領域の境界である矯正点５の近傍にて最大の応力変動を与えることとなる。この状況を図３の応力分布図に示す。同図は、異鋼種の繋ぎ目において、一定時間、鋳片２を停止した後、再スタートした際に発生した圧縮力変動範囲を連続鋳造機の機長全体に渡って表わした分布図である。これより、矯正点５（図３において、４７番ロールと５７番ロールとの間）において最大の応力変動（１０〜２０トン程度)が発生していることが判る。この際、圧縮力が下限にあるとき、前述した矯正点５での鋳片上面シェルに発生する引っ張り応力による歪みを打ち消すために必要な圧縮力が確保できなくなり、鋳片２の割れをもたらすものと推定される。ここで、この対策として圧縮力が変動しても十分に必要な圧縮力が確保できるだけ絶対量を大きくするという方法も有効と考えられるが、鋳片２とロール４とのスリップ安全限界を超える可能性があり、むやみに圧縮力目標値を上げることは難しい。
【０００８】
従って、本発明の目的は、上述した圧縮力変動を低減させ常に適正な圧縮力を鋳片に対して付与することにより、良好な鋳片品質を確保することにある。更に、本発明の目的は、常にスリップ安全限界まで圧縮力目標値を上げると共に適正な圧縮力を鋳片に対して付与することにより、良好な鋳片品質を確保することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ロール駆動電動機及び駆動制御装置をピンチロール毎に個別に持つ湾曲型連続鋳造機の鋳圧縮力制御装置において、ピンチロール毎に垂下特性付き速度制御を行う個別ロール速度制御手段と、鋳片の搬送速度に基づいて鋳片全体の引抜き速度を制御する鋳片速度制御手段と、複数のピンチロールを複数のグループに分け、各グループにて発生する引抜き抵抗の推定値を前記鋳片速度制御手段の出力と各グループのピンチロール加圧力とに基づいて求める引抜き抵抗推定手段と、各グループの間における圧縮力目標値と前記引抜き抵抗推定手段により出力される当該グループにて発生する引抜き抵抗の推定値とに基づいて各グループ毎に出力すべきピンチロールトルク目標値を定め、そのグループ毎のピンチロールトルク目標値と当該グループの実績出力トルクとに基づいてフィードバック制御を行い、その出力を前記個別ロール速度制御手段の速度補正量とするグループトルク制御手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置において、前記フィードバック制御は、湾曲部に属するグループでは比例制御、水平部に属するグループでは比例及び積分制御を行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置において、前記グループトルク制御手段は、前記フィードバック制御に加えて、前記グループ毎のピンチロールトルク目標値に対応した前記個別ロール速度制御手段の速度補正量を定めるフィードフォワード制御を合わせて行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
更に、請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の連続鋳造機の鋳片圧縮制御装置において、鋳造する鋳片の幅に基づいて鋳片と湾曲部に属するピンチロールとのスリップ安全限界トルクを求め、その求めた湾曲部のスリップ安全限界トルクと湾曲部のロール駆動電動機の駆動トルクとを比較することにより常に当該湾曲部のロール駆動電動機の駆動トルクが略当該湾曲部のスリップ安全限界トルクとなるように圧縮力変更係数を算出し、その算出した圧縮力変更係数を外部より与えられる各グループの間の基準圧縮力目標値に乗ずることにより鋳片に対する前記圧縮力目標値を求める圧縮力目標値調整手段を具備することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態である連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置について図面を参照して説明する。図８は本発明の一実施形態である鋳片圧縮力制御装置を適用した連続鋳造機の全体構成を示す図である。かかる連続鋳造機は、モールド１より溶鋼を注湯し、複数のピンチロール３，４により鋳片２を湾曲部から水平部に引き抜いていく、いわゆる湾曲型のものである。ここで、各ピンチロール３，４に対しては、個別にロール駆動電動機及び駆動制御装置が設けられている。本実施形態の鋳片圧縮力制御装置は、代表速度演算部８と、鋳片速度制御装置２３と、引抜き抵抗推定装置２４と、トルク制御装置２５と、個別ロール速度制御装置２６と、圧縮力目標値調整装置２７と、圧縮力分布設定回路２８とを備えるものである。なお、本実施形態において、従来のものと同一の機能を有するものには同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明では、従来技術である「水平部におけるピンチロールグループではトルク一定制御」という方式をやめ、複数のピンチロールを複数のグループに分け、湾曲部だけでなく水平部をも含む全グループにて垂下特性つき速度制御を行い、その特性を利用し各グループが発生するトルク（力）を制御する。その際、各グループが発生するトルク（力）が鋳片とロールとのスリップ安全限界トルクまで常に高められるように、グループ間圧縮力目標値を調整する。これにより、常にグループ毎に発生すべきトルク（力）を適切に設定し、鋳片各部位に適正な圧縮力を付与する制御を行う。
【００１５】
そこで、以下では、まず、▲１▼速度制御を行いながら垂下特性を利用して各グループの電動機が発生するトルク（力）を制御する方法を示す。続いて、▲２▼連続鋳造機の機内の鋳片全長に渡り部位に応じた適切な圧縮力を与えるために、各々のピンチロールグループが出力すべきトルク（力）設定方法について示す。最後に、▲３▼ほぼピンチロールのスリップ安全限界まで高められた圧縮力を付与するための圧縮力目標値調整方法について示す。
【００１６】
最初に、▲１▼垂下特性つきの速度制御とその特性を利用した電動機駆動力（またはトルク）の制御方法について説明する。
【００１７】
図４に一般的な垂下特性（ドループ（Droop））付きの個別ロール速度制御装置２６の回路構成を示す。この個別ロール速度制御装置２６は、速度制御装置２６ａと、垂下率制御装置２６ｂとを有する。本例では、速度制御装置２６ａの出力電圧の１０％をオペアンプの入り側回路に返すことで垂下特性を実現している（垂下特性率：ドループ率α＝０．１＝１０％）。このように垂下特性を有する速度制御では、電動機トルク指令（≒電動機トルク実績）が＋側に増加すると自動的に速度指令を減少させ、逆に電動機トルク指令（≒電動機トルク実績）が−側へ変化した場合は、自動的に速度指令を上昇させる回路となる。制御ブロック図で示すと、速度制御装置２６ａの出力を垂下率制御装置２６ｂが負帰還させている回路になる。
【００１８】
このように電動機トルク実績に応じて電動機速度指令を増減する回路の特性により、複数の電動機により駆動される複数のロールによって一つの剛体（この場合は鋳片）を搬送する場合、それぞれの電動機の速度実績は、与えられた速度指令に対して速度偏差をしゃにむに０にせず、定常状態ではロール間の力平衡が図られ、全ての電動機の速度がバランスし一致するよう作用する（この際、全ての電動機の一致した速度が鋳片の搬送速度となる。）。
【００１９】
かくのごとく垂下特性とは、電動機の出力トルクに応じて、速度指令を変化させ、複数の電動機出力トルクをバランスさせる手法であるが、逆の見方をすると、この手法により複数の電動機速度がバランスした平衡状態（即ち定常状態）では、各々電動機が出力するトルク（力）はそれぞれの電動機の速度偏差より逆算できることとなる。つまり、上記のように垂下特性付きの速度制御を行う複数の電動機により長尺の剛体を搬送する際における、各電動機が出力するトルク（力）実績は、各々の電動機の速度偏差（＝個別速度指令−搬送速度）、垂下率、電動機容量などにより決まる。具体的には、電動機が発生する力（トルク）を示す電流値Ｉｉと速度実績Ｖｉとの関係は、図５に示すようになり、
Ｖｉ＝ＶｉＳＥＴ−αｉ・Ｖ０ｉ・（Ｉｉ／Ｉ０ｉ）・・・・（１式）
と表すことができる。ここで
Ｖｉ：ｉロール速度［m/sec］
ＶｉＳＥＴ：ｉロール速度指令［m/sec］
αｉ：ｉロール駆動モータ垂下率（Drooping係数）［−］
Ｖ０ｉ：ｉロール駆動モータ定格速度［m/sec］
Ｉｉ：ｉロール駆動モータ電流［Ａ］
Ｉ０ｉ：ｉロール駆動モータ定格電流［Ａ］
である。また、添字“ｉ”はピンチロールの番号を表わす。
【００２０】
特に、『搬送物の「伸び縮み」、「ロールスリップ」が無視できるほど小さい』という仮定の下で、ライン速度Ｖ（この条件では定常状態にあり、全ロール速度に等しい）が判っている場合には、Ｖｉ＝Ｖ（既知量）であるため、各ロール速度指令ＶｉＳＥＴにより各ロール駆動モータ発生力を制御することが可能となる。
【００２１】
つまり、ｉロール駆動モータがＦｉの力を発生するために必要となる当該ロール速度偏差ＶｉＳＥＴ−Ｖｉは、下式のように、Dropping係数、定格速度、定格出力等から定めるパラメータＧｉを所望の駆動力Ｆｉに掛けた量とすれば良いことが判る。すなわち、
ＶｉＳＥＴ−Ｖｉ＝Ｇｉ・Ｆｉ・・・・（２式）
Ｇｉ＝（αｉ・Ｖ０ｉ ２）／Ｐｉ・・・・（３式）
となる。ここで、
Ｆｉ：ｉロール駆動モータ発生力［Ｎ］
αｉ：ｉロール駆動モータDrooping係数［−］
Ｖ０ｉ：ｉロール駆動モータ定格速度［m/sec］
Ｈｆｉ：ｉロール駆動モータ電流を発生力に換算する係数［Ｎ／Ａ］、つまりＦｉ＝Ｈｆｉ・Ｉｉ
Ｐｉ：ｉロール駆動モータ定格出力［Ｗ］、即ちＰｉ＝Ｈｆｉ・Ｉ０ｉ・Ｖ０ｉである。このように垂下特性を持つ速度制御系においては上記のようなフィードフォワード制御により駆動力を制御することができる。
【００２２】
なお、以上の説明においては、ロール単位での関係式を示したが、これらの関係式は、複数のロールからなるロールグループ単位の関係に読みかえることもできる。その場合、Ｐｉは当該グループに含まれる各ロール駆動モータの定格出力の総和となる。
【００２３】
次に、▲２▼鋳片部位に応じた適正圧縮力付与のためのピンチロールグループトルク（力）の設定方法について説明する。
【００２４】
任意のロールまたはロールグループ直下で見たローカルな力の釣り合いは、図６のようになり、
Ｃｉ−１＋τｉ＝Ｃｉ＋Ｌｉ・・・・（４式）
にて表すことができる。ここで、
τｉ：ｉグループモータ発生力（トルク）
Ｌｉ：ｉグループでの引抜き抵抗
Ｃｉ：ｉ＋１番ロールグループとｉ番ロールグループとの間の鋳片圧縮力（ｉグループ後方圧縮力）
である。また、ロール径をｒとすると、トルクτｉとモータ発生力Ｆｉとの間には、τｉ＝Ｆｉ×ｒなる関係がある。通常、ロール径ｒは一定であるので、τｉとＦｉとは同一視することができる。このため、本明細書では、トルクτｉのことを、「力」とも称している。
【００２５】
（４式）を変形して、τｉ＝Ｃｉ−Ｃｉ−１＋Ｌｉとする。このとき、Ｃｉ，Ｃｉ−１をそれぞれ、ロールグループ間応力設定値（圧縮力目標値）ＣｉＳＥＴ，Ｃｉ−１ＳＥＴとみなし、かつＬｉを推定可能とし、その推定値をＬｉＥＳＴとする。そして、τｉを各ｉ番ロールグループ駆動力設定値（各グループ毎に出力すべきピンチロールトルク目標値）τｉＳＥＴとみなせば、（４式）を
τｉＳＥＴ＝ＣｉＳＥＴ−Ｃｉ−１ＳＥＴ＋ＬｉＥＳＴ・・・・（５式）
のように捉えることが可能となる。これにより、ｉ＋１番ロールグループとｉ番ロールグループとの間の鋳片応力設定値（圧縮力目標値）をＣｉＳＥＴとする鋳片応力設定制御を実現できる。
【００２６】
また、この際、ｉグループでの引抜き抵抗Ｌｉの推定方法は以下のように行う。つまり、今までの説明はあるロールグループ周辺でのローカルな力の釣り合いを考えたものであったが、鋳片全体に対する外力は、全ロール駆動力の総和と全ロール引抜き抵抗の総和であり、それらの和は鋳片が一定速度で鋳造されている限りにおいては０であることは、慣性の法則より自明である。つまり
Στｉ＝ΣＬｉ・・・・（６式）
となるため、測定可能なτｉより全ロール引抜き抵抗の総和（ΣＬｉ）は測定可能とみなせる。そこで、引抜き抵抗は鋳片に対するロールの抗力に比例するとの仮定の下に、測定可能な各ピンチロール加圧力によりΣＬｉを案分することにより、各Ｌｉを推定することができる。なお、全ロール引抜き抵抗の総和（ΣＬｉ）は（６式）のごとく全ロール駆動力の総和（Στｉ）に等しく、これは鋳片全体の引抜き速度を制御する鋳片速度制御装置２３の操作出力であるトータルトルク指令に一致するため、実施においてはこれを利用することとする。
【００２７】
つまり、以上のように▲２▼の考え方に基づき各ピンチロールグループの発生すべき力（トルク）τｉＳＥＴを定め、その力τｉＳＥＴを▲１▼の考え方に基づいて速度制御により実現するために各ピンチロールグループに対して速度指令補正値ΔＶｉ＝ＶｉＳＥＴ−Ｖｉを与えることによって、速度制御を行いながらなおかつ力（トルク）の制御を同時に行えることとなる。
【００２８】
次に、▲３▼ほぼピンチロールのスリップ安全限界まで高められた圧縮力を付与するための圧縮力目標値調整方法について説明する。
【００２９】
ロールと鋳片とのスリップ安全限界となるトルクは、ピンチロール加圧力及び鋼種が与えられた前提では鋳造スラブ幅に依存することが知られており、従って、スリップ安全限界トルク（力）は、その際の鋳造スラブ幅により理論的あるいは経験的に求めることができるものとする。一方、（５式）にて示したごとく各ピンチロールグループに付与されるトルク（力）目標値τｉＳＥＴは、当該グループの引抜き抵抗ＬｉＥＳＴ及び上下流の圧縮力目標値ＣｉＳＥＴ，Ｃｉ−１ＳＥＴより定まる。このため、時々刻々変動する引抜き抵抗ＬｉＥＳＴに合わせて、（５式）式の右辺が上記のスリップ安全限界トルク（力）に一致するように上下流の圧縮力目標値ＣｉＳＥＴ，Ｃｉ−１ＳＥＴを随時変更することにより、常にスリップ安全限界まで圧縮力目標値を上げ、適正な圧縮力を鋳片に対して付与することができる。
【００３０】
図７は、本発明の一実施形態である連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置の構成例を示す図である。この例では、従来、湾曲部と水平部という２グループ分割であったグルーピング方式を見直し、複数のピンチロールを６グループに細分化している。かかる鋳片圧縮力制御装置では、図７に示すように、無駆動ロールに設置された鋳片速度計（回転速度計）などから出力される鋳片速度信号２１と操業条件などにより決められる鋳片速度目標信号２２との偏差が鋳片速度制御装置２３に入力する。ＰＩ演算により算出された鋳片速度制御装置２３の出力ΣＬｉは、引抜き抵抗推定装置２４へ入力する。
【００３１】
引抜き抵抗推定装置２４は、各グループに属するロール加圧力設定値のグループ毎の総和に基づいて鋳片速度制御装置２３の出力を案分する。つまり、第ｉグループのロール加圧力設定値の総和をＲＰｉとすると、
Ｋｉ＝ＲＰｉ／ΣＲＰｉ・・・・（７式）
にて定まるｉグループに対する引抜き抵抗分配率Ｋｉを鋳片速度制御装置２３の出力ΣＬｉに掛けることにより、鋳片速度制御装置２３の出力ΣＬｉを各グループ毎の値ＬｉＥＳＴに案分する。その案分された各グループの引抜き抵抗ＬｉＥＳＴはトルク制御装置２５によるトルク（力）目標値τｉＳＥＴの演算に使われる。なお、図７では、添字“ＥＳＴ”を省略して示している。
【００３２】
一方、圧縮力目標値調整装置２７は、湾曲部に属するグループの電動機が出力しているトルク（力）実績信号の総和（あるいはグループ毎のトルク（力）実績信号の総和）をフィードバックし、当該トルク（力）の総和と鋳造幅から決まるスリップ安全限界トルクとを比較する。そして、圧縮力目標値調整装置２７は、トルク（力）の総和がそのスリップ安全限界トルクを超えない範囲で（グループ毎の信号の場合は一つでもスリップ安全限界トルクを超えない範囲で）、当該圧縮力目標値調整装置２７の出力となる圧縮力変更係数βをできる限り大きくし、十分な圧縮力が確保できるよう制御する。その圧縮力変更係数βと各グループ間の基準圧縮力目標値Ｃ′ｉＳＥＴとの積が圧縮力目標値ＣｉＳＥＴとなり、この圧縮力目標値ＣｉＳＥＴは、上述の引抜き抵抗ＬｉＥＳＴと同様に、トルク制御装置２５によるトルク（力）目標値の演算τｉＳＥＴに使われる。なお、ここで湾曲部に属するグループの電動機が出力しているトルク（力）実績信号をフィードバックするのは、水平部に属するグループの電動機が出力しているトルク（力）実績信号は湾曲部のそれに比べ十分小さく、そこでスリップを起こす可能性が極めて低いと判断されるためである。また、図７では、添字“ＳＥＴ”を省略して示している。
【００３３】
トルク制御装置２５は、前記（４式），（５式）に基づいて各グループが出力すべきトルク（力）目標値τｉＳＥＴを求め、フィードバック制御及びフィードフォワード制御により、各グループの出力トルク（力）が、目標値と一致するように、当該グループに属する個別ロール速度制御装置２６の速度目標値に対する速度目標補正量ΔＶｉ＝ＶｉＳＥＴ−Ｖｉを調整する。つまり、（５式）より第ｉグループが出力すべきトルク（力）目標値τｉＳＥＴは、第ｉ＋１グループと第ｉグループとの間の圧縮力目標値ＣｉＳＥＴと第ｉグループと第ｉ−１グループとの間の圧縮力目標値Ｃｉ−１ＳＥＴとの差に、第ｉグループの引抜き抵抗ＬｉＥＳＴを加えたものであるから、図７に示すような加減算により各グループのトルク（力）目標値ΔＶｉを計算することとなる。この際、フィードフォワード制御では、（３式）にて示した、垂下特性付き速度制御におけるｉロール駆動モータ発生力から速度偏差への換算係数Ｇｉを用いて、各グループへの速度目標補正量ΔＶｉを求める。フィードバック制御では、湾曲部に属するグループでは比例制御を行い、水平部に属するグループでは比例及び積分制御を行う。これは、水平部に属するグループについては、フィードフォワード制御や比例制御だけでは、下部の水平部ほどわずかな幅・厚み変化の影響で、速度偏差が設定からずれ易い傾向にあるからである。そして、各グループのトルク制御装置２５より出力されるそのフィードバック制御量及びフィードフォワード制御量の和として出力された速度目標補正量ΔＶｉと、基準となる鋳片速度（全体速度）目標信号Ｖｉとの和が、各グループに属する個別ロール速度制御装置２６の速度目標信号Ｖｉ＋ΔＶｉとなり、それによりピンチロールに対して個別に速度制御が行われる。なお、この場合はＶｉ＝Ｖ（全ロール速度）である。
【００３４】
次に、図９を用いて圧縮力目標値調整装置２７の機能を詳細に説明する。かかる圧縮力目標値調整装置２７は、スリップ安全限界トルク算出テーブル３３と、デットバンド３４と、積分器３５と、リミッター３６とを有する。ピンチロール加圧力及び鋳片とロールとの摩擦係数などが定まっている前提では、スリップ安全限界トルク（力）は鋳造スラブ幅に依存する。スリップ安全限界トルク算出テーブル３３には、スリップ安全限界トルク（力）と鋳造スラブ幅との対応関係が記されている。圧縮力目標値調整装置２７は、まず、スリップ安全限界トルク算出テーブル３３を用いて、入力された鋳造スラブ幅に関する情報３１に基づいて湾曲部ピンチロール全体のスリップ安全限界トルク（力）を求める。次に、そのスリップ安全限界トルク（力）と湾曲部ピンチロールのトータルトルク実績３２との偏差を求めた後、その偏差の絶対値にデットバンド（不感帯）３４を設け、それを超えた場合に、積分器３５で偏差の積分を行う。また、積分器の出力にはリミッター３６を設けると共にワインドアップを防止するため、積分器出力がリミッター３６にかかった場合には積分動作を停止する。こうして求まるリミッター３６を通した積分器出力が圧縮力変更係数βとなる。圧縮力目標値調整装置２７は、この圧縮力変更係数βを基準となる各区分点での基準圧縮力目標値Ｃ′ｉＳＥＴに乗ずることにより、圧縮力目標値ＣｉＳＥＴを求める。これにより、その際の引抜き抵抗の変動に応じ、湾曲部ピンチロールトータルトルク実績が変動しても、常にスリップ安全限界トルク（力）いっぱいの圧縮力目標を設定することが可能となる。
【００３５】
本発明の一実施形態である鋳片圧縮力制御装置を適用した連続鋳造機全体の構成例を図８に示す。前述したように、従来、湾曲部と水平部という２グループ分割であったグルーピング方式を見直し、複数のピンチローラ３を６グループに細分化している。その結果、圧縮力設定ポイントは、従来１点（図１の矯正点５）であったが、本実施形態では、Ｐ１〜Ｐ５まで５点に増加した。これらの設定ポイントにおける圧縮力目標値ＣｉＳＥＴは、各々の設定点における基準圧縮力目標値Ｃ′ｉＳＥＴに圧縮力目標値調整装置２７からの出力である圧縮力調整係数βを乗じたものである。また、従来、ピンチロール制御は、湾曲部については速度制御、水平部についてはトルク制御であったが、本実施例では、ピンチロール制御がすべて垂下特性付きの速度制御に変更され、それに速度補正ΔＶ１〜ΔＶ６が加算される。
【００３６】
例えば第１グループを例にとると、ΔＶ１は、次のように算出される。つまり、第１グループトルクの目標値ΔＶ１は、鋳片速度制御装置（代表速度制御装置）２３の出力であるトータルトルク指令ΣＬｉに第１グループに対する引抜き抵抗分配率Ｋ１を積算したもの（Ｌ１ＥＳＴ）に、圧縮力分布設定回路２８の出力値Ａ１を加算し、この加算したもの（Ａ１＋Ｌ１ＥＳＴ）に換算係数Ｇ１を乗じたものになる。
【００３７】
なお、圧縮力分布設定回路２８では、次のように出力値Ａ１〜Ａ６を求める。すなわち、図７及び図８に示すように、外部から入力されるロールグループ間の基準圧縮力目標値Ｃ′ｉＳＥＴに基づいて、
Ａ１＝Ｃ１ＳＥＴ＝β×Ｃ′１ＳＥＴ
Ａ２＝Ｃ２ＳＥＴ−Ｃ１ＳＥＴ＝β×（Ｃ′２ＳＥＴ−Ｃ′１ＳＥＴ）
・・・・・・・・
Ａｉ＝ＣｉＳＥＴ−Ｃｉ−１ＳＥＴ＝β×（Ｃ′ｉＳＥＴ−Ｃ′ｉ−１ＳＥＴ）
・・・・・・・・
Ａ６＝−Ｃ５ＳＥＴ＝−β×Ｃ′５ＳＥＴ
となる。ここで、ＣｉＳＥＴは、常にピンチロールのスリップ安全限界まで高められたＰｉ点における圧縮力目標値（すなわち第ｉグループと第ｉ−１グループとの間の圧縮力目標値）である。
【００３８】
次に、本実施形態の鋳片圧縮力制御装置の効果を図１０および図１１を用いて説明する。図１０は本実施形態の鋳片圧縮力制御装置による圧縮力変動低減効果を従来制御の場合と対比して示す図であり、図１１はそれによってもたらされる品質改善効果を示す図である。
【００３９】
まず、図１０では、異鋼種連続鋳造時の繋ぎ目による一時停止時間帯をはさみ、その前後での矯正点近傍における圧縮力変動のタイムチャートを示しており、ここでは、第３ロールグループと第４ロールグループとの間の圧縮力実績を示している。図１０から、特に再スタート後の圧縮力変動が新制御では従来制御に比べ低減していることが判る。このように圧縮力の変動を低減できたことから、鋳片の内部割れをもたらす歪みをキャンセルでき、疵発生量が低減されることが期待できる。これに関する調査結果を図１１に示す。
【００４０】
図１１は２ストランド連続鋳造機にて、一方のストランドを従来制御にて行い、他方のストランドを新制御にて行った場合の同一キャストにおける疵発生量を比較したものである。図１１より、新制御を導入したストランドの方が旧制御方式のストランドと比較して特に矯正点近傍（機長１６ｍ〜２４ｍ）にて狙い通り疵が低減されていることが判明した。
【００４１】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置は、連続鋳造機により鋳造中の鋳片に対し、引抜きロールの偏芯、ロールの曲がり等により発生している引抜き負荷（抵抗）変動を発生場所である水平部にて除去できないことから生ずる矯正点近傍での過大な応力（圧縮力）変動を低減させ、常に適正な圧縮力を鋳片に対して付与することができるので、鋳片の内部及び表面での割れを防止することができ、良好な鋳片品質を確保する上で必須の性能をもたらす点で極めて有用である。
【００４３】
特に、鋳片と湾岸部に属するピンチロールとのスリップ安全限界トルクに基づいて所定の圧縮力変更係数を算出し、その算出した圧縮力変更係数を外部より与えられる各グループの間の基準圧縮力目標値に乗ずることによって鋳片に対する圧縮力目標値を調整する圧縮力目標値調整手段を設けることにより、常に当該湾曲部のロール駆動電動機の駆動トルクが略当該湾曲部のスリップ安全限界トルクとなるようにすることができるので、常に適正な圧縮力を鋳片に付与し、良好な鋳片品質を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の手法による鋳片圧縮力制御システム全体の概要図である。
【図２】従来の圧縮力制御時における湾曲部ピンチロール発生力のタイムチャートである。
【図３】従来の圧縮力制御時における各ピンチロール間での圧縮力変動量分布図である。
【図４】垂下特性付き個別ロール速度制御回路を示すブロック図である。
【図５】垂下特性を示す図である。
【図６】任意のピンチロール直下における力の釣り合いを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態である連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置の構成図である。
【図８】その鋳片圧縮力制御装置を適用した連続鋳造機全体の構成例である。
【図９】本発明の圧縮力目標値調整装置の構成図である。
【図１０】本実施形態の鋳片圧縮力制御装置による圧縮力変動低減効果を示すタイムチャートである。
【図１１】本実施形態の鋳片圧縮力制御装置による品質改善効果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ モールド
２ 鋳片
３ 湾曲部ピンチロール
４ 水平部ピンチロール
５ 矯正点
６ 速度制御装置
７ トルク制御装置
８ 代表速度演算部
９ 代表速度制御装置
２１ 鋳片速度信号
２２ 鋳片速度目標信号
２３ 鋳片速度制御装置
２４ 引抜き抵抗推定装置
２５ トルク制御装置
２６ 個別ロール速度制御装置
２６ａ 速度制御装置
２６ｂ 垂下率制御装置
２７ 圧縮力目標値調整装置
２８ 圧縮力分布設定回路
３１ 鋳造幅信号
３２ 湾曲部ピンチロールトータルトルク信号
３３ スリップ安全限界算出テーブル
３４ デットバンド
３５ 積分器
３６ リミッター
３７ 圧縮力変更係数
Claims (4)
- ロール駆動電動機及び駆動制御装置をピンチロール毎に個別に持つ湾曲型連続鋳造機の鋳圧縮力制御装置において、
ピンチロール毎に垂下特性付き速度制御を行う個別ロール速度制御手段と、
鋳片の搬送速度に基づいて鋳片全体の引抜き速度を制御する鋳片速度制御手段と、
複数のピンチロールを複数のグループに分け、各グループにて発生する引抜き抵抗の推定値を前記鋳片速度制御手段の出力と各グループのピンチロール加圧力とに基づいて求める引抜き抵抗推定手段と、
各グループの間における圧縮力目標値と前記引抜き抵抗推定手段により出力される当該グループにて発生する引抜き抵抗の推定値とに基づいて各グループ毎に出力すべきピンチロールトルク目標値を定め、そのグループ毎のピンチロールトルク目標値と当該グループの実績出力トルクとに基づいてフィードバック制御を行い、その出力を前記個別ロール速度制御手段の速度補正量とするグループトルク制御手段と、
を具備することを特徴とする連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置。 - 前記フィードバック制御は、湾曲部に属するグループでは比例制御、水平部に属するグループでは比例及び積分制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置。
- 前記グループトルク制御手段は、前記フィードバック制御に加えて、前記グループ毎のピンチロールトルク目標値に対応した前記個別ロール速度制御手段の速度補正量を定めるフィードフォワード制御を合わせて行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置。
- 鋳造する鋳片の幅に基づいて鋳片と湾曲部に属するピンチロールとのスリップ安全限界トルクを求め、その求めた湾曲部のスリップ安全限界トルクと湾曲部のロール駆動電動機の駆動トルクとを比較することにより常に当該湾曲部のロール駆動電動機の駆動トルクが略当該湾曲部のスリップ安全限界トルクとなるように圧縮力変更係数を算出し、その算出した圧縮力変更係数を外部より与えられる各グループの間の基準圧縮力目標値に乗ずることにより鋳片に対する前記圧縮力目標値を求める圧縮力目標値調整手段を具備することを特徴とする請求項１、２又は３記載の連続鋳造機の鋳片圧縮力制御装置。
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