JP5141258B2 - 連続鋳造機モールド内湯面レベル制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造機のモールド内湯面レベルを制御する制御装置及び制御方法に関するもので、特に、鋳造速度変更中にバルジング性湯面変動が発生した際に、適切なタイミング及びパラメータ設定で外乱補償器を起動させることが可能な連続鋳造機モールド内湯面レベル制御装置及び制御方法に関する。

一般に、図１に例示する連続鋳造機におけるモールド（鋳型）３０内の溶融金属（以下、溶鋼と称する）１０の湯面レベルを制御することは、安定操業上のみならず、鋳片１４の品質確保上も重要なことである。

従来から、この種の連続鋳造機のモールド内湯面レベル制御としては、一般にＰＩ制御が多く用いられている。この場合、制御系は、凝固しつつモールド３０から引き抜かれていく溶鋼と、スライディングノズル２２の開度に依存してモールド３０に供給される溶鋼のマスバランスを平衡させることを目的として構成される。図において、１６はモールドパウダーである。

モールド３０内の湯面変動は、このマスバランスの乱れを十分に補償できない時に発生し、主たる原因は、引抜流量変動によると考えられている。そして、この引抜流量変動の最も大きなものが、周期性の強いバルジング性湯面変動と称されるもので、引抜ピンチロール３２の間の鋳片１４の凝固シェル１２が振動することによって発生すると言われており、ピンチロールの引抜速度（鋳込み速度）とピンチロールの間隔とで決まる周波数を有することが知られている。

定常鋳込み中のバルジング性湯面変動を低減するものとして、特許文献１では、湯面レベル信号から特定周波数のバルジング性湯面変動を抽出し、且つその位相を９０度進ませて出力する特性を有した外乱補償器からの出力信号を、ＰＩ制御器から出力される開度指令に加算して、最終的なスライディングノズルの開度指令とすることによって、バルジング性湯面変動を抑制している。

なお、特許文献１に記載の方法では、バルジング性湯面変動が発生していることを判定し、その周波数を外乱補償器に設定することがあるが、その具体的な方法は記述されていない。

特開平１０−３１４９１１号公報

モールド湯面制御系のブロック線図を図２に示す。外乱補償器４２の伝達関数３は、次式で表わされる。

Ｄ（ｓ）＝２ζω／（ｓ^２＋２ζωｓ＋ω^２）
・｛（１／ω）ｓ｝／｛１＋（１／ω）ｓ｝
・｛（１／ω）ｓ｝／｛１＋（１／ω）ｓ｝ …（１）

ここで、ζ、ωは、帯域通過フィルタの通過帯域の幅と中心周波数を決定するパラメータである。ζ、ωの値によって、フィルタの周波数特性は変化するため、帯域微分制御を入りにした場合の外乱から湯面レベルまでの周波数特性も、図３（ζ＝０．２、ω＝０．１の例）のように変化する。

この外乱補償器は、設定した周波数成分に関して、湯面レベル変動に対する外乱のゲインを低下させる効果を持つ。従って、湯面レベル変動を小さくするためには、外乱の周波数（バルジング周波数）を正確に知ることが重要となる。

バルジング周波数は、過去の湯面レベル信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析することで求める。外乱の周波数は鋳造速度の変化に影響を受ける。定常鋳込み中であれば鋳造速度の変化が無く、湯面レベル信号をそのままＦＦＴ解析すれば、現在のバルジング周波数を測定することが可能である。

しかしながら、バルジング性湯面変動は、鋳造速度を加速していく途中で発生する場合が多い。その場合、鋳造速度の上昇に比例して、バルジング性湯面変動の周波数も上昇していく。従って、この時間の湯面レベル信号を周波数解析しても、バルジング性湯面変動のピーク周波数を正確に検出することはできない。そのため、鋳造速度が一定になって十分な時間が経つまで、外乱補償器を有効に使用することができないという問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、鋳造速度が一定になる前の鋳造速度変更中にバルジング性湯面変動が発生した際にも、適切なタイミング及びパラメータ設定で外乱補償器を起動させることができ、外乱補償を有効に行なうことができるようにすることを課題とする。

本発明は、連続鋳造機のモールド内の湯面レベルを制御する制御装置において、前記モールド内の湯面レベルを検出する湯面レベル計と、前記湯面レベル計により検出される湯面レベル信号に基づいて、タンディッシュに設けられたスライディングノズルの開度指令を出力するＰＩ制御器と、前記ＰＩ制御器から出力される開度指令を入力し、前記スライディングノズルの開度を調整して、前記タンディッシュからの溶融金属流入量を調整するスライディングノズル制御器と、前記湯面レベルと設定湯面レベルとの偏差信号から特定周期のバルジング性湯面変動を抽出し、且つその位相特性を９０度進ませて出力し、その出力値分だけ前記スライディングノズルの開度を補正する特性を有する外乱補償器と、前記湯面レベル計により検出される湯面レベル信号及び鋳造速度を一定時間記録し、湯面レベル信号の測定時刻を測定時の鋳造速度によって補正した後、線形補間によるリサンプリングを行なって周波数解析を行ない、前記バルジング性湯面変動の周期であるバルジング周波数を検出し、そのバルジング周波数を前記外乱補償器に含まれる帯域通過フィルタの中心周波数として設定し、前記外乱補償器を起動させる機能を有する外乱補償器制御装置と、を備え、前記外乱補償器からの出力信号を、前記ＰＩ制御器から出力される開度指令に加算して、最終的なスライディングノズルの開度指令とすることにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、連続鋳造機のモールド内の湯面レベルを検出する湯面レベル計と、前記湯面レベル計により検出される湯面レベル信号に基づいて、タンディッシュに設けられたスライディングノズルの開度指令を出力するＰＩ制御器と、前記ＰＩ制御器から出力される開度指令を入力し、前記スライディングノズルの開度を調整して、前記タンディッシュからの溶融金属流入量を調整するスライディングノズル制御器と、前記湯面レベルと設定湯面レベルとの偏差信号から特定周期のバルジング性湯面変動を抽出し、且つその位相特性を９０度進ませて出力し、その出力値分だけ前記スライディングノズルの開度を補正する特性を有する外乱補償器と、を備え、前記外乱補償器からの出力信号を、前記ＰＩ制御器から出力される開度指令に加算して、最終的なスライディングノズルの開度指令とする連続鋳造機モールド内湯面レベル制御装置を用いて、連続鋳造機のモールド内の湯面レベルを制御する際に、前記湯面レベル計により検出される湯面レベル信号及び鋳造速度を一定時間記録し、湯面レベル信号の測定時刻を測定時の鋳造速度によって補正した後、線形補間によるリサンプリングを行なって周波数解析を行ない、前記バルジング性湯面変動の周期であるバルジング周波数を検出し、そのバルジング周波数を前記外乱補償器に含まれる帯域通過フィルタの中心周波数として設定し、前記外乱補償器を起動させることを特徴とする連続鋳造機モールド内湯面レベル制御方法を提供するものである。

本発明によれば、鋳造速度が一定になる前の鋳造速度変更中にバルジング性湯面変動が発生しても、適切なタイミング及びパラメータ設定で外乱補償器を起動させることができ、外乱補償を有効に行なうことが可能となる。

従って、鋳造速度加速時に発生するバルジング性湯面変動を、より早い段階で抑制することが可能となり、湯面変動発生による鋳造速度減速等の操業アクションが不要になることで、生産性向上に寄与することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明が適用される連続鋳造機において、図１に示す如く、タンディッシュ２０内に満たされた溶鋼１０は、スライディングノズル２２及び浸漬ノズル２４を経て、モールド３０内に注入される。

モールド３０内へ注入された溶鋼１０は、モールド側面により冷却されて表面から凝固してシェル１２を形成しつつ、ピンチロール３２によって下方に引き抜かれて鋳片１４となる。このとき、引抜速度は、ほぼ一定に制御される。

モールド３０内に注入される溶鋼量は、スライディングノズル２２の開度により決定され、このスライディングノズル２２は、スライディングノズル制御器であるアクチュエータによって駆動される。

スライディングノズル開度は、モールド３０内に注入される溶鋼量と下方へ引き抜かれる量がバランスするように制御され、その制御は、モールド湯面レベルを検知する湯面レベル計３４から得られる信号と、湯面レベル設定値の偏差信号に基づいて、湯面レベルが一定になるように制御装置４０のＰＩ制御により、スライディングノズル開度設定値を変更することで実現される。

ここで、バルジング性湯面変動は、鋳片１４を引き抜くピンチロール３２の間で、鋳片１４が引抜方向と垂直な方向に膨らんだ状態で凝固し、膨らんだ部分が鋳片１４の引抜きに伴ってピンチロール３２により押し込まれることにより、モールド３０内の溶鋼１０のマスバランスが崩れて発生すると言われている。又、変動の特徴として、強い周期を有し、その周波数は、ピンチロール間隔と鋳造速度で定まる。

本発明においては、従来の問題点を解決するため、ＦＦＴ解析する前に湯面レベル信号を一時処理する。即ち、現在の鋳造速度をｖとしたとき、鋳造速度ｖ´であった過去の湯面レベル信号のサンプリング間隔を（ｖ´／ｖ）として考える。図４に本発明でのサンプリング時刻及び従来のサンプリング時刻と鋳造速度の関係の例を示す。

その後、線形補間してリサンプリングを行ない、周波数解析を実現する。

具体的には、サンプリング周期Ｔで時刻ｔｉ（ｉ＝１，・・・）に収集した湯面レベル信号及び鋳造速度を（ｌｉ，ｖｉ）とする。又、鋳造速度による補正後にサンプリング時刻をｔ´ｉ（ｉ＝１，・・・）とする。このとき、
ｔ´１＝ｔ１
ｔ´（ｉ＋１）＝ｔ´ｉ＋（ｖｉ／ｖ）Ｔ …（２）
とする。又、線形補間によるリサンプリング後の湯面レベル信号をｌ´ｉとすると、次式が成立する。

ｌ´ｉ＝（ｔｉ，ｔｊ）／｛ｔ´（ｊ＋１），ｔ´ｊ｝×（ｌｊ＋１，ｌｊ）＋ｌｊ
ｔｊ＜＝ｔ´ｉ＜ｔ（ｊ＋１） …（３）

以上の方法によって得られた数列ｌ´ｉ（ｉ＝１，・・・）を周波数解析することで、鋳造速度の変化によらず、現在発生しているバルジング性湯面変動の周波数を得ることができる。

従って、この周波数を用いて外乱補償器を制御することにより、鋳造速度変更直後でも現在のバルジング周波数を求めることができ、より早くバルジング性湯面変動を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態を適用した連続鋳造機のモールド周辺部の構成例を示す断面図 モールド湯面制御系のブロック線図 外乱から湯面変動までの周波数特性の変化の一例を示す図 本発明でのサンプリング時刻と従来のサンプリング時刻を比較して示すタイムチャート

符号の説明

１０…溶鋼
１２…シェル
１４…鋳片
２０…タンディッシュ
２２…スライディングノズル
２４…浸漬ノズル
３０…モールド
３２…ピンチロール
３４…湯面レベル計
４０…制御装置
４２…外乱補償器

Claims (2)

1. 連続鋳造機のモールド内の湯面レベルを制御する制御装置において、
   前記モールド内の湯面レベルを検出する湯面レベル計と、
   前記湯面レベル計により検出される湯面レベル信号に基づいて、タンディッシュに設けられたスライディングノズルの開度指令を出力するＰＩ制御器と、
   前記ＰＩ制御器から出力される開度指令を入力し、前記スライディングノズルの開度を調整して、前記タンディッシュからの溶融金属流入量を調整するスライディングノズル制御器と、
   前記湯面レベルと設定湯面レベルとの偏差信号から特定周期のバルジング性湯面変動を抽出し、且つその位相特性を９０度進ませて出力し、その出力値分だけ前記スライディングノズルの開度を補正する特性を有する外乱補償器と、
   前記湯面レベル計により検出される湯面レベル信号及び鋳造速度を一定時間記録し、湯面レベル信号の測定時刻を測定時の鋳造速度によって補正した後、線形補間によるリサンプリングを行なって周波数解析を行ない、前記バルジング性湯面変動の周期であるバルジング周波数を検出し、そのバルジング周波数を前記外乱補償器に含まれる帯域通過フィルタの中心周波数として設定し、前記外乱補償器を起動させる機能を有する外乱補償器制御装置と、
   を備え、前記外乱補償器からの出力信号を、前記ＰＩ制御器から出力される開度指令に加算して、最終的なスライディングノズルの開度指令とするようにされていることを特徴とする連続鋳造機モールド内湯面レベル制御装置。
2. 連続鋳造機のモールド内の湯面レベルを検出する湯面レベル計と、
   前記湯面レベル計により検出される湯面レベル信号に基づいて、タンディッシュに設けられたスライディングノズルの開度指令を出力するＰＩ制御器と、
   前記ＰＩ制御器から出力される開度指令を入力し、前記スライディングノズルの開度を調整して、前記タンディッシュからの溶融金属流入量を調整するスライディングノズル制御器と、
   前記湯面レベルと設定湯面レベルとの偏差信号から特定周期のバルジング性湯面変動を抽出し、且つその位相特性を９０度進ませて出力し、その出力値分だけ前記スライディングノズルの開度を補正する特性を有する外乱補償器と、を備え、前記外乱補償器からの出力信号を、前記ＰＩ制御器から出力される開度指令に加算して、最終的なスライディングノズルの開度指令とする連続鋳造機モールド内湯面レベル制御装置を用いて、連続鋳造機のモールド内の湯面レベルを制御する際に、
   前記湯面レベル計により検出される湯面レベル信号及び鋳造速度を一定時間記録し、
   湯面レベル信号の測定時刻を測定時の鋳造速度によって補正した後、
   線形補間によるリサンプリングを行なって周波数解析を行ない、前記バルジング性湯面変動の周期であるバルジング周波数を検出し、
   そのバルジング周波数を前記外乱補償器に含まれる帯域通過フィルタの中心周波数として設定し、前記外乱補償器を起動させることを特徴とする連続鋳造機モールド内湯面レベル制御方法。

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