JP7183064B2 - Mold vibrating device, continuous casting slab manufacturing method, and mold vibrating method - Google Patents
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Description
本開示は、モールド振動装置、連続鋳造鋳片の製造方法及びモールド振動方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a mold vibrating device, a method for manufacturing a continuously cast slab, and a mold vibrating method.
特許文献1は、溶融金属をモールドに注湯して連続的に鋳片を鋳造する連続鋳造設備を開示している。連続鋳造に際して、モールド内の溶湯に潤滑剤(例えば、モールドパウダー)を添加し、さらにモールドを上下(鋳造方向)に振動させる技術が知られている。モールドが振動することにより、モールドと溶湯との間に潤滑剤が流入しやすくなり、モールドと鋳片との間での焼き付きを抑制することができる。また、非正弦波形に応じた振動(例えば、下降速度が上昇速度よりも速い振動)をモールドに生じさせることにより、モールドからの鋳片の引き抜き安定性を高める技術が知られている。
しかしながら、非正弦波は多数の高調波成分を含んで構成されていることがある。この高調波成分とモールドを振動させる振動機構とが共振してしまうと、モールドが所望の動作を行うことができなくなってしまう。そこで、特許文献1は、当該振動機構の固有振動数の影響を排除するために、モールド及びアクチュエータの状態推定量に基づくフィードバック制御を行っている。状態推定量を観測するためには、状態観測器(オブザーバ)を構築して、複雑な行列演算処理をする必要がある。このような処理が可能なコントローラは、一般に高価である。
However, non-sinusoidal waves may be composed of multiple harmonic components. If this harmonic component resonates with the vibration mechanism that vibrates the mold, the mold cannot operate as desired. Therefore, in
そこで、本開示は、鋳片の安定的な連続鋳造を極めて簡易な手法で実現することが可能なモールド振動装置、連続鋳造鋳片の製造方法及びモールド振動方法を説明する。 Therefore, the present disclosure describes a mold vibrating device, a continuously cast slab manufacturing method, and a mold vibrating method that can realize stable continuous casting of a slab with an extremely simple method.
例1.本開示の一つの観点に係るモールド振動装置は、注湯された溶融金属を冷却して鋼片を連続的に鋳造するように構成されたモールドに対して、所定の非正弦波状の目標波形に応じた振動を生じさせるように構成された振動発生機と、モールドの振動に伴い振動発生機に生ずる変形に基づいて、目標波形を構成する複数の正弦波成分をそれぞれ補正することにより、複数の補正波形を生成するように構成された補正部と、複数の補正波形を合成して一つの合成波形を生成し、合成波形の信号を前記振動発生機に出力するように構成された合成部とを備える。この場合、補正部によって、振動発生機に生ずる変形が予め折り込まれた複数の補正波形が得られる。そのため、当該複数の補正波形が合成された合成波形が振動発生機を介してモールドに出力されると、振動発生機による変形の影響を受けて当該合成波形が変化し、この変化後の波形がモールドに作用する。従って、状態推定量を利用することなく、モールドに理想的な振動を生じさせることができる。その結果、鋳片の安定的な連続鋳造を極めて簡易な手法で実現することが可能となる。 Example 1. A mold vibrator according to one aspect of the present disclosure provides a predetermined non-sinusoidal target waveform for a mold configured to cool poured molten metal and continuously cast a billet. By correcting each of the plurality of sine wave components constituting the target waveform based on the vibration generator configured to generate vibration according to the vibration of the mold and the deformation of the vibration generator caused by the vibration of the mold, the plurality of a correcting unit configured to generate a corrected waveform; and a synthesizing unit configured to combine a plurality of corrected waveforms to generate one combined waveform and output a signal of the combined waveform to the vibration generator. Prepare. In this case, the correcting section obtains a plurality of corrected waveforms in which the deformation occurring in the vibration generator is preliminarily included. Therefore, when a composite waveform obtained by synthesizing the plurality of correction waveforms is output to the mold via the vibration generator, the composite waveform changes due to the deformation caused by the vibration generator, and the waveform after this change is Act on the mold. Therefore, ideal vibration can be generated in the mold without using the state estimator. As a result, stable continuous casting of slabs can be achieved by an extremely simple method.
例2.例1の装置において、補正部は、変形に起因して複数の補正波形のそれぞれの振幅及び位相が変化した後の各波形が、対応する複数の正弦波成分と略一致するように、複数の補正波形を生成するように構成されていてもよい。この場合、当該複数の補正波形が合成された合成波形が振動発生機を介してモールドに出力されると、振動発生機による変形の影響を受けて当該合成波形が目標波形と同等の波形に変化し、この変化後の波形がモールドに作用する。そのため、より精度よくモールドを振動させることが可能となる。 Example 2. In the apparatus of Example 1, the correcting unit adjusts the plurality of correction waveforms so that each waveform after the amplitude and phase of each of the plurality of correction waveforms has changed due to deformation substantially matches the corresponding plurality of sinusoidal components. It may be configured to generate a correction waveform. In this case, when a composite waveform obtained by synthesizing the plurality of correction waveforms is output to the mold via the vibration generator, the composite waveform changes to a waveform equivalent to the target waveform under the influence of deformation by the vibration generator. Then, the waveform after this change acts on the mold. Therefore, it is possible to vibrate the mold more accurately.
例3.例2の装置において、振幅及び位相は振動発生機の共振角周波数及び減衰定数に基づいて算出されてもよい。この場合、実験等で比較的容易に共振角周波数及び減衰定数を得ることができる。そのため、より簡易且つ高速に補正部による演算処理を行うことが可能となる。 Example 3. In the apparatus of Example 2, the amplitude and phase may be calculated based on the resonant angular frequency and damping constant of the vibration generator. In this case, the resonance angular frequency and the damping constant can be obtained relatively easily through experiments or the like. Therefore, it is possible to perform arithmetic processing by the correction unit more easily and at high speed.
例4.例1~例3のいずれかの装置において、複数の正弦波成分は2つ又は3つの正弦波成分を含んでいてもよい。この場合、補正部による補正の演算処理の対象となる成分が少なくて済む。そのため、より簡易且つ高速に補正部による演算処理を行うことが可能となる。 Example 4. In the apparatus of any of Examples 1-3, the plurality of sinusoidal components may include two or three sinusoidal components. In this case, the number of components to be subjected to correction arithmetic processing by the correcting unit can be reduced. Therefore, it is possible to perform arithmetic processing by the correction unit more easily and at high speed.
例5.例1~例4のいずれかの装置において、複数の正弦波成分はそれぞれ、基本角周波数の整数倍で且つ互いに異なる倍数の角周波数を含んでいてもよい。 Example 5. In the apparatus of any of Examples 1-4, each of the plurality of sinusoidal components may include angular frequencies that are integral multiples of the fundamental angular frequency and that are multiples that are different from each other.
例6.例1~例5のいずれかの装置において、振動発生機は、直動運動可能な駆動部と、回転支点によって支持され、且つ、駆動部とモールドとが互いに異なる箇所に接続されたアームとを含んでいてもよい。 Example 6. In the apparatus of any one of Examples 1 to 5, the vibration generator includes a linearly movable drive unit, and an arm supported by a rotation fulcrum and connected to different locations between the drive unit and the mold. may contain.
例7.本開示の他の観点に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、モールドに対して所定の非正弦波状の目標波形に応じた振動を振動発生機により生じさせる際に、モールドの振動に伴い振動発生機に生ずる変形に基づいて、目標波形を構成する複数の正弦波成分をそれぞれ補正し、複数の補正波形を生成することと、複数の補正波形を合成して一つの合成波形を生成することと、合成波形の信号を振動発生機に出力してモールドを振動させつつ、モールドに溶融金属を注湯して、鋼片を連続的に鋳造することとを含む。この場合、例1と同様の効果が得られる。 Example 7. According to another aspect of the present disclosure, there is provided a method for producing a continuously cast slab, in which vibration is generated in accordance with a predetermined non-sinusoidal target waveform in a mold by a vibration generator, and vibration is generated in accordance with the vibration of the mold. generating a plurality of corrected waveforms by respectively correcting a plurality of sine wave components forming the target waveform based on the deformation occurring in the machine; and generating a single composite waveform by synthesizing the plurality of corrected waveforms. and continuously casting a billet by pouring molten metal into the mold while vibrating the mold by outputting a composite waveform signal to a vibration generator. In this case, the same effect as in Example 1 is obtained.
例8.本開示の他の観点に係るモールド振動方法は、注湯された溶融金属を冷却して鋼片を連続的に鋳造するように構成されたモールドに対して、所定の非正弦波状の目標波形に応じた振動を振動発生機により生じさせる際に、モールドの振動に伴い振動発生機に生ずる変形に基づいて、目標波形を構成する複数の正弦波成分をそれぞれ補正し、複数の補正波形を生成することと、複数の補正波形を合成して一つの合成波形を生成することと、合成波形の信号を振動発生機に出力してモールドを振動させることとを含む。この場合、例1と同様の効果が得られる。 Example 8. According to another aspect of the present disclosure, a method of oscillating a mold configured to cool poured molten metal to continuously cast billets is directed to a predetermined non-sinusoidal target waveform. When the corresponding vibration is generated by the vibration generator, the plurality of sine wave components constituting the target waveform are respectively corrected based on the deformation generated in the vibration generator due to the vibration of the mold, and the plurality of corrected waveforms are generated. synthesizing a plurality of correction waveforms to generate one synthesized waveform; and outputting a signal of the synthesized waveform to a vibration generator to vibrate the mold. In this case, the same effect as in Example 1 is obtained.
本開示に係るモールド振動装置、連続鋳造鋳片の製造方法及びモールド振動方法によれば、鋳片の安定的な連続鋳造を極めて簡易な手法で実現することが可能となる。 Advantageous Effects of Invention According to the mold vibrating device, the continuously cast slab manufacturing method, and the mold vibrating method according to the present disclosure, it is possible to achieve stable continuous casting of slabs by an extremely simple technique.
以下に、本開示に係る実施形態の一例について、図面を参照しつつより詳細に説明する。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 An example of an embodiment according to the present disclosure will be described below in more detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals will be used for the same elements or elements having the same functions, and redundant description will be omitted.
[連続鋳造設備の構成]
まず、連続鋳造設備1の構成について説明する。連続鋳造設備1は、図1に示されるように、取鍋10と、タンディッシュ12と、モールド14と、複数の鋳片支持ロール16と、モールド振動装置100とを備える。
[Configuration of continuous casting equipment]
First, the configuration of the
取鍋10は、溶融金属(溶湯;溶鋼)Mを貯留する容器である。タンディッシュ12は、取鍋10の下方に配置されている。タンディッシュ12は、取鍋10の底壁に設けられたノズルの吐出口から流出した溶融金属Mを貯留するように構成されている。
The
モールド14は、タンディッシュ12の下方に配置されている。モールド14は、タンディッシュ12の底壁に設けられたノズルから注湯された溶融金属Mを冷却しながら所定形状に成形するように構成されている。複数の鋳片支持ロール16は、モールド14の下方に配置されている。複数の鋳片支持ロール16は、モールド14から引き抜かれた鋳片Sをさらに冷却しつつ下流側に搬送するように構成されている。
A
モールド14によって成形された直後の鋳片Sは、表面部が凝固した凝固シェルS1と、凝固シェルS1の内部に充填された未凝固部S2とを含む。未凝固部S2は、未凝固状態の溶湯であり、流動性を有している。鋳片Sが下流側に向かうにつれて冷却され、未凝固部S2が徐々に凝固していき、凝固シェルS1が成長する。すなわち、凝固シェルS1の成長に伴って、未凝固部S2が縮小し、凝固シェルS1の厚みが増加する。鋳片Sが鋳片圧下装置(図示せず)に至る前までに、鋳片Sは完全に凝固する。
The cast slab S immediately after being molded by the
モールド振動装置100は、モールド14に対して所定の目標波形に応じた振動を生じさせるように構成されている。モールド振動装置100は、図2に示されるように、振動発生機110と、センサ120と、サーボ弁130と、コントローラ140(制御部)とを含む。
The
振動発生機110は、駆動部111と、リンク機構112とを含む。駆動部111は、本体113と、ピストンロッド114とを含む。本体113は、回転支点P1を介して床に取り付けられており、回転支点P1周りに揺動可能である。ピストンロッド114は、本体113に対してスライド可能に取り付けられている。駆動部111は、例えば、油圧シリンダであってもよいし、ボールスクリューとサーボモータとを組み合わせた電動シリンダであってもよいし、リニアモータであってもよい。
リンク機構112は、架台115と、駆動アーム116(アーム)と、補助アーム117とを含む。架台115は、床に対して固定されている。駆動アーム116は、その中央近傍において、回転支点P2を介して架台115の下部に取り付けられている。そのため、駆動アーム116は、回転支点P2周りに揺動可能である。駆動アーム116の一端は、回転支点P3を介してピストンロッド114の先端に取り付けられている。駆動アーム116の他端は、回転支点P4を介してモールド14の下部に接続されている。補助アーム117の一端は、回転支点P5を介して架台115の上部に取り付けられている。補助アーム117の他端は、回転支点P6を介してモールド14の上部に取り付けられている。
駆動部111とモールド14とがリンク機構112を介して接続されているので、ピストンロッド114が外方に向けて進出すると、駆動アーム116が回転支点P2を中心として時計回りに揺動し、モールド14が下方に移動する。一方、ピストンロッド114が本体113に向けて退行すると、駆動アーム116が回転支点P2を中心として反時計回りに揺動し、モールド14が上方に移動する。したがって、ピストンロッド114が進退を繰り返すことにより、モールド14が上下に振動する。
Since the driving
センサ120は、本体113に対するピストンロッド114の位置を検出するように構成されている。センサ120は、例えば、ロッドセンサなどの直動型エンコーダであってもよい。センサ120は、駆動部111内に内蔵されていてもよい。センサ120によって検出されたデータは、コントローラ140に送信される。
サーボ弁130は、コントローラ140からの制御信号に基づいて弁を開閉し、本体113に対する作動油の流動方向と流量とを制御するように構成されている。サーボ弁130によって作動油の流動方向が変化すると、ピストンロッド114の移動方向が変化する。サーボ弁130によって作動油の流量が変化すると、ピストンロッド114の移動速度が変化する。
The
コントローラ140は、センサ120から受信したデータを処理して、サーボ弁130の動作を制御するように構成されている。
コントローラ140のハードウェアは、例えば一つ又は複数の制御用のコンピュータにより構成される。コントローラ140は、ハードウェア上の構成として、例えば図3に示されるように、プロセッサCtr1(演算部)と、メモリCtr2(記憶部)と、入力ポートCtr3(入力部)と、出力ポートCtr4(出力部)とを有する。コントローラCtrは、電気回路要素(circuitry)で構成されていてもよい。
The hardware of the
プロセッサCtr1は、メモリCtr2と協働してプログラムを実行し、入力ポートCtr3及び出力ポートCtr4を介した信号の入出力を実行することで、後述する各機能モジュールを構成する。すなわち、プロセッサCtr1は、センサ120からの入力信号に基づいて、サーボ弁130を駆動するための出力信号を生成するように構成されている。メモリCtr2は、プログラム、入力信号、出力信号等を記憶するように構成されている。入力ポートCtr3は、センサ120からの入力信号をプロセッサCtr1に送信するように構成されている。出力ポートCtr4は、プロセッサCtr1で生成された出力信号をサーボ弁130に送信するように構成されている。
The processor Ctr1 cooperates with the memory Ctr2 to execute a program and input/output signals via the input port Ctr3 and the output port Ctr4, thereby configuring each functional module described later. That is, processor Ctr1 is configured to generate an output signal for driving
コントローラ140は、図4に示されるように、機能モジュールとして、目標波形設定器141と、基本波生成器142と、補正器143(補正部)と、合成器144(合成部)と、比較器145と、増幅器146とを含む。なお、これらの機能モジュールは、プログラムによりソフトウェア上で実現されていてもよいし、電気回路要素(例えば論理回路)又はこれを集積した集積回路により実現されていてもよい。
As shown in FIG. 4, the
目標波形設定器141は、例えばオペレータからの入力に基づき、モールド14を振動させるための所定の目標波形W1の条件を設定するように構成されている。目標波形W1の条件は、基本波生成器142に出力される。目標波形W1は、非正弦波状であってもよい。目標波形W1は、図5(a)に示されるように、例えば、モールド14の下降速度が上昇速度よりも速くなるような振動をモールド14に対して生じさせるような波形であってもよい。目標波形W1が非正弦波の場合、目標波形W1の条件は、例えば、振幅と、非サイン率又は歪み係数とを含んでいてもよい。非サイン率とは、本明細書において、半周期での非正弦波の谷から山までの変動時間に対する、半周期での非正弦波の山から谷までの変動時間との割合をいうものとする。歪み係数とは、本明細書において、sinωtの振幅に対するcos2ωtの振幅の割合をいうものとする。
The
基本波生成器142は、目標波形設定器141において設定された目標波形W1の条件に基づき、複数の正弦波成分W21,W22,・・・,W2N(ただし、Nは2以上の整数)を生成するように構成されている。生成された複数の正弦波成分W21,W22,・・・,W2Nは、補正器143に出力される。このうち、任意の正弦波成分W2n(ただし、nは1~Nの自然数)は、例えば、目標波形W1をフーリエ級数展開したときの第n項(n次高調波)と等しくなる。目標波形W1を構成する複数の正弦波成分の数は特に限定されないが、例えば、2個又は3個であってもよい。図5(b)に、目標波形W1を3つの正弦波成分W21,W22,W23に分解した例を示す。
Fundamental wave generator 142 generates a plurality of sine wave components W2 1 , W2 2 , . ) is configured to generate A plurality of generated sine wave components W2 1 , W2 2 , . . . , W2 N are output to the
補正器143は、モールド14の振動に伴いリンク機構112に生ずる変形(例えば、駆動アーム116のたわみ)に基づいて、複数の正弦波成分W21,W22,・・・,W2Nをそれぞれ補正することにより、複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nを生成するように構成されている。生成された複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nは、合成器144に出力される。
The
ところで、複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nの合成波形W4がリンク機構112に入力された場合、モールド14の振動に伴いリンク機構112に変形が生ずる。そのため、当該変形によって複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nがそれぞれ歪んだ複数の歪み波形W51,W52,・・・,W5Nが、振動発生機110からモールド14に出力される。そこで、補正器143は、複数の歪み波形W51,W52,・・・,W5Nがそれぞれ複数の正弦波成分W21,W22,・・・,W2Nと略一致するような複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nを生成するように構成されていてもよい。図5(c)に、振動発生機110の変形を考慮して3つの正弦波成分W21,W22,W23がそれぞれ補正された3つの補正波形W31,W32,W33の例を示す。なお、より詳しい補正の計算方法については、後述する。
By the way, when a composite waveform W4 of a plurality of correction waveforms W3 1 , W3 2 , . Therefore , a plurality of distorted waveforms W5 1 , W5 2 , . output to Therefore , the
合成器144は、補正器143で生成された複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nを合成して一つの合成波形W4を生成するように構成されている。生成された合成波形W4は、比較器145に出力される。合成波形W4は、例えば、複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nをそれぞれ加算したものであってもよい(W4=W31+W32+・・・+W3N)。図6(a)に、3つの補正波形W31,W32,W33が合成された合成波形W4の例を示す。
The
比較器145は、合成波形W4の現時点での値(目標値)Xと、センサ120によって検出されたピストンロッド114の位置の現在値Yとの偏差Eを算出するように構成されている。すなわち、比較器145は、目標値Xから現在値Yを減算することで、偏差Eを算出する(E=X-Y)。算出された偏差Eは、増幅器146に出力される。
The
増幅器146は、比較器145で算出された偏差Eに所定の比例ゲインKpを乗算して、出力値Qを算出するように構成されている(Q=Kp×E)。増幅器146で算出された出力値Qは、サーボ弁130に出力される。当該出力値Qに基づいて動作するサーボ弁130により駆動部111のピストンロッド114が進退(昇降)し、リンク機構112を介してモールド14が振動する。このとき、上述のように、合成波形W4を構成する複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nが歪んで、複数の歪み波形W51,W52,・・・,W5Nがモールド14に作用する。
The
図6(b)に、3つの補正波形W31,W32,W33がリンク機構112を経て歪んだ後の3つの歪み波形W51,W52,W53の例を示す。3つの歪み波形W51,W52,W53はそれぞれ、3つの正弦波成分W21,W22,W23と略一致する。また、図6(c)に、3つの歪み波形W51,W52,W53の合成波がモールド14に作用したときのモールド14の振動波形W6の例を示す。この振動波形W6は、目標波形W1と略一致する。
FIG. 6(b) shows an example of three distorted waveforms W5 1 , W5 2 and W5 3 after the three correction waveforms W3 1 , W3 2 and W3 3 are distorted through the
[補正の計算方法]
(1)振動発生機110及びモールド14のモデル化
歪み波形W5nが正弦波成分W2nと略一致するような補正波形W3nを得るための計算方法について説明する。説明にあたって、振動発生機110及びモールド14を図7に示されるようにモデル化する。具体的には、パラメータL1,L2,A1,A2,m2をそれぞれ以下のように定める。なお、駆動部111側(入力側)の一端と回転支点P2との間の駆動アーム116の部分を「駆動アーム1161」といい、モールド14側(出力側)の他端と回転支点P2との間の駆動アーム116の部分を「駆動アーム1162」というものとする。また、図7の上方向を正とする。
[Correction calculation method]
(1) Modeling of
L1:駆動アーム1161の長さ[m]
L2:駆動アーム1162の長さ[m]
A1:ピストンロッド114(駆動アーム116の一端)の振幅[m]
A2:モールド14(駆動アーム116の他端)の振幅[m]
m2:モールド14の質量
L 1 : Length of drive arm 116 1 [m]
L 2 : Length of drive arm 116 2 [m]
A 1 : Amplitude of piston rod 114 (one end of drive arm 116) [m]
A 2 : Amplitude [m] of the mold 14 (the other end of the drive arm 116)
m 2 : mass of
(2)駆動アーム116の全体が剛体の場合
まず、駆動アーム116の全体が剛体であって変形しないと仮定する(図8(a)参照)。この場合、駆動部111によって駆動アーム116の一端に正弦波の振動が付与されると、当該一端の変位x1は式1で表される。式1において、パラメータω,t,θ1は、
ω:角周波数[rad/sec]
t:時間[sec]
θ1:変位x1の初期位相[rad]
である。
また、モールド14の変位をx2とするとx1:L1=x2:L2が成り立つので、変位x2について式2が得られる。なお、式2において、A2は変位x2の振幅である。
ここで、式2より、A2について式3が成り立つ。
ω: Angular frequency [rad/sec]
t: time [sec]
θ 1 : initial phase of displacement x 1 [rad]
is.
Also, if the displacement of the
Here, from Equation 2, Equation 3 holds for A2 .
(3)駆動アーム1161が剛体ではない場合
続いて、駆動アーム1162が剛体であるが、駆動アーム1161が剛体ではなく可撓性を有する(板バネである)と仮定する(図8(b)参照)。この場合、駆動アーム116の運動方程式は式4で表される。式4において、パラメータk1,c1,a2,a21,v21,x21は、
k1:駆動アーム1161のばね定数[N/m]
c1:駆動アーム1161の減衰係数[N・sec/m]
a2:駆動部111の動作によってモールド14に生ずる加速度[m/sec2]
a21:駆動アーム1161のたわみによってモールド14に生ずる加速度[m/sec2]
v21:駆動アーム1161のたわみによってモールド14に生ずる速度[m/sec]
x21:駆動アーム1161のたわみによってモールド14に生ずる変位[m]
である。
ここで、a2は、式2を2階微分することにより得られる(式5参照)。
式5を式4に代入すると、式6が得られる。
k 1 : Spring constant of drive arm 116 1 [N/m]
c 1 : damping coefficient of drive arm 116 1 [N·sec/m]
a 2 : Acceleration [m/sec 2 ] generated in the
a 21 : Acceleration generated in
v 21 : Velocity generated in
x 21 : Displacement [m] produced in
is.
where a 2 is obtained by second-order differentiation of Equation 2 (see Equation 5).
Substituting Equation 5 into Equation 4 yields Equation 6.
式6は強制振動の運動方程式の一形態であり、時間が十分に経過したとき(t→∞)、強制振動の運動方程式の一般解は特殊解と等しくなる。そのため、パラメータA21,φ1,h1,ωn1をそれぞれ
A21:変位x21の振幅[m]
φ1:変位x21の遅れ位相[rad]
h1:減衰定数(減衰比)
ωn1:共振角周波数[rad/sec]
とすると、式6の特殊解は式7で表され、振幅A21は式8で表され、遅れ位相φ1は式9で表される。ただし、θ21=θ1-φ1と定義する。
ただし、減衰定数h1は測定によって得られる値であり、共振角周波数ωn1及びパラメータZ1はそれぞれ式10及び式11にて定義される。
φ 1 : Lag phase of displacement x 21 [rad]
h 1 : damping constant (damping ratio)
ω n1 : resonance angular frequency [rad/sec]
, the special solution of Equation 6 is expressed by
However, the damping constant h1 is a value obtained by measurement, and the resonance angular frequency ω n1 and the parameter Z1 are defined by
(4)駆動アーム1162が剛体ではない場合
続いて、駆動アーム1161が剛体であるが、駆動アーム1162が剛体ではなく可撓性を有する(板バネである)と仮定する(図8(c)参照)。この場合、駆動アーム116の運動方程式は式12で表される。式12において、パラメータk2,c2,a2,a22,v22,x22は、
k2:駆動アーム1162のばね定数[N/m]
c2:駆動アーム1162の減衰係数[N・sec/m]
a2:駆動部111の動作によってモールド14に生ずる加速度[m/sec2]
a22:駆動アーム1162のたわみによってモールド14に生ずる加速度[m/sec2]
v22:駆動アーム1162のたわみによってモールド14に生ずる速度[m/sec]
x22:駆動アーム1162のたわみによってモールド14に生ずる変位[m]
である。
式5を式12に代入すると、式13が得られる。
k 2 : Spring constant of drive arm 116 2 [N/m]
c 2 : damping coefficient of drive arm 116 2 [N·sec/m]
a 2 : Acceleration [m/sec 2 ] generated in the
a 22 : Acceleration generated in
v 22 : Velocity generated in
x 22 : Displacement [m] produced in
is.
Substituting Equation 5 into
式13は強制振動の運動方程式の一形態であり、時間が十分に経過したとき(t→∞)、強制振動の運動方程式の一般解は特殊解と等しくなる。そのため、パラメータA22,φ2,h2,ωn2をそれぞれ
A22:変位x22の振幅[m]
φ2:変位x22の遅れ位相[rad]
h2:減衰定数(減衰比)
ωn2:共振角周波数[rad/sec]
とすると、式13の特殊解は式14で表され、振幅A22は式15で表され、遅れ位相φ2は式16で表される。ただし、θ22=θ1-φ2と定義する。
ただし、減衰定数h2は測定によって得られる値であり、共振角周波数ωn2及びパラメータZ2はそれぞれ式17及び式18にて定義される。
φ 2 : Lag phase of displacement x 22 [rad]
h 2 : damping constant (damping ratio)
ω n2 : resonance angular frequency [rad/sec]
, the special solution of Eq . 13 is expressed by Eq. 14, the amplitude A 22 is expressed by Eq. However, θ 22 =θ 1 -φ 2 is defined.
However, the damping constant h2 is a value obtained by measurement, and the resonance angular frequency ωn2 and the parameter Z2 are defined by Equations 17 and 18, respectively.
(5)駆動アーム1161,1162が共に剛体ではない場合
続いて、駆動アーム1161,1162が共に剛体ではない場合(現実の駆動アーム116)について検討する(図8(d)参照)。すなわち、駆動アーム116の全体が板バネであると仮定する。このときのモールド14の現実の変位x0は、式19に示されるように、駆動アーム116が撓まない場合のモールド14の変位x2と、駆動アーム1161が撓む場合のモールド14の変位x21と、駆動アーム1162が撓む場合のモールド14の変位x22との重ね合わせによって表現できる。
変位x0の振幅をA0とし、変位x0の初期位相をθ0とすると、変位x0は式20で表される。
式19に、式2、式7、式14及び式20を代入すると、式21が得られる。
ここで、加法定理を用いて式21の右辺を展開すると、式22が得られる。
ただし、式22において、パラメータa,bは以下の式23及び式24とおりである。
Substituting Equation 2,
Here, when the right side of Equation 21 is expanded using the addition theorem, Equation 22 is obtained.
However, in Equation 22, parameters a and b are as shown in Equations 23 and 24 below.
式23及び式24より、A0、sinθ0、cosθ0はそれぞれ式25~式27にて表される。
式25に式3、式8、式9、式15及び式16を代入すると、式28が得られる。
式28をA1について解くと、式29が得られる。
Solving Equation 28 for A 1 yields Equation 29.
一方、モールド14側の初期位相θ0を基準(θ0=0)とする場合、sinθ0=0であるので、式27より式30が得られる。
式30に式3、式8、式9、式15及び式16を代入して、θ1について整理すると、式31が得られる。
Equation 31 is obtained by substituting Equation 3, Equation 8, Equation 9, Equation 15 and
ところで、式9、式11、式16及び式18において、ωはモールド14に生じさせたい理想的な振動の振動数であり、設定によって定まる。式29において、A0はモールド14に生じさせたい理想的な振動の振幅であり、設定によって定まる。したがって、式9、式11、式16、式18、式29及び式31によれば、A1及びθ1に含まれる未知数は、ωn1,ωn2,h1,h2の4つである。以上より、これらの変数ωn1,ωn2,h1,h2と、モールド14に生じさせたい理想的な振動の振幅A0及び振動数ωとを式29及び式31にそれぞれ代入することにより、モールド14に理想的な振動を生じさせるためのピストンロッド114の振幅A1及び初期位相θ1を得ることができる。
By the way, in
(6)未知数ωn1,ωn2,h1,h2の測定方法
未知数ωn1,ωn2は、例えば次のように測定されてもよい。まず、実際の振動発生機110及びモールド14を用意する。次に、振動発生機110及びモールド14が静止した状態において、コントローラ140からサーボ弁130にインパルス信号を出力する。すなわち、ピストンロッド114を、ごく短時間の間に、所定のストローク量で動作させる。次に、インパルス信号の入力によりモールド14に生じた変位を測定する。次に、モールド14の変位の実測値から、モールド14の減衰自由振動の周期を測定する。これにより、未知数ωn1,ωn2が得られる。一方、未知数h1,h2は、例えば、半値幅法、減衰率法、インピーダンス法等の種々の公知の方法によって測定されてもよい。
(6) Method of Measuring Unknowns ω n1 , ω n2 , h 1 , h 2 The unknowns ω n1 , ω n2 may be measured, for example, as follows. First, the
[鋳片の製造方法]
続いて、鋳片Sの製造方法(モールド14の振動方法)について説明する。まず、予め、振動発生機110及びモールド14の実機の共振角周波数ωn及び減衰定数hを測定する。次に、モールド14に生じさせたい理想的な振動のデータをオペレータがコントローラ140に入力する。目標波形設定器141は、当該入力に基づいて当該振動に対応する目標波形W1を生成し、基本波生成器142に目標波形W1を出力する。
[Manufacturing method of slab]
Next, a method for manufacturing the slab S (method for vibrating the mold 14) will be described. First, the resonance angular frequency ωn and the damping constant h of the
次に、基本波生成器142は、目標波形W1を複数の正弦波成分W21,W22,・・・,W2Nに分解する。これにより、任意の正弦波成分W2nの振幅nA0及び角周波数nωが得られる。基本波生成器142は、これらの正弦波成分W21,W22,・・・,W2Nを補正器143に出力する。なお、基本角周波数をω0とするとき、角周波数nωは、式32に示されるように基本角周波数ω0の整数倍であってもよい。基本角周波数ω0の大きさは、振動発生機110及びモールド14の実機に応じて設定してもよい。例えば、ω0/2πの値が6Hz以下に設定されてもよい。
次に、補正器143は、正弦波成分W21,W22,・・・,W2Nの各振幅及び各角周波数と、共振角周波数ωn及び減衰定数hとから、正弦波成分W21,W22,・・・,W2Nのそれぞれを補正し、複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nを生成する。例えば、任意の補正波形W3nの振幅nA1及び初期位相nθ1はそれぞれ、式29及び式31より算出することができる。そのため、任意の補正波形W3nの変位nx1は、式1に振幅nA1及び初期位相nθ1を代入することにより、式33にて得られる。補正器143は、生成した複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nを合成器144に出力する。
次に、合成器144は、複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nを合成して一つの合成波形W4を生成する。合成波形W4の変位x1は、式33を用いて、式34にて表される。
合成器144によって生成された合成波形W4は、比較器145による比較処理と、増幅器146による増幅処理とを経て、サーボ弁130に出力される。これにより、サーボ弁130が駆動部111を動作させ、合成波形W4に応じた振動がリンク機構112に作用する。振動がリンク機構112を伝播する過程で、駆動アーム116の変形の影響により合成波形W4が歪み、目標波形W1に応じた振動がモールド14に生ずる。目標波形W1に応じた振動するモールド14に対して、タンディッシュ12から溶融金属Mが注湯されると、溶融金属Mは、モールド14によって冷却されつつ所定の形状に成形される。モールド14から引き抜かれた鋳片Sがさらに冷却されて完全に凝固すると、鋳片Sが完成する。
The synthesized waveform W4 generated by the
[作用]
以上の例によれば、補正器143によって、振動発生機110に生ずる変形が予め折り込まれた複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nが得られる。そのため、これらの複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nが合成された合成波形W4が振動発生機110を介してモールド14に出力されると、振動発生機110による変形の影響を受けて合成波形W4が変化し、この変化後の波形(複数の歪み波形W51,W52,・・・,W5Nの合成波)がモールド14に作用する。従って、状態推定量を利用することなく、モールド14に理想的な振動を生じさせることができる。その結果、鋳片Sの安定的な連続鋳造を極めて簡易な手法で実現することが可能となる。また、この場合、補正器143による演算処理が極めて簡略化されるので、例えば市販のコントローラ等を用いて低コスト且つ高速に演算処理を行うことが可能となる。
[Action]
According to the above example , the
以上の例によれば、複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nの角周波数ωが固有振動数に近い値であっても、補正によって共振の影響が抑圧されるので、モールド14の異常振動を抑制することが可能となる。
According to the above example, even if the angular frequencies ω of the plurality of correction waveforms W3 1 , W3 2 , . Abnormal vibration of the
以上の例によれば、振幅A1及び位相θ1は振動発生機110(駆動アーム116)の共振角周波数ωn1,ωn2及び減衰定数h1,h2に基づいて算出される。共振角周波数ωn1,ωn2及び減衰定数h1,h2は実験等で比較的容易に得ることができる。そのため、より簡易且つ高速に補正器143による演算処理を行うことが可能となる。
According to the above example, the amplitude A1 and the phase θ1 are calculated based on the resonance angular frequencies ωn1 , ωn2 and the damping constants h1 , h2 of the vibration generator 110 (drive arm 116). The resonant angular frequencies ω n1 , ω n2 and the damping constants h 1 , h 2 can be obtained relatively easily through experiments or the like. Therefore, it becomes possible to perform arithmetic processing by the
なお、以上の例において、駆動アーム1161,1162が共に剛体ではない場合のモールド14の現実の変位x0について検討したが、他の要素に撓みや歪みが生ずる場合も考慮に入れて、変位X0を計算してもよい。当該他の要素としては、例えば、ピストンロッド114、架台115、補助アーム117等が挙げられる。
In the above example, the actual displacement x0 of the
[試験結果]
上記の例に係る振動発生機110及びモールド14を用いてモールド14を振動させた場合に、モールド14が目標波形W1に応じて振動することを確認するために、実機を用いて試験を行った(実施例)。具体的には、モールド14の位置指令の波形(図9(b)の破線参照)を目標波形W1として補正器143による補正を経て、モールド14を振動させ、モールド14の位置変化を測定した。その結果、合成波形W4に相当する波形(図9(a)の破線参照)に応じて振動したモールド14の位置実績の波形(図9(b)の実線参照)は、モールド14の位置指令の波形(図9(b)の破線参照)と略一致した。従って、モールド14が目標波形W1に応じて振動することが確認された。
[Test results]
In order to confirm that the
なお、本試験において、共振周波数ωn/2πは18.5Hzであり、減衰定数hは0.087であった。また、基本波生成器142では、基本周波数を370cpm(サイクル毎分)として、それぞれ370cpm(≒6.17Hz),740cpm(≒12.33Hz),1110cpm(=18.5Hz)の周波数を有する3つの正弦波成分を目標波形W1から生成した。
In this test, the resonance frequency ω n /2π was 18.5 Hz and the damping constant h was 0.087. Further, in the
一方、補正器143による補正を経ずに、同様の試験を行った(比較例)。具体的には、モールド14の位置指令の波形(図10(b)の破線参照)を反転させた波形(図10(a)の破線参照)にてピストンロッド114を動作させることにより、モールド14の位置変化を測定した。その結果、モールド14の位置実績の波形(図10(b)の実線参照)は、大きく歪んでしまい、モールド14の位置指令の波形(図10(b)の破線参照)と一致しなかった。
On the other hand, a similar test was conducted without correction by the corrector 143 (comparative example). Specifically, by operating the
[変形例]
以上、本開示に係る実施形態について詳細に説明したが、特許請求の範囲及びその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、補正器143は、振動発生機110(駆動アーム116)の変形に起因して複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nのそれぞれの振幅及び位相が変化した後の複数の歪み波形W51,W52,・・・,W5Nが、複数の正弦波成分W21,W22,・・・,W2Nと略一致するように、複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nを生成するように構成されていてもよい。この場合、複数の補正波形W31,W32,・・・,W3Nが合成された合成波形W4が振動発生機110を介してモールド14に出力されると、振動発生機110による変形の影響を受けて合成波形W4が目標波形W1と同等の波形W6に変化し、この変化後の波形W6がモールド14に作用する。そのため、より精度よくモールド14を振動させることが可能となる。
[Modification]
Although the embodiments according to the present disclosure have been described in detail above, various modifications may be made to the above embodiments without departing from the scope and spirit of the claims. For example, the
基本波生成器142は、目標波形W1を2~5個の正弦波成分に分解するように構成されていてもよく、目標波形W1を2~3個の正弦波成分に分解するように構成されていてもよい。この場合、補正器143による補正の演算処理の対象となる成分が少なくて済む。そのため、より簡易且つ高速に補正器143による演算処理を行うことが可能となる。
複数の正弦波成分W21,W22,・・・,W2Nがそれぞれ有する角周波数は、共振角周波数の2倍以下の値であってもよい。 The angular frequencies of the plurality of sine wave components W2 1 , W2 2 , .
上記の例では、駆動部111がリンク機構112を介してモールド14に接続されており、ピストンロッド114の進退に応じて駆動アーム116が揺動することで、モールド14を上下に振動させていた。しかしながら、リンク機構112を介さずに、駆動部111がモールド14に直接的又は間接的に接続されていてもよい。この場合、ピストンロッド114の進退が直ちにモールド14の昇降となる。
In the above example, the
1…連続鋳造設備、14…モールド、100…モールド振動装置、110…振動発生機、111…駆動部、112…リンク機構、116…駆動アーム(アーム)、120…センサ、130…サーボ弁、140…コントローラ(制御部)、141…目標波形設定器、142…基本波生成器、143…補正器(補正部)、144…合成器(合成部)、M…溶融金属、P2…回転支点、S…鋳片、W1…目標波形、W21,W22,・・・,W2N…正弦波成分、W31,W32,・・・,W3N…補正波形、W4…合成波形。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記モールドの振動に伴い前記振動発生機に生ずる変形に基づいて、前記目標波形を構成する複数の正弦波成分をそれぞれ補正することにより、複数の補正波形を生成するように構成された補正部と、
前記複数の補正波形を合成して一つの合成波形を生成し、前記合成波形の信号を前記振動発生機に出力するように構成された合成部とを備え、
前記補正部は、前記変形に起因して前記複数の補正波形のそれぞれの振幅及び位相が変化した後の各波形が、対応する前記複数の正弦波成分と略一致するように、前記複数の補正波形を生成するように構成されている、モールド振動装置。 A vibration generator configured to generate vibrations according to a predetermined non-sinusoidal target waveform in a mold configured to cool poured molten metal and continuously cast billets. machine and
a correction unit configured to generate a plurality of corrected waveforms by correcting a plurality of sine wave components constituting the target waveform based on the deformation of the vibration generator caused by the vibration of the mold; ,
a synthesizing unit configured to synthesize the plurality of correction waveforms to generate one synthesized waveform and output a signal of the synthesized waveform to the vibration generator ;
The correcting unit adjusts the plurality of corrected waveforms so that each waveform after the amplitude and phase of each of the plurality of corrected waveforms have changed due to the deformation substantially coincides with the corresponding plurality of sinusoidal wave components. A mold vibration device configured to generate a waveform .
直動運動可能な駆動部と、
回転支点によって支持され、且つ、前記駆動部と前記モールドとが互いに異なる箇所に接続されたアームとを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の装置。 The vibration generator is
a drive unit capable of linear motion;
5. The apparatus according to any one of claims 1 to 4 , comprising an arm supported by a rotational fulcrum and connected to the driving part and the mold at different points.
前記複数の補正波形を合成して一つの合成波形を生成することと、
前記合成波形の信号を前記振動発生機に出力して前記モールドを振動させつつ、前記モールドに溶融金属を注湯して、鋼片を連続的に鋳造することとを含み、
前記複数の補正波形を生成することは、前記変形に起因して前記複数の補正波形のそれぞれの振幅及び位相が変化した後の各波形が、対応する前記複数の正弦波成分と略一致するように、前記複数の補正波形を生成することを含む、連続鋳造鋳片の製造方法。 When a vibration generator is used to generate a vibration corresponding to a predetermined non-sinusoidal target waveform in the mold, a plurality of the target waveforms are formed based on the deformation that occurs in the vibration generator due to the vibration of the mold. correcting each of the sinusoidal components of to generate a plurality of corrected waveforms;
synthesizing the plurality of correction waveforms to generate one synthesized waveform;
continuously casting a billet by pouring molten metal into the mold while vibrating the mold by outputting the composite waveform signal to the vibration generator ;
Generating the plurality of correction waveforms is performed so that each waveform after the amplitude and phase of each of the plurality of correction waveforms has changed due to the deformation substantially matches the corresponding plurality of sine wave components. 2. A method for producing a continuously cast slab, comprising generating the plurality of correction waveforms .
前記複数の補正波形を合成して一つの合成波形を生成することと、
前記合成波形の信号を前記振動発生機に出力して前記モールドを振動させることとを含み、
前記複数の補正波形を生成することは、前記変形に起因して前記複数の補正波形のそれぞれの振幅及び位相が変化した後の各波形が、対応する前記複数の正弦波成分と略一致するように、前記複数の補正波形を生成することを含む、モールド振動方法。 When the vibration generator generates vibration according to a predetermined non-sinusoidal target waveform to the mold configured to cool the poured molten metal and continuously cast the steel billet, generating a plurality of corrected waveforms by respectively correcting a plurality of sine wave components constituting the target waveform based on the deformation of the vibration generator caused by the vibration of the mold;
synthesizing the plurality of correction waveforms to generate one synthesized waveform;
outputting the composite waveform signal to the vibration generator to vibrate the mold ;
Generating the plurality of correction waveforms is performed so that each waveform after the amplitude and phase of each of the plurality of correction waveforms has changed due to the deformation substantially matches the corresponding plurality of sine wave components. and generating said plurality of correction waveforms .
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JP2020124737A (en) | 2020-08-20 |
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