JPH02192863A - 連続鋳造用鋳型の湯面レベル制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋳片品質の向上及びブレークアウトの発生防
止を目的として、鋳型内部の湯面レベルを適正レベルに
制御する連続鋳造用鋳型の湯面レベル制御方法に関する
。

〔従来技術〕

タンデイツシュ内の溶湯を、上下に開口を有する鋳型に
注入し、該鋳型に対応する断面を有する鋳片を連続的に
製造する連続鋳造方法においては、前記鋳型からの溶湯
の浴出及びブレークアウトの発生を未然に防止すると共
に、製品鋳片における表面疵の発生を防止し、鋳片品質
の向上を実現するため、鋳型内部の湯面レベルを適正な
レベルに維持することが重要である。そこで、鋳型内部
の湯面レベルを検出し、これを所定の目標レベルと比較
して、両者の偏差に基づいて決定される開閉信号を注湯
量の調節手段に与え、この開閉信号に応じて行われる前
記調節手段の動作により、鋳型への注湯量を変更する湯
面レベル制御が行われている。

前記湯面レベルの検出器として、電磁誘導現象を利用す
る渦流レベル計がある。これは、例えば、１次コイルと
、これの上下に一対の２次コイルとを備えたプローブを
、各コイルの軸心を前記鋳型内部の溶湯表面に直交させ
、該鋳型から所定長離隔せしめて配設した構成となって
おり、１次コイルに高周波電流を通電せしめた場合、こ
れにより生じる磁界の作用により、導電体である溶湯表
面に渦電流が発生し、該渦電流により前記磁界と逆方向
の２次磁界が誘起されて、両磁界の相互作用により一対
の前記２次コイルに各別に発生する起電力間に差異が生
じることを利用するものである。

即ち、１次コイルへの通電量が一定である場合、２次コ
イル間の起電力差は、前記２次磁界の強弱、即ち、前記
渦電流の大小に応じて大小に変化し、この渦電流は、溶
湯表面に対する１次コイルの離隔距離の増大に伴って小
さくなるから、前記起電力差の大小は、湯面の高低に一
義的に対応し、この起電力差から鋳型内部の湯面レベル
を知ることができる。湯面レベルの検出器としては、こ
の他にも、鋳型に複数の熱電対を埋設し、鋳型深さ方向
の温度分布を検出する熱電対レベル計、又は、鋳型に一
側にγ線を放射する線源を設ける一方、これと鋳型を挾
んで対向する位置に前記γ線のカウンタを配し、該カウ
ンタによる計数値が、γ線の伝播域に存在する減衰物質
、即ち、鋳型内部の溶湯の多少に応じて変化することを
利用する放射線レベル計等があるが、これらに比較した
場合、前記渦流レベル計は、応答性及び検出精度に優れ
ている上、保守が容易である等、多くの利点を有してお
り、高度な制御精度が要求される近年の湯面レベル制御
においては、この種のレベル計が多く使用されている。

また、鋳型への注湯量の調節手段としては、タンデイツ
シュの下部から鋳型内部に延設された注湯ノズルの中途
に、中央に開口を有するゲート板を配し、これを注湯ノ
ズルの軸心に略直交する方向に摺動させて前記注湯ノズ
ルを開閉する構成としたスライディングゲートが一般的
に用いられており、前記ゲート板の摺動は、これに連結
された油圧シリンダの進退動作に応じて行わせるように
なっている。

ところが、このように行われる湯面レベル制御において
は、湯面の検出手段として渦流レベル計を用い、入力端
における高い応答性を実現した場合においても、注湯量
の調節手段たるスライディングゲートが、ゲート板の摺
動部分に存在するガタ、摺動時にゲート板に作用する摩
擦抵抗、油圧シリンダとゲート板との連結部におけるガ
タ、及び油圧シリンダの動作に伴いこれの各部に発生す
る摩擦抵抗等、その機械系に非線形要素を有しており、
出力端における応答性が低いために、制御系全体の応答
性の向上に限界があるという難点があった。

そこで、スライディングゲートに与えられる前記開閉信
号に高周波の加振信号を重畳させて、ゲート板を、短周
期にて常時振動させることにより、スライディングゲー
トの機械系の応答性を改善し、前記難点の解消を図った
湯面レベル制御が従来から実施されている。この制御を
実施した場合、実際の湯面レベルは、前記開閉信号に応
じたスライディングゲートの開閉動作に伴って生じる低
周波の変動に、前記加振信号に応じたスライディングゲ
ートの開閉動作に伴って生じる高周波の変動が重畳され
、第６図に示す如き変動態様を示す。湯面レベルに現出
する低周波の変動成分は、加振信号における周波数及び
振幅を増大させることにより抑制できるが、これにより
高周波の変動成分が増大するから、前記周波数及び振幅
は、少なくとも前記応答性の改善に効果があり、また機
械系の強度面からの限界を超えない範囲内において、低
周波の変動成分と、高周波の変動成分とのいずれを主と
して抑制すべきかにより、経験的に決定されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、スライディングゲートの開閉信号に加振信
号を重畳せしめる湯面レベル制御方法の実施により、ス
ライディングゲートの機械系における応答性が改善され
、制御系全体の応答性が向上し、高い制御精度を実現で
きる。ところがスライディングゲートは、過酷な条件下
にさらされており、これの機械系における各部のガタ及
び摩擦抵抗等の非線形要素が比較的短時間の内に経時変
化することは避けられず、前述した効果は、スライディ
ングゲートの取替え後からの時間の経過に伴って小さく
なるという難点がある。従って、従来の湯面レベル制御
方法の実施に当たっては、十分な応答性の改善効果を維
持するために、スライディングゲートの機械系の経時変
化が過度に進行しない時点でのスライディングゲートの
取替えが要求され、この取替えに伴う操業能率の低下が
問題となっている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、注湯
量調節手段の機械系に生じる経時変化に拘わらず、制御
系における応答性の改善効果が長時間に亘って確保され
、湯面レベルの変動を、長期間に亘って精度良く抑制で
きる連続鋳造用鋳型の湯面レベル制御方法を堤供するこ
とを目的とする。

Ｃ課題を解決するための手段〕 本発明に係る連続鋳造用鋳型の湯面レベル制御方法は、
鋳型内部の湯面レベルを渦流レベル計にて検出し、これ
に基づいて決定される開閉信号を注湯量の調節手段へ与
えて、前記湯面レベルを適正レベルに制御するに際し、
所定の振幅及び周波数を有する加振信号を前記開閉信号
に常時重畳させ、前記調節手段の応答性を改善するよう
にした連続鋳造用鋳型の湯面レベル制御方法において、
前記渦流レベル計の検出結果をオンラインにて周波数分
析し、この分析結果に基づいて、前記加振信号の振幅及
び周波数を変更することを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、注湯量の調節手段の機械系に経時的
な状態変化が生じた場合、これに応じて湯面レベルの検
出結果中に生じる高周波の変動成分（加振成分）と、低
周波の変動成分（レベル変動成分）とに変化が生じるこ
とを利用し、両者を、夫々に所定の重み付けをして加算
した値が適正範囲内にあるように、加振信号における周
波数及び振幅を変更し、これらを前記機械系の状態に応
じて最適化する。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は本発明に係る連続鋳造用鋳型の湯面レベル制
御方法（以下本発明方法という）の実施状態を示す模式
図である。

図において、１はタンデイツシュであり、また２は上下
を開口を有する鋳型である。鋳型２は、タンデイツシュ
１の下方に適長離隔させて配設されており、タンデイツ
シュ１の下部には、これの底面にその上端を開口させて
、注湯ノズル３が固設してあり、これの下端は、鋳型２
内部に適長侵入せしめである。而して、タンデイツシュ
１内の溶湯４は、注湯ノズル３を経て鋳型２内に注入さ
れ、これの内壁面との接触により冷却されて、外側を凝
固殻５ａにて被覆されたストランド５となり、該鋳型２
の下側開口部から、図示しないピンチロールの回転によ
り連続的に引抜かれつつ、内部に至るまで凝固が完了し
た段階において、所定寸法に切断され、後工程での素材
となる鋳片が製造される。

鋳型２内には、パウダ６が供給されている。このパウダ
６は、溶湯表面に図示の如く堆積してこれを被覆し、該
表面の酸化及び該表面からの熱放散を防止すると共に、
溶湯との接触により溶融して、鋳型２の内壁面に沿って
ストランド５との間に流入し、両者間の潤滑剤としての
作用をなすものであり、鋳造条件に応じた物性を有する
ものが使用される。例えば、鋳込み速度が高い場合には
、粘性が低く流動性に富むパウダ６が、また鋳込み速度
が低い場合には、粘性が高いパウダ６が用いられ、これ
らの他にも、要求品質の高低、金属の種類等に応じて、
適正な物性を有するパウダ６が用いられるようになって
いる。

さて、注湯ノズル３の中途には、鋳型への注湯量を調節
するためのスライディングゲート７が構成されている。

スライディングゲート７は、注湯ノズル３の内側断面形
状に相当する開口をその略中夫に有する平板状のゲート
板７０を、注湯ノズル３の中途に、これの軸心に略直交
する面内にて摺動自在に装着すると六に、該ゲート板７
０の一部を、油圧シリンダを用いてなる駆動シリンダ７
１に連結し、該シリンダ７１の進退動作に応じてゲート
板７０を摺動させる構成としたものであり、注湯ノズル
３の溶湯通流量は、ゲート板７０の装着位置における開
口面積に対応し、この面積は、該ゲート板７０の移動位
置、換言すれば駆動シリンダ７１の進退位置に応じて定
まるから、鋳型２への溶湯注入量は、駆動シリンダ７１
の進退位置に対応する。駆動シリンダ７１には、これの
進退位置として注湯ノズル３の開度を検出する開度検出
器７２が装着されている。

一方、鋳型２の上方には、該鋳型２内部の湯面レベルを
検出する渦流レベル計１０が配設されている。この渦流
レベル計１０は、例えば、高周波電流を通電されて１次
磁界を発生する１次コイルと、これの軸長方向両側に同
軸的に配設された２次コイルとを内蔵する検出プローブ
１１、及び該プローブ１１の出力を鋳型２内の湯面レベ
ルに対応する信号に変換して出力する信号変換部１２を
備えてなり、前記検出プローブ１１は、各コイルの軸心
を鋳型２内部の湯面に略直交させ、該湯面に臨ませた態
様にて、鋳型２の上方に適長離隔して固設されている。

而して、溶湯表面に直交する方向に発生する前記１次磁
界の作用により、溶湯表面に渦電流が誘導され、前記１
次磁界と逆向きの２次磁界が生じ、両磁界の相互作用に
より前記２次コイルに各別に異なる起電力が発生し、こ
の起電力差が湯面レベルの高低に対応することは前述し
た如くであり、検出プローブ１１の出力は前記２次コイ
ル夫々の端子電圧であり、信号処理部１２は、これらの
差を演算し、これに所定の処理を施して、湯面レベルに
対応する湯面レベル信号として出力する。

以上の如く構成された連続鋳造設備において、本発明方
法に従って湯面のレベル制御を行う制御系は、例えば図
示の如く、スライディングゲート７の開閉信号を出力す
る開閉制御部２０、レベルを一定とする為スライディン
グゲートの開度を演算するレベル制御部２５、制御目標
となる湯面レベルを設定するための目標レベル設定器２
１、前記開閉信号に重畳される加振信号を発生する正弦
波発生器２２、及び本発明方法の特徴である加振条件の
最適化を行う演算制御部３０、並びに２つの加算器２３
及び２４から構成されている。

さて、鋳型２内の湯面レベルに対応する前記渦流レベル
計１０の出力信号は、加算器２３及び演算制御部３０に
与えられている。加算器２３には、前記目標レベル設定
器２１に予め設定されである目標レベルに対応する信号
も与えられており、該加算器２３は両信号の偏差に対応
する偏差信号を、レベル制御部２５に出力する。そして
レベル制御部２５は開閉制御部２０へ、シリンダの開度
を出力する。また開閉制御部２０へは、スライディング
ゲート３の駆動シリンダ７１に装着された前記開度検出
器７２から、スライディングゲート７の現状の開度に対
応する開度信号も与えられている。

レベル制御部２５は、前記偏差信号から現状の湯面レベ
ルと目標レベルとの差を認識し、これをＯとするために
必要なスライディングゲート７の開度を所定の手順に従
って演算する。開閉制御部は、この開度と前記開度信号
をフィードバック信号として用い、前記演算結果を実現
すべく、スライディングゲート７の駆動シリンダ７１へ
開閉信号を出力する。この開閉制御部２０の動作により
、渦流レベル計１０により検出される現状の湯面レベル
が目標レベルに一致するように、スライディングゲート
７が開閉動作せしめられ、注湯量の調整がなされること
になる。

一方、演算制御部３０は、操業中の適宜の時点において
動作し、渦流レベル計１０からの入力信号を後述する如
（処理し、前記レベル信号に重畳すべき加振信号の周波
数及び振幅の最適値を決定し、この結果を正弦波発生器
２２に与える。正弦波発生器２２は、演算制御部３０に
て決定された周波数及び振幅を有する正弦波信号（加振
信号）を発生し、これを前記加算器２４に出力する。こ
の加振信号は、加算器２４において前記レベル信号に重
畳されて、開閉制御部２０により、これと開度検出器７
２からの開度信号フィードバックとの差に基づきシリン
ダの制御指令を演算して、前記駆動シリンダ７１に与え
られる。従って、駆動シリンダ７１は、前記開閉信号に
応じて進退動作する一方、前記加振信号に応じて短周期
にて常時寸動することになり、スライディングゲート７
の機械系における応答性が改善される。

さて、本発明の特徴たる前記演算制御部３０は、渦流レ
ベル計１０からこれに与えられる湯面レベル信号を高速
フーリエ変換し、各周波数成分に分解するＦＦＴアナラ
イザ３１と、これによる周波数分析結果から最適な加振
周波数及び加振振幅を決定する演算部３２とからなる。

第２図は、演算部３２における演算内容を示すフローチ
ャートである。以下本図に従って本発明方法の実施手順
を説明する。

加振信号における周波数の下限ｆ　ｗｉｎは、種々の加
振周波数による加振試験を行った結果により、加振効果
が得られる最低周波数として、また、周波数の上限ｆ　
ｍａｘは、スライディングゲート７の機械系における強
度条件から、夫々予め定められている。

演算部３２は、加振周波数ｒとして、まず下限周波数ｆ
　ｍｉｎを用い、加振振幅Ａを所定ピンチにて順次変更
させ、これにより得られるレベル変動成分Ｐｔ　と加振
成分Ｐ２とに、各別に所定の重み付けをしてなる評価関
数Ｆの演算を夫々行い、これを最小とする加振振幅の適
正値Ａｓを求める。

Ｆ＝α・Ｐ、＋β・Ｐ２　　・・・（１１ＰＦＴアナラ
イザ３１は公知の如く、適宜の振動波形を夫々の周波数
成分毎に分解する動作をなすものであり、前記開閉信号
に応じたスライディングゲート７の開閉動作により生じ
る低周波の変動成分と、前記加振信号に応じたスライデ
ィングゲート７の寸動により生じる高周波の変動成分を
有する渦流レベル計１０の出力信号を、ＦＦＴアナライ
ザ３１により処理した場合、第３図に示す如く、加振周
波数ｆに対応する第２のピークと、これよりも周波数の
小さい部分に、前記開閉動作に起因して第１のピークが
現出する。（１）式中のレベル変動成分Ｐ、は、第１の
ピークにおける振動パワーとして、また、加振成分Ｐ２
は、第２のピークにおける振動パワーとして、ＦＦＴア
ナライザ３１からの入力信号から夫々得られる。

また、（１）式中の重み係数α及びβは、両者の和が１
となる条件のもとにおいで、鋳造条件に応じて予め決定
された値が用いられる。例えば、製造すべき鋳片に高い
品質が要求される場合、外乱によるレベル変動を可及的
に抑制することが望まれる一方、−殻内に鋳込み速度が
低く、機械系における応答性の向上要求は低いから、係
数αは大きく、また係数βは小さく夫々設定され、逆に
、比較的低品質の鋳片を高速度にて製造する場合、係数
αは小さく、また係数βは大きく夫々設定される。これ
らの係数α、βは、種々の鋳造条件のもとにて予め決定
されており、例えば、外部からの鋳造条件の人力に応じ
て、演算部３２内において係数α及びβの選定がなされ
るようにしておけばよい。

前述の如く求まる適正値Ａ０は、次いでこれが所定の許
容最大振幅値Ａｍａｘと比較され、演算部３２は、Ａｏ
＜Ａｍａｘなる条件が満たされた場合、この時の加振周
波数ｆ０と加振振幅Ａ０とを、適正周波数及び適正振幅
として、正弦波発生器２２に出力し、以後、正弦波発生
器２２は、 Ａ、　　−５ｉｎ２πｆｏ　ｔ なる正弦波信号を加振信号として発生する。

加振振幅Ａの変更範囲は、適宜に設定すればよいが、加
振振幅Ａの変化に対するレベル反動成分Ｐ、及び加振成
分Ｐ２の変化態様を、夫々の加振周波数ｆにおいて予め
求めておくことにより、前記変更範囲を限定することが
できる。

第４図は、加振周波数「が０．５Ｈｚである場合のレベ
ル変動成分Ｐ０及び加振成分Ｐ２夫々の変化態様を示す
グラフである。このグラフから、前記重み係数α及びβ
が共に１／２である場合、（１）式の評価関数Ｆは、両
成分の変化状態を示す曲線の交叉点近傍において最小と
なることは容易に判断でき、この場合、加振振幅Ａの変
更範囲は、この交叉点近傍の極く狭い範囲に限定できる
。このように、各周波数ｆにおける第４図と同様のグラ
フと、鋳造条件に応じて設定される重み係数α及びβと
が与えられた場合、加振振幅の変更範囲が限定されるか
ら、演算部３２における演算時間の短縮化が可能である
。

一方、適正値へ〇と許容最大振幅値Ａｍａｘとの比較の
結果、Ａ０≧Ａｍａｘである場合、演算部３２は、周波
数ｆを所定量Δｆだけ増加させ、増加後の周波数ｆが前
記上限周波数ｆ　ｍａｘを超えない範囲において、同様
の手順を繰返し、適正周波数ｆ０と適正周波数Ａ０とを
求める。以上の繰返しの結果、周波数ｆが上限周波数ｆ
　ｍａｘを超えたにも拘わらず、Ａｏ＜Ａｍａｘなる条
件が満足されない場合には、演算部３２は、例えば、加
振効果が期待できないという警報を発せしめるべく、図
示しない警報手段に動作指令を出力すると共に、上限周
波数ｆ　ｍａｘをある程度拡張して同様の繰返し演算を
行い、適正周波数ｆ０及び適正振幅へ〇が得られたとき
には、これを実現すべく、正弦波発生器２２にこれらを
出力する。但し、これらのｆｏ及びＡ。

を有する加振信号の発生は、時間を制限して行われる。

また、上限周波数ｒｍａｘを拡張したにも拘わらず適正
値が得られない場合、演算部３２は、加振による応答性
の改善が不可能と判定し、この旨を警報番こより作業者
に知らしめるべく、図示しない警報手段に動作指令を発
する。

作業者はこの警報に応じて、操業計画に余裕がある場合
には、鋳込み速度を低減させる等、湯面レベルの変動状
態に応答性の不良による影響が生じることがないように
するか、又は、操業を停止してスライディングゲート７
の取替えを行う等、所定の処置を実施する。

さて、第１図においては、渦流レベル計１０が１個のみ
図示されているが、鋳型２がスラブ鋳造用の矩形断面を
有するものである場合、鋳型２内部の湯面に生じる前記
加振成分は、鋳型２の短辺寄りの部分により顕著に現れ
る。従って、矩形断面の鋳型２を用いる場合、第５図に
示す如く、鋳型２の中央、短辺寄りの部分、及びこれら
の中間に３つの渦流レベル計１０を設け、これらの検出
結果を鋳造条件に応じて選択的に用いるのが望ましい。

前述した如く、製造すべき鋳片に高い品質が要求される
場合、外乱によるレベル変動を重点的に抑制することが
望まれるから、前記加振成分が少ない中央部の渦流レベ
ル計ＩＯの検出信号に基づいて前記処理を実行し、逆に
、比較的低品質の鋳片を高速度にて製造する場合、加振
に伴うレベル変動を重点的に抑制することが望まれるか
ら、加振成分が顕著に生じる短辺寄りの渦流レベル計１
０の検出信号に基づいて前記処理を実行することにより
、鋳造条件に応じた適正な湯面レベル制御の実施が可能
となる。

以上の如き本発明方法は、所定の操業時間経過毎に定期
的に実施するようにしてもよく、製品鋳片の品質になん
らかの影響が発生する都度、行うようにしてもよく、実
施時期は限定されない。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法においては、渦流レベル計
による湯面レベルの検出結果をオンラインにて周波数分
析した結果から、注湯量の調節手段への加振信号の周波
数及び振幅が最適化されるから、前記調節手段の機械系
における摩擦抵抗及びガタ等に経時変化が生じた場合で
あっ、でも、該機械系の応答性を所定の水準に維持する
ことができ、これにより、調節手段の取替え頻度を減少
させることが可能であって、長期間に亘って適正な操業
条件が確保され、操業能率が大幅に向上する等、本発明
は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施状態を示す模式図、第２図は
本発明方法の手順を示すフローチャート、第３図は演算
部への入力例を示すグラフ、第４図は加振振幅を変化に
対する加振成分及びレベル変動成分の変化状態を示すグ
ラフ、第５図は矩形断面の鋳型において本発明方法を実
施する場合における渦流レベル計の配設位置の一例を示
す平面図、第６図は加振信号が重畳された場合における
湯面の変動状態を示す図である。 ２・・・鋳型　　３・・・注湯ノズル　　７・・・スラ
イディングゲート２０・・・開閉制御部　　２１・・・
目標レベル設定器　　２２・・・正弦波発生器　　３０
・・・演算制御部　　３工・・・ＦＦＴアナライザ　　
３２・・・演算部時　許　出願人　　住友金属工業株式
会社代理人　弁理士　　河　　野　　登　　夫弔 図 弔 図 弔 図 弔 図 弔 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋳型内部の湯面レベルを渦流レベル計にて検出し、
   これに基づいて決定される開閉信号を注湯量の調節手段
   へ与えて、前記湯面レベルを適正レベルに制御するに際
   し、所定の振幅及び周波数を有する加振信号を前記開閉
   信号に常時重畳させ、前記調節手段の応答性を改善する
   ようにした連続鋳造用鋳型の湯面レベル制御方法におい
   て、 前記渦流レベル計の検出結果をオンライン にて周波数分析し、この分析結果に基づいて、前記加振
   信号の振幅及び周波数を変更することを特徴とする連続
   鋳造用鋳型の湯面レベル制御方法。