JPH03110051A - 連続鋳造における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、連続鋳造にお（ブる湯面レベル制御方法に係
り、特に、ストッパあるいはスライディングノズル等の
溶融金属のモールドへの流入流量を制揮するアクチュエ
ータを舒えた連続鋳造機により、スラブ、ビレツ１−等
の鋳片を連続的に製造する際に用いるのに好適な、バル
ジングと呼ばれる非定常外乱や、速い応答性が要求され
るノズル詰ま′りやその剥離トニ対しても、安定且つ良
好な湯面レベル制御性を実現することができ、モールド
内の湯面レベル変動を抑制することが可能な湯面レベル
制御方法に開するものである。

【従来の技術］ 溶融金属からスラブ、ビレット等の鋳片をＭ続的に製造
する連続鋳造機（以下、連鋳機と称する）は、例えば第
４図に示す如く橋成されており、シードル１２内の溶！
１１１１０は、タンデイツシュ１４及びノズル１６を通
って、モールド１８に注入される。例えば水冷されてい
るモールド１８内で表面層が凝固した溶鋼は、ピンチロ
ール２０で引抜かれ、更に冷却されて凝固した後に、カ
ッタ２２で所定の長さに切断され、鋳片２４となって後
方の圧延工程に送られる。 この連鋳機において、モールド１８内の溶鋼１０の場面
レベルを安定に保つことは、良好な鋳片品質を確保する
上で極めて重要である。即ち、場面レベルの変動は、耐
火物、溶融スラグ等の介在物の溶鋼中への巻込みを生じ
、凝固鋳片２４の表皮・部に捕捉されてピンホール発生
や皮下介在物生成により欠陥をもたらしたり、不均一な
抜熱による割れが生じたりする。従って、一般に連続鋳
造においては、モールド１８内の場面レベルを検出する
場面レベル計２６からの信号を受け、ストッパ２８やス
ライディングノズル等を流量制御アクチュエータとした
湯面レベル一定制御が行われている。特に、最近の鋳造
速度の高速化により、場面レベル制御の重要性は、ます
ます高まっている。 従来、湯面レベル制御は、例えば特開昭５９−３０４６
０や特開昭６３−１９２５４５に開示されているように
、第５図に示す如く、タンデイツシュ１４からモールド
１８への流路を絞ることにより流量を制御するアクチュ
エータである前記ストッパ２８と、該ストッパ２８を所
望位置に制御するストッパ制御器３０と、モールド１８
内の場面レベルを検出する前記湯面レベル計２６と、場
面レベル目標設定器３２と、場面レベルの目標値と測定
値を比較して、その偏差ｅを出力する比較器３４と、予
め定められた制御パラメータにより、該偏差ｅを零とす
るようなストッパ位置指令値Ｕを演算して、比例積分微
分（ＰＩＤ）制御を行うＰＩＤ調節計３６と、からなる
湯面レベル制御系を用いて実施されるのが一般的であっ
た。 このような湯面レベル制御系の動作は、第６図に示す如
くである。即ち、場面レベル計２６によって湯面レベル
Ｌが測定され、比較器３４によって湯面レベルの目標値
Ｌ　ｒｅｆと測定値りの偏差ｅ（−Ｌｒｅｒ−Ｌ）が痒
出され、この偏差ｅに基づいて、ＰＩＤ調節計３６がス
トッパ制御器３０に対し、ストッパ位置指令値Ｕを送る
。ストッパ制御器３０は、該指令１１［ｕに従って、ス
トッパ２８を所定位置に制御し、該ストッパ位＠Ｘ　　
（第６図の例では、ストッパ制御器３０の出力自体）と
モールドへ流入する溶鋼流量との関係を表わす流量ゲイ
ンＧｃによって決まる溶鋼流量ｑを調箇することにより
、湯面レベルＬを制御している。即ち、常に湯面レベル
測定値りを監視し、それをフィードバックして制御を行
っている。第６図において、ａＱｏ／ａＶは、鋳込み速
度■から、モールドから流出する溶鋼流量ＱＯへの影響
係数を表わす。 モールドへの溶鋼流量を制御するアクチュエータとして
は、スライディングノズルと称する丸い穴の開いた板を
２枚組合わせ、それらをスライドさせるものもあるが、
基本的な制御方法はストッパの場合と同一である。 実際の連鋳機においては、タンデイツシュ１４の出口の
ノズル１６内にアルミナが付着してノズル詰まりが生じ
たり、その付着物が突然剥れたり、あるいは、ストッパ
２８とタンデイツシュ１４の接触部付近へのアルミナの
付着、ストッパ２８やノズル１６の溶損等による外乱が
生じる。このために、ストッパ開度からモールドへ流入
する流量への特性を表わす前記流量ゲインＧｃが大きく
変動する。又、連鋳機下方において、鋳片２４が、これ
を支持するピンチロール２０間で膨張・収縮を周期的に
繰返すバルジングと称する非定常現象のために、鋳片内
の溶鋼が押し上げられ、場面レベル変動を引起こすこと
がある。しかしながら、これらの現象が生じると、前記
のような通常のＰＩ・Ｄ制御系では対処することができ
ず、大きな問題となっていた。即ち、連続鋳造における
湯面レベルの制御モデルは、モールドへの流入流量が積
分されて場面レベルとなるため、積分が系の特性を支配
するモデルとなる。従って、微分動作が場面レベル維持
に有効であるが、微分動作は一般にノイズの影響を強く
受けるため、希望する高いゲインを使用することは困難
であり、必ずしも単純なＰＩＤ調節計だけでは、安定で
且つ良好な結果を得られなかった。 このような問題に対して、前記特開昭６３−１９２５４
５においては、場面レベル、ストッパ開度及び鋳片鋳込
み速度の各測定値を用いて推定した流量ゲイン推定値Ｇ
１を用いて、フィードバック制御手段の出力Ｕの修正値
Ｕ′を次式により演算するゲイン補償手段を備えている
。 ｕ’　＝　（Ｋ　ｖ　ｏ／（３ｖ　）　　Ｌｌ　　＝・
−・＝　（１）ここで、Ｋｖｏは正の定数であるつ 又、日本鉄鋼協会第１１７回（春季）講演大会（平成元
年４月４日〜・６日）の多積集第３０８頁の講演番号２
４５の講演に対する多積（」ス下、ＣＡＭＰ−Ｉｓ　Ｉ
Ｊ−２４５と表わす）においては、非定常バルジングに
起因づ゛る周期的な湯面レベル変動に対処プるべく、渦
流式レベル計の測定値から、湯面レベルの変動本と周期
を演算処理し、各々が設定範囲内ひある場合に濡面変動
を打潤すように補正出力を再出し、これを肩面変動の周
期に合わ１ｔてＰＩＤ調節計の出力に加算すること（二
よって、濡面レベル変動を安定化させるようにしたもの
が開示されている。 又、特公昭６０−１４４では、交Ｍ’Ｒ流で駆動される
励磁コイルと検知コルイを使用して、潟而レベルの微分
に相当す”るノズル内の流速を検出して湯面レベル制御
を行っており、この方法によれば、ノズル詰まりやノズ
ル詰まりの剥離など、ノズル内の流形変化には対処可能
である。 （発明、が達成しようとする課題］ しかしながら、この方法では、流速測定であるため高い
測定精度を得ることが煕しく、又、峙片内を起因とする
バルジングに対しては対処できない。更に、高温という
測定環境の悪さに加えて１、狭い７間でのＲ器装置どな
るため、高い検出精度や機器の長寿命は期待できないに
も拘わらず、高餉な機器となつ【しまう等の問題点を有
（）ていた。 更に、前記のような湯面レベル制御方法では、いずれも
、ノズル詰まりや剥離、非定常バルジング等の＾な述し
たような様々な外乱の全てに統一的に対応づ゛ることは
できず、湯面レベル変動は依然として残るという問題点
を有１ノでいた。 濡面レベル遅制御においで、Ｍ接操作でさるｍば溶鋼の
流量であり、それがモールドに蓄積された■、即ち積分
番が制御したい湯面レベルの値となる。即ち、もともと
位相遅れの大きい系であるため、外乱の影響が結果とな
って現われるのに時間がかかり、湯面レベルの値だけを
見てフィードバックυＩ詐をしているのでは、制御が後
追いとなり、外乱の影響が大きく歿るという性質を持っ
ている。 例えば、ノズル内に付着１ノだアルミナが突然剥離づ“
ると、流量ゲインＧｃが突発的に増加１ノ、モールド内
に流入する流量は、第７図（Ａ）に示す如く、ステップ
状に変化する。それに対して何も処置をしないと、湯面
レベルは、第７図（Ｂ）の如く、ランプ状に上昇でる。 これに対する望ましい処置は、ストッパ等の流量制御ア
クチュエータを、第７図（Ｃ）の如く、ステップ状に操
作して、外乱による流量変動を打消ターことであるが、
ＰＩＤ＄り御系のようなフィードバック制御系では、湯
面レベルに変化が現われてから初めて処置が行われるた
め、流量制御アクチュエータの操作は、第７図（Ｄ）の
如く緩慢なものとなり、第７図（Ｅ）に示す如く、大き
な湯面レベル変動をもたらすことになる。 前記特開昭６３−１９２５４５において提案されている
湯面レベル制御装置は、このような流量ゲインの変動を
推定してフィードバックυ制御出力を修正ゲイン補償手
段を備えたことを特徴としているが、これが有効に作用
するのは、ノズル内にアルミナが付着しＣいく過程等、
流量ゲインの変化が極めて遅い場合だけである。従って
、たとえ補償手段を備えたにせよ、フィードバック制御
には変わりはなく、前述のような突発的な流量ゲインの
変動には、原理的に対処１′ることが不可能である。又
、流量ゲイン変動以外の外乱、例えば非定常バルジング
等に対しては、この方法は通常のＰＩＤＩｌｊｌｌ系と
何ら変わるところはないため、全く同等のｉ制御性しか
持ち得ない。 一方、前記ＣＡＭｆ”−ＵＳ　１．ノー２４５で提案さ
れている湯面レベル制御方法は、ＰＮＤＭｌｉｌ系とは
別に補正出力の算出手段を持つものであり、湯面レベル
を測定して、非定常バルジングに起因する周期変動分の
奪勤ｍと周期を算出し、これを湯面レベル変動の周期に
合わせてＰＩＤＩ節計の出力（二加樟することによって
、変動を打消そうとするものである。しかしながら、こ
の方法では、−旦制御が始まって湯面レベルの周期変動
が減少してしまうと、湯面レベルだけを測定していたの
では非定常バルジングが一見収束したかのようにＩＩ！
測されるため、時々刻々の補正値を正確に算出できない
場合があるという問題が生じる。又、この方法では、非
定常バルジング以外の外乱には全く対処できないのは言
うまでもない。 このように、従来の技術では、前述のような様々な外乱
の全てに対して有効な湯面レベル制御方法はなく、その
ために、場面レベル変動は依然として大きいまま残され
、鋳片品質の低下を招いていた。 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、バルジング等の非定常外乱や、速い応答性が要求
されるノズル詰まり、剥離に対しても、安定且つ良好な
場面レベル制御性を実現して、湯面レベル変動を抑制す
ることが可能な、連続鋳造における場面レベル制御方法
を提供することを課題とする。 【課題を達成するための手段】 本発明は、溶融全店のモールドへの流入流量を制御する
アクチュエータを備えた連続鋳造機による鋳片の連続鋳
造に際して、前記１ｆｆｉ制御アクチユエータの位置の
指令値から場面レベル迄の動特性を記述するモデルを持
ち、前記流量制御アクチュエータの位置の実際の指令値
を前記モデルに入力して、該モデルの出力である場面レ
ベル予測値と実際の湯面レベル検出値の差に対応する外
乱相当指令量を求め、該外乱相当指令量を打ち消す補正
信号を前記流量制御アクチュエータに加えることにより
、前記課題を達成したものである。

【作用及び効果】

本発明者等は、前述のような様々な外乱による場面レベ
ル変動を、全て流量制御アクチュエータの位置の指令値
の変化に帰着させ、外乱相当の指令量を打消す補正信号
を流量制御アクチュエータに加えるという新規な方法に
より、あらゆる外乱に対して安定且つ良好な場面レベル
制御性を実現できる湯面レベル制御方法を考案したもの
である。 即ち、場面レベルはモールドに流入する派遣とモールド
から流出する流量の差が積分された分だけ変動する。そ
の差が零であれば場面レベルは変動しない。流入流量の
変動をもたらす外乱には、ノズル詰まりやその剥離、ス
トッパ溶損等がある。 このような流量変動を推定する方法であるが、流入出量
の差の積分が湯面レベル変動となるので、−見、場面レ
ベルを測定してその値を微分すればよいと思われる。し
かしながら、実際には、測定雑音が重畳している測定値
を微分しても良１．Ｎ推定値を得ることはできない。又
、ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ−２４５で提案されている場面レ
ベル制御系について前述した問題点と同様に、ＩＩ御を
行って６％る系で、その出力だけをｌ！副しているので
は、その内部の量を推定することはできない。 そこで、本発明では、ストッパ、スライディングノズル
等の流量制御アクチュエータの位置の実際の指令値をモ
デルに入力して、該モデルの出力である湯面レベル予測
値と実際の湯面レベル−検出値の差に対応する、外乱相
当の指令量を求めるようにしている。 次いで、該外乱相当指令量を打消す補正信号を流量制御
アクチュエータに加えて、ストッパ、スライディングノ
ズル等の流量制御アクチュエータをフィードフォワード
操作して、外乱による場面レベル変動を相殺する。 このように、本発明では、ノズル詰まりやその絢離等に
よる流量ゲイン変動や非定常／＜ルジング等、性質の異
なる様々な外乱を、それが引起こす場面レベル変動とい
う観点から統一的に捉えて、Ｉ　ＩＩ　ＩＩ　ｔｉｔア
クチュエータの特性をも考慮した対応を取るようにして
いるため、あらゆる外乱に対して、速く且つ適切な対応
が可能であり、場面レベルを常に安定に保つことができ
る。従って、良好な鋳片品質を保つことが可能となり、
又、品質欠陥の発生を防止して歩留りも向上することが
できる。

【実施例】

以下、流入流１制御アクチユエータがストッパであり、
ストッパ位置指令値Ｕからモールドへの流入流量ｑの動
特性が一次遅れ１／（１＋Ｔ−Ｓ　＞で表現され、流入
流量ｑから湯面レベルＬへの動特性が積分で表現される
場合を例にとって、本発明の実施例を詳細に説明する。 本発明の第１実施例は、第１図に示す如く、湯面レベル
の目標値１　ｒｅｆと検出値りを比較して、その偏差ｅ
を出力する比較１３４と、予め定められたｆｌｉｉ制御
パラメータく比例ゲインＫＰと時定数ＴＫ〉により、該
偏差ｅをＶどづ゛るようなスト・ツバ位置指令値１００
を演鋒して、比例積分（Ｐｌ）制御を行うＰＩ調節計４
０と、該ストッパ指令値（ＪＯと後出補正信号Ｕｅを側
御して、ストッパ位置の実際の指令値！１とＪる加算器
４２と、該加算器４２の出力に、外乱に相当する仮想的
なストッパ位置指令ＲＵｏが加えられることを示す加Ｉ
Ｉ４ど、該外乱相当のストッパ位置指令１ＬＪｏが加え
られたストッパ位置の実際の指令＠Ｕとモールドへの流
入流量ｑの関係を表わしたストッパ動特性モデル４６と
、該流入流量ｑとモールドの温顔レベルＬの関係を表わ
したモールド内現象モデル４８と、該モールド内現象モ
デル４８の出力である湯面レベル予測埴りと実際の湯面
レベル検出値の差に対応する外乱相当ストッパ位置指令
１ｔＪ。 を推定する外乱相当ストッパ位置指令量推定器５０ど、
核外乱杭当ストッパ位置指令１ｔＪｏを打消ずべく、補
正係数−りを乗じて前記加算器４２に出力する補正係数
乗簿器５２と、から構成されている。 第１図において、Ｓはラプラス演算子、Ｇｃはストッパ
の流値係数、Ｔは同じく時定数、八はモールド断面積で
ある。 以下、第１実施例の作用を説明する。 湯面レベル検出値りと湯面レベル目標値（Ｊｅｔを比較
器３４″Ｃ比較し、両者のｍ差ΩをＰＩ調箇計４０へ入
力して、該ＰＩ調節計４０において演算されるストッパ
位置指令値Ｕを加算器４２へ出力する。更に、該加ｎ器
４２において、前記ストッパ位置指令値ｕｏと補正信号
ＬＪｃを側御してストッパ位置指令値Ｕとし、該ストッ
パ位置指令値Ｕをストッパｔｎｉｍ器へ出力することに
より、湯面レベルしを所望値にする。 前記補正信号ｋＪ　ｃの作成方法について、以下説明す
る。 ノズル詰まり、ノズル詰まりの剥離、あるいはバルジン
グど呼ばれる非定常な湯面振動に対（］て上記外乱が仮
想的なストッパの挙動により引き起こされると仮定し、
上記外乱に相当する仮想的なストッパ位置指令蓬をＬＪ
ｏとすると、湯面レベルの制御モデルは、次の状態方程
式（２）で表現される。 ・・・　（２） ここで、Ａ：モールド断面積 ■；ストッパの動特性を表現する定数 Ｇｃ：流Ｒ係数 ｄ／ｄｔ：微分洟算子 従って、前記外乱相当ス（〜ツバ位置指令口推定Ｂ５０
において、実はのストッパ位置指令値（＋を（２）式に
入力して、湯面レベルＬを予測し、該湯面Ｉノベル予測
俺［と湯面レベル検出値りの差を次式にて、逐次、モデ
ルにフィードバックすることにより、湯面（ノベル検出
値と予測値を一致させることが可能であり、咳演ｎ過程
において、ノズル詰まりやノズル詰まり剥離あるいはバ
ルジングに対する仮想的なストッパ位置指令１ｉＬＪｏ
が推定できる。 ・−（３） ここで、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３：定数 〜：推定値であることを示す 次に、上記外乱相当ストッパ位置指令ｉ１′０′０を打
ａｔストッパ補正信号Ｕｃを、次式により演算する。 ここでに：定数 第２図は、第１実ｍ倒において、ノズル詰まりが剥離し
た場合の場面レベル制御例を示したものである。従来の
Ｐ■副制御比較して、場面レベル変動量が小さくなって
いることがわかる。 なお、第１実施例においては、ノズル詰り剥離などによ
る仮想的なストッパ位置指令１（Ｊｏが、モデル−４６
におけるストッパの動特性と同じ特性を持ってモールド
への流入流量となるとしていたが、本発明の適用範囲は
、これに限定されない。 例えば第３図に示す第２実施例のように、ストッパと異
なる動特性を持ち、モールドへの流入流量となると仮定
しても良い。 図において、６０は外乱用の模擬的なストッパ動特性モ
デル、６２は加算器である。 この第２実施例においても（２）（３）式に相当する式
を用いて、上記手続により仮想的なストッパ位置指令１
ｉＵｏが推定可能であり、（４〉式により、湯面レベル
Ｌを制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る連続鋳造における場面レベル制
御方法の第１実施例の構成を示すブロック線図、 第２図は、第１実施例の応答と従来例の応答を比較して
示す線図、 第３図は、本発明の第２実施例の構成を示ずブロック線
図、 第４゛図は、本発明が適用される連続鋳造機の一例の構
成を示す全体図、 第５図は、従来の１面レベル制御装置の構成を示すブロ
ック線図、 第６図は、第５図の装置を伝達関数で表わしたブロック
線図、 第７図は、ノズル内の付着物が剥離した場合の湯面レベ
ル変動の一例を示す線図である。 １０・・・溶鋼、 １４・・・タンデイツシュ、 １６・・・ノズル、 １８・・・モールド、 ２６・・・場面レベル計、 Ｌ・・・湯面レベル測定値、 ２８・・・ストッパ、 ３０・・・ストッパ制御器、 Ｘ・・・ストッパ位置、 ３２・・・湯面レベル目標設定器、 Ｌ　ｒｅｒ・・・湯面レベル目標値、 ３４・・・−比較器、 ４０・−Ｐ　Ｉ　Ｄ調節計、 ＵＯ，Ｕ・・・ストッパ位置指令値、 ４２．４４．６２・・・加算器、 ４６．６０・・・ストッパ動特性モデル、４８・・・モ
ールド内現象モデル、 ５０・・・外乱相当ストッパ位置指令量推定器、Ｕｏ”
［ＥＮＮ外乱相当ストツバ置指令Ｑ１５２・・・補正係
数乗算器、 ＬＪｃ・・・補正信号、 ｑ・・・流入流量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶融金属のモールドへの流入流量を制御するアク
   チュエータを備えた連続鋳造機による鋳片の連続鋳造に
   際して、 前記流量制御アクチュエータの位置の指令値から湯面レ
   ベル迄の動特性を記述するモデルを持ち、前記流量制御
   アクチュエータの位置の実線の指令値を前記モデルに入
   力して、該モデルの出力である湯面レベル予測値と実際
   の湯面レベル検出値の差に対応する外乱相当指令量を求
   め、 該外乱相当指令量を打ち消す補正信号を前記流量制御ア
   クチュエータに加えることを特徴とする連続鋳造におけ
   る湯面レベル制御方法。