JPH03468A - 溶融金属の目標値温度の時間経過を実現するための方法 - 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】 ａ、　産業上の利用分野 本発明は、所要の加熱エネルギーが少なくとも１つのプ
ラズマバーナにより発生される、取鍋の中又は分配器溝
の出口における溶融金属の目標値温度を得るための方法
に関する。

ｂ、従来の技術 ヨーロッパ特許出願公開筒０１８０７４１　号公報から
４エネルギーを供給することにより収容容器の中にある
溶融金属の温度を低める又は高めるための方法及び装置
であって、所要エネルギーが１つ又は複数のプラズマバ
ーナにより発生されるものが公知である。この文献はし
かし、前もって与えられている温度のために必要な加熱
能力をどのようにして測定するかについては何も説明し
ていない。

従ってこの文献には、目標値温度のための時間的境界条
件については何ら説明されていない。

加熱に必要なエネルギーが、連続鋳造装置の分配器溝と
固定接続されている誘導形加熱装置により溶融金属に供
給される方法も公知である（例えばヨーロッパ特許出願
公開第０１３２２８０号公報を参照）、この方法はしか
し、各容器のために別個の加熱装置を設けなければなら
ないという大きな欠点を有し、これは特に取鍋において
はコスト高につながる。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、例えば容器の出口等の前もって与えら
れている個所における取鍋又は分配器溝の中の溶融金属
の温度が、たとえ障害による影響が加わっても、前もっ
て与えられている時間的温度経過に対応することを確保
し、この場合に温度経過は最も簡単な場合には一定であ
る（温度の保持）ことも可能である方法を提供すること
にある。

ｄ、　課題を解決するための手段 上記課題は、取鍋の場合には、 目標値温度の時間経過と、質量と、必要な場合には流出
溶融金属の質量流と、取鍋の中にある溶融金属の特性値
と、装置パラメータとが人力されることと、 これらの値から、目標の温度経過を実現する４めに必要
な加熱能力に対応する操作信号の経過が求められ、 同時にかつ連続的に溶融金属の実際の温度（Ｔ１）が測
定され、 前もって与えられている許容誤差を越えて溶融金属の実
際の温度がその目標値温度からすれている場合には加熱
能力のための操作信号が、実際値温度が目標値温度を上
回ると操作信号は低められ実際値温度が目標値温度を下
回ると操作信号は高められるように閉ループ制御装置に
より制御されることにより解決される。

時間に依存する経過を有することも基本的に可能な制御
装置により求められた加熱能力が、障害が発生しない場
合には目標値温度の所望の経過を実現することが経験的
に可能であるが、入力された値に基づいて求められた加
熱能力を、障害による影響が加わった場合は必要な加熱
能力をも含めて目標値温度を実現するために整合する閉
ループ制御装置に測定された温度を帰還することが例え
ば取鍋の出口における溶融金属の温度経過が目標の経過
に対して、前もって与えられている許容誤差の範囲内で
制御されるために、用いられる。

溶融金属が凝固するのではなく流れる分配器溝の場合に
は、特許請求の範囲第２項に記載のように、取鍋の場合
に入力すべき値の外に分配器溝の中へ流入する際の溶融
金属の温度と、分配器溝の中に入れるべき溶融金属の総
質量と、分配器溝の入口と出口とにおける溶融金属の質
量流とが開ループ制御装置に入力される。この際に、分
配器溝の出口における溶融金属の実際の温度が測定され
るのであって、プラズマバーナによる加熱能力入力結合
の下での溶融金属の実際の温度が測定されるのではない
場合には、加熱能力のための操作信号はシステム固有の
遅れ時間の考慮の下に制御されなければならない。

しかし特許請求の範囲第３項に記載のように、分配器溝
の出口における温度の他にプラズマバーナの下即ち熱供
給ゾーン内の溶融金属の温度も測定される場合には、そ
の都度に必要な加熱能力のためψ操作信号の閉ループ制
御を、システム固有の遅れ時間を考慮しないで行うこと
も可能である。

この場合には開ループ制御装置を省いて、分配器溝の出
口における溶融金属の温度経過を目標経過に対して、前
もって与えられている許容誤差の範囲内で閉ループ制御
′ｎすることさえも可能である。

好適な効率で装置を作動するために、アーク長に対応す
る、プラズマバーナと溶融金属との間の間隔を小さい初
期値に設定し、電流の強さを所要の加熱能力に対応して
制御し、その都度に必要な加熱能力を、電流の強さが量
大でありプラズマバーナと溶融金属との間の間隔が初期
間隔である際の加熱能力特性値と比較し、温度制御に必
要な加熱能力整合を、所要の加熱能力が加熱能力特性値
を下回る場合には電流の強さ（アーク長＝初期間隔）の
みを介して行い、所要の加熱能力が加熱能力特性値を上
回る場合にはプラズマバーナと溶融金属との間の間隔（
アーク電流＝最大電流の強さ）のみを介して行う。

ｅ、　実施例 次に本発明を実施例に基づき図を用いて詳しく説明する
。第１図に示されている取鍋１は溶融金属２により充填
されている。取鍋１の蓋３を貫通してプラズマバーナ４
が案内され、アーク長に対応する、溶融金属２の表面か
らのプラズマバーナ４の間隔ａは移動装置５により鯛整
することができる。

１つのプラズマバーナの代わりに、所要の加熱能力に依
存して複数例えば２つ又は３つのプラズマバーナを用い
ることもでき、これらのプラズマバーナは電流源６から
直流又は交流（又は３相交流）により給電することがで
きる。

取鍋１の出口９には温度測定個所ＴＩが設けられている
。温度測定個所Ｔ１と移動装置５と電流′ｔＡ６のうち
のそれぞれ２つの間には間ループ／閉ループ制御装置７
が設けられ、開ループ／閉ループ制御装置７はその入力
側を介して測定個所ＴＩの温度の測定信号を受取りその
それぞれ１つの出力側を介して移動装置５又は電流源６
と接続されている。

間ループ／閉ループ制御装置７は、ユニット２３に統合
されている適応形開ループ制御装置２１と閉ループ制御
装置２２と、加熱能力整合回路２４とから成り、適応形
開ループ制御装置２１はその開ループ制御プログラムを
自動的に、種々異なる初期条件に起因する要求に整合（
適応）する、加熱能力整合回路２４は、プラズマバーナ
４と溶融金属２とを有する閉ループ制御装置の中の電流
源６と移動装置５とを制御する。測定個所Ｔ１から閉ル
ープ制御装置２２へは帰還接続線が設けられている。

例えば取鍋ｌへの注入の際に守るべき溶融金属２の目標
値温度ＴＩ’　（０）の時間変化を得るために先ず初め
に、 目標値温度ＴＩ’　（０）の所望の時間経過と、初期条
件及び境界条件として特に、 溶融金属の初期温度Ｔ１と、 溶融金［２の質量ＩＩ＋２と、 溶融金属２の熱容量と、 流出する溶融金属の質量２ｉｔＩ１１９と、取鍋ｌのラ
イニングの厚さ等の装置パラメータ等を適応形開ループ
制御装置２１と閉ループ制御装置２２に入力する。

これらの値から開ループ制御装置２１は、目標とする温
度変化Ｔｌ’　（Ｌ）を実現するために必要な加熱能力
［１’　（ｔ　’）のための操作信号を、たとえノイズ
が発生してもこれを考慮しないで求める。この場合に、
開ループ制御を実行する基礎として一方では閉ループ制
御部２５が、その種々異なるプロセス状態においてモデ
ル化され、他方では取鍋１の中の溶融金属２の基準温度
変化が作動点状態において決められる。

上記データの入力と同時にかつ連続的に溶融金属２の実
際値温度ＴＩが取鍋１の出口で測定され、閉ループ装置
２２は、実際値温度ＴＩと目標値温度ＴＩ’　＜０）と
の間の差が零又は前もって与えられている許容誤差から
ずれる差を有する場合には、開ループ制御装置２１によ
り前もって与えられている加熱能力Ｑ（０）のための操
作信号を、発生した差（Ｔｌ　−Ｔｌ’　（０））が前
もって与えられている許容誤差の範囲内に戻るように制
？ＩＩする。

加熱能力整合回路２４においては、最適の効率を得るた
めに、その都度の加熱能力Ｑ（０）が、最大電流１．１
、と、溶融金属２の表面からプラズマバーナ４までの最
初に前もって与えられている最小間隔ａ０により得るこ
とのできる加熱能力により小さいか又はこれに等しいか
が求められる。

開ループ制御装置２１により前もって与えられている加
熱能力Ｑ（０）がその都度に（加熱能力特性値とも呼称
される）加熱能力により小さいか又はこれに等しい場合
には電流Ｉは対応して高められ、前もって与えられてい
る加熱能力０（０）が加熱能力により大きい場合には最
大電流１．１．はそのままにされ、溶融金属２の表面か
らプラズマバーナ４までの間隔ａは、前もって与えられ
ている加熱能力Ｑ（０）に対応して、アーク電圧が高め
られながら大きくされる。

第３図に示されている注入又は分配器溝１０は出口１１
の一端と他端とに、１つ又はそれぞれ１つの（図示され
てない）連続鋳造装置への１つ又は複数の出口１９を存
する（このような連続鋳造装置は例えば米国特許第３３
３３４５２号明細書に開示されている）０分配器溝ｌＯ
の蓋１３を貫通して１つ又は複数のプラズマバーナＩ４
が案内され、アーク長に対応する、溶融金属１２の表面
からの間隔ａは移動装置１５により変化させることがで
きる。１つ又は複数のプラズマバーナ１４は電流源１６
に接続されている０分配溝１０の少なくとも１つの出口
に温度測定個所ＴＩが設けられている。測定個所Ｔ３と
移動装置１５と電流源１６のうちのそれぞれ２つの間に
も間ループ／閉ループ制ｉｎ装置１７が設けられ、開ル
ープ／閉ループ制御装置１７はその入力端を介して測定
個所Ｔ３の温度の測定信号を受取り、それぞれ１つの個
別の出力側を介して移動装２１５又は電流源１６と接続
されている。

分配器溝１０のための間ループ／閉ループ制御装置１７
は、１つのユニット３３に統合されている適応形開ルー
プ制御装置３１キ閉ループ制御装置３２と、加熱能力整
合回路３４とから成り、適応形開ループｆｆＡｌ　ｊＢ
　装Ｗ　３１はその開ループプログラムをこの場合にも
自動的に、種々異なる初期条件に起因する要求に対応し
て整合（適応）する、加熱能力整合回路３４は、プラズ
マバーナ１４と溶融金属１２とを有する閉ループ制御部
３５の中の電流源１６と移動装置１５とを制御する。こ
のように入力結合されている加熱能力は溶融金属１２の
温度Ｔ５を少なくとも１つのプラズマバーナ１４を介し
て直接に制御する。この温度Ｔ５はしかし遅れ時間素子
ｔ、により、プロセスのためひいては閉ループ制御のた
めに重要な温度Ｔ５から分離され、温度Ｔ５は帰還接続
されて目標値温度経過Ｔ３’　（０）　と減算により比
較され、比較結果は閉ループ制御装置３２に入力される
。遅れ時間り、は実質的に、溝ＩＯへの溶融金属１２の
流入によってと、少なくとも１つのプラズマバーナ１４
による熱入力結合と、測定個所Ｔ３との間の流れ方向に
おける間隔によって条件付けされる。

溶融金属１２の目標値温度Ｔ３’　（０）の時間経過を
得るために鋳込み工程の初めに又は工程変更の初めに 目標値温度↑３’　（０）の時間経過と、初期条件及び
境界条件として特に、 分配溝１０の中への溶融金属の流入の際の溶融金属の温
度Ｔ４、 分配器溝１０の中に注入すべき溶融金属の総質１１ｍ２
、 分配器溝の中に流入する際の溶融金属の質量流（鋳込み
率）、 分配器溝１０の出口Ｉ９における質量流−１９、溶融金
属１２の比熱容量、 分配器溝１０のライニングの厚さ等の装置パラメータ等
が適応形開ループ制御装置３１と閉ループ制御装置３２
の中に入力される。

これらの値から開ループ制御装置３１は、達成すべき温
度経過７３’　（０）を実現するために必要な熱能力Ω
（１）のための操作信号を、障害による影響が発生した
としてもこれを考慮することなしに求める。

間ループ制御装置３１はしかしく例えば取鍋交情の長引
き、鋳込みの遅れ等の）工程経過の変化にも、これらの
変化が付加信号により操作具により入力される場合には
自動的に応答する。開ループ制御の展開の基礎としてこ
の場合にも一方では閉ループ制御部３５がその種々のプ
ロセス状態においてモデル化され、他方では分配器溝の
中の溶融金属１２の基準温度経過が動作点状態において
固定される。

上記のデータの入力と同時にかつ連続的に溶融金属１２
の実際（ｌＩ温度Ｔ３が分配器溝１０の出口１９におい
て測定され、その際に閉ループ制御装置３２は、実際値
温度Ｔ３と目標値温度↑３’　（０）　　との間の差が
零又は前もって与えられている許容誤差範囲内にある場
合には、開ループ制御装置３１により前もって与えられ
ている加熱能力Ｑ（０）のための操作信号を遅れ時間り
、を考慮しながら制御して、発生する差（Ｔ３−Ｔ３’
　（０））が前もって与えられている許容誤差の範囲内
に戻るようにする。

加熱能力整合回路３４では、その都度の加熱能力Ｑ（０
）が、最大電流の強さ！、１、と、初めに前もって与え
られている、溶融金属１２からのプラズマバーナ１４の
最小間隔ａ、とにより得ることのできる（加熱能力特性
値とも呼称される）加熱能力により小さいか又はこれに
等しいかが求められる。

間ループ制御装置３１により前もって与えられている加
熱能力ａｍがその都度に加熱能力により小さいか又はこ
れに等しい場合には電流の強さＩは対応して高められ、
前もって与えられている加熱能力Ｑ（０）が加熱能力に
より大きい場合には最大電流ｒ□つはそのままにされ、
溶融金属１２０表面からのプラズマバーナ１４の間隔ａ
は、前もって与えられている加熱能力Ｑ（０）に対応し
てかつアーク長を高めながら大きくされる。

システム固有の遅れ時間ｔ、の閉ループ制御上の問題を
回避しひいては適応形制御を不要とするために、別の１
つの実施例においては２木の温度帰還制御接続線が設け
られている（第５図）。この場合に温度測定個所Ｔ３の
他に溝１０の出口１９に別の１つの温度測定個所↑５が
設けられ、温度測定個所Ｔ５は分配器溝１０の中にプラ
ズマバーナ１４の下の位置に配置される（第３図の一点
鎖線を参照）、温度測定個所Ｔ５の測定信号は、減算形
温度比較の後に閉ループ制御Ｂ装置３２′に人力される
。このように遅れ時間なしでＴ５−帰還接続される閉ル
ープ制御回路を形成することにより測定個所Ｔ５におけ
る溶融金属１２の温度を常時にかつ障害と無関係に、前
もって与えられている値に保持する、又は前もって与え
られている経過に対応して整合することが可能となる。

このようにして測定個所Ｔ３における溶融金属１２の温
度も、測定個所Ｔ５の溶融金属の温度とほぼ同様の所望
の特性を揺する、何故ならば双方の温度は遅れ時間素子
り、により互いに分離されているにすぎないからである
。測定個所Ｔ３の溶融金属１２を、前もって与えられて
いる温度経過Ｔ３’　（０）　の所望の（Ｉ道に遅れ時
間なしに整合するために、目標値温度Ｔ３’　（０）　
　と測定個所Ｔ３の温度との差が、遅れ時間１．を考慮
して閉ループ制御プロセス閉ループ制御装置３７に入力
され、閉ループ制御装置は、その時点において存効であ
る温度差（７３′−７３）に従って閉ループ制御装置３
２′の閉ループ制御プロセスを制御し、ひいてはＴ３を
百標経過Ｔ３’　Ｄ）に整合する。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶融金属の閉ループ制御形加熱装置を有する取
鍋の断面図、第２図は取鍋にある溶融金属の閉ループ制
御形加熱装置のブロック回路図、第３図は溶融金属の閉
ループ制御形加熱装置を有する連続鋳造装置のための分
配溝の断面図、第４図は分配器溝の中の溶融金属の閉ル
ープ制御装置のブロック回路図、第５図は分配器溝の中
の溶融金属の閉ループ制御形加熱装置の別の１つの実施
例のブロック回路図である。 １・・・取鍋、　　　　　　２・・・溶融金属、３・・
・蓋、　　　　　　　　４・・・プラズマバーナ、５・
・・移動装置、　　　　　６・・・電流源、７・・・閉
ループ／開ループ制御装置、９・・・出口、　　　　　
　１０・・・分配器溝、１１・・・入口、　　　　　　
１２・・・溶融金属、１３・・・蓋、　　　　　　　　
１４・・・プラズマバーナ、１５・・・移動装置、　　
　１６・・・電流源、１７・・・閉ループ／開ループ制
御装置、２１・・・間ループ制御装置、２２・・・閉ル
ープ制？１１を装置、２３・・・ユニット、　　　　２
４・・・加熱能力整合回路、２５・・・閉ループ制御部
、　３１・・・閉ループ制御装置、３２・・・閉ループ
制御装置、３３・・・ユニット、３４・・・加熱能力整
合回路　３５・・・閉ループ制御部、３７・・・閉ルー
プ制御′ｎプロセス閉ループ制御装置、Ｔ１・・・初期
温度、　　　　Ｔ３．Ｔ４．Ｔ５・・・測定個所、Ｔｌ
’　＜ｔ＞　・・・目標値温度、 Ｔ３’　（０）　・・・目標値温度経過、ｔ、・・・遅
れ時間素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所要の加熱エネルギーが少なくとも１つのプラズマ
   バーナにより発生される、取鍋の中の溶融金属の目標値
   温度の時間経過を実現するための方法において、 −目標値温度Ｔ１’（ｔ）の時間経過と、質量（ｍ２）
   と、必要な場合には流出溶融金属（２）の質量流（ｍ９
   ）と、取鍋（１）の中にある溶融金属（２）の特殊値と
   、装置パラメータとが入力され、−これらの値から、目
   標の温度経過を実現するために必要な加熱能力（Ｑ（ｔ
   ））に対応する操作信号の経過が求められ、 −同時にかつ連続的に溶融金属の実際の温度（Ｔ１）が
   測定され、 −加熱能力（Ｑ（ｔ））のための操作信号が、溶融金属
   （２）の実際の温度（Ｔ１）がその目標値温度（Ｔ１’
   （ｔ））から前もって与えられている許容誤差を越えて
   ずれている場合には、実際値温度が目標値温度を上回る
   場合には操作信号は低められ実際値温度が目標値温度を
   下回る場合には操作信号は高められるように閉ループ制
   御装置（２２）により制御されることを特徴とする溶融
   金属の目標値温度の時間経過を実現するための方法。 ２）所要の加熱エネルギーが少なくとも１つのプラズマ
   バーナにより発生される、分配器溝の出口における溶融
   金属の目標値温度の時間経過を実現する方法において、 −溶融金属の目標値温度（Ｔ３’（ｔ））の時間経過と
   、分配器溝（１０）の中への流入の際の溶融金属の温度
   （Ｔ４）と、分配器溝（１０）の中に供給すべき溶融金
   属の総質量（ｍ２）と、分配器溝（１０）の入口（１１
   ）と出口（１９）とにおける溶融金属の質量流（ｍ１１
   、ｍ１９）と、溶融金属の特殊値と、装置パラメータと
   が適応形開ループ制御装置（３１）に入力され、 −これらの値から、目標の温度経過に必要な加熱能力（
   Ｑ（ｔ））に対応する操作信号の経過が求められ、 −同時かつ連続的に分配器溝（１０）の出口（１９）に
   おける溶融金属（１２）の実際の温度Ｔ３が測定され、 −前もって与えられている許容誤差を越えて溶融金属（
   １２）の実際値温度がその目標値温度（Ｔ３’（ｔ））
   からずれている場合には加熱能力（Ｑ（ｔ））のための
   操作信号が、実際値温度が目標値温度を上回ると操作信
   号は低められ実際値温度が目標値温度を下回ると操作信
   号は高められるように閉ループ制御装置（３２）により
   システム固有の遅れ時間（ｔ＿３）を考慮して制御され
   ることを特徴とする溶融金属の目標値温度の時間経過を
   実現する方法。 ３）所要のエネルギーが少なくとも１つのプラズマバー
   ナにより発生される、分配器溝の出口における溶融金属
   の目標値温度の時間経過を実現するための方法において
   、 −出口（１９）における溶融金属（１２）の実際の温度
   （Ｔ３）とプラズマバーナ作用ゾーン内の溶融金属の温
   度（Ｔ５）とが連続的に測定され、 −前もって与えられている許容誤差を越えて溶融金属（
   １２）の実際の温度（Ｔ３）がその目標値温度（Ｔ３’
   （ｔ））からずれている場合には加熱能力のための操作
   信号が、実際値温度が目標値温度を上回ると操作信号が
   低められ実際の温度が目標値温度を下回ると操作信号は
   低められるように閉ループ制御装置（３２’）と閉ルー
   プ制御プロセス閉ループ制御装置（３７）とにより制御
   されることを特徴とする溶融金属の目標値温度の時間経
   過を実現するための方法。 ４） −アーク長に対応する、プラズマバーナ（４、１４）と
   溶融金属（２、１２）との間の間隔（ａ）が小さい初期
   値（ａ＿０）に設定され、先ず初めに電流の強さ（Ｉ）
   が所要の加熱能力（Ｑ（ｔ））に対応して制御され、 −その都度に必要な加熱能力（Ｑ（ｔ））が、電流の強
   さ（Ｉ）が最大電流の強さ（Ｉ＿ｍ＿ａ＿ｘ）でありプ
   ラズマバーナ（４、１４）と溶融金属（２、１２）との
   間の間隔（ａ）が初期間隔（ａ＿０）との場合に可能で
   ある加熱能力特性値（Ｋ）と比較され、 −温度制御に必要な加熱能力整合（２４、３４）が、所
   要の加熱能力（Ｑ（ｔ））が加熱能力特性値（Ｋ）を下
   回る場合には電流の強さ（Ｉ）のみを介して行われ、所
   要の加熱能力（Ｑ（ｔ））が加熱能力特性値（Ｋ）を上
   回る場合にはプラズマバーナ（４、１４）と溶融金属（
   ２、１２）との間の間隔（ａ）のみを介して行われるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のう
   ちのいずれか１項に記載の溶融金属の目標値温度の時間
   経過を実現するための方法。