JPH04270048A - 連続鋳造機の湯面レべル制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造機の操業中に
鋳型内の湯面レベルを予め設定された所定の目標値に維
持すべく動作する湯面レベル制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造機の操業に際して実施される湯
面レベル制御は、鋳型内部における溶鋼の冷却，凝固状
態を安定化させ、製品鋳片の品質向上を図ると共に、ブ
レークアウト等、操業の休止を強いる各種の不都合の発
生を未然に防止するために極めて重要なものである。

【０００３】この湯面レベル制御は、鋳型への注湯を行
う注湯ノズルに、スライディングノズル、ストッパ装置
等の開閉手段を付設する一方、鋳型内部の湯面レベルを
逐次検出してこれを所定の目標レベルと比較し、両者の
偏差を解消すべく前記開閉手段の開度を調節して、鋳型
への注湯量を加減する手順にて行われる。

【０００４】前記開閉手段の開度調節には、従来一般的
に、油圧サーボシリンダとサーボ弁とを備えた開度調節
機構が用いられており、この場合、湯面レベルの検出値
と目標レベルとの偏差に基づいて上位のコントローラか
ら与えられる開度指令と、サーボシリンダの現状のロッ
ド位置、即ち、開閉手段における現状の開度とを比較し
て、両者の偏差を解消すべくサーボ弁をオンオフ制御し
、サーボシリンダへの圧油の給排を行わせることにより
実施される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところがこの構成にお
いては、鋳型の直上の高熱域に位置するサーボシリンダ
の近くに耐熱性に劣るサーボ弁を配した場合、該サーボ
弁の安定動作が阻害されて高精度での湯面レベル制御が
行えなくなる一方、サーボシリンダから十分に離隔させ
てサーボ弁を配した場合、両者を接続する長寸の油圧配
管が必要となり、サーボ弁からの送給油圧がこの油圧配
管内部の油の圧縮に供される結果、サーボシリンダへ到
達する油圧が前記開閉手段の開閉に伴う抵抗に打ち勝ち
、実際に開閉動作が生じるまでの間に多大のむだ時間を
要する現象、所謂スティックスリップ現象を招来し、湯
面レベル制御における応答性の向上に限界があって、近
年における鋳込速度の高速化要求に応え得ないという難
点がある。

【０００６】そこでこの難点を解消するため、近年、前
記開閉手段の開度調節機構としてステッピングシリンダ
を代表とする直動シリンダが導入され、精度及び応答性
の向上に所定の効果が得られているが、この直動シリン
ダは非常に高価である上、サーボ弁及びサーボシリンダ
を備えた既設の連続鋳造機を更新する場合、油圧系及び
制御系の全般に亘る更新が必要となり、長期間に亘る操
業停止を強いられるという難点があった。

【０００７】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、既設の連続鋳造機における開度調節機構の小幅
な更新により応答性及び精度の大幅な向上が図れ、鋳込
速度の高速化に応え得る連続鋳造機の湯面レベル制御装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る連続鋳造機
の湯面レベル制御装置は、鋳型への注湯ノズルを開閉す
る開閉手段の開度を、該鋳型内部の湯面レベルの検出結
果と目標レベルとの偏差を解消すべく調節する開度調節
機構を備えた連続鋳造機の湯面レベル制御装置において
、前記開度調節機構は、その両油室間の圧力差に応じた
開閉力を前記開閉手段に付与するワークシリンダと、該
ワークシリンダに近接配置され、前記両油室への送給油
圧をそのスプールの移動により制御する４方向スプール
弁と、前記偏差に応じて回転駆動され、前記スプールに
移動力を付与するパルスモータ又はＡＣサーボモータと
を具備することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明においては、鋳型内部の湯面レベルの検
出結果と目標レベルとの偏差を解消すべくパルスモータ
又はＡＣサーボモータを回転駆動し、この回転により４
方向スプール弁のスプールを移動させ、この４方向スプ
ール弁に近接配置されたワークシリンダの両油室への送
給油圧を制御して、該ワークシリンダの動作により前記
開閉手段に開閉力を付与する。

【実施例】

【００１０】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。図１は本発明に係る連続鋳造機の湯面レ
ベル制御装置（以下本発明装置という）の全体構成を示
す模式図である。

【００１１】図中Ｔは、その内部に溶鋼３を貯留するタ
ンディッシュである。該タンディッシュＴの下方に適長
離隔した位置には筒形をなす鋳型Ｍが配してあり、該鋳
型Ｍの内部には、タンディッシュＴの底面にその基端を
開口させた浸漬ノズル４が延設されている。而して、タ
ンディッシュＴ内の溶鋼３は、浸漬ノズル４を介して鋳
型Ｍに注入され、該鋳型Ｍの内壁との接触により冷却さ
れて外側を凝固シェル５０にて被覆された鋳片５となり
、鋳型Ｍの下方に連続的に引抜かれる。そしてこの引抜
きの間に更に冷却されて、内側にまで凝固が進行した後
に適宜の寸法に切断され、圧延等の後工程における素材
となる製品鋳片が得られる。

【００１２】以上の如く行われる連続鋳造機の操業の間
、鋳型Ｍ内部の湯面レベルは、該鋳型Ｍ内に滞留する溶
鋼３の表面に臨ませたレベル検出器３０にて検出され、
この検出レベルと予め設定された所定の目標レベルとの
偏差がレベル制御部１に与えられている。レベル制御部
１は、この偏差を用いて後述の演算を行い、浸漬ノズル
４の中途に固設されたスライディングノズル６の開度調
節により、前記目標レベルを維持すべく鋳型Ｍへの注湯
量を加減する動作をなす。

【００１３】浸漬ノズル４の開閉手段として機能するス
ライディングノズル６の開度調節は、浸漬ノズル４の軸
心と略直交する面内にて生じるゲート板６０の摺動位置
に応じて行われ、このゲート板６０は、ワークシリンダ
７の出力ロッドの先端に連結してあり、該ワークシリン
ダ７の進退動作に応じて摺動するようになしてある。ワ
ークシリンダ７の外側には、これに近接して４方向スプ
ール弁８が並設してあり、該スプール弁８には、これの
内蔵スプールの駆動源として動作するパルスモータ９が
並設されている。図２は、４方向スプール弁８の内部構
成を示す模式的縦断面図である。

【００１４】本図に示す如く４方向スプール弁８は、ハ
ウジング８０の軸心位置に形成された円形断面をなす弁
室８１内にスプール８２を内嵌してなる。該スプール８
２は、弁室８１の一側に連設された案内室８３内にてそ
の回転を拘束され、軸長方向への摺動のみが可能となっ
ている。またスプール８２の他側には、これと同軸的に
ねじ軸８４が延設されており、このねじ軸８４に螺合す
るナット部材８５が、ハウジング８０の同側端部に同軸
的に固設されたパルスモータ９の回転軸に嵌着してある
。而してパルスモータ９が回転した場合、これに伴って
生じるナット部材８５の回転によりねじ軸８４が螺進し
、この螺進に応じてスプール８２が摺動する。

【００１５】弁室８１の内周には、軸長方向に略等しい
間隔を隔てて５本の環状溝　８１ａ〜　８１ｅが形成し
てあり、相互に連通させてある両側の環状溝　８１ａ，
８１ｅは、低圧状態に維持された油タンクに、中央に位
置する環状溝　８１ｃは、前記ワークシリンダ７への送
給油圧を発生する油圧源に、残りの２本の環状溝　８１
ｂ，８１ｄは、ワークシリンダ７の両油室Ｓ１　，Ｓ２
　に夫々連通させてある。またこの弁室８１内にて摺動
するスプール８２の外周には、軸長方向に所定長離隔し
て２本の環状溝　８２ａ，８２ｂが形成してある。

【００１６】図２はスプール８２が摺動範囲の中央（中
立位置）にある場合を示しており、このとき、スプール
８２の外周に形成された環状溝　８２ａ，８２ｂは、弁
室８１内周の前記環状溝　８１ｂ，８１ｄに夫々連通し
、油タンクに連通する環状溝　８１ａ，８１ｅ及び油圧
源に連通する環状溝　８１ｃはいずれもスプール８２の
外周にて閉止された状態にある。従ってこのとき、ワー
クシリンダ７の両油室Ｓ１　，Ｓ２　への送給油圧は平
衡し、該ワークシリンダ７は動作しない。

【００１７】一方、スプール８２が前記中立位置から左
向きに摺動した場合、該スプール８２外周の一方の環状
溝　８２ａは、前記環状溝　８１ｂと油タンクに連なる
環状溝　８１ａとに連通し、また他方の環状溝　８２ｂ
は、前記環状溝　８１ｄと油圧源に連なる環状溝　８１
ｃとに連通するから、油圧源から環状溝　８１ｃに導入
される油圧は、スプール８２外周の環状溝　８２ｂと弁
室８１外周の環状溝　８１ｄとを経て一方の油室Ｓ２　
に送給されることになり、このとき他方の油室Ｓ１　と
の間に生じる圧力差により、ワークシリンダ７は図の左
向きに動作する。逆に、スプール８２の摺動が右向きに
生じた場合、ワークシリンダ７は右向きに動作する。

【００１８】以上の如く本発明装置においては、スライ
ディングノズル６を開閉するワークシリンダ７の動作が
、これに付設した４方向スプール弁８の内蔵スプール８
２の摺動に応じて生じ、このスプール８２の摺動が、パ
ルスモータ９の回転に伴って生じることから、前記レベ
ル制御部１からの出力をパルスモータ９の駆動回路９０
に与え、鋳型Ｍ内での検出レベルと目標レベルとの偏差
を解消すべくパルスモータ９を駆動することにより湯面
レベル制御が行われる。なおこのとき、４方向スプール
弁８は簡素な構成を有し耐熱性に優れた弁であり、鋳型
Ｍ上部の高温域にあるワークシリンダ７に前述の如く近
接配置した場合においても、動作不良を発生する虞がな
く安定した動作が可能であり、またこの４方向スプール
弁８とワークシリンダ７の両油室Ｓ１　，Ｓ２　とは、
短寸の油路にて連結できることから、該スプール弁８の
動作に応じてワークシリンダ７の動作が生じるまでの時
間を極めて短くでき、応答性の向上が図れる。

【００１９】図３は、レベル制御部１の内部構成を示す
ブロック図である。本図に示す如くレベル制御部１は、
検出レベルと目標レベルとの偏差を解消するために必要
なスライディングノズル６の開度変更量ΔＳを演算する
マイクロプロセッサ１０と、この開度変更量ΔＳを得る
ために必要なパルスモータ９の回転方向及び回転数を求
め、これの実現に必要な正転パルス又は逆転パルスを出
力するディジタルシグナルプロセッサ２０とを備えてな
る。

【００２０】マイクロプロセッサ１０とディジタルシグ
ナルプロセッサ２０との間でのデータ交換は、両者の共
有バスを介して高速にて行われるようにしてある。レベ
ル制御部１に入力される検出レベルと目標レベルとの偏
差εは、マイクロプロセッサ１０に与えられており、マ
イクロプロセッサ１０は、この偏差εを用いた次式によ
る速度型のＰＩＤ演算を実施し、スライディングノズル
６に必要とされる開度変更量ΔＳを演算して、この結果
を共有バスを介してディジタルシグナルプロセッサ２０
に出力する。

【００２１】 ΔＳ＝ＫＰ　Δε＋ＫＩ　ε＋ＫＤ　Δ２　ε　　　　
　　…（１）　但し、この式中のΔεは今回得られた偏
差εと前の制御時点における偏差εとの差であり、Δ２
　εは今回のΔεと前の制御時点におけるΔεとの差で
ある。また湯面レベル制御の開始時における　（１）式
の演算は、操業開始時点から所定のパターンに従って行
われるスライディングノズル６の開度調節の最終段階で
の湯面レベルの検出値を用いて行われる。

【００２２】一方ディジタルシグナルプロセッサ２０は
、加算器２１、除算器２２、パルス発生器２３及びカウ
ンタ２４を備え、マイクロプロセッサ１０での演算によ
り得られた開度変更量ΔＳは、まず加算器２１に与えら
れる。加算器２１は、開度変更量ΔＳに後述の如く得ら
れる端数ΔＳ″を加算し、補正済の開度変更量ΔＳ′を
除算器２２に出力する。除算器２２には、一回のパルス
出力に応じたパルスモータ９の回転により得られるワー
クシリンダ７の動作量ΔＮが設定されており、除算器２
２は、加算器２１から与えられるΔＳ′をこのΔＮにて
除算し、得られた商Ｎをパルス発生器２３及びカウンタ
２４に、また端数ΔＳ″を加算器２１に夫々出力する。

【００２３】以上の過程において、除算器２２における
除算の結果として得られた商Ｎは、開度変更量ΔＳ′を
得るために必要なパルスモータ９の回転方向及び回転数
の情報を含んでおり、またこの除算は、マイクロプロセ
ッサ１０にて決定された開度変更量ΔＳを、前回の除算
により生じた端数ΔＳ″を加算した補正値ΔＳ′に対し
て行われるから、各制御機会において生じる端数ΔＳ″
が切り捨てられることがなく、位置型の指令である開度
変更量ΔＳが速度型の指令に確実に変換される。

【００２４】パルス発生器２３は、除算器２２からの入
力に応じてその動作を開始し、前記Ｎの正負に応じて正
転パルス又は逆転パルスを発生し、パルスモータ９の駆
動回路９０に出力する。パルス発生器２３の発生パルス
は前記カウンタ２４にも与えられており、該カウンタ２
４は、除算器２２から与えられた前記Ｎの値に達するま
で前記パルスを計数し、計数終了後、直ちにパルス発生
器２３にオフ信号を発して該パルス発生器２３からのパ
ルス出力を停止させる動作をなす。

【００２５】即ち、ディジタルシグナルプロセッサ２０
は、マイクロプロセッサ１０から与えられる開度変更量
ΔＳの正負に対応する向きに、これの絶対値に相当する
数のパルスを発生して一回の動作を終了することになり
、出力された正転パルス又は逆転パルスによりパルスモ
ータ９が駆動されて、これに伴うワークシリンダ７の動
作により、前記開度変更量ΔＳが精度良く実現される。

【００２６】前記カウンタ２４の計数結果は、制御動作
開始時からの出力パルスを積算して記憶する機能をも有
しており、この積算結果は、現状におけるワークシリン
ダ７の動作位置、即ちスライディングノズル６の開度を
示すフィードバック信号として、連続鋳造機のオートス
タート時における絶対値制御に用いられる。即ち、ワー
クシリンダ７の出力ロッドに位置センサを付設すること
なくスライディングノズル６の現状の開度を精度良く得
ることができ、この位置センサの保守点検に要する手間
を省くことができる。

【００２７】以上の如き構成の本発明装置と、従来の湯
面レベル制御装置とにおいてステップ状の開度指令に対
するスライディングノズル６の開度変化の様子を調べた
結果を図４に示す。図中実線は本発明装置による場合を
、また破線は開度調節機構にステッピングシリンダを用
いた場合を、更に１点鎖線は開度調節機構にサーボ弁及
びサーボシリンダを用いたアナログサーボ方式による場
合を夫々示しており、これらの比較から本発明装置にお
いては、ステッピングシリンダを用いた場合よりはやや
劣るものの、従来一般的に用いられているアナログサー
ボ方式に比較して大幅に優れた応答性が得られることが
わかる。

【００２８】このことはまた、開度指令の発信時点から
スライディングノズル６の開閉動作が開始されるまでの
時間（むだ時間）と、前記開度指令に対する時定数とを
、前記各場合において調べた結果を示す表１に明らかで
あり、本発明装置によれば、高価なステッピングシリン
ダを用いた場合と略同等のむだ時間と時定数とが得られ
、アナログサーボ方式に比して応答性の大幅な改善が達
成される。

【００２９】表　　　　　　１

【００３０】なお本実施例においては、パルスモータ９
の回転を４方向スプール弁８のスプール８２の摺動に変
換するために、ねじ軸８４とナット部材８５とからなる
ねじ機構を用いたが、ラック．ピニオン機構等、回転運
動を直線運動に変換する他の機構を用いることも可能で
あり、また前記スプール８２に摺動力を付与するモータ
としては、パルスモータ９に換えてＡＣサーボモータを
用いてもよい。

【００３１】更に本実施例においては、鋳型Ｍへの注湯
量を調節する開閉手段としてスライディングノズル６を
備えた連続鋳造機について説明したが、タンディッシュ
Ｔ内の浸漬ノズル４の開口端に臨ませて配したストッパ
棒の昇降により注湯量を調節するストッパ装置等、他の
開閉手段を備えた連続鋳造機においても本発明装置の適
用が可能であることは言うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明装置においては
、注湯ノズルを開閉する開閉手段に開閉力を付与するワ
ークシリンダに耐熱性に優れた４方向スプール弁を近接
配置し、この４方向スプール弁の内蔵スプールをパルス
モータ又はＡＣサーボモータの回転により移動せしめる
開度調節機構を備えることにより、高応答性及び高精度
での湯面レベル制御が可能となり、鋳込速度の高速化要
求に応え得る上、前記開度調節機構の構成は既設の連続
鋳造機の開度調節機構の小幅な更新により実現できるこ
とから、長期間に亘る操業停止を強いることがない等、
本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の全体構成を示す模式図である。

【図２】４方向スプール弁の内部構成を示す縦断面図で
ある。

【図３】レベル制御部の内部構成を示すブロック図であ
る。

【図４】本発明装置と従来装置とにおける応答性の比較
結果を示す図である。

【符号の説明】

１　　レベル制御部 ６　　スライディングノズル ７　　ワークシリンダ ８　　４方向スプール弁 ９　　パルスモータ ８１　　弁室 ８２　　スプール ８４　　ねじ軸 ８５　　ナット部材 Ｍ　　鋳型 Ｔ　　タンディッシュ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鋳型への注湯ノズルを開閉する開閉手
   段の開度を、該鋳型内部の湯面レベルの検出結果と目標
   レベルとの偏差を解消すべく調節する開度調節機構を備
   えた連続鋳造機の湯面レベル制御装置において、前記開
   度調節機構は、その両油室間の圧力差に応じた開閉力を
   前記開閉手段に付与するワークシリンダと、該ワークシ
   リンダに近接配置され、前記両油室への送給油圧をその
   スプールの移動により制御する４方向スプール弁と、前
   記偏差に応じて回転駆動され、前記スプールに移動力を
   付与するパルスモータ又はＡＣサーボモータとを具備す
   ることを特徴とする連続鋳造機の湯面レベル制御装置。