JPH0620613B2 - 薄板鋳造における溶湯流量の制御方法 - Google Patents

薄板鋳造における溶湯流量の制御方法

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JPH0620613B2
JPH0620613B2 JP20572087A JP20572087A JPH0620613B2 JP H0620613 B2 JPH0620613 B2 JP H0620613B2 JP 20572087 A JP20572087 A JP 20572087A JP 20572087 A JP20572087 A JP 20572087A JP H0620613 B2 JPH0620613 B2 JP H0620613B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、薄板鋳造における溶湯流量の制御方法に係
り、特に、冷却ロールに溶融金属を注いで凝固させ、直
接的に板を製造する急冷薄帯プロセス等、比較的微量の
溶融金属を連続的に供給する必要のある設備に用いる好
適な、溶融金属を、連続的に冷却体に供給する際の流量
制御方法に関する。
【従来の技術】
薄板の連続鋳造、例えば冷却ロール等の連続的に移動す
る冷却体に溶融金属を注いで凝固させ、直接的に板を製
造する急冷薄帯プロセス等において、注湯ノズルより供
給する溶湯流量を正確に制御することは、製品板厚を目
標値に保つために不可欠の技術である。 従つて、例えば溶解炉等の溶湯保持設備より注湯ノズル
を具備したタンデイツシユに溶湯を供給し、タンデイツ
シユからの注湯速度が一定になるように供給量を制御す
ることによつて板厚を一定に保つ方法が開発されてい
る。 この方法は、例えば前記溶湯保持設備より直接溶湯を冷
却体に供給する方法に比べて、設備上の柔軟性において
優れているという利点を有するものの、一方、特に10
kg/s以下程度の比較的少流量の場合には正確な制御を
行なうことが困難であるという問題点を有していた。 又、溶湯の供給を制御する他の方法として、炉等の溶湯
保持装置自体を傾動させて注湯する方法や、スライデイ
ングノズルから注湯する方法等も用いられている。 しかしながら、前者は、注湯量の脈動や注湯口での一部
凝固のために正確な制御が困難であるという問題点を有
し、後者も、設備が大規模で高価であるばかりでなく、
ノズル詰まり防止のためノズル孔内に砂込めが必要とな
り、このような介在物のタンデイツシユ内の混入が、微
量注湯系では注湯ノズルの詰まりや製板への妨害等の悪
影響を無視できない等の問題点を有しており、その利用
が制限されてきた。 又、特開昭61−296942及び特開昭61−296
943において、タンデイツシユ又はタンデイツシユか
らのノズルが貫通する箱体を気密構造にすると共に、該
タンデイツシユの注湯ノズルにタンデイツシユストツパ
棒を設け、タンデイツシユ内又は箱体内の圧力調整とタ
ンデイツシユストツパ棒の開度調整の組合わせ、即ち、
溶鋼レベルの比較的速い変動を圧力調整によつて低減
し、比較的遅い変動はタンデイツシユストツパ棒の開度
調整によつて低減する方法が開示されている。
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、比較的狭い領域に設置されたタンデイツ
シユにストツパ棒を設けることは設備上の困難を伴い、
又、タンデイツシユ内や箱体内を加減圧するには、高温
融体を含むタンデイツシユや箱体を完全な気密構造にし
なければならず、大掛りな設備が必要となつて、構造が
複雑になるという問題点を有していた。特にタンデイツ
シユ内に連続的に溶湯を送りながら、タンデイツシユに
設けられたノズルから注湯する場合、この問題はとりわ
け難点となつていた。 従つて、比較的設備上の制約が少いストツパ棒方式によ
る注湯方式において、高精度の注湯の注湯制御を行うた
めに、溶解炉等の溶湯保持装置より注湯ノズルを取付け
たタンデイツシユに溶湯を供給し、タンデイツシユから
の注湯速度を一定に保つように制御を行うことが重要で
あるが、従来は、ストツパ棒のオンオフ制御により断続
的な注湯を行う流量調節は行われているものの、湯面レ
ベルの変化やストツパ棒の揺れ等により制御性が低いた
め、微少流量の正確な制御には用いることができなかつ
た。 又、タンデイツシユの重量を一定に制御する場合には、
たとえタンデイツシユ重量を一定に維持しても、ノズル
温度の変化や溶湯温度の変化、ノズル穴の一部の詰り等
により、出湯速度が変化してしまう可能性があつた。 なお、特開昭58−58964には、本発明と類似の構
成が開示されているが、本発明のように薄板鋳造に関す
るものではなく、具体的な構成も異なるものであつた。
【発明の目的】
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、設備上の制約が少いストツパ棒方式によつて、微
少流量を正確に制御することが可能な薄板鋳造における
溶湯流量の制御方法を提供することを目的とする。
【問題点を解決するための手段】
本発明は、単ロール式急冷却金属薄板鋳造設備の冷却体
表面に溶融金属を供給するためのタンデイツシユへの溶
湯供給量を制御するストツパ棒を有する溶融金属保持装
置と、該溶融金属保持装置から供給された溶湯を、冷却
体表面上に供給する注湯ノズルを有するタンデイツシユ
とを備えた注湯設備を用いて薄板を鋳造する際に、前記
ストツパ棒の制御位置に、下限値及び/又は上限値を設
定し、前記タンデイツシユからの注湯速度を、溶融金属
保持装置の全重量とタンデイツシユの全重量との和の時
間変化からオンラインで測定し、該測定値と目標値との
偏差を基に、前記ストツパ棒の位置を制御することによ
つて、前記目的を達成したものである。
【作用】
本発明は、一般的には耐火物で作られる炉底開口部とス
トツパ棒先端との間隙を厳密に調節することが困難であ
るため、比較的大きな脈動も許容できる大流量注湯系に
は採用できても、微少流量を正確に制御する必要がある
微量注湯系には適しないと従来考えられていたストツパ
棒方式を更に詳細に検討することによつてなされたもの
である。 即ち、溶解炉等の溶湯保持装置より、下方のタンデイツ
シユに溶湯を供給する速度を、タンデイツシユからの注
湯速度を一定に保つように制御することによつて、湯面
レベルを一定に保つことができる。 この湯面レベルを溶湯保持装置に設けたストツパ棒によ
つて一定に保つ際には、ストツパ棒の位置の制御方法が
重要となるが、本発明では、ストツパ棒の位置を注湯速
度の測定値と目標値との偏差に応じて制御することによ
り、溶融金属を連続的に溶湯保持装置からタンデイツシ
ユに供給するようにして、ノズルからの注湯量の正確な
制御を可能としたものである。 以下、非晶質合金の製造等に用いる単ロール法に本発明
を適用した場合を例にとつて、本発明の具体的構成を説
明する。 第2図は、前記単ロール法の例を模式的に示したもの
で、タンデイツシユ12への溶湯10の供給量を制御す
るストツパ棒14を溶湯保持装置(溶解炉)16に設
け、該溶湯保持装置16に、例えばDCサーボモータの
ような制御が容易な駆動部18を用いたストツパ棒駆動
装置を取付ける。又、前記溶湯保持装置16及びその下
方のタンデイツシユ12に、例えばロードセル20、2
1をそれぞれ取付け、前記溶湯保持装置16やタンデイ
ツシユ12と共に内部の溶湯重量を測定できるようにす
る。 図において、22は注湯ノズル、24は制御装置、26
は冷却ロール、28は薄帯である。 鋳造に際しては、前記ロードセル20で検出される溶湯
保持装置16の全重量と前記ロードセル21で検出され
るタンデイツシユ12の全重量の和の時間変化から注湯
速度を測定し、目標とする注湯速度になるように、スト
ツパ棒14の位置を制御装置24により例えばPID制
御する。即ち、第1図に示した如く、測定された注湯速
度と目標値との偏差を基にP(比例)制御によつてスト
ツパ棒開度を指示する。P制御のみでは、通常、定常偏
差を生じる場合が多いので、偏差が大きい場合はI(積
分)制御を加えて偏差を低減する。更に、必要に応じて
D(微分)制御を加えることによつて、偏差を極めて小
さくすることが可能となる。 ここで問題となるのは、ストツパ棒14の開度が非常に
小さくなつた場合に、ストツパ棒14とストツパ座16
A(炉底開口部周囲の、溶湯の供給停止時にストツパ棒
14と接触する部分)との間に溶湯が一時的に滞留して
温度低下により凝固し、ストツパ棒14がストツパ座1
6Aに溶着してしまう可能性のあることである。例え
ば、速度の比例制御の場合のゲインのような、制御に用
いるパラメータの設定によつてはこのような状況が考え
られるため、ストツパ開度に下限値を設ける。この場合
には、溶着を回避し、操業の安定性を向上することがで
きる。なお、短時間で溶着が起こる際の流量はほとんど
零であるので、下限値を設けても制御性を著しく損うこ
とはない。 又、ストツパ棒制御の場合、ストツパ開度と溶湯の供給
速度の関係は単純な比例関係ではなく、ストツパ開度が
大きくなると溶湯流量はストツパ座16Aの開口部面積
に律速されるため、供給速度が飽和する。例えば速度の
比例制御の場合のゲインを大きくした場合のように、制
御に用いるパラメータの設定によつては、このような飽
和した状態もしくはストツパ開度の増加に対する供給速
度の増加が極めて小さな状態になつても、ストツパの開
度を更に大きくするような無駄な操作をさせる場合があ
り、ストツパ棒の移動速度に制約があるため、制御性が
低下してしまうことがある。このような場合には、スト
ツパ棒の開度に上限値を設けることで、前記のような制
御性の低下を避けることが可能となる。 実際の制御にあたつては、例えば溶湯保持装置16及び
タンデイツシユ12の重量を制御装置24のマイクロプ
ロセツサに取込み、予め設定しておいたPID定数に従
つてストツパ棒開度を計算して位置の指令を出す方法に
よつて、比較的簡単な制御論理で正確な流量制御を行う
ことができる。 なお、注湯中にストツパ棒先端が大きく破損した場合等
は、ストツパ開度を小さくしても注湯量が多くてタンデ
イツシユ12からの注湯速度が目標値を超えてしまうと
いう状況がある。このような場合には、一時的にストツ
パ棒14を移動可能な最下限まで下げて、溶湯の供給を
一時中断し、注湯速度が目標値近くまで減少してから再
び制御を開始する方法によつて、鋳造を続行することが
できる。 なお、前記の説明では、溶湯保持装置やタンデイツシユ
内の溶融金属量をロードセル20、21によつて測定し
ていたが、溶融金属量の測定方法はこれに限定されず、
ロードセル以外の荷重計を用いることもできる。
【実施例】
第2図に示したように、溶湯保持装置16として、DC
モータによつて駆動するストツパ棒14を取付けた溶解
炉を用い、ストツパ棒14を上昇させることによつて、
溶解炉下部のノズルより、注湯ノズル22を取付けたタ
ンデイツシユ12に溶湯を供給する装置に、本発明の制
御方法を適用した。即ち、Fe−Si−B系合金の溶湯
を前記溶湯保持装置(溶解炉)16で1350℃に保持
し、先端が半球状で、直径が50mmのストツパ棒14を
用いて、直径が15mmの孔より、下方のタンデイツシユ
12に平均0.8kg/sの速度で注湯した。溶解炉16
及びタンデイツシユ12に取付けたロードセル20、2
1からの重量信号を、制御装置24のマイクロプロセツ
サに送り、予め書込んだプログラムに従つて、タンデイ
ツシユからの注湯速度が目標値となるようにDCモータ
の電流を制御することによつて、ストツパ棒14の位置
を制御した。 従来行われてきた、ストツパ棒を下げて溶湯保持装置の
ノズル孔を閉じた状態とストツパ開度を充分大きくして
溶湯を大量に供給する状態とを繰返すというオンオフ制
御の場合と、本発明で提案した位置制御によりストツパ
開度を制御するに際して、開度に制限を設けない場合
(比較例)、下限値(2mm)のみを設けた場合、上下限
値(上限値6mm、下限値2mm)を設けた場合について、
ストツパ開度と注湯速度の変化状況の例をそれぞれ第3
図、第4図、第5図に示す。 従来のオンオフ制御(破線)の場合と比べて、比較例に
よるストツパ棒の位置制御(実線又は1点鎖線)では、
注湯速度の偏差が小さくなつていることが明らかであ
る。なお、第3図に1点鎖線で示した如く、ストツパ棒
開度に制限を設けない場合には、ストツパ棒開度が小さ
くなつた場合にストツパ棒の溶着を起こすことがある。
これは、従来のオンオフ制御の場合も同様である。しか
しながら、本発明によれば、第4図に実線で示す如く、
ストツパ開度に下限を設けた場合には、ストツパ棒とス
トツパ座の溶着も無く、比較例に比べて更に良好な制御
が行われている。更に、第5図に実線で示す如く、上限
値も設定した場合には、制御性が更に改善されているこ
とが明らかである。
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、薄板連続注湯設備
において、ストツパ棒の移動という比較的簡単な方法で
正確な注湯量制御が可能となる。従つて、板厚を目標値
に維持することができ、板厚が均一になると共に、表面
性状も改善されるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る溶湯流量制御方法の基本的な手
順を示す流れ図、第2図は、本発明が適用された連続注
湯装置の一例の構成を示す断面図、第3図は、オンオフ
制御による従来例及び本発明でストツパ開度に制限を設
けなかつた実施例の、ストツパ開度と注湯速度の目標値
と実測値との偏差の時間変化を比較して示す線図、第4
図は、同じく従来例及び本発明でストツパ開度に下限値
を設けた実施例の、ストツパ開度と注湯速度の目標値と
実測値との偏差の時間変化を比較して示す線図、第5図
は、同じく従来例と本発明でストツパ開度に上下限値を
設けた実施例の、ストツパ開度と注湯速度の目標値と実
測値との偏差の時間変化を比較して示す線図である。 10……溶湯、 12……タンデイツシユ、 14……ストツパ棒、 16……溶湯保持装置(溶解炉)、 18……駆動部、 20、21……ロードセル、 22……注湯ノズル、 24……制御装置、 26……冷却ロール、 28……薄帯。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 苞 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 桃尾 章生 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭58−196155(JP,A) 特開 昭58−23547(JP,A) 特公 昭44−11244(JP,B1)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単ロール式急冷却金属薄板鋳造設備の冷却
    体表面に溶融金属を供給するためのタンデイツシユへの
    溶湯供給量を制御するストツパ棒を有する溶融金属保持
    装置と、該溶融金属保持装置から供給された溶湯を、冷
    却体表面上に供給する注湯ノズルを有するタンデイツシ
    ユとを備えた注湯設備を用いて薄板を鋳造する際に、 前記ストツパ棒の制御位置に、下限値及び/又は上限値
    を設定し、 前記タンデイツシユからの注湯速度を、溶融金属保持装
    置の全重量とタンデイツシユの全重量との和の時間変化
    からオンラインで測定し、 該測定値と目標値との偏差を基に、前記ストツパ棒の位
    置を制御することを特徴とする薄板鋳造における溶湯流
    量の制御方法。
JP20572087A 1987-08-19 1987-08-19 薄板鋳造における溶湯流量の制御方法 Expired - Lifetime JPH0620613B2 (ja)

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