JPH0681660B2 - 連続鋳造プロセス制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、連続鋳造プロセスにおける湯面レベルを適切
に制御するための連続鋳造プロセス制御装置に関する。

〔従来の技術〕

鉄鋼、アルミ合金等の連続鋳造においては、溶融金属よ
りなる湯を上下が開放されたモールドの上方から注入
し、モールド側面から冷却してその表面から一部を固化
せしめ、下方からロールではさんで引き出しながら冷却
することによって連続的に鋳造が行われる。

モールド内の湯面レベルは製品の品質を大きく左右する
重要な要因であるから、精密に制御する必要がある。そ
のため、以下に述べるセンサによって検知した湯面レベ
ルに応じてPID制御によりモールド内への湯の注入量が
制御される。

モールド内の湯面レベルの検知手段としてはいくつかの
形式のものが実用化されている。その１つは渦流式湯面
レベルセンサである。これは湯面上方に送信コイルと受
信コイルを設け、送信コイルに高周波の電流を流すこと
により湯の表面に渦電流を生ぜしめ、これにより受信コ
イル側に発生する電流の強弱がセンサと湯面との距離に
対応することを利用して湯面レベルを検知するものであ
る。また、感温素子例えば熱電対を使用した湯面レベル
センサ（例えば特開昭62-54562号公報参照）では、モー
ルド側面の銅板内に深さ方向に多数の熱電対を埋め込
み、それぞれの熱電対の示す温度から湯面レベルを算出
するものである。その他に、γ線を使って湯面レベルを
検知する方式のものもある。

以上は湯面レベルを連続的に検知することのできるセン
サであるが、本質的に不連続なレベル検知を行うものと
しては、電極式の湯面センサ（特開昭62−179612号公報
に記載）がある。

また、モールド内へ注入する湯の量を増減する手段とし
ては、モールドの上方に湯を一時貯蔵あるいは供給する
ためのタンディッシュあるいは樋を設置し、その底に湯
をモールドへ供給するための穴を設け、その穴をふさぐ
ことのできる棒状のストッパーを上下させて注入量を増
減するもの、あるいはモールドへ湯を供給する供給路を
スライディングノズル（SN）プレートで絞って調節する
方式のもの等がある。

ところで、この連続鋳造プロセスの運転を開始する際に
は、モールドの底をダミーバーのヘッドによりふさいで
湯を注入し、所定のレベルに達したら底から徐々にダミ
ーバーを引き抜いていって、連続運転へと移行すること
が行われる。この場合において、ダミーバー引き抜き開
始時には湯面が所定のレベルに達しているだけでなく、
注入開始後の経過時間が所定の範囲内であって凝固状態
が適切である必要がある。この条件が満たされないと、
凝固殻の形成が不充分で凝固殻が破断しいわゆるブレー
クアウトが発生するか、逆にダミーバーヘッドが焼き付
いて切り離しが困難となる不具合を生じる。このような
不具合を防止すべく、所定の時間で所定のレベルを達成
するための注入量の制御方法は例えば特開昭56-68570号
公報、特開昭58-84652号公報、特開昭62-54562号公報、
及び特開昭62−183952号公報に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

運転開始時の湯面の上昇速度の制御が精密であればある
程、運転開始時の製品の歩留りが向上し、またその後の
連続運転への移行もスムーズに行うことができて生産性
が向上する。精密な制御のためには制御が連続的である
方が良く、そのためには低い湯面レベルから連続操業に
おける湯面レベルの範囲まで連続的に湯面レベルを検知
しそれを制御にフィードバックすることが最良と言え
る。

以上の観点から前述の文献を検討してみると、特開昭58
-84652号公報記載の方式は連続操業時の湯面レベルに達
するまでは湯面レベルからのフィードバック制御を行っ
ておらず、したがってそのための湯面レベル検知手段に
関する記載もない。特開昭56-68570号公報及び特開昭62
−183952号公報にもそのようなレベル検知手段に関する
明瞭な記載はみられない。特開昭62-54562号公報には鋳
造方向に対して適宜な間隔で理設された感温素子で構成
して広い範囲の湯面レベルを連続的に検知する湯面レベ
ル検知手段が記載され、それによる湯面上昇速度の連続
的な制御について記載されている。

しかし、感温素子によるレベルの検知では多少の時間的
遅れが生じ、連続操業レベルに達した後の精密な制御が
容易ではない。

一方、前述の渦流センサによる湯面レベルの検知では時
間的遅れの問題はないが、検出範囲が広くないばかりか
温度、周囲の電磁的環境からの影響でバイアスを生じや
すいという欠点を有している。

したがって本発明の目的の第１は、スタートアップ時に
おける上記の課題を解決して、スタートアップ時の歩留
りが高く、その後の品質の維持も容易な連続鋳造プロセ
ス制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明連続鋳造プロセス制御装置の原理図であ
る。図において、本発明の連続鋳造プロセス制御装置は
連続鋳造用モールド50内における連続運転中の適正湯面
レベル付近の湯面レベルを検知する第１の湯面レベル検
知手段10と、該モールド50への注入湯量を増減する注入
湯量増減手段14と、該第１の湯面レベル検知手段10が検
知する湯面レベルに応じて該モールド内の湯面レベルを
該適正湯面レベルにすべく該注入湯量増減手段を制御す
る湯面レベル制御手段20とを具備する連続鋳造プロセス
制御装置において、少なくとも該第１の湯面レベル検知
手段10が検知する湯面レベルの範囲よりも低い範囲の湯
面レベルを検知する第２の湯面レベル検知手段12と、連
続鋳造スタート時においては該第２の湯面レベル検知手
段12を選択し、該湯面レベルが所定値を超えた時におい
て該第２の湯面レベル検知手段12から該第１の湯面レベ
ル検知手段10へ切り換え、かつ切り換え時の該第２の湯
面レベル検知手段12による測定値で該第１の湯面レベル
検知手段10の測定値を補正する検知器切り換え手段22
と、連続鋳造のスタート時において、該湯面レベルの増
加量に対する制御を連続的に行う勾配制御手段24とを具
備し、前記流入量増減手段14は、前記湯面レベル制御手
段20及び前記勾配制御手段24からストッパー開度信号を
得て、該ストッパー開度に応じてシリンダーを動かして
ストッパーを駆動せしめるストッパー駆動装置を有する
ことを特徴とするものである。

〔作 用〕

第１の湯面レベル検知手段10として応答性は良いが検知
範囲が広くなくオフセットの変動を生じやすい湯面レベ
ルセンサ例えば渦流センサを使用し、第２の湯面レベル
検知手段12として検知範囲が広くてオフセットがない
が、応答性の点で問題のある例えば熱電対による湯面レ
ベルセンサを使用するとすれば、検知器切り換え手段22
によりスタートアップ時には第２の湯面レベル検知手段
12で低い湯面レベルから連続的に湯面レベルを測定する
ことができ、第１の湯面レベル検知手段10の検知範囲に
入ったら切り換わると同時にそのオフセットが補正され
る。したがってスタートアップ時には第２の湯面レベル
検知手段12の検知する湯面レベルに基づいて勾配制御手
段24により精密に湯面上昇速度が制御され、連続操業へ
の移行後はバイアスが補正された第１の湯面レベル検知
手段10の検知する湯面レベルに基づいて湯面レベル制御
手段20が精密に湯面レベルの制御を行う。さら本願発明
では、流入量増減手段14として、ストッパーによる制御
を採用しているので、連続鋳造スタート時において安定
な湯面上昇速度の制御が達成される。すなわち、例えば
タンディッシュ下方のノズルの途中に設けられるスライ
ドバルブでこれを行なおうとすれば、バルブ近傍の温度
は連続鋳造スタート時においてタンディッシュ底部又は
ノズル頂部よりも低いのでバルブが絞られたときに溶鋼
が凝固する恐れがある。したがって、単に勾配制御手段
24からの開度信号に応じてバルブ開度を制御するので
は、ノズルを詰まらせてしまう恐れがある。本願発明で
は流入量増減手段としてスライドバルブでなくストッパ
ーによる制御の採用により湯面上昇速度の安定な制御を
達成する。

〔実施例〕

第２図は本発明に係る制御演算装置を鉄鋼の連続鋳造プ
ロセスに適用した例を表す図である。

本図において、溶鋼を満たした取鍋302がタンディッシ
ュ305の上方に置かれ、取鍋302内の溶鋼はその底部のス
ライディングノズル303を経てタンディッシュ305内に注
がれる。タンディッシュ305内の溶鋼の量は重量計304で
タンディッシュ305全体の重量を測定することにより測
定され、PID演算を行うタンディッシュ重量制御装置301
を介してスライディングノズル303の開度にフィードバ
ックすることにより一定値に保たれる。タンディッシュ
305内の溶鋼はタンディッシュ305底部の穴をふさぐスト
ッパ143がシリンダ142で駆動されて上方に動けばモール
ド501内に注入される。モールド501は底部も開放されて
おり、その中の溶鋼は冷却水が供給されるモールド501
の側壁で冷却されて外側から凝固し、さらに冷却されな
がらピンチローラ402で連続的に引き出される。鋳造ス
タート時にはモールド501内は空であるからダミーバー
（図示せず）でモールド501の底をふさぎ、モールド501
内の湯面レベルが所定値に達したらダミーバーが徐々に
下から引き抜かれ、連続運転へ移行する。モールド上部
には１対のコイルよりなる渦流式湯面センサ102が設け
られその信号は渦流レベル計演算装置101で湯面レベル
１に変換されて制御演算装置201へ送られる。一方、モ
ールドの側壁には深さ方向に14個の熱電対122が埋め込
まれており、熱電対レベル計演算装置121で湯面レベル
２に変換されて制御演算装置201へ送られる。ピンチロ
ール駆動装置401は制御演算装置201からの制御信号に応
じてピンチロール402を駆動する。ストッパ駆動装置141
は制御演算装置201からのストッパ開度信号に応じてシ
リンダ142を動かしてストッパ143を駆動する。制御演算
装置201は後述するような制御演算を行い各装置へ制御
信号を送る。渦流レベル計演算装置101は外部から校正
信号を入力してバイアス分を補正することが可能であ
る。

第３図は第２図の制御演算装置201の鋳造スタート時に
おける動きを表す図である。図中第（１）欄はタンディ
ッシュ305内の重量を、第（２）欄はストッパ143の開度
を、第（３）欄はモールド501内の溶鋼のレベルを第
（４）欄はピンチロール402の制御状態を表している。
また第（３）欄中右側のＸは渦流式湯面センサ102の測
定範囲を、Ｙは熱電対式の湯面センサ122の測定範囲を
表している。

第２図及び第３図を参照して以下に鋳造スタート時の制
御を説明する。鋳造スタート直前には前述のようにモー
ルド501の底部はダミーバーのヘッドでふさがれてい
る。溶鋼で満たされた取鍋302がタンディッシュ305上部
の所定の位置に設置され、タンディッシュ重量制御装置
301に所定の制御目標値が設定されるとスライディング
ノズル303が開き、タンディッシュ305内に溶鋼が注入さ
れ、第３図第（１）欄に示す様にそのレベルが上昇して
いく。タンディッシュ305のレベルがタンディッシュ重
量制御装置301内に設定された値W01に達すると制御開始
信号が出力され、制御演算装置201は一連のシーケンス
を開始する。まずストッパ143の開度がST01（第（２）
欄）に設定され、モールド501内に溶鋼が注入され、モ
ールド501内のレベルが上昇していく（第（３）欄）。
モールド501内の湯面レベルがL01になったことを電極に
よるセンサ（図示せず）で検知したら、ストッパ143の
開度をST01よりも小さいST02に設定する（第（２）
欄）。モールド501内の湯面レベルがL03（第（３）欄）
になったことを熱電対式レベルセンサ122が検知したら
モールド501内の湯面レベルの制御は勾配制御（第
（３）欄Ｂ）へ移行する。これは次式 により制御周期毎にSVを計算し、これを湯面レベル設定
値としてPID制御を行うものである。したがって湯面レ
ベルは連続的に上昇し、時間T01経過後にはL02に達して
いることが保証される。湯面レベルがL02に達したらピ
ンチローラ402が駆動開始され（第（４）欄）、ダミー
バーが引き抜かれていく。さらに湯面が上昇して所定の
値に達したら制御は定値制御（第（３）欄Ｃ）へ移行
し、連続運転に入る。

第（３）欄右側のＸ、及びＹに示すように渦流式湯面セ
ンサ102はモールド上部より20mmから200mmの範囲を受け
持ち、熱電対式の湯面センサ122は20mmから350mmまでの
範囲が測定可能である。湯面が上部から200mmの位置へ
達したら、自動的に熱電対式センサ122から渦流式セン
サ102へと切り換わり、それと同時にその時の熱電対式
センサ122の指示で渦流式センサ102の指示のバイアスが
補正される。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように本発明によれば、スタートアップ
時において精密な湯上がり制御が可能であり、かつ連続
運転時の制御も容易な連続鋳造プロセス制御装置が提供
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の実施例を表す図、 第３図は第２図の装置による制御状態を表す図、 図において、 30,305……タンディッシュ、 50,501……モールド、 102……渦流式湯面センサ、 122……熱電対式湯面センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続鋳造用モールド（50）内における連続
   運転中の適正湯面レベル付近の湯面レベルを検知する第
   １の湯面レベル検知手段（10）と、該モールド（50）へ
   の注入湯量を増減する注入湯量増減手段（14）と、該第
   １の湯面レベル検知手段（10）が検知する湯面レベルに
   応じて該モールド内の湯面レベルを該適正湯面レベルに
   すべく該注入湯量増減手段を制御する湯面レベル制御手
   段（20）とを具備する連続鋳造プロセス制御装置におい
   て、 少なくとも該第１の湯面レベル検知手段（10）が検知す
   る湯面レベルの範囲よりも低い範囲の湯面レベルを検知
   する第２の湯面レベル検知手段（12）と、 連続鋳造スタート時においては該第２の湯面レベル検知
   手段（12）を選択し、該湯面レベルが所定値を超えた時
   において該第２の湯面レベル検知手段（12）から該第１
   の湯面レベル検知手段（10）へ切り換え、かつ切り換え
   時の該第２の湯面レベル検知手段（12）による測定値で
   該第１の湯面レベル検知手段（10）の測定値を補正する
   検知器切り換え手段（22）と、 連続鋳造のスタート時において、該湯面レベルの増加量
   に対する制御を連続的に行う勾配制御手段（24）とを具
   備し、 前記流入量増減手段（14）は、前記湯面レベル制御手段
   （20）及び前記勾配制御手段（24）からストッパー開度
   信号を得て、該ストッパー開度に応じてシリンダー（14
   2）を動かしてストッパー（143）を駆動せしめるストッ
   パー駆動装置（141）を有することを特徴とする連続鋳
   造プロセス制御装置。