JPH0710429B2 - 薄板鋳造における溶湯流量の制御方法 - Google Patents

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
接的に板を鋳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に
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、製品板厚を一
定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
シユの重量が一定になるように供給量を制御することに
よつて注湯速度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10kg
/s以下程度の比較的少流量の場合には正確な制御を行う
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61−296943において
は、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、
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機密構造にしなけ
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、タンデイツシユ内の湯面レ
ベル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。 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、本願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、単ロール式急冷金属薄板鋳造設備の冷却表面
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
トッパ棒の制御位置に、下限値及び／又は上限値を設定
し、第１図に要旨を示す如く、前記タンデイツシユ内の
溶融金属重量を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PID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、タンデイツシユ内の溶融
金属重量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、タン
デイツシユ内溶融金属量の測定値と目標値との偏差に応
じてPID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、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、下方の
タンデイツシユ12に、例えばロードセル20を取付け、前
記タンデイツシユ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、目標とするタンデイツシユ内湯面レベ
ルに対応した重量になるように、ストツパ棒14の位置を
PID制御する。即ち、第１図に示した如く、測定された
重量と目標重量との偏差を基にＰ（比例）制御によつて
ストツパ棒14の開度を指示する。Ｐ制御のみでは定常偏
差が生じるので、その値が大きい場合等には、Ｉ（積
分）制御を加えて偏差を低減し、必要に応じて更にＤ
（微分）制御を加えることによつて速やかに偏差を極め
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16A（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16Aに溶着し
てしまう可能性のあることである。例えば、Ｐ制御の場
合のゲインのような、PID定数の設定によつては、特に
制御開始初期において、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とができる。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Ｐ制御の
ゲインを大きくした場合のように、PID定数の設定によ
つては、特に制御開始初期において、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、例えばタンデイツシユ12の目
標重量と実測重量との偏差を制御装置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14の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の重量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、
タンデイツシユ重量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、タンデイツシユ内の溶融金属量
をロードセル20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23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。タンデイツシユ12に取付けたロードセル20から
のタンデイツシユ重量信号を、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
ンデイツシユ重量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
棒開度を制御するに際して、開度に制限を設けない場
合、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
度とタンデイツシユ重量の変化状況の例をそれぞれ第３
図、第４図、第５図に示す。 これら３つの図のPID定数は必ずしも同じではないが、
いずれの場合についても、従来のオンオフ制御（破線）
の場合と比べて、本発明によるストツパ棒の位置制御
（実線又は２点鎖線）では、タンデイツシユ重量の偏差
が小さくなつていることが明らかである。なお、第３図
に実線で示した如く、本発明によつても、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
なつた場合にノズル詰まり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、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間の詰まりも
無く、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
正確な注湯量制限が可能となる。従つて、板厚が均一に
なり、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、ストツパ開度とタンデイツシユ重
量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、ストツパ開度とタンデイ
ツシユ重量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
タンデイツシユ重量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、 18……駆動部、 20……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58−23547（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−65423（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−296943（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単ロール式急冷金属薄板鋳造設備の冷却表
   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内の溶融金属重量をオンラインで測
   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PID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。