JPH09248662A - 連続鋳造における鋳型内溶鋼レベルの制御方法 - Google Patents

連続鋳造における鋳型内溶鋼レベルの制御方法

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JPH09248662A
JPH09248662A JP6066596A JP6066596A JPH09248662A JP H09248662 A JPH09248662 A JP H09248662A JP 6066596 A JP6066596 A JP 6066596A JP 6066596 A JP6066596 A JP 6066596A JP H09248662 A JPH09248662 A JP H09248662A
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Abstract

(57)【要約】 【課 題】ストッパーとスライディングノズルのいづれ
か一方によるレベル制御を行った状態で他方の開度を段
階的に変化させ、これに伴い変化する一方の開度が設定
値に達したときST方式からSN方式へ或いはSN方式
からST方式へ制御切換えを行う鋳型内溶鋼レベルの制
御方法において、鋳型内溶鋼レベルの変動を防止し、S
T方式からSN方式への制御切換えをスムースに行える
ようにする。 【解決手段】ST方式からSN方式への切換えを、鋳造
開始直後はSN開度を理論SN開度まで絞ってから切換
え、鋳造開始後はそのときのノズル狭窄の状態を推測
し、SN開度を補正理論SN開度まで絞ってから切り換
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、連続鋳造における
鋳型内の溶鋼レベルを鋳造条件に応じてストッパー方式
により、或いはスライディングノズル方式により使い分
けて制御する制御方法に関する。
【0002】
【従来技術】連続鋳造における鋳型内の溶鋼レベルの安
定化は、鋳型と鋳片との間にパウダーを一様に流入させ
て、鋳片の表面に一定厚みのパウダーフィルムを均一に
形成させ、均一な凝固シェルを形成して表面疵の発生を
防止すると共に、鋳型内溶鋼面上のスラグの巻込みを減
少させて、内部品質の良好な鋳片を製造する上での重要
な要件である。
【0003】鋳型内の溶鋼レベルを一定に制御するため
の方法として従来、鋳型内の溶鋼レベルをレベル計によ
って検出し、この検出値と目標レベル値との偏差が0と
なるように、ストッパーを昇降して溶鋼通過流量を制御
するストッパー(以下、STという)方式によるもの
と、ノズルを開閉して溶鋼通過流量を制御するスライデ
ィングノズル(以下、SNという)方式によるものとが
あり、ST方式ではその構造上、鋳造開始や終了時等の
低流量のレベル制御が可能である反面、図1のST流量
特性で見られるように、連続鋳造の高流量における流量
制御性が悪くなったり、STのセット誤差やST予熱時
の曲がり等によるノズル中心部からのずれのため、レベ
ル制御の安定性に劣る難点がある。これに対しSN方式
では、図1の流量特性で見られるように低流量から高流
量に至る流量制御性が良く、またSNセットのばらつき
や予熱による変形が生じ難く、レベル制御性の安定性に
優れているが、鋳造開始や終了時のようなSN開度が少
ない低流量制御時において、溶鋼の凝固現象が発生し、
ノズル詰まりとなり、安定した溶鋼流量制御性が得られ
なくなる場合がある。
【0004】鋳型内の溶鋼ベルを制御する方法として、
特願平2−262600号、特開平6−15426号、
或いは特開平7−88607号には、鋳造条件に応じて
ST方式とSN方式の使い分けを行う方法が提案されて
いる。すなわち特開平6−15426号においては、S
T若しくはSNのいずれか一方によるレベル制御を行っ
た状態で、他方の開度を一定の変化率で徐々に変化さ
せ、これに伴い変化する一方の開度が設定値に達したと
き、制御方式の切換えを行う制御方法が提案されてい
る。この方法による場合、他方の開度の変化率を大きく
すると、鋳型内の溶鋼レベルの変動をもたらすことがあ
り、溶鋼レベルの変動をもたらさないように開度の変化
率を小さくすると、切換えまでの時間が長くかゝるよう
になる。
【0005】上述の問題を解決するために、特開平7−
88607号においては、ST方式からSN方式へ、或
いはSN方式からST方式へ切換える場合において、S
TとSNのいづれか一方によるレベル制御を行った状態
で、他方の開度を変化率が段階的に減少するように変化
させ、これに伴い変化する一方の開度が設定値に達した
ときに、制御方式の切換えを行う方法が提案されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】STとSNのいづれか
一方によるレベル制御を行った状態で、他方の開度を変
化率が段階的に減少するように変化させる後者の方法に
よれば、切換え時間の短縮と、SN方式からST方式へ
の制御切換え時点での鋳型内溶鋼レベルの変動防止は実
現させることができたが、ST方式からSN方式への制
御切換え時点については、鋳型内溶鋼レベルの変動がも
たらされることがあった。この点について以下に詳述す
る。
【0007】後者の方法において、ST方式からSN方
式への制御切換えを行う場合には図5に示すように、S
T方式からSN方式による制御方式への切換えが開始さ
れた時点から、SNを低下率βn 、βn-1 、βn-2 /se
c と段階的に絞り込み、これに伴い上昇するST開度を
開度検出器によって検出し、検出した開度が切換え開始
時点より設定値Δ1 %上昇した時点でSN方式によるレ
ベル制御に切換え、切換え後、ST開度を全開まで上昇
率α1 %/sec で開き、以後STが全開状態でSN方式
単独によるレベル制御を行う方法をとっていた。
【0008】ST方式からSN方式への制御切換え中の
ST開度は、ST流量制御、SN流量制御の特性を示し
た図1の点線で囲んだ部分Aに相当する。切換え開始
後、SNが全開状態から開度を絞り始めると、それに伴
ってST開度は徐々に上昇するが、この時に用いている
STの流量特性曲線がのような場合は吐出流量の変化
に対するST開度の変化量が比較的大きく、ST開度が
Δ1 %以上上昇するまでの時間が短くなるため、ST方
式からSN方式への制御切換えが早期に起こり、ST開
度の上昇量が大きいことにより、溶鋼の吐出量が必要以
上に多くなって、鋳型内の溶鋼レベルが上昇し易くな
る。逆にSTの流量特性線がのような場合は、吐出流
量の変化に対するST開度の変化量が比較的小さく、S
T開度がΔ1%以上上昇するまでの供給量が少なくなり
がちで、ST方式からSN方式への制御切換えが遅れ、
ST開度が絞られた状態で溶鋼が吐出されるため、溶鋼
の供給量が少なくなりがちで、鋳型内の溶鋼レベルが下
がり易くなる。
【0009】本発明は、ST方式及びSN方式による鋳
型内の溶鋼レベル制御の特性を充分に生かしてST方式
及びSN方式間の制御方式の切換えが鋳型内溶鋼レベル
の変動をもたらすことなく、よりスムーズに行えるよう
にしたものである。
【0010】
【課題の解決手段】第1の発明は、STを昇降させてS
T開度を自動調整するST制御方式と、SN開度を自動
調整するSN制御方式とを鋳造条件に応じて使い分け、
ST方式からSN方式への制御切換え時に、STによる
レベル制御を行った状態でSNの開度を段階的に変化さ
せる方法において、鋳造開始から一定鋳造速度になった
のちにSN開度が切換え時点のノズルの吐出流量から算
出したSN開度まで絞り込まれたときにSN制御方式に
切り換えることを特徴とし、第2の発明は、STを昇降
させてST開度を自動調整するST制御方式と、SN開
度を自動調整するSN制御方式とを鋳造条件に応じて使
い分け、ST方式からSN方式への制御切換え時に、S
Tによるレベル制御を行った状態でSNの開度を段階的
に変化させる方法において、鋳造開始から一定の吐出流
量に達したのちに、切換え時点の吐出流量から算出した
ノズル径より補正SN開度を算出し、SN開度が補正S
N開度まで絞り込まれたときにSN制御方式に切り換え
ることを特徴とする。
【0011】更に第3の発明は、STを昇降させてST
開度を自動調整するST制御方式と、SN開度を自動調
整するSN制御方式とを鋳造条件に応じて使い分け、S
T方式からSN方式への制御切換え時に、STによるレ
ベル制御を行った状態でSNの開度を段階的に変化させ
る方法において、鋳造開始後、一定の鋳造速度になって
一定の吐出流量に達するまでの間は、SN開度が切換え
時点の吐出流量から算出したSN開度まで絞り込まれた
ときにSN制御方式に切換え、一定の吐出流量に達した
のちは、切換え時点の吐出流量から算出したノズル径よ
り補正SN開度を算出し、SN開度が補正SN開度まで
絞り込まれたときにSN制御方式に切換えることを特徴
とする。
【0012】本発明者らは試験調査及び解析検討を行っ
た結果から、ST方式からSN方式への切換え時に、鋳
型内溶鋼レベルの変動が起こる原因を以下のように推定
した。SN制御による吐出流量QSNは一般に
【0013】
【式1】
【0014】で表される。ここで、k:係数、ρ:溶鋼
密度、d:ノズル径、g:重力加速度、h:溶鋼ヘッド
高さである。タンディッシュ14(以下、TDという)
のノズル内を溶鋼12が通過しているときの状態を図2
に示すが、ST15からSN16にかけてのノズル内
は、充満流になっていると考えられるので、仮にST開
度を今考えているST制御範囲内(図1のA)で徐々に
上昇させてSNによる自動制御を行う場合を考えると、
この時のSN開度はST開度の変化による流量変化が少
ないために、STがない場合と同様の開度となると考え
られる。すなわち吐出流量は、ストッパーの位置に関係
なく(1)式に従うと考えられるので、ST方式からS
N方式への制御切換えを行う場合に、SN制御に切り換
えた時点でのSN開度が、その時の吐出流量(ノズル内
通過流量)から(1)式により逆算されるノズル径、す
なわちSN開度(以下、理論SN開度という)と異なっ
ていると、鋳型内のレベル変動が起こると考えられる。
【0015】具体的には、ST方式からSN方式への制
御切換えを行う場合に、SN制御に切り換えた時点で検
出器により検出した実際のSN開度が、理論SN開度よ
りも大きい場合は、必要以上の溶鋼量が鋳型内に注入さ
れるので鋳型内溶鋼レベルは上昇し、逆に理論SN開度
よりも小さい場合は、SN開度の絞りすぎの影響により
鋳型内溶鋼レベルは下降する。したがって、この場合の
ST制御からSN制御への切換えのタイミングは、理論
SN開度まで絞り込んだときにST制御に切換えるよう
にすればよい。
【0016】以上の制御切換えは、鋳造開始後一定鋳造
速度になってからの切換え時のように、ノズル内に介在
物付着がほとんど見られない段階で適用できるのであっ
て、鋳造開始後ノズル内を数10トン以上の溶鋼量が通
過した後に制御切換えを行う場合は、ノズル内に介在物
10の付着が発生しているので(図3参照)、図1に示
したSN制御流量特性と、SN開度の関係が成り立たな
くなる。そのため、切換え時の実際のSN開度を理論S
N開度とすると、理論SN開度は実際のノズル径よりも
小さくなっているので、溶鋼の供給量が不足し、鋳型内
溶鋼レベルは下降する。
【0017】一方ST制御の流量特性は、前述したよう
にSTのセット誤差やST予熱時の曲がり等によってば
らつきはあるものゝ、吐出流量QSTは次のように表され
る。 QST=f(A) ・・・(2) A=πlsin (α/2)・(ltan (α/2)+D +R(l−cos (α/2))) ・・・(3) ここで、A:STとノズル間の開孔面積、l:ST開
度、α:STヘッドの角度、D:ノズル径、R:全閉時
にノズル上部とSTが接触している部分(円)の半径 ST制御時の吐出流量QSTは、ST開度1とノズル径D
に対して、(2)、(3)式のような関係があるので、
鋳造開始後ノズル内を数十トン以上の溶鋼量が通過した
後、ノズル内に介在物の付着が発生している状態でST
方式からSN方式へ制御切換えを行う場合は、切換え開
始前のST開度と吐出流量からその時のノズル径を逆算
する、すなわちノズル狭窄によりノズル径がどれくらい
狭くなっているかを計算する。この場合に補正されたノ
ズル径を補正ノズル径と呼ぶことにする。この補正ノズ
ル径に対してSN開度と吐出流量との関係を(1)式に
より計算すれば、切換え時の吐出流量の場合にSN単独
で制御したときのSN開度がわかる。そしてこのSN開
度が、ST制御からSN制御に切り換えるときに鋳型内
溶鋼のレベルを変動を起こさないための切換え時のSN
開度となり、このときのSN開度を補正理論SN開度と
呼ぶことにする。
【0018】以上をまとめると、ST方式からSN方式
への制御切換えを行う場合に、STによるレベル制御を
行った状態でSNの開度を段階的に変化させる方法にお
ける切換えのタイミングは、鋳造開始直後はSN開度を
理論SN開度まで絞ってから切換え、鋳造開始後はその
ときのノズル狭窄の状態を推測し、SN開度を補正理論
SN開度まで絞ってから切り換える。
【0019】図4は、本発明方法の実施に用いる連続鋳
造設備を示すもので、取鍋11内の溶鋼12がロングノ
ズル13を通じてTD14に注入された後、制御装置1
9、23からの制御信号によって駆動するST15また
はSN16により溶鋼流量を調整して鋳型17内に注入
される。ST15による鋳型内の溶鋼レベルの制御は次
のようにして行われる。
【0020】レベルセンサー18により検出された鋳型
内の溶鋼レベルを、変換器20を介して制御装置19に
予め入力しておいた鋳型内の溶鋼レベル設定値と比較
し、偏差がある場合は、ST開度調節器21に出力し、
ST15のST開度検出器24によって検出されたST
開度との偏差に応じて調節器21はシリンダー22を駆
動し、ST開度を調整して鋳型内の溶鋼レベルを制御す
る。
【0021】SN16による鋳型内の溶鋼レベルの制御
も同様に、レベルセンサー18により検出された鋳型内
の溶鋼レベル値を変換器20を介して制御装置23に予
め入力しておいた鋳型内の溶鋼レベル設定値と比較し、
偏差がある場合はSN開度調節器25に出力し、SN1
6のSN開度検出器27によって検出されたSN開度と
の偏差に応じて調節器25はシリンダー26を駆動し、
SN開度を調整して溶鋼レベルを制御する。以上のよう
に、ST方式とSN方式の両方式での鋳型内溶鋼レベル
の制御が行われ、鋳造条件に応じてそのいづれか一方が
選択される。
【0022】次に上記設備を用いて連続鋳造中にST方
式からSN方式へ、或いはその逆の制御方式へ切り換え
る際の切換え方法の一例を図5のタイムチャートにより
説明する。STが全閉、SNが全開の状態から図4の取
鍋よりTD内に溶鋼を注入し、TD重量が設定重量に達
したとき鋳造を開始する。TD内への溶鋼の注入は段階
的に増加し、これに伴い鋳造速度も段階的に増加する。
そして鋳型内の溶鋼レベルが目標レベルに達すると、S
T方式により鋳型内の溶鋼レベル制御が行われる。
【0023】鋳造開始直後、鋳造速度が設定鋳造速度V
cに達して安定し、重量検出器によって検出されるTD
重量が設定重量W2 に達し、STの開度変動が小さくな
った後、ST方式からSN方式による制御方式への切換
えが開始され、SN開度を図示するように、βn 、β
n-1 、βn-2 %/sec と段階的に絞り込む。そして、図
1のSN開度とSN制御流量特性の関係を用いて、切換
え開始前の吐出流量(ノズル内溶鋼通過量)から、理論
SN開度を演算器によって逆算し、その理論SN開度ま
で絞り込んだ時点でST制御に換える。
【0024】鋳造開始後、数10トン鋳造した後の切換
え方法は、鋳造速度が設定鋳造速度Vcに達して安定し
ており、重量検出器によって検出されるTD重量が設定
重量W2 に達しているところで、STの開度変動が小さ
くなって設定時間経過後、ST方式からSN方式による
制御方式への切換えが開始され、SN開度を図示するよ
うにβn 、βn-1 、βn-2 %/sec と段階的に絞り込
む。演算器により、先ず式(2)、(3)を用いて切換
え開始前のST開度と、吐出流量からその時のノズル径
(補正ノズル径)を逆算し、次にこの補正ノズル径に対
してSN開度と吐出流量との関係を計算し、切換え時の
吐出流量の場合にSN単独で制御したときのSN開度
(補正理論SN開度)を計算する。そして、その補正理
論SN開度まで絞り込んだ時点でST制御に切換える。
【0025】本方法によれば、鋳造開始直後であって
も、また鋳造開始後数10トン鋳造したのちであって
も、鋳型内溶鋼の湯面レベルを変動させることなく、S
T方式からSN方式への制御切換えを行うことができ
る。 実施例1 図4に示す連続鋳造設備を用い、鋳造開始後、SN開度
を全開(100%)にし、鋳型内溶鋼レベルの制御をS
T方式により自動で行った状態でSN方式への切換えを
以下の条件にて行った。
【0026】 鋳型厚み 200mm 鋳造幅 965mm 切換え時の鋳造速度 0.7m /min ノズル径 50mm TD内溶鋼ヘッド高さ 1000mm SN方式へ切換え時の吐出流量は0.96Ton/min で、
開度検出器27によって検出されたSN開度移動量は全
閉の状態から21mmであり、(1)式より計算した上記
吐出流量での理論SN開度は68%となる。したがって
SNは全開の状態から32%移動させるとよいことにな
る。SN方式への切換え開始は、鋳造速度及びTD重量
が設定値W2 に達して10秒経過した後自動にて行っ
た。切換えの手順としては、切換え開始後、SN開度の
変化率を第1段階にて75秒間0.4%/sec 、第2段
階にて33秒間0.06%/sec として絞り込み、SN
方式に切換えた。切換え後、ST開度の変化率を第1段
階にて33秒間0.06%/sec 、第2段階にて75秒
間0.4%/sec で全開まで上昇させた。実施した時の
タイムチャートを図6に示す。
【0027】実施例2 鋳造開始後、200Ton を既に鋳造した後に、SN開度
を全開(100%)にし、鋳型内溶鋼レベルの制御をS
T方式により行った状態で、SN方式への切換えを以下
の条件にて行った。 鋳型厚み 200mm 鋳造幅 925mm 切換え時の鋳造速度 0.7m /min ノズル径 50mm TD内溶鋼ヘッド高さ 1000mm SN方式へ切換え時の吐出流量は0.92Ton/min であ
り、また開度検出器24によって検出された自動制御中
のSTの全閉からの移動量は15mmであったが、本来吐
出流量が0.92Ton/min の時は、STの全閉からの移
動量はSTの流量特性から考えると、10mmとなるはず
であり、これは本設備のST流量特性からすれば、ノズ
ル径が50mmから40mmに変更したことに相当する。つ
まり、ノズル内に介在物が付着したことにより、溶鋼通
過面積が減少したことを意味する。ノズル径が40mmの
場合式(1)より求めたSN移動量は、全閉時から22
mmとなり、本設備においては理論SN開度は82%とな
る。したがってSNは全開の状態から18%移動させる
とよいことになる。SN方式への切換えは、鋳造速度及
びTD重量が設定値に達して10秒経過した後自動にて
行った。切換えの手順としては、SN開度の変化率を第
1段階にて42秒間0.4%/sec 、第2段階にて20
秒間0.06%/sec として絞り込み、SN方式に切換
えた。切換え後、ST開度の変化率を第1段階にて20
秒間0.06%/sec 、第2段階にて42秒間0.4%
/sec で全開まで上昇させた。実施したときのタイムチ
ャートを図7に示す。
【0028】
【発明の効果】本発明は以上のように構成され、次のよ
うな効果を奏する。請求項1記載の制御方法によれば、
ST方式からSN方式へSN開度を理論SN開度まで絞
ってから切換えるようにしたことにより切換え時の鋳型
内の溶鋼レベルの変動が防止され、SN方式への制御切
換えをスムースに行うことができる。
【0029】請求項2記載の制御方法によれば、SN開
度を鋳造開始後のノズルの狭窄の程度を加味した補正S
N開度まで絞ってから切換えるようにしたことにより、
切換え時の切換え時の鋳型内の溶鋼レベルの変動が防止
され、SN方式への制御切換えをスムースに行うことが
できる。請求項3記載の制御方法によれば、一定の吐出
流量になるまではSN開度を理論SN開度まで絞ってか
ら、一定の吐出流量に達してからは補正SN開度まで絞
ってから切換えるようにしたことにより、切換え時の切
換え時の鋳型内の溶鋼レベルの変動が防止され、SN方
式への制御切換えをスムースに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ST開度及びSN開度と溶鋼吐出量との関係を
示す図
【図2】SNプレート近傍の溶鋼流動を示す図
【図3】ノズル近傍の閉塞状況を示す図
【図4】本発明方法で用いる溶鋼レベル制御装置の模式
【図5】本発明方法によるタイムチャート
【図6】ST方式よりSN方式への切換え時におけるタ
イムチャート
【図7】ST方式よりSN方式への切換え時におけるタ
イムチャート
【符号の説明】
11・・取鍋 12・・溶鋼 13・・ロングノズル 14・・タンディ
ッシュTD 15・・ストッパー 16・・SN 17・・鋳型 18・・湯面レベ
ルセンサー 19、23・・制御装置 20・・変換器 21・・ST開度調節器 22、26・・シ
リンダー 24・・ST開度検出器 25・・SN開度
調節器 27・・SN開度検出器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】STを昇降させてST開度を自動調整する
    ST制御方式と、SN開度を自動調整するSN制御方式
    とを鋳造条件に応じて使い分け、ST方式からSN方式
    への制御切換え時に、STによるレベル制御を行った状
    態でSNの開度を段階的に変化させる方法において、鋳
    造開始から一定鋳造速度になったのちにSN開度が切換
    え時点のノズルの吐出流量から算出したSN開度まで絞
    り込まれたときにSN制御方式に切り換えることを特徴
    とする連続鋳造における鋳型内溶鋼レベルの制御方法。
  2. 【請求項2】STを昇降させてST開度を自動調整する
    ST制御方式と、SN開度を自動調整するSN制御方式
    とを鋳造条件に応じて使い分け、ST方式からSN方式
    への制御切換え時に、STによるレベル制御を行った状
    態でSNの開度を段階的に変化させる方法において、鋳
    造開始から一定の吐出流量に達したのちに、切換え時点
    の吐出流量から算出したノズル径より補正SN開度を算
    出し、SN開度が補正SN開度まで絞り込まれたときに
    SN制御方式に切り換えることを特徴とする連続鋳造に
    おける鋳型内溶鋼レベルの制御方法。
  3. 【請求項3】STを昇降させてST開度を自動調整する
    ST制御方式と、SN開度を自動調整するSN制御方式
    とを鋳造条件に応じて使い分け、ST方式からSN方式
    への制御切換え時に、STによるレベル制御を行った状
    態でSNの開度を段階的に変化させる方法において、鋳
    造開始後、一定の鋳造速度になって一定の吐出流量に達
    するまでの間は、SN開度が切換え時点の吐出流量から
    算出したSN開度まで絞り込まれたときにSN制御方式
    に切換え、一定の吐出流量に達したのちは、切換え時点
    の吐出流量から算出したノズル径より補正SN開度を算
    出し、SN開度が補正SN開度まで絞り込まれたときに
    SN制御方式に切換えることを特徴とする連続鋳造にお
    ける鋳型内溶鋼レベルの制御方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014008533A (ja) * 2012-07-03 2014-01-20 Nippon Steel & Sumitomo Metal 連続鋳造機の鋳型内湯面レベル制御方法及び制御装置

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