JPS5881547A - 溶湯のレベル制御装置 - 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】 この発明は、連続鋳造設備の鋳型（以下ＭＤという）ま
たは中間湯溜り（以下ＴＤという）内の溶湯のレベル制
御の方式に関する。

以下ＴＤ内の溶湯レベル制御（第１図参照）を中心とし
て説明する。これらのＴＤ内溶湯レベル制御は、その操
作端としては、スライディング・ノズル、スライドゲー
ト、ロータリーノズル等を使用するが（ＭＤ内溶湯レベ
ル制御の場合はストッパーを用いる場合もある。以下総
称して操作ノズルという。）、溶湯という高温の溶融物
と絶えず接触している為、高価な耐火物で製作されたノ
ズルと云えども寿命が短（、またその寿命は制御動作に
伴う摺動回数に比例して更に短くなる。この摺動回数を
操業に影響を与えない程度に可能な限り抑えながらまた
操作ノズル駆動機構王道けられない連結部のガタやバッ
クラッシュ、更には操作ノズルの面圧、操作速度、摺動
抵抗のバラツキ等の物理的制約のもとで、ＭＤの溶湯レ
ベルの安定の為に必要な所定のＴＤヘッド即ちＴＤ内溶
湯レベル（またはＴＤの形状から決定されるＴＤ内重量
）が得られる様に安定的に制御することが望まれる。

この種の制御方法としては、既に幾つかの方法が提案さ
れているが王として （１，）１１なＰＩＤフィードバック連続制御ＴＤＴＤ
内重量値の信号と目標値との偏差により、ＰＩＤ演算に
より操作ノズルを駆動するもので、目標値への制御精度
は高いものの摺動回数も非常に多いと云う欠点を有する
。

（２）オン・オフ制御 上記偏差（重量計信号−目標値）の正負を判定してその
間操作ノズルに対して各々閉信号、開信号を出力するも
ので、この変形として目標値の代わりに、目標値の上、
下に適尚なる不感帯を設け、この不感帯内にあるときは
制御出力を出さない様にする方法もある。この方法では
オン・オフ制御の特長である目標値付近での制御の行き
過ぎによるサイクリングを生じ、その操作回数も上記（
１）程ではないが多い。

（３）サンプリング付傾向判定法 上記（１）　？　（２）が連続調節型であるのに対し、
適尚な時間毎にＴＤ内重量値をサンプリングし、目標値
（不感帯付目標値）と、サンプリングされた現在値との
相対比較（大小判別）や過去のサンプリング値との相対
比較等により、各々独自の論理にてサンプリング値の傾
向を判定して操作ノズルの出力パルスを制御する方法が
ある。

この方法によれば一般的に制御出力の頻度を下げ得る為
上記（１）　、　（２）より有効である。

以上説明したとおり、既提案の方法は色々とあるが、未
だ充分に有効な方法は提案されていない。

この発明は、上述の如き従来の技術的事情にがんがみな
されたものであり、従ってこの発明の目的は、操作ノズ
ルの操作回数を更に減らして該ノズルの寿命を延ばし得
ると共に、制御精度の向上をも狙ったＴＤ内の溶湯レベ
ルの制御方式を提供することにある。

この発明は、どちらかと云うと上記（３）の方法に属す
るが、サンプリング値の傾向判定の論理に工夫をこらし
て操作ノズルの操作頻度を更に下げるようにしており、
また操作信号（本発明の場合パルス方式としたので、出
力パルスのパルス幅）４（以下操作信号を操作パルスと
いう）、操作されるノズルの動作何件に従って可変にし
たものである。この発明の構成の要点は次の如くである
。すなわち、連鋳設備のＴＤまたはＭＤ内の溶湯のレベ
ル制御において、溶湯レベルの現時点および１サンプリ
ング周期前のサンプリング値を比較し、その差が成るし
きい値を超えたとき出方を発生する第１の演算判別器と
、成るサンプリング値を基準として現時点のサンプリン
グ値が成るしきい個分以上、基準値より隔ったとき出力
を発生する第２の判別器と、多数の偏差検出器とをもち
、シーケンス回路は、前記第１または第２の判別器から
出力を受けたとき、偏差検出器からの出力状況を参照し
てその時点のサンプリング値が不感帯内にあるかないか
を判断し、ないと判断されたとき、操作パルスを送用し
て操作端を制御し、溶湯レベルを調節する。しかも、こ
のようにして出力される操作パルスのパルス幅を、操作
端の特性を自動的に決定して、または操作端の特性によ
り決まり、あらかじめ設定される定数により、可変調節
する。

このようにして、操作パルスの出力回数、ひいては操作
端の操作頻度を減らし、その寿命を長くするようにした
。

次に図を参照してこの発明の一実施例を詳しく説明する
。第１図はこの発明の一実施例の構成を示す概要図であ
る。

第１図において、１はレードル２に貯留された溶湯、３
は操作ノズルを操作する駆動装置例えばモータ、４は例
えばスライディング・ゲート・パルプのような、レード
ル２からタンディツシュ６への注湯量を制御するための
操作ノズル、５は中間湯溜りとしてのタンディツシュ６
に貯留された溶湯、７はロード・セル８の出力信号を増
幅する増幅器、９は鋳型、１０は調節器を示す。

さて第１図において、レードル２の中にはいっている溶
湯１を鋳型９（複数）に分配注入するための中間湯溜り
としてタンディツシュ６が存在スる。タンディツシュ６
にあっては、鋳型９（複数）への溶湯の分配注入量を一
定にするため、溶湯レベルを一定に保つ必要がある。タ
ンディツシュ６における溶湯５のレベルは、溶湯５を含
むタンディツシュ６の容積が一定であるので、このタン
ディツシュ６の重量をロード・セル８により測定するこ
とによって知ることができる。かくてロードセル８から
重量換算で得られたタンディツシュ６内の溶湯レベルを
表わす信号は、増幅器７において増幅されたのち、ＤＣ
１〜５■のプロセス量信号として調節器１０に印加され
る。調節器１０では、この入来するプロセス量に基づき
所定の論理判断をおこない、その結果操作出力パルスを
モータ３に送り、モータ３をして操作ノズル４を操作さ
せる。核ノズルを操作すると、レードル１の底部のノズ
ルの開口面積が変化し、それによりレードル１からタン
ディツシュ６に落下流入する溶湯の量が変るので、タン
ディツシュ６における溶湯の重量、結果的には溶湯のレ
ベルが制御できる。溶湯の温度は鋼であれば１，６００
℃付近という高温であるから、操作ノズルの材質は画然
耐火性のものであるが、それでも”寿命が短かく、しか
もその操作頻度が増すほどさらに寿命が短かくなる傾向
にある。

第２図は、第１図における調節器１０の詳細ブロック図
である。

第２図において、１０１はサンプリング周期を設定する
可変設定器であり、１０２は設定器１０１からのサンプ
リング指令を受けてロードセル８からの重量信号をサン
プリングするサンプリング回路、１０３は１サイクル前
のサンプル値Ｌｎ−１と今回のサンプル値Ｌ１１を記憶
するメモリ回収１０８〜１１１は各々偏差検出器、１０
４〜１０７のレベル設定器によって目標値設定器１１２
で与えられる目標値Ｓｖを中心に各々上上限Ｈ２、上限
Ｈ１，下限Ｌ１、下下限Ｌ２に設定される。１１３はし
きい値設定器１１４により設定されるしきい値ＬＡに対
し、ｌ　Ｌｎ−ＩＬｎ　ｌ　＞　ＬＡの判定を行い、そ
の場合のＬｎ−１＞Ｌｎ　ｈ’　Ｌｎ−１＜　Ｌｎを判
別し判別出力をシーケンス回路１２２へ送出する演算判
別器である。ホールド回路１１５は、制御開始時にはそ
の時点のＬｎを記憶する（記憶したその値をｘＬとする
）メモリ回路を含んでおり、１１６はｌ　Ｌｎ　　ＸＬ
　ｌ　＞　ＬＡの判定を行う演算判別器である。ホール
ド回路１１５は、演算判別器１１６においてｌ　Ｌｎ　
−ＸＬ　ｌ　＞ＬＡが判別された時には、該判別器１１
６からその旨の信号を受けて接点を閉じ自動的にその時
のＬｎをｘＬに書き換える機能を有する。

１１７〜１２１は、８Ｎの固有特性値として設定される
時間設定器であり、シーケンス回路１２２からモータ３
へ送出される操作信号この場合はパルスのパルス（時間
）幅を調節するためのものでアル。１１７，１１８は操
作ノズルの機械的バックラッシュを補正する為の定数設
定器で、モータ３へ送られる出力の極性が反転する場合
（即ち開方向→閉方向へ、閉方向→開方向へ）に、１２
１で設定されている基本出力パルス幅Ｔｓに加算される
値の設定器で閉方向ならｔＢ□、開方向ならｔＢｏの設
定時間幅で与えられる。

また１１９，１２０はＳＮの機構部のガタや単位Ｍ時間
当りの移動量のバラツキを総合した方向別の補正値の設
定器で各々補正値は閉方向ｔＱ、開方向ｔ□の時間幅で
与えられる。１２１はＳＮを駆動する為の基本操作パル
ス巾を規定するもので、操作ノズル駆動モータ３側の最
小応答時間やサンプリング周期、操作ノズルを駆動した
后の応答性等を考慮して決定される（通常１〜３秒程度
である）。そして１２２はシーケンス回路でＳＮ駆動モ
ータ３に対する操作パルスを出力する。すなわちシーケ
ンス回路１２２は、演算判別器１１３゜１１６から与え
られる出力データに基き、偏差検出器１０８〜１１１か
らの出力状況を参照しながら独自の論理判断に従ってモ
ータ３への操作パルスの出力の有無を決定し、がっ該出
力パルスの時間幅を設定器１１７〜１２１により可変設
定する。

第３Ａ図〜第３Ｄ図は、シーケンス回路１２２における
論理判断のロジックを更に補足説明するための説明図で
ある。

第３Ａ図は重量で得られたレベルを表わす信号が急変し
た場合のロジックを示す説明図である。

同図中に於いてＬｎ−１とＬｎ間にしきい値ＬＡ以上の
偏差を生じたる場合は、その増減方向に応じて閉または
開の操作パルスを発する。

即ち、１ＬｎＬｎ−１１−ΔＬ＞ＬＡでＬｎ＞Ｌｎ−１
でかつＬｎ　）　Ｌ　１　　なら閉ノ（ルス、Ｌｎ＜Ｌ
ｌｌ−１でかつＬｎ＜Ｉ有　なら開パルス、をそれぞれ
出力する。これはＳＮの急激なつまりゃ剥離、欠損等の
瞬時の大きな変化に対応する為のものであり、以下のケ
ースに優先して判断、処理される。

第３Ｂ図は警報設定レベルＬ２（下々限）〜Ｈ２（上々
限）の間での論理を説明する為のもので、即ちｌ　Ｌｎ
　　ＸＬ　ｌ　＝ΔＬ＞ＬＡでＸＬ＜Ｈｌ〈Ｌｎまたは
ＸＬ　＜　Ｉ−１２＜　Ｌｎ時に閉パルスを、ＸＬ　＞
　Ｌ　１＞　ＬｎまたはＸＬ　＞　Ｌｚ　＞　Ｌｎ時に
開パルスをそれぞれ出力する。

ここでｘＬは、以前にＬＡだけ或いはそれ以上の差ので
た時のその時点のＬｎの値で、第２図のホールド回路１
１５に一時記憶されているものであり、このｘＬとＬｎ
がＬ２〜Ｈ２の制御ラインの１つを挟んだ形になる状態
で、かつ目標値Ｓｖから遠ざかりつつある時に操作バ、
ルスを出力するものである。

これより明らかな様に、Ｌ１〜Ｈ１間は不感帯でかつＬ
２〜Ｌ１．Ｈ１〜Ｈ２間も同様に不感帯を構成している
のである。今ここで第３Ｃ図を例にｘＬの効果について
云えば、Ｈｌのレベルで重量が表わすレベル信号が変化
した場合では、通常の不感帯付オン・オフ制御では勿論
これに方向性判別例えば単純にＬｎ−１＜　Ｈｌ＜　Ｌ
ｎ等の論理を付加したとしても、重量値が表わすレベル
信号Ｈ１を上下する変動時には操作パルス出力が続けて
でる事が十分予想できる。

今Ｌｎ−１の代りに、しきい値ＬＡを越えて変化した時
の値ＸＬを採用することで、第３Ｃ図の如く無意味な操
作パルスの出力を抑えることができる。

すなわち、第３Ｃ図において、■閉パルスは、ＸＬ−Ｌ
ｏとＬｎ−ＬｚがＨｌの制御ラインを挟んだ形になり、
かつ目標値Ｓ■からＬｎ−Ｌｚが遠去かりつつあるので
出力される。この時ＸＬ＝Ｌ２と設定される。■パルス
は、１・ｎが目標値ＳＶへ接近しつつあるので出力せず
、また■パルスも、ｌ　Ｌｎ　　ＸＬ　ｌ　−ΔＬ＜Ｌ
Ａなので出力されない。■パルスも■パルス同様出力さ
れず、■パルスもＬｎが目標値へ接近しつつあるので出
力せず、この時ＸＬ＝Ｌ８と設定される。■パルスはＨ
ｌを挟んでＸＬ（＝Ｌ８）とＬｎ（＝Ｌｔｏ）が存在す
るがΔＬＩＯ＜ＬＡの為、閉パルスは出力されない。こ
のように、上述の如き論理判断のロジックを採用すれば
、レベル信号が所定の限度内でゆるやかに変動している
ときは、操作パルスの無意味な出力を抑えることができ
る。

第３Ｄ図はＬｎ＞Ｈ２，またはＬｎ＜Ｌｚでの論理を説
明する為のもので、 Ｌｎ　＞　Ｈ２でかつＬｎ＞Ｌｎ−１のとき　閉パルス
、Ｌｎ＜ＬｚでかつＬｎ＜Ｌｎ−１のとき　開パルス、
をそれぞれ出力する。目標値Ｓ■を中心として、■（２
，Ｌｚのレベルを外れて遠ざかりつつある場合には、レ
ベル制御が発散しつつあるので、このままでは、オーバ
ーフローまたはレベル低異常を生じる恐れがある。この
場合はサンプリング周期毎に上記論理で操作パルスを出
力する。

操作パルスを出力する論理は上述の如くであるが、この
Ｌｚ　＋　■Ｊ、１　ｔ　Ｈｌ　＊　Ｈ２の４つの制御
レベルの効果については次の様に説明できる。

即ち各レベル間を不感帯とすることで、不感帯の２重化
、逆に云えば不感帯の内に制御ゾーンＨ１＋Ｌｌを持つ
ことで鋳型（モールド）への流出量に大きく変動を生じ
て操作ノズルとの間の偏差が大きくなってもＯ１］ち大
きな外乱かあっても）１段目。

２段目の制御レベルを横ぎることにより、一般の不感帯
１段の場合（これは、Ｌ２．Ｈ２のみのケースに対応す
る。）に比べて行き過ぎ量やその操作出力回数（ＳＮ摺
動回数）を減少するのに顕著な効果を有する。

つぎにこれら開または閉パルスを出力するにあたって、
８Ｎの動作特性を考慮に入れてパルス幅を決定すること
は非常に重要である。即ちサンプリング制御系にとって
は、操作出力を出してから次のサンプリング迄空白の時
間を有することから、出力した操作パルスは操作端に所
定の動きを生ぜしめる様に、操作ノズル及びその操作機
構部を含めて、その動作特性に見あったパルス幅のもの
でなければならず、そのために機械的バックラッシュや
操作ノズル移動量のバラツキなどを開閉間の方向別に各
操作ノズルについてあらかじめ計測しておくか、制御中
に計測することにより下記の量を求める必要力゛ある・
　　　　　閉−４１開−閉■機械的バックラッシュ量　
　ｔＢｏ　　秒　ｔＢｏ　　秒■駆動部を含むガタ量　
　　　ｔＧｏ　　／１ｔ（Ｈ）　　／／■駆動部を含む
単位時間当　　’０１　　”　　ｔｏｌ　　ｕりの移動
量のバラツキ 上記■、■は一括して操作ノズ　　　Ｏルのバラツキと
して各々　　　　　　ｔＯｔｔ　　　ｔ（１ｕとするこ
とでも良い。また、ここではパルス駆動の為単位は操作
ノズルの操作速度で変換して、各物理量は時間（ｍｓｅ
ｃ）になっている。

今、上記■〜■のケースにて操作パルスを出力する場合
、そのパルス出力中は、 閉パルス＝Ｔｓ＋ｔＢ□＋ｔ（１ 開パルス＝Ｔｓ　＋ｔＢｏ　＋ｔｏ　　となる。

ここにＴｓは第２図の時間設定器１２１により設定され
る基本パルス巾、ｔｎｏ　ｌ　ｔＢＯは機械的）ぐツク
ラッシュの為、出力の方向が反転した時のみ加算される
もので、やはり第２図の時間設定器１１７゜１１８によ
り設定される。これにより、ＳＮの機械的なガタや、そ
の特性を操作パルス巾を可変にすることで補正すること
ができる。

また本発明はＳＶとＬ２〜Ｈ２は個別に設定できる様に
考えられているが、ＳＶに連動してＬ２〜Ｈ２が相対的
に変化する様にすることは勿論可能であり、またパルス
出力中を上記の様に細分化せず、実際の操業で経験的に
得られる固有値として開パルス巾＝’ｐＢ（、、閉パル
ス巾＝　’ｒｓｏを使用することも可能である。

この発明によれば、タンディツシュレベル制御に於いて
レードルＳＮを操作端として制御する場合に従来の方式
に比べ、不感帯を２段に設けた傾向判別！サンプリング
制御により、操作ノズルの摺動回数を低減し長寿命化す
ることで、運転コストの低減を図ることができ、更に操
作ノズルのガタ補正論理により操作パルス巾を可変する
こと二操作ノズルのガタを機械的に高頻度で補修するこ
と無く制御精度を一定に維持することができ、安定した
自動制御が得られる。

この発明はいままで説明したＴＤレベル制御に限らず、
サンプリング周期を短くすることで、鋳型内のレベル制
御にも応用できる。また、操作端がパルス制御方式以外
の場合にも適用できるのは、云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す概要図、第２
図は第１図における調節器１ｏの詳細ブロック図、第３
Ａ図乃至第３Ｄ図はシーケンス回路１２２における論理
判断のロジックを説明するための説明図、である。 符号説明 ｌ・・・・・・溶Ｌ　２・・・・・・レートル、３・・
・・・・モータ、４・・・・・・操作ノズル、５・・曲
溶湯、６・・曲タンディツシュ、７・曲・増幅器、８・
曲・ロードセル、９・・・・・・鋳型、１０・・・・・
・調節器、１０１・・曲サンプリングタイマー、１０２
・・間サンプリング回路、１ｏ３・・・・・・メモリ、
１０４〜１０７・・・・・・レベル設定器、１０８〜１
１１・・・・・・偏差検出器、１１２・・・・・・目標
設定器、１１３．１１６・・・・・・演算判別器、１１
４・・曲しきい値設定器、１１５・而・ホールド回路、
１１７〜１２１・・・・・・時間設定器、１２２・・・
・・・７−ケンス回路第３Ａ図 第２区 第３Ｄ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）溶湯を収容する中間湯溜りまたは鋳型の溶湯のレベ
   ルを一定周期で検出するサンプリング検出手段と、前記
   中間湯溜りまたは鋳型への溶湯の注湯量を制御する操作
   ノズルと、前記検出手段からのレベルのサンプリング値
   を受けて前記操作ノズルを開閉駆動するための操作信号
   を出力する調節器とから成る溶湯のレベル制御方式にお
   いて、前記調節器は、前記検出手段からのレベルのサン
   プリング値が自己の設定レベルを超えたとき出力を生じ
   る複数個の偏差検出器と、溶湯レベルの現時点および１
   サンプリング周期前の各サンプリング値の差が成るしき
   い値を超えたとき出力を発生する第１の演算判別器と、
   溶湯レベルの成るサンプリング時点における値を基準値
   とし、現時点における溶湯レベルのサンプリング値が前
   記基準値から成るしきい領分以上、上まわりまたは下ま
   わつたとき、現時点のサンプリング値を改めて基準値と
   して設定すると共に、出力を発生する第２の演算判別器
   と、シーケンス回路とから成り、シーケンス回路は、前
   記第１または第２の演算判別器から出力を受けたとき、
   その時点における溶湯レベルのサンプリング値が、前記
   偏差検出器からの出力状況に照らして所定の不感帯にあ
   るか否かを判別し、不感帯にないとき、操作ノズル駆動
   のための操作信号を出力するようにしたことを特徴とす
   る溶湯のレベル制御方式。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の溶湯のレベル制御方
   式において、前記シーケンス回路かう出力サレル操作ノ
   ズル駆動のためのパルスのパルス幅を、駆動されるノズ
   ルの動作特性に従って補正するようにしたことを特徴と
   する溶湯のレベル制御方式。