JPS6316219B2

JPS6316219B2 -

Info

Publication number: JPS6316219B2
Application number: JP57138126A
Authority: JP
Inventors: Takashi Seki; Takatoshi Suzuki; Shin Narita
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-08-09
Filing date: 1982-08-09
Publication date: 1988-04-07
Also published as: JPS5927762A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、連続鋳造における鋳型での溶鋼レベ
ル制御方法に関するものである。

現在、鋳型での溶鋼レベル制御は、γ線検出
器、熱電対検出器などのレベル検出器からの信号
を受け、ストツパーやスライデイングノズルを操
作端として、制御を行なつているのが一般的であ
る。又、引抜速度を操作量として制御する場合も
あるが、鋳込速度が変動し、鋳片品質上好ましく
ないので、あまり使用されない。連続鋳造におけ
る鋳型での溶鋼レベル変動は、耐火物、溶融スラ
グなど、介在物の巻込みを生じ、凝固鋳片でのピ
ンホール発生や、皮下介在物生成をもたらす。そ
の結果、鋳片品質の高位安定が保てなくなり、更
には、後工程における手入れ負荷を増大させるこ
とにもなる。そのため、できるだけ一定にレベル
を保持する様に制御系は考慮されるのが一般的で
ある。例えば、特公昭52−41727号公報に示され
るように、鋳型での溶鋼レベル変動量を少なくす
るために、引抜速度の変化分に基づいて演算した
レベル変動量や、タンデイツシユ重量の変化分に
基づいて演算したレベル変動量を、鋳型レベル調
節計出力にフイードフオワードするという方法が
とられている。又、スライデイングノズルやスト
ツパーの流量特性を線型化し、制御精度をより向
上させる方法などもとられている。

しかし、これらの方法では、ノズルの詰りや溶
損によつて生ずる吐出流量の変化に対しては、レ
ベル変動が大きく、対策が急がれているのが現状
である。

本発明は、引抜速度信号、タンデイツシユ重量
信号により、操業状態を把握しつつ、ノズルの詰
りや溶損によつて生ずる吐出流量の変化を、調節
計操作出力又は操作端開度信号により検出し、詰
りや溶損のない正常時のストツパー流量特性と比
較し、その吐出流量の変化分に見合つたレベル変
化量となる様に調節計の比例ゲインを連続的に可
変し、補償することにより、レベル制御精度を従
来よりも安定させることを特徴とし、ひいては、
鋳片表面品質をより向上させることを目的とする
ものである。

鋳型における溶鋼のマスバランスにより、タン
デイツシユから鋳型への流入量qi（ｔ）と、鋳型
からの引抜きによる流出量qθ（ｔ）の差の積分値
が鋳型での溶鋼レベルとなる。そこで、タンデイ
ツシユからの流入量は、タンデイツシユにおける
溶鋼高さをｈ（ｔ）とすると、 qi（ｔ）＝〔１／Rv（ｘ）〕・√2（） ……(1) と表わされる。

Rv（ｘ）は、開度ｘ（ｔ）におけるノズルなど
の抵抗係数であり、ｇは重力加速度である。鋳型
からの流出量は、引抜速度の関数であるから、引
抜速度をｖ（ｔ）、鋳型断面積をＡとすると、 qθ（ｔ）＝Ａ・ｖ（ｔ） ……(2) と表わされる。

(1)、(2)式において、ｘ＝x₀の時、ｈ＝h₀、ｖ＝
v₀とし、qi₀（ｔ）、qθ₀（ｔ）について、x₀、h₀、
v₀の近傍における微小変化量をとると、(1)、(2)式
はそれぞれ、 Δqi₀（ｔ）＝（δqi／δx）・Δx＋（δqi／δh）・Δ
h ……(3) Δqθ₀（ｔ）＝（δqθ／δv）・Δv＝Ａ・Δv ……(4) と表わされる。

従つて鋳型内での溶鋼レベルは、Ａ・（dL／dt）＝Δqi₀（ｔ）−Δqθ₀（ｔ）＝（δqi
／δx）・Δx＋（δqi／δh）・Δh−Ａ・Δv である。ここで、(1)式の、 qi（ｔ）＝〔１／Rv（ｘ）〕・√2（）から、（δqi／δx）＝√2（）・（δRv（ｘ）^-1／
δx）であり、したがつて、Ａ・（dL／dt）＝√2（）・（δRv（ｘ）^-1／
δx）・Δx＋√2₀・Δh−Ａ・Δv……(5) と表わされる。

今、引抜速度v₀、タンデイツシユ内溶鋼高さ
h₀、操作端開度x₀とすると、レベルがバランスし
ている時の引抜速度と、タンデイシユ内溶鋼高さ
と操作端開度との関係は第１図の様に表わされ
る。流量特性は曲線となり、x₀、h₀により決定さ
れる。流入量qi₀は、v₀により決定される流出量
qθ₀と等しい。v₀がΔv₀変動した場合を考えると、
qθ₀はΔqθ₀の変動となり、x₀、h₀をΔx、Δh変化
させることによりqi₀はΔqi₀の変動となりバラン
スする。通常、タンデイツシユ内溶鋼高さは、一
定であるため、操作端開度を変化させるのが一般
的である。

次に第２図について説明する。タンデイツシユ
内溶鋼高さが一定のときは、操作端開度と流入量
との関係は、第１象限で表わされ、引抜速度と流
出量との関係は、第２象限の様に表わされる。
今、引抜速度v₀を演算装置に入力することにより
流出量qθは決定される。又、タンデイツシユ内
溶鋼重量と溶鋼高さとは比例関係にあるため、タ
ンデイツシユ内溶鋼重量を入力することにより、
第１図における操作端開度と、タンデイツシユ内
溶鋼高さとの関係が一義的に決まる。従つて、第
２図における第１象限の操作端開度と流入量との
関係が求められ、ノズル詰りや溶損を生じていな
い時のストツパーの理論流量特性ｆ（ｘ）を求め
ておくことが可能である。従つて、引抜速度v₀に
おける理論開度x₀を理論流量特性ｉ（ｘ）から求
めることができ、理論動作点（x₀、q₀）：ａ点が
求まり、このａ点での理論微係数f′（ｘ）を求め
ることができる。ここで動作点とは、流量特性曲
線上の点で、ストツパーの開度と流量特性曲線か
らモールドへの溶鋼流入量が一義的に決定できる
点をいう。

一方、実開度を差動トランス等の位置検出器か
らあるいは、レベル調節計出力から測定すると、
鋳造中に、ノズル詰りが生ずると、(1)式におい
て、抵抗係数の増加が生ずるため、操作端ノズル
から鋳型への流入量は減少し、その減少分を補う
ため操作端開度は、x₀からx₁へ増加する。その結
果、動作点は、ａ点からｂ点へ移動する。従つ
て、理論開度を求め、実開度を検出することによ
り、ノズル詰りの状況が定量的に把握できる。

つまり、ΔZ＝x₀−x₁＜０であれば、ノズル詰
り方向でありΔZがノズル詰り量を表わすことに
なる。

又、溶損が生ずると、(1)式の抵抗係数は減少す
るため、操作端ノズルからの流入量は増加する。
その増加分を修正するため、操作端開度はx₀から
x₂へ減少し、動作点は、ａ点からｃ点へ移動す
る。

つまり、ΔZ＝x₀−x₂＞０であれば溶損方向で
ある。従つて、以上よりノズル詰りや溶損量を連
続的又は間欠的に把握することが可能である。実
際の装置では、理論開度及び実開度は移動平均を
行ないノイズ分は除去している。更に、ノズル詰
りが生ずることにより、動作点は移動し、単位開
度当りの流量変化、即ち、操作端ゲインが変化す
ることになり、ループゲインが変化する。

従つて、操作端ゲインの変化を把握し、補正す
ればノズル詰りによるゲイン変化を補償できる。
つまり、理論流量特性から求められる単位開度当
りの流量変化、即ち理論ゲインは、x₀における微
係数f′（x₀）に比例した値となる。又、実動作点
ｂが求められることから、実流量特性は理論流量
特性に相似として、実動作点における微係数
g′（x₁）が求められる。従つて、実ゲインは、微
係数g′（x₁）に比例した値となるため理論ゲイン
に実ゲインをg′（x₁）／f′（x₁）の形で補正を行な
えば、実動作点における適正なゲインとなるので
ある。つまり、補正前のゲインをＰとすると、実
動作点におけるゲインP′は、 P′＝〔g′（x₁）／f′（x₁）〕・Ｐとして補正される。この様にして、実動作点にお
けるゲインを、鋳造中に連続的に可変することが
できる。但し、実際は理論開度x₀と実開度x₁との
差がある設定値ΔZaより大きい時、つまり、｜ΔZ｜＝x₀−x₁＝ΔZa の時に、補正を開始するロジツクが組まれてい
る。

尚、実開度を測定している為開度変化がわかり
ノズル位置が直ちに判定できる。実際の開度変化
として±0.5mmの微小変化と数mmの経時変化があ
る為、平均化処理により平均開度を演算し、演算
した平均開度を実開度x₁としている。

又、タンデイツシユ重量が変化した時も、理論
流量特性が変化するため、同様の考えに基づき、
ノズル詰り補正を行なうことにより、タンデイツ
シユ重量のフイードフオワード制御は、不要とな
る。

次に本発明を実施する連続鋳造作業を第３図に
より説明する。第３図に於て、１はγ線源、２は
鋳型、３は鋳片、４はレベル検出器、５は増幅
器、６は湯面レベル調節計、７は演算部、８は演
算制御装置、９は操作シリンダー、１０は開度検
出器、１１はタンデツシユ重量計、１２はストツ
パーノズル、１３はタンデツシユ、１４はピンチ
ロール、１５は引抜速度検出器である。

尚、演算制御装置８は、湯面レベル調節弁６と
演算部７で構成する。

まず従来の操業方法について述べれば、油圧シ
リンダー９によりストツパーノズル１２を上下す
ることによつてタンデイツシユ１３からの溶鋼が
鋳型１２に注入され、γ線レベル計１及びレベル
検出器４により検出された湯面レベル信号が増幅
器５を介して、湯面レベル調節計６に入力され、
PID制御演算された出力により再び油圧シリンダ
ー９を操作するのが従来の制御方法であつた。こ
の方法であると、前述した様にストツパーノズル
１２などの操作端でのアルミナ等の付着による制
御外乱を制御することができず、制御が安定しな
い。

本発明においては、従来の制御装置に差動トラ
ンス等の開度検出器１０（６の出力でも可）の信
号、タンデツシユ１３の溶鋼高さを検出するため
のロードセル等によるタンデイツシユ重量計１１
の信号、引抜速度を検出するためのパルスゼネレ
ータ等による引抜速度検出器１５の信号をそれぞ
れ演算器７に入力することにより、演算器７にて
ノズル詰り量の演算及び制御ゲイン修正値の演算
を行ない、制御ゲイン修正値を湯面レベル調節計
６に出力し、ダイナミツクに制御ゲインを可変す
ることによつて、アルミナ付着などによる制御外
乱を制御できる。

又、溶損した場合は、動作点は前述のように第
２図におけるａ点からｃ点に移動するが、ストツ
パーヘツド部の溶損が支配的であるため、溶損補
正は不要である。

以上説明した様に、本発明により、操作端の動
作点を把握し、ノズル詰りを検出することによ
り、鋳造中に、連続的に制御ゲインを可変するこ
とができ、それによる、鋳型内溶鋼レベルの制御
精度を従来の±10mmから±５mm以内に改善するこ
とが可能となり、表面品質の向上に多大な貢献を
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は操作端開度、タンデイツシユ内溶鋼高
さ、および引抜速度の関係を示す流量特性図であ
る。第２図は引抜速度および操作端開度の理論流
量特性及び実流量特性図である。第３図は本発明
を一つの態様で実施する装置構成を示すブロツク
図である。１：γ線源、２：鋳型、３：鋳片、４：レベル
検出器、５：増幅器、６：湯面レベル調節計、
７：演算部、８：演算制御装置、９：操作シリン
ダー、１０：開度検出器、１１：タンデイツシユ
重量計、１２：ストツパーノズル、１３：タンデ
イツシユ、１４：ピンチロール、１５：引抜速度
検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

１連続鋳造においてストツパーの開度とタンデ
ツシユ重量とにより予じめ定まるストツパーの流
量特性曲線から現引抜速度、タンデツシユ重量に
見合つた理論開度を求め該理論開度と実際に検出
したストツパーの開度とを比較して、理論開度よ
り実開度が大の時、ノズル詰りと判定し、その場
合にストツパーの流量特性曲線から該理論開度に
おける理論微係数を求め、また現引抜速度に見合
つた流量と実開度からストツパー実流量特性を求
め、該ストツパー実流量特性から実開度における
実微係数を求め、これら両微係数の比を求めて、
鋳型内湯面レベルに対応してストツパー開度を調
整する演算制御装置のレベル調節ゲインに前記両
微係数の比を乗算し、ノズル詰りによるストツパ
ー流量特性曲線の変化を補償することを特微とす
る連続鋳造の鋳型内溶鋼レベル制御方法。