JP2635887B2 - モールドレベル制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造プロセスにお
けるモールド内の湯面レベルを適切に制御するためのモ
ールドレベル制御装置に関する。

【０００２】

【従来技術】鉄鋼，アルミニウム合金等の連続鋳造にお
いては、溶融金属からなる湯を、上下が解放されたモー
ルドの上方から注入し、モールド側面から冷却して、そ
の表面を固化せしめ、下方からロールではさんで引出し
ながら冷却することによって連続的に鋳造が行なわれ
る。

【０００３】この時に、鋳片に生じる矯正歪により表面
欠陥や内部欠陥が生じる事は良く知られておりその解決
策としては、鋳片出側にて鋳片を矯正する際に、矯正点
で鋳片に鋳造方向と平行に圧縮力を付与して鋳片に生じ
る矯正歪を軽減させることが行われる（例えば特開昭５
８−６１９５７号公報参照）。しかし、この方法を適用
することに依って、モールドの湯面レベルに乱れが生ず
る事が知られている。一方、連続鋳造プロセスにおい
て、モールド内の湯面レベルの制御状態が鋳片の品質を
左右する重大な要因であることは良く知られており、特
に、湯面の変動量と、変動速度とを低く抑えることが肝
要である（例えば特公昭６３−１６２１８号公報参
照）。

【０００４】湯面レベル制御の方式は一般にＰＩＤ演算
による定値制御によっており、特に比例動作（Ｐ）およ
び積分動作（Ｉ）を主体とした制御が行なわれている。

【０００５】しかしながら、製品の品質および歩留まり
への要求は年々厳しくなってきており、最近では鋳造の
安定時において発生する細かい湯面レベルの持続振動が
問題とされるようになってきた。

【０００６】従来の制御装置は湯面レベルを、目標とす
るレベルに偏差なく一致させることを主眼に置いて設計
されており、前述したようにＰ動作およびＩ動作を主体
とした制御となっているので、外乱が入るたびに湯面の
急上昇，下降が起こり、湯面変動の観点からは好ましい
制御とは言えない。

【０００７】そこで特願平２−８９０７６号において、
上記の持続振動の主な要因は、系内に存在しかつ時間的
にその大きさが変動するむだ時間要素であるものとし、
流入量の変動は、流量係数の変動としてとらえ、これら
むだ時間および流量係数を動的に同定して補償する適応
制御の手法が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鋳片出
側にて鋳片を矯正する際に、矯正点で鋳造方向と平行に
圧縮力を付与して鋳片に生じる矯正歪を軽減させる制御
（以降ＣＰＣ制御と呼ぶ）を行った場合、鋳造する溶融
金属の種類によっては、前述の適応制御によっても品質
を確保するのに十分な湯面レベルの安定性が得られない
場合があった。これはたとえ鋳造速度が一定でも、鋳片
にかかる冷却水が部分的に不均一になるなどの原因で、
凝固シェルに不均一が生じると、矯正歪を軽減し一定に
保つＣＰＣ制御に伴う応力の変化に湯面変化が反応する
ためと考えられる。つまり鋳造速度が一定でも、引き抜
き抵抗が増加した場合に鋳片が引き抜けない方向にな
り、湯面が上昇し、引き抜き抵抗が減少した場合に湯面
が下降する現象が観察される。したがって、本発明の目
的は、鋳片出側にて鋳片を矯正する際に、矯正点で鋳片
に鋳造方向と平行に圧縮力を付与して鋳片に生じる矯正
歪を軽減させる連続鋳造機において、スライディングノ
ズルまたはストッパーの制御に、鋳片の引き抜き抵抗変
化をフィードフォワードする事により、モールド内の湯
面レベルを品質に影響のない変動量に制御することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成する本
発明のモールド制御装置は、鋳型に引き続く鋳片引き抜
きロール配列が、わん曲部を有し、鋳片出側にて鋳片を
矯正する際に、矯正点で鋳片に鋳造方向と平行に圧縮力
を付与して鋳片に生じる矯正歪を軽減させるための、押
し込み駆動ロールと鋳片の引き抜き抵抗を連続的に検出
する手段と、モールド内の溶融金属のレベルを連続的に
検出するモールドレベル検出手段と、 該モールドレベ
ル検出手段が検出したモールドレベルの値と該鋳片の引
き抜き抵抗検出手段が検出した鋳片引き抜き抵抗の値か
ら、モールド内へ注入される溶融金属の注入量の操作量
を算出する操作量算出手段と、該操作量算出手段が算出
した操作量に応じて注入量を操作するスライディングノ
ズルまたはストッパーを具備するモールドレベル制御装
置において、鋳片引き抜き抵抗の変化をスライディング
ノズルまたはストッパー操作量にフィードフォワードす
るレベル制御を行なうことによって、モールド内の湯面
の安定化を図るものである。

【００１０】

【作用】本発明による湯面レベル制御を行なわない場
合、一定周期のモールド湯面変動を起こし、その変動量
は、約±１５ｍｍとなる。この湯面変動量はモールド内
の凝固シェルにモールドパウダーを巻き込む原因とな
る。モールドパウダーはスラブ表面近傍の皮下介在物と
して存在し、圧延工程を経て最終製品の表面疵の原因と
なる。

【００１１】このモールド湯面変動の原因を調査した結
果、たとえ鋳造速度が一定でも、鋳片にかかる冷却水が
部分的に不均一になるなどの原因で、凝固シェルに不均
一が生じると、引き抜き抵抗が変化し、矯正歪を軽減し
一定に保つＣＰＣ制御を行なっていても、引き抜き抵抗
の変化に湯面が反応することが判明した。

【００１２】最終製品で表面疵を出さない限界の湯面変
動量は、±５ｍｍと言われており、本発明による、湯面
レベルへの引き抜き抵抗力のフィードフォワードを行な
った場合、この基準が十分に達成できることが判明し
た。

【００１３】図１に本発明一実施例、溶融金属の注入量
制御にスライディングノズルを用いた場合の連続鋳造
機、を示す。溶融金属の注入量制御にストッパーを用い
る場合にも本発明は同様に実施しうる。

【００１４】図１においてタンディッシュ１に満たされ
た溶融金属２は、タンディッシュ１の底部の穴よりスラ
イディングノズル７および浸漬ノズル３を経てモールド
４へ注入される。モールド４へ注入された溶融金属は、
モールド壁面から冷却され、表層部から凝固しつつ下方
へ、一定速度で引き抜かれる。鋳片出側にて鋳片を矯正
する際に、矯正点で鋳片に鋳造方向と平行に圧縮力を付
与して鋳片に生じる矯正歪を軽減させるために、一定駆
動力で回転する駆動ロール１４と必要圧縮力を与える押
し込みロール１０によって、ＣＰＣ制御は実現される。

【００１５】油圧シリンダー８によってスライディング
ノズルの開度を調節することによって、モールド４への
溶融金属２の注入量が、調節される。モールド４内の湯
面レベルは、レベル計５で連続的に測定される。鋳片の
引き抜き抵抗は、鋳片押し込みロール駆動モーター１０
に接続された引き抜き抵抗計算部１３によって連続的に
測定される。制御部６は、レベル計５と引き抜き抵抗計
算部１３から得られた計算値から、後述する演算によ
り、モールド４内のレベルを一定に保つための操作量を
演算し、油圧シリンダー８に出力する。

【００１６】ここに、本発明で使用する引き抜き抵抗計
算部１３（図１）の演算を示す。

【００１７】鋳片を押し込むために必要な駆動ロールの
モータートルクは、(1)式で表わされる。 Ｃ_O ＝Ｐ_B ＋Ｐ_S −Ｒ_B −Ｃ_L ←押込側バランス ＝Ｂ_R ＋Ｒ_H −Ｃ_L −Ｔ_M ←制御側バランス ・・・(1) Ｃ_O ：ＣＰＣ制御の必要圧縮力 Ｐ_B ：押込側ロー
ルの押込力 Ｐ_S ：鋳片自重のロール接線成分 Ｒ_B ：押込側ロー
ルの引き抜き抵抗 Ｃ_L ：補償圧縮力 Ｂ_R ：制御側ロー
ルの制動力 Ｒ_H ：制動側ロールの引き抜き抵抗 Ｔ_M ：矯正抵抗。

【００１８】(1)式を変形すると下式のようになる。 Ｐ_B ＝Ｂ_R ＋Ｒ_B ＋Ｒ_H −Ｐ_S −Ｔ_M ・・・(2) 更に(2)式の時間微分を取ると、 (δＰ_B ／δｔ)＝(δＢ_R ／δｔ)＋〔δ(Ｒ_B ＋Ｒ_H )／δ〕 −(δＰ_S ／δｔ)−(δＴ_M ／δｔ) ・・・（３） ここで、 δＢ_Ｒ ／δｔ＝０ （制動側の駆動力は一定に制御） δＰ_S ／δｔ＝０ （鋳片自重は時間に依存しない） δＴ_M ／δｔ＝０ （矯正抵抗はマシーンプロファイル
に依って決まる）。

【００１９】よって(3)式は以下のようになる。 (δＰ_B ／δｔ)＝〔δ(Ｒ_B ＋Ｒ_H )／δｔ〕 (Ｒ_B ＋Ｒ_H )は、連続鋳造材（ＣＣ機）内の全引き抜き
抵抗である。

【００２０】従って(３)式は、「押し込み側ロールの押
し込み力(トータルトルク)変化は、全引き抜き抵抗に等
しい」ことを示している。

【００２１】本発明では、押し込みロールのトルク変化
を湯面レベルにフィードフォワードすることにより、湯
面の安定化を図る。

【００２２】

【実施例】図２に、本発明で使用する制御系のモデルを
表わすブロック線図を示す。ブロック２１は、制御装置
６（図１）の伝達特性を表わす。ブロック２２は油圧装
置の伝達特性を表わす。ブロック２３はスライディング
ノズル７（図１）の伝達特性を表わす。ブロック２４
は、モールド１（図１）および浸漬ノズル３（図１）の
伝達特性を表わす。ブロック２５は、レベル計５（図
１）の伝達特性を表わす。ブロック２６は、ピンチロー
ルモータのトルク出力を示す。ブロック２７でピンチロ
ール出力より引き抜き抵抗変動を計算する。ブロック２
８およびブロック２９で、一次遅れの演算を行い制御系
に加算することによりフィードフォワードが成立する。

【００２３】本発明では、押し込みロール駆動モータ１
８のトルク変化を湯面レベルにフィードフォワードする
ことにより、湯面の安定化を図る。なお、本発明による
制御を行なわない場合、引き抜き抵抗の変化が周期８０
秒で±３５トンのとき湯面変動は、±１５ｍｍとなる。

【００２４】図３の（ａ）は引き抜き抵抗を制御に反映
させない場合のモ−ルドレベル（湯面レベル）の例、図
３の（ｂ）は引き抜き抵抗を制御に反映させた場合のモ
−ルドレベルの例である。図３の（ａ），（ｂ）とも
に、君津２号連鋳機において、2200mm幅のスラブを1.2m
／分で鋳造した例である。

【００２５】鋳造速度が一定でも引き抜き抵抗に変動が
生ずるため、図３の（ａ）の引き抜き抵抗を制御に反映
させない場合±１５ｍｍの湯面変動があるのに対し、図
３の（ｂ）の引き抜き抵抗を制御に反映させた場合は、
±５ｍｍの湯面変動となる。よって、引き抜き抵抗を制
御に反映することにより湯面レベルの大幅な安定が図ら
れることが分かる。

【００２６】図４に、第１図に示すスライディングノズ
ルをストッパーに置き換えた本発明のもう１つの実施例
を示し、図５に、図４に示す湯面レベル制御系の機能構
成を示す。この、スライディングノズルをストッパーに
置き換えた実施例でも、上述と同様な効果が得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、従
来のモールドレベル制御装置に、引き抜き抵抗を連続的
に検出する手段を備え、鋳片引き抜き抵抗の変化をスラ
イディングノズルまたはストッパー操作量にフィードフ
ォワードするレベル制御を行なうことによって、モール
ド内の湯面変動を品質に悪影響を与えない水準以下に制
御し得るモールドレベル制御装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】 図１に示す制御系の機能を表わすブロック線
図である。

【図３】 （ａ）は、従来例の湯面レベル変動を示すグ
ラフ、（ｂ）は図１に示す実施例での湯面レベル変動を
示すグラフであり、横軸は共に、時間経過を示す。

【図４】 本発明のもう１つの実施例を示すブロック図
である。

【図５】 図１に示す制御系の機能を表わすブロック線
図である。

【符号の説明】

１：タンディッシュ ２：溶融金属 ３：浸漬ノズル ４：モールド ５：モールドレベル計 ６：制御部 ７：スライディングノズル（ＳＮ） ８：油圧シリン
ダー ９：スライディングノズル開度計 １０：押し込み側
ロール及びモータ １１：油圧制御盤 １２：油圧源電
磁弁 １３：引き抜き抵抗計算部 １４：制動ロー
ル及びモータ １５：ストッパ １６：ストッパ
ー開度計 １７：押し込みロール １８：押し込み
ロールモータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒 川 哲 明 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社 君津製鐵所内 (56)参考文献 特開 平５−277689（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−277688（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型に引き続く鋳片引き抜きロール配列
   が、わん曲部を有し、鋳片出側にて鋳片を矯正する際
   に、矯正点で鋳片に鋳造方向と平行に圧縮力を付与して
   鋳片に生じる矯正歪を軽減させるための、制動ロール及
   び押し込み駆動ロールにおける、鋳片の引き抜き抵抗を
   連続的に検出する手段と、 モールド内の溶融金属のレベルを連続的に検出するモー
   ルドレベル検出手段と、 該モールドレベル検出手段が
   検出したモールドレベルの値と該鋳片の引き抜き抵抗検
   出手段が検出した鋳片引き抜き抵抗の値から、モールド
   内へ注入される溶融金属の注入量の操作量を算出する操
   作量算出手段と、 該操作量算出手段が算出した操作量に応じて注入量を操
   作するスライディングノズルまたはストッパーを具備す
   るモールドレベル制御装置において、 鋳片引き抜き抵抗の変化を押し込みロール駆動力から算
   出し、スライディングノズルまたはストッパー操作量に
   フィードフォワードする事を特徴とするモールドレベル
   制御装置。