JP3298523B2 - 連続鋳造の湯面レベル制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造の鋳造開
始に際し、鋳型内への給湯開始から鋳片の引抜き開始に
至るまでの湯面レベル制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造機の鋳造開始にあたっては、ま
ず鋳型にダミーバーヘッドを装着し、鋳型の下端部を閉
じておく。タンディッシュ下部に設けた給湯制御弁を全
閉とし、取鍋からタンディッシュ内に溶湯を注入し、一
定量の溶湯が溜まったとき、タンディッシュ下部の給湯
制御弁を開き、鋳型に溶湯を注入する。鋳型に注入され
た溶湯は鋳型壁に接する面から冷却され、凝固シェルが
順次生成されてゆく。この凝固シェルが所定の厚さにな
るとともに、鋳型内湯面が予め設定されたレベルに達し
たときダミーバーの引き抜きを開始する。鋳型への溶湯
の注入開始からダミーバー引抜き開始までの時間を保持
時間という。前記給湯制御弁はストッパ方式またはスラ
イディングノズル方式が代表的なものである。

【０００３】前記の保持時間が少なすぎると凝固シェル
の生成が不十分となって、鋳片を鋳型から引抜いていく
ときに凝固シェルが破断することがあり、溶湯が溢流し
てブレークアウトと称する事故につながる。一方、保持
時間が過大になると、給湯流量が少なくなり、給湯制御
弁の流路や浸漬ノズル内で溶湯が凝固、閉塞し、操業を
停止せざるをえなくなる。従って、保持時間を適正に保
つことが操業安定上重要である。

【０００４】この対策として、例えば特公平２−５１６
９９号公報には、凝固シェルの生成速度から必要な保持
時間を求め、該保持時間後に湯面が所定レベルに達する
ような湯上がりパターンを設定し、注湯開始後、湯面が
中間確認レベルに達したとき、前記保持時間を確保でき
るように設定湯上がりパターンを修正し、以後、この修
正された湯上がりパターンを保持するように溶鋼の流量
を制御する方法が開示されている。

【０００５】また、特開平５−３２９６０５号公報に
は、注湯開始時点から湯面レベルを鋳片引抜き速度に相
当する上昇速度になるよう制御し、引抜き開始（すなわ
ちピンチロール起動）後、定常状態の湯面レベルになる
まで、ランプ状の湯面上昇パターンに沿って湯面レベル
自動制御を行う方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の特公平２−５１
６９９号公報に開示された方法は、保持時間の確保を優
先するため、ピンチロール起動時の鋳造速度と湯面レベ
ル上昇速度がバランスされておらず、湯面レベル変動を
引き起こす恐れがある。

【０００７】また、特開平５−３２９６０５号公報に開
示された方法は、ピンチロール起動時の引抜き速度で湯
面レベルの目標値を上昇させる位置フィードバック制御
であるため、目標値の上昇速度と等しい速度で湯面が上
昇したとしても、湯面レベル値自体が目標の湯面レベル
に対して偏差があると給湯制御弁の開度を修正すること
になり、結果として湯面上昇速度のバランスを崩してし
まう。とくに目標レベルの上昇速度、つまりピンチロー
ルの起動時の引抜き速度が高速になると（例えば、中厚
スラブ連続鋳造機では０．８ｍ／ｍｉｎ以上）、問題が
顕著になり、大きな湯面変動が発生し操業を阻害する恐
れがある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明者らは前記の従来技
術の問題を検討し、以下の知見を得た。 (a) 保持時間は前記特公平２−５１６９９号公報のよう
に厳密に管理する必要はなく、ある程度幅を持った管理
範囲内にあればよい。

【０００９】(b) 鋳型への注湯開始直後は鋳型が冷えて
いること、ダミーバーヘッドからの抜熱があること、等
から元々非定常過程であり、凝固シェルも厚く微妙な制
御は不要である。

【００１０】(c) これに対して、ピンチロール引抜き開
始直前で鋳型への給湯流量が変動すると、凝固シェル厚
さが変動し、局部的に薄い部分が起点になってブレーク
アウトの原因になる。従って、この時点では給湯制御弁
の開度を一定とするのがよい。ピンチロール引抜き開始
までの非定常の過程で自動制御系による湯面レベル制御
または湯面レベル上昇速度制御を行うと、給湯流量が大
きく変動するので好ましくない。

【００１１】(d) タンディッシュから鋳型への注湯開始
の直後は給湯制御弁の固着、溶湯の一部凝固などで弁開
度と流量の関係は不安定であるが、一定時間または一定
量の溶湯が通過した後は弁開度と流量の関係が安定す
る。この時点では弁開度変更に伴う給湯流量の変化量の
推定が可能であり、保持時間の確保に必要な給湯流量を
得られるように弁開度を修正することが可能である。

【００１２】(e) ピンチロール引抜き開始直前では引抜
き速度とバランスする湯面レベル上昇速度を得ることが
重要になる。この時点でもやはり、弁開度と給湯流量の
変化量の推定が可能であり、所定の湯面レベル上昇速度
を得られるように弁開度を修正することが可能である。

【００１３】(f) ピンチロールで引抜き開始される時の
湯面レベルは定常鋳造時の湯面レベルよりわずかに低位
である。ピンチロールの速度が徐々に上昇する間に湯面
レベルは定常鋳造時のレベルに達し、この時点から自動
制御モードに投入すれば、設定切り替えによる制御変動
を最小限にすることができる。

【００１４】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
ので、その要旨は、「連続鋳造機の鋳造開始に際し、下
記の手順の操作を行うことを特徴とする連続鋳造の湯面
レベル制御方法。

【００１５】(1) タンディッシュから鋳型への給湯制御
弁を所定の開度に設定し、給湯する。

【００１６】(2) 鋳型内の湯面が所定のレベルに達した
とき、所定の時間、湯面レベルを計測し、湯面レベルの
上昇速度を求める。この時の湯面レベルの上昇速度と、
湯面レベルとから、給湯開始から引抜き開始時の所定湯
面レベルに至るまでの保持時間を推定する。前記推定保
持時間が目標保持時間管理値の上限を超えるときは上限
との時間差をなくすように、下限未満のときは下限との
時間差をなくすように前記給湯制御弁の開度を修正す
る。

【００１７】(3) 湯面が前記(2) の所定レベルよりさら
に上位の所定レベルに達したとき、湯面レベルの上昇速
度が起動時のピンチロールの引抜き速度と同じになるよ
うに前記給湯制御弁の開度を変更する。

【００１８】(4) 湯面が前記(3) の所定レベルよりさら
に上位の所定レベルに達したとき、鋳片の引き抜きを開
始する」にある。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の制御方法を実施す
るための装置の構成図である。同図において、タンディ
ッシュ１の溶湯２は給湯制御弁３の開度によって給湯流
量を調整され、浸漬ノズル４を経由して、鋳型５内に供
給される。鋳型の下部にはダミーバー６が装入されてお
り、鋳型５内の溶湯レベルは鋳型５の上方に設置された
湯面レベル計７により計測され、その計測値は湯面レベ
ル制御装置８に入力される。湯面レベル制御装置８は湯
面レベルが上昇するにつれて適時計算し、給湯制御弁３
の開度を制御し、あるいはピンチロール９の回転速度を
制御するピンチロール制御装置１０に起動指令を出力す
る。

【００２０】図２は本発明の制御方法による鋳造速度、
給湯制御弁開度および湯面レベルの変化を示すタイムチ
ャートである。

【００２１】図３は本発明の制御方法の手順を示すフロ
ーチャートである。以下、同図のフローチャート上の処
理ステップをＳ１、Ｓ２・・・のように記述する。

【００２２】図２に示すように、給湯開始の直前は給湯
制御弁は全閉とし、所定量の溶湯がタンディッシュに蓄
積される。その後、次のように本発明の制御方法の手順
を実行する。

【００２３】第１手順：給湯開始後、後述の所定の湯面
レベルＬ₁ （ｍｍ）に達するまで、給湯制御弁を一定の
開度で維持してもよいが、通常の作業では下記のような
操業を行なう。

【００２４】給湯開始と同時に湯面レベル制御装置によ
って、給湯制御弁は予め設定された開度Ｘ₁ （％）で所
定のＴ_X1（ｓ）の時間「開」にされる。この時の開度Ｘ
₁ は給湯制御弁の溶湯凝固による詰まりを防止するた
め、可能な限り全開とするのが好ましい。

【００２５】所定時間Ｔ_X1後、給湯制御弁の開度をＸ₂
（％）まで絞る。この開度Ｘ₂ は引抜き開始までの保持
時間の前半部を決定する開度であり、経験的に得られて
いる弁開度と流量の関係（給湯制御弁のゲインＫ）に従
って、予め湯面レベル制御装置に設定された値である。
以上の処理は図３のフローチャートではステップ１（Ｓ
１）に対応する。

【００２６】第２手順：湯面レベルが所定のレベルＬ₁
に達したとき、この時の時刻ｔ₁ （ｓ）と湯面レベルＬ
₁ （ｍｍ）を記憶する。この処理は、図３のＳ２、Ｓ３
に対応する。

【００２７】更に、湯面レベルが所定のレベルＬ₂ に達
したとき、この時の時刻ｔ₂ （ｓ）と 湯面レベルＬ₂
（ｍｍ）を記憶する。この処理は図３のＳ４、Ｓ５に対
応する。

【００２８】このｔ₂ 時点で、残り保持時間の予測、お
よび所定保持時間を確保するため給湯制御弁の開度修正
を下記のように行う。

【００２９】Ｌ₃ （ｍｍ）をピンチロール引抜き開始
（保持時間終了）時点で達成すべき湯面レベルとする
と、 湯面上昇速度（ｍｍ／ｓ）：Ｖ_L2は、 Ｖ_L2＝（Ｌ₂ −Ｌ₁ ）／（ｔ₂ −ｔ₁ ） (1) 推定保持時間（ｓ）：Ｔ_holdは、 Ｔ_hold＝ｔ₂ ＋（Ｌ₃ −Ｌ₂ ）／Ｖ_L2 （２） として求める。これらの処理は図３のＳ６に対応する。

【００３０】上記の推定保持時間Ｔ_ｈｏｌｄが予め設定
した目標保持時間の下限値Ｔ_srt （最短保持時間とい
う）より短い場合は、Ｔ_srt 以上の保持時間を確保する
ため、下記(3) の所要湯面レベル上昇速度Ｖ_hold（ｍｍ
／ｓ）より、給湯制御弁の開度Ｘ₃（％）を下記(4) の
ように求める、 Ｖ_hold＝（Ｌ₃ −Ｌ₂ ）／（Ｔ_srt −ｔ₂ ） (3) Ｘ₃ ＝Ｖ_hold／Ｋ (4) これらの処理は図３のＳ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１５に対応
する。

【００３１】逆に、Ｔ_holdが予め設定した目標保持時間
の上限値Ｔ_lng （最長保持時間という）より長い場合
は、Ｔ_lng 以下の保持時間とするため、下記(5) の所要
湯面レベル上昇速度Ｖ_hold（ｍｍ／ｓ）より、給湯制御
弁の開度Ｘ₃ （％）を下記(6)のように求める、 Ｖ_hold＝（Ｌ₃ −Ｌ₂ ）／（Ｔ_lng −ｔ₂ ） (5) Ｘ₃ ＝Ｖ_hold／Ｋ (6) これらの処理は図３のＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１５
に対応する。

【００３２】Ｔ_holdがＴ_srt とＴ_lng の間にあるとき
は、現状の開度で適正な保持時間が確保できるとし、給
湯制御弁の開度はＸ₂ のままに保持する。この処理は図
３のＳ１３、Ｓ１４、Ｓ１５に対応する。

【００３３】ここで、Ｋは給湯制御弁のゲイン（湯面上
昇速度（ｍｍ／ｓ）／給湯制御弁の開度（％））であ
り、予め鋳造試験により求められた値である。もしく
は、ｔ₂の時点で判明している最新の実測値、すなわ
ち、Ｋ＝Ｖ_L2／Ｘ₂ として求めてもよい。

【００３４】第３手順：その後さらに湯面レベルが上昇
してＬ₃ （ｍｍ）に至ったとき（この時の時刻をｔ₃ と
する）、ピンチロールを起動したときの引抜き速度Ｖ₀
と同じ湯面レベル上昇速度が得られるように給湯制御弁
の開度Ｘ_V0（これをバランス開度という）を以下のよう
に算出し設定する。

【００３５】ｔ₃ 時点での湯面レベル上昇速度Ｖ_L3は
(7) 式で与えられ、 Ｖ_L3＝（Ｌ₃ −Ｌ₂ ）／（ｔ₃ −ｔ₂ ） (7) 最新の給湯制御弁のゲインは(8) 式で与えられるので、 Ｋ＝（Ｖ_L3−Ｖ_L2）／（Ｘ₃ −Ｘ₂ ） (8) 狙いの湯面レベル上昇速度Ｖ₀ を得るための給湯制御弁
の開度は(9) 式で与えられる、 Ｘ_V0＝（Ｖ₀ −Ｖ_L3）／Ｋ＋Ｘ₃ (9) 。

【００３６】この操作は、ピンチロール起動直前の処理
であって、ピンチロール引抜き開始時点で、給湯制御弁
の開度変化なしに湯面レベルが一定になるようにするも
のである。すなわち、あらかじめ湯面レベルの上昇速度
を起動時のピンチロール引き抜き速度と同じにしておけ
ば、実際にピンチロールを起動したとき両者がバランス
し、湯面レベルは一定値を保つようになる。これらの処
理は図３のＳ１６〜Ｓ１８に相当する。

【００３７】第４手順：さらに湯面レベルが上昇しＬ_V0
に至ったとき、湯面レベル制御装置はピンチロール引抜
き制御装置に起動指令を出力し、鋳片の引き抜きが開始
される。引抜き速度は機械装置の特性から決まる起動時
間経過後に一定速度となるが、第３手順による給湯制御
弁開度の設定が適切であれば、この間湯面レベルは順次
上昇速度が低下し、引抜き速度が一定になるとともに、
湯面レベルは一定になる。これらの処理は図３のＳ１
９、Ｓ２０に相当する。

【００３８】以上の第１〜第４の手順により目標保持時
間の上下限範囲内の保持時間が得られる。

【００３９】引抜き開始後は一定の時間後、定常鋳造状
態での湯面レベルＬ_r を目標値とした湯面レベル一定制
御に移行する。この処理は図３のＳ２１に対応する。

【００４０】上記の第４手順において、ピンチロール引
抜き速度、すなわち鋳造速度が一定になったときに湯面
レベルが一定となり、かつそのレベルが定常状態での目
標湯面レベルＬ_r に一致していれば、定常状態での湯面
レベル一定制御に大きな変動なしに（バンプレス）移行
でき、理想的である。しかし、引き抜き速度が一定にな
り、湯面レベルが一定になったとき、必ずしもその湯面
レベルが目標湯面レベルＬ_r に一致しているとは限らな
い。

【００４１】このような場合の対応として、上記第３手
順において、給湯制御弁をバランス開度Ｘ_V0（％）に対
して、わずかに大きい開度に設定すれば、鋳造速度が一
定になったときにも、湯面レベルはわずかずつ上昇する
ようにできる。その後、湯面レベルがＬ_r （ｍｍ）に達
したときに湯面レベル一定制御に移行するようにすれ
ば、前記と同様にバンプレス移行ができる

【００４２】

【実施例】図４は本発明の制御方法を適用した結果を示
すタイムチャートである。適用試験は鋼の中厚高速連続
鋳造機を用い、鋳型の断面積は９０ｍｍ×１０００ｍｍ
であった。

【００４３】実施時の制御パラメータを次のように設定
した。なお、湯面レベルは鋳型の上端を０ｍｍとし、下
方は負方向で記している。

【００４４】Ｘ₁ ＝８％、Ｘ₂ ＝４％、Ｔ_X1＝４ｓ、Ｌ
₁ ＝−１９０ｍｍ、Ｌ₂ ＝−１７０ｍｍ、Ｌ₃ ＝−７０
ｍｍ、Ｌ_V0＝−６５ｍｍ、Ｌ_r ＝−５０ｍｍ、Ｔ_srt ＝
３０ｓ、Ｔ_lng ＝４５ｓ、Ｋの初期値＝３ｍｍ／ｓ／％
開度、Ｖ₀ ＝３３．３ｍｍ／ｓ（＝２ｍ／ｍｉｎ）。

【００４５】タンディッシュに溶鋼を保持した後、給湯
制御弁の初期開度を、Ｘ₁ ＝８％、Ｔ_X1＝４ｓ、Ｘ₂ ＝
４％で設定し、鋳型に注湯開始した。湯面レベルがＬ₁
＝−１９０ｍｍに達した時点で湯面レベルの上昇速度計
算用のデータＬ₁ 、ｔ₁ を採取、記憶した。

【００４６】Ｌ₂ ＝−１７０ｍｍに達した時点で、推定
保持時間を求めると、Ｔ_hold＝２５ｓであった。これは
最短保持時間Ｔ_srt ＝３０ｓより短いため、開度Ｘ
₃ を、前記の(3) 、(4) 式により求め、Ｘ₃ ＝２．５％
を算出して給湯制御弁開度を変更した。

【００４７】湯面レベルは更に上昇し、Ｌ₃ ＝−７０ｍ
ｍに到達した時点で、予定のピンチロール引抜き速度と
湯面レベル上昇速度が等しくなるバランス開度Ｘ_V0を
(7) 〜(9) 式により求め、Ｘ_V0＝１１．１％を得て給湯
制御弁開度を変更した給湯開始から湯面レベルがＬ₃ ＝
−７０ｍｍに達するまでの時間は約３０ｓであり、適正
保持時間の範囲内であった。

【００４８】湯面レベルがＬ_V0＝−６５ｍｍに達する
と、鋳造速度を３３．３ｍｍ／ｓでダミーバーの引き抜
きを開始した。引抜き速度が一定になったとき、給湯流
量と引抜き速度がほぼバランスしており、湯面レベルは
−５５ｍｍでほぼ一定となった。引抜き開始後約４ｓ
（経過時間３４ｓ）で湯面レベル一定制御に移行した。
このとき、給湯制御弁がわずかに開→閉→開の動作をし
たが、数秒後には湯面レベル一定制御が安定した。

【００４９】従来例として、前記特開平５−３２９６０
５号公報に開示された制御方法を実施した。すなわち、
給湯開始から引抜き開始までの間、湯面レベル上昇速度
が予定引抜き速度と同じになるように湯面レベル上昇速
度制御を行い、引抜き開始後から定常鋳造時の目標湯面
レベルになるまでの間は、予め設定した一定速度で湯面
レベル上昇速度制御を行い、定常湯面レベルに達した時
に湯面レベル一定制御に移行する方法である。引抜き開
始後の「一定速度」として引抜き速度と同じ速度パラメ
ータを用いた。

【００５０】図５は上記従来例の制御による湯面レベル
変化を示すタイムチャートである。同図に示すように、
給湯開始からピンチロール起動までの間、過剰に給湯制
御弁の修正動作を行っており、湯面レベルの変動がきわ
めて大きく、かつその変動平均値を見ても、時間的に上
昇してゆく目標湯面レベルには追随できなかった。定常
湯面レベルに達してから、湯面レベル一定制御に移行し
たが、しばらくの間、湯面レベル変動が残った。

【００５１】

【発明の効果】本発明により連続鋳造の鋳造開始からピ
ンチロール引抜き開始までの保持時間を所定値に管理
し、さらに湯面レベル一定制御に円滑に移行することが
できるので、鋳造開始時のブレークアウトの防止、鋳造
先端部の歩留、品質の向上などの効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御方法を実施するための装置の構成
図である。

【図２】本発明の制御方法による鋳造速度、給湯制御弁
開度および湯面レベルの変化を示すタイムチャートであ
る。

【図３】本発明の制御方法の手順を示すフローチャート
である。

【図４】本発明の制御方法を適用した結果を示すタイム
チャートである。

【図５】従来方法の制御による湯面レベル変化を示すタ
イムチャートである。

【符号の説明】

１： タンディッシュ ２： 溶湯 ３： 給湯制御弁 ４： 浸漬ノズル ５： 鋳型 ６： ダミーバー ７： 湯面レベル計 ８： 湯面レベル制御装置 ９： ピンチロール １０： ピンチロール制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−294754（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−122863（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−170568（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−329605（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−294762（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−270264（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−328775（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−179859（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−51699（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/18 B22D 11/16 104

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造機の鋳造開始に際し、下記の手
   順の操作を行うことを特徴とする連続鋳造の湯面レベル
   制御方法。 (1) タンディッシュから鋳型への給湯制御弁を所定の開
   度に設定し、給湯する。 (2) 鋳型内の湯面が所定のレベルに達したとき、所定の
   時間、湯面レベルを計測し、湯面レベルの上昇速度を求
   める。この時の湯面レベルの上昇速度と、湯面レベルと
   から、給湯開始から引抜き開始時の所定湯面レベルに至
   るまでの保持時間を推定する。前記推定保持時間が目標
   保持時間管理値の上限を超えるときは上限との時間差を
   なくすように、下限未満のときは下限との時間差をなく
   すように前記給湯制御弁の開度を修正する。 (3) 湯面が前記(2) の所定レベルよりさらに上位の所定
   レベルに達したとき、湯面レベルの上昇速度が起動時の
   ピンチロールの引抜き速度と同じになるように前記給湯
   制御弁の開度を変更する。 (4) 湯面が前記(3) の所定レベルよりさらに上位の所定
   レベルに達したとき、鋳片の引き抜きを開始する。