TWI552816B - 主動式液位控制系統及其控制方法 - Google Patents

Description

主動式液位控制系統及其控制方法

本發明係有關於一種液位控制系統及其控制方法，且特別是一種應用於鋼帶生產製程之主動式液位控制系統及其控制方法。

在煉鋼的生產製程中，為了提升生產效率，通常會以連續鑄造方式來生產鋼帶。請參照第1圖，第1圖係鋼帶連續鑄造機100之示意圖。在鋼帶連續鑄造機100中，靜置爐110和坩鍋120係用以盛裝鋼液LS，並分別藉由控制桿130和塞桿150的控制使鋼液LS經由流鋼嘴140和鑄嘴160流出至下一階段。詳細而言，可藉由調整控制桿130的開閉狀態和開度等來控制鋼液LS自靜置爐110經由流鋼嘴140流入至坩鍋120的量，且可藉由調整塞桿150的開閉狀態來控制鋼液LS自坩鍋120經由鑄嘴160流出的量。經由鑄嘴160流出的鋼液LS再經過澆鑄形成鋼帶。靜置爐110、坩鍋120、控制桿130、流鋼嘴140、塞桿150和鑄嘴160為耐火材質，以承受鋼液LS的高溫。

經由鋼帶連續鑄造機100所產生鋼帶的厚度與坩鍋120內的模液位高度有關。因此，可藉由調整坩鍋120 內的模液位高度來對應調整鋼帶的厚度。習知技術在調整模液位高度係藉由量測鋼帶厚度，回饋控制調整控制桿130和塞桿150的開閉狀態和開度來進行補償。然而，習知技術需控制流鋼嘴140的流量，會有補償較慢的情形。另一方面，若在鋼帶連續鑄造機100中有發生鋼液阻塞現象，或是自靜置爐110流入至坩鍋120的鋼液LS的量過大時，習知技術無法立即補償過高的模液位，可能造成缺陷的產生，導致鋼帶的品質受到影響。

本發明的目的是在提供一種主動式液位控制系統及其控制方法，可即時調整模液位高度值，補償模液位高度值的變化量，且在補償步驟完成後，可使模液位高度值維持在定值。

依據本發明的上述目的，提出一種主動式液位控制系統。此主動式液位控制系統適用於鋼帶連續鑄造機中，且其包含主動桿、控制單元和驅動單元。主動桿用以動態調整鋼帶連續鑄造機中坩鍋內鋼液的模液位高度值。控制單元根據目標高度值和模液位高度值產生控制訊號。驅動單元根據控制訊號調整主動桿浸入鋼液內的體積。

依據本發明的一實施例，於目標高度值高於模液位高度值時，控制單元控制驅動單元使主動桿浸入鋼液內的體積增加，且於目標高度值低於模液位高度值時，控制單元控制驅動單元使主動桿浸入鋼液內的體積減少。

依據本發明的又一實施例，主動式液位控制系統包 含厚度感測器，用以量測經由鋼帶連續鑄造機所產生鋼帶厚度值，且控制單元根據目標高度值、模液位高度值和鋼帶厚度值產生控制訊號。

依據本發明的又一實施例，上述主動桿包含耐火材料。

依據本發明的又一實施例，上述驅動單元為線性單元。

依據本發明的又一實施例，更包含液位偵測器，用以偵測鋼液而得到模液位高度值。

依據本發明的上述目的，另提出一種主動式液位控制方法。此主動式液位控制方法適用於鋼帶連續鑄造機中，且包含下列步驟：量測鋼帶連續鑄造機中坩鍋內鋼液高度值；根據目標高度值和模液位高度值產生控制訊號；以及根據控制訊號調整主動桿浸入鋼液內的體積，以動態調整模液位高度值。

依據本發明的一實施例，於目標高度值高於模液位高度值時，控制訊號控制主動桿，使主動桿浸入鋼液內的體積增加，且於目標高度值低於模液位高度值時，控制訊號控制主動桿，使主動桿浸入鋼液內的體積減少。

依據本發明的又一實施例，更包含感測經由鋼帶連續鑄造機所產生鋼帶厚度值，以根據目標高度值、模液位高度值和鋼帶厚度值產生控制訊號。

依據本發明的又一實施例，更包含在鋼帶連續鑄造機的控制桿開啟流量時同時控制主動桿，以預先調整模液 位高度值。

依據本發明的主動式液位控制系統和控制方法，可即時調整坩鍋內鋼液的模液位高度值，使模液位高度值維持在定值，進而降低產出鋼帶的厚度變異，以確保鋼帶的品質。

100‧‧‧鋼帶連續鑄造機

110‧‧‧靜置爐

120‧‧‧坩鍋

130‧‧‧控制桿

140‧‧‧流鋼嘴

150‧‧‧塞桿

160‧‧‧鑄嘴

200‧‧‧主動式液位控制系統

210‧‧‧厚度感測器

220‧‧‧液位偵測器

230‧‧‧控制單元

240‧‧‧驅動單元

250‧‧‧主動桿

300‧‧‧主動式液位控制方法

310、320、330、340、350‧‧‧步驟

CS‧‧‧控制訊號

DH‧‧‧目標高度值

H‧‧‧模液位高度值

LS‧‧‧鋼液

T‧‧‧鋼帶厚度值

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示鋼帶連續鑄造機之架構示意圖；第2A圖係繪示本發明實施例主動式液位控制系統之方塊示意圖；第2B圖係繪示第2A圖之主動桿浸入第1圖之坩鍋中鋼液內之示意圖；第3圖係繪示本發明實施例主動式液位控制方法之流程示意圖；第4圖係繪示依據習知技術之坩鍋內模液位高度值與時間之關係示意圖；以及第5圖係繪示依據本發明實施例之坩鍋內模液位高度值與時間之關係示意圖。

以下仔細討論本發明的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

請參照第2A圖，第2A圖係繪示本發明實施例主動式液位控制系統200之方塊示意圖。主動式液位控制系統200可使用於例如第1圖所繪示的鋼帶連續鑄造機100或是其他類似鋼帶連續鑄造機中，其係用以動態調整鋼液在坩鍋內的模液位高度值。在以下有關本發明實施例的說明中，係以使用於鋼帶連續鑄造機100為例。

如第2A圖所示，主動式液位控制系統200包含厚度感測器210、液位偵測器220、控制單元230、驅動單元240和主動桿250。厚度感測器210係用以感測經由鋼帶連續鑄造機100所形成的鋼帶厚度值T。在一些實施例中，厚度感測器210可以是超音波測距儀、電磁波測距儀或雷射測距儀等，但不限於此。液位偵測器220係用以偵測坩鍋120內鋼液LS的模液位高度值H。在一些實施例中，液位偵測器220可以是超音波液位計或雷達液位計等，但不限於此。

控制單元230根據鋼帶厚度值T、目標高度值DH和模液位高度值H產生控制訊號CS。在一些實施例中，控制單元230可僅根據目標高度值DH和模液位高度值H產生控制訊號CS，且主動式液位控制系統200可不具有厚度感測器210。驅動單元240根據控制單元230輸出的控制訊號CS來調整主動桿250浸入坩鍋120中鋼液LS內的體積(如第2B圖所示)，以調整鋼液LS在坩鍋120內的模液位高度值H，進而調整鋼帶厚度值T。

在一些實施例中，驅動單元240可以是線性馬達、 步進馬達或其他類似馬達，且主動桿250可以是圓柱體、方柱體或其他類似柱體。此外，主動桿250的截面積可依據各種製程需求做對應變更。主動桿250較佳包含耐火材質，以承受鋼液LS的高溫。形成主動桿250所選用的耐火材質可以是和靜置爐110、坩鍋120、控制桿130、流鋼嘴140、塞桿150和鑄嘴160相同的材質或是其他類似耐火材質。

請參照第3圖，第3圖係繪示本發明實施例主動式液位控制方法300之流程示意圖。主動式液位控制方法300係用於主動式液位控制系統200中，且包含下列步驟。首先，進行步驟310，使用液位偵測器220偵測鋼帶連續鑄造機100的坩鍋120內鋼液LS的模液位高度值H。接著，進行步驟320，使用控制單元230以根據目標高度值DH和模液位高度值H產生控制訊號CS。

然後，進行步驟330，比較目標高度值DH和模液位高度值H。若目標高度值DH高於模液位高度值H，則進行步驟340，使用控制訊號CS控制主動桿250，使主動桿250浸入坩鍋120中鋼液LS內的體積增加，以使模液位高度值H增加，進而增加鋼帶厚度值T。反之，若目標高度值DH低於模液位高度值H，則進行步驟350，使用控制訊號CS控制主動桿250，使主動桿250浸入坩鍋120中鋼液LS內的體積減少，以使模液位高度值H降低，進而減少鋼帶厚度值T。

在一些實施例中，在進行步驟320之前，可先使用 厚度感測器210感測經由鋼帶連續鑄造機100所形成的鋼帶厚度值T，且在步驟320中，可使用控制單元230以根據目標高度值DH、模液位高度值H和鋼帶厚度值T產生控制訊號CS。

此外，在一些實施例中，可在鋼帶連續鑄造機100開始運作使得控制桿130開啟流量時，同時控制主動桿250，以預先調整模液位高度值H至一預設值。此預設值可依據鋼帶厚度的需求而調整。

以下係針對使用習知技術和本發明實施例的鋼帶連續鑄造機來進行模擬比較。請參照第4、5圖，第4圖係繪示依據習知技術之坩鍋內模液位高度值與時間之關係示意圖，且第5圖係繪示依據本發明實施例之坩鍋內模液位高度值與時間之關係示意圖。由第4圖可知，雖然使用習知技術可調整過低或過高的模液位高度值，然而，模液位高度值和目標高度值的差距最大可達到大約6公分，模液位高度值的變化週期大約為1.8秒，且模液位高度值在每一變化週期中均未維持在定值。模液位高度值的變異過大，可能導致鋼帶品質降低或鋼帶特性改變。相較之下，由第5圖可知，依據本發明實施例，除了可調整過低或過高的模液位高度值之外，更可使模液位高度值和目標高度值的最大差距到大約4公分，且可將模液位高度值的變化週期縮短為大約0.7秒。此外，在每一變化週期中，模液位高度值增加至超越目標高度值後，透過本發明實施例，可立即將模液位高度值，且維持在定值。由上述可知，本發明可快 速補償模液位高度值的變化，且在補償步驟完成後，可使模液位高度值維持在定值，進而確保鋼帶的品質。

應注意的是，本發明的主動式液位控制系統除了可應用於鋼帶連續鑄造機之外，亦可應用於需進行液位控制的系統，或是增加於任何被動式液位控制系統中。

綜上所述，本發明的主動式液位控制系統及其控制方法可即時調整模液位高度值，以補償模液位高度值的變化，且在補償步驟完成後，可使模液位高度值維持在定值，進而降低產出鋼帶的厚度變異，確保鋼帶的品質。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

200‧‧‧主動式液位控制系統

210‧‧‧厚度感測器

220‧‧‧液位偵測器

230‧‧‧控制單元

240‧‧‧驅動單元

250‧‧‧主動桿

CS‧‧‧控制訊號

DH‧‧‧目標高度值

H‧‧‧模液位高度值

T‧‧‧鋼帶厚度值

Claims (10)

1. 一種主動式液位控制系統，適用於一鋼帶連續鑄造機中，該主動式液位控制系統包含：一主動桿，用以動態調整該鋼帶連續鑄造機之一坩鍋內一鋼液之一模液位高度值；一控制單元，其係根據一目標高度值及該模液位高度值產生一控制訊號；以及一驅動單元，其係根據該控制訊號調整該主動桿浸入該鋼液內之體積。
2. 如請求項1所述之主動式液位控制系統，其中於該目標高度值高於該模液位高度值時，該控制單元控制該驅動單元使該主動桿浸入該鋼液內之體積增加，且於該目標高度值低於該模液位高度值時，該控制單元控制該驅動單元使該主動桿浸入該鋼液內之體積減少。
3. 如請求項1所述之主動式液位控制系統，更包含一厚度感測器，用以感測經由該鋼帶連續鑄造機所產生之一鋼帶厚度值，且該控制單元係根據該目標高度值、該模液位高度值及該鋼帶厚度值產生該控制訊號。
4. 如請求項1所述之主動式液位控制系統，其中該主動桿包含一耐火材料。
5. 如請求項1所述之主動式液位控制系統，其中該驅動單元為一線性單元。
6. 如請求項1所述之主動式液位控制系統，更包含一液位偵測器，用以偵測該鋼液而得到該模液位高度值。
7. 一種主動式液位控制方法，適用於一鋼帶連續鑄造機中，該主動式液位控制方法包含：量測該鋼帶連續鑄造機之一坩鍋內一鋼液之一模液位高度值；根據一目標高度值及該模液位高度值產生一控制訊號；以及根據該控制訊號調整一主動桿浸入該鋼液內之一體積，以動態調整該模液位高度值。
8. 如請求項7所述之主動式液位控制方法，其中於該目標高度值高於該模液位高度值時，該控制訊號控制該主動桿，使該主動桿浸入該鋼液內之體積增加，且於該目標高度值低於該模液位高度值時，該控制訊號控制該主動桿，使該主動桿浸入該鋼液內之體積減少。
9. 如請求項7所述之主動式液位控制方法，更包含感測經由該鋼帶連續鑄造機所產生之一鋼帶厚度值，以根據該目標高度值、該模液位高度值及該鋼帶厚度值產生該控制訊號。
10. 如請求項7所述之主動式液位控制方法，更包含在該鋼帶連續鑄造機之一控制桿開啟流量時同時控制該主動桿，以預先調整該模液位高度值。