JPH06102251B2 - 薄板鋳造における溶湯流量の制御方法 - Google Patents

薄板鋳造における溶湯流量の制御方法

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JPH06102251B2
JPH06102251B2 JP19233687A JP19233687A JPH06102251B2 JP H06102251 B2 JPH06102251 B2 JP H06102251B2 JP 19233687 A JP19233687 A JP 19233687A JP 19233687 A JP19233687 A JP 19233687A JP H06102251 B2 JPH06102251 B2 JP H06102251B2
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、薄板鋳造における溶湯流量の制御方法に係
り、特に、冷却ロールに溶融金属を注いで凝固させ、直
接的に板を製造する急冷薄帯プロセス等、比較的微量の
溶融金属を連続的に供給する必要のある設備に用いるに
好適な、溶融金属を、連続的に冷却体に供給する際の流
量制御方法に関する。
【従来の技術】
薄板の連続鋳造、例えば冷却ロール等の連続的に移動す
る冷却体に溶融金属を注いで凝固させ、直接的に板を製
造する急冷薄帯プロセス等において、注湯ノズルより供
給する溶湯流量を正確に制御することは、製品板厚を一
定に保つために不可欠の技術である。 従つて、例えば溶解炉等の溶湯保持設備より注湯ノズル
を具備したタンデイツシユに溶湯を供給し、タンデイツ
シユの重量が一定になるように供給量を制御することに
よつて注湯速度を一定に保つ方法が開発されている。 この方法は、例えば前記溶湯保持設備より直接溶湯を冷
却体に供給する方法に比べて、設備上の柔軟性において
優れているという利点を有するものの、一方、特に10kg
/s以下程度の比較的少流量の場合には正確な制御を行う
ことが困難であるという問題点を有していた。 又、溶湯の供給を制御する他の方法として、炉等の溶湯
保持装置自体を傾動させて注湯する方法や、スライデイ
ングノズルから注湯する方法等も用いられている。 しかしながら、前者は、注湯量の脈動のために正確な制
御が困難であるという問題点を有し、後者も、設備が大
規模で高価であるばかりでなく、ノズル詰まり防止のた
めノズル孔内に砂込めが必要となり、このような介在物
のタンデイツシユ内の混入が、微量注湯系では注湯ノズ
ルの詰まりや製板への妨害等の悪影響を無視できない等
の問題点を有しており、その利用が制限されてきた。 又、特開昭61−296942及び特開昭61−296943において
は、タンデイツシユを気密構造にすると共に、該タンデ
イツシユの注湯ノズルにタンデイツシユストツパ棒を設
け、タンデイツシユ内の圧力調整とタンデイツシユスト
ツパ棒の開度調整の組合わせ、即ち、比較的速い変動を
圧力調整によつて低減し、比較的遅い変動はタンデイツ
シユストツパ棒の開度調整によつて低減する方法が開示
されている。
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、比較的狭い領域に設置されたタンデイツ
シユにストツパ棒を設けることは設備上の困難を伴い、
又、タンデイツシユ内を加減圧するには、高温融体を含
むタンデイツシユを完全な気密構造にしなければなら
ず、大掛りな設備が必要となつて、構造が複雑になると
いう問題点を有していた。特にタンデイツシユ内に連続
的に溶湯を送りながら、タンデイツシユに設けられたノ
ズルから注湯する場合、この問題はとりわけ難点となつ
ていた。 従つて、比較的設備上の制約が少いストツパ棒方式によ
る注湯方式において、高精度の注湯制御を行うために、
溶解炉等の注湯保持装置より注湯ノズルを取付けたタン
デイツシユに溶湯を供給し、タンデイツシユ内の湯面レ
ベルを一定に保つように制御を行うことが重要である
が、従来は、ストツパ棒による断続的な注湯を行う流量
調節は行われているものの、制御性が低いため、微少流
量の正確な制御には用いることができなかつた。
【発明の目的】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、設備上の制約が少いストツパ棒方式によつて、微
少流量を正確に制御することが可能な薄板鋳造における
溶湯流量の制御方法を提供することを目的とする。
【問題点を解決するための手段】 本発明は、タンデイツシユへの溶湯供給量を制御するス
トツパ棒を有する溶融金属保持装置と、該溶融金属保持
装置から供給された溶湯を、移動する冷却体表面上に供
給する注湯ノズルを有するタンデイツシユとを備えた注
湯設備を用いて薄板を鋳造する際に、第1図に要旨を示
す如く、前記タンデイツシユ内の溶融金属量をオンライ
ンで測定し、該測定値と目標値との偏差を基に、前記ス
トツパ棒の昇降速度及び位置を制御することによって、
前記目的を達成したものである。 又、本発明の実施態様は、前記ストツパ棒の制御位置
に、少くとも下限値又は上限値のいずれか一方を設定し
たものである。
【作用】
本発明は、一般的には耐火物で作られる炉底開口部とス
トツパ棒先端との間隙を厳密に調節することが困難であ
るため、比較的大きな脈動も許容できる大流量注湯系に
は採用できても、微少流量を正確に制御する必要がある
微量注湯系には適しないと従来考えられていたストツパ
棒方式を更に詳細に検討することによつてなされたもの
である。 即ち、溶解炉等の溶湯保持装置より、下方のタンデイツ
シユに溶湯を供給する速度を、タンデイツシユ内の溶融
金属量を一定に保つように制御することによつて、湯面
レベルを一定に保つことができる。 この場面レベルを溶湯保持装置に設けたストツパ棒によ
つて一定に保つ際には、ストツパ棒の位置の制御方法が
重要となるが、本発明では、ストツパ棒の位置だけでな
く、速度をタンデイツシユ内溶融金属量の測定値と目標
値との偏差に応じて制御することにより、溶融金属を連
続的に溶湯保持装置からタンデイツシユに供給するよう
にして、注湯量の正確な制御を可能としたものである。 以下、非晶質合金の製造等に用いる単ロール法に本発明
を適用した場合を例にとつて、本発明の具体的構成を説
明する。 第2図は、前記単ロール法の例を模式的に示したもの
で、タンデイツシユ12への溶湯10の供給量を制御するス
トツパ棒14を溶湯保持装置16に設け、該溶湯保持装置16
に、例えばDCサーボモータのような制御が容易な駆動部
18を用いたストツパ棒駆動装置を取付ける。又、下方の
タンデイツシユ12に、例えばロードセル20を取付け、前
記タンデイツシユ12と共に内部の溶湯重量を測定できる
ようにする。 図において、22は注湯ノズル、24は制御装置、26は冷却
ロール、28は薄帯である。 鋳造に際しては、目標とするタンデイツシユ内湯面レベ
ルに対応した重量になるように、ストツパ棒14の昇降速
度を制御する。即ち、第1図に示した如く、測定された
重量が目標値より小さい場合には、偏差に応じた速度で
ストツパ棒14を上昇させ、逆に測定重量が目標値より大
きい場合には、偏差に応じた速度でストツパ棒を下降さ
せるような速度指示を与える。 例えばストツパ棒14の速度を比例制御によつて決定し指
示することによつて、ストツパ棒の位置の比例制御の場
合に見られれるような定常偏差を生じることもなく、
又、高い追従性も得られる。又、この方法は、特に複雑
な論理を用いないため、比較的安価な制御回路で実現す
ることが可能であり、しかも、注湯中の溶湯レベルの変
更に対して迅速に応答し、又、ストッパ棒先端のスラグ
溶着や破損等のトラブルに対しても比較的容易に対処で
きるという利点を有する。 ここで問題となることは、ストツパ棒14の開度が非常に
小さくなつた場合に、ストツパ棒14とストツパ座16A
(炉底開口部周囲の、溶湯の供給停止時にストツパ棒14
と接触する部分)との間に溶湯が一時的に滞留して凝固
し、ストツパ棒14がストツパ座16Aに溶着してしまう可
能性のあることである。例えば、速度の比例制御の場合
のゲインのような、制御に用いるパラメータの設定によ
つてはこのような状況が考えられるため、ストツパ開度
に下限値を設けることができる。この場合には、溶着を
回避し、操業の安定性を向上することができる。なお、
短時間で溶着が起こる際の流量はほとんど零であるの
で、下限値を設けても制御性を著しく損うことはない。 又、ストツパ棒制御の場合、ストツパ開度と溶湯の供給
速度の関係は単純な比例関係ではなく、ストツパ開度が
大きくなると溶湯流量はストツパ座16Aの開口部面積に
律速されるため、供給速度が飽和する。例えば速度の比
例制御の場合のゲインを大きくした場合のように、制御
に用いるパラメータの設定によつては、このような飽和
した状態もしくはストツパ開度の増加に対する供給速度
の増加が極めて小さな状態になつても、ストツパの開度
を更に大きくするような操作をさせる場合があり、スト
ツパ棒の移動速度に制約があるため、制御性が低下して
しまうことがある。このような場合には、ストツパ棒の
開度に上限値を設けることで、前記のような制御性の低
下を避けることが可能となる。 実際の制御にあたつては、ストツパ棒の速度制御、例え
ば目標重量と実測重量との偏差を基にストツパ棒の速度
を比例制御により決定する方法によつて、比較的簡単な
制御論理によつて正確な流量制御を行うことができる。 なお、注湯中にストツパ棒先端が大きく破損した場合等
は、ストツパ開度を小さくしても注湯量が多くてタンデ
イツシユ12の重量が目標値を超えてしまうという状況が
ある。このような場合には、一時的にストツパ棒14を移
動可能な最下限まで下げて、溶湯の供給を一時中断し、
タンデイツシユ重量が目標値近くまで減少してから再び
制御を開始する方法によつて、鋳造を続行することがで
きる。 なお、前記の説明では、タンデイツシユ内の溶融金属量
をロードセル20によつて測定していたが、溶融金属量の
測定方法はこれに限定されず、ロードセル以外の荷重計
を用いたり、あるいは第3図に示す他の例の如く、湯面
レベルを光学的に測定するレーザ液面計30等を用いるこ
ともできる。
【実施例】
第2図に示したように、溶湯保持装置16として、DCモー
タによつて駆動するストツパ棒14を取付けた溶解炉を用
い、ストツパ棒14を上昇させることによつて、溶解炉下
部のノズルより、注湯ノズル22を取付けたタンデイツシ
ユ12に溶湯を供給する装置に、本発明の制御方法を適用
した。即ち、Fe−Si−B系合金の溶湯を前記溶湯保持装
置16(溶解炉)で1350℃に保持し、先端が半球状で、直
径が50mmのストツパ棒14を用いて、直径が15mmの孔よ
り、下方のタンデイツシユ12に平均0.8kg/sの速度で注
湯した。タンデイツシユ12に取付けたロードセル20から
のタンデイツシユ重量信号を、制御装置24のマイクロプ
ロセツサに送り、予め書込んだプログラムに従つて、タ
ンデイツシユ重量が目標値となるようにDCモータの電流
を制御することによつて、ストツパ棒14の位置と昇降速
度を制御した。 従来行われてきた、ストツパ棒を下げて溶湯保持装置の
ノズル孔を閉じた状態とストツパ開度を充分大きくして
溶湯を大量に供給する状態とを繰返すというオンオフ制
御の場合と、本発明で提案した速度制御によりストツパ
開度を制御するに際して、開度に制限を設けない場合、
下限値(2mm)のみを設けた場合、上下限値(上限値6m
m、下限値2mm)を設けた場合について、ストツパ開度と
タンデイツシユ重量の変化状況の例をそれぞれ第4図、
第5図、第6図に示す。 従来のオンオフ制御(破線)の場合と比べて、本発明に
よるストツパ棒の速度制御(実線又は2点鎖線)では、
タンデイツシユ重量の偏差が小さくなつていることが明
らかである。なお、第4図に実線で示した如く、本発明
によつても、ストツパ棒開度に制限を設けない場合に
は、ストツパ棒開度が小さくなつた場合にノズル詰まり
を起こすことがある。これは、従来のオンオフ制御の場
合も同様である。しかしながら、第5図に実線で示す如
く、ストツパ開度に下限を設けた場合には、ストツパ棒
とストツパ座間の詰まりも無く、かなり良好な制御が行
われている。更に、第6図に実線で示す如く、上限値も
設定した場合には、制御性が更に改善されていることが
明らかであある。 なお、前記実施例においては、本発明が冷却ロールを備
えた連続薄板製造設備に適用されていたが、本発明の適
用範囲はこれに限定されない。
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、薄板連続注湯設備
において、ストツパ棒の移動という比較的簡単な方法で
正確な注湯量制御が可能となる。従つて、板厚が均一に
なり、表面性状も改善されるという優れた効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る溶湯流量制御方法の基本的な手
順を示す流れ図、第2図は、本発明が適用された連続注
湯装置の一例の構成を示す断面図、第3図は、同じく他
の例の構成を示す断面図、第4図は、オンオフ制御によ
る従来例及び本発明でストツパ開度に制限を設けなかつ
た実施例の、ストツパ開度とタンデイツシユ重量の目標
値と実測値との偏差の時間変化を比較して示す線図、第
5図は、同じく従来例及び本発明でストツパ開度に下限
値を設けた実施例の、ストツパ開度とタンデイツシユ重
量の目標値と実測値との偏差の時間変化を比較して示す
線図、第6図は、同じく従来例と本発明でストツパ開度
に上下限値を設けた実施例の、ストツパ開度とタンデイ
ツシユ重量の目標値と実測値との偏差の時間変化を比較
して示す線図である。 10……溶湯、 12……タンデイツシユ、 14……ストツパ棒、 16……溶湯保持装置、 18……駆動部、 20……ロードセル、 22……注湯ノズル、 24……制御装置、 26……冷却ロール、 28……薄帯、 30……レーザ液面計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森戸 延行 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 三宅 苞 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 林 靜男 三重県鈴鹿市南玉垣町5520番地 富士電機 株式会社鈴鹿工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】タンデイツシユへの溶湯供給量を制御する
    ストッパ棒を有する溶融金属保持装置と、該溶融金属保
    持装置から供給された溶湯を、移動する冷却体表面上に
    供給する注湯ノズルを有するタンデイツシユとを備えた
    注湯設備を用いて薄板を鋳造する際に、 前記タンデイツシユ内の溶融金属量をオンラインで測定
    し、 該測定値と目標値との偏差を基に、前記ストツパ棒の昇
    降速度及び位置を制御するこを特徴とする薄板鋳造にお
    ける溶湯流量の制御方法。
  2. 【請求項2】前記ストツパ棒の制御位置に、少くとも下
    限値又は上限値のいずれか一方を設定したことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の薄板鋳造における溶湯
    流量の制御方法。
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