JPH0675758B2 - Mold level control method and apparatus - Google Patents
Mold level control method and apparatusInfo
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- JPH0675758B2 JPH0675758B2 JP63314487A JP31448788A JPH0675758B2 JP H0675758 B2 JPH0675758 B2 JP H0675758B2 JP 63314487 A JP63314487 A JP 63314487A JP 31448788 A JP31448788 A JP 31448788A JP H0675758 B2 JPH0675758 B2 JP H0675758B2
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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、鋼の連続鋳造におけるモールド内湯面レベル
制御方法及び装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for controlling a molten metal level in a mold in continuous casting of steel.
従来の制御システムは、モールド内湯面レベル計からの
信号に基ずいて、タンデイッシュノズル開度を制御する
フィードバック制御が基本である。制御方式としては、
モールド上端からの湯面レベルが常に一定になるよう
に、渦流式や熱電対式湯面センサー等で湯面レベルを監
視し、目標湯面レベルからの変位に応じて、タンデイッ
シュノズル開度を調節計で制御するものである。The conventional control system is basically based on feedback control for controlling the opening degree of the tundish nozzle based on the signal from the level meter in the mold. As a control method,
To ensure that the molten metal level from the top of the mold is always constant, monitor the molten metal level with a vortex type or thermocouple type molten metal level sensor, and adjust the tundish nozzle opening according to the displacement from the target molten metal level. It is controlled by a controller.
鋳造が安定して制御計に外乱が入らないときには、湯面
制御精度は安定し、例えば目標湯面レベル±5mm以内の
制御精度も得られる。しかし、鋳造速度の変動、タンデ
イッシュ内溶鋼重量変動なだの外乱のある非定常鋳造時
には湯面レベル制御も不安定になる。このため最近で
は、鋳造速度やタンデイッシュ内溶鋼重量等をトラッキ
ングし、これらの信号を取り込むことにより、制御精度
を補償するフィードフォワード補償付きフィードバック
制御が適用されている。When the casting is stable and no disturbance is introduced into the control meter, the molten metal level control accuracy is stable, and for example, the controlled level within the target molten metal level ± 5 mm can be obtained. However, the level control becomes unstable during unsteady casting with disturbance such as fluctuation of casting speed and fluctuation of molten steel weight in tundish. For this reason, in recent years, feedback control with feed-forward compensation has been applied, which compensates for control accuracy by tracking the casting speed, the molten steel weight in the tundish, and the like, and capturing these signals.
しかしながら、鋳造速度やタンデイッシュ内溶鋼重量な
どのように、トラッキングの出来る外乱要因について
は、フィードフォワード制御が可能であるが、外乱信号
をトラッキング出来ない場合には制御系は不安定になり
易い。However, although feedforward control is possible for disturbance factors that can be tracked, such as the casting speed and the weight of molten steel in the tundish, if the disturbance signal cannot be tracked, the control system tends to become unstable.
最近、高品質・高温鋳片の製造等を目的に、暖冷却や高
速鋳造が採用されるようになって来ているが、このよう
な条件下では、鋳片の非定常バルジングに起因する湯面
変動が発生し易い。Recently, warm cooling and high-speed casting have been adopted for the purpose of manufacturing high quality and high temperature slabs, but under such conditions, hot water caused by unsteady bulging of the slab is required. Surface variation is likely to occur.
この非定常バルジングは、常時監視することが困難な上
に、これに起因する周期的湯面変動の変動量及び変動速
度が概して大きいために、PIDの各定数を適正に設定し
ても制御系が不安定になり、湯面制御が不可能になる場
合がある。This unsteady bulging is difficult to monitor at all times, and the fluctuation amount and fluctuation speed of the periodic level fluctuation caused by it are generally large. Therefore, even if the PID constants are properly set, the control system May become unstable, making it impossible to control the molten metal surface.
非定常バルジングに起因する湯面変動の防止対策として
は、「鉄と鋼」73(1987),S913で報告している例があ
る。その報告によれば、一旦非定常バルジングが発生す
ると鋳造速度、モールド内湯面レベルが発散的に増加す
るとしており、その対策として、ロールピッチの非周期
化による非定常バルジングの防止が効果的であるとして
いる。As an example of measures to prevent fluctuations in the molten metal surface caused by unsteady bulging, there is an example reported in "Iron and Steel" 73 (1987), S913. According to the report, once unsteady bulging occurs, the casting speed and the level of the molten metal in the mold divergently increase. As a countermeasure against this, it is effective to prevent unsteady bulging by making the roll pitch non-periodic. I am trying.
また、モールド湯のレベル制御精度の向上対策として、
オートチューニングが有効であること、それによりステ
ンレススラブの表面品質が大幅に改善することも「鉄と
鋼」73(1987),S979により報告されている。Also, as a measure to improve the level control accuracy of mold hot water,
It is also reported by "Iron and Steel" 73 (1987), S979 that auto-tuning is effective, and that the surface quality of stainless slabs is significantly improved.
このような非定常バルジングは、包晶反応鋼(0.10〜0.
15%C)やフェライト系ステンレス鋼などにおいて特に
顕著であり、鋳造中に周期的な異常湯面変動として発生
することがある。その特徴は、以下の通りである。Such unsteady bulging is caused by peritectic reaction steel (0.10-0.
15% C) and ferritic stainless steel are particularly noticeable, and may occur as periodic abnormal melt surface fluctuations during casting. The features are as follows.
1)鋳造開始直後は発生しないが、しばらくして一旦発
生すると発散的に増加する。1) It does not occur immediately after the start of casting, but once it occurs for a while, it increases divergently.
2)湯面変動周期は数10秒であるが、鋳造速度によって
変わり、鋳造長換算で一定のピッチであり、連鋳機のロ
ールピッチに相当する。2) The molten metal fluctuation period is several tens of seconds, but it varies depending on the casting speed and is a constant pitch in terms of casting length, which corresponds to the roll pitch of the continuous casting machine.
3)湯面変動量は、±5mmを大きく超える場合がある。3) The fluctuation level of the molten metal may exceed ± 5 mm.
4)湯面の上昇・下降速度は1〜3mm/secであり、通常
の場合の1mm/sec以下に比較して非常に速い。4) The ascending / descending speed of the molten metal surface is 1 to 3 mm / sec, which is much faster than the normal speed of 1 mm / sec or less.
この周期的な異常湯面変動は、筆者らの調査によると鋳
片引抜抵抗値やバルジングの変動周期と同期しているこ
とから、鋳片非定常バルジングに起因するものであるこ
とがわかった。即ち、該非定常バルジングは、セグメン
トロール間で発生し、凝固シェル内の溶鋼を周期式に押
し上げることにより、モールド内湯面レベルを変動させ
るものと理解することができる。しかして、前述の「鉄
と鋼」73(1987),S913に報告された方法では、セグメ
ントロールの小径分割ロール化などの大規模な設備改造
を要するという問題があり、簡単に採用することが出来
ないものである。According to the research conducted by the authors, the periodical fluctuation of the molten metal level is caused by the unsteady bulging of the slab, because it is synchronized with the variation cycle of the slab withdrawal resistance and the bulging. That is, it can be understood that the unsteady bulging occurs between the segment rolls and the molten steel in the solidified shell is pushed up in a periodic manner to change the molten metal level in the mold. However, the method reported in the above-mentioned "Iron and Steel" 73 (1987), S913 has a problem that a large-scale facility remodeling such as making a segment roll into a small-diameter split roll is required, and thus it can be easily adopted. It cannot be done.
また、上記のような非定常バルジングに対しては、同じ
く「鉄と鋼」73(1987),S979により報告された手段で
は解決できないという問題があった。Further, there is a problem that the above-mentioned unsteady bulging cannot be solved by the means similarly reported by "Iron and Steel" 73 (1987), S979.
本発明は、前記課題を解決するために発明したものであ
り、何んらかの原因で周期的に発生する異常な湯面変動
(以下では、異常湯面変動と呼ぶ)の周期と変動量を演
算処理して、該異常湯面変動の周期と変動量に対応させ
て湯面変動を打ち消すように、先行してタンデイッシュ
ノズル開度を調整することにより、フィードバック制御
の応答性の悪さを補償して湯面制御精度を高めるもので
ある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a cycle and an amount of fluctuation of an abnormal molten metal level (hereinafter, referred to as abnormal molten metal level variation) that periodically occurs for some reason. Is calculated, and the tundish nozzle opening is adjusted in advance so as to cancel the fluctuation of the molten metal level in accordance with the cycle and the amount of fluctuation of the abnormal molten metal level fluctuation, thereby reducing the responsiveness of the feedback control. It compensates and improves the level control accuracy.
第1図に本発明の実施態様を示す。図において、1はタ
ンデイッシュ、2はタンデイッシュノズル、3はモール
ド、4はロール、5は鋳片、6は湯面センサー、7はノ
ズル駆動装置、8はノズル開度計、9はノズル開度制御
装置、10は加算器、11は出力信号補正装置、12は湯面変
動演算装置、13は調節計である。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a tundish, 2 is a tundish nozzle, 3 is a mold, 4 is a roll, 5 is a slab, 6 is a melt level sensor, 7 is a nozzle driving device, 8 is a nozzle opening meter, and 9 is a nozzle opening. Degree control device, 10 is an adder, 11 is an output signal correction device, 12 is a molten metal level calculation device, and 13 is a controller.
湯面制御方法としては、異常湯面変動に対するフィード
フォワード補償付きPID制御を用いる。PIDの出力信号
は、湯面センサー6からの信号に基ずき調節計13によっ
て、下記(1)式で求めることが出来る。ここで、右辺
第1項、第2項及び第3項は、それぞれP動作、I動作
及びD動作である。As the molten metal level control method, PID control with feedforward compensation for abnormal molten metal level fluctuation is used. The output signal of the PID can be calculated by the following equation (1) by the controller 13 based on the signal from the bath level sensor 6. Here, the first term, the second term, and the third term on the right side are P operation, I operation, and D operation, respectively.
このようにして得られる調節計出力MVは、加算器10を経
てノズル開度制御装置9に送られ、ノズル駆動装置7に
開度指令を出した注入流量を調整する。並行して、この
指令開度とノズル開度計8で測定したノズル開度を比較
することにより、実際のノズル開度を指令開度に一致す
るようにノズルを駆動制御する。 The controller output MV thus obtained is sent to the nozzle opening control device 9 via the adder 10 and adjusts the injection flow rate for which the opening command is issued to the nozzle drive device 7. In parallel, the command opening is compared with the nozzle opening measured by the nozzle opening meter 8 to drive and control the nozzle so that the actual nozzle opening matches the command opening.
本発明におけるフィードフォワード制御は、第1図にお
ける出力信号補正装置11において以下に述べる手順によ
り補正出力を演算して行う。即ち、湯面センサー6から
の信号を湯面変動演算装置12でサンプリングし、周期的
な湯面変動の上昇端(PVmax)、下降端(PVmin)及び変
動周期(TmaxN−TmaxN−1)を第2図に示すように演算
処理する。この湯面変動に対して、予め設定された基準
値との比較を出力信号補正装置11にて行い、下記(2)
式及び(3)式の条件を満足するときに、該湯面変動を
異常湯面変動と判定する。The feedforward control in the present invention is performed by calculating the correction output in the output signal correction device 11 in FIG. 1 according to the procedure described below. That is, the signal from the molten metal level sensor 6 is sampled by the molten metal level calculation device 12, and the rising edge (PVmax), the falling edge (PVmin) and the fluctuation cycle (TmaxN-TmaxN-1) of the periodical molten metal level fluctuation are sampled. Calculation processing is performed as shown in FIG. The output signal correction device 11 compares the fluctuation of the molten metal surface with a preset reference value, and the following (2)
When the conditions of the expressions (3) and (3) are satisfied, the fluctuation of the molten metal surface is determined as an abnormal fluctuation of the molten metal surface.
PVmaxN−PVminN≧α ……(2) β≦TmaxN−TmaxN−1≦γ ……(3) 但し、αは変動量(mm)に関する基準定数、β、γは周
期(sec)に関する基準定数であり、夫々任意の値を設
定することが出来る。例えば、変動量が6mm以上で、周
期が20〜35secの湯面変動を異常変動と定義する場合に
は、α=6、β=20、γ=35と設定するものである。PVmaxN-PVminN≥α (2) β≤TmaxN-TmaxN-1≤γ (3) where α is the reference constant for fluctuation amount (mm) and β and γ are reference constants for period (sec) , Any value can be set respectively. For example, when the level fluctuation with a fluctuation amount of 6 mm or more and a cycle of 20 to 35 seconds is defined as an abnormal fluctuation, α = 6, β = 20, and γ = 35 are set.
異常湯面変動と判定された場合、出力信号補正装置11に
おいて、次の(4)式に基ずく補正出力MV1を算出す
る。When it is determined that there is an abnormal change in molten metal level, the output signal correction device 11 calculates a corrected output MV1 based on the following equation (4).
MV1=(MVmax−MVmin)×δ ……(4) ここで、δはδ≦1の正数である。この補正出力MV1
は、加算器10で調節計13の出力MVに加えられ、第2図に
示すような合成出力MV2が設定される。MV1 = (MVmax−MVmin) × δ (4) Here, δ is a positive number of δ ≦ 1. This correction output MV1
Is added to the output MV of the controller 13 by the adder 10 to set the combined output MV2 as shown in FIG.
MV2=MV+MV1 ……(5) このようにして求められた合成出力MV2が、最終的にノ
ズル開度制御装置9に送られ、ノズル駆動装置7に出力
される。尚、補正出力MV1の加算器への出力タイミング
は、第2図に示す如くPVmaxのタイミング(Tmax)で出
力をONし、PVminのタイミング(Tmin)でOFFとする。MV2 = MV + MV1 (5) The combined output MV2 thus obtained is finally sent to the nozzle opening control device 9 and output to the nozzle drive device 7. As for the output timing of the correction output MV1 to the adder, the output is turned on at the timing of PVmax (Tmax) and turned off at the timing of PVmin (Tmin) as shown in FIG.
以上の繰り返し操作によって、湯面変動が小さくなり
(2)式と(3)式の条件を満たさなくなった時点で
は、MV1=0になりMV2=MVとなって通常のPID制御に戻
る。本説明では、加算器10の出力をノズル開度制御装置
9に送り制御しているが、加算器10の出力で直接ノズル
駆動装置7を制御することも可能である。By the above repeated operation, when the fluctuation of the molten metal level becomes small and the conditions of the expressions (2) and (3) are not satisfied, MV1 = 0 and MV2 = MV, and the normal PID control is resumed. In the present description, the output of the adder 10 is sent to the nozzle opening control device 9 for control, but it is also possible to directly control the nozzle drive device 7 by the output of the adder 10.
上記の方法によれば、非定常バルジングを防止するため
の大規模な設備改造を必要とせずに、湯面レベル制御シ
ステムのみの簡易で安価な改造により、湯面変動防止効
果が得られる。According to the method described above, the level fluctuation prevention effect can be obtained by a simple and inexpensive modification of only the level control system without requiring a large-scale facility modification for preventing unsteady bulging.
また、鋳片バルジングを抑えるための鋳造速度の低下や
2次冷却強化等の対策も必要としないので、操業上も大
きな効果が得られる。更に、バルジング以外のなんらか
の他の設備的外乱によって発生する異常湯面変動に対し
ても適用可能なので、本発明の利用範囲は広い。Further, since it is not necessary to take measures such as lowering of casting speed for suppressing slab bulging and strengthening of secondary cooling, a great effect can be obtained in operation. Further, the present invention is applicable to a wide range of utilization because it can be applied to an abnormal level change caused by some other type of facility disturbance other than bulging.
実施例について以下に説明する。曲率半径12mRの湾曲型
連鋳機で、横断面サイズ250mm×1,300mmのステンレス後
スラブを鋳造速度0.90m/minで鋳造した。モールド内湯
面レベル制御は、渦流式モールド湯面センサーからの信
号に基ずいて第1図に示す湯面制御システムを用いて実
施した。出力信号補正装置11には、汎用のマイクロコン
ピュータを組込み、(2)式、(3)式及び(4)式の
定数としては、α=6mm、β=20sec、γ=35sec、δ=
0.5を設定した。Examples will be described below. A stainless steel post slab having a cross-sectional size of 250 mm x 1,300 mm was cast at a casting speed of 0.90 m / min using a curved continuous casting machine with a radius of curvature of 12 mR. The level control in the mold was performed using the level control system shown in FIG. 1 based on the signal from the vortex type mold level sensor. A general-purpose microcomputer is incorporated in the output signal correction device 11, and α = 6 mm, β = 20 sec, γ = 35 sec, δ = as constants of the equations (2), (3) and (4).
I set 0.5.
本発明の適用による湯面レベル制御精度を本発明を適用
しない従来のPID制御による比較例と共に第3図に示し
た。湯面変動量±3mmを超える異常湯面変動発生率は、
従来のPID制御の場合19.5%であるのに対して、本発明
になる方法を適用した場合は0.9%と大幅に改善され、
湯面レベル制御精度が著しく向上している。The molten metal level control accuracy according to the present invention is shown in FIG. 3 together with the comparative example by the conventional PID control to which the present invention is not applied. The rate of abnormal fluctuations in the level of metal that exceeds ± 3 mm is
Compared to 19.5% in the case of conventional PID control, it is significantly improved to 0.9% when the method according to the present invention is applied,
The level control accuracy of the molten metal is significantly improved.
尚、異常湯面変動に対する補正出力をしない従来のPID
制御による比較例の鋳造において、ガイドロール帯の中
に差動トランスを設置して、鋳片非定常バルジングを測
定した。その結果は第4図に示す如く、バルジング量
と、同時に測定した湯面変動量との間に強い相関があ
り、湯面変動が非定常バルジングに起因して発生してい
ることが判ると共に、本発明の適用により異常湯面変動
が阻止されていることを確認した。In addition, the conventional PID that does not output correction for abnormal fluctuation
In control casting, a differential transformer was installed in the guide roll band to measure the unsteady bulging of the cast slab. As a result, as shown in FIG. 4, there is a strong correlation between the amount of bulging and the amount of fluctuation of the molten metal measured at the same time, and it is found that the fluctuation of the molten metal is caused by the unsteady bulging. It was confirmed that the application of the present invention prevented abnormal fluctuation of the molten metal surface.
本発明の適用によりモールド内湯面レベル制御精度が向
上し、鋳片の縦割れ疵、オシレーションマーク、ノロカ
ミ等の表面疵が大幅に減少すると共にモールドパウダー
や脱酸生成物の巻き込みによる皮下介在物が著しく低減
した。その結果、鋳片の検査・手入れが不用になると共
に、無手入れでも従来と同等以上の成品表面疵レベルの
確保が可能となった。これにより、鋳片精整歩留の向上
や直送圧延における省エネルギー率の向上が図られた。By applying the present invention, the level control accuracy of the molten metal in the mold is improved, and the surface flaws such as vertical crack flaws, oscillation marks, and slag of the slab are greatly reduced, and subcutaneous inclusions due to the inclusion of mold powder and deoxidized products. Was significantly reduced. As a result, it became unnecessary to inspect and maintain the cast slab, and it was possible to secure a product surface flaw level equal to or higher than the conventional level even without maintenance. As a result, the slab refinement yield and the energy saving rate in direct feed rolling were improved.
第1図は本発明の湯面制御システムを示す説明図、第2
図は本発明での補正出力と合成出力の算出方法を示す説
明図、第3図は本発明の実施例を示す図、第4図は比較
列での非定常バルジング量と湯面変動量との関係を示す
図である。 1:タンデイッシュ、2:タンデイッシュノズル、3:モール
ド、4:フットロール、5:鋳片、6:湯面センサー、7:ノズ
ル駆動装置、8:ノズル開度計、9:ノズル開度制御装置、
10:加算器、11:出力信号補正装置、12:湯面変動演算装
置、13:調節計。FIG. 1 is an explanatory view showing a molten metal level control system of the present invention, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method of calculating a corrected output and a combined output according to the present invention, FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a graph showing an unsteady bulging amount and a level change amount in a comparison row. It is a figure which shows the relationship of. 1: Tundish, 2: Tundish nozzle, 3: Mold, 4: Foot roll, 5: Cast slab, 6: Liquid level sensor, 7: Nozzle drive device, 8: Nozzle opening meter, 9: Nozzle opening control apparatus,
10: Adder, 11: Output signal correction device, 12: Level change calculator, 13: Controller.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中橋 章 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式 会社室蘭製鐵所内 (56)参考文献 特開 平1−317668(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Akira Nakahashi 12 Nakamachi, Muroran-shi, Hokkaido Inside Nippon Steel Co., Ltd. Muroran Works (56) Reference JP-A-1-317668 (JP, A)
Claims (2)
いて、周期的に発生する湯面変動の変動量と周期を演算
処理し、その変動量が予め設定した基準値よりも大きく
且つ周期が設定した範囲内である場合に、該周期的湯面
変動を打ち消すようにタンディッシュノズル開度の補正
出力をPID調節計の出力実積から算出し、この補正出力
を引き続き発生する湯面変動の上昇端から下降端までの
間でPID調節計の出力に加算することにより合成出力を
求め、該合成出力によりタンディッシュノズル開度を調
整することを特徴とするフィードフォワード補償付きモ
ールド湯面レベル制御方法。1. In a molten metal level control in a continuous casting mold, a variation amount and a period of a periodically varying molten metal level are calculated, and the variation amount is larger than a preset reference value and the period is set. If it is within the range, the correction output of the tundish nozzle opening is calculated from the output actual product of the PID controller so as to cancel the periodical fluctuation of the molten metal level, and this corrected output is continuously increased. Mold level control method with feedforward compensation, characterized in that a combined output is obtained by adding to the output of the PID controller from the end to the falling end, and the tundish nozzle opening is adjusted by the combined output. .
ンサー(6)と、該湯面変動センサーからの信号により
PID制御を行なう調節計(13)と、該調節計(13)の出
力に補正信号を出力する湯面変動演算装置(12)、出力
信号補正装置(11)および加算器(10)からなり、前記
調節計(13)の出力信号に湯面変動を打消すように補正
出力信号を加えて補正後の出力信号をノズル開度制御装
置(9)に出力して制御を行なうようにしたモールド湯
面レベル制御装置。2. A melt level sensor (6) for detecting a melt level fluctuation amount in a mold, and a signal from the melt level fluctuation sensor.
A controller (13) for performing PID control, a melt level fluctuation calculation device (12) for outputting a correction signal to the output of the controller (13), an output signal correction device (11) and an adder (10), Mold hot water in which a correction output signal is added to the output signal of the controller (13) so as to cancel the fluctuation of the molten metal level, and the corrected output signal is output to the nozzle opening control device (9) for control. Surface level control device.
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1988
- 1988-12-13 JP JP63314487A patent/JPH0675758B2/en not_active Expired - Fee Related
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