JPH10225751A - 湯面レベル制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】連続鋳造装置の湯溜まり部内湯面レベルを目標
湯面レベルまで引き上げるのに要する時間の短縮化を図
る。 【解決手段】各設定値を設定した後、ノズル制御部４に
ノズル全開指令を与え、湯溜まり部６の湯面レベルが基
準湯面レベルＬsv2 に達したとき、給湯ノズルの開度を
求めた給湯ノズル開度ＳＢに設定し、以後給湯ノズル開
度変更量ΔＳＴを求めて、これに従い給湯ノズルを絞り
込み、目標湯面レベルＬsv1 に対する湯面レベル計測値
Ｌpv(t) の比率γが９０〜１１０％の範囲にあるか時間
が予め定めた収束判定時間Ｔs に達したとき公知の湯面
レベル制御、例えばＰＩＤ制御手法による湯面レベル制
御に切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は連続鋳造装置の操業
開始に際し、さらに詳しくは湯溜まり部への溶融金属の
注入開始からその湯溜まり部内の溶融金属の湯面レベル
が目標湯面レベルに達するまでの時間を短縮する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】薄肉鋳片の連続鋳造方法は湯溜まり部に
注入された溶融金属を前記湯溜まり部の壁面に設けた冷
却ロール又はベルトを用いて冷却・搬送し、その溶融金
属表面に凝固シェルを形成させる。そして冷却ロール、
ベルトの回転または走行に伴って凝固シェルを成長させ
て、これを湯溜まり部から送り出すことによって鋳片を
鋳造する。

【０００３】このような連続鋳造方法において鋳片の形
状、特に厚みは溶融金属の温度に影響される。湯溜まり
部内部の溶融金属の温度は湯溜まり部の湯面レベルに相
関がある。従って、所要の厚みの鋳片を鋳造するために
は、この湯面レベルを前記相関に基づいて適宜のレベル
に保つ必要がある。ところが、湯溜まり部へ注入される
溶融金属の量はその供給源の給湯ノズルの開度と正確に
は対応しないという問題がある。従ってその給湯量を一
定に保つことは、容易ではない。

【０００４】また湯溜まり部に溶融金属が入っていない
操業開始時には、前述の溶融金属の湯面レベルを湯溜ま
り部の底面から適宜のレベルまで引き上げる必要があ
り、これに要する時間は製品として不適合な鋳片が製造
される。従って、この時間が長いほど歩留りが悪くなる
ので、可及的速やかに湯面レベルを引き上げて、目標の
湯面レベルに収束させることが望ましい。

【０００５】仮に湯面レベルを速やかに引き上げるため
に、単純に給湯量を多くした場合、目標の湯面レベル付
近において制御速度が湯面レベルの上昇速度に追いつか
ず、湯面レベルがオーバーシュートを起こすことが予測
される。オーバーシュートが起きると湯面レベルが収束
するまでの時間が長引き、その結果製品として不適合な
鋳片がより多く製造されてしまう。従って、その給湯量
の調節には何らかの工夫が必要である。

【０００６】そこでこの湯溜まり部の湯面レベルを目標
の湯面レベルまで速やかに引き上げ、しかも目標の湯面
レベルに到達した時点以降は湯面レベルを一定に保つた
めに前記給湯ノズルを制御する方法として、制御系の安
定性と応答性との優劣の配分をパラメータにより調節で
きるＰＩＤ制御手法を用いるものが提案されている（特
開平６─３０４７２６号公報）。このパラメータは湯面
レベルの安定化及び湯面レベル引き上げ時間の短縮化の
兼ね合いに基づき設定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のＰＩＤ制御手法
は湯面レベルの安定化及び湯面レベル引き上げ時間の短
縮化の兼ね合いに基づきパラメータを設定するので、湯
面レベルの引き上げに要する時間の短縮化の余地がまだ
残されており、さらなる短縮化が望まれている。

【０００８】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であって、連続鋳造装置の操業開始時に湯溜まり部の溶
融金属の湯面レベルを目標のレベルまで速やかに引き上
げ、しかもその目標の湯面レベル付近におけるオーバー
シュートの発生を抑える、連続鋳造における湯面レベル
制御方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る湯面レベル
制御方法は、保持炉への溶融金属の注入に先立ち目標湯
面レベルより低い基準湯面レベルを定め、湯溜まり部の
湯面レベルを測定し、測定湯面レベルが前記基準湯面レ
ベルに達するまでは単位時間当たりの給湯量が単位時間
当たりの鋳造量より大きくなるように給湯ノズルの開度
を設定し、測定湯面レベルが前記基準湯面レベルに達し
た時点以降は単位時間当たりの給湯量が単位時間当たり
の鋳造量に近づく方向へ前記給湯ノズルの開度を調節
し、目標湯面レベルに対する測定湯面レベルの比率が所
定範囲に収まっている時間が所定の収束判定時間に達し
た時点以降は予め定めた制御方法により湯面レベルを目
標湯面レベルに保持すべく制御することを特徴とする。

【００１０】この連続鋳造における湯面レベルの制御方
法は、湯溜まり部の測定湯面レベルが予め定めた基準湯
面レベルに達するまでは湯面レベルを速やかに引き上げ
るために給湯ノズルの開度を単位時間当たりの給湯量が
単位時間当たりの鋳造量より大きくなるように設定し、
測定湯面レベルが前記基準湯面レベルに達した時点以降
は湯面レベルが予め定めた目標湯面レベルにオーバーシ
ュートを起こさずに収束するように給湯ノズルの開度を
調節して溶融金属を給湯し、目標湯面レベルに対する測
定湯面レベルの比率が所定範囲に収まっている時間が所
定の収束判定時間に達した時点以降は予め定めた制御方
法により湯面レベルを目標湯面レベルに保持すべく制御
することにより、湯面レベルを速やかに引き上げ、しか
も前記目標湯面レベルに速やかに収束させる。

【００１１】以下に示す式（１）は単位時間当たりの給
湯量Ｑinを求める式である。

【００１２】

【数１】

【００１３】式（１）において、Ａstは給湯ノズルの開
口面積、Ｋq は溶融金属の流量係数、ｇは重力加速度、
Ｈ(t) は時刻ｔにおける保持炉内の湯面レベル計算値を
それぞれ表す。またＳＢは給湯ノズルの開口面積Ａstに
対する給湯ノズルの絞り込み量の比率、即ち給湯ノズル
開度を表す。

【００１４】以下に湯面レベルが基準湯面レベルに達し
て以後、目標湯面レベルに達するまでの給湯ノズル開度
調節に係る調節量の計算式を示す。式（２）は給湯ノズ
ル開度ＳＢを求める式である。

【００１５】

【数２】

【００１６】式（２）において、Ｖc は鋳造速度、Ｗは
鋳片幅、Ｇapは鋳片厚をそれぞれ表す。式（２）の両辺
を給湯ノズル開度ＳＢ自身で割ったときの右辺の分母は
単位時間当たりに湯溜まり部へ注入される溶融金属の
量、即ち給湯量Ｑinを表す。またこのときの右辺の分子
は単位時間当たりに湯溜まり部から送り出される鋳片の
量を表す。つまり、給湯ノズル開度ＳＢは、湯溜まり部
へ注入される溶融金属の量と湯溜まり部から送り出され
る鋳片の量とを等しくする値に求まる。湯面レベルが基
準湯面レベルに達したことを検出したとき、給湯ノズル
開度ＳＢを求め、この値に応じて給湯ノズルの開度を絞
り込む。

【００１７】式（３）は湯面レベル上昇速度偏差ＶLdを
求める式である。

【００１８】

【数３】

【００１９】式（３）においてＫv は適宜に定める給湯
レベル上昇速度係数である。Ｌsv1は目標湯面レベル、
Ｌpv(t) は時刻ｔにおける湯溜まり部の湯面レベル計測
値をそれぞれ表す。

【００２０】右辺の第１項は目標湯面レベルＬsv1 を時
刻ｔ＋１の湯面レベルと見なしたとき、時刻ｔから時刻
ｔ＋１までの間に湯面レベルを目標湯面レベルＬsv1 ま
で単調に上昇させるときの湯面レベル上昇速度を表すこ
とになる。湯面レベルを速やかに引き上げ、しかも速や
かに収束させることが目標であることから、湯面レベル
計測値Ｌpv(t) と目標湯面レベルＬsv1 との差が大きい
ほど値が大きくなり、しかも差が小さいほど値が小さく
なるように、この項を２乗する。さらにその増減の度合
いを給湯レベル上昇速度係数Ｋv により適宜に調節す
る。

【００２１】第１項から減算する第２項は時刻ｔ−１か
ら時刻ｔまでの湯面レベルの上昇速度である。つまり湯
面レベル上昇速度偏差ＶLdは、湯面レベル上昇速度の変
更量を求めるための関数である。この湯面レベル上昇速
度偏差ＶLdは式（４）に示す給湯ノズル開度変更量ΔＳ
Ｔを求めるために使用される。

【００２２】

【数４】

【００２３】式（４）においてＡtdは目標湯面レベルＬ
sv1 における湯溜まり部の断面積を表す。つまり給湯ノ
ズル開度変更量ΔＳＴは、湯面レベル上昇速度偏差ＶLd
の値が大きいほど値が大きくなる関数であって、湯面レ
ベル上昇速度偏差ＶLdに基づく湯溜まり部内部の溶融金
属の目標増加量を満たすための給湯ノズルの変更量を求
める。一定時間間隔毎に給湯ノズル開度変更量ΔＳＴを
求め、この給湯ノズル開度変更量ΔＳＴ分だけ給湯ノズ
ルの開度を絞り込む。こうすることにより、湯面レベル
を速やかに引き上げ、しかも目標湯面レベルに速やかに
収束させることが出来る。

【００２４】式（５）は目標湯面レベルに対する湯溜ま
り部の湯面レベル計測値の比率γを求める式である。

【００２５】

【数５】

【００２６】前述の如く給湯ノズルの開度を調節し、式
（５）に基づき目標湯面レベルＬsv1 に対する湯面レベ
ル計測値Ｌpv(t) の比率γを求め、これが９０〜１１０
％にある時間を計測する。その時間が予め定めた収束判
定時間を越えたとき、従来と同様の湯面レベル制御手順
に切り替えて湯面レベルを目標湯面レベルに保持する。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る薄肉鋳片連続
鋳造装置の構成を示すブロック図である。図において、
１は円筒容器状の保持炉である。保持炉１はこれに注入
された溶鋼２の温度を一定に保持する。保持炉１はその
底部に給湯ノズルを有し、該給湯ノズルの上部にはこれ
を塞いでその開度を調節する栓３が設けられている。栓
３はノズル制御部４により開度調節制御される。また保
持炉１には、それに注入された溶鋼２の重量を測定する
炉重測定部５を設けてある。

【００２８】保持炉１の給湯ノズルの垂直下方にはその
給湯ノズルから流出する溶鋼２を受ける湯溜まり部６が
設けられている。湯溜まり部６はその壁面に上下一対の
冷却ロール７を有する。湯溜まり部６に溜められた溶鋼
２は冷却ロール７に挟み込まれ冷却されて、薄肉鋳片８
として湯溜まり部６の外部へ送り出される。

【００２９】また、湯溜まり部６の底面から適宜の高さ
の位置には湯面レベルを測定するための渦流センサ９が
設けられている。渦流センサ９による測定結果は制御部
１０に与えられ、制御部１０は与えられた測定結果に基
づき、後述する処理手順に従って、ノズル制御部４へ開
度調節制御指令を与える。

【００３０】図２は制御部１０における処理手順を示す
フローチャートである。操業開始に先立ち、制御部１０
と接続した図示しない入力手段から目標湯面レベルＬsv
1 、基準湯面レベルＬsv2 、給湯レベル上昇速度係数Ｋ
v 及び収束判定時間Ｔs を受け付けて制御部１０の記憶
領域に格納しておく（Ｓ１）。また制御系の特性を表す
値である給湯ノズルの開口面積Ａst、溶鋼の流量係数Ｋ
q 、鋳片幅Ｗ、鋳片厚Ｇap、鋳造速度Ｖc 及び湯溜まり
部６の目標湯面レベルＬsv1 における断面積Ａtd並びに
溶鋼の比重及び保持炉の内周半径を受け付けて制御部１
０の記憶領域に格納しておく（Ｓ２）。

【００３１】前述したステップにおいて各設定値を設定
した後、連続鋳造ラインの稼働を指令する（Ｓ３）。即
ち、ノズル制御部４にノズル全開指令を与え、渦流セン
サ９による湯溜まり部６の湯面レベルの計測を開始し、
また炉重測定部５の測定値，溶鋼の比重及び保持炉の内
周半径に基づき保持炉内の湯面レベルＨ(t) の算出を開
始する。湯溜まり部６の湯面レベルが基準湯面レベルＬ
sv2 に達したとき（Ｓ４）、前述の式（２）に基づき給
湯ノズル開度ＳＢを求め、給湯ノズルの開度を求めた値
に設定する（Ｓ５）。

【００３２】そして前述の式（３）に基づき湯面レベル
上昇速度偏差ＶLdを算出し（Ｓ６）、さらに前述の式
（４）に基づき給湯ノズル開度変更量ΔＳＴを求めて、
これに従い給湯ノズルを絞り込む（Ｓ７）。前述の式
（５）に基づき目標湯面レベルＬsv1 に対する湯面レベ
ル計測値Ｌpv(t) の比率γを算出し（Ｓ８）、この比率
γが９０〜１１０％の範囲にあるか否かを判別する（Ｓ
９）。比率γが９０〜１１０％の範囲にある場合は湯面
レベルが収束しつつあるとみなして、時間をカウントす
る（Ｓ１０）。

【００３３】そしてカウント数が予め定めた収束判定時
間Ｔs に達したか否かを判別し（Ｓ１１）、達したと判
定したとき公知の湯面レベル制御、例えばＰＩＤ制御手
法による湯面レベル制御に切り替える（Ｓ１２）。Ｓ９
において比率γが９０〜１１０％の範囲にない場合は、
カウント数をリセットした後（Ｓ１３）、前述のＳ６へ
処理を戻して以降の手順を繰り返す。またＳ１１におい
てカウント数が収束判定時間Ｔs に達していないと判定
したときは、前述のＳ６へ処理を戻して以降の手順を繰
り返す。

【００３４】図３、図４はそれぞれ本発明及び従来技術
（特開平６─３０４７２６号公報）に係る湯面レベル制
御方法による制御結果を表すグラフである。図３及び図
４は同一装置構成において目標湯面レベルＬsv1 を２９
０(mm)に設定したときの湯面レベルの変化を表す。

【００３５】従来技術に係る湯面レベル制御方法による
制御結果を表す図４において湯面レベルの変化を表す曲
線は波打ちながら上昇している。そして目標湯面レベル
Ｌsv1 を越え、時刻Ｔa においてピークレベルに達した
あと、緩やかに目標湯面レベルＬsv1 収束している。

【００３６】本発明に係る湯面レベル制御方法による制
御結果を表す図３において、基準湯面レベルＬsv2 を２
６１(mm)に設定してあって、湯面レベルは時刻Ｔb1にこ
の基準湯面レベルＬsv2 に達する。この時刻Ｔb1までの
勾配は、図４における時刻Ｔa までの勾配より急峻であ
る。時刻Ｔb1から湯面レベルの変化を表す勾配はそれま
でより緩やかになり、時刻Ｔb2において目標湯面レベル
Ｌsv1 に収束している。

【００３７】

【発明の効果】以上の如き本発明による場合は、基準湯
面レベルを定めておき、この基準湯面レベルに達するま
では給湯ノズルからその供給可能な最大量の溶鋼を湯溜
まり部に注入し、しかもその湯面レベルがオーバシュー
トを起こさないように制御することから湯面レベルを目
標湯面レベルに速く収束させることが出来る。従って、
連続鋳造装置の操業開始時における歩留りを良くするこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄肉連続鋳造装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】制御部の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図３】本発明に係る溶鋼湯面レベル制御方法による制
御結果を表すグラフである。

【図４】従来技術に係る溶鋼湯面レベル制御方法による
制御結果を表すグラフである。

【符号の説明】

３ 栓 ４ ノズル制御部 ５ 炉重測定部 ６ 湯溜まり部 ７ 冷却ロール ９ 渦流センサ １０ 制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給湯ノズルを設けてある保持炉と、鋳造
   機構を設けた容器を具備する湯溜まり部とを有し、前記
   保持炉に溶融金属を注入し、給湯ノズルから流出させた
   溶融金属を前記湯溜まり部に受けて、湯溜まり部の湯面
   レベルを目標湯面レベルに保持しつつ前記鋳造機構によ
   って鋳片を連続的に鋳造する連続鋳造装置の湯面レベル
   制御方法において、 保持炉への溶融金属の注入に先立ち目標湯面レベルより
   低い基準湯面レベルを定め、湯溜まり部の湯面レベルを
   測定し、測定湯面レベルが前記基準湯面レベルに達する
   までは単位時間当たりの給湯量が単位時間当たりの鋳造
   量より大きくなるように給湯ノズルの開度を設定し、測
   定湯面レベルが前記基準湯面レベルに達した時点以降は
   単位時間当たりの給湯量が単位時間当たりの鋳造量に近
   づく方向へ前記給湯ノズルの開度を調節し、目標湯面レ
   ベルに対する測定湯面レベルの比率が所定範囲に収まっ
   ている時間が所定の収束判定時間に達した時点以降は予
   め定めた制御方法により湯面レベルを目標湯面レベルに
   保持すべく制御することを特徴とする湯面レベル制御方
   法。