JPS62192246A - 連続鋳造設備のモールド湯面レベル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

本発明は連続鋳造設備におけるモールド内溶鋼湯面レベ
ルを一定に制御する装置に関するものである。なお以下
各図の説明において同一の符号は同一または相当部分を
示す。

【従来技術とその問題点】

タンディツシュからモールドに注入される溶鋼（湯とも
いう〉のモールド内での湯面レベル（以下モールド湯面
レベルという）を一定に保つことは、ン容鋼のモールド
からのオーバーフローあるいはブレークアラ１〜（鋳片
外殻（凝固殻）の破れからの溶鋼流出）を防ぐばかりで
なく、鋳片の横割れ防止等の品質維持上非常に重要であ
る。従って鋳造品の品質異常を防ぐためにもモールド湯
面レベル変動を極力おさえる制御方式が必要となるが、
現実的に、鋳造速度（モールドからの鋳片の引抜速度）
が一定で、モールドへの溶鋼注入ノズルの流入口面積（
ノズル開度ともいう）の変化の少ないモールド湯面レベ
ル一定制御においては、チャージが長（なるとノズル内
部の詰り現象を起こし安定した制御性を保てなくなる。 またそのような詰りは突如として剥離し、モールド湯面
レベルの突然変化を起こし、制御を不安定にしてしまう
ばかりか、悪い場合には制御が発散してしまいオペレー
タ介入を余儀な（することがある。 従来のこの種のモールド湯面レベル制御方法としては下
記のものがある。 （イ）タンディツシュからモールドへの溶鋼注入量を一
定とし、鋳造速度をフィールドハック制御する方法。 （ロ）鋳造速度一定としタンディツシュからモールドへ
の溶鋼注入量をフィールドバンク制御する方法。 前記（イ）の制御方法は鋳造速度を変化させるため、鋳
品の品質上好ましくなく、操業上も近年の連続的に数チ
ャージを鋳込む連々鋳操業に適してないという欠点があ
る。 前記（Ｉ＋）の制御方法としては２通りの制御方法があ
る。即ち１つはモールド湯面レベルを制御量とするＰｒ
Ｄ制御であり、もう１つの方式はタンディツシュ溶鋼ヘ
ッド（タンディツシュとモールド間の湯面レヘルの差）
、鋳造速度及びモールド湯面レベル偏差をパラメータと
する。溶鋼ノズル流入口開度演算により演算された開度
から、各パラメータの変化量を開度変化に変換しその開
度変化量を用いフィードバック制御とフィードフォワー
ド制御を組合わせた制御である。この前者の制御方法で
は、ノズル詰り、　ｆｆ１ｌ＋離等の外乱に対して十分
に対応しきれないという欠点がある。また後者の制御方
法ではタンディツシュ溶鋼ヘッド、鋳造速度変化に伴う
モールド湯面レベル変動に対しては効果的であるが、近
年の高速鋳造においてはモールド湯面レベル変動による
操作端（ノズルを開閉するストッパ）に対する修正動作
が前記鋳造速度に対し微小となるため、ノズル部の剥離
等に対する制御動作が遅く、溶鋼のオーバーフロー等の
危険性が出て来るといった欠点がある。 また詰り除去の方法として操作端に対する通常操作信号
に振動した信号を重畳させる方法が有るが、この方法で
は重畳させるタイミングにより、オーバーフローあるい
はブレークアウトの危険性が有るため自動的に行うこと
は困難であった。

【発明の目的】

本発明は前記の欠点を除去し、ノズル詰りゃ剥離を自動
的に検知し、応答性良く制御を安定させることができ、
しかも詰り検出によるゲイン補正にて詰りを増長させな
いモールド湯面レベル制御装置を提供することを目的と
する。

【発明の要点】 まず詰り検出による制御補償の要点を述べると、この制
御補償方式はモールド湯面レベル信号を制御量とし、タ
ンディツシュからモールドへ溶鋼を注入するノズルにお
ける溶鋼流入口面積（ノズル開度）を可変するストッパ
のストロークを操作量としたフィードバック制御におい
て、鋳造速度（（モールドからの鋳片引抜速度、モール
ドからの鋳片断面積により算出される鋳片引抜き量）と
、前記ノズル開度、タンディツシュ溶鋼ヘッドより算出
されるモールドへの溶鋼流入量とがバランスしている時
、モールド湯面レベル変動なしという関係から、ノズル
開度理想値を求め、この値とノズル開度実際値との差に
より詰りを検出し、ゲイン補正を行う補償方式である。 即ちタンディツシュからノズルを介しモールドへ注入さ
れる単位時間当たりの溶鋼流入量は下記（１）式で表わ
される。 Ｋ−Ｆ−Ｊ「Ｔ「丁ｈ　　　−’−−−−−−−−−−
−−−−１１１ここにに：流入係数、Ｆ：ノズル・スト
ッパ間開度（ノズル開度）９ｇ：重力加速度、ｈ：タン
ディツシュ溶鋼ヘッド（モールド湯面レベルからタンデ
ィツシュ湯面レベル迄の距離）。 他方モールドから鋳片として単位時間当たりに引抜かれ
る溶鋼Ｎ（鋳造速度）は下記（２）式で表わされる。 Ａ　−Ｖ　　　　−−−−−−−一・−一−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（
２）ここにＡ：モールド断面積（モールドからの鋳片断
面積）、■＝上モールドらの鋳片引抜速度。 溶鋼のモールドへの流入量とモールドからの引抜量が等
しければモールド湯面レベル変動がないため、式（１）
＝式（２）と置いてノズル開度理想値Ｆは下記（３）式
のように求められる。 Ｆ＝Ａ・Ｖ／Ｋ・、αゴ］てｈ−−−−−−−−−−−
−（３）ところがノズル開度を制御するストッパ制御装
置（後述のシリンダ制御盤）に対してはノズル開度に置
換ねる量としてストッパのスＩ・ローフを操作量として
いるため（３）式にて演算されたノズル開度Ｆを得るス
トッパ・ストロークに換算する必要がある。この換算方
式はあらかじめ設備の構造から決まった下式（４）のよ
うなストローク／開度特性（関数ｆ）より換算できる。 Ｓ　Ｔ　１　＝　ｆ　（Ｆ　）　　　−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−＋４
１ここにＳＴＩ：ストツバ・ストローク理想値。 （４）式にて求められたストローク理想値ＳＴ　（ＳＴ
ｌ）とストローク実際値ＳＴ　（ＳＴ２）の偏差が定常
的に有る場合、ノズル詰りと判定できる。 即ち Δ５Ｔ＝ＳＴ１−３Ｔ２−−−−−−・・・−曲間・−
（５）ここにΔＳＴ：ノズル詰り量に対応するストロー
ク変化量、ＳＴ２：ストローク実際値。 即ちストローク差ΔＳＴがΔＳＴ＜−ｋ　（ｋは正で詰
り判定値）の時、いいかえればΔＳＴの絶対値かに以上
となったとき詰まりと判定できる。 このように詰まり判定が出た時、モールド湯面レベル制
御装置内の調節器としてのＰＩＤコントローラのゲイン
をストローク変化量ΔＳＴ相当分だけ増加してやると、
ストッパのストローク実際値は詰りのない時にくらべ、
振動波形が重畳されたような形でストローク指令値に追
従し詰り難くなるとともに詰り除去もできることになる
。 次にノズル詰りの剥離検出による制御補償の要点を述べ
る。モールド湯面レベル制御の外乱要因としては、スト
ッパストーク、タンディツシュ溶鋼ヘッド、鋳造速度、
ノズル詰りの剥離があるがこの剥離を検出するためには
剥離以外の外乱要因に変化がない状態でモールド湯面レ
ベルに急変動が起こった時に剥離と判断すればよい。こ
のように剥離を検出した時点でモールド湯面レベル急変
動幅、つまり所定時間内のモールド湯面レベルの変化量
に相当する信号をストローク指令値に重畳してストッパ
の制御装置（シリンダ制御盤）に与えノズル開度を閉じ
るようにストッパのストロークを修正し、いち早くモー
ルド湯面レベルを整定させるとともに、ＰＩＤコントロ
ーラのＰ（比例）動作のゲインを下げ、Ｉ　（積分）動
作時間を長くしてやると、剥離によるハンチングをおさ
えることかできることになるものである。 以上を要約すると本発明の要点はタンディツシュからモ
ールドに溶鋼を注入するノズルの開度を可変するノズル
開度可変手段（ストッパ操作シリンダなど）、ノズル開
度実際値（ストローク実際値など）がノズル開度指令値
（ストローク指令値など）に一致するように該ノズル開
度可変手段を制御するノズル開度制御手段（シリンダ制
御盤など）、モールド内の溶鋼の湯面レベル（以下モー
ルド湯面レベルという）を所定レベルに保つよう　、に
該ノズル開度制御手段へノズル開度指令値を出力する調
節器（ＰＩＤ：Ｉントローラなど）を備えた連続鋳造設
備における制御装置において、モールドから引抜かれる
鋳片の所定時間当たりの量（鋳片引抜速度など以下鋳造
速度という）を計測する手段（ピンチロールなど）と、
タンディツシュとモールド間の湯面レベルの差（以下タ
ンディツシュ溶鋼ヘッドという）を計測する手段（タン
ディツシュ溶鋼レベル計など）と、前記の鋳造速度、タ
ンディツシュ？８鋼ヘッド、モールド湯面レベル及びノ
ズル開度実際値を入力して所定の演算を行い、所定の条
件において前記調節器のパラメータ又は（及び）該、ｉ
１１節器の出力値を所定量可変する制御補償手段を備え
た点、もしくはさらに前記制御補償手段は、前記鋳造速
度、タンディツシュ溶鋼ヘッドに基づいて演算されたノ
ズル開度理想値と前記のノズル開度実際値との差の絶対
値が所定値を越えたことを判別して、少なくとも前記調
節器の比例ゲインを該差の絶対値に応じた所定量増加す
る第１の調節器補償手段（開度演算器２開度ストローク
変換器、減算器、詰り補償判定器、ＰＩＤパラメータ補
償器など）を備えたものとした点、またはさらに前記制
御補償手段は、前記のモールド湯面レヘル、ノズル開度
実際値。 鋳造速度、タンディツシュ溶鋼ヘッドの考量の所定時間
当たりの変化量を監視し、この各変化量のうちモールド
湯面レベルの変化量のみが有意であるときは、少なくと
も該変化量に応した所定量を前記調節器から出力される
ノズル開度指令値から減ずる第２の調節器補償手段（剥
離補償判定器。 ＰＩＤパラメータ補償器など）を侃えたものとした点に
ある。

【発明の実施例】

次に第１図、第２図に基づいて本発明の詳細な説明する
。第１図は本発明装置の一実施例としての構成を示すブ
ロック図、第２図はノズル流入部の細部構造の説明図で
ある。 第１図において溶鋼２はし一ドル（図外）からクンディ
ツシュ１に注入された後、該タンディツシュ１より上ノ
ズル３Ａを経て浸漬ノズル３を通す、モールド４内に鋳
込まれ、モールド４内での溶鋼の凝固に伴い凝固殻を形
成し、該モールド下方開放端より鋳片５としてピンチロ
ール８により゛　　引抜かれる。この場合タンディツシ
ュ１がらモールド４に注入される溶鋼２の量は上ノズル
３Ａの湯流入口を上下方向（ストローク方向）に開閉す
るストッパ６によって可変される。この部分の構造は第
２図に示され、ノズルへの渦流入口面積（ノズル開度Ｆ
）は斜線部で表わされこれはノズルのストロークＳＴに
対応して定まる値である。 ７はモールド４内の湯面レベルを検出するモールド湯面
レベル計で、調節器としてのＰＩＤコントローラ１８ハ
レベル計７からのモールド湯面レベル信号７ａを入力し
、これを一定とするようにこの信号値７ａとコントロー
ラ１８の内部に設定された目標湯面レベルとの差をＰＩ
Ｄ演算し、この調節出力信号をシリンダ制御盤１１にス
トローク指令値１８ａとして与える。これによりシリン
ダ制御盤１１はストローク実際値ＳＴ２が同指令値１８
ａに一致するようにストッパ操作シリンダ１ｏを介しス
トソバ６のストローク実際値ＳＴ２　　（従ってノズル
開度）を可変し結果としてモールド湯面レベルが一定と
なるようにする。９はピンチロール８を駆動するための
ピンチロール駆動装置である。ストッパ６はストッパ操
作シリンダ１０の上昇、下降と同期して動作し、シリン
ダ１０のストローク実際値ＳＴ２は全閉状態で零リセッ
トされ、その位置を基点としてプラス、マイナスの符号
付の値で後述の減算器１４、剥離補償判定器１６に入力
される。ピンチロール駆動装置９から鋳片引抜速度信号
Ｖを、タンディツシュ溶鋼ヘッド計１９からタンディツ
シュ溶鋼ヘッドｈを開度演算器１２にとりこみ、（３）
式の演算式にてノズル開度理想値Ｆを演算し、その結果
を開度／ストローク変換器１３を通し、スｉ・ソバ・ス
トローク理想値ＳＴＩに変換した値と、ストッパ制御装
置としてのシリンダ制御盤１１から来るストローク実際
値ＳＴ２を減算器１４にて減算し、そのストローク差Δ
ＳＴを詰り補償判定器１５に入力し補償を行うかどうか
の判定を行う。即ち詰り補償判定器１５では減算器１４
からのストローク差の信号ΔＳＴに対し下限判定を行い
、演算値が下限値以下（ΔＳＴ＜−ｋ）又はΔＳＴの絶
対値かに以上の時タイマ監視し、タイムアツプしてもな
お前記下限値以下の条件が成立している場合、ＰＩＤパ
ラメータ補償器１７にてＰＩＤコントローラ１８の比例
ゲインＰをストローク差ΔＳＴの値に応じた所定量だけ
増加させてやると、ゲイン増加前の状態に対しストッパ
移動量（ストローク変化）は激しくなる、つまりストロ
ーク実際値ＳＴ２の変化速度が速くなり、かつ振動的に
ストローク指令値１８ａに収斂する。これによりノズル
は詰りかけた状態から詰りか徐々に除去され、正常に復
帰すると前記の比例ゲインＰは正常の値に戻される。 また詰りの剥離は剥離補償判定器１６を用いて行う。即
ちこの判定器１６には前記のストローク実際値ＳＴ２の
ほかに鋳片引抜速度■、タンディツシュ溶鋼ヘッドｈ及
びモールド湯面レベル計よりのモールド湯面レベル７ａ
が入力されており、判定器１６がモールド湯面レベル７
ａの急変を判定した時、鋳片引抜速度Ｖ、ストローク実
際値ＳＴ２゜タンディツシュ溶鋼ヘッドｈの各変化がな
い場合に、剥離と判定し、ＰＩＤパラメータ補償器１７
に対し起動をかけ、ＰＩＤコントローラ１８内のＰ動作
ゲインを下げ、■動作の積分時間を長くしてやるととも
に、シリンダ制御盤１１に対するストローク指令値１８
ａに強制的に所定時間内のモールド湯面レベル変動量に
応じた信号をストローク実際値を減ずる方向に重畳させ
て剥離に対応するモールド湯面レベル制御の応答性を高
めるよ・うにする。

【発明の効果】

以上の説明から明らかなように本発明によれば、タンデ
ィツシュからモールドに溶鋼を注入するノズルの開度を
可変するノズル開度可変手段（ストッパ操作シリンダ）
、ノズル開度実際値（ストローク実際値）がノズル開度
指令値（ストローク指令値）に一致するように該ノズル
開度可変手段を制御するノズル開度制御手段（シリンダ
制御盤）、モールド内の溶鋼の湯面レベル（以下モール
ド湯面レベルという）を所定レベルに保つように該ノズ
ル開度制御手段へノズル開度指令値を出力する調節器（
ＰＩＤコントローラ）を備えた連続鋳造設備における制
御装置において、 モールドから引抜かれる鋳片の所定時間当たりの量（鋳
造速度、従って鋳造速度という）を計測する手段（ピン
チローラ）と、タンディツシュとモールド間の湯面レベ
ルの差（以下タンディツシュ溶鋼ヘッドという）を計測
する手段（タンディツシュ溶鋼レベル計）と、前記の鋳
造速度、タンディツシュ溶鋼ヘッド、モールド湯面レベ
ル及びノズル開度実際値を入力して所定の演算を行い、
所定の条件において前記調節器のパラメータ又は（及び
）該調節器の出力値を所定量可変する制御補償手段（詰
り補償判定器、剥離補償判定器、ＰＩＤパラメータ補償
器等）を設けることとしたので、詰り及び剥離を自動的
に検知し、ＰＩＤパラメータ及びストッパ移動量（スト
ローク）指令値を直ちに可変することができ、制御を安
定させることができる。また詰り時にＰＩＤコントロー
ラゲインを増加可変できることから、詰り防止の効果も
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての構成を示すブロック
図、第２図は同じくノズル流入口部の細部形状の説明図
である。 １：タンディツシュ、２：溶鋼、３Ａ：上ノズル、４：
モールド、５：鋳片、６：ストッパ、７：モールド湯面
レベル計、８：ビンチロール、９：ピンチロール駆動装
置、１０：ストッパ操作シリンダ、１１ニジリンダ制御
盤、１２：開度演算器、１３：開度／ストローク変換器
、１４：減算器、１５：詰り補償判定器、１６：剥離補
償判定器、１７：ＰＩＤパラメータ補償器、１８：ＰＩ
Ｄコントローラ、１９：タンディッシュ溶鋼ヘッド計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）タンデイッシュからモールドに溶鋼を注入するノズ
   ルの開度を可変するノズル開度可変手段、ノズル開度実
   際値がノズル開度指令値に一致するように該ノズル開度
   可変手段を制御するノズル開度制御手段、モールド内の
   溶鋼の湯面レベル（以下モールド湯面レベルという）を
   所定レベルに保つように該ノズル開度制御手段へノズル
   開度指令値を出力する調節器を備えた連続鋳造設備にお
   ける制御装置において、 モールドから引抜かれる鋳片の所定時間当たりの量（以
   下鋳造速度という）を計測する手段と、タンデイッシュ
   とモールド間の湯面レベルの差（以下タンデイッシュ溶
   鋼ヘッドという）を計測する手段と、前記の鋳造速度、
   タンデイッシュ溶鋼ヘッド、モールド湯面レベル及びノ
   ズル開度実際値を入力して所定の演算を行い、所定の条
   件において前記調節器のパラメータ又は（及び）該調節
   器の出力値を所定量可変する制御補償手段を備えたこと
   を特徴とする連続鋳造設備におけるモールド湯面レベル
   制御装置。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前記
   制御補償手段は、前記鋳造速度、タンデイッシュ溶鋼ヘ
   ッドに基づいて演算されたノズル開度理想値と前記のノ
   ズル開度実際値との差の絶対値が所定値を越えたことを
   判別して、少なくとも前記調節器の比例ゲインを該差の
   絶対値に応じた所定量増加する第１の調節器補償手段を
   備えたものであることを特徴とする連続鋳造設備におけ
   るモールド湯面レベル制御装置。 ３）特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置にお
   いて、前記制御補償手段は、前記のモールド湯面レベル
   、ノズル開度実際値、鋳造速度、タンデイッシュ溶鋼ヘ
   ッドの各量の所定時間当たりの変化量を監視し、この各
   変化量のうちモールド湯面レベルの変化量のみが有意で
   あるときは、少なくとも該変化量に応じた所定量を前記
   調節器から出力されるノズル開度指令値から減ずる第２
   の調節器補償手段を備えたものであることを特徴とする
   連続鋳造設備におけるモールド湯面レベル制御装置。