(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御方法において、
前記バルジングゾーンに属する各ロール及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントにおける、前記鋳片の厚みの予め定めてある基準量からの変動量を測定し、該変動量と前記鋳型の幅と前記鋳片を引き抜く速度とにより、前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出し、該溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値を前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うことを特徴とする連続鋳造の湯面レベル制御方法。
【請求項２】
開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御方法において、
前記バルジングゾーンに属する各ロール及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントの、前記鋳片の厚み方向の予め定めてある基準位置からの変位量を測定し、該変位量と前記鋳型の幅と前記鋳片を引き抜く速度とにより、前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出し、該溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値を前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うことを特徴とする連続鋳造の湯面レベル制御方法。
【請求項３】
開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御方法において、
前記バルジングゾーン及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントにてバルジング又は圧下が開始されてから、当該前記各セグメントの前記鋳片の厚み変化速度設定値を積分することにより、当該前記各セグメントにおける前記鋳片の厚み変動量を算出し、該厚み変動量と前記鋳型の幅と前記鋳片を引き抜く速度とにより、前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出し、該溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値を前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うことを特徴とする連続鋳造の湯面レベル制御方法。
【請求項４】
開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御装置において、
前記バルジングゾーンに属する各ロール及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントにおける、前記鋳片の厚みの予め定めてある基準量からの変動量を測定する鋳片厚み変動量測定装置と、前記鋳片を引き抜く速度から前記鋳片の鋳込速度を測定する鋳込速度測定装置と、前記変動量測定装置が測定した変動量と前記鋳型の幅と前記鋳込速度測定装置が測定した速度とにより前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出する溶鋼流出量計算装置と、該溶鋼流出量計算装置が算出した溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値を前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御指令計算装置とを備えることを特徴とする連続鋳造の湯面レベル制御装置。
【請求項５】
開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御装置において、
前記バルジングゾーンに属する各ロール及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントの、前記鋳片の厚み方向の予め定めてある基準位置からの変位量を測定するセグメント変位量測定装置と、前記鋳片を引き抜く速度から前記鋳片の鋳込速度を測定する鋳込速度測定装置と、前記セグメント変位量測定装置が測定した変位量と前記鋳型の幅と前記鋳込速度測定装置が測定した速度とにより前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出する溶鋼流出量計算装置と、該溶鋼流出量計算装置が算出した溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値が前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御指令計算装置とを備えることを特徴とする連続鋳造の湯面レベル制御装置。
【請求項６】
開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御装置において、
前記バルジングゾーン及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントにてバルジング又は圧下が開始されたことを検出する各検出装置と、前記鋳片を引き抜く速度から前記鋳片の鋳込速度を測定する鋳込速度測定装置と、前記各検出装置がバルジング又は圧下が開始されたことを検出してから、当該前記各セグメントの前記鋳片の厚み変化速度設定値を積分することにより、当該前記各セグメントにおける前記鋳片の厚み変動量を算出し、該厚み変動量と前記鋳型の幅と前記鋳込速度測定装置が測定した速度とにより前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出する溶鋼流出量計算装置と、該溶鋼流出量計算装置が算出した溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値を前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御指令計算装置とを備えることを特徴とする連続鋳造の湯面レベル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、底の無い鋳型に溶湯を供給し、その鋳型から鋳片を連続的に引き抜く連続鋳造機において、鋳型内の溶湯の湯面レベルを目標レベルに制御する連続鋳造の湯面レベル制御方法、及びその実施に使用する連続鋳造の湯面レベル制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼業のスラブ連続鋳造において、未凝固鋳片をバルジングさせ、その後圧下を加え、中心偏析を改善する技術には種々の公知技術がある。
【０００３】
例えば、特公昭６２−３４４６１号公報には、クレータエンドの前で鋳片の凝固シェルに積極的にバルジング力を作用させ、鋳片内未凝固層の厚さを増大させた後、液相〜固相のクレータエンド間で鋳片を圧下する方法が開示されている。
【０００４】
バルジング増大時又はバルジング収縮時には、鋳型〜鋳片内の未凝固部の溶鋼量のマスバランスが変化する為、鋳型内の湯面が大きく変動するが、前記特公昭６２−３４４６１号公報は、この点には言及していない。
【０００５】
通常、鋳型内湯面レベル制御に用いられている方法（例えば特開平６−６１０号公報に開示の方法）では、レベル計の検出結果に基づいてフィードバック制御を実施する為、バルジングが増大するとき、又は収縮するときのような大きな湯面変動には追従できない。
【０００６】
また図７は、従来の連続鋳造の湯面レベル制御方法を用いた連続鋳造機の構成を説明する為のブロック図である。この連続鋳造機には取鍋（図示せず）から注がれた溶融金属（溶湯）を一時貯溜するタンディッシュ３１が設けてあり、タンディッシュ３１の底部には溶湯（溶鋼）３３ｂを導通する浸漬ノズル３５が連結してある。浸漬ノズル３５の下端は筒状の鋳型３２内に装入してある。浸漬ノズル３５にはスライド式の溶鋼注入量調節ノズル３４が介装してあり、溶鋼注入量調節ノズル３４のゲート板をシリンダ式のノズル開度調節装置３６によって進退させることによって溶鋼注入量調節ノズル３４の開度を調整するようになっている。そして、浸漬ノズル３５から鋳型３２内へ溶湯３３ｂを供給し、鋳型３２の壁との接触によって冷却され周囲に凝固シェル３３ａが形成された鋳片３３を鋳型から引き抜き、水冷により中心まで冷却を進めて連続的に鋳片を鋳造する。
【０００７】
このような連続鋳造機にあっては、鋳型３２内溶鋼表面の酸化防止及び鋳型３２と鋳片との間の潤滑等の為に、鋳型３２の内壁と溶湯３３ｂとの間にパウダを供給しているが、鋳型内溶湯の湯面３３ｃのレベルが変動した場合、パウダが溶湯内に巻き込まれ、鋳片３３の表皮下欠陥を招来する為、湯面レベルを目標レベルに保持することが重要である。
【０００８】
一般的に、鋳型内の湯面レベルの変動は、浸漬ノズル３５内の溶鋼流量の時間的不均一、及び鋳片の引抜速度変動等の鋳型内の溶鋼流入量又は流出量の外乱が原因である。
その為、鋳型３２内の溶湯３３ｂに臨ませて湯面レベルを測定するレベルセンサ４５ａを設置し、減算器４５ｂにより、目標レベル（レベル目標値）とレベルセンサ４５ａが測定した湯面レベルとの偏差を求め、フィードバック制御指令計算装置４５が、その求めた偏差を零にすべく、ＰＩＤ演算によって溶鋼注入量調節ノズル３４の開度変更量を算出し、それを開度指令としてノズル開度調節装置３６に与えて、溶鋼注入量調節ノズル３４のゲート板を進退させ、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度を調整していた。
【０００９】
また、近年、鋳型３２から引き抜かれた鋳片３３に、その内部に未凝固部３３ｂが残っている領域３８（圧下ゾーン）において、セグメント４０に支持されたロール４０ａにより所定の圧下を加える未凝固圧下が広く実施されている。これは、凝固完了後の鋳片３３の中心偏析及びポロシティを防止する為に実施されるものである。
【００１０】
この未凝固圧下が行われると、鋳片３３内部の溶鋼３３ｂが上流方向へ逆流し、鋳型３２内の湯面レベルに変動が生じるが、特開平９−２９５１１５号公報には、その湯面レベルの変動を抑制する制御方法が開示されている。これは、未凝固圧下を行う各位置における鋳片３３内部の未凝固体積の変化量と鋳片断面積の変化量とをそれぞれ算出し、それぞれの未凝固体積の変化量及び鋳片断面積の変化量に制御ゲインを乗じた値により、スライディングノズル（溶鋼注入量調節ノズル３４）の開度指令を補正する方法である。
【００１１】
ところが、近時、上述した未凝固圧下の効果を高める為に、圧下ゾーン３８より上流の領域３７（バルジングゾーン）において、鋳片３３を保持するロール４０ａの圧力を開放して鋳片３３をバルジング（膨張）させ、鋳片３３を鋳型出口以上の厚みにした上で、未凝固圧下を行う方法が特開平９−３１４２９８号公報に開示されている。
【００１２】
図８は、上述した未凝固圧下及びバルジングを行った場合に、従来の、レベルセンサ４５ａが測定した湯面レベルと目標レベルとの偏差を零にすべく、ＰＩＤ演算によって溶鋼注入量調節ノズル３４の開度を調整する湯面レベル制御方法を行ったときの制御結果の例を示したグラフである。バルジングゾーン３７に属する３つのセグメント４０では、それぞれ５ｍｍ（上流側から第１セグメント５ｍｍ、第２セグメント５ｍｍ、第３セグメント５ｍｍ）の均等バルジングを行わせ、圧下ゾーン３８に属する第４セグメントでは、１５ｍｍの均等圧下を行わせた。
【００１３】
バルジングゾーン３７に属する第１〜３セグメント４０において、それぞれ５ｍｍのバルジングが行われると（ｄ）、溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）は約５０００ｍｍ3 ／ｓ2に増加し（ｃ）、湯面レベルは１０ｍｍ下降し（ａ）、これを受けて、ノズル開度が約７ｍｍ拡大した（ｂ）。これにより、湯面レベルは目標レベルに復帰した。
次いで、圧下ゾーン３８に属する第４セグメント４０において、１５ｍｍの均等圧下を行わせると（ｄ）、溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）は約−３０００ｍｍ3 ／ｓ2に減少し（ｃ）、湯面レベルは１５ｍｍ上昇し（ａ）、これを受けて、ノズル開度が約６ｍｍ縮小した（ｂ）。これにより、湯面レベルは目標レベルに復帰した。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、鋳片を積極的にバルジングさせた後、圧下を行う連続鋳造方法において、鋳型内の湯面変動を解決する方法は従来開示されていなかった。
【００１５】
また、未凝固圧下位置より上流においてバルジングさせると、バルジング進行に伴い、鋳型から引き抜き後の鋳片体積が変化するが、上述した、湯面レベルをＰＩＤ制御する方法、及び未凝固体積の変化量と鋳片断面積の変化量とに制御ゲインを乗じた値により、スライディングノズルの開度指令を補正する方法（特開平９−２９５１１５号公報）では、バルジング進行による鋳片内湯面レベルの変動を抑制することはできない。
【００１６】
上述したように鋳片をバルジングさせた上で、未凝固圧下を行う連続鋳造の方法では、バルジングゾーンに属する各ロールを支持する各セグメントの鋳込み方向に、鋳片の液相線クレータエンド（凝固終点）が到達した時点から、鋳片のバルジングが開始される。この後、鋳片のバルジングが進行して鋳片の厚みが所定量に到達し、また、鋳片の未凝固部において所定量の鋳片圧下が完了することにより、鋳片の厚みの、鋳型出口から鋳片切断点迄の分布が時間的に変化しなくなる迄は、引き抜かれた鋳片の体積は時間的に変化する。この鋳片体積変化速度を打ち消すように、鋳型への溶鋼注入量を増加させなければ、鋳型内の湯面レベルが下降する。
【００１７】
また、未凝固圧下が進行して、鋳片の厚みが所定量に到達する迄は、圧下部において鋳片内溶鋼（未凝固部）の鋳型方向への逆流を打ち消すように、鋳型への溶鋼注入量を減じなければ、鋳型内の湯面レベルが上昇する。
また、上述したように、従来、鋳型内湯面レベルの制御では、鋳型内湯面レベルと目標湯面レベルとの偏差に基づいて溶鋼注入量を調節するフィードバック制御が行われているが、本来、この方法は予め検出し得ない外乱からの、湯面レベルへの影響を極力小さくすることを目的とするものである。
【００１８】
ところが、バルジング進行又は未凝固圧下進行による溶鋼流出量変動は、引き抜き後の鋳片の体積変化速度に基づいて算出できる。従って、湯面レベルに鋳型からの溶鋼流出量変動の影響が全く現れないようにすることは可能である。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、第１〜３発明では、バルジング及び未凝固圧下が行われても、鋳型内湯面レベルの変動を抑制できる連続鋳造の湯面レベル制御方法を提供することを目的とする。
【００１９】
第４〜６発明では、バルジング及び未凝固圧下が行われても、鋳型内湯面レベルの変動を抑制できる連続鋳造の湯面レベル制御装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、前記の課題を解決すべく種々の実験、シミュレーション及び検討を行い、下記の知見を得た。
【００２１】
(a) バルジング量の変動は主にバルジングゾーンの鋳片の変形により発生する。圧下ゾーンでは鋳片の凝固が進んでいる為、鋳片の変形がバルジング量の変動に及ぼす影響は少ない。従って、バルジングゾーンの鋳片挙動を把握すれば、バルジング及び圧下に伴う溶湯の変化量の推定が可能である。
【００２２】
(b) バルジング及び圧下に伴う鋳片の体積の変化量 (バルジング変化量) は、ロールセグメントの位置の変化量と押付け力の変化量とから推定できる。
【００２３】
(c) 鋳片の体積の変化量がわかれば、これを鋳型断面積で割って、湯面レベル変化量を推定できる。また、湯面レベル変化量に相当する量の溶鋼供給量を補償すれば湯面変動を抑制できる。
【００２４】
(d) 溶鋼供給量を補償するには、従来の湯面レベル制御装置の設定値を変更するのではなく、溶鋼供給量を制御する溶鋼供給装置の開度、すなわち、ストッパの開度又はスライディングノズルの開度を直接制御するのが最も応答性がよい。
【００２５】
上記の知見のもと、第１発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法は、開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御方法において、前記バルジングゾーンに属する各ロール及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントにおける、前記鋳片の厚みの予め定めてある基準量からの変動量を測定し、該変動量と前記鋳型の幅と前記鋳片を引き抜く速度とにより、前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出し、該溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値を前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うことを特徴とする。
【００２６】
第２発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法は、開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御方法において、前記バルジングゾーンに属する各ロール及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントの、前記鋳片の厚み方向の予め定めてある基準位置からの変位量を測定し、該変位量と前記鋳型の幅と前記鋳片を引き抜く速度とにより、前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出し、該溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値を前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うことを特徴とする。
【００２７】
第３発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法は、開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御方法において、前記バルジングゾーン及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントにてバルジング又は圧下が開始されてから、当該前記各セグメントの前記鋳片の厚み変化速度設定値を積分することにより、当該前記各セグメントにおける前記鋳片の厚み変動量を算出し、該厚み変動量と前記鋳型の幅と前記鋳片を引き抜く速度とにより、前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出し、該溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値を前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うことを特徴とする。
【００２８】
第４発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御装置は、開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御装置において、前記バルジングゾーンに属する各ロール及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントにおける、前記鋳片の厚みの予め定めてある基準量からの変動量を測定する鋳片厚み変動量測定装置と、前記鋳片を引き抜く速度から前記鋳片の鋳込速度を測定する鋳込速度測定装置と、前記変動量測定装置が測定した変動量と前記鋳型の幅と前記鋳込速度測定装置が測定した速度とにより前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出する溶鋼流出量計算装置と、該溶鋼流出量計算装置が算出した溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値を前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御指令計算装置とを備えることを特徴とする。
【００２９】
第１発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法及び第４発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御装置では、鋳片厚み変動量測定装置が、バルジングゾーンに属する各ロール及び圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントにおける、鋳片の厚みの予め定めてある基準量からの変動量を測定し、鋳込速度測定装置が、鋳片を引き抜く速度から鋳片の鋳込速度を測定する。溶鋼流出量計算装置は、鋳片厚み変動量測定装置が測定した変動量と鋳型の幅と鋳込速度測定装置が測定した速度とにより鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出する。フィードフォワード制御指令計算装置は、溶鋼流出量計算装置が算出した溶鋼流出量変化速度に基づき、鋳型内の湯面レベルの測定値をその目標値と一致させるべく、鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行う。
【００３０】
これにより、バルジング及び未凝固圧下が行われても、鋳型内湯面レベルの変動を抑制でき、鋳片表皮下欠陥の要因となる溶鋼内への湯面上のパウダ巻き込みを防止できる。また、圧延後成品品質を向上させることができ、鋳型内湯面レベルの急上昇／急下降に起因するレベル制御範囲外れによる操業停止を未然に防止することができる。
【００３１】
第５発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御装置は、開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御装置において、前記バルジングゾーンに属する各ロール及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントの、前記鋳片の厚み方向の予め定めてある基準位置からの変位量を測定するセグメント変位量測定装置と、前記鋳片を引き抜く速度から前記鋳片の鋳込速度を測定する鋳込速度測定装置と、前記セグメント変位量測定装置が測定した変位量と前記鋳型の幅と前記鋳込速度測定装置が測定した速度とにより前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出する溶鋼流出量計算装置と、該溶鋼流出量計算装置が算出した溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値が前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御指令計算装置とを備えることを特徴とする。
【００３２】
第２発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法及び第５発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御装置では、セグメント変位量測定装置が、バルジングゾーンに属する各ロール及び圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントの、鋳片の厚み方向の予め定めてある基準位置からの変位量を測定し、鋳込速度測定装置が、鋳片を引き抜く速度から鋳片の鋳込速度を測定する。溶鋼流出量計算装置は、セグメント変位量測定装置が測定した変位量と鋳型の幅と鋳込速度測定装置が測定した速度とにより鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出する。フィードフォワード制御指令計算装置は、溶鋼流出量計算装置が算出した溶鋼流出量変化速度に基づき、鋳型内の湯面レベルの測定値をその目標値と一致させるべく、鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行う。
【００３３】
これにより、バルジング及び未凝固圧下が行われても、鋳型内湯面レベルの変動を抑制でき、鋳片表皮下欠陥の要因となる溶鋼内への湯面上のパウダ巻き込みを防止できる。また、圧延後成品品質を向上させることができ、鋳型内湯面レベルの急上昇／急下降に起因するレベル制御範囲外れによる操業停止を未然に防止することができる。
【００３４】
第６発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御装置は、開度が制御されるノズルから鋳型内に溶湯を供給しつつ、鋳型から鋳片を連続的に引き抜き、引き抜いた鋳片をバルジングゾーンにてロールにより支持しながらバルジングさせた後、圧下ゾーンにてロールにより圧下する連続鋳造機で、前記鋳型内の湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を湯面レベルの目標値と一致させるべく、前記ノズルの開度を制御する連続鋳造の湯面レベル制御装置において、前記バルジングゾーン及び前記圧下ゾーンに属する各ロールをそれぞれ支持する各セグメントにてバルジング又は圧下が開始されたことを検出する各検出装置と、前記鋳片を引き抜く速度から前記鋳片の鋳込速度を測定する鋳込速度測定装置と、前記各検出装置がバルジング又は圧下が開始されたことを検出してから、当該前記各セグメントの前記鋳片の厚み変化速度設定値を積分することにより、当該前記各セグメントにおける前記鋳片の厚み変動量を算出し、該厚み変動量と前記鋳型の幅と前記鋳込速度測定装置が測定した速度とにより前記鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出する溶鋼流出量計算装置と、該溶鋼流出量計算装置が算出した溶鋼流出量変化速度に基づき、前記測定値を前記目標値と一致させるべく、前記鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御指令計算装置とを備えることを特徴とする。
【００３５】
第３発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法及び第６発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御装置では、各検出装置がバルジング又は圧下が開始されたことを検出し、鋳込速度測定装置は、鋳片を引き抜く速度を測定する。溶鋼流出量計算装置は、各検出装置がバルジング又は圧下が開始されたことを検出してから、当該各セグメントの鋳片の厚み変化速度設定値を積分することにより、当該各セグメントにおける鋳片の厚み変動量を算出し、その算出した厚み変動量と鋳型の幅と鋳込速度測定装置が測定した速度とにより鋳型からの溶鋼流出量変化速度を算出する。フィードフォワード制御指令計算装置は、その算出した溶鋼流出量変化速度に基づき、鋳型内の湯面レベルの測定値をその目標値と一致させるべく、鋳型からの溶鋼流出量の経時的変動を補償するフィードフォワード制御を行う。
【００３６】
これにより、バルジング及び未凝固圧下が行われても、鋳型内湯面レベルの変動を抑制でき、鋳片表皮下欠陥の要因となる溶鋼内への湯面上のパウダ巻き込みを防止できる。また、圧延後成品品質を向上させることができ、鋳型内湯面レベルの急上昇／急下降に起因するレベル制御範囲外れによる操業停止を未然に防止することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、それを示す図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、第１発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法及び第４発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御装置の実施の形態を用いた連続鋳造機及び連続鋳造の湯面レベル制御装置の構成を示すブロック図である。この連続鋳造機及び連続鋳造の湯面レベル制御装置は、取鍋（図示せず）から注がれた溶融金属（溶湯）を一時貯溜するタンディッシュ３１が設けてあり、タンディッシュ３１内には溶湯が貯えられている。タンディッシュ３１の底部に開設した穴には浸漬ノズル３５が接続してあり、浸漬ノズル３５は筒状の鋳型３２内に所定長だけ挿入させてある。
【００３８】
浸漬ノズル３５のタンディッシュ３１から適宜距離隔てた位置には、スライド式の溶鋼注入量調節ノズル３４が介装してあり、溶鋼注入量調節ノズル３４のゲート板をシリンダ式のノズル開度調節装置３６によって進退させることによって溶鋼注入量調節ノズル３４の開度を調整する。
タンディッシュ３１内の溶湯は、浸漬ノズル３５及び溶鋼注入量調節ノズル３４を通り、鋳型３２内に供給される。鋳型３２内に供給された溶湯は、鋳型３２内の壁との接触によって冷却され、周囲に凝固シェル３３ａが形成された鋳片３３となって鋳型３２の下端から引き抜かれる。
【００３９】
鋳型３２上には、鋳型３２内に供給された溶湯に臨ませて、溶湯の湯面３３ｃのレベルを測定するレベルセンサ４５ａが設けてある。レベルセンサ４５ａは、湯面レベルを経時的に測定し、その測定値を減算器４５ｂに与える。減算器４５ｂは、目標レベル（レベル目標値）と与えられた湯面レベルの測定値との偏差を演算し、演算した偏差をフィードバック制御指令計算装置４５に与える。フィードバック制御指令計算装置４５は、その与えられた偏差を零にすべく、ＰＩＤ演算によって溶鋼注入量調節ノズル３４の開度変更量を算出し、その算出した開度変更量を溶鋼注入量調節ノズル３４の開度指令ｕ1 として、加算器４５ｃに与える。
【００４０】
鋳型３２から引き抜かれた鋳片３３は、その内部に未凝固部３３ｂが残っている領域３８（圧下ゾーン）において、セグメント４０に支持されたロール４０ａにより、厚み方向に所定の圧下が加えられる（未凝固圧下）。
また、鋳型３２から引き抜かれた鋳片３３は、圧下ゾーン３８より上流の領域３７（バルジングゾーン）において、鋳片３３を厚み方向に保持するロール４０ａの圧力が開放されてバルジング（膨張）し、鋳型出口以上の厚みにされる。バルジングゾーン３７のロール４０ａも、それぞれのセグメント４０に支持されている。
【００４１】
圧下ゾーン３８には、鋳片３３を厚み方向に挟み込む２対のロール４０ａをそれぞれ支持する３対のセグメント４０が設けられ、バルジングゾーン３７には、鋳片３３を厚み方向に挟み込む２対のロール４０ａを支持する１対のセグメント４０が設けられている。各セグメント４０には、図示しない位置制御装置が接続され、鋳片３３の厚み方向の位置制御及び鋳片３３の厚み方向へのロール４０ａを介しての加圧制御が行われる。
【００４２】
各対セグメント４０の片側セグメント４０の各ロール４０ａ近傍には、鋳片３３の厚みの変動量を測定する鋳片厚み変動測定装置３９が設けられ、鋳片厚み変動測定装置３９が測定した鋳片厚み変動量は、それぞれ溶鋼流出量計算装置４３に与えられる。
圧下ゾーン３８の出口近傍には、ピンチロール４１ａの回転速度に基づき、鋳片３３を引き抜く速度（鋳込速度）を測定する鋳込速度測定装置４１が設けられ、鋳込速度測定装置４１が測定した鋳込速度は、鋳込長計算装置４２及びフィードフォワード制御指令計算装置４４に与えられる。
鋳込長計算装置４２は、与えられた鋳込速度と時間とから鋳込長を算出し、溶鋼流出量計算装置４３に与える。
【００４３】
溶鋼流出量計算装置４３は、各鋳片厚み変動測定装置３９から与えられた鋳片厚み変動量と鋳込長計算装置４２から与えられた鋳込長とに基づいて、鋳型３２から引き抜かれた鋳片量である溶鋼流出量の変動速度を計算し、フィードフォワード制御指令計算装置４４に与える。
フィードフォワード制御指令計算装置４４は、与えられた溶鋼流出量変動速度に基づいて、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2 を算出し、加算器４５ｃに与える。
【００４４】
加算器４５ｃは、フィードバック制御指令計算装置４５から与えられた溶鋼注入量調節ノズル３４の開度指令ｕ1 とフィードフォワード制御指令計算装置４４から与えられた溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2とを加算し、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度指令として、ノズル開度調節装置３６に与える。
ノズル開度調節装置３６は、与えられた開度指令に基づいて、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度を調整する。
【００４５】
以下に、このような構成の連続鋳造の湯面レベル制御装置の動作を説明する。  鋳型３２から引き抜かれた鋳片３３は、バルジングゾーン３７の対向するロール４０ａの間隔が調節されることにより、鋳片３３内の未凝固溶鋼３３ｂの静圧により所定の厚み迄バルジングされる。バルジングゾーン３７より下流側に位置する圧下ゾーン３８では、鋳片３３は所定の厚みになるように未凝固圧下される。
フィードバック制御指令計算装置４５は、レベルセンサ４５ａが測定した鋳型３２内の湯面レベルと湯面レベルの目標値との偏差に基づき、湯面レベルを湯面レベルの目標値と一致させるように、例えばＰＩＤ制御によりノズル開度指令ｕ1 を算出し、加算器４５ｃに与える。
【００４６】
バルジングゾーン３７及び圧下ゾーン３８の各鋳片厚み変動測定装置３９は、鋳片３３の厚みの予め定められた基準値からの変動量を測定し、測定した鋳片厚み変動量を、それぞれ溶鋼流出量計算装置４３に与える。
鋳込速度測定装置４１は、鋳片３３の引抜速度（鋳込速度）を測定し、測定した鋳込速度は、鋳込長計算装置４２及びフィードフォワード制御指令計算装置４４に与える。
鋳込長計算装置４２は、与えられた鋳込速度を鋳込開始時から積分して鋳込長を算出し、溶鋼流出量計算装置４３に与える。
【００４７】
溶鋼流出量計算装置４３は、各鋳片厚み変動測定装置３９から与えられた鋳片厚み変動量と鋳込長計算装置４２から与えられた鋳込長とを用いて、以下に記述する関係に基づき、溶鋼注入量調節ノズルの開度調節の周期Δｔ間の溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）を算出する。
時刻をｔ、鋳片３３上の引抜方向の座標をｘ、鋳片厚みの引抜方向及び時間に関する分布をＴ（ｘ，ｔ）、鋳型３２の幅をＷ、鋳込開始後引き抜かれた鋳片３３の長さをＸ（ｔ）とすると、鋳型３２から引き抜かれた鋳片３３の体積Ｖ（ｔ）は、（１）式のように表される。
【００４８】
【数１】
0003582378.tif 000002
【００４９】
従って、鋳片３３として引き抜かれることによる鋳型３２からの溶鋼流出量Ｑout （ｔ）は、前記Ｖ（ｔ）の変化速度として、（２）式のように表される。
【００５０】
【数２】
0003582378.tif 000003
【００５１】
但し、鋳込速度ｖc は鋳片長さの増加速度に相当するので、ｖc ＝ｄＸ（ｔ）／ｄｔの関係を用いた。また、∂Ｔ（ｘ，ｔ）／∂ｔは鋳片厚みの座標ｘにおける変化速度である。
液相線クレータエンド又は圧下ゾーン３８の出口の下流側では鋳片厚みは一定なので、バルジング進行と未凝固圧下進行とによる溶鋼流出量の変化は、バルジングゾーン３７の入口から液相線クレータエンド（凝固終点）迄又は圧下ゾーン３８の出口迄の短い方の範囲について考えれば良い。液相線クレータエンドの位置は、鋳片３３とダミーバーとの結合位置から設備によって定まる長さだけ上流側に存在するので、鋳込速度を積分した鋳込長から推定できる。
【００５２】
液相線クレータエンドの位置をＬ（ｔ）、圧下ゾーン出口のメニスカス（鋳型３２内の湯面３３ｃ）からの距離をＬｏとすると、鋳込開始直後、液相線クレータエンドが圧下ゾーン出口に到達していない場合、即ち、Ｌ（ｔ）＜Ｌｏの場合、Ｘ（ｔ）＝Ｌ（ｔ）である。また、液相線クレータエンドが圧下ゾーン３８を出た後、即ち、Ｌ（ｔ）≧Ｌｏの場合、Ｘ（ｔ）＝Ｌｏである。
液相線クレータエンドより下流側では鋳片厚みは一定なので、液相線クレータエンドが圧下ゾーン出口に到達していない場合、バルジング進行及び未凝固圧下進行と液相線クレータエンドの位置変化とに伴う溶鋼流出量変化速度ｑout （ｔ）は、（３）式のように表される。但し、鋳片引抜速度ｖCOは一定とする。
【００５３】
【数３】
0003582378.tif 000004
【００５４】
また、液相線クレータエンドが圧下ゾーン出口を通過している場合、バルジング進行及び未凝固圧下進行に伴う溶鋼流出量変化速度ｑout （ｔ）は、（４）式のように表される。
【００５５】
【数４】
0003582378.tif 000005
【００５６】
フィードフォワード制御指令計算装置４４は、溶鋼流出量計算装置４３が、上述したように算出した溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）に基づき、鋳型３２への溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2を算出する。
溶鋼注入量調節ノズル３４の開度の制御が一定の時間間隔Δｔ毎に周期的に行われているならば、フィードフォワード制御指令計算装置４４は、鋳型３２からの溶鋼流出量の内、バルジングゾーン３７及び圧下ゾーン３８における鋳片厚み変化による流出量と等しい流量の溶鋼が鋳型３２に注入されるように、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2 を算出する。即ち、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度に対する流量係数をＫf、浸漬ノズル３５内の溶鋼流速をｖf とすると、Ｋf ｖf ｕ2 ＝ｑout（ｔ）Δｔとなるように、即ち、
【００５７】
【数５】
0003582378.tif 000006
【００５８】
として算出する。フィードフォワード制御指令計算装置４４は、算出した溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2 を加算器４５ｃに与える。
加算器４５ｃは、フィードバック制御指令計算装置４５から与えられた溶鋼注入量調節ノズル３４の開度指令ｕ1 と、フィードフォワード制御指令計算装置４４から与えられた溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2とを加算し、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度指令として、ノズル開度調節装置３６に与える。
ノズル開度調節装置３６は、与えられた開度指令に基づいて、溶鋼注入量調節ノズル３４を操作して開度を調節し、鋳型３２への溶鋼注入量を調節する。
【００５９】
図２は、上述した連続鋳造の湯面レベル制御方法及び連続鋳造の湯面レベル制御装置によって湯面レベル制御を行ったときの制御結果の例を示したグラフである。バルジングゾーン３７に属する３つのセグメント４０では、それぞれ５ｍｍ（上流側から第１セグメント５ｍｍ、第２セグメント５ｍｍ、第３セグメント５ｍｍ）の均等バルジングを行わせ、圧下ゾーン３８に属する第４セグメントでは、１５ｍｍの均等圧下を行わせた。
【００６０】
バルジングゾーン３７に属する第１〜３セグメント４０において、それぞれ５ｍｍのバルジングが行われると（ｄ）、溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）は約５０００ｍｍ3 ／ｓ2に増加し（ｃ）、これを受けて、ノズル開度が約１０ｍｍ拡大し（ｂ）、この結果、湯面レベルは約３ｍｍ下降したにとどまり、その後、目標レベルに復帰した（ａ）。
【００６１】
次いで、圧下ゾーン３８に属する第４セグメント４０において、１５ｍｍの均等圧下を行わせると（ｄ）、溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）は約−３０００ｍｍ3 ／ｓ2に減少し（ｃ）、これを受けて、ノズル開度が約６ｍｍ縮小した（ｂ）。これにより、湯面レベルは５ｍｍ上昇したにとどまり、その後、目標レベルに復帰した（ａ）。
以上により、図８に示した従来の制御方法による制御結果に比べて、同様な条件下において、湯面レベルの変動が例えば−１０ｍｍ→−３ｍｍ，１５ｍｍ→５ｍｍのように抑制されることが判る。
【００６２】
実施の形態２．
図３は、第２発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法及び第５発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御装置の実施の形態を用いた連続鋳造機及び連続鋳造の湯面レベル制御装置の構成を示すブロック図である。この連続鋳造機及び連続鋳造の湯面レベル制御装置は、各対セグメント４０の片側セグメント４０の、鋳片厚み方向の予め定めてある基準位置からの変位量を測定するセグメント変位量測定装置４６と、各セグメント変位量測定装置４６から与えられた変位量と鋳込長計算装置４２から与えられた鋳込長とを用いて、溶鋼流出量変動速度を算出する溶鋼流出量計算装置４３ａとを備えている。その他の構成は、実施の形態１において説明した連続鋳造機及び連続鋳造の湯面レベル制御装置と同様であるので（但し、鋳片厚み変動測定装置３９は存在しない）、説明を省略する。
【００６３】
以下に、このような構成の連続鋳造の湯面レベル制御装置の動作を説明する。  鋳型３２から引き抜かれた鋳片３３は、バルジングゾーン３７の対向するロール４０ａの間隔が調節されることにより、鋳片３３内の未凝固溶鋼３３ｂの静圧により所定の厚み迄バルジングされる。バルジングゾーン３７より下流側に位置する圧下ゾーン３８では、鋳片３３は所定の厚みになるように未凝固圧下される。
フィードバック制御指令計算装置４５は、レベルセンサ４５ａが測定した鋳型３２内の湯面レベルと湯面レベルの目標値との偏差に基づき、湯面レベルが湯面レベルの目標値と一致するように、例えばＰＩＤ制御によりノズル開度指令ｕ1 を算出し、加算器４５ｃに与える。
【００６４】
バルジングゾーン３７及び圧下ゾーン３８の各セグメント変位量測定装置４６は、各対セグメント４０の片側セグメント４０の、鋳片厚み方向の予め定めてある基準位置からの変位量を測定し、測定した変位量を、それぞれ溶鋼流出量計算装置４３ａに与える。
鋳込速度測定装置４１は、鋳片３３の引抜速度（鋳込速度）を測定し、測定した鋳込速度は、鋳込長計算装置４２及びフィードフォワード制御指令計算装置４４に与える。
鋳込長計算装置４２は、与えられた鋳込速度を鋳込開始時から積分して鋳込長を算出し、溶鋼流出量計算装置４３ａに与える。
【００６５】
溶鋼流出量計算装置４３ａは、各セグメント変位量測定装置４６から与えられた変移量と鋳込長計算装置４２から与えられた鋳込長とを用いて、以下に記述する関係に基づき、溶鋼注入量調節ノズルの開度調節の周期Δｔ間の溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）を算出する。
時刻をｔ、鋳片３３上の引抜方向の座標をｘ、鋳片厚みの引抜方向及び時間に関する分布をＴ（ｘ，ｔ）、バルジングゾーン３７及び圧下ゾーン３８に属するｎ番目のセグメント４０の時刻ｔにおける鋳片厚み方向の位置をＹn （ｔ）、鋳型３２の幅をＷ、液相線クレータエンドの位置をＬ（ｔ）とする。
【００６６】
上述した実施の形態１と同様に、鋳型３２から引き抜かれた鋳片３３の体積Ｖ（ｔ）は（１）式のように表され、鋳型３２からの溶鋼流出量Ｑout （ｔ）は、鋳片３３の体積Ｖ（ｔ）の変化速度として、（２）式のように表される。
バルジングゾーン３７及び圧下ゾーン３８に属するｎ番目のセグメント４０における鋳片厚みの変化速度は、当該セグメント４０の鋳片厚み方向の位置の変化速度ｄＹn （ｔ）／ｄｔに等しい。従って、上述した実施の形態１の（３）式中の積分を、ｎ番目のセグメント４０の鋳片引抜方向の長さｌnとｄＹn （ｔ）／ｄｔとを用いて近似する。
【００６７】
液相線クレータエンドが圧下ゾーン出口に到達していない場合、液相線クレータエンドがバルジングゾーン３７又は圧下ゾーン３８内の任意の隣合うセグメント４０間に存在するときは、溶鋼流出量変化速度ｑout （ｔ）を（６）式のように算出する。
【００６８】
【数６】
0003582378.tif 000007
【００６９】
但し、Ｎ，Ｎ＋１は液相線クレータエンドがその間に存在する隣合うセグメント４０の番号である。
また、液相線クレータエンドがバルジングゾーン３７又は圧下ゾーン３８内の任意のセグメント４０内に存在するときは、溶鋼流出量変化速度ｑout （ｔ）を（７）式のように算出する。
【００７０】
【数７】
0003582378.tif 000008
【００７１】
但し、Ｎは液相線クレータエンドが存在するセグメント４０の番号である。
液相線クレータエンドが圧下ゾーン出口を通過した後は、溶鋼流出量変化速度ｑout （ｔ）を（８）式のように算出する。
【００７２】
【数８】
0003582378.tif 000009
【００７３】
但し、Ｎは圧下ゾーン３８の最下流のセグメント４０の番号である。
フィードフォワード制御指令計算装置４４は、溶鋼流出量計算装置４３ａが、上述したように算出した溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）に基づき、上述した実施の形態１の（３）式及び（４）式を用いて、鋳型３２への溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2を算出する。
【００７４】
溶鋼注入量調節ノズル３４の開度の制御が一定の時間間隔Δｔ毎に周期的に行われているならば、フィードフォワード制御指令計算装置４４は、鋳型３２からの溶鋼流出量の内、バルジングゾーン３７及び圧下ゾーン３８における鋳片厚み変化による流出量と等しい流量の溶鋼が鋳型３２に注入されるように、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2 を算出する。即ち、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度に対する流量係数をＫf 、浸漬ノズル３５内の溶鋼流速をｖfとすると、Ｋf ｖf ｕ2 ＝ｑout （ｔ）Δｔとなるように、即ち、上述した実施の形態１の（５）式のように算出する。
【００７５】
フィードフォワード制御指令計算装置４４は、算出した溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2 を加算器４５ｃに与える。
加算器４５ｃは、フィードバック制御指令計算装置４５から与えられた溶鋼注入量調節ノズル３４の開度指令ｕ1 と、フィードフォワード制御指令計算装置４４から与えられた溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2とを加算し、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度指令として、ノズル開度調節装置３６に与える。
ノズル開度調節装置３６は、与えられた開度指令に基づいて、溶鋼注入量調節ノズル３４を操作して開度を調節し、鋳型３２への溶鋼注入量を調節する。
【００７６】
図４は、上述した連続鋳造の湯面レベル制御方法及び連続鋳造の湯面レベル制御装置によって湯面レベル制御を行ったときの制御結果の例を示したグラフである。バルジングゾーン３７に属する３つのセグメント４０では、それぞれ５ｍｍ（上流側から第１セグメント５ｍｍ、第２セグメント５ｍｍ、第３セグメント５ｍｍ）の均等バルジングを行わせ、圧下ゾーン３８に属する第４セグメントでは、１５ｍｍの均等圧下を行わせた。
【００７７】
バルジングゾーン３７に属する第１〜３セグメント４０において、それぞれ５ｍｍのバルジングが行われると（ｄ）、溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）は約５０００ｍｍ3 ／ｓ2に増加し（ｃ）、これを受けて、ノズル開度が約１０ｍｍ拡大し（ｂ）、この結果、湯面レベルは約４ｍｍ下降したにとどまり、その後、目標レベルに復帰した（ａ）。
【００７８】
次いで、圧下ゾーン３８に属する第４セグメント４０において、１５ｍｍの均等圧下を行わせると（ｄ）、溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）は約−３０００ｍｍ3 ／ｓ2に減少し（ｃ）、これを受けて、ノズル開度が約５ｍｍ縮小した（ｂ）。これにより、湯面レベルは約６ｍｍ上昇したにとどまり、その後、目標レベルに復帰した（ａ）。
以上により、図８に示した従来の制御方法による制御結果に比べて、同様な条件下において、湯面レベルの変動が例えば−１０ｍｍ→−４ｍｍ，１５ｍｍ→６ｍｍのように抑制されることが判る。
【００７９】
実施の形態３．
図５は、第３発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法及び第６発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御装置の実施の形態を用いた連続鋳造機及び連続鋳造の湯面レベル制御装置の構成を示すブロック図である。この連続鋳造機及び連続鋳造の湯面レベル制御装置は、各対セグメント４０の片側セグメント４０の各入口に、液相線クレータエンド（凝固終点）が当該セグメント４０直下に進入したことを超音波により検出する液相線クレータエンド検出装置４７（検出装置）を備えている。
【００８０】
また、この連続鋳造機及び連続鋳造の湯面レベル制御装置は、各液相線クレータエンド検出装置４７が、液相線クレータエンドが当該セグメント４０直下に進入したことを検出してから、当該各セグメント４０のセグメント位置制御装置４８の鋳片厚みの変化速度の設定値を積分することにより、当該セグメント４０における鋳片厚みの変動を算出し、算出した鋳片厚みの変動量と鋳込長計算装置４２から与えられた鋳込長と液相線クレータエンドの位置とを用いて、溶鋼流出量変動速度を算出する溶鋼流出量計算装置４３ｂを備えている。その他の構成は、実施の形態１において説明した連続鋳造機及び連続鋳造の湯面レベル制御装置と同様であるので（但し、鋳片厚み変動測定装置３９は存在しない）、説明を省略する。
【００８１】
以下に、このような構成の連続鋳造の湯面レベル制御装置の動作を説明する。  鋳型３２から引き抜かれた鋳片３３は、バルジングゾーン３７の対向するロール４０ａの間隔が調節されることにより、鋳片３３内の未凝固溶鋼３３ｂの静圧により所定の厚み迄バルジングされる。バルジングゾーン３７より下流側に位置する圧下ゾーン３８では、鋳片３３は所定の厚みになるように未凝固圧下される。
ロール４０ａの間隔は、各ロール４０ａを保持する各セグメント４０の位置が制御されることにより調節される。
フィードバック制御指令計算装置４５は、レベルセンサ４５ａが測定した鋳型３２内の湯面レベルと湯面レベルの目標値との偏差に基づき、湯面レベルが湯面レベルの目標値と一致するように、例えばＰＩＤ制御によりノズル開度指令ｕ1 を算出し、加算器４５ｃに与える。
【００８２】
バルジングゾーン３７及び圧下ゾーン３８の各液相線クレータエンド検出装置４７は、液相線クレータエンド（凝固終点）が当該セグメント４０直下に進入したことを検出し、その検出信号を溶鋼流出量計算装置４３ｂに与える。
各セグメント位置制御装置４８は、当該セグメント４０の鋳片厚みの変化速度の設定値を、それぞれ溶鋼流出量計算装置４３ｂに与える。
鋳込速度測定装置４１は、鋳片３３の引抜速度（鋳込速度）を測定し、測定した鋳込速度は、鋳込長計算装置４２及びフィードフォワード制御指令計算装置４４に与える。
鋳込長計算装置４２は、与えられた鋳込速度を鋳込開始時から積分して鋳込長を算出し、溶鋼流出量計算装置４３ｂに与える。
【００８３】
溶鋼流出量計算装置４３ｂは、液相線クレータエンド検出装置４７が、液相線クレータエンドが当該セグメント４０直下に進入したことを検出したタイミングを、バルジング又は未凝固圧下の開始時刻とし、逐次、その開始時刻以降の各セグメント４０における鋳片厚みの変化速度の設定値を積分することにより、当該セグメント４０における鋳片厚みの変動を算出し、鋳込長計算装置４２から与えられた鋳込長と液相線クレータエンドの位置とを用いて、以下に記述する関係に基づき、溶鋼注入量調節ノズルの開度調節の周期Δｔ間の溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）を算出する。
時刻をｔ、鋳片３３上の引抜方向の座標をｘ、鋳片厚みの引抜方向及び時間に関する分布をＴ（ｘ，ｔ）、鋳型３２の幅をＷ、鋳込開始後引き抜かれた鋳片長さをＸ（ｔ）とする。
【００８４】
上述した実施の形態１と同様に、鋳型３２から引き抜かれた鋳片３３の体積Ｖ（ｔ）は（１）式のように表され、鋳型３２からの溶鋼流出量Ｑout （ｔ）は、鋳片３３の体積Ｖ（ｔ）の変化速度として、（２）式のように表される。
バルジング進行と未凝固圧下進行とによる溶鋼流出量の変化は、バルジングゾーン入口から液相線クレータエンド迄又は圧下ゾーン出口迄の短い方の範囲を考えれば良い。従って、液相線クレータエンドの位置をＬ（ｔ）、圧下ゾーン出口のメニスカス（鋳型３２内の湯面３３ｃ）からの距離をＬｏとすると、鋳込開始直後、液相線クレータエンドが圧下ゾーン出口に到達していない場合、即ち、Ｌ（ｔ）＜Ｌｏの場合、Ｘ（ｔ）＝Ｌ（ｔ）である。また、液相線クレータエンドが圧下ゾーン３８を出た後、即ち、Ｌ（ｔ）≧Ｌｏの場合、Ｘ（ｔ）＝Ｌｏである。
【００８５】
液相線クレータエンドが圧下ゾーン出口に到達していない場合、バルジング進行及び未凝固圧下進行と液相線クレータエンドの位置変化とに伴う溶鋼流出量変化速度ｑout （ｔ）は、上述した実施の形態１の（３）式のように表される。
また、液相線クレータエンドが圧下ゾーン出口を通過している場合、バルジング進行及び未凝固圧下進行と液相線クレータエンドの位置変化とに伴う溶鋼流出量変化速度ｑout （ｔ）は、上述した実施の形態１の（４）式のように表される。
【００８６】
バルジングゾーン３７及び圧下ゾーン３８に属するｎ番目のセグメント４０における鋳片厚みの変化速度は、当該セグメント４０の鋳片厚み方向の位置の変化速度ｄＹn （ｔ）／ｄｔに等しい。従って、上述した実施の形態１の（３）式中の積分を、ｎ番目のセグメント４０の鋳片引抜方向の長さｌnとｄＹn （ｔ）／ｄｔとを用いて近似する。
各セグメント４０の予め定められた基準位置からの鋳片厚みの変動は、各セグメント４０への液相線クレータエンドの進入時刻をｔｎとすると、（９）式のように表される。
【００８７】
【数９】
0003582378.tif 000010
【００８８】
液相線クレータエンドが圧下ゾーン出口に到達していない場合、液相線クレータエンドがバルジングゾーン３７又は圧下ゾーン３８内の任意の隣合うセグメント４０間に存在するときは、溶鋼流出量変化速度ｑout （ｔ）を（１０）式のように算出する。
【００８９】
【数１０】
0003582378.tif 000011
【００９０】
但し、Ｎ，Ｎ＋１は液相線クレータエンドがその間に存在する隣合うセグメント４０の番号である。
また、液相線クレータエンドがバルジングゾーン３７又は圧下ゾーン３８内の任意のセグメント４０内に存在するときは、溶鋼流出量変化速度ｑout （ｔ）を（１１）式のように算出する。
【００９１】
【数１１】
0003582378.tif 000012
【００９２】
但し、Ｎは液相線クレータエンドが存在するセグメント４０の番号である。
液相線クレータエンドが圧下ゾーン出口を通過した後は、溶鋼流出量変化速度ｑout （ｔ）を（１２）式のように算出する。
【００９３】
【数１２】
0003582378.tif 000013
【００９４】
但し、Ｎは圧下ゾーン３８の最下流のセグメント４０の番号である。
フィードフォワード制御指令計算装置４４は、溶鋼流出量計算装置４３ｂが、上述したように算出した溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）に基づき、上述した実施の形態１の（３）式及び（４）式を用いて、鋳型３２への溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2を算出する。
【００９５】
溶鋼注入量調節ノズル３４の開度の制御が一定の時間間隔Δｔ毎に周期的に行われているならば、フィードフォワード制御指令計算装置４４は、鋳型３２からの溶鋼流出量の内、バルジングゾーン３７及び圧下ゾーン３８における鋳片厚み変化による流出量と等しい流量の溶鋼が鋳型３２に注入されるように、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2 を算出する。即ち、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度に対する流量係数をＫf、浸漬ノズル３５内の溶鋼流速をｖf とすると、Ｋf ｖf ｕ2 ＝ｑout（ｔ）Δｔとなるように、即ち、（１３）式のように算出する。
【００９６】
【数１３】
0003582378.tif 000014
【００９７】
フィードフォワード制御指令計算装置４４は、算出した溶鋼注入量調節ノズル３４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2 を加算器４５ｃに与える。
加算器４５ｃは、フィードバック制御指令計算装置４５から与えられた溶鋼注入量調節ノズル３４の開度指令ｕ1 と、フィードフォワード制御指令計算装置４４から与えられた溶鋼注入量調節ノズル４の開度のフィードフォワード制御指令ｕ2とを加算し、溶鋼注入量調節ノズル３４の開度指令として、ノズル開度調節装置３６に与える。
ノズル開度調節装置３６は、与えられた開度指令に基づいて、溶鋼注入量調節ノズル３４を操作して開度を調節し、鋳型３２への溶鋼注入量を調節する。
【００９８】
尚、液相線クレータエンドがバルジングゾーン３７又は圧下ゾーン３８内に存在する場合には、その位置は鋳片とダミーバーとの結合位置より一定の長さだけ上流側になるので、液相線クレータエンドの位置は、鋳込長計算装置４２が計算した鋳込長を用いて推定可能であり、液相線クレータエンド検出装置３９は省略することもできる。但し、液相線クレータエンドの位置を検出した方が、当然、湯面レベルの制御変動幅を効果的に抑制できる。
【００９９】
図６は、上述した連続鋳造の湯面レベル制御方法及び連続鋳造の湯面レベル制御装置によって湯面レベル制御を行ったときの制御結果の例を示したグラフである。バルジングゾーン３７に属する３つのセグメント４０では、それぞれ５ｍｍ（上流側から第１セグメント５ｍｍ、第２セグメント５ｍｍ、第３セグメント５ｍｍ）の均等バルジングを行わせ、圧下ゾーン３８に属する第４セグメントでは、１５ｍｍの均等圧下を行わせた。
【０１００】
バルジングゾーン３７に属する第１〜３セグメント４０において、それぞれ５ｍｍのバルジングが行われると（ｄ）、溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）は約５０００ｍｍ3 ／ｓ2に増加し（ｃ）、これを受けて、ノズル開度が約８ｍｍ拡大し（ｂ）、この結果、湯面レベルは約３ｍｍ下降したにとどまり、その後、目標レベルに復帰した（ａ）。
【０１０１】
次いで、圧下ゾーン３８に属する第４セグメント４０において、１５ｍｍの均等圧下を行わせると（ｄ）、溶鋼流出量変動速度ｑout （ｔ）は約−３０００ｍｍ3 ／ｓ2に減少し（ｃ）、これを受けて、ノズル開度が約５ｍｍ縮小した（ｂ）。これにより、湯面レベルは約５ｍｍ上昇したにとどまり、その後、目標レベルに復帰した（ａ）。
以上により、図８に示した従来の制御方法による制御結果に比べて、同様な条件下において、湯面レベルの変動が例えば−１０ｍｍ→−３ｍｍ，１５ｍｍ→５ｍｍのように抑制されることが判る。
【０１０２】
【発明の効果】
第１〜３発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法及び第４〜６発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御装置によれば、バルジング及び未凝固圧下が行われても、鋳型内湯面レベルの変動を抑制でき、鋳片表皮下欠陥の要因となる溶鋼内への湯面上のパウダ巻き込みを防止できる。また、圧延後成品品質を向上させることができ、鋳型内湯面レベルの急上昇／急下降に起因するレベル制御範囲外れによる操業停止を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法及び連続鋳造の湯面レベル制御装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した連続鋳造の湯面レベル制御方法及び連続鋳造の湯面レベル制御装置による湯面レベル制御の制御結果の例を示したグラフである。
【図３】本発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法及び連続鋳造の湯面レベル制御装置の実施の形態２の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示した連続鋳造の湯面レベル制御方法及び連続鋳造の湯面レベル制御装置による湯面レベル制御の制御結果の例を示したグラフである。
【図５】本発明に係る連続鋳造の湯面レベル制御方法及び連続鋳造の湯面レベル制御装置の実施の形態３の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示した連続鋳造の湯面レベル制御方法及び連続鋳造の湯面レベル制御装置による湯面レベル制御の制御結果の例を示したグラフである。
【図７】従来の連続鋳造の湯面レベル制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】図７に示した連続鋳造の湯面レベル制御装置による湯面レベル制御の制御結果の例を示したグラフである。
【符号の説明】
３１  タンディッシュ
３２  鋳型
３３  鋳片
３３ａ  凝固シェル
３３ｂ  未凝固部（未凝固溶鋼）
３４  溶鋼注入量調節ノズル
３５  浸漬ノズル
３６  ノズル開度調節装置
３７  バルジングゾーン
３８  圧下ゾーン
３９  鋳片厚み変動測定装置
４０  セグメント
４０ａ  ロール
４１  鋳込速度測定装置
４２  鋳込長計算装置
４３，４３ａ，４３ｂ  溶鋼流出量計算装置
４４  フィードフォワード制御指令計算装置
４５  フィードバック制御指令計算装置
４５ａ  レベルセンサ
４５ｃ  加算器
４６  セグメント変位量測定装置
４７  クレータエンド検出装置
４８  セグメント位置制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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