(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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】
0003557829.tif 000002
【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】
0003557829.tif 000003
【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】
0003557829.tif 000004
【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ΔＳＴを求めるために使用される。
【００２２】
【数４】
0003557829.tif 000005
【００２３】
式（４）においてＡｔｄは目標湯面レベルＬｓｖ１  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】
0003557829.tif 000006
【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Ｌｓｖ１  、基準湯面レベルＬｓｖ２  、給湯レベル上昇速度係数Ｋｖ  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Ｋｑ  、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１０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Ｌｓｖ２  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（Ｓ９）。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２９０（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２６１（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
【図１】
0003557829.tif 000007
【図２】
0003557829.tif 000008
【図３】
0003557829.tif 000009
【図４】
0003557829.tif 000010