(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造鋳型内の溶融金属の液面レベルをレベル検出器で検出し、このようにして検出したレベル検出信号を、電動機、液圧ポンプ、液圧シリンダおよびシリンダロッドの位置検出器を一体化することからなるハイブリッドアクチュエータを制御する制御ユニットにフィードバックして、前記ハイブリッドアクチュエータによって流量制御弁を駆動し、かくして、鋳型内への溶融金属の流入量もしくは流入流量を制御することからなる制御手段を備えた連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置であって、
前記制御ユニットは、前記レベル検出信号と、目標溶融金属液面レベルを設定するレベル設定器からのレベル設定信号との偏差に応じて前記シリンダロッドの位置を修正するためのロッド位置修正信号を出力する第１の制御ユニット、前記第１の制御ユニットからのロッド位置修正信号と前記シリンダに取りつけられたシリンダ位置検出器からのロッド位置検出信号との偏差に応じて前記液圧ポンプの回転数および／または回転方向を修正するためのポンプ回転状態修正信号を出力する第２の制御ユニット、および、前記第２の制御ユニットからのポンプ回転状態修正信号と前記電動機の回転状態検出器からのポンプ回転状態検出信号との偏差に応じて前記電動機の回転状態を修正するための回転状態制御信号を出力する第３の制御ユニットを備えていることを特徴とする連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置。
【請求項２】
前記ハイブリッドアクチュエータは、電動機、二方向吐出固定容量液圧ポンプまたは二方向吐出可変容量ポンプ、片ロッド液圧シリンダ、シリンダロッドの位置検出器、および、片ロッドシリンダのヘッド側シリンダ室とロッド側シリンダ室の容積差を補償する回路を一体化することからなることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置。
【請求項３】
前記ハイブリッドアクチュエータは、電動機、二方向吐出固定容量液圧ポンプまたは二方向吐出可変容量ポンプ、片ロッド液圧シリンダ、シリンダロッドの位置検出器、片ロッドシリンダのヘッド側シリンダ室とロッド側シリンダ室の容積差を補償する回路、および、ヘッド側回路とロッド側回路を導通させて手動介入を可能とさせるためのバイパス回路を一体化することからなることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置。
【請求項４】
前記流量制御弁としてストッパ、または、直動式または回転式スライディングノズルを用いることを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載された連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置。」
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造の鋳型内溶融金属液面レベル制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造において、鋳型内の溶融金属液面変動は、鋳型内における凝固シェルの正常な発達を妨げて、鋳片の品質欠陥およびブレークアウト等の事故の発生原因となるので、この溶融金属液面変動を防止することが重要である。
【０００３】
鋳型内の溶融金属液面レベル変動を防止するためには、鋳型内において生じる溶融金属液面レベル変動に応じて、鋳型内への溶融金属の流入量もしくは流入流量を制御する必要がある。
【０００４】
鋳型内への溶融金属の流入量もしくは流入流量を制御する方法として、タンディッシュに取付けられたストッパまたはスライディングノズルの開度を、鋳型内溶融金属液面レベル信号に応じて、制御する方法がとられている。
【０００５】
上記ストッパまたはスライディングノズルの開度制御は、極めて速い応答性が要求され、更に、それを実現するための大きな駆動力も要求される。そのために、従来は油圧シリンダとサーボ弁等の油圧制御弁を用いた油圧制御方式が主流を占めていた。この代表的なものは、特開昭５９−１９０６１号公報、特開昭５３−１３７０２５号公報に開示されている（以下、「従来の油圧制御方式」という）。
【０００６】
これ等の方式は何れも、一定圧力を供給する油圧源とシリンダの間に油圧制御弁が設置され、鋳型内溶融金属液面レベル信号によって、その弁の開度を制御して、シリンダへの作動油の流入量や圧力を制御するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の油圧制御方式の第１の問題点は、エネルギ効率が極めて低いということである。従来方式では油圧源は常に一定圧力を供給し続けるため、シリンダが仕事をしない時には、油圧源で発生した圧力はリリーフ弁または安全弁等を通り油タンクへ戻される。即ち、油圧源で発生したエネルギの大半を熱エネルギとして無駄に放出していることになる。
【０００８】
従来の油圧制御方式の第２の問題点は、設備コストおよびメンテナンスコストが高いことである。従来の方式では、油圧源からシリンダまでの途中配管には制御弁のほか、リリーフ弁や安全弁等の装置保護用機器、ならびに、油タンクが必要となるが、これら全ての機器をタンディッシュに設置することは、タンディッシュコスト上の問題や、タンディッシュの整備作業上の問題から、事実上不可能である。このため、タンディッシュ上には特開昭５３−１３７０２５号公報に開示されているように、油圧シリンダと制御弁のみが設置され、油圧源や油タンク、リリーフ弁や安全弁等の機器は、タンディッシュ上の油圧シリンダから離れた場所に設置されている。
【０００９】
このため従来方式では、油圧源とシリンダ間の配管やバルブ等の圧力損失分だけ、油圧源の出力を大きくする必要が生じ、また油圧配管も長くなり、バルブスタンド等の機器も必要となるため、設備コストが高くなった。
【００１０】
また、配管長が長くなる分、新油充填時の作業コスト、配管フラッシング作業コスト、廃油処理コストも増大し、また配管の油漏れ防止のためのメンテナンスコストも甚大なものとなる。
【００１１】
従来の油圧制御方式の第３の問題点は、油圧配管（またはホース）の着脱作業が必要であるということである。
連続鋳造において、従来方式ではタンディッシュ交換の際には、特開昭５９−１９０６１号公報に開示されているように、シリンダロッドの位置検出信号、または、特開昭５３−１３７０２５号公報に開示されているように、ステッピングパルス信号のような電気信号のコネクタ脱着のほか、油圧配管（またはホース）のカプラーを脱着する必要があるが、これらの接続が不十分な場合はレベル制御が異常となり、大事故につながる恐れがある。
【００１２】
電気信号のコネクタは比較的容易に脱着可能であり、また接続不良の検出も容易に可能である。これに対し、油圧配管カプラー接続には、配管内に残圧がある場合など、かなりの力が必要であり、また、接続不良の検出も困難である。特に、この作業を鋳造直前にオペレータが手作業で行わなければならない場合には、接続ミスによる事故や油漏れのほか、鋳造スタート遅れによるタンディッシュ内の溶融金属の温度低下等による操業遅れが発生する可能性が増大する。
【００１３】
従来の油圧制御方式の第４の問題点は、シリンダの応答性の問題である。
特開昭５９−１９０６１号公報に開示されているように、従来方式では、タンディッシュコスト上の問題等により、サーボ弁等の制御弁はタンディッシュから離れた場所に設置される。このため、油圧シリンダと制御弁との間に配管長が長くなり、制御弁が作動してからシリンダが応答するまでの時間に遅れが生じ、鋳型内溶融金属液面レベルの変動要因となっていた。
【００１４】
特開昭５３−１３７０２５号公報に開示されているように、油圧シリンダおよび油圧制御弁を一体化したステッピングシリンダを用いた方法によれば、シリンダの応答遅れの問題は解決できるが、上述した第１、第２、第３の問題点は解決できない。
【００１５】
従って、本発明の目的は、上述した従来方式の問題点を解決することができる、低コストで高精度の制御が可能な、連続鋳造の鋳型内溶融金属液面レベル制御装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、従来方式の問題点を解決するため、鋭意検討を行った結果、従来方式のような油圧制御弁を用いることなく、シリンダの駆動源となる液圧ポンプの吐出量及び吐出方向、即ち、ポンプの回転数及び回転方向を可変とし、ポンプの回転数および／または回転方向を溶融金属の液面レベル信号に応じて制御することによって、効率よく、低コストで且つ安全に連続鋳造の鋳型内溶融金属液面レベルを制御することができることを知見した。
【００１７】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであって、請求項１に記載の発明は、連続鋳造鋳型内の溶融金属の液面レベルをレベル検出器で検出し、このようにして検出したレベル検出信号を、電動機、液圧ポンプ、液圧シリンダおよびシリンダロッドの位置検出器を一体化することからなるハイブリッドアクチュエータを制御する制御ユニットにフィードバックして、前記ハイブリッドアクチュエータによって流量制御弁を駆動し、かくして、鋳型内への溶融金属の流入量もしくは流入流量を制御することからなる制御手段を備えた連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置であって、前記制御ユニットは、前記レベル検出信号と、目標溶融金属液面レベルを設定するレベル設定器からのレベル設定信号との偏差に応じて前記シリンダロッドの位置を修正するためのロッド位置修正信号を出力する第１の制御ユニット、前記第１の制御ユニットからのロッド位置修正信号と前記シリンダに取りつけられたシリンダ位置検出器からのロッド位置検出信号との偏差に応じて前記液圧ポンプの回転数および／または回転方向を修正するためのポンプ回転状態修正信号を出力する第２の制御ユニット、および、前記第２の制御ユニットからのポンプ回転状態修正信号と前記電動機の回転状態検出器からのポンプ回転状態検出信号との偏差に応じて前記電動機の回転状態を修正するための回転状態制御信号を出力する第３の制御ユニットを備えていることを特徴とするものである。
【００１８】
更に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ハイブリッドアクチュエータは、電動機、二方向吐出固定容量液圧ポンプまたは二方向吐出可変容量ポンプ、片ロッド液圧シリンダ、シリンダロッドの位置検出器、および、片ロッドシリンダのヘッド側シリンダ室とロッド側シリンダ室の容積差を補償する回路を一体化することからなることを特徴とするものである。
【００１９】
更に、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ハイブリッドアクチュエータは、電動機、二方向吐出固定容量液圧ポンプまたは二方向吐出可変容量ポンプ、片ロッド液圧シリンダ、シリンダロッドの位置検出器、片ロッドシリンダのヘッド側シリンダ室とロッド側シリンダ室の容積差を補償する回路、および、ヘッド側回路とロッド側回路を導通させて手動介入を可能とさせるためのバイパス回路を一体化することからなることを特徴とするものである。
【００２０】
更に、請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載された発明において、前記流量制御弁としてストッパ、または、直動式または回転式スライディングノズルを用いることを特徴とするものである。
【００２２】
上述した片ロッドシリンダのヘッド側シリンダ室とロッド側シリンダ室の容積差を補償する回路としては、外部パイロットのリリーフ弁、チェック弁、シャトル弁等がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置においては、鋳型内の溶融金属の液面レベルをレベル検出器６で検出し、このように検出したレベル検出信号を、ハイブリッドアクチュエータを制御する制御ユニットにフィードバックして、ハイブリッドアクチュエータによって、流量制御弁４を駆動し、鋳型内への溶融金属の流入量もしくは流入流量を制御することからなる制御手段が備えられている。上述したハイブリッドアクチュエータは、電動機１０・液圧ポンプ９・液圧シリンダ７・シリンダロッドの位置検出器８を一体化したことからなっている。上述したハイブリッドアクチュエータは、電動機、二方向吐出固定容量液圧ポンプまたは二方向吐出可変容量ポンプ、片ロッド液圧シリンダ、シリンダロッドの位置検出器、および、片ロッドシリンダのヘッド側シリンダ室とロッド側シリンダ室の容積差を補償する回路を一体化することからなっていてもよい。上述したハイブリッドアクチュエータは、電動機、二方向吐出固定容量液圧ポンプまたは二方向吐出可変容量ポンプ、片ロッド液圧シリンダ、シリンダロッドの位置検出器、片ロッドシリンダのヘッド側シリンダ室とロッド側シリンダ室の容積差を補償する回路、および、ヘッド側回路とロッド側回路を導通させて手動介入を可能とさせるためのバイパス回路を一体化することからなっていてもよい。
【００２４】
更に、前記制御ユニットは、前記レベル検出信号と、目標溶融金属液面レベルを設定するレベル設定器からのレベル設定信号との偏差に応じて前記シリンダロッドの位置を修正するためのロッド位置修正信号を出力する第１の制御ユニット、前記第１の制御ユニットからのロッド位置修正信号と前記シリンダに取りつけられたシリンダ位置検出器からのロッド位置検出信号との偏差に応じて前記液圧ポンプの回転数および／または回転方向を修正するためのポンプ回転状態修正信号を出力する第２の制御ユニット、および、前記第２の制御ユニットからのポンプ回転状態修正信号と前記電動機の回転状態検出器からのポンプ回転状態検出信号との偏差に応じて前記電動機の回転状態を修正するための回転状態制御信号を出力する第３の制御ユニットを備えている。
【００２５】
本発明の連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置において、制御手段は、従来の油圧制御方式のような油圧制御弁を用いることなく、シリンダの駆動源となる液圧ポンプの吐出量及び吐出方向、即ち、ポンプの回転数及び回転方向を可変として、溶融金属液面レベル検出信号に応じて、ポンプの回転数および／または回転方向を制御する。
【００２６】
本発明の連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置によれば、シリンダの必要仕事分だけ、液圧ポンプを駆動すれば良いので、ポンプおよびポンプ駆動用モータ容量は最小容量となって、シリンダおよびポンプ、モータを一体化することが可能である。
【００２７】
更に、これ等を一体化することによって、シリンダとポンプの間の配管を極めて短くできるので、長い配管によるシリンダの応答遅れを少なくして、高精度の鋳型内溶融金属液面レベル制御が可能である。
【００２８】
更に、油圧制御弁や外部の油圧配管を無くしたことによって、設備コストやエネルギコストの面でも従来より安くすることができ、また、タンディッシュ交換の際の油圧カプラーの着脱が不要となる。
【００２９】
【実施例】
次に、この発明の連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置を実施例によって説明する。
【００３０】
図１は、この発明の連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置の１実施態様の概要を示す図である。図４は、図１の一部を詳細に示す図である。図１、図４に示すように、タンディッシュ１から鋳型２に流入する溶融金属３の流入量は、ストッパ（流量制御弁）４の位置を上下させることにより調節される。このストッパ４は、支持体１７を介して液圧シリンダ７に連結され、液圧シリンダ７によって駆動される。
【００３１】
図１に示すように、この液圧シリンダ７は、シリンダと一体化された液圧ポンプ９およびモータ（電動機）１０により駆動される。モータ１０は、前記鋳型２内の溶融金属液面レベル検出器６の検出出力と、溶融金属レベルを設定する設定器１６の出力との偏差に応じて以下に述べる制御ユニットにて制御され、この結果、溶融金属レベルは常にレベル設定器１６の設定レベルに保持される。
【００３２】
即ち、レベル検出器６の出力とレベル設定器１６の出力は、第１の制御ユニット１５に入力され、ここで両者の出力差に応じたシリンダ７の位置設定が出力される。制御ユニット１５の出力とシリンダ７に取付けられたシリンダ位置検出器８の出力は第２の制御ユニット１４に入力され、ここで両者の出力差に応じたポンプ回転数及び回転方向が演算され、モータ１０の回転速度及び回転方向が出力される。制御ユニット１４の出力とモータの回転数と回転方向を検出するモータ回転状態検出器１２の出力は第３の制御ユニット１３に入力され、ここで両者の出力差に応じたモータ回転指令を出力し、モータ１０を駆動する。モータ１０はシリンダ７に接続された液圧ポンプ９を駆動し、ポンプ９から吐出される圧油の流れの方向及び油量に応じてシリンダ７は駆動される。
【００３３】
シリンダ７とシリンダ位置検出器８、ポンプ９、モータ１０、モータ回転検出器１２は一体化されてタンディッシュの側面に設置される。シリンダ位置検出器８の出力と、モータ回転数検出器１２の出力、およびモータ１０への入力はコネクタ１１を介して第１から第３の制御ユニット１３、１４、１５と電気的に接続される。
【００３４】
上述した実施例において、ストッパ４の代替として、スライディングノズルを使用した場合においても、同様の効果を得ることが可能である。
図２は、シリンダのロッド側とヘッド側の油量差を吸収する手段をシリンダと一体化した態様を示す図である。上述した実施例では、シリンダ７は両ロッド方式を使用しているが、片ロッド方式を使用する場合は、図２に示すような、シリンダのロッド側とヘッド側の油量差を吸収する手段をシリンダと一体化すれば同様の仕様を得ることができる。図２において、パイロットチエック弁とチェック弁の代わりに、シャトル弁またはリリーフ弁を用いても図２と同様に油量差を吸収する手段を得ることができる。
【００３５】
図５は、二方向吐出可変容量液圧ポンプを使用して、電動機の回転方向を一定にしたままでポンプの圧油の吐出方向と吐出量および圧力を制御する態様を示す図である。図５に示すように、二方向吐出可変容量液圧ポンプを使用し、電動機の回転方向を一定にしたままでポンプの圧油の吐出方向と吐出量および圧力を制御することにより、シリンダロッドの運動量（押し、引き、速度、推力）をコントロールする事も可能である。
【００３６】
図５においては、片ロッドシリンダのヘッド側とロッド側シリンダ室の容積差を吸収するための手段としてシャトル弁２９を挿入した例を示している。
更に、図５には、手動開閉弁３１が挿入されているが、これは何らかの事故が発生した場合、オペレータが緊急停止操作を行ったり、鋳込み開始時等に手動運転を行うためのものである。オペレータが手動でこの弁を開にすると、図１、図４に示すストッパー４、支持体１７が自重により落下し、流量制御弁が閉となり、溶融金属３の鋳型２への流出を速やかに停止させることができる。
【００３７】
この手動ストップ弁を電磁開閉弁に置き換えて、オペレータがスイッチ操作によって緊急停止を行ってもよい。
図３に、本発明を用いた場合と、従来の油圧サーボ方式を用いた場合の鋳型内溶融金属液面レベル変動幅データを示す。図３から明らかなように、溶融金属液面変動量（％）は、従来を１００％とすると、本発明の装置では従来の半分の５０％になっている。
【００３８】
図６および図７に、この発明において流量制御弁の１つとして使用されるスライディングノズルを示す。図６においては、油圧シリンダ４７によって、スライドプレート４３、整流ノズル４４、浸漬ノズル４５が一体となって、横方向に移動して、ノズル内孔が閉塞され、溶融金属の鋳型への流出を速やかに停止させることができる。図７においては、油圧シリンダ４７によって、スライドプレート４３のみが横方向に移動して、ノズル内孔が閉塞され、溶融金属の鋳型への流出を速やかに停止させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、シリンダ外部の配管、バルブ類が全て不要となるため、配管によるシリンダの応答遅れをなくすことができ、鋳型内溶融金属液面レベルを高精度に制御することが可能となる。
【００４０】
更に、ポンプ、モータも最小容量となり、シリンダ外部の配管、バルブ類も一切不要となるため、設備コスト、メンテナンスコストも従来方式より大幅に削減でき、ポンプ駆動のエネルギも大幅に削減できる。
【００４１】
更に、シリンダと制御ユニットとの接続は電気的な接続のみとなり、従来方式の油圧カプラーの着脱は不要となり、コネクタ接続不良による事故の未然防止も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の連続鋳造鋳型内溶融金属液面レベル制御装置の１実施態様の概要を示す図である。
【図２】図２は、シリンダのロッド側とヘッド側の油量差を吸収する手段をシリンダと一体化した態様を示す図である。
【図３】図３は、本発明を用いた場合と、従来の油圧サーボ方式を用いた場合の鋳型内溶融金属液面レベル変動幅データを示す図である。
【図４】図４は、図１の一部を詳細に示す図である。
【図５】図５は、二方向吐出可変容量液圧ポンプを使用して、電動機の回転方向を一定にしたままでポンプの圧油の吐出方向と吐出量および圧力を制御する態様を示す図である。
【図６】図６は、この発明において流量制御弁の１つとして使用されるスライディングノズルを示す図である。
【図７】図７は、この発明において流量制御弁の１つとして使用される別のスライディングノズルを示す図である。
【符号の説明】
１．タンディッシュ
２．鋳型
３．溶融金属
４．ストッパー
５．ノズル
６．レベル検出器
７．液圧シリンダ
８．シリンダ位置検出器
９．ポンプ
１０．モータ
１１．コネクタ
１２．回転状態検出器
１３．第３の制御ユニット
１４．第２の制御ユニット
１５．第１の制御ユニット
１６．レベル設定器
１７．支持体
２１．モータ
２２．ポンプ
２３．パイロットチェック弁
２４．チェック弁
２５．タンク
２６．シリンダ
２７．モータ
２８．ポンプ
２９．シャトル弁
３０．タンク
３１．手動開閉弁
３２．シリンダ
４１．インサートノズル
４２．ボトムプレート
４３．スライドプレート
４４．整流ノズル
４５．浸漬ノズル
４６．エアーシリンダ
４７．油圧シリンダ
４８．シールプレート
【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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