(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内の湯面レベル目標値に対する湯面レベル測定値のレベル偏差に基づいて、鋳型に対する溶湯注入ノズルの開度調節用アクチュエータを操作し、鋳型内湯面レベルを湯面レベル目標値に維持すべく制御する鋳型内湯面レベル制御方法において、
前記レベル偏差に時間積分処理した第１の値と、前記レベル偏差に積分処理を含まない処理を施した第２の値との和を前記アクチェータに対するノズル開度指令とすると共に、ノズルから鋳型への溶湯注入量が飽和状態にあって、しかも前記湯面レベル測定値が湯面レベル目標値を以下の場合に、前記第１の値零とすることを特徴とする連続鋳造機の鋳型内湯面レベル制御方法。
【請求項２】
鋳型内の湯面レベル目標値に対する湯面レベル測定値のレベル偏差に基づいて、鋳型に対する溶湯注入ノズルの開度調節用アクチュエータを操作し、鋳型内湯面レベルを湯面レベル目標値に維持すべく制御する鋳型内湯面レベル制御装置において、
前記レベル偏差に時間積分処理した値を出力する第１の手段と、
前記レベル偏差に積分処理を含まない処理を施した値を出力する第２の手段と、
前記第１の手段の動作、非動作を切り替える切替手段と、
前記第１及び第２の手段の出力を加算して、前記アクチュエータに対しノズル開度指令として出力する手段と、
ノズル開度の変更に対して鋳型への溶湯注入量が飽和状態にあるか否かを検知し、飽和状態にあり、しかも前記レベル偏差が正の場合に、前記第１の手段を非動作とすべく切替手段を動作させる飽和検知手段と
を備えることを特徴とする連続鋳造機の鋳型内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】
本発明は連続鋳造機における鋳型内の湯面レベルを目標値に安定維持すべく溶湯注入量を調節する鋳型内湯面レベル制御方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造過程で鋳型内湯面レベルが変動すると、湯面上のパウダが溶湯内に巻き込まれ、溶湯中に巻き込まれたパウダは、そのまま鋳片の表皮欠陥となって圧延後の成品に疵を発生させてしまうこととなる。
このため、湯面レベル変動を制御することは成品品質の向上を図る上で極めて重要な意味を有している。
湯面レベル変動の要因は種々知られているが、鋳片の引抜きによる鋳片内未凝固溶湯静圧の変動によって、鋳片の凝固シェルが周期的に膨張と収縮を繰り返す非定常バルジングに起因して、生じる鋳型からの溶湯流出量変動、浸漬ノズル内の詰まりの進行に伴う溶湯流量の時間的不均一性等の外乱が主たる原因と言うことが出来る。
【０００３】
この対策として、従来にあっては湯面レベルセンサにより湯面レベルを所定の時間間隔で測定し、この湯面レベル測定値を湯面レベル目標値と比較し、そのレベル偏差を解消するようにタンディッシュ底部に設けてあるスライディングノズルゲートの開度、又はストッパの開度を調節し、鋳型内への注入溶湯量を調節し、鋳片として引き抜かれる溶湯量に相当する溶湯量を鋳型に供給しつつ、前記外乱による溶湯注入量変動を補償して鋳型内の溶湯体積を一定にすることが行われている。
【０００４】
ところで、湯面レベルを所定の目標値に維持するために必要なスライディングノズルゲート、又はストッパの開度を調節する湯面レベル制御装置は、通常、湯面レベル測定値と湯面レベル目標値とのレベル偏差を時間的に積分する要素、例えばＰＩＤ調節装置等を備えており、この積分要素の作用により湯面レベルの平均値を湯面レベル目標値に略一致させるようにスライディングノズルゲート、又はストッパのアクチュエータに対する開度指令を演算している。
【０００５】
ところが、連続鋳造機の操業中には、スライディングノズルゲートの開口部、または浸漬ノズルの内部に溶湯中の介在物が固着することによりノズル詰まりが発生する。
例えば、スライディングノズルにノズル詰まりが発生すると、次のような不都合を招来する。
【０００６】
即ち、
▲１▼  ノズル詰まりが軽微な場合は、スライディングノズルゲート開度の変更に対する鋳型への溶湯注入量ゲインが低下するため、湯面レベル制御装置における制御パラメータの湯面レベル変動幅抑制に対する最適性が失われ、ノズル詰まりがない場合に比べて湯面レベル変動幅が大きくなる。
▲２▼  ノズル詰まりが進行した場合は、鋳型への溶湯注入量がある上限値で飽和する。このため湯面レベル制御装置がスライディングノズルゲートを開操作するような開度指令値を出力しても、外乱による溶湯流出量変動に対して溶湯注入量が不足し、ノズル詰まりが軽微な場合に比べてさらに湯面レベル変動幅が大きくなる。
【０００７】
▲３▼  ノズル詰まりが▲２▼よりもさらに進行した場合には、鋳片として鋳型から流出する溶湯量に対しても溶湯注入量が不足する状態となり、湯面レベルは下降し続け、鋳片の引抜き速度を低下させて鋳型からの溶湯流出量を低減せざるを得ず、効率的な鋳造は不可能となる。
前記の▲１▼の対策としては、特開昭６４−５３７４７号公報にはスライディングノズルゲート開度に対する鋳型への溶湯注入量ゲインの推定値に基づき、スライディングノズルゲートにおけるＰＩＤ調節装置の制御パラメータを修正し、湯面レベル制御装置のループゲインを最適に保つ方法が開示されている。
また、特開昭５９−２７７６２号公報には、ストッパによる流量調節時における同様の方法が開示されている。
【０００８】
これらの方法では、詰まりが軽微であってスライディングノズル、又は浸漬ノズルの流量上限値が前述した外乱による溶湯流出量変動を補償するために必要な溶湯注入量を常に上回っている限りにおいて、湯面レベル変動の抑制効果は期待できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
反面、これらの従来の方法では、前記▲２▼に示す不都合に対しては効果がない。何故なら、溶湯注入量が飽和している場合の湯面レベル変動が、以下の２つの要因でノズル詰まりが軽微な場合に比べて大きくなるためである。
（ａ）溶湯注入量が飽和すると、外乱による鋳型からの溶湯流出量の増加分を補充するための溶湯注入量が不足する。
その結果、湯面レベルが下降する方向の変動幅が大きくなる。
【００１０】
（ｂ）外乱による鋳型からの溶湯流出量が減少し、湯面レベルが上昇方向に転じた後も、湯面レベル測定値が湯面レベル目標値を下回っている間は湯面レベル制御装置の積分要素がレベル偏差を蓄積し、スライディングノズルゲートが溶湯注入量の上限に対応する開度を越えて開く方向に開度指令値を算出し続ける。
しかし、スライディングノズルゲート開度に対して溶湯注入量が飽和しているため、この間の鋳型への溶湯注入量は一定であり、加えて湯面レベル測定値が湯面レベル目標値を上回り、積分要素がレベル偏差の蓄積分を逐次減じてスライディングノズルゲートの開度指令値を溶湯注入量の上限に対応する開度以下に閉じるまでは鋳型に対する溶湯注入量が減少しない。
【００１１】
その結果、溶湯流入量が飽和している間は、湯面レベルが上昇する方向にレベル変動幅が増大する。
前記の要因（ａ）の場合、溶湯注入量が飽和している状態においては、溶湯注入量の不足状態を回避するのが難しい。
本発明は、ノズル詰まりが進行し、溶湯注入量が飽和している状態においては、溶湯注入量の不足状態の場合における前記要因（ｂ）の問題点を解決し、湯面レベル変動を抑制する装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る連続鋳造機の鋳型内湯面レベル制御方法は、鋳型内の湯面レベル目標値に対する湯面レベル測定値のレベル偏差に基づいて、鋳型に対する溶湯注入ノズルの開度調節用アクチュエータを操作し、鋳型内湯面レベルを湯面レベル目標値に維持すべく制御する鋳型内湯面レベル制御方法において、前記レベル偏差に時間積分処理した第１の値と、前記レベル偏差に積分処理を含まない処理を施した第２の値との和を前記アクチェータに対するノズル開度指令とすると共に、ノズルから鋳型への溶湯注入量が飽和状態にあって、しかも前記湯面レベル測定値が湯面レベル目標値を以下の場合に、前記第１の値零とすることを特徴とする。
【００１３】
第２の発明に係る連続鋳造機の鋳型内湯面レベル制御装置は、鋳型内の湯面レベル目標値に対する湯面レベル測定値のレベル偏差に基づいて、鋳型に対する溶湯注入ノズルの開度調節用アクチュエータを操作し、鋳型内湯面レベルを湯面レベル目標値に維持すべく制御する鋳型内湯面レベル制御装置において、前記レベル偏差に時間積分処理した値を出力する第１の手段と、前記レベル偏差に積分処理を含まない処理を施した値を出力する第２の手段と、前記第１の手段の動作、非動作を切り替える切替手段と、前記第１及び第２の手段の出力を加算して、前記アクチュエータに対しノズル開度指令として出力する手段と、ノズル開度の変更に対して鋳型への溶湯注入量が飽和状態にあるか否かを検知し、飽和状態にあり、しかも前記レベル偏差が正の場合に、前記第１の手段を非動作とすべく切替手段を動作させる飽和検知手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
第１、第２の発明にあっては、これによってノズル詰まりにより鋳型内への溶湯注入量が飽和状態となったことが検知されると、ノズル開度調節用のアクチュエータに対する積分処理値の出力を停止させることで鋳型内湯面レベル変動を抑制し、パウダの巻き込みによる鋳片の表皮下欠陥の発生を低減し得ることとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明に係る連続鋳造機の鋳型内湯面レベル制御装置の構成を示すブロック図であり、図中１は鋳型、２は鋳型１に溶湯を供給するタンデッシュを示している。
タンデッシュ２は、その底壁にスライディングノズルゲート３を介在させて浸漬ノズル４が垂設されており、この浸漬ノズル４の下端部が鋳型１内の溶湯８内に浸漬された状態で位置せしめられている。
【００１６】
スライディングノズルゲート３には、これを開閉操作するための油圧シリンダ等で構成されたアクチュエータ７が設けられており、該アクチュエータ７の操作によってスライディングノズルゲート３の開度を調整するようにしてある。
１０は前記アクチュエータ７に対する制御系であり、与えられた湯面レベル目標値ｒ（ｔ）と、鋳型１内に臨ませた湯面レベルセンサ５の検出値である湯面レベル測定値ｙ（ｔ）とのレベル偏差ｅ（ｔ）を求めて出力する減算器１１と、レベル偏差ｅ（ｔ）が切替手段たるスイッチ１２を介して入力され、レベル偏差ｅ（ｔ）に対し所定の処理を施して出力する第１の補償器１３及びレベル偏差ｅ（ｔ）が直接入力される第２の補償器１４と、第１，第２の補償器１３，１４の出力を加算してアクチュエータ７へ出力する加算器１５と、溶湯注入量飽和検知手段１６とを備えている。
【００１７】
第１の補償器１３は、下記（１）式に示す如く経時的にレベル偏差ｅ（ｔ）を積分し、その値に制御パラメータＫ１を乗じた値をスライディングノズルゲート開度指令ＭＶ１（ｔ）として加算器１５へ出力する。
ＭＶ１（ｔ）＝Ｋ１∫ｅ（ｔ）ｄｔ              …（１）
【００１８】
また、第２の補償器１４は、積分器を有さず、伝達関数Ｃ（ｓ）で表される特性を備えており、入力されたレベル偏差ｅ（ｔ）に対し、下記（２）式に従ってスライディングノズルゲート開度指令ＭＶ２（ｔ）を演算し、加算器１５へ出力する。  ＭＶ２（ｔ）＝Ｌ- ［Ｃ（ｓ）Ｌ［ｅ（ｔ）］］  …（２）
但し    Ｌ  ：ラプラス変換
Ｌ- ：逆ラプラス変換
【００１９】
第２の補償器１４の伝達関数Ｃ（ｓ）を定数ＫＰと置換すれば（２）式は下記（３）式の如くに書き直せる。
ＭＶ２（ｔ）＝ＫＰ×ｅ（ｔ）                  …（３）
加算器１５は、スライディングノズルゲート開度指令ＭＶ１（ｔ）とＭＶ２（ｔ）との和であるスライディングノズルゲート開度指令ＭＶ（ｔ）をスライディングノズルゲート３のアクチュエータ７へ与える。
【００２０】
溶湯注入量飽和検知手段１６は、湯面レベルセンサ５の測定値である鋳型１内の湯面レベル測定値ｙ（ｔ）、鋳片の引抜き速度計６の測定値である引抜き速度Ｖｃ（ｔ）、スライディングノズルゲート開度指令ＭＶ（ｔ）、及び鋳型断面積に基づいて、鋳型への溶湯注入量が未飽和の状態か、又は溶湯注入量が飽和状態にあるかを判断し、未飽和の状態にある場合は、スイッチ１２を閉状態に維持し、また飽和状態にあって、しかも湯面レベル測定値ｙ（ｔ）が湯面レベル目標値ｒ（ｔ）以下の場合、換言すれば、レベル偏差ｅ（ｔ）＞０の場合には、スイッチ１２を開放状態とする。
飽和状態にあるか否かは、スライディングノズルゲートの開度変化、換言すればアクチュエータ７のシリンダロッドの伸縮に対応して溶湯注入量が変化するか否かによって判断される。
ノズルからの溶湯注入量が飽和状態にあるか否かを見るために特別にゲートの開度を微量に変えてもよいが、それまでの間のゲート開度の変化に対応して溶湯注入量が変化したか否かに基づいて判断してもよい。
【００２１】
これによって未飽和状態にある場合には、レベル偏差ｅ（ｔ）は第１，第２の補償器１３，１４へ入力され、夫々の出力ＭＶ１（ｔ）、ＭＶ２（ｔ）が加算器１５にて加算され、下記（４）式の如くその加算値がスライディングノズルゲート開度指令ＭＶ（ｔ）としてアクチュエータ７へ出力される。
ＭＶ（ｔ）＝  ＭＶ１（ｔ）＋ＭＶ２（ｔ）      …（４）
【００２２】
一方飽和状態にある場合には、スイッチ１２が開放され、レベル偏差ｅ（ｔ）は第２の補償器１４にのみ入力され、下記（５）式の如くその出力ＭＶ２（ｔ）がスライディングノズルゲート３の開度指令ＭＶ（ｔ）としてアクチュエータ７へ出力される。
ＭＶ（ｔ）＝  ＭＶ２（ｔ）                    …（５）
【００２３】
【実施例】
鋳片９の引抜きによる鋳型１からの溶湯流出量が設計上の溶湯注入量上限値の５０％、また外乱による鋳型１からの溶湯流出量変動が設計上の溶湯注入量上限値の±６％とし、鋳型１への溶湯注入量が設計上の上限値の５２％で飽和した状態とし、本発明装置と従来装置とを適用した。
上記の状態は、鋳片９の引抜きによる鋳型１からの溶湯流出量と釣り合うように鋳型１への溶湯注入は可能であるが、外乱による鋳型１からの溶湯流出量変動を完全に補償するには鋳型への溶湯注入量が不足する状態にある。
【００２４】
図２は、スライディングノズルゲートのアクチュエータ７に対し、積分器の出力を入力して湯面レベル制御を実施する従来技術を適用した場合と、本発明を実施した場合とにおける湯面レベル（図２（ａ））、スライディングノズルゲート開度指令（図２（ｂ））、溶湯注入流量（図２（ｃ））夫々の時間的推移を示したグラフである。
【００２５】
図２（ｃ）に示す如く溶湯注入量が所定レベルで飽和状態となっている場合においても、図２（ａ）に示す如く湯面レベルが湯面レベル目標値を越えるタイミングで、図２（ｂ）に示す如くスライディングノズルゲート開度指令を、ノズルを閉じる側、換言すればノズル開度を減じる側に切り換えることで湯面レベルの上昇が従来技術では１３ｍｍであったのに対し、本発明装置では８ｍｍに留め得ており、湯面レベル変動を低減し得ていることが解る。
【００２６】
【発明の効果】
以上の如く本発明装置にあっては、鋳型への溶湯供給用ノズルの詰まりが進行し、溶湯注入量が飽和した状態においても、鋳型内湯面レベル変動を効果的に抑制出来、鋳片の表皮下欠陥の発生を防止出来て、圧延後の成品品質を高め得ることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連続鋳造機の鋳型内湯面レベル制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明装置と従来装置との比較試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１    鋳型
２    タンデッシュ
３    スライディングノズルゲート
４    浸漬ノズル
５    湯面レベルセンサ
６    鋳片の引抜き速度計
１１  減算器
１２  スイッチ
１３  第１の補償器
１４  第２の補償器
１５  加算器
１６  溶湯注入量飽和検知手段
【図１】
0003843588.tif 000002
【図２】
0003843588.tif 000003