JPH0377024B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、薄板鋳造における溶湯流量の制御方
法に係り、特に、冷却ロールに溶融金属を注いで
凝固させ、直接的に板を製造する急冷薄帯プロセ
ス等、比較的微量の溶融金属を連続的に供給する
必要のある設備に用いるに好適な、溶融金属を、
連続的に冷却体に供給する際の流量制御方法に関
する。

【従来の技術】

薄板の連続鋳造、例えば冷却ロール等の連続的
に移動する冷却体に溶融金属を注いで凝固させ、
直接的に板を製造する急冷薄帯プロセス等におい
て、注湯ノズルより供給する溶湯流量を正確に制
御することは、製品板厚を一定に保つために不可
欠の技術である。 従つて、例えば溶解炉等の溶湯保持設備に注湯
ノズルを取付けて、溶湯保持装置（溶解炉）自体
の重量を測定し、その重量変化速度が一定になる
ようにストツパ棒の位置を調整して、注湯速度を
一定に保つ方法が考えられる。 この方法は、高速で回転するロール等の冷却体
等への連続注湯が比較的簡単な機器構成で可能で
あり、又、注湯ノズルを具備したタンデイツシユ
へ注湯し、そのノズルから冷却体への溶湯の供給
を行う方法にも利用でき、非常に有用であるもの
の、一方、特に10Kg／ｓ以下程度の比較的少流量
の場合には正確な制御を行うことが困難であると
いう問題点を有していた。 又、溶湯の供給を制御する他の方法として、炉
等の溶湯保持装置自体を傾動させて注湯する方法
や、スライデイングノズルから注湯する方法等も
用いられている。 しかしながら、前者は、注湯量の脈動や注湯口
での一部凝固のために正確な制御が困難であると
いう問題点を有し、後者も、設備が大規模で高価
であるばかりでなく、ノズル詰まり防止のためノ
ズル孔内に砂込めが必要となり、このような介在
物のタンデイツシユ内の混入が、微量注湯系では
注湯ノズルの詰まりや製板への妨害等の悪影響を
無視できない等の問題点を有しており、その利用
が制限されてきた。 又、特開昭61−296942及び特開昭61−296943に
おいては、タンデイツシユ又はタンデイツシユか
らのノズルが貫通する箱体を気密構造にすると共
に、該タンデイツシユの注湯ノズルにタンデイツ
シユストツパ棒を設け、タンデイツシユ内又は箱
体内の圧力調整とタンデイツシユストツパ棒の開
度調整の組合わせ、即ち、溶鋼レベルの比較的速
い変動を圧力調整によつて低減し、比較的遅い変
動はタンデイツシユストツパ棒の開度調整によつ
て低減する方法が開示されている。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら、比較的狭い領域に設置されたタ
ンデイツシユにストツパ棒を設けることは設備上
の困難を伴い、又、タンデイツシユ内や箱体内を
加減圧するには、高温融体を含むタンデイツシユ
や箱体を完全な気密構造にしなければならず、大
掛りな設備が必要となつて、構造が複雑になると
いう問題点を有していた。特にタンデイツシユ内
に連続的に溶湯を送りながら、タンデイツシユに
設けられたノズルから注湯する場合、この問題は
とりわけ難点となつていた。 従つて、比較的設備上の制約が少いストツパ棒
方式による注湯方式において、高精度の注湯制御
を行うために、溶解炉等の溶湯保持装置に注湯ノ
ズルを取付けて溶湯保持装置自体の重量を測定
し、その重量変化速度を一定に保つように制御を
行うことが重要であるが、従来は、ストツパ棒の
オンオフ制御により断続的な注湯を行う流量調節
は行われているものの、制御性が低いため、微少
流量の正確な制御には用いることができなかつ
た。 なお、特開昭58−58964には本発明と類似の構
成が開示されているが、本発明のように薄板鋳造
に関するものではなく、具体的な構成も異なるも
のであつた。

【発明の目的】

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、設備上の制約が少いストツパ棒方
式によつて、微少流量を正確に制御することが可
能な薄板鋳造における溶湯流量の制御方法を提供
することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

本発明は、注湯ノズルと、該注湯ノズルへの溶
湯供給量を制御するストツパ棒を有する溶融金属
保持装置を備えた注湯設備を用いて薄板を鋳造す
る際に、第１図に要旨を示す如く、前記溶融金属
保持装置の重量をオンラインで測定し、該重量の
変化速度の測定値と目標値との偏差を基に、前記
ストツパ棒の位置をPID制御することによつて、
前記目的を達成したものである。 又、本発明の実施態様は、前記ストツパ棒の制
御位置に、少くとも下限値又は上限値のいずれか
一方を設定したものである。

【作用】

本発明は、一般的には耐火物で作られる炉底開
口部とストツパ棒先端との間〓を厳密に調節する
ことが困難であるため、比較的大きな脈動も許容
できる大流量注湯系には採用できても、微少流量
を正確に制御する必要がある微量注湯系には適し
ないと従来考えられていたストツパ棒方式を更に
詳細に検討することによつてなされたものであ
る。 即ち、溶解炉等の溶湯保持装置より、下方の冷
却体やタンデイツシユに溶湯を供給する速度を、
溶湯保持装置の重量変化速度を目標値に保つよう
に制御することによつて、鋳造した板の板厚やタ
ンデイツシユの湯面レベルを一定に保つことがで
きる。 この湯面レベルを溶湯保持装置に設けたストツ
パ棒によつて一定に保つ際には、ストツパ棒の位
置の制御方法が重要となるが、本発明では、スト
ツパ棒の位置を、溶湯重量変化速度の目標値から
の偏差に応じてPID制御することにより、溶融金
属を連続的に溶湯保持装置から安定して注湯する
ようにして、注湯量の正確な制御を可能としたも
のである。 以下、難加工性合金等の薄板製造に用いる双ロ
ール法に本発明を適用した場合を例にとつて、本
発明の具体的構成を説明する。 第２図は、前記双ロール法の例を模式的に示し
たもので、下方の注湯ノズル１２への溶湯１０の
供給量を制御するストツパ棒１４を溶湯保持装置
１６に設け、該溶湯保持装置１６に、例えばDC
サーボモータのような制御が容易な駆動部を用い
たストツパ棒駆動装置１８を取付ける。又、前記
溶湯保持装置１６に、例えばロードセル２０を取
付け、該溶湯保持装置１６と共に内部の溶湯１０
の重量を測定できるようにする。 図において、２４は制御装置、２６は一対の冷
却ロール、２８は薄帯である。 鋳造に際しては、前記ロードセル２０で検出さ
れる溶湯保持装置１６の全重量の変化速度が目標
値になるように、ストツパ棒１４の位置をPID制
御する。即ち、第１図に示した如く、測定された
重量変化速度と目標重量変化速度との偏差を基に
Ｐ（比例）制御によつてストツパ棒１４の開度を
指示する。Ｐ制御のみでは定常偏差が生じる場合
が多いので、その値が大きい場合等には、Ｉ（積
分）制御を加えて偏差を低減し、必要に応じて更
にＤ（微分）制御を加えることによつて速やかに
重量偏差を極めて小さくすることが可能となる。 ここで問題となるのは、ストツパ棒１４の開度
が非常に小さくなつた場合に、ストツパ棒１４と
ストツパ座１６Ａ（炉底開口部周囲の、溶湯の供
給停止時にストツパ棒１４と接触する部分）との
間に溶湯が一時的に滞留して温度低下により凝固
し、ストツパ棒１４がストツパ座１６Ａに溶着し
てしまう可能性のあることである。例えば、Ｐ制
御の場合のゲインのような、PID定数の設定によ
つては、特に制御開始初期において、このような
状況が考えられるため、ストツパ開度に下限値を
設けることができる。この場合には、溶着を回避
し、操業の安定性を向上することができる。な
お、短時間で溶着が起こる際の流量はほとんど零
であるので、下限値を設けても制御性を著しく損
うことはない。 又、ストツパ棒制御の場合、ストツパ開度と溶
湯の供給速度の関係は単純な比例関係ではなく、
ストツパ開度が大きくなると溶湯流量はストツパ
座１６Ａの開口部面積に律速されるため、供給速
度が飽和する。例えばＰ制御のゲインを大きくし
た場合のように、PID定数の設定によつては、特
に制御開始初期において、このような飽和した状
態もしくはストツパ開度の増加に対する供給速度
の増加が極めて小さな状態になつても、ストツパ
の開度を更に大きくするような無駄な操作をさせ
る場合があり、ストツパ棒の移動速度に制約があ
るため、制御性が低下してしまうことがある。こ
のような場合には、ストツパ棒の開度に上限値を
設けることで、前記のような制御性の低下を避け
ることが可能となる。 実際の制御にあたつては、例えば溶湯保持装置
１６の目標重量変化速度と実測重量変化速度との
偏差を制御装置２４のマイクロプロセツサに取込
み、予め設定しておいたPID定数に従つてストツ
パ棒１４の開度を計算して位置の指令を出す方法
によつて、比較的簡単な制御論理で正確な流量制
御を行うことができる。 なお、注湯中にストツパ棒先端が大きく破損し
た場合等は、ストツパ開度を小さくしても注湯量
が多くて、実際の重量変化が目標値を超えてしま
うという状況がある。このような場合には、一時
的にストツパ棒１４を移動可能な最下限まで下げ
て、溶湯の供給を一時中断し、平均重量変化速度
（注湯速度）が目標値近くまで減少してから再び
制御を開始する方法によつて、鋳造を続行するこ
とができる。 なお、前記の説明では、溶湯保持装置１６の重
量をロードセル２０によつて測定していたが、重
量の測定方法はこれに限定されず、ロードセル以
外の荷重計を用いることもできる。

【実施例】

第２図に示したように、溶湯保持装置１６とし
て、DCモータによつて駆動するストツパ棒１４
を取付けた溶解炉を用い、ストツパ棒１４を上昇
させることによつて、溶解炉下部の注湯ノズル１
２より、冷却ロール２６に溶湯１０を供給する装
置に、本発明の制御方法を適用した。即ち、Fe
−Si系合金の溶湯を前記溶湯保持装置１６（溶解
炉）で1520℃に保持し、先端が半球状で、直径が
60mmのストツパ棒１４を用いて、直径が30mmの孔
より、下方の冷却ロール２６にスリツト状の注湯
ノズル１２を通して平均3.5Kg／ｓの速度で注湯
した。溶解炉１６に取付けたロードセル２０から
の重量信号を、制御装置２４のマイクロプロセツ
サに送り、予め書込んだプログラムに従つて、重
量変化速度（注湯速度）が目標値となるように
DCモータの電流を制御することによつて、スト
ツパ棒１４の位置を制御した。 従来行われてきた、ストツパ棒を下げて溶湯保
持装置のノズル孔を閉じた状態とストツパ開度を
充分大きくして溶湯を大量に供給する状態とを繰
返すというオンオフ制御の場合と、本発明で提案
した位置制御によりストツパ棒開度を制御するに
際して、開度に制限を設けない場合、下限値（３
mm）のみを設けた場合、上下限値（上限値７mm、
下限値３mm）を設けた場合について、ストツパ開
度と注湯速度の変化状況の例をそれぞれ第３図、
第４図、第５図に示す。 これら３つの図のPID定数は必ずしも同じでは
ないが、いずれの場合についても、従来のオンオ
フ制御（破線）の場合と比べて、本発明によるス
トツパ棒の位置制御（実線又は１点鎖線）では、
注湯速度の偏差が小さくなつていることが明らか
である。なお、第３図に１点鎖線で示した如く、
本発明によつても、ストツパ棒開度に制限を設け
ない場合には、ストツパ棒開度が小さくなつた場
合にストツパ棒の溶着を起こすことがある。これ
は、従来のオンオフ制御の場合も同様である。し
かしながら、第４図に実線で示す如く、ストツパ
開度に下限を設けた場合には、ストツパ棒とスト
ツパ座の溶着も無く、かなり良好な制御が行われ
ている。更に、第５図に実線で示す如く、上限値
も設定した場合には、制御性が更に改善されてい
ることが明らかである。 なお、前記実施例においては、本発明が一対の
冷却ロールを備えた連続薄板製造設備に適用され
ていたが、本発明の適用範囲はこれに限定されな
い。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、薄板連続
注湯設備において、ストツパ棒の移動という比較
的簡単な方法で正確な注湯量制御が可能となる。
従つて、板厚が均一になり、表面性状も改善され
るという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る溶湯流量制御方法の基
本的な手順を示す流れ図、第２図は、本発明が適
用された連続注湯装置の一例の構成を示す断面
図、第３図は、オンオフ制御による従来例及び本
発明でストツパ開度に制限を設けなかつた実施例
の、ストツパ開度と注湯速度の目標値と実測値と
の偏差の時間変化を比較して示す線図、第４図
は、同じく従来例及び本発明でストツパ開度に下
限値を設けた実施例の、ストツパ開度と注湯速度
の目標値と実測値との偏差の時間変化を比較して
示す線図、第５図は、同じく従来例と本発明でス
トツパ開度に上下限値を設けた実施例の、ストツ
パ開度と注湯速度の目標値と実測値との偏差の時
間変化を比較して示す線図である。 １０……溶湯、１２……注湯ノズル、１４……
ストツパ棒、１６……溶湯保持装置（溶解炉）、
１８……ストツパ棒駆動装置、２０……ロードセ
ル、２４……制御装置、２６……冷却ロール、２
８……薄帯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 注湯ノズルと、該注湯ノズルへの溶湯供給量
   を制御するストツパ棒を有する溶融金属保持装置
   を備えた注湯設備を用いて薄板を鋳造する際に、 前記溶融金属保持装置の重量をオンラインで測
   定し、 該重量の変化速度の測定値と目標値との偏差を
   基に、前記ストツパ棒の位置をPID制御すること
   を特徴とする薄板鋳造における溶湯流量の制御方
   法。 ２ 前記ストツパ棒の制御位置に、少くとも下限
   値又は上限値のいずれか一方を設定したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄板鋳造に
   おける溶湯流量の制御方法。