JP2020503175A - 垂直型連続鋳造装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 正確且つ安定的な鋳造を行うことができ、水平定盤の下部に張力を印加する垂直型連続鋳造装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】本発明の垂直型連続鋳造装置は、連続鋳造された鋳片を垂直方向に支持することができるように形成される鋳型モールドと、両側に移動滑車が形成され、上記鋳片を垂直に支持する水平定盤と、ワイヤを介して上記移動滑車の移動を制御するモータと、重量によるトルク補償制御、及び上記ワイヤの膨張による長さ補償制御により、上記モータの動作を制御する制御部と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、垂直型連続鋳造装置及びその制御方法に係り、より詳しくは、 鋳型の振動周期設定基準を提供することで、正確且つ安定的な鋳造を行うことができ、水平定盤の下部に張力を印加する垂直型連続鋳造装置及びその制御方法に関する。

鉄鋼分野における一製造技術として垂直型連続鋳造技術が開発されている。かかる垂直型連続鋳造技術は、大断面で連続鋳造が可能であり、通常の鋳造機に比べて数倍以上大きい鋳片を生産することができるという長所がある。

一方、垂直型連続鋳造技術によると、鋳片の大きさが大きく長さが長いため、鋳片の重量が数十トンに達するほど重い。したがって、鋳片の重量や温度が鋳片の製造環境に影響を与え、このような影響によって鋳片の製造にも誤差が発生するという問題がもたらされている。

このような従来技術は、韓国公開特許第２０１６−５０１９９４３号公報、韓国公開特許第２０１２−０１５４８８３号公報、韓国公開特許第２０１２−００３２５３８号公報などを参照して容易に理解することができる。

韓国公開特許第２０１６−５０１９９４３号公報 韓国公開特許第２０１２−０１５４８８３号公報 韓国公開特許第２０１２−００３２５３８号公報

本発明が目的とするところは、重量によるトルク補償制御、及びワイヤの膨張による長さ補償制御を行い、周期的な鋳型振動が原因となって鋳片に伝達される力によって鋳片の鋳造速度のハンチングが発生することを防止するための鋳型の振動周期設定基準を提供することで、正確且つ安定的な鋳造を行うことができ、水平定盤の下部に張力を印加する垂直型連続鋳造装置及びその制御方法を提供することである。

本発明の垂直型連続鋳造装置は、連続鋳造された鋳片を垂直方向に支持することができるように形成される鋳型モールドと、両側に移動滑車が形成され、上記鋳片を垂直に支持する水平定盤と、ワイヤを介して上記移動滑車の移動を制御するモータと、重量によるトルク補償制御、及び上記ワイヤの膨張による長さ補償制御により、上記モータの動作を制御する制御部と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の垂直型連続鋳造方法は、移動滑車が備えられた水平定盤を用いて垂直方向に鋳片を連続鋳造する垂直型連続鋳造装置で行われる垂直型連続鋳造装置の制御方法であって、目標鋳速に減速比を適用して目標モータ速度を算出する段階と、上記目標モータ速度と実際測定されたモータ速度を比較し、その誤差を反映して速度制御値を出力する段階と、上記速度制御値に重量によるトルク補償制御を行う段階と、を含むことを特徴とする。

本発明によると、重量によるトルク補償制御、及び上記ワイヤの膨張による長さ補償制御を行うことで正確な鋳造を行うことができるという効果を有する。

また、鋳片の重量が連続的に増加する場合には、ワイヤの長さの弾性膨張を反映することにより、鋳片ヘッドの位置を正確に計算することができるという効果を有する。

また、周期的なモールド振動によって鋳片に伝達される摩擦力による鋳片の振動が原因となって鋳造速度のハンチングが発生することを防止するための鋳型の振動周期設定基準を提供することにより、それ以上の振動周期で鋳型を振動させることで鋳造速度のハンチングを防止することができるという効果を有する。

さらに、水平定盤を支持する左右ワイヤ（Ｗｉｒｅ）の膨張（熱膨張、荷重による膨張）量が異なるため定盤が傾いた場合や、定盤の移動を支持するガイディング・ポストの熱変形による定盤上下移動の妨げを受けて挟みなどが発生した場合に、定盤下部に連結されたワイヤに張力（力）を作用して定盤を強制的に引抜することにより、定盤上に支持される鋳片を安定的に引抜することができるとともに、定盤の下部に連結されたワイヤに作用する荷重の変動にも安定した鋳片の鋳造速度及び位置制御が可能である。

本発明の一実施形態による垂直型連続鋳造装置を示す図である。 本発明の一実施形態による垂直型連続鋳造装置の補償制御を説明するための図である。 鋳片の重量が増加することに伴う負荷トルク及びモータトルクの変化量を示すグラフである。 鋳片の重量が増加することに伴うワイヤの膨張量に応じた鋳片ヘッドの位置を示すグラフである。 振動によって鋳片に加わる摩擦力を説明する図である。 鋳型モールドの振動による鋳造速度への影響を減少させるための振動周期を増加させた一例を示す図である。 本発明の一実施形態による垂直型連続鋳造装置の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の他の一実施形態による垂直型連続鋳造装置の概略的な構成図である。 本発明のさらに他の実施形態による垂直型連続鋳造装置の概略的な構成図である。 本発明の他の一実施形態による垂直型連続鋳造装置の原理を概略的に示す構成図である。 本発明の他の一実施形態による垂直型連続鋳造装置の制御部の概略的な構成図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができるように好ましい実施形態について詳細に説明する。

垂直型連続鋳造装置は、大断面で連続鋳造が可能であり、一般の鋳造機に比べて数倍以上大きい鋳片を製造することができる。そして、鋳片の長さが１０ｍ以上となるように長く形成するため、鋳片の重量が数十トンに達するほど重い。

そこで、本発明の一実施形態による、鋳片の進行方向を垂直方向とし、滑車を用いることで垂直方向への安定性を高め、引抜を行うことができる垂直型連続鋳造装置について説明する。

図１は本発明の一実施形態による垂直型連続鋳造装置を示す図である。

図１に示す通り、垂直型連続鋳造装置は、連続鋳造される鋳片１を垂直方向に支持することができるように形成される鋳型モールド１０と、その下側に配置され、鋳片を支える水平定盤２０と、を含む。水平定盤２０の両側には、移動滑車２１が形成される。

移動滑車２１は、固定滑車３０と連動する。固定滑車３０は、鋳型モールド１０の上部に、且つ鋳型モールド１０の干渉を受けない位置に固定される。固定滑車３０は、水平定盤２０の両側に形成された移動滑車２１の直上部に位置する。

水平定盤２０の両側に位置する移動滑車２１は、ワイヤ（ｗｉｒｅ）を介して上部滑車５と連結され、ワイヤの先端は上部滑車５を介してドラム４１と連結されて巻かれる。ドラム４１は減速機７と連結され、減速機７はモータ４３と連結される。モータ４３は、制御部５０から出力されるモータ４３の速度制御値に基づいてトルクを生成するように構成される。

水平定盤２０の両側に形成された移動滑車２１にはそれぞれワイヤが巻かれ、これら一対のワイヤはドラム４１に巻かれる。減速機４２は、モータ４３の回転力を減速することにより、ドラム４１を回転させることができる。

したがって、モータ４３の回転に伴い、ドラム４１が回転するようになり、一対のワイヤを巻いたり解いたりすることができる。結果として、モータ４３の回転を制御することにより、ドラム４１に巻かれたワイヤを巻いたり解いたりすることで、移動滑車の移動を制御することができる。これにより、水平定盤２０が水平を維持しながら、上下垂直方向に移動するように制御することができる。

一方、このように鋳片を製造するにあたり、より正確な鋳造のために、モータの回転に対して補償を行うことができる。すなわち、垂直型連続鋳造装置は、重量によるモータトルク補償制御、及びワイヤの膨張による長さ補償制御を伴うことができる。

トルク補償制御は、鋳片１を垂直に支持する水平定盤２０の重量、及び鋳造中連続的に増加する鋳片１の重量により、モータ４３に伝達されるトルクに対する補償を行う。

長さ補償制御は、高温の鋳片１によって垂直型連続鋳造装置の定盤と上部滑車５の間のワイヤ（ｗｉｒｅ）が熱膨張によって伸びること、及び連続的に増加する鋳片１の重量によってワイヤ（ｗｉｒｅ）が弾性膨張によって伸びることに対する補償を行う。

図３は本発明の一実施形態による垂直型連続鋳造装置の補償制御を説明するための図である。かかる補償制御は、モータの動作を制御する制御部５０によって行われる。

図３に示す通り、制御部５０は、速度制御器５１と、トルク補償制御器５２と、積分器５３と、長さ補償制御器５４と、を含む。

垂直型連続鋳造装置は、先ず目標鋳速を決定し、それに対して減速比を適用することにより、目標モータ速度を算出する。その後、算出された目標モータ４３の回転速度と実際測定されたモータ４３の回転速度を比較し、その誤差を反映して速度制御器５１に入力する。

速度制御器５１では、比例−微分−積分制御を行うことで誤差を減少させることができる速度制御値を出力する。出力された速度制御値は、トルク補償制御器５２の出力と合算する。

次に、モータ４３の回転速度を減速比で分けて鋳造速度を算出し、これを積分器５３を用いて全体の鋳造が行われた時間に対して積分する。

その後、長さ補償制御器５４は、ワイヤの長さ及びワイヤの温度情報に基づいて弾性膨張補償及び熱膨張補償を行い、これを積分器５３の出力に加えて補償する。

このように、トルク補償制御器５２及び長さ補償制御器５４を用いることにより、垂直型連続鋳造装置の鋳造速度を安定的に制御するとともに、鋳片ヘッドの位置を正確に予測して制御することができる。

以下、トルク補償制御器５２及び長さ補償制御器５４の予測計算方法についてより詳細に説明する。

トルク補償制御器５２では、水平定盤２０自体の重量、及び鋳造が進むにつれて増加する鋳片１の重量によって誘発されるトルクを、数１のように計算する。
［数１］

ここで、Ｍ_０は水平定盤２０の質量、Ｍ（ｔ）は鋳片の質量、ｇは重力加速度、Ｄはドラム４１の直径である。
Ｍ（ｔ）は以下の数２によって計算される。
［数２］

ここで、ｖ（ｔ）は鋳造速度、Ａは鋳型モールド１０の面積、ρはスラブの密度である。

図４は鋳片の重量が増加することに伴う負荷トルク及びモータトルクの変化量を示すグラフである。以下、これをさらに参照して説明する。

モータトルクは、速度制御器５１の出力とトルク補償制御器５２の出力を加算することにより計算される。これによると、負荷トルクと反対の傾向に変化することが分かる。

すなわち、負荷による負荷トルクが増加するようになると、モータトルクは反対の方向に増加するようにすることで、鋳片１の重量増加による影響を減少させることができる。

以下、長さ補償制御器５４の予測計算方法についてより詳細に説明する。

長さ補償制御器５４は、連続的に増加する鋳片１の重量によって誘発されるワイヤの弾性膨張量、及び高温の鋳片１の温度による影響を受けて誘発されるワイヤの熱膨張量を考慮することができる。これにより、鋳片ヘッドの位置を正確に予測することができる。

まず、鋳片１の重量増加に対するワイヤの長さ弾性膨張量は、以下の数３のように示すことができる。
［数３］
弾性膨張（ｍｍ）＝（Ｗ×Ｌ）／（Ｅ×Ａ） ［数３］

ここで、Ｗは鋳片の荷重、Ｌはワイヤの全長さ（ｍｍ）、Ｅは弾性係数（ｋｇ／ｍｍ^２）、Ａはワイヤの有効断面積（ｍｍ^２）である。

一方、温度の影響によるワイヤの熱膨張量は、以下の数４のように示すことができる。
［数４］
熱膨張＝∝ＬΔｔ ［数４］

ここで、Ｌはワイヤの長さ（ｍｍ）、∝はワイヤの熱膨張係数（ｋｇ／ｍｍ^２）、Δｔはワイヤの温度増加量である。Δｔは実験値によって決定された数値である。

上述したワイヤの膨張を考慮すると、鋳片ヘッドの位置は以下の数５のように計算できる。
［数５］
鋳片ヘッドの位置＝モータ回転速度で計算された長さ＋弾性膨張長さ＋熱膨張長さ

図５は鋳片の重量が増加することに伴うワイヤの膨張量に応じた鋳片ヘッドの位置を示すグラフである。以下、これをさらに参照して説明する。

初期鋳片のヘッド位置から鋳造が進むにつれて、鋳片ヘッドの位置は連続的に増加する。

図示したグラフにおいて、点線は長さ補償を行わなった場合、実線は長さ補償を行った場合を示している。

このように、長さ補償を行わない場合には鋳片ヘッドの位置に誤差が発生する。これに対し、本発明は、長さ補償を行うことにより、より正確に鋳片の引抜を行うことができる。

一方、鋳片の引抜時に振動が誘発されることがある。かかる振動が鋳型モールド１０に影響を与える場合、鋳片１に摩擦力が発生し、鋳速に影響を与える可能性がある。

したがって、本発明の一実施形態によると、かかる振動によって誘発される鋳速の影響を安定化させることができる。

図２は振動によって鋳片に加わる摩擦力を説明する図である。先ず、振動による影響を説明する。

鋳型モールド１０が振動Ｆｖするようになると、かかる振動によって鋳型モールド１０と鋳片１の間の摩擦力が発生するようになる。図示した例では、説明の便宜のために一面を開放して図示したが、鋳型モールド１０と鋳片１が接する面積、高さＨ、幅Ｗ、深さＴ１によって決定される４面で摩擦力Ｆ２が誘発されることがある。

かかる摩擦力の影響により発生する鋳速ハンチングを減少させることで鋳速を安定化させる方法について説明する。すなわち、周期的なモールドの振動によって鋳片に伝達される摩擦力による鋳片の振動が原因となって鋳造速度のハンチングが発生することを防止するための鋳型の振動周期設定基準以上に鋳造を行うようにすることができる。

先ず、目標鋳速に対する鋳速変動許容率をｇとすると、鋳型の振動周期を、数６のように計算される値よりも大きく設定することができる。
［数６］
振動周期ｆ［Ｈｚ］＞Ｆ／２ＶＭｒ ［数６］

ここで、Ｆは鋳型モールド１０と鋳片の間の摩擦力予測値、Ｖは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｍは鋳片の質量、ｒはＤＶ／Ｖの最大許容鋳速変動率である。

摩擦力（Ｆ）は、鋳型モールド１０内の溶鋼が鋳型モールド１０の表面に垂直に作用する力に摩擦係数を乗じて算出され、これは以下の数７のように計算される。
［数７］
摩擦力（Ｆ）＝μρｒＨ・Ｈ（Ｗ＋Ｔ） ［数７］

ここで、Ｈは鋳型モールド１０の長さ、Ｗは鋳型モールド１０の幅、Ｔは鋳片の厚さである。

つまり、このように、鋳型モールド１０の振動による鋳造速度の影響を減少させるための振動周期を調整することで対応することができる。

図６は鋳型モールドの振動による鋳造速度の影響を減少させるための振動周期を増加させた一例を示している。

図示したように、振動周期を４１ｃｐｍ（ｃｙｃｌｅ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）、すなわち、１分当たりに４１回鋳型モールド１０を振動させるとき、鋳造速度は±４％以上のハンティング誤差が発生するが、振動周期を１２０ｃｐｍに増加させた場合は、鋳造速度のハンチング誤差が大きく減少することが確認できる。

図７は本発明の一実施形態による垂直型連続鋳造装置の制御方法を示すフローチャートである。

後述する垂直型連続鋳造装置の制御方法は、図１から図６を参照して上述した垂直型連続鋳造装置において行われる。したがって、図１から図６を参照して上述した説明を参照することで容易に理解することができる。

図７に示す通り、垂直型連続鋳造装置は、目標鋳速に減速比を適用して目標モータ速度を算出することができる（Ｓ５１０）。

次に、垂直型連続鋳造装置は、上記目標モータ速度と実際測定されたモータ速度を比較し、その誤差を反映して速度制御値を出力することができる（Ｓ５２０）。

その後、垂直型連続鋳造装置は、上記速度制御値に重量によるトルク補償制御を行うことができる（Ｓ５３０）。

段階Ｓ５３０についての一実施形態において、垂直型連続鋳造装置は、上記水平定盤の重量によって誘発される上記モータのトルクを計算し、鋳造中連続的に増加する上記鋳片の重量によって誘発される上記モータのトルクを計算することができる。

次に、垂直型連続鋳造装置は、上記鋳片の温度によってワイヤに誘発される熱膨張、及び連続的に増加する上記鋳片の重量によって上記ワイヤに誘発される弾性膨張を反映することで長さ補償制御を行うことができる（Ｓ５４０）。

垂直型連続鋳造装置は、周期的なモールド振動によって鋳片に伝達される摩擦力による鋳片の振動が原因となって鋳造速度のハンチングが発生することを防止することができる。このために、鋳型の振動周期設定基準を設定し、この基準以上に鋳造を行うことができる。

具体的には、垂直型連続鋳造装置は、鋳型の振動周期設定基準を設定し、上記鋳型の振動周期設定基準以上の振動周期で鋳型を振動させることにより、鋳造速度のハンチングを防止する段階をさらに行うことができる。

上記鋳型の振動周期設定基準は数６によって計算される。
［数６］
ｆ［Ｈｚ］＞Ｆ／２ＶＭｒ ［数６］

ここで、Ｆは鋳型モールドと鋳片の間の摩擦力予測値、Ｖは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｍは鋳片の質量、ｒはＤＶ／Ｖの最大許容鋳速変動率である。

一方、上記摩擦力Ｆは数７によって決定される。
［数７］
摩擦力（Ｆ）＝μρｒＨ・Ｈ（Ｗ＋Ｔ） ［数７］

ここで、Ｈは鋳型モールドの長さ、Ｗは鋳型モールドの幅、Ｔは鋳片の厚さである。

上述のように、本発明によると、重量、及び定盤下部に連結されたワイヤに作用する張力がモータに伝達されるトルクによるトルク補償制御、及び上記ワイヤの膨張による長さ補償制御を行うことで正確な鋳造を行うことができる。

さらに、本発明によると、鋳片の重量が連続的に増加する場合、ワイヤの長さ弾性膨張を反映することにより、鋳片ヘッドの位置を正確に計算することができる。

また、本発明によると、周期的なモールド振動によって鋳片に伝達される摩擦力による鋳片の振動が原因となって鋳造速度のハンチングが発生することを防止するための鋳型の振動周期設定基準を提供することにより、それ以上の振動周期で鋳型を振動させることで鋳造速度のハンチングを防止することができる。

一方、図８は本発明の他の一実施形態による垂直型連続鋳造装置の概略的な構成図である。

図８に示す通り、本発明の他の一実施形態による垂直型連続鋳造装置は、鋳型モールド１０と、水平定盤２０と、駆動部４０と、制御部５０と、張力提供部６０と、を含む。

鋳型モールド１０は、連続鋳造された鋳片１を垂直方向に支持することができるように形成され、水平定盤２０は、鋳型モールド１０の下側に配置され、鋳片１を支えることができる。水平定盤２０の両側には、移動滑車２１が形成される。

移動滑車２１は固定滑車３０と連動する。固定滑車３０は、鋳型モールド１０の上部に、且つ鋳型モールド１０の干渉を受けない位置に固定される。固定滑車３０は、水平定盤２０の両側に形成された移動滑車２１の直上部に位置する。

駆動部４０は水平定盤２０を垂直方向に移動させることができ、制御部５０は駆動部４０を制御することができる。

水平定盤２０の両側に位置する移動滑車２１は、ワイヤａ（ｗｉｒｅ）を介して上部滑車３０と連結され、ワイヤの先端は上部滑車３０を経て駆動部４０のドラム４１に連結されて巻かれる。

ドラム４１は減速機４２と連結され、減速機４２はモータ４３に連結される。モータ４３は、制御機５０から出力されるモータ４３の速度制御値に基づいてトルクを生成するように構成される。

水平定盤２０の両側に形成された移動滑車２１にはそれぞれワイヤａが巻かれ、これら一対のワイヤはドラム４１に巻かれる。減速機４２は、モータ４３の回転力を減速することによりドラム４１を回転させることができる。

したがって、モータ４３の回転に伴い、ドラム４１が回転するようになり、一対のワイヤを巻いたり解いたりすることができる。結果として、制御部５０は、モータ４３の回転を制御することにより、ドラム４１に巻かれたワイヤを巻いたり解いたりすることで、移動滑車２１の移動を制御することができる。これにより、水平定盤２０が水平を維持しながら、上下垂直方向に移動するように制御することができる。

張力提供部６０は、水平定盤２０の下部から上下垂直方向に張力（垂直方向に引っ張る力）を印加することができる。

張力提供部６０は張力調整部６１を含み、張力調整部６１は下部固定滑車６１ｄと支持ロール６１ｅの間のワイヤｂを上下に移動制御することでワイヤｂに作用する張力を制御するように、張力ロール６１ｃ、シリンダローダ６１ｂ、及び張力調整シリンダ６１ａで構成される。

張力提供部６０は、ドラム６２と、減速機６３と、モータ６４と、をさらに含む。制御部５０はモータ６４の速度を制御することができ、減速機６３はモータ６４の回転力を減速することにより、ドラム６２を回転させることができる。ドラム６２には、下部固定滑車６１ｄと支持ロール６１ｅの間のワイヤｂが巻かれ、制御部５０がモータ６４の回転を制御することにより、ドラム６２に巻かれたワイヤｂを巻いたり解いたりすることで、水平定盤２０の下部から上下垂直方向に印加される張力を制御することができる。

図９は本発明のさらに他の実施形態による垂直型連続鋳造装置の概略的な構成図である。

図９に示す通り、本発明のさらに他の実施形態による垂直型連続鋳造装置の駆動部４０及び張力提供部６０は、ドラム４１、減速機４２、及びモータ４３を共有することができる。

すなわち、水平定盤２０の両側に形成された移動滑車２１にはそれぞれワイヤが巻かれ、これら一対のワイヤはドラム４１に巻かれ、下部固定滑車６１ｄと支持ロール６１ｅの間のワイヤもドラム４１に巻かれる。

制御部５０はモータ４３を回転させることができ、減速機４２はモータ４３の回転力を減速することで、ドラム４１を回転させることができる。

モータ４３の回転に伴い、ドラム４１が回転するようになり、一対のワイヤを巻いたり解いたりすることができる。結果として、制御部５０は、モータ４３の回転を制御することにより、ドラム４１に巻かれたワイヤを巻いたり解いたりすることで、移動滑車の移動を制御することができる。これにより、水平定盤２０が水平を維持しながら、上下垂直方向に移動するように制御することができるとともに、水平定盤２０の下部から上下垂直方向に印加される張力を調整することができる。

上記以外の図９に示す鋳型モールド１０、水平定盤２０、及び張力提供部６０の張力調整部６１の構成及び機能は、図８に示す構成と同一であるか類似するため詳細な説明は省略する。

図１０は本発明の他の一実施形態による垂直型連続鋳造装置の原理を概略的に示す構成図である。

図１０に示す通り、張力調整シリンダ６１ａ及びシリンダローダ６１ｂに連結された張力ロール６１ｃを上下に移動させるとき、下部固定滑車６１ｄ及び支持ロール６１ｅによるワイヤの張力が変動する。このとき、変動された張力は、水平定盤２０の下部に連結されたワイヤにも作用し、ドラム４１，６２にも同様に作用する。張力ロール６１ｃが実線の位置に位置するとき、ワイヤに作用する張力をＴとすると、点線の位置に移動したとき、ワイヤに作用する張力はＴ’であり、実線の位置にあるときの張力よりも増加する。

図１１は本発明の他の一実施形態による垂直型連続鋳造装置の制御部の概略的な構成図である。

図１１に示す通り、制御部５０は、速度制御器５１と、トルク補償制御器５２と、積分器５３と、長さ補償制御器５４と、を含む。

垂直型連続鋳造装置は、先ず目標鋳速を決定し、それに対して減速比を適用することにより、目標モータ速度を算出する。その後、算出された目標モータ４３の回転速度と実際測定されたモータ４３の回転速度を比較し、その誤差を反映して速度制御器５１に入力する。

速度制御器５１では、比例−微分−積分制御を行うことで誤差を減少できる速度制御値を出力する。出力された速度制御値は、トルク補償制御器５２の出力と合算する。

次に、モータ４３の回転速度を減速比で分けて鋳造速度を算出し、これを積分器５３を用いて全体の鋳造が行われた時間に対して積分する。

その後、長さ補償制御器５４は、ワイヤの長さ及びワイヤの温度情報に基づいて弾性膨張補償及び熱膨張補償を行い、これを積分器５３の出力に加えて補償する。

このように、トルク補償制御器５２及び長さ補償制御器５４を用いることにより、垂直型連続鋳造装置の鋳造速度を安定的に制御するとともに、鋳片ヘッドの位置を正確に予測して制御することができる。

以下、トルク補償制御器５２及び長さ補償制御器５４の予測計算方法についてより詳細に説明する。

トルク補償制御器５２では、水平定盤２０の重量と鋳片の重量に対するトルクの他に、定盤下部に連結され、且つワイヤに作用する張力がモータに伝達されるトルクを合わせた値でトルク補償制御を行う。

換言すると、トルク補償制御器５２では、水平定盤２０自体の重量、鋳造が進むにつれて増加する鋳片１の重量によって誘発されるトルク、及び水平定盤２０の下部に連結されたワイヤに作用する張力がモータに伝達されるトルクを合わせた値でトルク補償制御を行う。

トルク補償は以下の数８のように計算される。
［数８］

ここで、Ｍｏは水平定盤２０の質量、Ｍ（ｔ）は鋳片の質量、ｇは重力加速度、Ｄはドラム４１の直径である。
Ｍ（ｔ）は数２によって計算される。

一方、Ｍ_Ｔ（ｔ）は定盤下部のワイヤに作用する張力によるトルクであって、以下の数９によって計算される。
［数９］

ここで、Ｔは印加された張力、Ｒはドラムの半径である。

モータトルクは、速度制御器５１の出力とトルク補償制御器５２の出力を加算することにより計算される。これは、負荷トルクと反対の傾向に変化することができる。

すなわち、負荷による負荷トルクが増加するようになると、モータトルクは反対の方向に増加するようにすることで、鋳片１の重量増加による影響を減少させることができる。

以下、長さ補償制御器５４の予測計算方法についてより詳細に説明する。

長さ補償制御器５４は、連続的に増加する鋳片１の重量によって誘発されるワイヤの弾性膨張量、水平定盤２０の下部に連結されたワイヤに作用する張力Ｔによる引張力に対するワイヤの長さ弾性膨張量、及び高温の鋳片１の温度による影響を受けて誘発されるワイヤの熱膨張量を考慮する。これにより、鋳片ヘッドの位置を正確に予測することができる。

先ず、鋳片１の重量増加に対するワイヤの長さ弾性膨張量、及び定盤の下部に連結されたワイヤに作用する張力Ｔによる引張力に対するワイヤの長さ弾性膨張量は、以下の数１０のように示すことができる。
［数１０］
弾性膨張（ｍｍ）＝（（Ｗ＋Ｔ／（Ｎ×２））×Ｌ）／（Ｅ×Ａ） ［数１０］
ここで、Ｗは鋳片の荷重、Ｌはワイヤの全長さ（ｍｍ）、Ｅは弾性係数（ｋｇ／ｍｍ^２）、Ａはワイヤの有効断面積（ｍｍ^２）、Ｔは張力、Ｎは上部滑車と定盤の間のワイヤ数である。

一方、温度の影響によるワイヤの熱膨張量は数４と同一であり、鋳片ヘッドの位置は数５と同一であるため、重複する説明は省略する。同様に、鋳型の振動周期及び摩擦力は数６及び数７と同一であるため、重複する説明は省略する。

上述のように、本発明によると、水平定盤を支持する左右ワイヤ（Ｗｉｒｅ）の膨張（熱膨張、荷重による膨張）量が異なるため定盤が傾いた場合や、定盤の移動を支持するガイディング・ポストの熱変形による定盤上下移動の妨げを受けて挟みなどが発生した場合に、定盤下部に連結されたワイヤに張力（力）を作用して定盤を強制的に引抜することにより、定盤上に支持される鋳片を安定的に引抜することができるとともに、定盤の下部に連結されたワイヤに作用する荷重の変動にも安定した鋳片の鋳造速度及び位置制御が可能である。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

水平定盤２０の両側に位置する移動滑車２１は、ワイヤ（ｗｉｒｅ）を介して上部滑車５と連結され、ワイヤの先端は上部滑車５を介してドラム４１と連結されて巻かれる。ドラム４１は減速機４２と連結され、減速機４２はモータ４３と連結される。モータ４３は、制御部５０から出力されるモータ４３の速度制御値に基づいてトルクを生成するように構成される。

トルク補償制御器５２では、水平定盤２０自体の重量、及び鋳造が進むにつれて増加する鋳片１の重量によって誘発されるトルクを、以下の数１のように計算する。
［数１］

ここで、Ｍ_０は水平定盤２０の質量（ｋｇ）、Ｍ（ｔ）は鋳片の質量（ｋｇ）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓｅｃ ^２ ）、Ｄはドラム４１の直径である（ｍ）。
Ｍ（ｔ）は以下の数２によって計算される。
［数２］

ここで、ｖ（ｔ）は鋳造速度（ｍ／ｓｅｃ）、Ａは鋳型モールド１０の面積（ｍ ^２ ）、ρはスラブの密度である（ｋｇ／ｍ ^３ ）。

まず、鋳片１の重量増加に対するワイヤの長さ弾性膨張量は、以下の数３のように示すことができる。
［数３］
弾性膨張（ｍ）＝（Ｗ×Ｌ）／（Ｅ×Ａ） ［数３］

ここで、Ｗは鋳片の荷重（Ｎ）、Ｌはワイヤの全長さ（ｍ）、Ｅは弾性係数（ｋｇ／ｍ ^２ ）、Ａはワイヤの有効断面積（ｍ ^２ ）である。

一方、温度の影響によるワイヤの熱膨張量は、以下の数４のように示すことができる。
［数４］
熱膨張＝∝ＬΔｔ ［数４］

ここで、Ｌはワイヤの長さ（ｍ）、∝はワイヤの熱膨張係数（℃ ^−１ ）、Δｔはワイヤの温度増減量（℃）である。Δｔは実験値によって決定された数値である。

上述したワイヤの膨張を考慮すると、鋳片ヘッドの位置は以下の数５のように計算できる。
［数５］
鋳片ヘッドの位置（ｍ）＝モータ回転速度で計算された長さ（ｍ）＋弾性膨張長さ（ｍ）＋熱膨張長さ（ｍ）

先ず、目標鋳速に対する鋳速変動許容率をｇとすると、鋳型の振動周期を、以下の数６のように計算される値よりも大きく設定できる。
［数６］
振動周期ｆ（Ｈｚ）＞Ｆ／２ＶＭｒ ［数６］

ここで、Ｆは鋳型モールド１０と鋳片の間の摩擦力（Ｎ）、Ｖは鋳造速度（ｍ／ｓｅｃ）、Ｍは鋳片の質量［ｋｇ］、ｒはＤＶ／Ｖの最大許容鋳速変動率（無次元、０．５未満）である。

摩擦力（Ｆ）は、鋳型モールド１０内の溶鋼が鋳型モールド１０の表面に垂直に作用する力に摩擦係数を乗じて算出され、これは以下の数７のように計算できる。
［数７］
摩擦力（Ｆ）＝μρｇＨ・Ｈ（Ｗｔ＋Ｔｓ） ［数７］

ここで、μは摩擦係数， ρは溶鋼の密度（ｋｇ／ｍ ^３ ）， ｇは重力加速度 （ｍ／ｓｅｃ ^２ ）， Ｈは鋳型モールド１０の高さ（ｍ）、Ｗｔは鋳型モールド１０の幅（ｍ）、Ｔｓは鋳片のの厚（ｍ）さである。

上記鋳型の振動周期設定基準は数６によって計算できる。
［数６］
ｆ（Ｈｚ）＞Ｆ／２ＶＭｒ ［数６］

ここで、Ｆは鋳型モールドと鋳片の間の摩擦力（Ｎ）、Ｖは鋳造速度（ｍ／ｓｅｃ）、Ｍは鋳片の質量［ｋｇ］、ｒはＤＶ／Ｖの最大許容鋳速変動率（無次元、０．５未満）である。

一方、摩擦力Ｆは数７によって決定される。
［数７］
摩擦力（Ｆ）＝μρｇＨ・Ｈ（Ｗｔ＋Ｔｓ） ［数７］

ここで、μは摩擦係数， ρは溶鋼の密度（ｋｇ／ｍ ^３ ）， ｇは重力加速度 （ｍ／ｓｅｃ ^２ ）， Ｈは鋳型モールド１０の高（ｍ）さ、Ｗｔは鋳型モールド１０の幅（ｍ）、Ｔｓは鋳片のの厚（ｍ）さである。

トルク補償は以下の数８のように計算される。
［数８］

ここで、Ｍｏは水平定盤２０の質量［ｋｇ］、Ｍ（ｔ）は鋳片の質量［ｋｇ］、ｇは重力加速度［ｍ／ｓｅｃ ^２ ］、Ｄはドラム４１の直径である［ｍ］， Ｔは定盤下部ワイヤに作用する張力［Ｎ］。
Ｍ（ｔ）は上記数２によって計算される。

一方、Ｍ_Ｔ（ｔ）は定盤下部のワイヤに作用する張力によるトルクであって、以下の数９によって計算される。
［数９］

ここで、 Ｔは定盤下部ワイヤに作用する張力［Ｎ］、Ｒはドラムの半径（Ｄ／２）（ｍ）である。

先ず、鋳片１の重量増加に対するワイヤの長さ弾性膨張量、及び定盤の下部に連結されたワイヤに作用する張力Ｔによる引張力に対するワイヤの長さ弾性膨張量は、以下の数１０のように示すことができる。
［数１０］
弾性膨張（ｍｍ）＝（（Ｗ＋Ｔ）／（Ｎｗ×２））×Ｌ／（Ｅ×Ａ） ［数１０］
ここで、Ｗは鋳片の荷重（Ｎ）、 Ｔは定盤下部ワイヤに作用する張力［Ｎ］、Ｎｗは、上部滑車１個ジョンバンサイのワイヤストランド数， Ｌはワイヤの全長さ（ｍ）、Ｅは弾性係数（ｋｇ／ｍ ^２ ）、Ａはワイヤの有効断面積（ｍ ^２ ）である。

Claims (19)

1. 連続鋳造された鋳片を垂直方向に支持できるように形成される鋳型モールドと、
   両側に移動滑車が形成され、前記鋳片を垂直に支持する水平定盤と、
   ワイヤを介して前記移動滑車の移動を制御するモータと、
   重量による前記モータのトルク補償制御、及び前記ワイヤの膨張による長さ補償制御により、鋳造を制御する制御部と、を含むことを特徴とする垂直型連続鋳造装置。
2. 前記制御部は、
   前記水平定盤の重量、及び鋳造中連続的に増加する前記鋳片の重量を反映することで前記トルク補償制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の垂直型連続鋳造装置。
3. 前記制御部は、
   以下の数１によってトルク補償値を決定することを特徴とする請求項２に記載の垂直型連続鋳造装置。
   ［数１］
   

   

   ここで、Ｍ_０は水平定盤の質量、Ｍ（ｔ）は鋳片の質量、ｇは重力加速度、Ｄはドラムの直径であり、Ｍ（ｔ）は鋳造速度の積分値に比例する。
4. 前記制御部は、
   以下の数２によって前記Ｍ（ｔ）を決定することを特徴とする請求項３に記載の垂直型連続鋳造装置。
   ［数２］
   

   

   ここで、ｖ（ｔ）は鋳造速度、Ａは鋳型モールドの面積、ρはスラブの密度である。
5. 前記制御部は、
   前記鋳片の温度によって前記ワイヤに誘発される熱膨張、及び連続的に増加する前記鋳片の重量によって前記ワイヤに誘発される弾性膨張を反映することで前記長さ補償制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の垂直型連続鋳造装置。
6. 前記制御部は、
   以下の数３によって弾性膨張値を決定することを特徴とする請求項５に記載の垂直型連続鋳造装置。
   ［数３］
   弾性膨張（ｍｍ）＝（Ｗ×Ｌ）／（Ｅ×Ａ） ［数３］
   
   ここで、Ｗは鋳片の荷重、Ｌはワイヤの全長さ（ｍｍ）、Ｅは弾性係数（ｋｇ／ｍｍ^２）、Ａはワイヤの有効断面積（ｍｍ^２）である。
7. 前記制御部は、
   数４によって熱膨張値を決定することを特徴とする請求項５に記載の垂直型連続鋳造装置。
   ［数４］
   熱膨張＝∝ＬΔｔ ［数４］
   
   ここで、Ｌはワイヤの長さ（ｍｍ）、∝はワイヤの熱膨張係数（ｋｇ／ｍｍ^２）、Δｔはワイヤの温度増加量である。
8. 前記水平定盤の下部に連結されたワイヤを駆動するモータを介して前記垂直方向に張力を提供する張力提供部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直型連続鋳造装置。
9. 前記張力提供部は前記張力を調整する張力調整部を含み、
   前記張力調整部は、
   前記ワイヤを間に挟んで前記ワイヤを支持する下部固定滑車及び支持ロールと、
   前記ワイヤの上下移動制御を介して前記ワイヤに作用する張力を制御する張力ロール、シリンダローダ、及び張力調整シリンダと、を含むことを特徴とする請求項８に記載の垂直型連続鋳造装置。
10. 前記制御部は、水平定盤の下部に連結されたワイヤを介して前記水平定盤に伝達される前記張力に応じて前記モータのトルクをさらに補償することを特徴とする請求項９に記載の垂直型連続鋳造装置。
11. 前記制御部は、前記鋳片の重量による前記モータのトルク補償制御と、前記ワイヤ及び前記張力提供部ワイヤの膨張による長さ補償制御により鋳造をより制御することを特徴とする請求項１０に記載の垂直型連続鋳造装置。
12. 前記張力提供部は前記モータを共有することを特徴とする請求項１０に記載の垂直型連続鋳造装置。
13. 移動滑車が備えられた水平定盤を用いて垂直方向に鋳片を連続鋳造する垂直型連続鋳造装置で行われる垂直型連続鋳造装置の制御方法であって、
    制御部が目標鋳速に減速比を適用して目標モータ速度を算出する段階と、
    前記制御部が前記目標モータ速度と実際測定されたモータ速度を比較し、その誤差を反映して速度制御値を出力する段階と、
    前記制御部が前記速度制御値に重量によるトルク補償制御を行う段階と、を含むことを特徴とする垂直型連続鋳造装置の制御方法。
14. 前記トルク補償制御を行う段階は、
    前記水平定盤の重量によって誘発される前記モータのトルクを計算する段階と、
    鋳造中連続的に増加する前記鋳片の重量によって誘発される前記モータのトルクを計算する段階と、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の垂直型連続鋳造装置の制御方法。
15. 前記垂直型連続鋳造装置の制御方法は、
    前記鋳片の温度によってワイヤに誘発される熱膨張、及び連続的に増加する前記鋳片の重量によって前記ワイヤに誘発される弾性膨張を反映して長さ補償制御を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の垂直型連続鋳造装置の制御方法。
16. 前記垂直型連続鋳造装置の制御方法は、
    鋳型の振動周期設定基準を設定し、前記鋳型の振動周期設定基準以上の振動周期で鋳型を振動させることで鋳造速度のハンチングを防止する段階をさらに含み、
    前記鋳型の振動周期設定基準は以下の数５によって計算されることを特徴とする請求項１３に記載の垂直型連続鋳造装置の制御方法。
    ［数５］
    ｆ［Ｈｚ］＞Ｆ／２ＶＭｒ ［数５］
    
    ここで、Ｆは鋳型モールドと鋳片の間の摩擦力予測値、Ｖは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｍは鋳片の質量、ｒはＤＶ／Ｖの最大許容鋳速変動率である。
17. 前記摩擦力Ｆは以下の数６によって決定されることを特徴とする請求項１６に記載の垂直型連続鋳造装置の制御方法。
    ［数６］
    （Ｆ）＝μρｒＨ・Ｈ（Ｗ＋Ｔ） ［数６］
    
    ここで、Ｈは鋳型モールドの長さ、Ｗは鋳型モールドの幅、Ｔは鋳片の厚さである。
18. 前記トルク補償制御を行う段階は、
    前記水平定盤の下部に連結されたワイヤを介して前記水平定盤に伝達される張力によって誘発される前記モータのトルクを計算する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の垂直型連続鋳造装置の制御方法。
19. 前記長さ補償制御を行う段階は、前記水平定盤の下部に連結されたワイヤに前記垂直方向に印加される張力により、前記ワイヤに誘発される弾性膨張をさらに反映して長さ補償制御を行うことを特徴とする請求項１５に記載の垂直型連続鋳造装置の制御方法。

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