JPH08294754A

JPH08294754A - 連続鋳造の自動スタート制御方法及びその装置

Info

Publication number: JPH08294754A
Application number: JP8015194A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ota; 敦大田; Hiroaki Miyahara; 弘明宮原; Hiroshi Maeda; 浩史前田; Akira Osumi; 明大角
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1996-11-12
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JP3214333B2

Abstract

(57)【要約】【課題】注湯開始直後から湯面レベルが定常レベルに
達する迄の間、溶鋼の吐出量を適切に制御する。【解決手段】連続鋳造におけるモールドへの溶鋼注入
直後から、溶鋼の湯面レベルが定常値に達する迄の間、
電極式湯面計によって、湯面レベルを連続的に計測し更
にその湯面レベルの変化に基いて湯上り速度を算出し、
その湯上り速度と基準速度との偏差に基いてタンディッ
シュから吐出される溶鋼の流量を調整し、湯面レベルが
定常値に達すると、鋳造引き抜きを開始する。或いは、
湯面レベル等に基づいてノズルゲインの推定値を算出
し、また、予め設定された目標注上げ時間を満足するた
めの目標吐出量を算出し、これらのノズルゲインの推定
値及び目標吐出量に基づいてスライディングノズル（：
ストッパー）の開度を算出し、この開度に基づいてタン
ディッシュから吐出される溶鋼の流量を調整し、そし
て、上記の処理を所定の演算周期毎に繰り返し、湯面レ
ベルが定常値に達すると、鋳造引き抜きを開始する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶鋼の連続鋳造の自動ス
タート制御方法及びその装置に関し、特に鋳造始時の自
動起動に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の溶鋼の連続鋳造において
は、ダミーバー引抜開始迄のモールド内の溶鋼保持時間
を、凝固殻の適切な生成を達成することを目的として、
最適に制御するための制御方法が各種提案されている。
例えば特開昭５８−８４６５２号公報においては、予め
定めたモールド内の湯面レベルの上昇パターンに基い
て、タンディッシュ内の溶鋼深さから溶鋼の注入量とそ
れに対応するスライディングノズルの開度目標値とを算
出し、それに従って溶鋼注入量制御を実施する制御方法
が提案されている。しかし、この制御方法においては、
時々刻々の湯面レベルと予め定めた湯面上昇パターンと
の偏差をフィードバックして制御していないため、ノズ
ル特性のばらつきや作動不良による変動をカバーでき
ず、流速と合致しない状態が生じていた。

【０００３】また、特開昭６２−８４８６２号公報にお
いては、上記のような制御技術を改善するために、予め
定められた湯面の中間確認レベルに達する所要時間を設
定しておき、その所要時間経過時に中間確認湯面レベル
に達していないと、これをトリガとして流量制御装置の
開度を予め設定された緊急処理開度まで開き、基本湯上
りパターンに追従させる制御方法が提案されている。

【０００４】また、特開昭６２−５４５６２号公報にお
いては、中間確認レベルで湯上りパターンがずれていた
場合には、湯上りパターンを修正する制御方法が提案さ
れている。また、湯上り速度の制御方法には、特開昭６
２−１８３９５１号公報、特開平１−１７０５６８号公
報、特開平２−１４２６５９号公報等において各種提案
されているが、いずれも検出レベルを所定の湯面レベル
に到達したかどうかで把握しており、検出レベルのフィ
ードバック情報が不連続であった。

【０００５】また、特開平２−１４２６５９号公報にお
いては、長さの異なる複数の電極を設置してそれぞれの
湯面レベルを検出するようにした制御方法を提案してい
る。しかし、この制御方法においては、次のような不具
合が指摘される。 (1) 設備投資コストが高くなる。 (2) スプラッシュの影響による誤動作の影響を完全に除
去できない。 (3) ランニングコストが高くなる。 (4) ビレットの連続鋳造プロセスにおいて、例えば直径
１７０mmφ以下の小断面に複数の電極を取り付けること
は、設備の制約上困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の制
御方法においては、注入開始直後から連続的に湯面上昇
速度を時々刻々計測してフィードバック制御するという
方式が採用されていなかった。しかし、タンディッシュ
内の溶鋼には介在物が含まれており、注湯開始直後の湯
上り速度が速すぎると、タンディッシュ内の溶鋼上部付
近に有る介在物を巻き込んでしまい、それは鋳造後のビ
レットに介在物要因による割れ等の不良の原因となり、
この湯上り速度を最適値にしないと、不良率が高くなる
という問題点があった。この問題点は、モールドが小断
面で、モールドへの注湯開始直後のモールド内の湯上り
速度が速いビレットの連続鋳造においては特に顕著であ
った。

【０００７】また、スラブを連続鋳造するときのように
タンディッシュを再使用する場合には、鋳造開始直後、
タンディッシュ内に残留したノロの影響でノズルゲイン
が大きく変動し、吐出流量が変動するため、この制御領
域についてはフィードバック制御を行わないと、自動ス
タートが安定してできず、このため、スライディングノ
ズルを手動操作して対応せざるを得なかった。しかし、
手動操作の場合にはオーバアクションになり易く、ノズ
ル詰りのトラブルの発生頻度が多かった。

【０００８】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、注湯開始直後から湯面レベルが定
常レベルに達する迄の間、モールド内の湯面レベルを検
出して溶鋼の吐出量を適切に制御することを可能にした
連続鋳造の自動スタート制御方法及びその装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様に係
る連続鋳造の自動スタート制御方法は、連続鋳造におけ
るモールドへの溶鋼注入直後から、溶鋼の湯面レベル値
に達する迄の間、電極式湯面計によって湯面レベルを計
測し、その湯面レベルの変化に基いて湯上り速度を算出
し、その湯上り速度と基準速度との偏差に基いてタンデ
ィッシュから吐出される溶鋼の流量を調整する。本発明
の他の態様に係る連続鋳造の自動スタート制御装置は、
モールドの溶鋼に挿入される一対の電極を備え、一方の
電極に対して第１の擬似ランダム信号を供給するととも
に、第１の擬似ランダム信号と同一のパターンで周波数
が僅かに異なる第２の擬似ランダム信号を第１の擬似ラ
ンダム信号と乗算して第１の乗算値を算出し、他方の電
極を介して入力される信号と第２の擬似ランダム信号と
を乗算して第２の乗算値を算出し、第１の乗算値及び第
２の乗算値をそれぞれ積分し、両積分値の時系列パター
ンにそれぞれ生じる最大相関値の時間差から湯面レベル
を測定し、更に湯面レベルの変化から湯上り速度を算出
する電極式湯面計と、湯上り速度と基準速度との偏差に
基いてタンディッシュのストッパー又はスライディング
ノズルの開度を制御してタンディッシュから吐出される
溶鋼の流量を調整し、そして、湯面高さが一定高さに達
した時点で鋳造引き抜きを開始させる鋳造制御装置とを
有する。

【００１０】本発明においては、タンディッシュのスト
ッパー又はスライディングノズルを全開にしてモールド
内へ溶鋼注湯開始し、それから一定時間経過後ストッパ
ー又はスライディングノズルを或る一定の開度迄下げ
る。溶鋼注湯開始後、モールド内の溶鋼の湯面の高さは
次第に上昇してくる。そして、この時点で、電極式湯面
計を用いてモールド内溶鋼の湯面レベルを連続的に計測
し、更に、湯上り速度を例えば一定周期で演算する。こ
の湯上がり速度と基準速度との偏差をなくすべく、スト
ッパー又はスライディングノズルの開度補正量を求め、
ストッパー又はスライディングノズルに操作指令を出力
することにより、定周期毎にフィードバック制御がなさ
れる。そして、湯面レベルが一定高さに達すると、鋳造
引き抜きを開始する。なお、上記の基準速度は介在物の
発生しない最適な湯上り速度であり、ビレット径サイズ
毎に操業条件に応じて予め求めておく。また、フィード
バック制御には、例えば後述の実施形態においてはＰＩ
制御（比例＋積分制御）を使っているが、他の方法を用
いてもかまわない。

【００１１】本発明の他の態様に係る連続鋳造の自動ス
タート制御方法は、連続鋳造におけるモールドへの溶鋼
注入直後から、溶鋼の湯面レベルが定常値に達する迄の
間、湯面レベルを電極式湯面計によって連続的に計測す
ると共に溶鋼ヘッドを計測し、その湯面レベル、溶鋼ヘ
ッド及びそのときのストッパー又はスライディングノズ
ルの開度に基づいてノズルゲインの推定値を算出し、ま
た、湯面レベルに基づいて予め設定された目標注上げ時
間を満足するための目標吐出量を算出し、これらのノズ
ルゲインの推定値及び目標吐出量に基づいてストッパー
又はスライディングノズルの開度を算出し、この開度に
基づいてストッパー又はスライディングノズルの開度を
操作してタンディッシュから吐出される溶鋼の流量を調
整し、そして、上記の処理を所定の演算周期毎に繰り返
し、湯面レベルが定常値に達すると、鋳造引き抜きを開
始する。本発明の他の態様に係る連続鋳造の自動スター
ト制御装置は、モールドの溶鋼に挿入される一対の電極
を備え、一方の電極に対して第１の擬似ランダム信号を
供給するとともに、第１の擬似ランダム信号と同一のパ
ターンで周波数が僅かに異なる第２の擬似ランダム信号
を第１の擬似ランダム信号と乗算して第１の乗算値を算
出し、他方の電極を介して入力される信号と第２の擬似
ランダム信号とを乗算して第２の乗算値を算出し、第１
の乗算値及び前記第２の乗算値をそれぞれ積分し、両積
分値の時系列パターンにそれぞれ生じる最大相関値の時
間差から湯面レベルを測定する電極式湯面計と、タンデ
ッシュの溶鋼ヘッドを計測する手段と、湯面レベル、溶
鋼ヘッド及びそのときのストッパー又はスライディング
ノズルの開度に基づいてノズルゲインの推定値を算出
し、また、湯面レベルに基づいて予め設定された目標注
上げ時間を満足するための目標吐出量を算出し、これら
のノズルゲインの推定値及び目標吐出量に基づいてスト
ッパー又はスライディングノズルの開度を算出し、この
開度に基づいてストッパー又はスライディングノズルの
開度を操作してタンディッシュから吐出される溶鋼の流
量を調整し、そして、上記の処理を所定の演算周期毎に
繰り返し、湯面レベルが定常値に達すると、鋳造引き抜
きを開始させる鋳造制御装置とを有する。

【００１２】本発明においては、タンディッシュのスト
ッパー又はスライディングノズルを初期開度に開けて溶
鋼注湯を開始すると、モールド内の湯面が上昇してく
る。この時点で、モールド内の溶鋼の湯面レベルを電極
式湯面計によって連続的に計測すると共にタンデッシュ
の溶鋼ヘッドを計測する。そして、例えば、演算周期毎
に前回からの湯面レベルの上昇値を求め、この上昇値に
基づき現在の実績吐出量を求める。次に、この実績吐出
量、溶鋼ヘッド及びタンディッシュのストッパー又はス
ライディングノズルの開度から現在のノズルゲインの推
定値を算出する。そして、現在の湯面レベルと目標注上
げ時間迄に残された時間から今回の目標吐出量を求め、
この目標吐出量、前記のノズルゲイン推定値及び現在の
溶鋼ヘッドに基づいて、今回のストッパー又はスライデ
ィングノズの開度例えば開口面積を求める。そして、こ
の結果に基づいてストッパー又はスライディングノズル
を操作してフィードバック制御することにより、特に、
タンディッシュを再使用する際の鋳造スタート直後のノ
ロの影響によるノズルゲインの大きな変動に対して、タ
ンディッシュから吐出される溶鋼の流量が最適に制御さ
れ、目標注上げ時間を満足することができ、且つ、ノズ
ル詰り等のトラブルを防止できる。

【００１３】また、本発明における電極式湯面計は、第
１の擬似ランダム信号を発生する第１の擬似ランダム信
号発生手段と、第１の擬似ランダム信号と同一パターン
で周波数のわずかに異なる第２の擬似ランダム信号を発
生する第２の擬似ランダム信号発生手段と、第１の擬似
ランダム信号発生手段に接続され、溶鋼に挿入される第
１の電極と、溶鋼に挿入された第２の電極と、第１の擬
似ランダム信号発生手段の出力と第２の擬似ランダム信
号発生手段の出力とを乗算して第１の乗算値を出力する
第１の乗算器と、第２の電極に接続され、その出力と第
２の擬似ランダム信号発生手段の出力とを乗算して第２
の乗算値を出力する第２の乗算器と、第１の乗算値を積
分し第１の積分値を出力する第１の積分器と、第２の乗
算値を積分し第２の積分値を出力する第２の積分器と、
第１の積分値及び第２の積分値の時系列パターンにそれ
ぞれ生じる最大相関値の時間差から湯面レベルを測定
し、更にその湯面レベルの時間的な変化から湯上がり速
度を算出する演算手段とを備えている。

【００１４】次に、電極式湯面計について説明する。こ
の電極式湯面計においては第１の擬似ランダム信号と第
２の擬似ランダム信号は同一のパターンで周波数がわず
かに異なっている。第１の乗算値の時系列パターンは第
１の擬似ランダム信号と第２の擬似ランダム信号の各周
期のパルスが一致したときの乗算値が最大相関値を示
し、最大値となり、この最大値は周期Ｔで発生する。周
期Ｔは次式で表わされる。Ｔ＝ｋ／Δｆ …（１）ここでｋは定数で第１の擬似ランダム信号M1と第２の擬
似ランダム信号M2の１周期を構成するビット数（クロッ
ク数）を表わす。また、ΔｆはM1の１ビットのクロック
周波数f1とM2の１ビットのクロック周波数f2との差で次
式で表わされる。 Δｆ＝f1−f2 …（２）

【００１５】第２の乗算値の時系列パターンも最大値が
周期Ｔで発生するが、第１の擬似ランダム信号M1が第１
の電極、溶鋼、及び第２の電極を経由してくるので、Td
時間第２の擬似ランダム信号M2に対して遅れるため、第
２乗算値の最大値に対し、図９に示すようにＸ時間遅れ
ている。Ｘは次式で表される。Ｘ＝（Td／Δｔ）×P2 …（３） Δｔ＝P2−P1 …（４）ここでP1はM1の周期、P2はM2の周期である。

【００１６】ここでTdは溶鋼の湯面レベルの変位に応じ
変化するので、（３）式よりＸを測定してTdを求めれば
溶鋼の湯面レベルの変位を得ることができる。またレベ
ルの変位がわかれば、基準位置を決め、この基準位置か
らレベルまでの距離を求めることもできる。また、
（３）式において、Δｔの値をTdに比べて小さな値と
し、P2の値を大きくすれば、Tdの値をP2／Δｔ倍に拡大
して計測することができるので精度よく計測することが
できる。また、本方式による計測では、信号は電極、溶
鋼内を伝導し、従来のように反射方式を用いていないの
で、Ｓ／Ｎ比が大きく、多重反射の影響もなく、溶鋼の
湯面レベルを精度よく測定することができる。従って、
湯上り速度も精度よく測定することができる。

【００１７】

【発明の実施形態】

（実施形態１．）図１は本発明の一実施形態に係る連続
鋳造の自動起動制御装置及びその関連設備の構成を示し
たブロック図であり、図２はその制御状態を示したタイ
ミングチャートである。本実施形態はビレットを連続鋳
造する場合のようにモールドの容量が小さく湯面レベル
が定常値に達するまでの時間が短い場合（例えば１０〜
２０秒）に適している。図１の制御装置において、レー
ドル鍋からタンディッシュ９に溶鋼が注入され、タンデ
ィッシュ９に設けられたタンディッシュ重量計７により
検出された溶鋼が重量が一定値に達したとき（図２の
（ａ）参照）、鋳造制御装置３からストッパー開度全開
の指令が出力されてステッピングシリンダー４が駆動さ
れる。このステッピングシリンダー４の駆動によりスト
ッパー８が全開となり（図２の（ｂ）参照）、モールド
１０へ溶鋼が注入され始める。その後、一定時間経過
時、鋳造制御装置３から一定開度にまでストッパー８を
閉める指令が出力され、ストッパー８が一定開度迄閉ま
る（図２の（ｂ）参照）。

【００１８】この時点で電極式湯面計２（後述の実施形
態参照）を使用して湯面レベルを連続的に測定し、そし
て、一定周期毎にその変化に基いて溶鋼の湯上り速度を
演算する。演算された湯上り速度実測値は鋳造制御装置
３に入力され、同装置に予め入力されているビレット径
サイズ毎の操業上、介在物を巻き込まない最適な目標湯
上り速度と比較される。そして、湯上り速度実測値と目
標湯上り速度との偏差を零にすべく、鋳造制御装置３に
て、例えばＰＩ（比例＋積分）制御によりストッパー開
度補正値が出力され、ストッパー８が所定開度へ移動す
る（図２の（ｂ），（ｄ）参照）。

【００１９】図３は電極式湯面計２の構成を示すブロッ
ク図である。第１クロック発生器２１は、１クロック当
たり周波数f1の周波数を発生し、第２クロック発生器２
２は１クロック当たりf1よりわずかに小さい周波数f2の
周波数を発生する。第１擬似ランダム信号発生器２３は
周期P1の第１擬似ランダム信号M1を発生し、第２擬似ラ
ンダム信号発生器２４はM1と同一パターンで周期P2がP1
よりわずかに異なる第２擬似ランダム信号M2を発生す
る。第１乗算器２５は第１擬似ランダム信号発生器２３
から伝送線路Lcを通ったM1と第２擬似ランダム信号発生
器２４から伝送線路Laを通ったM2を乗算する。第２乗算
器２６は第１擬似ランダム信号発生器２３から伝送線路
Ldを通ったM1と第２擬似ランダム信号発生器２４から伝
送線路Lbを通ったM2を乗算する。

【００２０】第１ローパスフィルタ２７は第１乗算器２
５の出力より高周波成分を除き、最大相関値間を１周期
とする時系列パターンを出力する。第２ローパスフィル
タ２８も同様に第２乗算器２６の出力より高周波成分を
除き、最大相関値間を１周期とする時系列パターンを出
力する。演算部２９は第１ローパスフィルタ２７と第２
ローパスフィルタ２８の時系列パターンの最大相関値間
の時間差から溶融金属のレベルを算出するとともに、そ
の湯面レベルの上昇速度を算出する。伝送線路Ldにはモ
ールド１０内の溶融金属３３内に一部分を挿入した第１
電極３０と第２電極３１が設けられ、両電極３０，３１
は溶融金属３３を介して電気的に接続されている。

【００２１】図４は第１クロック発生器２１及び第２ク
ロック発生器２２の構成を示した図である。第１水晶発
振器４１は周波数fa，例えば３０．００１ＭＨｚの水晶
発振器、第２水晶発振器４２は周波数fb，例えば３０．
０００ＭＨｚの水晶発振器であり、共通発振器４３は周
波数fc，例えば１４７０ＭＨｚの発振器である。第１混
合器４４は例えば平衡変調器等で構成され、fc±faの信
号を出力し、第２混合器４５はfc±fbの信号を出力する
混合器である。第１バンドパスフィルタ４６は第１混合
器４４の出力の内fc±faを通過させ、第２バンドパスフ
ィルタ４７は第２混合器４５の出力の内fc±fbを通過さ
せる。

【００２２】第１水晶発振器４１から出力される３０．
００１ＭＨｚの信号と、共通発振器４３から出力される
１４７０ＭＨｚの信号が、第１混合器４４で混合され１
５００．００１ＭＨｚと１４３９．９９９ＭＨｚの２つ
の信号を出力する。このうち１５００．００１ＭＨｚの
信号が第１バンドパスフィルタ４６を通過して第１クロ
ック周波数f1として出力される。また、同様に、第２水
晶発振器４２から出力される３０．０００ＭＨｚの信号
と、共通発振器４３から出力される１４７０ＭＨｚの信
号が第２混合器４５で混合され１５００．０００ＭＨｚ
と１４４０ＭＨｚの２つの信号を出力し、第２バンドパ
スフィルタ４７を通過することにより１５０００．００
０ＭＨｚの第２クロック周波数f2が出力される。この構
成により周波数f1，f2の周波数の差が正確に１ＫＨｚに
保持される。

【００２３】この局部部発振器に相当する第１、第２水
晶発振器４１，４２では既に１ＫＨｚの差を持たせてお
り、また、混合器４４，４５から出力される周波数差は
６０ＭＨｚと広い周波数差があるため、第１，第２バン
ドパスフィルタ４６，４７の特性はあまり急峻なものを
必要とせずＳＡＷフィルタ、水晶フィルタのような一般
的フィルタで実現できる。

【００２４】図５は第１、第２擬似ランダム信号発生器
の構成を説明した図である。本図は３ビットのＭ系列信
号発生器の構成図であり、分かり易く説明するため３ビ
ットの場合を示すが、より大きなビット、例えば７ビッ
トのシフトレジスタ等が用いられる。Ｍ系列信号発生器
はクロック信号に同期したフリップフロップからなるシ
フトレジスタ５０と、シフトレジスタ５０の最終段とそ
の１つ前の段の出力信号を入力して最初の段に出力する
排他的論理回路５１から構成される。

【００２５】図６は図５に示した３段シフトレジスタを
用いた場合の擬似ランダム信号を示したタイミングチャ
ートである。１周期のクロック数（ビット数）は段数を
ｎとすると P＝２ⁿ−１で表され、３段シフトレジスタ
の場合ｎ＝３で、Ｐ＝７となる。図３に示す第１擬似ラ
ンダム信号発生器２３から発生する第１擬似ランダム信
号M1の１ビットのクロック周波数をf1，第２擬似ランダ
ム周波数発生器２４の第２擬似ランダム信号M2の１ビッ
トのクロック周波数をf2とすると、M1の周期P1，M2の周
期P2は次式で表される。 P1＝（２ⁿ−１）／f1，P2＝（２ⁿ−１）／f2 …（５）擬似ランダム信号M1，M2の１周期における時間差Δｔは
次式で表される。 Δｔ＝P2−P1＝（２ⁿ−１）（f1−f2）／（f1・f2） …（６）ここでf1＞f2とする。具体例としてf1＝１５００．００
１ＭＨｚ，f2＝１５００．０００ＭＨｚとて、シフトレ
ジスタを７段（ｎ＝７）とすると、 P1＝（２ⁿ−１）／f1 ＝（２⁷−１）／１５００．００１×１０6 ＝８４６６６．６１０２２（psec） P2＝（２ⁿ−１）／f2 ＝（２⁷−１）／１５００．００１×１０6 ＝８４６６６．６６６６７（psec）また、１周期の差Δｔは（６）式より Δｔ＝P2−P1 ０．０５６５（psec）と非常に微少な時間差として得られる。

【００２６】図７の（ａ）及び（ｂ）は乗算器２５，２
６で得られる相関値の説明図である。図７の（ａ）は図
５に示した３段シフトレジスタの１周期の擬似ランダム
信号M1，M2とその１ビット分を拡大したものであり、M2
とM1の最初の１ビットが、１ビット分ずれた状態から一
致してゆき、次に１ビット分ずれてゆく過程を表す。図
７の（ｂ）はこのときの相関値を示す。図７の（ｂ）に
おいて、M2の１周期P2とM1の１周期P1とは（６）式に示
すようにΔｔだけずれており、１周期P1，P2は７ビット
から構成されているので、１周期の最初のビットではΔ
ｔ／７、最後の７ビット目ではΔｔずれている。はM1
とM2が１ビットずれた場合を示し、は最も一致した場
合を示し、は再び１ビットずれた場合を示す。図７の
（ｃ）は図７の（ａ）の，〜に対応した相関値の大
きさを縦軸にとり、横軸に時間軸をとって表したもので
ある。これは図３のローパスフィルタ２７，２８の出力
を表し、三角形の頂点が最大相関値である。

【００２７】擬似ランダム信号M1，M2で相関があるのは
周期P1，P2の位相が一致している場合である。つまり、
P1とP2の位相が１ビット以上ずれていると相関がとれな
くなる。そこでM1とM2が互いに相関が得られる時間ΔＴ
はM2の１ビット当たりの時間をB2とすると次式で表され
る。 ΔＴ＝２（B2／Δｔ）×P1＝２（１／Δｆ） …（７）ただし、B2＝１／f2 B2／Δｔは１ビットずれるM1の周期P1の数を示し、この
数の周期P1分の時間はP1を掛ければ得られ、しかもこの
１ビットずれは、前後へのずれがあるので２倍となって
いる。次に一度相関を得た後、再度相関を得られるまで
の時間（相関周期）を求める。

【００２８】図８は周期P2に対する周期P1の位相変化を
示したタイミングチャートである。図においては分かり
易くするためΔｔをP1，P2に対し大きな値としている。
図示のように、Ａの位置からΔｔがP2に含まれる数だけ
P1を繰り返すと、P2とP1の関係がＡの位置と同じくなる
Ｂの位置となるのでＴは次式で表される。Ｔ＝（P2／Δｔ）×P1 ＝（P2／（P2−P1））×P1 ＝（２ⁿ−１）／Δｆ …（８）（８）式は先に示した（１）式を表している。

【００２９】図９は図３の第１，第２ローパスフィルタ
２７，２８の出力を示したタイミングチャートである。
Ｓ１は第１ローパスフィルタ２７の出力を示し、Ｓ２は
第２ローパスフィルタ２８の出力を示す。Ｓ１，Ｓ２は
相関周期Ｔで最大相関値が表れている。伝送線路La〜Ld
は図３に示されるようにそれぞれの線路の長さを表すと
する。なお、伝送線路Laは第２擬似ランダム信号発生器
２４から第１乗算器２５までの伝送距離、伝送線路Lbは
第２擬似ランダム信号発生器２４から第２乗算器２６ま
での伝送距離、伝送線路Lcは第１擬似ランダム信号発生
器２３から第１乗算器２５までの伝送距離であり、伝送
線路Ldは第１擬似ランダム信号発生器２３から第１電極
３０、第２電極３１を経由して第２乗算器に至るまでの
距離である。La＝Lbとし、Lc＝LdとするとS1とS2の位相
差Ｘは０となるがLc≠LdとなるとLcとLdの差に応じた位
相差Ｘが発生する。

【００３０】図１０は溶鋼のレベルが変化した時のLd−
Lcの変化を説明する図である。レベルH0のとき：Ld−Lc＝Ｌ’ レベルH1のとき：Ld−Lc＝2L＋Ｌ’ とし、レベルがＬ変位すると第１擬似ランダム信号発生
器２３から乗算器２６に伝達される信号M1は、乗算器２
５へ伝達されるM1に比べて次式に示す時間Td（遅延時
間）遅く伝達される。 Td＝（2L＋Ｌ’）／Ｖ …（９）ここでＶ＝３×１０8 m／sec （光の速度）で電極と溶
鋼内を信号M1が伝わる速度である。

【００３１】図１１は遅延時間Tdと位相差Ｘとの関係を
示したタイミングチャートである。位置Ａと位置Ｂにお
いては周期P2と周期P1の位相は一致しており、位置Ａで
はＳ１の最大相関値が発生し、位置ＢではＳ２の最大相
関値が発生している。位相差Ｘには周期P2と周期P1がｎ
個あり、このｎ個のP2とｎ個のP1の差はｎΔｔで表さ
れ、このｎΔｔが遅延時間Tdに等しいので次式が成り立
つ。 Td＝ｎΔｔ …（１０）ここでｎ＝Ｘ／P2であるので、Ｘ＝（Td／Δｔ）P2 …（１１）＝Td×f1／Δf ＝（（2L＋Ｌ’）×f1）／（Ｖ×Δｆ） …（１２）この（１１）式は先に示した（３）式を表す。（１２）
式を用いて溶鋼レベルを求めるには次のようにする。ま
ず基準となるレベルH0を設定する。H0においてレベル変
位Ｌを０とし、H0における位相差X0を求めれば（１２）
式より、Ｌ’を求めることができる。次に基準レベルH0
よりＬ下のレベルH1における位相差X1を求めれば（１
２）式にＬ’とX1を代入してＬを求めることができる。
なお、H0より溶鋼レベルが上にゆくと変位Ｌが負の値と
して算出される。

【００３２】ここで溶鋼レベル変位ＬがL1からL2に変化
したとすると、それぞれの変位における位相差X1，X2は
次式で表される。 X1＝（（2L1 ＋Ｌ’）×f1）／（Ｖ×Δｆ） …（１３） X2＝（（2L2 ＋Ｌ’）×f1）／（Ｖ×Δｆ） …（１４）このときの位相差変化量ΔX は次式で表される。 ΔX ＝X2−X1 ＝（２（L2−L1）×f1）／（Ｖ×Δｆ）＝２ΔＬ×f1／（Ｖ×Δｆ） …（１５）ただしΔL ＝L2−L1 これにより位相差変化ΔX と変位差ΔL の関係から得ら
れるのでΔX からΔLを算出することができる。またΔL
が分かれば基準レベルからの変位量Ｌや溶鋼レベルも
算出できる。

【００３３】次に先に示した具体的数値を代入して検討
を行う。擬似ランダム信号発生器のシフトレジスタ段数ｎは７
段とする。Ｐ＝２ⁿ−１＝１２７クロツク周波数 f1＝１５００．００１ＭＨｚ f2＝１５００．０００ＭＨｚ変位差ΔL ＝１ｍｍとする。以上の値を（１５）式に代入すると、 ΔX ＝（２ΔL ＝f1）／（Ｖ×f1）＝２×１×１０^-3×１５００×１０⁸／（３×１０⁸×１×１０³）＝０．００００１(sec) ＝１０×１０^-6(sec) 通常１ｍｍ当たりの信号伝搬時間ΔＸ’は ΔＸ’＝2L／Ｖ＝（２×１×１０^-3）／（３×１０⁸）＝６．７×１０^-12（sec ） ΔX ／ΔＸ’＝１０×１０^-6／（６．７×１０^-12）＝１．５×１０⁶ これにより信号の伝達時間が約１５０万倍遅延化された
ことになり信号処理が容易に、かつ精度よく行われる。

【００３４】図１２は本実施形態による湯面レベルの計
測結果を示した特性図である。横軸に溶融金属のレベル
をとり、縦軸にレベル計測値を表す電圧をとる。この時
の計測条件は、ｆ＝１５００ＭＨｚ，Δf ＝１ＫＨｚ，
擬似ランダム信号発生器のシフトレジスト段数は７段で
ある。実験では位相差Ｘをコンピュータに取り込み演算
することでレベル又は基準位置からの距離を容易に、か
つ高速に処理することができた。そして、このようにし
て得られた溶融金属のレベルの時間的な変化を検出して
その上昇速度が求められる。

【００３５】なお、本実施形態の電極は溶融金属より高
い融点の金属を用いるか、或いは溶融金属内へ自動的に
繰り込んでゆくようにするとよい。電極は溶融金属と同
一の材料を用いれば融けても溶融金属の成分に影響を与
えない。このことは後述の実施形態においても同様であ
る。

【００３６】（実施形態２．）図１３は本発明の他の実
施形態に係る連続鋳造の自動起動制御装置及びその関連
設備の構成を示したブロック図であり、図１４はその制
御状態を示したタイミングチャートである。本実施形態
は、スラブを連続鋳造する場合のようにタンディッシュ
を再使用する場合や、モールドの容量が比較的大きく湯
面レベルに達するまでの時間が長い場合（例えば１分以
上）に適している。図１３において図１の装置と同一符
号のものは同一又は相当部を示しその説明は省略する。

【００３７】図１３の装置においては、レードル鍋から
タンディッシュ９に溶鋼が注入され、タンディッシュ重
量計７により検出された重量が一定値に達したとき（図
１４の（ａ）参照）、鋳造制御装置３からスライディン
グノズル１２に初期開度の指令が出力される。なお、ス
ライディングノズル１２は、この指令を受けるまでの
間、ノズル詰り防止のために閉位置近傍で加振してい
る。スライディングノズル１２は、その指令を受け取る
と、その指令に応じてノズルを開き、モールド１０へ溶
鋼が注入され始める。この時点においては、電極式湯面
計２を使用して湯面レベルを連続的に測定し、そして、
その測定結果は鋳造制御装置３に入力される。鋳造制御
装置３は、まず、演算周期の前回値と今回値から次の
（１６）式にて実績吐出量を計算する。

【００３８】

【数１】

【００３９】ここで、Ｑ_i：今回の実績吐出量（ｇ／se
c ）Ｍ_w：モールド幅（ｍｍ）Ｍ_T：モールド厚さ（ｍｍ） ρ：溶鋼密度（ｇ／ｍｍ³）Ｍ_L(i)：今回の湯面レベル（ｍｍ）Ｍ_{L (i-1)}：前回の湯面レベル（ｍｍ）Ｔ_C：演算周期（sec ）である。次に、（１６）式で求めたＱ_iを使って実績ノ
ズルゲインを（１７）式にて計算する。

【００４０】

【数２】

【００４１】ここで、β_i：今回の実績ノズルゲインＡ_T(i-1)：前回のスライディングノズル開口面積目標値
（ｍｍ²）ｇ：重力加速度（ｍｍ／ｓ²）Ｈ_i-1：前回の溶鋼ヘッド（ｍｍ）である。なお、Ｑ_i，ρは（１６）式の説明と同じであ
る。溶鋼ヘッドＨ_i-1は、湯面レベルＭ_{L (i-1)}を計測
したタイミングにおいて、タンディッシュ重量計７によ
り検出された重量に基づいて求められる。従って、本発
明の溶鋼ヘッドを計測する手段は、本実施形態において
は、タンディッシュ重量計７及び鋳造制御装置３によっ
て構成されている。

【００４２】次に、湯面レベルの実績値に基づき残され
たモールド高さまで、目標注上時間までに残された時間
で注入するための目標吐出量を次の（１８）式にて計算
する。

【００４３】

【数３】

【００４４】ここで、Ｑ_Ti：今回の目標吐出量［ｇ／se
c ］Ｍ_D：モールド高さ（ｍｍ）Ｔ_M：目標注上げ時間（sec ）である。Ｍ_w，Ｍ_T，ρ，Ｍ_L(i)，Ｔ_Cは（１６）式の
説明と同じである。

【００４５】次に、（１７）式で求めたβ_iと（１８）
式で求めたＱ_Tiに基づいてスライディングノズルの開口
面積目標値を次の（１９）式にて計算する。

【００４６】

【数４】

【００４７】こでＡ_Ti：今回のスライディングノズルの
開口面積目標値（ｍｍ²）Ｈ_i：今回の溶鋼ヘッド（ｍｍ）である。なお、Ｑ_Ti，β_i，ρ，ｇは（１６）〜（１
８）式の説明と同じである。

【００４８】以上の計算によりノズルゲインβ_iの推定
により求まった、今回のスライディングノズル１２の開
口面積目標値Ａ_Tiに対応したスライディングノズル操作
量分を操作し、フィードバック制御する。以上の制御を
鋳造制御装置３の演算周期毎に、定常レベル制御に入る
湯面レベルまで行う（図１４の（ｃ）参照）。そして、
以後は渦流式レベル計６による湯面レベルの計測値に基
づき定常レベル制御を行う。なお、定常レベル制御に入
る直前に引抜速度制御装置５から引抜指令が出力され、
ダミーバーの引抜きが開始される（図１４の（ｄ）参
照）。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電極式湯
面計によって湯面レベルを連続的に測定しその湯面レベ
ルの変化から湯上り速度を算出し、その湯上り速度に基
いてタンディシュから吐出される湯量を調整するように
したので、湯上り速度が適切なものとなっている。そし
て、湯上り速度が適切なものとなった結果、介在物の巻
き込みによる鋳造後の不良鋳片の発生率が約２０％削減
するという効果が得られている。また、従来の技術と同
様に凝固殻の適正な生成も達成でき、ブレークアウトの
発生の防止も達成できている。更に、鋳造初期において
発生する各種の現象、例えばストッパー耐火物の剥離に
よって起きる湯面の急上昇、或いはストッパー操作のア
クションが遅れることにより発生するオーバーフロー等
も未然に防止することができる。

【００５０】また、本発明によれば、鋳造開始直後から
電極式湯面計にて湯面レベルを検出し、その計測値等か
ら実績ノズルゲインを推定し、この結果に基づいてスト
ッパー又はスライディングノズルの開度を操作し、時々
刻々フィードバック制御ができるようにしたので、特に
タンディッシュを再使用したときに、タンディッシュ内
に残留したノロの影響でノズルゲインが大きく変動し吐
出流量が変動するような場合であっても、吐出量が最適
に制御され、再使用タンディッシュを使用した時のノズ
ル詰り、シール漏れ、オーバーフロー等のトラブルを本
発明の適用前の１／３の頻度に低減する効果が得られ
た。

【００５１】また、本発明によれば、電極を２本溶融金
属に挿入し、信号を電極〜溶融金属〜電極の順に伝送す
ることにより、溶融金属のレベルの変化を伝送距離の変
化として表し、この伝送距離の変化を信号の遅延時間と
してとらえ、この遅延時間を大きく拡大して計測するこ
とにようにしたので、溶融金属のレベルを正確に計測す
ることができ、従って、溶融金属の湯上り速度も正確に
計測することができるので、適切な制御が可能になって
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る連続鋳造の制御シス
テム構成を示す説明図である。

【図２】図１の連続鋳造の自動スタート制御のタイミン
グチャートを示す説明図である。

【図３】図１の電極式湯面計の構成を示すブロック図で
ある。

【図４】図３のクロック発生器の構成を示すブロック図
である。

【図５】図３の擬似ランダム信号（Ｍ系列信号）発生回
路の一例を示す図である。

【図６】図５の３段シフトレジスタによる擬似ランダム
信号を示すタイミングチャートである。

【図７】相関値の出力を説明するタイミングチャートで
ある。

【図８】相関周期Ｔの算出方法を説明するタイミングチ
ャートである。

【図９】第１のローパスフィルタの出力Ｓ１及び第２の
ローパスフィルタの出力Ｓ２を示すタイミングチャート
である。

【図１０】溶融金属のレベルと信号伝送距離を説明する
図である。

【図１１】位相差Ｘを算出する説明図である。

【図１２】上記実施形態の実測値の一例を示す特性図で
ある。

【図１３】本発明の他の実施形態に係る連続鋳造の自動
起動制御装置及びその関連設備の構成を示したブロック
図である。

【図１４】図１３の連続鋳造の自動スタート制御のタイ
ミングチャートを示す説明図である。

【符号の説明】２電極式湯面計３鋳造制御装置４ステッピングシリンダー５引き抜き速度制御装置６渦流式レベル計７タンディシュ重量計８ストッパー９タンディシュ１０モールド１１引き抜きロール１２スライディングノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２２Ｄ 11/18 Ｂ２２Ｄ 11/18 Ｋ (72)発明者大角明東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造におけるモールドへの溶鋼注入
直後から、溶鋼の湯面レベルが定常値に達する迄の間、
電極式湯面計によって、湯面レベルを連続的に計測し更
にその湯面レベルの変化に基いて湯上り速度を算出し、
その湯上り速度と基準速度との偏差に基いてタンディッ
シュから吐出される溶鋼の流量を調整し、湯面レベルが
定常値に達すると、鋳造引き抜きを開始することを特徴
とする連続鋳造の自動スタート制御方法。
【請求項２】モールドの溶鋼に挿入される一対の電極
を備え、一方の電極に対して第１の擬似ランダム信号を
供給するとともに、前記第１の擬似ランダム信号と同一
のパターンで周波数が僅かに異なる第２の擬似ランダム
信号を前記第１の擬似ランダム信号と乗算して第１の乗
算値を算出し、他方の電極を介して入力される信号と前
記第２の擬似ランダム信号とを乗算して第２の乗算値を
算出し、前記第１の乗算値及び前記第２の乗算値をそれ
ぞれ積分し、両積分値の時系列パターンにそれぞれ生じ
る最大相関値の時間差から湯面レベルを測定し、更に前
記湯面レベルの変化から湯上り速度を算出する電極式湯
面計と、前記湯上り速度と基準速度との偏差に基いてタンディッ
シュのストッパー又はスライディングノズルの開度を制
御してタンディッシュから吐出される溶鋼の流量を調整
し、そして、前記湯面レベルが定常値に達した時点で鋳
造引き抜きを開始させる鋳造制御装置とを有することを
特徴とする連続鋳造の自動スタート制御装置。
【請求項３】連続鋳造におけるモールドへの溶鋼注入
直後から、溶鋼の湯面レベルが定常値に達する迄の間、
湯面レベルを電極式湯面計によって連続的に計測すると
共に溶鋼ヘッドを計測し、前記湯面レベル、溶鋼ヘッド
及びそのときのストッパー又はスライディングノズルの
開度に基づいてノズルゲインの推定値を算出し、また、
前記湯面レベルに基づいて予め設定された目標注上げ時
間を満足するための目標吐出量を算出し、これらのノズ
ルゲインの推定値及び目標吐出量に基づいてストッパー
又はスライディングノズルの開度を算出し、この開度に
基づいてストッパー又はスライディングノズルの開度を
操作してタンディッシュから吐出される溶鋼の流量を調
整し、そして、上記の処理を所定の演算周期毎に繰り返
し、前記湯面レベルが定常値に達すると、鋳造引き抜き
を開始することを特徴とする連続鋳造の自動スタート制
御方法。
【請求項４】モールドの溶鋼に挿入される一対の電極
を備え、一方の電極に対して第１の擬似ランダム信号を
供給するとともに、前記第１の擬似ランダム信号と同一
のパターンで周波数が僅かに異なる第２の擬似ランダム
信号を前記第１の擬似ランダム信号と乗算して第１の乗
算値を算出し、他方の電極を介して入力される信号と前
記第２の擬似ランダム信号とを乗算して第２の乗算値を
算出し、前記第１の乗算値及び前記第２の乗算値をそれ
ぞれ積分し、両積分値の時系列パターンにそれぞれ生じ
る最大相関値の時間差から湯面レベルを測定する電極式
湯面計と、タンデッシュの溶鋼ヘッドを計測する手段と、前記湯面レベル、溶鋼ヘッド及びそのときのストッパー
又はスライディングノズルの開度に基づいてノズルゲイ
ンの推定値を算出し、また、前記湯面レベルに基づいて
予め設定された目標注上げ時間を満足するための目標吐
出量を算出し、これらのノズルゲインの推定値及び目標
吐出量に基づいてストッパー又はスライディングノズル
の開度を算出し、この開度に基づいてストッパー又はス
ライディングノズルの開度を操作してタンディッシュか
ら吐出される溶鋼の流量を調整し、そして、上記の処理
を所定の演算周期毎に繰り返し、前記湯面レベルが定常
値に達すると、鋳造引き抜きを開始させる鋳造制御装置
とを有することを特徴とする連続鋳造の自動スタート制
御装置。
【請求項５】前記電極式湯面計は、第１の擬似ランダ
ム信号を発生する第１の擬似ランダム信号発生手段と、
前記第１の擬似ランダム信号と同一パターンで周波数の
わずかに異なる第２の擬似ランダム信号を発生する第２
の擬似ランダム信号発生手段と、前記第１の擬似ランダ
ム信号発生手段に接続され、溶鋼に挿入される第１の電
極と、前記溶鋼に挿入される第２の電極と、前記第１の
擬似ランダム信号発生手段の出力と前記第２の擬似ラン
ダム信号発生手段の出力とを乗算して第１の乗算値を出
力する第１の乗算器と、前記第２の電極に接続され、そ
の出力と前記第２の擬似ランダム信号発生手段の出力と
を乗算して第２の乗算値を出力する第２の乗算器と、前
記第１の乗算値を積分し第１の積分値を出力する第１の
積分器と、前記第２の乗算値を積分し第２の積分値を出
力する第２の積分器と、前記第１の積分値及び前記第２
の積分値の時系列パターンにそれぞれ生じる最大相関値
の時間差から湯面レベルを測定する演算手段とを備えた
ことを特徴とする請求項２又は４記載の連続鋳造の自動
スタート制御装置。