JPH08508208A - 金属の連続鋳造用鋳型内の液体金属の高さの調節方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 メニスカス13上に配置された少なくとも１対のセンサ17、18の出すセンサとメニスカスとの間の距離（h₁，h₂）の関数である電気信号を取り、これらの２つの信号を組み合せてメニスカスの架空高さを示す単一の信号とし、この信号を鋳型に流入する金属の流量調節具14の制御手段15、24へ送り、この制御手段はメニスカスの架空高さを所定の設定値（h）にするように流量調節具14を駆動する、金属の連続鋳造機械の鋳型５内で液体金属のメニスカスの高さを調節する方法において、閾値（F）より大きい周波数と閾値（D）より小さい振幅とを同時に有する振動を除去するようにセンサから来る各信号を処理する。

Description

【発明の詳細な説明】 金属の連続鋳造用鋳型内の液体金属の高さの 調節方法および装置 本発明は金属、特に鋼の連続鋳造分野に関するものであり、特に、連続鋳造鋳 型内の液体金属の高さの調節方法に関するものである。 鋼の連続鋳造用設備では注入取鍋からの液体金属は先ず最初にタンディッシュ （repartiteur）と呼ばれる中間容器を通過する。タンディッシュの役目は液体 金属を連続鋳造機械の振動鋳型（より一般的には複数の鋳型）へ送ることにある 。液体金属は鋳型内部で凝固を開始し、鉄冶金製品（スラブ、ブルーム、ビレッ ト）が作られる。液体金属は排出孔を通ってタンディッシュから各鋳型内へ流入 する。実際には、液体金属はメニスカス（meniscus）すなわち鋳型内に存在する 液体金属の表面を通過するジェット流を形成する。タンディッシュと鋳型と間の ではこのジェット流は鋳造管（busette de coulee）とよばれる耐火材料で作ら れた管内に閉じ込められる。この鋳造管の上端部はタンディッシュの底部に固定 され、その下端部はメニスカスを貫通して、液体金属の内部に浸漬されている。 鋳造管の役目は液体金属のジェット流が大気によって酸化されるのを防止し、ジ ェット流がメニスカスを通過する時にメニスカスを覆っている被覆スラグの一部 を随伴しないようにし（こうした随伴物は鋳造品の特性を悪くする）、そして、 鋳型で製品が凝固するのに好都合な形状を液体金属に与えることにある。そのた めに鋳造管の下端部に鋳型各面の方向を向いた複数の側方孔（または スリット）が形成することができる。 欠点のない製品を得るための基本的パラメータの１つは鋳型内でのメニスカス 高さの安定性である。この安定性が十分に保証されないと、製品は極めて変動の 大きい条件下で凝固することになる。その結果、凝固した製品の厚さが局部的に 極端に薄くなったり凝固したスキン（表面層）に裂け目が生じる危険性があり、 最高の状態でも最終製品の表面品質は貧弱であり、最悪の場合には液体金属が裂 け目から流出［湯もれ（percee）といわれる現象］し、鋳造の停止や鋳造機械の 重大な破損を引き起こすことになる。 一般に、鋳型に流入する液体鋼の流速は、タンディッシュからの流出量と凝固 中の鋳造製品の引抜き速度とによって調節される。鋳型に入る液体鋼の流量の調 節は一般に耐火材料で作られた湯止棒（quwnouille）を用いて行われ、鋳造管の 出口開口をこの湯止棒の円錐形ノズルで塞ぐようになっている。 しかし、流速を一定値に維持したい場合でも、他の鋳造パラメータが少しづつ または急激に変化することを考えると、湯止棒の先端位置は変化させる必要があ る。例えば、タンディッシュ内の金属の高さの変化、ノズルの磨耗、非金属不純 物に起因する閉塞あるいは不純物の壁からの剥離に起因するノズルの急激が開放 等を考慮すると、湯止棒の先端位置は変化させる必要がある。 鋳型内の液体金属の高さを確実に調節するためには、湯止棒の位置を自動装置 を用いて制御する必要がある。この自動装置はメニスカスの所望高さと実測高さ との比較値の関数で湯止棒を移動させる。高さの測定は一般に光学センサまたは 誘導センサを用いて行う。このセンサの出す電気信号を処理し、それに よって湯止棒の位置を制御する。 メニスカスの高さ調節が最も複雑なのはスラブの連続鋳造の場合である。すな わち、鋳型が長くて狭く、ある瞬間におけるメニスカスの高さの変動は鋳型内の 区域によって大きく異なるため、単一のセンサの出力情報ではメニスカス高さの 変動を示すことはできない。 また、大抵の機械ではノズルの下端部に直径方向両側にスリットが形成され、 各スリットは鋳型の小辺へ向かって金属流を送るようになっている。この２つの スリットは鋳造中に同じように閉塞したり、開放される訳けではない。従って、 鋳型中への液体金属流は非対称的に変動し、メニスカスに影響する液体金属流の 波動がノズルの両側で全く異なる形状になる場合がある。特に、ノズルのスリッ トの１方が突然開いた場合、それがセンサ側で起った時には、センサはメニスカ スの平均高さの実際の変動に比べて誇張された変化を出す。逆に、スリットの開 放がセンサ側と反対側で起きても、センサは変化を検出しないか、極めて弱い変 化しか検出しない。いずれの場合も湯止棒がこれらの事態を最適に制御すること はできない。 そのため、１つのセンサではなく２つのセンサをノズルの両側に鋳型の縦軸線 に沿って移動するように配置することは既に提案されている（特許願平2-137,65 5号参照）。この特許では鋳造速度は各センサの出力信号の単純な差の関数で制 御する。この方法は単一センサの場合と比較すると進歩しているが、メニスカス の全ての変化を満足に考慮する（過大評価や過小評価なしに考慮する）上では不 十分である。 本発明の目的は、メニスカス全体を考慮し、メニスカスの局部的変化の鋳型内 の液体金属の平均高さへの実際の影響を正確 に予測し、スラブの品質に有害なメニスカス高さの変動幅をかなり小さくするこ とを可能にする液体金属の高さの調節方法を提案することにある。 本発明は、メニスカス上に配置された少なくとも１対のセンサの出すセンサと メニスカスとの間の距離（h₁，h₂）の関数である電気信号を取り、これらの２つ の信号を組み合せてメニスカスの架空高さを示す単一の信号とし、この信号を鋳 型に流入する金属の流量調節具の制御手段へ送り、この制御手段はメニスカスの 架空高さを所定の設定値（h）にするように流量調節具を駆動する、金属の連続 鋳造機械の鋳型内で液体金属のメニスカスの高さを調節する方法において、閾値 （F）より大きい周波数と閾値（D）より小さい振幅とを同時に有する振動を除去 するようにセンサから来る各信号を処理することを特徴とする方法を提供する。 本発明では、上記信号を下記のように組み合わせるのが好ましい： 計算し、 diff_min＜diff_max）と比較し、 −ｈ）］の絶対値より高い値（Δｈ_max）に等しいとし、 ＋（１−α）Ｍに等しいとする（但し、αは 本発明は上記方法を実施するための装置も提供する。 下記で説明するように、本発明は各センサから来る信号を組み合わせる前に条 件付けてこれらの信号から高周波信号と低振幅信号とを除去し、それから各信号 を適当な単一の信号に組み合わせる。 本発明は添付第１図を参照した下記の説明からより明瞭になるであろう。 添付第１図は本発明装置を備えたタンディッシュおよびスラブ連続鋳造鋳型の 概念的横断面図である。実施例 タンディッシュ２に収容された液体鋼１はタンディッシュ２の底部４に形成さ れた出口孔３を通って無底振動鋳型５中に流入する。鋳型２の側壁６、７は内部 循環水で強制冷却される。凝固した外皮（croute）８が壁６、７に対になって形 成され始める。この外皮８は矢印９で象徴的に示すように、鋳造機械から抜き出 されるにつれて除々に鋳造スラブの横断面全体を占めるようになる。タンディッ シュ２と鋳型５との間では、液体金属１はグラファイト・アルミナ等の耐火材料 で作られた管状のノズル（鋳造管）10で保護されている。ノズル10の上部はタン ディッシュ１の底部４の出口孔３の延長部に固定されている。ノズル10の下部に は２つの側方裂け目（ouies）11、12が形成されており、液体金属１とこの裂け 目を通って流出する。各裂け目は各壁７の方を向いてる。ノズル10はメニスカス 13を貫通して液体金属１を鋳型５の芯へ送る（図面を分かり易くするために通常 メニスカス13を被覆しているスラグ層は図示しでいない）。出口孔３は円錐形端 部を有する湯止棒14によって部分的に閉じられ、この湯止棒14の鉛直位置は調節 装置15によって調節さ れる。鋳型５からのスラブの抜出し速度の値に対応する湯止棒14の垂直位置が鋳 型５内に存在するメニスカス13の平均の高さを決定する。点線はスラブの鋳造中 に常に保持のが望ましい設定値16を示している。 次に、この設定値16を維持するための装置を説明する。この装置は例えばフー コー電流センサ等の公知の２つの高さセンサ17、18を備えている。各センサ17、 18はノズル10の両側に、好ましくはノズル10から等距離かつ鋳型５の横断面の主 中央軸線上に配置されている。一般には各センサ17、18の下端部は同じ高さに配 置されている。センサ17はその下端部とメニスカスとの間の距離ｈ₁を表す電気 信号を出力し、センサ18はその下端部とメニスカスとの間の距離ｈ₂を表す電気 信号を出力する。理想的な場合にはこれらの距離ｈ₁、ｈ₂は、センサ17、18の下 端部と設定高さ16との間の距離に等しいが、メニスカス13はノズル10を出る液体 金属１の流量の変動、鋳型５の振動、製品の抜出し速度等によって常に波動し、 その振幅が変化するので、実際にはこれは極めて稀な場合である。この波動が完 全に対称であることはほとんどないので（特に、裂け目11、12の磨耗または閉塞 が大きく異なるため）、ｈ₁とｈ₂は一般に等しくない。これのことは単一のセン サの出力情報だけに基づくだけではメニスカス高さを高い信頼性で調節できない ということを示している。 センサ17、18が出力するアナログ信号はアナログ−デジタル変換器19、20へ送 られ、そこでデジタル化されて出力される。これらのデジタル信号は下記で説明 する機能をするデジタルフィルタ装置21、22へ送られる。 センサ17、18から出力されるメニスカス13の高さの変動を示 す検出信号は周波数と振幅とが互いに異なる多数の波動が重なったものである。 今、閾値周波数を0.02Hzとすると、この周波数より低い低周波数もあれば、この 0.02Hzより大きい周波数、場合によっては２〜３Hzに達する周波数もある。 メニスカス13の高さを正確に調節するためには、高い周波数（0.02Hzより大き い周波数）および低振幅に起因する外乱は考慮しないことが好ましい。すなわち 、スラブ表面品質に有害なものは低周波の外乱（周波数が0.02Hz以下）と高周波 数かつ高振幅の外乱である。高周波かつ低振幅の外乱を考慮しないようにするこ とによって、液体金属の流量を調節する装置に過度且つ不必要な力が加わらない ようにし、それによって磨耗を制限することができる。デジタル処理された信号 からこれらの外乱を除去するために、各信号は条件付け（conditionnement）装 置21、22へ送られる。これらの条件付け装置21、22は同じで、下記のように作動 する。すなわち、各センサ17、18からの信号は変換器19、20によってデジタル化 された後、低域フィルタによって処理されて閾値Ｆ（例えば0.02Hzに固定される ）より大きい周波数を有する信号を除去するか、少なくとも大きく減衰する。次 に、残った低周波数を元の濾過していない信号から減算して元の信号の実質的に 最も高い周波数のみを含む新しい信号を得る。次に、この新しい信号を禁止帯（ bande morte）を通過させて所定閾値Ｄの振幅（例えば３mmに固定される）を越 えない信号成分を大きく減衰するか、除去する。その後、この処理信号に低域フ ィルタの出力から得られる低周波を加えられる。それによってセンサ17、18が出 力した元の信号と一致した信号が復元されるが、この信号には高い周波数（Ｆ＝ 0.02Hz以上）と低い振幅（Ｄ＝３mm以下）とを同時に有する成分は除去され ている。 こうして復元された信号は組合せ（combination）装置23へ送られて合成され た単一の信号に結合されて湯止棒14を制御するのに必要な情報となる。この信号 はそのまま鋳型内の金属の架空の平均高さを示す。この信号はデジタル調節器24 に送られる。この調節器24の出力信号は調節装置15へ出力され、この調節装置15 は出口孔３の湯止棒14の先端位置を調節して鋳型５に流入する液体金属の流量を 調節する。従って、鋳型内の液体金属の架空高さと設定値との間に差が検出され た時には架空高さを設定値に戻すように制御される。 変換器19、20、条件付け装置21、22、組合せ装置23および調節器24は同一ケー シング25内に配置するのが好ましい。変換器19、20より下流の装置は各機能を実 行するように設計・プログラムされた単一デジタル処理カードで形成することが できる。 組合せ装置23内での各信号の組合せ方法をいかに選択するかは、最終結果の品 質すなわちメニスカス13の高さの適当な調節のために極めて重要である。各セン サから得られた設定値からの高さのズレを示す信号の単純な平均を湯止棒14の制 御信号とすれば十分であるとも考えられるが、それは鋳型の片側のみの制御に限 定されるので、大きな外乱の大きさを最小にしてしまう危険がある。従って、こ れらの２つの信号をより複雑に組み合わせるのが好ましい。しかし、片側に制限 される平均振幅の外乱に過度の重要性を与えることによって、他方の極端に行か ないように注意しなければならない。そうしないと上記の単一センサ調節装置の 欠点に戻ることになる。 本発明者は満足できる結果を与える下記の方法を提案する。既に説明したよう に、前記のｈは理想的にメニスカス13とセン サ17との間に維持すべき距離を表す。この距離は設定すべき高さ16に相当する。 また、ｈ₁とｈ₂は各センサ17、18とメニスカス13との間の測定距離を表す。差（ ｈ₁−ｈ）および（ｈ₂−ｈ）はセンサ17、18に直角な鋳型内の金属の高さの設定 値16からのズレを表す。この差が正の場合には測定点での金属の高さは設定高さ 16より下側にあり、負の場合には設定高さより上側にある。 組合わせ装置では、先ず、瞬間ｔ時における（ｈ₁−ｈ）と る所定の２つの値すなわち最小値diff_minと最大値diff_maxと比較する。その結果 は下記の３つの場合になる： 応する。従って、設定高さ16からのズレは各センサ17、18で測定される距離の単 純な算術平均で表される） −ｈ）および（ｈ₂−ｈ）の差の絶対値の中の大きい方の値Δｈ_maxに対応する。 従って、設定値から最も大きいズレに対応する差のみが考慮される） 号は上記２つの調節方法の間を除々に移行するように計算 αは下記で計算される： 上記計算結果に基づき、調節器24と調節手段15とが設定値16と組み合わせ装置 の出す信号で与えられる架空高さとの間のズレを補正するように湯止棒14を移動 させる。次に、ｔ＋Δｔ時（但し、Δｔは例えば0.1秒に等しい）に操作を繰り 返して、鋳型内の液体金属の高さをほぼ連続的に調節する。 例えば、設定高さ16が２つのセンサ17、18からの距離ｈ＝75ミリメートルであ り、diff _max＝１mmかつdiff _min＝５mmであるとすると、以下のようになる： a）センサ17がｈ₁＝70mmを、また、センサ18がｈ₂＝79mmを測定した場合、（ｈ₁ −ｈ）＝−５mm、（ｈ₂−ｈ）＝ 0.5mmはdiff_minより小さいので、調節器24は調節装置15 mmを補正する信号を送る。この場合、Δｈ_maxの値（−５mmは考慮されない。 b）センサ17がｈ₁＝70mmを、また、センサ18がｈ₂＝91mmを測定した時には、（ ｈ₁−ｈ）＝−５mm、（ｈ₂−ｈ）＝ 調節器24は制御装置15に湯止棒14を作動させて設定高さ16からのずれΔｈ_max＝ ＋16mmを補正する信号を送る。 c）センサ17がｈ₁＝70mmを、また、センサ18がｈ₂＝85mmを測定した場合には、 （ｈ₁−ｈ）＝−５mm、（ｈ₂−ｈ） の間にあるので、α＝（2.5−１）/（5-1）＝0.375を計算する必要がある。この 場合には、調節24は調節装置15に湯止棒14を作動させて設定高さ16からズレ：α Δｈ_max＋（１−α）Ｍ＝0.375×10＋（１−0.375）×2.5＝5.3mmを補正正する 信号を送る。 上記センサ17、18からの信号の組合せ方法は単なる１実施例であり、他の方法 を用いるさともできる。また、条件付け・組み合わせ操作のパラメータとして挙 げた数値は単なる例に過ぎず、得られる製品の品質に応じて鋳造機械の各局所的 条件から調節しなければならない。 他の実施例として、センサ17、18から来る信号の処理前のデジタル化操作を無 くして純粋なアナログ手段で信号の条件付けと組合せを行うこともできる。しか し、この場合には上記と同じ精度で調節することはできない。特に、条件付け装 置では禁止帯の幅とフィルタのカットオフ周波数、また、組み合わせ装置ではパ ラメータdiff_minとdiff_max等の各種パラメータを迅速に変更することはできない 。 また、メニスカスからの距離に応じて電気信号を出力するフーコー電流センサ 以外の任意の形式のセンサを使用することができる。さらに、メニスカスの高さ の不規則性の検出精度をさらに良くする必要がある場合には、鋳型の幅全体に対 を成す複数のセンサを配置することもできる。本発明装置はブルームやビレット を鋳造するために正方形の鋳型でも使用することができる。また、タンディッシ ュを離れる液体鋼の流量を湯止棒14以外の手段、例えば滑り弁を有するノズルで 調節する形式の連続鋳造機に上記の調節装置を使用きるということは明らかであ る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルタン，ジャン−フランソワ フランス国 57000 メッツ リュ ドゥ ラ グランド―アルメ ２ (72)発明者 ナディフ，ミシェル フランス国 57070 メッツ リュ ジョ ルジュ デュクロク 87ビス (72)発明者 ベクレ，ディディエ フランス国 54150 ラントフォンテーヌ リュ ドゥ ヴェルダン ２ (72)発明者 デュセ，エルヴェ フランス国 57000 メッツ アヴニュ ドゥ ストラスブール 125 (72)発明者 ムシェット，アラン フランス国 57210 スムクール リュ デ パヴィヨン ４ (72)発明者 トマルデル，オディーユ フランス国 57070 メッツ アヴニュ ドゥ ストラスブール 41

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．メニスカス上に配置された少なくとも１対のセンサの出すセンサとメニスカ スとの間の距離（h₁，h₂）の関数である電気信号を取り、これらの２つの信号を 組み合せてメニスカスの架空高さを示す単一の信号とし、この信号を鋳型に流入 する金属の流量調節具の制御手段へ送り、この制御手段はメニスカスの架空高さ を所定の設定値（h）にするように流量調節具を駆動する、金属の連続鋳造機械 の鋳型内で液体金属のメニスカスの高さを調節する方法において、 閾値（F）より大きい周波数と閾値（D）より小さい振幅とを同時に有する振動 を除去するようにセンサから来る各信号を処理することを特徴とする方法。 ２．センサの出す２つの信号を組み合せる際に、 計算し、 diff_min＜diff_max）と比較し、 −ｈ）］の絶対値より高い値（Δｈ_max）に等しいとし、 ＋（１−α）Ｍに等しいとする （但し、αは ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．センサから来る信号をデジタル化し、デジタル化した信号で調節・組み合せ 操作を行う請求項１または２に記載の方法。 ４．閾値（F）が0.02Hzに等しい請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。 ５．閾値（D）が３mmに等しい請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。 ６．メニスカス（13）上に配置された少なくとも１対のセンサを有し、各センサ （17，18）はメニスカス（13）からの距離（h₁，h₂）を表す信号を出力し、これ らの信号を組合せてメニスカスの架空レベルを示す単一の信号を鋳型に流入する 液体金属流の調節具（14）の制御手段（24，15）に送る、金属の連続鋳造機械の 鋳型（5）内の液体金属のメニスカス（13）の高さを調節するための装置におい て、 信号を組み合わせる前に各信号を条件付けし、従って、閾値（Ｆ）より大きい 周波数と閾値（Ｄ）より小さい振幅の両方を有する波動をそこから除去する手段 （21、22）を備えることを特徴とする装置。 ７．センサ（17，18）の出力信号をデジタル化する手段（19，20）を有し、信号 の条件付け・組合せ手段（21，22，23）がデジタル処理手段である請求項６に記 載の装置。 ８．センサ（17，18）がフーコー電流センサである請求項６または７に記載の装 置。