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発明の名称 金属ストリップ鋳造方法及び装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−263758
公開日 平成10年(1998)10月6日
出願番号 特願平10−72058
出願日 平成10年(1998)3月20日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】山田 恒光 (外1名)
発明者 ウォルター ブレッジ / クリスチャン バーロウ
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 間にロール間隙を形成する一対の冷却された鋳造ロール間に、金属流入制御弁を有する金属供給システムを介して溶融金属を導入し、鋳造ロール上に支持されロール間隙端で溜め区画端閉鎖部材により区画された鋳造溜めを形成し、鋳造ロールを回転させることによりロール間隙から下方に供給される凝固ストリップを鋳造する金属ストリップ鋳造方法において、鋳造溜めを満たして所望の操業レベルに近づける金属鋳造開始時に、予定の瞬時溜め高さ値に対する実際の瞬時溜め高さ測定値の変動に応じて鋳造ロール速度を変更することにより溜め高さの上がりを制御して溜め高さを所望のレベルに近づけ、その後、所望のロール速度に対する瞬時ロール速度計測値の変動により金属流入制御弁を調節して鋳造溜めへ流入する溶融金属流入流を制御して、所望溜め高さ及びロール速度値の所定許容範囲内に瞬時溜め高さ計測値及び瞬時ロール速度計測値を収められるようにしたことを特徴とする金属ストリップ鋳造方法。
【請求項2】 鋳造溜めを満たして所望のレベルに近づける金属鋳造開始時に、所望の鋳造溜め充填パターンに対応した所定の制御シーケンスで金属流入制御弁を作動させる、請求項1に記載の金属ストリップ鋳造方法。
【請求項3】 予定の瞬時溜め高さ値が所望溜め充填パターンにより決められる、請求項2に記載の金属ストリップ鋳造方法。
【請求項4】 所望の溜め充填パターンが、溜め高さが所望溜め高さへと漸次増加するパターンである、請求項2又は3に記載の金属ストリップ鋳造方法。
【請求項5】 初期の溜め充填期の後で金属流入制御弁を瞬時溜め高さ計測値に応じて調節し、それと同時にロール速度も瞬時高さ計測値に応じて変化させて溜め高さとロール速度を所定範囲内に維持してほぼ定常状態の鋳造状態を維持する、請求項1乃至4のいずれかに記載の金属ストリップ鋳造方法。
【請求項6】 間にロール間隙を形成する一対の平行な鋳造ロールと、ロール間隙に溶融金属を供給して、ロール間隙上方に支持される溶融金属の鋳造溜めを形成する金属供給システムであって、鋳造溜めへの金属流を制御可能な金属流入制御弁を含む金属供給システムと、対の鋳造ロールの各端に各々配した一対の溜め区画端閉鎖部材と、鋳造ロールを相反方向に回転させて凝固ストリップをロール間隙から下方に供給するロール駆動手段と、鋳造溜めの高さを監視して溜め高さ計測値信号を発する溜め高さセンサと、鋳造ロール速度を監視してロール速度計測値信号を発するロール速度センサと、前記溜め高さ計測値信号と前記ロール速度計測値信号を受け、これらの信号に応じて金属流入制御弁と鋳造ロール駆動手段の作動を制御するプロセス制御装置とから構成され、鋳造溜めを所望のレベルに満たす金属鋳造開始時に、予定瞬時溜め高さ値からの実際の瞬時溜め高さ計測値の変動に応じてロール速度を変化させて溜め高さの上がりを制御して溜め高さを所定レベルに近づけるように、プロセス制御装置が作動することを特徴とする金属ストリップ鋳造装置。
【請求項7】 所望鋳造溜め充填シーケンスに対応した所定制御シーケンスで金属流入制御弁を作動させるようプロセス制御装置を予め条件付け可能である、請求項6に記載の金属ストリップ鋳造装置。
【請求項8】 予定の瞬時溜め高さ値が所望溜め充填パターンによって決められる、請求項7に記載の金属ストリップ鋳造装置。
【請求項9】 所望の溜め充填パターンが、溜め高さが所望溜め高さへと漸次増加するパターンである、請求項7又は8に記載の金属ストリップ鋳造装置。
【請求項10】 溜め高さが所定レベルに近づいた又は到達した後に、最適ロール速度値からの瞬間ロール速度計測値の変動を演算して金属流入制御弁とロール速度手段の両方をこれらの演算に応じて調節して溜め高さ計測値とロール速度計測値を、所望の溜め高さ値及びロール速度値の所定の許容範囲内に収めるようプロセス制御装置が作動する、請求項6乃至9のいずれかに記載の金属ストリップ鋳造装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は金属ストリップ鋳造方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】双ロール鋳造装置で金属ストリップを鋳造することが公知である。相反方向に回転する一対の水平鋳造ロール間に溶融金属を導入し、動いているロール表面上で金属殻を凝固させ、ロール間隙にてそれら金属殻を合体させ、凝固ストリップ品としてロール間隙から下方ヘ送給する。本明細書では、「ロール間隙」という語はロール同士が最接近する領域全般を指すものとする。溶融金属は取鍋から1つ又は一連の小容器へと注がれ、更にはそこからロール間隙上方に位置した金属供給ノズルに流れてロール間隙へと向かい、その結果、ロール間隙直上のロール鋳造表面に支持される溶融金属の鋳造溜めを形成することができる。この鋳造溜めの端は、ロール端面に摺動係合して保持される側部堰又は側部プレートで構成できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】双ロール鋳造は、冷却によって急速に凝固する非鉄系金属にはある程度の成功をおさめているが、凝固温度が高く、冷却されたロール鋳造表面での不均一な凝固により欠陥の生じやすい鉄系金属の鋳造技術に適用するにはいろいろ問題がある。鉄系ストリップの鋳造では、鋳造ロール幅方向において所要の金属流分布を維持することが特に重要であり、欠陥は所要金属流分布が少し変動することによって生じ得る。従って、鋳造溜め高さと鋳造速度を非常に正確に制御することによって定常状態を達成することが重要である。従来は、最適溜め高さを維持するために、鋳造溜め高さを連続的に監視し、溜め高さ計測値に応じて流れ制御弁を操作することにより金属供給ノズルへ供給される金属流を制御することが提案されていた。この種の装置は出願人のオーストラリア特許第642049号に開示されており、この特許には適宜の金属流制御弁の構成及び操作が充分に開示されている。
【0004】溜め高さ計測値に応じて金属供給ノズルへ流入する金属流を制御することによって、定常状態での鋳造状態で溜め高さを正確に制御することが可能である。しかしながら、この種の制御では、鋳造溜めを造って作動レベルに充填する初期開始時に均一な冷却と凝固を確立するという問題の処理が不充分である。均一な冷却と凝固を非常に急速に達成することは、連続鋳造を開始してから定常状態の鋳造を確立して最適状態で鋳造が進むようにするために重要である。これらの要件を満たすためには、鋳造溜めへの充填を非常に急速に、しかも制御しつつ行い、制御充填速度をはみださないようにして、開始条件のもとで一貫したストリップ凝固及び形成を可能にしなければならない。
【0005】1つ考えられる開始時テクニックとしては、開始期間に予定の溜め高さの上がりを生み出すよう設計された所定の流入制御シーケンスで金属流入制御弁を単に操作するということがある。即ち、金属流入制御弁を開放状態から段階的により閉じられた状態へとすることにより、所要高さに近づくにつれて溜め高さの増加率を減らすことができる。しかしながら、ロールや鋳造溜めの状態は開始時には非常に急速に変動し得、これらの変動は正確には予想できないので上がっていく溜め高さは予定された所望の開始パターンから常に逸れがちである。金属流入制御弁の設定変更とそれによる鋳造溜めへの効果との間には時間的な遅れがあるため、実際の溜め測定値に応じて金属流入制御弁を動かすことよって斯かる変動を制御するのは不可能である。
【0006】本発明は、二段階の開始手順を提供することによりこの問題を処理している。第一段、即ち、初期開始時には、溜め充填中の溜め高さの上がりが瞬時溜め高さ測定値に応じて鋳造ロールの回転速度を変化させることにより制御される。ロール速度変動を変化させることにより溜め高さを非常に急速に変動させることができ、所定シーケンスでの金属流入制御弁の操作と組み合わせてロール速度を制御することにより溜め高さの上がりを正確に制御して所要パターンに合わせることが可能であることが判明した。この初期開始操作では、ロール速度が定常状態鋳造の所望最適速度から外れていてよい。第二段である移行段では、ロール速度が所望最適速度から外れていることを利用して金属流入制御弁の調節を引き起こし、ロール速度が所望の速度範囲内に収まることができるようにしている。いったん所望の溜め高さ及び最適ロール速度範囲内になれば、本発明により定常状態の制御が提供されて、溜め高さ変動が金属流入制御弁により直接調節され、ロール速度が瞬時溜め高さに応じて制御される。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、間にロール間隙を形成する一対の冷却された鋳造ロール間に、金属流入制御弁を有する金属供給システムを介して溶融金属を導入し、鋳造ロール上に支持されロール間隙端で溜め区画端閉鎖部材により区画された鋳造溜めを形成し、鋳造ロールを回転させることによりロール間隙から下方に供給される凝固ストリップを鋳造する金属ストリップ鋳造方法において、鋳造溜めを満たして所望の操業レベルに近づける金属鋳造開始時に、予定の瞬時溜め高さ値に対する実際の瞬時溜め高さ測定値の変動に応じて鋳造ロール速度を変更することにより溜め高さの上がりを制御して溜め高さを所望のレベルに近づけ、その後、所望のロール速度に対する瞬時ロール速度計測値の変動により金属流入制御弁を調節して鋳造溜めへ流入する溶融金属流入流を制御して、所望溜め高さ及びロール速度値の所定許容範囲内に瞬時溜め高さ計測値及び瞬時ロール速度計測値を収められるようにしたことを特徴とする金属ストリップ鋳造方法が提供される。
【0008】好ましくは、その後に、金属流入制御弁が瞬時溜め高さ測定値に応じて調節され、同時にロール速度がこれら測定値に応じて変えられて溜め高さとロール速度を、ほぼ定常状態の鋳造状態を維持する所定範囲内に維持される。
【0009】本発明は更に、間にロール間隙を形成する一対の平行な鋳造ロールと、ロール間隙に溶融金属を供給して、ロール間隙上方に支持される溶融金属の鋳造溜めを形成する金属供給システムであって、鋳造溜めへの金属流を制御可能な金属流入制御弁を含む金属供給システムと、対の鋳造ロールの各端に各々配した一対の溜め区画端閉鎖部材と、鋳造ロールを相反方向に回転させて凝固ストリップをロール間隙から下方に供給するロール駆動手段と、鋳造溜めの高さを監視して溜め高さ計測値信号を発する溜め高さセンサと、鋳造ロール速度を監視してロール速度計測値信号を発するロール速度センサと、前記溜め高さ計測値信号と前記ロール速度計測値信号を受け、これらの信号に応じて金属流入制御弁と鋳造ロール駆動手段の作動を制御するプロセス制御装置とから構成され、鋳造溜めを所望のレベルに満たす金属鋳造開始時に、予定瞬時溜め高さ値からの実際の瞬時溜め高さ計測値の変動に応じてロール速度を変化させて溜め高さの上がりを制御して溜め高さを所定レベルに近づけるように、プロセス制御装置が作動することを特徴とする金属ストリップ鋳造装置を提供する。
【0010】好ましくは、その後、最適ロール速度値からの瞬間ロール速度計測値の変動を演算して金属流入制御弁とロール速度手段の両方をこれらの演算に応じて調節して溜め高さ計測値とロール速度計測値を、所望の溜め高さ値及びロール速度値の所定の許容範囲内に収めるようプロセス制御装置が作動する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ更に詳細に説明する。
【0012】図1に示した鋳造装置は、工場床12から立上がる主機械フレーム11により構成される。主機械フレーム11により支持される鋳造ロール台車13は組立ステーションと鋳造ステーションとの間を水平に移動可能である。鋳造ロール台車13の担持する一対の平行な鋳造ロール16がロール間隙を形成し、ロール間隙には溶融金属鋳造溜めが形成され、鋳造ロール16端に(図示しない)2枚の側部堰が摺動係合保持される。
【0013】鋳造作業では、溶融金属が取鍋17からタンディッシュ18、供給分配器19a及び金属供給ノズル19bを介して鋳造溜めへと供給される。タンディッシュ18、供給分配器19a、金属供給ノズル19b及び側部堰は、鋳造ロール台車13上に組立てられる前に、適宜の予熱炉で全て1000℃以上の温度に予熱される。これら構成部品を予熱して鋳造ロール台車13上へと移動させる仕方はアメリカ特許第5,184,668号に詳述されている。
【0014】鋳造ロール16は水冷されるので、鋳造溜めに送給される溶融金属は、動いている鋳造ロール16の表面上で金属殻として凝固し、金属殻がロール間隙で一体になってロール出口で凝固ストリップ品20が生み出される。この凝固ストリップ品20はランアウトテーブル21へ送給され、更に標準コイラへ送られる。主機械フレーム11上に鋳造ステーションに隣接して受け部23が取付けられ、鋳造作業中に大きな故障が発生した場合に溶融金属を供給分配器19aの溢流口25を介してこの受け部23へと分岐させることができる。
【0015】タンディッシュ18には蓋32が取付けられ、タンディッシュ18の床部は図2に示すように左側が段24になってタンディッシュ18底部に窪み又は井戸部26が形成される。溶融金属が取鍋17から取鍋出口ノズル37及びスライドゲート弁38を介してタンディッシュ18右端に導入される。井戸部26底部にはタンディッシュ18床部の出口40があり、溶融金属がタンディッシュ18から出口ノズル42を介して供給分配器19a及び金属供給ノズル19bへと流下できる。タンディッシュ18にはストッパロッド46及びスライドゲート弁47が取付けられて、出口40を選択的に開閉して出口40を通る金属流が有効に制御される。
【0016】図示した装置の操業時には、金属供給ノズル19bから供給された溶融金属が鋳造ロール16間のロール間隙上方に溶融金属鋳造溜め81を形成し、この溜めの端はロール端において一対の油圧シリンダ装置の作動によって側部堰を鋳造ロール16の段付端に係合保持することによって構成される。一般に「メニスカスレベル」と呼ばれる溶融金属鋳造溜め81上面は金属供給ノズル19b下端よりも上となり、従って、金属供給ノズル19b下端は鋳造溜めに浸漬し、ノズル出口通路は鋳造溜め上面の下側、即ち、メニスカスレベルの下側に延びる。金属流は、金属供給ノズル19b下部内にメニスカスレベル82よりも高い液頭、即ち、溶融金属溜めを形成する。
【0017】スライドゲート弁47により、タンディッシュ18からの金属流を全閉から全開まで正確に制御できるので、鋳造ロール16のロール間隙への金属流供給を正確に制御できる。
【0018】スライドゲート弁47のアクチュエータシリンダ91は、サーボ制御装置により、図2及び図3に概略的に示されているような制御回路を含む自動のプロセス制御装置100に連接される。図2は、鋳造溜めを満たして最適操業状態へともっていこうとする操業開始時に有効な制御回路を示し、図3はその後に定常鋳造状態を確立するのに有効な回路を示している。
【0019】図2に関し、初期立ち上げ時には、プロセス制御装置100は溜め高さセンサシステム93及びロール速度センサシステム94から入力を受ける。溜め高さセンサシステム93は溶融金属鋳造溜め81の高さを連続的に監視するビデオカメラ95で構成することができ、ロール速度センサシステム94はロール又はロール駆動システムに据付けた適宜の速度センサで構成することができる。
【0020】プロセス制御装置100はロール速度制御装置96を介してロール駆動システムに連接されて鋳造作業全般にわたってロール速度を正確に制御する。プロセス制御装置100は、スライドゲート弁47のアクチュエータシリンダ91に連接された開始制御装置97を含む。自動のプロセス制御装置100はトリガ転送装置98とデータ入力装置99をも含む。開始制御装置97はトリガ転送装置98により指示された場合にのみ作動する。
【0021】所望の溜め充填を開始するために、参考パターンがプロセス制御装置100のデータ入力装置99に入力され、これによりトリガ転送装置98が開始制御装置97を作動させてスライドゲート弁47の一連の動きを計算し、鋳造ロール16に金属を導入し、溜め充填が開始される。実際の溜め高さは溜め高さセンサシステム93により連続的に監視される。時々刻々上昇する実際の溜め高さが所望の溜め充填パターンと比較され、両者の差を用いて制御信号を引き出してロール速度制御装置96を操作することにより鋳造ロール16の速度を変えて、溜め高さを所望の溜め充填参考パターンに合わせる。
【0022】図4〜図7は本発明による金属ストリップ鋳造装置の、初期開始時、移行時及びその後の定常状態での操業で得られた実際の結果を示したものである。初期開始時及び移行時は図4及び図5に示されており、図中、110は所望の溜め充填参考パターンを、111はスライドゲート弁47の所定の参考パターンを、112は実際の溜め高さ計測値を、113はスライドゲート弁47の実際の位置を、114は実際のロール速度測定値を示す。
【0023】参考パターン110からの溜め高さの変動に応じてロール速度を制御することにより溜め高さの立ち上がりが制御されて所望の参考パターンに密に合わせることができる。
【0024】溜め高さが所定値に達したら、移行過程が開始されてプロセス制御装置100のトリガ転送装置98が開始制御装置97を調節し、実際のロール速度と、所望ストリップ厚に基づいて所定の接触時間を達成するために選ばれた定常状態用プリセット所望ロール速度との差の演算に応じてスライドゲート弁47を操作し、そして、ロール速度が調節され、スライドゲート弁47が必要に応じて開閉されて、ロール速度と溜め高さの両方が、所望操作レベルの所定の許容範囲内に収められる。この操作段階が図5から図6への移行に見られる。
【0025】この段階でプロセス制御装置100は定常状態制御へと切り替えられて、図3に示すごとき操作が行われる。
【0026】図3に関して、プロセス制御装置100は、スライドゲート弁47に連接されてそれを制御する定常状態溜め制御装置101を含む。プロセス制御装置100はデータ入力装置103も含んでおり、これによりストリップ厚、溜め高さ等の所望鋳造パラメータを受取って所望の接触時間及びロール速度を演算して所望の鋳造パラメータを達成する。定常状態溜め制御装置101は、参照からの溜め高さ変動に応じて直接にスライドゲート弁47を操作し、ロール速度を制御して所望の接触時間を達成する。この操作では、定常状態溜め制御装置101とロール速度制御装置96の両方は、溜め高さセンサシステム93からの溜め高さ計測値に応じて作動し、溜め高さとロール速度を、図6及び図7に示されるような、データ入力装置103を介して入力される所定溜め高さ及びストリップ厚の初期設定により決まる最適値の所定の許容範囲内に維持する。
【0027】適宜のフィルタを溜め高さ・ロール速度センサシステムに組み入れて、鋳造作業中に生じ得る非常に短期の変動をふるい落とす。このフィルタシステムは20マイクロセカンド台の連続時間域にわたる測定帯域を持ち、いくつかの連続帯域にわたる瞬間値を平均化する。
【0028】尚、本発明の金属ストリップ鋳造方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属ストリップ鋳造方法及び装置によれば、第一段である金属鋳造の初期開始時には、瞬時溜め高さ測定値に応じて鋳造ロールの回転速度を変化させることにより、溜め充填中の溜め高さの上がりを急速に制御することができ、所定シーケンスでの金属流入制御弁の操作と組み合わせてロール速度を制御することにより溜め高さの上がりを正確に制御して所要パターンに合わせることができ、第二段である移行段では、ロール速度が所望最適速度から外れていることを利用して金属流入制御弁の調節を引き起こし、ロール速度を所望の速度範囲内に収めることができ、いったん所望の溜め高さ及び最適ロール速度範囲内になれば、定常状態の制御が提供されて、溜め高さ変動を金属流入制御弁により直接調節し、ロール速度を瞬時溜め高さに応じて制御できるという優れた効果を奏し得る。




 

 


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