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    公开号:WO1989011362A1
    申请号:PCT/JP1989/000493
    申请日:1989-05-16
    公开日:1989-11-30
    发明作者:Keisuke Fujisaki；Hideyuki Misumi；Junichi Nakagawa；Akira Hashimoto；Hidetoshi Yuyama；Noriyuki Kanai；Katsuhiro Maeda；Tsuyoshi Okada；Azumi Inaba；Shigeki Kashio；Atsuhiro Tokuda；Shiro Sukenari；Michiaki Kikunaga
    申请人:Nippon Steel Corporation；
    IPC主号:B22D41-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 高速型薄肉連続錶造機の注入装置および注入制御方法 技術分野
    [0002] 本発明は、 薄肉铸片を高速度で連続寿造する高速型薄肉連 続踌造機において、 溶融金属を鐯型へ注入するための注入装 置と注入量の制御方法に関する。
    [0003] この種の装置によると、 例えば肉厚が 4 0 議程度の薄肉鐧 板が溶鋼から直接製造できるために、 鋼板の製造工程が大幅 に合理化される。 しかし鋼板が薄肉であるため生産性 （ ト ン ノ時間） を上げるには铸片を高速度で引き抜く 事が必要とな ¾。
    [0004] 本発明は、 この様な高速度で錶造を行う薄肉連続铸造機に おいて鐯型へ溶融金属を注入するための注入装置及び注入量 の制御方法に関する。 背景技術
    [0005] 一般に連続寿造設備においては、 铸片の品質特に表面疵の 安定化のためあるいは極端な場合には溶融金属が铸型から溢 れて設備が損壊されるこ とを防止するために、 铸型内の湯面 レベルを一定に保つことが重要である。 そのために一般の連 続錶造設備では、 铸型内の湯面レベルを電磁誘導の原理を利 用したセンサ等の湯面セ ンサで検知し、 それに基いてタ ンデ ■< ッ シュ底部を塞ぐス ト ッパを上下するかあるいはスラ ィ ィ ングノ ズルを開閉して注入量を調節することによつて湯面 レベルの制御が行なわれている。
    [0006] 前述した薄肉連続鐃造設備では、 鐃型の断面積が小さいた め、 一般の連続錶造設備に匹敵する生産量を達成するために は、 前 ϋした様に鐃片の引き抜き速度を一般の連続鐃造機の
    [0007] 5〜 1 0倍に上げてやる必要がある。 そうすると、 鏵型内の 湯面レベルの変動が高周波でかつ激し く なるので、 高応答性 の装置を用いてこれを制御してやらなければならない。
    [0008] したがって本発明が意図するところの高速型薄肉連続鐃造 機を実現するためには、 通常使用されている湯面セ ンサおよ び注入量調節装置よりもはるかに応答の速い湯面検出手段お よび注入量調節手段を開発することが要求される。
    [0009] このうち、 応答の速い湯面検出手段については種々提案さ れている （例えば特公昭 62 - 52663号公報記載の感光性素子に よる湯面検出等） 。 また、 応答の速い注入量調節手段として は電磁力の原理を応用したものが有望である。
    [0010] 現在、 電磁力利用の注入量調節手段には、 直流磁場 （電磁 ブレーキ） 方式、 通電方式 （強制直流電流 +直流磁場） 、 リ ニァモータ （交流進行磁場） の 3種類が知られている。 そこ で、 本発明者はその 3者の諸特性を実験、 理論計算および文 献等を通して把握し、 比較した結果、 リ ニアモータが薄肉連 続鐃遣機の注入装置に最も望ましいことを見い出した。
    [0011] その選定理由として例えば直流磁場方式には、 溶融金属に 加速力を与えられず、 かつ加熱特性が不充分な点があり、 通 電方式には装置が大型化し、 搆造が複雑となり、 現場作業と の干渉性が高く、 かつ安全性の面も懸念される点がある。 早速、 先行技術を調査した所、 リ ニアモータ の連続寿造機 への適用を提示するものとして、 実公昭 44 - 17619号公報があ り、 それは、 タ ンディ ッ シュを 2つの槽に分け、 その槽間に リ ニァモータを配置してノ ズル直上の槽の湯面レベルを一定 に調整する技術を開示するものである。 しかしこのシステム では、 リ ニアモータで注入量を調節した後、 ノ ズル直上の槽 を経て铸型へ注入されるので、 応答性は決して良好ではない, この様な構成をとらざるを得なかったのは次の様な理由によ るものと推察される。 すなわち、 通常の断面が円形のノ ズル に設置したのでは電磁力の作用効率が大き く ないので充分な 制御ができないためと推察される。
    [0012] それでも高応答性をもつ注入量調節手段は、 技術者にとつ て捨てがたい夢であるので、 通常 （円形） ノ ズルとリ ニアモ —タを組み合わせたものに特開昭 60 - 99458号の発明がある。 その先行技術は電磁力を増強させることを狙って、 円形ノ ズ ルの側面に常電導コイルと超電導コィ ルをそれらの磁束が、 相互に干渉しないように上下に配置するものである。 所が、 その先行技術にはノ ズルを長く しなければならないことおよ び超電導現象を維持するための極低温 （金属材は 4 以下、 セ ラ ミ ッ クスは 100 °K以下） を維持することは困難に近いと いう課題等がある。
    [0013] 従って、 薄肉連続鐯造機へのリ ニアモータの適用は、 現在 の所またアイ ディ ア段階にとどま っているようである。 なぜ なら、 実用化に成功した情報を聞かないばかりでな く 、 化をめざして開発中との情報も知らない。 リニアモータを薄 肉連繞鐃造機の注入装置に適用するに際しての課題は一言で 言えば、 実用的なリニアモータ装置の開発である。 その具体 的な検討点としての第 1課題は、 溶融金属に作用する電磁力 の効率向上である。
    [0014] その効率が向上すると、 リ ニァモータの寸法が小型化され、 電源容量も小さ く でき、 結果的に注入ノ ズルの長さも短尺化 できて、 ノ ズル製造歩留り も向上する。
    [0015] 電磁力の効率向上を達成する手段について、 本発明者が理 論計箕ゃ実験を橾り返レて検 した所、 次の知見を得ること ができた。
    [0016] A . 注入ノ ズルの側面に配置する リ ニァモータ間の間隙を小
    [0017] —さ くすると効率が向-上する。
    [0018] B„ 電磁力現象である緣効果の影響を小さ く する為には、 リ ニァモータの幅方向でのノ ズル内壁間寸法を大き くする と効率が向上する。
    [0019] 以上の知見に基づいて、 本発明者が工夫をした結果、 リ ニ ァモータ用の注入ノ ズルは偏平な形状あるいは矩形にして、 一対のリ ユアモータ間の距離を偏平ノ ズルの短辺寸法に狭め ると共に、 凝効果が起きる方向を偏平ノ ズルの長辺寸法に広 げるように配置するのが最も望ましいことを見い出した。 一方、 リ ニアモータ用としてではないが俗称フラ ッ ト （偏 平） ノ ズルと呼ばれる断面形状が偏平あるいは矩形のものが 特開昭 60 - 12264号にその一例が開示されている。
    [0020] 所が前述の偏平ノ ズルとリ ニァモータの組合せを薄肉連镜 铸造機の注入装置に適用してみた所、 まだ改良すべき点がい く つか残されている。 その第 1 には電源容量の問題である。 偏平ノ ズルには一定の強度が要求されるのでそれは所定の厚 みを有しており、 そのためリ ユアモータとノ ズル内の溶鋼と の距離すなわち空隙が大き く 、 漏れリ アクタ ンスが大きいの で無効電力が大き く なる。
    [0021] 第 2には縁効果の問題である。 長辺方向、 すなわち磁界の 方向および溶融金属の注入方向の双方に垂直な方向における 電磁力の分布は一様でな く 、 中央部において最大で緣部では 極端に小さ く なる。 したがって緣部付近の溶融金属の流れに ついては充分な制御ができないのが現状であった。
    [0022] また、 リ ニアモータは電磁力の作用ばかりでな く加熱の効 果も有している。 連繞鐯造設備においてこの効果の利用が期 ί寺される。
    [0023] その第 1 の問題である電源容量について本発明者は色々検 討した結果、 無効電力を抑制するこ とはつまり力率を改善す ることであり、 それに対する対策として力率改善コ ンデンサ ーを リ ニァ.モータの近く に配置する こ とが最も望ま しいこ と を見い出した。 従って、 薄肉連続铸造機の注入装置にリ ニア モータを適用する場合、 偏平ノ ズルと力率改善コ ンデンサは 必須の構成要件となる。
    [0024] そしてその場合に、 リ ニアモータから溶融金属への作用力 を調整するには力率改善コ ンデンザの効果を維持する為に-、 周波数を変えないで電流あるいは電圧を調整するのを主体と する。 ただし、 周波数を変えざるを得ない場合にはカ率コ ン デンサの容量をその周波数に沿って変更するのが望ま しい。 その第 2の問題である縁効果について本発明者は後述する ようにその発生メ 力二ズムを考慮して偏平ノ ズルを工夫する ことで解決した。 ただし、 この工夫ば構成要件上必須ではな く、 加える方が望ましいものである。
    [0025] また、 リニアモータから作用力と加熱を同時に発生させる には、 後述するように次の 2つの方法が適切であることを本 発明者は見い出した。
    [0026] 第 1 の方法ばリ ニァモータからの作用力と加熱を溶融金属 に与える場合であり、 リニァモータへの供給電力の厨波数と 電流 （または電圧） を特定の条件に従って決定することであ る。 この場合、 力率改善コ ンデンサ容量は切換スィ-ツチによ り可変にすることになる。
    [0027] 第 2の方法は作用力を溶融金属に、 そして加熱をノ ズル材 料に与える場合であり、 リ ニアモータへの供給電力に異なる 複数の周波数を重畳することである。 この詳細は後述する- 発明の開示
    [0028] したがって本発明の主たる目的は、 偏平ノ ズルに近接して 設置されたリ ニアモータを具備する注入装置であって、 前述 の問題点を解決して効率良くかつ高応答な注入量の制御をす ることの可能な高速型薄肉連続鐯造機の小電力容量で実用的 な注入装置を提供することにある。
    [0029] さらに本発明の付随的な目的は、 リ ニァモータによる加熱 の效果を有効に利用した高速型蔼 違繞 ϋ造機の注入装置を 提供するこ とにある。
    [0030] また本発明のさ らに別な目的は前述の注入装置において溶 融金属の注入量の制御方法を提供することにある。
    [0031] 前述の主たる目的は、 X方向の短辺より も Y方向の長辺が 広く Z方向に延びる偏平ノ ズルを介して、 タ ンディ ッ シュよ り溶融金属を鐯型内に注入する高速型薄肉連続铸造機の注入 装置において、
    [0032] 該偏平ノ ズルの長辺を挟んで配置され、 長辺に沿って z方 向に電磁移送力を発生する リ ニアモータと、
    [0033] 前記リ ニアモータに電磁移送力発生用の所定周波数、 所定 の電圧また.は電流を与えるための電源装置と、
    [0034] 前記電源装置と前記リ ニアモータの間の電気ライ ンに接続 された、 リ ニアモータ力率改善用のコ ンデンサとを具備する ことを特徴とする高速型薄肉連続铸造機の注入装置によつて 達成される。
    [0035] 前述の装置はさ らに前記電源装置と前記リ ニァモータとの 間に設けられ、 該リ ユアモータに供給される電圧と電流の少 な く とも一方を調整して前記偏平ノ ズル内の溶融金属への z 方向の加、 減速力を調整する電力調整手段を具備するこ とが 好適である。
    [0036] さ らに前述の装置において前記偏平ノ ズルの短辺側の内壁 が前記溶融金属に耐久性のある導電性物質である こ とが好適 である。
    [0037] 前記主目的と同時に前述の付随的な目的を達成するのは-、 前述の装置にさ らに溶鐲の温度を検出する温度検出手段と、 前記レ ベル検出手段と該温度検出手段とからの信号でリ 二 ァモータが溶鋼へ供給すべき熱量 Qとリ ニアモータが溶鋼に 作用すべき力 Pを算岀し更に該 Q及び Pを用い および K 2 を定数として式
    [0038] f = K i i Q. )
    [0039] および式 i = K 2 (ノ Ρ ' ノ Q ) でそれぞれ算出される周波数 f および電流 i を算出する演算 装置と、
    [0040] 該演箕装置の指令に従って商用電源を周波数 ί およ.び電流 i の電力に変換してリ ニァモータへ供給する電力変換装置と を具備する装置である。
    [0041] 前逑のさらに別な目的は最初の述べた装置において前記リ ニァモニタへ供給される電圧と電流の少な く とも一方を調整 し T前記偏平ノ ズルから鐃型への注入量を制御する方法によ り達成される。
    [0042] 以下添付図面を参照して本発明をさ らに詳'細に説明する。 図面の簡単な説明
    [0043] 第 1図は本発明が適用される垂直型薄肉連続鐯造機全体の 外観の概要を表わす図、
    [0044] 第 2図は本発明に係る注入装置の第 1 の実施例の構成を表 わす図、
    [0045] 第 3図は偏平ノ ズルぉよびリ ユアモータの部分の ¾£大図、 第 4図は第 2図の装置に多少の変形を加えた装置の横断面 図、
    [0046] 第 5図は第 2図の装置に別な多少の変形を加えた装置の縦 断面図、
    [0047] 第 6 a図および第 6 b図は第 2図の装置内のマイ ク ロ コ ン ピュータ 3 0 の処理のフローチ ヤ一ト、
    [0048] 第 7図は本発明に係る注入装置の第 2 の実施例を表わす図, 第 8図は本発明に係る注入装置の第 3 の実施例を表わす図- 第 9図は第 8図の装置における低周波電力 Lおよび高周波 電力 H の周波数分布を表わす図、
    [0049] 第 1 0図は電力の周波数 ί と浸透深さ 5の関係を表わす図、 第 1 1図は本発明に係る注入装置の第 4 の実施例を表わす 図、 .
    [0050] 第 1 2図は本発明に係る注入装置の第 5 の実施例を表わす 図、
    [0051] 第 1 3図は.本発明に係る注入装置における偏平ノ ズルの断 面の状態を表わす図、
    [0052] 第 14 a図は従来技術における ί彖効果を説明するための図、 第 14 b図は本発明に係る装置における縁効果の改善を説明 するための図、
    [0053] 第 1 5図は本発明に係る注入装置の第 6 の実施例を表わす 図、
    [0054] 第 1 6図は第 1 5図の装置における制御を表わすプロ ッ ク 線図、
    [0055] 第 1 7図は本発明に係る注入装置の第 7 の実施例を表わす 第 1 8図ばリニアモータによる制御とスライディ ングノ ズ ルによる制御の応答性を表わす図、 ' 第 1 9図は様々な鐯遣速度における応答性を表わす図、 第 2 0図は本発明に係る注入装置における流量制御の実験 結果を表わす図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0056] 第 1図は本発明が適用される薄肉連続錶造機全体の外観の 概要を表わす図であり、 第 2図は本発明に係る注入装置の構 成を表わす図である。
    [0057] タンディ ッ シュ 1 の溶融金属 2 は、 X方向に狭く その X方 向に垂直な Y方向に広い幅の、 断面がほぼ矩形の偏平ノ ズル 3を通して鐯型に注入される。 鏡型は、 この実施例では、 双 ベル ト鐃型であり、 偏平ノ ズル 3 の長辺の幅 （ Y方向） より も広い幅の、 ノ ズル 3を間にして対向する 2つの鐃造ベル ト 4 (第 1図では手前の鐯造ベル トのみ図示） と、 偏平ノ ズル 3 の短辺の幅 （ X方向） より も広い厚みの、 ノ ズル 3を間に して対向する 2つの移動短辺 1 3で構成されている。
    [0058] なお、 移動短辺 1 3 は、 特願昭 62— 328080号および特願昭 62— 328082号に詳細を提示したものである。
    [0059] 本発明に係る注入装置のすべての実施例において偏平ノ ズ ル 3 の長手方向の向き （ Z方向） は鉛直方向に設計されてい る。 こうするこ とで、 傾斜して設計するより も流速を速く す ることができ、 ノ ズル内に溶鐧を充滴させてリ ユアモークに よる制御を円滑にするこ とが容易となる。 また図示していな いが溶融金属の注入量を調整するス ト ッパあるいはスライデ ングノ ズルが具備されている。
    [0060] 鐯造ベル ト 4 は、 駆動ローラ 5 , 5 ' に張架されている。 駆動ローラ 5 , 5 ' は、 減速機 6を介して直流モータ 7で、 所定速度で回転駆動される。 モータ 7 には指速発電機 （パル ス発信器又はタコゼネレータ） 8が連結されており、 例えば パルス発信器の場合モータ 7 の回転速度に比例した周波数の パルス電圧を発生する。 こ のパルス電圧は、 パルス処理回路
    [0061] 1 1 で、 該周波数に比例する周波数であって、 パルス高およ びパルス幅が一定のパルス信号に変換される。 F Z Vコ ンバ ータ 1 2 は、 該周波数に比例する レベルの電圧 （速度電圧） を発生する。 モータ ドライ ノ 9 は、 モータコ ン ト ローラ 1 0 が与える目標速度 （電圧） 、 Fノ V コ ンバータ 1 2が与える フ ィ 一 ドバッ ク速度 （電圧） およびモータ 7 の電機子電流
    [0062] ( ト ルク ） に基づいて、 モータ 7 の回転速度が目標速度にな るよう に電機子電流を調整する。 これにより、 モータ 7力く、 モータ コ ン ト ローラ 1 0が指定する目標速度で回転する。 す なわちベル ト 4力 目標速度で移動する。
    [0063] 偏平ノ ズル 3 の長辺 （ Y方向） を挟んで、 一対のリ ニアモ
    [0064] —タ 3 A , 3 Bが対向して設置されている。 これらのリ ニア モータ と偏平ノ ズル 3 の関係を第 3図に示す。
    [0065] リ ニアモータ 3 Aおよび 3 Bは、 こ の実施例では、 大略で 3相星形結線の誘導電動機のステータを平面展開した形状で あり、 口ータ （ノ ズル 3内の溶鋼） に対向する磁極間のス口 ッ トに各相コィルが収納されている。 各相コィルに所定位相 関係の 3相交流を印加することにより、 ノ ズル 3内の溶鋼に Z方商で下から上に向かう電磁移送力 （減速力） を発生し、 2相の電気コィルに加える交流電圧を入れ変えることにより、 ノ ズル 3内の溶鐧に Z方向で上から下に向かう電磁移送力
    [0066] (加速力） を発生する。
    [0067] 第 4図は第 2図に表わす装置に多少の変形を加えた装置を リ ニアモータ 3 A , 3 Bの中央部において Z方向に垂直な面 で切断した断面の詳細を表わす図である。 第 5図は第 2図の 装置に別な多少の変形を加えた装置の第 2図と同様な断面図 であるが、 リ ニアモータ 3 A , 3 Bの各相の巻線の状態が詳 細に示されている。 第 4図、 第 5図共に第 1 〜 3図と同一の. 参照番号を付したものは同一の構成要素を表わしている。 - 第 1 〜 3図に戻って、 3相交流電源画路 2 4 の各相出カラ ィ ンには、 各ライ ン毎に、 ヌ叉方向導通制御を行なうサイ リ ス タイ ンバータ 2 3および相順切換回路 2 2を介して、 リ ニア モータ 3 A , '3 Bの各相コィルが接鐃される。 サイ リ スタ ィ ンバータ 2 3 は、 各枏交流電圧の、 リ ニアモータ 3 A , 3 B への印加を、 該交流電圧の正半波および負半波のそれぞれで サイ リ スタ ドライ ノ 2 5 より導通 ト リ ガーパルスを受けたと きに導通し、 交流電圧のゼ口ク ロス点で非導通となるもので ある。
    [0068] リ ニアモータ 3 A > 3 Bの各相コ イ ルと 3相交流の冬相ラ ィ ンとの接続線には、 前記の無効電力を小さ くするため 力 率改善用のコ ンデンサ 2 1が接鐃されている。 この実施例で は、 ノ ズル 3内の溶鐧の渦電流損を少く するために、 3相交 流の周波数は 100〜500Hzの範囲が好ま しいので、 120Hzとし ている。 すなわち、 3相交流電源回路 2 4 は、 3相出力ライ ンのそれぞれに、 位相が互に 120° ずれた 120Hzの交流電圧 を出力する。 リ ニアモータ 3 A十 3 B の電力容量は、 120Hz で 2, 800kVAであり、 コ ンデンサ 2 1 はこれに対応して 2, 800 kVA と している。 従来は、 力率改善用コ ンデンサが無いので、 ィ ンバ一タ 2 3 の所要容量は 2, 800kVA必要であつたが、 上記 コ ンデンサ 2 1 の接続により、 イ ンバータ 2 3 の容量は 1, 200 kVA と、 大幅に小さ く なり、 これが電源設備費を大幅により 一層低く している。
    [0069] このように力率改善コ ンデンサを採用したリ ニアモータは 効率が良く なるので電源容量も小形化できて望ま しいがその 使い方には気をつけねばならない所がある。 それはリ ニァモ —タに供給する周波数を変える と効率も変化するので、 その 周波数は狭い範囲内に納まるようにすべきである。
    [0070] 従って、 リ ニアモータの出力を調整する場合、 一つはその 周波数は固定しておいて、 電流あるいは電圧の少な く とも一 方を操作するかあるいは力率改善コ ンデンサを切換スィ ツチ を介して容量変更して周波数を変更する 2つの方法がある。 本発明者は前者が望ま しいことを知見して採用し、 後者は後 述するような電流と周波数を同時に変更する特殊な場合にの み使うべきと判断している。
    [0071] リ ニアモータ 3 Aの下方には、 湯面レベル （ビデオ力メ ラ 2 8 からの湯面の距離） L d を検出するためのビデォ力メ ラ 2 8が設置されており、 これが、 移動短辺 1 3 の、 湯面が接 する部位の画像を撮像してビデオ信号を信号 理画路 2 9に 与える。 信号処理画路 2 9 は、 力ラー画像データ処理により、 湯面と移動短辺との接線 （移動短辺の内面を撮像した面面で は、 高温色となる所） を切り出して、 その位置が画面の上、 下方向のどの位置にあるかを判定して距離 L d を算出し、 こ れを示すデータをマイ ク ロコ ンピュータ （以下 M P ϋと称す る》 3 0 に与える。 ΜΡϋ 30には、 図示しない上位コ ンビユ ー タ又は操作盤より、 スター ト Ζエン ド信号、 目標注入速度 (ノ ズル 3での速度） V。 を示すデ一.タおよび目標レべル L 。
    [0072] (ビデオ力メ ラ 2 8からの湯面の距離の目標値） が与えられ ると共に、 分周器 3 1 より、 速度を示すパルス （パルス処理 面路 1 1 の出力パルス） を分周したパルスが与えられる。
    [0073] MPU 30は、 目標レベル L。 に対する信号処理面路 2 9が与 える検出レベル L d の偏差 d Lを演算して、 これに基づいて F I制御演箕により、 偏差 d Lを零にするための鐯型内への 溶鐧の注入速度 V i を算岀し、 この速度 を得るためのリ ユアモータ通電電流値を演箕し、 これをサイ リ スタコ ンバー タ 2 3 の導通角 （ォンとする位相角） に変換して、 導通角を 示す電圧 V f をサイ リ スタ ドライノ 2 5 に与える。 サイ リ ス タ ドラ -イ ノ、 2 5 は、 3相のそれぞれにっき、 ゼロク ロス点を 基点に、 交流電圧位相の増大に比例して漸増する電圧を発生 してこれをアナログ電圧 V f と比較して、 前者が後者に達す る ときに ト リ ガ一パルスを発生してコ ンバ一タ 2 3 のサイ リ スタのゲ一 トに印加する。 該サィ リ スタ は、 この ト リ ガ一パ ルスを受ける と導通し次のゼロク ロス点で非導通となる。 第 6 a 図および第 6 b図に MPU 30の制御動作を示す。 まず 第 6 a 図を参照する。 電源が投入される （ステ ップ 1 S ： 以 下、 カ ツ コ内ではステ ップという語を省略） と MPU 30は、 入 出力ポー トを待機状態の信号レベルに設定し、 内部レジスタ カ ウ ンタ、 タイ マー等をク リ ア して、 上位コ ン ピュータ又は 操作盤に 「 レデ ィ 」 信号を与えて、 それから、 制御データ (演算定数、 タ イ ミ ング定数等、 制御上のパラ メ ータを定め るデータ） やスター ト信号が送られて来るのを待つ。 制御デ ータが送られて来る と、 それを読込んで、 所定のレジスタ (内部 R AM ) に書込む （ 2 S , 3 S ) 。
    [0074] スター ト信号が到来する と、 割込 I N Tを許可し （ 4 S ) - タイ マ T。 （時間 Τ。 の時限をとるプログラムタ イ マ） をス ター ト してタイ マ Τ。 のタ イ ムオーバを待つ （ 5 S , 6 S ) c 割込 I N Tを許可したこ とにより、 分周器 3 1 力く 1 パルス を発生する毎に、 MPU 30は、 第 6 b図に示す割込処理を実行 する。 これを説明する と、 分周器 3 1 が 1 パルスを発生する と、 タ イ マ T。 をスター ト （再スター ト ） して （10 S ) 、 MPU 30は湯面検出レベル L d および湯面目標レベル L。 を読 込む （11 S , 12 S ) 。 そして偏差 d Lを演箕し、 これを レジ スタ Acdに書込む （13 S , 14S ) 。 偏差 d Lに比例定数 KP を乗算して レジスタ Ac3に書込む （15 S ) 。 次に、 積算レ ジ ス タ R I 〜 R n のデータを、 R - , のデータを R n に書込み、 R n- 2 のデータを R n- t に書込むとい う 具合に、 一番古い
    [0075] ( R n の：） データを捨てて、 残ったデータを レジスタ R： 〜 R„ に移して （16S〜18S ) 、 空いたレジスタ に、 偏差 ά Lに積分定数 Ki を乗じた値を書込む （19S ) 。 そしてレ ジスタ Rし 〜 Rn のデータの総和 （補正値の積分量） をとつ て、 レジスタ Ac4に書込む （20S ) 。 そして P I 制御の出力 値であるノ ズル 3内溶鐧所要速度 を算出する （21 S ) 。 次に、 ノ ズル 3内目標速度 v。 （鐃造目標速度に比例する） に対する所要速度 の比率 V r を算出してレジスタ Ac5に 書込み （22S ) 、 内部メ モリ に予め書込んでいるデータテー ブルより、 Vr に対応する リ ニアモータ電流データ I i を読 出してレジスタ A c 6に書込む （ 23 S ) 。 次に、 電流 I i をも たらす導通位相角データ V f を、 内部メ モ リ に予め書込んで いるデータテーブルより読出してレジスタ A に書込む
    [0076] (2 S ) 。 そしてレジスタとの A"のデータ （目標速度 v。 に対する捕正量） が正か負かを判定して （25S ) 、 すなわち リ ニァモータを加速すべきが'减速すべきかを判定して、 正
    [0077] (加速） の場合には、 リ レー ドラィバ 2 7 に Hを岀力する
    [0078] (27S ) 。 これにより相順切換回路 2 2 のリ レー接片が下方 に駆動されて、 リ ニアモータ 3 A , 3 Bはイ ンバータ 2 3 に 対して加速 （ Z方向で下向き駆動） 接鐃となる。 負 （減速） の場合にば、 リ レ一 ドライノ 2 7 に Lを出力する （ 26 S ) - これにより栢順切換画路 2 2 のリ レー接片が第 2図に示す位 置となり、 リニアモータ 3 A , 3 Bはイ ンバ一タ 2 3に対し て減速 （ Z方向の上向き駆動） 接続となる。 次に MPU 30 、 レジスタ A c ,のデータ V f をサイ リ スタ ドラ ィ バ 2 5に対し て更新出力する （28 S ) 。 以上により、 リ ニアモータ 3 A 3 B の駆動方向と駆動力が、 検出値 L d に対応して補正され たこ とになる。
    [0079] 以上に説明した割込処理は、 分周器 3 1 力 1 パルスを発生 する毎に実行され、 レジスタ A c こは、 過去 11画の割込処理 のそれぞれで得られた偏差値の、 積分値が書込まれている。
    [0080] タ イ マ T。 の時限値 Τ。 は、 第 1 図に示す連続鏡造機の、 設計上予定された最低速度のときに分周器 3 1 が発生するパ ルスの周期 T m より もわずかに長い時間である。 したがって- 直流モータ 7、 タコゼネ レータ 8 、 パルス処理回路 1 1 およ び分周器 3 1 が正常な場合には、 タ イ マ T。 がタ イ ムオーバ する前に分周器 3 1 がパルスを発生するので、 タイ マ Τ。 が タ イ ムオーバする こ とはない。 したがって、 定常状態では第 6 b図に示す割込処理が繰返し実行される。
    [0081] 何らかの異常で、 分周器 3 1 が丁。 の間 1 画もパルスを発 生しないと、 割込処理 （第 6 b図） は実行されず、 タ イ マ T c がタ イ ムオーバーし、 MPU ' 30は、 第 6 a 図のステ ッ プ 6 から ステ ッ プ 3 0 に進んで、 警報信号を上位コ ン ピュータ又は操 作盤に与える （30 S ) 。 そしてタ イ マ T。 をスター ト （再ス ター ト ） して （31 S ) 、 入力読取 （ A S ) 、 P I 制御の出力 値演算 （ B S ) 、 位相角の演算 （ C S ) 、 駆動方向の演算 ( D S ) および出力 （ E S ) を実行して一連の処理を終了す る。 これらの処理 （ A S〜 E S ) の内容は、 第 6 b図に示す ステ ッ プ 11〜 28の処理内容と同じである。
    [0082] なお、 分周器 3 1 の発生パルスで P I 制御のサ ンプリ ング 周期を定めるよ う に しているのは、 錶造速度が高いときには . サ ンプリ ング周期をそれに逆比例して短く するためである。 上位コ ンピュータ又は操作盤より ェ ン ド信号が到来する ( 7 S ) と、 ΜΡϋ 30は、 ステツプ Αに合流して前述の処理を 実行して終了する。 すなわち待機状態 （リニアモータ停止） となる。
    [0083] 第 Ί図は本発明の装置の第 2 の例を示す注入ノ ズルの Y方 向断面図である。 1 3 は例えば鐯型の短辺部材で、 金属ベル ト 4 は紙面の表面と裏面に薄肉鐧扳の肉厚例えば 4 0 mmを隔 てて配され、 矢印 5方向平行に高速度で走行している。
    [0084] 図中 P点は操業上の目標とする溶湯湯面の鐃型壁面上の位 置 （前記の L o に相当する位置) で、 Q及び Rは例えば操業 上の湯面位置の許容上限及び許容下限である。 、 本発明では湯面位置検出端として工業用テ レビカ メ ラ 2 8 を使用する。 工業用テレビカ メ ラ 2 8 は Q〜 Rの範囲で映像 できるように設定する。 第 1図ば工業用テレ ビカメ ラ 2 8を 1台使用した例であるが、 複数台使用してもよ く、 又第 7図 では対向する鐯型短辺の内壁を被写体としているが、 通常の 光学的手段を用いて他の内壁を被写体としてもよい。 溶湯の 湯面の近傍に配する湯面検出端は、 湯面の近傍が高温で塵埃 が多いため、 検出精度が損われたり検出端の損傷が多いが、 テ レビカメ ラは湯面から離れた場所に配しても湯面の位置を 精度よ く検出でき又損傷も少ない。 既に述べた如く薄肉鐧扳 用の連繞鐯造では篛型の長辺同志は く配されているが、 ェ 業用テ レビカメ ラはこの狭い隙間内の溶湯湯面位置の検出に 適している。 溶湯からの発光の検出は他の感光性素子 （ C C D素子等） でも行いう るが、 工業用テ レビは被写体と同じ目 視可能な画像が得られるため、 寿造に先立ち被写体に合せて 検出端の向きを調整する等の操作を簡易に行う ことができる, 第 7図で 4 4 は制御装置である。 工業用テレビは溶湯の湯 面が例えば P点では映像が半分明る く、 Q点では全体が明る く、 R点では全体が暗く なるようにカメ ラの向きを設定する が、 信号処理ュニッ ト 2 9 はこの映像を信号に変換し制御装 置 4 4 はその映像信号を受信して出力信号をリ ニアモータ
    [0085] 3 A , 3 B とス ト ッパー 1 5 (詳細にはス ト ッパ制御ュニッ トで、 図示していない） に伝える。
    [0086] 尚ノ ズル 3から供給される注入流は例えば湯面近傍や湯面 下まで下方に延伸した浸漬形状のノ ズル 3を用いる事によつ て、 流れに乱れ等が発生する事はない。
    [0087] 本発明の装置は更に、 制御装置 4 4 からの信号によって溶 湯注入ノ ズルを閉止できるス ト ッパー 1 5 を有している。 既 に述べた如く薄肉鐧扳用の連続铸造機には、 多 く の走行部品 や回動部品が設けられている。 例えば金属ベル ト 4 が故障で 走行を停止した際は、 溶湯が錶型の上部から溢れ出ないよう に、 溶湯の注入を迅速に且つ確実に停止せしめる装置が必要 である。 リ ニアモータ 3 A , 3 Bは溶湯の注入速度を制御す るのに適している力 ノ ズル 3にはタ ンディ ッ シュ 1 内の溶 湯 2 の大きな静圧が働いており、 かつ緣効果があるため、 注 入流を完全 こ遮断するには適切でない。 例えば金属ベル ト 4 が停止すると、 湯面は Qより も高い位置となるが、 本発明で は湯面の高さが危険域を越える と、 制御装置 4 4 からの信号 によってス ト ッパー 1 5を作動せしめて注入流を遮断する。 溶湯が鑲型の上部から溢れ出る錶造事故が発生すると、 その 補修が厄介であるが、 本発明ではス ト ッパー 1 5が、 この事 故の発生を未然に防止する。
    [0088] ス ト ッパ 1 5 は一般の連続籙造設備において注入量の調節 に用いられているものと同様な形式のもので良い。 当業者に 周知であるので図示しないが、 一般の連続鐃造設備において 同じ目的のために使用されているスライディ ングノ ズルも前 述の目的のために使用することができる。
    [0089] ス ト ツパ 1 5 あるいはスライディ ングノ ズルは前述の如く 湯面レベルが上限値を超えたとき'に綮急停止用として使用す る他、 リ ニァモータによる制御とこれらのいずれかによる制 御とを併用することによって雨者の欠点を相補い合って両者 の長所のみを引き出す方式が実現可能である。 すなわち、 リ ニァモータによる制御は応答が速いという優れた長所を有す る反面、 本発明によって著しい改善がみられたにもかかわら ず、 注入量を完全に停止するまでには至らず、 その制御範囲 には或る限界がある。 一方、 スライディ ングノ ズルまたはス ト ッパによれば応答は遅いが完全停止に至るまでの広い制御 範囲を有している。
    [0090] したがつて目標湯面レベルと検知された実際の湯面レべル との偏差が所定値以下であるときはリ ニアモータによる制御 を行ない、 所定値以上となったらス ト ッパまたはスラ イディ ングノ ズルによつて制御を行なう方式をとれば、 応答が速く しかも完全閉止に至るまでの広い制御範囲を有する制御が実 現できる。
    [0091] その所定値の決め方は第 2 0図のよう にリ ニアモータの作 用力を増加した場合に注入ノ ズルが耐えられる範囲内で自由 に定めてよいが、 その所定値が大きい程湯面制御上望ま しい が注入ノ ズルの破損の危険度が高まるので、 両者のバラ ンス から決められる値となる。
    [0092] も し、 その所定値が大きい場合には、 湯面制御はほとんど リ ユアモータを操作して行なわれ、 ス ト ッパあるいはスライ ディ ングノ ズルは注入量を完全に停止する役目だけをはたす こ とになる。 も し リ ニアモータによって注入量を完全停止し たと してもその状態は安定状態ではないので、 短時間な らよ いが長時間の停止はス ト ッパあるいはスラ イ ディ ングノ ズル によるべきである。 も しその所定値が極く 小さい場合にはリ ユアモータの役目は有効でな く なる こ とになる。 従って、 そ の連続錶造機の湯面変動状況と第 2 0 図の リ ニアモータの特 性を考慮して リ ニアモータの採用を決定するのが望ま しい。
    [0093] 第 8図は本発明の第 3 の実施例を説明する もので、 連続踌 造機のタ ンディ ッ シュおよび錶型周辺の X方向縦断面図であ る。 図面は鐃造中の状態を示している。
    [0094] 図面に示すよう に、 注入ノ ズル 3 がタ ンディ ッ シュ 1 の底 部から铸型 2 6 内まで延びている。 注入ノ ズル 3 および鐃型
    [0095] 2 6 の断面形状は、 ともに長方形となっている。 注入ノ ズル 3 はアルミ ナグラ フ ア イ ト製である。 注入ノ ズル 3 の両方の 広幅面にそれぞれ面するよう に して対をなすリ ニァモータ
    [0096] 3 A , 3 Bが配置されている。 リ ニアモータ 3 A > 3 B は銃 型 2 .6長辺方向に関して注入ノ ズル 3 の開口を覆う幅を有し ている。
    [0097] リニアモータ 3 A ， 3 B に電力を供給する電力供給装置 3 1 は低周波ィ ンバータ 3 2、 高周波ィ ンバータ 3 3および これらの電源 34 , 35を備えている。 低周波ィ ンバ一タ 3 2お よび高周波ィ ンバータ 3 3は切換スィ ツチ 1 6を介してリ二 ァモータ 3 A , 3 Bに接繞されている。 低周波イ ンバータ 3 2および切換スイ ッチ 1 6 は制御装置 3 6 により制御され る。
    [0098] 電磁异の導体への浸透深さ ^は、 周知のように一般に次の 式 （ 1 ) で表わされる。
    [0099] δ = / * … ( 1 )
    [0100] 、' % ί a ここで、. f はリ ニアモータに供給される電力の周波数、 びは 導電率、 および //は透磁率である。
    [0101] したがって、 溶融金属および注入ノ ズルの導電率 ϋおよび 透磁率//に応じて、 適当な周波数 f (高周波領域と低周波領 域の周波数） の電力をリ ニアモータに供給すれば、 注入ノ ズ ルに、 あるいは溶融金属と注入ノ ズルとに電磁异を及ぼすこ とが可能である。 これにより、 リ ニアモータのみにより注入 速度の制御と注入ノ ズルの加熱とを行う ことができる。 すな わち、 ノ ズルより も溶融金属 方が導電率が大きいために低 周浚帯の電力により リ ニァモータは溶融金属に推力を与える 流量制御装置として作用する。 また、 高厨波帯の電力により リ ニァモータの巻線は注入ノ ズルを誘導加熱する誘導コイル として作用する。
    [0102] 第 9図に示すように低周波ィ ンバータ 3 2 は低周波電力 L を出力し、 高周波ィ ンバータ 3 3 は高周波電力 Hを出力する , 低周波電力の周波数は 30〜 3000 Hzの範囲から、 また高周波電 力の周波数は 3 〜 450 k Hzの範囲からそれぞれ選ばれる。 すな わち、 溶-鋼、 アルミナグラフア イ 卜の導電率びおよび透磁率 の値に基づいて前記式 （ 1 ) から周波数 f と電磁界の浸透 深さ （？ との関係を求めると、 溶鐧 Mについては第 1 0図の直 線 M M—で、 アルミ ナグラ フア イ トについては直線 Nで表わさ れる。 また、 実際の铸片の厚みおよび注入ノ ズル 3 の壁厚を 考慮すると、 両者ともに電磁界の浸透深さ は 10〜 100 薩程 度が適切である。 第 1 0図はこれらの浸透深さ に対応する 周波数領域が、 低周波では 30〜 3000 ¾、 また高周波では 3 〜 450k Hzであることをそれぞれ示している。
    [0103] 上記のように構成された連続铸造機の諸元は次の通りであ 錶型 （スラブ） 断面寸法 ： 長辺 600 X短辺 50腕
    [0104] 注入ノ ズル外径寸法 ： 幅 300 X厚み 30隱
    [0105] 注入ノ ズル本数 ： 1
    [0106] 注入ノ ズル浸漬深さ ： 5 0 匪
    [0107] 铸造速度 ： 1 0 m / m i n
    [0108] また、 リ ニアモータの諸元は次の通りである。 外径寸法 ： 高さ 670 X幅 300 X厚み 230 mm
    [0109] 巻線溝寸法 ： 深さ 80 X幅 10 X ピッチ 20讓
    [0110] 低周波電力定格 ： 120 Hz , 4001 W
    [0111] 高周.波電力定格 ： 120 kHz ， 200kW
    [0112] 上記連続铸造機において、 注入速度の制御および注入ノ ズ ルの加熱は次のようにしてなされる。
    [0113] 鐃造に先立って、 切換スィ ツチ 1 6を高周波ィ ンバータ
    [0114] 3 3に切り換えてリニアモータ 3 A , 3 Bの卷線に高周波電 流を供給し、 注入ノ ズル 3を誘導加熱する。 こ の時、 注入ノ ズル内は空であり、 注入ノ ズル 3のみが加熱される。 注入ノ ズル 3が所定の温度に達したならば、 温度検出器 3 7からの 温度信号により制櫛装置 3 6 は切換スイ ッチ 1 6を低周波側 に切り換える。 そして、 タ ンデイ ツ シュ 1から注入ノ ズル 3 を介して錶型 2 6に溶融金属 Mが供給される。
    [0115] 溶鐧注入速度はタ ンディ ッ シュ 1 内の溶鐧へッ ドによって 変化する。 また、 鐃片 Sが偏平である場合、 高い鐃造速度し たがって高い溶鐧注入速度で 寿造が行われる。 このため、 鐯 造の進行に伴ないタンディ ッ シュ 1内の溶鐧へッ ドおよび溶 鐧注入速度ば急激に変化し、 湯面レベル mは変動する。 一方. 籙型 2 6内の適正な位置から溶鐧 Mの冷却を開始させるため に、 あるいは溶鐧 Mが籙型 2 6から溢れ出ないようにするた めに、 湯面レベル mは一定の範面に収めなければならない。 鑲型 2 6 の上方に設けられた湯面レベル検出器 1 4 は湯面レ ベル mを検出し、 その信号は制御装置 3 6 に入力される。 制 御装置 3 6 はレベル信号に基づいて低周波ィ ンバータ 3 2 に 出力電圧を指令する。 この結果、 リ ニアモータ 3 A , 3 B へ の出力電圧が制御され、 湯面レベル mは所定の範囲内に保た れる。
    [0116] そして、 1 回分の溶鋼を注入終了すると再び切換スィ ッチ 1 6を高周波側に切り換える。 第 2回目の溶鐧が注入される まで、 注入ノ ズルとその内壁に付着した鐧を加熱する。 よつ て第 2回目の溶鐧を注入すると注入ノ ズルの内壁に凝固付着 することな く スムーズに連続铸造を再開できる。 もし、 リ ニ ァモータによる加熱の作用を使用しない場合は他の手段で代 替しなければならないが現状ではほとんど困難と思われる。
    [0117] 第 1 1図は本発明の第 4 の実施例を示すものである。
    [0118] 前述の実施例では低周波ィ ンバータ 3 2および高周波イ ン バータ 3 3 の 2組のィ ンバータを用いて注入速度の制御と注 入ノ ズルの加熱とを行ったが、 この実施例では 1組のィ ンバ —タ 3 8 により これら作業を行う。
    [0119] 電力供給装置 3 9 はィ ンバータ 3 8、 電源 4 0および制御 装置 4 i よりなつている。 複数の周波数成分をもった電力を 一つのィ ンバータ 3 8 により発生させるために、 パルス幅変 調方式のィ ンバータを用い、 矩形波の電圧を出力する。 ィ ン バータ 3 8 に入力する出力基準信号とパルス幅変調信号とを 制御装置 4 1 によ り調整して、 出力電圧と周波数とを制御す る。 この実施例では、 注入速度の制御と注入ノ ズル 3 の加熱 とが同時に行われることになる。
    [0120] 従って、 溶鋼を注入中は注入速度と注入ノ ズルの加熱を同 時に制御し、 注入前あるいは注入間では注入ノ ズルの加熱の みを制御するように使うのが望ましい。 注入中にノ ズルの加 熱を行なうのば、 注入中にノ ズルの内壁に溶鐧又は介在物が 凝固付着して徐々に成長してやがてノ ズル内の有効面積が狭 まることを防止できるからであり、 違続鐃造を行なう場合に 特に有効である。
    [0121] 第 1 2図は本凳明の第 5 の実施例を示すもので、 連続铸造 機の鐃型周辺の略側面図である。
    [0122] 第 1 2図に示すように、 フラ ッ トノ ズル 3がタ ンディ 'ン シ ュ （図示しない） の底部から鐃型 2 6内の溶融金属 2内まで 延びている。
    [0123] リ ニァモータを連繞鐃造機の注入装置に採用する場合の問 題の一つに注入ノ ズルを長く しなければならないことがある c 注入ノズルを長くすると、 製造上の歩留りが低下すること及 び操業中に破損しやすいことがあり、 特に後者はリ ニァモー タの作用力が溶鐧の圧力に増加するので大きなことであり、 かつもし注入ノ ズルが破損するとリ ニアモータも損傷を受け るので重要な問題である。 従って、 リ ニアモータの効率向上 による小型化、 注入ノ ズルの強度向上と合わせて注入ノ ズル の短尺化は設計上のボイ ン トである。
    [0124] 鐃型 2 6は上流側ロール 5および下流側ロール （図示しな い） に卷き掛けられた相対する 1対の無端鐯造ベル ト 4 とそ の幅方向の左右に配列した相対する 1対の移動短辺 1 3 とを 有している。 そして、 ベル ト面間に移動短辺 1 3 の側面が接 するようにして偏平な籙型 2 6が形成されている。
    [0125] フラ ·>· トノ ズル 3 の両方の広幅面にそれぞれ面するように して対をなすリ ニアモータ 3 A , 3 Bが配置されている。 リ ユアモータ 3 A , 3 B の鉄心 1 7 は平板状をしており、 鐃型 長辺方向に関してフ ラ ッ トノ ズル 1 の開口を覆う幅を有して いる。 鉄心 1 7 には、 フラ ッ トノ ズル 3 の広幅面に臨む面に 水平に延びる複数の溝が切ってある。 各溝には電流が流され た時ノ ズルの上下方向に進行磁界が発生するように巻線 1 8 が巻かれている。 また、 鉄心 1 6 の下端部は上記上流側口一 ル 5 の周面に沿うように円弧状に切り欠かれており、 フラ ッ トノ ズル 3 と上流側ロール 5 との間に入り込んでいる。 そし て、 下端部にも巻線 1 8が施されている。 巻線 1 8 にはイ ン バータを介して電源が接続され、 イ ンバータは制御装置 （い ずれも図示しない） により出力が制御される。
    [0126] 上記のように構成きれたリ ユアモータを備えた双ベル ト式 連続鐃造機の諸元は次の通りである。
    [0127] 涛型 （スラブ） 断面寸法 ： 長辺 600 X短辺 50圆
    [0128] ノ ズル外径寸法 ： 幅 300 X厚み 40讓
    [0129] ノ ズル本数 ： 1
    [0130] ノ ズル浸漬深さ ： 5 0 讓
    [0131] 铸造速度 ： 1 0 m Z m i n
    [0132] また、 リ ニアモータの諸元は次の通りである。
    [0133] 外径寸法 ： 高さ 670 X幅 300 X厚み 230腿
    [0134] 巻線溝寸法 ： 深さ 80 X幅 10 X ピ ッ チ 20 MI
    [0135] 下端部入込み長さ L ： 200 M
    [0136] 定 格 ： 120 Hz , 2800 k V A
    [0137] ポ一ルピ ッ チ ： 300顧 極 数 ： 2
    [0138] 上記リ ユアモータの採用により フラ ッ トノ ズルの長さを従 来のものより 200讓も短縮することができた。 その効果は大 きいものである。 また、 上記籙造機で籙造した結果、 溶融金 属面レベルをほぼ一定に保持することができた。
    [0139] 次に、 偏平ノ ズル長辺方向 （ Y方向） の電磁力の分布、 特 に緣効果の問題について記逮する。
    [0140] 本発明者は、 第 1 3図 （横断面図） に示すよう にリ ニアモ —タ 3 A , 3 Bをフラ ッ トノ ズル 3 の側面に対向して配置し、 湯面レベル制御は外して、 種々実験を繰り返した結果、 耐火 性の注入ノ ズルではフェーズドシリ 力およびアルミナグラフ ァ ィ トの材質でば緣効果が大き くてとても注入流量を停止で きないことを確認した。 そこで発明者達がそのメ カニズムの 解明を試みた。
    [0141] リ ニアモータ 3 A , 3 Bを注入ノ ズル 3 の両側面に配置す ると、 第 1 3図に示すごとく、 溶鉄流方向 Zに垂直な方向 X に、、 溶鉄流方向 Zに時間と共に移動する移動磁界 B。 を印加 し、 その磁界 B。 の移動速度と溶鉄流速 Vに依存した誘導電 流と印加移動磁界とのべク トル積による電磁力 （フ レ ミ ング の左手の法則） が容鉄に加、 減速力として溶鉄流れ方向 Zに 作用する。 その電磁力を調整すると溶鉄の流量が変化するか ら、 その電磁力を調整するには、 リ ニアモータの移動磁界の 大きさおよび移動速度を変えればよい。 従って、 リ ニアモー タの移勤磁异の大きさおよび侈動速度は電気的な変化で高速 でできるので応答性も高く できる。 第 1 3図のようにリ ニアモータ 3 A > 3 Bを配置すると、 第 1 4 a図に実線矢印で示すように渦電流が流れると想像され る。 その渦電流にフ レ ミ ングの左手の法則を適用すると、 そ の渦電流の流れる方向に直角な方向に電磁力が作用するので その電磁力の内、 溶鉄の流れ方向 Zにおける成分は、 第 3 a 図中に Aで示すグラフのようになり、 緣効果 （中心部が犬で 緣都が零） の発生を示している。
    [0142] そこで発明者達が、 種々検討をし、 実験を繰り返した結果. この緣効果対策としては、 リ ニアモータ 3 A , 3 B側の改造 では根本的に解決せず、 注入ノ ズル 3 の構造を、 第 1 3図に 示すようにノ ル内壁の一部に導電性物質 1 9を溶鉄と食に 接触するように置換することが最も望ま しいことであるこ と を見い出した。
    [0143] リ ニアモータ 3 A , 3 Bからの磁力線は、 第 1 4 a図および 第 1 4 b図の紙面に垂直な前面より裏面方向にあるいはその逆 方向 （すなわち X方向） に流れている。 その ίϋ力線の流れて いる部分に前記導電性物質 1 9 を、 溶鉄の注入方向 Ζおよび 磁力線の方向 Xに直角な方向 Υ、 つまり第 1 4 b図では、 メ ズ ル 3 の左右の斜線部分に配置すると、 そこに生じる渦電流は- その導電性物質 1 9内にも生じてノ ズル 3内表面部における 渦電流を大き く しかつ内表面に直角にするので、 第 1 4 b図に 実線矢印で示すように、 大きな横長の楕円形のようになるの て、 その下方に Bで示すグラフ G ように、 電磁力の内、 溶鉄 の注入方向 （ Z ) 成分が作用するようになる と共に、 ノ ズル 3 内表面部での電¾力が大き く なる。 したがって、 上述の綠 効果がかなり改善される。
    [0144] さて、 ノ ズル 3内壁に使用される導電性物質 1 9 は、 溶鉄 の導電率に近いものが望ましいが、 検討によると、 溶鉄の導 電率の 1ノ 1 0以上であることが推奨される。
    [0145] 前述したように現在実用の注入ノ ズルの材質は、 フューズ ドシ リ カまたはアルミナグラフア イ トが主流であり、 アルミ ナグラフアイ トは導電性の特性を示すが溶鉄の導電率の 1ノ 1 0以上を満足するものに当らないし、 フヱーズドシリ 力は 铯緣物に属する。
    [0146] 溶融金属に耐久性のある導電性物質としては ZrB 2または炭 素を推奨する。 溶銑の場合ば炭素も使用できるが、 溶鐧の場 合は溶鐧に溶け込まない ZrB 2の使用が望ましい。
    [0147] そこで、 フェーズドシリ 力で作られた注入ノ ズル内の相対 する内壁に鐯鉄板を挿入して、 テス ト した結果、 予測通りに . 緣効果はかなり解消され、 効率も向上したが、 注入時間が長 く なる i共に鐯鉄は溶けていってしまった。
    [0148] また、 その厚みも厚い程望ま しいが工業的には製造方法に より上限値が自ずと決まるものであり、 ノ ズル 3 'の長手方向 Zでみると少なく ともリ ニアモータ 3 A , 3 Bの垂直方向 Z の配置部分には導電性物質 1 9を設けるべきで、 できればリ ユアモータ 3 A , 3 Bの Z方向の長さ以上にするとその効果 が充分に凳攆される。 またノ ズル 3 の幅方向 Yでみるとリ ニ ァモータ 3 A , 3 Bの幅は、 溶鉄の幅より も広いことが望ま し- い
    [0149] さて、 本発明者がリ ニァモータの特性式を整理した所によ ると、 リ ユアモータが溶鐧に与える作用力 Pおよび溶鐧に与 える熱量 Qは下記 （ 2 ) (3 ) 式の如く になる。
    [0150] P = k , · f · i 2 [kgf/kg] ( 2 )
    [0151] Q = k 2 · f 2 · i 2 [て /sec /kg] ( 3 ) 但し f ： 入力電源周波数 [Hz] 、 i ： 線電流 [ A ] 、
    [0152] k ! ： 定数、 k 2 : 定数
    [0153] ( 2 ) 式及び （ 3 ) 式は、 溶鐧に流れる渦電流による反磁場 が、 誘導コ イ ルに流れる印加電流による印加磁場より も小さ い、 低周波領域において成立する。 高周波領域は、 リ ニアモ —タのィ ン ピ一ダンスが増えて電源増量が大き く なる割には Pが大き く ならないため、 リ ユアモータ の使用上得策ではな い。
    [0154] 上記 （ 2 ) 式と （ 3 ) 式から、 下記の （ 4 ) 式及び （ 5 ) 式が得られる。 即ち
    [0155] f = ( k , / k 2 ) (Q/ P ) ( 4 ) i = (ゾ k 2 ノ k ） ( P 2 / Q ) ( 5 ) k , k z = K , , / k z k = K z とする と、 （ 4 ) 式及び （ 5 ) 式は下記の ( 6 ) 式及び （ 7 ) 式の如く に表さ れる。
    [0156] f = K , ( Q / P ) ( 6 )
    [0157] i = K 2( / Ρ ' XQ ) ( 7 )
    [0158] 但し Κ , =定数、 Κ 2 =定数
    [0159] 第 1 5図は第 1式及び第 2式を用いて、 溶鋼の注入速度と 温度を同時に制御する方法の具体的な例を示す図であり、 第 1 6囡はその制御方式をブロ ック線図で表わす図てある。 図中 1 4 は本発明の位置検出端で、 鐃型内の溶鐧湯面高さ Xを検岀する。 基準溶鐧湯面高さ （操業上最適な溶鋼湯面高 さ） X。 と Xとの差 （ X— X。） によってリ ニアモータが溶 鐧に与える作用力 Pを変化させる。 尚 Pは （ X— x。） の函 数であり、 連続鐯造の操業に最も好ま しい関係式として、 例 えば （ 8 ) 式の如く に予め決めておく。
    [0160] ？ = Ψ ( X - X ο ) " ( 8 )
    [0161] 図中 4 2 は本発明の演箕装置で、 X。 と （ 8 ) 式が予め入 力されている。 位置検岀端 1 4が検出した溶鐧湯面高さ Xは 演算装置 4 2に伝えられ、 演算装置 4 2 は Xに相応する Ρ , を箕出する。
    [0162] 図中 3 7 ば溶鐧の温度検岀端で、 溶鐧温度 t を検出する。 基準溶鐧温度 t。 と t との差 （ t 一 t。） によってリ ニアモ ータが溶鐧へ供給する熱量を調節する。 尚 Qは （ t 一 t。） の函数として予め下記 （ 9 ) 式の如く に設定されている。
    [0163] Q = Φ ( t 一 "） （ 9 )
    [0164] 本発明の演箕装置 4 2には、 t。 と （ 9 ) 式が予め入力さ れている。 温度検出端 3 7が検岀した溶鋼温度 t は演算装置 4 2 に伝えられ、 演算装置 4 2 は t に相応する Q i を箕出す る。
    [0165] 本発明の演算装置 4 2 にば、 更に前記 （ 6 ) 式と （ 7 ) 式 が入力されている。 従って演算装置 4 2 は P , 及び と
    [0166] ( 6 ) 式及び （ 7 ) 式から、 リ ニァモータに入力する周波 f i と電流 〖 i を下記の如くに算出する。 f , = K！ ( Q £ / P t ) . I ： = K " .ノ F . * 第 1 5図で 2 4 は商用電源で 4 3 は電力交換装置である。 本発明で演算装置 4 2 は、 電力変換装置 4 3を制御して商用 電源 2 4 を周波数 及び電流 の電力に変換する。 この 変換された電力はリ ニアモータに伝えられ、 ノ ズル 3内の溶 鋼に の作用力と Q , の熱量を与える。
    [0167] 以上述べた如く に、 溶鐧は位置検出端 1 4 と温度検出端 3 7 の信号によって、 リ ニアモータ 3 A , 3 Bから P , の移 動力と の熱量を与えられて、 基準溶鐧湯面 X。 と基準溶 鋼温度 t。 に回復するように、 注入速度と溶鋼温度が制御さ れる。
    [0168] 第 1 7図は本発明の注入装置の第 7 の実施例を表わす図で ある。 この装置は第 1 5図の装置と同様な構成を有している が、 異なるところは前述の P値および Q値を前述の （ 8 ) ( 9 ) 式に基いて演算するのではな く 、 設定器 4 5から設定された 値を用いるところである。
    [0169] と こ ろで、 以上リ ユアモータ導入時の問題点とその対策、 具現化方法について記載してきたが、 湯面制御装置と して従 来のスラ イ ディ ングノ ズル （ S N ) と比べてリ ニアモータに よる制御がいかに有効かをシ ミ ュ レーショ ンで明示する。 そ のシ ミ ュ レーショ ン条件として、 第 1 6 図の制御システムの ブロ ッ ク図を使用し、 操作端の動特性をむだ時間十 1 次遅れ で近似し、 具体的な数値は次の表中の値を使用した。 S N リ 二ァモ一タノ ズル 無駄時間 ( T d) [秒] 0 . 3 0 . 01
    [0170] 時定数 （ T s) [秒] 0. 6 0 . 2 この様に、 リ ニァモータと S Nとでは応答性において大き な相違がある。
    [0171] 第 1 8図は代表例として鐯造速度 2 0 mpm において所定の 外乱に対する湯面変動の状態のシミ ュ レーショ ン結果であり、 同様に第 1 9図は各籙造速度におけるレベル変動の幅である c この様に、 リニアモータによれば S Nと比べて湯面の変動幅 を約 ί / 2以下にすることが可能である。
    [0172] 湯面の変動幅は薄肉連続鐃造機の設計上で重要な条件の一 つなので鏡造速度が高速化する程、 リ ニアモータによる注入 制御が増々有用になることは明らかである。
    [0173] 最後に、 力率改善コ ンデンサを具備したリ ニアモータを使 用して溶鐧を注入制御する場合のリ ニァモータの特性を実験 により裏付けるデータ として第 2 0図を示す。 この実験は前 記第 8図における連繞鐃造機の諸元における高周波電力を除 いた低周波電力の条件に基づいて行なわれた。
    [0174] 第 2 0図は本発明に係る注入装置における流量制御の実験 結果を表わす図である。 図中、 斜めに走る ¾線は計算で得ら れた結果であり、 X印は実験値である.。 これにより -、 リ ニア モータの出力と流量とは計算値に近い一定の関係があること- が確認された a - 従って、 第 2 0図はカ率コ ンデンサを具備したリ ニアモー タの特性と して周波数を一定にした場合に作用力 （電流値の 2乗に比例） または電流値により ほぼ線形的に溶鐧の注入速 度が変化するのが確認された。
    [0175] 実験に用いたノ ズルではリ ニア出力 3 6 kg f 以上で電磁力 により破断してしま ってそれ以上の測定はできなかった。 こ の様に制御領域の広さ とノ ズルの強度とは ト レー ドオフの関 係にあるので、 実際の装置の設計に際しては目的に応じてリ ニァモータの制御範囲とノ ズルの強度を適切に設計する必要 がある。 その場合において、 前述した様にリ ニアモータによ る制御とスラ イ ディ ングノ ズルまたはス ト 'ンパによる制御を 併用する こ とが実際的で効果的な設計方法である。
    [0176] 本発明はリ ニァモータ装置を薄肉連続錶造機の注入装置に 採用する場合における実用化の課題を、 偏平ノ ズルの長辺面 側に一対の リ ユアモータを配置し、 力率改善コ ンデンサを採 用 した装置構成によ り解決したものである。
    [0177] 従って、 本発明の効果はリ ニアモータの効率を高めたこ と により リ ニアモータを小電力容量化でき 、 そのリ ニアモータ の採用により高応答な注入量制御が可能になり、 シ ミ ュ レ一 シ ョ ン結果による と湯面変動幅は従来の 1 ノ 2以下にでき -、 铸造速度が高速化する程その効果は大きなものになる。
    [0178] 更に、 付随的な効果と して、 リ ニアモータの更なる効率の 向上、 注入ノ ズルの幅方向での電磁作用力の均一化による一 層の小電力容量化があり、 また注入ノ ズルの短尺化による製 造歩留り の向上およびノ ズル破損の防止もあり、 リ ニアモ ー タ よるノ ズル又は溶鋼の加熱によるノ ズルつま り の抑制あ るいは連続多連鐃の実施可能等産業上大きな効果がある
    权利要求:
    Claims

    請 求 の 範 囲
    1. X方向の短辺より も Y方向の長辺が広く Z方向に延び る偏平ノ ズル （ 3 ) を介して、 タ ンディ ッ シュ （ 1 ) より溶 融金属 （ 2 ) を鐯型内に注入する高速型薄肉連続鐃造機の注 入装置において、
    該偏平ノ ズル （ 3 ) の長辺を挟んで配置され、 長辺に沿つ て Z方向に電磁移送カを究生する リ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) と、
    前記リ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) に電磁移送力発生用の所 定周波数、 所定の電圧または電流を与えるための電源装置 (24) と、
    前記電源装置 （24) と前記リ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) の 間の電気ライ ンに.接続された、 リ ニアモータ力率改善用のコ ンデ ンサ （21) とを具備するこ とを特徴とする高速型薄肉連 続铸造機の注入装置。
    .2. 前記電源装置 （24) と前記リ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) との間に設けられ、 該リ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) に供給さ れる電圧と電流の少な く とも一方を調整して前記偏平ノ ズル
    ( 3 ) 内の溶融金属 （ 2 ) への Z方向の加、 減速力を調整す る電力調整手段 （ 23 , 25 ) を具備する請求の範囲第 1項に記 載の注入装置。
    3. 前記電源装置 （24) と前記リ ニアモータ （ 3 A ； 3 B ) との間に設けられ、 該リ ニアモータ （ 3 A ， 3 B ) へ供給さ れる電源の相切換を行なつて該リ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) の電磁移送力の方向を正、 逆に切換える相切換手段 （ 22 , 27 ) を具備する請求の範囲第 2項に記載の注入装置。
    4. 前記偏平ノ ズル （ 3 ) の短辺側の内壁が前記溶融金属 ( 2 ) に耐久性のある導電性物質である請求の範囲第 1項記 載の注入装置。
    5. 前記靥平ノ ズル （ 3 ) の短辺側の内壁が前記溶融金属 ( 2 ) に耐久性のある導電性物質である請求の範囲第 2項記 載の注入装置。
    6. 前記偏平ノ ズル （ 3 ) の短辺側の内壁が前記溶融金属 ( 2 ) に耐久性のある導電性物質である請求の範囲第 3項記 載の注入装置。
    7. 前記導電性物質が ZrB2または炭素である請求の範囲第 4項記載の注入装置。
    8. 前記導電性物質が ZrB2または炭素である請求の範囲第
    5項記載の注入装置。
    9. 前記導電性物質が ZrB2または炭素である請求の範囲第 6項記載の注入装置。
    10. 前記鐃型は少な く とも上流側 α—ル （ 5 ) および下流 側ロール （ 5 ' ) に巻き掛けられた相対する 1対の無端鐃造 ベル ト （ 4 ) を有する偏平籙型であり、 前記リ ニァモータ
    ( 3 A , 3 B ) の下端部が該上流側ロール （ 5 ) の上端より 下方まで延びている請求の範囲第 1項記載の注入装置。
    11. 前記鐯型は少なく とも上流側ロール （ 5 ) および下流 側 ο—ル （ 5 -' ) に巻き掛けられた相対する 1対の無端籙造 ベル ト （ 4 ) を有する罷平鑄型であり、 前記リ ニアモータ ( 3 A , 3 B ) の下端部が該上流側ロール （ 5 ) の上端より 下方まで延びている請求の範囲第 2項記載の注入装置。
    12. 前記錶型は少な く とも上流側ロール （ 5 ) および下流 側ロール （ 5 ' ) に巻き掛けられた相対する 1対の無端铸造 ベル ト （ 4 ) を有する偏平錶型であり、 前記リ ニアモータ
    ( 3 A , 3 B ) の下端部が該上流側ロール （ 5 ) の上端より 下方まで延びている請求の範囲第 3項記載の注入装置。
    13. 錶型内の湯面レベルを検出する レベル検出手段 （14) と、
    該レベル検出手段 （ 14 ) からの信号と目標湯面レベルとの 偏差に応じて前記電力調整手段 （ 23 , 25 ) を制御する制御装 置 （30) とを具備する請求の範囲第 2項に記載の注入装置。
    14. 前記タ ンディ ッ シ ュ （ 1 ) 内で前記偏平ノ ズル （ 3 ) 上方に設けられ、 上下することによって溶融金属の注入量を 調整する ス ト ツバ装置 （15) を具備し、
    前記制御装置 （30) は前記磕差が所定値以下のときは前記 電力調整手段 （ 23 , 25 ) を制御し、 所定値以上のときは該ス ト ッパ装置 （15) を制御する請求の範囲第 1 3項に記載の注 入装置。
    15. 前記偏平ノ ズル （ 3 ) の途中に設けられ、 開閉する こ とによって溶融金属の注入量を調整するスライディ ングノ ズ ルを具備し-、
    前記制御装置 （30) は前記偏差が所定値以下のときは前記 電力調整手段 （ 23 , 25 ) を制御し、 所定値以上のときは該ス ラィ Λ ングノ ズルを制御する請求の範囲第 1 3項に記載の 注入装置。
    16. 前記レベル検出手段 （14) は鐯型内壁の目標とする湯 面位置とその上下部とを被写体とする工業用テ レビカメ ラ と- 工業甩テレビカメ ラにより撮影された画像から湯面の位置を 感知して湯面レベル ί言号に変換する信号処理ュニフ トで構成 される請求の範囲第 1 3項に記載の注入装置。
    17. 前記レベル検出手段 （14) は鐃型内壁の目標とする湯 面位置とその上下部とを被写体とする工業用テ レビカメ ラ
    (28) と、 工業用テレビカメ ラ （28) により撮影された画像 から湯面の泣置を感知して湯面レベル信号に変換する信号処 理ュニッ ト （29) で搆成される請求の範囲第 1 4項に記載の 注入装置。
    18. 前記レベル検出手段 （ ) は鐃型内壁の目標とする湯 面位置とその上下部とを被写体とする工業用テレビカメ ラ
    (23) と、 工業用テ レビ力メ ラ (28) により撮影された画像 から湯面の位置を感知して湯面レベル信号に変換する信号処 理ュニッ ト （29) で構成される請求の範囲第 1 5項に記載の 注入装置。
    19. 前記リ ユアモータ （ 3 A , 3 B ) が溶鋼へ供給すべき 熱量 Qおよび該リ ユアモータ （ 3: A , 3 B ) が溶鐧に作用す べき力 Pを予め設定する設定装置と、
    K , および K2 を定数として式
    f = K！ C Q / P )
    および式
    K ― / Q ) でそれぞれ算出される周波数 f および電流 i を算出する演算 装置と、
    該演算装置の指令に従って商用電源を周波数 ί および電流 i の電力に変換してリ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) へ供給する 電力変換装置とを具備する請求の範囲第 1 3項に記載の注入
    20. 溶鐧の温度を検出する温度検出手段 （37) と、 前記レベル検出手段 （14) と該温度検出手段とからの信号 でリ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) が溶鋼へ供給すべき熱量 Qと リ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) が溶鐧に作用すべき力 Pを算出 し更に該 Q及び Pを用い および K 2 を定数として式
    f = Κ , (Q/ Ρ )
    および式 ·
    てそれぞれ算出される周波数 f および電流 i を算出する演算 装置と、
    該演算装置の指令に従つて商用電源を周波数 ί および電流 i の電力に変換してリ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) へ供給する 電力変換装置とを具備する請求の範囲第 1 3項に記載の注入
    21. 前記電源装置は前記リ ユアモータ （ 3 A , 3 B ) に互 い異なる複数の周波数帯を重畳した形の電力を拱給する請求 の範囲第 1 3項に記載の注入装置。
    22. 前記電源装置は周波数の異なる複数の電力误給装置か ら搆成され、 それらを切り換える切換装置 （16) を具備する 請求の範囲第 1 3項記載の注入装置。
    23. 前記複数の周波数帯のう ちの少く とも一つの周波数帯 が 30〜 3000 Hzの低周波領域にあり、 少く とも他の一つの周波 数帯が 3〜450kHzの高周波領域にある請求の範囲第 2 1項記 載の注入装置。
    24. 前記複数の電力供給装置のう ちの少く とも一つの電力 供給装置の周波数帯が 30〜3000Hzの低周波領域にあり、 少く とも他の一つの周波数帯が 3 〜450kHzの高周波領域にある請 求の範囲第 2 2項記載の注入装置。
    25. 前記電力調整手段 （23 , 25) を 周整して前記偏平ノ ズ ル （ 3 ) から鏡型への注入量を調整する請求の範囲第 2項に 記載の注入装置の注入制御方法。
    26. 前記レベル検出手段 （14) からの信号と目標湯面レべ ルの偏差に応じて前記電力調整手段 （23 , 25) を制御する請 求の範囲第 1 3項に記載の注入装置の注入制御方法。
    27. 前記偏差が所定値以下のときは前記電力調整手段 （23 25) を制徽し、 所定値以上のときは前記ス ト ツバ装置 （15) を制御する請求の範囲第 1 4項に記載の注入装置の注入制御 方法。
    23. 前記偏差が所定値以下のときは前記電力調整手段 （23 25) を制御し、 所定値以上のときは前記スライディ ングノ ズ ルを制御する請求の範囲第 1 5項に記載の注入装置の注入制 御方法-
    29. 前記レベル検出手段 （14) と前記温度検出手段とから の信号でリ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) が溶鋼へ供給すべき熱 量 Qとリ ニアモータ （ 3 A , 3 B ) が溶鋼に作用すべき力 P を算出し、
    該 Qおよび Pを用い および K 2 を定数として式
    f = K , (Q/ P )
    および式 i == K2c Q ) に基いて周波数 f および電流 iを箕出し、
    前記商用電源の周波数および電流をそれぞれ周波数 f およ び電流 〗 の電力に変換し、
    該変換された電力を前記リ ニアモータ （ 3 A- , 3 B ) へ供 給する請求の範囲第 2 0項記載の注入装置の注入制御方法。
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