金属の鋳造機のコントロール装置及び方法
【課題】金属の鋳造機、特に連続鋳造プロセスにおいて鋳造条件をコントロールし且つ最適化するため、金属鋳造プロセスの最中にプロセスパラメーターをオンラインで調整する方法を提供する。
【解決手段】コントロールシステムの構成は：プロセス変数を測定するための、誘導式検出器、光学的検出器、放射線検出器、または熱検出器などの検出手段１２，１３と；検出手段からのデータを評価するためのコントロール装置１４と；鋳造条件を最適化するために、鋳造速度、希ガスの流速、または、ＥＭＢＲまたは攪拌装置などのような電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、浸漬式注入ノズルの侵入深さ、または、浸漬式注入ノズル３の角度、など少なくとも一つのプロセスパラメーターを自動的に変更するための手段からなり、前記検出手段は、メニスカス１１の特徴のようなプロセス変数を、メニスカス上の少なくとも２点で、瞬時に、鋳造期間の全体に渡って、測定する。
【解決手段】コントロールシステムの構成は：プロセス変数を測定するための、誘導式検出器、光学的検出器、放射線検出器、または熱検出器などの検出手段１２，１３と；検出手段からのデータを評価するためのコントロール装置１４と；鋳造条件を最適化するために、鋳造速度、希ガスの流速、または、ＥＭＢＲまたは攪拌装置などのような電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、浸漬式注入ノズルの侵入深さ、または、浸漬式注入ノズル３の角度、など少なくとも一つのプロセスパラメーターを自動的に変更するための手段からなり、前記検出手段は、メニスカス１１の特徴のようなプロセス変数を、メニスカス上の少なくとも２点で、瞬時に、鋳造期間の全体に渡って、測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の鋳造機において液体金属の流れを調整するためのコントロールシステムに係る。このコントロールシステムは、プロセス変数を測定するための検出手段と；検出手段からのデータを評価するためのコントロール装置と；鋳造条件を最適化するために、少なくとも一つのプロセスパラメーター（例えば、鋳造速度、希ガスの流速、例えば電磁ブレーキまたは電磁攪拌装置のような電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、または、浸漬式注入ノズルの侵入深さ）を自動的に変更するための手段と；を備えている。本発明はまた、金属を鋳造するためのコンピュータプログラム製品、装置及び方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造プロセスにおいては、溶融金属がレードルから、鋳造機の最上部の容器（タンディッシュ）の中に注がれる。その溶融金属は、浸漬ノズルまたはフリータッピングノズルを通って、コントロールされた流速で、水冷モールドの中に入る。水冷モールドでは、金属の外側のシェルの凝固が始まり、外側のシェルと液状のコアを有する金属ストランドが作られる。シェルが十分の厚さになった後、部分的に凝固したストランドは、下方に引き抜かれ、一連のロール及び水スプレイの中に入り、ストランド表面から熱が更に取り除かれる。それによって、ストランドが所定の形状に圧延され、且つそれと同時に完全に凝固される。ストランドが引き抜かれ（鋳造速度で）のに合わせて、液体金属がモールドに注がれ、引き抜かれる速度と同じ速度で、金属を補う。
【０００３】
ストランドが完全に凝固した後、ストランドは真直に引き伸ばされ、要求された長さに切断され、連続鋳造機のデザインに応じて、例えば、スラブ（矩形断面を有する、長く、厚い、平らな金属の塊）、ブルーム（正方形断面を有する金属の長尺の塊）、または、ビレット（ブルームに類似しているが、断面が小さめなもの）に加工される。
【０００４】
スラグが、金属から不純物を取り除いて、金属を環境による酸化から保護するため、且つ金属を熱的に遮断するために、使用される。スラグはまた、モールドの壁と凝固したシェルとの間の潤滑をもたらす。モールドにはまた、凝固中のシェルとモールドの壁との間の摩擦及び接着を最小して、シェルが裂けるのを防止するために、通常、オッシレーションが与えられる。
【０００５】
モールドの内側では、凝固中の金属の側壁の中で、流れが循環する。浸漬式注入ノズルが使用されるとき、鋳造方向に向かって下向きに流れる第一の流れに加えて、二次的流れが形成される。この二次的流れは、モールドの壁面に沿って、メニスカス（即ち、モールド内の液体金属表面の層）の方向に、上向きに流れる。
【０００６】
モールドの中に入る溶融金属は、例えばアルミニウム、カルシウム及び鉄の酸化物のような、不純物を連行している。そのため、例えばアルゴンのような希ガスが、通常、ノズルの中に吹き込まれ、ノズルがそのような付着物により閉塞されるのを防止する。
【０００７】
これらの不純物は、二次的流れに乗ってモールドのトップに浮上することも、第一の流れに乗ってモールドの下部の中に運ばれることもある。前者の場合には、しばしば不純物がモールド内を循環した後、害を及ぼすことなく、メニスカスのスラグ層に捕捉される。後者の場合には、凝固フロントの中に捕捉され、鋳造金属製品の中の欠陥となる。
【０００８】
モールド内への金属の流れは、不純物の浮上を促進し、且つ、乱流が不純物をモールドの中に引き戻して鋳造製品の中に巻き込むことを防止するため、コントロールされなければならない。このことは、通常、１またはそれ以上の磁場をかけて、モールドに入る液体金属（及びモールド内の液体金属）に作用させることにより実現される。モールドに入る液体金属を減速して、溶融金属が鋳造ストランドの中に深く侵入することを防止するために、電磁ブレーキ（ＥＭＢＲ）を用いることができる。
【０００９】
このことは、非金属パーティクル、および／または、ガスが、凝固したストランドの中に引き込まれて捕捉されることを防止すると同時に、高温の金属が、凝固途中の熱及び物質の輸送状態を妨げて、凝固したスキンを溶融させることを防止する。
【００１０】
電磁攪拌手段もまた、メニスカスへの十分な熱の輸送を確保して、凝固を防止するため、及び、メニスカスでの流れ速度をコントロールして、危険を伴わずに気泡及び介在物を溶融金属から取り除くために、使用することができる。
【００１１】
もし、メニスカスの表面での金属の流れ速度が早過ぎる場合には、それが、スラグ層の一部を引き裂いて、もしそれが製品中に捕捉された場合には、それによって、他の有害な介在物の現因となることも有り得る。しかしながら、もし、表面の流れが遅すぎる場合には、メニスカスでのモールドパウダーが、低過ぎる温度まで冷却されて凝固し、その性能を低下させる。
【００１２】
モールド内での金属の流れの、周期的な速度の変動が、モールドのオッシレーション、ノズルから出る液体金属流速の変動、及び鋳造速度の変動のために発生する。これらの速度の変動は、メニスカスでの圧力及び高さの変動をもたらし、その結果、スラグのモールドの下部への引き込み、不均一なスラグの厚さ、及びクラック形成の危険など引き起こす可能性がある。メニスカスでの流れの速度は、このように、不純物の除去及びスラグパウダーのトラッピングの双方に対して、クリティカルであり、従って、鋳造製品の品質に関係する。
【００１３】
ＥＰ−０７０７９０９には、連続鋳造プロセスのために、メニスカスでの流れ速度（Ｖｍ）を０．２〜０．４ｍｓ−１の範囲内に維持すべきであることが開示されている。しかしながら、Ｖｍの値を直接測定することは困難である。
【００１４】
ＵＳ−６４９４２４９には、金属の連続または半連続鋳造のための方法が開示されている。それによれば、二次的流れの速度がモニターされ、それによって、二次的流れに変化が検出されたときに、検出された変化の情報がコントロール装置に送られ、そこで変化が評価され、流れ速度を維持または調整するように、鋳造機の電磁ブレーキの磁束密度が調整される。この方法は、メニスカスでの流速（Ｖｍ）が上方に向かう二次的流れの関数であると言う前提に基づいている。
【００１５】
ＵＳ−６４９４２４９には、モールドの側面の一つでの上方に向かう二次的流れの速度が、メニスカスの上に発生する定在波の高さ、位置、および／または、形状をモニターすることによってモニターできることが開示されている。この定在波は、モールドの側面の一つで上方に向かう二次的流れによって発生する。変化を検出した後、その変化が評価され、この評価に基づいて磁束密度が調整される。
【００１６】
この方法の不都合な点は、変化を検出するために、ある期間に渡って定在波をモニターしなければならないところにあり、その後で、変化が生じたことを示す情報が、コントロール装置に送られることになる。モニター期間の間のモールドのオッシレーションは、定在波の高さ、形状及び位置に影響を与え得るので、モニターの精度に悪い影響を与える。
【００１７】
更に、ＵＳ−６４９４２４９には、定在波をモニターするために電磁誘導センサを使用することが開示されている。電磁誘導センサは、センサコイルのインピーダンス（アクティブまたはリアクティブ）の変化を検出することにより動作する。その値は、センサコイルと導電性材料の表面の間の距離が変化することによって、変化する。時間的に変化する電流によって駆動されるコイルは、センサコイルの回りに磁場を作り出す。強磁性材料が、この磁場の中に持ち込まれたとき、コイルの誘導リアクタンスは、通常、強磁性材料の高い透磁率のために増大する。電磁誘導に基づくセンサを使用する問題は、鋳造機において通常使用される、例えばＥＭＢＲまたは電磁攪拌装置のような電磁的手段からの干渉を受けて、それがそのようなセンサの精度に影響を与えることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第ＥＰ−０７０７９０９号明細書
【特許文献２】米国特許第ＵＳ−６４９４２４９号明細書
【発明の概要】
【００１９】
本発明の目的は、鋳造条件をコントロールし且つ最適化するため、金属鋳造プロセスの最中にプロセスパラメーターをオンラインで調整する方法を提供することにあり、且つその結果として、同等または改善された生産性で、欠陥が少ない鋳造製品を提供することにある。
【００２０】
本発明の上記の及び他の目的は、請求項１に記載された特徴を有するコントロールシステムによって実現される。
【００２１】
このコントロールシステムは、以下の構成を備える：プロセス変数を測定するための、例えば、誘導式検出器、光学的検出器、放射線検出器、または熱検出器のような、検出手段と；検出手段からのデータを評価するためのコントロール装置と；鋳造条件を最適化するために、例えば、鋳造速度、希ガスの流速、または、例えばＥＭＢＲまたは攪拌装置などのような電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、浸漬式注入ノズルの侵入深さ、または、浸漬式注入ノズルの角度、などのような、少なくとも一つのプロセスパラメーターを自動的に変更するための手段。前記検出手段は、例えば、メニスカス（１１）の特徴のようなプロセス変数を、メニスカス上の少なくとも２点で、瞬時に、鋳造期間の全体に渡って、測定する。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態によれば、測定されるメニスカスの前記特徴は、メニスカスの高さであり、２点の高さの違い（または、時間もしくは空間についての平均値）が分析され、メニスカスでの液体金属の流速（Ｖｍ）を推定するために使用される。
【００２３】
上方に移動する二次的流れによって作り出される動圧が、メニスカスの高さを局所的に引き上げる。このため、上昇した領域と周囲の間の高さの相違を測定することにより、間接的にＶｍが測定される。実験によれば、このようにして推定されたＶｍの値は、困難なＶｍ測定の代わりに、鋳造機内での液体金属の流れを調整するために使用することができる。Ｖｍの値が推定された後、Ｖｍを所定の範囲内に、または、０．１〜０．５ｍｓ−１の範囲内、好ましくは、０．２〜０．４ｍｓ−１の範囲内の所定の値に、維持するために、少なくとも一つのプロセスパラメーターが変更される。
【００２４】
このコントロールシステムは、少なくとも一つのプロセスパラメーターを能動的に調整することによって、メニスカスの特徴またはＶｍを、最適の範囲内に維持し、このようにして、鋳造製品中のブリスター（捕捉された気泡によって形成される）及び介在物の発生を最小限に抑える条件を作り出す。
【００２５】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、測定されるメニスカスの特徴は温度である。温度は、例えば、モールドの壁の温度を測定することにより、直接的または間接的に測定される。このメニスカスの温度は、表面欠陥の発生を防止するためにコントロールされる。その場合、メニスカスでの高く且つ一様な温度が好ましい。メニスカス上の２点で温度を測定することはまた、Ｖｍの間接的な測定方法を提供する。即ち、これらの温度を測定することにより、Ｖｍの値が推定される。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態によれば、メニスカスの特徴は、二次的流れの上向きに流れている金属がメニスカスと衝突する第一の領域、及び第一の領域の下流側の第二の領域で、測定される。上記の第一及び第二の領域は、通常、浸漬式注入ノズルの同一のサイドに、即ち、浸漬式注入ノズルとモールドの壁の間に、配置される。
【００２７】
本発明のコントロールシステムは、データを連続的にまたは周期的に（断続的に）採取する検出手段を有する。この検出手段は、電磁誘導に基づくデバイスであって、例えば、可変インピーダンス、可変レラクタンス、誘導及び渦電流センサ、光学、放射線、または、熱流速を測定する例えば熱電対のような熱デバイス、を含む。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態によれば、検出手段（１２，１３）の少なくとも一つは、メニスカスを横断する方向に移動可能に、且つメニスカスに対して実質的に平行に、配置される。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態によれば、誘導センサが、例えばＥＭＢＲまたは電磁攪拌装置のような電磁的手段とともに使用されるとき、この電磁的手段は、一時的に作動が停止され、その間に、誘導センサがデータを採取する。例えば、Ｖｍのようなプロセス変数は、しばしば、比較的ゆっくり変化する。そのため、もしＥＭＢＲが切り離されたとき、Ｖｍが相当程度変化するまでに、少なくとも数秒を要する。センサは、通常、一秒未満の間に測定を行う。切り離された期間が短い場合には、この期間の間にＶｍの値はあまり変化しない。
【００３０】
ＥＭＢＲが動作停止されたとき、ＥＭＢＲの磁場は、完全には消滅せず、磁気誘導、即ち残留磁気が残る。しかしながら、もし、センサの所定の位相位置でＥＭＢＲが切り離されるとすれば、残留磁気の量を計算して、そのセンサによる測定結果を修正するために考慮に入れることが可能である。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態によれば、電磁的手段は、このため、残留磁気の補正を可能にするように、前記検出手段の所定の位相位置で作動が停止される。
【００３２】
その代わりに、電磁的手段の作動停止の後に残っている残留磁気を取り除くために、少なくとも一つの電流パルスが、電磁的手段によって、作動停止期間中に供給され、その結果、測定誤差の量が更に減少する。
【００３３】
モールドにオッシレーションが与えられる鋳造機においては、メニスカスの高さを含む幾つかのプロセス変数は、そのようなオッシレーションの影響を受けて、オッシレーションと測定との間で干渉が生ずる。本発明の更に好ましい実施形態によれば、検出手段でなされる測定に対するオッシレーションの干渉を最小に抑えるために、モールドのオッシレーションに対して同期を取って、測定が行われ、それによって、測定が、常にモールドのオッシレーションの同一の位相位置で行われることが確保される。その代わりに、センサからの信号のフィルタリングまたは時間についての平均化を用いることもできる。
【００３４】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、前記検出手段は、前記電磁的手段の中に組み込まれ、それによって、測定されるプロセス変数に電磁的手段が影響を与える領域の、可能な限り近くで、測定を行うことが可能になる。
【００３５】
本発明の他の更に好ましい実施形態によれば、前記検出手段及び前記電磁的手段は、同一または一部同一のマグネチックコア、および／または、同一の誘導巻き線を使用する。
【００３６】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、モールドは、２またはそれ以上のコントロールゾーンに分割され、メニスカスの特徴が、各コントロールゾーン内で測定される。モールドは、好ましくは、モールドの中心を通る垂直線で分割され、プロセスパラメーターの一つは、モールド内に実質的に対称的な流れを実現するために変更される。二つの長辺側側壁及び二つの短辺側側壁を有する矩形のモールドの場合、それらのセンサは、好ましくは、浸漬式注入ノズルとモールドの短辺側側壁との間に配置される。
【００３７】
対称的な流れを実現するために、鋳造モールドの短辺側側壁の少なくとも一つと浸漬式注入ノズルとの間の距離が変更される。その距離は、浸漬式注入ノズルを、モールドの長辺側側壁に対して実質的に平行に移動することにより、あるいは、モールドの短辺側側壁の少なくとも一つを移動することにより変更される。
【００３８】
モールドが、２またはそれ以上のコントロールゾーンに分割される場合、電磁的手段も、モールド内のコントロールゾーンの数に対応して複数の部分に分割される。コントロールゾーンに対してメニスカスの非対称的特徴が検出されたとき、少なくとも一つの部分からの磁場が、それに対応するコントロールゾーン内の流れに影響を与えてモールド内の対称的な流れを実現するように、変更される。
【００３９】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、このコントロールシステムは、ソフトウエア手段を有し、このソフトウエア手段は、前記検出手段からのデータを用いてＶｍを推定し、最適の範囲または値からのズレが検出された場合には、所望の範囲内にまたは所望の値にＶｍを到達させるために必要なプロセスパラメーターの調整量を決定する。
【００４０】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、そのコントロール装置は、ニューラル・ネットワークを有している。
【００４１】
本発明はまた、金属の鋳造機のコントロールシステムにおいて使用されるためのコンピュータプログラム製品に係る。このコンピュータプログラム製品は、コンピュータプログラム・コード手段を備える。このコンピュータプログラム・コード手段は、鋳造機のモールド内でのメニスカスの特徴を、メニスカス上の少なくとも２点で、瞬時に、鋳造期間の全体に渡って測定する検出手段からのデータを評価する。このコンピュータプログラム製品は、必ずしも、鋳造機と同一の場所に置かれている必要はない。コンピュータプログラム製品は、金属の鋳造機のコントロールシステムと、遠隔の場所から、例えばインターネットのようなネットワークを介して、通信を行っても良い。
【００４２】
本発明は、更に、金属の鋳造機に係る。この金属の鋳造機は、モールド；液体金属を前記モールドに供給するための手段と；例えば、電磁ブレーキまたは攪拌装置のような、前記モールド内の液体金属の流れを調整するための電磁的手段と；を備える。この鋳造機は、以上に記載された実施形態に従って、前記電磁的手段の磁場強さを調整するためのコントロールシステムを備えている。
【００４３】
本発明はまた、金属を鋳造するための方法に係り、この方法においては、液体金属がモールド内に供給され、例えば電磁ブレーキまたは攪拌装置のような電磁的手段が、モールド内での液体金属の流れを調整するために使用される。この方法では、例えばメニスカスの高さあるいは温度のような、メニスカス（１１）の特徴を、メニスカス上の少なくとも２点で、瞬時に、検出手段を用いて測定し；検出手段からのデータを評価し；例えば、鋳造速度、希ガスの流速、または電磁的手段の磁場強さのような、少なくとも一つのプロセスパラメーターを自動的に変更し；それによって、所望の製品の品質を実現する。
【００４４】
測定されたプロセス変数を評価した後、少なくとも一つのプロセスパラメーター（例えば、鋳造速度、希ガスの流速、例えば電磁ブレーキまたは攪拌装置のような電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、浸漬式注入ノズルの侵入深さ、または、浸漬式注入ノズルの角度）が変更され、それによって、プロセス変数を所定の範囲内または所定の値に維持する。
【００４５】
コントロールシステム、コンピュータプログラム製品、装置及び方法は、特に、金属（例えば、鋼、アルミニウムまたは銅など）の連続鋳造あるいは半連続鋳造に、特に適しているが、それに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、金属の連続鋳造機の概略図を示している。
【図２】図２は、図１の鋳造機の部分拡大図であって、本発明の好ましい実施形態に基づくコントロールシステムを示している。
【図３】図３は、鋳造機の部分図であって、本発明の好ましい実施形態に基づくコントロールシステムを示し、この例では、モールドが少なくとも二つのコントロールゾーンに分割されている。
【図４】図４は、鋳造機の部分図であって、本発明の好ましい実施形態に基づくコントロールシステムを示し、この例では、少なくとも一つの検出器が移動可能に範囲されている。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明について、例を用いて、添付図面を参照しながら、説明する。
図１に示されている連続鋳造機において、溶融金属１が、レードル（図示せず）からタンディッシュ２の中に、注がれる。次いで、溶融金属１は、浸漬式注入ノズル３を通って水冷モールド４の中に入り、そこで、金属の外側シェルが凝固し、それにより、固体の外側シェル５及び液体のコアを有する金属ストランドが作られる。シェルが十分な厚さになった後、この部分的に凝固したストランドは、配列されたロール６の中に引き下ろされ、そこで、ストランドが、所定の形状に圧延され、且つ完全に凝固する。ストランドが完全に凝固した後、ストランドは真っ直ぐに引き伸ばされ、カットオフ・ポイント７で、要求された長さに切断される、
図２は、浸漬式注入ノズル３のサイドポート８から、モールド４に入る溶融金属１の流れのパターンを示す。モールドの内側で、凝固中の金属５の則壁の間で流れが循環する。第一の流れ９は、鋳造方向へ向かう下向きの流れである。二次的流れ１０は、モールドの側壁に沿って上向きに、速度“Ｕ”でメニスカス１１に向かって、流れる。上方に移動する二次的流れの運動エネルギーは、Ｖｍの大きさを決定する。ＥＭＢＲ（電磁ブレーキ）が、第二の金属流れ１０を減速するため、必要に応じて、モールドの上部に範囲される。
【００４８】
液体金属の流れを調整するためのコントロールシステムが、モールドの上部右手側の側方に示されている。このコントロールシステムは、例えば、当該センサとメニスカスとの間の距離“Ｚ”または二つの位置におけるメニスカスの温度を測定するためのレーザのような、二つのセンサ１２，１３を備えていて、この情報を、電気、光、無線信号を介して、コントロール装置１４に送る。それらのセンサは、第一の領域及び第二の領域に配置される。第一の領域では、速度“Ｕ”の二次的流れの上向きに流れている金属が、メニスカス１１に衝突する（センサ１２）。第一の領域の下流側の第二の領域（例えば、モールド４の中央）では、メニスカスの高さが、二次的流れの上向きに流れている金属によって大きく影響され、その結果、比較的安定している（センサ１３）。
【００４９】
コントロール装置１４は、これらのセンサからのデータを評価し、少なくとも一つの信号を、電流制限装置へ送る。電流制限装置は、例えば、ＥＭＢＲの中の電磁石の巻き線に、または、ＥＭＢＲのマグネチックコアとモールドの間の距離を調整する機械的手段に、供給される電流値をコントロールし、それによって、領域１５の少なくとも一部に作用するＥＭＢＲの磁場強さを変更する。
【００５０】
これらのセンサ１２及び１３は、二つの位置でメニスカスの高さを測定する。二つの位置の間での高さの相違が計算され、この計算からＶｍの値が推定される。次いで、ＥＭＢＲにより作られる磁場が、Ｖｍの値を０．１〜０．５ｍｓ−１にするように、操作される。ＥＭＢＲを調整することに加えて、モールドへの希ガスの流速及び鋳造速度もまた、調整され、各磁場強さに対してこれらのパラメータを最適な値に維持する。
【００５１】
コントロールシステムを、鋳造プロセスの間に時間または他のパラメータの関数として変化し易いパラメータについてのデータを用いて、予めプログラミングすることによって、コントロールシステムを、例えば、レードルの変化あるいは注入ノズルのエロージョンのような、一時的な現象を補償するために用いることができる。
【００５２】
図２は、センサが、モールドの片側の中に配置されている様子を示している。しかしながら、メニスカスのうねりは、例えば、含有物の付着によるノズルのポートの閉塞具合によって、あるいは、これらの含有物の剥がれたときに生ずる突然の閉塞解消によって、完全に対称的では決して有り得ない。従って、図３に示されているように、好ましくは、モールドを、何らかの形状及びサイズの、複数のゾーンに分割する。各ゾーンには、情報をコントロールシステムへ送る少なくとも一つのセンサが備えられ、当該コントロールシステムへは、そのゾーン内でのみ動作する電磁的手段を、モールドの他のゾーンに影響を与える電磁的手段に対して独立に、調整する。
【００５３】
コントロール装置１４が非対称的な流れ（バイアス付き流れとも呼ばれる）を検知した場合に、電磁的手段を調整することに加えて、メニスカスの特徴をコントロールしても良い。二つの長辺側側壁（図示せず）及び二つの短辺側側壁１８を有する矩形のモールドにおいて、センサは、好ましくは、浸漬式注入ノズルとモールドの短辺側側壁の間に範囲される。モールド４の少なくとも一方の短辺側側壁と浸漬式注入ノズル３の間の距離ａ，ｂを調整する。この距離ａ，ｂの調整は、モールドの短辺側側壁の少なくとも一方を移動することによって、行うことができる。
好ましくは、短辺側側壁の両方が同時に動かされ、それによって、スラブ幅が維持される。浸漬式注入ノズル３と短辺側側壁の間の距離ａ，ｂの、もう一つの調整のやり法は、浸漬式注入ノズルをモールドの長辺側側壁に対して平行に移動して、それによって、二つのコントロールゾーン１５，１６の中で対称的な流れを実現することである。
【００５４】
モールドの二つのコントロールゾーン１５，１６の中で、対称的な流れ実現する更に他のやり方は、浸漬式注入ノズル３の鋳込み方向（Ｚ）に対する角度を変更することである。
【００５５】
モールドが、図４に示されているように、２またはそれ以上のコントロールゾーン１５，１６に分割されている場合、電磁的手段を、モールド４内のコントロールゾーン１５，１６の数に応じて、複数のパーツに分けても良い。コントロールゾーン１５，１６について、メニスカスの非対称的特徴３が検出されたとき、電磁的手段の少なくとも一つの部分からの磁場が変更され、それによってそれに対応するコントロールゾーンの流れに影響を与え、モールド内での対称的な流れを実現する。
【００５６】
図３に示されているように、コントロールシステムは、二つのセンサ１２，１３の代わりに、メニスカス１１の上で移動可能に配置されたセンサ１２を、唯一つ有していても良い。このセンサ１２は、メニスカス上をスキャンし、メニスカス上の少なくとも２点でその高さを測定する。メニスカス上の２点の高さの相違は、メニスカスでの液体金属の流速（Ｖｍ）を推定するために使用される。
【００５７】
流れ速度を測定する代わりに、センサは、メニスカス上の少なくとも２点での温度を測定しても良い。
【００５８】
以上において、本発明の特定の好ましい特徴のみが、例示され、説明されているが、多くの変形及び変更は、当業者にとって、明白である。従って、本発明のそのような変形及び変更は、本願のクレームの技術的範囲内に含まれることを理解すべきである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の鋳造機において液体金属の流れを調整するためのコントロールシステムに係る。このコントロールシステムは、プロセス変数を測定するための検出手段と；検出手段からのデータを評価するためのコントロール装置と；鋳造条件を最適化するために、少なくとも一つのプロセスパラメーター（例えば、鋳造速度、希ガスの流速、例えば電磁ブレーキまたは電磁攪拌装置のような電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、または、浸漬式注入ノズルの侵入深さ）を自動的に変更するための手段と；を備えている。本発明はまた、金属を鋳造するためのコンピュータプログラム製品、装置及び方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造プロセスにおいては、溶融金属がレードルから、鋳造機の最上部の容器（タンディッシュ）の中に注がれる。その溶融金属は、浸漬ノズルまたはフリータッピングノズルを通って、コントロールされた流速で、水冷モールドの中に入る。水冷モールドでは、金属の外側のシェルの凝固が始まり、外側のシェルと液状のコアを有する金属ストランドが作られる。シェルが十分の厚さになった後、部分的に凝固したストランドは、下方に引き抜かれ、一連のロール及び水スプレイの中に入り、ストランド表面から熱が更に取り除かれる。それによって、ストランドが所定の形状に圧延され、且つそれと同時に完全に凝固される。ストランドが引き抜かれ（鋳造速度で）のに合わせて、液体金属がモールドに注がれ、引き抜かれる速度と同じ速度で、金属を補う。
【０００３】
ストランドが完全に凝固した後、ストランドは真直に引き伸ばされ、要求された長さに切断され、連続鋳造機のデザインに応じて、例えば、スラブ（矩形断面を有する、長く、厚い、平らな金属の塊）、ブルーム（正方形断面を有する金属の長尺の塊）、または、ビレット（ブルームに類似しているが、断面が小さめなもの）に加工される。
【０００４】
スラグが、金属から不純物を取り除いて、金属を環境による酸化から保護するため、且つ金属を熱的に遮断するために、使用される。スラグはまた、モールドの壁と凝固したシェルとの間の潤滑をもたらす。モールドにはまた、凝固中のシェルとモールドの壁との間の摩擦及び接着を最小して、シェルが裂けるのを防止するために、通常、オッシレーションが与えられる。
【０００５】
モールドの内側では、凝固中の金属の側壁の中で、流れが循環する。浸漬式注入ノズルが使用されるとき、鋳造方向に向かって下向きに流れる第一の流れに加えて、二次的流れが形成される。この二次的流れは、モールドの壁面に沿って、メニスカス（即ち、モールド内の液体金属表面の層）の方向に、上向きに流れる。
【０００６】
モールドの中に入る溶融金属は、例えばアルミニウム、カルシウム及び鉄の酸化物のような、不純物を連行している。そのため、例えばアルゴンのような希ガスが、通常、ノズルの中に吹き込まれ、ノズルがそのような付着物により閉塞されるのを防止する。
【０００７】
これらの不純物は、二次的流れに乗ってモールドのトップに浮上することも、第一の流れに乗ってモールドの下部の中に運ばれることもある。前者の場合には、しばしば不純物がモールド内を循環した後、害を及ぼすことなく、メニスカスのスラグ層に捕捉される。後者の場合には、凝固フロントの中に捕捉され、鋳造金属製品の中の欠陥となる。
【０００８】
モールド内への金属の流れは、不純物の浮上を促進し、且つ、乱流が不純物をモールドの中に引き戻して鋳造製品の中に巻き込むことを防止するため、コントロールされなければならない。このことは、通常、１またはそれ以上の磁場をかけて、モールドに入る液体金属（及びモールド内の液体金属）に作用させることにより実現される。モールドに入る液体金属を減速して、溶融金属が鋳造ストランドの中に深く侵入することを防止するために、電磁ブレーキ（ＥＭＢＲ）を用いることができる。
【０００９】
このことは、非金属パーティクル、および／または、ガスが、凝固したストランドの中に引き込まれて捕捉されることを防止すると同時に、高温の金属が、凝固途中の熱及び物質の輸送状態を妨げて、凝固したスキンを溶融させることを防止する。
【００１０】
電磁攪拌手段もまた、メニスカスへの十分な熱の輸送を確保して、凝固を防止するため、及び、メニスカスでの流れ速度をコントロールして、危険を伴わずに気泡及び介在物を溶融金属から取り除くために、使用することができる。
【００１１】
もし、メニスカスの表面での金属の流れ速度が早過ぎる場合には、それが、スラグ層の一部を引き裂いて、もしそれが製品中に捕捉された場合には、それによって、他の有害な介在物の現因となることも有り得る。しかしながら、もし、表面の流れが遅すぎる場合には、メニスカスでのモールドパウダーが、低過ぎる温度まで冷却されて凝固し、その性能を低下させる。
【００１２】
モールド内での金属の流れの、周期的な速度の変動が、モールドのオッシレーション、ノズルから出る液体金属流速の変動、及び鋳造速度の変動のために発生する。これらの速度の変動は、メニスカスでの圧力及び高さの変動をもたらし、その結果、スラグのモールドの下部への引き込み、不均一なスラグの厚さ、及びクラック形成の危険など引き起こす可能性がある。メニスカスでの流れの速度は、このように、不純物の除去及びスラグパウダーのトラッピングの双方に対して、クリティカルであり、従って、鋳造製品の品質に関係する。
【００１３】
ＥＰ−０７０７９０９には、連続鋳造プロセスのために、メニスカスでの流れ速度（Ｖｍ）を０．２〜０．４ｍｓ−１の範囲内に維持すべきであることが開示されている。しかしながら、Ｖｍの値を直接測定することは困難である。
【００１４】
ＵＳ−６４９４２４９には、金属の連続または半連続鋳造のための方法が開示されている。それによれば、二次的流れの速度がモニターされ、それによって、二次的流れに変化が検出されたときに、検出された変化の情報がコントロール装置に送られ、そこで変化が評価され、流れ速度を維持または調整するように、鋳造機の電磁ブレーキの磁束密度が調整される。この方法は、メニスカスでの流速（Ｖｍ）が上方に向かう二次的流れの関数であると言う前提に基づいている。
【００１５】
ＵＳ−６４９４２４９には、モールドの側面の一つでの上方に向かう二次的流れの速度が、メニスカスの上に発生する定在波の高さ、位置、および／または、形状をモニターすることによってモニターできることが開示されている。この定在波は、モールドの側面の一つで上方に向かう二次的流れによって発生する。変化を検出した後、その変化が評価され、この評価に基づいて磁束密度が調整される。
【００１６】
この方法の不都合な点は、変化を検出するために、ある期間に渡って定在波をモニターしなければならないところにあり、その後で、変化が生じたことを示す情報が、コントロール装置に送られることになる。モニター期間の間のモールドのオッシレーションは、定在波の高さ、形状及び位置に影響を与え得るので、モニターの精度に悪い影響を与える。
【００１７】
更に、ＵＳ−６４９４２４９には、定在波をモニターするために電磁誘導センサを使用することが開示されている。電磁誘導センサは、センサコイルのインピーダンス（アクティブまたはリアクティブ）の変化を検出することにより動作する。その値は、センサコイルと導電性材料の表面の間の距離が変化することによって、変化する。時間的に変化する電流によって駆動されるコイルは、センサコイルの回りに磁場を作り出す。強磁性材料が、この磁場の中に持ち込まれたとき、コイルの誘導リアクタンスは、通常、強磁性材料の高い透磁率のために増大する。電磁誘導に基づくセンサを使用する問題は、鋳造機において通常使用される、例えばＥＭＢＲまたは電磁攪拌装置のような電磁的手段からの干渉を受けて、それがそのようなセンサの精度に影響を与えることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第ＥＰ−０７０７９０９号明細書
【特許文献２】米国特許第ＵＳ−６４９４２４９号明細書
【発明の概要】
【００１９】
本発明の目的は、鋳造条件をコントロールし且つ最適化するため、金属鋳造プロセスの最中にプロセスパラメーターをオンラインで調整する方法を提供することにあり、且つその結果として、同等または改善された生産性で、欠陥が少ない鋳造製品を提供することにある。
【００２０】
本発明の上記の及び他の目的は、請求項１に記載された特徴を有するコントロールシステムによって実現される。
【００２１】
このコントロールシステムは、以下の構成を備える：プロセス変数を測定するための、例えば、誘導式検出器、光学的検出器、放射線検出器、または熱検出器のような、検出手段と；検出手段からのデータを評価するためのコントロール装置と；鋳造条件を最適化するために、例えば、鋳造速度、希ガスの流速、または、例えばＥＭＢＲまたは攪拌装置などのような電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、浸漬式注入ノズルの侵入深さ、または、浸漬式注入ノズルの角度、などのような、少なくとも一つのプロセスパラメーターを自動的に変更するための手段。前記検出手段は、例えば、メニスカス（１１）の特徴のようなプロセス変数を、メニスカス上の少なくとも２点で、瞬時に、鋳造期間の全体に渡って、測定する。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態によれば、測定されるメニスカスの前記特徴は、メニスカスの高さであり、２点の高さの違い（または、時間もしくは空間についての平均値）が分析され、メニスカスでの液体金属の流速（Ｖｍ）を推定するために使用される。
【００２３】
上方に移動する二次的流れによって作り出される動圧が、メニスカスの高さを局所的に引き上げる。このため、上昇した領域と周囲の間の高さの相違を測定することにより、間接的にＶｍが測定される。実験によれば、このようにして推定されたＶｍの値は、困難なＶｍ測定の代わりに、鋳造機内での液体金属の流れを調整するために使用することができる。Ｖｍの値が推定された後、Ｖｍを所定の範囲内に、または、０．１〜０．５ｍｓ−１の範囲内、好ましくは、０．２〜０．４ｍｓ−１の範囲内の所定の値に、維持するために、少なくとも一つのプロセスパラメーターが変更される。
【００２４】
このコントロールシステムは、少なくとも一つのプロセスパラメーターを能動的に調整することによって、メニスカスの特徴またはＶｍを、最適の範囲内に維持し、このようにして、鋳造製品中のブリスター（捕捉された気泡によって形成される）及び介在物の発生を最小限に抑える条件を作り出す。
【００２５】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、測定されるメニスカスの特徴は温度である。温度は、例えば、モールドの壁の温度を測定することにより、直接的または間接的に測定される。このメニスカスの温度は、表面欠陥の発生を防止するためにコントロールされる。その場合、メニスカスでの高く且つ一様な温度が好ましい。メニスカス上の２点で温度を測定することはまた、Ｖｍの間接的な測定方法を提供する。即ち、これらの温度を測定することにより、Ｖｍの値が推定される。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態によれば、メニスカスの特徴は、二次的流れの上向きに流れている金属がメニスカスと衝突する第一の領域、及び第一の領域の下流側の第二の領域で、測定される。上記の第一及び第二の領域は、通常、浸漬式注入ノズルの同一のサイドに、即ち、浸漬式注入ノズルとモールドの壁の間に、配置される。
【００２７】
本発明のコントロールシステムは、データを連続的にまたは周期的に（断続的に）採取する検出手段を有する。この検出手段は、電磁誘導に基づくデバイスであって、例えば、可変インピーダンス、可変レラクタンス、誘導及び渦電流センサ、光学、放射線、または、熱流速を測定する例えば熱電対のような熱デバイス、を含む。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態によれば、検出手段（１２，１３）の少なくとも一つは、メニスカスを横断する方向に移動可能に、且つメニスカスに対して実質的に平行に、配置される。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態によれば、誘導センサが、例えばＥＭＢＲまたは電磁攪拌装置のような電磁的手段とともに使用されるとき、この電磁的手段は、一時的に作動が停止され、その間に、誘導センサがデータを採取する。例えば、Ｖｍのようなプロセス変数は、しばしば、比較的ゆっくり変化する。そのため、もしＥＭＢＲが切り離されたとき、Ｖｍが相当程度変化するまでに、少なくとも数秒を要する。センサは、通常、一秒未満の間に測定を行う。切り離された期間が短い場合には、この期間の間にＶｍの値はあまり変化しない。
【００３０】
ＥＭＢＲが動作停止されたとき、ＥＭＢＲの磁場は、完全には消滅せず、磁気誘導、即ち残留磁気が残る。しかしながら、もし、センサの所定の位相位置でＥＭＢＲが切り離されるとすれば、残留磁気の量を計算して、そのセンサによる測定結果を修正するために考慮に入れることが可能である。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態によれば、電磁的手段は、このため、残留磁気の補正を可能にするように、前記検出手段の所定の位相位置で作動が停止される。
【００３２】
その代わりに、電磁的手段の作動停止の後に残っている残留磁気を取り除くために、少なくとも一つの電流パルスが、電磁的手段によって、作動停止期間中に供給され、その結果、測定誤差の量が更に減少する。
【００３３】
モールドにオッシレーションが与えられる鋳造機においては、メニスカスの高さを含む幾つかのプロセス変数は、そのようなオッシレーションの影響を受けて、オッシレーションと測定との間で干渉が生ずる。本発明の更に好ましい実施形態によれば、検出手段でなされる測定に対するオッシレーションの干渉を最小に抑えるために、モールドのオッシレーションに対して同期を取って、測定が行われ、それによって、測定が、常にモールドのオッシレーションの同一の位相位置で行われることが確保される。その代わりに、センサからの信号のフィルタリングまたは時間についての平均化を用いることもできる。
【００３４】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、前記検出手段は、前記電磁的手段の中に組み込まれ、それによって、測定されるプロセス変数に電磁的手段が影響を与える領域の、可能な限り近くで、測定を行うことが可能になる。
【００３５】
本発明の他の更に好ましい実施形態によれば、前記検出手段及び前記電磁的手段は、同一または一部同一のマグネチックコア、および／または、同一の誘導巻き線を使用する。
【００３６】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、モールドは、２またはそれ以上のコントロールゾーンに分割され、メニスカスの特徴が、各コントロールゾーン内で測定される。モールドは、好ましくは、モールドの中心を通る垂直線で分割され、プロセスパラメーターの一つは、モールド内に実質的に対称的な流れを実現するために変更される。二つの長辺側側壁及び二つの短辺側側壁を有する矩形のモールドの場合、それらのセンサは、好ましくは、浸漬式注入ノズルとモールドの短辺側側壁との間に配置される。
【００３７】
対称的な流れを実現するために、鋳造モールドの短辺側側壁の少なくとも一つと浸漬式注入ノズルとの間の距離が変更される。その距離は、浸漬式注入ノズルを、モールドの長辺側側壁に対して実質的に平行に移動することにより、あるいは、モールドの短辺側側壁の少なくとも一つを移動することにより変更される。
【００３８】
モールドが、２またはそれ以上のコントロールゾーンに分割される場合、電磁的手段も、モールド内のコントロールゾーンの数に対応して複数の部分に分割される。コントロールゾーンに対してメニスカスの非対称的特徴が検出されたとき、少なくとも一つの部分からの磁場が、それに対応するコントロールゾーン内の流れに影響を与えてモールド内の対称的な流れを実現するように、変更される。
【００３９】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、このコントロールシステムは、ソフトウエア手段を有し、このソフトウエア手段は、前記検出手段からのデータを用いてＶｍを推定し、最適の範囲または値からのズレが検出された場合には、所望の範囲内にまたは所望の値にＶｍを到達させるために必要なプロセスパラメーターの調整量を決定する。
【００４０】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、そのコントロール装置は、ニューラル・ネットワークを有している。
【００４１】
本発明はまた、金属の鋳造機のコントロールシステムにおいて使用されるためのコンピュータプログラム製品に係る。このコンピュータプログラム製品は、コンピュータプログラム・コード手段を備える。このコンピュータプログラム・コード手段は、鋳造機のモールド内でのメニスカスの特徴を、メニスカス上の少なくとも２点で、瞬時に、鋳造期間の全体に渡って測定する検出手段からのデータを評価する。このコンピュータプログラム製品は、必ずしも、鋳造機と同一の場所に置かれている必要はない。コンピュータプログラム製品は、金属の鋳造機のコントロールシステムと、遠隔の場所から、例えばインターネットのようなネットワークを介して、通信を行っても良い。
【００４２】
本発明は、更に、金属の鋳造機に係る。この金属の鋳造機は、モールド；液体金属を前記モールドに供給するための手段と；例えば、電磁ブレーキまたは攪拌装置のような、前記モールド内の液体金属の流れを調整するための電磁的手段と；を備える。この鋳造機は、以上に記載された実施形態に従って、前記電磁的手段の磁場強さを調整するためのコントロールシステムを備えている。
【００４３】
本発明はまた、金属を鋳造するための方法に係り、この方法においては、液体金属がモールド内に供給され、例えば電磁ブレーキまたは攪拌装置のような電磁的手段が、モールド内での液体金属の流れを調整するために使用される。この方法では、例えばメニスカスの高さあるいは温度のような、メニスカス（１１）の特徴を、メニスカス上の少なくとも２点で、瞬時に、検出手段を用いて測定し；検出手段からのデータを評価し；例えば、鋳造速度、希ガスの流速、または電磁的手段の磁場強さのような、少なくとも一つのプロセスパラメーターを自動的に変更し；それによって、所望の製品の品質を実現する。
【００４４】
測定されたプロセス変数を評価した後、少なくとも一つのプロセスパラメーター（例えば、鋳造速度、希ガスの流速、例えば電磁ブレーキまたは攪拌装置のような電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、浸漬式注入ノズルの侵入深さ、または、浸漬式注入ノズルの角度）が変更され、それによって、プロセス変数を所定の範囲内または所定の値に維持する。
【００４５】
コントロールシステム、コンピュータプログラム製品、装置及び方法は、特に、金属（例えば、鋼、アルミニウムまたは銅など）の連続鋳造あるいは半連続鋳造に、特に適しているが、それに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、金属の連続鋳造機の概略図を示している。
【図２】図２は、図１の鋳造機の部分拡大図であって、本発明の好ましい実施形態に基づくコントロールシステムを示している。
【図３】図３は、鋳造機の部分図であって、本発明の好ましい実施形態に基づくコントロールシステムを示し、この例では、モールドが少なくとも二つのコントロールゾーンに分割されている。
【図４】図４は、鋳造機の部分図であって、本発明の好ましい実施形態に基づくコントロールシステムを示し、この例では、少なくとも一つの検出器が移動可能に範囲されている。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明について、例を用いて、添付図面を参照しながら、説明する。
図１に示されている連続鋳造機において、溶融金属１が、レードル（図示せず）からタンディッシュ２の中に、注がれる。次いで、溶融金属１は、浸漬式注入ノズル３を通って水冷モールド４の中に入り、そこで、金属の外側シェルが凝固し、それにより、固体の外側シェル５及び液体のコアを有する金属ストランドが作られる。シェルが十分な厚さになった後、この部分的に凝固したストランドは、配列されたロール６の中に引き下ろされ、そこで、ストランドが、所定の形状に圧延され、且つ完全に凝固する。ストランドが完全に凝固した後、ストランドは真っ直ぐに引き伸ばされ、カットオフ・ポイント７で、要求された長さに切断される、
図２は、浸漬式注入ノズル３のサイドポート８から、モールド４に入る溶融金属１の流れのパターンを示す。モールドの内側で、凝固中の金属５の則壁の間で流れが循環する。第一の流れ９は、鋳造方向へ向かう下向きの流れである。二次的流れ１０は、モールドの側壁に沿って上向きに、速度“Ｕ”でメニスカス１１に向かって、流れる。上方に移動する二次的流れの運動エネルギーは、Ｖｍの大きさを決定する。ＥＭＢＲ（電磁ブレーキ）が、第二の金属流れ１０を減速するため、必要に応じて、モールドの上部に範囲される。
【００４８】
液体金属の流れを調整するためのコントロールシステムが、モールドの上部右手側の側方に示されている。このコントロールシステムは、例えば、当該センサとメニスカスとの間の距離“Ｚ”または二つの位置におけるメニスカスの温度を測定するためのレーザのような、二つのセンサ１２，１３を備えていて、この情報を、電気、光、無線信号を介して、コントロール装置１４に送る。それらのセンサは、第一の領域及び第二の領域に配置される。第一の領域では、速度“Ｕ”の二次的流れの上向きに流れている金属が、メニスカス１１に衝突する（センサ１２）。第一の領域の下流側の第二の領域（例えば、モールド４の中央）では、メニスカスの高さが、二次的流れの上向きに流れている金属によって大きく影響され、その結果、比較的安定している（センサ１３）。
【００４９】
コントロール装置１４は、これらのセンサからのデータを評価し、少なくとも一つの信号を、電流制限装置へ送る。電流制限装置は、例えば、ＥＭＢＲの中の電磁石の巻き線に、または、ＥＭＢＲのマグネチックコアとモールドの間の距離を調整する機械的手段に、供給される電流値をコントロールし、それによって、領域１５の少なくとも一部に作用するＥＭＢＲの磁場強さを変更する。
【００５０】
これらのセンサ１２及び１３は、二つの位置でメニスカスの高さを測定する。二つの位置の間での高さの相違が計算され、この計算からＶｍの値が推定される。次いで、ＥＭＢＲにより作られる磁場が、Ｖｍの値を０．１〜０．５ｍｓ−１にするように、操作される。ＥＭＢＲを調整することに加えて、モールドへの希ガスの流速及び鋳造速度もまた、調整され、各磁場強さに対してこれらのパラメータを最適な値に維持する。
【００５１】
コントロールシステムを、鋳造プロセスの間に時間または他のパラメータの関数として変化し易いパラメータについてのデータを用いて、予めプログラミングすることによって、コントロールシステムを、例えば、レードルの変化あるいは注入ノズルのエロージョンのような、一時的な現象を補償するために用いることができる。
【００５２】
図２は、センサが、モールドの片側の中に配置されている様子を示している。しかしながら、メニスカスのうねりは、例えば、含有物の付着によるノズルのポートの閉塞具合によって、あるいは、これらの含有物の剥がれたときに生ずる突然の閉塞解消によって、完全に対称的では決して有り得ない。従って、図３に示されているように、好ましくは、モールドを、何らかの形状及びサイズの、複数のゾーンに分割する。各ゾーンには、情報をコントロールシステムへ送る少なくとも一つのセンサが備えられ、当該コントロールシステムへは、そのゾーン内でのみ動作する電磁的手段を、モールドの他のゾーンに影響を与える電磁的手段に対して独立に、調整する。
【００５３】
コントロール装置１４が非対称的な流れ（バイアス付き流れとも呼ばれる）を検知した場合に、電磁的手段を調整することに加えて、メニスカスの特徴をコントロールしても良い。二つの長辺側側壁（図示せず）及び二つの短辺側側壁１８を有する矩形のモールドにおいて、センサは、好ましくは、浸漬式注入ノズルとモールドの短辺側側壁の間に範囲される。モールド４の少なくとも一方の短辺側側壁と浸漬式注入ノズル３の間の距離ａ，ｂを調整する。この距離ａ，ｂの調整は、モールドの短辺側側壁の少なくとも一方を移動することによって、行うことができる。
好ましくは、短辺側側壁の両方が同時に動かされ、それによって、スラブ幅が維持される。浸漬式注入ノズル３と短辺側側壁の間の距離ａ，ｂの、もう一つの調整のやり法は、浸漬式注入ノズルをモールドの長辺側側壁に対して平行に移動して、それによって、二つのコントロールゾーン１５，１６の中で対称的な流れを実現することである。
【００５４】
モールドの二つのコントロールゾーン１５，１６の中で、対称的な流れ実現する更に他のやり方は、浸漬式注入ノズル３の鋳込み方向（Ｚ）に対する角度を変更することである。
【００５５】
モールドが、図４に示されているように、２またはそれ以上のコントロールゾーン１５，１６に分割されている場合、電磁的手段を、モールド４内のコントロールゾーン１５，１６の数に応じて、複数のパーツに分けても良い。コントロールゾーン１５，１６について、メニスカスの非対称的特徴３が検出されたとき、電磁的手段の少なくとも一つの部分からの磁場が変更され、それによってそれに対応するコントロールゾーンの流れに影響を与え、モールド内での対称的な流れを実現する。
【００５６】
図３に示されているように、コントロールシステムは、二つのセンサ１２，１３の代わりに、メニスカス１１の上で移動可能に配置されたセンサ１２を、唯一つ有していても良い。このセンサ１２は、メニスカス上をスキャンし、メニスカス上の少なくとも２点でその高さを測定する。メニスカス上の２点の高さの相違は、メニスカスでの液体金属の流速（Ｖｍ）を推定するために使用される。
【００５７】
流れ速度を測定する代わりに、センサは、メニスカス上の少なくとも２点での温度を測定しても良い。
【００５８】
以上において、本発明の特定の好ましい特徴のみが、例示され、説明されているが、多くの変形及び変更は、当業者にとって、明白である。従って、本発明のそのような変形及び変更は、本願のクレームの技術的範囲内に含まれることを理解すべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の鋳造機において液体金属の流れを調整するためのコントロールシステムであって：
検出手段（１２，１３）を備え、この検出手段は、メニスカス上の少なくとも２点でのメニスカスの高さ、または、メニスカスの温度、などの特徴を、瞬時に、鋳造プロセスの全体に亘って測定するように構成され；
前記検出手段からのデータを評価するように構成されたコントロール装置（１４，１７）を備え、このコントロール装置（１４，１７）は、前記少なくとも２点でのメニスカス（１１）の前記特徴の間の差を用いて、メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を推定するように構成され；
鋳造条件を最適化するために、少なくとも一つのプロセスパラメーターを自動的に変更するための手段を備え、前記少なくとも一つのプロセスパラメーターは、メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を予め定められた範囲内または予め定められた値に維持するために、変更可能であり；
前記少なくとも一つのプロセスパラメーターは、鋳造速度、希ガスの流速、電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、浸漬式注入ノズル（３）の侵入深さ、または、浸漬式注入ノズル（３）の角度であること；
を特徴とするコントロールシステム。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載のコントロールシステム：
前記電磁的手段は、電磁ブレーキまたは攪拌装置を有している。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１または２に記載のコントロールシステム：
メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）が、０．１〜０．５ｍｓ−１の範囲内にあり、好ましくは、０．２〜０．４ｍｓ−１の範囲内にあるように構成されている。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項１に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）は、メニスカスの温度を直接的または間接的に測定するように構成されている。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
メニスカスの特徴が、二次的流れの上向きに流れている金属がメニスカス（１１）と衝突する第一の領域、及び第一の領域の下流側の第二の領域で、測定されるように構成されている。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１から５のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）は、データを連続的に採取するように構成されている。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項１から６のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）は、データを周期的に採取するように構成されている。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項１から７のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）の少なくとも一つは、メニスカス（１１）を横断する方向に且つメニスカス（１１）に対して実質的に平行に、移動可能に配置されている。
【請求項９】
下記特徴を有する請求項７に記載のコントロールシステム：
金属の鋳造機において使用するためのコントロールシステムであって、
当該鋳造機は、モールド内の液体金属の流れを調整するため、例えば、電磁ブレーキまたは攪拌装置のような電磁的手段を備え、
この電磁的手段は、一時的に作動が停止され、この期間の間に、前記検出手段（１２，１３）がデータを採取するように構成されている。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項９に記載のコントロールシステム：
前記電磁的手段は、残留磁気の補正を可能にするように、前記検出手段（１２，１３）の所定の位相位置で作動が停止されるように構成されている。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項９または１０に記載のコントロールシステム：
前記電磁的手段は、前記作動停止期間の間に、前記電磁的手段の作動停止の後に残っている残留磁気を取り除くために、少なくとも一つの電流パルスを供給するように構成されている。
【請求項１２】
下記特徴を有する請求項７から１１のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
金属の鋳造機において使用するためのコントロールシステムであって、モールドにオッシレーションを与えるための手段を備えたモールド（４）を備え、
前記検出手段（１２，１３）は、前記モールドのオッシレーションの同一の位相位置でデータが採取されるように、前記モールドのオッシレーションに対して同期が取られるように構成されている。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項７から１２のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）は、前記電磁的手段の中に組み込まれている。
【請求項１４】
下記特徴を有する請求項１３に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）及び前記電磁的手段は、同一または一部同一のマグネチックコア、および／または、同一の誘導巻き線を使用するように構成されている。
【請求項１５】
下記特徴を有する請求項１から１４のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
当該コントロールシステムは、ソフトウエア手段を有し、
このソフトウエア手段は、前記検出手段（１２，１３）からのデータを用いてメニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を推定し、最適の範囲または値からのズレが検出された場合には、メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を所望の範囲内にまたは所望の値に調整するために必要なプロセスパラメーターの調整量を決定するように構成されている。
【請求項１６】
下記特徴を有する請求項１から１５のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
前記モールド（４）は、２またはそれ以上のコントロールゾーン（１５，１６）に分割され、
メニスカスの特徴が、各コントロールゾーン（１５，１６）内で測定されるように構成されて、且つ、
前記少なくとも一つのプロセスパラメーターが、前記モールド（４）内に対称的な流れを実現するために変更可能であるように構成されている。
【請求項１７】
下記特徴を有する請求項１６に記載のコントロールシステム：
前記モールド（４）は、二つの短辺側側面（１８）と二つの長辺側側面を備え、
前記少なくとも一つのプロセスパラメーターは、前記モールド（４）の短辺側側壁の少なくとも一つと前記浸漬式注入ノズル（３）の間の距離（ａ，ｂ）である。
【請求項１８】
下記特徴を有する請求項１７に記載のコントロールシステム：
前記距離（ａ，ｂ）が、前記浸漬式注入ノズル（３）を、前記モールド（４）の長辺側側壁に対して平行に且つ水平方向に移動することによって変更されるように構成されている。
【請求項１９】
下記特徴を有する請求項１７に記載のコントロールシステム：
前記距離（ａ，ｂ）が、前記モールド（４）の短辺側側壁（１８）の少なくとも一つを移動することにより変更されるように構成されている。
【請求項２０】
下記特徴を有する請求項１６から１９の何れか１項に記載のコントロールシステム：
前記電磁的手段は、前記モールド（４）内のコントロールゾーン（１５，１６）の数に対応する複数の部分に分轄され、
前記コントロールゾーン（１５，１６）に対してメニスカスの非対称的特徴が検知されたとき、少なくとも一つの部分からの磁場が、それに対応するコントロールゾーン（１５，１６）内の流れに影響を与えて、前記モールド内の対称的な流れを実現するために、変更可能であるように構成されている。
【請求項２１】
金属の鋳造機において液体金属の流れを調整するための方法であって：
前記金属の鋳造機は、
検出手段（１２，１３）を備え、この検出手段は、メニスカス上での少なくとも２点でのメニスカスの高さ、または、メニスカスの温度、などの特徴を、瞬時に、鋳造プロセスの全体に亘って測定するように構成され；
前記検出手段からのデータを評価するように構成されたコントロール装置（１４，１７）を備え、このコントロール装置（１４，１７）は、前記少なくとも２点でのメニスカス（１１）の高さの間の差を用いて、メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を推定し；
鋳造条件を最適化するために、少なくとも一つのプロセスパラメーターを自動的に変更するための手段を備え、前記少なくとも一つのプロセスパラメーターは、メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を、予め定められた範囲内または予め定められた値に維持するために変更され；
前記少なくとも一つのプロセスパラメーターは、鋳造速度、希ガスの流速、電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、浸漬式注入ノズル（３）の侵入深さ、または、浸漬式注入ノズル（３）の角度であること；
を特徴とする方法。
【請求項２２】
下記特徴を有する請求項２１に記載の方法：
前記電磁的手段は、電磁ブレーキまたは攪拌装置を有している。
【請求項１】
金属の鋳造機において液体金属の流れを調整するためのコントロールシステムであって：
検出手段（１２，１３）を備え、この検出手段は、メニスカス上の少なくとも２点でのメニスカスの高さ、または、メニスカスの温度、などの特徴を、瞬時に、鋳造プロセスの全体に亘って測定するように構成され；
前記検出手段からのデータを評価するように構成されたコントロール装置（１４，１７）を備え、このコントロール装置（１４，１７）は、前記少なくとも２点でのメニスカス（１１）の前記特徴の間の差を用いて、メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を推定するように構成され；
鋳造条件を最適化するために、少なくとも一つのプロセスパラメーターを自動的に変更するための手段を備え、前記少なくとも一つのプロセスパラメーターは、メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を予め定められた範囲内または予め定められた値に維持するために、変更可能であり；
前記少なくとも一つのプロセスパラメーターは、鋳造速度、希ガスの流速、電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、浸漬式注入ノズル（３）の侵入深さ、または、浸漬式注入ノズル（３）の角度であること；
を特徴とするコントロールシステム。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載のコントロールシステム：
前記電磁的手段は、電磁ブレーキまたは攪拌装置を有している。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１または２に記載のコントロールシステム：
メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）が、０．１〜０．５ｍｓ−１の範囲内にあり、好ましくは、０．２〜０．４ｍｓ−１の範囲内にあるように構成されている。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項１に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）は、メニスカスの温度を直接的または間接的に測定するように構成されている。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
メニスカスの特徴が、二次的流れの上向きに流れている金属がメニスカス（１１）と衝突する第一の領域、及び第一の領域の下流側の第二の領域で、測定されるように構成されている。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１から５のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）は、データを連続的に採取するように構成されている。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項１から６のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）は、データを周期的に採取するように構成されている。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項１から７のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）の少なくとも一つは、メニスカス（１１）を横断する方向に且つメニスカス（１１）に対して実質的に平行に、移動可能に配置されている。
【請求項９】
下記特徴を有する請求項７に記載のコントロールシステム：
金属の鋳造機において使用するためのコントロールシステムであって、
当該鋳造機は、モールド内の液体金属の流れを調整するため、例えば、電磁ブレーキまたは攪拌装置のような電磁的手段を備え、
この電磁的手段は、一時的に作動が停止され、この期間の間に、前記検出手段（１２，１３）がデータを採取するように構成されている。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項９に記載のコントロールシステム：
前記電磁的手段は、残留磁気の補正を可能にするように、前記検出手段（１２，１３）の所定の位相位置で作動が停止されるように構成されている。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項９または１０に記載のコントロールシステム：
前記電磁的手段は、前記作動停止期間の間に、前記電磁的手段の作動停止の後に残っている残留磁気を取り除くために、少なくとも一つの電流パルスを供給するように構成されている。
【請求項１２】
下記特徴を有する請求項７から１１のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
金属の鋳造機において使用するためのコントロールシステムであって、モールドにオッシレーションを与えるための手段を備えたモールド（４）を備え、
前記検出手段（１２，１３）は、前記モールドのオッシレーションの同一の位相位置でデータが採取されるように、前記モールドのオッシレーションに対して同期が取られるように構成されている。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項７から１２のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）は、前記電磁的手段の中に組み込まれている。
【請求項１４】
下記特徴を有する請求項１３に記載のコントロールシステム：
前記検出手段（１２，１３）及び前記電磁的手段は、同一または一部同一のマグネチックコア、および／または、同一の誘導巻き線を使用するように構成されている。
【請求項１５】
下記特徴を有する請求項１から１４のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
当該コントロールシステムは、ソフトウエア手段を有し、
このソフトウエア手段は、前記検出手段（１２，１３）からのデータを用いてメニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を推定し、最適の範囲または値からのズレが検出された場合には、メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を所望の範囲内にまたは所望の値に調整するために必要なプロセスパラメーターの調整量を決定するように構成されている。
【請求項１６】
下記特徴を有する請求項１から１５のいずれか１項に記載のコントロールシステム：
前記モールド（４）は、２またはそれ以上のコントロールゾーン（１５，１６）に分割され、
メニスカスの特徴が、各コントロールゾーン（１５，１６）内で測定されるように構成されて、且つ、
前記少なくとも一つのプロセスパラメーターが、前記モールド（４）内に対称的な流れを実現するために変更可能であるように構成されている。
【請求項１７】
下記特徴を有する請求項１６に記載のコントロールシステム：
前記モールド（４）は、二つの短辺側側面（１８）と二つの長辺側側面を備え、
前記少なくとも一つのプロセスパラメーターは、前記モールド（４）の短辺側側壁の少なくとも一つと前記浸漬式注入ノズル（３）の間の距離（ａ，ｂ）である。
【請求項１８】
下記特徴を有する請求項１７に記載のコントロールシステム：
前記距離（ａ，ｂ）が、前記浸漬式注入ノズル（３）を、前記モールド（４）の長辺側側壁に対して平行に且つ水平方向に移動することによって変更されるように構成されている。
【請求項１９】
下記特徴を有する請求項１７に記載のコントロールシステム：
前記距離（ａ，ｂ）が、前記モールド（４）の短辺側側壁（１８）の少なくとも一つを移動することにより変更されるように構成されている。
【請求項２０】
下記特徴を有する請求項１６から１９の何れか１項に記載のコントロールシステム：
前記電磁的手段は、前記モールド（４）内のコントロールゾーン（１５，１６）の数に対応する複数の部分に分轄され、
前記コントロールゾーン（１５，１６）に対してメニスカスの非対称的特徴が検知されたとき、少なくとも一つの部分からの磁場が、それに対応するコントロールゾーン（１５，１６）内の流れに影響を与えて、前記モールド内の対称的な流れを実現するために、変更可能であるように構成されている。
【請求項２１】
金属の鋳造機において液体金属の流れを調整するための方法であって：
前記金属の鋳造機は、
検出手段（１２，１３）を備え、この検出手段は、メニスカス上での少なくとも２点でのメニスカスの高さ、または、メニスカスの温度、などの特徴を、瞬時に、鋳造プロセスの全体に亘って測定するように構成され；
前記検出手段からのデータを評価するように構成されたコントロール装置（１４，１７）を備え、このコントロール装置（１４，１７）は、前記少なくとも２点でのメニスカス（１１）の高さの間の差を用いて、メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を推定し；
鋳造条件を最適化するために、少なくとも一つのプロセスパラメーターを自動的に変更するための手段を備え、前記少なくとも一つのプロセスパラメーターは、メニスカスでの溶融金属の流速（Ｖｍ）を、予め定められた範囲内または予め定められた値に維持するために変更され；
前記少なくとも一つのプロセスパラメーターは、鋳造速度、希ガスの流速、電磁的手段の磁場強さ、スラブ幅、浸漬式注入ノズル（３）の侵入深さ、または、浸漬式注入ノズル（３）の角度であること；
を特徴とする方法。
【請求項２２】
下記特徴を有する請求項２１に記載の方法：
前記電磁的手段は、電磁ブレーキまたは攪拌装置を有している。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−７９０６０（Ｐ２０１１−７９０６０Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８１７９１（Ｐ２０１０−２８１７９１）
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【分割の表示】特願２００４−５７０７４６（Ｐ２００４−５７０７４６）の分割
【原出願日】平成１５年１１月２８日（２００３．１１．２８）
【出願人】（５０４１２７７４０）アーベーベー・アーベー (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【分割の表示】特願２００４−５７０７４６（Ｐ２００４−５７０７４６）の分割
【原出願日】平成１５年１１月２８日（２００３．１１．２８）
【出願人】（５０４１２７７４０）アーベーベー・アーベー (19)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]