JP3373553B2 - 鋳型内湯面レベル制御方法 - Google Patents
鋳型内湯面レベル制御方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造工程の鋳型内
湯面レベルの安定化を図るための制御方法に関する。 【0002】 【従来の技術】連続鋳造工程の鋳型内湯面レベルを安定
的に制御することは、鋼材品質要求レベル厳格化に確実
に対応するため、また、直行率阻害の大きな要因である
溶鋼レベル異常を解消するためには不可欠である。鋳型
内湯面レベルの制御系のブロック図を図4に示す。この
ブロックにおけるそれぞれの要素が、システムのどの部
分に対応するかを表1に示す。 【0003】 【表1】【0004】図4のブロック図において、湯面レベル変
動とそれぞれの要素との関係は以下のような式で表され
る。 【0005】 【数1】 ただし、ΔRはレベル設定値Rの変動、ΔD1 は外乱D
1 の変動である。 【0006】湯面レベル変動ΔYは各成分の大小により
変化するが、抑制したいのは式1の右辺第2項の湯面変
動成分の項である。当然、制御装置のゲインGC を上
げ、分母である1+GCGMGPHが大となれば、湯面レ
ベル変動ΔYは小さくなるが、そこには制御不安定とい
う問題が生じる。 【0007】一般に、鋳型内湯面レベル制御は、PID
制御で行われているが、湯面レベル制御系は、ノズル絞
り、ノズル剥離等による、プロセスゲインの経時的変動
が極めて大きく、制御装置のP,Iゲインを低く設定せ
ざるを得ない。そのため、充分な安定湯面が得られてい
ないのが現状である。 【0008】例えば図5は、制御ゲインと湯面変動量と
の関係を示すものであるが、制御ゲインには安定限界が
あり、それを超えると発振現象が生じ、制御不能となる
ため、制御ゲインは安定限界以下に設定される。制御ゲ
インを安定限界よりもずっと小さくすると、発振現象は
なくなるが、不足制御となり、速やかな制御を行うこと
ができなくなる。したがって、図5のAの範囲に制御ゲ
インを設定したいが、前記のようにノズル絞り、ノズル
剥離等による、プロセスゲインの経時的変動が極めて大
きいため、発振することがないように、制御ゲインをB
の範囲のように低く設定せざるを得ない。そのため、充
分な安定湯面が得られていないのが現状である。 【0009】このような現状の問題に対し、次のような
制御方法が提案されている。 連続鋳造の鋳型内湯面レベル制御方法(特開平1−
53747号公報) 鋳込速度、タンディッシュレベルおよび鋳込みサイズよ
り推定した実効通孔面積から求めた溶鋼流量ゲインに基
づいた修正パラメータを用いて、湯面レベルを最適に制
御する。 【0010】 連続鋳造用鋳型の湯面レベル制御方法
(特開平2−192863号公報) レベル計の検出結果の周波数分析に基づいて、加振振幅
および周波数を変更することにより、注湯量調節手段の
機械系に生じる経時変化に拘わらず、制御系の応答性の
改善効果を確保する。 【0011】 連続鋳造鋳型内の湯面レベル制御方法
(特開平2−224857号公報) 流量調節機構の振動特性を湯面レベルの信号特性と比較
して、湯面変動の原因を推定し、この推定結果に応じ
て、その変動を抑制する。 【0012】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
1−53747号公報に記載された方法では、PIDパ
ラメータの変更は行っているが、計測値と設定値の誤差
のみを対象に行っているにすぎず、プロセスの状況にリ
アルタイムに対応した最適制御ゲインを決めているわけ
ではなく、充分なレベル制御精度が得られているとは言
い難い。 【0013】また特開平2−192863号公報に記載
された方法では、レベル計の検出結果を周波数分析して
いるが、加振をコントロールするにとどまっており、湯
面安定化の根本的解決になっていない。 【0014】さらに特開平2−224857号公報に記
載された方法では、湯面レベルの変動原因の推定は行っ
ているが、それに対して直接開度を出しており、制御パ
ラメータ自体の変更を行っているわけではないため、一
時的な変動抑制にしかならず、経時的プロセスゲイン変
動には対応できない。 【0015】そこで本発明が解決すべき課題は、鋳造中
のプロセスゲインの経時的変動に対応して常に最適なP
Iゲインを確保して安定した湯面レベル制御を行うこと
である。 【0016】 【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、本発明の連続鋳造工程における鋳型内湯面レベル制
御方法は、鋳型内湯面レベルを測定して、そのレベル信
号を波形解析、オフセット量推移、移動平均の推移、平
均変動量、瞬間変動量等を解析することにより、逐次、
経時的なプロセスの制御状況及び傾向の判定を行ってプ
ロセスゲインの変動を推定し、発振状態ないし発振傾向
にあるときは制御ゲインを下げ、安定状態にあるときは
制御ゲインを上げることにより、リアルタイムにそのプ
ロセスゲインに応じた最適制御ゲインを決定するように
した。 【0017】 【作用】鋳型内湯面レベル計で測定した湯面位置に基づ
いて制御装置でPID制御し、シリンダーの開度を出力
する。シリンダー制御盤は制御装置から出力された開度
に対応してストッパーをコントロールする。一方、本発
明の装置は、設定湯面位置と実測湯面位置の情報を逐次
入力し、湯面レベル信号を、波形解析、オフセット量推
移、移動平均の推移、平均変動量、瞬間変動量等により
解析して、プロセス状況に最適な、制御ゲイン(PIゲ
イン)を、常時設定する。本発明装置の処理ソフトのア
ルゴリズムは、図2に示す通り、データ加工し、制
御状況の判定を行い、PI制御ゲインの増減を決定す
る。そしてこの増減決定信号と、PI増減タイミング管
理部からの情報に基づいて、PIゲインの増減指示をレ
ベル制御装置に転送する。 【0018】 【実施例】以下、本発明を実施例を参照しながら具体的
に説明する。図1は本発明に係る湯面レベル制御方法を
備えたシステムの構成例を示すものである。図におい
て、1はタンディッシュ、2は浸漬ノズル、3は鋳型、
4はストッパーである。鋳型3内の湯面レベルはレベル
センサ5で監視されており、その信号を湯面レベル計6
で湯面レベルに応じた電気信号に変換する。制御装置7
では、湯面レベルデータに基づいてPID制御により注
湯量を演算し、この注湯量からタンディッシュ1底部の
開口とストッパー4先端との位置関係によって規定され
る開度を演算し、シリンダー制御盤9にその信号を出力
する。シリンダー制御盤9では、その信号に基づいてス
テッピングシリンダー10を駆動し、ストッパー1の昇
降制御を行う。 【0019】本発明では、湯面レベルの変動に基づき、
制御定数適応装置8で制御装置7の制御ゲインがプロセ
スゲイン変動に対して最適になるように制御定数を演算
するようにしている。具体的な制御ステップを図2に示
す。同図において、ステップ81では、測定値および設
定値に基づいて周波数波形周波数パワー強度を分析し、
測定値の移動平均、ゼロクロスポイント算出等を行う。
ステップ82では、制御状況の判定、オフセット量の判
定、プロセスゲインの増減判定を行う。次にステップ8
3では、Pゲイン,Iゲインの増減量を決定する。ステ
ップ84では、決定されたP,Iゲインに基づいてPI
ゲインの増減指令を制御装置に出力する。ステップ85
では、PIゲイン増減タイミングを管理し、ステップ8
4に対してPIゲインの増減指示が適切なタイミングで
行われるための許可を与える。 【0020】図3に湯面レベルの変動状況の代表例と本
発明に係る装置の実施例を示し、(a)は湯面レベルが
安定である場合であり、この場合は制御ゲインは固定す
る。(b)は湯面レベルが発振傾向にあり、制御不安定
となっているので、制御ゲインを下げる。これは、ゼロ
クロスポイント間隔判定や、スペクトル解析判定により
判定することができる。(c)は湯面変動が増加した場
合を示すものであり、制御ゲインを下げる。これは変動
量推移や平均変動量を監視することにより判定すること
ができる。(d)はゲイン変更後の湯面変動増加を示す
ものであり、これも制御ゲインを下げる。(e)は湯面
が急変した場合を示すものであり、発散可能性があるの
で、制御ゲインを一旦大きく下げる。(f)は湯面変動
が安定化した場合を示すものであり、この場合は、制御
ゲインを上げる。 【0021】制御ゲインの変更量や変更タイミングは、
前回ゲイン変更時のタイミングや、ゲイン変更に伴う成
果(湯面変動量)も踏まえて決定する。例えば前回変更
時から一定時間内での増減判定に対しては、変更後の成
果が十分に反映されていないので、指示出力の遅延や取
り消しを行ったり、今回までの変更毎の湯面変動量抑制
の成果に基づいて、ゲイン増減の優先度割当てを行った
りして、制御ゲインの変更量や変更タイミングを決定す
る。 【0022】なお、表2に示すように安定PI値決定用
テーブルを作成しておき、このテーブルに直近変動量を
記録する。このテーブルに基づき、鋼種等の条件によっ
て異なる最適PI値を推定する。 【0023】 【表2】 【0024】 【発明の効果】上述したように、本発明によれば、下記
の効果を奏する。 従来の技術よりもさらに安定した湯面レベル制御を
行うことが可能となる。 特に、プロセスゲインの変動が大きな場合(鋼種等
の条件による)は、従来よりも格段に安定した制御がで
きる。 これにより、高品質無欠陥鋳片の安定操業が可能と
なる。
湯面レベルの安定化を図るための制御方法に関する。 【0002】 【従来の技術】連続鋳造工程の鋳型内湯面レベルを安定
的に制御することは、鋼材品質要求レベル厳格化に確実
に対応するため、また、直行率阻害の大きな要因である
溶鋼レベル異常を解消するためには不可欠である。鋳型
内湯面レベルの制御系のブロック図を図4に示す。この
ブロックにおけるそれぞれの要素が、システムのどの部
分に対応するかを表1に示す。 【0003】 【表1】【0004】図4のブロック図において、湯面レベル変
動とそれぞれの要素との関係は以下のような式で表され
る。 【0005】 【数1】 ただし、ΔRはレベル設定値Rの変動、ΔD1 は外乱D
1 の変動である。 【0006】湯面レベル変動ΔYは各成分の大小により
変化するが、抑制したいのは式1の右辺第2項の湯面変
動成分の項である。当然、制御装置のゲインGC を上
げ、分母である1+GCGMGPHが大となれば、湯面レ
ベル変動ΔYは小さくなるが、そこには制御不安定とい
う問題が生じる。 【0007】一般に、鋳型内湯面レベル制御は、PID
制御で行われているが、湯面レベル制御系は、ノズル絞
り、ノズル剥離等による、プロセスゲインの経時的変動
が極めて大きく、制御装置のP,Iゲインを低く設定せ
ざるを得ない。そのため、充分な安定湯面が得られてい
ないのが現状である。 【0008】例えば図5は、制御ゲインと湯面変動量と
の関係を示すものであるが、制御ゲインには安定限界が
あり、それを超えると発振現象が生じ、制御不能となる
ため、制御ゲインは安定限界以下に設定される。制御ゲ
インを安定限界よりもずっと小さくすると、発振現象は
なくなるが、不足制御となり、速やかな制御を行うこと
ができなくなる。したがって、図5のAの範囲に制御ゲ
インを設定したいが、前記のようにノズル絞り、ノズル
剥離等による、プロセスゲインの経時的変動が極めて大
きいため、発振することがないように、制御ゲインをB
の範囲のように低く設定せざるを得ない。そのため、充
分な安定湯面が得られていないのが現状である。 【0009】このような現状の問題に対し、次のような
制御方法が提案されている。 連続鋳造の鋳型内湯面レベル制御方法(特開平1−
53747号公報) 鋳込速度、タンディッシュレベルおよび鋳込みサイズよ
り推定した実効通孔面積から求めた溶鋼流量ゲインに基
づいた修正パラメータを用いて、湯面レベルを最適に制
御する。 【0010】 連続鋳造用鋳型の湯面レベル制御方法
(特開平2−192863号公報) レベル計の検出結果の周波数分析に基づいて、加振振幅
および周波数を変更することにより、注湯量調節手段の
機械系に生じる経時変化に拘わらず、制御系の応答性の
改善効果を確保する。 【0011】 連続鋳造鋳型内の湯面レベル制御方法
(特開平2−224857号公報) 流量調節機構の振動特性を湯面レベルの信号特性と比較
して、湯面変動の原因を推定し、この推定結果に応じ
て、その変動を抑制する。 【0012】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
1−53747号公報に記載された方法では、PIDパ
ラメータの変更は行っているが、計測値と設定値の誤差
のみを対象に行っているにすぎず、プロセスの状況にリ
アルタイムに対応した最適制御ゲインを決めているわけ
ではなく、充分なレベル制御精度が得られているとは言
い難い。 【0013】また特開平2−192863号公報に記載
された方法では、レベル計の検出結果を周波数分析して
いるが、加振をコントロールするにとどまっており、湯
面安定化の根本的解決になっていない。 【0014】さらに特開平2−224857号公報に記
載された方法では、湯面レベルの変動原因の推定は行っ
ているが、それに対して直接開度を出しており、制御パ
ラメータ自体の変更を行っているわけではないため、一
時的な変動抑制にしかならず、経時的プロセスゲイン変
動には対応できない。 【0015】そこで本発明が解決すべき課題は、鋳造中
のプロセスゲインの経時的変動に対応して常に最適なP
Iゲインを確保して安定した湯面レベル制御を行うこと
である。 【0016】 【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、本発明の連続鋳造工程における鋳型内湯面レベル制
御方法は、鋳型内湯面レベルを測定して、そのレベル信
号を波形解析、オフセット量推移、移動平均の推移、平
均変動量、瞬間変動量等を解析することにより、逐次、
経時的なプロセスの制御状況及び傾向の判定を行ってプ
ロセスゲインの変動を推定し、発振状態ないし発振傾向
にあるときは制御ゲインを下げ、安定状態にあるときは
制御ゲインを上げることにより、リアルタイムにそのプ
ロセスゲインに応じた最適制御ゲインを決定するように
した。 【0017】 【作用】鋳型内湯面レベル計で測定した湯面位置に基づ
いて制御装置でPID制御し、シリンダーの開度を出力
する。シリンダー制御盤は制御装置から出力された開度
に対応してストッパーをコントロールする。一方、本発
明の装置は、設定湯面位置と実測湯面位置の情報を逐次
入力し、湯面レベル信号を、波形解析、オフセット量推
移、移動平均の推移、平均変動量、瞬間変動量等により
解析して、プロセス状況に最適な、制御ゲイン(PIゲ
イン)を、常時設定する。本発明装置の処理ソフトのア
ルゴリズムは、図2に示す通り、データ加工し、制
御状況の判定を行い、PI制御ゲインの増減を決定す
る。そしてこの増減決定信号と、PI増減タイミング管
理部からの情報に基づいて、PIゲインの増減指示をレ
ベル制御装置に転送する。 【0018】 【実施例】以下、本発明を実施例を参照しながら具体的
に説明する。図1は本発明に係る湯面レベル制御方法を
備えたシステムの構成例を示すものである。図におい
て、1はタンディッシュ、2は浸漬ノズル、3は鋳型、
4はストッパーである。鋳型3内の湯面レベルはレベル
センサ5で監視されており、その信号を湯面レベル計6
で湯面レベルに応じた電気信号に変換する。制御装置7
では、湯面レベルデータに基づいてPID制御により注
湯量を演算し、この注湯量からタンディッシュ1底部の
開口とストッパー4先端との位置関係によって規定され
る開度を演算し、シリンダー制御盤9にその信号を出力
する。シリンダー制御盤9では、その信号に基づいてス
テッピングシリンダー10を駆動し、ストッパー1の昇
降制御を行う。 【0019】本発明では、湯面レベルの変動に基づき、
制御定数適応装置8で制御装置7の制御ゲインがプロセ
スゲイン変動に対して最適になるように制御定数を演算
するようにしている。具体的な制御ステップを図2に示
す。同図において、ステップ81では、測定値および設
定値に基づいて周波数波形周波数パワー強度を分析し、
測定値の移動平均、ゼロクロスポイント算出等を行う。
ステップ82では、制御状況の判定、オフセット量の判
定、プロセスゲインの増減判定を行う。次にステップ8
3では、Pゲイン,Iゲインの増減量を決定する。ステ
ップ84では、決定されたP,Iゲインに基づいてPI
ゲインの増減指令を制御装置に出力する。ステップ85
では、PIゲイン増減タイミングを管理し、ステップ8
4に対してPIゲインの増減指示が適切なタイミングで
行われるための許可を与える。 【0020】図3に湯面レベルの変動状況の代表例と本
発明に係る装置の実施例を示し、(a)は湯面レベルが
安定である場合であり、この場合は制御ゲインは固定す
る。(b)は湯面レベルが発振傾向にあり、制御不安定
となっているので、制御ゲインを下げる。これは、ゼロ
クロスポイント間隔判定や、スペクトル解析判定により
判定することができる。(c)は湯面変動が増加した場
合を示すものであり、制御ゲインを下げる。これは変動
量推移や平均変動量を監視することにより判定すること
ができる。(d)はゲイン変更後の湯面変動増加を示す
ものであり、これも制御ゲインを下げる。(e)は湯面
が急変した場合を示すものであり、発散可能性があるの
で、制御ゲインを一旦大きく下げる。(f)は湯面変動
が安定化した場合を示すものであり、この場合は、制御
ゲインを上げる。 【0021】制御ゲインの変更量や変更タイミングは、
前回ゲイン変更時のタイミングや、ゲイン変更に伴う成
果(湯面変動量)も踏まえて決定する。例えば前回変更
時から一定時間内での増減判定に対しては、変更後の成
果が十分に反映されていないので、指示出力の遅延や取
り消しを行ったり、今回までの変更毎の湯面変動量抑制
の成果に基づいて、ゲイン増減の優先度割当てを行った
りして、制御ゲインの変更量や変更タイミングを決定す
る。 【0022】なお、表2に示すように安定PI値決定用
テーブルを作成しておき、このテーブルに直近変動量を
記録する。このテーブルに基づき、鋼種等の条件によっ
て異なる最適PI値を推定する。 【0023】 【表2】 【0024】 【発明の効果】上述したように、本発明によれば、下記
の効果を奏する。 従来の技術よりもさらに安定した湯面レベル制御を
行うことが可能となる。 特に、プロセスゲインの変動が大きな場合(鋼種等
の条件による)は、従来よりも格段に安定した制御がで
きる。 これにより、高品質無欠陥鋳片の安定操業が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る湯面レベル制御方法を備えたシ
ステムの構成例を示す概略図である。 【図2】 制御定数適応装置における処理を示すステッ
プ図である。 【図3】 湯面レベルの変動の状況を示す波形図であ
る。 【図4】 鋳型内湯面レベル制御系の構成を示すブロッ
ク図である。 【図5】 制御ゲインと湯面変動率との関係を示すグラ
フである。 【符号の説明】 1 タンディッシュ、2 浸漬ノズル、3 鋳型、4
ストッパー、5 レベルセンサ、6 湯面レベル計、7
制御装置、8 制御定数適応装置、9 シリンダー制
御盤、10 ステッピングシリンダー
ステムの構成例を示す概略図である。 【図2】 制御定数適応装置における処理を示すステッ
プ図である。 【図3】 湯面レベルの変動の状況を示す波形図であ
る。 【図4】 鋳型内湯面レベル制御系の構成を示すブロッ
ク図である。 【図5】 制御ゲインと湯面変動率との関係を示すグラ
フである。 【符号の説明】 1 タンディッシュ、2 浸漬ノズル、3 鋳型、4
ストッパー、5 レベルセンサ、6 湯面レベル計、7
制御装置、8 制御定数適応装置、9 シリンダー制
御盤、10 ステッピングシリンダー
フロントページの続き
(72)発明者 伊藤 知洋
福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号
新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内
(56)参考文献 特開 昭63−192545(JP,A)
特開 昭62−168652(JP,A)
特開 昭64−53747(JP,A)
特開 平3−25601(JP,A)
特開 平6−26291(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
B22D 11/18
G05D 9/12
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 鋳型内湯面レベルを測定して、そのレベ
ル信号を波形解析、オフセット量推移、移動平均の推
移、平均変動量、瞬間変動量等を解析することにより、
逐次、経時的なプロセスの制御状況及び傾向の判定を行
ってプロセスゲインの変動を推定し、発振状態ないし発
振傾向にあるときは制御ゲインを下げ、安定状態にある
ときは制御ゲインを上げることにより、リアルタイムに
そのプロセスゲインに応じた最適制御ゲインを決定する
ことを特徴とする鋳型内湯面レベル制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15967292A JP3373553B2 (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 鋳型内湯面レベル制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15967292A JP3373553B2 (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 鋳型内湯面レベル制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06610A JPH06610A (ja) | 1994-01-11 |
JP3373553B2 true JP3373553B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=15698816
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15967292A Expired - Fee Related JP3373553B2 (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 鋳型内湯面レベル制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3373553B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2703277B1 (fr) * | 1993-03-30 | 1995-05-24 | Lorraine Laminage | Procédé et dispositif de régulation du niveau de métal liquide dans une lingotière de coulée continue des métaux. |
JP3277864B2 (ja) * | 1997-06-25 | 2002-04-22 | 日本鋼管株式会社 | 連続鋳造機モールド内湯面レベル制御方法 |
CN103676984A (zh) * | 2012-09-25 | 2014-03-26 | 张美沛 | 基于pid的液位控制器 |
JP6447336B2 (ja) * | 2015-04-15 | 2019-01-09 | 新日鐵住金株式会社 | 制御器パラメータ導出方法、制御器パラメータ導出装置、およびプログラム |
-
1992
- 1992-06-18 JP JP15967292A patent/JP3373553B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06610A (ja) | 1994-01-11 |
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