JP6881170B2 - Secondary cooling control device for continuous casting machine, secondary cooling control method for continuous casting machine, and program - Google Patents
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Description
本発明は、連続鋳造機の2次冷却制御装置、連続鋳造機の2次冷却制御方法、およびプログラムに関し、特に、連続鋳造機の2次冷却帯で鋳片に噴射する冷却水の水量を制御するために用いて好適なものである。 The present invention relates to a secondary cooling control device for a continuous casting machine, a secondary cooling control method for a continuous casting machine, and a program, and particularly controls the amount of cooling water injected into a slab in the secondary cooling zone of the continuous casting machine. It is suitable for use in order to do so.
連続鋳造において、鋳片の凝固末期に溶質成分が濃化した未凝固液相が凝固収縮による固相デンドライト組織内の負圧部に吸引されることにより、鋳片に中心偏析が生じることがある。この鋳片の中心偏析を防止する技術としてはいわゆる鋳片軽圧下が知られている。これは、切断の直前に鋳片を圧下することにより鋳片に対する圧力を補償することで、鋳片に中心偏析が生じることを防止する技術である。 In continuous casting, the uncoagulated liquid phase in which the solute component is concentrated at the end of solidification of the slab is attracted to the negative pressure part in the solid-phase dendrite structure due to solidification shrinkage, which may cause central segregation in the slab. .. As a technique for preventing the central segregation of the slab, so-called light reduction of the slab is known. This is a technique for preventing central segregation from occurring in a slab by compensating for the pressure on the slab by reducing the slab immediately before cutting.
鋳片軽圧下では、鋳造方向の数m程度にわたって鋳片を厚み方向に圧下し、鋳造方向の圧下速度を鋳片の中心部固相率(中心固相率)で決定することで、効果的に中心偏析を防止できることが、特許文献1に示されている。
特許文献1では、鋳片中心部の温度が液相線温度を下回る位置、すなわち固相率が0(ゼロ)を超え始める位置から流動限界固相率までの範囲では1.0〜2.0mm/minの圧下速度で圧下し、以降鋳片が完全に凝固するまでの範囲では0.3mm/min未満の圧下速度で圧下することで中心偏析を防止するだけでなく、V偏析や逆V偏析などの欠陥を防止できることが示されている。特許文献1に記載されているように、V偏析は、V字状の偏析であり、鋳片の厚み方向の中心部付近から鋳造方向に向かって鋳片の厚み方向の両側にV字状に延びる形態の偏析である。逆V偏析は、鋳造方向とは逆方向(メニスカスの方向)に向かうV偏析である。
Under light slab reduction, it is effective to reduce the slab in the thickness direction over several meters in the casting direction and determine the reduction speed in the casting direction by the central solid phase ratio (central solid phase ratio) of the slab. It is shown in
In
一方、連続鋳造機の2次冷却帯の冷却水量の制御に関し、特許文献2および特許文献3には、鋳造速度の変化時に鋳片の表面温度を調整する技術が開示されている。特許文献2では、鋳片表面の割れ疵を防止するために、鋳造速度と冷却水量との関係を予め定めておき、鋳造速度の変更時の鋳片の表面温度の変化を抑制する方法が開示されている。また、特許文献3では、鋳造速度の変更時に鋳片全体の表面温度を目標値に制御する方法が開示されている。
On the other hand, regarding the control of the amount of cooling water in the secondary cooling zone of the continuous casting machine,
また、鋳造中に鋳造速度が変化した場合には、鋳造速度の変化の開始以降、ストランド内の鋳片全体が同じ速度で鋳造されるまでは、鋳片の中央の温度および固相率の鋳造方向の分布が変化する。そのため、鋳片の状態量を操業中に推定して、鋳片軽圧下時の圧下量等の制御に用いる方法として特許文献4および特許文献5に開示されている方法がある。特許文献4および特許文献5では、鋳造速度またはタンディッシュ内の溶鋼温度の変化に対する凝固完了位置の応答モデルを用いて鋳片の凝固完了位置の将来変化を予測し、その予測値を目標値に一致させる鋳造速度および/または冷却水量の変更量を算出する方法が開示されている。特許文献4では、鋳片の凝固完了位置の変化の、2次冷却帯の冷却水量または鋳造速度に対する応答のデータベースを予め算出している。また、特許文献5では、鋳造速度および/または冷却水量の変更に対する鋳片の凝固完了位置の関係を表す応答モデルを作成する。
In addition, if the casting speed changes during casting, the temperature and solid phase ratio of the center of the slab are cast from the start of the change in casting speed until the entire slab in the strand is cast at the same speed. The distribution of directions changes. Therefore, there are methods disclosed in
ところで、中心偏析だけではなく、V偏析または逆V偏析を防止するためには、鋳片の鋳造方向に於いて中心部が固液共存域にある範囲の、中心部の状態を適切に保ち、鋳造速度の変更があった場合でも鋳片中心部の固相率が流動限界以上である鋳片部位の位置の変動を小さくすることが必要である。しかしながら、特許文献4および特許文献5のように鋳片の凝固完了位置を制御するだけではV偏析または逆V偏析が発生する可能性がある。
By the way, in order to prevent not only central segregation but also V segregation or reverse V segregation, the state of the central portion should be appropriately maintained within the range where the central portion is in the solid-liquid coexistence region in the casting direction of the slab. Even if the casting speed is changed, it is necessary to reduce the fluctuation of the position of the slab portion where the solid phase ratio at the center of the slab is equal to or higher than the flow limit. However, V segregation or reverse V segregation may occur only by controlling the solidification completion position of the slab as in
また、特許文献2および特許文献3のように、鋳造方向の鋳片の表面温度を一定に保つように2次冷却帯の冷却水量を制御すると、鋳造速度が低下した場合には、鋳片の中心部の温度および固相率が大きく変動する。このため、鋳片軽圧下時の鋳片に対する圧下量を一定に保持する場合には、前記のようにV偏析または逆V偏析が発生する可能性がある。
Further, as in
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、鋳造速度が変更されても鋳片の中心部の固相率に大きな変化を生じさせずに、鋳造速度の変更前後における鋳片軽圧下時の鋳片に対する圧下量を一定に保持することを可能とすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and the slab before and after the change in the casting speed does not cause a large change in the solid phase ratio at the center of the slab even if the casting speed is changed. It is an object of the present invention to make it possible to keep the amount of reduction with respect to the slab at the time of light reduction to be constant.
本発明の連続鋳造機の2次冷却制御装置は、連続鋳造機の鋳型から引き抜かれた鋳片を冷却する2次冷却帯を、前記鋳片の鋳造方向に複数の冷却ゾーンへと分割し、各冷却ゾーンに含まれる冷却スプレーから噴射される冷却水の流量を制御することにより、前記鋳片の温度を制御する連続鋳造機の2次冷却制御装置であって、熱伝導方程式に基づき、前記鋳片の前記鋳造方向に垂直な断面の内部の温度である鋳片断面内温度と、前記断面における前記鋳片の表面の温度である鋳片断面表面温度と、前記断面内の固相率の分布である鋳片断面内固相率分布と、を少なくとも算出する計算式である伝熱凝固モデルを記憶するモデル記憶手段と、予め定められた温度測定位置において前記鋳片の鋳造中に測定された前記鋳片の表面の温度の測定値を取得する鋳片表面温度取得手段と、前記連続鋳造機の鋳造速度と前記冷却水の流量とを含む操業データを取得する操業データ取得手段と、前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を評価する位置であって、前記鋳片の鋳造方向の位置である温度評価位置を、前記鋳型内の湯面の位置から、機端出口の位置までの領域に対し、予め定めた一定の間隔で設定する温度評価位置設定手段と、前記伝熱凝固モデルの計算に用いる前記鋳片の表面の熱伝達係数を、前記操業データに含まれる前記冷却水の水量と、前記温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の測定値と、前記熱伝達係数を補正するための熱伝達係数補正パラメータとを用いて算出する熱伝達係数推定手段と、前記温度評価位置の各々における前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を含む第1の計算値を、鋳造が前記温度評価位置間の間隔だけ進むごとに、前記伝熱凝固モデルを用いて算出する温度固相率分布算出手段と、前記温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の測定値と、該温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の推定値であって、前記温度固相率分布算出手段で算出された前記第1の計算値に基づいて算出される前記鋳片の表面の温度の推定値とを用いて、前記熱伝達係数補正パラメータを導出する熱伝達係数補正手段と、前記鋳片の中心部の温度である鋳片中心部温度の目標値である鋳片中心部目標温度を、前記温度評価位置の各々について設定する鋳片中心部目標温度設定手段と、前記温度評価位置の各々について、該温度評価位置から、該温度評価位置よりも鋳造方向で下流側の予め定めた位置までの範囲を、該温度評価位置の将来予測範囲として設定することと、該温度評価位置の各々について、該温度評価位置に対する該将来予測範囲内にある前記温度評価位置の各々を、該温度評価位置に対する将来予測位置として設定することとを行ったうえで、前記鋳造速度および前記冷却水の水量が現在時刻における値から変化しないと仮定すると共に、前記伝熱凝固モデルを用いて計算した、前記温度評価位置の各々における現在時刻での前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を初期値として、前記温度評価位置の各々が、現在時刻から前記将来予測位置の各々に進んだ時点での該将来予測位置における前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を含む第2の計算値を、前記伝熱凝固モデルを用いて算出する将来予測手段と、現在時刻における前記冷却水の水量の実績値からの前記冷却水の水量の変更量の指示値である冷却水量変更量指示値であって、前記冷却ゾーンの各々に対する前記冷却水量変更量指示値を決定変数とし、前記冷却水量変更量指示値に従って前記冷却水の水量が変更された場合の、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部温度と、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部目標温度と、の差を表す項を含む目的関数の値を最大または最小にする前記冷却水量変更量指示値を求める最適化問題を解くことで、前記冷却水量変更量指示値を算出する冷却水量変更量指示値算出手段と、前記冷却水量変更量指示値算出手段により算出された前記冷却ゾーンの各々に対する前記冷却水量変更量指示値と、現在時刻における前記冷却ゾーンの各々の前記冷却水の水量の実績値とに基づいて、前記冷却ゾーンの各々の前記冷却水の水量を変更する冷却水量変更手段と、を有し、前記目的関数は、前記温度評価位置に対する前記将来予測位置の各々における前記第2の計算値に基づいて算出される、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部温度の予測値と、前記鋳片中心部目標温度設定手段により設定された、該将来予測位置の各々における前記鋳片中心部目標温度と、前記冷却水量変更量指示値とを用いて表され、鋳造が少なくとも前記温度評価位置間の間隔だけ進むごとに、前記鋳片表面温度取得手段、前記操業データ取得手段、前記温度評価位置設定手段、前記熱伝達係数推定手段、前記温度固相率分布算出手段、前記熱伝達係数補正手段、前記鋳片中心部目標温度設定手段、前記将来予測手段、前記冷却水量変更量指示値算出手段、および前記冷却水量変更手段が繰り返し実行されることにより、鋳造中の任意の時刻での前記将来予測位置における前記鋳片中心部温度を、前記鋳片中心部目標温度に近づけることを特徴とする。 The secondary cooling control device of the continuous casting machine of the present invention divides the secondary cooling zone for cooling the slabs drawn from the mold of the continuous casting machine into a plurality of cooling zones in the casting direction of the slabs. It is a secondary cooling control device of a continuous casting machine that controls the temperature of the slab by controlling the flow rate of the cooling water injected from the cooling spray included in each cooling zone, and is based on the heat transfer equation. The temperature inside the slab cross section, which is the temperature inside the cross section perpendicular to the casting direction of the slab, the slab cross section surface temperature, which is the temperature of the surface of the slab in the cross section, and the solid phase ratio in the cross section. It is measured during casting of the slab at a predetermined temperature measurement position and a model storage means for storing the heat transfer solidification model, which is a calculation formula for at least calculating the solid phase ratio distribution in the slab cross section, which is the distribution. The slab surface temperature acquisition means for acquiring the measured value of the surface temperature of the slab, the operation data acquisition means for acquiring the operation data including the casting speed of the continuous casting machine and the flow rate of the cooling water, and the above. The temperature evaluation position in the mold, which is the position for evaluating the temperature in the slab cross section, the surface temperature in the slab cross section, and the solid phase ratio distribution in the slab cross section, which is the position in the casting direction of the slab. Temperature evaluation position setting means that sets a predetermined interval from the position of the molten metal to the position of the machine end outlet, and heat transfer on the surface of the slab used in the calculation of the heat transfer solidification model. The coefficient uses the amount of the cooling water included in the operation data, the measured value of the surface temperature of the slab at the temperature measurement position, and the heat transfer coefficient correction parameter for correcting the heat transfer coefficient. The first calculated value including the heat transfer coefficient estimation means calculated by the above, the temperature in the slab cross section at each of the temperature evaluation positions, the slab cross section surface temperature, and the solid phase ratio distribution in the slab cross section. Each time the casting progresses by the interval between the temperature evaluation positions, the temperature solid phase ratio distribution calculation means calculated by using the heat transfer solidification model, the measured value of the surface temperature of the slab at the temperature measurement position, and the measured value. An estimated value of the surface temperature of the slab at the temperature measurement position, which is the temperature of the surface of the slab calculated based on the first calculated value calculated by the temperature solid phase ratio distribution calculation means. The heat transfer coefficient correction means for deriving the heat transfer coefficient correction parameter using the estimated value of, and the slab center target temperature which is the target value of the slab center temperature which is the temperature of the center of the slab. With respect to the slab center target temperature setting means for setting each of the temperature evaluation positions and each of the temperature evaluation positions. The range from the temperature evaluation position to a predetermined position on the downstream side in the casting direction from the temperature evaluation position is set as a future prediction range of the temperature evaluation position, and for each of the temperature evaluation positions, the said. Each of the temperature evaluation positions within the future prediction range with respect to the temperature evaluation position is set as the future prediction position with respect to the temperature evaluation position, and then the casting speed and the amount of the cooling water are set to the current time. The temperature inside the slab cross section at the current time at each of the temperature evaluation positions, the slab cross section surface temperature, and the slab calculated using the heat transfer solidification model, assuming that the values do not change. With the solid phase ratio distribution in the cross section as the initial value, the temperature in the slab cross section at the future predicted position at the time when each of the temperature evaluation positions advances from the current time to each of the future predicted positions, and the slab cross section. From the future prediction means for calculating the surface temperature and the second calculated value including the solid phase ratio distribution in the cross section of the slab using the heat transfer solidification model, and the actual value of the amount of the cooling water at the current time. It is a cooling water amount change amount instruction value which is an instruction value of the change amount of the cooling water amount, and the cooling water amount change amount instruction value for each of the cooling zones is used as a determination variable, and the cooling water amount change amount instruction value is followed. Purpose including a term representing the difference between the slab center temperature at each of the future predicted positions and the slab center target temperature at each of the future predicted positions when the amount of cooling water is changed. The cooling water amount change amount instruction value calculation means for calculating the cooling water amount change amount instruction value and the cooling water amount change by solving the optimization problem for obtaining the cooling water amount change amount instruction value that maximizes or minimizes the value of the function. Based on the cooling water amount change amount indicating value for each of the cooling zones calculated by the amount indicating value calculating means and the actual value of the cooling water amount of each of the cooling waters at the current time, the cooling zone Each has a cooling water amount changing means for changing the amount of the cooling water, and the objective function is calculated based on the second calculated value at each of the future predicted positions with respect to the temperature evaluation position. The predicted value of the slab center temperature at each of the future predicted positions, the slab center target temperature at each of the future predicted positions set by the slab center target temperature setting means, and the cooling. It is expressed using the water amount change amount indicated value, and every time the casting advances by at least the interval between the temperature evaluation positions, the slab surface temperature acquisition means and the operation data acquisition Means, wherein the temperature evaluation position setting means, the heat transfer coefficient estimation means, said temperature solid fraction distribution calculating means, the heat transfer coefficient correcting means, the billet center target temperature setting means, the future prediction unit, the cooling By repeatedly executing the water amount change amount instruction value calculation means and the cooling water amount change means, the slab center temperature at the future predicted position at an arbitrary time during casting can be set to the slab center target temperature. It is characterized by being close to.
本発明の連続鋳造機の2次冷却制御方法は、連続鋳造機の鋳型から引き抜かれた鋳片を冷却する2次冷却帯を、前記鋳片の鋳造方向に複数の冷却ゾーンへと分割し、各冷却ゾーンに含まれる冷却スプレーから噴射される冷却水の流量を制御することにより、前記鋳片の温度を制御する連続鋳造機の2次冷却制御方法であって、熱伝導方程式に基づき、前記鋳片の前記鋳造方向に垂直な断面の内部の温度である鋳片断面内温度と、前記断面における前記鋳片の表面の温度である鋳片断面表面温度と、前記断面内の固相率の分布である鋳片断面内固相率分布と、を少なくとも算出する計算式である伝熱凝固モデルを記憶するモデル記憶工程と、予め定められた温度測定位置において前記鋳片の鋳造中に測定された前記鋳片の表面の温度の測定値を取得する鋳片表面温度取得工程と、前記連続鋳造機の鋳造速度と前記冷却水の流量とを含む操業データを取得する操業データ取得工程と、前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を評価する位置であって、前記鋳片の鋳造方向の位置である温度評価位置を、前記鋳型内の湯面の位置から、機端出口の位置までの領域に対し、予め定めた一定の間隔で設定する温度評価位置設定工程と、前記伝熱凝固モデルの計算に用いる前記鋳片の表面の熱伝達係数を、前記操業データに含まれる前記冷却水の水量と、前記温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の測定値と、前記熱伝達係数を補正するための熱伝達係数補正パラメータとを用いて算出する熱伝達係数推定工程と、前記温度評価位置の各々における前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を含む第1の計算値を、鋳造が前記温度評価位置間の間隔だけ進むごとに、前記伝熱凝固モデルを用いて算出する温度固相率分布算出工程と、前記温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の測定値と、該温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の推定値であって、前記温度固相率分布算出工程で算出された前記第1の計算値に基づいて算出される前記鋳片の表面の温度の推定値とを用いて、前記熱伝達係数補正パラメータを導出する熱伝達係数補正工程と、前記鋳片の中心部の温度である鋳片中心部温度の目標値である鋳片中心部目標温度を、前記温度評価位置の各々について設定する鋳片中心部目標温度設定工程と、前記温度評価位置の各々について、該温度評価位置から、該温度評価位置よりも鋳造方向で下流側の予め定めた位置までの範囲を、該温度評価位置の将来予測範囲として設定することと、該温度評価位置の各々について、該温度評価位置に対する該将来予測範囲内にある前記温度評価位置の各々を、該温度評価位置に対する将来予測位置として設定することとを行ったうえで、前記鋳造速度および前記冷却水の水量が現在時刻における値から変化しないと仮定すると共に、前記伝熱凝固モデルを用いて計算した、前記温度評価位置の各々における現在時刻での前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を初期値として、前記温度評価位置の各々が、現在時刻から前記将来予測位置の各々に進んだ時点での該将来予測位置における前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を含む第2の計算値を、前記伝熱凝固モデルを用いて算出する将来予測工程と、現在時刻における前記冷却水の水量の実績値からの前記冷却水の水量の変更量の指示値である冷却水量変更量指示値であって、前記冷却ゾーンの各々に対する前記冷却水量変更量指示値を決定変数とし、前記冷却水量変更量指示値に従って前記冷却水の水量が変更された場合の、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部温度と、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部目標温度と、の差を表す項を含む目的関数の値を最大または最小にする前記冷却水量変更量指示値を求める最適化問題を解くことで、前記冷却水量変更量指示値を算出する冷却水量変更量指示値算出工程と、前記冷却水量変更量指示値算出工程により算出された前記冷却ゾーンの各々に対する前記冷却水量変更量指示値と、現在時刻における前記冷却ゾーンの各々の前記冷却水の水量の実績値とに基づいて、前記冷却ゾーンの各々の前記冷却水の水量を変更する冷却水量変更工程と、を有し、前記目的関数は、前記温度評価位置に対する前記将来予測位置の各々における前記第2の計算値に基づいて算出される、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部温度の予測値と、前記鋳片中心部目標温度設定工程により設定された、該将来予測位置の各々における前記鋳片中心部目標温度と、前記冷却水量変更量指示値とを用いて表され、鋳造が少なくとも前記温度評価位置間の間隔だけ進むごとに、前記鋳片表面温度取得工程、前記操業データ取得工程、前記温度評価位置設定工程、前記熱伝達係数推定工程、前記温度固相率分布算出工程、前記熱伝達係数補正工程、前記鋳片中心部目標温度設定工程、前記将来予測工程、前記冷却水量変更量指示値算出工程、および前記冷却水量変更工程が繰り返し実行されることにより、鋳造中の任意の時刻での前記将来予測位置における前記鋳片中心部温度を、前記鋳片中心部目標温度に近づけることを特徴とする。 In the secondary cooling control method of the continuous casting machine of the present invention, the secondary cooling zone for cooling the slabs drawn from the mold of the continuous casting machine is divided into a plurality of cooling zones in the casting direction of the slabs. It is a secondary cooling control method of a continuous casting machine that controls the temperature of the slab by controlling the flow rate of the cooling water injected from the cooling spray included in each cooling zone, and is based on the heat transfer equation. The temperature inside the slab cross section, which is the temperature inside the cross section perpendicular to the casting direction of the slab, the slab cross section surface temperature, which is the temperature of the surface of the slab in the cross section, and the solid phase ratio in the cross section. It is measured during casting of the slab at a predetermined temperature measurement position and a model storage step of storing a heat transfer solidification model, which is a calculation formula for at least calculating the solid phase ratio distribution in the slab cross section, which is the distribution. The slab surface temperature acquisition step of acquiring the measured value of the surface temperature of the slab, the operation data acquisition step of acquiring the operation data including the casting speed of the continuous casting machine and the flow rate of the cooling water, and the above. The temperature evaluation position in the mold, which is the position for evaluating the temperature in the slab cross section, the surface temperature in the slab cross section, and the solid phase ratio distribution in the slab cross section, which is the position in the casting direction of the slab. A temperature evaluation position setting step that sets a predetermined interval from the position of the molten metal to the position of the machine end outlet, and heat transfer on the surface of the slab used for calculation of the heat transfer solidification model. The coefficient uses the amount of the cooling water included in the operation data, the measured value of the surface temperature of the slab at the temperature measurement position, and the heat transfer coefficient correction parameter for correcting the heat transfer coefficient. The first calculated value including the heat transfer coefficient estimation step calculated by the above, the temperature in the slab cross section at each of the temperature evaluation positions, the slab cross section surface temperature, and the solid phase ratio distribution in the slab cross section. Each time the casting progresses by the interval between the temperature evaluation positions, the temperature solid phase ratio distribution calculation step calculated using the heat transfer solidification model, the measured value of the surface temperature of the slab at the temperature measurement position, and An estimated value of the surface temperature of the slab at the temperature measurement position, which is the temperature of the surface of the slab calculated based on the first calculated value calculated in the temperature solid phase ratio distribution calculation step. The heat transfer coefficient correction step for deriving the heat transfer coefficient correction parameter using the estimated value of, and the slab center target temperature which is the target value of the slab center temperature which is the temperature of the slab center. For each of the slab center target temperature setting steps and the temperature evaluation positions, which are set for each of the temperature evaluation positions. The range from the temperature evaluation position to a predetermined position on the downstream side in the casting direction from the temperature evaluation position is set as a future prediction range of the temperature evaluation position, and for each of the temperature evaluation positions, the said. Each of the temperature evaluation positions within the future prediction range with respect to the temperature evaluation position is set as the future prediction position with respect to the temperature evaluation position, and then the casting speed and the amount of the cooling water are set to the current time. The temperature inside the slab cross section at the current time at each of the temperature evaluation positions, the slab cross section surface temperature, and the slab calculated using the heat transfer solidification model, assuming that the values do not change. With the solid phase ratio distribution in the cross section as the initial value, the temperature in the slab cross section at the future predicted position at the time when each of the temperature evaluation positions advances from the current time to each of the future predicted positions, and the slab cross section. From the future prediction step of calculating the surface temperature and the second calculated value including the solid phase ratio distribution in the cross section of the slab using the heat transfer solidification model, and the actual value of the amount of the cooling water at the current time. It is a cooling water amount change amount instruction value which is an instruction value of the change amount of the cooling water amount, and the cooling water amount change amount instruction value for each of the cooling zones is used as a determination variable, and the cooling water amount change amount instruction value is followed. Purpose including a term representing the difference between the slab center temperature at each of the future predicted positions and the slab center target temperature at each of the future predicted positions when the amount of cooling water is changed. The cooling water amount change amount instruction value calculation step for calculating the cooling water amount change amount instruction value and the cooling water amount change by solving the optimization problem for obtaining the cooling water amount change amount instruction value that maximizes or minimizes the value of the function. Based on the cooling water amount change amount indication value for each of the cooling zones calculated by the amount instruction value calculation step and the actual value of the cooling water amount of each of the cooling waters at the current time, the cooling zone Each has a cooling water amount changing step of changing the water amount of the cooling water, and the objective function is calculated based on the second calculated value at each of the future predicted positions with respect to the temperature evaluation position. The predicted value of the slab center temperature at each of the future predicted positions, the slab center target temperature at each of the future predicted positions set by the slab center target temperature setting step, and the cooling. It is expressed using the water amount change amount indicated value, and every time the casting advances by at least the interval between the temperature evaluation positions, the slab surface temperature acquisition step and the operation data acquisition Step, wherein the temperature evaluation position setting step, the heat transfer coefficient estimating step, said temperature solid fraction distribution calculating step, the heat transfer coefficient correction step, the billet center target temperature setting step, the future prediction step, the cooling By repeatedly executing the water amount change amount instruction value calculation step and the cooling water amount change step, the slab center temperature at the future predicted position at an arbitrary time during casting can be set to the slab center target temperature. It is characterized by being close to.
本発明のプログラムは、前記連続鋳造機の2次冷却制御装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。 The program of the present invention is characterized in that the computer functions as each means of the secondary cooling control device of the continuous casting machine.
本発明によれば、鋳造速度が変更されても鋳片の中心部の固相率に大きな変化を生じさせずに、鋳造速度の変更前後における鋳片軽圧下時の鋳片に対する圧下量を一定に保持することができる。 According to the present invention, even if the casting speed is changed, the solid phase ratio at the center of the slab does not change significantly, and the amount of reduction with respect to the slab during light reduction of the slab before and after the change of the casting speed is constant. Can be held in.
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
(連続鋳造機の概略構成)
図1は、本実施形態の連続鋳造機の2次冷却制御装置と、その適用例である連続鋳造機の構成の一例を示す図である。尚、連続鋳造機自体は、公知の技術で実現することができるので、図1では、本実施形態の説明に必要な部分のみを簡略化して示す。また、以下の説明では、連続鋳造機の2次冷却制御装置を必要に応じて冷却制御装置と称する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Outline configuration of continuous casting machine)
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a secondary cooling control device for the continuous casting machine of the present embodiment and a continuous casting machine as an application example thereof. Since the continuous casting machine itself can be realized by a known technique, only the part necessary for the description of the present embodiment is shown in FIG. 1 in a simplified manner. Further, in the following description, the secondary cooling control device of the continuous casting machine will be referred to as a cooling control device, if necessary.
不図示のタンディッシュから浸漬ノズル等を介して鋳型1内に溶鋼が供給される。鋳型1内において溶鋼の最上部には溶鋼メニスカス4が形成される。鋳型1内で溶鋼が冷却され、外側が凝固したストランドを不図示の複数の支持ロールで挟んで支持しながら、引抜速度(鋳造速度)で鋳型1から引き抜く。複数の支持ロールは、鋳片5を間に挟むように相互に対向する位置に配置されると共に、鋳造方向に所定の間隔をあけて配置される。鋳造方向で隣接する2つの支持ロールの間には、鋳片5へ向けて冷却水を噴射する冷却スプレー2a〜2tが配置される。冷却スプレー2a〜2tにより噴射される冷却水の流量は、配管に設置した流量調整弁3a〜3eにより制御される。流量調整弁3a〜3eの開度は、冷却制御装置100から与えられる水量指示値に基づいて調節される。本実施形態では、冷却制御装置100は、鋳片5の長辺側の面(図1に示す鋳片5の面は、鋳片5の短辺側の面)に対して冷却水を噴射する冷却スプレー2a〜2tの流量(以下、必要に応じて水量と称する)を制御する場合を例に挙げて説明する。
Molten steel is supplied into the
冷却水配管は、鋳片5の鋳造方向の長さを複数個に区分した冷却ゾーン(冷却ゾーン境界線6a〜6fによって区分された冷却ゾーン)に対応して設置される。ストランド内の鋳造方向の冷却水量の分布は、冷却ゾーンごとに制御される。以下の説明において、鋳型1の直下の冷却ゾーンから順に、第1冷却ゾーン、第2冷却ゾーン、・・・ということがある。これらの冷却ゾーンの全体を2次冷却帯という。
2次冷却帯の予め定められた温度測定位置には、鋳造中の鋳片5の表面の温度を測定する温度計7が配置される。また、温度計7の数は、1つであっても複数であってもよい。本実施形態では、後述する図3に示すように、複数の温度計7a〜7fが、複数の温度測定位置に配置される場合を例に挙げて説明する。
The cooling water pipe is installed corresponding to a cooling zone (cooling zone divided by the cooling zone boundary lines 6a to 6f) in which the length of the
A thermometer 7 for measuring the temperature of the surface of the
2次冷却帯よりも鋳造方向の下流側には、曲げおよび矯正が行われた鋳片5に対して鋳片軽圧下を行うための圧下セグメントロール群9が配置される。また、圧下セグメントロール群9よりも鋳造方向の下流側には、鋳造速度測定ロール8および支持ロール10が配置される。鋳造速度測定ロール8は、鋳片5の鋳造速度を逐次測定する。ここで、機端出口は、連続鋳造機において、鋳造方向(引き抜き方向)の最下流のロールの(鋳造方向における)出口の位置である。図1に示す例では、鋳造速度測定ロール8および支持ロール10の出口の位置が機端出口になる。
A reduction
(伝熱凝固モデル)
次に、本実施形態の冷却制御装置100で用いる伝熱凝固モデルの一例を説明する。伝熱凝固モデルは、熱伝導方程式に基づき、鋳片5の鋳造方向に垂直な断面の内部の温度である鋳片断面内温度と、前記断面における鋳片5の表面の温度である鋳片断面表面温度と、前記断面内の固相率の分布である鋳片断面内固相率分布と、を少なくとも算出する計算式である。
(Heat transfer solidification model)
Next, an example of the heat transfer solidification model used in the
ストランド内における鋳片5の温度および固相率の分布は、鋳片5の各計算対象断面内の温度および固相率の分布を、各計算対象断面内の各計算点における冷却条件を反映した熱伝達係数の境界条件のもとで、離散化した熱伝導方程式を解くことで計算される。ここで、計算対象断面は、鋳型1内の湯面(溶鋼メニスカス4)から、機端出口までの領域に、鋳造方向に一定間隔で設定した計算位置において、鋳造方向に垂直な方向に鋳片5を切った場合の鋳片5の断面である。各計算対象断面に対する熱伝導方程式の初期条件には、当該計算対象断面に対し上流側で隣接する計算対象断面における計算結果を設定する。各計算対象断面について、当該計算対象断面が、当該計算対象断面の位置から、当該計算対象断面の1つ下流側の計算対象断面の位置へ、鋳片5の引き抜きにより移動するまでの当該計算対象断面内のエンタルピー、温度、および固相率の時間変化の計算を繰り返すことにより、鋳片5の全体の温度および固相率を計算する。
The distribution of the temperature and solid phase ratio of the
<計算対象断面内座標と状態変数>
本実施形態では、鋳片5の計算対象断面は矩形とする。また、鋳片5の面のうち、計算対象断面の長辺側に当たる面を必要に応じて鋳片長辺面と称し、短辺側に当たる面を必要に応じて鋳片短辺面と称する。図2は、計算対象断面の一例を概念的に示す図である。各計算対象断面においては、鋳片長辺面に当たる辺に沿う方向を幅方向と称し、鋳片短辺面に当たる辺に沿う方向を厚み方向と称する。計算対象断面内の座標は、鋳片5の或る1つの頂点を原点0として幅方向の軸をx軸、厚み方向の軸をy軸とする。鋳片5の幅をX、厚みをYとする。また、鋳片5の引き抜き方向(即ち、鋳造方向)をz軸とする。尚、図2において、○の中に×を付しているものは、紙面の手前側から奥側に向かうことを示す。また、図2において、鋳片長辺面は、x−z平面であり、鋳片短辺面は、y−z平面である。
<Coordinates in cross section to be calculated and state variables>
In the present embodiment, the calculation target cross section of the
伝熱凝固モデルでは、以下のものを、時刻tにおける計算対象断面内座標(x、y)における状態変数とする。尚、μは、溶鋼中における溶質成分を識別する番号であり、1,2,3,・・・,μmaxの値をとる。ここで、μmaxは、伝熱凝固モデルで考慮する溶質成分の最大個数である。
エンタルピー:H(x、y、t)
温度:T(x、y、t)
固相率:fs(x、y、t)
固液界面における液相側の溶質成分濃度:CLμ(x、y、t)
また、伝熱凝固モデルにおける物性パラメータは、以下の通りである。
熱伝導率(温度に依存):λ(x、y、t)=λ(T(x、y、t))
鋼の比熱(温度に依存):c(x、y、t)=c(T(x、y、t))
凝固潜熱:Lh
液相線温度:TL
密度:ρ
In the heat transfer solidification model, the following are set as state variables at the coordinates (x, y) in the cross section to be calculated at time t. In addition, μ is a number for identifying a solute component in molten steel, and takes a value of 1, 2, 3, ..., Μ max. Here, μ max is the maximum number of solute components considered in the heat transfer solidification model.
Enthalpy: H (x, y, t)
Temperature: T (x, y, t)
Solid phase ratio: f s (x, y, t)
Solute component concentration on the liquid phase side at the solid-liquid interface: CL μ (x, y, t)
The physical property parameters in the heat transfer solidification model are as follows.
Thermal conductivity (depending on temperature): λ (x, y, t) = λ (T (x, y, t))
Specific heat of steel (depending on temperature): c (x, y, t) = c (T (x, y, t))
Latent heat of solidification: L h
Liquidus temperature: T L
Density: ρ
<モデルの基礎方程式>
エンタルピーは、凝固潜熱を含めた計算対象断面内の各計算点におけるエネルギーなので、各計算点における熱収支を表す熱伝導方程式である以下の式(1)により、その時間変化を表すことができる。
<Basic equation of model>
Since the enthalpy is the energy at each calculation point in the calculation target cross section including the latent heat of solidification, the time change can be expressed by the following equation (1), which is a heat conduction equation expressing the heat balance at each calculation point.
ここで、qxはx軸方向の熱流束を表し、qyはy軸方向の熱流束を表す。計算対象断面内の境界線以外の点である内点では、以下の式(2)および式(3)が成り立つ。 Here, q x represents the heat flux in the x-axis direction, and q y represents the heat flux in the y-axis direction. The following equations (2) and (3) hold at the inner points that are points other than the boundary line in the calculation target cross section.
ここで、λxはx軸方向の熱伝導率を表し、λyはy軸方向の熱伝導率を表す。従って、式(2)および式(3)より、計算対象断面の内点において式(1)は、以下の式(4)のように表される。 Here, λ x represents the thermal conductivity in the x-axis direction, and λ y represents the thermal conductivity in the y-axis direction. Therefore, from the equations (2) and (3), the equation (1) is expressed as the following equation (4) at the inner point of the cross section to be calculated.
<境界条件>
計算対象断面の、鋳片5の表面に対応する断面境界、即ち、x=xB(xB=0またはX)の鋳片短辺面では以下の式(5)で熱流束が表され、y=yB(yB=0またはY)の鋳片長辺面では以下の式(6)で熱流束が表されるものとする。
<Boundary condition>
The heat flux is expressed by the following equation (5) at the cross-sectional boundary of the calculation target cross section corresponding to the surface of the
ここで、Kx(xB,y,t)は、鋳片短辺面における熱伝達係数であり、Ky(x,yB,t)は、鋳片長辺面における熱伝達係数である。本実施形態では、これらを、冷却の様式に基づくモデル式を用いて表す(後述する式(29)〜式(32)を参照)。また、Taは、外部雰囲気温度である。εxおよびεyは、モデル計算適用時における熱伝達係数の、モデル式と実際の値との違いを表すパラメータ変数である。以下の説明では、このパラメータ変数を、必要に応じて熱伝達係数補正パラメータと称する。熱伝達係数補正パラメータεx、εyは、それぞれ、2次冷却帯における鋳片5の幅方向(x軸方向)、厚み方向(y軸方向)における、前述した冷却の様式に基づくモデル式による熱伝達係数と実機の熱伝達係数との偏差を表す変数である。
Here, K x (x B , y, t) is the heat transfer coefficient on the short side surface of the slab, and K y (x, y B , t) is the heat transfer coefficient on the long side surface of the slab. In the present embodiment, these are expressed using model formulas based on the cooling mode (see formulas (29) to (32) described later). Further, T a is the ambient atmosphere temperature. ε x and ε y are parameter variables that represent the difference between the model formula and the actual value of the heat transfer coefficient when the model calculation is applied. In the following description, this parameter variable will be referred to as a heat transfer coefficient correction parameter, if necessary. The heat transfer coefficient correction variables ε x and ε y are based on the model equations based on the above-mentioned cooling mode in the width direction (x-axis direction) and thickness direction (y-axis direction) of the
本実施形態では、計算対象断面の各中央線側境界線(図2の破線)では、中央線を挟んで各変数が対称と仮定し、且つ、各中央線側境界線を横断する熱交換はないものとし、以下の式(7)および式(8)が成り立つと仮定する。図2に示すように、以下の式(7)においてX/2は、鋳片5の幅方向の中央であり、以下の式(8)においてY/2は、鋳片5の厚み方向の中央である。
In the present embodiment, at each center line side boundary line (broken line in FIG. 2) of the cross section to be calculated, it is assumed that each variable is symmetric with the center line in between, and heat exchange across each center line side boundary line is performed. It is assumed that the following equations (7) and (8) hold. As shown in FIG. 2, in the following formula (7), X / 2 is the center in the width direction of the
尚、本実施形態では、以上のようにして対称性を利用し、計算対象断面のうち、鋳片5のコーナーから鋳片5の中央までのいわゆる四分の一断面(例えば、図2の斜線で示す領域)を計算対象領域とする。
In this embodiment, the symmetry is used as described above, and the so-called quarter cross section from the corner of the
<エンタルピーと温度および固相率との関係>
合金である鋼の凝固では、温度が成分濃度で定まる液相線温度TLを下回ると凝固が始まって固相率fs>0となり、凝固が完了して固相率fs=1となるまでの間に温度が低下する。固相率fsが0≦fs≦1であることを考慮して、エンタルピーと温度との関係は、以下の式(9)で表される。
<Relationship between enthalpy and temperature and solid phase ratio>
In solidification of alloy steel, when the temperature falls below the liquidus temperature TL determined by the component concentration, solidification starts and the solid phase ratio f s > 0, and solidification is completed and the solid phase ratio f s = 1. The temperature drops in the meantime. Considering that the solid phase ratio f s is 0 ≦ f s ≦ 1, the relationship between the enthalpy and the temperature is expressed by the following equation (9).
ここで、T0は、任意の積分定数であり、Tは、計算対象断面における計算点における温度である。
<エンタルピーを変数とする熱伝導方程式>
式(9)の両辺に対して、xにより偏微分すると以下の式(10)になるので、x軸方向の熱流束qxは、以下の式(11)で表される。同様に、式(9)の両辺に対して、yにより偏微分することにより、y軸方向の熱流束qyは、以下の式(12)で表される。
Here, T 0 is an arbitrary integration constant, and T is the temperature at the calculation point in the calculation target cross section.
<Heat conduction equation with enthalpy as a variable>
Since the following equation (10) is obtained by partially differentiating both sides of the equation (9) with respect to x, the heat flux q x in the x-axis direction is expressed by the following equation (11). Similarly, the heat flux q y in the y-axis direction is expressed by the following equation (12) by partially differentiating both sides of the equation (9) with respect to y.
式(1)へ、式(11)および式(12)を代入することにより、計算対象断面の内点では、熱伝導方程式を、エンタルピーを変数とする以下の式(13)に書き換えることができる。 By substituting the equations (11) and (12) into the equation (1), the heat conduction equation can be rewritten to the following equation (13) with the enthalpy as a variable at the inner point of the cross section to be calculated. ..
温度Tと固相率fsとの関係を表すモデルは、これまでにいくつか提案されている。その一つに、以下の式(14)のように、凝固が開始する液相線温度TLと凝固が完了する固相線温度との間で、固相率fsを補間するモデルがある。 Several models have been proposed so far that represent the relationship between the temperature T and the solid phase ratio f s. One of them is a model that interpolates the solid phase ratio f s between the liquidus temperature TL at which solidification starts and the solidus temperature at which solidification is completed, as shown in the following equation (14). ..
補間関数φ(T(x,y,t))は一般に単調増加で、温度Tについて1次式とする方法や、温度Tについて2次式とする方法がある。 The interpolation function φ (T (x, y, t)) is generally monotonically increasing, and there are a method of making the temperature T a linear expression and a method of making the temperature T a quadratic expression.
式(9)、式(13)、および式(14)は、変数H、T、およびfsについて閉じているため、これらを連立して解くことにより、計算対象断面内のエンタルピーH(x、y、t)、温度T(x、y、t)、および固相率fs(x、y、t)が得られる。
固液共存領域内では、固相と液相との界面での液相側溶質濃度により温度が定まるので、状態図から、温度Tと固相率fsとの関係を表す別のモデルとして、以下の溶質成分濃度と温度との関係を表す関数θを用いた式(15)のモデルおよび固相率と液相側溶質濃度の関係を表す関数γLμを用いた式(16)のように表されるモデルを用いてもよい。ここで、μmaxは、伝熱凝固モデルで考慮する溶質成分の最大個数である。
Since equations (9), (13), and (14) are closed for the variables H, T, and f s , the enthalpy H (x, y, t), temperature T (x, y, t), and solid phase ratio f s (x, y, t) are obtained.
The solid-liquid coexisting region, the temperature is determined by the liquid phase side solute concentration at the interface between the solid phase and the liquid phase, from the state diagram, as another model that represents the relationship between the temperature T and the solid fraction f s, Like the model of equation (15) using the function θ that expresses the relationship between the solute component concentration and temperature and the equation (16) using the function γ L μ that expresses the relationship between the solid phase ratio and the solute concentration on the liquid phase side. The model represented by may be used. Here, μ max is the maximum number of solute components considered in the heat transfer solidification model.
式(9)、式(13)、式(15)、および式(16)は、変数H、T、fs、CLμについて閉じているため、これらを連立して解くことにより、計算対象断面内のエンタルピーH(x、y、t)、温度T(x、y、t)、固相率fs(x、y、t)、および固液界面の液相側溶質濃度CLμ(x、y、t)が得られる。
本実施形態では、式(14)式と、式(15)および式(16)との何れを用いてもよい。式(15)および式(16)を用いれば、固液界面の液相側溶質濃度CLμ(x、y、t)を求めることができるが、計算負荷が増大する。計算負荷が増大しても固液界面の液相側溶質濃度CLμ(x、y、t)を求める場合には、式(15)および式(16)を用い、そうでない場合には、式(14)を用いればよい。
Since equations (9), (13), (15), and (16) are closed for the variables H, T, f s , and CL μ, they can be calculated by solving them simultaneously. The enthalpy H (x, y, t) in the cross section, the temperature T (x, y, t), the solid phase ratio f s (x, y, t), and the solute concentration on the liquid phase side of the solid-liquid interface C L μ ( x, y, t) is obtained.
In this embodiment, any of the formula (14) and the formulas (15) and (16) may be used. By using the formulas (15) and (16), the liquid-phase side solute concentration C L μ (x, y, t) at the solid-liquid interface can be obtained, but the calculation load increases. Equations (15) and (16) are used to obtain the liquid-phase solute concentration C L μ (x, y, t) at the solid-liquid interface even if the calculation load increases. If not, the equations (15) and (16) are used. Equation (14) may be used.
(伝熱凝固モデルの時間および空間的離散化)
本実施形態では、以上の偏微分方程式を空間および時間で離散化することにより数値解を得る。即ち、本実施形態では、式(13)の微分方程式を、計算対象断面内および計算対象断面の境界線上で空間的に離散化し、鋳片5の表面における境界条件を組み込んだ形で、離散化した時間t=0,1,2,・・・において更新するモデルを用いる。
前述した伝熱凝固モデルの計算を実施する計算対象断面の位置は、一定距離間隔Δzで設定されるものとする。計算対象断面の番号nは、鋳型1内湯面位置(溶鋼メニスカス4の位置)をn=0とし、以下、引き抜き方向(鋳造方向)にn=1、2、…、nmaxとする。各計算対象断面では、計算対象断面の内部および境界上に計算点を共通に設定する。計算対象断面nから計算対象断面n+1に状態変数を更新する場合、時刻の離散化刻みΔtを、以下の式(17)で表す。
(Time and spatial discretization of heat transfer solidification model)
In this embodiment, a numerical solution is obtained by discretizing the above partial differential equations in space and time. That is, in the present embodiment, the differential equation of the equation (13) is spatially discretized within the calculation target cross section and on the boundary line of the calculation target cross section, and is discretized in a form incorporating the boundary conditions on the surface of the
It is assumed that the position of the cross section to be calculated for carrying out the calculation of the heat transfer solidification model described above is set at a constant distance interval Δz. The number n of the cross section to be calculated is such that the position of the molten steel surface in the mold 1 (the position of the molten steel meniscus 4) is n = 0, and hereinafter, n = 1, 2, ..., Nmax in the drawing direction (casting direction). In each calculation target cross section, calculation points are commonly set inside and on the boundary of the calculation target cross section. When updating the state variable from the calculation target cross section n to the calculation target cross section n + 1, the time discretization step Δt is expressed by the following equation (17).
ここで、vcは、鋳造速度である。
前述したように本実施形態では、計算対象断面のうち、鋳片5のコーナーから鋳片5の中央までのいわゆる四分の一断面を計算対象領域とする。即ち、図2の斜線で示す領域のように、計算対象断面の左下のコーナーを原点0とし、原点0から、鋳片5の幅方向の中央x=X/2および鋳片5の厚み方向の中央y=Y/2までの範囲を計算対象領域とする。計算対象断面の計算点の座標(xi、yj)は、i=0,1,2,・・・,I、および、j=0,1,2,・・・,Jについて、x0=0およびxI=X/2、ならびに、y0=0およびyJ=Y/2とする。x軸方向の計算点の座標の最小間隔およびy軸方向の計算点の座標の最小間隔が、常に偏微分方程式の数値解法における安定性の条件を満たすように、計算点の座標を適切な位置に配置する。安定性の条件には解くべき方程式の係数から解析的に導く方法が知られているが、本実施形態では事前のシミュレーションで得られる解が数値的に安定になることを確認して、x軸方向の計算点およびy軸方向の計算点の座標の最小間隔を決定する。
以下では、i=0,1,2,・・・,I−1、および、j=0,1,2,・・・,J−1について、以下の式(18)〜式(21)が成り立つものとする。
Here, v c is the casting speed.
As described above, in the present embodiment, the so-called quarter cross section from the corner of the
In the following, the following equations (18) to (21) are given for i = 0,1,2, ···, I-1, and j = 0,1,2, ···, J-1. It shall hold.
<モデル式の離散化>
以下の説明において、座標以外の変数について、添字のi+1/2は、x軸方向の計算点iおよびi+1の中間位置における量であることを意味する。実際の計算において、関数の引数として与える場合には、添字i+1/2に対応する値として、添字iおよびi+1に対応する値の平均値を採用する。本実施形態では、計算点(xi,yj)において離散化したモデルを、エンタルピー、温度、固相率、および、当該計算点に隣接する計算点におけるエンタルピーおよび固相率を用いて、以下の式(22)、式(23)のように表すことができる。ここで、座標(i、j)の計算点に隣接する計算点は、座標(i+1、j)、座標(i、j+1)、座標(i−1、j)、および座標(i、j−1)の計算点である。
<Discretization of model formula>
In the following description, for variables other than coordinates, the subscript i + 1/2 means a quantity at an intermediate position between the calculation points i and i + 1 in the x-axis direction. In the actual calculation, when it is given as an argument of the function, the average value of the values corresponding to the subscripts i and i + 1 is adopted as the value corresponding to the subscript i + 1/2. In the present embodiment, calculation points (x i, y j) discretized model in enthalpy, temperature, solid fraction, and, by using the enthalpy and solid fraction at calculation points adjacent to the calculation point, the following Can be expressed as the equation (22) and the equation (23) of. Here, the calculation points adjacent to the calculation points of the coordinates (i, j) are the coordinates (i + 1, j), the coordinates (i, j + 1), the coordinates (i-1, j), and the coordinates (i, j-1). ) Is the calculation point.
ここで、N(i、j)は、計算点(xi、yj)に隣接する計算点の集合を表す。また、at i,jは、式(13)の偏微分方程式を中心差分により離散近似し、式(22)の形に整理した場合のHi,j,tにかかる係数である。αt i,jは、同じくfsi,j,tにかかる係数である。係数at i,jは、式(13)に現れる熱伝導率λxまたはλy、比熱ρ、および凝固潜熱Lhを含む係数であり、また、αt i,jは、式(13)に現れる熱伝導率λxまたはλy、比熱c、および密度ρを含む係数である。また、bi,jは、計算点(xi、yj)が鋳片5の表面の境界上の点でない場合は常に0(ゼロ)であり、計算点(xi、yi)が鋳片5表面の境界上の点である場合は、式(2)の離散近似後において式(5)および(6)における熱伝達係数KxまたはKyを含む(Ta−Ti,j,t)にかかる係数である。
Here, N (i, j) is calculated points (x i, y j) represents a set of calculation points adjacent to. Further, a t i, j is the discrete approximated by central difference the partial differential equation of Formula (13), a H i, j, coefficient according to t in the case of organized form of Equation (22). α t i, j is also a coefficient related to f si, j, t. The coefficients a t i, j are coefficients including the thermal conductivity λ x or λ y , the specific heat ρ, and the latent heat of solidification L h appearing in the equation (13), and the α t i, j are the coefficients in the equation (13). It is a coefficient including the thermal conductivity λ x or λ y , the specific heat c, and the density ρ appearing in. Further, bi , j is always 0 (zero) when the calculation point (x i , y j ) is not a point on the boundary of the surface of the
また、ωは、1、0、および1/2の何れかの値を採る変数であり、エンタルピーの更新において、ω=1の場合は陽解法、ω=0の場合は陰解法、ω=1/2の場合は半陽半陰解法(Crank−Nicholson法)を用いることを意味する。また、式(23)におけるTpおよびHpにおけるpは、計算点(i,j)を表す省略記法である。また、温度Tがとりうる値の範囲を予め複数の温度区分に分割しておく。k(p)は、温度T(p)を含むTk(p)≦T(p)<Tk(p)+1なる温度区分の番号kである。また、Ic(Tk(p))は、式(9)における積分を温度T0からの境界値Tk(p)まで予め算出した値である。c* k(p)+1/2は、温度区分k(p)における溶鋼の比熱cの代表値であり、例えば温度区分k(p)における溶鋼の比熱cの平均値を、代表値c* k(p)+1/2として用いる。 In addition, ω is a variable that takes any value of 1, 0, and 1/2. In the update of enthalpy, the explicit method is used when ω = 1, the implicit method is used when ω = 0, and ω = 1 /. In the case of 2, it means that the semi-positive and semi-implicit method (Crank-Nicholson method) is used. Further, p in T p and H p in the equation (23) are abbreviated notations representing calculation points (i, j). Further, the range of values that the temperature T can take is divided into a plurality of temperature categories in advance. k (p) is the number k of the temperature division such that T k (p) ≤ T (p) <T k (p) + 1 including the temperature T (p). Further, I c (T k (p) ) is a value obtained by pre-calculating the integral in the equation (9) up to the boundary value T k (p) from the temperature T 0. c * k (p) + 1/2 is a representative value of the specific heat c of the molten steel in the temperature category k (p). For example, the average value of the specific heat c of the molten steel in the temperature category k (p) is a representative value c *. Used as k (p) + 1/2.
各計算点における式(22)および式(23)の右辺を整理し、ω=1または1/2の場合はHi,j,t+1に関する連立方程式を解いたうえで、時刻tにおける各計算点の変数値を適切な順にベクトル状に並べると、計算対象断面内のエンタルピーおよび温度計7の温度測定位置における温度は、行列AH、Af、BT、C、およびD、ならびに、式(23)の右辺においてHp,tおよびfsp,tに関係しない項をまとめたT0を用いて、以下の式(24)、式(25)のように表すことができる。 Arrange the right-hand sides of equations (22) and (23) at each calculation point, solve simultaneous equations for Hi , j, and t + 1 when ω = 1 or 1/2, and then each at time t. When the variable values of the calculation points are arranged in a vector in an appropriate order, the enthalpy in the section to be calculated and the temperature at the temperature measurement position of the thermometer 7 are the matrices A H , A f , BT , C, and D, and Using T 0 , which summarizes terms not related to H p, t and f sp, t on the right side of the equation (23), it can be expressed as the following equations (24) and (25).
ここで、Ht、fstの各々は、Hi,j,t、fsi,j,tを並び替えた(I+1)(J+1)成分の列ベクトルである。1(I+1)(J+1)は、(I+1)(J+1)個の1を成分にもつ列ベクトルである。Taは、雰囲気温度を成分にもつ(I+J+1)成分の列ベクトルである。TB,tは、計算対象断面(四分の一断面)の表面の計算点の温度Ti,j,tを適切に並べ替えた(I+J+1)成分の列ベクトルである。 Here, H t, each f st is, H i, j, t, f si, j, reordered the t (I + 1) (J + 1) is a column vector of components. 1 (I + 1) (J + 1) is a matrix vector having (I + 1) (J + 1) 1s as components. T a is a column vector of with ambient temperature component (I + J + 1) component. T B, t is a matrix vector of (I + J + 1) components in which the temperatures T i, j, t of the calculation points on the surface of the cross section to be calculated (quarter cross section) are appropriately rearranged.
式(24)におけるAH、Afは、(I+1)(J+1)行(I+1)(J+1)列の正方行列である。BTは、(I+1)(J+1)行(I+J+1)列の行列である。BTは、式(22)の各方程式のうち、計算対象断面(四分の一断面)の表面の計算点に関する方程式に対応する式(24)の行について、同じ式(22)の右辺に現れる温度Ttのうち、計算対象断面(四分の一断面)の表面の計算点の温度Ttに乗じる係数を成分とする行列である。Et-1は、(I+1)(J+1)行(I+J+1)列の行列である。Et-1は、式(22)の各方程式のうち、計算対象断面(四分の一断面)の表面の計算点に関する方程式に対応する式(24)の行について、列方向には、Tt-1の当該計算点に対応する成分が時刻tにおける熱伝達係数補正パラメータεi,j,t-1となり、他の成分が0(ゼロ)となるようにした行列である。また、1(I+1)(J+1)×(I+J+1)は、全ての成分が1の(I+1)(J+1)行(I+J+1)列の行列である。また、式(24)におけるBTの次の記号である○は、同サイズの行列の成分毎の積を計算する演算(アダマール積)を表す行列である。また、行列C、Dは、(I+1)(J+1)行(I+1)(J+1)列の行列である。行列C、Dは、式(23)の各方程式に対応する式(25)の行において、同じ式(23)の方程式の右辺に現れるHp,tおよび(1−fsp,t)の係数を成分とする行列である。T0,t-1は、(I+1)(J+1)個の成分をもち、式(23)においてHおよびfsに無関係な項を並べた列ベクトルである。 A H and A f in the equation (24) are square matrices of (I + 1) (J + 1) rows (I + 1) (J + 1) columns. B T is a matrix of (I + 1) (J + 1) rows (I + J + 1) columns. BT is located on the right side of the same equation (22) for the row of the equation (24) corresponding to the equation relating to the calculation point on the surface of the calculation target cross section (quarter cross section) among the equations of the equation (22). Of the appearing temperature T t , it is a matrix whose component is a coefficient multiplied by the temperature T t of the calculation point on the surface of the cross section to be calculated (quarter cross section). E t-1 is a matrix of (I + 1) (J + 1) rows (I + J + 1) columns. E t-1 is a T-1 in the column direction for the row of the equation (24) corresponding to the equation relating to the calculation point on the surface of the calculation target cross section (quarter cross section) among the equations of the formula (22). The component corresponding to the calculation point of t-1 is the heat transfer coefficient correction parameter ε i, j, t-1 at time t, and the other components are 0 (zero). Further, 1 (I + 1) (J + 1) × (I + J + 1) is a matrix of (I + 1) (J + 1) rows (I + J + 1) columns in which all components are 1. Further, ○ is the next symbol B T in equation (24) is a matrix representing the calculation (Hadamard product) for calculating a product of each component of the matrix of the same size. Further, the matrices C and D are matrices of (I + 1) (J + 1) rows (I + 1) (J + 1) columns. The matrices C and D are the coefficients of H p, t and (1-f sp, t ) appearing on the right side of the equation of the same equation (23) in the row of the equation (25) corresponding to each equation of the equation (23). Is a matrix whose components are. T 0, t-1 is a column vector having (I + 1) (J + 1) components and arranging terms unrelated to H and f s in the equation (23).
<状態推定方法の計算手順>
本実施形態では、鋳造速度および冷却水量の指示値の変更に対応するために、鋳片5が一定距離引き抜かれるたびに、鋳型1内の湯面位置(z=0)で計算対象断面を新たに発生させる。そして、各々の計算対象断面について、伝熱凝固モデルによる計算を、鋳型1内の湯面(溶鋼メニスカス4)から、少なくとも2次冷却帯の出口の位置まで行う。以下の説明では、この計算対象断面のことを必要に応じてトラッキング面と称する。また、トラッキング面の発生間隔をΔztpで表す。トラッキング面の発生間隔Δztpは、前述したΔzを整数倍(L倍)した値であり、以下の式(26)で表される。
<Calculation procedure of state estimation method>
In the present embodiment, in order to respond to changes in the indicated values of the casting speed and the amount of cooling water, the cross section to be calculated is newly set at the molten metal surface position (z = 0) in the
また、以下の説明では、鋳造方向の位置zがトラッキング面の発生間隔Δztpの整数倍である位置を必要に応じて温度評価位置と称する。その番号tpを上流側から付けて、温度評価位置をztpで表す。tp=0はz=0の位置(鋳型1内の湯面の位置)である。tpの最大値をtpmaxで表す。温度評価位置は、鋳片5の鋳造方向に垂直な断面の内部の温度である鋳片断面内温度と、前記断面における鋳片5の表面の温度である鋳片断面表面温度と、前記断面内の固相率の分布である鋳片断面内固相率分布とを評価する位置である。本実施形態では、温度評価位置の鋳造方向の間隔を、最も長い冷却ゾーンの鋳造方向の長さの2分の1以下とする。このようにすることにより、冷却ゾーンのそれぞれに温度評価位置を少なくとも2つ存在させることができる。これにより、後述するように、1つの冷却ゾーンにおいて、熱伝達係数補正パラメータεx、εyや、鋳片の中心部の温度の鋳造方向の変動(鋳造方向のプロフィール)を制御することができる。また、現在時刻における鋳造速度vcと、トラッキング面の発生間隔(即ち、温度評価位置の間隔)Δztpとから、相互に隣接する2つの温度評価位置ztpの間をトラッキング面が移動する時間をΔtp(=Δztp÷vc)で表すものとする。
Further, in the following description, a position where the position z in the casting direction is an integral multiple of the generation interval Δz tp of the tracking surface is referred to as a temperature evaluation position as necessary. The number tp is assigned from the upstream side, and the temperature evaluation position is represented by z tp. tp = 0 is the position of z = 0 (the position of the molten metal surface in the mold 1). The maximum value of tp is represented by tp max. The temperature evaluation positions are the temperature inside the cross section of the slab, which is the temperature inside the cross section perpendicular to the casting direction of the
熱伝達係数補正パラメータεx、εyは、温度評価位置ztpの間隔ごとに設定される。以下の説明では、鋳造方向の位置zがztp≦z<ztp+1であるときの熱伝達係数補正パラメータεx、εyを必要に応じてεtpで表す。図3は、温度計7の設置位置の一例を概念的に示す図である。図3において、温度計7の設置位置に対応する鋳造長(z軸方向の長さ)を鋳型1に近い方向から順に測温鋳造長1、測温鋳造長2、・・・として示す。図3に示す例では、温度計7は鋳造方向の2箇所に設置されており、測温鋳造長1、及び測温鋳造長2が定義される。また、以下の説明では、各トラッキング面において、鋳片5の幅方向(x軸方向)または厚み方向(y軸方向)での温度計7の位置に対応する位置を、必要に応じて周方向測温位置と称する。尚、測温鋳造長の個数は温度計7の鋳造方向の設置箇所の数に応じて決定されるが、その個数が複数である場合、周方向測温位置は、各温度計設置位置に於いて同じ周方向位置であるものとする。
The heat transfer coefficient correction parameters ε x and ε y are set for each interval of the temperature evaluation position z tp. In the following description, the heat transfer coefficient correction parameters ε x and ε y when the position z in the casting direction is z tp ≤ z <z tp + 1 are represented by ε tp as necessary. FIG. 3 is a diagram conceptually showing an example of the installation position of the thermometer 7. In FIG. 3, the casting length (length in the z-axis direction) corresponding to the installation position of the thermometer 7 is shown as the temperature measuring
トラッキング面の各々について、トラッキング面内のエンタルピーH、固相率fs、および温度Tを変数として時間変化を計算する。即ち、各トラッキング面の状態変数の更新は、鋳造が間隔Δz進むごとに式(24)および式(25)に従って行う。式(22)中のεi,j,t-1には、時刻t−1におけるトラッキング面の位置に対応する熱伝達係数補正パラメータεtpを選択する。トラッキング面kに関する状態変数の更新モデルは、式(24)および式(25)の各記号にトラッキング面の番号を表すkを右肩につけた以下の式(27)および式(28)で表すこととする。なお、式(27)および(28)における「1」は式(24)における全成分が1の行列を表している。行列のサイズは、式(24)において対応する「1」と同じなので、表記が煩雑になるのを防ぐため、行列の行数および列数を表す右下の添え字は省略する。 For each of the tracking planes, the time change is calculated with the enthalpy H, the solid phase ratio f s, and the temperature T in the tracking plane as variables. That is, the state variable of each tracking surface is updated according to the equations (24) and (25) every time the casting advances by the interval Δz. For ε i, j, t-1 in equation (22), the heat transfer coefficient correction parameter ε tp corresponding to the position of the tracking surface at time t-1 is selected. The update model of the state variable related to the tracking surface k shall be represented by the following equations (27) and (28) in which k indicating the number of the tracking surface is attached to the right shoulder of each symbol of the equations (24) and (25). And. In addition, "1" in the formulas (27) and (28) represents a matrix in which all the components in the formula (24) are 1. Since the size of the matrix is the same as the corresponding "1" in the equation (24), the subscript at the lower right indicating the number of rows and columns of the matrix is omitted in order to prevent the notation from becoming complicated.
式(26)の計算モデルの設定により本実施形態では、全温度評価位置に同時にトラッキング面が到達するので、トラッキング面が温度評価位置に到達した時点における鋳片5全体の温度分布を推定することができる。図4は、トラッキング面kが温度評価位置ztpであり、トラッキング面k−1が温度評価位置ztp-1である場合のエンタルピーhk、hk-1、温度τk、τk-1、熱伝達係数補正パラメータεtp、εtp-1の関係の一例を示す図である。図4において、トラッキング面k、k−1は、相互に隣接するトラッキング面である。エンタルピーhkおよび温度τkは、トラッキング面kで管理される。一方、熱伝達係数補正パラメータεtp、εtp-1は、温度評価位置tp、tp−1で管理される。熱伝達係数補正パラメータεtp、εtp-1は、トラッキング面k、k−1が遷移しても、温度評価位置ztp、ztp-1における値として用いられる。すなわち、トラッキング面k−1が温度評価位置ztpに到達した場合は式(27)と式(28)において右肩の添え字kをk−1に変更した計算式によりトラッキング面k−1のエンタルピーおよび温度を更新する。
In this embodiment, the tracking surface reaches all the temperature evaluation positions at the same time by setting the calculation model of the equation (26). Therefore, the temperature distribution of the
(連続鋳造機の2次冷却制御装置(冷却制御装置))
次に、本実施形態の冷却制御装置の一例を説明する。図5は、冷却制御装置100の機能的な構成の一例を示す図である。図6は、連続鋳造機の2次冷却制御方法の一例を説明するフローチャートである。図6のフローチャートは、例えば、鋳造を開始してから鋳片を連続鋳造機から完全に引き抜くまでの全てまたは一部の時間において、鋳造がトラッキング面の発生間隔Δztpだけ進むごとに繰り返し実施される(式(26)を参照)。また、前述した伝熱凝固モデルは、予め伝熱凝固モデル記憶部500に記憶されているものとする。尚、冷却制御装置100のハードウェアは、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、および各種のインターフェースを備えた情報処理装置、または専用のハードウェアを用いることにより実現される。
(Secondary cooling control device for continuous casting machine (cooling control device))
Next, an example of the cooling control device of this embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram showing an example of a functional configuration of the
<鋳片表面温度取得部501、ステップS601>
鋳片表面温度取得部501は、温度計7a〜7fで測定された鋳造中の鋳片5の表面温度の測定値を取得する(図3を参照)。鋳片表面温度取得部501は、例えば、不図示のデータ処理装置から、鋳片5の表面温度の測定値のデータを受信することにより、温度計7a〜7fで測定された鋳片5の表面温度の測定値を取得することができる。
<Cast surface
The slab surface
<操業データ取得部502、ステップS602>
操業データ取得部502は、連続鋳造機の操業データを取得する。連続鋳造機の操業データには、例えば、鋳造方向に垂直な方向の鋳片5の大きさ、鋳造速度vc、鋳型1内の溶鋼の温度、溶鋼中の溶質成分の濃度、該溶質成分の濃度を用いて算出される溶鋼の液相線温度TL、および、2次冷却帯の各冷却ゾーンに配置された冷却スプレー2a〜2tから噴射された冷却水の流量、および鋳片5の表面の各点における冷却条件が含まれる。操業データ取得部502は、例えば、不図示の上位プロコンまたは下位計装装置から、連続鋳造機の操業データを受信することにより、連続鋳造機の操業データを取得することができる。
<Operation
The operation
ここで、冷却条件には、冷却スプレー2a〜2tから噴射された冷却水が鋳片5の表面に衝突する範囲を示すデータが含まれる。操業データ取得部502は、冷却スプレー2a〜2tから噴射された冷却水の流量を示すデータと、冷却スプレー2a〜2tから噴射された冷却水が鋳片5の表面に衝突する範囲を示すデータと、冷却スプレー2a〜2tの本数および配置とを用いて、鋳片5の表面全体における、冷却水の流量密度の分布を算出する。
Here, the cooling conditions include data indicating a range in which the cooling water jetted from the cooling
<温度評価位置設定部503、ステップS603>
温度評価位置設定部503は、鋳型1内の湯面位置をz=0として、鋳片5の鋳造方向の位置zが、トラッキング面の発生間隔Δztpの整数倍となる鋳造方向の位置を温度評価位置ztpとして設定する。温度評価位置ztpの鋳造方向の間隔は、予め定められた一定の間隔である。
<Temperature evaluation
The temperature evaluation
<熱伝達係数推定部504、ステップS604>
熱伝達係数推定部504は、操業データ取得部502で取得された冷却条件と、鋳片表面温度取得部501で取得された鋳片5の表面温度の測定値とを用いて、鋳片5の表面の各計算点における熱伝達係数を推定する。
本実施形態では、熱伝達係数推定部504は、鋳片方向の位置z=0、・・・、zmaxの各々において、冷却水が衝突する部分と、その他の部分とに分割する。熱伝達係数推定部504は、各々の部分に属するトラッキング面の境界上の計算点における熱伝達係数を、冷却水が衝突する部分においては衝突するスプレー水の流量密度wdと、冷却スプレー2a〜2tの空気流速vaと、衝突部分の鋳片5の表面温度Tsとを用いて、予め定めたモデル式に基づき算出する。本実施形態では、このモデル式として、以下の式(29)および式(30)を用いる場合を例に挙げて示す。
<Heat transfer
The heat transfer
In the present embodiment, the heat transfer
ここで、式(29)に示したKx0(0,y,z,t)は、時刻t、鋳造方向の位置zにおける鋳片5の短辺面の厚み方向の位置yにおける熱伝達係数である。また、式(30)に示したKy0(x,0,z,t)は、時刻t、鋳造方向の位置zにおける鋳片5の長辺面の幅方向の位置xにおける熱伝達係数である。また、熱伝達係数推定部504は、鋳片5の表面のうち、冷却水が衝突しない部分(前記「その他の部分」)に属するトラッキング面の境界上の計算点における熱伝達係数を、式(29)および式(30)において、wd=0、va=0とし、鋳片5の表面温度Tsのみを用いたモデル式に基づき算出する。
Here, K x0 (0, y, z, t) shown in the equation (29) is the heat transfer coefficient at the position y in the thickness direction of the short side surface of the
次に、熱伝達係数推定部504は、推定した熱伝達係数と、鋳片5の真の熱伝達係数との誤差を補正する熱伝達係数補正パラメータεx、εyを用いて、式(29)および式(30)で推定された熱伝達係数Kx0(0,y,z,t)、Ky0(x,0,z,t)を補正することにより、補正後の熱伝達係数Kx(0,y,z,t)、Ky(x,0,z,t)を導出する。具体的に熱伝達係数推定部504は、前回の冷却水量の指示値の計算時に修正した鋳片5の幅方向および長手方向の区分ごとの熱伝達係数補正率パラメータεx、εyを以下の式(31)および式(32)のように作用させて、補正後の熱伝達係数Kx(0,y,z,t)、Ky(x,0,z,t)を算出する。
Next, the heat transfer
<温度固相率分布算出部505、ステップS605>
温度固相率分布算出部505は、温度評価位置の各々において、鋳片5の鋳造方向に垂直な断面の内部の温度である鋳片断面内温度、前記断面における鋳片5の表面の温度である鋳片表面温度、および前記断面内の固相率の分布である鋳片断面内固相率分布を含む第1の計算値を、前記温度評価位置間の間隔だけ進むごとに、伝熱凝固モデルを用いて算出する。
本実施形態では、温度固相率分布算出部505は、操業データ取得部502で取得された操業データと、熱伝達係数推定部504で算出された補正後の熱伝達係数熱伝達係数Kx(0,y,z,t)、Ky(x,0,z,t)とを用いて、鋳片5の表面温度の分布と、鋳片5の内部温度の分布と、鋳片5の内部における固相率fsの分布とを導出する。
<Temperature solid phase ratio
At each of the temperature evaluation positions, the temperature solid phase ratio
In the present embodiment, the temperature solid phase ratio
具体的に温度固相率分布算出部505は、まず、鋳型1内の湯面位置(z=0)において、新たなトラッキング面を発生させる。次に、温度固相率分布算出部505は、このトラッキング面で管理する前記伝熱凝固モデルで算出するエンタルピー、温度、および固相率の初期値を、現在時刻tにおける鋳型1内の溶鋼の温度に基づき設定する。次に、温度固相率分布算出部505は、補正後の熱伝達係数を用いて、現在時刻における計算対象の各トラッキング面について、式(22)の離散化した熱伝導方程式に従ってエンタルピーを更新する。次に、温度固相率分布算出部505は、更新したエンタルピーに対し、温度および固相率を、式(9)、式(13)、および式(14)の収束計算、または、温度、固相率、および固液界面の溶質濃度を、式(9)、式(13)、式(15)、および式(16)の収束計算により数値解を求めることにより、各トラッキング面内の温度と、各トラッキング面の表面の温度と、各トラッキング面内の固相率の分布とを算出する。
Specifically, the temperature solid phase ratio
<熱伝達係数補正部506、ステップS606>
熱伝達係数補正部506は、温度測定位置における鋳片5の表面の温度の測定値と、該温度測定位置における鋳片5の表面の温度の推定値であって、前記第1の計算値に基づいて算出される鋳片5の表面の温度の推定値とを用いて、熱伝達係数補正パラメータを導出する。
本実施形態では、熱伝達係数補正部506は、鋳片表面温度取得部501で取得された鋳片5の表面温度の測定値と、温度測定位置における鋳片5の表面温度の推定値とを用いて、熱伝達係数補正パラメータを導出する。温度測定点における鋳片5の表面温度の推定値は、温度固相率分布算出部505で導出された温度評価位置における鋳片5の温度の計算値に基づいて算出される。本実施形態では、温度評価位置の鋳造方向の間隔を、最も長い冷却ゾーンの鋳造方向の長さの2分の1以下とする。従って、1つの冷却ゾーン内では複数の位置で熱伝達係数補正パラメータを算出できる。そのため、1つの冷却ゾーン内における熱伝達係数補正パラメータの鋳造方向の変動を推定することが可能となり、鋳片5の中心部温度をより正確に推定することが可能となる。
<Heat transfer
The heat transfer
In the present embodiment, the heat transfer
以下の説明では、温度測定位置における鋳片5の表面温度の測定値を、必要に応じて表面温度測定値と称する。また、温度固相率分布算出部505で導出された温度評価位置における鋳片5の温度の計算値を、必要に応じて表面温度計算値と称する。
In the following description, the measured value of the surface temperature of the
温度測定位置が、何れかの温度評価位置における何れかの温度計算位置に一致する場合、表面温度推定値として、温度固相率分布算出部505で導出された表面温度計算値が用いられる。一方、温度測定位置の鋳造方向の位置は何れかの温度評価位置に一致するが、温度測定位置のトラッキング面の表面辺上の位置(周方向測温位置)が何れの計算点の位置にも一致しない場合、熱伝達係数補正部506は、鋳造方向の位置が一致する温度評価位置における表面温度計算値を用いて補間することにより、温度測定位置における表面温度を導出する。また、温度測定位置の鋳造方向の位置が、何れの温度評価位置にも一致しない場合、熱伝達係数補正部506は、鋳造方向の異なる位置における表面温度計算値を用いて補間することにより、温度測定位置における表面温度を導出する。この場合、補間に用いる表面温度計算値として、トラッキング面の表面辺内で上述の様に補間した値を用いてもよい。
When the temperature measurement position matches any temperature calculation position at any temperature evaluation position, the surface temperature calculation value derived by the temperature solid phase ratio
本実施形態では、熱伝達係数補正部506は、温度測定位置における表面温度計算値と表面温度測定値との差を最小にする最適化計算を行うことにより熱伝達係数補正パラメータの推定値の最適解を導出する。具体的に本実施形態では、熱伝達係数補正部506は、拡張カルマンフィルタのアルゴリズムを用いて、最小誤差分散の推定値(温度測定位置における表面温度計算値と表面温度測定値との誤差分散が最小となるときの熱伝達係数補正パラメータの推定値)を最適解として導出する場合を例に挙げて説明する。
In the present embodiment, the heat transfer
式(27)および式(28)の伝熱凝固モデルにおいて、温度評価位置における鋳片5の表面に該当する行を取り出し、トラッキング面の移動に伴うエンタルピーの変化を以下の式(33)〜式(35)のように書き直し、周方向測温位置におけるエンタルピーおよび熱伝達係数補正パラメータが、伝熱凝固モデルの各変数と実際の値との誤差を表す平均0の正規分布に従う乱数であるノイズwk h,tまたはwtpε,tとの和であるとする。尚、wk h,tの分散は、Qk htであるものとし、wtpε,tの分散は、Qtpε,tであるものとする。
In the heat transfer solidification models of the formulas (27) and (28), the row corresponding to the surface of the
ここで、hk tは、トラッキング面kにおける周方向測温位置に該当する計算点のエンタルピーである。ak hおよびbk Tは、式(27)において周方向測温位置に該当する行を抜き出した式の右辺から、該当するhk t-1およびεk t-1に対する係数を抜き出して構成した行列である。また、H’k t-1は、式(27)において周方向測温位置に該当する行を抜き出した式の右辺において、周方向測温位置に該当しない計算点エンタルピーおよび固相率に関する全ての項の和を表す。式(35)におけるT’k 0、t-1は、式(28)において周方向測温位置に該当する行を抜き出した式の右辺において、周方向測温位置に該当しない計算点のエンタルピーおよび固相率に関する全ての項の和を表す。 Here, h k t is the enthalpy of the calculation point corresponding to the circumferential temperature measurement position on the tracking surface k. a k h and b k T are constructed by extracting the coefficients for the corresponding h k t-1 and ε k t-1 from the right side of the formula obtained by extracting the rows corresponding to the circumferential temperature measurement positions in the formula (27). It is a matrix. Furthermore, H 'k t-1, in the right side of the equation obtained by extracting a row corresponding to the circumferential temperature measurement position in the formula (27), the circumferential temperature detecting all related non calculation points enthalpy and solid fraction corresponds to the position Represents the sum of terms. T'k 0 and t-1 in the equation (35) are the enthalpy of the calculation points that do not correspond to the circumferential temperature measurement position and the enthalpy of the calculation points that do not correspond to the circumferential temperature measurement position on the right side of the equation obtained by extracting the line corresponding to the circumferential temperature measurement position in the equation (28). Represents the sum of all terms related to solid phase ratio.
また、τk t-1は、各トラッキング面kにおける周方向測温位置の表面の温度を表す。式(35)において、(ck T)Tは、式(25)の係数行列Cについて周方向測温位置における行を取り出した行ベクトルである。鋳片5の鋳型1の出口よりも下流側の部分では、鋳片5の表面の計算点における固相率は1であるとみなせるので、式(33)では潜熱放出に由来する項は除いている。
以下の式(36)から式(38)では、非特許文献1の記法に従い、式(33)から式(35)における各変数の添え字tを、時刻t−1における計算結果を元に伝熱凝固モデルに基づき時刻tについて予測した結果であることを意味するt|t−1にして表す。また、式(33)から式(35)における各変数の添え字のt−1を、時刻t−1における伝熱凝固モデルによる予測計算の結果を、時刻t−1の温度測定の結果に基づいて修正したことを意味するt−1|t−1にして表す。
Further, τ k t-1 represents the surface temperature of the circumferential temperature measurement position on each tracking surface k. In equation (35), (c k T ) T is a row vector obtained by extracting rows at the circumferential temperature measurement position for the coefficient matrix C in equation (25). In the portion of the
In the following equations (36) to (38), the subscript t of each variable in equations (33) to (35) is transmitted based on the calculation result at time t-1 in accordance with the notation of
ここで、実際の値であるhk t、εtp t、およびτk tに対するhk t|t-1、εtp t|t-1、およびτk t|t-1の誤差Δhk t|t-1、Δεtp t|t-1、Δτk t|t-1を以下の式(39)のように表す。 Here, the actual value h k t, ε tp t, and h k t for τ k t | t-1, ε tp t | t-1, and τ k t | t-1 of the error Delta] h k t | t-1 , Δε tp t | t-1 , and Δτ k t | t-1 are expressed by the following equation (39).
式(33)と式(36)の両辺での差と、式(34)および式(37)と、式(35)および式(38)とから、Δhk t|t-1、Δεtp t|t-1、Δτk t|t-1は、それぞれ、以下の式(40)、式(41)、式(42)の時間発展モデルに従う。 From the differences between Eqs. (33) and (36) on both sides, Eqs. (34) and (37), and Eqs. (35) and (38), Δh k t | t-1 , Δε tp t. | t-1 and Δτ k t | t-1 follow the time evolution models of the following equations (40), (41), and (42), respectively.
尚、式(40)および式(41)に現れるΔhk t-1|t-1、Δεtp t-1|t-1、Δτk t-1|t-1は、前回時刻t−1において以下の手順により算出した結果である。
まず、鋳造中の鋳片5内の全トラッキング面k内のエンタルピー、温度、および固相率の、伝熱凝固モデルによる推定値を算出する。各トラッキング面kの周方向測温位置の計算点について、hk t|t-1、τk t|t-1を算出する。
次に、式(42)の関係を用いて、式(40)からΔτk t-1|t-1を消去して、Δhk t|t-1、Δεtp t|t-1、をカルマンフィルタアルゴリズムにより、温度測定点での鋳片5の表面温度の測定値と計算値との差を用いて修正する。ここで、モデル推定偏差状態変数を、各トラッキング面kのΔhk t|t-1および各温度評価位置ztpのΔεtp t|t-1を並べた以下の式(43)で定義する。
The Δh k t-1 | t-1 , Δε tp t-1 | t-1 , and Δτ k t-1 | t-1 appearing in the equations (40) and (41) are at the previous time t-1. This is the result calculated by the following procedure.
First, the estimated values of the enthalpy, temperature, and solid phase ratio in all the tracking surfaces k in the
Next, using the relationship of Eq. (42), Δτ k t-1 | t-1 is eliminated from Eq. (40), and Δh k t | t-1 and
Xt-1|t-1についても同様に定義する。また、温度測定点における鋳片5の表面温度の推定値Yt|t-1を、以下の式(44)のように表す。
The same applies to X t-1 | t-1. Further, the estimated value Y t | t-1 of the surface temperature of the
尚、式(43)および式(44)において、Tは転置行列であることを表す。式(40)と式(41)の各係数を並べ替えることで、Xt|t-1とXt-1|t-1の関係は、係数行列AX、tを用いて、以下の式(45)のように表すことができる。 In equations (43) and (44), T represents a transposed matrix. By rearranging the coefficients of Eqs. (40) and (41), the relationship between X t | t-1 and X t-1 | t-1 can be determined by using the coefficient matrices AX and t as follows. It can be expressed as (45).
カルマンフィルタアルゴリズムでは、モデル推定偏差状態変数Xt|t-1を、時刻tにおける、温度測定点での鋳片5の表面温度の測定値Utと推定値Yt|t-1との偏差に基づき修正することで、時刻tにおける各状態変数Xt|tを推定する。また、各状態変数Xt|tの推定誤差が、平均0(ゼロ)であり、共分散行列Vt|tの多次元正規分布に従うと仮定して、共分散行列Vt|tを、各状態変数Xt|tと同時に推定する。ただし、本実施形態では、各トラッキング面kが温度評価位置に到達する時刻と、温度評価位置の間の中間にある時刻とでは、各状態変数Xt|tの更新計算が異なるので、以下では分けて説明する。
In the Kalman filter algorithm, the model estimated deviation state variable X t | t-1 is set to the deviation between the measured value U t of the surface temperature of the
(a) トラッキング面kが温度評価位置に到達する時刻における処理
各トラッキング面kが温度評価位置に到達する時刻においては、以下の処理が行われる。
(1) 式(40)および式(41)による伝熱凝固モデルによる予測誤差の共分散行列Vt|t-1を、時刻t−1における共分散行列の推定結果Vt-1|t-1を用いて、以下の式(46)により更新して算出する。
(A) Processing at the time when the tracking surface k reaches the temperature evaluation position The following processing is performed at the time when each tracking surface k reaches the temperature evaluation position.
(1) The covariance matrix V t | t-1 of the prediction error by the heat transfer coagulation model according to Eqs. (40) and (41) is the estimation result of the covariance matrix at time t-1 V t-1 | t-. Using 1 , it is updated and calculated by the following formula (46).
ここで、Qtは、式(40)におけるノイズwk htの分散Qk htおよび式(41)におけるノイズwtpε、tの分散Qtpεtを式(43)と同じ順に対角に並べ、非対角成分を0(ゼロ)としたノイズベクトルの共分散行列である。
(2) [カルマンゲインの計算]
表面温度測定値と表面温度計算値から、式(45)で求めたモデル推定偏差状態変数Xt|t-1を修正するカルマンゲインΨtは、以下の式(47)により計算される。ここで、Cy、tは、式(42)の係数ck Tを、kについて式(44)と同じ順序で列方向に並べた行列である。Ryは、鋳片5の表面温度の測定誤差が、平均が0(ゼロ)であり、共分散行列Ryの多次元正規分布に従うとした場合の共分散行列である。
Here, Q t is the variance Q k ht of the noise w k ht in the equation (40) and the variance Q tp ε t of the noise w tp ε and t in the equation (41) diagonally in the same order as in the equation (43). It is a covariance matrix of noise vectors arranged side by side and with the off-diagonal component set to 0 (zero).
(2) [Calculation of Kalman gain]
The Kalman gain Ψ t that modifies the model estimation deviation state variable X t | t-1 obtained by the equation (45) from the surface temperature measured value and the surface temperature calculated value is calculated by the following equation (47). Here, Cy and t are matrices in which the coefficients c k T of the equation (42) are arranged in the column direction in the same order as the equation (44) for k. R y is a covariance matrix when the measurement error of the surface temperature of the
(3) [モデル推定偏差状態変数の予測結果の更新]
時刻tにおけるモデル推定偏差状態変数の推定結果Xt|tを、式(43)によるモデル推定偏差状態変数の予測結果Xt|t-1と、温度測定点での鋳片5の表面温度の測定値Utと推定値Yt|t-1との偏差と、カルマンゲインΨtとを用いて、以下の式(48)で更新して算出する。
(3) [Update of prediction result of model estimation deviation state variable]
The estimation result X t | t of the model estimation deviation state variable at time t, the prediction result X t | t-1 of the model estimation deviation state variable by Eq. (43), and the surface temperature of the
(4) [予測誤差共分散行列の更新]
式(46)による予測誤差共分散行列Vt|t-1を、カルマンゲインΨtを用いて、以下の式(49)により更新して、予測誤差共分散行列Vt|tを算出する。
(4) [Update of prediction error covariance matrix]
Prediction error covariance matrix V t according to equation (46) | a t-1, using the Kalman gain [psi t, and updated by the following equation (49), the prediction error covariance matrix V t | calculating the t.
(5) [周方向測温位置におけるエンタルピー、熱伝達係数補正パラメータ、温度の補正]
式(36)、式(37)、式(38)における、各トラッキング面kの周方向測温位置でのエンタルピーの計算値、各温度評価位置ztpでの熱伝達係数補正パラメータ、および各トラッキング面kの周方向測温位置での鋳片5の表面温度の計算値を、モデル推定偏差状態変数Xt|tの推定結果の対応する値を用いて、以下の式(50)〜式(53)により補正する。
(5) [Enthalpy at the circumferential temperature measurement position, heat transfer coefficient correction parameters, temperature correction]
Calculation values of enthalpy at the circumferential temperature measurement position of each tracking surface k in equations (36), (37), and (38), heat transfer coefficient correction parameters at each temperature evaluation position z tp, and each tracking. The calculated values of the surface temperature of the
(b) トラッキング面kが温度評価位置の中間位置に到達する時刻における処理
一方、各トラッキング面kが温度評価位置の中間位置に到達する時刻においては、以下の処理が行われる。
(1) [予測誤差共分散行列の更新]
式(40)および式(41)による伝熱凝固モデルによる予測誤差の共分散行列Vt|t-1を、時刻t−1における共分散行列の推定結果Vt-1|t-1を用いて、以下の式(54)により更新して算出する。
(B) Processing at the time when the tracking surface k reaches the intermediate position of the temperature evaluation position On the other hand, the following processing is performed at the time when each tracking surface k reaches the intermediate position of the temperature evaluation position.
(1) [Update of prediction error covariance matrix]
The covariance matrix V t | t-1 of the prediction error by the heat transfer coagulation model according to the equations (40) and (41) is used, and the estimation result V t-1 | t-1 of the covariance matrix at time t-1 is used. Then, it is updated and calculated by the following formula (54).
ここで、Qtは、式(40)におけるノイズwk htの分散Qk htを式(43)と同じ順に対角に並べ、非対角成分を0(ゼロ)としたノイズベクトルの共分散行列である。 Here, Q t is the covariance of the noise vector in which the variance Q k ht of the noise w k ht in the equation (40) is arranged diagonally in the same order as in the equation (43) and the off-diagonal component is 0 (zero). It is a matrix.
(2) [カルマンゲインの計算]
温度評価位置の中間位置に到達する時刻では、温度測定点で温度を算出する観測行列は0(ゼロ)とするので、以下の式(55)のように、カルマンゲインΨtは全て0(ゼロ)である。
(2) [Calculation of Kalman gain]
At the time when the intermediate position of the temperature evaluation position is reached, the observation matrix for calculating the temperature at the temperature measurement point is 0 (zero), so the Kalman gain Ψ t is all 0 (zero) as shown in the following equation (55). ).
(3) [モデル推定偏差状態変数の予測結果の更新]
カルマンゲインΨtが0(ゼロ)なので、モデル推定偏差状態変数の予測結果は更新されず、時刻tにおけるモデル推定偏差状態変数の推定結果Xt|tは、以下の式(56)のようになる。
(3) [Update of prediction result of model estimation deviation state variable]
Since the Kalman gain Ψ t is 0 (zero), the prediction result of the model estimation deviation state variable is not updated, and the estimation result X t | t of the model estimation deviation state variable at time t is as shown in the following equation (56). Become.
(4) [予測誤差共分散行列の更新]
カルマンゲインΨtが0(ゼロ)なので、モデル推定偏差状態変数の予測結果の共分散行列は更新されず、予測誤差共分散行列Vt|tは、以下の式(57)のようになる。
(4) [Update of prediction error covariance matrix]
Since the Kalman gain Ψ t is 0 (zero), the covariance matrix of the prediction result of the model estimation deviation state variable is not updated, and the prediction error covariance matrix V t | t is as shown in the following equation (57).
(5) [周方向測温位置におけるエンタルピー、熱伝達係数補正パラメータ、温度の補正]
モデル推定偏差状態変数Xt|tが更新されないので、以下の式(58)〜式(60)のように、各トラッキング面kの周方向測温位置でのエンタルピーの計算値、各温度評価位置ztpでの熱伝達係数補正パラメータ、および各トラッキング面kの周方向測温位置での鋳片5の表面温度の計算値の補正も行われない。
(5) [Enthalpy at the circumferential temperature measurement position, heat transfer coefficient correction parameters, temperature correction]
Since the model estimation deviation state variable X t | t is not updated, the calculated value of the enthalpy at the circumferential temperature measurement position of each tracking surface k and each temperature evaluation position are as shown in the following equations (58) to (60). The heat transfer coefficient correction parameter at z tp and the calculated value of the surface temperature of the
<鋳片中心部目標温度設定部507、ステップS607>
鋳片中心部目標温度設定部507は、鋳片5の中心部の目標温度を、温度評価位置の各々について設定する。以下の説明では、鋳片5の中心部の目標温度を、必要に応じて鋳片中心部目標温度と称する。本実施形態では、鋳片中心部目標温度は、鋳造する鋼種、鋳型1のサイズ,および鋳造速度の代表値から定まる操業条件区分ごとに設定される。また、鋳造方向においては、鋳片中心部目標温度は、温度評価位置ごとに設定される。鋳片中心部目標温度は、少なくとも、鋳片5の幅方向(図2のx軸方向)および厚み方向(図2のy軸方向)の中央の位置に設定される。尚、鋳片中心部目標温度設定部507は、鋳片5の幅方向の中央以外の厚み方向の中央の位置に、鋳片中心部目標温度を複数点設定してもよい。温度評価位置ztpにおける鋳片中心部目標温度rc tpは、例えば、前述した操業条件区分ごとの鋼種、鋳型1のサイズ、鋳造速度の代表値に基づく伝熱凝固モデルによるシミュレーション計算で導出された鋳片5の温度の計算結果に基づいて設定される。尚、以下の説明では、鋳片中心部目標温度が設定される鋳片5の位置を、必要に応じて鋳片中心部と称する。
<Target temperature setting unit 507 at the center of the slab, step S607>
The slab center target temperature setting unit 507 sets the target temperature of the
<将来予測部508、ステップS608>
将来予測部508は、温度評価位置の各々について、該温度評価位置から、該温度評価位置よりも鋳造方向で下流側の予め定めた位置までの範囲を、該温度評価位置の将来予測範囲として設定する。また、将来予測部508は、該温度評価位置の各々について、該温度評価位置に対する該将来予測範囲内にある温度評価位置の各々を鋳造方向に基づいて順序づけた位置を、該温度評価位置に対する将来予測位置として設定する。そして、将来予測部508は、温度評価位置の各々が、現在時刻から将来予測位置の各々に進んだ時点での該将来予測位置における前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を含む第2の計算値を、伝熱凝固モデルを用いて算出する。このとき将来予測部508は、鋳造速度vcおよび冷却水の水量が現在時刻における値から変化しないと仮定する。また、将来予測部508は、伝熱凝固モデルを用いて計算した、温度評価位置の各々における現在時刻での鋳片断面内温度、鋳片断面表面温度、および鋳片断面内固相率分布を初期値とする。
<
For each of the temperature evaluation positions, the
本実施形態では、まず、将来予測部508は、将来時刻における、鋳片5の表面温度、鋳片5の内部の温度、および固相率の分布を予測する将来予測回数をNtpとして設定する。将来予測部508は、tp=1,2,3,・・・,tpmaxの複数の温度評価位置ztpのそれぞれについて、温度評価位置ztpから温度評価位置ztp+ntp(ntp=1,・・・,Ntp)までの範囲を将来予測範囲として設定する。尚、温度評価位置ztp+Ntpが、最下流の温度評価位置よりも下流側に位置する場合には、最下流の温度評価位置またはそれよりも上流側の温度評価位置のみが将来予測範囲に含まれるようにする。温度評価位置ztpの将来予測範囲には、当該温度評価位置ztpに対する将来予測位置として、当該将来予測範囲に含まれる複数の温度評価位置が含まれる。尚、将来予測回数Ntpは、予め設定されているものとする。また、前述したように、現在時刻における鋳造速度vcと、トラッキング面の発生間隔(即ち、温度評価位置の間隔)Δztpとから、相互に隣接する2つの温度評価位置ztpの間をトラッキング面が移動する時間をΔtp(=Δztp÷vc)で表す。
In the present embodiment, first, the
将来予測部508は、温度評価位置ztpのそれぞれについて、当該温度評価位置ztpの現在時刻tにおけるエンタルピー、鋳片5の温度、および固相率の温度固相率分布算出部505における計算結果を初期値とし、鋳造速度および各冷却ゾーンにおける鋳片5に対する冷却水の水量が現在時刻tのものと同じであると仮定して、伝熱凝固モデルを繰り返し解くことにより、各トラッキング面が将来予測位置(当該温度評価位置ztpに対する将来予測位置)の各々に到達する時刻t+ntpΔtpにおける、エンタルピー、鋳片5の温度、および固相率を導出する。
For each of the temperature evaluation positions z tp , the
本実施形態では、将来予測部508は、以上のようにして、伝熱凝固モデルを用いて、温度評価位置の各々と該温度評価位置に対する将来予測位置とにおける鋳片断面内温度および前記鋳片表面温度を計算する。そして、将来予測部508は、この計算と共に、温度評価位置の各々について、該温度評価位置に対する前記将来予測範囲内にある将来予測位置に対応する冷却ゾーンにおける、冷却水の水量に対する前記鋳片断面内温度の偏微分係数を、前記鋳片断面内温度に対する前記冷却水の水量の影響を表す係数である将来温度影響係数として算出する。
In the present embodiment, the
具体的に本実施形態では、将来予測部508は、以上のようにして伝熱凝固モデルを繰り返し解く過程において、各冷却ゾーンの冷却水の水量の現在の値からの微小変化に対する、各トラッキング面kの鋳片中央部の温度の応答ゲイン(即ち、各冷却ゾーンの冷却水の水量の現在の値からの変化に対する各トラッキング面kの鋳片断面内の各計算点の温度を、冷却ゾーンの冷却水の水量の変化量による1次式で表した場合の係数)である将来温度影響係数を予測する。具体的には、将来予測部508は、或るトラッキング面kについて、当該トラッキング面が将来予測位置に到達するときの時刻における、当該将来予測位置で鋳造方向に垂直な方向に切った場合の鋳片5の断面の内部および表面の座標(i,j)におけるエンタルピー、温度、および固相率の予測値Hi,j,t+ntpΔtp,Ti,j,t+ntpΔtp,fsi,j,t+ntpΔtpを、伝熱凝固モデルを用いて算出すると共に、同時刻t+ntpΔtpにおける鋳片中央部の温度への、第m冷却ゾーンの鋳片長辺面に対する冷却水の水量uxmの将来温度影響係数∂Ti,j,t+ntpΔtp/∂uxmを算出するために、式(22)、式(23)の両辺に現れる変数をuxmで偏微分した変数∂Hi,j,t+ntpΔtp/∂uxmおよび∂fsi,j,t+ntpΔtp/∂Ti,jが満たす方程式である以下の式(61)、式(62)と、式(14)の両辺に現れる変数をTi,jで偏微分した変数∂Ti,j,t+ntpΔtp/∂uxmが満たす方程式である以下の式(63)を、∂Hi,j,t+ntpΔtp/∂uxm、∂fsi,j,t+ntpΔtp/∂Ti,j、および∂Ti,j,t+ntpΔtp/∂uxmについて連立して解くことで算出する。時刻t+ntpΔtpにおいて温度評価位置ztpにあるトラッキング面について、当該温度評価位置ztpにおける∂Ti,j,t+ntpΔtp/∂uxmを将来温度影響係数∂Ttp i,j,t+ntpΔtp/∂uxmとして、当該温度評価位置tpおよび当該時刻t+ntpΔtpと相互に関連付けて記憶する。将来温度影響係数∂Ttp i,j,t+ntpΔtp/∂uxmは、後述する冷却水量変更量指示値算出部510で使用される。
Specifically, in the present embodiment, the
<鋳片中心部参照温度算出部509、ステップS609>
鋳片中心部参照温度算出部509は、温度評価位置設定部503で設定された温度評価位置の各々について、鋳片中心部目標温度設定部507で設定された鋳片中心部目標温度と、前記第1の計算値に基づいて算出される現在時刻における鋳片5の中心部の温度の計算値とを用いて、該鋳片5の中心部の温度の計算値と、鋳片中心部目標温度との間の温度であって、鋳造方向で下流側にある将来予測位置の温度であるほど、鋳片中心部目標温度に近づく温度である鋳片中心部参照温度を算出する。
<Refer to the center of the slab Temperature calculation unit 509, step S609>
The slab center reference temperature calculation unit 509 sets the slab center target temperature set by the slab center target temperature setting unit 507 and the slab center target temperature set by the slab center target temperature setting unit 507 for each of the temperature evaluation positions set by the temperature evaluation
本実施形態では、鋳片中心部参照温度算出部509は、鋳片中心部目標温度設定部507で設定された温度評価位置ztpにおける鋳片中心部目標温度rtp cと、温度固相率分布算出部505で導出された現在時刻tにおける温度評価位置ztpでの鋳片中心部の温度とを用いて、将来予測部508における将来時刻での鋳片中心部の温度等の予測が進むほど(将来予測位置が鋳造方向の下流側にあるほど)、鋳片中心部目標温度rtp cに接近する温度を、鋳片中心部参照温度として導出する。
In the present embodiment, the slab center reference temperature calculation unit 509 has the slab center target temperature r tp c at the temperature evaluation position z tp set by the slab center target temperature setting unit 507, and the temperature solid phase ratio. Using the temperature of the slab center at the temperature evaluation position z tp at the current time t derived by the
鋳片中心部参照温度は、鋳片中心部目標温度設定部507で設定された温度評価位置ztpにおける鋳片中心部目標温度rtp cと、温度固相率分布算出部505で導出された現在時刻tにおける温度評価位置ztpでの鋳片中心部の温度との間の値をとる。また、鋳片中心部参照温度として、少なくとも、各温度評価位置ztpにおける将来予測回数ntp分の温度(即ち、各温度評価位置ztpに対する各将来予測位置における温度)が導出される。
The slab center reference temperature was derived by the slab center target temperature r tp c at the temperature evaluation position z tp set by the slab center target temperature setting unit 507 and the temperature solid phase ratio
具体的には、鋳片中心部参照温度算出部509は、将来予測部508が、現在時刻tにおいて、時刻t+ntpΔtpに将来予測位置ztpに到達するとしているトラッキング面の現在時刻tの鋳片中心部の温度Ttp-ntp c,tと、当該将来予測位置ztpにおける鋳片中心部目標温度rc tpとを用いて、以下の式(64)に基づき、各温度評価位置ztpに対する各将来予測位置における鋳片中心部参照温度Ttp* c,t+ntpΔtpを算出する。
Specifically, the slab center reference temperature calculation unit 509 casts the tracking surface at the current time t, which the
ここで、βは、0≦β≦1の定数である。βは、将来予測位置(将来予測回数ntp)毎に定められる。また、cは、鋳造方向に垂直に切った鋳片5の断面であって、鋳片中心部目標温度rtp cの位置における断面内の、鋳片中心部の位置の座標を表す略記号である。尚、鋳片中心部目標温度設定部507が、鋳片5の厚み方向の中央以外の幅方向の中央の位置に、鋳片中心部目標温度を設定する場合、鋳片中心部参照温度算出部509は、鋳片中心部だけでなく、これらの位置について同様に参照温度を算出する。
Here, β is a constant of 0 ≦ β ≦ 1. β is determined for each future prediction position (future prediction number n tp). Further, c is a cross section of the
<冷却水量変更量指示値算出部510、ステップS610>
冷却水量変更量指示値算出部510は、目的関数の値を最大または最小にする決定変数を求める最適化問題を解くことで、冷却水量変更量指示値を算出する。決定変数は、現在時刻における冷却水の水量の実績値からの冷却水の水量の変更量の指示値である冷却水量変更量指示値であって、冷却ゾーンの各々に対する冷却水量変更量指示値である。目的関数は、冷却水量変更量指示値に従って冷却水の水量が変更された場合の、将来予測位置の各々における鋳片中心部の温度と、将来予測位置の各々における鋳片中心部参照温度と、の差を表す項を含む。この差は、将来予測位置の各々における鋳片中心部の温度の予測値と、該将来予測位置の各々における鋳片中心部参照温度と、該将来予測位置における将来温度影響係数である鋳片中心部温度影響係数と、前記冷却水量変更量指示値とを用いて表される。また、将来予測位置の各々における鋳片中心部の温度の予測値は、温度評価位置に対する将来予測位置の各々における前記第2の計算値に基づいて算出される。また、目的関数は、将来予測位置の各々における鋳片中心部の温度と、将来予測位置の各々における鋳片中心部参照温度との差の2乗を含む項を有する。
<Cooling water amount change amount instruction value calculation unit 510, step S610>
The cooling water amount change amount instruction value calculation unit 510 calculates the cooling water amount change amount instruction value by solving the optimization problem for obtaining the determination variable that maximizes or minimizes the value of the objective function. The determinant is the cooling water amount change amount instruction value, which is the instruction value of the change amount of the cooling water amount from the actual value of the cooling water amount at the current time, and is the cooling water amount change amount instruction value for each of the cooling zones. is there. The objective function is the temperature of the center of the slab at each of the predicted future positions and the reference temperature of the center of the slab at each of the predicted future positions when the amount of cooling water is changed according to the indicated value of the amount of cooling water. Includes a term that represents the difference between. This difference is the predicted value of the temperature of the slab center at each of the future predicted positions, the reference temperature of the slab center at each of the future predicted positions, and the slab center which is the future temperature influence coefficient at the future predicted position. It is expressed using the part temperature influence coefficient and the indicated value for changing the amount of cooling water. Further, the predicted value of the temperature of the slab center portion at each of the future predicted positions is calculated based on the second calculated value at each of the future predicted positions with respect to the temperature evaluation position. Further, the objective function has a term including the square of the difference between the temperature of the slab center portion at each of the future predicted positions and the slab center reference temperature at each of the future predicted positions.
本実施形態では、冷却水量変更量指示値算出部510は、将来予測部508で導出された各温度評価位置に対する各将来予測位置での鋳片中心部の温度を、鋳片中心部参照温度算出部509で算出された当該将来予測位置での鋳片中心部参照温度Ttp* c,t+ntpΔtpに近づけるように、現在時刻tにおける各冷却ゾーンの冷却水の水量の実績値からの冷却水の水量の変更量を導出する。以下の説明では、現在時刻tにおける各冷却ゾーンの冷却水の水量の実績値からの冷却水の水量の変更量を、必要に応じて冷却水量変更量指示値と称する。また、将来予測部508で導出された鋳片中心部の温度を、必要に応じて鋳片中心部温度予測値と称する。
In the present embodiment, the cooling water amount change amount instruction value calculation unit 510 calculates the temperature of the slab center portion at each future prediction position with respect to each temperature evaluation position derived by the
各温度評価位置に対する各将来予測位置での鋳片中心部温度予測値と当該将来予測位置における鋳片中心部参照温度との偏差と、冷却水量変更量指示値とを含む目的関数を定め、冷却水量変更量指示値を決定変数として目的関数の値を最小化または最大化する最適化問題の解を得ることで算出される。 An objective function including the deviation between the slab center temperature predicted value at each future predicted position for each temperature evaluation position and the slab center reference temperature at the future predicted position, and the cooling water amount change amount indicated value is determined and cooled. It is calculated by obtaining the solution of the optimization problem that minimizes or maximizes the value of the objective function using the water amount change amount indication value as the determinant.
本実施形態では、冷却水量変更量指示値算出部510は、各冷却ゾーンにおける冷却水量変更量指示値Δuxmを決定変数とし、将来予測範囲内の、各温度評価位置についての鋳片中心部温度の予測値と、当該予測値に対応する鋳片中心部参照温度Ttp* c,t+ntpΔtpとの偏差を、各冷却ゾーンの冷却水の水量に関する制約条件のもとで最小化する2次計画問題を解く。 In the present embodiment, the cooling water change amount command value calculation portion 510, a cooling water change amount command value Delta] u xm in each cooling zone and decision variables in the future prediction range, billet core temperature of each temperature evaluation position The deviation between the predicted value of and the reference temperature T tp * c, t + ntpΔtp at the center of the slab corresponding to the predicted value is minimized under the constraint condition regarding the amount of cooling water in each cooling zone. Solve the planning problem.
この2次計画問題の目的関数Jは、具体的には、以下の式(65)のように定式化される。冷却水量変更量指示値算出部510は、式(65)の目的関数Jを予め記憶している。 Specifically, the objective function J of this quadratic programming problem is formulated as the following equation (65). The cooling water amount change amount instruction value calculation unit 510 stores the objective function J of the equation (65) in advance.
式(65)の右辺の第1項は、各冷却ゾーンの冷却水量変更量指示値Δuxmが十分小さいと仮定して、将来予測範囲内の時刻t+ntpΔtpにおいて、冷却水量変更量指示値Δuxmだけ冷却ゾーンの冷却水の流量を現在値から変更した場合の、温度評価位置ztpにおける鋳片中心部温度の予測値Ttp c,t+ntpΔtp+(∂Ttp c,t+ntpΔtp/∂uxm)・Δuxmと、当該時刻および当該温度評価位置に対応する鋳片中心部参照温度Ttp* c,t+ntpΔtpとの偏差を算出し、将来予測範囲内における鋳片全体での当該偏差の大きさを、トラッキング面が将来予測位置に到達したときの時刻に対応する将来予測回数ntpと、温度評価位置を表す番号tpと、鋳片中心部の位置cに於ける前記偏差の2乗に、正値の重み係数Wc,tp,ntpを乗じた値の、前記将来予測回数ntpと、温度評価位置を表す番号tpと、鋳片中心部の位置cについての和として評価する項である。一方、式(65)の右辺の第2項は,冷却水量変更量指示値の大きさに関するペナルティを与える項であり、第m冷却ゾーンの冷却水量変更量指示値Δuxmの2乗と正値の重み係数Wu,mとの積の、各冷却ゾーンについての和である。冷却水量変更量指示値算出部510は、式(65)を冷却水量変更量指示値Δuxmについて展開し、冷却水量変更量指示値Δuxmの2次および1次の項の係数を算出する。そして、冷却水量変更量指示値算出部510は、各冷却ゾーンにおける冷却水の水量に関する制約を数式で表した制約式を満足する範囲で、式(65)の目的関数Jの値が最小になるときの冷却水量変更量指示値Δuxmを算出し、式(65)の最適解として算出する。 The first term on the right side of the equation (65) assumes that the cooling water amount change indication value Δu xm in each cooling zone is sufficiently small, and at the time t + n tp Δtp within the future prediction range, the cooling water amount change amount indication value Δu Predicted value of slab center temperature at temperature evaluation position z tp when the flow rate of cooling water in the cooling zone is changed by xm T tp c, t + ntpΔtp + (∂T tp c, t + ntpΔtp / ∂u xm ) ・Calculate the deviation between Δu xm and the reference temperature T tp * c, t + ntpΔtp at the center of the slab corresponding to the time and the temperature evaluation position, and calculate the deviation of the entire slab within the future prediction range. The magnitude of the deviation is determined by the number of times predicted in the future n tp corresponding to the time when the tracking surface reaches the predicted position in the future, the number tp representing the temperature evaluation position, and the deviation at the position c at the center of the slab. the square of the value obtained by multiplying the weight coefficient W c of positive, tp, the ntp, the Forecasts and number n tp, the number tp representing the temperature evaluation position, as the sum of the position c of the slab center This is the item to be evaluated. On the other hand, the second term of the right side of equation (65), the cooling water quantity change amount instruction value is a term which gives a penalty relating to the size, square and positive cooling water change amount instruction value of the m cooling zone Delta] u xm Is the sum of the products of the weighting coefficients W u and m for each cooling zone. Cooling water change amount command value calculation section 510, expand equation (65) for cooling water change amount command value Delta] u xm, calculates the coefficient of the secondary and the primary term of the cooling water change amount command value Delta] u xm. Then, the cooling water amount change amount instruction value calculation unit 510 minimizes the value of the objective function J of the equation (65) within a range satisfying the constraint equation expressing the constraint on the amount of cooling water in each cooling zone. It calculates the quantity of cooling water change amount command value Delta] u xm when calculated as an optimal solution of equation (65).
ここでは、cが、鋳片中心部の位置を表す番号である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、鋳片中心部目標温度設定部507が、鋳片5の厚み方向の中央以外の幅方向の中央の位置に、鋳片中心部目標温度を設定する場合、cを、当該厚み方向の位置を表す番号とし、式(65)に於いて、それぞれのcについての和を取ればよい。
Here, the case where c is a number representing the position of the center of the slab has been described as an example. However, when the slab center target temperature setting unit 507 sets the slab center target temperature at a position in the width direction other than the center in the thickness direction of the
ここで、Wc,t+ntpΔtp、Wu,mは、式(65)の右辺第1項および右辺第2項の評価項のバランスを示す重み係数である。例えば、式(65)の右辺第1項の評価項を、右辺第2項の評価項よりも重要視する場合には、式(65)の右辺第1項に対する重み係数Wc,t+ntpΔtpの大きさを、右辺第2項に対する重み係数Wu,mの大きさよりも大きくする。 Here, W c, t + ntpΔtp and W u, m are weighting coefficients indicating the balance of the evaluation terms of the first term on the right side and the second term on the right side of the equation (65). For example, when the evaluation term of the right side first term of the equation (65) is more important than the evaluation term of the right side second term, the weighting coefficient W c, t + ntpΔtp with respect to the right side first term of the equation (65). Is made larger than the size of the weighting coefficient W u, m with respect to the second term on the right side.
また、前述した制約式としては、例えば、各冷却ゾーンにおける冷却水量が、当該冷却水の水量の上限値以下になることを示す制約式を採用することができる。
式(65)は、2次計画問題である。そこで、冷却水量変更量指示値算出部510は、目的関数Jの値が最小になるときの冷却水量変更量指示値Δuxmに対する係数行列を算出して数値的に求解する。2次計画問題の解法として、有効制約法やラグランジュ未定乗数法等、公知の技術を用いることができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
Further, as the above-mentioned constraint equation, for example, a constraint equation indicating that the amount of cooling water in each cooling zone is equal to or less than the upper limit of the amount of the cooling water can be adopted.
Equation (65) is a quadratic programming problem. Therefore, the cooling water change amount command value calculation section 510 numerically solving calculate the amount of cooling water change amount command value Delta] u xm coefficient matrix for when the value of the objective function J is minimized. As a method for solving the quadratic programming problem, known techniques such as the active constraint method and the Lagrange undetermined multiplier method can be used, and therefore detailed description thereof will be omitted here.
<冷却水量変更指示部511、S611>
冷却水量変更指示部511は、冷却水量変更指示部511により導出された、各冷却ゾーンにおける冷却水量変更量指示値Δuxmの最適値を、当該冷却ゾーンの冷却水の水量の現在時刻tの実績値uxm,tに加えた値を、次回の制御周期の水量指示値として導出し、導出したい水量指示値を、上位のプロセス計算機経由または直接、各冷却ゾーンの冷却水の水量を制御する計装装置に送信する。
本実施形態では、温度評価位置の鋳造方向の間隔を、最も長い冷却ゾーンの鋳造方向の長さの2分の1以下とする。このようにすることにより、冷却ゾーンのそれぞれに温度評価位置が少なくとも2つ存在させることができ、1つの冷却ゾーン内において、複数の位置で鋳片中心部の温度の目標値(本実施形態では、鋳片中心部目標温度)を設定し、1つの冷却ゾーン内における鋳片中心部の温度の鋳造方向のプロフィールを制御することができる。よって、1つの冷却ゾーン内における鋳片中心部の温度を正確に制御することが可能となる。
<Cooling water amount
Coolant level
In the present embodiment, the distance between the temperature evaluation positions in the casting direction is set to half or less of the length of the longest cooling zone in the casting direction. By doing so, at least two temperature evaluation positions can be present in each of the cooling zones, and the target value of the temperature at the center of the slab at a plurality of positions in one cooling zone (in the present embodiment). , Target temperature at the center of the slab), and the profile of the temperature at the center of the slab in the casting direction within one cooling zone can be controlled. Therefore, it is possible to accurately control the temperature of the center of the slab in one cooling zone.
(まとめ)
以上のように本実施形態では、鋳造速度vcに応じてトラッキング面を発生させ、鋳造方向におけるトラッキング面の発生間隔の整数倍の位置で温度評価位置を設定する。温度評価位置の現在時刻におけるエンタルピー、鋳片5の温度、および固相率を、熱伝導方程式に基づく伝熱凝固モデルを用いて導出する。温度評価位置のそれぞれについて、当該温度評価位置が、鋳造方向において下流側の将来予測位置に移動したときの将来時刻におけるエンタルピー、鋳片5の温度、および固相率を、伝熱凝固モデルを用いて導出する。このとき、伝熱凝固モデルに基づいて、冷却水量変更量指示値に対する鋳片中心部の温度の偏微分係数を、鋳片中心部の温度に対する冷却水量変更量指示値の影響係数として導出する。また、現在時刻の鋳片中心部の温度を起点とし、下流側の将来予測位置であるほど鋳片中心部目標温度に近くなる鋳片中心部参照温度を導出する。そして、各温度評価位置における各将来予測位置での鋳片中心部温度と、当該将来予測値に対応する影響係数と、冷却水量変更量指示値とに基づいて、冷却水の水量を変更した場合の各温度評価位置における各将来予測位置での鋳片中心部の温度を定式化する。冷却水の水量を変更した場合の各温度評価位置における各将来予測位置での鋳片中心部の温度と、当該将来予測位置に対応する鋳片中心部参照温度との偏差が小さいほど小さな値をとる目的関数Jの値が最小になるときの冷却水量変更量指示値を求める。
(Summary)
As described above, in the present embodiment, the tracking surface is generated according to the casting speed v c , and the temperature evaluation position is set at a position that is an integral multiple of the generation interval of the tracking surface in the casting direction. En tal peak at the current time of the temperature evaluation position, the temperature of the
従って、鋳造速度が鋳造中に変更された場合でも、鋳片中心部の温度を鋳片全体にわたって前記鋳片中心部参照温度付近に近づけることが可能になるので、その結果、後述の実施例にも示すとおり、鋳片中心部の固相率の鋳造方向の分布の変動も小さくすることができる。すなわち、鋳片中心部の固相率が流動限界以上である鋳片部位の位置の変動を小さくすることができる。このため、鋳造速度が低下することによる圧下速度の低下があっても、鋳片中心部の固相率が流動限界以上である鋳片部位の圧下速度がV偏析を防止できる値以上であれば、鋳片5の圧下量を一定に保つことで、V偏析および逆V偏析を防止しながら線状偏析を防止することが可能となる。よって、鋳片中心部の固相率に大きな変化を生じさせず、鋳造速度の変更前後における鋳片軽圧下時の鋳片に対する圧下量を一定に保持することができる。
Therefore, even if the casting speed is changed during casting, the temperature at the center of the slab can be brought close to the reference temperature at the center of the slab over the entire slab. As shown in the above, fluctuations in the distribution of the solid phase ratio in the casting direction at the center of the slab can also be reduced. That is, it is possible to reduce the fluctuation of the position of the slab portion where the solid phase ratio at the center of the slab is equal to or higher than the flow limit. Therefore, even if the reduction rate is reduced due to the decrease in the casting rate, the reduction rate of the slab portion where the solid phase ratio at the center of the slab is equal to or higher than the flow limit is equal to or higher than the value capable of preventing V segregation. By keeping the amount of reduction of the
また、本実施形態では、現在時刻の鋳片中心部の温度を起点とし、下流側の将来予測位置であるほど鋳片中心部目標温度に近くなる鋳片中心部参照温度を用いる。従って、直接的に鋳片中心部目標温度を用いる場合に、製造条件によっては、現在時刻に近い将来における予測温度と目標温度との偏差を強く評価して冷却水量の操作量が過大になることの繰り返しにより、冷却水量の操作のハンチングを生じる場合があるが、上記の様な鋳片中心部参照温度を用いることによってこの様な現象を防止できる。 Further, in the present embodiment, the temperature at the center of the slab at the current time is used as the starting point, and the reference temperature at the center of the slab that is closer to the target temperature at the center of the slab as the future predicted position on the downstream side is used. Therefore, when the target temperature at the center of the slab is used directly, the deviation between the predicted temperature and the target temperature in the future near the current time is strongly evaluated and the amount of cooling water manipulated becomes excessive depending on the manufacturing conditions. Hunting of the operation of the amount of cooling water may occur due to the repetition of the above, and such a phenomenon can be prevented by using the reference temperature at the center of the slab as described above.
また、本実施形態では、伝熱凝固モデルに基づいて、冷却水量変更量指示値に対する鋳片中心部の温度の偏微分係数を、鋳片中心部の温度に対する冷却水量変更量指示値の影響係数として求める。従って、冷却水量変更量指示値に対する鋳片中心部の温度の変化が特定の関数で表される等の仮定をおかずに、鋳片中心部の温度に対する冷却水量変更量指示値の影響係数を求めることができる。よって、将来予測位置における鋳片中心部の温度と、当該将来予測位置における中心部参照温度との偏差(本実施形態では、式(65)の左辺第1項の小括弧内)をより正確に評価することができる。 Further, in the present embodiment, based on the heat transfer solidification model, the partial differential coefficient of the temperature of the center of the slab with respect to the indicated value of the amount of cooling water is changed to the influence coefficient of the indicated value of the amount of cooling water with respect to the temperature of the center of the slab. Ask as. Therefore, without assuming that the change in the temperature at the center of the slab with respect to the indicated value for changing the amount of cooling water is expressed by a specific function, the coefficient of influence of the indicated value for changing the amount of cooling water with respect to the temperature at the center of the slab is obtained. be able to. Therefore, the deviation between the temperature of the center of the slab at the predicted future position and the reference temperature of the center at the predicted future position (in the parentheses of the first term on the left side of the equation (65) in the present embodiment) is more accurate. Can be evaluated.
また、本実施形態では、鋳片5のエンタルピー、熱伝達係数補正パラメータについて、実際の値と伝熱凝固モデルに基づいて計算される値との誤差を状態変数に含めると共に(式(43))、鋳片5の温度の実際の値と伝熱凝固モデルに基づいて計算される値との誤差と伝熱凝固モデルに基づいて計算される鋳片5の温度とに基づいて鋳片5の温度の推定値を表し(式(44))、拡張カルマンフィルタを用いて、鋳片5の温度の推定値と測定値との差に基づいて状態変数を修正することにより、熱伝達係数補正パラメータの推定値の最適解を導出する。従って、式(36)〜式(38)による非線形な式を解く必要がなくなるので、拡張カルマンフィルタを用いて、熱伝達係数補正パラメータの推定値の最適解を導出することができる。
Further, in the present embodiment, with respect to the enthalpy of the
(変形例)
本実施形態では、図2に示したように、計算対象断面のうち、鋳片5のコーナーから鋳片5の中央までのいわゆる四分の一断面を計算対象領域とする場合を例に挙げて説明した。しかしながら、計算対象領域は、これに限定されない。例えば、鋳片短辺面(x=0またはx=Xの面)から鋳片5の幅方向の中心(x=X/2)までのいわゆる半断面、鋳片5の上鋳片長辺面(y=0またはy=Yの面)から厚み方向の中心(y=Y/2)までの半断面、または、計算対象領域全体であってもよい。鉄道軌条用あるいはH形鋼用の鋳片を製造する、いわゆるニアネットシェイプ鋳造を行う場合でも、対称性を利用して対称線を設定して計算対象領域を設定することにより、本実施形態と同様の手法を適用することができる。また、鋳片の断面の形状が遠景である場合には、厚み方向の一次元を計算対象としてもよい。
(Modification example)
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a case where a so-called quarter cross section from the corner of the
本実施形態では、周方向測温位置におけるエンタルピーおよび熱伝達係数補正パラメータの時間変化を表すモデル(式(27)、式(28))が非線形であるため、拡張カルマンフィルタアルゴリズムを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、例えば、表面温度計算値と表面温度測定との偏差を評価指標として含む目的関数の値を最適化するように熱伝達係数補正パラメータの推定値の最適解を、温度評価位置ごとに求解することができれば、必ずしも拡張カルマンフィルタアルゴリズムを用いる必要はない。例えば、アンサンブルカルマンフィルタやパーティクルフィルタ等の非線形システム用の状態推定アルゴリズムを用いてもよい。また、最適解の候補となる熱伝達係数補正パラメータを目的関数に与えて最適解を探索する滑降シンプレックス法や遺伝的アルゴリズム等を用いてもよい。 In the present embodiment, since the models (Equations (27) and (28)) representing the enthalpy and the time change of the heat transfer coefficient correction parameter at the circumferential temperature measurement position are non-linear, the case where the extended Kalman filter algorithm is used is taken as an example. I mentioned and explained. However, for example, the optimum solution of the estimated value of the heat transfer coefficient correction parameter is obtained for each temperature evaluation position so as to optimize the value of the objective function including the deviation between the calculated surface temperature value and the surface temperature measurement as an evaluation index. If possible, it is not always necessary to use the extended Kalman filter algorithm. For example, a state estimation algorithm for a nonlinear system such as an ensemble Kalman filter or a particle filter may be used. Further, a downhill simplex method or a genetic algorithm may be used to search for the optimum solution by giving a heat transfer coefficient correction parameter as a candidate for the optimum solution to the objective function.
本実施形態では、実際の熱伝達係数の値のモデル式からの偏差を、熱伝達係数に補正パラメータを乗じる形式で定式化した。しかし実際の熱伝達係数の値のモデル式からの偏差自体を、本実施形態と同様の拡張カルマンフィルタアルゴリズムまたは、アンサンブルカルマンフィルタやパーティクルフィルタ等の非線形システム用の状態推定アルゴリズムを用いて計算してもよい。さらに、前記熱伝達係数の偏差を表面温度計算値と表面温度測定との偏差を評価指標として含む目的関数の変数とする最適化問題として定式化して、たとえば、最適解を探索する滑降シンプレックス法や遺伝的アルゴリズム等を用いてもよい。 In this embodiment, the deviation of the actual heat transfer coefficient value from the model formula is formulated in the form of multiplying the heat transfer coefficient by the correction parameter. However, the deviation itself from the model formula of the actual heat transfer coefficient value may be calculated by using the extended Kalman filter algorithm similar to this embodiment or the state estimation algorithm for a nonlinear system such as an ensemble Kalman filter or a particle filter. .. Further, the deviation of the heat transfer coefficient is formulated as an optimization problem in which the deviation between the calculated surface temperature value and the surface temperature measurement is used as a variable of the objective function including the deviation as an evaluation index. A genetic algorithm or the like may be used.
本実施形態では、鋳片長辺面に対する冷却水の水量を操作(制御)する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これに加えて、鋳片短辺面に対して冷却水を噴射する冷却スプレーからの冷却水の水量を操作(制御)してもよい。この場合、前述した説明において、変数xを変数yとすればよい。例えば、将来予測部508は、或るトラッキング面kについて、ntp個分だけ将来の温度評価位置における鋳片中央部の温度への、第m冷却ゾーンの鋳片短辺面に対する冷却水の水量uymの影響係数∂Ti,j,t+ntpΔtp/∂uymを算出する。
In this embodiment, a case where the amount of cooling water with respect to the long side surface of the slab is manipulated (controlled) has been described as an example. However, in addition to this, the amount of cooling water from the cooling spray that injects cooling water onto the short side surface of the slab may be manipulated (controlled). In this case, in the above description, the variable x may be the variable y. For example, the
本実施形態のように、鋳片中心部参照温度を用いれば、将来予測位置における鋳片中心部の温度が急激に変化することを抑制することができるので好ましい。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、鋳片中心部参照温度に代えて鋳片中心部目標温度を用いてもよい。このようにする場合、将来予測部508は、鋳片5の温度の予測値のうち、鋳片中心部の温度を記憶する。
It is preferable to use the slab center reference temperature as in the present embodiment because it is possible to suppress a sudden change in the slab center temperature at a future predicted position. However, it is not always necessary to do this. For example, the target temperature at the center of the slab may be used instead of the reference temperature at the center of the slab. In this case, the
また、本実施形態では、最適化問題が、目的関数Jの値を最小化する最小化問題である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、最適化問題は、目的関数Jの値を最大化する最小化問題であってもよい。例えば、式(65)の右辺に(−1)を乗じることにより最適化問題を最大化問題とすることができる。 Further, in the present embodiment, the case where the optimization problem is a minimization problem that minimizes the value of the objective function J has been described as an example. However, the optimization problem may be a minimization problem that maximizes the value of the objective function J. For example, the optimization problem can be made a maximization problem by multiplying the right side of the equation (65) by (-1).
また、本実施形態では、最適化問題の目的関数Jを鋳片中心部予測温度と鋳片中心部参照温度の二乗偏差の重み付き和とすることで、最適化問題を冷却ゾーンの冷却水量変更量指示値に関する2次計画問題として定式化する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、前記の鋳片中心部予測温度と鋳片中心部参照温度の二乗偏差をたとえば絶対値に置き換え、また、冷却水量変更量指示値に関するペナルティ項を用いるかわりに冷却水量変更量の絶対値について制約する条件式に置き換えることで、最適化問題を線形計画問題とすることもできる。 Further, in the present embodiment, the objective function J of the optimization problem is a weighted sum of the squared deviations of the predicted temperature at the center of the slab and the reference temperature at the center of the slab, so that the optimization problem is changed by changing the amount of cooling water in the cooling zone. The case of formulating as a quadratic programming problem regarding the quantity indicated value has been described as an example. However, instead of replacing the square deviation between the predicted temperature at the center of the slab and the reference temperature at the center of the slab with an absolute value, and using the penalty term for the indicated value for the amount of cooling water change, the absolute value of the amount of cooling water change is used. The optimization problem can also be a linear planning problem by replacing it with a constrained conditional expression.
本実施形態では、温度評価位置の鋳造方向の間隔を、最も長い冷却ゾーンの鋳造方向の長さの2分の1以下とする。このようにすることにより、冷却ゾーンのそれぞれに温度評価位置が少なくとも2つ存在させて、1つの冷却ゾーン内において、複数の位置で鋳片中心部の温度の目標値(本実施形態では、鋳片中心部目標温度)を設定し、1つの冷却ゾーン内における鋳片中心部の温度の鋳造方向のプロフィールを制御する例を示したが、1つの冷却ゾーンの鋳造方向の長さが十分短い場合には、冷却ゾーンのそれぞれに1つだけ温度評価位置が存在するように設定してよい。 In the present embodiment, the distance between the temperature evaluation positions in the casting direction is set to half or less of the length of the longest cooling zone in the casting direction. By doing so, at least two temperature evaluation positions are present in each of the cooling zones, and the target value of the temperature at the center of the slab at a plurality of positions in one cooling zone (in the present embodiment, casting). An example was shown in which the target temperature of one cooling zone) was set to control the profile of the temperature of the center of the slab in one cooling zone in the casting direction, but when the length of one cooling zone in the casting direction was sufficiently short. May be set so that there is only one temperature evaluation position in each of the cooling zones.
また、本実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、本実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
Moreover, this embodiment can be realized by executing a program by a computer. Further, a computer-readable recording medium on which the program is recorded and a computer program product such as the program can also be applied as an embodiment of the present invention. As the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a non-volatile memory card, a ROM, or the like can be used.
In addition, all of the present embodiments merely show examples of embodiment in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features.
次に、実施例を説明する。
本実施例では、本実施形態の冷却制御装置100を、図1に示した連続鋳造機(スラブ連鋳機)に適用し、シミュレーション計算を行った。本実施例で想定した鋼種と鋳片サイズでは、本実施例の対象とする連続鋳造機は、鋳造速度1.1m/minで鋳造する。しかしながら、連々鋳で鋳造する後続の溶鋼取鍋の到着が遅れる等の理由で鋳造速度を減速する場合がある。そこで、発明例として、本実施形態の方法による2次冷却制御を示し、2次冷却帯の各冷却ゾーンにおける冷却水の水量を制御することにより、鋳造速度の変更前後でも鋳片全体の鋳片の厚み方向中央の幅方向中央と1/4幅位置における中心部の温度を目標値に保つことで鋳片の圧下量の変更が不要になることを確認する。また、比較例として、鋳片の表面の温度制御を目的とした特許文献3の方法による2次冷却制御方法を示す。
Next, an embodiment will be described.
In this embodiment, the cooling
本実施例で想定する材質の通常操業における鋳造速度と2次冷却帯の各冷却ゾーンの冷却水の水量分布とに基づいて、鋳片の鋳造方向の温度分布を計算し、計算した結果から、温度評価位置における鋳片の厚み方向の中心の温度を抽出し、抽出した温度を発明例における目標値とし一定化することとした。比較例では、特許文献3に記載のように、鋳片の表面温度に目標値を定めて鋳片の表面温度を一定化することとした。
Based on the casting speed of the material assumed in this example in normal operation and the distribution of the amount of cooling water in each cooling zone of the secondary cooling zone, the temperature distribution in the casting direction of the slab was calculated, and from the calculated result, The temperature at the center of the slab in the thickness direction at the temperature evaluation position was extracted, and the extracted temperature was set as the target value in the invention example and made constant. In the comparative example, as described in
また、後続の溶鋼取鍋の到着遅れにより、鋳造速度を1.1m/minから1.05m/minに変更した場合と、1.1m/minから1.0m/minに変更した場合とのそれぞれについて、鋳片中心部の温度の時間変化を、発明例および比較例のそれぞれにおいて計算した。
比較例および発明例とも、鋳造速度の変更後の鋳片全体が同じ鋳造速度で鋳造されるものとし、その状態での、鋳片中心部の温度および固相率を調べた。
Further, due to the delay in the arrival of the subsequent molten steel ladle, the casting speed was changed from 1.1 m / min to 1.05 m / min and 1.1 m / min to 1.0 m / min, respectively. The time change of the temperature of the central part of the slab was calculated in each of the invention example and the comparative example.
In both the comparative example and the invention example, it was assumed that the entire slab after changing the casting speed was cast at the same casting speed, and the temperature and solid phase ratio at the center of the slab in that state were investigated.
(1)比較例:鋳片表面温度の一定化制御のシミュレーション結果
図7A〜図7Cに、比較例の結果を示す。具体的に図7Aは、鋳造速度の変更前後における、鋳片中心部の温度(中心部温度)と、鋳型内の溶鋼の湯面からの鋳造方向の距離(湯面からの距離)との関係を示す。図7Bは、鋳造速度の変更前後における、鋳片中心部の温度と目標値との偏差(中心部温度目標値偏差)と、鋳型内の溶鋼の湯面からの鋳造方向の距離(湯面からの距離)との関係を示す。図7Cは、鋳片中心部の固相率(中心部固相率)と、鋳型内の溶鋼の湯面からの鋳造方向の距離(湯面からの距離)との関係を示す。
(1) Comparative example: Simulation result of constant control of slab surface temperature FIGS. 7A to 7C show the results of the comparative example. Specifically, FIG. 7A shows the relationship between the temperature of the center of the slab (center temperature) before and after the change of the casting speed and the distance of the molten steel in the mold in the casting direction from the molten metal surface (distance from the molten metal surface). Is shown. FIG. 7B shows the deviation between the temperature at the center of the slab and the target value (deviation of the center temperature target value) and the distance of the molten steel in the mold from the molten metal surface in the casting direction (from the molten metal surface) before and after the change in the casting speed. The relationship with (distance) is shown. FIG. 7C shows the relationship between the solid phase ratio at the center of the slab (solid phase ratio at the center) and the distance of the molten steel in the mold in the casting direction from the molten metal surface (distance from the molten metal surface).
図7Aおよび図7Bから、鋳造速度の低下後は、固液共存部における鋳片中心部の温度が低下し、その低下量は鋳造速度が低いほど大きいことが分かる。図7Cでは、鋳造速度が1.1m/minから1.0m/minに低下した場合に、中心部固相率が流動限界固相率の0.8である点が、1.5m上流方向に後退していることを示した。 From FIGS. 7A and 7B, it can be seen that after the casting speed is lowered, the temperature at the center of the slab in the solid-liquid coexisting portion is lowered, and the amount of the decrease is larger as the casting speed is lower. In FIG. 7C, when the casting speed is reduced from 1.1 m / min to 1.0 m / min, the point where the central solid phase ratio is 0.8 of the flow limit solid phase ratio is 1.5 m upstream. Showed that it is retreating.
図8は、特許文献1に基づき、基準鋳造速度の1.1m/minにおいてV偏析、逆V偏析、および中心偏析が生じない圧下速度になるようにロール間隔分布を設定した場合の問題点を説明する図である。鋳片の液相線801の位置よりも下流側において、鋳造速度が1.1m/minの場合の最適な圧下量802で圧下されているものとする。この状態で、鋳造速度が1.1m/minよりも低下すると、流動限界となる固相率の界面が、界面803aから界面803bのように上流側に後退すると共に、固相線が、固相線804aから804bのように上流側に後退する。この状態で、鋳造速度が1.1m/minの場合と同じ圧下量802を保った場合、固相率が上昇した領域805では圧下速度が過剰であるため、スポット状の中心偏析が線状偏析となり、圧延後の鋼材において中心部の欠陥や割れの原因になる虞がある。
FIG. 8 shows a problem when the roll interval distribution is set so that the rolling speed does not cause V segregation, reverse V segregation, and central segregation at a reference casting speed of 1.1 m / min based on
鋳片の圧下はロールを保持するセグメント単位で鋳造方向の勾配により実施する(図1の圧下セグメントロール群9を参照)。そのため、前述したように流動限界となる固相率の位置が上流側に後退すると、流動限界となる固相率の位置がセグメントの境界にあるとは限らないため、効果的に圧下量を変更し得ず、鋳片の中心偏析欠陥が生じると考えられる。
The reduction of the slab is carried out in units of segments holding the rolls according to the gradient in the casting direction (see the reduction
(2)発明例:鋳片中心部温度の一定化制御のシミュレーション結果
図9A〜図9Cに、発明例の結果を示す。図9A、図9B、図9Cは、それぞれ、図7A、図7B、図7Cに対応する図である。具体的に図9Aは、鋳造速度の変更前後における、鋳片中心部の温度(中心部温度)と、鋳型内の溶鋼の湯面からの鋳造方向の距離(湯面からの距離)との関係を示す。図9Bは、鋳造速度の変更前後における、鋳片中心部の温度と目標値との偏差(中心部温度目標値偏差)と、鋳型内の溶鋼の湯面からの鋳造方向の距離(湯面からの距離)との関係を示す。図9Cは、鋳片中心部の固相率(中心部固相率)と、鋳型内の溶鋼の湯面からの鋳造方向の距離(湯面からの距離)との関係を示す。
(2) Example of Invention: Simulation Results of Constant Control of Temperature at the Center of Shards FIGS. 9A-9C show the results of the invention. 9A, 9B, and 9C are diagrams corresponding to FIGS. 7A, 7B, and 7C, respectively. Specifically, FIG. 9A shows the relationship between the temperature of the center of the slab (center temperature) before and after the change of the casting speed and the distance of the molten steel in the mold in the casting direction from the molten metal surface (distance from the molten metal surface). Is shown. FIG. 9B shows the deviation between the temperature at the center of the slab and the target value (deviation of the center temperature target value) and the distance of the molten steel in the mold from the molten metal surface in the casting direction (from the molten metal surface) before and after the change in the casting speed. The relationship with (distance) is shown. FIG. 9C shows the relationship between the solid phase ratio at the center of the slab (solid phase ratio at the center) and the distance of the molten steel in the mold in the casting direction from the molten metal surface (distance from the molten metal surface).
図9Aおよび図9Bから、鋳造速度の低下後も、固液共存部における鋳片中心部の温度の変動幅は、図7Aおよび図7Bに比べて小さいことが分かる。また、図9Cから、鋳造速度を変化させた範囲では、中心部固相率が固液共存部全体にわたってほぼ一定に保たれていることが分かる。従って,鋳造速度が1.1m/minから1.0m/minに低下した場合でも、例えば、特許文献1に示されるように中心部固相率が流動限界以下の領域の圧下速度を1.0m/min以上に保つ場合であれば、圧下量を一定に保持して、V偏析および逆V偏析を発生させず、且つ線状偏析も発生させないことができる。
From FIGS. 9A and 9B, it can be seen that the fluctuation range of the temperature at the center of the slab in the solid-liquid coexisting portion is smaller than that in FIGS. 7A and 7B even after the casting speed is lowered. Further, from FIG. 9C, it can be seen that the solid phase ratio of the central portion is kept substantially constant over the entire solid-liquid coexisting portion in the range in which the casting speed is changed. Therefore, even when the casting speed is reduced from 1.1 m / min to 1.0 m / min, for example, as shown in
1:鋳型、2a〜2t:冷却スプレー、3a〜3e:流量調整弁、4:溶鋼メニスカス、5:鋳片、6a〜6f:冷却ゾーン境界線、7:温度計、8:鋳造速度測定ロール、9:圧下セグメントロール群、100:冷却制御装置、501:鋳片表面温度取得部、502:操業データ取得部、503:温度評価位置設定部、504:熱伝達係数推定部、505:温度固相率分布算出部、506:熱伝達率係数補正部、507:鋳片中心部目標温度設定部、508:将来予測部、509:鋳片中心部参照温度算出部、510:冷却水量変更量指示値算出部、511:冷却水量変更指示部 1: Mold, 2a to 2t: Cooling spray, 3a to 3e: Flow control valve, 4: Molten steel meniscus, 5: Shard, 6a to 6f: Cooling zone boundary line, 7: Thermometer, 8: Casting speed measurement roll, 9: Reduction segment roll group, 100: Cooling control device, 501: Shard surface temperature acquisition unit, 502: Operation data acquisition unit, 503: Temperature evaluation position setting unit, 504: Heat transfer coefficient estimation unit, 505: Temperature solid phase Rate distribution calculation unit, 506: Heat transfer coefficient correction unit, 507: Target temperature setting unit at the center of the slab, 508: Future prediction unit, 509: Reference temperature calculation unit at the center of the slab, 510: Indicated value for the amount of cooling water change Calculation unit, 511: Cooling water amount change instruction unit
Claims (10)
熱伝導方程式に基づき、前記鋳片の前記鋳造方向に垂直な断面の内部の温度である鋳片断面内温度と、前記断面における前記鋳片の表面の温度である鋳片断面表面温度と、前記断面内の固相率の分布である鋳片断面内固相率分布と、を少なくとも算出する計算式である伝熱凝固モデルを記憶するモデル記憶手段と、
予め定められた温度測定位置において前記鋳片の鋳造中に測定された前記鋳片の表面の温度の測定値を取得する鋳片表面温度取得手段と、
前記連続鋳造機の鋳造速度と前記冷却水の流量とを含む操業データを取得する操業データ取得手段と、
前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を評価する位置であって、前記鋳片の鋳造方向の位置である温度評価位置を、前記鋳型内の湯面の位置から、機端出口の位置までの領域に対し、予め定めた一定の間隔で設定する温度評価位置設定手段と、
前記伝熱凝固モデルの計算に用いる前記鋳片の表面の熱伝達係数を、前記操業データに含まれる前記冷却水の水量と、前記温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の測定値と、前記熱伝達係数を補正するための熱伝達係数補正パラメータとを用いて算出する熱伝達係数推定手段と、
前記温度評価位置の各々における前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を含む第1の計算値を、鋳造が前記温度評価位置間の間隔だけ進むごとに、前記伝熱凝固モデルを用いて算出する温度固相率分布算出手段と、
前記温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の測定値と、該温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の推定値であって、前記温度固相率分布算出手段で算出された前記第1の計算値に基づいて算出される前記鋳片の表面の温度の推定値とを用いて、前記熱伝達係数補正パラメータを導出する熱伝達係数補正手段と、
前記鋳片の中心部の温度である鋳片中心部温度の目標値である鋳片中心部目標温度を、前記温度評価位置の各々について設定する鋳片中心部目標温度設定手段と、
前記温度評価位置の各々について、該温度評価位置から、該温度評価位置よりも鋳造方向で下流側の予め定めた位置までの範囲を、該温度評価位置の将来予測範囲として設定することと、該温度評価位置の各々について、該温度評価位置に対する該将来予測範囲内にある前記温度評価位置の各々を、該温度評価位置に対する将来予測位置として設定することとを行ったうえで、前記鋳造速度および前記冷却水の水量が現在時刻における値から変化しないと仮定すると共に、前記伝熱凝固モデルを用いて計算した、前記温度評価位置の各々における現在時刻での前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を初期値として、前記温度評価位置の各々が、現在時刻から前記将来予測位置の各々に進んだ時点での該将来予測位置における前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を含む第2の計算値を、前記伝熱凝固モデルを用いて算出する将来予測手段と、
現在時刻における前記冷却水の水量の実績値からの前記冷却水の水量の変更量の指示値である冷却水量変更量指示値であって、前記冷却ゾーンの各々に対する前記冷却水量変更量指示値を決定変数とし、前記冷却水量変更量指示値に従って前記冷却水の水量が変更された場合の、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部温度と、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部目標温度と、の差を表す項を含む目的関数の値を最大または最小にする前記冷却水量変更量指示値を求める最適化問題を解くことで、前記冷却水量変更量指示値を算出する冷却水量変更量指示値算出手段と、
前記冷却水量変更量指示値算出手段により算出された前記冷却ゾーンの各々に対する前記冷却水量変更量指示値と、現在時刻における前記冷却ゾーンの各々の前記冷却水の水量の実績値とに基づいて、前記冷却ゾーンの各々の前記冷却水の水量を変更する冷却水量変更手段と、を有し、
前記目的関数は、前記温度評価位置に対する前記将来予測位置の各々における前記第2の計算値に基づいて算出される、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部温度の予測値と、前記鋳片中心部目標温度設定手段により設定された、該将来予測位置の各々における前記鋳片中心部目標温度と、前記冷却水量変更量指示値とを用いて表され、
鋳造が少なくとも前記温度評価位置間の間隔だけ進むごとに、前記鋳片表面温度取得手段、前記操業データ取得手段、前記温度評価位置設定手段、前記熱伝達係数推定手段、前記温度固相率分布算出手段、前記熱伝達係数補正手段、前記鋳片中心部目標温度設定手段、前記将来予測手段、前記冷却水量変更量指示値算出手段、および前記冷却水量変更手段が繰り返し実行されることにより、鋳造中の任意の時刻での前記将来予測位置における前記鋳片中心部温度を、前記鋳片中心部目標温度に近づけることを特徴とする連続鋳造機の2次冷却制御装置。 The secondary cooling zone for cooling the slabs drawn from the mold of the continuous casting machine is divided into a plurality of cooling zones in the casting direction of the slabs, and the cooling water injected from the cooling spray contained in each cooling zone. It is a secondary cooling control device of a continuous casting machine that controls the temperature of the slab by controlling the flow rate of the slab.
Based on the heat transfer equation, the temperature inside the slab cross section, which is the temperature inside the cross section of the slab perpendicular to the casting direction, the slab cross section surface temperature, which is the temperature of the surface of the slab in the cross section, and the above. A model storage means for storing the heat transfer solidification model, which is a calculation formula for calculating at least the solid phase ratio distribution in the cross section of the slab, which is the distribution of the solid phase ratio in the cross section.
A slab surface temperature acquisition means for acquiring a measured value of the surface temperature of the slab measured during casting of the slab at a predetermined temperature measurement position.
An operation data acquisition means for acquiring operation data including the casting speed of the continuous casting machine and the flow rate of the cooling water, and
The temperature evaluation position in the mold, which is the position for evaluating the temperature in the cross section of the slab, the surface temperature in the cross section of the slab, and the solid phase ratio distribution in the cross section of the slab, which is the position in the casting direction of the slab. Temperature evaluation position setting means that sets a predetermined interval from the position of the hot water surface to the position of the machine end outlet,
The heat transfer coefficient of the surface of the slab used in the calculation of the heat transfer solidification model, the amount of the cooling water included in the operation data, the measured value of the temperature of the surface of the slab at the temperature measurement position, and the measured value. A heat transfer coefficient estimation means calculated using the heat transfer coefficient correction parameter for correcting the heat transfer coefficient, and a heat transfer coefficient estimation means.
The first calculated value including the temperature in the slab cross section, the surface temperature in the slab cross section, and the solid phase ratio distribution in the slab cross section at each of the temperature evaluation positions is obtained by casting only the interval between the temperature evaluation positions. As the process progresses, the temperature solid phase distribution calculation means calculated using the heat transfer solidification model and
The first measured value of the surface temperature of the slab at the temperature measuring position and the estimated value of the surface temperature of the slab at the temperature measuring position, which are calculated by the temperature solid phase ratio distribution calculating means. Using the estimated value of the surface temperature of the slab calculated based on the calculated value of 1, the heat transfer coefficient correction means for deriving the heat transfer coefficient correction parameter, and the heat transfer coefficient correction means.
A slab center target temperature setting means for setting a slab center target temperature, which is a target value of the slab center temperature, which is the temperature of the slab center, for each of the temperature evaluation positions.
For each of the temperature evaluation positions, a range from the temperature evaluation position to a predetermined position on the downstream side in the casting direction from the temperature evaluation position is set as a future prediction range of the temperature evaluation position. For each of the temperature evaluation positions, each of the temperature evaluation positions within the future prediction range with respect to the temperature evaluation position is set as the future prediction position with respect to the temperature evaluation position, and then the casting speed and the casting speed and the above. Assuming that the amount of the cooling water does not change from the value at the current time, the temperature in the cross section of the slab at the current time at each of the temperature evaluation positions calculated using the heat transfer solidification model, the slab. With the cross-sectional surface temperature and the solid phase ratio distribution in the cross section of the slab as initial values, the slab at the future predicted position when each of the temperature evaluation positions advances from the current time to each of the future predicted positions. A future prediction means for calculating a second calculated value including the temperature in the cross section, the surface temperature in the cross section of the slab, and the solid phase ratio distribution in the cross section of the slab using the heat transfer solidification model.
It is a cooling water amount change amount instruction value which is an instruction value of the change amount of the cooling water amount from the actual value of the cooling water amount at the present time, and is the cooling water amount change amount instruction value for each of the cooling zones. As a determinant, the slab center temperature at each of the future predicted positions and the slab center at each of the future predicted positions when the amount of cooling water is changed according to the indicated value for changing the amount of cooling water. Cooling that calculates the cooling water amount change amount indication value by solving the optimization problem that obtains the cooling water amount change amount instruction value that maximizes or minimizes the value of the objective function including the term representing the difference from the target temperature. Water amount change amount indicated value calculation means and
Based on the cooling water amount change instruction value for each of the cooling zones calculated by the cooling water amount change amount instruction value calculation means and the actual value of the cooling water amount of each cooling water amount at the current time. It has a cooling water amount changing means for changing the amount of the cooling water in each of the cooling zones.
The objective function is calculated based on the second calculated value at each of the future predicted positions with respect to the temperature evaluation position, the predicted value of the slab center temperature at each of the future predicted positions, and the casting. It is expressed using the slab center target temperature at each of the future predicted positions set by the single center target temperature setting means and the cooling water amount change amount indicated value.
Every time the casting progresses at least by the interval between the temperature evaluation positions, the slab surface temperature acquisition means, the operation data acquisition means, the temperature evaluation position setting means, the heat transfer coefficient estimation means, and the temperature solid phase ratio distribution calculation. means, the heat transfer coefficient correcting means, the billet center target temperature setting means, the future prediction unit, the cooling water amount change amount instruction value calculation means, and by is repeated the cooling water amount changing means, the casting A secondary cooling control device for a continuous casting machine, characterized in that the temperature of the center of the slab at the predicted future position at an arbitrary time is brought close to the target temperature of the center of the slab.
前記目的関数は、前記鋳片中心部目標温度に替えて、前記鋳片中心部参照温度算出手段で算出された前記鋳片中心部参照温度を用いて表されることを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造機の2次冷却制御装置。 For each of the temperature evaluation positions set by the temperature evaluation position setting means, the target temperature of the slab center set by the slab center target temperature setting means and the temperature solid phase ratio distribution calculation means are calculated. Using the calculated value of the slab center temperature at the current time calculated based on the first calculated value, the calculated value of the slab center temperature and the slab center target temperature The slab center for calculating the slab center reference temperature, which is a temperature between the two, and the temperature at the future predicted position on the downstream side in the casting direction is closer to the slab center target temperature. It also has a unit reference temperature calculation means,
The objective function is expressed by using the slab center reference temperature calculated by the slab center reference temperature calculation means instead of the slab center target temperature. The secondary cooling control device for the continuous casting machine according to the above.
前記目的関数は、前記温度評価位置の各々に対する前記将来予測範囲内にある前記将来予測位置での前記鋳片中心部温度の予測値と、該将来予測位置における前記鋳片中心部目標温度と、該将来予測位置に対応する前記冷却ゾーンにおける前記鋳片中心部温度影響係数と、前記冷却水量変更量指示値とを用いて表されることを特徴とする請求項1または2に記載の連続鋳造機の2次冷却制御装置。 The future prediction means uses the heat transfer solidification model to calculate the temperature in the cross section of the slab and the surface temperature of the slab at each of the temperature evaluation positions and the future prediction position with respect to the temperature evaluation position. For each of the temperature evaluation positions, the partial differential coefficient of the temperature in the cross section of the slab with respect to the amount of the cooling water in the cooling zone corresponding to the future prediction position within the future prediction range with respect to the temperature evaluation position. Calculated as the slab center temperature influence coefficient, which is a coefficient representing the effect of the amount of cooling water on the slab center temperature.
The objective function includes a predicted value of the slab center temperature at the future predicted position within the future predicted range for each of the temperature evaluation positions, a slab center target temperature at the future predicted position, and the like. The continuous casting according to claim 1 or 2, wherein the temperature influence coefficient of the center of the slab in the cooling zone corresponding to the predicted position in the future and the indicated value of the amount of change in the amount of cooling water are used. Secondary cooling control device for the machine.
前記冷却水量変更量指示値算出手段は、前記2次計画問題における前記決定変数に対する係数行列を算出して数値的に求解することにより、前記目的関数の値が最小になるときの前記決定変数の値を、前記冷却ゾーンの各々に対する前記冷却水量変更量指示値の最適値として算出することを特徴とする請求項3に記載の連続鋳造機の2次冷却制御装置。 The optimization problem includes the predicted value of the slab center temperature at each of the future predicted positions, the slab center target temperature, the slab center temperature influence coefficient, and the cooling water amount change amount instruction. It is a term expressed using a value, and is the temperature of the center of the slab at each of the predicted future positions when the amount of the cooling water is changed according to the indicated value of the amount of the cooling water change, and the future. The objective function having a term including the square of the difference from the target temperature at the center of the slab at each of the predicted positions and a term including the square of each of the indicated values of the amount of change in the amount of cooling water, which is the determinant, is described above. This is a quadratic planning problem used as an objective function.
The cooling water amount change amount instruction value calculation means calculates a coefficient matrix for the determinant variable in the quadratic programming problem and numerically solves the determinant variable when the value of the objective function is minimized. The secondary cooling control device for a continuous casting machine according to claim 3, wherein the value is calculated as an optimum value of the cooling water amount change amount indicated value for each of the cooling zones.
前記熱伝達係数補正手段は、前記温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の測定値と、該温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の推定値であって、前記温度固相率分布算出手段で算出された前記第1の計算値に基づいて算出される前記鋳片の表面の温度の推定値と、の差を最小にする最適化計算を行うことにより、前記熱伝達係数補正パラメータの最適解を算出することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の連続鋳造機の2次冷却制御装置。 The heat transfer coefficient correction parameter is multiplied by the heat transfer coefficient calculated by the heat transfer coefficient estimation means.
The heat transfer coefficient correction means is a measured value of the surface temperature of the slab at the temperature measuring position and an estimated value of the surface temperature of the slab at the temperature measuring position, and is the temperature solid phase ratio distribution. The heat transfer coefficient correction parameter is performed by performing an optimization calculation that minimizes the difference between the estimated value of the surface temperature of the slab calculated based on the first calculated value calculated by the calculation means and the estimated value of the surface temperature of the slab. The secondary cooling control device for a continuous casting machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the optimum solution is calculated.
熱伝導方程式に基づき、前記鋳片の前記鋳造方向に垂直な断面の内部の温度である鋳片断面内温度と、前記断面における前記鋳片の表面の温度である鋳片断面表面温度と、前記断面内の固相率の分布である鋳片断面内固相率分布と、を少なくとも算出する計算式である伝熱凝固モデルを記憶するモデル記憶工程と、
予め定められた温度測定位置において前記鋳片の鋳造中に測定された前記鋳片の表面の温度の測定値を取得する鋳片表面温度取得工程と、
前記連続鋳造機の鋳造速度と前記冷却水の流量とを含む操業データを取得する操業データ取得工程と、
前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を評価する位置であって、前記鋳片の鋳造方向の位置である温度評価位置を、前記鋳型内の湯面の位置から、機端出口の位置までの領域に対し、予め定めた一定の間隔で設定する温度評価位置設定工程と、
前記伝熱凝固モデルの計算に用いる前記鋳片の表面の熱伝達係数を、前記操業データに含まれる前記冷却水の水量と、前記温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の測定値と、前記熱伝達係数を補正するための熱伝達係数補正パラメータとを用いて算出する熱伝達係数推定工程と、
前記温度評価位置の各々における前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を含む第1の計算値を、鋳造が前記温度評価位置間の間隔だけ進むごとに、前記伝熱凝固モデルを用いて算出する温度固相率分布算出工程と、
前記温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の測定値と、該温度測定位置における前記鋳片の表面の温度の推定値であって、前記温度固相率分布算出工程で算出された前記第1の計算値に基づいて算出される前記鋳片の表面の温度の推定値とを用いて、前記熱伝達係数補正パラメータを導出する熱伝達係数補正工程と、
前記鋳片の中心部の温度である鋳片中心部温度の目標値である鋳片中心部目標温度を、前記温度評価位置の各々について設定する鋳片中心部目標温度設定工程と、
前記温度評価位置の各々について、該温度評価位置から、該温度評価位置よりも鋳造方向で下流側の予め定めた位置までの範囲を、該温度評価位置の将来予測範囲として設定することと、該温度評価位置の各々について、該温度評価位置に対する該将来予測範囲内にある前記温度評価位置の各々を、該温度評価位置に対する将来予測位置として設定することとを行ったうえで、前記鋳造速度および前記冷却水の水量が現在時刻における値から変化しないと仮定すると共に、前記伝熱凝固モデルを用いて計算した、前記温度評価位置の各々における現在時刻での前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を初期値として、前記温度評価位置の各々が、現在時刻から前記将来予測位置の各々に進んだ時点での該将来予測位置における前記鋳片断面内温度、前記鋳片断面表面温度、および前記鋳片断面内固相率分布を含む第2の計算値を、前記伝熱凝固モデルを用いて算出する将来予測工程と、
現在時刻における前記冷却水の水量の実績値からの前記冷却水の水量の変更量の指示値である冷却水量変更量指示値であって、前記冷却ゾーンの各々に対する前記冷却水量変更量指示値を決定変数とし、前記冷却水量変更量指示値に従って前記冷却水の水量が変更された場合の、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部温度と、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部目標温度と、の差を表す項を含む目的関数の値を最大または最小にする前記冷却水量変更量指示値を求める最適化問題を解くことで、前記冷却水量変更量指示値を算出する冷却水量変更量指示値算出工程と、
前記冷却水量変更量指示値算出工程により算出された前記冷却ゾーンの各々に対する前記冷却水量変更量指示値と、現在時刻における前記冷却ゾーンの各々の前記冷却水の水量の実績値とに基づいて、前記冷却ゾーンの各々の前記冷却水の水量を変更する冷却水量変更工程と、を有し、
前記目的関数は、前記温度評価位置に対する前記将来予測位置の各々における前記第2の計算値に基づいて算出される、前記将来予測位置の各々における前記鋳片中心部温度の予測値と、前記鋳片中心部目標温度設定工程により設定された、該将来予測位置の各々における前記鋳片中心部目標温度と、前記冷却水量変更量指示値とを用いて表され、
鋳造が少なくとも前記温度評価位置間の間隔だけ進むごとに、前記鋳片表面温度取得工程、前記操業データ取得工程、前記温度評価位置設定工程、前記熱伝達係数推定工程、前記温度固相率分布算出工程、前記熱伝達係数補正工程、前記鋳片中心部目標温度設定工程、前記将来予測工程、前記冷却水量変更量指示値算出工程、および前記冷却水量変更工程が繰り返し実行されることにより、鋳造中の任意の時刻での前記将来予測位置における前記鋳片中心部温度を、前記鋳片中心部目標温度に近づけることを特徴とする連続鋳造機の2次冷却制御方法。 The secondary cooling zone for cooling the slabs drawn from the mold of the continuous casting machine is divided into a plurality of cooling zones in the casting direction of the slabs, and the cooling water injected from the cooling spray contained in each cooling zone. This is a secondary cooling control method for a continuous casting machine that controls the temperature of the slab by controlling the flow rate of the slab.
Based on the heat transfer equation, the temperature inside the slab cross section, which is the temperature inside the cross section of the slab perpendicular to the casting direction, the slab cross section surface temperature, which is the temperature of the surface of the slab in the cross section, and the above. A model storage process for storing a heat transfer solidification model, which is a calculation formula for at least calculating the solid phase ratio distribution in a slab cross section, which is the distribution of the solid phase ratio in the cross section,
A slab surface temperature acquisition step of acquiring a measured value of the surface temperature of the slab measured during casting of the slab at a predetermined temperature measurement position, and a slab surface temperature acquisition step.
An operation data acquisition process for acquiring operation data including the casting speed of the continuous casting machine and the flow rate of the cooling water, and
The temperature evaluation position, which is the position for evaluating the temperature in the slab cross section, the surface temperature in the slab cross section, and the solid phase ratio distribution in the slab cross section, which is the position in the casting direction of the slab, is set in the mold. A temperature evaluation position setting process that sets a predetermined interval from the position of the hot water surface to the position of the machine end outlet.
The heat transfer coefficient of the surface of the slab used in the calculation of the heat transfer solidification model, the amount of the cooling water included in the operation data, the measured value of the temperature of the surface of the slab at the temperature measurement position, and the measured value. A heat transfer coefficient estimation step calculated using the heat transfer coefficient correction parameter for correcting the heat transfer coefficient, and a heat transfer coefficient estimation step.
The first calculated value including the temperature in the slab cross section, the surface temperature in the slab cross section, and the solid phase ratio distribution in the slab cross section at each of the temperature evaluation positions is obtained by casting only the interval between the temperature evaluation positions. As the process progresses, the temperature solid phase distribution calculation step calculated using the heat transfer solidification model and
The first measured value of the surface temperature of the slab at the temperature measurement position and the estimated value of the surface temperature of the slab at the temperature measurement position, which was calculated in the temperature solid phase ratio distribution calculation step. The heat transfer coefficient correction step of deriving the heat transfer coefficient correction parameter using the estimated value of the surface temperature of the slab calculated based on the calculated value of 1 and the heat transfer coefficient correction step.
A slab center target temperature setting step of setting a slab center target temperature, which is a target value of the slab center temperature, which is the temperature of the slab center, for each of the temperature evaluation positions.
For each of the temperature evaluation positions, a range from the temperature evaluation position to a predetermined position on the downstream side in the casting direction from the temperature evaluation position is set as a future prediction range of the temperature evaluation position. For each of the temperature evaluation positions, each of the temperature evaluation positions within the future prediction range with respect to the temperature evaluation position is set as the future prediction position with respect to the temperature evaluation position, and then the casting speed and the casting speed and the above. Assuming that the amount of the cooling water does not change from the value at the current time, the temperature in the cross section of the slab at the current time at each of the temperature evaluation positions calculated using the heat transfer solidification model, the slab. With the cross-sectional surface temperature and the solid phase ratio distribution in the cross section of the slab as initial values, the slab at the future predicted position when each of the temperature evaluation positions advances from the current time to each of the future predicted positions. A future prediction step of calculating a second calculated value including the temperature in the cross section, the surface temperature in the cross section of the slab, and the solid phase ratio distribution in the cross section of the slab using the heat transfer solidification model.
It is a cooling water amount change amount instruction value which is an instruction value of the change amount of the cooling water amount from the actual value of the cooling water amount at the present time, and is the cooling water amount change amount instruction value for each of the cooling zones. As a determinant, the slab center temperature at each of the future predicted positions and the slab center at each of the future predicted positions when the amount of cooling water is changed according to the indicated value for changing the amount of cooling water. Cooling that calculates the cooling water amount change amount indication value by solving the optimization problem that obtains the cooling water amount change amount instruction value that maximizes or minimizes the value of the objective function including the term representing the difference from the target temperature. The process of calculating the indicated value for the amount of water change and
Based on the cooling water amount change instruction value for each of the cooling zones calculated by the cooling water amount change amount instruction value calculation step and the actual value of the cooling water amount of each cooling water amount at the current time. It has a cooling water amount changing step of changing the amount of the cooling water in each of the cooling zones.
The objective function is calculated based on the second calculated value at each of the future predicted positions with respect to the temperature evaluation position, the predicted value of the slab center temperature at each of the future predicted positions, and the casting. It is expressed using the target temperature of the center of the slab at each of the predicted positions in the future and the indicated value of the amount of change in the amount of cooling water, which are set by the target temperature setting step of the center of the piece.
Every time the casting progresses at least by the interval between the temperature evaluation positions, the slab surface temperature acquisition step, the operation data acquisition step, the temperature evaluation position setting step, the heat transfer coefficient estimation step, and the temperature solid phase ratio distribution calculation. step, the heat transfer coefficient correction step, the billet center target temperature setting step, the future prediction step, the cooling water amount change amount command value calculation step, and the by cooling water amount changing step are repeated, casting A secondary cooling control method for a continuous casting machine, characterized in that the temperature of the center of the slab at the predicted future position at an arbitrary time is brought close to the target temperature of the center of the slab.
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