JP2010508151A - 鋳型の側板での抜熱量を制御するための方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属鋳造用の鋳型２００での抜熱量ｑを制御するための方法及び制御装置に関する。鋳型の側板を通る冷媒３００の流量Ｖを好適に変更することによって、側板の抜熱量を所定の目標値ｑ_Sollに調整する。本発明では、抜熱量の制御を異なる鋳型を使用する毎に毎回側板の異なる厚さ又はコーティングに適合させる、或いは鋳造運転の間又は異なる品質の鋼鉄の鋳造時に変更される側板の形態に適合させる必要性が無いようにするために、特に、側板２００の冷媒出口と冷媒入口での冷媒３００の温度差及び冷媒の材料の定数から定常的な鋳造運転の間の抜熱量ｑの実際値をそれぞれ好適にリアルタイムに計算することを提案する。

Description

本発明は、スラブ、薄いスラブ、ブロック、ビレット又は予備成形品の連続鋳造設備において、金属鋳造用の鋳型の側板での抜熱量を制御するための方法及び制御装置に関する。有利には、本発明による方法は、薄いスラブの製造設備と比べて、著しく遅い鋳込速度で動作する標準的なスラブ製造設備又は鋳型で用いられる。

鋳型の側板での抜熱量を制御するための方法は、例えば、特許文献１により周知である。そこでは、長辺側の側板を通る冷水の流速を好適に変更することによって、長辺側の側板での熱流束とも呼ばれる単位当りの抜熱量を制御している。その制御は、銅製の側板の厚さに応じて行われている。熱流束の所定の閾値は、鋳造する鋼鉄と使用する鋳造パウダーの品質に応じて規定されている。この従来技術は、専ら速度の速い薄いスラブの製造設備での比較的短い始動時間の間における抜熱量を制限することを目的としている。

欧州特許第１０７０５６０号明細書

上述した従来技術を出発点として、本発明の課題は、特に、定常的な鋳造運転の間において、側板のその時々の、或いは変化する状態に自動的に適合することを特徴とする、鋳型の側板での抜熱量を制御するための方法及び制御装置を提供することである。

本課題は、一方において、請求項１に記載された方法によって解決される。

鋳型、特に、その側板の冷却状況は、鋳造される金属の品質を実質的に決定する。本発明による方法は、従来技術で必要であったことと異なり、定常的な鋳造運転の間において、冷媒の循環系、特に、冷媒の量を具体的に使用されている側板又はその変更形態での材料、厚さ又はコーティングに適合させる、或いは調整する必要がないという大きな利点を提供するものである。その限りにおいて、本発明による方法又は本発明による抜熱量の制御方法は、その時々に使用されている側板の形態にそれぞれ自動的に適合するものである。

有利には、本発明による制御方法は、それぞれ鋳造される鋼鉄の品質に関して、予め設定する必要もない。

有利には、本発明による方法は、所定の単一の変数、即ち、除去する熱量だけに応じて、側板の冷却状況、従って、鋳造される金属の品質を調整することが可能である。

例えば、鋳込速度の変更によって引き起こされる変則的な鋳造状況又は鋳造プロセスの終了時では、鋳造プロセスの抜熱量の制御は、従来の水量の制御によって行われ、そのため、本発明による方法は、そのようなプロセス及び状況には全く使用されない。

二つの代替の実施形態において、本発明による方法は、有利には、（側板の冷却実効面積に関する）単位当りの抜熱量と、側板の冷却実効面積と関連しない絶対的な抜熱量とに対して制御するものと規定する。

有利には、抜熱量の実際値の計算に用いる測定値、例えば、側板の冷媒入口と冷媒出口における冷媒の温度と、任意選択により、側板を通る冷媒の流量の大きさとは、抜熱量の実際値の計算に用いる前に、平均化されるか、フィルターを通されるか、或いは緩和される。その利点は、測定した実際値の変動する特性／成分が、それと比べて比較的緩慢な、冷媒の流量変更による抜熱量の制御に適合したものとなることである。

本発明の方法にもとづく鋳型の短辺側での抜熱量の制御は、その制御が短辺側に特有の状態にも自動的に適合して、その変更によって得られる鋳造プロセスへの作用も自動的に補正されるという利点を提供する。即ち、抜熱量の制御時に、本発明による方法によって、例えば、鋳造運転の間の側板の幅及び／又は円錐形態の設定変更が、その状態を別途検出して、制御機器に供給すること無く、自動的に補正されるものである。

本発明による方法を鋳型の二つ以上の側板に対して同時に使用することは、各側板の抜熱量を別個に制御することを確かに保証するが、有利には、それと同時に個々の側板での抜熱量に関する相互の所望の比率を調整することを可能とするものである。そのような所望の比率の調整は、個々の側板の抜熱量に関する目標値を所望の通り設定することによって、簡単に実現することが可能である。即ち、例えば、鋳型の対向する二つの短辺側の側板における抜熱量の大きさを等しくするか、或いは二つの長辺側での抜熱量を共に二つの短辺側での抜熱量に対して一定の比率に設定することが望ましいとすることもできる。

前述した課題は、他方において、鋳型での抜熱量を制御するための制御装置によって解決される。その制御装置の利点は、本発明による方法と関連して前述した利点と同じである。

本発明による方法及び本発明による装置の別の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

以下の記述と関連する単一の図面にもとづき、本発明を実施例により説明する。

鋳型の側板２００を通る冷媒３００の循環系の図

先ず、図面は、鋳型の側板２００を通る冷媒３００の循環系を図示している。金属、特に、鋼鉄の鋳造時に鋳型内に生じる熱は、冷媒３００を用いて、側板２００内の（図示されていない）冷却路又は冷却孔内に冷媒を巡回させることによって側板から除去される。冷媒は、典型的には、腐食防止剤、グリコール、オイル又はアルコールを混合した冷水である。それに代わって、イオン化又は蒸留した水とすることもできる。これらの冷媒の各々は、例えば、一定の圧力ｃ_p における比重ρ又は比熱などの材料固有の定数によって特徴付けられる。

冷媒３００は、側板２００を貫流した後では熱くなっており、次に、先ずは冷却のために、冷却塔５００と繋がった熱交換器４００を通る。冷媒３００は、冷却された後、駆動機器６５０によって駆動される一つのポンプ６００に供給される。その一つのポンプ６００は、冷媒３００の循環系を維持しており、冷却された冷媒を再び側板２００の冷却路に送り込んでいる。更に、この閉じた循環系は、系の圧力を維持するための調整槽７００（ガスクッション）を備えることができる。この系では、ポンプ６００は、摩擦による圧力損失だけを補償している。

本発明は、定常的な鋳造運転の間において、場合によっては、変更することも可能な、所定の目標値

に側板２００の抜熱量

を制御するための直前に述べた冷却循環系に対応する方法とそれに対する制御装置１００に関する。

図面から分かる通り、本発明による制御装置１００は、抜熱量に関する実際値

を計算するための計算機器１１０を備えている。この計算機器１１０は、以下の物理公式にもとづき、上記の実際値を計算する。

ここで、

：抜熱量［Ｗ／ｍ² ］
ρ：冷水の比重［ｋｇ／ｍ³ ］

：冷水の流量［ｌ／分］
ｃ_p ：（一定の圧力での）冷水の比熱［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］
ｄ_v ：温度差Ｔ_aus −Ｔ_ein ［Ｋ］
Ａ：鋳型の実効面積
を表す。

計算機器１１０は、抜熱量

を単位当りの物理量、即ち、側板の冷却実効面積Ａに対する物理量として計算するか、或いは絶対的な物理量、即ち、冷却実効面積Ａと関連しない物理量として計算するように構成することができる。実効面積は、側板の有効長を側板の有効幅と乗算した、或いは側板の有効な奥行きと乗算した面積として計算される。

抜熱量の実際値

の計算に使用される冷媒の比重ρとその比熱ｃ_p 、並びに場合によっては、使用される実効面積は、好適には、それぞれ固定値として計算機器に与えられる。それと異なり、側板の冷媒入口と冷媒出口での温度Ｔ_ein ，Ｔ_aus は、それぞれ測定値としてリアルタイムに検出され、それらの差分ｄ_v は、抜熱量の計算における比例係数として使用される。最後に、単位時間当り側板を通る冷媒の流量

は、その時々の実際値として計算機器１１０に供給される。それは、図面に図示されている通り、流量

をリアルタイムに測定するか、或いは別途後で説明するコントローラ１３０の出力から計算機器１１０に制御量としてフィードバックすることによって実行することができる。

図面からは、制御装置１００が、測定した実際値、特に、測定した温度値を計算機器１１０に供給する前に、時間に関して平均化又は緩和する平均化機器１４０を備えていることが分かる。そのような平均化又は緩和によって、その測定信号における高い周波数のスペクトル成分又は変動する成分が取り除かれ、そのようにして、その測定信号が、側板２００での抜熱量の意外と緩慢な制御メカニズムに適合したものとなる。

更に図面から分かる通り、計算機器１１０から出力された抜熱量の実際値

は、抜熱量の制御偏差

を計算するための後続の比較機器１２０に供給される。比較機器１２０は、供給されて来た抜熱量の実際値

を、場合によっては、変更することも可能な、鋳型の抜熱量に関する所定の目標値

で除算することによって、そのような制御偏差を計算している。制御偏差

は、最終的にコントローラ１３０に供給され、コントローラは、その時々の制御偏差をそれぞれ鋳型２００を通る冷媒３００の流量

の好適な変更量に換算している。その場合、そのような換算は、実際値

によって表されるその時々の抜熱量が抜熱量の所定の目標値

に適合するように行われる。流量

は、制御量として、或いは冷媒の循環系内の制御バルブ１３２に供給され、それによって、制御バルブが、所定の制御量に対して、側板２００を通る冷媒３００の流量を好適に調整している。

Claims (15)

1. 金属鋳造用の鋳型の少なくとも一つの側板（２００）での抜熱量
   

   

   を所定の目標値
   

   

   に制御するための方法であって、抜熱量の目標値と実際値
   

   

   の差分の形の制御偏差
   

   

   に応じて側板（２００）を通る冷媒（３００）の流量
   

   

   を好適に変更することによって制御する方法において、
   抜熱量
   

   

   の制御及び流量
   

   

   の変更を定常的な鋳造運転の間に行うことを特徴とする方法。
2. 特に、側板の冷媒出口での冷媒の実際の温度（Ｔ_aus ）と側板（２００）の冷媒入口での冷媒の実際の温度（Ｔ_ein ）との差分及び冷媒の材料の定数（ρ，ｃ_p ）から、抜熱量
   

   

   の実際値が、それぞれリアルタイムに計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 当該の抜熱量が、単位当りの抜熱量であり、その単位当りの抜熱量の実際値が、次の式にもとづき、
   

   

   ここで、
   

   

   ：抜熱量［Ｗ／ｍ² ］
   ρ：冷水の比重［ｋｇ／ｍ³ ］
   

   

   ：冷水の流量［ｌ／分］
   ｃ_p ：（一定の圧力での）冷水の比熱［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］
   ｄ_v ：温度差Ｔ_aus −Ｔ_ein ［Ｋ］
   Ａ：側板の実効面積
   を表す通り、
   計算されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 当該の抜熱量が、絶対的な抜熱量であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 冷媒の温度（Ｔ_aus ，Ｔ_ein ）の実際値及び／又は流量
   

   

   が、それぞれリアルタイムに測定され、次に、抜熱量の実際値
   

   

   の計算に入力される前に平均化又は緩和されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
6. 冷媒（３００）が、腐食防止剤、グリコール又はオイルを混合した水、或いはイオン化又は蒸留した水であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
7. 抜熱量の目標値
   

   

   が、変更可能な形で設定することができることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
8. 本方法が、鋳型の短辺側の側板の形の側板（２００）に対して実施されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
9. 本方法が、鋳型の長辺側の側板の形の側板（２００）に対して実施されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
10. 本方法が、二つの側板（２００）に対して、各抜熱量の目標値
    

    

    を互いに所望の比率となるようにして、それぞれ別個に実施されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
11. 本方法が、鋳型の対向する二つの短辺側の側板（２００）に対して、これら二つの短辺側の側板の各々の抜熱量を同じ目標値
    

    

    に制御するようにして、別個に実施されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 本方法が、鋳型の対向する二つの長辺側の側板に対して、これら二つの長辺側の側板の各々の抜熱量を同じ目標値
    

    

    に制御するようにして、別個に実施されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 金属鋳造用の鋳型の側板での抜熱量
    

    

    を制御するための制御装置（１００）であって、
    抜熱量の実際値
    

    

    を計算する計算機器（１１０）と、
    抜熱量の実際値を所定の目標値と比較することによって、抜熱量の制御偏差
    

    

    を計算する比較機器（１２０）と、
    その時々の制御偏差
    

    

    を鋳型（２００）を通る冷媒（３００）の流量
    

    

    の好適な変更量に換算して、抜熱量
    

    

    を制御するコントローラ（１３０）と、
    を備えた装置において、
    計算機器（１１０）が、特に、鋳型の冷媒出口での冷媒（３００）の実際の温度と鋳型の冷媒入口での冷媒の実際の温度との差分及び冷媒（３００）の材料の定数（ρ，ｃ_p ）から、抜熱量の実際値
    

    

    をそれぞれリアルタイムに計算するように構成されていることを特徴とする制御装置。
14. 請求項１３に記載の制御装置（１００）において、
    計算機器（１１０）が、当該の抜熱量の実際値を、次の式にもとづき、
    

    

    ここで、
    

    

    ：抜熱量［Ｗ／ｍ² ］
    ρ：冷水の比重［ｋｇ／ｍ³ ］
    
    

    

    ：冷水の流量［ｌ／分］
    ｃ_p ：（一定の圧力での）冷水の比熱［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］
    ｄ_v ：温度差Ｔ_aus −Ｔ_ein ［Ｋ］
    Ａ：側板の実効面積
    を表す通り、
    計算するように構成されていることを特徴とする制御装置。
15. 請求項１３又は１４に記載の制御装置（１００）において、
    測定した実際値を計算機器（１１０）に供給する前に時間に関して平均化又は緩和する少なくとも一つの平均化機器（１４０）を特徴とする制御装置。
    
    

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