JP2013052405A - 鋳片の凝固完了位置算出方法および凝固完了位置算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳片の凝固完了位置をオンラインで精度高く算出すること。
【解決手段】単重算出部１０１は、切断機によって切断された鋳片の長さ、幅、および厚さに関する情報を用いて鋳片の体積を算出し、鋳片の重量を算出された体積で除算することによって単位体積あたりの鋳片の重量を算出する。熱膨張係数算出部１０２は、比重ＤＢ１１０から鋳片の材質に対応する鋳片の比重を抽出し、単重算出部１０１によって算出された単位体積あたりの鋳片の重量を抽出された比重で除算することによって鋳片の熱膨張係数を算出する。鋳片温度算出部１０３は、熱膨張係数ＤＢ１２０から鋳片の材質と熱膨張係数算出部１０２によって算出された鋳片の熱膨張係数とに対応する鋳片の温度をトーチによって切断された鋳片の温度として抽出する。凝固完了位置算出部１０４は、鋳片温度算出部１０３によって抽出された鋳片の温度を用いて鋳片の凝固完了位置を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、連続鋳造機において鋳造される鋳片の凝固完了位置を算出する鋳片の凝固完了位置算出方法および凝固完了位置算出装置に関するものである。

一般に、連続鋳造機の生産性を向上させるためには、鋳造速度を上昇させる必要がある。しかしながら、鋳造速度を上昇させた場合、鋳片の凝固完了位置（クレーターエンド位置）がモールドメニスカス位置から鋳造方向下流側へ移動する。そして、鋳片の凝固完了位置が鋳片支持ロールの範囲を越えてしまうと、鋳片が静鉄圧の作用によって膨らむバルジングが発生し、内質の悪化やバルジングが巨大である場合には鋳造停止といった問題が生じる。

このような背景から、鋳片の凝固完了位置を検出又は算出し、検出又は算出された鋳片の凝固完了位置に基づいて鋳片の凝固完了位置を所定範囲内に制御する技術が提案されている（特許文献１，２参照）。具体的には、特許文献１には、センサを利用して鋳片の凝固完了位置を検出し、検出された鋳片の凝固完了位置に基づいて鋳片の凝固完了位置を所定範囲内に制御する技術が記載されている。また、特許文献２には、鋳片の温度を算出する鋳片の凝固モデルを利用して鋳片の凝固完了位置を算出し、算出された鋳片の凝固完了位置に基づいて鋳片の凝固完了位置を所定範囲内に制御する技術が記載されている。

特開２００８−２３８２５７号公報 特開平０１−１２７１６１号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術のように、センサを利用して鋳片の凝固完了位置を検出する場合、鋳片の近傍にセンサを配置する必要があり、センサの耐久性に問題がある。また一般に、このようなセンサは高価であるために、鋳片の凝固完了位置を安価に検出することが困難になる。これに対して、特許文献２記載の技術のように、鋳片の凝固モデルを利用して鋳片の凝固完了位置を算出する場合には、上述のようなセンサを利用して鋳片の凝固完了位置を検出する場合に発生する問題点はない。

ところが、鋳片の凝固モデルを利用して鋳片の凝固完了位置を算出する場合には、凝固モデルに含まれる各種特性値と実際値との間に誤差が発生した際、鋳片の凝固完了位置を精度高く算出することができなくなる。なお、このような問題を解決するために、鋲打ちなどの作業を行うことによって特性値を実際値に合わせて補正する方法が考えられる。しかしながら、このような作業はオフラインで行われものであるために、特性値をオンラインで補正することができない。

このため、凝固モデルの特性値をオンラインで補正可能にすることによって、鋳片の凝固完了位置をオンラインで精度高く算出できる技術の提供が期待されていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、鋳片の凝固完了位置をオンラインで精度高く算出可能な鋳片の凝固完了位置算出方法および凝固完了位置算出装置を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋳片の凝固完了位置算出方法は、連続鋳造機において鋳造される鋳片の凝固完了位置を算出する鋳片の凝固完了位置算出方法であって、切断機によって切断された鋳片の長さ、幅、および厚さに関する情報を用いて該鋳片の体積を算出し、該鋳片の重量を算出された体積で除算することによって単位体積あたりの鋳片の重量を算出する単重算出ステップと、鋳片の材質と比重との関係を示す比重データを用いて前記鋳片の材質に対応する前記鋳片の比重を算出し、前記単重算出ステップにおいて算出された単位体積あたりの鋳片の重量を算出された比重で除算することによって前記鋳片の熱膨張係数を算出する熱膨張係数算出ステップと、鋳片の熱膨張係数と温度との関係を示す熱膨張係数データを用いて熱膨張係数算出ステップにおいて算出された鋳片の熱膨張係数から切断機によって切断された鋳片の温度を算出する鋳片温度算出ステップと、前記鋳片温度算出ステップにおいて算出された鋳片の温度を用いて鋳片の凝固完了位置を算出する凝固完了位置算出ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る鋳片の凝固完了位置算出方法は、上記発明において、前記鋳片温度算出ステップが、鋳片の温度と凝固モデルによって算出された鋳片の温度との差分値を凝固モデルによって算出された鋳片の温度の補正値として算出するステップを含み、前記凝固完了位置算出ステップは、前記補正値を用いて前記凝固モデルによって算出された温度を補正し、補正された温度を用いた前記凝固モデルの計算によって鋳片の凝固完了位置を算出するステップを含むことを特徴とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋳片の凝固完了位置算出装置は、連続鋳造機において鋳造される鋳片の凝固完了位置を算出する鋳片の凝固完了位置算出装置であって、前記鋳片の材質と比重との関係を示す比重データを格納する比重データベースと、前記鋳片の熱膨張係数と温度との関係を示す熱膨張係数データを前記鋳片の材質毎に格納する熱膨張係数データベースと、切断機によって切断された鋳片の長さ、幅、および厚さに関する情報を用いて該鋳片の体積を算出し、該鋳片の重量を算出された体積で除算することによって単位体積あたりの鋳片の重量を算出する単重算出部と、前記比重データベースから前記鋳片の材質に対応する前記鋳片の比重を抽出し、前記単重算出部によって算出された単位体積あたりの鋳片の重量を抽出された比重で除算することによって鋳片の熱膨張係数を算出する熱膨張係数算出部と、前記熱膨張係数データベースから前記鋳片の材質と前記熱膨張係数算出部によって算出された鋳片の熱膨張係数とに対応する鋳片の温度を切断機によって切断された鋳片の温度として抽出する鋳片温度算出部と、前記鋳片温度算出部によって抽出された鋳片の温度を用いて鋳片の凝固完了位置を算出する凝固完了位置算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る鋳片の凝固完了位置算出方法および凝固完了位置算出装置によれば、鋳片の凝固完了位置をオンラインで精度高く算出することができる。

図１は、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置算出装置が適用される連続鋳造機の一構成例を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置算出装置が適用される凝固完了位置算出システムの構成を示すブロック図である。 図３は、図２に示す比重ＤＢの一構成例を示す図である。 図４は、図２に示す熱膨張係数ＤＢの一構成例を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態である凝固完了位置算出処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置算出装置の構成およびその動作について説明する。

〔連続鋳造機の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置算出装置が適用される連続鋳造機の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置算出装置が適用される連続鋳造機の一構成例を示す模式図である。

図１に示すように、連続鋳造機は、図示しない取鍋から溶鋼１が注入されるタンディッシュ２と、浸漬ノズル３を介してタンディッシュ２から注がれた溶鋼１を表面の凝固シェルが樹枝状晶に成長するまで整形しつつ半凝固させる銅製のモールド４と、モールド４から半凝固状態の鋳片５を垂直下方に引き抜きつつ冷却する鋳片支持ロール６と、を主な構成要素として備えている。また、連続鋳造機は、タンディッシュ２内の溶鋼１の温度を測定する測温機７と、鋳片５に冷却水を噴射することによって鋳片５を冷却する二次冷却スプレー８と、鋳片５の切断長さを測定する測長ロール９と、鋳片５を切断するトーチ（切断機）１０と、鋳片５を切断することによって得られたスラブＳの重量を測定する秤量機１１と、を備えている。

このような連続鋳造機では、モールド４に注がれた溶鋼１は、モールド４の表面から冷却されることによって固相部を形成し、内部に液相を有する鋳片５として鋳造方向下流側に引き抜かれる。モールド４から引き抜かれた鋳片５は、二次冷却スプレー８から噴射される冷却水によって冷却され、軽圧下帯１２において中心部まで完全に凝固される。この中心部まで完全に凝固した位置が鋳片５の凝固完了位置となる。そして、凝固が完了した鋳片５は、トーチ１０によって所定の長さに切断され、スラブＳとして圧延工程などの後工程へと順次搬送される。

〔凝固完了位置算出システムの構成〕
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置算出装置が適用される凝固完了位置算出システムの構成について説明する。

図２は、本発明の一実施形態である鋳片の凝固完了位置算出装置が適用される凝固完了位置算出システムの一構成例を示すブロック図である。図３は、図２に示す比重ＤＢ１１０の一構成例を示す図である。図４は、図２に示す熱膨張係数ＤＢ１２０の一構成例を示す図である。

図２に示すように、凝固完了位置算出システムは、凝固完了位置算出装置１００と、比重データベース（ＤＢ）１１０と、熱膨張係数データベース（ＤＢ）１２０と、出力装置１３０と、を主な構成要素として備えている。

凝固完了位置算出装置１００には、測長ロール９と、秤量機１１と、プロセスコンピュータ１３とが電気的に接続されている。測長ロール９は、切断された鋳片５の鋳造方向長さに関する情報を凝固完了位置算出装置１００に入力する。秤量機１１は、切断された鋳片５の重量に関する情報を凝固完了位置算出装置１００に入力する。プロセスコンピュータ１３は、溶鋼１の温度や材質、モールドの大きさ（鋳片５の幅、厚み）などに関する情報を凝固完了位置算出装置１００に入力する。溶鋼１の温度は、タンディッシュ２に設けられた測温機７によって測定される。

凝固完了位置算出装置１００は、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの情報処理装置によって構成されている。凝固完了位置算出装置１００は、情報処理装置内部のＣＰＵなどの演算処理装置がＲＯＭなどの記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行することによって、単重算出部１０１、熱膨張係数算出部１０２、鋳片温度算出部１０３、および凝固完了位置算出部１０４として機能する。これら各部の機能については後述する。

比重ＤＢ１１０は、図２に示すように、鋳片５の材質（成分）と比重との関係を示す比重データを格納している。熱膨張係数ＤＢ１２０は、図３に示すように、鋳片５の温度と熱膨張係数との関係を示す熱膨張係数データを鋳片５の材質毎に格納している。なお、本実施形態では、凝固完了位置算出装置１００と比重ＤＢ１１０および熱膨張ＤＢ１２０とが別体により構成されているが、これらを一体化してもよい。出力装置１３０は、表示装置や印刷装置などの公知の出力装置によって構成されている。出力装置１３０は、凝固完了位置算出装置１００によって算出された鋳片５の温度や凝固完了位置に関する情報を出力する。

このような構成を有する凝固完了位置算出システムは、以下に示す凝固完了位置算出処理を実行することによって、鋳片５の凝固完了位置をオンラインで算出する。以下、図５に示すフローチャートを参照して、この凝固完了位置算出処理を実行する際の凝固完了位置算出システムの動作について説明する。

〔凝固完了位置算出処理〕
図５は、本発明の一実施形態である凝固完了位置算出処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、トーチ１０によって鋳片５が切断される度毎に開始となり、凝固完了位置算出処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、単重算出部１０１が、測長ロール９から入力された鋳片５の鋳造方向長さに関する情報とプロセスコンピュータ５から入力された鋳片５の幅および厚さに関する情報とを用いて、トーチ１０によって切断された鋳片５の実績体積Ｖ（＝長さ×幅×厚さ）を算出する。そして、単重算出部１０１は、秤量機１１から入力された鋳片５の重量Ｗの値を算出された実績体積Ｖで除算することによって単位体積あたりの鋳片５の重量を算出する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、凝固完了位置算出処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、熱膨張係数算出部１０２が、プロセスコンピュータ１３から鋳片５の材質に関する情報を取得し、比重ＤＢ１１０から鋳片５の材質に対応する比重の情報を抽出する。そして、熱膨張係数算出部１０２は、ステップＳ１の処理によって算出された単位体積あたりの鋳片５の重量を抽出された比重で除算した値をトーチ１０によって切断された鋳片５の熱膨張係数として算出する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、凝固完了位置算出処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、鋳片温度算出部１０３が、熱膨張係数ＤＢ１２０からステップＳ２の処理において取得した鋳片５の材質に対応する熱膨張係数データを取得する。そして、鋳片温度算出部１０３は、取得した熱膨張係数データからステップＳ２の処理によって算出された鋳片５の熱膨張係数に対応する鋳片５の温度を読み出し、凝固モデルによって演算された鋳片５の温度と読み出された鋳片５の温度との差分値を凝固モデルによって演算された鋳片５の温度の補正値として算出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、凝固完了位置算出処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、凝固完了位置算出部１０４が、ステップＳ３の処理によって算出された補正値を用いて凝固モデルによって演算された鋳片５の温度を補正し、補正された鋳片５の温度を利用した凝固モデル計算によって鋳片５の凝固完了位置を算出する。なお、鋳片５の凝固完了位置の算出方法は、本発明の出願時点で既に公知であるので詳細な説明は省略するが、溶鋼１の成分や温度から鋳片５の液相線温度および固相線温度を算出し、算出された液相線および固相線温度と鋳片５の温度とを比較することによって算出できる。以後、図示しない制御装置が、算出された鋳片５の凝固完了位置に基づいて、例えば軽圧下帯１２に設置されているサポートロールの間隔を制御することによって鋳片５の凝固完了位置が所定範囲内に入るように制御する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、一連の凝固完了位置算出処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である凝固完了位置算出処理では、単重算出部１０１は、切断機によって切断された鋳片５の長さ、幅、および厚さに関する情報を用いて鋳片５の体積を算出し、鋳片５の重量を算出された体積で除算することによって単位体積あたりの鋳片５の重量を算出する。熱膨張係数算出部１０２は、比重ＤＢ１１０から鋳片５の材質に対応する鋳片５の比重を抽出し、単重算出部１０１によって算出された単位体積あたりの鋳片の重量を抽出された比重で除算することによって鋳片の熱膨張係数を算出する。鋳片温度算出部１０３は、熱膨張係数ＤＢ１２０から鋳片５の材質と熱膨張係数算出部１０２によって算出された鋳片５の熱膨張係数とに対応する鋳片５の温度をトーチ１０によって切断された鋳片５の温度として抽出する。そして、凝固完了位置算出部１０４は、鋳片温度算出部１０３によって抽出された鋳片５の温度を用いて鋳片５の凝固完了位置を算出する。このような凝固完了位置算出処理によれば、鋳片温度算出部１０４が、トーチ１０によって鋳片５が切断される度毎に切断された鋳片５の温度を算出し、凝固完了位置算出部１０４が、鋳片温度算出部１０４によって算出された鋳片５の温度に基づいて鋳片５の凝固完了位置を算出するので、鋳片の凝固完了位置をオンラインで精度高く算出することができる。

また、本発明の一実施形態である凝固完了位置算出処理では、鋳片温度算出部１０３は、鋳片の温度と凝固モデルによって算出された鋳片の温度との差分値を凝固モデルによって算出された鋳片の温度の補正値として算出し、凝固完了位置算出部１０４は、鋳片温度算出部１０３によって算出された補正値を用いて凝固モデルによって算出された温度を補正し、補正された温度を用いた凝固モデルの計算によって鋳片の凝固完了位置を算出する。このような凝固完了位置算出処理によれば、凝固モデルをオンラインで補正し、鋳片の凝固完了位置をオンラインで精度高く算出することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施の形態、実施例、および運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。

１ 溶鋼
２ タンディッシュ
３ 浸漬ノズル
４ モールド
５ 鋳片
６ 鋳片支持ロール
７ 測温機
８ 二次冷却スプレー
９ 測長ロール
１０ トーチ（切断機）
１１ 秤量機
１２ 軽圧下帯
１３ プロセスコンピュータ
１００ 凝固完了位置算出装置
１０１ 単重算出部
１０２ 熱膨張係数算出部
１０３ 鋳片温度算出部
１０４ 凝固位置算出部
１１０ 比重データベース（ＤＢ）
１２０ 熱膨張係数データベース（ＤＢ）
１３０ 出力装置

Claims (3)

1. 連続鋳造機において鋳造される鋳片の凝固完了位置を算出する鋳片の凝固完了位置算出方法であって、
   切断機によって切断された鋳片の長さ、幅、および厚さに関する情報を用いて該鋳片の体積を算出し、該鋳片の重量を算出された体積で除算することによって単位体積あたりの鋳片の重量を算出する単重算出ステップと、
   鋳片の材質と比重との関係を示す比重データを用いて前記鋳片の材質に対応する前記鋳片の比重を算出し、前記単重算出ステップにおいて算出された単位体積あたりの鋳片の重量を算出された比重で除算することによって前記鋳片の熱膨張係数を算出する熱膨張係数算出ステップと、
   鋳片の熱膨張係数と温度との関係を示す熱膨張係数データを用いて熱膨張係数算出ステップにおいて算出された鋳片の熱膨張係数から切断機によって切断された鋳片の温度を算出する鋳片温度算出ステップと、
   前記鋳片温度算出ステップにおいて算出された鋳片の温度を用いて鋳片の凝固完了位置を算出する凝固完了位置算出ステップと、
   を含むことを特徴とする鋳片の凝固完了位置算出方法。
2. 前記鋳片温度算出ステップは、鋳片の温度と凝固モデルによって算出された鋳片の温度との差分値を凝固モデルによって算出された鋳片の温度の補正値として算出するステップを含み、前記凝固完了位置算出ステップは、前記補正値を用いて前記凝固モデルによって算出された温度を補正し、補正された温度を用いた前記凝固モデルの計算によって鋳片の凝固完了位置を算出するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の鋳片の凝固完了位置算出方法。
3. 連続鋳造機において鋳造される鋳片の凝固完了位置を算出する鋳片の凝固完了位置算出装置であって、
   前記鋳片の材質と比重との関係を示す比重データを格納する比重データベースと、
   前記鋳片の熱膨張係数と温度との関係を示す熱膨張係数データを前記鋳片の材質毎に格納する熱膨張係数データベースと、
   切断機によって切断された鋳片の長さ、幅、および厚さに関する情報を用いて該鋳片の体積を算出し、該鋳片の重量を算出された体積で除算することによって単位体積あたりの鋳片の重量を算出する単重算出部と、
   前記比重データベースから前記鋳片の材質に対応する前記鋳片の比重を抽出し、前記単重算出部によって算出された単位体積あたりの鋳片の重量を抽出された比重で除算することによって鋳片の熱膨張係数を算出する熱膨張係数算出部と、
   前記熱膨張係数データベースから前記鋳片の材質と前記熱膨張係数算出部によって算出された鋳片の熱膨張係数とに対応する鋳片の温度を切断機によって切断された鋳片の温度として抽出する鋳片温度算出部と、
   前記鋳片温度算出部によって抽出された鋳片の温度を用いて鋳片の凝固完了位置を算出する凝固完了位置算出部と、
   を備えることを特徴とする鋳片の凝固完了位置算出装置。

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