JP2014014854A - 連続鋳造機の二次冷却方法及び二次冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱伝導方程式を解くことにより鋳片断面の温度及び固相率を推定し、鋳片の測定温度と断面の推定温度の差を用いて熱伝達係数モデルパラメータを修正し、現在時刻に各冷却ゾーンの予め定められた位置にある断面が下流側の所定位置へ到達する時刻における、断面の温度及び固相率を予測し、スプレー冷却水量の変更量と関連する係数を求め、鋳片の表面温度目標値と関連する参照用温度を求め、最適化問題の最適解を求めてスプレー冷却水量のステップ状に変更する変更量の最適値を算出し、該変更量の最適値を、現在時刻の各冷却ゾーンのスプレー冷却水量に加算するスプレー冷却水量の変更を繰り返すことにより、鋳造中の任意の時刻に各断面が二次冷却の制御対象出口まで移動する間に、鋳片の表面温度を目標値に制御する、連続鋳造機の二次冷却制御方法とする。
【選択図】図3
Description
ところが、特許文献1による方法では、フィードフォワード水量を用いた冷却ゾーンにおける温度分布の再計算に基づいて下流側の隣接冷却ゾーン入口での初期温度を算出しても、下流側隣接冷却ゾーン内の入口以外のトラッキング点の温度計算には、フィードフォワード水量の影響が表れない。したがって、温度予測計算において、上流側の水量変化が正しく反映されるのに時間がかかり、場合によっては水量がハンチングするなどの問題が発生する。このように、特許文献1に開示されている技術では、鋳片の表面温度を適切に制御できない虞があった。
現在時刻をtとすると、上記(2)乃至(10)を時刻t−1とtとの間の変数間の関係式とみなして、鋳型内湯面に隣接する計算点からストランド出口までの各計算点における断面の温度及び固相率分布を更新する。上記(5)及び(8)における熱伝達係数Kx、Kyは、現時点での熱伝達係数モデルパラメータの推定値と時刻t−1におけるスプレー冷却水量等を用いて算出する。
1)修正対象のパラメータについて、現在の値から微小に変更した値を設定する。
2)予め定めた時間Taを現在から遡り、現在時刻tにおいて測温点にある断面が時刻t−Taにあった鋳造方向位置zk(t−Ta)における温度及び固相率の断面内分布を初期値とし、時刻t−Taから現在時刻tまでの鋳造方向位置zk(t−Ta)から測温位置zkまでの冷却条件の履歴を与えて、上記(2)乃至(10)の計算を繰り返し、現在時刻tにおいてパラメータを微小変更した場合の測温点温度推定値を算出する。遡り時間範囲Taは、修正対象パラメータが現在測温点にある断面の状態に影響を及ぼす範囲に限定すれば良い。
3)各パラメータ修正量に対する温度変化量の関係を表す線形関係式を下記手順で求める。
パラメータθiをΔθiだけ変更したときに、温度固相率推定工程で求めた現在時刻tにおける表面温度推定値Tk(t)に対し、上記(2)で求めた測温点温度推定値がTk+ΔTkiだけ変化したとすると、ΔTk,iは(11)で表すことができる。
各冷却ゾーンのスプレー冷却水量による冷却ゾーン内の温度降下を、現在時刻以前の同冷却ゾーンのスプレー冷却水量の影響を受けずに正確に評価できるため、各温度評価点位置zjは、第j冷却ゾーンの出口位置とすることが好ましい。
鋳造中に鋳造速度を50%減少させた場合に本発明を適用した際の、各冷却ゾーン出口での鋳片幅方向中央部表面温度、各冷却ゾーンのスプレー冷却水量、及び、鋳造速度の、時間に対するグラフを図5に示す。また、鋳造中に鋳造速度を50%減少させた場合に従来の水量カスケード制御を適用した際の、各冷却ゾーン出口での鋳片幅方向中央部表面温度、各冷却ゾーンのスプレー冷却水量、及び、鋳造速度の、時間に対するグラフを図6に示す。
図5に示したように、鋳造速度を0.8m/minから0.4m/minへと急に減少させた場合、本発明を適用した場合の各冷却ゾーン出口の表面温度と目標温度との二乗誤差平方根は、12℃から18℃の間であった。これに対し、図6に示したように、従来の水量カスケード制御では、本発明を適用した場合と同じ鋳造速度変化であったにもかかわらず、各冷却ゾーン出口の表面温度と目標温度との二乗誤差平方根は17℃から24℃であった。これらの結果の比較から、本発明による制御が鋳造速度変更時に大きな効果があることが示された。
連続鋳造中に、第3冷却ゾーンの温度目標値を760℃から740℃へと−20℃低下させた場合に本発明を適用した結果を図7に示す。図5及び図6と同様に、図7においても、各冷却ゾーン出口での鋳片幅方向中央部表面温度、各冷却ゾーンのスプレー冷却水量、及び、鋳造速度の、時間に対するグラフを示した。なお、第1冷却ゾーン並びに第2冷却ゾーンのスプレー冷却水量及び温度には変化がなかったため、図示は省略した。
図7に示したように、本発明によってスプレー冷却水量を制御した結果、第3冷却ゾーンのスプレー冷却水量は次第に増加し、第3冷却ゾーン出口の表面温度は、−20℃低下させた後の目標値に漸近した。一方、第4冷却ゾーンのスプレー冷却水量を若干減少させることで、第4冷却ゾーンの入口における鋳片温度低下を補償し、結果として、第4冷却ゾーンの出口における表面温度の変化幅は3℃に抑制された。
事前のスプレー冷却水量の計算で設定したスプレー冷却水量では、第4冷却ゾーン出口における表面温度が目標温度より16℃高かったため、熱伝達係数モデルパラメータを修正することにより、実際の熱伝達係数を逐次修正しながら、第4冷却ゾーンのスプレー冷却水量を調整した結果を図8に示す。図5乃至図7と同様に、図8においても、各冷却ゾーン出口での鋳片幅方向中央部表面温度、各冷却ゾーンのスプレー冷却水量、及び、鋳造速度の、時間に対するグラフを示した。なお、第1冷却ゾーン並びに第2冷却ゾーンのスプレー冷却水量及び温度には変化がなかったため、図示は省略した。
図8に示したように、本発明によってスプレー冷却水量を調整した結果、スプレー冷却水量が当初の設定値よりも増大し、第4冷却ゾーンの出口温度を目標値に一致させることができた。
2…溶鋼メニスカス
3…支持ロール
4…噴射口
5…鋳片
6…流量調整弁
7…冷却ゾーン
8…温度計(鋳片表面温度測定部)
9…鋳造速度測定ロール(鋳造速度把握部)
10…連続鋳造機の二次冷却制御装置
11…温度固相率推定部
12…パラメータ修正部
13…温度固相率予測部
14…係数算出部
15…参照目標温度算出部
16…最適化問題特定部
17…最適値算出部
100…連続鋳造機
Claims (6)
- 連続鋳造機の鋳型の下流側に設けられた、鋳片の鋳造方向へ分割された複数の冷却ゾーンを有する二次冷却帯で、前記鋳型から引き抜かれた鋳片へ向けて、前記冷却ゾーン毎に水量が設定されたスプレー冷却水を散布することにより、前記鋳片の表面温度を制御する、連続鋳造機の二次冷却方法であって、
ストランド内に予め定められた温度測定点における前記鋳片の表面温度を、鋳造中に測定する、鋳片表面温度測定工程と、
前記連続鋳造機の鋳造速度を把握する、鋳造速度把握工程と、
鋳造が予め定めた距離刻みだけ進む毎に、前記鋳型の内湯面位置から前記距離刻み間隔で設定された前記鋳片の鋳造方向に垂直な断面について、熱伝達係数モデルパラメータとスプレー冷却水量とを用いて算出される熱伝達係数を含む熱伝導方程式を解くことにより、前記断面の温度及び固相率を推定する、温度固相率推定工程と、
鋳造が前記距離刻みだけ進む毎に、前記鋳片表面温度測定工程で測定された前記鋳片の表面温度と、前記温度固相率推定工程で推定された前記断面の温度との差を用いて、前記熱伝達係数モデルパラメータを修正する、パラメータ修正工程と、
現在時刻における前記各冷却ゾーンのスプレー冷却水量及び鋳造速度、並びに、前記温度固相率推定工程で推定された前記断面の温度及び固相率を用いて、現在時刻において前記各冷却ゾーンの予め定められた位置にある前記断面が、前記予め定められた位置よりも下流側に予め定められた温度評価点位置へ到達する時刻における、前記断面の温度及び固相率を、前記熱伝導方程式を解くことにより予測する、温度固相率予測工程と、
現在時刻に各断面が位置する冷却ゾーンで、現在時刻のスプレー冷却水量に任意の水量変化量をステップ状に加えた場合に、前記各断面が前記温度評価点位置に到達した時点における前記断面の温度予測値と、前記温度固相率予測工程で予測した前記断面の温度との差を、前記水量変化量に係数を乗じた式で表して、該係数を求める、係数算出工程と、
前記温度評価点位置毎に予め定められた鋳片表面温度の目標値に対して、現在時刻の前記温度評価点位置における鋳片表面温度を出発点として、予め定めた減衰率パラメータを用いて、最終的には前記鋳片表面温度の目標値へと漸近する参照用目標温度を算出する、参照目標温度算出工程と、
現在時刻における前記水量変化量を決定変数とし、前記係数算出工程で用いた前記各断面が前記温度評価点位置に到達した時点における前記断面の温度予測値と、前記参照目標温度算出工程で算出した前記参照用目標温度との偏差、及び、前記係数算出工程で求めた前記係数を用いて表される評価関数を最小化する最適化問題を特定する、最適化問題特定工程と、
前記最適化問題特定工程で特定された前記最適化問題の最適解を求めることにより、現在時刻における前記冷却ゾーンのスプレー冷却水量をステップ状に変更する変更量の最適値を算出する、水量変更量最適値算出工程と、を有し、
前記水量変更量最適値算出工程で算出された前記変更量の最適値を、現在時刻の各冷却ゾーンのスプレー冷却水量に加算する、各冷却ゾーンのスプレー冷却水量の変更を繰り返すことにより、鋳造中の任意の時刻に前記各断面が二次冷却の制御対象出口まで移動する間に、各温度評価点位置における前記鋳片の表面温度を、前記予め定められた鋳片表面温度の目標値に制御することを特徴とする、連続鋳造機の二次冷却制御方法。 - 前記断面を、現在時刻において前記各冷却ゾーンの入口にある断面とし、前記温度評価点位置を前記各冷却ゾーンの出口とすることを特徴とする、請求項1に記載の連続鋳造機の二次冷却制御方法。
- 前記パラメータ修正工程で前記熱伝達係数モデルパラメータを修正する際に、現在時刻において表面温度測温位置にある断面が少なくとも前記温度固相率推定工程で温度及び固相率が推定される冷却ゾーンの入口に位置した時刻からの、鋳造速度及び前記冷却ゾーンのスプレー冷却水量の履歴に基づいて推定した、前記表面温度測温位置における表面温度の推定値と、前記鋳片表面温度測定工程で測定された表面温度の測定結果との二乗誤差を最小化するように、前記熱伝達係数モデルパラメータを修正することを特徴とする、請求項1又は2に記載の連続鋳造機の二次冷却制御方法。
- 連続鋳造機の鋳型の下流側に設けられた、鋳片の鋳造方向へ分割された複数の冷却ゾーンを有する二次冷却帯で、前記鋳型から引き抜かれた鋳片へ向けて、前記冷却ゾーン毎に水量が設定されたスプレー冷却水を散布することにより、前記鋳片の表面温度を制御する、連続鋳造機の二次冷却装置であって、
ストランド内に予め定められた温度測定点における前記鋳片の表面温度を、鋳造中に測定する、鋳片表面温度測定部と、
前記連続鋳造機の鋳造速度を把握する、鋳造速度把握部と、
鋳造が予め定めた距離刻みだけ進む毎に、前記鋳型の内湯面位置から前記距離刻み間隔で設定された前記鋳片の鋳造方向に垂直な断面について、熱伝達係数モデルパラメータとスプレー冷却水量とを用いて算出される熱伝達係数を含む熱伝導方程式を解くことにより、前記断面の温度及び固相率を推定する、温度固相率推定部と、
鋳造が前記距離刻みだけ進む毎に、前記鋳片表面温度測定部で測定された前記鋳片の表面温度と、前記温度固相率推定部で推定された前記断面の温度との差を用いて、前記熱伝達係数モデルパラメータを修正する、パラメータ修正部と、
現在時刻における前記各冷却ゾーンのスプレー冷却水量及び鋳造速度、並びに、前記温度固相率推定部で推定された前記断面の温度及び固相率を用いて、現在時刻において前記各冷却ゾーンの予め定められた位置にある前記断面が、前記予め定められた位置よりも下流側に予め定められた温度評価点位置へ到達する時刻における、前記断面の温度及び固相率を、前記熱伝導方程式を解くことにより予測する、温度固相率予測部と、
現在時刻に各断面が位置する冷却ゾーンで、現在時刻のスプレー冷却水量に任意の水量変化量をステップ状に加えた場合に、前記各断面が前記温度評価点位置に到達した時点における前記断面の温度予測値と、前記温度固相率予測部で予測した前記断面の温度との差を、前記水量変化量に係数を乗じた式で表して、該係数を求める、係数算出部と、
前記温度評価点位置毎に予め定められた鋳片表面温度の目標値に対して、現在時刻の前記温度評価点位置における鋳片表面温度を出発点として、予め定めた減衰率パラメータを用いて、最終的には前記鋳片表面温度の目標値へと漸近する参照用目標温度を算出する、参照目標温度算出部と、
現在時刻における前記水量変化量を決定変数とし、前記係数算出部で用いた前記各断面が前記温度評価点位置に到達した時点における前記断面の温度予測値と、前記参照目標温度算出部で算出した前記参照用目標温度との偏差、及び、前記係数算出部で求めた前記係数を用いて表される評価関数を最小化する最適化問題を特定する、最適化問題特定部と、
前記最適化問題特定部で特定された前記最適化問題の最適解を求めることにより、現在時刻における前記冷却ゾーンのスプレー冷却水量をステップ状に変更する変更量の最適値を算出する、最適値算出部と、を有し、
前記最適値算出部で算出された前記変更量の最適値を、現在時刻の各冷却ゾーンのスプレー冷却水量に加算する、各冷却ゾーンのスプレー冷却水量の変更を繰り返すことにより、鋳造中の任意の時刻に前記各断面が二次冷却の制御対象出口まで移動する間に、各温度評価点位置における前記鋳片の表面温度を、前記予め定められた鋳片表面温度の目標値に制御することを特徴とする、連続鋳造機の二次冷却制御装置。 - 前記断面を、現在時刻において前記各冷却ゾーンの入口にある断面とし、前記温度評価点位置を前記各冷却ゾーンの出口とすることを特徴とする、請求項4に記載の連続鋳造機の二次冷却制御装置。
- 前記パラメータ修正部で前記熱伝達係数モデルパラメータを修正する際に、現在時刻において表面温度測温位置にある断面が少なくとも前記温度固相率推定部で温度及び固相率が推定される冷却ゾーンの入口に位置した時刻からの、鋳造速度及び前記冷却ゾーンのスプレー冷却水量の履歴に基づいて推定した、前記表面温度測温位置における表面温度の推定値と、前記鋳片表面温度測定部で測定された表面温度の測定結果との二乗誤差を最小化するように、前記熱伝達係数モデルパラメータを修正することを特徴とする、請求項4又は5に記載の連続鋳造機の二次冷却制御装置。
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