JP2015150616A

JP2015150616A - 連続鋳造機の制御装置及び制御方法

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Publication number: JP2015150616A
Application number: JP2014029594A
Authority: JP
Inventors: 島本　拓幸; Hiroyuki Shimamoto; 拓幸島本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-08-24

Abstract

【課題】多くの労力及びコストを要することなく、有効な制御を行うために必要な制御周期内に２次冷却条件を精度高く算出すること。【解決手段】２次冷却制御適正化装置２２が、初回の２次冷却計算の結果に基づいて少なくとも２パターン以上の異なる２次冷却条件を生成し、生成した少なくとも２パターン以上の２次冷却条件を用いて２次冷却計算を同時並行で再実行し、再実行した２次冷却計算の結果に基づいて、２次冷却処理の操作量に関する制約条件を満足し、且つ、鋳片の凝固状態及び表面温度に関する制約条件を最も満足する２次冷却条件のパターンを選択する。【選択図】図２

Description

本発明は、連続鋳造機における鋳片の２次冷却条件を制御する連続鋳造機の制御装置及び制御方法に関する。

連続鋳造機における鋳片の表面温度や内部の凝固状態を常時把握し、制御することは、脆化による鋳片の表面割れや偏析等の品質異常を防止するため、鋳片の長手方向の適切な位置において適切な圧下を行うため、及び表面強度を目的とした表面組織の微細化のため等の理由により、必要とされている。また、生産性を向上させるために機端位置の手前ぎりぎりの位置で連続鋳造を行う鋼種では、機端抜けによる鋳片膨らみ等のトラブルを防止することを目的として凝固完了位置を機内に収めるために、凝固完了位置を制御することが必要である。

このような背景から、特許文献１には、鋳片の表面温度や内部の凝固状態の定量的指標が適正範囲内となる鋳造条件を連続鋳造されるストランドに対する凝固計算によって算出し、算出された鋳造条件下で現実の連続鋳造を行なう連続鋳造機の制御方法が記載されている。また、特許文献１には、現実の連続鋳造の途中で現実の鋳造条件に基づいて再度凝固計算を行なうことにより定量的指標を推定し、その推定値が前述の適正範囲から逸脱しないように鋳造条件を制御する連続鋳造機の制御方法も記載されている。さらに、特許文献２には、鋳造速度及び／又は冷却水量の変更に対する鋳片の凝固完了位置の移動応答の関係を表す応答モデルを作成し、作成した応答モデルを用いて鋳造速度及び／又は冷却水量の操作量を算出する連続鋳造機の制御方法が記載されている。

特開２００３−１３６２０８号公報特開２００７−２６８５３６号公報

特許文献１には、連続鋳造中における２次冷却条件の決定方法として、他の任意に変更可能な条件を仮想的に変化させ、変化させた条件を使用して凝固計算を行い、凝固計算によって計算された定量的指標が適正範囲を逸脱しない条件を見出し、そのような条件にて現実の鋳造を行なう（鋳造条件を制御する）と記載されている。しかしながら、特許文献１には、具体的な２次冷却条件の決定方法が記述されておらず、実現性が不明である。

また、特許文献１には、定量的指標が適正範囲内になるまで繰り返し凝固計算を行うとの記述があるが、実際に鋳片の要求性能を満たすためには計算精度が高いモデルが必要である。例えば、望ましい制御周期内で凝固計算を行うためにモデルの計算メッシュを荒くする方法が考えられるが、モデルの計算メッシュ荒くすると表面近傍、特に鋳片のコーナー付近の計算精度が極端に悪くなる。これに対して、必要な計算精度を確保するために必要な大きさの計算メッシュを使用して繰り返し凝固計算を行った場合には、有効な制御を行うことが可能な制御周期内で凝固計算が完了しない可能性が高い。

一方、特許文献２記載の連続鋳造機の制御方法では、実機又はシミュレーションでステップ応答試験を行い、ステップ応答試験の結果から線形のステップ応答モデルを作成し、作成したステップ応答モデルを用いて最適化問題を解くことによって適切な２次冷却条件を求めている。この方法によれば、表面温度の制約を満たしつつ、目的とした長手方向位置に凝固完了位置を制御可能な２次冷却条件を求めることができる。

しかしながら、実操業であり得る全ての２次冷却条件の変動に伴う鋳片の凝固完了位置及び表面温度の変動のステップ応答モデルを２次冷却ゾーン間の干渉を考慮しつつ作成することは困難である。また、ステップ応答モデルは２次冷却計算モデルとは違い、物理則に基づいたモデルではないため、２次冷却条件が変更されると再度全てのステップ応答モデルを再作成する必要があり、メンテナンスに多大なコストを必要とする。

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、多くの労力及びコストを要することなく、有効な制御を行うために必要な制御周期内に２次冷却条件を精度高く算出可能な連続鋳造機の制御装置及び制御方法を提供することにある。

本発明に係る連続鋳造機の制御装置は、２次冷却条件に基づく熱流束を使用した熱伝達モデルを用いた２次冷却計算によって連続鋳造機により製造される鋳片の長手方向各位置における凝固状態及び表面温度を推定し、推定結果に基づいて２次冷却条件を制御する連続鋳造機の制御装置であって、初回の２次冷却計算の結果に基づいて少なくとも２パターン以上の異なる２次冷却条件を生成し、生成した少なくとも２パターン以上の２次冷却条件を用いて２次冷却計算を同時並行で再実行し、再実行した２次冷却計算の結果に基づいて、２次冷却処理の操作量に関する制約条件を満足し、且つ、鋳片の凝固状態及び表面温度に関する制約条件を最も満足する２次冷却条件のパターンを選択する手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る連続鋳造機の制御方法は、２次冷却条件に基づく熱流束を使用した熱伝達モデルを用いた２次冷却計算によって連続鋳造機により製造される鋳片の長手方向各位置における凝固状態及び表面温度を推定し、推定結果に基づいて２次冷却条件を制御する連続鋳造機の制御方法であって、初回の２次冷却計算の結果に基づいて少なくとも２パターン以上の異なる２次冷却条件を生成し、生成した少なくとも２パターン以上の２次冷却条件を用いて２次冷却計算を同時並行で再実行し、再実行した２次冷却計算の結果に基づいて、２次冷却処理の操作量に関する制約条件を満足し、且つ、鋳片の凝固状態及び表面温度に関する制約条件を最も満足する２次冷却条件のパターンを選択するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る連続鋳造機の制御装置及び制御方法によれば、多くの労力及びコストを要することなく、有効な制御を行うために必要な制御周期内に２次冷却条件を精度高く算出することができる。結果、鋳片の内部の凝固状態や表面温度を所望の範囲内に制御することにより、表面割れ、偏析、及び凝固完了位置の機端抜けを防止し、鋳片の品質改善や生産性向上を実現することができる。

図１は、本発明の一実施形態である連続鋳造機の制御装置及び制御方法が適用される連続鋳造機の構成を示す模式図である。図２は、本発明の一実施形態である連続鋳造機の制御装置の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の一実施形態である２次冷却制御適正化処理の流れを示すフローチャートである。図４Ａは、指定凝固率の長手方向位置が目標位置より下流側にある場合における水量を操作可能なゾーンを探索する処理を説明するための図である。図４Ｂは、指定凝固率の長手方向位置が目標位置より上流側にある場合における水量を操作可能なゾーンを探索する処理を説明するための図である。図５は、本発明の一実施形態であるゾーン探索処理の流れを示すフローチャートである。図６は、本発明の適用前における鋳片の長手方向の表面温度を示す図である。図７は、本発明の適用前における凝固率が０．８である鋳片位置を示す図である。図８は、本発明の適用後における鋳片の長手方向の表面温度を示す図である。図９は、本発明の適用後における凝固率が０．８である鋳片位置を示す図である。

以下、本発明の一実施形態である連続鋳造機の制御装置及び制御方法について説明する。

〔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連続鋳造機の制御装置及び制御方法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連続鋳造機の制御装置及び制御方法が適用される連続鋳造機の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である連続鋳造機の制御装置及び制御方法が適用される連続鋳造機１は、垂直曲げ型連続鋳造機によって構成されている。この連続鋳造機１では、タンディッシュ２の下方に鋳型３が設けられ、タンディッシュ２の底部には鋳型３への溶鋼の供給口となる浸漬ノズル４が設けられている。

鋳型３の下方には、複数のサポートロール５が設置され、複数のサポートロール５に沿って鋳片Ｓが所定の引抜き速度で引き抜かれる。図１に示す符号６〜１４はそれぞれ、鋳片Ｓの長手方向に沿って分割された２次冷却ゾーンを示している。各２次冷却ゾーンには、エアミストスプレー用ノズル等の図示しない冷却ノズルが複数配置され、各冷却ノズルから鋳片Ｓの表面に向けて２次冷却水が噴射されることで目標とする鋳片Ｓの２次冷却が実施される。

なお、図１では、反基準面側（上面側）の２次冷却ゾーンを符号ａで表し、基準面側（下面側）の２次冷却ゾーンを符号ｂで表している。また、図１には２次冷却ゾーンが合計９ゾーンある場合を例示しているが、２次冷却ゾーンの数はこれに限定されることはない。実際の連続鋳造機の２次冷却ゾーン数は設備構成に応じて変化する。

〔制御装置の構成〕
次に、図２を参照して、本発明の一実施形態である連続鋳造機の制御装置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連続鋳造機の制御装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように、本発明の一実施形態である連続鋳造機の制御装置２０は、２次冷却条件制御装置２１と、２次冷却制御適正化装置２２と、を主な構成要素として備えている。

２次冷却条件制御装置２１は、図１に示す連続鋳造機１の現在の操業値や計測値を２次冷却制御適正化装置２２に伝送すると共に、２次冷却制御適正化装置２２から出力された２次冷却処理の制御値（２次冷却条件）に基づいて２次冷却ゾーンの冷却ノズル等の２次冷却装置を制御する。

２次冷却制御適正化装置２２は、複数のプロセスを同時に実行可能な例えば複数コアのＣＰＵを有する情報処理装置によって構成されている。２次冷却制御適正化装置２２は、２次冷却計算部２２ａと、ゲイン決定／最適計算結果選択装置２２ｂと、を備え、後述する２次冷却制御適正化処理を実行することにより２次冷却処理の制御値を算出する。

２次冷却計算部２２ａは、後述する２次冷却制御適正化処理において２次冷却モデルを用いた２次冷却計算を実行する。ゲイン決定／最適計算結果選択装置２２ｂは、２次冷却計算部２２ａが２次冷却計算において用いる複数パターンの２次冷却条件を決定すると共に、２次冷却計算部２２ａの計算結果に基づいて２次冷却条件の最適値を決定する。

〔２次冷却計算〕
次に、２次冷却計算部２２が実行する２次冷却計算について説明する。

連続鋳造プロセスの２次冷却計算は、例えば鋳片Ｓの長手方向（鋳造方向、ｚ方向）に沿って単位長さでスライスされた鋳片Ｓの断面（ｘｙ平面）を考え、連続鋳造中のストランド内の場所に応じて水冷、空冷、ミスト冷却、及びロール抜熱等からなる２次冷却条件による鋳片Ｓの表面での境界条件を示す以下の数式（１）に基づき熱流束Ｑを算出し、算出された熱流束Ｑを用いて以下の数式（２）に示す２次元伝熱方程式を解くことによって実行される。

ここで、数式（１）中、ｋ_ｄは基準温度での鋳片Ｓの熱伝導率、ｈは熱伝達係数、Ｔはモデル表面温度、Ｔ_ａは雰囲気温度を示す。また、数式（２）に示す２次元伝熱方程式は、鋳片Ｓの断面においては、鋳片Ｓの長手方向に熱伝導が無いと仮定した式である。数式（２）中、ｃは鋳片Ｓの比熱、ρは鋳片Ｓの密度、ｋは鋳片Ｓの熱伝導率、Ｔは鋳片Ｓの温度を示す。

一般に、比熱、密度、熱伝導率といった物性値は鋳片Ｓの温度変化と共に変化するため、上述の物性値を温度の関数として変化させて、数式（２）を解く必要がある。しかしながら、物性値に温度依存性がある場合、数式（２）は差分化式に展開することができない。そこで、本実施形態では、公知の手法である“含温度-変換温度法”を用いて温度を以下に示す数式（３），（４）のように置き換えて線形化する。なお、数式（３），（４）中、φは変換温度、Ｈは含熱量、Ｔ_ｄは基準温度を示している。

上記数式（３），（４）を数式（２）に代入すると、以下に示す数式（５）が得られる。この数式（５）を差分化することにより、スライス毎の伝熱計算を行うことが可能になる。なお、スライスされた鋳片Ｓ断面の内部点と表面点（ｘ面）とでは差分化式の形態が異なる。すなわち、鋳片Ｓ断面の表面点では、数式（１）で示した式と同様な以下の数式（６）に示す差分化式を採用する。数式（６）中のｈは熱伝達係数を示し、Ｔ_ａは雰囲気温度を示している。

また、鋳片Ｓの鋳造方向（ｚ方向）の速度ｖは以下に示す数式（７）で表すことができる。そして、数式（６），（７）を踏まえて数式（５）を鋳片Ｓ断面の内部点及び表面点のそれぞれで差分化（離散化）すると、鋳片Ｓ断面の内部点及び表面点の差分化式はそれぞれ以下に示す数式（８）及び数式（９）のようになる。

２次冷却計算部２２ａは、数式（８），（９）に示す鋳片Ｓ断面の内部点及び表面点の差分化式を用いて差分化法により伝熱計算を行う。なお、数式（６）における熱伝達係数ｈは、水冷、空冷、及びミスト冷却等の冷却方式、冷却操作量やロール抜熱量等の２次冷却条件によって決定される。２次冷却計算部２２ａは、上記数式（８），（９）による２次冷却計算によって、鋳片Ｓの内部温度分布を求め、内部温度分布と溶鋼成分とにより決定される固相線温度から凝固完了位置を算出する。

また、２次冷却計算部２２ａは、上記数式（８），（９）を用いて、スライスされた単位長さの断面を鋳片Ｓの長手方向に沿って連続的に次々と発生、計算することによって、鋳造速度が変化した時等の非定常状態における鋳片Ｓの内部温度を計算することもできる。現在情報処理装置の計算機能力が飛躍的に向上しているために、水冷実績データ、鋳造速度、タンディッシュ溶鋼温度等の操業条件をオンラインで取り込み、リアルタイムで２次冷却計算及び凝固位置計算を実行することができる。

〔２次冷却制御適正化処理〕
次に、図３を参照して、２次冷却制御適正化処理の流れについて説明する。

図３は、本発明の一実施形態である２次冷却制御適正化処理の流れについて説明する。

ステップＳ１の処理では、２次冷却計算部２２ａが、２次冷却条件制御装置２１から出力された連続鋳造機１の現在の２次冷却水の水量実績値を２次冷却条件として用いて初回の２次冷却計算を実行する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、２次冷却制御適正化処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、２次冷却計算部２２ａが、ステップＳ１の２次冷却計算結果に基づいて、各２次冷却ゾーンにおける鋳片Ｓの表面温度及び指定凝固率(０．２〜１．０の範囲で設定)の長手方向位置(ｍ)が予め設定してある範囲内に入っているか否かを判別する。判別の結果、鋳片Ｓの表面温度及び指定凝固率の長手方向位置の両方が設定範囲内に入っている場合、２次冷却計算部２２ａは、現在の２次冷却条件（２次冷却水の水量）を継続して使用するように２次冷却制御適正化処理を終了する。一方、鋳片Ｓの表面温度及び指定凝固率の長手方向位置の少なくとも一方が設定範囲内に入っていない場合、２次冷却計算部２２ａは、２次冷却制御適正化処理をステップＳ３の処理に進める。

ステップＳ３の処理では、始めに、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂが、鋳片Ｓの表面温度及び指定凝固率の長手方向位置の両方が設定範囲内に入るように、各２次冷却ゾーンの２次冷却条件について、鋳片Ｓの表面温度及び指定凝固率の長手方向位置の設定範囲からのずれの大きさに基づいて２次冷却計算変更値（２次冷却水の水量変更量）を算出する。次に、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂが、算出された２次冷却計算変更値に複数パターンのゲイン（調整係数）を乗算することによって、複数パターンの２次冷却計算変更値を算出する。そして、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは、２次冷却水の２次冷却計算変更値を確保（使用）可能な２次冷却ゾーンを探索する（ゾーン探索処理）。

具体的には、指定凝固率の長手方向位置と目標位置との差を解消することを主目的とし、その上で表面温度の制約も可能な限り満たすことも目的とする場合、始めに、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは、ステップＳ１の２次冷却計算結果を用いて指定凝固率の長手方向位置と目標位置との偏差を算出する。次に、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは、算出された偏差を解消するために必要な２次冷却水の比水量（単位体積あたりの２次冷却水の水量）の目安を鋳片の鋼種毎に定めた偏差と２次冷却水の比水量との関係を示すテーブルから算出する。

ある鋼種の鋳片についてのテーブル例を以下の表１に示す。以下の表１に示すテーブル中の必要比水量は、代表的な鋳造条件（鋼種毎に定めた製造基準条件）で計算されたものである。テーブルに記載されている２次冷却水の比水量によれば、溶鋼成分や溶鋼温度、冷却水温度等が目標値からずれる可能性があるが、この段階ではこのずれは考慮せず、鋼種及び代表的な鋳造条件から得られた２次冷却水の比水量をそのまま使用する。そして、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂが、テーブルから算出された２次冷却水の比水量に複数パターンのゲインを乗算することによって、複数パターンの２次冷却水の比水量を算出する。なお、ゾーン探索処理の詳細については後述する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、２次冷却制御適正化処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、２次冷却計算部２２ａが、ステップＳ３の処理によって算出された複数パターンの２次冷却計算変更値を用いて、各２次冷却ゾーンについて複数パターンの２次冷却計算を並列的に実行する。具体的には、２次冷却計算部２２ａは、ステップＳ３の処理で算出された複数パターンの２次冷却水の比水量を用いて各２次冷却ゾーンの２次冷却計算を実施する。なお、前述したように表１に示すテーブルは、予めオフラインで代表的な鋳造条件のもとで計算することによって求めたものである。このため、その代表的な鋳造条件とは異なる鋳造条件で計算を実施した場合、２次冷却計算に誤差が生じる可能性がある。

この２次冷却計算の誤差を発生させないようにするためには、溶鋼成分、溶鋼温度、鋳造速度、鋳片の幅や厚さ等の変動要素の全て組み合わせについてテーブルを作成すればよいが、組み合わせパターンが膨大となるため、現実的ではない。そのため、本実施形態では、前述したように鋼種毎に定められた代表的な鋳造条件のパターンだけ計算しておき、現実の鋳造条件に最も近い代表的な鋳造条件を選択して用いる。

このため、現実の操業データを用いた計算では、指定凝固率の長手方向位置を目標位置に近づけるために決定した２次冷却計算変更値の過不足が発生して指定凝固率の長手方向位置が目標位置にならない可能性も考えられる。そのため、本実施形態では、２次冷却計算変更値の過不足を想定して、２次冷却計算変更値を複数パターンのゲインにより増減させて２次冷却計算を実行する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、２次冷却制御適正化処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂが、ステップＳ４の処理によって計算された２次冷却計算変更値のパターンの中で最も制約を満たす２次冷却計算変更値のパターンを選択する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、２次冷却制御適正化処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂが、ステップＳ５の処理において選択された２次冷却計算変更値のパターンについて、鋳片Ｓの表面温度及び指定凝固率の長手方向位置の両方が設定範囲内に入っているか否かを判別する。判別の結果、鋳片Ｓの表面温度及び指定凝固率の長手方向位置の両方が設定範囲内に入っている場合、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは、ステップＳ５の処理において選択された２次冷却計算変更値のパターンを２次冷却処理の制御値として２次冷却条件制御装置２１に出力し、２次冷却制御適正化処理を終了する。一方、鋳片Ｓの表面温度及び指定凝固率の長手方向位置の少なくとも一方が設定範囲内に入っていない場合には、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは、２次冷却制御適正化処理をステップＳ７の処理に進める。

ステップＳ７の処理では、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂが、鋳片Ｓの表面温度及び指定凝固率の長手方向位置の両方が設定範囲内に入るように、ステップＳ３の処理と同様、各２次冷却ゾーンの２次冷却条件について、鋳片Ｓの表面温度及び指定凝固率の長手方向位置の設定範囲からのずれの大きさに基づいて複数パターンの２次冷却計算変更値を算出する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、２次冷却制御適正化処理はステップＳ４の処理に戻る。

なお、２次冷却計算のループ回数は、２次冷却制御処理の周期によって制約を受ける。例えば、２次冷却制御処理の周期が３０秒である場合、１回のループ計算が８秒かかるとすると、３０秒以内に計算が終了するために３回をループ回数の上限とする。また、“指定凝固率の位置を目標範囲内に入れる”や“各冷却ゾーンの表面温度を目標範囲内に入れる”等、複数の制約がある場合、複数の操作端があったとしても鋳片Ｓは長手方向に連続的に各２次冷却ゾーンを移動しているので、必ずしも全ての長手方向位置において全ての制約を満足するとは限らない。

〔ゾーン探索処理〕
次に、図４Ａ〜図５を参照して、上記ステップＳ３の処理におけるゾーン探索処理の流れについて説明する。

図４Ａ，４Ｂは、指定凝固率の長手方向位置が目標位置より下流側及び上流側に存在する場合における、各２次冷却ゾーンにおいて指定凝固率の長手方向位置を目標位置に制御するために必要な２次冷却水の水量を確保可能か否かを判断するための鋳片の表面温度の例を示す図である。

図４Ａに示す例のように指定凝固率の長手方向位置が目標位置より下流側に存在する場合、指定凝固率の長手方向位置を目標位置に近づけるためには、現在の指定凝固率の長手方向位置より上流側の２次冷却ゾーンにおける２次冷却水の水量を増量する必要がある。この場合、上流側の２次冷却ゾーンを探索し、他の制約である表面温度に余裕がある２次冷却ゾーン又は表面温度に制約違反があっても、指定凝固率の長手方向位置を目標位置に近づける操作が表面温度の制約違反を解消する方向の操作になる２次冷却ゾーンがあれば、その温度余裕分だけ該当２次冷却ゾーンにおける２次冷却水の水量を変更する。

図４Ａに示す例では、表面温度下限制約よりα℃以上表面温度が高い計算結果になっている場合（長手方向位置Ｐ２）は余裕がｕ１℃分あるとみなす。この係数αは、２次冷却水の水量の変更操作によって表面温度の制約違反が起こらないようにするための表面温度制約値に対して余裕を持たせるための係数であり、任意に設定可能な値である。図４Ａに示す例では、表面温度が表面温度上限制約を上回っていても温度余裕があるとみなし（長手方向位置Ｐ１）、その余裕分はｕ２℃となる。図４Ｂに示す指定凝固率の長手方向位置が目標位置より上流側に存在する場合も同様であり、この場合、温度余裕はｏ１℃（長手方向位置Ｐ３）、ｏ２℃（長手方向位置Ｐ４）とする。

上記の水量変更量が指定凝固率の長手方向位置が目標位置になる水量変更量に達しない場合、さらに上流側の２次冷却ゾーンを探索して温度制約に余裕がある２次冷却ゾーンを見つけるといった計算を水量変更量が指定凝固率の長手方向位置が目標位置になる水量になる、又は２次冷却ゾーンが操作可能な上流冷却ゾーンがなくなるまで、繰り返し実施する。上述のゾーン探索処理の流れを図５に示す。

図５に示すように、このゾーン探索処理では、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂが、計算対象の２次冷却ゾーン（初回の計算では現在の指定凝固率の長手方向位置がある冷却ゾーン）における２次冷却水の水量が操作可能であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。判別の結果、２次冷却水の水量が操作可能でない場合（ステップＳ１１，Ｎｏ）、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは、計算対象の２次冷却ゾーンの上流側に２次冷却ゾーンがあるか否かを判別する（ステップＳ１２）。判別の結果、上流側に２次冷却ゾーンがない場合（ステップＳ１２，Ｎｏ）、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂはゾーン探索処理を終了する。一方、上流側に２次冷却ゾーンがある場合には（ステップＳ１２，Ｙｅｓ）、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは計算対象の２次冷却ゾーンを上流側の２次冷却ゾーンにシフトした後（ステップＳ１３）、ゾーン探索処理をステップＳ１１の処理戻す。

一方、ステップＳ１１の処理において２次冷却水の水量が操作可能であると判別された場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは、２次冷却水の水量操作可能量が比水量計算値以上であるか否かを判別する（ステップＳ１４）。判別の結果、２次冷却水の水量操作可能量が比水量計算値以上である場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは、計算対象の２次冷却ゾーンを２次冷却水の水量操作可能な２次冷却ゾーンに決定し、ゾーン探索処理を終了する。一方、２次冷却水の水量操作可能量が比水量計算値未満である場合（ステップＳ１４，Ｎｏ）、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは、計算対象の２次冷却ゾーンの上流側に２次冷却ゾーンがあるか否かを判別する（ステップＳ１５）。

判別の結果、上流側に２次冷却ゾーンがない場合（ステップＳ１５，Ｎｏ）、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂはゾーン探索処理を終了する。一方、上流側に２次冷却ゾーンがある場合には（ステップＳ１５，Ｙｅｓ）、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは計算対象の２次冷却ゾーンを上流側の２次冷却ゾーンにシフトする（ステップＳ１６）。そして、ゲイン決定／最適計算結果選択部２２ｂは、前の２次冷却ゾーンにおいて操作可能な２次冷却水の水量と比水計算値との差分値を計算対象の２次冷却ゾーンにおける２次冷却水の水量操作量に設定した後（ステップＳ１７）、一連のゾーン探索処理を終了する。

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連続鋳造機の制御装置によれば、２次冷却制御適正化装置２２が、初回の２次冷却計算の結果に基づいて少なくとも２パターン以上の異なる２次冷却条件を生成し、生成した少なくとも２パターン以上の２次冷却条件を用いて２次冷却計算を同時並行で再実行し、再実行した２次冷却計算の結果に基づいて、２次冷却処理の操作量に関する制約条件を満足し、且つ、鋳片の凝固状態及び表面温度に関する制約条件を最も満足する２次冷却条件のパターンを選択するので、多くの労力及びコストを要することなく、有効な制御を行うために必要な制御周期内に２次冷却条件を精度高く算出することができる。

最後に、２次冷却制御処理の実施例について説明する。

本実施例では、鋳片の幅を２２００ｍｍ、厚さを２５０ｍｍ、鋳造速度を１．５ｍ/分、溶鋼の温度を１５５０℃、２次冷却水の温度を３０℃、鋳片のＣ含有量を０．０６％として２次冷却条件を計算した。また、２次冷却水の水量を操作可能な２次冷却ゾーンを長手方向位置２ｍ〜２２ｍの２次冷却ゾーンとした。また、長手方向１０ｍ〜２２ｍの位置にある２次冷却ゾーン（曲げ位置前〜後付近）における鋳片の表面温度の下限値を７５０℃、上限値を９００℃に設定した。また、鋳片の指定凝固率を０．８として、その凝固率の制御目標位置を２８．０ｍ（±０．２ｍ以内に入ればＯＫ）とした。

本発明の適用前である２次冷却制御処理結果のうち、長手方向１０ｍ〜２２ｍの位置の表面温度（代表値としてスラブ幅中央値）を図６、凝固率０．８の位置を図７に示す。また、本発明の適用後である２次冷却制御処理結果のうち、長手方向１０ｍ〜２２ｍの位置の表面温度（代表値としてスラブ幅中央値）を図８、凝固率０．８の位置を図９に示す。図６と図８の比較から明らかなように、本発明の適用前の表面温度は上限値である９００℃を大きく上回っているが、本発明の適用後の表面温度はほぼ７５０℃〜９００℃の範囲内に収まった。また、図７と図９の比較から明らかなように、本発明の適用前の凝固率０．８の位置は３０ｍと制御目標位置から大きく外れているが、本発明の適用後の凝固率０．８の位置は制御目標位置２８ｍに制御された。

なお、本実施例は目標値や目標範囲を現実で実現可能な適切な値に定めているケースであるため、適切な解を見つけることが可能であった。しかしながら、連続鋳造機の仕様や鋳造する鋼種に応じて目標値や目標範囲を適切に定めていないと、目標値や目標範囲を満たすような２次冷却処理の操作量が見つからない場合がある。その場合は、アラーム等を出力し、オペレータに対して目標や目標範囲及び操業条件の変更を促す仕組みを組み込んでもよい。

以上のように、本発明の一実施形態である連続鋳造機の制御装置によれば、目標値や目標範囲が適切に設定されれば、様々な測定可能な外乱、換言すれば、２次冷却計算に入力として反映される外乱による変動に対して適切な２次冷却処理の操作量を加えることで、指定凝固率の長手方向位置や表面温度を所望の範囲内に収めることが可能となり、これにより操業の能率やスラブ、製品の品質の向上を図ることができる。

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及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等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１連続鋳造機
２０制御装置
２１２次冷却条件制御装置
２２２次冷却制御適正化装置
２２ａ２次冷却計算部
２２ｂゲイン決定／最適計算結果選択部

Claims

２次冷却条件に基づく熱流束を使用した熱伝達モデルを用いた２次冷却計算によって連続鋳造機により製造される鋳片の長手方向各位置における凝固状態及び表面温度を推定し、推定結果に基づいて２次冷却条件を制御する連続鋳造機の制御装置であって、
初回の２次冷却計算の結果に基づいて少なくとも２パターン以上の異なる２次冷却条件を生成し、生成した少なくとも２パターン以上の２次冷却条件を用いて２次冷却計算を同時並行で再実行し、再実行した２次冷却計算の結果に基づいて、２次冷却処理の操作量に関する制約条件を満足し、且つ、鋳片の凝固状態及び表面温度に関する制約条件を最も満足する２次冷却条件のパターンを選択する手段を備えることを特徴とする連続鋳造機の制御装置。
２次冷却条件に基づく熱流束を使用した熱伝達モデルを用いた２次冷却計算によって連続鋳造機により製造される鋳片の長手方向各位置における凝固状態及び表面温度を推定し、推定結果に基づいて２次冷却条件を制御する連続鋳造機の制御方法であって、
初回の２次冷却計算の結果に基づいて少なくとも２パターン以上の異なる２次冷却条件を生成し、生成した少なくとも２パターン以上の２次冷却条件を用いて２次冷却計算を同時並行で再実行し、再実行した２次冷却計算の結果に基づいて、２次冷却処理の操作量に関する制約条件を満足し、且つ、鋳片の凝固状態及び表面温度に関する制約条件を最も満足する２次冷却条件のパターンを選択するステップを含むことを特徴とする連続鋳造機の制御方法。