JP4041279B2 - 鋳型内鋳片の状態検知装置、方法、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 - Google Patents
鋳型内鋳片の状態検知装置、方法、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造における鋳型内鋳片の欠陥状態を検知するための鋳型内鋳片の状態検知装置、方法、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、連続鋳造における鋳型に熱電対を埋設しておき、その熱電対により計測された温度に基づいて、鋳型内鋳片の凝固状態やパウダー潤滑状態等の状態を検知することがなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鋳型内部の温度と鋳型内表面の温度とには、その間での伝熱抵抗等による減衰のため差が生じてしまう。そのため、鋳型に埋設された熱電対により計測された温度に基づいて鋳型内鋳片の状態を検知するのでは、精度の高い状態検知が行えないことがあった。
【０００４】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、鋳型に埋設した熱電対等の温度検出手段により計測された温度に基づいて、鋳型内鋳片の状態を精度よく検知できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の鋳型内鋳片の状態検知装置は、鋳型内の鋳造方向上下２点以上に配置された温度検出手段により計測された温度情報に基づいて鋳型内鋳片の状態を検知する鋳型内鋳片の状態検知装置であって、前記温度検出手段により計測された温度情報を用いて、非定常伝熱方程式を用いた逆問題解析を行い、前記鋳型内表面における熱流束を求める逆問題解析手段と、前記逆問題解析手段により求められた熱流束から所定の次元を有する再構成アトラクタを作成するアトラクタ作成手段と、前記アトラクタ作成手段により作成されたアトラクタに基づいて、現在の状態と過去の状態との類似構造を２次元表示することにより得られるリカレンスプロットを作成するリカレンスプロット作成手段と、前記リカレンスプロットに基づいて、プロット密度が高い領域は安定状態とし、プロット密度が低い領域は不安定状態として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定する判定手段とを備えた点に特徴を有する。
【００１１】
また、本発明の鋳型内鋳片の状態検知装置の他の特徴とするところは、前記判定手段は、前記プロット密度での判定に替えて、前記リカレンスプロットの時間ごとのプロット数に基づいて、前記プロット数が予め設定したしきい値を超えている領域は安定状態とし、前記しきい値以下の領域は不安定状態として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定する点にある。
【００１３】
本発明の鋳型内鋳片の状態検知方法は、鋳型内の鋳造方向上下２点以上に配置された温度検出手段により計測された温度情報に基づいて鋳型内鋳片の状態を検知する鋳型内鋳片の状態検知方法であって、前記温度検出手段により計測された温度情報を用いて、非定常伝熱方程式を用いた逆問題解析を行い、前記鋳型内表面における熱流束を求める逆問題解析手順と、前記逆問題解析手段により求められた熱流束から所定の次元を有する再構成アトラクタを作成するアトラクタ作成手順と、前記アトラクタ作成手順により作成されたアトラクタに基づいて、現在の状態と過去の状態との類似構造を２次元表示することにより得られるリカレンスプロットを作成するリカレンスプロット作成手順と、前記リカレンスプロットに基づいて、プロット密度が高い領域は安定状態とし、プロット密度が低い領域は不安定状態として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定する判定手順とを有する点に特徴を有する。
また、本発明の鋳型内鋳片の状態検知方法の他の特徴とするところは、前記判定手順は、前記プロット密度での判定に替えて、前記リカレンスプロットの時間ごとのプロット数に基づいて、前記プロット数が予め設定したしきい値を超えている領域は安定状態とし、前記しきい値以下の領域は不安定として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定する点にある。
【００１４】
本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、上記鋳型内鋳片の状態検知装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを格納した点に特徴を有する。
【００１５】
本発明の他のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、上記鋳型内鋳片の状態検知方法の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した点に特徴を有する。
【００１６】
上記のようにした本発明においては、鋳型内に設置された熱電対により計測された温度に基づいて、逆問題解析により鋳型内表面における熱流束や温度を求めることができる。そして、その求められた鋳型内表面における熱流束や温度から作成した再構成アトラクタに基づいてリカレンスプロットを作成したりすることにより、鋳型内鋳片の状態を判定、検知することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の鋳型内鋳片の状態検知装置、方法、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体の実施の形態について説明する。
【００１８】
（第１の参考の形態）
図１は、第１の参考形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、連続鋳造設備の構成を示す模式図である。
【００１９】
まず、図２を参照して、連続鋳造設備の概要について説明する。同図において、２０１は鋳型内鋳片である。２０２は溶融金属である。２０３は凝固シェルである。２０４はパウダー層で、鋳型内鋳片２０１と鋳型２０５との間での摩擦を減らすためのものである。２０５は鋳型である。２０６は水冷溝で、鋳型２０５を冷却し鋳型内鋳片２０１から抜熱するための冷却水を通過させるためのものである。但し、２０１は溶鋼から周囲の冷却により凝固して行くものであり、液相と固相の両方を含む。
【００２０】
２０７は上部熱電対で、鋳型２０５内に設置されている。当該上部熱電対２０７での計測結果である第１の計測結果２０８（温度情報）は、図１に示す本装置に伝えられる。２０９は下部熱電対で、鋳型２０５内に設置されている。当該下部熱電対２０９での計測結果である第２の計測情報２１０（温度情報）は、図１に示す本装置に伝えられる。これら上部熱電対２０７、下部熱電対２０９は鋳造方向上下に位置し、鋳型２０５のサイズ等にもよるが、湯面下３０ｍｍ〜３００ｍｍ程度の範囲に配置される。
【００２１】
なお、２１１、２１２は、上部熱電対２０７、下部熱電対２０９の位置から鋳型２０５の内表面まで水平に平行移動させた点である。
【００２２】
次に、図１を参照して、本参考の形態における鋳型内鋳片の状態検知装置について説明する。同図において、１０１は逆問題解析部であり、上記熱電対２０７、２０９からの温度情報、熱電対２０７、２０９が埋め込まれた鋳型２０５の物性値等を用いて逆問題解析を行い、鋳型２０５の内表面（点２１１、２１２）における熱流束を求める。
【００２３】
逆問題解析部１０１は、例えば、鋳型２０５、鋳型２０５に埋め込まれた熱電対２０７、２０９を含む系を対象にした所定の方程式（偏微分微分方程式等）と、鋳型２０５の内表面における熱流束の仮定値とを用いて、熱電対２０７、２０９により計測されるであろう温度を算出する。そして、その算出した温度と、実際に熱電対２０７、２０９により計測された温度との誤差が所定値よりも小さくなるように上記仮定値を修正して、算出処理を繰り返す。その結果、算出された温度と、実際に熱電対２０７、２０９により計測された温度との誤差が所定値よりも小さくなったときの仮定値を、鋳型２０５の内表面における熱流束とする。
【００２４】
また、例えば、次式（１）、（２）に基づいて、鋳型２０５の内表面における熱流束を算出する。
【００２５】
【数１】
【００２６】
上記式（１）は非定常方程式であり、本参考の形態の場合、熱伝導方程式である。この式（１）に対して所定の演算等を施すと、式（２）で表される積分境界方程式となる。この式（２）において、Ｇは共役方程式の解、ｕはスカラー値（本実施の形態の場合、温度）、∂ｕ／∂ｎはスカラー勾配（本参考の形態の場合、熱流束）である。
【００２７】
上記式（２）において、左辺は評価面（鋳型２０５の内表面）に関する積分であり、右辺は所定の既知境界面、例えば熱電対２０７、２０９を含む面に関する積分である。したがって、熱電対２０７、２０９の計測値に基づいて、右辺が求められ、その求められた値から左辺のスカラー勾配∂ｕ／∂ｎ（熱流束）が求められる。さらに、上記のようにして得られたスカラー勾配∂ｕ／∂ｎ（熱流束）を、熱電対２０７、２０９の計測値を境界条件として解くことにより、評価面のスカラー値ｕ（温度）を求めることができる。
【００２８】
図１に戻って、１０２は周波数解析部であり、上記逆問題解析部１０１により求められた時系列の熱流束について周波数解析する。具体的には、上記逆問題解析部１０１により求められた時系列の熱流束（上述した式（１）、（２）を用いて逆問題解析を行う場合には、スカラー値ｕまたはスカラー勾配∂ｕ／∂ｎ）をウェーブレット変換する。なお、本実施の形態で用いるウェーブレット変換は、離散ウェーブレット変換とする。
【００２９】
１０３は状態検知部であり、上記周波数解析部１０２による周波数解析の結果に基づいて、鋳型内鋳片２０１の欠陥状態を判定、検知する。
【００３０】
以下、図３のフローチャートに基づいて、本参考の形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の処理動作について説明する。まず、逆問題解析部１０１において、上部熱電対２０７、下部熱電対２０９から供給される第１及び第２の計測情報２０８、２１０を取り込み（ステップＳ３０１）、その第１及び第２の計測情報２０８、２１０を用いて逆問題解析処理を行って、鋳型２０５内表面（点２１１、２１２）における熱流束を求める（ステップＳ３０２）。
【００３１】
このようにして求められた熱流束と、熱電対２０７、２０９により計測された温度とを比較すると、熱電対により計測された温度は、鋳型内表面から熱電対２０７、２０９までの伝熱抵抗による伝熱遅れのため変化が鈍った状態で検出される。それに対して、当該計測された温度に基づいて求められた熱流束は、変化が鋭く明確に検出される。したがって、精度よく鋳型内表面での温度変化を捉えることができる。
【００３２】
ここで、鋳片の割れ等は、鋳型内における凝固不均一が原因で起こり、凝固不均一の主な要因は、鋳型と鋳片との間に流入するパウダー層（図２の２０４参照）の状態に支配される。かかるパウダー層の状態は、伝熱抵抗の変動として、鋳型内表面の熱流束に反映される。つまり、上記逆問題解析により求めた時系列の熱流束には、割れ等の原因となるパウダー層の状態に関する情報が含まれることになる。
【００３３】
周波数解析部１０２では、上記ステップＳ３０２で算出された時系列の鋳型２０５の内表面（点２１１、２１２）における熱流束について周波数解析処理を行う（ステップＳ３０３）。この周波数解析は離散ウェーブレット変換を用いて行い、上記時系列の熱流束値信号に含まれる変動成分を周波数ごとに抽出する。
【００３４】
状態検知部１０３では、上記ステップＳ３０３での結果に基づいて、鋳型内鋳片の欠陥状態を判定、検知する（ステップＳ３０４）。上述したように、逆問題解析により求めた時系列の熱流束には、割れ等の原因となるパウダー層の状態に関する情報が含まれている。したがって、かかる時系列の熱流束について周波数解析（ウェーブレット変換）を行い、変動周期ごとに熱流束の乱れを検知することで、パウダー層伝熱抵抗の健全性の評価を介して鋳型内鋳片２０１の欠陥状態を判定することができる。
【００３５】
具体的には、高周波域（例えば４〜１６秒周期）での熱流束の乱れは、パウダー流入不良状態を表す。その結果、鋳型２０５と鋳片２０１との間に潤滑不良が生じ、それが原因となり鋳型内鋳片２０１が変形する。そして、この鋳片２０１の変形に起因する鋳型２０５の内表面での熱流束の乱れは、低周波域（例えば３２〜２５６秒周期）にある上下熱流束変動量の同期のずれ、すなわち、上下熱流束変動値の位相又は振幅のずれとして表れる。
【００３６】
図４には、鋳造時間［sec］と、各周波数ごとの上下熱電対２０７、２０９の位置での熱流束変動量［kcal/m2/Hr］との関係を示す。図４（Ａ）は８秒周期帯、（Ｂ）は１６秒周期帯、（Ｃ）は１２８秒周期帯での熱流束変動成分を示したものである。
【００３７】
図４（Ａ）の領域１００１では、上下熱電対２０７、２０９の両位置における熱流束に波形の乱れが見られる。すなわち、パウダー流入不良状態にあるものと考えられる。この乱れは、図４（Ｂ）の領域１００２、図４（Ｃ）の領域１００３に示すように、高周波側から低周波側（長周期帯）へと順に伝搬している。
【００３８】
図５（Ａ）は、８秒周期帯（図４（Ａ））での熱流束の最大変動値をグラフ化したものである。このグラフからも、図４（Ａ）の領域１００１に対応する部分（図中５０１）で最大値が大きくなっており、熱流束の乱れが生じていることがわかる。例えば、最大変動値（縦軸）について所定のしきい値を設定しておき、最大変動値が当該しきい値を超えた場合、熱流束の乱れが生じていると判定すればよい。
【００３９】
また、図４（Ｃ）の領域１００３では、上下熱電対２０７、２０９の位置における熱流束変動値の位相、振幅のずれが見られ、上下熱流束変動量の同期のずれが生じている。すなわち、パウダー流入不良状態が生じた結果、鋳型２０５と鋳片２０１との間に潤滑不良が生じ、それが原因となり鋳型内鋳片２０１が変形したものと考えられる。
【００４０】
図５（Ｂ）は、１２８秒周期帯（図４（Ｃ））での上下熱流束の差をグラフ化したものである。このグラフからも、図４（Ｃ）の領域１００３に対応する部分（図中５０２）で差が大きくなっており、上下熱流束変動量の同期のずれが生じていることがわかる。例えば、上下熱流束の差（縦軸）について所定のしきい値を設定しておき、差が当該しきい値を超えた場合、上下熱流束変動量の同期のずれが生じていると判定すればよい。
【００４１】
以上述べたように本参考の形態によれば、鋳型２０５内に設置された熱電対２０７、２０９により計測された温度に基づいて、逆問題解析により鋳型２０５の内表面（点２１１、２１２）における熱流束を求めることができる。そして、求められた熱流束にウェーブレット変換による周波数解析を施し、その結果に基づいて鋳型内鋳片２０１の欠陥状態を判定、検知することができる。
【００４２】
なお、上記参考の形態では、ウェーブレット変換として離散ウェーブレット変換を用いているが、連続ウェーブレット変換を用いるようにしてもよい。
【００４３】
（第１の実施の形態）
上述した第１の参考の形態では、周波数解析に基づいて鋳型内鋳片の状態検知を行っていたが、第１の実施の形態では、再構成アトラクタによる位相空間領域での解析に基づいて鋳型内鋳片の状態検知を行うようにしている。
【００４４】
図６を参照して、本実施の形態における鋳型内鋳片の状態検知装置について説明する。６０１は逆問題解析部であり、図１で説明した逆問題解析部１０１と同様の機能を有する。
【００４５】
６０２はアトラクタ作成部であり、上記逆問題解析部６０１により求められた時系列の熱流束或いは温度に基づいて、アトラクタと呼ばれる軌道を再構成する。まず、アトラクタ作成部６０２は、逆問題解析部６０１により求められた時系列の熱流束或いは温度を使って、その時系列データから決定される相関次元の２倍以上の次元ｍを持つ遅延ベクトルｖ（ｔ）＝（ｕ（ｔ），ｕ（ｔ＋τ），ｕ（ｔ＋２τ），…，ｕ（ｔ＋（ｍ−１）τ））を作成する。
【００４６】
ここで、上記遅延ベクトルｖ（ｔ）において、ｕ（Ｔ）は時刻Ｔにおける鋳型２０５内表面の熱流束或いは温度である。例えば、上記逆問題解析部６０１が上述した式（１）、（２）を用いて、鋳型２０５内表面の熱流束或いは温度を求めた場合には、上記ｕ（Ｔ）はスカラー勾配∂ｕ／∂ｎ或いはスカラー値ｕである。
【００４７】
次に、アトラクタ作成部６０２は、上記作成した遅延ベクトルｖ（ｔ）を所定の次元を有する位相空間に写像する。この写像した遅延ベクトルｖ（ｔ）の時間推移による軌道を作成することによりアトラクタを再構成する。なお、以下の説明では、この再構成したアトラクタを「再構成アトラクタ」と称す。
【００４８】
６０３はグラフ作成部であり、上記アトラクタ作成部６０２により再構成したアトラクタに基づいて、リカレンスプロットを作成する。リカレンスプロットは、現在の状態と過去の状態との類似構造を視覚化するものであり、多次元であるアトラクタの挙動を所定の規則に従って２次元表示することにより得られる。具体的には、グラフ作成部６０３は、再構成アトラクタにおいて、現在時刻の点から所定の距離内にある近傍点を検索する。その結果、検索された近傍点の時刻を、横軸を現在時刻、縦軸を上記近傍点の時刻として２次元表示することによりリカレンスプロットを作成する。
【００４９】
６０４は状態検知部であり、上記アトラクタ作成部５０２、グラフ作成部５０３により得られた結果に基づいて、鋳型内鋳片２０１の欠陥状態を判定、検知する。
【００５０】
以下、図７のフローチャートに基づいて、本実施の形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の処理動作について説明する。まず、逆問題解析部６０１において、上部熱電対２０７、下部熱電対２０９から供給される第１及び第２の計測情報２０８、２１０を取り込み（ステップＳ７０１）、その第１及び第２の計測情報２０８、２１０を用いて逆問題解析処理を行って、鋳型２０５内表面（点２１１、２１２）における熱流束或いは温度を求める（ステップＳ７０２）。
【００５１】
アトラクタ作成部６０２では、上記ステップＳ７０２で算出された鋳型２０５の内表面（点２１１、２１２）における熱流束或いは温度からアトラクタを再構成する（ステップＳ７０３）。すなわち、アトラクタ作成部６０２は、逆問題解析部６０１により求められた熱流束或いは温度に基づいて、ｍ次元の遅延ベクトルｖ（ｔ）を作成する。この遅延ベクトルを、（ｘ（ｔ），ｘ（ｔ＋７τ），ｘ（ｔ＋（ｍ−１）τ））を座標としてプロットすることにより、図８に示すような上記遅延ベクトルの時間推移を示すアトラクタを再構成する。同図において、軌道が密な領域６１は安定な状態を示す軌道領域であり、軌道が疎な領域６２、６３は、例えば鋳型内鋳片２０１に表面疵が生じているなどの不安定な状態を示す軌道領域である。
【００５２】
グラフ作成部６０３は、上記ステップＳ７０３において再構成されたアトラクタに基づいて、リカレンスプロットを作成する（ステップＳ７０４）。リカレンスプロットは、上述したように、図８に示した再構成アトラクタにおいて現在時刻の点から所定の距離内にある近傍点を検索し、検索された近傍点の時刻を縦軸に、現在時刻を横軸にとってプロットすることにより作成する。
【００５３】
図９（Ａ）は、上記ステップＳ７０３において再構成されたアトラクタに基づき作成されたリカレンスプロットを示す図である。リカレンスプロットでは、再構成アトラクタにおいて安定状態を示す軌道領域（図８の領域６１参照）が領域９０１に対応している。また、プロットの構造変化点である領域９０２は、不安定な状態を示す領域である。つまり、リカレンスプロットでは、鋳型内鋳片２０１の安定状態はプロットの密度の高さとして表れ、不安定な状態はプロットの密度の減少として表れる。
【００５４】
状態検知部６０４では、上記ステップＳ７０４での結果に基づいて、鋳型内鋳片の欠陥状態を判定、検知する（ステップＳ７０５）。上述したように、リカレンスプロットでは、鋳型内鋳片２０１の安定状態はプロットの密度の高さで表され、不安定な状態（鋳型内鋳片２０１に表面疵等が発生した状態）はプロットの密度の減少として表れる。
【００５５】
図９（Ｂ）は、同図（Ａ）に示すリカレンスプロットにおける時間ごとのプロット数をグラフ化したものである。例えば、プロット数（縦軸）について所定のしきい値を設定しておき、プロット数が当該しきい値を超えている場合、鋳型内鋳片２０１は安定状態にあり、プロット数が当該しきい値以下の場合、不安定な状態（鋳型内鋳片２０１に表面疵等が発生している状態）にあると判定すればよい。
【００５６】
以上述べたように本実施の形態によれば、鋳型２０５内に設置された熱電対２０７、２０９により計測された温度に基づいて、逆問題解析により鋳型２０５の内表面の点２１１、２１２における熱流束或いは温度を求めることができる。そして、求められた熱流束或いは温度の振る舞いを示すリカレンスプロットを作成し、その結果に基づいて鋳型内鋳片２０１の欠陥状態を判定、検知することができる。
【００５７】
なお、実際の鋳型２０５には、図２に示した熱電対２０７、２０９の一組だけが埋設されているわけではなく、複数の組の上下熱電対が埋設されている。すなわち、図２に示した上部熱電対２０７と同じ高さ位置で、左右方向（図２の紙面垂直方向）に所定の間隔をあけて他の上部熱電対が配置されている。同様に、図２に示した下部熱電対２０９と同じ高さ位置で、左右方向（図２の紙面垂直方向）に所定の間隔をあけて他の下部熱電対が配置されている。
【００５８】
上記第２の実施の形態において、各上下熱電対についてリカレンスプロットを作成して個別に判定するのでは、情報量が多くなりすぎることになる。そこで、例えば、熱電対２０７、２０９と他の熱電対とにおいて鋳型２０５内表面における熱流束を求め、次式を使って作成したリカレンスプロットにより鋳型内鋳片２０１の状態を検知するようにしてもよい。
【００５９】
【数２】
【００６０】
すなわち、熱電対２０７、２０９によるアトラクタと、他の熱電対によるアトラクタとの近傍度を正規化した上で算出し、その結果に基づいてリカレンスプロットを作成する。これにより、１つの式の中で複数のアトラクタについて考慮することができ、情報量の削減を図ることができる。なお、上記式において、Ｎは計測点数、Ｍは埋め込み次元数（関次元の２倍以上の次元ｍ）ある。
【００６１】
（その他の実施の形態）
なお、上記実施の形態鋳型内鋳片の状態検知装置は、コンピュータのＣＰＵ或いはＭＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成されるものであり、ＲＡＭやＲＯＭに格納されたプログラムが動作することによって各機能が実現される。この場合、コンピュータが上記機能を果たすように動作させるプログラムを供給するための手段、例えばかかるプログラムを格納した記録媒体は本発明を構成する。記録媒体としては、例えばフロッピーディスク、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。
【００６２】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施の形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施の形態に含まれることはいうまでもない。
【００６３】
なお、上記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一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、本発明はその精神、又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。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、鋳型内に設置された熱電対により計測された温度に基づいて逆問題解析を行って、鋳型内表面における熱流束や温度を演算により求めるようにしたので、鋳型内部の温度と鋳型内表面の温度との間に存在する伝熱抵抗等による減衰のために生じる差を補償することができ、鋳型内鋳片の状態を高精度に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の参考形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 連続鋳造設備の構成を示す模式図である。
【図３】 第１の参考形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の処理動作を示すフローチャートである。
【図４】 鋳造時間と、各周波数ごとの上下熱電対２０７、２０９の位置での熱流束変動量との関係を示す図である。
【図５】 （Ａ）は８秒周期帯での熱流束の最大変動値をグラフ化したものを示し、（Ｂ）は１２８秒周期帯での上下熱流束の差をグラフ化したものを示す図である。
【図６】 第１の実施形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 第１の実施形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の処理動作を示すフローチャートである。
【図８】 再構成アトラクタを示す図である。
【図９】 （Ａ）はリカレンスプロットを示し、（Ｂ）はリカレンスプロットにおける時間ごとのプロット数をグラフ化したものを示す図である。
【符号の説明】
１０１ 逆問題解析部
１０２ 周波数解析部
１０３ 状態検知部
６０１ 逆問題解析部
６０２ アトラクタ作成部
６０３ グラフ作成部
６０４ 状態検知部
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造における鋳型内鋳片の欠陥状態を検知するための鋳型内鋳片の状態検知装置、方法、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、連続鋳造における鋳型に熱電対を埋設しておき、その熱電対により計測された温度に基づいて、鋳型内鋳片の凝固状態やパウダー潤滑状態等の状態を検知することがなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鋳型内部の温度と鋳型内表面の温度とには、その間での伝熱抵抗等による減衰のため差が生じてしまう。そのため、鋳型に埋設された熱電対により計測された温度に基づいて鋳型内鋳片の状態を検知するのでは、精度の高い状態検知が行えないことがあった。
【０００４】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、鋳型に埋設した熱電対等の温度検出手段により計測された温度に基づいて、鋳型内鋳片の状態を精度よく検知できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の鋳型内鋳片の状態検知装置は、鋳型内の鋳造方向上下２点以上に配置された温度検出手段により計測された温度情報に基づいて鋳型内鋳片の状態を検知する鋳型内鋳片の状態検知装置であって、前記温度検出手段により計測された温度情報を用いて、非定常伝熱方程式を用いた逆問題解析を行い、前記鋳型内表面における熱流束を求める逆問題解析手段と、前記逆問題解析手段により求められた熱流束から所定の次元を有する再構成アトラクタを作成するアトラクタ作成手段と、前記アトラクタ作成手段により作成されたアトラクタに基づいて、現在の状態と過去の状態との類似構造を２次元表示することにより得られるリカレンスプロットを作成するリカレンスプロット作成手段と、前記リカレンスプロットに基づいて、プロット密度が高い領域は安定状態とし、プロット密度が低い領域は不安定状態として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定する判定手段とを備えた点に特徴を有する。
【００１１】
また、本発明の鋳型内鋳片の状態検知装置の他の特徴とするところは、前記判定手段は、前記プロット密度での判定に替えて、前記リカレンスプロットの時間ごとのプロット数に基づいて、前記プロット数が予め設定したしきい値を超えている領域は安定状態とし、前記しきい値以下の領域は不安定状態として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定する点にある。
【００１３】
本発明の鋳型内鋳片の状態検知方法は、鋳型内の鋳造方向上下２点以上に配置された温度検出手段により計測された温度情報に基づいて鋳型内鋳片の状態を検知する鋳型内鋳片の状態検知方法であって、前記温度検出手段により計測された温度情報を用いて、非定常伝熱方程式を用いた逆問題解析を行い、前記鋳型内表面における熱流束を求める逆問題解析手順と、前記逆問題解析手段により求められた熱流束から所定の次元を有する再構成アトラクタを作成するアトラクタ作成手順と、前記アトラクタ作成手順により作成されたアトラクタに基づいて、現在の状態と過去の状態との類似構造を２次元表示することにより得られるリカレンスプロットを作成するリカレンスプロット作成手順と、前記リカレンスプロットに基づいて、プロット密度が高い領域は安定状態とし、プロット密度が低い領域は不安定状態として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定する判定手順とを有する点に特徴を有する。
また、本発明の鋳型内鋳片の状態検知方法の他の特徴とするところは、前記判定手順は、前記プロット密度での判定に替えて、前記リカレンスプロットの時間ごとのプロット数に基づいて、前記プロット数が予め設定したしきい値を超えている領域は安定状態とし、前記しきい値以下の領域は不安定として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定する点にある。
【００１４】
本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、上記鋳型内鋳片の状態検知装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを格納した点に特徴を有する。
【００１５】
本発明の他のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、上記鋳型内鋳片の状態検知方法の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した点に特徴を有する。
【００１６】
上記のようにした本発明においては、鋳型内に設置された熱電対により計測された温度に基づいて、逆問題解析により鋳型内表面における熱流束や温度を求めることができる。そして、その求められた鋳型内表面における熱流束や温度から作成した再構成アトラクタに基づいてリカレンスプロットを作成したりすることにより、鋳型内鋳片の状態を判定、検知することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の鋳型内鋳片の状態検知装置、方法、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体の実施の形態について説明する。
【００１８】
（第１の参考の形態）
図１は、第１の参考形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、連続鋳造設備の構成を示す模式図である。
【００１９】
まず、図２を参照して、連続鋳造設備の概要について説明する。同図において、２０１は鋳型内鋳片である。２０２は溶融金属である。２０３は凝固シェルである。２０４はパウダー層で、鋳型内鋳片２０１と鋳型２０５との間での摩擦を減らすためのものである。２０５は鋳型である。２０６は水冷溝で、鋳型２０５を冷却し鋳型内鋳片２０１から抜熱するための冷却水を通過させるためのものである。但し、２０１は溶鋼から周囲の冷却により凝固して行くものであり、液相と固相の両方を含む。
【００２０】
２０７は上部熱電対で、鋳型２０５内に設置されている。当該上部熱電対２０７での計測結果である第１の計測結果２０８（温度情報）は、図１に示す本装置に伝えられる。２０９は下部熱電対で、鋳型２０５内に設置されている。当該下部熱電対２０９での計測結果である第２の計測情報２１０（温度情報）は、図１に示す本装置に伝えられる。これら上部熱電対２０７、下部熱電対２０９は鋳造方向上下に位置し、鋳型２０５のサイズ等にもよるが、湯面下３０ｍｍ〜３００ｍｍ程度の範囲に配置される。
【００２１】
なお、２１１、２１２は、上部熱電対２０７、下部熱電対２０９の位置から鋳型２０５の内表面まで水平に平行移動させた点である。
【００２２】
次に、図１を参照して、本参考の形態における鋳型内鋳片の状態検知装置について説明する。同図において、１０１は逆問題解析部であり、上記熱電対２０７、２０９からの温度情報、熱電対２０７、２０９が埋め込まれた鋳型２０５の物性値等を用いて逆問題解析を行い、鋳型２０５の内表面（点２１１、２１２）における熱流束を求める。
【００２３】
逆問題解析部１０１は、例えば、鋳型２０５、鋳型２０５に埋め込まれた熱電対２０７、２０９を含む系を対象にした所定の方程式（偏微分微分方程式等）と、鋳型２０５の内表面における熱流束の仮定値とを用いて、熱電対２０７、２０９により計測されるであろう温度を算出する。そして、その算出した温度と、実際に熱電対２０７、２０９により計測された温度との誤差が所定値よりも小さくなるように上記仮定値を修正して、算出処理を繰り返す。その結果、算出された温度と、実際に熱電対２０７、２０９により計測された温度との誤差が所定値よりも小さくなったときの仮定値を、鋳型２０５の内表面における熱流束とする。
【００２４】
また、例えば、次式（１）、（２）に基づいて、鋳型２０５の内表面における熱流束を算出する。
【００２５】
【数１】
上記式（１）は非定常方程式であり、本参考の形態の場合、熱伝導方程式である。この式（１）に対して所定の演算等を施すと、式（２）で表される積分境界方程式となる。この式（２）において、Ｇは共役方程式の解、ｕはスカラー値（本実施の形態の場合、温度）、∂ｕ／∂ｎはスカラー勾配（本参考の形態の場合、熱流束）である。
【００２７】
上記式（２）において、左辺は評価面（鋳型２０５の内表面）に関する積分であり、右辺は所定の既知境界面、例えば熱電対２０７、２０９を含む面に関する積分である。したがって、熱電対２０７、２０９の計測値に基づいて、右辺が求められ、その求められた値から左辺のスカラー勾配∂ｕ／∂ｎ（熱流束）が求められる。さらに、上記のようにして得られたスカラー勾配∂ｕ／∂ｎ（熱流束）を、熱電対２０７、２０９の計測値を境界条件として解くことにより、評価面のスカラー値ｕ（温度）を求めることができる。
【００２８】
図１に戻って、１０２は周波数解析部であり、上記逆問題解析部１０１により求められた時系列の熱流束について周波数解析する。具体的には、上記逆問題解析部１０１により求められた時系列の熱流束（上述した式（１）、（２）を用いて逆問題解析を行う場合には、スカラー値ｕまたはスカラー勾配∂ｕ／∂ｎ）をウェーブレット変換する。なお、本実施の形態で用いるウェーブレット変換は、離散ウェーブレット変換とする。
【００２９】
１０３は状態検知部であり、上記周波数解析部１０２による周波数解析の結果に基づいて、鋳型内鋳片２０１の欠陥状態を判定、検知する。
【００３０】
以下、図３のフローチャートに基づいて、本参考の形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の処理動作について説明する。まず、逆問題解析部１０１において、上部熱電対２０７、下部熱電対２０９から供給される第１及び第２の計測情報２０８、２１０を取り込み（ステップＳ３０１）、その第１及び第２の計測情報２０８、２１０を用いて逆問題解析処理を行って、鋳型２０５内表面（点２１１、２１２）における熱流束を求める（ステップＳ３０２）。
【００３１】
このようにして求められた熱流束と、熱電対２０７、２０９により計測された温度とを比較すると、熱電対により計測された温度は、鋳型内表面から熱電対２０７、２０９までの伝熱抵抗による伝熱遅れのため変化が鈍った状態で検出される。それに対して、当該計測された温度に基づいて求められた熱流束は、変化が鋭く明確に検出される。したがって、精度よく鋳型内表面での温度変化を捉えることができる。
【００３２】
ここで、鋳片の割れ等は、鋳型内における凝固不均一が原因で起こり、凝固不均一の主な要因は、鋳型と鋳片との間に流入するパウダー層（図２の２０４参照）の状態に支配される。かかるパウダー層の状態は、伝熱抵抗の変動として、鋳型内表面の熱流束に反映される。つまり、上記逆問題解析により求めた時系列の熱流束には、割れ等の原因となるパウダー層の状態に関する情報が含まれることになる。
【００３３】
周波数解析部１０２では、上記ステップＳ３０２で算出された時系列の鋳型２０５の内表面（点２１１、２１２）における熱流束について周波数解析処理を行う（ステップＳ３０３）。この周波数解析は離散ウェーブレット変換を用いて行い、上記時系列の熱流束値信号に含まれる変動成分を周波数ごとに抽出する。
【００３４】
状態検知部１０３では、上記ステップＳ３０３での結果に基づいて、鋳型内鋳片の欠陥状態を判定、検知する（ステップＳ３０４）。上述したように、逆問題解析により求めた時系列の熱流束には、割れ等の原因となるパウダー層の状態に関する情報が含まれている。したがって、かかる時系列の熱流束について周波数解析（ウェーブレット変換）を行い、変動周期ごとに熱流束の乱れを検知することで、パウダー層伝熱抵抗の健全性の評価を介して鋳型内鋳片２０１の欠陥状態を判定することができる。
【００３５】
具体的には、高周波域（例えば４〜１６秒周期）での熱流束の乱れは、パウダー流入不良状態を表す。その結果、鋳型２０５と鋳片２０１との間に潤滑不良が生じ、それが原因となり鋳型内鋳片２０１が変形する。そして、この鋳片２０１の変形に起因する鋳型２０５の内表面での熱流束の乱れは、低周波域（例えば３２〜２５６秒周期）にある上下熱流束変動量の同期のずれ、すなわち、上下熱流束変動値の位相又は振幅のずれとして表れる。
【００３６】
図４には、鋳造時間［sec］と、各周波数ごとの上下熱電対２０７、２０９の位置での熱流束変動量［kcal/m2/Hr］との関係を示す。図４（Ａ）は８秒周期帯、（Ｂ）は１６秒周期帯、（Ｃ）は１２８秒周期帯での熱流束変動成分を示したものである。
【００３７】
図４（Ａ）の領域１００１では、上下熱電対２０７、２０９の両位置における熱流束に波形の乱れが見られる。すなわち、パウダー流入不良状態にあるものと考えられる。この乱れは、図４（Ｂ）の領域１００２、図４（Ｃ）の領域１００３に示すように、高周波側から低周波側（長周期帯）へと順に伝搬している。
【００３８】
図５（Ａ）は、８秒周期帯（図４（Ａ））での熱流束の最大変動値をグラフ化したものである。このグラフからも、図４（Ａ）の領域１００１に対応する部分（図中５０１）で最大値が大きくなっており、熱流束の乱れが生じていることがわかる。例えば、最大変動値（縦軸）について所定のしきい値を設定しておき、最大変動値が当該しきい値を超えた場合、熱流束の乱れが生じていると判定すればよい。
【００３９】
また、図４（Ｃ）の領域１００３では、上下熱電対２０７、２０９の位置における熱流束変動値の位相、振幅のずれが見られ、上下熱流束変動量の同期のずれが生じている。すなわち、パウダー流入不良状態が生じた結果、鋳型２０５と鋳片２０１との間に潤滑不良が生じ、それが原因となり鋳型内鋳片２０１が変形したものと考えられる。
【００４０】
図５（Ｂ）は、１２８秒周期帯（図４（Ｃ））での上下熱流束の差をグラフ化したものである。このグラフからも、図４（Ｃ）の領域１００３に対応する部分（図中５０２）で差が大きくなっており、上下熱流束変動量の同期のずれが生じていることがわかる。例えば、上下熱流束の差（縦軸）について所定のしきい値を設定しておき、差が当該しきい値を超えた場合、上下熱流束変動量の同期のずれが生じていると判定すればよい。
【００４１】
以上述べたように本参考の形態によれば、鋳型２０５内に設置された熱電対２０７、２０９により計測された温度に基づいて、逆問題解析により鋳型２０５の内表面（点２１１、２１２）における熱流束を求めることができる。そして、求められた熱流束にウェーブレット変換による周波数解析を施し、その結果に基づいて鋳型内鋳片２０１の欠陥状態を判定、検知することができる。
【００４２】
なお、上記参考の形態では、ウェーブレット変換として離散ウェーブレット変換を用いているが、連続ウェーブレット変換を用いるようにしてもよい。
【００４３】
（第１の実施の形態）
上述した第１の参考の形態では、周波数解析に基づいて鋳型内鋳片の状態検知を行っていたが、第１の実施の形態では、再構成アトラクタによる位相空間領域での解析に基づいて鋳型内鋳片の状態検知を行うようにしている。
【００４４】
図６を参照して、本実施の形態における鋳型内鋳片の状態検知装置について説明する。６０１は逆問題解析部であり、図１で説明した逆問題解析部１０１と同様の機能を有する。
【００４５】
６０２はアトラクタ作成部であり、上記逆問題解析部６０１により求められた時系列の熱流束或いは温度に基づいて、アトラクタと呼ばれる軌道を再構成する。まず、アトラクタ作成部６０２は、逆問題解析部６０１により求められた時系列の熱流束或いは温度を使って、その時系列データから決定される相関次元の２倍以上の次元ｍを持つ遅延ベクトルｖ（ｔ）＝（ｕ（ｔ），ｕ（ｔ＋τ），ｕ（ｔ＋２τ），…，ｕ（ｔ＋（ｍ−１）τ））を作成する。
【００４６】
ここで、上記遅延ベクトルｖ（ｔ）において、ｕ（Ｔ）は時刻Ｔにおける鋳型２０５内表面の熱流束或いは温度である。例えば、上記逆問題解析部６０１が上述した式（１）、（２）を用いて、鋳型２０５内表面の熱流束或いは温度を求めた場合には、上記ｕ（Ｔ）はスカラー勾配∂ｕ／∂ｎ或いはスカラー値ｕである。
【００４７】
次に、アトラクタ作成部６０２は、上記作成した遅延ベクトルｖ（ｔ）を所定の次元を有する位相空間に写像する。この写像した遅延ベクトルｖ（ｔ）の時間推移による軌道を作成することによりアトラクタを再構成する。なお、以下の説明では、この再構成したアトラクタを「再構成アトラクタ」と称す。
【００４８】
６０３はグラフ作成部であり、上記アトラクタ作成部６０２により再構成したアトラクタに基づいて、リカレンスプロットを作成する。リカレンスプロットは、現在の状態と過去の状態との類似構造を視覚化するものであり、多次元であるアトラクタの挙動を所定の規則に従って２次元表示することにより得られる。具体的には、グラフ作成部６０３は、再構成アトラクタにおいて、現在時刻の点から所定の距離内にある近傍点を検索する。その結果、検索された近傍点の時刻を、横軸を現在時刻、縦軸を上記近傍点の時刻として２次元表示することによりリカレンスプロットを作成する。
【００４９】
６０４は状態検知部であり、上記アトラクタ作成部５０２、グラフ作成部５０３により得られた結果に基づいて、鋳型内鋳片２０１の欠陥状態を判定、検知する。
【００５０】
以下、図７のフローチャートに基づいて、本実施の形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の処理動作について説明する。まず、逆問題解析部６０１において、上部熱電対２０７、下部熱電対２０９から供給される第１及び第２の計測情報２０８、２１０を取り込み（ステップＳ７０１）、その第１及び第２の計測情報２０８、２１０を用いて逆問題解析処理を行って、鋳型２０５内表面（点２１１、２１２）における熱流束或いは温度を求める（ステップＳ７０２）。
【００５１】
アトラクタ作成部６０２では、上記ステップＳ７０２で算出された鋳型２０５の内表面（点２１１、２１２）における熱流束或いは温度からアトラクタを再構成する（ステップＳ７０３）。すなわち、アトラクタ作成部６０２は、逆問題解析部６０１により求められた熱流束或いは温度に基づいて、ｍ次元の遅延ベクトルｖ（ｔ）を作成する。この遅延ベクトルを、（ｘ（ｔ），ｘ（ｔ＋７τ），ｘ（ｔ＋（ｍ−１）τ））を座標としてプロットすることにより、図８に示すような上記遅延ベクトルの時間推移を示すアトラクタを再構成する。同図において、軌道が密な領域６１は安定な状態を示す軌道領域であり、軌道が疎な領域６２、６３は、例えば鋳型内鋳片２０１に表面疵が生じているなどの不安定な状態を示す軌道領域である。
【００５２】
グラフ作成部６０３は、上記ステップＳ７０３において再構成されたアトラクタに基づいて、リカレンスプロットを作成する（ステップＳ７０４）。リカレンスプロットは、上述したように、図８に示した再構成アトラクタにおいて現在時刻の点から所定の距離内にある近傍点を検索し、検索された近傍点の時刻を縦軸に、現在時刻を横軸にとってプロットすることにより作成する。
【００５３】
図９（Ａ）は、上記ステップＳ７０３において再構成されたアトラクタに基づき作成されたリカレンスプロットを示す図である。リカレンスプロットでは、再構成アトラクタにおいて安定状態を示す軌道領域（図８の領域６１参照）が領域９０１に対応している。また、プロットの構造変化点である領域９０２は、不安定な状態を示す領域である。つまり、リカレンスプロットでは、鋳型内鋳片２０１の安定状態はプロットの密度の高さとして表れ、不安定な状態はプロットの密度の減少として表れる。
【００５４】
状態検知部６０４では、上記ステップＳ７０４での結果に基づいて、鋳型内鋳片の欠陥状態を判定、検知する（ステップＳ７０５）。上述したように、リカレンスプロットでは、鋳型内鋳片２０１の安定状態はプロットの密度の高さで表され、不安定な状態（鋳型内鋳片２０１に表面疵等が発生した状態）はプロットの密度の減少として表れる。
【００５５】
図９（Ｂ）は、同図（Ａ）に示すリカレンスプロットにおける時間ごとのプロット数をグラフ化したものである。例えば、プロット数（縦軸）について所定のしきい値を設定しておき、プロット数が当該しきい値を超えている場合、鋳型内鋳片２０１は安定状態にあり、プロット数が当該しきい値以下の場合、不安定な状態（鋳型内鋳片２０１に表面疵等が発生している状態）にあると判定すればよい。
【００５６】
以上述べたように本実施の形態によれば、鋳型２０５内に設置された熱電対２０７、２０９により計測された温度に基づいて、逆問題解析により鋳型２０５の内表面の点２１１、２１２における熱流束或いは温度を求めることができる。そして、求められた熱流束或いは温度の振る舞いを示すリカレンスプロットを作成し、その結果に基づいて鋳型内鋳片２０１の欠陥状態を判定、検知することができる。
【００５７】
なお、実際の鋳型２０５には、図２に示した熱電対２０７、２０９の一組だけが埋設されているわけではなく、複数の組の上下熱電対が埋設されている。すなわち、図２に示した上部熱電対２０７と同じ高さ位置で、左右方向（図２の紙面垂直方向）に所定の間隔をあけて他の上部熱電対が配置されている。同様に、図２に示した下部熱電対２０９と同じ高さ位置で、左右方向（図２の紙面垂直方向）に所定の間隔をあけて他の下部熱電対が配置されている。
【００５８】
上記第２の実施の形態において、各上下熱電対についてリカレンスプロットを作成して個別に判定するのでは、情報量が多くなりすぎることになる。そこで、例えば、熱電対２０７、２０９と他の熱電対とにおいて鋳型２０５内表面における熱流束を求め、次式を使って作成したリカレンスプロットにより鋳型内鋳片２０１の状態を検知するようにしてもよい。
【００５９】
【数２】
すなわち、熱電対２０７、２０９によるアトラクタと、他の熱電対によるアトラクタとの近傍度を正規化した上で算出し、その結果に基づいてリカレンスプロットを作成する。これにより、１つの式の中で複数のアトラクタについて考慮することができ、情報量の削減を図ることができる。なお、上記式において、Ｎは計測点数、Ｍは埋め込み次元数（関次元の２倍以上の次元ｍ）ある。
【００６１】
（その他の実施の形態）
なお、上記実施の形態鋳型内鋳片の状態検知装置は、コンピュータのＣＰＵ或いはＭＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成されるものであり、ＲＡＭやＲＯＭに格納されたプログラムが動作することによって各機能が実現される。この場合、コンピュータが上記機能を果たすように動作させるプログラムを供給するための手段、例えばかかるプログラムを格納した記録媒体は本発明を構成する。記録媒体としては、例えばフロッピーディスク、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。
【００６２】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施の形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施の形態に含まれることはいうまでもない。
【００６３】
なお、上記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一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、本発明はその精神、又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。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、鋳型内に設置された熱電対により計測された温度に基づいて逆問題解析を行って、鋳型内表面における熱流束や温度を演算により求めるようにしたので、鋳型内部の温度と鋳型内表面の温度との間に存在する伝熱抵抗等による減衰のために生じる差を補償することができ、鋳型内鋳片の状態を高精度に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の参考形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 連続鋳造設備の構成を示す模式図である。
【図３】 第１の参考形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の処理動作を示すフローチャートである。
【図４】 鋳造時間と、各周波数ごとの上下熱電対２０７、２０９の位置での熱流束変動量との関係を示す図である。
【図５】 （Ａ）は８秒周期帯での熱流束の最大変動値をグラフ化したものを示し、（Ｂ）は１２８秒周期帯での上下熱流束の差をグラフ化したものを示す図である。
【図６】 第１の実施形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 第１の実施形態における鋳型内鋳片の状態検知装置の処理動作を示すフローチャートである。
【図８】 再構成アトラクタを示す図である。
【図９】 （Ａ）はリカレンスプロットを示し、（Ｂ）はリカレンスプロットにおける時間ごとのプロット数をグラフ化したものを示す図である。
【符号の説明】
１０１ 逆問題解析部
１０２ 周波数解析部
１０３ 状態検知部
６０１ 逆問題解析部
６０２ アトラクタ作成部
６０３ グラフ作成部
６０４ 状態検知部
Claims (6)
- 鋳型内の鋳造方向上下２点以上に配置された温度検出手段により計測された温度情報に基づいて鋳型内鋳片の状態を検知する鋳型内鋳片の状態検知装置であって、
前記温度検出手段により計測された温度情報を用いて、非定常伝熱方程式を用いた逆問題解析を行い、前記鋳型内表面における熱流束を求める逆問題解析手段と、
前記逆問題解析手段により求められた熱流束から所定の次元を有する再構成アトラクタを作成するアトラクタ作成手段と、
前記アトラクタ作成手段により作成されたアトラクタに基づいて、現在の状態と過去の状態との類似構造を２次元表示することにより得られるリカレンスプロットを作成するリカレンスプロット作成手段と、
前記リカレンスプロットに基づいて、プロット密度が高い領域は安定状態とし、プロット密度が低い領域は不安定状態として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定する判定手段とを備えたことを特徴とする鋳型内鋳片の状態検知装置。 - 前記判定手段は、前記プロット密度での判定に替えて、前記リカレンスプロットの時間ごとのプロット数に基づいて、前記プロット数が予め設定したしきい値を超えている領域は安定状態とし、前記しきい値以下の領域は不安定状態として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定することを特徴とする請求項１に記載の鋳型内鋳片の状態検知装置。
- 鋳型内の鋳造方向上下２点以上に配置された温度検出手段により計測された温度情報に基づいて鋳型内鋳片の状態を検知する鋳型内鋳片の状態検知方法であって、
前記温度検出手段により計測された温度情報を用いて、非定常伝熱方程式を用いた逆問題解析を行い、前記鋳型内表面における熱流束を求める逆問題解析手順と、
前記逆問題解析手段により求められた熱流束から所定の次元を有する再構成アトラクタを作成するアトラクタ作成手順と、
前記アトラクタ作成手順により作成されたアトラクタに基づいて、現在の状態と過去の状態との類似構造を２次元表示することにより得られるリカレンスプロットを作成するリカレンスプロット作成手順と、
前記リカレンスプロットに基づいて、プロット密度が高い領域は安定状態とし、プロット密度が低い領域は不安定状態として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定する判定手順とを有することを特徴とする鋳型内鋳片の状態検知方法。 - 前記判定手順は、前記プロット密度での判定に替えて、前記リカレンスプロットの時間ごとのプロット数に基づいて、前記プロット数が予め設定したしきい値を超えている領域は安定状態とし、前記しきい値以下の領域は不安定として、前記不安定状態を前記鋳型内鋳片の欠陥状態と判定することを特徴とする請求項３に記載の鋳型内鋳片の状態検知方法。
- 請求項１又は２に記載の鋳型内鋳片の状態検知装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
- 請求項３又は４に記載の鋳型内鋳片の状態検知方法の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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