JP5736858B2

JP5736858B2 - 連続鋳造機の２次冷却水制御方法

Info

Publication number: JP5736858B2
Application number: JP2011051849A
Authority: JP
Inventors: 永井　亮次; 亮次永井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-03-09
Also published as: JP2012187601A

Description

本発明は、連続鋳造機の２次冷却水制御方法に関する。

一般に、鋳片を連続的に鋳造する連続鋳造機においては、鋳込鍋内の溶鋼を鋳型（モールド）に投入し、冷却されたモールド内で１次冷却して凝固殻を形成し、その後、連続的に引き抜いてガイドロールに移送するとともに、ガイドロールに沿って配設されたスプレーノズルより冷却水を散布して凝固殻を２次冷却し、鋳片を形成する工程がとられている。

そして、この２次冷却による冷却温度の制御如何が、得られる鋳片の金属的性状の良否、例えば鋳片の表面欠陥、内部割れ等の有無に重大な影響を及ぼすことが判っている。このため、２次冷却水による鋳片の冷却温度制御を如何に適切に行うかが重要関心事となり、いくつかの制御方法が提案・実施されている。例えば、各冷却ゾーン毎に流量制御弁を設け、鋳片の材質の違いによって、或いは鋳片に表面欠陥が生じるのを抑えるのに好適な２次冷却水の流量を特定したものがある。また、鋳片の幅方向に２次冷却水の系統を分け、各々最適な冷却水の流量に制御する提案例もある。さらに、２次冷却水に空気を混合してミスト状としたものを用いるようにした提案例もある。

さらに、これらの提案例等によって作られた最適な冷却流量となるように制御するに際して、ＰＩＤ制御により、応答遅れやハンチングを抑える技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

いずれにせよ、鋼種成分やモールドサイズ、鋳造速度（ピンチロール速度）等によって決まる流量目標値通りに冷却水を過不足なく、鋳造開始から鋳造終了まで、散布することが重要である。

特開２００８−２６００２５号公報

しかしながら、特許文献１による方法では、ＰＩＤ制御はフィードバック制御であるために、外乱が発生した場合や流量目標値が変わった場合、どうしても流量実績値ＰＶが流量目標値ＳＶに落ち着くまでには遅れを生じ、冷却水量の過不足を生じてしまうという問題がある。ここに、外乱とは、鋳造開始時や鋳造終了時に鋳片ボトムやトップ位置に合わせて、幾つかのゾーン単位毎に設けられた遮断弁を開閉するときや、所定流量を確保できるように昇圧ポンプラインを入り又は切りにする等である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外乱が発生した場合や鋳造速度の増減によって流量目標値が変更された場合に、速やかに流量実績値を流量目標値に保持することができ、２次冷却水量の過不足による鋳片品質不良の発生を未然に防止することができる連続鋳造機の２次冷却水制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる連続鋳造機の２次冷却水制御方法は、連続鋳造機の２次冷却水の流量を所定の流量目標値となるようＰＩＤ制御する連続鋳造機の２次冷却水制御方法において、外乱または流量目標値変更により発生する偏差を予め調節弁開度補正量として算出して記憶させておき、前記外乱または前記流量目標値変更が発生した時、発生項目に対応して予め算出されて記憶されている前記調整弁開度補正量を前記ＰＩＤ制御出力に加算するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、外乱または流量目標値変更が発生した時、発生項目に対応して予め算出されて記憶されている調整弁開度補正量をＰＩＤ制御出力に加算することで、外乱または流量目標値変更による流量偏差の発生を最小限に抑えるようにしたので、流量目標値通りの冷却水を散布することができ、よって、鋳造開始から鋳造終了に至るまで、安定した操業が可能となり、鋳片品質不良の発生を極力低減させることができるという効果を奏する。

図１は、鋳造開始時の連続鋳造機の構成例を示す概略図である。図２Ａは、本実施の形態による４〜５ゾーン遮断弁開時のＮＯ．１ループの制御状態を示す説明図である。図２Ｂは、従来例による４〜５ゾーン遮断弁開時のＮＯ．１ループの制御状態を示す説明図である。図３は、４〜５ゾーン遮断弁開時のＮＯ．１ループの調節弁開度補正量の一例を示す説明図である。図４は、本実施の形態の１つのループに対するＰＩＤ制御部の構成例を示す概略ブロック図である。図５は、鋳造中の昇圧ポンプライン入り時の連続鋳造機の構成例を示す概略図である。図６は、ＮＯ．１ループにおける遮断弁が開になる外乱発生時の補正処理を示すフローチャートである。図７は、ＮＯ．１ループにおける昇圧ポンプラインの入り切りによる外乱発生時の補正処理を示すフローチャートである。図８は、ＮＯ．１ループにおける流量目標値の変更時の補正処理を示すフローチャートである。図９は、ＮＯ．１ループにおける遮断弁が開になる外乱発生時の調節弁開度補正量の一例を示す説明図である。図１０は、ＮＯ．１ループにおける昇圧ポンプラインの入り切りによる外乱発生時の調節弁開度補正量の一例を示す説明図である。図１１は、ＮＯ．１ループにおける流量目標値の変更時の調節弁開度補正量の一例を示す説明図である。

以下に、本発明にかかる連続鋳造機の２次冷却水制御方法の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、鋳造開始時の連続鋳造機の構成例を示す概略図である。まず、元電動弁１から遮断弁２、流量計３、流量調節弁４、背圧計５、スプレーノズル６に至る２次冷却水散布のループ７が形成されている。ここで、遮断弁２は、幾つかの冷却ゾーン（１〜３ゾーン、４〜５ゾーン、６ゾーン、７〜１１ゾーン）単位で、１〜３ゾーン遮断弁２の如くまとめて設けられ、各ゾーンヘッダ８により再びＮＯ．１からＮＯ．２７ループまでループ毎に分岐されている。スプレーノズル６は、ガイドロール９に沿って配設されて鋳片１０に対して冷却水を散布する。また、元電動弁１と遮断弁２との間の経路に対しては、昇圧ポンプ１１が入り切り可能に設けられている。

このような構成において、鋳造開始時、鋳片ボトム部１０ｂの位置に応じて、幾つかのゾーン単位で設けられている遮断弁２を開にし、ループ７毎に設けられている流量調節弁４を規定開度で開にした後に、流量目標値となるようＰＩＤ制御を行うが、既にＰＩＤ制御状態にあるループは、遮断弁２を開にすることにより、一時的にヘッダ圧力低下を生じ、マイナス偏差が発生する。例えば、図１において、鋳片ボトム部１０ｂが４ゾーン手前にあるとき、１〜３ゾーンの各ループ７はＰＩＤ制御状態にあり、その後、鋳片ボトム部１０ｂが進み、４〜５ゾーン遮断弁２の開位置に到達すると、４〜５ゾーン遮断弁２を開にする。

このときの１ゾーン用のＮＯ．１ループ７における流量目標値ＳＶに対する流量実績値ＰＶ、ＰＩＤ制御出力である調節弁開度指令値ＭＶの様子を図２Bに一例として示す。この場合、ヘッダ圧力は約７％低下し、約５％の流量偏差ΔVを生じる。ＰＩＤ制御により流量偏差ΔVがなくなるように働くが、フィードバック制御であるために流量偏差ΔVがなくなるまでに時間を要する。

ここで、本実施の形態では、遮断弁２の開による影響（流量偏差ΔVの発生の度合い）を、例えば図３の補正テーブル２０に示すように、時系列に流量調節弁４の調節弁開度補正量ΔCとして予め実験等により求めてメモリに格納しておき、遮断弁２の開と同時に遮断弁開後の時間に応じてＰＩＤ制御出力ｍｖにこの調節弁開度補正量ΔCを加算した値を調節弁開度指令値MVとして出力するようにしている。これによって、４〜５ゾーン遮断弁２の開時の流量偏差ΔVが大幅に軽減される。図２Aは、図２Bの従来例に対比させて本実施の形態による制御結果の一例を示す。流量偏差ΔVがなくなるまでに殆ど時間を要していないのが判る。

図４は、本実施の形態の１つのループに対するＰＩＤ制御部の構成例を示す概略ブロック図である。流量計３から得られる流量実測値ＰＶと流量目標値ＳＶとの流量偏差ΔＶをとるＰＩＤ演算回路２１が設けられ、基本的には、このＰＩＤ演算回路２１からのＰＩＤ制御出力が調節弁開度指令値ｍｖとなって流量調節弁４の開度を制御する。ここで、本実施の形態では、図３に示したように補正テーブル２０が設けられ、例えば、遮断弁２の開などの外乱があった場合に、遮断弁開後の時間に対応して予め記憶されている調節弁開度補正量ΔＣを加算器２２によりＰＩＤ制御出力ｍｖに直接加算した調節弁開度指令値ＭＶとして流量調節弁４の開度を制御する。また、流量目標値変化量算出部２３が設けられ、この流量目標値変化量算出部２３は、流量目標値ＳＶの変化量を算出し、この算出結果を外乱と同様に補正テーブル２０に出力する。補正テーブル２０からは、外乱と同様に、流量目標値の変化量に対応した調節弁開度補正量ΔＣが出力される。

図２Ａ，図２Ｂ及び図３は、４〜５ゾーン遮断弁２が開の時のＮＯ．１ループ７の制御状態、調節弁開度補正量の例について示したものであるが、同様に、ＮＯ．１ループ７に関して、６ゾーン遮断弁２の開の時、７〜１１ゾーン遮断弁２の開の時の調節弁開度補正量を予め求めて補正テーブルに格納させておく（後述の図９参照）。また、１〜３ゾーンの各ループ７には関係ないが、各遮断弁２の閉の時の影響も同時に求めておく。さらには、ＮＯ．２ループ７〜ＮＯ．２７ループ７に関しても同様に求めておく。

また、昇圧ポンプライン１２に切り替えて所定の冷却水量を確保することがある。例えば、図５において、昇圧ポンプ１１が入りになると、１〜６ゾーンの各ヘッダ圧力は徐々に上昇して行き、やがて所定の圧力（約１．４倍）になるが、このとき、各ループ７にはプラスの流量偏差が発生する。この場合も、上述した場合と同様、ＰＩＤ制御によって流量偏差はなくなるが、ヘッダ圧力の変化量は大きく速いため、流量偏差がなくなるまでには相当の時間を要する。

ここで、本実施の形態では、昇圧ポンプライン１２の入り切りによる影響（流量偏差の発生の度合い）である外乱を、上述した場合と同様に、時系列にライン入り後の経過時間に対応させた流量調節弁４の調節弁開度補正量ΔＣとして予め求めて補正テーブル２０に格納しておき、昇圧ポンプライン１２入りと同時にその後の経過時間に応じてＰＩＤ制御出力ｍｖにこの調節弁開度補正量ΔＣを直接加算し、この加算した値を調節弁開度指令値
ＭＶとなるようにしている。このため、昇圧ポンプライン１２が入りの時の流量偏差発生を大幅に軽減することができる。同様に、昇圧ポンプライン１２が切りの時の影響である外乱を、時系列に昇圧ポンプライン１２の切り後の経過時間に対応させた流量調節弁４の調節弁開度補正量ΔＣとして予め求めて補正テーブル２０に格納しておき、昇圧ポンプ１１のラインの切りと同時にその後の経過時間に応じてＰＩＤ制御出力ｍｖにこの調節弁開度補正量ΔＣを直接加算し、この加算した値を調節弁開度ＭＶとして制御出力する。

また、鋳造速度（ピンチロール速度）によって流量目標値ＳＶは変わる。このとき、Ｐ（比例制御）、Ｉ（積分制御）、Ｄ（微分制御）のパラメータを例えばＰＩＤ制御出力の大きさにより変える等を行って応答遅れがないようにしようとしている。しかし、フィードバック制御には限界があり、偏差がなくなるまでには時間を要する。そこで、本実施の形態では、図４に示すように、流量目標値変化量算出部２３が設けられ、流量目標値変化量算出部２３から流量目標値変化量が補正テーブル２０に出力される。補正テーブル２０には、流量目標値変更による影響（偏差発生の度合い）を、流量目標値変化量に対応させた流量調節弁４の調節弁開度補正量ΔＣとして予め求めて格納されている。そして、流量目標値変化量に応じて、ＰＩＤ制御出力ｍｖにこの調節弁開度補正量ΔＣを直接加算し、この加算した値を調節弁開度指令値ＭＶとして制御出力する。この結果、流量目標値変更時の流量偏差量を大幅に低減することができる。

したがって、１ゾーンのＮＯ．１ループ７における流量補正制御をまとめると、図６〜図８に示す概略フローチャートのようになる。各フローチャートによる処理は独立して行われる。まず、一つの系統は、図６に示すように、遮断弁２が開になる外乱発生時である。図６において、まず、４〜５ゾーン遮断弁２が開になったか否かを判断する（ステップＳ１１）。４〜５ゾーン遮断弁２が開になった場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、ＰＩＤ制御出力ｍｖに、補正テーブル２０内の対応するテーブルに格納されている調節弁開度補正量ΔＣを加算した値を調節弁開度指令値ＭＶとする補正制御を開始する（ステップＳ１２）。

一方、４〜５ゾーン遮断弁２が閉である場合（ステップＳ１１，Ｎｏ）、さらに６ゾーン遮断弁２が開になったか否かを判断する（ステップＳ１３）。６ゾーン遮断弁２が開になった場合（ステップＳ１３，Ｙｅｓ）、ＰＩＤ制御出力ｍｖに、補正テーブル２０内の対応するテーブルに格納されている調節弁開度補正量ΔＣを加算した値を調節弁開度指令値ＭＶとする補正制御を開始する（ステップＳ１４）。さらに、６ゾーン遮断弁２が閉であれば（ステップＳ１４，Ｎｏ）、７〜１１ゾーン遮断弁２が開になったか否かを判断する（ステップＳ１５）。７〜１１ゾーン遮断弁２が開になった場合（ステップＳ１５，Ｙｅｓ）、ＰＩＤ制御出力ｍｖに、補正テーブル２０内の対応するテーブルに格納されている調節弁開度補正量ΔＣを加算した値を調節弁開度指令値ＭＶとする補正制御を開始する（ステップＳ１６）。一方、７〜１１ゾーン遮断弁２が閉である場合（ステップＳ１５，Ｎｏ）、本処理を終了する。

また、別の一つの系統は昇圧ポンプライン１２の入り切りによる外乱発生時の処理であり、図７に示すような補正処理を行う。まず、昇圧ポンプライン１２が入りになったか否かを判断する（ステップＳ２１）。昇圧ポンプライン１２が入りになった場合（ステップＳ２１，Ｙｅｓ）、ＰＩＤ制御出力ｍｖに、補正テーブル２０内の対応するテーブルに格納されている調節弁開度補正量ΔＣを加算した値を調節弁開度指令値ＭＶとする補正制御を開始する（ステップＳ２２）。一方、昇圧ポンプライン１２が入りになっていない場合（ステップＳ２１，Ｎｏ）、さらに、昇圧ポンプライン１２が切りになったか否かを判断する（ステップＳ２３）。昇圧ポンプライン１２が切りになった場合（ステップＳ２３，Ｙｅｓ）には、ＰＩＤ制御出力ｍｖに、補正テーブル２０内の対応するテーブルに格納されている調節弁開度補正量ΔＣを加算した値を調節弁開度指令値ＭＶとする補正制御を開始する（ステップＳ２４）。一方、昇圧ポンプライン１２が切りになっていない場合（ステップＳ２３，Ｎｏ）には、本処理を終了する。

さらに、別の一つの系統は、流量目標値の変更時の処理であり、図８に示すような補正処理を行う。まず、流量目標値変化量算出部２３が流量目標値ＳＶの変化量を求める（ステップＳ３１）。その後、ＰＩＤ制御出力ｍｖに、補正テーブル２０内の対応するテーブルに格納されている変化量に対応する調節弁開度補正量ΔＣを加算した値を調節弁開度指令値ＭＶとする補正制御を行い（ステップＳ３２）、本処理を終了する。

なお、上述した図６〜図８に示したフローチャートは所定タイミングごとに繰り返し処理を行う。

図９〜図１１は、図６〜図８に示す制御に用いられる補正テーブル２０の一例を示す説明図である。図９に示した補正テーブルでは、ＮＯ．１ループ７における４〜５ゾーン遮断弁開時、６ゾーン遮断弁開時、７〜１１ゾーン遮断弁開時の各調節弁開度補正量が経過時間毎に予め格納されている。図１０に示した補正テーブルでは、ＮＯ．１ループ７における昇圧ポンプライン入り時および昇圧ポンプライン切り時の各調節弁開度補正量が経過時間毎に予め格納されている。図１１に示した補正テーブルでは、ＮＯ．１ループ７における流量目標値の変化量の項目ごとに調節弁開度補正量が予め格納されている。

なお、ＮＯ．２〜ＮＯ．２７の各ループ７においても、同様に実施することにより、流量偏差は大幅に削減され、２次冷却水量の過不足や不安定さによる鋳片品質不良の発生を削減することができたものである。

１元電動弁
２遮断弁
３流量計
４流量調節弁
５背圧計
６スプレーノズル
７ループ
１１昇圧ポンプ
１２昇圧ポンプライン
２０補正テーブル
２１ＰＩＤ演算回路
２２加算器
２３流量目標値変化量算出部

Claims

連続鋳造機の２次冷却水の流量を所定の流量目標値となるようＰＩＤ制御する連続鋳造機の２次冷却水制御方法において、
外乱または流量目標値変更により発生する偏差を予め調節弁開度補正量として算出して記憶させておき、前記外乱または前記流量目標値変更が発生した時、発生項目に対応して予め算出されて記憶されている前記調整弁開度補正量を前記ＰＩＤ制御出力に加算するようにしたことを特徴とする連続鋳造機の２次冷却水制御方法。