JP5768700B2 - Slab temperature estimation method and slab temperature estimation device - Google Patents
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本発明は、連続鋳造機における鋳片の温度を推定する鋳片温度推定方法及び鋳片温度推定装置に関する。 The present invention relates to a slab temperature estimation method and a slab temperature estimation device for estimating a slab temperature in a continuous casting machine.
連続鋳造機の操業において、連続鋳造中の鋳片の凝固状態を把握することは極めて重要である。例えば、モールドを抜けた後の冷却スプレーによる冷却(2次冷却)が不十分であるために、内部が完全に凝固していない状態で鋳片が連続鋳造機外に抜け出た場合、鋳片を切断した際に内部の溶鋼が流出して大きなトラブルになる。このため、内部が完全に凝固していない状態で鋳片が連続鋳造機外に抜け出ることを抑制するために、鋳片の凝固状態を正確に把握することが重要である。 In the operation of a continuous casting machine, it is extremely important to grasp the solidification state of the slab during continuous casting. For example, if the slab comes out of the continuous casting machine with the inside not completely solidified due to insufficient cooling (secondary cooling) after cooling through the mold, When cut, the internal molten steel flows out, causing a major problem. For this reason, it is important to accurately grasp the solidification state of the slab in order to prevent the slab from slipping out of the continuous casting machine when the inside is not completely solidified.
一方、鋳片表面の割れ等の品質トラブルが発生することを抑制するために、モールド直下から鉛直方向下方に引き抜かれた鋳片を水平方向に曲げる矯正部において鋳片の温度が脆化域にかからないように2次冷却条件を設定する必要がある。また、冷却スプレーの配置や特性等によって鋳片の幅方向の水量密度分布は一様ではない。このため、一般に、鋳片の凝固完了位置の幅方向の分布形状は平坦ではなく多少の凹凸が発生し、この凹凸がひどくなると凹部に不純物が濃縮されて割れ等が発生しやすくなり、製品品質が低下する。 On the other hand, in order to suppress the occurrence of quality troubles such as cracks on the surface of the slab, the temperature of the slab becomes brittle in the straightening part that bends the slab drawn vertically from directly below the mold vertically downward. It is necessary to set the secondary cooling condition so as not to be applied. Further, the water density distribution in the width direction of the slab is not uniform due to the arrangement and characteristics of the cooling spray. For this reason, in general, the distribution shape in the width direction of the solidification completion position of the slab is not flat, and some unevenness occurs, and if this unevenness becomes severe, impurities are concentrated in the recessed portion and cracks are likely to occur. Decreases.
このような背景から、連続鋳造中の鋳片の内部温度を計測する技術が数多く提案されている。しかしながら、連続鋳造機の雰囲気温度は高温で非常に苛酷であるために、鋳片の内部温度をオンラインで計測できる技術はない。このため、従来までは、伝熱モデルを用いた数値計算によって鋳片の内部温度を推定することが行われている(特許文献1参照)。 Against this background, many techniques for measuring the internal temperature of a slab during continuous casting have been proposed. However, since the ambient temperature of the continuous casting machine is high and very severe, there is no technology that can measure the internal temperature of the slab online. For this reason, until now, estimating the internal temperature of a slab by the numerical calculation using a heat-transfer model is performed (refer patent document 1).
具体的には、特許文献1記載の技術は、始めに、所定長さの鋳込みが進行する毎に連続鋳造中の鋳片内に鋳込み方向に垂直な計算面を仮想的に発生させる。次に、この技術は、計算面が鋳込み方向に連続して設定された複数のゾーンをそれぞれ通過して次のゾーン入側境界に到達した時点で、直前に通過したゾーンの平均冷却条件に基づいて計算面内の温度分布を計算する。そして、この技術は、得られた計算面内の温度分布を次のゾーン以後で行なう計算の初期値として与え、順次計算面内の温度分布を計算することにより、最終ゾーン入側境界での計算面内の温度分布を求める。 Specifically, the technique described in Patent Document 1 first virtually generates a calculation surface perpendicular to the casting direction in a slab during continuous casting every time casting of a predetermined length proceeds. Next, this technology is based on the average cooling condition of the zone that passed immediately before when the calculation surface passes through a plurality of zones set continuously in the casting direction and reaches the next zone entry boundary. To calculate the temperature distribution in the calculation plane. And this technology gives the temperature distribution in the obtained calculation plane as the initial value of the calculation to be performed after the next zone, and calculates the temperature distribution in the calculation plane sequentially, thereby calculating at the final zone entry boundary Obtain the in-plane temperature distribution.
ところで、数値計算によって鋳片の凝固状態を推定する場合、鋳片に鋲打ち等を行って実際の凝固状態を確認し、確認結果に基づいて伝熱モデルのパラメータを調整することによって実際の凝固状態との一致性を補償することが行われる。そして、伝熱モデルのパラメータの調整が一旦行われると、その状態で計算結果を信用した操業が行われる。しかしながら、鋳造条件や鋼種が異なる場合や冷却機器の変更又は経年劣化や一時的な故障等、パラメータの調整が行われた時点とは異なる操業状態が発生した場合には、計算による凝固状態の推定結果が実際とは異なったものになり、鋳片の凝固状態を精度高く推定できなくなる。 By the way, when estimating the solidification state of the slab by numerical calculation, the actual solidification state is confirmed by hammering the slab and adjusting the parameters of the heat transfer model based on the confirmation result. Compensation for consistency with the state is performed. And once adjustment of the parameter of a heat transfer model is performed, the operation which trusted the calculation result in that state is performed. However, if the operating conditions differ from the time when the parameters were adjusted, such as when the casting conditions and steel types are different, or when the cooling equipment has been changed, aging deterioration or temporary failure, etc., the solidification state is estimated by calculation. The result is different from the actual one, and the solidification state of the slab cannot be estimated with high accuracy.
なお、このような問題点を解決するために、特許文献2や特許文献3記載の技術が提案されている。具体的には、特許文献2記載の技術は、連続鋳造機の物理現象を数式化した制御モデルを用いて設定した冷却スプレーの流量指令に基づいて鋳造した結果得られた鋳片の温度と制御モデルを用いて算出された鋳片の温度との差分から制御モデルのパラメータを修正する。特許文献3記載の技術は、鋳片の測定点における表面温度の計算値が測定値と一致するよう鋳片表面からの熱流束分布を補正する。
In order to solve such problems, techniques described in
特許文献2,3記載の技術によれば、モデルのパラメータを修正することによって測定点においては鋳片温度の測定値と計算値とを一致させることができる。しかしながら、鋳片の内部温度の計算値に関しては実際の内部温度に一致させていないので、修正後のモデルを用いたとしても凝固状態を精度高く推定できる保証はない。このため、鋳片の凝固完了位置が連続鋳造機を外れて大きなトラブルになる恐れがある。また、矯正部における鋳片の温度が脆化域にかかり、鋳片表面に割れが生じる品質トラブルをもたらす恐れもある。また、凝固完了位置の幅方向形状の推定に関する記載がないことから、凝固完了位置の幅方向形状に凹凸が生じることを抑制できない。
According to the techniques described in
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、鋳片の温度を精度高く推定可能な鋳片温度推定方法及び鋳片温度推定装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is to provide the slab temperature estimation method and slab temperature estimation apparatus which can estimate the temperature of a slab with high precision.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋳片温度推定方法は、伝熱モデルを利用した伝熱計算により、連続鋳造機の鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の温度分布を推定する温度分布推定ステップと、鋳片の温度と該鋳片の厚さ方向に伝播する超音波の速度との関係式を用いて、前記温度分布から前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の速度分布を算出し、算出された速度分布を用いて、前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の伝播時間を推定する伝播時間推定ステップと、前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の伝播時間を測定する伝播時間測定ステップと、伝熱モデルを利用した伝熱計算により、連続鋳造機の鋳込み方向第2位置における鋳片の表面温度を推定する表面温度推定ステップと、前記鋳込み方向第2位置における鋳片の表面温度を測定する表面温度測定ステップと、前記超音波の伝播時間の推定値が測定値と一致し、且つ、前記表面温度の推定値が測定値と一致するように、前記伝熱モデル内に含まれる熱伝導率、モールドでの抜熱モールドと凝固シェルとの間の熱伝達係数、及び2次冷却帯の熱伝達係数のうちの少なくとも1つのパラメータの値を補正する補正ステップと、前記パラメータが補正された伝熱モデルを利用した伝熱計算により、鋳片の温度を推定する温度推定ステップと、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the object, the slab temperature estimation method according to the present invention is based on the heat transfer calculation using the heat transfer model, and the thickness of the slab at the first position in the casting direction of the continuous casting machine. A first position in the casting direction from the temperature distribution using a relational expression between a temperature distribution estimating step for estimating a temperature distribution in a direction and a velocity of an ultrasonic wave propagating in a thickness direction of the slab. Is used to calculate the ultrasonic velocity distribution in the thickness direction of the slab and to estimate the ultrasonic wave propagation time in the thickness direction of the slab at the first position in the casting direction by using the calculated velocity distribution. An estimation step, a propagation time measurement step for measuring the propagation time of the ultrasonic wave in the thickness direction of the slab at the first position in the casting direction, and a heat transfer calculation using a heat transfer model The surface of the slab in two positions A surface temperature estimation step for estimating the degree, a surface temperature measurement step for measuring the surface temperature of the slab at the second position in the casting direction, the estimated value of the propagation time of the ultrasonic wave coincides with the measured value, and The thermal conductivity included in the heat transfer model, the heat transfer coefficient between the heat removal mold and the solidified shell in the mold, and the heat of the secondary cooling zone so that the estimated value of the surface temperature matches the measured value. A correction step for correcting the value of at least one parameter of the transfer coefficient, and a temperature estimation step for estimating the temperature of the slab by heat transfer calculation using a heat transfer model in which the parameter is corrected. It is characterized by.
本発明に係る鋳片温度推定方法は、上記発明において、前記温度推定ステップにおいて推定された鋳片の温度に基づいて連続鋳造機内における鋳片の凝固完了位置を推定するステップを含むことを特徴とする。 The slab temperature estimation method according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the method includes a step of estimating a solidification completion position of a slab in a continuous casting machine based on the temperature of the slab estimated in the temperature estimation step. To do.
本発明に係る鋳片温度推定方法は、上記発明において、前記補正ステップが、鋳片の幅方向の複数位置における表面温度の推定値が測定値と一致するようにパラメータを補正するステップを含むことを特徴とする。 In the slab temperature estimation method according to the present invention, in the above invention, the correction step includes a step of correcting the parameter so that the estimated values of the surface temperature at a plurality of positions in the width direction of the slab coincide with the measured values. It is characterized by.
本発明に係る鋳片温度推定方法は、上記発明において、鋳片の幅方向の複数位置における表面温度の推定値に基づいて、鋳片の幅方向における凝固完了位置の分布状態を推定するステップを含むことを特徴とする。 The slab temperature estimation method according to the present invention includes the step of estimating the distribution state of solidification completion positions in the width direction of the slab based on the estimated values of the surface temperatures at a plurality of positions in the width direction of the slab in the above invention. It is characterized by including.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋳片温度推定装置は、伝熱モデルを利用した伝熱計算により、連続鋳造機の鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の温度分布を推定する温度分布推定手段と、鋳片の温度と該鋳片の厚さ方向に伝播する超音波の速度との関係式を用いて、前記温度分布から前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の速度分布を算出し、算出された速度分布を用いて、前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の伝播時間を推定する伝播時間推定手段と、前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の伝播時間を測定する伝播時間測定手段と、伝熱モデルを利用した伝熱計算により、連続鋳造機の鋳込み方向第2位置における鋳片の表面温度を推定する表面温度推定手段と、前記鋳込み方向第2位置における鋳片の表面温度を測定する表面温度測定手段と、前記超音波の伝播時間の推定値が測定値と一致し、且つ、前記表面温度の推定値が測定値と一致するように、前記伝熱モデル内に含まれる熱伝導率、モールドでの抜熱モールドと凝固シェルとの間の熱伝達係数、及び2次冷却帯の熱伝達係数のうちの少なくとも1つのパラメータの値を補正する補正手段と、前記パラメータが補正された伝熱モデルを利用した伝熱計算により、鋳片の温度を推定する温度推定手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the slab temperature estimation device according to the present invention is a slab thickness at the first position in the casting direction of a continuous casting machine by heat transfer calculation using a heat transfer model. A first position in the casting direction from the temperature distribution by using a temperature distribution estimating means for estimating a temperature distribution in the direction and a relational expression between the temperature of the slab and the velocity of the ultrasonic wave propagating in the thickness direction of the slab. Is used to calculate the ultrasonic velocity distribution in the thickness direction of the slab and to estimate the ultrasonic wave propagation time in the thickness direction of the slab at the first position in the casting direction by using the calculated velocity distribution. An estimation means, a propagation time measurement means for measuring the propagation time of the ultrasonic wave in the thickness direction of the slab at the first position in the casting direction, and a heat transfer calculation using a heat transfer model, Estimate the surface temperature of the slab at 2 positions A surface temperature estimating means, a surface temperature measuring means for measuring a surface temperature of the slab at the second position in the casting direction, an estimated value of the propagation time of the ultrasonic wave coincides with a measured value, and the estimated surface temperature Of the thermal conductivity included in the heat transfer model, the heat transfer coefficient between the heat removal mold and the solidified shell in the mold, and the heat transfer coefficient of the secondary cooling zone so that the value matches the measured value Correction means for correcting the value of at least one parameter, and temperature estimation means for estimating the temperature of the slab by heat transfer calculation using a heat transfer model in which the parameter is corrected. .
本発明に係る鋳片温度推定方法及び鋳片温度推定装置によれば、鋳片の温度を精度高く推定することができる。 According to the slab temperature estimation method and the slab temperature estimation device according to the present invention, the temperature of the slab can be estimated with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である凝固完了位置推定装置の構成及びその動作について説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, the configuration and operation of a coagulation completion position estimation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
〔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凝固完了位置推定装置が適用される連続鋳造機の構成について説明する。
[Construction of continuous casting machine]
First, a configuration of a continuous casting machine to which a solidification completion position estimation device according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIG.
図1は,本発明の一実施形態である凝固完了位置推定装置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凝固完了位置推定装置が適用される連続鋳造機1では、溶鋼2が満たされたタンディッシュ3の鉛直方向下方にモールド4が設けられ、タンディッシュ3の底部にモールド4への溶鋼供給口となる浸漬ノズル5が設けられている。モールド4の鉛直方向下方には、サポートロール6が設置されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a continuous casting machine to which a solidification completion position estimation apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 1, in a continuous casting machine 1 to which a solidification completion position estimation device according to an embodiment of the present invention is applied, a mold 4 is provided below a tundish 3 filled with
鋳片Sの鋳込み方向には2次冷却帯として複数の冷却ゾーン7a〜13a,7b〜13bが配置されている。各冷却ゾーンには複数のスプレー用又はエアミストスプレー用のノズルが配置され、各ノズルから鋳片Sの表面に2次冷却水が噴霧される。なお、図1では、反基準面側(上面側)の冷却ゾーンには符号aを図示し、基準面側(下面側)の冷却ゾーンには符号bを図示している。また、本構成例では、冷却ゾーンは合計7つであるが、実際の連続鋳造機における冷却ゾーンの数は機長等に応じて様々である。
In the casting direction of the slab S, a plurality of
最終の冷却ゾーン13a,13bの出側付近には、鋳片Sの上下位置に対向配置された超音波送信センサ14aと超音波受信センサ14bとが配設されている。超音波送信センサ14aは、鋳片Sを介して超音波受信センサ14bに向けて超音波を送信する。超音波受信センサ14bは、超音波送信センサ14aが送信した超音波を受信し、超音波送信センサ14aが超音波を送信してから超音波を受信するまでの時間を鋳片Sの厚さ方向における超音波の伝播時間として測定する。超音波送信センサ14aと超音波受信センサ14bとが配設された鋳込み方向の位置を鋳込み方向第1位置とする。
In the vicinity of the exit side of the
なお、超音波には、横波と縦波とがある。横波は鋳片Sの内部に液相が存在する場合には鋳片Sを透過しないので、伝播時間の測定には利用できない。従って、超音波送信センサ14aと超音波受信センサ14bとが横波の超音波を利用するものである場合には、鋳込み方向第1位置は想定される凝固完了位置よりも必ず下流側とする必要がある。これに対して、縦波は液相も透過するので液相が存在した場合にも伝播時間の測定は可能ではある。しかしながら、本発明では、伝熱モデルを利用した伝熱計算により、連続鋳造機の鋳込み方向第1位置における鋳片Sの厚さ方向の温度分布を推定し、それに基づいて鋳片Sの厚さ方向の超音波の速度分布を推定し、さらにそれに基づいて推定した超音波の鋳片Sの厚さ方向の伝播時間推定値と超音波送信センサ14aと超音波受信センサ14bとで測定した伝播時間測定値との比較が行われる。その際、鋳片S内部に液相部が存在するかどうかによって、鋳片Sの厚さ方向の温度分布や超音波の速度分布が大きく変わることになる。そのため、伝播時間推定値と伝播時間測定値との比較が単純に行えなくなるという問題が生じる。このため、超音波送信センサ14aと超音波受信センサ14bとしては縦波の超音波を利用するものを採用する場合にも、鋳込み方向第1位置を想定される凝固完了位置よりも下流側とすることによって伝播時間が液相部の影響を受けないようにすることが望ましい。但し、鋳片Sの厚さ方向の温度分布は下流側になるほど熱の拡散によって均一化していくので、鋳込み方向第1位置を凝固完了位置から遠ざけすぎることは好ましくない。
Note that the ultrasonic wave includes a transverse wave and a longitudinal wave. Since the transverse wave does not pass through the slab S when a liquid phase is present inside the slab S, it cannot be used for measuring the propagation time. Therefore, when the
超音波送信センサ14aの近傍には、鋳片Sの表面温度を測定する表面温度計15が配設されている。表面温度計15が配設された鋳込み方向の位置を鋳込み方向第2位置とする。鋳込み方向第2位置については、鋳片Sの表面温度の測定に関するものであるので、鋳込み方向第1位置とは異なり、凝固完了位置の上流側及び下流側のいずれであってもよい。本実施形態では、超音波送信センサ14aの近傍に表面温度計15を配設したが、より上流側の冷却ゾーン間に表面温度計15を配設してもよい。すなわち、鋳込み方向第2位置を鋳込み方向第1位置から離れた上流側としてもよい。但し、その場合、鋳片が復熱過程にあることや冷却水や水蒸気による測定誤差の問題が生じることを考慮する必要がある。また、より下流側の冷却ゾーン間に表面温度計15を配設してもよい。すなわち、鋳込み方向第2位置を鋳込み方向第1位置から離れた下流側としてもよい。但し、その場合、鋳片Sの表面温度は下流側ほど低下し、鋳片Sの表面温度の幅方向分布も熱の拡散によって均一化していくので、鋳片Sの幅方向における凝固完了位置の分布を求めるためには、鋳込み方向第2位置を凝固完了位置から遠ざけすぎることは好ましくない。
A
〔凝固完了位置推定装置の構成〕
次に、図2を参照して、本発明の一実施形態である凝固完了位置推定装置の構成について説明する。
[Configuration of solidification completion position estimation device]
Next, with reference to FIG. 2, the structure of the coagulation completion position estimation apparatus which is one Embodiment of this invention is demonstrated.
図2は、本発明の一実施形態である凝固完了位置推定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凝固完了位置推定装置100は、ワークステーションやパーソナルコンピュータ等の情報処理装置によって構成されている。凝固完了位置推定装置100は、情報処理装置内部のCPU等の演算処理装置が制御プログラムを実行することによって、温度算出部101、超音波伝播時間算出部102、パラメータ補正部103、及び凝固完了位置推定部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。また、凝固完了位置推定装置100には、超音波送信センサ14a、超音波受信センサ14b、表面温度計15、及び表示装置や印刷装置等の出力装置110が接続されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the coagulation completion position estimation apparatus that is an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the coagulation completion
〔凝固完了位置推定処理〕
このような構成を有する凝固完了位置推定装置100は、以下に示す凝固完了位置推定処理を実行することによって、鋳片Sの凝固完了位置を推定する。以下、図3に示すフローチャートを参照して、この凝固完了位置推定処理を実行する際の凝固完了位置推定装置100の動作について説明する。
[Coagulation completion position estimation process]
The solidification completion
図3は、本発明の一実施形態である凝固完了位置推定処理の流れを示すフローチャートである。図3に示すフローチャートは、連続鋳造機が稼働され、超音波送信センサ14aと超音波受信センサ14bとの間を鋳片Sが通過したタイミングで開始となり、凝固完了位置推定処理はステップS1の処理に進む。
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of solidification completion position estimation processing according to an embodiment of the present invention. The flowchart shown in FIG. 3 starts when the continuous casting machine is operated and the slab S passes between the
ステップS1の処理では、温度算出部101が、2次冷却計算(伝熱モデルを用いた鋳片の2次冷却に関する伝熱計算)によって、超音波送信センサ14a及び超音波受信センサ14bの配設位置(第1位置)における鋳片Sの厚さ方向の温度分布T(x)(x:鋳片Sの厚さ方向の位置を表す座標値)を算出する。具体的には、連続鋳造機における2次冷却計算は、鋳込み方向に単位長さにスライスされた鋳片断面を考え、以下に示す数式(1)により表される2次元伝熱方程式を、鋳片S内の場所に応じて水冷、空冷、ミスト冷却、ロール抜熱等の様々な状況における鋳片表面の境界条件の熱流速(数式(2)参照)を与えて解くことで実行される。なお、2次冷却計算自体については、本発明の出願時点で公知であるので、詳細な説明は省略する。
In the process of step S1, the temperature calculation unit 101 arranges the
また、モールド4内における伝熱計算では、凝固シェルとモールド内壁との熱伝達係数をhs、Tをモールド内における凝固シェルの表面温度、Tmをモールド内壁温度として、数式(2)の境界条件を以下に示す数式(3)のように変更する。なお、数式(1)中の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は鋳片の表面温度、x,yはそれぞれ鋳片Sの厚さ方向及び幅方向の位置を表す座標値である。また、数式(2)中のQは熱流束、hは熱伝達係数、Tは鋳片Sの表面温度、Taは雰囲気温度を示している。これにより、ステップS1の処理は完了し、凝固完了位置推定処理はステップS2の処理に進む。 In the heat transfer calculation in the mold 4, the heat transfer coefficient between the solidified shell and the mold inner wall is h s , T is the surface temperature of the solidified shell in the mold, and T m is the mold inner wall temperature. The condition is changed as shown in Equation (3) below. In Equation (1), c is the specific heat of the slab S, ρ is the density of the slab S, k is the thermal conductivity of the slab S, T is the surface temperature of the slab S, and x and y are the slab S, respectively. It is a coordinate value showing the position of the thickness direction and width direction. Also, Q in formula (2) heat flux, h is the heat transfer coefficient, T is the surface temperature, T a of the slab S denotes the ambient temperature. Thereby, the process of step S1 is completed and the coagulation completion position estimation process proceeds to the process of step S2.
ステップS2の処理では、超音波伝播時間算出部102が、鋳片Sの温度と鋳片Sの厚さ方向に伝播する超音波の速度との関係式を用いて、ステップS1の処理によって算出された温度分布T(x)から鋳片の厚さ方向の超音波の速度分布V(T(x))を算出する。そして、超音波伝播時間算出部102は、算出された超音波の速度分布V(T(x))を以下に示す数式(4)に代入することにより、超音波送信センサ14a及び超音波受信センサ14bの配設位置における超音波の伝播時間の推定値Δtを算出する。ここで、数式(4)中のDは鋳片Sの厚さを示す。また、超音波伝播時間算出部102は、超音波送信センサ14a及び超音波受信センサ14bを用いて、温度分布T(x)を算出した鋳片Sの鋳込み方向位置と同じ位置における超音波の伝播時間を測定する。これにより、ステップS2の処理は完了し、凝固完了位置推定処理はステップS3の処理に進む。
In the process of step S2, the ultrasonic wave propagation time calculation unit 102 is calculated by the process of step S1 using a relational expression between the temperature of the slab S and the velocity of the ultrasonic wave propagating in the thickness direction of the slab S. The ultrasonic velocity distribution V (T (x)) in the thickness direction of the slab is calculated from the temperature distribution T (x). Then, the ultrasonic wave propagation time calculation unit 102 substitutes the calculated ultrasonic velocity distribution V (T (x)) into the following mathematical formula (4), whereby the ultrasonic
ステップS3の処理では、温度算出部101が、2次冷却計算によって表面温度計15の配設位置における鋳片Sの表面温度の推定値を算出する。また、温度算出部101は、表面温度計15を用いて、表面温度の推定値を算出した鋳片Sの鋳込み方向位置と同じ位置における表面温度を測定する。これにより、ステップS3の処理は完了し、凝固完了位置推定処理はステップS4の処理に進む。
In the process of step S3, the temperature calculation unit 101 calculates an estimated value of the surface temperature of the slab S at the position where the
ステップS4の処理では、パラメータ補正部103が、ステップS2の処理によって得られた超音波の伝播時間の推定値が測定値と一致し、且つ、ステップS3の処理によって得られた表面温度の推定値が測定値と一致するように、数式(1)に含まれる熱伝導率c、数式(3)に含まれるモールドでの抜熱モールドと凝固シェルとの間の熱伝達係数hs、及び数式(2)に含まれる2次冷却帯の熱伝達係数hのうちの少なくとも1つのパラメータの値を補正する。なお、熱伝導率c、凝固シェルとモールド内壁との間の熱伝達係数hs、2次冷却帯における熱伝達係数hのうちの少なくとも1つのパラメータの値を調整するとき、熱伝導率cと熱伝達係数hsとは鋳片Sの幅方向で一定としてよい。
In the process of step S4, the
しかしながら、2次冷却帯では幅方向の冷却水量分布が一様でないことから、2次冷却帯における熱伝達係数hは幅方向位置によって異なり、これによって鋳片Sの幅方向における凝固完了位置が変化する。このため、表面温度計15を鋳片Sの幅方向に走査することによって鋳片Sの表面温度の幅方向分布を測定できる場合、鋳片Sの表面温度の幅方向分布に基づいて鋳片Sの幅方向の熱伝達係数hを補正した後に、超音波の伝播時間の推定値と測定値とが一致するように熱伝導率cや熱伝達係数hs補正することが望ましい。これにより、ステップS4の処理は完了し、凝固完了位置推定処理はステップS5の処理に進む。
However, since the cooling water amount distribution in the width direction is not uniform in the secondary cooling zone, the heat transfer coefficient h in the secondary cooling zone varies depending on the position in the width direction, thereby changing the solidification completion position in the width direction of the slab S. To do. Therefore, when the width direction distribution of the surface temperature of the slab S can be measured by scanning the
ステップS5の処理では、凝固完了位置推定部104が、ステップS4の処理によってパラメータが補正された伝熱モデルを用いて鋳片Sの厚み方向中央部の温度を推定し、推定された温度と固相線温度とを比較することによって、鋳片Sの凝固完了位置を算出する。以後、凝固完了位置の算出結果に基づいて凝固完了位置が連続鋳造機の機端になるように鋳片Sの冷却条件を操作することにより、連続鋳造機の設備能力を最大限に発揮させて生産性高く鋳片Sを製造することができる。これにより、ステップS5の処理は完了し、一連の凝固完了位置推定処理は終了する。
In the process of step S5, the solidification completion
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推定処理では、超音波伝播時間算出部102が、伝熱モデルを利用した伝熱計算により超音波送信センサ14a及び超音波受信センサ14bの配設位置における鋳片Sの厚さ方向の超音波の伝播時間を推定すると共に、同位置において鋳片Sの厚さ方向の超音波の伝播時間を測定する。また、温度算出部101が、伝熱モデルを利用した伝熱計算により表面温度計15の配設位置における鋳片Sの表面温度を推定すると共に、同位置において鋳片Sの表面温度を測定する。
As is clear from the above description, in the coagulation completion position estimation process according to an embodiment of the present invention, the ultrasonic propagation time calculation unit 102 performs the
そして、パラメータ補正部103が、超音波の伝播時間の推定値が測定値と一致し、且つ、表面温度の推定値が測定値と一致するように、伝熱モデル内に含まれる熱伝導率、モールドでの抜熱モールドと凝固シェルとの間の熱伝達係数、及び2次冷却帯の熱伝達係数のうちの少なくとも1つのパラメータの値を補正し、凝固完了位置推定部104が、パラメータが補正された伝熱モデルを利用した伝熱計算により、鋳片の表面及び内部の温度を推定する。このような凝固完了位置推定処理によれば、鋳片Sの内部温度との間に関係性を有する超音波の伝播時間と鋳片Sの表面温度とを用いて伝熱モデルのパラメータを補正するので、鋳片の表面及び内部の温度を精度高く推定することができる。
The
また、本発明の一実施形態である凝固完了位置推定処理では、凝固完了位置推定部104が、推定された鋳片の内部温度に基づいて連続鋳造機内における鋳片の凝固完了位置を推定するので、鋳片の凝固完了位置を精度高く推定することができる。なお、鋳片Sの幅方向の複数位置における表面温度の推定値及び測定値を取得し、取得した推定値及び測定値に基づいて鋳片の幅方向における凝固完了位置の分布状態を推定してもよい。鋳片の幅方向における凝固完了位置の分布状態が平坦になるように冷却条件を操作することにより,中心偏析等の内部品質の問題を発生させずに連続鋳造機の操業を行うことが可能となり,優れた品質のスラブを提供することできる。
In the solidification completion position estimation process according to an embodiment of the present invention, the solidification completion
〔実施例〕
図4(a),(b)はそれぞれ、表面温度計15の配設位置における表面温度の測定値及びパラメータの補正前後における凝固完了位置の推定値及び測定値を示す図である。本実施例では、時刻20[min]以後に本発明を実行し、鋳片の熱伝導率cと2次冷却帯における熱伝達係数hとを補正した。図4(b)において、細線L1は補正前のパラメータで推定された凝固完了位置を示し、時刻20[min]から始まる太線L2は補正後のパラメータで推定した凝固完了位置を示している。図4(b)に示すプロットP1〜P8は、超音波を用いた公知の凝固完了位置検知装置によって測定された凝固完了位置を示している。
〔Example〕
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing the measured value of the surface temperature at the position where the
図4(b)に示すように、補正前のパラメータで推定された凝固完了位置と凝固完了位置の測定値との間には大きな誤差があるが、補正後のパラメータで推定された凝固完了位置と凝固完了位置の測定値とはよく一致している。このことから、本発明によりパラメータを補正することによって、凝固完了位置の推定値と測定値との間のずれが解消され、凝固完了位置を精度高く推定できることが確認された。 As shown in FIG. 4B, there is a large error between the solidification completion position estimated with the parameter before correction and the measurement value of the solidification completion position, but the solidification completion position estimated with the parameter after correction. And the measured value of the solidification completion position are in good agreement. From this, it was confirmed that by correcting the parameters according to the present invention, the deviation between the estimated value and the measured value of the coagulation completion position is eliminated, and the coagulation completion position can be estimated with high accuracy.
図5は、パラメータの補正前後における鋳片Sの幅方向における凝固完了位置の推定値及び測定値を示す図である。図中、点線L3は補正前のパラメータで推定された凝固完了位置を示し、細線L4は2次冷却帯における熱伝達係数hを補正した後に推定された凝固完了位置を示し、太線L5は鋳片の熱伝導率cと2次冷却帯における熱伝達係数hとを補正した後に推定された凝固完了位置を示している。プロットP11〜P16は、超音波を用いた公知の凝固完了位置検知装置によって測定された凝固完了位置を示している。 FIG. 5 is a diagram showing estimated values and measured values of the solidification completion position in the width direction of the slab S before and after the parameter correction. In the figure, the dotted line L3 indicates the solidification completion position estimated with the parameters before correction, the thin line L4 indicates the solidification completion position estimated after correcting the heat transfer coefficient h in the secondary cooling zone, and the thick line L5 indicates the slab. The solidification completion position estimated after correcting the heat conductivity c of the heat and the heat transfer coefficient h in the secondary cooling zone is shown. Plots P11 to P16 show the coagulation completion positions measured by a known coagulation completion position detector using ultrasonic waves.
なお、幅方向の水量分布のむら等による鋳片の温度変動は測定を行わない限り知りえないことから、本実施例では、初期状態では幅方向の熱伝達係数を一定とし、表面温度計15によって測定された鋳片Sの幅方向の温度分布に基づいて熱伝達係数を幅方向で調整することにより、表面温度計15の位置における表面温度の幅方向の分布状態の計算値を測定値と一致させた。
In addition, since the temperature variation of the slab due to unevenness in the water amount distribution in the width direction cannot be known unless measurement is performed, in this embodiment, the heat transfer coefficient in the width direction is constant in the initial state, and the
図5に示すように,点線L3で示すように補正前のパラメータで推定された凝固完了位置の幅方向形状は平坦であったのに対して、細線L4及び太線L5で示すように補正後のパラメータで推定された凝固完了位置の幅方向形状は表面温度の幅方向分布を反映している。すなわち、パラメータ補正後には、鋳片の幅方向端部付近における凝固完了位置は鋳片の中心部付近における凝固完了位置と比較してより上流側に位置している。また、補正前のパラメータで推定された凝固完了位置と凝固完了位置の測定値との間には大きな誤差があるが、補正後のパラメータで推定された凝固完了位置と凝固完了位置の測定値とはよく一致している。このことから、本発明によりパラメータを補正することによって、凝固完了位置の推定値と測定値との間のずれが解消され、鋳片の幅方向の凝固完了位置を精度高く推定できることが確認された。 As shown in FIG. 5, the shape in the width direction of the solidification completion position estimated with the parameters before correction as shown by the dotted line L3 was flat, whereas after the correction as shown by the thin line L4 and the thick line L5. The shape in the width direction of the solidification completion position estimated by the parameter reflects the width direction distribution of the surface temperature. That is, after parameter correction, the solidification completion position in the vicinity of the end portion in the width direction of the slab is positioned more upstream than the solidification completion position in the vicinity of the center portion of the slab. In addition, there is a large error between the solidification completion position estimated with the parameters before correction and the measurement value of the solidification completion position, but the solidification completion position estimated with the parameters after correction and the measurement value of the solidification completion position Are in good agreement. From this, it was confirmed that by correcting the parameters according to the present invention, the deviation between the estimated value and the measured value of the solidification completion position is eliminated, and the solidification completion position in the width direction of the slab can be estimated with high accuracy. .
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。 Although the embodiment to which the invention made by the present inventor is applied has been described above, the present invention is not limited by the description and the drawings that form a part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. That is, other embodiments, examples, operational techniques, and the like made by those skilled in the art based on this embodiment are all included in the scope of the present invention.
1 連続鋳造機
2 溶鋼
3 タンディッシュ
4 モールド
5 浸漬ノズル
6 サポートロール
7a〜13a,7b〜13b 冷却ゾーン
14a 超音波送信センサ
14b 超音波受信センサ
15 表面温度計
100 凝固完了位置推定装置
101 温度算出部
102 超音波伝播時間算出部
103 パラメータ補正部
104 凝固完了位置推定部
110 出力装置
S 鋳片
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
鋳片の温度と該鋳片の厚さ方向に伝播する超音波の速度との関係式を用いて、前記温度分布から前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の速度分布を算出し、算出された速度分布を用いて、前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の伝播時間を推定する伝播時間推定ステップと、
前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の伝播時間を測定する伝播時間測定ステップと、
伝熱モデルを利用した伝熱計算により、連続鋳造機の鋳込み方向第2位置における鋳片の表面温度を推定する表面温度推定ステップと、
前記鋳込み方向第2位置における鋳片の表面温度を測定する表面温度測定ステップと、
前記超音波の伝播時間の推定値が測定値と一致し、且つ、前記表面温度の推定値が測定値と一致するように、前記伝熱モデル内に含まれる熱伝導率、モールドでの抜熱モールドと凝固シェルとの間の熱伝達係数、及び2次冷却帯の熱伝達係数のうちの少なくとも1つのパラメータの値を補正する補正ステップと、
前記パラメータが補正された伝熱モデルを利用した伝熱計算により、鋳片の温度を推定する温度推定ステップと、
を含むことを特徴とする鋳片温度推定方法。 A temperature distribution estimation step for estimating a temperature distribution in the thickness direction of the slab at the first position in the casting direction of the continuous casting machine by heat transfer calculation using a heat transfer model;
Using the relational expression between the temperature of the slab and the velocity of the ultrasonic wave propagating in the thickness direction of the slab, the velocity distribution of the ultrasonic wave in the thickness direction of the slab at the first position in the casting direction from the temperature distribution. And using the calculated velocity distribution, a propagation time estimation step for estimating the propagation time of the ultrasonic wave in the thickness direction of the slab at the first position in the casting direction;
A propagation time measuring step of measuring a propagation time of ultrasonic waves in the thickness direction of the slab at the first position in the casting direction;
A surface temperature estimation step for estimating the surface temperature of the slab at the second position in the casting direction of the continuous casting machine by heat transfer calculation using a heat transfer model;
A surface temperature measuring step for measuring a surface temperature of the slab at the second position in the casting direction;
The thermal conductivity included in the heat transfer model and heat removal in the mold so that the estimated value of the propagation time of the ultrasonic wave matches the measured value, and the estimated value of the surface temperature matches the measured value. A correction step of correcting a value of at least one parameter of a heat transfer coefficient between the mold and the solidified shell and a heat transfer coefficient of the secondary cooling zone;
A temperature estimation step of estimating a temperature of a slab by heat transfer calculation using a heat transfer model in which the parameters are corrected;
The slab temperature estimation method characterized by including.
鋳片の温度と該鋳片の厚さ方向に伝播する超音波の速度との関係式を用いて、前記温度分布から前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の速度分布を算出し、算出された速度分布を用いて、前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の伝播時間を推定する伝播時間推定手段と、
前記鋳込み方向第1位置における鋳片の厚さ方向の超音波の伝播時間を測定する伝播時間測定手段と、
伝熱モデルを利用した伝熱計算により、連続鋳造機の鋳込み方向第2位置における鋳片の表面温度を推定する表面温度推定手段と、
前記鋳込み方向第2位置における鋳片の表面温度を測定する表面温度測定手段と、
前記超音波の伝播時間の推定値が測定値と一致し、且つ、前記表面温度の推定値が測定値と一致するように、前記伝熱モデル内に含まれる熱伝導率、モールドでの抜熱モールドと凝固シェルとの間の熱伝達係数、及び2次冷却帯の熱伝達係数のうちの少なくとも1つのパラメータの値を補正する補正手段と、
前記パラメータが補正された伝熱モデルを利用した伝熱計算により、鋳片の温度を推定する温度推定手段と、
を備えることを特徴とする鋳片温度推定装置。 A temperature distribution estimating means for estimating a temperature distribution in a thickness direction of a slab at a first position in a casting direction of a continuous casting machine by heat transfer calculation using a heat transfer model;
Using the relational expression between the temperature of the slab and the velocity of the ultrasonic wave propagating in the thickness direction of the slab, the velocity distribution of the ultrasonic wave in the thickness direction of the slab at the first position in the casting direction from the temperature distribution. And a propagation time estimation means for estimating the propagation time of the ultrasonic wave in the thickness direction of the slab at the first position in the casting direction using the calculated velocity distribution,
A propagation time measuring means for measuring the propagation time of the ultrasonic wave in the thickness direction of the slab at the first position in the casting direction;
Surface temperature estimation means for estimating the surface temperature of the slab at the second position in the casting direction of the continuous casting machine by heat transfer calculation using a heat transfer model;
Surface temperature measuring means for measuring the surface temperature of the slab at the second position in the casting direction;
The thermal conductivity included in the heat transfer model and heat removal in the mold so that the estimated value of the propagation time of the ultrasonic wave matches the measured value, and the estimated value of the surface temperature matches the measured value. Correction means for correcting a value of at least one parameter of a heat transfer coefficient between the mold and the solidified shell and a heat transfer coefficient of the secondary cooling zone;
Temperature estimation means for estimating the temperature of the slab by heat transfer calculation using a heat transfer model with the parameters corrected;
A slab temperature estimation device comprising:
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