JP6375800B2 - State estimation method and estimation apparatus for slab cast by continuous casting machine - Google Patents

State estimation method and estimation apparatus for slab cast by continuous casting machine Download PDF

Info

Publication number
JP6375800B2
JP6375800B2 JP2014181986A JP2014181986A JP6375800B2 JP 6375800 B2 JP6375800 B2 JP 6375800B2 JP 2014181986 A JP2014181986 A JP 2014181986A JP 2014181986 A JP2014181986 A JP 2014181986A JP 6375800 B2 JP6375800 B2 JP 6375800B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
slab
heat transfer
transfer coefficient
temperature
distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014181986A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016055304A (en
Inventor
宏 北田
宏 北田
康輔 伊藤
康輔 伊藤
田島 直樹
直樹 田島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2014181986A priority Critical patent/JP6375800B2/en
Publication of JP2016055304A publication Critical patent/JP2016055304A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6375800B2 publication Critical patent/JP6375800B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態を推定する方法および装置に関する。より具体的には、連続鋳造機の2次冷却帯で冷却されている鋳片の温度や固相率の分布を推定する方法および装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for estimating the state of a slab cast by a continuous casting machine. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for estimating the temperature and solid fraction distribution of a slab cooled in a secondary cooling zone of a continuous casting machine.

鋼の連続鋳造においては、例えば垂直曲げ型連続鋳造機では、垂直な鋳型から引き出された鋳片を一旦湾曲させた後、一定湾曲半径で引抜き、その後、矯正部において曲がりをなくした状態の鋳片として抽出して、切断する。鋳片の引き出しは、上下を複数のロール対で支持しながらピンチロールで鋳片を駆動することにより行われる。   In continuous casting of steel, for example, in a vertical bending type continuous casting machine, a slab drawn from a vertical mold is bent once, then drawn with a constant radius of curvature, and then the casting in a state where the bending is eliminated in the correction part. Extract as a piece and cut. The slab is pulled out by driving the slab with a pinch roll while supporting the upper and lower sides with a plurality of pairs of rolls.

ところが、ストランドの曲げ部においては鋳片の下側表面に、矯正部においては鋳片上側表面に、引っ張り応力がかかるため、鋳片表面の温度が脆化域とよばれる範囲にある場合、横ひび割れと呼ばれる表面割れ疵が発生することがある。このため、曲げ部および矯正部において鋳片表面部温度が上記脆化域を回避するように、冷却水量分布を適切に設定することが必要である。また、鋳造長手方向の最下流に配置されたロール対(最下流対)以降で、溶鋼静圧により鋳片凝固シェルが外側に膨張する機外バルジングとよばれる操業トラブルを防止するために、最下流対位置までに鋳片が完全に凝固するように、冷却水量を決定することも必要である。   However, since tensile stress is applied to the lower surface of the slab at the bent portion of the strand and to the upper surface of the slab at the correction portion, if the temperature of the surface of the slab is in a range called the embrittlement region, Surface cracks called cracks may occur. For this reason, it is necessary to appropriately set the cooling water amount distribution so that the slab surface portion temperature avoids the embrittlement region in the bent portion and the straightening portion. In order to prevent an operational trouble called out-of-machine bulging where the slab solidified shell expands to the outside due to the molten steel static pressure after the roll pair (the most downstream pair) arranged at the most downstream in the casting longitudinal direction. It is also necessary to determine the amount of cooling water so that the slab is completely solidified by the downstream pair position.

これらの目的は、一定鋳造速度の場合には、冷却ゾーン水量分布を事前にシミュレーション等で適正な値に定めておくことで達成できる。ところが、連々鋳における次の取鍋到着が遅れる場合には、連々鋳が中断しないように鋳造速度を所定値より低下させて到着を待つため、鋳造速度を操業中に変更する必要がある。このとき、従来のカスケード水量制御では、変更中の鋳造速度について、事前に鋳造速度に対して設定した各ゾーン水量を補間して設定する。しかしながら、このような制御を行うと、鋳片の鋳型湯面から切断までの時間に対する冷却履歴が乱れるため、表面の横ひび割れ等の鋳片品質不良が発生する虞があるほか、冷却が不足する場合は上記の機外バルジングも発生する可能性がある。これらの課題を解決するためには、鋳片の表面温度や鋳片内部の固相率を常に計算し、鋳造速度が変わっても、鋳片全体の温度分布や固相率分布を把握できるようにすることが必要である。   These objects can be achieved by setting the cooling zone water amount distribution to an appropriate value in advance by simulation or the like when the casting speed is constant. However, when the arrival of the next ladle in continuous casting is delayed, it is necessary to change the casting speed during operation in order to wait for arrival by lowering the casting speed below a predetermined value so that continuous casting is not interrupted. At this time, in the conventional cascade water amount control, the zone water amount set in advance with respect to the casting speed is set by interpolating the casting speed being changed. However, when such control is performed, the cooling history with respect to the time from the mold surface of the slab to the cutting is disturbed, so that there is a risk of slab quality defects such as lateral cracks on the surface, and cooling is insufficient. In such a case, the above-described out-of-machine bulging may also occur. In order to solve these problems, the surface temperature of the slab and the solid phase ratio inside the slab are constantly calculated so that the temperature distribution and solid phase ratio distribution of the entire slab can be grasped even if the casting speed changes. It is necessary to make it.

上記の課題に対し、例えば特許文献1には、鋳型に注入された溶鋼を、引き抜きながら2次冷却を行うことで凝固させて連続して鋳片を製造する連続鋳造における、鋳片の凝固状態を推定する凝固状態推定方法であって、少なくとも2次冷却の冷却条件に基づく熱流束を使用した熱伝達モデルによって鋳片の凝固状態を推定すると共に、鋳片長手方向における予め設定した計測位置での鋳片幅方向の温度分布を計測し、上記計測位置における上記熱伝達モデルで推定した推定温度と上記計測した鋳片幅方向の温度分布とが一致するように、上記熱流束の鋳片幅方向の熱流束分布を補正することで、上記熱伝達モデルの出力を修正する鋳片の凝固状態推定方法が開示されている。また、特許文献1には、(1)鋳片断面温度分布の計算値を修正し再推定計算するにあたっては、表面温度分布計測位置より上流で、かつ最終凝固位置より上流である位置を定め、該定めた上流位置での断面の温度分布を最適化手法を用い修正し、該修正された上流位置での断面の温度分布を用いて再推定計算することや、(2)鋳片長手方向に沿って上記計測位置を2箇所以上設定し、その各計測位置でそれぞれ鋳片幅方向の温度分布を計測すると共に、計測位置毎に、上記熱伝達モデルで推定した推定温度と上記計測した鋳片幅方向の温度分布とが一致するように、上記熱流束の鋳片幅方向の熱流束分布の補正を繰り返すことも開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a solidified state of a slab in continuous casting in which molten steel injected into a mold is solidified by performing secondary cooling while being drawn and continuously manufactured. The solidification state estimation method for estimating the solidification state of a slab by a heat transfer model using a heat flux based on at least a cooling condition of secondary cooling, and at a predetermined measurement position in the longitudinal direction of the slab The slab width of the heat flux is measured so that the estimated temperature estimated by the heat transfer model at the measurement position matches the measured temperature distribution in the slab width direction. A method for estimating the solidification state of a slab that corrects the output of the heat transfer model by correcting the heat flux distribution in the direction is disclosed. Further, in Patent Document 1, (1) in correcting the calculated value of the slab cross-section temperature distribution and re-estimating the calculation, a position upstream from the surface temperature distribution measurement position and upstream from the final solidification position is determined. The temperature distribution of the cross section at the determined upstream position is corrected using an optimization method, and re-estimation calculation is performed using the temperature distribution of the cross section at the corrected upstream position, or (2) in the longitudinal direction of the slab The measurement position is set at two or more locations along the surface, the temperature distribution in the slab width direction is measured at each measurement position, and the estimated temperature estimated by the heat transfer model and the measured slab are measured at each measurement position. It is also disclosed that the correction of the heat flux distribution in the slab width direction of the heat flux is repeated so that the temperature distribution in the width direction matches.

特開2012−187636号公報JP 2012-187636 A

特許文献1に開示されている技術は、いずれも、鋳片幅方向の温度分布を測定した後、鋳型内溶鋼湯面位置から温度分布計測位置まで鋳片断面内温度分布の一連の計算を鋳造長手方向に沿って数回繰り返すため、鋳片幅方向の温度分布計算結果が温度分布の測定値と一致するまでに多くの計算量を必要とする課題がある。そのため、特許文献1に開示されている技術では、鋳片の特定位置における表面温度や固相率の分布を連続的に算出することは困難である。また、特許文献1に開示されている技術では、現時点で温度計による計測位置にある鋳片断面が湯面位置からその位置に到着するまでの間に、鋳造速度や2次冷却水量が変化した場合には、その変化を反映したモデル計算を実施する必要があるため、計算に用いるデータの管理が複雑になる。   In each of the techniques disclosed in Patent Literature 1, after measuring the temperature distribution in the slab width direction, a series of calculations of the temperature distribution in the slab cross section from the molten steel surface position in the mold to the temperature distribution measurement position is performed. Since the process is repeated several times along the longitudinal direction, there is a problem that a large amount of calculation is required until the temperature distribution calculation result in the slab width direction matches the measured value of the temperature distribution. Therefore, with the technique disclosed in Patent Literature 1, it is difficult to continuously calculate the distribution of the surface temperature and the solid phase ratio at a specific position of the slab. Moreover, in the technique currently disclosed by patent document 1, the casting speed and the amount of secondary cooling water changed before the slab cross section in the measurement position with a thermometer arrives at the position from a molten metal surface position at the present time. In some cases, it is necessary to perform a model calculation that reflects the change, which complicates the management of data used for the calculation.

そこで本発明は、鋳片の特定位置における表面温度分布および固相率分布を連続的に算出することが可能な、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定方法および推定装置を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention provides a state estimation method and an estimation apparatus for a slab cast by a continuous casting machine, capable of continuously calculating a surface temperature distribution and a solid phase ratio distribution at a specific position of the slab. This is the issue.

本発明の第1の態様は、鋳片長手方向に垂直な鋳片の大きさ、鋳造速度、鋳型内における溶湯金属温度、溶湯金属中の溶質成分濃度、該溶質成分濃度を用いて算出される溶湯金属の液相線温度、および、鋳片の表面の各点における冷却条件を含む、連続鋳造機の操業データを把握する操業データ把握工程と、上記冷却条件を用いて鋳片表面の各点における熱伝達率を推定する熱伝達率推定工程と、該熱伝達率推定工程で推定した熱伝達率と鋳片の真の熱伝達率との誤差を補正する熱伝達率補正パラメータを用いて、熱伝達率推定工程で推定された熱伝達率を補正することにより、補正後の熱伝達率を算出する熱伝達率補正工程と、上記操業データと熱伝達率補正工程で算出した補正後の熱伝達率とを用いて、鋳片の表面温度の分布、鋳片の内部温度の分布、および、鋳片の内部における固相率の分布を逐次算出する温度固相率分布算出工程と、鋳型の出口から鋳片が切断される箇所までの任意の地点で、温度測定手段を用いて鋳片の表面温度を測定する表面温度測定工程と、該表面温度測定工程で測定された鋳片の表面温度と、温度固相率分布算出工程で算出された、温度測定手段によって表面温度が測定される測定位置における鋳片の表面温度の算出値と、の偏差を用いて、温度固相率分布算出工程が終了する毎に熱伝達率補正パラメータを修正する熱伝達率補正パラメータ修正工程と、を有することを特徴とする、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定方法である。   The first aspect of the present invention is calculated using the size of the slab perpendicular to the slab longitudinal direction, the casting speed, the molten metal temperature in the mold, the solute component concentration in the molten metal, and the solute component concentration. The operation data grasping process for grasping the operation data of the continuous casting machine, including the liquidus temperature of the molten metal and the cooling conditions at each point on the surface of the slab, and each point on the slab surface using the above cooling conditions Using a heat transfer coefficient estimation parameter for correcting an error between the heat transfer coefficient estimated in the heat transfer coefficient estimation step and the heat transfer coefficient estimated in the heat transfer coefficient estimation step and the true heat transfer coefficient of the slab, By correcting the heat transfer coefficient estimated in the heat transfer coefficient estimation process, the heat transfer coefficient correction process for calculating the corrected heat transfer coefficient, and the corrected heat calculated in the operation data and the heat transfer coefficient correction process. Using the transmission rate, the surface temperature distribution of the slab, Temperature solid phase ratio distribution calculation step for calculating temperature distribution and solid phase ratio distribution inside the slab sequentially, and temperature measuring means at any point from the mold outlet to the location where the slab is cut The surface temperature measurement step of measuring the surface temperature of the slab using the surface temperature of the slab measured in the surface temperature measurement step, the surface temperature by the temperature measurement means calculated in the temperature solid fraction distribution calculation step Heat transfer coefficient correction parameter correction that corrects the heat transfer coefficient correction parameter every time the temperature solid phase ratio distribution calculation process is completed using the deviation between the calculated value of the surface temperature of the slab at the measurement position where the temperature is measured A method for estimating a state of a slab cast by a continuous casting machine.

ここで、本発明において、「鋳片の真の熱伝達率」とは、計算により予測された熱伝達率ではない、鋳片の実際の熱伝達率をいう。本発明では、鋳造方向各計算位置における断面の温度等分布計算1回につき1回だけ熱伝達率補正パラメータの修正を実施すればよいので、従来よりも計算量を低減することができる。これにより、鋳片の特定位置における表面温度分布および固相率分布を連続的に算出することが可能になる。また、本発明において、温度分布等を計算する断面の計算位置を鋳片上で予め定め、各計算位置について上流側に隣接する計算位置から計算対象断面が移動する毎に、その間の鋳造速度変化や2次冷却水量変化等を反映させる形態にすると、この間の鋳造速度や冷却条件だけを記憶すればよい。このような形態にすることにより、過去の操業状態を長期間に亘って記憶する必要がなくなるので、計算に用いるデータの管理が容易になる。   Here, in the present invention, the “true heat transfer coefficient of the slab” refers to the actual heat transfer coefficient of the slab, not the heat transfer coefficient predicted by calculation. In the present invention, it is only necessary to correct the heat transfer coefficient correction parameter once for each calculation of the temperature distribution of the cross section at each calculation position in the casting direction, so that the calculation amount can be reduced as compared with the conventional case. Thereby, it is possible to continuously calculate the surface temperature distribution and the solid phase ratio distribution at a specific position of the slab. Further, in the present invention, the calculation position of the cross section for calculating the temperature distribution or the like is predetermined on the slab, and each time the calculation target cross section moves from the calculation position adjacent to the upstream side for each calculation position, When the secondary cooling water amount change or the like is reflected, only the casting speed and cooling conditions during this period need be stored. By adopting such a configuration, it is not necessary to store past operation states over a long period of time, so that management of data used for calculation is facilitated.

また、上記本発明の第1の態様において、温度固相率分布算出工程で上記の各分布を逐次算出する毎に、各分布が算出される鋳片の計算断面の、上記測定位置に対応する計算点におけるエンタルピーおよび該計算点における熱伝達率補正パラメータの分散共分散行列が算出され、上記計算点におけるエンタルピーに加える修正値、および、上記計算点における熱伝達率補正パラメータに加える修正値を算出するために、上記分散共分散行列を用いて、上記偏差(表面温度測定工程で測定された鋳片の表面温度と、温度固相率分布算出工程で算出された、上記測定位置における鋳片の表面温度の算出値と、の偏差)に乗じる係数ベクトルとして修正ゲイン係数行列を算出することが好ましい。これにより、鋳片の特定位置における表面温度分布および固相率分布を連続的に算出しやすくなる。   Further, in the first aspect of the present invention, each time each of the above distributions is sequentially calculated in the temperature solid fraction distribution calculation step, it corresponds to the measurement position of the calculated cross section of the slab in which each distribution is calculated. The enthalpy at the calculation point and the variance-covariance matrix of the heat transfer coefficient correction parameter at the calculation point are calculated, and the correction value to be added to the enthalpy at the calculation point and the correction value to be added to the heat transfer coefficient correction parameter at the calculation point are calculated. Therefore, using the variance-covariance matrix, the deviation (the surface temperature of the slab measured in the surface temperature measurement step and the slab of the slab at the measurement position calculated in the temperature solid-phase ratio distribution calculation step) It is preferable to calculate the corrected gain coefficient matrix as a coefficient vector to be multiplied by the deviation of the calculated value of the surface temperature. This facilitates continuous calculation of the surface temperature distribution and the solid fraction distribution at a specific position of the slab.

また、上記本発明の第1の態様において、上記操業データを用いて、鋳片の表面温度の分布、鋳片の内部温度の分布、鋳片の内部における固相率の分布、および、鋳片の内部の固液共存域における液相内の溶質成分濃度の分布を逐次算出することが好ましい。このような形態にすることにより、実用規模の連続鋳造機において熱伝達率モデルによる熱伝達率計算値が実際の値と異なる場合であっても、測温点のみならず測温点以外の鋳片の表面温度推定値も、実用規模の連続鋳造機における測温結果と十分な精度で一致させることが可能になる。   Further, in the first aspect of the present invention, using the operation data, the distribution of the surface temperature of the slab, the distribution of the internal temperature of the slab, the distribution of the solid fraction within the slab, and the slab It is preferable to sequentially calculate the distribution of the concentration of the solute component in the liquid phase in the solid-liquid coexistence region inside. By adopting such a configuration, in a continuous casting machine on a practical scale, even if the calculated heat transfer coefficient by the heat transfer coefficient model is different from the actual value, not only the temperature measurement point but also the casting points other than the temperature measurement point It is possible to match the estimated surface temperature of the piece with sufficient accuracy with the temperature measurement result in a continuous caster on a practical scale.

本発明の第2の態様は、鋳片長手方向に垂直な鋳片の大きさ、鋳造速度、鋳型内における溶湯金属温度、溶湯金属中の溶質成分濃度、該溶質成分濃度を用いて算出される溶湯金属の液相線温度、および、鋳片の表面の各点における冷却条件を含む、連続鋳造機の操業データを記憶する操業データ記憶部と、上記冷却条件を用いて鋳片表面の各点における熱伝達率を推定する熱伝達率推定部と、該熱伝達率推定部で推定した熱伝達率と鋳片の真の熱伝達率との誤差を補正する熱伝達率補正パラメータを用いて、熱伝達率推定部で推定された熱伝達率を補正することにより、補正後の熱伝達率を算出する熱伝達率補正部と、上記操業データと熱伝達率補正部で算出した補正後の熱伝達率とを用いて、鋳片の表面温度の分布、鋳片の内部温度の分布、および、鋳片の内部における固相率の分布を逐次算出する温度固相率分布算出部と、鋳型の出口から鋳片が切断される箇所までの任意の地点で鋳片の表面温度を測定する温度測定手段によって測定された鋳片の表面温度と、温度固相率分布算出部で算出された、温度測定手段によって表面温度が測定される測定位置における鋳片の表面温度の算出値と、の偏差を用いて、温度固相率分布算出部による計算が終了する毎に熱伝達率補正パラメータを修正する熱伝達率補正パラメータ修正部と、を有することを特徴とする、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定装置である。   The second aspect of the present invention is calculated using the size of the slab perpendicular to the slab longitudinal direction, the casting speed, the molten metal temperature in the mold, the solute component concentration in the molten metal, and the solute component concentration. Operation data storage unit for storing operation data of the continuous casting machine including the liquidus temperature of the molten metal and the cooling conditions at each point on the surface of the slab, and each point on the slab surface using the above cooling conditions Using a heat transfer coefficient estimation unit that estimates the heat transfer coefficient in the heat transfer coefficient correction parameter that corrects an error between the heat transfer coefficient estimated by the heat transfer coefficient estimation unit and the true heat transfer coefficient of the slab, By correcting the heat transfer rate estimated by the heat transfer rate estimation unit, the heat transfer rate correction unit that calculates the corrected heat transfer rate, and the corrected heat calculated by the operation data and the heat transfer rate correction unit Using the transmission rate, the surface temperature distribution of the slab and the internal temperature distribution of the slab And the temperature solid phase ratio distribution calculation part which calculates the distribution of the solid fraction in the slab sequentially, and the surface temperature of the slab at any point from the mold outlet to the part where the slab is cut The surface temperature of the slab measured by the temperature measurement means, and the calculated value of the surface temperature of the slab at the measurement position where the surface temperature is measured by the temperature measurement means, calculated by the temperature solid fraction distribution calculation unit. A heat transfer coefficient correction parameter correction unit that corrects the heat transfer coefficient correction parameter each time the calculation by the temperature solid phase ratio distribution calculation unit is completed using the deviation, and is cast by a continuous casting machine. It is the state estimation apparatus of the slab.

本発明では、鋳造方向各計算位置における断面の温度等分布計算1回につき1回だけ熱伝達率補正パラメータの修正を実施すればよいので、従来よりも計算量を低減することができる。これにより、鋳片の特定位置における表面温度分布および固相率分布を連続的に算出することが可能になる。また、本発明において、温度分布等を計算する断面の計算位置を鋳片上で予め定め、各計算位置について上流側に隣接する計算位置から計算対象断面が移動する毎に、その間の鋳造速度変化や2次冷却水量変化等を反映させる形態にすると、この間の鋳造速度や冷却条件だけを記憶すればよい。このような形態にすることにより、過去の操業状態を長期間に亘って記憶する必要がなくなるので、計算に用いるデータの管理が容易になる。   In the present invention, it is only necessary to correct the heat transfer coefficient correction parameter once for each calculation of the temperature distribution of the cross section at each calculation position in the casting direction, so that the calculation amount can be reduced as compared with the conventional case. Thereby, it is possible to continuously calculate the surface temperature distribution and the solid phase ratio distribution at a specific position of the slab. Further, in the present invention, the calculation position of the cross section for calculating the temperature distribution or the like is predetermined on the slab, and each time the calculation target cross section moves from the calculation position adjacent to the upstream side for each calculation position, When the secondary cooling water amount change or the like is reflected, only the casting speed and cooling conditions during this period need be stored. By adopting such a configuration, it is not necessary to store past operation states over a long period of time, so that management of data used for calculation is facilitated.

また、上記本発明の第2の態様において、温度固相率分布算出部で各分布を逐次算出する毎に、各分布が算出される鋳片の計算断面の、上記測定位置に対応する計算点におけるエンタルピーおよび該計算点における熱伝達率補正パラメータの分散共分散行列が算出され、上記計算点におけるエンタルピーに加える修正値、および、上記計算点における熱伝達率補正パラメータに加える修正値を算出するために、上記分散共分散行列を用いて、上記偏差(温度測定手段によって測定された鋳片の表面温度と、温度固相率分布算出部で算出された、上記測定位置における鋳片の表面温度の算出値と、の偏差)に乗じる係数ベクトルとして修正ゲイン係数行列を算出することが好ましい。これにより、鋳片の特定位置における表面温度分布および固相率分布を連続的に算出しやすくなる。   Further, in the second aspect of the present invention, each time the distribution is sequentially calculated by the temperature solid fraction distribution calculation unit, the calculation point corresponding to the measurement position of the calculation cross section of the slab in which each distribution is calculated To calculate a correction value to be added to the enthalpy at the calculation point and a correction value to be added to the heat transfer coefficient correction parameter at the calculation point. In addition, using the variance-covariance matrix, the deviation (the surface temperature of the slab measured by the temperature measuring means and the surface temperature of the slab at the measurement position calculated by the temperature solid fraction distribution calculation unit) It is preferable to calculate a corrected gain coefficient matrix as a coefficient vector to be multiplied by the deviation of the calculated value. This facilitates continuous calculation of the surface temperature distribution and the solid fraction distribution at a specific position of the slab.

また、上記本発明の第2の態様において、上記操業データを用いて、鋳片の表面温度の分布、鋳片の内部温度の分布、鋳片の内部における固相率の分布、および、鋳片の内部の固液共存域における液相内の溶質成分濃度の分布を逐次算出することが好ましい。このような形態にすることにより、実用規模の連続鋳造機において熱伝達率モデルによる熱伝達率計算値が実際の値と異なる場合であっても、測温点のみならず測温点以外の鋳片の表面温度推定値も、実用規模の連続鋳造機における測温結果と十分な精度で一致させることが可能になる。   Further, in the second aspect of the present invention, using the operation data, the distribution of the surface temperature of the slab, the distribution of the internal temperature of the slab, the distribution of the solid phase ratio inside the slab, and the slab It is preferable to sequentially calculate the distribution of the concentration of the solute component in the liquid phase in the solid-liquid coexistence region inside. By adopting such a configuration, in a continuous casting machine on a practical scale, even if the calculated heat transfer coefficient by the heat transfer coefficient model is different from the actual value, not only the temperature measurement point but also the casting points other than the temperature measurement point It is possible to match the estimated surface temperature of the piece with sufficient accuracy with the temperature measurement result in a continuous caster on a practical scale.

本発明によれば、鋳片の特定位置における表面温度分布および固相率分布を連続的に算出することが可能な、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定方法および推定装置を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a state estimation method and an estimation device for a slab cast by a continuous casting machine capable of continuously calculating a surface temperature distribution and a solid phase ratio distribution at a specific position of the slab. can do.

本発明を適用可能な連続鋳造機を説明する図である。It is a figure explaining the continuous casting machine which can apply this invention. 図1のII−II’断面を簡略化して示す図である。It is a figure which simplifies and shows the II-II 'cross section of FIG. 本発明の連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定方法を説明する図である。It is a figure explaining the state estimation method of the slab cast with the continuous casting machine of this invention. 熱伝達率補正パラメータが対応する鋳片全体の区分を説明する図である。It is a figure explaining the division of the whole slab to which a heat transfer coefficient correction parameter corresponds. 鋳片の計算対象断面の境界線、計算点の配置、および、測温点の配置を説明する図である。It is a figure explaining the boundary line of the calculation object cross section of a slab, arrangement | positioning of a calculation point, and arrangement | positioning of a temperature measuring point. 本発明の状態推定方法における逐次計算部分の1回あたりの計算フローを説明する図である。It is a figure explaining the calculation flow per time of the sequential calculation part in the state estimation method of this invention. 特許文献1の第1実施形態に示されている方法を説明する図である。It is a figure explaining the method shown by 1st Embodiment of patent document 1. FIG. 特許文献1の第2実施形態に示されている方法を説明する図である。It is a figure explaining the method shown by 2nd Embodiment of patent document 1. FIG. 本発明の連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定装置を説明する図である。It is a figure explaining the state estimation apparatus of the slab cast with the continuous casting machine of this invention. 曲げセグメント出口におけるモデル計算値を比較した比較例の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the comparative example which compared the model calculation value in a bending segment exit. 矯正セグメント出口におけるモデル計算値を比較した比較例の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the comparative example which compared the model calculation value in the correction | amendment segment exit. 曲げセグメント出口におけるモデル計算値を比較した実施例の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the Example which compared the model calculation value in a bending segment exit. 矯正セグメント出口におけるモデル計算値を比較した実施例の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the Example which compared the model calculation value in the correction | amendment segment exit. 実施例における熱伝達率補正パラメータの推定結果を説明する図である。It is a figure explaining the estimation result of the heat transfer coefficient correction parameter in an Example. 実施例および比較例の鋳片表面温度の推定結果を説明する図である。It is a figure explaining the estimation result of the slab surface temperature of an Example and a comparative example. 比較例による推定モデルの断面内温度とプラントモデルの断面内温度との誤差分布を説明する図である。It is a figure explaining the error distribution of the cross-sectional temperature of the estimation model by a comparative example, and the cross-sectional temperature of a plant model. 実施例による推定モデルの断面内温度とプラントモデルの断面内温度との誤差分布を説明する図である。It is a figure explaining the error distribution of the cross-sectional temperature of the estimation model by an Example, and the cross-sectional temperature of a plant model. 比較例による推定モデルの断面内固相率とプラントモデルの断面内固相率との誤差分布を説明する図である。It is a figure explaining the error distribution of the solid phase ratio in a section of an estimation model by a comparative example, and the solid phase ratio in a section of a plant model. 実施例による推定モデルの断面内固相率とプラントモデルの断面内固相率との誤差分布を説明する図である。It is a figure explaining the error distribution of the solid phase ratio in a section of an estimation model by an example, and the solid phase ratio in a section of a plant model. 本発明の状態推定装置を連続鋳造機の実用機操業に適用した場合における熱伝達率補正パラメータの値の推移を説明する図である。It is a figure explaining transition of the value of a heat transfer coefficient correction parameter at the time of applying a state estimating device of the present invention to operation of a commercial machine of a continuous casting machine. 本発明の状態推定装置を連続鋳造機の実用機操業に適用した場合における鋳片表面温度の推定結果を説明する図である。It is a figure explaining the estimation result of the slab surface temperature at the time of applying the state estimation apparatus of this invention to the operation of a practical machine of a continuous casting machine. 本発明の状態推定装置を連続鋳造機の実用機操業に適用した場合における鋳片表面温度の推定結果を説明する図である。It is a figure explaining the estimation result of the slab surface temperature at the time of applying the state estimation apparatus of this invention to the operation of a practical machine of a continuous casting machine.

本発明の実施の形態について、以下に説明する。以下の説明において、本発明の連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定方法を「本発明の状態推定方法」と称することがあり、本発明の連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定装置を「本発明の状態推定装置」と称することがある。なお、以下に説明する形態は本発明の例示であり、本発明は以下に説明する形態に限定されない。   Embodiments of the present invention will be described below. In the following description, the state estimation method of a slab cast by the continuous casting machine of the present invention may be referred to as “the state estimation method of the present invention”, and the slab cast by the continuous casting machine of the present invention. This state estimation device may be referred to as a “state estimation device of the present invention”. In addition, the form demonstrated below is an illustration of this invention and this invention is not limited to the form demonstrated below.

図1は、本発明を適用可能な連続鋳造機を説明する図である。図1では、連続鋳造機の構成を模式的に表わしている。図2は、図1のII−II’断面を簡略化して示す図である。図1および図2に示した連続鋳造機10は、鋳型1と、該鋳型1から引き出された鋳片2を支持するロール3と、鋳片2に向けて冷却水を吐出する冷却水スプレー4と、鋳片2の温度を測定する温度計5と、上位計算機6と、下位計装計算装置7と、を有している。上位計算機6には、鋳片2の長手方向に垂直な鋳片の大きさ、鋳型1内における溶湯金属温度、溶湯金属中の溶質成分濃度、該溶質成分濃度を用いて算出される溶湯金属の液相線温度、および、鋳片2の表面の各点における冷却条件を含む、連続鋳造機の操業データが記憶されており、下位計装計算装置7には、鋳造速度、および、温度計5によって測定された鋳片の表面温度が記憶されている。すなわち、上位計算機6および下位計装計算装置7は、後述する操業データ記憶部として機能する。上位計算機6および下位計装計算装置7に記憶されている操業データが、本発明の状態推定装置8で使用される。図2に示した計算対象領域21は、鋳片の厚さ方向中央を境に温度分布が対称であり、且つ、鋳片の幅方向中央を境に温度分布が対称であるという仮定の下で、本発明による温度分布および固相率分布等の計算が行われる領域である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a continuous casting machine to which the present invention can be applied. FIG. 1 schematically shows the configuration of a continuous casting machine. FIG. 2 is a simplified view of the II-II ′ cross section of FIG. 1. A continuous casting machine 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes a mold 1, a roll 3 that supports a slab 2 drawn out from the mold 1, and a cooling water spray 4 that discharges cooling water toward the slab 2. And a thermometer 5 for measuring the temperature of the slab 2, a high-order computer 6, and a low-order instrumentation calculation device 7. The host computer 6 includes the size of the slab perpendicular to the longitudinal direction of the slab 2, the temperature of the molten metal in the mold 1, the concentration of the solute component in the molten metal, and the molten metal calculated using the concentration of the solute component. The operation data of the continuous casting machine including the liquidus temperature and the cooling conditions at each point on the surface of the slab 2 are stored. The lower instrumentation calculation device 7 has a casting speed and a thermometer 5. The surface temperature of the slab measured by is stored. That is, the upper computer 6 and the lower instrumentation computer 7 function as an operation data storage unit described later. Operation data stored in the upper computer 6 and the lower instrumentation computer 7 is used in the state estimation device 8 of the present invention. The calculation target region 21 shown in FIG. 2 is based on the assumption that the temperature distribution is symmetric with respect to the center of the slab in the thickness direction and the temperature distribution is symmetric with respect to the center of the slab in the width direction. This is a region where the temperature distribution and the solid fraction distribution according to the present invention are calculated.

1.連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定方法
図3は、本発明の状態推定方法を説明するフローチャートである。図3に示したように、本発明の状態推定方法は、表面温度測定工程(S31)と、操業データ把握工程(S32)と、熱伝達率推定工程(S33)と、熱伝達率補正工程(S34)と、温度固相率分布算出工程(S35)と、熱伝達率補正パラメータ修正工程(S36)と、を有している。図3を適宜参照しつつ、本発明の状態推定方法で用いる鋳片状態推定モデルの機能、当該モデルの設定、および、当該モデルの各機能における計算手順について、以下に説明する。
1. FIG. 3 is a flow chart for explaining the state estimation method of the present invention. As shown in FIG. 3, the state estimation method of the present invention includes a surface temperature measurement step (S31), an operation data grasping step (S32), a heat transfer rate estimation step (S33), and a heat transfer rate correction step ( S34), a temperature solid phase ratio distribution calculating step (S35), and a heat transfer coefficient correction parameter correcting step (S36). The function of the slab state estimation model used in the state estimation method of the present invention, the setting of the model, and the calculation procedure in each function of the model will be described below with reference to FIG. 3 as appropriate.

<モデルにおける時刻および鋳片断面内の座標>
本発明で用いる鋳片状態推定モデルでは、鋳片長手方向に垂直な断面(以下において、「計算対象断面」とも称する。)が鋳型内溶鋼湯面から連続鋳造機の出口まで引き抜かれる過程を追跡して、この断面内における状態変数の凝固進行による時間変化を計算する。以下では時刻tについて、追跡する断面が鋳型内湯面にある時刻をt=0とする。
<Time in model and coordinates in slab section>
In the slab state estimation model used in the present invention, a process in which a cross section perpendicular to the slab longitudinal direction (hereinafter also referred to as “calculation target cross section”) is drawn from the molten steel surface in the mold to the outlet of the continuous casting machine is traced. Then, the time change due to the progress of solidification of the state variable in this section is calculated. Hereinafter, with respect to time t, the time when the cross section to be tracked is in the mold surface is assumed to be t = 0.

図2に示したように、連続鋳造機内における鋳片の長手方向に垂直な断面の各辺のうち、鋳片の上面または下面にあたる辺に平行な方向を幅方向、それに垂直な側面にあたる辺に平行な方向を厚み方向とし、鋳片幅方向をx、鋳片厚み方向をyで表わす。鋳片幅方向の座標軸をx軸,鋳片厚み方向の座標軸をy軸とし、一つの断面コーナーを座標系の原点とする。
また、図1に示したように、断面の鋳片長手方向の位置zについては、鋳造速度をvc(t)とするとき、z(0)=0、且つ、dz/dt=vc(t)を満たすものとする。
As shown in FIG. 2, among the sides of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the slab in the continuous casting machine, the direction parallel to the side corresponding to the upper surface or the lower surface of the slab is the width direction and the side corresponding to the side surface perpendicular thereto The parallel direction is defined as the thickness direction, the slab width direction is represented by x, and the slab thickness direction is represented by y. The coordinate axis in the slab width direction is the x axis, the coordinate axis in the slab thickness direction is the y axis, and one section corner is the origin of the coordinate system.
Further, as shown in FIG. 1, regarding the position z in the longitudinal direction of the slab, z (0) = 0 and dz / dt = vc (t) when the casting speed is vc (t). Shall be satisfied.

<状態変数>
溶鋼温度推定モデルでは、以下のものを、時刻tにおける断面内座標(x、y)における状態変数とする。なお、iは溶鋼中における溶質成分の番号である。
エンタルピー:H(x、y、t)、温度:T(x、y、t)、固相率:f(x、y、t)、固液界面における溶質成分濃度:C(x、y、t)。
また、溶鋼温度推定モデルにおける物性パラメータは、以下の通りである。
熱伝導率(温度に依存):λ(x、y、t)=λ(T(x、y、t))、鋼の比熱(温度に依存):c(x、y、t)=c(T(x、y、t))、凝固潜熱:L、液相線温度:T
<State variable>
In the molten steel temperature estimation model, the following are set as state variables in the in-section coordinates (x, y) at time t. Here, i is the number of the solute component in the molten steel.
Enthalpy: H (x, y, t), temperature: T (x, y, t), solid phase ratio: f s (x, y, t), solute component concentration at the solid-liquid interface: C i (x, y , T).
The physical property parameters in the molten steel temperature estimation model are as follows.
Thermal conductivity (dependent on temperature): λ (x, y, t) = λ (T (x, y, t)), specific heat of steel (dependent on temperature): c (x, y, t) = c ( T (x, y, t)), latent heat of solidification: L, liquidus temperature: T L.

<モデルの基礎方程式>
エンタルピーは、凝固潜熱を含めた断面内各点におけるエネルギーなので、各点における熱収支を表わす熱伝導方程式(1)により、その時間変化を表わすことができる。
<Basic equation of model>
Since the enthalpy is the energy at each point in the cross section including the latent heat of solidification, the time change can be expressed by the heat conduction equation (1) representing the heat balance at each point.

ここで、qはx方向の熱流束、qはy方向の熱流束を表わす。断面内の境界線以外の内点では、下記式(2)および式(3)が成り立つ。 Here, q x represents the heat flux in the x direction, and q y represents the heat flux in the y direction. The following formulas (2) and (3) hold at the inner points other than the boundary line in the cross section.

ただし、λはx方向の熱伝導率、λはy方向の熱伝導率を表わす。したがって、式(2)および式(3)より、内点において上記式(1)は Here, λ x represents the thermal conductivity in the x direction, and λ y represents the thermal conductivity in the y direction. Therefore, from the equations (2) and (3), the above equation (1) is

となる。 It becomes.

<境界条件>
計算対象断面の、鋳片表面における断面境界においては、x=0の鋳片短辺面では下記式(5)で熱流束が表わされ、y=0の鋳片長辺面では下記式(6)で熱流束が表わされるものとする。
<Boundary conditions>
In the cross section boundary on the slab surface of the slab surface to be calculated, the heat flux is expressed by the following formula (5) on the short side surface of the slab of x = 0, and the following formula (6) on the long side surface of the slab of y = 0. ) Represents the heat flux.

ただし、Kは鋳片短辺面における熱伝達率、Kは鋳片長辺面における熱伝達率であり、冷却の様式に基づくモデル式を用いて表わす。また、Tは外部雰囲気温度であり、εおよびεはモデル計算適用時における熱伝達率のモデル式と実際の値との差を補正するパラメータ(熱伝達率補正パラメータ)である。一方、計算対象断面の各中央線側境界線では、中央線を挟んで各変数が対称と仮定し、且つ、境界線を横断する熱交換はないものとし、下記式(7)および式(8)が成り立つと仮定する。下記式(7)においてX/2は鋳片幅方向中央であり、下記式(8)においてY/2は鋳片厚み方向中央である。 However, K x is the heat transfer coefficient in the slab narrow side, K y is the heat transfer coefficient in the slab long side surface, it expressed using a model equation based on the mode of cooling. T a is the external ambient temperature, and ε x and ε y are parameters (heat transfer coefficient correction parameters) for correcting the difference between the model value of the heat transfer coefficient and the actual value when the model calculation is applied. On the other hand, at each center line side boundary line of the calculation object cross section, it is assumed that each variable is symmetric with respect to the center line, and there is no heat exchange across the boundary line, and the following equations (7) and (8) ) Holds. In the following formula (7), X / 2 is the center of the slab width direction, and in the following formula (8), Y / 2 is the center of the slab thickness direction.

<エンタルピーと温度および固相率との関係>
合金である鋼の凝固では、温度が成分濃度で定まる液相線温度Tを下回ると凝固が始まって固相率f>0となり、凝固が完了してf=1となるまでの間に温度が低下する。固相率が0≦f≦1であることを考慮して、エンタルピーと温度との関係は、下記式(9)で表わされる。
<Relationship between enthalpy, temperature and solid fraction>
In the solidification of steel, which is an alloy, when the temperature falls below the liquidus temperature TL determined by the component concentration, solidification starts and the solid phase ratio f s > 0 until solidification is completed and f s = 1. The temperature drops. Considering that the solid phase ratio is 0 ≦ f s ≦ 1, the relationship between enthalpy and temperature is expressed by the following formula (9).

ここで、ρは密度である。 Here, ρ is density.

<エンタルピーを変数とする熱伝導方程式>
上記式(9)の両辺に対して、xにより偏微分すると下記式(10)になるので、x方向の熱流束qは下記式(11)で表わされる。
<Heat conduction equation with enthalpy as a variable>
When both sides of the above formula (9) are partially differentiated by x, the following formula (10) is obtained. Therefore, the heat flux q x in the x direction is represented by the following formula (11).

以下同様にして、y方向の熱流束qは下記式(12)で表わされる。 Similarly, the heat flux q y in the y direction is expressed by the following formula (12).

上記式(3)へ、上記式(11)および式(12)を代入することにより、断面の内点では、熱伝導方程式を、エンタルピーを変数とする方程式(13)に書き換えることができる。 By substituting the above equations (11) and (12) into the above equation (3), the heat conduction equation can be rewritten to the equation (13) with the enthalpy as a variable at the inner point of the cross section.

温度と固相率との関係を表わすモデルは、これまでにいくつか提案されている。その一つに、凝固が開始する液相線温度と凝固が完了する固相線温度との間で、固相率を補間するモデルがある。   Several models representing the relationship between temperature and solid fraction have been proposed so far. One of them is a model that interpolates a solid phase ratio between a liquidus temperature at which solidification starts and a solidus temperature at which solidification is completed.

補間関数は一般に単調増加で、fについて1次式とする方法や、fについて2次式とする方法がある。
上記式(9)、式(13)、式(14)は、変数H、T、および、fについて閉じているため、これらを連立して解くことにより、断面内のエンタルピーH(x、y、t)、温度T(x、y、t)、および、固相率f(x、y、t)が得られる。
Interpolation function is generally monotonic increasing, a method of the first order equation for f s, there is a method of the quadratic equation for f s.
Since the above equations (9), (13), and (14) are closed with respect to the variables H, T, and f s , enthalpy H (x, y in the cross section can be obtained by solving these simultaneously. , T), temperature T (x, y, t), and solid fraction f s (x, y, t).

温度と固相率との関係を表わす別のモデルは、固液共存領域内では固相と液相の界面での液相側溶質濃度により温度が定まるので、状態図から、下記式(15)および(16)のように表わすモデルである。   Another model representing the relationship between temperature and solid phase ratio is that the temperature is determined by the solute concentration on the liquid phase side at the interface between the solid phase and the liquid phase in the solid-liquid coexistence region. And (16).

上記式(9)、式(13)、式(15)、および、式(16)は、変数H、T、f、CLiについて閉じているため、これらを連立して解くことにより、断面内のエンタルピーH(x、y、t)、温度T(x、y、t)、固相率f(x、y、t)、および、固液界面の液相側溶質濃度CLi(x、y、t)が得られる。 Since the above formula (9), formula (13), formula (15), and formula (16) are closed with respect to the variables H, T, f s , and C Li , the cross section is obtained by solving them simultaneously. Enthalpy H (x, y, t), temperature T (x, y, t), solid fraction f s (x, y, t), and liquid phase side solute concentration C Li (x , Y, t).

ただし、これらの方程式を解析的に解くことは困難である。そこで、本発明では、離散化により数値解を得る。本発明では、上記式(13)の方程式を、鋳片断面内および境界線上で空間的に離散化し、鋳片表面における境界条件を組み込んだ形で、離散化した時間における更新するモデルを用いる。   However, it is difficult to solve these equations analytically. Therefore, in the present invention, a numerical solution is obtained by discretization. In the present invention, a model is used in which the equation (13) is spatially discretized in the cross section of the slab and on the boundary line, and the boundary condition on the slab surface is incorporated and updated at the discretized time.

<座標の離散化>
鋳片の長手方向において、鋳型内湯面位置から一定距離間隔Δzで計算点を設定する。計算位置の番号は、鋳型内湯面位置をtp=0とし、以下引き抜き方向にtp=1、2、…、Tとする。各計算位置では、鋳片断面内および境界上に計算点を共通に設定する。
以下の説明では、計算対象領域を、図2に示したように、鋳片断面の左下コーナーを原点とし、鋳片幅方向中央x=X/2および鋳片厚み方向中央y=Y/2までの範囲とする。計算点の座標(x、y)は、i=0、…、I、および、j=0、…、Jについて、x=0およびx=X/2、ならびに、y=0およびy=Y/2とし、これらの間では,x軸方向の計算点座標の最小間隔およびy軸方向の計算点座標の最小間隔が、常に偏微分方程式の数値解法における安定性の条件を満たすように、計算点座標を適切な位置に配置する。安定性の条件には解くべき方程式の係数から解析的に導く方法が知られているが、本発明では事前のシミュレーションで得られる解が数値的に安定になることを確認して決定する。
以下では、i=0、…、I−1、および、j=0、…、J−1について、
i+1/2=(x+xi+1)/2、
j+1/2=(y+yj+1)/2、
Δx=xi+1−x
Δy=yj+1−y
とする。
一方、i=1、…、I−1、および、j=1、…、J−1において、
Δx =xi+1/2−xi−1/2
Δy =yj+1/2−yj−1/2
Δx =x1/2−x
Δy =y1/2−y
Δx =x−xI−1/2
Δy =y−yJ−1/2
とする。
<Discrete coordinates>
In the longitudinal direction of the slab, calculation points are set at a certain distance Δz from the position of the molten metal surface in the mold. Number of computation position, the mold molten steel surface position and tp = 0, the following drawing direction to tp = 1, 2, ..., and T P. At each calculation position, calculation points are set in common on the slab cross section and on the boundary.
In the following description, as shown in FIG. 2, the calculation target area is set to the center of the slab width direction x = X / 2 and the center of the slab thickness direction y = Y / 2 with the lower left corner of the slab cross section as the origin. The range. The coordinates (x i , y j ) of the calculation point are x 0 = 0 and x I = X / 2 and y 0 = 0 for i = 0,..., I, and j = 0,. And y J = Y / 2, and among these, the minimum interval of the calculation point coordinates in the x-axis direction and the minimum interval of the calculation point coordinates in the y-axis direction always satisfy the stability condition in the numerical solution of the partial differential equation. Arrange the calculation point coordinates at appropriate positions so as to satisfy. As a stability condition, a method of analytically deriving from coefficients of an equation to be solved is known, but in the present invention, it is determined after confirming that a solution obtained by a prior simulation is numerically stable.
In the following, for i = 0,..., I-1 and j = 0,.
x i + 1/2 = (x i + x i + 1 ) / 2,
y j + 1/2 = (y j + y j + 1 ) / 2,
Δx i = x i + 1 −x i ,
Δy j = y j + 1 −y j ,
And
On the other hand, i = 1,..., I-1 and j = 1,.
Δx c i = x i + 1/2 −x i−1 / 2 ,
Δy c j = y j + 1/2 −y j−1 / 2 ,
Δx c 0 = x 1/2 −x 0 ,
Δy c 0 = y 1/2 −y 0 ,
Δx c I = x I −x I−1 / 2 ,
Δy c J = y J −y J−1 / 2 ,
And

<モデル式の離散化>
以下の説明において、座標以外の変数について、添字のi+1/2はiとi+1との中間位置における量であることを意味する。実際の計算において、関数の引数として与える場合には、添字がiおよびi+1に対応する値の平均値とする。本発明では、点(x,y)において離散化したモデルを、エンタルピー、温度、固相率、および、隣接する点におけるエンタルピーおよび固相率を用いて次のように表わすことができる。ここで、「隣接する点」とは、座標(i、j)に対して、点(i+1、j)、点(i、j+1)、点(i−1、j)、および点(i、j−1)のことをいう。
<Discrete model formula>
In the following description, for variables other than coordinates, the subscript i + 1/2 means an amount at an intermediate position between i and i + 1. In the actual calculation, when given as an argument of a function, the subscript is an average value corresponding to i and i + 1. In the present invention, a model discretized at a point (x i , y j ) can be expressed as follows using enthalpy, temperature, solid fraction, and enthalpy and solid fraction at adjacent points. Here, the “adjacent point” refers to the point (i + 1, j), the point (i, j + 1), the point (i−1, j), and the point (i, j) with respect to the coordinate (i, j). -1).

ここで、N(i、j)は、点(x、y)の上記の隣接する点の集合を表わす。また、a i,jは、式(13)において、偏微分を中心差分により離散近似し、式(17)の形に整理した場合のHi,j,tにかかる係数であり、α i,jは同じくfi,j,tにかかる係数である。また、bi,jは点(x、y)が鋳片表面境界上の点でない場合は常に0であり、点(x、y)が鋳片表面境界上の点である場合は、式(17)の離散近似後において式(5)および(6)における熱伝達率KまたはKを含む(Ti,j,t−T)にかかる係数である。また、ωは1、0、および、1/2の何れかの値を採る変数であり、エンタルピーの更新において、ω=1の場合は陽解法、ω=0の場合は陰解法、ω=1/2の場合は半陽半陰解法(Crank−Nicholson法)を用いることを意味する。また、TおよびHにおけるpは点(i、j)を表す省略記法であり、k(p)は温度Tがとりうる値の範囲を予め複数区分に分割しておき、温度T(p)を含むTk(p)≦T(p)なる上記温度区分の番号kである。また、I(Tk(p))は式(9)における積分を温度Tからの境界値Tk(p)まで予め算出した値であり、c k(p)+1/2は上記区間k(p)における溶鋼比熱cの代表値である。 Here, N (i, j) represents a set of the above adjacent points of the point (x i , y j ). Further, a t i, j is a coefficient applied to H i, j, t when the partial differentiation is discretely approximated by the central difference in Equation (13) and arranged in the form of Equation (17), and α t i and j are coefficients similarly applied to fi , j and t . Further, b i, j is always 0 when the point (x i , y j ) is not a point on the slab surface boundary, and the point (x i , y i ) is a point on the slab surface boundary. Is a coefficient relating to (T i, j, t −T a ) including the heat transfer coefficient K x or K y in the expressions (5) and (6) after the discrete approximation of the expression (17). Also, ω is a variable that takes one of the values 1, 0, and 1/2. In updating the enthalpy, when ω = 1, the explicit method is used, when ω = 0, the implicit method is used, and ω = 1 / In the case of 2, it means that the semi-yang semi-implicit method (Crank-Nicholson method) is used. Further, p in T p and H p is an abbreviated notation representing the point (i, j), and k (p) is a range of values that the temperature T can take in advance divided into a plurality of sections, and the temperature T (p ) Including T k (p) ≦ T (p). In addition, I c (T k (p) ) is a value obtained by previously calculating the integration in Equation (9) up to the boundary value T k (p) from the temperature T 0 , and c * k (p) +1/2 is the above It is a representative value of the specific heat c of molten steel in the section k (p).

各点における上記式(17)および式(18)の右辺を整理して、時刻tにおける各計算点の変数値を適切な順にベクトル状に並べると、トラッキング面内のエンタルピーおよび測温点における温度は、行列A、A、B,Bε,C、および、D、ならびに、式(18)の右辺においてHp,tおよびfsp,tに関係しない項をまとめたTp0を用いて、以下のように表わすことができる。 When the right sides of the above equations (17) and (18) at each point are arranged and the variable values of the respective calculation points at time t are arranged in a vector in an appropriate order, the enthalpy in the tracking plane and the temperature at the temperature measurement point Uses the matrix A H , A f , B T , B ε, C, and D, and T p0 that summarizes terms that are not related to H p, t and f sp, t on the right side of equation (18). Can be expressed as follows.

<エンタルピーおよび熱伝達率補正パラメータの逐次推定>
本発明では、一定の長さだけ引き抜かれて各断面が下流側へ移動するごとに、温度計により測定した鋳片表面温度測定値と上記モデルにより算出した鋳片表面温度測定位置における鋳片表面温度との誤差を用いて、鋳片表面温度測定位置における計算点のエンタルピー、および、鋳型出口または上流側に隣接する温度計から鋳片表面温度測定位置までの間の熱伝達率補正パラメータの値を逐次推定する。
<Sequential estimation of enthalpy and heat transfer coefficient correction parameters>
In the present invention, the slab surface temperature at the slab surface temperature measurement position calculated by the above model and the slab surface temperature measurement value measured by the thermometer each time each cross section moves to the downstream side after being pulled out by a certain length Using the error from the temperature, the enthalpy of the calculation point at the slab surface temperature measurement position, and the value of the heat transfer coefficient correction parameter from the thermometer adjacent to the mold outlet or upstream to the slab surface temperature measurement position Are estimated sequentially.

熱伝達率補正パラメータは、2次冷却帯のスプレーの鋳片幅方向および鋳片厚み方向に熱伝達率モデルと実機の熱伝達率の誤差にばらつきがある可能性があることに対応するために、図4に示すように、鋳型出口から鋳片長手方向最下流の鋳片表面温度測定位置まで、温度計設置位置間の範囲毎(図4における、上流部分、下流部分、内側、および、外側。)に補正パラメータを割り当てる。図2、図4、および、図5に示すように鋳片幅方向に複数の温度計が設置される場合には、温度計の中間に境界線を設けて鋳片幅方向に熱伝達率補正パラメータの変数を割り当てる。   The heat transfer coefficient correction parameter is to cope with the possibility that there is a variation in the heat transfer coefficient model and the actual heat transfer coefficient error in the slab width direction and slab thickness direction of the spray in the secondary cooling zone. 4, from the mold outlet to the slab surface temperature measurement position at the most downstream side in the slab longitudinal direction, for each range between thermometer installation positions (upstream part, downstream part, inside and outside in FIG. 4) Assign correction parameters to. When multiple thermometers are installed in the slab width direction as shown in FIGS. 2, 4, and 5, a boundary line is provided in the middle of the thermometer to correct the heat transfer coefficient in the slab width direction. Assign a parameter variable.

鋳片表面温度測定位置の計算点におけるモデル方程式(19)および式(20)の右辺を、点(x,y)におけるエンタルピーhおよび熱伝達率補正パラメータεを変数とする方程式とみなすことにより、下記式(21)および式(22)のように表わす。 The model equation (19) and the right side of the equation (20) at the calculation point of the slab surface temperature measurement position, the equation with the enthalpy h t and the heat transfer coefficient correction parameter ε t at the point (x i , y j ) as variables, By considering them, the following expressions (21) and (22) are obtained.

ここで、H’は温度測定位置以外のエンタルピー、ε’は温度測定位置以外の熱伝達率補正パラメータのベクトルである。また、ahhは式(20)においてht+1に関する行を取り出した場合のhにかかる係数、ahεは同じくεにかかる係数、AhHは同じくH’にかかる係数行列、A’hεは同じくε’にかかる係数である。また、B’は同じく(T−T)にかかる係数である。また、c phは式(20)の係数行列Cについて温度測定点における行を取り出した行ベクトルであり、dphは同じく係数行列Dについて温度測定点における行を取り出した係数である。鋳片の鋳型出口以降の部分では、鋳片表面の計算点における固相率は1であるとみなせるので、上記式(21)では潜熱放出に由来する項は除いている。 Here, H ′ t is an enthalpy other than the temperature measurement position, and ε ′ t is a vector of a heat transfer coefficient correction parameter other than the temperature measurement position. Further, a hh is a coefficient related to h t when a row related to h t + 1 in the equation (20) is extracted, a is a coefficient related to ε t , A hH is a coefficient matrix related to H ′ t , and A ′ hε. Is a coefficient concerning ε ′ t . B ′ T is also a coefficient according to (T t −T a ). Further, c T ph is a row vector obtained by extracting a row at the temperature measurement point for the coefficient matrix C in the equation (20), and d ph is a coefficient obtained by extracting a row at the temperature measurement point for the coefficient matrix D. In the portion after the mold exit of the slab, the solid phase ratio at the calculation point on the slab surface can be regarded as 1, so the term derived from latent heat release is excluded from the above equation (21).

本発明では、逐次測定される鋳片表面温度Uptと、表面温度測定位置における表面温度のモデル推定値Tptとの誤差の分散の期待値E(|Upt−Tpt)を最小化する、表面温度測定位置におけるエンタルピーと熱伝達率補正パラメータの時系列[h εを逐次算出する。この方法を以下に説明する。 In the present invention, the expected value E (| U pt −T pt | 2 ) of variance of errors between the slab surface temperature U pt measured sequentially and the model estimated value T pt of the surface temperature at the surface temperature measurement position is minimized. The time series [h t ε t ] T of the enthalpy and the heat transfer coefficient correction parameter at the surface temperature measurement position is sequentially calculated. This method will be described below.

<本発明の状態推定方法の計算手順>
鋳造がΔzだけ進行するごとに実施する計算手順を、以下に示す。なお、便宜上、表面温度測定工程の説明も以下に記載する。
<Calculation Procedure of State Estimation Method of the Present Invention>
A calculation procedure performed every time the casting progresses by Δz is shown below. For convenience, the description of the surface temperature measurement process is also described below.

1.1.表面温度測定工程(S31)
表面温度測定工程(S31)は、鋳型の出口から鋳片が切断される箇所までの任意の地点で、温度計を用いて鋳片の表面温度を測定する工程である。
1.1. Surface temperature measurement process (S31)
The surface temperature measuring step (S31) is a step of measuring the surface temperature of the slab using a thermometer at an arbitrary point from the mold outlet to the location where the slab is cut.

1.2.操業データ把握工程(S32)
操業データ把握工程(S32)は、鋳片長手方向に垂直な鋳片の大きさ、鋳造速度、鋳型内における溶湯金属温度、溶湯金属中の溶質成分濃度、該溶質成分濃度を用いて算出される溶湯金属の液相線温度、および、鋳片の表面の各点における冷却条件を含む、連続鋳造機の操業データを把握する工程である。S32では、2次冷却帯各冷却ゾーンの冷却水流量のデータを取得し、冷却水流量および冷却水スプレーの本数、冷却水スプレーの配置、冷却水スプレーから吐出されたスプレー水が鋳片の表面に衝突する範囲のデータ(冷却条件)を用いて、鋳片表面全体における冷却水スプレー密度分布を算出する。
1.2. Operation data grasping process (S32)
The operation data grasping step (S32) is calculated using the size of the slab perpendicular to the slab longitudinal direction, the casting speed, the molten metal temperature in the mold, the solute component concentration in the molten metal, and the solute component concentration. This is a process of grasping operation data of a continuous casting machine including the liquidus temperature of the molten metal and the cooling conditions at each point on the surface of the slab. In S32, data on the cooling water flow rate in each cooling zone of the secondary cooling zone is acquired, and the cooling water flow rate and the number of cooling water sprays, the arrangement of the cooling water spray, and the spray water discharged from the cooling water spray are the surface of the slab. The cooling water spray density distribution on the entire slab surface is calculated using data (cooling conditions) in the range of collision with the slab.

1.3.熱伝達率推定工程(S33)
熱伝達率推定工程(S33)は、上記S32で把握された冷却条件を用いて、鋳片表面の各点における熱伝達率を推定する工程である。S33は、具体的には、上記鋳片長手方向の計算位置tp=0、…、Tの間の各々において、スプレー水が衝突する部分と、その他の部分とに分割し、各々の部分に属する断面境界上計算点における熱伝達率を、スプレー水が衝突する部分においては衝突するスプレー水の流量密度wと、ミストスプレーの空気流速vと、衝突部分の鋳片表面温度Tとを用いて、予め定めたモデル式(下記式(23)および式(24))に基づき算出する工程である。ここで、下記式(23)に示したKx0(0,y,z,t)は、時刻t、鋳造方向位置zにおける鋳片短辺面の厚み方向位置yにおける熱伝達率であり、下記式(24)に示したKy0(x,0,z,t)は、時刻t、鋳造方向位置zにおける鋳片長辺面の幅方向位置xにおける熱伝達率である。また、S33では、スプレー水が衝突しない部分(上記「その他の部分」)に属する断面境界上計算点における熱伝達率を、式(23)および(24)において、w=0,v=0とし、鋳片表面温度Tのみを用いたモデル式に基づき算出する。
1.3. Heat transfer coefficient estimation step (S33)
The heat transfer coefficient estimation step (S33) is a step of estimating the heat transfer coefficient at each point on the surface of the slab using the cooling conditions grasped in S32. S33 is specifically the slab longitudinal calculated position tp = 0, ..., in each of between T P, a portion spraying water collides, divided into and other parts, to each portion the heat transfer coefficient on the section boundary calculation points belongs, the flow density w d spray water collide in a portion where the sprayed water collides, the air flow velocity v a of the mist spray, the slab surface temperature T s of the collision parts Is calculated based on a predetermined model formula (the following formula (23) and formula (24)). Here, K x0 (0, y, z, t) shown in the following formula (23) is a heat transfer coefficient at the position y in the thickness direction of the slab short side surface at the time t and the casting direction position z. K y0 (x, 0, z, t) shown in Expression (24) is a heat transfer coefficient at the position x in the width direction of the long side surface of the slab at the time t and the position z in the casting direction. In S33, the heat transfer coefficient at the calculation point on the cross-sectional boundary belonging to the portion where the spray water does not collide (the above “other portion”) is expressed by w d = 0, v a = in Equations (23) and (24). 0, and is calculated based on the model formula using only the cast slab surface temperature T s.

1.4.熱伝達率補正工程(S34)
熱伝達率補正工程(S34)は、上記S33で推定した熱伝達率と、鋳片の真の熱伝達率との誤差を補正する熱伝達率補正パラメータε、εを用いて、上記S33で推定された熱伝達率を補正することにより、補正後の熱伝達率を算出する工程である。S34は、具体的には、前回モデル計算時に修正した鋳片幅方向および鋳片長手方向の区分ごとの熱伝達率補正率パラメータを下記式(25)および式(26)のように作用させて、上記S33で算出した熱伝達率を補正する工程である。
1.4. Heat transfer coefficient correction step (S34)
In the heat transfer coefficient correction step (S34), the heat transfer coefficient correction parameters ε x and ε y for correcting the error between the heat transfer coefficient estimated in S33 and the true heat transfer coefficient of the slab are used, and the above S33 is performed. In this step, the corrected heat transfer coefficient is corrected to calculate the corrected heat transfer coefficient. More specifically, in S34, the heat transfer coefficient correction factor parameter for each section in the slab width direction and slab longitudinal direction, which was corrected in the previous model calculation, is caused to act as in the following formulas (25) and (26). This is a step of correcting the heat transfer coefficient calculated in S33.

1.5.温度固相率分布算出工程(S35)
温度固相率分布算出工程(S35)は、上記S32で把握した操業データと、上記S34で算出した補正後の熱伝達率とを用いて、鋳片の表面温度の分布、鋳片の内部温度の分布、および、鋳片の内部における固相率の分布を算出する工程である。S35では、具体的には、上記S34で補正した熱伝達率を用いて、各計算点における離散化した熱伝導方程式(17)にしたがって、エンタルピーを更新する。その後、更新したエンタルピーに対し、温度、固相率、および、固液界面の溶質濃度を、上記式(9)および式(14)の組合せが収束するか、または、上記式(9)、式(15)、および、式(16)のモデル方程式を連立し、収束計算により数値解を求めることにより算出する工程である。
1.5. Temperature solid fraction distribution calculation step (S35)
In the temperature solid phase ratio distribution calculating step (S35), the surface temperature distribution of the slab and the internal temperature of the slab are calculated using the operation data grasped in S32 and the corrected heat transfer coefficient calculated in S34. And the distribution of the solid phase ratio inside the slab. In S35, specifically, the enthalpy is updated according to the discretized heat conduction equation (17) at each calculation point using the heat transfer coefficient corrected in S34. Thereafter, for the renewed enthalpy, the combination of the above formula (9) and formula (14) converges on the temperature, the solid phase ratio, and the solute concentration at the solid-liquid interface, or the above formula (9), formula (15) is a step in which the model equations of Equation (16) are simultaneously calculated and a numerical solution is obtained by convergence calculation.

1.6.熱伝達率補正パラメータ修正工程(S36)
熱伝達率補正パラメータ修正工程(S36)は、上記S31で測定された鋳片の表面温度と、上記S35で算出された、表面温度測定位置における鋳片の表面温度の算出値と、の偏差を用いて、上記S35が終了する毎に熱伝達率補正パラメータを修正する工程である。S36の内容を以下に説明する。
1.6. Heat transfer coefficient correction parameter correction step (S36)
In the heat transfer coefficient correction parameter correction step (S36), a deviation between the surface temperature of the slab measured in S31 and the calculated value of the surface temperature of the slab at the surface temperature measurement position calculated in S35 is calculated. This is a step of correcting the heat transfer coefficient correction parameter every time S35 is completed. The contents of S36 will be described below.

1.6.1.推定値ベクトル
上記S32〜S35で算出した、時刻t−1のトラッキング面内のエンタルピー、固相率、および、温度計算結果に基づく、時刻tの表面温度測定位置直下点のエンタルピーおよび熱伝達率補正率パラメータの推定値ベクトルを、[ht|t−1 εt|t−1で表す。なお、以下の説明において、変数の添え字t|tは、時刻tに得られた温度測定結果データに基づく変数推定値を表し、添え字t+1|tは時刻tの変数推定結果に基づく時刻t+1における値の推定結果を表す。
1.6.1. Estimated value vector Correction of enthalpy and heat transfer coefficient at the point immediately below the surface temperature measurement position at time t based on the enthalpy, solid phase ratio, and temperature calculation result in the tracking surface at time t-1 calculated in S32 to S35 above The estimated value vector of the rate parameter is represented by [h t | t−1 ε t | t−1 ] T. In the following description, the variable subscript t | t represents a variable estimated value based on the temperature measurement result data obtained at time t, and the subscript t + 1 | t represents a time t + 1 based on the variable estimated result at time t. Represents the estimation result of the value at.

1.6.2.分散共分散行列の更新
上記式(21)の係数のうち、ahhおよびahεを用いて、変数ベクトル[ht|t−1 εt|t−1の分散共分散行列Vt|t−1を、下記式(27)のように更新する。
1.6.2. Update of Variance Covariance Matrix Variance covariance matrix V t | of variable vector [h t | t−1 ε t | t−1 ] T using a hh and a among the coefficients of equation (21). t-1 is updated as shown in the following formula (27).

ここで、vhht|t−1はht|t−1の分散、vhεt|t−1はht|t−1とεt|t−1との共分散、vεεt|t−1はεt|t−1の分散である。また、Γは、表面温度測定位置におけるエンタルピーの真値が、上記のモデル方程式と同じ係数と平均0の確率変数であるシステムノイズvとを用いて下記式(28)のように表わされると仮定した場合の係数行列である。 Here, v hh | t-1 is the variance of h t | t-1 , v hεt | t-1 is the covariance of h t | t-1 and ε t | t-1, and v εεt | t-1 Is the variance of ε t | t−1 . Further, Γ is expressed by the following equation (28) using the same coefficient as the above model equation and the system noise v t that is a random variable with an average of 0 at the surface temperature measurement position. This is a coefficient matrix when assumed.

ただし、h ’’はエンタルピー真値、T ’’は温度の真値、ε’’は熱伝達率補正パラメータの真値とする。Γは、システムノイズに対する係数行列である。また、Qは確率変数vの分散共分散行列である。 However, h t is the true value of enthalpy, T t is the true value of temperature, and ε is the true value of the heat transfer coefficient correction parameter. Γ is a coefficient matrix for system noise. Q is a variance-covariance matrix of the random variable v t .

1.6.3.カルマンゲインの計算とエンタルピーおよび熱伝達率補正パラメータの修正
カルマンゲインとは、上記式(27)で推定した分散共分散行列を用いて、表面温度測定位置にあるトラッキング面の温度推定値と表面温度測定値との誤差により、表面温度測定位置直下の計算点におけるエンタルピーを、下記式(29)のように修正するためのゲイン係数行列である。
1.6.3. Calculation of Kalman gain and correction of enthalpy and heat transfer coefficient correction parameters Kalman gain is the estimated temperature and surface temperature of the tracking surface at the surface temperature measurement position using the variance-covariance matrix estimated by the above equation (27). It is a gain coefficient matrix for correcting the enthalpy at the calculation point immediately below the surface temperature measurement position as shown in the following equation (29) due to an error from the measurement value.

ここで、Ψはカルマンゲインであり、Rは温度測定値に加わる平均0の観測ノイズの分散共分散行列である。 Here, Ψ t is the Kalman gain, and R is the variance covariance matrix of the average 0 observation noise added to the temperature measurement value.

1.6.4.分散共分散行列のカルマンゲインによる補正
カルマンゲインを用いて、分散共分散行列Vt|tを算出する。
1.6.4. Correction of variance-covariance matrix by Kalman gain A variance-covariance matrix V t | t is calculated using the Kalman gain.

上記1.6.1.から1.6.4.までの一連の手順を、鋳片長手方向の表面温度測定位置における測定点において実施する。 Above 1.6.1. To 1.6.4. The series of steps up to are performed at the measurement points at the surface temperature measurement position in the slab longitudinal direction.

<エンタルピーおよび熱伝達率補正パラメータの反映>
各表面温度測定位置にある温度測定点におけるエンタルピーを、上記手順で算出したht|tで置き換えるとともに、温度測定点が属する区分の計算点における熱伝達率補正パラメータで、温度測定点より上流側の各トラッキング面の同じ区分に属する計算点における熱伝達率補正パラメータを更新する。なお、最下流側の表面温度測定位置以降にあるトラッキング面では、熱伝達率補正パラメータを、最下流の表面温度測定位置の測温点について算出した値で置き換える。
<Reflection of enthalpy and heat transfer coefficient correction parameter>
The enthalpy at the temperature measurement point at each surface temperature measurement position is replaced with h t | t calculated in the above procedure, and the heat transfer coefficient correction parameter at the calculation point of the section to which the temperature measurement point belongs, upstream of the temperature measurement point The heat transfer coefficient correction parameter at the calculation point belonging to the same section of each tracking surface is updated. In the tracking surface after the surface temperature measurement position on the most downstream side, the heat transfer coefficient correction parameter is replaced with the value calculated for the temperature measurement point at the surface temperature measurement position on the most downstream side.

上記のような手順による本発明による計算を実行することで、特許文献1で示されている方法のように、鋳型内溶鋼湯面位置から測定位置まで鋳片断面内温度分布の一連の計算を鋳造方向に沿って数回繰り返す必要が無い。それゆえ、鋳片幅方向のモデル温度計算結果分布が温度測定値の分布と一致するまでに多くの計算量を必要とする課題を解消することが可能となり、その結果、連続的に鋳片の特定位置における表面温度の分布および凝固状態を算出することが可能となる。   By executing the calculation according to the present invention according to the procedure as described above, a series of calculations of the temperature distribution in the slab cross section from the molten steel surface position in the mold to the measurement position are performed as in the method disclosed in Patent Document 1. There is no need to repeat several times along the casting direction. Therefore, it is possible to eliminate the problem of requiring a large amount of calculation until the model temperature calculation result distribution in the slab width direction matches the distribution of the temperature measurement values. It is possible to calculate the surface temperature distribution and the solidification state at a specific position.

本発明の状態推定方法と特許文献1に示されている方法との違いについて、さらに具体的に説明する。図6は、本発明の状態推定方法における逐次計算部分の1回あたりの計算フローを説明する図である。これに対し、特許文献1の第1実施形態に示されている、幅方向温度測定位置における温度分布測定値とモデル計算値とを一致させる方法の概念を図7Aに示す。また、特許文献1の第2実施形態に示されている、幅方向温度測定位置における温度分布測定値とモデル計算値とを一致させる方法の概念図を図7Bに示す。
図7Aおよび図7Bに示したように、特許文献1に開示されている技術では、連続的に鋳片幅方向温度測定位置において実績と計算値とを一致させるためには、鋳片長手方向の各計算対象時刻における断面内温度分布等計算手続きP1を、一般には鋳型内湯面位置から鋳片幅方向温度測定位置まで繰り返す手続きP2と、さらに各実施形態における最適化対象変数の修正を、手続きP2を繰り返しながら行う手続きP3とを、時間経過にともない繰り返さなければならない。これに対し、本発明の状態推定方法では、図6に示したように、鋳片長手方向の各計算位置における断面内温度分布等の計算は時間経過に伴って繰り返す必要があるが、上記の熱伝達率補正パラメータの修正は、鋳片長手方向各計算位置における断面の温度等の分布計算1回につき1回だけ実施すればよい。これは、特許文献1に開示されている技術におけるP2の計算回数が1回だけになることに相当する。すなわち、本発明の状態推定方法によれば、計算量を低減することが可能になるので、従来技術で多くの計算量を必要としていた課題を解決することができる。
さらに、特許文献1の各実施形態に示された方法では、現時点で鋳片幅方向温度測定位置にある計算断面が、湯面にあった時から当該位置へと到着するまでの断面内温度分布等の変化を計算するため、鋳造速度の変化や冷却条件等のデータを過去の時刻に対応させて記憶しなければならない課題がある。これに対し、本発明の状態推定方法では、温度分布等を計算する断面の計算位置を鋳片上で予め定めており、各計算位置について上流側に隣接する計算位置から計算対象断面が移動する毎に、その間の鋳造速度変化や2次冷却水量変化等を反映させるため、この間の鋳造速度や冷却条件だけを記憶すればよい。そのため、本発明では、特許文献1に開示されている技術のように過去の操業状態を長期間に亘って記憶する必要がない。
The difference between the state estimation method of the present invention and the method disclosed in Patent Document 1 will be described more specifically. FIG. 6 is a diagram for explaining a calculation flow per time of the sequential calculation portion in the state estimation method of the present invention. On the other hand, FIG. 7A shows a concept of a method for matching the temperature distribution measurement value and the model calculation value at the width direction temperature measurement position shown in the first embodiment of Patent Document 1. Moreover, the conceptual diagram of the method shown in 2nd Embodiment of patent document 1 and matching the temperature distribution measured value and model calculation value in the width direction temperature measurement position is shown to FIG. 7B.
As shown in FIG. 7A and FIG. 7B, in the technique disclosed in Patent Document 1, in order to continuously match the actual results and the calculated values at the temperature measurement position in the slab width direction, In general, a procedure P2 for repeating the calculation procedure P1 for the temperature distribution in the cross section at each calculation target time from the position of the molten metal surface in the mold to the temperature measurement position in the slab width direction, and further, the correction of the optimization target variable in each embodiment is performed as the procedure P2. The procedure P3 to be performed while repeating the above must be repeated as time passes. On the other hand, in the state estimation method of the present invention, as shown in FIG. 6, the calculation of the temperature distribution in the cross section at each calculation position in the longitudinal direction of the slab needs to be repeated as time passes. The correction of the heat transfer coefficient correction parameter may be performed only once for each distribution calculation of the temperature of the cross section at each calculation position in the slab longitudinal direction. This corresponds to that the number of calculations of P2 in the technique disclosed in Patent Document 1 is only one. That is, according to the state estimation method of the present invention, it is possible to reduce the amount of calculation, so that it is possible to solve the problem that required a large amount of calculation in the prior art.
Furthermore, in the method shown in each embodiment of Patent Document 1, the temperature distribution in the cross section from when the calculated cross section at the slab width direction temperature measurement position is at the molten metal surface to the position is reached. Therefore, there is a problem that data such as changes in casting speed and cooling conditions must be stored in correspondence with past times. In contrast, in the state estimation method of the present invention, the calculation position of the cross section for calculating the temperature distribution or the like is predetermined on the slab, and each calculation position moves from the calculation position adjacent to the upstream side for each calculation position. In order to reflect the change in the casting speed and the amount of the secondary cooling water during that time, only the casting speed and the cooling conditions during this period need be stored. Therefore, in the present invention, unlike the technique disclosed in Patent Document 1, it is not necessary to store past operation states over a long period of time.

2.連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定装置
図8は、本発明の状態推定装置を説明する図である。図8において、図1に示した機器と同様に構成されるものには、図1で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。図8に示した本発明の状態推定装置8は、操業データ記憶部81と、熱伝達率推定部82と、熱伝達率補正部83と、温度固相率分布算出部84と、熱伝達率補正パラメータ修正部85と、出力部86と、を有している。
2. FIG. 8 is a diagram for explaining the state estimation device of the present invention. In FIG. 8, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 1, and the description thereof is omitted as appropriate. The state estimation device 8 of the present invention shown in FIG. 8 includes an operation data storage unit 81, a heat transfer rate estimation unit 82, a heat transfer rate correction unit 83, a temperature solid phase rate distribution calculation unit 84, and a heat transfer rate. A correction parameter correction unit 85 and an output unit 86 are provided.

操業データ記憶部81は、鋳片長手方向に垂直な鋳片の大きさ、鋳造速度、鋳型内における溶湯金属温度、溶湯金属中の溶質成分濃度、該溶質成分濃度を用いて算出される溶湯金属の液相線温度、および、鋳片の表面の各点における冷却条件を含む、連続鋳造機の操業データを記憶する部位である。操業データ記憶部81に記憶された操業データは、上記S32等で利用される。   The operation data storage unit 81 is calculated by using the size of the slab perpendicular to the longitudinal direction of the slab, the casting speed, the temperature of the molten metal in the mold, the concentration of the solute component in the molten metal, and the concentration of the solute component. It is a part which memorize | stores the operation data of a continuous casting machine including the liquidus temperature of this, and the cooling conditions in each point of the surface of a slab. The operation data stored in the operation data storage unit 81 is used in S32 and the like.

熱伝達率推定部82は、操業データ記憶部81に記憶されている冷却条件を用いて、鋳片表面の各点における熱伝達率を推定する部位である。上記S33は、熱伝達率推定部82で行われる。   The heat transfer coefficient estimation unit 82 is a part that estimates the heat transfer coefficient at each point on the surface of the slab using the cooling conditions stored in the operation data storage unit 81. S33 is performed by the heat transfer coefficient estimation unit 82.

熱伝達率補正部83は、熱伝達率推定部82で推定した熱伝達率と、鋳片の真の熱伝達率との誤差を補正する熱伝達率補正パラメータを用いて、熱伝達率推定部82で推定された熱伝達率を補正することにより、補正後の熱伝達率を算出する部位である。上記S34は、熱伝達率補正部83で行われる。   The heat transfer coefficient correction unit 83 uses a heat transfer coefficient correction parameter that corrects an error between the heat transfer coefficient estimated by the heat transfer coefficient estimation unit 82 and the true heat transfer coefficient of the slab, and uses the heat transfer coefficient correction unit. By correcting the heat transfer coefficient estimated at 82, the heat transfer coefficient after correction is calculated. S34 is performed by the heat transfer coefficient correction unit 83.

温度固相率分布算出部84は、操業データ記憶部81に記憶された操業データと熱伝達率補正部83で算出された補正後の熱伝達率とを用いて、鋳片の表面温度の分布、鋳片の内部温度の分布、および、鋳片の内部における固相率の分布を逐次算出する部位である。上記S35は、温度固相率分布算出部84で行われる。   The temperature solid phase ratio distribution calculation unit 84 uses the operation data stored in the operation data storage unit 81 and the corrected heat transfer coefficient calculated by the heat transfer coefficient correction unit 83 to distribute the surface temperature of the slab. This is a part for sequentially calculating the distribution of the internal temperature of the slab and the distribution of the solid phase ratio inside the slab. The above S35 is performed by the temperature solid phase ratio distribution calculation unit 84.

熱伝達率補正パラメータ修正部85は、温度測定手段によって測定された鋳片の表面温度と、温度固相率分布算出部84で算出された、温度測定手段によって表面温度が測定される測定位置における鋳片の表面温度の算出値と、の偏差を用いて、温度固相率分布算出部84による計算が終了する毎に熱伝達率補正パラメータを修正する部位である。上記S36は、熱伝達率補正パラメータ修正部85で行われる。   The heat transfer coefficient correction parameter correcting unit 85 is the surface temperature of the slab measured by the temperature measuring unit and the measurement position calculated by the temperature solid phase rate distribution calculating unit 84 at which the surface temperature is measured by the temperature measuring unit. This is a part for correcting the heat transfer coefficient correction parameter every time the calculation by the temperature solid phase ratio distribution calculation unit 84 is completed using the deviation from the calculated value of the surface temperature of the slab. S36 is performed by the heat transfer coefficient correction parameter correction unit 85.

出力部86は、温度固相率分布算出部84や熱伝達率補正パラメータ修正部85による計算結果を表示する部位である。出力部86の出力形態は特に限定されず、例えば、表示装置に対する表示、可搬型の記憶媒体への記憶、および、外部装置への送信等、公知の形態を採ることができる。出力部86による出力は、例えば、CPUが、HDD等から、温度分布や固相率分布等のデータを読み出して、表示データを作成する等の出力処理を行うことにより実現される。   The output unit 86 is a part for displaying a calculation result by the temperature solid phase ratio distribution calculating unit 84 and the heat transfer coefficient correction parameter correcting unit 85. The output form of the output unit 86 is not particularly limited. For example, a known form such as display on a display device, storage in a portable storage medium, and transmission to an external device can be employed. The output by the output unit 86 is realized, for example, when the CPU reads out data such as a temperature distribution and a solid phase ratio distribution from an HDD or the like and performs output processing such as creating display data.

このように、本発明の状態推定装置8は、本発明の状態推定方法を実施することができる。本発明の状態推定方法によれば、鋳片の特定位置における表面温度分布および固相率分布を連続的に算出することが可能なので、本発明によれば、鋳片の特定位置における表面温度分布および固相率分布を連続的に算出することが可能な、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定装置を提供することができる。   Thus, the state estimation apparatus 8 of the present invention can implement the state estimation method of the present invention. According to the state estimation method of the present invention, it is possible to continuously calculate the surface temperature distribution and the solid phase ratio distribution at a specific position of the slab, so according to the present invention, the surface temperature distribution at the specific position of the slab. And the state estimation apparatus of the slab cast | casted with the continuous casting machine which can calculate a solid-phase-rate distribution continuously can be provided.

実施例を参照しつつ、本発明についてさらに説明を続ける。   The present invention will be further described with reference to examples.

垂直曲げ型スラブ連続鋳造機に、本発明(実施例)および従来技術(比較例)を適用することにより、本発明の効果を確認した。スラブ連続鋳造機では、鋳片矩形断面の長辺面である上面および下面からの冷却制御が重要なので、今回用いた連続鋳造機では、鋳片曲げセグメントの出口、および、矯正セグメントの出口において、スラブ上面および下面の温度を測定した。各々の設置位置における幅方向の温度計配置は、図4および図5に示したように、鋳片幅方向中央線上、1/4幅位置、および、3/4幅位置とした。   The effect of the present invention was confirmed by applying the present invention (Example) and the prior art (Comparative Example) to a vertical bending slab continuous casting machine. In the slab continuous casting machine, the cooling control from the upper and lower surfaces, which are the long sides of the slab rectangular cross section, is important, so in the continuous casting machine used this time, at the exit of the slab bending segment and the exit of the straightening segment, The temperature of the upper and lower surfaces of the slab was measured. As shown in FIGS. 4 and 5, the thermometer arrangement in the width direction at each installation position was a ¼ width position and a ¾ width position on the center line in the slab width direction.

本実施例で用いた本発明の状態推定装置8は、鋳片長手方向(z方向)に垂直な断面のサイズと、鋳型内における溶鋼温度と、溶鋼中の溶質成分濃度および溶質成分濃度から算出した鋼の液相線温度と、鋳片の表面の各点における冷却条件と、を含む操業条件データを、図1に示した上位計算機6から受信し、また、鋳造速度および鋳片表面温度の測定結果に関する各信号を下位計装計算装置7から受信した。   The state estimation device 8 of the present invention used in this example is calculated from the size of the cross section perpendicular to the slab longitudinal direction (z direction), the molten steel temperature in the mold, the solute component concentration and the solute component concentration in the molten steel. The operating condition data including the liquidus temperature of the steel and the cooling conditions at each point on the surface of the slab are received from the host computer 6 shown in FIG. Each signal related to the measurement result was received from the low-level instrumentation calculation device 7.

熱伝達率補正パラメータは、鋳片長手方向は、鋳型出口から上流側に配置した温度計による測定位置までと、上流側に配置した温度計による測定位置から2次冷却帯出口までの2区分とした。また、鋳片幅方向は、一方の短辺面から鋳片幅の3/8幅位置までと、3/8幅位置から5/8幅位置までと、5/8位置から反対側の短辺面までの3区分を基本とするが、鋳片幅方向中央線について温度分布等が対称であると仮定することにより、今回の実施例では、鋳片幅方向の熱伝達率パラメータを2種類に限定した。その結果、実施例における熱伝達率補正率パラメータの数は4個であった。   The heat transfer coefficient correction parameter is divided into two sections in the longitudinal direction of the slab, from the mold outlet to the measurement position by the thermometer arranged upstream, and from the measurement position by the thermometer arranged upstream to the secondary cooling zone outlet. did. The slab width direction is from one short side surface to the 3/8 width position of the slab width, from the 3/8 width position to the 5/8 width position, and from the 5/8 position to the opposite short side. In this example, the heat transfer coefficient parameter in the slab width direction is divided into two types by assuming that the temperature distribution and the like are symmetric about the center line in the slab width direction. Limited. As a result, the number of heat transfer coefficient correction factor parameters in the example was four.

(比較例)
まず、比較例として、本発明の説明で示した熱伝達率補正パラメータを用いることなく、操業条件データ、および、操業条件データから求めた熱伝達率に基づく境界条件を用いて、上記式(9)、式(13)、式(15)、および、式(16)を用いて算出した結果を示す。
シミュレーション対象とする連続鋳造機は、鋳片断面が幅2300mm、厚み250mmのスラブ連鋳機であり、鋳造速度は1.25m/minとした。シミュレーションのプラントモデルでの計算では、鋳造が0.25m進むごとにトラッキング断面を発生させて、0.05m進むごとに上記S32からS35にしたがって、各断面の温度および固相率分布を算出した。熱伝達率は、シミュレーション対象である連続鋳造機の設備条件や操業条件にしたがってモデルにより算出したが、鋳片幅方向の熱伝達率分布は、鋳片の中央内側600mmの範囲ではモデル計算結果の1.05倍、その外側では1.10倍であると仮定した。一方、鋳片状態推定モデルのシミュレーションでは、プラントモデルと同様に0.25m鋳造が進むごとにトラッキング断面を発生させて、0.05m進むごとに上記S32からS35にしたがって、各断面の温度および固相率分布を算出した。ただし、比較例では、熱伝達率補正パラメータを0に固定して、上記熱伝達率モデル計算結果の値を補正せずに、計算を行った。シミュレーション対象連続鋳造機の曲げセグメント出口と矯正セグメント出口における両方のモデル計算値を比較した時間チャートを、図9Aおよび図9Bに示す。図9Aは曲げセグメント出口における両方のモデル計算値を比較した時間チャートであり、図9Bは矯正セグメント出口における両方のモデル計算値を比較した時間チャートである。比較例では、推定モデルの熱伝達率は補正を行わなかったため、プラントモデルより鋳片からの抜熱量が小さい。そのため、図9Aおよび図9Bに示したように、曲げセグメントおよび矯正セグメント両方の出口測温点において、推定モデルの温度計算結果の方がプラントモデルよりも高かった。
(Comparative example)
First, as a comparative example, without using the heat transfer coefficient correction parameter shown in the description of the present invention, using the operation condition data and the boundary condition based on the heat transfer coefficient obtained from the operation condition data, the above formula (9 ), Equation (13), Equation (15), and Equation (16) are used for the calculation results.
The continuous casting machine to be simulated was a slab continuous casting machine having a slab cross section of 2300 mm in width and 250 mm in thickness, and the casting speed was 1.25 m / min. In the simulation using the plant model, a tracking cross-section was generated every time the casting proceeded by 0.25 m, and the temperature and solid-phase ratio distribution of each cross-section were calculated according to S32 to S35 every 0.05 m. The heat transfer coefficient was calculated by a model according to the equipment conditions and operating conditions of the continuous casting machine to be simulated, but the heat transfer coefficient distribution in the slab width direction is the result of model calculation in the range of 600 mm inside the slab center. It was assumed to be 1.05 times and 1.10 times outside that. On the other hand, in the simulation of the slab state estimation model, a tracking cross section is generated every time 0.25 m casting proceeds as in the case of the plant model. The phase distribution was calculated. However, in the comparative example, the heat transfer coefficient correction parameter was fixed to 0, and the calculation was performed without correcting the value of the heat transfer coefficient model calculation result. 9A and 9B show time charts comparing the model calculated values at both the bending segment outlet and the straightening segment outlet of the simulation target continuous casting machine. FIG. 9A is a time chart comparing both model calculated values at the bending segment exit, and FIG. 9B is a time chart comparing both model calculated values at the straightening segment exit. In the comparative example, since the heat transfer coefficient of the estimated model was not corrected, the amount of heat removed from the slab is smaller than that of the plant model. Therefore, as shown in FIGS. 9A and 9B, the temperature calculation result of the estimated model was higher than that of the plant model at the outlet temperature measurement points of both the bending segment and the correction segment.

(実施例)
連続鋳造機の鋳造中鋳片全体の温度および固相率を計算するプラントモデルシミュレーションと、プラントモデルシミュレーション結果における温度測定位置の測温点における表面温度計算値を、本発明における温度計の測温値とみなし、熱伝達率補正パラメータを用いて、鋳片全体の状態を推定した実施例の結果を説明する。実施例におけるシミュレーション計算では、鋳造が0.25m進むごとにトラッキング断面を発生させて、0.05m進むごとに上記S32〜S35にしたがって各断面の温度および固相率分布を算出し、トラッキング断面発生と同時に、その時点で測温位置にあるトラッキング断面において、測温点におけるエンタルピーおよび熱伝達率補正パラメータを算出した。
(Example)
The plant model simulation for calculating the temperature and solid phase ratio of the entire slab during casting of the continuous casting machine, and the surface temperature calculation value at the temperature measurement point at the temperature measurement position in the plant model simulation result, the temperature measurement of the thermometer in the present invention A result of an example in which the state of the entire slab is estimated using the heat transfer coefficient correction parameter will be described. In the simulation calculation in the embodiment, the tracking cross section is generated every time the casting proceeds 0.25 m, and the temperature and the solid phase ratio distribution of each cross section are calculated according to the above S32 to S35 every 0.05 m, thereby generating the tracking cross section. At the same time, the enthalpy and heat transfer coefficient correction parameters at the temperature measurement point were calculated in the tracking cross section at the temperature measurement position at that time.

シミュレーション対象連続鋳造機の曲げセグメント出口と矯正セグメント出口における、表面温度を測定した各位置における当該位置の鋳片表面温度のプラントモデルによる計算結果の時間チャート、および、本発明により熱伝達率の補正パラメータを逐次推定した計算モデルによる、同位置の鋳片表面温度の時間チャートを図10Aおよび図10Bに示す。また、熱伝達率補正パラメータの推定結果を、図10Cに示す。   The time chart of the calculation result by the plant model of the slab surface temperature at each position where the surface temperature was measured at the bending segment outlet and the straightening segment outlet of the continuous casting machine to be simulated, and the heat transfer coefficient correction according to the present invention FIGS. 10A and 10B show time charts of the slab surface temperature at the same position based on a calculation model in which parameters are sequentially estimated. Moreover, the estimation result of the heat transfer coefficient correction parameter is shown in FIG. 10C.

図10Aおよび図10Bに示したように、本発明の方法によればシミュレーション開始直後の表面温度測定位置における表面温度の推定結果は、プラントモデルの出力温度に対して偏差があったが,すぐにプラントモデル出力値に接近し、同じ値に収束した。また、図10Cに示したように、このときの熱伝達率補正パラメータの値は、鋳片幅方向内側の望ましい補正値0.05、および、鋳片幅方向外側の望ましい補正値0.10に近い値に収束した。   As shown in FIGS. 10A and 10B, according to the method of the present invention, the estimation result of the surface temperature at the surface temperature measurement position immediately after the start of the simulation has a deviation from the output temperature of the plant model. It approaches the plant model output value and converges to the same value. Further, as shown in FIG. 10C, the value of the heat transfer coefficient correction parameter at this time is a desirable correction value 0.05 inside the slab width direction and a desirable correction value 0.10 outside the slab width direction. Converged to a close value.

鋳片長手方向の上流側における表面温度測定位置よりもさらに上流側の矯正セグメント内部における、プラントモデルによる鋳片幅方向中央位置の表面温度のシミュレーション結果と、本発明により同じ測定位置における表面温度を熱伝達率補正パラメータを用いて計算した結果(実施例)および熱伝達率補正パラメータを用いずに計算した結果(比較例)を、図11に示す。図11に示したように、熱伝達率補正パラメータを用いない比較例では、表面温度推定値がプラントモデル出力値より17℃高かったが、熱伝達率補正パラメータを用いた実施例では、表面温度推定値がプラントモデル出力値に誤差0.6℃で一致した。
この結果から、実用規模の連続鋳造機において熱伝達率モデルによる熱伝達率計算値が実際の値と異なる場合でも、本発明で熱伝達率補正パラメータを逐次算出することにより、測温点以外でも鋳片表面温度推定値を実用規模の連続鋳造機と十分な精度で一致させることができることが分かる。
The simulation results of the surface temperature at the center position in the slab width direction by the plant model inside the correction segment further upstream than the surface temperature measurement position at the upstream side in the slab longitudinal direction, and the surface temperature at the same measurement position according to the present invention FIG. 11 shows the result (Example) calculated using the heat transfer coefficient correction parameter and the result calculated without using the heat transfer coefficient correction parameter (Comparative Example). As shown in FIG. 11, in the comparative example in which the heat transfer coefficient correction parameter is not used, the estimated surface temperature is 17 ° C. higher than the plant model output value, but in the embodiment using the heat transfer coefficient correction parameter, the surface temperature is The estimated value matched the plant model output value with an error of 0.6 ° C.
From this result, even when the heat transfer coefficient calculation value by the heat transfer coefficient model is different from the actual value in the continuous casting machine on the practical scale, by calculating the heat transfer coefficient correction parameter sequentially with the present invention, it can be applied to other than the temperature measuring point. It can be seen that the estimated surface temperature of the slab can be matched with a practical scale continuous casting machine with sufficient accuracy.

次に、上記比較例および実施例について、矯正セグメント出口の測温位置における、鋳片断面内の温度分布および固相率分布を各計算点で比較した。結果を図12A、図12B、図13A、および、図13Bに示す。図12Aは、比較例による推定モデルの断面内温度とプラントモデルの断面内温度との誤差分布を等高線図で表わした図であり、図12Bは、実施例による推定モデルの断面内温度とプラントモデルの断面内温度との誤差分布を等高線図で表わした図である。また、図13Aは、比較例による推定モデルの断面内固相率とプラントモデルの断面内固相率との誤差分布を等高線図で表わした図であり、図13Bは、実施例による推定モデルの断面内固相率とプラントモデルの断面内固相率との誤差分布を等高線図で表わした図である。   Next, regarding the comparative example and the example, the temperature distribution and the solid phase ratio distribution in the slab cross section at the temperature measurement position at the correction segment outlet were compared at each calculation point. The results are shown in FIGS. 12A, 12B, 13A, and 13B. FIG. 12A is a diagram showing an error distribution between the temperature in the cross section of the estimation model according to the comparative example and the temperature in the cross section of the plant model, and FIG. 12B is a diagram showing the temperature in the cross section of the estimation model according to the embodiment and the plant model. It is the figure which represented the error distribution with the temperature in a cross section of a contour map. FIG. 13A is a diagram showing an error distribution between the solid phase ratio in the cross section of the estimation model according to the comparative example and the solid phase ratio in the cross section of the plant model, and FIG. 13B is a diagram of the estimation model according to the embodiment. It is the figure which represented the error distribution of the solid-phase rate in a cross section and the solid-phase rate in a cross section of a plant model with a contour map.

図12Aに示したように、熱伝達率補正パラメータを用いない比較例では誤差絶対値が最大35℃であったのに対し、図12Bに示したように、熱伝達率補正パラメータを用いた実施例では誤差絶対値が最大でも0.5℃であり、誤差絶対値が比較例の1/70以下であった。また、図13Aに示したように、熱伝達率補正パラメータを用いない比較例では誤差絶対値が最大0.11であったのに対し、図13Bに示したように、熱伝達率補正パラメータを用いた実施例では誤差絶対値が最大0.011であり、誤差絶対値が比較例の1/10以下であった。この結果からも、本発明によれば、鋳片内部の温度および固相率を正確に推定できることが確認できた。   As shown in FIG. 12A, the absolute value of the error was a maximum of 35 ° C. in the comparative example not using the heat transfer coefficient correction parameter, whereas the implementation using the heat transfer coefficient correction parameter was performed as shown in FIG. 12B. In the example, the error absolute value was 0.5 ° C. at the maximum, and the error absolute value was 1/70 or less of the comparative example. Further, as shown in FIG. 13A, the absolute value of the error was 0.11 at maximum in the comparative example not using the heat transfer coefficient correction parameter, whereas the heat transfer coefficient correction parameter was changed as shown in FIG. 13B. In the example used, the error absolute value was 0.011 at the maximum, and the error absolute value was 1/10 or less of the comparative example. Also from this result, according to the present invention, it was confirmed that the temperature inside the slab and the solid phase ratio could be accurately estimated.

本発明の状態推定装置7を、上記シミュレーションの対象とした連続鋳造機の実用機操業に適用した場合に、操業条件データおよび測温データに基づいて、熱伝達率補正係数パラメータを計算した結果、および、測温点におけるオンライン(操業中)による温度計算結果を、図14A〜図14Cに示す。図14Aに示したように、熱伝達率補正パラメータは、当初の0から、計算進行とともに、各区分における推定値にほぼ収束した。また、図14Bおよび図14Cに示したように、シミュレーションと同じ位置に設置した温度計の測定結果に対し、本発明の状態推定装置が出力した表面温度推定値は、起動直後の過渡状態を経て温度計の測定結果にほぼ一致した。この結果から、本発明によれば、鋳片の表面温度を正確に推定できることが確認できた。   As a result of calculating the heat transfer coefficient correction coefficient parameter based on the operation condition data and the temperature measurement data when the state estimation device 7 of the present invention is applied to the practical machine operation of the continuous casting machine that is the object of the simulation, And the temperature calculation result by online (in operation) in a temperature measuring point is shown to FIG. 14A-FIG. 14C. As shown in FIG. 14A, the heat transfer coefficient correction parameter almost converged to the estimated value in each section from the initial 0 as the calculation progressed. Further, as shown in FIGS. 14B and 14C, the surface temperature estimation value output by the state estimation device of the present invention with respect to the measurement result of the thermometer installed at the same position as the simulation passes through the transient state immediately after the startup. It almost coincided with the measurement result of the thermometer. From this result, it has been confirmed that according to the present invention, the surface temperature of the slab can be accurately estimated.

1…鋳型
2…鋳片
3…ロール
4…冷却水スプレー
5…温度計(温度測定手段)
6…上位計算機
7…下位計装計算装置
8…連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定装置
10…連続鋳造機
21…計算対象領域
81…操業データ記憶部
82…熱伝達率推定部
83…熱伝達率補正部
84…温度固相率分布算出部
85…熱伝達率補正パラメータ修正部
86…出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mold 2 ... Slab 3 ... Roll 4 ... Cooling water spray 5 ... Thermometer (temperature measurement means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 ... High-order computer 7 ... Low-order instrumentation calculation apparatus 8 ... State estimation apparatus of the slab cast by the continuous casting machine 10 ... Continuous casting machine 21 ... Calculation object area | region 81 ... Operation data memory | storage part 82 ... Heat transfer coefficient estimation part 83 ... Heat transfer rate correction unit 84 ... Temperature solid phase rate distribution calculation unit 85 ... Heat transfer rate correction parameter correction unit 86 ... Output unit

Claims (4)

鋳片長手方向に垂直な鋳片の大きさ、鋳造速度、鋳型内における溶湯金属温度、溶湯金属中の溶質成分濃度、該溶質成分濃度を用いて算出される溶湯金属の液相線温度、および、前記鋳片の表面の各点における冷却条件を含む、連続鋳造機の操業データを把握する、操業データ把握工程と、
前記冷却条件を用いて前記鋳片表面の各点における熱伝達率を推定する、熱伝達率推定工程と、
前記熱伝達率推定工程で推定した前記熱伝達率と前記鋳片の真の熱伝達率との誤差を補正する熱伝達率補正パラメータを用いて、前記熱伝達率推定工程で推定された前記熱伝達率を補正することにより、補正後の熱伝達率を算出する、熱伝達率補正工程と、
前記操業データと前記熱伝達率補正工程で算出した前記補正後の熱伝達率とを用いて、前記鋳片の表面温度の分布、前記鋳片の内部温度の分布、および、前記鋳片の内部における固相率の分布を逐次算出する、温度固相率分布算出工程と、
前記鋳型の出口から前記鋳片が切断される箇所までの任意の地点で、温度測定手段を用いて前記鋳片の表面温度を測定する、表面温度測定工程と、
前記表面温度測定工程で測定された前記鋳片の表面温度と、前記温度固相率分布算出工程で算出された、前記温度測定手段によって表面温度が測定される測定位置における前記鋳片の表面温度の算出値と、の偏差を用いて、前記温度固相率分布算出工程が終了する毎に前記熱伝達率補正パラメータを修正する、熱伝達率補正パラメータ修正工程と、
を有し、
前記温度固相率分布算出工程で各分布を逐次算出する毎に、前記各分布が算出される前記鋳片の計算断面の、前記測定位置に対応する計算点におけるエンタルピーおよび該計算点における前記熱伝達率補正パラメータの分散共分散行列が算出され、
前記計算点における前記エンタルピーに加える修正値、および、前記計算点における前記熱伝達率補正パラメータに加える修正値を算出するために、前記分散共分散行列を用いて、前記偏差に乗じる係数ベクトルとして修正ゲイン係数行列を算出することを特徴とする、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定方法。
Slab size perpendicular to the slab longitudinal direction, casting speed, molten metal temperature in the mold, solute component concentration in the molten metal, liquidus temperature of the molten metal calculated using the solute component concentration, and , Including the cooling conditions at each point on the surface of the slab, grasping operation data of the continuous casting machine, operation data grasping step,
A heat transfer coefficient estimation step of estimating a heat transfer coefficient at each point on the slab surface using the cooling condition;
Using the heat transfer coefficient correction parameter for correcting an error between the heat transfer coefficient estimated in the heat transfer coefficient estimation step and the true heat transfer coefficient of the slab, the heat estimated in the heat transfer rate estimation step A heat transfer coefficient correction step of calculating a heat transfer coefficient after correction by correcting the transfer coefficient;
Using the operation data and the corrected heat transfer coefficient calculated in the heat transfer coefficient correction step, the surface temperature distribution of the slab, the internal temperature distribution of the slab, and the interior of the slab A temperature solid phase ratio distribution calculating step for sequentially calculating a solid phase ratio distribution in
Measuring the surface temperature of the slab using a temperature measuring means at any point from the outlet of the mold to the location where the slab is cut; and
The surface temperature of the slab measured at the surface temperature measurement step, and the surface temperature of the slab at the measurement position where the surface temperature is measured by the temperature measurement means, calculated at the temperature solid phase ratio distribution calculation step. A heat transfer coefficient correction parameter correction step of correcting the heat transfer coefficient correction parameter each time the temperature solid phase ratio distribution calculation step is completed, using the calculated value of
I have a,
Each time the respective distributions are sequentially calculated in the temperature solid phase ratio distribution calculating step, the enthalpy at the calculation point corresponding to the measurement position and the heat at the calculation point of the calculation cross section of the slab in which each distribution is calculated. The variance-covariance matrix of the transmission rate correction parameter is calculated,
In order to calculate a correction value to be added to the enthalpy at the calculation point and a correction value to be added to the heat transfer coefficient correction parameter at the calculation point, correction is performed as a coefficient vector by which the deviation is multiplied using the variance-covariance matrix. A method for estimating a state of a slab cast by a continuous casting machine, wherein a gain coefficient matrix is calculated .
前記操業データを用いて、前記鋳片の表面温度の分布、前記鋳片の内部温度の分布、前記鋳片の内部における固相率の分布、および、前記鋳片の内部の固液共存域における液相内の溶質成分濃度の分布を逐次算出することを特徴とする、請求項1に記載の連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定方法。 Using the operation data, the distribution of the surface temperature of the slab, the distribution of the internal temperature of the slab, the distribution of the solid phase ratio inside the slab, and the solid-liquid coexistence area inside the slab 2. The method for estimating the state of a slab cast by the continuous casting machine according to claim 1, wherein the distribution of the concentration of the solute component in the liquid phase is sequentially calculated. 鋳片長手方向に垂直な鋳片の大きさ、鋳造速度、鋳型内における溶湯金属温度、溶湯金属中の溶質成分濃度、該溶質成分濃度を用いて算出される溶湯金属の液相線温度、および、前記鋳片の表面の各点における冷却条件を含む、連続鋳造機の操業データを記憶する、操業データ記憶部と、
前記冷却条件を用いて前記鋳片表面の各点における熱伝達率を推定する、熱伝達率推定部と、
前記熱伝達率推定部で推定した前記熱伝達率と前記鋳片の真の熱伝達率との誤差を補正する熱伝達率補正パラメータを用いて、前記熱伝達率推定部で推定された前記熱伝達率を補正することにより、補正後の熱伝達率を算出する、熱伝達率補正部と、
前記操業データと前記熱伝達率補正部で算出した前記補正後の熱伝達率とを用いて、前記鋳片の表面温度の分布、前記鋳片の内部温度の分布、および、前記鋳片の内部における固相率の分布を逐次算出する、温度固相率分布算出部と、
前記鋳型の出口から前記鋳片が切断される箇所までの任意の地点で前記鋳片の表面温度を測定する温度測定手段によって測定された前記鋳片の表面温度と、前記温度固相率分布算出部で算出された、前記温度測定手段によって表面温度が測定される測定位置における前記鋳片の表面温度の算出値と、の偏差を用いて、前記温度固相率分布算出部による計算が終了する毎に前記熱伝達率補正パラメータを修正する、熱伝達率補正パラメータ修正部と、
を有し、
前記温度固相率分布算出部で各分布を逐次算出する毎に、前記各分布が算出される前記鋳片の計算断面の、前記測定位置に対応する計算点におけるエンタルピーおよび該計算点における前記熱伝達率補正パラメータの分散共分散行列が算出され、
前記計算点における前記エンタルピーに加える修正値、および、前記計算点における前記熱伝達率補正パラメータに加える修正値を算出するために、前記分散共分散行列を用いて、前記偏差に乗じる係数ベクトルとして修正ゲイン係数行列を算出することを特徴とする、連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定装置。
The size of the slab perpendicular to the slab longitudinal direction, the casting speed, the molten metal temperature in the mold, the solute component concentration in the molten metal, the liquidus temperature of the molten metal calculated using the solute component concentration, and Storing operation data of a continuous casting machine, including cooling conditions at each point on the surface of the slab, and an operation data storage unit;
A heat transfer coefficient estimator for estimating a heat transfer coefficient at each point on the surface of the slab using the cooling condition;
The heat transfer coefficient estimated by the heat transfer coefficient estimation unit using a heat transfer coefficient correction parameter that corrects an error between the heat transfer coefficient estimated by the heat transfer coefficient estimation unit and the true heat transfer coefficient of the slab. A heat transfer coefficient correction unit that calculates a heat transfer coefficient after correction by correcting the transfer coefficient;
Using the operation data and the corrected heat transfer coefficient calculated by the heat transfer coefficient correction unit, the surface temperature distribution of the slab, the internal temperature distribution of the slab, and the interior of the slab A temperature solid phase ratio distribution calculating section for sequentially calculating the distribution of the solid phase ratio in
The surface temperature of the slab measured by temperature measuring means for measuring the surface temperature of the slab at an arbitrary point from the outlet of the mold to the location where the slab is cut, and the temperature solid fraction distribution calculation The calculation by the temperature solid phase ratio distribution calculation unit is completed using the deviation of the calculated value of the surface temperature of the slab at the measurement position where the surface temperature is measured by the temperature measuring unit. A heat transfer coefficient correction parameter correction unit for correcting the heat transfer coefficient correction parameter every time;
I have a,
Every time each distribution is sequentially calculated by the temperature solid fraction distribution calculation unit, the enthalpy at the calculation point corresponding to the measurement position and the heat at the calculation point of the calculation cross section of the slab from which each distribution is calculated. The variance-covariance matrix of the transmission rate correction parameter is calculated,
In order to calculate a correction value to be added to the enthalpy at the calculation point and a correction value to be added to the heat transfer coefficient correction parameter at the calculation point, correction is performed as a coefficient vector by which the deviation is multiplied using the variance-covariance matrix. A state estimation device for a slab cast by a continuous casting machine, wherein a gain coefficient matrix is calculated .
前記操業データを用いて、前記鋳片の表面温度の分布、前記鋳片の内部温度の分布、前記鋳片の内部における固相率の分布、および、前記鋳片の内部の固液共存域における液相内の溶質成分濃度の分布を逐次算出することを特徴とする、請求項に記載の連続鋳造機で鋳造されている鋳片の状態推定装置。 Using the operation data, the distribution of the surface temperature of the slab, the distribution of the internal temperature of the slab, the distribution of the solid phase ratio inside the slab, and the solid-liquid coexistence area inside the slab The state estimation device for a slab cast by the continuous casting machine according to claim 3 , wherein the distribution of solute component concentration in the liquid phase is sequentially calculated.
JP2014181986A 2014-09-08 2014-09-08 State estimation method and estimation apparatus for slab cast by continuous casting machine Active JP6375800B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014181986A JP6375800B2 (en) 2014-09-08 2014-09-08 State estimation method and estimation apparatus for slab cast by continuous casting machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014181986A JP6375800B2 (en) 2014-09-08 2014-09-08 State estimation method and estimation apparatus for slab cast by continuous casting machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016055304A JP2016055304A (en) 2016-04-21
JP6375800B2 true JP6375800B2 (en) 2018-08-22

Family

ID=55756961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014181986A Active JP6375800B2 (en) 2014-09-08 2014-09-08 State estimation method and estimation apparatus for slab cast by continuous casting machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6375800B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117236084B (en) * 2023-11-16 2024-02-06 青岛永强木工机械有限公司 Intelligent management method and system for woodworking machining production

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04266472A (en) * 1991-02-22 1992-09-22 Kobe Steel Ltd Simulating apparatus for continuous casting machine
JP2856068B2 (en) * 1993-04-20 1999-02-10 住友金属工業株式会社 Cooling method of slab in continuous casting
JP4474772B2 (en) * 2000-12-20 2010-06-09 Jfeスチール株式会社 Continuous casting method
JP5953801B2 (en) * 2011-02-21 2016-07-20 Jfeスチール株式会社 Solidification state estimation device and estimation method for slab, continuous casting device and continuous casting method, and final solidification prediction method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016055304A (en) 2016-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Distributed model predictive control for plant-wide hot-rolled strip laminar cooling process
US8651168B2 (en) Cooling control system for continuous casting of metal
WO2016009514A1 (en) Secondary cooling control method for continuous casting machine and secondary cooling control device
JP6939637B2 (en) Secondary cooling control device for continuous casting machine, secondary cooling control method for continuous casting machine, and program
JP5953801B2 (en) Solidification state estimation device and estimation method for slab, continuous casting device and continuous casting method, and final solidification prediction method
CN104271277B (en) Temperature control equipment
CN104540617B (en) Solidification end position control method and solidification end position control device
JP6375800B2 (en) State estimation method and estimation apparatus for slab cast by continuous casting machine
JP6881170B2 (en) Secondary cooling control device for continuous casting machine, secondary cooling control method for continuous casting machine, and program
JP5776642B2 (en) Secondary cooling method and secondary cooling device for continuous casting machine
JP5757296B2 (en) Secondary cooling control method and secondary cooling control device for continuous casting machine
JP5949315B2 (en) Manufacturing method of continuous cast slab
JP6372217B2 (en) Method and apparatus for estimating state of molten metal level in continuous casting mold
JP2015085374A (en) Continuous casting machine, secondary cooling control method of continuous casting machine, and secondary cooling control device
EP3428755B1 (en) Plant evaluation device and plant evaluation method
Ivanova Predictive control of water discharge in the secondary cooling zone of a continuous caster
JP5939002B2 (en) Solidification state estimation device, solidification state estimation method, and steel continuous casting method
JP4474772B2 (en) Continuous casting method
JP6528756B2 (en) Hot water level control device and hot water level control method
JP7234755B2 (en) Apparatus, method and program for estimating flow characteristics in continuous casting process of multi-layered slab, and control method for continuous casting process of multi-layered slab
JP2021041453A (en) Continuous casting mold interior visualization device, method, and program
CN104136146B (en) Curdled appearance estimating device and presumption method, casting apparatus and the continuous cast method of slab and finally solidify Forecasting Methodology
JP2022120968A (en) Estimation device, method and program, and continuous casting control device and method
JP5861668B2 (en) Apparatus for estimating final solidification position of continuous cast slab and method for producing continuous cast slab
JP6781409B2 (en) Temperature estimation method and temperature estimation device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170510

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180419

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180501

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180606

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180626

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180709

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6375800

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350