JP7077797B2 - Control methods, equipment and programs for the continuous casting process of multi-layer slabs - Google Patents
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Description
本発明は、複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法、装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a control method, an apparatus and a program for a continuous casting process of a multi-layer slab.
従来より、表層の組成と内層の組成とが異なる複層鋳片を製造することが行われている。例えば特許文献１には、鋳型内における異なる組成の溶融金属を磁気的手段によって分離し、この境界の上下にそれぞれ組成の異なる溶融金属を供給する構成が開示されている。より詳細には、鋳型内の相対的に上部の溶融金属供給位置と相対的に下部の溶融金属供給位置との間に、鋳造方向に垂直な方向に磁力線が延在する如く静磁場帯を形成させることにより、供給位置の異なる組成の異なる溶融金属が混合するのを防ぐようにしている。
複層鋳片の連続鋳造プロセスでは、表層の溶融金属（溶鋼）と内層の溶鋼とを上下に分離する境界の位置（以下、境界層レベルと呼ぶ）を静磁場帯に留めるために、表層用の浸漬ノズルによる溶鋼供給流量及び内層用の浸漬ノズルによる溶鋼供給流量を適切に制御する必要がある。
この課題に対して、例えば特許文献２には、内層溶鋼注入量および外層溶鋼注入量の比を一定に保ちつつ、注入量和操作によりモールド湯面レベルを制御する方式が開示されている。
Conventionally, it has been practiced to manufacture multi-layer slabs in which the composition of the surface layer and the composition of the inner layer are different. For example,
In the continuous casting process of multi-layer slabs, the position of the boundary that separates the molten metal (molten steel) on the surface layer and the molten steel on the inner layer from the top and bottom (hereinafter referred to as the boundary layer level) is kept in the static magnetic field zone for the surface layer. It is necessary to appropriately control the molten steel supply flow rate by the immersion nozzle and the molten steel supply flow rate by the immersion nozzle for the inner layer.
To solve this problem, for example,
しかしながら、従来の方式では、いずれも境界層レベルを直接的な制御対象としていない。そのため、例えば鋳造中にノズル詰まり、詰まり剥離等の流量特性変化に伴う溶鋼注入量の変動により境界層レベルに変動が生じた場合に、これを目標値に回復するまでに長時間を要してしまい、この間に表層の溶鋼と内層の溶鋼とが混合して、複層鋳片の品質が劣化するおそれがある。 However, in any of the conventional methods, the boundary layer level is not directly controlled. Therefore, for example, if the boundary layer level fluctuates due to fluctuations in the molten steel injection amount due to changes in flow rate characteristics such as nozzle clogging and clogging peeling during casting, it takes a long time to recover this to the target value. During this period, the molten steel in the surface layer and the molten steel in the inner layer may be mixed, and the quality of the multi-layer slab may deteriorate.
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、複層鋳片の連続鋳造プロセスにおいて、境界層レベルを高精度に制御できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to enable high-precision control of the boundary layer level in the continuous casting process of multi-layered slabs.
上記の課題を解決するための本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］ 表層ノズル及び内層ノズルから鋳型内に溶融金属を注入し、前記鋳型内において表層の溶融金属と内層の溶融金属とを境界を挟んで上下に分離して、表層の組成と内層の組成とが異なる複層鋳片を製造する連続鋳造プロセスの制御方法であって、
前記鋳型内の湯面の位置である表層レベルを測定する湯面レベル計と、前記表層ノズルの溶融金属の供給流量である表層流量を測定する表層用の流量計と、前記内層ノズルの溶融金属の供給流量である内層流量を測定する内層用の流量計とを用い、
少なくとも、前記表層用の流量計による前記表層流量の測定値と、前記内層用の流量計による前記内層流量の測定値とに基づいて、複層鋳片の連続鋳造プロセスを表現するモデルであり、前記境界の位置である境界層レベルの変動が、前記内層流量を、前記鋳型の横断面における前記内層の断面積で除算した上で、鋳造速度を減算した式で表されるモデルを利用して、前記境界層レベルを推定する推定ステップと、
前記湯面レベル計による前記表層レベルの測定値、及び前記モデルによる前記境界層レベルの推定値をそれぞれの目標値に保つように、前記表層流量、及び前記内層流量を制御する制御ステップとを行うことを特徴とする複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法。
［２］ 前記モデルを利用してオブザーバが構成され、
前記推定ステップでは、前記湯面レベル計による前記表層レベルの測定値と、前記表層用の流量計による前記表層流量の測定値と、前記内層用の流量計による前記内層流量の測定値とに基づいて、前記オブザーバにより前記境界層レベルを推定することを特徴とする［１］に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法。
［３］ 前記オブザーバとして、前記モデルを線形近似した線形近似モデルを利用して、ルーエンバーガー型のオブザーバが構成されることを特徴とする［２］に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法。
［４］ 前記オブザーバは、前記表層レベルと、前記境界層レベルと、溶融金属体積収支外乱とを状態変数とすることを特徴とする［２］又は［３］に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法。
［５］ 前記溶融金属体積収支外乱として、ステップ状外乱又はランプ状流量外乱を与えることを特徴とする［４］に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法。
［６］ 表層ノズル及び内層ノズルから鋳型内に溶融金属を注入し、前記鋳型内において表層の溶融金属と内層の溶融金属とを境界を挟んで上下に分離して、表層の組成と内層の組成とが異なる複層鋳片を製造する連続鋳造プロセスの制御装置であって、
湯面レベル計による前記鋳型内の湯面の位置である表層レベルの測定値と、表層用の流量計による前記表層ノズルの溶融金属の供給流量である表層流量の測定値と、内層用の流量計による前記内層ノズルの溶融金属の供給流量である内層流量の測定値とを入力する入力手段と、
少なくとも、前記表層用の流量計による前記表層流量の測定値と、前記内層用の流量計による前記内層流量の測定値とに基づいて、複層鋳片の連続鋳造プロセスを表現するモデルであり、前記境界の位置である境界層レベルの変動が、前記内層流量を、前記鋳型の横断面における前記内層の断面積で除算した上で、鋳造速度を減算した式で表されるモデルを利用して、前記境界層レベルを推定する推定手段と、
前記湯面レベル計による前記表層レベルの測定値、及び前記推定手段による前記境界層レベルの推定値をそれぞれの目標値に保つように、前記表層流量、及び前記内層流量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御装置。
［７］ 表層ノズル及び内層ノズルから鋳型内に溶融金属を注入し、前記鋳型内において表層の溶融金属と内層の溶融金属とを境界を挟んで上下に分離して、表層の組成と内層の組成とが異なる複層鋳片を製造する連続鋳造プロセスを制御するためのプログラムであって、
湯面レベル計による前記鋳型内の湯面の位置である表層レベルの測定値と、表層用の流量計による前記表層ノズルの溶融金属の供給流量である表層流量の測定値と、内層用の流量計による前記内層ノズルの溶融金属の供給流量である内層流量の測定値とを入力する入力手段と、
少なくとも、前記表層用の流量計による前記表層流量の測定値と、前記内層用の流量計による前記内層流量の測定値とに基づいて、複層鋳片の連続鋳造プロセスを表現するモデルであり、前記境界の位置である境界層レベルの変動が、前記内層流量を、前記鋳型の横断面における前記内層の断面積で除算した上で、鋳造速度を減算した式で表されるモデルを利用して、前記境界層レベルを推定する推定手段と、
前記湯面レベル計による前記表層レベルの測定値、及び前記推定手段による前記境界層レベルの推定値をそれぞれの目標値に保つように、前記表層流量、及び前記内層流量を制御する制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
[1] The molten metal is injected into the mold from the surface layer nozzle and the inner layer nozzle, and the molten metal of the surface layer and the molten metal of the inner layer are separated vertically in the mold across a boundary, and the composition of the surface layer and the composition of the inner layer are separated. Is a control method for a continuous casting process that produces multi-layered slabs that differ from the above.
A molten metal level meter that measures the surface level, which is the position of the molten metal in the mold, a flow meter for the surface layer that measures the surface flow rate, which is the supply flow rate of the molten metal of the surface nozzle, and the molten metal of the inner nozzle. Using a flow meter for the inner layer that measures the flow rate of the inner layer, which is the supply flow rate of
At least, it is a model expressing the continuous casting process of the multi-layer slab based on the measured value of the surface layer flow rate by the flow meter for the surface layer and the measured value of the inner layer flow rate by the flow meter for the inner layer. Using a model in which the fluctuation at the boundary layer level, which is the position of the boundary, is expressed by an equation obtained by dividing the flow rate of the inner layer by the cross-sectional area of the inner layer in the cross section of the mold and then subtracting the casting speed. , The estimation step for estimating the boundary layer level, and
A control step for controlling the surface layer flow rate and the inner layer flow rate is performed so that the measured value of the surface layer level by the molten metal level meter and the estimated value of the boundary layer level by the model are kept at the respective target values. A method of controlling a continuous casting process for multi-layered slabs.
[2] An observer is configured using the model, and the observer is configured.
The estimation step is based on the measured value of the surface level by the molten metal level meter, the measured value of the surface flow rate by the flow meter for the surface layer, and the measured value of the inner layer flow rate by the flow meter for the inner layer. The method for controlling a continuous casting process of a multi-layered slab according to [1], wherein the boundary layer level is estimated by the observer.
[3] The continuous casting process for multi-layered slabs according to [2], wherein a Ruenberger type observer is constructed by using a linear approximation model that linearly approximates the model as the observer. Control method.
[4] The continuous multi-layer slab according to [2] or [3], wherein the observer has the surface layer level, the boundary layer level, and the molten metal volume balance disturbance as state variables. How to control the casting process.
[5] The method for controlling a continuous casting process of a multi-layer slab according to [4], wherein a step-like disturbance or a ramp-like flow rate disturbance is applied as the molten metal volume balance disturbance.
[6] The molten metal is injected into the mold from the surface layer nozzle and the inner layer nozzle, and the molten metal of the surface layer and the molten metal of the inner layer are separated vertically in the mold across a boundary, and the composition of the surface layer and the composition of the inner layer are separated. Is a control device for a continuous casting process that produces multi-layered slabs that differ from the above.
The measured value of the surface layer level which is the position of the molten metal surface in the mold by the molten metal level meter, the measured value of the surface layer flow rate which is the supply flow rate of the molten metal of the surface layer nozzle by the flow meter for the surface layer, and the flow rate for the inner layer. An input means for inputting a measured value of the inner layer flow rate, which is the supply flow rate of the molten metal of the inner layer nozzle by the meter, and
At least, it is a model expressing the continuous casting process of the multi-layer slab based on the measured value of the surface layer flow rate by the flow meter for the surface layer and the measured value of the inner layer flow rate by the flow meter for the inner layer. Using a model in which the fluctuation at the boundary layer level, which is the position of the boundary, is expressed by an equation obtained by dividing the flow rate of the inner layer by the cross-sectional area of the inner layer in the cross section of the mold and then subtracting the casting speed. , The estimation means for estimating the boundary layer level, and
The surface layer flow rate and the control means for controlling the inner layer flow rate so as to keep the measured value of the surface layer level by the molten metal level meter and the estimated value of the boundary layer level by the estimation means at the respective target values. A control device for the continuous casting process of multi-layered slabs, characterized by being equipped.
[7] The molten metal is injected into the mold from the surface layer nozzle and the inner layer nozzle, and the molten metal of the surface layer and the molten metal of the inner layer are separated vertically in the mold across a boundary, and the composition of the surface layer and the composition of the inner layer are separated. Is a program for controlling a continuous casting process that produces multi-layered slabs that differ from
The measured value of the surface layer level which is the position of the molten metal surface in the mold by the molten metal level meter, the measured value of the surface layer flow rate which is the supply flow rate of the molten metal of the surface layer nozzle by the flow meter for the surface layer, and the flow rate for the inner layer. An input means for inputting a measured value of the inner layer flow rate, which is the supply flow rate of the molten metal of the inner layer nozzle by the meter, and
At least, it is a model expressing the continuous casting process of the multi-layer slab based on the measured value of the surface layer flow rate by the flow meter for the surface layer and the measured value of the inner layer flow rate by the flow meter for the inner layer. Using a model in which the fluctuation at the boundary layer level, which is the position of the boundary, is expressed by an equation obtained by dividing the flow rate of the inner layer by the cross-sectional area of the inner layer in the cross section of the mold and then subtracting the casting speed. , The estimation means for estimating the boundary layer level, and
A computer as a control means for controlling the surface layer flow rate and the inner layer flow rate so as to keep the measured value of the surface layer level by the molten metal level meter and the estimated value of the boundary layer level by the estimation means at their respective target values. Program to make it work.
本発明によれば、複層鋳片の連続鋳造プロセスにおいて、境界層レベルを高精度に制御することができる。これにより、表層の溶融金属と内層の溶融金属との混合を抑制し、良好な品質の複層鋳片を製造することが可能になる。 According to the present invention, the boundary layer level can be controlled with high accuracy in the continuous casting process of multi-layer slabs. This makes it possible to suppress the mixing of the molten metal of the surface layer and the molten metal of the inner layer, and to produce a multi-layer slab of good quality.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１に、複層鋳片を鋳造する連続鋳造設備の概要を示す。
吐出位置を鋳造方向に異ならせた２本の浸漬ノズル（以下、表層ノズル１及び内層ノズル２と呼ぶ）を備え、組成の異なる溶鋼がそれぞれ表層タンディッシュ３、内層タンディッシュ４から表層ノズル１、内層ノズル２を介して鋳型５内に注入される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(First Embodiment)
FIG. 1 shows an outline of a continuous casting facility for casting multi-layer slabs.
Two immersion nozzles (hereinafter referred to as
鋳型５内に注入されるそれぞれの溶鋼は、磁場発生装置６により形成される静磁場帯で制動力を受け、鋳型５内において表層の溶鋼と内層の溶鋼とが境界７を挟んで上下に分離される。鋳型５内の湯面８は表層の溶鋼が溶融パウダーと接する位置であり、境界７は表層の溶鋼と内層の溶鋼との分離位置である。以下、湯面８の位置を表層レベルと呼び、境界７の位置を境界層レベルと呼ぶ。なお、境界７は、実際には両層間の遷移層として形成されるが、境界線として取り扱うものとする。なお、線１５は凝固シェル位置を示す。
Each molten steel injected into the
鋳型５内の表層レベルを測定する湯面レベル計９が設置される。また、表層ノズル１に、溶鋼供給流量を測定する表層用のノズル内流量計（以下、単に流量計と呼ぶ）１０が設置される。同様に、内層ノズル２に、溶鋼供給流量を測定する内層用のノズル内流量計（以下、単に流量計と呼ぶ）１１が設置される。流量計１０、１１としては、例えば電磁流量計が使用される。
A molten
表層ノズル１による溶鋼供給流量（以下、表層流量と呼ぶ）は、表層ストッパー１２の開閉により調整される。同様に、内層ノズル２による溶鋼供給流量（以下、内層流量と呼ぶ）は、内層ストッパー１３の開閉により調整される。これらストッパー１２、１３の開閉操作は、コントローラ１４の制御下で実行される。なお、本実施形態ではストッパー（以下、ＳＴとも記す）を用いるが、スライディングノズルを用いて各ノズル１、２からの溶鋼供給流量を調整する構成としてもよい。
The flow rate of molten steel supplied by the surface nozzle 1 (hereinafter referred to as the surface flow rate) is adjusted by opening and closing the
このようにした連続鋳造設備による複層鋳片の連続鋳造プロセスにおいては、表層レベル及び境界層レベルを適切な位置に保つために、表層流量及び内層流量を適切に制御する必要がある。
図２を参照して、第１の実施形態において複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御装置として機能するコントローラ１４の機能構成を説明する。
入力部２０１は、湯面レベル計９による表層レベルの測定値と、表層用の流量計１０による表層流量の測定値と、内層用の流量計１１による内層流量の測定値とを入力する。
In the continuous casting process of multi-layered slabs by such a continuous casting facility, it is necessary to appropriately control the surface layer flow rate and the inner layer flow rate in order to keep the surface layer level and the boundary layer level at appropriate positions.
With reference to FIG. 2, the functional configuration of the
The
制御部２０２は、湯面レベル計９による表層レベルの測定値を表層レベル目標値に保つように、ＰＩ制御により、表層ストッパー１２の開度操作量を決定して、表層流量を制御する。
The control unit 202 determines the opening operation amount of the
また、複層鋳片の連続鋳造プロセスを表現するモデルに従うシミュレータを構成する。推定部２０３は、表層用の流量計１０による表層流量の測定値と、内層用の流量計１１による内層流量の測定値とに基づいて、このシミュレータにより境界層レベルを推定する。そして、制御部２０４は、推定部２０３による境界層レベルの推定値を境界層レベル目標値に保つように、ＰＩ制御により、内層ストッパー１３の開度操作量を決定して、内層流量を制御する。
In addition, a simulator that follows a model that represents the continuous casting process of multi-layer slabs is constructed. The
なお、本実施形態においては、入力部２０１が本発明でいう入力手段に相当し、推定部２０３が本発明でいう推定手段に相当し、制御部２０２、２０４が本発明でいう制御手段に相当する。
In the present embodiment, the
＜複層鋳片の連続鋳造プロセスの定式化＞
複層鋳片の連続鋳造プロセスを表現するモデルは、例えば特許文献３や非特許文献１に示されている。
このモデルでは、表層流量Ｑ1（ｔ）、内層流量Ｑ2（ｔ）の変動に応じて、メニスカス位置（表層レベル）ｙ1（ｔ）、境界層レベルｙ2（ｔ）は、式（１）－式（５）に従って変動する。図１にも示すように、ｓ（ｔ）は表層厚、Ａ1（ｔ）は表層断面積、Ａ2（ｔ）は内層断面積、Ａは複層鋳片の総断面積（Ａ1（ｔ）＋Ａ2（ｔ））である。また、Ｖcは鋳造速度である。また、Ｗはモールド幅、Ｄはモールド厚、Ｋは凝固係数である。
<Formulation of continuous casting process for multi-layer slabs>
Models representing the continuous casting process of multi-layered slabs are shown, for example, in
In this model, the meniscus position (surface level) y 1 (t) and the boundary layer level y 2 (t) are given by the equation (1) according to the fluctuations of the surface flow rate Q 1 (t) and the inner layer flow rate Q 2 (t). )-Variates according to equation (5). As shown in FIG. 1, s (t) is the surface layer thickness, A 1 (t) is the surface layer cross section, A 2 (t) is the inner layer cross section, and A is the total cross section of the multi-layer slab (A 1 (t). t) + A 2 (t)). V c is the casting speed. Further, W is the mold width, D is the mold thickness, and K is the solidification coefficient.
複層鋳片の連続鋳造プロセスは、表層レベルｙ1（ｔ）、境界層レベルｙ2（ｔ）の変動に伴い、表層厚ｓ（ｔ）、境界層レベルｙ2（ｔ）が「自己修復」する機能を有する。
ここで、内層断面積Ａ2（ｔ）、表層厚ｓ（ｔ）は、式（３）、式（４）に従って変動する。τはメニスカス位置から境界層レベルまで引き抜かれるまでのむだ時間であり、式（５）を満たす。
In the continuous casting process of multi-layer slabs, the surface layer thickness s (t) and the boundary layer level y 2 (t) are "self-repairing" as the surface layer level y 1 (t) and the boundary layer level y 2 (t) fluctuate. Has the function of ".
Here, the inner layer cross-sectional area A 2 (t) and the surface layer thickness s (t) vary according to the equations (3) and (4). τ is a waste time from the meniscus position to the boundary layer level, and satisfies Eq. (5).
鋳造速度Ｖcが一定であれば、むだ時間は式（６）で表わすことができる。さらに、表層レベルが表層レベル目標値に保たれていれば、むだ時間は式（７）のように近似してよい。ｙ0は定常表層レベル目標値である。定常制御中であれば、式（７）のような近似を行うことができる。 If the casting speed V c is constant, the waste time can be expressed by the equation (6). Further, as long as the surface level is kept at the surface level target value, the dead time may be approximated as in Eq. (7). y 0 is a steady surface level target value. During steady control, the approximation as shown in Eq. (7) can be performed.
推定部２０３では、表層用の流量計１０による表層流量の測定値と、内層用の流量計１１による内層流量の測定値とを用いて、式（１）－式（５）に基づいて、むだ時間を探索しながら境界層レベルｙ2を計算、推定することができる。なお、定常制御中（表層湯面レベルが目標値に保持、鋳造速度一定）であれば、式（７）に基づいてむだ時間を近似することにより、計算負荷を減らすことができる。
In the
以上を踏まえて、図３に、第１の実施形態における表層流量及び内層流量の制御系のブロック線図を示す。
図３に示すように、表層レベルｙ1を測定し、表層レベル目標値（ｙ1目標値）と比較して、コントローラ１４の制御下、その差に見合った表層ストッパー１２の開度調整を行うフィードバック制御を実行する。式（１）に表わされるように、表層レベルｙ1の変動は、表層流量Ｑ1と内層流量Ｑ2との和を面積Ａで除算した上で、鋳造速度Ｖcを減算した式で表わされる。これに準じて、ブロック線図では、表層ストッパー１２の開度に応じて制御される表層流量Ｑ1と内層流量Ｑ2との和に１／Ａを乗算した上で、鋳造速度Ｖcを減算した値を積分したものが表層レベルｙ1となる構成となっている。
Based on the above, FIG. 3 shows a block diagram of the control system for the surface flow rate and the inner layer flow rate in the first embodiment.
As shown in FIG. 3, the surface layer level y 1 is measured, compared with the surface layer level target value (y 1 target value), and the opening degree of the
また、シミュレータにより境界層レベルｙ2を推定し、境界層レベル目標値（ｙ2目標値）と比較して、コントローラ１４の制御下、その差に見合った内層ストッパー１３の開度調整を行うフィードバック制御を実行する。シミュレータは、表層流量Ｑ1の測定値と、内層流量Ｑ2の測定値とを入力として、境界層レベルｙ2を推定する。式（２）に表わされるように、境界層レベルｙ2の変動は、内層流量Ｑ2を内層断面積Ａ2で除算した上で、鋳造速度Ｖcを減算した式で表わされる。これに準じて、ブロック線図では、内層ストッパー１３の開度に応じて制御される内層流量Ｑ2に１／Ａ2を乗算し、そこから鋳造速度Ｖcを減算して積分したものが境界層レベルｙ2となる構成となっている。
Further, feedback that estimates the boundary layer level y 2 by the simulator, compares it with the boundary layer level target value (y 2 target value), and adjusts the opening degree of the
以上述べたように、複層鋳片の連続鋳造プロセスを表現するモデルに従うシミュレータを構成し、制御対象とする境界層レベルをリアルタイムに推定する。これにより、例えば鋳造中にノズル詰まり、詰まり剥離等の流量特性変化により境界層レベルに変動が生じた場合にも、境界層レベルの変動を検知し、これに基づきストッパー開度を操作することにより速やかに境界層レベル目標値に回復させることができる。このように複層鋳片の連続鋳造プロセスにおいて、境界層レベルを高精度に制御できるようにすることができ、表層の溶融金属と内層の溶融金属との混合を抑制し、良好な品質の複層鋳片を製造することが可能になる。 As described above, a simulator that follows a model that expresses the continuous casting process of multi-layered slabs is configured, and the boundary layer level to be controlled is estimated in real time. As a result, even if the boundary layer level fluctuates due to changes in flow rate characteristics such as nozzle clogging and clogging peeling during casting, the boundary layer level fluctuation is detected and the stopper opening is operated based on this. It can be quickly restored to the boundary layer level target value. In this way, in the continuous casting process of multi-layer slabs, the boundary layer level can be controlled with high accuracy, the mixing of the molten metal in the surface layer and the molten metal in the inner layer is suppressed, and the double layer is of good quality. It becomes possible to manufacture layered slabs.
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、複層鋳片の連続鋳造プロセスを表現するモデルを直接的に利用して、境界層レベルを推定するようにした。
第２の実施形態では、複層鋳片の連続鋳造プロセスの線形近似モデルを利用して、ルーエンバーガー（Luenberger）型のオブザーバ（状態観測器）を構成し、このオブザーバにより境界層レベルを推定する例を説明する。
以下では、第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
(Second embodiment)
In the first embodiment, the model representing the continuous casting process of multi-layered slabs is directly used to estimate the boundary layer level.
In the second embodiment, a linear approximation model of the continuous casting process of multi-layered slabs is used to construct a Luenberger-type observer (state observer), and the boundary layer level is estimated by this observer. An example will be described.
In the following, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the differences from the first embodiment will be mainly described.
図４を参照して、第２の実施形態において複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御装置として機能するコントローラ１４の機能構成を説明する。
入力部２０１は、湯面レベル計９による表層レベルの測定値と、表層用の流量計１０による表層流量の測定値と、内層用の流量計１１による内層流量の測定値とを入力する。
With reference to FIG. 4, the functional configuration of the
The
制御部２０２は、湯面レベル計９による表層レベルの測定値を表層レベル目標値に保つように、ＰＩ制御により、表層ストッパー１２の開度操作量を決定して、表層流量を制御する。
The control unit 202 determines the opening operation amount of the
また、複層鋳片の連続鋳造プロセスの線形近似モデルを利用して、ルーエンバーガー型のオブザーバを構成する。推定部２０３は、湯面レベル計９による表層レベルの測定値と、表層用の流量計１０による表層流量の測定値と、内層用の流量計１１による内層流量の測定値とに基づいて、このオブザーバにより境界層レベルを推定する。そして、制御部２０４は、推定部２０３による境界層レベルの推定値を境界層レベル目標値に保つように、ＰＩ制御により、内層ストッパー１３の開度操作量を決定して、内層流量を制御する。なお、状態変数の推定にあたり、線形近似モデルを利用せず、非線形モデルを対象とする非線形のフィルタリング手法（アンサンブル・カルマンフィルタ等）を用いてもよいが、本実施形態では、複層鋳片の連続鋳造プロセスの線形近似モデルを利用して、ルーエンバーガー型のオブザーバを構成した場合を説明する。
In addition, a linear approximation model of the continuous casting process of multi-layered slabs is used to construct a Ruenberger-type observer. The
ここで、鋳型内溶鋼の凝固収縮、非定常バルジングに伴う体積変動等の溶鋼体積収支外乱が生じる場合、式（１）－式（４）、式（７）の非線形モデルにより推定した境界層レベルには推定誤差が生じる。このような場合に、湯面レベル計９による表層レベルの測定値と、表層用の流量計１０による表層流量の測定値と、内層用の流量計１１による内層流量の測定値とを入力とするオブザーバを構成することにより、溶鋼体積収支外乱を補償することができる。
Here, when the molten steel volume balance disturbance such as solidification shrinkage of molten steel in the mold and volume fluctuation due to unsteady bulging occurs, the boundary layer level estimated by the nonlinear models of Eqs. (1)-Equations (4) and (7). Has an estimation error. In such a case, the measured value of the surface layer level by the molten
＜線形近似モデルの導出＞
ルーエンバーガー型のオブザーバを構成するため、式（１）－式（４）、式（７）の非線形モデルの線形近似モデルを導出する。
設定値近傍での各状態変数の摂動量（ｙ1
～（ｔ）、ｙ2
～（ｔ）、ｓ～（ｔ）、Ａ2
～（ｔ）、Ｑ1
～（ｔ）、Ｑ2
～（ｔ））を以下のように定義する。なお、例えばｙ1
～（ｔ）の表記は、ｙ1の上に～が付されているものとする。
<Derivation of linear approximation model>
In order to construct the Ruenberger type observer, a linear approximation model of the nonlinear model of Eqs. (1) -Equation (4) and Eq. (7) is derived.
Perturbation amount of each state variable near the set value (y 1 ~ (t), y 2 ~ (t), s ~ (t), A 2 ~ (t), Q 1 ~ (t), Q 2 ~ ( t)) is defined as follows. In addition, for example, in the notation of y 1 to (t), it is assumed that ~ is added above y 1 .
ｙ1 *、ｙ2 *は表層レベル、境界層レベルの設定値、ｓ*、Ａ2 *はＶc、ｙ1 *、ｙ2 *に応じて定まる非線形モデルの平衡点、Ｑ1 *、Ｑ2 *はＶc、ｓ*、Ａ2 *に応じて定まる溶鋼供給流量の目標値であり、それぞれ以下のように表わされる。 y 1 * and y 2 * are the set values of the surface layer level and the boundary layer level, and s * and A 2 * are the equilibrium points of the nonlinear model determined according to V c , y 1 * and y 2 * , Q 1 * and Q. 2 * is the target value of the molten steel supply flow rate determined according to V c , s * , and A 2 * , and is expressed as follows.
これらの設定値近傍で、式（１）－式（４）、式（７）の非線形モデルを線形近似すると、表層レベル、境界層レベルの摂動のダイナミクスは、式（８）、式（９）のように表される。 When the nonlinear models of Eqs. (1) -Equations (4) and Eqs. (7) are linearly approximated near these set values, the dynamics of perturbations at the surface layer level and the boundary layer level are Eqs. (8) and Eqs. (9). It is expressed as.
なお、表層厚の摂動量ｓ～（ｔ）は式（１２）式で表わされ、境界層レベルの摂動量ｙ2 ～（ｔ）の変動と逆行するよう、表層厚の摂動量ｓ～（ｔ）が変動することがわかる。 The perturbation amount s ~ (t) of the surface layer thickness is expressed by the equation (12), and the perturbation amount s ~ (t) of the surface layer thickness is expressed so as to go against the fluctuation of the perturbation amount y 2 ~ (t) at the boundary layer level. It can be seen that t) fluctuates.
境界層レベルの変動を表わす式（９）は、式（１０）－式（１３）式を用いて、式（１４）のようにまとめることができる。 The equation (9) representing the variation at the boundary layer level can be summarized as the equation (14) by using the equation (10)-the equation (13).
なお、鋳造速度Ｖc＝１．０ｍ／ｍ、凝固係数Ｋ＝２０．０ｍｍ・ｍｉｎ^（－１／２）、表層レベルｙ1＝－１００ｍｍ、境界層レベルｙ2＝－４２０ｍｍでは、α＝０．４７３５、β＝０．０１７７となり、境界層レベルの自己修復機能の時定数「1／αβ」は１１７ｓｅｃとなる。 At the casting speed V c = 1.0 m / m, solidification coefficient K = 20.0 mm · min ^ (-1 / 2), surface layer level y 1 = -100 mm, and boundary layer level y 2 = -420 mm, α = 0.4735, β = 0.0177, and the time constant “1 / αβ” of the self-repairing function at the boundary layer level is 117 sec.
＜オブザーバの構成＞
ルーエンバーガー型のオブザーバを構成し、直接測定できない境界層レベルを推定する。
オブザーバは、表層レベルの測定値と、表層流量の測定値と、内層流量の測定値とを入力として、表層レベル、境界層レベル、流量外乱の推定値をそれぞれ計算し出力する。なお、最小次元オブザーバを構成することで、表層レベルについては推定を省略してもよい。
鋳型内溶鋼の凝固収縮、非定常バルジングに伴う体積変動等の溶鋼体積収支外乱を補償するよう、ステップ状の流量外乱ｄ2＾（ｔ）を考慮しオブザーバを構成する。なお、＾はオブザーバの状態変数であることを区別するために付しており、例えばｄ2＾（ｔ）の表記は、ｄ2の上に＾が付されているものとする。鋳型内溶鋼の凝固収縮量は鋳造速度Ｖcに依存するが、この定式化ではＶcが異なる場合であっても対応できる。
<Composition of observer>
Construct a Ruenberger-type observer to estimate boundary layer levels that cannot be measured directly.
The observer calculates and outputs the surface layer level, the boundary layer level, and the estimated value of the flow rate disturbance by inputting the measured value of the surface layer level, the measured value of the surface layer flow rate, and the measured value of the inner layer flow rate, respectively. By constructing the minimum dimension observer, the estimation of the surface layer level may be omitted.
The observer is configured in consideration of the step-like flow rate disturbance d 2 ^ (t) so as to compensate for the molten steel volume balance disturbance such as solidification shrinkage of the molten steel in the mold and volume fluctuation due to unsteady bulging. Note that ^ is attached to distinguish that it is an observer state variable. For example, in the notation of d 2 ^ (t), it is assumed that ^ is attached above d 2 . The amount of solidification shrinkage of the molten steel in the mold depends on the casting speed V c , but this formulation can handle cases where V c is different.
ステップ状流量外乱ｄ2＾（ｔ）を考慮した線形モデルの状態空間表現は、式（１５）、式（１６）のように表わされる。この状態空間モデルに対し、式（１７）のようにオブザーバを構成する。 The state-space representation of the linear model considering the stepped flow disturbance d 2 ^ (t) is expressed as Eqs. (15) and (16). An observer is constructed for this state-space model as shown in Eq. (17).
状態空間モデルが可検出である場合、オブザーバによる状態変数の推定誤差は時間とともに減少し、０に近づく（例えば非特許文献２を参照）。ここで、状態空間モデルが可検出とは、式（１８）、（１９）のシステム行列Ａの不安定極λに対し、式（２０）の条件を満たすことをいう。ｎは状態変数ｘの次元である。
式（１５）、式（１６）の状態空間モデルでは、不安定極０に対し、式（２１）のようになり、可検出性を満たすので、式（１７）により構成したオブザーバの推定誤差は漸近的に０に近付けることができる。
When the state-space model is detectable, the error in estimating state variables by the observer decreases over time and approaches zero (see, eg, Non-Patent Document 2). Here, the detection by the state space model means that the condition of the equation (20) is satisfied with respect to the unstable pole λ of the system matrix A of the equations (18) and (19). n is the dimension of the state variable x.
In the state-space models of the equations (15) and (16), for the
以上を踏まえて、図５に、第２の実施形態における表層流量及び内層流量の制御系のブロック線図を示す。
図５に示すブロック線図では、図３に示す第１の実施形態におけるブロック線図と比較して、シミュレータがオブザーバに変更された点で相違する。オブザーバにより境界層レベル摂動量ｙ2
～を推定し、ｙ2
～に境界層レベル設定値を加えたもの（図５中にｙ2推定値と示す）と境界層レベル目標値（ｙ2目標値）と比較して、コントローラ１４の制御下、その差に見合った内層ストッパー１３の開度調整を行うフィードバック制御を実行する。オブザーバは、表層レベルｙ1の測定値と、表層流量Ｑ1の測定値と、内層流量Ｑ2の測定値とを入力として、境界層レベル摂動量ｙ2
～を推定する。式（２）に表わされるように、境界層レベルｙ2の変動は、内層流量Ｑ2を内層断面積Ａ2で除算した上で、鋳造速度Ｖcを減算した式で表わされる。これに準じて、ブロック線図では、内層ストッパー１３の開度に応じて制御される内層流量Ｑ2に１／Ａ2を乗算し、そこから鋳造速度Ｖcを減算して積分したものが境界層レベルｙ2となる構成となっている。
Based on the above, FIG. 5 shows a block diagram of the control system for the surface flow rate and the inner layer flow rate in the second embodiment.
The block diagram shown in FIG. 5 differs from the block diagram in the first embodiment shown in FIG. 3 in that the simulator has been changed to an observer. The boundary layer level perturbation amount y 2 ~ is estimated by the observer, and the boundary layer level setting value is added to y 2 ~ (shown as the y 2 estimated value in FIG. 5) and the boundary layer level target value (y 2 target value). ), Under the control of the
以上述べたように、複層鋳片の連続鋳造プロセスの線形近似モデルを利用して、ルーエンバーガー型のオブザーバを構成し、制御対象とする境界層レベルをリアルタイムに推定する。これにより、例えば鋳造中にノズル詰まり、詰まり剥離等の流量特性変化により境界層レベルに変動が生じた場合にも、境界層レベルの変動を検知し、速やかに境界層レベル目標値に回復させることができる。このように複層鋳片の連続鋳造プロセスにおいて、境界層レベルを高精度に制御できるようにすることができ、表層の溶融金属と内層の溶融金属との混合を抑制し、良好な品質の複層鋳片を製造することが可能になる。 As described above, using a linear approximation model of the continuous casting process of multi-layered slabs, a Ruenberger type observer is constructed and the boundary layer level to be controlled is estimated in real time. As a result, even if the boundary layer level fluctuates due to changes in flow rate characteristics such as nozzle clogging or clogging peeling during casting, the boundary layer level fluctuation is detected and the boundary layer level target value is quickly restored. Can be done. In this way, in the continuous casting process of multi-layer slabs, the boundary layer level can be controlled with high accuracy, the mixing of the molten metal in the surface layer and the molten metal in the inner layer is suppressed, and the double layer is of good quality. It becomes possible to manufacture layered slabs.
なお、溶鋼体積収支外乱の定式化にあたり、ステップ状流量外乱を例としたが、現実の流量特性変化がランプ状とみなせる場合にはランプ状流量外乱を想定してもよい。溶鋼体積収支外乱としてランプ状流量外乱を想定する場合には、式（２２）のように外乱のダイナミクスを定式化する。 In formulating the molten steel volume balance disturbance, a step-shaped flow rate disturbance is taken as an example, but if the actual change in flow rate characteristics can be regarded as a ramp-shaped flow rate disturbance, a ramp-shaped flow rate disturbance may be assumed. When a ramp-shaped flow rate disturbance is assumed as a molten steel volume balance disturbance, the dynamics of the disturbance are formulated as in Eq. (22).
ランプ状流量外乱を考慮した状態空間モデルの定式化を式（２３）、式（２４）式に示す。この状態空間モデルも可検出性を満たすので、ステップ状流量外乱の場合と同様に、ルーエンバーガー型のオブザーバを構成することができる。 Equations (23) and (24) show the formulation of the state space model in consideration of the ramp-like flow rate disturbance. Since this state-space model also satisfies the detectability, a Ruenberger-type observer can be configured as in the case of a stepped flow disturbance.
（１）実施例１（流量特性変化時の制御シミュレーション）
実施例１では、試験ＣＣ（Continuous casting）での複層鋳片の鋳造を想定し、流量特性変化時の制御シミュレーションを行い、本発明を適用する境界層レベル制御方式と、特許文献２に記載の方式に準じた流量比率一定制御方式とを比較した。
境界層レベル制御方式では、第１の実施形態で説明したようにシミュレータにより境界層レベルを推定するようにした。
流量比率一定制御方式では、表層レベル目標値と表層レベル実績値との偏差に基づいて、表層流量及び内層流量の合計注湯量目標値をＰＩＤ制御により演算する。さらに、この合計注湯量目標値を表層流量及び内層流量の流量比率目標値に基づいて配分し、表層流量目標値、内層流量目標値をそれぞれ計算した上で、それぞれの流量目標値に一致するよう、ＰＩＤ制御により、表層ストッパー開度操作量、内層ストッパー開度操作量を演算することにより、表層流量、内層流量をそれぞれの流量目標値に保持し、表層レベル、境界層レベルを一定に保持する。
なお、境界層レベル制御方式では、表層レベル制御、境界層レベル制御ともにＰＩ制御により行い、流量比率一定制御方式では、合計注湯量演算制御、表層流量目標値制御、内層流量目標値制御ともにＰＩ制御により行う。
(1) Example 1 (Control simulation when flow rate characteristics change)
In Example 1, assuming casting of a multi-layer slab in a test CC (Continuous casting), a control simulation at the time of a change in flow rate characteristics is performed, and a boundary layer level control method to which the present invention is applied is described in
In the boundary layer level control method, the boundary layer level is estimated by the simulator as described in the first embodiment.
In the constant flow rate control method, the total pouring amount target value of the surface flow rate and the inner layer flow rate is calculated by PID control based on the deviation between the surface level target value and the surface level actual value. Furthermore, this total pouring amount target value is distributed based on the flow rate ratio target value of the surface layer flow rate and the inner layer flow rate, and after calculating the surface layer flow rate target value and the inner layer flow rate target value respectively, they match each flow rate target value. By calculating the surface stopper opening operation amount and the inner layer stopper opening operation amount by PID control, the surface layer flow rate and the inner layer flow rate are held at the respective flow rate target values, and the surface layer level and the boundary layer level are kept constant. ..
In the boundary layer level control method, both surface level control and boundary layer level control are performed by PI control, and in the constant flow rate ratio control method, total pouring amount calculation control, surface layer flow rate target value control, and inner layer flow rate target value control are all PI controlled. It is done by.
本実施例では、（１）ノズル詰まり、（２）詰まり剥離、（３）タンディッシュヘッド下降（タンディッシュ内湯面の下降）に伴う内層ストッパーの流量減少を想定する。図６（ａ）に示すように、内層ストッパーがある開度となっているとき、タンディッシュヘッド下降に伴って内層ストッパーの流量は徐々に減少する。そして、その途中で内層ストッパーにノズル詰まりが発生して流量が大幅に減少し、その後詰まり剥離が発生して流量の減少が解消された状況となっている。なお、図６（ａ）の縦軸の「内層ＳＴ（ストッパー）流量特性変化率」とは、鋳造開始時の内層ストッパーの流量特性（ストッパーの開度と流量との関係）を基準とした流量特性の相対値を表わす。 In this embodiment, it is assumed that the flow rate of the inner layer stopper decreases due to (1) nozzle clogging, (2) clogging peeling, and (3) tundish head lowering (lowering of the hot water surface in the tundish). As shown in FIG. 6A, when the inner layer stopper has an opening degree, the flow rate of the inner layer stopper gradually decreases as the tundish head descends. Then, in the middle of the process, nozzle clogging occurs in the inner layer stopper and the flow rate is significantly reduced, and then clogging peeling occurs and the decrease in the flow rate is eliminated. The "inner layer ST (stopper) flow rate characteristic change rate" on the vertical axis of FIG. 6A is a flow rate based on the flow rate characteristic of the inner layer stopper at the start of casting (relationship between the opening degree of the stopper and the flow rate). Represents the relative value of the characteristic.
シミュレーション条件は、モールド幅：８００ｍｍ、モールド厚：１７０ｍｍ、表層レベル目標値：－１００ｍｍ、境界層レベル目標値：－４２０ｍｍ、鋳造速度：１．０ｍ／ｍ、凝固定数２０．０ｍｍ・ｍｉｎ^（－１／２）とした。 The simulation conditions are mold width: 800 mm, mold thickness: 170 mm, surface layer level target value: -100 mm, boundary layer level target value: -420 mm, casting speed: 1.0 m / m, solidification constant 20.0 mm / min ^ (-). 1/2).
また、境界層レベル制御方式のＰＩ制御パラメータとして、表層レベル制御、境界層レベル制御で比例ゲイン：０．３０、積分時間：１０．０［ｓｅｃ］とした。また、流量比率一定制御方式のＰＩ制御パラメータとして、合計注湯量演算制御で比例ゲイン：１．０*モールド断面積、積分時間：１０．０［ｓｅｃ］とし、表層流量目標値制御、内層流量目標値制御で比例ゲイン：０．０００００２、積分時間：１０．０［ｓｅｃ］とした。 Further, as the PI control parameters of the boundary layer level control method, the proportional gain was set to 0.30 and the integration time was set to 10.0 [sec] in the surface layer level control and the boundary layer level control. In addition, as PI control parameters of the constant flow rate control method, proportional gain: 1.0 * mold cross-sectional integral, integration time: 10.0 [sec] is set in total pouring amount calculation control, surface flow rate target value control, inner layer flow rate target. Proportional gain: 0.000002 and integration time: 10.0 [sec] were set by value control.
＜結果＞
図６（ｂ）に表層レベルの変動を、（ｃ）に境界層レベルの変動を示す。また、図７（ａ）に表層流量Ｑ1の変化を、（ｂ）に内層流量Ｑ2の変化を示す。図６及び図７の各特性図の横軸は時間［ｓｅｃ］である。図中の実線が境界層レベル制御方式による特性線を、点線が流量比率一定制御方式による特性線を示す。
図６（ａ）の内層ストッパーの流量特性変化に対して、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、境界層レベル制御方式では、表層レベル、境界層レベルともに略一定に保つことができている。これに対して、流量比率一定制御方式では、表層レベル、境界層レベルともに変動が大きく、特に境界層レベルの変動を抑制できていない。
<Result>
FIG. 6 (b) shows the fluctuation at the surface layer level, and FIG. 6 (c) shows the fluctuation at the boundary layer level. Further, FIG. 7 (a) shows the change in the surface flow rate Q 1 , and FIG. 7 (b) shows the change in the inner layer flow rate Q 2 . The horizontal axis of each characteristic diagram of FIGS. 6 and 7 is time [sec]. The solid line in the figure shows the characteristic line by the boundary layer level control method, and the dotted line shows the characteristic line by the constant flow rate control method.
As shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c), the boundary layer level control method can keep both the surface layer level and the boundary layer level substantially constant with respect to the change in the flow rate characteristics of the inner layer stopper in FIG. 6 (a). is made of. On the other hand, in the constant flow rate control method, the fluctuations at both the surface layer level and the boundary layer level are large, and the fluctuations at the boundary layer level cannot be suppressed in particular.
境界層レベル制御方式では、制御対象とする境界層レベルをシミュレータ（オブザーバでもよい）によりリアルタイムに推定することにより、境界層レベルの変動を検知し、速やかに境界層レベル目標値に回復させることができる。
一方、流量比率一定制御方式では、内層ストッパーの流量特性変化に伴う溶鋼供給流量の変化の結果生じる境界層レベルの変動に対し、溶鋼供給流量を目標値に回復させた上で複層鋳片の連続鋳造プロセスの自己修復機能により境界層レベルを目標値に回復させる、という間接的な制御方式となっており、境界層レベルの回復に長時間を要する。なお、流量目標値制御においては、積分時間を短くする等、制御ゲインをハイゲインにすることにより外乱抑制効果を高めることができるが、閉ループ系が不安定になるおそれがあるので、制御ゲインを過剰にハイゲインにすることは難しい。
In the boundary layer level control method, by estimating the boundary layer level to be controlled in real time by a simulator (which may be an observer), it is possible to detect fluctuations in the boundary layer level and quickly recover to the boundary layer level target value. can.
On the other hand, in the constant flow rate control method, the molten steel supply flow rate is restored to the target value in response to the change in the boundary layer level resulting from the change in the molten steel supply flow rate due to the change in the flow rate characteristics of the inner layer stopper, and then the multi-layer slab is used. It is an indirect control method that restores the boundary layer level to the target value by the self-repair function of the continuous casting process, and it takes a long time to restore the boundary layer level. In the flow rate target value control, the disturbance suppression effect can be enhanced by setting the control gain to a high gain such as shortening the integration time, but the closed loop system may become unstable, so the control gain is excessive. It is difficult to make it high gain.
（２）実施例２（鋳造速度変更時の制御シミュレーション）
連続鋳造プロセスの操業においては、鋳造中に鋳造速度Ｖcの変更操作が行われる。例えば湯上がり制御時から定常操業に向けて鋳造速度Ｖcを増速したり、湯面変動が激しくなった場合に鋳造速度Ｖcを減速したりする等の鋳造速度Ｖcの変更がある。このような状況を想定し、鋳造速度Ｖcの変更時の制御シミュレーションを行った。
なお、シミュレーション条件、制御パラメータについては、タンディッシュヘッドを一定に保持したことと、鋳造速度Ｖcを変更すること以外は実施例１と同様である。
(2) Example 2 (Control simulation when changing the casting speed)
In the operation of the continuous casting process, the casting speed V c is changed during casting. For example, there is a change in the casting speed V c, such as increasing the casting speed V c from the time of controlling the rise of hot water toward steady operation, or decelerating the casting speed V c when the molten metal level fluctuation becomes severe. Assuming such a situation, a control simulation was performed when the casting speed V c was changed.
The simulation conditions and control parameters are the same as those in the first embodiment except that the tundish head is kept constant and the casting speed V c is changed.
図８（ａ）に示すように、１００ｓｅｃから１１０ｓｅｃにかけて鋳造速度Ｖcを１６．７ｍｍ／ｓｅｃ（１．０ｍ／ｍ）から１３．３ｍｍ／ｓｅｃ（０．８ｍ／ｍ）まで減速させるものとした。なお、複層鋳片の連続鋳造プロセスを表現する式（１）－式（４）、式（７）式により、鋳造速度Ｖcに応じた流量目標値、流量比率目標値を計算し、境界層レベル制御方式、流量比率一定制御方式における目標値として設定した。さらに、流量比率一定制御方式では、鋳造速度Ｖc変更に伴う流量変更量（＝モールド断面積*鋳造速度Ｖc変更量）は明らかなので、鋳造速度Ｖc変更タイミングにおいて流量変更量を目標値に加えるものとした。 As shown in FIG . 8A, the casting speed Vc was reduced from 16.7 mm / sec (1.0 m / m) to 13.3 mm / sec (0.8 m / m) from 100 sec to 110 sec. .. In addition, the flow rate target value and the flow rate ratio target value according to the casting speed V c are calculated by the formulas (1)-formula (4) and formula (7) expressing the continuous casting process of the multi-layer slab, and the boundary. It was set as the target value in the layer level control method and the constant flow rate control method. Furthermore, in the constant flow rate control method, the flow rate change amount (= mold cross-sectional area * casting speed V c change amount) due to the change in the casting speed V c is clear, so the flow rate change amount is set as the target value at the casting speed V c change timing. I decided to add it.
＜結果＞
図８（ｂ）に表層レベルの変動を、（ｃ）に境界層レベルの変動を示す。また、図９（ａ）に表層ストッパー開度の変化を、（ｂ）に内層ストッパー開度の変化を示す。また、図１０（ａ）に表層流量Ｑ1の変化を、（ｂ）に内層流量Ｑ2の変化を示す。図８乃至図１０の各特性図の横軸は時間［ｓｅｃ］である。図中の実線が境界層レベル制御方式による特性線を、点線が流量比率一定制御方式による特性線を示す。
図８（ａ）の鋳造速度Ｖcの変更に対して、図８（ｂ）、（Ｃ）に示すように、境界層レベル制御方式では、表層レベル、境界層レベルともに変動を速やかに抑制し、表層レベル目標値に収束させることができる。これに対して、流量比率一定制御方式では、表層レベル、境界層レベルともに変動が大きく、特に境界層レベル目標値への回復が遅くなっている。
<Result>
FIG. 8 (b) shows the fluctuation at the surface layer level, and FIG. 8 (c) shows the fluctuation at the boundary layer level. Further, FIG. 9A shows a change in the opening degree of the surface stopper, and FIG. 9B shows a change in the opening degree of the inner layer stopper. Further, FIG. 10 (a) shows the change in the surface flow rate Q 1 , and FIG. 10 (b) shows the change in the inner layer flow rate Q 2 . The horizontal axis of each characteristic diagram of FIGS. 8 to 10 is time [sec]. The solid line in the figure shows the characteristic line by the boundary layer level control method, and the dotted line shows the characteristic line by the constant flow rate control method.
As shown in FIGS. 8 (b) and 8 (C), in response to the change in the casting speed V c in FIG. 8 (a), the boundary layer level control method rapidly suppresses fluctuations at both the surface layer level and the boundary layer level. , Can be converged to the surface level target value. On the other hand, in the constant flow rate control method, both the surface layer level and the boundary layer level fluctuate greatly, and the recovery to the boundary layer level target value is particularly slow.
以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明を適用する複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御装置は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータにより実現可能である。
また、本発明は、本発明の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがプログラムを読み出して実行することによっても実現可能である。
Although the present invention has been described above with the embodiments, the above embodiments are merely examples of embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention is limitedly interpreted by these. It shouldn't be. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features.
The control device for the continuous casting process of the multi-layered slab to which the present invention is applied can be realized by, for example, a computer equipped with a CPU, ROM, RAM and the like.
The present invention also comprises supplying software (program) that realizes the functions of the present invention to a system or device via a network or various storage media, and the computer of the system or device reads and executes the program. It is feasible.
１：表層ノズル、２：内層ノズル、３：表層タンディッシュ、４：内層タンディッシュ、５：鋳型、６：磁場発生装置、７：境界、８：湯面、９：湯面レベル計、１０：表層用の流量計、１１：内層用の流量計、１２：表層ストッパー、１３：内層ストッパー、１４：コントローラ、１５：凝固シェル位置、２０１：入力部、２０２：制御部、２０３：推定部、２０４：制御部 1: Surface nozzle, 2: Inner layer nozzle, 3: Surface layer tundish, 4: Inner layer tundish, 5: Mold, 6: Magnetic field generator, 7: Boundary, 8: Hot water level, 9: Hot water level meter, 10: Surface layer flow meter, 11: Inner layer flow meter, 12: Surface stopper, 13: Inner layer stopper, 14: Controller, 15: Solidification shell position, 201: Input unit, 202: Control unit, 203: Estimator unit, 204 : Control unit
Claims (7)
前記鋳型内の湯面の位置である表層レベルを測定する湯面レベル計と、前記表層ノズルの溶融金属の供給流量である表層流量を測定する表層用の流量計と、前記内層ノズルの溶融金属の供給流量である内層流量を測定する内層用の流量計とを用い、
少なくとも、前記表層用の流量計による前記表層流量の測定値と、前記内層用の流量計による前記内層流量の測定値とに基づいて、複層鋳片の連続鋳造プロセスを表現するモデルであり、前記境界の位置である境界層レベルの変動が、前記内層流量を、前記鋳型の横断面における前記内層の断面積で除算した上で、鋳造速度を減算した式で表されるモデルを利用して、前記境界層レベルを推定する推定ステップと、
前記湯面レベル計による前記表層レベルの測定値、及び前記モデルによる前記境界層レベルの推定値をそれぞれの目標値に保つように、前記表層流量、及び前記内層流量を制御する制御ステップとを行うことを特徴とする複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法。 The molten metal is injected into the mold from the surface layer nozzle and the inner layer nozzle, and the molten metal of the surface layer and the molten metal of the inner layer are separated vertically in the mold with a boundary in between, and the composition of the surface layer and the composition of the inner layer are different. It is a control method of the continuous casting process for producing multi-layer slabs.
A molten metal level meter that measures the surface level, which is the position of the molten metal in the mold, a flow meter for the surface layer that measures the surface flow rate, which is the supply flow rate of the molten metal of the surface nozzle, and the molten metal of the inner nozzle. Using a flow meter for the inner layer that measures the flow rate of the inner layer, which is the supply flow rate of
At least, it is a model expressing the continuous casting process of the multi-layer slab based on the measured value of the surface layer flow rate by the flow meter for the surface layer and the measured value of the inner layer flow rate by the flow meter for the inner layer. Using a model in which the fluctuation at the boundary layer level, which is the position of the boundary, is expressed by an equation obtained by dividing the flow rate of the inner layer by the cross-sectional area of the inner layer in the cross section of the mold and then subtracting the casting speed. , The estimation step for estimating the boundary layer level, and
A control step for controlling the surface layer flow rate and the inner layer flow rate is performed so that the measured value of the surface layer level by the molten metal level meter and the estimated value of the boundary layer level by the model are kept at the respective target values. A method of controlling a continuous casting process for multi-layered slabs.
前記推定ステップでは、前記湯面レベル計による前記表層レベルの測定値と、前記表層用の流量計による前記表層流量の測定値と、前記内層用の流量計による前記内層流量の測定値とに基づいて、前記オブザーバにより前記境界層レベルを推定することを特徴とする請求項１に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法。 Observers are configured using the model,
The estimation step is based on the measured value of the surface level by the molten metal level meter, the measured value of the surface flow rate by the flow meter for the surface layer, and the measured value of the inner layer flow rate by the flow meter for the inner layer. The method for controlling a continuous casting process of a multi-layered slab according to claim 1, wherein the boundary layer level is estimated by the observer.
湯面レベル計による前記鋳型内の湯面の位置である表層レベルの測定値と、表層用の流量計による前記表層ノズルの溶融金属の供給流量である表層流量の測定値と、内層用の流量計による前記内層ノズルの溶融金属の供給流量である内層流量の測定値とを入力する入力手段と、
少なくとも、前記表層用の流量計による前記表層流量の測定値と、前記内層用の流量計による前記内層流量の測定値とに基づいて、複層鋳片の連続鋳造プロセスを表現するモデルであり、前記境界の位置である境界層レベルの変動が、前記内層流量を、前記鋳型の横断面における前記内層の断面積で除算した上で、鋳造速度を減算した式で表されるモデルを利用して、前記境界層レベルを推定する推定手段と、
前記湯面レベル計による前記表層レベルの測定値、及び前記推定手段による前記境界層レベルの推定値をそれぞれの目標値に保つように、前記表層流量、及び前記内層流量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御装置。 The molten metal is injected into the mold from the surface layer nozzle and the inner layer nozzle, and the molten metal of the surface layer and the molten metal of the inner layer are separated vertically in the mold with a boundary in between, and the composition of the surface layer and the composition of the inner layer are different. A control device for a continuous casting process that manufactures multi-layer slabs.
The measured value of the surface layer level which is the position of the molten metal surface in the mold by the molten metal level meter, the measured value of the surface layer flow rate which is the supply flow rate of the molten metal of the surface layer nozzle by the flow meter for the surface layer, and the flow rate for the inner layer. An input means for inputting a measured value of the inner layer flow rate, which is the supply flow rate of the molten metal of the inner layer nozzle by the meter, and
At least, it is a model expressing the continuous casting process of the multi-layer slab based on the measured value of the surface layer flow rate by the flow meter for the surface layer and the measured value of the inner layer flow rate by the flow meter for the inner layer. Using a model in which the fluctuation at the boundary layer level, which is the position of the boundary, is expressed by an equation obtained by dividing the flow rate of the inner layer by the cross-sectional area of the inner layer in the cross section of the mold and then subtracting the casting speed. , The estimation means for estimating the boundary layer level, and
The surface layer flow rate and the control means for controlling the inner layer flow rate so as to keep the measured value of the surface layer level by the molten metal level meter and the estimated value of the boundary layer level by the estimation means at the respective target values. A control device for the continuous casting process of multi-layered slabs, characterized by being equipped.
湯面レベル計による前記鋳型内の湯面の位置である表層レベルの測定値と、表層用の流量計による前記表層ノズルの溶融金属の供給流量である表層流量の測定値と、内層用の流量計による前記内層ノズルの溶融金属の供給流量である内層流量の測定値とを入力する入力手段と、
少なくとも、前記表層用の流量計による前記表層流量の測定値と、前記内層用の流量計による前記内層流量の測定値とに基づいて、複層鋳片の連続鋳造プロセスを表現するモデルであり、前記境界の位置である境界層レベルの変動が、前記内層流量を、前記鋳型の横断面における前記内層の断面積で除算した上で、鋳造速度を減算した式で表されるモデルを利用して、前記境界層レベルを推定する推定手段と、
前記湯面レベル計による前記表層レベルの測定値、及び前記推定手段による前記境界層レベルの推定値をそれぞれの目標値に保つように、前記表層流量、及び前記内層流量を制御する制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。 The molten metal is injected into the mold from the surface layer nozzle and the inner layer nozzle, and the molten metal of the surface layer and the molten metal of the inner layer are separated vertically in the mold with a boundary in between, and the composition of the surface layer and the composition of the inner layer are different. A program for controlling the continuous casting process for producing multi-layer slabs.
The measured value of the surface layer level which is the position of the molten metal surface in the mold by the molten metal level meter, the measured value of the surface layer flow rate which is the supply flow rate of the molten metal of the surface layer nozzle by the flow meter for the surface layer, and the flow rate for the inner layer. An input means for inputting a measured value of the inner layer flow rate, which is the supply flow rate of the molten metal of the inner layer nozzle by the meter, and
At least, it is a model expressing the continuous casting process of the multi-layer slab based on the measured value of the surface layer flow rate by the flow meter for the surface layer and the measured value of the inner layer flow rate by the flow meter for the inner layer. Using a model in which the fluctuation at the boundary layer level, which is the position of the boundary, is expressed by an equation obtained by dividing the flow rate of the inner layer by the cross-sectional area of the inner layer in the cross section of the mold and then subtracting the casting speed. , The estimation means for estimating the boundary layer level, and
A computer as a control means for controlling the surface layer flow rate and the inner layer flow rate so as to keep the measured value of the surface layer level by the molten metal level meter and the estimated value of the boundary layer level by the estimation means at their respective target values. Program to make it work.
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