JP7136220B2 - 連続鋳造の制御装置、方法及びプログラム - Google Patents
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Description
本願は、2018年9月18日に、日本に出願された特願2018-174009号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)本発明の第一の態様は、ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造の制御装置であって、前記鋳型内の湯面レベルを測定する湯面レベル測定計と、前記湯面レベル測定計で測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御部と、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を測定する流量測定計と、前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と、前記流量調節機構の操作量と溶融金属の流量との関係を表す流量特性モデルを用いて、開度に応じた溶融金属の流量推定値を計算する流量推定部で計算される溶融金属の流量推定値との差である注入外乱の推定値に応じて、前記主制御部で求めた前記流量調節機構の操作量に対する第1の補正量を求める注入外乱補正部と、前記流量測定計で測定される前記溶融金属の流量測定値と、前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値とに基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御部で求めた前記流量調節機構の操作量に対する第2の補正量を求める引抜外乱補正部と、を備える。
(2)上記(1)に記載の連続鋳造の制御装置は、前記注入外乱補正部は、前記流量特性モデルの逆モデルを用いて、前記第1の補正量を求めてもよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載の連続鋳造の制御装置では、前記引抜外乱補正部は、前記流量特性モデルの逆モデルを用いて、前記第2の補正量を求めてもよい。
(4)上記(1)~(3)のいずれか一項に記載の連続鋳造の制御装置は、前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値とを入力とし、溶融金属の流量に対する湯面レベルの応答を表すプロセスモデルを用いて、湯面レベルと引抜外乱を状態変数とするルーエンバーガー型のオブザーバを構成し、引抜外乱の推定値を求める引抜外乱推定部を備え、前記引抜外乱補正部は、前記引抜外乱推定部で求めた引抜外乱の推定値に応じて、前記第2の補正量を求めてもよい。
(5)上記(1)~(4)のいずれか一項に記載の連続鋳造の制御装置では、前記流量測定計が電磁流量計であってもよい。
(7)本発明の第三の態様は、ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造を制御するためのプログラムであって、湯面レベル測定計で測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御ステップと、流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と、前記流量調節機構の操作量と溶融金属の流量との関係を表す流量特性モデルを用いて、開度に応じた溶融金属の流量推定値を計算する流量推定部で計算される前記溶融金属の流量推定値との差である注入外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第1の補正量を求める注入外乱補正ステップと、前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と、前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値とに基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第2の補正量を求める引抜外乱補正ステップと、をコンピュータに実行させるように構成したプログラムである。
連続鋳造設備は、鋳型1と、浸漬ノズル2とを備え、溶鋼がタンディッシュ(不図示)から浸漬ノズル2を介して鋳型1に注入される。鋳型1は水冷されており、鋳型に接した溶鋼は凝固し始める。浸漬ノズル2から溶鋼を鋳型1に注入して、溶鋼を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する。
主制御器101は、湯面レベル測定計3で測定される湯面レベル測定値yを湯面レベル目標値に追従させるように、スライディングゲート5の開度uを求めることにより、湯面レベルを一定に保つようにフィードバック制御を実行する。なお、以下では、スライディングゲート5の開度を単に開度と呼ぶ。
主制御器101は、湯面レベル目標値と、湯面レベル測定値yとの偏差eを入力として、偏差eが0になるように、すなわち、既述したとおり湯面レベル測定値yを湯面レベル目標値に追従させるように、開度uを求める。
そして、式(2)のように、溶鋼の流量測定値Qと、溶鋼の流量推定値Qpredとの差を注入外乱の推定値d1^とする。このように注入外乱d1を含む溶鋼の流量測定値Qと、注入外乱d1を含まない溶鋼の流量推定値Qpredとを比較することで、注入外乱d1を推定することができる。
また、注入外乱と引抜外乱とをそれぞれ区別して推定することができ、それぞれの外乱に対して制御性能の劣化を防ぐことができる。そして、注入外乱d1の推定値が得られることにより、これを使って、ノズルの不具合、ノズル詰まり、詰まり剥離、ノズル溶損等を検知し、操業安定化のためのアクション(例えば鋳造速度変更アクション、電磁力装置の設定値の変更アクション)につなげることができる。また、引抜外乱d2の推定値が得られることにより、これを使って、例えば特許文献2に開示されている周期的外乱の抑制制御方法と組み合わせて、より効果的な周期的外乱の抑制が可能となる。
[本発明を適用した発明法のシミュレーション条件]
スラブを製造する連続鋳造設備の典型的な鋳造条件を想定し、以下のようなシミュレーション条件を設定して、湯面レベル制御のシミュレーションを実施した。
鋳型幅は1250mm、鋳型厚は270mm、鋳造速度は1.5m/m、湯落ちむだ時間は0.3secに設定した。
湯面レベル目標値は、鋳型上端を原点とする座標系において鋳造方向100mmの位置(-100mm)に設定した(図4乃至図6に点線で示す目標値を参照のこと)。
主制御器101は、PI制御器で設定し(比例ゲイン0.20、積分時間30sec)、制御周期は50msecとし、PI制御は速度型で実装した。
また、開度補正ゲインK1=0.3、K2=1.0、オブザーバゲインL1=1、L2=L1*Aに設定した。
流量特性モデルP0及びその逆モデルP0 -1は、直線で与えるものとした。なお、速度型で制御器を実装するので、直線の切片については考慮せず、傾きだけを設定すればよい。
開度補正ゲインK2=0としたものを従来法とした。開度補正ゲインK2=0とすることにより、引抜外乱を抑制するマイナーループがないものと同等の状態となり、特許文献1に開示されている手法に準じたものとなる。そして、発明法と従来法とで、シミュレーションによる湯面レベル制御結果を比較した。
ここで、実プラントにおけるプラント流量特性Pを予め正確に把握することは難しく、実際には、ノミナルモデルである流量特性モデルP0には誤差が生じる。この流量特性モデルP0のモデル誤差Δとして、3種類のケース、具体的にはΔ=0(誤差なし)、Δ<0(流量が出にくい)、Δ>0(流量が出やすい)を設定する。そして、それぞれのケースについて、(a)注入外乱d1が発生、(b)引抜外乱d2が発生、(c)注入外乱d1と引抜外乱d2とが同時発生した場合についてシミュレーションを実施した。次に説明する図4乃至図6に示すように、注入外乱d1及び引抜外乱d2ともに50sec時点で発生するものとした。また、いずれの外乱も流量10%相当の体積変動を考慮した。流量特性モデルP0のモデル誤差Δは、ノミナル値の20%減(Δ=-0.2)、ノミナル値の20%増(Δ=0.2)とした。
図4乃至図6に、シミュレーション結果を示す。
図4は、流量特性モデルP0のモデル誤差Δ=0(誤差なし)とした場合のシミュレーション結果を示す。(a)は注入外乱d1が発生したときの湯面レベルの応答、(b)は引抜外乱d2が発生したときの湯面レベルの応答、(c)は注入外乱d1と引抜外乱d2とが同時発生したときの湯面レベルの応答を示す。図4の(a)に示すように、注入外乱d1が発生したときは、従来法及び発明法ともに同じ結果となる。一方、図4の(b)、(c)に示すように、引抜外乱d2が発生したとき、従来法では湯面レベル変動を抑制することができていないが、発明法では湯面レベル変動を抑制することができている。従来法では、注入外乱d1と引抜外乱d2との区別ができないため、引抜外乱d2が発生したときに湯面レベル変動の抑制効果が悪化する。
また、図6は、流量特性モデルP0のモデル誤差Δ=0.2(流量が出やすい)とした場合のシミュレーション結果を示し、図4の(a)~(c)と同様、(a)は注入外乱d1が発生したときの湯面レベルの応答、(b)は引抜外乱d2が発生したときの湯面レベルの応答、(c)は注入外乱d1と引抜外乱d2とが同時発生したときの湯面レベルの応答を示す。ここでも、従来法では、注入外乱d1と引抜外乱d2との区別ができないため、引抜外乱d2が発生したときに湯面レベル変動の抑制効果が悪化する。
図4乃至図6に示すように、流量特性モデルP0のモデル誤差がどのような場合であっても、発明法では、従来法と比較して、注入外乱d1、引抜外乱d2の発生に対して、湯面レベルの変動の抑制効果が悪化することはない。
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。
従って、本発明の更に別の態様は、ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造を制御するためのプログラムであって、湯面レベル測定計で測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御ステップと、流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値に基づいて求められた注入外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第1の補正量を求める注入外乱補正ステップと、前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値に基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第2の補正量を求める引抜外乱補正ステップと、をコンピュータに実行させるように構成したプログラム又はそれを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体である。
Claims (7)
- ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造の制御装置であって、
前記鋳型内の湯面レベルを測定する湯面レベル測定計と、
前記湯面レベル測定計で測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御部と、
前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を測定する流量測定計と、
前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と、前記流量調節機構の操作量と溶融金属の流量との関係を表す流量特性モデルを用いて、開度に応じた溶融金属の流量推定値を計算する流量推定部で計算される溶融金属の流量推定値との差である注入外乱の推定値に応じて、前記主制御部で求めた前記流量調節機構の操作量に対する第1の補正量を求める注入外乱補正部と、
前記流量測定計で測定される前記溶融金属の流量測定値と、前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値とに基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御部で求めた前記流量調節機構の操作量に対する第2の補正量を求める引抜外乱補正部と、
を備える連続鋳造の制御装置。 - 前記注入外乱補正部は、前記流量特性モデルの逆モデルを用いて、前記第1の補正量を求める
請求項1に記載の連続鋳造の制御装置。 - 前記引抜外乱補正部は、前記流量特性モデルの逆モデルを用いて、前記第2の補正量を求める
請求項1又は2に記載の連続鋳造の制御装置。 - 前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値とを入力とし、溶融金属の流量に対する湯面レベルの応答を表すプロセスモデルを用いて、湯面レベルと引抜外乱を状態変数とするルーエンバーガー型のオブザーバを構成し、引抜外乱の推定値を求める引抜外乱推定部を備え、前記引抜外乱補正部は、前記引抜外乱推定部で求めた引抜外乱の推定値に応じて、前記第2の補正量を求める、
請求項1から3のいずれか1項に記載の連続鋳造の制御装置。 - 前記流量測定計が電磁流量計である
請求項1から4のいずれか1項に記載の連続鋳造の制御装置。 - ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造の制御方法であって、
前記鋳型内の湯面レベルを湯面レベル測定計で測定する湯面レベル測定ステップと、 前記湯面レベル測定ステップで測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御ステップと、
前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を流量測定計で測定する流量測定ステップと、
前記流量測定ステップで測定される溶融金属の流量測定値と、前記流量調節機構の操作量と溶融金属の流量との関係を表す流量特性モデルを用いて計算される、開度に応じた溶融金属の流量推定値との差である注入外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第1の補正量を求める注入外乱補正ステップと、 前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値とを入力とし、溶融金属の流量に対する湯面レベルの応答を表すプロセスモデルを用いて、湯面レベルと引抜外乱を状態変数とするルーエンバーガー型のオブザーバを構成して求められる引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第2の補正量を求める引抜外乱補正ステップと、を有する連続鋳造の制御方法。 - ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造を制御するためのプログラムであって、
湯面レベル測定計で測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御ステップと、
流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と、前記流量調節機構の操作量と溶融金属の流量との関係を表す流量特性モデルを用いて、開度に応じた溶融金属の流量推定値を計算する流量推定部で計算される前記溶融金属の流量推定値との差である注入外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第1の補正量を求める注入外乱補正ステップと、
前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と、前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値とに基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第2の補正量を求める引抜外乱補正ステップと、
をコンピュータに実行させるように構成したプログラム。
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