JP7234755B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Description

本発明は、複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置、方法及びプログラム、並びに複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus, method, and program for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process for a multi-layered slab, and a control method for the continuous casting process for a multi-layered 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、鋳型内において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、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。
Conventionally, a multi-layer cast slab has been produced in which the composition of the surface layer and the composition of the inner layer are different. For example, Patent Literature 1 discloses a configuration in which molten metals having different compositions are separated in a mold by magnetic means, and molten metals having different compositions are supplied above and below the boundary. More specifically, a static magnetic field zone is formed between a relatively upper molten metal supply position and a relatively lower molten metal supply position in the mold such that magnetic lines of force extend in a direction perpendicular to the casting direction. This prevents mixing of molten metals with different compositions.
In the continuous casting process of multi-layer cast slabs, the position of the boundary separating the upper and lower molten metal (molten steel) in the surface layer and the molten steel in the inner layer (hereinafter referred to as the boundary layer level) is kept in the static magnetic field zone. It is necessary to appropriately control the molten steel supply flow rate by the submerged nozzle for the inner layer and the molten steel supply flow rate by the submerged nozzle for the inner layer.

この課題に対して、例えば特許文献2には、内層注入量を設定値に保ちつつ、表層注入量操作により表層の溶鋼の湯面レベル(以下では単に「湯面レベル」と称する)を制御する方式が開示されている。特許文献2では、タンディッシュに取り付けたロードセル出力より、タンディッシュ内の溶鋼重量を計測し、それを利用してノズルより注入される溶鋼流量を算出するようにしている。 In response to this problem, for example, Patent Document 2 discloses that the level of molten steel in the surface layer (hereinafter simply referred to as the "level") is controlled by manipulating the injection amount of the surface layer while maintaining the injection amount of the inner layer at a set value. A scheme is disclosed. In Patent Document 2, the weight of molten steel in the tundish is measured from the output of a load cell attached to the tundish, and the weight of molten steel in the tundish is used to calculate the flow rate of molten steel injected from the nozzle.

また、特許文献3には、表層タンディッシュ側の表層用注入ノズルに装着した電磁流量計で計測された表層注入量と、表層シェル厚と鋳造速度により設定値計算して求められた表層注入量設定値とを比較して、両者が一致するように表層用注入ノズルのストッパーを開閉して表層注入量を調整し、他方湯面レベル計によって検知された湯面レベルと、表層シェル厚と鋳造速度により設定値計算して求められた湯面レベル設定値とを比較して、両者が一致するように内層用注入ノズルのストッパーを開閉して内層注入量を調整する方式が開示されている。 Further, in Patent Document 3, the surface layer injection amount measured by an electromagnetic flow meter attached to the surface layer injection nozzle on the surface layer tundish side and the surface layer injection amount obtained by calculating the set value from the surface layer shell thickness and the casting speed The set value is compared and the stopper of the injection nozzle for the surface layer is opened and closed to adjust the injection amount of the surface layer so that the two match. A method is disclosed in which the inner layer injection amount is adjusted by opening and closing the stopper of the inner layer injection nozzle so that the melt surface level set value obtained by calculating the set value from the speed is compared with the set value so that both match.

特開昭63-108947号公報JP-A-63-108947 特開平3-243262号公報JP-A-3-243262 特開平5-104223号公報JP-A-5-104223

Ironmaking & Steelmaking 1997 Vol.24 No.3 "Novel continuous casting process for clad steel slabs with level dc magnetic field"Ironmaking & Steelmaking 1997 Vol.24 No.3 "Novel continuous casting process for clad steel slabs with level dc magnetic field" 「パターン認識と機械学習 上、C.M.ビショップ著、丸善出版」の3章p.152"Pattern Recognition and Machine Learning", Chapter 3 of CM Bishop, Maruzen Publishing, p. 152 W.Dinkelbach “On Nonlinear Fractional Programming” Management Science 1967W. Dinkelbach “On Nonlinear Fractional Programming” Management Science 1967

複層鋳片の連続鋳造プロセスにおいて、良好な品質の複層鋳片を製造するには、各ノズルからの流量を正確に知り、適切に制御することが求められる。
特許文献3のように流量計があれば、比較的容易に流量を知ることができるが、流量計の設置に伴うコストが発生するだけでなく、流量計不調時には流量を知ることができなくなるおそれがある。
各ノズルにおける流量が正確にわからない場合には、各ノズルにおける開度と流量との関係である流量特性を正確に知ることができれば、開度の値から流量を求めることができる。
しかしながら、各ノズルの流量特性は、溶鋼の成分の相違等により鋳造の都度ばらつきが生じ、また、鋳造中にも地金付着等ノズル詰まり等が原因で変化するため、適時、流量と開度との関係を求める必要がある。
また、特許文献2には、タンディッシュ内の溶鋼重量の計測結果を利用してノズルより注入される溶鋼流量を算出することが開示されているが、2つのタンディッシュ(表層用のタンディッシュ及び内層用のタンディッシュ)を別々の設備として備えることを前提とするものであり、適用可能な連続鋳造設備が限られてしまう。
In the continuous casting process of a multi-layered slab, in order to produce a good quality multi-layered slab, it is required to accurately know the flow rate from each nozzle and appropriately control it.
If there is a flow meter as in Patent Document 3, it is relatively easy to know the flow rate. There is
When the flow rate at each nozzle is not known accurately, the flow rate can be obtained from the opening value if the flow rate characteristic, which is the relationship between the opening degree and the flow rate at each nozzle, can be accurately known.
However, the flow rate characteristics of each nozzle vary with each casting due to differences in the composition of the molten steel, etc., and also change during casting due to clogging of the nozzles, such as adhesion of bare metal. It is necessary to seek the relationship of
Further, Patent Document 2 discloses that the flow rate of molten steel injected from a nozzle is calculated using the measurement result of the weight of molten steel in the tundish. This is based on the premise that a tundish for the inner layer is provided as a separate facility, which limits applicable continuous casting facilities.

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、流量計を用いずに、表層ノズル及び内層ノズルそれぞれにおける、ストッパーやスライディングノズルといった流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性を正確に推定し、表層ノズル及び内層ノズルそれぞれにおける流量を正確に推定することにより、流量を適切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-mentioned points, and is a relationship between the opening degree of a flow control mechanism such as a stopper and a sliding nozzle and the flow rate in each of the surface layer nozzle and the inner layer nozzle without using a flow meter. It is an object of the present invention to accurately estimate the flow rate characteristic and accurately estimate the flow rate in each of the surface layer nozzle and the inner layer nozzle, thereby appropriately controlling the flow rate.

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] 開度変更操作に応じて溶融金属供給流量を制御する流量制御機構をそれぞれ有する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、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において、前記表層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性、及び前記内層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性を推定する複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置であって、
前記鋳型内の湯面の位置である湯面レベルを測定する湯面レベル計を用いて、前記表層ノズル及び前記内層ノズルのうちいずれか一方のノズルの流量制御機構の開度をフィードバック制御することにより湯面レベルを一定に保つとともに、他方のノズルの流量制御機構の開度を一定保持する一定開度制御中に、
前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を設定して、この一定開度に変更する開度変更手段と、
前記表層ノズル及び前記内層ノズルを流れる合計流量の計算値である流量計算値を演算する流量計算値演算手段と、
前記開度変更手段で設定した前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度と、前記流量計算値演算手段で演算した前記流量計算値と、前記開度変更手段で前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度に変更した後に収集した前記一方のノズルの流量制御機構の開度の収束値データとを用いて、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数と、前記内層ノズルの流量特性に係る未知数とを変数とした質量又は体積の収支式を作成する収支式作成手段と、
前記開度変更手段で設定する前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を変えて、前記流量計算値演算手段による前記流量計算値の演算及び前記収支式作成手段による前記収支式の作成を複数回繰り返すことにより構成された連立方程式を求解して、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数及び前記内層ノズルの流量特性に係る未知数を求める求解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における流量特性の推定装置。
[2] 前記流量計算値演算手段は、鋳造速度に基づいて、前記流量計算値を演算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における流量特性の推定装置。
[3] 前記流量計算値演算手段は、前記表層ノズル及び前記内層ノズルに溶融金属を供給するタンディッシュの重量測定値に基づいて、前記流量計算値を演算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における流量特性の推定装置。
[4] 前記タンディッシュの重量測定値に基づいて前記流量計算値を演算するときに時間平均化を行うことを特徴とする[3]に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。
[5] 前記開度変更手段で設定する前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度、並びに、前記流量計算値演算手段による前記流量計算値の演算及び前記収支式作成手段による前記収支式の作成を複数回繰り返した際の繰り返し回数のうちの少なくともいずれか一方を可変値として、鋳造中の所定の条件に応じて値を変えることを特徴とする[1]乃至[4]のいずれか一つに記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。
[6] 前記開度変更手段は、前記流量計算値演算手段による前記流量計算値の演算及び前記収支式作成手段による前記収支式の作成を複数回繰り返した際の繰り返し計算の各回で、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数及び前記内層ノズルの流量特性に係る未知数の分散共分散行列のトレースを含む評価関数を用いた最適化問題を設定して求解することにより、前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を設定することを特徴とする[1]乃至[5]のいずれか一つに記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。
[7] 前記評価関数は、前記一方のノズルの流量制御機構の開度操作量及び前記他方のノズルの流量制御機構の開度操作量に関するペナルティ項を含むことを特徴とする[6]に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。
[8] 前記開度変更手段は、前記繰り返し計算における次回を対象として、前記最適化問題を設定して求解することを特徴とする[6]又は[7]に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。
[9] 前記開度変更手段は、前記繰り返し計算における次回を含む複数回を対象として、前記最適化問題を設定して求解することを特徴とする[6]又は[7]に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。
[10] 前記最適化問題は、前記表層ノズル及び前記内層ノズルを流れる合計流量に関する流量制約を含むことを特徴とする[6]乃至[8]のいずれか一つに記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。
[11] 前記最適化問題は、前記一方のノズルの流量制御機構の開度操作量及び前記他方のノズルの流量制御機構の開度操作量の上下限制約を含むことを特徴とする[6]乃至[9]のいずれか一つに記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。
[12] 前記開度変更手段は、前記最適化問題を1変数の最適化問題に変換して求解することを特徴とする[8]に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。
[13] 前記流量計算値演算手段による前記流量計算値の演算及び前記収支式作成手段による前記収支式の作成を複数回繰り返した際の繰り返し計算の回数が予め定められた回数に到達する前に、所定の条件を満たすとき、前記繰り返し計算を打ち切ることを特徴とする[1]乃至[12]のいずれか一つに記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。
[14] 開度変更操作に応じて溶融金属供給流量を制御する流量制御機構をそれぞれ有する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、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において、前記表層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性、及び前記内層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性を推定する複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定方法であって、
前記鋳型内の湯面の位置である湯面レベルを測定する湯面レベル計を用いて、前記表層ノズル及び前記内層ノズルのうちいずれか一方のノズルの流量制御機構の開度をフィードバック制御することにより湯面レベルを一定に保つとともに、他方のノズルの流量制御機構の開度を一定保持する一定開度制御中に、
前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を設定して、この一定開度に変更する第1のステップと、
前記表層ノズル及び前記内層ノズルを流れる合計流量の計算値である流量計算値を演算する第2のステップと、
前記第1のステップで設定した前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度と、前記第2のステップで演算した前記流量計算値と、前記第1のステップで前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を変更した後に収集した前記一方のノズルの流量制御機構の開度の収束値データとを用いて、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数と、前記内層ノズルの流量特性に係る未知数とを変数とした質量又は体積の収支式を作成する第3のステップと、
前記第1のステップで設定する前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を変えて、前記第2のステップ及び前記第3のステップを行うことを複数回繰り返すことにより構成された連立方程式を求解して、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数及び前記内層ノズルの流量特性に係る未知数を求める第4のステップとを有することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定方法。
[15] 開度変更操作に応じて溶融金属供給流量を制御する流量制御機構をそれぞれ有する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、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において、前記表層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性、及び前記内層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性を推定するためのプログラムであって、
前記鋳型内の湯面の位置である湯面レベルを測定する湯面レベル計を用いて、前記表層ノズル及び前記内層ノズルのうちいずれか一方のノズルの流量制御機構の開度をフィードバック制御することにより湯面レベルを一定に保つとともに、他方のノズルの流量制御機構開度を一定保持する一定開度制御中に、
前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を設定して、この一定開度に変更する第1の処理と、
前記表層ノズル及び前記内層ノズルを流れる合計流量の計算値である流量計算値を演算する第2の処理と、
前記第1の処理で設定した前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度と、前記第2の処理で演算した前記流量計算値と、前記第1の処理で前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を変更した後に収集した前記一方のノズルの流量制御機構の開度の収束値データとを用いて、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数と、前記内層ノズルの流量特性に係る未知数とを変数とした質量又は体積の収支式を作成する第3の処理と、
前記第1の処理で設定する前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を変えて、前記第2の処理及び前記第3の処理を行うことを複数回繰り返すことにより構成された連立方程式を求解して、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数及び前記内層ノズルの流量特性に係る未知数を求める第4の処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
[16] [1]乃至[13]のいずれか一つに記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置により求めた前記他方のノズルの流量特性に係る未知数を用いて、フィードバック及び一定開度制御における前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を補正する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 gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
[1] Molten metal is injected into the mold from a surface layer nozzle and an inner layer nozzle, each of which has a flow rate control mechanism for controlling the molten metal supply flow rate according to the opening degree change operation, and multiple layers with different compositions of the surface layer and the inner layer are formed. In a continuous casting process for producing a slab, a flow rate characteristic that is the relationship between the opening degree of a flow control mechanism in the surface layer nozzle and the flow rate, and a flow rate characteristic that is the relationship between the opening degree of the flow control mechanism in the inner layer nozzle and the flow rate. A device for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process of a multi-layered slab for estimating
feedback control of the opening of a flow rate control mechanism of one of the surface layer nozzle and the inner layer nozzle using a level gauge for measuring the level of the surface of the molten metal in the mold; During the constant opening control that keeps the melt level constant and keeps the opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle constant,
opening changing means for setting a constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle and changing the opening to this constant opening;
a flow rate calculation value calculating means for calculating a flow rate calculation value, which is a calculated value of the total flow rate flowing through the surface layer nozzle and the inner layer nozzle;
The constant opening of the flow rate control mechanism for the other nozzle set by the opening degree changing means, the calculated flow rate calculated by the calculated flow rate calculating means, and the flow rate control of the other nozzle by the opening changing means Using the convergence value data of the opening degree of the flow control mechanism of the one nozzle collected after changing the mechanism to a constant opening degree, the unknown quantity related to the flow rate characteristics of the surface layer nozzle and the flow rate characteristic of the inner layer nozzle balance formula creation means for creating a mass or volume balance formula with unknowns as variables;
By changing the constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle set by the opening changing means, the calculation of the calculated flow rate by the calculated flow rate calculation means and the creation of the balance formula by the balance formula creation means are performed. a solution-finding means for solving simultaneous equations constructed by repeating a plurality of times to obtain unknown values relating to flow characteristics of the surface layer nozzle and unknown values relating to flow characteristics of the inner layer nozzle. A device for estimating flow characteristics in continuous strip casting processes.
[2] The apparatus for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process for a multi-layer cast slab according to [1], wherein the calculated flow rate calculation means calculates the calculated flow rate based on the casting speed.
[3] In [1], the calculated flow rate calculation means calculates the calculated flow rate based on the measured weight of a tundish that supplies the molten metal to the surface layer nozzle and the inner layer nozzle. A device for estimating flow characteristics in the continuous casting process of the described multi-layered slab.
[4] The flow rate characteristic in the continuous casting process of the multi-layer cast slab according to [3], characterized in that time averaging is performed when calculating the flow rate calculation value based on the weight measurement value of the tundish. estimation device.
[5] The constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle set by the opening change means, the calculation of the calculated flow rate by the calculated flow rate calculation means, and the calculation of the balance formula by the balance formula creation means Any one of [1] to [4], wherein at least one of the number of repetitions when the production is repeated multiple times is set to a variable value, and the value is changed according to a predetermined condition during casting. 3. The device for estimating flow rate characteristics in the continuous casting process of a multi-layered slab according to 1.
[6] The opening degree changing means is configured to change the surface layer at each time of repeated calculation when the calculation of the calculated flow rate by the calculated flow rate calculating means and the creation of the balance formula by the balance formula creating means are repeated a plurality of times. Controlling the flow rate of the other nozzle by setting and solving an optimization problem using an evaluation function that includes a trace of a variance-covariance matrix of unknowns related to the flow rate characteristics of the nozzle and unknowns related to the flow rate characteristics of the inner layer nozzle. The apparatus for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process for a multi-layer cast slab according to any one of [1] to [5], characterized by setting a constant opening of the mechanism.
[7] The evaluation function according to [6], wherein the evaluation function includes a penalty term relating to an opening manipulated variable of the flow control mechanism of the one nozzle and an opening manipulated variable of the flow control mechanism of the other nozzle. A system for estimating flow rate characteristics in the continuous casting process of multi-layered slabs.
[8] The continuous multi-layered slab according to [6] or [7], wherein the opening change means sets and solves the optimization problem for the next time in the repeated calculation. A device for estimating flow characteristics in the casting process.
[9] The multi-layer structure according to [6] or [7], wherein the opening degree changing means sets and solves the optimization problem for a plurality of times including the next time in the repeated calculation. A device for estimating flow rate characteristics in the continuous casting process of slabs.
[10] The optimization problem of the multilayer slab according to any one of [6] to [8], wherein the optimization problem includes a flow rate constraint on the total flow rate of the surface layer nozzle and the inner layer nozzle. A device for estimating flow characteristics in continuous casting processes.
[11] The optimization problem is characterized by including upper and lower limit constraints on the opening manipulated variable of the flow rate control mechanism of the one nozzle and the opening manipulated variable of the flow control mechanism of the other nozzle. The device for estimating flow rate characteristics in the continuous casting process of a multi-layer cast slab according to any one of [9].
[12] The opening change means converts the optimization problem into a one-variable optimization problem and solves it. estimation device.
[13] Before the number of repeated calculations when the calculation of the calculated flow rate by the calculated flow rate calculation means and the creation of the balance formula by the balance formula creation means are repeated a plurality of times reaches a predetermined number of times , the apparatus for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process for a multi-layer cast slab according to any one of [1] to [12], characterized in that the iterative calculation is stopped when a predetermined condition is satisfied.
[14] Molten metal is injected into the mold from a surface layer nozzle and an inner layer nozzle, each of which has a flow rate control mechanism for controlling the molten metal supply flow rate according to the opening degree change operation, and multiple layers with different compositions of the surface layer and the inner layer are formed. In a continuous casting process for producing a slab, a flow rate characteristic that is the relationship between the opening degree of a flow control mechanism in the surface layer nozzle and the flow rate, and a flow rate characteristic that is the relationship between the opening degree of the flow control mechanism in the inner layer nozzle and the flow rate. A method for estimating flow characteristics in a continuous casting process of a multi-layered slab for estimating
feedback control of the opening of a flow rate control mechanism of one of the surface layer nozzle and the inner layer nozzle using a level gauge for measuring the level of the surface of the molten metal in the mold; During the constant opening control that keeps the melt level constant and keeps the opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle constant,
a first step of setting a constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle and changing it to this constant opening;
a second step of calculating a calculated flow rate, which is a calculated value of the total flow rate flowing through the surface layer nozzle and the inner layer nozzle;
The constant opening degree of the flow control mechanism of the other nozzle set in the first step, the calculated flow rate calculated in the second step, and the flow control mechanism of the other nozzle in the first step Using the convergence value data of the opening degree of the flow rate control mechanism of the one nozzle collected after changing the constant opening degree of , the unknown value related to the flow rate characteristics of the surface layer nozzle and the unknown value related to the flow rate characteristic of the inner layer nozzle a third step of creating a mass or volume balance equation with
Simultaneous equations constructed by repeating the second step and the third step a plurality of times while changing the constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle set in the first step and a fourth step of obtaining a solution to obtain an unknown quantity related to the flow characteristics of the surface layer nozzle and an unknown quantity related to the flow characteristics of the inner layer nozzle. Method.
[15] Molten metal is injected into the mold from a surface layer nozzle and an inner layer nozzle each having a flow rate control mechanism for controlling the molten metal supply flow rate according to the opening change operation, and the composition of the surface layer and the inner layer are different. In a continuous casting process for producing a slab, a flow rate characteristic that is the relationship between the opening degree of a flow control mechanism in the surface layer nozzle and the flow rate, and a flow rate characteristic that is the relationship between the opening degree of the flow control mechanism in the inner layer nozzle and the flow rate. A program for estimating
feedback control of the opening of a flow rate control mechanism of one of the surface layer nozzle and the inner layer nozzle using a level gauge for measuring the level of the surface of the molten metal in the mold; During the constant opening control that keeps the melt level constant and keeps the opening of the flow control mechanism of the other nozzle constant,
a first process of setting a constant degree of opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle and changing the degree of opening to this constant degree of opening;
a second process of calculating a flow rate calculation value that is a calculated value of the total flow rate flowing through the surface layer nozzle and the inner layer nozzle;
The constant opening degree of the flow control mechanism of the other nozzle set in the first process, the calculated flow rate calculated in the second process, and the flow control mechanism of the other nozzle in the first process Using the convergence value data of the opening degree of the flow rate control mechanism of the one nozzle collected after changing the constant opening degree of , the unknown value related to the flow rate characteristics of the surface layer nozzle and the unknown value related to the flow rate characteristic of the inner layer nozzle A third process of creating a mass or volume balance formula with
Simultaneous equations constructed by repeating the second process and the third process a plurality of times while changing the constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle set in the first process A program for causing a computer to execute a fourth process of solving to obtain unknown values relating to flow characteristics of the surface layer nozzle and unknown values relating to flow characteristics of the inner layer nozzle.
[16] Using the unknown quantity related to the flow characteristics of the other nozzle obtained by the flow characteristics estimation device in the continuous casting process for a multi-layered slab according to any one of [1] to [13], feedback and a method of controlling a continuous casting process for a multilayer cast slab, characterized by correcting the constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle in the constant opening control.

本発明によれば、流量計を用いずに、表層ノズル及び内層ノズルそれぞれにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性を正確に推定し、表層ノズル及び内層ノズルそれぞれにおける流量を正確に推定することにより、流量を適切に制御できるようになる。 According to the present invention, without using a flow meter, the flow rate characteristic, which is the relationship between the opening degree of the flow control mechanism and the flow rate in each of the surface layer nozzle and the inner layer nozzle, can be accurately estimated, and the flow rate in each of the surface layer nozzle and the inner layer nozzle can be estimated. Accurate estimation allows the flow rate to be properly controlled.

複層鋳片の連続鋳造プロセスの概要を説明するための図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure for demonstrating the outline|summary of the continuous casting process of a multilayer slab. 実施形態に係るコントローラの機能構成を示す図である。It is a figure which shows the functional structure of the controller which concerns on embodiment. 実施形態における複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定方法、及び複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a method for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process for a multi-layered slab and a method for controlling the continuous casting process for a multi-layered slab in an embodiment. シミュレーションの結果を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing simulation results; コントローラの開度変更部の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the functional structure of the opening change part of a controller. シミュレーションの結果を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing simulation results;

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を参照して、複層鋳片の連続鋳造プロセスの概要を説明する。図1(a)は連続鋳造設備の全体構成を示す図であり、(b)は鋳型4内の複層鋳片の横断面図である。
吐出位置を鋳造方向に異ならせた2本の浸漬ノズル(本願において、表層ノズル1及び内層ノズル2と呼ぶ)を備える。表層ノズル1及び内層ノズル2には、一のタンディッシュ3から溶鋼が供給される。より詳細には、タンディッシュ3は2つの室に区画されており、各室から組成の異なる溶鋼がそれぞれ表層ノズル1、内層ノズル2を介して鋳型4内に注入される。重量計5により、タンディッシュ3の重量が測定可能である。
Preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
[First embodiment]
With reference to FIG. 1, the outline of the continuous casting process for a multi-layer slab will be described. FIG. 1(a) is a diagram showing the overall configuration of a continuous casting facility, and FIG.
Two submerged nozzles (referred to as a surface layer nozzle 1 and an inner layer nozzle 2 in the present application) having different discharge positions in the casting direction are provided. Molten steel is supplied to the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2 from one tundish 3 . More specifically, the tundish 3 is divided into two chambers, from which molten steels with different compositions are injected into the mold 4 through the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2, respectively. A weight scale 5 can measure the weight of the tundish 3 .

表層ノズル1及び内層ノズル2から鋳型4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4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4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の位置を湯面レベルと呼び、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。また、線9は凝固シェル位置を示す。
鋳型4内の湯面8の上方には例えば渦流式の湯面レベル計10が設置され、湯面レベルが測定される。
Each of the molten steel injected into the mold 4 from the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2 receives a damping force in the static magnetic field zone formed by the magnetic field generator 6, and the surface layer molten steel and the inner layer molten steel are separated in the mold 4. It is separated vertically across the boundary 7 . The molten steel surface 8 in the mold 4 is the position where the molten steel in the surface layer contacts the molten powder, and the boundary 7 is the separation position between the molten steel in the surface layer and the molten steel in the inner layer. Hereinafter, the position of the molten metal surface 8 will be referred to as the molten metal surface level, and the position of the boundary 7 will be referred to as the boundary layer level. Although the boundary 7 is actually formed as a transition layer between the two layers, it is treated as a boundary line. Line 9 also indicates the solidified shell position.
A molten metal level gauge 10, for example, of a vortex type is installed above the molten metal level 8 in the mold 4 to measure the molten metal level.

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11の開度変更操作により制御される。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12の開度変更操作により制御される。これらストッパー11、12の開度変更操作は、図2に示すコントローラ100の制御下で実行される。なお、本実施形態では、開度変更操作に応じて溶鋼供給流量を制御する流量制御機構としてストッパーを用いるが、スライディングノズルを用いる構成としてもよい。 The flow rate of molten steel supplied by the surface layer nozzle 1 (hereinafter referred to as the surface layer flow rate) is controlled by changing the opening degree of the surface layer stopper 11 . Similarly, the flow rate of molten steel supplied by the inner layer nozzle 2 (hereinafter referred to as the inner layer flow rate) is controlled by changing the opening degree of the inner layer stopper 12 . The opening degree changing operation of these stoppers 11 and 12 is executed under the control of the controller 100 shown in FIG. In this embodiment, a stopper is used as a flow rate control mechanism for controlling the molten steel supply flow rate according to the operation for changing the degree of opening, but a sliding nozzle may be used.

以下に詳述するが、本実施形態では、表層流量を測定する流量計や内層流量を測定する流量計を用いずに、各ノズル1、2におけるストッパー開度と流量との関係である流量特性を推定する。
これを実現する流量特性の推定手法は、次のような観点に立つものである。湯面レベル計10を用いて、表層ストッパー11の開度を制御して湯面レベルを一定に保つフィードバック制御中では、内層ストッパー12の開度を一定保持する制御操作を行えば、表層ノズル1、内層ノズル2の流量特性がどのようなものであっても、それらの流量特性に応じて表層ストッパー11の開度は一定値に収束する。この性質を利用して、内層ストッパー12の一定開度の設定値をステップ状(段階的)に複数回変更し、変更する度に収束する表層ストッパー11の開度(以下、「収束値データ」と称する)を収集することで、表層ノズル1と内層ノズル2におけるそれぞれの流量特性を表す関係式に含まれる未知のパラメータ(以下では「未知数Δ1、Δ2」と称する)を変数とした連立方程式を構成することができ、各未知数を逆算することができる。
なお、本実施形態では、表層ストッパー11を使って湯面レベルを一定に保つとともに、内層ストッパー12の開度を一定保持するものとしたが、その逆、すなわち内層ストッパー12を使って湯面レベルを一定に保つとともに、表層ストッパー11の開度を一定保持する場合も同様である。
Although it will be described in detail below, in this embodiment, flow rate characteristics, which are the relationship between the stopper opening and the flow rate in each nozzle 1 and 2, without using a flow meter for measuring the surface flow rate and the flow rate for measuring the inner layer flow rate to estimate
The method of estimating the flow characteristics that realizes this is based on the following viewpoints. During the feedback control using the melt level gauge 10 to control the opening degree of the surface layer stopper 11 to keep the melt level constant, if the control operation is performed to keep the opening degree of the inner layer stopper 12 constant, the surface layer nozzle 1 , whatever the flow rate characteristics of the inner layer nozzle 2 are, the opening of the surface layer stopper 11 converges to a constant value in accordance with those flow rate characteristics. Using this property, the set value of the constant opening of the inner layer stopper 12 is changed stepwise (stepwise) multiple times, and the opening of the surface layer stopper 11 converges each time it is changed (hereinafter referred to as "convergence value data"). ) are collected, the unknown parameters (hereinafter referred to as “unknowns Δ 1 , Δ 2 ”) included in the relational expressions representing the respective flow characteristics of the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2 are used as variables. Equations can be constructed and each unknown can be calculated backwards.
In this embodiment, the surface layer stopper 11 is used to keep the molten metal level constant, and the opening degree of the inner layer stopper 12 is kept constant. is kept constant and the opening degree of the surface layer stopper 11 is kept constant.

図2を参照して、本実施形態に係るコントローラ100の機能構成を説明する。
制御部101は、湯面レベル計10を用いて、表層ストッパー11の開度を制御することにより湯面レベルを一定に保つとともに、内層ストッパー12の開度を一定保持する。
A functional configuration of the controller 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The controller 101 uses the level meter 10 to control the opening degree of the surface layer stopper 11 to keep the molten metal level constant and to keep the opening degree of the inner layer stopper 12 constant.

開度変更部102は、制御部101によるフィードバック及び一定開度制御中において、内層ストッパー12の一定開度を設定してステップ状に変更する。
流量計算値演算部103は、鋳造速度Vcに基づいて、表層ノズル1及び内層ノズル2を流れる合計流量の計算値である流量計算値を演算する。例えば、流量計算値は、定常制御中においては、鋳片引抜量AVcを求めることで代用できる。ここで、鋳片引抜量AVcは、開度変更部102により内層ストッパー12の開度が変更される前後の鋳造速度Vcに、鋳型断面積Aを乗じて得られる。
収支式作成部104は、表層ノズル1及び内層ノズル2を流れる合計流量が鋳片引抜量AVcに等しくなるという体積収支式を作成する。例えば、収支式作成部104は、開度変更部102で設定した内層ストッパー12の一定開度と、流量計算値演算部103で演算した流量計算値(鋳片引抜量AVc)と、開度変更部102で内層ストッパー12の一定開度に変更した後に収集した表層ストッパー11の開度の収束値データとを用いて、表層ノズル1の流量特性に係る未知数Δ1と、内層ノズル2の流量特性に係る未知数Δ2とを変数とした方程式を作成する。
The opening degree changing unit 102 sets the constant opening degree of the inner layer stopper 12 and changes it stepwise during the feedback and the constant opening control by the control unit 101 .
The flow rate calculation value calculation unit 103 calculates a flow rate calculation value, which is a calculation value of the total flow rate flowing through the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2, based on the casting speed Vc . For example, the flow rate calculation value can be substituted by finding the billet withdrawal amount AVc during steady-state control. Here, the cast strip withdrawal amount AV c is obtained by multiplying the casting speed V c before and after the opening degree of the inner layer stopper 12 is changed by the opening degree changing unit 102 by the cross-sectional area A of the mold.
The balance formula creation unit 104 creates a volume balance formula in which the total flow rate through the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2 is equal to the cast strip withdrawal amount AVc . For example, the balance formula creation unit 104 sets the constant opening of the inner layer stopper 12 set by the opening change unit 102, the flow rate calculation value (slab withdrawal amount AV c ) calculated by the flow calculation value calculation unit 103, and the opening Using the convergence value data of the opening degree of the surface layer stopper 11 collected after changing the inner layer stopper 12 to a constant opening degree in the changing unit 102, the unknown value Δ 1 related to the flow rate characteristics of the surface layer nozzle 1 and the flow rate of the inner layer nozzle 2 Create an equation with the unknown quantity Δ 2 related to the characteristics as variables.

求解部105は、開度変更部102で設定する内層ストッパー12の一定開度を変更して、流量計算値演算部103による流量計算値の演算及び収支式作成部104による体積収支式(未知数Δ1、Δ2を変数とした方程式)の作成を複数回(少なくとも2回)繰り返すことにより連立方程式を構成し、この連立方程式を求解して、表層ノズル1の流量特性に係る未知数Δ1及び内層ノズル2の流量特性に係る未知数Δ2を求める。 The solution finding unit 105 changes the constant opening of the inner layer stopper 12 set by the opening change unit 102, calculates the flow rate calculation value by the flow rate calculation value calculation unit 103, and calculates the volume balance equation (unknown value Δ 1 and Δ 2 as variables) are repeated multiple times (at least twice ) to form a system of equations. An unknown quantity Δ 2 related to the flow rate characteristics of the nozzle 2 is obtained.

制御部101は、このようにして求めた内層ノズル2の流量特性に係る未知数Δ2を用いて、フィードバック及び一定開度制御における内層ストッパー12の一定開度を補正する。 The controller 101 corrects the constant opening of the inner layer stopper 12 in the feedback and constant opening control using the unknown value Δ 2 related to the flow rate characteristics of the inner layer nozzle 2 thus obtained.

本実施形態では、コントローラ100が、複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置、及び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。このようにしたコントローラ100は、例えばCPU、ROM、RAM等を備えたコンピュータ装置により実現される。なお、コントローラ100が単体の装置で構成される必要はなく、複数のコンピュータ装置が協働してコントローラ100として機能したり、例えば連続鋳造プロセスを管理するプロセスコンピュータがコントローラ100として機能したりする形態としてもよい。 In this embodiment, the controller 100 functions as a device for estimating the flow characteristics in the continuous casting process of the multi-layered slab and as a control device for the continuous casting process of the multi-layered slab. The controller 100 configured as described above is implemented by a computer device including, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. Note that the controller 100 does not need to be configured as a single device, and a plurality of computer devices cooperate to function as the controller 100, or a process computer that manages the continuous casting process, for example, functions as the controller 100. may be

以下、本実施形態における各ノズル1、2の流量特性の推定、そして連続鋳造プロセスの制御について詳述する。
まず、説明に使用する記号を記載する。
1(t):時刻tにおける表層流量
2(t):時刻tにおける内層流量
1(t):時刻tにおける表層ストッパーの開度
2(t):時刻tにおける内層ストッパーの開度
1(t):時刻tにおける湯面レベル
2(t):時刻tにおける境界層レベル
10:定常湯面レベル目標値
20:境界層レベル目標値
W:鋳型幅
D:鋳型厚
A:鋳型断面積
2(t):時刻tにおける内層断面積
d(t):時刻tにおける表層厚
0:表層厚目標値
10:表層断面積目標値
20:内層断面積目標値
10:表層流量目標値
20:内層流量目標値
τ:湯面レベル位置から境界層レベル位置まで引き抜かれるまでのむだ時間
τact:ストッパー操作応答遅れと湯落ちによるむだ時間
ρ1:表層溶鋼密度
ρ2:内層溶鋼密度
α1nominal:表層流量特性公称値
α2nominal:内層流量特性公称値
Δ1:表層流量特性乗法誤差
Δ2:内層流量特性乗法誤差
TDW(t):時刻tにおけるタンディッシュ3の重量測定値
c:鋳造速度
s:凝固定数
Hereinafter, the estimation of the flow rate characteristics of the nozzles 1 and 2 and the control of the continuous casting process in this embodiment will be described in detail.
First, the symbols used for explanation are described.
Q 1 (t): surface layer flow rate at time t Q 2 (t): inner layer flow rate at time t u 1 (t): surface layer stopper opening degree at time t u 2 (t): inner layer stopper opening degree at time t y 1 (t): level of mold level at time t y 2 (t): level of boundary layer at time t y 10 : target value for steady level of mold level y 20 : target value for boundary layer level W: mold width D: mold thickness A : Cross-sectional area of mold A2 (t): Cross-sectional area of inner layer at time t d(t): Surface layer thickness at time t d0 : Target value of surface layer thickness A10 : Target value of cross-sectional area of surface layer A20 : Target value of cross-sectional area of inner layer Q 10 : Surface layer flow rate target value Q20 : Inner layer flow rate target value τ : Dead time from melt surface level position to boundary layer level position τ act : Dead time due to stopper operation response delay and melt drop ρ 1 : Surface layer molten steel density ρ 2 : Inner layer molten steel density α 1nominal : Surface layer flow characteristic nominal value α 2nominal : Inner layer flow characteristic nominal value Δ 1 : Surface layer flow characteristic multiplicative error Δ 2 : Inner layer flow characteristic multiplicative error TDW (t): Tundish 3 at time t Weight measurement value V c : Casting speed K s : Solidification constant

まず、複層鋳片の連続鋳造プロセスの定式化について説明すると、特許文献3や非特許文献1に複層鋳片の連続鋳造プロセスのモデルが示されており、本実施形態ではこのモデルを前提とする。
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、湯面レベルy1、境界層レベルy2は式(1)~(5)に従って変動する。
First, to describe the formulation of the continuous casting process for multilayer slabs, a model of the continuous casting process for multilayer slabs is shown in Patent Document 3 and Non-Patent Document 1, and the present embodiment is based on this model. and
In this model, the surface layer level y 1 and the boundary layer level y 2 fluctuate according to equations (1) to (5) in accordance with the fluctuations of the surface layer flow rate Q 1 (t) and the inner layer flow rate Q 2 (t).

Figure 0007234755000001
Figure 0007234755000001

式(1)は、湯面レベルy1が、鋳型への注入量と引抜量とのマスバランスに応じて変動することを意味する。
式(2)は、境界層レベルy2が、内層流量と内層断面積、鋳造速度に応じて変動することを意味する。
ここで、内層断面積A2(t)は、式(3)に従って変動し、表層厚d(t)は、式(4)で表される。式(3)は、複層鋳片の内層部の幅が「W-2d(t)」、内層部の厚みが「D-2d(t)」で表され、これらを乗じて内層断面積A2(t)が求まることを意味している。式(4)は、表層厚d(t)が、τ(1/2)に比例して変化することを意味している(Ksは凝固定数)。
ただし、τは、湯面レベル位置から境界層レベル位置まで引き抜かれるまでのむだ時間であり、式(5)を満たす。式(5)は、時刻t-τにおける湯面レベル位置の溶鋼が、引き抜かれる過程を経て、時刻tにおいて境界層レベル位置に到達することを意味する。
なお、境界層レベルy2が定常目標値より上昇すれば表層厚dは減少するが、表層厚dが減少すれば式(3)により内層断面積A2(t)は増加し、このとき内層流量Q2が一定であれば式(2)により境界層レベルy2は下降し、はじめの上昇を打ち消すメカニズムを有することがわかる。このように、湯面レベルy1、境界層レベルy2の変動に伴い、表層厚d(t)、境界層レベルy2(t)が「自己修復」する機能を有することがこのプロセスの特徴である。
Formula (1) means that the molten metal level y 1 fluctuates according to the mass balance between the injection amount and the withdrawal amount into the mold.
Equation (2) means that the boundary layer level y 2 varies according to the inner layer flow rate, inner layer cross-sectional area, and casting speed.
Here, the inner layer cross-sectional area A 2 (t) varies according to formula (3), and the surface layer thickness d(t) is expressed by formula (4). In the formula (3), the width of the inner layer portion of the multi-layered slab is represented by “W-2d(t)” and the thickness of the inner layer portion is represented by “D-2d(t)”, and by multiplying these, the inner layer cross-sectional area A 2 means that (t) can be obtained. Equation (4) implies that the surface layer thickness d(t) varies in proportion to τ (1/2) (K s is the solidification constant).
However, τ is the dead time from the melt surface level position to the boundary layer level position, and satisfies equation (5). Equation (5) means that the molten steel at the surface level position at time t−τ reaches the boundary layer level position at time t through the process of being withdrawn.
If the boundary layer level y2 rises above the steady-state target value, the surface layer thickness d decreases. If the flow rate Q.sub.2 is constant, the boundary layer level y.sub.2 will decrease according to equation (2), and it will be understood that there is a mechanism that cancels out the initial increase. In this way, the surface layer thickness d(t) and the boundary layer level y2 ( t) have the function of "self-repairing" as the melt surface level y1 and the boundary layer level y2 fluctuate , which is a feature of this process. is.

なお、鋳造速度Vc(t)が一定であれば、上記の式(5)は式(6)のように変形でき、むだ時間τが湯面レベル位置から境界層レベル位置までの到達時間として求まることを意味している。さらに、湯面レベルy1が定常湯面レベル目標値y10に保たれていれば、湯面レベルy1(t-τ)はむだ時間τによらないため、むだ時間τは式(7)のように近似してよい。本実施形態では、定常レベル目標値に一定制御中であることを想定しているため、式(7)により近似を行うことができる。 If the casting speed V c (t) is constant, the above equation (5) can be transformed into equation (6), and the dead time τ is the arrival time from the melt surface level to the boundary layer level. means to be sought. Furthermore, if the melt surface level y 1 is maintained at the steady melt surface level target value y 10 , the melt surface level y 1 (t-τ) does not depend on the dead time τ, so the dead time τ is given by the equation (7) can be approximated as In this embodiment, it is assumed that constant control is being performed to the steady level target value, so approximation can be performed using equation (7).

Figure 0007234755000002
Figure 0007234755000002

式(1)~(4)、式(7)により、所与の鋳造速度Vc、定常湯面レベル目標値y10、境界層レベル目標値y20に対し、湯面レベルと境界層レベルを一定保持する複層鋳造の定常制御状態では、表層流量、内層流量は式(11)、式(12)を満たす必要がある。式(11)、式(12)で定まるQ10、Q20がそれぞれ、表層流量目標値、内層流量目標値となる。 From the equations (1) to (4) and (7), for a given casting speed V c , the target steady-state melt level y 10 , and the target boundary layer level y 20 , the melt surface level and the boundary layer level are calculated as follows: In the steady state of constant control of multi-layer casting, the surface layer flow rate and the inner layer flow rate must satisfy equations (11) and (12). Q 10 and Q 20 determined by equations (11) and (12) are the surface layer flow rate target value and inner layer flow rate target value, respectively.

Figure 0007234755000003
Figure 0007234755000003

したがって、湯面レベルy1を定常湯面レベル目標値y10に保つとともに、境界層レベルy2を境界層レベル目標値y20に保つためには、表層流量、内層流量を、鋳造速度Vc、湯面レベル目標値y10、境界層レベル目標値y20に応じて定まる表層流量目標値Q10、内層流量目標値Q20に一定保持する必要がある。
この流量制御の実現にあたり、本実施形態では、流量計を用いることなく、鋳造中に各ノズル1、2の流量特性を推定し、この流量特性に基づいて流量目標値を実現するよう内層ストッパー12の一定開度を逆算することにより、表層流量、内層流量をそれぞれの流量目標値Q10、Q20に一定保持する。
Therefore, in order to maintain the surface layer level y1 at the steady surface level target value y10 and the boundary layer level y2 at the boundary layer level target value y20 , the surface layer flow rate and the inner layer flow rate must be set at the casting speed V c , the surface layer flow rate target value Q 10 and the inner layer flow rate target value Q 20 , which are determined according to the surface layer target value y 10 and the boundary layer level target value y 20 .
In order to realize this flow rate control, in the present embodiment, the flow rate characteristics of each nozzle 1 and 2 are estimated during casting without using a flow meter, and the inner layer stopper 12 is arranged so as to realize the flow rate target value based on the flow rate characteristics. By calculating back the constant opening of , the surface layer flow rate and the inner layer flow rate are kept constant at the respective flow rate target values Q 10 and Q 20 .

各ノズル1、2の流量特性を推定するにあたり、各ノズル1、2におけるストッパー開度と流量との関係(すなわち、流量特性を表す関係式)は、式(13)、式(14)のように直線近似できるものと仮定する。例えば、試験連鋳機のような小スループットでのスラブの連続鋳造では妥当な仮定であり、また、大スループットの鋳造であっても、鋳造時のスループットを一定の範囲に制限すれば、その範囲において直線近似は有効である。なお、流量特性を表す関係式は、直線近似に限られるものではなく、2次関数等のより複雑な関数形で近似してよい。式(13)、式(14)では、直線状の流量特性の傾きの真値からのずれの程度である表層流量特性乗法誤差Δ1(上述の未知数Δ1)及び内層流量特性乗法誤差Δ2(上述の未知数Δ2)を考慮する。つまり、表層流量Q1(t)は、τact時間前の表層ストッパー11の開度u1(t-τact)に、表層流量特性公称値α1nominalを乗じ、さらに未知数Δ1を乗じた式で近似される。また、表層流量Q2(t)は、τact時間前の内層ストッパー12の開度u2(t-τact)に、内層流量特性公称値α2nominalを乗じ、さらに未知数Δ2を乗じた式で近似される。これらの未知数Δ1、Δ2を適切に求めることができれば、表層流量特性公称値α1nominal、内層流量特性公称値α2nominalを真値へと補正でき、精度良く流量特性を推定できる。なお、表層流量特性公称値α1nominal、内層流量特性公称値α2nominalには、それぞれ、ストッパー開度とノズル開口部面積との幾何学的な関係式あるいは過去の鋳造データにより求められた値等が用いられる。なお、ストッパー操作応答遅れと湯落ちによるむだ時間τactは、通常、0.1~0.3sec程度の値となる。 In estimating the flow rate characteristics of each nozzle 1, 2, the relationship between the stopper opening and the flow rate in each nozzle 1, 2 (that is, the relational expression representing the flow rate characteristic) is as shown in Equations (13) and (14). is assumed to be a linear approximation to For example, it is a reasonable assumption for continuous slab casting at low throughput such as a test continuous caster, and even for high throughput casting, if the throughput during casting is limited to a certain range, the range Linear approximation is effective in Note that the relational expression representing the flow rate characteristic is not limited to linear approximation, and may be approximated by a more complicated function such as a quadratic function. In equations (13) and (14), surface layer flow characteristic multiplicative error Δ 1 (above-mentioned unknown quantity Δ 1 ) and inner layer flow characteristic multiplicative error Δ 2 (the unknown Δ 2 described above). That is, the surface flow rate Q 1 (t) is a formula obtained by multiplying the opening degree u 1 (t−τ act ) of the surface layer stopper 11 before τ act time by the surface flow rate characteristic nominal value α 1nominal , and further by multiplying the unknown value Δ 1 is approximated by The surface layer flow rate Q 2 (t) is a formula obtained by multiplying the opening degree u 2 (t−τ act ) of the inner layer stopper 12 before τ act time by the nominal value α 2nominal of the inner layer flow rate characteristic, and further by multiplying the unknown value Δ 2 is approximated by If these unknowns Δ 1 and Δ 2 can be obtained appropriately, the surface layer flow characteristic nominal value α 1nominal and the inner layer flow characteristic nominal value α 2nominal can be corrected to true values, and the flow characteristics can be estimated with high accuracy. The surface layer flow rate characteristic nominal value α 1nominal and the inner layer flow rate characteristic nominal value α 2nominal each include values obtained from the geometric relational expression between the opening of the stopper and the area of the nozzle opening or from past casting data. Used. Incidentally, the dead time τ act due to the stopper operation response delay and hot water drop usually takes a value of about 0.1 to 0.3 sec.

Figure 0007234755000004
Figure 0007234755000004

図3に、本実施形態における複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定方法、及び複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法のフローチャートを示す。なお、本実施形態では、時刻tはサンプリング時間毎に得られる離散的な時刻を表すものとする。
図3のフローチャートは、例えば湯上げ制御から定常制御移行直後の鋳造初期時点、又は鋳造中定周期毎に実行される。すなわち、図3のフローチャートは、制御部101の制御下、湯面レベル計10を用いて、表層ストッパー11の開度をフィードバック制御することにより湯面レベルを一定に保つとともに、内層ストッパー12の開度を一定保持する一定開度制御中に実行される。
このフィードバック及び一定開度制御において、内層ストッパー12の一定開度は、内層流量を内層流量目標値Q20に一定保持するように設定されるが、内層ノズル2の流量特性が正確でないと、内層流量が内層流量目標値Q20と一致せず、それに伴って、表層流量が表層流量目標値Q10と一致しない状態になる。
FIG. 3 shows a flow chart of a method for estimating flow rate characteristics in the continuous casting process for a multi-layered slab and a control method for the continuous casting process for a multi-layered slab in this embodiment. In this embodiment, the time t represents a discrete time obtained for each sampling time.
The flowchart of FIG. 3 is executed, for example, at the beginning of casting immediately after the hot water heating control is shifted to the steady state control, or at regular intervals during casting. That is, the flow chart of FIG. It is executed during constant opening control that keeps the opening constant.
In this feedback and constant opening degree control, the constant opening degree of the inner layer stopper 12 is set so as to keep the inner layer flow rate constant at the inner layer flow rate target value Q20 . The flow rate does not match the inner layer flow rate target value Q20 , and accordingly the surface layer flow rate does not match the surface layer flow rate target value Q10 .

ステップS1、S2で、コントローラ100は、繰り返し計算の回数Kを設定し、回数Kを初期化する。回数Kは、例えば予め定められた固定値とすればよい。
ステップS3で、コントローラ100は、現時点の繰り返し計算の回数kが回数Kに達したか否かを判定し、回数Kに達していなければ(NO)、処理をステップS4に進め、回数Kに達していれば(YES)、処理をステップS10に進める。
In steps S1 and S2, the controller 100 sets the number of times K of repeated calculations and initializes the number of times K. FIG. The number of times K may be, for example, a predetermined fixed value.
In step S3, the controller 100 determines whether or not the current number k of iterative calculations has reached the number K of times. If so (YES), the process proceeds to step S10.

ステップS4で、コントローラ100の開度変更部102は、内層ストッパー12の一定開度u2,setを設定する。一定開度u2,setは、例えば予め定められた複数の固定値から選択したものを設定するようにすればよい。或いは、一定開度u2,setは、一定開度の初期設定値を定め、その初期設定値を起点として、繰り返し計算の中で、予め定められた固定値である開度の変更量を順次加算又は減算したものを設定するようにしてもよい。
ステップS5で、コントローラ100の開度変更部102は、内層ストッパー12の開度を、ステップS4において設定した一定開度u2,setにステップ状に変更する。図4(a)に、各ストッパー11、12の開度の時系列の例を示す。図4(a)の例では、タイミングT1、T2、T3、T4で、内層ストッパー12の一定開度u2,setを設定してステップ状に変更している。なお、図4(a)に示すように、内層ストッパー12の一定開度が大きくなると、湯面レベルを一定に保つべく表層ストッパー11の開度が小さくなり、内層ストッパー12の一定開度が小さくなると、湯面レベルを一定に保つべく表層ストッパー11の開度が大きくなる。そして、図4(c)、(d)に示すように、ストッパー11、12の開度の変化に応じて表層流量及び内層流量が変化する。
In step S<b>4 , the opening changer 102 of the controller 100 sets the constant opening u 2,set of the inner layer stopper 12 . The constant opening u 2,set may be set, for example, by selecting from a plurality of predetermined fixed values. Alternatively, for the constant opening u 2,set , an initial set value of the constant opening is determined, and starting from the initial set value, the amount of change in the opening, which is a predetermined fixed value, is sequentially calculated in repeated calculations. You may make it set what added or subtracted.
In step S5, the opening degree changing unit 102 of the controller 100 changes the opening degree of the inner layer stopper 12 to the constant opening degree u 2,set set in step S4 in a stepwise manner. FIG. 4(a) shows an example of a time series of opening degrees of the stoppers 11 and 12. As shown in FIG. In the example of FIG. 4A, the constant opening u 2,set of the inner layer stopper 12 is set and changed stepwise at timings T 1 , T 2 , T 3 and T 4 . As shown in FIG. 4(a), when the constant opening of the inner layer stopper 12 increases, the opening of the surface layer stopper 11 decreases in order to keep the melt level constant, and the constant opening of the inner layer stopper 12 decreases. Then, the opening degree of the surface layer stopper 11 is increased in order to keep the melt level constant. Then, as shown in FIGS. 4(c) and 4(d), the surface layer flow rate and the inner layer flow rate change according to changes in the opening degrees of the stoppers 11 and 12. FIG.

ステップS6で、コントローラ100は、表層ストッパー11の開度の収束値データを収集する。式(13)、式(14)は各時刻で常に成り立つものであり、内層ストッパー12の一定開度の変更後の表層ストッパー11の開度のデータを所定の期間に亘って収集する(時刻t=1,2,・・・,T)。ただし、内層ストッパー12の一定開度の変更直後はプロセス応答が安定しないため、安定した定常応答が得られる期間(時刻t=Tstart,Tstart+1,・・・,T)のデータを収束値データとして利用し、式(15)、式(16)の関係を得る。時刻TstartやTは、例えば予め定められた固定値とすればよい。なお、ストッパー操作応答遅れと湯落ちによるむだ時間τactは、定常値に影響しないため、ここでは無視してよい。 In step S<b>6 , the controller 100 collects convergence value data of the opening degree of the surface layer stopper 11 . Equations (13) and (14) always hold at each time, and the data of the opening degree of the surface layer stopper 11 after changing the constant opening degree of the inner layer stopper 12 is collected over a predetermined period (time t = 1, 2, ..., T). However, since the process response is not stable immediately after the constant opening of the inner layer stopper 12 is changed, the data in the period (time t=T start , T start +1, . Using it as data, the relationships of equations (15) and (16) are obtained. The times T start and T may be predetermined fixed values, for example. It should be noted that the dead time τ act due to the stopper operation response delay and the molten metal drop does not affect the steady-state value, so it can be ignored here.

Figure 0007234755000005
Figure 0007234755000005

ステップS7で、コントローラ100の流量計算値演算部103は、実績の鋳造速度Vcに基づいて、表層ノズル1及び内層ノズル2を流れる合計流量の計算値である流量計算値を演算する。定常制御中では、湯面レベルは略一定とみなすことができ、鋳型4への溶鋼注入量と鋳型4からの引抜量のマスバランスは略一致するとみなすことができる。したがって、鋳造速度Vcに鋳型断面積Aを乗じ得られる鋳片引抜量AVcを、鋳型4への溶鋼注入量、すなわち表層ノズル1及び内層ノズル2を流れる合計流量として取り扱うことができる。なお、鋳造速度Vcは基本的に一定とすればよいが、鋳造速度が変化するときはその変化する値を用いてもよい。 In step S7, the calculated flow rate calculator 103 of the controller 100 calculates a calculated flow rate, which is a calculated value of the total flow rate flowing through the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2, based on the actual casting speed Vc . During steady-state control, the molten steel level can be considered to be substantially constant, and the mass balance between the amount of molten steel injected into the mold 4 and the amount of molten steel withdrawn from the mold 4 can be regarded as substantially the same. Therefore, the cast strip withdrawal amount AVc obtained by multiplying the casting speed Vc by the mold cross-sectional area A can be treated as the molten steel injection amount into the mold 4, that is, the total flow rate of the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2. The casting speed Vc may be basically constant, but when the casting speed changes, the changing value may be used.

ステップS8で、コントローラ100の収支式作成部104は、ステップS4において設定した内層ストッパー12の一定開度u2,setと、ステップS6において収集した表層ストッパー11の開度の収束値データと、ステップS7において演算した流量計算値(鋳片引抜量AVc)とを用いて、式(17)のように、体積収支式を作成する。より詳細には、式(15)、式(16)より、表層ノズル1の流量特性に係る未知数である表層流量特性乗法誤差Δ1及び内層ノズル2の流量特性に係る未知数である内層流量特性乗法誤差Δ2と、表層流量特性公称値α1nominal及び内層流量特性公称値α2nominalと、表層ストッパー11の開度の時間平均値u1 ̄と、内層ストッパー12の一定開度u2,setと、流量計算値AVcとの関係を表す体積収支式(17)が作成される。ストッパー11の開度の時間平均値u1 ̄は、安定した定常応答が得られる期間(時刻t=Tstart,Tstart+1,・・・,T)における時間平均値であり、式(18)のように表される。mean(・)は平均演算を表す。なお、u1 ̄の表記は、u1の上に ̄が付されているものとし、他の文字の場合も同様である。ここでは、表層ストッパー11の開度の収束値データから表層ストッパー11の開度の時間平均値u1 ̄を計算して用いる例を述べたが、例えば表層ストッパー11の開度の収束値データのいずれかの値(例えば最終値)を用いるようにしてもよい。
なお、各回kにおいて、例えば一定期間でステップS4~S8の処理を実行するようになっている。以下では、k回目の区間を「区間k」として説明することもある。
In step S8, the balance formula creation unit 104 of the controller 100 generates the constant opening u 2, set of the inner layer stopper 12 set in step S4, the convergence value data of the opening of the surface layer stopper 11 collected in step S6, and the Using the flow rate calculation value (slab withdrawal amount AV c ) calculated in S7, a volume balance equation is created as shown in Equation (17). More specifically, from the equations (15) and (16), the surface layer flow rate characteristic multiplication error Δ 1 which is an unknown quantity related to the flow rate characteristic of the surface layer nozzle 1 and the inner layer flow rate characteristic multiplication error Δ 1 which is an unknown quantity related to the flow rate characteristic of the inner layer nozzle 2 The error Δ 2 , the surface layer flow characteristic nominal value α 1nominal and the inner layer flow characteristic nominal value α 2nominal , the time average value u 1 of the opening degree of the surface layer stopper 11, and the constant opening degree u 2,set of the inner layer stopper 12, A volumetric balance equation (17) representing the relationship with the calculated flow value AVc is created. The time-averaged value u 1 of the opening degree of the stopper 11 is the time-averaged value in the period (time t=T start , T start +1, . is represented as mean(·) represents an average operation. It should be noted that the notation of u 1 is assumed to be above u 1 , and the same applies to other characters. Here, an example of calculating and using the time average value u 1 of the opening degree of the surface layer stopper 11 from the convergence value data of the opening degree of the surface layer stopper 11 has been described. Any value (eg, final value) may be used.
It should be noted that, each time k, the processes of steps S4 to S8 are executed for a certain period of time, for example. Below, the k-th interval may be described as “interval k”.

Figure 0007234755000006
Figure 0007234755000006

ステップS9で、コントローラ100は、回数kをインクリメントして、ステップS3に処理を戻す。
これにより、ステップS4において設定する内層ストッパー12の一定開度u2,setを変えて、ステップS5~S8をK回繰り返すことになる。図4(a)の例では、K=4回として、内層ストッパー12の一定開度u2,setを4回変えている。
In step S9, the controller 100 increments the number of times k and returns the process to step S3.
As a result, the constant opening degree u 2, set of the inner layer stopper 12 set in step S4 is changed, and steps S5 to S8 are repeated K times. In the example of FIG. 4A, K=4 times, and the constant opening degree u 2,set of the inner layer stopper 12 is changed four times.

ステップS10で、コントローラ100の求解部105は、式(19)のように、K回の繰り返し計算により表層流量特性乗法誤差Δ1及び内層流量特性乗法誤差Δ2を変数とした連立方程式を構成し、最小二乗法等で求解して、Δ1、Δ2を求める。なお、u2,set (k)は、各回kでの内層ストッパー12の一定開度を意味し、u1 (k) ̄は、各回kでの表層ストッパー11の開度の時間平均値を意味する。 In step S10, the solving unit 105 of the controller 100 constructs simultaneous equations using the surface layer flow rate characteristic multiplicative error Δ1 and the inner layer flow rate characteristic multiplicative error Δ2 as variables by repeating calculations K times, as shown in equation (19). , and find Δ 1 and Δ 2 by using the method of least squares or the like. Note that u 2,set (k) means the constant opening degree of the inner layer stopper 12 at each time k, and u 1 (k) means the time average value of the opening degree of the surface layer stopper 11 at each time k. do.

Figure 0007234755000007
Figure 0007234755000007

ステップS11で、制御部101は、内層ストッパー12の一定開度に1/Δ2を乗じて、フィードバック及び一定開度制御における内層ストッパー12の一定開度を補正する。この補正により、内層ストッパー12の一定開度を、内層流量を内層流量目標値Q20に一定保持する開度とすることができ、それに伴って、表層流量を表層流量目標値Q10に一定保持することができる。 In step S11, the controller 101 multiplies the constant opening of the inner layer stopper 12 by 1/ Δ2 to correct the constant opening of the inner layer stopper 12 in the feedback and constant opening control. By this correction, the constant opening of the inner layer stopper 12 can be set to the opening that keeps the inner layer flow rate constant at the inner layer flow rate target value Q20 , and accordingly, the surface layer flow rate is kept constant at the surface layer flow rate target value Q10 . can do.

なお、鋳造速度Vcに基づいて流量計算値を演算する場合、第2の実施形態で述べるタンディッシュ3の重量測定値を用いる場合と比較してノイズが少ないので、実用上、未知数が2つであればK=2でよく、式(19)´を構成すればよい。その場合、式(20)により、表層流量特性乗法誤差Δ1及び内層流量特性乗法誤差Δ2を求めることができる。 When calculating the flow rate value based on the casting speed Vc , noise is less than when using the weight measurement value of the tundish 3 described in the second embodiment. , then K=2 and formula (19)' can be constructed. In that case, the surface layer flow rate characteristic multiplicative error Δ 1 and the inner layer flow rate characteristic multiplicative error Δ 2 can be obtained from equation (20).

Figure 0007234755000008
Figure 0007234755000008

以上のように、内層ストッパー12の一定開度をステップ状に変更する開度操作を複数回(K回)実施し、表層ストッパー11の開度のデータを収集する。そして、式(13)、式(14)の流量特性の仮定の下、体積収支式からなる式(19)の連立方程式を構成する。この連立方程式を求解して、表層流量特性乗法誤差Δ1及び内層流量特性乗法誤差Δ2を求め、内層流量特性乗法誤差Δ2を用いて、フィードバック及び一定開度制御における内層ストッパー12の一定開度を補正する。
この手法は、フィードバック制御中にプロセス同定のために付加的な開度操作を行い、未知の特性を求めるものであるが、通常用いられる手法のように、ばらつきが大きい過渡応答のデータを利用してプロセス特性を求めると、推定結果の精度が悪いものとなるが、本実施形態では定常状態のデータを利用するので、推定結果の精度を確保することができる。
また、本実施形態では、流量計を用いずに、各ノズル1、2の流量特性を推定することができ、これにより各ノズル1、2の流量を推定することができるので、流量計の設置に伴うコストが生じない。なお、流量計が設定されている連続鋳造設備において、流量計不調時に本発明の手法に切り替えるような形態としてもよい。また、表層用のタンディッシュ及び内層用のタンディッシュを備えることを前提とする等の限定がなく、広く適用可能である。
As described above, the opening degree operation for changing the constant opening degree of the inner layer stopper 12 in a stepwise manner is performed a plurality of times (K times) to collect the data of the opening degree of the surface layer stopper 11 . Then, under the assumption of the flow rate characteristics of the equations (13) and (14), the simultaneous equations of the equation (19) consisting of the volume balance equations are constructed. By solving these simultaneous equations, the surface layer flow characteristic multiplicative error Δ1 and the inner layer flow characteristic multiplicative error Δ2 are obtained. Correct the degree.
This method performs additional opening operation for process identification during feedback control and obtains unknown characteristics. If the process characteristics are obtained by using the above method, the accuracy of the estimation results will be poor. However, in this embodiment, steady-state data is used, so the accuracy of the estimation results can be ensured.
In addition, in this embodiment, the flow rate characteristics of each nozzle 1 and 2 can be estimated without using a flow meter. no costs associated with In addition, in a continuous casting facility in which a flow meter is set, the method may be switched to the method of the present invention when the flow meter malfunctions. In addition, there is no limitation such as premised on having a tundish for the surface layer and a tundish for the inner layer, and it is widely applicable.

[第2の実施形態]
第1の実施形態では、鋳造速度Vcに基づいて流量計算値を演算する例を延べた。それに対して、第2の実施形態では、タンディッシュ3の重量測定値TDW(t)に基づいて流量計算値を演算する例を述べる。なお、以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明し、第1の実施形態との共通点についてはその詳細な説明を省略する。
[Second embodiment]
In the first embodiment, the example in which the flow rate calculation value is calculated based on the casting speed Vc has been described. On the other hand, in the second embodiment, an example in which the calculated flow rate is calculated based on the weight measurement value TDW(t) of the tundish 3 will be described. In addition, below, it demonstrates centering around difference with 1st Embodiment, and abbreviate|omits the detailed description about the common point with 1st Embodiment.

図3のフローチャートを参照して、第2の実施形態における複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定方法、及び複層鋳片の連続鋳造プロセスの制御方法を説明する。なお、第1の実施形態と同様の処理については説明を省略し、第1の実施形態と異なる処理について説明する。
ステップS7で、コントローラ100の流量計算値演算部103は、タンディッシュ3の重量測定値TDW(t)に基づいて、表層ノズル1及び内層ノズル2を流れる合計流量の計算値である流量計算値を演算する。タンディッシュ3の重量測定値TDW(t)の時間変化量は、単位時間あたりにノズル1、2を流れる合計流量と略一致するものとみなすことができる。
A method for estimating the flow rate characteristics in the continuous casting process for a multi-layered slab and a method for controlling the continuous casting process for a multi-layered slab in the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The description of the same processing as in the first embodiment will be omitted, and the processing that differs from the first embodiment will be described.
In step S7, the calculated flow rate calculation unit 103 of the controller 100 calculates the calculated flow rate, which is the total flow rate of the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2, based on the weight measurement value TDW(t) of the tundish 3. Calculate. The amount of time change in the weight measurement value TDW(t) of the tundish 3 can be regarded as substantially matching the total flow rate flowing through the nozzles 1 and 2 per unit time.

ここで、タンディッシュ3の重量測定値は一般にSN比が良くないため、単にタンディッシュ3の重量測定値TDW(t)を時間方向に差分演算し、サンプリング時間間隔で除して得られるΔTDW(t)を流量計算値とする場合、この流量計算値は差分演算により増幅されたノイズを含むものとなる。図4(b)に、時間と、表層ノズル1及び内層ノズル2を流れる合計流量との関係の例を示す。図4(b)に示すように、タンディッシュ3の重量測定値に基づくΔTDW(t)は、合計流量の実績と同様の挙動をとるが、ノイズが含まれていることがわかる。
そこで、式(21)のように、安定した定常応答が得られる期間(時刻t=Tstart,Tstart+1,・・・,T)において、ΔTDW(t)を時間平均化したΔTDW ̄を流量計算値として演算する。
Here, since the SN ratio of the measured weight of the tundish 3 is generally not good, ΔTDW ( When t) is the calculated flow rate, this calculated flow rate contains noise amplified by the differential operation. FIG. 4B shows an example of the relationship between time and the total flow rate of the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2 . As shown in FIG. 4(b), ΔTDW(t) based on the measured weight of the tundish 3 behaves similarly to the actual total flow rate, but contains noise.
Therefore, as shown in equation (21), in the period (time t=T start , T start +1, . . . , T) in which a stable steady response is obtained, Operate as a calculated value.

Figure 0007234755000009
Figure 0007234755000009

ステップS8で、コントローラ100の収支式作成部104は、表層ノズル1及び内層ノズル2を流れる合計流量が流量計算値ΔTDW ̄に等しくなるという質量収支式を作成する。例えば、収支式作成部104は、ステップS4において設定した内層ストッパー12の一定開度u2,setと、ステップS6において収集した表層ストッパー11の開度の収束値データと、ステップS7において演算した流量計算値ΔTDW ̄とを用いて、式(22)のように、表層ノズル1の流量特性に係る未知数Δ1と、内層ノズル2の流量特性に係る未知数Δ2とを変数とした方程式を作成する。より詳細には、溶鋼密度ρ1、ρ2を導入して、式(15)、式(16)より、表層ノズル1の流量特性に係る未知数である表層流量特性乗法誤差Δ1及び内層ノズル2の流量特性に係る未知数である内層流量特性乗法誤差Δ2と、表層流量特性公称値α1nominal及び内層流量特性公称値α2nominalと、表層ストッパー11の開度の時間平均値u1 ̄と、内層ストッパー12の一定開度u2,setと、流量計算値ΔTDW ̄との関係を表す質量収支式(22)が作成される。 In step S8, the balance formula creation unit 104 of the controller 100 creates a mass balance formula that the total flow rate flowing through the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2 is equal to the flow rate calculation value ΔTDW. For example, the balance formula creation unit 104 uses the constant opening u 2,set of the inner layer stopper 12 set in step S4, the convergence value data of the opening of the surface layer stopper 11 collected in step S6, and the flow rate calculated in step S7. Using the calculated value ΔTDW, create an equation with the unknown quantity Δ1 related to the flow characteristics of the surface layer nozzle 1 and the unknown quantity Δ2 related to the flow characteristics of the inner layer nozzle 2 as variables, as shown in Equation (22). . More specifically, by introducing the molten steel densities ρ 1 and ρ 2 , the surface layer flow rate characteristic multiplicative error Δ 1 and the inner layer nozzle 2 The inner layer flow rate characteristic multiplicative error Δ 2 , which is an unknown value related to the flow rate characteristic, the surface layer flow rate characteristic nominal value α 1nominal and the inner layer flow rate characteristic nominal value α 2nominal , the time average value u 1 of the opening degree of the surface layer stopper 11, and the inner layer A mass balance equation (22) representing the relationship between the constant opening u 2,set of the stopper 12 and the calculated flow rate ΔTDW is prepared.

Figure 0007234755000010
Figure 0007234755000010

ステップS10で、コントローラ100の求解部105は、式(23)のように、K回の繰り返し計算により連立方程式を構成し、最小二乗法で求解して、表層流量特性乗法誤差Δ1及び内層流量特性乗法誤差Δ2を求める。なお、ΔTDW(k) ̄は、各回kでの流量計算値(ΔTDW(t)の時間平均値)を意味する。
本実施形態では、測定値(タンディッシュ3の重量測定値TDW(t))に基づいて流量計算値を演算するようにしたので、連続鋳造プロセスの実際の状態をより反映させた流量計算値を演算することができる。
In step S10, the solving unit 105 of the controller 100 composes simultaneous equations by repeating calculations K times as shown in Equation (23), solves them by the least squares method, and calculates the surface layer flow rate characteristic multiplicative error Δ 1 and the inner layer flow rate Determine the characteristic multiplicative error Δ2 . In addition, ΔTDW (k) ~ means the flow rate calculation value (time average value of ΔTDW(t)) at each time k.
In this embodiment, since the calculated flow rate is calculated based on the measured value (the measured weight TDW(t) of the tundish 3), the calculated flow rate more reflects the actual state of the continuous casting process. can be calculated.

Figure 0007234755000011
Figure 0007234755000011

[変形例]
以下、変形例を説明する。
鋳造中に、流量特性の変化を監視するようにしてもよい。例えば鋳造中に、式(24)により、一定期間の区間k毎に流量実績値と流量計算値との誤差error(k)を計算する。Δ1 (old)は前回区間までにおける表層流量特性乗法誤差、Δ2 (old)は前回区間までにおける内層流量特性乗法誤差である。
鋳造中に、式(24)のerror(k)が所定の閾値から外れた場合、流量特性が変化したとみなし、上述した実施形態のように流量特性の推定を実行すればよい。なお、ここではタンディッシュの重量測定値に基づいて流量計算値を演算する場合の定式化を示すが、鋳造速度に基づいて流量計算値を演算する場合も同様である。
[Modification]
Modifications will be described below.
Changes in flow characteristics may be monitored during casting. For example, during casting, the error error(k) between the flow rate actual value and the flow rate calculated value is calculated for each interval k of a certain period of time using equation (24). Δ 1 (old) is the surface layer flow characteristic multiplicative error up to the previous section, and Δ 2 (old) is the inner layer flow characteristic multiplicative error up to the previous section.
If error(k) in equation (24) deviates from a predetermined threshold value during casting, it is assumed that the flow characteristics have changed, and estimation of the flow characteristics can be performed as in the above-described embodiment. Here, the formulation for calculating the flow rate calculation value based on the weight measurement value of the tundish is shown, but the same applies to the calculation of the flow rate calculation value based on the casting speed.

Figure 0007234755000012
Figure 0007234755000012

また、実施形態では、繰り返し計算の回数K、及び内層ストッパー12の一定開度u2,setとして固定値を用いる例を述べたが、可変値として、定常応答の安定性を都度判断した上で変更するようにしてもよい。 Further, in the embodiment, an example was described in which fixed values were used as the number of repetition calculations K and the constant opening degree u 2,set of the inner layer stopper 12. However, as variable values, You may make it change.

また、例えば回数Kを固定値として設定した場合に、回数Kに到達する前に、式(24)のerror(k)が所定の閾値を下回れば、内層ストッパー12の一定開度u2,setの変更は途中で打ち切る、すなわち繰り返し計算を打ち切るようにしてもよい。
このように繰り返し計算の回数K、及び内層ストッパー12の一定開度u2,setを可変値として、鋳造中の所定の条件に応じて値を変えることにより、回数Kや一定開度u2,setを効率的に変えることができる。
Further, for example, when the number of times K is set as a fixed value, if error(k) in equation (24) falls below a predetermined threshold value before reaching the number of times K, the constant opening degree u 2,set of the inner layer stopper 12 may be terminated in the middle, that is, the repetitive calculation may be terminated.
In this way, the number of iterations K and the constant opening u 2,set of the inner layer stopper 12 are set as variable values, and by changing the values according to the predetermined conditions during casting, the number of repetitions K and the constant opening u 2, set You can change the set efficiently.

[実施例1]
図4に、本発明を適用した連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定、そして連続鋳造プロセスの制御のシミュレーションの結果を示す。図4(c)に、時間と、表層流量(実績、目標値)との関係の例を示す。また、図4(d)に、時間と、内層流量(実績、目標値)との関係の例を示す。
シミュレーションにおいては、試験連鋳機のような小スループットのスラブ連鋳機を対象とし、鋳型幅W=800mm、鋳型厚D=100mm、鋳造速度Vc=0.7m/mとした。
また、第2の実施形態で説明したように、タンディッシュ3の重量測定値に基づいて流量計算値を演算する。
シミュレーション上、表層流量特性乗法誤差Δ1=0.8、内層流量特性乗法誤差Δ2=0.7に設定した。
K=4回として流量特性を推定し、フィードバック及び一定開度制御における内層ストッパー12の一定開度を補正した。
[Example 1]
FIG. 4 shows the estimation of the flow rate characteristics in the continuous casting process to which the present invention is applied and the simulation results of the control of the continuous casting process. FIG. 4(c) shows an example of the relationship between time and surface flow rate (actual, target value). Further, FIG. 4D shows an example of the relationship between time and inner layer flow rate (actual result, target value).
In the simulation, a small-throughput continuous slab caster such as a test continuous caster was targeted, and the mold width W=800 mm, the mold thickness D=100 mm, and the casting speed V c =0.7 m/m.
Further, as described in the second embodiment, the flow rate calculation value is calculated based on the weight measurement value of the tundish 3 .
In the simulation, the surface layer flow characteristic multiplicative error Δ 1 =0.8 and the inner layer flow characteristic multiplicative error Δ 2 =0.7.
The flow characteristics were estimated with K=4 times, and the constant opening of the inner layer stopper 12 in feedback and constant opening control was corrected.

図4(c)、(d)に示すように、内層ストッパー12の一定開度の初期設定値(0-T1(=6sec))では、表層流量、内層流量がそれぞれの流量目標値と一致していない。 As shown in FIGS. 4(c) and 4(d), at the initial set value (0-T 1 (=6 sec)) of the constant opening of the inner layer stopper 12, the surface layer flow rate and the inner layer flow rate are the same as the respective flow rate target values. not.

図4(a)に示すように、内層ストッパー12の一定開度をステップ状に10secずつ4回変えて(T1(=6sec)、T2(=16sec)、T3(=26sec)、T4(=36sec))、表層流量特性乗法誤差Δ1及び内層流量特性乗法誤差Δ2を同定した。なお、図4(a)に示すように、内層ストッパー12の一定開度を変えることにより、表層ストッパー11の開度が変化し、図4(c)、(d)に示すように、これら開度の変化に応じて表層流量及び内層流量が変化する。 As shown in FIG. 4(a), the constant opening degree of the inner layer stopper 12 is changed in steps of 10 sec four times (T 1 (=6 sec), T 2 (=16 sec), T 3 (=26 sec), T 4 (=36 sec)), the surface layer flow characteristic multiplicative error Δ 1 and the inner layer flow characteristic multiplicative error Δ 2 were identified. As shown in FIG. 4A, by changing the constant opening degree of the inner layer stopper 12, the opening degree of the surface layer stopper 11 changes, and as shown in FIGS. The surface layer flow rate and the inner layer flow rate change according to the change in temperature.

そして、内層流量特性乗法誤差Δ2を用いて、フィードバック及び一定開度制御における内層ストッパー12の一定開度を補正することにより(T5(=46sec))、図4(c)、(d)に示すように、表層流量、内層流量がそれぞれの流量目標値付近に保持されることになった。
K=2回、3回、4回のそれぞれの時点で式(23)を解くことで、Δ1=0.7703、Δ2=0.7489、Δ1=0.784、Δ2=0.732、Δ1=0.782、Δ2=0.713が順次得られた。このように変更回数を増やす毎に、流量特性の誤差の推定精度が良くなり、4回程度の繰り返し計算で十分な効果が得られた。
Then, by correcting the constant opening of the inner layer stopper 12 in the feedback and constant opening control using the inner layer flow characteristic multiplicative error Δ2 (T5 (= 46 sec)), Fig. 4 (c), (d) As shown, the surface layer flow rate and inner layer flow rate were maintained near their target flow rates.
By solving equation (23) at K=2 times, 3 times, and 4 times, Δ 1 =0.7703, Δ 2 =0.7489, Δ 1 =0.784, Δ 2 =0. 732, Δ 1 =0.782 and Δ 2 =0.713 were obtained sequentially. As the number of changes was increased in this way, the accuracy of estimating the error in the flow characteristic improved, and a sufficient effect was obtained by repeating the calculation about four times.

[第3の実施形態]
上述した第1、2の実施形態の変形例でも触れたが、繰り返し計算の回数Kや、内層ストッパー12の一定開度u2,setを可変値として、鋳造中の状態に応じて値を変えるようにしてもよい。
第3の実施形態では、式(19)や式(23)の連立方程式を精度良く求解するために、内層ストッパー12の一定開度u2,setを可変値とする例を説明する。
なお、コントローラ100の基本的な機能構成及び処理動作は第1、2の実施形態と同様であり、以下では、第1、2の実施形態との共通点の説明は省略し、第1、2の実施形態との相違点を中心に説明する。
[Third Embodiment]
As mentioned in the modified examples of the first and second embodiments, the number of repetition calculations K and the constant opening u 2,set of the inner layer stopper 12 are variable values, and the values are changed according to the state during casting. You may do so.
In the third embodiment, an example will be described in which the constant opening degree u 2,set of the inner layer stopper 12 is set to a variable value in order to solve the simultaneous equations of equations (19) and (23) with high accuracy.
Note that the basic functional configuration and processing operation of the controller 100 are the same as those of the first and second embodiments. The description will focus on differences from the embodiment.

図5に示すように、コントローラ100の開度変更部102は、最適化問題設定部102aと、最適化問題求解部102bとを備える。そして、図3のステップS4で、コントローラ100の開度変更部102は、内層ストッパー12の一定開度u2,setを、以下に詳述する最適化問題を求解することにより求めて、それを設定する。 As shown in FIG. 5, the opening change unit 102 of the controller 100 includes an optimization problem setting unit 102a and an optimization problem solving unit 102b. Then, in step S4 of FIG. 3, the opening degree changing unit 102 of the controller 100 obtains the constant opening degree u 2,set of the inner layer stopper 12 by solving the optimization problem described in detail below, set.

第3の実施形態では、繰り返し計算における次回を対象として、最適化問題を設定して求解する例を説明する。すなわち、k回目(区間k)までの計算が終了し、次回の区間k+1の内層ストッパー12の開度操作を最適化する。
(1)評価関数
本実施形態では、式(25)の評価関数Jを最小化する一定開度u2,set (k+1)を求める。評価関数Jは、区間k+1における、表層ノズル1の流量特性に係る未知数の推定値Δ1 (k+1)^、内層ノズル2の流量特性に係る未知数の推定値Δ2 (k+1)^の分散共分散行列P(u2,set (k+1))のトレース(行列の対角成分の総和)である。分散共分散行列P(u2,set (k+1))のトレースは未知数Δ1、Δ2それぞれの真値との誤差のばらつきの和を表すものとなり、それを最小化することにより、各回での未知数Δ1、Δ2の真値との隔たりを小さくすることができる。なお、Δ1 (k+1)^の表記は、Δ1 (k+1)の上に^が付されているものとし、他の文字の場合も同様である。
In the third embodiment, an example will be described in which an optimization problem is set and solved for the next iterative calculation. That is, the calculation up to the k-th time (section k) is completed, and the opening operation of the inner layer stopper 12 in the next section k+1 is optimized.
(1) Evaluation function In the present embodiment, a constant opening u 2,set (k+1) that minimizes the evaluation function J of Equation (25) is obtained. The evaluation function J is the estimated unknown value Δ 1 (k+1) ^ related to the flow rate characteristics of the surface layer nozzle 1 and the estimated unknown value Δ 2 (k+ 1) ^ related to the flow rate characteristics of the inner layer nozzle 2 in the interval k+1. is the trace (the summation of the diagonal elements of the matrix) of the variance-covariance matrix P(u 2,set (k+1) ) of . The trace of the variance-covariance matrix P(u 2,set (k+1) ) represents the sum of the variances of the errors from the true values of the unknowns Δ 1 and Δ 2 , and by minimizing it, each time It is possible to reduce the distance from the true values of the unknowns Δ 1 and Δ 2 at . Note that the notation of Δ 1 (k+1) ̂ is assumed to be Δ 1 (k+1) with ̂ attached, and the same applies to other characters.

Figure 0007234755000013
Figure 0007234755000013

また、開度操作の連続性を考慮するために、評価関数Jにおいて、区間k+1における、分散共分散行列P(u2,set (k+1))のトレースに、表層ストッパー11の開度操作量及び内層ストッパー12の開度操作量に関するペナルティ項を加えてもよい。例えば式(26)のように、分散共分散行列P(u2,set (k+1))のトレースと、表層ストッパー11の開度操作量u1 (k+1) ̄-u1 (k) ̄及び内層ストッパー12の開度操作量u2,set (k+1)-u2,set (k)の二乗和とを単位換算考慮した重み付き和で評価関数Jを構成し、この評価関数Jを最小化する一定開度u2,set (k+1)を求める。 In addition, in order to consider the continuity of the opening degree operation, in the evaluation function J , the opening degree operation A penalty term relating to the amount and amount of manipulation of the degree of opening of the inner layer stopper 12 may be added. For example, as in Equation (26), the trace of the variance-covariance matrix P (u 2,set (k+1) ) and the opening degree manipulated variable u 1 (k+1) of the surface layer stopper 11 −u 1 (k ) and the sum of squares of the opening manipulated variable u 2,set (k+1) -u 2,set (k) of the inner layer stopper 12, and the weighted sum considering the unit conversion to configure the evaluation function J, and this evaluation A constant opening u 2,set (k+1) that minimizes the function J is found.

Figure 0007234755000014
Figure 0007234755000014

最適化問題設定部102aは、式(25)又は式(26)を評価関数とする最適化問題を設定し、最適化問題求解部102bは、その最適化問題を求解して、区間k+1における一定開度u2,set (k+1)を設定する。
なお、回数Kについては、固定値としてその回数だけ繰り返し計算するようにしてもよいし、上述した第1、2の実施形態の変形例でも触れたが、区間毎に、式(24)のerror(k)を計算し、回数Kに到達する前に、error(k)が所定の閾値を下回れば、繰り返し計算を打ち切るようにしてもよい。
The optimization problem setting unit 102a sets an optimization problem using equation (25) or equation (26) as an evaluation function, and the optimization problem solving unit 102b solves the optimization problem to obtain a constant Set the opening u 2,set (k+1) .
It should be noted that the number of times K may be a fixed value that is repeatedly calculated for that number of times. (k) may be calculated, and if error(k) falls below a predetermined threshold before the number K is reached, the iterative calculation may be terminated.

(2)最適化問題の定式化
式(25)式の評価関数trace(P(u2,set (k+1)))の定式化と、その最小化を具体的に述べる。以下では、P(u2,set (k+1))をSk+1と表記する。
式(19)や式(23)のような線形回帰モデルのパラメータ(回帰係数)推定値の分散共分散行列については、例えば非特許文献2に記載されている計算式により評価することができる。
区間kまでで得られた開度のデータから線形回帰モデルのパラメータ(回帰係数)推定値を求める場合、そのパラメータ推定値の分散共分散行列Skは、式(27)のように表される。ここで、Φkは区間kまでで得られた開度のデータから構成されたデザイン行列であり、αは回帰係数の事前分布の精度パラメータ、βは観測値の事前分布の精度パラメータである。
(2) Formulation of Optimization Problem The formulation and minimization of the evaluation function trace(P(u 2 , set (k+1) )) of the expression (25) will be specifically described. In the following, P(u 2,set (k+1) ) is written as Sk +1 .
The variance-covariance matrix of the parameter (regression coefficient) estimated values of the linear regression model such as Equations (19) and (23) can be evaluated by the calculation formula described in Non-Patent Document 2, for example.
When obtaining the parameter (regression coefficient) estimated value of the linear regression model from the opening degree data obtained up to the interval k, the variance-covariance matrix S k of the parameter estimated value is expressed as in Equation (27) . Here, Φ k is a design matrix composed of data on the degree of opening obtained up to interval k, α is the precision parameter of the prior distribution of the regression coefficients, and β is the precision parameter of the prior distribution of the observed values.

Figure 0007234755000015
Figure 0007234755000015

次の区間k+1で、u1 (k+1) ̄、u2,set (k+1)がそれぞれ得られた場合には、区間k+1におけるデザイン行列Φk+1は式(28)のように表される。ここで、φk+1 Tはデザイン行列Φk+1のk+1行目を取り出して得られる行ベクトルを表す。 In the next interval k+1, when u 1 (k+1) ∼ and u 2,set (k+1) are obtained respectively, the design matrix Φ k+1 in interval k+1 is given by equation (28). expressed. Here, φ k+1 T represents a row vector obtained by extracting the k+1 row of the design matrix φ k+1 .

Figure 0007234755000016
Figure 0007234755000016

線形回帰モデルのパラメータ(回帰係数)推定値の分散共分散行列Sk+1は、式(29)のように表される。この式(29)のSk+1が、式(25)のP(u2,set (k+1))に相当する。 The variance-covariance matrix S k+1 of the parameter (regression coefficient) estimated values of the linear regression model is represented by Equation (29). S k+1 in this equation (29) corresponds to P(u 2,set (k+1) ) in equation (25).

Figure 0007234755000017
Figure 0007234755000017

分散共分散行列Sk+1は、式(30)のようになり、逆行列補題を用いれば、Skとφk+1を用いて、式(31)のように表される。 The variance-covariance matrix S k+1 is given by Equation (30), and if the inverse matrix lemma is used, it is expressed by Equation (31) using S k and φ k+1 .

Figure 0007234755000018
Figure 0007234755000018

trace(Sk+1)は、式(32)のように表すことができる。 trace(S k+1 ) can be expressed as in Equation (32).

Figure 0007234755000019
Figure 0007234755000019

ここに、trace(Sk)は定数であり、φk+1に依存する項は式(32)の第2項だけである。すなわち、trace(Sk+1)を最小化するφk+1は、式(33)を最大化するφk+1と同じである。 Here, trace(S k ) is a constant, and the only term dependent on φ k+1 is the second term in equation (32). That is, φ k+1 that minimizes trace(S k+1 ) is the same as φ k+1 that maximizes equation (33).

Figure 0007234755000020
Figure 0007234755000020

(3)制約について
φk+1の要素であるu1 (k+1) ̄とu2,set (k+1)は独立に選ぶことはできず、式(34)のように、表層ノズル1及び内層ノズル2を流れる合計流量に関する流量制約を満たすものでなければならない。なお、合計流量Qnominalは、鋳片引抜量AVcとして与えればよい。
(3) Constraints u 1 (k+1) and u 2,set (k+1) , which are elements of φ k+1, cannot be selected independently. 1 and the total flow through the inner layer nozzle 2 must be met. The total flow rate Qnominal may be given as the bill withdrawal amount AVc .

Figure 0007234755000021
Figure 0007234755000021

実際には、u1 (k+1) ̄はu2,set (k+1)を設定しなければ知ることができないが、u1 (k+1) ̄は式(35)を満たすような推定値で代用すればよく、実用上これで問題はない。Δ1 (k)^、Δ2 (k)^は、区間kまでに得られた未知数の推定値である。k=1終了時点で2回目の開度設定値を計算する場合は、式(35)´とおく。なお、u1 (k+1) ̄を推定値で代用することに伴い、Sk+1を厳密に評価することはできなくなるが、実用上、式(35)で近似して問題ない。 Actually, u 1 (k+1) cannot be known unless u 2,set (k+1) is set, but u 1 (k+1 ) is An estimated value may be substituted, and there is no practical problem with this. Δ 1 (k) ̂ and Δ 2 (k) ̂ are estimates of unknowns obtained up to interval k. Equation (35)' is used when calculating the second opening degree set value at the end of k=1. Substituting an estimated value for u 1 (k+1) − makes it impossible to evaluate S k+1 strictly, but practically there is no problem in approximating it with equation (35).

Figure 0007234755000022
Figure 0007234755000022

また、表層ストッパー11、内層ストッパー12の両方に関しそれぞれ、通常想定される操業上の制約又は設備上の制約に応じて設定される開度操作量の上下限制約を満たすものでなければならない。 Further, both the surface layer stopper 11 and the inner layer stopper 12 must satisfy the upper and lower limits of the opening manipulated variable, which are set according to the operational constraints or facility constraints that are normally assumed.

以上をまとめると、最適化問題設定部102aは、式(35)の流量制約と、開度操作量の上下限制約とを考慮して、式(36)で表される最適化問題を設定する。 In summary, the optimization problem setting unit 102a sets the optimization problem represented by the equation (36) in consideration of the flow rate constraint of the equation (35) and the upper and lower limits of the opening manipulated variable. .

Figure 0007234755000023
Figure 0007234755000023

(4)最適化問題の求解
最適化問題求解部102bは、式(36)で表される最適化問題を求解する。
(a)非線形最適化アルゴリズムの利用
式(36)で表される最適化問題は、最適化の標準的なソルバーで解くことができる。また、式(36)で表される最適化問題は、線形制約の下での、正の凸関数を分子と分母に持つ分数計画問題であり、このような問題は、いわゆるDinkelbachの方法(非特許文献3を参照)により求解することもできる。
(4) Solving Optimization Problem The optimization problem solving unit 102b solves the optimization problem represented by Equation (36).
(a) Use of non-linear optimization algorithms The optimization problem expressed in Equation (36) can be solved with standard solvers for optimization. Also, the optimization problem expressed by Equation (36) is a fractional programming problem with positive convex functions in the numerator and denominator under linear constraints. See Patent Document 3).

(b)1変数最適化
1 (k+1) ̄とu2,set (k+1)に関する式(35)の流量制約により、u1 (k+1) ̄は、式(37)のようにu2,set (k+1)だけで表すことができる。
(b) One-variable optimization Due to the flow constraint of Equation (35) on u 1 (k+1) and u 2,set (k+1) , u 1 (k+1) becomes can be expressed only by u 2,set (k+1) as follows.

Figure 0007234755000024
Figure 0007234755000024

これを利用し、式(36)からu1 (k+1) ̄を消去すれば、式(36)で表される最適化問題は、式(38)のように、u2,set (k+1)に関する1変数の最適化問題に変換できる。探索範囲の中で、1変数の最適化問題を探索的方法(リニアサーチ、ブレント法等)、或いは最急降下法、ニュートン法等の関数の勾配を利用する方法等の最適化アルゴリズムにより求解することができる。この場合に、リニアサーチ等の全探索法を使えば、局所解に陥ることなく確実に最適解を求めることができる。
本実施形態では、内層ストッパー12の一定開度u2,setを最適化計算により求めることにより、式(19)や式(23)の連立方程式を精度良く求解することができる。
By using this and eliminating u 1 (k+1) ~ from equation (36), the optimization problem represented by equation (36) can be expressed as u 2,set (k +1) can be transformed into a one-variable optimization problem. To solve a single-variable optimization problem within the search range using an exploratory method (linear search, Brent's method, etc.), or an optimization algorithm such as a method that uses the gradient of a function, such as the steepest descent method or Newton's method. can be done. In this case, if an exhaustive search method such as a linear search is used, the optimal solution can be reliably obtained without falling into a local solution.
In this embodiment, the simultaneous equations of equations (19) and (23) can be solved with high accuracy by obtaining the constant opening degree u 2,set of the inner layer stopper 12 by optimization calculation.

Figure 0007234755000025
Figure 0007234755000025

[変形例]
以下、変形例を説明する。
ここまでは、各ノズル1、2の流量特性を直線近似できるものと仮定した場合を説明したが、各ノズル1、2におけるストッパーの開度が0、流量が0となるような多項式を仮定することができる。
以下では、式(39)のように、各ノズル1、2の流量特性として二次関数を仮定する場合の定式化について説明するが、三次以上の多項式関数であっても同様に定式化することができる。
[Modification]
Modifications will be described below.
Up to this point, we have assumed that the flow rate characteristics of each nozzle 1 and 2 can be linearly approximated. be able to.
In the following, a description will be given of formulation when a quadratic function is assumed as the flow rate characteristics of the nozzles 1 and 2, as in Equation (39), but a polynomial function of cubic or higher order can also be formulated in the same way. can be done.

Figure 0007234755000026
Figure 0007234755000026

この場合、表層ノズル1及び内層ノズル2を流れる合計流量が、鋳型4内に注入される流量Qnominalと一致するとみなすことにより、1~k回目までの開度操作により、式(40)の連立方程式を構成することができる。なお、ここではQnominalは各繰り返しの操作において同じ値を設定する場合について記載しているが、各繰り返しの操作の度に異なる値に設定してもよい。 In this case, assuming that the total flow rate flowing through the surface layer nozzle 1 and the inner layer nozzle 2 is equal to the flow rate Qnominal injected into the mold 4, the simultaneous opening of the equation (40) is Equations can be constructed. Although Qnominal is set to the same value for each repeated operation, it may be set to a different value for each repeated operation.

Figure 0007234755000027
Figure 0007234755000027

式(40)の連立方程式を、式(41)のように書き直すことができる。未知数はΔ1 (1)、Δ1 (2)、Δ2 (1)、Δ2 (2)の4変数であり、連立方程式を解くためには少なくとも4回の開度操作を必要とする。 The simultaneous equations of equation (40) can be rewritten as equation (41). There are four unknowns, Δ 1 (1) , Δ 1 (2) , Δ 2 (1) and Δ 2 (2) , and at least four opening operations are required to solve the simultaneous equations.

Figure 0007234755000028
Figure 0007234755000028

さらにk+1回目の開度操作を行う場合、u2,set (k+1)と設定するものとし、これに対し表層ストッパー11の開度の収束値としてu1 (k+1) ̄が得られるものとするが、k+1回目については、u1 (k+1) ̄の実績値が得られていないので、式(42)のように推定値u1 (k+1)^で代用する。 Further, when performing the k+1th opening operation, u 2,set (k+1) is set, and u 1 (k+1) is obtained as the convergence value of the opening of the surface layer stopper 11. However, since the actual value of u 1 (k+1) has not been obtained for the k+1-th time, the estimated value u 1 (k+1) ̂ is substituted as in equation (42).

Figure 0007234755000029
Figure 0007234755000029

さらに、これまでと同様に、式(43)のように置きなおし、φk+1 Tを数理最適化により求めることができる。ただし、この場合、ストッパーの開度が0で流量が0となるような2次式であることを仮定するため、式(44)の4つの成分は独立変数ではなく、式(45)の関係を満たす必要がある。 Furthermore, as before, φ k+1 T can be obtained by mathematical optimization by rearranging as in Equation (43). However, in this case, since it is assumed to be a quadratic expression in which the opening of the stopper is 0 and the flow rate is 0, the four components of the equation (44) are not independent variables, but the relationship of the equation (45) must be satisfied.

Figure 0007234755000030
Figure 0007234755000030

さらに、この制約式に加え、k回目終了時点で得られた流量特性誤差推定値をあてはめて、式(46)のように流量制約式を追加すればよい。k=3終了時点までは流量制約式は、式(47)のように構成すればよい。 Furthermore, in addition to this constraint formula, the flow rate characteristic error estimated value obtained at the end of the k-th cycle may be applied to add a flow rate constraint formula as in Equation (46). Until the end of k=3, the flow rate constraint equation may be constructed as shown in Equation (47).

Figure 0007234755000031
Figure 0007234755000031

さらに、表層ストッパー11、内層ストッパー12の両方に関しそれぞれ、開度操作量の上下限制約を考慮して、式(48)で表される最適化問題を設定し、これを求解する。 Further, regarding both the surface layer stopper 11 and the inner layer stopper 12, considering the upper and lower limits of the opening manipulated variable, the optimization problem represented by the equation (48) is set and solved.

Figure 0007234755000032
Figure 0007234755000032

[第4の実施形態]
第4の実施形態では、第3の実施形態と同様に、内層ストッパー12の一定開度u2,setを可変値とする例を説明する。
以下では、第3の実施形態との共通点の説明は省略し、第3の実施形態との相違点を中心に説明する。
第3の実施形態では、繰り返し計算における次回のみを対象とするのに対して、第4の実施形態では、繰り返し計算における複数回の関連性を反映させるべく、次回を含む複数回分を対象として、最適化問題を設定して求解する。
[Fourth embodiment]
In the fourth embodiment, as in the third embodiment, an example in which the constant opening degree u 2,set of the inner layer stopper 12 is variable will be described.
In the following, description of common points with the third embodiment will be omitted, and differences from the third embodiment will be mainly described.
In the third embodiment, only the next time in the repeated calculation is targeted, whereas in the fourth embodiment, in order to reflect the relevance of multiple times in the repeated calculation, multiple times including the next time are targeted, Set up and solve an optimization problem.

次回の区間k+1の開度操作量だけでなく、さらの次の区間k+2以降の複数区間にわたり、内層ストッパー12の開度操作の最適化を行う場合、第3の実施形態で述べた最適化計算を逐次的に繰り返して開度操作量を決定すればよい。より効果的に最適化計算を行う場合、区間k+1の開度操作量だけでなく、さらに区間k+2以降も含め全ての区間の開度操作量を同時に最適化することができる。以下では、2つの区間を対象として説明するが、k+1,k+2,・・・,k+nのように一般化したn個の区間を対象とする場合も同様に定式化することができる。 When optimizing the opening degree operation of the inner layer stopper 12 not only for the next section k+1 but also for a plurality of sections after the next section k+2, the optimization calculation described in the third embodiment are sequentially repeated to determine the opening manipulated variable. When the optimization calculation is performed more effectively, it is possible to simultaneously optimize not only the opening manipulated variable of section k+1 but also the opening manipulated variable of all sections including section k+2 and subsequent sections. Although two sections will be described below, a similar formulation can be applied to generalized n sections such as k+1, k+2, . . . , k+n.

(1)評価関数
本実施形態では、式(49)の評価関数Jを最小化する一定開度u2,set (k+1),u2,set (k+2)を求める。評価関数Jは、区間k+1,k+2における、表層ノズル1の流量特性に係る未知数の推定値Δ1 (k+1)^、Δ1 (k+2)^、内層ノズル2の流量特性に係る未知数の推定値Δ2 (k+1)^、Δ2 (k+2)^の分散共分散行列P(u2,set (k+1),u2,set (k+2))のトレースを最小化するものである。
(1) Evaluation function In this embodiment, the constant openings u 2,set (k+1) and u 2,set (k+2) that minimize the evaluation function J of Equation (49) are obtained. The evaluation function J is estimated values Δ 1 (k+1) ̂ and Δ 1 (k+2) ̂ of the unknowns related to the flow rate characteristics of the surface layer nozzle 1 , and the unknown values related to the flow rate characteristics of the inner layer nozzle 2 in intervals k+1 and k+2. Estimates of Δ 2 (k+1) ^, Δ 2 (k+2) ^'s variance-covariance matrix P(u 2,set (k+1) , u 2,set (k+2) ) are traced by Minimize.

Figure 0007234755000033
Figure 0007234755000033

また、開度操作の連続性を考慮するために、評価関数Jにおいて、区間k+1における、分散共分散行列P(u2,set (k+1))のトレースに、表層ストッパー11の開度操作量及び内層ストッパー12の開度操作量に関するペナルティ項を加えてもよい。この場合、k,k+1,k+2回目に渡る3回分の開度操作の連続性を考慮し、例えば式(49)に式(50)の正則化項を足し合わせたものとすればよい。 In addition, in order to consider the continuity of the opening degree operation, in the evaluation function J , the opening degree operation A penalty term relating to the amount and amount of manipulation of the degree of opening of the inner layer stopper 12 may be added. In this case, taking into consideration the continuity of the three opening degree operations over the k, k+1, and k+2 times, for example, the regularization term of the equation (50) may be added to the equation (49).

Figure 0007234755000034
Figure 0007234755000034

(2)最適化問題の定式化
次の区間k+1,k+2で、u1 (k+1) ̄、u2,set (k+1)、u1 (k+2) ̄、u2,set (k+2)がそれぞれ得られた場合には、Φk+2、φk+1 T、φk+2 Tは式(51)のように表される。ここに、Φk+2は区間k+2までで得られた開度データにより構成されたデザイン行列であり、φk+1 T、φk+2 Tはデザイン行列Φk+2のk+1行目を取り出して得られる行ベクトル、k+2行目を取り出して得られる行ベクトルをそれぞれ表す。
(2) Formulation of optimization problem u 1 (k+1) ~, u 2, set (k+1) , u 1 (k + 2) ~, u 2,set ( k+2) are obtained, Φ k+2 , Φ k+1 T , and Φ k+2 T are expressed as in equation (51). Here, Φ k+2 is a design matrix composed of the opening data obtained up to section k+2, and Φ k+1 T and Φ k+2 T are the k+1 row of the design matrix Φ k+2. A row vector obtained by fetching and a row vector obtained by fetching the k+2th row are respectively represented.

Figure 0007234755000035
Figure 0007234755000035

区間k+2までで得られた開度データにより求められた線形回帰モデルのパラメータ(回帰係数)推定値の分散共分散行列Sk+2は、式(52)のように表される。 The variance-covariance matrix S k+2 of the estimated values of the parameters (regression coefficients) of the linear regression model obtained from the opening degree data obtained up to section k+2 is represented by Equation (52).

Figure 0007234755000036
Figure 0007234755000036

分散共分散行列Sk+2は、式(53)のようになり、逆行列補題を用いれば、SkとΨ2を用いて、式(54)のように表される。ここに、Ψ2は、Φk+2のk+1、k+2行目の成分を取り出して構成される行列の転置行列として定義される行列を表す。 The variance-covariance matrix S k+2 is given by Equation (53), and if the inverse matrix lemma is used, it is expressed by Equation (54) using S k and Ψ 2 . Here, Ψ 2 represents a matrix defined as a transposed matrix of a matrix constructed by taking out the elements of the k+1 and k+2 rows of Φ k+2 .

Figure 0007234755000037
Figure 0007234755000037

trace(Sk+2)は、式(55)のように表すことができる。 trace(S k+2 ) can be expressed as in Equation (55).

Figure 0007234755000038
Figure 0007234755000038

ここに、trace(Sk)は定数であり、Ψ2に依存する項は式(55)の第2項だけである。すなわち、trace(Sk+2)を最小化するΨ2は、式(56)を最大化するΨ2と同じである。 where trace(S k ) is a constant and the only term that depends on ψ 2 is the second term in equation (55). That is, Ψ 2 that minimizes trace(S k+2 ) is the same as Ψ 2 that maximizes (56).

Figure 0007234755000039
Figure 0007234755000039

第3の実施形態と同様、流量制約と、開度操作量の上下限制約とを考慮して、式(57)で表される最適化問題を設定する。 As in the third embodiment, the optimization problem represented by Equation (57) is set in consideration of the flow rate constraint and the upper and lower limits of the opening manipulated variable.

Figure 0007234755000040
Figure 0007234755000040

第4の実施形態では、式(57)で表される最適化問題を求解することにより、k+1回目、k+2回目の2回分のu2,set (k+1)、u2,set (k+2)が得られるが、ここで求められたu2,set (k+2)は実際には使用しない。k+1回目終了時点で、式(57)で表される最適化問題を再度求解することにより、u2,set (k+2)、u2,set (k+3)があらためて得られるので、このとき得られたu2,set (k+2)を使用する。 In the fourth embodiment, by solving the optimization problem represented by Equation (57), u 2,set (k+1) and u 2,set (k+) for the k+1-th time and the k+ 2 -th time. 2) is obtained, but u 2,set (k+2) obtained here is not actually used. At the end of the k+1th cycle, u 2,set (k+2) and u 2,set (k+3) are obtained again by resolving the optimization problem represented by Equation (57). Use u 2,set (k+2) obtained when

式(57)で表される最適化問題は、第3の実施形態の式(36)で表される最適化問題と同様、必ずしも凸最適化問題ではないが、内点法等の非線形最適化アルゴリズムにより極値を求めることは容易である。なお、収束性能を高めるために、これらの最適化アルゴリズムに目的関数の勾配を与えてもよく、その場合、式(58)のように、f(Ψ2)のΨ2に関する勾配式を利用すればよい。
本実施形態では、繰り返し計算における複数回の関連性を反映させて、内層ストッパー12の一定開度u2,setを最適化計算により求めることができる。
The optimization problem represented by equation (57) is not necessarily a convex optimization problem, like the optimization problem represented by equation (36) in the third embodiment, but is a nonlinear optimization problem such as an interior point method. It is easy to find the extrema by algorithm. In order to improve the convergence performance, the gradient of the objective function may be given to these optimization algorithms. Just do it.
In the present embodiment, the constant opening degree u 2,set of the inner layer stopper 12 can be obtained by optimization calculation, reflecting the relevance of multiple repetition calculations.

Figure 0007234755000041
Figure 0007234755000041

[実施例2]
表1及び図6に、表層流量特性乗法誤差Δ1及び内層流量特性乗法誤差Δ2を同定した結果を示す。図6は、比較法、及び提案手法1、2における流量特性乗法誤差のばらつき(真値との誤差σ)を示す。
シミュレーションにおいては、試験連鋳機のような小スループットのスラブ連鋳機を対象とし、鋳型幅W=800mm、鋳型厚D=100mm、鋳造速度Vc=0.7m/mとした。
シミュレーション上、表層流量特性乗法誤差Δ1=0.75、内層流量特性乗法誤差Δ2=1.25に設定した。
流量計算値は、真の流量から5%程度のノイズを重畳させた。
内層ストッパー12の一定開度を2mm、7mm、12mmと段階的に変化させた場合(比較法)と、1回目の一定開度を2mmとした上で、2回目、3回目の一定開度を第3の実施形態による提案手法1、第4の実施形態による提案手法2により決定した場合とで結果を比較した。
1000回モンテカルロシミュレーションを行い、流量特性乗法誤差の平均値とばらつきを評価した。
[Example 2]
Table 1 and FIG. 6 show the results of identifying the surface layer flow rate characteristic multiplicative error Δ1 and the inner layer flow rate characteristic multiplicative error Δ2 . FIG. 6 shows variations in the multiplicative error of the flow characteristics (error σ from the true value) in the comparative method and the proposed methods 1 and 2. FIG.
In the simulation, a small-throughput continuous slab caster such as a test continuous caster was targeted, and the mold width W=800 mm, the mold thickness D=100 mm, and the casting speed V c =0.7 m/m.
In the simulation, the surface layer flow characteristic multiplicative error Δ 1 =0.75 and the inner layer flow characteristic multiplicative error Δ 2 =1.25.
A noise of about 5% was superimposed on the true flow rate in the calculated flow rate.
A case where the constant opening of the inner layer stopper 12 was changed stepwise to 2 mm, 7 mm, and 12 mm (comparative method), and after the first constant opening was 2 mm, the second and third constant openings were changed. The results were compared between the case of determination by proposed method 1 according to the third embodiment and the case of determination by proposed method 2 according to the fourth embodiment.
Monte Carlo simulation was performed 1000 times to evaluate the average value and variation of the multiplicative error of the flow characteristics.

表1及び図6に示すように、比較法では2回目終了時点でΔ1、Δ2のばらつきが大きいが、3回目終了時点では比較的精度の良い解が得られている。
一方、提案手法1、2では、いずれも2回目終了時点でΔ1、Δ2のばらつきが小さく、精度の良い解が得られており、3回目終了時点の解とほぼ同等の推定精度が得られている。
提案手法1と比較し、複数区間の同時最適化を行う提案手法2ではさらにばらつきの小さい解が得られている。
As shown in Table 1 and FIG. 6, in the comparative method, Δ 1 and Δ 2 vary greatly at the end of the second run, but relatively accurate solutions are obtained at the end of the third run.
On the other hand, in both proposed methods 1 and 2, the dispersion of Δ 1 and Δ 2 is small at the end of the second run, and high-accuracy solutions are obtained. It is
Compared to proposed method 1, proposed method 2, which simultaneously optimizes multiple intervals, provides solutions with even smaller variations.

Figure 0007234755000042
Figure 0007234755000042

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。
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、こ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。
As described above, the present invention has been described together with the embodiments, but the above-described embodiments merely show specific examples for carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention is not construed in a limited manner. It should not be. That is, the present invention can be embodied in various forms without departing from its technical concept or main features.
In addition, the present invention can also be implemented by supplying software (program) that realizes the functions of the present invention to a system or device via a network or various storage media, and reading and executing the program by the computer of this system or device. It is feasible.

1:表層ノズル、2:内層ノズル、3:タンディッシュ、4:鋳型、7:境界、8:湯面、10:湯面レベル計、11表層ストッパー、12:内層ストッパー、100:コントローラ、101:制御部、102:開度変更部、102a:最適化問題設定部、102b:最適化問題求解部、103:流量計算値演算部、104:収支式作成部、105:求解部 1: surface layer nozzle, 2: inner layer nozzle, 3: tundish, 4: mold, 7: boundary, 8: melt surface, 10: melt surface level gauge, 11 surface layer stopper, 12: inner layer stopper, 100: controller, 101: Control unit 102: Opening change unit 102a: Optimization problem setting unit 102b: Optimization problem solving unit 103: Calculated flow rate calculating unit 104: Balance formula creating unit 105: Solving unit

Claims (16)

開度変更操作に応じて溶融金属供給流量を制御する流量制御機構をそれぞれ有する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、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において、前記表層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性、及び前記内層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性を推定する複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置であって、
前記鋳型内の湯面の位置である湯面レベルを測定する湯面レベル計を用いて、前記表層ノズル及び前記内層ノズルのうちいずれか一方のノズルの流量制御機構の開度をフィードバック制御することにより湯面レベルを一定に保つとともに、他方のノズルの流量制御機構の開度を一定保持する一定開度制御中に、
前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を設定して、この一定開度に変更する開度変更手段と、
前記表層ノズル及び前記内層ノズルを流れる合計流量の計算値である流量計算値を演算する流量計算値演算手段と、
前記開度変更手段で設定した前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度と、前記流量計算値演算手段で演算した前記流量計算値と、前記開度変更手段で前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度に変更した後に収集した前記一方のノズルの流量制御機構の開度の収束値データとを用いて、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数と、前記内層ノズルの流量特性に係る未知数とを変数とした質量又は体積の収支式を作成する収支式作成手段と、
前記開度変更手段で設定する前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を変えて、前記流量計算値演算手段による前記流量計算値の演算及び前記収支式作成手段による前記収支式の作成を複数回繰り返すことにより構成された連立方程式を求解して、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数及び前記内層ノズルの流量特性に係る未知数を求める求解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における流量特性の推定装置。
Molten metal is injected into the mold from the surface layer nozzle and the inner layer nozzle, each of which has a flow rate control mechanism for controlling the molten metal supply flow rate according to the operation to change the opening, to produce a multi-layered slab with different composition of the surface layer and the inner layer. In the continuous casting process to be manufactured, a flow rate characteristic, which is the relationship between the opening degree of the flow control mechanism in the surface layer nozzle and the flow rate, and the flow rate characteristic, which is the relationship between the opening degree of the flow control mechanism in the inner layer nozzle and the flow rate, are estimated. A device for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process of a multi-layered slab,
feedback control of the opening of a flow rate control mechanism of one of the surface layer nozzle and the inner layer nozzle using a level gauge for measuring the level of the surface of the molten metal in the mold; During the constant opening control that keeps the melt level constant and keeps the opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle constant,
opening changing means for setting a constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle and changing the opening to this constant opening;
a flow rate calculation value calculating means for calculating a flow rate calculation value, which is a calculated value of the total flow rate flowing through the surface layer nozzle and the inner layer nozzle;
The constant opening of the flow rate control mechanism for the other nozzle set by the opening degree changing means, the calculated flow rate calculated by the calculated flow rate calculating means, and the flow rate control of the other nozzle by the opening changing means Using the convergence value data of the opening degree of the flow control mechanism of the one nozzle collected after changing the mechanism to a constant opening degree, the unknown quantity related to the flow rate characteristics of the surface layer nozzle and the flow rate characteristic of the inner layer nozzle balance formula creation means for creating a mass or volume balance formula with unknowns as variables;
By changing the constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle set by the opening changing means, the calculation of the calculated flow rate by the calculated flow rate calculation means and the creation of the balance formula by the balance formula creation means are performed. and a solution-finding means for solving simultaneous equations constructed by repeating a plurality of times to obtain unknown values relating to flow characteristics of the surface layer nozzle and unknown values relating to flow characteristics of the inner layer nozzle. A device for estimating flow characteristics in continuous strip casting processes.
前記流量計算値演算手段は、鋳造速度に基づいて、前記流量計算値を演算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における流量特性の推定装置。 2. The apparatus for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process for a multi-layer cast slab according to claim 1, wherein said calculated flow rate calculation means calculates said calculated flow rate based on a casting speed. 前記流量計算値演算手段は、前記表層ノズル及び前記内層ノズルに溶融金属を供給するタンディッシュの重量測定値に基づいて、前記流量計算値を演算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における流量特性の推定装置。 2. The multiplexer according to claim 1, wherein said calculated flow rate calculation means calculates said calculated flow rate based on weight measurement values of a tundish that supplies molten metal to said surface layer nozzle and said inner layer nozzle. A device for estimating flow characteristics in the continuous casting process of layered slabs. 前記タンディッシュの重量測定値に基づいて前記流量計算値を演算するときに時間平均化を行うことを特徴とする請求項3に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。 4. The device for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process for a multi-layer cast slab according to claim 3, wherein time averaging is performed when calculating said flow rate calculation value based on said weight measurement value of said tundish. 前記開度変更手段で設定する前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度、並びに、前記流量計算値演算手段による前記流量計算値の演算及び前記収支式作成手段による前記収支式の作成を複数回繰り返した際の繰り返し回数のうちの少なくともいずれか一方を可変値として、鋳造中の所定の条件に応じて値を変えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。 The constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle set by the opening change means, the calculation of the calculated flow rate by the calculated flow rate calculation means, and the creation of the balance formula by the balance formula creation means 5. The composite according to any one of claims 1 to 4, wherein at least one of the number of repetitions when the casting is repeated is set to a variable value, and the value is changed according to a predetermined condition during casting. A device for estimating flow characteristics in the continuous casting process of layered slabs. 前記開度変更手段は、前記流量計算値演算手段による前記流量計算値の演算及び前記収支式作成手段による前記収支式の作成を複数回繰り返した際の繰り返し計算の各回で、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数及び前記内層ノズルの流量特性に係る未知数の分散共分散行列のトレースを含む評価関数を用いた最適化問題を設定して求解することにより、前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を設定することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。 The degree-of-opening change means changes the flow rate of the surface layer nozzle each time the calculation of the calculated flow rate by the calculated flow rate calculation means and the creation of the balance formula by the balance formula creation means are repeated a plurality of times. By setting and solving an optimization problem using an evaluation function including a trace of a variance-covariance matrix of unknowns related to characteristics and unknowns related to the flow characteristics of the inner layer nozzle, the flow rate control mechanism of the other nozzle is fixed. 6. The device for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process for a multi-layer cast slab according to any one of claims 1 to 5, wherein the opening is set. 前記評価関数は、前記一方のノズルの流量制御機構の開度操作量及び前記他方のノズルの流量制御機構の開度操作量に関するペナルティ項を含むことを特徴とする請求項6に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。 7. The multi-layer structure according to claim 6, wherein the evaluation function includes a penalty term relating to an opening manipulated variable of the flow control mechanism for the one nozzle and an opening manipulated variable of the flow control mechanism for the other nozzle. A device for estimating flow rate characteristics in the continuous casting process of slabs. 前記開度変更手段は、前記繰り返し計算における次回を対象として、前記最適化問題を設定して求解することを特徴とする請求項6又は7に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。 8. The flow rate characteristics in the continuous casting process for a multi-layer cast slab according to claim 6, wherein the opening changing means sets and solves the optimization problem for the next time in the iterative calculation. estimation device. 前記開度変更手段は、前記繰り返し計算における次回を含む複数回を対象として、前記最適化問題を設定して求解することを特徴とする請求項6又は7に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。 8. The continuous casting of a multilayer slab according to claim 6 or 7, wherein the opening changing means sets and solves the optimization problem for a plurality of times including the next time in the repeated calculation. A device for estimating flow characteristics in a process. 前記最適化問題は、前記表層ノズル及び前記内層ノズルを流れる合計流量に関する流量制約を含むことを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。 The flow rate in the continuous casting process for a multi-layer slab according to any one of claims 6 to 8, wherein the optimization problem includes a flow rate constraint on the total flow rate through the surface layer nozzle and the inner layer nozzle. Property estimator. 前記最適化問題は、前記一方のノズルの流量制御機構の開度操作量及び前記他方のノズルの流量制御機構の開度操作量の上下限制約を含むことを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。 10. The method according to any one of claims 6 to 9, wherein the optimization problem includes upper and lower limits on the manipulated opening amount of the flow control mechanism for the one nozzle and the manipulated opening amount of the flow control mechanism for the other nozzle. The device for estimating flow rate characteristics in the continuous casting process for a multi-layered slab according to any one of the above items. 前記開度変更手段は、前記最適化問題を1変数の最適化問題に変換して求解することを特徴とする請求項8に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。 9. The apparatus for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process for a multi-layer cast slab according to claim 8, wherein said opening change means solves said optimization problem by converting it into a one-variable optimization problem. 前記流量計算値演算手段による前記流量計算値の演算及び前記収支式作成手段による前記収支式の作成を複数回繰り返した際の繰り返し計算の回数が予め定められた回数に到達する前に、所定の条件を満たすとき、前記繰り返し計算を打ち切ることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置。 Before the number of repeated calculations reaches a predetermined number when the calculation of the calculated flow rate by the calculated flow rate calculation means and the creation of the balance formula by the balance formula creation means are repeated a plurality of times, a predetermined 13. The apparatus for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process for a multi-layer cast slab according to any one of claims 1 to 12, wherein the iterative calculation is terminated when a condition is satisfied. 開度変更操作に応じて溶融金属供給流量を制御する流量制御機構をそれぞれ有する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、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において、前記表層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性、及び前記内層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性を推定する複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定方法であって、
前記鋳型内の湯面の位置である湯面レベルを測定する湯面レベル計を用いて、前記表層ノズル及び前記内層ノズルのうちいずれか一方のノズルの流量制御機構の開度をフィードバック制御することにより湯面レベルを一定に保つとともに、他方のノズルの流量制御機構の開度を一定保持する一定開度制御中に、
前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を設定して、この一定開度に変更する第1のステップと、
前記表層ノズル及び前記内層ノズルを流れる合計流量の計算値である流量計算値を演算する第2のステップと、
前記第1のステップで設定した前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度と、前記第2のステップで演算した前記流量計算値と、前記第1のステップで前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を変更した後に収集した前記一方のノズルの流量制御機構の開度の収束値データとを用いて、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数と、前記内層ノズルの流量特性に係る未知数とを変数とした質量又は体積の収支式を作成する第3のステップと、
前記第1のステップで設定する前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を変えて、前記第2のステップ及び前記第3のステップを行うことを複数回繰り返すことにより構成された連立方程式を求解して、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数及び前記内層ノズルの流量特性に係る未知数を求める第4のステップとを有することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定方法。
Molten metal is injected into the mold from the surface layer nozzle and the inner layer nozzle, each of which has a flow rate control mechanism for controlling the molten metal supply flow rate according to the operation to change the opening, to produce a multi-layered slab with different composition of the surface layer and the inner layer. In the continuous casting process to be manufactured, a flow rate characteristic, which is the relationship between the opening degree of the flow control mechanism in the surface layer nozzle and the flow rate, and the flow rate characteristic, which is the relationship between the opening degree of the flow control mechanism in the inner layer nozzle and the flow rate, are estimated. A method for estimating flow rate characteristics in a continuous casting process of a multi-layered slab, comprising:
feedback control of the opening of a flow rate control mechanism of one of the surface layer nozzle and the inner layer nozzle using a level gauge for measuring the level of the surface of the molten metal in the mold; During the constant opening control that keeps the melt level constant and keeps the opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle constant,
a first step of setting a constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle and changing it to this constant opening;
a second step of calculating a calculated flow rate, which is a calculated value of the total flow rate flowing through the surface layer nozzle and the inner layer nozzle;
The constant opening degree of the flow control mechanism of the other nozzle set in the first step, the calculated flow rate calculated in the second step, and the flow control mechanism of the other nozzle in the first step Using the convergence value data of the opening degree of the flow rate control mechanism of the one nozzle collected after changing the constant opening degree of , the unknown value related to the flow rate characteristics of the surface layer nozzle and the unknown value related to the flow rate characteristic of the inner layer nozzle a third step of creating a mass or volume balance equation with
Simultaneous equations constructed by repeating the second step and the third step a plurality of times while changing the constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle set in the first step and a fourth step of obtaining a solution to obtain an unknown quantity related to the flow characteristics of the surface layer nozzle and an unknown quantity related to the flow characteristics of the inner layer nozzle. Method.
開度変更操作に応じて溶融金属供給流量を制御する流量制御機構をそれぞれ有する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、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において、前記表層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性、及び前記内層ノズルにおける流量制御機構の開度と流量との関係である流量特性を推定するためのプログラムであって、
前記鋳型内の湯面の位置である湯面レベルを測定する湯面レベル計を用いて、前記表層ノズル及び前記内層ノズルのうちいずれか一方のノズルの流量制御機構の開度をフィードバック制御することにより湯面レベルを一定に保つとともに、他方のノズルの流量制御機構開度を一定保持する一定開度制御中に、
前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を設定して、この一定開度に変更する第1の処理と、
前記表層ノズル及び前記内層ノズルを流れる合計流量の計算値である流量計算値を演算する第2の処理と、
前記第1の処理で設定した前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度と、前記第2の処理で演算した前記流量計算値と、前記第1の処理で前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を変更した後に収集した前記一方のノズルの流量制御機構の開度の収束値データとを用いて、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数と、前記内層ノズルの流量特性に係る未知数とを変数とした質量又は体積の収支式を作成する第3の処理と、
前記第1の処理で設定する前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を変えて、前記第2の処理及び前記第3の処理を行うことを複数回繰り返すことにより構成された連立方程式を求解して、前記表層ノズルの流量特性に係る未知数及び前記内層ノズルの流量特性に係る未知数を求める第4の処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
Molten metal is injected into the mold from the surface layer nozzle and the inner layer nozzle, each of which has a flow rate control mechanism for controlling the molten metal supply flow rate according to the operation to change the opening, to produce a multi-layered slab with different composition of the surface layer and the inner layer. In the continuous casting process to be manufactured, a flow rate characteristic, which is the relationship between the opening degree of the flow control mechanism in the surface layer nozzle and the flow rate, and the flow rate characteristic, which is the relationship between the opening degree of the flow control mechanism in the inner layer nozzle and the flow rate, are estimated. A program for
feedback control of the opening of a flow rate control mechanism of one of the surface layer nozzle and the inner layer nozzle using a level gauge for measuring the level of the surface of the molten metal in the mold; During the constant opening control that keeps the melt level constant and keeps the opening of the flow control mechanism of the other nozzle constant,
a first process of setting a constant degree of opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle and changing the degree of opening to this constant degree of opening;
a second process of calculating a flow rate calculation value that is a calculated value of the total flow rate flowing through the surface layer nozzle and the inner layer nozzle;
The constant opening degree of the flow control mechanism of the other nozzle set in the first process, the calculated flow rate calculated in the second process, and the flow control mechanism of the other nozzle in the first process Using the convergence value data of the opening degree of the flow rate control mechanism of the one nozzle collected after changing the constant opening degree of , the unknown value related to the flow rate characteristics of the surface layer nozzle and the unknown value related to the flow rate characteristic of the inner layer nozzle A third process of creating a mass or volume balance formula with
Simultaneous equations constructed by repeating the second process and the third process a plurality of times while changing the constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle set in the first process A program for causing a computer to execute a fourth process of solving to obtain unknown values relating to flow characteristics of the surface layer nozzle and unknown values relating to flow characteristics of the inner layer nozzle.
請求項1乃至13のいずれか1項に記載の複層鋳片の連続鋳造プロセスにおける流量特性の推定装置により求めた前記他方のノズルの流量特性に係る未知数を用いて、フィードバック及び一定開度制御における前記他方のノズルの流量制御機構の一定開度を補正する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。 Feedback and constant opening degree control using the unknown quantity related to the flow rate characteristics of the other nozzle obtained by the flow rate characteristic estimation device in the continuous casting process for a multi-layered slab according to any one of claims 1 to 13. A method of controlling a continuous casting process for a multilayer cast slab, characterized by correcting the constant opening of the flow rate control mechanism of the other nozzle in the above.
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