JP7248049B2 - Flow control method and device, cooling method and device for steel material, and method for manufacturing continuous cast slab - Google Patents
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Description
本発明は、複数のスプレーノズルを用いて、移動している対象物に流体を噴射する際に流量を制御する方法および装置に関し、特に、鋼素材の冷却方法および装置に関し、さらにその冷却方法を冷却工程として有する連続鋳造鋳片の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for controlling flow rate when spraying a fluid onto a moving object using a plurality of spray nozzles, and more particularly to a method and apparatus for cooling a steel material, and the cooling method. The present invention relates to a method for manufacturing a continuously cast slab having a cooling process.
複数のスプレーノズルを用いて、移動する対象物に流体を噴射し、被覆したり、冷却したりする際に、一部のスプレーノズルが閉塞すると、被覆量が不均一になったり、冷却が不十分になるおそれがある。 When multiple spray nozzles are used to inject fluid onto a moving object to coat or cool it, if some of the spray nozzles are clogged, the coating amount will be uneven or the cooling will be uneven. may be sufficient.
たとえば、鋼の連続鋳造における二次冷却帯は、鋳型内で冷却され表面のみ凝固した鋳片に対し、冷却水を用いて内部まで完全凝固させるプロセスである。鋳片がスラブのように扁平の場合には、スラブの幅方向に対して均一に凝固させる必要があるため、スプレーノズルによって冷却水を広範囲に噴射し、できるだけ均一に冷却する。同様の理由により、スプレーノズルは幅方向について複数設置することが一般的である。 For example, the secondary cooling zone in continuous casting of steel is a process in which cooling water is used to completely solidify the inside of a slab that has been cooled in a mold and solidified only on the surface. If the slab is flat like a slab, it must be uniformly solidified in the width direction of the slab. Therefore, cooling water is sprayed over a wide range from a spray nozzle to cool the slab as uniformly as possible. For the same reason, it is common to install a plurality of spray nozzles in the width direction.
スプレーノズルはその特性上、流出口が非常に狭くなるため、操業中に閉塞してしまうことも多い。幅方向に設置した複数のスプレーノズルのうち一部のスプレーノズルが閉塞してしまうと幅方向の冷却水量密度に偏りが生じ、不均一凝固による割れの発生リスクが高まる。しかし、設備稼働中はノズルの交換はできないため、次の修繕まで閉塞した状態で操業することになる。よって、スプレーノズル異常の迅速な検知と交換、交換までの間の不均一冷却に対する回避アクションが必要になる。 Due to the characteristics of the spray nozzle, the outflow port is very narrow, so it often becomes clogged during operation. If some of the spray nozzles installed in the width direction are clogged, the density of the cooling water in the width direction will be uneven, increasing the risk of cracking due to non-uniform solidification. However, since the nozzles cannot be replaced while the equipment is in operation, the nozzles will remain closed until the next repair. Therefore, there is a need for prompt detection and replacement of abnormalities in the spray nozzle, and action to avoid uneven cooling during replacement.
たとえば、特許文献1には、冷却水の流量を調整する流量調節弁の圧力と流量を測定することで、予め求めた圧力-流量基準線と対比して圧力差を求め、冷却水の圧力差と空気の圧力差からスプレーノズルの異常を検知する技術が開示されている。
For example, in
特許文献2には、スプレー冷却装置の取り付け・取り外しを迅速に行う方法を示している。 US Pat. No. 6,300,001 shows a method for quickly installing and removing a spray cooling device.
特許文献3では、検知した配管詰まりを元に鋳造速度を低減することで設定水量を低減し、水量不足による未凝固を回避している。
In
しかしながら、上記従来の技術には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
特許文献1に開示の技術は、単にスプレーノズルの異常を検知するのみである。また、特許文献2に開示の技術は、通常時間のかかる取り付け・取り外しの作業時間を短縮することで生産性を落とさずに整備することを可能にしているが、冷却装置交換までの操業中は欠陥発生リスクが高まる。また、特許文献3に記載された技術では、幅方向の不均一冷却については言及していない。
However, the conventional technique described above still has the following problems to be solved.
The technique disclosed in
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数のスプレーノズルを用いて、移動している対象物に流体を噴射する際に、スプレーノズルの閉塞時における幅方向の不均一流量分布を緩和、改善する、スプレー流量の制御方法および装置を提供し、不均一冷却を緩和、改善する鋼素材の冷却方法および装置を提供する。さらには不均一冷却を緩和、改善する連続鋳造鋳片の製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the width of the spray nozzles when they are blocked when a fluid is sprayed onto a moving object using a plurality of spray nozzles. A spray flow rate control method and apparatus are provided that mitigates and improves directional non-uniform flow distribution, and a steel stock cooling method and apparatus that mitigates and improves non-uniform cooling are provided. Furthermore, the present invention provides a method for producing a continuously cast slab that mitigates and improves non-uniform cooling.
発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意究明した。
上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかる流量制御方法は、複数のスプレーノズルを用いて、移動している対象物に流体を噴射する際のスプレー流量の制御方法であって、前記複数のスプレーノズルにおけるそれぞれのスプレーノズルの閉塞度合いを探知するステップと、探知された閉塞度合いを条件として、前記複数のスプレーノズルにより噴射可能な流体の流量分布を決定するステップと、決定された流体の流量分布に基づいて、前記複数のスプレーノズルにおける各スプレーノズルへの流体の供給量を制御するステップと、を有するものである。
The inventors have diligently investigated a technique for solving the above problems.
A flow rate control method according to the present invention, which has been developed to solve the above problems and achieve the above objects, is a method of controlling a spray flow rate when a fluid is jetted onto a moving object using a plurality of spray nozzles. detecting the degree of clogging of each of the plurality of spray nozzles; and determining the flow rate distribution of the fluid that can be ejected by the plurality of spray nozzles on the basis of the detected degree of clogging. and controlling the amount of fluid supplied to each spray nozzle of the plurality of spray nozzles based on the determined fluid flow rate distribution.
なお、本発明にかかる流量制御方法については、前記流体の流量分布を、数値解析によって求めること、がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。 In addition, regarding the flow rate control method according to the present invention, it is considered that obtaining the flow rate distribution of the fluid by numerical analysis can be a more preferable solution.
上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかる流量制御装置は、移動している対象物に複数のスプレーノズルから流体を噴射するスプレーの流量を制御する装置であって、前記複数のスプレーノズルにおけるそれぞれのスプレーノズルの閉塞度合いを探知するノズル閉塞探知部と、探知された閉塞度合いを条件として、前記複数のスプレーノズルにより噴射可能な流体の流量分布を決定する流量分布決定部と、決定された流体の流量分布に基づいて、各スプレーノズルの流量を制御する流量制御部と、を有すものである。 A flow rate control device according to the present invention, which has been developed to solve the above problems and achieve the above objects, is a device for controlling the flow rate of a spray that injects a fluid from a plurality of spray nozzles onto a moving object. a nozzle clogging detection unit for detecting the degree of clogging of each of the plurality of spray nozzles; and a flow rate distribution determining the flow rate distribution of the fluid that can be ejected by the plurality of spray nozzles on the basis of the detected degree of clogging. and a flow controller for controlling the flow rate of each spray nozzle based on the determined flow rate distribution of the fluid.
なお、本発明にかかる流量制御装置については、前記流量分布決定部が、流体の流量分布を、数値解析によって求めるように構成されていること、がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。 In the flow rate control device according to the present invention, it is considered that the flow rate distribution determination unit is configured to determine the flow rate distribution of the fluid by numerical analysis, which can be a more preferable solution.
上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかる鋼素材の冷却方法は、上記流量制御方法を用いて、鋼素材を冷却媒体で冷却する方法であって、前記移動している対象物を、高温の鋼素材とし、前記流体を冷却媒体とするものである。 A steel material cooling method according to the present invention, which has been developed to solve the above problems and achieve the above objects, is a method of cooling a steel material with a cooling medium using the above flow rate control method. A high-temperature steel material is used as the object to be held, and the fluid is used as a cooling medium.
上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかる鋼素材の冷却装置は、上記流量制御装置を用いて、鋼素材を冷却媒体で冷却する装置であって、前記移動している対象物が、高温の鋼素材であり、前記流体が冷却媒体である。 A steel material cooling apparatus according to the present invention, which has been developed to solve the above problems and achieve the above objects, is an apparatus for cooling a steel material with a cooling medium using the flow rate control device. The object in contact is a hot steel material and the fluid is the cooling medium.
なお、本発明にかかる鋼素材の冷却装置については、前記流量分布決定部が、前記冷却媒体の流量分布を、前記鋼素材の幅方向の温度分布をもとに決定するように構成されていること、がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。 In addition, in the steel material cooling device according to the present invention, the flow rate distribution determination unit is configured to determine the flow rate distribution of the cooling medium based on the temperature distribution in the width direction of the steel material. is considered to be a more preferable solution.
上記課題を解決し、上記の目的を実現するため開発した本発明にかかる連続鋳造鋳片の製造方法は、前記鋼素材は連続鋳造における鋳片であり、前記冷却媒体の流量分布を、前記鋳片の幅方向の温度分布をもとに決定する、上記鋼素材の冷却方法を冷却工程として有するものである。 In the method for producing a continuously cast slab according to the present invention, which has been developed to solve the above problems and achieve the above objects, the steel material is a slab in continuous casting, and the flow rate distribution of the cooling medium is controlled by the The method of cooling the steel material, which is determined based on the temperature distribution in the width direction of the piece, is included as a cooling process.
なお、本発明にかかる連続鋳造鋳片の製造方法は、前記冷却媒体の流量分布は、当該流量分布に基づいて冷却媒体の供給量が制御された場合に、鋳片の幅方向の温度分布が均一な分布に漸近するように数値解析されて得られたものであること、がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。 In addition, in the method for producing a continuously cast slab according to the present invention, the flow rate distribution of the cooling medium is such that when the supply amount of the cooling medium is controlled based on the flow rate distribution, the temperature distribution in the width direction of the slab is It is considered that a more preferable solution is to be obtained by numerical analysis so as to asymptotically uniform distribution.
以上説明したように、によれば、スプレーノズルの閉塞度合いに基づいて、個々のスプレーノズルの流量を決定するようにしたので、スプレー管閉塞時における幅方向の不均一流量分布を緩和、改善することができるようになった。 As described above, the flow rate of each spray nozzle is determined based on the degree of clogging of the spray nozzle, so that uneven flow distribution in the width direction when the spray pipe is clogged can be alleviated and improved. It became possible.
また、本発明にかかる流量制御方法および流量制御装置を、鋼素材の冷却方法および装置に適用したので、鋼素材の不均一冷却を緩和、改善することができるようになった。さらに、本発明にかかる鋼素材の冷却方法を連続鋳造の冷却工程として用いることにより、鋳片の不均一冷却を緩和、改善することができるようになり、その結果、不均一凝固による割れの発生リスクが低減し、製造歩留まりの低下を抑止できる。 Further, since the flow rate control method and the flow rate control device according to the present invention are applied to the cooling method and device for the steel material, it has become possible to mitigate and improve the non-uniform cooling of the steel material. Furthermore, by using the steel material cooling method according to the present invention as a cooling process for continuous casting, it is possible to alleviate and improve the non-uniform cooling of the cast slab, and as a result, the occurrence of cracks due to non-uniform solidification. Risk is reduced, and a decrease in manufacturing yield can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の第1の実施形態は、複数のスプレーノズルを用いて、移動している対象物に流体を噴射する際に、スプレーノズルの閉塞時における幅方向の不均一流量分布を緩和、改善する、スプレー流量の制御方法および流量制御装置である。なお、本明細書では「複数のスプレーノズル」を単に「スプレーノズル」と呼ぶ場合がある。図1に本実施形態の流量制御装置の概略をブロック図で示す。本実施形態の流量制御装置1は流量決定装置2と流量調整弁を含むスプレーノズル3からなる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A first embodiment of the present invention mitigates and improves uneven flow distribution in the width direction when spray nozzles are clogged when spraying fluid onto a moving object using a plurality of spray nozzles. , a spray flow control method and a flow control device. In this specification, the "plurality of spray nozzles" may be simply referred to as "spray nozzles". FIG. 1 shows a schematic block diagram of the flow rate control device of this embodiment. A flow
流量決定装置2は、ノズル閉塞探知部21と、流量分布決定部22と、流量制御部23と、からなる。
The flow
ノズル閉塞探知部21は、たとえば、個々のスプレーノズルに流れる流体の流量を監視し、その流量の低下を探知して、ノズル閉塞度合いを収集する。収集したノズル閉塞度合いを流量分布決定部22に渡す。ここで、監視する情報は、流体の流量に限られず、流体の背圧や対象物表面の流体被覆の不均一度など、ノズル閉塞度合いが探知できるものであればよい。また、ノズル閉塞度合いは、閉塞を「0」、開通を「1」とする2値のデータでもよいし、0~1の間の実数データを与えてもよい。
The
流量分布決定部22は、ノズル閉塞度合いの探知結果に基づき、たとえば、後述の図2のフローに従い、最適な流量分布を決定する。決定した流量分布は、スプレーノズルの流量制御部23に伝送する。
The flow
スプレーノズルの流量制御部23は、決定した流量分布を達成する個々のスプレーノズル3の流量を流量調整弁の開閉等により調整する。もって、一部のスプレーノズルの閉塞時における幅方向の不均一流量分布を緩和、改善することができる。
The spray nozzle
次に、第2の実施形態は、鋼素材の冷却方法および冷却装置であり、上記流量制御方法および流量制御装置を適用して好適である。この実施形態では、移動している対象物は、高温の鋼素材、たとえば、連続鋳造中の鋳片(切断前)や熱間圧延用の被圧延体であり、流体は、冷却媒体、たとえば、冷却水や気水ミストである。 Next, a second embodiment is a steel material cooling method and a cooling device, and is suitable for applying the flow rate control method and flow rate control device described above. In this embodiment, the object in motion is a hot steel material, for example a billet during continuous casting (before cutting) or a rolled body for hot rolling, and the fluid is a cooling medium, for example Cooling water or air-water mist.
図2は、この実施形態にかかる鋼素材の冷却方法における流量分布を決定するフロー図である。たとえば、連続鋳造機の二次冷却帯のスプレー冷却水のように自由表面が解析領域のほとんどを占める問題では差分法や有限体積法といった格子法は適さないので、本実施形態では粒子法を用いて解析を実施した。 FIG. 2 is a flow diagram for determining the flow rate distribution in the steel material cooling method according to this embodiment. For example, in a problem where the free surface occupies most of the analysis area, such as spray cooling water in the secondary cooling zone of a continuous casting machine, the lattice method such as the difference method or the finite volume method is not suitable, so the particle method is used in this embodiment. analysis was performed.
処理を開始する(S00)にあたり、ステップ01として、入力値はスラブ幅、ロール径、軸受サイズ、ロール間の幅、スプレーノズル位置の内少なくとも1つを用いるものとし、1セグメント、もしくはロール数列の解析を行う(S01)。 At the start of the process (S00), at step 01, at least one of the slab width, roll diameter, bearing size, width between rolls, and spray nozzle position is used as the input value, and one segment or roll sequence Analysis is performed (S01).
さらに、ステップ02で所望のスラブ表面温度、ステップ03でスプレーノズル閉塞パターン2N通りも入力値として加える(S02、S03)。ここで、Nは解析領域内におけるスプレーの本数であり、0(閉塞)と1(開通)でノズル閉塞を表現する。 Further, the desired slab surface temperature is added in step 02, and the 2N spray nozzle clogging patterns are added as input values in step 03 (S02, S03). Here, N is the number of sprays in the analysis area, and 0 (blockage) and 1 (open) express nozzle blockage.
ステップ04では、世代g=1から解析を開始する(S04)。 At step 04, analysis is started from generation g=1 (S04).
ステップ05では、各閉塞パターンに対し、スプレーノズルの流量範囲から流量パターンをランダムに生成し(S05)、ステップ06にて、生成された流量パターンに対して数値解析によりスラブの温度分布を算出する(S06)。最終的には遺伝的アルゴリズムを用いて最適な流量パターンを得る。本実施形態の場合は、鋳片等の冷却を念頭に置いているので、最適な流量パターンというのは、例えばスラブ(鋳片)の幅方向の温度分布が均一なものに漸近するように解析・評価を繰り返して得られるものである。なお、生成した流量パターンに対し、0と1のスプレーノズル閉塞パターンを掛けることで、閉塞ノズルの流量は常に0となる。 In step 05, for each blocking pattern, a flow rate pattern is randomly generated from the flow rate range of the spray nozzle (S05), and in step 06, the temperature distribution of the slab is calculated by numerical analysis of the generated flow rate pattern. (S06). Finally, a genetic algorithm is used to obtain the optimal flow pattern. In the case of this embodiment, the cooling of the slab, etc. is taken into consideration, so the optimum flow rate pattern is, for example, an analysis that makes the temperature distribution in the width direction of the slab (slab) asymptotically uniform.・It is obtained through repeated evaluation. By multiplying the generated flow rate pattern by the spray nozzle blocking pattern of 0 and 1, the flow rate of the blocked nozzle is always 0.
ステップ07では、評価関数として、所望スラブ表面温度との差異と、幅方向温度分布の標準偏差を取る(S07)。所望スラブ表面温度との差異は、解析で求められた幅方向の温度の平均値との差分を取るものとし、差分が0に近いほど大きな報酬を与える。その関係は例えば下記数式1の形で表される。
In step 07, the difference from the desired slab surface temperature and the standard deviation of the temperature distribution in the width direction are taken as evaluation functions (S07). The difference from the desired slab surface temperature is the difference from the average value of the temperature in the width direction obtained by the analysis, and the closer the difference is to 0, the greater the reward. The relationship is expressed, for example, in the form of
ここでωtmpは重み付け係数であり、Tideaは所望スラブ表面温度(℃)であり、Tcalcは計算されたスラブ表面温度(℃)であり、fwtmpはスラブ表面温度にかかる評価関数である。ここでは評価関数として上記の分数関数を用いたが、差分が0に近づくにつれて値が大きくなる関数であれば何を用いても良い。一方、幅方向温度分布の標準偏差も、0に近いほど大きな報酬を与える。その関係は例えば下記数式2の形で表される。
where ω tmp is the weighting factor, T idea is the desired slab surface temperature (°C), T calc is the calculated slab surface temperature (°C), and fw tmp is the evaluation function on the slab surface temperature. . Although the above fractional function is used as the evaluation function here, any function may be used as long as the value increases as the difference approaches zero. On the other hand, the closer the standard deviation of the widthwise temperature distribution is to 0, the greater the reward. The relationship is represented, for example, in the form of
ここでωstdは重み付け係数であり、σは幅方向温度分布の標準偏差であり、fwstdは幅方向温度分布の標準偏差の評価関数である。所望スラブ表面温度との差異に関する評価関数と同様に、標準偏差が0に近づくにつれて値が大きくなる関数であれば何を用いても良い。これら2つの評価関数を加算することで、最終的な評価関数fwを与える(数式3)。数式1および2の重み付け係数の値は収束性や要求される条件、結果によって調整するものとする。
Here, ω std is a weighting coefficient, σ is the standard deviation of the width direction temperature distribution, and fw std is the evaluation function of the standard deviation of the width direction temperature distribution. As with the evaluation function regarding the difference from the desired slab surface temperature, any function may be used as long as the value increases as the standard deviation approaches zero. A final evaluation function fw is obtained by adding these two evaluation functions (Formula 3). The values of the weighting factors in
評価関数算出後、ステップ08にて、淘汰・交叉・突然変異等の処理を行い(S08)、世代gを進めてステップ05に戻る(S09)。ステップ09において、世代が所定世代数に達していた時には、ステップ10として、このときの閉塞パターンの流量分布を出力する(S10)。 After calculating the evaluation function, in step 08, processing such as selection, crossover, and mutation is performed (S08), the generation g is advanced, and the process returns to step 05 (S09). In step 09, when the number of generations has reached the predetermined number of generations, as step 10, the flow rate distribution of the blocking pattern at this time is output (S10).
さらにステップ11では閉塞パターンを変更し(S11)、ステップ4~ステップ10の計算を繰り返す。ステップ11ですべての閉塞パターンを解析し終えた場合には(S11)、ノズル閉塞探知部21から取得された閉塞パターンに対応した流量分布を出力して終了する(S99)。
Furthermore, in step 11, the occlusion pattern is changed (S11), and the calculations in steps 4 to 10 are repeated. When all blockage patterns have been analyzed in step 11 (S11), the flow distribution corresponding to the blockage pattern acquired from the
なお、本実施形態ではすべてのスプレーノズル閉塞パターンについて流量分布を求めているが、ノズル閉塞探知部21から取得された閉塞パターンに対応する流量分布のみを算出するようにしてもよい。
In this embodiment, the flow rate distribution is obtained for all spray nozzle blockage patterns, but only the flow rate distribution corresponding to the blockage pattern acquired from the
本実施形態の鋼素材の冷却方法および冷却装置は、連続鋳造における鋳片の二次冷却、熱間圧延における被圧延体の温度制御等に用いて好適であり、幅方向の冷却不均一を緩和、改善することができる。 The steel raw material cooling method and cooling device of the present embodiment are suitable for secondary cooling of cast slabs in continuous casting, temperature control of rolled bodies in hot rolling, etc., and alleviate uneven cooling in the width direction. , can be improved.
さらに、第3の実施形態は、連続鋳造鋳片の製造方法であり、上記鋼素材の冷却方法を適用して好適である。この実施形態では、冷却工程として、連続鋳造における鋳片の二次冷却に上記第2の実施形態が適用される。その他の連続鋳造における各工程は、一般的なものを適宜適用すればよい。 Furthermore, the third embodiment is a method for manufacturing a continuously cast slab, and is suitable for applying the above steel material cooling method. In this embodiment, as the cooling step, the second embodiment is applied to the secondary cooling of the slab in continuous casting. For other steps in continuous casting, general steps may be applied as appropriate.
本実施形態に第2の実施形態を適用する方法としては、図2に示す方法で事前にすべての閉塞パターンに対応した流量分布を算出しておき、実操業中にノズル閉塞探知部21から取得された閉塞パターンに基づいて、対応する流量分布を選択するようにしてもよい。また、ノズル閉塞探知部21から取得された閉塞パターンに基づいて、対応する閉塞パターンの流量分布のみをその場で算出して用いるようにしてもよい。
As a method of applying the second embodiment to this embodiment, the flow rate distribution corresponding to all blockage patterns is calculated in advance by the method shown in FIG. Based on the determined occlusion pattern, a corresponding flow distribution may be selected. Further, based on the blockage pattern acquired from the
本実施形態の連続鋳造鋳片の製造方法は、操業中にスプレーノズルの一部が閉塞した場合であっても、そのスプレーノズルの補修や交換を待つことなく適切な二次冷却を継続することができる。したがって、このような場合でも鋳片の不均一冷却を緩和、改善でき、不均一凝固による割れの発生リスクを低減させて、製造歩留まりの低下を抑止することができる。 In the method for producing a continuously cast slab according to the present embodiment, even if part of the spray nozzle is clogged during operation, appropriate secondary cooling can be continued without waiting for repair or replacement of the spray nozzle. can be done. Therefore, even in such a case, non-uniform cooling of the slab can be alleviated and improved, the risk of cracking due to non-uniform solidification can be reduced, and a decrease in production yield can be suppressed.
上記実施形態のスプレー流量の制御方法および流量制御装置、鋼素材の冷却方法および冷却装置ならびに連続鋳造鋳片の製造方法は、従来技術との併用が可能である。たとえば、スプレーノズルの一部が閉塞したことを検知した場合に、従来は、特許文献2のように迅速に異常のある機器を交換したり、閉塞したノズルを急速に洗浄して詰まりを解消させたりしていた。本実施形態によれば、機器の交換や詰まりを解消するまでの間に製造された鋳片も一定の品質を維持することができる。結果的に製造される鋳片の最低品質が底上げされるため、歩留まり向上につながる。このように、本発明にかかる技術は従来技術と競合するものではない。
The spray flow rate control method and flow rate control device, the steel material cooling method and cooling device, and the continuously cast slab manufacturing method of the above embodiments can be used in combination with conventional techniques. For example, when it is detected that a part of the spray nozzle is clogged, conventionally, as in
また、上記実施形態で用いる、流体の流量分布を求めるための数値解析手法は、伝熱解析に加えて鋼板表面における冷却水の挙動自体も連成して解析する。そうすることで、幅方向の温度不均一性を十分再現できるようになる。具体的には、たとえば、SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法等の粒子法による解析が挙げられる。水スプレー冷却である連続鋳造の二次冷却では、鋳片表面で膜沸騰や核沸騰が発生するため、単に沸騰潜熱を考慮するのみの伝熱解析では、精度の向上が困難である。その場合であっても、SPH粒子の密度や流速から熱伝達係数に変換することで数値解析、つまり、熱流体解析の精度を向上させることができる。 Further, the numerical analysis method for determining the flow rate distribution of the fluid used in the above embodiment couples and analyzes the behavior of the cooling water itself on the surface of the steel plate in addition to the heat transfer analysis. By doing so, it becomes possible to sufficiently reproduce the temperature non-uniformity in the width direction. Specifically, for example, analysis by a particle method such as an SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) method can be mentioned. In the secondary cooling of continuous casting, which is water spray cooling, film boiling and nucleate boiling occur on the slab surface, so it is difficult to improve the accuracy of heat transfer analysis that only considers boiling latent heat. Even in that case, the accuracy of numerical analysis, that is, thermal fluid analysis can be improved by converting the density and flow velocity of SPH particles into heat transfer coefficients.
(実施例1)
発明の効果を確認する為、実際の鋳造条件を用いて、二次冷却用のスプレーノズルが一部閉塞した時のスプレーノズル流量調整を実施した。
(Example 1)
In order to confirm the effects of the invention, the spray nozzle flow rate was adjusted when the secondary cooling spray nozzle was partially clogged using actual casting conditions.
数値解析手法には粒子法の一種であるSPH法を用いて、熱流体解析を実施した。スラブ幅、ロール径、軸受サイズ、ロール間の幅、鋳造速度、鋳片表面の初期温度はそれぞれ1800mm、250mm、10mm、20mm、1.5m/min、900℃とし、スプレーノズルは幅方向に均等に3つ配置した。スプレーノズルのスプレー開き角は100°とし、流量は0~20NL/minとした。この例ではロール2列を解析領域とした。スプレーノズルの配置も2列となるので、その数は3×2=6となる。よって、解析すべきパターン数は26=64パターンとなる(000000~111111)。このそれぞれに対して遺伝的アルゴリズムによる流量最適化を行う。 Thermal fluid analysis was performed using the SPH method, which is a kind of particle method, as the numerical analysis method. The slab width, roll diameter, bearing size, width between rolls, casting speed, and initial temperature of the slab surface are 1800mm, 250mm, 10mm, 20mm, 1.5m/min, and 900°C respectively, and the spray nozzles are uniform in the width direction. 3 were placed in the The spray opening angle of the spray nozzle was 100°, and the flow rate was 0 to 20 NL/min. In this example, two rows of rolls are used as the analysis area. Since the spray nozzles are also arranged in two rows, the number is 3×2=6. Therefore, the number of patterns to be analyzed is 2 6 =64 patterns (000000 to 111111). For each of these, flow rate optimization is performed using a genetic algorithm.
遺伝的アルゴリズムの評価関数に用いられる所望スラブ表面温度は800℃とした。所望スラブ表面温度との差異と、幅方向温度分布の標準偏差と、に対する評価関数fwtmp、fwstdはそれぞれ上記数式1および2を用い、その和である上記数式3により総合的評価関数fwを得た。ここで、重み付け係数ωtmp、ωstdはともに1000とした。解析上の幅方向温度測定点は180mm間隔に11点とし、鋳造方向には解析領域の最下流位置とした。解析の時間は表面温度平均値と標準偏差の収束度合いから判断し、具体的には、測定点における上記2値の時間変化が十分小さくなったときに解析を終了することとした。上記条件によって、個体数m=20、世代数g=100で解析を行った。
The desired slab surface temperature used for the evaluation function of the genetic algorithm was 800°C. The evaluation functions fw tmp and fw std for the difference from the desired slab surface temperature and the standard deviation of the temperature distribution in the width direction are obtained using the
解析結果の一例として、スプレーノズル2列ともに中央のノズルが閉塞(条件:101101)した際の結果を示す。図3は初期世代20個体の温度分布の内1つを抜き出したものと、最終世代の内最も評価関数fwの値が高かったものの幅方向温度分布である。遺伝的アルゴリズムにより、スラブ表面温度が所望温度に近く、かつ均一に冷却できるスプレーノズル流量を決定することが出来た。 As an example of the analysis results, the results when the center nozzles of the two rows of spray nozzles are blocked (condition: 101101) are shown. FIG. 3 shows the temperature distribution in the width direction of one of the 20 individuals of the initial generation extracted and the final generation with the highest value of the evaluation function fw. The genetic algorithm was able to determine the spray nozzle flow rate that allows the slab surface temperature to be close to the desired temperature and to cool uniformly.
本発明は、複数のスプレーノズルから自由空間に噴射される流量がノズル閉塞により不均一になる場合に、不均一流量分布を緩和、改善する必要がある場合に適用して好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for applying to the case where the uneven flow rate distribution needs to be alleviated or improved when the flow rates sprayed from a plurality of spray nozzles into a free space become uneven due to nozzle clogging.
1 流量制御装置
2 流量決定装置
21 ノズル閉塞探知部
22 流量分布決定部
23 流量制御部
3 スプレーノズル
REFERENCE SIGNS
Claims (9)
前記複数のスプレーノズルにおけるそれぞれのスプレーノズルの閉塞度合いを探知するステップと、
事前に前記複数のスプレーノズルのすべての閉塞パターンについて、前記対象物の幅方向の不均一流量分布を緩和する前記複数のスプレーノズルの流量分布を求めておき、探知された閉塞度合いを条件として、前記対象物の幅方向の不均一流量分布を緩和するように、前記複数のスプレーノズルにより噴射可能な、流体の流量分布を決定するステップと、
決定された流体の流量分布に基づいて、前記複数のスプレーノズルにおける各スプレーノズルへの流体の供給量を制御するステップと、
を有し、
閉塞度合いとは、ノズルの開通から閉塞までを定量的に表現した数値とする流量制御方法。 A method for controlling a spray flow rate when spraying a fluid onto a moving object using a plurality of spray nozzles, comprising:
detecting the degree of blockage of each spray nozzle in the plurality of spray nozzles;
For all blockage patterns of the plurality of spray nozzles, the flow distribution of the plurality of spray nozzles that alleviates the uneven flow distribution in the width direction of the object is obtained in advance, and the detected degree of blockage is a condition, determining a flow distribution of fluid that can be sprayed by the plurality of spray nozzles to mitigate non-uniform flow distribution across the width of the object ;
controlling the amount of fluid supplied to each spray nozzle of the plurality of spray nozzles based on the determined flow rate distribution of the fluid;
has
The degree of blockage is a flow rate control method that uses a numerical value that quantitatively expresses the degree of nozzle opening to blockage .
前記複数のスプレーノズルにおけるそれぞれのスプレーノズルの閉塞度合いを探知するノズル閉塞探知部と、
事前に前記複数のスプレーノズルのすべての閉塞パターンについて、前記対象物の幅方向の不均一流量分布を緩和する前記複数のスプレーノズル流量分布を求めておき、探知された閉塞度合いを条件として、前記対象物の幅方向の不均一流量分布を緩和するように、前記複数のスプレーノズルにより噴射可能な、流体の流量分布を決定する流量分布決定部と、
決定された流体の流量分布に基づいて、各スプレーノズルの流量を制御する流量制御部と、
を有し、
閉塞度合いとは、ノズルの開通から閉塞までを定量的に表現した数値とする流量制御装置。 A device for controlling the flow rate of a spray that injects a fluid from a plurality of spray nozzles onto a moving object,
a nozzle clogging detector that detects the degree of clogging of each of the plurality of spray nozzles;
For all blockage patterns of the plurality of spray nozzles, the flow rate distribution of the plurality of spray nozzles that alleviates the uneven flow rate distribution in the width direction of the object is obtained in advance, and the detected degree of blockage is used as a condition for the a flow rate distribution determination unit that determines a flow rate distribution of the fluid that can be sprayed by the plurality of spray nozzles so as to alleviate uneven flow rate distribution in the width direction of the object ;
a flow controller that controls the flow rate of each spray nozzle based on the determined flow rate distribution of the fluid;
has
The degree of clogging is a numerical value that quantitatively expresses the degree of nozzle opening to clogging .
前記移動している対象物を、高温の鋼素材とし、
前記流体を冷却媒体とする、鋼素材の冷却方法。 A method of cooling a steel material with a cooling medium using the flow rate control method according to claim 1 or 2,
The moving object is a high-temperature steel material,
A cooling method for a steel material, wherein the fluid is used as a cooling medium.
前記移動している対象物が、高温の鋼素材であり、
前記流体が冷却媒体である、鋼素材の冷却装置。 A device for cooling a steel material with a cooling medium using the flow control device according to claim 3 or 4,
the moving object is a hot steel material;
A cooling device for steel material, wherein said fluid is a cooling medium.
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
山崎 伯公 他,粒子法による連鋳2次冷却のスプレー水挙動解析,鉄と鋼,日本鉄鋼協会,2013年,第99巻、第10号,p.593-600,https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.99.593 |
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