JPS63235055A - 連続鋳造鋳片の表面温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は連続鋳造機の二次冷却帯において鋳片の表面温
度を制御する方法に関し、更に詳述すればその為の最適
冷却水量の決定方法に関する。

〔従来技術〕

連続鋳造機において鋳型を出た鋳片は高速水ジェットに
よって冷却される。この冷却は二次冷却と呼ばれ、鋳片
の表面及び内部品質を左右するため、適正な水量の供給
が要求される。このため冷却水量を制御する方法として
、オペレータの手動設定によって冷却水量を一定に保つ
方法があるが、これは鋳込速度の変化に応じて適正な水
量を設定することが困難であるという問題があり、それ
に対処して鋳込速度に応じて冷却水量を自動的に変化さ
せる方法もあるが、これは鋳込速度の急変に応じて水量
も急変するため、鋳片の表面温度を一定に保ことが不可
能であり、鋳片の表面温度を制御するための一要素であ
る時間が考慮されていない。

つまり前述の２方法は冷却水量の制御方法即ち鋳片の表
面温度制御方法としては効果的な方法となりえない。そ
してこれらとは別に特開昭５７−１５４３６４号公報に
示される一次元伝熱モデルによる予測制御方法が効果的
な方法として知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで一次元伝熱モデルによる予測制御方法は鋳片の
伝熱モデルに基づいて、鋳片の全長に亘って伝熱計算に
よるトラッキングを行い、予測温度及び冷却水量を算出
するため、種々の操業条件の変化に対処できるという反
面、前記計算量が莫大な量であるため、大型のコンピュ
ータを必要とし、その設備費が高く、また１つのコンピ
ュータで複数のストランドを制御する場合には、各スト
ランドに対して夫々計算する必要があり、この結果、一
定制御周期内における処理量が増大し、コンピュータの
負荷が過大となることがある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、コン
ピュータの負荷を大幅に軽減し、少規模のコンピュータ
によっても適正な冷却水量の設定制御が可能な連続鋳造
鋳片の表面温度制御方法の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る連続鋳造鋳片の表面温度制御方法は、連続
鋳造機の二次冷却帯が複数の制御ゾーンによって構成し
てあり、各制御ゾーン毎に冷却水量を制御することによ
り鋳片の表面温度を制御する連続鋳造鋳片の表面温度制
御方法において、予め伝熱モデルによって設定鋳込速度
に対する最適冷却水量の関係を求めておき、一定時間毎
の鋳込長さ及び各制御ゾーンにおける滞留時間から求め
た履歴鋳込速度を現時点における鋳込速度に応じて修正
し、これを前記設定鋳込速度に対応させ最適冷却水量を
決定することを特徴とする。

〔作用〕

予め伝熱モデルによって設定鋳込速度に対する最適冷却
水量の関係を求めておく。そして一定時間毎の鋳込長さ
及び各制御ゾーンにおける滞留時間から履歴鋳込速度を
求め、これを現時点における鋳込速度に応じて修正する
。この修正結果を前記設定鋳込速度に対応させることに
より最適冷却水量が決定される。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。

本発明の要旨は予めオフラインにて伝熱モデルを用い一
定鋳込速度によって各制御帯毎に設定された目標温度を
達成する最適水量を複数の鋳込速度、即ち設定鋳込速度
について計算しておき、オンラインにて鋳込長さ及び各
制御帯における滞留時間から鋳片の履歴を考慮した履歴
鋳込速度を求め、これを鋳造機から検出される現時点の
鋳込速度を用いて修正し、その結果を前記オフラインに
て求めた設定鋳込速度に対応させ最適水量を決定するも
のである。

まずオフラインにおける最適水量の計算方法について説
明する。最適水量は操業条件によって設定される各冷却
ゾーン毎の目標温度を達成するために最も適した水量で
あり、鋳込速度が一定であるという前提に基づいて求め
られる。

これは第１図に示すように熱伝達の観点から鋳片の厚み
方向を一次元とする一次元伝熱モデルを用いており、ｉ
は鋳片の幅方向の中央部においての鋳片厚み方向の表面
から内部にかけて想定したメツシュを代表する点の番号
であり、鋳片表面を１とした場合、ｎは全メツシュ点数
を表わし、厚み方向の中心点の番号に相当する。

なお、本伝熱モデルにおいては凝固を伴うためエンタル
ピー法にて計算を行うようにしており、この基本式を次
に示す。

Ｑ、　＝　ｈ（ｒｗ　−ｒｔ）　　　　　　　　；　ｉ
＝１　（表面）イ旦し、Ｈ五　；エンタルピ Ｈｚ’；Δを時間後のエンタルピ Δｔ；計算時間間隔 ρ；比重 ΔＶ；メツシュ体積 Ｑｌ；流入出熱量 Ｋｔ；熱伝導率 Ｔ五　；メツシュ点ｉでの温度 ６２１７７９１間距離 Ｔｗ；水温（冷却水が散布されていない部分においては
雰囲気温度） ｈ；表面での熱伝達率 ｎ；メツシュ数 である。

上記伝熱モデルを用いて各ゾーンの最適水量を計算する
。

第２図は制御ゾーンと目標温度との関係を示す連続鋳造
設備の模式図である。図中２は鋳型であり、１は鋳片で
ある。鋳片１の全長に亘って設けられた冷却水散布設備
は鋳片長さ方向において数ゾーンに分割されて制御され
るように構成されており、ここでは３ゾーンに分割され
、その各制御ゾーンＩ、　　Ｉｔ及び■に夫々鋳込速度
等の操業条件に応じた目標表面温度ＴＡ、Ｔ＋＋及びＴ
ｃを設定する。

ここでまず、標準的な冷却水量を与えて制御ゾーン■の
出側の表面温度Ｔ、を算出する。

そしてＩＴＩ　−ＴＡ　ｌ＜ε　（ε；許容誤差）とな
るように、水量、つまり水量に応じて決定される表面で
の熱伝達率りを変化させ最適水量を算出、決定する。

次に制御ゾーン■において求めたゾーンＩ出側のエンタ
ルピーＨｉを用いてゾーン■出側の表面温度Ｔ、ｒ−を
求め、以下同様にして順次各制御ゾーンについて最適水
量を算出する。

更に前記最適水量を複数の鋳込速度について算出するこ
とによって設定鋳込速度（Ｖｃ）と水量（Ｑ）との関係
曲線を作成する。

第３図は上述のようにして作成されたＶｃ−Ｑ曲線の一
例であり、実線、破線及び一点鎖線は夫々制御ゾーンＩ
、ｎ及び■における設定鋳込速度と水量との関係を示し
ている。

第４図及び第５図は同じく伝熱モデルの基本式を用いて
夫々溶鋼温度（ΔＴ）及び冷却水温度（Ｔ、）について
水量との関係を求めたΔＴ−Ｑ曲線及びＴ、−Ｑ曲線で
ある。

溶鋼温度と冷却水温については鋳込み中に変化すること
は比較的少ないが、これらを求めておくことにより、こ
れらが変化した場合にも対応できる。

以上の如く、オフラインにおいて各ゾーンにおける最適
冷却水量を予め算出しておき、オンラインにおける履歴
鋳込速度及びこれを修正した鋳込速度（修正鋳込速度と
呼ぶ）の計算を行う。

履歴鋳込速度及び修正鋳込速度は鋳込速度の時間的な変
動を考慮して求めるものであり、現時点の鋳込速度に至
る迄の前の速度、即ち過去の速度の時間に対する変動量
を重視することによって現時点の速度との時間当りの増
減関係を知り、これに応じて適正な冷却水量を決定する
のである。

つまり、ある制御ゾーンにおいて、高速（又は低速）で
あった鋳込速度が低速（又は高速）に急変した場合、現
時点の速度に応じて冷却水量を急激に減少（又は増加）
させると、鋳片に対する冷却水量が不足（又は超過）し
て鋳片は高温（又は低温）となり目標温度との差が大き
くなることがある。

このような場合、冷却水量は徐々に変化させるのがよく
、そのために時間当りの過去の速度変動量も考慮して冷
却水量を設定する必要がある。

前記履歴鋳込速度は過去の速度に基づいて定まる鋳込速
度であり、これを求めるためにまず鋳片の各ゾーンｊに
おける平均滞留時間ＭＲＴＪを算出する。

平均滞留時間ＭＲＴＪは鋳片が鋳込開始から各制御ゾー
ンにおける鋳込方向の中央位置を通過する迄に滞留して
いた時間であって、これは速度変動によって異なるが、
平均的に捉えることによって求める。

（１）　　鋳込開始から一定時間間隔ΔＳ毎（例えば１
０秒、２０秒等）にその時間内に鋳込まれた距離を求め
る。

各ΔＳ毎の鋳込距離１．．１！、・・・、１１は第６図
に示す如く第１番目のΔＳ１、即ち鋳込まれた直後の現
在から最も近いΔＳにおける鋳込距離を常に！、とする
と、第２番目のΔＳ！における鋳込距離は新たな鋳込距
離である！、と、ΔＳ１において距離がｌ、であったと
ころの１２とて表わされる。

同様にして第ｍ番目のΔＳ６における鋳込距離は最も新
しい１１，６５Ｍ−１において１１であった！！２．・
・・、最初のΔＳ、において鋳込まれた距離らとで表わ
される。　　。

（２）次にメニスカスからの鋳込長、即ち各ΔＳが開始
された先頭位置Ｌｌ　＋　　Ｌ！　＋　・・・Ｌｌを求
める。

（１）の結果を用いて第１番目のΔｓＩにおける鋳込長
をＬｌとするとり、＝Ａ、となる。第２番目のΔＳ！に
おける鋳込長はり、が新たな１１となり、Ｌ２はその新
たなＬとΔｓＩにおいてｌＩであったところの１２との
和１．＋１．である。

同様にして第ｍ番目のΔＳ１における鋳込長はＬＩＩ＝
　　Σ　ｌ、である。

（３）メニスカスからゾーンｊの中央位置までの距離を
Ｄｚｊとし、 Ｌｍ＜Ｄ３ｊ＜Ｌ、。。

となる条件を満足するｍを求める。

（４）平均滞留時間ＭＲＴｊを各ゾーンｊ毎に求める。

つまり（３）においてＤ８ｊが鋳込長りの何番目の間に
相当するかを求めることにより滞留時間の範囲を限定し
、（４）においてΔｓ１内の鋳込速度の変動を平均的に
捉えること、即ち一定と仮定することによって平均滞留
時間ＭＲＴｊを特定する。この結果を用いて求まるのが
次に示す履歴鋳込速度Ｖ、であり、これを各ゾーンｊ毎
に求める。

ＲＴｊ そして、これを用いて次に示す修正鋳込速度ＶＭＥｊを
各ゾーン毎に求める。

■□ｊ＝αＪ　Ｘ■、、＋　（１−α、）ｘＶ。

但し　Ｖ、；現時点における鋳込速度 α、；各ゾーン毎の修正係数（０≦αｊ≦１）である。

αｊは鋳造設備又はゾーン毎に異なる冷却水ゾーンの長
さに対応してＶ□ｊの適正値が異なるため、オフライン
・シミュレーションにて各種の速度変化及び冷却パター
ンについて伝熱モデルに基づいて決定する。

つまり修正鋳込速度ＶＭ’Ｅｊは例えばピンチローラ等
から検出される現時点の鋳込速度Ｖｃと、過去の鋳込速
度に基づいて算出された履歴鋳込速度■ｏｊとの相互関
係によって決まり、この関係は各ゾーンｊ毎に定まる修
正係数αｊによって決まる。

例えばα、がＯ又は０に近い場合、■□ｊは■９、即ち
現時点の鋳込速度によって定まる割合が高（、逆にαｊ
が１又はｌに近い場合には、■。つまり過去の鋳込速度
に基づいて定まる割合が高い。

以上の如くオフラインにて算出された最適水量Ｑと設定
鋳込速度■。との関係と、オンラインにて算出された修
正鋳込速度ＶＭＥｊとを用いてオンラインにて設定冷却
水量Ｑｊを算出する。

設定冷却水量Ｑｊ　は第７図に示す如く、各ゾーン毎の
ｖｃ−０曲線において速度変動の時間的考慮を加えた修
正鋳込速度■□ｊの値を■ゎに対応させることにより決
定される。

第８図は本発明方法を適用して求められた実測値を示す
グラフであり、横軸は共通であり、鋳込経過時間（分）
を示し、縦軸は上から順に鋳片の表面温度（℃）、冷却
水ｆｔ　＜１＞及び鋳込速度（ｍ／分）を夫々示してお
り、本適用例においては制御ゾーンを３箇所に制御周期
時間を２０秒に夫々設定した。加えて各ゾーンにおける
修正係数αｊは夫々 ゾーン１；α、　＝０．５ ゾーン２；α！　＝０．７５ ゾーン３；αｓ　＝１．０ と設定した。

表面温度及び冷却水量のグラフにおいて実線は夫々ゾー
ン１出側温度及びゾーン１冷却水量を示し、同様に破線
はゾーン２における出側温度及び冷却水量を示し、一点
鎖線はゾーン３について示している。

鋳込速度が１．６　（ｍ／分）がら１．８　（ｍ／分）
に一時、変更されている。この場合、冷却水量はグラフ
から分かるように夫々修正係数αｊの値に応じた変化を
示している。

そして表面温度のグラフから分るようにゾーン１及び３
については夫々表面温度が±２０℃以内に制御されてお
り、ゾーン２においてはそれ以下の値に制御されている
。

これは前述した予測制御方法による結果と比較した場合
、はとんど差のない値である。

〔効果〕

本発明においては伝熱計算をオンラインにて行なわない
ため、コンピュータの処理量が約１００分の１程度に大
幅に減少され、この結果、大型のコンピュータを必要と
せず、設備費を安価に抑えることができ、また多ストラ
ンド設備において本制御方法を各ストランド毎に実施し
た場合においても、ストランド増によるコンピュータの
負荷は個々の処理量が少ないため容易に対応できる。

更に冷却水量の設定は伝熱計算に基づいているため、操
業条件の変化に高精度に対応でき、最適な冷却水量を設
定できる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される一次元伝達モデル、第２図
は制御ゾーンと設定温度との関係を示す模式図、第３図
はＶＣ−Ｑ曲線、第４図はΔＴ−Ｑ曲線、第５図はＴ、
−Ｑ曲線、第６図は平均滞留時間の算出方法を示す説明
図、第７図は設定冷却水量の決定方法を示すＶＣ−Ｑ曲
線、第８図は本発明適用結果を示すグラフである。 １・・・鋳片　２・・・鋳型 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　火宅１図 第　２　図 篤　３　図 第４図 猪　５　図 ΔＳ／　　　　　ＡＳ２ＡＳｙ　　　−一−−Δ５＃Ｌ
第　６　図 第　７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、連続鋳造機の二次冷却帯が複数の制御ゾーンによっ
   て構成してあり、各制御ゾーン毎に冷却水量を制御する
   ことにより鋳片の表面温度を制御する連続鋳造鋳片の表
   面温度制御方法において、 予め伝熱モデルによって設定鋳込速度に対 する最適冷却水量の関係を求めておき、一定時間毎の鋳
   込長さ及び各制御ゾーンにおける滞留時間から求めた履
   歴鋳込速度を現時点における鋳込速度に応じて修正し、
   これを前記設定鋳込速度に対応させ最適冷却水量を決定
   することを特徴とする連続鋳造鋳片の表面温度制御方法
   。