KR102460212B1 - 연속 주조의 제어 장치, 방법 및 프로그램 - Google Patents

연속 주조의 제어 장치, 방법 및 프로그램 Download PDF

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Abstract

노즐로부터 용융 금속을 주형에 주입하고, 용융 금속을 응고시키면서 인발함으로써 연속적으로 주편을 제조하는 연속 주조의 제어 장치이며, 상기 주형 내의 탕면 레벨을 측정하는 탕면 레벨 측정계와, 상기 탕면 레벨 측정계로 측정된 탕면 레벨을 탕면 레벨 목표값에 추종시키도록, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 조절하는 유량 조절 기구의 조작량을 구하는 주 제어부와, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 측정하는 유량 측정계와, 상기 유량 측정계로 측정되는 용융 금속의 유량 측정값에 기초하여 구해진 주입 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어부에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제1 보정량을 구하는 주입 외란 보정부와, 상기 탕면 레벨 측정계로 측정되는 탕면 레벨 측정값에 기초하여 구해진 인발 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어부에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제2 보정량을 구하는 인발 외란 보정부를 구비한다.

Description

연속 주조의 제어 장치, 방법 및 프로그램
본 발명은, 연속 주조의 제어 장치, 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
본원은, 2018년 9월 18일에, 일본에서 출원된 일본 특허 출원 제2018-174009호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
강의 연속 주조에 있어서, 주형 내의 용강의 탕면 변동을 억제하여, 탕면 레벨을 일정하게 유지하는 것은, 주편 품질의 악화 방지뿐만 아니라, 조업의 안정화의 관점에서도 중요하다. 통상, 1기의 탕면 레벨 측정계의 측정값에 기초하여, 탕면 레벨을 일정하게 유지하도록 피드백 제어를 실행한다.
이러한 종류의 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 철강 프로세스를 대상으로 하는 것은 아니지만, 증기 터빈 복수기의 수위 레벨 제어 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는, 터빈 입구 증기 유량계에 의해 계측되는 증기 터빈의 입구 증기 유량과 복수 유량계에 의해 계측되는 복수 유량의 편차 신호를, 복수기 레벨 제어 밸브의 개방도량에 상당하는 복수기 레벨 제어 보정량으로 환산하여, 정치 제어를 행하고 있는 PID 제어의 출력에 가산하여 복수기 레벨 제어 밸브를 제어하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 2012-159024호 공보 일본 특허 공개 2007-7722호 공보
연속 주조에 있어서는, 주형에 주입되는 용강의 유량에 변동을 부여하는 노즐 막힘 등의 외란이나, 주형 내의 탕면 레벨에 변동을 부여하는 비정상 벌징에 수반되는 체적 변동 등의 외란이 발생하는 경우가 있다. 특허문헌 1에서는, 정치 제어를 행하고 있는 PID 제어의 출력에 제어 보정량을 가산하는 구성이 개시되어 있지만, 이것을 연속 주조에 적용한 경우, 특히 후자의 외란이 발생한 경우에, 탕면 레벨의 제어 성능이 악화되어버린다.
본 발명은 상기와 같은 점에 감안하여 이루어진 것으로, 연속 주조에 있어서 복수종의 외란이 발생한 경우라도, 주형 내의 탕면 레벨을 고정밀도로 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는, 이하와 같다.
(1) 본 발명의 제1 양태는, 노즐로부터 용융 금속을 주형에 주입하고, 용융 금속을 응고시키면서 인발함으로써 연속적으로 주편을 제조하는 연속 주조의 제어 장치이며, 상기 주형 내의 탕면 레벨을 측정하는 탕면 레벨 측정계와, 상기 탕면 레벨 측정계로 측정된 탕면 레벨을 탕면 레벨 목표값에 추종시키도록, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 조절하는 유량 조절 기구의 조작량을 구하는 주 제어부와, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 측정하는 유량 측정계와, 상기 유량 측정계로 측정되는 용융 금속의 유량 측정값에 기초하여 구해진 주입 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어부에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제1 보정량을 구하는 주입 외란 보정부와, 상기 탕면 레벨 측정계로 측정되는 탕면 레벨 측정값에 기초하여 구해진 인발 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어부에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제2 보정량을 구하는 인발 외란 보정부를 구비한다.
(2) 상기 (1)에 기재된 연속 주조의 제어 장치는, 상기 유량 조절 기구의 조작량과 용융 금속의 유량의 관계를 나타내는 유량 특성 모델을 사용하여, 개방도에 따른 용강의 유량 추정값을 계산하는 유량 추정부를 더 구비하고, 상기 주입 외란 보정부는, 상기 유량 측정계로 측정되는 용융 금속의 유량 측정값과, 상기 유량 추정부에서 계산되는 용융 금속의 유량 추정값의 차를 주입 외란의 추정값으로 하고, 당해 주입 외란의 추정값에 따라서, 상기 제1 보정량을 구해도 된다.
(3) 상기 (2)에 기재된 연속 주조의 제어 장치에서는, 상기 주입 외란 보정부는, 상기 유량 특성 모델의 역 모델을 사용하여, 상기 제1 보정량을 구해도 된다.
(4) 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 연속 주조의 제어 장치에서는, 상기 인발 외란 보정부는, 상기 유량 특성 모델의 역 모델을 사용하여, 상기 제2 보정량을 구해도 된다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 연속 주조의 제어 장치는, 상기 유량 측정계로 측정되는 용융 금속의 유량 측정값과 상기 탕면 레벨 측정계로 측정되는 탕면 레벨 측정값을 입력으로 하고, 용융 금속의 유량에 대한 탕면 레벨의 응답을 나타내는 프로세스 모델을 사용하여, 탕면 레벨과 인발 외란을 상태 변수로 하는 루엔버거형의 옵저버를 구성하고, 인발 외란의 추정값을 구하는 인발 외란 추정부를 구비하고, 상기 인발 외란 보정부는, 상기 인발 외란 추정부에서 구한 인발 외란의 추정값에 따라서, 상기 제2 보정량을 구해도 된다.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 연속 주조의 제어 장치에서는, 상기 유량 측정계가 전자 유량계여도 된다.
(7) 본 발명의 제2 양태는, 노즐로부터 용융 금속을 주입으로 하고, 용융 금속을 응고시키면서 인발함으로써 연속적으로 주편을 제조하는 연속 주조의 제어 방법이며, 상기 주형 내의 탕면 레벨을 탕면 레벨 측정계로 측정하는 탕면 레벨 측정 스텝과, 상기 탕면 레벨 측정 스텝에서 측정된 탕면 레벨을 탕면 레벨 목표값에 추종시키도록, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 조절하는 유량 조절 기구의 조작량을 구하는 주 제어 스텝과, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 유량 측정계로 측정하는 유량 측정 스텝과, 상기 유량 측정 스텝에서 측정되는 용융 금속의 유량 측정값에 기초하여 구해진 주입 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제1 보정량을 구하는 주입 외란 보정 스텝과, 상기 탕면 레벨 측정계로 측정되는 탕면 레벨 측정값에 기초하여 구해진 인발 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제2 보정량을 구하는 인발 외란 보정 스텝을 갖는다.
(8) 본 발명의 제3 양태는, 노즐로부터 용융 금속을 주형에 주입하고, 용융 금속을 응고시키면서 인발함으로써 연속적으로 주편을 제조하는 연속 주조를 제어하기 위한 프로그램이며, 탕면 레벨 측정계로 측정된 탕면 레벨을 탕면 레벨 목표값에 추종시키도록, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 조절하는 유량 조절 기구의 조작량을 구하는 주 제어 스텝과, 유량 측정계로 측정되는 용융 금속의 유량 측정값에 기초하여 구해진 주입 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제1 보정량을 구하는 주입 외란 보정 스텝과, 상기 탕면 레벨 측정계로 측정되는 탕면 레벨 측정값에 기초하여 구해진 인발 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제2 보정량을 구하는 인발 외란 보정 스텝을 컴퓨터에 실행시키도록 구성한 프로그램이다.
본 발명에 따르면, 연속 주조에 있어서 복수종의 외란이 발생한 경우라도, 주형 내의 탕면 레벨을 고정밀도로 제어할 수 있다. 이에 의해, 주편의 고품질화 및 조업의 안정화가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연속 주조의 제어 장치를 포함하는 제어 시스템의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연속 주조의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연속 주조의 제어 장치의 제어계를 나타내는 블록선도이다.
도 4는 본 발명법과 종래법을 비교하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성도이다.
도 5는 본 발명법과 종래법을 비교하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성도이다.
도 6은 본 발명법과 종래법을 비교하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연속 주조의 제어 장치(100)에 대하여 설명한다.
도 1에, 연속 주조의 제어 장치(100)와, 제어 대상의 연속 주조 설비를 포함하는 연속 주조의 제어 시스템의 개략 구성을 나타낸다.
연속 주조 설비는, 주형(1)과, 침지 노즐(2)을 구비하고, 용강이 턴디쉬(도시생략)로부터 침지 노즐(2)을 통해 주형(1)으로 주입된다. 주형(1)은 수랭되어 있으며, 주형에 접한 용강은 응고하기 시작한다. 침지 노즐(2)로부터 용강을 주형(1)으로 주입하고, 용강을 응고시키면서 인발함으로써 연속적으로 주편을 제조한다.
주형(1) 내의 탕면 부근에는, 주형(1) 내의 탕면 레벨을 측정하는 탕면 레벨 측정계(3)가 설치된다. 또한, 침지 노즐(2)에는, 주형(1)에 주입되는 용강의 유량을 측정하는 노즐 내 유량 측정계(4)가 설치된다. 탕면 레벨 측정계(3)로 측정되는 탕면 레벨 측정값(즉, 탕면 레벨 실적)과, 노즐 내 유량 측정계(4)로 측정되는 용강의 유량 측정값(즉, 용강의 유량 실적)은 제어 장치(100)에 입력된다. 노즐 내 유량 측정계(4)로서는, 예를 들어 전자 유량계를 사용할 수 있다.
침지 노즐(2)로부터 주형(1)에 주입되는 용강의 유량은, 용강의 유량을 조절하는 유량 조절 기구(조작 단부)인 슬라이딩 게이트(5)의 개방도에 의해 조절된다. 슬라이딩 게이트(5)의 개방도는, 제어 장치(100)의 제어하에서 조작된다. 또한, 도 1에 도시한 예에서는 슬라이딩 게이트(5)를 사용하지만, 스토퍼를 사용하여 침지 노즐(2)로부터의 용강 공급 유량을 조정하는 구성으로 해도 된다.
도 2에, 본 실시 형태에 따른 연속 주조의 제어 장치(100)의 구성을 나타낸다. 제어 장치(100)는, 주 제어기(101)(주 제어부)와, 유량 추정부(102)와, 주입 외란 보정부(103)와, 외란 옵저버(104)와, 인발 외란 보정부(105)를 구비한다.
주 제어기(101)는, 탕면 레벨 측정계(3)로 측정되는 탕면 레벨 측정값 y를 탕면 레벨 목표값에 추종시키도록, 슬라이딩 게이트(5)의 개방도 u를 구함으로써, 탕면 레벨을 일정하게 유지하도록 피드백 제어를 실행한다. 또한, 이하에서는, 슬라이딩 게이트(5)의 개방도를 단순히 개방도라고 칭한다.
유량 추정부(102)는, 개방도와 용강의 유량과의 관계를 나타내는 유량 특성 모델을 사용하여, 현상의 개방도에 따른 용강의 유량 추정값 Qpred를 계산한다.
주입 외란 보정부(103)는, 노즐 내 유량 측정계(4)로 측정되는 용강의 유량 측정값 Q와, 유량 추정부(102)에서 계산되는 용강의 유량 추정값 Qpred와의 차를 주입 외란의 추정값 d1 ^로 하고, 주입 외란의 추정값 d1 ^에 따라서, 개방도 u에 대한 개방도 보정량 v를 구한다. 또한, 주입 외란의 추정값 d1 ^의 구하는 방법은, 이것에 한정되지 않고, 유량 측정값 Q를 사용하여 구하는 것이 가능하면, 다른 방법으로 구해도 된다. 또한, d1^의 표기는 d1의 위에 ^가 붙어 있는 것으로 한다. 여기서, 침지 노즐(2)로부터 주형(1)에 주입되는 용강의 유량에 변동을 부여하는 외란을 주입 외란이라고 칭한다. 주입 외란으로서는, 노즐의 결함, 노즐 막힘, 막힘 박리, 노즐 용손 등의 외란이 상정된다.
외란 옵저버(104)(인발 외란 추정부)는, 노즐 내 유량 측정계(4)로 측정되는 용강의 유량 측정값 Q와, 탕면 레벨 측정계(3)로 측정되는 탕면 레벨 측정값 y에 기초하여, 인발 외란의 추정값 d2^를 구한다. 여기서, 제어 대상의 연속 주조 설비에 있어서, 주형(1)보다 하류측에 영향을 미치고, 주형(1) 내에 있어서의 용강 체적 밸런스를 변동시켜, 탕면 레벨에 영향을 주는 외란을 인발 외란이라고 칭한다. 인발 외란으로서는, 주조 속도 오차나 비정상 벌징에 수반하는 체적 변동 등의 외란이 상정된다. 또한, 주조 속도 오차란, 롤 회전 속도 등으로부터 계측한 주조 속도의 실적값과 주형 내부에 있어서의 실제의 주조 속도의 차를 나타낸다. 통상, 탕면 레벨 제어에서는, 주조 속도 변경 시에 있어서, 주조 속도 변경량에 따라서 미리 산출한 보정 계수에 기초하여 유량 조정 기구의 개방도량을 보정한다. 여기서, 상기 주조 속도 오차가 있는 경우에 인발 외란으로 되어버린다. 또한, 비정상 벌징이란, 롤 피치 간격에 따라서 주기적으로 시간 변화하는 주편의 벌징을 가리킨다.
인발 외란 보정부(105)는, 외란 옵저버(104)로 구해진 인발 외란의 추정값 d2^에 따라서, 개방도 u에 대한 개방도 보정량 w를 구한다.
이와 같이 제어 장치(100)에 있어서는, 주 제어기(101)에서 구해진 개방도 u와, 주입 외란 보정부(103) 및 인발 외란 보정부(105)에서 구해진 개방도 보정량 v 및 개방도 보정량 w에 의해 개방도가 결정되어, 이 결정 개방도가 되도록 슬라이딩 게이트(5)의 개방도 조작이 실행된다.
도 3에, 연속 주조의 제어계를 나타내는 블록선도를 나타낸다.
주 제어기(101)는, 탕면 레벨 목표값과, 탕면 레벨 측정값 y와의 편차 e를 입력으로 하여, 편차 e가 0이 되도록, 즉, 전술한 대로 탕면 레벨 측정값 y를 탕면 레벨 목표값에 추종시키도록, 개방도 u를 구한다.
제어 대상으로 되는 실제 플랜트(연속 주조 설비)(200)에서는, 그 플랜트 유량 특성 P에 의해, 현상의 개방도(u+v+w)와, 현상의 주입 외란 d1에 따른 유량 Q로 된다. 그리고, 현상의 유량 Q와, 현상의 인발 외란 d2와, 현상의 주조 속도 Vc에 따른 탕면 레벨 y로 된다. 또한, A는 주형(1)의 단면적, s는 라플라스 연산자를 나타낸다.
유량 추정부(102)는, 개방도와 용강의 유량과의 관계를 나타내는 노미널 모델인 유량 특성 모델 P0을 사용하여, 식 (1)과 같이, 현상의 개방도(u+v+w)에 따른 용강의 유량 추정값 Qpred를 계산한다. 유량 특성 모델 P0은 비선형 함수로 부여되지만, 개방도 동작점 주위에서 선형화함으로써, 일반적으로 직선으로 근사하면 된다.
그리고, 식 (2)와 같이, 용강의 유량 측정값 Q와, 용강의 유량 추정값 Qpred와의 차를 주입 외란의 추정값 d1 ^로 한다. 이와 같이 주입 외란 d1을 포함하는 용강의 유량 측정값 Q와, 주입 외란 d1을 포함하지 않는 용강의 유량 추정값 Qpred를 비교함으로써, 주입 외란 d1을 추정할 수 있다.
Figure 112021005046686-pct00001
주입 외란 보정부(103)는, 식 (3)과 같이, 유량 특성 모델 P0의 역 모델(주어진 유량에 대한 개방도를 나타내는 관계식) P0 -1을 이용하고, 개방도 보정 게인 K1을 사용하여, 주입 외란의 추정값 d1 ^를 상쇄하도록 개방도 보정량 v를 구한다. 유량 특성 모델 P0과 마찬가지로, 그 역 모델 P0 -1은 비선형 함수로 부여되지만, 개방도 동작점 주위에서 선형화함으로써, 일반적으로 직선으로 근사하면 된다.
Figure 112021005046686-pct00002
외란 옵저버(104)는, 용강의 유량에 대한 탕면 레벨의 응답을 나타내는 프로세스 모델 1/As를 사용하여, 탕면 레벨과 인발 외란을 상태 변수로 하는 루엔버거(Luenberger)형의 옵저버에 의해 구성한다. 외란 옵저버(104)에 있어서의 계산의 개략을 설명한다. 탕면 레벨의 응답을 나타내는 프로세스 모델 1/As를 사용하여, 현상의 용강 유량 측정값 Q에 따른 탕면 레벨 추정값 y^를 계산하고, 탕면 레벨 측정값 y와, 탕면 레벨 추정값 y^의 차에 기초하여, 인발 외란의 추정값 d2^를 구한다. 이와 같이 인발 외란 d2를 포함하는 탕면 레벨 측정값 y와, 인발 외란 d2를 포함하지 않는 탕면 레벨 추정값 y^를 비교함으로써, 인발 외란 d2를 추정할 수 있다. 또한, 프로세스 모델 1/As에 탕 낙하 낭비 시간 요소를 고려하여 정식화해도 된다. 또한, 인발 외란의 추정값 d2^의 구하는 방법은, 이것에 한정되지 않고, 탕면 레벨 측정값 y를 사용하여 구하는 것이 가능하면, 다른 방법으로 구해도 된다.
구체적으로는, 인발 외란으로서 스텝형의 외란을 상정하고, 외란 옵저버를 식 (4)와 같이 정식화한다. L1, L2는 옵저버 게인이다. 이 경우, 용강의 유량 측정값 Q, 탕면 레벨 측정값 y로부터 인발 외란의 추정값 d2^로의 전달 함수는 식 (5)와 같이 표현된다. 또한, 인발 외란으로서는 일반적으로, 스텝형 외란을 상정하면 되지만, 램프형 외란을 상정해도 되고, 주기적 외란을 상정해도 된다.
Figure 112021005046686-pct00003
여기서, y-Q/As는 탕면 레벨의 「예측 오차」에 상당하지만, 이것에 2차 필터 L(s)를 통과시킨 것이, 인발 외란의 추정값 d2^로 된다. 필터 L(s)는 식 (6)과 같이 표현된다. 또한, 필터 L(s)의 필터 특성은, 상정되는 인발 외란의 주파수 대역에 따라서 적절하게 정하면 된다. 예를 들어 비정상 벌징과 같이, 인발 외란의 피크 주파수가 미리 상정할 수 있는 경우에는, 그 피크 주파수를 포함하는 적절한 대역 통과 필터를 설계하면 된다.
Figure 112021005046686-pct00004
인발 외란 보정부(105)는, 식 (7)과 같이, 유량 특성 모델 P0의 역 모델 P0 -1을 이용하고, 개방도 보정 게인 K2를 사용하여, 인발 외란의 추정값 d2^를 상쇄하도록 개방도 보정량 w를 구한다. 유량 특성 모델 P0과 마찬가지로, 그 역 모델 P0 -1은 비선형 함수로 부여되지만, 개방도 동작점 주위에서 선형화함으로써, 일반적으로 직선으로 근사하면 된다.
Figure 112021005046686-pct00005
또한, 개방도 보정 게인 K1, K2는 정의 상수에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 PD 제어기를 사용해도 된다. 또한, 개방도 보정 게인 K1, K2를 변경 가능하게 해도 된다.
이상과 같이, 탕면 레벨을 일정하게 유지하도록 피드백 제어를 실행하는 제어계에 있어서, 주입 외란을 억제하는 마이너 루프(주입 외란 보정부(103)를 포함하는 루프)와, 인발 외란을 억제하는 마이너 루프(인발 외란 보정부(105)를 포함하는 루프)를 부가함으로써, 주입 외란 및 인발 외란을 상쇄하도록 탕면 레벨을 고정밀도로 제어할 수 있다. 이에 의해, 주편의 고품질화 및 조업의 안정화가 가능해진다.
또한, 주입 외란과 인발 외란을 각각 구별하여 추정할 수 있어, 각각의 외란에 대하여 제어 성능의 열화를 방지할 수 있다. 그리고, 주입 외란 d1의 추정값이 얻어짐으로써, 이것을 사용하여, 노즐의 결함, 노즐 막힘, 막힘 박리, 노즐 용손 등을 검지하고, 조업 안정화를 위한 액션(예를 들어 주조 속도 변경 액션, 전자력 장치의 설정값의 변경 액션)으로 이어질 수 있다. 또한, 인발 외란 d2의 추정값이 얻어짐으로써, 이것을 사용하여, 예를 들어 특허문헌 2에 개시되어 있는 주기적 외란의 억제 제어 방법과 조합하여, 보다 효과적인 주기적 외란의 억제가 가능해진다.
본 발명을 적용함에 따른 효과를 확인하기 위해서, 탕면 레벨 제어의 시뮬레이션을 실시하였다.
[본 발명을 적용한 발명법의 시뮬레이션 조건]
슬래브를 제조하는 연속 주조 설비의 전형적인 주조 조건을 상정하고, 이하와 같은 시뮬레이션 조건을 설정하여, 탕면 레벨 제어의 시뮬레이션을 실시하였다.
주형 폭은 1250㎜, 주형 두께는 270㎜, 주조 속도는 1.5m/m, 탕 낙하 낭비 시간은 0.3sec로 설정하였다.
탕면 레벨 목표값은, 주형 상단을 원점으로 하는 좌표계에 있어서 주조 방향 100㎜의 위치(-100㎜)로 설정하였다(도 4 내지 도 6에 점선으로 나타낸 목표값을 참조).
주 제어기(101)는, PI 제어기로 설정하고(비례 게인 0.20, 적분 시간 30sec), 제어 주기는 50msec로 하고, PI 제어는 속도형으로 실장하였다.
또한, 개방도 보정 게인 K1=0.3, K2=1.0, 옵저버 게인 L1=1, L2=L1*A로 설정하였다.
유량 특성 모델 P0 및 그 역 모델 P0 -1은, 직선으로 부여하는 것으로 하였다. 또한, 속도형으로 제어기를 실장하므로, 직선의 절편에 대해서는 고려하지 않고, 기울기만을 설정하면 된다.
[시뮬레이션 내용]
개방도 보정 게인 K2=0으로 한 것을 종래법으로 하였다. 개방도 보정 게인 K2=0으로 함으로써, 인발 외란을 억제하는 마이너 루프가 없는 것과 동등한 상태로 되고, 특허문헌 1에 개시되어 있는 방법에 준한 것으로 된다. 그리고, 발명법과 종래법에서, 시뮬레이션에 의한 탕면 레벨 제어 결과를 비교하였다.
여기서, 실제 플랜트에 있어서의 플랜트 유량 특성 P를 미리 정확하게 파악하는 것은 어렵고, 실제로는, 노미널 모델인 유량 특성 모델 P0에는 오차가 발생한다. 이 유량 특성 모델 P0의 모델 오차 Δ로서, 3종류의 케이스, 구체적으로는 Δ=0(오차 없음), Δ<0(유량 얻기 어려움), Δ>0(유량 얻기 쉬움)을 설정한다. 그리고, 각각의 케이스에 대하여, (a) 주입 외란 d1이 발생, (b) 인발 외란 d2가 발생, (c) 주입 외란 d1과 인발 외란 d2가 동시 발생한 경우에 대하여 시뮬레이션을 실시하였다. 다음에 설명하는 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 주입 외란 d1 및 인발 외란 d2 모두 50sec 시점에 발생하는 것으로 하였다. 또한, 어느 외란도 유량 10％ 상당의 체적 변동을 고려하였다. 유량 특성 모델 P0의 모델 오차 Δ는, 노미널값의 20％ 감소(Δ=-0.2), 노미널값의 20％ 증가(Δ=0.2)로 하였다.
[시뮬레이션 결과]
도 4 내지 도 6에, 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 4는, 유량 특성 모델 P0의 모델 오차 Δ=0(오차 없음)으로 한 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. (a)는 주입 외란 d1이 발생했을 때의 탕면 레벨의 응답, (b)는 인발 외란 d2가 발생했을 때의 탕면 레벨의 응답, (c)는 주입 외란 d1과 인발 외란 d2가 동시 발생했을 때의 탕면 레벨의 응답을 나타낸다. 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 주입 외란 d1이 발생했을 때는, 종래법 및 발명법 모두 동일한 결과로 된다. 한편, 도 4의 (b), (c)에 도시한 바와 같이, 인발 외란 d2가 발생했을 때, 종래법에서는 탕면 레벨 변동을 억제할 수 없지만, 발명법에서는 탕면 레벨 변동을 억제할 수 있다. 종래법에서는, 주입 외란 d1과 인발 외란 d2의 구별을 할 수 없기 때문에, 인발 외란 d2가 발생했을 때 탕면 레벨 변동의 억제 효과가 악화된다.
또한, 도 5는, 유량 특성 모델 P0의 모델 오차 Δ=-0.2(유량 얻기 어려움)로 한 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 도 4의 (a) 내지 (c)와 마찬가지로, (a)는 주입 외란 d1이 발생했을 때의 탕면 레벨의 응답, (b)는 인발 외란 d2가 발생했을 때의 탕면 레벨의 응답, (c)는 주입 외란 d1과 인발 외란 d2가 동시 발생했을 때의 탕면 레벨의 응답을 나타낸다. 여기에서도, 종래법에서는, 주입 외란 d1과 인발 외란 d2의 구별을 할 수 없기 때문에, 인발 외란 d2가 발생했을 때 탕면 레벨 변동의 억제 효과가 악화된다.
또한, 도 6은, 유량 특성 모델 P0의 모델 오차 Δ=0.2(유량 얻기 쉬움)로 한 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 도 4의 (a) 내지 (c)와 마찬가지로, (a)는 주입 외란 d1이 발생했을 때의 탕면 레벨의 응답, (b)는 인발 외란 d2가 발생했을 때의 탕면 레벨의 응답, (c)는 주입 외란 d1과 인발 외란 d2가 동시 발생했을 때의 탕면 레벨의 응답을 나타낸다. 여기에서도, 종래법에서는, 주입 외란 d1과 인발 외란 d2의 구별을 할 수 없기 때문에, 인발 외란 d2가 발생했을 때 탕면 레벨 변동의 억제 효과가 악화된다.
도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 유량 특성 모델 P0의 모델 오차가 어떠한 경우라도, 발명법에서는, 종래법과 비교하여, 주입 외란 d1, 인발 외란 d2의 발생에 대하여, 탕면 레벨의 변동 억제 효과가 악화되는 일은 없다.
이상, 본 발명을 실시 형태와 함께 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명을 실시하는 데 있어서의 구체화의 예를 나타낸 것에 불과하며, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안되는 것이다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 다양한 형태로 실시할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 다른 양태는, 노즐로부터 용융 금속을 주형에 주입하고, 용융 금속을 응고시키면서 인발함으로써 연속적으로 주편을 제조하는 연속 주조의 제어 방법이며, 상기 주형 내의 탕면 레벨을 탕면 레벨 측정계로 측정하는 탕면 레벨 측정 스텝과, 상기 탕면 레벨 측정 스텝에서 측정된 탕면 레벨을 탕면 레벨 목표값에 추종시키도록, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 조절하는 유량 조절 기구의 조작량을 구하는 주 제어 스텝과, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 유량 측정계로 측정하는 유량 측정 스텝과, 상기 유량 측정 스텝에서 측정되는 용융 금속의 유량 측정값에 기초하여 구해진 주입 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제1 보정량을 구하는 주입 외란 보정 스텝과, 상기 탕면 레벨 측정계로 측정되는 탕면 레벨 측정값에 기초하여 구해진 인발 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제2 보정량을 구하는 인발 외란 보정 스텝을 갖는 연속 주조의 제어 방법이다.
또한, 본 발명을 적용하는 연속 주조의 제어 장치는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM 등을 구비한 컴퓨터에 의해 실현 가능하다.
또한, 본 발명은, 본 발명의 기능을 실현하는 소프트웨어(프로그램)를, 네트워크 또는 각종 기록 매체를 통해 시스템 혹은 장치에 공급하고, 그 시스템 혹은 장치의 컴퓨터가 프로그램을 판독하여 실행함으로써도 실현 가능하다.
따라서, 본 발명의 또 다른 양태는, 노즐로부터 용융 금속을 주형에 주입하고, 용융 금속을 응고시키면서 인발함으로써 연속적으로 주편을 제조하는 연속 주조를 제어하기 위한 프로그램이며, 탕면 레벨 측정계로 측정된 탕면 레벨을 탕면 레벨 목표값에 추종시키도록, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 조절하는 유량 조절 기구의 조작량을 구하는 주 제어 스텝과, 유량 측정계로 측정되는 용융 금속의 유량 측정값에 기초하여 구해진 주입 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제1 보정량을 구하는 주입 외란 보정 스텝과, 상기 탕면 레벨 측정계로 측정되는 탕면 레벨 측정값에 기초하여 구해진 인발 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제2 보정량을 구하는 인발 외란 보정 스텝을 컴퓨터에 실행시키도록 구성한 프로그램 또는 그것을 기록한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체이다.
본 발명에 따르면, 연속 주조에 있어서 복수종의 외란이 발생한 경우라도, 주형 내의 탕면 레벨을 고정밀도로 제어할 수 있다.
1: 주형
2: 침지 노즐
3: 탕면 레벨 측정계
4: 노즐 내 유량 측정계
5: 슬라이딩 게이트
100: 연속 주조의 제어 장치
101: 주 제어기
102: 유량 추정부
103: 주입 외란 보정부
104: 외란 옵저버
105: 인발 외란 보정부

Claims (8)

  1. 노즐로부터 용융 금속을 주형에 주입하고, 용융 금속을 응고시키면서 인발함으로써 연속적으로 주편을 제조하는 연속 주조의 제어 장치이며,
    상기 주형 내의 탕면 레벨을 측정하는 탕면 레벨 측정계와,
    상기 탕면 레벨 측정계로 측정된 탕면 레벨을 탕면 레벨 목표값에 추종시키도록, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 조절하는 유량 조절 기구의 조작량을 구하는 주 제어부와,
    상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 측정하는 유량 측정계와,
    상기 유량 측정계로 측정되는 용융 금속의 유량 측정값에 기초하여 구해진 주입 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어부에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제1 보정량을 구하는 주입 외란 보정부와,
    상기 탕면 레벨 측정계로 측정되는 탕면 레벨 측정값에 기초하여 구해진 인발 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어부에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제2 보정량을 구하는 인발 외란 보정부
    를 구비하는, 연속 주조의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유량 조절 기구의 조작량과 용융 금속의 유량과의 관계를 나타내는 유량 특성 모델을 사용하여, 개방도에 따른 용강의 유량 추정값을 계산하는 유량 추정부를 더 구비하고,
    상기 주입 외란 보정부는, 상기 유량 측정계로 측정되는 용융 금속의 유량 측정값과, 상기 유량 추정부에서 계산되는 용융 금속의 유량 추정값의 차를 주입 외란의 추정값으로 하고, 당해 주입 외란의 추정값에 따라서, 상기 제1 보정량을 구하는, 연속 주조의 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주입 외란 보정부는, 상기 유량 특성 모델의 역 모델을 사용하여, 상기 제1 보정량을 구하는, 연속 주조의 제어 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 인발 외란 보정부는, 상기 유량 특성 모델의 역 모델을 사용하여, 상기 제2 보정량을 구하는, 연속 주조의 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유량 측정계로 측정되는 용융 금속의 유량 측정값과 상기 탕면 레벨 측정계로 측정되는 탕면 레벨 측정값을 입력으로 하고, 용융 금속의 유량에 대한 탕면 레벨의 응답을 나타내는 프로세스 모델을 사용하여, 탕면 레벨과 인발 외란을 상태 변수로 하는 루엔버거형의 옵저버를 구성하고, 인발 외란의 추정값을 구하는 인발 외란 추정부를 구비하고,
    상기 인발 외란 보정부는, 상기 인발 외란 추정부에서 구한 인발 외란의 추정값에 따라서, 상기 제2 보정량을 구하는, 연속 주조의 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유량 측정계가 전자 유량계인, 연속 주조의 제어 장치.
  7. 노즐로부터 용융 금속을 주형에 주입하고, 용융 금속을 응고시키면서 인발함으로써 연속적으로 주편을 제조하는 연속 주조의 제어 방법이며,
    상기 주형 내의 탕면 레벨을 탕면 레벨 측정계로 측정하는 탕면 레벨 측정 스텝과,
    상기 탕면 레벨 측정 스텝에서 측정된 탕면 레벨을 탕면 레벨 목표값에 추종시키도록, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 조절하는 유량 조절 기구의 조작량을 구하는 주 제어 스텝과,
    상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 유량 측정계로 측정하는 유량 측정 스텝과,
    상기 유량 측정 스텝에서 측정되는 용융 금속의 유량 측정값에 기초하여 구해진 주입 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제1 보정량을 구하는 주입 외란 보정 스텝과,
    상기 탕면 레벨 측정계로 측정되는 탕면 레벨 측정값에 기초하여 구해진 인발 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제2 보정량을 구하는 인발 외란 보정 스텝
    을 갖는, 연속 주조의 제어 방법.
  8. 노즐로부터 용융 금속을 주형에 주입하고, 용융 금속을 응고시키면서 인발함으로써 연속적으로 주편을 제조하는 연속 주조를 제어하기 위한, 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이며,
    탕면 레벨 측정계로 측정된 탕면 레벨을 탕면 레벨 목표값에 추종시키도록, 상기 노즐로부터 상기 주형에 주입되는 용융 금속의 유량을 조절하는 유량 조절 기구의 조작량을 구하는 주 제어 스텝과,
    유량 측정계로 측정되는 용융 금속의 유량 측정값에 기초하여 구해진 주입 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제1 보정량을 구하는 주입 외란 보정 스텝과,
    상기 탕면 레벨 측정계로 측정되는 탕면 레벨 측정값에 기초하여 구해진 인발 외란의 추정값에 따라서, 상기 주 제어 스텝에서 구한 상기 유량 조절 기구의 조작량에 대한 제2 보정량을 구하는 인발 외란 보정 스텝
    을 컴퓨터에 실행시키도록 구성한, 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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