TW202015829A - 複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法、裝置及程式 - Google Patents

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Abstract

此連續鑄造處理的控制方法，是製造複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法，前述複層鑄片是如下的複層鑄片：從表層噴嘴及內層噴嘴對鑄模內注入熔融金屬，且在前述鑄模內讓表層的前述熔融金屬與內層的前述熔融金屬隔著交界而分離成上下，且前述表層的組成與前述內層的組成不同，前述複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法是進行：使用測定前述鑄模內的熔液面的位置即表層液位的熔液面液位計、及設置於前述表層噴嘴及前述內層噴嘴中的任一噴嘴而測定前述熔融金屬之供給流量的流量計，並依據由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、由前述流量計所測定之前述表層噴嘴及前述內層噴嘴中的任一噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的測定值、及前述表層噴嘴與前述內層噴嘴之中未設置前述流量計的噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的計算值，且藉由觀測器(observer)來推定前述交界之位置即交界層液位，來將前述表層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量、及前述內層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量控制成使由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、及由前述觀測器所推定之前述交界層液位的推定值維持在各自的目標值。

Description

複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法、裝置及程式
發明領域 本發明是有關於一種複層鑄片(MULTILAYERED SLAB)之連續鑄造處理的控制方法、裝置及程式。 本申請案是依據已於2018年6月8日於日本提出專利申請之特願2018-110356號而主張優先權，並在此援引其內容。
發明背景 以往以來，已進行有製造表層之組成與內層之組成不同的複層鑄片的作法。例如在專利文獻1中，揭示有以下構成：藉由磁性機構分離鑄模內之不同組成的熔融金屬，而在其交界的上下分別供給組成不同的熔融金屬。更詳細地說，是進行成藉由在鑄模內之相對較上部的熔融金屬供給位置與相對較下部的熔融金屬供給位置之間，形成如磁力線朝垂直於鑄造方向的方向延伸的靜磁場帶，而防止供給位置不同之組成不同的熔融金屬混合之情形。 在複層鑄片之連續鑄造處理中，為了讓將表層的熔融金屬(熔鋼)與內層的熔鋼分離成上下之交界的位置(以下稱為交界層液位)保留在靜磁場帶，需要適當地控制由表層用的浸漬噴嘴所供給之熔鋼供給流量及由內層用的浸漬噴嘴所供給之熔鋼供給流量。 針對此課題，在例如專利文獻2中揭示有將內層熔鋼注入量及外層熔鋼注入量之比值保持為固定，並且藉由注入量和操作來控制模具(mold)熔液面液位的方式。 又，在專利文獻3中，揭示有以下方式：比較以裝設於表層餵槽側之注入噴嘴的電磁流量計所測量出的表層注入量、及藉由表層殼厚與鑄造速度進行設定值計算而求出之表層注入量設定值，並開關表層用注入噴嘴的堵塞器來調整表層注入量以使兩者一致，另一方面，比較藉由熔液面液位計所偵測出之熔液面液位、及藉由表層殼厚與鑄造速度進行設定值計算而求出之熔液面液位設定值，並開關內層用注入噴嘴的堵塞器來調整內層注入量以使兩者一致。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開昭63-108947號公報 專利文獻2：日本專利特開平3-243262號公報 專利文獻3：日本專利特開平5-104223號公報 非專利文獻
非專利文獻1：Ironmaking & Steelmaking 1997 Vol.24 No.3 “Novel continuous casting process for clad steel slabs with level dc magnetic field” 非專利文獻2：池田、藤崎「多變數系統控制」，CORONA公司，p.95
發明概要 發明欲解決之課題 然而，在以往的方式中，並沒有任何一種方式是將交界層液位作為直接的控制對象。因此，在由於例如鑄造中伴隨於噴嘴堵塞、堵塞剝離等之流量特性變化的熔鋼注入量的變動而在交界層液位上產生變動的情況下，會導致到將此情況回復成目標值為止需要較長時間，且有表層的熔鋼與內層的熔鋼在此期間混合，而使複層鑄片的品質劣化的疑慮。
本發明是有鑒於如上述的問題點而作成的發明，其目的在於進行成在複層鑄片之連續鑄造處理中，可以高精度地控制交界層液位。 用以解決課題之手段
用於解決上述課題之本發明的主旨是如以下所述。 (1)本發明的第一態樣是一種複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法，是製造複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法，前述複層鑄片是如下的複層鑄片：從表層噴嘴及內層噴嘴對鑄模內注入熔融金屬，且在前述鑄模內讓表層的前述熔融金屬與內層的前述熔融金屬隔著交界而分離成上下，且前述表層的組成與前述內層的組成不同，前述複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法是進行： 使用測定前述鑄模內的熔液面的位置即表層液位的熔液面液位計、及設置於前述表層噴嘴及前述內層噴嘴中的任一噴嘴而測定前述熔融金屬之供給流量的流量計， 並依據由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、由前述流量計所測定之前述表層噴嘴及前述內層噴嘴中的任一噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的測定值、及前述表層噴嘴與前述內層噴嘴之中未設置前述流量計的噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的計算值，且藉由觀測器(observer)來推定前述交界之位置即交界層液位， 來將前述表層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量、及前述內層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量控制成使由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、及由前述觀測器所推定之前述交界層液位的推定值維持在各自的目標值。 (2)在上述(1)中記載之複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法中，作為前述觀測器，亦可利用前述複層鑄片之連續鑄造處理的線性近似模型，來構成盧恩伯格(Luenberger)型的觀測器。 (3)在上述(1)或(2)中記載之複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法中，前述觀測器亦可將以下作為狀態變數：前述表層液位、前述交界層液位、及前述表層噴嘴與前述內層噴嘴之中未設置前述流量計之噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的相當於計算值之計算誤差的干擾。 (4)在上述(3)中記載之複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法中，亦可給與階梯狀干擾或斜坡狀干擾來作為前述干擾。 (5)在上述(1)~(4)中任一項記載之複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法中，亦可在前述內層噴嘴設置前述流量計。 (6)在上述(1)~(4)中任一項記載之複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法中，亦可在前述表層噴嘴設置前述流量計。 (7)本發明之第二態樣是一種複層鑄片之連續鑄造處理的控制裝置，是控制製造複層鑄片之連續鑄造處理的控制裝置，前述複層鑄片是如下的複層鑄片：從表層噴嘴及內層噴嘴對鑄模內注入熔融金屬，且在前述鑄模內讓表層的前述熔融金屬與內層的前述熔融金屬隔著交界而分離成上下，且前述表層的組成與前述內層的組成不同，前述複層鑄片之連續鑄造處理的控制裝置具備有： 輸入機構，輸入由熔液面液位計所測定之前述鑄模內之熔液面的位置即表層液位的測定值、及由設置於前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中的任一噴嘴的流量計所測定之前述熔融金屬之供給流量的測定值； 推定機構，依據由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、由前述流量計所測定之前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中的任一噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的測定值、及前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中未設置前述流量計的噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的計算值，並藉由觀測器來推定前述交界的位置即交界層液位；及 控制機構，將前述表層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量、及前述內層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量控制成使由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、及由前述推定機構所推定之前述交界層液位的推定值維持在各自的目標值。 (8)本發明之第三態樣是一種程式，用於控制製造複層鑄片之連續鑄造處理的程式，前述複層鑄片是如下的複層鑄片：從表層噴嘴及內層噴嘴對鑄模內注入熔融金屬，且在前述鑄模內讓表層的前述熔融金屬與內層的前述熔融金屬隔著交界而分離成上下，且前述表層的組成與前述內層的組成不同，前述程式是構成為使電腦執行以下步驟： 輸入由熔液面液位計所測定之前述鑄模內的熔液面的位置即表層液位的測定值、及由設置於前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中的任一噴嘴的流量計所測定之前述熔融金屬之供給流量的測定值； 依據由前述熔液面液位計所測定之表層液位的測定值、由前述流量計所測定之前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中的任一噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的測定值、及前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中未設置前述流量計的噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的計算值，並藉由觀測器來推定前述交界的位置即交界層液位；及 將前述表層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量、及前述內層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量控制成使由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、及前述推定之前述交界層液位的推定值維持在各自的目標值。 發明效果
根據本發明，可以在複層鑄片之連續鑄造處理中，高精度地控制交界層液位。藉此，變得可抑制表層的熔融金屬與內層的熔融金屬的混合，並製造良好的品質的複層鑄片。
用以實施發明之形態 以下，參照附加圖式來說明本發明的較佳的實施形態。 圖1是顯示製造複層鑄片之連續鑄造設備的概要。 連續鑄造設備是如圖1之(a)所示，具備有使吐出位置於鑄造方向不同的2支浸漬噴嘴(以下，稱為表層噴嘴1及內層噴嘴2)，且將組成不同的熔鋼各自從表層餵槽3、內層餵槽4透過表層噴嘴1、及內層噴嘴2注入至鑄模5內。圖1之(b)是顯示表層截面積A1 與內層截面積A2 的概略圖。
注入到鑄模5內之各自的熔鋼是在藉由磁場產生裝置6所形成之靜磁場帶接受制動力，且在鑄模5內讓表層的熔鋼與內層的熔鋼隔著交界7而分離成上下。鑄模5內之熔液面8是表層的熔鋼與熔融粉末接觸的位置，交界7是表層的熔鋼與內層的熔鋼的分離位置。以下，將熔液面8的位置稱為表層液位、交界7的位置稱為交界層液位。再者，雖然交界7實際上是作為兩層間的過渡層而形成，但是將其當作交界線來看待。再者，線15是顯示凝固殼位置。
設置有測定鑄模5內之表層液位的熔液面液位計9。又，在表層噴嘴1及內層噴嘴2中任一噴嘴(在本實施形態中是僅在內層噴嘴2)設置有測定熔鋼供給流量的噴嘴內流量計(以下，簡稱為流量計)10。再者，在表層噴嘴1及內層噴嘴2中另一噴嘴(在本實施形態中是在表層噴嘴1)未設置流量計。作為流量計10，是使用例如電磁流量計。在使用電磁流量計的情況下，由於所期望的是在浸漬噴嘴內已充滿熔鋼，因此在本實施形態中，是設成在相較下流量較多的內層噴嘴2設置流量計10。
表層噴嘴1的熔鋼供給流量(以下，稱為表層流量)是藉由表層堵塞器11的開關來調整。同樣地，內層噴嘴2的熔鋼供給流量(以下，稱為內層流量)是藉由內層堵塞器12的開關來調整。這些堵塞器11、12的開關操作是在控制器13的控制下執行。再者，在本實施形態中，雖然是設成使用堵塞器(以下，也記載為ST)來調整來自各個噴嘴1、2的熔鋼供給流量之構成，但亦可設成使用滑動噴嘴之構成。
在由如此形成之連續鑄造設備所進行的複層鑄片之連續鑄造處理中，為了將表層液位及交界層液位維持在適當的位置，必須適當地控制表層流量及內層流量。 參照圖2來說明在本實施形態中作為複層鑄片之連續鑄造處理的控制裝置而發揮功能的控制器13的功能構成。 輸入部201是輸入由熔液面液位計9所測定之表層液位的測定值、及由流量計10所測定之內層流量的測定值。
控制部202是藉由PI控制(Proportional Integral控制，比例積分控制)來決定表層堵塞器11的開度操作量，並將表層流量控制成使由熔液面液位計9所測定之表層液位的測定值維持在表層液位目標值。
又，利用複層鑄片之連續鑄造處理的線性近似模型，而構成盧恩伯格(Luenberger)型的觀測器(狀態觀測器)。推定部203是依據由熔液面液位計9所測定之表層液位的測定值、由流量計10所測定之內層流量的測定值、再加上未設置流量計的一方的浸漬噴嘴的熔鋼供給流量即表層流量的計算值，並藉由此觀測器來推定交界層液位。並且，控制部204是藉由PI來決定內層堵塞器12的開度操作量，並將內層流量控制成使由推定部203所推定之交界層液位的推定值維持在交界層液位目標值。再者，雖然當狀態變數的推定之時，亦可不利用線性近似模型，而使用以非線性模型作為對象的非線性濾波手法(Ensemble Kalman Filter，系集卡爾曼濾波器等)，但在本實施形態中，是說明利用複層鑄片之連續鑄造處理的線性近似模型，來構成盧恩伯格型的觀測器的情況。
再者，在本實施形態中，輸入部201相當於在本發明所稱的輸入機構，推定部203相當於在本發明所稱的推定機構，控制部202、204相當於在本發明所稱的控制機構。
>複層鑄片之連續鑄造處理的公式化> 表現複層鑄片之連續鑄造處理的模型是顯示於例如專利文獻3及非專利文獻1中。 在此模型中，是因應於表層流量Q1 (t)、內層流量Q2 (t)的變動，而讓彎液面(meniscus)位置(表層液位)y1 (t)、交界層液位y2 (t)隨著式(1)到式(5)而變動。如圖1也顯示地，s(t)是複層鑄片的表層厚度，A1 (t)是複層鑄片的表層截面積，A2 (t)是複層鑄片的內層截面積，A是複層鑄片的總截面積(A1 (t)+A2 (t))。又，Vc 是鑄造速度。又，W是模具寬度，D是模具厚度，K是凝固係數。
複層鑄片之連續鑄造處理具有伴隨於表層液位y1 (t)、交界層液位y2 (t)的變動，而讓表層厚度s(t)、交界層液位y2 (t)「自行修復」的功能。 在此，內層截面積A2 (t)、表層厚度s(t)是依照式(3)、式(4)而變動。τ是從彎液面位置到交界層液位之直到被拉出為止的空滯時間，且滿足式(5)。
[數式1]
Figure 02_image001
只要鑄造速度Vc 為固定，空滯時間τ即可以用式(6)來表示。此外，只要將表層液位保持在表層液位目標值，空滯時間τ即可如式(7)地近似。y0 是穩定表層液位目標值。只要是在穩定控制中，即可以進行如式(7)的近似。
[數式2]
Figure 02_image003
>線性近似模型的導出> 為了構成盧恩伯格型的觀測器，而導出從式(1)到式(4)、式(7)之非線性模型的線性近似模型。 將設定值附近的各個狀態變數的擾動量(y1 ~ (t)、y2 ~ (t)、s~ (t)、A2 ~ (t)、Q1 ~ (t)、Q2 ~ (t))定義成以下。再者，例如y1 ~ (t)的標記是設為在y1 之上附有~。
[數式3]
Figure 02_image005
y1 * 、y2 * 是表層液位、交界層液位的設定值，s* 、A2 * 是因應於Vc 、y1 * 、y2 * 而決定之非線性模型的平衡點，Q1 * 、Q2 * 是因應於Vc 、s* 、A2 * 而決定之熔鋼供給流量的目標值，且各自表示如以下。
[數式4]
Figure 02_image007
當將從式(1)到式(4)、式(7)之非線性模型在這些設定值附近進行線性近似時，表層液位、交界層液位的擾動的動力學是如式(8)、式(9)地表示。
[數式5]
Figure 02_image009
再者，已知表層厚度的擾動量s~ (t)是以式(12)式表示，且以和交界層液位的擾動量y2 ~ (t)的變動逆行的方式，來使表層厚度的擾動量s~ (t)變動。
[數式6]
Figure 02_image011
表示交界層液位的變動的式(9)可以使用式(10)到式(13)式，而如式(14)地匯總。
[數式7]
Figure 02_image013
再者，在鑄造速度Vc =1.0m/min，凝固係數K=20.0mm・min^(-1/2)，表層液位y1 =-100mm，交界層液位y2 =-420mm中，是成為α=0.4735、β=0.0177，交界層液位的自行修復功能的時間常數「1/αβ」是成為117sec。
>觀測器的構成> 構成盧恩伯格型的觀測器，而推定無法直接測定之交界層液位。 在此，作為觀測器的輸入雖然需要表層流量及內層流量之2種流量，但因為只有設置一個流量計10，所以未設置流量計的一方的浸漬噴嘴的熔鋼供給流量即表層流量是以計算值代入，並將其計算誤差視為階梯狀干擾，而設為藉由觀測器補償之構成。 作為表層流量的計算值，亦可使用例如穩定控制時之流量目標值(因應於鑄造速度而決定之固定值)，亦可使用依據表示表層堵塞器11的開度與流量之間的關係之流量特性的標稱模型、及表層堵塞器11的開度實際值而計算出之值。
在如本實施形態地在內層噴嘴2設置流量計10，而在表層噴嘴1未設置流量計的情況下，其公式化是成為如以下。 作為表層流量之計算值Q1 ~ (t)的計算誤差而考慮階梯狀干擾d1 ^(t)，並在狀態空間模型中進行公式化(式(15)到式(17))。式(15)是在式(8)中追加階梯狀干擾d1 ^(t)之式，式(16)是相當於式(14)。再者，^是為了區別觀測器的狀態變數而附上，例如d1 ^(t)的標記是設為在d1 之上附有^之標記。 可以將式(15)到式(17)匯總並以式(18)、式(19)之狀態空間模型表現。
[數式8]
Figure 02_image015
相對於此狀態空間模型，如式(20)地構成觀測器。
[數式9]
Figure 02_image017
在狀態空間模型為可檢測的情況下，由觀測器所推定之狀態變數的推定誤差是隨著時間而減少，並接近於0(參照例如非專利文獻2)。在此，狀態空間模型為可檢測是指相對於式(21)、(22)的系統矩陣A的不穩定極點λ，滿足式(23)之條件的情形。n是狀態變數x的因次。 在式(18)、式(19)的狀態空間模型中，由於相對於不穩定極點0，而變得如式(24)，且滿足可檢測性，因此藉由式(20)所構成之觀測器的推定誤差可以漸進地接近於0。
[數式10]
Figure 02_image019
根據以上，而在圖3中顯示本實施形態中的表層流量及內層流量的控制系統的方塊線圖。 如圖3所示，測定表層液位y1 ，並與表層液位目標值(y1 目標值)比較，而在控制器13的控制下，執行反饋控制，前述反饋控制是進行匹配其差之表層堵塞器11的開度調整。如式(1)所示，表層液位y1 的變動是以將表層流量Q1 與內層流量Q2 之和除以面積A後，再減掉鑄造速度Vc 之式來表示。以此為準，在方塊線圖中，是形成為如下之構成：對將因應於表層堵塞器11的開度而進行控制之表層流量Q1 與內層流量Q2 之和乘上1/A後再減掉鑄造速度Vc 之值進行積分，使前述積分後之值成為表層液位y1 。
又，藉由觀測器推定交界層液位擾動量y2 ~ ，並比較y2 ~ 加上交界層液位設定值之值(在圖3中是顯示為y2 推定值)與交界層液位目標值(y2 目標值)，而在控制器13的控制下，執行反饋控制，前述反饋控制是進行匹配其差之內層堵塞器12的開度調整。觀測器是輸入表層液位y1 的測定值、內層流量Q2 的測定值、表層流量Q1 的計算值，而推定交界層液位擾動量y2 ~ 。如式(2)所示，交界層液位y2 的變動是以將內層流量Q2 除以內層截面積A2 後再減掉鑄造速度Vc 之式來表示。以此為準，在方塊線圖中，是形成為如下之構成：將因應於內層堵塞器12的開度而進行控制之內層流量Q2 乘上1/A2 ，且於之後再減掉鑄造速度Vc 並積分，使前述積分之值成為交界層液位y2 。
如以上所述，利用複層鑄片之連續鑄造處理的線性近似模型來構成盧恩伯格型的觀測器，而即時地推定作為控制對象之交界層液位。藉此，在由於例如於鑄造中噴嘴堵塞、堵塞剝離等之流量特性變化而在交界層液位產生變動的情況下，也可以偵測交界層液位的變動，而使其迅速地回復到交界層液位目標值。如此地在複層鑄片之連續鑄造處理中，可以進行成能夠高精度地控制交界層液位，而變得可抑制表層之熔融金屬與內層之熔融金屬的混合，並製造良好的品質的複層鑄片。 又，由於是設成僅在表層噴嘴1及內層噴嘴2中的任一噴嘴設置流量計10之構成，因此可以謀求設備構成的簡略化。
再者，在表層噴嘴1設置流量計10，而在內層噴嘴2未設置流量計的情況下，也可以藉由同樣的公式化，而如式(25)到式(27)所示地構成觀測器。由於即使是式(25)、式(26)的狀態空間模型也滿足可檢測性，因此藉由式(27)所構成的觀測器的推定誤差可以漸進地接近於0。
[數式11]
Figure 02_image021
又，當干擾的公式化時，雖然是以階梯狀干擾為例，但在現實的流量特性變化可以看作是斜坡狀的情況下，亦可以設想為斜坡狀干擾。在作為干擾而設想為斜坡狀干擾的情況下，是如式(28)地將干擾之動力學公式化。
[數式12]
Figure 02_image023
在如實施形態地在內層噴嘴2設置流量計10，而在表層噴嘴1未設置流量計的情況下，將考慮了斜坡狀干擾之狀態空間模型的公式化表示於式(29)、式(30)式。由於此狀態空間模型也滿足可檢測性，因此與階梯狀干擾的情況時同樣地，可以構成盧恩伯格型的觀測器。再者，在表層噴嘴1設置流量計10，而在內層噴嘴2未設置流量計的情況下，也可以藉由同樣的公式化而構成盧恩伯格型的觀測器。
[數式13]
Figure 02_image025
實施例
在以下所述之實施例中，也是設成如下的構成：如實施形態地在內層噴嘴2設置流量計10，而在表層噴嘴1未設置流量計。 (1)實施例1(流量特性變化時之控制模擬) 在實施例1中，是設想在試驗CC(Continuous casting，連續鑄造)中之複層鑄片的鑄造，而進行流量特性變化時之控制模擬，並比較了適用本發明之交界層液位控制方式、及依據專利文獻3記載之方式的內層流量固定控制方式(在內層噴嘴設置流量計，將內層流量保持為固定後，使表層液位維持固定之方式)。 再者，在交界層液位控制方式中，表層液位控制、交界層液位控制都是藉由PI控制進行，而在內層流量固定控制方式中，表層液位控制、內層流量目標值控制都是藉由PI控制進行。
在本實施例中，是設想(1)噴嘴堵塞、(2)堵塞剝離、(3)伴隨於餵槽熔液頂面下降(餵槽內熔液面下降)之內層堵塞器的流量減少。如圖(4)之(a)所示，當內層堵塞器成為某一開度時，伴隨於餵槽熔液頂面下降而內層堵塞器的流量會逐漸地減少。並且，是成為如下之狀況：在其中途於內層堵塞器產生噴嘴堵塞而流量大幅地減少，其後產生堵塞剝離而解除流量的減少。再者，圖4之(a)的縱軸的「內層ST(堵塞器)流量特性變化率」是表示以鑄造開始時之內層堵塞器的流量特性(堵塞器的開度與流量間的關係)為基準之流量特性的相對值。
模擬條件是設為模具寬度：800mm、模具厚度：170mm、表層液位目標值：-100mm、交界層液位目標值：-420mm、鑄造速度：1.0m/min、凝固常數20.0mm・min^(-1/2)。
又，作為交界層控制方式之PI控制參數，是將表層液位控制、交界層液位控制都設為比例增益：0.30、積分時間：10.0[sec]。又，作為內層流量固定控制方式之PI控制參數，而在表層液位控制中設為比例增益：0.30、積分時間：10.0[sec]，並在內層流量固定控制中設為比例增益：0.000002、積分時間：10.0[sec]。
>結果> 在圖4之(b)顯示表層液位的變動、(c)顯示交界層液位的變動。又，在圖5之(a)顯示表層堵塞器開度的變化、(b)顯示內層堵塞器開度的變化。又，在圖6之(a)顯示表層流量Q1 的變化、(b)顯示內層流量Q2 的變化。圖4至圖6之各個特性圖的橫軸是時間[sec]。圖中之實線顯示由交界層液位控制方式所形成之特性線、虛線顯示由內層流量固定控制方式所形成之特性線。 相對於圖4之(a)的內層堵塞器的流量特性變化，針對表層液位是如圖4之(b)所示，在任一方式下皆可以將表層液位維持為大致固定。相對於此，如圖4之(c)所示，針對交界層液位，在交界層液位控制方式下可以將交界層液位維持為大致固定，但在內層流量固定控制方式下，無法抑制交界層液位的變動。
在交界層液位控制方式下，可以藉由以觀測器即時地推定設為控制對象之交界層液位，來偵測交界層液位的變動，而使其快速地回復到交界層液位目標值。 另一方面，在內層流量固定控制方式下，是成為如下之間接性的控制方式，因而在交界層液位的回復上需要長時間：對伴隨於內層堵塞器的流量特性變化之熔鋼供給流量的變化結果而產生之交界層液位的變動，於使熔鋼供給流量回復到目標值後，再藉由複層鑄片之連續鑄造處理的自行修復功能來使交界層液位回復到目標值。再者，在流量目標值控制中，雖然可以藉由將積分時間設得較短等，而將控制增益設為高增益之作法來提高干擾抑制效果，但是由於有閉迴路系統變得不安定的疑慮，因此難以將控制增益過度地設為高增益。
(2)實施例2(鑄造速度變更時之控制模擬) 在連續鑄造處理的作業中，是在鑄造中進行鑄造速度Vc 的變更操作。例如有如下的鑄造速度Vc 之變更：從控制熔液之上升時起朝向穩定作業來將鑄造速度Vc 增速、或在熔液面變動變得激烈的情況下將鑄造速度Vc 減速等。設想如此的情況，而進行了鑄造速度Vc 的變更時的控制模擬。 再者，關於模擬條件、控制參數，除了將餵槽熔液頂面保持為固定、及變更鑄造速度Vc 以外，皆與實施例1同樣。
如圖7之(a)所示，是設為從100sec到110sec使鑄造速度Vc 從16.7mm/sec(1.0m/min)減速到13.3mm/sec(0.8m/min)為止之構成。再者，藉由表現複層鑄片之連續鑄造處理之式(1)到式(4)、式(7)式，而將因應於鑄造速度Vc 之流量目標值作為交界層液位控制方式、內層流量固定控制方式中的目標值來設定。
>結果> 在圖7之(b)顯示表層液位的變動、(c)顯示交界層液位的變動。又，在圖8之(a)顯示表層堵塞器開度的變化、(b)顯示內層堵塞器開度的變化。又，在圖9之(a)顯示表層流量Q1 的變化、(b)顯示內層流量Q2 的變化。圖7至圖9之各個特性圖的橫軸是時間[sec]。圖中之實線顯示由交界層液位控制方式所形成之特性線、虛線顯示由內層流量固定控制方式所形成之特性線。 相對於圖7之(a)的鑄造速度Vc 的變更，針對表層液位是如圖7之(b)所示，在任一方式下皆可以快速地抑制表層液位的變動，而使其收斂到表層液位目標值。相對於此，如圖7之(c)所示，針對交界層液位，在交界層液位控制方式下可以快速地抑制交界層液位的變動，而使其收斂到交界層液位目標值，但在內層流量固定控制方式下，會使交界層液位的變動變大，使往交界層液位目標值的回復變慢。
以上，雖然將本發明和實施形態一起進行了說明，但上述實施形態只不過是顯示實施本發明時的具體化之例，並非藉由這些來限定地解釋本發明之技術性範圍。亦即，本發明只要不脫離其技術思想或其主要特徵，即能以各種形式實施。 適用本發明之複層鑄片之連續鑄造處理的控制裝置可藉由例如具備有CPU、ROM、RAM等的電腦而實現。 又，本發明可藉由將實現本發明之功能的軟體(程式)，透過網路或各種儲存媒體而供給至系統或裝置，並由該系統或裝置的電腦將程式讀出並執行而實現。 從而，本發明之其他態樣是一種程式或記錄有該程式之電腦可讀取的記錄媒體，前述程式是用於控制製造複層鑄片之連續鑄造處理的程式，前述複層鑄片是如下的複層鑄片：從表層噴嘴及內層噴嘴對鑄模內注入熔融金屬，且在前述鑄模內讓表層的前述熔融金屬與內層的前述熔融金屬隔著交界而分離成上下，且前述表層的組成與前述內層的組成不同，前述程式是構成為使電腦執行以下步驟： 輸入由熔液面液位計所測定之前述鑄模內的熔液面的位置即表層液位的測定值、及由設置於前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中的任一噴嘴的流量計所測定之前述熔融金屬之供給流量的測定值； 依據由前述熔液面液位計所測定之表層液位的測定值、由前述流量計所測定之前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中的任一噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的測定值、及前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中未設置前述流量計的噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的計算值，並藉由觀測器來推定前述交界的位置即交界層液位；及 將前述表層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量、與前述內層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量控制成使由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、及前述推定之前述交界層液位的推定值維持在各自的目標值。 再者，適用本發明之複層鑄片之連續鑄造處理的控制裝置可為PLC(Programmable Logic Controller，可程式邏輯控制器)，亦可藉由ASIC(Application Specific Integrated Circuit，應用特定積體電路)等的專用硬體來實現。 產業上之可利用性
根據本發明，變得可抑制表層的熔融金屬與內層的熔融金屬的混合，並製造良好的品質的複層鑄片。
1:表層噴嘴 2:內層噴嘴 3:表層餵槽 4:內層餵槽 5:鑄模 6:磁場產生裝置 7:交界 8:熔液面 9:熔液面液位計 10:流量計 11:表層堵塞器 12:內層堵塞器 13:控制器 15:凝固殼位置 201:輸入部 202、204:控制部 203:推定部 A1:表層截面積 A2:內層截面積 Q1:表層流量 Q2:內層流量 s:表層厚度 Vc:鑄造速度 y1:表層液位 y2:交界層液位
圖1是顯示鑄造複層鑄片之連續鑄造設備的概要之圖。 圖2是顯示實施形態中的複層鑄片之連續鑄造處理的控制裝置的功能構成之圖。 圖3是顯示實施形態中的表層流量及內層流量的控制系統的方塊線圖。 圖4是顯示實施例1中的內層堵塞器的流量特性、及表層液位的變動與交界層液位的變動的特性圖。 圖5是顯示實施例1中的表層堵塞器開度的變化及內層堵塞器開度的變化的特性圖。 圖6是顯示實施例1中的表層流量變化及內層流量變化的特性圖。 圖7是顯示實施例2中的鑄造速度、及表層液位的變動與交界層液位的變動的特性圖。 圖8是顯示實施例2中的表層堵塞器開度的變化及內層堵塞器開度的變化的特性圖。 圖9是顯示實施例2中的表層流量變化及內層流量變化的特性圖。
9:熔液面液位計
10:流量計
201:輸入部
202、204:控制部
203:推定部

Claims (8)

  1. 一種複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法，是製造複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法，前述複層鑄片是如下的複層鑄片：從表層噴嘴及內層噴嘴對鑄模內注入熔融金屬，且在前述鑄模內讓表層的前述熔融金屬與內層的前述熔融金屬隔著交界而分離成上下，且前述表層的組成與前述內層的組成不同， 前述複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法之特徵在於： 使用測定前述鑄模內的熔液面的位置即表層液位的熔液面液位計、及設置於前述表層噴嘴及前述內層噴嘴中的任一噴嘴而測定前述熔融金屬之供給流量的流量計， 並依據由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、由前述流量計所測定之前述表層噴嘴及前述內層噴嘴中的任一噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的測定值、及前述表層噴嘴與前述內層噴嘴之中未設置前述流量計的噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的計算值，且藉由觀測器來推定前述交界之位置即交界層液位， 來將前述表層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量、及前述內層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量控制成使由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、及由前述觀測器所推定之前述交界層液位的推定值維持在各自的目標值。
  2. 如請求項1之複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法， 其中作為前述觀測器，是利用前述複層鑄片之連續鑄造處理的線性近似模型，來構成盧恩伯格型的觀測器。
  3. 如請求項1或2之複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法， 其中前述觀測器是將以下作為狀態變數：前述表層液位、前述交界層液位、及前述表層噴嘴與前述內層噴嘴之中未設置前述流量計之噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的相當於計算值之計算誤差的干擾。
  4. 如請求項3之複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法， 其是給與階梯狀干擾或斜坡狀干擾來作為前述干擾。
  5. 如請求項1至4中任一項之複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法， 其是在前述內層噴嘴設置前述流量計。
  6. 如請求項1至4中任一項之複層鑄片之連續鑄造處理的控制方法， 其是在前述表層噴嘴設置前述流量計。
  7. 一種複層鑄片之連續鑄造處理的控制裝置，是控制製造複層鑄片之連續鑄造處理的控制裝置，前述複層鑄片是如下的複層鑄片：從表層噴嘴及內層噴嘴對鑄模內注入熔融金屬，且在前述鑄模內讓表層的前述熔融金屬與內層的前述熔融金屬隔著交界而分離成上下，且前述表層的組成與前述內層的組成不同， 前述複層鑄片之連續鑄造處理的控制裝置之特徵在於具備有： 輸入機構，輸入由熔液面液位計所測定之前述鑄模內之熔液面的位置即表層液位的測定值、及由設置於前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中的任一噴嘴的流量計所測定之前述熔融金屬之供給流量的測定值； 推定機構，依據由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、由前述流量計所測定之前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中的任一噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的測定值、及前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中未設置前述流量計的噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的計算值，並藉由觀測器來推定前述交界的位置即交界層液位；及 控制機構，將前述表層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量、及前述內層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量控制成使由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、及由前述推定機構所推定之前述交界層液位的推定值維持在各自的目標值。
  8. 一種程式，用於控制製造複層鑄片之連續鑄造處理的程式，前述複層鑄片是如下的複層鑄片：從表層噴嘴及內層噴嘴對鑄模內注入熔融金屬，且在前述鑄模內讓表層的前述熔融金屬與內層的前述熔融金屬隔著交界而分離成上下，且前述表層的組成與前述內層的組成不同， 前述程式是構成為使電腦執行以下步驟： 輸入由熔液面液位計所測定之前述鑄模內的熔液面的位置即表層液位的測定值、及由設置於前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中的任一噴嘴的流量計所測定之前述熔融金屬之供給流量的測定值； 依據由前述熔液面液位計所測定之表層液位的測定值、由前述流量計所測定之前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中的任一噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的測定值、及前述表層噴嘴與前述內層噴嘴中未設置前述流量計的噴嘴的前述熔融金屬之供給流量的計算值，並藉由觀測器來推定前述交界的位置即交界層液位；及 將前述表層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量、及前述內層噴嘴的前述熔融金屬之供給流量控制成使由前述熔液面液位計所測定之前述表層液位的測定值、及前述推定之前述交界層液位的推定值維持在各自的目標值。
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