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CN112188940A - 多层铸板的连续铸造工序的控制方法、装置以及程序 - Google Patents

多层铸板的连续铸造工序的控制方法、装置以及程序 Download PDF

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CN112188940A
CN112188940A CN201980034830.7A CN201980034830A CN112188940A CN 112188940 A CN112188940 A CN 112188940A CN 201980034830 A CN201980034830 A CN 201980034830A CN 112188940 A CN112188940 A CN 112188940A
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molten metal
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北田宏
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Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
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Abstract

本发明涉及多层铸板的连续铸造工序的控制方法、装置以及程序。该连续铸造工序的控制方法为,从表层喷嘴以及内层喷嘴向铸模内注入熔融金属,在铸模内将表层的熔融金属与内层的熔融金属隔着边界而上下分离,制造表层的组成与内层的组成不同的多层铸板,其中,使用测定铸模内的液面的位置即表层水平的液面水平计以及设置于表层喷嘴和内层喷嘴中的任意一方并测定熔融金属的供给流量的流量计,基于液面水平计对表层水平的测定值、流量计对表层喷嘴和内层喷嘴中的任意一方的熔融金属的供给流量的测定值、以及表层喷嘴和内层喷嘴中的未设置流量计的一方的熔融金属的供给流量的计算值,通过观测器来推断边界的位置即边界层水平,对表层喷嘴的熔融金属的供给流量以及内层喷嘴的熔融金属的供给流量进行控制,以便将液面水平计对表层水平的测定值以及观测器对边界层水平的推断值保持为各自的目标值。

Description

多层铸板的连续铸造工序的控制方法、装置以及程序
技术领域
本发明涉及多层铸板(MULTILAYERED SLAB)的连续铸造工序的控制方法、装置以及程序。
本申请基于2018年6月8日在日本提交的特愿2018-110356号并主张优先权,将其内容援引于此。
背景技术
一直以来,进行表层的组成与内层的组成不同的多层铸板的制造。例如,在专利文献1中公开了如下构成:通过磁机构来分离铸模内的不同组成的熔融金属,并向其边界的上下分别供给组成不同的熔融金属。更详细来说,在铸模内的相对靠上部的熔融金属供给位置与相对靠下部的熔融金属供给位置之间,以磁力线沿着与铸造方向垂直的方向延伸的方式形成静磁场带,由此防止供给位置不同且组成不同的熔融金属混合。
在多层铸板的连续铸造工序中,为了使静磁场带停留在将表层的熔融金属(钢液)与内层的钢液上下分离的边界的位置(以下,称作边界层水平),需要适当地控制表层用的浸渍喷嘴的钢液供给流量以及内层用的浸渍喷嘴的钢液供给流量。
对于该课题,例如,在专利文献2中公开了如下方式:将内层钢液注入量与外层钢液注入量之比保持为恒定,并且通过注入量和操作来控制铸模液面水平。
此外,在专利文献3中公开了如下方式:将由安装于表层中间包侧的注入喷嘴的电磁流量计计测出的表层注入量与根据表层壳厚以及铸造速度进行设定值计算而求出的表层注入量设定值进行比较,以使两者一致的方式对表层用注入喷嘴的栓塞进行开闭而调整表层注入量,将由另一个液面水平计检测出的液面水平与根据表层壳厚以及铸造速度进行设定值计算而求出的液面水平设定值进行比较,以使两者一致的方式对内层用注入喷嘴的栓塞进行开闭而调整内层注入量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭63-108947号公报
专利文献2:日本特开平3-243262号公报
专利文献3:日本特开平5-104223号公报
非专利文献
非专利文献1:Ironmaking&Steelmaking 1997Vol.24 No.3"Novel continuouscasting process for clad steel slabs with level dc magnetic field"
非专利文献2:池田、藤崎“多变量系统控制”,CORONA公司,p.95
发明内容
发明要解决的课题
但是,在以往的方式中,均未将边界层水平作为直接的控制对象。因此,例如,当在铸造中由于与喷嘴堵塞、堵塞剥离等流量特性变化相伴随的钢液注入量的变动而边界层水平发生了变动的情况下,到使其恢复为目标值为止需要较长时间,在此期间表层的钢液与内层的钢液有可能混合而使多层铸板的品质劣化。
本发明是鉴于上述那样的问题而完成的,其目的在于,在多层铸板的连续铸造工序中能够高精度地控制边界层水平。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的本发明的主旨如下所述。
(1)本发明的第一方案为一种多层铸板的连续铸造工序的控制方法,从表层喷嘴以及内层喷嘴向铸模内注入熔融金属,在上述铸模内将表层的上述熔融金属与内层的上述熔融金属隔着边界而上下分离,制造上述表层的组成与上述内层的组成不同的多层铸板,在该控制方法中,使用对上述铸模内的液面的位置即表层水平进行测定的液面水平计、以及设置于上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方而对上述熔融金属的供给流量进行测定的流量计,基于上述液面水平计对上述表层水平的测定值、上述流量计对上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方的上述熔融金属的供给流量的测定值、以及上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的未设置上述流量计的一方的上述熔融金属的供给流量的计算值,通过观测器来推断上述边界的位置即边界层水平,对上述表层喷嘴的上述熔融金属的供给流量以及上述内层喷嘴的上述熔融金属的供给流量进行控制,以便将上述液面水平计对上述表层水平的测定值以及上述观测器对上述边界层水平的推断值保持为各自的目标值。
(2)在上述(1)所记载的多层铸板的连续铸造工序的控制方法中也可以为,作为上述观测器,利用上述多层铸板的连续铸造工序的线性近似模型,构成龙伯格型的观测器。
(3)在上述(1)或者(2)所记载的多层铸板的连续铸造工序的控制方法中也可以为,上述观测器将上述表层水平、上述边界层水平、以及与上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的未设置上述流量计的一方的上述熔融金属的供给流量的计算值的计算误差相当的干扰设为状态变量。
(4)在上述(3)所记载的多层铸板的连续铸造工序的控制方法中也可以为,作为上述干扰,施加阶梯状干扰或者斜坡状干扰。
(5)在上述(1)~(4)任一项所记载的多层铸板的连续铸造工序的控制方法中也可以为,在上述内层喷嘴设置上述流量计。
(6)在上述(1)~(4)任一项所记载的多层铸板的连续铸造工序的控制方法中也可以为,在上述表层喷嘴设置上述流量计。
(7)本发明的第二方案提供一种多层铸板的连续铸造工序的控制装置,对如下的连续铸造工序进行控制:从表层喷嘴以及内层喷嘴向铸模内注入熔融金属,在上述铸模内将表层的上述熔融金属与内层的上述熔融金属隔着边界而上下分离,制造上述表层的组成与上述内层的组成不同的多层铸板,在该控制装置中,具备:输入单元,输入液面水平计对上述铸模内的液面的位置即表层水平的测定值、以及设置于上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方的流量计对上述熔融金属的供给流量的测定值;推断单元,基于上述液面水平计对上述表层水平的测定值、上述流量计对上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方的上述熔融金属的供给流量的测定值、以及上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的未设置上述流量计的一方的上述熔融金属的供给流量的计算值,通过观测器来推断上述边界的位置即边界层水平;以及控制单元,对上述表层喷嘴的上述熔融金属的供给流量以及上述内层喷嘴的上述熔融金属的供给流量进行控制,以便将上述液面水平计对上述表层水平的测定值以及上述推断单元对上述边界层水平的推断值保持为各自的目标值。
(8)本发明的第三方案提供一种程序,用于对如下的连续铸造工序进行控制:从表层喷嘴以及内层喷嘴向铸模内注入熔融金属,在上述铸模内将表层的上述熔融金属与内层的上述熔融金属隔着边界而上下分离,制造上述表层的组成与上述内层的组成不同的多层铸板,该程序构成为,使计算机执行如下工序:输入液面水平计对上述铸模内的液面的位置即表层水平的测定值、以及设置于上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方的流量计对上述熔融金属的供给流量的测定值的工序;基于上述液面水平计对上述表层水平的测定值、上述流量计对上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方的上述熔融金属的供给流量的测定值、以及上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的未设置上述流量计的一方的上述熔融金属的供给流量的计算值,通过观测器来推断上述边界的位置即边界层水平的工序;以及对上述表层喷嘴的上述熔融金属的供给流量以及上述内层喷嘴的上述熔融金属的供给流量进行控制,以便将上述液面水平计对上述表层水平的测定值以及基于上述推断而得到的上述边界层水平的推断值保持为各自的目标值的工序。
发明的效果
根据本发明,在多层铸板的连续铸造工序中,能够高精度地控制边界层水平。由此,能够抑制表层的熔融金属与内层的熔融金属混合,而制造品质良好的多层铸板。
附图说明
图1是表示铸造多层铸板的连续铸造设备的概要的图。
图2是表示实施方式的多层铸板的连续铸造工序的控制装置的功能构成的图。
图3是实施方式的表层流量以及内层流量的控制系统的框图。
图4是表示实施例1的内层栓塞的流量特性、表层水平的变动以及边界层水平的变动的特性图。
图5是表示实施例1的表层栓塞开度的变化以及内层栓塞开度的变化的特性图。
图6是表示实施例1的表层流量的变化以及内层流量的变化的特性图。
图7是表示实施例2的铸造速度、表层水平的变动以及边界层水平的变动的特性图。
图8是表示实施例2的表层栓塞开度的变化以及内层栓塞开度的变化的特性图。
图9是表示实施例2的表层流量的变化以及内层流量的变化的特性图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
图1表示铸造多层铸板的连续铸造设备的概要。
如图1的(a)所示,连续铸造设备具备使喷出位置在铸造方向上不同的2个浸渍喷嘴(以下,称作表层喷嘴1以及内层喷嘴2),组成不同的钢液分别从表层中间包3、内层中间包4经由表层喷嘴1、内层喷嘴2而注入到铸模5内。图1的(b)是表示表层截面积A1与内层截面积A2的概略图。
注入到铸模5内的各钢液在通过磁场产生装置6形成的静磁场带中受到制动力,在铸模5内表层的钢液与内层的钢液隔着边界7而被上下分离。铸模5内的液面8是表层的钢液与熔融粉末接触的位置,边界7是表层的钢液与内层的钢液的分离位置。以下,将液面8的位置称作表层水平,将边界7的位置称作边界层水平。另外,边界7实际上形成为两层之间的过渡层,但作为边界线来处理。另外,线15表示凝固壳位置。
设置有对铸模5内的表层水平进行测定的液面水平计9。此外,在表层喷嘴1以及内层喷嘴2中的任意一方、在本实施方式中仅在内层喷嘴2上,设置有对钢液供给流量进行测定的喷嘴内流量计(以下,简称为流量计)10。另外,在表层喷嘴1以及内层喷嘴2中的任意另一方、在本实施方式中为表层喷嘴1上不设置流量计。作为流量计10,例如使用电磁流量计。在使用电磁流量计的情况下,优选在浸渍喷嘴内充满钢液,因此在本实施方式中,在流量比较多的内层喷嘴2上设置流量计10。
通过表层栓塞11的开闭来调整表层喷嘴1的钢液供给流量(以下,称作表层流量)。同样,通过内层栓塞12的开闭来调整内层喷嘴2的钢液供给流量(以下,称作内层流量)。在控制器13的控制下执行这些栓塞11、12的开闭操作。另外,在本实施方式中使用栓塞(以下,也记载为ST),但也可以构成为,使用滑动喷嘴来调整来自各喷嘴1、2的钢液供给流量。
在这样的连续铸造设备对多层铸板的连续铸造工序中,为了将表层水平以及边界层水平保持在适当的位置,需要适当地控制表层流量以及内层流量。
参照图2对在本实施方式中作为多层铸板的连续铸造工序的控制装置发挥功能的控制器13的功能构成进行说明。
输入部201输入液面水平计9对表层水平的测定值、以及流量计10对内层流量的测定值。
控制部202通过PI控制(Proportional Integral控制:比例积分控制)来决定表层栓塞11的开度操作量而控制表层流量,以便将液面水平计9对表层水平的测定值保持为表层水平目标值。
此外,利用多层铸板的连续铸造工序的线性近似模型,构成龙伯格(Luenberger)型的观测器(状态观测器)。推断部203基于液面水平计9对表层水平的测定值、流量计10对内层流量的测定值、以及未设置流量计的一方的浸渍喷嘴的钢液供给流量即表层流量的计算值,通过该观测器来推断边界层水平。然后,控制部204通过PI控制来决定内层栓塞12的开度操作量而控制内层流量,以便将推断部203对边界层水平的推断值保持为边界层水平目标值。另外,在推断状态变量时,也可以不利用线性近似模型,而使用将非线性模型作为对象的非线性的滤波方法(集合卡尔曼滤波等),但在本实施方式中,对利用多层铸板的连续铸造工序的线性近似模型来构成龙伯格型的观测器的情况进行说明。
另外,在本实施方式中,输入部201相当于本发明中所记载的输入单元,推断部203相当于本发明中所记载的推断单元,控制部202、204相当于本发明中所记载的控制单元。
<多层铸板的连续铸造工序的公式化>
例如,在专利文献3、非专利文献1中示出有表现多层铸板的连续铸造工序的模型。
在该模型中,对应于表层流量Q1(t)、内层流量Q2(t)的变动,弯液面位置(表层水平)y1(t)、边界层水平y2(t)按照式(1)到式(5)进行变动。如图1中也示出的那样,s(t)是多层铸板的表层厚度,A1(t)是多层铸板的表层截面积,A2(t)是多层铸板的内层截面积,A是多层铸板的总截面积(A1(t)+A2(t))。此外,Vc是铸造速度。此外,W是铸模宽度,D是铸模厚度,K是凝固系数。
多层铸板的连续铸造工序具有如下功能:随着表层水平y1(t)、边界层水平y2(t)的变动,而表层厚度s(t)、边界层水平y2(t)进行“自修复”。
此处,内层截面积A2(t)、表层厚度s(t)按照式(3)、式(4)进行变动。τ是从弯液面位置拉拔到边界层水平的无用时间,满足式(5)。
【数式1】
Figure BDA0002794675620000071
Figure BDA0002794675620000072
A2(t)=(W-2s(t))(D-2s(t)) (3)
Figure BDA0002794675620000073
Figure BDA0002794675620000074
如果铸造速度Vc恒定,则无用时间τ能够用式(6)表示。并且,如果表层水平被保持为表层水平目标值,则无用时间τ也可以如式(7)那样进行近似。y0是稳定表层水平目标值。如果处于稳定控制中,则能够进行式(7)那样的近似。
【数式2】
Figure BDA0002794675620000075
Figure BDA0002794675620000076
<线性近似模型的导出>
为了构成龙伯格型的观测器,而导出式(1)至式(4)、式(7)的非线性模型的线性近似模型。
如以下那样定义设定值附近的各状态变量的扰动量(y1 (t)、y2 (t)、s(t)、A2 (t)、Q1 (t)、Q2 (t))。另外,例如,y1 (t)是表示在y1的上方附加了“~”。
【数式3】
Figure BDA0002794675620000081
Figure BDA0002794675620000082
Figure BDA0002794675620000083
Figure BDA0002794675620000084
Figure BDA0002794675620000085
Figure BDA0002794675620000086
y1*、y2*是表层水平、边界层水平的设定值,s*、A2*是根据Vc、y1*、y2*确定的非线性模型的平衡点,Q1*、Q2*是根据Vc、s*、A2*确定的钢液供给流量的目标值,分别如以下那样表示。
【数式4】
y1*、y2*:(设定值)
Figure BDA0002794675620000087
Figure BDA0002794675620000088
Figure BDA0002794675620000089
Figure BDA00027946756200000810
Figure BDA00027946756200000811
当在这些设定值附近对式(1)至式(4)、式(7)的非线性模型进行线性近似时,表层水平、边界层水平的扰动的动态特性如式(8)、式(9)那样表示。
【数式5】
Figure BDA00027946756200000812
Figure BDA00027946756200000813
Figure BDA00027946756200000814
另外,表层厚的扰动量s(t)由式(12)式表示,且可知表层厚的扰动量s(t)以与边界层水平的扰动量y2 (t)的变动相反的方式变动。
【数式6】
Figure BDA0002794675620000091
Figure BDA0002794675620000092
Figure BDA0002794675620000093
表示边界层水平的变动的式(9),能够使用式(10)至式(13)而归纳成式(14)那样。
【数式7】
Figure BDA0002794675620000094
另外,在铸造速度Vc=1.0m/min、凝固系数K=20.0mm·min^(-1/2)、表层水平y1=-100mm、边界层水平y2=-420mm时,α=0.4735、β=0.0177,边界层水平的自修复功能的时间常数“1/αβ”为117sec。
<观测器的构成>
构成龙伯格型的观测器,对无法直接测定的边界层水平进行推断。
此处,作为观测器的输入而需要表层流量以及内层流量这两个流量,但由于仅设置有一个流量计10,因此未设置流量计的一方的浸渍喷嘴的钢液供给流量即表层流量用计算值代替,并将其计算误差视为阶梯状干扰,通过观测器进行补偿。
作为表层流量的计算值,例如,可以使用稳定控制时的流量目标值(根据铸造速度来确定的恒定值),也可以使用基于表示表层栓塞11的开度与流量之间的关系的流量特性的标称模型以及表层栓塞11的开度实际值而计算出的值。
在如本实施方式那样在内层喷嘴2设置流量计10而在表层喷嘴1不设置流量计的情况下,其公式化成为如下那样。
作为表层流量的计算值Q1 (t)的计算误差,考虑阶梯状干扰d1^(t),而通过状态空间模型来进行公式化(式(15)至式(17))。式(15)是对式(8)追加阶梯状干扰d1^(t)而得到的,式(16)相当于式(14)。另外,为了区别是观测器的状态变量而附加“^”,例如d1^(t)的记载是在d1的双方附加了“^”。
能够对式(15)至式(17)进行归纳而利用式(18)、式(19)的状态空间模型来进行表现。
【数式8】
Figure BDA0002794675620000101
Figure BDA0002794675620000102
Figure BDA0002794675620000103
Figure BDA0002794675620000104
Figure BDA0002794675620000105
对于该状态空间模型,如式(20)那样构成观测器。
【数式9】
Figure BDA0002794675620000106
在状态空间模型为可检测的情况下,观测器对状态变量的推断误差随着时间而减少,并接近于0(例如参照非专利文献2)。此处,状态空间模型为可检测是指,对于式(21)、(22)的系统矩阵A的不稳定极λ,满足式(23)的条件。N是状态变量x的维度。
在式(18)、式(19)的状态空间模型中,对于不稳定极0,成为式(24)那样,满足可检测性,因此,通过式(20)构成的观测器的推断误差能够逐渐地接近于0。
【数式10】
Figure BDA0002794675620000111
y=Cx (22)
Figure BDA0002794675620000112
Figure BDA0002794675620000113
根据以上所述,在图3中示出本实施方式的表层流量以及内层流量的控制系统的框图。
如图3所示,测定出表层水平y1,并将其与表层水平目标值(y1目标值)进行比较,在控制器13的控制下执行反馈控制,该反馈控制进行与其差相匹配的表层栓塞11的开度调整。如式(1)所示,表层水平y1的变动由在将表层流量Q1与内层流量Q2之和除以面积A之后减去铸造速度Vc的数式表示。以此为基准,在框图中构成为,对如下的值进行积分而得到的结果成为表层水平y1,该值是在对根据表层栓塞11的开度而被控制的表层流量Q1与内层流量Q2之和乘以1/A之后减去铸造速度Vc而得到的值。
此外,通过观测器来推断边界层水平扰动量y2 ,将对y2 加上边界层水平设定值而得到的值(在图3中表示为y2推断值)与边界层水平目标值(y2目标值)进行比较,在控制器13的控制下执行反馈控制,该反馈控制进行与其差相匹配的内层栓塞12的开度调整。观测器将表层水平y1的测定值、内层流量Q2的测定值、表层流量Q1的计算值作为输入,来推断边界层水平扰动量y2 。如式(2)所示,边界层水平y2的变动由在将内层流量Q2除以内层截面积A2之后减去铸造速度Vc的数式表示。以此为基准,在框图中构成为,对根据内层栓塞12的开度而被控制的内层流量Q2乘以1/A2,从其结果减去铸造速度Vc并进行积分而得到的值成为边界层水平y2
如以上所述,利用多层铸板的连续铸造工序的线性近似模型,构成龙伯格型的观测器,实时地推断作为控制对象的边界层水平。由此,例如,即使在铸造中由于喷嘴堵塞、堵塞剥离等流量特性变化而边界层水平发生了变动的情况下,也能够检测出边界层水平的变动,并使其迅速地恢复到边界层水平目标值。如此,在多层铸板的连续铸造工序中,能够高精度地控制边界层水平,能够抑制表层的熔融金属与内层的熔融金属混合,能够制造品质良好的多层铸板。
此外,由于构成为仅在表层喷嘴1以及内层喷嘴2中的任意一方设置流量计10,因此能够实现设备构成的简化。
另外,即使在表层喷嘴1设置流量计10而在内层喷嘴2不设置流量计的情况下,也能够通过同样的公式化,如式(25)至式(27)所示那样构成观测器。在式(25)、式(26)的状态空间模型中也满足可检测性,因此由式(27)构成的观测器的推断误差能够逐渐接近于0。
【数式11】
Figure BDA0002794675620000121
Figure BDA0002794675620000122
Figure BDA0002794675620000123
此外,在干扰的公式化时将阶梯状干扰作为例子,但在现实的流量特性变化被视为斜坡状的情况下,也可以假定为斜坡状干扰。在作为干扰而假定为斜坡状干扰的情况下,如式(28)那样对干扰的动态进行公式化。
【数式12】
Figure BDA0002794675620000124
在如实施方式那样在内层喷嘴2设置流量计10而在表层喷嘴1不设置流量计的情况下,考虑了斜坡状干扰的状态空间模型的公式化如式(29)、式(30)所示。该状态空间模型也满足可检测性,因此能够与阶梯状干扰的情况同样地构成龙伯格型的观测器。另外,即使在表层喷嘴1设置流量计10而在内层喷嘴2不设置流量计的情况下,也能够通过同样的公式化来构成龙伯格型的观测器。
【数式13】
Figure BDA0002794675620000131
Figure BDA0002794675620000132
实施例
在以下所述的实施例中,也如实施方式那样构成为在内层喷嘴2设置流量计10而在表层喷嘴1不设置流量计。
(1)实施例1(流量特性变化时的控制模拟)
在实施例1中,假定试验CC(Continuous casting:连续铸造)中的多层铸板的铸造,进行流量特性变化时的控制模拟,将应用本发明的边界层水平控制方式、与以专利文献3所记载的方式为基准的内层流量恒定控制方式(在内层喷嘴设置流量计,在将内层流量保持为恒定的基础上,将表层水平保持为恒定的方式)进行比较。
另外,在边界层水平控制方式中,表层水平控制、边界层水平控制均通过PI控制来进行,在内层流量恒定控制方式中,表层水平控制、内层流量目标值控制均通过PI控制来进行。
在本实施例中,假定(1)喷嘴堵塞、(2)堵塞剥离、(3)与中间包头下降(中间包内液面的下降)相伴随的内层栓塞的流量减少。如图4的(a)所示,在内层栓塞成为某个开度时,随着中间包头下降而内层栓塞的流量逐渐减少。然后,成为如下状况:在其途中,内层栓塞产生喷嘴堵塞而流量大幅度减少,之后产生堵塞剥离而流量的减少被消除。另外,图4的(a)的纵轴的“内层ST(栓塞)流量特性变化率”表示以铸造开始时的内层栓塞的流量特性(栓塞的开度与流量之间的关系)为基准的流量特性的相对值。
模拟条件为,铸模宽度:800mm、铸模厚度:170mm、表层水平目标值:-100mm、边界层水平目标值:-420mm、铸造速度:1.0m/min、凝固常数20.0mm·min^(-1/2)。
此外,作为边界层水平控制方式的PI控制参数,表层水平控制、边界层水平控制均设为比例增益:0.30、积分时间:10.0[sec]。此外,作为内层流量恒定控制方式的PI控制参数,在表层水平控制中设为比例增益:0.30、积分时间:10.0[sec],在内层流量恒定控制中设为比例增益:0.000002、积分时间:10.0[sec]。
<结果>
在图4的(b)中示出表层水平的变动,在(c)中示出边界层水平的变动。此外,在图5的(a)中示出表层栓塞开度的变化,在(b)中示出内层栓塞开度的变化。此外,在图6的(a)中示出表层流量Q1的变化,在(b)中示出内层流量Q2的变化。图4至图6的各特性图的横轴为时间[sec]。图中的实线表示边界层水平控制方式的特性线,虚线表示内层流量恒定控制方式的特性线。
对于图4的(a)的内层栓塞的流量特性变化,如图4的(b)所示,关于表层水平,在任一个方式中都能够将表层水平保持为大致恒定。与此相对,如图4的(c)所示,关于边界层水平,在边界层水平控制方式中能够将边界层水平保持为大致恒定,但在内层流量恒定控制方式中无法抑制边界层水平的变动。
在边界层水平控制方式中,通过观测器实时地推断作为控制对象的边界层水平,由此能够检测出边界层水平的变动,使其迅速地恢复到边界层水平目标值。
另一方面,在内层流量恒定控制方式中,对于作为与内层栓塞的流量特性变化相伴随的钢液供给流量的变化结果而产生的边界层水平的变动,成为在使钢液供给流量恢复到目标值之后通过多层铸板的连续铸造工序的自修复功能使边界层水平恢复到目标值这样的间接的控制方式,边界层水平的恢复需要较长时间。另外,在流量目标值控制中,通过缩短积分时间等将控制增益设为高增益,由此能够提高干扰抑制效果,但闭环系统有可能变得不稳定,因此难以将控制增益过剩地设为高增益。
(2)实施例2(铸造速度变更时的控制模拟)
在连续铸造工序的操作中,在铸造中进行铸造速度Vc的变更操作。例如,存在从液面上升控制时朝向稳定操作使铸造速度Vc增速、或者在液面变动变得剧烈的情况下使铸造速度Vc减速等的铸造速度Vc的变更。假定这样的状况,进行了铸造速度Vc的变更时的控制模拟。
另外,关于模拟条件、控制参数,除了将中间包头保持为恒定、以及变更铸造速度Vc以外,都与实施例1相同。
如图7的(a)所示,从100sec至110sec使铸造速度Vc从16.7mm/sec(1.0m/min)减速至13.3mm/sec(0.8m/min)。另外,通过表现多层铸板的连续铸造工序的式(1)至式(4)、式(7)式,将与铸造速度Vc相应的流量目标值设定为边界层水平控制方式、内层流量恒定控制方式中的目标值。
<结果>
在图7的(b)中示出表层水平的变动,在(c)中示出边界层水平的变动。此外,在图8的(a)中示出表层栓塞开度的变化,在(b)中示出内层栓塞开度的变化。此外,在图9的(a)中示出表层流量Q1的变化,在(b)中示出内层流量Q2的变化。图7至图9的各特性图的横轴为时间[sec]。图中的实线表示边界层水平控制方式的特性线,虚线表示内层流量恒定控制方式的特性线。
对于图7的(a)的铸造速度Vc的变更,如图7的(b)所示,关于表层水平,在任一个方式中都能够迅速地抑制表层水平的变动,使其收敛为表层水平目标值。与此相对,如图7的(c)所示,关于边界层水平,在边界层水平控制方式中能够迅速地抑制边界层水平的变动,使其收敛为边界层水平目标值,但在内层流量恒定控制方式中边界层水平的变动较大,向边界层水平目标值的恢复变慢。
以上,与实施方式一起说明了本发明,但上述实施方式只不过是表示实施本发明时的具体化的例子,不能通过这些限定地解释本发明的技术范围。即,本发明能够在不脱离其技术思想或者其主要特征的情况下以各种方式实施。
应用本发明的多层铸板的连续铸造工序的控制装置例如能够通过具备CPU、ROM、RAM等的计算机来实现。
此外,本发明也可以通过将实现本发明的功能的软件(程序)经由网络或者各种存储介质供给至系统或者装置,该系统或者装置的计算机读出并执行程序来实现。
因而,本发明的另一方案提供一种程序或者记录有该程序的计算机可读取的存储介质,该程序用于对如下的连续铸造工序进行控制:从表层喷嘴以及内层喷嘴向铸模内注入熔融金属,在上述铸模内将表层的上述熔融金属与内层的上述熔融金属隔着边界而上下分离,制造上述表层的组成与上述内层的组成不同的多层铸板,该程序构成为,使计算机执行如下工序:输入液面水平计对上述铸模内的液面的位置即表层水平的测定值、以及设置于上述表层喷嘴以及上述内层喷嘴中的任意一方的流量计对上述熔融金属的供给流量的测定值的工序;基于上述液面水平计对表层水平的测定值、上述流量计对上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方的上述熔融金属的供给流量的测定值、以及上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的未设置上述流量计的一方的上述熔融金属的供给流量的计算值,通过观测器来推断上述边界的位置即边界层水平的工序;对上述表层喷嘴的上述熔融金属的供给流量以及上述内层喷嘴的上述熔融金属的供给流量进行控制,以便将上述液面水平计对上述表层水平的测定值以及基于上述推断而得到的上述边界层水平的推断值保持为各自的目标值的工序。
另外,应用本发明的多层铸板的连续铸造工序的控制装置,可以是PLC(Programmable Logic Controller:可编程逻辑控制器),也可以通过ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit:专用集成电路)等专用的硬件来实现。
产业上的可利用性
根据本发明,能够抑制表层的熔融金属与内层的熔融金属混合,而制造品质良好的多层铸板。
符号的说明
1:表层喷嘴;2:内层喷嘴;3:表层中间包;4:内层中间包;5:铸模;6:磁场产生装置;7:边界;8:液面;9:液面水平计;10:流量计;11:表层栓塞;12:内层栓塞;13:控制器;15:凝固壳位置;201:输入部;202:控制部;203:推断部;204:控制部。

Claims (8)

1.一种多层铸板的连续铸造工序的控制方法,从表层喷嘴以及内层喷嘴向铸模内注入熔融金属,在上述铸模内将表层的上述熔融金属与内层的上述熔融金属隔着边界而上下分离,制造上述表层的组成与上述内层的组成不同的多层铸板,其特征在于,
使用对上述铸模内的液面的位置即表层水平进行测定的液面水平计、以及设置于上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方而对上述熔融金属的供给流量进行测定的流量计,
基于上述液面水平计对上述表层水平的测定值、上述流量计对上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方的上述熔融金属的供给流量的测定值、以及上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的未设置上述流量计的一方的上述熔融金属的供给流量的计算值,通过观测器来推断上述边界的位置即边界层水平,
对上述表层喷嘴的上述熔融金属的供给流量以及上述内层喷嘴的上述熔融金属的供给流量进行控制,以便将上述液面水平计对上述表层水平的测定值以及上述观测器对上述边界层水平的推断值保持为各自的目标值。
2.根据权利要求1所述的多层铸板的连续铸造工序的控制方法,其特征在于,
作为上述观测器,利用上述多层铸板的连续铸造工序的线性近似模型,构成龙伯格型的观测器。
3.根据权利要求1或2所述的多层铸板的连续铸造工序的控制方法,其特征在于,
上述观测器为,将上述表层水平、上述边界层水平、以及与上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的未设置上述流量计的一方的上述熔融金属的供给流量的计算值的计算误差相当的干扰,设为状态变量。
4.根据权利要求3所述的多层铸板的连续铸造工序的控制方法,其特征在于,
作为上述干扰,施加阶梯状干扰或者斜坡状干扰。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多层铸板的连续铸造工序的控制方法,其特征在于,
在上述内层喷嘴设置上述流量计。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的多层铸板的连续铸造工序的控制方法,其特征在于,
在上述表层喷嘴设置上述流量计。
7.一种多层铸板的连续铸造工序的控制装置,对如下的连续铸造工序进行控制:从表层喷嘴以及内层喷嘴向铸模内注入熔融金属,在上述铸模内将表层的上述熔融金属与内层的上述熔融金属隔着边界而上下分离,制造上述表层的组成与上述内层的组成不同的多层铸板,该控制装置的特征在于,具备:
输入单元,输入液面水平计对上述铸模内的液面的位置即表层水平的测定值、以及设置于上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方的流量计对上述熔融金属的供给流量的测定值;
推断单元,基于上述液面水平计对上述表层水平的测定值、上述流量计对上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方的上述熔融金属的供给流量的测定值、以及上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的未设置上述流量计的一方的上述熔融金属的供给流量的计算值,通过观测器来推断上述边界的位置即边界层水平;以及
控制单元,对上述表层喷嘴的上述熔融金属的供给流量以及上述内层喷嘴的上述熔融金属的供给流量进行控制,以便将上述液面水平计对上述表层水平的测定值以及上述推断单元对上述边界层水平的推断值保持为各自的目标值。
8.一种程序,用于对如下的连续铸造工序进行控制:从表层喷嘴以及内层喷嘴向铸模内注入熔融金属,在上述铸模内将表层的上述熔融金属与内层的上述熔融金属隔着边界而上下分离,制造上述表层的组成与上述内层的组成不同的多层铸板,该程序构成为,使计算机执行如下工序:
输入液面水平计对上述铸模内的液面的位置即表层水平的测定值、以及设置于上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方的流量计对上述熔融金属的供给流量的测定值的工序;
基于上述液面水平计对上述表层水平的测定值、上述流量计对上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的任意一方的上述熔融金属的供给流量的测定值、以及上述表层喷嘴和上述内层喷嘴中的未设置上述流量计的一方的上述熔融金属的供给流量的计算值,通过观测器来推断上述边界的位置即边界层水平的工序;以及
对上述表层喷嘴的上述熔融金属的供给流量以及上述内层喷嘴的上述熔融金属的供给流量进行控制,以便将上述液面水平计对上述表层水平的测定值以及基于上述推断而得到的上述边界层水平的推断值保持为各自的目标值的工序。
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