JP5505086B2 - Method, apparatus and program for estimating state in mold in continuous casting - Google Patents
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Description
本発明は、溶鋼から鋳型用の冷却水までの間に凝固シェル、モールドパウダー層、鋳型の各熱伝導体が存在する連続鋳造において、鋳型内状態を支配する主要因である伝達係数を決定するのに好適な鋳型内状態の推定方法、装置及びプログラムに関する。 The present invention determines the transfer coefficient, which is the main factor governing the state in the mold, in continuous casting where the solidified shell, mold powder layer, and mold thermal conductors exist between the molten steel and the cooling water for the mold. The present invention relates to a method, apparatus, and program for estimating a state in a mold suitable for the above.
鋼の連続鋳造においては、鋳型内の溶鋼流動状態や凝固状態が鋳片の性状に影響することから、欠陥のない鋳片を製造するためには、鋳型内状態をオンラインで推定し、制御することが必要である。 In continuous casting of steel, the molten steel flow state and solidification state in the mold affect the properties of the slab, so in order to produce a defect-free slab, the state in the mold is estimated and controlled online. It is necessary.
特許文献1には、鋳型銅板の溶鋼側表面の法線上の1点で鋳型銅板に埋設された測温素子にて鋳型鋼板内温度を測定し、この測温値から凝固シェルに沿った溶鋼の流速を求める手法が開示されている。
In
具体的には、測温値から鋳型銅板を通過する熱流束を求め、その熱流束から総括熱抵抗(溶鋼から冷却水までの熱伝導体の熱抵抗を合成したもの)Rを決定して、下式(101)より、溶鋼と凝固シェルとの間の対流熱伝達係数βを求める。なお、λsは凝固シェルの熱伝導率、λpはモールドパウダー層の熱伝導率、λmは鋳型銅板の熱伝導率、hmはモールドパウダー層と鋳型銅板との間の熱伝達係数、hwは鋳型銅板と冷却水との間の熱伝達係数、dsは凝固シェル厚み、dpはモールドパウダー層厚み、dmは鋳型銅板厚みである。
R=(1/β)+(ds/λs)+(dp/λp)+(1/hm)+(dm/λm)+(1/hw)・・・(101)
Specifically, the heat flux passing through the mold copper plate is obtained from the temperature measurement value, and the overall heat resistance (the synthesized heat resistance of the heat conductor from the molten steel to the cooling water) R is determined from the heat flux, From the following equation (101), the convective heat transfer coefficient β between the molten steel and the solidified shell is obtained. The heat transfer coefficient between the lambda s is the thermal conductivity of the solidified shell, lambda p is the thermal conductivity of the mold powder layer, lambda m is the thermal conductivity of the mold copper plate, h m is a mold powder layer and the mold copper plate, h w is the heat transfer coefficient, d s is solidified shell thickness, d p is the mold powder layer thickness, d m is the mold copper plate thickness between mold copper plate and cooling water.
R = (1 / β) + (d s / λ s ) + (d p / λ p ) + (1 / h m ) + (d m / λ m ) + (1 / h w ) (101) )
式(101)から求めた熱伝達係数βを用いて、下式(102)より、ヌッセルト数Nuを求め、このヌッセルト数Nuを下式(103)又は(104)に代入してレイノルズ数Reを求める。そして、レイノルズ数Reを下式(105)に代入して溶鋼流速Uを求める。なお、λ1は溶鋼の熱伝導率、X1は伝熱代表長さ、Prはプラントル数、νは溶鋼の動粘性係数、X2は溶鋼流代表長さである。
β=Nu×λ1×X1・・・(102)
Nu=0.664×Pr1/3×Re4/5(U<U0)・・・(103)
Nu=0.036×Pr1/3×Re1/2(U≧U0)・・・(104)
Re=U×X2/ν・・・(105)
Using the heat transfer coefficient β obtained from the equation (101), the Nusselt number Nu is obtained from the following equation (102), the Nusselt number Nu is substituted into the following equation (103) or (104), and the Reynolds number Re is obtained. Ask. Then, the Reynolds number Re is substituted into the following equation (105) to obtain the molten steel flow velocity U. Note that λ 1 is the thermal conductivity of the molten steel, X 1 is the heat transfer representative length, Pr is the Prandtl number, ν is the kinematic viscosity coefficient of the molten steel, and X 2 is the molten steel flow representative length.
β = Nu × λ 1 × X 1 (102)
Nu = 0.664 × Pr 1/3 × Re 4/5 (U <U 0 ) (103)
Nu = 0.036 × Pr 1/3 × Re 1/2 (U ≧ U 0 ) (104)
Re = U × X 2 / ν (105)
ここで、凝固シェルと鋳型銅板との間の熱伝達係数αは、下式(106)で記述できる(式(101)の右辺第3項及び第4項)。特許文献1では、モールドパウダー層厚みdpは、モールドパウダーの種類と鋳型振動の振幅、周波数、及び振動波形と、鋳造速度が決まれば一定に決まる数値であり、また、モールドパウダー層の熱伝導率λpは、モールドパウダーの種類によらず、ほぼ一定であることが知られており、また、モールドパウダー層と鋳型銅板との間の熱伝達係数hmも、モールドパウダーの種類が決まればほぼ一定の値に決まるとしている。
1/α=(dp/λp)+(1/hm)・・・(106)
Here, the heat transfer coefficient α between the solidified shell and the mold copper plate can be described by the following formula (106) (the third and fourth terms on the right side of the formula (101)). In
1 / α = (d p / λ p ) + (1 / h m ) (106)
つまり、特許文献1の手法において、凝固シェルと鋳型銅板との間の熱伝達係数αは、時間的に変化しない一定値として取り扱うことが前提条件となっている。
That is, in the method of
しかしながら、エアーギャップの発生等の報告事例から判るように、モールドパウダー層の厚みは時間的に大きく変動する可能性が高く、凝固シェルと鋳型銅板との間の熱伝達係数αを一定値として取り扱うことは、実用上、同手法の適用領域を、平均的な正常操業領域に限定したものにしている。 However, as can be seen from reported cases such as the occurrence of an air gap, the thickness of the mold powder layer is highly likely to fluctuate over time, and the heat transfer coefficient α between the solidified shell and the mold copper plate is treated as a constant value. This practically limits the application area of the method to the average normal operation area.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、鋳型内状態を支配する主要因である凝固シェルと鋳型との間の熱伝達係数α、及び、溶鋼と凝固シェルとの間の熱伝達係数βを同時に決定できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points. The heat transfer coefficient α between the solidified shell and the mold, which is the main factor governing the state in the mold, and the heat transfer between the molten steel and the solidified shell. The object is to enable the coefficient β to be determined simultaneously.
上記の課題を解決するために、本発明の鋳型内状態の推定方法について述べると、溶鋼から鋳型用の冷却水までの間に凝固シェル、モールドパウダー層、鋳型の各熱伝導体が存在する連続鋳造において、凝固シェルと鋳型との間の熱伝達係数α、及び、溶鋼と凝固シェルとの間の熱伝達係数βを求めて鋳型内状態を推定する鋳型内状態の推定方法であって、鋳型内に鋳造方向に位置をずらして埋設された複数の測温手段を用いて、鋳型を通過する熱流束を取得する熱流束取得手順と、前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを含み、鋳型を通過する熱流束を表わす式と、前記熱流束取得手順で取得した熱流束とを用いて、前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを同時に決定する熱伝達係数決定手順とを有し、
前記熱流束取得手順では、
d w を測温手段から水冷位置までの距離、h w を鋳型と冷却水との間の熱伝達係数、T w を冷却水温度、λ m を鋳型の熱伝導率として、
前記複数の測温手段の温度計測値T m_obs (z,t)に基づいて、式(D)より、鋳型を通過する熱流束q m (z,t)を計算し、
Tを凝固シェルの温度、T 0 を溶鋼の温度、T s を溶鋼と凝固シェルとの界面温度、uを鋳造速度、λ s を凝固シェルの熱伝導率、c s を凝固シェルの比熱、ρ s を凝固シェルの密度、Lを凝固シェルの潜熱、dを鋳型の凝固シェル側の表面から測温手段までの距離、λ m を鋳型の熱伝導率として、
鋳造方向をz軸、鋳造方向に直交する方向をx軸とする2次元座標上で、凝固シェルの厚みs(z,t)及び凝固シェルの鋳型側の表面温度T(0,z,t)を表わす式(A)、(B)と、凝固シェルの鋳型側の表面−モールドパウダー層−熱電対間の熱収支に基づいて、鋳型を通過する熱流束q m (z,t)を表わす式(C)とを用いて、前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを同時に決定し、凝固シェルの厚みs(z,t)を計算する
In the heat flux acquisition procedure,
d w is the distance from the temperature measuring means to the water cooling position, h w is the heat transfer coefficient between the mold and the cooling water, T w is the cooling water temperature, and λ m is the thermal conductivity of the mold.
Based on the temperature measurement values T m — obs (z, t) of the plurality of temperature measuring means, the heat flux q m (z, t) passing through the mold is calculated from the equation (D) ,
T is the temperature of the solidified shell, T 0 is the temperature of the molten steel, T s is the interface temperature between the molten steel and the solidified shell, u is the casting speed, λ s is the thermal conductivity of the solidified shell , c s is the specific heat of the solidified shell, ρ s is the density of the solidified shell, L is the latent heat of the solidified shell, d is the distance from the surface of the solidified shell side of the mold to the temperature measuring means, and λ m is the thermal conductivity of the mold.
The solidified shell thickness s (z, t) and the solidified shell mold-side surface temperature T (0, z, t) on a two-dimensional coordinate with the casting direction z-axis and the direction orthogonal to the casting direction x-axis. And a formula representing the heat flux q m (z, t) passing through the mold based on the heat balance between the surface of the solidified shell on the mold side, the mold powder layer, and the thermocouple. (C) is used to simultaneously determine the heat transfer coefficient α and the heat transfer coefficient β, and calculate the thickness s (z, t) of the solidified shell.
本発明によれば、鋳型内状態を支配する2つの主要因である凝固シェルと鋳型との間の熱伝達係数α、及び、溶鋼と凝固シェルとの間の熱伝達係数βを同時に決定できるので、これらの要因が鋳型内鋳片の凝固厚みに及ぼす影響を定量的に評価することができる。これにより、パウダー流入状態や溶鋼偏流が鋳片凝固厚みに及ぼす影響を見積もることができ、連続鋳造の鋳片品質及び操業性向上に寄与する。 According to the present invention, the heat transfer coefficient α between the solidified shell and the mold, which is the two main factors governing the state in the mold, and the heat transfer coefficient β between the molten steel and the solidified shell can be determined simultaneously. The influence of these factors on the solidification thickness of the in-mold cast can be quantitatively evaluated. Thereby, the influence which the powder inflow state or molten steel drift has on the slab solidification thickness can be estimated, which contributes to the improvement of slab quality and operability of continuous casting.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図1は、鋳型内凝固状態を示す概念図であり、連続鋳造設備の鋳型の断面の一部を示す。図1において、1は溶鋼である。2は鋳片たる凝固シェル(凝固層)である。3はモールドパウダー層である。4は鋳型銅板であり、冷却水を流すための水冷溝が形成されている。図1に示すように、溶鋼1から鋳型用の冷却水までの間に凝固シェル2、モールドパウダー層3、鋳型銅板4の各熱伝導体が存在する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a solidified state in a mold, and shows a part of a cross section of a mold of a continuous casting facility. In FIG. 1, 1 is molten steel.
また、鋳型銅板4には複数の熱電対5が鋳造方向に位置をずらして埋設されている。熱電対5は、鋳造方向(図1に示すz軸方向)に一列に並べるのが好ましいが、鋳造方向に直交する方向(図1に示すx軸方向)にずれている場合でも、以下に説明する演算の際に補間演算等を行って位置補正すればよい。
A plurality of
鋳型銅板4に接する溶鋼1の湯面を座標軸の原点(0,0)にとり、鋳造方向をz軸、鋳造方向に直交する凝固層成長方向をx軸とする2次元座標上で、凝固層成長を記述する偏微分方程式を下式(1)〜(4)のように設定する。Tは凝固シェル2の温度、T0は溶鋼1の温度、Tsは溶鋼1と凝固シェル2との界面温度(凝固温度)である。s(z,t)は凝固シェル2の厚みである。β(z,t)は溶鋼1と凝固シェル2との間の対流熱伝達係数(「溶鋼側熱伝達係数」と称する)、α(z,t)は凝固シェル2と鋳型銅板4との間の熱伝達係数(「モールドパウダー層の総括熱伝達係数」と称する)である。uは鋳造速度である。λs、cs、ρs、Lは凝固シェル2の物性値であり、熱伝導率、比熱、密度、潜熱である。Tm(0,z,t)は鋳型銅板4の凝固シェル2側の表面(鋳型銅板4の内表面)の温度である。
The surface of
すなわち、式(1)は凝固シェル2内での熱収支を表わす。式(2)は凝固シェル2と溶鋼1との境界条件を表わす。式(3)は凝固シェル2と溶鋼1との界面での熱収支を表わす。式(4)は凝固シェル2とモールドパウダー層3との界面での熱収支を表わす。
That is, formula (1) represents the heat balance in the solidified
ここで、凝固シェル2の温度Tがxの2次式で記述できると仮定し、下式(5)で近似する。
Here, it is assumed that the temperature T of the solidified
式(5)を式(1)〜式(4)に代入し、係数a(z,t)と係数b(z,t)を決定する。 Equation (5) is substituted into Equations (1) to (4) to determine coefficient a (z, t) and coefficient b (z, t).
係数a(z,t)と係数b(z,t)から、凝固シェル2の厚みs(z,t)と、凝固シェル2の鋳型銅板4側の表面(凝固シェル2の外表面)の温度T(0,z,t)は、下式(6)、(7)で記述することができる。
From the coefficients a (z, t) and b (z, t), the thickness s (z, t) of the solidified
ここで、基準となる時刻t0を任意に固定し、新変数η(≧0)を導入し、z=u・η、t=t0+ηとおく。これにより、式(6)は、下式(8)、(9)のように変形することができる。 Here, the reference time t 0 is arbitrarily fixed, a new variable η (≧ 0) is introduced, and z = u · η and t = t 0 + η are set. Thereby, Formula (6) can be transformed into the following Formulas (8) and (9).
また、式(7)は、下式(10)のように変形することができる。 Moreover, Formula (7) can be deform | transformed like the following Formula (10).
式(8)の差分近似式は、下式(11)のようになる。 The difference approximation formula of Formula (8) becomes like the following Formula (11).
一方、式(10)を離散化すると、下式(12)のようになる。 On the other hand, when Expression (10) is discretized, the following Expression (12) is obtained.
更に、式(12)を下式(13)のように変形する。 Furthermore, the equation (12) is transformed into the following equation (13).
以下の記号で定義し、式(13)を式(14)のように書き換える。 It is defined by the following symbols, and equation (13) is rewritten as equation (14).
式(14)は、下式(15)のように、yに関する2次方程式に書き換えることができる。 Equation (14) can be rewritten as a quadratic equation relating to y as in the following equation (15).
以下に、凝固シェル2の厚みs(ηk)を計算する手順を記す。熱伝達係数α(ηk)、β(ηk)が与えられたとする。溶鋼1の湯面上では、s(η1)=0である。これを式(15)に代入して2次方程式を解き、T(0,η1)を得る。次に、s(η1)、T(0,η1)を式(11)に代入して、Ψ(η2)を求める。(9)式の左辺にΨ(η2)を代入、右辺にT(0,η1)を代入して、s(η2)を求め、それを式(15)に代入して2次方程式を解き、T(0,η2)を得る。以下、同様の操作を繰り返すことにより、凝固シェル2の厚みの時間履歴s(ηk)を計算することができる。
The procedure for calculating the thickness s (η k ) of the solidified
また、特許文献2に示されているように、式(1)〜(4)を差分法等の数値計算手法を用いて計算することも可能であるが、上述した手法を用いることにより格段に演算速度が速くなるので、オンラインで凝固シェル2の凝固状態を推定することが可能になる。
Further, as shown in
次に、熱伝達係数α(ηk)、β(ηk)の決定方法について述べる。図2に示すように、凝固シェル2の鋳型銅板4側の表面(凝固シェル2の外表面)−モールドパウダー層3−熱電対5間の熱収支を擬定常状態と仮定して、下式(16)で記述する。図2において、点線は温度の変化の関係を示す。qmは鋳型銅板4をx軸方向に通過する熱流束である。dは鋳型銅板4の凝固シェル2側の表面(鋳型銅板4の内表面)から熱電対5までの距離である。λmは鋳型銅板4の熱伝導率である。式(7)に示すように、T(0,zk,t)にはβ(zk,t)を含んでおり、式(16)は熱伝達係数α、βを未知数とする式となっている。
Next, a method for determining the heat transfer coefficients α (η k ) and β (η k ) will be described. As shown in FIG. 2, assuming that the heat balance between the surface of the solidified
ここで、鋳型銅板4をx軸方向に通過する熱流束qm(zi,t)は、鋳型銅板4の鋳造方向に埋設した複数の熱電対5の温度計測値Tm_obs(zi,t)に基づいて、鋳造方向に対し、下式(17)より計算する(iは熱電対を表わす添え字である)。熱流束qm(zi,t)を補間計算(内外挿計算)することにより、任意の鋳造方向において鋳型銅板4をx軸方向に通過する熱流束qmを求めることができる。dwは熱電対5から水冷位置までの距離である。hwは鋳型銅板4と冷却水との間の熱伝達係数である。Twは冷却水温度である。
Here, the heat flux q m (z i , t) passing through the
式(16)を、式(8)〜式(15)に合わせるために、前に定義した変数ηを用い、下式(18)のように書き換える。 In order to match the equation (16) with the equations (8) to (15), the previously defined variable η is used and rewritten as the following equation (18).
熱伝達係数α(ηk)、β(ηk)は、式(18)より、下式(19)で表される最小二乗法による最小化問題として同時に決定されるとともに、凝固シェル2の厚みの時間履歴s(ηk)も計算される。
The heat transfer coefficients α (η k ) and β (η k ) are determined simultaneously from the equation (18) as a minimization problem by the least square method represented by the following equation (19), and the thickness of the solidified
以上述べたように、凝固シェル2と鋳型銅板4との間の熱伝達係数α、及び、溶鋼1と凝固シェル2との間の熱伝達係数βを同時に決定し、凝固シェル2の厚みを計算することができる。凝固シェル2と鋳型銅板4との間の熱伝達係数α、及び、溶鋼1と凝固シェル2との間の熱伝達係数βは鋳型内凝固状態を支配する主要因であり、それを同時に決定できるので、これらの要因が鋳型内鋳片の凝固厚みに及ぼす影響を定量的に評価することができる。これにより、パウダー流入状態や溶鋼偏流が鋳片凝固厚みに及ぼす影響を見積もることができ、連続鋳造の鋳片品質及び操業性向上に寄与する。
As described above, the heat transfer coefficient α between the solidified
なお、特許文献5には、鋳造方向に複数点配置された鋳型温度検出手段より伝熱逆問題手法を使って予測した熱流束値を境界条件にした熱伝導方程式を解き、溶融金属の凝固厚みと凝固シェル温度プロフィールを得て、更には鋳造方向に複数点配置された鋳型温度検出手段より伝熱逆問題手法を使って計算した熱流束値と鋳型内面表面温度及び前記凝固シェル温度プロフィール計算結果から、熱伝導方程式を解きパウダー流入厚みを得る構成が開示されている。また、特許文献6には、鋳造方向に間隔をおいて鋳型の複数箇所に埋設した温度計測手段で鋳型温度を計測し、鋳型温度計測値に基づいて鋳型内面での熱流束を伝熱逆問題手法を用いて推定し、熱流束推定値に基づき鋳片内部の熱流束より溶融金属流動起因の対流熱伝達量を推定し、対流熱伝達量推定値により鋳型内溶融金属流動の異常を検出する構成が開示されている。しかしながら、いずれの先行技術も、上述したように凝固シェル2と鋳型銅板4との間の熱伝達係数α、及び、溶鋼1と凝固シェル2との間の熱伝達係数βを同時に決定し、凝固シェル2の厚みを計算するものではない。
In
図3は、本発明の鋳型内状態の推定装置として機能しうる情報処理装置100のハードウェアの概略構成の一例を示すブロック図である。この情報処理装置100は、上述した演算処理を実行する中央処理装置であるCPU101、各種入力条件や演算結果等を表示する表示部102、演算結果等を保存するハードディスク等の記憶部103を有する。また、演算プログラム、各種アプリケーションプログラム、データ等を記憶するROM(リードオンリーメモリ)104を有する。また、演算プログラムに基づいてCPU101が処理を行うときに用いる作業領域であるRAM(ランダムアクセスメモリ)105、及びキーボード、マウス等の入力部106等を有する。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a schematic hardware configuration of the
また、コンピュータ装置を鋳型内状態の推定装置として機能させるためのプログラムは本発明を構成する。プログラムを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。 A program for causing a computer device to function as an in-mold state estimating device constitutes the present invention. As a storage medium for supplying the program, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
図4(a)は各熱電対L1〜L7の温度計測値を示す特性図、図4(b)は各熱電対L1〜L7の温度計測値から得られた各熱電対L1〜L7位置での熱流束を示す特性図である。熱電対L1〜L7は、各々、湯面から10mm、30mm、40mm、70mm、100mm、160mm、270mmの位置に設置されている。また、鋳型銅板の内表面か各熱電対L1〜L7までの距離dは10mm、各熱電対から水冷位置までの距離dwは5mmである。図4(b)に示す熱流束は、式(17)により求めたものである。 FIG. 4A is a characteristic diagram showing the temperature measurement values of the thermocouples L1 to L7, and FIG. 4B is the thermocouple L1 to L7 position obtained from the temperature measurement values of the thermocouples L1 to L7. It is a characteristic view which shows a heat flux. The thermocouples L1 to L7 are respectively installed at positions of 10 mm, 30 mm, 40 mm, 70 mm, 100 mm, 160 mm, and 270 mm from the hot water surface. The distance d from the inner surface of the mold copper plate to each of the thermocouples L1 to L7 is 10 mm, and the distance dw from each thermocouple to the water cooling position is 5 mm. The heat flux shown in FIG. 4B is obtained by the equation (17).
凝固シェルの熱伝導率λsは29W/m・K、比熱csは0.670kJ/kg・K、密度ρsは7650kg/m3は、潜熱Lは268kJ/kgである。また、鋳型銅板の熱伝導率λmは251W/m・Kである。また、鋳型銅板と冷却水との間の熱伝達係数hwは30000kcal/m3・Hr・℃である。また、凝固温度Tsは1497度である。 The heat conductivity λ s of the solidified shell is 29 W / m · K, the specific heat c s is 0.670 kJ / kg · K, the density ρ s is 7650 kg / m 3 , and the latent heat L is 268 kJ / kg. The mold copper plate has a thermal conductivity λ m of 251 W / m · K. The heat transfer coefficient h w between the mold copper plate and the cooling water is 30000 kcal / m 3 · Hr · ° C. The solidification temperature T s is 1497 degrees.
図5は鋳造速度uの変化を示す特性図、図6は溶鋼温度T0の変化を示す特性図である。 FIG. 5 is a characteristic diagram showing changes in the casting speed u, and FIG. 6 is a characteristic diagram showing changes in the molten steel temperature T 0 .
図7(a)は本発明を適用した求めたモールドパウダー層の総括熱伝達係数αを示す特性図、図7(b)は本発明を適用して求めた溶鋼側熱伝達係数βを示す特性図である。本実施例では、鋳造方向において湯面〜90mm、90mm〜180mm、180mm〜270mmに3分割して、それぞれでモールドパウダー層の総括熱伝達係数αと溶鋼側熱伝達係数βを求めている。 FIG. 7A is a characteristic diagram showing the overall heat transfer coefficient α of the mold powder layer obtained by applying the present invention, and FIG. 7B is a characteristic showing the molten steel side heat transfer coefficient β obtained by applying the present invention. FIG. In the present embodiment, the molten steel surface is divided into three parts, that is, a molten metal surface to 90 mm, 90 mm to 180 mm, and 180 mm to 270 mm in the casting direction, and the overall heat transfer coefficient α and molten steel side heat transfer coefficient β of the mold powder layer are obtained.
また、図8は本発明を適用して求めた凝固シェル2の厚み、時間、z方向位置を軸とする特性図である。100sピッチで演算を行い、その結果をドットで示すとともに、内挿計算を行っている。同図に示すように、凝固シェル2の厚みは鋳造方向に向かうに従って成長していることがわかる。
FIG. 8 is a characteristic diagram about the thickness, time, and z-direction position of the solidified
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば上記実施形態では測温手段として熱電対を用いているが、例えば特許文献3にあるような光ファイバーグレーティングセンサー(FBG:Fiber Bragg Grating)や特許文献4にあるようなラマン散乱型光ファイバ式分布型温度計測器等を用いてもよい。
As mentioned above, although this invention was demonstrated with various embodiment, this invention is not limited only to these embodiment, A change etc. are possible within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, a thermocouple is used as a temperature measuring means. For example, an optical fiber grating sensor (FBG) as described in
1:溶鋼
2:凝固シェル
3:モールドパウダー層
4:鋳型銅板
5:熱電対
1: Molten steel 2: Solidified shell 3: Mold powder layer 4: Mold copper plate 5: Thermocouple
Claims (3)
鋳型内に鋳造方向に位置をずらして埋設された複数の測温手段を用いて、鋳型を通過する熱流束を取得する熱流束取得手順と、
前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを含み、鋳型を通過する熱流束を表わす式と、前記熱流束取得手順で取得した熱流束とを用いて、前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを同時に決定する熱伝達係数決定手順とを有し、
前記熱流束取得手順では、
d w を測温手段から水冷位置までの距離、h w を鋳型と冷却水との間の熱伝達係数、T w を冷却水温度、λ m を鋳型の熱伝導率として、
前記複数の測温手段の温度計測値T m_obs (z,t)に基づいて、式(D)より、鋳型を通過する熱流束q m (z,t)を計算し、
Tを凝固シェルの温度、T 0 を溶鋼の温度、T s を溶鋼と凝固シェルとの界面温度、uを鋳造速度、λ s を凝固シェルの熱伝導率、c s を凝固シェルの比熱、ρ s を凝固シェルの密度、Lを凝固シェルの潜熱、dを鋳型の凝固シェル側の表面から測温手段までの距離、λ m を鋳型の熱伝導率として、
鋳造方向をz軸、鋳造方向に直交する方向をx軸とする2次元座標上で、凝固シェルの厚みs(z,t)及び凝固シェルの鋳型側の表面温度T(0,z,t)を表わす式(A)、(B)と、凝固シェルの鋳型側の表面−モールドパウダー層−熱電対間の熱収支に基づいて、鋳型を通過する熱流束q m (z,t)を表わす式(C)とを用いて、前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを同時に決定し、凝固シェルの厚みs(z,t)を計算する
A heat flux acquisition procedure for acquiring a heat flux passing through the mold by using a plurality of temperature measuring means embedded in the mold while shifting the position in the casting direction,
The heat transfer coefficient α and the heat transfer coefficient β and the heat transfer coefficient β are used to express the heat flux passing through the mold and the heat flux acquired in the heat flux acquisition procedure. have a heat transfer coefficient determination procedure for determining the β simultaneously,
In the heat flux acquisition procedure,
d w is the distance from the temperature measuring means to the water cooling position, h w is the heat transfer coefficient between the mold and the cooling water, T w is the cooling water temperature, and λ m is the thermal conductivity of the mold.
Based on the temperature measurement values T m — obs (z, t) of the plurality of temperature measuring means, the heat flux q m (z, t) passing through the mold is calculated from the equation (D) ,
T is the temperature of the solidified shell, T 0 is the temperature of the molten steel, T s is the interface temperature between the molten steel and the solidified shell, u is the casting speed, λ s is the thermal conductivity of the solidified shell , c s is the specific heat of the solidified shell, ρ s is the density of the solidified shell, L is the latent heat of the solidified shell, d is the distance from the surface of the solidified shell side of the mold to the temperature measuring means, and λ m is the thermal conductivity of the mold.
The solidified shell thickness s (z, t) and the solidified shell mold-side surface temperature T (0, z, t) on a two-dimensional coordinate with the casting direction z-axis and the direction orthogonal to the casting direction x-axis. And a formula representing the heat flux q m (z, t) passing through the mold based on the heat balance between the surface of the solidified shell on the mold side, the mold powder layer, and the thermocouple. (C) is used to simultaneously determine the heat transfer coefficient α and the heat transfer coefficient β, and calculate the thickness s (z, t) of the solidified shell.
鋳型内に鋳造方向に位置をずらして埋設された複数の測温手段を用いて、鋳型を通過する熱流束を取得する熱流束取得手段と、
前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを含み、鋳型を通過する熱流束を表わす式と、前記熱流束取得手段で取得した熱流束とを用いて、前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを同時に決定する熱伝達係数決定手段とを備え、
前記熱流束取得手段は、
d w を測温手段から水冷位置までの距離、h w を鋳型と冷却水との間の熱伝達係数、T w を冷却水温度、λ m を鋳型の熱伝導率として、
前記複数の測温手段の温度計測値T m_obs (z,t)に基づいて、式(D)より、鋳型を通過する熱流束q m (z,t)を計算し、
Tを凝固シェルの温度、T 0 を溶鋼の温度、T s を溶鋼と凝固シェルとの界面温度、uを鋳造速度、λ s を凝固シェルの熱伝導率、c s を凝固シェルの比熱、ρ s を凝固シェルの密度、Lを凝固シェルの潜熱、dを鋳型の凝固シェル側の表面から測温手段までの距離、λ m を鋳型の熱伝導率として、
鋳造方向をz軸、鋳造方向に直交する方向をx軸とする2次元座標上で、凝固シェルの厚みs(z,t)及び凝固シェルの鋳型側の表面温度T(0,z,t)を表わす式(A)、(B)と、凝固シェルの鋳型側の表面−モールドパウダー層−熱電対間の熱収支に基づいて、鋳型を通過する熱流束q m (z,t)を表わす式(C)とを用いて、前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを同時に決定し、凝固シェルの厚みs(z,t)を計算する
Heat flux acquisition means for acquiring heat flux passing through the mold using a plurality of temperature measuring means embedded in the casting direction shifted in the casting direction;
The heat transfer coefficient α and the heat transfer coefficient β include the heat transfer coefficient α and the heat transfer coefficient β, and the heat flux passing through the mold and the heat flux obtained by the heat flux obtaining means are used. heat transfer coefficient determining means for determining β simultaneously ,
The heat flux acquisition means is
d w is the distance from the temperature measuring means to the water cooling position, h w is the heat transfer coefficient between the mold and the cooling water, T w is the cooling water temperature, and λ m is the thermal conductivity of the mold.
Based on the temperature measurement values T m — obs (z, t) of the plurality of temperature measuring means, the heat flux q m (z, t) passing through the mold is calculated from the equation (D) ,
T is the temperature of the solidified shell, T 0 is the temperature of the molten steel, T s is the interface temperature between the molten steel and the solidified shell, u is the casting speed, λ s is the thermal conductivity of the solidified shell , c s is the specific heat of the solidified shell, ρ s is the density of the solidified shell, L is the latent heat of the solidified shell, d is the distance from the surface of the solidified shell side of the mold to the temperature measuring means, and λ m is the thermal conductivity of the mold.
The solidified shell thickness s (z, t) and the solidified shell mold-side surface temperature T (0, z, t) on a two-dimensional coordinate with the casting direction z-axis and the direction orthogonal to the casting direction x-axis. And a formula representing the heat flux q m (z, t) passing through the mold based on the heat balance between the surface of the solidified shell on the mold side, the mold powder layer, and the thermocouple. (C) is used to simultaneously determine the heat transfer coefficient α and the heat transfer coefficient β, and calculate the thickness s (z, t) of the solidified shell.
鋳型内に鋳造方向に位置をずらして埋設された複数の測温手段を用いて、鋳型を通過する熱流束を取得する熱流束取得処理と、
前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを含み、鋳型を通過する熱流束を表わす式と、前記熱流束取得処理で取得した熱流束とを用いて、前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを同時に決定する熱伝達係数決定処理とをコンピュータに実行させ、
前記熱流束取得処理では、
d w を測温手段から水冷位置までの距離、h w を鋳型と冷却水との間の熱伝達係数、T w を冷却水温度、λ m を鋳型の熱伝導率として、
前記複数の測温手段の温度計測値T m_obs (z,t)に基づいて、式(D)より、鋳型を通過する熱流束q m (z,t)を計算し、
Tを凝固シェルの温度、T 0 を溶鋼の温度、T s を溶鋼と凝固シェルとの界面温度、uを鋳造速度、λ s を凝固シェルの熱伝導率、c s を凝固シェルの比熱、ρ s を凝固シェルの密度、Lを凝固シェルの潜熱、dを鋳型の凝固シェル側の表面から測温手段までの距離、λ m を鋳型の熱伝導率として、
鋳造方向をz軸、鋳造方向に直交する方向をx軸とする2次元座標上で、凝固シェルの厚みs(z,t)及び凝固シェルの鋳型側の表面温度T(0,z,t)を表わす式(A)、(B)と、凝固シェルの鋳型側の表面−モールドパウダー層−熱電対間の熱収支に基づいて、鋳型を通過する熱流束q m (z,t)を表わす式(C)とを用いて、前記熱伝達係数α及び前記熱伝達係数βを同時に決定し、凝固シェルの厚みs(z,t)を計算する
A heat flux acquisition process for acquiring a heat flux passing through the mold using a plurality of temperature measuring means embedded in the mold in a position shifted in the casting direction;
The heat transfer coefficient α and the heat transfer coefficient β and the heat transfer coefficient β are used to express the heat flux passing through the mold and the heat flux acquired in the heat flux acquisition process. causing the computer to execute a heat transfer coefficient determination process for simultaneously determining β ,
In the heat flux acquisition process,
d w is the distance from the temperature measuring means to the water cooling position, h w is the heat transfer coefficient between the mold and the cooling water, T w is the cooling water temperature, and λ m is the thermal conductivity of the mold.
Based on the temperature measurement values T m — obs (z, t) of the plurality of temperature measuring means, the heat flux q m (z, t) passing through the mold is calculated from the equation (D) ,
T is the temperature of the solidified shell, T 0 is the temperature of the molten steel, T s is the interface temperature between the molten steel and the solidified shell, u is the casting speed, λ s is the thermal conductivity of the solidified shell , c s is the specific heat of the solidified shell, ρ s is the density of the solidified shell, L is the latent heat of the solidified shell, d is the distance from the surface of the solidified shell side of the mold to the temperature measuring means, and λ m is the thermal conductivity of the mold.
The solidified shell thickness s (z, t) and the solidified shell mold-side surface temperature T (0, z, t) on a two-dimensional coordinate with the casting direction z-axis and the direction orthogonal to the casting direction x-axis. And a formula representing the heat flux q m (z, t) passing through the mold based on the heat balance between the surface of the solidified shell on the mold side, the mold powder layer, and the thermocouple. (C) is used to simultaneously determine the heat transfer coefficient α and the heat transfer coefficient β, and calculate the thickness s (z, t) of the solidified shell.
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