连续铸造机的二次冷却控制方法以及二次冷却控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术的主要目的在于提供一种能够提高将铸坯整体的表面温度控制为预先决定的目标温度时的精度的连续铸造机的二次冷却控制方法。本发明专利技术具有铸坯表面温度测定工序、铸造速度掌握工序、跟踪面设定工序、铸坯目标温度设定工序、温度固相率估计工序、热传递系数估计工序、传热凝固模型参数修正工序、将来预测面设定工序、将来预测工序、将来温度影响系数预测工序、铸坯表面参照温度计算工序、最优化问题系数矩阵计算工序、最优化问题求解工序以及冷却水量变更工序，通过在该冷却水量变更工序中重复进行每个冷却区域的冷却水量的变更，来在各跟踪面在铸造中的任意的时刻移动到二次冷却控制对象的冷却区域的出口的期间，将将来预测面在将来预测面位置的铸坯的表面温度控制为铸坯目标温度设定工序中决定的铸坯的表面温度的目标值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种对连续铸造机的二次冷却带上的一部分或全部铸坯在铸造方向或宽度方向上的表面温度分布进行控制的连续铸造机的二次冷却控制方法以及二次冷却控制装置。
技术介绍
在钢的连续铸造中，例如在垂直弯曲型连续铸造机中，在使从垂直的铸模拉出的铸坯暂时弯曲之后，以固定弯曲半径拉拔该铸坯，之后以在矫正部中消除了弯曲的状态的铸坯抽出并切断。另外，在铸流(是指“具有铸模+二次冷却带群+辊群的拉拔装置”的组。以下相同。)的弯曲部中对铸坯的下侧表面施加拉伸应力并在矫正部中对铸坯上侧表面施加拉伸应力，因此在铸坯表面的温度处于被称为脆化区的范围的情况下，有时产生被称为横向裂纹的表面裂纹缺陷。因此，需要在铸流的弯曲部和矫正部中适当地设定冷却水量分布以使铸坯表面部温度避开上述脆化区。冷却水量分布的适当的设定例如能够通过在固定铸造速度的情况下将冷却区域水量分布事先通过模拟等决定为适当的值来实现。但是，在连续铸造中的下一个浇包到达发生延迟的情况下，为了避免连续铸造中断而使铸造速度下降到低于规定值来等待浇包到达，因此需要使铸造速度在操作中变化。此时，关于变更中的铸造速度，在对事先针对铸造速度设定的各区域水量进行插值而设定各区域水量的以往的串级水量控制中，从铸坯的铸模熔融金属面至切断为止的时间上的冷却历史记录混乱，产生表面的横向裂纹等铸坯质量不良。另外，由于铸坯表面附着氧化皮等的影响而存在冷却水量与表面的热传递系数之间的关系相对于事先通过模拟假定的关系发生变化的情况。有时在这种情况下铸坯表面温度也进入脆化区，从而产生横向裂纹。针对这种问题，目前公开了一种基于所谓的模型预测控制的控制方法。例如，专利文献1中公开了如下一种表面温度控制方法：每隔固定间隔跟踪拉拔铸坯，基于传热模型逐次计算各跟踪面的温度分布，通过基于将铸坯拉拔轨迹分割为几个区域得到的各区域的出口侧的计算温度与实测温度之间的关系学习得到的热传递系数来修正上述模型，基于上述修正模型在每个固定时刻预测沿着上述轨迹设置的测温点处的各跟踪面的温度分布，并且向铸坯撒布将基于该位置处的目标温度与预测温度之差求出的前馈水量和基于实测温度与目标温度之差求出的反馈水量合计得到的水量。专利文献1：日本特开昭57-154364号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题在专利文献1所公开的前馈水量的计算方法中，针对存在于冷却区域中的每个跟踪点预测在各跟踪点到达冷却区域的出口的测温点的时间点的温度，求出各跟踪点到达测温点时的温度预测值与目标值一致的预测水量密度，并且，针对该冷却区域的整个跟踪面将预测水量密度的加权平均值设为前馈水量。在该技术中，从铸模侧的冷却区域起依次进行求出前馈水量的程序以及使用通过该程序求出的前馈水量进行该冷却区域中的温度分布的重新计算来求出重新计算温度的程序，重复进行将重新计算温度设为在下游侧相邻的冷却区域的入口处的初始温度的程序，来决定整个冷却区域的冷却水量。但是，在该技术中，即使将重新计算温度设为在下游侧相邻的冷却区域的入口处的初始温度，在下游侧相邻的冷却区域的入口以外的跟踪点的温度计算(存在于比在求出重新计算温度的冷却区域的下游侧相邻的冷却区域更靠下游侧的冷却区域中的跟踪点的温度计算)中也体现不出前馈水量的影响。因而，在专利文献1所公开的技术中，在温度预测计算中发生了如下问题：直到正确地反映上游侧的水量变化为止所需要的时间变长，水量根据情况的不同而发生波动等。其结果，将铸坯整体的表面温度控制为预先决定的目标温度时的精度容易下降。因此，本专利技术的课题在于提供一种能够提高将铸坯整体的表面温度控制为预先决定的目标温度时的精度的连续铸造机的二次冷却控制方法以及二次冷却控制装置。用于解决问题的方案本专利技术的第一方式是一种连续铸造机的二次冷却控制方法，将用于冷却从连续铸造机的铸模拉拔出的铸坯的二次冷却带沿铸坯的铸造方向分割为多个冷却区域，通过在各冷却区域控制向铸坯喷射的冷却水量，来控制铸坯的表面温度，该方法的特征在于，包括以下工序：铸坯表面温度测定工序，在铸坯的铸造中测定预先决定的铸流内的温度测定点处的铸坯的表面温度；铸造速度掌握工序，掌握连续铸造机的铸造速度；跟踪面设定工序，在从铸模内熔融金属液面位置至少到二次冷却控制对象的冷却区域的出口为止的区域内，以预先决定的间隔设定作为计算铸坯的截面内温度、铸坯的表面温度以及铸坯的固相率分布的对象的跟踪面；铸坯目标温度设定工序，决定跟踪面处的铸坯的表面温度的目标值；温度固相率估计工序，在每次随着铸造进行而跟踪面向铸坯的铸造方向前进预先决定的间隔时，利用基于传热方程式的传热凝固模型计算并更新与铸造方向垂直的铸坯的截面内的温度、铸坯的表面温度以及铸坯的固相率分布；热传递系数估计工序，使用包括上述冷却水量在内的铸造条件来计算传热凝固模型中使用的铸坯的表面的热传递系数；传热凝固模型参数修正工序，使用通过铸坯表面温度测定工序测定出的铸坯的表面温度与通过温度固相率估计工序估计出的铸坯的表面温度之差，来修正传热凝固模型中的针对铸造条件的参数；将来预测面设定工序，从通过跟踪面设定工序设定的跟踪面的集合中，沿预先决定的铸造方向以固定的间隔设定将来预测面，该将来预测面用于预测将来时刻的铸坯的表面温度、与铸造方向垂直的铸坯的截面内的温度以及铸坯的固相率分布；将来预测工序，在随着铸造进行而任意的将来预测面从当前时刻起前进至在其下游侧相邻的将来预测面位置为止的期间内，假定铸造速度从当前时刻起不发生变化，每隔将来预测面设定工序中使用的间隔，使用传热凝固模型来重复预测并更新各个将来预测面到达将来预测面位置时的铸坯的表面温度、与铸造方向垂直的铸坯的截面内的温度以及铸坯的固相率分布；将来温度影响系数预测工序，在每次随着铸造进行而任意的将来预测面从当前时刻起前进至在其下游侧相邻的将来预测面位置时，假定铸造速度从当前时刻起不发生变化，预测各冷却区域的冷却水量呈阶梯函数状变化的情况下的、各个将来预测面到达将来预测面位置为止所通过的各跟踪面位置处的铸坯的表面温度，求出进行该预测得出的铸坯的表面温度与通过将来预测工序预测出的铸坯的表面温度之间的偏差，使用该偏差求出针对呈阶梯函数状变化的冷却水量的变化影响系数；铸坯表面参照温度计算工序，计算根据时间决定的参照目标温度，该参照目标温度是通过铸坯目标温度设定工序设定的铸坯的表面温度的目标值与通过将来温度影响系数预测工序预测出的将来预测面到达将来预测面位置的时间点的铸坯的表面温度的预测值之间的值；最优化问题系数矩阵计算工序，将当前时刻的各冷却区域的冷却水量设为决定变量，计算将来预测工序和将来温度影响系数预测工序各工序中各个将来预测面所通过的各将来预测面位置处的将来温度影响系数以及通过铸坯表面参照温度计算工序计算出的参照目标温度与通过将来预测工序预测出的铸坯的表面温度之间的偏差，设为使对各个将来预测面计算出的该偏差之和最小化的最优化问题的二次规划问题，计算该二次规划问题中的针对决定变量的系数矩阵；最优化问题求解工序，通过以数值求解上述二次规划问题，来求出呈阶梯函数状变化的冷却水量的变更量在当前时刻的最优值；以及冷却水量变更工序，通过对当前的冷却区域的冷却水量加上该最优值，来变更冷却水量，其中，在该冷却水量变更工序中重复进行冷却水量的变更，由此各跟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续铸造机的二次冷却控制方法，将用于冷却从连续铸造机的铸模拉拔出的铸坯的二次冷却带沿所述铸坯的铸造方向分割为多个冷却区域，通过在各冷却区域控制向所述铸坯喷射的冷却水量，来控制所述铸坯的表面温度，该方法的特征在于，包括以下工序：铸坯表面温度测定工序，在所述铸坯的铸造中测定预先决定的铸流内的温度测定点处的所述铸坯的表面温度；铸造速度掌握工序，掌握所述连续铸造机的铸造速度；跟踪面设定工序，在从铸模内熔融金属液面位置至少到二次冷却控制对象的冷却区域的出口为止的区域内，以预先决定的间隔设定作为计算所述铸坯的截面内温度、所述铸坯的表面温度以及所述铸坯的固相率分布的对象的跟踪面；铸坯目标温度设定工序，决定所述跟踪面处的所述铸坯的表面温度的目标值；温度固相率估计工序，在每次随着铸造进行而所述跟踪面向所述铸坯的铸造方向前进预先决定的间隔时，利用基于传热方程式的传热凝固模型计算并更新与所述铸造方向垂直的所述铸坯的截面内的温度、所述铸坯的表面温度以及所述铸坯的固相率分布；热传递系数估计工序，使用包括所述冷却水量在内的铸造条件来计算所述传热凝固模型中使用的所述铸坯的表面的热传递系数；传热凝固模型参数修正工序，使用通过所述铸坯表面温度测定工序测定出的所述铸坯的表面温度与通过所述温度固相率估计工序估计出的所述铸坯的表面温度之差，来修正所述传热凝固模型中的针对铸造条件的参数；将来预测面设定工序，从通过所述跟踪面设定工序设定的所述跟踪面的集合中，沿预先决定的铸造方向以固定的间隔设定将来预测面，该将来预测面用于预测将来时刻的所述铸坯的表面温度、与所述铸造方向垂直的所述铸坯的截面内的温度以及所述铸坯的固相率分布；将来预测工序，在随着铸造进行而任意的所述将来预测面从当前时刻起前进至在其下游侧相邻的将来预测面位置为止的期间内，假定铸造速度从当前时刻起不发生变化，每隔所述将来预测面设定工序中使用的所述间隔，使用所述传热凝固模型来重复预测并更新各个所述将来预测面到达所述将来预测面位置时的所述铸坯的表面温度、与所述铸造方向垂直的所述铸坯的截面内的温度以及所述铸坯的固相率分布；将来温度影响系数预测工序，在每次随着铸造进行而任意的所述将来预测面从当前时刻起前进至在其下游侧相邻的将来预测面位置时，假定铸造速度从当前时刻起不发生变化，预测各所述冷却区域的冷却水量呈阶梯函数状变化的情况下的、各个所述将来预测面到达所述将来预测面位置为止所通过的各跟踪面位置处的所述铸坯的表面温度，求出进行该预测得出的所述铸坯的表面温度与通过所述将来预测工序预测出的所述铸坯的表面温度之间的偏差，使用该偏差求出针对呈阶梯函数状变化的所述冷却水量的变化影响系数；铸坯表面参照温度计算工序，计算根据时间决定的参照目标温度，该参照目标温度是通过所述铸坯目标温度设定工序设定的所述铸坯的表面温度的目标值与通过所述将来温度影响系数预测工序预测出的所述将来预测面到达所述将来预测面位置的时间点的所述铸坯的表面温度的预测值之间的值；最优化问题系数矩阵计算工序，将当前时刻的各所述冷却区域的冷却水量设为决定变量，计算所述将来预测工序和所述将来温度影响系数预测工序各工序中各个所述将来预测面所通过的各将来预测面位置处的将来温度影响系数以及通过所述铸坯表面参照温度计算工序计算出的所述参照目标温度与通过所述将来预测工序预测出的所述铸坯的表面温度之间的偏差，设为使对各个所述将来预测面计算出的该偏差之和最小化的最优化问题的二次规划问题，计算该二次规划问题中的针对决定变量的系数矩阵；最优化问题求解工序，通过以数值求解所述二次规划问题，来求出呈阶梯函数状变化的所述冷却水量的变更量在当前时刻的最优值；以及冷却水量变更工序，通过对当前的冷却区域的冷却水量加上所述最优值，来变更冷却水量，其中，在所述冷却水量变更工序中重复进行所述冷却水量的变更，由此在各跟踪面在铸造中的任意时刻移动到所述二次冷却控制对象的冷却区域的出口的期间内，将所述将来预测面在所述将来预测面位置的所述铸坯的表面温度控制为通过所述铸坯目标温度设定工序决定的所述铸坯的表面温度的目标值。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种连续铸造机的二次冷却控制方法，将用于冷却从连续铸造机的铸模拉拔出的铸坯的二次冷却带沿所述铸坯的铸造方向分割为多个冷却区域，通过在各冷却区域控制向所述铸坯喷射的冷却水量，来控制所述铸坯的表面温度，该方法的特征在于，包括以下工序：铸坯表面温度测定工序，在所述铸坯的铸造中测定预先决定的铸流内的温度测定点处的所述铸坯的表面温度；铸造速度掌握工序，掌握所述连续铸造机的铸造速度；跟踪面设定工序，在从铸模内熔融金属液面位置至少到二次冷却控制对象的冷却区域的出口为止的区域内，以预先决定的间隔设定作为计算所述铸坯的截面内温度、所述铸坯的表面温度以及所述铸坯的固相率分布的对象的跟踪面；铸坯目标温度设定工序，决定所述跟踪面处的所述铸坯的表面温度的目标值；温度固相率估计工序，在每次随着铸造进行而所述跟踪面向所述铸坯的铸造方向前进预先决定的间隔时，利用基于传热方程式的传热凝固模型计算并更新与所述铸造方向垂直的所述铸坯的截面内的温度、所述铸坯的表面温度以及所述铸坯的固相率分布；热传递系数估计工序，使用包括所述冷却水量在内的铸造条件来计算所述传热凝固模型中使用的所述铸坯的表面的热传递系数；传热凝固模型参数修正工序，使用通过所述铸坯表面温度测定工序测定出的所述铸坯的表面温度与通过所述温度固相率估计工序估计出的所述铸坯的表面温度之差，来修正所述传热凝固模型中的针对铸造条件的参数；将来预测面设定工序，从通过所述跟踪面设定工序设定的所述跟踪面的集合中，沿预先决定的铸造方向以固定的间隔设定将来预测面，该将来预测面用于预测将来时刻的所述铸坯的表面温度、与所述铸造方向垂直的所述铸坯的截面内的温度以及所述铸坯的固相率分布；将来预测工序，在随着铸造进行而任意的所述将来预测面从当前时刻起前进至在其下游侧相邻的将来预测面位置为止的期间内，假定铸造速度从当前时刻起不发生变化，每隔所述将来预测面设定工序中使用的所述间隔，使用所述传热凝固模型来重复预测并更新各个所述将来预测面到达所述将来预测面位置时的所述铸坯的表面温度、与所述铸造方向垂直的所述铸坯的截面内的温度以及所述铸坯的固相率分布；将来温度影响系数预测工序，在每次随着铸造进行而任意的所述将来预测面从当前时刻起前进至在其下游侧相邻的将来预测面位置时，假定铸造速度从当前时刻起不发生变化，预测各所述冷却区域的冷却水量呈阶梯函数状变化的情况下的、各个所述将来预测面到达所述将来预测面位置为止所通过的各跟踪面位置处的所述铸坯的表面温度，求出进行该预测得出的所述铸坯的表面温度与通过所述将来预测工序预测出的所述铸坯的表面温度之间的偏差，使用该偏差求出针对呈阶梯函数状变化的所述冷却水量的变化影响系数；铸坯表面参照温度计算工序，计算根据时间决定的参照目标温度，该参照目标温度是通过所述铸坯目标温度设定工序设定的所述铸坯的表面温度的目标值与通过所述将来温度影响系数预测工序预测出的所述将来预测面到达所述将来预测面位置的时间点的所述铸坯的表面温度的预测值之间的值；最优化问题系数矩阵计算工序，将当前时刻的各所述冷却区域的冷却水量设为决定变量，计算所述将来预测工序和所述将来温度影响系数预测工序各工序中各个所述将来预测面所通过的各将来预测面位置处的将来温度影响系数以及通过所述铸坯表面参照温度计算工序计算出的所述参照目标温度与通过所述将来预测工序预测出的所述铸坯的表面温度之间的偏差，设为使对各个所述将来预测面计算出的该偏差之和最小化的最优化问题的二次规划问题，计算该二次规划问题中的针对决定变量的系数矩阵；最优化问题求解工序，通过以数值求解所述二次规划问题，来求出呈阶梯函数状变化的所述冷却水量的变更量在当前时刻的最优值；以及冷却水量变更工序，通过对当前的冷却区域的冷却水量加上所述最优值，来变更冷却水量，其中，在所述冷却水量变更工序中重复进行所述冷却水量的变更，由此在各跟踪面在铸造中的任意时刻移动到所述二次冷却控制对象的冷却区域的出口的期间内，将所述将来预测面在所述将来预测面位置的所述铸坯的表面温度控制为通过所述铸坯目标温度设定工序决定的所述铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：北田宏，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP