連續鑄造機的二次冷卻控制方法以及二次冷卻控制裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術的主要目的在于提供一種能夠提高將鑄坯整體的表面溫度控制為預先決定的目標溫度時的精度的連續鑄造機的二次冷卻控制方法。本發明專利技術具有鑄坯表面溫度測定工序、鑄造速度掌握工序、跟蹤面設定工序、鑄坯目標溫度設定工序、溫度固相率估計工序、熱傳遞系數估計工序、傳熱凝固模型參數修正工序、將來預測面設定工序、將來預測工序、將來溫度影響系數預測工序、鑄坯表面參照溫度計算工序、最優化問題系數矩陣計算工序、最優化問題求解工序以及冷卻水量變更工序，通過在該冷卻水量變更工序中重復進行每個冷卻區域的冷卻水量的變更，來在各跟蹤面在鑄造中的任意的時刻移動到二次冷卻控制對象的冷卻區域的出口的期間，將將來預測面在將來預測面位置的鑄坯的表面溫度控制為鑄坯目標溫度設定工序中決定的鑄坯的表面溫度的目標值。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種對連續鑄造機的二次冷卻帶上的一部分或全部鑄坯在鑄造方向或寬度方向上的表面溫度分布進行控制的連續鑄造機的二次冷卻控制方法以及二次冷卻控制裝置。
技術介紹
在鋼的連續鑄造中，例如在垂直彎曲型連續鑄造機中，在使從垂直的鑄模拉出的鑄坯暫時彎曲之后，以固定彎曲半徑拉拔該鑄坯，之后以在矯正部中消除了彎曲的狀態的鑄坯抽出并切斷。另外，在鑄流(是指“具有鑄模+二次冷卻帶群+輥群的拉拔裝置”的組。以下相同。)的彎曲部中對鑄坯的下側表面施加拉伸應力并在矯正部中對鑄坯上側表面施加拉伸應力，因此在鑄坯表面的溫度處于被稱為脆化區的范圍的情況下，有時產生被稱為橫向裂紋的表面裂紋缺陷。因此，需要在鑄流的彎曲部和矯正部中適當地設定冷卻水量分布以使鑄坯表面部溫度避開上述脆化區。冷卻水量分布的適當的設定例如能夠通過在固定鑄造速度的情況下將冷卻區域水量分布事先通過模擬等決定為適當的值來實現。但是，在連續鑄造中的下一個澆包到達發生延遲的情況下，為了避免連續鑄造中斷而使鑄造速度下降到低于規定值來等待澆包到達，因此需要使鑄造速度在操作中變化。此時，關于變更中的鑄造速度，在對事先針對鑄造速度設定的各區域水量進行插值而設定各區域水量的以往的串級水量控制中，從鑄坯的鑄模熔融金屬面至切斷為止的時間上的冷卻歷史記錄混亂，產生表面的橫向裂紋等鑄坯質量不良。另外，由于鑄坯表面附著氧化皮等的影響而存在冷卻水量與表面的熱傳遞系數之間的關系相對于事先通過模擬假定的關系發生變化的情況。有時在這種情況下鑄坯表面溫度也進入脆化區，從而產生橫向裂紋。針對這種問題，目前公開了一種基于所謂的模型預測控制的控制方法。例如，專利文獻1中公開了如下一種表面溫度控制方法：每隔固定間隔跟蹤拉拔鑄坯，基于傳熱模型逐次計算各跟蹤面的溫度分布，通過基于將鑄坯拉拔軌跡分割為幾個區域得到的各區域的出口側的計算溫度與實測溫度之間的關系學習得到的熱傳遞系數來修正上述模型，基于上述修正模型在每個固定時刻預測沿著上述軌跡設置的測溫點處的各跟蹤面的溫度分布，并且向鑄坯撒布將基于該位置處的目標溫度與預測溫度之差求出的前饋水量和基于實測溫度與目標溫度之差求出的反饋水量合計得到的水量。專利文獻1：日本特開昭57-154364號公報
技術實現思路
專利技術要解決的問題在專利文獻1所公開的前饋水量的計算方法中，針對存在于冷卻區域中的每個跟蹤點預測在各跟蹤點到達冷卻區域的出口的測溫點的時間點的溫度，求出各跟蹤點到達測溫點時的溫度預測值與目標值一致的預測水量密度，并且，針對該冷卻區域的整個跟蹤面將預測水量密度的加權平均值設為前饋水量。在該技術中，從鑄模側的冷卻區域起依次進行求出前饋水量的程序以及使用通過該程序求出的前饋水量進行該冷卻區域中的溫度分布的重新計算來求出重新計算溫度的程序，重復進行將重新計算溫度設為在下游側相鄰的冷卻區域的入口處的初始溫度的程序，來決定整個冷卻區域的冷卻水量。但是，在該技術中，即使將重新計算溫度設為在下游側相鄰的冷卻區域的入口處的初始溫度，在下游側相鄰的冷卻區域的入口以外的跟蹤點的溫度計算(存在于比在求出重新計算溫度的冷卻區域的下游側相鄰的冷卻區域更靠下游側的冷卻區域中的跟蹤點的溫度計算)中也體現不出前饋水量的影響。因而，在專利文獻1所公開的技術中，在溫度預測計算中發生了如下問題：直到正確地反映上游側的水量變化為止所需要的時間變長，水量根據情況的不同而發生波動等。其結果，將鑄坯整體的表面溫度控制為預先決定的目標溫度時的精度容易下降。因此，本專利技術的課題在于提供一種能夠提高將鑄坯整體的表面溫度控制為預先決定的目標溫度時的精度的連續鑄造機的二次冷卻控制方法以及二次冷卻控制裝置。用于解決問題的方案本專利技術的第一方式是一種連續鑄造機的二次冷卻控制方法，將用于冷卻從連續鑄造機的鑄模拉拔出的鑄坯的二次冷卻帶沿鑄坯的鑄造方向分割為多個冷卻區域，通過在各冷卻區域控制向鑄坯噴射的冷卻水量，來控制鑄坯的表面溫度，該方法的特征在于，包括以下工序：鑄坯表面溫度測定工序，在鑄坯的鑄造中測定預先決定的鑄流內的溫度測定點處的鑄坯的表面溫度；鑄造速度掌握工序，掌握連續鑄造機的鑄造速度；跟蹤面設定工序，在從鑄模內熔融金屬液面位置至少到二次冷卻控制對象的冷卻區域的出口為止的區域內，以預先決定的間隔設定作為計算鑄坯的截面內溫度、鑄坯的表面溫度以及鑄坯的固相率分布的對象的跟蹤面；鑄坯目標溫度設定工序，決定跟蹤面處的鑄坯的表面溫度的目標值；溫度固相率估計工序，在每次隨著鑄造進行而跟蹤面向鑄坯的鑄造方向前進預先決定的間隔時，利用基于傳熱方程式的傳熱凝固模型計算并更新與鑄造方向垂直的鑄坯的截面內的溫度、鑄坯的表面溫度以及鑄坯的固相率分布；熱傳遞系數估計工序，使用包括上述冷卻水量在內的鑄造條件來計算傳熱凝固模型中使用的鑄坯的表面的熱傳遞系數；傳熱凝固模型參數修正工序，使用通過鑄坯表面溫度測定工序測定出的鑄坯的表面溫度與通過溫度固相率估計工序估計出的鑄坯的表面溫度之差，來修正傳熱凝固模型中的針對鑄造條件的參數；將來預測面設定工序，從通過跟蹤面設定工序設定的跟蹤面的集合中，沿預先決定的鑄造方向以固定的間隔設定將來預測面，該將來預測面用于預測將來時刻的鑄坯的表面溫度、與鑄造方向垂直的鑄坯的截面內的溫度以及鑄坯的固相率分布；將來預測工序，在隨著鑄造進行而任意的將來預測面從當前時刻起前進至在其下游側相鄰的將來預測面位置為止的期間內，假定鑄造速度從當前時刻起不發生變化，每隔將來預測面設定工序中使用的間隔，使用傳熱凝固模型來重復預測并更新各個將來預測面到達將來預測面位置時的鑄坯的表面溫度、與鑄造方向垂直的鑄坯的截面內的溫度以及鑄坯的固相率分布；將來溫度影響系數預測工序，在每次隨著鑄造進行而任意的將來預測面從當前時刻起前進至在其下游側相鄰的將來預測面位置時，假定鑄造速度從當前時刻起不發生變化，預測各冷卻區域的冷卻水量呈階梯函數狀變化的情況下的、各個將來預測面到達將來預測面位置為止所通過的各跟蹤面位置處的鑄坯的表面溫度，求出進行該預測得出的鑄坯的表面溫度與通過將來預測工序預測出的鑄坯的表面溫度之間的偏差，使用該偏差求出針對呈階梯函數狀變化的冷卻水量的變化影響系數；鑄坯表面參照溫度計算工序，計算根據時間決定的參照目標溫度，該參照目標溫度是通過鑄坯目標溫度設定工序設定的鑄坯的表面溫度的目標值與通過將來溫度影響系數預測工序預測出的將來預測面到達將來預測面位置的時間點的鑄坯的表面溫度的預測值之間的值；最優化問題系數矩陣計算工序，將當前時刻的各冷卻區域的冷卻水量設為決定變量，計算將來預測工序和將來溫度影響系數預測工序各工序中各個將來預測面所通過的各將來預測面位置處的將來溫度影響系數以及通過鑄坯表面參照溫度計算工序計算出的參照目標溫度與通過將來預測工序預測出的鑄坯的表面溫度之間的偏差，設為使對各個將來預測面計算出的該偏差之和最小化的最優化問題的二次規劃問題，計算該二次規劃問題中的針對決定變量的系數矩陣；最優化問題求解工序，通過以數值求解上述二次規劃問題，來求出呈階梯函數狀變化的冷卻水量的變更量在當前時刻的最優值；以及冷卻水量變更工序，通過對當前的冷卻區域的冷卻水量加上該最優值，來變更冷卻水量，其中，在該冷卻水量變更工序中重復進行冷卻水量的變更，由此各跟本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種連續鑄造機的二次冷卻控制方法，將用于冷卻從連續鑄造機的鑄模拉拔出的鑄坯的二次冷卻帶沿所述鑄坯的鑄造方向分割為多個冷卻區域，通過在各冷卻區域控制向所述鑄坯噴射的冷卻水量，來控制所述鑄坯的表面溫度，該方法的特征在于，包括以下工序：鑄坯表面溫度測定工序，在所述鑄坯的鑄造中測定預先決定的鑄流內的溫度測定點處的所述鑄坯的表面溫度；鑄造速度掌握工序，掌握所述連續鑄造機的鑄造速度；跟蹤面設定工序，在從鑄模內熔融金屬液面位置至少到二次冷卻控制對象的冷卻區域的出口為止的區域內，以預先決定的間隔設定作為計算所述鑄坯的截面內溫度、所述鑄坯的表面溫度以及所述鑄坯的固相率分布的對象的跟蹤面；鑄坯目標溫度設定工序，決定所述跟蹤面處的所述鑄坯的表面溫度的目標值；溫度固相率估計工序，在每次隨著鑄造進行而所述跟蹤面向所述鑄坯的鑄造方向前進預先決定的間隔時，利用基于傳熱方程式的傳熱凝固模型計算并更新與所述鑄造方向垂直的所述鑄坯的截面內的溫度、所述鑄坯的表面溫度以及所述鑄坯的固相率分布；熱傳遞系數估計工序，使用包括所述冷卻水量在內的鑄造條件來計算所述傳熱凝固模型中使用的所述鑄坯的表面的熱傳遞系數；傳熱凝固模型參數修正工序，使用通過所述鑄坯表面溫度測定工序測定出的所述鑄坯的表面溫度與通過所述溫度固相率估計工序估計出的所述鑄坯的表面溫度之差，來修正所述傳熱凝固模型中的針對鑄造條件的參數；將來預測面設定工序，從通過所述跟蹤面設定工序設定的所述跟蹤面的集合中，沿預先決定的鑄造方向以固定的間隔設定將來預測面，該將來預測面用于預測將來時刻的所述鑄坯的表面溫度、與所述鑄造方向垂直的所述鑄坯的截面內的溫度以及所述鑄坯的固相率分布；將來預測工序，在隨著鑄造進行而任意的所述將來預測面從當前時刻起前進至在其下游側相鄰的將來預測面位置為止的期間內，假定鑄造速度從當前時刻起不發生變化，每隔所述將來預測面設定工序中使用的所述間隔，使用所述傳熱凝固模型來重復預測并更新各個所述將來預測面到達所述將來預測面位置時的所述鑄坯的表面溫度、與所述鑄造方向垂直的所述鑄坯的截面內的溫度以及所述鑄坯的固相率分布；將來溫度影響系數預測工序，在每次隨著鑄造進行而任意的所述將來預測面從當前時刻起前進至在其下游側相鄰的將來預測面位置時，假定鑄造速度從當前時刻起不發生變化，預測各所述冷卻區域的冷卻水量呈階梯函數狀變化的情況下的、各個所述將來預測面到達所述將來預測面位置為止所通過的各跟蹤面位置處的所述鑄坯的表面溫度，求出進行該預測得出的所述鑄坯的表面溫度與通過所述將來預測工序預測出的所述鑄坯的表面溫度之間的偏差，使用該偏差求出針對呈階梯函數狀變化的所述冷卻水量的變化影響系數；鑄坯表面參照溫度計算工序，計算根據時間決定的參照目標溫度，該參照目標溫度是通過所述鑄坯目標溫度設定工序設定的所述鑄坯的表面溫度的目標值與通過所述將來溫度影響系數預測工序預測出的所述將來預測面到達所述將來預測面位置的時間點的所述鑄坯的表面溫度的預測值之間的值；最優化問題系數矩陣計算工序，將當前時刻的各所述冷卻區域的冷卻水量設為決定變量，計算所述將來預測工序和所述將來溫度影響系數預測工序各工序中各個所述將來預測面所通過的各將來預測面位置處的將來溫度影響系數以及通過所述鑄坯表面參照溫度計算工序計算出的所述參照目標溫度與通過所述將來預測工序預測出的所述鑄坯的表面溫度之間的偏差，設為使對各個所述將來預測面計算出的該偏差之和最小化的最優化問題的二次規劃問題，計算該二次規劃問題中的針對決定變量的系數矩陣；最優化問題求解工序，通過以數值求解所述二次規劃問題，來求出呈階梯函數狀變化的所述冷卻水量的變更量在當前時刻的最優值；以及冷卻水量變更工序，通過對當前的冷卻區域的冷卻水量加上所述最優值，來變更冷卻水量，其中，在所述冷卻水量變更工序中重復進行所述冷卻水量的變更，由此在各跟蹤面在鑄造中的任意時刻移動到所述二次冷卻控制對象的冷卻區域的出口的期間內，將所述將來預測面在所述將來預測面位置的所述鑄坯的表面溫度控制為通過所述鑄坯目標溫度設定工序決定的所述鑄坯的表面溫度的目標值。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種連續鑄造機的二次冷卻控制方法，將用于冷卻從連續鑄造機的鑄模拉拔出的鑄坯的二次冷卻帶沿所述鑄坯的鑄造方向分割為多個冷卻區域，通過在各冷卻區域控制向所述鑄坯噴射的冷卻水量，來控制所述鑄坯的表面溫度，該方法的特征在于，包括以下工序：鑄坯表面溫度測定工序，在所述鑄坯的鑄造中測定預先決定的鑄流內的溫度測定點處的所述鑄坯的表面溫度；鑄造速度掌握工序，掌握所述連續鑄造機的鑄造速度；跟蹤面設定工序，在從鑄模內熔融金屬液面位置至少到二次冷卻控制對象的冷卻區域的出口為止的區域內，以預先決定的間隔設定作為計算所述鑄坯的截面內溫度、所述鑄坯的表面溫度以及所述鑄坯的固相率分布的對象的跟蹤面；鑄坯目標溫度設定工序，決定所述跟蹤面處的所述鑄坯的表面溫度的目標值；溫度固相率估計工序，在每次隨著鑄造進行而所述跟蹤面向所述鑄坯的鑄造方向前進預先決定的間隔時，利用基于傳熱方程式的傳熱凝固模型計算并更新與所述鑄造方向垂直的所述鑄坯的截面內的溫度、所述鑄坯的表面溫度以及所述鑄坯的固相率分布；熱傳遞系數估計工序，使用包括所述冷卻水量在內的鑄造條件來計算所述傳熱凝固模型中使用的所述鑄坯的表面的熱傳遞系數；傳熱凝固模型參數修正工序，使用通過所述鑄坯表面溫度測定工序測定出的所述鑄坯的表面溫度與通過所述溫度固相率估計工序估計出的所述鑄坯的表面溫度之差，來修正所述傳熱凝固模型中的針對鑄造條件的參數；將來預測面設定工序，從通過所述跟蹤面設定工序設定的所述跟蹤面的集合中，沿預先決定的鑄造方向以固定的間隔設定將來預測面，該將來預測面用于預測將來時刻的所述鑄坯的表面溫度、與所述鑄造方向垂直的所述鑄坯的截面內的溫度以及所述鑄坯的固相率分布；將來預測工序，在隨著鑄造進行而任意的所述將來預測面從當前時刻起前進至在其下游側相鄰的將來預測面位置為止的期間內，假定鑄造速度從當前時刻起不發生變化，每隔所述將來預測面設定工序中使用的所述間隔，使用所述傳熱凝固模型來重復預測并更新各個所述將來預測面到達所述將來預測面位置時的所述鑄坯的表面溫度、與所述鑄造方向垂直的所述鑄坯的截面內的溫度以及所述鑄坯的固相率分布；將來溫度影響系數預測工序，在每次隨著鑄造進行而任意的所述將來預測面從當前時刻起前進至在其下游側相鄰的將來預測面位置時，假定鑄造速度從當前時刻起不發生變化，預測各所述冷卻區域的冷卻水量呈階梯函數狀變化的情況下的、各個所述將來預測面到達所述將來預測面位置為止所通過的各跟蹤面位置處的所述鑄坯的表面溫度，求出進行該預測得出的所述鑄坯的表面溫度與通過所述將來預測工序預測出的所述鑄坯的表面溫度之間的偏差，使用該偏差求出針對呈階梯函數狀變化的所述冷卻水量的變化影響系數；鑄坯表面參照溫度計算工序，計算根據時間決定的參照目標溫度，該參照目標溫度是通過所述鑄坯目標溫度設定工序設定的所述鑄坯的表面溫度的目標值與通過所述將來溫度影響系數預測工序預測出的所述將來預測面到達所述將來預測面位置的時間點的所述鑄坯的表面溫度的預測值之間的值；最優化問題系數矩陣計算工序，將當前時刻的各所述冷卻區域的冷卻水量設為決定變量，計算所述將來預測工序和所述將來溫度影響系數預測工序各工序中各個所述將來預測面所通過的各將來預測面位置處的將來溫度影響系數以及通過所述鑄坯表面參照溫度計算工序計算出的所述參照目標溫度與通過所述將來預測工序預測出的所述鑄坯的表面溫度之間的偏差，設為使對各個所述將來預測面計算出的該偏差之和最小化的最優化問題的二次規劃問題，計算該二次規劃問題中的針對決定變量的系數矩陣；最優化問題求解工序，通過以數值求解所述二次規劃問題，來求出呈階梯函數狀變化的所述冷卻水量的變更量在當前時刻的最優值；以及冷卻水量變更工序，通過對當前的冷卻區域的冷卻水量加上所述最優值，來變更冷卻水量，其中，在所述冷卻水量變更工序中重復進行所述冷卻水量的變更，由此在各跟蹤面在鑄造中的任意時刻移動到所述二次冷卻控制對象的冷卻區域的出口的期間內，將所述將來預測面在所述將來預測面位置的所述鑄坯的表面溫度控制為通過所述鑄坯目標溫度設定工序決定的所述鑄...

【專利技術屬性】
技術研發人員：北田宏，
申請(專利權)人：新日鐵住金株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP