JP5747726B2 - Temperature estimation method and temperature estimation device - Google Patents
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Description
本発明は、連続鋳造機における鋼片の温度推定方法および温度推定装置に関するものである。 The present invention relates to a temperature estimation method and a temperature estimation device for a steel slab in a continuous casting machine.
現在の製鉄プロセスにおいては、精錬した溶鋼を鋳造して鋼片を製造する方法として、連続鋳造法と呼ばれる手法が一般に用いられている。これは、連続鋳造法が溶鋼を連続的に処理できるため生産性に優れており、バッチ式である鋳型へ溶鋼を流し込む方法に比べて熱効率がよく省エネルギーだからである。さらに、連続鋳造法は、介在物の浮上除去による内部品質の安定などが可能であるという利点もある。 In the current iron making process, a technique called a continuous casting method is generally used as a method of producing a steel piece by casting refined molten steel. This is because the continuous casting method is excellent in productivity because it can process molten steel continuously, and has higher thermal efficiency and energy saving than the method of pouring molten steel into a batch mold. Furthermore, the continuous casting method also has an advantage that the internal quality can be stabilized by the floating removal of inclusions.
ところで、連続鋳造法においては、液体の状態である溶鋼を、装置内に注入、冷却して、最終的に固体である鋼片とする。この冷却が強すぎると装置内の鋼片温度が低くなりすぎて、強度が過大となり装置内を通過させることが困難となる。一方、冷却が弱すぎると、凝固部の強度が過小となり、装置内を通過する際にその強度の過小となった部分が破断して、内部の未凝固の溶鋼が機外に流出する、いわゆるブレークアウトと呼ばれる事故を引き起こすことがある。したがって、連続鋳造法においては、適切な冷却条件の制御による温度の適正な管理が求められる。そこで、経験的な知見に基づいた温度推定方法などが提案されている(例えば特許文献１、２参照)。 By the way, in the continuous casting method, the molten steel in a liquid state is poured into the apparatus and cooled to finally form a solid steel piece. If this cooling is too strong, the steel slab temperature in the apparatus becomes too low and the strength becomes excessive, making it difficult to pass through the apparatus. On the other hand, if the cooling is too weak, the strength of the solidified portion becomes too small, the portion where the strength is too small when passing through the apparatus breaks, and the unsolidified molten steel inside flows out of the machine, so-called It can cause an accident called a breakout. Therefore, in the continuous casting method, appropriate temperature control by controlling appropriate cooling conditions is required. Thus, a temperature estimation method based on empirical knowledge has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
与えられた冷却条件に対して、温度の推移を予測するにあたっては、鋼片外部との熱のやり取り(熱伝達)のしやすさをあらわす値である熱伝達係数を正確に予測することが重要である。熱伝達係数は、冷却手法および環境などによって大きく変動する。従来から、各冷却手法に対して適切な熱伝達係数を決定する研究が多数行われており、冷却手法について温度推移を予測するに当たって必要となる熱伝達係数を推定する式も、多数提案されている(例えば非特許文献１参照)。 When predicting the change in temperature for a given cooling condition, it is important to accurately predict the heat transfer coefficient, a value that represents the ease of heat exchange (heat transfer) with the outside of the billet. It is. The heat transfer coefficient varies greatly depending on the cooling method and environment. Many studies have been conducted to determine an appropriate heat transfer coefficient for each cooling method, and many formulas have been proposed to estimate the heat transfer coefficient required for predicting the temperature transition of the cooling method. (For example, refer nonpatent literature 1).
連続鋳造機内では、平均的な鋳造条件などを考慮して、装置の場所に応じて異なる冷却装置を配置していることが一般的である。したがって、連続鋳造機内における鋼片の温度を正確に予測するには、スプレーなどの冷却装置や推定される温度などをもとに、その場所に応じた適切な熱伝達形態を予測し、それに対応した熱伝達係数を算出する式を用いて、温度の推移を予測する必要がある。そこで従来、鋳造方向の場所に応じて熱伝達係数を求める式を変化させ、温度推移を予測する方法が広く行われている(例えば特許文献３、４、５参照)。 In a continuous casting machine, in consideration of average casting conditions and the like, it is common to arrange different cooling devices depending on the location of the apparatus. Therefore, in order to accurately predict the temperature of the steel slab in the continuous casting machine, predict the appropriate heat transfer mode according to the location based on the cooling device such as spray and the estimated temperature. It is necessary to predict the transition of temperature using an equation for calculating the heat transfer coefficient. Therefore, conventionally, a method of predicting a temperature transition by changing a formula for obtaining a heat transfer coefficient according to a location in a casting direction has been widely used (see, for example, Patent Documents 3, 4, and 5).
近年、連続鋳造の生産性と品質のさらなる向上が求められている。生産性向上の手法としてはたとえば鋳造速度を高めるという手法がとられる。しかしながら、鋳造速度が向上すると凝固不良による製造トラブルが起き易くなる。加えて、冷却度合いの不均一に由来すると想定される熱応力の発生とそれに起因する割れなどの表面性状の不良、鋼片内部の凝固度合いの不均一に由来する鋼片中心部の成分不均一部、いわゆる中心偏析なども発生しやすくなる。このような事態を回避するために、均一に冷却する技術の開発が求められていた。このためには、鋼片の局所的な温度分布を正確に予測する技術が重要である。 In recent years, further improvement in productivity and quality of continuous casting has been demanded. As a technique for improving productivity, for example, a technique of increasing the casting speed is taken. However, when the casting speed is increased, manufacturing troubles due to poor solidification are likely to occur. In addition, the generation of thermal stress that is assumed to be caused by non-uniform cooling, surface defects such as cracks caused by it, and non-uniform composition of the steel slab center due to non-uniform solidification within the slab Part, so-called center segregation, etc. are also likely to occur. In order to avoid such a situation, development of a technology for uniformly cooling has been demanded. For this purpose, a technique for accurately predicting the local temperature distribution of the steel slab is important.
しかしながら、従来の局所的な温度分布の予測方法では、事前に温度予測位置での熱伝達係数の変化の度合いを予測する必要があるという課題があった。そのため、予測値を実測値にあわせるために適当な補正係数を与えたりすることも多く、合理性および汎用性に欠ける場合も往々にして存在した。さらに、熱伝達係数を求める式は、スプレーの水量などに関して適用範囲があるのが普通であるが、場合によっては不適当な水量で適用した計算が行われる場合もあった。これらの問題は、熱伝達の形態は局所的に変化しているのに対して、事前に熱伝達の形態を予測した上で解析することに起因するものである。 However, the conventional local temperature distribution prediction method has a problem that it is necessary to predict the degree of change in the heat transfer coefficient at the temperature prediction position in advance. For this reason, an appropriate correction coefficient is often given in order to match the predicted value to the actual measurement value, and there are often cases where the rationality and versatility are lacking. Furthermore, the formula for obtaining the heat transfer coefficient usually has a range of application with respect to the amount of water in the spray, but in some cases, calculation with an inappropriate amount of water may be performed. These problems are due to the fact that the heat transfer mode changes locally, while the heat transfer mode is predicted and analyzed in advance.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、事前に熱伝達の形態を予測した上で解析することなく、連続鋳造機における鋼片の局所的な温度分布を予測可能な温度推定方法およびそのための装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to predict the local temperature distribution of a steel slab in a continuous casting machine without analyzing the form of heat transfer in advance. It is to provide a possible temperature estimation method and apparatus therefor.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る温度推定方法は、連続鋳造機における鋼片の温度推定を行う位置を入力する入力ステップと、熱伝達係数を計算するための操業条件を取得する取得ステップと、前記操業条件に基づいて前記位置における複数の熱伝達係数を計算する計算ステップと、前記複数の熱伝達係数のうち一つを選択する選択ステップと、前記選択した熱伝達係数を用いて伝熱計算を行う伝熱計算ステップとを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the temperature estimation method according to the present invention includes an input step for inputting a position for estimating the temperature of a steel slab in a continuous casting machine, and an operation for calculating a heat transfer coefficient. An acquisition step of acquiring a condition; a calculation step of calculating a plurality of heat transfer coefficients at the position based on the operating condition; a selection step of selecting one of the plurality of heat transfer coefficients; and the selected heat And a heat transfer calculation step for performing heat transfer calculation using the transfer coefficient.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る温度推定装置は、連続鋳造機における鋼片の温度推定を行う位置を入力する入力手段と、熱伝達係数を計算するための操業条件を取得する取得手段と、前記操業条件に基づいて前記位置における複数の熱伝達係数を計算する計算手段と、前記複数の熱伝達係数のうち一つを選択する選択手段と、前記選択した熱伝達係数を用いて伝熱計算を行う伝熱計算手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the object, the temperature estimation apparatus according to the present invention includes an input means for inputting a position for estimating the temperature of a steel piece in a continuous casting machine, and an operation for calculating a heat transfer coefficient. Acquisition means for acquiring conditions, calculation means for calculating a plurality of heat transfer coefficients at the position based on the operating conditions, selection means for selecting one of the plurality of heat transfer coefficients, and the selected heat And heat transfer calculation means for performing heat transfer calculation using the transfer coefficient.
本発明に係る温度推定方法および温度推定装置によれば、事前に熱伝達の形態を予測した上で解析することなく、連続鋳造機における鋼片の局所的な温度分布の予測をすることができる。 According to the temperature estimation method and the temperature estimation apparatus according to the present invention, it is possible to predict the local temperature distribution of the steel slab in the continuous casting machine without analyzing the shape of the heat transfer in advance. .
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る連続鋳造機における鋼片の温度推定方法および温度推定装置について説明する。 Hereinafter, a steel slab temperature estimation method and a temperature estimation device in a continuous casting machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施形態に係る連続鋳造機の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る連続鋳造機１は、溶鋼２が注入されるタンディッシュ３と、浸漬ノズル４を介してタンディッシュ３から注がれた溶鋼２を表面の凝固シェル５が樹枝状晶に成長するまで整形しつつ半凝固させる銅製の鋳型６と、鋳型６から半凝固状態の鋼片７を垂直下方に引き抜きつつ冷却する鋼片支持ロール８ａと、鋼片支持ロール８ａによって引き抜かれた鋼片７を冷却搬送する鋼片支持ロール８ｂと、鋼片支持ロール８ｂによって搬送された鋼片７を水平方向に冷却搬送する鋼片支持ロール８ｃと、鋼片支持ロール８ｃによって搬送された鋼片７を所定の長さに切断するガス切断機９とを備える。ガス切断機９によって切断された鋼片７は、圧延工程等の後工程へと順次送られる。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a continuous casting machine according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a continuous casting machine 1 according to an embodiment of the present invention has a tundish 3 into which
本発明の実施形態における連続鋳造機１における鋼片は、鋳型６により鋳型表面からの抜熱により冷却される。その後、鋼片支持ロール８ａから８ｃによる搬送区間（すなわち二次冷却帯）において、鋼片は、スプレーから噴霧された水または空気による抜熱と、ロールと鋼片が接触することによる抜熱と、輻射による抜熱と、対流による抜熱との組み合わせにより冷却される。ここで、スプレーの噴霧には、水スプレー冷却、ミストスプレー冷却などがある。
The steel slab in the continuous casting machine 1 in the embodiment of the present invention is cooled by the
以下、上記説明した連続鋳造機１の例を用いて、本発明の実施形態にかかる温度推測方法について説明する。まず、本発明の実施形態の説明に前提として用いる、境界条件および熱伝達係数について説明する。 Hereinafter, the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention will be described using the example of the continuous casting machine 1 described above. First, boundary conditions and heat transfer coefficients used as a premise in the description of the embodiment of the present invention will be described.
ここで云う境界条件とは、鋼片の伝熱計算する際の鋼片表面における境界条件である。本発明の実施形態に係る温度推測方法では、時間および位置に応じた局所的な温度を正確に予測するためにこの境界条件を時間および位置に応じて変化させる。その変化させるピッチは、どの程度の短い時間あるいは細かい領域の温度を予測するかに応じて任意に設定すればよい。温度の変化を予測したい時間の間隔をδt(s)とする場合、δtより小さな値とすることにより、境界条件の時間変化を反映させた温度を予測することが可能となる。また、位置による変化については、鋳造速度をVc(m/s)とするとき、位置による変化がVc(m/s)×δt(s)より大きな値であれば、境界条件の位置による変化を反映させた温度を予測することが可能となる。 The boundary condition referred to here is a boundary condition on the surface of the billet when calculating the heat transfer of the billet. In the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention, this boundary condition is changed according to time and position in order to accurately predict a local temperature according to time and position. What is necessary is just to set the pitch to change arbitrarily according to how short time or the temperature of a detailed area | region is estimated. When the time interval for which a change in temperature is to be predicted is Δt (s), the temperature reflecting the time change of the boundary condition can be predicted by setting a value smaller than Δt. As for the change due to the position, when the casting speed is Vc (m / s), if the change due to the position is larger than Vc (m / s) × δt (s), the change due to the position of the boundary condition is changed. It is possible to predict the reflected temperature.
なお、境界条件の変化は、実際の熱伝達の形態が変化していることを再現させるためのものであり、実際の熱伝達の形態が変化していないところにおいては、変化させる必要がないことは当然である。実用的には、計算の複雑さ及び計算量並びに境界条件の測定の確かさ、さらに対象物である鋼材の熱伝導率などを考慮すると、時間については１(s)程度が下限となり、位置については５(mm)程度が実質的な下限となる。 Note that the change in boundary conditions is to reproduce the fact that the actual heat transfer mode has changed, and it is not necessary to change it when the actual heat transfer mode has not changed. Is natural. Practically, considering the complexity and calculation amount of calculation, the certainty of measurement of boundary conditions, and the thermal conductivity of the steel material that is the object, about 1 (s) is the lower limit for time, and the position Is about 5 (mm).
ここで云う熱伝達係数とは、鋼片とその外部との間の熱エネルギーの伝え易さを表す値である。温度予測のための境界条件としては、温度および熱伝達係数などが挙げられるが、本発明の実施形態にかかる温度推測方法では、熱伝達係数を用いる。表面温度を境界条件として規定した場合、内部温度の予測は容易となる。しかしながら、連続鋳造方法における鋼片のように高温の媒体では、温度計によって測定された温度は必ずしも鋼片の実際の温度と対応しないことがあり、その正確な温度を知ることが困難であることが多い。とりわけ、時間および位置によって局所的に変化する温度を予測したい場合、そのような正確な温度を知ることは一層困難である。したがって、温度を境界条件として与えることは望ましくない。一方、熱伝達係数は、本発明の実施形態にかかる温度予測方法のように、時間および位置によって局所的に熱伝達の形態が変化した場合の温度を予測する用途に好適である。 The heat transfer coefficient referred to here is a value representing the ease with which heat energy is transferred between the steel slab and the outside. Examples of the boundary conditions for temperature prediction include temperature and heat transfer coefficient. In the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention, a heat transfer coefficient is used. When the surface temperature is defined as a boundary condition, the internal temperature can be easily predicted. However, in a high-temperature medium such as a billet in the continuous casting method, the temperature measured by the thermometer may not necessarily correspond to the actual temperature of the billet, and it is difficult to know the exact temperature. There are many. In particular, it is more difficult to know such an accurate temperature if one wishes to predict a temperature that varies locally with time and position. Therefore, it is not desirable to give temperature as a boundary condition. On the other hand, the heat transfer coefficient is suitable for use in predicting the temperature when the form of heat transfer locally changes with time and position, as in the temperature prediction method according to the embodiment of the present invention.
なお、境界条件の設定は、連続鋳造のように鋼片の表面に媒体を噴射あるいは接触させることによって冷却させるような装置の場合、鋼片の表面に対して設定することが通常である。しかし、何らかの方法により、たとえば電磁誘導による加熱あるいは何らかの方法により内部から冷却する機構がある場合は鋼片内部に境界条件を設定してもよい。 The boundary condition is usually set on the surface of the steel slab in the case of an apparatus that cools the steel slab by spraying or bringing it into contact with the surface as in continuous casting. However, if there is a mechanism for cooling from the inside by some method, for example, heating by electromagnetic induction or some method, the boundary condition may be set inside the steel slab.
以下、上述した本発明の実施形態に係る温度推定方法の例を図２を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る温度推定方法では、時間および位置による局所的に変化する熱伝達の形態を推定するにあたって、その場面において予想される熱伝達係数を複数計算し、その複数の熱伝達係数の中から最適な熱伝達係数を選定することによって行う。 Hereinafter, an example of the temperature estimation method according to the above-described embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention, when estimating the form of heat transfer that varies locally depending on time and position, a plurality of heat transfer coefficients expected in the scene are calculated, and the heat transfer coefficients are calculated. The optimum heat transfer coefficient is selected from the above.
図２は、本発明の実施形態に係る温度推定方法を示すフローチャートである。まず、本発明の実施形態に係る温度推定方法を適用する位置を入力する（ステップＳ１）。そして、その位置および時間における送水量および空気の送り量など、熱伝達係数の計算に必要な操業条件の値を取得する（ステップＳ２）。これらの操業条件の値は、操業のデータをスプレーノズルなどの配置、性能などオフラインで求められた情報を使って計算して求めてもよいし、何らかの方法で実測した値を用いてもよい。 FIG. 2 is a flowchart showing a temperature estimation method according to the embodiment of the present invention. First, a position to which the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention is applied is input (step S1). And the value of the operation conditions required for calculation of a heat transfer coefficient, such as the amount of water supply in the position and time, and the amount of air supply, is acquired (step S2). The values of these operation conditions may be obtained by calculating operation data using information obtained off-line such as the arrangement and performance of spray nozzles or the like, or values measured by some method may be used.
次に、ステップＳ２で取得した値に基づいて、ステップＳ１で入力した位置および時間における熱伝達係数を複数計算する（ステップＳ３〜Ｓ８）。以下で説明する本発明の実施形態に係る温度推定方法では、複数の熱伝達係数として、水スプレーの熱伝達係数ＨＡと、ミストスプレーの熱伝達係数ＨＢと、強制対流の熱伝達係数ＨＣと、輻射による熱伝達係数ＨＤと、ロール接触による熱伝達係数ＨＥと、自然対流による熱伝達係数ＨＦとの６種類の熱伝達係数を計算する。 Next, based on the value acquired at step S2, a plurality of heat transfer coefficients at the position and time input at step S1 are calculated (steps S3 to S8). In the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention described below, a water spray heat transfer coefficient HA , a mist spray heat transfer coefficient H B, and a forced convection heat transfer coefficient H are used as a plurality of heat transfer coefficients. Six types of heat transfer coefficients are calculated: C , heat transfer coefficient H D due to radiation, heat transfer coefficient H E due to roll contact, and heat transfer coefficient H F due to natural convection.
ステップＳ３は、水スプレーの熱伝達係数ＨＡを計算するものである。例えば、この熱伝達係数を計算する式としては、前掲非特許文献１の「日本鉄鋼協会：「鉄鋼製造プロセスにおける冷却技術」(1988),p.70」に基づく下式を用いることができる。
ステップＳ４は、ミストスプレーの熱伝達係数ＨＢを計算するものである。例えば、この熱伝達係数を計算する式としては、前掲非特許文献１の「日本鉄鋼協会：「鉄鋼製造プロセスにおける冷却技術」(1988),p.71」に基づく下式を用いることができる。
ステップＳ５は、強制対流の熱伝達係数ＨＣを計算するものである。例えば、この熱伝達係数を計算する式としては、以下の式を用いることができる。
ステップＳ６は、輻射による熱伝達係数ＨＤを計算するものである。例えば、この熱伝達係数を計算する式としては、以下のステファン-ボルツマンの式を用いることができる。
ステップＳ７は、ロール接触による熱伝達係数ＨＥを計算するものである。接触圧、ロール径などを元に算出する方法、事前に採集されたデータを元に算出する方法があるが、本例においては定形境界条件ファイルに別途保存したデータを参照して、当該位置に配置されるロールの熱伝達係数を取得する。 Step S7 is to calculate the heat transfer coefficient H E by the roll contact. There are a method of calculating based on contact pressure, roll diameter, etc., and a method of calculating based on pre-collected data, but in this example, refer to the data separately stored in the fixed boundary condition file and Get the heat transfer coefficient of the roll to be placed.
ステップＳ８は、自然対流による熱伝達係数ＨＦを計算するものである。例えば、この熱伝達係数を計算する式としては、以下の式を用いることができる。ただし、雰囲気温度Ｔambientは計算設定ファイルに別途保存したデータを参照して用いる。
上記のように、水スプレーの熱伝達係数ＨＡと、ミストスプレーの熱伝達係数ＨＢと、強制対流の熱伝達係数ＨＣと、輻射による熱伝達係数ＨＤと、ロール接触による熱伝達係数ＨＥと、自然対流による熱伝達係数ＨＦとを計算した後、これらの中から最大値のものを熱伝達係数ＨＸとして選択する（ステップＳ９）。その後、ステップＳ９で選択された熱伝達係数を使って伝熱計算を行う（ステップＳ１０）。 As described above, the heat transfer coefficient H A water spray, the heat transfer coefficient H B of the mist spray, the heat transfer coefficient H C forced convection heat transfer coefficient H D by radiation, heat transfer coefficient due to roll contact and H E, after calculating the heat transfer coefficient H F by natural convection, selects the largest value as the heat transfer coefficient H X among these (step S9). Thereafter, heat transfer calculation is performed using the heat transfer coefficient selected in step S9 (step S10).
なお、上述説明した実施形態では、熱伝導係数を選択する方法として、最大値のものを選択する方法を用いたが、本発明の実施には、この例に限らず、例えば、中央値を算出する方法、最小値を算出する方法、また降順に並べた場合、先頭から２番目に来る値を選定する方法など任意の順番にある値を選定する方法も挙げられる。また、求めた熱伝達係数の単純平均値、降順に並べたときの３つの任意の順番の値（例えば、最大値；中央値；最小値）を相加平均して求められる値を使う三分法などを使ってもかまわない。 In the embodiment described above, the method of selecting the maximum value is used as the method of selecting the heat conduction coefficient. However, the present invention is not limited to this example, and for example, the median value is calculated. And a method of selecting a value in an arbitrary order, such as a method of calculating a minimum value, a method of selecting a value that comes second from the top when arranged in descending order, and the like. In addition, the simple average value of the calculated heat transfer coefficients, and the three-way value that uses the value obtained by arithmetically averaging the values in three arbitrary orders (for example, maximum value; median value; minimum value) when arranged in descending order. You can use the law.
上述説明した実施形態のように最大値を用いる方法であれば、例えば水と空気を併用するミストスプレーにおいて、スプレーノズルの中心に近くて水と空気が多量にあたる所と、中心から離れて水と空気がほとんどあたらなくなった所とにおける熱伝達形態が、それぞれ相当に妥当な選定をできることが実験的に確かめられている。したがって、本発明の実施において、最大値ならびにそれに準じた値を熱伝達係数として選定することがより好ましい。 If the method using the maximum value as in the embodiment described above, for example, in a mist spray using water and air in combination, a location where a large amount of water and air hits the center of the spray nozzle, and water away from the center. It has been experimentally confirmed that the heat transfer mode in the place where the air almost disappears can be selected appropriately. Therefore, in the practice of the present invention, it is more preferable to select the maximum value and a value according to it as the heat transfer coefficient.
以下、本発明の実施形態に係る温度推定方法の効果を、従来技術の温度推定方法との比較により検討する。ここでは、本発明の実施形態に係る温度推定方法の効果として、鋼片内部の凝固位置の位置を推定する。すなわち、鋼片内部における凝固温度に達する位置をもって温度推定の指標とした。 Hereinafter, the effect of the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention will be examined by comparison with the temperature estimation method of the prior art. Here, as the effect of the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention, the position of the solidification position inside the steel slab is estimated. In other words, the position reaching the solidification temperature inside the steel slab was used as an index for temperature estimation.
図３は、本発明の実施形態との比較に用いる従来技術の温度推定方法（比較例）を示すフローチャートである。以下で説明する比較例のフローチャートは、上述の本発明の実施形態にかかる温度推定方法と共通する部分が多いので、適宜省略して説明を行う。 FIG. 3 is a flowchart showing a conventional temperature estimation method (comparative example) used for comparison with the embodiment of the present invention. Since the flowchart of the comparative example demonstrated below has many parts which are common in the temperature estimation method concerning embodiment of this invention mentioned above, it abbreviate | omits suitably and demonstrates.
まず、比較例においても、温度推定方法を適用する位置を入力し、熱伝達係数の計算に必要な操業条件を取得する（ステップＳ１’、Ｓ２’）。そして、スプレーの配置情報をもとに、入力された解析位置が水スプレー設置箇所であるかを判定し（ステップＳ３’）、水スプレー設置箇所である場合、水スプレーの熱伝達係数を計算する（ステップＳ４’）。一方、入力された解析位置がミストスプレー設置箇所であるかを判定し（ステップＳ５’）、ミストスプレー設置箇所である場合、ミストスプレーの熱伝達係数を計算する（ステップＳ６’）。さらに、入力された解析位置がロール設置箇所であるかを判定し（ステップＳ７’）、ロール設置箇所である場合、ロール接触による熱伝達係数を計算する（ステップＳ８’）。 First, also in the comparative example, the position where the temperature estimation method is applied is input, and the operating conditions necessary for calculating the heat transfer coefficient are acquired (steps S1 'and S2'). Then, based on the spray arrangement information, it is determined whether the input analysis position is a water spray installation location (step S3 ′), and if it is a water spray installation location, a heat transfer coefficient of the water spray is calculated. (Step S4 ′). On the other hand, it is determined whether the input analysis position is a mist spray installation location (step S5 '), and if it is a mist spray installation location, a heat transfer coefficient of the mist spray is calculated (step S6'). Further, it is determined whether the input analysis position is a roll installation location (step S7 '), and if it is a roll installation location, a heat transfer coefficient due to roll contact is calculated (step S8').
さらに、鋼片端部における解析位置でのスプレーとの距離ならびに予測される凡その温度をもとに熱伝達の形態を推定し、それをもとに熱伝達率を計算する。具体的には、スプレーとの距離が離れている（最端部にあるスプレーの噴霧範囲の外にある）、かつ推定温度が３００度以上の場合（ステップＳ９’）、輻射による熱伝達率を計算する（ステップＳ１０’）。また、スプレーとの距離が離れていない場合（ステップＳ１１’）、強制対流による熱伝達率を計算し（ステップＳ１２’）、それ以外の場合（ステップＳ１１’）、自然対流による熱伝達率を計算する（ステップＳ１３’）。このように計算した熱伝達係数を用いて伝熱計算を行う（ステップＳ１４’）。 Furthermore, the heat transfer mode is estimated based on the distance from the spray at the analysis position at the end of the steel piece and the estimated temperature, and the heat transfer coefficient is calculated based on this. Specifically, when the distance from the spray is far (outside the spray range of the spray at the extreme end) and the estimated temperature is 300 ° C. or more (step S9 ′), the heat transfer coefficient by radiation is Calculate (step S10 '). If the distance from the spray is not far (step S11 ′), the heat transfer coefficient due to forced convection is calculated (step S12 ′). Otherwise (step S11 ′), the heat transfer coefficient due to natural convection is calculated. (Step S13 ′). Heat transfer calculation is performed using the heat transfer coefficient calculated in this way (step S14 ').
上記のように熱伝達係数を求めた比較例と、本発明の実施形態に係る温度推定方法とで、鋼片内部の温度分布を算出し、この結果から鋼片内部の凝固位置を推定した。 The temperature distribution inside the steel slab was calculated by the comparative example in which the heat transfer coefficient was obtained as described above and the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention, and the solidification position inside the steel slab was estimated from the result.
図４は、本発明の実施形態に係る温度推定方法と比較例とによる鋼片内部の凝固位置の推定位置を示すグラフである。図４に示されるグラフでは、鋼片の凝固位置の超音波による測定結果を合わせて記載している。図４に示されるグラフにおいて、横軸は鋼片の中央から凝固位置までの距離を表し、縦軸はメニスカス（すなわち鋳型内の溶鋼の表面位置）からの凝固位置までの距離を表している。 FIG. 4 is a graph showing the estimated position of the solidification position inside the steel slab by the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention and the comparative example. In the graph shown in FIG. 4, the measurement result by the ultrasonic of the solidification position of a steel piece is described collectively. In the graph shown in FIG. 4, the horizontal axis represents the distance from the center of the steel piece to the solidification position, and the vertical axis represents the distance from the meniscus (that is, the surface position of the molten steel in the mold) to the solidification position.
図４に示されるグラフより明らかなように、本発明の実施形態に係る温度推定方法は、従来技術による比較例よりも、実際の凝固位置の絶対位置における正確さに加え、その幅方向の分布形状も正確に再現できている。この結果は、本発明の実施形態に係る温度推定方法は、従来技術による比較例よりも正確に温度推定をできることを示している。 As apparent from the graph shown in FIG. 4, the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention is more accurate than the comparative example according to the prior art, in addition to the accuracy in the absolute position of the actual solidification position, and its distribution in the width direction. The shape can also be accurately reproduced. This result shows that the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention can estimate temperature more accurately than the comparative example according to the prior art.
最後に、上述説明した本発明の実施形態に係る温度推定方法を実施する温度推定装置の機能構成の一例を説明する。ただし、本発明の実施形態に係る温度推定方法を実施するには、以下に説明する温度推定装置の例に限らず、本発明の実施環境にあわせて適宜構成を変更することが好ましい。 Finally, an example of a functional configuration of the temperature estimation apparatus that performs the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention described above will be described. However, in order to implement the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention, it is preferable to change the configuration appropriately according to the implementation environment of the present invention, not limited to the example of the temperature estimation device described below.
図５は、本発明の実施形態に係る温度推定装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、温度推定装置１０は、例えばワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータを用いて実現され、演算処理部１１と記憶部１２とを備える。また、温度推定装置１０は、付随的に入力手段１３と表示手段１４を備える。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the temperature estimation apparatus according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the
入力手段１３は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等の各種入力装置によって実現されるものであり、操作入力に応じた入力信号を演算処理部１１に出力する。表示手段１４は、ＬＣＤやＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等の表示装置によって実現されるものであり、演算処理部１１から入力される表示信号をもとに各種画面を表示する。
The input unit 13 is realized by various input devices such as a keyboard, a mouse, a touch panel, and various switches, and outputs an input signal corresponding to an operation input to the
記憶部１２は、更新記憶可能なフラッシュメモリ等のＲＯＭやＲＡＭといった各種ＩＣメモリ、内蔵あるいはデータ通信端子で接続されたハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体およびその読取装置等によって実現されるものである。この記憶部１２には、温度推定装置１０を動作させ、この温度推定装置１０が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が予め保存され、あるいは処理の都度一時的に保存される。例えば、記憶部１２には、操業条件１２ａと熱伝達係数１２ｂとが格納される。
The
操業条件１２ａは、上述説明した温度推定方法における、送水量および空気の送り量など、熱伝達係数の計算に必要なデータである。すなわち、操業条件１２ａは、先述の定形境界条件ファイルおよび計算設定ファイルなどを格納する。熱伝達係数１２ｂは、水スプレーの熱伝達係数ＨＡ、ミストスプレーの熱伝達係数ＨＢ、強制対流の熱伝達係数ＨＣ、輻射による熱伝達係数ＨＤ、ロール接触による熱伝達係数ＨＥ、および自然対流による熱伝達係数ＨＦを計算するための計算式を示すデータおよびプログラムである。
The
演算処理部１１は、熱伝達係数計算手段１１ａと最大熱伝達係数選択手段１１ｂと伝熱計算手段１１ｃとを備える。これら熱伝達係数計算手段１１ａ、最大熱伝達係数選択手段１１ｂ、および伝熱計算手段１１ｃは、記憶部１２に格納されたプログラムによって実現することも、ハードウェアとして実現することも可能である。熱伝達係数計算手段１１ａは、記憶部１２の操業条件１２ａおよび熱伝達係数１２ｂを参照して、熱伝達係数を計算し、最大熱伝達係数選択手段１１ｂは、熱伝達係数計算手段１１ａによって計算された熱伝達係数の中から最大値をとる熱伝達係数を選択し、伝熱計算手段１１ｃは、最大熱伝達係数選択手段１１ｂにより選択された熱伝達係数を用いて伝熱計算を行う。
The
以上より、本発明の実施形態に係る温度推定方法は、連続鋳造機１における鋼片７の温度推定を行う位置を入力する入力ステップ（ステップＳ１）と、熱伝達係数を計算するための操業条件を取得する取得ステップ（ステップＳ２）と、操業条件に基づいて当該位置における複数の熱伝達係数を計算する計算ステップ（ステップＳ３〜Ｓ８）と、複数の熱伝達係数のうち一つを選択する選択ステップ（ステップＳ９）と、選択した熱伝達係数を用いて伝熱計算を行う伝熱計算ステップ（ステップＳ１０）とを含むので、事前に熱伝達の形態を予測した上で解析することなく、連続鋳造機における鋼片の局所的な温度分布の正確な予測をすることができる。 From the above, in the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention, the input step (step S1) for inputting the position for estimating the temperature of the steel slab 7 in the continuous casting machine 1 and the operation condition for calculating the heat transfer coefficient. Obtaining step (step S2), calculating step (steps S3 to S8) for calculating a plurality of heat transfer coefficients at the position based on operating conditions, and selection for selecting one of the plurality of heat transfer coefficients Since it includes a step (step S9) and a heat transfer calculation step (step S10) for performing heat transfer calculation using the selected heat transfer coefficient, it is possible to continuously analyze without predicting the form of heat transfer in advance. An accurate prediction of the local temperature distribution of the billet in the casting machine can be made.
本発明の実施形態に係る温度推定方法における選択ステップ（ステップＳ９）は、複数の熱伝達係数のうち最大値を取るものを選択するので、実験的に最も妥当な選択をすることができる。 Since the selection step (step S9) in the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention selects the one having the maximum value among the plurality of heat transfer coefficients, the most appropriate selection can be made experimentally.
本発明の実施形態に係る温度推定方法における計算ステップ（ステップＳ３〜Ｓ８）は、複数の熱伝達係数として、水スプレーの熱伝達係数ＨＡ、ミストスプレーの熱伝達係数ＨＢ、強制対流の熱伝達係数ＨＣ、輻射による熱伝達係数ＨＤ、ロール接触による熱伝達係数ＨＥ、および自然対流による熱伝達係数ＨＦを計算することが考えられる。 The calculation steps (steps S3 to S8) in the temperature estimation method according to the embodiment of the present invention include water spray heat transfer coefficient H A , mist spray heat transfer coefficient H B , and forced convection heat as a plurality of heat transfer coefficients. It is conceivable to calculate a heat transfer coefficient H C , a heat transfer coefficient H D due to radiation, a heat transfer coefficient H E due to roll contact, and a heat transfer coefficient H F due to natural convection.
また、本発明の実施形態に係る温度推定装置は、連続鋳造機１における鋼片７の温度推定を行う位置を入力する入力手段１３と、熱伝達係数を計算するための操業条件１２ａを取得する取得手段と、操業条件に基づいて当該位置における複数の熱伝達係数を計算する熱伝達係数計算手段１１ａと、複数の熱伝達係数のうち一つを選択する最大熱伝達係数選択手段１１ｂと、選択した熱伝達係数を用いて伝熱計算を行う伝熱計算手段１１ｃとを備えるので、事前に熱伝達の形態を予測した上で解析することなく、連続鋳造機における鋼片の局所的な温度分布の正確な予測をすることができる。
Moreover, the temperature estimation apparatus which concerns on embodiment of this invention acquires the input condition 13 which inputs the position which estimates the temperature of the steel slab 7 in the continuous casting machine 1, and the
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明の実施においては、温度の計算をするための手法として、物理的に合理的なものであるならどのような手法を用いてもかまわない。たとえば熱伝導方程式をたて、それを解析的あるいは数値計算的に解き、時間および位置による変化を計算する方法、あるいは、ある定常条件を仮定して、それを用いて主として位置による変化を計算する方法、あるいは実験などによって測定された関係式を用いて計算する方法などが挙げられる。本発明を適用するにあたっては、このいずれの方法を用いてもかまわない。また、ここに挙げた方法以外であっても、それが合理的なものであるなら、それを用いてもかまわない。なお、電子計算機を用いた数値計算を用いて熱伝導方程式を数値的に解いていく方法は、境界条件が時間および位置で変化するような系においても解を求めることが出来るため好ましい。また、温度を予測したい対象物の形状を離散化し、熱伝導方程式をその離散化した点の間での差分方程式として扱い、数値的に解いていく方法はさまざまな形状でも温度を予測できるので、さらに好ましい。 As described above, the present invention has been described based on the embodiment. However, in the practice of the present invention, any method may be used as a method for calculating the temperature as long as it is physically reasonable. Absent. For example, the equation of heat conduction is solved and solved analytically or numerically, and the change due to time and position is calculated, or a certain steady-state condition is assumed, and the change due to position is mainly calculated using it. The method or the method of calculating using the relational expression measured by experiment etc. is mentioned. In applying the present invention, any of these methods may be used. Moreover, even if it is other than the method given here, it may be used if it is reasonable. Note that a method of numerically solving a heat conduction equation using numerical calculation using an electronic computer is preferable because a solution can be obtained even in a system in which boundary conditions change with time and position. Also, since the shape of the object whose temperature is to be predicted is discretized, the heat conduction equation is treated as a difference equation between the discretized points, and the method of numerically solving it can predict the temperature even in various shapes, Further preferred.
１ 連続鋳造機
２ 溶鋼
３ タンディッシュ
４ 浸漬ノズル
５ 凝固シェル
６ 鋳型
７ 鋼片
８ａ〜ｃ 鋼片支持ロール
９ ガス切断機
１０ 温度推定装置
１１ 演算処理部
１２ 記憶部
１３ 入力手段
１４ 表示手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
内部の温度分布を推定する鋼片の位置のメニスカスからの距離を入力する入力ステップと、
熱伝達係数を計算するための操業条件を取得する取得ステップと、
前記操業条件に基づいて温度推定を行う前記位置までに鋼片に施される複数の冷却手段それぞれの熱伝達係数を計算する計算ステップと、
前記それぞれの熱伝達係数のうちの最大値を選択する選択ステップと、
前記選択した熱伝達係数を用いて伝熱計算を行う伝熱計算ステップと、
を含むことを特徴とする温度推定方法。 A temperature estimation method for estimating the temperature of a steel slab in a continuous casting machine ,
An input step for inputting the distance from the meniscus of the position of the billet for estimating the internal temperature distribution ;
An acquisition step of acquiring operating conditions for calculating a heat transfer coefficient;
A calculation step of calculating a heat transfer coefficient of each of the plurality of cooling means applied to the billet up to the position where the temperature is estimated based on the operation condition;
A selection step of selecting a maximum value among the respective heat transfer coefficients;
A heat transfer calculation step for performing heat transfer calculation using the selected heat transfer coefficient;
The temperature estimation method characterized by including.
内部の温度分布を推定する鋼片の位置のメニスカスからの距離を入力する入力手段と、
熱伝達係数を計算するための操業条件を取得する取得手段と、
前記操業条件に基づいて温度推定を行う前記位置までに鋼片に施される複数の冷却手段それぞれの熱伝達係数を計算する計算手段と、
前記それぞれの熱伝達係数のうちの最大値を選択する選択手段と、
前記選択した熱伝達係数を用いて伝熱計算を行う伝熱計算手段と、
を備えることを特徴とする温度推定装置。 A temperature estimation device for estimating the temperature of a steel slab in a continuous casting machine ,
An input means for inputting the distance from the meniscus of the position of the billet for estimating the internal temperature distribution ;
Obtaining means for obtaining operating conditions for calculating a heat transfer coefficient;
Calculating means for calculating a heat transfer coefficient of each of a plurality of cooling means applied to the billet up to the position where the temperature is estimated based on the operating conditions;
Selecting means for selecting a maximum value of the respective heat transfer coefficients;
Heat transfer calculation means for performing heat transfer calculation using the selected heat transfer coefficient;
A temperature estimation device comprising:
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