凝固結束位置控制方法以及凝固結束位置控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及對連續鑄造機中的鑄還（cast strand)的溫度進行推斷，來控制凝 固結束位置等鑄還的凝固狀態的凝固結束位置控制方法（Final solidification point control method)以及凝固結束位置控制裝置。
【背景技術】
[0002] 在連續鑄造機的作業中，掌握連續鑄造中的鑄坯的凝固狀態極為重要。例如，在由 于拔出模具后的冷卻噴霧（cooling spray)的冷卻（二次冷卻，secondary cooling)不充 分，所以以內部未完全凝固的狀態將鑄坯拔出到連續鑄造機外的情況下，當切斷了鑄坯時 內部的鋼液流出而造成較大的麻煩。因此，為了抑制在內部未完全凝固的狀態下將鑄坯拔 出到連續鑄造機外的情況，準確地掌握鑄坯的凝固狀態很重要。
[0003] 另外，在鋼的連續鑄造時，在鑄坯的凝固末期的未凝固相下，由于鋼液的體積因凝 固而收縮，所以成分濃縮后的鋼液殘留在作為最終凝固部的枝晶之間并流動，產生集聚在 鑄還中心部而凝固的所謂中心偏析（centerline segregation)，鋼鐵產品的品質變差。例 如，若在石油輸送用、天然氣輸送用的管線管材料中產生中心偏析，則由于酸性氣體的作用 會產生以中心偏析為起點的氫致開裂（HIC，hydrogen induced cracking)。另外，在飲料 水用的罐裝產品所使用的深拉深材料中，由于因中心偏析引起的成分的偏析導致在加工性 上出現各向異性。
[0004] 已知有一種為了防止導致鋼鐵產品品質劣化的中心偏析而在凝固末期以與鑄坯 的凝固收縮量相稱的壓下量對未凝固鑄坯緩慢地壓下的方法（以下，稱為輕壓下（soft reduction))。根據輕壓下，以與凝固收縮量相稱的壓下量對鑄坯緩慢壓下來使未凝固相的 體積減少，不會引起枝晶（dendritic structure)間的濃縮鋼液的流動而防止中心偏析。鑒 于此，需要適當地進行二次冷卻，將鑄坯的凝固結束位置控制在配設有實施輕壓下的軋輥 組的輕壓下帶（soft reduction zone)的范圍內。
[0005] 并且，為了抑制產生鑄坯表面的破裂等品質麻煩，需要以在將從模具正下方朝 向垂直方向下方拉伸出的鑄還向水平方向彎曲的矯正部（bending and straightening zones)中，鑄還的溫度不傳遞到脆化區（brittle temperature range)的方式設定二次冷 卻的約束條件（constraint conditions)。
[0006] 根據這樣的背景，要求一種測量連續鑄造中的鑄坯的表面溫度以及內部溫度，掌 握矯正部的溫度、凝固結束位置等的鑄坯的凝固狀態并適當地進行控制的技術。然而，連續 鑄造中的鑄坯的表面溫度在被澆了二次冷卻水的位置與內部溫度相比變得非常低，在多個 冷卻區域之間等未被澆二次冷卻水的位置回熱。此外，由于還有二次冷卻水的存在、水蒸氣 的產生，所以難以實現以適當控制二次冷卻為目的的鑄坯的表面溫度的測量。另外，由于連 續鑄造機的環境溫度在高溫下非常苛刻，所以沒有能夠在線測量鑄坯的內部溫度的技術。 因此，直到現在，還在進行根據使用了導熱模型的數值計算來推斷鑄坯的凝固狀態（參照 專利文獻1)。
[0007] 具體而言，專利文獻1所記載的技術首先每當進展規定長度的澆注，都假設在連 續鑄造中的鑄還內產生與饒注方向垂直的計算面（calculation plane)。接下來，該技術在 計算面分別通過沿澆注方向連續設定的多個區域而到達下一個區域進入側邊界的時刻，基 于之前剛剛通過的區域的平均冷卻條件來計算計算面內的溫度分布。而且，該技術將所得 到的計算面內的溫度分布賦予為在下一個區域以后進行的計算的初始值，通過依次計算計 算面內的溫度分布，來求出最終區域進入側邊界的計算面內的溫度分布而推斷凝固狀態。
[0008] 專利文獻1:日本特開2002 - 178117號公報
[0009] 專利文獻2:日本特開平9 一 24449號公報
[0010] 專利文獻3:日本特開平10 - 291060號公報
[0011] 在通過數值計算來推斷鑄坯的凝固狀態的情況下，通過對鑄坯進行射釘（the nail shooting method)等來確認實際的凝固狀態，并基于確認結果來調整導熱模型的參 數，由此對與實際的凝固狀態的一致性進行補償。而且，一旦進行了導熱模型的參數的調 整，則在該狀態下進行相信計算結果的作業。然而，在鑄造條件、鋼種不同的情況下、發生 冷卻設備的變更或者老化、暫時故障等與進行了參數的調整的時刻不同的作業狀態的情況 下，通過計算得出的凝固狀態的推斷結果成為與實際不同的結果，不能高精度地推斷鑄坯 的凝固狀態。
[0012] 此外，為了解決這樣的問題點，提出有專利文獻2、專利文獻3所記載的技術。具體 而言，專利文獻2所記載的技術根據基于冷卻噴霧的流量指令而鑄造的結果所得到的鑄坯 的溫度與使用控制模型計算出的鑄坯的溫度的差值來對控制模型的參數進行修正，該冷卻 噴霧的流量指令是使用將連續鑄造機的物理現象公式化后的控制模型來設定的。專利文獻 3所記載的技術對來自鑄坯表面的熱通量分布進行校正以使鑄坯的測定點處的表面溫度的 計算值與測定值一致。
[0013] 根據專利文獻2、3所記載的技術，通過對模型的參數進行修正能夠在測定點使鑄 坯溫度的測定值與計算值一致。然而，由于關于鑄坯的內部溫度的計算值未使其與實際的 內部溫度一致，所以即便使用了修正后的模型也沒有能夠高精度推斷凝固狀態的保證。因 此，有可能鑄坯的凝固結束位置脫離連續鑄造機而造成較大的麻煩。另外，有可能帶來矯正 部中的鑄坯的溫度傳遞到脆化區而在鑄坯表面產生開裂的品質麻煩。另外，并未記載進行 將鑄坯的凝固結束位置修正為最初的目標位置的控制的技術。
【發明內容】
[0014] 本發明是鑒于上述技術問題而完成的，其目的在于，提供高精度推斷鑄坯溫度 (鑄坯的內部溫度以及表面溫度）而能夠控制鑄坯的凝固狀態的凝固結束位置控制方法以 及凝固結束位置控制裝置。
[0015] 為了解決上述技術問題、實現目的，本發明涉及的凝固結束位置控制方法是對連 續鑄造機中的鑄坯的凝固結束位置進行控制的凝固結束位置控制方法，其特征在于，包含： 在連續鑄造機內的鑄造方向的至少一點測定鑄坯的表面溫度的溫度測定步驟；通過使用了 連續鑄造機的作業條件的導熱模型來推斷上述溫度測定步驟中的測定部位處的鑄坯的表 面溫度的溫度推斷步驟；對上述導熱模型內包含的熱傳導率、模具與凝固殼之間的熱傳遞 系數、以及二次冷卻帶的熱傳遞系數中的至少一個參數進行校正以使上述溫度測定步驟中 的鑄坯的表面溫度的測定值與上述溫度推斷步驟中的鑄坯的表面溫度的推斷值一致的校 正步驟；根據使用了通過上述校正步驟校正后的參數的導熱模型，來推斷包含鑄坯的表面 溫度和內部溫度的鑄坯溫度，并基于推斷出的鑄坯的內部溫度來推斷連續鑄造機內的鑄坯 的凝固結束位置的凝固結束位置推斷步驟；根據通過上述凝固結束位置推斷步驟求出的凝 固結束位置推斷值與預先決定的凝固結束位置目標值的偏差來計算二次冷卻水量的操作 量的操作量計算步驟；根據使用了參數的導熱模型，來推斷連續鑄造機內的鑄坯溫度，并基 于推斷出的鑄坯的內部溫度來推斷連續鑄造機內的鑄坯的凝固結束位置的凝固狀態推斷 步驟，其中，所述參數是對作為通過上述校正步驟校正后的二次冷卻水量的函數的參數代 入了加上通過上述操作量計算步驟計算出的操作量而得到的二次冷卻水量的參數；判定通 過上述凝固狀態推斷步驟推斷出的鑄坯溫度和凝固結束位置是否滿足規定的作業上的約 束條件的判定步驟；以及當在上述判定步驟中滿足上述約束條件時，基于在上述操作量計 算步驟中計算出的操作量來控制二次冷卻的操作步驟。
[0016] 另外，本發明涉及的凝固結束位置控制方法的特征在于，在上述發明中，當在上述 判定步驟中不滿足上述約束條件時，反復執行上述操作量計算步驟、凝固狀態推斷步驟、以 及判定步驟直到滿足該約束條件為止。
[0017] 另外，本發明涉及的凝固結束位置控制方法的特征在于，在上述發明中，上述判定 步驟中的約束條件是凝固結束位置的允許范圍以及矯正部的溫度范圍。
[0018] 另外，本發明涉及的凝固結束位置控制裝置是對連續鑄造機中的鑄坯的凝固結束 位置進行控制的凝固結束位置控制裝置，其特征在于，具備：溫度測定單元，在連續鑄造機 內的鑄造方向的至少一點測定鑄坯的表面溫度；溫度推斷單元，利用使用了連續鑄造機的 作業條件的導熱模型來推斷上述溫度測定單元的測定部位處的鑄坯的表面溫度；校正單 元，對上述導熱模型內包含的熱傳導率、模具與凝固殼之間的熱傳遞系數、以及二次冷卻帶 的熱傳遞系數中的至少一個參數進行校正，以使上述溫度測定單元對鑄坯的表面溫度的測 定值與上述溫度推斷單元對鑄坯的表面溫度的推斷值一致；凝固結束位置推斷單元，利用 使用了通過上述校正單元校正后的參數的導熱模型，來推斷包含鑄坯的表面溫度和內部溫 度的鑄坯溫度，并基于推斷出的鑄坯的內部溫度來推斷連續鑄造機內的鑄坯的凝固結束位 置；操作量計算單元，根據通過上述凝固結束位置推斷單元求出的凝固結束位置推斷值與 預先決定的凝固結束位置目標值的偏差來計算二次冷卻水量的操作量；凝固狀態推斷單 元，利用使用了參數的導熱模型，來推斷連續鑄造機內的鑄坯溫度，并基于推斷出的鑄坯的 內部溫度來推斷連續鑄造機內的鑄坯的凝固結束位置，其中，所述參數是對作為通過上述 校正單元校正后的二次冷卻水量的函數的參數代入了將通過上述操作量計算單元計算出 的操作量加上而得到的二次冷卻水量的參數；判定單元，判定通過上述凝固狀態推斷單元 推斷出的鑄坯溫度和凝固結束位置是否滿足規定的作業上的約束條件；以及操作單元，在 通過上述判定單元判定為滿足上述約束條件的情況下，基于由上述操作量計算單元計算出 的操作量來控制二次冷卻。
[0019] 根據本發明涉及的凝固結束位置控制方法以及凝固結束位置控制裝置，能夠高精 度地推斷鑄坯溫度，控制鑄坯的凝固狀態。
【附圖說明】
[0020] 圖1是表示可應用作為本發明的一個實施方式的凝固結束位置推斷裝置的連續 鑄造機的結構的示意圖。
[0021] 圖2是表示作為本發明的一個實施方式的凝固結束位置推斷裝置的結構的框圖。
[0022] 圖3是表示作為本發明的一個實施方