(57)【要約】  本発明は、金属鋳造用の鋳型２００での抜熱量ｑを制御するための方法及び制御装置に関する。鋳型の側板を通る冷媒３００の流量Ｖを好適に変更することによって、側板の抜熱量を所定の目標値ｑSollに調整する。本発明では、抜熱量の制御を異なる鋳型を使用する毎に毎回側板の異なる厚さ又はコーティングに適合させる、或いは鋳造運転の間又は異なる品質の鋼鉄の鋳造時に変更される側板の形態に適合させる必要性が無いようにするために、特に、側板２００の冷媒出口と冷媒入口での冷媒３００の温度差及び冷媒の材料の定数から定常的な鋳造運転の間の抜熱量ｑの実際値をそれぞれ好適にリアルタイムに計算することを提案する。
2010508151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属鋳造用の鋳型の少なくとも一つの側板（２００）での抜熱量
【数１】
2010508151.tif 000022
を所定の目標値
【数２】
2010508151.tif 000023
に制御するための方法であって、抜熱量の目標値と実際値
【数３】
2010508151.tif 000024
の差分の形の制御偏差
【数４】
2010508151.tif 000025
に応じて側板（２００）を通る冷媒（３００）の流量
【数５】
2010508151.tif 000026
を好適に変更することによって制御する方法において、
抜熱量
【数６】
2010508151.tif 000027
の制御及び流量
【数７】
2010508151.tif 000028
の変更を定常的な鋳造運転の間に行うことを特徴とする方法。
【請求項２】
特に、側板の冷媒出口での冷媒の実際の温度（Ｔaus ）と側板（２００）の冷媒入口での冷媒の実際の温度（Ｔein ）との差分及び冷媒の材料の定数（ρ，ｃp ）から、抜熱量
【数８】
2010508151.tif 000029
の実際値が、それぞれリアルタイムに計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
当該の抜熱量が、単位当りの抜熱量であり、その単位当りの抜熱量の実際値が、次の式にもとづき、
【数９】
2010508151.tif 000030
ここで、
【数１０】
2010508151.tif 000031
：抜熱量［Ｗ／ｍ2 ］
ρ：冷水の比重［ｋｇ／ｍ3 ］
【数１１】
2010508151.tif 000032
：冷水の流量［ｌ／分］
ｃp ：（一定の圧力での）冷水の比熱［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］
ｄv ：温度差Ｔaus −Ｔein ［Ｋ］
Ａ：側板の実効面積
を表す通り、
計算されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
当該の抜熱量が、絶対的な抜熱量であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
冷媒の温度（Ｔaus ，Ｔein ）の実際値及び／又は流量
【数１２】
2010508151.tif 000033
が、それぞれリアルタイムに測定され、次に、抜熱量の実際値
【数１３】
2010508151.tif 000034
の計算に入力される前に平均化又は緩和されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
冷媒（３００）が、腐食防止剤、グリコール又はオイルを混合した水、或いはイオン化又は蒸留した水であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
抜熱量の目標値
【数１４】
2010508151.tif 000035
が、変更可能な形で設定することができることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
本方法が、鋳型の短辺側の側板の形の側板（２００）に対して実施されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
本方法が、鋳型の長辺側の側板の形の側板（２００）に対して実施されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
本方法が、二つの側板（２００）に対して、各抜熱量の目標値
【数１５】
2010508151.tif 000036
を互いに所望の比率となるようにして、それぞれ別個に実施されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
本方法が、鋳型の対向する二つの短辺側の側板（２００）に対して、これら二つの短辺側の側板の各々の抜熱量を同じ目標値
【数１６】
2010508151.tif 000037
に制御するようにして、別個に実施されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
本方法が、鋳型の対向する二つの長辺側の側板に対して、これら二つの長辺側の側板の各々の抜熱量を同じ目標値
【数１７】
2010508151.tif 000038
に制御するようにして、別個に実施されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
金属鋳造用の鋳型の側板での抜熱量
【数１８】
2010508151.tif 000039
を制御するための制御装置（１００）であって、
抜熱量の実際値
【数１９】
2010508151.tif 000040
を計算する計算機器（１１０）と、
抜熱量の実際値を所定の目標値と比較することによって、抜熱量の制御偏差
【数２０】
2010508151.tif 000041
を計算する比較機器（１２０）と、
その時々の制御偏差
【数２１】
2010508151.tif 000042
を鋳型（２００）を通る冷媒（３００）の流量
【数２２】
2010508151.tif 000043
の好適な変更量に換算して、抜熱量
【数２３】
2010508151.tif 000044
を制御するコントローラ（１３０）と、
を備えた装置において、
計算機器（１１０）が、特に、鋳型の冷媒出口での冷媒（３００）の実際の温度と鋳型の冷媒入口での冷媒の実際の温度との差分及び冷媒（３００）の材料の定数（ρ，ｃp ）から、抜熱量の実際値
【数２４】
2010508151.tif 000045
をそれぞれリアルタイムに計算するように構成されていることを特徴とする制御装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の制御装置（１００）において、
計算機器（１１０）が、当該の抜熱量の実際値を、次の式にもとづき、
【数２５】
2010508151.tif 000046
ここで、
【数２６】
2010508151.tif 000047
：抜熱量［Ｗ／ｍ2 ］
ρ：冷水の比重［ｋｇ／ｍ3 ］
【数２７】
2010508151.tif 000048
：冷水の流量［ｌ／分］
ｃp ：（一定の圧力での）冷水の比熱［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］
ｄv ：温度差Ｔaus −Ｔein ［Ｋ］
Ａ：側板の実効面積
を表す通り、
計算するように構成されていることを特徴とする制御装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の制御装置（１００）において、
測定した実際値を計算機器（１１０）に供給する前に時間に関して平均化又は緩和する少なくとも一つの平均化機器（１４０）を特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラブ、薄いスラブ、ブロック、ビレット又は予備成形品の連続鋳造設備において、金属鋳造用の鋳型の側板での抜熱量を制御するための方法及び制御装置に関する。有利には、本発明による方法は、薄いスラブの製造設備と比べて、著しく遅い鋳込速度で動作する標準的なスラブ製造設備又は鋳型で用いられる。
【背景技術】
【０００２】
鋳型の側板での抜熱量を制御するための方法は、例えば、特許文献１により周知である。そこでは、長辺側の側板を通る冷水の流速を好適に変更することによって、長辺側の側板での熱流束とも呼ばれる単位当りの抜熱量を制御している。その制御は、銅製の側板の厚さに応じて行われている。熱流束の所定の閾値は、鋳造する鋼鉄と使用する鋳造パウダーの品質に応じて規定されている。この従来技術は、専ら速度の速い薄いスラブの製造設備での比較的短い始動時間の間における抜熱量を制限することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第１０７０５６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術を出発点として、本発明の課題は、特に、定常的な鋳造運転の間において、側板のその時々の、或いは変化する状態に自動的に適合することを特徴とする、鋳型の側板での抜熱量を制御するための方法及び制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本課題は、一方において、請求項１に記載された方法によって解決される。
【０００６】
鋳型、特に、その側板の冷却状況は、鋳造される金属の品質を実質的に決定する。本発明による方法は、従来技術で必要であったことと異なり、定常的な鋳造運転の間において、冷媒の循環系、特に、冷媒の量を具体的に使用されている側板又はその変更形態での材料、厚さ又はコーティングに適合させる、或いは調整する必要がないという大きな利点を提供するものである。その限りにおいて、本発明による方法又は本発明による抜熱量の制御方法は、その時々に使用されている側板の形態にそれぞれ自動的に適合するものである。
【０００７】
有利には、本発明による制御方法は、それぞれ鋳造される鋼鉄の品質に関して、予め設定する必要もない。
【０００８】
有利には、本発明による方法は、所定の単一の変数、即ち、除去する熱量だけに応じて、側板の冷却状況、従って、鋳造される金属の品質を調整することが可能である。
【０００９】
例えば、鋳込速度の変更によって引き起こされる変則的な鋳造状況又は鋳造プロセスの終了時では、鋳造プロセスの抜熱量の制御は、従来の水量の制御によって行われ、そのため、本発明による方法は、そのようなプロセス及び状況には全く使用されない。
【００１０】
二つの代替の実施形態において、本発明による方法は、有利には、（側板の冷却実効面積に関する）単位当りの抜熱量と、側板の冷却実効面積と関連しない絶対的な抜熱量とに対して制御するものと規定する。
【００１１】
有利には、抜熱量の実際値の計算に用いる測定値、例えば、側板の冷媒入口と冷媒出口における冷媒の温度と、任意選択により、側板を通る冷媒の流量の大きさとは、抜熱量の実際値の計算に用いる前に、平均化されるか、フィルターを通されるか、或いは緩和される。その利点は、測定した実際値の変動する特性／成分が、それと比べて比較的緩慢な、冷媒の流量変更による抜熱量の制御に適合したものとなることである。
【００１２】
本発明の方法にもとづく鋳型の短辺側での抜熱量の制御は、その制御が短辺側に特有の状態にも自動的に適合して、その変更によって得られる鋳造プロセスへの作用も自動的に補正されるという利点を提供する。即ち、抜熱量の制御時に、本発明による方法によって、例えば、鋳造運転の間の側板の幅及び／又は円錐形態の設定変更が、その状態を別途検出して、制御機器に供給すること無く、自動的に補正されるものである。
【００１３】
本発明による方法を鋳型の二つ以上の側板に対して同時に使用することは、各側板の抜熱量を別個に制御することを確かに保証するが、有利には、それと同時に個々の側板での抜熱量に関する相互の所望の比率を調整することを可能とするものである。そのような所望の比率の調整は、個々の側板の抜熱量に関する目標値を所望の通り設定することによって、簡単に実現することが可能である。即ち、例えば、鋳型の対向する二つの短辺側の側板における抜熱量の大きさを等しくするか、或いは二つの長辺側での抜熱量を共に二つの短辺側での抜熱量に対して一定の比率に設定することが望ましいとすることもできる。
【００１４】
前述した課題は、他方において、鋳型での抜熱量を制御するための制御装置によって解決される。その制御装置の利点は、本発明による方法と関連して前述した利点と同じである。
【００１５】
本発明による方法及び本発明による装置の別の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１６】
以下の記述と関連する単一の図面にもとづき、本発明を実施例により説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】鋳型の側板２００を通る冷媒３００の循環系の図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
先ず、図面は、鋳型の側板２００を通る冷媒３００の循環系を図示している。金属、特に、鋼鉄の鋳造時に鋳型内に生じる熱は、冷媒３００を用いて、側板２００内の（図示されていない）冷却路又は冷却孔内に冷媒を巡回させることによって側板から除去される。冷媒は、典型的には、腐食防止剤、グリコール、オイル又はアルコールを混合した冷水である。それに代わって、イオン化又は蒸留した水とすることもできる。これらの冷媒の各々は、例えば、一定の圧力ｃp における比重ρ又は比熱などの材料固有の定数によって特徴付けられる。
【００１９】
冷媒３００は、側板２００を貫流した後では熱くなっており、次に、先ずは冷却のために、冷却塔５００と繋がった熱交換器４００を通る。冷媒３００は、冷却された後、駆動機器６５０によって駆動される一つのポンプ６００に供給される。その一つのポンプ６００は、冷媒３００の循環系を維持しており、冷却された冷媒を再び側板２００の冷却路に送り込んでいる。更に、この閉じた循環系は、系の圧力を維持するための調整槽７００（ガスクッション）を備えることができる。この系では、ポンプ６００は、摩擦による圧力損失だけを補償している。
【００２０】
本発明は、定常的な鋳造運転の間において、場合によっては、変更することも可能な、所定の目標値
【００２１】
【数１】
2010508151.tif 000003
【００２２】
に側板２００の抜熱量
【００２３】
【数２】
2010508151.tif 000004
【００２４】
を制御するための直前に述べた冷却循環系に対応する方法とそれに対する制御装置１００に関する。
【００２５】
図面から分かる通り、本発明による制御装置１００は、抜熱量に関する実際値
【００２６】
【数３】
2010508151.tif 000005
【００２７】
を計算するための計算機器１１０を備えている。この計算機器１１０は、以下の物理公式にもとづき、上記の実際値を計算する。
【００２８】
【数４】
2010508151.tif 000006
【００２９】
ここで、
【００３０】
【数５】
2010508151.tif 000007
：抜熱量［Ｗ／ｍ2 ］
ρ：冷水の比重［ｋｇ／ｍ3 ］
【００３１】
【数６】
2010508151.tif 000008
：冷水の流量［ｌ／分］
ｃp ：（一定の圧力での）冷水の比熱［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］
ｄv ：温度差Ｔaus −Ｔein ［Ｋ］
Ａ：鋳型の実効面積
を表す。
【００３２】
計算機器１１０は、抜熱量
【００３３】
【数７】
2010508151.tif 000009
【００３４】
を単位当りの物理量、即ち、側板の冷却実効面積Ａに対する物理量として計算するか、或いは絶対的な物理量、即ち、冷却実効面積Ａと関連しない物理量として計算するように構成することができる。実効面積は、側板の有効長を側板の有効幅と乗算した、或いは側板の有効な奥行きと乗算した面積として計算される。
【００３５】
抜熱量の実際値
【００３６】
【数８】
2010508151.tif 000010
【００３７】
の計算に使用される冷媒の比重ρとその比熱ｃp 、並びに場合によっては、使用される実効面積は、好適には、それぞれ固定値として計算機器に与えられる。それと異なり、側板の冷媒入口と冷媒出口での温度Ｔein ，Ｔaus は、それぞれ測定値としてリアルタイムに検出され、それらの差分ｄv は、抜熱量の計算における比例係数として使用される。最後に、単位時間当り側板を通る冷媒の流量
【００３８】
【数９】
2010508151.tif 000011
【００３９】
は、その時々の実際値として計算機器１１０に供給される。それは、図面に図示されている通り、流量
【００４０】
【数１０】
2010508151.tif 000012
【００４１】
をリアルタイムに測定するか、或いは別途後で説明するコントローラ１３０の出力から計算機器１１０に制御量としてフィードバックすることによって実行することができる。
【００４２】
図面からは、制御装置１００が、測定した実際値、特に、測定した温度値を計算機器１１０に供給する前に、時間に関して平均化又は緩和する平均化機器１４０を備えていることが分かる。そのような平均化又は緩和によって、その測定信号における高い周波数のスペクトル成分又は変動する成分が取り除かれ、そのようにして、その測定信号が、側板２００での抜熱量の意外と緩慢な制御メカニズムに適合したものとなる。
【００４３】
更に図面から分かる通り、計算機器１１０から出力された抜熱量の実際値
【００４４】
【数１１】
2010508151.tif 000013
【００４５】
は、抜熱量の制御偏差
【００４６】
【数１２】
2010508151.tif 000014
【００４７】
を計算するための後続の比較機器１２０に供給される。比較機器１２０は、供給されて来た抜熱量の実際値
【００４８】
【数１３】
2010508151.tif 000015
【００４９】
を、場合によっては、変更することも可能な、鋳型の抜熱量に関する所定の目標値
【００５０】
【数１４】
2010508151.tif 000016
【００５１】
で除算することによって、そのような制御偏差を計算している。制御偏差
【００５２】
【数１５】
2010508151.tif 000017
【００５３】
は、最終的にコントローラ１３０に供給され、コントローラは、その時々の制御偏差をそれぞれ鋳型２００を通る冷媒３００の流量
【００５４】
【数１６】
2010508151.tif 000018
【００５５】
の好適な変更量に換算している。その場合、そのような換算は、実際値
【００５６】
【数１７】
2010508151.tif 000019
【００５７】
によって表されるその時々の抜熱量が抜熱量の所定の目標値
【００５８】
【数１８】
2010508151.tif 000020
【００５９】
に適合するように行われる。流量
【００６０】
【数１９】
2010508151.tif 000021
【００６１】
は、制御量として、或いは冷媒の循環系内の制御バルブ１３２に供給され、それによって、制御バルブが、所定の制御量に対して、側板２００を通る冷媒３００の流量を好適に調整している。
【図１】
2010508151.tif 000049
【国際調査報告】
2010508151.tif 000050
2010508151.tif 000051
2010508151.tif 000052
2010508151.tif 000053
2010508151.tif 000054
2010508151.tif 000055
2010508151.tif 000056
2010508151.tif 000057