(57)【要約】  ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造の制御装置であって、前記鋳型内の湯面レベルを測定する湯面レベル測定計と、前記湯面レベル測定計で測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御部と、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を測定する流量測定計と、前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値に基づいて求められた注入外乱の推定値に応じて、前記主制御部で求めた前記流量調節機構の操作量に対する第１の補正量を求める注入外乱補正部と、前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値に基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御部で求めた前記流量調節機構の操作量に対する第２の補正量を求める引抜外乱補正部と、を備える。
2020059698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造の制御装置であって、
前記鋳型内の湯面レベルを測定する湯面レベル測定計と、
前記湯面レベル測定計で測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御部と、
前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を測定する流量測定計と、
前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値に基づいて求められた注入外乱の推定値に応じて、前記主制御部で求めた前記流量調節機構の操作量に対する第１の補正量を求める注入外乱補正部と、
前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値に基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御部で求めた前記流量調節機構の操作量に対する第２の補正量を求める引抜外乱補正部と、
を備える連続鋳造の制御装置。
【請求項２】
前記流量調節機構の操作量と溶融金属の流量との関係を表す流量特性モデルを用いて、開度に応じた溶鋼の流量推定値を計算する流量推定部を更に備え、
前記注入外乱補正部は、前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と、前記流量推定部で計算される溶融金属の流量推定値との差を注入外乱の推定値とし、当該注入外乱の推定値に応じて、前記第１の補正量を求める
請求項１に記載の連続鋳造の制御装置。
【請求項３】
前記注入外乱補正部は、前記流量特性モデルの逆モデルを用いて、前記第１の補正量を求める
請求項２に記載の連続鋳造の制御装置。
【請求項４】
前記引抜外乱補正部は、前記流量特性モデルの逆モデルを用いて、前記第２の補正量を求める
請求項２又は３に記載の連続鋳造の制御装置。
【請求項５】
前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値とを入力とし、溶融金属の流量に対する湯面レベルの応答を表すプロセスモデルを用いて、湯面レベルと引抜外乱を状態変数とするルーエンバーガー型のオブザーバを構成し、引抜外乱の推定値を求める引抜外乱推定部を備え、
前記引抜外乱補正部は、前記引抜外乱推定部で求めた引抜外乱の推定値に応じて、前記第２の補正量を求める
請求項１から４のいずれか１項に記載の連続鋳造の制御装置。
【請求項６】
前記流量測定計が電磁流量計である
請求項１から５のいずれか１項に記載の連続鋳造の制御装置。
【請求項７】
ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造の制御方法であって、
前記鋳型内の湯面レベルを湯面レベル測定計で測定する湯面レベル測定ステップと、
前記湯面レベル測定ステップで測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御ステップと、
前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を流量測定計で測定する流量測定ステップと、
前記流量測定ステップで測定される溶融金属の流量測定値に基づいて求められた注入外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第１の補正量を求める注入外乱補正ステップと、
前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値に基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第２の補正量を求める引抜外乱補正ステップと、
を有する連続鋳造の制御方法。
【請求項８】
ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造を制御するためのプログラムであって、
湯面レベル測定計で測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御ステップと、
流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値に基づいて求められた注入外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第１の補正量を求める注入外乱補正ステップと、
前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値に基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第２の補正量を求める引抜外乱補正ステップと、
をコンピュータに実行させるように構成したプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造の制御装置、方法及びプログラムに関する。
本願は、２０１８年９月１８日に、日本に出願された特願２０１８−１７４００９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造において、鋳型内の溶鋼の湯面変動を抑止して、湯面レベルを一定に保つことは、鋳片品質の悪化防止に加え、操業の安定化の観点からも重要である。通常、１基の湯面レベル測定計の測定値に基づいて、湯面レベルを一定に保つようにフィードバック制御を実行する。【０００３】
この種の技術として、例えば特許文献１には、鉄鋼プロセスを対象とするものではないが、蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法が開示されている。特許文献１では、タービン入口蒸気流量計により計測される蒸気タービンの入口蒸気流量と復水流量計により計測される復水流量との偏差信号を、復水器レベル制御弁の開度量に相当する復水器レベル制御補正量に換算して、定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力に加算して復水器レベル制御弁を制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２０１２−１５９０２４号公報
【特許文献２】日本国特開２００７−７７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
連続鋳造においては、鋳型に注入される溶鋼の流量に変動を与えるノズル詰まり等の外乱や、鋳型内の湯面レベルに変動を与える非定常バルジングに伴う体積変動等の外乱が発生することがある。特許文献１では、定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力に制御補正量を加算する構成が開示されているが、これを連続鋳造に適用した場合、特に後者の外乱が生じた場合に、湯面レベルの制御性能が悪化してしまう。【０００６】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、連続鋳造において複数種の外乱が発生した場合であっても、鋳型内の湯面レベルを高精度に制御できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）本発明の第一の態様は、ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造の制御装置であって、前記鋳型内の湯面レベルを測定する湯面レベル測定計と、前記湯面レベル測定計で測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御部と、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を測定する流量測定計と、前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値に基づいて求められた注入外乱の推定値に応じて、前記主制御部で求めた前記流量調節機構の操作量に対する第１の補正量を求める注入外乱補正部と、前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値に基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御部で求めた前記流量調節機構の操作量に対する第２の補正量を求める引抜外乱補正部と、を備える。
（２）上記（１）に記載の連続鋳造の制御装置は、前記流量調節機構の操作量と溶融金属の流量との関係を表す流量特性モデルを用いて、開度に応じた溶鋼の流量推定値を計算する流量推定部を更に備え、前記注入外乱補正部は、前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と、前記流量推定部で計算される溶融金属の流量推定値との差を注入外乱の推定値とし、当該注入外乱の推定値に応じて、前記第１の補正量を求めてもよい。
（３）上記（２）に記載の連続鋳造の制御装置では、前記注入外乱補正部は、前記流量特性モデルの逆モデルを用いて、前記第１の補正量を求めてもよい。
（４）上記（２）又は（３）に記載の連続鋳造の制御装置では、前記引抜外乱補正部は、前記流量特性モデルの逆モデルを用いて、前記第２の補正量を求めてもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の連続鋳造の制御装置は、前記流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値と前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値とを入力とし、溶融金属の流量に対する湯面レベルの応答を表すプロセスモデルを用いて、湯面レベルと引抜外乱を状態変数とするルーエンバーガー型のオブザーバを構成し、引抜外乱の推定値を求める引抜外乱推定部を備え、前記引抜外乱補正部は、前記引抜外乱推定部で求めた引抜外乱の推定値に応じて、前記第２の補正量を求めてもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の連続鋳造の制御装置では、前記流量測定計が電磁流量計であってもよい。【０００８】
（７）本発明の第二の態様は、ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造の制御方法であって、前記鋳型内の湯面レベルを湯面レベル測定計で測定する湯面レベル測定ステップと、前記湯面レベル測定ステップで測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御ステップと、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を流量測定計で測定する流量測定ステップと、前記流量測定ステップで測定される溶融金属の流量測定値に基づいて求められた注入外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第１の補正量を求める注入外乱補正ステップと、前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値に基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第２の補正量を求める引抜外乱補正ステップと、を有する。
（８）本発明の第三の態様は、ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造を制御するためのプログラムであって、湯面レベル測定計で測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御ステップと、流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値に基づいて求められた注入外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第１の補正量を求める注入外乱補正ステップと、前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値に基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第２の補正量を求める引抜外乱補正ステップと、をコンピュータに実行させるように構成したプログラムである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、連続鋳造において複数種の外乱が発生した場合であっても、鋳型内の湯面レベルを高精度に制御することができる。これにより、鋳片の高品質化及び操業の安定化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る連続鋳造の制御装置を含む制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】同実施形態に係る連続鋳造の制御装置の構成を示す図である。
【図３】同実施形態に係る連続鋳造の制御装置の制御系を表すブロック線図である。
【図４】本発明法と従来法とを比較するシミュレーション結果を示す特性図である。
【図５】本発明法と従来法とを比較するシミュレーション結果を示す特性図である。
【図６】本発明法と従来法とを比較するシミュレーション結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係る連続鋳造の制御装置１００について説明する。
【００１２】
図１に、連続鋳造の制御装置１００と、制御対象の連続鋳造設備とを含む連続鋳造の制御システムの概略構成を示す。
連続鋳造設備は、鋳型１と、浸漬ノズル２とを備え、溶鋼がタンディッシュ（不図示）から浸漬ノズル２を介して鋳型１に注入される。鋳型１は水冷されており、鋳型に接した溶鋼は凝固し始める。浸漬ノズル２から溶鋼を鋳型１に注入して、溶鋼を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する。
【００１３】
鋳型１内の湯面付近には、鋳型１内の湯面レベルを測定する湯面レベル測定計３が設置される。また、浸漬ノズル２には、鋳型１に注入される溶鋼の流量を測定するノズル内流量測定計４が設置される。湯面レベル測定計３で測定される湯面レベル測定値（すなわち、湯面レベル実績）と、ノズル内流量測定計４で測定される溶鋼の流量測定値（すなわち、溶鋼の流量実績）とは制御装置１００に入力される。ノズル内流量測定計４としては、例えば電磁流量計を用いることができる。
【００１４】
浸漬ノズル２から鋳型１に注入される溶鋼の流量は、溶鋼の流量を調節する流量調節機構（操作端）であるスライディングゲート５の開度により調節される。スライディングゲート５の開度は、制御装置１００の制御下で操作される。なお、図１に示す例ではスライディングゲート５を用いるが、ストッパーを用いて浸漬ノズル２からの溶鋼供給流量を調整する構成としてもよい。
【００１５】
図２に、本実施形態に係る連続鋳造の制御装置１００の構成を示す。制御装置１００は、主制御器１０１（主制御部）と、流量推定部１０２と、注入外乱補正部１０３と、外乱オブザーバ１０４と、引抜外乱補正部１０５とを備える。
主制御器１０１は、湯面レベル測定計３で測定される湯面レベル測定値ｙを湯面レベル目標値に追従させるように、スライディングゲート５の開度ｕを求めることにより、湯面レベルを一定に保つようにフィードバック制御を実行する。なお、以下では、スライディングゲート５の開度を単に開度と呼ぶ。
【００１６】
流量推定部１０２は、開度と溶鋼の流量との関係を表す流量特性モデルを用いて、現状の開度に応じた溶鋼の流量推定値Ｑpredを計算する。
【００１７】
注入外乱補正部１０３は、ノズル内流量測定計４で測定される溶鋼の流量測定値Ｑと、流量推定部１０２で計算される溶鋼の流量推定値Ｑpredとの差を注入外乱の推定値ｄ1＾とし、注入外乱の推定値ｄ1＾に応じて、開度ｕに対する開度補正量ｖを求める。なお、注入外乱の推定値ｄ1＾の求め方は、これに限定されず、流量測定値Ｑを用いて求めることが可能であれば、異なる方法で求めてもよい。また、ｄ1＾の表記はｄ1の上に＾が付されているものとする。ここで、浸漬ノズル２から鋳型１に注入される溶鋼の流量に変動を与える外乱を注入外乱と呼ぶ。注入外乱としては、ノズルの不具合、ノズル詰まり、詰まり剥離、ノズル溶損等の外乱が想定される。
【００１８】
外乱オブザーバ１０４（引抜外乱推定部）は、ノズル内流量測定計４で測定される溶鋼の流量測定値Ｑと、湯面レベル測定計３で測定される湯面レベル測定値ｙとに基づいて、引抜外乱の推定値ｄ2＾を求める。ここで、制御対象の連続鋳造設備において、鋳型１より下流側に影響し、鋳型１内における溶鋼体積バランスを変動させ、湯面レベルに影響を与える外乱を引抜外乱と呼ぶ。引抜外乱としては、鋳造速度誤差や非定常バルジングに伴う体積変動等の外乱が想定される。なお、鋳造速度誤差とは、ロール回転速度等から計測した鋳造速度の実績値と鋳型内部における実際の鋳造速度との差を表す。通常、湯面レベル制御では、鋳造速度変更時において、鋳造速度変更量に応じ予め算出した補正係数に基づき流量調整機構の開度量を補正する。ここで、前記の鋳造速度誤差がある場合に引抜外乱となってしまう。また、非定常バルジングとは、ロールピッチ間隔に応じ周期的に時間変化する鋳片のバルジングを指す。
【００１９】
引抜外乱補正部１０５は、外乱オブザーバ１０４で求められた引抜外乱の推定値ｄ2＾に応じて、開度ｕに対する開度補正量ｗを求める。
【００２０】
このように制御装置１００においては、主制御器１０１で求められた開度ｕと、注入外乱補正部１０３及び引抜外乱補正部１０５で求められた開度補正量ｖ及び開度補正量ｗとにより開度が決定されて、この決定開度となるようにスライディングゲート５の開度操作が実行される。
【００２１】
図３に、連続鋳造の制御系を表すブロック線図を示す。
主制御器１０１は、湯面レベル目標値と、湯面レベル測定値ｙとの偏差ｅを入力として、偏差ｅが０になるように、すなわち、既述したとおり湯面レベル測定値ｙを湯面レベル目標値に追従させるように、開度ｕを求める。
【００２２】
制御対象となる実プラント（連続鋳造設備）２００では、そのプラント流量特性Ｐにより、現状の開度（ｕ＋ｖ＋ｗ）と、現状の注入外乱ｄ1とに応じた流量Ｑとなる。そして、現状の流量Ｑと、現状の引抜外乱ｄ2と、現状の鋳造速度Ｖcとに応じた湯面レベルｙとなる。なお、Ａは鋳型１の断面積、ｓはラプラス演算子を表す。
【００２３】
流量推定部１０２は、開度と溶鋼の流量との関係を表すノミナルモデルである流量特性モデルＰ0を用いて、式（１）のように、現状の開度（ｕ＋ｖ＋ｗ）に応じた溶鋼の流量推定値Ｑpredを計算する。流量特性モデルＰ0は非線形関数で与えられるが、開度動作点まわりで線形化することにより、一般に直線で近似すればよい。
そして、式（２）のように、溶鋼の流量測定値Ｑと、溶鋼の流量推定値Ｑpredとの差を注入外乱の推定値ｄ1＾とする。このように注入外乱ｄ1を含む溶鋼の流量測定値Ｑと、注入外乱ｄ1を含まない溶鋼の流量推定値Ｑpredとを比較することで、注入外乱ｄ1を推定することができる。
【００２４】
【数１】
2020059698.tif 000003
【００２５】
注入外乱補正部１０３は、式（３）のように、流量特性モデルＰ0の逆モデル（与えられた流量に対する開度を表す関係式）Ｐ0-1を利用し、開度補正ゲインＫ1を用いて、注入外乱の推定値ｄ1＾を打ち消すように開度補正量ｖを求める。流量特性モデルＰ0と同様、その逆モデルＰ0-1は非線形関数で与えられるが、開度動作点まわりで線形化することにより、一般に直線で近似すればよい。
【００２６】
【数２】
2020059698.tif 000004
【００２７】
外乱オブザーバ１０４は、溶鋼の流量に対する湯面レベルの応答を表すプロセスモデル１／Ａｓを用いて、湯面レベルと引抜外乱を状態変数とするルーエンバーガー（Luenberger）型のオブザーバにより構成する。外乱オブザーバ１０４における計算の概略を説明する。湯面レベルの応答を表すプロセスモデル１／Ａｓを用いて、現状の溶鋼の流量測定値Ｑに応じた湯面レベル推定値ｙ＾を計算し、湯面レベル測定値ｙと、湯面レベル推定値ｙ＾との差に基づいて、引抜外乱の推定値ｄ2＾を求める。このように引抜外乱ｄ2を含む湯面レベル測定値ｙと、引抜外乱ｄ2を含まない湯面レベル推定値ｙ＾とを比較することで、引抜外乱ｄ2を推定することができる。なお、プロセスモデル１／Ａｓに湯落ちむだ時間要素を考慮して定式化してもよい。また、引抜外乱の推定値ｄ2＾の求め方は、これに限定されず、湯面レベル測定値ｙを用いて求めることが可能であれば、異なる方法で求めてもよい。
【００２８】
具体的には、引抜外乱としてステップ状の外乱を想定し、外乱オブザーバを式（４）のように定式化する。Ｌ1、Ｌ2はオブザーバゲインである。この場合、溶鋼の流量測定値Ｑ、湯面レベル測定値ｙから引抜外乱の推定値ｄ2＾への伝達関数は式（５）のように表現される。なお、引抜外乱としては一般に、ステップ状外乱を想定すればよいが、ランプ状外乱を想定してもよく、周期的外乱を想定してもよい。
【００２９】
【数３】
2020059698.tif 000005
【００３０】
ここで、ｙ−Ｑ／Ａｓは湯面レベルの「予測誤差」に相当するが、これに２次フィルタＬ（ｓ）を通したものが、引抜外乱の推定値ｄ2＾となる。フィルタＬ（ｓ）は式（６）のように表される。なお、フィルタＬ（ｓ）のフィルタ特性は、想定される引抜外乱の周波数帯域に応じて適切に定めればよい。例えば非定常バルジングのように、引抜外乱のピーク周波数が予め想定できる場合には、そのピーク周波数を含む適切なバンドパスフィルタを設計すればよい。
【００３１】
【数４】
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【００３２】
引抜外乱補正部１０５は、式（７）のように、流量特性モデルＰ0の逆モデルＰ0-1を利用し、開度補正ゲインＫ2を用いて、引抜外乱の推定値ｄ2＾を打ち消すように開度補正量ｗを求める。流量特性モデルＰ0と同様、その逆モデルＰ0-1は非線形関数で与えられるが、開度動作点まわりで線形化することにより、一般に直線で近似すればよい。
【００３３】
【数５】
2020059698.tif 000007
【００３４】
なお、開度補正ゲインＫ1、Ｋ2は正の定数に限定されるものではなく、例えばＰＤ制御器を用いてもよい。また、開度補正ゲインＫ1、Ｋ2を変更可能としてもよい。
【００３５】
以上のように、湯面レベルを一定に保つようにフィードバック制御を実行する制御系において、注入外乱を抑制するマイナーループ（注入外乱補正部１０３を含むループ）と、引抜外乱を抑制するマイナーループ（引抜外乱補正部１０５を含むループ）とを付加することで、注入外乱及び引抜外乱を打ち消すように湯面レベルを高精度に制御することができる。これにより、鋳片の高品質化及び操業の安定化が可能となる。
また、注入外乱と引抜外乱とをそれぞれ区別して推定することができ、それぞれの外乱に対して制御性能の劣化を防ぐことができる。そして、注入外乱ｄ1の推定値が得られることにより、これを使って、ノズルの不具合、ノズル詰まり、詰まり剥離、ノズル溶損等を検知し、操業安定化のためのアクション（例えば鋳造速度変更アクション、電磁力装置の設定値の変更アクション）につなげることができる。また、引抜外乱ｄ2の推定値が得られることにより、これを使って、例えば特許文献２に開示されている周期的外乱の抑制制御方法と組み合わせて、より効果的な周期的外乱の抑制が可能となる。
【００３６】
本発明を適用することによる効果を確認するために、湯面レベル制御のシミュレーションを実施した。
［本発明を適用した発明法のシミュレーション条件］
スラブを製造する連続鋳造設備の典型的な鋳造条件を想定し、以下のようなシミュレーション条件を設定して、湯面レベル制御のシミュレーションを実施した。
鋳型幅は１２５０ｍｍ、鋳型厚は２７０ｍｍ、鋳造速度は１．５ｍ／ｍ、湯落ちむだ時間は０．３ｓｅｃに設定した。
湯面レベル目標値は、鋳型上端を原点とする座標系において鋳造方向１００ｍｍの位置（−１００ｍｍ）に設定した（図４乃至図６に点線で示す目標値を参照のこと）。
主制御器１０１は、ＰＩ制御器で設定し（比例ゲイン０．２０、積分時間３０ｓｅｃ）、制御周期は５０ｍｓｅｃとし、ＰＩ制御は速度型で実装した。
また、開度補正ゲインＫ1＝０．３、Ｋ2＝１．０、オブザーバゲインＬ1＝１、Ｌ2＝Ｌ１*Ａに設定した。
流量特性モデルＰ0及びその逆モデルＰ0-1は、直線で与えるものとした。なお、速度型で制御器を実装するので、直線の切片については考慮せず、傾きだけを設定すればよい。
【００３７】
［シミュレーション内容］
開度補正ゲインＫ2＝０としたものを従来法とした。開度補正ゲインＫ2＝０とすることにより、引抜外乱を抑制するマイナーループがないものと同等の状態となり、特許文献１に開示されている手法に準じたものとなる。そして、発明法と従来法とで、シミュレーションによる湯面レベル制御結果を比較した。
ここで、実プラントにおけるプラント流量特性Ｐを予め正確に把握することは難しく、実際には、ノミナルモデルである流量特性モデルＰ0には誤差が生じる。この流量特性モデルＰ0のモデル誤差Δとして、３種類のケース、具体的にはΔ＝０（誤差なし）、Δ＜０（流量が出にくい）、Δ＞０（流量が出やすい）を設定する。そして、それぞれのケースについて、（ａ）注入外乱ｄ1が発生、（ｂ）引抜外乱ｄ2が発生、（ｃ）注入外乱ｄ1と引抜外乱ｄ2とが同時発生した場合についてシミュレーションを実施した。次に説明する図４乃至図６に示すように、注入外乱ｄ1及び引抜外乱ｄ2ともに５０ｓｅｃ時点で発生するものとした。また、いずれの外乱も流量１０％相当の体積変動を考慮した。流量特性モデルＰ0のモデル誤差Δは、ノミナル値の２０％減（Δ＝−０．２）、ノミナル値の２０％増（Δ＝０．２）とした。
【００３８】
［シミュレーション結果］
図４乃至図６に、シミュレーション結果を示す。
図４は、流量特性モデルＰ0のモデル誤差Δ＝０（誤差なし）とした場合のシミュレーション結果を示す。（ａ）は注入外乱ｄ1が発生したときの湯面レベルの応答、（ｂ）は引抜外乱ｄ2が発生したときの湯面レベルの応答、（ｃ）は注入外乱ｄ1と引抜外乱ｄ2とが同時発生したときの湯面レベルの応答を示す。図４の（ａ）に示すように、注入外乱ｄ1が発生したときは、従来法及び発明法ともに同じ結果となる。一方、図４の（ｂ）、（ｃ）に示すように、引抜外乱ｄ2が発生したとき、従来法では湯面レベル変動を抑制することができていないが、発明法では湯面レベル変動を抑制することができている。従来法では、注入外乱ｄ1と引抜外乱ｄ2との区別ができないため、引抜外乱ｄ2が発生したときに湯面レベル変動の抑制効果が悪化する。
【００３９】
また、図５は、流量特性モデルＰ0のモデル誤差Δ＝−０．２（流量が出にくい）とした場合のシミュレーション結果を示し、図４の（ａ）〜（ｃ）と同様、（ａ）は注入外乱ｄ1が発生したときの湯面レベルの応答、（ｂ）は引抜外乱ｄ2が発生したときの湯面レベルの応答、（ｃ）は注入外乱ｄ1と引抜外乱ｄ2とが同時発生したときの湯面レベルの応答を示す。ここでも、従来法では、注入外乱ｄ1と引抜外乱ｄ2との区別ができないため、引抜外乱ｄ2が発生したときに湯面レベル変動の抑制効果が悪化する。
また、図６は、流量特性モデルＰ0のモデル誤差Δ＝０．２（流量が出やすい）とした場合のシミュレーション結果を示し、図４の（ａ）〜（ｃ）と同様、（ａ）は注入外乱ｄ1が発生したときの湯面レベルの応答、（ｂ）は引抜外乱ｄ2が発生したときの湯面レベルの応答、（ｃ）は注入外乱ｄ1と引抜外乱ｄ2とが同時発生したときの湯面レベルの応答を示す。ここでも、従来法では、注入外乱ｄ1と引抜外乱ｄ2との区別ができないため、引抜外乱ｄ2が発生したときに湯面レベル変動の抑制効果が悪化する。
図４乃至図６に示すように、流量特性モデルＰ0のモデル誤差がどのような場合であっても、発明法では、従来法と比較して、注入外乱ｄ1、引抜外乱ｄ2の発生に対して、湯面レベルの変動の抑制効果が悪化することはない。
【００４０】
以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００４１】
例えば、本発明の別の態様は、ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造の制御方法であって、前記鋳型内の湯面レベルを湯面レベル測定計で測定する湯面レベル測定ステップと、前記湯面レベル測定ステップで測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御ステップと、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を流量測定計で測定する流量測定ステップと、前記流量測定ステップで測定される溶融金属の流量測定値に基づいて求められた注入外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第１の補正量を求める注入外乱補正ステップと、前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値に基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第２の補正量を求める引抜外乱補正ステップと、を有する連続鋳造の制御方法である。
【００４２】
また、本発明を適用する連続鋳造の制御装置は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータにより実現可能である。
また、本発明は、本発明の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがプログラムを読み出して実行することによっても実現可能である。
従って、本発明の更に別の態様は、ノズルから溶融金属を鋳型に注入し、溶融金属を凝固させながら引き抜くことで連続的に鋳片を製造する連続鋳造を制御するためのプログラムであって、湯面レベル測定計で測定された湯面レベルを湯面レベル目標値に追従させるように、前記ノズルから前記鋳型に注入される溶融金属の流量を調節する流量調節機構の操作量を求める主制御ステップと、流量測定計で測定される溶融金属の流量測定値に基づいて求められた注入外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第１の補正量を求める注入外乱補正ステップと、前記湯面レベル測定計で測定される湯面レベル測定値に基づいて求められた引抜外乱の推定値に応じて、前記主制御ステップで求めた前記流量調節機構の操作量に対する第２の補正量を求める引抜外乱補正ステップと、をコンピュータに実行させるように構成したプログラム又はそれを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、連続鋳造において複数種の外乱が発生した場合であっても、鋳型内の湯面レベルを高精度に制御できる。
【符号の説明】
【００４４】
１：鋳型、２：浸漬ノズル、３：湯面レベル測定計、４：ノズル内流量測定計、５：スライディングゲート、１００：連続鋳造の制御装置、１０１：主制御器、１０２：流量推定部、１０３：注入外乱補正部、１０４：外乱オブザーバ、１０５：引抜外乱補正部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年11月27日(2020.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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【国際調査報告】
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