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JP2019217510A - Device for visualizing the inside of continuous casting mold, method, and program - Google Patents

Device for visualizing the inside of continuous casting mold, method, and program Download PDF

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JP2019217510A
JP2019217510A JP2018114563A JP2018114563A JP2019217510A JP 2019217510 A JP2019217510 A JP 2019217510A JP 2018114563 A JP2018114563 A JP 2018114563A JP 2018114563 A JP2018114563 A JP 2018114563A JP 2019217510 A JP2019217510 A JP 2019217510A
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density function
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JP2018114563A
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Japanese (ja)
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岸田 豊
Yutaka Kishida
豊 岸田
和政 筒井
Kazumasa Tsutsui
和政 筒井
健介 岡澤
Kensuke Okazawa
健介 岡澤
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

【課題】 連続鋳造設備の鋳型内の溶鋼の状態を可視化する。【解決手段】 可視化装置100は、時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|y0:t-Δt)と、当該時刻tでの状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)とを、データ同化を行うフィルタのアルゴリズムに与えることにより、時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|y0:t)を導出する。可視化装置100は、この第2の確率密度関数p(xt|y0:t)の最頻値を、時刻tでの状態ベクトルxtの推定値として導出する。また、可視化装置100は、この第2の確率密度関数p(xt|y0:t)に基づいて、時刻t+Δtでの数値解析データxtを求めるための溶鋼3の温度および流速、並びに境界条件のパラメータを複数導出する。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To visualize a state of molten steel in a mold of a continuous casting facility. A visualization device 100 has a first probability density function p (xt | y0: t-Δt) of a state vector xt at a time t and a likelihood function L (xt) of a state vector xt at the time t. By giving | yt) to the algorithm of the filter that performs data assimilation, the second probability density function p (xt | y0: t) of the state vector xt at time t is derived. The visualization device 100 derives the mode value of the second probability density function p (xt | y0: t) as an estimated value of the state vector xt at time t. Further, the visualization device 100 uses the second probability density function p (xt | y0: t) to obtain the numerical analysis data xt at time t + Δt, and the temperature and flow velocity of the molten steel 3 and the parameters of the boundary conditions. To derive multiple. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、連続鋳造鋳型内可視化装置、方法、およびプログラムに関し、特に、連続鋳造設備に用いて好適なものである。   The present invention relates to a continuous casting mold visualization device, method, and program, and is particularly suitable for use in a continuous casting facility.

図7は、連続鋳造設備の概略構成の一例を示す図である。尚、各図において、X軸、Y軸、Z軸は、向きを示すものである。○の中に×を示しているものは、紙面の手前側から奥側に向く方向を示す。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a continuous casting facility. In each of the drawings, the X axis, the Y axis, and the Z axis indicate directions. A cross in a circle indicates a direction from the near side to the far side of the paper.

取鍋1からタンディッシュ2へ供給された溶鋼3は、鋳型4へ注入される。タンディッシュ2の底部にはスライディングノズル5が設けられている。スライディングノズル5の下部には、浸漬ノズル6が設けられている。浸漬ノズル6は、鋳型4の水平断面(X−Y断面)の中央部に配置される。浸漬ノズル6の先端の側面には、左右一対の吐出口7(X軸方向の両端の一対の吐出口7)が形成されている。浸漬ノズル6の先端(吐出口7)は、鋳型4内(鋳型4で囲まれた領域)に供給された溶鋼3に浸漬された状態にされる。図8は、鋳型4内の溶鋼3の流れの一例を示す図である。   Molten steel 3 supplied from ladle 1 to tundish 2 is poured into mold 4. A sliding nozzle 5 is provided at the bottom of the tundish 2. An immersion nozzle 6 is provided below the sliding nozzle 5. The immersion nozzle 6 is disposed at the center of the horizontal section (XY section) of the mold 4. A pair of left and right discharge ports 7 (a pair of discharge ports 7 at both ends in the X-axis direction) are formed on the side surface of the tip of the immersion nozzle 6. The tip (discharge port 7) of the immersion nozzle 6 is immersed in the molten steel 3 supplied into the mold 4 (the area surrounded by the mold 4). FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the flow of the molten steel 3 in the mold 4.

タンディッシュ2に供給された溶鋼3は、スライディングノズル5を介して浸漬ノズル6内を流下し、左右一対の吐出口7から鋳型4内に注入される。左右一対の吐出口7から吐出された溶鋼3は、凝固シェル8に衝突した後、図8の矢印で表されるように上昇流と下降流とに分流される。   The molten steel 3 supplied to the tundish 2 flows down through the immersion nozzle 6 through the sliding nozzle 5 and is injected into the mold 4 from a pair of left and right discharge ports 7. After colliding with the solidified shell 8, the molten steel 3 discharged from the pair of left and right discharge ports 7 is divided into an ascending flow and a descending flow as indicated by arrows in FIG. 8.

図8(a)に示すように、定常時では、左右一対の吐出口7から吐出される溶鋼の量はほぼ均等になっている。しかしながら、図8(b)に示すように、左右一対の吐出口7から吐出される溶鋼の量が不均等になることがある。このように左右一対の吐出口7から吐出される溶鋼の量が不均等になることを偏流という。偏流が生じると、浸漬ノズル6を挟んだ左右両側における溶鋼3の流速に差異が生じる。   As shown in FIG. 8A, in a steady state, the amount of molten steel discharged from the pair of left and right discharge ports 7 is substantially equal. However, as shown in FIG. 8B, the amounts of molten steel discharged from the pair of left and right discharge ports 7 may be uneven. Such unevenness in the amount of molten steel discharged from the pair of left and right discharge ports 7 is referred to as drift. When the drift occurs, a difference occurs in the flow velocity of the molten steel 3 on both the left and right sides of the immersion nozzle 6.

かかる偏流が生じる原因としては、浸漬ノズル6の内面等にアルミナ等の酸化物が付着したり、吐出口7が溶損して吐出口7の形状が歪んだりすることが挙げられる。また、スライディングノズル5の構造上、溶鋼3が浸漬ノズル6内を軸対称に流下せず、左右何れかに偏って流下することも、偏流が生じる原因として挙げられる。   The cause of such a drift is that an oxide such as alumina adheres to the inner surface of the immersion nozzle 6 or the like, or the shape of the discharge port 7 is distorted due to erosion of the discharge port 7. Further, due to the structure of the sliding nozzle 5, the fact that the molten steel 3 does not flow down the inside of the immersion nozzle 6 axisymmetrically but flows down to the left or right is also a cause of the drift.

以上のような理由により鋳型4内で溶鋼3の偏流が生じると、浸漬ノズル6を挟んだ左右両側の領域のうち、溶鋼3の量が多い側の領域では、溶鋼3が凝固シェル8の内面に沿って上方および下方に勢いよく分流することになる。勢いの強い溶鋼3の上昇流は、溶鋼3の湯面(メニスカス)の盛り上がりを生起する。これにより、溶鋼3の湯面上に散布されたフラックスが鋳型4の内壁面と凝固シェル8との間に供給されるのが阻害される。そうすると、凝固シェル8の形状が不均一となりやすく、連続鋳造設備で鋳造される鋳片に発生する皺や割れ等の原因となる。   When the drift of the molten steel 3 occurs in the mold 4 for the above-described reason, the molten steel 3 is coated on the inner surface of the solidified shell 8 in the region where the amount of the molten steel 3 is large among the left and right regions sandwiching the immersion nozzle 6. Along the top and bottom. The upward flow of the molten steel 3 with strong momentum causes a rise of the molten metal surface (meniscus) of the molten steel 3. Thus, the supply of the flux sprayed on the molten metal surface of the molten steel 3 between the inner wall surface of the mold 4 and the solidified shell 8 is inhibited. Then, the shape of the solidified shell 8 tends to be non-uniform, which causes wrinkles and cracks to be generated in the slab cast by the continuous casting facility.

また、勢いの強い溶鋼3の下降流は、溶鋼3の深くまで達して非金属介在物の浮上を妨げる。非金属性介在物がストランド深くまで進入することは、連続鋳造設備で鋳造される鋳片に非金属介在物性欠陥をもたらす等の原因となる。溶鋼3の湯面レベル(溶鋼3の湯面(メニスカス)の高さ方向(Z軸方向)の位置)は、湯面レベル計9で測定される。湯面レベル計9としては渦流センサ等が用いられる。   Also, the downward flow of the molten steel 3 having a strong momentum reaches deep into the molten steel 3 and hinders the floating of nonmetallic inclusions. The penetration of the non-metallic inclusions deep into the strands causes non-metallic inclusion defect in the slab cast by the continuous casting facility. The metal surface level of the molten steel 3 (the position in the height direction (Z-axis direction) of the metal surface (meniscus) of the molten steel 3) is measured by the metal surface level meter 9. An eddy current sensor or the like is used as the level gauge 9.

一方、浸漬ノズル6を挟んだ左右両側の領域のうち、溶鋼3の量が少ない側の領域では、溶鋼3の吐出される流れの勢いが弱くなる。溶鋼3の吐出される流れの勢いが弱いと、吐出口7内の溶鋼3の流れによどみが発生しやすくなり、アルミナ等の析出物が浸漬ノズル6内に付着する虞がある。アルミナ等の析出物の付着は、浸漬ノズル6内の流路を閉塞する等の原因となる。   On the other hand, in the region on the left and right sides sandwiching the immersion nozzle 6, in the region on the side where the amount of the molten steel 3 is small, the flow force of the molten steel 3 discharged becomes weak. If the flow of the molten steel 3 is weak, the flow of the molten steel 3 in the discharge port 7 is likely to stagnate, and deposits such as alumina may adhere to the immersion nozzle 6. The adhesion of the precipitate such as alumina causes the flow path in the immersion nozzle 6 to be blocked.

以上述べたように鋳型4内に偏流が生じると、連続鋳造の操業に支障があるばかりではなく、鋳片の品質の低下を招き、好ましくない。従って、偏流が生じた場合には、例えば、鋳造の速度を変更したり、フラックスを変更したり、浸漬ノズル6を交換したりする等の処置が必要である。これらの処置を、適切かつ迅速に行うためには、偏流の発生のような鋳型4内の状態を、常時監視して把握しておく必要がある。   As described above, the occurrence of the drift in the mold 4 not only hinders the operation of the continuous casting, but also deteriorates the quality of the slab, which is not preferable. Therefore, when the drift occurs, it is necessary to take measures such as changing the casting speed, changing the flux, and replacing the immersion nozzle 6. In order to perform these measures appropriately and promptly, it is necessary to constantly monitor and grasp the state in the mold 4 such as the occurrence of drift.

鋳型4内は非常に高温であり且つ不透明である。従って、鋳型4内における溶鋼3の伝熱および流動の状態を直接的に観察することはできない。
そこで、特許文献1には、以下の技術が開示されている。まず、鋳型4の相互に対向する領域に埋め込まれた熱電対により測定された温度を用いて伝熱逆問題解析を行う。この逆問題解析により、鋳型4の相互に対向する領域の一方および他方の側(N側、S側)における熱流束の時系列の情報を算出する。この熱流束の時系列の情報から、遅延ベクトルを算出し、この遅延ベクトルの時間推移による軌道を作成することにより、N側のアトラクタおよびS側のアトラクタを再構成する。N側のアトラクタおよびS側のアトラクタに基づいて、N側の熱流束の分布およびS側の熱流束の分布を変数とするリカレンスプロットを作成し、このリカレンスプロットに基づいて、偏流の有無を診断する。
The inside of the mold 4 is very hot and opaque. Therefore, the state of heat transfer and flow of the molten steel 3 in the mold 4 cannot be directly observed.
Therefore, Patent Document 1 discloses the following technology. First, a heat transfer inverse problem analysis is performed using the temperature measured by the thermocouple embedded in the mutually facing regions of the mold 4. By this inverse problem analysis, time-series information of the heat flux on one side and the other side (N side, S side) of the mutually facing regions of the mold 4 is calculated. A delay vector is calculated from the time-series information of the heat flux, and a trajectory based on a time transition of the delay vector is created, thereby reconstructing the N-side attractor and the S-side attractor. Based on the N-side attractor and the S-side attractor, a recurrence plot is created using the distribution of the N-side heat flux and the distribution of the S-side heat flux as variables, and based on the recurrence plot, the presence or absence of a drift is determined. Diagnose.

また、特許文献2には、以下の技術が開示されている。まず、鋳型4の相互に対向する領域に埋め込まれた熱電対により測定された温度を用いて伝熱逆問題解析を行う。この伝熱逆問題解析により、鋳型4の内壁面における熱流束の鋳造方向の成分値に基づいて、溶鋼3の湯面レベルを、鋳型4の相互に対向する内壁面の双方において求める。この溶鋼3の湯面レベルの差を、偏流の指標として求める。   Patent Document 2 discloses the following technology. First, a heat transfer inverse problem analysis is performed using the temperature measured by the thermocouple embedded in the mutually facing regions of the mold 4. By this heat transfer inverse problem analysis, the molten metal level of the molten steel 3 is obtained on both the inner wall surfaces of the mold 4 facing each other based on the component value of the heat flux on the inner wall surface of the mold 4 in the casting direction. The difference in the level of the molten steel 3 is obtained as an index of the drift.

特開2003−305553号公報JP-A-2003-305553 特開2016−175106号公報JP 2016-175106 A

J. Szekely and T. Yadoya, "The physical and mathematical modeling of the flow field in the mold region in continuous casting systems: Part II. The mathematical representation of the turbulent flow", Metallurgical Transactions, Vo.4, 1379 (1973)J. Szekely and T. Yadoya, "The physical and mathematical modeling of the flow field in the mold region in continuous casting systems: Part II.The mathematical representation of the turbulent flow", Metallurgical Transactions, Vo.4, 1379 (1973) 樋口知之編著、「データ同化入門」、朝倉書店、2011年Edited by Tomoyuki Higuchi, "Introduction to Data Assimilation", Asakura Shoten, 2011 北川源四朗著、「時系列解析入門」、岩波書店、2005年Genshiro Kitagawa, "Introduction to Time Series Analysis", Iwanami Shoten, 2005 King, Aaron A., Dao Nguyen, and Edward L. Ionides. "Statistical Inference for Partially Observed Markov Processes via the R Package pomp." Journal of Statistical Software 69.i12 (2016)King, Aaron A., Dao Nguyen, and Edward L. Ionides. "Statistical Inference for Partially Observed Markov Processes via the R Package pomp." Journal of Statistical Software 69.i12 (2016)

特許文献1に記載の技術では、リカレンスプロットを偏流の指標とし、特許文献2に記載の技術では、溶鋼3の湯面レベルの差を偏流の指標とする。即ち、特許文献1、2に記載の技術は、単に偏流の指標を求めているだけである。しかしながら、これらの指標では、連続鋳造の操業に支障があるか否か、あるいは、鋳片の品質低下を招くか否かを必ずしも正確に予測(推定)できる訳ではない。そして、予測(推定)が外れても、その原因を究明するための情報が少なく、指標を改善するなどの対策を打つことは困難である。そこで、本発明者らは、鋳型内の溶鋼の状態(温度や流速などの物理量)を可視化することができれば、多くの情報が得られ、操業状態や鋳片の品質との因果関係がより明瞭となり、この因果関係に不整合が生じたとしても対策を講じることを容易くするとの考えに至った。   In the technology described in Patent Document 1, a recurrence plot is used as an indicator of drift, and in the technology described in Patent Document 2, the difference in the level of the molten steel 3 is used as an indicator of drift. That is, the techniques described in Patent Literatures 1 and 2 merely determine an index of drift. However, these indices cannot always accurately predict (estimate) whether or not there is a problem in the operation of continuous casting or whether or not the quality of the slab is reduced. Even if the prediction (estimation) deviates, there is little information to determine the cause, and it is difficult to take measures such as improving the index. Therefore, if the present inventors can visualize the state of the molten steel in the mold (physical quantities such as temperature and flow velocity), a great deal of information can be obtained, and the causal relationship between the operating state and the quality of the slab is clearer. Therefore, even if inconsistency arises in this causal relationship, it is thought that it is easy to take measures.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、連続鋳造設備の鋳型内の溶鋼の状態を可視化することができるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to make it possible to visualize the state of molten steel in a mold of a continuous casting facility.

本発明の連続鋳造鋳型内可視化装置は、連続鋳造設備の鋳型に注入される溶融金属の可視化対象領域の各計算位置における物理量からなるベクトルである状態ベクトルについて、時刻tでの前記状態ベクトルのデータである数値解析データを数値シミュレーションにより時間隔Δtごとに導出することを、時刻tの前記時間隔Δtだけ前の時刻t−Δtでの前記溶融金属の温度と、当該時刻t−Δtでの前記溶融金属の流速と、当該時刻t−Δtから当該時刻tまでの間での境界条件のパラメータの少なくとも1つとのうち、少なくとも1つが異なる複数のケースのそれぞれについて行う数値シミュレーション手段と、前記数値シミュレーション手段により導出された前記複数のケースの時刻tでの数値解析データから当該時刻tでの前記状態ベクトルの第1の確率密度関数を導出する第1の確率密度関数導出手段と、前記連続鋳造設備の各観測位置における物理量からなるベクトルである観測ベクトルについて、時刻tでの前記観測ベクトルのデータである観測データを前記各観測位置に配置されたセンサで測定することにより前記時間隔Δtごとに取得する観測データ取得手段と、前記観測データ取得手段により取得された時刻tでの観測データから当該時刻tでの前記状態ベクトルの尤度関数を導出する尤度関数導出手段と、前記第1の確率密度関数導出手段により導出された時刻tでの前記状態ベクトルの前記第1の確率密度関数と、前記尤度関数導出手段により導出された当該時刻tでの前記状態ベクトルの前記尤度関数とに基づいて、ベイズ統計のモデリングによるデータ同化を行うフィルタにより、当該時刻tでの前記状態ベクトルの第2の確率密度関数を導出し、当該状態ベクトルの前記第2の確率密度関数に基づいて、当該時刻tでの前記状態ベクトルの推定値を導出するデータ同化手段と、を有し、前記数値シミュレーション手段において時刻tでの前記数値解析データを導出する際の前記複数のケースは、前記データ同化手段により導出された当該時刻tの前記時間隔Δtだけ前の時刻t−Δtでの前記状態ベクトルの前記第2の確率密度関数に基づいて導出されることを特徴とする。   The continuous casting in-mold visualization device of the present invention, for a state vector that is a vector composed of physical quantities at each calculation position of the visualization target region of the molten metal injected into the mold of the continuous casting equipment, data of the state vector at time t Deriving numerical analysis data for each time interval Δt by numerical simulation, the temperature of the molten metal at time t−Δt before the time interval Δt of time t and the temperature at the time t−Δt. Numerical simulation means for performing each of a plurality of cases in which at least one of a flow rate of the molten metal and at least one of parameters of a boundary condition from the time t-Δt to the time t is different; Means from the numerical analysis data at time t of the plurality of cases derived by the means. First probability density function deriving means for deriving a first probability density function of the vector, and an observation vector which is a vector composed of physical quantities at each observation position of the continuous casting facility, using data of the observation vector at time t. Observation data acquisition means for acquiring at each time interval Δt by measuring certain observation data with sensors arranged at each of the observation positions, and the time from the observation data at time t acquired by the observation data acquisition means a likelihood function deriving means for deriving a likelihood function of the state vector at t, the first probability density function of the state vector at time t derived by the first probability density function deriving means, Data based on Bayesian statistical modeling based on the likelihood function of the state vector at the time t derived by the likelihood function deriving means. Derives a second probability density function of the state vector at the time t by a filter performing the transformation, and estimates the state vector at the time t based on the second probability density function of the state vector. Data assimilation means for deriving a value, wherein the plurality of cases when deriving the numerical analysis data at the time t in the numerical simulation means are the plurality of cases at the time t derived by the data assimilation means. The state vector is derived based on the second probability density function of the state vector at the time t-Δt before the time interval Δt.

本発明の連続鋳造鋳型内可視化方法は、連続鋳造設備の鋳型に注入される溶融金属の可視化対象領域の各計算位置における物理量からなるベクトルである状態ベクトルについて、時刻tでの前記状態ベクトルのデータである数値解析データを数値シミュレーションにより時間隔Δtごとに導出することを、時刻tの前記時間隔Δtだけ前の時刻t−Δtでの前記溶融金属の温度と、当該時刻t−Δtでの前記溶融金属の流速と、当該時刻t−Δtから当該時刻tまでの間での境界条件のパラメータの少なくとも1つとのうち、少なくとも1つが異なる複数のケースのそれぞれについて行う数値シミュレーション工程と、前記数値シミュレーション工程により導出された前記複数のケースの時刻tでの数値解析データから当該時刻tでの前記状態ベクトルの第1の確率密度関数を導出する第1の確率密度関数導出工程と、前記連続鋳造設備の各観測位置における物理量からなるベクトルである観測ベクトルについて、時刻tでの前記観測ベクトルのデータである観測データを前記各観測位置に配置されたセンサで測定することにより前記時間隔Δtごとに取得する観測データ取得工程と、前記観測データ取得工程により取得された時刻tでの観測データから当該時刻tでの前記状態ベクトルの尤度関数を導出する尤度関数導出工程と、前記第1の確率密度関数導出工程により導出された時刻tでの前記状態ベクトルの前記第1の確率密度関数と、前記尤度関数導出工程により導出された当該時刻tでの前記状態ベクトルの前記尤度関数とに基づいて、ベイズ統計のモデリングによるデータ同化を行うフィルタにより、当該時刻tでの前記状態ベクトルの第2の確率密度関数を導出し、当該状態ベクトルの前記第2の確率密度関数に基づいて、当該時刻tでの前記状態ベクトルの推定値を導出するデータ同化工程と、を有し、前記数値シミュレーション工程において時刻tでの前記数値解析データを導出する際の前記複数のケースは、前記データ同化工程により導出された当該時刻tの前記時間隔Δtだけ前の時刻t−Δtでの前記状態ベクトルの前記第2の確率密度関数に基づいて導出されることを特徴とする。   The visualization method in a continuous casting mold of the present invention is a method for visualizing a state vector, which is a vector composed of physical quantities at respective calculation positions of a visualization target region of a molten metal injected into a mold of a continuous casting facility, data of the state vector at time t. Deriving numerical analysis data for each time interval Δt by numerical simulation, the temperature of the molten metal at time t−Δt before the time interval Δt of time t and the temperature at the time t−Δt. A numerical simulation step performed for each of a plurality of cases in which at least one of the flow rate of the molten metal and at least one of the parameters of the boundary condition from the time t-Δt to the time t differs. From the numerical analysis data at the time t of the plurality of cases derived by the process, the state database at the time t is obtained. A first probability density function deriving step of deriving a first probability density function of the vector, and an observation vector that is a vector composed of physical quantities at each observation position of the continuous casting facility. Observation data acquisition step of acquiring certain observation data at each of the time intervals Δt by measuring the sensors with the sensors arranged at the respective observation positions, and the time from the observation data at time t acquired by the observation data acquisition step at the time a likelihood function deriving step of deriving a likelihood function of the state vector at t, the first probability density function of the state vector at time t derived by the first probability density function deriving step, Based on the likelihood function of the state vector at the time t derived in the likelihood function derivation step, based on the Bayesian statistics modeling data Derives a second probability density function of the state vector at the time t by a filter performing the transformation, and estimates the state vector at the time t based on the second probability density function of the state vector. A data assimilation step of deriving a value, wherein the plurality of cases when deriving the numerical analysis data at the time t in the numerical simulation step are performed at the time t derived by the data assimilation step. The state vector is derived based on the second probability density function of the state vector at the time t-Δt before the time interval Δt.

本発明のプログラムは、前記連続鋳造鋳型内可視化装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。   A program according to the present invention causes a computer to function as each unit of the continuous casting mold visualization device.

本発明によれば、連続鋳造設備の鋳型内の溶鋼の状態を可視化することができる。   According to the present invention, it is possible to visualize the state of molten steel in a mold of a continuous casting facility.

図1は、連続鋳造鋳型内可視化装置の機能的な構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a visualization device in a continuous casting mold. 図2は、鋳型内に埋め込まれる温度計の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a thermometer embedded in a mold. 図3は、連続鋳造鋳型内可視化装置の処理の一例を説明するフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a process performed by the continuous casting mold visualization device. 図4は、観測データ(温度)の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of observation data (temperature). 図5は、可視化データの発明例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an invention example of visualization data. 図6は、可視化データの比較例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a comparative example of the visualization data. 図7は、連続鋳造設備の概略構成の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a continuous casting facility. 図8は、鋳型内の溶鋼の流れの一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a flow of molten steel in a mold.

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
図1は、連続鋳造鋳型内可視化装置100の機能的な構成の一例を示す図である。連続鋳造鋳型内可視化装置100のハードウェアは、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、および各種のインターフェースを有する情報処理装置、または専用のハードウェアを用いることにより実現される。連続鋳造鋳型内可視化装置100は、連続鋳造設備の鋳型4内における溶鋼3(溶融金属)の流動および温度の状態を可視化するためのデータを作成する装置である。本発明において、連続鋳造鋳型内の全部または一部の領域における溶鋼(場合によっては凝固シェル)の物理量(流速や温度など)の分布を導出することを可視化と称し、可視化によって溶鋼の物理量の分布を導出する領域を可視化対象領域と称する。以下の説明では、連続鋳造鋳型内可視化装置100を必要に応じて可視化装置100と略称する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a visualization device 100 in a continuous casting mold. The hardware of the continuous casting mold visualization device 100 is realized by using, for example, an information processing device having a CPU, a ROM, a RAM, a HDD, and various interfaces, or dedicated hardware. The continuous casting mold visualization device 100 is a device that creates data for visualizing the state of the flow and temperature of molten steel 3 (molten metal) in the mold 4 of the continuous casting facility. In the present invention, deriving the distribution of the physical quantity (flow velocity, temperature, etc.) of the molten steel (solidified shell in some cases) in all or a part of the region in the continuous casting mold is called visualization, and the distribution of the physical quantity of the molten steel is visualized. Is referred to as a visualization target region. In the following description, the visualization device 100 in a continuous casting mold is abbreviated as the visualization device 100 as necessary.

本実施形態では、図7に示した連続鋳造設備の鋳型4内における溶鋼3の流動および温度の状態を可視化する。鋳型4内には、温度計(熱電対)が埋め込まれている。図2は、鋳型4内に埋め込まれる温度計L1〜L12、F1〜F12の一例を示す図である。
図2(a)〜図2(c)に示すように、鋳型4の或る高さ位置(鋳造方向(Z軸方向)の位置)において、鋳型4の一方の長辺側の面(「F面」と称する)には、鋳型4の長辺側の幅方向(X軸方向)の中心を対称点とする点対称となる位置に、複数の温度計F1、F3、F5、F7、F9、F11が埋め込まれている。また、鋳型4の当該高さ位置(鋳造方向(Z軸方向)の位置)において、鋳型4の他方の長辺側の面(「L面」と称する)には、鋳型4の長辺側の幅方向(X軸方向)の中心を対称点とする点対称となる位置に、複数の温度計L1、L3、L5、L7、L9、L11が埋め込まれている。
In the present embodiment, the state of the flow and temperature of the molten steel 3 in the mold 4 of the continuous casting facility shown in FIG. 7 is visualized. A thermometer (thermocouple) is embedded in the mold 4. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the thermometers L1 to L12 and F1 to F12 embedded in the mold 4.
As shown in FIGS. 2A to 2C, at a certain height position (position in the casting direction (Z-axis direction)) of the mold 4, one long side surface (“F Plane)), a plurality of thermometers F1, F3, F5, F7, F9, and F9 are located at point-symmetric positions with the center of the long side of the mold 4 in the width direction (X-axis direction) as a symmetric point. F11 is embedded. In addition, at the height position of the mold 4 (position in the casting direction (Z-axis direction)), the other long side surface (referred to as “L surface”) of the mold 4 is located on the long side of the mold 4. A plurality of thermometers L1, L3, L5, L7, L9, L11 are embedded at point-symmetric positions with the center in the width direction (X-axis direction) as the point of symmetry.

また、鋳型4のF面において、複数の温度計F1、F3、F5、F7、F9、F11の下方には、複数の温度計F2、F4、F6、F8、F10、F12が埋め込まれている。複数の温度計F1〜F12の鋳型4の奥行方向(Y軸方向)の位置は同じである。また、複数の温度計F1、F3、F5、F7、F9、F11のX軸方向の間隔と、複数の温度計F2、F4、F6、F8、F10、F12のX軸方向の間隔は、同じである。また、温度計F1、F2のX軸方向の位置、温度計F3、F4のX軸方向の位置、温度計F5、F6のX軸方向の位置、温度計F7、F8のX軸方向の位置、温度計F9、F10のX軸方向の位置、および温度計F11、F12のX軸方向の位置は、同じである。   Further, a plurality of thermometers F2, F4, F6, F8, F10, and F12 are embedded below the plurality of thermometers F1, F3, F5, F7, F9, and F11 on the F surface of the mold 4. The positions of the plurality of thermometers F1 to F12 in the depth direction (Y-axis direction) of the mold 4 are the same. The intervals in the X-axis direction of the plurality of thermometers F1, F3, F5, F7, F9, and F11 and the intervals in the X-axis direction of the plurality of thermometers F2, F4, F6, F8, F10, and F12 are the same. is there. Further, the positions of the thermometers F1 and F2 in the X-axis direction, the positions of the thermometers F3 and F4 in the X-axis direction, the positions of the thermometers F5 and F6 in the X-axis direction, the positions of the thermometers F7 and F8 in the X-axis direction, The positions of the thermometers F9 and F10 in the X-axis direction and the positions of the thermometers F11 and F12 in the X-axis direction are the same.

同様に、鋳型4のL面において、複数の温度計L1、L3、L5、L7、L9、L11の下方には、複数の温度計L2、L4、L6、L8、L10、L12が埋め込まれている。複数の温度計L1〜L12の鋳型4の奥行方向(Y軸方向)の位置は同じである。また、複数の温度計L1、L3、L5、L7、L9、L11のX軸方向の間隔と、複数の温度計L2、L4、L6、L8、L10、L12のX軸方向の間隔は、同じである。また、温度計L1、L2のX軸方向の位置、温度計L3、L4のX軸方向の位置、温度計L5、L6のX軸方向の位置、温度計L7、L8のX軸方向の位置、温度計L9、L10のX軸方向の位置、および温度計L11、L12のX軸方向の位置は、同じである。   Similarly, a plurality of thermometers L2, L4, L6, L8, L10, and L12 are embedded below the plurality of thermometers L1, L3, L5, L7, L9, and L11 on the L surface of the mold 4. . The positions of the plurality of thermometers L1 to L12 in the depth direction (Y-axis direction) of the mold 4 are the same. The intervals in the X-axis direction of the plurality of thermometers L1, L3, L5, L7, L9, L11 and the intervals in the X-axis direction of the plurality of thermometers L2, L4, L6, L8, L10, L12 are the same. is there. Further, the positions of the thermometers L1 and L2 in the X-axis direction, the positions of the thermometers L3 and L4 in the X-axis direction, the positions of the thermometers L5 and L6 in the X-axis direction, the positions of the thermometers L7 and L8 in the X-axis direction, The positions of the thermometers L9 and L10 in the X-axis direction and the positions of the thermometers L11 and L12 in the X-axis direction are the same.

また、鋳型4のF面において上側にある複数の温度計F1、F3、F5、F7、F9、F11のZ軸方向の位置と、鋳型4のL面において上側にある複数の温度計L1、L3、L5、L7、L9、L11のZ軸方向の位置は、全て同じである。鋳型4のF面において下側にある複数の温度計F2、F4、F6、F8、F10、F12のZ軸方向の位置と、鋳型4のL面において下側にある複数の温度計L2、L4、L6、L8、L10、L12のZ軸方向の位置は、全て同じである。   Further, the positions of the plurality of thermometers F1, F3, F5, F7, F9, and F11 on the upper side on the F side of the mold 4 in the Z-axis direction, and the plurality of thermometers L1 and L3 on the upper side of the L side of the mold 4 , L5, L7, L9, and L11 have the same position in the Z-axis direction. The position of the plurality of thermometers F2, F4, F6, F8, F10, and F12 on the lower side of the F surface of the mold 4 in the Z-axis direction, and the plurality of thermometers L2 and L4 of the lower side of the L surface of the mold 4 , L6, L8, L10, and L12 have the same position in the Z-axis direction.

また、温度計F1、L1のX軸方向の位置、温度計F3、L3のX軸方向の位置、温度計F5、L5のX軸方向の位置、温度計F7、L7のX軸方向の位置、温度計F9、L9のX軸方向の位置、温度計F11、L11のX軸方向の位置、温度計F2、L2のX軸方向の位置、温度計F4、L4のX軸方向の位置、温度計F6、L6のX軸方向の位置、温度計F8、L8のX軸方向の位置、温度計F10、L10のX軸方向の位置、および温度計F12、L12のX軸方向の位置は、同じである。
また、温度計F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12のF面(内壁面)からのY軸方向の距離と、温度計L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11、L12のL面(内壁面)からのY軸方向の距離とは、同じである。
以下の説明では、複数の温度計F1〜F12、L1〜L12を、必要に応じて温度計F、Lと総称する。
Further, the positions of the thermometers F1 and L1 in the X-axis direction, the positions of the thermometers F3 and L3 in the X-axis direction, the positions of the thermometers F5 and L5 in the X-axis direction, the positions of the thermometers F7 and L7 in the X-axis direction, X-axis positions of thermometers F9 and L9, X-axis positions of thermometers F11 and L11, X-axis positions of thermometers F2 and L2, X-axis positions of thermometers F4 and L4, thermometer The positions of F6 and L6 in the X-axis direction, the positions of thermometers F8 and L8 in the X-axis direction, the positions of thermometers F10 and L10 in the X-axis direction, and the positions of thermometers F12 and L12 in the X-axis direction are the same. is there.
Further, the distance in the Y-axis direction from the F surface (inner wall surface) of the thermometers F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8, F9, F10, F11, F12, and the thermometers L1, L2, L3 , L4, L5, L6, L7, L8, L9, L10, L11, and L12 have the same distance from the L plane (inner wall surface) in the Y-axis direction.
In the following description, the thermometers F1 to F12 and L1 to L12 are collectively referred to as thermometers F and L as necessary.

次に、後述する実施形態に本発明者らが至った経緯について説明する。
本発明者らは、温度計F、Lや湯面レベル計9からの時系列データを、簡便な理論式で処理するのではなく、連続鋳造設備を想定して構成された非定常の数値シミュレーターを利用することを考えた。数値シミュレーターでは、連続鋳造設備の内部に関する質量保存則、運動量保存則、およびエネルギー保存則から導出される時間発展方程式に従って、それら(質量、運動量、およびエネルギー)の収支が矛盾しない様に、連続鋳造設備を対象とした数値モデルの計算格子点上での物理量を任意の時刻において算出することができる。本発明者らは、この数値シミュレーターで計算された溶鋼3の温度および流速を、観測データとして得られる溶鋼3の温度および流速に加えて融合させることで、連続鋳造設備内の溶鋼3の流動および温度の状態をより的確に把握できると考えた。
Next, a description will be given of how the present inventors have reached an embodiment described later.
The present inventors do not process the time-series data from the thermometers F and L and the level gauge 9 with a simple theoretical formula, but use a non-stationary numerical simulator configured on the assumption of a continuous casting facility. I thought about using. According to the time evolution equation derived from the law of conservation of mass, momentum, and energy, concerning the interior of the continuous casting facility, the numerical simulator uses continuous casting so that the balance of those (mass, momentum, and energy) does not contradict. The physical quantity on the calculation grid point of the numerical model for the equipment can be calculated at an arbitrary time. The present inventors fuse the temperature and flow velocity of the molten steel 3 calculated by the numerical simulator with the temperature and flow velocity of the molten steel 3 obtained as observation data, thereby obtaining the flow and the flow of the molten steel 3 in the continuous casting facility. We thought that the state of temperature could be grasped more accurately.

また、数値シミュレーターで扱われる物理変数は、連続鋳造設備内の任意の場所で評価できる。従って、観測データと数値シミュレーションで計算されたデータとを融合した出力も、連続鋳造設備内の任意の場所で算出できることになる。本発明者らは、このことによって、鋳型4の内部の溶鋼3を可視化する容で、偏流の様な現象の発生を捉える事ができると考えた。   Further, the physical variables handled by the numerical simulator can be evaluated at any place in the continuous casting facility. Therefore, an output obtained by fusing the observation data and the data calculated by the numerical simulation can be calculated at an arbitrary place in the continuous casting facility. The present inventors thought that, by this, the occurrence of a phenomenon such as drift could be grasped by visualizing the molten steel 3 inside the mold 4.

また、本発明者らは、観測データと数値シミュレーターで計算されたデータとの融合方法に関しては、観測データと数値シミュレーターで計算されたデータとの全てがノイズを含んだ情報として捉えて、鋳型内の溶鋼の状態を決定論的に求めるのではなく、確率論的に求めるのが合理的で且つ計算処理を行う上で効果的である考えた。即ち、観測データから推定される観測する物理量の確率密度関数と、数値シミュレーションで計算されたデータから推定される鋳型内の溶鋼の状態の確率密度関数とからベイズの定理を用いて導出される式を用いてより信頼性の高い鋳型内の溶鋼の状態の確率密度関数を求めることにした。このことによって、各観測データに含まれる観測ノイズの影響を考慮することができる。これと同時に、数値シミュレーターにより計算されたデータに含まれるシステムノイズの影響を考慮することもできる。数値シミュレーターにより計算されたデータに含まれるシステムノイズには、初期条件や境界条件の設定に伴うノイズや、計算格子点の解像度による計算のノイズや、数値シミュレーターによる計算で使用する物理モデルの精度等に起因するノイズが含まれる。これらのノイズが存在することを理論の前提におくことによって、観測データと数値シミュレーターで計算されたデータとが両立する合理的な解析を行うことができる。   In addition, the present inventors, regarding the fusion method of the observation data and the data calculated by the numerical simulator, all of the observation data and the data calculated by the numerical simulator are regarded as information including noise, and It is reasonable to find the state of molten steel not stochastically, but stochastically, and it is effective in performing the calculation process. That is, an equation derived using the Bayes' theorem from the probability density function of the physical quantity to be observed estimated from the observation data and the probability density function of the state of the molten steel in the mold estimated from the data calculated by the numerical simulation. Was used to obtain a more reliable probability density function of the state of molten steel in the mold. Thereby, the influence of observation noise included in each observation data can be considered. At the same time, the influence of system noise included in the data calculated by the numerical simulator can be considered. The system noise included in the data calculated by the numerical simulator includes noise associated with the setting of initial conditions and boundary conditions, noise in the calculation based on the resolution of the calculation grid points, and the accuracy of the physical model used in the calculation by the numerical simulator. Noise caused by the above. By assuming the existence of these noises as a premise of the theory, it is possible to perform a rational analysis in which the observation data and the data calculated by the numerical simulator are compatible.

以上の経緯から、本発明者らは、以下の実施形態に至った。以下に、本実施形態の可視化装置100が有する機能の一例を説明する。本実施形態では、鋳型4の奥行方向(Y軸方向)の中心の位置において、鋳型4の幅方向(X軸方向)と鋳造方向(Z軸方向)とにより定まる2次元平面(X−Z平面)における溶鋼3の流動および温度の状態を可視化する場合を例に挙げて説明する。尚、図2(a)に示すように、鋳型4の幅方向(X軸方向)および奥行方向(Y軸方向)の中心の位置は、浸漬ノズル6の軸の位置に対応する。以下の説明では、この2次元平面を必要に応じて可視化対象面と称する。本実施形態では、可視化対象面が可視化対象領域の一例になる。   From the above circumstances, the present inventors have reached the following embodiments. Hereinafter, an example of a function of the visualization device 100 of the present embodiment will be described. In the present embodiment, a two-dimensional plane (X-Z plane) determined by the width direction (X-axis direction) of the mold 4 and the casting direction (Z-axis direction) at the center position in the depth direction (Y-axis direction) of the mold 4. The case where the state of the flow and the temperature of the molten steel 3 in () is visualized will be described as an example. In addition, as shown in FIG. 2A, the center position in the width direction (X-axis direction) and the depth direction (Y-axis direction) of the mold 4 corresponds to the position of the axis of the immersion nozzle 6. In the following description, this two-dimensional plane is referred to as a visualization target plane as needed. In the present embodiment, the visualization target surface is an example of the visualization target region.

(数値シミュレーション部101)
数値シミュレーション部101は、可視化の対象となる連続鋳造設備における非定常の伝熱および流動の数値シミュレーションを、連続鋳造設備の操業パラメータおよび溶鋼3の物性値とを用いて行う。連続鋳造設備の操業パラメータおよび溶鋼3の物性値は、予め数値シミュレーション部101が記憶しているものである。
(Numerical simulation unit 101)
The numerical simulation unit 101 performs a numerical simulation of unsteady heat transfer and flow in the continuous casting facility to be visualized using the operation parameters of the continuous casting facility and the physical properties of the molten steel 3. The operation parameters of the continuous casting facility and the physical properties of the molten steel 3 are stored in the numerical simulation unit 101 in advance.

溶鋼3内の伝熱および流動の数値シミュレーションは、ナビエストークス方程式を連続の式およびエネルギー保存式と共に解いて求めることができる。例えば、有限体積法を用いて各式を離散化して解くことにより数値シミュレーションは実行される。
数値シミュレーションを実行する際には、初期条件と境界条件とを設定する必要がある。流動および伝熱の境界条件は、鋳型4の内壁面と、溶鋼3の湯面と、浸漬ノズル6の外壁面と、吐出口7と、凝固シェル8と溶鋼3との境界面と、溶鋼3の下端とにおいて設定される。溶鋼3の下端とは、可視化対象領域のうち最も下の位置(Z軸の正の方向の端の位置)を指す。流動および伝熱の初期条件は、溶鋼3において設定される。
The numerical simulation of heat transfer and flow in the molten steel 3 can be obtained by solving the Navier-Stokes equation together with a continuous equation and an energy conservation equation. For example, a numerical simulation is executed by discretizing and solving each equation using the finite volume method.
When performing a numerical simulation, it is necessary to set initial conditions and boundary conditions. The boundary conditions of the flow and heat transfer are as follows: the inner wall surface of the mold 4, the molten metal surface of the molten steel 3, the outer wall surface of the immersion nozzle 6, the discharge port 7, the boundary surface between the solidified shell 8 and the molten steel 3, the molten steel 3 Is set at the lower end. The lower end of the molten steel 3 refers to the lowest position (the position of the end in the positive direction of the Z axis) in the visualization target area. Initial conditions of flow and heat transfer are set in the molten steel 3.

数値シミュレーション部101は、時刻tにおいて、時刻t−Δtでの計算格子点における溶鋼3の温度と、時刻t−Δtでの計算格子点における溶鋼3の流速と、時刻t−Δtから時刻tまでの間での境界条件のパラメータ(例えば、熱流束、流速、圧力)の少なくとも何れか1つとのうち、少なくとも何れか1つが異なる複数のケースのそれぞれについて数値シミュレーションを実行することにより、時刻tにおける計算格子点における溶鋼3の温度および流速を導出する。本実施形態では、計算格子点が計算位置の一例となる。尚、流速は、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の3成分の値を有する。本実施形態では、数値シミュレーション部101は、ステップ幅Δtの時間隔で各計算格子点における温度および流速を導出する。尚、連続鋳造設備に対するナビエストークス方程式、連続の式、およびエネルギー保存式や、初期条件および境界条件の内容については、例えば、特許文献3や非特許文献1に記載されているので、ここでは、その詳細な説明を省略する。   At time t, the numerical simulation unit 101 calculates the temperature of the molten steel 3 at the calculation grid point at time t-Δt, the flow velocity of the molten steel 3 at the calculation grid point at time t-Δt, and the time t-Δt to time t. By executing a numerical simulation for each of a plurality of cases in which at least one of at least one of the parameters (for example, heat flux, flow velocity, and pressure) of the boundary condition is different at time t, The temperature and the flow velocity of the molten steel 3 at the calculation grid point are derived. In the present embodiment, a calculation grid point is an example of a calculation position. Note that the flow velocity has three component values in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. In the present embodiment, the numerical simulation unit 101 derives the temperature and the flow velocity at each calculation grid point at the time interval of the step width Δt. The contents of the Navier-Stokes equation, the continuous equation, the energy conservation equation, and the initial conditions and boundary conditions for the continuous casting facility are described in, for example, Patent Document 3 and Non-Patent Document 1. Detailed description is omitted.

数値シミュレーション部101は、最初の時刻t(=t0)での溶鋼3の温度と、最初の時刻t(=t0)での溶鋼3の流速と、時刻t0から時刻t0+Δtまでの間での境界条件のパラメータの少なくとも1つとのうち、少なくとも何れか1つが異なる複数のケースに対して、初期値として、予め設定された値を用いる。2番目の時刻t以降に関しては、後述する観測データ取得部103で取得された観測データ(情報)を基に後述するデータ同化部105で導出された結果を、時刻tでの溶鋼3の温度および流速、並びに時刻tから時刻t+Δtまでの間での境界条件のパラメータとして用いる。この点の詳細については後述する。以下の説明では、計算格子点における溶鋼3の温度および流速の全てで構成されるベクトルを必要に応じて状態ベクトルと称し、数値シミュレーション部101により導出される溶鋼3の温度および流速を必要に応じて数値解析データと称する。 Numerical simulation unit 101, the temperature of the molten steel 3 in the first time t (= t 0), the flow rate of the molten steel 3 in the first time t (= t 0), from time t 0 to time t 0 + Delta] t A preset value is used as an initial value for a plurality of cases in which at least one of at least one of the parameters of the boundary condition between them is different. From the second time t onward, the result derived by the data assimilation unit 105 described later based on the observation data (information) acquired by the observation data acquisition unit 103 described later is calculated based on the temperature of the molten steel 3 at the time t. It is used as a parameter of a flow velocity and a boundary condition from time t to time t + Δt. Details of this point will be described later. In the following description, a vector composed of all of the temperature and the flow velocity of the molten steel 3 at the calculation grid point will be referred to as a state vector as necessary, and the temperature and the flow velocity of the molten steel 3 derived by the numerical simulation unit 101 will be referred to as necessary. This is referred to as numerical analysis data.

(第1の確率密度関数導出部102)
第1の確率密度関数導出部102は、後述する観測データ取得部103で取得された時刻t−Δtまでの観測データ(情報)yt0:t-Δtを基に推定される時刻tでの状態ベクトルxtの条件付き確率密度関数p(xt|yt0:t-Δt)を導出する。確率密度関数p(xt|yt0:t-Δt)は、数値シミュレーション部101により導出された複数の数値解析データ{xt (k)kが示す確率密度関数である。以下の説明では、この確率密度関数p(xt|yt0:t-Δt)を必要に応じて第1の確率密度関数とも称する。本実施形態では、第1の確率密度関数導出部102は、ステップ幅Δtの時間隔で、各時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|yt0:t-Δt)を導出する。
(First probability density function deriving unit 102)
The first probability density function deriving unit 102 calculates the state at the time t estimated based on the observation data (information) y t0: t-Δt up to the time t-Δt acquired by the observation data acquisition unit 103 described later. A conditional probability density function p (x t | y t0: t−Δt ) of the vector x t is derived. The probability density function p (x t | y t0: t−Δt ) is a probability density function represented by a plurality of numerical analysis data {x t (k) } k derived by the numerical simulation unit 101. In the following description, this probability density function p ( xt | yt0: t-Δt ) is also referred to as a first probability density function as needed. In the present embodiment, the first probability density function deriving unit 102 generates the first probability density function p (x t | y t0: t−) of the state vector x t at each time t at intervals of the step width Δt. Δt ) is derived.

第1の確率密度関数導出部102は、数値シミュレーション部101により導出された時刻tでの複数の数値解析データ{xt|t-Δt (k)kの相対度数(度数を全データ数で除した値)を用いた度数分布を導出する。この度数分布が、時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|yt0:t-Δt)となる。また、複数の数値解析データ{xt|t-Δt (k)kの各成分(各計算格子点jにおける各物理量)の度数分布を導出して、これらの積を取ったものを複数の数値解析データ{xt|t-Δt (k)kの度数分布としてもよい。また、これらの度数分布を所定の関数(例えば、スプライン関数)で近似したものを第1の確率密度関数としてもよい。 The first probability density function deriving unit 102 calculates a relative frequency of a plurality of pieces of numerical analysis data {x t | t−Δt (k) } k at time t derived by the numerical simulation unit 101 (frequency is expressed by the total data number). The frequency distribution using the divided value is derived. The frequency distribution is the state vector at time t x the first probability density function p of t (x t | y t0: t-Δt) to become. Further, the frequency distribution of each component (each physical quantity at each calculation grid point j) of the plurality of numerical analysis data { xt | t-Δt (k)k is derived, The frequency distribution of the numerical analysis data { xt | t-Δt (k)k may be used. Further, those obtained by approximating these frequency distributions with a predetermined function (for example, a spline function) may be used as the first probability density function.

また、第1の確率密度関数導出部102は、数値シミュレーション部101により導出された時刻tでの複数の数値解析データ{xt|t-Δt (k)kを用いてアンサンブル近似(モンテカルロ近似)を行うことで、時刻tでの状態ベクトルxtの確率密度関数p(xt|yt0:t-Δt)を導出することもできる。
また、第1の確率密度関数導出部102は、時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|yt0:t-Δt)がガウス分布であると仮定して、数値シミュレーション部101により導出された時刻tでの複数の数値解析データ{xt (k)kから平均値と分散値を導出してもよい。
尚、第1の確率密度関数導出部102は、以上のようにして導出される時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|yt0:t-Δt)を、ガウス分布のような確率密度関数をもつノイズを用いて修正してもよい。
Further, the first probability density function deriving unit 102 uses the plurality of numerical analysis data {x t | t−Δt (k) } k at time t derived by the numerical simulation unit 101 to perform ensemble approximation (Monte Carlo approximation). ) by performing the state vector at time t x the probability density function of t p (x t | y t0 : t-Δt) can also be derived.
The first probability density function deriving unit 102, the state vector at time t x the first probability density function p of t (x t | y t0: t-Δt) is assumed to be Gaussian, The average value and the variance may be derived from the plurality of numerical analysis data {x t (k) } k at time t derived by the numerical simulation unit 101.
Note that the first probability density function deriving unit 102 calculates the first probability density function p (x t | y t0: t−Δt ) of the state vector x t at the time t derived as described above. The correction may be performed using noise having a probability density function such as a Gaussian distribution.

(観測データ取得部103)
観測データ取得部103は、連続鋳造設備において測定された時系列データ(測定値)に基づいて観測データを取得する。
本実施形態では、観測データ取得部103は、温度計F、Lで測定される温度(鋳型4内の温度)と、湯面レベル計9で測定される湯面レベルとを含む測定値を入力する。
(Observation data acquisition unit 103)
The observation data acquisition unit 103 acquires observation data based on time-series data (measured values) measured in the continuous casting facility.
In the present embodiment, the observation data acquisition unit 103 inputs measurement values including the temperature measured by the thermometers F and L (the temperature in the mold 4) and the level measured by the level gauge 9. I do.

温度計F、Lで測定される温度は、鋳型4の温度であり、溶鋼3の温度ではない。そこで、本実施形態では、観測データ取得部103は、鋳型4の奥行方向(Y軸方向)において相互に対向する2つの温度計F、Lの合計12組のそれぞれについて、当該2つの温度計F、Lで同時刻に測定された温度の算術平均値を導出する。尚、2つの温度計F、Lの組は、温度計F1、L1、温度計F2、2などである。これにより12個の温度が得られる。これらの温度は、当該温度の導出元となる2つの温度計F、Lが存在しているX−Z平面上の位置(座標(X,Z))の温度となる。   The temperature measured by the thermometers F and L is the temperature of the mold 4, not the temperature of the molten steel 3. Therefore, in the present embodiment, the observation data acquisition unit 103 determines the two thermometers F for each of the total of 12 thermometers F and L facing each other in the depth direction (Y-axis direction) of the mold 4. , L to derive the arithmetic mean value of the temperatures measured at the same time. The set of the two thermometers F and L is a thermometer F1, L1, a thermometer F2, and the like. This gives 12 temperatures. These temperatures are temperatures at positions (coordinates (X, Z)) on the XZ plane where the two thermometers F and L from which the temperatures are derived are located.

観測データ取得部103は、鋳型4の長辺における伝熱状態が奥行方向(Y軸方向)の1次元定常熱伝導であるとの仮定をおいて、鋳型4の冷却水の温度と、鋳型4の熱伝導度とに基づいて、これら12個の温度を外挿し、可視化対象面の各位置での溶鋼3の温度を導出する。
また、観測データ取得部103は、湯面レベル計9で測定された複数の湯面レベルの単位時間当たりの変化から、可視化対象面の溶鋼3の湯面に対応する各位置での鋳造方向(Z軸方向)の流速を導出する。
The observation data acquisition unit 103 determines the temperature of the cooling water of the mold 4 and the temperature of the mold 4 on the assumption that the heat transfer state on the long side of the mold 4 is one-dimensional steady heat conduction in the depth direction (Y-axis direction). These 12 temperatures are extrapolated based on the thermal conductivity of the molten steel 3 to derive the temperature of the molten steel 3 at each position on the surface to be visualized.
Further, the observation data acquisition unit 103 determines the casting direction at each position corresponding to the molten steel surface of the molten steel 3 on the surface to be visualized from changes in the plurality of molten metal levels per unit time measured by the molten metal level meter 9. The flow velocity in the Z-axis direction is derived.

以上のように本実施形態では、観測データ取得部103は、可視化の対象となる2次元平面の各位置での溶鋼3の温度と、可視化の対象となる2次元平面の溶鋼3の湯面に対応する各位置での鋳造方向の流速とを観測データとして取得する。以下の説明では、当該位置を必要に応じて観測位置と称し、観測位置において取得される溶鋼3の温度および鋳造方向の流速の全てで構成されるベクトルを観測ベクトルと称する。尚、本実施形態では、観測データ取得部103は、連続鋳造設備において測定された時系列データから、数値シミュレーション部101で数値シミュレーションを行う時刻に対応する時刻のデータを抽出し、抽出したデータを用いて、可視化の対象となる2次元平面の各観測位置での溶鋼3の温度と、可視化の対象となる2次元平面の溶鋼3の湯面に対応する各観測位置での鋳造方向の流速とを観測データとして取得する。   As described above, in the present embodiment, the observation data acquisition unit 103 calculates the temperature of the molten steel 3 at each position on the two-dimensional plane to be visualized and the molten metal surface of the molten steel 3 on the two-dimensional plane to be visualized. The flow velocity in the casting direction at each corresponding position is obtained as observation data. In the following description, the position is referred to as an observation position as necessary, and a vector formed of all of the temperature of the molten steel 3 and the flow velocity in the casting direction obtained at the observation position is referred to as an observation vector. In the present embodiment, the observation data acquisition unit 103 extracts time data corresponding to the time when the numerical simulation is performed by the numerical simulation unit 101 from the time-series data measured in the continuous casting facility, and extracts the extracted data. The temperature of the molten steel 3 at each observation position on the two-dimensional plane to be visualized and the flow velocity in the casting direction at each observation position corresponding to the molten metal surface of the molten steel 3 on the two-dimensional plane to be visualized are used. Is obtained as observation data.

(尤度関数導出部104)
尤度関数導出部104は、観測データ取得部103で取得された時刻tでの観測データyt (0)(yt (0)は観測位置において取得される溶鋼3の温度および鋳造方向の流速のデータの全てで構成されるベクトル)の観測ノイズを、過去の当該観測データから評価することにより、時刻tでの状態ベクトルxtが得られたときの観測ベクトルytの条件付き確率密度関数p(yt|xt)に対する状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)を導出する。尤度関数L(xt|yt)とは、条件付き確率密度関数p(yt|xt)を状態ベクトルxtの関数と見做したもので、観測ベクトルytに観測データyt (0)を代入することによって状態ベクトルxtの関数として確定する。本実施形態では、尤度関数導出部104は、ステップ幅Δtの時間隔で、各時刻tでの状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)を導出する。
(Likelihood function deriving unit 104)
The likelihood function deriving unit 104 calculates the observation data y t (0) at time t acquired by the observation data acquisition unit 103 (y t (0) is the temperature of the molten steel 3 acquired at the observation position and the flow velocity in the casting direction. Of the observation vector y t when the state vector x t at the time t is obtained by evaluating the observation noise of the observation data of the past from the observation data in the past. p (y t | x t) the likelihood function of the state vector x t for the L | to derive the (x t y t). Likelihood function L | A (x t y t), the conditional probability density function p | which was regarded as a function of (y t x t) of the state vector x t, observation vector y t the observation data y t determined as a function of the state vector x t by substituting (0). In the present embodiment, the likelihood function deriving unit 104 derives a likelihood function L (x t | y t ) of the state vector x t at each time t at intervals of the step width Δt.

観測ノイズは、例えば、平均ベクトルが0(ゼロベクトル)のガウス分布に従うものとし、観測データの分散共分散行列を観測ノイズの共分散行列として用いることができる。この場合、過去の同種の観測データの分散共分散行列値を、全ての種類の観測データについて予め計算しておき、尤度関数導出部104が記憶しておく。即ち、尤度関数導出部104は、観測データの種類毎の分散共分散行列値を記憶する。また、観測データの分散共分散行列値は、観測データの各成分(各観測位置での値)の分散値とし、共分散値は0(ゼロ)としたものでもよい。   The observation noise follows a Gaussian distribution with an average vector of 0 (zero vector), for example, and the variance-covariance matrix of the observation data can be used as the covariance matrix of the observation noise. In this case, the variance-covariance matrix values of past observation data of the same type are calculated in advance for all types of observation data, and the likelihood function deriving unit 104 stores them. That is, the likelihood function deriving unit 104 stores the variance-covariance matrix value for each type of observation data. Also, the variance-covariance matrix value of the observation data may be a variance value of each component (value at each observation position) of the observation data, and the covariance value may be 0 (zero).

尤度関数導出部104は、時刻tでの観測データyt (0)と、観測ノイズの分散共分散行列値とに基づいて、時刻tでの状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)を導出する。 Based on observation data y t (0) at time t and the variance-covariance matrix value of observation noise, likelihood function derivation section 104 generates likelihood function L (x t of state vector x t at time t. | Y t ).

観測ノイズは、ガウス分布に従うとすることに限定されない。例えば、尤度関数導出部104は、時刻tでの観測データyt (0)と、当該時刻tよりも前の所定の期間の当該観測データyt (0)とに基づいて、これらの複数の観測データ{yt-nΔt (0),・・・,yt (0)}の平均ベクトルm(yt (0))を導出し,複数のデータ{yt-nΔt (0)−m(yt (0)),・・・,yt (0)−m(yt (0))}の相対度数(度数を全データ数で除した値)を用いた度数分布を導出する。そして、尤度関数導出部104は、当該度数分布を、時刻tでの観測ノイズの確率密度関数として導出する。また、複数のデータ{yt-nΔt (0)−m(yt (0)),・・・,yt (0)−m(yt (0))}の各成分(各観測位置iにおける各データ)の度数分布を導出して、これらの積を取ったものを複数のデータ{yt-nΔt (0)−m(yt (0)),・・・,yt (0)−m(yt (0))}の度数分布としてもよい。また、尤度関数導出部104は、この度数分布を所定の関数(例えば、スプライン関数)で近似したものを観測ノイズの確率密度関数としてもよい。 Observation noise is not limited to following a Gaussian distribution. For example, the likelihood function deriving unit 104, the observation data y t (0) at time t, based on with the observed data y t of a predetermined period of time before the relevant time t (0), these multiple observation data {y t-nΔt (0) , ···, y t (0)} and derives the average vector m of (y t (0)), a plurality of data {y t-nΔt (0) -m A frequency distribution using a relative frequency (a value obtained by dividing the frequency by the total number of data ) of (y t (0) ),..., Y t (0) −m (y t (0) )} is derived. Then, the likelihood function deriving unit 104 derives the frequency distribution as a probability density function of observation noise at time t. Also, each component of each of the plurality of data {y t−nΔt (0) −m (y t (0) ),..., Y t (0) −m (y t (0) )} (each observation position i ), And the product of these values is taken as a plurality of data {y t -nΔt (0) -m (y t (0) ), ..., y t (0) A frequency distribution of −m (y t (0) )} may be used. Also, the likelihood function deriving unit 104 may use the frequency distribution approximated by a predetermined function (for example, a spline function) as the probability density function of the observation noise.

(データ同化部105)
データ同化部105は、第1の確率密度関数導出部102により導出された時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|y0:t-Δt)と、尤度関数導出部104により導出された時刻tでの観測データが得られたときの当該時刻tでの状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)とを、ベイズの定理を基礎としたベイズ統計のモデリングによるデータ同化を行うフィルタのアルゴリズムに与えることにより、時刻tまでの観測データが得られたときの時刻tでの状態ベクトルxtの条件付き確率密度関数p(xt|yt0:t)を導出する。以下の説明では、この確率密度関数p(xt|yt0:t)を必要に応じて第2の確率密度関数とも称する。本実施形態では、データ同化部105は、ステップ幅Δtの時間隔で、各時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|y0:t)を導出する。
(Data assimilation unit 105)
The data assimilation unit 105 calculates the first probability density function p (x t | y 0: t−Δt ) of the state vector x t at the time t derived by the first probability density function derivation unit 102 and the likelihood The likelihood function L (x t | y t ) of the state vector x t at the time t when the observation data at the time t derived by the function deriving unit 104 is obtained is based on Bayes' theorem. To the algorithm of a filter that performs data assimilation by modeling of the Bayesian statistics obtained, the conditional probability density function p (x t | y of the state vector x t at the time t when the observation data up to the time t is obtained. t0: t ) is derived. In the following description, this probability density function p ( xt | yt0: t ) is also referred to as a second probability density function as needed. In the present embodiment, the data assimilation unit 105 derives a second probability density function p (x t | y 0: t ) of the state vector x t at each time t at intervals of the step width Δt.

データ同化を行う際には、システム方程式(状態方程式)と観測方程式とを定める必要がある。システム方程式は、ステップ幅Δtの時間隔で、前後の時刻の状態ベクトルxt+Δt、xtの関係を定義する式である。本実施形態では、数値シミュレーション部101による複数の数値シミュレーションでこの関係は決定される。また、観測方程式は、観測データytと、状態ベクトルxtとの関係式を示すものであり、(1)式で与えられる。
t=Htt+wt ・・・(1)
ここで、Htは、観測行列であり、wtは、観測ノイズである。例えば、観測ベクトルの第i成分が状態ベクトルの第j成分の物理量と同一であれば、観測行列Htは、その(i,j)成分が1で、第i行の他の成分が0(ゼロ)である行列となる。また、観測位置iがどの計算格子点jとも一致しなければ、状態ベクトルで補間するように観測行列Htを定めることもできる。
When performing data assimilation, it is necessary to define a system equation (state equation) and an observation equation. System equation is the time interval of the step width Delta] t, an equation defining a relationship between the state vector x t + Δt, x t before and after the time. In the present embodiment, this relationship is determined by a plurality of numerical simulations by the numerical simulation unit 101. The observation equation shows a relational expression between the observation data y t and the state vector x t, and is given by Expression (1).
y t = H t x t + w t (1)
Here, Ht is an observation matrix, and wt is observation noise. For example, if the i-th component of the observation vector is the same as the physical quantity of the j-th component of the state vector, the observation matrix Ht has the (i, j) component of 1 and the other components of the i-th row being 0 ( Zero). Also, the observation position i do not match any calculation grid point j, it is also possible to define the observation matrix H t so as to interpolate a state vector.

ベイズ統計のモデリングによるデータ同化を行うフィルタとしては、例えば、アンサンブルカルマンフィルタを用いることができる。
この場合、データ同化部105は、第1の確率密度関数導出部102により導出された時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|y0:t-Δt)と、尤度関数導出部104により導出された当該時刻tでの状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)とを、アンサンブル近似し、アンサンブルメンバー(粒子)を導出する。時刻t−Δtの各アンサンブルメンバーxt-Δt (k)を、システム方程式に基づいて更新し、一期先(時刻t)の予測分布のアンサンブルxt|t-Δt (k)を第1の確率密度関数導出部102により導出する。そして、データ同化部105は、一期先の予測分布のアンサンブルxt|t-Δt (k)から、フィルタ分布のアンサンブルxt (k)を導出する。このようなフィルタ分布のアンサンブルの導出を行うことにより、時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数が導出される。
For example, an ensemble Kalman filter can be used as a filter that performs data assimilation by modeling Bayesian statistics.
In this case, the data assimilation unit 105 calculates the first probability density function p (x t | y 0: t−Δt ) of the state vector x t at the time t derived by the first probability density function derivation unit 102. , likelihood function L of the state vector x t at the time t is derived by the likelihood function deriving unit 104 | a (x t y t), and ensemble approximation to derive an ensemble member (particles). Each ensemble member x t-Δt (k) at time t-Δt is updated based on the system equation, and the ensemble x t | t-Δt (k) of the predicted distribution one period ahead (time t) is set to the first. Derived by the probability density function deriving unit 102. The data assimilation unit 105, ensemble x t predictive distribution one stage forward | from t-Δt (k), and derives a filter distribution ensemble x t (k). By deriving such an ensemble of the filter distribution, a second probability density function of the state vector x t at the time t is derived.

連続鋳造設備においては、全ての位置における溶鋼3の流速を測定することはできない。しかしながら、システム方程式において、溶鋼3の温度と流速はカップリングされるので、状態ベクトルの確率密度関数は、溶鋼3の流速の確率密度関数を包含している。本実施形態では、溶鋼3の湯面での鋳造方向の流速については測定しているので、溶鋼3の湯面での鋳造方向の流速についてもデータ同化を行うことにより、溶鋼3の流速の確率密度関数の精度を向上させることができる。   In the continuous casting facility, it is not possible to measure the flow velocity of the molten steel 3 at all positions. However, in the system equations, the temperature and the flow velocity of the molten steel 3 are coupled, so that the probability density function of the state vector includes the probability density function of the flow velocity of the molten steel 3. In the present embodiment, the flow velocity of the molten steel 3 in the casting direction on the molten metal surface is measured. The accuracy of the density function can be improved.

ベイズ統計のモデリングによるデータ同化を行うフィルタは、アンサンブルカルマンフィルタに限定されない。例えば、粒子フィルタを用いてもよい。アンサンブルカルマンフィルタや粒子フィルタについては、非特許文献2、3に記載されている。また、アンサンブルカルマンフィルタや粒子フィルタの具体的な計算アルゴリズムについては、非特許文献4に記載されている。従って、これらについての詳細な説明を省略する。   A filter that performs data assimilation by modeling Bayesian statistics is not limited to the ensemble Kalman filter. For example, a particle filter may be used. Non-Patent Documents 2 and 3 describe ensemble Kalman filters and particle filters. Non-Patent Document 4 describes a specific calculation algorithm for the ensemble Kalman filter and the particle filter. Therefore, a detailed description thereof will be omitted.

データ同化部105は、時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|yt)の最頻値xmを、時刻tでの状態ベクトルxtの推定値として導出する。また、状態ベクトルxtの各成分(各計算格子点jにおける各物理量)について、第2の確率密度関数p(xt|yt)の周辺確率密度関数を導出し、周辺確率密度関数の各成分の最頻値で構成されるベクトルを第2の確率密度関数p(xt|yt)の最頻値xmとしてもよい。
以上のように本実施形態では、データ同化部105は、第1の確率密度関数導出部102により導出された時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|y0:t-Δt)と、尤度関数導出部102により導出された当該時刻tでの状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)とを融合させて、時刻tでの最も合理的な状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|yt)を導出し、その最頻値xmを、時刻tでの状態ベクトルxtの推定値として導出する。
Data assimilation unit 105, the second probability density function p of the state vector x t at time t | deriving the mode x m of (x t y t), as an estimate of the state vector x t at time t I do. Further, the respective components of the state vector x t (the physical quantity in each calculation grid point j), the second probability density function p | derives marginal probability density function of (x t y t), each of the marginal probability density function the vector consists of the mode of the component second probability density function p | may be the mode x m of (x t y t).
As described above, in the present embodiment, the data assimilation unit 105 sets the first probability density function p (x t | y 0 of the state vector x t at the time t derived by the first probability density function derivation unit 102. : t−Δt ) and the likelihood function L (x t | y t ) of the state vector x t at the time t derived by the likelihood function deriving unit 102 to obtain the most reasonable value at the time t. A second probability density function p (x t | y t ) of the typical state vector x t is derived, and its mode x m is derived as an estimated value of the state vector x t at time t.

また、データ同化部105は、状態ベクトルxtの確率密度関数p(xt|yt)を数値シミュレーション部101に出力する。数値シミュレーション部101は、状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|yt)に基づいて、時刻tでの溶鋼3の温度および流速、並びに時刻tから時刻t+Δtまでの間での境界条件のパラメータを複数導出する。例えば、データ同化部105は、状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|yt)におけるアンサンブルメンバーを用いて、時刻tでの溶鋼3の温度および流速、並びに時刻tから時刻t+Δtまでの間での境界条件のパラメータを複数設定する。そして、数値シミュレーション部101は、次の時刻t+Δtにおける複数の数値解析データを導出する。 Further, the data assimilation unit 105 outputs the probability density function p (x t | y t ) of the state vector x t to the numerical simulation unit 101. The numerical simulation unit 101 calculates the temperature and the flow rate of the molten steel 3 at the time t and the time t to the time t + Δt based on the second probability density function p (x t | y t ) of the state vector x t . A plurality of parameters of the boundary condition are derived. For example, the data assimilation unit 105 uses the ensemble members in the second probability density function p (x t | y t ) of the state vector x t to calculate the temperature and flow velocity of the molten steel 3 at the time t, and the time from the time t to the time A plurality of parameters of the boundary condition up to t + Δt are set. Then, the numerical simulation unit 101 derives a plurality of numerical analysis data at the next time t + Δt.

(可視化データ作成部106)
可視化データ作成部106は、データ同化部105により導出された時刻tでの状態ベクトルの推定値を構成する各位置における溶鋼3の温度と流速の少なくとも何れか一方の表示データを作成する。
可視化データ作成部106は、各時刻における各位置における溶鋼3の温度と流速を、可視化装置100のユーザが認識できるようにしていれば、どのような表示データを作成してもよい。ただし、可視化データ作成部106は、可視化装置100のユーザが直感的に分かり易い表示データを作成するのが好ましい。
(Visualization data creation unit 106)
The visualization data creation unit 106 creates display data of at least one of the temperature and the flow velocity of the molten steel 3 at each position constituting the estimated value of the state vector at the time t derived by the data assimilation unit 105.
The visualization data creation unit 106 may create any display data as long as the user of the visualization device 100 can recognize the temperature and the flow velocity of the molten steel 3 at each position at each time. However, it is preferable that the visualization data creation unit 106 creates display data that is easy for the user of the visualization device 100 to intuitively understand.

例えば、可視化データ作成部106は、溶鋼3の温度として想定される温度範囲を複数の領域に分けた場合の、それぞれの領域に対し異なる表示態様を予め記憶する。表示態様としては、例えば、色、模様、および濃度の少なくとも1つを採用することができる。可視化データ作成部106は、データ同化部105により導出された時刻tでの各位置における溶鋼3の温度から、各位置における温度を特定し、可視化対象面の各位置の画像が、特定した温度に対応する表示態様で表示されるように表示データを作成する。   For example, when the temperature range assumed as the temperature of the molten steel 3 is divided into a plurality of regions, the visualization data creating unit 106 stores different display modes for each region in advance. As the display mode, for example, at least one of a color, a pattern, and a density can be adopted. The visualization data creation unit 106 specifies the temperature at each position from the temperature of the molten steel 3 at each position at the time t derived by the data assimilation unit 105, and the image at each position on the surface to be visualized becomes the specified temperature. Display data is created so as to be displayed in a corresponding display mode.

また、可視化データ作成部106は、溶鋼3の流速として想定される流速範囲を複数の領域に分けた場合の、それぞれの領域に対し異なる表示態様を予め記憶する。表示態様としては、例えば、色、模様、および濃度の少なくとも1つを採用することができる。可視化データ作成部106は、データ同化部105により導出された時刻tでの各位置における溶鋼3の流速から、各位置における流速を特定し、可視化対象面の各位置の画像が、特定した流速に対応する表示態様で表示されるように表示データを作成する。また、可視化データ作成部106は、可視化対象面に対して予め設定された領域ごとに溶鋼3の代表的な向きを導出し、当該向きの方向を向く矢印線が、可視化対象面の当該領域の画像に重ねて表示されるように表示データを作成する。   In addition, when the flow velocity range assumed as the flow velocity of the molten steel 3 is divided into a plurality of regions, the visualization data creation unit 106 stores different display modes for each region in advance. As the display mode, for example, at least one of a color, a pattern, and a density can be adopted. The visualization data creation unit 106 specifies the flow velocity at each position from the flow velocity of the molten steel 3 at each position at the time t derived by the data assimilation unit 105, and the image at each position on the visualization target surface corresponds to the specified flow velocity. Display data is created so as to be displayed in a corresponding display mode. In addition, the visualization data creating unit 106 derives a representative direction of the molten steel 3 for each region set in advance with respect to the visualization target surface, and an arrow line pointing in the direction indicates the direction of the region on the visualization target surface. Create display data to be displayed over the image.

(出力部107)
出力部107は、可視化データ作成部106で作成された表示データをコンピュータディスプレイに表示する。また、出力部107は、このような表示データに代えてまたは加えて、データ同化部105により導出された各時刻での状態ベクトルの推定値を構成する各位置における溶鋼3の温度と流速のデータを出力することができる。出力の態様は、可視化装置100の内部または外部の記憶媒体への送信、外部装置への送信が挙げられる。このようにすれば、各時刻での各位置における溶鋼3の温度と流速を表示するための表示データを、後で別途作成することができる。
(Output unit 107)
The output unit 107 displays the display data created by the visualization data creating unit 106 on a computer display. In addition, instead of or in addition to such display data, the output unit 107 outputs the data of the temperature and the flow velocity of the molten steel 3 at each position constituting the estimated value of the state vector at each time derived by the data assimilation unit 105. Can be output. Examples of the output mode include transmission to a storage medium inside or outside the visualization device 100 and transmission to an external device. By doing so, display data for displaying the temperature and flow velocity of the molten steel 3 at each position at each time can be separately created later.

(動作フローチャート)
次に、図3のフローチャートを参照しながら、可視化装置100の処理の一例を説明する。
まず、ステップS301において、数値シミュレーション部101は、時刻tを初期値(t0)に設定する。
次に、ステップS302において、数値シミュレーション部101は、時刻tでの溶鋼3の温度および流速、並びに時刻tから時刻t+Δtまでの間での境界条件のパラメータの初期値を設定する。
(Operation flowchart)
Next, an example of the processing of the visualization device 100 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in step S301, the numerical simulation unit 101 sets the time t to an initial value (t 0 ).
Next, in step S302, the numerical simulation unit 101 sets the temperature and flow velocity of the molten steel 3 at time t, and the initial values of the parameters of the boundary conditions from time t to time t + Δt.

次に、ステップS303において、数値シミュレーション部101は、時刻tを時刻t+Δtに更新して、処理は、ステップS304に進む。
次に、ステップS304において、数値シミュレーション部101は、時刻tにおける計算格子点における溶鋼3の温度および流速を導出する。
Next, in step S303, the numerical simulation unit 101 updates time t to time t + Δt, and the process proceeds to step S304.
Next, in step S304, the numerical simulation unit 101 derives the temperature and flow velocity of the molten steel 3 at the calculation grid point at time t.

次に、ステップS305において、第1の確率密度関数導出部102は、時刻tでの状態ベクトルxt(各計算格子点jにおける溶鋼3の温度および流速)の第1の確率密度関数p(xt|yt-Δt)を導出する。
次に、ステップS306において、観測データ取得部103は、時刻tでの観測データyt (0)(各観測位置iにおける溶鋼3の温度と鋳造方向(Z軸方向)の流速)を取得する。
Next, in step S305, the first probability density function deriving unit 102 determines the first probability density function p (x) of the state vector x t (temperature and flow velocity of the molten steel 3 at each calculation grid point j) at time t. t | y t−Δt ).
Next, in step S306, the observation data acquisition unit 103 acquires the observation data y t (0) (the temperature of the molten steel 3 at each observation position i and the flow velocity in the casting direction (Z-axis direction)) at time t.

次に、ステップS307において、尤度関数導出部104は、観測データyt (0)に基づいて、時刻tでの状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)を導出する。
次に、ステップS308において、データ同化部105は、時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|y0:t-Δt)と、当該時刻tでの状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)とを、ベイズ統計のモデリングによるデータ同化を行うフィルタのアルゴリズムに与えることにより、時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|yt0:t)を導出する。
Next, in step S307, the likelihood function deriving unit 104 derives a likelihood function L (x t | y t ) of the state vector x t at time t based on the observation data y t (0) .
Next, in step S308, the data assimilation unit 105, a first probability density function p of the state vector x t at time t (x t | y 0: t-Δt) and the state vector x in the time t t of the likelihood function L | a (x t y t), by providing a filter algorithm to perform data assimilation by modeling Bayesian statistics, the second probability density function p of the state vector x t at time t ( x t | y t0: t ).

次に、ステップS309において、データ同化部105は、時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|yt)の最頻値を、時刻tでの状態ベクトルの推定値として導出する。
次に、ステップS310において、可視化データ作成部106は、データ同化部105により導出された時刻tでの状態ベクトルの推定値を構成する各位置における溶鋼3の温度と流速の表示データを作成する。
Next, in step S309, the data assimilation unit 105 estimates the mode value of the second probability density function p (x t | y t ) of the state vector x t at time t by estimating the state vector at time t. Derived as a value.
Next, in step S310, the visualization data creation unit 106 creates display data of the temperature and the flow velocity of the molten steel 3 at each position constituting the estimated value of the state vector at the time t derived by the data assimilation unit 105.

次に、ステップS311において、出力部107は、時刻tが、予め設定された時刻Tになったか否かを判定する。この判定の結果、時刻tが、予め設定された時刻Tになっていない場合、処理は、ステップS312に進む。
ステップS312において、数値シミュレーション部101は、数値シミュレーションで使用するデータである時刻tでの溶鋼3の温度および流速、並びに時刻tから時刻t+Δtまでの間での境界条件のパラメータを、ステップS307でデータ同化部105により導出された、時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|yt0:t)に基づいて導出する。
Next, in step S311, the output unit 107 determines whether the time t has reached a preset time T. If the result of this determination is that the time t has not reached the preset time T, the process proceeds to step S312.
In step S312, the numerical simulation unit 101 transmits the temperature and flow velocity of the molten steel 3 at time t, which is data used in the numerical simulation, and the parameters of the boundary conditions from time t to time t + Δt in step S307. derived by the assimilation unit 105, the second probability density function p of the state vector x t at time t (x t | y t0: t) is derived based on.

そして、処理は、ステップS303に進み、時刻tが、予め設定された時刻Tになるまで、ステップS303〜S312の処理が繰り返し実行される。尚、ステップS304においては、ステップS304の直前のステップS312で導出された溶鋼3の温度および流速、並びに境界条件のパラメータが用いられる。
以上のようにして時刻tが、予め設定された時刻Tになると、処理は、ステップS313に進む。ステップS313において、出力部107は、可視化データ(可視化データ作成部106で作成された表示データと、データ同化部105により導出された各時刻での状態ベクトルの推定値を構成する各位置における溶鋼3の温度と流速のデータ)を出力する。尚、表示データは、ステップS309で表示データが作成される度にコンピュータディスプレイに表示されるようにしてもよい。
Then, the process proceeds to step S303, and the processes of steps S303 to S312 are repeatedly executed until the time t reaches a preset time T. In step S304, the parameters of the temperature and flow velocity of the molten steel 3 and the boundary conditions derived in step S312 immediately before step S304 are used.
When the time t reaches the preset time T as described above, the process proceeds to step S313. In step S313, the output unit 107 outputs the visualized data (the display data created by the visualized data creation unit 106 and the molten steel 3 at each position constituting the estimated value of the state vector at each time derived by the data assimilation unit 105). Temperature and flow velocity data). The display data may be displayed on the computer display every time the display data is created in step S309.

(実施例)
次に、実施例を説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
本実施例では、図7に示す構成の鉄鋼の連続鋳造機について、可視化装置100によって可視化を行った。鋳型4の長辺の長さは1500mm、短辺の長さは250mmである。
(Example)
Next, examples will be described, but the present invention is not limited to the following examples.
In this embodiment, the visualization device 100 visualized the continuous steel casting machine having the configuration shown in FIG. The length of the long side of the mold 4 is 1500 mm, and the length of the short side is 250 mm.

本実施例では、数値シミュレーション部101は、凝固シェル8の生成を考慮せずに(即ち、凝固シェル8は生成されないものとして)、有限体積法により、可視化対象面の各時刻tでの各位置における溶鋼3の流速および温度を計算した。可視化対象面の幅(X軸方向の長さ)は1500mm、深さ(Z軸方向の長さ)は、5000mmとした。この可視化対象面の領域内に2600点の計算格子点を設定した。また、溶鋼3の熱伝導度、比熱、密度、および粘性係数などの必要な物性値を設定した。   In the present embodiment, the numerical simulation unit 101 does not consider generation of the solidified shell 8 (that is, assuming that the solidified shell 8 is not generated), and uses the finite volume method to determine each position of the visualization target surface at each time t. The flow velocity and temperature of the molten steel 3 at were calculated. The width (length in the X-axis direction) of the surface to be visualized was 1500 mm, and the depth (length in the Z-axis direction) was 5000 mm. 2600 calculation grid points were set in the area of the surface to be visualized. In addition, necessary physical properties such as thermal conductivity, specific heat, density, and viscosity coefficient of the molten steel 3 were set.

更に、伝熱の境界条件は、溶鋼3の外周境界において熱流束を定数で与えるものとした。また、流動の境界条件は、溶鋼3の湯面において流速の鉛直成分(Z軸方向の成分)を与えるものとし、鋳型4の内壁面と、浸漬ノズル6の外壁面と、溶鋼3の下端とにおいて流速の全成分を与えるものとし、吐出口7においては圧力を与えるものとした。そして、湯面における流速の鉛直成分(Z軸方向の成分)の初期値として、0(ゼロ)を設定(スリップ条件)した。また、鋳型4の内壁面と、浸漬ノズル6の外壁面とにおける流速の全成分の初期値として、0(ゼロ)に設定した。また、湯面から5000mm下側(Z軸の正の方向)に離れた位置(溶鋼3の下端)における流速の初期値として、X軸方向を0(ゼロ)、Z軸方向を鋳造速度(鋳片の引き抜き速度)と同じに設定した。また、吐出口7における圧力の初期値として、浸漬ノズル6の外壁面との境界では0(ゼロ)以外の値をもつが、それらの平均値が0(ゼロ)になるように設定した。   Further, the heat transfer boundary conditions were such that a constant heat flux was provided at the outer peripheral boundary of the molten steel 3. The boundary conditions of the flow are such that a vertical component (component in the Z-axis direction) of the flow velocity is given on the surface of the molten steel 3, and the inner wall surface of the mold 4, the outer wall surface of the immersion nozzle 6, the lower end of the molten steel 3, , All the components of the flow velocity are given, and pressure is given to the discharge port 7. Then, 0 (zero) was set (slip condition) as an initial value of the vertical component (component in the Z-axis direction) of the flow velocity on the molten metal surface. The initial values of all components of the flow velocity on the inner wall surface of the mold 4 and the outer wall surface of the immersion nozzle 6 were set to 0 (zero). Further, as initial values of the flow velocity at a position 5000 mm below the molten metal surface (positive direction of the Z axis) (the lower end of the molten steel 3), the X axis direction is 0 (zero), and the Z axis direction is the casting speed (casting speed). (Drawing speed of the piece). The initial value of the pressure at the discharge port 7 has a value other than 0 (zero) at the boundary with the outer wall surface of the immersion nozzle 6, but the average value thereof is set to 0 (zero).

数値シミュレーション部101は、時刻tでの各計算格子点jにおける溶鋼3の温度および流速の値、並びに、時刻tから時刻t+Δtまでの間での溶鋼3の外周における熱流束分布、吐出口7における圧力、および鋳造速度を入力する。そうすると、数値シミュレーション部101は、時刻tを時刻t+Δtに更新して、時刻tでの各計算格子点jにおける溶鋼3の温度と流速を数値シミュレーションにより算出する。これにより、各時刻tでの数値解析データxt (k)(各計算格子点jにおける溶鋼3の温度および流速)が得られる。 The numerical simulation unit 101 calculates the values of the temperature and the flow velocity of the molten steel 3 at each calculation grid point j at the time t, the heat flux distribution on the outer periphery of the molten steel 3 from the time t to the time t + Δt, Enter pressure and casting speed. Then, numerical simulation section 101 updates time t to time t + Δt, and calculates the temperature and flow velocity of molten steel 3 at each calculation grid point j at time t by numerical simulation. Thereby, numerical analysis data x t (k) (temperature and flow velocity of molten steel 3 at each calculation grid point j ) at each time t is obtained.

数値シミュレーション部101は、各時刻tにおいて、時刻t−Δtでの溶鋼3の温度と、時刻t−Δtでの溶鋼3の流速と、時刻t−Δtから時刻tまでの間での境界条件のパラメータの少なくとも1つとのうち、少なくとも1つが異なる最大100ケースのそれぞれについて数値シミュレーションを同時並行で行う。これにより、各時刻tにおいて、多数の計算結果(数値解析データ(各計算格子点jにおける溶鋼3の温度および流速)のアンサンブル{xt (k)k)が得られる。
第1の確率密度関数導出部102は、多数の計算結果(数値解析データ(各計算格子点jにおける溶鋼3の温度および流速)のアンサンブル{xt (k)k)から、各時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|yt-Δt)を導出する。
At each time t, the numerical simulation unit 101 calculates the temperature of the molten steel 3 at the time t-Δt, the flow velocity of the molten steel 3 at the time t-Δt, and the boundary conditions from the time t-Δt to the time t. Numerical simulation is performed simultaneously and simultaneously for each of up to 100 cases in which at least one of the parameters differs from at least one of the parameters. Thereby, at each time t, a large number of calculation results (an ensemble {x t (k)k ) of numerical analysis data (temperature and flow velocity of the molten steel 3 at each calculation grid point j) are obtained.
The first probability density function deriving unit 102 calculates the number of calculation results (an ensemble {x t (k)k ) of numerical analysis data (temperature and flow velocity of the molten steel 3 at each calculation grid point j) at each time t. Derives a first probability density function p (x t | y t-Δt ) of the state vector x t of

本実施例では、鋳型4に埋め込まれた温度計F1〜F12、L1〜L12で測定された温度を利用して観測データを得た。
温度計F1〜F12、L1〜L12は、図2に示すようにして配置されている。従って、観測データ取得部103は、可視化装置100の測定対象面の数値シミュレーションと対応させるために、鋳型4の奥行方向(Y軸方向)において相互に対向する2つの温度計F、Lの合計12組のそれぞれについて、当該2つの温度計F、Lで同時刻に測定された温度の算術平均値を導出する。そして、観測データ取得部103は、この算術平均値を、当該温度の導出元となる2つの温度計F、Lが存在しているX−Z平面上の位置(座標(X,Z))の温度とし、その時系列データを求める。観測データ取得部103は、このようにして求めた12個の温度の時系列データを、鋳型4の冷却水の温度と、鋳型4の熱伝導度とに基づいて外挿し、可視化対象面の各観測位置iでの溶鋼3の温度を観測データyt (0)として導出する。
In this example, observation data was obtained using the temperatures measured by the thermometers F1 to F12 and L1 to L12 embedded in the mold 4.
The thermometers F1 to F12 and L1 to L12 are arranged as shown in FIG. Therefore, in order to correspond to the numerical simulation of the measurement target surface of the visualization device 100, the observation data acquisition unit 103 calculates a total of 12 thermometers F and L facing each other in the depth direction (Y-axis direction) of the mold 4. For each of the sets, an arithmetic average of the temperatures measured at the same time by the two thermometers F and L is derived. Then, the observation data acquisition unit 103 calculates the arithmetic average value of the position (coordinates (X, Z)) on the XZ plane where the two thermometers F and L from which the temperature is derived exist. The temperature is used, and the time series data is obtained. The observation data acquisition unit 103 extrapolates the time series data of the twelve temperatures obtained in this manner based on the temperature of the cooling water of the mold 4 and the thermal conductivity of the mold 4 to obtain each of the visualization target surfaces. The temperature of the molten steel 3 at the observation position i is derived as observation data y t (0) .

図4は、観測データ(温度)の一例を示す図である。図4において、数値は、図2に示す温度計F1〜F12、L1〜L12の番号に対応する。例えば、図4(a)に示す「1」は、温度計F1、L1で同時刻に測定された温度の算術平均値に基づいて導出された観測データを示す。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of observation data (temperature). In FIG. 4, the numerical values correspond to the numbers of the thermometers F1 to F12 and L1 to L12 shown in FIG. For example, “1” shown in FIG. 4A indicates observation data derived based on the arithmetic mean value of the temperatures measured at the same time by the thermometers F1 and L1.

尤度関数導出部104は、観測ベクトルytの観測ノイズとして、測定直前の一定期間(例えば、6時間または24時間)に導出された、複数の観測データ{yt-nΔt (0),…,yt (0)}を統計処理する。本実施例では、尤度関数導出部104は、時刻tでの観測ノイズは、平均ベクトルが0(ゼロベクトル)のガウス分布に従うものとし、その分散共分散行列値を算出する。これにより、各時刻tでの状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)が得られる。 The likelihood function deriving unit 104 calculates a plurality of observation data {y t-nΔt (0) ,... Derived as observation noise of the observation vector y t during a certain period (for example, 6 hours or 24 hours) immediately before measurement. , Y t (0) }. In the present embodiment, the likelihood function deriving unit 104 assumes that the observation noise at time t follows a Gaussian distribution with an average vector of 0 (zero vector), and calculates the variance-covariance matrix value. Thus, the likelihood function L of the state vector x t at each time t (x t | y t) is obtained.

データ同化部105は、各時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|y0:t-Δt)と、各時刻tでの状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)とを、アンサンブルカルマンフィルタのアルゴリズムに与えることにより、フィルタ演算を行う。これにより、時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|yt0:t)が得られる。(1)式において、観測行列Htは、各観測位置iにおける溶鋼3の温度を状態ベクトルxtから導出するように設定し、観測ノイズwtは、平均ベクトルが0(ゼロベクトル)で、分散共分散行列の分散値は、各温度計F1〜F12、L1〜L12の位置で評価した観測データytの変動の過去24時間分の分散値、共分散値は0(ゼロ)とした。 Data assimilation unit 105, a first probability density function p of the state vector x t at each time t (x t | y 0: t-Δt) and, the likelihood function L of the state vector x t at each time t By applying (x t | y t ) to the algorithm of the ensemble Kalman filter, a filter operation is performed. Thus, a second probability of the state vector x t at time t density function p (x t | y t0: t) is obtained. In (1), the observation matrix H t is set to derive the temperature of the molten steel 3 at each observation position i from the state vector x t, observation noise w t is the mean vector of 0 (zero vector), variance covariance matrix, the thermometer F1 to F12, the variance of the last 24 hours of the variation of the observed data y t evaluated at the position of the L1 to L12, the covariance value is set to 0 (zero).

データ同化部105は、時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|yt0:t)の最頻値を、時刻tでの状態ベクトルxtの推定値として導出する。 Data assimilation unit 105, the second probability density function p of the state vector x t at time t (x t | y t0: t) deriving the mode of, as an estimate of the state vector x t at time t I do.

また、数値シミュレーション部101は、データ同化部105により導出された、時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|yt0:t)から、時刻tでの溶鋼3の温度および流速、並びに時刻tから時刻t+Δtまでの間での境界条件のパラメータの組をランダムに100組ほど構築し、時刻tから時刻t+Δtまでの数値シミュレーションを行う。新たな境界条件は、浸漬ノズル6の吐出口7の位置での圧力の分布のみを、時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|yt0:t)に基づいて修正し、その他の境界条件は、変更初期のままで固定した。時間隔Δtは10秒とした。 Further, the numerical simulation unit 101 calculates the molten steel 3 at the time t from the second probability density function p (x t | y t0: t ) of the state vector x t at the time t derived by the data assimilation unit 105. Approximately 100 sets of parameters of the temperature and flow velocity and the boundary conditions from time t to time t + Δt are constructed at random, and a numerical simulation from time t to time t + Δt is performed. New boundary conditions, only the distribution of pressure at the location of the discharge port 7 of the immersion nozzle 6, the second probability density function of the state vector x t at time t p (x t | y t0 : t) Based The other boundary conditions were fixed as they were at the beginning of the change. The time interval Δt was 10 seconds.

可視化データ作成部106は、データ同化部105により導出された、時刻tでの状態ベクトルの推定値を構成する各位置における溶鋼3の温度と流速に基づいて、可視化データを作成する。出力部107は、可視化データ作成部106により可視化データが作成される度に、可視化データをコンピュータディスプレイに表示する。   The visualization data creation unit 106 creates the visualization data based on the temperature and the flow velocity of the molten steel 3 at each position constituting the estimated value of the state vector at the time t, derived by the data assimilation unit 105. The output unit 107 displays the visualized data on the computer display every time the visualized data is generated by the visualized data generating unit 106.

図5は、可視化データの発明例を示す図である。図5では、流速のベクトルの大きさを等値線で示し、流速のベクトルの向きを矢印線の向きで示す。また、図5では、時刻100秒から900秒まで100秒おきに得られた可視化データを順番に示す(図5の各画像の下に示す数値が時刻を表す)。図5では、溶鋼3の流速のみを可視化データとして示す。   FIG. 5 is a diagram showing an invention example of visualization data. In FIG. 5, the magnitude of the flow velocity vector is indicated by an isoline, and the direction of the flow velocity vector is indicated by the direction of an arrow line. Further, in FIG. 5, the visualization data obtained every 100 seconds from the time 100 seconds to 900 seconds is shown in order (the numerical value shown below each image in FIG. 5 represents the time). In FIG. 5, only the flow velocity of the molten steel 3 is shown as visualization data.

図5では、浸漬ノズル6から鋳型4内に左右に分かれて注入される溶鋼3が左右対称に流れずに、時々刻々と変化していることが明確に示されている。例えば、時刻100秒から200秒の辺りでは、浸漬ノズル6の右側よりも左側で強く水平に方向に吐き出されて流れていたものが、時刻400秒から500秒あたりでは右側で強く流れ、時刻700秒あたりでは左側で強く流れ、時刻900秒ではまた右側で強く流れている様子がわかる。このように、本実施例において、時事刻々と変わる溶鋼3の偏流の様子を可視化することが確認できた。   FIG. 5 clearly shows that the molten steel 3 injected into the mold 4 separately from the immersion nozzle 6 into the mold 4 does not flow symmetrically but changes every moment. For example, around the time of 100 seconds to 200 seconds, the immersion nozzle 6 discharged and flowed in the horizontal direction more strongly on the left side than the right side. It can be seen that the flow is strong on the left side per second, and is strong on the right side again at time 900 seconds. As described above, in this example, it was confirmed that the state of drift of the molten steel 3 that changes momentarily was visualized.

図6は、可視化データの比較例を示す図である。図6でも、図5と同様に、溶鋼3の流速のみを可視化データとして示す。比較例では、温度計F1〜F12、L1〜L12で測定された温度に基づく観測データを入力せずに、可視化装置100を動作させた。図6に示すように、何れの時刻においても、溶鋼3は、ほぼ左右対称に流れる様子を示した。しかしながら、このときの温度計F1〜F12、L1〜L12で測定された温度は、発明例とほぼ同様に、数℃の範囲で約100秒の周期で変化したが(図4を参照)、可視化データでは、溶鋼3の温度は時間的にほとんど変化せず、偏流を表現することができなかった。   FIG. 6 is a diagram illustrating a comparative example of the visualization data. 6, only the flow rate of the molten steel 3 is shown as visualization data, as in FIG. In the comparative example, the visualization device 100 was operated without inputting observation data based on the temperatures measured by the thermometers F1 to F12 and L1 to L12. As shown in FIG. 6, the molten steel 3 flowed almost symmetrically at any time. However, at this time, the temperatures measured by the thermometers F1 to F12 and L1 to L12 changed in a range of several degrees Celsius in a cycle of about 100 seconds in substantially the same manner as in the invention example (see FIG. 4). In the data, the temperature of the molten steel 3 hardly changed with time, and it was not possible to express a drift.

(まとめ)
以上のように本実施形態では、可視化装置100は、時刻tでの状態ベクトルxtの第1の確率密度関数p(xt|y0:t-Δt)と、当該時刻tでの状態ベクトルxtの尤度関数L(xt|yt)とを、データ同化を行うフィルタのアルゴリズムに与えることにより、時刻tでの状態ベクトルxtの第2の確率密度関数p(xt|y0:t)を導出する。可視化装置100は、この第2の確率密度関数p(xt|y0:t)の最頻値を、時刻tでの状態ベクトルxtの推定値として導出する。また、可視化装置100は、この第2の確率密度関数p(xt|y0:t)に基づいて、時刻t+Δtでの数値解析データxtを求めるための溶鋼3の温度および流速、並びに境界条件のパラメータを複数導出する。従って、連続鋳造機の内部における溶融金属の流動および温度の分布を、観測データによる事実と、物理法則に基づいた数値シミュレーションによる合理的な数値データとして可視化できて、溶鋼3の偏流の様な異常現象の発生の様子を、時々刻々と知ることがきる。よって、鋳造の操業条件を臨機応変に制御したり、問題のある部材の変更、交換をタイミングよく行ったりすることが可能になり、高品質の鋼材を歩留まり良くかつ生産性良く製造することができる。
(Summary)
As described above, in the present embodiment, the visualization device 100 determines the first probability density function p (x t | y 0: t−Δt ) of the state vector x t at the time t and the state vector at the time t. likelihood function L of x t (x t | y t) and the, by providing a filter algorithm to perform data assimilation, a second probability of the state vector x t at time t density function p (x t | y 0: t ). The visualization device 100 derives the mode value of the second probability density function p (x t | y 0: t ) as the estimated value of the state vector x t at time t. The visualization apparatus 100, the second probability density function p (x t | y 0: t) based on the temperature and flow rate of the molten steel 3 to determine the numerical analysis data x t at time t + Delta] t, and boundary Deriving multiple condition parameters. Therefore, the flow and temperature distribution of the molten metal in the continuous casting machine can be visualized as facts based on observation data and rational numerical data obtained by numerical simulation based on the laws of physics. You can know the occurrence of the phenomenon moment by moment. Therefore, it becomes possible to flexibly control the operating conditions of the casting, change the problematic member, and perform the replacement with good timing, and produce a high-quality steel material with good yield and high productivity. .

尚、本実施形態において、可視化装置100は、第2の確率密度関数p(xt|y0:t)の最頻値を、時刻tでの状態ベクトルxtの推定値として導出したが、第2の確率密度関数p(xt|y0:t)の平均値を、時刻tでの状態ベクトルxtの推定値として導出してもよいし、第2の確率密度関数p(xt|y0:t)の中央値を、時刻tでの状態ベクトルxtの推定値として導出してもよい。
また、本実施形態において、可視化対象領域は、溶鋼3が存在する領域に限定したが、溶鋼3と凝固シェル8とが存在する領域にしてもよい。この場合、数値シミュレーション部101では、溶鋼3の物性値と、凝固シェル8の物性値と、凝固潜熱とを用いて、凝固を伴う非定常の伝熱および流動の数値シミュレーションを行えばよい。
In the present embodiment, the visualization device 100 derives the mode value of the second probability density function p (x t | y 0: t ) as the estimated value of the state vector x t at the time t. The average value of the second probability density function p (x t | y 0: t ) may be derived as an estimated value of the state vector x t at time t, or the second probability density function p (x t | Y 0: t ) may be derived as an estimate of the state vector x t at time t.
Further, in the present embodiment, the visualization target region is limited to the region where the molten steel 3 exists, but may be a region where the molten steel 3 and the solidified shell 8 exist. In this case, the numerical simulation unit 101 may perform a numerical simulation of unsteady heat transfer and flow accompanied by solidification using the physical property values of the molten steel 3, the physical property values of the solidified shell 8, and the latent heat of solidification.

尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも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、また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。
The embodiments of the present invention described above can be realized by a computer executing a program. Further, a computer-readable recording medium on which the program is recorded and a computer program product such as the program can also be applied as an embodiment of the present invention. As the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, and the like can be used.
In addition, the embodiments of the present invention described above are merely examples of specific embodiments for carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be interpreted in a limited manner. Things. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features.

1:取鍋、2:タンディッシュ、3:溶鋼、4:鋳型、5:スライディングノズル、6:浸漬ノズル、7:吐出口、8:凝固シェル、9:湯面レベル計、100:連続鋳造鋳型内可視化装置、101:数値シミュレーション部、102:第1の確率密度関数導出部、103:観測データ取得部、104:尤度関数導出部、105:データ同化部、106:可視化データ作成部、107:出力部、F1〜F12、L1〜L12:温度計   1: ladle, 2: tundish, 3: molten steel, 4: mold, 5: sliding nozzle, 6: immersion nozzle, 7: discharge port, 8: solidified shell, 9: level gauge, 100: continuous casting mold Internal visualization device, 101: numerical simulation unit, 102: first probability density function derivation unit, 103: observation data acquisition unit, 104: likelihood function derivation unit, 105: data assimilation unit, 106: visualization data creation unit, 107 : Output unit, F1 to F12, L1 to L12: thermometer

Claims (8)

連続鋳造設備の鋳型に注入される溶融金属の可視化対象領域の各計算位置における物理量からなるベクトルである状態ベクトルについて、時刻tでの前記状態ベクトルのデータである数値解析データを数値シミュレーションにより時間隔Δtごとに導出することを、時刻tの前記時間隔Δtだけ前の時刻t−Δtでの前記溶融金属の温度と、当該時刻t−Δtでの前記溶融金属の流速と、当該時刻t−Δtから当該時刻tまでの間での境界条件のパラメータの少なくとも1つとのうち、少なくとも1つが異なる複数のケースのそれぞれについて行う数値シミュレーション手段と、
前記数値シミュレーション手段により導出された前記複数のケースの時刻tでの数値解析データから当該時刻tでの前記状態ベクトルの第1の確率密度関数を導出する第1の確率密度関数導出手段と、
前記連続鋳造設備の各観測位置における物理量からなるベクトルである観測ベクトルについて、時刻tでの前記観測ベクトルのデータである観測データを前記各観測位置に配置されたセンサで測定することにより前記時間隔Δtごとに取得する観測データ取得手段と、
前記観測データ取得手段により取得された時刻tでの観測データから当該時刻tでの前記状態ベクトルの尤度関数を導出する尤度関数導出手段と、
前記第1の確率密度関数導出手段により導出された時刻tでの前記状態ベクトルの前記第1の確率密度関数と、前記尤度関数導出手段により導出された当該時刻tでの前記状態ベクトルの前記尤度関数とに基づいて、ベイズ統計のモデリングによるデータ同化を行うフィルタにより、当該時刻tでの前記状態ベクトルの第2の確率密度関数を導出し、当該状態ベクトルの前記第2の確率密度関数に基づいて、当該時刻tでの前記状態ベクトルの推定値を導出するデータ同化手段と、
を有し、
前記数値シミュレーション手段において時刻tでの前記数値解析データを導出する際の前記複数のケースは、前記データ同化手段により導出された当該時刻tの前記時間隔Δtだけ前の時刻t−Δtでの前記状態ベクトルの前記第2の確率密度関数に基づいて導出されることを特徴とする連続鋳造鋳型内可視化装置。
For a state vector that is a vector composed of physical quantities at each calculation position of the visualization target region of the molten metal injected into the mold of the continuous casting equipment, numerical analysis data that is data of the state vector at time t is subjected to time interval by numerical simulation. To derive for each Δt, the temperature of the molten metal at the time t-Δt before the time interval Δt of the time t, the flow rate of the molten metal at the time t-Δt, and the time t-Δt Numerical simulation means for performing each of a plurality of cases in which at least one of at least one of the parameters of the boundary condition is different from t to the time t;
First probability density function deriving means for deriving a first probability density function of the state vector at the time t from numerical analysis data at the time t of the plurality of cases derived by the numerical simulation means;
For the observation vector that is a vector composed of physical quantities at each observation position of the continuous casting facility, the time interval is obtained by measuring observation data that is the data of the observation vector at time t with a sensor arranged at each observation position. Observation data acquisition means for acquiring for each Δt;
A likelihood function deriving unit that derives a likelihood function of the state vector at the time t from observation data at the time t acquired by the observation data acquiring unit;
The first probability density function of the state vector at the time t derived by the first probability density function deriving means, and the state probability vector of the state vector at the time t derived by the likelihood function deriving means. A second probability density function of the state vector at the time t is derived by a filter that performs data assimilation by modeling of Bayesian statistics based on the likelihood function and the second probability density function of the state vector Data assimilation means for deriving an estimated value of the state vector at the time t based on
Has,
The plurality of cases in deriving the numerical analysis data at the time t in the numerical simulation means may include the time t-Δt at the time interval Δt before the time t derived by the data assimilation means. A continuous casting mold visualization device, which is derived based on the second probability density function of a state vector.
前記データ同化手段により導出された時刻tでの前記状態ベクトルの推定値に基づいて、時刻tでの前記可視化対象領域の各計算位置における前記物理量の表示データを作成する可視化データ作成手段を更に有することを特徴とする請求項1に記載の連続鋳造鋳型内可視化装置。   There is further provided visualization data creation means for creating display data of the physical quantity at each calculation position of the visualization target area at time t based on the estimated value of the state vector at time t derived by the data assimilation means. The visualization device in a continuous casting mold according to claim 1, wherein: 前記データ同化手段は、時刻tでの前記状態ベクトルの第2の確率密度関数の最頻値を、時刻tでの前記状態ベクトルの推定値として導出することを特徴とする請求項1または2に記載の連続鋳造鋳型内可視化装置。   The method according to claim 1, wherein the data assimilation unit derives a mode value of a second probability density function of the state vector at time t as an estimated value of the state vector at time t. The visualization device in a continuous casting mold as described in the above. 前記可視化対象領域の各計算位置における前記物理量は、前記溶融金属の温度および流速の少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の連続鋳造鋳型内可視化装置。   The visualization in the continuous casting mold according to any one of claims 1 to 3, wherein the physical quantity at each calculation position of the visualization target area includes at least one of a temperature and a flow velocity of the molten metal. apparatus. 前記センサは、前記鋳型に埋め込まれた複数の温度計と、前記溶融金属の湯面の高さ方向の位置を測定する湯面レベル計との少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の連続鋳造鋳型内可視化装置。   The sensor includes at least one of a plurality of thermometers embedded in the mold and a level gauge for measuring a position of the molten metal in a height direction. The visualization device in a continuous casting mold according to any one of claims 1 to 4. 前記フィルタは、アンサンブルカルマンフィルタまたは粒子フィルタであることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の連続鋳造鋳型内可視化装置。   The visualization device according to any one of claims 1 to 5, wherein the filter is an ensemble Kalman filter or a particle filter. 連続鋳造設備の鋳型に注入される溶融金属の可視化対象領域の各計算位置における物理量からなるベクトルである状態ベクトルについて、時刻tでの前記状態ベクトルのデータである数値解析データを数値シミュレーションにより時間隔Δtごとに導出することを、時刻tの前記時間隔Δtだけ前の時刻t−Δtでの前記溶融金属の温度と、当該時刻t−Δtでの前記溶融金属の流速と、当該時刻t−Δtから当該時刻tまでの間での境界条件のパラメータの少なくとも1つとのうち、少なくとも1つが異なる複数のケースのそれぞれについて行う数値シミュレーション工程と、
前記数値シミュレーション工程により導出された前記複数のケースの時刻tでの数値解析データから当該時刻tでの前記状態ベクトルの第1の確率密度関数を導出する第1の確率密度関数導出工程と、
前記連続鋳造設備の各観測位置における物理量からなるベクトルである観測ベクトルについて、時刻tでの前記観測ベクトルのデータである観測データを前記各観測位置に配置されたセンサで測定することにより前記時間隔Δtごとに取得する観測データ取得工程と、
前記観測データ取得工程により取得された時刻tでの観測データから当該時刻tでの前記状態ベクトルの尤度関数を導出する尤度関数導出工程と、
前記第1の確率密度関数導出工程により導出された時刻tでの前記状態ベクトルの前記第1の確率密度関数と、前記尤度関数導出工程により導出された当該時刻tでの前記状態ベクトルの前記尤度関数とに基づいて、ベイズ統計のモデリングによるデータ同化を行うフィルタにより、当該時刻tでの前記状態ベクトルの第2の確率密度関数を導出し、当該状態ベクトルの前記第2の確率密度関数に基づいて、当該時刻tでの前記状態ベクトルの推定値を導出するデータ同化工程と、
を有し、
前記数値シミュレーション工程において時刻tでの前記数値解析データを導出する際の前記複数のケースは、前記データ同化工程により導出された当該時刻tの前記時間隔Δtだけ前の時刻t−Δtでの前記状態ベクトルの前記第2の確率密度関数に基づいて導出されることを特徴とする連続鋳造鋳型内可視化方法。
For a state vector that is a vector composed of physical quantities at each calculation position of the visualization target region of the molten metal injected into the mold of the continuous casting equipment, numerical analysis data that is data of the state vector at time t is subjected to time interval by numerical simulation. To derive for each Δt, the temperature of the molten metal at the time t-Δt before the time interval Δt of the time t, the flow rate of the molten metal at the time t-Δt, and the time t-Δt A numerical simulation step performed for each of a plurality of cases in which at least one of at least one of the parameters of the boundary condition is different from t to the time t;
A first probability density function deriving step of deriving a first probability density function of the state vector at the time t from the numerical analysis data at the time t of the plurality of cases derived by the numerical simulation step;
For the observation vector that is a vector composed of physical quantities at each observation position of the continuous casting facility, the time interval is obtained by measuring observation data that is the data of the observation vector at time t with a sensor arranged at each observation position. An observation data acquisition step for acquiring at each Δt;
A likelihood function deriving step of deriving a likelihood function of the state vector at the time t from the observation data at the time t acquired in the observation data acquiring step;
The first probability density function of the state vector at the time t derived by the first probability density function deriving step; and the state vector at the time t derived by the likelihood function deriving step. A second probability density function of the state vector at the time t is derived by a filter that performs data assimilation by modeling of Bayesian statistics based on the likelihood function and the second probability density function of the state vector A data assimilation step of deriving an estimated value of the state vector at the time t based on
Has,
The plurality of cases in deriving the numerical analysis data at the time t in the numerical simulation step include the time t-Δt at the time interval Δt before the time t derived in the data assimilation step. A visualization method in a continuous casting mold, which is derived based on the second probability density function of a state vector.
請求項1〜6の何れか1項に記載の連続鋳造鋳型内可視化装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。   A non-transitory computer-readable storage medium storing a program for causing a computer to function as each unit of the continuous casting in-mold visualization device according to claim 1.
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