Ugitech社鋳造工程の最適化に COMSOL Multiphysicsを採用あらゆる産業において工程速度の最適化は重要な目標です。フランスのステンレス鋼メーカーUgitech社にとっての速度最適化とは、連続鋳造機の運転速度を製品の質を保ちつつ最大限速くすることを意味します。しかし、鋳出される四角柱の鋼片（ブルーム）を凝固が完了していない状態で切断すると、ブルーム内で溶融状態にある1.5トンもの液状鉄が縦型の連続鋳造機の底に向かって流れ出し、甚大な損害を引き起こす可能性があります。Ugitech社ではモデリングを活用し、150銘柄ある鉄鋼製品それぞれに適した温度と工程速度の設定を行っています。 Ugitech社（フランス、ユジーヌ）Christian Deville-Cavellin氏による寄稿最初に形成されるのは凝固シェル筆者プロフィール当社の鋳造工程では、循環冷却水が集中冷却する先細 Ugitech社研究センター（フ角柱形の銅製鋳型に溶鋼を流し込みます。ストランド内ランス、ユジーヌ）の液状の溶鋼が生じる溶鋼静圧に耐える凝固シェルは、この段金属冶金部[ L i q u i d M e t a l 階で形成されます。鋳型を通り過ぎると、3連続の冷却 Metallurgy Dept.]で部長を務めるChristian Deville- 水噴射がシェルの強度を徐々に増し、ローラーが隆起を Cavellin氏（工学博士）防止します。ストランドの温度は最終段階で放射によって下がります（図1を参照）。モデリングを用いた調査の一つは、ひび、製品表面付近擦がかかることで鋳型内でのシェル破壊が起こりかねまでの偏析、へこみ、振動疵（鋼片を滑らかに移動させるせん。ため鋳型を上下に振動させることによる）発生の可能ブルームが連続鋳型機を通るときその内部で何が起こっ性がある初期固化について行われました。温度が下がるているのかを理解する唯一の方法が、マルチフィジッにつれシェルは収縮し、ある時点で空隙が形成されますクスモデリングです。私たちは約6カ月の期間をかけ、（図2を参照）。空隙の位置は最終製品に大きな影響を COMSOL Multiphysics®を伝熱モジュールや構造力学モ与えるため、最適レベルへの制御には細心の注意が必要ジュールと合わせて使い、モデルの開発、固化過程におです。空隙の形成タイミングが早すぎると、シェルの温ける表面変形の解析、実験データを用いての検証を行い度がその場所では十分に下がらず凝固厚が薄くなり、製ました。品内部で欠陥が生じます。空隙の厚さが薄すぎた場合に接触条件と相変化は、鋳型のテーパーがきつくなりすぎるためストランドと銅製鋳型の間に摩擦が生じ、抜き出す過程で過度の摩このモデルは実際には2つの部分で構成されています。1 図1　鋳造工程の図示。液状の金属は水で冷却された鋳型に流し込まれ、対流と伝導により冷却され固化する。凝固シェル（表皮）が形成されると、連続的に噴射水で冷却され、その後放射により自然冷却が起こる。トーチ切断の位置決めには、固化前の液状鉄がどこまで続いているかの把握が不可欠である。もう一つの図は温度特性を示す。図2　空隙の形成（左）、ブルーム内熱束流（中）、ブルーム内温度（左）の確認にも同じモデルが使用された。空隙が与える影響は、熱束流や鋳造物の冷却など予想に難くないものから製品表面の品質にまで及ぶ。つはブルーム内の温度や相を予測する熱移動モデル、もこのモデルを使って機械の改修を評価することも可能でう1つは鋳型と鉄の界面について理解を深めるのに役立す。以前、作業性や整備効率向上のため二次冷却部を数つと同時に、ブルーム表面の特定欠陥を解明し修正するセンチメートル移動したいので調査してほしい、というための熱力学モデルです（図2を参照）。依頼が製造部門のエンジニアからありました。小さな改修であっても工程全体に多大な影響を与える可能性があ鉄と鋳型の接触条件が強い非線形性を持つため、モデルるため、このような高価な機材で気軽に実験を行うこと作成には困難がともないました。さらに、鉄は相変化はできません。作成したモデルで検証したところ、冷却します。このため、それぞれの銘柄について熱物理デー部の移動が深刻な事態を招く可能性はなく問題がないこタを入手し、モデルに組み込む必要がありました。例えとを確認できました。ば、長年蓄積された実験データに基づく熱伝導性の設別のケースでは、大問題の発生をこのモデルが防いでく定を3次多項式を使ってCOMSOLに直接組み込むと同時れました。このケースでは、製造部門のスタッフが、固に、ある重要な温度域については40～100のデータポイ化後の安全圏を1メートル以上確保したと考えた位置でントの表をデータとして組み込み、COMSOLで両者間ののトーチ切断を検討していました。モデルが示した結果外挿を実行します。は、切断が完全な固化の前に行われ溶融金属があふれ製品品質を保ち、かつ最終製品の性質を変化させること出るというもので、実行していれば大惨事が起こったなく工程速度を上げるため、私たちはこのモデルを使いことでしょう。このシミュレーションに使用したのも長い時間をかけて冷却のさまざまな側面について研究を COMSOLであり、現在では安全作業の限界値をより正確行いました。 [品質が安定しない製品を納品し]お客様がに調整することが可能になりました（図3を参照）。実験を行うような事態を招かないためにも、このような問題は細心の注意を必要とします。自動車や原子力など COMSOL Multiphysics®を選ぶ理由の産業では、エンドユーザが独自の試験を行い鉄製品の承認を行っています。そのため、工程の変更には十分な私たちがCOMSOLを選択したのは、他のシミュレーショ検討と計画が必要であり、さまざまな可能性を明らかにン製品も評価したうえでこのソフトウェアが3分の1の価し、理解の助けとなるこのようなモデルは非常に有益な格で最も高い性能を持つと判断したためです。その時すのです。でに機械工学専用のソフトウェアを所有していたため、図3　ストランドのトーチ切断は、ブルーム中心部の金属固化が完了してから行わなければならない。マルチフィジックスなツールの購入は有意義な投資になられるようになっただけでなく、問題解決の方法にも新ると経営陣を説得しなければなりませんでした。私たちしいアイデアが盛んに取り入れられています。は多種多様な問題に使用できる汎用ソフトウェアを必要当社では、シミュレーションに注力することを有益であとしていたのです。初期のプロジェクトでは、熱されると考える人間がますます増えています。私のところにたチューブ内を移動する線材の熱特性を明らかにしまし寄せられる質問も、「計算できるか」ではなく「もしこた。COMSOL Multiphysicsを使用して熱特性を確認できうしたら、またはああしたら、どうなるか」という内容たことで、モデリングを簡単かつ短時間で実施できるとに変わりました。さらに、COMSOL Multiphysicsはお客経営陣を説得することができました。様にアイデアやコンセプトを伝える際にも非常に役立っています。「連成というアプローチが、他のソフトとは比較にならない生産性をもたらしてくれました」あらゆる物理現象をモデルに取り込めるその性能により、COMSOLを実装し問題を解く事例はますます増えています。このアプローチのおかげで、当社の生産性は他のどのようなソフトウェアを使用した時よりも向上しています。初期プロジェクトの結果は現場のエンジニアが新しい発想を持つきっかけとなりさまざまな質問が発せ計測エンジニアリングシステム株式会社 T E L : 0 3 - 52 8 2-70 4 0 http://www.kesco.co.jp/ [email protected] FA X 0 3 - 52 8 2- 0 8 0 8