KR101368351B1 - Predicting method for thickness of solidified shell on continuous casting process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 몰드 출구에서 응고쉘의 두께를 예측할 수 있는 연속주조 시 응고쉘 두께 예측 방법에 관한 것으로, 연속주조 시 주조속도를 실시간 측정하는 단계와, 몰드 냉각수 유량, 냉각수 밀도, 냉각수의 열용량, 몰드 입측과 출측에서의 몰드 냉각수 온도차, 용강과 접촉하는 몰드 길이, 몰드 폭 중 적어도 어느 하나의 조업변수를 이용하여 몰드 전열량(HF)을 산출하는 단계와, 상기에서 측정된 주조속도와 상기에서 산출된 몰드 내 전열량을 변수로 하여 몰드 출구에서의 응고쉘 두께를 산출하여 예측하는 단계를 포함하는 연속주조 시 응고쉘 두께 예측 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for estimating the solidification shell thickness during continuous casting, which can predict the thickness of the solidification shell at the mold exit. Calculating a mold heat transfer amount (HF) using at least one operation variable among a mold coolant temperature difference between an entry side and an exit side, a mold length in contact with molten steel, and a mold width; It provides a method for predicting the solidification shell thickness during continuous casting comprising the step of calculating and predicting the solidification shell thickness at the exit of the mold using the heat transfer amount in the mold as a variable.

Description

연속주조 시 응고쉘 두께 예측 방법 {PREDICTING METHOD FOR THICKNESS OF SOLIDIFIED SHELL ON CONTINUOUS CASTING PROCESS}Prediction of solidification shell thickness during continuous casting {PREDICTING METHOD FOR THICKNESS OF SOLIDIFIED SHELL ON CONTINUOUS CASTING PROCESS}

본 발명은 연속주조 시 응고쉘 두께 예측 방법에 관한 것으로, 몰드 출구에서 응고쉘의 두께를 예측할 수 있는 연속주조 시 응고쉘 두께 예측 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for predicting the solidification shell thickness during continuous casting, and to a method for predicting the solidification shell thickness during continuous casting that can predict the thickness of the solidification shell at the mold exit.

일반적으로, 연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.In general, a continuous casting machine is a facility for producing cast steel of a certain size by receiving a molten steel produced in a steelmaking furnace and transferred to a ladle (Tundish) and then supplied to a continuous casting machine mold.

연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 연주주편으로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 연주주편을 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다.The continuous casting machine includes a ladle for storing molten steel, a playing mold for cooling the tundish and the molten steel discharged from the tundish for the first time to form a casting cast having a predetermined shape, and the casting cast formed in the mold connected to the mold. It includes a plurality of pinch rolls.

다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 연주주편으로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 연주주편은 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조된다.In other words, the molten steel tapping out of the ladle and tundish is formed as a cast piece having a predetermined width, thickness and shape in a mold and is transferred through a pinch roll, and the cast piece transferred through the pinch roll is cut by a cutter. It is made of slabs (Slab), Bloom (Bloom), Billet (Billet) and the like having a predetermined shape.

연속주조 시 몰드 내 응고쉘의 두께는 주편의 품질, 생산에 영향을 끼치게 된다. 관련 선행기술로는 한국공개특허 제1998-0056863호(공개일: 2000년 07월 15일, 명칭: 빌레트 연속주조기의 주조감시방법)가 있다.
The thickness of the solidified shell in the mold during continuous casting affects the quality and production of the cast steel. A related prior art is Korean Patent Publication No. 1998-0056863 (published on July 15, 2000, entitled " Billet continuous casting machine casting monitoring method ").

본 발명은 연속주조 시 몰드 출구에서의 응고쉘의 두께를 효과적으로 예측 할 수 있는 응고쉘의 두께 예측 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to provide a method for estimating the thickness of the solidification shell that can effectively predict the thickness of the solidification shell at the mold exit during continuous casting.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 연속주조 시 응고쉘 두께 예측 방법은, 연속주조 시 주조속도를 실시간 측정하는 단계와, 몰드 냉각수 유량, 냉각수 밀도, 냉각수의 열용량, 몰드 입측과 출측에서의 몰드 냉각수 온도차, 용강과 접촉하는 몰드 길이, 몰드 폭 중 적어도 어느 하나의 조업변수를 이용하여 몰드 전열량(HF)을 산출하는 단계와, 상기에서 측정된 주조속도와 상기에서 산출된 몰드 내 전열량을 변수로 하여 몰드 출구에서의 응고쉘 두께를 산출하여 예측하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for estimating solidification shell thickness during continuous casting, comprising: real-time measuring the casting speed during continuous casting; Calculating a heat transfer amount of the mold (HF) using at least one of a mold length and a mold width in contact with the molten steel, and using the casting speed and the heat transfer amount in the mold calculated as the variables. By calculating the solidification shell thickness at the mold exit.

상기 예측하는 단계에서, 상기 응고쉘 두께는 하기 관계식에 의하여 산출될 수 있다.In the predicting step, the solidification shell thickness may be calculated by the following relationship.

관계식Relation

Figure 112012016619011-pat00001
Figure 112012016619011-pat00001

(여기서, S는 몰드 출구에서 응고쉘 두께(mm)이고, VC는 주조속도 이고, HF는 몰드 전열량임)Where S is the solidification shell thickness (mm) at the mold exit, VC is the casting speed, and HF is the heat transfer of the mold

상기 몰드 전열량(HF)을 산출하는 단계에서, 상기 몰드 전열량(HF)은 하기 관계식과 같이 산출될 수 있다.In the step of calculating the mold heat transfer amount (HF), the mold heat transfer amount (HF) may be calculated as shown in the following relation.

관계식Relation

Figure 112012016619011-pat00002
Figure 112012016619011-pat00002

(여기서, Q는 몰드를 순환하여 냉각시키는 냉각수의 유량이고,

Figure 112012016619011-pat00003
는 냉각수 밀도이고,
Figure 112012016619011-pat00004
는 냉각수 열용량이고,
Figure 112012016619011-pat00005
는 몰드 입측과 출측의 냉각수 온도 차이이고,
Figure 112012016619011-pat00006
은 몰드가 용강과 접촉하는 길이, 즉 유효 몰드의 길이이고, W는 몰드 폭임)
(Where Q is the flow rate of the cooling water for circulating and cooling the mold,
Figure 112012016619011-pat00003
Is the cooling water density,
Figure 112012016619011-pat00004
Is the cooling water heat capacity,
Figure 112012016619011-pat00005
Is the difference between the coolant temperature at the inlet and outlet of the mold,
Figure 112012016619011-pat00006
Is the length the mold is in contact with the molten steel, i.e. the length of the effective mold, W is the mold width)

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 몰드 전열량과 주조속도를 이용하여 몰드 출구에서의 응고쉘의 두께를 효과적으로 예측함에 따라 고품질의 주편을 생산할 수 있도록 한다.
As described above, the present invention makes it possible to produce high-quality cast steel by effectively predicting the thickness of the solidification shell at the mold exit by using the heat transfer amount of the mold and the casting speed.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 몰드 및 그와 인접한 부분에서의 용강의 분포 형태를 보인 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 연속주조 시 몰드 출구에서 형성되는 응고쉘의 두께 예측방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 몰드에서 주조속도와 몰드 전열량을 임의의 값으로 하여 수치해석한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a conceptual diagram showing a continuous casting machine according to an embodiment of the present invention mainly on the flow of molten steel.
Fig. 2 is a conceptual diagram showing the distribution of molten steel in the mold and its adjacent portion in Fig. 1. Fig.
3 is a flowchart schematically illustrating a method of predicting a thickness of a solidified shell formed at a mold exit during continuous casting according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the results of numerical analysis in which the casting speed and the mold heat quantity in the mold are arbitrary values.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols whenever possible. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a continuous casting machine according to an embodiment of the present invention mainly on the flow of molten steel.

연속주조(continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형 또는 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸 또는 빌릿을 제조하는 데 이용된다.Continuous casting is a casting process in which a molten metal is continuously cast into a bottomless mold while continuously drawing a steel ingot or steel ingot. Continuous casting is used to make long products of simple cross-section, such as square, rectangular or round, and mainly slabs, blooms or billets, which are materials for rolling.

연속주조기는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(미 도시됨), 그리고 절단기(미 도시됨)를 포함할 수 있다.The continuous casting machine may include a ladle 10 and a tundish 20, a mold 30, secondary cooling bands 60 and 65, a pinch roll (not shown), and a cutter (not shown).

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다. The tundish 20 is a container that receives the molten metal from the ladle 10 and supplies the molten metal to the mold 30. Ladle 10 is provided in a pair, alternately receives molten steel to supply to the tundish 20. In the tundish 20, the supply rate of the molten metal flowing into the mold 30 is controlled, the molten metal is distributed to each mold 30, the molten metal is stored, and the slag and the nonmetallic inclusions are separated.

몰드(30)는 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. The mold 30 is typically made of water-cooled copper and allows the molten steel to be primary cooled. The mold 30 has a pair of structurally opposed faces open to form a hollow portion for receiving molten steel. In the case of manufacturing the slab, the mold 30 includes a pair of barriers and a pair of end walls connecting the barriers. Here, the end wall has a smaller area than the barrier. The walls of the mold 30, mainly short walls, may be rotated away from or close to each other to have a certain level of taper.

몰드(30)는 몰드에서 뽑아낸 연주주편이 일정 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell, 81)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다. The mold 30 serves to form a strong solidification angle or solidified shell 81 so that the cast steel drawn from the mold maintains a certain shape and a molten metal which is still less solidified does not flow out. Do it. The water-cooling structure includes a method using a copper tube, a method of water-cooling the copper block, and a method of assembling a copper tube having a water-cooling groove.

몰드(30)는 용강이 몰드의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이션(oscillation, 왕복운동)되며, 오실레이션시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 파우더(Powder)와 같은 윤활제가 이용된다. 파우더는 몰드 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘의 윤활뿐만 아니라 몰드 내 용융금속의 산화·질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. The mold 30 is oscillated to prevent the molten steel from adhering to the wall of the mold, and powder to prevent burning and to reduce friction between the mold 30 and the solidification shell 81 during oscillation. Lubricants such as Powder are used. The powder is added to the molten metal in the mold to become slag and functions not only to lubricate the mold 30 and the solidifying shell but also to prevent oxidation and nitriding of the molten metal in the mold and to maintain the temperature and to absorb nonmetallic inclusions floating on the surface of the molten metal do.

2차 냉각대(60 및 65)는 몰드(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 직접 냉각된다. 연주주편의 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다. The secondary cooling zones 60 and 65 further cool the molten steel primarily cooled in the mold 30. The primary cooled molten steel is directly cooled by the spraying means 65 for spraying water while being maintained by the support roll 60 so that the coagulation angle is not deformed. The solidification of the cast steel is mostly made by the secondary cooling.

인발장치(引拔裝置)는 연주주편이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(미 도시됨)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다. The pulling device employs a multi-drive type or the like that uses several pairs of pinch rolls (not shown) so as to pull out the casting slides without slipping. The pinch roll pulls the solidified leading end portion of the molten steel in the casting direction, thereby allowing molten steel passing through the mold 30 to continuously move in the casting direction.

연속적으로 생산되는 연주주편은 소정의 절단기(미 도시됨)에 의해 일정한 크기로 절단된다.Continuously produced cast pieces are cut to a certain size by a predetermined cutter (not shown).

즉, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화·질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다.That is, the molten steel M flows to the tundish 20 in the state accommodated in the ladle 10. For this flow, the ladle 10 is provided with a shroud nozzle 15 extending toward the tundish 20. The shroud nozzle 15 extends so as to be submerged in the molten steel in the tundish 20 so that the molten steel M is not exposed to the air and oxidized and nitrided.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스토퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스토퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. The molten steel M in the tundish 20 flows into the mold by a submerged entry nozzle 25 extending into the mold. The immersion nozzle 25 is disposed at the center of the mold 30 so that the flow of the molten steel M discharged from both the discharge ports of the immersion nozzle 25 can be made symmetrical. The start, discharge speed, and stop of the discharge of the molten steel M through the immersion nozzle 25 are determined by a stopper 21 installed in the tundish 20 corresponding to the immersion nozzle 25. Specifically, the stopper 21 may be vertically moved along the same line as the immersion nozzle 25 to open and close the inlet of the immersion nozzle 25.

몰드 내의 용강(M)은 몰드(30)를 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 몰드(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.The molten steel M in the mold starts to solidify from the part in contact with the wall surface of the mold 30. This is because the periphery of the molten steel M is liable to lose heat by the water-cooled mold 30. The rear portion along the casting direction of the cast slab 80 is formed into a shape in which the non-solidified molten steel 82 is wrapped in the solidifying shell 81 by the method in which the peripheral portion first coagulates.

핀치롤(70)이 완전히 응고된 연주주편(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일 지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.As the pinch roll 70 pulls the front end portion 83 of the completely cast solid cast steel 80, the unsolidified molten steel 82 moves together with the solidified shell 81 in the casting direction. The non-solidified molten steel (82) is cooled by the spraying means (65) for spraying the cooling water in the up-shifting process. This causes the thickness of the non-solidified molten steel (82) to gradually decrease in the cast steel (80). When the cast steel 80 reaches a point 85, the cast steel 80 is filled with the solidification shell 81 of the entire thickness. The solidification casting 80 having been solidified is cut to a predetermined size at the cutting point 91 and is divided into a slab P such as a slab or the like.

몰드(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 형태에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1의 몰드(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도이다.The shape of the molten steel M in the mold 30 and the adjacent portion thereof will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a conceptual view illustrating a distribution form of molten steel M in the mold 30 and adjacent portions of FIG. 1.

도 2를 참조하면, 침지노즐(25)의 단부 측에는 통상적으로 도면상 좌우에 한 쌍의 토출구(25a)들이 형성된다. 몰드(30) 및 침지노즐(25) 등의 형태는 중심선(C)을 기준으로 대칭되는 것으로 가정하여, 본 도면에서는 좌측만을 표시한다.Referring to FIG. 2, a pair of discharge ports 25a are typically formed at the left and right ends of the immersion nozzle 25 on the left and right sides of the drawing. The shapes of the mold 30 and the immersion nozzle 25 are assumed to be symmetrical with respect to the center line C, and thus only the left side is shown in this drawing.

토출구(25a)에서 아르곤(Ar) 가스와 함께 토출되는 용강(M)은 화살표(A1, A2)로 표시된 바와 같이 상측을 향한 방향(A1)과 하측을 향한 방향(A2)으로 유동하는 궤적을 그리게 된다.The molten steel M discharged together with the argon (Ar) gas from the discharge port 25a draws a trajectory flowing in the upward direction A1 and downward direction A2 as indicated by arrows A1 and A2. do.

몰드(30) 내부의 상부에는 파우더 공급기(50)로부터 공급된 파우더에 의해 파우더층(51)이 형성된다. 파우더층(51)은 파우더가 공급된 형태대로 존재하는 층과 용강(M)의 열에 의해 소결된 층(소결층이 미응고 용강(82)에 더 가깝게 형성됨)을 포함할 수 있다. 파우더층(51)의 하측에는 파우더가 용강(M)에 의해 녹아서 형성된 슬래그층 또는 액체 유동층(52)이 존재하게 된다. 액체 유동층(52)은 몰드(30) 내의 용강(M)의 온도를 유지하고 이물질의 침투를 차단한다. 파우더층(51)의 일부는 몰드(30)의 벽면에서 응고되어 윤활층(53)을 형성한다. 윤활층(53)은 응고쉘(81)이 몰드(30)에 붙지 않도록 윤활하는 기능을 한다. A powder layer 51 is formed on the upper portion of the mold 30 by the powder supplied from the powder feeder 50. The powder layer 51 may include a layer existing in a form in which the powder is supplied and a layer sintered by the heat of the molten steel M (sintered layer is formed closer to the unsolidified molten steel 82). Below the powder layer 51, a slag layer or a liquid fluidized layer 52 formed by melting powder by molten steel M is present. The liquid fluidized bed 52 maintains the temperature of the molten steel M in the mold 30 and blocks the penetration of foreign matter. A portion of the powder layer 51 solidifies at the wall surface of the mold 30 to form the lubrication layer 53. The lubrication layer 53 functions to lubricate the solidified shell 81 so as not to stick to the mold 30.

응고쉘(81)의 두께는 주조 방향을 따라 진행할수록 두꺼워진다. 응고쉘(81)의 몰드(30) 내에 위치한 부분은 두께가 얇으며, 몰드(30)의 오실레이션에 따라 자국(oscillation mark, 87)이 형성되기도 한다. 응고쉘(81)은 지지롤(60)에 의해 지지되며, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 그 두께가 두꺼워진다. 응고쉘(81)은 두꺼워지다가 일부분이 볼록하게 돌출하는 벌징(bulging) 영역(88)이 형성되기도 한다.The thickness of the solidification shell 81 becomes thicker as it progresses along the casting direction. The portion of the solidification shell 81 located in the mold 30 is thin, and an oscillation mark 87 may be formed by oscillation of the mold 30. The solidification shell 81 is supported by the support roll 60, the thickness thereof is thickened by the spray means 65 for spraying water. The solidification shell 81 may be thickened and a bulging region 88 may be formed in which a portion protrudes convexly.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속주조 시 응고쉘 두께 예측 방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of predicting solidification shell thickness during continuous casting according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 먼저 본 발명에서는 연속 주조 시 주조속도(VC)를 실시한 측정한다(S10). 연속 주조 공정에서는 일반적으로 강종을 결정하여 세팅하고, 강종에 따라 주조속도가 자동적으로 제어되도록 설정한다. 때문에 주조속도(VC) 실시간으로 측정되며 모니터링 될 수 있다. 이와 같이 측정되는 주조속도는 후술할 본 발명의 응고쉘 두께 예측에 사용될 수 있다.Referring to FIG. 3, first, in the present invention, the casting speed VC is measured during continuous casting (S10). In the continuous casting process, generally, the steel grade is determined and set, and the casting speed is automatically controlled according to the steel grade. Because of this, casting speed (VC) can be measured and monitored in real time. The casting speed thus measured may be used to predict the solidification shell thickness of the present invention to be described later.

또한, 연속주조 시 사용되는 몰드를 냉각시키기 위한 몰드 냉각수 유량, 몰드 냉각수 밀도, 냉각수의 열용량, 몰드 입측과 출측의 몰드 냉각수 온도차, 용강과 접촉하는 몰드 길이, 몰드 폭 중 적어도 어느 하나의 조업 변수를 이용하여 몰드 전열량(HF)을 산출한다(S20).In addition, at least one operation variable among mold coolant flow rate, mold coolant density, heat capacity of coolant, mold coolant temperature difference between mold inlet and outlet, mold length in contact with molten steel, and mold width may be used. The mold heat transfer amount HF is calculated by using (S20).

고온의 용강을 받는 몰드는 일반적으로 구리 재질로 이루어지기 때문에 열전도율이 매우 높고, 때문에 계속하여 냉각수로 냉각을 실시해야 한다.Since the mold which is subjected to the hot molten steel is generally made of copper, the thermal conductivity is very high, and therefore, the cooling must be continued with the cooling water.

이와 같이 몰드를 순환하는 냉각수의 유량은 몰드 내로 들어가고 나오는 냉각수의 양과 시간을 측정하여 도출할 수 있다. 또한, 냉각수는 일반적으로 물이 사용되기 때문에 냉각수 밀도, 냉각수 열용량은 각각 물의 밀도, 물의 열용량과 같으므로 값이 정해진 상수이다.Thus, the flow rate of the cooling water circulating in the mold can be derived by measuring the amount and time of the cooling water entering and exiting the mold. Since the cooling water is generally used for water, the cooling water density and the cooling water heat capacity are equal to the water density and the water heat capacity, respectively.

몰드 입측과 출측에서의 몰드 냉각수 온도차는 연속주조 공정 동안 몰드 입구측과 출구측에 각각 설치된 열전대를 통해 측정이 가능하다. 또한, 용강과 접촉하는 몰드의 길이와 몰드 폭은 연속 주조 공정에서 미리 세팅되는 값이다.The difference in mold coolant temperature at the inlet and outlet of the mold can be measured by thermocouples respectively installed at the inlet and outlet sides of the mold during the continuous casting process. In addition, the length and mold width of the mold in contact with the molten steel are preset values in the continuous casting process.

따라서, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 측정되거나 결정된 조업변수들의 값을 이용하여 몰드 내 전열량(HF)을 하기 관계식 1과 같이 산출한다.
Therefore, in the present invention, the heat transfer amount (HF) in the mold is calculated as shown in Equation 1 using the values of the operation variables measured or determined as described above.

관계식 1Relationship 1

Figure 112012016619011-pat00007
Figure 112012016619011-pat00007

관계식 1에서 Q는 몰드를 순환하여 냉각시키는 냉각수의 유량이고,

Figure 112012016619011-pat00008
는 냉각수 밀도이고,
Figure 112012016619011-pat00009
는 냉각수 열용량이고,
Figure 112012016619011-pat00010
는 몰드 입측과 출측의 냉각수 온도 차이이고,
Figure 112012016619011-pat00011
은 용강과 접촉하는 몰드의 길이이고, W는 몰드의 폭이다.In relation 1, Q is the flow rate of the cooling water to circulate and cool the mold,
Figure 112012016619011-pat00008
Is the cooling water density,
Figure 112012016619011-pat00009
Is the cooling water heat capacity,
Figure 112012016619011-pat00010
Is the difference between the coolant temperature at the inlet and outlet of the mold,
Figure 112012016619011-pat00011
Is the length of the mold in contact with molten steel, and W is the width of the mold.

상술한 바와 같이, 주조속도와, 몰드 내 전열량 값이 도출되면 이를 변수로하여 몰드 출구에서의 응고쉘 두께를 산출하여 예측할 수 있다(S30).As described above, when the casting speed and the heat transfer value in the mold are derived, the solidification shell thickness at the exit of the mold may be calculated and used as a variable (S30).

본 발명에서 연속주조 시 주조속도(VC)와 몰드 전열량(HF)을 이용하여 몰드 출구에서의 응고쉘 두께(S)를 산출하기 위하여 먼저 주조속도와 몰드(30) 내 전열량을 측정된 임의의 값으로 하여 수치해석을 실시한다.In the present invention, in order to calculate the solidification shell thickness (S) at the exit of the mold by using the casting speed (VC) and the mold heat transfer amount (HF) during continuous casting, the casting speed and the heat transfer amount in the mold 30 are first measured. Perform numerical analysis with the value of.

몰드(30)에서 응고쉘(81)의 두께를 예측해야하는 이유는 응고쉘(81) 두께에 따라 문제가 발생하기 때문이다. 몰드 내에서 응고쉘(81) 두께가 얇으면 브레이크 아웃(Breakout)이 발생하여 주편의 품질을 저하시킨다. 연속주조 시 몰드(30) 내부에서 생성되는 응고쉘(81)은 하부로 인발되며, 탕면에서는 계속하여 새로운 응고쉘(81)이 형성된다. 연속주조가 가능하기 위해서는 새로이 생성되는 응고쉘(81)이 이미 존재하고 있는 응고쉘(81) 상단에서 연속적으로 생성되어야 한다. 그렇지만 몰드(30)의 내부에서는 탕면 변동, 용강(M) 유동, 몰드(30) 플럭스의 불균일 유입 등의 제반 이유로 인해 응고쉘(81)이 탕면 근처에서 두 개로 분리된다. The reason why the thickness of the solidification shell 81 needs to be estimated in the mold 30 is that a problem occurs depending on the thickness of the solidification shell 81. If the solidification shell 81 thickness is thin in the mold, breakout occurs and the quality of the cast is degraded. During the continuous casting, the solidification shell 81 generated inside the mold 30 is drawn to the bottom, and a new solidification shell 81 is continuously formed at the hot water surface. In order to enable continuous casting, a newly generated solidification shell 81 should be continuously generated on top of the solidification shell 81 that already exists. However, inside the mold 30, the solidification shell 81 is separated into two near the water surface due to various reasons such as fluctuations in the surface of the mold, flow of the molten steel M, and inflow of the mold 30 flux.

하부 응고쉘(81)은 주편의 인발과 함께 아래 쪽으로 빠져나가지만, 상부 응고쉘(81)은 몰드(30)에 고착되어 하부로 이동되지 못하게 된다. 이때 상부 응고쉘(81)이 점점 성장하여 하부 응고쉘(81)과의 경계면이 몰드(30) 하부까지 진전되면 용강(M)이 누출되는 현상이 발생한다. 이것이 브레이크 아웃(Breakout)이다. 브레이크 아웃이 발생하면 생산되는 주편에 결함이 발생하게 되고 이는 곧 주편의 품질 저하로 이어지게 된다. 또한 응고쉘(81)두께가 두꺼우면 주속이 감소하므로 생산효율이 떨어진다. 따라서 본 발명과 같은 응고쉘(81)의 두께를 예측하는 방법이 필요한 것이다.The lower solidification shell 81 exits downwardly with the drawing of the cast steel, but the upper solidification shell 81 is fixed to the mold 30 and cannot be moved downward. At this time, when the upper solidification shell 81 grows gradually and the interface with the lower solidification shell 81 progresses to the lower portion of the mold 30, the molten steel M leaks. This is breakout. Breakouts can cause defects in the cast, which can lead to poor cast quality. In addition, if the thickness of the solidified shell 81, the peripheral speed is reduced, so production efficiency is lowered. Therefore, there is a need for a method of predicting the thickness of the solidification shell 81 as in the present invention.

본 발명에서 응고쉘 두께 예측을 위한 회귀식을 구하기 위하여 수치해석에 사용된 임의의 값은 주조속도(VC)가 0.8 ~ 2.6

Figure 112012016619011-pat00012
가 될 수 있고, 몰드(30) 내 전열량(HF)이 0.8 ~ 2.4
Figure 112012016619011-pat00013
가 될 수 있다. 이 값은 일반적으로 연속주조 공정에서 사용되는 범위로, 본 발명에서는 연속주조 공정 시 몰드(30) 출구에서의 응고쉘(81) 두께를 효과적으로 예측하기 위하여 먼저 일반적인 연속주조 시 사용되는 주조속도와 몰드 전열량 값을 통하여 수치해석을 실시하였다. In the present invention, any value used in the numerical analysis to obtain a regression equation for the prediction of the solidification shell thickness has a casting speed (VC) of 0.8 to 2.6.
Figure 112012016619011-pat00012
Heat transfer amount (HF) in the mold 30 is 0.8 ~ 2.4
Figure 112012016619011-pat00013
. This value is generally used in the continuous casting process. In the present invention, in order to effectively predict the thickness of the solidification shell 81 at the exit of the mold 30 in the continuous casting process, the casting speed and the mold used in the general continuous casting are first used. Numerical analysis was performed through the heat value.

일반적으로 연속 주조 시 응고쉘(81) 두께는 주조속도에 의해 영향을 받는 것으로 평가되어, 응고쉘(81) 두께를 조절하고자 할 때에는 주조속도만을 조절하여 왔다. 그러나 본 발명에서는 응고쉘(81) 두께에 주조속도뿐 아니라, 몰드(30) 내 전열량이 영향을 미치는 것으로 파악하고 이들을 변수로 하여 수치해석을 실시하였다. In general, the thickness of the solidification shell 81 during continuous casting is evaluated to be affected by the casting speed, and when only the thickness of the solidification shell 81 is to be adjusted, only the casting speed is adjusted. However, in the present invention, not only the casting speed but also the heat transfer amount in the mold 30 affects the solidification shell 81 thickness, and numerical analysis was performed using these as variables.

도 4는 주조속도와 몰드(30) 내 전열량을 임의의 값으로 하여 수치해석한 결과를 나타낸 그래프로서, X축은 주조속도(Casting speed)를 Y축은 몰드(30) 내 전열량(Heat Flux)을 나타낸다.4 is a graph showing the results of numerical analysis using the casting speed and the heat transfer amount in the mold 30 as an arbitrary value, wherein the X axis is the casting speed and the Y axis is the heat flux in the mold 30. Indicates.

이와 같이 수치해석이 완료된 후, 수치 해석된 결과값을 이용하여 회귀분석을 실시하여 회귀식을 산출한다. 이와 같이 산출된 회귀식을 통하여 몰드 출구에서의 응고쉘 두께를 예측할 수 있다. 이때 회귀식의 변수는 상술한 바와 같이 측정 가능한 주조속도 및 조업변수를 통해 도출가능한 몰드 전열량(HF)이다.After the numerical analysis is completed as described above, the regression equation is calculated by using the numerically analyzed result. The regression equation thus calculated can predict the solidification shell thickness at the exit of the mold. In this case, the variable of the regression equation is a mold heat transfer amount HF derivable through the measurable casting speed and the operation variable as described above.

본 발명에서 회귀식은 하기 관계식 2와 같이 산출된다.In the present invention, the regression equation is calculated as in the following Equation 2.

관계식 2Relation 2

Figure 112012016619011-pat00014
Figure 112012016619011-pat00014

상기 관계식 2에서 S는 몰드(30) 출구에서 응고쉘 두께(mm)는 주조속도

Figure 112012016619011-pat00015
이고, HF는 몰드(30) 내 전열량
Figure 112012016619011-pat00016
이다. 산출된 회귀식은 결정계수(R2)가 92.3이다. 결정계수는 도출된 회귀식의 적합도를 재는 척도이다. 이 값이 100에 가까울수록 회귀식의 적합도가 높은 것으로서, 본 회귀식은 적합도가 높은 것으로 나타났다.In the relation 2, S is the solidification shell thickness (mm) at the exit of the mold 30 is the casting speed
Figure 112012016619011-pat00015
HF is the heat transfer amount in the mold 30
Figure 112012016619011-pat00016
to be. The calculated regression equation has a coefficient of determination (R 2 ) of 92.3. The coefficient of determination is a measure of the fitness of the derived regression equation. The closer this value is to 100, the higher the fitness of the regression equation.

관계식 2와 같이, 본 발명에서 응고쉘(81) 두께는 주조속도와 몰드(30) 내 전열랑에 의해 변화될 수 있으며, 이 두 인자에 비례하는 것으로 나타났다. 때문에 주조속도와 몰드(30) 내 전열량을 통해 생산되는 응고쉘(81)의 두께를 예측할 수 있게 된다. 이와 같이 산출된 회귀식으로부터 몰드(30) 출구에서의 응고쉘(81) 두께를 예측한다.As shown in Equation 2, in the present invention, the thickness of the solidification shell 81 may be changed by the casting speed and the heating column in the mold 30, and it is shown to be proportional to these two factors. Because of this, it is possible to predict the thickness of the solidified shell 81 produced through the casting speed and the heat transfer amount in the mold 30. The thickness of the solidification shell 81 at the exit of the mold 30 is estimated from the regression equation calculated as described above.

이와 같이 본 발명의 응고쉘(81) 두께 예측 방법을 통해 연속 주조 시 공정 조건에 따라 응고쉘(81)의 두께를 관계식 2에 의하여 효과적으로 예측할 수 있으므로, 고품질 주편 생산에 유리한 공정 조건으로 제어하여 주편의 품질 관리를 용이하게 실시할 수 있다.
As such, the thickness of the solidification shell 81 can be effectively predicted by the relational equation 2 according to the process conditions during continuous casting through the method of predicting the thickness of the solidification shell 81 of the present invention. Convenience quality control can be performed easily.

상기와 같은 연속주조 시 응고쉘 두께 예측 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
The method of estimating solidification shell thickness during continuous casting is not limited to the configuration and operation of the embodiments described above. The above embodiments may be configured such that various modifications may be made by selectively combining all or part of the embodiments.

10: 래들 20: 턴디쉬
30: 몰드 50: 파우더 공급기
51: 파우더층 60: 지지롤
65: 스프레이 70: 핀치롤
80: 연주주편 81: 응고쉘
82: 미응고 용강 83: 선단부
85: 응고 완료점 91: 절단 지점10: Ladle 20: Tundish
30: mold 50: powder feeder
51: Powder layer 60: Support roll
65: spray 70: pinch roll
80: playing piece 81: solidification shell
82: unsolidified molten steel 83: tip
85: Solidification completion point 91: Cutting point

Claims (3)

연속주조 시 주조속도를 실시간 측정하는 단계;
몰드 냉각수 유량, 냉각수 밀도, 냉각수의 열용량, 몰드 입측과 출측에서의 몰드 냉각수 온도차, 용강과 접촉하는 몰드 길이, 몰드 폭의 조업변수를 이용하여 몰드 전열량(HF)을 산출하는 단계; 및
상기에서 측정된 주조속도와 상기에서 산출된 몰드 내 전열량을 변수로 하여 몰드 출구에서의 응고쉘 두께를 산출하여 예측하는 단계;를 포함하고,
상기 예측하는 단계에서,
상기 응고쉘 두께는 하기 관계식1에 의하여 산출되며,
상기 몰드 전열량(HF)을 산출하는 단계에서,
상기 몰드 전열량(HF)은 하기 관계식2와 같이 산출되는 연속주조 시 응고쉘 두께 예측 방법.
관계식1
Figure 112013094088704-pat00017

(여기서, S는 몰드 출구에서 응고쉘 두께(mm)이고, VC는 주조속도(m/min) 이고, HF는 몰드 전열량(MW/m2)임)
관계식2
Figure 112013094088704-pat00018

(여기서, Q는 몰드를 순환하여 냉각시키는 냉각수의 유량이고,
Figure 112013094088704-pat00019
는 냉각수 밀도이고,
Figure 112013094088704-pat00020
는 냉각수 열용량이고,
Figure 112013094088704-pat00021
는 몰드 입측과 출측의 냉각수 온도 차이이고,
Figure 112013094088704-pat00022
은 몰드가 용강과 접촉하는 길이, 즉 유효 몰드의 길이(m)이고, W는 몰드 폭(m)임)
Measuring the casting speed in real time during continuous casting;
Calculating a mold heat transfer amount (HF) using operating variables such as mold coolant flow rate, coolant density, heat capacity of coolant, mold coolant temperature difference between mold inlet and outlet, mold length in contact with molten steel, and mold width; And
And calculating the solidification shell thickness at the mold outlet by using the casting speed measured in the above and the amount of heat transfer in the mold calculated as a variable.
In the predicting step,
The solidification shell thickness is calculated by the following relation 1,
In the step of calculating the mold heat transfer amount (HF),
The mold heat transfer amount (HF) is a solidification shell thickness prediction method during continuous casting is calculated as shown in Equation 2.
Relationship 1
Figure 112013094088704-pat00017

Where S is the solidification shell thickness (mm) at the mold exit, VC is the casting speed (m / min) and HF is the mold heat transfer rate (MW / m 2 )
Relation 2
Figure 112013094088704-pat00018

(Where Q is the flow rate of the cooling water for circulating and cooling the mold,
Figure 112013094088704-pat00019
Is the cooling water density,
Figure 112013094088704-pat00020
Is the cooling water heat capacity,
Figure 112013094088704-pat00021
Is the difference between the coolant temperature at the inlet and outlet of the mold,
Figure 112013094088704-pat00022
Is the length the mold is in contact with the molten steel, i.e. the length of the effective mold (m) and W is the mold width (m))
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