KR100214229B1

KR100214229B1 - 연주주편의 품질예측 및 품질제어

Info

Publication number: KR100214229B1
Application number: KR1019960706748A
Authority: KR
Inventors: 가즈시게 우메자와; 다께히꼬 도; 이이찌 다께우찌; 다께오 이노모또; 마고또 다나까
Original assignee: 아사무라 타카싯; 신니뽄 세이데스 가부시끼가이샤
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1999-08-02
Also published as: EP0774314B1; JP3337692B2; CA2191242A1; WO1996030141A1; US5884685A; EP0774314A1; EP0774314A4; AU690836B2; AU5122896A; KR970703208A; DE69622966D1; CA2191242C; DE69622966T2; CN1048672C; CN1152267A

Abstract

수식 모델과 냉도가니법등에 의한 강 중 비금속개재물 신속 분석 수단을 조합시킴으로써 비금속개재물 행동을 시뮬레이션 계산하여 온라인으로 주편품질을 예측하는 한편, 연주 프로세서의 변수를 제어하여 주편중 비금속개재물의 양을 최저한으로 억제한다.

Description

연주주편의 품질예측 및 품질제어

종래에는 연속주조공정에 의하여 제조된 주편의 품질이 조업지표에 의하여 관리되고 있다. 예를 들며, 차지(charge)의 연결부에서, 레이들로부터의 슬랙 유츌량이 관리되는 값보다 많은 경우, 턴디쉬내의 용강을 몰드(mold)에 주입하는 침지 노즐내에 산화물계의 비금속개재물이 부착하여 침지노즐이 폐색경향으로 된 경우, 주형내 메니스커스(meniscus)부(용강면)의 용강 유동 상황이 침지노즐을 사이에 두고 좌우 비대칭적으로 된 경우 등, 조업지표에 이상이 확인된 경우에는, 이상이 확인된 부위에 상당하는 연주주편에 대하여는 다음의 압연공정으로 이송되기 전에 상세한 품질검사가 행하여지고, 청정도가 불량한 주편은 그레이드다운(gradedown)된다.

그레이드다운되지 아니하는 경우에도, 품질 조사 자체가 큰 작업부담이 될 뿐 아니라, 주조된 주편 총수중 직접으로 압연공정에 이송되는 주편의 비율(직송율)의 저하를 초래하고, 연속주조와 압연공정의 매칭(matching)이 제대로 되지 아니하여 비용증대(cost-up)의 큰 요인이 되고 있다.

한편, 조업지표에서 이상이 탐지됨이 없이 주편을 예정대로 압연한 경우에도, 압연후 강판에서 제품결함이 확인되는 경우가 있으며, 이러한 경우에도, 최종제품의 실수율 저하를 초래하여 제조비를 대폭적으로 상승 시키게 된다.

연속주조공정에 있어서, 용강중의 비금속개재물의 행돌을 추정하는 방법으로서는 물모델을 이용한 시뮬레이션실험, 간이한 해석해를 이용하는 모델계산, 수치해석에의한 난류중 미세립자 움직임의 시뮬레이션 계산 등이 일반적으로 행하여지고 있다. 종래부터 강중 비금속개재물의 저감대책을 실행함에 있어서, 이러한 식견을 바탕으로 하여 새로운 턴디쉬 형상이나 전기기력을 이용한 연속주조주형 내에서의 용강유동제어기술 등이 개발되어 실용화되고 있다.

최근에는 컴퓨터의 계산능력이 현저히 발전하여, 연속주조공정에서 비금속개재물의 행동을 정밀하게 추정할 수 있고, 난류의 용강 중에서 비금속개재물을 합체시키거나, 새로운 비금속개재물 생성의 시뮬레이션도 가능하게 되었다.

그러나, 전술한 비금속개재물 생성의 시뮬레이션은 실험이나 책상 위에서의 일방적인 추정이고, 주조 중에 채취한 용강 샘플이나, 주편으로부터 채취한 강 샘픔의 비금속 개재물 거동을 연속주조 종료 후에 거시적(macro)으로 설명하거나, 조업 중에 실시한 여러 가지 대책이나 조업조건 변경의 효과를 거시적으로 설명하고,설비와 조업의 최적화 지침을 얻으려는 것으로 주조 중 용강내 비금속개재물의 동적 예측이나, 결과로서의 주편내부품질의 동적 예측에는 적용할 수 없었다.

그 이유로서는 (1) 강중의 비금속개재물을 정밀하게 분석하는 기술이 없고, 비금속 개재물 행동의 시뮬레이션 계산에 있어서의 조건설정이 부정확하였으며, (2) 종래의 분석방법에 신속성이 결여되어 있을 뿐만 아니라, 고도로 정밀한 예측 결과를 얻으려면 시간이 너무 오래 걸리고, 연속주조중 온라인으로 주편의 비금속개재물 예측하는 것이 매우 곤란하였기 때문이다.

본 발명은 강(鋼)의 연속주조공정에 있어서, 주조중인 용강 및 주조된 주편의 품질을 온라인(on-line)으로 예측하는 방법과 장치, 그 예측 결과에 근거하여 온라인으로 품질을 제어하는 방법과 장치, 이러한 방법을 달성하는 프로그램을 저장하는 기억매체에 관한 것이다.

제1도는 연속주조공정을 모식적으로 설명한 도면.

제2도는 레이들 내에서의 개재물 예측모델의 계산 메쉬의 예를 도시한 도면.

제3도는 턴디쉬내의 비금속개재물 예측모델의 계산 메쉬의 예를 도시한 도면.

제4도는 몰드내의 비금속개재물 예측모델의 계산메쉬의 예를 도시한 도면.

제5a도 및 제5b도는 레이들 내의 개재물 예측모델의 개념도.

제6a도 및 제6b도는 턴디쉬내의 비금속개재물 예측모델의 개념도.

제7a도 및 제7b도는 몰드내의 비금속개재물 예측모델의 개념도.

제8도는 시뮬레이션계산과 비금속개재물 신속분석의 연결을 모식적으로 도시한 도면.

제9도는 연주 턴디쉬 내 용강으로부터 샘플을 채취한 부위와 청정도에 관한 주편품질 예측결과를 도시한 도면.

제10도는 청정도의 예측결과에 근거하여 주조속도를 제어한 경우와 제어하지 아니한 경우에 있어서 주편품질의 결과를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이들 2 : 턴디쉬

3 : 몰드 4 : 롱 노즐

5 : 침지 노즐 6 : 둑

7 : 스토퍼 8 : 전자기 브레이크

9 : 로드셀 10 : 용강

11 : 레이들 슬랙 12 : 턴디쉬 슬랙

13 : 레벨 센서 15 : 레이들 슬랙 유출량 센서

16 : 비금속 개재물 100 : 2차 정련공정

102 : 연속주조공정 104 : 열연공정

106 : 주편 115 : 연주프로세스 컴퓨터

본 발명의 목적은 연속주조 프로세스에 있어서, 프로세스의 조업조건의 실적치 또는 추정치를 이용하여, 용강 중 및 주편중의 비금속개재물의 행동을 수식모델에 의하여 예측하는 한편, 연속주조중에 레이들, 턴디쉬,몰드 및 주편의 소정의 위치와 소정의 연속주조 경과시간에서 스포트 샘플링(spot sampling)을 실시하여, 신속한 수단으로 비금속개재물의 행동을 측정하고, 이러한 신속 데이터를 활용하여 수식모델에 의한 예측결과의 정밀도를 향상시킴으로써, 연주주편중의 비금속 개재물의 조성, 중량, 입도 분포 등을 온라인에서 예측 가능하게 하고, 이러한 예측결과에 근거하여 온라인에서 연속주조의 프로세스 변수를 제어하며, 주편의 과정에서 주편중 포착되는 비금속개재물의 양을 최소한으로 억제하여 주편 내부품질이 우수한 연속 주편을 제조하는 연속주조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 레이들 출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하고, 턴디쉬의 조업데이타가 주어진 턴디쉬의 수식모델에 해당 레이들 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 턴디쉬출구의 비금개재물 분포를 연속적으롤 계산하고, 몰드의 조업데이타가 주어진 몰드의 수식모델에 해당 턴디쉬출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 몰드에서 주조되는 주편의 품질을 연속적으로 예측하고, 예측된 주편의 품질에 근거하여 조업조건을 자동적으로 변경하는 각 단계가 포함되어 있는 연주주편의 품질제어방법도 또한 제공된다.

본 발명에 의하면, 레이들 출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하는 수단, 턴디쉬의 조업데이타가 주어진 턴디수의 수식모델에, 해당 레이들 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 턴디쉬출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하는 수단, 몰드의 조업데이타가 주어진 몰드의 수식모델에, 해당 턴디쉬출구의 비금속 개재물 분포를 입력함으로써 몰드에서 주조되는 주편의 품질을 연속적으로 예측하는 각 단계가 포함되어 있는 연주주편의 품질예측을 위한 방법 단계를 달성하기 위하여, 컴퓨터에 의하여 실행 가능한 명령의 프로그램을 구현하는 컴퓨터에 의하여 판독 가능한 프로그램 저장장치도 또한 제공된다.

본 발명에 의하면, 레이들 출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하고, 턴디쉬의 조업 데이터가 주어진 턴디쉬의 수식모델에 해당 레이들 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 턴디쉬출구의 비금속개재물 본포를 연속적으로 계산하고, 몰드의 조업 데이터가 주어진 몰드의 수식모델에 해당 턴디쉬출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 몰드에서 주조되는 주편의 품질을 연속적으로 예측하고, 예측된 주편의 품질에 근거하여 조업조건을 자동적으로 변경하는 각 단계가 포함되어 있는 연주주편의 품질제어를 위한 방법 단계를 달성하기 위하여, 컴퓨터에 의하여 실행 가능한 명령의 프로그램을 구현하는 컴퓨터에 의하여 판독 가능한 프로그램 저장장치도 또한 제공된다.

본 발명의 실시예를 위한 최선의 형태

본 발명자들은 먼저 일본 특개평 7-289327호로서 냉도가니(cold crucible)를 이용한 용강중 개재물 평가방법을 제안하였다. 이에 의하면, 냉도가니, 즉 복수의 세그먼트(segment)로 구분된 동제도가니 중에서 고주파 유도가열에 의하여 용융된 강은 전자기력과 용해중 유동에 의하여 비금속 개재물을 용강표면에 배출된다.

일단 배출된 개재물은 계면장력에 방해를 받아서 용강 중에서 재침입이 억제된다.

그런데도, 용해에 사용되는 용기로부터의 오염은 전혀 없다. 이와 같이 하여 재 용해된 샘플의 표면에 배출되어 부유하고 있는 비금속 개재물의 면적을 측정함으로써 용강중 개재물의 총량을 신속히 알 수 있다.

그러나, 강의 종류 또는 주조조건에 따라서는 단순히 용강중 비금속 개재물의 총량을 아는 것만으로는 전술한 주편의 품질을 예측할 수 없는 경우가 있다. 예를 들면, 레이들로부터 턴디쉬에 용강을 주입할 때, 특히 주입이 종료될 때 레이들 슬랙의 유출이 동시에 발생하여, 비금속 개재물의 조성 자체가 크게 변화하는 경우에는 비금속 개재물의 조성을 더 신속히 알 필요가 있다. 본 발명자들은 냉도가니에 의하여 용해 샘플 표면에 배출된 비금속 개재물을 형광 X선을 이용하여 분석함으로써 그 조성을 신속히 정량화 할 수 있음을 발견하고, 이를 일본 특원평 7-054810 호로서 출원하였다. 본 발명자들은 샘플 표면에 배출된 비금속 개재물의 입도를 화상해석에 의하여 측정, 통계 처리함으로써 입도 분포를 추정할 수 있는 것을 발견하고, 이것도 일본 특원평 8-8-012370 호로서 출원하였다.

샘플중의 비금속 개재물은 강 샘플이 용해되어 표면으로 배출될 때, 일반적으로는 그 비금속 개재물의 합체가 발생하지만, 냉도가니내의 용해조건을 특정함으로써 이러한 합체를 최소한으로 억제할 수 있고, 그 결과 개재물의 입도를 측정하여 통계처리함으로써 수 1m에서 수백 1m 1에 이르는 광범위한 비금속 개재물 입력분포를 추정할 수 있게 된다. 이에 의하여, 샘플링 부위에서의 용강 및 용강이 응고되는 위치에서의 주편의 청정도를 신속하고 고도로 정밀하게 정량할 수 있게 되었다.

그러나, 이것은 샘플링을 행한 부위만의 용강청정도의 점(spot)적인 정량화가 가능할 뿐이며, 샘플링의 회수도 조업조건이나 비용 면에서 제약을 받아 일반적으로는 캐스트(cast)당 수회 이하로 한정되기 때문에, 이러한 신속분석법 자체가 차지내의 대표적 청정도를 제공하는 수단에 지나지 아니하였다.

본 발명은 이와 같은 냉도가니를 시작으로 하는 강의 청정도의 신속하고 정밀한 정량적 평가기술을 연주프로세스내의 비금속 개재물의 조성, 중량, 입도 등의 시뮬레이션 계산과 조합시켜서, 차지 또는 캐스트를 통하여 레이들, 턴디쉬, 몰드내의 개재물 행동과 주편내의 비금속 개재물의 연속적 붙로를 시계열적(時系列的)으로 계산함으로써 용강청정도 및 그 결과로서의 청정도에 관한 주편품질의 예측을 가능하게 하는 것이다. 그 외에도, 이러한 품질예측정보에 근거하여, 레이들로부터 턴디쉬로의 주입구부에서의 슬랙유출량, 용강 유출량, 턴디쉬내의 용강량, 주조속도,몰드내 전자기 교반 패턴, 전자기 브레이크의 강도 등의 프로세스 변수들을 제어함으로써 주편 속에서 포착되는 비금속개재물량을 최소한으로 억제하려는 것이다.

여기에서 이용되는 비금속 개재물 거동의 시뮬레이션 계산은 종래의 물리현상에 극히 충실하게 기초방정식을 구성하여 고정밀 계산을 행할 필요는 없고, 비교적 간이한 구성으로 된다. 이러한 계산의 간이화, 즉 고속 계산에 의한 고정밀화는 강의 청정도의 신속하고 정밀한 정량측정에 의한 체크가 오차에 대한 보정을 연속되는 차지에서 반복함으로써 비로소 가능하게 된다.

이러한 시뮬레이션 계산의 구성은 프로세스의 구성에 의하여 달라지는 것은 물론이고, 예를 들면, 레이들 내의 비금속 개재물의 변동이 턴디쉬나 몰드보다 적고, 품질관리상 크게 영향을 주지 아니하는 경우에는 레이들 내에서는 일정치로 볼 수 있다. 그러나, 일반적으로(1) 열 대류와 주입류에 의한 레이들 내의 용강유동, (2) 레이들 주입구에서의 레이들내 용강면에 있는 슬랙의 동반유입,(3)레이들로부터의 주입류에 의한 턴디쉬내 용강에의 분위기 가스 및 레이들 슬랙의 동반유입, (4)레이들로부터의 유입류, 몰드로의 주입류 및 열 대류를 고려한 턴디쉬내 용강의 유동,(5) 턴디쉬내 용강유동에 의한 턴디쉬내 용강면상의 턴디쉬 슬랙의 동반유입,(6)침지노즐 내부의 개재물의 퇴적과 박리,(7) 침지노즐내 용강에의 아르곤 가스의 동압유입,(8) 침지노즐에 의하여 생기는 몰드내 유동,(9) 몰드내 전자교반 패턴 또는 전자기 브레이크 강도에 의한 몰드내 유동의 수정,(10)몰드내 탕면 메니스커스부에서의 몰드 윤활용 플럭스(flux)의 동반유입 등의 유동 현상에 추가하여,(A)용강중에 존재하는 탈산생성물, (B)비금속 개재물의 상호 합체 (C)용강중가스와 비금속 개재물과의 합체, 부상 등의 비금속 개재물의 행동 등 이외에,(a) 용강성분과 각종 비금속 개재물과의 반응 등의 화학반응을 고려할 필요가 있다. 본 발명에서는 이러한 요인들에 대한 시뮬레이션 계산을 수행하여 용강의 청정도를 예측하는 한편, (c) 응고셀(shell)에서의 기포 또는 비금속 개재물의 포착을 고려하는 것을 기본으로, 주편품질을 연속적으로 예측한다.

강중 비금속 개재물의 행동을 예측할 때, 계산만으로 실제현상을 예측하려고 한다면 이러한 구성 요인 이상의 다양한 요인들을 고려할 필요가 있고, 이를 위한 수치계산의 시간이 방대하게 되어, 비용과 시간 면에서 실용적이라고는 말할 수 없다. 반면에, 이러한 계산을 간소화하려고 하면, 얻게되는 결과가 정성적(定性的)인 것으로 되어, 품질예측수단으로서는 의미가 없다. 한편, 냉도가니법으로 대표되는 것과 같은 정밀하고 신속한 분석법만을 사용하는 경우에는 정확하기는 하나, 샘플링을 행한 부위의 청정도만을 알 수 있을 뿐이다.

본 발명에서는 시뮬레이션 계산을 냉도가니법과 조합시킴으로써 고도로 정밀한 예측을 실시간(real time)으로 실현한다. 본 발명자들은 개재물의 정량화에 있어서, 종래 행하여지고 있던 비금속 개재물 평가법을 시뮬레이션 계산과 조합시키더라도, 제조조건은 어느 정도 한정되지만, 실용화 할 수 있는 예측수단으로 된다는 것을 알게 되었다. 즉, 진공중에서 전자빔에 의하여 샘플을 용해하고, 용강 표면에 배출된 개재물의 양을 측정하는 전자빔법, 초음파에 의하여 강중 개재물의 크기나 위치, 즉 개재물의 양이나 분포를 측정하는 초음파법 또는 샘플을 흑연 도가니 속에서 용해하여 발생하는 이산화탄소 가스의 양을 측정하고, 비금속 개재물이 들어있는 강중의 산소량을 구하려는 총 산소(total oxygen)법으로는 개재물의 조성이 정량화 될 수 없으나, 제조 조건이나 강종을 특정하면, 이에 의하여 얻어지는 정보와 시뮬레이션 계산을 조합시킴으로써 청정도의 예측이 가능하게 된다.

예를 들면, 예측하고자 하는 강종이 알루미늄 킬드(aluminium killed)강인 경우에는 그 주요한 비금속 개재물은 알루미나(alumina)이고, 레이들 슬랙이나 턴디쉬 슬랙, 몰드 윤활용 플럭스 등의 동반 유입을 방지함으로써 슬랙계 개재물의 생성이 극히 적은 제조 조건하에서는 비금속 개재물의 조성이 프로세스 중 전혀 변화하지 아니한다. 이러한 경우에는 전술한 종래의 적용도 가능하다.

이러한 종래법과 냉도가니법을 합하여 비금속 개재물의 조성, 중량 및 입도 분포를 측정하여, 시뮬레이션 계산과 조합시키는 것도 정밀도를 향상시키는데 유리하다.

더구나, 이러한 강의 청정도 측정에는 수분에서 수십분의 시간이 소요되지만, 시뮬레이션 계산과의 조합은 소정의 측정 시간후, 계산중의 모든 계수를 변경하고, 9측정결과를 계산 결과와 종합함으로써 행하는 것이다.

실시간으로 계산되는 레이들, 턴디쉬,몰드 및 주편내의 비금속 개재물 거동은 스파트 샘플링에 의하여 수십분후에는 계산의 정밀도가 체크되고, 오차가 생긴 경우에 신속히 보정 계산이 행하여져서 연속적인 주편내의 비금속 개재물 분포가 정확히 계산 평가된다.이에 의하여, 종래의 레이들 슬랙 유출량이나 침지노즐의 폐색,주형내의 편류 등을 조업지표로 하는 단편적인 관리보다 훨씬 정확히 개재물 오염도를 측정할 수 있기 때문에, 다음 공정인 열연공정에는 요구되는 비금속 개재물 레벨을 가지는 주편을 선택하여 공급할 수 있고, 간이한 품질관리가 실현될 수 있을 뿐만 아니라, 압연공정 이후에 발견되는 비금속 개재물에 기인하는 제품 결함의 발생을 대폭적으로 감소시킬 수 있다.

그 외에도, 강종마다 일정한 조업조건이 설정되어 있는 연주 프로세스에 대하여, 신속분석법에 의한 체크와 보정이 수반되는 시뮬레이션 계산은 차지마다 반복되기 때문에, 실시간 계산에 의한 예측결과는 해당 차지의 스파트 샘플링 데이터의 체크가 수반되면, 더 고도의 예측정밀도를 기대할 수 있다.

따라서, 용강 청정도나 주편의 품질 정보를 실시간으로 얻게 되고, 이러한 정보에 근거하여 레이들로부터 턴디쉬로의 주입구부에서 슬랙의 유출량, 용강 유출량, 턴디쉬내의 용강량, 주조 속도, 전자기교반패턴, 전자기브레이크 강도 등 각 프로세스 변수를 제어하고, 주편내에서 포착되는 비금속 개재물의 양을 최소한으로 억제하는 제어도 가능하게 된다.

도면을 참조하여 본 발명의 실시형태의 일 예를 설명하면 다음과 같다. 도1은 연속주조프로세스를 모식적으로 도시한 것으로서, 레이들(1), 턴디쉬(2) 및 몰드(3)로 구성되어 있고, 레이들(1)로부터 턴디쉬(2)에 용강(10)을 주입하기 위한 롱 노즐(4)과 턴디쉬(2)로부터 몰드(3)에 용강(10)을 주입하기 위한 침지(沈漬)노즐(5)이 배치되어 있다. 턴디쉬(2)에는 턴디쉬 슬랙(12)이 몰드 측에 유입되는 것을 방지하기 위한 둑(6)이 배치되어 있고, 로드셀(9)에 의하여 턴디쉬 중량이 연속적으로 측정된다.

몰드(3)에는 주입류의 편류를 경감하는 것을 목적으로 전자기 브레이크(8)가 배치되어 있고, 몰드내 용강의 편류를 검지하기 위하여 몰드의 냉강 수측에는 합계 80본의 열전대(thermocouple)(도시 없음)와 침지노즐(5)을 사이에 두고 있는 메니스커스 상부에는 한쌍의 몰드내 탕면 레벨센서(13)가 배치되어 있다.

주조중의 여러 가지 조업정보는 프로세스 컴퓨터를 거쳐 비금속 개재물의 거동을 계산 예측하는 계산기에 2초 간격으로 순차적으로 입력되며, 레이들(1)로부터 턴디쉬(2), 몰드(3)에 이르는 개재물의 거동과 그 경시 변화가 조업변동에 의한 영향도 고려하여 계산 예측되고, 최종적인 주편 내에서의 비금속 개재물의 종류, 크기별 3차원적 분포가 실시간에 의하여 정량적으로 계산 (1차 계산)된다.

계산의 정밀도를 확보하기 위하여, 레이들(1), 턴디쉬(2), 몰드(3) 등으로부터의 용강 시료 또는 주조후의 주편으로부터 절단 시료를 스파트 샘플하여 기송관(氣送管)을 이용하여 분석실로 이송하고, 냉도가니법에 의하여 비금속 개재물의 종류마다 입경분포를 측정하고, 예측결과에 대한 체크를 매 차지마다 반복하고, 오차가 일정범위를 초과하는 차지에 대하여는 보정 계산(2차 계산)을 실시한다.

이제까지 본 발명자들이 분석방법, 샘플등에 대하여 연구를 거듭한 결과, 시험 채취로부터 시료조정을 포함한 냉도가니 분석의 소요시간을 약 20분으로 단축할 수 있게 되었다.

용강중 비금속 개재물의 행동의 예측모델에 관하여 도 2내지 도 7b에 의하여 설명하면 다음과 같다. 도2,도3 및 도4는 각각 레이들, 턴디쉬, 몰드내의 용강을 계산공간으로서 분할한 예를 도시한 것이다. 이 경우에, 레이들내의 용강은 4분할, 턴디쉬내는 8분할, 몰드내는 응고셀(세로 해칭으로 표시함)을 포함하여 180분할되어 있고, 연속주조 프로세스의 용강 유동이 모두 192 분할된 메쉬(meah)에 의하여 표현되어 있다.

종래의 수치 시물레이션에 의하여 개재물의 계산, 평가를 행하는 경우에는 레이들, 턴디쉬 및 몰드내의 유동 패턴을 Navier-Stokes 식에 근거한 유동 해석에 의하여 계산할 필요가 있고, 안정된 해답을 얻으려면, 각 용강 용기를 수천 내지 수십 만개의 계산 메쉬로 분할하여, 모든 메쉬에 있어서의 유동과 압력의 밸런스를 장시간에 걸쳐 계산하기 때문에, 시시 각각의 체적 변화나 돌발적으로 발생하는 노즐 막힘 등에 의한 유동 변화를 예측하는 것이 사실상 불가능 하였다. 예를 들면 ISIJ International, Vol.35(1995),No.5,pp 472에는 본 발명자중 1인을 포함한 연구 그룹이 레이들내의 용강 유동만을 해석하기 위하여 행한 계산예가 제시되어 있는데, 이때 1 수준의 정상계산을 하기 위하여 용강을 8000 메쉬(20×20×20)로 분할하여, 워크 스테이션(Sun-Sparc 10)에 의하여 2시간 이상 걸리는 것을 본문중 3,4장에 소개하고 있다.

본 발명에서 이용되는 모델의 큰 장점은 물 모델이나 수치계산 등에 의하여, 프로세스의 용강 유동의 대표적 패턴와 이에 대한 용강량이나 주조 속도의 변화, 열대류가 유동, 주형내의 편류 등에 주는 영향을 미리 조사하고, 여러 가지 조업 조건에서의 유동상태를 태턴화하여 기억시키고, 실제의 조업 데이터에 근거하여 패턴을 선택하게 되어 있기 때문에, 대폭적인 메쉬 생략과 계산 시간의 단축이 가능하다. 따라서, 계산 메쉬는 1000메쉬 이하로서 충분하기 때문에 워크 스테이션 정도의 능력을 가진 계산기이면 실시간의 계산 예측이 가능하며, 주형내의 상세한 개재물 분포를 계산할 필요가 없는 경우에는 수십개의 메쉬로 계산하는 것도 가능하다.

본 모델예에서 다루는 비금속 개재물은 용강표면으로부터의 산소 침입에 기인하여 발생하여 알루미나계 비금속 개재물, 레이들 도는 턴디쉬내의 슬랙 동반유입으로 인하여 발생하는 슬랙계 비금속 개재물, 몰드내 표면상의 윤활플럭스의 동만유입으로 인하여 발생하는 몰드 윤활용 플럭스계 비금속 개재물, 침지 노즐의 막힘을 방지하기 위하여 취입되는 Ar 가스가 주형내에서 분단되어 생기는 미세기포 등 4종류가 있다. 그중 주형내의 미세기포는 그 곳에 미소한 다수의 비금속 개재물이 부착되어 있어서 비금속 개재물과 동일한 결함이 되기 때문에, 여기에서는 미세기포도 비금속 개재물의 일종으로 다루고 있다.

하나의 공간메쉬에 있어서의 비금속 개재물 밀도의 입경 분포는 연속 함수이지만, 계산상 직경이 10 내지 10001m사이에서 5종류의 대표 입경으로 분류되어 있다.

따라서, 여기에서 다루는 계산대상은 생성 기인에 의하여 4종, 크기에 의하여 5종으로 분류된 20종의 개재물을 다루게 되어 있으나, 생성 기인에 의하여서도 알 수 있는 바와 같이, 레이들, 턴디쉬의 계산에서는 몰드 윤활용 플럭스계 비금속 개재물과 미세기포는 계산할 필요가 없다.

1메쉬내에서는 비금속 개재물이 균일하게 분포되어 있는 것으로 보고, X번째의 메쉬(이하,메쉬라 한다)에서의 비금속 개재물 밀도: Cx (개/m³)의 시간적 변화는 용강유동과 부상을 고려함으로써 다음과 같은 이론에 근거하여 표시된다.

[수학식 1]

개재물의 부상속도 U(m/s)=(ρ_m-ρ_i) g·d²/18μ (stokes식)

상기 식에서, ρ_m,ρ_i는 용강, 비금속 개재물의 밀도(Kg/m³)

g는 중력가속도(9.8 m/s²),d는 개재물의 직경(m)

μ는 용강의 점도(Pa·s)

따라서, 직하의 메쉬로 부터의 부상에 기인되는 비금속 개재물 유입속도 F_in(개/s)과 직상 메쉬로의 부상유출속도 F_out(개/s)는

[수학식 2]

F_in=C_under·U·S₂

[수학식 3]

F_out=C_up·U·S_i

상기 식에서,C_under및 C_up은 각각 X 메쉬의 직하 및 직상의 메쉬에 있어서의 비금속 개재물 밀도(개/m³)를 나타내고, S_1,S₂는 X메쉬의 상면 및 하면의 면적(m²)을 표시한다.

용강의 유동에 의한 상류 메쉬로 부터의 개재물 유입량 R_in(개/s)과 하류 메쉬로의 개재물 유출량 R_out(개/s)은 각각

[수학식 4]

R_in=Σ C_x-n·Of_x-n

[수학식 5]

R_out=C_x·ΣQfx

로 표시된다. 상기 식에서 Qf는 특정 메쉬로의 용강 유출량(m³/s)을 나타내고, 여기에 첨부된 X-N은 X메쉬에 용강일 유입되는 메쉬를 나타내며, 이것은 유동 패턴에 의하여 결정된다. 도3 및 도4에서 유동패턴의 일 예가 호살표로 도시되어 있다.

그 외에도, 메쉬로의 유입과 메쉬로부터의 유출은 복수의 메쉬에 대하여 발생하는 경우가 포함되어 있기 때문에, 그 합계를 표시하는 가 첨가되어 있다.

따라서, 단위시간후에 개재물밀도는 다음의 식으로 예상된다.

[수학식 6]

Cx(t+1)=C_x(R_in-R_out)+F_in-F_out)/V_x

상기식에서, V_x는 X메쉬의 체적(m³)이다.

이하에서 설명하는 메쉬 내에서의 비금속 개재물 생성 또는 합체 성장 등을 제외한 기본 이동은 상기 식을 기초 식으로 하여 다루며, 20종류의 개재물 각 메쉬에 있어서의 비금속 개재물 밀도의 경시 변화가 각각 계산된다. 주입 개시시의 계산 매시, 벽의 취급 등 시간적 및 공간적 경계조건은 종래의 해당 기술자가 상황에 따라 적당히 행하여 왔으나, 현시점에서 일정한 식으로 표기하기는 어렵다.

종류가 다른 개재물(a,b)(밀도:Ca, Cb(개/m³))이 메쉬 내에서의 비금속 개재물의 충돌에 의한 응집이 발생하는 회수N(회/s)은 난류이론에 따라 다음과 같이 다룬다.

[수학식 7]

N=k ×ε× Ca ×Cb ×Vx

상기식에서, ε는 메쉬내의 평균 난류도(Watt/m³)이고, 유동 패턴과 마찬가지로, 추적물질(tracer)의 첨가에 의한 물 모델 시험이나, 상세한 수치계산 등으로 구할수 있고, k는 비례정수이다. 따라서, 단위시간내에 충돌응집의 발생으로 인한 비금속개재물수의 감소 및 크기의 증가에 대하여는 응집횟수에 맞는 수를 빼고, 전체의 체적을 보존하는 조건을 유지하면서, 더 큰 크기의 개재물을 생성시킬 수 있게 계산한다. 알루미나계 비금속 개재물과 슬랙계 비금속 개재물이 합체되는 경우에는 고융점의 고체 알루미나계 비금속 개재물이 저 융점의 슬랙계 비금속 개재물에 흡수되어 슬랙화되는 것이 조업의 실태조사에 의하여 알고 있기 때문에, 더 큰 슬랙계 비금속 개재물이 생성되며, 기타 이종 개재물의 응집에 대하여서도 적당한 경우를 나누어 설명한다.

레이들이나 턴디쉬 표면으로부터의 슬랙 절삭유입 및 몰드내에서의 윤활용 플럭스의 절삭유입속도M(개/s)은 물 모델이나 용강과 슬랙을 이용한 기초실험이나 실기조사 등으로부터 평균난류도(ε), 입경(d),슬랙(또는 윤활 플럭스) 점성(μs)(Pa·s)의 함수로서 평가하였다.

[수학식 8]

m = f(ε, d, μs)

슬랙중의 산소 또는 공기로부터의 오염에 의한 알루미나의 발생은 레이들, 턴디쉬 및 몰드의 최상면의 메쉬에서 발생하고, 오염속도L(개/s)은 슬랙중의 산소활동도a₀(-), 분위기의 산소분압P₂(Pa),표면적S1(m²)에 비례한다는 이론에 근거하여,

[수학식 9]

L=γ×S1×ε×f1(d)×a₀+f2(d)×R₂)

라는 식으로 표시한다.

상기식에서, f1, f2는 각각 슬랙 산화, 분위기 산화에 의하여 발생하는 알루미나 개재물의 입경별 발생함수이고,γ는 발생개재물이 슬랙 속에 남아있지 아니하고, 용강중에 침입하는 비율을 나타내는 함수이다.

도5a는 및 도5b는 레이들내에서의 개재물 예측 모델을 개념도로 나타낸 것이다.2차 정련이 종료된 때로부터 레이들에서 턴디쉬로 주입이 개시될 때(이하레이들 주입 개시라 한다)까지 걸리는 시간은 약 30분이다. 2차 정련 종료시의 샘플 분석치에 근거하여, 그후 레이들 주입 개시까지, 부상에 의한 비금속 개재물(16)의 제거 또는 레이들 슬랙(11) 으로부터의 재산화에 의한 비금속 개재물의 발생 등으로 인한 슬랙계 개재물과 알루미나계 개재물의 변화량을 기포(bubling)시간, 유지시간, 레이들 슬랙 산화도(a₀) 등에 근거하여 계산함으로써 레이들 주입 개시시의 레이들 내 개재물 분포를 계산하여 초기 조건으로 한다.

레이들 주입 개시로부터 종료가지의 레이들내의 비금속 개재물(16)의 거동과 함께, 롱 노즐(4)을 거쳐 턴디쉬로 유입되는 비금속 개재물의 양이 실시간으로 예측 계산된다. 레이들내 용강상의 레이들 슬랙(11)은 주입 말기에 생기는 소용돌이로 인하여 턴디쉬에 흡입되어, 차지 연결부의 주편의 품질을 열화시키는 요인이 된다. 노즐내에 침입하는 슬랙량에 대하여는 레이들내 용강의 진탕 높이h(m) 와 주입속도q(m³/s)에서 예측되는 대표적 혼입속도로 표시할 수 있으나, 슬랙의 혼입으로 인한 노즐내의 임피던스(impedance) 변화를 포착하는 레이들 슬랙 유출량 센서(15)를 이용하여 순차적으로 레이들 슬랙 유입량을 측정하는 것에 의하여서도 차지마다의 혼입량을 더 정밀하게 평가할 수 있다. 따라서, 다음 식과 같이 턴디쉬내로의 레이들 슬랙의 소용돌이 유입속도y(m³/s)를 평가할 수 있다.

[수학식 10]

y= R_slag×q

상기식에서, q는 노즐을 통과하는 유체의 유량(m³/s)이고, R_slag는 롱 노즐(4)내의 슬랙 점유율(-)로서,

R_slag=f(f,q) 또는 R_slag=f(센서 신호)에 의하여 주어진다.

도 6a및 6b는 턴디쉬내의 비금속 개재물 예측 모델의 개념도를 도시한 것이다. 전술한 레이들 모델에 의하여 계산된 출구측 조건이 턴디쉬 모델의 용강 및 비금속 개재물의 입력조건으로서 주어진다. 이러한 입구측에서는 롱 노즐(4)로부터의 용강주입에 의하여 초래되는 높은 난류 상태로 되어 있고, 슬랙게 비금속개재물의 생성과 재산화에 의한 알루미나계 비금속개재물이 많이 발생하는 외에 , 전술한 소용돌이 유입에 의한 슬랙의 침입으로 인하여 슬랙계 비금속개재물이 생성된다. 이러한 생성량Y(개/s)는 다음식으로 주어진다.

[수학식 11]

Y=f (d) × y

다만, f(d)는 레이들 슬랙의 소용돌이 유입에 의하여 발생하는 개재물의 입경 분포 함수로서, 기초 실험과 실기(實機)조사에 근거하여 결정된다.

침지 노즐(5)내에 퇴적하는 비금속개재물과 그 박리 시간에 대하여는 주조속도와

스토퍼(7)의 개도(開度)의 관계에 미치는 침지 노즐(5)의 폐색도의 영향을 조사하고, 주조속도와 스토퍼 개도로부터 비금속개재물 퇴적량을 예측한다. 박리개재물은 몰드내에 침입하는 것으로 한다. 여기에서, 침지노즐내에 부착하는 개재물은 과거의 실태조사에 의한 경험에 따라 알루미나계 개재물로 하고 입도 분포로 실태조사에 근거하여 경정하고 있다.

도 7a및 도7b는 몰드내의 비금속개재물 예측모델의 개념도를 도시한 것이다. 턴디쉬 모델에 의하여 계산되는 출력조건이 몰드 모델의 용강 및 비금속 개재물의 입력조건으로서 주어진다. 몰드내의 유동에 대하여는 미리 주조속도나 전자 브레이크강도를 변경할 경우를 대상으로 행한 수치해석결과에 근거햐여 조업조건으로부터 유동패턴을 예상하고, 주형내 열전대의 좌우 온도분포의 차 도는 몰드내 탕면 레벨 센서(13)에 의하여 축차 판정되는 편류에 대하여는 예상되는 좌우의 변동분을 유동패턴을 고려하여 평가한다.

침지노즐의 폐색방지를 목적으로, 침지노즐내에 취입되는 Ar가스에 기인하는 미세기포생성에 대하여는 그 양과 기포분포의 발생빈도의 관계에 대한 조사를 근거로 생성량을 결정한다. 이러한 비금속개재물 응고셀에 접하는 계산 메쉬(도 5중 세로 패칭으로 표시된 메쉬)에 도달한 때Z(%) 가 그 계산 메쉬에서 응고셀에 포착된다.

[수학식 12]

Z=f(d,Qf, 개재물 조성)

이상과 같은 계산논리에 의하여 실시간으로 최종주편내의 비금속개재물의 3 차원적 분포를 비금속개재물 종류, 입경별로 계산 예측할 수 있게 된다.

도8은 예측모델과 냉도가니 분석치의 연결을 모식적으로 도시한 것이다.

도8의 우측에는 2차정련공정(100), 연속주조공정(102) 및 열연공정(104)으로 이루어지는 제조 공정이 도시되어 있다. 2차 정령공정(100)의 출구로부터 연속주조공정(102)의 입구까지 용강을 수송하는데 약 30분이 걸린다. 연속주조공정(102)을 떠난 주편이 열연공정(104)에 공급되기까지는 약 2시간의 여유가 있다.

연속주조공정(102)에 있어서의 레이들(1), 턴디쉬(2) 및 몰드(3)의 조업 데이터가 연주프로세서 컴퓨터(115)에 입력된다. 2차 정련공정(100)의 출구, 레이들(1),턴디쉬(2) 및 몰드(3)의 소정위치에서 용강과 몰드(3)에서 나온 주편(106)에 대한 스포트 샘플링이 행하여지고, 약 20분만에 분석이 종료된다.

도8의 좌측에는 워크스테이션 등의 시뮬레이션용 계산기(114)에 있어서의 시뮬레이션 흐름이 도시되어 있다. 도8에 있어서, 2차 정련공정(100)의 출구에서의 분석결과로부터 계산된 레이들 주입개시시의 레이들내 개재물 분포를 초기조건으로 하여, 연주프로세서 컴퓨터(115)를 거쳐 레이들(1)의 조업데이타가 주어진 모델을 사용한 레이들계 시뮬레이션이 행하여진다(단계 220). 그 다음에는 레이들 출구조건을 턴디쉬 입구조건으로 하여, 턴디쉬(2)의 조업 데이터가 주어진 모델을 사용한 턴디쉬계 시뮬레이션이 행하여 진다(202). 턴디쉬 출구조건을 몰드 입구조건으로 몰드(3)의 조업 데이터가 주어진 모델에 입력되고, 몰드계 시뮬레이션이 행하여진다.(204)이러한 시뮬레이션에 의한 결과는 각 지점의 스포트 샘플링의 분석결과와 조합되고(단계 206), 허용범위안에서 일치하면, 시뮬레이션에 의한 예측은 바른 것으로 하여, 이에 근거한 주편의 등급 매김이 행하여 진다(단계 208). 시뮬레이션의 결과와 분석결과가 허용범위안에서 일치하지 아니하면 , 후술하는 바와 같이, 모델의 파라미터가 수정된다(단계210).

실시간으로 계산되는 연주공정에 있어서의 비금속개재물 분포(1차 계산결과)는 레이들, 턴디쉬, 몰드 등에서 채취하는 용강시료 및 주편의 절단시료를 스포트 샘플링하여 신속하게 분석하는 정밀한 체크가 앞의 차지까지 반복하여 행하여졌기 때문에 해당차지에 있어서의 분석결과가 판명되기 이전에도, 일정 수준 이사의 예측밀도를 유지할 수 있다.

따라서, 주조중의 비금속개재물 오염도에 알맞은 제어도가능하다(도8의 단계 212). 예를 들면, 턴디쉬내의 비금속개재물이 요구 수준보다 많은 경우에는 주조속도를 저하시킴으로써 주형으로 응고될 때까지의 부상시간을 연장하여 품질을 확보할 수 있다. 더구나, 금속Ca,Mg 등과 같이 고가이지만, 턴디쉬내에서 비금속개재물의 억제효과가 높은 물질에 있어서는 오염도가 높은 시점에서만 첨가함으로써 효율적인 조업을 실현할 수 있다. 그 외에, 몰드에 대한 작용의 예로서는 몰드내에서 전자기 교반이 가능한 장치에 있어서는 윤활용 플럭스의 유입이 발생하지 아니하는 교반 패턴을 선택 유지하는 것도 가능하며, 전자기브레이크에 의한 개재물 침입의 억제가 가능한 장치의 경우에는 개재물 수준에 적합한 코일 전류를 선택, 유지할 수 있다.전술한 바와 같은 조업의 온라인제어는 예측정보에 대하여 조작원이 수동식으로 조작하는 이외에, 계산기에 최적 제어패턴을 학습시킴으로써 자동적인 제어도행할 수 있다.

스포트 샘플링에 의한 분석치와 계산치(1차 계산결과)에 일정 이상의 오차가 있는 경우에는 시뮬레이션에 의한 보정계산(2차 계산)이 행하여 진다. 스포트 심플링 시료를 채취하여 가공하고, 분석결과가 판명될 때까지의 소요시간은 2시간 정도이며, 일정시간 하드디스크에 보전된 조업데이타와 연동하는 2차 계산은 실시간의 반 이하의 고속 계산이 가능하다. 턴디쉬에서 행한 스포트 샘플링의 분석결과 오염도가 1차 계산결과 보다 낮은 경우에는 예를 들면, 응집합체를 계산하는 식(7)에 있어서, 계수(k),를 피팅 파리미터(fitting parameter)로서, 겸용하고, k를 높은 값으로 변경시킴으로써 응집분을 많이 계산하여(응집소멸의 증가, 편균 입경 증대에 의한 부상속도의 상승), 실제의 오염도에 적합시킬 수 있어서, 간단히 회귀 계산할 수 있다.

주편이 다음 공정인 열연공정에 제공되기까지는 수송이나 정합을 포함하여 2시간 정도의 시간이 있기 때문에, 2차 계산을 행한 경우에는, 주편이 다음 공정인 열연단계에 도달하기 훨씬 주편내의 3차원적 개재물 분포의 정확한 에측결과를 얻을 수 있으므로, 정확한 주편등급이 매겨진 주편을 공급할 수 있고, 압연 이후에 비금속개재물로 인한 표면결함 및 내면결함 등의 트러블을 미연에 회피할 수 있다.

그 외에도, 여기에 도시된 실시형태에 의한 비금속개재물의 스포트 체크(spit check)에는 냉도가니법을 이용하는 예를 보여주고 있으나, 이러한 체크에는 신속한 분석이 가능하면, 일본 특개소 64-70134 에 제시된 전자빔법, 일본 특개평3-102258 에 제시된 바와 같은 초음파법 등을 이용하더라도, 입경별 비금속개재물 예측이 가능하며, 비금속개재물의 오염을 거시적으로만 알 수 있는 경우에는 JIL Z2613에 규정된 바와 같은 강중 산소 분석법과 그 전산소량의 마크로 시뮬레이션을 조합시키는 것에 의하여서도, 비금속개재물의 연속적 예측이 가능하다.

워크 스테이션 등의 범용 컴퓨터에 전술한 기능은 실형시키기 위한 소프트웨어는 플로피 디스크 또는 CD-ROM과 같은 잘 알려진 기억매체에 저장하여 제공할 수 있다.

여기에 도시된 실시형태는 본 발명의 적용의 일 예만을 상세히 설명한 것으로서, 시뮬레이션 계산의 논리 또는 스포트 샘플링 장소 등은 필요한 비금속개재물 수준과 공정제약에 의하여 결정되어야 하는 것이다.

[실시예 1]

1차지가 300 톤인 박판용 용강을 3차지 전로에서 정련한 후, 2차 정련설비(RH 가스설비)에서 탈가스 및 성분조정후, 연속주조 프로세서 제공하였다. 턴디쉬의 용량은 50톤, 연속주조 주형의 크기는 250mm (두께) ×1800 mm(폭), 정상부의 상부의 주조속도2.5m/분이었다. 레이들내의 용강, 턴디쉬내의 용강, 몰드내의 용강으로부터 각각 평균 1개/15분의 빈도로 채취하는 한편, 냉도가니에 의한 신속 개재물 석출을 행하엿다.

이에 의하여 얻어진 개재물의 조성, 입도분포의 측정결과를 비금속개재물 행동 시뮬레이션 계산과 조합시켜서 주편 품질의 예측을 행하였다. 이러한 작업을 주조개시에서 2차시 중간까지 행하고, 그후에는 심플링에 의한 비금속개지물의 분석 결과만으로 주편의 품질을 추정하였다.

그결과는 도9에 제시되어 있다. 플로트(plot)는 샘플링을 행한 지점을 나타내고, 실선은 비금속개재물 행동 시뮬레이션 게산에 의한 예측결과를 나타낸 것이다.

1차지의 처음은 주입개시에 비정상부이고, 주편 품질을 표시하는 청정도지수는 합격레벨의 0보다 낮다. 한편, 정상부위에서는 약간의 변동은 있으나, 합격레벨 이상의 품질이었다.

더구나, 1차지와 2차지 사이의 연결부에서는 레이들로부터 주입되는 용강의 본래의 청정도가 낮은 데다가, 레이들 슬랙이 유입되었기 때문에, 용강의 청정도는 더한층 악화 되었다. 01112차지의 정상부에 들어가면 청정도가 높은 수준으로 안정되었기 때문에, 비금속개재물 행동 시뮬레이션 계산에 의한 연속적인 품질 예측을 중지하고, 샘플링에 의한 비금속개재물 분석결과에 의하여 부분적인 청정도체크만을 행하였다.

2차지 및 3차지에서의 비금속개재물 분석결과는 1차지에서와 동등한 청정도추이었기 때문에, 3차지 종료후(연속주조 종료후)합격수준 이하로 된 1차지의 부위화 이러한 합격수준 이하로 예상되는 2차짐 및 3차지의 부위를 제외한 주편을 압연공정에 제공하였다. 그결과, 1차지에서 2차지의 정상부에 걸쳐서는 전혀 제품결함이 발생하지 아니하였는데, 2차지와 3차지 사이의 연결부 부근의 주편에서 예상 이상의 길이에 걸쳐 표면 결함이 발생하였다. 이러한 결과를 받고, 연속주조중의 시뮬레이션 계산에서 데이터의 기록과 비금속개재물 분석결과를 토대로 비금속개재물 행동 시뮬레이션 계산에서 주편 품질을 역으로 추정한 결과, 고 9의 파선과 같이 되었다. 즉, 2차지와 3차지의 연결부에서 생기는 근소한 레이들 슬랙의 유출이 이러한 연결부의 품질을 예상 이상으로 열화시키고 있다는 것이 추인되었다.

[실시예 2]

1차지가 300톤인 박판용 용강을 3차지 전로에서 정련한 후, 2차 정련설 비(RH가스설비)에서 탈가스 및 성분조정후 연속주조프로세서에 제공하였다. 턴디쉬의 용량은 50톤, 연속주조주형의 크기는 250mm(두께) × 1800mm(폭), 정상부의 주조속도는 2.0m/분이었다. 레이들내의 용강, 턴디쉬내의 용강, 몰드내의 용강으로부터 각각 평균 1개/15qnsdml 빈도로 채취하는 한편, 냉도가니에 의한 신속개재물의 석출을 행하였다.

여기에서 얻어진 개재물의 조성, 압도분포의 측정결과를 비금속 개재물 행동 시뮬레이션 계산과 조합시켜서 주편품질의 에측을 행하였다. 이러한 작업을 주조개시로부터 2차지의 중간까지 행하고, 그후에는 주편품질을 예측하는 한편, 프로세스 변수를 제어함으로서 주편의 품질을 제어하여였다. 그 결과는 도10 에 제시되어 있다.

플로트는 샘플링을 행한 지점을 나타내고, 실선은 분석결과에 근거한 비금속개재물 행동 시뮬레이션 계산에 의한 예측결과를 나타낸다. 2차지와 3차지 사이에 연결부에서 품질의 열화가 예상되었기 때문에, 주조속도를 2.0m/분에서 1.5m/분으로 늦추어 주조하고, 그후에는 2.0m/분으로 복귀시켰다. 그 결과, 제어를 행하지 아니한 부위의 품질은 합격수준이 미달되어,1단계 낮은 등급에 할당하지 아니할 수 없었으나, 제어를 행한 부위의 품질은 정상부와 동등하였기 때문에, 그레이다운(gradedown)의 필요 없이 품질저하를 최저한으로 억제할 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이 , 용강 및 주편주의 비금속개재물의 조성, 중량, 입도등의 수식모델에 의한 시뮬레이션 계산과 스포트 샘플링 시료의 신속분석결과를 조합시킴으로써 연속주조중에 온라인으로 주편품질을 매우 정밀하게 예측할 수 있게 되고, 열연공정전에 주편의 등급매김을 정확히 실시할 수 있게 된다. 그 외에도, 이러한 예측에 근거한 온라인에서 동적인 연속주조 프로세서의 제어가 가능하게 됨으로, 불합격 발생을 최소한으로 억제할 수 있다.

Claims

레이들 출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하는 단계; 턴디쉬의 조업 데이터가 주어진 턴디쉬 수식모델에 상기 레이들 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 턴디쉬 출구의 비금속 개재물 분포를 연속적으로 계산하는 단계; 몰드의 조업 데이터가 주어진 몰드 수식 모델에 상기 턴디쉬 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 몰드에서 주조되는 주편의 품질을 연속적으로 예측하는 단계; 로 이루어진는 연주주편의 품질예측방법.
제1항에 있어서, 상기 수식모델에서, 턴디쉬 및 몰드내의 공간은 실시간 계산이가능한 수의 계산공간으로서, 유동의 속도 및 방향이 일정하고, 비금속개재물의 분포가 균일하다고 가정된 계산공간으로 분할 되는 연주주편의 품질에측방법.
제2항에 있어서, 복수의 조업 데이터에 관하여, 상기 각 계산 공간에서의 유동의 속도 및 방향의 패턴을 미리 기억하는 단계; 주어진 조업 데이터에 근거하여 패턴을 선택하는 단계; 가 추가로 포함되는 연주주편의 품질예측 방법.
제1항에 있어서, 레이들에서 몰드에 이르는 단계 중 적어도 하나의 지점에서 채취한 샘플을 분석함으로써 비금속개재물의 분포를 측정하는 단계; 이러한 측정결과와 상기 수식 모델에서 대응하는 지점 및 시각에 대한 비금속개재물 분포의 예측결과를 조합하는 단계; 측정결과와 예측결과가 허용범위안에서 일치되도록 수식 모델을 수정하는 단계; 가 추가로 포함되는 연주주편의 품질예측방법.
제4항에 있어서, 상기 비금속개재물의 분포를 측정하는 단계에, 응고된 샘플을 재 용해하여 표면으로 비금속개재물을 배출시키고, 표면으로 배출된 비금속개재물의 양, 면적, 조성, 입도분포중 적어도하나의 항목을 측정함으로써 샘플의 비금속개재물의 분포를 결정하는 서브 단계(sub-step)가 포함하는 연주주편의 품질 예측방법.
레이들 출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하는 단계; 턴디쉬의 조업 데이터가 주어진 턴디쉬 수식모델에 상기 레이들 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 턴디쉬 출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하는 단계; 몰드의 조업데이타가 주어진 몰드 수식 모델에 턴디쉬 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 몰드에서 주조되는 주편의 품질을 연속적으로 예측하는 단계; 예측된 주편의 품질에 근거하여 조업조건을 자동적으로 변경하는 단계; 로 이루어지는 연주주편의 품질제어방법.
제6항에 있어서, 상기 수식모델에서, 턴디쉬 및 몰드내의 공간이 실시간 계산이 가능한 수의 계산 공간으로서, 유동의 속도 및 방향이 일정하고, 비금속개재물의 분포가 균일하다고 가정된 복수의 계산공간으로 분할 되는 연주주편의 품질제어방법.
제7항에 있어서, 복수의 조업 데이터에 관하여, 상기 각 계산 공간에서의 유동의 속도 및 방향의 패턴을 미리 기억하는 단계; 주어진 조업 데이터에 근거하여 패턴을 선택하는 단계;가 추가로 포함되는 연주주편의 품질제어방법.
제6항에 있어서, 레이들에서 몰드에 이르는 단계중 적어도하나의 지점에서 채취한 샘플의 분석에 의하여 비금속개재물 분포를 즉정하는 단계; 이러한 측정결과와 상기 수식모델에 대응하는 지점 및 시각에 비금속개재물 분포의 예측결과를 조합하는 단계; 측정결과와 예측결과가 허용범위안에서 일치되도록 수식 모델을 수정하는 단계; 가 추가로 포함되는 연주주편의 품질 제어 방법.
제9항에 있어서, 상기 비금속개재물 분포를 측정하는 단계에, 응고된 샘플을 재용해하여 비금속 개재물 표면으로 배출시키고, 표면으로 비금속개재물의 양, 면적, 조성, 입도분포 중 적어도일 항목의 측정에 의하여 샘플의 비금속개재물 분포를 서브 단계가 포함하는 연주주편의 품질제어방법.
레이들(1)출구의 비금속개재물 분포를 계산하는 수단(200); 턴디쉬(2)의 조업 데이터가 턴디쉬 수식 모델에 레이들 축구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 턴디쉬 출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하는 수단(202); 몰드 (3)의 조업 데이터가 주어진 몰드 수식 모델에 턴디쉬 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 몰드에서 주조되는 주편의 품질을 연속적으로 예측하는 수단 (204);으로 이루어지는 연주주편의 품질 제어장치.
제11항에 있어서, 상기 수식모델에서, 턴디쉬 및 몰드내의 공간이 실시간 계산이 가능한 수의 계산공간으로서, 유동의 속도 및 방향이 일정하고, 비금속개재물 분포가 균일하다고 가정된 복수의 계산공간으로 분할 되는 연주주편의 품질제어장치.
제12항에 있어서, 복수의 조업데이터에 관하여, 상기 각 계산공간에서의 유동의 속도 및 방향의 패턴을 미리 기억하는 수단; 주어진 조업 데이터에 근거하여 패턴을 선택하는 수단; 이 추가로 포함되는 연주주편의 품질 예측방법.
제11항에 있어서, 레이들에서 몰드에 이르는 공정 중 적어도하나의 지점에서의 비금속개재물 분포의 측정 결과를 입력하는 수단; 이러한 측정결과와 상기 수식모델에 대응하는 지점 및 시각에 대한 비금속개재물 분포의 예측결과를 조합하는 수단(206); 측정결과와 예측 결과가 허용 범위안에서 일치되도록 수식 모델을 수정하는 수단(210); 이 추가로 포함되는 연주주편의 품질 예측장치.
레이들 (1)출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하는 수단(200); 턴디쉬 (2)의 조어조건이 주어진 턴디쉬 수식모델에 레이들 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로서 턴디쉬 출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하는 수단(201); 몰드(3)의 조업 데이터가 몰드 수식모델에 턴디쉬 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 몰드에서 주조되는 주편의 품질을 연속적으로 예측하는 수단(204); 예측된 주편의 품질에 근거하여 조업조건을 자동적으로 변경하는 수단; 으로 이루어지는 연주주편의 품질제어 장치.
제15항이 있어서, 상기 수식모델에서, 턴디쉬 및 몰드내의 공간이 실시간 계산이 가능한 수의 계산 공간으로서, 유동의 속도 및 방향이 일정하고, 비금속개재물 분포가 균일하다고 가정된 복수의 계산 공간으로 분할 되는 하는 연주주편의 품질제어 장치.
제16항에 있어서, 복수의 조업데이터에 관하여, 상기 각 계산 공간에서의 유동의 속도 및 방향의 패턴을 기억하는 수단; 주어진 조업 데이터에 근거하여 패턴을 선택하는 수단; 이 추가로 포함되는 연주주편의 품질제어장치.
제15항에 있어서, 레이들에서 몰드에 이르는 공정 중 적어도하나의 지점에서의 비금속개재물 분포의 측정 결과를 입력하는 수단; 이러한 측정 결과와 상기 수식 모델에 대응하는 지점 및 시각에 대한 비금속개재물 분포의 예측결과를 조합하는 수단(206); 측정 결과와 예측 결과 허용범위 안에서 일치되도록 수식 모델을 수정하는 수단(210); 이 추가로 포함하는 연주주편의 품질제어장치.
레이들(1) 출구의 비금속개재물 불포를 연속적으로 계산하고(206); 턴디쉬 (2)의 조업 데이터가 주어진 턴디쉬 수식 모델에 레이들 추구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 턴디쉬 출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하고(202); 몰드(3)의 조업 데이터가 주어진 몰드 수식 모델에 턴디쉬 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 몰드에서 제조되는 주편의 품질을 연속적으로 예측하고(204);로 이루어지는 연주주편의 품질 예측용 방법을 달성하기 위하여, 컴퓨터에 의하여 실행 가능한 명령의 프로그램을 구현하는 컴퓨터에 의하여 판독 가능한 프로그램 저장장치.
제19항에 있어서, 상기 수식 모델에서, 턴디쉬 및 몰드내의 공간이 실시간 계산이 가능한 수의 계산 공간으로서 유동의 속도 및 방향이 일정하고, 비금속개재물 분포가 균일하다고 가정된 복수의 계산공간으로 분할되는 프로그램 저장장치.
제20항에 있어서, 상기 방법 단계에, 복수의 조업 데이터에 관하여 상기 각 계산공간에서의 유동의 속도 및 방향이 패턴을 미리 기억하는 단계; 주어진 조업 데이터에 군거하여 패턴을 선택하는 단계; 가 추가로 포함되는 프로그램 저장장치.
제19항에 있어서, 상기 방법 단계에, 레이들에서 몰드에 이르는 단계중 적어도하나의 지점에서의 비금속개재물 본포의 측정 결과를 입력하고; 이러한 측정결과와 상기 수식 모델에 대응하는 지점 및 시각에 대한 비금속개재물 분포의 예측 결과를 조합하고(206); 측정 결과와 예측 결과가 허용범위안에서 일치되도록 수식 모델을 수정하는 (210);단계가 추가로 포함되는 프로그램 저장장치.
레이들(1)출구의 비금속개재물 분포를 연속적으로 계산하고(202); 턴디쉬 (2)의 조업 데이터가 주어진 턴디쉬 수식 모델에 레이들 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로써 턴디쉬 출구의 비금속개재물 연속적으로 계산하고 (202); 몰드 (3)의 조업 데이터가 주어진 몰드 수식 데이터에 턴디쉬 출구의 비금속개재물 분포를 입력함으로서 몰드에서 주조되는 주편의 품질을 연속적으로 예측하고(204); 예측된 주편의 품질에 근거하여 조업조건을 자동적으로 변경하는 각 단계가 포함되어 있는 연주주편의 품질제어용 방법을 달성하기 위하여, 컴퓨터에 의하여 실행 가능한 명령의 프로그램을 구현하는 컴퓨터에 의하여 판독 가능한 프로그램 저장장치.
제23항에 있어서, 상기 수식모델에서, 턴디쉬 및 몰드내의 공간이 실시간 계산이 가능한 수의 공간으로서, 유동의 속도 및 방향이 일정하고, 비금속개재물 분포가 균일하다고 가정된 복수의 계산공간으로 분할 되는 프로그램 저장장치.
제24항에 있어서, 상기 방법 단계에, 복수의 조업 데이터에 관하여 상기 각 계산 공간에서의 유동의 속도 및 방향의 패턴을 미리 기억하는 단계; 주어진 조업 데이터에 근거하여 패턴을 선택하는 단계; 가 추가로 포함되는 프로그램 저장장치.
제23항에 있어서, 상기 방법 단계에 레이들에서 몰드에 이르는 공정중 적어도 `일지점에서의 비금속개재물 분포의 측정결과를 입력하고; 이러한 측정결과와 상기 수식 모델에 대응하는 지점 및 시각에 대한 비금속개재물 분포의 예측 결과를 조합하고(206); 측정 결과와 예측 결과가 허용범위안에서 일치되도록 수식 모델 수정하는 (210) 단계가 추가로 포함되는 프로그램 저장장치.