KR100296080B1 - 연속주조기의주형진동특성진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 주조기에 있어서의 주형진동 특성을 간단하기 위한 장치에 관한 것으로, 강의 연속 주조 공정에서 연주기의 주형의 진동을 측정하고, 이미 설정된 기준값과 비교하여 진단함으로써 주조중에 생기는 주형 탕면의 변동, 구속성 브레이트 아웃과 슬래브의 코너 크랙을 방지할 수 있도록 하여 연속 주조조업의 안정화와 슬래브 품질 향상에 기여할 수 있다.

Description

연속 주조기의 주형 진동특성 진단장치.

본 발명은 연속 주조기의 주형 진동특성 진단장치에 관한 것으로, 특히 강의연속 주조 공정에서 연주기 주형의 진동을 측정하고, 이미 설정된 기준값과 비교하여 진단함으로써 주조 중에 생기는 주형 탕면의 변동, 구속성 브레이크아웃과 슬래이브의 코너 크랙을 방지하여 연속 주조 조업의 안정화와 슬래브 품질 향상에 기여할 수 있는 주조기의 주형 진동특성 진단장치 및 방법에 관한 것이다.

강의 연속주조 공정에 있어서, 연속 주조 슬래브(salb)의 표면은 스트랜드(strand)와 주형간에 충분한 윤활을 해줌으로써 응고 셀의 고착(sticking)을 방지할 목적으로 도입된 주형의 진동에 의해 주기적으로 진동 마크(oscillation mark)가 형성된다.

또한 진동 곡선의 형태는 연구 주편의 표면 품질에 큰 영향을 미치므로 진동에 관련된 요인들 예를들면, 진폭이나 주파수 등은 주형 진동의 매우 중요한 인자로서, 진동상태가 불안정하게 되면 응고표면이 찢어지거나 파괴되어 브래이크 아웃(breakout)을 유발하게 된다.

따라서 주형 진동장치의 필수조건은 모든 속도 구간에 걸쳐서 충격이나 흔들림 없이 안정된 정현파(sinusoidal wave)의 진동 운동을 해야하는 것이다.

일반적으로 양호한 슬래브 표면 상태를 얻기 위해서 현재까지는 주로 주형 파우더(power)의 개선, 진동수의 증가등의 조치가 취해져 오고 있다.

그러나 주형의 운동 상태를 정확하게 측정 분석할 수 있는 측정 장치가 개발되어 있지 않기 때문에 주형의 진동이상 발생시 주조 작업의 중단, 슬래브의 코너 크랙(corner crack) 발생에 직접 영향을 미치는 주형 진동 상태에 대한 정확한 검사가 곤란하여 구속성 브레이크 아웃이 발생하기도 한다.

또한 상기 주형의 진동상태를 감지할 수 있는 장치가 없음으로 인해 만곡성 연주기에 있어서 강을 고속으로 주조하기 위한 기술 데이터 부족 및 주형 진동 조건의 최적화를 이루는 진동 패턴의 수립이 곤란한 등의 많은 문제점이 있다.

또한, 주형에 진동을 인가하는 주형 진동기의 주형 테이블 확장대(extender)에는 고무 재질로 된 패킹(packing) 부재가 사용되어진다.

그러나 상기 패킹부재는 주조 중에 용강이 주형 밖으로 흘러 넘치는 경우 열화되거나 또는 장시간 사용으로 인한 마모 및 재질상의 탄력성 상실로 각각의 확장대에 연결된 주형 테이블 상하간 그리고 좌우간에 불균형이 발생되게 하는 요인이 된다.

따라서 상기와 같은 상황이 발생될 경우, 종래에는 장비 운전자나 현장 점검원의 오감에 의존한 점검으로서는 부품의 마모나 장비의 이상상태를 조기에 포착하는 것은 어려워진다. 그리하여 장치의 경향관리 및 장비상태의 정밀 점검의 불가로 주형 진동 장치의 최적 교환 시기의 설정이 불가능한 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 연속 주조기의 주형 장치의 진동을 비접촉식 변위 센서를 이용하여 측정하고 이를 고속 애널로그-디지틀 변환기를 내장한 컴퓨터에서 실시간으로 주파수 분석, 위상차 계산 등의 각종 신호 처리능력이 있는 소프트웨어를 포함한 연속 주조기용 주형 진단 장치와, 이를 이용하여 슬래브 품질과 관련이 있는 여러 파라미터, 즉 수직 변위량, 전후-좌우 흔들림량, 수직 변위간의 위상차, 진동 파형의 왜곡 등을 정밀 진단하여 주형 장치의 최적 상태를 유지할 수 있도록 하는 주형 진동특성 진단장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 종래의 일반적인 연속 주조기 주형진동장치의 사시도

제2도는 상기 제1도에 도시된 주동진동장치의 구동계 구성을 도시한 도면

제3도는 주형의 진동특성과 슬래브 픔질과의 상관성을 도시한 도면

제4도는 본 발명에 따른 주형 진동특성 진단장치의 구성을 도시한 도면

제5도는 본 발명의 방법에 따라 주형 진동특성을 진단하기 위한 공정 흐름도

제6도는 주형의 수직 스트로크 파형을 나타내며 주형 진폭의 계산 방법을도시한 도면

제7도는 수직 스트로크의 기본 주파수를 계산하는 방법을 도시한 도면

제8도는 기본 주파수에 대해 수직 스트로크 파형의 상대 위상차 계산방법을 도시한 도면

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 주형(mould) 2 : 주형 진동기

3 : 구동 모터 4 : 커플링 축(coupling axis)

5 : 캠축(cam shaft) 6 : 비접촉식 변위센서

7 : 변위센서 신호처리 장치(변환기) 8 : 애널로그-디지틀 변환기

9 : 기어박스 10 : 컴퓨터

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는,

주형에 진동을 인가하는 주형 진동기와 인접한 위치에 설치되며, 고주파의 와전류 손실원리를 이용하여 비접촉에 의해 상기 주형 진동기의 진동을 감지하는 변위센서와;

상기 변위센서와 연결되며, 상기 주형 진동기와 상기 변위센서간의 거리에 따라 변하는 발진전압을 측정하여 내부회로를 통해 측정거리와 전압변화가 서로 비례관계로 나타나게 변환기와;

상기 변환기를 통해 전달되는 주형 진동기의 비선형적 진동특성을 디지털 신호로 선형적으로 변화하는 A/D 변환기가 내부에 설치되고, 내장된 진단용 소프트웨어에 의해 (아래)에 기재된 진단기준으로 상기 주형 진동기의 최적 진동상태여부를 진단하는 컴퓨터로 구성되는 연속 주조기의 주형 진동특성 진단장치를 제공한다.

(아래)

기준진폭-1mm 〈수직 스트로크의 진폭≤기준 진폭+1mm

전후, 좌우 흔들림량 ≤0.3mm

수직 스트로크의 위상차 ≤2.0°

(만약 주형의 진동특성 진단 결과가 상기의 표기된 기준식 중 어느 하나의 기준을 초과하면 이상이 생긴 것으로 간주함)

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.

도 1은 주형에 진동을 인가하는 일반적인 주형 진동기의 사시도이다.

주형 진동기(2)는 주형(1)에 소정 파형의 진동을 인가함에 의해 턴디쉬(tundish)에 담겨져 주형(1)에 주입되는 용강을 주형 내 탕면을 일정하게 유지하도록 레벨 제어를 한다.

상기 주형(1)의 사면은 수냉장치가 부착된 동판으로 구성되어 용강이 동판벽에 붙지 않도록 하는 응고셀(미도시)이 형성되고, 주형(1)의 진동은 직류 모터(3)에 의해 구동된다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 주동 진동기의 구동계 구성을 도시한 도면이다.

상기 도시된 주형 진동기(2)는 모터(3)에 의한 구동력이 유니버샬 커플링 축(4)에 의하여 중심 분배 기어로 전달되며, 양쪽 단부에 위치한 기어 박스(10)와 연결된 축(5)에 의해서 편심 축(미도시)을 구동시킨다.

상기 편심 축은 4개의 연결 로드(road)에 의해 주형 테이블을 상하로 진동시키게 되며 주형 측면에 부착되어 있는 판 스프링에 의해 연주기 곡률을 따라 함께 운동을 하게 된다.

도 3은 연속주조기의 주형의 진동 특성에 따른 슬래브 품질과의 상관성을 나타낸 도면이다.

상기 도면을 참조하면, 주형의 수직 방향의 스트로크가 큰 경우에는 주형 탕면의 높이변동이 유발되며, 스트로크의 길이 및 주파수는 진동 마크의 깊이와 관련이 있으며, 또한 주형의 전후 흔들림 및 좌우 흔들림의 크기는 슬래브이 장,단변부의 진동 마크의 깊이와 깊은 관련성이 있음을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 기술에 따른 주형 진동특성 진단장치의 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 주형 진동 진단 장치는 상기 도면에 도시된 바와 같이, 고주파의 와전류 손실 원리를 이용한 비접촉식 변위센서(6)를 사용한다.

상기 비접촉식 변위센서(6)는 주형 진동기(2)와 직접 접촉하지 않은 상태에서 주형 진동기(2)와의 이격거리를 감지하게 된다.

이후 상기 변위센서(6)에 의해 접수된 신호는 변환기(7)로 전달되고, 상기 변환기(7)에서는 상기 접수된 비선형 신호를 교류 전원으로서 소정용량의 발전기를 접속하여 목표물 즉, 상기 주형 진동기(2)와 상기 센서(6)간의 거리에 따라 변하는 발진 전압을 측정하고, 내부 직선화 회로를 통해 측정 거리와 전압변화와의 관계가 상호 비례관계가 되도록 변환한다.

또한 상기 변환기(7)로부터 전달된 신호는 컴퓨터(10)내에 구비되어 있는 A/D(Analogue Digital) 변화기(8)로 이동되여 상기 변환기(8)에서 수신된 애너로그 신호는 다시 디지털 신호로 변환된다.

이때, 상기 신호를 측정하기 위한 장소간의 이동을 용이하도록 하기 위해 휴대용(portable) 컴퓨터를 사용하며, 데이터 수집은 플러그 인 보드(Plug In Board)형식의 A/D 변환기(8)를 사용한다.

이상 상기와 같이 구성된 본 발명의 주형 진동특성 진단장치를 이용하여 주형의 진동특성을 진단하기 위한 방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저 상기 도 2에 나타낸 바와같이, 주형의 네 꼭지점의 수직 스트로크(M1, M2, M3, M4)와 전후 흔들림(M5), 좌우 흔들림(M6)량을 비접촉식 변위센서(6)를 이용하여 측정하고, 상기 측정된 데이터를 상기 휴대용 컴퓨터(10)의 A/D 변환기(8)로 보낸다.

이때 상기 A/D 변환기(8)에 보내진 상기 측정 데이터중 샘플링 하는 수는 주형(1)의 진동수를 감안하여 샘플 파형 개수가 최소 10에서 최대 25가 되도록 설정한다.

다음, 컴퓨터(10)에 입력된 수직 스트로크와 전후, 좌우 흔들림 파형에서 진동의 진폭은 다음 식(1)에 의해 계산되어 진다.

주형진폭=샘플파형 데이터의 최대값-샘플파형 데이터의 최소값 --(1)

도 7은 수직 스트로크의 기본 주파수를 계산하는 방법을 도시한 도면이고,

도 8은 기본 주파수에 대해 수직 스트로크 파형의 상대 위상차를 계산하는 방법을 도시한 도면이다.

상기 각 도면에 도시된 바와같이, 수직 스트로크 파형을 자동 파워 스펙트럼(auto power spetrum)변환을 통해 진폭이 가장 큰 위치의 주파수 크기를 기본 주파수(f₀)로 설정한다.

또한 일반적으로 전송계에 정현파를 가하면 전소계의 비선형 특성 등이 원인이 되어 출력 신호에 왜곡 성분이라 부르는 정현파의 고조파 성분이 나타난다.

상기에서 나타나는 왜곡은 주형 진동기가 사용 기간이 경과함에 따라 장치구성부재간의 느슨함에 의해 발생하는 것으로서, 진동파형과 출력 신호의 고조파 성분을 분석하면 진동의 특성과 전송계의 충실도 등을 검토할 수 있다.

일반적으로는 하나의 진동파형이 기본 주파수 f₁, 제2 고조파 f₂, 제3 고조파 f₃등의 고조파 성분으로 형성되어 있을 때, 각각의 실효치를 A(f₁), A(f₂), A(f₃)라 하면, 전고조파 왜곡율(%THD)는 아래 식(2)와 같이 표현된다.

다음에 상기 도 8에 도시된 바와 같이, 수직 스트로크 정현파 파형의 상대 위상 차이를 계산하기 위해서 먼저 각각의 수직 스트로크 파형을 위상 스펙트럼(phase spectrum) 변환하고, 앞에서 구한 기본 주파수에 대해 각각의 수직 스트로크의 위상을 구한다.

수직 스트로크간의 위상차는 다음의 요소와 관련된다.

M1-M3, M4-M2 : 캠 사프트

M1-M2, M4-M3 : 커플링

M1-M4, M2-M3 : 대각선 방향

다음에는 앞에서 설명한 방법으로 계산된 주형 진동 특성값과 기준치를 비교하여 다음과 같이 주형 진동을 평가한다.

기준진폭-1mm〈수직 스트로크의 진폭≤기준 진폭+1mm -- (3)

전후, 좌우 흔들림량≤0.3mm -- (4)

수직 스트로크의 전고조파 왜곡율≤기준값(임의설정) -- (5)

수직 스트로크의 위상차≤2.0° -- (6)

만약 주형의 진동특성 진단 결과가 상기의 기준식 (3)~(6)중 어느 하나의 기준을 초과하면 이상이 생긴 것으로 간주하고, 발생원인을 파악함과 동시에 장비를 정비한 후, 다시 앞의 진단 과정을 재반복한다.

이상 상술한 바와같이, 본 발명에 따른 연속 주조기에 있어서의 주형진동 특성을 진단방법은 강의 연속 주조 공정에서 연주기의 주형의 진동을 측정하고 이미 설정된 기준값과 비교하여 진단함으로써 주조중에 생기는 주형 탕면의 변동, 구속성 브레이크아웃과 슬래브의 코너 크랙을 방지할 수 있도록 하여 연속 주조 조업의 안정화와 슬래브 품질 향상에 기여할 수 있다.

Claims (1)

1. 연속 주조기에 있어서의 주형진동 특성을 진단하기 위한 장치에 있어서,

   주형에 진동을 인가하는 주형 진동기와 인접한 위치에 설치되며, 고주파의 와전류 손실원리를 이용하여 비접촉에 의해 상기 주형 진동기의 진동을 감지하는 변위센서와;

   상기 변위센서와 연결되며, 상기 주형 진동기와 상기 변위센서간의 거리에 따라 변하는 발진전압을 측정하여 내부회로를 통해 측정거리와 전압변화가 서로 비례관계로 나타나게 변환기와;

   상기 변환기를 통해 전달되는 주형 진동기의 비선형적 진동특성을 디지털 신호로 선형적으로 변화하는 A/D 변환기가 내부에 설치되고, 내장된 진단용 소프트웨어에 의해 (아래)에 기재된 진단기준에 의해 상기 주형 진동기의 최적 진동상태여부를 진단하는 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 주조기에 있어서의 주형 진동특성 진단장치.

   (아래)

   기준진폭-1mm 〈수직 스트로크의 진폭≤기준 진폭+1mm

   전후, 좌우 흔들림량 ≤0.3mm

   수직 스트로크의 위상차 ≤2.0°

   (만약 주형의 진동특성 진단 결과가 상기의 표기된 기준식 중 어느 하나의 기준을 초과하면 이상이 생긴 것으로 간주함)