KR100368730B1 - 탕면레벨주파수분석을통한동적벌징진단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조기에서 탕면 레벨 주파수 분석을 통하여 동적벌징을 진단하는 시스템 및 그 진단 방법에 관한 것으로서, 연속주조기에 있어서 탕면의 레벨의 변동을 측정하고 그 변동의 주파수를 분석하는 제 1 단계와; 상기 분석된 주파수로부터 구해지는 주기를 연속주조기의 주조속도와 곱하여 동적벌징 이동거리를 산출하는 제 2 단계와; 상기 동적벌징 이동거리와 연속주조기에서의 특정 세그먼트내에서의 롤 사이의 거리를 비교하여 동적벌징이 발생하는 위치를 산출하는 제 3 단계로 이루어진 탕면 레벨 주파수 분석을 통하여 동적벌징을 진단하는 방법을 개시한다.

Description

탕면 레벨 주파수 분석을 통한 동적벌징 진단 방법

본 발명은 연속주조기에서 탕면 레벨 주파수 분석을 통하여 동적벌징을 진단하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연주 조업시 2차 냉각 지대에서의 주편은 그 내부에서의 철정압과 그 외부에서 롤의 지지에 의해 부풀어 오르게 된다(도 1 참조). 이와 같은 현상은 극히 자연적인 현상으로 현재 설치되어 있는 모든 연속주조기에서 발생하는 현상이지만, 이는 주편의 내부 품질에 내부 크랙 등과 같은 악영향을 발생시키는 주된 원인이 되며 탕면 불안정을 발생시켜 조업 중단, 주편 터짐(break out) 등을 유발시킬 수 있다.

이러한 주편의 벌징은 정적벌징(static bulging)과 동적벌징(dynamic bulging)으로 나뉘어진다. 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 주편이 이동할 때 롤과 롤 사이에서 주편의 부풀림 형상이 일정한 것이 정적벌징이다. 이것은 이동하는 주편에서 그 응고층의 두께가 얇아 주편이 롤을 통과할 때 변형이 일어나는 것으로서, 롤과 롤 사이에서 주편의 외형(pofile)은 항상 일정한 형태로 유지되어 있는 것을 말한다. 도 1(b)에서 보이는 것은 동적벌징에 관한 것이다. 동적벌징은 응고층의 두께가 어느 정도 강도를 갖는 주편이 롤을 통과할 때 주편의 형상이 유지된 채 롤을 지나가는 것이다.

따라서, 도 1(b)에서 볼 수 있듯이, 주편이 아래로 내려감에 따라 응고층이자체의 형상을 유지할 수 있는 강도를 지니고 있어 응고층 형상이 유지되기 때문에 용강이 내부로 밀려 들어가는 현상이 동적벌징에서는 나타나게 된다.

정적벌징의 경우 롤과 롤 사이에서는 주편의 형상이 그대도 유지되므로 주편내부에 있는 용강량의 변화는 없게 된다. 그러나 동적벌징의 경우는 주편이 롤과 롤 사이를 지나가면 롤과 롤 사이에서는 형상이 계속적으로 변화하기 때문에 내부 용강량의 변화도 생기게 되며, 같은 현상이 동시에 많이 발생하게 되면 많은 양의 용강량 변화를 초래할 수 있다.

조업중에 주조 속도를 상승시키거나 강종을 변화시키는 경우 등 어떤 불특정한 원인에 의해 탕면 레벨의 변동이 극심하여 주편이 터지는 터짐(break out) 현상이 발생하여 조업 중단의 사태가 발생하는 경우가 있다. 이는 주형 하부의 2차 냉각 지역에 있는 용강량이 주기적으로 증가했다가 감소함으로써 탕면 레벨의 변동을 야기하기 때문이다. 탕면 레벨의 변화는 동적벌징에 의해 영향을 받는다는 것으로 판명되었으며, 동적벌징에 의한 연속주조기내의 용강량의 변화가 탕면 레벨의 변화를 일으키는 것이다.

이러한 현상에 대하여는, 자동적으로 탕면을 안정화시키는 장치로도 제어가 불가능할 뿐만 아니라 이를 측정할 수 있는 측정 데이터 및 분석 도구조차 없는 실정이다.

대안으로서, 연속주조기 내에 센서를 설치하여 이상부위를 찾고, 그 부위에 대하여 적절한 조치(예를 들어, 냉각능을 높여주거나 주조속도를 낮추는 등의 조치)를 취하는 방법이 있을 수 있으나, 실질적이지는 못하다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열악한 연속주조기내의환경에 센서를 각각 설치하여 이상 부위를 찾아가는 것보다 훨씬 진보적인 방법을 통해 탕면 불안정의 정확한 원인을 도출함으로써 연주 주편 품질 향상과 고속 주조를 통한 생산성 향상을 목적으로 하고 있다.

즉, 본 발명은 조업에 악영향을 미치는 동적벌징을 탕면 레벨의 분석을 통해 미리 예측하고 탕면 불안정을 일으키는 원인 부위를 도출하여 조업중에 조치를 취할 수 있도록 하는 탕면 레벨 주파수 분석을 통하여 동적벌징을 진단하는 시스템 및 그 진단 방법을 제공한다.

도 1(a) 및 (b)는 각각 정적벌징과 동적벌징의 개념을 나타내는 도면;

도 2는 본 발명에 따른 탕면 레벨 주파수 분석을 통한 동적벌징 진단 시스템을 개략적으로 나타낸 도면;

도 3은 본 발명에 따른 탕면 레벨 주파수 분석을 통한 동적벌징 진단 시스템의 개략적 설치도;

도 4는 주파수 분석 프로그램의 시작 화면을 나타내는 도면;

도 5(a) 및 (b)는 FFT 분석을 통한 주파수 검출 결과를 나타내는 그래프;

도 6은 탕면 레벨 불안정이 심한 경우 탕면 레벨의 변화를 나타내는 그래프;

도 7은 조업 데이터를 이용한 주파수 분석 결과로서 주파수 분석 프로그램 화면과 순차적인 방법을 보이는 도면;

도 8은 조업 데이터를 이용한 주파수 분석 결과를 나타내기 위한 주파수 분석 프로그램 화면;

도 9는 탕면 레벨의 변화가 심한 경우에 대한 주파수 분석 결과를 나타내는 도면.

이러한 본 발명의 목적은 연속주조기에 있어서, 탕면의 레벨의 변동을 측정하는 시스템과, 상기 탕면 레벨 변동 측정 시스템으로부터 측정된 결과를 이용하여 그 변동의 주파수를 분석하는 시스템과, 분석된 주파수로부터 구해지는 주기를 연속주조기의 주조속도와 곱하여 동적벌징 이동거리를 산출하는 시스템과, 상기 동적벌징 이동거리와 연속주조기에서의 특정 세그먼트내에서의 롤 사이의 거리를 비교하여 동적벌징이 발생하는 위치를 산출하는 시스템으로 이루어진 탕면 레벨 주파수 분석을 통하여 동적벌징을 진단하는 시스템을 제공함으로써 달성된다.

또한, 본 발명의 목적은 연속주조기에 있어서, 탕면의 레벨의 변동을 측정하고 그 변동의 주파수를 분석하는 제 1 단계와; 상기 분석된 주파수로부터 구해지는 주기를 연속주조기의 주조속도와 곱하여 동적벌징 이동거리를 산출하는 제 2 단계와; 상기 동적벌징 이동거리와 연속주조기에서의 특정 세그먼트내에서의 롤 사이의 거리를 비교하여 동적벌징이 발생하는 위치를 산출하는 제 3 단계로 이루어진 탕면레벨 주파수 분석을 통하여 동적벌징을 진단하는 방법을 제공함으로써 또한 달성된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 탕면 레벨 주파수 분석을 통한 동적벌징 진단 시스템을 개략적으로 나타낸다.

먼저, 탕면 레벨 변동 측정 시스템은 연속주조기의 탕면의 레벨의 변동(fluctuation)을 측정한다. 이렇게 측정된 탕면 레벨의 변동은 주파수 분석 시스템으로 전달되어 탕면 레벨 변동의 주파수를 분석한다. 실제의 경우는 많은 노이즈(noise)가 존재하므로, 주요 주파수(dominant frequency)를 산출하게 된다.

그 후, 이렇게 산출된 탕면 레벨 변동의 주파수는, 동적벌징 이동거리 산출 시스템에서, 그 역수인 주기로 환산되고 이는 연속주조기의 주조 속도와 곱하여져 동적벌징의 이동거리를 산출하게 된다. 동적벌징은 한 개의 롤을 지날 때 발생하는 것이므로, 상기에서 산출된 동적벌징의 이동거리와 일 세그먼트에서의 롤과 롤 사이의 거리가 대략 일치하는 특정 세크먼트에서의 롤과 롤사이의 위치에서 동적벌징이 존재함을 알 수 있게 된다.

즉, 탕면 레벨의 변동의 주기와 주조속도와의 곱은 특정 세크먼트에서 롤과 롤 사이에서 동적벌징이 이동한 거리를 나타내는 것이다. 동적벌징 위치 산출 시스템에서는 상기 동적벌징 이동 거리와 하나의 세그먼트에서 롤과 롤사이의 거리를 비교하여, 그 거리가 대략 일치하는 특정 세그먼트에서의 롤과 롤사이에서 동적벌징이 발생함을 확인한다.

그러므로, 동적벌징의 위치를 진단할 수 있게 된다. 이렇게 동적벌징의 위치를 알게되면, 그 위치에서 냉각능을 향상시키거나 주조속도를 낮추는 등의 제반의 적절한 조치를 취할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 동적벌징 진단시스템의 개략적 설치도를 보인다. 먼저, 탕면 레벨 변동 측정 시스템의 일 예를 설명하면, 도면부호 10은 주형으로서 그 내부에 용강이 차있고 그 상면은 탕면(11)을 이룬다. 이러한 탕면에 대하여 침지노즐(15)을 부유시키고 레벨 검출기(18)가 상기 침지노즐(15)의 레벨변동을 감지한다. 이렇게 측정된 탕면의 레벨 변동은 탕면 레벨 변동의 주파수를 분석하고 동적벌징의 이동거리를 산출하며, 상기 동적벌징의 이동거리와 특정 세그먼트에서의 롤과 롤사이의 거리를 비교하여 동적벌징이 발생하는 위치를 산출하는 역할을 수행하는 컴퓨터(18)로 전송된다. 이러한 컴퓨터로서는 제철 공정에서 주로 사용되는 PLC(Process Logic Computer)가 사용될 수 있을 것이다.

PLC는, 먼저, 탕면 레벨 변동 측정 시스템으로부터 전송된 탕면 레벨 변동을 분석하여 그 주파수를 산출한다. 이를 위하여, 예를 들어 FFT(Fast Fourier Transform) 프로그램이 사용될 수 있다. 도 4는 FFT를 사용한 경우, 프로그램의 시작 화면을 보인다. 이렇게 분석된 주파수는 그 역수인 주기로 환산되고 연속주조기의 주조속도와 곱하여져 동적벌징의 이동거리로 산출된다. 그러면 다음, PLC는 이러한 동적벌징 이동거리와 대략 일치하는 세그먼트에서의 롤과 롤사이의 거리를 확인하고 그 위치에서 동적벌징이 발생한 것으로 인식한다. 이렇게 인식된 특정 세그먼트에서의 롤과 롤 사이의 위치를 디스플레이(display) 할 수도 있을 것이다. 따라서, 동적벌징이 발생하는 위치를 조업자는 알 수 있게 되는 것이다.

도 5는 FFT 프로그램을 이용한 주파수 검출 결과를 보인다. 도 5 (a)에서와 같이 주기가 100초인 정상파(sine wave)에 대해 주파수 분석을 하면 도 5(b)와 같이 0.01Hz에서 최대 주파수가 생성된다. 즉, 0.01Hz가 지배적으로 많이 존재한다는 의미이다. 이와 같은 방법에 의해 나타난 주파수에 대해 주파수의 역수인 주기와 주조 속도를 곱하면 거리의 단위가 나오게 되는데, 이는 동적벌징의 이동거리를 가르킨다. 동적벌징의 특징은 한 개의 롤을 지날 때마다 발생하는 현상이므로 동적벌징이 발생하는 것은 롤과 롤 사이의 거리와 같게 나타나게 된다.

FFT 프로그램과 같은 주파수 분석 프로그램의 경우에는 탕면 레벨 변동 측정 시스템에서 측정한 결과를 자동적으로 샘플링(sampling)하여 읽어들이면서 저장하여 어떤 시간별로 주파수 분석을 시도하거나 연속적으로 주파수 분석을 할 수 있으며, 분석 결과를 조업자들이 보기 편하게 도표를 이용하여 출력할 수 있다.

도 6은 실제 연주 조업시 측정한 탕면 레벨의 결과이며 탕면 불안정이 상당히 심한 경우를 발췌한 것이다. 도 7은 그 때의 주파수 분석 결과를 시간별로 출력하는 방식으로 출력된 것이다. 도 8은 데이터가 계속적으로 들어오므로 연속적으로 데이터를 저장하고 주파수 분석을 하는 화면이다.

검출된 주파수 중에 최대 주파수가 0.065Hz인 주파수의 거리를 구해보기 위해 주기를 구하면 1/0.065 = 14.3초가 된다. 그리고, 주속은 1.25m/min(20.83 mm/sec) 이라면 동적벌징의 이동거리는 대략 298mm의 거리가 나오게 되는데, 이는 측정한 연속주조기의 특정 세그먼트의 롤과 롤 사이의 거리(예를 들면, 세그먼트 3번의 롤과 롤 사이의 거리)와 일치하는 수준으로 나오고 있는 것을 알 수 있다. 이것은 세그먼트 3번에 있는 롤과 롤 사이에서 발생하는 동적벌징에 의해 탕면이 흔들리고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 동적벌징의 발생을 줄여줄 수 있는 적당한 조치를 상기 위치에 대하여 취함으로서 안정적인 조업을 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 주조중 탕면 레벨의 주파수 분석을 통해 동적벌징의 발생 정도와 앞으로의 확장 가능성 및 조업의 지속성 여부를 판단할 수 있으며 동적벌징이 발생하고 있는 위치까지 파악할 수 있으므로, 해당 위치에 대한 조업중에 적절한 조치가 가능하여 조업의 중단없이 안정되게 작업할 수 있다. 또한, 동적벌징의 발생을 방지함으로써 생산하고 있는 주편에 대한 품질과의 관계로부터 지표로도 이용할 수 있다.

Claims (1)

1. 연속주조기의 탕면 레벨을 주파수 분석하여 주편의 동적벌징을 진단하는 방법에 있어서,

   상기 탕면 레벨의 변동을 측정하고 그 변동의 주파수를 분석하는 제1단계와;

   상기 제1단계에서 분석된 주파수로부터 구해지는 주기를 연속주조기의 주조 속도와 곱하여 동적벌징 이동거리를 산출하는 제2단계와;

   상기 동적벌징 이동거리와 연속주조기에서의 특정 세그먼트내에서의 롤 사이의 거리를 비교하여 동적발징이 발생하는 위치를 산출하는 제3단계로 이루어진 탕면 레벨 주파수 분석을 통한 동적벌징 진단 방법.