KR100466179B1 - 전자기 연속주조에서 탕면레벨 검지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기 유도코일의 자장변화에 의해 용강에 와전류를 형성시켜 용강의 온도를 상승되도록 하면서 제품을 주조할 때 주조품의 표면상태를 결정하는 용융액의 탕면을 정확하게 측정할 수 있게한 탕면레벨 검지방법에 관한 것으로,

즉, 전자기 연속주조기에 구비된 몰드의 외주면 상부측에 전선을 감아 유도코일에 의해 발생하는 자장 및 용강에 의한 와전류의 중첩 자장을 종합하여 측정하는 단계와, 측정된 신호값을 신호처리부에 의해 처리 하는 단계를 거치게 됨으로써 연속주조시 탕면의 레벨을 간단하고 정밀하게 측정하며 검출대역을 폭넓게하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자기 연속주조에서 탕면레벨 검지 방법{Measuring method of molten steel level in electromagnetic casting}

본 발명은 전자기 연속주조에서 탕면레벨 검지방법, 보다 상세하게는 전자기 유도코일의 자장변화에 의해 용강에 와전류를 형성시켜 용강의 온도를 상승되도록 하면서 제품을 주조할 때 주조품의 표면상태를 결정하는 용융액의 탕면을 정확하게측정할 수 있게한 탕면레벨 검지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전자기 연속주조는 도체 또는 부도체로 된 몰드(1)의 외주면에 유도코일(2)을 감은후 이 유도코일(2)에 고주파 전류를 인가하여 몰드(1)의 내부에 수용된 용강(3)의 유동을 제어하고 몰드(1)와 용강(3)의 경계면에서 용강(3)의 모양(meniscus)을 제어함에 따라, 주조품의 품질을 향상시킴과 아울러 종래의 주조 과정에서 필수적으로 사용되던 용융로가 없이도 주조품을 제조하게 된 기술이 소개되어 있다(도 1참조).

고주파 전류가 인가되는 유도코일(2)에 의해 발생되는 자장 변화는 도체로 된 물질내에 와전류를 형성시키고, 이 와전류에 의해 도체 자체에서 열이 발생하여 용융작용이 일어 난다.

그러므로 용융상태의 물질에도 여전히 와전류가 흐르게 되므로 유도자장이 용강(3)내의 온도를 상승시킴과 아울러 용강(3)의 거동에 영향을 주게 되어 초기 응고 상태에서 주조하고자 하는 제품의 표면 및 내부의 상태를 제어하게 되었고, 그 결과 전자기 연속 주조시 용강의 탕면(4)은 주조제품의 표면상태를결정짓는중요한 작용을 한다.

상기 주조품의 표면상태를 양호하게 하기 위해서는 유도코일(2)의 최상부 근처에서 탕면(4)의 조절이 미세하게 유지되어야 하므로 이를 위해서 탕면(4)을 정확하게 측정하는 것은 매우 중요하다.

만약, 탕면(4)이 원하는 준위(level)에서 벗어날 경우 연속주조품의 표면에 오실레이션 마크(oscillation mark)가 현저하게 형성되고 이는 후공정에서 과다한결함을 유도할 수 있다.

따라서, 전자기 연속주조에서 탕면(4)검지 방법은 탕면을 미세하게 조절하는 하나의 기반 요소 기술로 제품생산 공정에 직접 사용될 뿐만 아니라 이를 통하여 주조품의 표면 특성을 향상시켜 보다 높은 품질과 실수율을 얻을 수 있으므로 전자기 연속주조에서 탕면검지 방법은 경제적으로 기술적 가치가 큰 것이다.

한편, 종래에 연속주조 몰드의 탕면을 검지하기 위한 기술로 와전류센서에 의한 방법(미국특허, US4567435, 1987년), 정전용량 센서에 의한 방법(미국특허, US4555941, 1985년), 유도코일(5)의 주파수 변화에 의한 방법(미국특허, S4446562, 1984년 및 철과 강, Vol. 84, P625(1998)) 등이 사용되었다.

그러나 와전류 센서에 의한 방법은 탕면을 미세하게 측정할 수 있는 장점이 있는 반면, 몰드내부에 센서를 위치시켜야 하므로 운영상 여러가지 문제점이 야기되었고 검출 대역이 상대적으로 짧게 되었으며, 연속주조용 몰드 내에 위치된 센서가 유도코일에 의한 자장의 영향을 직접 받게 되므로 운용에 상당한 어려움이 있었다.

전기용량 측정에 의한 방법은 용강의 상면에 있는 파우더(powder)의 유전율에 상당한 영향을 받으므로 파우더의 두께에 따라 출력이 변하게 되어 오차범위가 상당히 크게 되었고, 또한 이 방법은 전극과 탕면의 거리보다 가까운 곳에는 전위가 변할 수 있는 도체가 없어야 하므로 공간적인 제약조건이 까다로웠다.

한편, 유도코일의 주파수 변화에 따른 탕면검지 기술은 탕면이 유도코일의 내측 위치에 있을 때는 그 정도가 우수하였으나, 코일로부터 벗어난 위치에 있을경우에는 정도가 급격히 감소됨으로써 검출 대역이 상대적으로 짧은 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 전자기 연속주조의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 주조품의 표면특성을 향상시킬 수 있도록 탕면 레벨을 간단하고 정밀하게 측정함과 아울러 검출대역을 넓힐 수 있는 전자기 연속주조에서 탕면레벨 검지방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전자기 연속주조기에 구비된 몰드의 외주면 상부측에 전선을 감아 유도코일에 의해 발생하는 자장 및 용강에 의한 와전류의 중첩 자장을 종합하여 측정하는 단계와, 측정된 신호값을 신호처리부에 의해 처리 하는 단계를 거치게 됨으로써 연속주조시 탕면의 레벨을 간단하고 정밀하게 측정하며 검출대역을 폭넓게 함을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 전자기 연속주조에 대한 개략적인 단면구성도,

도 2는 본 발명의 실시예의 전자기 연속주조에서 탕면레벨 검지센서의 설치상태를 나타낸 단면구성도,

도 3은 본 발명의 각 실시예에 의한 탕면레벨 측정결과를 출력신호로 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1 : 몰드 2 : 유도코일

3 : 용강 4 : 탕면

10 : 검지코일 20 : 신호처리부

이하, 본 발명의 전자기 연속주조에서 탕면레벨 검지방법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

전자기 연속주조의 원리는 도 1에서와 같이 도체 또는 부도체로 된 몰드(1)의 외주면에 수회의 유도코일(2)을 감고 이 유도코일에 고주파 전원장치를 이용하여 수십 kHz 주파수의 고전류를 인가하여 교류의 자장을 몰드의 내부로 유도시킴에 따라, 상기 유도된 자장에 의해 용강(3)의 거동이 제어된다.

상기 유도코일(2)의 전원장치는 공진주파수를 이용하여 최대의 전력이 항상유도코일에 인가될 수 있게 제작되며, 따라서 탕면레벨의 변화에 따라 유도코일에 부하되는 인덕턴스(inductance)값이 변화하게 되므로 공명주파수는 탕면(4)에 따라 변하게 되는데, 탕면이 높을수록 와전류 및 형상에 의한 영향으로 코일의 인덕턴스는 감소하게 되는 반면 공명주파수는 증가하게 되며, 코일의 인덕턴스 변화에 따라 코일에 인가되는 전류도 변화하므로 몰드의 외부에서 유도코일에 의한 자장 또한 탕면에 따라 변화하게 된다.

한편, 용강(3)에 의한 와전류는 다시 자장을 발생시키게 되며 그 방향은 유도코일에 의한 방향과 반대로 됨으로써, 와전류에 의한 자장은 탕면에 가까울수록 크게 됨과 아울러, 유도코일(2)에 의한 자장은 유도코일이 위치한 부분에서 최대가 되며, 상기 두 종류의 자장은 몰드(1)의 내부 뿐만 아니라 외부에까지 영향을 미치게 된다.

도 2는 본 발명의 탕면레벨 검지센서의 설치상태를 나타낸 것으로, 몰드(1)의 외주면 상부에 전선형태로 된 검지코일(10)을 감아 와전류에 의한 자장과 유도코일(2)에 의한 자장의 중첩을 측정하여 탕면(4)의 레벨을 측정하고, 측정된 결과는 신호처리부(20)에 의해 하였다. 이때 신호처리부의 구성은 고주파 전원장치에 의한 고주파 잡음을 제거하기 위하여 전원장치의 주된 주파수의 약 5배 높은임계주파수로설정된 로패스 필터(Low Pass Filter)와, 교류 자장의 최고치를 검출하는 엔벨로프 검지기(Envelope Detector), 저주파의 탕면 변화를 검지하고 엔벨로프 검지기에 의한 잡음을 제거하기 위한 수~수백Hz의 임계주파수로 설정된 로패스 필터, 몰드 오실레이션 주기의 신호를 제거하는 놋치필터(notch filter), 장거리 신호전송을 위한 디프렌셜엔더(Differential End), 아날로그 신호를 다지탈화 하는 A/D보드를 거쳐 컴퓨터로 처리한다. 상기 검지코일(10)을 몰드(1)의 최상부 근처에 위치되게 할수록 검지영역은 넓어지며, 안정성도 우수함을 다음 실시예를 통해 확인할 수 있었다.

실시예 1

검지코일(10)을 몰드(1)의 최상부에 위치되게 하였을 때 도 3의 그래프에서사각 기호로 나타낸 바와 같이, 몰드(1)의 상부 끝에서부터 400mm이상의 아래까지 탕면레벨에 따른 출력은 거의 1 : 1의 관계를 가질 뿐만 아니라 그 기울기도 대체로 크므로 탕면레벨에 따른 검출기의 출력을 안정적으로 유지할 수 있다.

실시예 2

검지코일(10)을 몰드(1)의 최상부로부터 약 80mm 아래에 위치되도록 하였을 경우 도 3의 그래프에서 원기호로 나타낸 바와 같이, 몰드(1)의 상부끝에서부터 60mm 아래까지는 탕면레벨에 따른 검지코일(10)의 출력변화가 거의 없었고, 이는 약 300mm 이상의 아래에 대해서도 위와 마찬가지로 출력변화가 없었으며, 따라서 이의 경우는 검지 영역이 약 70 내지 250mm 정도의 범위밖에 되지 않음을 알 수 있었다.

이와 같은 본 발명의 전자기 연속주조에서 탕면레벨 검지방법은 검지코일을 몰드의 외주면 상측에 위치되게 하여 자장을 측정하고 측정값을 신호처리함으로써 탕면레벨을 안정적으로 검지함은 물론 탕면의 안정적 제어할 수 있으며, 이에 따라주조품의 표면 및 내부 품질을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 연속주조공정의 몰드(1)에 수용된 용강(3)의 탕면레벨 검지방법에 있어서,

   상기 용강(3)의 탕면레벨에 따라 변화하는 자장을 측정하기 위하여 상기 몰드(1)의 외주면에 유도코일(2)을 감는 단계와;

   상기 몰드(1) 내의 용강(3)에 의한 와전류에 의하여 발생되는 자장을 측정하기 위하여 상기 몰드(1)의 외주면 상부에 전선형태의 검지코일(10)을 감는 단계와;

   상기 유도코일(2)에 발생된 자장과 상기 검지코일(10)에 발생된 자장의 중첩을 측정하는 단계 및;

   상기 중첩된 자장의 측정값을 신호처리부(20)에 의하여 신호처리하여 탕면레벨로 출력하는 단계;

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전자기 연속주조에서 탕면레벨 검지방법.
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