KR100530464B1 - 돌발적인 탕면레벨변화에 대응하기 위한 탕면레벨제어방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 연주설비의 주형의 탕면레벨이 언클라깅 등에 돌발적으로 변할 때 적시에 효과적인 제어를 행함으로써 탕면레벨을 안정화 시키고 고온의 용강이 주형 밖으로 넘치는 현상을 방지하려는 것이며, 탕면레벨의 변화를 감시하여 슬리이딩게이트나 스토퍼로드를 제어하는 방법이 제공된다. 이 방법은 탕면레벨의 증가속도를 계산하는 단계와, 증가속도의 다과에 따라 상황등급을 설정하는 단계 및, 설정된 등급에 따라 적절한 제어알고리즘을 선택하여 적용하는 단계를 포함하며, 양호하게는, 상기 상황등급설정단계에서는 상황등급을 4종의 등급으로 구분하고, 상기 제어알고리즘선택적용단계에서는 증가속도가 가장 느린 4급 상황일 경우에는 정상적인 제어알고리즘을 적용하며 1급 내지 3급 상황에서는 각각의 상황에 적절한 퍼지제어알고리즘을 적용한다.

Description

돌발적인 탕면레벨변화에 대응하기 위한 탕면레벨제어방법 {Method for controlling a melted metal level in a mold}

연속주조공정에서 사용되는 설비에서 턴디쉬에는 고온의 용강이 담기고, 이 용강은 턴디쉬의 바닥으로부터 현수된 침적노즐을 통해 주형의 입구로 들어간다.

주형의 입구에 쌓이는 탕면레벨을 골고루 적절하게 제어하는 것은 생산물인 주강의 품질에 지대한 영향을 미칠 뿐만 아니라, 설비의 유지 및 안전사고의 방지에 있어서도 중요한 요인이다.

도 1에 보이듯이, 침적노즐(4)의 입구에는 슬라이딩 게이트(2)가 설치되어 있으며, 이러한 슬라이딩 게이트(2)를 이용하여 턴디쉬(1)로부터 침적노즐(4)을 통해 주형의 입구(5)로 들어가는 용강의 양을 제어하다가 용강의 흐름을 정지시킬 때에는 스토퍼로드(3)를 이용하여 턴디쉬(1)의 바닥에 노출된 침적노즐(4)의 입구를 막는다. 주형의 입구(5)에는 용강의 탕면레벨을 측정하기 위한 측정장치가 배치되어 있다.

용강이 침적노즐(4)을 통해 주형으로 들어가는 과정에서 용강 속에 녹아있던 개재물(알루미나 등)이 턴디쉬(1)의 바닥이나 침적노즐(4)의 입구 또는 침적노즐(4)의 내벽에 고착되는 이른바 클라깅(Clogging) 현상이 발생한다.

주조속도를 일정하게 유지하고 클라깅의 영향을 배제한다면, 텅면레벨을 제어하기 위한 제어입력치는 도 2에 보이듯이 일정하게 유지될 수 있다.

그러나, 시간이 지날수록 개재물의 고착량이 증가하는 클라깅 현상을 감안하고 주조속도를 일정하게 유지하면서 탕면레벨을 일정하게 유지하기 위해서는, 제어입력치를 도 3에 보이듯이 시간이 지남에 따라 증가시켜야 한다.

개재물의 고착량은 서서히 증가하다가 누적치가 상당히 커지게 되면 그 중의 일부 또는 전부가 떨어져 나가면서 돌연히 감소한다. 이렇게 개재물의 고착량의 적어도 일부가 떨어져 나가는 현상을 언클라깅(Unclogging) 현상이라고 지칭하는데, 이러한 언클라깅현상을 감안하고 주조속도를 일정하게 유지하면서 탕면레벨을 일정하게 유지하기 위해서는, 제어입력치를 도 4에 보이듯이 시간이 지남에 따라 증가시키다가 언클라깅이 발생하는 시점에서 급락시켜야 한다.

언클라깅이 빈번하게 발생하면서 한 번에 탈락되는 고착물의 양이 미량인 경우에는 언클라깅 시점과 제어입력치의 급락시점이 불일치해도 그다지 큰 문제를 야기하지 않는다. 그러나, 한 번에 탈락되는 고착물의 양이 대량인 경우에는 탕면레벨이 급격히 상승하게 되고 심할 경우는 고온의 용강이 주형 밖으로 넘치는 오버플로(Overflow)가 발생되어 설비의 훼손이나 작업자의 부상 등과 같은 안전사고가 발생할 수 있다. 그러므로, 언클라깅을 감안한 제어는 적시에 효과적으로 행해져야 한다.

종래에는 예기지 못한 언클라깅을 방지하기 위해 미리 인위적 언클라깅을 행하는 방법이 사용되었다. 인위적 언클라깅방법으로는 칼슘 와이어를 턴디쉬 내로 투입하는 것이 있는데, 이 것은 심한 화염과 연기가 발생시킨다는 단점이 있다. 다른 방법으로는 작업자가 봉으로 들쑤셔서 고착물을 제거하는 것이 있는데, 이 것은 안전사고의 우려를 포함한 많은 문제점을 가지고 있다.

이 발명은 위와 같은 점을 감안하여 이루진 것이며, 언클라깅을 적시에 효과적으로 행함으로써 탕면레벨을 안정화 시키고 고온의 용강이 주형 밖으로 넘치는 현상을 방지하려는 것이다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 이 발명에 따르면, 탕면레벨의 변화를 감시하여 언클라깅에 의해 탈락된 고착물의 양을 추정하고 그러한 추정치에 따라 슬리이딩게이트나 스토퍼로드를 제어하는 방법이 제공된다.

이 발명에 따라 연주설비의 주형 속에 주입되는 용강의 탕면레벨을 제어하는 방법은 탕면레벨의 증가속도를 계산하는 단계와, 증가속도의 다과에 따라 상황등급을 설정하는 단계 및, 설정된 등급에 따라 적절한 제어알고리즘을 선택하여 적용하는 단계를 포함한다.

양호하게는, 상기 상황등급설정단계에서는 상황등급을 4종의 등급으로 구분하고, 상기 제어알고리즘선택적용단계에서는 증가속도가 가장 느린 4급 상황일 경우에는 정상적인 제어알고리즘을 적용하며 1급 내지 3급 상황에서는 각각의 상황에 적절한 퍼지제어알고리즘을 적용한다.

아래에서는 도면을 참조하여 이 발명에 따른 탕면레벨제어방법의 양호한 실시예에 대해 상세하게 설명하겠다.

도 5에는 이 발명의 한 실시예에 따른 탕면레벨제어방법의 알고리즘을 설명하기 흐름도가 도시되어 있다.

언클라깅이 발생하면 탕면레벨이 급상승하며, 주형(6)의 입구에 설치된 탕면레벨측정장치(5)의 측정신호를 이용하여 시간에 따른 탕면레벨의 변화를 도시하면 도 5와 같이 된다. 도 6의 그래프로부터 언클라깅시의 탕면레벨의 증가속도(S)를 수학식 1에 의해 계산할 수 있다.

여기에서, 는 밀리미터 단위의 탕면레벨의 증분이고, 는 초 단위의 시간의 증분이며, 는 현재의 탕면레벨을 나타내고, 은 한 주기전, 즉 시간 전의 탕면레벨을 나타낸다.

수학식 1에 의해 구해진 탕면레벨의 증가속도(S)를 통해 언클라깅 정도를 추정하고, 그 추정치에 따라 상황구분을 할 수 있다. 예를 들면, 만약 S가 150 mm/sec이상이면 언클라깅 정도가 "1급"이라고 상황을 정의하고, 만약 S가 100 mm/sec에서 150 mm/sec 사이에 있으면 언클라깅 정도가 "2급"이라고 상황을 정의하며, 만약 S가 100 mm/sec 이하에서 50 mm/sec가 되면 언클라깅 정도가 "3급"이라고 상황을 정의하고, S가 50 mm/sec 이하이면 언클라깅 정도가 "4급"이라고 상황을 정의할 수 있다.

이러한 예시적 정의를 표로 나타내면 표 1과 같다.

증가속도(S mm/sec)	150 ≤S	100 ≤S < 150	50 ≤S < 100	S < 50
상황정의	1급	2급	3급	4급

탕면레벨측정장치(5)의 측정신호를 분석하여 위와 같은 상황정의를 한(S101) 후에, 그러한 상황등급에 따라 정상적인 제어알고리즘을 이용하여 제어할 것인지 또는 비상적인 퍼지제어알고리즘을 적용할 것인지의 여부를 판단한다.(S102)

상황등급이 4급이면, 단계 S105로 진행하여 정상적인 제어알고리즘을 계속 적용한다.

상황등급이 4급이 아니면, 단계 S103으로 진행하여 표1에 기술된 상황등급에 따라 다음과 같은 퍼지제어알고리즘을 선택 적용한다. 즉, 1급 상황에서는 슬라이딩 게이트 또는 스토퍼 로드를 아주 많이 닫은 후 탕면레벨을 감시하면서 몇 초간 유지하는 것을 골자로 한 퍼지제어알고리즘을 선택하며, 2급 상황에서는 슬라이딩 게이트 또는 스토퍼 로드를 많이 닫은 후 탕면레벨을 감시하면서 몇 초간 유지하는 것을 골자로 한 퍼지제어알고리즘을 선택하고, 3급 상황에서는 슬라이딩 게이트 또는 스토퍼 로드를 적당히 닫은 후 탕면레벨을 감시하면서 몇 초간 유지하는 것을 골자로 한 퍼지제어알고리즘을 선택한다.

삭제

삭제

단계 S103에서 선택한 퍼지제어알고리즘의 적용이 완료된 후에, 단계 S104로 진행하여 탕면레벨이 ±5.0 mm 이내의 편차범위에서 5초 이상 유지되는지를 판단하고, 판단결과가 긍정이면 단계 S105로 진행하여 정상적인 제어알고리즘을 계속 적용한다.

단계 S104에서의 판단결과가 부정이면 단계 S103으로 복귀하여, 측정된 증가속도의 상황등급에 따라 비상적인 퍼지제어알고리즘을 다시 적용한다. 그러면, 본원 발명은 퍼지제어알고리즘에 의해 증가속도가 느려지고, 이렇게 느려진 증가속도가 여전히 S<50인 경우에 선행시기의 상황등급보다 한 등급 또는 두 등급 낮은 퍼지제어알고리즘을 적용한다.

이상과 같은 제어알고리즘은 도 1에 도시된 제어기(17)에서 구현되며, 제어기(17)는 유압실린더(16) 등과 같은 작동장치를 구동하여 슬라이딩게이트 또는 스토퍼로드의 위치를 제어한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 이 발명의 연속주조공정에서의 언클라깅(Unclogging) 정도측정 및 탕면레벨 제어방법을 적용하게 되면 급작스럽게 발생하는 언클라깅 현상으로 인해 탕면레벨이 급속히 상승하는 것을 제어함으로써 조업자가 수동으로 제어하는 것을 자동으로 행함으로써 훨씬 더 효과적이고 간편하게 작업을 수행할 수 있을 뿐 만 아니라 작업을 안전하게 할 수 있다.

도 1은 이 발명에 따른 탕면레벨제어방법이 적용될 주형을 포함하는 연주설비의 일부를 도시한 도면이고,

도 2는 클라깅현상을 감안하지 않은 시간에 따른 제어입력치의 변화를 도시한 그래프이며,

도 3은 클라깅현상을 감안한 시간에 따른 제어입력치의 변화를 도시한 그래프이고,

도 4는 언클라깅현상에 따른 탕면레벨의 변화와 그 것을 감안한 시간에 따른 제어입력치의 변화를 도시한 그래프이며,

도 5는 이 발명의 한 실시예에 따른 탕면레벨제어방법의 제어알고리즘을 설명하기 위한 흐름도이고,

도 6은 도 5에 도시된 제어알고리즘에서 사용될 제어입력치를 얻는 것을 설명하기 위한 그래프이다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 연주설비의 주형 속에 주입되는 용강의 탕면레벨 제어방법에 관한 것으로서,

   연주설비의 주형 내로 주입되는 용강의 탕면레벨의 증가속도를 다음의 수식(1)으로 계산하는 제1 단계와,

   상기 수식(1)에 의해 계산된 탕면레벨의 증가속도가 언클라깅 발생정도를 나타내는 다음의 증가속도 표(1)에서 어떤 상황등급에 속하는지를 판단하는 제2 단계 및,

   상기 수식(1)에 의해 계산된 증가속도가 상기 증가속도 표(1)의 4등급 범위인 경우에 상기 연주설비의 주형으로 상기 용강이 정상적으로 주입되는 정상제어알고리즘이 실행되고, 상기 수식(1)에 의해 계산된 증가속도가 상기 증가속도 표(1)의 1,2,3등급 범위인 경우에 각각의 제어값에 따라 상기 용강의 주입량이 제어되는 퍼지제어알고리즘이 실행되는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 돌발적인 탕면레벨변화에 대응하기 위한 탕면레벨제어방법.

   상기 증가속도 수식(1)은 다음과 같다.

   여기에서,는 탕면레벨 증가속도,는 밀리미터 단위의 탕면레벨의 증분,는 초 단위의 시간의 증분,는 현재의 탕면레벨, 은 한 주기전, 즉 시간 전의 탕면레벨이다.

   상기 증가속도 표(1)는 다음과 같다.

   증가속도(S, mm/sec) 150 ≤S 100 ≤S < 150 50 ≤S < 100 S < 50 상황정의 1급 2급 3급 4급