KR100704181B1 - 연속 주조시에 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을결정하는 방법 - Google Patents

연속 주조시에 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을결정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제어식 이중 작용 유압 실린더를 사용하여, 유압식 진동 주형에 의한 연속 주조시의 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을 결정하는 방법에 관한 것이다. 이 경우, 그때마다의 모든 진동 실린더의 양 챔버의 압력과 이 압력에 종속된 피스톤의 리프팅 위치는 소정의 측정 횟수로 측정된다. 이 측정 데이터로부터 스트랜드 응고각층과 주형벽 사이에서 임의 시점에 작용하는 마찰력이 계산된다.
스트랜드 응고각층, 주형, 마찰력, 진동 실린더, 피스톤, 유압실린더

Description

연속 주조시에 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을 결정하는 방법{METHOD OF DETERMINING THE FRICTION BETWEEN STRAND SHELL AND MOLD DURING CONTINUOUS CASTING}
본 발명은 진동 주형에 의한 연속 주조시에 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을 결정하는 방법에 관한 것이다.
주형의 벽과 스트랜드 응고각층 사이의 마찰력은 스트랜드 응고각층에 작용하는 법선력에 의해 야기된다. 편평한 평행 주형판을 갖는 종래의 주형의 경우, 범선력은 스트랜드 내부의 용융스틸이 스트랜드 응고각층에 영향을 주는 주로 페로정압(Ferrostatic Pressure)결과로 발생한다. 마찰력의 또 다른 부분은 주형의 협소한 쪽의 원추형 배치에 의해 야기된다.
주형 배출쪽으로 감소되는 횡단면을 갖는 주형 또는 깔대기형 주형의 경우, 스트랜드 응고각층이 주형을 관통할시 굽혀져 또 다른 법선력이 발생된다.
마찰력 FR의 크기는 법선력 Fn 및 마찰계수 μ에 따른 등식(1)에 상응한다.
FR = Fn × μ (1)
마찰 계수 μ는 실질적으로는 스트랜드와 주형 사이의 윤활 조건에 의해서 결정된다. 그 조건은 다음과 같다:
- 예를 들어 주조용 분말이나 오일 등과 같은 윤활제의 등급 또는 품질,
- 윤활제의 공급량,
- 점도, 합성물 및 조직에 따른 윤활제의 상태,
- 주형판으로부터의 열제거,
- 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 상대 속도.
마찰력의 방향은 진동 운동시 주기적으로 180°변한다. 종래의 주형에 있어서는 정적 상태에서 양 방향에서의 마찰값이 거의 동일하게 도달한다. 이에 반해, 법선력에 대한 스트랜드 응고각층 굽힘의 또 다른 영향 때문에, 출구쪽으로 감소하는 횡단면을 가진 주형에서의 마찰력이 네거티브 스트립시 보다 포지티브 스트립시에 상당히 크게 된다.
현대 연속 주조법은 설비 및 공정을 최대한으로 이용하는 것이 필요한데, 그 이유는 주조 공정에서의 예기치 않은 윤활에 의한 변화가 주물품의 극도의 품질 저하 뿐만아니라 작업 중단의 사태를 야기할 수 있기 때문이다. 그 결과, 어떤 장애도 없는 작업을 위해서, 실질적인 모든 작동 데이터의 지속적인 온라인 모니터를 통해 가능한한 완벽히 설비를 자동화하는 것이 절실히 요구된다. 이러한 방식으로 결함 경향을 조기에 인식하여, 상응하는 대책으로 보상하는 것은 가능하다.
이를 위해, 스트랜드 응고각층과 주형사이의 마찰상태를 연속적으로 측정하여 이 측정으로 부터 주형에서의 작용 상태 또는 조건에 관하여 정보를 얻어, 이와 같은 정보에 따라 연속 주조 공정을 모니터하여서, 작동적으로 최적화하는 것이 필요된다.
이로 인해, 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰 상태를 측정 기법에 의해 파악하는 것은 주형 마찰력이 진동교란 변수로서 스트랜드에 영향을 끼치기 때문에 실질적으로 중요하다.
온라인 모니터의 목적은 다음과 같다.
- 윤활 조건을 최적화시켜 스트랜드의 표면 품질을 개선시키고,
- 시스템 변화에 의한 반응 가능성을 갖는 스트랜드의 윤활 및 진동조건을 지속적으로 모니터하고,
- 예를 들면, 주형 마찰 변화에 대한 인식 가능한 경향에 의해 예고되는 파열과 같은 위험한 요소 발생에 대해 적시에 경고하는 것이다.
스트랜드와 주형 사이의 마찰력을 결정하는 방법은 종래 기술의 경우 이미 공지되어 있다. 이 방법은 무엇보다도 측정 장소와 사용 측정 방법의 선택에서 서로 구별된다.
문헌 컨캐스트 뉴스 1973/12/ 6쪽 내지 8쪽(저자: 엠. 슈미트)에 개시된 "스트랜드와 주형 사이에서의 마찰력의 결정"이라는 제목의 보고서에서 상기 주형이 2개 로드셀에 장착되는 방법이 기재되어 있다. 예를 들어 열변형에 의한 부가적인 힘의 형성을 회피하기 위해, 마찰이 적은 니들 베어링으로 주형을 안내하는 것이 필요하다. 상기 힘 이외에도, 주조 속도, 주형 이동, 주형 속도, 발생한 힘, 그리고 주형 가속도가 측정된다. 이들 데이터로부터 주형 마찰이 계산된다.
문헌 "전문 제련법에 대한 보고서" (금속후속처리 제20권 제4호, 1982)에서 "스틸의 연속 주조에서의 주형 마찰 제어의 중요성에 관하여"라는 제목하에서 마찰 측정의 방법이 개시되었으며, 이 방법은 주형의 가속도 측정치를 기초로 한다. 이 측정을 위해, 주형에 고정된 측정 헤드와 복잡한 전자 신호 처리장치가 필요하다.
"1991년 3월 7/8일 듀이스부르거의 연속주조에 관한 제3회 심포지움의 제안"이라는 문헌에서 "주형리프팅 및 주조 장치의 상태 모니터를 위한 개량 방법의 사용"(저자: 엠. 페르쿤, 에. 회프겐, 하. 요트 슈트로드호프 그리고 페. 엠. 프란크)이라는 제목하에서 편심캠의 리프팅로드에서 힘 측정 방법에 관해 보고하고 있는데, 이 방법에서는 마찰력 측정을 위한 측정 값으로서 편심캠의 리프팅로드에서의 힘 뿐만아니라 편심캠 구동기의 모터전류 및 회전수, 리프팅 주행경로 및 리프팅 횟수 그리고 냉각수압이 사용된다. 이것과 병행하여, 부하물, 스프링, 감쇠기로 형성되는 모델-보조시스템에 의해 마찰력이 계산되는데, 이 힘은 주형 마찰에 영향을 끼치지 않는 단지 진동 운동으로부터 예측할 수 있는 힘이다. 그다음 리프팅로드에서 예측된 힘과 측정된 힘을 비교하여 주형 마찰이 결정된다.
이전 상술한 방법의 단점은 다음과 같다:
- 정확한 측정 신호를 얻기 위하여, 보다 많이 구조적인 면에서 그리고 측정기술면에서 노력이 필요하다;
- 주형 및/또는 진동 장치 및 주형 안내장치에 개량이 필요하다;
- 관리하고, 보관하고, 정기적으로 점검해야 하는 측정 센서가 외부적으로 추가되어야 한다.
- 진동 모델에 대한 측정값의 필수적인 조절 또는 복잡한 전자 신호 처리에 의한 해석이 필요하다.
본 발명의 목적은 상술된 종래 기술로부터 출발하여 청구항 1의 상위개념에 언급한 종류의 방법을 제안하는 것인데 이방법은, 앞서 지적한 단점 및 취약점을 회피함으로써, 비교적 단순한 측정 기법에 의해 그리고 주형이나 진동 장치의 두드러진 개량없이 정확한 측정 신호를 제공하고 어떤 외부 측정 장치 및/또는 진동 모델이 필요치 않으며, 어떤 장애도 없는 작동 상태를 모니터하기 위해 특히 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을 결정하기 위해 필요한 작동 데이터를 온라인으로 계속하여 제공하는 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 초두에 언급한 종류의 방법에 본 발명이 제공되는데, 상기 발명은 제어되는 2중 작동 유압 실린더를 사용하여, 그 때마다의 모든 진동 실린더의 양 챔버의 압력과 상기 압력에 따른 피스톤의 리프팅 위치를 소정의 측정 횟수로 측정하고 이 측정 데이터로부터 스트랜드 응고각층과 주형벽 사이의 어느 한 시점에서 작용하는 마찰력을 계산한다.
연속 주조시, 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법은 유압식 주형 진동이 부여되는 모든 연속 주조 기계에 적용시킬 수 있다.
장점으로는 마찰력을 결정하기 위하여 측정값만이 사용되는데, 이 측정값은 진동 운동의 조정 및 제어를 위해 또한 필요하고 고정밀로 측정된다. 이러한 측정값은 독립항에서 주어지는 측정 데이터, 즉
- 진동장치의 모든 유압 실린더의 양 챔버에서의 압력; 그리고
- 실린더 피스톤의 실질 위치이다.
이러한 데이터는 미리 주어지는 측정 횟수로 측정된다. 이로부터 스트랜드 응고각층과 주형벽 사이에서의 어느 한 시점에 작용하는 마찰력을 오프라인 및 온라인으로 약간의 수학적 노력으로 계산할 수 있다.
하지만, 이 계산을 위해, 측정된 실린더 압력으로부터 결정된 실린더 힘을 주 교란 변수에 의해, 즉 실제 주형 중량 및 주형 운동으로부터의 가속력에 의해 교정된다.
스트랜드 응고각층과 주형벽 사이에서 임의의 시점에 작용하는 마찰력은 이하의 식으로부터 계산될 수 있다.
FR(t) = FC(t) - FG - Fa(t)
여기에서, FR은 응고각층과 주형간의 마찰력, FC는 유압 실린더의 힘, FG는 주형에 작용하는 중력, Fa는 주형의 운동에 의한 가속력을 나타낸다.
본 발명에 따른 방법의 장점으로는 다음과 같다:
- 측정 데이터를 얻기 위해 어떤 구조적 또는 측정 기법에 의한 노력도 필요치 않다. 이 측정 데이터는 이미 진동 운동의 제어를 위해 필요한 것이며 충분한 정확도로 이용가능하기 때문이다.
- 그 결과, 주형 및/또는 진동 장치의 어떤 구조적 변화도 필요치 않다.
- 또한, 본 발명에 따른 방법은 외부적으로 적용될 측정 장치가 필요치 않으므로 관리, 보수 유지 및 점검하는 것을 배제시킨다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 개량에 따라, 검출된 마찰력이 실제적인 주조 속도에 할당되어 이 속도와 연속적으로 비교된다. 그 결과, 주조 속도의 변화는 교란 변수로서 충분히 보상된다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 개량에 따라 냉각작동에서 각각의 리프팅 위치와 관련된 가속력이 마찰력없이 검출되고, 이 가속력이 정상 주조작업시 마찰력을 포함하는 상응하는 가속력과 비교되어, 그로부터 허용 마찰력의 의도된 값이 도출된다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 개량에 따라 마찰력의 계산시 스틸 품질, 주조 온도, 주조 속도에 대한 파라미터가 또 다른 가변변수로서 고려된다.
또한, 장입물의 연속 주조시에 측정 데이터가 계속하여 온라인에 의해 관찰되고 기록되며 임의 시점에서 작용하는 마찰력이 온라인으로 계산되며, 인식가능한 변경이 있을 때에 대응 조치가 개시되거나 또는 인식가능한 파열위험이 있을 때에 주조공정이 정지되는 것을 본 발명은 제공한다.
끝으로, 본 발명에 따른 방법에서는 스트랜드와 주형 사이에 마찰력이 증가하는 경향이 있을때 윤활제의 첨가를 검토하고 윤활제의 첨가량을 변경하는 것이 제공된다.
스트랜드와 주형 사이의 마찰력의 측정을 위해 본 발명에 따라 제안되는 방법의 중요한 특징은 다음과 같다:
- 상기 방법은 모든 주형 진동 시스템에서, 진동 운동의 생성을 위해 제어식 유압 실린더가 사용되면 이들 타입과 아무런 상관없이 적용된다.
- 마찰력을 결정하기 위해서는 진동 운동을 제어하는데 필요한 측정 값이 사용되고 이런 까닭에 이 측정값은 이미 충분한 정밀도로 이용가능하다.
- 측정 데이터는 미리 주어지는 적합한 측정 횟수로 측정된다.
- 측정 데이터를 실질적인 주형 마찰로 변환하는 것은 간단한 수학적 관계에 의해 온라인으로 이루어질 수 있다. 이 때, 주형운동으로부터의 가속력 및 실제 주형의 중량은 보상된다.
- 주형 및/또는 진동 장치에는 어떠한 추가적인 구성 내지 구조 변환이 필요치 않다.













Claims (7)

  1. 진동 주형에 의한 연속 주조시의 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을 결정하는 방법에 있어서,
    제어식 이중 작동 유압 실린더를 사용하여 주형을 진동시키는 모든 진동 실린더의 양 챔버의 압력과 상기 압력에 상응하는 피스톤의 리프팅 위치를 소정의 측정 횟수로 측정하고, 각각의 리프팅 위치의 가속력의 의존성에 대해 결정되는 데이터를 실제 주형 중량과 주형 운동으로부터 발생하는 가속력의 변수에 의해 보정하고, 스트랜드 응고각층과 주형벽 사이에서 임의 시점에 작용하는 마찰력을 상기 데이터로부터 계산하는 것을 특징으로 하는 연속 주조시에 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을 결정하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 결정되는 마찰력을 실제 주조 속도에 할당하고, 마찰력을 주조속도와 연속적으로 비교하는 것을 특징으로 하는 연속 주조시에 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을 결정하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 냉각작동시 마찰력이 없이 각각의 리프팅 위치에 의존하여 가속력을 결정하고, 연속주조시 마찰력을 포함하는 상응하는 가속력과 비교하고, 이로부터 허용할 수 있는 마찰력의 기준값을 도출하는 것을 특징으로 하는 연속 주조시에 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을 결정하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 장입물의 연속 주조시 측정 데이터를 연속적으로 온라인식으로 관찰하고 기록하며 임의 시점에서 작용하는 마찰력을 온라인식으로 계산하고, 인식가능한 마찰력의 변화가 있을 때에 대응 조치를 개시하거나 또는 인식가능한 파열위험이 있을 때에 주조공정을 정지하는 것을 특징으로 하는 연속 주조시에 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을 결정하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 스트랜드와 주형 사이의 마찰력이 증가할 때 윤활제의 첨가를 검토하고 윤활제의 첨가량을 변경하는 것을 특징으로 하는 연속 주조시에 스트랜드 응고각층과 주형 사이의 마찰을 결정하는 방법.
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