KR100793936B1 - 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치 및 방법 - Google Patents

용융 몰드플럭스 두께 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속 주조 조업 중에 용강의 탕면에 공급되는 몰드플럭스를 주형 외부에서 미리 용융시켜 액상 상태로 주형 내에 주입할 때 탕면 상에 존재하는 용융 몰드플럭스의 두께를 측정하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치는 용강의 탕면 높이를 측정하기 위한 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛과, 상기 용강의 상부에 존재하는 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이를 측정하기 위한 방사선 레벨 측정 유닛과, 상기 탕면 레벨 측정 유닛에서 측정된 용강의 탕면 높이와 상기 방사선 레벨 측정 유닛에서 측정된 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이로부터 용융 몰드플럭스의 두께를 연산하는 제어부를 포함한다.
연속 주조, 주형, 액상, 몰드플럭스, 탕면 커버, 와전류, 탕면 레벨

Description

용융 몰드플럭스 두께 측정 장치 및 방법 {APPARATUS METHOD FOR MEASURING THICKNESS OF MOLTEN MOLD FLUX}
도 1은 종래의 방법에 의한 연속 주조 조업 시 주형 내부의 단면도이다.
도 2는 용융 몰드플럭스를 이용한 연속 주조 장치의 개략도이다.
도 3은 용융 몰드플럭스를 주입하여 조업하는 연속주조 장치와 그에 설치된 본 발명에 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치의 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치에 사용되는 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛의 개략 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛의 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 주형 12: 용강
20: 용융 몰드플럭스 40: 탕면 커버
42: 용융 몰드플럭스 주입관 100: 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛
110: 와전류식 센서 120: 단열성 외피
130: 제1 차폐체 140: 제2 차폐체
150: 센서 지지봉 220: 방사선 방출 장치
230: 방사선 240: 방사선 검출기
본 발명은 연속 주조 장치의 주형 내에 주입되는 용융 몰드플럭스의 두께를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연속 주조 조업 중에 용강의 탕면에 공급되는 몰드플럭스를 주형 외부에서 미리 용융시켜 액상 상태로 주형 내에 주입할 때 탕면 상에 존재하는 용융 몰드플럭스의 두께를 측정하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 연속 주조 장치에서 제조되는 주편(슬라브, 빌렛, 블룸, 빔블랭크 등을 총칭)은 래들(ladle)로부터 액체 상태의 용강을 공급받아, 이를 저장하는 턴디쉬(tundish)를 거쳐 주형(mould)을 통과하면서, 주형에서의 냉각작용에 의해 고체 상태의 응고쉘을 형성하게 된다. 이와 같이 용강이 냉각된 응고쉘은 그의 하부에 설치된 가이드 롤에 의해 안내를 받으면서 스프레이 노즐로부터 분사되는 2차 냉각수에 의해 응고가 진행되어 완전한 고체 상태의 주편 형태로 나타난다.
이러한 철강의 연속 주조 조업 중, 용강이 주형 내에 공급될 때 용강뿐만 아니라 부자재인 몰드플럭스도 투입된다. 몰드플럭스는 일반적으로 분말 혹은 과립 과 같은 고체 상태로 투입되어 주형 내에 공급된 용강에서 발생된 열에 의해 용융되어 용강과 주형 사이의 열전달을 제어하고 윤활능을 향상시킨다.
종래에는 주형 내에 분말 혹은 과립 형태의 몰드플럭스를 투입하는 데, 이와 같이 투입된 몰드플럭스는, 도 1에 도시된 바와 같이, 용강(12)의 탕면 상에서 용융되어 상기 탕면에서부터 차례로 액상층(21), 소결층(반용융층)(23) 및 파우더층(25)을 형성하게 된다. 상기 액상층(21)은 거의 투명하기 때문에 용강에서 발산되는 500 내지 4,000nm 사이의 파장을 갖는 복사파가 쉽게 통과하게 된다. 반면에 소결층(23) 및 파우더층(25)은 광학적으로 불투명하므로 복사파를 차단하여 탕면 온도가 급격히 떨어지는 것을 방지하게 된다.
종래의 분말 혹은 과립 형태의 몰드플럭스는 용강의 열에 의해 용해된 후 액상층(21)이 주형(10)과 응고쉘(11) 사이로 흘러 들어가 주형(10) 내측벽에서 응고되어 고상 슬래그 필름(27)을 형성하고, 용강측에서는 액상 슬래그 필름을 형성하여 용강과 주형 사이의 열전달을 제어하고 윤활능을 향상시킨다. 이때, 상기 용해된 슬래그가 고상 슬래그 필름(27)과 응고쉘(11) 사이에 유입되는 지점에서 주형에 부착된 몰드플럭스는 주형의 내측으로 돌출된 형태로 형성되는데 이를 슬래그베어(29)라 한다. 상기 슬래그베어(29)는 용해된 슬래그가 몰드플럭스 필름(27)과 응고쉘(11) 사이로 유입되는 것을 방해한다.
상기 슬래그베어(29)로 인하여 주편 단위면적당 몰드플럭스 소모량이 제한되는데 일반적으로 주조 속도가 증가할수록 몰드플럭스 소모량이 감소하므로 주편과 주형 사이의 윤활능이 떨어지게 되어 브레이크-아웃 발생이 증가한다. 아울러 슬래그베어(29)로 인하여 액상의 몰드플럭스의 두께가 불균일해짐에 따라 주형(10) 내에서 응고쉘(11)의 형상이 불균일해지므로 표면크랙을 유발하게 되는데 이 역시 주조 속도를 증가시킬수록 심각한 문제가 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 몰드플럭스를 주형 외부에서 용해시킨 후 탕면으로 주입하는 방안이 제시되었다. 이는 용융 상태의 몰드플럭스를 주형 내에 투입하면, 몰드플럭스가 500 내지 4,000 nm 사이의 파장에 대하여 용강에서 발산되는 복사파를 쉽게 통과시켜 용강의 탕면을 보온할 수 없게 되므로, 별도의 탕면 보온 수단이 요구된다.
몰드플럭스를 주형의 외부에서 용융시킨 후 이를 주형 내에 투입하여 연속 주조 공정을 수행하기 위한 연속 주조 장치의 일례가 도 2에 도시되어 있다. 즉, 상기 연속 주조 장치는 주형(10)과, 상기 주형(10)의 상부를 덮는 탕면 커버(40)와, 상기 탕면 커버(40)를 관통하도록 설치되어 주형 내에 용강을 공급하기 위한 침지 노즐(30)과, 몰드플럭스를 용융하기 위하여 주형의 외부에 설치된 (도시되지 않은) 도가니와, 상기 도가니로부터 용융된 몰드플럭스를 주형 내에 투입하기 위해 상기 탕면 커버(40)를 관통하여 설치된 용융 몰드플럭스 주입관(42)을 포함한다.
이와 같이 구성된 연속 주조 장치를 이용하여 주편을 생산할 때, 용강과 주형 사이의 열전달을 제어하고 이들 사이의 윤활능을 향상시키는 몰드플럭스는 용강의 탕면 상에 일정 두께를 유지하여야 한다. 예를 들어, 상기 용융 몰드플럭스(20)는 용탕면에서 5㎜~20㎜ 이내의 두께를 갖도록 그 주입량이 제어되는 것이 바람직하다. 이는 용융 몰드플럭스(20)의 두께가 너무 작으면 즉, 5㎜이하이면 주형(10)과 용강(12) 사이에 용융 몰드플럭스(20)의 공급이 원활하지 않을 수 있어서 이때에는 주형(10)에서 응고된 용강(12)이 인발될 때 윤활작용이 제대로 이루어지 지 않게 된다. 더욱이, 용융 몰드플럭스(20)의 두께가 너무 작으면 용탕면에서 용강이 비산될 때 용융 몰드플럭스(20)를 쉽게 통과하여 탕면 커버의 내측면을 오염시킬 수 있다. 즉, 일정 두께 이상의 용융 몰드플럭스(20)는 용강 내에서 발생한 기포가 용탕면을 뚫고 올라와 터지더라도 이를 차단하여 용강이 상부로 비산되지 않게 한다.
한편, 상기 용융 몰드플럭스(20)는 어느 정도 투광성을 갖기 때문에 용융 몰드플럭스(20)를 통하여 주조 중에 탕면을 관찰하여 주조 조건을 향상시키기 위한 정보를 얻을 수 있다. 그러나, 상기 용융 몰드플럭스(20)의 두께가 너무 크면, 즉 20mm 이상이 되면 용융 몰드플럭스(20)가 불투명(혼탁)해져 용탕면을 관찰하기 어렵게 된다.
이와 같이 용융 몰드플럭스(20)의 두께를 일정하게 유지하기 위해서 지금까지는 탕면 커버(40)에 형성된 (도시되지 않은) 관찰 창을 통하여 상기 용융 몰드플럭스(20)의 두께를 작업자가 직접 육안으로 확인하였다. 그러나, 이러한 용융 몰드플럭스(20)의 두께 측정은 번거로울 뿐만 아니라 부정확하여 용융 몰드플럭스(20)의 두께를 일정하게 유지하기 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연속 주조 조업 중에 용강의 탕면에 공급되는 몰드플럭스를 주형 외부에서 미리 용융시켜 액상 상태로 주형 내에 주입하는 경우에, 용탕면 상에 존재하는 용융 몰드플럭스의 두께를 측정하기 위한 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
전술된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치는 용강의 탕면 높이를 측정하기 위한 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛과, 상기 용강의 상부에 존재하는 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이를 측정하기 위한 방사선 레벨 측정 유닛과, 상기 탕면 레벨 측정 유닛에서 측정된 용강의 탕면 높이와 상기 방사선 레벨 측정 유닛에서 측정된 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이로부터 용융 몰드플럭스의 두께를 연산하는 제어부를 포함한다.
상기 방사선 레벨 측정 유닛으로부터 측정된 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이는 용강을 기준으로 측정되고, 상기 제어부는 상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛과 방사선 레벨 측정 유닛으로부터 측정된 측정값의 차이값을 연산하는 차분 연산기와 상기 측정값의 차이값에 용융 몰드플럭스 밀도/용강 밀도의 비를 곱하여 용융 몰드플럭스 두께를 연산하는 증폭 연산기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛과 방사선 레벨 측정 유닛으로부터 측정된 측정값의 고주파 성분을 제거하기 위한 저역 통과 필터를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 저역 통과 필터는 임계 주파수가 0.05Hz 이하인 것이 바람직하다.
상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛은 와전류식 센서와, 상기 와전류식 센서를 둘러싸는 단열성 외피를 포함할 수 있다. 이때, 상기 와전류식 센서의 상부에 위치된 전자기장 차폐체를 더 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 전자기장 차 폐체는 상기 와전류식 센서의 상부에 위치되고 상기 단열성 외피 내에 마련된 제1 차폐체와 상기 단열성 외피의 상부에 위치된 플레이트 형상의 제2 차폐체를 포함할 수 있다.
상기 단열성 외피는 기공율이 30 내지 60%인 다공성 세라믹을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛은 측정 반응 시간이 0.2초 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 방법은 와전류를 이용하여 용강의 탕면 높이를 측정하고, 방사선을 이용하여 상기 용강의 상부에 존재하는 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이를 측정하는 단계와, 상기 용강의 탕면 높이와 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이로부터 용융 몰드플럭스의 두께를 연산하는 단계를 포함한다.
상기 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이는 용강을 기준으로 측정되고, 상기 용융 몰드플럭스의 두께를 연산하는 단계는 상기 용강의 탕면 높이와 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이의 차이값에 용융 몰드플럭스 밀도/용강 밀도의 비를 곱하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 용강의 탕면 높이와 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이의 측정값은 그들 사이의 차이값을 계산하기 전에 저역 통과 필터를 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 저역 통과 필터는 임계 주파수가 0.05Hz 이하인 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 연속 주조 장치에 사용되는 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 설명하고자 한다.
도 3은 용융 몰드플럭스를 주입하여 조업하는 연속주조 장치와 그에 설치된 본 발명에 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치의 개략 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치에 사용되는 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛의 개략 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛의 평면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다. 본 발명에 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치는 도 2에 도시된 연속 주조 장치에 적용되는 것으로서, 도 3에서 연속 주조 장치는 종래 기술에서 설명된 도 2에 도시된 연속 주조 장치를 참조한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치는 탕면 커버(40)를 관통하여 설치된 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)과, 주형(10)의 양 대향 벽에 각각 설치된 방사선 방출 장치(220)와 방사선 검출기(240)로 이루어진 방사선 레벨 측정 유닛(220, 240)과, 이들 유닛에서 측정된 값을 처리하여 용융 몰드플럭스 두께 측정하는 (도시되지 않은) 제어부를 포함한다. 본 발명에 따른 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)은 용강의 탕면 높이를 측정하고, 방사선 레벨 측정 유닛(220, 240)은 용강과 용융 몰드플럭스의 전체 높이를 측정하여 이들 값의 차이로부터 용융 몰드플럭스(20)의 두께를 측정하게 된다.
상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)은 탕면 커버(40)로 덮여 보온됨으로써 내부 온도가 섭씨 600 내지 1,300도 이상이고 상기 몰드플럭스를 용융된 상태 로 주입하기 위하여 탕면 커버 상부의 주입관에 설치된 발열체에 의해 전자기장이 발생하는 환경에서 와전류식 센서가 탕면 레벨을 정확하게 측정할 수 있도록 구성되어야 한다. 즉, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)은 와전류식 센서(110)와, 상기 와전류식 센서(110)를 둘러싸는 단열성 외피인 단열성 외피(120)와, 상기 와전류식 센서(110)의 상부에 위치되고 상기 단열성 외피(120) 내에 마련된 제1 차폐체(130)와, 상기 단열성 외피(120)의 상부에 형성된 플레이트 형상의 제2 차폐체(140)와, 상기 제2 차폐체(140)의 상부면에 고정되어 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)을 전체적으로 지지하는 센서 지지봉(150)을 포함한다.
상기 와전류식 센서(110)는 종래 기술에서 언급된 여자코일 및 감지코일로 구성된 일반적인 와전류식 센서로서, 반응 속도가 빠르고 정밀도가 높기 때문에 연속 주조 공정에서 널리 사용된다. 상기 와전류식 센서(110)의 내부에는 길이 방향으로 냉각공(110h)이 형성되어 있어 이를 통하여 외부의 공기가 유입되어 와전류식 센서(110)를 공냉시킨다.
상기 단열성 외피(120)는 상부가 개방되고 하부가 폐쇄되어 내부에 소정 공간이 형성된 원통형 형상을 갖는 다공질 세라믹으로 형성되고, 상기 내부의 소정 공간 내에 전술된 와전류식 센서(110)가 설치된다. 상기 와전류식 센서(110)는 그의 측면 및 하부면이 상기 단열성 외피(120)에 의해 둘러싸인다. 다공질 세라믹으로 형성된 상기 단열성 외피(120)는 열전도성이 낮기 때문에, 탕면 커버가 구비된 주형 내부의 (섭씨 600 내지 1,300도 이상의) 고온이 센서에 영향을 미치지 않게 고온의 열을 차단하여 상기 와전류식 센서(110)를 보호할 수 있다. 이때, 상기 단열성 외피(120)로 사용되는 다공질 세라믹으로는 알루미나가 바람직하며, 다공질 세라믹의 기공율은 30 내지 60%인 것이 바람직하다. 만일 기공율이 30% 이하일 경우 열전달 양호하여 센서의 온도가 상승하게 되고, 60% 이상의 경우 기계적 성질이 불량하여 파손될 가능성이 높다.
상기 제1 차폐체(130)는 탕면 상부의 전자기 잡음을 차단하기 위한 전자기장 차폐체로서, 구리, 알루미늄 등과 같이 전자기장을 차단하는 비자성 금속 소재로 대략 중공 원통형으로 형성되고, 상기 와전류식 센서(110)와 마찬가지로 상기 단열성 외피(120)의 내부 소정 공간 내에 설치되어 와전류식 센서(110)의 상부에 위치된다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 연속 주조 공정 중에 몰드플럭스가 주형(10)의 외부에서 용융된 상태로 주형(10) 내에 주입되는 경우, 상기 용융된 몰드플럭스는 몰드플럭스를 용융시키는 (도시되지 않은) 도가니에서 주형(10) 상부까지 용융 몰드플럭스 주입관(42)을 통하여 이송된다. 이와 같이 몰드플럭스가 용융된 상태로 이동을 하게 되려면 주입관을 전열체를 이용하여 가열해야 하므로 그 주위에 전자기장이 발생하기 때문에 상기 와전류식 센서(110)에 전자기적 잡음으로 영향을 미치게 된다. 따라서, 상기 제1 차폐체(130)는 제2 차폐체와 더불어 상기 전자기적 잡음을 차단하여, 상기 와전류식 센서(110)에서 탕면까지의 거리에 따라 변하는 유도전압이 상기 전자기장의 영향을 받지 않고 정확하게 검출될 수 있도록 한다.
이때, 상기 제1 차폐체(130)는 그 길이가 대략 3cm 이상으로 형성되고, 직경 이 와전류식 센서(110)의 직경보다 큰 것이 바람직하다. 특히, 도 4에서 상기 제1 차폐체(130)는 단열성 외피(120)의 개방된 상부에서 돌출되도록 형성되어 있으나, 그에 한정되지 않고 상기 단열성 외피(120)의 개방된 상부와 동일한 높이로 형성될 수도 있다.
한편, 상기 제1 차폐체(130)의 중심에는 냉기 유입공(112)이 관통 형성되어 이를 통하여 냉각 가스, 즉 외부의 냉각된 공기, 질소, 또는 아르곤과 같은 비반응 가스를 상기 와전류식 센서(110)에 형성된 냉각공(110h)으로 공급한다. 상기 냉기 유입공(112)은 상단에서 수평으로 연장되어 상기 센서 지지봉(150)의 내부를 통하여 외부로 연통된다. 바람직하게는 상기 냉기 유입공(112)으로 소정 압력으로 냉각된 비반응 가스를 강제로 주입할 수 있다. 이때, 상기 단열성 외피(120)와 와전류식 센서(110) 및 제1 차폐체(130) 사이에도 소정 간격이 유지되어 냉각 공간(122)이 형성되고, 상기 냉각 공간(122)은 상기 와전류식 센서(110)에 형성된 냉각공(110h)과 연통되고, 제2 차폐체(140)의 중심에 형성된 (후술하는) 개구를 통하여 외부와 연통되어 와전류식 센서(110)를 냉각시키게 된다.
즉, 상기 제1 차폐체(130)에 형성된 냉기 유입공(112)을 통하여 유입된 냉각 가스는 상기 와전류식 센서(110)에 형성된 냉각공(110h)으로 공급되어 상기 와전류식 센서(110)의 내측을 냉각시키고 상기 와전류식 센서(110)의 하단을 통하여 센서의 외부로 배출된다. 배출된 냉각 가스는 상기 단열성 외피(120)와 와전류식 센서(110) 및 제1 차폐체(130) 사이에 형성된 냉각 공간(122)에서 다시 상기 와전류식 센서(110)의 외측을 냉각시키고 제2 차폐체(140)의 중심에 형성된 개구를 통하 여 외부로 배출된다.
상기 제2 차폐체(140)는 상기 제1 차폐체(130)와 같이 탕면 상부의 전자기 잡음을 차단하기 위한 것으로서 구리, 알루미늄 등과 같이 자기장을 차단하는 비자성 금속 소재로 형성되고, 그 형상은 제1 차폐체(130)와 달리 플레이트 형상이다. 도 5를 참조하면, 상기 제2 차폐체(140)는 단열성 외피(120)의 외경보다 큰 직경을 갖고 대략 8각형 형상으로 형성되어 있으나, 상기 형상은 그에 한정되지 않고 사각형, 원형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 제2 차폐체(140)는 그의 하부면에 단열성 외피(120)의 상부면이 고정 부착되고, 중심에 개구가 형성되어 상기 와전류식 센서(110) 및 제1 차폐체(130)가 이를 통하여 삽입된다. 이때, 상기 개구는 단열성 외피(120)의 내경에 대응하는 크기로 형성되어, 전술한 바와 같이 상기 단열성 외피(120)와 와전류식 센서(110) 및 제1 차폐체(130) 사이에 형성된 냉각 공간(122)이 상기 개구를 통하여 외부와 연통된다.
또한, 상기 제2 차폐체(140)는 탕면 커버(40)에 장착될 때, 상기 단열성 외피(120)가 삽입되는 탕면 커버(40)에 형성된 (후술하는) 센서 장착공(40h)과 단열성 외피(120) 사이에 형성되는 간격을 차단하여 이를 통하여 주형 내의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하여 주형 내부를 보온할 수 있다. 이때, 상기 제2 차폐체(140)의 하부면에 반사면을 형성하면 주형 내부를 보온하는 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 센서 지지봉(150)의 일단은 상기 제2 차폐체(140)의 상부면에 고정되어 탕면 레벨 측정 센서 유닛(100)을 전체적으로 지지하게 된다. 또한, 상기 센서 지지봉(150)은 내부에는 상기 제1 차폐체(130)에 형성된 냉기 유입공(112)과 전술된 냉각 가스를 공급하는 외부의 냉각 가스 공급원 사이를 연통시키는 통로가 형성된다. 물론 상기 냉기 유입공(112)은 외부의 냉각 가스 공급원과 직접 연결될 수도 있다.
이와 같이 구성된 탕면 레벨 측정 센서 유닛(100)이 상기 탕면 커버(40)에 설치되는 상태에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 다시 도 3을 참조하면, 탕면 커버(40)에는 단열성 외피(120)의 외경보다 큰 내경을 갖는 센서 장착공(40h)이 형성되고 이를 통하여 상기 탕면 레벨 측정 센서 유닛(100)의 단열성 외피(120)가 주형(10) 내부에 위치하게 된다. 이때, 상기 제2 차폐체(140)는 상기 센서 장착공(40h)보다 큰 직경을 갖도록 형성되어, 탕면 레벨 측정 센서 유닛(100)이 탕면 커버(40)의 상부면에 지지되도록 한다. 더욱이, 상기 제2 차폐체(140)는 전술된 바와 같이 센서 장착공(40h)의 내주면과 단열성 외피(120)의 외주면 사이에 형성되는 간격을 차단하여 이를 통하여 주형 내의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하게 된다. 이와 같이 설치된 탕면 레벨 측정 센서 유닛(100)은, 탕면 커버(40)로 상부가 폐쇄되어 섭씨 600 내지 1,300도 이상의 고온이 유지되는 주형 내부에서 고열의 영향을 받지 않고, 용융 몰드플럭스의 공급 중에 발생하는 전자기장의 영향이 차단되기 때문에, 정확한 탕면 레벨을 측정할 수 있다.
이와 같이 설치된 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)은, 탕면 커버(40)로 상부가 폐쇄되어 섭씨 600 내지 1,300도 이상의 고온이 유지되는 주형 내부에서 고 열의 영향을 최소로 받고, 용융 몰드플럭스의 공급 중에 발생하는 전자기장의 영향이 차단되기 때문에, 정확한 탕면 레벨, 즉 용강의 탕면 높이를 측정할 수 있다.
한편, 방사선 레벨 측정 유닛(220, 240)은 도 3에 도시된 바와 같이 주형(10)의 양 대향 벽의 소정 높이에 각각 설치된 방사선 방출 장치(220)와 방사선 검출기(240)로 구성된다. 상기 방사선 레벨 측정 유닛(220, 240)은 방사선이 특정 물질을 투과할 때 투과하는 방사선 동위 원소의 양이 상기 특정 물질의 원자량에 따라 달라지는 현상을 이용하는 센서로서, 상기 방사선으로는 Co60을 이용할 수 있다.
즉, 상기 주형(10)의 일 측벽의 소정 높이에 설치된 방사선 방출 장치(220)는 방사선 검출기(240)가 설치된 주형(10)의 대향 측벽을 향하여 방사선(230)을 방사한다. 상기 주형(10)의 대향 측벽의 소정 높이에 설치된 방사선 검출기(240)는 상기 방사선 방출 장치(220)에서 방출되어 상기 주형(10) 내의 용강(12) 및 용융 몰드플럭스(20)를 투과한 방사선(230)을 감지하게 된다. 이때, 방사선 방출 장치(220)에서 방출된 방사선 동위 원소의 양과 방사선 검출기(240)에서 검출한 방사선 동위 원소의 양 사이에는 차이가 존재하며, 이로부터 용융 몰드플럭스(20)의 자유 표면 높이를 얻을 수 있다.
방사선 방출 장치(220)에서 방출된 방사선 동위 원소의 양을 Io라 하고, 방사선 검출기(240)에서 검출된 방사선 동위 원소의 양을 I라 하고, 방사선이 투과한 물질의 양(체적)을 d라고 하고, 방사선이 투과한 물질의 원자량을 z라 하면 방사선 동위 원소의 변화량은 다음과 같이 나타난다.
I = I0e-dz
즉, (logIo - logI) = dz
상기 주형(10) 내의 상기 용강(12) 또는 용융 몰드플럭스(20)의 높이가 낮아 상기 방사선(230)이 지나가는 영역 내에 존재하지 않게 되면, 방사선 방출 장치(220)에서 방출된 방사선 동위 원소의 양과 방사선 검출기(240)에서 검출된 방사선 동위 원소의 양 사이에 차이가 없게 되어 용강(12) 및 용융 몰드플럭스(20)의 높이를 알 수가 없게 된다. 그러나, 상기 주형(10) 내의 (용강(10)의 상부에 위치하는) 상기 용융 몰드플럭스(20)의 자유 표면이 상기 방사선(230)이 지나가는 영역 내에 존재하게 되면, 상기 방사선(230)이 지나가는 영역 내에 존재하는 용강(10) 및 용융 몰드플럭스(20)의 양에 대응하여 방사선 방출 장치(220)에서 방출된 방사선 동위 원소의 양과 방사선 검출기(240)에서 검출된 방사선 동위 원소의 양 사이에 차이가 발생하게 된다. 즉, 방사선 동위 원소의 변화량이 크면 상기 방사선(230)이 지나가는 영역 내에 존재하는 용강(10) 및 용융 몰드플럭스(20)의 양이 많고 그에 따라 상기 용융 몰드플럭스(20)의 자유 표면의 높이가 높다는 것을 의미하고, 방사선 동위 원소의 변화량이 작으면 상기 방사선(230)이 지나가는 영역 내에 존재하는 용강(10) 및 용융 몰드플럭스(20)의 양이 작고 그에 따라 상기 용융 몰드플럭스(20)의 자유 표면의 높이가 낮다는 것을 의미한다.
한편, 상기 방사선(230)은 용융 몰드플럭스(20)만을 지나가는 경우도 있으 나, 통상 용융 몰드플럭스(20)의 두께가 작기 때문에 상기 방사선(230)은 용강(10)과 용융 몰드플럭스(20)를 모두 지나가게 된다. 이는 용강(10)과 용융 몰드플럭스(20)의 원자량이 서로 다르기 때문에, 측정된 방사선 동위 원소의 변화량에서 용융 몰드플럭스(20)의 자유 표면의 높이를 연산하기 위해서는 용강(10)과 용융 몰드플럭스(20) 사이의 원자량 차이를 고려하여야 한다. 이 경우, 일반적으로 물질의 원자량은 물질의 밀도와 비례하기 때문에, 용강(12)과 용융 몰드플럭스(20) 사이의 원자량의 차이 대신 밀도의 차이를 고려할 수 있다.
통상 용융 몰드플럭스(20)의 밀도는 용강(12)의 0.1 내지 0.5배이기 때문에, 용강(12)과 용융 몰드플럭스(20)를 투과한 방사선(230)의 방사선 동위 원소의 변화량을 검출하고, 용강을 기준으로, 즉 방사선이 용강(12)과 몰드플럭스(20)를 투과하여도 용강(12)만을 투과한 것으로 가정하여 용융 몰드플럭스(20)의 자유 표면의 높이를 연산하면, 상기 원자량의 차이, 즉 밀도 차이로 인하여 상기 자유 표면의 실제 높이보다 높게 얻어진다. 즉,
측정된 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이(LCo60)
= 용강 높이(LECLM)
+ (용강 밀도/용융 몰드플럭스 밀도)*용융 몰드플럭스 두께(t)
상기 식에서 용강 높이(LECLM)는 전술된 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)으로 측정된다. 따라서, 제어부는 용강을 기준으로 하여 방사선 레벨 측정 유닛(220, 240)으로부터 측정된 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이(LCo60)와 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)에서 측정된 용강 높이(LECLM)의 차이값에 (용융 몰드플럭스 밀도/용강 밀도)를 곱하여 용융 몰드플럭스 두께(t)를 얻을 수 있다. 이때, 상기 용융 몰드플럭스 밀도/용강 밀도의 비는 통상적으로 앞서 언급한 바와 같이 0.1과 0.5 사이의 값을 갖는다.
다음은 본 발명의 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치의 개략적인 구성을 블록도로 도시하는 도 6을 참조하여, 이와 같이 용융 몰드플럭스 두께(t)를 연산하는 과정을 상세히 설명하고자 한다.
먼저, 상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)과 방사선 레벨 측정 유닛(220, 240)으로부터 각각 용강 높이(LECLM)와 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이(LCo60)를 측정한다. 이때, 이들 측정값에 존재하는 노이즈와 용융 몰드플럭스의 자유 표면 및 용강의 탕면의 변동을 고려하여, 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이(LCo60)와 용강 높이(LECLM)의 측정값은 저역 통과 필터를 사용하는 것이 바람직하다.
특히, 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)의 측정 반응시간은 0.2초 이하로 탕면 레벨을 빠르게 검출하는 반면, 상기 방사선 레벨 측정 유닛(220, 240)은 반응시간이 0.5초 이상이기 때문에 이들 사이의 통계적 검출 오차를 줄여야 하기 때문에, 이러한 값들을 고려하여 저역 통과 필터를 선정한다. 더욱이, 몰드플럭스를 용융하여 주형 내에 주입하는 연속 주조 조업 중에 용융 몰드플럭스의 두께는 신속하게 제어할 필요가 없기 때문에, 저역 통과 필터는 임계 주파수가 0.05Hz 이하인 것을 사용하여도 용융 몰드플럭스의 두께를 측정하여 이를 충분히 제어할 수 있다.
상기 저역 통과 필터를 이용하여 상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)과 방사선 레벨 측정 유닛(220, 240)으로부터 측정된 용강 높이(LECLM)와 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이(LCo60)에서, 예를 들어 0.05Hz 이상의 성분을 제거한 다음, 차분 연산기에서 이들 사이의 차이값을 구한다.
이후, 증폭 연산기에서 용강 높이(LECLM)와 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이(LCo60) 사이의 차이값에 용융 몰드플럭스 밀도/용강 밀도의 비(0.1 내지 0.5)를 곱하여 용융 몰드플럭스 두께(t)를 얻게 된다.
이와 같이 얻어진 용융 몰드플럭스 두께(t)는 비교기에서 목표 용융 몰드플럭스 두께와 비교하여, 측정된 용융 몰드플럭스 두께(t)가 소정값, 예를 들어 5㎜이하이면 용융 몰드플럭스 주입 장치가 용융 몰드플럭스를 주형 내에 더 주입하도록 제어하고, 측정된 용융 몰드플럭스 두께(t)가 일정값, 예를 들어 20㎜이상이면 용융 몰드플럭스 주입 장치가 용융 몰드플럭스가 주형 내에 주입되는 것을 차단하도록 제어한다.
이때, 본 발명에 따른 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치는 용융 몰드플럭스(20)의 두께만을 측정하는 것이 아니라 상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛(100)의 측정 반응 시간을 0.2초 이하로 설정하여 탕면 레벨을 빠르게 검출함으로써 용강의 탕면 레벨을 제어하기 위한 데이터를 얻을 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련 된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술된 구성을 갖는 본 발명의 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치는 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛과 방사선 레벨 측정 유닛으로부터 용융 몰드플럭스의 두께를 측정함으로써, 용강의 탕면 상에 용융 몰드플럭스가 일정한 두께를 유지하도록 제어할 수 있다. 이에 따라서, 주형과 주편 사이의 윤활을 원활하게 하고, 이들 사이의 열전달을 안정화시킴으로써 연속 주조 공정에서 주편 품질과 주조성을 향상시킬 수 있다.
특히, 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛은 주형의 상부에 탕면 커버가 설치되어 주형 내부의 온도가 섭씨 600 내지 1,300도 이상의 고온이고 용융 몰드 플럭스의 이송으로 인하여 전자기장이 발생하는 환경에서도 정확한 탕면의 레벨을 측정할 수 있다.

Claims (13)

  1. 용강의 탕면 높이를 측정하기 위한 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛과,
    상기 용강의 상부에 존재하는 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이를 측정하기 위한 방사선 레벨 측정 유닛과,
    상기 탕면 레벨 측정 유닛에서 측정된 용강의 탕면 높이와 상기 방사선 레벨 측정 유닛에서 측정된 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이로부터 용융 몰드플럭스의 두께를 연산하는 제어부를 포함하며, 상기 방사선 레벨 측정 유닛으로부터 측정된 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이는 용강을 기준으로 측정되고, 상기 제어부는 상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛과 방사선 레벨 측정 유닛으로부터 측정된 측정값의 차이값을 연산하는 차분 연산기와 상기 측정값의 차이값에 용융 몰드플럭스 밀도/용강 밀도의 비를 곱하여 용융 몰드플럭스 두께를 연산하는 증폭 연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는 상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛과 방사선 레벨 측정 유닛으로부터 측정된 측정값의 고주파 성분을 제거하기 위한 저역 통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 저역 통과 필터는 임계 주파수가 0.05Hz 이하인 것을 특징으로 하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛은 와전류식 센서와, 상기 와전류식 센서를 둘러싸는 단열성 외피를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 와전류식 센서의 상부에 위치된 전자기장 차폐체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 전자기장 차폐체는 상기 와전류식 센서의 상부에 위치되고 상기 단열성 외피 내에 마련된 제1 차폐체와 상기 단열성 외피의 상부에 위치된 플레이트 형상의 제2 차폐체를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 단열성 외피는 기공율이 30 내지 60%인 다공성 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 와전류식 탕면 레벨 측정 유닛은 측정 반응 시간이 0.2초 이하인 것을 특징으로 하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 장치.
  9. 와전류를 이용하여 용강의 탕면 높이를 측정하고, 방사선을 이용하여 상기 용강의 상부에 존재하는 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이를 측정하는 단계와,
    상기 용강의 탕면 높이와 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이로부터 용융 몰드플럭스의 두께를 연산하는 단계를 포함하며, 상기 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이는 용강을 기준으로 측정되고, 상기 용융 몰드플럭스의 두께를 연산하는 단계는 상기 용강의 탕면 높이와 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이의 차이값에 용융 몰드플럭스 밀도/용강 밀도의 비를 곱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 용강의 탕면 높이와 용융 몰드플럭스의 자유 표면 높이의 측정값은 그들 사이의 차이값을 계산하기 전에 저역 통과 필터를 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 저역 통과 필터는 임계 주파수가 0.05Hz 이하인 것을 특징으로 하는 용융 몰드플럭스 두께 측정 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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