KR100801116B1 - 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐의 편류 측정방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 형태로 변환되는 용강을 저장하는 연주 주형 동판과, 상기 연주 주형 동판 내부에 일부가 삽입되고 용강이 이동되는 침지노즐과, 상기 용강이 상기 연주 주형 동판내로 배출되도록 상기 침지노즐의 하부에 형성되는 침지노즐 출구와, 상기 연주 주형 동판의 용강의 높이 차이를 측정하는 높이차 분포 측정센서와, 상기 높이차 분포 측정센서에서 측정한 데이터를 분석하는 높이분포 분석기를 포함하는 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐 편류 측정장치를 제공한다.

Description

연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐의 편류 측정방법 및 장치{a nonuniform flow detection system of submerged entry nozzle in continuous casting mold with free surface height measurement}

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 연속주조의 편류 측정방법을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면높이 편류발생과 자유표면 높이차 분포간의 상관관계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면높이 분포 - 자유표면 위치를 개략적으로 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐 편류 측정방법 및 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 턴디쉬 12,102 : 침지노즐

13,103 : 침지노즐 출구 15,105 : 제트류

14,104 : 연주 주형 동판 16,106 : 응고

17,107 : 용강 자유표면 18,108 : 용강

19 : 삽입식 속도 측정기 220 : 제1표면 높이차 분포

221 : 제2표면 높이차 분포 120 : 높이차 분포 측정센서

121 : 높이분포 분석기

본 발명은 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐 편류 측정방법 및 장치 {a nonuniform flow detection system of submerged entry nozzle in continuous casting mold with free surface height measurement} 에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속주조 공정에서 침지노즐에서 주형내로 공급되는 용강의 제트류의 편류여부를 감지할 수 있게 높이분포 분석기를 설치하는 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐 편류 측정방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조 주편의 내부품질은 주로 주형내부의 용융금속의 유동과 밀접한 관계가 있다. 즉, 주형과 주편사이의 열 전달에 의한 응고층의 성상, 용탕면에서의 몰드 플럭스혼입, 비금속 개재물의 부상분리, 용탕면의 온도확보등에 유동현상의 역활이 절대적으로 중요하기 때문에 주형내부의 유동형태를 적절하게 제어하는 것이 필요하다. 그리고, 주형내의 유동형태는 용융금속을 주입하는 침적노즐의 형상, 몰드의 형태등에 따라서 크게 달라지므로 유동형태의 제어를 위하여 여러가지 형태의 침적노즐들이 개발되어 사용되어 왔으나, 강종, 주편의 크기 및, 주조속도 등 각종 조업조건에 모두 부합하는 침적노즐형상을 결정하는 것은 매우 어려운 실정이다. 따라서 최근에는 전자기력을 이용하여 유동의 형태를 제어함으로 서 주편의 품질을 개선하고자 하는 기술 개발이 활발히 진행중이다.

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 연속주조의 편류 측정방법을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

상기 실시예에서, 연속주조의 편류 측정방법은 턴디쉬(10), 침지노즐(12), 침지노즐 출구(13), 연주주형 동판(14), 제트류(15), 응고(16), 용강 자유표면(17), 용강(18), 삽입식 속도 측정기(19)를 포함한다.

상기 실시예는, 연속주조 공정에서 용강(18)은 먼저 중간 공정장소 역할을 하는 턴디쉬(10)에서 침지노즐(12)을 통하여 침지노즐 출구(13)를 거쳐 분출되는 과정에서 제트류(15)의 형태로 용강(18)을 저장할 수 있는 유동공간을 포함하는 사각형 연주 주형 동판(14)으로 공급되게 된다. 상기 연주 주형 동판(14)에 공급된 용강(18)은 연주 주형 동판(14)에서의 양측벽의 고체접촉에 의한 냉각으로 주입되는 용강이 응고(16)가 진행된다. 그리고, 상기 용강(18)은 후속공정을 거치면서 최종적으로 고체상태의 슬라브라는 제품으로 생산된다. 또한, 상기 연주 주형 동판(14) 내부로 공급되는 용강(18)은 침지노즐(12)을 통하여 공급되며, 고온의 용강(18) 내부에 존재하는 불순물 등이 노즐벽에 부착됨에 따라 침지노즐(12)이 막히는 현상이 자주 발생하게 되며, 이에 따라 침지노즐 출구(13)의 좌, 우측의 용강 제트류(15)의 유속분포가 불균일하게 되어 편류가 발생하게 된다. 그리고 상기 편류의 발생은 연주 주형 동판(14)의 내부에서의 용강의 유동분포를 불 균일하게 하며, 이에 따라 불균일 응고, 불순물 제거효율 감소 등에 따라 생산되는 슬라브의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

상기와 같이, 주조 조업시 편류가 발생했는지 여부의 판별은 아주 중요하며 적절한 편류 해소 노력을 위해서도 중요하다. 그러나, 상기 편류 발생여부의 판별은 그 대상인 유동중인 용강(18) 자체의 고온 때문에 어려움이 있다.

상기에서 사용하는 삽입식 속도측정 센서(19)에 의한 편류 판별법은, 주형내 유동중인 용강(18)의 표면의 속도가 침지노즐 출구(13)의 편류에 따라서 좌, 우측이 다르게 나타난다. 그래서, 상기 원리를 이용한 것으로써 침지노즐 출구(13)의 좌, 우측에는 고온에 잘 견디는 막대형태의 속도측정 센서(19)를 삽입하고 상기 속도측정 센서(19)에 걸리는 유동중인 용강(18)의 유동저항력을 서로 비교함으로써 편류여부를 판정한다. 그러나, 상기 방법은 속도측정 센서(19)의 한계가 약 30분 내외로 총 연주 공정시간이 약 5시간 정도임을 고려할 때 그 수명이 너무 짧고, 또 표면에 직접 삽입되는 속도측정 센서(19)로 인해서 유동의 일부분이 교란되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 상기와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 연주공정시간 동안 편류측정이 가능하도록 높이분포 측정센서와 높이분포 분석기를 구비하는 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐의 편류 측정장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적은, 유체 형태로 변환되는 용강을 저장하는 연주 주형 동판과, 상기 연주 주형 동판 내부에 일부가 삽입되고 용강이 이동되는 침지노즐과, 상기 용강이 상기 연주 주형 동판내로 배출되도록 상기 침지노즐의 하부에 형성되는 침지노즐 출구와, 상기 연주 주형 동판의 용강의 높이 차이를 측정하는 높이차 분포 측정센서와, 상기 높이차 분포 측정센서에서 측정한 데이터를 분석하는 높이분포 분석기를 포함하는 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐 편류 측정장치에 있어서, 상기 높이차 분포 측정센서는 용강 유동의 높이차이를 측정할 수 있는 와전류 방식의 센서를 구비하고; 상기 높이분포 분석기는 높이분포 측정센서에서 측정된 높이차이의 데이터를 수 작업으로 구한 분포 데이터베이스와 비교하여 편류정도로 환산하도록 구성되며; 상기 높이차 분포 측정센서는 좌, 우측으로 이동 가능하게 구성되어 연주기의 자유표면을 측정하는 것을 특징으로 하는 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐 편류 측정장치에 의해 달성될 수 있다.

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이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 편류측정장치에서의 자유표면 높이차 분포간의 상관관계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

본 실시예에서, 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐의 편류측정장치는 기본적으로 침지노즐(102), 침지노즐 출구(103) 및 연주 주형 동판(104)을 구비하며, 설명의 명확성을 위해 제트류(105), 응고(106), 용강 자유표면(107), 용강(108)이 이용된다.

상기 실시예는, 침지노즐 출구(103)에서 좌, 우측의 토출량이 다른 편류가 발생할 때는 용강(108)의 자유표면의 높이차와 형상도 차이가 난다는 원리를 이용하여 편류판별이 수행된다.. 상기 침지노즐(102)에서 편류가 발생하여 토출 제트류(105) 속도가 왼쪽이 느린 경우는 왼쪽의 자유표면의 최고 높이 위치는 주로 침지노즐(102)과 연주 주형 동판(104) 사이의 중간부분에 발생한다. 그리고, 토출속도가 빠른 반대편의 경우는 자유표면이 최고 높은 부분이 주형동판(104)에 가까운 부분이 된다. 이러한 특성은 용강(108)을 물로 테스트하는 수모델등의 실험을 통해서 자세히 알려져 있다. 그리고 오른쪽에는 편류발생 위치가 왼쪽에 비해서 반대인 경우의 탕면의 높이차 분포를 나타내었다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면높이 분포 - 자유표면 위치를 개략적으로 나타낸 그래프이다.

상기 실시예에서, 표면높이 분포 - 자유표면 위치 분포는 제1표면 높이차 분포(220). 제2표면 높이차 분포(221)를 포함한다.

상기 실시예는, 도 2에서 표현한 것을 좀더 자세히 보면, 상기 탕면 높이차 분포를 그래프로 나타내었다. 그리고, 상기 그래프에서 왼쪽의 경우가 실선(220)의 분포이며 오른쪽의 경우가 점선(221)의 분포이다. 이 두 경우를 비교하면 좌, 우측 중 어느 쪽에서 편류가 발생했는지를 쉽게 알 수 있게 된다. 더욱이 많은 수 모델 실험을 통하여 다양한 편류 정도에 의한 탕면 높이차의 형상 관련 데이터베이스를 구축해 놓고 이를 실제 연주공정에서의 높이차 분포와 비교하게 되면 그 편류 정도에 대해서 정량적인 평가도 가능하게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐 편류 측정방법 및 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

상기 실시예에서, 연속주조의 편류 측정방법은 높이차 분포 측정센서(120), 높이분포 분석기(121)를 포함한다.

상기 실시예는, 자유표면의 높이차를 측정할 수 있고 이동하면서, 상기 자유표면의 높이를 측정하는 와전류 방식의 높이차 분포 측정센서(120)와, 상기 높이차 분포 측정센서(120)가 좌우로 이송하고 측정된 높이차 분포를 수모델등에서 구한 높이차 분포 데이터베이스와 비교하여 편류정도를 환산할 수 있는 높이분포 분석기(121)로 구성되어 있다. 그리고, 상기 높이분포 분석기(121)는 간단한 트래버스와 와전류 센서로부터의 신호를 분석하고 저장된 높이차 분포를 데이터베이스와 비교할 수 있는 부분으로 구성된다.

상기 트래버스는, 일반적으로 기준점 측량의 하나로 트래버스 측량이라고도 한다. 삼각측량과 함께 골조측량의 주요한 방법이며, 먼 거리를 내다보지 않고도 측정할 수 있으므로 시가지 내에서의 측량이나, 도로의 중심선 측량 등에 많이 이용된다. 이전에는 거리측정이 각 측정에 비하여 정밀도가 낮고 다각측량이 삼각측량에 비해 정밀도가 낮았지만, 최근에는 정밀도가 높은 광파거리 측정기의 출현으로 양자의 정밀도의 차이는 거의 없어졌다. 그리고, 상기 트래버스를 이루는 방법에는 결합트래버스 ·폐합트래버스 ·개트래버스의 3가지가 있다. 결합트래버스는 삼각점간을 연결하는 것이고, 폐합트래버스는 출발점으로 되돌아와 폐다각형을 이룬다. 위의 두 방법으로는 오차를 알 수 있지만, 개트래버스는 오차와 과실을 알 수 없으므로 특수한 경우 이외에는 사용하지 않는다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 비 접촉식이므로 수명이 반영구적이며 유동에 교란을 주지도 않는 장점을 가지고 있다. 그리고, 기존의 삽입식에 비해서 용강유동의 편류판정에 훨씬 유리하고, 이에 따라 연주 전체 조업 시간에 대해서 편류방지를 위한 적절한 조치를 취할 수 있다. 또한, 편류방지를 위해 보다 많은 기회를 제공하게 될 것이며 궁극적으로는 연주조업 생산제품인 슬라브의 품질은 높이게 될 것이다.

결과적으로, 본 발명을 이용하여 생산되는 제품 전체의 부가가치를 향상시켜 제품의 상품성과 품질을 향상시켜 줄 수 있도록 하였음은 물론이고, 더불어 신뢰성 등을 줄 수 있도록 한 효과를 가지게 되는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 유체 형태로 변환되는 용강을 저장하는 연주 주형 동판과, 상기 연주 주형 동판 내부에 일부가 삽입되고 용강이 이동되는 침지노즐과, 상기 용강이 상기 연주 주형 동판내로 배출되도록 상기 침지노즐의 하부에 형성되는 침지노즐 출구와, 상기 연주 주형 동판의 용강의 높이 차이를 측정하는 높이차 분포 측정센서와, 상기 높이차 분포 측정센서에서 측정한 데이터를 분석하는 높이분포 분석기를 포함하는 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐 편류 측정장치에 있어서,

   상기 높이차 분포 측정센서는 용강 유동의 높이차이를 측정할 수 있는 와전류 방식의 센서를 구비하고;

   상기 높이분포 분석기는 높이차 분포 측정센서에서 측정된 높이차이의 데이터를 수 작업으로 구한 분포 데이터베이스와 비교하여 편류정도로 환산하도록 구성되며;

   상기 높이차 분포 측정센서는 좌, 우측으로 이동 가능하게 구성되어 연주기의 자유표면을 측정하는 것을 특징으로 하는 연주기 자유표면 높이차 측정을 통한 침지노즐 편류 측정장치.
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