KR100949679B1 - 레이들에서의 슬래그 유출 검출방법 - Google Patents

Abstract

연속주조공정에서 레이들에서 턴디쉬로 용강이 흐르게 되는 데 이때 용강에 슬래그가 혼입하면서 진동이 발생하게 되는데 용강에 슬래그가 혼입하면서 발생되는 진동을 측정함으로써 레이들에서 턴디쉬로 슬래그가 유출되는 것을 막을 수 있을 것이다. 본 발명은 비접촉 및 접촉식 진동센서를 이용하여 슬래그가 레이들에서 턴디쉬로 유출될 때 발생되는 진동신호를 포착하고 이를 바탕으로 청정의 제품을 생산하도록 하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

레이들, 슬래그, 진동

Description

레이들에서의 슬래그 유출 검출방법{METHOD FOR DETECTING ONSET OF SLAG CARRYOVER FROM A LADLE}

도 1은 본 발명의 연속주조공정을 보여주는 구성도.

도 2는 강종별 슬래그 유출 시 진동신호.

도 3은 슬라이딩 게이트 개도별 슬래그 유출 시 진동신호

도 4는 본 발명을 구현하기 위한 시스템의 블록 구성도.

♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1: 레이들 2: 쉬라우드 노즐

3: 턴디쉬 4: 침지노즐

5: 몰드 6: 슬라브

7: 쉬라우드 노즐 구동 매니퓰레이터 8: 레이저 신호 반사판

9: 3축 진동센서 10: 슬래그 유출 시 진동신호(저탄)

11: 슬래그 유출 시 진동신호(중탄) 12: 슬래그 유출 시 진동신호(고탄)

13: 슬래그 미유출 시 진동신호 14: 슬라이딩 게이트 오픈 시 진동신호(대)

15: 슬라이딩 게이트 오픈 시 진동신호(중) 16: 슬라이딩 게이트 오픈 시 진동신호(소)

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본 발명은 용강의 연속주조 공정에서 비접촉 및 접촉식 진동센서를 이용하여 슬래그가 레이들에서 턴디쉬로 유출될 때 발생되는 진동신호를 포착하고 이를 바탕으로 청정의 제품을 생산하도록 하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래에는 레이들에서 턴디쉬로 용강을 주입할 때 유출되는 슬래그를 검출하기 위해서 주로 전자기적인 방법을 사용하였으나 전자기 코일이 쉽게 열화가 되거나 내화물 축조시 파손되는 문제로 인해 슬래그의 유출을 제대로 감지하지 못하는 문제를 가지고 있었다. 한편으로 진동을 이용하여 측정하는 방법은 강종 및 슬라이딩 게이트 개도에 따른 진동 패턴을 구별하지 못하는 관계로 인해 슬래그의 유출을 제때에 감지 못하는 단점을 가지고 있었다. 또한 조업자의 이동이나 오버헤드 크레인 등이 이동할 때 발생하는 진동을 제거하지 못하는 관계로 인해 슬래그의 유출을 잘못 검출하는 문제점을 가지고 있었다.

미국특허 4,859,940, 4,816,758, 6,074,598 등은 전자기 코일을 레이들 바닥 에 장착하여 용강만 유출이 될 때와 용강과 슬래그가 함께 유출이 될 때의 검출되는 유도전류의 차이를 이용하여 슬래그의 유출을 검출하고 있지만 이 방법은 여자코일 및 감지코일이 열화가 되거나 내화물 축조 시 파손됨으로써 레이들에서 슬래그의 유출을 제대로 검출하지 못하거나 최악의 경우 수 시간 동안 슬래그 유출을 검출을 하지 못하는 문제점을 가지고 있다.

일본특허출원 2000-117,407호나 2000-117,406호 같은 경우는 레이들에서 슬래그가 유출이 될 때 발생되는 진동을 이용하고 있지만 강종 및 슬라이딩 게이트 개도에 따른 진동 패턴을 구별하지 못하는 관계로 인해 슬래그의 유출을 제때에 감지 못하는 단점을 가지고 있다. 또한 조업자나 오버헤드 크레인 등이 이동할 때 발생하는 불필요한 진동을 제거하지 못하는 관계로 인해 슬래그의 유출을 잘못 검출하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 기존의 레이들에서 슬래그의 유출을 검출하는 방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로 쉬라우드 노즐을 움직여 주는 장치의 임의의 한 지점에 진동센서의 신호를 반사할 수 있는 반사판을 설치하여 레이들에서 슬래그가 유출이 될 때 변화되는 진동을 측정하고 또한 3축 진동센서를 임의의 한 지점에 설치하여 조업자나 오버헤드 크레인 등 주변기기의 이동에 따른 잡음진동을 측정하여 비접촉 방식의 진동센서에서 슬래그의 유출을 잘못 검출하는 것을 방지하는 한편으로 강종과 슬라이딩 게이트의 개도에 따른 진동에 대한 패턴을 데이터베이스(Database)화하여 측정의 정도를 높임으로써 레이들에서 슬래그의 유출을 효과적으로 검출하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 쉬라우드 노즐을 구동시키는 매니퓰레이터에 비접촉 진동센서의 레이저 빛을 반사할 수 있는 반사판을 설치하고, 쉬라우드 노즐을 구동시키는 매니퓰레이터 끝 부분에 3축 진동센서를 설치한다. 레이저 진동계에서 레이저 빛이 반사판에 조사되고 레이들에서 용강이 흐르다가 슬래그가 레이들 내부에서 형성된 볼텍스(Votex)의 영향으로 형성되는 진동신호를 수신하여 강종 별로 그리고 슬라이딩 게이트에 따른 진동 패턴을 정량화할 뿐 만 아니라 이것을 기준으로 하여 정밀하게 레이들에서 슬래그의 유출을 최소화할 수 있도록 하였다. 그리고 쉬라우드 노즐을 구동시키는 매니퓰레이터 끝 부분에 설치된 3축 진동센서를 통해 조업자가 움직일 때 발생하는 불필요한 진동신호와 오버헤드 크레인과 같은 주변기기의 이동으로 인한 불필요한 진동을 제거함으로써 레이들에서 슬래그의 유출을 최적으로 측정할 수 있도록 하였다. 레이저 진동센서에서 나오는 진동신호를 강종 별, 슬라이딩 게이트 개도별로 데이터베이스화하고 3축 진동센서를 통해 불필요한 진동을 제거함으로써 레이들에서 슬래그의 유출을 계측하는 본 발명의 구성을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 연속 주조장치의 구성도이다. 용강이 담겨져 있는 레이들(1)은 쉬라우드 노즐(2)을 통해 턴디쉬(3)로 용강을 주입한다. 턴디쉬에서 배출되는 용강은 침지 노즐(4)을 통하여 몰드(5) 내로 주입되고 몰드는 슬라 브(6)에 의하여 지지되어 있다. 쉬라우드 노즐(2)은 쉬라우드 노즐 구동 매니퓰레이터(7)를 통해 제어가 되며 레이들에서 용강이 유출될 때, 남은 용강의 중량이 전체 중량의 1/10 정도가 되면 바닥에 구멍이 뚫린 용기로부터 액체가 유출될 때 출강구 크기에 따른 일정한 높이에서 소용돌이 즉 볼텍스가 형성 된다. 이때 출강구 중앙 부분의 액면이 깔데기 모양으로 오목하게 침강되며 슬래그를 소용돌이로 끌어들이면서 슬래그를 유출하게 된다. 이 볼텍스에 의하여 진동이 발생하게 되고 이 진동은 쉬라우드 노즐(2)를 진동시키게 되는 데 쉬라우드 노즐의 온도가 섭씨 1000도씨 이상의 고온인 관계로 여기서 발생하는 진동신호를 측정하기는 사실상 불가능하다. 따라서 본 발명은 쉬라우드 노즐 (2)와 직접적으로 연결되어 있는 쉬라우드 노즐을 구동시키는 매니퓰레이터(7)에 반사판(8)을 설치하여 조사된 레이저 빛을 반사시킴으로써 레이들에서 슬래그가 유출이 될 때 발생되는 진동신호를 측정하게 된다. 그러나 조업자가 주상 작업대에서 움직이거나 오버헤드 크레인 등 주변기기가 움직이게 되면 슬래그 유출과 상관없는 여타 진동이 레이저 진동센서에서 포착이 되기 때문에 매니퓰레이터에 3축 진동센서(9)를 추가로 설치하여 슬래그 유출 이외의 원인으로 발생한 진동신호를 제거하는 데 사용할 뿐 만 아니라 레이저 진동센서가 오동작이 일어날 경우 대체용으로도 사용이 가능하도록 하였다. 레이저 센서가 슬래그 유출에 의한 진동을 보다 정확히 측정하기 위해서 반사판(8)은 쉬라우드 노즐(2)로부터 가까운 지점에 설치되고, 3축 진동센서는 매니퓰레이터 본체에 설치되는 것이 바람직하다.

도 2는 강종별로 레이들에서 슬래그가 유출이 될 때 발생하는 서로 다른 진동 패턴을 보여주고 있다. 진동신호(13)는 저탄(10)에서는 레이들에서 슬래그가 유출이 될 때 발생되는 진동의 진폭이 크며, 중탄(11), 고탄(12)으로 갈수록 진폭이 줄어드는 것을 알 수 있다. 레이들에서 슬래그가 유출될 때 발생하는 진동의 진폭이 용강의 종류에 따라 다르므로 측정의 정밀도를 높이기 위해서는 강종별로 레이들에서 슬래그가 유출이 될 때 발생되는 진동을 패턴별로 기록한 데이터베이스를 구축하는 것이 필요하다.

도 3은 용강을 배출하는 슬라이딩 게이트의 개도(Open Ratio)에 따라 변화하는 레이들에서 슬래그가 유출이 될 때의 진동신호(13)를 보여주고 있다. 도시된 바와 같이 슬라이딩 게이트의 개도가 작아질수록 (14)(15)(16)과 같이 진폭이 점점 줄어드는 것을 알 수 있다. 따라서 정밀한 측정을 위해서는 슬라이딩 게이트의 개도에 따른 진동 패턴을 데이터베이스화하는 것이 필요하다.

도 4는 본 발명에서 구현하고자 하는 시스템 블록 구성도이다. 상위 컴퓨터로부터 레이들이 개공 되었다는 신호를 받게 되면(S11) 평균 진동폭 계산부에서는 레이들 무게 30톤(또는 지정된 임의의 무게)까지 평균 진동폭을 계산한다(S12). 평균 진동폭은 다음의 식 1로 계산한다.

[식 1]

평균 진동폭 = (각 Sample당 진폭)/ (Sample 수)

컴퓨터에서 제공되는 레이들 중량이 지정된 중량 범위 이내이면 식 1에 의하여 계산된 진동폭을 평균진동폭으로 설정한다(S13). 평균진동폭이 계산되면 앞서 설명한 레이저 진동센서에 의하여 측정된 현재 진동폭을 이용하여 다음과 같은 식으로 슬래그 유출율을 계산한다(S14).

[식 2]

슬래그 유출율(%)=(평균 진동폭 - 현재 진동폭)*100/평균 진동폭

그 다음에 계산된 유출율을 강종별 슬래그 유출율 DB로부터 제공된 강종별 기준값과 비교하여 슬래그 유출율이 기준값보다 크거나 같으면 유출율을 강종별 기준값과 비교하는 다음 단계(S16)로 진행하고 작으면 슬래그 유출율을 다시 계산한다(S15). 그 다음에는 개도별 슬래그 유출율 DB로부터 제공된 개도별 슬래그 유출값과 계산된 슬래그 유출율을 비교한다(S16). 계산된 슬래그 유출율이 DB에 저장된 기준값보다 크거나 같으면 알람 및 제어신호를 발생시키고(S17), 기준값보다 작으면 새로 측정된 진동폭을 사용하여 슬래그 유출율을 계산하는 단계(S14)로 복귀한다.

특히 미리 설정된 레이들무게 (예, 30톤)이상에서 슬래그 유출이 되는 결과가 출력 되면 이는 잘못된 신호로 간주된다. 이는 사용하고 있는 레이들 사이즈에 따라 볼텍스가 일어날 수 있는 최소무게를 계산할 수 있는데 이 최소무게보다 무거운 경우에는 볼텍스가 발생하지 않기 때문에 이 범위의 무게에서 발생하는 슬래그 유출신호는 오신호로 간주될 수 있다. 따라서 본 발명에 의해 레이들에서 슬래그가 유출이 되는 것을 정확하게 측정할 수 있다.

앞서 도면을 통해 상세히 설명한 것과 같이 본 발명은 레이들에서 슬래그가 유출이 될 때 일정한 레이들 무게 이하에서 발생되는 볼텍스에 의해 생성되는 진동을 측정함으로써 레이들에서 슬래그의 유출을 검출하는 것으로써, 기존의 방법에서 발생되는 문제점을 보완할 수 있을 뿐 만 아니라 검출정도를 높일 수 있다. 특히 기존의 전자기적인 방법에 의한 검출기의 단점인 센서의 열화나 파손 등의 문제점을 해결할 수 있을 뿐 만 아니라, 진동원리를 이용하여 검출하는 방법에서 일어날 수 있는 측정오류 즉 강종과 슬라이딩 게이트 개도에 따른 진동패턴의 차이를 극복함으로써 레이들에서 슬래그의 유출에 대한 검출율을 높일 수 있다.

Claims (6)

1. 철강 연속주조 공정에서 레이들로부터 슬래그가 유출되는 것을 검출하는 방법에 있어서,

   레이들의 소정의 중량 범위 내에서 진동 센서를 이용하여 볼텍스에 의한 레이들(ladle)의 평균 진동폭을 계산하고;

   상기 평균 진동폭과 상기 진동 센서에 의하여 계산된 현재 진동폭을 이용하여 현재의 슬래그 유출율을 계산하고;

   상기 슬래그 유출율을 강종별 슬래그 유출율 DB에 수록된 강종별 기준값과 비교하고;

   상기 슬래그 유출율을 개도별 슬래그 유출율 DB에 수록된 개도별 기준값과 비교하여;

   상기 슬래그 유출율이 상기 강종별 기준값 및 개도별 기준값 모두보다 크거나 같으면 알람 또는 제어 신호를 발생시키고, 어느 하나보다 작으면 새로이 측정된 진동폭을 사용하여 위 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 레이들에서의 슬래그 유출 검출방법.
2. 제 1 항에 있어서, 레이들 평균 진동폭이 레이들의 매니퓰레이터 암에 반사 거울을 설치하고 레이저 진동측정기의 레이저 광을 상기 반사 거울에 반사시켜 측정되는 것을 특징으로 하는 레이들에서의 슬래그 유출 검출방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 레이들 매니퓰레이터의 임의의 위치에 3축 진동센서를 설치하여 3축 진동센서의 출력을 이용하여 상기 레이저 진동측정기의 출력을 보정하여 슬래그의 유출에 의한 진동폭만을 검출하는 것을 특징으로 하는 레이들에서의 슬래그 유출 검출방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 평균 진동폭이 다음의 식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 레이들에서의 슬래그 유출 검출방법.

   평균 진동폭 = (각 Sample당 진폭)/ (Sample 수)
5. 제 1 항에 있어서, 상기 슬래그 유출율이 다음의 식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 레이들에서의 슬래그 유출 검출방법.

   슬래그 유출율(%)=(평균 진동폭 - 현재 진동폭)*100/평균 진동폭
6. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 중량 범위 이상의 레이들 중량에서 발생한 슬래그 유출 신호를 무시하는 것을 특징으로 하는 레이들에서의 슬래그 유출 검출방법.

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