KR101159605B1 - 조절형 탕면 프로파일 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 마주보는 한 쌍의 레일부들을 가지는 프레임; 상기 한 쌍의 레일부들에 양단부가 각각 이동 가능하게 지지되도록 설치되는 장착대; 및 상기 장착대에 일 단부가 연결되며, 타 단부는 상기 용강에 침지되도록 연장 형성되는, 네일을 포함하는, 조절형 탕면 프로파일 측정 장치 및 방법을 제공한다.

Description

조절형 탕면 프로파일 측정 장치{ADJUSTABLE MEASURING APPARATUS FOR PORFILE OF SURFACE PORTION IN MOLTEN STEEL}

본 발명은 연속 주조 공정에서 주형 내에서의 탕면 프로파일을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속 주조기는 제강로에서 생산되어 래들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(turndish)에 받았다가 연속 주조기용 주형으로 공급하여 일정한 크기의 슬라브를 생산하는 설비이다.

상기 주형 내에서의 용강의 탕면 프로파일은 침지 노즐에서 토출되는 용강이 상부의 파우더 층을 향해 유동하는 정도에 따라 달라진다. 상기 탕면 프로파일에 따라 파우더 층의 두께 등이 달라지면서, 주형 내의 윤활이 영향을 받기도 한다.

상기 탕면 프로파일은, 침지 노즐을 통한 용탕 공급 시의 아르곤 가스의 유량, 주속, 주폭, 침지 노즐의 침지 깊이, 강의 특성, 2차 냉각 등 주요 공정 변수에 의해 달라진다. 이러한 탕면 프로파일에 대한 정확한 측정 정보는 원하는 품질의 주물을 생산하기 위해 요구된다.

본 발명의 목적은 탕면 프로파일을 작업 조건 등에 따라 상이한 위치에서 측정할 수 있도록 하는 조절형 탕면 프로파일 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 조절형 탕면 프로파일 측정 장치는, 서로 마주보는 한 쌍의 레일부들을 가지는 프레임; 상기 한 쌍의 레일부들에 양단부가 각각 이동 가능하게 지지되도록 설치되는 장착대; 및 상기 장착대에 일 단부가 연결되며, 타 단부는 상기 용강에 침지되도록 연장 형성되는, 네일을 포함한다.

상기 한 쌍의 레일부들은, 서로에 대해 근접하거나 멀어지도록 상대 이동 가능하게 구성될 수 있다.

상기 장착대는, 서로에 대해 근접하거나 멀어지도록 상대 이동 가능하게 연결되는 복수의 장착편을 포함할 수 있다.

상기 장착대에는 상기 네일의 몸통이 관통되어 삽입 가능한 슬릿이 형성되고, 상기 프레임은, 상기 슬릿에 삽입된 네일의 머리에 인접하게 배치되는 유지판을 포함할 수 있다.

상기 슬릿은, 서로 평행하게 연장하는 한 쌍의 제1 및 제2 슬릿을 포함할 수 있다.

상기 레일부는 티-슬롯(T-slot)의 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 조절형 탕면 프로파일 측정 방법은 앞서 기술한 조절형 탕면 프로파일 측정 장치의 네일을 주형 내의 용강에 침지하는 단계; 상기 침지한 네일을 꺼내어 분석함으로써, 제1 탕면 프로파일을 얻는 단계; 상기 제1 탕면 프로파일과 다른 제2 프로파일을 얻기 위하여, 상기 장착대 또는 상기 장착편의 위치를 조절하는 단계; 및 상기 측정 장치의 교체된 네일을 상기 용강에 침지한 후 분석하여 상기 제2 프로파일을 얻는 단계를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 조절형 탕면 프로파일 측정 장치 및 방법에 의하면, 작업 조건에 따라 탕면 프로파일의 측정 위치를 가변적으로 조절할 수 있게 된다.

이는 측정자가 작업 조건이나 환경에 따라 측정이 필요하다고 판단되는 위치에 대한 정확한 측정 결과를 제공할 수 있게 한다. 나아가, 가변적 위치에 대한 측정을 하나의 측정 장치로 달성할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이고,
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이며,
도 3은 도 2의 주형(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조절형 탕면 프로파일 측정 장치(100)의 정면도이고,
도 5는 도 4의 측정 장치(100)의 장착대(120)의 작동 방식을 설명하기 위한 저면도이며,
도 6은 도 5의 장착대(120)에 대한 확대도이고,
도 7은 도 4에 대한 종단면도이며,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탕면 프로파일 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조절형 탕면 프로파일 측정 장치 및 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

연속주조(連續鑄造, Continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 주형(鑄型, Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주물 또는 강괴(鋼塊, steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형?직사각형?원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬래브?블룸?빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형?수직굴곡형?수직축차굴곡형?만곡형?수평형 등으로 분류된다. 도 1 및 도 2에서는 만곡형을 예시하고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.

본 도면을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20)와, 주형(30)과, 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Laddle, 10)로부터 용융금속을 받아 주형(Mold, 30)으로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 주형(30)으로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 주형(30)으로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

주형(30)은 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 주형(30)은 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 주형(30)은 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 주형(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 주형(30) 내에서 용강(M)의 응고로 이한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

주형(30)은 주형(30)에서 뽑아낸 주물이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidifying shell, 81, 도 2 참조)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

주형(30)은 용강이 주형의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션 시 주형(30)과 주물과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 주형(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 주형(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 주형(30)과 주물의 윤활뿐만 아니라 주형(30) 내 용융금속의 산화?질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 주형(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 주형(30)의 입구를 지향한다.

2차 냉각대(60 및 65)는 주형(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 직접 냉각된다. 주물 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 주물이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 주형(30)을 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

절단기(90)는 연속적으로 생산되는 주물을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.

도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.

본 도면을 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드 노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드 노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화?질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다. 슈라우드 노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 주형(30) 내로 연장하는 침지 노즐(SEN, Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 주형(30) 내로 유동하게 된다. 침지 노즐(25)은 주형(30)의 중앙에 배치되어, 침지 노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지 노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지 노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지 노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

주형(30) 내의 용강(M)은 주형(30)을 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 주형(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 스트랜드(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 용강(M)이 응고된 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70, 도 1)이 완전히 응고된 스트랜드(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이(65)에 의해 냉각된다. 이는 스트랜드(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 스트랜드(80)가 일 지점(85)에 이르면, 스트랜드(80)는 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 스트랜드(80)는 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 제품(P)으로 나뉘어진다.

주형(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 형태에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 2의 주형(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도이다.

도 3을 참조하면, 침지 노즐(25)의 단부 측에는 통상적으로 도면상 좌우에 한 쌍의 토출구(25a)들이 형성된다{주형(30) 및 침지 노즐(25) 등의 형태는 중심선(C)을 기준으로 대칭되는 것으로 가정하여, 본 도면에서는 좌측만을 표시한다}.

토출구(25a)에서 아르곤(Ar) 가스와 함께 토출되는 용강(M)은 화살표(A1, A2)로 표시된 바와 같이 상측을 향한 방향(A1)과 하측을 향한 방향(A2)으로 유동하는 궤적을 그리게 된다.

주형(30) 내부의 상부에는 파우더 공급기(50)로부터 공급된 파우더에 의해 파우더층(51)이 형성된다. 파우더층(51)은 파우더가 공급된 형태대로 존재하는 층과 용강(M)의 열에 의해 소결된 층{소결층이 미응고 용강(82)에 더 가깝게 형성됨}을 포함할 수 있다. 파우더층(51)의 하측에는 파우더가 용강(M)에 의해 녹아서 형성된 슬래그층 또는 액체 유동층(52)이 존재하게 된다. 액체 유동층(52)은 주형(30) 내의 용강(M)의 온도를 유지하고 이물질의 침투를 차단한다. 파우더층(51)의 일부는 주형(30)의 벽면에서 응고되어 윤활층(53)을 형성한다. 윤활층(53)은 응고쉘(81)이 주형(30)에 붙지 않도록 윤활하는 기능을 한다.

응고쉘(81)의 두께는 주조 방향으로 따라 진행할수록 두꺼워진다. 응고쉘(81)의 주형(30) 위치한 부분은 두께가 얇으며, 주형(30)의 오실레이션에 따라 자국(Ocillation mark, 87)이 형성되기도 한다. 응고쉘(81)은 지지롤(60)에 의해 지지되며, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 그 두께가 두꺼워진다. 응고쉘(81)은 두꺼워지다가 일 부분이 볼록하게 돌출하는 벌징(Bulging) 영역(88)이 형성되기도 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 조절형 탕면 프로파일 측정 장치(100)에 대하여 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 상기 조절형 탕면 프로파일 측정 장치(100)는 도 3의 주형(30) 내에 수강된 용강(M)의 상부의 프로파일을 측정하기 위한 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조절형 탕면 프로파일 측정 장치(100)의 정면도이고, 도 5는 도 4의 측정 장치(100)의 장착대(120)의 작동 방식을 설명하기 위한 저면도이며, 도 6은 도 5의 장착대(120)에 대한 확대도이고, 도 7은 도 4에 대한 종단면도이다.

위 도면들을 참조하면, 조절형 탕면 프로파일 측정 장치(100)는 프레임(110)과, 장착대(120)와, 네일(130)을 포함한다.

프레임(110)은 장착대(120) 등의 다른 구성이 설치되는 부재이다. 도 5를 참조하면, 프레임(110)에는 서로 마주보는 한 쌍의 레일부(111)들이 형성된다.

레일부(111)들은 대략 서로 평행하게 연장될 수 있다. 레일부(111)들은 티-슬롯(T-slot)의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 레일부(111)들은 서로에 대하여 근접하거나 멀어지도록 도면상 수평 방향(H)을 따라 이동될 수 있게 프레임(110)에 형성될 수 있다.

장착대(120)는 네일(130, 도 7)이 장착되는 부재이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 장착대(120)의 양단부는 각각 레일부(111)들에 도면상 수직 방향(V)을 따라 이동 가능하게 지지 되도록 설치될 수 있다.

장착대(120)는 서로에 대하여 근접하거나 멀어지도록 이동 가능하게 연결되는 복수의 장착편들(121 및 122)을 포함할 수 있다. 이를 위하여, 장착편들(121 및 122)의 마주하는 단부 영역들은 삽입축(125)이 삽입된 채로, 이러한 삽입축(125)에 대하여 상대 이동하게 될 수 있다. 장착편들(121 및 122) 각각에는 제1 및 제2 슬롯(121a 및 121b)이 형성될 수 있다. 나아가, 장착편들(121 및 122)의 외측 단부들에는, 레일부(111)의 티-슬롯에 대응하는 티자('T'자) 형태의 삽입부(123,124)가 형성될 수 있다.

네일(130)은 장착대(120)의 슬롯(121a 및 121b)에 삽입 되도록 구성되는 부재이다. 도 7을 참조하면, 네일(130)은 장착대(120)에 삽입되는 몸체와, 장착대(120)에서 돌출하여 몸체보다 옆으로 퍼지는 머리를 포함할 수 있다. 네일(130)의 머리 위에는 유지판(115)이 배치된다. 유지판(115)은 네일(130)이 장착대(120)에서 이탈하지 못하도록 막는다.

네일(130)은 두 종류로 구성될 수 있다. 구체적으로, 스틸 재질의 네일과, 알루미늄 재질의 네일이다. 전자는 액체 유동층(52)에서 녹지 않고 미응고 용강(82, 이상 도 3 참조)에서 녹으나, 후자는 액체 유동층(52)에서 녹는다. 이러한 특성의 차이를 바탕으로 양 네일을 비교하면, 액체 유동층(52)의 두께를 확인할 수 있게 된다. 나아가, 동일한 재질의 네일들 간에도 녹은 길이에 따라 용강의 유동 방향을 확인할 수 있게 된다.

도 4를 참조하면, 프레임(110)에는 설치대(140)가 장착된다. 설치대(140)는 조절형 탕면 프로파일 측정 장치(100)의 수평 이동 및 승강 이동을 위한 구동장치에 연결되는 부분일 수 있다.

이제, 앞서 설명한 조절형 탕면 프로파일 측정 장치(100)를 이용한 탕면 프로파일 측정 방법을 설명한다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 조절형 탕면 프로파일 측정 장치(100)를 구동 장치에 설치하여 그 위치를 이동시킬 수 있다.

측정 장치(100)를 주형(30)의 탕면에 근접하게 위치시켜, 네일(130)이 주형(30)의 용강 내로 침지되도록 한다. 설정된 시간 경과 후에, 측정 장치(100)를 용강으로부터 이탈시켜 네일(130)의 변화를 통해 탕면 프로파일을 측정하게 된다.

측정 위치를 변경하고자 한다면, 일차적으로 장착대(120)들 사이의 간격을 조절할 수 있다. 이는 장착대(120)를 레일부(111)를 따라 수직 방향(V)으로 이동시킴으로써 이루어진다. 장착대(120)의 이동에 따라 그에 장착된 네일(130)도 당연히 이동하게 된다.

하나의 장착대(120) 내에서의 네일(130)의 이동은, 네일(130) 자체를 슬롯(121a 및 121b)을 따라 이동시킴에 따라 이루어질 수 있다. 또는, 장착대(120)를 이루는 장착편들(121 및 122)은 서로에 대하여 상대 이동시켜서, 각 장착편들(121 및 122)에 설치된 네일(130)들의 상대적인 간격이 달라지게 할 수 있다.

이렇게 네일(130)들의 위치를 조절한 후에, 다시 네일(130)을 용탕에 침지시켜 새로운 탕면 프로파일을 얻을 수 있게 된다.

상기와 같은 조절형 탕면 프로파일 측정 장치 및 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10: 래들 15: 슈라우드 노즐
20: 턴디쉬 25: 침지 노즐
30: 주형 40: 주형 오실레이터
50: 파우더 공급기 51: 파우더층
52: 액체 유동층 53: 윤활층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 스트랜드
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
87: 오실레이션 자국 88: 벌징 영역
100: 조절형 탕면 프로파일 측정 장치
110: 프레임 111: 레일부
120: 장착대 121,122: 장착편
130: 네일 104: 손잡이

Claims (7)

1. 서로 마주보는 한 쌍의 레일부들을 가지는 프레임;
   상기 한 쌍의 레일부들에 양단부가 각각 이동 가능하게 지지되도록 설치되며, 서로에 대해 근접하거나 멀어지도록 상대 이동 가능하게 연결되는 복수의 장착편을 구비하는 장착대; 및
   상기 장착대에 일 단부가 연결되며, 타 단부는 용강에 침지되도록 연장 형성되는 네일;을 포함하는 조절형 탕면 프로파일 측정 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 레일부들은, 서로에 대해 근접하거나 멀어지도록 상대 이동 가능하게 구성되는, 조절형 탕면 프로파일 측정 장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 장착대에는 상기 네일의 몸통이 관통되어 삽입 가능한 슬롯이 형성되고,
   상기 프레임은, 상기 슬롯에 삽입된 네일의 머리 상부에 배치되는 유지판을 포함하는, 조절형 탕면 프로파일 측정 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 슬롯은, 서로 평행하게 연장하는 한 쌍의 제1 및 제2 슬롯을 포함하는, 조절형 탕면 프로파일 측정 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 레일부는 티-슬롯(T-slot)의 형태로 형성되는, 조절형 탕면 프로파일 측정 장치.
   
7. 삭제

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