KR101193875B1 - 슈라우드 노즐 관리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 턴디쉬를 지향하도록 래들에 슈라우드 노즐을 설치하는 단계와, 상기 슈라우드 노즐을 통해 상기 래들에서 상기 턴디쉬로 용강을 유동시키는 단계와, 상기 용강의 유동 중에 상기 슈라우드 노즐의 온도 분포 이미지를 획득하는 단계와, 상기 측정된 온도 분포 이미지를 근거로 상기 슈라우드 노즐 중 주변보다 상대적으로 고온인 부분의 존재를 판별하는 단계와, 상기 상대적으로 고온인 부분의 온도가 제1 온도를 넘으면 상기 고온인 부분의 존재를 알리는 단계를 포함하는, 슈라우드 노즐 관리 방법 및 장치를 제공한다.

Description

슈라우드 노즐 관리 방법 및 장치{METHOD FOR MAINTAINING SHROUD NOZZLE AND APPARATUS FOR MAINTAINING SHROUD NOZZLE}

본 발명은 래들에서 턴디쉬로 용강을 안내하는 슈라우드 노즐을 관리하기 위한 방법 및 그에 이용되는 장치에 관한 것이다.

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

상기 연속 주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 주물으로 형성하는 연속 주조기용 주형과, 상기 주형에 연결되어 주형에서 형성된 주물을 이동시키는 다수의 핀치롤러를 포함한다.

래들에서 턴디쉬로의 용강의 유동은, 래들에서 턴디쉬를 향해 연장하도록 설치되는 슈라우드 노즐에 의해 이루어진다.

본 발명의 목적은 슈라우드 노즐의 국부적인 용손에 의해 발생하는 용강의 재산화를 사전적으로 파악할 수 있게 하도록 하는 슈라우드 노즐 관리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 슈라우드 노즐 관리 방법은, 턴디쉬를 지향하도록 래들에 슈라우드 노즐을 설치하는 단계와, 상기 슈라우드 노즐을 통해 상기 래들에서 상기 턴디쉬로 용강을 유동시키는 단계와, 상기 용강의 유동 중에 상기 슈라우드 노즐의 온도 분포 이미지를 획득하는 단계와, 상기 측정된 온도 분포 이미지를 근거로 상기 슈라우드 노즐 중 주변보다 상대적으로 고온인 부분의 존재를 판별하는 단계와, 상기 상대적으로 고온인 부분의 온도가 제1 온도를 넘으면 상기 고온인 부분의 존재를 알리는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 용강의 유동 중에 상기 슈라우드 노즐의 온도 분포 이미지를 획득하는 단계는, 열화상 카메라를 통해 상기 온도 분포 이미지를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 상대적으로 고온인 부분의 온도가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도이면, 상기 상대적으로 고온인 부분을 향해 기류를 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 슈라우드 노즐 관리 장치는, 턴디쉬를 지향하도록 래들에 설치되는 슈라우드 노즐과, 상기 슈라우드 노즐을 지향한 채로 상기 슈라우드 노즐에 이격되게 배치되는 열화상 카메라와, 시각 및 청각 중 적어도 하나의 방법으로 알람을 제공하는 알람 유닛과, 제어 유닛을 포함한다. 상기 제어 유닛은, 상기 열화상 카메라를 작동시켜 얻어진 상기 슈라우드 노즐의 온도 분포 이미지를 근거로 상기 슈라우드 노즐 중 주변보다 상대적으로 고온인 부분의 존재를 발견하고 상기 고온인 부분의 온도가 제1 온도 이상이면, 알람을 제공하도록 상기 알람 유닛을 작동시키도록 구성된다.

여기서, 상기 열화상 카메라는 상기 슈라우드 노즐의 중심축을 지향하며 상기 슈라우드 노즐의 원주 방향을 따라 복수 개로 배치될 수 있다.

여기서, 상기 열화상 카메라의 지향 지점을 지향하도록 배치되는 기류 발생기를 더 포함할 수 있다.

상기 제어 유닛은, 상기 상대적으로 고온인 부분의 온도가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도이면, 상기 상대적으로 고온인 부분에 대해 기류를 발생시키도록 상기 기류 발생기를 작동시킬 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 슈라우드 노즐 관리 방법 및 장치에 의하면, 슈라우드 노즐의 국부적인 용손에 의해 슈라우드 노즐 내의 용강이 대기와 접촉하여 재산화될 수 있는 상황을 사전에 파악할 수 있게 된다.

상황에 대한 사전적 파악을 통해서는, 슈라우드 노즐을 적시에 교체하는 등의 조치가 이어져서 상기 재산화의 발생 가능성이 낮아질 수 있다.

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 도2의 래들(10)의 용강을 출강하기 위한 부분의 구성을 개념적으로 도시한 부분 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈라우드 노즐 관리 장치(100)를 보인 개념도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슈라우드 노즐 관리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈라우드 노즐 관리 방법 및 장치에 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.

도 3은 도2의 래들(10)의 용강(M)을 출강하기 위한 부분의 구성을 개념적으로 도시한 부분 단면도이다.

본 도면을 참조하면, 래들(10)의 저면에는 용강을 출강하기 위한 출강구(10')가 개구 된다. 출강구(10')에는 상노즐(11)이 삽입된다.

상노즐(11)의 하측에는 상부 및 하부 슬라이드 게이트(12 및 13)가 설치될 수 있다. 하부 슬라이드 게이트(13)의 하측에는 하노즐(14)이 설치된다. 하노즐(14)에는 슈라우드 노즐(15)이 체결된다.

상부 및 하부 슬라이드 게이트(12 및 13)는 도면상 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서, 상노즐(11)에서 슈라우드 노즐(15)로 이어지는 용강의 이동 통로를 개폐한다. 층을 이루도록 배치되는 상부 및 하부 슬라이드 게이트(12 및 13) 사이로 용강의 유동하므로, 위 용강의 흐름은 슈라우드 노즐(15)의 일 부분에 대해 다소 집중될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈라우드 노즐 관리 장치(100)를 보인 개념도이다.

본 도면을 참조하면, 상기 관리 장치(100)는, 슈라우드 노즐(15)과, 열화상 카메라(110)와, 제어 유닛(120)과, 알람 유닛(130)을 포함할 수 있다.

슈라우드 노즐(15)은, 앞서 설명한 바와 같이, 래들(10)에서 턴디쉬(20)로 용강을 안내하도록 래들(10)에 설치된다. 슈라우드 노즐(15)의 중심축(C)을 기준으로 도면상 상측에서 하측으로 연장하도록 형성된다. 슈라우드 노즐(15)의 상부(15a)는 래들(10) 측과 연결되고, 하부(15b)는 턴디쉬(20) 내의 용강에 침지 된다. 슈라우드 노즐(15)이 턴디쉬(20)에 침지되는 것은, 슈라우드 노즐(15)을 거쳐 유동하는 용강이 대기와 접촉하여 재산화되는 것을 방지 또는 완화할 수 있게 하는 주요한 요인이 된다.

열화상 카메라(110)는 주로 적외선파장을 분석하여 실시간으로 대상체의 온도분포 및 온도를 파악할 수 있게 하는 센서이다. 열화상 카메라(110)는 슈라우드 노즐(15)의 온도를 감지할 수 있도록, 슈라우드 노즐(15)의 중심축(C)을 지향하도록 설치될 수 있다. 열화상 카메라(110)가 감지하는 영역(111)은 슈라우드 노즐(15) 중 용손 발생 가능성이 상대적으로 높은 부분으로 설정될 수 있다. 열화상 카메라(110)는 복수 개로 구비되어, 각각이 슈라우드 노즐(15)의 원주 방향을 따라 일정 각도를 담당하도록 배치될 수 있다.

제어 유닛(120)은 열화상 카메라(110)로부터 슈라우드 노즐(15)의 온도 분포 이미지를 제공받도록 열화상 카메라(110)에 연결된다. 제어 유닛(120)은 온도 분포 이미지로부터, 슈라우드 노즐(15)의 일 부분(상대적으로 고온인 부분)이 제1 온도 이상인지, 아니면 제1 온도 이하의 제2 온도인지, 또는 통상적인 온도인지를 판단하게 된다.

알람 유닛(130)은 시각 및 청각 중 적어도 하나의 방법으로 알람을 제공하는 유닛이다. 알람 유닛(130)은 예를 들어, 시각적인 알람을 제공하는 스피커, 또는 청각적인 알람을 제공하는 디스플레이를 포함할 수 있다. 알람 유닛(130)은, 제어 유닛(120)의 제어 하에, 슈라우드 노즐(15)의 온도에 관련한 알람을 발생시키도록 구성된다.

상기 관리 장치(100)는 기류 발생기(140)를 추가로 포함할 수 있다. 기류 발생기(140)는, 예를 들어 송풍기(블로워, Blower)일 수 있다. 기류 발생기(140)는 열화상 카메라(110)에 대응하여, 열화상 카메라(110)가 감지하도록 설정된 영역에 송풍을 하도록 구성될 수 있다. 기류 발생기(140) 역시 제어 유닛(120)에 의해 작동 여부가 제어될 수 있다.

이제, 위의 슈라우드 노즐 관리 장치(100)를 이용한 슈라우드 노즐(15) 관리 방법에 대하여 도 5[및 도 1 내지 4]를 참조하여 설명한다. 여기서, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슈라우드 노즐 관리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 도면[및 도 1 내지 4]을 참조하면, 연속주조를 위해서 슈라우드 노즐(15)을 래들(10)에 턴디쉬(20)를 지향하도록 설치한다(S1).

연속주조가 시작되면, 래들(10)의 상부 및 하부 슬라이드 게이트(12 및 13)가 서로에거서 멀어지는 방향으로 이동하면서 래들(10)의 용강이 출강 된다. 출강된 용강은 슈라우드 노즐(15)을 거쳐서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다(S2).

슈라우드 노즐(15)이 용강을 안내하는 중에, 슈라우드 노즐(15)을 지향하도록 설치된 열화상 카메라(110)는 슈라우드 노즐(15)의 온도 분포 이미지를 획득한다(S3). 이러한 이미지 획득은 연속적으로 이루어지거나, 일정 시간 간격을 두고서 단속적으로 이루어질 수 있다.

슈라우드 노즐(15)의 온도 분포 이미지를 입력받은 제어 유닛(120)은, 주변에 비하여 상대적으로 고온인 부분의 존재 여부를 파악한다(S4).

고온인 부분의 온도가 제1 온도[슈라우드 노즐(15)의 벽에 용손에 의해 홀이 생길 수준의 온도] 이상이라면(S5), 제어 유닛(120)은 알람 유닛(130)을 작동시킨다. 알람 유닛(130)은 청각과 시각 중 적어도 하나의 방법으로 위 상태임을 알리게 된다(S6).

고온인 부분의 온도가 제1 온도에는 못 미치더라도, 통상적인 온도보다는 높고 제1 온도보다는 낮은 제2 온도(온도 범위)라면, 제어 유닛(120)은 필요에 따라 기류 발생기(140)를 작동시킬 수 있다. 기류 발생기(140)의 작동에 의해, 슈라우드 노즐(15)의 일 부분에서의 용손의 진행이 다소 늦추어질 수 있다. 위의 필요는 시급한 주조량을 달성하기 위하여 주조를 멈출 수 없는 경우 등에 생기게 될 것이다.

상기와 같은 슈라우드 노즐 관리 방법 및 장치는 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
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 스트랜드
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
87: 오실레이션 자국 88: 벌징 영역
90: 절단기 91: 절단 지점
100: 슈라우드 노즐 관리 장치 110: 열화상 카메라
120: 제어 유닛 130: 알람 유닛
140: 기류 발생기

Claims (7)

1. 턴디쉬를 지향하도록, 래들에 슈라우드 노즐을 설치하는 단계;
   상기 슈라우드 노즐을 통해, 상기 래들에서 상기 턴디쉬로 용강을 유동시키는 단계;
   상기 용강의 유동 중에, 상기 슈라우드 노즐의 온도 분포 이미지를 획득하는 단계;
   상기 측정된 온도 분포 이미지를 근거로, 상기 슈라우드 노즐 중 주변보다 상대적으로 고온인 부분의 존재를 판별하는 단계;
   상기 상대적으로 고온인 부분의 온도가 제1 온도를 넘으면, 상기 고온인 부분의 존재를 알리는 단계; 및
   상기 상대적으로 고온인 부분의 온도가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도 이상이면, 상기 상대적으로 고온인 부분을 향해 기류를 발생시키는 단계;를 포함하는, 슈라우드 노즐 관리 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 온도 분포 이미지를 획득하는 단계에서,
   상기 온도 분포 이미지는 열화상 카메라를 통해 획득되는, 슈라우드 노즐 관리 방법.
   
3. 삭제
4. 턴디쉬를 지향하도록, 래들에 설치되는 슈라우드 노즐;
   상기 슈라우드 노즐을 지향한 채로, 상기 슈라우드 노즐에 이격되게 배치되는 열화상 카메라;
   상기 열화상 카메라의 지향 지점을 지향하도록 배치되는 기류 발생기; 및
   상기 열화상 카메라를 작동시켜 얻어진 상기 슈라우드 노즐의 온도 분포 이미지를 근거로 상기 슈라우드 노즐 중 주변보다 상대적으로 고온인 부분의 존재를 발견하고, 상기 고온인 부분의 온도가 제1 온도 이상이면 알람을 제공하고, 상기 상대적으로 고온인 부분의 온도가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도 이상이면 상기 상대적으로 고온인 부분에 대해 기류를 발생시키도록 상기 기류 발생기를 작동시키는 제어 유닛;을 포함하는, 슈라우드 노즐 관리 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 열화상 카메라는 상기 슈라우드 노즐의 중심축을 지향하며 상기 슈라우드 노즐의 원주 방향을 따라 복수 개로 배치되는, 슈라우드 노즐 관리 장치.
   
6. 삭제
7. 삭제

Images