KR101204960B1 - 탕면 유동 검사 장치, 제어 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 주조 공정에서 몰드 내에서의 탕면 프로파일(profile)을 측정하기 위한 탕면 유동 검사 장치, 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 몰드 내 용강에 침지되어 상기 용강의 유동 방향과 용융 슬래그층의 프로파일을 검사하기 위한 탕면 유동 검사장치와, 상기 탕면 유동 검사장치를 수평 및 수직으로 이동시켜 몰드 내 용강으로 투입하여 침지시키거나 빼내는 이동수단과, 상기 용강으로부터 빼내진 탕면 용강 검사장치를 촬영하는 카메라와, 상기 몰드의 외측 주변에 배치되며, 상기 용강에 전자기력을 부여하여 침지노즐에서 몰드로 토출되는 용강의 토출류를 가감속하는 EMS 장치, 및 상기 카메라에서 촬영된 이미지로부터 용강의 유동 방향과 용융 슬래그층의 프로파일을 획득하고, 획득된 프로파일의 최소 두께와 그 위치에 따라 상기 EMS 장치로 공급되는 전류량을 가변 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

탕면 유동 검사 장치, 제어 시스템 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR MEASURING A FLOW OF SURFACE PORTION IN MOLTEN STEEL, CONTROL SYSTEM AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 연속 주조 공정에서 몰드 내에서의 탕면 프로파일(profile)을 측정하기 위한 탕면 유동 검사 장치, 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속 주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속 주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 슬라브를 생산하는 장치이다.

상기 연속 주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 주물로 형성하는 연속 주조기용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 주물을 이동시키는 다수의 핀치롤러를 포함한다.

다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께를 가지는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주물로 형성되어 핀치롤러를 통해 이송되는 것이다.

본 발명은 연속 주조 공정에서 탕면 유동 검사를 자동화하기 위한 탕면 유동 검사 장치, 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 탕면 유동 검사장치를 촬영한 후 이미지 처리를 통해 용융 슬래그층의 프로파일을 획득하고, 획득된 프로파일을 통해 EMS 장치로 공급되는 전류치를 제어하는 탕면 유동 검사 장치, 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 탕면 유동 검사장치에서 알루미늄 부재에 격자무늬를 형성하고, 형성된 격자무늬를 통해 용융 슬래그층의 두께를 정확하게 계산한 후 EMS 장치의 전류치를 제어하는 탕면 유동 검사 장치, 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탕면 유동 검사 장치는, 프레임; 상기 프레임에 일단부가 장착 고정되고, 타단부는 용강에 침지되도록 연장 형성되며, 상기 타단부에 일정 길이의 삽입홈이 형성된 네일; 및 상기 네일의 삽입홈에 고정 설치되어 상기 네일과 함께 용강에 침지되는 알루미늄 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 네일은 프레임에 일정 간격으로 일렬로 장착되고, 상기 알루미늄 부재는 일렬로 배치된 네일의 삽입홈에 동시에 끼워지는 단일 판 부재인 것을 특징으로 한다.

상기 알루미늄 부재에는 격자무늬(▦)가 프린트 또는 음각 가공된 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탕면 유동 검사 제어시스템은, 몰드 내 용강에 침지되어 상기 용강의 유동 방향과 용융 슬래그층의 프로파일을 검사하기 위한 탕면 유동 검사장치; 상기 탕면 유동 검사장치를 수평 및 수직으로 이동시켜 몰드 내 용강으로 투입하여 침지시키거나 빼내는 이동수단; 상기 용강으로부터 빼내진 탕면 용강 검사장치를 촬영하는 카메라; 상기 몰드의 외측 주변에 배치되며, 상기 용강에 전자기력을 부여하여 침지노즐에서 몰드로 토출되는 용강의 토출류를 가감속하는 EMS 장치; 및 상기 카메라에서 촬영된 이미지로부터 용강의 유동 방향과 용융 슬래그층의 프로파일을 획득하고, 획득된 프로파일의 최소 두께와 그 위치에 따라 상기 EMS 장치로 공급되는 전류량을 가변 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 최소 두께가 설정값 이하일 경우 상기 EMS 장치로 공급되는 전류량을 가변시키고, 상기 제어부는 최소 두께가 몰드 중앙부에 존재할 경우 가속모드에서는 전류량을 증가시키며 감속모드에서는 전류량을 감소시키고, 최소 두께가 몰드 가장자리에 존재할 경우 가속모드에서는 전류량을 감소시키며 감속모드에서는 전류량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 격자무늬를 이용하여 용융 슬래그층의 최소 두께를 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탕면 유동 제어 방법은, 제어부는 몰드 내 용강에 침지된 탕면 유동 검사장치를 수직 및 수평 이동시켜 카메라 측으로 이동시키는 단계; 상기 카메라를 통해 촬영된 탕면 용강 검사장치의 이미지에서, 용융되지 않은 알루미늄 부재의 형상과 네일 몸체에 부착된 지금의 형상으로부터 용융 슬래그층의 프로파일을 획득하는 단계; 상기에서 획득된 프로파일에서 용융 슬래그층의 최소 두께와 그 위치를 계산하여 획득하는 단계; 및 상기에서 획득된 최소 두께와 설정값을 상호 비교하고, 최소 두께가 설정값 이하일 경우에는 최소 두께의 위치에 따른 가속 또는 감속모드에 따라 EMS 장치로 공급되는 전류량을 가변시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 용융 슬래그층의 최소 두께는 알루미늄 부재에 형성된 격자무늬를 이용하여 계산되며, 상기에서 설정값은 4mm 내지 6mm인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 탕면 유동 검사장치를 촬영한 후 이미지 처리를 통해 용융 슬래그층의 프로파일을 획득하고, 획득된 프로파일을 통해 EMS 장치로 공급되는 전류치를 자동 제어함으로써, 효율적이면서도 편리한 탕면 유동 검사가 가능하다.

또한, 탕면 유동 검사장치에서 알루미늄 부재에 격자무늬를 형성하고, 형성된 격자무늬를 통해 용융 슬래그층의 두께를 계산함으로써, 촬영의 원근과 네일의 길이에 관계없이 용융 슬래그층의 정확한 두께 계산이 가능한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 2의 몰드 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 탕면 유동 검사장치를 각각 나타낸 정면도와 측면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 탕면 유동 검사 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 탕면 유동 검사장치 및 몰드를 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 고속주조와 저속주조시 유동 방향과 슬래그층의 두께를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 의한 탕면 유동 검사 절차를 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

연속주조(連續鑄造, Continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(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, 몰드(30)와, 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

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

몰드(30)는 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 몰드(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.

몰드(30)는 몰드(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 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

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

2차 냉각대(60 및 65)는 몰드(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 멀티드라이브 방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 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 슈라우드노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화?질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다. 슈라우드노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지노즐(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 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

몰드(30) 내의 용강(M)은 몰드(30)를 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 몰드(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.

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

도 3을 참조하면, 침지노즐(25)의 단부 측에는 통상적으로 도면상 좌우에 한 쌍의 토출구(25a)들이 형성된다. 몰드(30) 및 침지노즐(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.

몰드(30) 내부의 상부에는 파우더 공급기(50, 도 1을 참조)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(52)이 존재하게 된다. 슬래그층(52)은 몰드(30) 내의 용강(M)의 온도를 유지하고 이물질의 침투를 차단한다. 파우더층(51)의 일부는 몰드(30)의 벽면에서 응고되어 윤활층(53)을 형성한다. 윤활층(53)은 응고쉘(81)이 몰드(30)에 붙지 않도록 윤활하는 기능을 한다.

응고쉘(81)의 두께는 주조 방향을 따라 진행할수록 두꺼워진다. 응고쉘(81)의 몰드(30) 위치한 부분은 두께가 얇으며, 몰드(30)의 오실레이션에 따라 자국(Oscillation 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 일부분이 볼록하게 돌출하는 벌징(Bulging) 영역(88)이 형성되기도 한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 탕면 유동 검사장치를 각각 나타낸 정면도와 측면도이다.

탕면 유동 검사장치(110)는 도시된 바와 같이 지지바(111)와, 프레임(113), 네일(115) 및 알루미늄 부재(117)를 포함한다.

지지바(111)는 이동수단(130)에 고정 설치되거나 또는 사용자에 의해 파지되는 부분이고, 프레임(113)은 네일(115)들이 장착되는 부재이다. 상기 이동수단(130)은 구체적으로 도시하지는 않았지만, 제어신호에 따라 작동되어 탕면 유동 검사장치(110)를 수평 및 수직(x, y 및 z축)으로 이동시키는 역할을 한다. 예컨대, 탕면 유동 검사장치(110)의 지지바(111)가 이동수단(130)의 아암(131)에 고정 설치되고, 이동수단(130)의 작동에 따라 탕면 유동 검사장치(110)는 수평 및 수직으로 이동된다. 여기서, 이동수단(130)은 실린더와 모터 등을 포함할 수 있다.

네일(115; Nail)은 프레임(113)에 일정 간격으로 장착 및 고정되는 적어도 하나 이상의 부재로서, 각 네일(115)은 프레임(113)에 일단부가 장착 고정되고 타단부는 용강(82)에 침지되도록 연장 형성되며, 상기 타단부에 일정 길이의 삽입홈(116)이 형성되어 있다. 상기 네일(115)들은 프레임(113)에 일렬로 장착 및 고정될 수 있다. 상기에서 네일(115)은 스틸계 재질로서, 그 길이는 대략 100mm 내지 200mm 정도가 될 수 있으며, 삽입홈(116)의 길이는 네일(115) 길이의 대략 50% 내지 70% 정도가 될 수 있다.

알루미늄 부재(117)는 상기 네일(115)들의 삽입홈(116)에 강제로 삽입 고정되는 것으로, 삽입홈(116)의 길이와 알루미늄 부재(117)의 높이는 동일한 것이 바람직하다. 또한 알루미늄 부재(117)는 삽입홈(116)에 강제로 삽입되어 고정될 수도 있지만, 나사 또는 걸쇠 등에 의해 네일(115)에 고정될 수도 있다. 상기 알루미늄 부재(117)에는 격자무늬(118; ▦)가 프린트 또는 음각으로 가공되어 있다. 상기 격자는 1mm 내지 10mm 간격으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 프레임(113)에는 복수의 네일(115)이 일정 간격으로 고정 설치되고 각 네일(115)의 하단에는 삽입홈(116)이 형성되며, 상기 삽입홈(116)에는 단일 알루미늄 부재(117)가 삽입 고정된다. 그리고, 스틸계 네일(115)과 알루미늄 부재(117)를 몰드(30)내 동일 위치에 침지함으로써 슬래그층(52)의 프로파일을 보다 정확하게 평가할 수 있다.

상기 스틸계 네일(115)은 파우더가 녹아 있는 용융 슬래그층(52)과 미응고 용강(82)에서도 녹지 않으나, 상기 네일(115)에 삽입된 알루미늄 부재(117)는 파우더 층에서는 녹지 않으나 용융 슬래그층(52)과 미응고 용강(82)에서는 녹는다. 이러한 특성의 차이를 바탕으로 녹은 알루미늄 부재(117)와, 알루미늄 부재(117)가 녹은 네일(115)에 부착된 지금(119)의 높이를 상호 비교하면, 용융 슬래그층(52)의 두께를 확인할 수 있게 된다. 나아가, 알루미늄 부재(117)의 녹은 형상과 네일(115) 몸체에 부착된 지금(119)의 형상에 따라 용강의 유동 방향도 확인할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 의한 탕면 유동 검사 시스템을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 의한 탕면 유동 검사장치 및 몰드를 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 탕면 유동 검사 시스템은 메모리(120)와 이동수단(130), 카메라(140), 제어부(170) 및 EMS(Electro Magnetic Stirrer) 장치(180) 등을 포함한다.

메모리(120)는 촬영된 탕면 유동 검사장치(110)에 대한 영상이 저장되거나 가속 또는 감속모드에서의 EMS 장치(180)의 전류치 및 이동수단(130)의 이동 정보 등이 저장되어 있다.

이동수단(130)은 제어신호에 따라 아암(131)에 고정 결합된 탕면 유동 검사장치(110)를 수평 및 수직으로 이동하여 몰드(30) 내 용강으로 투입하여 침지시킨 후 일정시간이 경과되면 용강으로부터 빼내도록 한다. 상기 이동수단(130)은 실린더와 모터 등으로 구성될 수 있다.

카메라(140)는 용강으로부터 빼내진 탕면 유동 검사장치(110)를 촬영하고 촬영된 이미지를 제어부(170)로 출력한다.

표시부(150)는 촬영된 탕면 유동 검사장치(110)의 이미지를 디스플레이하고, 입력수단(160)은 각종 설정 데이터 및 제어명령을 입력하도록 구성되어 있다.

제어부(170)는 촬영된 이미지로부터 용융되지 않고 남은 알루미늄 부재(117)의 형상 또는 네일(115) 몸체에 부착된 지금(119)의 형상으로부터 용강의 유동 방향을 파악하고, 네일(115) 몸체에 부착된 지금(119)의 상단 위치와 용융되지 않고 남은 알루미늄 부재(117)의 형상을 이용하여 용융 슬래그층(52)의 프로파일을 분석해 낸다. 상기에서 알루미늄 부재(117)에는 격자무늬(118)가 프린트 또는 음각 가공되어 있어 침지 후 녹지 않고 남아있는 격자무늬(118)의 형상을 이미지로 판독할 수 있고, 제어부(170)는 격자무늬(118)를 통해 알루미늄 부재(117)의 잔여 높이도 쉽게 계산할 수 있다. 아울러, 제어부(170)는 격자무늬(118)에서 눈금간의 간격을 미리 인지하고 있어 탕면 유동 검사장치(110)의 촬영 거리(원근)에 관계없이 격자무늬(118)를 통해 실제 간격의 정확한 계산 및 변환이 가능하다.

제어부(170)는 기본적으로 EMS 장치(180)를 제어하여 침지노즐(25)에서 토출되는 용강의 토출류를 가감속하여 탕면의 유동 속도를 제어하게 되는 데, 설정된 가속모드 또는 감속모드로 EMS 장치(180)의 전류치, 즉 EMS 장치(180)의 전자기 코일로 인가되는 전류량 또는 전류 방향을 제어하게 된다.

따라서, 제어부(170)는 탕면 유동 검사장치(110)를 통해 획득한 이미지를 통해 용강의 유동 방향과 용융 슬래그층(52)의 프로파일을 획득하고, 획득된 프로파일을 통해 용융 슬래그층(52)의 최소 두께와 그 위치를 획득한 후 최소 두께와 그 위치에 따라 EMS 장치(180)의 전류량 및 전류의 방향을 가변 제어하게 된다.

상기에서 제어부(170)는 획득된 용융 슬래그층(52)의 프로파일에서, 용융 슬래그층(52)의 최소 두께가 설정값 이하, 예컨대 5mm 정도 이하인 지점이 있는지를 판단하고, 최소 슬래그층(52)의 두께가 5mm 이하가 되는 위치에 따라 EMS 장치(180)로 인가되는 전류량을 현재 전류량 기준으로 대략 10% 정도 보정할 수 있다. 예를 들면, 최소 슬래그층(52)의 위치가 몰드(30) 중앙부에 존재할 경우, 가속모드에서는 전류량을 10% 정도 증가시키고, 감속모드에서는 전류량을 10% 정도 감소시킨다. 또한, 최소 슬래그층(52)의 위치가 몰드(30) 가장자리에 존재할 경우 가속모드에서는 전류량을 10% 정도 감소시키고, 감속모드에서는 전류량을 10% 정도 증가시킨다.

상기 EMS 장치(180)는 도 6에 도시된 바와 같이 몰드(30)의 외측 주변에 배치된 것으로, 전자기 코일을 포함하여 구성된다. EMS 장치(180)는 용강에 전자기력을 부여하여 전자기력으로 침지노즐(25)에서 토출되는 용강의 토출류를 가감속하여 탕면의 유동 속도를 제어하게 된다. 일반적으로 고속주조에서는 감속모드(자기장에 의한 이동방향이 침지노즐 쪽임)를 통해 침지노즐(25)로부터 토출되는 용강을 감속하게 되고, 저속주조에서는 가속모드(자기장에 의한 이동방향이 몰드 가장자리 쪽임)를 통해 침지노즐(25)로부터 토출되는 용강을 가속하게 된다. 상기에서 가속모드와 감속모드는 전자기 코일로 인가되는 전류의 방향을 제어함에 따라 이루어지며, 전자기 코일로 인가되는 전류량을 조절하여 자기장의 세기를 가변시킬 수 있다.

상기에서 고속주조일 경우에는 도 7a와 같이 슬래그층(52)의 최소 두께는 용강 유동에 의해 몰드(30)의 가장자리에 형성되고, 저속주조일 경우에는 도 7b와 같이 슬래그층(52)의 최소 두께는 침지노즐(25) 주변인 몰드(30) 중앙부에 형성된다. 기본적으로 슬래그층(52)의 프로파일은 위치별로 두께가 다르다.

그리고, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 몰드(30) 내부에는 외부로부터 공급된 파우더에 의해 내부 상부에 파우더층(51)이 형성된다. 파우더층(51)은 파우더가 공급된 형태대로 존재하는 층과 용강(M)의 열에 의해 소결된 층인 용융 슬래그층(52)을 포함할 수 있다. 파우더층(51)의 하측에는 파우더가 용강(M)에 의해 녹아서 형성된 슬래그층(52)이 존재하게 된다. 슬래그층(52)은 몰드(30) 내의 용강(M)의 온도를 유지하고 이물질의 침투를 차단한다. 파우더층(51)의 일부는 몰드(30)의 벽면에서 응고되어 윤활층(53)을 형성한다.

이와 같이 제어부(170)는 가속모드 또는 감속모드 하에서 EMS 장치(180)를 통해 용강의 토출류를 제어하게 되지만, 몰드(30)로 용강을 공급하는 침지노즐(25)의 내부가 주조가 진행됨에 따라 막히게 된다. 따라서, 여러 주조조건(주조폭, 주조 속도, 주조 두께, Ar 투입량, 침지노즐 침지 깊이, 전류치 등)이 동일하더라도 침지노즐(25)의 내부 형상이 바뀜에 의해 몰드(30)내 용강 유동 상태는 원하는 유동 상태를 벗어나게 된다. 이에, 주조 중 용강 유동 상태를 짧은 시간에 평가하여 EMS 장치(180)의 전류 조건을 바꾸게 된다.

도 8은 본 발명에 의한 탕면 유동 검사 절차를 나타낸 순서도로서, 도 5 내지 도 7을 참조하여 살펴본다.

먼저, 제어부(170)는 메모리(120)에 설정된 탕면 유동 검사시간이 되거나 또는 입력수단(160)으로부터 탕면 유동 검사 명령이 입력되면(S1), 이동수단(130)을 제어하여 탕면 유동 검사장치(110)를 수평 및 수직 이동시켜 몰드(30) 내부로 침지시킨다(S2). 여기서 탕면 유동 검사장치(110)의 네일(115)만 용강에 침지되며, 프레임(113)은 침지되지 않고 용강 외부에 위치된다.

이와 같이 네일(115)을 용강에 침지시키면, 스틸계 몸체는 파우더가 녹아 있는 용융 슬래그층(52)과 미응고 용강(82)에서도 녹지 않으나, 상기 몸체에 삽입된 알루미늄 부재(117)는 파우더 층에서는 녹지 않으나 용융 슬래그층(52)과 미응고 용강(82)에서는 녹는다.

제어부(170)는 설정된 시간이 경과되면, 다시 이동수단(130)을 제어하여 탕면 유동 검사장치(110)를 용강에서 빼내어 카메라(140) 측으로 이동시키게 된다(S3). 탕면 유동 검사장치(110)를 용강에서 빼낼 경우, 도 5의 네일(115)과 같이 알루미늄 부재(117)는 용융 슬래그층(52)과 용강에서 녹고, 알루미늄 부재(117)가 녹은 스틸계 몸체에는 지금(119)이 부착되어 있는 상태가 된다.

이어, 카메라(140)는 탕면 용강 검사장치를 촬영하고 촬영된 이미지를 제어부(170)로 출력한다(S4).

제어부(170)는 촬영된 이미지로부터 용융되지 않고 남은 알루미늄 부재(117)의 형상과 네일(115) 몸체에 부착된 지금(119)의 형상으로부터 용강의 유동 방향을 파악한다. 만일, 도 5와 같이 알루미늄 부재(117)의 우측 부분이 더 녹아있을 경우 그리고 지금(119)의 우측 부분이 좌측보다 더 높이 적층되어 있을 경우 용강의 유동 방향은 우측에서 좌측 방향이라는 것을 알 수 있다. 물론, 알루미늄 부재(117)의 좌측 부분이 더 녹아있을 경우 그리고 지금(119)의 좌측 부분이 우측보다 더 높이 적층되어 있을 경우 용강의 유동 방향은 좌측에서 우측 방향이 된다.

그리고, 제어부(170)는 네일(115) 몸체에 부착된 지금(119)의 상단 위치와 용융되지 않고 남은 알루미늄 부재(117)의 잔여높이를 이용하여 용융 슬래그층(52)의 두께를 포함한 탕면 프로파일을 획득한다(S5).

이어, 제어부는 획득된 프로파일을 통해 용융 슬래그층의 최소 두께와 그 위치를 획득한다(S6). 여기서, 용융 슬래그층(52)의 두께(㉮)는 알루미늄 부재(117)의 하단과 지금(119)의 상단 간의 간격이다. 상기에서 알루미늄 부재(117)에는 격자무늬(118; ▦)가 프린트 또는 음각 가공되어 있어 침지 후 녹지 않고 남아있는 알루미늄 부재(117)의 형상을 이미지로 판독할 수 있고, 제어부(170)는 격자무늬(118)에서 눈금간의 간격을 미리 인지하고 있으므로 격자무늬(118)를 통해 알루미늄 부재(117)의 하단 높이 및 지금(119)의 적층 높이를 통한 용융 슬래그층(52)의 두께도 정확하게 계산해 낼 수 있다.

이어, 제어부(170)는 추출된 프로파일을 통해 용융 슬래그층(52)의 두께가 설정값 이하인 구간이 존재하는지를 판단하게 된다(S7). 여기서, 용융 슬래그층(52)의 설정값은 4mm 내지 6mm 정도가 될 수 있다.

상기에서 용융 슬래그층(52)의 최소 두께가 설정값 이하인 구간이 존재할 경우, 최소 두께의 위치가 몰드(30)의 중앙부(침지노즐 부위) 또는 몰드(30)의 가장자리(몰드 에지면)인지를 판단하게 된다(S8).

상기에서 용융 슬래그층(52)의 최소 두께의 위치가 몰드(30) 중앙부일 경우에는, 제어부(170)는 EMS 장치(180)의 가속모드 하에서는 전자기 코일로 인가되는 전류량을 증가시키게 되고, EMS 장치(180)의 감속모드 하에서는 전자기 코일로 인가되는 전류량을 감소시키게 된다(S9). 한편, 상기에서 용융 슬래그층(52)의 최소 두께의 위치가 몰드(30) 가장자리일 경우에는, 제어부(170)는 EMS 장치(180)의 가속모드 하에서는 전자기 코일로 인가되는 전류량을 감소시키게 되고, EMS 장치(180)의 감속모드 하에서는 전자기 코일로 인가되는 전류량을 증가시키게 된다(S10). 여기서 증감되는 전류량은 현재 전류량의 10% 정도에서 조절되는 것이 바람직하다.

상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 래들 15: 슈라우드노즐
20: 턴디쉬 25: 침지노즐
30: 몰드 40: 몰드 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
90: 절단기 91: 절단 지점
110: 탕면 유동 검사장치 111: 지지바
113: 프레임 115: 네일
116: 삽입홈 117: 알루미늄 부재
130: 이동수단 140: 카메라
170: 제어부 180: EMS 장치

Claims (15)

1. 프레임;
   상기 프레임에 일단부가 장착 고정되고, 타단부는 용강에 침지되도록 연장 형성되며, 상기 타단부에 일정 길이의 삽입홈이 형성된 네일; 및
   상기 네일의 삽입홈에 고정 설치되어 상기 네일과 함께 용강에 침지되는 알루미늄 부재;를 포함하며,
   상기 알루미늄 부재는 일렬로 배치된 상기 네일의 삽입홈에 끼워지는 단일 판 부재이고,
   상기 알루미늄 부재에는 격자무늬(▦)가 프린트 또는 음각 가공된 것을 특징으로 하는 탕면 유동 검사 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 네일은 상기 프레임에 일정 간격으로 일렬로 장착되는 탕면 유동 검사 장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 몰드 내 용강에 침지되어 상기 용강의 유동 방향과 용융 슬래그층의 프로파일을 검사하기 위한 탕면 유동 검사장치;
   상기 탕면 유동 검사장치를 수평 및 수직으로 이동시켜 몰드 내 용강으로 투입하여 침지시키거나 빼내는 이동수단;
   상기 용강으로부터 빼내진 상기 탕면 유동 검사장치를 촬영하는 카메라;
   상기 몰드의 외측 주변에 배치되며, 상기 용강에 전자기력을 부여하여 침지노즐에서 몰드로 토출되는 용강의 토출류를 가감속하는 EMS(Electro Magnetic Stirrer) 장치; 및
   상기 카메라에서 촬영된 이미지로부터 용강의 유동 방향과 용융 슬래그층의 프로파일을 획득하고, 획득된 프로파일의 최소 두께와 그 위치에 따라 상기 EMS 장치로 공급되는 전류량을 가변 제어하는 제어부;를 포함하는 탕면 유동 제어 시스템.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제어부는 최소 두께가 설정값 이하일 경우 상기 EMS 장치로 공급되는 전류량을 가변시키는 탕면 유동 제어 시스템.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제어부는 최소 두께가 몰드의 중앙부에 존재할 경우 가속모드에서는 전류량을 증가시키며 감속모드에서는 전류량을 감소시키고, 최소 두께가 몰드의 가장자리에 존재할 경우 가속모드에서는 전류량을 감소시키며 감속모드에서는 전류량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 탕면 유동 제어 시스템.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 탕면 유동 검사장치는,
   프레임; 상기 프레임에 일단부가 장착 고정되고, 타단부는 용강에 침지되도록 연장 형성되며, 상기 타단부에 일정 길이의 삽입홈이 형성된 네일; 및 상기 네일의 삽입홈에 고정 설치되어 상기 네일과 함께 용강에 침지되는 판형상의 알루미늄 부재;를 포함하는 탕면 유동 제어 시스템.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 네일은 상기 프레임에 일정 간격으로 일렬로 장착 배치되는 탕면 유동 제어 시스템.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 알루미늄 부재에는 격자무늬(▦)가 프린트 또는 음각 가공된 것을 특징으로 하는 탕면 유동 제어 시스템.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 알루미늄 부재에 가공된 격자무늬를 이용하여 용융 슬래그층의 최소 두께를 계산하는 탕면 유동 제어 시스템.
    
12. 제어부는 몰드 내 용강에 침지된 탕면 유동 검사장치를 수직 및 수평 이동시켜 카메라 측으로 이동시키는 단계;
    상기 카메라를 통해 촬영된 상기 탕면 유동 검사장치의 이미지에서, 용융되지 않은 알루미늄 부재의 형상과 네일 몸체에 부착된 지금의 형상으로부터 용융 슬래그층의 프로파일을 획득하는 단계;
    상기 단계에서 획득된 프로파일에서 용융 슬래그층의 최소 두께와 그 위치를 계산하여 획득하는 단계; 및
    상기 단계에서 획득된 최소 두께와 설정값을 상호 비교하고, 최소 두께가 설정값 이하일 경우에는 최소 두께의 위치에 따른 가속 또는 감속모드에 따라 EMS 장치로 공급되는 전류량을 가변시키는 단계;를 포함하는 탕면 유동 제어 방법.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 용융 슬래그층의 최소 두께는 상기 알루미늄 부재에 형성된 격자무늬를 이용하여 계산되는 탕면 유동 제어 방법.
    
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 설정값은 4mm 내지 6mm인 것을 특징으로 하는 탕면 유동 제어 방법.
    
15. 제 12 항에 있어서,
    상기 최소 두께가 몰드 중앙부에 존재할 경우 가속모드에서는 전류량을 증가시키며 감속모드에서는 전류량을 감소시키고, 최소 두께가 몰드 가장자리에 존재할 경우 가속모드에서는 전류량을 감소시키며 감속모드에서는 전류량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 탕면 유동 제어 방법.

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