KR101235978B1 - 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조 공정에서 몰드 내의 용강 유동을 정확하게 측정할 수 있도록 그 구조가 개선된 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치에 관한 것이다.
그 구성은 몰드의 내부에 공급된 용강의 내부로 일부가 침지된 측정부재와, 측정부재가 관통 결합되도록 중공이 형성되며 측정부재를 회전수단을 매개로 회전 가능하게 지지하는 지지부와, 지지부에 배치되어 용강 유속 흐름에 따른 측정부재의 이동시 측정부재와 접촉되어 측정부재의 이동변위에 따른 용강의 유동값을 측정하는 측정수단을 구비한다.
이에 따르면 본 발명은 몰드 내의 용강 흐름 방향 및 세기를 용강 변동에 따라 정확하게 측정할 수 있으므로, 공정 조건에 따른 용강의 유동 패턴을 확인할 수 있으며 이로 인해 용강유동 제어를 위한 조건을 최적화시켜 연주 공정의 생산성 향상과 주편 표면 품질을 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Description

연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치{APPARATUS FOR INSPECTING THE FLOW OF MOLTEN STEEL INTHE MOLD OF CONTINUOUS CASTING}

본 발명은 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치에 관한 것으로, 특히 용강의 유동에 따른 각도 및 방향을 측정하여 용강의 탕면 부위 유속 흐름을 정확하게 측정할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 연속주조 공정은 턴디쉬 내에 수강되어 있는 용강이 침지노즐을 통해 몰드로 유입된 후 용강의 응고가 개시되어 중간제품인 주편을 만드는 공정이다.

연속주조 공정 주조용 몰드는 내부에 턴디쉬와 연결된 침지노즐이 배치되고, 침지노즐을 통해 몰드 내부로 공급된 용강을 응고시켜 주편으로 제작하는 기능을 갖는다.

본 발명의 목적은 연속 주조설비용 몰드 내에 공급된 용강의 유동 흐름 방향과 세기 등을 정확하게 측정할 수 있도록 그 구조가 개선된 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 몰드의 내부에 공급된 용강의 내부로 하단부가 침지되는 측정부재와,

상기 측정부재가 관통되도록 결합되며 회전수단을 매개로 회전 가능하게 지지하는 지지부와,

상기 지지부에 배치되고 용강 유속 흐름에 따른 측정부재의 이동시 상기 측정부재와 접촉되어 상기 측정부재의 이동변위에 따른 용강의 유동값을 측정하는 측정수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 회전수단은 상기 측정부재의 중간 부위에 배치되며 상기 측정부재의 이동을 가이드하는 베어링부재를 구비한다.

상기 측정수단은 상기 측정부재의 이동시 접촉되도록 상기 측정부재의 외측에 근접되게 배치되어 접촉시 발생되는 힘을 전기적 신호로 출력하는 복수개의 센서부재를 구비한다.

상기 센서부재는 상기 측정부재의 상부에 배치되어 상기 측정부재와의 접촉시 발생되는 힘을 전기적 신호로 출력하는 로드셀을 채용한다.

상기 센서부재는 상기 측정부재를 기준으로 전,후 및 좌,우 4개소 배치된다.

상기 지지부의 하측에 배치되어 상기 측정부재의 하부 외측을 감싸는 보호 커버를 더 구비한다.

상기 보호 커버는 단부에 용강 내 침지후에 용해되는 소재의 캡부재가 배치된다.

상기 캡부재는 용강 탕면의 상부에 형성된 몰드 파우더 층의 간섭을 배제하도록 하부로 갈수록 뾰족해지는 원뿔 형태로 형성된다.

상기 지지부는 상기 측정부재의 높이를 조절하도록 연결된 조정아암과,

몰드 커버 상에 배치되어 상기 조정아암의 높이를 조절하는 높이조절수단을 더 구비한다.

상기 고정바의 하부는 상기 몰드 커버의 상부면에 로테이트 회전 가능하도록 베어링이 배치된다.

상기 측정부재는 상기 측정수단에 접촉되는 부위에 단열재가 배치된다.

상기 측정수단측으로 외부 공기를 공급하기 위한 공냉수단을 더 구비한다.

상기 공냉수단은 상기 측정수단이 배치된 지지부의 내측으로 외부 공기를 송풍하는 송풍기와,

상기 송풍기로부터 공급된 외부 공기를 상기 측정수단으로 유도하기 위한 유로 및 노즐을 구비한다.

본 발명은 연속주조 공정에서 몰드 내의 용강 유동을 정확하게 측정할 수 있도록 그 구조가 개선된 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 몰드 내의 용강 흐름 방향 및 세기를 용강 변동에 따라 정확하게 측정할 수 있으므로, 공정 조건에 따른 용강의 유동 패턴을 확인할 수 있으며 이로 인해 용강유동 제어를 위한 조건을 최적화시켜 연주 공정의 생산성 향상과 주편 표면 품질을 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 보호 커버 및 캡부재가 장착된 상태를 확대하여 나타낸 사용상태도.
도 3은 본 발명의 캡부재가 용강에 의해 용해된 후의 보호 커버 및 측정부재를 나타낸 사용상태도.
도 4는 본 발명 보호 커버와 캡부재의 분해 사시도.
도 5는 본 발명 측정수단을 개략적으로 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명 측정수단의 사용상태를 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명의 높이 조절수단을 나타낸 사시도.

여기서, 몰드 내부로 공급된 용강은 몰드의 내벽부에 충돌된 후에 일부는 상기 몰드의 하부로 순환하는 유동을 형성하고, 일부는 몰드의 상부로 순환하는 유동을 형성한다.

이때, 몰드측으로 공급된 용강은 유속이 빠르기 때문에 용강이 충돌되는 몰드의 내벽부 부근에는 용강이 이상 유동되는 볼텍스 현상이 발생될 우려가 있다.

이와 같이 연속주조 공정에서 몰드 탕면은 주조제품의 표면 상태를 결정하는 매우 중요한 요소로서, 몰드 탕면의 유동은 보온제, 윤활제 및 개재물 흡수제로 사용되고 있는 몰드 파우더의 특성과 슬래그가 용강으로 혼입되는 현상 등과 밀접한 관계를 갖는다.

표면 품질이 우수한 주조물을 얻기 위해서는 몰드 탕면의 유동에 대한 평가가 매우 중요하다. 하지만, 종래에는 몰드 상부의 공간이 협소하고, 고온의 용강 및 탕면을 덮고 있는 몰드 파우더로 인하여 탕면 유동의 측정이 용이하지 않은 문제점이 있다.

또한, 용강의 유동 흐름이 일방향이 아니라, 여러 방향으로 흐르는 유동 방향을 가질 뿐만 아니라, 유동 흐름의 세기가 가변되므로 다양한 방향 및 유속 변화의 측정이 가능한 측정기구가 요구된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치는, 도 1 내지 도 6를 참조하여 설명하면, 그 구성은 몰드(M)의 내부에 공급된 용강(S)의 내부로 일부가 침지된 측정부재(100)와, 측정부재(100)가 관통 결합되도록 중공이 형성되며 측정부재(100)를 회전수단을 매개로 회전 가능하게 지지하는 지지부(200)와, 지지부(200)에 배치되어 용강(S) 유속 흐름에 따른 측정부재(100)의 이동시 측정부재(100)와 접촉되어 측정부재(100)의 이동변위에 따른 용강(S)의 유동값을 측정하는 측정수단(300)을 구비한다.

측정부재(100)는 사각 또는 원형 봉 형태로 구성되며, 용강(S) 내에서 1시간 이상 용해되지 않는 소재인 내화물 재질(일예로, ZrO₂-C)을 채용하는 것이 바람직하다.

또 측정부재(100)는 하부와 상부가 착탈 가능한 구조로 배치되는 것이 바람직하다. 이는 내화물 소재라 하더라도 용강(S)과 직접 접촉되는 하부가 침식되어 제기능을 발휘하지 못할 때 하부 부위만을 교체할 수 있도록 하기 위함이다.

더 상세히 설명하면, 측정수단(300)은 지지부(200)에 배치되어 측정부재(100)의 이동시 접촉되는 압력을 측정하여 용강(S)의 유동 흐름을 판단하는 복수개의 센서부재(310)를 구비한 것이다.

센서부재(310)는 평면에서 볼 때, 중앙에 배치되는 측정부재(100)를 기준으로 좌,우 및 상,하 방향으로 4개가 배치된다.

또한, 센서부재(310)는 측정부재(100)와의 접촉시 발생되는 힘을 전기적 신호로 출력하는 로드셀을 채용하는 것이 바람직하나, 접촉식 센서중 하나를 채택하였으나 굳이 이에 한정하지는 아니한다.

회전수단은 측정부재(100)의 중간 부위에 배치되어 측정부재(100)의 이동을 가이드하는 베어링부재(110)를 구비한다.

베어링부재(110)는 측정부재(100)가 평면에서 볼 때 X,Y축 방향 이동이 가능하도록 볼 베어링을 채택하는 것이 바람직하며, 베어링부재(110)의 외주면 부위가 중공의 내측 테두리와 접촉되어 지지되는 구조를 갖는다.

지지부(200)는 하측에 측정부재(100)의 하부 외측을 감싸는 보호 커버(150)가 연장되도록 배치된다.

보호 커버(150)는 단부가 용강(S)의 탕면 내부로 침지되므로 용해 방지를 위해 내화물 소재로 구성되며, 단부에 용강(S) 내 침지후에 용해되는 소재의 캡부재(155)가 배치된다.

캡부재(155)는 금속소재로 구성되며, 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 원뿔 형태로 구성된다.

이는, 용강(S)의 탕면 내부로 침지될 때 몰더 파우더층(P)과의 간섭을 배제시켜 몰드 파우더가 용강(S) 내부로 혼입되는 것을 방지하기 위함이다.

또한, 캡부재(155)는 교체 가능하도록 보호 커버(150)의 단부에 체결되는 나사산 결합방식을 채택한다.

측정부재(100)는 측정수단(300)인 센서부재(310)에 접촉되는 부위의 외측으로 단열재(120)가 배치된다.

이는 용강(S)을 통해 측정부재(100)에 열이 전달되더라도 센서부재(310)에 열이 전달되는 것을 차단하기 위함이다.

그리고, 지지부(200)는 몰드 커버(M1)와 벽체 구조물 상에 고정된 고정바(255)와 조정아암(250)에 일체로 연결되어 정해진 높이에서 측정부재(100)를 지지하도록 하거나, 이와 반대로 도 7에서와 같이, 몰드 커버(M1) 상에 배치되어 조정아암(250)의 높이를 조절하는 높이조절수단을 더 구비할 수 있다.

높이조절수단은 몰드 커버(M1) 상에 수직으로 연장되고 지지부(200)와 연결된 조정아암(250)에 관통되도록 결합되는 고정바(255)와, 고정바(255)와 조정아암(250)의 결합부위를 핀 결합으로 회전 가능하게 연결시키는 회전핀(280)과, 조정아암(250)의 단부에 배치되어 회전핀(280)을 중심으로 조정아암(250)을 회전시키기 위하여 사용자가 파지가능한 조정핸들(260)을 구비한다.

고정바(255)의 하부는 몰드 커버(M1)의 상부면에 대해 회전 가능하도록 베어링(255a)이 배치된다.

또한, 조정핸들(260)과 근접된 부위에 조정추(270)를 달아서 조정아암(250)의 타단부가 측정부재(100)가 지지된 일단부와의 무게 중심을 맞추도록 한다.

이 조정추(270)는 조정아암(250)에 일체로 배치된 브라켓부(275)에 수납되는 구조로서, 사용자의 선택에 따라 복수개를 배치하여 회전핀(280)을 중심으로 조정아암(250)의 시이소오 운동되는 높이를 조정할 수 있다.

이로 인해, 조정핸들(260)을 사용자가 파지한 상태로 조정아암(250)을 회전시키거나, 조정추(270)를 이용하여 조정아암(250)의 일단부에 지지된 측정부재(100)의 침지 높이를 조정할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치는, 측정부재(100)의 베어링부재(110)가 지지부(200)의 중공 테두리에 걸려 지지된 상태에서 측정부재(100)의 단부를 몰드(M) 내의 용강(S) 탕면 내부로 침지시키도록 조정아암(250)을 조정한다.

이때, 조정아암(250)의 높이 및 회전 동작은 사용자가 조정핸들(260)을 파지한 상태로 조정아암(250)의 타단부를 베어링(255a)을 매개로 회전시키거나 조정추(270)의 수를 가감 조정하여 조정아암(250)을 회전핀(280)을 중심으로 시이소오 운동시켜 측정부재(100)의 측정 높이를 조정한다.

보호 커버(150)의 단부에 결합된 캡부재(155)가 용강(S) 내부로 침지되는 과정에서 용강(S)의 상부에 존재하는 몰드 파우더층(P)을 통과한 후에 용강(S)과 접촉됨에 따라 용해된다.

이후에, 보호 커버(150)의 내부에 배치된 측정부재(100)의 단부가 용강(S)에 노출되고, 용강(S) 유동 흐름에 따라 베어링부재(110)를 중심으로 움직이게 된다.

즉, 용강 유동 흐름에 따라 측정부재(100)의 하부가 베어링부재(110)를 기준으로 기울어지게 되고, 측정부재(100)의 하부가 기울어짐에 따라 측정부재(100)의 상부가 지지부(200)에 4방향으로 배치된 센서부재(310)중 하나 또는 복수개에 접촉되면서 압력을 가하게 된다.

센서부재(310)들 중 측정부재(100)의 상부와 접촉된 센서부재(310)는 접촉되는 압력을 전기적 신호로 변환시켜 도면에 미도시된 제어부측으로 출력하고, 제어부는 출력된 신호를 근거로 용강 흐름 방향 및 세기를 판단한다.

제어부의 판단 기준은 미리 다수회 실험한 데이터를 저장하고, 저장된 데이터 수치와 실제 측정값을 비교함으로써, 용강 유동 방향 및 유속을 판단할 수 있다.

이러한 측정값은 용강(S)의 유동 흐름이 가변됨에 따라 측정부재(100)의 기울기 값이 달라지고, 이로 인해 용강(S)의 유동 흐름과 대응되도록 가변된다.

한편, 본 발명은 용강(S)에 의해 용해 가능한 소재로 구성된 캡부재(155)를 이용하여 용강 유동 측정을 위한 측정부재(100)의 침지 동작시 몰드 파우더층(P)과의 간섭을 배제할 수 있다.

또한, 측정부재(100)를 기준으로 평면에서 볼 때, X,Y축 방향 이동을 측정할 수 있으므로, 보다 정확한 용강(S)의 유동 패턴을 확인할 수 있다.

또, 공정 조건에 따른 용강의 유동 패턴을 확인할 수 있으므로, 용강 유동 제어장치의 파라미터를 최적화하여 연속 주조 공정의 생산성을 향상시키고 슬라브의 표면 품질을 향상시킬 수 있다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 측정부재 110 : 베어링부재
120 : 단열재 150 : 보호 커버
155 : 캡부재 200 : 지지부
250 : 조정아암 255 : 고정바
260 : 조정핸들 270 : 조정추
280 : 회전핀 300 : 측정수단
310 : 센서부재 M : 몰드
M1 : 몰드 커버 P : 몰드 파우더층
S : 용강

Claims (14)

1. 몰드의 내부에 공급된 용강의 내부로 하단부가 침지되는 측정부재와,
   상기 측정부재가 관통되도록 결합되며 회전수단을 매개로 회전 가능하게 지지하는 지지부와,
   상기 지지부에 배치되고 용강 유속 흐름에 따른 측정부재의 이동시 접촉되어 상기 측정부재의 이동변위에 따른 용강의 유동값을 측정하는 측정수단을 구비하고,
   상기 회전수단은 상기 측정부재의 중간 부위에 배치되며 상기 측정부재의 이동을 가이드하는 베어링부재를 구비하며,
   상기 베어링부재는 볼 베어링이고, 측정부재는 평면에서 볼 때 X,Y 축 방향 이동이 가능하고,
   상기 지지부는 상기 측정부재의 높이를 조절하도록 연결된 조정아암과, 몰드 커버 상에 배치되어 상기 조정아암의 높이를 조절하는 높이조절수단을 더 구비하고,
   상기 높이조절수단은 상기 몰드 커버 상에 수직으로 연장되고 상기 조정아암에 관통되도록 결합되는 고정바와,
   상기 고정바와 조정아암의 결합부위를 핀 결합으로 회전 가능하게 연결시키는 회전핀과,
   상기 조정아암의 단부에 배치되어 상기 회전핀을 중심으로 상기 조정아암을 회전시키기 위한 조정추 및 조정핸들을 구비한 것을 특징으로 하는 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 측정수단은 상기 측정부재의 이동시 접촉되도록 상기 측정부재의 외측에 근접되게 배치되고 접촉시 발생되는 힘을 전기적 신호로 출력하는 복수개의 센서부재를 구비한 것을 특징으로 하는 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 센서부재는 상기 측정부재의 상부에 배치되어 상기 측정부재와의 접촉시 발생되는 힘을 전기적 신호로 출력하는 로드셀인 것을 특징으로 하는 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 센서부재는 상기 측정부재를 기준으로 전,후 및 좌,우 4개소 배치된 것을 특징으로 하는 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 측정부재는 상기 측정수단에 접촉되는 부위에 단열재가 배치된 것을 특징으로 하는 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치.
7. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지부의 하측에 배치되어 상기 측정부재의 하부 외측을 감싸는 보호 커버를 더 구비한 것을 특징으로 하는 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 보호 커버는 단부에 용강 내 침지후에 용해되는 소재의 캡부재가 배치된 것을 특징으로 하는 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 캡부재는 용강 탕면의 상부에 형성된 몰드 파우더 층의 간섭을 배제하도록 하부로 갈수록 뾰족해지는 원뿔 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정바의 하부는 상기 몰드 커버의 상부면에 대해 회전 가능하도록 베어링이 배치된 것을 특징으로 하는 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치.
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정수단측으로 외부 공기를 공급하기 위한 공냉수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 공냉수단은 상기 측정수단이 배치된 지지부의 내측으로 외부 공기를 송풍하는 송풍기와,
    상기 송풍기로부터 공급된 외부 공기를 상기 측정수단으로 유도하기 위한 유로 및 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 연속 주조용 몰드의 용강 유동 측정장치.

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