KR101243204B1 - 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치 및 그 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면의 손상을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 주조롤의 상측에 설치되어 회전하는 주조롤 표면의 요철을 측정하는 변위센서와, 상기 변위센서의 일측에 설치되고 주조롤의 표면에 접촉하여 주조롤 표면의 호의 길이를 측정하는 거리 측정기와, 주조롤의 측면에 설치되어 주조롤의 회전상태를 검출하여 회전 기준점을 확인하고 주조롤의 회전속도를 측정하는 근접센서와, 상기 변위센서, 거리 측정기 및 근접센서로부터 측정된 고정롤과 이동롤에 대한 측정 데이터를 받아 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하는 연산장치로 이루어진 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치 및 측정 방법을 그 기술적 요지로 한다. 본 발명에 의하면, 스컬 혼입으로 인한 주조롤의 손상 정도를 측정하고, 이에 따라 양 주조롤의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하여 조정함으로써, 스트립 에지의 두께 변동량을 최소화하여 에지 웨이브를 방지하고 고품질의 스트립을 제조할 수 있으며, 주조롤의 사용 수명을 늘려 생산원가를 절감하는 효과가 있다.

쌍롤, 주조롤, 표면, 손상, 변위센서, 회전각, 스컬

Description

쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치 및 그 측정방법{APPARATUS AND METHOD MEASURING DAMAGE ON SURFACE OF CASTING ROLL IN TWIN ROLL STRIP CASTER}

본 발명은 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스컬 혼입으로 손상된 주조롤의 손상 정도를 측정하고 양 주조롤의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하여 조정함으로써, 에지 웨이브를 방지하고 고품질의 스트립을 제조할 수 있는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.

쌍롤식 박판 주조(strip casting)공정은 용강으로부터 직접 박판의 스트립을 생산하는 공정으로서, 열간 압연공정을 생략하여 제조원가, 설비투자비용, 에너지 사용량 및 공해가스 배출량 등을 획기적으로 저감할 수 있는 새로운 철강 공정 프로세스이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 쌍롤식 박판 주조공정은 침지노즐(1-5)을 통해 서로 반대방향으로 회전하는 고정롤(Fixd Roll, FR) 및 이동롤(Moving Roll, MR)과 롤 측면에 부착된 에지댐(1-8)으로 형성되는 공간에 용강을 공급하여 용강풀인 섬 프(sump, 1-9)가 형성되게 한 후, 상기 두 개의 롤을 회전시키면서 주조롤과 용강의 접촉을 통해 주조롤 내부로의 열유출에 의해 용강을 급속응고시켜 박판을 제조한다.

이때, 주조롤의 양측면에 설치된 에지댐은 용강에 비해 온도가 낮기 때문에 스컬(skull)이라고 불리는 반응고상태의 지금이 발생하게 된다. 이러한 스컬은 주조가 진행될 수록 점점 성장하게 되고 심한 경우에는 에지댐에서 탈락되어 롤닢 사이로 유입되는 경우도 있다. 스컬의 외피는 반응고 상태이지만 중심부는 고상이기 때문에 롤닢 사이로 유입되면 주조롤은 국부적으로 과도한 압하력을 받게 되고 이에 따라 주조롤에 손상이 발생된다.

도 2는 주조시간에 따른 주조롤에 혼입된 스컬의 크기를 나타낸 그래프인데, 이와 같이 주조롤에 혼입된 스컬은 주조롤 양측의 에지 부분으로 유입되기 때문에 주조롤 손상의 대부분은 에지 부분에 집중되며 주조롤이 눌린 정도가 크면 스트립의 가장자리는 국부적으로 두꺼운 두께를 갖는 결함을 나타내고, 압연시 박판에 에지 웨이브(edge wave), 에지 터짐 등의 결함을 발생시킨다.

종래 이러한 문제들을 해결하기 위하여 주조롤의 압하력과 주조롤의 롤갭을 제어함에 의해 주조롤의 손상을 방지하는 몇몇의 기술이 제안되었으나, 주조롤의 손상이 발생된 경우 이를 신속하게 정량적으로 측정하고, 이러한 손상된 주조롤을 지속적으로 사용하기 위한 방법은 제시된 바가 없는 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 스컬 혼입으로 인한 주조롤의 손상 정도를 측정하고, 이에 따라 양 주조롤의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하여 조정함으로써 스트립 에지의 두께 변동량을 최소화하여 에지 웨이브를 방지하고 고품질의 스트립을 제조하며 주조롤의 사용 수명이 증가된 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치 및 측정 방법의 제공을 그 목적으로 한다.

본 발명은 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면의 손상을 측정하는 장치에 있어서, 주조롤의 상측에 설치되어 회전하는 주조롤 표면의 요철을 측정하는 변위센서와, 상기 변위센서의 일측에 설치되고 주조롤의 표면에 접촉하여 주조롤 표면의 호의 길이를 측정하는 거리 측정기와, 주조롤의 측면에 설치되어 주조롤의 회전상태를 검출하여 회전 기준점을 확인하고 주조롤의 회전속도를 측정하는 근접센서와, 상기 변위센서, 거리 측정기 및 근접센서로부터 측정된 고정롤과 이동롤에 대한 측정 데이터를 받아 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하는 연산장치로 이루어진 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치를 제공한다.

이때, 상기 변위센서는 접촉식인 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 변위센서는 주조롤 양쪽의 에지 부분에 설치된 것에도 그 특징 이 있다.

뿐만 아니라, 상기 변위센서는 주조롤 양측면으로부터 50mm 이하의 범위 내에 설치된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면의 손상을 측정하는 방법에 있어서, 변위센서를 이용하여 주조롤 표면의 요철을 측정하고, 근접센서에서 회전 기준점을 확인하고 주조롤의 회전속도를 측정하며, 거리 측정기가 주조롤 표면의 호의 길이를 측정하는 측정 단계와, 상기 측정 단계에서 측정된 데이터들을 연산장치로 전송하는 단계와, 상기 전송받은 데이터들을 이용하여 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하는 단계와, 상기 연산된 회전각의 조합에 따라 주조롤의 회전각을 조정하는 단계를 포함하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 방법을 제공한다.

여기서, 상기 측정 단계에서 변위센서의 요철 측정은 주조롤의 회전각도 1도당 1개 이상의 데이터를 측정하는 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 연산 단계는 쌍롤중 1개의 주조롤은 고정롤로 하고, 나머지 1개의 주조롤은 조정롤로 하여 상기 조정롤을 1도 간격으로 이동시켜 가며 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 조정 단계는 쌍롤중 1개의 주조롤은 고정롤로 하고, 나머지 1개의 주조롤은 조정롤로 하여 상기 조정롤을 상기 연산 단계에서 연산된 회전각으로 조정하는 것에도 그 특징이 있다.

상술한 본 발명에 의하면, 스컬 혼입으로 인한 주조롤의 손상 정도를 측정하고, 이에 따라 양 주조롤의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하여 조정함으로써, 스트립 에지의 두께 변동량을 최소화하여 에지 웨이브를 방지하고 고품질의 스트립을 제조할 수 있으며, 주조롤의 사용 수명을 늘려 생산원가를 절감하는 효과가 있다.

이하 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 주조롤 표면 손상 측정 장치를 나타낸 구성도, 도 5는 주조후 양 주조롤 표면의 손상을 주조롤의 회전각에 따라 나타낸 그래프, 도 6은 본 발명에 따른 주조롤 표면 손상 측정 장치 및 방법에 의해 측정한 양 주조롤의 표면 손상의 합을 회전각에 따라 나타낸 그래프, 도 7은 본 발명에 의해 양 주조롤의 표면 손상의 합이 최소가 되도록 회전각의 조합을 찾은 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 주조롤 표면 손상 측정 장치는 도 3에 나타난 바와 같이 주조롤의 상측에 변위센서(7)가 형성되어 회전하는 주조롤 표면의 요철을 측정한다. 이때, 상기 변위센서는 접촉식 또는 비접촉식 모두 가능하지만, 주조롤 표면에는 딤플이라는 홈이 가공되어 있어 비접촉식 변위센서를 사용하는 경우에는 난반사가 발생하여 정확한 측정이 곤란한 경우가 발생할 수도 있으므로, 접촉식 변위센서를 사용하는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 변위센서(7)는 주조롤의 폭 방향으로 이동이 가능하여, 주조롤의 폭방향의 원하는 위치에 고정하여 고정된 위치에서의 손상에 대하여 주조롤 원주를 따라 측정 가능하다.

그리고, 대부분의 스컬은 주조롤의 에지 부분으로 유입되어 주조롤의 에지 부분에 손상을 주기 때문에 상기 변위센서(7)는 도 2에 도시된 주조롤 양쪽의 에지부에 설치되는 것이 바람직하고, 여기서 상기 에지는 주조롤 양측면으로부터 50mm 이하의 범위 내로 하여 변위센서(7)를 설치하여 주조롤 표면의 요철을 측정한다.

주조롤의 일측면에는 근접센서(8)가 형성되어 있는데, 상기 근접센서(8)는 주조롤의 회전상태를 검출하여 회전 기준점을 확인하고, 주조롤의 회전속도를 측정하게 된다.

그리고, 상기 변위센서(7)의 일측에는 거리 측정기(9)가 설치되어 주조롤의 표면에 접촉하여 주조롤 표면의 호의 길이를 측정함으로써 주조롤 표면의 해당 위치를 파악하게 된다.

또한, 연산장치(10)가 상기 변위센서와 이격 설치되어, 상기 변위센서(7), 근접센서(8) 및 거리 측정기(9)로부터 측정된 고정롤과 이동롤에 대한 측정 데이터를 받아 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산한다.

이하, 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면의 손상을 측정하는 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 주조롤 상측에 설치된 변위센서(7)를 이용하여 주조롤 표면의 요철을 측정하고, 주조롤 일측면에 설치된 근접센서(8)에서 회전 기준점을 확인하고 주조롤의 회전속도를 측정하며, 상기 변위센서(7)의 일측에 설치된 거리 측정기(9)로 주조롤 표면의 호의 길이를 측정하는 측정 단계를 수행한다. 즉, 주조롤 양쪽의 에지부의 상측에 변위센서(7)를 설치하고 주조롤을 정속도로 회전시키면서 주조롤의 요철을 측정하며, 주조롤의 회전각도 1도당 1개 이상의 데이터를 측정한다. 이와 동시에 근접센서(8)에 의해 회전 기준점을 확인한 후 주조롤이 회전하는 회전속도(RPM)를 측정하고, 거리 측정기(9)에 의해 상기 측정된 회전속도에 따른 주조롤 표면의 원주상의 특정 지점까지 회전하는데 걸린 시간을 곱하여 호의 길이를 측정한다.

그리고, 상기 측정된 여러가지 데이터 자료를 연산장치(10)로 전송한다.

그리고, 상기 전송받은 데이터들을 이용하여 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하는 단계를 수행하는데, 상기 연산 단계는 쌍롤중 1개의 주조롤은 고정롤로 하고, 나머지 1개의 주조롤은 조정롤로 하여 상기 조정롤을 1도 간격으로 이동시켜 가며 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하게 된다.

마지막으로 상기 연산된 회전각의 조합에 따라 주조롤의 회전각을 조정하는 단계를 수행한다. 이때, 상기 조정 단계는 쌍롤중 1개의 주조롤은 고정롤로 하고, 나머지 1개의 주조롤은 조정롤로 하여 상기 조정롤을 상기 연산 단계에서 연산된 회전각으로 조정하는 단계를 수행한다.

[실시예]

주조롤의 슬리브 재질이 구리 합금으로 이루어져 있고, 주조롤의 직경이 1,400mm, 주조롤의 폭이 1,350mm인 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 3.5mm의 두께를 가진 강종 STS304의 박판을 주조하였다. 상기 주조롤의 에지부중 주조롤 측면으로부터 30mm 지점의 주조롤 표면의손상을 접촉식 변위센서로 측정하였고, 그 측정결과는 도 5의 그래프에 나타내었다. 이때, 고정롤과 조정롤의 표면 손상량의 합을 회전각에 따라 도 6에 나타내었고, 이러한 상태에서 압연하여 박판을 생산한 결과 에지 웨이브가 심하여 제품으로 사용하기 곤란하였다.

그러나, 본 발명에 따른 표면 손상 측정 장치 및 측정 방법을 사용하여 조정롤을 1도 간격으로 이동시켜 가며 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 찾은 결과, 조정롤을 회전각 294도로 회전한 경우에 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되었다.

이에 따라, 양 주조롤의 회전각의 조합을 변경한 결과, 도 7과 같이 양 주조롤 표면의 손상의 합은 최대 120㎛로 현저히 감소하였다. 그리고 이와 같이 새로운 양 주조롤 회전각의 조합으로 주조하여 압연한 결과 박판의 에지 웨이브는 현저히 감소하였고 양호한 품질의 제품 생산이 가능하였다.

도 1은 쌍롤식 박판 주조공정의 개략도.

도 2는 주조롤의 에지부를 나타낸 개략도.

도 3은 주조시간에 따른 주조롤에 혼입된 스컬의 크기를 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 주조롤 표면 손상 측정 장치를 나타낸 구성도.

도 5는 주조후 양 주조롤 표면의 손상을 주조롤의 회전각에 따라 나타낸 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 주조롤 표면 손상 측정 장치 및 방법에 의해 측정한 양 주조롤의 표면 손상의 합을 회전각에 따라 나타낸 그래프.

도 7은 본 발명에 의해 양 주조롤의 표면 손상의 합이 최소가 되도록 회전각의 조합을 찾은 결과를 나타낸 그래프.

*도면의 주요 부호에 관한 설명*

1-1. 고정롤 1-2. 이동롤

1-3. 롤갭 측정기 1-4. 턴디쉬

1-5. 침지노즐 1-6. 스토퍼

1-7. 탕면높이 검출센서 1-8. 에지댐

1-9. 섬프(sump) 1-10. 로드셀

1-11. 실린더 1-12. 스트립

1-13. X-ray 게이지 1-14. 핀치롤

1-15. 압연기(IRM) 1-16. 코일러

1. 주조롤 7. 변위센서

8. 근접센서 9. 거리 측정기

10. 연산장치

Claims (8)

1. 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면의 손상을 측정하는 장치에 있어서,

   주조롤의 상측에 설치되어 회전하는 주조롤 표면의 요철을 측정하는 변위센서와,

   상기 변위센서의 일측에 설치되고 주조롤의 표면에 접촉하여 주조롤 표면의 호의 길이를 측정하는 거리 측정기와,

   주조롤의 측면에 설치되어 주조롤의 회전상태를 검출하여 회전 기준점을 확인하고 주조롤의 회전속도를 측정하는 근접센서와,

   상기 변위센서, 거리 측정기 및 근접센서로부터 측정된 고정롤과 이동롤에 대한 측정 데이터를 받아 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하는 연산장치로 이루어진 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 변위센서는 접촉식인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 변위센서는 주조롤 양쪽의 에지 부분에 설치된 것을 특징으로 하는 쌍 롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 변위센서는 주조롤 양측면으로부터 50mm 이하의 범위 내에 위치한 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 장치.
5. 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면의 손상을 측정하는 방법에 있어서,

   변위센서를 이용하여 주조롤 표면의 요철을 측정하고, 근접센서에서 회전 기준점을 확인하고 주조롤의 회전속도를 측정하며, 거리 측정기가 주조롤 표면의 호의 길이를 측정하는 측정 단계와,

   상기 측정 단계에서 측정된 데이터들을 연산장치로 전송하는 단계와,

   상기 전송받은 데이터들을 이용하여 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하는 단계와,

   상기 연산된 회전각의 조합에 따라 주조롤의 회전각을 조정하는 단계를 포함하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 측정 단계에서 변위센서의 요철 측정은 주조롤의 회전각도 1도당 1개 이상의 데이터를 측정하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 연산 단계는 쌍롤중 1개의 주조롤은 고정롤로 하고, 나머지 1개의 주조롤은 조정롤로 하여 상기 조정롤을 1도 간격으로 이동시켜 가며 양 주조롤 표면의 손상의 합이 최소가 되는 회전각의 조합을 연산하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 조정 단계는 쌍롤중 1개의 주조롤은 고정롤로 하고, 나머지 1개의 주조롤은 조정롤로 하여 상기 조정롤을 상기 연산 단계에서 연산된 회전각으로 조정하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 표면 손상 측정 방법.

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