KR101257261B1 - 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법 - Google Patents

탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법에 관한 것으로서, 몰드 탕면의 레벨변동을 탕면레벨센서를 통해 측정하는 제1 단계와, 상기 탕면레벨센서에서 측정된 레벨신호의 주파수를 분류하고, 상기 분류된 주파수 중 설정된 주파수의 주파수 면적(A)을 산출하는 제2 단계와, 상기 산출된 면적의 주파수 레벨 중 기준치를 중심으로 기 설정된 범위를 초과한 횟수(N)를 산출하는 제3 단계 및 상기 기 설정된 범위를 초과한 횟수를 통해 침지노즐의 내부에 형성된 개재물의 탈락 결함 지수(C)를 계산한 후 계산된 개재물의 탈락 결함 지수(C)를 표시하는 제4 단계를 포함한다.

Description

탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법{EVALUATION METHOD FOR QUALITY OF STEEL PLATE USING LEVEL OF MOLTEN STEEL}
본 발명은 몰드 탕면의 레벨변동을 검출하여 주편의 품질을 평가하는, 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법에 관한 것이다.
연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.
연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 스트랜드로 형성하는 연속주조기용 몰드와, 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 스트랜드를 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다.
래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 스트랜드로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 스트랜드는 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조된다.
본 발명의 목적은 몰드 탕면의 레벨변동을 검출하여 주편의 품질을 평가하는, 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법을 제공한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법은, 몰드 탕면의 레벨변동을 탕면레벨센서를 통해 측정하는 제1 단계와, 상기 탕면레벨센서에서 측정된 레벨신호의 주파수를 분류하고, 상기 분류된 주파수 중 설정된 주파수의 주파수 면적(A)을 산출하는 제2 단계와, 상기 산출된 면적의 주파수 레벨 중 기준치를 중심으로 기 설정된 범위를 초과한 횟수(N)를 산출하는 제3 단계 및 상기 기 설정된 범위를 초과한 횟수를 통해 침지노즐의 내부에 형성된 개재물의 탈락 결함 지수(C)를 계산한 후 계산된 개재물의 탈락 결함 지수(C)를 표시하는 제4 단계를 특징으로 한다.
상기 제1 단계를 통해 탕면레벨센서에서 측정된 탕면레벨의 주파수를 수집하는 수집단계와, 상기 수집된 주파수를 주편단위로 분류하는 분류단계와, 상기 분류된 주파수에서 설정된 주파수를 분석하는 분석단계; 및 상기 분석되는 설정된 주파수의 면적을 계산하는 계산단계를 포함한다.
상기 제2 단계에서 설정된 주파수는 0.1Hz 이하이다.
상기 제3 단계의 설정된 오차범위는 기준값에서 ±5 ~ 30mm로 설정한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법은, 탕면레벨센서를 통해 측정되는 탕면 레벨의 시간에 따른 주파수를 주편단위로 수집하고, 이를 분석하여 개재물의 탈락이 발생하는 주파수 범위에 대한 면적을 산출하고, 주편 단위로 얻어진 탕면레벨신호 중 설정된 기준치의 오차범위를 초과한 횟수를 산출한 후, 산출된 면적과 횟수를 이용하여 탈락결함지수를 계산하여 주편의 품질을 예측할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법을 실행하기 위한 평가장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 제2 단계를 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법을 통해 도출된 개재물의 탈락이 발생하지 않은 상태의 설정된 주파수 면적을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법을 통해 도출된 개재물의 탈락이 발생한 상태의 설정된 주파수 면적을 나타낸 그래프이다.
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.
도 1은 본 발명에 따른 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법을 실행하기 위한 평가장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 탕면레벨을 이용한 주편 품질 평가장치는 몰드의 탕면레벨을 측정하는 탕면레벨센서(3)와, 탕면레벨센서(3)에서 측정되는 탕면의 레벨 신호를 수신받아 처리하는 제어장치(4)와, 제어장치(4)와 연결되어 제어장치(4)에서 전송되는 표시신호를 표시하는 표시장치(5)를 포함하여 구성된다.
탕면레벨센서(3)는 몰드의 탕면 레벨 변동을 측정하여 제어장치(4)로 전송한다. 상기 탕면레벨센서(3)는 탕면 레벨 변동에 따라 측정된 탕면레벨신호를 제어장치(4)로 전송하고, 제어장치(4)는 기 설정된 주파수 이하의 주파수 범위만을 분석한다. 이때 기 설정된 주파수는 1Hz가 될 수 있다.
상기 주파수 설정값은 개재물의 탈락 주기가 길기(10초 이상) 때문에 1Hz로 설정되는 것이 바람직하다.
제어장치(4)는 탕면레벨센서(3)에서 측정되는 탕면레벨신호를 수신하여 처리하고, 침지노즐(2)의 개재물 탈락 결함 지수(C)를 계산한다.
이러한 상기 제어장치(4)는 탕면레벨센서(3)에서 측정된 탕면 레벨신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한 후, 변환된 주파수 영역에서 미리 설정된 주파수 범위에 대하여 주파수의 면적(A)을 산출한다.
또한, 상기 제어장치(4)는 산출된 탕면의 기 설정된 탕면 레벨 중 미리 설정된 기준치의 오차범위를 초과한 횟수(N)를 산출하고, 산출된 횟수와 상기 주파수 면적을 이용하여 침지노즐의 개재물 탈락 결함 지수(C)를 구하여 표시신호를 송출하게 된다.
여기서, 주파수의 면적(A)은 주파수와 주파수의 피크값을 곱하여 계산한다.
삭제
표시장치(5)는 제어장치(4)에서 전송되는 표시신호를 표시한다.
도 2는 본 발명에 따른 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법은 제1 단계(S10)와, 제2 단계(S20)와, 제3 단계(S30)와, 제4 단계(S40)로 이루어진다.
상기 제1 단계(S10)는 탕면레벨센서(3)를 통해 몰드의 탕면 레벨을 측정하는 단계이다.
이러한 상기 제1 단계(S10)는 탕면레벨센서(3)를 통해 몰드 탕면의 레벨 중 기 설정된 설정값 이하의 주파수를 측정하게 된다.
이때, 상기 주파수의 설정값은 1Hz가 될 수 있다.
상기 주파수 설정값은 개재물의 탈락 주기가 길기(10초 이상) 때문에 1Hz의 주파수를 설정하게 된다.
상기 제2 단계(S20)는 상기 탕면레벨센서(3)에서 측정된 탕면 레벨신호의 주파수 중 제어장치(4)에서 설정값 이하의 주파수를 분류하고, 상기 제어장치(4)에서 분류된 주파수의 면적(A)을 산출하는 단계이다.
이때, 주파수의 면적(A)은 대역별 주파수와 주파수의 피크값을 곱하여 계산한다.
이러한 상기 제2 단계(S20)는 상기 제1 단계(S10)에서 측정되는 설정값 이하의 주파수에서 탕면의 변동레벨 범위인 설정된 주파수를 상기 제어장치(4)를 통해 구분하여 분류한다.
이때, 상기 분류되는 설정된 주파수의 범위는 0초과 내지 0.1Hz이하 값을 설정할 수 있다. 이러한 이유는 개재물의 탈락주기가 길기 때문에 1Hz 이하의 주파수 주기 중 실제로 개재물 탈락이 일어나는 경우 개재물 탈락이 측정되는 주파수 대역이기 때문이다.
그런 다음 상기 제어장치(4)를 통해 설정된 주파수의 면적(A)을 산출하게 된다.
상기 제2 단계(S20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 수집단계(S21)와, 분류단계(S22)와, 분석단계(S23)와, 계산단계(S24)를 포함하여 이루어진다.
상기 수집단계(S21)는 상기 제1 단계를 통해 탕면레벨센서(3)에서 측정된 탕면레벨신호를 제어장치(4)에서 수신받아 수집하는 단계이다.
그리고, 상기 분류단계(S22)는 상기 제어장치(4)를 통해 수집된 탕면레벨신호를 주편단위로 분류하는 단계로서, 상기 수집단계(S21)에서 수집된 탕면레벨신호를 주편 단위, 즉 일정 시간 간격으로 구분하여 분류하는 단계이다.
삭제
이어, 분석단계(S23)는 제어장치(4)가 주편단위로 분류된 탕면레벨신호를 주파수 영역으로 변환하고, 변환된 주파수 영역에서 설정된 주파수 범위의 주파수를 분석하는 단계이다. 이때, 상기 설정된 주파수 범위는 0초과 내지 0.1Hz 이하로 이루어질 수 있다.
삭제
삭제
그리고, 상기 계산단계(S24)는 상기 제어장치(4)를 통해 분석되는 주파수 범위에서의 주파수 면적(A)을 계산하는 단계로서, 아래 수학식 1을 이용하여 설정된 주파수 범위의 면적을 구할 수 있다.
수학식 1
Figure 112012109399053-pat00012
여기서, i는 인덱스(자연수), n은 0초과 내지 0.1Hz 이하의 주파수에 대한 분할 개수, P는 분할된 주파수 영역의 i번째 스펙트럼의 중간값, F는 분할된 주파수 영역의 i번째 주파수이다.
상기 제3 단계(S30)는 상기 제어장치(4)에서 주편단위로 얻어진 탕면레벨신호 중 기준치를 기준으로 설정된 오차범위를 초과한 횟수(N)를 상기 제어장치(4)를 통해 산출하는 단계이다.
삭제
상기 제3 단계의 설정된 오차범위는 기준치에서 ±5 ~ 30mm로 설정될 수 있다. 이러한 오차범위는 필요에 따라 범위 내에서 변화될 수 있다.
이러한 상기 제3 단계(S30)에서 기준치의 오차범위는 탕면 요동 중 몰드파우더의 슬래그가 용탕에 유입되지 않는 범위로 설정되는 것이 바람직한 것이다.
상기 제4 단계(S40)는 제어장치(4)가 상기 기준치를 기준으로 설정된 오차범위를 초과한 초과횟수와 설정된 주파수 범위에서의 주파수 면적을 이용하여 침지노즐(2)의 내부에 형성된 개재물의 탈락 결함 지수(C)를 계산한 후 표시장치(5)를 통해 표시하는 단계이다.
이러한 제4 단계(S40)에서 상기 개재물 탈락 결함 지수(C)는 아래 수학식 2를 이용하여 계산할 수 있다.
수학식 2
Figure 112011023014613-pat00002
여기서, A는 설정된 주파수 범위에서의 주파수 면적이고, N은 주편단위로 얻어진 탕면 레벨 중 기준치의 오차범위를 초과한 횟수이며, B는 상수값이다.
여기서, 상기 A의 기 설정된 주파수는 개재물의 탈락이 0.1Hz 이하 영역에서만 측정되므로 0초과 내지 0.1Hz 이하의 값을 설정하게 되며, 상기 N은 설정된 오차범위 ±5 ~ 30mm내이며, 탕면 요동 중 몰드 파우더 슬래그가 용탕에 유입되지 않는 범위로서 0.1Hz 이하의 주파수 영역에서 개재물 탈락이 일어나지 않은 기간의 설정된 주파수 면적이다.
그리고, B는 상수값으로 측정되는 면적의 값이 너무 낮기 때문에 상수값을 곱하여 면적값이 크게 나타나도록 한다.
즉, 본 발명의 과정을 설명하면 다음과 같다.
몰드(1)에 용강이 주입될 때 침지노즐(2)의 내주연에 형성된 개재물이 탈락되면 갑작스럽게 턴디쉬에서 주입되는 용강의 양이 증가되므로 몰드(1)의 용탕면이 요동을 치게 된다.
이로 인해 탕면의 몰드 파우더 슬래그(6)가 용강 내로 유입되어 제작되는 주편의 품질을 저하시킨다.
본 발명은 이러한 현상을 측정하여 주편의 품질이 어느 정도인지 확인하기 쉽도록 품질 평가 자료를 작성하기 위하여 이루어진다.
이를 위해 먼저, 몰드(1)의 탕면 레벨을 상기 탕면레벨센서(3)를 통해 측정한다.
그리고, 상기 제어장치(4)를 통해 상기 탕면레벨센서(3)에서 측정된 탕면의 레벨신호에 대한 주파수 중 기 설정된 주파수만 따로 분류하고 이를 이용해 기 설정된 주파수의 면적을 구한다.
여기서 상기 설정된 주파수의 면적은 대역별 주파수와 주파수의 피크값을 곱하여 계산하며, 주파수의 면적은 상기 수학식 1을 통해 구하게 된다.
그리고, 탕면레벨센서(3)를 통해 측정된 탕면레벨신호 중 기준치를 기준으로 설정된 오차범위를 초과하는 횟수를 구한다.
이때, 상기 개재물 탈락 결함 지수(C)는 기준치를 기준으로 설정된 오차범위를 초과하는 탕면레벨신호의 횟수(N)와, 설정된 주파수 영역의 면적(A)과, 상수값(B)을 대입한 상기 수학식 2를 통해 계산한다.
삭제
그리고, 상기 제어장치(4)는 산출된 개재물의 탈락 결함 지수를 연결된 표시장치(5)를 통해 표시한다.
삭제
삭제
예컨대, 도 4는 탕면레벨신호가 기준치의 오차범위를 벗어난 횟수(N)가 없을 경우에 탈락 결함 지수가 0인 것을 보여주고 있다. 도 5의 경우에는 탕면레벨신호가 기준치의 오차범위를 벗어난 횟수(N)가 2이고, 설정된 주파수 범위에 대한 주파수 면적이 0.00007일 경우에 산출된 탈락 결함 지수를 나타낸 것이다.
즉, 도 4에 도시된 실시예 1과 같이 기준이 되는 개재물 탈락이 없는 경우의 개재물 탈락 결함 지수(C)는 설정된 주파수값인 0초과 내지 0.1Hz 이하 주파수 영역의 면적이 평균 0.00001이고, 기준치를 초과한 횟수가 0회이며, 상수값을 100000으로 지정하여 계산하는 경우 상기 수학식 2를 이용한 다음의 계산식 1을 통해 계산 결과가 도출된다.
계산식 1
Figure 112011023014613-pat00003
그리고, 도 5에 도시된 실시예 2와 같이 개재물 탈락이 이루어진 경우의 개재물 탈락 결함 지수(C)는 0초과 내지 0.1Hz 이하 주파수 영역의 면적이 평균 0.00007이고, 기준치를 초과한 횟수가 2회이며, 상수값을 100000으로 지정하여 계산하는 경우 상기 수학식 2를 이용한 다음의 계산식 2를 통해 계산된 결과로 인해 기준치를 초과한 탈락 결함지수가 '14'인 것을 알 수 있다.
계산식 2
Figure 112011023014613-pat00004
이렇게 표시되는 결과값을 지속적으로 수집하여 몰드(1)의 용탕이 냉각되어 형성되는 주편의 품질을 평가하게 된다.
이와 같이 이루어진 본 발명은 탕면레벨센서를 통해 측정되는 탕면 레벨의 시간에 따른 주파수를 주편단위로 수집하고, 이를 분석하여 개재물의 탈락이 발생하는 주파수 범위에 대한 면적을 산출하고, 주편 단위로 얻어진 탕면레벨신호 중 설정된 기준치의 오차범위를 초과한 횟수를 산출한 후, 산출된 면적과 횟수를 이용하여 탈락결함지수를 계산하여 주편의 품질을 예측할 수 있다.
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 비슷한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 몰드 2 : 침지노즐
3 : 탕면레벨센서 4 : 제어장치
5 : 표시장치

Claims (6)

  1. 몰드 탕면의 레벨변동을 탕면레벨센서를 통해 측정하는 제1 단계;
    상기 탕면레벨센서에서 측정된 레벨변동에 따른 탕면레벨신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한 후, 변환된 주파수 영역에서 설정된 주파수 범위의 주파수 면적을 산출하는 제2 단계;
    상기에서 측정된 탕면레벨 중 탕면레벨이 미리 설정된 기준치의 오차범위를 초과하는 횟수(N)를 산출하는 제3 단계; 및
    상기에서 산출된 주파수 면적(A)과 오차범위를 초과한 횟수(N)를 통해 침지노즐의 내부에 형성된 개재물의 탈락결함지수(C)를 산출하여 표시하는 제4 단계;를 포함하며,
    상기 탈락결함지수(C)는 하기 수학식에 의해 산출되는, 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법.
    수학식
    Figure 112012109399053-pat00013

    여기서, A는 설정된 주파수 범위에서의 주파수 면적이고, N은 주편단위로 얻어진 탕면 레벨 중 기준치의 오차범위(탕면 요동 중 몰드파우더 슬래그가 용탕에 유입되지 않는 범위)를 초과한 횟수이며, B는 상수값(측정되는 면적의 값이 너무 낮기 때문에 상수값을 곱하여 면적값이 크게 나타나도록 함)임.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 단계는,
    상기 제1 단계를 통해 탕면레벨센서에서 측정된 탕면레벨신호를 수집하는 수집단계;
    상기에서 수집된 탕면레벨신호를 주편단위로 분류하는 분류단계;
    상기 주편단위로 분류된 탕면레벨신호를 주파수 영역으로 변환하고, 변환된 주파수 영역에서 설정된 주파수 범위의 주파수를 분석하는 분석단계; 및
    상기에서 분석된 주파수 범위에 대한 주파수 면적(A)을 계산하는 계산단계;를 포함하는, 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 단계에서 설정된 주파수 범위는 0초과 내지 0.1Hz이하인, 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 단계에서 설정된 기준치의 오차범위는 ±5 ~ 30mm로 설정되는, 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 면적(A)은 하기 수학식에 의해 산출되는, 탕면 레벨을 이용한 주편 품질 평가방법.
    수학식
    Figure 112012109399053-pat00014

    여기서, i는 인덱스(자연수), n은 0초과 내지 0.1Hz 이하의 주파수에 대한 분할 개수, P는 분할된 주파수 영역의 i번째 스펙트럼의 중간값, F는 분할된 주파수 영역의 i번째 주파수임.
  6. 삭제
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