KR101353682B1 - 주편 온도 제어 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주편 온도 제어 장치 및 방법을 공개한다. 이 장치는 주물을 주형에서 1차 냉각수를 이용하여 1차 냉각한 후, 세그먼트 영역에서 2차 냉각수를 이용하여 2차 냉각함으로써 주편으로 주조하는 장치의 주편 온도 제어 장치에 있어서, 상기 1차 냉각수의 온도 및 수량을 입력하여 상기 주형에서의 열방출량을 계산하고, 상기 열방출량에 따라 상기 2차 냉각수의 수량을 결정하고, 상기 2차 냉각수의 수량에 대응하는 제어신호를 출력하는 제어부, 및 상기 제어신호에 응답하여 상기 2차 냉각수를 상기 세그먼트 영역에 분사하는 냉각수 분사부를 구비한다.
Description
본 발명은 주편의 온도를 제어하는 온도 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 주형에서의 열방출량을 고려하여 주편의 온도를 제어할 수 있는 주편 온도 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
주편은 다양한 방법에 의해 제조되는데, 그 중 가장 일반적인 방법이 연속주조방법이다. 연속주조방법의 경우, 주물을 주형에서 1차 냉각한 후, 다시 세그먼트 영역에서 2차 냉각함으로써 주편을 주조하게 된다. 주형에서는 냉각수를 이용한 간접 냉각 방식으로 1차 냉각 과정이 수행된다. 세그먼트 영역에서는 스프레이 노즐을 통해 냉각수를 분사하는 방법으로 2차 냉각 과정이 수행된다. 이때, 주편의 온도는 세그먼트 영역에서 분사되는 냉각수의 수량에 의해 결정된다.
주형에서의 1차 냉각의 정도, 즉, 주형에서의 열방출량은 계적절 요인, 몰드 파우더, 및 주형의 상태 등 여러가지 인자에 의하여 시시각각으로 변한다. 그런데, 종래의 경우, 상기 세그먼터 영역에서 분사되는 냉각수의 수량은 주편의 이동 속도에 따라 결정하였기 때문에, 이러한 주형에서의 열방출량의 변화가 주편의 온도 제어에 반영되지 못하였다. 따라서, 주형에서의 열방출량의 변동되는 경우 주편 온도도 이에 따라 변동되며, 주편 온도의 변동에 의해 주편에 결함이 발생하게 된다. 예를 들면, 고탄강의 경우, 홀성 크랙이나 에지 세로 터짐 등이 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 주형 열방출량을 고려하여 주편의 온도를 제어할 수 있는 주편 온도 제어 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 주편 온도 제어 방법을 제공한는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주편 온도 제어 장치는 주물을 주형에서 1차 냉각수를 이용하여 1차 냉각한 후, 세그먼트 영역에서 2차 냉각수를 이용하여 2차 냉각함으로써 주편으로 주조하는 장치의 주편 온도 제어 장치에 있어서, 상기 1차 냉각수의 온도 및 수량을 입력하여 상기 주형에서의 열방출량을 계산하고, 상기 열방출량에 따라 2차 냉각수의 수량을 결정하고, 상기 2차 냉각수의 수량에 대응하는 제어신호를 출력하는 제어부, 및 상기 제어신호에 응답하여 상기 2차 냉각수를 세그먼트 영역에 분사하는 냉각수 분사부를 구비한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주편 온도 제어 장치의 상기 제어부는 상기 1차 냉각수의 온도 및 수량을 입력하여 상기 열방출량을 계산하는 주형 열방출량 계산부, 주편의 속도를 입력하여 기준 수량을 계산하는 기준 수량 계산부, 상기 열방출량 및 상기 기준 수량을 입력하여 상기 2차 냉각수의 증감량을 계산하는 보정부, 및 상기 기준 수량과 상기 2차 냉각수의 증감량을 입력하여 상기 2차 냉각수의 수량을 결정하고, 상기 제어신호를 출력하는 제어신호 발생부를 구비할 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주편 온도 제어 장치의 상기 제어부의 상기 보정부는 상기 열방출량, 상기 기준수량, 및 상기 2차 냉각수의 증감량을 입력하여 보정 온도를 계산하는 보정 온도 계산부, 및 설정된 주편 온도 및 상기 보정 온도를 입력하여 상기 2차 냉각수의 증감량을 계산하는 냉각수 증감량 계산부를 구비할 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주편 온도 제어 장치의 상기 제어부의 상기 보정부의 상기 보정 온도 계산부는 수학식 
에 의해 상기 보정 온도를 계산할 수 있으며, 여기서, T_c는 상기 보정 온도, F_c는 상기 2차 냉각수의 증감량, F_ref는 상기 기준 수량, HF는 상기 열방출량, a, b, 및 c는 상수를 각각 나타낸다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주편 온도 제어 방법은 주물을 주형에서 1차 냉각수를 이용하여 1차 냉각한 후, 세그먼트 영역에서 2차 냉각수를 이용하여 2차 냉각함으로써 주편으로 주조하는 장치의 주편 온도 제어 장치에 있어서, 상기 1차 냉각수의 온도 및 수량을 입력하여 상기 주형에서의 열방출량을 계산하는 단계, 상기 열방출량에 따라 세그먼트 영역에 분사되는 2차 냉각수의 수량을 계산하는 단계, 및 상기 2차 냉각수의 수량에 따라 상기 세그먼트 영역에 2차 냉각수를 분사하는 단계를 구비한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주편 온도 제어 방법의 상기 2차 냉각수의 수량을 계산하는 단계는 주편의 속도에 따라 기준 수량을 계산하는 단계, 상기 열방출량 및 상기 기준 수량에 따라 상기 2차 냉각수의 증감량을 계산하는 단계, 및 상기 기준 수량에 상기 2차 냉각수의 증감량을 가감하여 상기 2차 냉각수의 수량을 계산하는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주편 온도 제어 방법의 상기 2차 냉각수의 증감량을 계산하는 단계는 상기 열방출량, 상기 기준 수량, 및 상기 2차 냉각수의 증감량에 따라 보정 온도를 계산하는 단계, 상기 보정 온도 및 설정된 기준 온도에 따라 온도값을 계산하는 단계, 및 상기 온도값에 따라 상기 2차 냉각수의 증감량을 계산하는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주편 온도 제어 방법의 상기 보정 온도를 계산하는 단계는 수학식 
에 의해 상기 보정 온도를 계산할 수 있으며, 여기서, T_c는 상기 보정 온도, F_c는 상기 2차 냉각수의 증감량, F_ref는 상기 기준 수량, HF는 상기 열방출량, a, b, 및 c는 상수를 각각 나타낸다.
본 발명의 주편 온도 냉각 장치 및 방법에 따르면, 주형에서의 열방출량이 변화하더라도 주편의 온도는 일정하게 유지할 수 있으므로, 주편의 품질을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 주편 온도 제어 장치가 적용되는 연주기의 일부분을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 주편 온도 제어 장치의 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 주형 열방출량, 냉각수량 증감율, 및 주편 온도 사이의 상관 관계를 알기 위한 데이터의 일례를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 주편 온도 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 주편 온도 제어 장치의 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 주형 열방출량, 냉각수량 증감율, 및 주편 온도 사이의 상관 관계를 알기 위한 데이터의 일례를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 주편 온도 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 주편 온도 제어 장치가 적용되는 연주기의 일부분을 개략적으로 나타낸 것이다. 본 발명의 주편 온도 제어 장치는 제어부(100) 및 냉각수 분사부(200)를 구비할 수 있다.
연주기는 주형과 세그먼트 영역 두 부분으로 구분될 수 있다.
제어부(100)는 주형에서의 열 방출량을 검출하기 위한 데이터(data)를 입력하고, 상기 데이터(data)를 기초로 주형에서의 열 방출량을 계산한 후, 계산된 열 방출량에 따라 제어신호(con)를 출력한다. 상기 데이터(data)는 주형에서의 1차 냉각을 위한 1차 냉각수의 온도 및 수량을 포함할 수 있다.
냉각수 분사부(200)는 상기 제어신호(con)에 응답하여 세그먼트 영역에 2차 냉각수를 분사한다. 세그먼트 영역에 분사되는 2차 냉각수의 수량은 제어신호(con)에 따라 조절된다.
도 2는 본 발명의 주편 온도 제어 장치의 제어부(100)의 실시예를 나타내는 블록도이다. 제어부(100)는 주형 열방출량 계산부(110), 기준 수량 계산부(120), 보정부(130), 및 제어신호 발생부(140)를 구비할 수 있으며, 보정부(130)는 보정 온도 계산부(131) 및 냉각수 증감량 계산부(132)를 구비할 수 있다.
도 2에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.
주형 열방출량 계산부(110)는 데이터(data)를 입력하여 주형 열방출량(HF)를 계산한다. 상기 데이터(data)는 1차 냉각수 온도 및 1차 냉각수의 수량 등을 포함할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 본 발명의 주편 온도 제어 장치의 제어부(100)는 1차 냉각수의 온도 및 수량을 감지하기 위한 센서(미도시) 등을 추가적으로 구비할 수 있으며, 주형 열 방출량 계산부(110)는 센서에서 감지된 1차 냉각수의 온도 및 수량을 기초로 주형 열방출량(HF)를 계산하여 출력할 수 있다.
기준 수량 계산부(120)는 주편의 이동 속도를 입력하여 기준 수량(F_ref)을 계산한다. 도시하지는 않았지만, 본 발명의 주편 온도 제어 장치의 제어부(100)는 주편의 이동 속도를 감지하기 위한 센서 등을 추가적으로 구비할 수 있으며, 기준 수량 계산부(120)는 센서 등에 의해 감지된 주편의 이동 속도를 기초로 기준 수량(F_ref)을 계산하여 출력할 수 있다.
보정부(130)는 상기 주형 열방출량(HF) 및 상기 기준 수량(F_ref)을 입력하여 냉각수 증감량(F_c)을 계산한다. 이때, 보정부(130)는 원하는 주편 온도를 나타내는 설정 온도(T_set)를 추가적으로 입력받을 수도 있다.
보정 온도 계산부(131)는 상기 냉각수 증감량(F_c), 기준 수량(F_ref), 및 주형 열방출량(HF)을 입력하여 보정 온도(T_c)를 계산한다. 상기 보정 온도는 다음과 같은 수식에 의해 계산될 수 있다.
상기 수학식 1에서, T_c는 보정 온도를, F_c는 냉각수 증감량을, F_ref는 기준 수량을, HF는 주형 열방출량을 각각 나타내며, a, b, c는 실험에 의해 구해질 수 있는 상수이다. 특히, c는 기준 온도로서, 주형 및 세그먼트 영역에서 냉각이 이루어지지 않는 경우의 주물의 온도를 나타낸다.
도 3은 특정 강종 및 주어진 주속에서, 주형 열방출량, 주편 온도, 및 냉각수량 증감율 사이의 상관관계에 관한 데이터를 수집한 일례를 그래프로 나타낸 것이다. 도 3에 나타낸 데이터를 기초로 상기 수학식 1의 상수를 산출하면, a는 -1.1, b는 32, 및 c는 1052 가 산출된다.
냉각수 증감량 계산부(132)는 상기 보정 온도(T_c) 및 설정 온도(T_set)를 입력하여 냉각수 증감량(F_c)을 계산한다. 예를 들면, 냉각수 증감량 계산부(132)는 상기 설정 온도(T_set)에 상기 보정 온도(T_c)를 가감한 온도값(T)에 대응하는 냉각수 증감량(F_c)를 출력할 수 있다.
제어신호 발생부(140)는 기준 수량(F_ref) 및 보정 수량(F_c)에 응답하여 제어 신호(con)를 출력할 수 있다. 즉, 제어신호 발생부(140)는 기준 수량(F_ref)에 보정 수량(F_c)을 가감한 냉각 수량(Fw)에 상응하는 제어 신호(con)를 출력할 수 있다. 상기 제어신호 발생부(140)는 PID 제어기로 설계될 수 있다.
도 4는 본 발명의 주편 온도 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다. 도 4를 참고하여 본 발명의 주편 온도 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 주형 열방출량을 계산하기 위한 데이터를 수집한다(s100단계). 상기 주형 열방출량을 계산하기 위한 데이터는 주형 냉각수의 온도 및 주형 냉각수의 수량을 포함할 수 있다.
다음으로, 수집된 데이터를 기초로 주형 열방출량을 계산한다(s200 단계).
다음으로, 계산된 주형 열방출량을 이용하여 세그먼트 영역에서의 냉각수량을 계산한다(s300 단계). 예를 들면, 상기 주형 열방출량, 세그먼트 영역에서의 냉각수량의 증감율, 및 주편의 속도를 기초로 계산된 기준 수량을 이용하여 보정 온도를 계산하고, 상기 보정 온도와 원하는 주편의 온도를 나타내는 설정 온도에 따라 냉각수 증감량을 계산하고, 상기 기준 수량에 상기 냉각수 증감량을 가감함으로써 냉각수량을 계산할 수 있다.
다음으로, 계산된 냉각수량에 따라 세그먼트 영역에서 냉각수를 분사한다(s400 단계). 예를 들면, 계산된 냉각수량에 따라 제어 신호를 발생하여 냉각수 분사부로 인가함으로써, 냉각수 분사부를 통해 계산된 냉각수량을 가지는 냉각수가 세그먼트 영역으로 분사되도록 할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 주편 온도 제어 장치 및 방법은 주형에서의 열방출량을 실시간으로 감지하고, 이를 세그먼트 영역에서 분사되는 냉각수의 냉각수량을 결정하는데 활용함으로써, 주형 열방출량이 변하더라도 주편의 온도는 일정한 설정 온도가 유지될 수 있다. 또한, 이로 인해 주편의 품질이 향상될 수 있다. 실제로, 본 발명을 고탄소강 주조에 적용하여 본 결과, 본 발명을 적용하기 전에 33.3%였던 홀크랙 발생율이 0.6%로 감소하는 것을 알 수 있었다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 제어부 200: 냉각수 분사부
Claims (8)
- 삭제
- 주물을 주형에서 1차 냉각수를 이용하여 1차 냉각한 후, 세그먼트 영역에서 2차 냉각수를 이용하여 2차 냉각함으로써 주편으로 주조하는 장치의 주편 온도 제어 장치에 있어서,
상기 1차 냉각수의 온도 및 수량을 입력하여 상기 주형에서의 열방출량을 계산하고, 상기 열방출량에 따라 상기 2차 냉각수의 수량을 결정하고, 상기 2차 냉각수의 수량에 대응하는 제어신호를 출력하는 제어부; 및
상기 제어신호에 응답하여 상기 2차 냉각수를 상기 세그먼트 영역에 분사하는 냉각수 분사부를 구비하고,
상기 제어부는
상기 1차 냉각수의 온도 및 수량을 입력하여 상기 열방출량을 계산하는 주형 열방출량 계산부;
상기 세그먼트 영역에서의 상기 주편의 속도를 입력하여 기준 수량을 계산하는 기준 수량 계산부;
상기 열방출량 및 상기 기준 수량을 입력하여 상기 2차 냉각수의 증감량을 계산하는 보정부; 및
상기 기준 수량과 상기 2차 냉각수의 증감량을 입력하여 상기 2차 냉각수의 수량을 결정하고, 상기 제어신호를 출력하는 제어신호 발생부를 구비하는 주편 온도 제어 장치. - 제2항에 있어서, 상기 보정부는
상기 열방출량, 상기 기준수량, 및 상기 2차 냉각수의 증감량을 입력하여 보정 온도를 계산하는 보정 온도 계산부; 및
상기 보정 온도 및 설정된 주편 온도를 입력하여 상기 2차 냉각수의 증감량을 계산하는 냉각수 증감량 계산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 주편 온도 제어 장치. - 제3항에 있어서, 상기 보정 온도 계산부는
수학식(여기서, T_c는 상기 보정 온도, F_c는 상기 2차 냉각수의 증감량, F_ref는 상기 기준 수량, HF는 상기 열방출량, a, b, 및 c는 상수)에 의해 상기 보정 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 주편 온도 제어 장치.
- 삭제
- 주물을 주형에서 1차 냉각수를 이용하여 1차 냉각한 후, 세그먼트 영역에서 2차 냉각수를 이용하여 2차 냉각함으로써 주편으로 주조하는 장치의 주편 온도 제어 방법에 있어서,
상기 1차 냉각수의 온도 및 수량을 입력하여 상기 주형에서의 열방출량을 계산하는 단계;
상기 열방출량에 따라 상기 세그먼트 영역에 분사되는 2차 냉각수의 수량을 계산하는 단계; 및
상기 2차 냉각수의 수량에 따라 상기 세그먼트 영역에 2차 냉각수를 분사하는 단계를 구비하고,
상기 2차 냉각수의 수량을 계산하는 단계는
주편의 속도에 따라 기준 수량을 계산하는 단계;
상기 열방출량 및 상기 기준 수량에 따라 상기 2차 냉각수의 증감량을 계산하는 단계; 및
상기 기준 수량에 상기 2차 냉각수의 증감량을 가감하여 상기 2차 냉각수의 수량을 계산하는 단계를 구비하는 주편 온도 제어 방법. - 제6항에 있어서, 상기 2차 냉각수의 증감량을 계산하는 단계는
상기 열방출량, 상기 기준 수량, 및 상기 2차 냉각수의 증감량에 따라 보정 온도를 계산하는 단계;
상기 보정 온도 및 설정된 기준 온도에 따라 온도값을 계산하는 단계; 및
상기 온도값에 따라 상기 2차 냉각수의 증감량을 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 주편 온도 제어 방법. - 제7항에 있어서, 상기 보정 온도를 계산하는 단계는
수학식(여기서, T_c는 상기 보정 온도, F_c는 상기 2차 냉각수의 증감량, F_ref는 상기 기준 수량, HF는 상기 열방출량, a, b, 및 c는 상수)에 의해 상기 보정 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 주편 온도 제어 방법.
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| KR20110034470A (ko) * | 2009-09-28 | 2011-04-05 | 현대제철 주식회사 | 연속주조의 2차 냉각 방법 |
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- 2011-11-15 KR KR1020110118655A patent/KR101353682B1/ko active IP Right Grant
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