KR101477117B1

KR101477117B1 - 연속주조시 브레이크아웃 방지 방법

Info

Publication number: KR101477117B1
Application number: KR1020120154019A
Authority: KR
Inventors: 하태준; 권효중; 문홍길
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-12-29
Also published as: WO2014003269A1; EP2868405A4; EP2868405A1; EP2868405B1; KR20140003314A

Abstract

본 발명은 연속주조 중 몰드 진동에 따른 유압실린더의 압력신호를 수집하고 이를 분석하여 연속주조 몰드의 브레이크아웃을 예측하여 방지하는 브레이크아웃 방지 방법에 관한 것으로, 몰드 진동장치의 실린더에 장착된 압력센서를 통해 실린더의 압력 변화에 따른 압력신호를 단위시간동안 주기적으로 수집하는 단계와, 상기 단위시간동안 수집된 압력데이터를 제1 구간데이터와 제2 구간데이터로 나누고, 각 구간데이터를 시간 영역에서 주파수 영역으로 각각 변환한 후 파워스펙트럼을 분석하는 단계와, 상기 단위시간동안 수집된 압력데이터에서, 상기 제1 구간데이터와 제2 구간데이터 간의 교차상관(Cross Correlation) 분석을 실시하여 신호지연에 따른 시간지연 계수를 계산하는 단계, 및 상기에서 파워스펙트럼 분석을 통해 획득된 상기 제1 구간데이터와 제2 구간데이터의 각 주파수의 크기를 상호 비교하여 주파수의 크기가 설정된 비율 이상 감소되고, 상기 교차상관 분석을 통해 산출된 시간지연 계수가 설정된 기준값 이상이면, 주조속도를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

연속주조시 브레이크아웃 방지 방법{METHOD FOR PREVENTING BREAKOUT IN CONTINUOUS CASTING}

본 발명은 연속주조시 브레이크아웃 방지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속주조 중 몰드 진동에 따른 실린더의 압력센서로 압력신호를 수집하고, 이를 분석하여 몰드 내 응고쉘의 브레이크아웃을 방지하는 연속주조시 브레이크아웃 방지 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 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 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 연주주편으로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 연주주편을 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다.

다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 연주주편으로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 연주주편은 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조된다.

관련 선행기술로는 한국등록특허 제10-0705245호(등록일:2007.04.09, 명칭: 연주설비의 세그먼트 브레이크아웃차단방법 및 장치)가 있다.

본 발명은 유압식 몰드 진동장치의 실린더에 장착된 압력센서를 이용하여 압력의 크기 및 압력 변동의 지연시간을 분석하여 응고쉘의 브레이크아웃을 예측 및 대처함으로써, 응고쉘의 브레이크아웃을 미연에 방지할 수 있는 연속주조시 브레이크아웃 방지 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 과제를 달성하기 위한 본 발명의 브레이크아웃 방지 방법은, 몰드 진동장치의 실린더에 장착된 압력센서를 통해 실린더의 압력 변화에 따른 압력신호를 단위시간동안 주기적으로 수집하는 단계; 상기 단위시간동안 수집된 압력데이터를 구간데이터 별로 나누고, 상기 각 구간데이터를 시간 영역에서 주파수 영역으로 각각 변환한 후 파워스펙트럼을 분석하는 단계; 상기 단위시간동안 수집된 압력데이터에서, 상기 각 구간데이터 간의 교차상관(Cross Correlation) 분석을 실시하여 신호지연에 따른 시간지연 계수를 계산하는 단계; 및 상기에서 파워스펙트럼 분석을 통해 획득된 상기 각 구간데이터들의 몰드 진동수에 해당하는 각 주파수의 스펙트럼크기를 상호 비교하여 주파수의 스펙트럼크기가 설정된 비율 이상 감소되고, 상기 교차상관 분석을 통해 산출된 시간지연 계수가 설정된 기준값 이상이면, 주조속도를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 주파수의 스펙트럼크기에 대한 설정 비율은 적어도 7%이상이고, 상기 시간지연 계수의 설정된 기준값은 적어도 5이상인 것을 특징으로 한다.

상기 각 구간데이터는, 현시점을 기준으로 1초전부터 1초 간격으로 수집된 압력데이터를 가지는 제 1 구간데이터, 및 현시점부터 1초 간격으로 수집된 압력데이터를 가지는 제 2 구간데이터일 수 있다.

상기 주파수의 스펙트럼크기와 시간지연 계수가 모두 설정된 범위를 벗어날 경우 주조속도를 감소시켜 브레이크아웃 발생을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 몰드 실린더의 압력신호를 일정한 기준에 따라 비교하여 판단함으로써, 응고쉘의 브레이크아웃을 용이하게 예측할 수 있는 효과가 있다.

또한, 연속주조 중 브레이크아웃 가능성을 예측하여 주조속도를 제어함으로써, 응고쉘의 브레이크아웃을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 몰드 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도이다.
도 3은 본 발명의 연속주조 몰드의 브레이크아웃 방지장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속주조시 브레이크아웃 방지 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 압력신호의 분석 구간을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 파워스펙트럼 분석을 설명하기 위해 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 교차상관 분석을 설명하기 위해 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 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.

연속주조(Continuous Casting)는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(Steel Ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸 및 빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형과 수직 만곡형 등으로 분류된다. 도 1에서는 수직 만곡형을 예시하고 있다.

도 1을 참조하면, 연속주조기는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차 냉각대(60 및 65), 및 핀치롤(70)을 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 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. 주편을 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 인한 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 연주주편이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell, 81)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 응고쉘(81)과의 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 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘(81)의 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 스프레이수단(65)에 의해 직접 냉각된다. 연주주편의 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 연주주편이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

이와 같이 구성된 연속주조기는 래들(10)에 수용된 용강(M)이 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 및 질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다.

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 스토퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스토퍼(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, 스토퍼 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, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70)이 완전히 응고된 연주주편(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 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.

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

도 2를 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 또는 액체 유동층(52)이 존재하게 된다. 액체 유동층(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) 내에 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 스프레이수단(65)에 의해 그 두께가 두꺼워진다. 응고쉘(81)은 두꺼워지다가 일부분이 볼록하게 돌출하는 벌징(bulging) 영역(88)이 형성되기도 한다.

몰드에서 다양한 사유에 의해 응고쉘(81)이 파손되어 용강이 외부로 유출되는 사고가 발생하는 이를 브레이크아웃(BreakOut)이라고 한다.

브레이크아웃이 발생되면 설비 및 생산성에 큰 손실이 발생하므로 이를 사전에 예측하여 사고를 방지하기 위한 기술들의 개발되어 연주기에 적용되고 있다.

그러나, 마찰력 크기의 변화, 또는 진폭을 감지하는 방법은 몰드 파우더 유입 특성 및 응고쉘 불균일 등과 같은 요인들 때문에 활용도가 다소 떨어지는 문제가 발생한다.

일반적으로 브레이크아웃이 발생하기 전에 몰드 내에서는 응고쉘의 구속 또는 크랙에 의한 응고쉘의 터짐, 응고쉘의 두께 감소에 의한 쉘 팽창 등에 의해 수직 진동하는 몰드 실린더의 압력에 변화가 발생되며, 응고쉘과 몰드간의 마찰력 증가에 따라 몰드 운동방향에 반대되는 저항력이 발생하고, 이에 따라 정상상태일 때의 압력 변화 추이에 비해 압력의 크기가 감소됨과 동시에 일정량의 신호지연이 발생된다.

또한, 압력의 크기 변화 및 신호지연의 크기는 몰드와 응고쉘 간의 상대운동 저항력에 비례하고, 이 저항력은 몰드 내 응고쉘의 손상(구속, 크랙, 용강유출 등) 정도에 비례한다. 따라서, 본 발명에서는 압력의 크기 변화 및 신호지연 정도를 정량화하여 브레이크아웃을 예측하고자 한다.

도 3은 본 발명에 의한 브레이크아웃 방지 장치를 나타낸 도면으로서, 브레이크아웃 방지 장치는 유압식 몰드 진동장치의 유압실린더에 장착된 압력센서(110a, 110b), 압력센서(110a, 110b)로부터 압력신호를 전달받아 압력크기의 변화 및 신호의 지연을 판단하는 압력신호분석부(120), 및 압력신호분석부(120)에서 판단된 데이터가 설정된 기준값을 벗어날 경우 주조속도를 제어하는 주속제어부(130)를 포함한다.

더욱 상세하게는, 몰드의 좌/우측 단변부에 유압실린더가 각각 결합될 수 있으며, 좌측 유압실린더에 좌측 압력센서(110a), 우측 유압실린더에 우측 압력센서(110b)가 각각 위치하고, 각 압력센서는 각각의 유압실린더의 압력을 검출하게 된다. 물론, 필요에 따라 몰드에 유압실린더가 더 설치될 수 있으며, 그에 따라 압력센서도 더 설치될 수 있다.

압력신호분석부(120)는 몰드의 양측에 위치하는 압력센서(110a, 110b)에서 감지한 신호를 단위시간동안 주기적으로 수집하고, 연속적으로 압력신호를 파워스펙트럼 분석 및 교차상관 분석을 실시하여 각 기준값의 초과여부에 따라 브레이크아웃 발생 가능성을 예측한다. 이때, 압력신호분석부(120)는 파워스펙트럼 분석에 의한 결과와 교차상관 분석에 의한 결과가 모두 기준값을 벗어난 경우에만 응고쉘이 이상상태인 것으로 판단하게 된다.

주속제어부(130)는 압력신호분석부(120)를 통해 응고쉘의 이상상태가 예측되면, 주조속도가 감소되도록 핀치롤(70)의 회전수를 제어하여 응고쉘의 브레이크아웃을 방지하게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 브레이크아웃 방지 과정을 나타낸 순서도로서, 첨부된 도면을 참조하여 설명하고자 한다. 본 발명에서는 좌측 압력센서(110a)와 우측 압력센서(110b)를 통해 검출된 압력신호를 개별적으로 분석하여 브레이크아웃 가능성을 판단하지만, 설명의 편의상 하나의 압력신호에 대해서만 설명한다.

먼저, 연속주조기를 통해 연속주조가 시작되면(S10), 압력신호분석부(120)는 유압식 몰드 진동 장치에 장착된 압력센서를 통해 압력신호를 단위시간동안 주기적으로 수집한다(S20). 여기서, 압력신호분석부(120)가 압력센서로부터 압력신호를 수집하는 샘플링 주파수는 적어도 몰드 진동수의 5배 이상이 되는 것이 바람직하다. 몰드 진동수는 주조속도에 따라 다소 달라질 수 있으나 평균적으로 2 내지 3Hz이므로, 샘플링 주파수는 15Hz 내지 300Hz인 것이 바람직하다. 샘플링 주파수가 높을수록 파형의 해상도가 높아서 정확하지만 처리 속도를 위해 적절한 것이 좋다. 그리고, 압력신호분석부는 압력신호를 1초 간격으로 10초의 단위시간동안 수집할 수 있다.

입력신호분석부(120)는 압력센서로부터 단위시간동안 수집한 압력데이터를 구간데이터 별로 나누게 된다(S30). 각 구간데이터는 일예로 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 구간데이터 및 제 2 구간데이터로 나눌 수 있으며, 제 1 구간데이터는 현시점을 기준으로 1초전부터 1초 간격으로 수집된 압력데이터가 될 수 있고, 제 2 구간데이터는 현시점으로 9초전까지 1초 간격으로 수집된 압력데이터가 될 수 있다. 즉 제 1 구간데이터는 도 5에 도시된 바와 같이 현시점을 기준으로 1초전부터 10초전까지 1초 간격으로 수집된 적어도 9개의 압력데이터가 될 수 있고, 제 2 구간데이터는 현시점으로부터 9초전까지의 1초 간격으로 수집된 적어도 9개의 압력데이터가 될 수 있다. 여기서 압력데이터가 9개인 것은 단위시간이 9초이기 때문이며, 단위기간이 1초가 아니라 9초인 것은 모수를 늘여서 분석의 정확도를 높이기 위함이다. 물론, 필요에 따라 단위시간을 증감하는 것도 가능하다. 상기에서 제 1 구간과 제 2 구간을 설명의 편의상 현시점과 이전시점 구간으로 각각 칭하기도 한다.

이어, 압력의 크기로 신호의 크기를 판별하기 위하여, 제1 구간데이터와 제2 구간데이터로 나누어 시간 영역에서 주파수 영역으로 각각 변환한 후 이전시점 구간인 제1 구간과 현시점 구간인 제2 구간의 데이터를 각각 주파수 영역에서 파워스펙트럼을 분석한다(S31). 여기서, 파워스펙트럼은 주파수에 따른 파워의 변화 관계, 진폭-주파수 반응의 제곱으로서, 자기상관 함수의 푸리에 변환을 말하는 것이다.

도 6과 같이 제1 구간데이터와 제2 구간데이터의 파워스펙트럼의 비교를 통해 정상상태와 이상상태 여부를 판별할 수 있는 데(S32), 파워스펙트럼 분석을 통해 획득된 주파수의 크기 중 제1 구간데이터와 제2 구간데이터의 주파수의 크기를 상호 비교하여 주파수의 크기가 설정된 비율 이상 감소되면 이상상태로 판단하게 된다(S33). 예컨대, 현시점인 제2 구간데이터의 주파수 크기가 이전시점인 제1 구간데이터의 주파수 크기보다 설정된 비율인 적어도 7% 이상이 감소되면 응고쉘에 이상이 있는 것으로 판단하게 된다.

도 6을 상세히 설명하면, 좌측의 그래프는 몰드에 설치된 압력센서의 압력신호이다. 몰드가 진동하게 되면 시간에 따라 실린더의 압력도 몰드 진동에 맞추어 변하게 되며 정상구간에 비해 몰드 내에 응고쉘의 구속 또는 크랙에 의한 응고쉘 터짐, 응고쉘 두께 감소에 의한 쉘 팽창 등의 이상이 발생하면 발생시점에서 압력신호의 왜곡이 발생되고 그 진폭이 줄어들게 된다.

여기서, 몰드 진동수에 따라 주파수는 달라지지만, 도 6의 우측 그래프와 같이 피크가 가장 큰 주파수가 몰드 진동수에 해당되는 주파수이고, 나머지 성분은 몰드 진동 주파수의 고조파 성분이다. 우측 그래프 중 상단은 제 1 구간데이터를 주파수 영역으로 변환한 그래프이고, 우측 그래프 하단은 제 2 구간데이터를 주파수 영역으로 변환한 그래프이다. 상기에서 제 1 구간의 몰드 진동수에 해당하는 주파수의 스펙트럼 크기와 제 2 구간의 몰드 진동수에 해당하는 주파수의 스펙트럼크기를 상호비교하여 제 2 구간의 주파수의 스펙트럼크기가 제 1 구간의 주파수의 스펙트럼크기보다 설정된 비율 이상이 감소되면 이상상태로 판단하게 된다.

한편, 압력신호분석부(120)는 압력신호로 신호의 지연을 판단하기 위해, 단위시간동안 수집된 압력데이터에서, 제1 구간데이터와 제2 구간데이터 간의 교차상관 분석(Cross Correlation)을 실시하고(S35), 교차상관 분석을 통해 신호지연에 따른 시간지연 계수를 계산하게 된다(S36). 교차상관 분석은 일반적인 교차상관 분석 알고리즘을 사용하게 되므로 상세한 설명은 생략한다.

시간지연 계수는 미리 설정된 이전시점 구간과 현시점 구간의 압력데이터를 사용하여 교차상관 분석식에 의해 계산되는 데, 산출된 시간지연 계수와 미리 설정된 기준값을 비교하여, 시간지연 계수가 기준값보다 크면 응고쉘의 이상상태로 판단하게 된다(S37). 이때, 시간지연 계수에 대한 기준값은 적어도 5이상으로, 시간지연 계수가 5미만이면 정상상태를 나타내지만 5이상이면 응고쉘의 이상상태로 판단하게 된다. 여기서, 시간지연 계수에 대한 기준값은 반복적인 테스트에 의해 얻어진 상수이다.

이와 같은 교차상관은 두 신호의 시간지연을 계산하는 것으로써, 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 7의 상단 그래프에 있어 일점쇄선은 제1 구간데이터(이전시점 구간)의 실린더 압력, 즉 정상상태의 실린더 압력을 나타낸다. 이점쇄선은 제2 구간데이터(현시점 구간)의 실린더 압력, 즉 이상상태의 실린더 압력을 나타낸다.

제1 구간데이터와 제2 구간데이터의 그래프를 보면 시간축으로 일정시간 신호지연이 있는 것으로 나타나는 데, 실린더의 압력신호는 응고쉘의 구속 또는 크랙에 의한 응고쉘 터짐, 응고쉘 두께 감소에 의한 쉘 팽창 등에 의해 응고쉘과 몰드간의 접촉력이 증가하고, 이에 따라 몰드의 상하 진동에 저항이 발생하게 되어 정상상태의 상하 진동 움직임에 비해 다소의 시간 지연이 발생하게 된다. 이러한 시간지연의 정도로 두 신호 간의 유사성 및 시간지연 정도를 계산하는 교차상관 계산을 통해 정량화할 수 있다.

도 7의 상단 그래프에 대한 제1 구간데이터와 제2 구간데이터를 교차상관 분석을 하면 하단 그래프와 같이 나타난다. 하단 그래프에서 점선은 교차상관 분석시 정상상태인 경우를 나타내었고, 실선은 교차상관 분석시 이상상태인 경우를 나타내었다. 즉, 하단 그래프에서 점선 신호는 정상상태의 이전시점 구간과 정상상태의 현시점 구간의 두 신호를 교차상관 계산한 결과이며, 실선 신호는 정상상태의 이전시점 구간과 이상상태의 현시점 구간의 두 신호를 교차상관 계산한 결과이다.

교차상관 계산 결과는 상관성의 크기(y축)와 시간지연정도(x축)로 나누어지며, 상관성의 크기(y축)가 최대인 지점의 시간지연정도(x축)가 두 신호의 유사성 정도를 알 수 있다. 이때 시간지연정도(

)는 시간지연 계수를 의미한다.

하단의 그래프로 교차상관 계산 결과를 살펴보면, 점선 신호는 정상상태와 정상상태를 계산한 그래프로 y축값이 최대인 위치의 x값, 즉 시간지연 계수가 0인 것을 알 수 있으며, 실선 신호는 정상상태와 이상상태의 교차상관을 계산한 그래프로 y축값이 최대인 위치의 x축값(시간지연 계수)이 대략 6정도를 나타내는 것을 알 수 있다.

이때, y축값이 최대인 위치의 x축값(시간지연 계수)이 0에 가까울수록 두 신호가 동일함을 의미하여 정상범위에 있음을 나타내고, 시간지연 계수가 5이상이 될 경우 두 신호의 유사성이 떨어져 이상 범위에 있음을 나타낸다.

마지막으로, 파워스펙트럼 분석으로 몰드 진동수에 해당하는 제1 구간데이터와 제2 구간데이터 간의 주파수의 크기가 설정된 비율인 적어도 7%이상 감소되고, 교차상관 분석시 시간지연 계수가 설정된 기준값인 적어도 5이상 발생되면, 몰드 내 응고쉘이 브레이크아웃될 가능성이 있는 이상상태로 판단하게 된다(S40). 그에 따라 주속제어부(130)는 핀치롤(70)의 회전수를 제어하여 주조속도를 감소시킴으로써 응고쉘의 브레이크아웃을 미연에 방지시킨다(S50).

따라서, 본 발명에서는 실린더의 압력신호에 대한 파워스펙트럼 분석으로 구간별 주파수의 크기가 7%이상 감소되고, 교차상관 분석으로 시간지연 계수가 5이상 발생될 경우, 몰드 내에서 응고쉘의 구속, 터짐, 크랙 등의 이상 현상이 발생된 것으로 판단하고 브레이크아웃을 예측할 수 있다. 또한, 사전에 브레이크아웃을 예측하여 주조속도를 제어함으로써, 브레이크아웃을 방지할 수 있다.

상기와 같은 연속주조시 브레이크아웃 방지 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10: 래들 15: 슈라우드노즐
20: 턴디쉬 25: 침지노즐
30: 몰드 31: 좌측 단변
35: 우측 단변 40: 몰드오실레이터
50: 파우더 공급기 51: 파우더층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
110a,110b: 압력센서 120: 압력신호분석부
130: 주속제어부

Claims

몰드 진동장치의 실린더에 장착된 압력센서를 통해 실린더의 압력 변화에 따른 압력신호를 단위시간동안 주기적으로 수집하는 단계;
상기 단위시간동안 수집된 압력데이터를 구간데이터 별로 나누고, 상기 각 구간데이터를 시간 영역에서 주파수 영역으로 각각 변환한 후 파워스펙트럼을 분석하는 단계;
상기 단위시간동안 수집된 압력데이터에서, 상기 각 구간데이터 간의 교차상관(Cross Correlation) 분석을 실시하여 신호지연에 따른 시간지연 계수를 계산하는 단계; 및
상기에서 파워스펙트럼 분석을 통해 획득된 상기 각 구간데이터들의 몰드 진동수에 해당하는 각 주파수의 스펙트럼크기를 상호 비교하여 주파수의 스펙트럼크기가 설정된 비율 이상 감소되고, 상기 교차상관 분석을 통해 산출된 시간지연 계수가 설정된 기준값 이상이면, 주조속도를 제어하는 단계;를 포함하는 연속주조시 브레이크아웃 방지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 주파수의 스펙트럼크기에 대한 설정 비율은 적어도 7%이상인, 연속주조시 브레이크아웃 방지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 시간지연 계수의 설정된 기준값은 적어도 5이상인, 연속주조시 브레이크아웃 방지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 각 구간데이터는,
현시점을 기준으로 1초전부터 1초 간격으로 수집된 압력데이터를 가지는 제 1 구간데이터, 및
현시점부터 1초 간격으로 수집된 압력데이터를 가지는 제 2 구간데이터인, 연속주조시 브레이크아웃 방지방법.
청구항 1에 있어서,
상기 압력신호는 1초 단위로 수집되는, 연속주조시 브레이크아웃 방지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 압력신호가 주기적으로 수집되는 샘플링 주파수는 15Hz 내지 300Hz인, 연속주조시 브레이크아웃 방지 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 주파수의 스펙트럼크기와 시간지연 계수가 모두 설정된 범위를 벗어날 경우 주조속도를 감소시켜 브레이크아웃 발생을 방지하는, 연속주조시 브레이크아웃 방지 방법.