KR101581550B1 - 용강 내 가스분포 예측 방법 - Google Patents

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Abstract

용강 내 가스분포 예측 방법이 제공된다. 용강의 연속주조를 모사하기 위하여, 침지노즐을 통하여 연주몰드와 동일한 형태의 수조 내로 유체 및 가스를 주입하는 단계; 상기 수조의 상부에 상기 수조의 장변부 방향으로 서로 이격되게 배치된 복수의 센서로 상기 유체 표면의 상하변위를 측정하는 단계; 및 상기 가스 주입량에 따라 각각의 상기 센서에서 측정되는 상기 유체 표면의 상하변위의 변화를 이용하여, 상기 가스의 분포 위치를 판단하는 단계를 포함하는 용강 내 가스분포 예측 방법이 제공된다.

Description

용강 내 가스분포 예측 방법{METHOD FOR PREDICTING DISTRIBUTION OF GAS IN MOLTEN STEEL}
본 발명은 용강 내 가스분포 예측 방법에 관한 것이다.
연주공정 중 용강은 턴디쉬를 거쳐 수조로 유입되며 수조 주형의 벽면부터 내부로 응고가 진행된다. 용강의 토출량은 턴디쉬에 부착된 스토퍼 로드의 높이에 의해 결정되며 용강은 침지노즐을 통해 수조로 공급된다. 이때 사용되는 스토퍼로드나 침지노즐은 고온의 조건에서 장시간 사용이 가능할 수 있도록 내화물 재질을 사용한다. 용강 내에 존재하는 비금속 개재물이 내화물 표면에 응집되는 현상을 클로깅이라고 하며 이는 용강 토출량의 변화를 유발한다.
클로깅을 최소화하기 위하여 침지노즐을 통하여 용강 내로 가스를 주입할 수 있으며, 가스 주입 양에 따라 용강 유동 패턴이 변하게 되며 이는 주편의 품질에 영향을 줄 수 있다. 따라서 적정량의 가스를 투입하여 클로깅을 최소화함과 동시에 수조 내 용강 유동을 최적화하는 기술이 요구된다.
관련한 기술로는 대한민국 특허공개공보 제2013-0120847호(2013.11.05 공개, 연속주조시 연연주 가능 예측 방법)가 있다.
본 발명의 실시예들은, 용강과 연주몰드를 모사하는 유체와 수조를 이용하는 용강 내 가스분포 예측 방법이 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 용강의 연속주조를 모사하기 위하여, 침지노즐을 통하여 연주몰드와 동일한 형태의 수조 내로 유체 및 가스를 주입하는 단계; 상기 수조의 상부에 상기 수조의 장변부 방향으로 서로 이격되게 배치된 복수의 센서로 상기 유체 표면의 상하변위를 측정하는 단계; 및 상기 가스 주입량에 따라 각각의 상기 센서에서 측정되는 상기 유체 표면의 상하변위의 변화를 이용하여, 상기 가스의 분포 위치를 판단하는 단계를 포함하는 용강 내 가스분포 예측 방법이 제공된다.
복수의 상기 센서는 등간격으로 배치될 수 있다.
상기 가스의 분포 위치를 판단하는 단계에서, 상기 유체 표면의 상하변위가, 각각의 상기 센서에서 측정되는 상하변위 중 최대 상하변위의 50% 이하로 측정된 경우, 해당 센서 하측에 위치한 상기 유체 내에 상기 가스가 분포되어 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 가스의 분포 위치를 판단하는 단계 이후에, 상기 유체 표면의 상하변위폭을 이용하여, 상기 가스의 주입량을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가스의 주입량을 산출하는 단계에서, 상기 가스의 주입량은, 상기 가스가 분포된 위치에서 상기 유체 표면의 상하변위폭이 작을수록 많은 것으로 산출될 수 있다.
상기 가스는 불활성기체를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 용강 내 가스의 분포와 주입량을 정량적으로 정확하게 예측할 수 있으므로, 연속주조 시 고품질의 주편이 생성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 가스분포 예측 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 가스분포 예측 방법에서 사용되는 수조와 센서를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 가스분포 예측 방법에서 위치에 따른 상하변위를 나타낸 그래프.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 용강 내 가스분포 예측 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 가스분포 예측 방법을 나타낸 순서도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 가스분포 예측 방법에서 사용되는 수조와 센서를 나타낸 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 가스분포 예측 방법에서 위치에 따른 상하변위를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 가스분포 예측 방법은, 유체 및 가스를 주입하는 단계(S110), 유체 표면의 상하변위를 측정하는 단계(S120), 가스의 분포 위치를 판단하는 단계(S130) 및 가스 주입량을 산출하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.
유체 및 가스를 주입하는 단계(S110)는 용강의 연속주조를 모사하기 위하여 침지노즐(12)을 통하여 수조(10) 내로 유체(11) 및 가스를 주입하는 단계이다. 여기서, 유체(11)는 용강을 모사하는 것으로 물을 포함할 수 있다. 또한, 가스는 용강의 연속주조에서 사용되는 가스와 동일한 것이며, 불활성기체, 예를 들어 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다. 가스는 용강의 연속주조 시 침지노즐(12)의 토출구의 클로깅 현상을 방지해준다.
유체 표면의 상하변위를 측정하는 단계(S120)는, 수조(10)의 상부에 수조(10) 장변부 방향으로 서로 이격되게 배치된 복수의 센서로 유체(11) 표면의 상하변위를 측정하는 단계이다. 수조(10)는 연주몰드와 동일한 형태를 가질 수 있으며, 직사각형 형상을 가질 수 있다. 또한, 더 정확한 실험을 위하여 실제 연주몰드를 사용할 수도 있으므로, 본 발명에서 수조(10)는 연주몰드를 포함하는 개념으로 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 센서는 등간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 단변부 끝부터 침지노즐(12)까지 1100mm인 수조(10)에 있어서, 6개의 센서는 단변부에서 150mm 떨어진 지점부터 침지노즐(12)에서 300mm 떨어진 지점까지 등간격으로 배치될 수 있다. 즉, 100mm 간격으로 배치될 수 있다.
상기 센서는 거리를 측정하는 센서로서 비접촉식일 수 있다. 각각의 센서는 각각의 위치에서 유체(11) 표면까지의 수직 거리를 측정할 수 있다. 실제 용강의 탕면은 연주몰드의 진동과 가스 유입에 의하여 진동을 하게 된다.
이를 모사하는 수조(10) 역시 연주몰드와 같은 진동을 유체(11)에게 전달할 수 있다. 센서는 유체(11) 표면까지의 거리를 주기적으로 측정함으로써 유체(11) 표면의 상하변위(진폭)를 측정할 수 있다. 측정주기는 10ms일 수 있다. 측정기간은 3~5분일 수 있다.
한편, 가스의 유입이 불규칙하여 유체(11) 표면의 진동도 불규칙하게 되며, 이는 유체(11) 표면의 상하변위의 변화를 가져온다.
가스의 분포 위치를 판단하는 단계(S130)는 가스 주입에 의하여 각각의 센서에서 측정되는 유체(11) 표면의 상하변위 변화를 이용하여 가스의 분포 위치를 판단하는 단계이다.
도 3은 아르곤을 3L/min 또는 6L/min 로 주입한 경우에 있어서, 센서위치에 따른 유체(11) 표면의 상하변위를 나타낸 그래프이다. 가로 축의 1 내지 6은 도 2의 센서위치를 나타낸다. 즉, 가스의 이동 경로는 6 → 1 이 된다.
가스의 분포 위치는 유체(11) 표면의 상하변위를 이용하여 판단할 수 있다. 도 3을 예로 들면, 3L/min 아르곤 주입의 경우, 4 내지 6 위치에서의 탕면 상하변위는 비교적 작게 나타난다. 따라서, 4 내지 6 위치에 아르곤 가스가 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 6L/min 아르곤 주입의 경우, 3 내지 6 위치에서의 탕면 상하변위가 상대적으로 작게 나타나므로, 3 내지 6 위치에 아르곤 가스가 분포되어 있는 것으로 판단할 수 있다.
가스는 침지노즐(12)에서 분사되어 수조(10) 벽쪽으로 이동한다. 가스의 유량이 많을수록 가스 이동 거리도 길어질 수 있다. 따라서, 도 3에서, 3L/min 아르곤 주입의 경우보다 6L/min 아르곤 주입의 경우에 가스가 침지노즐(12)에서 수조(10) 측으로 더 많이 이동하였다.
유체(11)와 수조(10)를 이용한 실험 결과는 용강과 연주몰드의 연속주조에서도 적용될 수 있음을 전제로 한다. 즉, 본 발명의 유체(11)와 수조(10)로 실험한 상기의 결과는 용강과 연주몰드를 이용한 연속주조에서도 동일하게 나올 수 있다. 따라서, 가스(아르곤)의 주입량만 알면 용강이 연주몰드의 어디까지 분포될 수 있는지 예측할 수 있다.
한편, 유체(11) 표면의 상하변위가, 각각의 센서에서 측정되는 상하변위 중 최대값의 50% 이하로 측정된 센서 위치에서 유체(11) 내 가스가 분포되어 있는 것으로 판단할 수 있다.
도 3을 참조하면, 3L/min 아르곤 주입의 경우 및 6L/min 아르곤 주입의 경우, 상하변위 중 최대값은 모두 2 위치에서 나타나며, 이를 기준으로 판단할 수 있다.
즉, 3L/min 아르곤 주입의 경우, 2 위치의 값보다 50% 이하로 측정되는 위치는 4 내지 6이고, 6L/min 아르곤 주입의 경우, 2 위치의 값보다 50% 이하로 측정되는 위치는 3 내지 6이다. 따라서, 3L/min 아르곤 주입의 경우, 4 내지 6 위치에 가스가 분포되어 있다고 분석할 수 있고, 6L/min 아르곤 주입의 경우, 3 내지 6 위치에 가스가 분포되어 있다고 분석할 수 있다.
가스 주입량을 산출하는 단계(S140)는, 유체(11) 표면의 상하변위폭을 이용하여 가스 주입량을 산출하는 단계이다. 여기서, 가스가 분포된 위치에서 유체(11) 표면의 상하변위폭이 작을수록 가스 주입량이 많은 것으로 판단될 수 있다. 특히, 가스 주입량은, 가스가 분포된 위치에서의 유체(11) 표면의 상하변위폭에 반비례하는 것으로 산출할 수 있다.
도 3을 참조하면, 6L/min 아르곤 주입의 경우에서 가스가 분포하는 3 내지 6 위치의 값보다 3L/min 아르곤 주입의 경우에서 가스가 분포하는 4 내지 6 위치의 상하변위폭이 더 큰 것을 알 수 있다.
즉, 주입량이 더 많을수록 상하변위폭은 작아짐을 알 수 있다. 이는, 가스 주입량이 많아지면, 유체(11)의 진동이 영향을 많이 받으므로 진동이 약해지기 때문이다.
이처럼, 유체 상하변위의 변화 및 폭을 조사하면 가스의 분포와 주입량을 알 수 있게 되면, 이는 용강의 연속주조에서도 동일하게 적용될 수 있다. 실제 연속주조 시 가스가 연주몰드 단변부 벽에 부딪히게 되면 부딪힌 지점에서 기포가 발생하여 슬라브의 불량을 야기할 수 있으므로 연속주조 시 연주몰드 단변부 벽에 부딪히지 않을 정도의 가스 주입량을 정하는 것이 중요하다.
본 발명의 일 실시예와 같이 유체 표면 상하변위를 조사하는 방법으로 연속주조 시 용강 내 가스 분포를 예측할 수 있다면, 결과적으로 슬라브의 품질 향상을 도모할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 수조
11: 유체
12: 침지노즐

Claims (6)

  1. 용강의 연속주조를 모사하기 위하여, 침지노즐을 통하여 연주몰드와 동일한 형태의 수조 내로 유체 및 가스를 주입하는 단계;
    상기 수조의 상부에 상기 수조의 단변부에서 상기 침지노즐까지 등간격으로 배치된 복수의 센서를 이용해 상기 유체 표면의 상하변위를 측정하는 단계; 및
    상기 복수의 센서에서 측정되는 상기 유체 표면의 상하변위를 이용하여, 상기 가스의 분포 위치를 판단하는 단계;를 포함하되,
    상기 유체 표면의 상하변위는, 유체 표면의 진폭을 의미하고,
    상기 복수의 센서에서 측정되는 상하변위 중 최대 상하변위의 50% 이하로 측정된 센서의 하측에 위치한 유체 내에 상기 가스가 분포되어 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 용강 내 가스분포 예측 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스의 분포 위치를 판단하는 단계 이후에,
    상기 유체 표면의 상하변위폭을 이용하여, 상기 가스의 주입량을 산출하는 단계를 더 포함하는 용강 내 가스분포 예측 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스의 주입량을 산출하는 단계에서,
    상기 가스의 주입량은, 상기 가스가 분포된 위치에서 상기 유체 표면의 상하변위폭이 작을수록 많은 것으로 산출되는 것을 특징으로 하는 용강 내 가스분포 예측 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스는 불활성기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 용강 내 가스분포 예측 방법.
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