KR101697668B1 - 연속주조 장치, 냉각 장치 및 연속주조 방법 - Google Patents

연속주조 장치, 냉각 장치 및 연속주조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주형과, 노즐과, 폭 방향 제어기를 포함하고, 상기 노즐은 상기 주형의 하측으로 인발되는 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 상기 주편의 폭 방향으로 구분되는 복수의 구간 각각에 배치되어 상기 주편으로 냉각수를 분사 가능하도록 복수개 구비되고, 상기 폭 방향 제어기는 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 상기 주편 표면의 온도 값들을 이용하여 상기 노즐 각각으로 공급되는 냉각수의 공급량을 제어하는 연속주조 장치로서, 용강을 공급받아 주편으로 주조하는 과정에서, 상기 복수의 구간 각각에서의 상기 주편 표면의 온도 값들을 활용하여 연산되는 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값들에 각각 대응하도록 상기 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하여, 상기 주편을 폭 방향으로 균일하게 냉각시킬 수 있는 연속주조 장치 및 연속주조 방법이 제시된다.

Description

연속주조 장치, 냉각 장치 및 연속주조 방법{Apparatus for continuous casting, Apparatus for cooling and Method for continuous casting}
본 발명은 연속주조 장치, 냉각 장치 및 연속주조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주편 표면의 온도를 폭 방향으로 균일하게 제어할 수 있는 연속주조 장치, 이에 적용되는 냉각 장치 및 연속주조 방법에 관한 것이다.
연속주조 설비는 정련된 액상의 강을 공급받아 이를 소정 형상으로 결함없이 응고시키면서 주편으로 주조하는 설비이다. 연속주조 설비는 예컨대 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0074087호에 제시되고 있는 바와 같이 연속하여 인발되는 주편을 압하 및 2차 냉각시키는 냉각 라인을 구비한다. 냉각 라인은 주편이 인발되는 경로를 제공하며, 이를 위하여 일 방향으로 연속하여 배열되는 복수개의 세그먼트를 구비한다. 세그먼트에는 예컨대 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0024925호에 제시되고 있는 바와 같이 롤러 및 노즐이 구비된다.
한편, 상기의 연속주조 설비는 이의 구조적인 특징에 의하여 주편의 폭 방향으로의 온도 제어에 어려움이 있으며, 이를 이하에서 설명한다. 이때, 종래의 연속주조 설비 및 이에 구비되는 롤러의 구조를 간단히 설명하고, 이어서, 주편의 폭 방향으로의 온도 제어의 문제점을 설명한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 연속주조 설비는 정련된 용강이 담기는 턴디시(10), 턴디시(10)로부터 출강되는 용강을 공급받아 주편으로 주조하는 주형(20) 및 냉각 라인(30)을 구비한다. 냉각 라인(30)에는 일련의 성형 작업을 실시하도록 복수의 롤러(40)가 구비되고, 각각의 롤러(40) 사이에는 노즐(50)이 배치되어 고정된다. 주편은 복수의 롤러(40) 사이에 인입되어 연속하여 인발됨과 동시에 노즐(50)에서 분사되는 냉각수 및 롤러(40)와의 접촉 등에 의하여 서서히 냉각되며 응고된다.
복수의 롤러(40) 및 노즐(50)은 주편의 두께 방향으로 이격된 복수의 위치 각각에서 주편의 길이 방향으로 이격되어 배치된다. 특히, 롤러(40)는 도 7에 도시된 바와 같이 하나의 축(41)에 복수개의 롤러 부재(42)가 결합되는 구조로서, 폭 방향으로 서로 이격된 롤러 부재(42) 각각의 사이에는 베어링 부재(43)가 구비되는 구조적인 특징이 있다. 각각의 베어링 부재(43)는 주편의 길이 방향으로 정렬되거나, 주편의 길이 방향에 대하여 어긋나도록 배치되며, 주편과는 이격된다. 상기의 베어링 부재(43)에 의하여, 주편은 소정 영역 예컨대 베이링 부재(43)에 대응되는 영역(A)에서 롤러 부재(42)와의 접촉이 불규칙한 특성을 가진다. 이에, 주편은 폭 방향으로 균일하게 냉각되지 못하고, 소정 영역(A)에서 불균일하게 냉각된다. 이를 도 8에 도시하였다.
주편의 폭 방향으로의 불균일한 온도 차이는 주편에 인장 응력 및 인장 변형이 가해지는 주편의 언밴딩(Unbending) 구간에서 주편 표면의 크랙성 결함을 유발한다. 따라서, 주편 표면의 크랙성 결함을 방지하기 위하여, 적어도 주편의 언밴딩 구간의 전단에서는 주편 표면의 온도가 폭 방향으로 균일하도록 제어되어야 한다.
한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0075883호에는 주편의 온도를 제어 가능한 주편 온도 제어 장치가 제시되고 있다. 하지만, 상기의 공개특허공보에서 제시되고 있는 주편 온도 제어 장치의 구성 및 방식은 탕면으로부터의 거리에 따라 분할되는 즉, 주편의 길이 방향으로만 분할되는 세그먼트의 각각의 영역으로 공급되는 냉각수의 유량만을 제어하여 주편의 길이 방향으로의 온도만을 제어하는 구성 및 방식이다. 상기의 공개특허공보에는 주편의 폭 방향으로 온도를 균일하게 제어 가능한 구성 및 방식이 전혀 제시되고 있지 않으며, 따라서, 상기의 공개특허공보에서 제시되고 있는 구성 및 방식으로는 주편의 폭 방향으로의 온도 특히, 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서의 주편의 폭 방향으로의 온도가 균일하도록 정밀하게 제어하는 효과는 전혀 달성할 수 없다.
따라서, 주편의 폭 방향으로의 온도 특히, 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서의 폭 방향으로의 온도를 균일하게 제어 가능한 새로운 방안이 요구되고 있다.
KR 10-2013-0074087 A KR 10-2013-0024925 A JP 09-024449 A KR 10-2013-0075883 A
본 발명은 주편을 주조하는 동안 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 주편의 표면 온도를 폭 방향으로 균일하게 제어할 수 있는 연속주조 장치, 이에 적용되는 냉각 장치 및 연속주조 방법을 제공한다.
본 발명은 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각에 분사되는 냉각수의 분사량을 각각 제어할 수 있는 연속주조 장치, 이에 적용되는 냉각 장치 및 연속주조 방법을 제공한다.
본 발명은 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각에서 측정되는 온도 값들을 이용하여 노즐로 공급되는 냉각수의 공급량 목표값을 제어할 수 있는 연속주조 장치, 이에 적용되는 냉각 장치 및 연속주조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 연속주조 장치는, 용강을 공급받아 주편으로 주조하는 연속주조 장치로서, 용강이 통과되는 통로가 형성되는 주형; 상기 주형의 하측으로 인발되는 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 상기 주편의 폭 방향으로 구분되는 복수의 구간 각각에 배치되어 상기 주편으로 냉각수를 분사 가능하도록 형성되는 복수개의 노즐; 및 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 상기 주편 표면의 온도 값들을 측정하고, 상기 온도 값들을 이용하여 상기 노즐 각각으로 공급되는 냉각수의 공급량을 제어하는 폭 방향 제어기;를 포함한다.
상기 복수개의 노즐은 상기 주편의 길이 방향으로 이격된 복수의 위치에서 상기 주편의 길이 방향에 대하여 서로 어긋나도록 배치될 수 있다.
상기 노즐 각각은 상기 주편의 폭 방향으로 동일 간격 이격되어 상기 복수의 구간 각각에 대응될 수 있다.
냉각수가 유입되는 공급관; 상기 노즐 각각을 상기 공급관에 연결시키는 복수개의 연결관; 상기 연결관 각각에 장착되어 냉각수의 유량을 제어하는 복수개의 밸브; 및 상기 밸브 각각의 후단에 위치하도록 상기 연결관 각각에 장착되는 복수개의 유량계;를 포함할 수 있다.
상기 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에 배치되어 상기 복수의 구간 각각에 대응되는 상기 주편 표면의 온도 값들을 측정하는 폭 방향 온도계;를 포함하고, 상기 폭 방향 제어기는, 기 설정된 냉각수 공급량 기준값 및 상기 주편 표면의 온도 값들을 입력받아 상기 노즐 각각의 냉각수 공급량 목표값을 연산하는 폭 방향 연산부; 및 상기 냉각수 공급량 목표값들을 입력받아 상기 밸브 각각의 개도를 제어하는 폭 방향 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 폭 방향 연산부는 상기 냉각수 공급량 기준값 및 상기 온도 값들을 입력받아 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값 및 냉각수 공급량 변동값을 연산하고, 상기 냉각수 공급량 설정값 및 냉각수 공급량 변동값 각각을 더하여 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 상기 냉각수 공급량 목표값을 연산할 수 있다.
상기 폭 방향 제어부는 상기 유량계 각각에서 측정되는 복수개의 유량 값들을 피드백 받아 상기 밸브 각각의 개도를 피드백 제어할 수 있다.
상기 냉각수 공급량 기준값은 상기 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 상기 주편의 폭 방향으로 정렬되는 상기 복수의 구간 전체에 공급되도록 설정되는 냉각수의 공급량 기준값이며, 상기 주편을 주조하는 공정의 공정 조건에 대응하여 설정될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 냉각 장치는, 폭 방향 및 길이 방향으로 연장되는 피처리물을 냉각하는 냉각 장치로서, 길이 방향으로 형성되는 상기 피처리물의 이송 경로 상의 일측에서 상기 폭 방향으로 이격되어 배치되는 복수개의 노즐; 및 상기 노즐 각각에 대응하는 상기 폭 방향으로의 복수의 구간에서의 상기 피처리물 표면의 온도 값들을 측정하고, 상기 온도 값들을 이용하여 상기 노즐 각각으로 공급되는 냉매의 공급량을 제어하는 폭 방향 제어기;를 포함한다.
상기 복수개의 노즐은 상기 길이 방향으로 이격된 복수의 위치에 배치되되, 상기 피처리물의 이송 경로 상에서 상대적으로 선행하는 노즐들과 상대적으로 후행하는 노즐들은 서로 어긋나도록 배치될 수 있다.
상기 노즐 각각은 상기 폭 방향으로 동일 간격 이격되어 상기 복수의 구간 각각으로 냉매를 분사할 수 있다.
상기 노즐 각각에 연결되는 복수개의 연결관; 상기 연결관 각각에 장착되어 냉매의 유량을 제어하는 복수개의 밸브; 및 상기 밸브 각각의 후단에 위치하도록 상기 연결관 각각에 장착되는 복수개의 유량계;를 포함할 수 있다.
상기 복수의 구간 각각의 구간 온도 값을 측정하는 폭 방향 온도계;를 포함하고, 상기 폭 방향 제어기는, 기 설정된 냉매 공급량 기준값 및 상기 구간 온도 값들을 입력받아 상기 복수의 구간 각각의 냉매 공급량 설정값 및 냉매 공급량 변동값을 연산하고, 상기 냉매 공급량 설정값 및 냉매 공급량 변동값 각각을 더하여 상기 노즐 각각의 냉매 공급량 목표값을 연산하는 폭 방향 연산부; 및 상기 냉매 공급량 목표값들을 입력받아 상기 밸브 각각의 개도를 제어하는 폭 방향 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 냉매 공급량 기준값은 상기 피처리물을 냉각하는 공정의 공정 조건에 대응하여 설정되고, 상기 냉매 공급량 설정값 각각은 상기 복수개의 구간 전체의 면적에 대한 상기 복수개의 구간 각각의 면적 비에 대응하여 각각 연산되며, 상기 냉매 공급량 변동값은 상기 구간 온도 값들의 평균 값에 대한 상기 구간 온도 값 각각의 분산 정도에 대응하여 각각 연산될 수 있다.
상기 폭 방향 제어부는 상기 유량계 각각에서 측정되는 복수개의 유량 값을 피드백 받아 상기 밸브 각각의 개도를 피드백 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 연속주조 방법은 용강을 공급받아 주편으로 주조하는 연속주조 방법으로서, 상기 용강을 주형에 주입하여 주편을 인발하는 과정; 상기 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 상기 주편의 폭 방향으로 구분되는 복수의 구간 각각에서의 상기 주편 표면의 온도 값들을 측정하는 과정; 및 상기 온도 값들을 활용하여 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 냉각수 공급량 목표값들을 연산하고, 상기 냉각수 공급량 목표값들에 각각 대응하도록 상기 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하여 상기 주편을 냉각시키는 과정;을 포함한다.
상기 주편을 냉각시키는 과정은, 상기 복수의 구간 전체의 냉각수 공급량인 냉각수 공급량 기준값을 이용하여 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값을 연산하는 과정; 상기 복수의 구간 각각의 온도 값을 이용하여 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 변동값을 연산하는 과정; 상기 냉각수 공급량 설정값 및 상기 냉각수 공급량 변동값을 이용하여 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값을 연산하는 과정; 및 상기 냉각수 공급량 목표값을 이용하여 상기 복수의 구간 각각에서 상기 주편의 표면온도가 균일하도록 상기 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값을 연산하는 과정은,
[식 1] Wset = Wtotal / N 일 때,
상기 [식 1]를 이용하여 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 냉각수 공급량 설정값들을 연산하며, 여기서, Wset 은 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값이고, Wtotal 은 상기 연속주조 장치에 구비되는 길이 방향 제어기로부터 획득 가능한 상기 복수의 구간 전체의 냉각수 공급량인 냉각수 공급량 기준값이며, N 은 상기 복수개의 구간의 개수일 수 있다.
상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 변동값을 연산하는 과정은,
[식 2] ΔW = K*(Tave-Tp) 일 때,
상기 [식 2]를 이용하여 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 상기 냉각수 공급량 변동값들을 연산하며, 여기서, ΔW 는 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 변동값이고, K 는 상기 주편 표면의 온도 값의 변화량에 대응하는 냉각수 공급량을 나타내는 비례 상수이며, Tave 는 상기 복수의 구간 각각의 온도 값들의 평균 값이고, Tp 는 상기 복수의 구간 각각의 온도 값일 수 있다.
상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값을 연산하는 과정은,
[식 3] Wref = Wset + ΔW 일 때,
상기 [식 3]을 이용하여 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 상기 냉각수 공급량 목표값들을 연산하며, 여기서, Wref 는 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값일 수 있다.
상기 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하는 과정은, 상기 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하기 시작하는 과정; 상기 복수의 구간 각각으로 분사되는 냉각수의 분사량을 측정하는 과정; 및 상기 복수의 구간 각각으로 분사되는 냉각수의 분사량과 상기 냉각수 공급량 목표값을 대비하여 상기 복수의 구간 각각으로 분사되는 상기 냉각수의 분사량을 피드백 제어하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 주편을 주조하는 동안 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 주편의 표면을 폭 방향으로 균일하게 냉각할 수 있다. 더욱 상세하게는, 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각에서 측정되는 온도 값들에 대응하여 복수의 노즐 각각으로 공급되는 냉각수의 공급량 목표값을 제어함에 따라 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각으로 분사되는 냉각수의 분사량을 각각 제어 가능하여 주편의 표면을 폭 방향으로 균일하게 냉각할 수 있다. 따라서, 표면 품질이 우수한 주편을 주조할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 연속하여 주조되는 주편은 언밴딩 구간으로 진입되기 전에 그 표면의 온도가 폭 방향으로 균일해질 수 있어, 언밴딩 구간에서의 주편 표면의 크랙성 결함 발생이 억제되거나 방지될 수 있다. 따라서, 표면 품질이 우수한 주편을 제조할 수 있어, 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치를 도시한 개략도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치를 도시한 부분도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법의 길이 방향 냉각수 공급량 제어 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법의 폭 방향 냉각수 공급량 제어 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 6은 종래의 연속주조 설비의 구조를 도시한 개략도.
도 7은 종래의 연속주조 설비에 구비되는 롤러의 구조를 도시한 개략도.
도 8은 종래의 롤러 구조로 인한 주편의 폭 방향으로의 온도 제어의 문제점을 설명하기 위한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 도면을 실시 예를 설명하기 위하여 크기가 과장될 수 있고, 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치를 도시한 개략도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치를 도시한 부분도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법에 구비되어 주편의 길이 방향으로의 냉각수 공급량 기준값을 연산하는 길이 방향 냉각수 공급량 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법에 구비되어 주편의 폭 방향으로의 냉각수 공급량 기준값을 연산하는 폭 방향 냉각수 공급량 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
한편, 도 1 및 도 2에는 주편 하부면의 하측으로 배치되는 각 구성부 예컨대 길이 방향 온도제어 노즐(400a), 노즐(400b) 및 폭 방향 온도계(600)들과 연속주조 장치의 나머지 구성부들과의 연결 구조가 생략되었다. 하지만, 도면 상에서 주편 하부면의 하측에 배치되는 길이 방향 온도제어 노즐(400a), 노즐(400b) 및 폭 방향 온도계(600)들은, 주편의 상부면의 상측으로 배치되는 노즐(400b), 길이 방향 온도제어 노즐(400a) 및 폭 방향 온도계(600)들과 대응되는 구성부이며, 이들의 연결 구조 또한 대응될 수 있다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 후술하는 "주편이 언밴딩되는 구간"은 소정의 곡률로 휘어지며 연속적으로 인발되던 주편이 수평하게 교정되며 인발되는 구간을 의미한다. 또한, 후술하는 "주편이 언밴딩되는 구간의 전단"은 주편이 인발되는 경로 상에서 "주편이 언밴딩되는 구간"에 선행하는 소정의 구간들 중 소정의 곡률로 휘어지며 연속적으로 인발되는 주편이 수평하게 교정되기 직전의 구간을 의미한다. 또는, "주편이 언밴딩되는 구간의 전단"은 주편이 소정의 곡률로 휘어지며 인발되는 구간과 주편이 수평하게 교정되며 인발되는 구간의 사이에서 이들 구간을 연결하는 소정의 구간을 의미한다.
또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 후술하는 '전단'은 예컨대 일 방향으로 형성되는 소정의 경로 상의 복수의 위치 또는 영역들 중 경로에 대하여 상대적으로 선행하는 위치 또는 영역을 의미하고, 후술하는 '후단'은 상대적으로 후행하는 위치 또는 영역을 의미한다.
또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 후술하는 "주편의 폭 방향으로 구분되는 복수의 구간" 또는 "주편의 폭 방향으로의 복수의 구간"은 주편의 길이 방향으로 연장되되, 주편의 폭 방향으로 서로 이격되는 복수개의 영역선들에 의하여 형성되는 주편의 상부면 및 하부면 상의 복수의 구간을 의미한다. 특히, 본 실시 예에서, "주편의 폭 방향으로의 복수의 구간"은 주편이 언밴딩 되는 구간의 전단에서 상술한 바와 같이 형성되는 복수의 구간을 의미한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치는 정련된 용강을 공급받아 주편으로 주조하는 장치로서, 정련된 용강이 임시 저장되는 턴디시(100), 턴디시(100)로부터 용강을 공급받아 주편으로 주조하는 주형(200) 및 스트랜드를 포함한다. 주형(200)에는 용강이 통과 가능한 통로가 형성되며, 용강은 주형(200) 내를 통과하며 소정의 형상으로 응고된다. 스트랜드에는 복수개의 세그먼트가 구비되며, 복수의 세그먼트는 주형(200)의 하측에서 소정의 방향으로 연속하여 배열되어 주편이 인발되는 경로를 형성한다. 주형(200) 내를 통과하며 소정의 형상으로 응고되는 용강은 복수의 세그먼트를 통과하며 2차 냉각 및 압하되어 주편으로 주조된다. 상기의 세그먼트 각각은 주편이 압하 및 냉각되며 인발되는 경로를 형성하도록 주편의 길이 방향 예컨대 주편이 인발되는 방향으로 이격되는 복수의 위치 각각에서 주편의 두께 방향으로 서로 이격되어 배치되는 복수개의 롤러(300) 및 길이 방향 온도제어 노즐(400a)을 구비한다.
길이 방향 온도제어 노즐(400a)은 연속주조 장치의 냉각수 공급라인에 연결된다. 냉각수 공급라인에는 냉각수가 유입되는 공급관(510), 길이 방향 온도제어 노즐(400a) 각각을 공급관(510)에 연결시키는 복수개의 연결관(520)이 구비된다. 연결관(520) 각각에는 밸브(530)가 장착되어 냉각수의 유량을 제어하며, 밸브(530)의 후단에는 유량계(540)가 구비되어 밸브(530)를 통과하여 길이 방향 온도제어 노즐(400a)로 공급되는 냉각수의 유량을 측정한다.
연속주조 장치에는 길이 방향 제어기(700a)가 구비되며, 냉각수 공급라인의 밸브(530) 각각은 길이 방향 제어기(700a)에 의하여 개도가 각각 제어된다. 길이 방향 제어기(700a)에는 주편을 주조하는 공정에서 현재 처리되고 있는 강종에 대응되는 공정 조건 예컨대 강종 성분, 주조 속도, 용강 온도, 주편의 길이 방향으로의 각각의 위치에서의 목적하는 표면 온도 등이 입력된다. 길이 방향 제어기(700a)는 주편 응고 모델을 이용하여, 입력된 공정 조건으로부터 주편의 길이 방향으로의 각각의 위치로 분사되어야 하는 냉각수의 유량을 산정하고, 이를 밸브(530)의 제어에 이용한다. 따라서, 길이 방향 온도제어 노즐(400a) 각각에는 주편의 길이 방향으로의 각각의 위치를 목적하는 온도로 냉각시킬 수 있는 만큼의 냉각수 공급량이 제공되고, 주편은 길이 방향으로의 복수의 위치에서 목적하는 온도로 냉각될 수 있다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 턴디시(100), 주형(200), 롤러(300), 길이 방향 온도제어 노즐(400a), 냉각수 공급라인 및 길이 방향 제어기(700a)는 특정한 구성 및 방식으로 한정되는 구성부가 아니며, 각각의 구성 및 방식은 다양할 수 있으므로, 각 구성부에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 연속주조 장치에서 주편이 연속하여 주조되는 동안, 주편의 길이 방향으로의 각각의 위치에서는 주편의 폭 방향으로 표면 온도가 균일하게 제어되지 못하고, 주편의 폭 방향으로 불균일하게 냉각될 수 있다. 이와 같은 주편의 폭 방향으로의 불균일한 온도 차이는 예컨대 폭 방향으로 결합되는 복수개의 롤러 부재를 가지는 롤러(300)의 구조적인 특징에 의하여 주편 표면의 소정 영역이 롤러부재와 불규칙하게 접촉되는 특성이 그 원인일 수 있다.
주편이 언밴딩되는 구간에서의 주편 표면에는 주편의 폭 방향으로의 불균일한 온도 차이에 의하여 크랙성 결함이 발생될 수 있으며, 이는 후속 처리 예컨대 주편의 압연 시에 주편의 표면에 결함으로 잔류되는 등 주편의 품질을 저하시킨다.
따라서, 본 실시 예에 따른 연속주조 장치에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 주편의 폭 방향으로의 온도를 균일하게 제어하고자 하는 주편의 길이 방향으로의 소정의 위치에서, 주편의 폭 방향으로 배치되는 복수개의 노즐(400b) 및 이를 제어하는 폭 방향 제어기(700b)가 구비되어, 주편의 폭 방향으로의 온도 특히, 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서의 주편의 폭 방향으로의 온도가 실시간으로 균일하게 제어되도록 주편이 냉각될 수 있다.
이때, 상기의 노즐(400b)은 도 2에 도시된 바와 같이, 주편의 폭 방향으로 서로 이격되어 배치되는 노즐 예컨대 폭 방향 온도제어 노즐로서, 길이 방향 온도제어 노즐(400a)과는 배치 위치 및 정렬 방향이 서로 상이하며, 이에 따라 역할이 서로 상이하다. 예컨대 주편의 언밴딩 구간의 전단에서 폭 방향으로 이격되어 배치되는 노즐(400b)에 의하여 주편의 언밴딩 구간의 전단에는 폭 방향 온도제어 구간이 형성될 수 있다. 이처럼, 상기의 노즐(400b)과 길이 방향 온도제어 노즐(400a)은 서로 다른 기술적 특징을 가지는 상이한 구성부이며, 본 실시 예에서는, 이에 따라 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 주편 표면의 온도를 폭 방향으로 균일하게 제어하는 효과를 달성할 수 있다. 이하에서 도 1 내지 도 3을 참조하여, 이를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치는 주형(200)의 하측으로 인발되는 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서, 주편의 폭 방향으로 구분되는 복수의 구간 각각에 배치되어, 주편에 냉각수를 분사 가능하도록 형성되는 복수개의 노즐(400b), 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에 배치되어 폭 방향으로 배치되는 복수의 구간 각각에 대응되는 주편 표면의 온도 값들을 측정하는 폭 방향 온도계(600) 및 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각에 대응하는 주편 표면의 온도 값들을 측정하고, 측정된 온도 값들을 이용하여 노즐(400b) 각각에 공급되는 냉각수의 공급량을 제어하는 폭 방향 제어기(700b)를 포함하며, 이를 도 1 및 도 2에 도시하였다. 이때, 복수개의 노즐(400b) 각각으로 냉각수를 공급 가능하도록, 복수개의 노즐(400b) 각각에는 연속주조 장치의 냉각수 공급라인이 연결된다.
이하에서는, 도면 상에서 주편 상부면의 상측으로 배치되는 연속주조 장치의 각 구성부를 중심으로 하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하나, 이하에서 설명되는 기술적인 특징들은 주편의 하부면의 하측으로 배치되는 연속주조 장치의 각 구성부들에도 동일하게 적용될 수 있다.
주편의 언밴딩 구간의 전단에 구비되는 복수개의 노즐(400b) 각각은 상기의 언밴딩 구간의 전단에서 주편의 연장되는 방향 즉, 길이 방향으로 이격된 복수의 위치에서 주편의 두께 방향 및 폭 방향으로 각각 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 노즐(400b) 각각은 주편의 폭 방향으로 동일 간격 이격되어 복수의 구간 각각에 대응된다. 예컨대 각각의 노즐(400b)은 주편의 폭 방향으로 예컨대 100mm 내지 200mm 이격되어 배치될 수 있으며, 이와 같은 노즐(400b) 간의 폭 방향으로의 이격 거리는 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각의 너비에 대응되어 설정될 수 있다. 각각의 노즐(400b)은 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각에 대응되도록 복수의 구간 각각의 중심 위치에 구비되는 노즐일 수 있으며, 따라서, 각각의 노즐(400b)에서 분사되는 냉각수의 분사 영역과 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각은 서로 일치하거나 서로 대응될 수 있다. 이에, 연속주조 장치는 주편의 폭 방향으로의 각각의 구간별 온도 제어가 가능하다. 본 실시 예에서는 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각에 대응하여 폭 방향으로의 하나의 열에 각각 여덟 개씩 배치되는 노즐(400b)을 예시하나, 이의 개수는 주편의 폭 방향으로의 구간의 개수에 따라 다양하게 변경 가능하다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 노즐(400b) 각각이 주편의 폭 방향으로 서로 이격되어 배치되되, 주편의 길이 방향으로 이격되는 복수의 위치에서 주편의 길이 방향에 대하여 서로 어긋나도록 배치될 수 있다. 즉, 주편의 진행 방향 예컨대 주편이 인발되는 방향으로 후행하는 후행 노즐(410b)들과 선행하는 선행 노즐(420b)들은 주편의 길이 방향으로 서로 어긋나게 배치됨에 따라, 노즐(400b) 각각은 주편의 폭 방향 및 두께 방향으로는 정렬되되, 주편의 길이 방향으로는 어긋나도록 배치될 수 있다.
상술한 배치 구조에 의하여, 후행 노즐(410b) 또는 선행 노즐(420b) 각각이 주편의 폭 방향으로 예컨대 200mm 의 간격으로 이격되더라도, 각 노즐들 사이의 실제 이격 거리(d)는 예컨대 100mm 일 수 있다. 즉, 주편의 폭 방향으로의 각 노즐들 사이의 실질적인 이격 거리가 보다 좁아질 수 있어, 보다 세밀한 온도 제어가 가능하다. 또한, 상술한 배치 구조에 의하여, 본 실시 예에서는 복수의 노즐(400b) 중 어느 하나가 손상되더도, 손상된 노즐과 길이 방향으로 어긋나게 배치되어 손상된 노즐과 이웃하는 소정의 노즐들을 이용하여 폭 방향으로의 온도 제어를 원활하게 실시할 수 있다.
폭 방향으로 서로 이격된 노즐(400b) 각각은 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각수 공급라인에 연결된다. 냉각수 공급라인은 상기에서 이미 설명한 바와 같이 냉각수가 유입되는 공급관(510), 노즐(400b) 각각을 공급관(510)에 연결시키는 복수개의 연결관(520), 연결관(520) 각각에 장착되어 냉각수의 유량을 제어하는 복수개의 밸브(530), 밸브(530) 각각의 후단에 위치하도록 연결관(520) 각각에 장착되는 복수개의 유량계(540)를 포함한다.
폭 방향 온도계(600)는 예컨대 비접촉 방식의 적외선 온도 센서일 수 있으며, 폭 방향으로의 주편의 복수의 위치 각각의 구간 별 평균 온도를 측정 가능하도록 제공되는 구성부이다. 폭 방향 온도계(600)에는 공지의 기술이 적용 가능하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
냉각수 공급라인의 밸브(530)들 중 폭 방향으로 이격된 복수의 위치에 구비되는 각각의 노즐(400b)과 연결된 각각의 밸브(530) 및 이들의 후단에 각각 구비되는 유량계(540)들 그리고 폭 방향 온도계(600)는 하기의 폭 방향 제어기(700b)에 연결될 수 있다.
폭 방향 제어기(700b)는 상기에서 이미 설명한 길이 방향 제어기(700a)와 함께 연속주조 장치의 제어기(700)를 구성한다. 폭 방향 제어기(700b)에는 길이 방향 제어기(700a)에서 기 설정되는 냉각수 공급량 기준값 및 폭 방향 온도계(600)에서 측정되는 주편 표면의 온도 값들을 입력받아 상기 노즐 각각의 냉각수 공급량 목표값을 연산하는 폭 방향 연산부(710b), 폭 방향 연산부(710b)로부터 냉각수 공급량 목표값들을 입력받아 폭 방향의 노즐(400b)들과 연결된 밸브(530) 각각의 개도를 제어하는 폭 방향 제어부(720b)가 구비될 수 있다.
여기서, 폭 방향 제어기(700b)로 입력되어 이의 제어에 활용되는 냉각수 공급량 기준값은 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 주편의 폭 방향으로 정렬되는 복수의 구간 전체에 공급되도록 설정되는 냉각수의 공급량 기준값이며, 주편을 주조하는 공정의 공정 조건에 대응하여 설정될 수 있다. 이를 이하에서 설명한다.
예컨대 상기에서 이미 설명한 바와 같이 길이 방향 제어기(700a)에서는 길이 방향 제어기(700a)로 입력되는 주편 주조 공정의 공정 조건 및 주편 응고 모델로부터 주편의 길이 방향으로의 각각의 위치로 공급되어야 하는 각각의 냉각수 유량이 산정된다. 폭 방향 제어기(700b)는 길이 방향 제어기(700a)에서 주편의 길이 방향으로의 각 위치에 대응하여 산정되는 복수의 냉각수 유량 값들 중 주편의 언밴딩 구간의 전단으로 공급되어야 하는 냉각수의 유량을 냉각수 공급량 기준값(Wtotal)으로 입력받는다(도 5 참조).
폭 방향 연산부(710b)는 폭 방향으로의 복수의 구간 별 냉각수 공급량 기준값 폭 방향으로의 복수의 구간 별 평균 온도 값들을 입력받아 상기의 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값 및 냉각수 공급량 변동값을 연산하고, 각각의 냉각수 공급량 설정값 및 냉각수 공급량 변동값들을 상기의 복수의 구간 별로 더하여 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 냉각수 공급량 목표값을 연산 가능하다. 예컨대 냉각수 공급량 기준값을 복수개의 노즐의 개수 또는 복수의 구간의 개수로 나누어 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값을 연산하고, 냉각수 공급량 설정값 각각에 상기 복수의 구간 각각의 온도 값들의 분산 정도에 대응하는 냉각수 공급량 변동값을 더하여 복수의 구간 각각에 대응하는 냉각수 공급량 목표값을 연산 가능하다.
폭 방향 제어부(720b)는 폭 방향의 노즐(400b)들과 연결된 냉각수 공급라인의 유량계(540) 각각에서 측정되는 복수개의 유량 값들을 피드백 받아 밸브 각각의 개도를 피드백 제어 가능하다.
폭 방향 제어기(700b)의 구체적인 제어 방식은 이하에서 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법을 설명하면서 상세하게 설명하기로 한다.
한편, 본 발명의 상기 실시 예는 주편을 주조하는 공정의 경우가 예시되었으나, 이 외에 다양한 피처리물을 냉각하는 공정에도 적용 가능함은 물론이다. 이를 이하에서 설명한다. 이때, 이하에서 설명되는 냉각 장치의 각 구성부들은 상술한 연속주조 장치의 구성부들과 그 구성 및 방식이 서로 대응되므로 그 설명이 중복될 수 있으나, 본 발명의 실시 예가 다양한 피처리물을 처리하는 공정에 적용 가능한 것을 예시적으로 설명하기 위하여, 냉각 장치의 각 구성부를 이하에서 간략하게 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 냉각 장치는 폭 방향 및 길이 방향으로 연장되는 피처리물을 냉각하는 냉각 장치로서, 길이 방향으로 연장되어 형성되는 피처리물의 이송 경로 상의 일측 또는 복수의 위치에서 피처리물의 폭 방향으로 이격되어 배치되는 복수개의 노즐, 노즐 각각에 대응하는 폭 방향으로의 복수의 구간에서의 피처리물 표면의 온도 값들을 측정하고, 측정된 온도 값들을 이용하여 노즐 각각으로 공급되는 냉매의 공급량을 제어하는 폭 방향 제어기를 포함한다. 복수개의 노즐 각각은 피처리물 이송 경로 상에서 피처리물의 길이 방향으로 이격된 복수의 위치에 배치되되, 피처리물의 이송 경로 상에서 상대적으로 선행하는 노즐들과 상대적으로 후행하는 노즐들은 서로 어긋나도록 배치될 수 있다. 이때, 노즐 각각은 피처리물의 폭 방향으로 동일 간격 이격되어 폭 방향으로의 복수의 구간 각각에 냉매를 분사 가능하다.
노즐 각각에는 연결관이 각각 연결되며, 연결관 각각에는 냉매의 유량을 제어하는 밸브 및 냉매의 유량을 측정하는 유량계가 장착되고, 이때 냉매의 유동 방향에 대하여 밸브가 유량계에 선행하도록 배치된다. 즉 유량계는 밸브 각각의 후단에 위치하도록 배치된다. 한편, 냉각 장치에는 피처리물의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각의 구간 온도 값을 측정하는 폭 방향 온도계 및 폭 방향 온도계와 유량계로부터 측정 값들을 입력받아 밸브를 제어하는 폭 방향 제어기가 구비된다.
폭 방향 제어기에는 폭 방향 연산부 및 폭 방향 제어부가 구비된다. 폭 방향 연산부는 기 설정된 냉매 공급량 기준값 및 폭 방향으로의 각 구간별 구간 온도 값들을 입력받아 복수의 구간 각각의 냉매 공급량 설정값 및 냉매 공급량 변동값을 연산하고, 냉매 공급량 설정값 및 냉매 공급량 변동값 각각을 더하여 노즐 각각의 냉매 공급량 목표값을 연산한다. 폭 방향 제어부는 폭 방향 연산부로부터 냉매 공급량 목표값들을 입력받아 상기 밸브 각각의 개도를 제어하며, 특히, 폭 방향 제어부는 유량계 각각에서 측정되는 복수개의 유량 값을 피드백 받아 밸브 각각의 개도를 피드백 제어 가능하다.
여기서, 냉매 공급량 기준값은 피처리물을 냉각하는 공정의 공정 조건 예컨대 피처리물의 이송 속도, 열 전달 특성 및 목표 냉각온도 등에 대응하여 설정되고, 냉매 공급량 설정값 각각은 복수개의 구간 전체의 면적에 대한 복수개의 구간 각각의 면적 비에 대응하여 각각 연산되며, 냉매 공급량 변동값은 폭 방향으로의 구간 온도 값들의 평균 값에 대한 상기의 구간 온도 값 각각의 분산 정도에 대응하여 각각 연산 가능하다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법을 상세하게 설명한다. 이때, 하기에서는 복수개의 노즐(400b)들 중 주편의 상부면에서 주편의 폭 방향으로 하나의 열을 이루며 구비되는 노즐(400b)들을 기준으로 하여 연속주조 방법의 각 과정들을 설명한다. 물론, 하기에서 설명되는 기술적인 특징들은 주편의 상부면 및 하부면 각각에 주편의 폭 방향으로의 복수의 열을 이루며 구비되는 노즐(400b) 전체의 제어 방식에도 동일하게 적용 가능하다.
본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법은 용강을 공급받아 주편으로 주조하는 연속주조 방법으로서, 용강을 주형(200)에 주입하여 주편을 인발하는 과정과, 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 주편의 폭 방향으로 구분되는 복수의 구간 각각에서의 주편 표면의 온도 값들을 측정하는 과정과, 측정되는 온도 값들을 활용하여 복수의 구간 각각에 대응하는 냉각수 공급량 목표값들을 연산하고, 냉각수 공급량 목표값들에 각각 대응하도록 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하여 상기 주편을 냉각시키는 과정을 포함한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치를 마련하고, 주형(200)으로 용강을 주입하며 주편을 연속적으로 인발한다. 인발되는 주편은 롤러(300)의 사이로 인입되어 롤러(300)의 회전에 의하여 연속적으로 압하되며 인발된다.
다음으로, 길이 방향 제어기(700a)를 이용하여, 주편의 길이 방향으로의 복수의 위치에서 주편의 길이 방향으로의 냉각 과정을 실시한다. 여기서, 길이 방향 제어기(700a)에 의한 주편의 길이 방향으로의 냉각 과정은 후술하는 주편을 냉각시키는 과정과는 서로 구분되는 과정이다.
도 4를 참조하여, 주편의 길이 방향으로의 냉각 과정을 설명한다. 길이 방향 제어기(700a)에서 주조 대상 강종의 공정 조건(I) 예컨대 강종 성분, 용강 온도, 주조 속도 및 길이 방향으로 나열된 각각의 스트랜드에서의 목표 표면온도 등을 입력받아, 길이 방향 제어기(700a)에 내장된 주편 응고 모델로 연산하여, 각 스트랜드에 따른 목표 표면 온도 즉, 주편의 냉각 정도에 도달하기 위한 길이 방향으로의 각 위치별 냉각수 유량을 연산한다. 연산된 값들은 각각의 길이 방향 온도제어 노즐(400a)에 연결된 밸브(530)들로 전달되어, 밸브(530)의 개도 제어에 이용된다. 이어서, 밸브(530)의 개도 제어에 의하여, 길이 방향으로의 복수의 위치 각각으로 냉각수가 분사된다. 이때, 주편의 길이 방향으로의 복수의 위치 각각으로 냉각수를 분사하는 과정은, 복수의 위치 각각으로 냉각수를 분사하기 시작하는 과정과, 복수의 위치 각각으로 분사되는 냉각수의 분사량을 측정하는 과정과, 길이 방향으로의 복수의 위치 각각으로 분사되는 냉각수의 분사량과 길이 방향 제어기(700a)에서 연산되는 냉각수 유량값을 대비하여 길이 방향으로의 복수의 위치 각각으로 분사되는 냉각수의 분사량을 피드백 제어하는 과정을 포함한다. 즉, 길이 방향 온도제어 노즐(400a)과 연결된 밸브(530)들이 길이 방향 제어기(700a)에서 산출된 길이 방향으로의 위치별 냉각수 유량을 추종하도록, 대비되는 값들의 차이만큼 밸브(530)의 개도를 지속적으로 피드백 제어한다. 피드백 제어에 의하여 밸브(530)에서 길이 방향으로의 주편의 각 위치로 분사되는 냉각수의 실제 분사량(Wa)이 길이 방향 제어기(700a)에서 연산되는 냉각수 유량에 도달할 수 있다. 이에 각각의 길이 방향 온도제어 노즐(400a)로 목적하는 유량의 냉각수가 공급되어 주편으로 분사될 수 있다. 이어서, 주편은 그 길이 방향으로 주편 표면의 열전달 프로세스에 의하여 냉각되며, 이때, 주편의 길이 방향으로의 표면 온도가 목적하는 온도로 제어된다.
한편, 주편의 길이 방향으로의 냉각 과정에서는 각 길이 방향의 복수의 위치에서의 온도를 측정하여 각각의 냉각수 유량 산정에 활용하는 예컨대 피드백 제어 방식이 아닌 주편의 길이 방향에서의 복수의 위치 별 온도 측정이 없이 제어기에 입력되는 주편의 공정 조건만을 이용한 냉각수 유량 산정 방식 예컨대 개루프 제어 방식이 사용될 수 있다. 이에 길이 방향으로의 제어 시스템의 구성이 단순해질 수 있고, 이에 따른 비용이 절감될 수 있으며, 길이 방향으로의 냉각 과정에서 보다 빠른 제어가 실시 될 수 있다.
상기의 주편의 길이 방향으로의 냉각 과정이 실시됨과 함께, 주편의 폭 방향으로의 온도 값들을 측정하는 과정과, 주편의 언밴딩 구간의 전단에서의 주편의 폭 방향으로의 냉각 과정을 실시한다.
상기의 주편의 길이 방향으로의 냉각 과정이 실시됨과 함께, 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 주편의 폭 방향으로 구분되는 각 구간에 대응하는 주편 표면의 온도 값들을 연속적으로 측정한다. 이때 측정되는 온도 값은 주편의 언밴딩 구간의 전단에서의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각의 구간 온도 값 예컨대 각 구간의 평균 온도 값일 수 있다. 이때, 폭 방향 온도계(600)가 측정하는 온도 측정 위치와 노즐(400b)의 냉각 수 분사 구간 즉 언밴딩 구간 전단에서의 폭 방향으로의 복수의 구간은 서로 명확하게 일치되지는 않을 수 있다. 즉, 폭 방향 온도계(600)는 냉각수가 분사되는 영역에서 주편이 인발되는 방향으로 소정 거리만큼 이격된 위치의 온도 값을 측정할 수 있다. 이는 분사되는 냉각수에 의하여 온도 측정이 간섭받는 것을 방지하기 위함이다. 이에 따라, 발생되는 실제 온도와 측정 온도와의 차이를 보상하기 위하여, 연속주조 장치의 폭 방향 제어기에는 시간 지연 온도 보상부(미도시)가 구비될 수 있으며, 폭 방향 온도계(600)에서 측정되는 온도 값들은 시간 지연 온도 보상부로 입력된 후, 폭 방향으로의 복수의 구간과 온도가 측정되는 위치와의 거리 차가 반영된 시간 지연 보상 제어 모델에 의하여 그 온도 값이 보정될 수 있다. 값이 보정된 복수의 온도 값들은 폭 방향 연산부(710b)으로 입력되어 폭 방향으로의 냉각 과정의 제어에 활용된다.
상기의 주편의 길이 방향으로의 냉각 과정이 실시됨과 함께, 폭 방향 제어기(700b)를 이용하여 주편의 폭 방향으로의 온도가 균일하도록 냉각시키는 주편의 냉각 과정을 실시한다. 즉, 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 주편의 폭 방향으로 구분되는 복수의 구간 각각에서의 주편 표면의 온도가 균일하도록, 주편을 폭 방향으로 냉각시키는 과정을 실시한다.
상기의 냉각 과정은, 복수의 구간 전체의 냉각수 공급량인 냉각수 공급량 기준값을 이용하여 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값을 연산하는 과정과, 복수의 구간 각각의 온도 값을 이용하여 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 변동값을 연산하는 과정과, 냉각수 공급량 설정값 및 냉각수 공급량 변동값을 이용하여 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값을 연산하는 과정과, 냉각수 공급량 목표값을 이용하여 복수의 구간 각각에서 주편의 표면온도가 균일하도록 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하는 과정을 포함할 수 있다. 이를 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값을 연산하는 과정은,
[식 1] Wset = Wtotal / N 일 때,
상기의 [식 1]를 이용하여 복수의 구간 각각에 대응하는 냉각수 공급량 설정값들을 연산한다. 여기서, Wset 은 연산하고자 하는 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값이고, Wtotal 은 연속주조 장치에 구비되는 길이 방향 제어기(700a)로부터 획득 가능한 주편의 언밴딩 구간 전단의 복수의 구간 전체로 공급되는 냉각수 유량 즉, 주편의 언밴딩 구간 전단에 대응되는 냉각수 공급량인 냉각수 공급량 기준값이며, N 은 상기 폭 방향으로의 복수개의 구간의 개수를 의미한다.
냉각수 공급량 설정값(Wset)은 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간의 면적이 서로 동일할 경우 각각 같은 값일 수 있으며, 복수의 구간 각각의 면적이 서로 다를 경우 이에 대응하여 서로 다를 수 있다. 예컨대 주편의 폭 방향으로의 온도 제어를 보다 세밀하게 하고자하는 폭 방향으로의 소정의 영역에서는 각각의 구간 면적을 좁게 설정하고 이에 대응하는 노즐(400b)의 개수를 상대적으로 많이 배치하고, 그 외의 영역에서는 폭 방향으로의 각 구간을 상대적으로 넓게 설정하고 이에 따라 노즐(400b)의 개수를 상대적으로 적게 배치하는 경우, 각각의 냉각수 공급량 설정값(Wset)은 서로 다를 수 있다. 물론 상기와 같은 경우는 [식 1]의 경우가 아닌 다른 식이 적용되며, 그 식은 하기와 같다.
Wset, i = Wtotal * (주편의 폭 방향으로의 구간 중 i 번째 구간의 면적) / (주편의 폭 방향으로의 각 구간의 전체 면적)
이어서, 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 변동값을 연산하는 과정은,
[식 2] ΔW = K*(Tave-Tp) 일 때,
상기의 [식 2]를 이용하여 폭 방향으로의 복수의 구간 각각에 대응하는 냉각수 공급량 변동값들을 연산한다. 여기서, ΔW 는 연산하고자 하는 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 변동값이고, K 는 주편 표면의 온도 값의 변화량에 대응하는 냉각수 공급량을 나타내는 비례 상수이며, Tave 는 복수의 구간 각각의 온도 값들의 평균 값이고, Tp 는 주편의 언밴딩 구간 전단에서의 폭 방향으로의 복수의 구간 각각의 온도 값을 의미한다. 냉각수 공급량 변동값(ΔW)의 범위는 상기의 비례 상수(K)에 대응되며, 이때, 각 구간 별 냉각수 공급량 설정값(Wset)보다 작은 값을 가질 수 있다. 그리고 해당 구간에서의 구간 온도 값(Tp)이 평균 온도 값(Tave)과 일치하는 경우 냉각수 공급량 변동값(ΔW)의 값은 0 일 수 있다.
여기서, 비례 상수(K)는 주편 표면의 온도 변화에 따른 냉각수 유량의 변화에 정도를 나타내는 비례 상수 또는 비례 계수를 의미한다. 즉, 비례 상수(K)의 차원은 [냉각수 유량1, 주편 표면의 단위 온도-1]로 표현될 수 있다. 이는 실험적 결과를 반영한 값이며, 예컨대 주편 표면의 열 전달 모델에 의하여, 주편의 표면을 소정의 단위 온도만큼 상대적으로 더 냉각시키고자 할 때, 필요한 냉각수 유량의 증가량이며, 상대적으로 적은 냉각수 유량이 소모되는 경우, 비례 상수(K)는 상대적으로 작은 값을 가질 수 있고, 이의 반대의 경우 비례 상수(K)는 큰 값을 가질 수 있다. 상기의 비례 상수 및 이를 구하기 위한 실험은 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자라면 용이하게 실시 가능한 정도이며, 또한, 상기의 비례 상수(K) 값은 주편 주조 공정의 공정 조건에 따라 다양하게 변화하는 값이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이어서, 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값을 연산하는 과정은,
[식 3] Wref = Wset + ΔW 일 때,
상기의 [식 3]을 이용하여 복수의 구간 각각에 대응하는 상기 냉각수 공급량 목표값들을 연산하며, 여기서, Wref 는 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값을 의미한다. 즉, 본 실시 예에서는 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값(Wref)이 주편 표면의 폭 방향으로의 온도 차이가 반영되어 결정됨을 의미한다.
따라서, 본 실시 예에서는 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간별로 각각의 표면 온도에 대응되는 냉각수 유량이 분사되도록 제어될 수 있다. 이에 주편 표면의 폭 방향으로의 온도가 폭 방향 제어기(700b)에 의하여 능동적으로 제어될 수 있어 폭 방향으로의 온도 차이가 균일할 수 있고, 주편의 품질이 크게 향상될 수 있다.
다음으로, 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값(Wref)에 대응되도록 각 노즐(400b)에 연결된 밸브(530)를 제어하여, 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사한다. 상세하게는 다음과 같다. 먼저, 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하기 시작하는 과정을 실시하고, 각각의 유량계(540)를 이용하여 복수의 구간 각각으로 분사되는 냉각수의 분사량을 측정하는 과정을 실시한다. 이어서, 복수의 구간 각각으로 분사되는 냉각수의 분사량과 냉각수 공급량 목표값을 대비하여 복수의 구간 각각으로 분사되는 상기 냉각수의 분사량을 피드백 제어하는 과정을 실시한다. 즉, 밸브(530)의 후단 또는 하류에 설치된 유량계(540)로 실측되는 냉각수 유량과 제어기에서 목표하는 냉각수 유량을 지속적으로 대비한다. 이어서, 밸브(530)가 제어기에서 산출된 냉각수 유량을 추종하도록 대비되는 값들의 차이 차이만큼 그 개도를 지속적으로 피드백 제어한다. 피드백 제어에 의하여 주편의 폭 방향으로의 각 복수의 구간 각각으로 분사되는 냉각수의 실제 분사량(Wb)이 폭 방향 제어기(700b)에서 연산되는 냉각수 공급량 목표값(Wref)에 도달할 수 있다. 이에 각각의 노즐(400b)로 목적하는 유량의 냉각수가 공급되어 주편으로 분사될 수 있다. 이어서, 주편은 주편의 표면 열전달 프로세스에 의하여 냉각되며, 이때, 언밴딩 구간의 전단에서 그 폭 방향으로 표면 온도가 균일하게 제어될 수 있다.
상술한 과정들에 의하여 주편의 각각의 위치 및 구간별로 목표하는 온도값에 도달하도록 각 위치 및 구간에 냉각수가 적정 유량으로 분사될 수 있고, 이에 주편의 냉각이 효과적으로 실시될 수 있다. 특히, 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서의 복수의 구간별로 폭 방향으로의 온도 제어가 가능함에 따라, 주편의 폭 방향으로의 온도 편차를 능동적으로 제어하여 저감시킬 수 있다. 이로부터 주편의 언밴딩 구간에서 주편이 언밴딩됨에 따라 주편의 표면에 인장 변형이 작용될 때, 주편의 폭 방향으로의 복수의 구간 중 일부 구간의 온도가 크랙 발생에 민감한 취약 온도 영역 미만에서 형성되는 것을 억제 또는 방지할 수 있어, 주편에 발생되는 크랙성 결함을 억제 또는 방지할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 강의 연속주조 공정에서 주편을 냉각시키는 공정의 경우가 예시되었으나, 이 외에도 다양한 피처리물을 연속하여 냉각시키는 각종 공정에도 적용될 수 있다. 한편, 본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
200: 주형 300: 롤러
400b: 노즐 520: 연결관
530: 밸브 540: 유량계
600: 온도계 700b: 폭 방향 제어기
710b: 폭 방향 연산부 720b: 폭 방향 제어부

Claims (21)

  1. 용강을 공급받아 주편으로 주조하는 연속주조 장치로서,
    용강이 통과되는 통로가 형성되는 주형;
    상기 주형의 하측으로 인발되는 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 상기 주편의 폭 방향으로 구분되는 복수의 구간 각각에 배치되어 상기 주편으로 냉각수를 분사 가능하도록 형성되는 복수개의 노즐; 및
    상기 복수의 구간 각각에 대응하는 상기 주편 표면의 온도 값들을 측정하고, 상기 온도 값들을 이용하여 상기 노즐 각각으로 공급되는 냉각수의 공급량을 제어하는 폭 방향 제어기;를 포함하고,
    상기 폭 방향 제어기는,
    상기 주편 표면의 온도 값의 변화량에 대응하는 냉각수 공급량을 나타내는 상수와 기 설정된 냉각수 공급량 기준값과 상기 주편 표면의 온도 값들을 이용하여, 상기 노즐 각각의 냉각수 공급량 목표값을 연산하는 폭 방향 연산부;
    상기 냉각수 공급량 목표값들을 이용하여 상기 노즐 각각에 연결된 밸브 각각의 개도를 제어하는 폭 방향 제어부; 및
    상기 폭 방향으로 구분되는 복수의 구간과 온도가 측정되는 위치와의 거리 차를 반영하여 측정되는 온도 값들을 입력받아 측정 온도와 실제 온도와의 차이를 보상하는 시간 지연 온도 보상부;를 포함하고,
    상기 복수개의 노즐은, 상기 주편의 상부면 상측의 길이 방향으로 이격된 복수의 위치에서 길이 방향에 대하여 서로 어긋나도록 배치되고, 상기 주편의 하부면 하측의 길이 방향으로 이격된 복수의 위치에서 길이 방향에 대하여 서로 어긋나도록 배치되는 연속주조 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐 각각은 상기 주편의 폭 방향으로 동일 간격 이격되어 상기 복수의 구간 각각에 대응되는 연속주조 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    냉각수가 유입되는 공급관;
    상기 노즐 각각을 상기 공급관에 연결시키는 복수개의 연결관;
    상기 연결관 각각에 장착되어 냉각수의 유량을 제어하는 상기 복수개의 밸브; 및
    상기 밸브 각각의 후단에 위치하도록 상기 연결관 각각에 장착되는 복수개의 유량계;를 포함하는 연속주조 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에 배치되어 상기 복수의 구간 각각에 대응되는 상기 주편 표면의 온도 값들을 측정하는 폭 방향 온도계;를 포함하는 연속주조 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 폭 방향 연산부는 상기 냉각수 공급량 기준값 및 상기 온도 값들을 입력받아 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값 및 냉각수 공급량 변동값을 연산하고, 상기 냉각수 공급량 설정값 및 냉각수 공급량 변동값 각각을 더하여 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 상기 냉각수 공급량 목표값을 연산하는 연속주조 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 폭 방향 제어부는 상기 유량계 각각에서 측정되는 복수개의 유량 값들을 피드백 받아 상기 밸브 각각의 개도를 피드백 제어하는 연속주조 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수 공급량 기준값은 상기 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 상기 주편의 폭 방향으로 정렬되는 상기 복수의 구간 전체에 공급되도록 설정되는 냉각수의 공급량 기준값이며, 상기 주편을 주조하는 공정의 공정 조건에 대응하여 설정되는 연속주조 장치.
  9. 폭 방향 및 길이 방향으로 연장되는 피처리물을 냉각하는 냉각 장치로서,
    길이 방향으로 형성되는 상기 피처리물의 이송 경로 상의 일측에서 상기 폭 방향으로 이격되어 배치되는 복수개의 노즐; 및
    상기 노즐 각각에 대응하는 상기 폭 방향으로의 복수의 구간에서의 상기 피처리물 표면의 온도 값들을 측정하고, 상기 온도 값들을 이용하여 상기 노즐 각각으로 공급되는 냉매의 공급량을 제어하는 폭 방향 제어기;를 포함하고,
    상기 폭 방향 제어기는,
    상기 피처리물 표면의 온도 값의 변화량에 대응하는 냉매 공급량을 나타내는 상수와 기 설정된 냉매 공급량 기준값과 상기 복수의 구간 각각의 구간 온도 값들을 이용하여, 상기 노즐 각각의 냉매 공급량 목표값을 연산하는 폭 방향 연산부;
    상기 냉매 공급량 목표값들을 이용하여 상기 노즐 각각에 연결된 밸브 각각의 개도를 제어하는 폭 방향 제어부; 및
    상기 폭 방향으로 구분되는 복수의 구간과 온도가 측정되는 위치와의 거리 차를 반영하여 측정되는 온도 값들을 입력받아 측정 온도와 실제 온도와의 차이를 보상하는 시간 지연 온도 보상부;를 포함하며,
    상기 복수개의 노즐은, 상기 피처리물의 상부면 상측의 길이 방향으로 이격된 복수의 위치에서 선행하는 노즐들과 후행하는 노즐들이 길이 방향으로 서로 어긋나도록 배치되고, 상기 피처리물의 하부면 하측의 길이 방향으로 이격된 복수의 위치에서 선행하는 노즐들과 후행하는 노즐들이 길이 방향으로 서로 어긋나도록 배치되는 냉각 장치.
  10. 삭제
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 노즐 각각은 상기 폭 방향으로 동일 간격 이격되어 상기 복수의 구간 각각으로 냉매를 분사하는 냉각 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 노즐 각각에 연결되는 복수개의 연결관;
    상기 연결관 각각에 장착되어 냉매의 유량을 제어하는 상기 복수개의 밸브; 및
    상기 밸브 각각의 후단에 위치하도록 상기 연결관 각각에 장착되는 복수개의 유량계;를 포함하는 냉각 장치.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 구간 각각의 구간 온도 값을 측정하는 폭 방향 온도계;를 포함하고,
    상기 폭 방향 연산부는 상기 피처리물 표면의 온도 값의 변화량에 대응하는 냉매 공급량을 나타내는 상수와 기 설정된 냉매 공급량 기준값과 상기 구간 온도 값들을 이용하여 상기 복수의 구간 각각의 냉매 공급량 설정값과 냉매 공급량 변동값을 연산하고, 상기 냉매 공급량 설정값과 상기 냉매 공급량 변동값을 각각 더하여 상기 노즐 각각의 냉매 공급량 목표값을 연산하는 냉각 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 냉매 공급량 기준값은 상기 피처리물을 냉각하는 공정의 공정 조건에 대응하여 설정되고,
    상기 냉매 공급량 설정값 각각은 상기 복수개의 구간 전체의 면적에 대한 상기 복수개의 구간 각각의 면적 비에 대응하여 각각 연산되며,
    상기 냉매 공급량 변동값은 상기 구간 온도 값들의 평균 값에 대한 상기 구간 온도 값 각각의 분산 정도에 대응하여 각각 연산되는 냉각 장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 폭 방향 제어부는 상기 유량계 각각에서 측정되는 복수개의 유량 값을 피드백 받아 상기 밸브 각각의 개도를 피드백 제어하는 냉각 장치.
  16. 용강을 공급받아 주편으로 주조하는 연속주조 방법으로서,
    상기 용강을 주형에 주입하여 주편을 인발하는 과정;
    상기 주편이 언밴딩되는 구간의 전단에서 상기 주편의 폭 방향으로 구분되는 복수의 구간 각각에서의 상기 주편 표면의 온도 값들을 측정하는 과정; 및
    상기 주편 표면의 온도 값의 변화량에 대응하는 냉각수 공급량을 나타내는 상수와 기 설정된 냉각수 공급량 기준값과 상기 온도 값들을 활용하여 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 냉각수 공급량 목표값들을 연산하고, 상기 냉각수 공급량 목표값들에 각각 대응하도록 상기 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하여 상기 주편을 냉각시키는 과정;을 포함하고,
    상기 복수의 구간 각각에서 측정되는 온도 값들은 시간 지연 보상부로 입력된 후, 폭 방향으로의 복수의 구간과 온도가 측정되는 위치와의 거리 차가 반영된 시간 지연 보상 제어 모델에 의하여 그 값이 보정되며,
    상기 주편으로 냉각수를 분사하는 복수개의 노즐 중 어느 하나가 손상되면 손상된 노즐과 길이 방향으로 어긋나게 배치되어 손상된 노즐과 이웃하는 노즐들을 이용하여 폭 방향으로의 온도 제어를 실시하는 연속주조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 주편을 냉각시키는 과정은,
    상기 복수의 구간 전체의 냉각수 공급량인 냉각수 공급량 기준값을 이용하여 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값을 연산하는 과정;
    상기 복수의 구간 각각의 온도 값을 이용하여 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 변동값을 연산하는 과정;
    상기 냉각수 공급량 설정값 및 상기 냉각수 공급량 변동값을 이용하여 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값을 연산하는 과정; 및
    상기 냉각수 공급량 목표값을 이용하여 상기 복수의 구간 각각에서 상기 주편의 표면온도가 균일하도록 상기 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하는 과정;을 포함하는 연속주조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값을 연산하는 과정은,
    [식 1] Wset = Wtotal / N 일 때,
    상기 [식 1]를 이용하여 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 냉각수 공급량 설정값들을 연산하며,
    여기서, Wset 은 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값이고,
    Wtotal 은 연속주조 장치에 구비되는 길이 방향 제어기로부터 획득 가능한 상기 복수의 구간 전체의 냉각수 공급량인 냉각수 공급량 기준값이며,
    N 은 상기 복수개의 구간의 개수인 연속주조 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 변동값을 연산하는 과정은,
    [식 2] ΔW = K*(Tave-Tp) 일 때,
    상기 [식 2]를 이용하여 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 상기 냉각수 공급량 변동값들을 연산하며,
    여기서, ΔW 는 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 변동값이고,
    K 는 상기 주편 표면의 온도 값의 변화량에 대응하는 냉각수 공급량을 나타내는 비례 상수이며,
    Tave 는 상기 복수의 구간 각각의 온도 값들의 평균 값이고,
    Tp 는 상기 복수의 구간 각각의 온도 값인 연속주조 방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값을 연산하는 과정은,
    [식 3] Wref = Wset + ΔW 일 때,
    상기 [식 3]을 이용하여 상기 복수의 구간 각각에 대응하는 상기 냉각수 공급량 목표값들을 연산하며,
    여기서, Wref 는 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 목표값이고,
    Wset 은 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 설정값이고,
    ΔW 는 상기 복수의 구간 각각의 냉각수 공급량 변동값인 연속주조 방법.
  21. 청구항 17에 있어서,
    상기 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하는 과정은,
    상기 복수의 구간 각각으로 냉각수를 분사하기 시작하는 과정;
    상기 복수의 구간 각각으로 분사되는 냉각수의 분사량을 측정하는 과정; 및
    상기 복수의 구간 각각으로 분사되는 냉각수의 분사량과 상기 냉각수 공급량 목표값을 대비하여 상기 복수의 구간 각각으로 분사되는 상기 냉각수의 분사량을 피드백 제어하는 과정;을 포함하는 연속주조 방법.
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