KR101707304B1

KR101707304B1 - 연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 방법 및 이를 적용하는 슬라브 결함 예측 장치

Info

Publication number: KR101707304B1
Application number: KR1020150042252A
Authority: KR
Inventors: 장필용; 김기덕; 유석현
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2017-02-15
Also published as: KR20160115142A

Abstract

일 실시 예에 따른 연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 방법이 개시된다. 상기 슬라브 결함 예측 방법에 있어서, 복수의 연속주조 조업 데이터로부터 주속 변동량 및 몰드 파우더의 염기도에 관련되는 크랙 발생률을 획득한다. 상기 주속 변동량 및 상기 몰드 파우더의 염기도에 근거하여 상기 크랙 발생률을 모사하여 아래의 크랙 예측식을 도출한다. 상기 크랙 예측식으로부터 문턱 (주속 변동량)/ (몰드 파우더의 염기도)의 비를 도출한다.
크랙 예측식(Y) = A * exp(B*(주속변동량/염기도)) 단, A 및 B는 상수

Description

연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 방법 및 이를 적용하는 슬라브 결함 예측 장치 {METHOD OF PREDICTING CRACK OF SLAB IN CONTINUOUS CASTING PROCESS AND SLAB-CRACK PREDICTING APPARATUS}

본 발명은 슬라브의 결함 예측 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속주조 공정에서 슬라브에 면세로 크랙과 같은 결함의 발생을 예측하는 방법 및 이를 적용하는 슬라브 결함 예측 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속 주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.

연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 스트랜드로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 스트랜드를 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다. 즉, 상기 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.

한편, 연속주조 공정에서는 다양한 공정 변수의 영향으로 슬라브에 결함이 발생할 수 있으며, 최근에는 이러한 연속주조 공정에서 발생하는 슬라브 결함을 예측하는 방법에 대한 다양한 기술이 등장하고 있다. 이러한 관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제1204946호(2012.11.26. 공고, 발명의 명칭: 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 장치 및 그 방법)이 있다.

본 발명은 연속주조 공정에서의 면세로 크랙과 같은 결함의 발생을 예측하는 방법 및 이를 적용하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 방법이 개시된다. 상기 슬라브 결함 예측 방법에 있어서, 복수의 연속주조 조업 데이터로부터 주속 변동량 및 몰드 파우더의 염기도에 관련되는 크랙 발생률을 획득한다. 상기 주속 변동량 및 상기 몰드 파우더의 염기도에 근거하여 상기 크랙 발생률을 모사하여 아래의 크랙 예측식을 도출한다. 상기 크랙 예측식으로부터 문턱 (주속 변동량)/ (몰드 파우더의 염기도)의 비를 도출한다.

크랙 예측식(Y) = A * exp(B*(주속변동량/염기도)) 단, A 및 B는 상수

일 실시 예에 있어서, A는 0.8112, B는 6.6246 이며, 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비는 상기 크랙 예측식(Y)의 값이 2% 일 때의 주속변동량/염기도의 비로 결정될 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 연속주조 진행 중인 강의 몰드 내 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 모니터링하는 공정을 더 수행할 수 있다.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 연속주조 진행 중인 강은 탄소량이 0.07 중량% 초과, 0.25 중량% 미만이며, 상기 몰드 파우더의 염기도는 상기 몰드 파우더 내의 CaO/SiO2 비율이며, 고정된 비율로 결정될 수 있다.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 모니터링한 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비가 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비 이상이면, 표면 용삭 처리 및 표면 검사를 수행할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르는 연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 장치가 개시된다. 상기 슬라브 결함 예측 장치는 주속 변동량 및 몰드 파우더의 염기도에 관련되는 크랙 발생률을 포함하는 복수의 연속주조 조업 데이터를 저장하는 저장 장치, 상기 주속 변동량 및 상기 몰드 파우더의 염기도에 근거하여 상기 크랙 발생률을 모사하여 아래의 크랙 예측식을 도출하고 상기 도출된 크랙 예측식으로부터 문턱 (주속 변동량)/ (몰드 파우더의 염기도)의 비를 산출하는 연산 장치, 및 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비에 근거하여 연속주조 중인 강의 몰드 내 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 모니터링하는 모니터링 장치를 포함한다. 크랙 예측식(Y) = A * exp(B*(주속변동량/염기도)) 단, A 및 B는 상수.

일 실시 예에 있어서, 상기 모니터링 장치는 상기 모니터링한 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비가 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비 이상이면, 표면 용삭 처리 및 표면 검사를 수행을 위한 작업 지시 신호를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 연속주조 조업 데이터로부터 주속 변동량 및 몰드 파우더의 염기도에 관련되는 크랙 발생률을 획득하고, 이로부터 소정의 크랙 예측식을 도출할 수 있다. 상기 크랙 예측식으로부터 도출되는 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 이용하여, 연속주조 진행 중인 강의 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 모니터링할 수 있다. 상기 모니터링 값을 이용하여, 상기 연속주조 진행 중인 강의 크랙 발생 가능성을 효과적으로 예측할 수 있다.

도 1은 일 예로서의 면세로 크랙을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 슬라브의 주속 변동과 열유속 변동을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 몰드 파우더의 염기도와 열유속 변동을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 면세로 크랙 발생율 및 이를 모사하는 크랙 예측식을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

연속주조는 용강을 바닥이 없는 몰드에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸, 빌릿을 제조하는 데 이용된다.

한편, 연속주조공정을 진행하여 슬라브를 제조하는 경우, 일 예로서, 다음과 같은 면세로 크랙이 발생할 수 있다. 상기 면세로 크랙은, 용강이 턴디쉬로부터 침지노즐을 거쳐서 몰드로 유입될 때, 몰드 내에서 불균일한 응고가 발생할 경우 생성될 수 있다. 도 1 에서와 같이, 면세로 크랙은 슬라브 장변부에 주조 방향과 평행한 크랙으로 발생할 수 있다.

다양한 조업 데이터의 분석 결과, 면세로 크랙 발생은 연속 주조 공정에서, 슬라브 내 열유속 변동과 관련이 있음을 확인하였다. 상기 열유속 변동은 상기 응고 불균일을 야기할 수 있기 때문이다.

한편, 상기 열유속 변동은 도 2에 도시되는 바와 같이, 주조속도 변동량에 따라 변화함을 확인할 수 있다. 주조속도(이하, 주속으로 표기)는 상기 용강의 몰드 내로의 주입 속도, 인발 장치의 인발속도 등의 공정 조건에 의해 결정될 수 있다. 상기 주속의 변동은 일 예로서, 상기 침지노즐의 막힘, 기타 연속주조기의 동작 상의 공정 상 오차에 의해 발생할 수 있다.

또한, 상기 열유속 변동은 도 3에 도시되는 바와 같이, 상기 용강에 투입되는 몰드 파우더의 염기도에 따라 변화함을 확인할 수 있다. 도 3에서와 같이, 상기 몰드 파우더의 염기도가 증가하며, 열유속이 감소함을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 연속주조공정 시에 슬라브에 생성되는 면세로 크랙과 같은 크랙이 연속주조공정시의 열유속 변동과 관련되어 있고, 상기 열유속 변동은 주속 변동량과 몰드 파우더의 염기도에 따라 변화함을 확인할 수 있다.

한편, 면세로 크랙이 발생이 의심스러운 경우, 제품 표면의 결함을 저감시키기 위해, 생산된 연주 슬라브의 표면을 기계 용삭(즉, 스카핑)으로 제거하고, 대형 개재물 혼입 여부를 검사한다. 검사 결과, 면세로 크랙이 발견될 경우, 이를 개별적으로 수동으로 제거한다. 이와 같이, 기계 용삭, 검사 및 수동 제거 과정은 공정 부하를 증가시키고, 물류 정체를 발생시키며, 수율 감소 등의 문제를 발생시킬 수 있으므로, 상기 면세로 크랙의 발생 여부를 보다 명확하게 판단하는 방법이 요청된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 면세로 크랙 발생율 및 이를 모사하는 크랙 예측식을 나타내는 그래프이다.

도 4를 참조하면, S110 단계에서, 복수의 연속주조 조업 데이터로부터 주속 변동량 및 몰드 파우더의 염기도에 관련되는 크랙 발생율을 획득한다. 먼저, 상술한 바와 같이, 면세로 크랙과 같은 크랙이 연속주조공정시의 열유속 변동과 관련되어 있고, 상기 열유속 변동은 주속 변동량과 몰드 파우더의 염기도에 관련됨을 발견한 바 있다. 도 5에서는 연주공장의 조업데이터 약 7000 데이터에 근거한 분석 결과가 도시되고 있다. 상기 연속주조 공정 진행된 강은 탄소량이 0.07 중량% 초과, 0.25 중량% 미만이며, 투입되는 몰드 파우더의 염기도는 상기 몰드 파우더 내의 CaO/SiO2 비율이며, 고정된 비율로 투입되었다.

도면에서, 도트 형태로 산재된 면세로 크랙 발생율 데이터를 참조하면, (주속변동량)/(몰드 파우더의 염기도)가 증가할수록, 면세로 크랙 발생율은 증가하는 추세를 보여주고 있다. 특히, 연주공정 시 몰드에 투입되는 몰드 파우더의 염기도가 소정값을 가지도록 고정될 때, 면세로 크랙 발생율은 주속변동량에 따라 변화한다는 것을 알 수 있다.

S120 단계에서, 상기 주속 변동량 및 상기 몰드 파우더의 염기도에 근거하여 상기 크랙 발생률을 모사하여 소정의 크랙 예측식을 도출한다. 도 5를 참조하면, 도트 형태로 산재된 면세로 크랙 발생율 데이터를 가장 신뢰성 있게 모사할 수 있는 모델식을 추출한다. 추출된 아래와 같은 모델식을 트랙 예측식으로 결정한다.

일 예로서, 도시되는 바와 같이, A는 0.8112, B는 6.6246 이며, 이때, 예측식의 신뢰도(R2)은 0.8929이다.

S130 단계에서, 상기 크랙 예측식으로부터 문턱 (주속 변동량)/ (몰드 파우더의 염기도)의 비를 도출한다. 문턱 (주속 변동량)/ (몰드 파우더의 염기도)의 비는 면세로 크랙과 같은 크랙의 발생 여부를 판단하는 기준이 되는 (주속 변동량)/ (몰드 파우더의 염기도)의 비를 의미할 수 있다.

일 실시 예에서, 도 5에 도시되는 것과 같이, 조업 데이터의 면세로 크랙 발생률이 2%가 되는 지점의 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비로 결정할 수 있다. 구체적으로, 면세로 크랙 발생률이 2%가 되는 지점에 대한 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비는 도면에서 Xp로 표기되는 지점이다. 상기 크랙 예측식의 Y값에 2를 대입하여, (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 계산하면, Xp는 약 0.14임을 알 수 있다.

상술한 방법을 통해, 상기 조업 데이터로부터 면세로 크랙 발생의 기준이 되는 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 도출할 수 있다. 도출된 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비는 이후에 진행되는 연주 공정시의 면세로 크랙 발생 여부를 모니터링하는 기준으로 적요할 수 있다.

몇몇 실시 예에 의하면, 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비에 근거하여, 연속주조 진행 중인 강의 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 모니터링할 수 있다. 이때, 상기 연속주조 진행 중인 강은 탄소량이 0.07 중량% 초과, 0.25 중량% 미만이며, 상기 몰드 파우더의 염기도는 상기 몰드 파우더 내의 CaO/SiO2 비율이며, 고정된 비율로 결정된다.

이때, 상기 모니터링한 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비가 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비, 일 예로서, 0.14 이상이면, 면세로 크랙의 발생 확률이 높은 것으로 판단한다. 이에 따라, 상술한 바와 같이, 면세로 크랙 확인을 위해, 표면 용삭 처리 및 표면 검사를 수행한다. 만약, 상기 모니터링한 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비가 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비, 일 예로서, 0.14 미만이면, 면세로 크랙 발생 확률이 낮은 것으로 판단하여, 크랙 확인을 위한 검사 단계를 생략할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 연속주조 조업 데이터로부터 주속 변동량 및 몰드 파우더의 염기도에 관련되는 크랙 발생률을 획득하고, 이로부터 소정의 크랙 예측식을 도출할 수 있다. 상기 크랙 예측식으로부터 도출되는 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 이용하여, 연속주조 진행 중인 강의 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 모니터링할 수 있다. 상기 모니터링 값을 이용하여, 상기 연속주조 진행 중인 강의 크랙 발생 가능성을 효과적으로 예측할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다. 도 6을 참조하면, 슬라브 결함 예측 장치(600)는 저장 장치(610), 연산 장치(620) 및 모니터링 장치(630)을 포함한다. 저장 장치(610)는 주속 변동량 및 몰드 파우더의 염기도에 관련되는 크랙 발생률을 포함하는 복수의 연속주조 조업 데이터를 저장할 수 있다.

연산 장치(620)은 저장 장치(610)에 저장된, 상기 주속 변동량 및 상기 몰드 파우더의 염기도에 근거하여 상기 크랙 발생률을 모사하는 모델식을 산출할 수 있다. 구체적으로, 연산장치(620)는 아래와 같은 크랙 예측식을 도출할 수 있다.

크랙 예측식(Y) = A * exp(B*(주속변동량/염기도)) 단, A 및 B는 상수,

일 예로서, A는 0.8112, B는 6.6246 이며, 이때, 예측식의 신뢰도(R2)은 0.8929이다.

연산 장치(620)는 상기 크랙 예측식으로부터 문턱 (주속 변동량)/ (몰드 파우더의 염기도)의 비를 도출할 수 있다. 즉, 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비는 상기 크랙 예측식(Y)의 값이 2% 일 때의 주속변동량/염기도의 비로 결정될 수 있으며, 구체적으로, A는 0.8112, B는 6.6246 일 때, 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비는 약 0.14이다. 산출된 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비는 저장 장치(610)에 저장될 수 있다.

모니터링 장치(630)는 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비에 근거하여 연속주조 중인 강의 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 모니터링할 수 있다. 한편, 상기 모니터링 장치는 상기 모니터링한 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비가 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비 이상이면, 표면 용삭 처리 및 표면 검사를 수행을 위한 작업 지시 신호를 발생시킬 수 있다. 구체적인 실시 예로서, 상기 작업 지시 신호는 모니터링한 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비가 0.14 이상인 경우 발생될 수 있다. 상기 작업 지시 신호는 별도의 디스플레이 장치 또는 경보 장치를 통해, 외부로 전달될 수 있다.

본 발명은 개시된 실시예 뿐만 아니라, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 개시된 실시예로부터 도출할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포함한다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

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Claims

(a) 복수의 연속주조 조업 데이터로부터 주속 변동량 및 몰드 파우더의 염기도에 관련되는 크랙 발생률을 획득하는 단계;
(b) 상기 주속 변동량 및 상기 몰드 파우더의 염기도에 근거하여 상기 크랙 발생률을 모사하여 아래의 크랙 예측식을 도출하는 단계; 및
(c) 상기 크랙 예측식으로부터 문턱 (주속 변동량)/ (몰드 파우더의 염기도)의 비를 도출하는 단계를 포함하되,
크랙 예측식(Y) = A * exp(B*(주속변동량/염기도)) 단, A 및 B는 상수
A는 0.8112, B는 6.6246 일 때,
상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비는
상기 크랙 예측식(Y)의 값이 2% 일 때의 주속변동량/염기도의 비로 결정되는
연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 방법.
삭제
제1 항에 있어서,
(d) 연속주조 진행 중인 강의 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 모니터링하는 단계를 더 포함하는
연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 방법.
제3 항에 있어서,
상기 연속주조 진행 중인 강은 탄소량이 0.07 중량% 초과, 0.25 중량% 미만이며,
상기 몰드 파우더의 염기도는 상기 몰드 파우더 내의 CaO/SiO2 비율인
연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 방법.
제3 항에 있어서,
상기 모니터링한 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비가 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비 이상이면,
표면 용삭 처리 및 표면 검사를 수행하는
연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 방법.
주속 변동량 및 몰드 파우더의 염기도에 관련되는 크랙 발생률을 포함하는 복수의 연속주조 조업 데이터를 저장하는 저장 장치;
상기 주속 변동량 및 상기 몰드 파우더의 염기도에 근거하여 상기 크랙 발생률을 모사하여 아래의 크랙 예측식을 도출하고, 상기 도출된 크랙 예측식으로부터 문턱 (주속 변동량)/ (몰드 파우더의 염기도)의 비를 산출하는 연산 장치; 및
상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비에 근거하여 연속주조 중인 강의 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비를 모니터링하는 모니터링 장치를 포함하되,
크랙 예측식(Y) = A * exp(B*(주속변동량/염기도)) 단, A 및 B는 상수
A는 0.8112, B는 6.6246 이며,
상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비는
상기 크랙 예측식(Y)의 값이 2% 일 때의 주속변동량/염기도의 비로 결정되는
연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 장치.
삭제
제6 항에 있어서,
상기 모니터링 장치는 상기 모니터링한 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비가 상기 문턱 (주속 변동량)/(몰드 파우더의 염기도)의 비 이상이면,
표면 용삭 처리 및 표면 검사를 수행을 위한 작업 지시 신호를 발생시키는
연속주조 공정에서의 슬라브 결함 예측 장치.