KR101755384B1 - 연속주조 유체모델 실험장치 - Google Patents

Abstract

연속주조 유체모델 실험장치를 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 유체모델 실험장치는 유체모델몰드; 유체모델몰드 내측으로 유체를 공급하는 유체공급장치; 유체모델몰드의 하부에 연결된 유체배출관; 유체배출관에 설치된 배출제어장치; 유체모델몰드 외측에 마련되며 연통유로에 의해 유체모델몰드 내부와 연통된 가변유체실; 및 가변유체실의 내용적을 변화시켜 유체모델몰드 내 유체표면의 유동을 유발하는 용적가변장치를 포함한다.

Description

연속주조 유체모델 실험장치{Fluid model simulator for continuous casting}

본 발명은 연속주조과정에서 발생하는 벌징현상에 따른 몰드 내 탕면 유동을 모사하여 실험할 수 있는 연속주조 유체모델 실험장치에 관한 것이다.

일반적인 연속주조장치는 제강로로부터 래들(Ladle)에 의해 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속주조용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비다.

몰드로 공급된 용강은 몰드의 규격과 형상에 따라 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 성형되고, 몰드 내를 흐르는 냉각수에 의해 응고되면서 다수의 롤을 갖춘 세그먼트에 의해 인발되어 몰드를 빠져 나온다.

몰드를 빠져 나온 주편은 아직 내부가 응고되지 않은 영역에서 응고셀 방향으로 철정압이 가해지고, 세그먼트의 롤과 롤 사이의 응고셀이 철정압을 견디지 못하여 변형되는 벌징현상이 발생하게 된다. 주조속도가 낮은 경우에는 일정한 형태의 정상벌징(Stationary bulging)이 발생하지만, 주조속도가 빠를 경우에는 응고셀이 인접한 두 롤 사이에서 부품과 수축을 반복하는 동적거동을 보이는 비정상벌징(instationary bulging)을 보인다.

응고셀의 비정상 벌징이 많아져 응고셀이 부풀게 되면 주편 내부의 미응고층 용강이 이동하여 몰드 내 용강 레벨이 내려가고, 반대로 응고셀이 롤에 눌리면 주편 내부의 미응고층 용강이 역으로 이동하여 몰드 내 용강 레벨이 상승한다. 즉 몰드 내 탕면의 변동이 생긴다.

생산되는 주편은 응고의 균일여부에 따라 품질이 좌우되고, 성형과정에서 몰드 내 탕면이 안정되어야 품질이 우수해진다. 따라서 연속주조공정에서는 몰드 내 탕면을 안정시키는 것이 중요하다.

종래에는 몰드 내 탕면상태 및 용강의 거동에 대한 연구를 위해 대한민국 공개특허공보 10-2013-0046705호(2013. 05. 08. 공개)에 개시된 바와 같은 수모델 실험장치를 이용하기도 하였다. 그러나 이러한 수모델 실험장치로는 연속주조과정에서 발생하는 비정상벌징으로 인한 몰드의 탕면 유동을 연구하는데 한계가 있었다.

본 발명의 실시 예는 연속주조과정의 벌징현상에 따른 몰드 내 탕면 유동의 변화를 모사하여 실험할 수 있는 연속주조 유체모델 실험장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 유체모델몰드; 상기 유체모델몰드 내측으로 유체를 공급하는 유체공급장치; 상기 유체모델몰드의 하부에 연결된 유체배출관; 상기 유체배출관에 설치된 배출제어장치; 상기 유체모델몰드 외측에 마련되며 연통유로에 의해 상기 유체모델몰드 내부와 연통된 가변유체실; 및 상기 가변유체실의 내용적을 변화시켜 상기 유체모델몰드 내 유체표면의 유동을 유발하는 용적가변장치를 포함하는 연속주조 유체모델 실험장치가 제공될 수 있다.

상기 용적가변장치는 연속주조과정에서 벌징현상에 따른 탕면유동의 변화를 모사하여 상기 유체모델몰드 내 유체표면의 유동을 유발할 수 있다.

상기 용적가변장치는 상기 가변유체실 내에 설치된 피스톤과, 상기 피스톤과 연결된 피스톤로드와, 상기 피스톤로드와 결합되어 진퇴동작을 유발하는 나사축과, 상기 나사축을 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.

상기 용적가변장치는 상기 피스톤로드의 이동을 감지하는 이동감지센서를 더 포함할 수 있다.

상기 연통유로는 상기 유체모델몰드 내부의 하부영역과 상기 가변유체실을 연통시킬 수 있다.

상기 유체공급장치는 실험을 위한 유체가 채워지는 유체모델턴디쉬와, 상기 유체모델턴디쉬의 유체를 상기 유체모델몰드 내부로 공급하는 침지노즐과, 상기 침지노즐로 유체의 공급을 제어하는 유체공급조절부를 포함할 수 있다.

상기 유체모델몰드는 내부의 투시가 가능한 투명소재로 마련될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 유체모델 실험장치는 용적가변장치가 동작하여 가변유체실의 용적을 변화시키는 방식으로 유체모델몰드 내 유체표면의 유동을 유발할 수 있기 때문에 연속주조과정의 벌징현상에 따른 몰드 내 탕면 유동의 변화를 모사하여 실험할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 유체모델 실험장치는 가변유체실이 유체모델몰드 하부 외측에 마련되어 유체모델몰드의 하부영역으로부터 유동을 발생시켜 유체레벨의 변위를 유발하기 때문에 실제 연속주조설비의 벌징현상에 따른 몰드 내 탕면레벨 변화를 실제와 거의 동일하게 모사할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 유체모델 실험장치의 전체적인 구성을 나타낸다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 제시하는 연속주조 유체모델 실험장치는 실제 연속주조설비와 유사하게 제조하여 용강 대신 물과 같은 유체를 이용해 턴디쉬와 몰드 내 용강의 유동을 해석하는 실험을 함으로써 실제 연속주조공정에서 용강의 거동 및 탕면 상태에 관한 연구를 수행하는데 이용하고자 하는 것이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 연속주조 유체모델 실험장치는 유체모델몰드(10), 유체모델몰드(10) 내부로 유체를 공급하는 유체공급장치(20), 유체모델몰드(10)의 하부에 연결된 유체배출관(30), 유체배출관(30)에 설치된 배출제어장치(40), 유체모델몰드(10) 내부와 연통하도록 유체모델몰드(10)의 외측에 마련된 가변유체실(50), 가변유체실(50)의 내용적을 변화시켜 유체모델몰드(10) 내 유체표면(11)의 유동을 유발하는 용적가변장치(60)를 구비한다.

유체모델몰드(10)는 연속주조설비의 몰드와 유사한 형태로 마련될 수 있고, 유체의 유동을 외부에서 관찰할 수 있도록 내부의 투시가 가능한 투명소재로 마련될 수 있다. 즉 유체모델몰드(10)는 아크릴과 같은 투명소재를 이용해 상부가 개방되고 하부에 복수의 배출구(13)가 형성된 몰드의 형태로 제작될 수 있다.

유체공급장치(20)는 유체모델몰드(10)의 상부에 위치하며 실험을 위한 유체가 채워지는 유체모델턴디쉬(21), 유체모델턴디쉬(21)의 유체를 유체모델몰드(10) 내부로 공급하는 관형태의 침지노즐(22), 침지노즐(22)로 유체가 공급되는 것을 제어하는 유체공급조절부(23)를 포함할 수 있다. 통상적인 연속주조설비의 턴디쉬 및 침지노즐과 유사한 형태다.

유체공급조절부(23)는 침지노즐(22) 입구의 개방정도를 조절해 유체모델턴디쉬(21)로부터 유체모델모드(10)로 공급되는 유체의 유량을 조절한다. 침지노즐(22)은 하단의 배출구가 유체모델몰드(10)에 채워지는 유체표면(11)의 레벨보다 낮은 위치까지 유체모델몰드(10) 내부로 연장될 수 있다.

유체배출관(30)은 유체모델몰드(10)의 하부에 형성된 복수의 배출구(13)와 연결되고, 배출제어장치(40)는 유체배출관(30)에 각각 설치된 배출제어밸브(41)와 유량계(42)를 포함할 수 있다. 배출제어장치(40)는 유체의 연속적인 배출을 허용하는 가운데, 유량계(42)를 통하여 배출되는 유량을 감지해 배출제어밸브(41)의 개방정도를 조절함으로써 유체모델몰드(10) 내 유체표면(11) 레벨(탕면 레벨)이 안정된 상태를 유지하도록 할 수 있다.

가변유체실(50)은 도 2에 도시한 바와 같이, 유체모델몰드(10)의 하측 외면 쪽에 마련되는 실린더부(51)에 의해 별도의 공간을 이루도록 마련되고, 연통유로(53)에 의해 유체모델몰드(10)의 내부공간과 연통된다.

용적가변장치(60)는 가변유체실(50) 내에 설치된 피스톤(61)과, 피스톤(61)과 연결된 피스톤로드(62)와, 피스톤로드(62)와 결합되어 진퇴동작을 유발하는 나사축(63)과, 나사축(63)을 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터(64)를 구비한다. 또 용적가변장치(60)는 피스톤로드(62)의 이동을 감지해 가변유체실(50)의 용적변화를 감지할 수 있는 이동감지센서(65)를 포함할 수 있다.

용적가변장치(60)는 모터(64)의 동작에 의해 나사축(63)이 회전하여 피스톤로드(62)를 진퇴시킴으로써 가변유체실(50) 내의 피스톤(61)을 진퇴시키고, 이를 통해 가변유체실(50)의 용적을 가변시킨다. 이처럼 가변유체실(50)의 용적이 변하면, 가변유체실(50) 내부의 유체가 연통유로(53)를 통하여 유체모델몰드(10) 내측으로 진입하거나, 역으로 유체모델몰드(10) 내 유체가 가변유체실(50)로 유입되면서 유체모델몰드(10) 내 유체표면(11)의 레벨을 변화시킬 수 있다.

본 실시 예는 도 2에 도시한 예처럼, 가변유체실(50) 및 용적가변장치(60)가 유체모델몰드 양측에 대칭을 이루는 형태로 마련될 수 있으나, 그 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 가변유체실(50) 및 용적가변장치(60)는 하나 이상일 수 있고, 유체모델몰드(10)와 이격된 위치에 마련된 상태에서 관로에 의해 연통유로(53)가 연결되는 형태일 수도 있다.

연통유로(53)는 도 1에 도시한 바와 같이, 가변유체실(50)과 유체모델몰드(11) 내부의 하부영역을 연통시키는 형태로 마련된다. 이는 유체모델몰드(10) 내 유체의 유동이 유체모델몰드(10) 하부영역에서 유발되도록 함으로써 실제 연속주조설비에서 벌징현상에 의해 발생하는 몰드 내 탕면레벨 변화를 그대로 모사할 수 있도록 한 것이다.

이러한 연속주조 유체모델 실험장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 제어부(70)가 유체모델몰드(10)의 설정한 유체레벨을 고려해 유체공급장치(20)의 유체공급조절부(23)를 제어해 유체의 공급을 조절함과 동시에, 배출제어장치(40)의 배출제어밸브(41)를 제어해 배출되는 유체의 양을 조절함으로써 유체모델몰드(10) 내 유체표면(11) 레벨(탕면 레벨)이 안정되도록 할 수 있다.

또 제어부(70)는 실제 연속주조과정의 벌징에 따른 탕면유동을 모사하도록 용적가변장치(60)를 동작시켜 가변유체실(50)의 용적을 가변시킴으로써 유체모델몰드(10) 내 유체표면(11)의 유동을 유발할 수 있다.

이때 제어부(70)는 모터(64)의 동작속도를 제어해 가변유체실(50) 내의 피스톤(61)이 진퇴하는 속도를 조절함으로써 실제 연속주조설비에서 롤 간격에 따른 벌징으로 인하여 몰드 내 탕면레벨이 변하는 것을 모사할 수 있다. 또 모터(64)의 동작을 제어해 피스톤(61)이 진퇴하는 거리를 조절함으로써 유체모델몰드(10) 내의 유체표면(11) 레벨(탕면레벨)을 변화시킬 수 있다. 즉 피스톤(61)의 작동거리 조절을 통해 벌징의 크기를, 피스톤(61)의 진퇴 주파수 조절을 통해 주조속도 및 롤 간격을 고려한 벌징의 발생조건을 설정할 수 있고, 이에 따른 유체모델몰드(10) 내 유체의 유동을 관찰할 수 있다.

10: 유체모델몰드, 20: 유체공급장치,
21: 유체모델턴디쉬, 22: 침지노즐,
23: 유체공급조절부, 30: 유체배출관,
40: 배출제어장치, 41: 배출제어밸브,
42: 유량계, 50: 가변유체실,
60: 용적가변장치, 61: 피스톤,
62: 피스톤로드, 63: 나사축,
64: 모터, 65: 이동감지센서,
70: 제어부.

Claims (7)

1. 유체모델몰드;
   상기 유체모델몰드 내측으로 유체를 공급하는 유체공급장치;
   상기 유체모델몰드의 하부에 연결된 유체배출관;
   상기 유체배출관에 설치된 배출제어장치;
   상기 유체모델몰드 외측에 마련되며 연통유로에 의해 상기 유체모델몰드 내부와 연통된 가변유체실; 및
   연속주조과정에서 롤 간격과 벌징 크기에 대응하는 탕면유동 변화를 모사하도록 상기 가변유체실의 용적 및 용적 변화속도를 조절하여 상기 유체모델몰드 내 유체표면의 유동을 유발하는 용적가변장치를 포함하는 연속주조 유체모델 실험장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 용적가변장치는 상기 가변유체실 내에 설치된 피스톤과, 상기 피스톤과 연결된 피스톤로드와, 상기 피스톤로드와 결합되어 진퇴동작을 유발하는 나사축과, 상기 나사축을 회전시키는 모터를 포함하는 연속주조 유체모델 실험장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 용적가변장치는 상기 피스톤로드의 이동을 감지하는 이동감지센서를 더 포함하는 연속주조 유체모델 실험장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 연통유로는 상기 유체모델몰드 내부의 하부영역과 상기 가변유체실을 연통시키는 연속주조 유체모델 실험장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 유체공급장치는 실험을 위한 유체가 채워지는 유체모델턴디쉬와, 상기 유체모델턴디쉬의 유체를 상기 유체모델몰드 내부로 공급하는 침지노즐과, 상기 침지노즐로 유체의 공급을 제어하는 유체공급조절부를 포함하는 연속주조 유체모델 실험장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 유체모델몰드는 내부의 투시가 가능한 투명소재로 마련되는 연속주조 유체모델 실험장치.

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