KR101781805B1 - Method for the continuous casting of metal strand - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속 주조 플랜트에서 금속 스트랜드를 연속 주조하는 방법으로서, 스트랜드가 냉각된 인-라인 주형으로부터 나오고, 상기 인-라인 주형의 하류에 있는 스트랜드 지지 장치에서 지지되며, 냉매를 상요하여 냉각되고 선택적으로 야금학적으로 감축되며, 전체 스트랜드의 열역학적 상태 변화가 열 전도 방정식을 수반하는 수학적 시뮬레이션 모델에서 함께 계산되는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 예를 들어 다공성 및/또는 응리의 감축, 향상된 표면 품질 및/또는 기하학적 안정성에 의하여 금속 스트랜드의 제품 품질이 향상될 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 스트랜드의 자연적 수축이, 금속의 물리적 파라미터, 턴디쉬 내의 금속의 온도, 지속적으로 측정된 출력 속도, 스트랜드 냉각 및 스트랜드의 두께를 고려하면서 수학적 시뮬레이션 모델에서 실시간으로 함께 계산되고, 스트랜드에 대해 설정될 수 있는 스트랜드 지지 장치의 스트랜드 안내 롤이 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려하면서 조정되는 방법에 의해 달성된다.The present invention relates to a method of continuous casting of metal strands in a continuous casting plant wherein the strands exit the cooled inline mold and are supported in a strand support device downstream of the inline mold, In which the thermodynamic state changes of the entire strand are calculated together in a mathematical simulation model involving a thermal conduction equation. It is an object of the present invention to provide a method by which product quality of the metal strands can be improved, for example, by reduction of porosity and / or crystallization, improved surface quality and / or geometric stability. This object is achieved by the fact that the natural contraction of the strand is calculated together in real time in a mathematical simulation model taking into account the physical parameters of the metal, the temperature of the metal in the tundish, the continuously measured output speed, the strand cooling and the strand thickness, Wherein the strand guide roll of the strand support device which can be set is adjusted taking into account the natural contraction of the metal strands.

Description

금속 스트랜드의 연속 주조 방법 {METHOD FOR THE CONTINUOUS CASTING OF METAL STRAND}[0001] METHOD FOR THE CONTINUOUS CASTING OF METAL STRAND [0002]

본 발명은 연속 주조 플랜트(continuous casting plant)에서 금속 스트랜드(metal strand)를 연속 주조하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.

구체적으로, 본 발명은 연속 주조 플랜트에서 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조를 위한 방법으로서, 스트랜드 쉘(strand shell)에 의해 둘러싸인 액체 코어(liquid core)를 가지는 스트랜드가 냉각된 인-라인(in-line) 주형으로부터 나와, 상기 인-라인 주형의 하류에 있는 스트랜드 지지 장치에서 지지되며, 냉매를 사용하여 냉각되고 선택적으로는 야금학적으로(metallurgically) 감축되며, 전체 스트랜드의 열역학적 상태 변화가 열 전도 방정식을 수반하는 수학적 시뮬레이션 모델로 함께 계산되는(co-calculated), 금속 스트랜드의 연속 주조를 위한 방법에 관한 것이다.
Specifically, the present invention relates to a method for the continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant, in which a strand having a liquid core surrounded by a strand shell is cooled in- -line) mold, supported in a strand support apparatus downstream of the in-line mold, cooled using a refrigerant and optionally metallurgically reduced, and thermodynamic state changes of the entire strand are reduced by heat conduction The present invention relates to a method for continuous casting of metal strands that is co-calculated together with mathematical simulation models involving equations.

DE 4417808 A1 호는 금속 스트랜드의 연속 주조를 위한 방법으로서, 스트랜드 쉘에 의해 둘러싸인 액체 코어가 냉각된 주형으로부터 나와, 스트랜드 지지 장치에서 지지되며 냉매를 이용하여 냉각되는, 금속 스트랜드의 연속 주조를 위한 방법을 개시한다. 연속 주조 프로세스 중에 발생하는 상태 변화는, 실시간으로 전체 스트랜드에 대해, 열 전도 방정식을 포함하는 수학적 시뮬레이션 모델에 의해서, 함께 계산되며, 스트랜드의 냉각은 계산된 열역학적 상태 변화를 고려하면서 조정된다.DE 4417808 A1 describes a process for the continuous casting of metal strands wherein the liquid core surrounded by the strand shell is cooled from the cooled mold and is supported in a strand support apparatus and cooled with a coolant . The state changes that occur during the continuous casting process are calculated together for a total strand in real time by a mathematical simulation model that includes thermal conduction equations and cooling of the strand is adjusted taking into account the calculated thermodynamic state changes.

DE 10122118 A1 호는 연속 주조 방법으로서, 금속 스트랜드가 주형으로부터 나와, 스트랜드 지지 장치에서 지지되고, 냉매를 이용하여 냉각되며 한 쌍 이상의 스트랜드 지지 롤(roll)에 의하여 야금학적 감축(metallurgical reduction), 구체적으로는 액체 코어 감축 형태의 두께 감축을 받는, 연속 주조 방법을 개시한다.DE 10122118 A1 discloses a continuous casting process in which metal strands come out of a mold, are supported in a strand support device, are cooled using a coolant and are subjected to metallurgical reduction by means of one or more strand support rolls, Discloses a continuous casting process which is subject to thickness reduction in the form of a liquid core reduction.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 금속 스트랜드가, 연속 주조 동안의 그 응고 과정 중에, 수축(shrinkage), 즉 스트랜드 치수의 변화를 받게 된다는 것이 또한 알려져 있다. 발생하는 스트랜드 수축의 크기는 연속 주조 플랜트의 작동 파라미터들, 예를 들어, 주조되는 금속의 물리적 파라미터, 주조 온도, 주조 속도, 스트랜드 두께 또는 스트랜드 냉각에 종속된다.It is also known to those skilled in the art that the metal strands are subjected to shrinkage, i. E. Changes in strand dimensions, during their solidification during the continuous casting. The size of the resulting strand shrinkage depends on the operating parameters of the continuous casting plant, for example, the physical parameters of the metal being cast, the casting temperature, the casting speed, the strand thickness or the strand cooling.

연속 주조 프로세스 중에 연속 주조 플랜트의 작동 파라미터에서 발생하는 변화 - 예를 들어, 주조 속도 또는 스트랜드 냉각에서의 변화 - 는 스트랜드 지지 장치의 스트랜드 지지 롤의 거리와 관련하여 무시된 채로 유지되며, 결과적으로 금속 스트랜드의 품질 감소를 초래한다.
The changes occurring in the operating parameters of the continuous casting plant during the continuous casting process - for example, in the casting speed or in the strand cooling - are kept neglected with respect to the distance of the strand support rolls of the strand support device, Leading to a reduction in the quality of the strand.

본 발명의 목적은 금속 스트랜드의 제품 품질이, 예를 들어 다공성(porosity) 및/또는 응리(segregation), 향상된 표면 품질 및/또는 기하학적 안정성에 의해서 향상될 수 있는, 앞서 언급한 유형의 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method of the type mentioned above, wherein the product quality of the metal strands can be enhanced, for example by porosity and / or segregation, improved surface quality and / or geometric stability .

이러한 목적은 스트랜드의 자연적 수축이, 금속의 물리적 파라미터, 턴디쉬(tundish) 내의 금속의 온도, 지속적으로 측정된 출력 속도, 스트랜드 냉각 및 스트랜드의 두께를 고려하면서, 수학적 시뮬레이션 모델로 실시간으로 함께 계산되며, 스트랜드에 대해 설정될 수 있는 스트랜드 지지 장치의 스트랜드 안내 롤이 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려하면서 조정되는, 앞서 언급한 유형의 방법에 의해 달성된다.This objective is to calculate the natural contraction of the strand together with mathematical simulation models in real time, taking into account the physical parameters of the metal, the temperature of the metal in the tundish, the continuously measured output rates, the strand cooling and the strand thickness , The strand guide roll of the strand support device which can be set for the strand is adjusted in consideration of the natural contraction of the metal strand.

스트랜드의 자연적 수축을 계산할 때, 열 전도 방정식은 금속의 물리적 파라미터, 턴디쉬 내의 금속의 온도, 지속적으로 측정된 출력 속도, 스트랜드 냉각 및 스트랜드의 두께를 고려하면서, 수학적 시뮬레이션 모델로 실시간으로 수치적으로 해가 구해질 수 있다. 이를 위하여, 스트랜드는 분해(discretization), 즉, 예를 들어 다수의 체적 요소(volume elements)로 분리되며, 열 전도 방정식은, 전체 스트랜드의 시간-가변적(time-variable) 온도장(temperature field)을 얻기 위하여, 초기 및 경계 조건(boundary conditions)을 고려하면서 프로세스 컴퓨터에 의해 다수의 분리 요소(discrete elements)에 대해 주기적으로 해가 구해진다. 자연적 수축은 온도 변화에 따른 스트랜드의 열 팽창 거동을 언급한다. 열 전도 방정식의 해로부터 각각의 분리 요소에 대한 열역학적 상태 변화가 구해진 이후에, 각각의 요소의 자연적 수축은 예를 들어 체적 팽창 또는 수축으로부터 계산될 수 있다. 이후 금속 스트랜드가 야금학적으로 감축되지 않는다면, 스트랜드에 대해 설정될 수 있는, 스트랜드 안내 롤의 스트랜드 두께 방향에서의 거리는, 이러한 거리가 스트랜드 출력 방향에서의 금속 스트랜드의 자연적 수축을 따르도록 조정된다.When calculating the natural contraction of a strand, the thermal conduction equation can be expressed numerically as a mathematical simulation model in real time, taking into account the physical parameters of the metal, the temperature of the metal in the tundish, the continuously measured output rate, strand cooling and strand thickness The sun can be saved. To this end, the strands are separated by discretization, e. G., Into a number of volume elements, and the heat conduction equation defines the time-variable temperature field of the entire strand To achieve this, the discrete elements are periodically solved by the process computer, taking into account initial and boundary conditions. Natural shrinkage refers to the thermal expansion behavior of the strand with temperature changes. After the thermodynamic state change for each separation element is determined from the solution of the thermal conduction equation, the natural contraction of each element can be calculated from, for example, volume expansion or contraction. The distance in the strand thickness direction of the strand guide roll, which can then be set for the strand, is adjusted so that this distance follows the natural contraction of the metal strand in the strand output direction, if the metal strand is not metallurgically reduced.

본 발명에 따른 방법의 2가지 다른 유리한 실시예는 스트랜드 출력 방향에서 금속 스트랜드의 추가적인 야금학적 감축, 예를 들어 액체 코어 감축, 연성 감축(soft reduction) (특히 동적(dynamic) 연성 감축), 또는 표면 처리가 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려하면서 수행될 때 얻어진다. 액체 코어 감축 및 연성 감축은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있으므로, 이러한 유형의 야금학적 감축에 대해서는 더 이상 설명하지 않을 것이다. 스트랜드 지지 장치에서 금속 스트랜드의 야금학적 표면 처리도 마찬가지로 EP 1289691 B1 호에 개시되어 있다. 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려함으로써 추가적인 야금학적 감축이 - 종래 기술에서와 같이 하나의 작동 포인트(operating points)에서만이 아니라 - 연속 주조 프로세스의 모든 작동 포인트에서 유리하게 실행될 수 있게 된다.Two further advantageous embodiments of the method according to the invention are the additional metallurgical reduction of the metal strands in the strand output direction, for example liquid core reduction, soft reduction (in particular dynamic ductility reduction) When the treatment is carried out taking into account the natural contraction of the metal strands. Liquid core reduction and ductility reduction are known to those of ordinary skill in the art and will not be discussed further in this type of metallurgical reduction. Metallurgical surface treatment of metal strands in strand support devices is likewise disclosed in EP 1289691 B1. By considering the natural shrinkage of the metal strands, additional metallurgical reductions can be carried out advantageously at all operating points of the continuous casting process, not only at one operating point as in the prior art.

본 발명에 따른 방법은, 수학적 시뮬레이션 모델의 열 전도 방정식이 금속 스트랜드의 온도 종속적 밀도 변화를 고려하면서 수치적으로 해가 구해질 때 특히 정확하게 실행될 수 있고, 따라서 유리한 방식으로 실행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 온도에 따른 금속의 밀도 변화가 중요할 수 있다는 것이 알려져 있다. 연속 주조 프로세스에서는, 예를 들어 강철의 밀도가 1550℃(턴디쉬 내의 용융물의 온도)에서 약 7000 kg/m3으로부터 300℃(응고된 스트랜드)에서 약 7800 kg/m3까지 증가한다.The method according to the present invention can be performed particularly accurately when the thermal conduction equation of the mathematical simulation model is solved numerically while taking into account the temperature dependent density variation of the metal strands and thus can be implemented in an advantageous manner. It is known to those skilled in the art that changes in metal density depending on temperature can be important. In a continuous casting process, for example, the density of steel increases from about 7000 kg / m 3 to about 7800 kg / m 3 at 300 ° C (solidified strand) at 1550 ° C (temperature of the melt in the tundish).

본 발명에 따른 다른 유리한 실시예에서는, 전체 스트랜드에 대한 정확한 질량 및 정확한 엔탈피를 가지는, 엔탈피에 대한 근사화된 방정식(apporximated equations)이, 금속 스트랜드의 온도 종속성 밀도 변화를 고려하면서 열 전도 방정식의 수학적 해에 사용된다. 이러한 실시예는 금속 스트랜드의 자연적 수축의 계산이 엔탈피뿐만 아니라 질량과 관련하여 정확히 실행되어, 해(soultion), 즉 열역학적 상태 변화 및 자연적 수축에 대해 특히 높은 정확성이 보장되도록 한다.In another advantageous embodiment according to the present invention, apporximated equations for enthalpy, having an exact mass and an exact enthalpy for the entire strand, are mathematically solved for the heat conduction equation taking account of the temperature dependency density variation of the metal strands . This embodiment ensures that the calculation of the natural shrinkage of the metal strands is precisely carried out in relation to the mass as well as the enthalpy, ensuring particularly high accuracy for soultion, i.e. thermodynamic state changes and natural shrinkage.

수학적 시뮬레이션 모델이, 특히 유리하게는 아브라미(Avrami)에 따른 연속적 상 변이 모델을 사용함으로써, 금속 스트랜드 내의 원하는 구조의 형성을 기술하는 계산 모델을 수반할 때, 상이한 유형의 구조 사이의 변이 또는 성장(growth)이 본 발명에 따른 방법에 유리하게 고려될 수 있다.When a mathematical simulation model involves a computational model describing the formation of a desired structure in a metal strand, particularly advantageously by using a continuous phase variation model according to Avrami, the variation or growth between different types of structures growth may be beneficially considered in the process according to the invention.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 특히 유리한 구성에서는, 스트랜드 냉각이, 계산된 상태를 고려하면서, 조정된다. 금속 스트랜드가 열역학적 상태 변화를 고려하면서 냉각되고 스트랜드 안내 롤의 거리를 조정하는데 있어서 자연적 수축이 함께 고려되므로, 상기 구성은 금속 스트랜드의 매우 높은 제품 품질을 보장할 것이다.In another particularly advantageous arrangement of the method according to the invention, strand cooling is adjusted, taking into account the calculated state. The construction will ensure a very high product quality of the metal strands, since the metal strands are cooled while considering the thermodynamic state changes and natural shrinkage is taken into account in adjusting the distance of the strand guide rolls.

본 발명에 따른 방법은, 주조 금속 스트랜드의 품질을 향상시키기 위하여, 금속 스트랜드의 주조에 대한 제한이 없이, 강편(billet), 봉강(bloom), 슬래브(slab) 또는 임의 치수의 얇은 슬래브 단면에 사용될 수 있다.The method according to the invention can be used for the production of billets, blooms, slabs or any thin slab cross-section without the limitation of casting of the metal strands in order to improve the quality of the cast metal strands. .

본 발명에 따른 다른 유리한 구성에서는, 스트랜드에 대해 설정될 수 있는 스트랜드 안내 롤이, 스트랜드의 두께가 가능한 한 설정점 값(setpoint value)에 상응하도록 설정된다. 이러한 구성의 방법에 의하여, 스트랜드의 출력 방향에서의 특정 위치에서의 (예를 들어 스트랜드 지지 장치의 특정 안내 롤 상에서의) 두께가 가능한 한 두께 설정점 값, 즉 스트랜드의 목표 두께에 상응하여 스트랜드의 높은 두께 정확성이 연속 주조 동안에 이미 얻어지도록, 조정 가능한 스트랜드 안내 롤을 설정하는 것이 가능하다.In another advantageous arrangement according to the invention, a strand guide roll which can be set for the strand is set such that the thickness of the strand corresponds to the setpoint value as much as possible. By means of this construction, the thickness at a specific position in the output direction of the strand (for example on a particular guiding roll of the strand support device) is adjusted as much as possible by the thickness set point value, It is possible to set an adjustable strand guide roll so that high thickness accuracy is already obtained during continuous casting.

일 실시예에 따르면 제어기가, 제어 법칙(control law)의 도움하에서 스트랜드의 자연적 수축 및 설정점 값을 고려하여, 스트랜드의 두께가 가능한 한 설정점 값에 상응하도록 하나 이상의 조정 가능한 스트랜드 안내 롤로 전달되는 설정점 양(setpoint quantity)을 결정한다. 이러한 실시예에서, 제어기는 스트랜드의 계산된 두께 또는 측정된 스트랜드 두께를 사용한다. 첫 번째의 경우에, 계산된 두께가 설정점 양을 결정하는데 사용되어, 스트랜드의 두께 또는 스트랜드 안내 롤 사이의 거리가 개별적으로 기록될 필요가 없게 된다.According to one embodiment, the controller takes into account the natural contraction of the strand and the set point value, with the aid of a control law, and the thickness of the strand is transferred to the at least one adjustable strand guide roll so as to correspond to the setpoint value as much as possible Determine the setpoint quantity. In this embodiment, the controller uses the calculated thickness of the strand or the measured strand thickness. In the first case, the calculated thickness is used to determine the set point amount so that the thickness of the strands or the distance between the strand guiding rolls need not be individually recorded.

두 번째의 경우에, 스트랜드의 두께가 측정 장치에 의해 기록되어 제어기로 전달되며, 설정점 양은 스트랜드의 기록된 두께를 고려하면서 결정된다. 이러한 제어 방법에 의하여, 스트랜드 두께를 매우 정확하게 얻을 수 있다.In the second case, the thickness of the strand is recorded by the measuring device and transmitted to the controller, and the set point amount is determined taking into account the recorded thickness of the strand. By this control method, the strand thickness can be obtained very accurately.

본 발명의 다른 장점 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여, 비제한적인 예시적 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 확인할 수 있을 것이다.
Other advantages and features of the present invention will become apparent from the following description of a non-limiting exemplary embodiment, with reference to the accompanying drawings.

도 1은 연속 주조 플랜트의 개략적인 측면도이다.
도 2는 스트랜드 지지 장치의 유압식으로 조정가능한 세그먼트(segment)의 개략적인 도면이다.1 is a schematic side view of a continuous casting plant.
Figure 2 is a schematic illustration of a hydraulically adjustable segment of a strand support device.

냉각된 인-라인(in-line) 주형(3)에서의 주조에 의하여 특별한 화학적 조성을 가지는 용융 강철(2)로부터 강철 스트랜드(1)가 형성된다. 용융 강철(2)은 턴디쉬(tundish)(5)와 인-라인 주형(3) 내에 형성되는 주조 욕(casting bath) 아래로 연장하는 주조 관(casting spout)(6)을 통해서 주입용 래들(pouring ladle)(4)로부터 인-라인 주형(3)으로 흐른다. 인-라인 주형(3) 아래에서는, 아직 액체 코어(8)와 초기의 매우 얇은 스트랜드 쉘(strand shell)(9)만을 가지는 강철 스트랜드(1)를 지지하기 위하여 스트랜드 지지 장치의 스트랜드 안내 롤(7)이 제공된다. 직선 축을 따라 인-라인 주형으로부터 나오는 강철 스트랜드(1)는 굽힘 영역(bending zone)(10)에서 원형 아크 경로(11)로 편향되며, 복수의 유압 조정식 세그먼트(13) 내에 배치되는, 스트랜드 안내 롤(7)에 의해 지지된다.Steel strands 1 are formed from molten steel 2 having a particular chemical composition by casting in a cooled in-line mold 3. The molten steel 2 is fed through a casting spout 6 extending below a casting bath formed in a tundish 5 and an in-line casting 3, pouring ladle (4) to the in-line mold (3). Underneath the in-line mold 3 a strand guide roll 7 of the strand support device is provided to support the steel strand 1 which still has only the liquid core 8 and the initial very thin strand shell 9 Is provided. A steel strand 1 emerging from an inline mold along a linear axis is deflected into a circular arc path 11 in a bending zone 10 and is arranged in a plurality of hydraulic regulating segments 13, (7).

원형 아크 경로(11)를 뒤따르는 직선 영역(12)에서는, 강철 스트랜드(1)가 다시 직선으로 안내되어 출구 롤 열(exit roll train)에 의하여 출력되거나 또는, 예를 들어 온라인으로 배치된 롤 스탠드(roll stand)에 의하여, 그 두께가 직접 온라인으로 감소된다. 강철 스트랜드(1)를 냉각시키기 위하여, 강철 스트랜드는 - 내부 냉각 시스템을 구비한 스트랜드 안내 롤(7)에 의하여 - 직접 또는 간접적으로 냉각되고 이로써 특정 온도의 강철 스트랜드(1)로 조정될 수 있다. 강철 스트랜드(1)는 프로세스 컴퓨터(14)에 의한 폐쇄 제어 루프를 통하여 원하는 구조의 강철 스트랜드(1)에 필요한 양의 냉각제를 공급받는다. 온라인으로 계산된 열역학적 상태 변화를 고려한 이러한 스트랜드 냉각은 본 출원인이 출원한 DE 4417818 A1 호에 개시되어 있다. 예를 들어 프로세스 컴퓨터(14)의 입력 유닛은 강철(2)의 물리적 파라미터, 예를 들어 밀도, 비열용량(specific heat capacity) 및 열 전도성뿐만 아니라, 스트랜드 냉각의 파라미터, 롤 간격, 스트랜드 폭, 주형 내의 스트랜드 두께 및 지속적으로 측정된 주조 속도와 세그먼트(13) 내의 스트랜드 두께의 측정값도 수신한다. 스트랜드 냉각을 위한 물의 설정 량은 아브라미(Avrami)에 따른 상 변이 동역학(phase transition kinetics)을 고려하기 위한 야금학적 계산 모델(metallurgical calculation model) 및 열 전도 방정식을 가지는 수학적 시뮬레이션 모델의 도움으로 프로세스 컴퓨터(14)에서 계산될 것이다. 강철 스트랜드(1)는 각각의 세그먼트에서 제어된 방식으로 냉각되며, 세그먼트의 각각의 냉각 영역 내의 냉각수 양은 각각 밸브에 의해 제어되며(명확성을 위해서 도 1에서는 하나의 세그먼트 내에 단지 하나의 밸브만이 도시되어 있다), 이러한 밸브는 프로세스 컴퓨터(14)의 출력 유닛에 의해 구동된다. 열 전도 방정식의 해로부터, 열역학적 상태 변화로 인한 강철 스트랜드(1)의 부피 수축은 식In the straight region 12 following the circular arc path 11, the steel strand 1 is again guided in a straight line and output by an exit roll train or, for example, by the roll stand, its thickness is directly reduced on-line. To cool the steel strand 1, the steel strand can be cooled directly or indirectly by means of a strand guide roll 7 with an internal cooling system, whereby it can be adjusted to the steel strand 1 at a certain temperature. The steel strand 1 is supplied with the required amount of coolant to the steel strand 1 of the desired structure through a closed control loop by the process computer 14. This strand cooling, which takes into account the thermodynamic state changes calculated on-line, is disclosed in DE 4417818 Al, For example, the input unit of the process computer 14 may be used to determine the physical parameters of the steel 2, such as density, specific heat capacity and thermal conductivity, as well as parameters of strand cooling, And also measures the continuously measured casting speed and the thickness of the strands in the segment (13). The set amount of water for strand cooling can be calculated by the process computer with the aid of a metallurgical calculation model to take into account the phase transition kinetics according to Avrami and a mathematical simulation model with thermal conduction equations. (14). The steel strand 1 is cooled in a controlled manner in each segment, and the amount of cooling water in each cooling region of the segment is controlled by a valve (for clarity only one valve in one segment in Fig. , This valve is driven by the output unit of the process computer 14). From the solution of the heat conduction equation, the volume contraction of the steel strand 1 due to the thermodynamic state change can be expressed by equation

Figure 112010084502318-pct00001
Figure 112010084502318-pct00001

에 의해서도 계산되며, 여기서Lt; RTI ID = 0.0 >

β 부피 팽창 계수β volume expansion coefficient

V 요소의 부피The volume of the V element

V0 기준 온도에서의 부피V 0 Volume at reference temperature

T 온도 T temperature

이다.
to be.

강철 스트랜드(1)가 연성 감축(soft reduction), 스트랜드의 표면 처리 또는, 예를 들어 액체 코어 감축(reduction)과 같은, 추가적인 야금학적(metallurgical) 감축을 받지 않는다면, 세그먼트(13)의, 스트랜드에 대해 설정될 수 있는, 스트랜드 안내 롤(7)의 거리는 계산된 스트랜드 두께로, 즉, 자연적인 수축을 고려하면서, 하나 또는 그보다 많은 유압 실린더(15)에 의해 조정된다. 그러나 강철 스트랜드의 추가적인 야금학적 감축이 수행되고자 한다면, 감축에 필요한 두께 변화가 - 자연적인 수축을 고려하면서 - 계산된 스트랜드 두께에 추가된다.If the steel strand 1 is not subjected to additional metallurgical reductions, such as soft reduction, surface treatment of the strands or, for example, liquid core reduction, The distance of the strand guide roll 7, which can be set for one, is adjusted by one or more hydraulic cylinders 15, taking into account the calculated strand thickness, i.e. natural contraction. However, if further metallurgical reductions of steel strands are to be carried out, the thickness variation required for the reduction is added to the calculated strand thickness, taking into account the natural shrinkage.

강철 스트랜드(1)의 열역학적 상태 변화는 강철 스트랜드의 온도 종속성 밀도 면화를 고려하면서 열 전도 방정식에 의해서 바람직하게 계산된다. 2차원 열 전도 방정식은 예를 들어 다음과 같으며,The thermodynamic state change of the steel strand (1) is preferably calculated by the heat conduction equation, taking into account the temperature dependency density of the steel strands. The two-dimensional heat conduction equation is, for example,

Figure 112010084502318-pct00002

Figure 112010084502318-pct00002

여기서,here,

t 시간 [s]t Time [s]

x 스트랜드 두께 방향의 좌표x Coordinates in the strand thickness direction

y 스트랜드 출력 방향의 좌표y Coordinates in the strand output direction

Figure 112010084502318-pct00003
시간 t 에 대한 편미분
Figure 112010084502318-pct00003
Partial Differences over time t

Figure 112010084502318-pct00004
위치 x, y 에 대한 편미분
Figure 112010084502318-pct00004
Partial differential for position x, y

Figure 112014031840588-pct00005
Figure 112014031840588-pct00006
직각 좌표계에서의 위치 벡터
Figure 112014031840588-pct00005
Figure 112014031840588-pct00006
Position vector in Cartesian coordinate system

Figure 112010084502318-pct00007
시간 t 에서 위치 x 에서의 질량 관련 엔탈피
Figure 112010084502318-pct00007
The mass-related enthalpy at position x at time t

ξ 무차원 가변수(dummy variable)ξ dummy variable

Figure 112010084502318-pct00008
Figure 112010084502318-pct00008

Figure 112010084502318-pct00009
시간 t 에서 위치 x 에서의 온도
Figure 112010084502318-pct00009
The temperature at position x at time t

Figure 112010084502318-pct00010
시간 t 에서 위치 x에서 변환된 질량 관련 엔탈피
Figure 112010084502318-pct00010
At time t, the mass-related enthalpy

이다.
to be.

본 발명에 따른 방법은 열 전도 방정식의 차원에 무관하며, 따라서 상이한 차원의 방정식, 예를 들어 3차원 방정식에도 제한되지 않고 사용될 수 있다.The method according to the present invention is independent of the dimension of the thermal conduction equation and thus can be used without limitation to equations of different dimensions, for example, three-dimensional equations.

바람직하게는, 질량 및 엔탈피와 관련하여 전 세계적으로 옳은 변환된 엔탈피(transformed enthalpy)

Figure 112010084502318-pct00011
에 대해 2개의 표현이 사용된다.Preferably, there is a globally correct transformed enthalpy associated with mass and enthalpy,
Figure 112010084502318-pct00011
The two representations are used.

응고점 위에서는 다음과 같다Above the freezing point:

Figure 112010084502318-pct00012
.
Figure 112010084502318-pct00012
.

반면, 응고점 아래에서는 다음 식이 사용된다On the other hand, below the freezing point, the following equation is used

Figure 112010084502318-pct00013
.
Figure 112010084502318-pct00013
.

여기서,here,

Tref 임의적(arbitrary)이지만 일정한 기준 온도(일반적으로 25℃)T ref arbitrary but constant reference temperature (typically 25 ° C)

Ttund 주조 욕 내의 금속의 온도 [K]Ttund The temperature of the metal in the casting bath [K]

Figure 112010084502318-pct00014
시간에 대한 질량 관련 엔탈피의 미분을 표시한다.
Figure 112010084502318-pct00014
Displays the derivative of the mass-related enthalpy over time.

간략하게 하기 위하여, 열 전도 방정식은 라그랑지 좌표(Lagrangian coordinate)

Figure 112010084502318-pct00015
로, 즉 스트랜드 출력 이동과 함께 이동하는 관측자에 의해 보여지는 것과 같이 변환된다. 라그랑지 좌표에서의 열 전도 방정식은 수치 수학(numerical mathematics)의 표준 방법, 예를 들어 유한 체적법(finite volume method)에 의해 해가 구해질 수 있다.For the sake of simplicity, the thermal conduction equation is a Lagrangian coordinate,
Figure 112010084502318-pct00015
As seen by the observer moving with the strand output movement. The thermal conduction equation in Lagrangian coordinates can be solved by a standard method of numerical mathematics, for example the finite volume method.

도 2는 스트랜드 지지 장치의 조정 가능한 세그먼트(13)를 도시한다. 각각의 세그먼트(13)에 있어서, 강철 스트랜드(1)의 스트랜드 두께의 (도시된 바와 같이) 평행한 또는 원추형 프로파일이 조정될 수 있다. 강철 스트랜드(1)의 두께는 세그먼트(13)의 유압식 설정에 의해 조정될 수 있으며, 대향하는 스트랜드 안내 롤(7)의 실제 위치 및 이들 사이의 거리는 유압 실린더(15)의 위치 측정 시스템에서 측정되어 프로세스 컴퓨터로 전송된다. 열 전도 방정식의 해를 구함으로써, 프로세스 컴퓨터(14)는 자연적 스트랜드 수축을 계산하여 이를 추가적인 야금학적 감축, 특수한 경우에는 액체 코어(8)에서의 LCR 감축에 고려하고, 이로써 강철 스트랜드(1)의 설정점 두께를 특정한다. (도시되지 않은) 위치 제어기에 의하여, 유압 실린더(15)에 할당된 전자식 유압 밸브(electro-hydraulic valve)로의 출력 및 스트랜드 두께의 실제 설정점 비교(setpoint-actual comparision)를 통해서 제어량이 결정된다. 원칙적으로, 한편으로는 세그먼트(13)가 스트랜드 안내 롤(7)을 자연적 스트랜드 수축에 대해 재조정하기 위하여 사용될 수 있으며, 다른 한편으로는 롤(7)의 상응하는 설정에 의하여 모든 야금학적 감축이 스트랜드 지지 장치에서 자연적으로 실행될 수 있다. 외부 측면 상에서, 스트랜드(1)는 스트랜드 지지 롤(7)에 의하여 세그먼트 프레임의 하부(17) 상에 지지되며, 스트랜드의 내부 측면 상에서는 스트랜드 지지 롤(7)에 의하여 세그먼트 프레임 상부(16) 상에 지지된다. 강철 스트랜드(1)의 출력 방향은 화살표로 도시되어 있다.
Figure 2 shows the adjustable segment (13) of the strand support device. In each segment 13, a parallel or conical profile of the strand thickness (as shown) of the steel strand 1 can be adjusted. The thickness of the steel strand 1 can be adjusted by the hydraulic setting of the segment 13 and the actual position of the opposing strand guide rolls 7 and the distance therebetween can be measured in the position measuring system of the hydraulic cylinder 15, It is transmitted to a computer. By taking the solution of the thermal conduction equation, the process computer 14 can calculate the natural strand shrinkage and consider it for further metallurgical reduction, in particular the LCR reduction in the liquid core 8, Specify the set point thickness. The control amount is determined by a position controller (not shown), through an output to an electro-hydraulic valve assigned to the hydraulic cylinder 15, and a setpoint-actual comparison of the strand thickness. In principle, on the one hand the segment 13 can be used to readjust the strand guide roll 7 against the natural strand shrinkage, on the other hand by means of the corresponding setting of the roll 7, Can be performed naturally in the support device. On the outer side the strand 1 is supported on the lower portion 17 of the segment frame by a strand support roll 7 and on the inner side of the strand by a strand support roll 7 on the segment frame upper portion 16 . The output direction of the steel strand 1 is shown by arrows.

1 강철 스트랜드
2 용융 강철
3 인-라인 주형
4 주입용 래들
5 턴디쉬
6 주조 관
7 스트랜드 안내 롤
8 액체 코어
9 스트랜드 쉘
10 굽힘 영역
11 원형 아크 경로
12 직선 영역
13 스트랜드 지지 장치의 세그먼트
14 프로세스 컴퓨터
15 유압 실린더
16 세그먼트 프레임 상부
17 세그먼트 프레임 하부1 steel strand
2 Molten steel
3-in-line mold
4 injection ladle
5 Tundish
6 casting tube
7 Strand guide roll
8 liquid core
9 Strand Shell
10 bending area
11 Circular arc path
12 Linear area
13 Segment of strand support device
14 Process Computer
15 Hydraulic cylinders
16-segment frame top
17-segment frame bottom

Claims (11)

연속 주조 플랜트(continuous casting plant)에서의 금속 스트랜드(metal strand)의 연속 주조 방법으로서,
스트랜드 쉘(strand shell)에 의해 둘러싸인 액체 코어(liquid core)를 가지는 상기 금속 스트랜드가 냉각된 인-라인 주형(in-line mold)으로부터 나와, 상기 인-라인 주형의 하류에 있는 스트랜드 지지 장치 내에 지지되고, 냉매를 사용하여 냉각되고,
전체 금속 스트랜드의 열역학적 상태 변화는 열 전도 방정식을 수반하는 수학적 시뮬레이션 모델(mathematical simulation model)에서 함께 계산되는(co-calculated),
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드의 연속 주조 방법에 있어서,
상기 금속 스트랜드의 자연적 수축이, 금속의 물리적 파라미터(physical parameter), 턴디쉬(tundish) 내의 금속 온도, 지속적으로 측정되는 출력 속도, 상기 금속 스트랜드 냉각 및 상기 금속 스트랜드의 두께를 고려하면서, 상기 수학적 시뮬레이션 모델에서 실시간으로 함께 계산되며,
상기 금속 스트랜드에 대해 설정될 수 있는, 상기 스트랜드 지지 장치의 스트랜드 안내 롤(strand guide roll)이 상기 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려하면서 조정되며,
상기 수학적 시뮬레이션 모델의 열 전도 방정식이, 상기 금속 스트랜드의 온도 종속적 밀도 변화를 고려하면서 수치적으로 풀어지며, 그리고,
전체 스트랜드에 대한 정확한 질량 및 정확한 엔탈피를 가지는, 엔탈피에 대한 근사화된 방정식이, 상기 금속 스트랜드의 온도 종속적 밀도 변화를 고려하면서, 상기 열 전도 방정식의 수치적 해에 사용되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드의 연속 주조 방법.
As a continuous casting method of a metal strand in a continuous casting plant,
The metal strand having a liquid core surrounded by a strand shell is withdrawn from a cooled in-line mold and is supported in a strand support device downstream of the in- Cooled using a refrigerant,
The thermodynamic state changes of the entire metal strands are co-calculated in a mathematical simulation model involving thermal conduction equations,
A continuous casting method of metal strands in a continuous casting plant,
Wherein the natural contraction of the metal strand is determined by the mathematical simulation taking into account the physical parameters of the metal, the metal temperature in the tundish, the continuously measured output speed, the metal strand cooling, The model is calculated together in real time,
A strand guide roll of the strand support device, which can be set for the metal strand, is adjusted in consideration of the natural contraction of the metal strand,
The thermal conduction equation of the mathematical simulation model is numerically solved considering the temperature dependent density change of the metal strand,
Characterized in that an approximated equation for enthalpy, having an exact mass and an exact enthalpy for the entire strand, is used in the numerical solution of the heat conduction equation, taking into account the temperature dependent density variation of the metal strand.
Continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.
제1항에 있어서,
상기 금속 스트랜드는 야금학적으로 감축되는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드의 연속 주조 방법.
The method according to claim 1,
The metal strands are metallurgically reduced,
Continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.
제2항에 있어서,
상기 금속 스트랜드의 야금학적 감축(metallurgical reduction)이, 상기 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려하면서, 상기 스트랜드 지지 장치에서 실행되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드의 연속 주조 방법.
3. The method of claim 2,
Characterized in that the metallurgical reduction of the metal strands is carried out in the strand support device, taking into account the natural contraction of the metal strands.
Continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.
제3항에 있어서,
액체 코어 감축(liquid core reduction), 연성 감축(soft reduction) 또는 상기 금속 스트랜드의 표면 처리가 상기 야금학적 감축에 따라 실행되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드의 연속 주조 방법.
The method of claim 3,
Characterized in that liquid core reduction, soft reduction or surface treatment of said metal strands is carried out in accordance with said metallurgical reduction.
Continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.
삭제delete 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수학적 시뮬레이션 모델이 상기 금속 스트랜드의 원하는 구조의 형성을 기술하는 계산 모델을 수반하는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드의 연속 주조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Characterized in that the mathematical simulation model is accompanied by a computational model describing the formation of the desired structure of the metal strand.
Continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속의 상 변이 모델이 상기 수학적 시뮬레이션 모델에 통합되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드의 연속 주조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the phase transition model of the metal is integrated into the mathematical simulation model.
Continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스트랜드 냉각이, 계산된 열역학적 상태 변화를 고려하면서, 조정되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드의 연속 주조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Characterized in that the strand cooling is adjusted taking into account the calculated thermodynamic state changes.
Continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 스트랜드에 대해 설정될 수 있는 스트랜드 안내 롤이, 상기 금속 스트랜드의 두께가 가능한 한 설정점 값에 상응하도록 설정되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드의 연속 주조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Characterized in that a strand guide roll which can be set for the metal strand is set such that the thickness of the metal strand corresponds to the set point value as much as possible,
Continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.
제9항에 있어서,
제어기가, 제어 법칙의 도움하에서 상기 금속 스트랜드의 자연적 수축 및 설정점 값을 고려하여, 상기 금속 스트랜드의 두께가 가능한 한 설정점 값에 상응하도록 하나 이상의 조정 가능한 스트랜드 안내 롤로 전달되는 설정점 양을 결정하는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드의 연속 주조 방법.
10. The method of claim 9,
The controller determines the amount of set point delivered to the at least one adjustable strand guide roll so that the thickness of the metal strands corresponds to the setpoint value as much as possible, taking into account the natural contraction of the metal strands and the set point value, Lt; RTI ID = 0.0 >
Continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.
제10항에 있어서,
상기 금속 스트랜드의 두께가 측정 장치에 의해 기록되어 제어기로 전달되고, 상기 설정점 양은 상기 금속 스트랜드의 기록된 두께를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드의 연속 주조 방법.11. The method of claim 10,
Characterized in that the thickness of the metal strand is recorded by the measuring device and transferred to the controller, and the set point amount is determined in consideration of the recorded thickness of the metal strand.
Continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.
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