KR101819342B1 - 탕면레벨 안정화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 탕면레벨 안정화 장치는 몰드 내의 탕면레벨을 검출하는 탕면레벨 검출부; 및 상기 탕면레벨과 기준레벨 간 편차에 기초하여 세그먼트의 롤 압하력을 제어하는 롤 압하력 제어부를 포함한다.

Description

탕면레벨 안정화 장치 및 방법{Apparatus and Method for Stabilizing mold level variation}
본 발명은 탕면레벨 안정화 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 연속주조 공정은 성분이 조정된 용강을 턴디쉬에 받은 후 이를 몰드로 공급하여 원하는 크기의 주편으로 연속생산하는 공정이다.
이때, 주편의 연주설비는 용강을 중간용기인 턴디쉬에 받고, 턴디쉬의 바닥에 설치된 구멍(토출구)과 노즐을 통해 몰드에 용강을 공급하여 연속적으로 몰드 모양의 단면을 갖는 금속 덩어리 주편을 만들도록 구성된다.
이와 같은 연속주조의 작업 중에 탕면의 레벨이 일정하게 유지되지 않을 경우, 몰드 플럭스나 개재물(Inclusion)이 용탕에 혼입되어 주편의 표면품질을 크게 저하시키며, 주조 중 주편에 터짐이 발생하기도 하고, 몰드 위로 용탕이 넘칠 경우 생산성을 크게 저하시키는 요인이 된다.
따라서 연속주조 공정에서 그 작업을 안전하게 하고, 품질이 양호한 주편을 제조하기 위해서, 몰드 내 용탕 표면(탕면)의 레벨을 안정적으로 유지하는 것이 필수적이다.
종래의 연속주조기는 탕면레벨 센서에서 측정한 탕면 레벨의 변화에 따라 노즐 밸브의 개도를 조절하여 탕면 레벨을 일정하게 조절하는 방식으로 사용하였다.
그러나, 이러한 종래의 방식은 밸브 개도 조절로 인하여 기계적, 제어적인 지연현상으로 인하여 탕면 레벨 변화를 정확히 제어하지 못하는 문제점(예컨대, 용탕면이 사인파의 형태로 오르내릴 때 노즐 밸브의 작지 않은 지연현상이 발생할 경우, 용탕면의 사인파는 줄어들지 않고 유지되는 문제점)이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0079189호 (발명의 명칭: 몰드진동 패턴을 이용한 몰드 탕면 레벨 안정화 방법 및 시스템)
본 발명의 목적은 연속주조 과정에서 몰드 내의 탕면레벨의 변동을 억제할 수 있고, 탕면레벨 변화에 따라 세그먼트의 롤 압하력을 제어하여 용탕면 진동에 따른 헌팅을 정확하게 제어할 수 있는 탕면레벨 안정화 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 탕면레벨 안정화 장치는 몰드 내의 탕면레벨을 검출하는 탕면레벨 검출부; 및 상기 탕면레벨과 기준레벨 간 편차에 기초하여 세그먼트의 롤 압하력을 제어하는 롤 압하력 제어부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 탕면레벨 검출부는 광, 방사선 또는 와전류를 이용하여 상기 탕면레벨을 검출하는 센서일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 롤 압하력 제어부는 상기 탕면레벨과 기준레벨 간의 편차를 산출하는 제1 연산부; 상기 편차에 따른 상기 세그먼트의 롤 압축력 변화량을 산출하는 제2 연산부; 및 상기 롤 압축력 변화량에 기초하여 상기 세그먼트의 롤 압하력을 산출하는 롤 압하력 산출부; 및 상기 롤 압하력 산출부에서 산출된 롤 압하력에 따라 상기 세그먼트의 롤 위치를 제어하도록 실린더의 동작을 제어하는 실린더 제어부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 세그먼트는 상기 몰드의 직하 상부에 위치하는 세그먼트일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 연산부는 하기의 식 1을 이용하여 상기 세그먼트의 롤 압축력 변화량을 산출한다.
[식 1]
Figure 112016060930919-pat00001
여기서, ΔS는 세그먼트의 롤 압축력 변화량이고, e는 에러로서 탕면레벨과 기준레벨 간의 편차이고,
Figure 112016060930919-pat00002
,
Figure 112016060930919-pat00003
는 상수이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 탕면레벨 안정화 방법은 몰드 내의 탕면레벨을 검출하는 단계; 및 상기 탕면레벨과 기준레벨 간 편차에 기초하여 상기 몰드의 직하부에 위치하는 세그먼트의 압하력을 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 세그먼트의 압하력을 제어하는 단계는, a) 상기 탕면레벨과 상기 기준레벨 간 편차를 산출하는 단계; b) 상기 편차에 따른 상기 세그먼트의 압축력 변화량을 산출하는 단계; c) 상기 압축력 변화량에 기초하여 상기 세그먼트의 압하력을 산출하는 단계; 및 d) 상기 몰드의 직하부에 위치하는 세그먼트가 산출된 압하력에 도달하도록 실린더를 통해 세그먼트의 위치를 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 b) 단계는, 하기의 식 1을 이용하여 상기 세그먼트의 압축력 변화량을 산출한다.
[식 1]
Figure 112016060930919-pat00004
여기서 ΔS는 세그먼트의 롤 압축력 변화량이고, e는 에러로서 탕면레벨과 기준레벨 간의 편차이고,
Figure 112016060930919-pat00005
,
Figure 112016060930919-pat00006
는 상수이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 탕면레벨 안정화 장치 및 방법을 이용하면 종래와 같이 노즐 개도 제어방식으로 인한 기계적 지연요인을 배제할 수 있을 뿐만 아니라, 고속연주시에 용탕면 진동에 따른 헌팅을 정확하게 제어가 가능하고, 이로 인하여 주조 속도를 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
상기와 같은 주조 속도 향상으로 인하여 연간 생산량을 획기적으로 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탕면레벨 안정화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탕면레벨 안정화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 도 1에 도시된 탕면레벨 안정화 장치를 연속주조시에 적용할 경우, 몰드 내의 탕면레벨의 변화에 따른 세그먼트의 압하력의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 몰드 탕면 레벨 안정화 장치 및 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탕면레벨 안정화 장치를 나타낸 장치도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 몰드 탕면레벨 안정화 장치(100)는 탕면레벨 검출부(110) 및 롤 압하력 제어부(120)를 포함한다.
상기 탕면레벨 검출부(110)는 몰드 내의 탕면레벨(L1)을 검출하는 기능을 한다. 상기 탕면레벨 검출부(110)는 광, 방사선 또는 와전류를 이용하여 상기 탕면레벨을 검출하는 센서일 수 있다.
상기 롤 압하력 제어부(120)는 상기 탕면레벨 검출부(110)에서 검출한 탕면레벨(L1)과 기준레벨(L_ref) 간 편차에 기초하여 연속주조기의 세그먼트(50)의 롤 압하력을 제어하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로, 상기 롤 압하력 제어부(120)는 제1 연산부(121), 제2 연산부(122), 롤 압하력 산출부(123) 및 실린더 제어부(124)를 포함한다.
상기 제1 연산부(121)는 상기 탕면레벨(L1)과 기준레벨(L_ref) 간의 편차(e)를 산출하는 기능을 수행한다.
상기 제2 연산부(122)는 상기 편차(e)에 따른 상기 세그먼트의 롤 압축력 변화량(ΔS)을 산출하는 기능을 수행한다.
여기서, 상기 제2 연산부(122)는 PI 제어로직에 기반하여 동작되고, 하기의 식 1을 이용하여 상기 세그먼트의 롤 압축력 변화량(ΔS)을 산출한다.
[식 1]
Figure 112016060930919-pat00007
여기서 ΔS는 세그먼트의 롤 압축력 변화량이고, e는 에러로서 탕면레벨(L1)과 기준레벨(L_ref) 간의 편차이고,
Figure 112016060930919-pat00008
,
Figure 112016060930919-pat00009
는 상수이다.
다음으로, 상기 롤 압하력 산출부(123)는 상기 롤 압출력 변화량(ΔS)에 기초하여 상기 세그먼트의 롤 압하력(F)을 산출하는 기능을 수행한다.
상기 실린더 제어부(124)는 상기 롤 압하력 산출부(123)에서 산출된 롤 압하력(F)에 따라 상기 세그먼트의 롤 위치가 제어되도록 실린더(60)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.
여기서, 실린더 제어부(124)는 미응고 상태인 용강이 위치하는 세그먼트의 위치를 제어하는 실린더를 제어한다. 상기 미응고 상태인 용강이 위치하는 세그먼트는 상기 몰드(20)의 직하 상부(예컨대, 벌징존)에 위치하는 세그먼트이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조 공정에서 탕면레벨 안정화 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 탕면레벨 안정화 방법(S700)은 몰드(20) 내의 탕면레벨(L1)을 검출하는 단계(S710) 및 상기 탕면레벨(L1)과 기준레벨(L_ref) 간 편차(e)에 기초하여 상기 몰드(20)의 직하부(예컨대, 벌징존)에 위치하는 세그먼트의 압하력을 제어하는 단계(S720)를 포함한다.
상기 S720은 상기 탕면레벨(L1)과 상기 기준레벨(L_ref) 간 편차(e)를 산출하는 단계(S721), 상기 편차(e)에 따른 상기 세그먼트의 롤 압축력 변화량(ΔS)을 산출하는 단계(S722), 상기 압축력 변화량(ΔS)에 기초하여 상기 세그먼트의 압하력(F)을 산출하는 단계(S723) 및 상기 몰드(20)의 직하부에 위치하는 세그먼트가 산출된 압하력에 도달하도록 실린더(60)를 통해 세그먼트의 위치를 제어하는 단계(S724)를 포함한다.
상기 S722는 하기의 식 1을 이용하여 상기 세그먼트의 롤 압축력 변화량(ΔS)을 산출하는 단계일 수 있다.
[식 1]
Figure 112016060930919-pat00010
여기서 ΔS는 세그먼트의 롤 압축력 변화량이고, e는 에러로서 탕면레벨과 기준레벨 간의 편차이고,
Figure 112016060930919-pat00011
,
Figure 112016060930919-pat00012
는 상수이다.
도 3은 도 1에 도시된 탕면레벨 안정화 장치를 연속주조시에 적용할 경우, 몰드 내의 탕면레벨의 변화에 따른 세그먼트의 압하력의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 몰드(20)의 탕면레벨이 A 구간에서 3mm로 진동하다, 5초 시점에서 탕면레벨에 따라 세그먼트의 롤 압하력을 제어하면, 몰드(20)의 탕면레벨은 1mm로 진동폭이 줄어드는 결과를 확인할 수 있다. 여기서,
Figure 112016060930919-pat00013
,
Figure 112016060930919-pat00014
는 0.5로 설정하였다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 탕면레벨 안정화 장치를 이용하면, 종래와 같이 노즐 개도 제어방식으로 인한 기계적 지연요인을 배제할 수 있을 뿐만 아니라, 고속연주시에 용탕면 진동에 따른 헌팅을 정확하게 제어가 가능하고, 이로 인하여 주조 속도를 향상시킬 수 있다는 이점이 있다. 상기와 같은 주조 속도 향상으로 인하여 연간 생산량을 획기적으로 증가시킬 수 있다.
이상에서 실시 예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.
따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위의 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 턴디쉬
20: 몰드
30: 침지노즐
60: 실린더
100: 탕면레벨 안정화 장치
110: 탕면레벨 검출부
120: 롤 압하력 제어부
121: 제1 연산부
122: 제2 연산부
123: 롤 압하력 산출부
124: 실린더 제어부

Claims (8)

  1. 몰드 내의 탕면레벨을 검출하는 탕면레벨 검출부; 및
    상기 탕면레벨과 기준레벨 간 편차에 기초하여 세그먼트의 롤 압하력을 제어하는 롤 압하력 제어부를 포함하고,
    상기 롤 압하력 제어부는,
    상기 탕면레벨과 기준레벨 간의 편차를 산출하는 제1 연산부;
    상기 편차에 따른 상기 세그먼트의 롤 압축력 변화량을 산출하는 제2 연산부;
    상기 롤 압축력 변화량에 기초하여 상기 세그먼트의 롤 압하력을 산출하는 롤 압하력 산출부; 및
    상기 롤 압하력 산출부에서 산출된 롤 압하력에 따라 상기 세그먼트의 롤 위치를 제어하도록 실린더의 동작을 제어하는 실린더 제어부를 포함하는 탕면 레벨 안정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탕면레벨 검출부는,
    광, 방사선 또는 와전류를 이용하여 상기 탕면레벨을 검출하는 센서인 탕면 레벨 안정화 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세그먼트는,
    상기 몰드의 직하 상부에 위치하는 세그먼트인 탕면 레벨 안정화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 연산부는,
    하기의 식 1을 이용하여 상기 세그먼트의 롤 압축력 변화량을 산출하는 탕면레벨 안정화 장치.
    [식 1]
    Figure 112017077231709-pat00015

    여기서 ΔS는 세그먼트의 롤 압축력 변화량이고, e는 에러로서 탕면레벨과 기준레벨 간의 편차이고,
    Figure 112017077231709-pat00016
    ,
    Figure 112017077231709-pat00017
    는 상수이다.
  6. 연속주조 공정에서 탕면레벨 안정화 방법에 있어서,
    몰드 내의 탕면레벨을 검출하는 단계; 및
    상기 탕면레벨과 기준레벨 간 편차에 기초하여 상기 몰드의 직하부에 위치하는 세그먼트의 압하력을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 세그먼트의 압하력을 제어하는 단계는,
    a) 상기 탕면레벨과 상기 기준레벨 간 편차를 산출하는 단계;
    b) 상기 편차에 따른 상기 세그먼트의 압축력 변화량을 산출하는 단계;
    c) 상기 압축력 변화량에 기초하여 상기 세그먼트의 압하력을 산출하는 단계; 및
    d) 상기 몰드의 직하부에 위치하는 세그먼트가 산출된 압하력에 도달하도록 실린더를 통해 세그먼트의 위치를 제어하는 단계를 포함하는 탕면레벨 안정화 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    하기의 식 1을 이용하여 상기 세그먼트의 압축력 변화량을 산출하는 단계인 탕면레벨 안정화 방법.
    [식 1]
    Figure 112017077231709-pat00018

    여기서 ΔS는 세그먼트의 롤 압축력 변화량이고, e는 에러로서 탕면레벨과 기준레벨 간의 편차이고,
    Figure 112017077231709-pat00019
    ,
    Figure 112017077231709-pat00020
    는 상수이다.
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