KR101879088B1 - 수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 기술적 측면에 따른 수직형 연속 주조 장치는, 연속 주조되는 주편을 수직 방향으로 지지할 수 있도록 형성된 주형 몰드, 양 측에 이동 도르레가 형성되고, 상기 주편을 수직으로 지지하는 수평 정반, 와이어를 통하여 상기 이동 도르레의 이동을 제어하는 모터 및 중량에 의한 토크 보상 제어와, 상기 와이퍼의 팽창에 의한 길이 보상 제어에 의해 상기 모터의 동작을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법 {CONTINUOUS CASTING EQUIPMENT OF VERTICAL TYPE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
철강의 일 제조 기술로서 수직형 연속 주조 기술이 개발되고 있다. 이러한 수직형 연속 주조 기술은 대 단면으로 연속 주조가 가능하며, 통상적인 주조기에 비하여 수 배 이상 큰 주편을 생산할 수 있는 장점이 있다.
한편, 수직형 연속 주조 기술은 주편의 크기가 크고 길이가 길기 때문에 주편의 중량이 수십 톤에 이를 정도로 무겁다. 따라서, 주편의 무게, 온도의 영향에 의하여 주편의 제조 환경에 영향을 미치게 되고, 그러한 영향에 의하여 주편의 제조에 오차가 발생하는 문제가 유발되고 있다.
이러한 종래 기술에 대해서는, 한국 공개특허공보 제2016-7019943호, 한국 공개특허공보 제2012-0154883호 내지 한국 공개특허공보 제2012-0032538호 등을 참조하여 쉽게 이해할 수 있다.
한국 공개특허공보 제2016-7019943호 한국 공개특허공보 제2012-0154883호 한국 공개특허공보 제2012-0032538호
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 기술적 측면은 중량에 의한 토크 보상 제어와, 상기 와이어의 팽창에 의한 길이 보상 제어를 수행하고, 주기적인 주형 진동으로 주편에 전달되는 힘에 의해 주편의 주조 속도 헌팅이 발생하는 것을 방지하기 위한 주형의 진동 주기 설정 기준을 제공하여 정확하고 안정적인 주조를 수행할 수 있는 수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 기술적 측면은 수직형 연속 주조 장치를 제안한다. 상기 수직형 연속 주조 장치는, 연속 주조되는 주편을 수직 방향으로 지지할 수 있도록 형성된 주형 몰드, 양 측에 이동 도르레가 형성되고, 상기 주편을 수직으로 지지하는 수평 정반, 와이어를 통하여 상기 이동 도르레의 이동을 제어하는 모터 및 중량에 의한 토크 보상 제어와, 상기 와이어의 팽창에 의한 길이 보상 제어에 의해 상기 모터의 동작을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어기는
상기 수평 정반의 중량과, 주조 중 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량을 반영하여 상기 토크 보상 제어를 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어기는
이하의 수학식에 따라 토크 보상치를 결정하고,
Figure 112016126296816-pat00001
여기에서,
Figure 112018022071555-pat00002
는 수평 정반질량(kg),
Figure 112018022071555-pat00003
는 주편의 질량(kg), g는 중력 가속도(m/sec2), D는 드럼의 직경(m) 이고, M(t)는 주조 속도의 적분값에 비례할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어기는
이하의 수학식에 따라 상기 M(t)을 결정하고,
Figure 112016126296816-pat00004
여기에서, v(t)는 주조 속도(m/sec), A는 주형 몰드(10) 면적(m2), ρ는 슬라브 밀도(kg/m3)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어기는
상기 주편의 온도에 의하여 상기 와이어에 유발되는 열 팽창 및 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 상기 와이어에 유발되는 탄성 팽창을 반영하여 상기 길이 보상 제어를 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어기는
이하의 수학식에 따라 탄성 팽창치를 결정하고,
탄성 팽창(mm) = (W x L) / (E x A)
여기서, W 는 주편의 하중, L 은 와이어 전체 길이(mm), E 는 탄성계수 (kg/mm2), A 는 와이어의 유효 단면적(mm2)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어기는
이하의 수학식에 따라 열 팽창치를 결정하고,
열 팽창 = ∝ L Δt
여기서, L 은 와이어 길이(mm), ∝ 는 와이어의 열팽창 계수 (℃-1), Δt 는 와이어의 온도 증가량(℃)일 수 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 측면은 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법을 제안한다. 상기 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법은, 이동 도르레가 구비된 수평 정반을 이용하여 수직방향으로 주편을 연속 주조하는 수직형 연속 주조 장치에서 수행되는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법으로서, 목표 주속에 감속비를 적용하여 목표 모터 속도를 산출하는 단계, 상기 목표 모터 속도와 실제 측정된 모터 속도를 비교하여 그 오차를 반영하여 속도 제어값을 출력하는 단계 및 상기 속도 제어값에 중량에 의한 토크 보상 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 토크 보상 제어를 수행하는 단계는, 상기 수평 정반의 중량에 의하여 유발되는 상기 모터의 토크를 계산하는 단계; 및 주조 중 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 유발되는 상기 모터의 토크를 계산하는 단계; 를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법은, 상기 주편의 온도에 의하여 와이어에 유발되는 열 팽창 및 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 상기 와이어에 유발되는 탄성 팽창을 반영하여 길이 보상 제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법은, 주형 진동 주기 설정 기준을 설정하고 상기 주형 진동 주기 설정 기준 이상의 진동 주기로 주형을 진동시켜 주조 속도의 헌팅을 방지하는 단계를 더 포함하고, 상기 주형 진동 주기 설정 기준은 수학식 f [Hz] > F/2VMｒ으로 계산되고, 여기에서, F는 주형 몰드와 주편사이의 마찰력(N) 예측값, V는 주조속도(m/min), M은 주편의 질량(kg), ｒ= DV/V(주조속도차이(Deviation of Velocity)/주조속도) 최대 허용 주속 변동율(무차원)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 마찰력 F는 수학식 마찰력(F) = μρgH2(W+T)에 의하여 결정되고, 여기에서, μ는 마찰 계수, ρ는 밀도(kg/m3), g는 중력 가속도(m/sec2), H는 주형 몰드의 길이(m), W 는 주형 몰드의 폭(m), T는 주편의 두께(m)이다.
상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 중량에 의한 토크 보상 제어와, 상기 와이어의 팽창에 의한 길이 보상 제어를 수행하여 정확하게 주조를 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 주편의 중량이 연속적으로 증가하는 경우, 와이어의 길이 탄성 팽창을 반영함으로써, 주편 헤드 위치를 정확하게 계산할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 주기적인 몰드 진동에 의해 주편에 전달되는 마찰력에 의한 주편의 진동으로 주조 속도의 헌팅이 발생하는 것을 방지하기 위한 주형 진동 주기 설정 기준 제공하여 그 이상의 진동 주기로 주형을 진동시켜 주조 속도의 헌팅을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치를 이용한 주조시 주형 몰드와 주편 사이에서 발생하는 마찰력을 도시하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 보상 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 주편의 중량이 증가함에 따른 부하 토크와 모터 토크의 변화량을 도시하는 그래프이다.
도 5는 주편의 중량이 증가함에 따른 와이어의 팽창량에 따른 주편 헤드의 위치를 도시하는 그래프이다.
도 6은 진동에 의하여 주편에 가해지는 마찰력을 설명하는 도면으로, 주형 몰드의 진동에 의한 주조속도 영향을 감소시키기 위해 진동 주기를 증가시킨 일 예를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.
또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
수직형 연속 주조 장치는 대 단면으로 연속 주조가 가능하며, 통상적인 주조기에 비하여 수 배 이상 큰 주편을 생산할 수 있다. 그리고 주편 길이가 10m 이상 되도록 길게 주조하기 때문에 주편의 중량이 수십 톤에 이를 정도로 무겁다.
따라서 본 발명의 일 실시예로서, 주편의 진행 방향을 수직 방향으로 하되, 도르래를 이용하여 수직 안정성을 높이며 인발을 수행할 수 있는 수직형 연속 주조 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 수직형 연속 주조 장치는 연속 주조되는 주편(1)을 수직 방향으로 지지할 수 있도록 형성된 주형 몰드(10)와, 그의 아래에 배치되어 주편을 받치는 수평 정반(20)을 포함한다. 수평 정반(20)의 양측에는 이동 도르래(21)가 형성되어 있다.
이동 도르래(21)는 고정 도르레(30)와 연동한다. 고정 도르레(30)는 주형 몰드(10)의 상부에, 주형 몰드(10)와 간섭이 되지 않는 위치에 고정된다. 고정 도르레(30)는 수평 정반(20)의 양측에 형성된 이동 도르래(21)의 직상부에 위치한다.
수평 정반(20) 양측 이동 도르래(21)는 상부 도르래(5)와 와이어(wire)로 연결되어 있고, 와이어의 끝은 상부 도르래(5)를 거쳐 드럼(40)에 연결되어 감겨져 있다. 드럼(40)은 감속기(7)와 연결되고 감속기(7)는 모터(60)에 연결되어 있다. 모터(60)는 제어기(미도시)에서 출력되는 모터(60)의 속도 제어값에 따라 토크를 생성하도록 구성되어 있다.
수평 정반(20)의 양측에 형성된 이동 도르래(21)에는 각각 와이어가 감기고, 이러한 한 쌍의 와이어는 드럼(40)에 감긴다. 감속기(50)는 모터(60)의 회전력을 감속하여 드럼(40)을 회전시킬 수 있다.
따라서, 모터(60)가 회전함에 따라 드럼(40)이 회전하게 되고 그에 따라 한 쌍의 와이어를 감거나 풀어줄 수 있다. 결국, 모터(60)의 회전을 제어함으로써 드럼(40)에 감겨진 와이어를 감거나 풀어주므로써 이동 도르레의 이동을 제어할 수 있다. 그에 따라, 수평 정반(20)이 수평을 유지하면서 상하 수직방향으로 이동하도록 제어할 수 있다.
한편, 이와 같이 주편을 제조하는 동안 보다 정확한 주조를 위하여, 모터의 회전에 대하여 보상을 수행할 수 있다. 즉, 수직형 연속 주조 장치는, 중량에 의한 모터 토크 보상 제어와, 와이어 팽창에 의한 길이 보상 제어를 수반할 수 있다.
토크 보상 제어는, 주편(1)을 수직으로 지지하는 수평 정반(20)의 중량과 주조 중 연속적으로 증가하는 주편(1)의 중량으로 인하여 모터(60)에 전달되는 토크에 대한 보상을 수행하는 것이다.
길이 보상 제어는 고온의 주편(1)에 의해 수직형 연속 주조 장치의 정방과 상부 도르래(5) 사이의 와이어(wire)가 열팽창에 의하여 늘어나는 것과, 연속적으로 증가하는 주편(1)의 중량에 의해 와이어(wire)가 탄성 팽창에 의하여 늘어나는 것에 대한 보상을 수행하는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 보상 제어를 설명하기 위한 도면이다. 이러한 보상 제어는, 모터의 동작을 제어하는 제어기(미도시)에 의하여 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어기는 속도 제어기(71), 토크 보상 제어기(72), 적분기(73) 및 길이 보상 제어기(74)를 포함할 수 있다.
수직형 연속 주조 장치는, 먼저 목표 주속을 결정하고, 그에 대하여 감속비를 적용함으로써 목표 모터 속도를 산출한다. 이후, 산출된 목표 모터(60) 회전속도와 실제 측정된 모터(60) 회전 속도를 비교하여 그 오차를 반영하여 속도 제어기(71)에 입력한다.
속도 제어기(71)에서는 비례-미분-적분 제어를 수행하여 오차를 감소시킬수 있는 속도 제어값을 출력한다. 출력된 속도 제어값은 토크 보상 제어기(72)의 출력과 합산시킨다.
이후, 모터(60)의 회전 속도를 감속비로 나누어 주조 속도를 산출하고, 이를 적분기(73)를 이용하여 전체 주조가 진행된 시간에 대하여 적분한다.
이후, 길이 보상 제어기(74)는 와이어 길이와 와이어 온도 정보를 기반으로 탄성 팽창 보상 및 열 팽창 보상을 수행하여, 이를 적분기(73)의 출력에 더하여 보상한다.
이와 같이, 토크 보상 제어기(72) 및 길이 보상 제어기(74)를 이용하여, 수직형 연속 주조 장치의 주조 속도를 안정적으로 제어함과 동시에 주편 헤드의 위치를 정확하게 예측하여 제어할 수 있다.
이하 토크 보상 제어기(72)와 길이 보상 제어기(74)의 예측 계산 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
토크 보상 제어기(72)에서는 수평 정반(20) 자체의 무게와, 주조가 진행됨에 따라 증가하는 주편(1)의 무게에 의하여 유발되는 토크를 아래의 수학식 1과 같이 계산한다.
[수학식 1]
Figure 112016126296816-pat00005
여기에서,
Figure 112018022071555-pat00006
는 수평 정반(20)의 질량(kg),
Figure 112018022071555-pat00007
는 주편의 질량(kg), g는 중력 가속도(m/sec2), D는 드럼(40)의 직경(m)이다.
M(t)는 아래의 수학식 2에 의하여 계산된다.
[수학식 2]
Figure 112016126296816-pat00008
여기에서, v(t)는 주조 속도(m/sec), A는 주형 몰드(10)의 면적(m2), ρ는 슬라브 밀도(kg/m3)이다.
한편,
주형 진동 주기 설정 기준을 설정하고, 상기 주형 진동 주기 설정 기준 이상의 진동 주기로 주형을 진동시켜 주조 속도의 헌팅을 방지하는 단계;
를 더 포함하고,
상기 주형 진동 주기 설정 기준은
수학식 f [Hz] > F/2VMｒ로 계산되고,
여기에서, F는 주형 몰드와 주편사이의 마찰력(N) 예측값, V는 주조속도(m/min), M은 주편의 질량(kg), ｒ= DV/V(주조속도차이(Deviation of Velocity)/주조속도) 최대 허용 주속 변동율(무차원)일 수 있다.
또한, 상기 마찰력 F는 수학식 마찰력(F) = μρgH2(W+T)에 의하여 결정되고, 여기에서, μ는 마찰 계수, ρ는 밀도(kg/m3), g는 중력 가속도(m/sec2), H는 주형 몰드의 길이(m), W 는 주형 몰드의 폭(m), T는 주편의 두께(m)일 수 있다.
도 3은 주편의 중량이 증가함에 따른 부하 토크와 모터 토크의 변화량을 도시하는 그래프로서, 이를 더 참조하여 설명한다.
모터 토크는 속도 제어기(71)의 출력과, 토크 보상 제어기(72)의 출력을 합산하여 계산되며, 이는 부하 토크와 반대의 성향으로 변화됨을 알 수 있다.
즉, 부하에 의한 부하 토크가 증가하게 되면, 모터 토크는 반대 방향으로 증가하도록 함으로써, 주편(1)의 중량 증가에 의한 영향을 감소시킬 수 있다.
이하 길이 보상 제어기(74)의 예측 계산 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
길이 보상 제어기(74)는 연속적으로 증가하는 주편(1)의 중량에 의하여 유발되는 와이어의 탄성 팽창량과, 고온의 주편(1)의 온도에 영향을 받아 유발되는 와이어의 열 팽창량을 고려할 수 있다. 이를 통하여, 주편 헤드의 위치를 정확하게 예측할 수 있다.
먼저, 주편(1)의 중량 증가에 대한 와이어의 길이 탄성 팽창량은 아래의 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 3]
탄성 팽창(mm) = (W x L) / (E x A)
여기서, W 는 주편의 하중, L 은 와이어 전체 길이(mm), E 는 탄성계수 (kg/mm2), A 는 와이어의 유효 단면적(mm2)이다.
한편, 온도의 영향에 따른 와이어의 열 팽찰양은 아래의 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 4]
열 팽창 = ∝ L Δt
여기서, L 은 와이어 길이(mm), ∝ 는 와이어의 열팽창 계수 (℃-1), Δt 는 와이어의 온도 증가량(℃)이다. Δt는 실험치에 의하여 결정된 수치일 수 있다.
상술한 와이어의 팽창을 고려하면, 주편 헤드의 위치는 아래의 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.
[수학식 5]
주편 헤드 위치 = 모터 회전속도에서 계산된 길이 + 탄성팽창 길이 + 열 팽창 길이
도 4는 주편의 중량이 증가함에 따른 와이어의 팽창량에 따른 주편 헤드의 위치를 도시하는 그래프로서, 이를 더 참조하여 설명한다.
초기 주편 헤드위치에서부터 주조가 진행됨에 따라 주편 헤드 위치는 연속적으로 증가하게 된다.
도시된 그래프에서, 점선은 길이 보상을 하지 않은 경우를, 실선은 길이 보상을 실시한 경우를 도시한다.
이와 같이, 길이 보상이 이루어지지 않는 경우, 주편 헤드 위치에 오차가 발생하며, 본 발명은 이와 같이 길이 보상을 수행함으로써 보다 정확하게 주편 인발을 수행할 수 있다.
한편, 주편의 인발 시 진동이 유발될 수 있으며, 이러한 진동이 주형 몰드(10)에 영향을 미치는 경우 주편(1)에 마찰력이 발생하여 주속에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 이러한 진동에 의하여 유발되는 주속의 영향을 안정화시킬 수 있다.
도 5는 진동에 의하여 주편에 가해지는 마찰력을 설명하는 도면으로서, 먼저 진동에 의한 영향을 설명한다.
주형 몰드(10)가 진동(Fv)하게 되면, 이러한 진동에 의하여 주형 몰드(10)와 주편(1)간의 마찰력이 발생할 수 있다. 도시된 예에서는, 설명의 편의를 위하여 일 면을 개방하여 도시하였으나, 주형 몰드(10)와 주편(1)가 맞닺는 면적, 높이 H, 폭 W, 깊이 T1에 의하여 결정되는 4 면에서 마찰력(F2)이 유발될 수 있다.
이러한 마찰력의 영향으로 발생하는 주속 헌팅을 감소시켜 주속을 안정화 시키는 방법에 대하여 설명한다. 즉, 주기적인 몰드 진동에 의해 주편에 전달되는 마찰력에 의한 주편의 진동으로 주조 속도의 헌팅이 발생하는 것을 방지하기 위한 주형 진동주기 설정기준 이상으로 주조를 수행하도록 할 수 있다.
먼저, 목표 주속대비 주속 변동 허용율을 ｒ이라고 하면, 주형의 진동 주기를 아래의 수학식 6으로 계산되는 값보다 크게 설정할 수 있다.
[수학식 6]
진동 주기 f [Hz] > F/2VMｒ
여기서 F는 주형 몰드와 주편사이의 마찰력(N) 예측값, V는 주조속도(m/min), M은 주편의 질량(kg), ｒ= DV/V(주조속도차이(Deviation of Velocity)/주조속도) 최대 허용 주속 변동율(무차원)이다.
마찰력(F)은 주형 몰드(10)내의 용강이 주형 몰드(10)의 표면에 수직으로 작용하는 철정력에 마찰계수를 곱하여 산출되며, 이는 이하의 수학식 7과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 7]
마찰력(F) = μρgH2(W+T)
여기에서, μ는 마찰 계수, ρ는 밀도(kg/m3), g는 중력 가속도(m/sec2), H는 주형 몰드의 길이(m), W 는 주형 몰드의 폭(m), T는 주편의 두께(m)이다.
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결국 이와 같이, 주형 몰드(10)의 진동에 의한 주조속도 영향을 감소시키기 위해 진동 주기를 조절하여 대응할 수 있다.
도 6은 주형 몰드의 진동에 의한 주조속도 영향을 감소시키기 위해 진동 주기를 증가시킨 일 예를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 진동주기를 40cpm(cycle per min) 즉 1분당 40회로 주형 몰드(10)를 진동시킬 때는 주조 속도는 +/- 4% 이상 헌팅 오차가 발생하나, 진동주기를 120 cpm으로 증가시킨 경우에는 주조 속도의 헌팅 오차가 크게 줄어듬을 확일할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
이하에서 설명할 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법은, 도 1 내지 도 6을 참조하여 상술한 수직형 연속 주조 장치에서 수행된다. 따라서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 상술한 설명을 참조하여 쉽게 이해할 수 있다.
도 7을 참조하면, 수직형 연속 주조 장치는 목표 주속에 감속비를 적용하여 목표 모터 속도를 산출할 수 있다(S710).
이후, 수직형 연속 주조 장치는 상기 목표 모터 속도와 실제 측정된 모터 속도를 비교하고 그 오차를 반영하여 속도 제어값을 출력할 수 있다(S720).
수직형 연속 주조 장치는 상기 속도 제어값에 중량에 의한 토크 보상 제어를 수행할 수 있다(S730).
단계 S730에 대한 일 실시예에서, 수직형 연속 주조 장치는 상기 수평 정반의 중량에 의하여 유발되는 상기 모터의 토크를 계산하고, 주조 중 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 유발되는 상기 모터의 토크를 계산할 수 있다.
이후, 수직형 연속 주조 장치는 상기 주편의 온도에 의하여 와이어에 유발되는 열 팽창 및 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 상기 와이어에 유발되는 탄성 팽창을 반영하여 길이 보상 제어를 수행할 수 있다(S740).
일 실시예에서, 수직형 연속 주조 장치는 주기적인 몰드 진동에 의해 주편에 전달되는 마찰력에 의한 주편의 진동으로 주조 속도의 헌팅이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이를 위하여 주형 진동주기 설정기준을 설정하고 이 기준 이상으로 주조를 수행할 수 있다.
구체적으로, 수직형 연속 주조 장치는 주형 진동 주기 설정 기준을 설정하고, 상기 주형 진동 주기 설정 기준 이상의 진동 주기로 주형을 진동시켜 주조 속도의 헌팅을 방지하는 단계를 더 수행할 수 있다.
상기 주형 진동 주기 설정 기준은 수학식 f [Hz] > F/2VMｒ로 계산되고, 여기에서, F는 주형 몰드와 주편사이의 마찰력(N) 예측값, V는 주조속도(m/min), M은 주편의 질량(kg), ｒ= DV/V(주조속도차이(Deviation of Velocity)/주조속도) 최대 허용 주속 변동율(무차원)일 수 있다.
한편, 상기 마찰력 F는 수학식 마찰력(F) = μρgH2(W+T)에 의하여 결정되고, 여기에서, μ는 마찰 계수, ρ는 밀도(kg/m3), g는 중력 가속도(m/sec2), H는 주형 몰드의 길이(m), W 는 주형 몰드의 폭(m), T는 주편의 두께(m)일 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1 : 주편
10 : 주형 몰드 20 : 수평 정반
21 : 이동 도르레 30 : 고정 도르래
40 : 드럼 50 : 감속기
60 : 모터

Claims (12)

  1. 연속 주조되는 주편을 수직 방향으로 지지할 수 있도록 형성된 주형 몰드;
    양 측에 이동 도르레가 형성되고, 상기 주편을 수직으로 지지하는 수평 정반;
    와이어를 통하여 상기 이동 도르레의 이동을 제어하는 모터; 및
    중량에 의한 상기 모터의 토크 보상 제어와, 상기 와이어의 팽창에 의한 길이 보상 제어에 의해 주조를 제어하는 제어기;
    를 포함하는 수직형 연속 주조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 수평 정반의 중량과, 주조 중 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량을 반영하여 상기 토크 보상 제어를 수행하는 수직형 연속 주조 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는
    이하의 수학식에 따라 토크 보상치를 결정하고,
    Figure 112018022071555-pat00009

    여기에서,
    Figure 112018022071555-pat00020
    는 수평 정반질량(kg),
    Figure 112018022071555-pat00021
    는 주편의 질량(kg), g는 중력 가속도(m/sec2), D는 드럼의 직경(m) 이고, M(t)는 주조 속도의 적분값에 비례하는 수직형 연속 주조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어기는
    이하의 수학식에 따라 상기 M(t)을 결정하고,
    Figure 112018022071555-pat00012

    여기에서, v(t)는 주조 속도(m/sec), A는 주형 몰드의 면적(m2), ρ는 슬라브 밀도(kg/m3)인 수직형 연속 주조 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 주편의 온도에 의하여 상기 와이어에 유발되는 열 팽창 및 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 상기 와이어에 유발되는 탄성 팽창을 반영하여 상기 길이 보상 제어를 수행하는 수직형 연속 주조 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어기는
    이하의 수학식에 따라 탄성 팽창치를 결정하고,
    탄성 팽창(mm) = (W x L) / (E x A)
    여기서, W 는 주편의 하중, L 은 와이어 전체 길이(mm), E 는 탄성계수 (kg/mm2), A 는 와이어의 유효 단면적(mm2)인 수직형 연속 주조 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어기는
    이하의 수학식에 따라 열 팽창치를 결정하고,
    열 팽창 = ∝ L Δt
    여기서, L 은 와이어 길이(mm), ∝ 는 와이어의 열팽창 계수 (℃-1), Δt 는 와이어의 온도 증가량(℃)인 수직형 연속 주조 장치.
  8. 이동 도르레가 구비된 수평 정반을 이용하여 수직방향으로 주편을 연속 주조하는 수직형 연속 주조 장치에서 수행되는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법으로서,
    목표 주속에 감속비를 적용하여 목표 모터 속도를 산출하는 단계;
    상기 목표 모터 속도와 실제 측정된 모터 속도를 비교하여 그 오차를 반영하여 속도 제어값을 출력하는 단계; 및
    상기 속도 제어값에 중량에 의한 토크 보상 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 토크 보상 제어를 수행하는 단계는,
    상기 수평 정반의 중량에 의하여 유발되는 상기 모터의 토크를 계산하는 단계; 및
    주조 중 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 유발되는 상기 모터의 토크를 계산하는 단계;
    를 포함하는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법은,
    상기 주편의 온도에 의하여 와이어에 유발되는 열 팽창 및 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 상기 와이어에 유발되는 탄성 팽창을 반영하여 길이 보상 제어를 수행하는 단계;
    를 더 포함하는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법은,
    주형 진동 주기 설정 기준을 설정하고, 상기 주형 진동 주기 설정 기준 이상의 진동 주기로 주형을 진동시켜 주조 속도의 헌팅을 방지하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 주형 진동 주기 설정 기준은
    수학식 f [Hz] > F/2VMｒ로 계산되고,
    여기에서, F는 주형 몰드와 주편사이의 마찰력(N) 예측값, V는 주조속도(m/min), M은 주편의 질량(kg), ｒ= DV/V(주조속도차이(Deviation of Velocity)/주조속도) 최대 허용 주속 변동율(무차원)인 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 마찰력(N) 예측값 F는
    수학식 F = μρgH2(W+T)에 의하여 결정되고, 여기에서, μ는 마찰 계수, ρ는 밀도(kg/m3), g는 중력 가속도(m/sec2), H는 주형 몰드의 길이(m), W 는 주형 몰드의 폭(m), T는 주편의 두께(m)인 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
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