KR102122656B1

KR102122656B1 - 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR102122656B1
Application number: KR1020180114707A
Authority: KR
Inventors: 신종대; 김경수; 배정운
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-06-12
Also published as: KR20200035552A

Abstract

본 발명은 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치는, 스토퍼의 배관으로 공급되는 가스유량을 조절하여 공급하는 유량제어기; 유량제어기로부터 공급되는 가스유량을 입력받고 상위제어장치로부터 몰드로 토출되는 용강의 토출량을 입력받아 배관 내 배압을 산출하여 설정배압과 비교하여 배관 내 가스의 누기를 예측하는 제어부; 및 제어부에서의 예측결과를 출력하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR PREDICTING GAS ON THE PIPELINE LEAKAGE IN CONTINUOUS CASTING PROCESS AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연주공정에서 턴디쉬와 몰드 간 스토퍼의 배관 내 가스의 누기를 주입량과 더불어 용강의 토출량에 기초하여 예측하는 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조법(continuous casting)은 단면이 일정한 주편(casting)을 주탕해가면서 뽑아내는 방법으로, 단면 원형재, 단면 각형재, 관재, 판상체의 제조에 이용되며, 이러한 연속주조법은 알루미늄, 구리합금, 주철, 강 등의 주편제조에 사용되고 있다.

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

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

다시 말해서, 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 연주주편으로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 연주주편은 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조된다.

본 발명의 배경기술은 한국특허공개 제10-2008-113771호(2008.12.31, 공개, 노즐의 막힘방지 장치, 이를 구비한 연속주조 장치, 이를 이용한 노즐막힘 방지 방법 및 연속주조 방법)에 개시되어 있다.

일 측면에 따른 본 발명의 목적은 연주공정에서 턴디쉬와 몰드 간 스토퍼의 배관 내 가스의 누기를 주입량과 더불어 용강의 토출량에 기초하여 예측하는 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치는, 스토퍼의 배관으로 공급되는 가스유량을 조절하여 공급하는 유량제어기; 유량제어기로부터 공급되는 가스유량을 입력받고 상위제어장치로부터 몰드로 토출되는 용강의 토출량을 입력받아 배관 내 배압을 산출하여 설정배압과 비교하여 배관 내 가스의 누기를 예측하는 제어부; 및 제어부에서의 예측결과를 출력하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제어부는, 가스유량(Q_Ar)과 용강의 토출량(Ms)에 기초하여 아래식 1에 의해 배관 내 배압(P_1,Ar-P₀)을 산출하는 것을 특징으로 한다.

(아래식 1)

본 발명에서 제어부는, 용강의 토출량이 2.5~4.5 T/min 범위이고, 가스유량이 3~8 lpm 범위에서 배관 내 배압을 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 방법은, 제어부가 유량제어기로부터 스토퍼의 배관으로 공급되는 가스유량을 입력받는 단계; 제어부가 상위제어장치로부터 몰드로 토출되는 용강의 토출량을 입력받는 단계; 제어부가 가스유량과 용강의 토출량에 기초하여 배관 내 배압을 산출하는 단계; 제어부가 산출된 배압과 설정배압을 비교하여 배관 내 가스의 누기를 예측하는 단계; 및 제어부가 출력부를 통해 배관 내 가스의 누기 예측결과를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 배관 내 배압을 산출하는 단계는, 제어부가 가스유량(Q_Ar)과 용강의 토출량(Ms)에 기초하여 아래식 2에 의해 배관 내 배압(P_1,Ar-P₀)을 산출하는 것을 특징으로 한다.

(아래식 2)

본 발명에서 배관 내 배압을 산출하는 단계는, 제어부가 용강의 토출량이 2.5~4.5 T/min 범위이고, 가스유량이 3~8 lpm 범위에서 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치 및 그 방법은 연주공정에서 턴디쉬와 몰드 간 스토퍼의 배관 내 가스의 누기를 주입량과 더불어 용강의 토출량에 기초하여 예측함으로써, 배압에 영향을 미치는 공정조건을 반영하여 정확하게 배압을 산출할 수 있으며, 실제 측정으로 예측하기 어려운 미세 누기가 발생하더라도 예측할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치 및 그 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 수직만곡형의 연속주조기는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대(60 및 65), 및 핀치롤(70)을 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

몰드(30)는 통상적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태의 수냉식 구리제로써 용강이 수용되는 중공부를 형성하여 수강된 용강을 1차 냉각시킨다.

슬라브를 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 몰드(30) 내에서 용강(M)의 응고로 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

몰드(30)는 몰드(30)에서 뽑아낸 연주주편이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell, 81)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

2차 냉각대(60 및 65)는 몰드(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 직접 냉각된다. 연주주편의 응고는 대부분 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 연주주편이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

이와 같이 구성된 연속주조기는 래들(10)에 수용된 용강(M)이 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 쉬라우드 노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 쉬라우드 노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화 및 질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장된다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스토퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다.

구체적으로, 스토퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 배관(105)을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스토퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

몰드(30) 내의 용강(M)은 몰드(30)를 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 몰드(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70)이 완전히 응고된 연주주편(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치를 나타낸 블록 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치는, 유량제어기(100), 제어부(110) 및 표시부(130)를 포함할 수 있다.

유량제어기(100)는 스토퍼(21)의 배관(105)으로 공급되는 가스유량을 조절하여 공급한다.

턴디쉬(20)에 일시 저장된 용강(M)에는 비금속 개재물(Non-Metallic Inclusion)이 존재하므로, 몰드(30)로 용강이 전달될 때 침지노즐(25) 측의 내화물 내벽에 비금속 개재물이 고착되어 주조(Casting)를 방해한다.

따라서 이러한 막힘을 방지하기 위하여 불활성가스(Inert Gas)인 아르곤가스(Ar Gas)를 연속적으로 취입하게 된다. 취입된 불활성가스는 기포 또는 기포막을 형성시켜 침지노즐(25)의 내벽을 따라 흐르게 하거나 기포가 비금속 개재물을 포집하여 이동하게 함으로써, 막힘 현상을 저감시킨다.

이때, 본 발명의 실시예에서는 아르곤 가스를 사용함이 바람직하나, 아르곤 가스로 한정하지 아니하고 불활성 가스를 모두 포함함이 더 바람직하다

제어부(110)는 유량제어기(100)로부터 공급되는 가스유량을 입력받고 상위제어장치(120)로부터 몰드(30)로 토출되는 용강의 토출량을 입력받아 배관(105) 내 배압을 산출하여 설정배압과 비교하여 배관(105) 내 가스의 누기를 예측할 수 있다.

여기서 용강의 토출량은 설정된 연주주편의 폭과 두께, 밀도 및 주속을 이용하여 산출할 수도 있다.

제어부(110)는 배관(105) 내 배압(P_1,Ar-P₀)을 산출할 때 용강의 토출량(Ms)이 2.5~4.5 T/min 범위이고, 가스유량(Q_Ar)이 3~8 lpm 범위에서 수학식 1과 같이 정의된 관계식에 기초하여 산출할 수 있다. (P₀는 대기압이다)

이와 같이 가스유량으로 스토퍼(21)의 배관(105) 내 배압을 산출할 경우 용강의 토출량에 따라 스토퍼(21) 부근에서의 동압이 발생하면서 배압에 영향을 미치게 되기 때문에 보다 정확한 배압을 산출하기 위해 수학식 1과 같이 용강의 토출량에 따른 배압의 영향을 관계식에 반영하여 배압을 산출함으로써 미세 누기에 대해서도 예측할 수 있다.

표시부(130)는 제어부(110)의 작동상태 및 배관(105) 내 가스의 누기를 예측한 예측결과를 출력할 수 있다.

또한 제어부(110)는 배관(105) 내 가스의 누기 예측결과를 상위제어장치로 출력하여 후공정의 제품결함을 예상할 수 있도록 할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치에 따르면, 연주공정에서 턴디쉬와 몰드 간 스토퍼의 배관 내 가스의 누기를 주입량과 더불어 용강의 토출량에 기초하여 예측함으로써, 배압에 영향을 미치는 공정조건을 반영하여 정확하게 배압을 산출할 수 있으며, 실제 측정으로 예측하기 어려운 미세 누기가 발생하더라도 예측할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 방법에서는 먼저, 제어부가 유량제어기로부터 스토퍼의 배관(105)으로 공급되는 가스유량을 입력받는다(S10).

여기서, 유량제어기(100)는 스토퍼(21)의 배관(105)으로 공급되는 가스유량을 조절하여 공급한다.

따라서 이러한 막힘을 방지하기 위하여 유량제어기(100)를 통해 불활성가스(Inert Gas)인 아르곤가스(Ar Gas)를 연속적으로 취입하게 된다.

S10 단계에서 유량제어기(100)로부터 가스유량을 입력받으면서 제어부(110)는 상위제어장치(120)로부터 몰드(30)로 토출되는 용강의 토출량을 입력받는다(S20).

여기서, 용강의 토출량은 설정된 연주주편의 폭과 두께, 밀도 및 주속을 이용하여 산출할 수도 있다.

S10 단계와 S20 단계에서 유량제어기(100)로부터 공급되는 가스유량을 입력받고 상위제어장치(120)로부터 몰드(30)로 토출되는 용강의 토출량을 입력받은 제어부(110)는 배관(105) 내 배압을 산출한다(S30).

여기서, 제어부(110)는 배관(105) 내 배압(P_1,Ar-P₀)을 산출할 때 용강의 토출량(Ms)이 2.5~4.5 T/min 범위이고, 가스유량(Q_Ar)이 3~8 lpm 범위에서 수학식 2와 같이 정의된 관계식에 기초하여 산출할 수 있다. (P₀는 대기압이다)

이와 같이 가스유량으로 스토퍼(21)의 배관(105) 내 배압을 산출할 경우 용강의 토출량에 따라 스토퍼(21) 부근에서의 동압이 발생하면서 배압에 영향을 미치게 되기 때문에 보다 정확한 배압을 산출하기 위해 수학식 2와 같이 용강의 토출량에 따른 배압의 영향을 관계식에 반영하여 배압을 산출함으로써 미세 누기에 대해서도 예측할 수 있다.

S30 단계에서 가스유량과 용강의 토출량에 기초하여 배관(105) 내 배압을 산출한 후 제어부(110)는 산출한 배압과 설정배압과 비교하여 배관(105) 내 가스의 누기가 발생하는지 예측한다(S40).

S40 단계에서 배압과 설정배압을 비교하여 배압이 설정배압을 초과하는 경우, 제어부(110)는 S10 단계로 리턴하여 위의 과정을 반복하면서 배관(105) 내 누기를 예측한다.

반면, 배압과 설정배압을 비교하여 배압이 설정배압 미만인 경우, 제어부(110)는 표시부(130)를 통해 누기를 예측한 예측결과를 출력한다(S50).

한편, 제어부(110)는 배관(105) 내 가스의 누기 예측결과를 상위제어장치(120)로 출력하여 후공정의 제품결함을 예상할 수 있도록 할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 방법에 따르면, 연주공정에서 턴디쉬와 몰드 간 스토퍼의 배관 내 가스의 누기를 주입량과 더불어 용강의 토출량에 기초하여 예측함으로써, 배압에 영향을 미치는 공정조건을 반영하여 정확하게 배압을 산출할 수 있으며, 실제 측정으로 예측하기 어려운 미세 누기가 발생하더라도 예측할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 래들 15 : 쉬라우드 노즐
20 : 턴디쉬 21 : 스토퍼
25 : 침지노즐 30 : 몰드
60 : 지지롤 65 : 스프레이수단
70 : 핀치롤 80 : 연주주편
91 : 절단 지점 100 : 유량제어기
105 : 배관 110 : 제어부
120 : 상위제어장치 130 : 표시부

Claims

스토퍼의 배관으로 공급되는 가스유량을 조절하여 공급하는 유량제어기;
상기 유량제어기로부터 공급되는 상기 가스유량을 입력받고 상위제어장치로부터 몰드로 토출되는 용강의 토출량을 입력받아 상기 배관 내 배압을 산출하여 설정배압과 비교하여 상기 배관 내 가스의 누기를 예측하는 제어부; 및
상기 제어부에서의 예측결과를 출력하는 표시부를 포함하되,
상기 제어부는, 상기 가스유량(Q_Ar)과 상기 용강의 토출량(Ms)에 기초하여 아래식 1에 의해 상기 배관 내 상기 배압(P_1,Ar-P₀)을 산출하는 것을 특징으로 하는 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치.
(아래식 1)
삭제
제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 용강의 토출량이 2.5~4.5 T/min 범위이고, 상기 가스유량이 3~8 lpm 범위에서 상기 배관 내 상기 배압을 산출하는 것을 특징으로 하는 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 장치.
제어부가 유량제어기로부터 스토퍼의 배관으로 공급되는 가스유량을 입력받는 단계;
상기 제어부가 상위제어장치로부터 몰드로 토출되는 용강의 토출량을 입력받는 단계;
상기 제어부가 상기 가스유량과 상기 용강의 토출량에 기초하여 상기 배관 내 배압을 산출하는 단계;
상기 제어부가 산출된 상기 배압과 설정배압을 비교하여 상기 배관 내 가스의 누기를 예측하는 단계; 및
상기 제어부가 출력부를 통해 상기 배관 내 가스의 누기 예측결과를 출력하는 단계;를 포함하되,
상기 배관 내 상기 배압을 산출하는 단계는, 상기 제어부가 상기 가스유량(Q_Ar)과 상기 용강의 토출량(Ms)에 기초하여 아래식 2에 의해 상기 배관 내 상기 배압(P_1,Ar-P₀)을 산출하는 것을 특징으로 하는 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 방법.
(아래식 2)
삭제
제 4항에 있어서, 상기 배관 내 상기 배압을 산출하는 단계는, 상기 제어부가 상기 용강의 토출량이 2.5~4.5 T/min 범위이고, 상기 가스유량이 3~8 lpm 범위에서 상기 배압을 산출하는 것을 특징으로 하는 연주공정에서의 배관 내 가스의 누기 예측 방법.