KR102530531B1 - 용강 유동 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강 유동 제어 방법으로서, L2 데이터 및 L3 데이터를 실시간 수집하는 단계; 및 수집된 상기 데이터로부터 도출된 탕면유동지수를 이용하여 전자기 유동 제어 장치의 인가전류 설정값을 산출하는 단계;를 포함하고, 상기 인가전류 설정값을 산출하는 단계는, 상기 탕면유동지수를 고려하여 상기 전자기 유동 제어 장치의 인가전류 패턴에 인가전류 증대 상수를 곱하여 상기 인가전류 설정값을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

용강 유동 제어 방법{Method for controlling flow of moltensteel in mold}

본 발명은 용강 유동 제어 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 탕면의 유동 상태를 반영한 용강 유동 제어 방법에 관한 것이다.

연속주조 공정에서 용강은 턴디쉬로부터 침지 노즐을 거쳐 몰드로 유입된다. 몰드로 유입되는 용강에 의해 탕면부의 유동에 변동이 생긴다. 탕면의 변동이 심한경우 몰드 파우더가 용강에 혼입되어 제품에서 결함을 유발하게 되므로, 이를 적절하게 제어해야 한다.

최근에는 탕면 변동을 제어하기 위해서 전자기 유동 제어 장치를 사용하는 기술을 개시하고 있다. 한국공개특허공보 특1994-0001973호 및 한국공개특허공보 10-2020-0075576호에는 용강에 전자기력을 인가하여 몰드 내부의 유동을 제어하기 위해 이를 제어하는 데이터로 노즐 막힘 지수를 수집하는 기술이 공지되어 있다.

예를 들어, 용강 토출류의 속도를 감속하거나 혹은 가속이 가능하도록, 전자기 유동 제어 장치는 연속 주조 조건(슬라브 폭, 두께, Ar 유량, 주조속도 등)을 고려하여 인가전류를 설정한다. 전자기 유동 제어 장치의 인가전류 설정값 제어를 통해 탕면 유속을 적정 범위 내로 제어시 품질 불량률 저감이 가능하다.

그러나, 전자기 유동 제어 장치 설정시 주조중 노즐막힘 및 편류 등에 의해 실시간 탕면 유동 상태를 반영하는 것은 불가하다는 문제점이 있었다. 따라서, 실시간으로 탕면의 유동 상태를 반영할 수 있는 용강의 유동 제어 방법이 필요한 실정이다.

한국공개특허공보 특1994-0001973호 한국공개특허공보 10-2020-0075576호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 실시간으로 탕면의 유동 상태를 반영한 새로운 몰드 용강 유동 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 용강 유동 제어 방법을 제공한다. 상기 용강 유동 제어 방법은 L2 데이터 및 L3 데이터를 실시간 수집하는 단계; 및 수집된 상기 데이터로부터 도출된 탕면유동지수를 이용하여 전자기 유동 제어 장치의 인가전류 설정값을 산출하는 단계;를 포함하고, 상기 인가전류 설정값을 산출하는 단계는, 상기 탕면유동지수를 고려하여 상기 전자기 유동 제어 장치의 인가전류 패턴에 인가전류 증대 상수를 곱하여 상기 인가전류 설정값을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 용강 유동 제어 방법에 있어서, 상기 탕면유동지수는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.

[수학식 1]

탕면유동지수 = 1 / (1 + (e^(-(1.5 * (97 - A)^0.6 + 0.6 * (100 - B)^0.8 + C^1.4 + (0.5 * D)^1.2 + E / F)))^0.04)

(여기서, 상기 A는 2mm 탕면적중률(%)이고, 상기 B는 3mm 탕면적중률(%)이며, 상기 C는 스토퍼 과오픈 개도량(mm)이고, 상기 D는 스토퍼 오프셋(mm)이며, 상기 E는 스토퍼 개도량(mm)이고, 상기 F는 토출량(톤/min)임)

상기 용강 유동 제어 방법에 있어서, 상기 탕면유동지수가 0.6 이하이면 기설정된 상기 인가전류 패턴 값을 그대로 사용할 수 있다.

상기 용강 유동 제어 방법에 있어서, 상기 탕면유동지수가 0.6 초과시 기설정된 상기 인가전류 패턴 값에 상기 탕면유동지수의 증가폭만큼 상기 인가전류 증대 상수를 조정하여 연산할 수 있다.

상기 용강 유동 제어 방법에 있어서, 상기 L2 데이터는 몰드레벨 데이터 및 스토퍼 개도 데이터를 포함할 수 있다.

상기 용강 유동 제어 방법에 있어서, 상기 스토퍼 개도 데이터는 초기 슬라브부터 4번째 슬라브까지의 데이터를 기반으로 산출된 노즐의 초기 막힘량 값을 포함할 수 있다.

상기 용강 유동 제어 방법에 있어서, 상기 L3 데이터는 용강 토출량을 기반으로 하는 스토퍼 개도 폭 및 주속 데이터를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주조 중 노즐막힘이나 편류 등에 의한 몰드 레벨의 헌팅을 저감할 수 있는 용강 유동 제어 방법을 제시할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 유동 제어 방법을 공정순서에 따라 도시한 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조시 노즐막힘성 탕면 변동의 형태를 개략적으로 도해하는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탕면유동지수를 이용한 공정제어 프로세스를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탕면유동지수를 설명하기 위해 열처리 순위별 몰드레벨을 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 용강 유동 제어 방법을 적용한 탕면 유속 측정 데이터이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 유동 제어 방법을 공정순서에 따라 도시한 공정순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 유동 제어 방법(S100)은 L2 데이터 및 L3 데이터를 실시간 수집하는 단계(S110) 및 수집된 상기 데이터로부터 도출된 탕면유동지수를 이용하여 전자기 유동 제어 장치의 인가전류 설정값을 산출하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 L2 데이터, L3 데이터 및 인가전류 설정값은 제어부를 포함하는 컴퓨터로 이루어진 시스템에서 처리하게 된다. 상기 제어부는 연속주조기로부터 다양한 정보를 수신하고 수신된 정보를 처리하여 연속주조기를 제어하는 신호를 생성해서 연속주조기로 전송하는 기능을 수행하게 된다. 상기 인가전류 설정값을 산출하는 단계(S120)에 대한 구체적인 설명은 도 2 내지 도 4를 참조하여 후술한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조시 노즐막힘성 탕면 변동의 형태를 개략적으로 도해하는 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탕면유동지수를 이용한 공정제어 프로세스를 개략적으로 도해하는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탕면유동지수를 설명하기 위해 열처리 순위별 몰드레벨을 측정한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 연속주조시 용강이 노즐을 통해서 용탕으로 공급된다. 이 때 용강의 토출량은 스토퍼(stopper)에 의해서 조절된다. 연속주조시 C1으로 표기된 부분, 즉, 용강이 공급되는 사이에 노즐과 스토퍼가 서로 맞닿는 부위, 혹은 노즐의 내측벽에 용강 내에 함유된 게재물들이 부착되어 노즐 막힘 현상이 발생하게 된다.

연속주조시 노즐막힘 현상이 없을 경우, 탕면의 표면 상에 몰드 파우더가 형성되게 된다. 상기 몰드 파우더는 용강의 산화를 방지하고, 몰드에서의 윤활기능을 수행한다.

연속주조가 진행됨에 따라 노즐 막힘 현상이 감지되면, 제어부에서는 스토퍼를 조절하여 용강의 토출량을 기존 설정보다 높아지도록 제어하게 된다. 이때, 몰드로 유입되는 용강에 의해 C2로 표기된 부분, 즉, 몰드와 탕면이 맞닿는 부근에서 유동 변화가 심하게 발생하게 된다. 발생된 유동 변화로 인해 상기 몰드 파우더가 용강에 혼입되어 제품 제조시 결함을 유발하게 된다.

이를 해결하기 위해서, 일반적으로 전자기 유동 제어 장치를 사용하여 슬라브 폭, 두께, Ar 유량, 주조속도 등을 고려하여 인가전류를 설정하고 있으나, 실시간으로 이를 반영할 수 없기 때문에 제품 생산에 차질을 빚게 된다.

본 발명에서는 노즐막힘 현상 및 편류 발생시 탕면 용강의 유속이 증가된다는 사실에 기초하여, 전자기 유동 제어 장치에 인가되는 인가전류 값을 증가시켜 이를 해결하고자 하였다. 여기서, 인가전류 값을 증가시키는 기준을 정하기 위해 탕면유동지수를 도입하였다.

도 3을 참조하면, 연속주조 장치에 구비된 제어부에서 L2 데이터 및 L3 데이터를 실시간 수집할 수 있다. 상기 L2 데이터는 몰드레벨 데이터 및 스토퍼 개도 데이터를 포함할 수 있다. 상기 몰드레벨 데이터 및 스토퍼 개도 데이터는 수많은 데이터들의 평균 편차를 측정한 것이다.

한편, 스토퍼 개도 데이터는 예를 들어, 초기 슬라브부터 4번째 슬라브까지의 데이터를 기반으로 산출된 노즐의 초기 막힘량 값을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 그래프를 참조하면, 초기 슬라브 제조시부터 3번째 슬라브까지는 노즐막힘 현상이 없다가 4번째 슬라브가 진행됨에 따라 몰드레벨이 점점 감소하기 시작하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 연속주조시 주조시간 증가에 따라 노즐막힘이 발생하는 구간을 평균으로 계산하여 초기 슬라브부터 4번째 슬라브까지를 기준으로 측정된 스토퍼 개도 데이터를 활용했다.

L3 데이터는 용강 토출량을 기반으로 하는 스토퍼 개도 폭 및 주속 데이터를 포함한다. 상기 데이터는 스토퍼가 정위치에 개도하는 것을 기반으로 하여 얼마나 폭이 변화하는지, 이에 따른 용강의 주속이 변화하는지를 측정한 것이다.

상기 L2 데이터 및 L3 데이터를 토대로, 탕면유동지수를 도출할 수 있다. 탕면유동지수는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.

[수학식 1]

탕면유동지수 = 1 / (1 + (e^(-(1.5 * (97 - A)^0.6 + 0.6 * (100 - B)^0.8 + C^1.4 + (0.5 * D)^1.2 + E / F)))^0.04)

(여기서, 상기 A는 2mm 탕면적중률(%)이고, 상기 B는 3mm 탕면적중률(%)이며, 상기 C는 스토퍼 과오픈 개도량(mm)이고, 상기 D는 스토퍼 오프셋(mm)이며, 상기 E는 스토퍼 개도량(mm)이고, 상기 F는 토출량(톤/min)임)

탕면적중률(%)로 2mm와 3mm 모두 사용하는 것은 일반적인 연속주조 조업 데이터를 분석하면 용강의 몰드레벨을 2mm 내지 3mm가 되도록 제어하는 것을 목표로 하기 때문에 2가지 탕면적중률을 변수로 사용한다.

탕면유동지수가 도출되면, 이를 기반으로 전자기 유동 제어 장치의 인가전류 설정값을 산출할 수 있다.

상기 인가전류 설정값을 산출하는 단계는 도출된 탕면유동지수를 고려하여 전자기 유동 제어 장치의 인가전류 패턴에 인가전류 증대 상수를 곱하여 상기 인가전류 설정값을 연산하는 단계를 포함한다. 이때, 탕면유동지수의 값을 기준으로 인가전류 증대 상수 값이 결정되며, 탕면유동지수 값이 0.6을 기준으로 인가전류 증대 상수 값이 달라지게 된다.

탕면유동지수 값에 따라 적용되는 인가전류 증대 상수 값은 하기 표 1에 정리하였다.

케이스 종류	탕면유동지수	인가전류 증대 상수
케이스 1	0.6 이하	1.0
케이스 2	0.6 초과	1.1
케이스 3	0.7 초과	1.2
케이스 4	0.8 초과	1.3
케이스 5	0.9 초과	1.4

예를 들면, 탕면유동지수가 0.6 이하이면 기설정된 상기 인가전류 패턴 값을 그대로 사용할 수 있다. 즉, 인가전류 증대 상수는 1을 적용하며, 기존에 설정된 인가전류 패턴에 1을 곱하여 이를 전자기 유동 제어 장치에 전류 제어값으로 설정하게 된다.

만약, 탕면유동지수가 0.6 초과시 기설정된 상기 인가전류 패턴 값에 상기 탕면유동지수의 증가폭만큼 상기 인가전류 증대 상수를 조정하여 연산하게 된다. 예를 들어, 탕면유동지수가 0.7 초과시 전자기 유동 제어 장치의 인가전류 패턴에 케이스 3에 기재된 인가전류 증대 상수 1.2를 곱하여 산출된 값을 인가전류 설정값으로 설정한다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 탕면유동지수를 적용한 용강 유동 제어 방법이 실제 탕면의 유속이 증가될 때 유사한 경향성을 갖는지 확인하기 위한 실시예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실시예들만으로 한정되는 것은 아니다.

연속주조 장치를 이용하여, 슬라브를 연속적으로 생산하였다. 1번째 슬라브부터 34번째 슬라브까지의 탕면 유속을 측정하였고, 이에 따른 탕면유동지수 추세를 연산하였다.

도 5는 본 발명의 실험예에 따른 용강 유동 제어 방법을 적용한 탕면 유속 측정 데이터이다.

도 5를 참조하면, 연속주조 시간이 증가함에 따라 노즐막힘 현상 및 편류가 발생하게 되고, 이에 따라 탕면 용강 유속이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 탕면유동지수는 어느 일정한 상수로 고정되는 것이 아니라, 어느 특정 수치를 기준으로 상이하게 제어해야 한다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 탕면 유속이 증가시 탕면유동지수가 증가하는 경향성과 일치하는 것을 보여준다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 유동 제어 방법은 전자기 유동 제어 장치 설정시 주조 중 노즐 막힘 현상이나, 편류 등에 의한 실시간 탕면의 유동 상태를 반영하기 위해, 탕면유동지수를 적용하였다. 상기 탕면유동지수는 탕면 용강 유속 증가량을 고려하여 인가전류 증대량을 설정해야 하고, 탕면유동지수 값이 0.6을 기준으로 하여 0.6 미만일 경우에는 기설정된 인가전류 설정값으로 연속주조를 수행한다. 반면, 0.6을 초과하면 인가전류패턴에 인가전류 증대량 1.1을 곱한 값을 인가전류 설정값으로 제어한다. 이때, 탕면유동지수가 0.6에서부터 0.1씩 증가할 경우 인가전류 증대량도 1.1에서부터 0.1씩 증가하여 이를 적용한다.

상기 방법을 이용하여 용강의 유동을 제어하면, 연속주조시 몰드 레벨의 헌팅이 저감되어 몰드 파우더가 용강 내에 혼입되어 발생하는 냉연 스캡이 저감되는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. L2 데이터 및 L3 데이터를 실시간 수집하는 단계; 및
   수집된 상기 데이터로부터 도출된 탕면유동지수를 이용하여 전자기 유동 제어 장치의 인가전류 설정값을 산출하는 단계;를 포함하고,
   상기 L2 데이터는 몰드레벨 데이터 및 스토퍼 개도 데이터를 포함하며,
   상기 L3 데이터는 용강 토출량을 기반으로 하는 스토퍼 개도 폭 및 주속 데이터를 포함하고,
   상기 인가전류 설정값을 산출하는 단계는,
   상기 탕면유동지수를 고려하여 상기 전자기 유동 제어 장치의 인가전류 패턴에 인가전류 증대 상수를 곱하여 상기 인가전류 설정값을 연산하는 단계를 포함하며,
   상기 탕면유동지수는 하기 수학식 1을 만족하는,
   용강 유동 제어 방법.
   [수학식 1]
   탕면유동지수 = 1 / (1 + (e^(-(1.5 * (97 - A)^0.6 + 0.6 * (100 - B)^0.8 + C^1.4 + (0.5 * D)^1.2 + E / F)))^0.04)
   (여기서, 상기 A는 2mm 탕면적중률(%)이고, 상기 B는 3mm 탕면적중률(%)이며, 상기 C는 스토퍼 과오픈 개도량(mm)이고, 상기 D는 스토퍼 오프셋(mm)이며, 상기 E는 스토퍼 개도량(mm)이고, 상기 F는 토출량(톤/min)임)
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 탕면유동지수가 0.6 이하이면 기설정된 상기 인가전류 패턴 값을 그대로 사용하는,
   용강 유동 제어 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 탕면유동지수가 0.6 초과시 기설정된 상기 인가전류 패턴 값에 상기 탕면유동지수의 증가폭만큼 상기 인가전류 증대 상수를 조정하여 연산하는,
   용강 유동 제어 방법.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 스토퍼 개도 데이터는 초기 슬라브부터 4번째 슬라브까지의 데이터를 기반으로 산출된 노즐의 초기 막힘량 값을 포함하는,
   용강 유동 제어 방법.
7. 삭제

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