KR102606935B1 - 주형내 응고 셸 두께 추정 장치, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법 및 강의 연속 주조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 관련된 주형내 응고 셸 두께 추정 장치는, 연속 주조 설비의 턴디시에 있어서의 용강 온도의 계측 결과, 연속 주조 설비에서 주입되는 주편의 폭 및 주입 속도의 계측 결과, 연속 주조 설비의 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 계측 결과, 및 용강의 성분 및 주편 두께의 입력치, 연속 주조 설비의 주형내에 있어서의 용강의 응고 반응에 관한 모델식 및 파라미터를 사용하여 3 차원 비정상 열전도 방정식을 풂음으로써, 주형 및 주형내의 용강 온도 분포를 계산함으로써, 주형내 응고 셸 두께를 추정하는 전열 모델 계산부를 구비하고, 전열 모델 계산부는, 주형 구리판과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정한다.

Description

주형내 응고 셸 두께 추정 장치, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법 및 강의 연속 주조 방법{IN-MOLD SOLIDIFIED SHELL THICKNESS ESTIMATION APPARATUS, IN-MOLD SOLIDIFIED SHELL THICKNESS ESTIMATION METHOD, AND CONTINUOUS STEEL CASTING METHOD}
본 발명은, 주형내 응고 셸 두께 추정 장치, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법 및 강의 연속 주조 방법에 관한 것이다.
연속 주조기에 있어서, 용강은, 턴디시로부터 연속적으로 부어져 수냉관이 매설된 주형 (鑄型) 에 의해 냉각되고, 주형의 하부로부터 인발된다. 연속 주조 프로세스에 있어서는, 고속 주조에 의한 생산성 향상이 점점 요구되고 있지만, 주조 속도의 고속화는 주형 하단부에 있어서의 주편 (鑄片) 의 응고 셸 두께의 감소나 불균일한 응고 셸 두께 분포를 발생시킨다. 그 결과, 응고 셸 두께가 얇은 부위가 주형 출구에 왔을 때에 응고 셸이 파괴되어 강 누출이 발생하는, 이른바 브레이크 아웃이 발생할 가능성이 있다. 브레이크 아웃이 발생하면 장시간의 다운 타임이 발생하여 생산성이 현저히 악화된다. 그래서, 고속 주조를 실시하면서 브레이크 아웃의 가능성을 적확하게 예지할 수 있는 수법의 개발이 요망되어, 다양한 방법이 제안되고 있다. 예를 들어 특허문헌 1 에는, 용강이 탕면으로부터 주형 출구에 도달하기까지의 열유속 프로파일에 기초하여, 탕면으로부터 주형 출구 방향 소정 위치에 있어서의 응고 셸 두께를 추정하고, 이것에 기초하여 주형 출구의 응고 셸 두께를 예측하는 방법이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2011-79023호
일본 금속 학회지 Vol.45 (1981), No.3, p.242
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 주형내의 용강 유동에 의한 응고 계면에 대한 입열 (入熱) 은 정상 (定常) 상태에서만 고려되고 있다. 그래서, 특허문헌 1 에 기재된 방법에 따르면, 용강 유동의 비정상인 변화에 수반되는 현열 (著熱) 의 편차에 따라, 응고 셸 두께의 추정치에 자주 편차가 발생하는 것으로 생각된다. 또, 특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 열유속의 실측치와 계산치의 사이에 편차가 발생하는 요인으로서 주형 구리판과 응고 셸 사이의 공기 층 (에어 갭) 의 영향과 용강 유동의 영향 2 가지를 들 수 있다. 열유속이 커지는 경우, 에어 갭이 좁아짐으로써 열저항이 작아지는 케이스와, 용강의 충돌 흐름에 따라 열공급이 많아지는 케이스 2 가지 케이스를 생각할 수 있다. 그리고, 에어 갭이 좁아지는 경우, 응고 셸은 얇아지는 한편, 열공급이 많아지는 경우에는, 응고 셸은 두꺼워진다. 그래서, 응고 셸 두께를 양호한 정밀도로 추정하기 위해서는, 에어 갭의 영향과 용강 유동의 영향을 나누어 주형 발열 (拔熱) 량의 교정을 실시할 필요가 있다. 그러나, 특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 에어 갭 및 용강 유동의 주형 발열량에 대한 영향도를 각각 분리하여 응고 셸 두께를 추정하지 않기 때문에, 응고 셸 두께의 추정 정밀도가 저하될 가능성이 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 주형내 응고 셸 두께를 양호한 정밀도로 추정할 수 있는 주형내 응고 셸 두께 추정 장치 및 주형내 응고 셸 두께 추정 방법을 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은, 양호한 생산성으로 강을 주조할 수 있는 강의 연속 주조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 관련된 주형내 응고 셸 두께 추정 장치는, 연속 주조 설비의 턴디시에 있어서의 용강 온도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비에서 주입 (鑄入) 되는 주편의 폭 및 주입 속도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비의 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 계측 결과, 및 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치가 입력되는 입력 장치와, 상기 연속 주조 설비의 주형내에 있어서의 용강의 응고 반응에 관한 모델식 및 파라미터가 보존되어 있는 모델 데이터 베이스와, 상기 연속 주조 설비의 턴디시에 있어서의 용강 온도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비에서 주입되는 주편의 폭 및 주입 속도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비의 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 계측 결과, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치, 상기 모델식, 및 상기 파라미터를 사용하여 3 차원 비정상 열전도 방정식을 풂음으로써, 주형 및 주형내의 용강 온도 분포를 계산함으로써, 주형내 응고 셸 두께를 추정하는 전열 모델 계산부를 구비하고, 상기 전열 모델 계산부는, 주형 구리판과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정한다.
상기 전열 모델 계산부는, 상기 총괄 열전달 계수와 함께 용강의 고상선 온도보다 고온, 또한, 액상선 온도보다 저온인 영역에 있어서의 열전도율을 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정하면 된다.
상기 전열 모델 계산부는, 주형내의 용강 온도 분포로부터 용강의 응고 수축량을 산출하고, 그 응고 수축량에 기초하여 주형과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 산출하면 된다.
상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치는, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 계측 결과이면 된다.
본 발명에 관련된 주형내 응고 셸 두께 추정 방법은, 연속 주조 설비의 턴디시에 있어서의 용강 온도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비에서 주입되는 주편의 폭 및 주입 속도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비의 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 계측 결과, 및 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치를 입력하는 입력 스텝과, 상기 연속 주조 설비의 턴디시에 있어서의 용강 온도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비에서 주입되는 주편의 폭 및 주입 속도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비의 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 계측 결과, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치, 상기 연속 주조 설비의 주형내에 있어서의 용강의 응고 반응에 관한 모델식 및 파라미터를 사용하여 3 차원 비정상 열전도 방정식을 풂음으로써, 주형 및 주형내의 용강 온도 분포를 계산함으로써, 주형내 응고 셸 두께를 추정하는 전열 모델 계산 스텝을 포함하고, 상기 전열 모델 계산 스텝은, 주형 구리판과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정하는 스텝을 포함한다.
상기 전열 모델 계산 스텝은, 상기 총괄 열전달 계수와 함께 용강의 고상선 온도보다 고온, 또한, 액상선 온도보다 저온인 영역에 있어서의 열전도율을 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정하는 스텝을 포함하면 된다.
상기 전열 모델 계산 스텝은, 주형내의 용강 온도 분포로부터 용강의 응고 수축량을 산출하고, 그 응고 수축량에 기초하여 주형과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 산출하는 스텝을 포함하면 된다.
상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치는, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 계측 결과이면 된다.
본 발명에 관련된 강의 연속 주조 방법은, 본 발명에 관련된 주형내 응고 셸 두께 추정 방법에 의해 추정된 주형내 응고 셸 두께에 기초하여 2 차 냉각수량을 제어하는 제어 스텝을 포함한다.
상기 제어 스텝은, 주형내의 미리 정한 소정 범위 내에서의 주형내 응고 셸 두께의 최대치와 최소치의 차를 상기 소정 범위에서의 주형내 응고 셸 두께의 평균치와 비교해서 주형내 응고 셸 두께의 이상 (異常) 을 판정하고, 주형내 응고 셸 두께의 이상으로 판정된 경우, 주편 부분이 주형 바로 아래의 2 차 냉각대에 도달했을 때에, 주형내 응고 셸 두께가 주편 두께의 소정 비율의 두께 이상이 되도록 2 차 냉각수량을 제어하는 스텝을 포함하면 된다.
본 발명에 관련된 주형내 응고 셸 두께 추정 장치 및 주형내 응고 셸 두께 추정 방법에 따르면, 주형내 응고 셸 두께를 양호한 정밀도로 추정할 수 있다. 또, 본 발명에 관련된 강의 연속 주조 방법에 따르면, 양호한 생산성으로 강을 주조할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시 형태인 주형내 응고 셸 두께 추정 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 1 차원 비정상 전열 계산 모델의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 용강 유속과 주형 발열량의 관계 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 반응고 영역 열전도율과 주형 발열량의 관계 일례를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 본 발명의 일 실시 형태인 주형내 응고 셸 두께 추정 처리의 흐름을 나타내는 플로 차트이다.
도 6 은, 3 차원 비정상 전열 계산 모델의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 7 은, 주형 구리판 표면으로부터의 거리와 온도의 관계 일례를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 강의 온도와 밀도의 관계 일례를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 주형의 폭 방향 각 위치에서의 온도 패턴과 주성분의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 어느 주형 높이 위치에 있어서의 폭 방향 6 점의 주형 구리판 온도의 평균치로부터의 편차를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 주형 발열량의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 12 는, 열전도 파라미터의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 13 은, 총괄 열전달 계수의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 14 는, 주형 하단부에 있어서의 응고 셸 두께의 분포를 나타내는 도면이다.
도 15 는, 어느 주형 높이 위치에 있어서의 폭 방향 6 점의 주형 구리판 온도의 평균치로부터의 편차를 나타내는 도면이다.
도 16 은, 주형 발열량의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 17 은, 열전도 파라미터의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 18 은, 총괄 열전달 계수의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 19 는, 주형 하단부에 있어서의 응고 셸 두께의 분포를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태인 주형내 응고 셸 두께 추정 장치의 구성 및 그 동작에 대해서 상세하게 설명한다.
〔주형내 응고 셸 두께 추정 장치의 구성〕
먼저, 도 1 을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태인 주형내 응고 셸 두께 추정 장치의 구성에 대해서 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시 형태인 주형내 응고 셸 두께 추정 장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태인 주형내 응고 셸 두께 추정 장치 (100) 는, 철강업의 연속 주조 설비에 있어서의 주형 (1) 의 내부에서 용강 (5) 이 응고되어 형성되는 응고 셸 (9) 의 두께 (주형내 응고 셸 두께) 를 추정하는 장치이다. 연속 주조 설비의 침지 노즐 (3) 의 침지 깊이나 주조 속도 (주입 속도), 연속 주조 설비에서 주입되는 주편의 폭 및 두께에 대응된 주형 구리판 (11) 사이의 간격, 연속 주조 설비의 턴디시에 있어서의 용강 (5) 의 성분 및 온도, 주형 구리판 (11) 의 온도 및 주형 발열량의 실적 정보 (계측 결과) 는, 제어 단말 (101) 에 보내진다. 또한, 도 1 중의 부호 7 은, 몰드 파우더를 나타내고 있다. 또, 주형 발열량의 실적 정보는, 예를 들어 주형 (1) 에 공급되는 냉각수의 유량 및 주형 (1) 의 입측 및 출측에 있어서의 냉각수의 온도를 사용한 계산에 의해 구해지고 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 후술하는 전열 계산 모델에 있어서 각종 계측치 (실측치) 를 입력치로서 사용하지만, 용강의 성분 및 주편의 두께에 대해서는 미리 정해진 설정치를 사용해도 된다.
주형내 응고 셸 두께 추정 장치 (100) 및 주형내 응고 셸 두께 추정 방법이 적용되는 제어 시스템은, 제어 단말 (101), 주형내 응고 셸 두께 추정 장치 (100), 출력 장치 (108), 및 표시 장치 (110) 를 주된 구성 요소로서 구비하고 있다. 제어 단말 (101) 은, 퍼스널 컴퓨터나 워크 스테이션 등의 정보 처리 장치에 의해 구성되고, 각종 실적 정보, 주형내 응고 셸 두께 분포, 주형 구리판 (11) 의 온도, 및 주형 발열량의 추정치를 수집한다.
주형내 응고 셸 두께 추정 장치 (100) 는, 퍼스널 컴퓨터나 워크 스테이션 등의 정보 처리 장치에 의해 구성되어 있다. 주형내 응고 셸 두께 추정 장치 (100) 는, 입력 장치 (102), 모델 데이터 베이스 (모델 DB) (103), 및 연산 처리부 (104) 를 구비하고 있다.
입력 장치 (102) 는, 연속 주조 설비에 관한 각종 실적 정보가 입력되는 입력용 인터페이스이다. 입력 장치 (102) 에는, 키보드, 마우스, 포인팅 디바이스, 데이터 수신 장치, 및 그래피컬 유저 인터페이스 (GUI) 등이 있다. 입력 장치 (102) 는, 실적 정보나 파라미터 설정치 등을 외부로부터 수취하여, 그 정보의 모델 DB (103) 에 대한 기입이나 연산 처리부 (104) 에 대한 송신을 실시한다. 입력 장치 (102) 에는, 제어 단말 (101) 로부터 실적 정보가 입력된다. 실적 정보에는, 침지 노즐 (3) 의 침지 깊이나 주입 속도, 주입되는 주편의 폭이나 두께에 대응된 주형 구리판 (11) 사이의 간격, 용강 (5) 의 성분 정보 및 온도 정보, 주형 구리판 (11) 의 온도 및 주형 발열량 정보 등이 포함된다.
모델 DB (103) 는, 연속 주조 설비에 있어서의 용강 (5) 의 응고 반응에 관한 모델식 정보가 보존되어 있는 기억 장치이다. 모델 DB (103) 는, 용강 (5) 의 응고 반응에 관한 모델식 정보로서 모델식 파라미터를 기억하고 있다. 또, 모델 DB (103) 에는, 입력 장치 (102) 에 입력된 각종 정보, 및 연산 처리부 (104) 에 의해 산출된 조업 실적에 있어서의 계산 결과가 기억된다.
연산 처리부 (104) 는, CPU 등의 연산 처리 장치에 의해 구성되고, 주형내 응고 셸 두께 추정 장치 (100) 전체의 동작을 제어한다. 연산 처리부 (104) 는, 전열 모델 계산부 (107) 로서의 기능을 갖는다. 전열 모델 계산부 (107) 는, 예를 들어 연산 처리부 (104) 가 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써 실현된다. 연산 처리부 (104) 는, 전열 모델 계산부 (107) 용 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써 전열 모델 계산부 (107) 로서 기능한다. 또한, 연산 처리부 (104) 는, 전열 모델 계산부 (107) 로서 기능하는 전용 연산 장치나 연산 회로를 갖고 있어도 된다.
전열 모델 계산부 (107) 는, 조업 실적 정보 및 모델 DB (103) 에 기억되어 있는 모델 정보에 기초하여, 3 차원 비정상 열전도 방정식을 풂음으로써, 주형 구리판 (11) 및 주형 (1) 내부의 온도 분포, 주형 발열량, 및 주형내 응고 셸 두께 분포를 추정한다.
출력 장치 (108) 는, 주형내 응고 셸 두께 추정 장치 (100) 의 각종 처리 정보를 제어 단말 (101) 및 표시 장치 (110) 에 출력한다. 표시 장치 (110) 는, 출력 장치 (108) 로부터 출력된 주형내 응고 셸 두께 추정 장치 (100) 의 각종 처리 정보를 표시 출력한다.
이와 같은 구성을 갖는 주형내 응고 셸 두께 추정 장치 (100) 는, 이하에 나타내는 주형내 응고 셸 두께 추정 처리를 실행함으로써, 주형 (1) 내의 응고 셸 두께 분포를 추정한다.
〔용강 유속과 반응고 영역 열전도율의 환산〕
주형내 응고 셸 두께의 3 차원 분포의 시간적 변화를 양호한 정밀도로 추정하기 위해서는, 용강 유동의 비정상인 변화에서 기인하는 국소 열유속의 시간적 변화를 고려하는 것이 중요하다. 그러기 위해서는, 용강 유동에 관한 3 차원 비정상 유동 계산과 용강 (5) 의 응고에 관한 3 차원 비정상 전열 계산을 연성 (連成) 해서 풀 필요가 있다. 그러나, 상기 연성 계산은 수속성이 나빠서, 계산 시간이 길다는 문제점이 있다. 그래서, 본 발명에서는, 용강 유동의 변화에서 기인하는 주형 구리판 (11) 의 온도나 주형 발열량의 변화를 반응고 영역에 있어서의 열전도율로 보상함으로써, 3 차원 비정상 전열 모델 단체 (單體) 에서 주형내 응고 셸 두께의 분포를 계산한다. 반응고 영역이란, 용강 (5) 의 액상과 응고 셸 (9) 의 사이에 퍼지는 응고 도중인 영역이다. 반응고 영역의 존재에 따라, 물리 계산 모델 내에서는 응고 셸 (9) 과 용강 (5) 의 계면을 엄밀하게 정할 수 없다. 그 때문에, 용강 (5) 과 응고 셸 (9) 의 계면에 있어서의 열전달을 직접적으로 물리 계산 모델에서 취급하는 것은 어렵다. 그래서, 본 발명에서는, 응고 계면의 열전달 계수가 아니라 반응고 영역의 열전도율에 용강 유속의 의존성을 지니게 하는 것으로 하였다.
다음으로, 용강 유속과 반응고 영역의 열전도율의 관계에 대해서 설명한다. 용강 유동에 관한 3 차원 비정상 유동 계산과 용강 (5) 의 응고에 관한 3 차원 비정상 전열 계산의 연성 계산은 곤란하지만, 1 차원 비정상 유동 계산과 1 차원 비정상 전열 계산은 잘 수속된다. 그래서, 본 발명에서는, 도 2 의 모식도에 나타내는 바와 같은 대류항을 포함하는 1 차원 비정상 전열 계산 모델을 작성하였다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 간단함을 위해, 모델 양단의 계산 셸은 주형 구리판 (11) 의 냉각수 (201) 및 용강 (5) 으로 간주하고, 냉각수 온도와 용강 온도는 일정한 것으로 하였다. 또, 격자점 온도가 고상선 온도 TS 로부터 액상선 온도 TL 의 범위 내에 있는 계산 셸을 반응고 영역 (202) 으로 하고, 반응고 영역 (202) 에서는 고상률의 상승에 따라 용강 유속을 저하시킴으로써, 충돌 흐름 (토출 흐름) 이 응고 셸 표면에 있어서 측방으로 확산되는 현상을 모델화시켰다. 또한, 도 2 중의 부호 203, 204 는 각각 용강 유속 및 주형 발열량을 나타내고 있다. 그리고, 이하의 수학식 (1) 에 나타내는 대류항을 포함하는 1 차원 비정상 열전도 방정식을 이산화 (離散化) 시켜, 각 계산 셸의 온도를 산출하였다.
[수학식 1]
Figure 112022033894027-pct00001
여기서, 수학식 (1) 중, ρ[㎏/㎥] 은 밀도, CP[J/(㎏·K)] 는 비열, k[W/(m·K)] 는 열전도율, T[K] 는 온도, u[m/s] 는 용강 유속을 나타낸다.
이하의 표 1 에 나타내는 조건하에서 정상 상태가 될 때까지 각 계산 셸의 온도를 계산하고, 응고 셸 (9) 의 계산 셸로부터 주형 구리판 (11) 의 계산 셸로의 열유속을 주형 발열량으로서 구하였다. 도 3 에 용강 유속과 주형 발열량의 계산치의 관계를 나타낸다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 용강 유속이 증가하면 주형 발열량의 계산치는 단조 증가하지만, 용강 유속이 0.03[m/s] 를 초과하면 주형 발열량은 포화되었다. 이는, 용강 유동의 영향으로 응고 셸 (9) 이 형성되지 않았기 때문으로 생각된다.
[표 1]
Figure 112022033894027-pct00002
다음으로, 표 1 에 나타내는 조건하에서 용강 유속을 0[m/s] 로 하고, 반응고 영역의 열전도율을 변화시켰다. 정지된 용강의 열전도율을 1 로 한 경우의 반응고 영역 열전도율의 비와 주형 발열량의 계산치의 관계를 도 4 에 나타낸다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 반응고 영역 열전도율이 크면, 반응고 영역에 공급되는 현열이 많아지기 때문에, 주형 발열량의 계산치가 커진다. 이상과 같은 점에서 용강 유동의 변화에서 기인하는 주형 발열량의 변화는, 반응고 영역의 열전도율을 변화시킴으로써 설명 가능하다는 것이 알 수 있게 되었다.
〔주형내 응고 셸 두께 추정 처리〕
도 5 는, 본 발명의 일 실시 형태인 주형내 응고 셸 두께 추정 처리의 흐름을 나타내는 플로 차트이다. 도 5 에 나타내는 플로 차트는, 주입이 개시된 타이밍에 개시가 되고, 주형내 응고 셸 두께 추정 처리는 스텝 S1 의 처리로 진행된다.
스텝 S1 의 처리에서는, 연산 처리부 (104) 가, 용강 (5) 및 주형 (1) 에 관한 계측치 및 분석치를 제어 단말 (101) 로부터 취득한다. 통상적인 연속 주조 조업에서는, 주입 속도, 주입되는 주편의 폭이나 두께에 대응된 주형 구리판 (11) 사이의 간격의 실적 정보는 일정 주기로 수집되고 있다. 본 실시 형태에서는 간단함을 위해, 1 sec 주기로 주형 (1) 에 관한 실적 정보가 수집되고 있는 것으로 한다. 또, 용강 (5) 의 성분 및 온도의 실적 정보는, 턴디시에 있어서 부정기 또는 일정 주기로 수집되는 것으로 한다. 이로써, 스텝 S1 의 처리는 완료되고, 주형내 응고 셸 두께 추정 처리는 스텝 S2 의 처리로 진행된다.
스텝 S2 의 처리에서는, 전열 모델 계산부 (107) 가, 스텝 S1 의 처리에 있어서 취득한 정보 및 모델 DB (103) 의 정보를 사용하여, 3 차원 비정상 전열 계산을 실행한다. 구축된 3 차원 비정상 전열 계산 모델의 일례를 도 6 에 나타낸다. 도 6 에 나타내는 영역 R1 이 주형 구리판 (11) 의 영역을 나타내고, 그 내측이 용강 (5) 또는 응고 셸 (9) 의 영역을 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 주형 (1) 의 높이 방향은 dz=50[㎜] 의 등간격으로 분할하였다. 또, 주형 (1) 의 폭 및 두께 방향은 응고 셸 (9) 의 성장이 예상되는 영역 R2 만 2 ㎜ 간격으로 하고, 용강 (5) 의 중심 부분은 메시 수를 고정한 채로 주편의 폭 및 두께에 따라 계산 셸의 간격이 가변이 되도록 분할하였다. 또한, 주형 (1) 의 높이 방향의 전열 현상에 있어서, 이하에 나타내는 수학식 (2) 에 의해 구해지는 페클레수 Pe 는 104 오더가 된다.
[수학식 2]
Figure 112022033894027-pct00003
여기서, 수학식 (2) 중, L[m] 은 주형 (1) 의 높이를 나타낸다. 페클레수 Pe 는, 열의 이동에 있어서의 대류와 확산의 비를 표시한 무차원수로, 페클레수 Pe 가 클수록, 열의 이동에 있어서 대류의 영향이 강한 것을 나타낸다. 즉, 열전도에 의한 기여보다 대류항에 의한 기여가 유의하게 크다. 그래서, 주형 (1) 의 높이 방향은 열전도를 고려하지 않고, 주조 속도로 용강 (5) 이 강하되는 것으로 가정하였다. 이 가정에 의해, 2 차원 비정상 전열 계산 모델을 높이 방향으로 나열하고 3 차원 비정상 전열 계산 모델의 현상을 재현할 수 있다. 그리고, 주형 (1) 의 폭 및 두께 방향에 있어서의 계산 셸의 온도를, 이하에 나타내는 수학식 (3) 의 비정상 2 차원 열전도 방정식을 이산화시켜 구하였다.
[수학식 3]
Figure 112022033894027-pct00004
또, 냉각수 온도 Twater 는 일정한 것으로 하고, 주형 구리판 (11) 과 냉각수의 계면에 있어서의 경계 조건은, 물의 열전달 계수 hwater 를 사용하여 이하에 나타내는 수학식 (4) 의 뉴턴의 냉각 법칙에 따랐다.
[수학식 4]
Figure 112022033894027-pct00005
도 7 에, 수학식 (3) 의 2 차원 비정상 열전도 방정식을 정상 상태가 될 때까지 계산함으로써 얻어진 온도와 주형 구리판 (11) 표면으로부터의 거리의 관계를 나타낸다. 액상선 온도 TL , 고상선 온도 TS 는 실제 조업에 있어서 사용되고 있는 강종 성분과 온도의 회귀식에 의해 얻어졌다. 용강 부분에 있어서 고상선 온도 TS 보다 낮은 계산 셸을 응고 셸 (9) 로 간주하고, 응고 셸 두께를 구하였다. 또, 용강 부분에서 또한 액상선 온도 TL 보다 높은 온도의 계산 셸에 대해서는, 충분히 교반되어 있기 때문에, 각 시간 스텝에서 균일한 온도가 되도록 하였다. 이로써, 스텝 S2 의 처리는 완료되고, 주형내 응고 셸 두께 추정 처리는 스텝 S3 의 처리로 진행된다.
스텝 S3 의 처리에서는, 전열 모델 계산부 (107) 가, 스텝 S1 및 스텝 S2 의 처리에 있어서 취득한 정보 및 모델 DB (103) 의 정보를 사용하여, 응고 수축량 및 주형 (1) 과 응고 셸 (9) 사이의 총괄 열전달 계수를 계산한다. 주형 (1) 에는, 응고 수축을 고려하여 상부로부터 하부를 향하여 테이퍼가 형성되어 있다. 주형 (1) 의 상부에서는 응고 수축량이 테이퍼를 상회하기 때문에, 응고 셸 (9) 과 주형 구리판 (11) 사이에 존재하는 에어 갭으로 불리는 공기가 두꺼워진다. 한편, 주형 (1) 의 하부에서는 응고 셸 성장 속도가 점차 느려져 응고 수축량이 테이퍼를 하회하기 때문에, 에어 갭이 작아지는 경우가 있다. 에어 갭은 열저항이 커서 주형 발열량이나 응고 셸 두께에 대한 기여가 크기 때문에, 응고 수축량을 모델 상에서 재현하는 것이 중요하다. 그래서, 응고 수축량의 산출을 실시하였다. 먼저, 강의 밀도의 온도 의존성을 예를 들어 도 8 에 나타내는 바와 같이 설정하고 (비특허문헌 1 을 참조), 응고 셸의 수축률 rshrink 를 수학식 (5) 와 같이 정의하였다.
[수학식 5]
Figure 112022033894027-pct00006
여기서, 수학식 (5) 중, ρ0 은 토출 직후의 용강 온도에 대응되는 용강의 밀도, ρ1 은 응고 셸의 외표면 온도에 대응되는 용강의 밀도를 나타낸다. 전열 모델에서의 각 계산 셸에서 얻어진 수축률에 각 계산 셸의 폭 dx 를 곱하여 폭 방향으로 합을 취한 값과 주편 폭의 차를 취하면 응고 수축량이 얻어진다. 또한, 응고 수축량으로부터 이하에 나타내는 수학식 (6) 에 의해 구해지는 테이퍼 dtaper 를 뺌으로써, 이하에 나타내는 수학식 (7) 을 사용하여 각 높이 위치에서의 에어 갭 dair 를 도출하였다.
[수학식 6]
Figure 112022033894027-pct00007
[수학식 7]
Figure 112022033894027-pct00008
여기서, 수학식 (5), (6) 중, C1[%m] 은 테이퍼율, w[m] 은 주편 폭, Δh[m] 은 높이 방향에 있어서의 메니스커스로부터의 거리를 나타낸다. 또, 주형 구리판 (11) 과 응고 셸 (9) 의 계면에는 에어 갭에 더하여 몰드 파우더 (7) 의 층이 존재하기 때문에, 응고 수축량을 고려한 주형/응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수 hall 을 이하에 나타내는 수학식 (8) 에 의해 도출하였다.
[수학식 8]
Figure 112022033894027-pct00009
또한, 수학식 (8) 중의 파라미터 A, B, d0 은 실제 데이터에 따라 조절한 것을 미리 모델 DB (103) 에 입력해 두는 것이 바람직하다. 이로써, 스텝 S3 의 처리는 완료되고, 주형내 응고 셸 두께 추정 처리는 스텝 S4 의 처리로 진행된다.
스텝 S4 의 처리에서는, 연산 처리부 (104) 가, 계산 결과를 모델 DB (103) 및 출력 장치 (108) 에 보존한다. 이로써, 스텝 S4 의 처리는 완료되고, 주형내 응고 셸 두께 추정 처리는 스텝 S5 의 처리로 진행된다.
스텝 S5 의 처리에서는, 연산 처리부 (104) 가, 주입이 완료되었는지를 판별한다. 판별의 결과, 주입이 완료된 경우 (스텝 S5 : Yes), 연산 처리부 (104) 는, 일련의 주형내 응고 셸 두께 추정 처리를 종료한다. 한편, 주입이 완료되지 않은 경우에는 (스텝 S5 : No), 연산 처리부 (104) 는 타임 스텝을 갱신한 후에 주형내 응고 셸 두께 추정 처리를 스텝 S1 의 처리로 되돌린다.
〔미지 (未知) 외란의 보정 처리〕
상기 주형내 응고 셸 두께 추정 처리에서는, 실제의 연속 주조 설비에 존재하는 미지 외란을 전부 고려할 수는 없다. 그래서, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 계산치는 실측치로부터 괴리되어, 응고 셸 (9) 의 두께 분포의 추정 정밀도가 악화될 가능성이 있다. 그래서, 응고 셸 (9) 의 두께 분포의 추정 정밀도를 향상시키기 위해서, 미지 외란에 의해 발생하는 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 전열 모델 계산에 피드백하는 것을 생각한다.
먼저, 교정에 사용하는 다점의 온도 오차를 가능한 한 적은 변수로 설명하기 위해서, 주성분 분석에 의해 특징량을 추출하였다. 용강 유동의 변화에 따라 주형 구리판 온도는 포괄적으로 유사한 거동을 나타내는 것으로 추찰되기 때문에, 외란 중 용강 유동에 의한 영향은 온도의 주성분에서 설명할 수 있는 것으로 가정하였다. 그리고, 본 실시 형태의 전열 모델 계산에서는, 용강 유동의 변화를 반응고 영역의 열전도율로 환산하고 있기 때문에, 주형 구리판 온도의 오차를 작게 하도록 반응고 영역의 열전도율의 보정 파라미터 (이하, 열전도율 파라미터) 를 결정하였다.
한편, 에어 갭의 변화는 주형내 일부에 국소적으로 발생한다. 그래서, 에어 갭의 변화는, 주편 표면의 세로 균열과 같이 주형 높이 방향에서 일정하게 발생하는 것으로 가정하고, 주형 구리판과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 주형의 폭 방향 각 위치에서 변화시켰다. 구체적으로는, 총괄 열전달 계수가 크면 열저항이 작아져, 주형 발열량이 증가한다. 그래서, 주형의 폭 방향 각 위치에 있어서의 주형 발열량의 실측치와 계산치가 가까워지도록 총괄 열전달 계수의 보정량을 결정하였다. 주형의 폭 방향 각 위치에서 주형 발열량의 교정을 할 수 있으면, 토탈의 주형 발열량도 합치된다.
〔열전도율 파라미터의 보정 방법〕
주형 구리판 온도의 실측치와 계산치의 차에는 평균치의 편차도 포함되지만, 이것은 에어 갭의 전체적인 괴리에서 기인하는 것으로 가정하였다. 그래서, 먼저, 주형 구리판 온도의 실측치 및 계산치 어느 것에서도, 각 시각에 있어서 주형의 동일한 높이 위치에 있는 측온점의 온도에 대해서, 평균치로부터의 편차를 구하고, 실적치와 계산치의 편차끼리의 차를 취하였다. 이것을 ΔTi (i=1 ∼ N) 로 한다. 주성분 분석을 적용하면, 타원의 장축이 주성분으로서 추출된다. 각 측온점에 있어서의 주성분에서 설명할 수 있는 온도 오차를 ΔTi, PCA, 주성분에서 설명할 수 없는 노이즈에 의한 온도 오차를 ΔTi, Noise 로 하면, 이하에 나타내는 수학식 (9) 의 관계가 성립된다. 그래서, 반응고 영역의 열전도율 파라미터를 조정함으로써 온도 오차 ΔTi, PCA 를 보상하고, 총괄 열전달 계수를 조정함으로써 온도 오차 ΔTi, Noise 를 보상한다.
[수학식 9]
Figure 112022033894027-pct00010
다음으로, 실제의 연속 주조 설비에서 발생하고 있는 온도 변동 중, 주성분에서 설명할 수 있는 부분을 모델로 재현하기 위해, 주성분 형상에 유사한 온도 패턴을 전열 모델 계산에 의해 작성하였다. 구체적으로는, 어느 입력 조건하에서 주형의 폭 방향의 각 위치에서 열전도율 파라미터를 미소하게 변화시켜, 두 케이스에서 정상 상태가 될 때까지 전열 모델 계산을 실행하고, 파라미터 변화 전후의 온도의 차분을 취한다. 주형의 폭 방향 각 위치에서의 반응고 영역의 열전도율의 미소 변화량 Δαi 에 대응되는 온도 패턴을 ΔTi, pattern 으로 한다. 주형의 폭 방향 각 위치에서의 온도 패턴 ΔTi, pattern 과 얻어진 주성분의 관계를 도 9 에 나타낸다. 도 9 중, 점선은 온도 패턴 ΔTi, pattern, 실선은 주성분을 나타낸다. 도 9 에 나타내는 예에서는, 온도 패턴 ΔTi, pattern 과 주성분의 상관 계수는 0.88 이 되고, 주성분의 형상을 재현할 수 있는 것으로 생각된다.
다음으로, 주형 구리판 온도의 오차를 온도 패턴에서 피팅함으로써, 열전도율 파라미터를 결정하고, 전열 모델 계산에 있어서의 열전도율을 수정하였다. 구체적으로는, 차 ΔTi 와 온도 패턴 ΔTi, pattern 의 사이에 이하의 수학식 (10) 에 나타내는 관계가 근사적으로 성립되도록, 이하의 수학식 (11) 에 나타내는 중회귀 분석에 의해 열전도율 파라미터 a 를 구하였다.
[수학식 10]
Figure 112022033894027-pct00011
[수학식 11]
Figure 112022033894027-pct00012
그리고, 산출된 열전도율 파라미터 a 및 열전도율의 미소 변화량 Δαi 를 사용하여, 시각 t 에 있어서의 열전도율 αi(t) 를 이하에 나타내는 수학식 (12) 에 의해 보정하였다.
[수학식 12]
Figure 112022033894027-pct00013
〔총괄 열전달 계수의 보정 방법〕
전항과 동일한 입력 조건하에서 주형의 폭 방향 각 위치에서 총괄 열전달 계수를 미소하게 변화시켜 정상 상태가 될 때까지 전열 모델 계산을 실행하였다. 그리고, 총괄 열전달 계수의 변화 전후의 주형 발열량의 차를 취하였다. 여기서, 총괄 열전달 계수의 변화량을 Δβ, 주형 발열량의 변화량을 ΔQ 로 한다. 주형의 폭 방향 각 위치에 있어서의 주형 발열량의 오차 ΔHLi 와 총괄 열전달 계수의 변화량 Δβ 및 주형 발열량의 변화량 ΔQ 의 사이에서 이하의 수학식 (13) 에 나타내는 관계가 성립되도록 계수 bi 를 구하였다. 그리고, 얻어진 계수 bi 및 총괄 열전달 계수의 변화량 Δβ 를 사용하여, 시각 t 에 있어서의 총괄 열전달 계수 βi(t) 를 이하에 나타내는 수학식 (14) 와 같이 보정하였다. 이상으로부터 a, b1, b2,…, bi 의 합계 (i+1) 종류의 미지수를 도출할 수 있었다.
[수학식 13]
Figure 112022033894027-pct00014
[수학식 14]
Figure 112022033894027-pct00015
〔2 차 냉각수량의 제어〕
주형내 응고 셸 두께 d 의 평균치 dave 에 대한 주형내 응고 셸 두께 d 의 최대치 dmax 와 최소치 dmin 의 차 Δd (=dmax-dmin) 의 비 Δd/dave 의 값이 큰 경우, 주형내 응고 셸 두께 d 의 편차가 상대적으로 커서, 평균치 dave 보다 주형내 응고 셸 두께 d 가 얇은 영역이 존재한다. 본 발명의 발명자들은, 주형의 주조 방향의 전체 길이 L 에 대하여 주형내 응고 셸 두께 d 를 추정하는 주조 방향의 위치 l 가 조건 : l/L≥0.2 를 만족하는 위치에 있어서의 비 Δd/dave 의 값이 0.1 이상인 경우, 브레이크 아웃의 위험도가 급격하게 증가하는 것을 알아내었다. 그래서, 비 Δd/dave 의 값이 0.1 이상인 경우, 그 영역이 주형 바로 아래의 2 차 냉각대에 도달했을 때, 주형 바로 아래의 주편 두께 D 에 대한 주형내 응고 셸 두께 d 의 비 d/D 가 0.25 이하인 범위에 있어서, 2 차 냉각수량을 제어하여 주형내 응고 셸 두께 d 가 얇은 부분을 없앤다. 이로써, 브레이크 아웃의 위험도, 여기에서의 비 Δd/dave 의 값을 낮출 수 있다. 제어 목표로서는, 주형내에서 추정한 이후의 주형내 응고 셸 두께 d 의 성장을 상정하여 비 Δd/dave 의 값이 0.2 이하가 될 때까지 2 차 냉각대의 스프레이 수량 밀도를 제어하면 된다. 또한, 차 Δd 및 평균치 dave 는 주형의 각 면 (장편측 전면, 후면, 각 단변의 면) 마다 계산하여 평가하면 된다. 또, 여기서 나타낸 비 d/D 나 비 Δd/dave 의 기준치는, 연속 주조기의 주형 사이즈나 주입 폭, 주입 속도 등의 주조 조건에 따라 정해지는 것으로, 일례를 나타내는 것에 불과하다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태인 주형내 응고 셸 두께 추정 장치 (100) 는, 연속 주조 설비의 턴디시에 있어서의 용강 (5) 의 온도 및 성분의 계측 결과, 연속 주조 설비에서 주입되는 주편의 폭, 두께, 및 주입 속도의 계측 결과, 연속 주조 설비의 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 계측 결과, 연속 주조 설비의 주형 (1) 내에 있어서의 용강 (5) 의 응고 반응에 관한 모델식 및 파라미터를 사용하여 3 차원 비정상 열전도 방정식을 풂음으로써, 주형 (1) 및 주형 (1) 내의 용강 온도 분포를 계산함으로써, 주형내 응고 셸 두께를 추정하는 전열 모델 계산부 (107) 를 구비한다. 그리고, 전열 모델 계산부 (107) 는, 용강 (5) 의 고상선 온도보다 고온, 또한, 액상선 온도보다 저온인 영역에 있어서의 열전도율 및 주형 구리판 (11) 과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정한다. 이로써, 주형 (1) 내의 응고 셸 두께를 양호한 정밀도로 추정할 수 있다. 또, 강을 연속 주조할 때, 추정된 주형내 응고 셸 두께에 기초하여 주형 바로 아래의 2 차 냉각수량을 제어함으로써, 주형내 응고 셸 두께가 얇은 상황하에 있어도 브레이크 아웃의 발생을 억제하여, 양호한 생산성으로 강을 연속 주조할 수 있다. 또한, 전열 모델 계산부 (107) 는, 주형 구리판 (11) 과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수만을 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정해도 된다.
실시예
〔실시예 1〕
본 실시예에서는, 전열 모델 계산에서는, 열전도율 파라미터와 총괄 열전달 계수를 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정하였다. 시뮬레이션에 의해 외란을 인공적으로 발생시킨 가상 플랜트를 작성하여 파라미터 추정을 실시하고, 용강 유동의 변화에 대응된 열전도율 파라미터와 국소 에어 갭 변화에 대응된 총괄 열전달 계수를 바르게 분리 추정할 수 있는지 검증하였다. 주형 장변 방향 전면의 열전도율 파라미터를 정현파상으로 변화시킨 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 10 은, 어느 주형 높이 위치에 있어서의 폭 방향 6 점의 주형 구리판 온도의 평균치로부터의 편차, 도 11 은, 주형 발열량의 시간 변화를 나타낸다. 실선이 가상 플랜트의 값, 점선이 전열 모델 계산의 값을 나타낸다. 도 10 및 도 11 에 나타내는 바와 같이, 피드백을 개시하면, 가상 플랜트의 값과 전열 모델 계산의 값의 차가 작아진다. 그 때의 파라미터 추정에 있어서도, 도 12 및 도 13 에 나타내는 바와 같이, 열전도율 파라미터 및 총괄 열전달 계수를 분리 추정할 수 있었다. 또, 도 14 는, 도 13 에 나타내는 폭 방향 6 점의 주형 하단부에 있어서의 응고 셸 두께의 분포를 나타낸다. 도 14 에 나타내는 바와 같이, 가상 플랜트와 전열 모델 계산에서 주형내 응고 셸 두께의 교정을 할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 도 12 ∼ 도 14 에 있어서, 실선이 가상 플랜트의 값, 점선이 전열 모델 계산의 값을 나타낸다.
〔실시예 2〕
본 실시예에서는, 전열 모델 계산에서는, 총괄 열전달 계수만을 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정하였다. 시뮬레이션에 의해 외란을 인공적으로 발생시킨 가상 플랜트를 작성하여 파라미터 추정을 실시하고, 국소 에어 갭 변화에 대응된 총괄 열전달 계수를 바르게 분리 추정할 수 있는지 검증하였다. 주형 장변 방향 전면의 열전도율 파라미터를 정현파상으로 변화시킨 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 15 는, 어느 주형 높이 위치에 있어서의 폭 방향 6 점의 주형 구리판 온도의 평균치로부터의 편차, 도 16 은, 주형 발열량의 시간 변화를 나타낸다. 실선이 가상 플랜트의 값, 점선이 전열 모델 계산의 값을 나타낸다. 도 15 및 도 16 에 나타내는 바와 같이, 피드백을 개시하면, 가상 플랜트의 값과 전열 모델 계산의 값의 차가 작아진다. 그 때의 파라미터 추정에서는, 도 17 에 나타내는 바와 같이 열전도율 파라미터는 분리 추정할 수 없었지만, 도 18 에 나타내는 바와 같이 총괄 열전달 계수는 분리 추정할 수 있었다. 또, 도 19 는, 도 18 에 나타내는 폭 방향 6 점의 주형 하단부에 있어서의 응고 셸 두께의 분포를 나타낸다. 도 18 에 나타내는 바와 같이, 가상 플랜트와 전열 모델 계산에서 주형내 응고 셸 두께의 교정을 할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 도 17 ∼ 도 19 에 있어서, 실선이 가상 플랜트의 값, 점선이 전열 모델 계산의 값을 나타낸다.
〔실시예 3〕
본 실시예에서는, 주형 바로 아래보다 하류측에서 2 차 냉각수량을 제어하지 못한 경우를 비교예 1 ∼ 3, 2 차 냉각수량을 제어한 경우를 실시예 1 ∼ 3 으로 하고, 상기 서술한 방법에 의해 추정된 주형내 응고 셸 두께에 기초하여 주형내에서 추정된 비 Δd/dave 의 값과, 주형의 출측에 있어서의 응고 셸 두께를 기본으로 하여 2 차 냉각대의 열전도 방정식을 풂음으로써 얻어지는 비 d/D 의 값이 0.25 인 위치에 있어서의 비 Δd/dave 의 값을 이하의 표 2 에 나타낸다. 표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 ∼ 3 에서는, 비교예 1 ∼ 3 과 비교해서 비 Δd/dave 의 증가를 억제할 수 있다. 이로써, 주형 바로 아래보다 하류측의 2 차 냉각수량을 제어함으로써, 주형내 응고 셸 두께가 얇은 부분의 주형내 응고 셸 두께를 증가시켜, 브레이크 아웃의 위험도를 낮출 수 있음이 확인되었다.
[표 2]
Figure 112022033894027-pct00016
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 적용한 실시 형태에 대해서 설명했는데, 본 실시 형태에 의한 본 발명의 개시 일부를 이루는 기술 (記述) 및 도면에 의해 본 발명은 한정되는 일은 없다. 예를 들어, 전열 계산 모델에 있어서 용강 유속과 반응고 영역의 열전도율의 관계를 명확히 했지만, 용강 유속의 분포가 명확해지면, 용강 유속과 반응고 영역의 열전도율의 환산식을 도입함으로써 전열 계산 모델 단체의 응고 셸 두께 추정 정밀도가 향상되는 것으로 생각된다. 그리고, 정밀도가 향상된 전열 계산 모델에 의해 출력되는 주형 구리판 온도의 계산치와 실측치의 차에 대하여 주성분 분석을 실행함으로써, 용강 유동의 영향 및 에어 갭의 영향 이외의 미지 외란의 영향을 전열 계산 모델에 포함시킬 수 있을 것으로 예상된다. 이와 같이 본 실시 형태에 기초하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시 형태, 실시예, 및 운용 기술 등은 전부 본 발명의 범주에 포함된다.
본 발명에 의하면, 주형내 응고 셸 두께를 양호한 정밀도로 추정할 수 있는 주형내 응고 셸 두께 추정 장치 및 주형내 응고 셸 두께 추정 방법을 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 양호한 생산성으로 강을 주조할 수 있는 강의 연속 주조 방법을 제공할 수 있다.
1 : 주형
3 : 침지 노즐
5 : 용강
7 : 몰드 파우더
9 : 응고 셸
11 : 주형 구리판
100 : 주형내 응고 셸 두께 추정 장치
101 : 제어 단말
102 : 입력 장치
103 : 모델 데이터 베이스 (모델 DB)
104 : 연산 처리부
107 : 전열 모델 계산부
108 : 출력 장치
110 : 표시 장치
201 : 냉각수
202 : 반응고 영역
203 : 용강 유속
204 : 주형 발열량

Claims (15)

  1. 연속 주조 설비의 턴디시에 있어서의 용강 온도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비에서 주입되는 주편의 폭 및 주입 속도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비의 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 계측 결과, 및 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치가 입력되는 입력 장치와,
    상기 연속 주조 설비의 주형내에 있어서의 용강의 응고 반응에 관한 모델식 및 파라미터가 보존되어 있는 모델 데이터 베이스와,
    상기 연속 주조 설비의 턴디시에 있어서의 용강 온도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비에서 주입되는 주편의 폭 및 주입 속도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비의 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 계측 결과, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치, 상기 모델식, 및 상기 파라미터를 사용하여 3 차원 비정상 열전도 방정식을 풂음으로써, 주형 및 주형내의 용강 온도 분포를 계산함으로써, 주형내 응고 셸 두께를 추정하는 전열 모델 계산부를 구비하고,
    상기 전열 모델 계산부는, 주형 구리판과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정하는, 주형내 응고 셸 두께 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전열 모델 계산부는, 상기 총괄 열전달 계수와 함께 용강의 고상선 온도보다 고온, 또한, 액상선 온도보다 저온인 영역에 있어서의 열전도율을 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정하는, 주형내 응고 셸 두께 추정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전열 모델 계산부는, 주형내의 용강 온도 분포로부터 용강의 응고 수축량을 산출하고, 그 응고 수축량에 기초하여 주형과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 산출하는, 주형내 응고 셸 두께 추정 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치는, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 계측 결과인, 주형내 응고 셸 두께 추정 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치는, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 계측 결과인, 주형내 응고 셸 두께 추정 장치.
  6. 연속 주조 설비의 턴디시에 있어서의 용강 온도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비에서 주입되는 주편의 폭 및 주입 속도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비의 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 계측 결과, 및 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치를 입력하는 입력 스텝과,
    상기 연속 주조 설비의 턴디시에 있어서의 용강 온도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비에서 주입되는 주편의 폭 및 주입 속도의 계측 결과, 상기 연속 주조 설비의 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 계측 결과, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치, 상기 연속 주조 설비의 주형내에 있어서의 용강의 응고 반응에 관한 모델식 및 파라미터를 사용하여 3 차원 비정상 열전도 방정식을 풂음으로써, 주형 및 주형내의 용강 온도 분포를 계산함으로써, 주형내 응고 셸 두께를 추정하는 전열 모델 계산 스텝을 포함하고,
    상기 전열 모델 계산 스텝은, 주형 구리판과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정하는 스텝을 포함하는, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전열 모델 계산 스텝은, 상기 총괄 열전달 계수와 함께 용강의 고상선 온도보다 고온, 또한, 액상선 온도보다 저온인 영역에 있어서의 열전도율을 보정함으로써, 주형 구리판 온도 및 주형 발열량의 오차를 보정하는 스텝을 포함하는, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전열 모델 계산 스텝은, 주형내의 용강 온도 분포로부터 용강의 응고 수축량을 산출하고, 그 응고 수축량에 기초하여 주형과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 산출하는 스텝을 포함하는, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 전열 모델 계산 스텝은, 주형내의 용강 온도 분포로부터 용강의 응고 수축량을 산출하고, 그 응고 수축량에 기초하여 주형과 응고 셸 사이의 총괄 열전달 계수를 산출하는 스텝을 포함하는, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치는, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 계측 결과인, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치는, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 계측 결과인, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치는, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 계측 결과인, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 입력치는, 상기 용강의 성분 및 상기 주편 두께의 계측 결과인, 주형내 응고 셸 두께 추정 방법.
  14. 제 6 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 주형내 응고 셸 두께 추정 방법에 의해 추정된 주형내 응고 셸 두께에 기초하여 2 차 냉각수량을 제어하는 제어 스텝을 포함하는, 강의 연속 주조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어 스텝은, 주형내의 미리 정한 소정 범위 내에서의 주형내 응고 셸 두께의 최대치와 최소치의 차를 상기 소정 범위에서의 주형내 응고 셸 두께의 평균치와 비교해서 주형내 응고 셸 두께의 이상을 판정하고, 주형내 응고 셸 두께의 이상으로 판정된 경우, 주편 부분이 주형 바로 아래의 2 차 냉각대에 도달했을 때에, 주형내 응고 셸 두께가 주편 두께의 소정 비율의 두께 이상이 되도록 2 차 냉각수량을 제어하는 스텝을 포함하는, 강의 연속 주조 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007167871A (ja) 2005-12-19 2007-07-05 Nippon Steel Corp 鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置および判定方法、鋳型または金型の操業方法、コンピュータプログラム、並びにコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
JP2009142876A (ja) 2007-12-17 2009-07-02 Sumitomo Metal Ind Ltd 鋼の連続鋳造方法
JP2012187636A (ja) 2011-02-21 2012-10-04 Jfe Steel Corp 鋳片の凝固状態推定装置及び推定方法、連続鋳造装置及び連続鋳造方法、最終凝固予測方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3607882B2 (ja) * 2000-07-19 2005-01-05 新日本製鐵株式会社 連続鋳造鋳型内全域の凝固シェル厚、溶鋼流速、鋳片品質センシング方法及びその装置。
JP5365459B2 (ja) * 2009-10-07 2013-12-11 Jfeスチール株式会社 連続鋳造における凝固シェル厚み推定方法及び装置、連続鋳造におけるブレークアウト検出方法及び装置
CN102228970A (zh) * 2011-06-30 2011-11-02 中冶南方工程技术有限公司 连铸结晶器内钢液凝固传热过程仿真系统
CN102228969A (zh) * 2011-06-30 2011-11-02 中冶南方工程技术有限公司 多点连续测量模拟连铸结晶器内钢液凝固传热过程的系统
CN102228972B (zh) * 2011-06-30 2012-12-19 中冶南方工程技术有限公司 用于连铸结晶器凝固传热过程的计算方法
KR101435111B1 (ko) * 2012-07-31 2014-08-27 현대제철 주식회사 연속주조시 응고쉘의 수축량 예측 방법
KR101709623B1 (ko) * 2012-08-14 2017-02-23 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 응고 완료 위치 제어 방법 및 응고 완료 위치 제어 장치
JP5949315B2 (ja) * 2012-08-20 2016-07-06 Jfeスチール株式会社 連続鋳造鋳片の製造方法
CN106413942B (zh) * 2014-01-31 2020-03-10 日本制铁株式会社 连续铸造的铸造状态的判定方法、装置以及程序
CN104331629A (zh) * 2014-11-17 2015-02-04 大连理工大学 一种连铸结晶器保护渣液态、固态渣膜与气隙厚度非均匀分布的计算方法
CN113573826B (zh) * 2019-03-22 2023-06-13 杰富意钢铁株式会社 铸模内凝固壳厚推定装置及铸模内凝固壳厚推定方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007167871A (ja) 2005-12-19 2007-07-05 Nippon Steel Corp 鋳型または金型の稼動面の操業状態判定装置および判定方法、鋳型または金型の操業方法、コンピュータプログラム、並びにコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
JP2009142876A (ja) 2007-12-17 2009-07-02 Sumitomo Metal Ind Ltd 鋼の連続鋳造方法
JP2012187636A (ja) 2011-02-21 2012-10-04 Jfe Steel Corp 鋳片の凝固状態推定装置及び推定方法、連続鋳造装置及び連続鋳造方法、最終凝固予測方法

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