KR19990015521A - 연속주조용 주형내 용강의 폭방향 높이 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강의 연속주조중 주형내 용강의 폭방향 높이를 비접촉 상태에서 열전대 또는 와전류 센서를 사용하여 연속적으로 측정할 수 있는 연속주조용 주형내 용강의 폭방향 높이 측정방법에 관한 것으로, 연속주조용 주형의 폭방향으로 다수개의 열전대를 150∼350mm 간격으로 주형내 평균 용강 높이의 상하 30mm 범위 내에 삽입 설치하여 용강의 높이에 따라 다르게 나오는 신호를 변환기를 통하여 컴퓨터에 입력하여 수식계산을 통해 용강의 폭방향 높이를 측정하는 것으로 이루어진다.

Description

연속주조용 주형내 용강의 폭방향 높이 측정방법

본 발명은 강의 연속주조중 주형내 용강의 폭방향 높이를 비접촉 상태에서 열전대 또는 와전류 센서를 사용하여 연속적으로 측정할 수 있는 연속주조용 주형내 용강의 폭방향 높이 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 강의 연속주조공정에서 턴디쉬(1)내의 용강은 도 1에 나타낸 바와 같이 침지노즐(2)을 통해 주형(5)으로 공급된다.

통상 주형(5)으로 공급되는 용강의 양은 내화물로 된 스토퍼(3)나 슬라이딩 게이트(4)에 의해 조절되게 되나, 주조중 턴디쉬(1)의 하부노즐(8), 슬라이딩 게이트(4) 혹은 침지노즐(2)의 내벽에는 지금 이나 개재물이 퇴적되어 이로 인해 주형(5)으로 공급되는 용강의 흐름은 매우 불균일해진다.

또한, 통상의 슬라브 연속주조기에서는 좌우에 2개의 토출공이 달린 침지노즐(2)을 사용하게 되는 데 양방향으로 용강의 흐름이 균일하지 않는 경우에 흐름이 한 방향으로 치우치는 편류나 와류가 발생되어 주형(5) 내의 용강의 폭방향 높이가 크게 변화하고 이로 인해 주형내 용강을 보호하는 주형용재(9)가 주형내 응고층에 혼입하거나 주형내 응고가 균일하게 이루어지지 않아 표면에 결함 또는 심할 경우 응고층의 파단현상까지 발생하게 된다.

그러나, 이와 같이 주형(5)내 용강의 흐름이 불균일해지는 현상은 주형(5)내 용강을 주형용재(9)가 덮고 있기 때문에 외부에서는 전혀 관찰할 수 없어, 주편에 결함이나 응고층 파단이 발생하여도 그 정확한 원인을 파악하는 것이 불가능하였으므로 주형(5)내 용강의 폭방향 높이를 측정할 필요가 있게 된다.

종래의 주형내 용강의 폭방향 높이를 측정하는 방법은 세 가지 정도를 들 수 있다.

첫째, 얇은 스테인레스판이나 이와 용융점이 비슷한 판을 이용하는 방법이다.

스테인레스의 용융점은 1500℃ 이하로서 일반 탄소강보다 용융점이 낮으면서 주형용재에는 녹지 않으므로 얇은 스테인레스판을 주형에 일정시간 침지후 꺼내 기준선으로부터 폭방향으로 높이를 측정하여 폭방향 용강 높이를 알 수 있다.

그러나, 이 방법은 스레인레스판을 꺼낸 후 기준선에서의 높이를 수작업으로 측정해야 되므로 측정치를 즉시 얻을 수 없을 뿐 아니라, 스테인레스판의 침지로 인해 주형내 용강 흐름이 변화하기 때문에 연속적인 측정이 불가능하고, 침지노즐과 주형벽 사이가 좁은 경우에는 판 자체의 침지가 불가능한 경우도 있다.

둘째, 상기 첫째 방법과 유사한 방법으로 스테인레스 혹은 용융점이 비슷한 선재를 일렬로 배열하여 주형내 용강에 침지하는 방법이 있으나, 연속적인 측정이 불가능하며 침지노즐과 주형벽 사이가 좁은 경우에 측정이 불가능한 문제점의 해결은 기대할 수 없는 문제점이 있다.

셋째, 최근에는 용강 높이를 비접촉 상태에서 감지할 수 있는 센서와 이 센서를 폭방향으로 이동할 수 있는 장치를 사용하여 주형내 폭방향 용강 높이를 측정할 수 있는 방법이 제안되었으나, 센서를 폭방향으로 이동하기 위해서는 어느 정도의 시간이 소요되기 때문에 이동중 용강 높이가 갑작스럽게 변화하였을 때를 감지할 수 없는 문제가 있고, 주형 상부에 복잡한 장치가 위치하기 때문에 작업자들이 주형 내에서 시료를 채취하거나 주형용재를 도포 할 경우 등에 지장을 초래하게 되고, 센서 자체의 직경이 50 mm를 초과하기 때문에 침지노즐과 주형벽 사이의 용강 높이는 측정이 불가능하며, 센서 자체의 외관으로 인하여 주형의 단변 부근에서도 측정이 불가능한 문제점이 있었다.

또한, 대부분의 연속주조용 주형에는 용강 높이를 측정하는 센서가 부착되어 있으며, 이러한 센서는 크게 두 가지 종류로 대별할 수 있다.

가장 범용적으로 사용되는 센서는 와전류 코일이 내장된 방식으로 정확도가 높고 용강 상부에 위치한 주형용재의 영향을 받지 않으나, 용강 높이 감지 한도가 적고 센서 주위 물체에 의하여 간섭을 크게 받으며 주형 상단에 위치하기 때문에 여러 개의 센서를 동시에 주형에 부착할 수 없으며 용강 높이가 갑자기 상승하여 센서와 접촉하는 경우에는 센서가 파손될 수 있는 위험이 있다.

따라서, 와전류 센서를 주형의 폭방향으로 여러개 부착하여 주형 폭방향 용강 높이를 측정하는 것은 센서 주위 물체에 의한 간섭 문제로 인하여 폭 중앙부의 침지노즐 부근과 단변 부근의 측정이 불가능한 문제점이 있다.

또 다른 것으로는 방사능 동위 원소를 사용하는 감마선 센서가 있다.

이 센서는 주형 한쪽 벽면에는 동위 원소가 들어있는 통을 설치하고 반대편 벽에는 감마선을 감지할 수 있는 카운터를 설치하여 감마선은 용강을 통과할 수 없으므로 통과된 감마선의 높이를 측정하여 용강의 높이를 측정하는 방식이나, 주형용재에 의한 간섭작용으로 용강 높이를 정확하게 감지할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명된 것으로, 연속주조중의 주형내 용강의 폭방향 높이를 열전대 또는 와전류 센서를 사용하여 비접촉 상태에서 연속적으로 측정하여 용강의 폭방향 높이 변화를 모니터를 통하여 실시간에 전달하므로서 외부에서 전혀 알 수 없는 주형내 용강의 흐름을 알 수 있도록 하는 연속주조용 주형내 용강의 폭방향 높이 측정방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 갖는 본 발명은, 연속주조용 주형의 폭방향으로 다수개의 열전대를 150∼350mm 간격으로 주형내 평균 용강 높이의 상하 30mm 범위내에 삽입 설치하여 용강의 높이에 따라 다르게 나오는 신호를 변환기를 통하여 컴퓨터에 입력하여 수식계산을 통해 용강의 폭방향 높이를 측정하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 연속주조의 공정을 나타내는 개략도,

도 2는 용강의 폭방향 높이 측정방법을 나타내는 공정도,

도 3은 와전류 센서로 측정한 용강 높이와 열전대 온도와의 상관관계를 나타내는 그래프,

도 4는 주형내 용강의 폭방향 높이를 측정하기 위한 주형내 열전대 삽입상태를 나타내는 개략도,

도 5는 본 발명과 종래의 방법에 의해 측정된 용강의 폭방향 높이를 비교하여 나타낸 그래프,

도 6은 열전대와 감마선 센서를 동시에 사용하는 장치의 개략도,

도 7은 열전대와 감마선 센서를 동시에 사용하여 측정한 용강의 폭방향 높이와 주형용재층의 두께를 나타내는 그래프.

도면의 주요부호에 대한 설명

1: 턴디쉬 2: 침지노즐

3: 스토퍼 4: 슬라이딩 게이트

5: 주형 6: 주형의 장변

7: 주형의 단변 8: 하부노즐

9: 주형용재 10: 열전대

20: 변환기 30: 컴퓨터

40: 모니터 50: 감마선 센서

본 발명은 연속주조용 주형(5)의 폭방향으로 다수개의 열전대(10)를 150∼350mm 간격으로 주형(5)내 평균 용강 높이의 상하 30mm 범위 내에 삽입 설치하여 용강의 높이에 따라 다르게 나오는 신호를 변환기(20)를 통하여 컴퓨터(30)에 입력하여 수식계산을 통해 용강의 폭방향 높이를 측정하여 모니터(40)에 나타냄으로써 이루어진다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 연속주조용 주형내 용강의 폭방향 높이 측정방법의 공정을 나타내는 설명도이다.

본 발명에서 용강 높이를 감지하는 센서로 사용하는 열전대(10)는 T형 또는 K형을 사용하며, 상기 열전대(10)는 주형(5) 동판에 구멍을 뚫고 삽입해도 되고 기타 여러 가지의 열전대(10)를 삽입하는 방법을 이용할 수 있으나, 주형(5) 상단에서 동일한 높이에 삽입하여야 한다.

주형(5) 상단에서 동일한 높이의 주형 동판온도 차이는 용강 높이에 비례하기 때문에 다음 수학식 1에 의해 주형(5)내 폭방향 용강 높이를 알 수 있는 것이다.

△H(열전대 위치 지점에서의 용강높이)=α(기울기)×T(열전대온도)＋c(상수)

한편, 열전대(10)는 용강 높이에 가능한 가깝게 배치하되, 용강 높이가 주조중 변화하는 것을 감안하여 평균 용강 높이의 상하 30mm 이내가 바람직하다.

열전대(10)의 폭방향 간격은 간격을 좁힐수록 폭방향 용강 높이의 변화를 정밀하게 알 수 있지만 비용이 많이 소요되는 경제적인 문제점이 있고, 350mm 이상일 경우 정확한 용강 높이 변화를 알 수 없기 때문에 150∼350mm 범위 내로 한다.

또한, 주형(5) 폭방향으로는 여러 개의 열전대(10)를 배치하여야 하나 주형(5) 높이 방향으로는 1개 이상이면 된다.

한편, 본 발명은 용강 높이를 감지하는 와전류 센서와 같이 사용하면 측정치의 정확도와 수식계산의 편의성을 더욱 높일 수 있다.

즉, 와전류 센서의 위치를 폭방향으로 배치한 열전대(10)중 1개와 동일하게 하면 상기 수학식 1에서 와전류 센서에서 나오는 용강 높이(△H)와 열전대 온도(T)에 의해 기울기(α)와 상수(c)를 지속적으로 보정할 수 있기 때문이다.

또한, 와전류 센서뿐 아니라 감마선 센서(50)를 동시에 사용하면 주형(5)내 주형용재(9)의 높이까지 측정이 가능하다.

감마선 센서(50)에서 출력되는 신호는 용강과 주형용재(9)의 높이가 합산된 신호가 나오기 때문에 감마선 센서(50)에서 가장 가깝게 위치한 열전대(10)에서 구한 용강 높이를 감마선 센서(50) 신호에서 감산하면 주형용재(9)의 높이를 측정할 수 있는 것이다.

용강 위의 주형용재(9)의 두께는 주편의 품질에 큰 영향을 미치므로 연속주조 조업에서 주형용재(9) 두께를 일정 범위 내로 관리하여야 한다.

이하 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 작용과 효과에 관하여 상세히 설명한다.

주형 상단에서 110mm 위치에 열전대를 1개 삽입하고 연속주조를 하면서, 와전류 센서에서 측정된 용강의 높이와 열전대 온도를 비교하여 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타낸 바와 같이 주형 상단에서 110mm 높이의 동판에 삽입된 열전대의 온도는 용강 높이와 반비례하는 경향을 나타내고 있어 상기 수학식 1이 성립함을 알 수 있다.

도 3에서 열전대(10)는 110mm 높이에 위치하는 반면, 용강 높이는 80∼110mm에서 변화하므로 용강 높이가 열전대(10)보다 30mm 이상 떨어지면 상기 수학식 1과 같은 관계가 성립되지 않아 열전대(10) 높이는 평균 용강 높이의 상하 30mm 범위 내로 함이 바람직함을 알 수 있다.

한편, 슬라브를 주조하는 주형의 장변(6)과 단변(7)에 도 4에 나타낸 바와 같이 열전대(10)를 삽입하되, 장변(6)의 열전대(10)는 폭방향으로 300mm 간격으로 배치하고 연속주조를 행하면서 온도를 측정하고 상기 수학식 1에 의해 각각의 열전대(10)의 온도를 용강 높이로 환산하여 주형 폭방향의 용강 높이를 구하고, 이와 동시에 직경이 1mm이고 길이가 200mm 인 스테인레스 선재를 50mm 간격으로 배치한 기구를 제작하여 수시로 주형내 용강에 침지시켜 용강 높이를 측정하여 양자를 비교하여 도 5에 나타내었다.

본 발명에 의한 용강 높이는 선상으로 나타내었고 기존 방법에 의해 측정된 용강 높이는 기호로 표시하였으며, 결국 본 발명에 의해 측정된 용강 높이는 실 측정값과 양호하게 일치하는 것을 알 수 있다.

그러나, 열전대의 간격을 400mm 이상으로 하면 열전대와 열전대사이의 용강 높이 변화를 잘 알 수 없기 때문에 열전대 간격은 350mm 이내로 하는 것이 바람직하며, 열전대의 간격을 150mm 이내로 하여도 그보다 넓게 배치한 경우와 비슷한 결과를 나타내므로 150mm 이내로 할 필요는 거의 없다.

한편, 본 발명에서 열전대(10)와 감마선 센서(50)를 도 6에 나타낸 바와 같이 동시에 사용하여 측정한 값을 도 7에 나타내었다.

감마선 센서(50)는 일정한 위치에 고정되어 있기 때문에 측정값을 선으로 나타내었고, 주형용재(9)의 전체 두께는 얇은 스테인레스판을 주형내 용강에 침지시킨 후 꺼내 판에 묻어 있는 주형용재(9)의 높이로부터 구하였다.

감마선 센서(50)에서 나오는 신호는 용강의 높이가 아니고 주형용재(9)의 높이와 잘 대응하였으며, 이로부터 본 발명에 감마선 센서(50)를 동시에 사용하면 폭방향 용강의 높이 변화뿐 아니라 주형용재(9)의 두께 변화도 측정할 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 연속주조 조업에서 주형용재 자동 투입기를 사용하는 경우 자동 투입기의 제어기에 본 발명에 의해 구해진 주형용재 두께신호를 입력하고 입력값과 목표값을 비교하여 그 차이를 출력하여 투입량을 제어하므로서 연속주조 조업중 주형용재의 두께를 자동으로 조절할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 연속주조용 주형내 용강의 폭방향 높이 측정방법을 사용하면, 주형내 용강의 폭방향 높이 변화를 주형에 삽입된 열전대 또는 와전류 센서에 의하여 비접촉식으로 정확하게 측정할 수 있을 뿐 아니라, 감마선 센서를 동시에 사용하면 주형내 주형용재의 높이까지도 자동으로 제어할 수 있어 주편의 품질을 제어 또는 판정하는 수단으로 유용하게 이용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 연속주조용 주형의 폭방향으로 다수개의 열전대를 150∼350mm 간격으로 주형내 평균 용강 높이의 상하 30mm 범위 내에 삽입 설치하여 용강의 높이에 따라 다르게 나오는 신호를 변환기를 통하여 컴퓨터에 입력하여 다음의 식에 따라 수식계산을 통해 용강의 폭방향 높이를 측정함을 특징으로 하는 연속주조용 주형내 용강의 폭방향 측정방법.

   △H(열전대 위치 지점에서의 용강높이)=α(기울기)×T(열전대온도)＋c(상수)
2. 제 1항에 있어서, 기울기(α)와 상수(c)는 용강 높이를 감지하는 와전류 센서에 의하여 구함을 특징으로 하는 연속주조용 주형내 용강의 폭방향 측정방법.