KR19990054421A - 쌍롤형 박판주조장치의 에지댐 마모 방지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용탕으로부터 직접 박판을 제조하는 쌍롤형 박판제조 장치에서 에지댐 지지장치를 제어하여, 주조가 진행됨에 따른 에지댐의 마모를 최소화할 수 있도록한 쌍롤형 박판주조장치의 에지댐 마모 방지 방법에 관한 것 주조중 롤회전에 의한 롤측면의 진원도를 200um 이내로 유지한 상태에서, 주조초기에는 50-2000kg범위에서 평형을 이루는 일정한 힘으로 제어하여 50-500um정도 에지댐을 마모시킴으로써 롤측면과 에지댐사이의 기밀을 확보하고, 그때의 에지댐 위치를 목표 값으로 위치제어로 전환하여 롤 측면의 진원도 양만큼 마모되어 더 이상 힘의 감소가 없는 단게까지 도달하고, 이후는 롤측면의 진원도 허용 범위인 200um 이내로 롤측면과 에지댐의 간격이 유지되어 안정적인 용강 실링이 확보되면서 에지댐의 마모는 거의 없도록 하여서 된 것이다.

Description

쌍롤형 박판주조장치의 에지댐 마모 방지 방법

본 발명은 용탕으로부터 직접 박판을 제조하는 쌍롤형 박판제조 장치에서 에지댐 지지장치를 제어하여, 주조가 진행됨에 따른 에지댐의 마모를 최소화할 수 있도록한 쌍롤형 박판주조장치의 에지댐 마모 방지 방법에 관한 것이다.

일반적인 박판주조장치는 냉각되는 롤(1)과 롤(1) 사이에 용강을 공급하고, 롤(1)을 회전시켜 두께 2-6mm의 박판을 직접 주조하는 공정이다. 이때 롤(1) 사이에 용강풀을 형성하기 위하여서는 내화물 재질의 에지댐(5)을 롤(1) 측면에 접촉시키고 유압이나 공압실린더(6)(6a) 이용하여 일정한 힘으로 밀어준다.

따라서, 주조중에는 일정한 힘으로 롤(1) 측면과 에지댐(5)이 접촉하므로 인하여 그 접촉부의 에지댐(5) 면은 마모가 계속적으로 발생하게 된다. 이러한 에지댐(5) 마모는 일반적으로 고가인 에지댐(5)의 수명을 의미하므로 마모를 극소화시켜 에지댐(5)의 수명을 연장시키는 것이 필수적이다.

실제로 마모의 원인이 되는 롤(1) 측면과 에지댐(5)의 접촉력은 유압이나 공압 실린더(6)(6a)로 외부에서 밀어주는 힘과 주조중에 에지댐(5)을 밀어내는 반발력의 차이에 의하여 결정되는데, 이러한 에지댐(5) 반발력의 원인으로서는 용강의 철정압과 주편 응고에 의한 롤(1)간 반발력 등이 주 요인이고 이외에 롤(1) 회전시 축방향의 롤(1) 움직임과 에지댐(5)의 진동 등도 원인이 된다.

또한 롤(1) 측면의 가공 정도에 따른 조도, 진원도 등도 에지댐(5)의 마모에 큰 영향을 미치게 된다.

종래의 에지댐 지지방법은 일본국 특개평 4-322843호에서는 유압장치를 이용하여 로드셀(7) 등으로부터 작동하는 힘을 피드백 받아 일정한 힘으로 밀어주도록 되어있으나, 이때 에지댐(5)을 밀어주는 힘은 이러한 에지댐(5)을 밀어내는 반발력에 비해 큰 힘으로 제어하여 항상 에지댐(5)이 롤(1) 측면에 밀착하여 용강이 새는 일이 없도록 하여 주어야 한다.

그리고, 주조중 용강 탕면의 위치, 주편의 응고상태등 주조조건에 의하여 변화하는 에지댐(5) 반발력을 보상하여 줄 수 있도록 충분한 힘으로 조정하여야 하는데, 특히 주조중 국부적인 용강의 응고에 의하여 발생하는 스컬은 가장 큰 힘으로 에지댐(5)을 밀어내어 주편 에지가 나빠지는 가장 큰 원인으로 작용하므로, 이를 보상하기 위하여서는 실제로 주조롤(1) 내부의 주조상황에 의하여 발생하는 에지댐(5) 반발력과 평형을 이루는 것보다 휠씬 큰 폭의 힘으로 제어하여야 하므로 역시 과도한 에지댐(5)의 마모를 유발하게 된다.

따라서, 이와 같이 에지댐(5)을 밀어주는 힘을 제어하여 롤(1) 사이의 용강풀을 형성할경우에는 에지댐(5) 마모의 측면에서 두가지 문제점이 있는데,

첫째는 주조중 발생하는 스컬 등으로 인한 에지댐(5) 밀림을 방지하기 위하여, 일반적으로 발생하는 에지댐(5) 반발력과 균형을 이루는 것보다 과도한 힘으로 제어하여야 한다. 따라서, 에지댐(5) 마모가 심하게 되어 수명이 단축되는 문제점이 있으며,

둘째는 에지댐(5)의 마모가 에지댐(5)의 부위에 따라서 불균일한 문제가 발생한다. 에지댐(5) 하부는 응고셀이 형성되는 부위로 상부에 비하여 마찰력의 차이가 클 뿐만 아니라 주편응고에 의한 에지댐(5)을 미는 힘이 크고 또한 탕면(4)에서의 깊이가 크므로 철정압도 크게 된다.

반면에 상부는 철정압도 적도 주편의 응고셀이 만나는 점의 위 부분이므로 응고에 의한 미는 힘도 매우 적다. 따라서, 하부와 상부는 동일한 힘이 적용하였을 경우에는 에지댐(5)의 마모가 차이가 현저하게 나게 된다.

마모를 균일하게 하기 위하여 상부와 하부의 힘을 다르게 제어할 수 도 있으나, 주조중 응고상태가 항상일정할 수는 없고, 주편두께, 용강온도 롤(1) 측면의 배열 및 표면상태에 따라서도 마모율이 달라지므로 힘을 제어하는 방식을 사용할 경우 에지댐(5)의 마모차이가 생길 수밖에는 없다.

따라서, 주조가 계속됨에 따라 에지댐(5)의 마모불균일도 계속적으로 심화되고 에지댐(5)이 상부, 또는 하부로 기울어지는 현상을 초래하게 된다. 에지댐(5)이 기울어지면 유압에 의한 에지댐(5)을 미는 힘에도 영향을 미쳐 용강실링을 나쁘게 할 수도 있고, 에지댐(5) 일부에서의 과도한 마모로 인하여 에지댐(5) 전체를 사용하지 못하게 됨에 따라 커다란 경제적인 손실이 생기게 된다.

이러한 에지댐(5) 마모 불균일의 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로서는 로드셀(7)과 위치 검출기(8)를 이용하여 하부는 힘을 제어하고 상부는 마모를 제어하여 에지댐(5) 마모가 불균일 하게 되는 것을 해결한 것이 있고,(대한민국 1997년 특허출원 제42327호) 또한 에지댐(5)이 전진하는 위치를 일정하도록 제어하여 마모율을 상부와 하부가 동일하게 하고, 용강 실링을 위한 최소한의 힘을 유지하면서 마모율을 가능한 최소로 하여 에지댐(5)의 수명을 증가시킨 것이 있다. (US Patent 5201362)

그러나, 이러한 경우에도 상당한 양의 에지댐(5) 마모는 존재하여 에지댐(5)의 수명이 제약되는 문제점은 여전히 남았다.

따라서 본 발명에서는 주조중 안정적인 용강 실링 상태를 유지하면서 에지댐을 일정한 위치로 제어하여 에지댐의 마모를 방지하거나 또는 극도로 최소화시킬 수 있는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은 쌍롤형 박판제조 장치에서 주조중 롤회전에 의한 롤측면의 진원도를 200um 이내로 유지한 상태에서, 주조초기에는 50-2000kg범위에서 평형을 이루는 일정한 힘으로 제어하여 50-500um정도 에지댐을 마모시킴으로써 롤측면과 에지댐사이의 기밀을 확보하고, 그때의 에지댐 위치를 목표 값으로 위치제어로 전환하여 롤 측면의 진원도 양만큼 마모되어 더 이상 힘의 감소가 없는 단게까지 도달하고, 이후는 롤측면의 진원도 허용 범위인 200um 이내로 롤측면과 에지댐의 간격이 유지되어 안정적인 용강 실링이 확보되면서 에지댐의 마모는 거의 없도록 함을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 에지댐지지 장치 정면 개략도

도 2는 일반적인 에지댐지지 장치 측면 개략도

도 3은 에지댐 위치변화 정도와 주편 에지 상태를 나타낸 도표

도 4는 본 발명의 에지댐 위치 제어를 적용하였을 때 에지댐의 위치 및 압력 상태를 나타낸 실시예도

〈도면의 주요부분에 대한 부호설명〉

1 : 롤 2 : 턴디쉬

3 : 노즐 4 : 탕면

5 : 에지댐 6 : 하부 유압실린더

6a : 상부유압실린더 7 : 로드셀

7a : 압력 검출기 8 : 위치 검출기

9 : 서보밸브 10 : 유압관

11 : 주편 12 : 카메라

도 1 및 도 2에서는 본 발명에서 사용한 에지댐 지지장치를 설명하여다.

에지댐의 뒷면을 도면과 같이 하부에 한개, 상부에는 양쪽에 각각 한개씩하여 총 세 개의 유압실린더(6)(6a)로 한쪽 면의 에지댐(5)을 지지할 수 있도록 하였다.

그리고, 실린더의 작동 힘을 알기 위하여, 각 유압실린더(6)(6a)에 로드셀(7) 및 압력검출기(7a)를 장착하였으며 에지댐(5)의 위치를 알리기 위해서는 실린더(6)(6a) 옆 에지댐(5) 면의 위치에 위치검출기를(8) 설치하였다.

또한 전기적인 신호에 의하여, 실린더(6)(6a)에 들어가는 유압의 압력 및 유량을 제어할 수 있는 서보밸브(9)를 장착하고, 제어기에 의하여 에지댐(5)의 미는 힘 뿐만 아니라 위치를 정밀하게 제어할 수 있도록 하였다.

하부 실린더(6)의 장착 위치는 롤닢부로 주편응고에 의하여 가장 큰 힘을 받으며 이를 고려하여 유압실린더(6)의 최대 작동 힘등을 상부보다는 높게 설계하였다.

그리고, 상부 실린더(6a)는 유지하고자 하는 탕면(4)과 롤(1)의 경계부에 위치하도록 하여 총 세부분에서 기계적으로 가장 안정적이고 효율적으로 용강의 실링을 이룰 수 있도록 하였다.

또한 롤닙을 빠져나오는 주편(11)의 에지 상태를 확인할 수 있는 카메라(12)를 장치하였다. 이는 통상의 에지댐 지지장치 구성이다.

본 발명은 위와 같은 장치를 이용하여 에지댐의 위치를 일정하게 제어하고 마모를 극소화시키는 방법인데, 그 상세한 내용은 다음과 같다.

초기 주조시작 시점에서는 스타트 스트립과 초기 과응고 등으로 인하여 정상 상태보다도 과도한 롤간 반발력이 발생하게 되고 따라서 에지댐(5) 반발력의 힘도 커지게 된다.

이때 초기의 순간적인 힘에 의하여 에지댐(5)이 벌어지게 되어 에지댐(5)과 롤(1) 측면으로 용강이 새어서 응고하면 비정상적인 힘이 제거되어 에지댐(5)이 다시 원래의 위치로 회복되어 롤(1) 측면과 기밀을 이루고자 하여도 응고된 주편이 장애가 되어 원래의 위치로 회복되지 못하고 심할 경우에는 주조중단을 하여야 한다

따라서, 초기의 비정상적인 과도한 힘을 견디기 위하여서는 정상상태보다 휠씬 높은 힘으로 제어하여 초기의 주조상태를 양호하게 하여야 한다.

초기 주조상태가 지나가고 정상상태에 돌입한 후에는 상부와 하부가 용강의 철정압 및 롤(1)간 반발력 등에 의해 에지댐(5)을 미는 힘과 균형을 이루도록 50-2000kg사이의 범위에서 힘을 제어하여 주조하고 50-500um의 깊이로 에지댐(5)을 마모시키므로써 에지댐(5)과 롤(1)측면이 완전한 기밀을 유지하도록 한다.

이와같이 하여완전히 기밀이 이루어진 후에는 현재의 위치를 유지하도록 에지댐(5)의 제어모드를 힘 제어에서 위치제어로 전환한다.

이때 힘제어 모드에서는 롤(1) 측면과 에지댐(5)면이 항상 접촉된 상태로 롤(1)의 축방향 움직임등이 있더라도 에지댐(5)면이 롤(1)측면의 움직임을 따라가면서 계속적으로 접촉 상태를 유지하는 반면에 위치제어 모드에서는 에지댐(5)의 일정한 위치를 유지하기 때문에, 롤(1)측면과 에지댐(5)면 사이의 간격이 롤(1)회전에 따른 롤(1)측면의 축방향 움직임이나 가공정도, 그리고 에지댐(5)의 진동 등에 의해서도 변할 수 있다.

따라서, 힘제어모드일 때보다는 에지댐(5)과 롤(1)측면의 기밀을 유지하는 정도가 낮아 용강 실링이 나빠질 가능성이 크므로 위치제어의 안정적인 작용을 위해서는 롤(1)측면과 에지댐(5) 면사이의 간격이 변화하는 것을 잘 고려하여야 한다.

도 3에서의 표와 같이 실제 주조시 스컬 등에 의하여 순간적으로 에지댐(1)이 벌어졌을 때의 그 벌어진 정도와 주편 에지의 상태를 관찰한 결과에 의하면 용강의 표면장력 및 주편에지의 응고 등에 의하여 롤(1)측면과 에지댐(5)면 사이에 어느 정도의 간격이 있어도 용강이 유출되지는 않는 것으로 확인되었으며, 안정적인 실링을 위해서는 에지댐(5)과 롤(1)측면과의 간격이 200um정도로 유지되면 가능한 것이 발견되었다.

따라서, 위치제어의 안정적인 적용을 위해서는 롤(1)측면과 에지댐(5)면 사이의 간격이 200um 이상이 되지 않도록 하여야 한다.

실제로 주조중 에지댐 위치제어를 적용할 경우 에지댐 위치변화에 가장 큰 영향을 미치는 것으로는 첫번째, 제어모드가 힘제어에서 위치제어 모드로 전환할 때 생기는 순간적인 에지댐(5)의 위치 변화인데, 이때의 위치변화는 최대한 억제하여야 하며, 심할 경우에는 제어기의 게인 조정이나 에지댐 지지장치의 기계적인 정렬 상태의 개선 등에 의하여 200um이내로 유지되도록 하여야 한다.

그리고, 두 번째로 롤(1)회전에 의하여도 에지댐(5)과 롤(1)측면의 간격변화가 생길 수 있는데, 롤(1)의 축방향 움직임과 롤(1)측면의 가공정도 등에 의하여 유발되는 롤(1)측면의 진원도로 나타난다.

이때 허용할 수 있는 최대의 롤(1) 회전에 다른 롤(1)측면 진원도 역시 실링을 위한 롤(1)측면과 에지댐(5) 사이의 최대 간격도 200um이다.

따라서, 에지댐(5) 위치제어를 성공하기 위해서는 주조 롤(1) 회전장치의 기계적인 안정성을 달성하여 롤(1)의 축방향 움직임을 최소화하고 또한 롤(1)측면의 가공정도를 향상하여, 이들이 복합적으로 나타나는 롤(1)측면의 진원도를 200um이내로 관리하는 것이 절대적으로 중요하다.

도 4는 실제로 본 발명의 에지댐(5) 위치제어를 적용하였을 때의 에지댐(5)의 위치 및 압력상태를 나타내는 실시예이다.

그림에서 보이는 바와 같이 초기에는 기밀을 유지하면서 힘제어에 의하여 마모가 진행되고, 위치제어 모드로 전환된 이후에는 에지댐(5)의 위치를 일정하게 제어하므로 에지댐(5)의 마모에 따라 유압실린더(6)(6a)에 작용하는 힘이 감소하게 된다.

이러한 상태로 주조가 계속적으로 진해됨에 따라 앞에서 설명하였던 롤(1)의 축방향 움직임이나 롤(1)측면 가공상태 등에 의해서 마모가 계속적으로 진행하여 유압실린더(6)(6a)에 작용하는 힘 역시 감소하게 되고, 더 이상 작동 힘이 감소하지 않는 단계에까지 도달하게 된다.

이때에 도 4에서와 같이 위치검출기(8)의 에지댐(5) 위치는 변화가 없으나, 실제로는 롤(1)측면의 진원도가 200um이내이므로 국부적으로는 최대 200um까지 에지댐(5)이 마모되었으며, 따라서 에지댐(5)면과 롤(1)측면이 접촉하는 부분은 거의 없어지고 부분적으로 롤(1)측면과 에지댐(5) 사이의 간격이 200um까지 발생한 것으로 생각할 수 있다.

이러한 간격은 앞에서도 기술하였듯이 용강실링에 영향을 미치지는 않는다. 따라서, 이후로는 에지댐(5)과 롤(1)측면이 거의 접촉하지 않으므로 에지댐(5)의 마모가 거의 없어지고 동시에 용강 실링을 위한 에지댐(5)면과 롤(1)측면의 기밀을 유지한 상태로 용강의 유출없이 안정적인 주조를 할 수 있는 상태이다.

그리고, 위치제어가 성립되기 위해서는 롤(1)측면과 에지댐(5)사이의 간격을 200um이내가 되도록 엄격하게 관리하는 이외에 롤(1)에지부에서 용강의 응고가 잘 되도록 롤 원주면의 크라운 형상이나 표면상태에 의한 응고능 등을 고려하여야 한다.

주편 에지부의 응고가 주편(11)의 폭방향으로 다른 부분에 비하여 나쁘게 되어 미응고가 발생하면 완전한 용강상태로 유지되는 시간이 길어지게 되어 용강이 유출될 수 있는 가능성이 크게 되고, 따라서, 앞에서 안정적인 용강 실링을 위한 에지댐(5)과 롤(1)측면의 간격으로 언급하였던 200um간격에서도 용강이 샐 수 있다.

한번 용강이 유출되어 에지댐(5)과 롤(1)측면 사이에서 응고하게 되면 용강의 실링 상태가 계속적으로 나빠지게 되고 주편(11)에지의 형상이 나빠지게 된다. 그리고 심할 경우에는 주조중단까지 야기시키므로 이러한 경우에는 위치제어가 성립하지 않게 된다.

그리고, 본 발명의 위치제어에 의하여 계속적으로 주조를 할 경우에는 에지댐(5)이 열변형 되거나 에지댐 지지장치에서의 기계적인 공차 등에 의하여 에지댐(5)의 위치가 변할 수도 있으며, 또한 주조중 스컬 혼입 등에 의하여 에지댐(5)이 국부적으로 마모될 수도 있다.

따라서, 초기에 위치제어모드로 전환하였을 때의 최대 200um 이내로 유지되던 에지댐(5)과 롤(1)측면과의 간격이 국부적으로 200um이상으로 벌어져서 용강의 실링이 악화되고 주편(11)에지의 형상이 나빠지게 된다.

이러한 경우에는 50-500um정도로 에지댐(5)을 마모시켜서 롤(1)측면과 에지댐(5) 사이의 기밀을 확보한 후 본발명의 위치제어를 다시 적용하므로써 해결할 수 있다.

이때 에지댐(5)을 마모시키는 방법은 초기 위치제어 모드로 전환하기전, 정상상태에 적용하였던 것과 동일한 힘으로 제어하여 마모시키는 것과 일정한 마모율을 가지도록 제어하는 방법 등이 있으며, 또한 제어모드를 전환하지 않고 위치제어모드에서 위치제어의 목표 값을 증가하는 방법이 있다.

그리고, 적용시점은 카메라(12) 등에 의하여 주편(11)에지가 불량해진 것을 확인하는 방법과 작동자의 판단에 의한 방법 등이 있을 수 있으며, 그외에 5-30분사이의 일정한 시간 간격으로 마모시키는 방법이 있다.

이와 같이 본 발명은 유압실린더(6)(6a)에 로드셀(7) 및 압력 검출기(7a), 위치검출기(8) 및 서보밸브(9)로 구성된 에지댐 지지장치와 제어기 용하여, 주조시작부에서는 평형을 이루는 힘제어에 의하여 50-500um으로 에지댐(5)을 마모시켜 롤(1)측면과 에지댐(5)면 사이의 기밀을 유지하고 기밀이 유지된 이후에는 힘제어 모드에서 그때의 에지댐(5) 위치를 목표값으로 위치제어 모드로 변환하는 에지댐 제어방법이다.

그리고, 이때 롤측면의 진원도를 200um 이내로 관리하며, 주조중 힘제어에서 위치제어로 전환할 때의 위치변화도 최대 200um 이내로 허용하여 최종적으로는 롤(1)측면과 에지댐(5) 사이의 간격이 최대 200um이내가 되도록 유지하여 주는 방법에 의하여, 에지댐(5)과 롤(1)측면이 거의 접촉되지 않도록 에지댐(5)을 위치제어 하면서도 용강 실링을 달성하여 안정적으로 주조하고, 동시에 획기적으로 에지댐(5)의 마모율을 감소시켜 에지댐(5)의 수명을 종래에 비하여 크게 향상되었다.

또한, 에지댐 열변형, 에지댐 지지장치의 공차 등에 의하여 에지댐(5)의 실제 위치가 변화하여 용강 실링이 나빠지고 주편(11)에지의 형상이 악화될 경우에는 주조 안정성을 위하여 5-30 분의 일정시간 간격으로 에지댐(5)을 힘제어, 마모율제어, 위치제어의 목표 값 변화 등에 의하여 제어하여 다시 50-500um정도 마모시킨 후 위치제어모드로 전환 하므로써, 주조안정성과 최소의 에지댐 마모율을 달성할 수는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 유압실린더(6)(6a)에 로드셀(7) 및 압력 검출기(7a)위치검출기(8) 및 서보밸브로(9)구성된 에지댐 지지장치와, 제어기를이 용하여, 주조시작부에서는 평형을 이루는 힘제어에 의하여 50-500um으로 에지댐(5)을 마모시켜 롤(1)측면과 에지댐(5)면 사이의 기밀을 유지하고, 기밀이 유지된 이후에는 힘제어 모드에서 그때의 에지댐(5) 위치를 목표값으로 위치제어 모드로 변환하는 에지댐 제어단계와, 롤(1)측면의 진원도를 200um 이내로 관리하며, 주조중 힘제어에서 위치제어로 전환할 때의 위치변화도 초대 200um 이내로 허용하여 최종적으로는 롤(1)측면과 에지댐(5) 사이의 간격이 최대 200um이내가 되도록 유지하는 단계와, 에지댐 열변형, 에지댐 지지장치의 공차 등에 의하여 에지댐의 실제 위치가 변화하여 용강 실링이 나빠지고 주편에지의 형상이 악화될 경우에는 주조 안정성을 위하여 5-30 분의 일정시간 간격으로 에지댐을 힘제어, 마모율제어, 위치제어의 목표 값 변화 등에 의하여 제어하여 다시 50-500um정도 마모시킨 후 위치제어모드로 전환하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조 장치의 에지댐 마모방지 방법