KR20010045770A - 연속주조 슬라브의 경압하방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소 연속주조공정(Continuous Casting Process)에서 스트랜드(Strand)내 주조 슬라브(Slab)의 응고완료점을 계산하여 경압하하는 방법에 관한 것으로, 그 목적은 연속주조 작업에서 몰드(Mold) 내의 몰드 변동량과 스트랜드 내에서 주조 슬라브의 벌징량을 측정하여 상관관계를 분석하여 슬라브의 응고완료점을 산출하여 슬라브를 경압하함으로써 중심편석을 제거하고 주조 슬라브의 품질을 향상시킬 수 있는 연속주조 슬라브의 경압하 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 슬라브를 연속주조하는 연속주조기에서 몰드레벨 변동량 측정기(5)와 스트랜드 내의 두 롤(2) 사이에 설치된 벌징량 측정기(4)에 의해 연속으로 측정한 벌징량 및 몰드레벨 변동량 신호를 제어장치(6)에서 수신하여 두 신호의 주파수를 분석하고, 이로써 계산된 제1 고조파 성분을 검출하여 교차상관함수법에 의해 두 제1 고조파 신호 사이의 고유 지연시간(T₁)을 구하는 단계(31,32,33)와; 응고완료점(7)에서 반사된 미응고 용강에 의한 파동이 몰드레벨(8)까지 전파되는 시간(T_2j)(j=1,2,3,......,N)을 계산하는 단계(34)와; 각각의 벌징측정기에서의 응고완료점(X_j)을 계산하고, 계산된 응고완료점의 평균을 구하여 최종 응고완료점(X)을 산출하는 단계(35,36)와; 제어장치(6)에서 산출된 슬라브(1)의 응고완료점(X)을 이용하여 강종 및 작업조건에 따라 경압하롤(22)의 위치제어 목표값을 설정하고, 해당 응고완료점(X)의 경압하롤(22)의 유압실린더(21)를 구동시켜 경압하를 실시하는 단계(37,38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브의 경압하 방법을 제공한다.

Description

연속주조 슬라브의 경압하방법{SOFT REDUCTION METHOD OF CONTINUOUS CASTING SLAB}

본 발명은 제철소 연속주조공정(Continuous Casting Process)에서 스트랜드(Strand)내 주조 슬라브(Slab)의 응고완료점을 계산하여 경압하하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속주조 작업에서 몰드(Mold) 내의 몰드 변동량과 스트랜드 내에서 주조슬라브의 벌징량을 측정하여 상관관계를 분석함으로써 슬라브의 응고완료점을 산출하여 슬라브를 경압하함으로써 중심편석을 제거하고 주조 슬라브의 품질을 향상시킬 수 있는 연속주조 슬라브의 경압하 방법에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조 작업에서 슬라브의 응고완료점을 계산하는 방법은 슬라브의 온도 모델에 근거하는 방법이 있으며, 슬라브를 냉각시킴에 따라 몰드에서 멀어질수록 슬라브의 온도는 낮아지게 된다.

따라서, 온도 모델에 의해 슬라브의 응고완료점을 계산하는 방법에서는 슬라브에 살수하는 냉각수량과 슬라브의 온도변화에 대한 정확한 수학적 모델을 필요로 한다.

그러나 상시와 같이 슬라브에 살수하는 냉각수량과 슬라브의 온도변화에 정확한 수학적 온도 모델은 정립되어 있지 않으며 현재는 단지 근사적인 수치 모델에 의존하고 있는 실정("Mathematical Modeling of Steel Continuous Casting Processes," Brian G. Thomas, Department of Mechanical Engineering, University of Illinois at Urbana Champaign 및 "Application of Mathematical Models to the Continuous Slab Casting Mold," Transactions of the ISS, Dec. 1989, pp. 53-66)이므로 슬라브의 응고완료점을 근사적으로 계산할 수 밖에 없다.

그런데, 슬라브의 응고완료점을 정확하게 산출하지 못하면, 첫째, 연주기에서 생산되는 슬라브를 연주기 끝단에서 절단장치로 일정한 길이로 절단하는 경우 응고완료점이 절단장치 보다 후방에 위치하면 절단시 미응고된 용강이 분출하여 대형 안전사고를 유발할 수 있다.

또한, 연속주조 슬라브가 응고되어감에 따라 응고 온도가 낮은 금속들이 슬라브의 중심으로 몰려드는 중심편석(Center Segregation) 현상이 발생하여 슬라브의 품질을 저하시킬 뿐만아니라 후속 압연공정에 영향을 미치므로 중심편석을 제거하기 위하여 응고완료점을 산출하고 응고완료점에서 압하롤에 의해 슬라브를 압하(경압하(Soft Reduction)라고 한다)시키는데, 중심편석을 제거하기 위해서는 응고완료점을 정확하게 산출하는 것이 필요하다.

상기 설명한 바와 같은 경압하 기술은 슬라브의 응고완료점을 정확히 산출한 후에 슬라브의 응고가 완료되는 지점에 적용해야 중심편석을 효과적으로 제거할 수 있으며 응고완료점을 계산함에 있어서 정확도가 부족하면 중심편석을 제거하지 못할 뿐만 아니라 슬라브의 품질도 열화시키게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 슬라브 내의 중심편석을 제거하여 품질을 향상시키도록 몰드 내의 레벨 변동량과 스트랜드 내에서의 주조 슬라브의 벌징량을 측정하여 그 상관관계 분석에 의해 슬라브의 응고완료점을 정확히 산출하여 연속주조 슬라브를 경압하하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 연속주조에 의해 슬라브를 생산하는 연주기에서 본 발명에 따른 경압하 방법을 실행하기 위한 시스템의 구성을 도시한 도면,

도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 경압하 방법의 동작 플로우 챠트이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1:슬라브 2:롤

3:몰드 4:벌징량측정기

5:몰드레벨변동량 측정기 6:제어장치

7:응고완료점 8:몰드레벨

21:유압실린더 22:경압하롤

본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위하여 슬라브를 연속주조하는 연속주조기에서 몰드레벨 변동량 측정기와 스트랜드 내의 두 롤 사이에 설치된 벌징량 측정기에 의해 연속으로 측정한 벌징량 및 몰드레벨 변동량 신호를 제어장치에서 수신하여 두 신호의 주파수를 분석하고, 이로써 계산된 제1 고조파 성분을 검출하여 교차상관함수법에 의해 두 제1 고조파 신호 사이의 고유 지연시간을 구하는 단계와; 응고완료점에서 반사된 미응고 용강에 의한 파동이 몰드레벨까지 전파되는 시간을 계산하는 단계와; 각각의 벌징측정기에서의 응고완료점을 계산하고, 계산된 응고완료점의 평균을 구하여 최종 응고완료점을 산출하는 단계와; 제어장치에서 산출된 슬라브의 응고완료점을 이용하여 강종 및 작업조건에 따라 경압하롤의 위치제어 목표값을 설정하고, 해당 응고완료점의 경압하롤의 유압실린더를 구동시켜 경압하를 실시하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브의 경압하 방법을 제공한다.

이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 슬라브 생산용 연속주조기에서 본 발명을 적용하기 위한 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1 도시와 같이, 본 발명을 적용하기 위한 시스템에서는 도시를 생략한 턴디쉬(Tundish)로부터 주입된 용강의 변동량을 측정하도록 몰드(3) 레벨의 변동량을 측정하기 위한 몰드레벨 변동량 측정기(5)를 설치하고, 연속 주조 라인의 스트랜드 내에 소정 간격으로 설치된 다수의 롤(Roll)중에서 임의 위치의 두 롤(2) 사이에 벌징량 측정기(4)를 설치하며, 이들 측정기(4, 5)로부터의 측정 데이터를 수신하여 저장하고, 슬라브의 응고완료점을 산출하기 위한 제어장치(6)가 각각의 측정기(4,5)와 전기적으로 연결되게 설치된다.

또한 제어장치(6)에는 산출된 슬라브(1)의 응고완료점을 기초로 슬라브(1)를 경압하(Soft Reduction)하기 위해 슬라브 절단장치의 전방에 설치되는 경압하롤(22)의 위치를 제어하기 위한 위치제어기가 설치되며, 위치제어기의 출력값이 서보앰프(AMP)/밸브(20)로 출력되어 경압하롤(22)의 유압실린더(21)를 구동하도록 되어 있다.

본 발명을 적용하기 위한 시스템에서 경압하롤(22)은 슬라브의 상하에 2개가 1조를 이루어 설치되며, 도 1 도시와 같이 후단으로 계속하여 설치할 수 있다.

도 1과 관련하여 본 발명의 슬라브 응고완료점 측정의 원리를 설명하면, 슬라브의 응고완료점(7)으로부터 몰드레벨(8)까지의 거리를 X로 표시하고, 몰드레벨(8)로부터 용강의 벌징량 측정기(4)가 설치된 위치까지의 거리를 L_k(k=1, 2, 3,...., N)로 나타내면, 벌징량 측정기(4)는 이미 거리가 설정된 두 롤(2) 사이의 중간 지점에 설치되므로 L_k는 연속주조기 설계시 이미 정해진 값이 된다.

도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면인데, 두 롤(2) 사이의 용강 벌징의 전파방향을 화살표(11)로 나타내고, 벌징량 측정기(4)가 설치되어 있는 지점에서의 벌징의 정상파적인 상하 운동을 나타내는 벌징의 진폭은 화살표(12)로 표시되고, (13)은 벌징량 측정기(4)가 설치된 지점에서의 두 롤(2) 사이의 피치이며, (15)는 슬라브의 벌징부분을 나타내며, (14)(16)은 변동되는 슬라브의 벌징을 나타낸다.

도 2에서 벌징량 측정기(4)는 1개소에만 설치되어 있으며, 몰드레벨(8)과 벌징량 측정기(4) 사이의 거리를 L_k로 나타냈으나, 필요에 따라 몰드(3) 하단부터 슬라브를 절단하기 전까지의 임의의 롤 사이에 설치할 수도 있으며, 이와 같은 경우들을 미리 가정하여 L_k에서 k=1,2,3,...N을 지정하였다. 따라서, L₁＜L₂＜L₃, ...＜L_N이 성립하고, 벌징의 주파수는 롤(2) 사이의 피치가 동일하면 L₁, L₂, L₃, ...,L_N에서 동일하다.

그러나 벌징의 진폭은 위치마다 다르며, 동일한 롤 피치에 대해서 일반적으로 L₁에서 가장 크고 L_N에서 가장 작다. 즉, 같은 주파수 대역의 크기가 다른 에너지가 분산되어 있으며, 이 에너지가 슬라브 내의 미응고 용강에 전달되어 유동을 일으키고, 이 유동이 파동의 형태로 전환되어 몰드레벨(8)의 변동으로 나타나므로, 몰드레벨(8)의 변동특성과 벌징의 진폭 및 주파수 사이에는 일정한 관계가 존재한다.

그러나 본 발명에서 응고 완료점을 계산하기 위하여 사용하는 방법에서는 스트랜드 내의 롤(2) 사이의 임의의 점(본 발명에서는 L_k)에서의 벌징의 변동신호의 진폭은 사실상 중요하지 않으므로 여러 개소에 벌징량 측정기를 반드시 설치할 필요는 없다.

따라서, 이같은 경우 상기 N=1이 되는데, 이는 롤 피치가 일정할 경우 항상 벌징 변동신호의 주파수가 일정하기 때문이며, 여러 개소에 벌징량 측정기(4)를 설치하면 응고완료점 계산의 정도(精度)를 향상시킬 수는 있으나, 롤 피치가 다른 경우는 벌징 변동 신호의 주파수가 다르므로 각 경우에 대하여 벌징량 측정기(4)를 설치해야 한다.

도 3과 관련하여 본 발명의 몰드레벨 변동량과 슬라브 벌징량의 상관관계를 이용한 연속주조 슬라브의 경압하방법을 설명하면, 다음과 같다.

본 발명에서는 두 측정치 사이의 상관관계를 교차상관함수(Cross Correlation Function)를 이용하여 벌징에 의한 에너지의 영향이 얼마만큼의 시간 지연후에 몰드레벨(8) 변동에 나타나는지를 계산한다.

즉, 두 측정기(4,5) 에서 몰드레벨 변동량과 벌징량을 연속적으로 측정하여(31), 그 데이터를 제어장치(6)에 보내면, 제어장치(6)에서 이를 저장 및 분석하여 두 신호 사이의 시간지연 교차상관함수를 이용하여 지연시간(T₁)을 구한다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 제어장치(6)에서는 인가받은 몰드레벨 변동량과 벌징량에 대한 데이터를 분석하여 몰드레벨 및 벌징 신호의 주파수를 분석하여 제1 고조파를 계산한다(32).

이어서, 제1 고조파 성분만 검출하여 교차상관함수법을 이용하여 두 제1 고조파 신호 사이의 지연시간(T₁)을 산출하는 것이다(33).

다음에는 응고완료점(7)에서 반사된 미응고 용강에 의한 파동이 몰드레벨(8)까지 전파되는 시간(T_2j)(j=1,2,3,......,N)을 계산(34)하는데, 이를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

벌징량 측정기(4)가 설치된 위치(L_k)에서 벌징에 의해 발생된 에너지가 만드는 미응고 유동의 파동이 주조방향으로 진행하다가 응고완료점에서 반사되어 주조 반대방향으로 진행하여 몰드레벨(8)까지 도달하는데 걸리는 시간(T_2k)은 미응고 유동에 의한 파동의 전파 속도를 V라고 하면 하기 수학식 1로 나타내진다.

T_2k= (2X － L_k)/V

따라서, L₁, L₂, L₃, ...,L_N위치에서의 벌징에 의해서 발생된 에너지가 만드는 미응고 파동들이 응고 완료점에서 반사되어 몰드레벨(8)에 도달하는데 걸리는 시간(T_2j)은 각각 다음 수학식 2와 같이 계산된다.

T_2j= (2X － L_j)/V

여기서, j = 1, 2, 3, ....., N이다.

다음에는, 각각의 벌징측정기에서의 응고완료점(X_j)(여기서, j = 1, 2, 3, ....., N)을 산출(35)하게 되는데, 이를 상세하게 설명하면, T₁은 각 L₁, L₂, L₃, ...,L_N에서 발생한 벌징들에 의한 에너지가 발생시킨 파동들에 의한 영향이 중첩하여 나타난 것이므로, T_2j= T₁으로 하여 각 경우에 대해서 응고 완료점을 계산하면 다음 수학식 3과 같다.

X_j= (VT₁+ L_j)/2

여기서 j = 1, 2, 3, ....., N이다.

상기 수학식3에서 X_j는 L_j에서의 벌징에 의한 에너지가 만드는 파동이 T₁시간후에 몰드레벨(8)에 도달하기 위해서 계산되는 응고완료점이다.

다음에, 각각에 대해서 계산된 응고 완료점의 평균을 구하여 최종적으로 응고 완료점(X)을 산출(36)하는데, 이는 하기 수학식 4와 같이 계산된다.

상기와 같이 제어장치(6)에서 산출된 슬라브(1)의 응고완료점을 이용하여 제어장치(6)에 구비된 위치제어기에서 강종 및 작업조건에 따라 경압하롤(22)의 위치제어 목표값을 설정하고(37), 해당 위치(X)의 경압하롤(22)의 유압실린더(21)를 구동시켜 경압하롤(22)의 압하를 실시하여(38) 슬라브에 발생된 중심편석을 제거한다.

이때, 유압실린더(21)의 위치제어 목표값은 주조강종 및 작업조건에 의해 결정되며, 생산강종 및 작업조건에 따라 응고완료점을 산출하는 주기를 지연시간(T_D) 을 이용하여 달리 설정하여(39) 응고완료점을 산출할 수 있다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면 몰드 내의 몰드레벨 변동량과 스트랜드 내에서 주조 슬라브의 벌징량을 측정하여 상관관계를 분석함으로써 슬라브의 응고 완료점을 정확히 산출하고, 이를 토대로 슬라브의 경압하를 실시하므로 안정적으로 슬라브의 경압하를 실시할 수 있어서 주조 슬라브의 품질을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 슬라브를 연속주조하는 연속주조기에서 몰드레벨 변동량 측정기(5)와 스트랜드 내의 두 롤(2) 사이에 설치된 벌징량 측정기(4)에 의해 연속으로 측정한 벌징량 및 몰드레벨 변동량 신호를 제어장치(6)에서 수신하여 두 신호의 주파수를 분석하고, 이로써 계산된 제1 고조파 성분을 검출하여 교차상관함수법에 의해 두 제1 고조파 신호 사이의 고유 지연시간(T₁)을 구하는 단계(31,32,33)와;

   응고완료점(7)에서 반사된 미응고 용강에 의한 파동이 몰드레벨(8)까지 전파되는 시간(T_2j)(j=1,2,3,......,N)을 하기 수학식 2에 의해 계산하는 단계(34)와;

   각각의 벌징측정기에서의 응고완료점(X_j)을, 수학식 3에 의해 계산하고, 계산된 응고완료점의 평균을 구하여 수학식 4에 의해 최종 응고완료점(X)을 산출하는 단계(35,36)와;

   제어장치(6)에서 산출된 슬라브(1)의 응고완료점(X)을 이용하여 강종 및 작업조건에 따라 경압하롤(22)의 위치제어 목표값을 설정하고, 해당 응고완료점(X)의 경압하롤(22)의 유압실린더(21)를 구동시켜 경압하를 실시하는 단계(37,38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브의 경압하 방법.

   수학식 2

   T_2j= (2X － L_j)/V

   수학식 3

   X_j= (VT₁+ L_j)/2

   수학식 4

   (여기서, T₁는 두 측정기(4,5)에서 측정된 제1 고조파 신호 사이의 고유 지연시간, V는 벌징에 의해 발생된 에너지가 미응고 유동에 전달되어 발생시킨 파동의 전달속도, X는 최종 응고완료점, L_j는 몰드레벨에서 j 번째 벌징량측정기까지의 거리, N은 연주기에 설치된 벌징량 측정기의 갯수)