KR20010072534A - 연속 주조 슬래브의 소재흐름을 결정하고 제어하기 위한방법 - Google Patents

연속 주조 슬래브의 소재흐름을 결정하고 제어하기 위한방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속주조 슬래브 중 특히, 강(鋼) 슬래브의 소재흐름을 결정하고 제어하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 슬래브 온도는 연속 주조 설비 및 압연기 사이의 수송로에서 트래킹되고, 슬래브의 열량 및 온도프로파일이 전달되기 위해서는, 연속 주조설비의 주형으로부터 유출되는 액체 상태의 슬래브 온도 및 슬래브의 물리적 매개변수(physical parameter)를 파악하는 전제하에, 슬래브 내에 존재하는 열량의 대류적인 혼합치가 산출되고, 불균일하게 냉각된 슬래브가 상기 슬래브에 근접한 각각의 매체에 대해 방출하는 열방출 수치가 산출되며, 결과적으로 산출될 수치는 경우에 따라 측정되는 슬래브 표면의 온도와 함께, 슬래브 트래킹 시스템 내에서 소재흐름을 제어하기 위한 용도로 쓰인다.

Description

연속 주조 슬래브의 소재흐름을 결정하고 제어하기 위한 방법 {METHOD FOR DETERMINING AND CONTROLLING MATERIAL FLUX OF CONTINUOUS CAST SLABS}
압연기와 연결되는 연속주조설비의 작동자를 위해서, 그리고 연속주조설비와 압연기 사이를 연결시키도록 배열되는 슬래브-연속주조 조절기를 위해서는 바로 주조되거나 중간 저장된 슬래브의 열량(heat quantity)을 파악하는 것이 특히 중요하다. 이는 상기 슬래브를 상기 슬래브 내의 열량에 적합하는 소재흐름 내로 경제적으로 최대한으로 유입시키기 위해서이다. 곧바로 주조된 슬래브는 불균일한 온도 프로파일―여기서 불균일한 온도 프로파일은 장시간에 걸쳐서 균일한 온도 프로파일에 도달하게 됨―을 가지고 있어서, 측정 가능한 표면 온도를 가지고 중간의 슬래브 온도를 결정하기 힘들다. 따라서, 특정 시간 이후의 슬래브 온도 프로파일을 파악하여 슬래브를 추가의 가열장치에 의해 최적의 균일한 압연 온도에 도달시키는 것 또한 불가능하다. 그 결정적 원인 중 하나가, 캐스터를 떠나는 응고된 슬래브가 상이한 운송 및 공정 과정을 밟게 됨으로써, 각각 상이한 슬래브 온도 프로파일이 만들어지기 때문이다. 롤러 컨베이어 상에 운송되는 슬래브가 단열된 상태를 포함하는지의 여부, 슬래브가 한 개 또는 여러 개의 쌓여진 스테이플(staple) 상태로 저장되는지의 여부, 슬래브 저장소가 개방되었는지의 여부, 또는 상기 슬래브가 개방되거나 폐쇄된 홀딩 피트(holding pit) 내에서 저장되는지의 여부에 따라 상이한 온도프로파일이 만들어진다. 또한, 슬래브는 물담금탱크(water dip tank)에서 물분사장치(water spray installation) 내에서 천천히 냉각되는 것보다 빠른 속도로 냉각되기 때문에, 상기의 경우에도 상이한 온도 프로파일이 만들어진다. 따라서 상이한 슬래브들의 냉각 과정을 파악함으로써, 이를 가지고 소재를 트래킹하고 소재흐름을 제어하는 시도의 도입이 생각해봄직하다. 기존에 상기 소재를 트래킹하고 소재흐름을 제어하는데 있어서, 이는 경험적 수치 및 실험 결과에만 근거했다.
본 발명은 연속 주조 슬래브, 특히 강(鋼) 슬래브의 소재흐름을 결정하고 제어하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 슬래브의 온도가 연속 주조 설비 및 압연기 사이의 이송 도중에서 트래킹(tracking)되고 최적화된다.
앞서 기술된 문제점에 따른 본 발명의 목적은 특히 연속주조용 강 슬래브와 같은 슬래브의 소재흐름을 결정하고 제어하기 위한 방법을 제시하는 것으로서, 이를 통해 슬래브가 연속주조설비에서 압연기로 이동하는 동안에 상기 연속주조 슬래브의 열량 및 온도프로파일의 수치가 전달되고, 슬래브 트래킹 시스템에 의해 발견된 상기 수치를 이용함으로써, 에너지면에서 경제적이고 안전한 최적의 소재흐름을 얻을 수 있도록 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 해결 방안으로는 다음의 것이 있다. 즉, 슬래브의 열량 및 온도프로파일이 전달되기 위해서는, 연속 주조설비의 주형으로부터 유출되는 액체 상태의 슬래브 온도 및 슬래브의 물리적 매개변수(physical parameter)를 파악하고 있다는 전제하에서, 슬래브 내에 존재하는 열량의 대류적인 혼합치가 산출되고, 불균일하게 냉각된 슬래브가 상기 슬래브에 근접한 각각의 매체(media)에 대해 방출하는 열방출 수치가 산출되며, 결과적으로 산출될 수치는 경우에 따라 측정되는 슬래브 표면의 온도와 함께, 슬래브 트래킹 시스템 내의 소재흐름을 제어하기 위한 용도로 쓰인다.
본 발명에 따른 해결 방안에 따라, 상이한 소재흐름에 대해 온간 압연(warm charge rolling), 열간 압연(hot charge rolling), 냉간 압연(cold charge rolling) 또는 열간 직접 압연(hot direct rolling)으로 제어될 수 있는 상기 슬래브는 연속주조설비로부터 압연기 내로 유도된다. 상이한 슬래브 표면의 냉각 과정을 전달받는 것과 마찬가지로, 상기 상이한 슬래브 스테이플 냉각 과정이 트래킹될 수 있으며 , 이는 슬래브 내부의 온도를 조절하기 위한 수치를 결정한다. 상기 전달된 측정치 및 추가적인 연속주조설비의 생산 데이터에 의해, 홀딩 피트의 크기가 결정되고, 구동시 슬래브의 중간 온도가 상이할 때에 소정의 열이 투입될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시 형태에서는, 수리- 물리적 모델을 산출하는데 있어서, 2차원적인 유한 요소법(two dimensioned finite element method)이 이용된다. 상기 유한 요소 산출법은 다양한 진행 과정에 대한 시뮬레이션을 허용하고, 구동 장치를 보다 복잡하거나 단순한 구조로 형성되도록 도와주고, 경우에 따라 앞으로 설비를 작동시킬 작동자를 보조한다. 상기 유한 요소법은 구조적인 측면에서 자주 도입되는데, 이는 기계 구조적 분석에 의해 발생 가능한 여러 가지의 위험부담을 파악한 후, 감소시키기 위함이다. 상기 유한 요소법을 통하여, 변형 분석 및 응력 분석, 온도 수치 산출, 열 기계적 시뮬레이션이 이루어질 수 있고, 최상의 구조를 이루기 위해, 상기 요소법의 회수 및 형태를 자체적으로 결정할 수 있다. 통상적으로, 작동자는 유한 요소 산출법에 기초하는 시뮬레이션을 이미 프로젝트 단계에서 요구하고 있으며, 설비의 운송 계약의 일부분으로 간주되고 있다.
유한 요소 산출법은 온라인(on-line)상 단기간에 정확한 결과를 전달해야 되는 수리-물리적 모델의 경우에도 적용되며, 대체적으로 매개변수 조사에 해당되는 것으로서 상기 조사에 따른 결과에 의해 분석적인 공식이 유도된다.
본 발명에 따른 수리-물리적 모델을 산출하는데 있어서, 2차원적인 유한 요소법, 유한차 방법(finite difference method) 또는 오프라인 조사(off-line study)로부터 유도된 공식을 포함하는 소프트웨어가 사용된다.
상기 방법을 실행시키는데 있어서, 오프 라인 조사 내에 통상적으로 보편적인 유한 요소 패키지(finite-element package)가 도입될 수 있다. 이는 온라인상 으로는 너무 크거나 속도가 너무 떨어진다. 따라서 다음과 같은 방법―여기서 방법은 유한 요소법 또는 유한차 방법일 가능성 있음―이 도입되어야 한다. 즉, 상기 방법은 계획된 것으로서, 이는 특히 슬래브 기하학적인 측면(정사각형)에 적합해야 되며, 충분히 빠른 속도를 갖고 있어야 한다. 상기 온라인 방법은 오프라인 유한 요소 패키지에 의해 점검될 수 있다.
유리하게도, 슬래브의 물리적 매개변수로서 온도에 좌우되는 소재밀도(ρ),특정 열 (cρ), 열 전도성(λ) 및 스케일 속성이 사용된다.
상기 방법을 최상화하는데 있어서, 앞서 결과적으로 산출된 수치 및 슬래브 표면에서 측정된 온도 수치가 슬래브 트래킹 시스템 내에 소재흐름의 자동화와 포함된다.
본 발명에 의해 유리하게도 상기 수리-물리적 모델―여기서 모델은 유한 요소 시뮬레이션 또는 유한차 방법을 포함할 때 유리함―에 의해 다양한 크기의 슬래브 및 슬래브 스테이플의 온도 진행 과정이 일정한 냉각 조건하에서 전달될 수 있다. 중앙의 슬래브 온도의 진행 과정을 산출하고 시간에 따라 선택된 슬래브 표면 온도를 산출함으로써, 이후 측정된 표면 온도에 의해 중앙의 슬래브 온도가 충분히 예될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 따라, 규정된 중앙 슬래브 온도가 조절기 내에서 몇 시간 동안 유지되는지를 밝혀낼 수 있다. 본 발명에 따라 앞서 기술된 방법들은 유연성 있게 실행시킬 수 있으며, 연속 주조설비 및 압연기 사이의 경제적이고 안전한 소재흐름을 달성하기 위한 본 발명의 목적에 적합하다. 본 발명은 기존에 경험적이고 통상적인 기준치에 근거한 슬래브의 제어를 대용한다. 상기 설비의 크기는 안전적인 측면에서 더 이상 초과될 필요가 없다. 그 이유는, 본 발명에 따른 방법에 의해 비로소 연속 주조설비 및 압연기 사이에서의 소재흐름의 실제 상태가 전달되고 이를 제어할 수 있기 때문이다.
본 발명은 실시예에 의해서 보다 쉽게 이해될 수 있다. 상기 실시예는 여러개의 연속주조 슬래브가 스테이플로 쌓여진 상태로 개방된 홀딩 피트 내에 저장되는 것을 전제한다. 상이한 슬래브 스테이플의 중간 냉각 과정은 상이한 슬래브 스테이플 표면에서 이루어지는 냉각 과정과 마찬가지로 전달되어야 한다. 이는 홀딩 피트의 크기를 결정하거나 제조 과정이 진행되는 동안, 슬래브의 중간 온도가 상이할 때 소정의 열을 투입하기 위해서이다.
앞서 기술된 모델에 따르면, 예를 들어 슬래브가 13개인 경우, 이들은 각각 420개의 요소로 나뉘어진다. 절반의 슬래브를 이에 대응하는 대칭의 가장자리 조건을 부여함으로써 모형화시키고, 예를 들어 추후에 슬래브의 스테이플 과정의 중간 온도 및 시간에 따른 제어를 쉽게 포착할 수 있도록, 상기 유한 요소법을 형성시킨다.
상기 시뮬레이션은 하기의
1) 스테이플로 쌓여지기 이전, 각 슬래브의 초기 온도 프로파일에 해당되며, 캐스터로 이송되는 동안 슬래브의 횡단면에 대한 온도트래킹 단계, 및
2) 각각의 슬래브 스테이플에 대한 시뮬레이션 단계, 및
3) 슬래브 스테이플의 냉각 시뮬레이션 단계
를 포함한다.
첫 번째 단계에서는 홀딩 피트 내로 유입되는 슬래브의 초기 온도 프로파일을 형성하기 위해서는 응고된 빌릿 상태의 슬래브가 시뮬레이션된다. 상기 소재밀도, 특정 온도 및 열전도성은 온도에 따른 영향을 받는다.
액체 단계에서도 대류적인 열교류가 발생하지만, 이는 모형화되지 않는다.그럼에도 불구하고, 대류적 혼합에 따른 상기 온도균일화를 시뮬레이션하기 위해서는, 그 대용으로 상기 열전도성은 고체 단계에 대하여 계수 100으로 높여진다. 제1차 및 제2차 냉각지대에서의 상이한 수냉각(water cooling)에 의해 상당한 가장자리조건이 요구된다. 열전도 모델 이후에는 온도 영역은 다양한 열전도 타입(견고한 필름 댐핑(film damping), 비견고한 영역, 연소 종료점등) 부분으로 이루어진 여러 개의 표면 온도 영역으로 분류된다. 이는 상기 영역에 대한 다양한 접근이 적용되기 때문이다. 이중 어떤 영역의 열전도 치수는 냉각체의 표면의 소재 치수에 따른 영향 또한 받는다. 이는 상기의 경우에 특히 스케일(scale)이 많은 표면의 경우에 해당되며, 이때 소재 치수는 눈금에 따라 도입된다.
슬래브 스테이플의 시뮬레이션은 첫 번째 슬래브를 홀딩 피트 내로 유입하는 것과 동시에 시작한다. 이후에 60초당 다음으로 오는 각각의 슬래브가 이전의 슬래브 상에 쌓여진다. 상기 스테이플 과정은 냉(冷) 슬래브를 이전에 겹겹이 쌓였던 12개의 슬래브 스테이플 상에 올려놓음으로써 종결된다. 상기 냉 슬래브는 자체의 무게로 인해 가장 뜨거운 슬래브의 휘어짐을 감소시킨다.
첫 번째 슬래브를 저장시킨 후, 상기 슬래브의 대응되는 요소들이 활성화되며, 상기 슬래브를 위해 이미 유한 요소 시뮬레이션이 홀딩 피트 내에 따라 이루어진다. 그 다음 두 번째 슬래브가 이어진 다음 상기 슬래브의 요소들이 활성화된다. 이러한 유사한 과정은 최종 냉 슬래브를 저장시킬 때까지 이루어진다. 그런 다음, 전체 슬래브 스테이플의 시뮬레이션이 홀딩 피트 내에서 시작한다. 상당한 가장자리 조건은 상기의 경우에서도 슬래브 표면 및 주변부 사이의 열과도계수에의해 형성된다. 맨 하단의 접촉면을 제외하고, 상기 슬래브 스테이플의 모든 표면을 위해 광선을 포함하는 공기의 대류를 통한 열전도를 수용하고 있다.
상기 공기의 대류는 특정 기능을 가지고 산출된다. 그 이유는, 수평 및 수직의 평면에 대해 크게 상이한 열전도 수치가 형성되기 때문이다. 고온에 있어서, 상기 고온은 광선의 열전도 수치에 비해 여전히 작지만, 저온의 경우에서는 우세하다. 더 나아가서, 상기 수치를 산출하는데 있어서, 홀딩 피트의 홀 주변부(hall circumstance) 또는 벽 전체에 걸치는 주변온도가 포함된다. 이는 묘사되는 스테이플로부터 특정한 이면각(dihedral angle) 내에서 보여진다. 다른 이면각에서는 상기 온도와 유사한 근접의 스테이플이 존재한다.
상기 스테이플 하단의 수평면은 홀 바닥과 접촉한다. 상기 홀 바닥 자체를 유한 요소 산출법으로 적용시킬 수 있으며, 보다 간단하게는 상기 홀 바닥을 무한의 반형체로 모형화시킬 수 있으며, 이때 상기 반형체는 수시로 초기온도로 응고됨으로써, 시간에 따른 열전도 수치가 형성된다.
소정 슬래브의 측정에 있어서, 비로소 상기 슬래브 또는 슬래브 스테이플의 횡단면에 대한 온도진행과정이 전달될 수 있다. 캐스터 및 압연기 사이에 위치한 소재흐름 내로 재결합하기 위해서는, 강 슬래브의 경우에 중앙의 슬래브온도가 500 내지 600도 사이의 값을 가져야 한다. 첫 번째 슬래브는 냉각이 시작되는데 있어서 캐스터로부터 유출되는 경우에 대응되는 온도 프로파일을 여전히 갖고 있다. 스테이플 과정의 최종 단계에서는 바닥이 비교적 양호하게 격리되는 경우에 균일한 온도 분포가 스테이플 내에 형성되었다는 사실을 알 수 있다. 상기 스테이플 중상단의 슬래브는 냉 슬래브를 스테이플 상에 올려놓음으로써 그 온도가 맨 처음에 비교적 크게 떨어진다. 슬래브 내의 하단의 슬래브는 바닥이 격리되는 것처럼 느껴질 때까지 짧은 시작기간 동안에 크게 냉각된다.
본 발명에 따른 방법은 물리-수리적 모델 및 종전의 슬래브 소재흐름의 자동화에 의해, 연속주조설비 및 압연기 사이에서 각 슬래브가 경제적이고 안전하게 제어될 수 있도록 한다. 상기 슬래브의 표면을 상기 산출 모델을 통한 결과적 수치와 함께 측정함으로써, 간단하게도 상기 슬래브의 열량 및 온도프로파일이 추측될 수 있다. 이는 가장자리 조건이 요구되는 전제하에서이다. 상기 방법에 의해, 연속주조설비과 압연기 사이 및 저장소의 모든 곳에서 각각의 슬래브의 어떠한 열량이 제공되어야 되고, 계속해서 다른 공정을 위한 최적의 온도 프로파일에 도달하기 위해 어떠한 에너지를 유입시키거나 유출시켜야 되는가를 전달받게 된다. 본 발명에 의해, 당업자는 연속주조설비의 제조 및 구동이 경제적이 되도록 이를 최적화시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 연속주조 슬래브 중 특히, 강(鋼) 슬래브의 소재흐름을 결정하고 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 슬래브 온도는 연속 주조 설비 및 압연기 사이의 수송로에서 트래킹되고, 슬래브의 열량 및 온도프로파일이 전달되기 위해서는, 연속 주조설비의 주형으로부터 유출되는 액체 상태의 슬래브 온도 및 슬래브의 물리적 매개변수(physical parameter)를 파악하는 전제하에, 슬래브 내에 존재하는 열량의 대류적인 혼합치가 산출되고, 불균일하게 냉각된 슬래브가 상기 슬래브에 근접한 각각의 매체에 대해 방출하는 열방출 수치가 산출되며, 결과적으로 산출될 수치는 경우에 따라 측정되는 슬래브 표면의 온도와 함께, 슬래브 트래킹 시스템 내에서 소재흐름을 제어하기 위한 용도로 쓰이는
    연속주조 슬래브의 소재흐름의 결정 및 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    수리-물리적 모델을 산출하는데 있어서, 2차원적인 유한 요소법(two dimensioned finite element method), 유한차 방법(finite difference method) 또는 오프라인 조사(off-line study)로부터 유도된 공식을 포함하는 소프트웨어가 사용되는 연속주조 슬래브의 소재흐름의 결정 및 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    슬래브의 물리적 매개변수로서 온도에 좌우되는 소재밀도(ρ), 특정 열(cρ), 열 전도성(λ) 및 스케일 속성이 이용되는 연속주조 슬래브의 소재흐름의 결정 및 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    결과적으로 산출되는 수치 및 측정된 슬래브의 표면온도가 소재흐름의 자동화와 함께 슬래브 트래킹 시스템 내로 포함되는 연속주조 슬래브의 소재흐름의 결정 및 제어방법.
KR1020007003548A 1997-10-02 1998-09-22 연속 주조 슬래브의 소재흐름을 결정하고 제어하기 위한방법 KR20010072534A (ko)

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