KR20040020481A

KR20040020481A - 연속주조기의 롤 수명 예측방법

Info

Publication number: KR20040020481A
Application number: KR1020020052089A
Authority: KR
Inventors: 조기현
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-09
Also published as: KR100889290B1

Abstract

본 발명에 따른 연속주조기의 롤 수명 예측방법은 제철소의 연속주조공정에 사용되는 연속주조기의 세그먼트에 부착된 롤의 냉각수 유출입 온도 및 유량 변동량을 측정하고 주편 온도 및 응고패턴을 이용하여 롤의 정확한 수명을 예측함으로써 적시에 상기 세그먼트 단위로 정비, 교체하기 위한 연속주조기의 롤 수명 예측방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 주편을 연속주조하는 연속주조기에 설치된 다수개의 세그먼트 각각에 부속된 다수의 롤 수명 예측방법에 있어서, 제i 번째 롤에 유입되어 상기 롤의 내부를 순환한 후 배출되는 냉각수에 의해 제거되는 상기 롤의 단위 면적당 열량 Qi를 계산하는 제1 단계; 상기 Qi를 이용하여 주편의 위치별 온도를 계산하고 상기 온도를 이용하여 상기 주편의 응고패턴을 구하는 제2 단계; 상기 주편과 접촉되는 롤의 온도, 변형량 및 응력을 계산하는 제3 단계; 상기 롤의 전단변형에너지(Ud1) 및 파손조건인 최대 전단변형에너지(Ud2)를 계산하는 제4 단계; 상기 롤의 수명(Lroll)을 계산하는 제5 단계; 상기 롤 냉각수의 최대평균온도값(T1max) 및 설정된 시간 간격을 두고 상기 롤 냉각수의 최대평균온도값(T2max)을 계산하는 제6 단계; 및 상기 Ud1 ≥Ud2, Lroll ≥N(설정된 롤 수명) 및 ｜T1max - T2max｜≥β(허용오차)를 동시에 만족하는 경우 상기 롤을 점검하는 제7 단계를 포함한다.

Description

연속주조기의 롤 수명 예측방법{A Method for Calculating the Roll Life in a Continuous Casting}

본 발명은 연속주조기의 롤 수명 예측방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 제철소의 연속주조공정(Continuous Casting Process)에 사용되는 연속주조기의 세그먼트(segment)에 부착된 롤의 냉각수 유출입 온도 및 유량 변동량을 이용하여 롤의 정확한 수명을 예측함으로써 적시에 상기 세그먼트 단위로 정비, 교체하기 위한 연속주조기의 롤 수명 예측방법에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조공정은 제철소의 제강공정에서 정련이 완료된 용강을 수요가가 요구하는 크기와 품질로 형상화하는 과정이며, 이러한 용강이 가지고 있는 열을 어떤 방법으로 냉각하는가에 따라 주편(slab)의 품질 및 생산성이 좌우된다.

도 1은 일반적으로 제철소에서 사용되는 연속주조기를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 연속주조기는, 용강(1)이 담겨 있는 래들(2), 상기 래들(2)과 주형(4) 사이에서 용강저장 및 개재물 부상분리 기능을 하는 턴디쉬(3), 주편(slab;7)을 요구 형태 및 크기로 응고시키는 주형(4) 및 다수의 세그먼트(5)들로 조합된 2차 냉각대(5)를 포함하여 구성된다. 상기 2차 냉각대(5)는 이 냉각대(5)를 통과하는 주편(7)이 임의의 위치에서 일정한 두께의 응고쉘을 유지하도록 노즐에 의한 냉각 및 롤(11)에 의한 압하를 실시한다.

이러한 연속주조기에서의 연속주조 작업에서 주편(7)의 냉각 패턴을 계산하는 방법은 주로 주편(7)의 열전도 현상만을 고려한 1차원 수식모델에 근거하고 있다. 일반적으로 주편의 냉각 패턴은 주형(4)에서의 1차 냉각과 스트랜드(Strand)에서의 롤(11), 노즐(Nozzle)에 의한 스프레이, 기계냉각 등으로 이루어지는 2차 냉각에 의해 주편의 온도가 점차 선형적으로 감소하며 그 주편(7)의 강종과 조업조건에 따라 달리 나타난다. 이러한 2차 냉각은 열전달모드라 불리우는 고온의 주편(7)에 의한 대기로의 복사, 지지 롤(11)에 의한 접촉 열전달, 노즐에 의한 대류냉각 등으로 구성된다 볼 수 있다. 따라서, 수식모델에 의해 주편의 응고 패턴을 계산하는 경우에는, 열전달모드로 구성되는 전도, 대류, 복사열전달 현상에 근거한 정확한 수학적인 모델이 필요하다.

그러나 주편의 온도예측을 위한 정확한 수학적모델은 아직 정립되어 있지 않으며, 종래에는 단지 근사적인 수치모델에만 의존하고 있는 실정이다. 특히, 현재 현장에서는 많은 시행착오를 거쳐 평균 열전달계수 개념의 보정계수를 도입하여 정상주조 조업시에는 근사한 오차 이내로 스트랜드 위치별 온도예측, 혹은 응고완료를 추정하는 것이 가능한 단계에 이르렀다. 그러나, 비정상 주조, 즉 주조초기, 말기에는 수학적모델의 정확도가 매우 떨어지는 문제가 있었으며, 롤(11)의 교체는 상기 롤(11)의 변형이나 파손에 상관없이 경험에 근거하여 약 3개월에 한 번씩 세그먼트(5) 단위로 정비공장으로 보내어 이상유무를 조사하는 실정이기 때문에 체계적인 설비관리가 이루어지지 않았으며 작업비용 상승을 초래하는 문제가 있었다. 특히, 롤의 변형 및 파단을 미리 예지할 수 없어 주편의 품질이 저하되는 문제가 있었다.

이와 같이 종래의 스트랜드 수식모델은 단순히 연속주조의 초기 조업조건에 주로 의존함으로 인하여 주조초기, 말기에서의 정도가 낮은 문제점이 있었고, 주조조건(예를 들어, 주속, 2차 냉각패턴 또는 계절별 등)에 따른 보정계수의 도출을 위한 무수한 시행착오를 반드시 거쳐야 되며, 특히 롤의 교체주기만을 고려한 정비에 지나치게 의존하여 왔었다.

롤의 수명을 예지 및 판정하고자 할 경우에는 이론적으로도 열탄소성 관계식에 근거한 응력을 계산하는 것이 일반적이나, 종래에는 이를 위한 열이력을 온라인 상에서 수집하여 롤(11)의 수명 예지시스템을 구성하지는 않고 있다. 따라서, 주조시마다 롤의 기계적, 야금학적인 상태를 실시간으로 모니터링하면서, 상기 롤의 접촉에 의한 전열 수식모델의 정도향상을 위한 개선된 수식모델과 아울러 설비의 수명예지를 위한 별도의 방법이 필요하게 되었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서 본 발명은, 롤을 통과하는 냉각수 온도를 실시간으로 검출하고 주편 온도 및 냉각패턴을 이용하여 롤의 수명을 정확하게 예측함으로써 롤의 교체시기를 정식화하는 연속주조기의 롤 수명 예측방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적으로 제철소의 연속주조기를 개략적으로 도시한 사시도.

도 2(a)는 본 발명에 적용되는 세그먼트 측정기의 일실시예에 따른 구성도.

도 2(b)는 도 2(a)에 도시된 하나의 세그먼트(5)의 내부 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 세그먼트 측정기의 세부 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 롤 예지용 2차냉각 수식모델을 이용하여 롤 수명을 예지하는 과정을 보이는 흐름도.

도 5는 주편온도 및 응고패턴을 계산하기 위한 주편의 개략도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 계산된 주편 온도분포 및 측정된 롤 냉각수 출측 온도분포.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 용강 2 : 래들

3 : 턴디쉬 4 : 주형

5 : 세그먼트 6 : 주조방향

7 : 주편 8 : 세그먼트 접합부

10 : 제어부 11 : 롤

12,13 : 특정신호선 14 : 세그먼트 프레임

15,17 : U자 배관 17 : 롤 삽입형 배관

18 : 냉각수 유입방향 19 ; 냉각수 배출방향

21 : 온도계 22 : 유량계

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 주편을 연속주조하는 연속주조기에 설치된 다수개의 세그먼트 각각에 부속된 다수의 롤 수명 예측방법에 있어서,

제i 번째 롤에 유입되어 상기 롤의 내부를 순환한 후 배출되는 냉각수에 의해 제거되는 상기 롤의 단위 면적당 열량 Qi를 계산하는 제1 단계; 상기 Qi를 이용하여 주편의 위치별 온도를 계산하고 상기 온도를 이용하여 상기 주편의 응고패턴을 구하는 제2 단계; 상기 주편과 접촉되는 롤의 온도, 변형량 및 응력을 계산하는 제3 단계; 상기 롤의 전단변형에너지(Ud1) 및 상기 롤의 파손조건인 최대 전단변형에너지(Ud2)를 계산하는 제4 단계; 상기 롤의 수명(Lroll)을 계산하는 제5 단계; 상기 롤 냉각수의 최대평균온도값(T1max) 및 설정된 시간 간격을 두고 상기 롤 냉각수의 최대평균온도값(T2max)을 계산하는 제6 단계; 및 상기 Ud1 ≥Ud2, Lroll ≥N(설정된 롤 수명) 및 ｜T1max - T2max｜≥β(허용오차)를 동시에 만족하는 경우 상기 롤을 점검하는 제7 단계를 포함한다.

본 발명은 스트랜드 내 주조 주편의 감시 및 롤 수명예측을 위한 방법을 제공하는 것으로서, 연속주조 작업에서 연속주조기의 세그먼트(5)에 부착된 롤(11)의 냉각수 유출입 온도를 실시간으로 측정함으로써 운전실에 안내되는 주편의 온도 및 응고 패턴을 보다 정확하게 출력시킴은 물론, 상기 세그먼트 단위로 정비, 교체하는 롤의 수명을 예측하는 방법에 관한 것이다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2(a)는 본 발명에 적용되는 세그먼트 측정기의 일실시예에 따른 구성도이고 도 2(b)는 도 2(a)에 도시된 하나의 세그먼트(5)의 내부 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 세그먼트 측정기는, 다수의 세그먼트(5)에 부속된 복수의 롤(11)(일반적으로 세그먼트(5)당 상부 및 하부 공히 4~6 조를 이룸) 내부를 통과하는 냉각수의 온도 및 유량을 측정하는 온도계 및 유량계(도 3에 도시됨)와 연결된 다수의 전기선(12,13)을 접합하기 위한 세그먼트 접합부(8)가 구비되고 상기 전기선(12,13)을 통해 측정된 냉각수의 온도 및 유량 측정신호는 제어부(10)로 입력되고 상기 제어부(10)에서는 상기 측정신호를 이용하여 그에 대응되는 냉각수 온도 및 유량 측정값으로 환산한다. 상기 제어부(10)는 상기 냉각수의 온도 및 유량 측정값을 이용하여 주편(7)의 전열 및 응고패턴을 계산한다.

상기한 롤(11) 내부의 냉각수 흐름과 상기 냉각수의 온도 및 유량 측정을 상세하게 설명하기 위한 세그먼트 단위로 본 발명에 따른 온도계(21) 및 유량계(22)의 구조가 도 3에 개시되어 있다. 도 3은 본 발명에 따른 세그먼트 측정기의 세부 구성도이다. 먼저 도 3(a)를 참조하면, 하나의 세그먼트(5) 내에 소속된 다수의 롤(11) 사이로 주편(7)이 이동하며, 도면부호 6은 상기 주편(7)의 이동방향을 나타낸다. 상기 다수의 롤(11) 중에는 상기 주편(7)을 이동시키는 역할을 하는 핀치롤과 상기 이동되는 주편(7)의 가이드 역할을 하는 가이드롤이 있다. 따라서, 한 개의 세그먼트(5)를 구성하는 것은 주편(7)을 상,하부로 지지하는 가이드롤 및 주조방향(6)으로 상기 주편(7)을 인발하는 핀치롤이다. 도면부호 12 및 13은 상기 각각의 롤(11) 사이에 흐르는 냉각수에 대한 온도 및 유량 측정신호를 제어부(10)로 이동시키기 위한 전기선이고 도면부호 8은 상기 복수개의 전기선(12,13)을 접합시키기 위한 세그먼트 접합부이다. 상기 롤(11) 내부의 냉각수 흐름을 위한 장치가 도 3(b) 및 도3(c)에 도시되어 있다. 도 3(b) 및 도 3(c)를 참조하면, 세그먼트 프레임(14)에 연결된 제1 및 제2 U자 배관(15,17)이 2개 구비되고, 상기 각각의 U자 배관(15,17)은 또 다른 배관(16)과 각각 연결되는데, 상기 다른 배관(16)은 도 3(b)에 도시된 바와 같이 롤(11)에 삽입되어 있다. 이러한 일체형 배관은 상기 롤(11)의 좌우에 각각 하나씩 위치된다. 그러나, 상기 롤(11)에 삽입된 다른 배관(16)은 하나로 하여 상기 롤(11)을 관통하도록 할 수도 있다.

일반적으로 상기 롤(11)의 온도는 상기 롤(11)에 접촉되는 주편(7)의 온도의 영향으로 약 900 ~ 1,300℃ 정도이며, 이는 상기 롤(11)의 수명에 지대한 영향을 미친다. 따라서, 상기 롤(11)을 냉각시키는 것이 중요한데, 이러한 롤(11) 냉각수는 상기 세그먼트 프레임(14) 내부에 설치된 냉각수 모배관(미도시)에서 상기 제1 U자 배관(15)으로 유입되어, 상기 롤(11)에 삽입된 다른 배관(16)을 거쳐 다시 상기 제2 U자 배관(17)을 통해 배출된다. 여기서, 도면부호 18 및 19는 각각 냉각수의 유입방향 및 배출방향을 나타낸다.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 세그먼트 측정장치에서 설치되는 유량계(22)는 냉각수가 상기 롤(11)로 유입되는 상기 제1 U자 배관(15)의 유입측에 설치되며, 온도계(21)는 상기 냉각수가 상기 롤(11)을 순환한 후 배출되는 상기 제2 U자 배관(17)의 배출측에 설치된다. 여기서, 상기 롤(11)에 유입되는 냉각수의 온도는 미리 알고 있는 것으로 본다. 이는 다른 온도계를 설치함으로써 가능할 것이다. 상기 각 롤(11)마다 설치된 상기 복수개의 온도계(21) 및 유량계(22)에서 발생되는 냉각수의 온도 및 유량 측정신호는 각 전기선(12,13)을 통해 세그먼트 접합부(8)를 거쳐 제어부(10)로 입력되어 각각 온도 및 유량 측정값으로 변환된다.

도 4는 본 발명에 따른 롤 예지용 2차 수식모델을 이용하여 롤 수명을 예지하는 과정을 보이는 흐름도이다. 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 롤 냉각수의 물리량 변동량을 이용한 수식모델의 정도향상과 롤(11)의 수명예지방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저 주조하고자 하는 강종과 그 성분, 주조속도, 초기온도, 2차 냉각시 냉각패턴, 롤(11)과 접촉되는 주편(7)에서 제거되는 열량 등의 정보를 포함하는 조업 조건과 경계조건이 부여되면(S401), 도 2 및 도 3에서와 같이 다수의 롤(11)에 각각 설치된 다수개의 온도계(21) 및 유량계(22)의 각각의 고유번호가Ni(i=1,2,3, ... n), Nj(j=1,2,3, ... n) 라고 가정하고, 상기 롤(11)의 번호 i에서 냉각수에 의해서 제거된 단위 면적당 열량 Qi가 하기 수식 1과 같이 계산된다(S402).

[수식 1]

여기서, 상기는 상기 유량계(12)에서 검출된 시간당 냉각수 변동량이고, 상기 Cp는 냉각수의 정압비열이고, 상기 △Ti는 i 번째의 롤(11)에서 검출된 온도의 입출측 편차이며, 상기 Ar은 상기 롤의 표면적이다.

이어, 상기 주편(7)의 온도를 계산하는 원리를 설명하면, 상기 단계(S401)에서 부여된 조업변수 및 계산상의 경계조건을 입력데이타로 읽어와서, 도 5에 도시된 바와 같이 주편(7)의 단면을 계산영역(A)으로 잡고, x축 방향으로의 열전달 구배만을 고려하면서, 주조방향(6)인 y 축방향으로 비정상해를 구하기 위하여 하기와 같은 에너지방정식을 유한차분화해서 상기 주조방향(6)으로의 좌표 y를 유한개의 수로 나누어 각 위치를 y_K(k=1,2,3, ... n)로 정하고, 상기 Qi를 이용하여 상기 주편(7)의 중심, 표면, 그리고 상기 중심과 표면사이의 온도 및 상기 각 위치에서의 주편(7) 온도를 이용하여 주편(7)의 응고 두께 등 응고 패턴을 하기 경계조건식인 수식 2,3,4 및 5를 이용하여 계산한다(S403).

[수식 2]

[수식 3]

x = 0 일 때,

[수식 4]

x = x_L일 때,

[수식 5]

............. 주형 영역

............. 2차 냉각 영역

............. 기계냉각(복사) 영역

여기서, Keff 는 유효 열전도계수, H(T)는 온도의존 엔탈피, T는 주편온도, ρ는 주편밀도, h_m는 주형 영역에서 주형 동판과 주편 표면과의 평균 대류 열전달계수, hi는 냉각 영역 i에서의 평균열전달 계수, Ta는 분위기 온도, σ는 스테판-볼쯔만 상수, ε는 복사 방사율이며, q는 열유속으로 단위면적당 유출입 열량을 나타내며, Qi는 롤(10,11)과 주편(7)의 접촉에 따른 단위면적당 열 제거량이다.

또한, 상기 온도계(21) 및 유량계(22)로부터 검출된 냉각수 온도 및 유량 측정신호로부터 상기 롤(11)의 수명을 계산하는 방법에서, 상기 롤(11)의 전열해석 역시 상기 수식 2와 같은 에너지 방정식을 유한 요소화해서 정식화하고 응력해석을 위해서는 하기 수식 6을 수치해석하기로 한다. 여기서, 상기 주편(7)의 온도 및 상기 응고패턴을 이용하여 상기 주편(7)과 접촉되는 롤(11)의 온도와, 상기 온도롤 인한 롤(11)의 변형량 및 상기 주편(11)의 응력을 하기 수식 7과 수식 8을 이용하여 계산한다(S404).

[수식 6]

[수식 7]

롤 변형량 계산

여기서,는 롤의 최대처짐량, P는 롤의 위치에서 가해지는 철정력, l은 롤의 길이, v는 프와송비, a,b는 분할롤의 각각의 길이, E는 롤 재료의 탄성 계수이다.

[수식 8]

롤응력 계산

여기서,는 롤 반경방향의 응력,는 원주방향의 응력을 말하며, E는 롤 재료의 탄성계수, v는 프와송비, α는 열탄성계수, T는 롤의 온도,는 원주방향의 변형율,는 반경방향의 변형율이다.

한편, 상기 롤(11)이 파손이 되는 기준은 상기 롤(11)의 열응력으로부터 계산되어진 전단 탄성에너지가 재료의 단축인장에서 항복점에 이르렀을 때의 순수 전단탄성 에너지의 값과 같아지면 항복이 시작된다고 보는 최대전단변형률에너지설을 이용하여 상기 롤(11) 재료의 안전조건을 판별하며 그 관계식은 하기 수식 9 및 10과 같다. 상기 수식들을 이용하여 이러한 전단변형에너지(Ud1) 및 파손조건이 되는 에너지(Ud2)를 계산한다(S405,S406).

[수식 9]

전단변형에너지

[수식 10]

파손조건이 되는 에너지

여기서,는 단축인장 주응력, v는 프와송비, E는 탄성계수이다.

또한, 상기한 롤(11)은 변형 혹은 파손이 하중이나 응력에만 비례한다고 볼 수 없고, 결국은 기하학적인 크기(반경, 길이, 분할형태 등) 및 사용조건 즉, 주편(7) 생산량, 롤(11) 마모계수, 그리고 주편정체 이력의 함수로 표현이 가능하므로 하기 수식 11와 같은 수명예측 계산식을 사용한다(S407).

[수식 11]

여기서, Lroll은 실제 롤의 수명(시간), A는 비례상수, L은 롤의 길이, w는 롤 마모계수, Sn는 주편의 월간 정체 회수, n은 세그먼트 제거 회수, Pmy는 월간, 년간 주편 생산량(ton), r은 롤의 직경이다.

또한, 상기 온도계(21)로 검출되는 온도의 경우, 임의의 시간에서 1시간 이전의 최대평균 온도 T1max 및 임의의 시간에서의 최대 평균온도를 T2max 를 계산한다(S408). 이어, 상기 계산된 Ud1, Ud2, Lroll, T1max 및 T2max 값을 이용하여 하기 조건 1,2,3을 동시에 만족하는지 판단한다(S409).

[조건 1]

Ud1 ≥Ud2

[조건 2]

Lroll ≥N 시간

[조건 3]

｜T1max - T2max｜≥β

여기서, N은 미리 설정된 롤 수명(시간), β는 수식모델에서 정의하는 오차값으로서 상기 제어부(10)의 해상도 및 노이즈(Noise)에 따라 설정되는 값이다.

계속하여, 상기 단계(S409)에서의 판단결과 상기 세 개의 조건을 동시에 만족하는 경우에는 해당 롤(11)의 수명이 다 되었거나 결함이 있는 것으로 감지하여 이를 점검하도록 하는 경보를 발생하고(S410), 반대로 상기 세 개의 조건 중 하나라도 만족하지 않는 경우에는 상기 단계(S401)로 되돌아가 상기 과정들을 반복하게 된다.

도 5는 주편온도 및 응고패턴을 계산하기 위한 주편의 개략도이다. 도 5에 도시된 주편(7)의 경우, 계산에 사용되는 주편(7) 내,외부의 2차원 단면을 사선으로 표시한 것이고, 계산용량을 줄이기 위하여 대칭조건을 고려하여 사선부분만을 선택한 것이다. 즉, x,y의 좌표원점이 초기에 액상의 용강이 주입되는 부분이고, 시간이 지남에 따라서 경계조건의 냉각조건이 달라짐에 따라 주편내외부의 온도 및 응고쉘 두께등이 변화하게 되며, 이는 수학적으로 구성된 상기 수식 2를 수치적으로 풀게 됨으로써 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 주편(7)을 연속주조하는 연속주조기에서 세그먼트(5)의 롤(11)에 취부된 온도계(21)로부터 검출된 냉각수 온도값과 유량계(22)로부터 검출된 냉각수 유량의 변동량을 분석한 후, 조업 실시간에 따라 측정된 온도값 및 유량 변동량을 이용하여 롤(11)에 의한 열제거량을 계산하고, 롤 수명 및 설비적인 결함을 예측하며, 상기 롤(11) 냉각수에 의한 열제거량을 수식모델의 새로운 입력값으로 설정하여 주편 응고 패턴(Pattern)을 출력함은 물론 세그먼트(5) 단위로 정비, 교체하는 연속주조 롤(11)의 수명예측 및 결함의 모니터링을 수행할 수 있다.

도 6는 본 발명의 실시예에 따라 계산된 주편 온도분포 및 측정된 롤 냉각수 출측 온도분포이다. 본 발명의 유용성을 확인하기 위하여 롤(11) 냉각을 고려한 주편(7)의 응고패턴 해석을 실시한 결과 주편(7)의 중심 및 표면온도를 계산하여 그래프화한 것이 도 6(a)이다. 도 6(a)를 참조하면 상기 롤(11)에 의한 냉각효과 및 복열현상으로 인하여 기존의 평균열전달계수를 사용하는 수식모델과는 다른 온도형태를 잘 나타내 주고 있다.

또한, 상기 롤(11)의 열제거량을 검출하기 위한 냉각수의 온도변화를 주조시간에 따른 변화추이를 살펴 본 결과 도 6(b)에서 알 수 있듯이 본 발명에서 제안하는 온도계(21)의 검출값과 수식모델을 활용함으로써 보다 정도 높은 수식모델과 롤 수명예측이 가능해진다.

상술한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명의 일실시예를 도시한 것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따른 세그먼트 측정기는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 제작, 실시될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

본 발명에 의하면, 평균열전달 계수를 도입하여 기존에 사용되어 오던 연속주조 주편의 수식모델에 롤의 열 이력 데이터를 추가로 수집 및 분석하는 수식모델을 새로이 구성함으로써 수식모델의 정도를 향상시킴은 물론, 롤 설비의 유지보수 및 주편의 품질도 향상시키며, 롤의 체계적인 유지보수 관리가 가능케 되어 공정개선에 큰 효과가 있다.

Claims

주편을 연속주조하는 연속주조기에 설치된 다수개의 세그먼트 각각에 부속된 다수의 롤 수명 예측방법에 있어서,

제i 번째 롤에 유입되어 상기 롤의 내부를 순환한 후 배출되는 냉각수에 의해 제거되는 상기 롤의 단위 면적당 열량 Qi를 계산하는 제1 단계;

상기 Qi를 이용하여 주편의 위치별 온도를 계산하고 상기 온도를 이용하여 상기 주편의 응고패턴을 구하는 제2 단계;

상기 주편과 접촉되는 롤의 온도, 변형량 및 응력을 계산하는 제3 단계;

상기 롤의 전단변형에너지(Ud1) 및 파손조건인 최대 전단변형에너지(Ud2)를 계산하는 제4 단계;

상기 롤의 수명(Lroll)을 계산하는 제5 단계;

상기 롤 냉각수의 최대평균온도값(T1max) 및 설정된 시간 간격을 두고 상기 롤 냉각수의 최대평균온도값(T2max)을 계산하는 제6 단계; 및

상기 Ud1 ≥Ud2, Lroll ≥N(설정된 롤 수명) 및 ｜T1max - T2max｜≥β(허용오차)를 동시에 만족하는 경우 상기 롤을 점검하는 제7 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조기의 롤 수명예측방법.
제 1항에 있어서, 상기 롤의 단위 면적당 열량 Qi는 하기 계산식1에 의거하여 계산되는 것을 특징으로 하는 연속주조기의 롤 수명예측방법.

[계산식 1]

(여기서,는 상기 시간당 냉각수 유량 변동량, Cp는 냉각수의 정압비열, △Ti는 i 번째의 롤에서의 냉각수 온도의 입출측 편차, Ar은 상기 롤의 표면적)
제 2항에 있어서,

상기 롤에 유입되는 냉각수의 유량을 측정하고 상기 롤을 순환한 후 상기 롤로부터 배출되는 냉각수의 온도를 측정하는 것을 특징으로 연속주조기의 롤 수명예측방법.
제 1항에 있어서, 상기 롤 수명(Lroll)은,

롤 반경, 길이, 분할형태, 사용조건, 주편 생산량, 롤 마모계수, 주편정체 이력를 포함한 정보를 고려하여 하기 계산식2에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 연속주조기의 롤 수명 예측방법.

[계산식 2]

(여기서, A는 비례상수, L은 롤의 길이, w는 롤 마모계수, Sn는 주편의 월간정체 회수, n은 세그먼트 제거 회수, Pmy는 월간, 년간 주편 생산량(ton), r은 롤의 직경)
제 1항에 있어서,

상기 전단변형에너지(Ud1) 및 최대 전단변형에너지(Ud2)는 최대 전단변형 에너지설을 이용하여 하기 계산식2에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 연속주조기의 롤 수명예측방법.

[계산식 3]

(여기서,는 단축인장 주응력, v는 프와송비, E는 탄성계수)