KR20040032302A

KR20040032302A - 침지노즐의 막힘 방지 방법

Info

Publication number: KR20040032302A
Application number: KR1020020061378A
Authority: KR
Inventors: 양승만; 강수창; 최주
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-17
Also published as: KR100470654B1

Abstract

본 발명은 연속주조 공정에 있어 침지노즐의 막힘을 방지하는 방법에 관한 것으로, 침지노즐의 진동량을 검출하여 이를 주파수 분석한 특성을 이용해 침지노즐의 막힘 정도를 수치화하고, 상기 계산값에 따라 상부노즐 및 침지노즐에 취입되는 불활성 가스의 적절량을 조절하는 침지노즐의 막힘 방지 방법에 관한 것으로, 침지노즐의 진동량을 검출하는 단계(a); 상기 단계(a)에서 검출된 진동량을 주파수 분석하여 침지노즐의 막힘 정도를 수치화하는 단계(b); 상기 단계(b)의 계산값에 따라 불활성 가스의 적절량을 연산하여 상부노즐 및 침지노즐로 취입하는 단계(c);로 이루어진다.

Description

침지노즐의 막힘 방지 방법{METHOD FOR INJECTING CLOGGING OF SUBMERGED ENTRY NOZZLE}

본 발명은 연속주조 공정에 있어 침지노즐의 막힘을 방지하는 방법에 관한 것으로, 침지노즐의 진동량을 검출하여 이를 주파수 분석한 특성을 이용해 침지노즐의 막힘 정도를 수치화하고, 상기 계산값에 따라 상부노즐 및 침지노즐에 취입되는 불활성 가스의 적절량을 조절하는 침지노즐의 막힘 방지 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조 공정은 액상의 용강(2)을 일정한 형태의 고상으로 결함 없이 응고시키면서 연속으로 주조하는 것으로, 보다 상세하게는 래들(1)의 용강(2)이 턴디쉬(3)를 거쳐 몰드(5)로 이송되어 슬래브(slab)형태로 주조되는 공정이 연속적으로 진행되는 것이다. 이 공정에서 침지노즐(4)은 용강(2)이 턴디쉬(3)에서 몰드(5)로 공급되는 이동경로로서, 용강(2)이 턴디쉬(3)에서 몰드(5)로 직접 쏟아질 경우 발생되는 용강(2)의 산화 및 비산을 방지하기 위해 몰드(5)내의 용강(2) 중에 침지된 상태에서 용강(2)을 이송시킨다. 상기 침지노즐(4)은 고온의 용융된 용강(2)을 이송하므로 내화물로 구성된다.

상기 침지노즐(4)은 용강(2) 중에 현탁되어 있는 탈 산성 개재물 또는 침지노즐(4)의 내화물과 용강(2)이 반응하여 형성된 산화물에 의해 노즐의 내경이 감소하는 노즐 막힘 현상이 발생된다. 상기 노즐 막힘 현상이 발생한 경우, 용강(2)의 흐름이 일정하지 않아 몰드(5) 내의 용강(2)의 높이가 불안정해지고, 편류가 발생하여 몰드 플러스 등이 용강 내로 혼입되어 용강(2)의 청정도가 악화된다. 또한, 침지노즐(4) 내벽에 부착된 막힘 물질(개재물 또는 산화물)의 일부가 떨어진 경우, 용강 (2)중에 혼입되어 용강(2)의 청정도를 악화시킨다. 노즐 막힘 현상이 심한 경우 주조 공정을 중단하기도 한다.

상기와 같은 노즐 막힘 현상을 방지하기 위한 방법으로, 불활성 가스 취입법은 침지노즐(4) 또는 상부노즐(6)에 아르곤과 같은 불활성 가스를 취입하여 노즐에 부착되어 있는 막힘 물질들을 제거하는 것이 있다. 상기 침지노즐(4) 또는 상부노즐 (6)에 취입된 가스는 연속주조 공정에서 용강(2) 밖으로 배출되는데, 전만곡형 주조기와 같은 일부 주조기에서는 기포성 결함(Blow Hole Defact)을 일으키는 문제점이 있다. 이 외에도 침지노즐(4) 외부에 유도 자장을 발생시켜 막힘 물질을 용융시키는 방법, 내화물(막힘 물질)의 부착을 방지하기 위해 침지노즐(4)의 재질을 제한하는 방법 등이 있다. 하지만 이러한 방법들은 침지노즐(4)의 형상을 복잡하게 하거나, 내화물을 침식시키는 문제점이 있다. 상기와 같이 침지노즐(4)의 막힘을 방지하기 위한 방법은 여러 가지가 있으나, 침지노즐(4)의 막힘 정도를 정확히 측정할 수 없어서, 침지노즐(4)의 막힘을 방지하기 위한 조업이 제대로 이루어지지 않았다.

그리고, 기존의 침지노즐(4)의 막힘을 감지하는 방법으로는 연속 주조 공정중 슬라이딩 게이트(Sliding gate)의 오픈율(open rate: 궤도율)을 통한 감지 방법 및, 조업자가 침지노즐(4) 벽면에 쇠봉을 접촉시켜 얻는 진동을 통한 감지 방법이 있다. 그러나, 상기 슬라이딩 게이트의 궤도율에 따라 침지노즐(4)의 막힘 정도를 감지하는 방법은 주조 속도(용강의 토출 속도)에 따라 평균 궤도율의 차이가 존재하기 때문에 궤도율이 높다고 침지노즐(4)이 막혔다고 판단하기는 곤란하다. 또한, 조업자들에 의한 수동 감지 방법은 조업자에 따라 그 측정 정도의 차가 존재하므로 막힘 정도를 정량화하기 곤란한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 침지노즐내의 진동량에 의해 침지노즐의 막힘 정도를 수치화하고, 이를 바탕으로침지노즐 및 상부노즐로 취입되는 불활성 가스의 적정량을 제어하는 침지노즐의 막힘 방지 방법을 제공하는 것이다.

도1은 일반적인 연속주조기의 구성도이다.

도2는 침지노즐내 진동량의 주파수 분석을 나타낸 그래프이다.

도3은 막힘 지수에 따른 침지노즐내 부착층 두께를 나타낸 그래프이다.

도4는 본 발명의 침지노즐의 막힘 방지 방법을 나타낸 플로우차트이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

3: 턴디쉬4: 침지노즐

5: 몰드6: 상부노즐

10: 센서20: 제어부

30: 불활성 가스 저장소

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 방법은

(a)침지노즐의 진동량을 검출하는 단계;

(b)상기 단계(a)에서 검출된 진동량을 주파수 분석하여 침지노즐의 막힘 정도를 수치화하는 단계;

(c)상기 단계(b)의 계산값에 따라 불활성 가스의 적절량을 연산하여 상부노즐 및 침지노즐로 취입하는 단계;

로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 방법은 실 조업에서 사용되는 턴디쉬(3) 70톤 짜리를 이용해 실험한 값을 기준으로 하여 정의되며, 본 발명의 효과를 조사하기 위하여 도1에 도시된 바와 같은 장치를 이용한다. 또한, 불활성 가스의 취입 위치는 실 조업과 동일한 상부노즐(6) 및 침지노즐(4)로 한다.

상기 단계(a)는 침지노즐(4)의 진동을 검출하는 단계로서, 상기 침지노즐(4)의 진동을 검출하기 위해 레이저 도플러 가속도 센서(10)를 이용한다. 상기 레이저 도플러 가속도 센서(10)는 동일한 기능의 다른 제품으로 대체할 수 있으며, 초당 256회 이상의 속도로 진동량을 검출하면 된다. 상기 검출된 진동량은 제어부(20)로 전송된다.

상기 단계(b)는 상기 단계(a)에서 특정시간(1초간)내 검출된 진동량을 주파수 분석(FFT:Fast Four Transformation)하여, 각 주파수별 진동량을 통해 침지노즐(4)의 막힘을 수치화하는 단계이다. 1초 동안 수집된 진동량의 주파수 분석(FFT)을 나타낸 도2를 참조하여 살펴보면, 하기 수학식1은 40Hz~60Hz 및 75Hz~90Hz 주파수 대역에서의 진동량을 적분하여 침지노즐(4)의 막힘 정도를 막힘 지수(A)로 환산하는 것이다.

A : 막힘 지수

10, 20 : 주파수대별 막힘 지수에 기여하는 가중치

f(x) : 진동 신호의 주파수 분석 값

상기 단계(c)는 상기 단계(b)에서 얻어진 막힘 지수(A)를 이용하여, 상부노즐(6) 및 침지노즐(4)로 취입되는 불활성 가스의 양을 제어하는 단계이다.

단계(c)는 이하 실험결과를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

실험

본 실험은 침지노즐(4)의 막힘 지수(A)에 따라 상부노즐(6) 및 침지노즐(4)로 취입되는 불활성 가스의 적정량을 산출하는 것이다. 연속주조 공정의 시작부터 3분 단위로 막힘 지수(A)의 평균값을 산출하여, 이에 따라 불활성 가스의 취입량을 변화시켜 상부노즐(6) 및 침지노즐(4)로 취입하였다. 또한, 상기와 같이 불활성 가스를 취입한 경우, 차지(charge)별 평균 막힘 지수(A)의 비 및 차지별 기포성 결함의 발생 여부를 하기 표1에 기록하였다. 표1의 기존 예에서 보듯이, 일반적으로 상부노즐(6)은 분당 7L의 불활성 가스가 취입되었고, 침지노즐(4)은 분당 2.5L의 불활성 가스가 취입되었다. 이는 침지노즐(4)의 막힘 정도에 관계없이 일정하게 취입되어 기포성 결함을 발생시키는 원인이 되었다.

구분	가스 취입량[liter/min]	막힘 지수(A)의 비(후/전)	기포성 결함 발생 여부
구분	상부노즐	막힘 지수(A)의 비(후/전)	기포성 결함 발생 여부	침지노즐
비교 예1	4.5exp(막힘지수/10)	막힘지수/2	0.30	발생
비교 예2	4.5exp(막힘지수/10)	막힘지수/3	0.42	발생
비교 예3	4.5exp(막힘지수/10)	막힘지수/4	0.53	미발생
본 발명1	4.5exp(막힘지수/15)	막힘지수/2	0.65	미발생
본 발명2	4.5exp(막힘지수/15)	막힘지수/3	0.72	미발생
비교 예4	4.5exp(막힘지수/15)	막힘지수/4	0.90	미발생
본 발명3	4.5exp(막힘지수/20)	막힘지수/2	0.77	미발생
본 발명4	4.5exp(막힘지수/20)	막힘지수/3	0.85	미발생
비교 예5	4.5exp(막힘지수/20)	막힘지수/4	0.94	미발생
종래 예	7	2.5	기준	발생

표1의 비교 예1,2 처럼 불활성 가스가 많이 취입된 경우, 종래에 비해 막힘 지수(A)가 약 50% 이하로 저감되었으나, 기포성 결함이 발생되는 경우가 많았다. 또한, 비교 예4,5 처럼 불활성 가스가 적게 취입된 경우, 기포성 결함은 발생되지 않았으나, 막힘 저감율이 종래 연속주조 공정의 90%여서 침지노즐의 막힘 현상이급격히 진행되었다.

따라서, 침지노즐의 막힘을 저하시키면서 기포성 결함을 발생시키지 않는 본 발명의 예들을 통해 상부노즐(6) 및 침지노즐(4)로 취입되는 불활성 가스의 적절량을 유추할 수 있다. 연속주조 공정에서 측정되는 막힘 지수(A)를 이용하여 상부노즐(6) 및 침지노즐(4)로 취입되는 불활성 가스의 유량은 하기 수학식2,3을 통해 알 수 있다.

L₁: 상부노즐로 취입되는 불활성 가스량[liter/min]

A : 막힘 지수

b : 임의의 숫자로 본 발명에서는 15 또는 20

L₂: 침지노즐로 취입되는 불활성 가스량[liter/min]

A : 막힘 지수

c : 임의의 숫자로 본 발명에서는 2 또는 3

상기 임의의 숫자 b 및 c 는 막힘 지수(A)에 따라 상부노즐(6) 및 침지노즐(4)로 취입되는 불활성 가스의 적절량을 조절하기 위해 발명자가 임의로 선정한 숫자이다.

또한, 본 발명의 방법은 단계(d)를 더 포함할 수 있는데, 상기 단계(d)는 상기 수학식1에서 얻어진 막힘 지수(A)와 실제 침지노즐(4)의 막힘 정도의 상관성을 예측하는 단계이다. 상기 침지노즐(4)의 막힘 정도는 실제 연속주조 공정에서 측정이 어려워, 연속주조 공정이 종료된 후에 얻어진 침지노즐(4) 내부의 부착층 두께 및 종료 전 1분간의 평균 막힘 지수(A)와의 값을 비교하여 예측한다. 막힘 지수(A)에 따른 침지노즐(4)내 부착층 두께를 나타낸 도3의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 막힘 지수(A)가 증가할수록 침지노즐(4)내 부착층 두께가 두꺼워진다. 상기 도3의 그래프를 회기분석 해 본 결과, 두 변수간에는 하기 수학식4와 같은 식이 유추된다.

D : 침지노즐내 부착층 두께[mm]

A : 막힘 지수

도4는 본 발명의 침지노즐의 막힘 방지 방법을 나타낸 플로우차트이다. 연속주조 공정이 시작되면, 도1에 도시된 장치의 센서(10)는 초당 256회 이상 침지노즐(4)의 진동량을 검출한다(S101). 상기 초당 진동량은 제어부(20)으로 전송되어 주파수 분석된다(S102). 상기 진동량의 주파수 분석을 참조하여, 주파수별 진동량은 수학식1에 의해 초당 막힘 지수(A)로 환산된다(S103). 상기 초당 막힘 지수(A)의 누적 측정시간이 3분이 되면(S104), 평균 막힘 지수(A)를 계산한다(S105). 상기 평균 막힘 지수(A)를 통해 상부노즐(6)로 취입되는 불활성 가스의 적정량은 상기 수학식2에 의해 계산되고(S106), 상기 침지노즐(4)로 취입되는 불활성 가스의 적정량은 상기 수학식3에 의해 계산된다(S107). 상기 제어부(20)에서 계산된 불활성 가스의 취입량은 불활성 가스 저장고(30)로 전송되어 상기 상부노즐(6) 및 침지노즐(4)로 취입된다(S108).

본 발명은 침지노즐의 진동량을 검출하여 진동량을 주파수 분석하여 침지노즐의 막힘 정도를 수치화하고, 상기 수치화된 막힘 정도에 따라 침지노즐의 부착층 두께를 계산하여, 상기 계산값에 따라 상부노즐 및 침지노즐에 투입되는 불활성 가스의 적절량을 조절함으로서, 침지노즐의 막힘 현상 및 기포성 결함을 미연에 방지하는 효과가 있다.

Claims

액상의 용강을 일정한 형태의 고상으로 결함 없이 연속적으로 주조하는 연속주조 공정에서, 용강이 턴디쉬에서 몰드로 이동하는 경로인 침지노즐 내부에 지금이 부착되어 막히는 것을 방지하는 침지노즐의 막힘 방지 방법에 있어서,

(a)침지노즐의 진동량을 검출하는 단계;

(b)상기 단계(a)에서 검출된 진동량을 주파수 분석하여 침지노즐의 막힘 정도를 수치화하는 단계;

(c)상기 단계(b)의 계산값에 따라 불활성 가스의 적절량을 연산하여 상부노즐 및 침지노즐로 취입하는 단계;

로 이루어짐을 특징으로 하는 침지노즐의 막힘 방지 방법.
제1항에 있어서, 상기 침지노즐의 막힘 방지 방법은

(d)상기 단계(b)의 막힘 정도에 따라 실제 침지노즐의 부착층 두께를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침지노즐의 막힘 방지 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계(b)는

상기 침지노즐의 막힘 정도(막힘지수(A))를(A: 막힘 지수, 10, 20: 주파수대별 막힘 지수에기여하는 가중치, f(x): 진동 신호의 주파수 분석 값)에 의해 수치화하는 것을 특징으로 하는 침지노즐의 막힘 방지 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계(c)는

상기 수학식1의 막힘 지수(A)를 이용하여, 상부노즐로 취입되는 불활성 가스의 양은(L₁: 상부노즐로 취입되는 불활성 가스량[liter/min], A: 막힘 지수, b: 임의의 숫자로 본 발명에서는 15 또는 20)에 의해 계산되고, 침지노즐로 취입되는 불활성 가스의 양은(L₂: 침지노즐로 취입되는 불활성 가스량[liter/min], A: 막힘 지수, c: 임의의 숫자로 본 발명에서는 2 또는 3)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 침지노즐의 막힘 방지 방법.
제2항에 있어서, 상기 실제 침지노즐의 부착층 두께는

(D: 침지노즐내 부착층 두께[mm], A: 막힘 지수)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 침지노즐의 막힘 방지 방법.