KR20040041319A - 침지노즐의 막힘 예측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노즐 표면의 온도를 측정하여 침지노즐의 막힘량을 초기부터 감지할 수 있도록 한 침지노즐의 막힘 예측방법에 관한 것이다.

본 발명은 주조중 열전대를 침지노즐의 표면에 상시 접촉시켜 노즐 표면의 온도변화를 연속적으로 측정하는 단계와; 측정된 온도변화 폭 정보를 하기한 식에 대입하여 노즐의 막힘층두께를 산출하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 침지노즐의 막힘 예측방법을 제공한다.

막힘층두께=-0.05073+0.03249*(△T)-1.73467*10^-5*(△T)²+1.83785*10^-7*(△T)³

(여기에서, △T:노즐 표면의 온도변화량)

본 발명에 따르면, 침지노즐의 표면 온도를 측정하는 것에 의해 주조초기부터 실시간적으로 노즐의 막힘정도를 예측할 수 있어 그에 적절히 대응함으로써 노즐막힘 현상을 미연에 해결하여 주편 결함을 미연에 방지할 수 있게 된다.

Description

침지노즐의 막힘 예측방법{PREDICTION METHOD OF CLOGGING OF SUBMERGED ENTRY NOZZLE}

본 발명은 노즐 표면의 온도를 측정하여 침지노즐의 막힘량을 초기부터 감지할 수 있도록 한 침지노즐의 막힘 예측방법에 관한 것이다.

일반적으로, 주조 프로세스는 턴디쉬에 수강된 용강을 몰드 내부로 주입하여 연속적으로 응고시키면서 일정한 크기 및 형태의 괴(SLAB)를 제조하는 과정이다.

즉, 이러한 슬라브 제조과정은 도 1의 도시와 같이, 턴디쉬(1)의 하부에 설치된 상부,중간,하부플레이트(3,4,5)로 이루어지고 이들중 중간플레이트(4)를 전후진시켜 그 개도량을 조절하는 유압실린더(6)를 포함하는 카세트(7)와, 상기 턴디쉬(1)와 주형(몰드)(9)을 연결하는 침지노즐(8)에 의해 턴디쉬(1) 내부에 수강된 용강(2)이 주형(9) 내부로 유도되면서 이루어진다.

이와 같이, 턴디쉬(1)와 주형(9)을 연결하는 침지노즐(8)은 용강을 대기로부터 보호하여 용강이 재산화되는 것을 억제함으로써 주편내 비금속 개재물의 함유량을 최소화시키며, 또한 그 내부 형상에 따라 주형(9)내 용강의 유동양상에 많은 영향을 미치므로 용강의 유동을 조절하는 주 역할을 하여 탕면 안정화 및 주편 품질 안정화에 기여하게 된다.

침지노즐(8)이 상술한 역할을 정상적으로 수행하기 위해서는 노즐 내부가 시간경과에 따라 동일한 형태를 유지해야 한다. 즉, 내부가 지금이나 비금속 개재물로 막히게 되면 턴디쉬의 용강을 주형으로 이송할 수 없게 되며, 몰드 내의 유동 또한 원하는 형식으로 얻을 수가 없게 된다.

그런데, 침지노즐(8)은 흔히 내화재로 이루어지기 때문에 용강중 비금속 개재물이 많을 경우 부착이 용이하므로 노즐을 막을 가능성이 높아지게 되고, 노즐막힘이 많아지면 부착된 노즐 내부의 유동이 비정상적으로 되어 주형(9) 내부에서의응고쉘의 성장이 불량하게 되며, 또한 부착된 개재물이 탈락되어 주형(9) 내부로 유입되면 탈락물질이 응고쉘에 부착되어 주편 결함을 야기하고, 종국에는 최종 제품에 개재물성 결함을 발생시키게 된다.

종래에는 침지노즐(8)이 막혔을 경우 턴디쉬(1) 쪽에서 봉을 삽입하여 막힘물질을 강제적으로 탈락시키거나, 침지노즐(8)의 토출구 쪽에 봉을 삽입하여 노즐 내부의 부착물질을 탈락시키는 작업을 하거나 혹은 노즐 내부로 취입하는 아르콘 가스의 양을 증가시키는 것과 같은 방법을 사용하였다.

이와 같이 침지노즐(8)의 막힘은 제품의 품질에는 물론이고, 조업의 안정성에도 악영향을 미치므로 노즐 막힘을 조기에 차단하는 것이 매우 중요하며, 그러기 위해서는 노즐막힘 현상을 상세히 파악하는 것이 요구된다.

그러나, 도시와 같이 슬라이딩게이트인 중간플레이트(4)로 용강의 유량을 제어하는 설비에서는 노즐막힘 정도를 상기 중간플레이트(4)의 스트로크로 파악할 수는 있으나 통상적으로 노즐의 내경은 충분히 커서 토출량 대비 200% 가량의 면적을 가지고 있기 때문에 노즐 내부가 약 50% 가량 막혀 들어갈 때까지는 사실상 감지하기 곤란하다는 어려움이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 침지노즐의 표면 온도를 측정하여 그 온도변화에 따라 노즐의 막힘량을 예측하여 주조 초기부터 노즐막힘을 감지할 수 있도록 한 침지노즐의 막힘 예측방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 침지노즐의 배치상태를 보인 예시도,

도 2는 본 발명을 설명하기 위한 열전대의 설치상태 모식도,

도 3은 본 발명에 따른 침지노즐의 표면온도 비교 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 침지노즐의 막힘층두께에 대한 비교 그래프,

도 5는 종래 방법에 의한 노즐막힘지수와 실제 막힘층간의 단면적 분율관계를 보인 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1....턴디쉬 4....중간플레이트(슬라이딩게이트)

8....침지노즐 10....열전대

12....캐스터블인슐레이터 20....애자관

22....유도파이프 24....스프링

본 발명의 상기한 목적은, 주조중 열전대를 침지노즐의 표면에 상시 접촉시켜 노즐 표면의 온도변화를 연속적으로 측정하는 단계와; 측정된 온도변화 폭 정보를 후술할 식1에 대입하여 노즐의 막힘층두께를 산출하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 침지노즐의 막힘 예측방법을 제공함에 의해 달성된다.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명을 설명하기 위한 침지노즐의 표면온도 측정수단의 배설상태를 보인 예시적인 단면도이다.

도시와 같이, 본 발명에서는 침지노즐(8)의 막힘상태를 조업중에 실시간으로 측정하기 위해 침지노즐(8)의 표면에 홈을 가공하고, 상기 홈에는 열전대(10)의 선단이 접촉되도록 배설하여서 이루어진다.

이때, 측온부위의 온도가 1400℃ 이상이며, 주위가 고온이기 때문에 상기 열전대(12)를 지지할 수 있으면서 이 열전대(10)가 항상 측온부위에 밀착 접촉될 수 있도록 하여 주는 수단을 부설함이 바람직하다.

상기 수단으로는 애자관(20), 유도파이프(22) 및 스프링(24)을 들 수 있다.

애자관(ALUMINA TUBE INSULATOR)(20)은 상기 열전대(10)를 보호하기 위해 감싸는 부재로서, 조업중 측온부위의 진동, 충격 등 물리적인 힘이 작용하기 때문에 이러한 힘들로부터 상기 열전대(10)를 지지하기 위해 요구된다.

유도파이프(ALUMINA TUBE GUIDER)(22)는 상기 애자관(20)의 외주면에 서로 거리를 두고 떨어져 고정되는 것으로 상기 애자관(20)이 유동되지 않도록 하여 침지노즐(8) 몸체에 상기 열전대(10)가 움직이지 않게 고정되도록 하여 주는 부재이다.

스프링(24)은 상기 유도파이프(22)간을 서로 연결하여 상기 열전대(10)가 상기 침지노즐(8)측으로 상시 밀착되도록 하여 주조 전후의 고온진동조건에서도 안정적인 측온작업이 가능하도록 하여 준다.

아울러, 상기 열전대(10)의 선단에는 카본성분이 포함되지 않은 세라믹소재의 케스터블인슐레이터((12)가 피복되는데 이는 침지노즐(8)이 통상 알루미나와 그라파이트의 혼합물질로 구성되기 때문에 이중 그라파이트가 열전대와 반응하여 기전력의 값을 변화시킴으로써 측온에 악영향을 미치므로 이를 제거하기 위함이다.

이와 같은 수단들을 갖춘 후 본 발명의 방법에 의해 침지노즐(8)의 온도변화에 따른 노즐막힘 정도를 예측하는 방법에 대하여 상술한다.

본 발명에 따르면, 주조개시부터 주조종료에 이르는 3-6시간 동안 노즐의 막힘상태를 연속적으로 평가할 수 있게 된다.

즉, 주조초기에 침지노즐을 통해 용강이 흐르기 시작하면서 10분 이내에 노즐의 표면은 정상온도에 도달하게 된다. 측온부위의 온도는 노즐 내부를 흐르는 용강의 열이 침지노즐의 두께 방향 외부로 전달되면서 표면의 온도가 상승하게 된다.

만일, 노즐 벽면이 두껍다면 외부의 온도는 낮게 나타나고, 얇다면 높게 나타날 것이다. 그런데, 통상 노즐 막힘층의 두께는 주조시간이 경과함에 따라 점차 두꺼워지는데 그 두꺼워지는 정도에 따라 표면에서의 온도는 더욱 낮아지게 된다.

따라서, 노즐이 막히는 경우에는 표면 온도가 정상온도에 도달한 후에 온도는 점차 감소하는 거동을 보일 것이므로 침지노즐 온도의 최고치를 초기값으로 하며 시시각각의 온도를 초기값과 비교하여 그 결과를 화면상에 표시하여 주면 조업자들은 노즐 막힘량을 실시간으로 파악할 수 있게 된다.

이때, 막힘량과 온도와의 관계는 사전에 조사되어 정량적인 수식으로 도출되어 있어야 하며 그 관계식으로부터 막힘량을 정량적으로 제시할 수 있게 된다.

이와 같은 근거에 의해 본 발명이 제안된 것이다.

[실시예]

본 실시예에서는 본 발명에 따른 침지노즐의 표면온도를 연속적으로 측정함에 의해 노즐 막힘량을 정량적으로 판단한 결과와 종래 슬라이딩게이트(중간플레이트)의 스트로크로부터 판단한 노즐 막힘량의 결과를 조사하여 대비한 후 그래프로 나타내었다.

본 발명에서는 상술한 수단들을 통해 침지노즐의 표면온도를 측정하였으며, 주조 종료후 노즐 막힘층을 조사하였다.

노즐 표면의 최고온도와 주조 말기의 온도를 이용해 온도 강하폭을 구하였으며, 노즐 막힘층의 두께는 회수된 노즐을 이용하여 측정하였다.

하기한 표 1에는 온도 강하폭과 노즐 막힘층의 두께의 관계를 정리하여 나타내었다.

상기 표 1을 통해 온도 강하폭과 노즐 막힘층의 두께 관계는 식 1과 같이 얻어졌다.

(식 1)

막힘층두께=-0.05073+0.03249*(△T)-1.73467*10^-5*(△T)²+1.83785*10^-7*(△T)³

본 발명에서 제공하는 방법에 의해 주조중에 두 스트랜드에서 동시에 침지노즐의 표면온도를 연속적으로 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에서와 같이, 침지노즐의 최고온도는 침지노즐A,B에 대하여 각각 1406, 1413℃였으며, 주조말기의 주조 종료직전 온도는 1239, 1301℃였다.

온도 강하폭은 침지노즐A,B에서 각각 167℃와 112℃였다.

각각의 시간대별로 노즐 표면온도와 최고온도를 이용하여 식 1을 통해 막힘층의 두께를 산출하여 도 4에 나타내었다.

도 4에서와 같이, 본 발명에서 제공하는 방법에 의하면 노즐 온도로부터 노즐 막힘을 실시간으로 파악할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 주조 개시후 3800초 시기까지는 두 침지노즐의 막힘량이 유사하게 증가하였음을 알 수 있었다.

그러나, 침지노즐A에서는 3800~6000초 사이에 노즐막힘이 급격히 증가하였으며, 7600초 까지는 막힘층 두께가 오히려 감소하여 막힘층 일부가 탈락하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 다시 9000초 이후부터는 막힘의 속도가 다시 빠르게 진행되었던 반면에, 침지노즐B는 5400~6000초 사이에서만 다소 막힘이 빠르게 진행되었으며 이후에는 보통의 속도로 시간에 비례해서 막힘층이 지속적으로 성장하고 있음을 확인 하였다.

이와 같이 본 발명에서 제공하는 방법에 의하여 침지노즐 표면 온도를 측정함에 의해 노즐 막힘을 실시간으로 정확히 판단할 수 있음을 확인하였다.

비교를 위해, 침지노즐의 막힘을 파악하는 종래 방법을 통해 파악하였는데, 이는 한 주조 조업 실적을 대상으로 용강 토출량과 슬라이딩게이트의 스트로크를 입수한 후 노즐막힘지수(CI_SG)를 다음 식 2의 방법에 따라 구하였다.

(식 2)

CI_SG = (실제 스트로크 - 이론 스트로크 ) / 이론 스트로크

아울러, 주조에 사용된 침지노즐을 회수하여 노즐의 초기 내공면적과 막힘층의 단면적을 측정하였으며, 노즐막힘율은 식 3과 같이 구하였다.

(식 3)

노즐막힘율(%) = 100 * 막힘층 단면적 / 초기 내공면적

상기 노즐막힘지수와 노즐막힘율의 관계를 여러차례 조사하여 도 5에 나타내었다.

도 5에서와 같이, 노즐막힘 지수가 0~0.1에 있어서는 편차가 너무커 막힘지수로 실제 막힘량을 추정하기가 곤란하였는데 이는 실제 막힘율이 50% 이내의 막힘량에서는 슬라이딩게이트 스트로크에 의한 노즐막힘지수로 막힘량을 추정하기 어려움을 뜻한다.

다만, 막힘율이 50% 이상에서는 막힘량에 비례하여 막힘지수가 나타나고 있으므로 막힘지수에 의한 막힘량을 추정할 수 있다.

이와 같이, 종래의 방법에 의한 노즐막힘지수로는 노즐이 50% 가량 막혀들어갈 때까지는 조업자들에게 막힘량의 정보를 제공하기 어렵다는 것을 확인하였다.

상술한 바와 같은 두 비교시험에 의해, 본 발명에서 제공하는 노즐막힘 예측방법에 따르면 주조 초기부터 노즐막힘을 정량적으로 파악할 수 있어 종래 방법보다 훨씬 양호하게 노즐막힘을 실시간으로 판단할 수 있음을 확인하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 침지노즐의 표면 온도를 측정하는 것에 의해 주조초기부터 실시간적으로 노즐의 막힘정도를 예측할 수 있어 그에 적절히 대응함으로써 노즐막힘 현상을 미연에 해결하여 주편 결함을 미연에 방지할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 주조중 열전대를 침지노즐의 표면에 상시 접촉시켜 노즐 표면의 온도변화를 연속적으로 측정하는 단계와;

   측정된 온도변화 폭 정보를 하기한 식1에 대입하여 노즐의 막힘층두께를 산출하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 침지노즐의 막힘 예측방법.

   (식 1)

   막힘층두께=-0.05073+0.03249*(△T)-1.73467*10^-5*(△T)²+1.83785*10^-7*(△T)³

   (△T:노즐 표면의 온도변화량)
2. 제1항에 있어서,

   상기 막힘층두께에 관한 식은 침지노즐의 주조초기 극대점의 온도와 주조종료후의 최종온도의 차이를 데이터로하고, 주조후 회수된 침지노즐에서 측온부위의 막힘층두께를 다른 데이터로하여 두 데이터 사이의 관계로부터 산출된 것을 특징으로 하는 침지노즐의 막힘 예측방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 열전대의 선단에는 열전대가 침지노즐과 직접 접촉되지 않도록 세라믹소재의 캐스터블인슐레이터가 피복되고, 스프링에 의해 상기 침지노즐과 상시 접촉되도록 조립되는 것을 특징으로 하는 침지노즐의 막힘 예측방법.