KR20050015577A - 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치 - Google Patents

Abstract

레이저 센서를 이용하여 몰드폭을 측정하고, 레이저 센서를 이용하여 몰드 단변의 테이퍼를 계산함으로써 브랙아웃의 발생 등을 방지하여 슬라브 품질을 향상시킬 수 있는 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치에 관한 것이다.

본 발명은 서로 평행한 두 개의 장변과, 상기 장변에 수직으로 그 사이에 서로 마주보며 하부로 갈수록 그 간격이 좁아지도록 소정의 테이퍼를 갖는 두 개의 단변으로 이루어진 몰드의 테이퍼 및 몰드폭 제어장치에 있어서, 상기 몰드 최상단에서 상기 단변 사이의 간격인 몰드폭을 측정하는 제1 레이저 센서와, 상기 몰드 내의 소정의 위치에서 상기 몰드의 가로 방향에 평행하게 레이저를 조사하여 상기 단변까지의 제1 간격을 측정하는 제2 레이저 센서와, 상기 제2 레이저 센서 하부에, 상기 제2 레이저 센서가 설치된 위치와 소정의 간격으로 이격되어 나란히 설치되고, 상기 몰드의 가로방향에 평행하게 레이저를 조사하여 상기 단변까지의 제2 간격을 측정하는 제3 레이저 센서와, 상기 제1 간격 및 제2 간격을 이용하여 하기 수학식 1과 같이 몰드의 테이퍼를 연산하고, 사전에 설정된 몰드폭 및 테이퍼와 상기 측정된 몰드폭 및 연산된 테이퍼와 비교하여 그 오차를 수정하도록 몰드폭 및 테이퍼를 제어하는 제어부를 포함하는 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 브랙아웃의 발생 등을 방지하여 연속주조 공정을 통해 생산되는 슬라브 품질을 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

Description

레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING TAPER AND WIDTH OF MOLD USING LASER SENSOR}

본 발명은 연속주조 공정에서 사용되는 연주기 몰드의 테이퍼 및 그 폭을 측정하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 센서를 이용하여 몰드폭을 측정하고, 레이저 센서를 이용하여 몰드 단변의 테이퍼를 계산함으로써 브랙아웃의 발생 등을 방지하여 슬라브 품질을 향상시킬 수 있는 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조 공정에서 사용되는 연주기는, 래들로부터 공급되는 용강을 일시 저장하는 턴디쉬와, 상기 턴디쉬로부터 주입되는 용강을 응고시키는 몰드와, 상기 몰드에서 응고되는 용강을 반출하기 위한 핀치롤을 포함하여 구성된다. 이와 같은 연주기에 사용되는 상기 몰드는 도 1a에 도시한 바와 같이, 서로 평행한 두 개의 장변(11a, 11b)과, 상기 장변의 사이에 설치되고 하부로 갈수록 서로의 간격이 좁아지는 테이퍼 형태를 이루는 두 개의 단변(12a, 12b)으로 이루어진다. 상기 두 개의 단변(12a, 12b) 사이의 거리를 몰드폭이라고 한다. 상기 단변(12a, 12b) 사이의 간격, 즉 몰드폭은 몰드의 하부로 갈수록 좁아지므로, 각각의 단변(12a, 12b)은 지상에 수직인 방향과 소정의 경사도(θ)를 갖는다. 이 경사도(θ)를 테이퍼(taper)라고 한다. 상기 몰드폭 및 테이퍼는 몰드를 통해 제조되는 슬라브(slab)의 규격 및 품질과 밀접한 연관을 가진다. 특히, 응고되는 용강과 단변(12a, 12b)의 접촉면은 연속 주조가 지속적으로 이루어지면서 마모가 발생하며, 단변(12a, 12b)의 하부는 그 마모의 정도가 더욱 심하다. 따라서, 이러한 마모에 의해 몰드폭 및 테이퍼가 변동되므로 지속적으로 몰드폭 및 테이퍼를 정확하게 측정하여, 원하는 값을 유지하는 것이 중요하다. 종래에는 몰드 단변(12a, 12b)의 테이퍼를 측정하기 위해 몰드 커버에 설치된 지지대(13)에 연결고리(14)로 연결된 테이퍼 측정장치(15)를 몰드 단변(12a)에 얹어놓은 상태에서 테이퍼를 측정하였다.

종래의 몰드폭 설정 방법 및 테이퍼 측정 방법을 도 1b를 통해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1b는 종래의 몰드폭 설정 및 테이퍼 측정 방법을 설명하기 위해 몰드의 단면도이다. 종래에는, 먼저, 몰드 상부의 몰드폭을 설정된 값으로 조정하기 위해, 몰드 단변(12a, 12b)의 상부에 설치된 몰드폭 조정모터(21a, 21b)를 구동시키고, 몰드폭 조정모터(21a, 21b)의 구동에 의해 모터감속기(23a, 23b)가 회전하게 된다. 이 모터감속기(23a, 23b)의 회전력이 몰드 단변(12a, 12b)에 가해져 몰드폭이 조정된다. 이 때, 모터감속기(23a, 23b)에 설치된 위치검출기(25a, 25b)에서 모터감속기(23a, 23b)의 회전에 따른 몰드 단변(12a, 12b)의 이동 위치를 검출하여 원하는 값에 이르면 모터의 구동을 중지시켜 원하는 몰드폭으로 조정하게 된다.

동일한 방법으로, 몰드의 테이퍼를 조정하기 위해, 몰드 단변(12a, 12b)의 하부에 설치된 테이퍼 조정모터(22a, 22b)를 구동시키고, 몰드폭 조정모터(22a, 22b)의 구동에 의해 모터감속기(24a, 24b)가 회전하게 된다. 이 모터감속기(24a, 24b)의 회전력이 몰드 단변(12a, 12b)의 하부에 가해져 테이퍼가 조정된다. 이 때, 모터감속기(24a, 24b)에 설치된 위치검출기(26a, 26b)에서 모터감속기(23a, 23b)의 회전에 따른 몰드 단변(12a, 12b)의 이동 위치를 검출하여 원하는 값에 이르면 모터의 구동을 중지시켜 원하는 테이퍼로 조정하게 된다.

이 때, 테이퍼는 몰드 커버에 설치된 지지대(13)에 연결고리(14)로 연결된 테이퍼 측정장치(15)를 몰드 단변(12a, 12b)에 얹어놓은 상태에서 측정된다. 이러한 종래의 테이퍼 측정 방법에서는, 테이퍼 측정장치(15)가 몰드 단변(12a)에 완전히 밀착되지 않는 경우 정확한 테이퍼의 측정이 이루어지지 않는 단점이 있다. 또한, 몰드 단변의 하부는 응고된 용강에 의해 마모가 더욱 심하게 이루어지는 위치로, 종래의 테이퍼 측정방식에 의하면, 연결고리(14)의 길이에 따라 단변(12a)의 일부분의 테이퍼만을 측정하게 되므로, 마모가 더욱 심하게 발생하는 몰드 단변의 하부에서의 테이퍼 측정이 이루어지지 않는 단점이 있다. 이와 같이, 테이퍼의 정확한 측정이 이루어지지 않는 경우, 블랙아웃의 발생 및 생산되는 슬라브의 표면에 크랙 및 흠이 발생하여 슬라브의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, 레이저 센서를 이용하여 몰드 최상단의 몰드폭을 보다 정확하게 측정하고, 레이저 센서를 이용하여 몰드 단변의 테이퍼를 보다 정확하게 연산함으로써 브랙아웃의 발생 등을 방지하여 슬라브 품질을 향상시킬 수 있는 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 서로 평행한 두 개의 장변과, 상기 장변에 수직으로 그 사이에 서로 마주보며 하부로 갈수록 그 간격이 좁아지도록 소정의 테이퍼를 갖는 두 개의 단변으로 이루어진 몰드의 테이퍼 및 몰드폭 제어장치에 있어서,

상기 몰드 최상단에서 상기 단변 사이의 간격인 몰드폭을 측정하는 제1 레이저 센서와, 상기 몰드 내의 소정의 위치에서 상기 몰드의 가로방향에 평행하게 레이저를 조사하여 상기 단변까지의 제1 간격을 측정하는 제2 레이저 센서와, 상기 제2 레이저 센서 하부에, 상기 제2 레이저 센서가 설치된 위치와 소정의 간격으로 이격되어 나란히 설치되고, 상기 몰드의 가로방향에 평행하게 레이저를 조사하여 상기 단변까지의 제2 간격을 측정하는 제3 레이저 센서와, 상기 제1 간격 및 제2 간격을 이용하여 하기 수학식 1과 같이 몰드의 테이퍼를 연산하고, 사전에 설정된 몰드폭 및 테이퍼와 상기 측정된 몰드폭 및 연산된 테이퍼와 비교하여 그 오차를 수정하도록 몰드폭 및 테이퍼를 제어하는 제어부를 포함하는 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치를 제공한다.

[수학식 1]

(θ: 테이퍼, A1 : 제1 간격, A2 : 제2 간격, B : 제2 레이저 센서 및 제3 레이저 센서 사이의 간격)

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 제1 레이저 센서 내지 제3 레이저 센서는 상기 몰드의 장변에 자석을 이용하여 설치되며, 상기 제2 레이저 센서 및 상기 제3 레이저 센서는 소정의 간격으로 이격되어 하나의 패키지로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 상기 제어부에서 연산되고 제어되는 결과를 시각적으로 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치의 구성 및 작용을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예는 상기 몰드 최상단에서 상기 단변 사이의 간격인 몰드폭을 측정하는 제1 레이저 센서(30a)와, 상기 몰드 내의 소정의 위치에서 상기 몰드폭 방향에 평행하게 레이저를 조사하여 상기 단변까지의 제1 간격을 측정하는 제2 레이저 센서(30b)와, 상기 제2 레이저 센서 하부에, 상기 제2 레이저 센서가 설치된 위치와 소정의 간격으로 이격되어 나란히 설치되고, 상기 몰드폭에 평행하게 레이저를 조사하여 상기 단변까지의 제2 간격을 측정하는 제3 레이저 센서(30c)와, 상기 제1 간격 및 제2 간격을 이용하여 몰드의 테이퍼를 연산하고, 사전에 설정된 몰드폭 및 테이퍼와 상기 측정된 몰드폭 및 연산된 테이퍼와 비교하여 그 오차를 수정하도록 몰드폭 및 테이퍼를 제어하는 제어부(31) 및 상기 제어부에서 연산되고 제어되는 결과를 시각적으로 표시하는 디스플레이부(32)를 포함하여 구성된다.

상기 제1 레이저 센서(30a)는, 몰드의 최상단에 몰드의 가로방향에 수평으로 설치될 수 있다. 이 때, 상기 제1 레이저 센서(30a)는 부착을 위한 자석을 포함하고 있음이 바람직하며, 상기 자석을 통해 몰드 장변에 부착될 수 있다. 상기 제1 레이저 센서(30a)는 몰드의 최상단에서 단변과 단변 사이의 거리인 몰드폭을 측정한다. 이와 같이 레이저 센서를 이용하면 보다 정확한 몰드폭의 측정이 가능해 진다.

상기 제2 레이저 센서(30b)는, 몰드 내부의 임의의 위치에 몰드의 가로방향에 수평으로 설치될 수 있다. 상기 제2 레이저 센서(30b)는, 상기 제1 레이저 센서(30a)와 마찬가지로 부착을 위한 자석을 포함하고 있음이 바람직하며, 상기 자석을 통해 몰드 장변에 부착될 수 있다. 상기 제2 레이저 센서(30b)는 설치된 위치에서 몰드의 단변을 향해 몰드 가로방향과 평행하게 레이저를 조사하여 그 간격(이하, 제1 간격)을 측정한다.

상기 제3 레이저 센서(30c)는, 상기 제2 레이저 센서(30b)의 하부에 소정의 간격(B)으로 이격되어 나란히 설치된다. 즉, 상기 제2 레이저 센서와 제3 레이저 센서는, 몰드의 세로방향으로는 소정의 간격으로 이격되어 있으며, 몰드의 가로방향으로 동일한 위치에 있게된다. 상기 제3 레이저 센서(30c) 역시 상기 제1 레이저 센서(30a)와 마찬가지로 부착을 위한 자석을 포함하고 있음이 바람직하며, 상기 자석을 통해 몰드 장변에 부착될 수 있다. 또한, 상기 제2 레이저 센서(30b)는, 상기 제2 레이저 센서(30b)와 같이 설치된 위치에서 몰드의 단변을 향해 몰드 가로방향과 평행하게 레이저를 조사하여 그 간격(이하, 제2 간격)을 측정한다.

특히, 상기 제2 레이저 센서(30b)와 상기 제3 레이저 센서(30c)는 하나의 패키지로 구성될 수 있다. 패키지로 구성할 때, 상기 두 개의 레이저 센서(30b, 30c)의 간격은 일정하게 고정되는 것이 바람직하며, 조사되는 레이저는 서로 수평을 이루어야 하고 조사되는 위치의 레벨이 서로 동일해야 한다. 이 패키지에는 몰드에 부착하기 위한 자석이 포함되는 것이 바람직하다.

상기 제어부(31)는 상기 제1 레이저 센서(30a)에 의해 측정되는 몰드폭 측정값과 사전 설정된 몰드폭 설정값을 비교하여, 그 오차를 수정하도록 제어한다. 즉, 상기 제1 레이저 센서(30a)에 의해 몰드폭은 연속적으로 측정되고, 이 측정된 값을 상기 제어부(31)에서 입력받아 사전 설정된 몰드폭 설정값과 비교하고, 이어 그 오차에 따라 몰드폭 조정모터(21a, 21b)를 구동한다. 연속적으로 측정되는 몰드폭이 사전 설정된 몰드폭 설정값과 동일하게 되면, 상기 제어부(31)는 몰드폭 조정모터(21a, 21b)의 구동을 중지한다.

또한 상기 제어부(31)는 상기 제2 레이저 센서(30b)에 의해 측정되는 제1 간격(A₁)과, 상기 제3 레이저 센서(30c)에 의해 측정되는 제2 간격(A₂) 및 상기 제2 레이저 센서(30b)와 제3 레이저 센서(30c) 사이의 간격(B)을 이용하여 테이퍼(θ)를 연산하고, 테이퍼 연산값 및 사전 설정된 테이퍼 설정값을 비교하여 그 오차를 수정하도록 테이퍼 조정모터(22a, 22b)를 구동시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 테이퍼(θ)는 몰드의 단변(12a, 12b))이 몰드의 수직방향을 기준으로 하여 기울어진 정도를 나타내는 것으로, 그 탄젠트값은 (제1 간격-제2 간격)/(제2 레이저 센서와 제3 레이저 센서와이 간격)으로 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 테이퍼(θ)는 하기 수학식 1을 이용하여 연산된다.

(θ: 테이퍼, A1 : 제1 간격, A2 : 제2 간격, B : 제2 레이저 센서 및 제3 레이저 센서 사이의 간격)

상기 디스플레이부(32)는 상기 제어부(31)에서 입력받는 값들과, 연산하는 값 및 제어하는 값 등을 시각적으로 표시하여 설비 운전자가 설비의 상태를 쉽게 파악할 수 있게 한다. 본 실시예에서 상기 디스플레이부(32)에는, 몰드폭 설정값 및 제1 레이저 센서(30a)에 의해 측정되는 몰드폭 측정값, 제2 레이저 센서(30b)에 의해 측정되는 제1 간격 및 제3 레이저 센서에 의해 측정되는 제2 간격, 테이퍼 설정값 및 테이퍼 연산값, 제어부에서 제어되고 있는 각종 조정모터들의 상태 등이 디스플레이 될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 연속주조 공정을 시작하기 전 설비 운전자는 해당 연속주조 공정에서 제조해야 하는 슬라브의 규격에 따라 몰드의 몰드폭 및 테이퍼를 설정한다. 이를 위해 설비 운전자는 몰드의 최상단에 제1 레이저 센서(30a)를 몰드의 가로방향에 수평으로 레이저를 조사할 수 있도록 몰드의 장변(11b)에 설치하고, 제2 레이저 센서 및 제3 레이저 센서를 포함하는 패키지(30d)를 역시 몰드의 가로방향에 수평으로 레이저를 조사할 수 있도록 몰드의 장변(11b)에 설치한다.

이어, 설비 운전자는 본 실시예에 따른 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치를 작동시킨다. 상기 제1 레이저 센서(30a)는 몰드폭을 연속적으로 측정하고, 상기 제2 레이저 센서 및 제3 레이저 센서는 설치된 위치에서 몰드의 단변까지의 간격을 연속적으로 측정한다. 이와 같이 측정된 몰드폭 측정값 및 단변까지의 간격 측정값은 제어부(31)로 입력되고, 상기 제어부(31)는 연산 및 제어를 시작한다.

상기 제어부(31)는 제1 레이저 센서(30a)에 의해 측정되는 몰드폭 측정값과 사전 설정된 몰드폭 설정값을 비교하여 그 오차를 수정하도록 몰드폭 조정모터(21a, 21b)를 구동시킨다. 상기 몰드폭 조정모터(21a, 21b)의 구동에 의해 몰드폭은 변동하며, 이러한 변동에 의해 상기 제1 레이저 센서(30a)에서 측정되는 몰드폭 측정값이 상기 몰드폭 설정값과 동일하게 되면, 상기 제어부(31)는 상기 몰드폭 조정모터(21a, 21b)의 구동을 중지시킨다.

또한, 제어부(31)는 제2 레이저 센서(30b)에 의해 측정된 제1 간격 및 제3 레이저 센서(30c)에 의해 측정된 제2 간격과, 상기 제2 레이저 센서(30b)와 제3 레이저 센서(30c)의 간격을 입력받아 상기 수학식 1을 이용하여 테이퍼(θ)의 값을 연산한다. 이와 같이 연산된 테이퍼 연산값과 사전 설정된 테이퍼 설정값을 비교하고, 상기 몰드폭의 제어와 동일한 방법으로 테이퍼 조정모터(22a, 22b)를 구동시켜 상기 테이퍼 연산값과 테이퍼 설정값이 동일하게 되도록 제어한다.

이와 같이 동작하는 본 발명의 일실시예에서는, 정확한 측정이 가능한 레이저 센서를 사용하여 몰드폭 및 테이퍼의 측정이 가능하며, 상기 제2 레이저 센서 및 제3 레이저 센서는 몰드 내의 임의의 위치에 설치될 수 있으므로, 특히 마모가 심한 몰드의 하부에서 정확한 테이퍼의 측정이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치는, 레이저 센서를 이용하여 몰드 최상단의 몰드폭을 보다 정확하게 측정하고, 레이저 센서를 이용하여 몰드 단변의 테이퍼를 보다 정확하게 연산함으로써 브랙아웃의 발생 등을 방지하여 연속주조 공정을 통해 생산되는 슬라브 품질을 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

도 1a는 종래의 몰드 테이퍼 측정장치를 도시한 분해 사시도이다.

도 1b는 종래의 몰드 테이퍼 측정장치를 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 몰드폭 및 테이퍼 제어장치의 구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

11a, 11b : 장변 12a, 12b : 단변

21a, 21b : 몰드폭 조정모터 22a, 22b : 테이퍼 조정모터

30a : 제1 레이저 센서 30b : 제2 레이저 센서

30c : 제3 레이저 센서 31 : 제어부

32 : 디스플레이부

Claims (4)

1. 서로 평행한 두 개의 장변과, 상기 장변에 수직으로 그 사이에 서로 마주보며 하부로 갈수록 그 간격이 좁아지도록 소정의 테이퍼를 갖는 두 개의 단변으로 이루어진 몰드의 테이퍼 및 몰드폭 제어장치에 있어서,

   상기 몰드 최상단에서 상기 단변 사이의 간격인 몰드폭을 측정하는 제1 레이저 센서;

   상기 몰드 내의 소정의 위치에서 상기 몰드의 가로 방향에 평행하게 레이저를 조사하여 상기 단변까지의 제1 간격을 측정하는 제2 레이저 센서;

   상기 제2 레이저 센서 하부에, 상기 제2 레이저 센서가 설치된 위치와 소정의 간격으로 이격되어 나란히 설치되고, 상기 몰드의 가로방향에 평행하게 레이저를 조사하여 상기 단변까지의 제2 간격을 측정하는 제3 레이저 센서; 및

   상기 제1 간격 및 제2 간격을 이용하여 하기 수학식 1과 같이 몰드의 테이퍼를 연산하고, 사전에 설정된 몰드폭 및 테이퍼와 상기 측정된 몰드폭 및 연산된 테이퍼와 비교하여 그 오차를 수정하도록 몰드폭 및 테이퍼를 제어하는 제어부를 포함하는 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치.

   [수학식 1]

   (θ: 테이퍼, A1 : 제1 간격, A2 : 제2 간격, B : 제2 레이저 센서 및 제3 레이저 센서 사이의 간격)
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 레이저 센서 내지 제3 레이저 센서는 상기 몰드의 장변에 자석을 이용하여 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2 레이저 센서 및 상기 제3 레이저 센서는 소정의 간격으로 이격되어 하나의 패키지로 구성됨을 특징으로 하는 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치.
4. 제1항에 있어서, 테이퍼 및 몰드폭 제어장치는,

   상기 제어부에서 연산되고 제어되는 결과를 시각적으로 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서를 이용한 테이퍼 및 몰드폭 제어장치.