KR20050027733A

KR20050027733A - 벌징에 의한 주기적인 탕면수위 제어방법

Info

Publication number: KR20050027733A
Application number: KR1020030064095A
Authority: KR
Inventors: 권영섭
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-03-21

Abstract

본 발명은 연속주조 공정의 탕면수위 제어방법으로서, 주형의 탕면수위를 측정하고 이를 통해 용강이 담긴 턴디쉬에서 주형으로 소통되는 슬라이딩 게이트의 개도면적을 설정하는 제1단계; 주형에서 배출된 용강을 복수개의 인발롤로 인발하는 제2단계; 용강을 인발함에 따른 인발롤 구동장치의 전류변동값을 측정하는 제3단계; 상기 제3단계에서 측정된 전류변동값을 용강의 벌징량으로 환산하는 제4단계; 상기 제4단계에서 구해진 벌징량을 주형의 단면적으로 나누어 탕면수위를 산출하는 제5단계; 상기 제5단계에서 계산된 탕면수위와 제1단계에서 측정된 탕면수위를 데이터베이스화 하는 제6단계; 상기 제6단계의 자료를 비교 분석하여 제5단계의 탕면수위가 제1단계의 탕면수위와 같아질 때까지 걸린 지연시간을 계산하는 제7단계; 및 상기 제7단계의 지연시간을 감안하여 상기 제1단계에서 설정된 슬라이딩 게이트의 조절시점을 보정하는 제8단계를 포함한다. 이에 따른 본 발명은 벌징현상으로 인해 탕면수위가 주기적으로 요동치는 것을 정확히 측정하고 이를 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

벌징에 의한 주기적인 탕면수위 제어방법{CONTROL METHOD FOR FLUCTUATION OF MOLTEN METAL LEVEL CAUSED BY SLAB BULGING}

본 발명은 연속주조공정에서 탕면수위를 제어하기 위한 것으로서, 더욱 상세하게는 벌징현상에 의해 탕면수위가 주기적으로 요동치는 현상을 효과적으로 측정하고 이를 제어하는 방법에 관한 것이다.

연속주조공정은 턴디쉬에 채워진 용강을 주형에 주입하여 강괴를 연속하여 생산하는 것이다. 주형에서 성형되어 배출되는 용강은 스트렌드에서 냉각수에 의해 응고되어 표면에 응고셀이 형성되는데, 응고셀 내부의 용강은 충분히 냉각되어 응고된 상태가 아니므로 유동이 자유롭다. 때문에, 주형에서 배출되는 용강은 낙하속도로 인하여 아래쪽으로 몰려 응고셀의 일 측이 불거져 나오는 이른바 벌징현상이 발생하게 된다. 이때, 불거져 나온 부위는 지지롤을 지나면서 수축되고 수축된 양은 위쪽으로 이동되어 탕면의 수위를 변화시킨다. 이러한 현상은 개재물이 슬라브내로 혼입되는 원인이 되어 슬라브의 품질을 저하시킨다.

따라서 주조 중 벌징으로 인한 탕면수위의 주기적인 요동을 제어할 수 있는 적절한 조치가 필요하다. 그러나, 정확한 벌징량과 위치를 측정하는 것이 어려워 벌징에 의해 탕면수위가 주기적으로 요동쳐도 이를 효과적으로 제어할 수 있는 방법이 없었다. 아울러, 연속주조공정에서 탕면수위의 관리범위는 ±5.0 또는 ±3.0mm내로 관리하게 되어있지만 벌징이 발생하게 되면 이 관리 범위를 벗어나게 되므로 생산되는 주편의 품질이 저하되었다.

종래에는 주로 벌징이 발생하여 탕면수위가 요동치게 되면 주편을 냉각시키는 냉각수의 양을 최대로 하는 강냉패턴을 써서 벌징을 제어하려고 했지만 이는 생산되는 주편의 모서리에 미세한 크랙을 발생시키는 단점이 있다. 미국특허 제5,913,357호에서는 스트랜드내에서 소프트 리덕션(Soft Reduction)을 행할 때 발생하는 탕면수위의 요동을 제어하는 방법에 대해서만 기술되어 있다. 그리고, 대한민국 등록특허공보 제1999-223258호는 주형에서 탕면수위의 상승속도를 가지고 외란을 제어하는 방법을 기술하고 있으며 이는 미분제어와 유사한 제어특성을 가지고 있다. 때문에 이 발명으로는 벌징으로 인하여 주기적으로 발생하는 탕면수위변화를 제어하는데 한계가 있다.

그리고 일본특허공개공보 제2000-312957호에는 비정상부에서 탕면수위가 요동칠 때 주파수를 이용하여 탕면수위를 제어하는 방법에 대해 기술되어 있고, 일본특허공개 평6-79423호에는 외란에 대한 대역을 미리 상정하여 주형에서의 탕면수위를 제어하는 제어방법에 대해 기술되어 있지만 이 역시 벌징으로 인한 주기적인 탕면수위 요동을 효과적으로 제어하지 못하는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명된 것으로서, 벌징에 의하여 탕면의 수위가 변동되는 것을 제어할 수 있는 탕면수위 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 연속주조 공정의 탕면수위 제어방법으로서, 주형의 탕면수위를 측정하고 이를 통해 용강이 담긴 턴디쉬에서 주형으로 소통되는 슬라이딩 게이트의 개도면적을 설정하는 제1단계; 주형에서 배출된 용강을 복수개의 인발롤로 인발하는 제2단계; 용강을 인발함에 따른 인발롤 구동장치의 전류변동값을 측정하는 제3단계; 상기 제3단계에서 측정된 전류변동값을 용강의 벌징량으로 환산하는 제4단계; 상기 제4단계에서 구해진 벌징량을 주형의 단면적으로 나누어 탕면수위를 산출하는 제5단계; 상기 제5단계에서 계산된 탕면수위와 제1단계에서 측정된 탕면수위를 데이터베이스화 하는 제6단계; 상기 제6단계의 자료를 비교 분석하여 제5단계의 탕면수위가 제1단계의 탕면수위와 같아질 때까지 걸린 지연시간을 계산하는 제7단계; 및 상기 제7단계의 지연시간을 감안하여 상기 제1단계에서 설정된 슬라이딩 게이트의 조절시점을 보정하는 제8단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 연산장치에서 탕면수위를 계산하는 단계를 나타낸 것이며, 도 3은 주형에서 측정된 탕면수위와 인발롤 구동장치의 전류변동값에 의해 측정된 탕면수위의 변동주기를 나타낸 것이다.

턴디쉬(10)에는 용강(200)이 채워져 있으며, 이 용강(200)은 슬라이딩 게이트(20)의 개폐동작에 따라 턴디쉬(10)의 하단에 마련된 주형(40)에 부어진다. 슬라이딩 게이트(20)는 유압실린더(50)에 의해 개폐되며, 슬라이딩 게이트(20)의 하단에는 용강이 일정한 방향으로 배출될 수 있도록 침지노즐(30)이 결합되어 있다. 유압실린더(50)는 별도로 마련된 제어장치(140)에 의해 작동된다. 제어장치(140)는 후술하는 수위감지센서(60)의 탕면수위에 따라 유압실린더(50)를 임의로 조절하고, 유압실린더(50)의 이동된 변위를 통해 슬라이딩 게이트(20)의 개폐정도를 감지한다.

주형(40)은 용강(200)을 일정한 형태로 성형시킨 후 외부로 내보낸다. 주형(40)에서 빠져 나온 용강(200)은 냉각수에 의해 냉각되어 그 표면에 응고셀이 형성된다. 주형(40)에는 턴디쉬(10)에서 부어진 용강(200)의 양, 즉 탕면수위를 측정하기 위한 수위감지센서(60)가 설치되어 있다. 이 수위감지센서(60)는 수시로 탕면수위를 측정하여 비교연산장치(130)에 송출한다.

응고셀이 형성된 용강(200)은 인발롤(70)에 의해 압연됨과 동시에 이송된다. 인발롤(70)은 일정간격으로 설치되며 구동장치(100)와 연결되어 있다. 구동장치(100)는 연산장치(110)와 연결되어 있으며, 인발롤(70)의 제어상태를 수시로 연산장치(110)에 송출한다. 인발롤(70)의 사이에는 복수개의 지지롤(80)이 설치되어 있다. 이 지지롤(80)은 인발롤(70)과 달리 상하움직임이 없으며 고정축을 중심으로 자유회전만이 가능하다. 이와 같이 고정된 지지롤(80)을 통과하는 용강(200)은 단면형상이 일정해 진다.

한편, 상기 연산장치(110)는 비교연산장치(130)와 연결되어 있으며, 이 비교연산장치(130)는 제어장치(140)에 전기적 신호를 보내어 제어장치(140)의 설정값을 조정한다.

일반적으로, 주형(40)에서 빠져 나온 용강(200)은 주형(40)으로부터 롤이 구비된 스트랜드(도시되지 않음)까지의 높이에 따른 철정압(턴디쉬에 담겨있는 용강의 높이에 따라 턴디쉬 내에 용강이 주형으로 내려오면서 작용하는 압력)을 받게 된다. 철정압은 주형의 탕면수위에서 스트랜드까지의 높이에 비례한다. 따라서, 스트랜드에 위치한 용강(200)은 철정압의 영향을 많이 받게 되고 주형(40)에 위치한 용강(200)은 철정압의 영향을 거의 받지 않는다. 이와 같은 힘의 불균형은 벌징현상을 가져온다.

벌징현상은 용강(200)의 표면이 불거져 나오는 현상이다. 일반적으로 주형(40)에서 빠져 나온 용강(200)의 표면은 냉각되어 응고셀이 형성된 상태이지만, 그 내부는 완전히 냉각되어 응고된 상태가 아니므로 유동이 자유롭다. 때문에, 높이에 따른 철정압에 의해 용강(200)이 한쪽으로 몰려 불거져 나오는 벌징현상이 발생되는 것이다.

위와 같은 현상에 의해 불거져 나온 부분은 상하 이동이 자유롭지 않은 지지롤(80)을 지나면서 압축되고 용강(200)의 내부는 이 압축된 양만큼 유동성을 가지게 된다. 앞서 설명한 바와 같이 용강(200)의 표면은 응고된 상태이고 용강(200)은 주형(40)을 빠져 나오면서 서서히 냉각된 상태이므로, 지지롤(80)에 의해 압축된 용강은 아직 덜 냉각된 주형(40)쪽으로 이동된다. 이러한 용강의 역류현상은 주형(40)의 탕면수위를 주기적으로 변화시킨다.

수위감지센서(60)는 위와 같은 탕면수위의 변화를 감지하여 비교연산장치(130)로 송출한다. 그러면, 비교연산장치(130)는 탕면수위의 변화에 따른 슬라이딩 게이트(20)의 개도면적을 새롭게 계산하고 이 계산된 값을 제어장치(140)에 송출한다. 제어장치(140)는 이 값을 토대로 유압실린더(50)를 조절하여 슬라이딩 게이트(20)의 개도면적을 변경한다.

한편, 인발롤(70) 사이로 용강(200)의 벌징된 부분이 통과되면 구동장치에서는 부하가 발생된다. 이는 인발롤(70)이 용강(200)의 벌징된 부분에 의해 힘을 받아 회전속도와 위치 등이 변경되나, 구동장치(100)는 인발롤(70)을 처음에 설정된 상태로 유지시키려고 하기 때문이다. 따라서, 구동장치(100)는 인발롤(70)을 설정된 상태로 유지시키기 위해 그 변위에 비례하는 만큼 전류를 소모하게 된다. 구동장치(100)는 수시로 인발롤(70) 구동에 소모되는 전류와 회전속도를 확인하여 연산장치(110)에 송출한다. 연산장치(110)는 구동장치(100)의 초기 설정값과 벌징에 의해 변화된 값을 비교하여 벌징량을 산출하고 이 벌징량을 통해 주형(40)에서의 탕면수위를 계산해 낸다.

도 2는 연산장치(110)에서 탕면수위를 계산해 내는 과정을 나타낸 것으로서, 처음 단계에서는 용강(200)이 실제로 인발롤(70)을 통과하면서 측정된 값(전류, 인발롤의 속도 등)을 구하고 이 측정값과 초기 구동장치(100)에 설정된 값(전류, 인발롤의 속도 등)을 비교하여 변화량을 계산한다. 다음은 이 변화량을 통해 벌징량을 계산해 내는 단계이다. 통상 구동장치(100)의 부하는 전류크기 형태로 표시되므로 위에서 구해진 변화량을 그대로 이용할 수 없다. 따라서, 일정한 변환상수를 곱하여 벌징량으로 환산한다. 변환상수는 인발롤(70)에 두께가 다른 용강을 통과시키면서 용강의 두께에 따라 변화되는 구동장치의 전류값을 측정하고, 이들 간의 비례관계를 밝혀냄으로써 구할 수 있다. 그 다음은 탕면수위를 계산하는 단계로서, 구해진 벌징량을 주형(40)의 단면적으로 나누어 벌징에 따른 탕면수위를 계산해 낸다.

위와 같은 과정을 통해 구해진 탕면수위 값은 비교연산장치(130)로 송출된다. 비교연산장치(130)는 연산장치(110)에서 계산된 탕면수위 값과 수위감지센서(60)에서 측정된 탕면수위 값을 데이터베이스화 하여 기록하고 각각의 변화주기를 그래프화 한다.

도 3은 연산장치(110)와 수위감지센서(60)에서 일정 시간간격으로 측정된 탕면수위를 그래프로 나타낸 것으로서, T₁은 수위감지센서(60)에서 측정된 탕면수위의 변화곡선이고 T₂는 연산장치(110)에서 계산된 탕면수위의 변화곡선이다. 그래프에서 알 수 있듯이 두 곡선은 시간에 따른 위상만 다를 뿐 형태와 주기는 실질적으로 동일하다. 이는 주형(40)에서 발생된 탕면수위의 변화가 곧바로 인발롤(70)에 영향을 미치는 것이 아니라 소정의 시간이 경과한 후 영향을 미치는 것임을 나타낸다. 따라서, 본 발명에서는 이와 같은 지연시간(t)을 감안하여 슬라이딩 게이트(20)의 개도면적을 조절한다.

지연시간(t)은 수위감지센서(60)와 연산장치(110)에서 측정 혹은 산출된 탕면수위가 같아지는데 걸리는 시간을 측정하여 구할 수 있다. 통상 수위감지센서(60)에서 측정된 탕면수위 곡선의 위상이 연산장치(110)에서 계산된 탕면수위 곡선보다 빠르므로, 비교연산장치(130)는 수위감지센서(60)에서 측정된 탕면수위를 기준으로 연산장치(110)에서 보내온 탕면수위와 비교하여 지연시간을 계산한다. 각 탕면수위에 따른 지연시간이 측정되면 일정 시간간격으로 평균을 낸다. 지연시간의 평균이 계산되면 이 값을 제어장치(140)에 송출한다. 그러면, 제어장치(140)는 수위감지센서(60)에서 측정된 탕면수위만을 고려하여 슬라이딩 게이트(20)의 개도면적을 조절하는 것이 아니라 위 과정에서 계산된 지연시간도 함께 고려하여 슬라이딩 게이트(20)의 개도면적을 조절한다. 이와 같은 방법으로 슬라이딩 게이트(20)의 개도면적을 보정하면 점차 벌징량이 줄어들어 탕면수위를 용이하게 제어할 수 있다.

위와 같은 본 발명을 제어단계별로 순차적으로 나타내면 도 4와 같다.

제1단계(S1)는 슬라이딩 게이트의 개도면적을 설정하는 단계로서, 주형의 탕면수위를 측정하고 이를 통해 턴디쉬에서 주형으로 부어질 용강의 량을 계산하여 슬라이딩 게이트의 개도면적을 산정한다. 제2단계(S2)는 용강을 인발하는 단계로서, 슬라이딩 게이트에서 배출된 용강을 복수개의 인발롤로 압연하면서 인발한다.

제3단계(S3)는 인발롤 구동장치의 전류변동값을 측정하는 단계이다. 인발롤 구동장치에 인가되는 전류값은 벌징에 발생할 때마다 변화하므로, 각 인발롤을 작동시키는 구동장치의 전류변동값을 수시로 측정한다. 제4단계(S4)에서는 제3단계에서 측정된 전류값을 용강의 벌징량으로 환산하고, 제5단계(S5)에서는 제4단계에서 구해진 벌징량을 주형의 단면적으로 나누어 탕면수위를 산출한다.

제6단계(S6)는 제5단계(S5)에서 계산된 탕면수위와 제1단계(S1)에서 측정된 탕면수위를 데이터베이스화하는 단계이다. 일반적으로 주형에서 측정된 탕면수위가 인발롤에 압연되는 용강에 미치기까지에는 소정의 시간이 소용된다. 따라서, 이 지연시간을 용이하게 측정할 수 있도록 주형에서 측정된 탕면수위와 구동장치의 전류변화값에 의해 측정된 값을 시간의 흐름에 따라 정리된 데이터베이스로 만들어 별도의 기억장치에 저장한다.

제7단계(S7)는 제6단계(S6)의 데이터베이스를 분석하여 제5단계의 탕면수위가 제1단계(S1)의 탕면수위와 같아질 때까지 걸린 지연시간을 계산하는 단계이다. 제6단계(S6)에서 만들어진 데이터베이스는 주형과 인발롤에서 각각 측정 또는 계산된 탕면수위 값을 시간 때 별로 저장하고 있으므로, 정리된 값을 탕면수위로 재 정렬하여 주형과 인발롤의 탕면수위가 같아질 때까지 걸리는 시간을 찾아낼 수 있다.

제8단계(S8)는 제7단계(S7)에서 계산된 지연시간을 감안하여 제1단계(S1)에서 설정된 슬라이딩 게이트의 조절시점을 보정하는 단계이다. 제7단계(S7)까지의 과정을 통해 제1단계(S1)에서 슬라이딩 게이트의 개도면적을 조절하여 배출된 용강에 의해 주형의 탕면수위 변화에 영향을 미치는 데까지 걸리는 시간이 계산되었다. 따라서, 제8단계(S8)에서는 이 시간을 고려하여 주형의 탕면수위를 조절하여 반복되는 벌징현상이 발생되지 않게 한다.

실시예를 통해 살펴본 바와 같이, 본 발명은 벌징량을 산출하고 이를 탕면수위와 비교하여 슬라이딩 제어기의 개도면적을 조절함으로써 탕면수위가 요동치는 것을 효율적으로 제어할 수 있으며 이를 통해 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.

이상에서 벌징에 의한 주기적인 탕면수위 제어방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도를 나타낸 것이고,

도 2는 도 1에 도시된 연산장치에서 탕면수위를 계산하는 과정을 나타낸 것이며,

도 3은 주형에서 측정된 탕면수위와 인발롤 구동장치의 전류변동값에 의해 측정된 탕면수위의 변동주기를 나타낸 것이고,

도 4는 본 발명에 따른 탕면수위 제어방법의 단계를 순서적으로 나타낸 것이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 턴디쉬(tundish) 20 : 슬라이딩 게이트

30 : 침지노즐 40 : 주형

50 : 유압실린더 60 : 수위감지센서

70 : 인발롤 80 : 지지롤

Claims

연속주조 공정의 탕면수위 제어방법으로서,

주형의 탕면수위를 측정하고 이를 통해 용강이 담긴 턴디쉬에서 주형으로 소통되는 슬라이딩 게이트의 개도면적을 설정하는 제1단계;

주형에서 배출된 용강을 복수개의 인발롤로 인발하는 제2단계;

용강을 인발함에 따른 인발롤 구동장치의 전류변동값을 측정하는 제3단계;

상기 제3단계에서 측정된 전류변동값을 용강의 벌징량으로 환산하는 제4단계;

상기 제4단계에서 구해진 벌징량을 주형의 단면적으로 나누어 탕면수위를 산출하는 제5단계;

상기 제5단계에서 계산된 탕면수위와 제1단계에서 측정된 탕면수위를 데이터베이스화 하는 제6단계;

상기 제6단계의 자료를 비교 분석하여 제5단계의 탕면수위가 제1단계의 탕면수위와 같아질 때까지 걸린 지연시간을 계산하는 제7단계; 및

상기 제7단계의 지연시간을 감안하여 상기 제1단계에서 설정된 슬라이딩 게이트의 조절시점을 보정하는 제8단계를 포함하는 벌징에 의한 주기적인 탕면수위 제어방법.