KR20050089013A - 제어 시스템, 컴퓨터 프로그램 제품, 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

금속 주조 장치 내의 액상 금속 유동을 조정하기 위한 제어 시스템은 공정 변수 측정을 위한 검출 수단, 검출 수단으로부터 얻은 데이터를 평가하기 위한 제어 장치 그리고 주조 조건을 최적화하기 위해 하나 이상의 공정 파라미터를 자동적으로 변화시키는 수단을 포함한다. 그 검출 수단은 주조 공정 중에 순간적으로 메니스커스 위의 둘 이상의 지점에서 메니스커스의 특성을 측정한다.

Description

제어 시스템, 컴퓨터 프로그램 제품, 장치 및 방법{CONTROL SYSTEM, COMPUTER PROGRAM PRODUCT, DEVICE AND METHOD}

본 발명은 금속 주조 장치에서 액상 금속의 유로를 조정하기 위한 제어 시스템에 관한 것이다. 상기 제어 시스템은 공정 변수 측정을 위한 검출 장치, 그 검출 장치로부터 얻은 데이터 평가를 위한 제어 장치 그리고 주조 속도, 희가스(noble gas) 유량, 전자기 브레이크 또는 교반장치와 같은 전자기 수단의 자기장 세기, 슬래브의 폭 및 주조 조건을 최적화하기 위한 침지형 유입 노즐의 침지 깊이와 같은 하나 이상의 공정 파라미터를 자동적으로 변화시키는 수단을 포함한다. 또한, 본 발명은 컴퓨터 프로그램 제품, 금속 주조 장치와 방법에도 관한 것이다.

연속 주조 공정에서 용융 금속은 레이들로부터 주조장치의 상부에 있는 저장소 (턴디쉬) 로 부어진다. 용융금속은 유량으로 침지형 노즐 혹은 자유 출탕 노즐을 통해 수냉식 주형안으로 들어가며, 거기서 금속의 바깥 쉘이 응고되어 고상의 바깥 쉘과 액상의 중심부를 갖는 금속 스트랜드가 얻어진다. 일단 그 쉘이 충분한 두께를 가지면 부분적으로 응고된 스트랜드는 스트랜드 아래로 일련의 롤러 안으로 들어가며 표면으로부터 열을 더 빼내기 위해 물이 분사되며, 이렇게 해서 스트랜드는 소정의 형상으로 압연됨과 동시에 완전히 응고된다. 스트랜드가 (주조 속도로) 빠져나오면 배출된 금속을 동일한 양으로 다시 채우기 위해 액상 금속을 주형에 붓는다.

일단 스트랜드가 완전히 응고되면 연속 주조 장치의 설계에 따라 예를 들어 슬래브 (직사각 단면을 갖는 길고, 두껍고, 평평한 금속재), 블룸 (정사각 단면을 갖는 긴 금속재) 또는 빌렛 (블룸과 유사하지만 더 작은 단면을 갖는 것) 으로 요구되는 길이로 잘린다.

슬래그는 금속으로부터 불순물들을 제거하고, 대기에 의한 산화로부터 금속을 보호하며, 또한 금속을 열적으로 절연하기 위해 사용된다. 또한, 그 슬래그는 주형 벽과 응고된 쉘 사이에 윤활을 제공한다. 또한, 쉘의 찢어짐을 방지하기 위해 그리고 주형 벽에 대한 응고하는 쉘의 마찰과 들러붙음을 최소화하기 위해 주형은 보통 진동된다.

주형 내부에서의 유동은 응고하는 금속의 벽면 안에서 순환한다. 침지형 유입 노즐이 사용될 때, 메니스커스 다시 말하면, 주형내 액상 금속의 표면층을 향해 주형벽을 따라 윗 방향으로 흐르는 2차 유동뿐만 아니라 아래로 주조 방향으로 흐르는 1차 유동이 발생된다.

노즐에 들어가는 용융 금속이 알루미늄, 칼슘 그리고 철의 산화물과 같은 불순물을 동반하기 때문에, 이러한 침전물로 노즐이 막히지 않도록 일반적으로 아르곤 같은 희 가스가 노즐 안으로 분사된다. 불순물들은 2차 유동을 따라 종종 주형안에서 순환 후 무해하게 동반되거나 또는 주형의 상부로 부상하여 메니스커스에 있는 슬래그층에 1차 유동을 따라 주형의 하부로 운반되어져 응고 중인 선단부에 포획되어 금속 주조 제품에 결함을 야기하게 된다.

불순물들의 부유를 향상시키고 또한 난류로 인해 불순물이 주형의 하부로 이동하여 주조제품에 혼입되는 것을 방지하기 위해 주형안으로의 금속 유동은 제어되어야 한다. 일반적으로 이것은 주형 내부의 액상 금속에 뿐만 아니라 주형으로 들어가는 액상 금속에도 작용하게 되는 하나 이상의 자기장을 가함으로써 수행된다. 용융 금속이 주조 스트랜드 안으로 침입하지 못하도록 주형으로 들어가는 액상 금속의 속도를 늦추기 위해 전자기 브레이크 (EMBR) 가 사용될 수 있다. 전자기 브레이크는 비금속 입자 및/또는 가스가 응고된 스트랜드에 흡입 및 포획되는 것을 방지하고 또한 응고 중에 고온의 금속이 열 및 질량 전달 조건을 방해하여 응고된 표피부가 용융되게 하는 것을 방지한다.

용융물로부터 기포와 개재물의 제거가 위험하지 않도록 결빙을 피하고 또한 메니스커스에서 유동 속도를 제어하기 위해서 메니스커스로의 충분한 열전달을 보장하기 위해 전자기 교반수단이 또한 이용될 수 있다.

만일 메니스커스의 표면에서 금속 유동 속도가 너무 크다면 슬래그 층의 일부가 분리될 수 있고 이것이 주조 제품들에 동반된다면 해로운 개재물의 다른 근원이 될 수 있다. 그러나 만일 표면 유동이 너무 느리다면, 메니스커스에서의 주형 분말은 너무 낮은 온도로 냉각되어 응고되는데 그러면 그 효과가 감소된다.

주형에서 금속 유동의 주기적인 속도 변화는 주형의 진동, 노즐을 떠나는 액상 금속의 유량 변화 그리고 주조 속도의 변화로 인해 발생한다. 이러한 속도 변화들은 메니스커스에서의 압력과 높이의 변화를 초래하게 되며, 이결과 슬래그가 주형의 하부로 흡입되고 슬래그 두께가 불균일해지며 또한 균열이 발생할 위험이 있다. 그러므로 메니스커스에서의 유동 속도는 불순물 제거와 슬래그 분말의 트래핑 둘다에 중요하고 따라서 주조 제품의 품질에도 관련된다. EP 0707909 에 따르면 메니스커스에서의 유동 속도 V_m 는 연속 주조 공정에서 0.2 - 0.4 ms^-1 의 범위 이내로 유지된다. 하지만 V_m 은 직접 측정하기 어렵다.

US 6494249 에서 소개된 금속의 연속 또는 반연속 주조 방법에서는 2차 유동의 변화가 검출되면 검출된 변화에 대한 정보가 제어 장치에 보내져서 그 변화가 평가되고 주조 장치의 전자기 브레이크의 자속 밀도를 조정하여 유동 속도를 조절하거나 유지하게 된다. 이 방법은 메니스커스에서의 유동 속도 V_m 는 상향 2차 유동의 함수라는 가정에 기초를 둔다.

US 6494249 에서는, 주형의 한측면에서의 상향 2차 유동에 의해 메니스커스에 발생되는 정지파 (Standing wave) 의 높이, 위치 및/또는 형태를 모니터링함으로써 주형의 한 측면에서 상향 2차 유동 속도가 모니터링될 수 있다. 변화가 검출 되면, 그 변화가 평가되고 이 평가에 근거하여 자속 밀도가 조정된다.

이 방법의 단점은, 변화가 발생했다고 나타내는 정보가 제어 장치에 공급될 수 있기 전에 변화를 검출하기 위해 어느 시간 동안 정지파를 모니터링해야 한다는 것이다. 모니터링기간 동안에 주형 진동은 정지파의 높이, 형태 그리고 위치에 영향을 미칠 수 있으므로 모니터링의 정확성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

게다가, US 6494249 는 정지파를 모니터링하기 위해 전자기 유도 센서들의 이용을 소개한다. 전자기 유도 센서들은 센서 코일 임피던스 (작용 혹은 반작용) 의 변화들을 검출하며, 이 임피던스는 센서 코일과 전도성 표면 사이의 거리가 변하면 변하게 된다. 시변전류에 의해 작동되는 코일은 센서 코일 주변에 자기장을 발생시킨다. 강자성체가 자기장에 도입되면 코일의 유도 저항은 강자성체의 높은 투자율로 인해 보통 증가된다. 전자기 유도에 기초를 둔 센서들을 사용할 때 생기는 문제는 센서들이 보통 주조 장치에 사용되는 EMBR이나 교반장치와 같은 전자기 수단으로부터 간섭을 받을 수 있고, 이 때문에 센서의 정확도가 영향을 받는다는 점이다.

도 1 은 연속 금속 주조 장치의 개략도을 보여준다.

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따를 제어 시스템을 도시하는 도 1 의 주조 장치 일부의 확대된 모습을 보여준다.

도 3 은 주형이 최소한 두 개의 제어 영역으로 분할된 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제어 시스템을 도시하는 주조 장치의 일부를 보여준다.

도 4 는 하나 이상의 검출기가 움직일 수 있도록 설치된 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템을 도시하는 주조 장치의 일부를 보여준다.

본 발명의 목적은 주조 조건을 제어하고 최적화하여 동등하거나 그보다 향상된 생산성으로 결함이 최소화 된 주조 제품을 제공하기 위하여 금속 주조 공정동안 공정 파라미터들의 온라인 조정을 제공하는 것이다.

이러한 목적과 본 발명의 다른 목적은 제 1 항에 기재된 특징을 갖는 제어 시스템에 의해 달성된다. 그 제어 시스템은 공정 변수를 측정하기 위한 유도, 광학적, 방사성 혹은 열적 센서들과 같은 검출 수단, 이 검출 수단으로부터 주어진 데이터를 평가하는 제어 장치 그리고 주조 조건을 최적화하기 위하여 주조 속도, 희가스 유량, 혹은 EMBR이나 교반 장치와 같은 전자기 수단의 자기장 세기, 슬래브 폭, 침지형 유입 노즐의 침지 깊이, 혹은 침지형 유입 노즐의 각도와 같은 하나 이상의 공정 파라미터를 자동으로 변경하기 위한 수단을 포함한다. 상기 검출 수단은 주조 공정 중에 순간적으로 메니스커스 위의 최소 둘 이상의 지점에서 메니스커스 특성과 같은 공정변수를 측정한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 측정되는 메니스커스의 특성은 메니스커스의 높이이며, 두 지점들 사이의 높이차 또는 시간 또는 공간 평균이 분석되고 메니스커스에서의 용융 금속의 유동 속도 (V_m) 를 추정하는데 사용된다. 위로 이동하는 2차 유동에 의해 생성되는 동압은 메니스커스 높이를 국부적으로 상승시키는데, 따라서 상승된 영역과 주변 높이 사이의 높이차를 측정하면 V_m 을 간접적으로 측정할 수 있다. 실험에 의하면, V_m 을 어렵게 얻는 대신에 이런식으로 추정된 V_m 의 값이 주조 장치에서 액상 금속의 유동을 조정하기 위해 사용될 수 있다.

일단 V_m 이 추정되면 규정된 범위 또는 0.1 - 0.5 ms^-1 ,바람직하게는 0.2 - 0.4 ms^-1 범위 안의 규정된 값으로 V_m 을 유지하기 위해 하나 이상의 공정 파라미터가 변경된다. 제어 시스템은 메니스커스 특성 또는 V_m 을 최적 범위 이내로 유지하기 위해 하나 이상의 공정 파라미터를 능동적으로 조정하고 이러한 방식으로 주조 제품에서 블리스터 (동반된 기포들에 의해 형성됨) 와 개재물의 발생을 최소화하는 주조 조건을 제공한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 측정되는 메니스커스 특성은 온도이며, 이 온도는 직접 측정되거나 예를 들어 주형 벽의 온도를 측정함으로써 간접적으로 측정된다. 메니스커스 온도는 표면 결함들을 피하기 위해 제어되고 메니스커스에서 높고 일정한 온도는 표면 결함을 피하는데 있어 최적이다. 또한 메니스커스 위의 두 지점들에서 온도를 측정하면 V_m 을 간접적으로 측정할 수 있는데, 즉 V_m 은 온도 측정으로 추정된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 메니스커스 특성은 위로 흐르는 2차 유동 금속이 메니스커스와 충돌을 하는 제 1 영역과 이 제 1 영역의 하류에 있는 제 2 영역에서 측정된다. 제 1, 2 영역은 보통 침지형 유입노즐의 같은 쪽에 위치되는데, 즉 침지형 유입 노즐과 주형벽 사이에 위치된다.

본 발명의 제어 시스템은 연속적으로 또는 주기적으로 데이터를 취하는 검출 수단을 포함한다. 그 검출 수단은 가변 임피던스, 가변 저항, 유도 전류 및 와전류 센서, 광학적, 방사성 또는 열플럭스를 측정하는 열전대와 같은 열적 장치들을 포함하는 전자 유도에 근거한 장치이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 검출 수단 중 하나 이상은 메니스커스를 가로질러 또한 실질적으로 그에 평행하게 움직일 수 있도록 설치된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유도 센서들이 EMBR이나 전자기 교반 장치와 같은 전자기 수단과 함께 사용되면, 유도 센서들이 데이터를 취할 때 전자기 수단은 일시적으로 비활성화 된다. V_m 과 같은 공정 변수는 종종 비교적 느리게 변하기 때문에 만일 EMBR이 단절된다면 V_m 이 크게 변할때 까지 최소 몇 초는 걸리게 된다. 단절 기간이 짧으면 센서들은 보통 1초 미만으로 측정하며, 따라서 V_m 은 이 기간동안 크게 변하지 않을 것이다.

EMBR이 비활성화 되어도 EMBR의 자기장은 완전히 소멸되지 않는데, 즉, 자기 유도 즉 잔류자기가 남는다. 그러나 만일 EMBR이 센서의 규정된 상 위치 (phase position) 에서 단절 된다면, 잔류 자기량이 계산될 수 있고 센서에 의해 행해진 측정을 보정하는데 고려될 수 있다. 그러므로 본 발명의 바람직한 실시예에서, 잔류 자기가 보정되도록 전자기 수단은 검출 수단의 규정된 상 위치에서 비활성화 된다.

또는, 전자기 수단의 비활성화 이후 잔류 자기를 제거하기 위해서 상기 수단의 비활성화 기간동안 하나 이상의 전류 펄스가 제공되며, 이로써 측정에 있어서 에러량을 더욱 줄일 수 있다.

주형이 진동되는 주조 장치에서 메니스커스 높이를 포함한 여러 공정 변수들은 그러한 진동에 의해 영향을 받으며, 이 진동은 수행되는 측정을 방해한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 검출 수단에 의해 수행되는 측정에 대한 진동의 방해를 최소로 하기 위해 측정은 주형의 진동에 동기하여 수행되며 따라서 측정은 항상 주형 진동의 같은 상 위치에서 수행되게 된다. 또는, 센서의 신호들에 대한 필터링이나 시간평균화로 이용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 전자기 수단이 측정되는 공정 변수에 영향을 미치는 영역에 가능한한 근접하여 측정되도록 검출 수단은 전자기 수단에 통합된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 검출 수단과 전자기 수단은 동일한 자심 및/또는 동일한 유도 권선의 동일한 부분들을 이용한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 주형은 둘 이상의 제어 영역으로 분할되고 메니스커스 특성은 각 제어 영역에서 측정된다. 주형은 주형 중심에서 수직으로 분할되는 것이 바람직하고 공정 파라미터들 중 하나는 주형에서 본질적으로 대칭인 유동을 이루기 위해 변화된다. 두개의 긴 측벽과 두개의 짧은 측벽을 포함하는 직사각 주형에 있어, 센서들은 침지형 유입 노즐과 그 주형의 짧은 측벽 사이에 설치된다. 대칭 유동을 이루기 위해서, 주형의 하나 이상의 짧은 측벽과 침지형 유입 노즐 사이의 거리는 변화된다. 이 거리는 주형의 넓은 측벽에 실질적으로 평행한 방향으로 침지형 유입 노즐을 이동시킴으로써 변화되거나 또는 주형의 하나 이상의 짧은 측벽을 이동시킴으로써 변화된다.

주형이 둘 이상의 제어 영역들로 분할되면, 전자기 수단은 그 주형 내 제어 영역들의 수에 대응하여 다수의 부분들로 나뉠 수 있다. 제어 영역들에서 메니스커스의 비대칭 특성이 검출되면, 대응하는 제어 영역에서의 유동에 영향을 미치기 위해 그리고 주형에서 대칭 유동을 얻기 위해 하나 이상의 부분으로부터의 자기장이 변화된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 제어 시스템은 검출 수단으로부터 주어진 데이터를 이용하여 V_m 을 유도하고 또한 최적 범위나 최적값으로부터 편차가 검출된 경우에 V_m 을 원하는 범위 내 혹은 원하는 값으로 있게 하는데 요구되는 공정 파라미터의 조정량을 결정하는 소프트웨어 수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 제어 장치는 신경망 네트워크를 갖추고 있다.

보 발명은 또한 금속 주조 장치의 제어 시스템에 사용되는 컴퓨터 프로그램제품에 관한 것이다. 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 주조 공정 중에 순간적으로 메니스커스 위의 둘 이상의 지점에서 주조 장치의 주형에서 메니스커스의 특성을 측정하는 검출 수단으로부터 주어진 데이터를 평가하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드 수단을 포함한다. 컴퓨터 프로그램 제품은 반드시 주조 장비와 같은 위치에 설치될 필요는 없다. 이 제품은 인터넷과 같은 네트워크를 경유하여 원거리에서 주조 장치의 제어 시스템과 소통될 수 있다.

본 발명은 주형을 포함한 금속 주조 장치에 더 관련이 있다. 상기 장치는 주형 내 액상 금속의 유동을 조정하기 위한 전자기 브레이크 혹은 교반 장치와 같은 전자기 수단 및 액상 금속을 공급하는 수단이다. 위 실시예의 일부에서 설명됐듯이 상기 장치는 전자기 수단의 자기장 세기를 제어하기 위한 제어 시스템을 포함한다.

본 발명은 또한 액상 금속이 주형에 공급되고 주형 내 액상 금속의 유동을 조절하기 위해 전자기 브레이크 혹은 교반 장치와 같은 전자기 수단이 사용되는 금속 주조 방법에 관한 것이다. 본 방법은 검출 수단을 사용하여 순간적으로 메니스커스 위의 둘 이상 지점들에서의 메니스커스 높이나 온도와 같은 메니스커스 특성을 측정하고, 검출 수단으로부터 주어진 데이터를 평가하며 그리고 원하는 제품의 품질을 얻기 위하여 주조 속도, 희가스 유량, 혹은 전자기 수단의 자기장 세기와 같은 하나 이상의 공정 파라미터를 자동으로 변화시키는 것을 포함한다. 측정된 공정 변수의 평가 시에 주조 속도, 희가스 유량, 전자기 브레이크 또는 교반 장치와 같은 전자기 수단의 자기장 세기, 슬래브 폭, 침지형 유입 노즐의 침지 깊이, 또는 침지형 유입 노즐의 각도와 같은 하나 이상의 공정 파라미터는 규정된 범위 이내 혹은 규정된 값으로 유지되도록 변화된다.

제어 시스템, 컴퓨터 프로그램 제품, 장치와 방법은 특히 강, 알루미늄 혹은 구리와 같은 금속을 연속 혹은 반연속 주조 하는데 (물론 이러한 주조에만 국한 되는 것은 아니다) 적합하다.

이제 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 예를 통해 설명할 것이다.

도 1 에서 보여지는 연속 주조 장치에서 용융 금속 (1) 은 레이들 (도시 안 됨) 로 부터 턴디쉬 (2) 로 부어진다. 그리고 나서 용융금속은 침지형 유입 노즐 (3) 를 통해 수냉식 주형 (4) 안으로 들어가며, 상기 주형 안에서 금속의 바깥 쉘이 응고되어 고상의 바깥 쉘 (5) 과 액상 중심부를 갖는 금속 스트랜드가 얻어진다. 일단 그 쉘이 충분한 두께를 가지면, 부분적으로 응고된 스트랜드는 아래로 일련의 롤러 (6) 안으로 들어가서 소정의 형태로 압연되고 완전히 응고된다. 스트랜드가 완전히 응고되면 곧게 되고 절단 지점 (7) 에서 요구되는 길이로 잘려진다.

도 2 는 침지형 유입 노즐 (3) 에 있는 측면 포트 (8) 를 거쳐 주형 (4) 안으로 들어가는 용융 금속 (1) 의 유동형태를 보여준다. 그 주형 내부에서 유동은 응고하는 금속 (5) 의 벽면 안에서 순환한다. 1차 유동 (9) 은 주조 방향으로 아래로 흐른다. 2차 유동 (10) 은 메니스커스 (11) 를 향해 속도 u 로 주형면들을 따라 윗 방향으로 흐른다. 위로 이동하는 2차 유동의 운동 에너지는 V_m의 크기를 결정한다. 필요한 경우 주형의 윗 부분에서 2차 금속 유동 (10) 을 감속시키기 위해 EMBR 이 설치 된다.

주형의 윗 쪽 오른편에서 액상 금속의 유동을 조정하기 위한 제어 시스템이 제공되어 있다. 그 제어 시스템은 레이저와 같은 센서 (12, 13) 를 포함하며, 상기 센서는 이 센서와 메니스커스 사이의 거리 (Z) 의 혹은 두 위치에서의 메니스커스 온도를 측정하며 또한 전기적, 광학적 혹은 방사성 신호를 거쳐 그 정보를 제어장치 (14) 에 전달한다. 상기 센서들은 속도 u로 위로 흐르는 2차 유동의 금속이 메니스커스 (11) 와 충돌하는 제 1 영역 (센서 (12)) 과 제 1 영역의 하류에 있는 제 2 영역, 예를 들어 메니스커스 높이가 위로 흐르는 2차 유동의 금속에 의해 영향을 받지 않아서 결국 상대적으로 안정된 주형 (4) 의 중심부에 위치된다 (센서 (13)).

제어 장치 (14) 는 센서들로 부터 나온 데이터를 평가하고 EMBR에서 전자석 권선에 공급되는 전류량을 제어하거나 EMBR의 자심과 주형 사이의 거리를 조절하는 기계적 수단에 공급되 전류량을 제어하는 전류 제한 장치에 하나 이상의 신호를 보내고 이렇게 해서 최소한 영역 (15) 의 일부분에 작용하는 EMBR의 자기장 세기를 바꾸게 된다.

센서 (12, 13) 는 두 위치에서 메니스커스의 높이를 측정한다. 이 두 위치 사이에서의 높이차가 계산되고 이 계산으로 부터 V_m 이 유도된다. 그리고 나서 EMBR에 의해 제공되는 자기장은 0.1 - 0.5ms^-1 의 V _m을 얻기 위해서 조절된다. EMBR을 조정하는 것 뿐만 아니라 주형 안으로 들어가는 희가스 유량과 주조 속도 또한 조절하여 각각의 자기장 세기에 대한 최적 값으로 이러한 파라미터를 유지한다. 시간이나 다른 파라미터의 함수로서 주조 공정동안 변화하기 쉬운 파라미터들에 대한 데이터로 제어 시스템을 미리 프로그래밍 함으로써, 레이들의 교체나 유입 노즐의 부식과 같은 일시적인 현상들에 대한 보상을 하기 위해 상기 제어 시스템을 사용할 수 있다.

도 2 는 센서들이 주형의 절반에 설치되어 있음을 보여준다. 그러나 개재물의 부착으로 인한 노즐 포트의 막힘 또는 예를 들어 이들 개재물이 떨어질 때노즐 포트의 갑작스런 열림때문에 메니스커스 파동 (undulation) 은 완전 대칭이 아니다. 그러므로 그 주형을 도 3 에서 보여지는 것 처럼 어떤 형태나 크기를 지닌 많은 영역들로 나누는 것이 유리하다. 각 영역은 제어 시스템에 정보를 제공하는 하나 이상의 센서를 포함하게 되며, 상기 제어 시스템은 주형의 다른 영역들에 영향을 미치는 전자기 수단과는 독립적으로 그 영역 안에서만 작용하는 전자기 수단을 조정한다. 전자기 수단을 조정하는 것뿐만 아니라, 제어 장치 (14) 가 비대칭 유동 (편향 유동이라고도 불린다) 을 검출했을 때, 메니스커스의 특성이 제어될 수 있다. 두개의 긴 측벽 (도시 안됨) 과 두개의 짧은 측벽 (18) 을 포함하는 직사각 주형에서, 센서들은 침지형 유입 노즐과 주형의 짧은 측벽 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 주형 (4) 의 하나 이상의 짧은 측벽과 침지형 유입 노즐 (3) 사이의 거리 (a,b) 가 조절될 수 있다. 이 거리 (a,b) 의 조정은 주형의 짧은 측벽들 중 하나 이상을 이동시켜 이루어질 수 있다. 짧은 측벽 둘다 동시에 이동시키는 것이 바람직하며, 이렇게 하면 슬래브 폭이 유지된다. 침지형 유입 노즐 (3) 과 짧은 측벽들 사이 거리 (a, b) 를 조정하는 다른 방법은, 대칭 유동이 두 제어 영역 (15, 16) 에서 얻어지도록 주형의 넓은 측벽에 평행하게 침지형 유입 노즐을 이동시키는 것이다. 주형의 두 제어 영역 (15, 16) 에서 대칭 유동을 이루는 또다른 방법은 주조 방향 (Z) 에 대한 침지형 유입 노즐 (3) 의 각도를 변화 시키는 것이다.

주형이 도 4 에서 보여지는 것처럼 둘 혹은 그 이상의 제어 영역 (15, 16) 으로 분할될 때, 전자기 수단은 주형 (4) 내의 제어 영역 (15, 16) 의 수에 대응하여 다수의 부분들로 나눠질 수 있다. 제어 영역 (15, 16) 에 대하여 메니스커스의 비대칭 특성이 검출될 때, 대응하는 제어 영역 내의 유동에 영향을 미치고 주형에서 대칭 유동을 이루기 위하여 전자기 수단의 적어도 한 부분으로부터 발생되는 자기장이 변화된다.

도 3 에서 보여지듯이, 제어 시스템은 두 센서 (12, 13) 대신에 메니스커스 (11) 위에서 움직일 수 있도록 설치되는 하나의 센서 (12) 만을 포함할 수 있다. 그 센서 (12) 는 메니스커스를 검사하고 메니스커스 위의 둘 이상의 지점에서 높이를 측정한다. 메니스커스 위의 두 지점 사이에서의 높이차는 메니스커스에서의 용융 금속의 유동 속도(V_m)를 유도하는데 사용된다. 유동 속도를 측정하는 것 대신에 센서들은 메니스커스 위의 둘 이상의 지점에서 온도를 측정할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 특징적 사항만 설명하였지만, 당업자에게는 다양한 수정과 변형들이 가능함이 명백하다. 그러므로 본 발명의 모든 수정과 변형들이 청구 범위 안에 있음을 이해해야 한다.

Claims (30)

1. 공정 변수를 측정하기 위한 검출 수단 (12, 13), 검출 수단으로부터 받은 데이터를 평가하기 위한 제어 장치 (14, 17), 그리고 주조 조건을 최적화하기 위하여 하나 이상의 공정 파라미터를 자동으로 변화시키는 수단을 포함하고, 금속 주조 장치에서 액상 금속의 유동을 조정하기 위한 제어 시스템에 있어서,

   검출 수단 (12, 13) 은 주조 공정 중에 메니스커스 (11) 상의 둘 이상의 지점에서 메니스커스의 특성을 순간적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 공정 파라미터는 주조 속도, 희가스 유량, 전자기 브레이크 또는 교반 장치와 같은 전자기 수단의 자기장 세기, 슬래브 폭, 침지형 유입 노즐 (3) 의 침지 깊이, 또는 침지형 유입 노즐의 각도인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 측정되는 메니스커스의 특성은 메니스커스의 높이이고, 두 지점 사이의 높이차는 메니스커스에서 용융 금속의 유동 속도(V_m)를 유도하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 하나 이상의 공정 파라미터는, V_m 을 소정의 범위 이내 또는 소정의 값으로 유지하기 위해 변화되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, V_m 은 0.1 - 0.5 ms^-1, 바람직하게는 0.2 - 0.4 ms^-1 범위내인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 측정되는 메니스커스 (11) 의 특성이 온도인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 검출 수단 (12, 13) 은 메니스커스 온도를 직접 또는 간접적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
8. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 메니스커스의 특성은, 위로 흐르는 2차 금속 유동이 메니스커스 (11) 와 충돌하는 제 1 영역과 이 제 1 영역의 하류에 있는 제 2 영역에서 측정되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 수단 (12,13) 은 연속적으로 데이터를 취하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 수단 (12, 13) 은 주기적으로 데이터를 취하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 수단 (12, 13) 중 하나 이상은 메니스커스 (4) 를 가로질러 또한 실질적으로 그에 평행하게 움직일 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
12. 제 10 항에 있어서, 주형에서 액상 금속의 유동을 조정하기 위해 교반 장치나 전자기 브레이크와 같은 전자기 수단을 포함하는 금속 주조 장치에 사용되며, 상기 전자기 수단은 일시적으로 비활성화되고 상기 검출 수단 (12, 13) 은 전자기 수단의 비활성 기간 동안 데이터를 취하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 전자기 수단은, 남아 있는 잔류자기를 보정 할 수 있도록, 상기 검출 수단 (12, 13) 의 소정의 상 위치에서 비활성화되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 전자기 수단은, 그 전자기 수단의 비활성 후 남아있는 잔류자기를 제거하기 위하여 비활성 기간동안 하나 이상의 전류 펄스를 제공하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 주형을 진동시키는 수단을 포함하는 주형 (4) 을 포함하는 금속 주조 장치에 사용되며, 주형 진동의 동일한 상 위치에서 데이터가 취해지도록 상기 검출 수단 (12, 13) 은 주형 진동에 동기되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 수단 (12, 13) 은 전자기 수단으로 구현되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 검출 수단 (12, 13) 과 전자기 수단은, 동일한 자심 및/또는 동일한 유도 권선을 이용하거나, 또는 동일한 자심 및/또는 동일한 유도권선의 일부를 이용하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 수단 (12, 13) 으로부터 주어진 데이터를 이용하여 V_m 을 유도하고, 또한 최적 범위나 최적값으로부터의 편차가 검출된 경우, V_m 을 원하는 범위 내 혹은 원하는 값으로 만드는데 요구되는 공정 파라미터의 조정량을 결정하는 소프트웨어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 주형 (4) 는 둘 이상의 제어 영역 (15, 16) 으로 분할되어 있고, 메니스커스의 특성이 각 제어 영역 (15, 16) 에서 측정되며, 주형 (4) 에서 대칭 유동을 얻기 위해서 하나 이상의 공정 파라미터가 변화되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 주형 (4) 은 두개의 짧은 측벽 (18) 과 두개의 긴 측벽을 포함하고, 상기 하나 이상의 공정 파라미터는 주형 (4) 의 하나 이상의 짧은 측벽과 침지형 유입 노즐 (3) 사이의 거리 (a, b) 인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
21. 제 20 항에 있어서, 주형 (4) 의 긴 측벽에 평행하고 수평한 방향으로 침지형 유입 노즐 (3) 을 이동시킴으로써 상기 거리 (a,b) 가 변화되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
22. 제 20 항에 있어서, 주형 (4) 의 짧은 측벽 (18) 중 하나 이상을 이동시켜서 상기 거리 (a,b) 가 변화되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
23. 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자기 수단은 주형 (4) 내의 제어 영역 (15, 16) 의 수에 대응하는 다수의 부분들로 나눠지고, 제어 영역 (15, 16) 에서 메니스커스의 비대칭 특성이 검출되면, 대응하는 제어 영역 (15, 16) 에서의 유동에 영향을 미치기 위해 그리고 주형에서 대칭 유동을 얻기 위해, 하나 이상의 부분으로부터의 자기장이 변화되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
24. 금속 주조 장치의 제어 시스템에 사용되는 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서, 주조 공정 중에 메니스커스 (11) 상의 둘 이상의 지점에서 주조 장치의 주형 내 메니스커스의 특성을 순간적으로 측정하는 검출 수단 (12, 13) 으로부터 주어진 데이터를 평가하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
25. 주형 (4), 그 주형에 액상 금속 (1) 을 공급하기 위한 수단 및 주형 내 액상 금속의 유동을 조정하기 위한 전자기 브레이크 또는 교반 장치와 같은 전자기 수단을 포함하는 금속 주조 장치에 있어서, 전자기 수단의 자기장 세기를 제어하기 위해 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 주조 장치.
26. 액상 금속 (1) 을 주형 (4) 에 공급하는 금속 주조 방법에 있어서, 주조 공정 중에 메니스커스 위의 둘 이상의 지점에서 메니스커스 (11) 의 특성을 순간적으로 측정하고, 검출 수단으로부터 주어진 데이터를 평가하고, 주조 조건을 최적화하기 위해 상기 하나 이상의 공정 파라미터를 자동으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 금속 주조 방법.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 하나 이상의 공정 파라미터는 주조 속도, 희가스 유량, 전자기 브레이크 또는 교반 장치와 같은 전자기 수단의 자기장 세기, 슬래브 폭, 침지형 유입 노즐 (3) 의 침지 깊이, 또는 침지형 유입 노즐의 각도임을 특징으로 하는 금속 주조 방법.
28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서, 측정된 공정 변수의 평가 시에, 상기 하나 이상의 공정 파라미터는 소정의 범위 내 또는 소정의 값으로 유지되도록 변화되는 것을 특징으로 하는 금속 주조 방법.
29. 제 28 항에 있어서, 둘 이상의 지점에서 주형 (4) 내 메니스커스 (11) 의 높이를 측정하고, 두 지점 사이의 높이차로부터 V_m 을 유도한 후, 이 V_m 을 소정의 범위 내 또는 소정의 값으로 유지하기 위해 하나 이상의 공정 파라미터를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 주조 방법.
30. 금속, 특히 강, 알루미늄, 또는 구리의 반연속주조나 연속주조를 위한, 제 1항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 제어 시스템, 제 24 항에 따른 컴퓨터 프로그램 제품, 제 25 항에 따른 장치 또는 제 26 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 따른 방법.