KR20110020854A - Method for the continuous casting of metal strand - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속 주조 플랜트에서 금속 스트랜드를 연속 주조하는 방법으로서, 스트랜드가 냉각된 인-라인 주형으로부터 나오고, 상기 인-라인 주형의 하류에 있는 스트랜드 지지 장치에서 지지되며, 냉매를 상요하여 냉각되고 선택적으로 야금학적으로 감축되며, 전체 스트랜드의 열역학적 상태 변화가 열 전도 방정식을 수반하는 수학적 시뮬레이션 모델에서 함께 계산되는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 예를 들어 다공성 및/또는 응리의 감축, 향상된 표면 품질 및/또는 기하학적 안정성에 의하여 금속 스트랜드의 제품 품질이 향상될 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 스트랜드의 자연적 수축이, 금속의 물리적 파라미터, 턴디쉬 내의 금속의 온도, 지속적으로 측정된 출력 속도, 스트랜드 냉각 및 스트랜드의 두께를 고려하면서 수학적 시뮬레이션 모델에서 실시간으로 함께 계산되고, 스트랜드에 대해 설정될 수 있는 스트랜드 지지 장치의 스트랜드 안내 롤이 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려하면서 조정되는 방법에 의해 달성된다.The present invention is a method of continuous casting of metal strands in a continuous casting plant, wherein the strands come from a cooled in-line mold, are supported in a strand support device downstream of the in-line mold, and are cooled with an optional refrigerant. Metallurgically reduced, and how the change in thermodynamic state of the entire strand is calculated together in a mathematical simulation model involving the thermal conduction equation. It is an object of the present invention to provide a method in which the product quality of metal strands can be improved, for example by reduction of porosity and / or agitation, improved surface quality and / or geometrical stability. This purpose is to calculate the natural shrinkage of a strand together in real time in a mathematical simulation model, taking into account the physical parameters of the metal, the temperature of the metal in the tundish, the continuously measured output speed, the strand cooling and the thickness of the strand, The strand guide roll of the strand support device, which can be set, is achieved by means of adjusting while taking into account the natural shrinkage of the metal strands.

Description

금속 스트랜드의 연속 주조 방법 {METHOD FOR THE CONTINUOUS CASTING OF METAL STRAND}Continuous casting of metal strands {METHOD FOR THE CONTINUOUS CASTING OF METAL STRAND}

본 발명은 연속 주조 플랜트(continuous casting plant)에서 금속 스트랜드(metal strand)를 연속 주조하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for continuous casting of metal strands in a continuous casting plant.

구체적으로, 본 발명은 연속 주조 플랜트에서 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조를 위한 방법으로서, 스트랜드 쉘(strand shell)에 의해 둘러싸인 액체 코어(liquid core)를 가지는 스트랜드가 냉각된 인-라인(in-line) 주형으로부터 나와, 상기 인-라인 주형의 하류에 있는 스트랜드 지지 장치에서 지지되며, 냉매를 사용하여 냉각되고 선택적으로는 야금학적으로(metallurgically) 감축되며, 전체 스트랜드의 열역학적 상태 변화가 열 전도 방정식을 수반하는 수학적 시뮬레이션 모델로 함께 계산되는(co-calculated), 금속 스트랜드의 연속 주조를 위한 방법에 관한 것이다.
In particular, the present invention is a method for continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant, wherein the strands having a liquid core surrounded by strand shells are cooled in-line -line) exited from the mold and supported in a strand support device downstream of the in-line mold, cooled with a refrigerant and optionally reduced metallurgically, the change in thermodynamic state of the entire strand A method for continuous casting of metal strands, co-calculated with mathematical simulation models involving equations.

DE 4417808 A1 호는 금속 스트랜드의 연속 주조를 위한 방법으로서, 스트랜드 쉘에 의해 둘러싸인 액체 코어가 냉각된 주형으로부터 나와, 스트랜드 지지 장치에서 지지되며 냉매를 이용하여 냉각되는, 금속 스트랜드의 연속 주조를 위한 방법을 개시한다. 연속 주조 프로세스 중에 발생하는 상태 변화는, 실시간으로 전체 스트랜드에 대해, 열 전도 방정식을 포함하는 수학적 시뮬레이션 모델에 의해서, 함께 계산되며, 스트랜드의 냉각은 계산된 열역학적 상태 변화를 고려하면서 조정된다.DE 4417808 A1 is a method for the continuous casting of metal strands, wherein the liquid core surrounded by the strand shell is from a cooled mold, supported in a strand support device and cooled with a refrigerant, for continuous casting of metal strands. Initiate. State changes that occur during the continuous casting process are calculated together by a mathematical simulation model that includes a thermal conduction equation for the entire strand in real time, and the cooling of the strands is adjusted while taking into account the calculated thermodynamic state changes.

DE 10122118 A1 호는 연속 주조 방법으로서, 금속 스트랜드가 주형으로부터 나와, 스트랜드 지지 장치에서 지지되고, 냉매를 이용하여 냉각되며 한 쌍 이상의 스트랜드 지지 롤(roll)에 의하여 야금학적 감축(metallurgical reduction), 구체적으로는 액체 코어 감축 형태의 두께 감축을 받는, 연속 주조 방법을 개시한다.DE 10122118 A1 is a continuous casting method in which metal strands come out of a mold, are supported in a strand support device, cooled with a refrigerant and are subjected to metallurgical reduction, in particular by a pair of strand support rolls. Discloses a continuous casting method which receives a thickness reduction in the form of a liquid core reduction.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 금속 스트랜드가, 연속 주조 동안의 그 응고 과정 중에, 수축(shrinkage), 즉 스트랜드 치수의 변화를 받게 된다는 것이 또한 알려져 있다. 발생하는 스트랜드 수축의 크기는 연속 주조 플랜트의 작동 파라미터들, 예를 들어, 주조되는 금속의 물리적 파라미터, 주조 온도, 주조 속도, 스트랜드 두께 또는 스트랜드 냉각에 종속된다.It is also known to those skilled in the art that the metal strands will undergo shrinkage, ie changes in strand dimensions, during the solidification process during continuous casting. The magnitude of strand shrinkage that occurs is dependent on the operating parameters of the continuous casting plant, for example, the physical parameters of the metal being cast, casting temperature, casting speed, strand thickness or strand cooling.

연속 주조 프로세스 중에 연속 주조 플랜트의 작동 파라미터에서 발생하는 변화 - 예를 들어, 주조 속도 또는 스트랜드 냉각에서의 변화 - 는 스트랜드 지지 장치의 스트랜드 지지 롤의 거리와 관련하여 무시된 채로 유지되며, 결과적으로 금속 스트랜드의 품질 감소를 초래한다.
Changes that occur in the operating parameters of the continuous casting plant during the continuous casting process-for example, changes in casting speed or strand cooling-remain neglected with respect to the distance of the strand support rolls of the strand support device and consequently the metal This results in a decrease in the quality of the strands.

본 발명의 목적은 금속 스트랜드의 제품 품질이, 예를 들어 다공성(porosity) 및/또는 응리(segregation), 향상된 표면 품질 및/또는 기하학적 안정성에 의해서 향상될 수 있는, 앞서 언급한 유형의 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method of the type mentioned above, wherein the product quality of the metal strand can be improved, for example by porosity and / or segregation, improved surface quality and / or geometrical stability. It is.

이러한 목적은 스트랜드의 자연적 수축이, 금속의 물리적 파라미터, 턴디쉬(tundish) 내의 금속의 온도, 지속적으로 측정된 출력 속도, 스트랜드 냉각 및 스트랜드의 두께를 고려하면서, 수학적 시뮬레이션 모델로 실시간으로 함께 계산되며, 스트랜드에 대해 설정될 수 있는 스트랜드 지지 장치의 스트랜드 안내 롤이 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려하면서 조정되는, 앞서 언급한 유형의 방법에 의해 달성된다.These objectives are calculated together in real time with a mathematical simulation model, taking into account the natural shrinkage of the strand, taking into account the physical parameters of the metal, the temperature of the metal in the tundish, the continuously measured output speed, the strand cooling and the strand thickness. The strand guide roll of the strand support device, which can be set for the strand, is achieved by a method of the type mentioned above, which is adjusted taking into account the natural shrinkage of the metal strand.

스트랜드의 자연적 수축을 계산할 때, 열 전도 방정식은 금속의 물리적 파라미터, 턴디쉬 내의 금속의 온도, 지속적으로 측정된 출력 속도, 스트랜드 냉각 및 스트랜드의 두께를 고려하면서, 수학적 시뮬레이션 모델로 실시간으로 수치적으로 해가 구해질 수 있다. 이를 위하여, 스트랜드는 분해(discretization), 즉, 예를 들어 다수의 체적 요소(volume elements)로 분리되며, 열 전도 방정식은, 전체 스트랜드의 시간-가변적(time-variable) 온도장(temperature field)을 얻기 위하여, 초기 및 경계 조건(boundary conditions)을 고려하면서 프로세스 컴퓨터에 의해 다수의 분리 요소(discrete elements)에 대해 주기적으로 해가 구해진다. 자연적 수축은 온도 변화에 따른 스트랜드의 열 팽창 거동을 언급한다. 열 전도 방정식의 해로부터 각각의 분리 요소에 대한 열역학적 상태 변화가 구해진 이후에, 각각의 요소의 자연적 수축은 예를 들어 체적 팽창 또는 수축으로부터 계산될 수 있다. 이후 금속 스트랜드가 야금학적으로 감축되지 않는다면, 스트랜드에 대해 설정될 수 있는, 스트랜드 안내 롤의 스트랜드 두께 방향에서의 거리는, 이러한 거리가 스트랜드 출력 방향에서의 금속 스트랜드의 자연적 수축을 따르도록 조정된다.When calculating the natural shrinkage of a strand, the thermal conduction equation takes into account numerically in real time with a mathematical simulation model, taking into account the physical parameters of the metal, the temperature of the metal in the tundish, the continuously measured output rate, the strand cooling and the strand thickness. The solution can be saved. For this purpose, the strands are divided, i.e. separated into a number of volume elements, and the thermal conduction equation is used to determine the time-variable temperature field of the entire strand. To obtain, the solution is periodically solved for a number of discrete elements by the process computer taking into account the initial and boundary conditions. Natural shrinkage refers to the thermal expansion behavior of strands with temperature changes. After the thermodynamic state change for each separation element is obtained from the solution of the thermal conduction equation, the natural contraction of each element can be calculated from volume expansion or contraction, for example. If the metal strand is then not metallurgically reduced, the distance in the strand thickness direction of the strand guide roll, which may be set for the strand, is adjusted so that this distance follows the natural shrinkage of the metal strand in the strand output direction.

본 발명에 따른 방법의 2가지 다른 유리한 실시예는 스트랜드 출력 방향에서 금속 스트랜드의 추가적인 야금학적 감축, 예를 들어 액체 코어 감축, 연성 감축(soft reduction) (특히 동적(dynamic) 연성 감축), 또는 표면 처리가 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려하면서 수행될 때 얻어진다. 액체 코어 감축 및 연성 감축은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있으므로, 이러한 유형의 야금학적 감축에 대해서는 더 이상 설명하지 않을 것이다. 스트랜드 지지 장치에서 금속 스트랜드의 야금학적 표면 처리도 마찬가지로 EP 1289691 B1 호에 개시되어 있다. 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려함으로써 추가적인 야금학적 감축이 - 종래 기술에서와 같이 하나의 작동 포인트(operating points)에서만이 아니라 - 연속 주조 프로세스의 모든 작동 포인트에서 유리하게 실행될 수 있게 된다.Two other advantageous embodiments of the method according to the invention are further metallurgical reductions of the metal strands in the strand output direction, for example liquid core reductions, soft reductions (especially dynamic soft reductions), or surfaces. Obtained when the treatment is performed taking into account the natural shrinkage of the metal strands. Liquid core reductions and ductility reductions are known to those of ordinary skill in the art, and therefore this type of metallurgical reduction will no longer be described. Metallurgical surface treatment of metal strands in strand support devices is likewise disclosed in EP 1289691 B1. By taking into account the natural shrinkage of the metal strands, further metallurgical reductions can be advantageously carried out at all operating points of the continuous casting process-not just at one operating point as in the prior art.

본 발명에 따른 방법은, 수학적 시뮬레이션 모델의 열 전도 방정식이 금속 스트랜드의 온도 종속적 밀도 변화를 고려하면서 수치적으로 해가 구해질 때 특히 정확하게 실행될 수 있고, 따라서 유리한 방식으로 실행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 온도에 따른 금속의 밀도 변화가 중요할 수 있다는 것이 알려져 있다. 연속 주조 프로세스에서는, 예를 들어 강철의 밀도가 1550℃(턴디쉬 내의 용융물의 온도)에서 약 7000 kg/m3으로부터 300℃(응고된 스트랜드)에서 약 7800 kg/m3까지 증가한다.The method according to the invention can be executed particularly accurately when the thermal conduction equation of the mathematical simulation model is numerically solved while taking into account the temperature dependent density change of the metal strands, and thus can be carried out in an advantageous manner. It is known to those skilled in the art that the density change of the metal with temperature may be important. In a continuous casting process, for example, the density of steel increases from about 7000 kg / m 3 at 1550 ° C. (temperature of the melt in the tundish) to about 7800 kg / m 3 at 300 ° C. (solidified strand).

본 발명에 따른 다른 유리한 실시예에서는, 전체 스트랜드에 대한 정확한 질량 및 정확한 엔탈피를 가지는, 엔탈피에 대한 근사화된 방정식(apporximated equations)이, 금속 스트랜드의 온도 종속성 밀도 변화를 고려하면서 열 전도 방정식의 수학적 해에 사용된다. 이러한 실시예는 금속 스트랜드의 자연적 수축의 계산이 엔탈피뿐만 아니라 질량과 관련하여 정확히 실행되어, 해(soultion), 즉 열역학적 상태 변화 및 자연적 수축에 대해 특히 높은 정확성이 보장되도록 한다.In another advantageous embodiment according to the present invention, approximate equations for enthalpy, having the correct mass and the correct enthalpy for the entire strand, provide a mathematical solution of the thermal conduction equation while taking into account the temperature dependent density change of the metal strand. Used for This embodiment allows the calculation of the natural shrinkage of the metal strands to be carried out correctly in terms of mass as well as enthalpy, so that particularly high accuracy is ensured for the solution, ie thermodynamic state change and natural shrinkage.

수학적 시뮬레이션 모델이, 특히 유리하게는 아브라미(Avrami)에 따른 연속적 상 변이 모델을 사용함으로써, 금속 스트랜드 내의 원하는 구조의 형성을 기술하는 계산 모델을 수반할 때, 상이한 유형의 구조 사이의 변이 또는 성장(growth)이 본 발명에 따른 방법에 유리하게 고려될 수 있다.Variation or growth between different types of structures, when the mathematical simulation model entails a computational model that describes the formation of the desired structure in the metal strand, in particular by using a continuous phase shift model according to Avrami Growth may advantageously be considered for the method according to the invention.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 특히 유리한 구성에서는, 스트랜드 냉각이, 계산된 상태를 고려하면서, 조정된다. 금속 스트랜드가 열역학적 상태 변화를 고려하면서 냉각되고 스트랜드 안내 롤의 거리를 조정하는데 있어서 자연적 수축이 함께 고려되므로, 상기 구성은 금속 스트랜드의 매우 높은 제품 품질을 보장할 것이다.In another particularly advantageous configuration of the method according to the invention, the strand cooling is adjusted, taking into account the calculated state. Since the metal strands are cooled while taking into account changes in thermodynamic conditions and natural shrinkage is taken into account in adjusting the distance of the strand guide rolls, this configuration will ensure very high product quality of the metal strands.

본 발명에 따른 방법은, 주조 금속 스트랜드의 품질을 향상시키기 위하여, 금속 스트랜드의 주조에 대한 제한이 없이, 강편(billet), 봉강(bloom), 슬래브(slab) 또는 임의 치수의 얇은 슬래브 단면에 사용될 수 있다.The process according to the invention can be used for thin slab sections of any size, such as billets, bars, slabs or any dimension, without restriction on the casting of the metal strands, in order to improve the quality of the cast metal strands. Can be.

본 발명에 따른 다른 유리한 구성에서는, 스트랜드에 대해 설정될 수 있는 스트랜드 안내 롤이, 스트랜드의 두께가 가능한 한 설정점 값(setpoint value)에 상응하도록 설정된다. 이러한 구성의 방법에 의하여, 스트랜드의 출력 방향에서의 특정 위치에서의 (예를 들어 스트랜드 지지 장치의 특정 안내 롤 상에서의) 두께가 가능한 한 두께 설정점 값, 즉 스트랜드의 목표 두께에 상응하여 스트랜드의 높은 두께 정확성이 연속 주조 동안에 이미 얻어지도록, 조정 가능한 스트랜드 안내 롤을 설정하는 것이 가능하다.In another advantageous arrangement according to the invention, the strand guide roll, which can be set for the strand, is set such that the thickness of the strand corresponds to the setpoint value as much as possible. By means of this configuration, the thickness at a particular position in the output direction of the strand (for example on a particular guide roll of the strand support device) is as much as possible settling the strand to the thickness set point value, ie the target thickness of the strand. It is possible to set up an adjustable strand guide roll so that high thickness accuracy is already obtained during continuous casting.

일 실시예에 따르면 제어기가, 제어 법칙(control law)의 도움하에서 스트랜드의 자연적 수축 및 설정점 값을 고려하여, 스트랜드의 두께가 가능한 한 설정점 값에 상응하도록 하나 이상의 조정 가능한 스트랜드 안내 롤로 전달되는 설정점 양(setpoint quantity)을 결정한다. 이러한 실시예에서, 제어기는 스트랜드의 계산된 두께 또는 측정된 스트랜드 두께를 사용한다. 첫 번째의 경우에, 계산된 두께가 설정점 양을 결정하는데 사용되어, 스트랜드의 두께 또는 스트랜드 안내 롤 사이의 거리가 개별적으로 기록될 필요가 없게 된다.According to one embodiment the controller is conveyed to one or more adjustable strand guide rolls, with the aid of control law, taking into account the natural shrinkage of the strand and the set point value so that the thickness of the strand corresponds as much as possible to the set point value. Determine the setpoint quantity. In this embodiment, the controller uses the calculated or measured strand thickness of the strands. In the first case, the calculated thickness is used to determine the set point amount so that the thickness of the strands or the distance between the strand guide rolls need not be recorded separately.

두 번째의 경우에, 스트랜드의 두께가 측정 장치에 의해 기록되어 제어기로 전달되며, 설정점 양은 스트랜드의 기록된 두께를 고려하면서 결정된다. 이러한 제어 방법에 의하여, 스트랜드 두께를 매우 정확하게 얻을 수 있다.In the second case, the thickness of the strand is recorded by the measuring device and transferred to the controller, and the set point amount is determined taking into account the recorded thickness of the strand. By this control method, the strand thickness can be obtained very accurately.

본 발명의 다른 장점 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여, 비제한적인 예시적 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 확인할 수 있을 것이다.
Other advantages and features of the present invention will become apparent from the following description of non-limiting exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 1은 연속 주조 플랜트의 개략적인 측면도이다.
도 2는 스트랜드 지지 장치의 유압식으로 조정가능한 세그먼트(segment)의 개략적인 도면이다.1 is a schematic side view of a continuous casting plant.
2 is a schematic view of a hydraulically adjustable segment of the strand support device.

냉각된 인-라인(in-line) 주형(3)에서의 주조에 의하여 특별한 화학적 조성을 가지는 용융 강철(2)로부터 강철 스트랜드(1)가 형성된다. 용융 강철(2)은 턴디쉬(tundish)(5)와 인-라인 주형(3) 내에 형성되는 주조 욕(casting bath) 아래로 연장하는 주조 관(casting spout)(6)을 통해서 주입용 래들(pouring ladle)(4)로부터 인-라인 주형(3)으로 흐른다. 인-라인 주형(3) 아래에서는, 아직 액체 코어(8)와 초기의 매우 얇은 스트랜드 쉘(strand shell)(9)만을 가지는 강철 스트랜드(1)를 지지하기 위하여 스트랜드 지지 장치의 스트랜드 안내 롤(7)이 제공된다. 직선 축을 따라 인-라인 주형으로부터 나오는 강철 스트랜드(1)는 굽힘 영역(bending zone)(10)에서 원형 아크 경로(11)로 편향되며, 다수의 유압 조정식 세그먼트(13) 내에 배치되는, 스트랜드 안내 롤(7)에 의해 지지된다.Casting in a cooled in-line mold 3 forms a steel strand 1 from molten steel 2 having a special chemical composition. Molten steel 2 is injected ladle through a casting spout 6 extending below a casting bath formed in a tundish 5 and an in-line mold 3. from the pouring ladle (4) to the in-line mold (3). Under the in-line mold (3), the strand guide roll (7) of the strand support device to support the steel strand (1) which still has only the liquid core (8) and the initial very thin strand shell (9). ) Is provided. The steel strand 1 coming out of the in-line mold along the straight axis deflects from the bending zone 10 into the circular arc path 11 and is disposed in the plurality of hydraulically adjustable segments 13. Supported by (7).

원형 아크 경로(11)를 뒤따르는 직선 영역(12)에서는, 강철 스트랜드(1)가 다시 직선으로 안내되어 출구 롤 열(exit roll train)에 의하여 출력되거나 또는, 예를 들어 온라인으로 배치된 롤 스탠드(roll stand)에 의하여, 그 두께가 직접 온라인으로 감소된다. 강철 스트랜드(1)를 냉각시키기 위하여, 강철 스트랜드는 - 내부 냉각 시스템을 구비한 스트랜드 안내 롤(7)에 의하여 - 직접 또는 간접적으로 냉각되고 이로써 특정 온도의 강철 스트랜드(1)로 조정될 수 있다. 강철 스트랜드(1)는 프로세스 컴퓨터(14)에 의한 폐쇄 제어 루프를 통하여 원하는 구조의 강철 스트랜드(1)에 필요한 양의 냉각제를 공급받는다. 온라인으로 계산된 열역학적 상태 변화를 고려한 이러한 스트랜드 냉각은 본 출원인이 출원한 DE 4417818 A1 호에 개시되어 있다. 예를 들어 프로세스 컴퓨터(14)의 입력 유닛은 강철(2)의 물리적 파라미터, 예를 들어 밀도, 비열용량(specific heat capacity) 및 열 전도성뿐만 아니라, 스트랜드 냉각의 파라미터, 롤 간격, 스트랜드 폭, 주형 내의 스트랜드 두께 및 지속적으로 측정된 주조 속도와 세그먼트(13) 내의 스트랜드 두께의 측정값도 수신한다. 스트랜드 냉각을 위한 물의 설정 량은 아브라미(Avrami)에 따른 상 변이 동역학(phase transition kinetics)을 고려하기 위한 야금학적 계산 모델(metallurgical calculation model) 및 열 전도 방정식을 가지는 수학적 시뮬레이션 모델의 도움으로 프로세스 컴퓨터(14)에서 계산될 것이다. 강철 스트랜드(1)는 각각의 세그먼트에서 제어된 방식으로 냉각되며, 세그먼트의 각각의 냉각 영역 내의 냉각수 양은 각각 밸브에 의해 제어되며(명확성을 위해서 도 1에서는 하나의 세그먼트 내에 단지 하나의 밸브만이 도시되어 있다), 이러한 밸브는 프로세스 컴퓨터(14)의 출력 유닛에 의해 구동된다. 열 전도 방정식의 해로부터, 열역학적 상태 변화로 인한 강철 스트랜드(1)의 부피 수축은 식In the straight region 12 following the circular arc path 11, the steel strand 1 is again guided in a straight line and outputted by an exit roll train or, for example, a roll stand placed online. By roll stand, the thickness is reduced directly online. To cool the steel strand 1, the steel strand can be cooled directly or indirectly-by means of a strand guide roll 7 with an internal cooling system-and thus can be adjusted to the steel strand 1 of a certain temperature. The steel strand 1 is supplied with the required amount of coolant to the steel strand 1 of the desired structure through a closed control loop by the process computer 14. This strand cooling, taking into account the thermodynamic state changes calculated online, is disclosed in DE 4417818 A1 filed by the applicant. For example, the input unit of the process computer 14 may be a physical parameter of the steel 2, for example density, specific heat capacity and thermal conductivity, as well as parameters of strand cooling, roll spacing, strand width, mold Received measurements of strand thickness and continuously measured casting speed and strand thickness in segment 13 are also received. The set amount of water for strand cooling is a process computer with the aid of a metallurgical calculation model to account for phase transition kinetics according to Avrami and a mathematical simulation model with thermal conduction equations. Will be calculated at (14). The steel strand 1 is cooled in a controlled manner in each segment, and the amount of coolant in each cooling zone of the segment is each controlled by a valve (only one valve in one segment is shown in FIG. 1 for clarity). This valve is driven by the output unit of the process computer 14. From the solution of the thermal conduction equation, the volumetric shrinkage of the steel strand 1 due to the change of thermodynamic state is given by

Figure pct00001
Figure pct00001

에 의해서도 계산되며, 여기서Is also calculated by

β 부피 팽창 계수β volume expansion coefficient

V 요소의 부피Volume of the V element

V0 기준 온도에서의 부피Volume at V 0 reference temperature

T 온도 T temperature

이다.
to be.

강철 스트랜드(1)가 연성 감축(soft reduction), 스트랜드의 표면 처리 또는, 예를 들어 액체 코어 감축(reduction)과 같은, 추가적인 야금학적(metallurgical) 감축을 받지 않는다면, 세그먼트(13)의, 스트랜드에 대해 설정될 수 있는, 스트랜드 안내 롤(7)의 거리는 계산된 스트랜드 두께로, 즉, 자연적인 수축을 고려하면서, 하나 또는 그보다 많은 유압 실린더(15)에 의해 조정된다. 그러나 강철 스트랜드의 추가적인 야금학적 감축이 수행되고자 한다면, 감축에 필요한 두께 변화가 - 자연적인 수축을 고려하면서 - 계산된 스트랜드 두께에 추가된다.If the steel strand 1 is not subjected to further metallurgical reductions, such as soft reduction, surface treatment of the strands or liquid core reduction, for example, the strands of the segment 13 The distance of the strand guide roll 7, which can be set for, is adjusted by the one or more hydraulic cylinders 15 with the calculated strand thickness, ie taking into account natural shrinkage. However, if additional metallurgical reduction of the steel strand is to be carried out, the thickness change required for the reduction-taking into account natural shrinkage-is added to the calculated strand thickness.

강철 스트랜드(1)의 열역학적 상태 변화는 강철 스트랜드의 온도 종속성 밀도 면화를 고려하면서 열 전도 방정식에 의해서 바람직하게 계산된다. 2차원 열 전도 방정식은 예를 들어 다음과 같으며,The change in thermodynamic state of the steel strand 1 is preferably calculated by the heat conduction equation, taking into account the temperature dependent density cotton of the steel strand. The two-dimensional heat conduction equation is, for example,

Figure pct00002

Figure pct00002

여기서,here,

t 시간 [s]t hours [s]

x 스트랜드 두께 방향의 좌표x coordinate of strand thickness direction

y 스트랜드 출력 방향의 좌표y coordinate of strand output direction

Figure pct00003
시간 t 에 대한 편미분
Figure pct00003
Partial derivative for time t

Figure pct00004
위치 x, y 에 대한 편미분
Figure pct00004
Partial differential for position x, y

Figure pct00005
Figure pct00006
직각 좌표계에서의 위치 벡터
Figure pct00005
Figure pct00006
Position vector in Cartesian coordinate system

Figure pct00007
시간 t 에서 위치 x 에서의 질량 관련 엔탈피
Figure pct00007
Mass-related enthalpy at position x at time t

ξ 무차원 가변수(dummy variable)ξ Dummy variable

Figure pct00008
Figure pct00008

Figure pct00009
시간 t 에서 위치 x 에서의 온도
Figure pct00009
Temperature at position x at time t

Figure pct00010
시간 t 에서 위치 x에서 변환된 질량 관련 엔탈피
Figure pct00010
Mass-related enthalpy converted at position x at time t

이다.
to be.

본 발명에 따른 방법은 열 전도 방정식의 차원에 무관하며, 따라서 상이한 차원의 방정식, 예를 들어 3차원 방정식에도 제한되지 않고 사용될 수 있다.The method according to the invention is independent of the dimension of the thermal conduction equation and therefore can be used without limitation to equations of different dimensions, for example three-dimensional equations.

바람직하게는, 질량 및 엔탈피와 관련하여 전 세계적으로 옳은 변환된 엔탈피(transformed enthalpy)

Figure pct00011
에 대해 2개의 표현이 사용된다.Preferably, transformed enthalpy that is correct worldwide in terms of mass and enthalpy.
Figure pct00011
Two expressions are used for.

응고점 위에서는 다음과 같다Above the freezing point is

Figure pct00012
.
Figure pct00012
.

반면, 응고점 아래에서는 다음 식이 사용된다On the other hand, below the freezing point the following equation is used:

Figure pct00013
.
Figure pct00013
.

여기서,here,

Tref 임의적(arbitrary)이지만 일정한 기준 온도(일반적으로 25℃)T ref Arbitrary but constant reference temperature (typically 25 ° C)

Ttund 주조 욕 내의 금속의 온도 [K]Ttund Temperature of the metal in the casting bath [K]

Figure pct00014
시간에 대한 질량 관련 엔탈피의 미분을 표시한다.
Figure pct00014
Displays the derivative of the mass-related enthalpy over time.

간략하게 하기 위하여, 열 전도 방정식은 라그랑지 좌표(Lagrangian coordinate)

Figure pct00015
로, 즉 스트랜드 출력 이동과 함께 이동하는 관측자에 의해 보여지는 것과 같이 변환된다. 라그랑지 좌표에서의 열 전도 방정식은 수치 수학(numerical mathematics)의 표준 방법, 예를 들어 유한 체적법(finite volume method)에 의해 해가 구해질 수 있다.For the sake of simplicity, the heat conduction equation is Lagrangian coordinate
Figure pct00015
Is transformed as shown by the observer moving with the strand output shift. Heat conduction equations in Lagrangian coordinates can be solved by standard methods of numerical mathematics, for example by the finite volume method.

도 2는 스트랜드 지지 장치의 조정 가능한 세그먼트(13)를 도시한다. 각각의 세그먼트(13)에 있어서, 강철 스트랜드(1)의 스트랜드 두께의 (도시된 바와 같이) 평행한 또는 원추형 프로파일이 조정될 수 있다. 강철 스트랜드(1)의 두께는 세그먼트(13)의 유압식 설정에 의해 조정될 수 있으며, 대향하는 스트랜드 안내 롤(7)의 실제 위치 및 이들 사이의 거리는 유압 실린더(15)의 위치 측정 시스템에서 측정되어 프로세스 컴퓨터로 전송된다. 열 전도 방정식의 해를 구함으로써, 프로세스 컴퓨터(14)는 자연적 스트랜드 수축을 계산하여 이를 추가적인 야금학적 감축, 특수한 경우에는 액체 코어(8)에서의 LCR 감축에 고려하고, 이로써 강철 스트랜드(1)의 설정점 두께를 특정한다. (도시되지 않은) 위치 제어기에 의하여, 유압 실린더(15)에 할당된 전자식 유압 밸브(electro-hydraulic valve)로의 출력 및 스트랜드 두께의 실제 설정점 비교(setpoint-actual comparision)를 통해서 제어량이 결정된다. 원칙적으로, 한편으로는 세그먼트(13)가 스트랜드 안내 롤(7)을 자연적 스트랜드 수축에 대해 재조정하기 위하여 사용될 수 있으며, 다른 한편으로는 롤(7)의 상응하는 설정에 의하여 모든 야금학적 감축이 스트랜드 지지 장치에서 자연적으로 실행될 수 있다. 외부 측면 상에서, 스트랜드(1)는 스트랜드 지지 롤(7)에 의하여 세그먼트 프레임의 하부(17) 상에 지지되며, 스트랜드의 내부 측면 상에서는 스트랜드 지지 롤(7)에 의하여 세그먼트 프레임 상부(16) 상에 지지된다. 강철 스트랜드(1)의 출력 방향은 화살표로 도시되어 있다.
2 shows the adjustable segment 13 of the strand support device. In each segment 13, the parallel or conical profile (as shown) of the strand thickness of the steel strand 1 can be adjusted. The thickness of the steel strand 1 can be adjusted by the hydraulic setting of the segment 13, the actual position of the opposing strand guide rolls 7 and the distance therebetween being measured in the positioning system of the hydraulic cylinder 15 to process Is transferred to the computer. By solving the thermal conduction equation, the process computer 14 calculates the natural strand shrinkage and takes it into account for further metallurgical reductions, in particular cases LCR reductions in the liquid core 8, thereby reducing the steel strand 1. Specify the setpoint thickness. By the position controller (not shown), the control amount is determined via an actual setpoint-actual comparision of the strand thickness and output to an electro-hydraulic valve assigned to the hydraulic cylinder 15. In principle, a segment 13 on the one hand can be used to readjust the strand guide roll 7 for natural strand shrinkage, and on the other hand all metallurgical reductions are achieved by the corresponding setting of the roll 7. It can be executed naturally in the support device. On the outer side, the strand 1 is supported on the lower part 17 of the segment frame by the strand support roll 7 and on the segment frame top 16 by the strand support roll 7 on the inner side of the strand. Supported. The output direction of the steel strand 1 is shown by the arrow.

1 강철 스트랜드
2 용융 강철
3 인-라인 주형
4 주입용 래들
5 턴디쉬
6 주조 관
7 스트랜드 안내 롤
8 액체 코어
9 스트랜드 쉘
10 굽힘 영역
11 원형 아크 경로
12 직선 영역
13 스트랜드 지지 장치의 세그먼트
14 프로세스 컴퓨터
15 유압 실린더
16 세그먼트 프레임 상부
17 세그먼트 프레임 하부1 steel strand
2 molten steel
3 in-line mold
4 Injection Ladle
5 tundish
6 casting pipe
7 strand guide roll
8 liquid cores
9 strand shell
10 bending area
11 circular arc paths
12 straight zones
13 segments of strand support
14 process computer
15 hydraulic cylinders
16 segment frame top
17-segment frame bottom

Claims (11)

연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법으로서,
스트랜드 쉘에 의해 둘러싸인 액체 코어를 가지는 스트랜드가 냉각된 인-라인 주형으로부터 나와, 상기 인-라인 주형의 하류에 있는 스트랜드 지지 장치 내에 지지되고, 냉매를 사용하여 냉각되고 선택적으로는 야금학적으로 감축되며,
전체 스트랜드의 열역학적 상태 변화는 열 전도 방정식을 수반하는 수학적 시뮬레이션 모델에서 함께 계산되는(co-calculated),
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법에 있어서,
상기 스트랜드의 자연적 수축이, 금속의 물리적 파라미터, 턴디쉬 내의 금속 온도, 지속적으로 측정되는 출력 속도, 상기 스트랜드 냉각 및 상기 스트랜드의 두께를 고려하면서, 상기 수학적 시뮬레이션 모델로 실시간으로 함께 계산되며,
상기 스트랜드에 대해 설정될 수 있는, 상기 스트랜드 지지 장치의 스트랜드 안내 롤이 상기 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려하면서 조정되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법.
As a continuous casting method of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant,
A strand having a liquid core enclosed by the strand shell emerges from the cooled in-line mold and is supported in a strand support device downstream of the in-line mold, cooled using a refrigerant, and optionally metallurgically reduced. ,
The change in thermodynamic state of the entire strand is co-calculated in a mathematical simulation model involving the thermal conduction equation,
In a continuous casting method of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant,
The natural shrinkage of the strand is calculated together in real time with the mathematical simulation model, taking into account the physical parameters of the metal, the metal temperature in the tundish, the continuously measured output speed, the strand cooling and the thickness of the strand,
Characterized in that the strand guide roll of the strand support device, which can be set for the strand, is adjusted while taking into account the natural shrinkage of the metal strand,
Method of continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant.
제1항에 있어서,
상기 금속 스트랜드의 야금학적 감축이, 상기 금속 스트랜드의 자연적 수축을 고려하면서, 상기 스트랜드 지지 장치에서 실행되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법.
The method of claim 1,
Metallurgical reduction of the metal strand is carried out in the strand support device, taking into account the natural shrinkage of the metal strand,
Method of continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant.
제2항에 있어서,
액체 코어 감축, 연성 감축 또는 상기 금속 스트랜드의 표면 처리가 상기 야금학적 감축에 따라 실행되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법.
The method of claim 2,
Characterized in that liquid core reduction, ductility reduction or surface treatment of the metal strand is carried out in accordance with the metallurgical reduction,
Method of continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수학적 시뮬레이션 모델의 열 전도 방정식이, 상기 금속 스트랜드의 온도 종속적 밀도 변화를 고려하면서, 수치적으로 해가 구해지는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the thermal conduction equation of the mathematical simulation model is numerically solved while taking into account the temperature dependent density change of the metal strand,
Method of continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant.
제4항에 있어서,
전체 스트랜드에 대한 정확한 질량 및 정확한 엔탈피를 가지는, 엔탈피에 대한 근사화된 방정식이, 상기 금속 스트랜드의 온도 종속적 밀도 변화를 고려하면서, 상기 열 전도 방정식의 수치적 해에 사용되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법.
The method of claim 4, wherein
Approximate equations for enthalpy, with exact mass and exact enthalpy for the entire strand, are used in the numerical solution of the thermal conduction equation, taking into account the temperature dependent density change of the metal strand,
Method of continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수학적 시뮬레이션 모델이 상기 금속 스트랜드의 원하는 구조의 형성을 기술하는 계산 모델을 수반하는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법.
The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the mathematical simulation model involves a computational model that describes the formation of the desired structure of the metal strand,
Method of continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속의 상 변이 모델, 특히 아브라미에 따른 연속 상 변이 모델이 상기 수학적 시뮬레이션 모델에 통합되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법.
The method according to any one of claims 1 to 6,
A phase change model of the metal, in particular a continuous phase change model according to Abram, is integrated into the mathematical simulation model,
Method of continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스트랜드 냉각이, 계산된 열역학적 상태 변화를 고려하면서, 조정되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법.
The method according to any one of claims 1 to 7,
Characterized in that the strand cooling is adjusted, taking into account the calculated thermodynamic state change,
Method of continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스트랜드에 대해 설정될 수 있는 스트랜드 안내 롤이, 상기 스트랜드의 두께가 가능한 한 설정점 값에 상응하도록 설정되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법.
The method according to any one of claims 1 to 8,
Characterized in that the strand guide roll, which can be set for the strand, is set such that the thickness of the strand corresponds as much as possible to the set point value,
Method of continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant.
제9항에 있어서,
제어기가, 제어 법칙의 도움하에서 상기 스트랜드의 자연적 수축 및 설정점 값을 고려하여, 상기 스트랜드의 두께가 가능한 한 설정점 값에 상응하도록 하나 이상의 조정 가능한 스트랜드 안내 롤로 전달되는 설정점 양을 결정하는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법.
10. The method of claim 9,
The controller, with the aid of control laws, takes into account the natural shrinkage and set point values of the strands to determine the amount of set points delivered to one or more adjustable strand guide rolls so that the thickness of the strands corresponds to the set point values as much as possible. Characterized by
Method of continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant.
제10항에 있어서,
상기 스트랜드의 두께가 측정 장치에 의해 기록되어 제어기로 전달되고, 상기 설정점 양은 상기 스트랜드의 기록된 두께를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
연속 주조 플랜트에서의 금속 스트랜드, 특히 강철 스트랜드의 연속 주조 방법.The method of claim 10,
Characterized in that the thickness of the strand is recorded by a measuring device and transferred to a controller, wherein the set point amount is determined in consideration of the recorded thickness of the strand,
Method of continuous casting of metal strands, in particular steel strands, in a continuous casting plant.
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