KR20110059316A - 몰드 내 용강유동 판단방법 - Google Patents

Abstract

몰드 내 용강유동 판단방법이 제공된다.

상기 몰드 내 용강유동 판단방법은, 몰드 내 침지노즐의 일측과 타측에서 유동하는 용강의 온도차를 구하는 단계; 및 상기 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단하는 단계;를 포함하여 구성된다.

상기 편류여부를 판단하는 단계는, 상기 몰드의 장변 양단측에서 측정한 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단하거나, 상기 몰드의 2개의 단변측에서 측정한 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 몰드 내의 용강유동 판단에 의한 디스플레이를 통하여 제강성 결함이 생기는 것을 신속히 예방할 수 있게 함으로써 주조공정을 통하여 생산된 제품의 품질향상을 기할 수 있다.

몰드, 용강, 유동, 디스플레이, 화살표

Description

몰드 내 용강유동 판단방법{Method for judging flow of molten steel in mold}

본 발명은 몰드 내 용강유동 판단방법에 관한 것으로, 특히 연속주조공정 중 몰드 내 용강의 유동현상을 판단하는 방법에 관한 것이다.

연속주조공정은 고급강을 양산하는 대부분의 제철소에서 품질 및 생산성 향상을 위해 조업중인 주조공정이다. 도 1을 통하여 연속주조공정에 대해 살펴보기로 한다.

도 1은 종래의 연속주조공정에서 몰드 내부의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 전로 및 정련처리를 거쳐 정제된 고순도의 용강(molten steel, 60)은 연주공장 내의 연주기로 이송되어 주조가 진행되는데, 주형(이하, 몰드, mold, 10)의 응고는 표면부터 시작되어 내부까지 이루어진다.

몰드(10)는 고온인 용강(60)의 열을 빼앗아 냉각할 수 있도록 열전도도가 좋은 구리계 재질을 사용하고, 냉각수가 통수되어 열을 빼앗아 가는 구조이다. 주조가 진행될수록 몰드(10)와 접촉하고 있는 용강(60)의 표면이 냉각되어 마찰력에 의 한 몰드(10)의 손상이 발생하고, 응고가 불균일하게 진행될 경우에는 조업사고를 유발하기도 한다.

이에 대한 대책으로, 몰드(10)와 응고쉘(50) 사이의 윤활능을 확보하기 위하여 몰드 플럭스(mold flux, 80)라는 융제를 사용하며, 몰드 플럭스(80)가 몰드(10)와 응고쉘(50) 사이로 충분히 유입될 수 있도록 몰드(10)는 상하로 주기적으로 진동한다.

응고쉘(50)에는 오실레이션 마크(oscillation mark, 40)가 형성되어 있고, 몰드 플럭스(80) 하부에는 유동 몰드 플럭스(liquid mold flux, 90)가 형성되어 있으며, 몰드(10)의 일측에는 몰드 플럭스 필름(mold flux film, 30)이 형성되어 있다.

몰드(10)로 주입되는 용강(60)은 턴디쉬(tundish)로부터 공급받으며, 몰드(10) 내의 용강(60) 표면의 위치를 전자기 센서로 측정하여 턴디쉬 바닥에 있는 슬라이딩노즐 개폐장치와 연동시켜 몰드(10) 내의 용강(60)의 양을 일정하게 공급하고 탕면(20) 변동이 최소화되도록 조업을 실시 중에 있다.

몰드(10) 내의 용강(60)은 침지노즐(70)을 통하여 폭방향으로 대칭적으로 좌우로 공급되며 조업조건 및 내화물 사양 등에 따라 토출된 용강(60)은 몰드(10) 내에서 특정한 유동현상을 보이면서 토출류가 형성된다.

상기한 바와 같은 연속주조공정을 통하여 생산된 자동차 외판재 등에는 내부에서 불균일한 응고가 진행되어 압연 후 제강성 결함율이 증가하게 된다.

이에, 몰드(10) 내의 용강유동 판단에 의한 디스플레이를 통하여 제강성 결함이 생기는 것을 예방하는 방안이 필요하지만, 아직까지는 몰드(10) 내의 용강유동을 판단하는 방법이 존재하지 않고 있다.

본 발명의 일 측면은 몰드 내의 용강유동 판단에 의한 디스플레이를 통하여 제강성 결함이 생기는 것을 신속히 예방할 수 있는 몰드 내 용강유동 판단방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은, 몰드 내 침지노즐의 일측과 타측에서 유동하는 용강의 온도차를 구하는 단계; 및 상기 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단하는 단계;를 포함하여 구성된 몰드 내 용강유동 판단방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 편류여부를 판단하는 단계는, 상기 몰드의 장변 양단측에서 측정한 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단하거나, 상기 몰드의 2개의 단변측에서 측정한 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 몰드 내 용강유동 판단방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 편류여부를 판단하는 단계는, 장변의 양단측에서 측정한 소정시간동안의 용강온도의 평균값을 기초로 하여 편류여부를 판단하거나, 2개의 단변측에서 측정한 소정시간동안의 용강온도 평균값을 기초로 하여 편류여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 몰드 내 용강유동 판단방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 용강의 편류여부에 대한 판단결과를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드 내 용강유동 판단방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 몰드 내의 용강유동 판단에 의한 디스플레이를 통하여 제강성 결함이 생기는 것을 신속히 예방할 수 있게 함으로써 주조공정을 통하여 생산된 제품의 품질향상을 기할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

또한, 본 발명에서는 용강의 유동현상을 설명하기 위해 침지노즐을 중심으로 좌측과 우측을 나타냄에 있어 주편이 나가는 방향으로 몰드를 보았을 때를 기준으로 좌측(L)과 우측(R)을 나타내었다. 즉, 본 발명에서 사용되는 좌측(L)과 우측 (R)은 각각 도면을 볼 때의 좌측과 우측과는 반대이다.

도 2는 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동 판단장치의 블록도이다. 도 2를 참조하면, 몰드 내 용강유동 판단장치(1000)는, 온도측정부(100), 편류판단부(200), 디스플레이부(300)를 포함한다.

온도측정부(100)는 몰드 내의 다수 위치에 구비되어, 몰드 내 침지노즐의 일측과 타측에서 유동하는 용강의 온도를 측정한다. 온도측정부(100)는 열전대와 같 은 온도계로 구현될 수 있으며, 온도계는 동판으로 이루어진 몰드에 부착되어 용강의 온도를 측정할 수 있다. 몰드 내 탕면 바로 위에 설치된 온도계가 편류(몰드 내에서 침지노즐을 중심으로 용강이 일측으로 강하게 유동하는 현상, non symmetric flow)를 가장 민감하게 검출할 수 있기 때문에, 온도계는 탕면과 가깝게 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 탕면으로부터 10mm 상부에 비접촉식으로 온도계를 설치하여 용강에 접촉하지 않고도 용강의 온도를 정확히 측정할 수 있다.

편류판단부(200)는 온도측정부(100)로부터 측정된 온도데이터를 수신하고, 수신한 온도에 관한 데이터를 바탕으로 몰드 내 침지노즐의 일측과 타측에서 유동하는 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단한다. 설정된 온도차는 일 예로 10℃로 설정할 수 있으며, 다른 설정도 가능하다. 이와 같이 설정된 온도차를 10℃로 설정한 이유는, 침지노즐 좌우로 유동하는 용강의 온도차가 10℃ 이상이 되면 허용할 수 있는 범위 내의 온도차 아니기 때문에 편류가 발생하였다고 판단할 수 있기 때문이다.

구체적으로, 편류판단부(200)는 몰드의 장변 양단측에서 측정한 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단하거나, 2개의 단변측에서 측정한 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단한다. 아울러, 편류판단부(200)는 장변의 양단측에서 측정한 소정시간동안의 용강온도의 평균값을 기초로 하여 편류여부를 판단하거나, 2개의 단변측에서 측정한 소정시간동안의 용강온도 평균값을 기초로 하여 편류여부를 판단한다.

디스플레이부(300)는 화살표의 굵기와 방향을 이용하여 용강의 편류여부에 대한 판단결과를 디스플레이 화면에 디스플레이한다.

이와 같은 용강유동의 디스플레이를 위해서는 용강유동에 대한 분류작업이 필요하며, 다양한 유동현상을 크게 4가지로 분류하여 나타내면 하기 도 5 내지 도 8과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 몰드 내 용강의 유동을 나타낸 모식도이다. 도 3을 참조하면, 몰드 내 용강의 유동을 나타내기 위해서는 2개의 장변(500a, 500b), 2개의 단변(600a, 600b), 침지노즐(400), 용강의 세기와 방향의 표시가 필요함을 알 수 있다.

몰드는 2개의 장변(500a, 500b)과 2개의 단변(600a, 600b)으로 이루어진 동판으로 구성되는데, 2개의 장변(500a, 500b)과 2개의 단변(600a, 600b)은 각각 침지노즐(400)을 중심으로 서로 대칭적으로 형성되어 있다. 2개의 장변(500a, 500b)에서 분할된 영역 및 2개의 단변(600a, 600b)에는 각각 온도계가 설치되어 용강의 온도를 측정한다.

화살표는 용강의 세기 및 방향을 나타내는데, 용강의 편류가 발생하면 화살표의 굵기를 크게 나타내고, 온도가 높은 쪽으로 화살표의 방향을 나타낸다.

즉, 도 3에서 하나의 장변(500a)을 예로 들면, A위치와 B위치에서 용강의 온도를 측정하여 시계열적으로 비교함으로써 온도가 높은 쪽으로 편류가 발생됨을 나타낼 수 있으며, 다른 위치에 대해서도 같은 방식으로 편류여부를 나타낼 수 있다. 마찬가지로, 나머지 장변(500b)에 대해서도 같은 방식으로 편류여부를 나타낼 수 있다.

한편, 2개의 단변(600a, 600b)에 대해서는, 각각의 단변(600a, 600b)의 온도를 비교하여 편류여부를 나타낼 수 있다.

도 3에서는 화살표의 방향이 좌측 아래를 향하고 있으므로 단변과 장변 (500b)의 온도가 상승한 것을 나타내고 있다(빛금 친 부분으로 나타냄).

도 4는 본 발명에 따른 몰드 내 용강의 온도범위에 따른 설정된 색상의 표이다. 도 4를 참조하면, 온도범위 21~180℃에 대하여 10℃ 간격으로 구분하여 이에 해당하는 색상을 보이고 있다.

몰드 내에 설치된 온도계의 위치별 온도는 실시간으로 변하는데, 이와 같은 온도데이터는 디지털식으로 표시될 수 있으며, 디스플레이 효과를 극대화하기 위해 색상으로도 표기할 수 있다. 예를 들어, 몰드 내의 특정 위치에 설치된 온도계가 165℃이면 165라고 표시되며 빨강색(Red)으로 표시된다.

이하, 도 5 내지 도 8에서는 다양하고 복잡한 몰드 내의 용강의 흐름에 따라 이를 체계화하여 4가지 종류로 분류함으로써 아주 다양한 용강의 유동을 단순화하였다.

도 5는 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동이 정상인 경우의 모식도이다. 도 5 를 참조하면, 몰드 내 용강유동이 정상인 경우를 나타내고 있는데, 주편이 나가는 방향으로 몰드를 보았을 때를 기준으로 (a)에서는 정면에서 본 상태를 나타내고, (b)에서는 위에서 내려다 보았을 때의 상태를 나타낸다.

(a)를 살펴보면, 몰드 내 중앙의 침지노즐(400)을 중심으로 좌우 대칭으로 균일하게 용강이 유동하는 것을 알 수 있다. (b)를 살펴보면, 좌측 화살표와 우측 화살표가 굵기가 같고 방향이 서로 반대이므로, 침지노즐(400)을 중심으로 좌우대칭으로 균일하게 용강이 유동하는 것을 알 수 있다.

이때, 단변(600a, 600b)의 온도가 가장 높고 단변(600a, 600b)에 닿는 장변(500a, 500b)의 위치에서 그 다음으로 온도가 높으며, 침지노즐(400)을 중심으로 좌우대칭된 위치의 온도차이는 10℃보다 작다.

도 6은 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동이 제1 실시예에 따른 편류인 경우의 모식도이다. 도 6을 참조하면, 몰드 내 용강유동이 편류인 경우의 일 예를 나타내고 있는데, 주편이 나가는 방향으로 몰드를 보았을 때를 기준으로 (a)에서는 정면에서 본 상태를 나타내고, (b)에서는 위에서 내려다 보았을 때의 상태를 나타낸다.

(a)를 살펴보면, 굵기가 큰 선이 용강의 세기가 큰 경우인데, 몰드 내 중앙의 침지노즐(400)을 중심으로 용강이 우측으로 강하게 유동하는 것을 알 수 있다. (b)를 살펴보면, 우측 화살표의 굵기가 크기 때문에, 침지노즐(400)을 중심으로 우측으로 용강이 강하게 유동하는 것을 알 수 있다.

이때, 단변(600a, 600b)의 온도가 가장 높고 단변(600a, 600b)에 닿는 장변(500a, 500b)의 위치에서 그 다음으로 온도가 높으며, 침지노즐(400)을 중심으로 좌우대칭된 위치의 온도차이는 10℃ 이상이다. 도 6에서는 침지노즐(400)을 중심으로 우측 화살표의 굵기가 크기 때문에 침지노즐(400)을 중심으로 우측의 온도가 높다.

도 7은 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동이 제2 실시예에 따른 편류인 경우의 모식도이다. 도 7을 참조하면, 몰드 내 용강유동이 편류인 경우의 다른 예를 나타내고 있는데, 주편이 나가는 방향으로 몰드를 보았을 때를 기준으로 (a)에서는 정면에서 본 상태를 나타내고, (b)에서는 위에서 내려다 보았을 때의 상태를 나타낸다.

(a)를 살펴보면, 굵기가 큰 선이 용강의 세기가 큰 경우인데, 몰드 내 중앙의 침지노즐(400)을 중심으로 용강이 우측으로 강하게 유동하는 것을 알 수 있다. (b)를 살펴보면, 우측 화살표의 굵기가 크기 때문에, 침지노즐(400)을 중심으로 우측으로 용강이 강하게 유동하는 것을 알 수 있다.

이때, 우측 화살표의 방향이 아래쪽을 향하므로 아래쪽 장변(주편이 나가는 방향으로 몰드를 보았을 때 먼 쪽의 장변)의 온도가 가장 높고 그 다음으로 단변(600a, 600b)의 온도가 높으며, 침지노즐(400)을 중심으로 좌우에서 각각 최고온을 나타내는 위치에서의 온도의 차이는 10℃ 이상이다. 도 7에서는 침지노즐(400)을 중심으로 우측 화살표의 굵기가 크기 때문에 침지노즐(400)을 중심으로 우측의 온도가 높다.

도 8은 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동이 제3 실시예에 따른 편류인 경우의 모식도이다. 도 8을 참조하면, 몰드 내 용강유동이 편류인 경우의 또 다른 예를 나타내고 있는데, 주편이 나가는 방향으로 몰드를 보았을 때를 기준으로 (a)에서는 정면에서 본 상태를 나타내고, (b)에서는 위에서 내려다 보았을 때의 상태를 나타낸다.

(a)를 살펴보면, 몰드 내 중앙의 침지노즐(400)을 중심으로 용강이 우측으로1방향으로 더 유동하는 것을 알 수 있다. (b)를 살펴보면, 우측 화살표가 2개로 표시되어 있으므로, 침지노즐(400)을 중심으로 용강이 우측으로 1방향으로 더 유동하는 것을 알 수 있다.

이때, 우측 화살표의 방향이 2방향을 향하므로 위쪽 장변(주편이 나가는 방향으로 몰드를 보았을 때 가까운 쪽의 장변) 및 아래쪽 장변(주편이 나가는 방향으로 몰드를 보았을 때 먼 쪽의 장변)에서 단변에 닿지 않는 위치에서 온도가 가장 높으며, 침지노즐(400)을 중심으로 좌우에서 각각 최고온을 나타내는 위치에서 온도의 차이는 10℃ 이상이다.

도 9는 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동을 디스플레이한 디스플레이 화면이다. 도 9를 참조하면, 디스플레이 화면은 몰드 내 용강의 유동을 나타낸 화면(왼쪽 위), 몰드 내 각각의 위치에서의 온도를 나타낸 화면(왼쪽 아래), 시간경과에 따른 각각의 위치에서의 온도변화를 나타낸 화면들(오른쪽)로 구성된다.

몰드 내 용강의 유동을 나타낸 화면에서 1 내지 9는 장변의 각각의 위치를 나타낸 번호인데, 각각의 위치에서 온도계로 측정된 온도는 다름을 알 수 있다. 이때, 침지노즐을 중심으로 용강이 좌측(L)으로 강하게 유동하고 있기 때문에(편류가 발생함) 좌측 화살표의 굵기가 크게 나타나고, 126.3℃를 나타내고 있는 장변의 위치(점선으로 표시됨)에서 온도가 가장 높기 때문에 좌측 화살표의 방향이 표시된다.

몰드 내 각각의 위치에서의 온도를 나타낸 화면은 몰드 내의 각각 위치에서 FIXED SIDE(주편이 나가는 방향으로 몰드를 보았을 때 먼 쪽의 장변(외측 장변)), LOOSE SIDE(주편이 나가는 방향으로 몰드를 보았을 때 가까운 쪽의 장변(내측 장변))에서의 최근 1분간의 온도의 이동평균값을 나타내고 있다. 점선으로 표시된 부분은 장변의 9번위치에서의 FIXED SIDE와 LOOSE SIDE에서의 최근 1분 간의 온도의 이동평균값을 나타내고 있다.

시간경과에 따른 각각의 위치에서의 온도변화를 나타낸 화면들은 각각 시간경과에 따라 외측(outside) 장변, 내측(inside) 장변, 단변의 온도를 나타내었다. 여기서, 외측 장변의 온도와 내측 장변의 온도는 각각 2번과 9번 위치에서의 온도변화를 나타내었고, 단변의 온도는 좌측(L)과 우측(R)의 온도변화를 나타내었다.

상기한 바와 같이, 몰드 내 각각의 위치에서의 온도를 나타낸 화면 및 시간경과에 따른 각각의 위치에서의 온도변화를 나타낸 화면들에서, 해당 몰드 내 위치에서의 해당 온도는 몰드 내 용강의 유동을 나타낸 디스플레이 화면에서 쉽게 확인 할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 종래의 연속주조공정에서 몰드 내부의 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동 디스플레이장치의 블록도이다

도 3은 본 발명에 따른 몰드 내 용강의 유동을 나타낸 모식도이다.

도 4는 본 발명에 따른 몰드 내 용강의 온도범위에 따른 설정된 색상의 표이다.

도 5는 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동이 정상인 경우의 모식도이다.

도 6은 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동이 제1 실시예에 따른 편류인 경우의 모식도이다.

도 7은 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동이 제2 실시예에 따른 편류인 경우의 모식도이다.

도 8은 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동이 제3 실시예에 따른 편류인 경우의 모식도이다.

도 9는 본 발명에 따른 몰드 내 용강유동을 디스플레이한 디스플레이 화면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 온도측정부 200 : 편류판단부

300 : 디스플레이부 400 : 침지노즐

500a, 500b : 장변 600a, 600b : 단변

1000 : 몰드 내 용강유동 디스플레이장치

Claims (4)

1. 몰드 내 침지노즐의 일측과 타측에서 유동하는 용강의 온도차를 구하는 단계; 및

   상기 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단하는 단계;

   를 포함하여 구성된 몰드 내 용강유동 판단방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 편류여부를 판단하는 단계는,

   상기 몰드의 장변 양단측에서 측정한 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단하거나, 상기 몰드의 2개의 단변측에서 측정한 용강의 온도차를 설정값과 비교하여 편류여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 몰드 내 용강유동 판단방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 편류여부를 판단하는 단계는, 장변의 양단측에서 측정한 소정시간동안의 용강온도의 평균값을 기초로 하여 편류여부를 판단하거나, 2개의 단변측에서 측정한 소정시간동안의 용강온도 평균값을 기초로 하여 편류여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 몰드 내 용강유동 판단방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 용강의 편류여부에 대한 판단결과를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드 내 용강유동 판단방법.

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