KR20120057901A - 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속주조 공정에서 몰드내 응고쉘의 온도편차와 크랙 이동시간을 이용하여 면세로 크랙의 발생 여부를 실시간으로 진단할 수 있는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치 및 그 방법에 관한 것으로, 몰드의 크랙발생 가능 영역에 행렬로 배치되는 복수의 온도감지수단을 구비하는 온도감지부, 및 상기 온도감지부를 통해 몰드의 온도를 수집하고, 수집된 몰드 온도에서 각 온도감지수단별로 온도하락 직전의 최대온도와 온도 하락시의 최소온도 간의 온도편차가 임계값 이상일 경우 최대온도와 최소온도시의 시각정보를 온도감지수단별로 저장하고, 저장된 시각정보에서 동일한 열에 속하는 온도감지수단들의 시각정보를 이용하여 몰드 내 응고쉘의 크랙 발생을 진단하는 제어부를 제공한다.

Description

몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치 및 그 방법{CRACK DIAGNOSIS DEVICE OF SOLIDIFIED SHELL IN MOLD AND METHOD THEREOF}
본 발명은 연속주조 공정에서 몰드내 응고쉘의 크랙을 검출하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(tundish)에 받았다가 연속주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.
상기 연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 스트랜드로 형성하는 연속주조기용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 스트랜드를 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다.
다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 스트랜드로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 스트랜드는 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조된다.
본 발명의 목적은 연속주조 공정에서 몰드내 응고쉘의 온도편차와 이동시간을 이용하여 면세로 크랙의 발생 여부를 실시간으로 진단할 수 있는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 크랙 진단장치는, 몰드의 크랙발생 가능 영역에 행렬로 배치되는 복수의 온도감지수단을 구비하는 온도감지부; 및 상기 온도감지부를 통해 몰드의 온도를 수집하고, 수집된 몰드 온도에서 각 온도감지수단별로 온도하락 직전의 최대온도와 온도 하락시의 최소온도 간의 온도편차가 임계값 이상일 경우 최대온도와 최소온도시의 시각정보를 온도감지수단별로 저장하고, 저장된 시각정보에서 동일한 열에 속하는 온도감지수단들의 시각정보를 이용하여 몰드 내 응고쉘의 크랙 발생을 진단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 온도감지수단은 몰드의 중앙부에 배치되고, 상기 온도감지수단은 몰드의 중앙 수직선을 기준으로 몰드의 폭 대비 각각 15% 범위 내에 위치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는 크랙 발생을 진단할 때 동일한 열에 속하는 적어도 2이상의 온도감지수단에 대한 시각정보를 이용하며, 상기 제어부는 동일한 열에 속하는 온도감지수단들의 시각정보를 이용하여 온도편차의 행간 이동시간을 계산하고, 계산된 이동시간이 설정된 기준조건 범위 내에 속하는지를 판단하여 응고쉘의 크랙 발생 여부를 진단하는 것을 특징으로 한다.
상기 기준조건은 온도감지수단의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 시간을 포함하되, 상기 기준조건은 온도감지수단의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 후 설정된 오프셋시간을 감산한 제1 기준값, 및 온도감지수단의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 후 설정된 오프셋시간을 가산한 제2 기준값을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 온도감지부를 통해 몰드의 온도를 실시간으로 수집하여 시각정보와 함께 저장하고, 저장된 몰드 온도에서 각 온도감지수단별로 온도하락 직전의 최대온도와 온도 하락시의 최소온도 간의 온도편차를 계산하는 편차계산부; 상기에서 계산된 온도편차와 설정된 임계값을 비교하여 온도편차가 임계값을 초과할 경우, 해당 온도감지수단의 최대온도 및 최소온도시의 시각정보를 저장하는 임계값비교부; 및 상기 동일한 열에 속하는 온도감지수단들의 시각정보를 이용하여 온도편차의 행간 이동시간을 계산하고, 계산된 이동시간이 설정된 기준조건 범위 내에 속하는지를 판단하여 응고쉘의 크랙발생 여부를 진단하는 크랙판단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 크랙 진단방법는, 몰드의 중앙부에 행렬로 배치된 복수의 온도감지수단을 통해 몰드 온도를 실시간으로 수집하는 제1 단계; 상기에서 수집된 몰드 온도를 이용하여 각 온도감지수단별 온도하락 직전의 최대온도와 온도 하락시의 최소온도 간의 온도편차를 계산하는 제2 단계; 상기에서 계산된 온도편차와 설정된 임계값을 비교하여 온도편차가 임계값을 초과할 경우, 해당 온도감지수단의 최대온도 및 최소온도시의 시각정보를 저장하는 제3 단계; 및 상기 동일한 열에 속하는 온도감지수단들의 시각정보를 이용하여 온도편차의 행간 이동시간을 계산하고, 계산된 이동시간이 설정된 기준조건 범위 내에 속하는지를 판단하여 응고쉘의 크랙발생 여부를 진단하는 제4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 복수의 온도감지수단은 몰드의 중앙 수직선을 기준으로 몰드의 폭 대비 각각 15% 범위 내에 위치되며, 상기 제4 단계에서 기준조건은 온도감지수단의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 시간을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 연속주조 공정에서 생산되는 응고쉘의 온도편차와 크랙 이동시간에 근거하여 면세로 크랙을 진단함으로써, 면세로 크랙이 발생한 경우에만 슬라브의 표면에 스카핑(scarfing)을 실시하도록 하여 슬라브에 대한 정정 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 슬라브에 면세로 크랙이 발생한 경우 조업 조건을 정정함으로써 연속주조 공정에서 생산되는 슬라브의 실수율을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 2의 몰드 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 몰드 내 응고쉘의 크랙 진단장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 몰드 장변에 배치된 온도감지수단을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 응고쉘의 크랙 진단 과정을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명에 의한 몰드내 응고쉘의 측정 온도를 나타낸 도면이다.
도 8은 임의의 온도감지수단을 통해 측정된 온도를 시간축으로 나타낸 그래프이다.
도 9 내지 도 11은 몰드내 크랙의 이동을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 12는 크랙 발생시 동일 열에 속하는 온도감지수단을 통해 측정된 온도를 시간축으로 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.
본 도면을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20)와, 몰드(30)와, 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.
턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Laddle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.
몰드(30)는 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 몰드(30) 내에서 용강(M)의 응고로 이한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.
몰드(30)는 몰드(30)에서 뽑아낸 스트랜드가 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell; 81)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.
몰드(30)는 용강이 몰드의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션시 몰드(30)와 스트랜드와의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 몰드(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 몰드(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 스트랜드의 윤활뿐만 아니라 몰드(30) 내 용융금속의 산화?질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 몰드(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 몰드(30)의 입구를 지향한다.
2차 냉각대(60 및 65)는 몰드(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 직접 냉각된다. 스트랜드 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.
인발장치(引拔裝置)는 스트랜드가 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.
절단기(90)는 연속적으로 생산되는 스트랜드를 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화?질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다. 슈라우드노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.
턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.
몰드(30) 내의 용강(M)은 몰드(30)를 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 몰드(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 스트랜드(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 용강(M)이 응고된 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.
핀치롤(70, 도 1)이 완전히 응고된 스트랜드(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 스트랜드(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 스트랜드(80)가 일 지점(85)에 이르면, 스트랜드(80)는 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 스트랜드(80)는 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나뉘어진다.
몰드(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 형태에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 2의 몰드(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도이다.
도 3을 참조하면, 침지노즐(25)의 단부 측에는 통상적으로 도면상 좌우에 한 쌍의 토출구(25a)들이 형성된다. 몰드(30) 및 침지노즐(25) 등의 형태는 중심선(C)을 기준으로 대칭되는 것으로 가정하여, 본 도면에서는 좌측만을 표시한다.
토출구(25a)에서 아르곤(Ar) 가스와 함께 토출되는 용강(M)은 화살표(A1, A2)로 표시된 바와 같이 상측을 향한 방향(A1)과 하측을 향한 방향(A2)으로 유동하는 궤적을 그리게 된다.
몰드(30) 내부의 상부에는 파우더 공급기(50, 도 1을 참조)로부터 공급된 파우더에 의해 파우더층(51)이 형성된다. 파우더층(51)은 파우더가 공급된 형태대로 존재하는 층과 용강(M)의 열에 의해 소결된 층(소결층이 미응고 용강(82)에 더 가깝게 형성됨)을 포함할 수 있다. 파우더층(51)의 하측에는 파우더가 용강(M)에 의해 녹아서 형성된 슬래그층 또는 액체 유동층(52)이 존재하게 된다. 액체 유동층(52)은 몰드(30) 내의 용강(M)의 온도를 유지하고 이물질의 침투를 차단한다. 파우더층(51)의 일부는 몰드(30)의 벽면에서 응고되어 윤활층(53)을 형성한다. 윤활층(53)은 응고쉘(81)이 몰드(30)에 붙지 않도록 윤활하는 기능을 한다.
응고쉘(81)의 두께는 주조 방향을 따라 진행할수록 두꺼워진다. 응고쉘(81)의 몰드(30) 내에 위치한 부분은 두께가 얇으며, 몰드(30)의 오실레이션에 따라 자국(Oscillation mark, 87)이 형성되기도 한다. 응고쉘(81)은 지지롤(60)에 의해 지지되며, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 그 두께가 두꺼워진다. 응고쉘(81)은 두꺼워지다가 일부분이 볼록하게 돌출하는 벌징(Bulging) 영역(88)이 형성되기도 한다.
여기서, 몰드(30)로부터 빠져나가는 전열량이 불균일할 경우, 응고쉘(81)의 중앙 부위의 두께가 얇아지게 된다. 응고쉘(81)은 몰드내 용강 레벨의 변동, 몰드내 심한 유동(난류 또는 편류 발달), 몰드 파우더의 불균일한 유입 등의 이유로 불균일하게 응고가 된다.
한편, 불균일하게 응고된 응고쉘(81)은 상 변태 및 열적 수축으로 인해 불균일한 응고층이 발생한 부위에 인장력이 가해져, 몰드(30)와 응고쉘(81) 사이에 에어 갭(air gap)이 발생하게 되어, 응고쉘(81)에 크랙이 발생하게 된다. 이때, 크랙은 응고쉘(81)의 표면에 생성될 수 있으나, 내부에 생성될 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 크랙 진단장치는 응고쉘(81)의 크랙 발생 여부를 진단하여, 크랙이 발생된 슬라브를 정확하게 추출하여 스카핑(scarfing)을 실시하고자 함이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 몰드 내 응고쉘의 크랙 진단장치를 나타낸 도면으로서, 크랙 진단장치(100)는 온도감지부(110), 메모리(130), 표시부(150), 입력부(170) 및 제어부(190)를 포함한다.
온도감지부(110)는 몰드 장변(31)의 중앙부(101)에 행렬(matrix) 형태로 배치된 복수의 온도감지수단(111)을 포함한다. 복수의 온도감지수단(111)이 몰드(30)에 배치됨으로써, 연속주조 공정이 수행되는 동안 몰드(30)의 온도를 실시간으로 감지한다. 몰드(30)의 온도는 몰드 내측에 존재하는 응고쉘(81)의 온도와 동일한 것으로 간주한다.
여기서, 각 온도감지수단(111)은 몰드(30)에 배치된 영역을 식별하기 위한 식별정보를 갖는다. 따라서, 온도감지부(110)는 각 온도감지수단(111)에 의해 몰드(30)의 온도가 감지되면, 감지된 온도 정보를 제어부(190)로 전달한다.
여기서, 온도감지부(110)의 각 온도감지수단(111)은 도 5에 도시된 바와 같이 몰드 장변(31)의 중앙부(101)에 행렬(matrix) 형태인 N(행)ㅧ3(열)로 매설되어 배치된다. 온도감지수단(111)은 열전대(thermocouple)와 온도감지수단(111) 중 어느 하나가 될 수 있다.
몰드(30)에 배치되는 복수의 온도감지수단(111)은 몰드내 응고쉘의 크랙발생 가능 영역에 설치되는 데, 일반적으로 크랙은 몰드 장변(31)의 중앙부(101)에서 발생된다. 본 발명의 실시예에서는 각 행별로 온도감지수단(111)이 3개인 경우를 나타내었으나, 온도감지수단(111)의 개수는 필요에 따라 변경이 가능하다.
여기서, 몰드(30)의 중앙부(101)에 설치된 온도감지수단(111)은 몰드(30)의 중앙 수직선(ⓐ)을 기준으로 하여 양측으로 몰드(30)의 폭 대비 각각 15% 범위 내에 위치된다. 즉, 온도감지수단들(111)은 몰드 장변(31)의 중앙부(101)에 위치되는 데, 장변(31)의 폭을 기준으로 30% 정도의 영역(ⓑ)을 차지한다.
도 5에서는 복수의 온도감지수단(111)이 몰드 장변(31)의 중앙부(101) 전체에 배치된 것을 나타내었으나, 필요에 따라 온도감지수단들(111)은 몰드 장변(31)의 상부, 하부 또는 중앙부(101)에 선택적으로 배치될 수도 있다. 물론, 온도감지수단(111)이 몰드 장변(31)의 중앙부(101) 전체에 배치될 경우 크랙 검출에 대한 정확성이 향상될 수 있다.
메모리(130)에는 몰드(30)의 온도 검출을 위한 주기와 크랙발생 판단을 위한 임계값, 주조조건, 기준조건, 온도감지수단(111)별 측정 온도와 시각 및 각종 제어 프로그램 등이 저장된다.
표시부(150)는 제2 그룹(102)의 각 온도감지수단(111)을 통해 수집한 측정 온도 또는 각 온도감지수단(111)별로 온도하락 직전의 최대온도와 온도 하락시의 최소온도 간의 온도편차를 시간축으로 디스플레이할 수 있다. 표시부(150)는 온도편차에 대한 변화량을 그래프로 표시할 수 있다.
입력부(170)는 외부로부터 각종 동작 명령이나 설정값들을 입력받아 제어부(190)로 전달하도록 구성되어 있다.
제어부(190)는 온도감지부(110)를 통해 몰드의 온도를 수집하고, 수집된 몰드 온도에서 각 온도감지수단(111)별로 온도하락 직전의 최대온도와 온도 하락시의 최소온도 간의 온도편차가 임계값 이상일 경우 최대온도와 최소온도시의 시각정보를 온도감지수단(111)별로 저장하고, 저장된 시각정보에서 동일한 열에 속하는 온도감지수단들(111)의 시각정보를 이용하여 몰드 내 응고쉘의 크랙 발생을 진단한다.
즉, 제어부(190)는 상기 제어부(190)는 크랙 발생을 진단할 때 동일한 열에 속하는 적어도 2이상의 온도감지수단(111)에 대한 시각정보를 이용하게 되는 데, 제어부(190)는 동일한 열에 속하는 온도감지수단들(111)의 시각정보를 이용하여 온도편차의 행간 이동시간을 계산하고, 계산된 이동시간이 설정된 기준조건 범위 내에 속하는지를 판단하여 응고쉘의 크랙 발생 여부를 진단하게 된다.
상기 제어부(190)는 기능적으로 편차계산부(191)와 임계값비교부(193) 및 크랙판단부(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
편차계산부(191)는 온도감지부(110)를 통해 몰드의 온도를 실시간으로 수집하여 시각정보와 함께 메모리(130)에 저장하고, 저장된 몰드 온도에서 각 온도감지수단(111)별로 온도하락 직전의 최대온도와 온도 하락시의 최소온도 간의 온도편차를 계산한다. 물론, 편차계산부(191)는 계산된 온도감지수단(111)별 온도편차를 메모리(130)에 일시적으로 저장한다.
임계값비교부(193)는 상기에서 계산된 온도편차와 설정된 임계값을 비교하여 온도편차가 임계값을 초과할 경우, 해당 온도감지수단(111)의 온도하락 직전의 최대온도와 온도 하락시의 최소온도시의 시각정보를 온도감지수단(111)별로 메모리(130)에 저장한다.
크랙판단부(195)는 상기 동일한 열에 속하는 온도감지수단들(111)의 시각정보를 이용하여 온도편차의 행간 이동시간을 계산하고, 계산된 이동시간이 설정된 기준조건 범위 내에 속하는지를 판단하여 응고쉘의 크랙발생 여부를 진단한다.
상기에서 기준조건은 온도감지수단(111)의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 시간을 포함하는 데, 온도감지수단(111)의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 후 설정된 오프셋시간을 감산한 제1 기준값과, 온도감지수단(111)의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 후 설정된 오프셋시간을 가산한 제2 기준값을 포함할 수 있다. 이때, 제어부(190)는 계산된 행간 이동시간이 제1 기준값과 제2 기준값 사이에 속할 경우 크랙이 발생된 것으로 진단하게 된다.
여기서, 일반적으로 몰드내 스트랜드가 10sec당 적어도 15cm 정도가 이동한다고 볼 때 오프셋시간은 1sec 내지 2sec 범위에서 설정될 수 있고, 상기 임계값은 8 내지 12℃ 범위에서 설정될 수 있다. 만일, 주속이 1분(min)당 0.9m보다 빠를 경우 오프셋시간은 증감될 수도 있다.
본 발명의 크랙 진단 시스템의 경우, 온도감지수단(111)의 행별 간격이나 주속, 몰드 파우더의 종류 및 몰드의 냉각수량 등의 주조 조건이 변하지 않는 시간내에서 작동됨이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 응고쉘의 크랙 진단 과정을 나타낸 순서도로서, 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.
연속주조 공정이 수행되는 동안, 제어부(190)는 설정된 온도 측정시간이 되면 온도감지부(110)를 통해 몰드 온도를 실시간으로 검출하여 메모리에 저장한다(S11, S12). 여기서, 각 온도감지수단(111)은 배치된 영역에서의 몰드 온도를 실시간으로 감지하여 온도감지부를 통해 제어부(190)로 전달한다. 이때, 온도감지부(110)는 각 온도감지수단(111)에 대한 식별정보를 온도정보와 함께 제어부(190)로 전달한다.
상기에서 온도감지수단(111)은 크랙발생 가능 영역을 기준으로 크랙이 발생되는 몰드 장변(31)의 중앙부(101)에 배치되며, 몰드(30)의 중앙 수직선을 기준으로 하여 양측으로 몰드(30)의 폭 대비 각각 15% 범위 내에 위치된다.
도 7은 특정 시점의 몰드 장변의 전체 온도를 나타낸 것이다. 도 7에서 보듯이 몰드(30)의 온도는 위치에 따라 다르며, 특히 몰드(30)의 중앙부(101)의 위치에서 온도 변화가 심하게 나타남을 알 수 있다.
상기와 같이 제어부(190)는 크랙이 발생되는 영역에 존재하는 온도감지수단들(111)에 대한 온도정보를 주기적으로 반복 수집하여 시간정보와 함께 메모리(130)에 저장한다. 여기서, 제어부(190)는 각 온도감지수단(111)에 대한 측정 온도를 도 8과 같이 표시부(150)에 시간축으로 나타낼 수 있다.
이어, 제어부(190)는 일정 시간이 경과되면, 메모리(130)에 저장된 몰드 온도를 이용하여 각 온도감지수단(111)별로 도 8과 같이, 온도하락 직전의 최대온도(Tmax)와 온도 하락시의 최소온도(Tmin) 간의 온도편차(DT)를 각각 계산하게 된다(S13). 따라서, 계산된 온도편차(DT)는 온도감지수단(111)별로 적어도 하나 이상이 될 것이다.
제어부(190)는 상기에서 계산된 온도편차(DT)와 설정된 임계값을 서로 비교하여 온도편차(DT)가 임계값을 초과하는지를 판단하고(S14), 온도편차가 임계값을 초과할 경우에는 해당 온도감지수단(111)의 온도하락 직전의 최대온도(Tmax)시의 시각과 온도 하락시의 최소온도(Tmin)시의 시각을 온도감지수단(111)에 대한 정보와 함께 메모리(130)에 저장하게 된다(S15). 상기 임계값은 8 내지 12℃ 범위에서 설정될 수 있다.
이어, 제어부(190)는 수집된 온도감지수단(111)별 모든 몰드온도에 대한 온도편차 계산과 그 온도편차의 임계값 초과 여부에 대한 판단이 완료되었는지를 체크(S16)한 후 완료되지 않았으면, 다음 온도감지수단(111)에 대한 온도편차를 계속적으로 계산하게 된다(S13).
한편, 상기(S14)에서 계산된 온도편차가 설정된 임계값을 초과하지 않을 경우, 제어부(190)는 해당 온도감지수단(111)에서 크랙이 발생되지 않는 것으로 판단한다(S17). 이어, 제어부(190)는 수집된 온도감지수단(111)별 모든 몰드온도에 대한 온도편차 계산과 그 온도편차의 임계값 초과 여부에 대한 판단이 완료되었는지를 체크(S18)한 후 완료되지 않았으면, 다음 온도감지수단(111)에 대한 온도편차를 계속적으로 계산하게 된다(S13).
상기(S16)에서 모든 몰드온도에 대한 온도편차 계산과 그 온도편차의 임계값 초과 여부에 대한 판단이 완료되었으면, 제어부(190)는 동일한 열에 속하는 온도감지수단(111)에 대한 시각정보들을 추출한다(S19). 제어부(190)는 동일한 열에 속하는 온도감지수단들(111)의 시각정보를 이용하여 온도편차의 행간 이동시간을 계산하고(S20), 계산된 이동시간이 설정된 기준조건 범위 내에 속하는지를 판단하여 응고쉘의 크랙발생 여부를 진단하게 된다(S21).
여기에서, 상기 기준조건은 온도감지수단(111)의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 시간을 포함할 수 있다. 구체적으로, 기준조건은 아래 수학식 1과 같이 온도감지수단(111)의 행간 배치간격(Dn)을 주조속도(Vc)로 나눈 후 설정된 오프셋시간(
Figure pat00001
)을 감산한 제1 기준값(
Figure pat00002
), 및 온도감지수단(111)의 행간 배치간격(Dn)을 주조속도(Vc)로 나눈 후 설정된 오프셋시간(
Figure pat00003
)을 가산한 제2 기준값(
Figure pat00004
)을 포함한다. 상기에서 오프셋시간(
Figure pat00005
)은 주속을 감안하여 1sec 내지 2sec가 될 수 있다.
즉, 제어부(190)는 계산된 행간 이동시간(t(n) max -t(n-1) max , t(n) min -t(n-1) min )이 아래 수학식 1에 의한 기준조건에 속하는지를 계산하여 크랙 발생 여부를 진단하게 되는 데, 계산된 행간 이동시간이 제1 기준값(
Figure pat00006
)과 제2 기준값(
Figure pat00007
) 사이에 속할 경우 크랙 발생으로 진단한다.
수학식 1
Figure pat00008
단, Dn은 n행 온도감지수단과 n-1행 온도감지수단의 배치간격이고, Vc는 주조속도이고, t(n)max는 n행의 온도하락 직전의 최대온도(T max )에서의 시각이고, t(n-1)max는 n-1행의 온도하락 직전의 최대온도(T max )에서의 시각이고, t(n)min은 n행의 온도 하락시 최소온도(T min )에서의 시각이고, t(n-1)min은 n-1행의 온도 하락시 최소온도(T min )에서의 시각이고,
Figure pat00009
는 설정된 오프셋시간이다.
여기서, 일반적으로 몰드내 스트랜드가 10sec당 적어도 15cm 정도가 이동한다고 볼 때 오프셋시간은 1sec 내지 2sec 범위에서 설정될 수 있다. 만일, 주속이 1분(min)당 0.9m보다 빠를 경우나 행간 온도감지수단(111)의 간격 등이 변하면 오프셋시간도 증감될 수 있다.
도 9 내지 도 11은 2열에서 크랙이 발생된 경우를 도시한 도면으로서, 1행 2열의 온도감지수단(1-2)에서 크랙이 발생되었고, 발생된 크랙이 시간에 따라 2행 2열의 온도감지수단(2-2) 및 3행 2열의 온도감지수단(3-2)으로 이동되는 경우를 각각 나타낸 것이다.
이와 같이 1행 2열에서 크랙이 발생될 경우, 도 12와 같이 1행 2열의 온도감지수단(1-2)을 통해 획득된 온도편차(온도하락 직전의 최대온도(T max )와 온도 하락시 최소온도(T min ))가 시간에 따라 2행 2열의 온도감지수단(2-2) 및 3행 2열의 온도감지수단(3-2)에서도 일정한 시간차를 두고 연속적으로 나타날 것이다.
즉, 계산된 행간 이동시간이 아래 수학식 2에 의한 기준조건에 속하는지를 계산하여 크랙 발생 여부를 진단하게 되는 데, 계산된 각각의 행간 이동시간(t(2) max -t(1) max , t(2) min -t(1) min , t(3) max -t(2) max , t(3) min -t(2) min )이 제1 기준값(
Figure pat00010
)과 제2 기준값(
Figure pat00011
) 사이에 모두 속할 경우 크랙 발생으로 진단한다.
수학식 2
Figure pat00012
단, D1은 1행 온도감지수단과 2행 온도감지수단의 간격이고, D2는 2행 온도감지수단과 3행 온도감지수단의 간격이고, Vc는 주조속도이고, t(1)max는 1행의 온도하락 직전의 최대온도(T max )에서의 시각이고, t(2)max는 2행의 온도하락 직전의 최대온도(T max )에서의 시각이고, t(3)max는 3행의 온도하락 직전의 최대온도(T max )에서의 시각이고, t(1)min은 1행의 온도 하락시 최소온도(T min )에서의 시각이고, t(2)min은 2행의 온도 하락시 최소온도(T min )에서의 시각이고, t(3)min은 3행의 온도 하락시 최소온도(T min )에서의 시각이며,
Figure pat00013
는 설정된 오프셋시간이다.
따라서, 제어부(190)는 각 온도감지수단(111)을 통해 획득된 온도하락 직전의 최대온도(T max )와 온도 하락시 최소온도(T min )에 대한 온도편차가 임계값을 초과하고, 상기 수학식 2의 기준조건을 만족하면 해당 열에서 크랙이 발생된 것으로 진단한다.
이와 같은 크랙 진단 알고리즘은 크랙의 이동을 고려한 것으로, 도 9 내지 도 11과 같이 임의의 온도감지수단에서 발생된 작은 크랙이 시간에 따라 다른 행으로 이동될 경우에 크랙 검출 성능이 상대적으로 뛰어난 방식이다.
이와 같이 본 발명에서는 연속주조 공정에서 생산되는 응고쉘의 온도편차와 응고쉘의 이동시간에 근거하여 면세로 크랙을 진단함으로써, 면세로 크랙이 발생한 경우에만 슬라브의 표면에 스카핑(scarfing)을 실시하도록 하여 슬라브에 대한 정정 비용을 감소시킬 수 있다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 래들 15: 슈라우드노즐
20: 턴디쉬 25: 침지노즐
30: 몰드 31: 몰드 장변
35: 몰드 단변 40: 몰드 오실레이터
50: 파우더 공급기 51: 파우더층
52: 액체 유동층 53: 윤활층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 스트랜드
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
87: 오실레이션 자국 88: 벌징 영역
90: 절단기 91: 절단 지점
100: 크랙 진단장치 101: 몰드 중앙부
110: 온도감지부 111: 온도감지수단
130: 메모리 150: 표시부
170: 입력부 190: 제어부
191: 편차계산부 193: 임계값비교부
195: 크랙판단부

Claims (17)

  1. 몰드의 크랙발생 가능 영역에 행렬로 배치되는 복수의 온도감지수단을 구비하는 온도감지부; 및
    상기 온도감지부를 통해 몰드의 온도를 수집하고, 수집된 몰드 온도에서 각 온도감지수단별로 온도하락 직전의 최대온도와 온도 하락시의 최소온도 간의 온도편차가 임계값 이상일 경우 최대온도와 최소온도시의 시각정보를 온도감지수단별로 저장하고, 저장된 시각정보에서 동일한 열에 속하는 온도감지수단들의 시각정보를 이용하여 몰드 내 응고쉘의 크랙 발생을 진단하는 제어부;를 포함하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도감지수단은 몰드의 중앙부에 배치되는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도감지수단은 몰드의 중앙 수직선을 기준으로 몰드의 폭 대비 각각 15% 범위 내에 위치되는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 크랙 발생을 진단할 때 동일한 열에 속하는 적어도 2이상의 온도감지수단에 대한 시각정보를 이용하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 동일한 열에 속하는 온도감지수단들의 시각정보를 이용하여 온도편차의 행간 이동시간을 계산하고, 계산된 이동시간이 설정된 기준조건 범위 내에 속하는지를 판단하여 응고쉘의 크랙 발생 여부를 진단하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 기준조건은 온도감지수단의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 시간을 포함하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 기준조건은, 온도감지수단의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 후 설정된 오프셋시간을 감산한 제1 기준값, 및 온도감지수단의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 후 설정된 오프셋시간을 가산한 제2 기준값을 포함하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 계산된 행간 이동시간이 제1 기준값과 제2 기준값 사이에 속할 경우 크랙 발생으로 진단하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 오프셋시간은 1 내지 2sec인 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 임계값은 8 내지 12℃인 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도감지부를 통해 몰드의 온도를 실시간으로 수집하여 시각정보와 함께 저장하고, 저장된 몰드 온도에서 각 온도감지수단별로 온도하락 직전의 최대온도와 온도 하락시의 최소온도 간의 온도편차를 계산하는 편차계산부; 상기에서 계산된 온도편차와 설정된 임계값을 비교하여 온도편차가 임계값을 초과할 경우, 해당 온도감지수단의 최대온도 및 최소온도시의 시각정보를 저장하는 임계값비교부; 및 상기 동일한 열에 속하는 온도감지수단들의 시각정보를 이용하여 온도편차의 행간 이동시간을 계산하고, 계산된 이동시간이 설정된 기준조건 범위 내에 속하는지를 판단하여 응고쉘의 크랙발생 여부를 진단하는 크랙판단부;를 포함하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단장치.
  12. 몰드의 중앙부에 행렬로 배치된 복수의 온도감지수단을 통해 몰드 온도를 실시간으로 수집하는 제1 단계;
    상기에서 수집된 몰드 온도를 이용하여 각 온도감지수단별 온도하락 직전의 최대온도와 온도 하락시의 최소온도 간의 온도편차를 계산하는 제2 단계;
    상기에서 계산된 온도편차와 설정된 임계값을 비교하여 온도편차가 임계값을 초과할 경우, 해당 온도감지수단의 최대온도 및 최소온도시의 시각정보를 저장하는 제3 단계; 및
    상기 동일한 열에 속하는 온도감지수단들의 시각정보를 이용하여 온도편차의 행간 이동시간을 계산하고, 계산된 이동시간이 설정된 기준조건 범위 내에 속하는지를 판단하여 응고쉘의 크랙발생 여부를 진단하는 제4 단계;를 포함하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 온도감지수단은 몰드의 중앙 수직선을 기준으로 몰드의 폭 대비 각각 15% 범위 내에 위치되는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제4 단계에서 기준조건은 온도감지수단의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 시간을 포함하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 제4 단계에서 기준조건은, 온도감지수단의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 후 설정된 오프셋시간을 감산한 제1 기준값, 및 온도감지수단의 행간 배치간격을 주조속도로 나눈 후 설정된 오프셋시간을 가산한 제2 기준값을 포함하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 오프셋시간은 1 내지 2sec인 몰드내 응고쉘의 크랙 진단방법.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어부는 계산된 행간 이동시간이 아래 수학식에 의한 기준조건에 속하는지를 계산하여 크랙 발생 여부를 진단하는 몰드내 응고쉘의 크랙 진단방법.
    수학식
    Figure pat00014

    단, Dn은 온도감지수단의 행간 배치간격이고, Vc는 주조속도이고, t(n)max는 n행의 온도하락 직전의 최대온도(T max )에서의 시각이고, t(n-1)max는 n-1행의 온도하락 직전의 최대온도(T max )에서의 시각이고, t(n)min은 n행의 온도 하락시 최소온도(T min )에서의 시각이고, t(n-1)min은 n-1행의 온도 하락시 최소온도(T min )에서의 시각이고,
    Figure pat00015
    는 설정된 오프셋시간임.
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