KR20120110586A - 개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법 - Google Patents

개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법에 관한 것으로, 슬라브 연속주조용 몰드로부터 탕면레벨신호와 단변 동판온도신호를 측정하는 단계; 상기 슬라브 단위로 상기 탕면레벨신호와 단변 동판온도신호를 구획하는 단계; 및 상기 구획된 탕면레벨신호와 단변 동판온도신호로부터 0.1㎐이하 영역의 면적, 기준치초과횟수, 결함발생가능성지수를 구해 개재물 탈락 결함 지수를 산출하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의해, 탕면 레벨의 주파수 분석을 통해 침적노즐의 개재물 탈락 정도를 예측할 수 있고, 이와 더불어 몰드 단변 동판 온도의 변화에 따른 초기 응고 불균일 정도를 예측에 포함함으로써 보다 정밀하게 슬라브의 품질을 예측할 수 있다.

Description

개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법{METHOD FOR PREDICTING QUALITY OF SLAB USING DEFECT INDEX OF IMPURITIES COMEING OFF SUBMERGED ENTRY NOZZLE}
본 발명은 개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속주조 슬라브의 품질을 보다 정밀하게 예측할 수 있는 개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.
연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 스트랜드로 형성하는 연주용 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)로 제조된다.
본 발명의 목적은 슬라브 연속주조용 몰드의 탕면 레벨과 동판 온도의 변화를 분석하여 슬라브의 품질을 보다 정밀하게 예측할 수 있는 개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법을 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 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬라브의 품질 예측방법은 슬라브 연속주조용 몰드로부터 탕면레벨신호와 단변 동판온도신호를 측정하는 제1단계; 상기 슬라브 단위로 상기 탕면레벨신호와 단변 동판온도신호를 구획하는 제2단계; 및 상기 구획된 탕면레벨신호와 단변 동판온도신호로부터 0.1㎐이하 영역의 면적(
Figure pat00001
), 기준치초과횟수(
Figure pat00002
), 결함발생가능성지수(
Figure pat00003
)를 구해 하기의 수학식 2로 개재물 탈락 결함 지수를 산출하는 제3단계;를 포함한다.
[수학식 2]
Figure pat00004
여기서, α는 상수이다.
상기 0.1㎐이하 영역의 면적(
Figure pat00005
)은 하기의 수학식 1를 통해 얻은 0.1㎐이하 영역에 해당하는 상기 제2단계에서 구획된 탕면레벨신호의 면적인 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure pat00006
여기서,
Figure pat00007
는 0 ? 0.1㎐ 사이의 주파수를 n등분으로 나누었을 때의 각 주파수의 피크치,
j는 슬라브 내 신호간격 구분자이다.
상기 기준치초과횟수(
Figure pat00008
)는 상기 제2단계에서 구획된 탕면레벨신호에서 허용레벨인 기준치를 초과한 횟수인 것을 특징으로 한다.
상기 결함발생가능성지수(
Figure pat00009
)는 상기 제2단계에서 구획된 탕면레벨신호와 단변 동판온도신호의 주파수 피크를 비교하여, 일정 영역에서 상기 피크를 갖는 탕면레벨신호 주파수와 단변 동판온도신호 주파수가 일치하고 상기 단변 동판온도신호의 주파수 크기가 허용온도인 기준치를 초과하는 제1경우와, 상기 피크를 갖는 탕면레벨신호 주파수와 단변 동판온도신호 주파수가 일치하지 않는 제2경우에 각각 부여된 값인 것을 특징으로 한다.
상기 제1경우에는 값으로 5를 부여하고, 상기 제2경우에는 값으로 1을 부여할 수 있다.
상기 피크를 갖는 탕면레벨신호 주파수와 단변 동판온도신호 주파수의 일치여부를 1㎐ 이하에서 판단함이 좋다.
본 발명에 의해, 탕면 레벨의 주파수 분석을 통해 침적노즐의 개재물 탈락 정도를 예측할 수 있고, 이와 더불어 몰드 단변 동판 온도의 변화에 따른 초기 응고 불균일 정도를 예측에 포함함으로써 보다 정밀하게 슬라브의 품질을 예측할 수 있다.
도 1은 용강(M)의 흐름을 중심으로 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 도 1에서 몰드(30) 부분을 확대해서 나타낸 도면이다.
도 3은 슬라브 단위로 구획된 탕면 레벨 신호로부터 면적를 구하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 침지노즐 막힘/탈락 발생 시 스토퍼의 위치 및 탕면 레벨 변동을 나타낸 그래프이다.
도 5는 탕면 요동 요인별 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 탕면레벨신호를 분석한 그래프이다.
도 7은 탕면 레벨 주파수 분석 결과와 동판 온도 주파수 분석 결과를 비교한 그래프이다.
도 8은 탕면 변동에 따른 동판 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 침지노즐 막힘/탈락 발생시 몰드 내 용강 온도 변화를 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 용강(M)의 흐름을 중심으로 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
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 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.
핀치롤이 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(P)로 나누어진다.
한편, 상기 도 1에서 지지롤(60)과 핀치롤 등을 포함한 장치를 스트랜드(strand)라고도 하는데, 본 발명에 기재된 스트랜드(80)는 몰드(30)와 절단기(90) 사이에서 이동되는 응고쉘(81)과 미응고 용강(82)을 칭한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 슬라브 품질 예측방법은 몰드(30)로부터 탕면레벨신호(F1)와 단변 동판온도신호(F2)를 측정하는 단계로부터 시작된다.
탕면레벨신호(F1)는 탕면 위에 위치하는 예컨대, 와전류센서와 같은 탕면레벨센서(101)로부터 얻은 것이고, 단변 동판온도신호(F2)는 몰드(30)의 단변(31)에 설치되는 예컨대, 열전도센서와 같은 온도측정센서(103)로부터 얻은 것이다.
이와 같이 얻은 탕면레벨신호(F1)와 단변 동판온도신호(F2)를 다수개로 구획하는데, 슬라브(P) 단위로 구획한다. 즉, 탕면레벨신호(F1)와 단변 동판온도신호(F2)를 각 슬라브(P)가 주조될 때에 해당하는 탕면레벨신호(F1)와 단변 동판온도신호(F2)로 각각 구획한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이처럼 슬라브(P) 단위로 구획되어 얻어진 탕면레벨신호(F1)는 다시 특정 시간 간격(n)으로 나누고 각 구간별(n) 주파수를 분석하는데, 그 분석을 통해 구간별(n)로 얻어진 결과 중 0.1㎐ 이하 영역의 면적(A)을 하기의 수학식 1을 통해 산출한다.
Figure pat00010
여기서,
Figure pat00011
는 0 ? 0.1㎐ 사이의 주파수를 n등분으로 나누었을 때의 각 주파수의 피크치를 의미하고, j는 슬라브(P) 내 신호간격 구분자를 의미한다.
예컨대, 도 3을 보면 0.1㎐ 이하 영역은 j=1 에서 j=j까지가 될 것이고, 수학식 1에서 0.01은 구간별 거리를 나타내는데 이 수치는 신호(F1)를 얼마나 잘게 또는 넓게 잘라 구획할 것인가에 따라 달라지기 때문에 한정한 것이 아니고 단지 예시된 것임을 밝혀둔다.
상기 연속주조기에서, 내부 표면에 집적되는 산화물에 의해 침지노즐(25) 막힘이 발생하면, 토출량이 감소하게 되므로 토출량을 제어하는 스토퍼(21)의 위치가 상승하게 되고, 갑작스런 산화물 탈락 시 토출구의 면적 증가에 의해 토출량이 급격히 증가하면서 탕면이 상승하게 되는데, 이로 인해 탕면 변동이 발생한다.
탕면 요동은 그 발생 요인에 따라 다른 특성을 갖는데 특히 침지노즐(25) 막힘/탈락현상은 비주기적으로 발생하며, 간격은 짧게는 수초 ~ 수분까지 넓다. 따라서, 탕면레벨센서(101)에 의해 측정된 레벨신호(F1)의 주파수 분석을 통해 이의 구별이 가능하다.
도 4는 침지노즐 막힘/탈락 발생 시 스토퍼의 위치 및 탕면 레벨 변동을 나타낸 그래프이고, 도 5는 탕면 요동 요인별 주파수 특성을 나타낸 그래프인데, 이 그래프를 보면 침지노즐(25) 막힘/탈락의 경우 발생 간격이 길기 때문에 주파수는 0.1Hz(10초 이상 주기) 이하이다.
0.1㎐ 이하 영역의 면적(A)이 산출되면, 기준치초과횟수(
Figure pat00012
)를 산출한다. 기준치초과횟수(
Figure pat00013
)는 구획된 탕면레벨신호(F1)에서 허용레벨인 기준치를 초과한 횟수를 나타내며, 기준치는 몰프 파우더의 슬래그가 용강(M) 내로 유입되지 않는 탕면 안전 요동 범위가 된다. 도 6은 탕면레벨신호를 분석한 그래프로서 기준치를 2번 초과했음을 알 수 있다.
기준치초과횟수(
Figure pat00014
)가 산출되면, 결함발생가능성지수(
Figure pat00015
)를 산출한다. 결함발생가능성지수(
Figure pat00016
)는 구획된 탕면레벨신호(F1)와 단변 동판온도신호(F2)의 주파수 피크를 비교하여, 일정 영역에서 상기 피크를 갖는 탕면레벨신호(F) 주파수와 단변 동판온도신호(F2) 주파수가 일치하고 상기 단변 동판온도신호(F2)의 주파수 크기가 허용온도인 기준치를 초과하는 제1경우와, 상기 피크를 갖는 탕면레벨신호 주파수(F1)와 단변 동판온도신호(F2) 주파수가 일치하지 않는 제2경우에 각각 부여된 값이다. 기준치는 용강(M)의 초기 응고가 불량하게 되지 않는 탕면부의 안전 온도 범위가 된다.
이때, 피크를 갖는 탕면레벨신호(F1) 주파수와 단변 동판온도신호(F2) 주파수의 일치여부의 판단은 1㎐ 이하에서 이루어짐이 바람직하고, 제1경우에는 5, 제2의 경우에는 1의 값을 각각 부여한다.
도 7은 탕면 레벨 주파수 분석 결과와 동판 온도 주파수 분석 결과를 비교한 그래프로서, 1㎐ 이하 영역의 50m 부근에서 피크를 갖는 탕면레벨신호(F) 주파수와 단변 동판온도신호(F2) 주파수가 일치하고 단변 동판온도신호(F2)의 주파수 크기가 기준치를 초과하므로 상기 제1경우에 해당하여 결함발생가능성지수(
Figure pat00017
)는 5값을 갖는다.
도 8은 탕면 변동에 따른 동판 온도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 9는 침지노즐 막힘/탈락 발생시 몰드 내 용강 온도 변화를 나타낸 그래프로서, 탕면 변동이 발생한 경우, 몰드(30) 내의 유동 패턴 변화에 따라 몰드(30) 동판 내에 설치된 열전대(103)의 온도가 변화한다. 침지노즐(25)의 막힘과 탈락이 일어나는 경우, 막힘에 의해 토출량이 감소하면 동판 온도 및 탕면 레벨은 감소하게 되고 개재물 탈락에 의해 토출량이 증가하게 되면 탕면 레벨 및 동판 온도가 증가하게 된다.
탕면 변동에 따라 동판 온도가 낮아지는 경우는 탕면부의 온도가 낮음을 의미하므로 용강(M)의 초기 응고가 불량하게 되고, 이에 따라 불균일한 오실레이션 마크가 형성되어 기포 및 몰드 파우더의 포집 확률이 높아진다. 이는 결국 슬라브(P)의 품질을 저하시키는 요인이 된다.
연속주조 공정에서 탕면 변동이 기준치를 초과하는 경우에도 결함이 명백하게 드러나지 않는 경우가 존재하기 때문에, 탕면레벨신호(F1)의 주파수 분석과 더불어 탕면 변동 시 동판 온도의 변화를 감지함으로써 보다 정확히 슬라브(P)의 품질을 예측할 수 있다.
이와 같이, 슬라브(P) 단위로 얻어진 탕면레벨신호(F1)와 단변 동판온도신호(F2)로부터 0.1㎐이하 영역의 면적(
Figure pat00018
), 기준치초과횟수(
Figure pat00019
), 결함발생가능성지수(
Figure pat00020
)가 구해지면, 하기의 수학식 2로 개재물 탈락 결함 지수를 산출한다.
Figure pat00021
여기서, α는 상수이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 탕면 레벨의 주파수 분석을 통해 침적노즐의 개재물 탈락 정도를 예측하고, 이와 더불어 몰드 단변 동판 온도의 변화에 따른 초기 응고 불균일 정도를 예측에 포함함으로써 보다 정밀하게 슬라브의 품질을 예측할 수 있다.
10: 래들 15: 슈라우드노즐
20: 턴디쉬 21:스토퍼
25: 침지노즐 30: 몰드
31:단변 60: 지지롤
65: 스프레드수단 80: 스트랜드
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
90: 절단기 91: 절단 지점
101: 탕면레벨센서 103: 온도측정센서
P: 슬라브

Claims (6)

  1. 슬라브 연속주조용 몰드로부터 탕면레벨신호와 단변 동판온도신호를 측정하는 제1단계;
    상기 슬라브 단위로 상기 탕면레벨신호와 단변 동판온도신호를 구획하는 제2단계; 및
    상기 구획된 탕면레벨신호와 단변 동판온도신호로부터 0.1㎐이하 영역의 면적(
    Figure pat00022
    ), 기준치초과횟수(
    Figure pat00023
    ), 결함발생가능성지수(
    Figure pat00024
    )를 구해 하기의 수학식 2로 개재물 탈락 결함 지수를 산출하는 제3단계;를 포함하는,
    개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법.
    [수학식 2]
    Figure pat00025

    여기서, α는 상수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 0.1㎐이하 영역의 면적(
    Figure pat00026
    )은 하기의 수학식 1를 통해 얻은 0.1㎐이하 영역에 해당하는 상기 제2단계에서 구획된 탕면레벨신호의 면적인 것을 특징으로 하는, 개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00027

    여기서,
    Figure pat00028
    는 0 ? 0.1㎐ 사이의 주파수를 n등분으로 나누었을 때의 각 주파수의 피크치,
    j는 슬라브 내 신호간격 구분자이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준치초과횟수(
    Figure pat00029
    )는 상기 제2단계에서 구획된 탕면레벨신호에서 허용레벨인 기준치를 초과한 횟수인 것을 특징으로 하는, 개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 결함발생가능성지수(
    Figure pat00030
    )는 상기 제2단계에서 구획된 탕면레벨신호와 단변 동판온도신호의 주파수 피크를 비교하여, 일정 영역에서 상기 피크를 갖는 탕면레벨신호 주파수와 단변 동판온도신호 주파수가 일치하고 상기 단변 동판온도신호의 주파수 크기가 허용온도인 기준치를 초과하는 제1경우와, 상기 피크를 갖는 탕면레벨신호 주파수와 단변 동판온도신호 주파수가 일치하지 않는 제2경우에 각각 부여된 값인 것을 특징으로 하는, 개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1경우에는 값으로 5를 부여하고, 상기 제2경우에는 값으로 1을 부여하는, 개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 피크를 갖는 탕면레벨신호 주파수와 단변 동판온도신호 주파수의 일치여부를 1㎐ 이하에서 판단하는, 개재물 탈락 결함 지수를 이용한 슬라브의 품질 예측방법.
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