KR20120122082A

KR20120122082A - 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20120122082A
Application number: KR1020110040056A
Authority: KR
Inventors: 장진수; 유석현; 조원재
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-11-07
Also published as: KR101204946B1

Abstract

본 발명은 연주공정을 통해 생산되는 코일과 같은 최종 압연제품의 표면결함 발생 정도를 간접적으로 예측하기 위한 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 주조 중인 강의 성분함량과 연주주편의 폭 및 압연 후의 최종제품에 대한 제품두께를 각각 입력받는 단계와, 상기 성분함량을 설정된 당량식에 대입하여 탄소당량과 구리당량을 각각 계산하는 단계와, 상기 연주주편의 폭을 제품두께로 나누어서 제품정량값을 계산하는 제3 단계, 및 상기 탄소당량과 구리당량 및 제품정량값을 곱하여 크랙예측지수(CPI)를 획득하고, 상기 크랙예측지수(CPI)를 이용하여 표면결함 발생 정도를 예측하는 단계를 포함한다.

Description

연주공정에서 제품의 표면결함 예측 장치 및 그 방법{DEVICE FOR PREDICTING SURFACE DEFECT OF PRODUCTS IN CONTINUOUS CASTING PROCESS AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 표면크랙 발생 예측에 관한 것으로, 특히 연주공정을 통해 생산되는 코일과 같은 최종 압연제품의 표면결함 발생 정도를 예측하기 위한 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 장치 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.

연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 연주주편으로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 연주주편을 이동시키는 다수의 핀치롤 등을 포함한다. 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 연주주편으로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 연주주편은 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조된다.

연주공정에서 생산되는 박슬라브(Thin Slab)는 두께가 40 내지 100mm 정도로 얇은 것으로, 열연공정에서 조압연 공정을 생략할 수 있어 공정 생략 및 단순화에 주로 적용된다.

본 발명의 목적은 연주공정에서 용강 내 성분을 이용하여 구해진 탄소당량과 구리당량 및 제품의 정량값을 이용하여 최종 압연제품의 표면결함 발생 정도를 예측할 수 있는 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 표면결함 예측 장치는, 용강 내 성분함량과 연속주조시 연주주편의 폭 및 압연 후의 최종 제품에 대한 제품두께 중 적어도 어느 하나의 조업데이터가 저장된 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 연주주편의 폭과 제품두께를 이용하여 제품정량값을 계산하고, 상기 메모리에 저장된 성분함량을 이용하여 탄소당량과 구리당량을 각각 계산한 후 상기 탄소당량과 구리당량 및 제품정량값을 곱하여 크랙예측지수를 획득하고, 상기 크랙예측지수를 이용하여 표면결함 발생 정도를 예측하는 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 크랙예측지수(CPI)와 미리 설정된 관계상수를 연산하여 표면결함지수(SDI)를 획득하고, 상기 표면결함지수(SDI)로 표면결함 발생 정도를 예측할 수 있다. 상기 관계상수는 크랙예측지수와 실제 표면결함 발생 정도 간의 상관관계에 의해 도출된 값일 수 있다.

상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 표면결함 예측방법은, 주조 중인 강의 성분함량과 연주주편의 폭 및 압연 후의 최종제품에 대한 제품두께를 각각 입력받는 제1 단계; 상기 성분함량을 설정된 당량식에 대입하여 탄소당량과 구리당량을 각각 계산하는 제2 단계; 상기 연주주편의 폭을 제품두께로 나누어서 제품정량값을 계산하는 제3 단계; 및 상기 탄소당량과 구리당량 및 제품정량값을 곱하여 크랙예측지수(CPI)를 획득하고, 상기 크랙예측지수(CPI)를 이용하여 표면결함 발생 정도를 예측하는 제4 단계;를 포함할 수 있다.

상기 제4 단계는, 상기 크랙예측지수(CPI)와 미리 설정된 관계상수를 연산하여 표면결함지수(SDI)를 획득하고, 상기 표면결함지수(SDI)로 표면결함 발생 정도를 예측할 수 있다.

상기 제3 단계에서 연주주편의 폭은 설정된 값으로 나누어진 지수화된 값일 수 있다.

상기 제4 단계에서는 탄소당량이 설정된 제1 기준값 이상이고, 구리당량이 설정된 제2 기준값 이하일 경우에 크랙예측지수(CPI)가 계산될 수 있고, 상기 제1 기준값은 0.07이고, 제2 기준값은 0.2일 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 용강 내 성분을 이용하여 탄소당량 및 구리당량을 계산하고, 연주공정을 통해 생산되는 연주주편의 폭과 최종 제품인 코일의 두께 정보를 이용하여 코일 표면에 발생되는 표면결함을 간접적으로 예측할 수 있다. 또한, 이러한 예측 지수를 통해 제품 조건별 표면결함 발생율을 낮출 수 있는 용강의 성분 설계가 가능하다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 성분분석기 및 표면결함 예측 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 표면결함 예측 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4는 탄소강에 따른 응고쉘의 응고 형태를 나타낸 도면이다.
도 5는 최종제품의 표면 결함을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 크랙예측지수와 표면결함지수 간의 상관관계를 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 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.

연속주조(continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형 또는 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸 또는 빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기는 도시된 바와 같이, 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

래들(Ladle, 10)은 정련공정을 통해 강 성분함량이 조성된 용강이 수용되어 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(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.

몰드(30)는 몰드에서 뽑아낸 연주주편이 일정 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 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

몰드(30)는 용강이 몰드의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이션(oscillation, 왕복운동)되며, 오실레이션시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 파우더(Powder)와 같은 윤활제가 이용된다. 파우더는 몰드 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘의 윤활뿐만 아니라 몰드 내 용융금속의 산화ㅇ질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다.

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. 연주주편의 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 연주주편이 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.

연속적으로 생산되는 연주주편은 소정의 절단기(미 도시됨)에 의해 일정한 크기로 절단된다.

즉, 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 산화ㅇ질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드 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.

몰드 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, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70)이 완전히 응고된 연주주편(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 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일 지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.

이와 같이 연속주조기를 통해 만들어진 박슬라브는 압연공정을 거쳐 최종 제품인 열연 코일이나 후판 등으로 제조된다. 연주공정을 통해 생산되는 박슬라브의 두께는 40 내지 100mm 정도가 될 수 있고, 압연공정을 거쳐 생산되는 코일의 두께는 1.5 내지 20mm 정도가 될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 성분분석기 및 표면결함 예측 장치를 나타낸 도면이다. 예측 장치(100)는 입력수단(130), 메모리(140), 제어부(150) 및 표시부(160)를 포함하며, 샘플러(110)와 성분분석기(120)를 더 포함할 수도 있다.

샘플러(110)는 정련공정이나 연주공정에서 래들(10) 또는 턴디쉬(20)의 용강에 침적되어 용강의 일부를 채취한다.

성분분석기(120)는 샘플러(110)를 통해 채취된 용강의 성분함량을 분석한다. 용강 내 성분함량은 조업시 정련공정에서 이미 정해지는 값이다. 만일, 정련공정에서 용강 내 성분함량을 분석하지 않았을 경우 연주공정에서 래들(10) 또는 턴디쉬(20)에 수용된 용강에서 샘플을 채취하여 분석하면 강 중 성분함량을 쉽게 알 수 있다.

입력수단(130)은 외부로부터 연속주조시 연주주편의 폭, 압연 후의 최종 제품에 대한 제품두께, 및 각종 설정값 중 적어도 어느 하나의 조업데이터를 입력받는다.

메모리(140)는 용강 내 성분함량과 연속주조시 연주주편의 폭, 압연 후의 최종 제품에 대한 제품두께, 및 각종 설정값 중 적어도 어느 하나의 조업데이터가 저장된다. 상기 용강 내 성분함량은 성분분석기(120)에서 전송될 수도 있지만, 입력수단(130)을 통해 입력될 수도 있다.

제어부(150)는 메모리(140)에 저장된 연주주편의 폭과 제품두께를 이용하여 제품정량값을 계산하고 메모리(140)에 저장된 성분함량을 이용하여 탄소당량과 구리당량을 각각 계산한 후 상기 탄소당량과 구리당량 및 제품정량값을 곱하여 크랙예측지수를 획득하고, 상기 크랙예측지수를 이용하여 표면결함 발생 정도를 예측한다.

여기서, 제어부(150)는 강 중 성분함량을 성분분석기(120)로부터 전송받아 메모리(140)에 저장할 수도 있지만, 입력수단(130)을 통해 입력받아 메모리(140)에 저장할 수도 있다.

또한, 제어부(150)는 크랙예측지수와 미리 설정된 관계상수를 연산하여 표면결함지수를 획득하고, 상기 표면결함지수로 표면결함 발생 정도를 예측할 수 있다. 상기에서 관계상수는 크랙예측지수와 실제 표면결함 발생 정도를 피팅(fitting)할 경우 이들의 상관관계에 의해 도출된 값이다.

그리고, 제품두께와 연산되는 연주주편의 폭은 설정된 값으로 나누어진 지수화된 값일 수 있다. 예컨대, 연주주편의 폭과 코일의 두께를 이용하여 지수화할 경우 연주주편의 값의 정도(order)가 코일의 두께보다 매우 커지기 때문에 연주주편의 폭에 100을 나눈 값으로 지수화하는 것이 바람직하다.

표시부(160)는 계산된 크랙예측지수나 표면결함지수 및 이를 통해 예측된 표면결함 발생 정도를 제어부(150)의 제어에 따라 문자 또는 그래프로 디스플레이한다.

이와 같이 예측 장치(100)는 성분데이터와 연주주편의 폭과 코일의 두께를 이용하여 크랙예측지수를 실시간으로 계산하여 최종제품의 표면결함 발생 정도를 간접적으로 예측할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 박슬라브의 표면결함 예측 과정을 나타낸 순서도로서, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보고자 한다.

먼저, 예측 장치(100)는 성분분석기(120)나 입력수단(130)을 통해 주조 중인 용강 내의 성분함량과 연주주편의 폭 및 압연 후의 최종제품에 대한 제품두께를 포함한 각종 조업데이터를 입력받아 메모리(140)에 저장한다(S11).

여기서, 용강의 성분함량은 정련공정이나 턴디쉬에 수용된 용강을 샘플링하여 분석한 값으로, 이는 샘플러(110)를 용강에 침적하여 용강의 일부를 채취한 후 성분분석기(120)를 통해 분석하면 알 수 있다. 용강 내 성분함량은 조업시 정련공정에서 이미 정해지는 값이다. 그리고, 최종제품은 열연 코일이나 후판 및 박슬라브 등이 될 수 있으나, 본 발명에서는 코일을 중심으로 설명한다.

이와 같이 예측 장치(100)의 제어부(150)는 주조 중인 용강 내 성분함량과 연주주편의 폭 및 압연 후의 최종제품에 대한 제품두께가 입력되면, 입력된 성분함량을 설정된 탄소당량식과 구리당량식에 각각 대입하여 탄소당량(Carbon Equivalent; Ceq.)과 구리당량(Copper Equivalent; Cueq.)을 각각 계산한다(S12).

상기에서 탄소당량(Ceq.)은 아래 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.

수학식 1

여기서, 탄소(C), 망간(Mn), 니켈(Ni), 규소(Si), 황(S), 인(P), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)은 강 중 성분함량[wt%]이다.

일반적으로 저탄소강 경우, 첨가된 합금철 및 스크랩 내 존재하는 유해원소(Tramp element)들에 의해서 목적하는 탄소량보다 많아진 강과 같은 응고 현상이 나타나는데 이러한 현상을 정량적으로 나타낸 지수가 탄소당량(Ceq.)이다. 탄소당량은 강 중에 존재하는 탄소량이 다른 첨가원소에 의해서 응고 중 탄소량이 변화된 범위를 나타내는 값이다. 예를 들면, 용강 성분 설계시 탄소 0.07wt%(저탄소강)를 목표로 용강이 제조되었지만 용강 내 다른 원소들에 의해서 실제 탄소량이 0.08%가 되게 되면, 연속주조 공정 중 용강 응고시 전혀 다른 포정강 영역에 해당하는 응고 현상이 일어난다. 이로 인해 불균일한 응고쉘이 형성되며 최종적으로 슬라브와 최종제품의 표면에 크랙이 발생될 수도 있다. 일반적으로, 도 4와 같이 저탄소강과 중고탄소강의 경우 응고쉘이 균일하게 형성되지만 포정강이나 중탄소강의 경우 응고쉘이 불균일하게 형성된다.

그리고, 구리당량(Cueq.)은 강 중에 존재하는 구리량이 다른 첨가원소에 의해서 응고 중 구리량이 변화된 범위를 나타내는 값으로, 아래 수학식 2에 의해 계산될 수 있다.

수학식 2

여기서, 구리(Cu), 주석(Sn), 안티몬(Sb) 및 니켈(Ni)은 강 중 성분함량[wt%]이다.

유해원소의 경우 철강제품 품질에 악영향을 미치는 미량원소를 총칭하며, 정련공정에서 제거하기가 쉽지 않다. 유해원소의 종류는 대부분 비철 원소로서, 합금원소(alloying element; Cr, Ni, Mo, Nb, Ti, V), 불순물(impurity element; P, S, O, N), 잔여원소(residual element; Cr, Ni, Mo, Co, Pb, Sn, Sb, As, Cu, P) 등으로 구분하기도 한다. 유해원소 중 특히 구리(Cu)가 다량 함유된 스크랩으로 열연코일 제조시 도 5와 같이 죽순형태의 표면결함이 발생하기가 쉽다. 이러한 형태의 결함 발생시 정상제품으로 판매가 불가능할 수 있다. 이에 따라 강 중 구리당량이 계산될 필요가 있다.

이어, 제어부(150)는 계산된 탄소당량이 설정된 제1 기준값 이상인지를 비교(Ceq.≥제1 기준값)하고, 계산된 구리당량이 설정된 제2 기준값 이하인지를 비교(Cueq.≤제2 기준값)하게 된다(S13). 여기서, 제1 기준값은 0.07이 될 수 있고, 제2 기준값은 0.2가 될 수 있다. 탄소당량이 0.07 이상에서 포정강 영역에 근접하므로 표면 크랙 발생 가능성이 높고, 구리당량이 0.2 이하에서 적열 취성에 의한 표면 크랙 발생 가능성이 높으므로, 제1 기준값과 제2 기준값은 0.07과 0.2로 각각 설정되는 것이 바람직하다.

탄소당량과 구리당량의 계산 결과, 탄소당량이 설정된 제1 기준값 이상이고, 구리당량이 설정된 제2 기준값 이하일 경우, 제어부(150)는 연주주편의 폭을 제품두께로 나누어서 제품정량값을 계산하게 된다(S14). 여기에서, 연주주편의 폭은 설정된 값으로 나누어진 지수화된 값일 수 있다. 예컨대, 연주주편의 폭은 900 내지 1560mm이고 최종제품인 코일의 두께는 1.2 내지 22mm 정도이므로, 연주주편의 폭과 코일의 두께를 이용하여 지수화할 경우 연주주편의 값의 정도(order)가 매우 커지기 때문에 연주주편의 폭에 100을 나눈 값으로 지수화하여 9 내지 15.6으로 지수화하는 것이 바람직하다.

연주주편의 폭이 클수록 몰드 내 탕면부가 많이 흔들리게 되며, 탕면부가 불안정해질수록 크랙 발생 가능성이 커진다. 반면에 코일의 두께가 얇을수록 높은 압하비에 의해 표면에 남아있는 결함 크기, 폭, 깊이 등이 줄어들게 되므로 크랙 발생 가능성이 낮아지게 된다. 따라서, 크랙에 대해 양의 지수인 연주주편의 폭을 음의 지수인 코일의 두께로 나누게 된다.

만일, 탄소당량과 구리당량 중 어느 하나라도 설정된 조건을 만족하지 못할 경우에는 크랙이 발생되지 않는 것으로 판단하여 크랙 발생 여부를 예측하지 않는다.

상기에서와 같이 제품정량값을 구한 후 구해진 제품정량값에 탄소당량과 구리당량을 각각 곱하여 크랙예측지수(CPI; Crack Prediction Index)를 획득한다(S15). 이를 수식으로 나타내면 아래 수학식 3과 같다.

수학식 3

여기서, Ceq.는 탄소당량이고, Cueq.는 구리당량이며, 제품두께는 코일의 두께가 될 수 있다.

이어, 제어부(150)는 획득된 크랙예측지수(CPI)와 미리 설정된 관계상수값을 연산하여 표면결함지수(SDI; Surface Defect Index)를 획득하고(S16), 획득된 표면결함지수(SDI)를 통해 코일과 같은 최종 제품의 표면결함 발생 정도를 예측한다(S17). 여기서, 제어부(150)는 획득된 크랙발생지수(CPI)를 아래 수학식 4에 대입하여 표면결함지수(SDI)를 구한다.

수학식 4

여기서, CPI는 크랙예측지수이고, 제1 상수값과 제2 상수값은 관계상수로서, 크랙예측지수와 실제 표면결함 발생 정도(표면결함지수) 간의 상관관계에 의해 도출된 값이다.

수학식 4에서 제1 상수값은 제2 상수값보다 큰 값이다. 즉, 제1 상수값은 7 내지 8 사이의 값이 될 수 있고, 제2 상수값은 1 내지 2 사이의 값이 될 수 있다. 제1 상수값과 제2 상수값은 조업 중인 실제 제품의 품질에 따라 달라질 수도 있다.

아울러, 표면결함지수(SDI)는 표면결함 정도에 따라 분류된 표면결함평점에 연주주편의 폭과 제품두께를 연산하여 세분화한 지수일 수 있다. 여기서, 표면결함평점은, 예컨대 실제 표면결함 정도를 임의의 등급으로 분류하여 평가된 점수를 의미한다. 표면결함 정도가 1등급부터 5등급으로 분류될 경우, 표면결함평점이 1점에서 5점으로 갈수록 표면 결함이 많은 것을 의미한다. 상기 표면결함평점이 5개의 등급으로 나누어질 때, 2등급까지는 정품으로 판매될 수 있으나, 3등급 이상에서는 판매에 문제가 될 수 있다.

하지만, 본 발명에서는 5개의 분류만으로 표면결함 발생 정도를 세분화하기가 어렵기 때문에 표면결함평점에 연주주편의 폭과 제품의 두께를 연산하여 표면결함지수를 세분화한 것이다. 이와 같이 표면결함지수를 표면결함 등급의 변별력을 높이기 위해 표면결함평점에 연주주편의 폭과 코일의 두께를 연산하여 세분화하는 것이 바람직하다. 표면결함지수는 아래 수학식 5에 의해 산출될 수 있다.

수학식 5

도 6과 같이 크랙예측지수(CPI)와 표면결함지수(SDI)는 다른 조업조건이 동일한 상태에서 대략 선형적인 관계를 가진다. 크랙예측지수(CPI)와 표면결함지수(SDI)의 상관식은 "Y(SDI)＝7.63(제1 상수값)?X(CPI)?1.48(제2 상수값)"이다. 도 8에서 도트는 실제의 표면결함 발생 지수이고, 실선은 본 발명에 의한 예측된 표면결함 발생 지수로서, 실제와 예측모델이 상당히 일치하는 것으로 나타났다. 여기서, CPI와 SDI의 상관관계에 따른 제1 상수값은 예컨대, '7.6268'이 될 수 있고, 제2 상수값은 '1.4768'이 될 수 있다. 결론적으로 예측모델 정확도(R²)가 대략 73% 정도로 우수하게 나타났다. 즉, 크랙예측지수(CPI)를 알면, 최종의 표면결함지수(SDI)를 계산할 수 있고, 표면결함지수(SDI)를 통해 표면결함 발생 정도를 예측할 수 있게 된다.

표면결함지수(SDI)의 경우 10 이하에서는 문제가 없지만, 10 이상일 경우는 제품 판매가 문제가 될 수 있다. 이와 같이 제어부(150)는 표면결함지수(SDI)를 통해 표면결함 발생 가능성을 강 중 성분과 연주주편의 폭 및 최종제품의 두께에 따라 실시간으로 예측하고, 예측된 결과를 도 6과 같은 그래프로 표시부(160)를 통해 디스플레이하거나 예측된 표면결함이 설정된 기준값(예를 들면, '10')을 초과할 경우 소정의 경보수단을 통해 경보음을 출력할 수도 있다.

이와 같이 본 발명에서는 제품의 생산 전에 표면결함 예측 정보를 이용하여 표면 크랙 발생을 예측해서 표면 크랙 저감을 위한 용강 성분 설계 변경이 가능하다. 예컨대, 탄소량 및 유해원소 제어를 위한 스크랩 배합비의 조정 등이 가능하다.

따라서, 용강 내 성분을 이용해 탄소 당량 및 구리 당량을 계산하고, 연주공정을 통해 생산되는 연주주편의 폭과 최종 제품인 코일의 두께 정보를 이용하여 코일의 표면에 발생되는 표면 결함을 예측할 수 있고, 이러한 표면결함 예측을 이용하여 용강의 성분 설계가 가능하게 되었다.

상기와 같은 표면결함 예측 방식은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10: 래들 20: 턴디쉬
30: 몰드 51: 파우더층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
90: 절단기 91: 절단 지점
100: 예측 장치 110: 샘플러
120: 성분분석기 130: 입력수단
140: 메모리 150: 제어부
160: 표시부

Claims

용강 내 성분함량과 연속주조시 연주주편의 폭 및 압연 후의 최종 제품에 대한 제품두께 중 적어도 어느 하나의 조업데이터가 저장된 메모리; 및
상기 메모리에 저장된 연주주편의 폭과 제품두께를 이용하여 제품정량값을 계산하고, 상기 메모리에 저장된 성분함량을 이용하여 탄소당량과 구리당량을 각각 계산한 후 상기 탄소당량과 구리당량 및 제품정량값을 곱하여 크랙예측지수(CPI)를 획득하고, 상기 크랙예측지수를 이용하여 표면결함 발생 정도를 예측하는 제어부;를 포함하는 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 크랙예측지수(CPI)와 미리 설정된 관계상수를 연산하여 표면결함지수(SDI)를 획득하고, 상기 표면결함지수(SDI)로 표면결함 발생 정도를 예측하는 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 관계상수는 크랙예측지수와 실제 표면결함 발생 정도 간의 상관관계에 의해 도출된 값인 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 예측된 표면결함 발생 정도가, 문자 또는 그래프로 표시부에 디스플레이되도록 제어하는 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 장치.
주조 중인 강의 성분함량과 연주주편의 폭 및 압연 후의 최종제품에 대한 제품두께를 각각 입력받는 제1 단계;
상기 성분함량을 설정된 당량식에 대입하여 탄소당량과 구리당량을 각각 계산하는 제2 단계;
상기 연주주편의 폭을 제품두께로 나누어서 제품정량값을 계산하는 제3 단계; 및
상기 탄소당량과 구리당량 및 제품정량값을 곱하여 크랙예측지수(CPI)를 획득하고, 상기 크랙예측지수(CPI)를 이용하여 표면결함 발생 정도를 예측하는 제4 단계;를 포함하는 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 제4 단계는, 상기 크랙예측지수(CPI)와 미리 설정된 관계상수를 연산하여 표면결함지수(SDI)를 획득하고, 상기 표면결함지수(SDI)로 표면결함 발생 정도를 예측하는 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 관계상수는 크랙예측지수와 실제 표면결함 발생 정도 간의 상관관계에 의해 도출된 값인 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 표면결함지수(SDI)는 아래 수학식에 의해 계산되며, 제1 상수값은 제2 상수값보다 큰 수인 연주공정에서 압연 제품의 크랙 발생 예측방법.
수학식

여기서, CPI는 크랙예측지수임.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 상수값은 7 내지 8 사이의 값이고, 제2 상수값은 1 내지 2 사이의 값인 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 제3 단계에서 연주주편의 폭은 설정된 값으로 나누어진 지수화된 값인 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 단계에서의 탄소당량(Ceq.)은 아래 수학식에 의해 계산되는 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 방법.
수학식

여기서, 탄소(C), 망간(Mn), 니켈(Ni), 규소(Si), 황(S), 인(P), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)은 강 중 성분함량[wt%]임.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 단계에서의 구리당량(Cueq.)은 아래 수학식에 의해 계산되는 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 방법.
수학식

여기서, 구리(Cu), 주석(Sn), 안티몬(Sb) 및 니켈(Ni)은 강 중 성분함량[wt%]임.
청구항 5에 있어서,
상기 제4 단계에서는 탄소당량이 설정된 제1 기준값 이상이고, 구리당량이 설정된 제2 기준값 이하일 경우에 크랙예측지수(CPI)가 계산되는 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 제1 기준값은 0.07이고, 제2 기준값은 0.2인 연주공정에서 제품의 표면결함 예측 방법.