KR20140014459A - 주편 품질 예측 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주편 품질 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 용강을 공급받아 수용하는 주형 상측의 복수 영역에 마련되어 용강의 탕면 높이를 검출하는 복수의 탕면 높이 검출부와, 탕면 높이 검출부로부터 검출된 복수 영역에서의 탕면의 높이를 이용하여 탕면 유동 패턴을 생성하는 탕면 유동 검출부와, 탕면 유동 패턴과 그에 따라 생산되는 주편의 품질 데이터를 저장하는 데이터 저장부와, 탕면 유동 검출부로부터 검출된 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편 품질을 데이터 저장부로부터 추출하여 주편의 품질을 예측하는 주편 품질 예측부를 포함하는 주편 품질 예측 장치 및 그 방법이 제시된다.

Description

주편 품질 예측 장치 및 그 방법{Apparatus for forecasting a slab quality and method of thereof}
본 발명은 주편 품질 예측 장치에 관한 것으로, 특히 탕면의 유동을 사용자에게 가시화하고 탕면의 유동에 따른 패턴을 이용하여 주편의 품질을 예측할 수 있는 주편 품질 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 연속 주조(continuous casting) 공정은 일정한 형상의 주형에 용강을 연속적으로 주입하고, 주형 내에서 반응고된 용강을 연속적으로 주형의 하측으로 인발하여 주편(slab), 블룸(bloom), 빌렛(billet) 등과 같은 다양한 형상의 반제품을 제조하는 공정이다. 주형은 그 내부에 냉각수가 순환함으로써 주입된 용강이 반응고되어 일정한 형태로 만들어지게 된다. 즉, 용융 상태의 용강이 주형에서의 냉각 작용에 의해 반응고되고, 주형으로부터 인발된 미응고 용강은 주편 냉각 장치로부터 분사되는 에어와 냉각수가 혼합된 에어 미스트(air mist)에 의해 응고가 진행되어 완전한 고체 상태의 주편이 형성된다.
주형에서의 1차 냉각은 주편(slab)의 표면 품질을 결정하는데 가장 중요하다. 즉, 1차 냉각은 주형 내의 용강의 유동에 의해 좌우되는데, 탕면(meniscus)에서의 빠른 유동 또는 편류(bias flow)가 발생하면 윤활재 및 보온 역할을 하는 주형 플럭스의 혼입을 야기하고, 그에 따라 주편에 결함이 발생된다.
따라서, 탕면의 유동을 측정하면 주편의 결함을 예측할 수 있다. 그러나, 탕면은 고온 상태를 유지하기 때문에 그 유동을 실시간으로 측정하기 매우 어렵다. 한편, 와전류 레벨계(eddy current level meter)를 이용하여 탕면의 높이를 측정하여 주형 내 용강의 일정한 높이를 제어하는 기술은 상용화되어 있으나, 이는 어느 한 지점의 높이만을 측정하기 때문에 탕면 전체의 용강 유동을 측정하는 것은 불가능하다. 또한, 탕면의 보온을 위해서 탕면 상에 주형 플럭스가 도포되어 있으므로 카메라 등을 이용한 육안 관찰이 불가능하다.
본 발명은 탕면의 유동을 사용자에게 가시화하고 탕면 유동 형태에 따른 패턴을 이용하여 주편의 결함 여부 등의 품질을 예측할 수 있는 주편 품질 예측 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 주형 상에 복수의 온도 감지 수단 등의 탕면 높이 검출부를 마련하고, 이를 이용하여 탕면의 높이를 검출하여 탕면의 유동을 실시간으로 측정할 수 있는 주편 품질 예측 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명은 탕면의 유동 패턴과 그에 따라 생산되는 주편의 품질을 데이터로 저장하고, 복수의 탕면 위치 검출부를 통해 실시간으로 측정된 탕면의 유동 패턴에 따라 저장된 데이터에 따라 주편의 품질을 예측할 수 있는 주편 품질 예측 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 주편 품질 예측 장치는 용강을 공급받아 수용하는 주형 상측의 복수 영역에 마련되어 상기 용강의 탕면 높이를 검출하는 복수의 탕면 높이 검출부; 상기 탕면 높이 검출부로부터 검출된 복수 영역에서의 탕면의 높이를 이용하여 탕면 유동 패턴을 생성하는 탕면 유동 검출부; 상기 탕면 유동 패턴과 그에 따라 생산되는 주편의 품질 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 및 상기 탕면 유동 검출부로부터 검출된 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편 품질을 데이터 저장부로부터 추출하여 주편의 품질을 예측하는 주편 품질 예측부를 포함한다.
상기 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편 품질을 사용자에게 표시하는 표시부를 더 포함한다.
상기 탕면 높이 검출부는 온도 감지 수단, 전자기 유도 센서, 방사선 측정 수단 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 온도 감지 수단은 상기 주형 상측에 동일 높이로 설치된다.
상기 온도 감지 수단은 상기 탕면 상의 4.5㎜ 내지 9.5㎜의 높이에 설치된다.
상기 탕면 유동 검출부는 상기 탕면의 높이에 따른 3차원의 탕면 유동 영상을 생성하고, 상기 3차원 영상으로부터 2차원의 탕면 유동 패턴을 생성한다.
상기 3차원의 탕면 유동 영상은 상기 온도 감지 수단을 통해 측정된 온도를 하기 [수학식 1]에 적용하여 산출된 상기 온도 감지 수단과 탕면 사이의 수직 거리에 의해 생성된다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, α는 와류 센서를 이용한 보정 계수, Q는 주형의 입출측 온도 차를 이용한 실시간 히트 플럭스(heat flex),Kslag는 슬래그 열 전달 계수, Kcu는 주형의 열전달 계수, dslag는 슬래그층 두께, dcu는 주형의 단변에 접촉한 용강과 온도 감지 수단 사이의 대각선 거리, Tsteel은 실시간 용강 온도, T1은 온도 감지 수단의 실시간 온도, d1은 온도 감지 수단과 탕면 사이의 수직 거리, d2는 주형의 측면 표면과 열전대 팁 사이의 거리이다.
상기 주형 내에 용강 공급이 완료된 후 적어도 한번의 상기 탕면 유동 패턴을 생성한다.
상기 데이터 저장부는 복수의 상기 탕면 유동 패턴과 그에 따른 복수의 주편의 결함 여부, 결함 위치, 결함의 형상 중 적어도 어느 하나를 매치하여 저장한다.
상기 표시부는 상기 탕면 높이 검출부, 상기 탕면 유동 검출부, 상기 데이터 저장부 및 상기 주편 품질 예측부로부터 공급되는 적어도 어느 하나의 정보를 표시한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 주편 품질 예측 방법은 주형의 복수의 영역에 복수의 탕면 높이 검출부를 설치하는 단계; 상기 복수의 탕면 높이 검출부에 의해 검출된 복수 영역에서의 탕면 높이를 이용하여 탕면 유동 패턴을 생성하는 단계; 기 저장된 탕면 유동 패턴 데이터와 현재 주형 내의 탕면 유동 패턴을 대비하는 단계; 및 현재 주형 내의 탕면 유동 패턴과 일치하는 상기 탕면 유동 패턴 데이터 및 그에 따른 주편 품질 데이터를 추출하여 상기 현재 탕면 유동 패턴에 의한 주편의 품질을 예측하는 단계를 포함한다.
복수의 탕면 유동 패턴 데이터와 그에 따라 생산되는 복수의 주편 품질 데이터를 저장하는 단계를 더 포함한다.
상기 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편 품질을 사용자에게 표시하는 단계를 더 포함한다.
현재의 탕면 유동 패턴이 상기 탕면 유동 패턴 데이터와 일치하지 않을 경우 현재의 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편의 품질을 데이터화하여 저장하는 단계를 더 포함한다.
상기 탕면 유동 패턴을 생성하는 단계는 상기 탕면 높이를 이용하여 3차원의 탕면 유동 영상을 생성하고, 상기 3차원 영상으로부터 2차원의 탕면 유동 패턴을 생성한다.
본 발명의 실시 예들은 주형의 상측에 복수의 온도 감지 수단 등의 탕면 높이 검출부를 설치하여 복수의 영역에서의 탕면의 높이를 검출하고, 탕면 유동 패턴으로 가시화한다. 그리고, 탕면 유동 패턴에 따른 주편의 결함 여부 등의 주편 품질을 추적하여 데이터화 한다. 또한, 실시간으로 측정된 탕면 높이에 따른 탕면 유동 패턴을 데이터화된 탕면 유동 패턴 및 그에 따른 주편의 품질과 비교하여 주편의 결함 여부를 사용자에게 표시한다.
본 발명의 실시 예들에 의하면, 주형의 상측에 복수의 탕면 높이 검출부를 마련함으로써 탕면의 유동을 실시간으로 검출할 수 있다. 또한, 탕면 유동 패턴에 따른 주편의 결함 여부를 예측할 수 있어 주편의 결함을 사전에 방지할 수 있다. 즉, 탕면 유동 패턴을 제어하여 주편의 결함이 발생되지 않도록 함으로써 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주편 품질 예측 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주편 품질 예측 장치의 주형 및 그에 설치되는 탕면 높이 검출부의 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주편 품질 예측 장치에 의해 검출된 탕면 유동 패턴.
도 4는 탕면 유동 패턴에 따라 생산되는 주편의 결함을 나타낸 도면.
도 5는 사용자에게 표시되는 일 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주형의 개략 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주편 품질 예측 방법의 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주편 품질 예측 장치의 구성도이고, 도 2는 주편 품질 예측 장치의 주형 및 탕면 높이 검출부의 개략도이다. 또한, 도 3은 다양한 탕면 유동 패턴의 3차원 및 2차원 형상이고, 도 4는 탕면 유동 패턴에 따른 주편의 결함 양상을 나타낸 도면이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주편 품질 예측 장치에 의해 사용자에게 표시되는 일 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 주편 품질 예측 장치는 침지 노즐(10)로부터 용강을 공급받는 주형(100)과, 주형(100)의 복수의 영역에 마련되어 탕면의 높이를 복수의 영역에서 검출하는 탕면 높이 검출부(200)와, 탕면 높이 검출부(200)로부터 검출된 복수 영역에서의 탕면의 높이를 이용하여 탕면의 유동 패턴을 생성하는 탕면 유동 검출부(300)와, 탕면 유동 패턴의 데이터와 그에 따라 생산되는 주편의 품질 데이터를 저장하는 데이터 저장부(400)와, 탕면 유동 검출부(300)로부터 검출된 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편 품질을 데이터 저장부(400)로부터 추출하여 주편의 품질을 예측하는 주편 품질 예측부(500)와, 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편의 결함 등을 사용자에게 표시하는 표시부(600)를 포함한다.
주형(100)은 침지 노즐(10)로부터 공급되는 용강을 수용하고, 소정의 주편 형상으로 용강을 응고시키기 위해 1차 냉각한다. 이러한 주형(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 소정 거리 이격되어 서로 마주보도록 마련된 2개의 장변(110a, 110b)과, 2개의 장변(110a, 110b) 사이에 소정 거리 이격되어 서로 마주보도록 마련된 2개의 단변(120a, 120b)을 포함한다. 여기서, 장변(110a, 110b) 및 단변(120a, 120b)은 각각 예를 들어 구리를 이용하여 제작할 수 있다. 따라서, 주형(100)는 2개의 장변(110a, 110b) 및 2개의 단변(120a, 120b) 사이에 용강을 수용하는 소정의 공간이 마련된다. 또한, 주형(100)의 2개의 장변과 2개의 단변이 이루는 중앙부에 침지 노즐(10)이 마련된다. 침지 노즐(10)로부터 공급된 용강은 주형(100)의 중앙부로부터 외측 방향으로 대칭적으로 공급되며 조업 조건 등에 따라 특정한 유동 현상을 보이면서 토출류가 형성된다. 한편, 용강은 주형(100)의 상단부가 소정 폭으로 잔류하도록 주형(100) 내에 수용되고, 용강 상에는 주형 플럭스가 도포될 수 있다. 이러한 용강의 표면이 탕면(meniscus)이 된다.
탕면 높이 검출부(200)는 주형(100) 내의 탕면의 복수의 영역에서의 높이를 검출한다. 예를 들어, 탕면 높이 검출부(200)는 온도 감지 수단을 이용하여 어느 적어도 한 시점의 온도를 측정할 수도 있고, 실시간으로 온도를 측정함으로써 탕면의 온도 변화를 측정할 수도 있다. 이를 위해 탕면 위치 검출부(200)는 주형(100)의 장변(110a, 110b) 및 단변(120a, 120b)의 복수의 영역에 마련되어 탕면의 온도를 측정하기 위한 복수의 열전대를 포함할 수 있다. 즉, 복수의 열전대는 도 2에 도시된 바와 같이 주형(100)의 장변(110a, 110b) 및 단변(120a, 120b)의 동일 높이에 등간격으로 마련되어 각 영역에서의 탕면의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 복수의 열전대는 탕면으로부터 -50㎜∼+50㎜의 동일한 높이에 100㎜∼150㎜의 동일한 간격으로 설치될 수 있다. 즉, 열전대는 탕면보다 50㎜ 낮은 위치로부터 탕면보다 50㎜ 높은 위치에 설치될 수 있다. 그런데, 연속 주조 시 전체적인 탕면의 높이는 침지 노즐(10) 부근에서 -2㎜∼3㎜ 정도를 나타내고, 가장자리 부근에서 +2㎜∼+4㎜ 정도를 나타낸다. 즉, 침지 노즐(10) 근처에서는 다른 부분보다 낮고 가장자리 부근에서 다른 부분보다 높을 수 있다. 따라서, 탕면의 높이 감지를 위한 최적의 열전대 높이는 4.5㎜ 정도이고, 열전대의 탕면 유동 측정이 가능한 최고 높이는 9.5㎜라고 할 수 있다. 열전대의 높이가 4.5㎜보다 낮으면 탕면의 유동에 따라 열전대가 탕면에 열전대가 잠길 수 있다. 또한, 열전대의 높이가 9.5㎜보다 높으면 침지 노즐 근처의 탕면 거동 관찰의 민감도가 떨어지게 되고, 열전대 반응 속도와 열전대간의 온도 편차가 적어 평가가 어려워진다. 한편, 열전대는 주형(100)에 설치되어 탕면의 가장자리 높이만 측정하므로 탕면의 중간 지점의 높이를 측정할 수 없는 단점이 있다. 그러나, 열전대는 비용적인 측면에서 값싸게 복수개 설치가 가능하고, 가장자리의 높이를 복수의 위치로 측정하여 영상 처리하기 때문에 정밀한 측정이 가능하다. 또한, 열전대의 탕면 높이 측정을 보완하기 위해서 전자기 유도 센서를 열전대와 혼용하여 할 수 있다. 즉, 전자기 유도 센서를 탕면의 중앙부에 위치시켜 주형(100) 내의 탕면의 전체 높이를 측정할 수 있다.
탕면 유동 검출부(300)는 탕면 높이 검출부(200), 예를 들어 복수의 열전대로부터 측정된 각 영역의 탕면 온도를 이용하여 3차원 영상을 생성하고, 3차원 영상으로부터 2차원의 패턴을 생성한다. 즉, 탕면 유동 검출부(300)는 복수의 열전대로부터 측정된 탕면 온도를 이용하여 3차원의 탕면 형상을 생성하여 표시부(600)를 통해 사용자에게 표시하고, 3차원의 탕면 형상으로부터 2차원의 탕면 유동 패턴을 도출하여 표시부(600)를 통해 사용자에게 표시하는 동시에 데이터 저장부(400)에 저장된다. 예를 들어, 용강의 출렁거림에 의한 변동으로 탕면이 상승하거나 하강할 때 각 영역에서 측정된 온도 차이를 이용하여 전체 탕면의 형상을 검출할 수 있고, 이를 3차원 영상 및 2차원 패턴으로 가시화할 수 있다. 즉, 열전대의 온도가 상승하면 탕면 높이가 높아져 탕면이 열전대와 가까워졌기 때문이고, 열전대의 온도가 하강하면 탕면 높이가 낮아져 탕면이 열전대와 멀어졌기 때문이다. 따라서, 복수의 열전대에서 측정된 온도 차를 이용하여 탕면의 유동을 검출할 수 있고, 이를 3차원 영상 및 2차원 패턴으로 가시화할 수 있다. 이때, 탕면 유동 검출부(300)는 소정 시간에서 탕면 높이에 따른 탕면 유동을 검출할 수 있는데, 예를 들어 침지 노즐(10)로부터 용강 공급이 완료되고 소정 시간 후에 복수의 열전대로부터 측정된 온도에 따라 탕면 유동을 검출할 수 있다. 또한, 소정의 시간 차를 두고 시간 변화에 따른 탕면 유동을 검출할 수도 있다. 이렇게 복수의 열전대로부터 측정된 탕면의 온도를 이용하여 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 탕면 영상 및 유동 패턴을 도출할 수 있다. 즉, 도 3(a)는 두 단변측이 거의 동일하게 약간 높은 온도를 나타내지만 그 이외의 부분은 거의 동일한 온도를 유지하는 유동 패턴으로, 편류 발생 없이 적절한 탕면 속도 및 온도 확보가 가능한 매우 안정적인 탕면 유동 패턴이다. 이러한 유동 패턴으로 생산된 주편은 결함 발생 가능성이 매우 낮다. 또한, 도 3(b)는 두 단변측과 중앙부에 약간 높은 온도를 나타내지만, 그 이외의 부분은 거의 동일한 온도를 유지하는 유동 패턴으로, 편류 발생 없이 안정적이지만, 침지 노즐 주변으로 아르곤(Ar)이 매우 약하게 상승하는 탕면 유동 패턴이다. 이러한 유동 패턴으로 생산된 주편도 결함 발생 가능성이 낮다. 도 3(c)는 어느 하나의 단변측의 온도가 다른 부분의 온도보다 상당히 높은 유동 패턴이고, 도 3(d)는 어느 하나의 단변측의 온도가 도 3(d)의 경우보다 낮으나 다른 부분의 온도보다 높은 유동 패턴이다. 이러한 유동 패턴은 각각 침지 노즐(10)의 막힘 등으로 편류가 심하게 나타나기 때문이고, 생산되는 주편은 보텍스(vortex) 등이 생성되어 결함 발생 가능성이 매우 높다. 그리고, 도 3(e)은 단변측으로부터 중앙부로 온도가 점차 상승하는 유동 패턴이다. 이러한 유동 패턴은 외기 혼입이나 아르곤량 제어 불능, 침지 노즐 용손 등에 의해 발생되고, 산소가 많은 외기에 의해 기포 주변으로 개재물이 부착하여 결함을 야기하게 된다. 도 3(f)는 탕면 전체적으로 거의 동일한 온도를 유지하는 탕면 유동 패턴이다. 이러한 탕면 유동 패턴은 하향류 발생 또는 느린 탕면 속도로 탕면의 온도 하락이 크기 때문이며, 주편은 홀(hole)성 결함 발생 가능성이 크다.
데이터 저장부(400)는 다양한 형상의 탕면 유동 패턴과, 그에 따라 생산되는 주편의 품질을 관찰 및 측정하고 그 데이터를 저장한다. 즉, 데이터 저장부(400)는 탕면 유동 검출부(300)에 의해 검출되고 가시화된 다양한 탕면 유동 패턴을 데이터화하여 저장하고, 다양한 탕면 유동 패턴에 의해 생산되는 주편의 결함 여부 및 결함 위치 등 주편의 품질을 추적하여 그 데이터를 저장한다. 또한, 데이터 저장부(400)는 주편의 결함 발생 원인, 즉 비정상 탕면 유동 패턴의 원인 등도 저장할 수 있다. 이때, 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편의 품질, 그리고 결함 발생 원인을 매치(match)시켜 저장할 수 있다. 예를 들어, 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 탕면 유동 패턴으로 생산된 주편은 결함 발생 가능성이 적어 정상으로 판단될 수 있다. 그러나, 도 3(c) 및 도 3(d)에 도시된 탕면 유동 패턴으로 생산된 주편은 도 4(a)에 도시된 바와 같이 주편의 전면에 보텍스(vortex) 등이 생성되어 결함 발생 가능성이 높다. 또한, 도 3(e)에 도시된 탕면 유동 패턴으로 생산된 주편은 도 4(b)에 도시된 바와 같이 주편의 전면 뿐만 아니라 후면에도 산소가 많은 외기에 의해 기포 주변으로 개재물이 부착하여 복수의 홀성 결함이 발생될 가능성이 높다. 그리고, 도 3(f)에 도시된 탕면 유동 패턴으로 생산된 주편은 도 4(c)에 도시된 바와 같이 주편의 전면 뿐만 아니라 후면에도 복수의 홀성 결함이 발생될 가능성이 높다. 이렇게 탕면 유동 패턴과 그로 인해 생산되는 주편의 결함 여부, 결함 양상 및 그 원인을 매치시켜 데이터 저장부(400)에 저장한다.
주편 품질 예측부(500)는 현재 주형(100) 내의 탕면 유동 패턴과 데이터 저장부(400)에 저장된 탕면 유동 패턴의 데이터를 비교하고 일치하는 탕면 유동 패턴에 따른 주편의 품질 데이터를 추출한다. 즉, 탕면 유동 검출부(300)로부터 검출된 현재 주형(100) 내의 탕면 유동 패턴을 입력받은 주편 품질 예측부(500)는 데이터 저장부(400)에 저장된 탕면 유동 패턴의 데이터와 비교하여 일치하는 탕면 유동 패턴을 검출하고, 그에 따른 주편의 품질 데이터를 추출한다. 따라서, 현재 주형(100)의 탕면 유동 패턴을 데이터와 비교하여 그에 따라 생산되는 주편의 품질을 예측할 수 있다. 그리고, 이렇게 추출된 품질 데이터를 표시부(600)에 표시한다.
표시부(600)는 탕면 높이 검출부(200), 탕면 유동 검출부(300), 탕면 주편 품질 예측부(500)의 적어도 어느 하나로부터 공급되는 데이터를 표시하여 사용자에게 전달한다. 표시부(600)는 데이터를 표시할 수 있는 다양한 형태의 표시 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모니터 뿐만 아니라 모바일 기기를 포함할 수 있다. 이때, 표시부(600)에 표시되는 정보로는 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 탕면 높이 검출부(200), 예를 들어 복수의 열전대로부터 측정된 현재 주형(100)의 복수의 영역에서의 온도, 탕면 유동 검출부(300)로부터 검출된 현재 주형(100) 내의 탕면 유동의 3차원 영상 및 2차원 패턴, 데이터 저장부(400)로부터 공급되는 주편의 품질 및 주편의 결함 원인, 현재 주형(100) 내의 탕면 유동 패턴의 정상 또는 결함의 경보 등의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 주편 품질 예측 장치는 주형(100) 내의 탕면의 높이 변화를 탕면 높이 검출부(200)를 이용하여 검출하고 탕면 유동 검출부(300)를 이용하여 탕면 유동에 따른 3차원 영상 및 2차원 패턴을 가시화한다. 또한, 다양한 탕면 유동 패턴에 따라 생산되는 주편의 결함 여부를 추적하여 데이터 저장부(400)에 저장한다. 그리고, 현재의 주형(100) 내의 탕면 유동 패턴에 따른 주편의 품질을 데이터 저장부(400)로부터 추출하고 주편 품질 예측부(500)에 의해 예측하여 표시부(600)를 통해 표시한다. 따라서, 탕면 유동 패턴을 실시간으로 검출할 수 있고, 그와 더불어 주편의 결함 여부를 예측할 수 있어 주편의 결함을 사전에 방지할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 일 실시 예에서는 탕면 유동 검출부(300)가 탕면 높이 검출부(200), 예를 들어 복수의 온도 감지 수단을 통해 측정된 복수의 온도의 차를 이용하여 3차원 영상 및 2차원 패턴을 생성하였다. 그러나, 온도 감지 수단을 통해 감지된 온도를 아래의 [수학식 1]에 적용하여 탕면의 높이를 검출함으로써 3차원 영상을 생성하고, 그로부터 2차원 패턴을 생성할 수 있다. 도 6은 하기 [수학식 1]의 설명을 위해 도시한 주형(100)의 단면 개략도이다.
Figure pat00002
여기서, α는 와류 센서를 이용한 보정 계수, Q는 주형(100)의 입출측 온도 차를 이용한 실시간 히트 플럭스(heat flex),Kslag는 슬래그(30) 열 전달 계수, Kcu는 주형(100)의 열전달 계수, dslag는 슬래그층(30) 두께, dcu는 주형(100)의 단변에 접촉한 용강(20)과 열전대(200) 사이의 대각선 거리, Tsteel은 실시간 용강(20) 온도, T1은 열전대(200)의 실시간 온도, d1은 열전대(200)와 탕면 사이의 수직 거리, d2는 주형(100)의 측면 표면과 열전대(200) 팁 사이의 거리이다. 따라서, 열전대와 탕면 사이의 수직 거리(d1)를 산출함으로써 탕면의 높이를 검출할 수 있다.
또한, 탕면 높이 검출부(200)로서 주형(100)의 장변(110a, 110b) 및 단변(120a, 120b)에 삽입 설치되어 탕면의 온도를 측정하는 복수의 열전대를 이용하는 경우를 설명하였으나, 온도 측정에 한정되지 않고 유도 전류, 방사선 등을 이용하여 탕면의 복수의 영역의 높이를 검출할 수 있다. 예를 들어, 전자기 유도 센서, 방사선 발생기 및 측정기, 내화물 보호관에 설치된 열전대 등을 이용할 수 있다. 전자기 유도 센서는 용강과 센서가 가까워질 때 변화하는 유도 전류를 측정하여 용강의 높이를 측정할 수 있다. 이를 위해 주형(100)의 장변 및 단변의 동일 높이에 복수의 전자기 유도 센서를 설치하고, 이를 이용하여 복수의 영역에서의 탕면의 높이를 측정하여 그 형상을 가시화할 수 있다. 또한, 방사선의 투과량을 이용하여 용강의 높이를 측정할 수 있는데, 방사선 물질로는 코발트(Co)60이 사용될 수 있다. 이를 위해 주형(100)의 일 장변에는 방사선 발생기를 설치하고 타 장변에는 방사선 측정기를 설치할 수 있다. 그리고, 내화물 보호관에 열전대를 설치하여 용강 온도를 측정할 수 있다. 이러한 내화물 보호관 열전대를 탕면 위에 폭 방향 및 두께 방향으로 직접 복수 설치하여 용강의 온도를 측정하고, 그 온도차를 이용하여 용강의 높이를 측정할 수 있다.
상기 본 발명의 일 실시 예에 따른 주편 품질 예측 장치를 이용한 주편 품질 예측 방법을 도 7을 이용하여 설명하면 다음과 같다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주편 품질 예측 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 주편 품질 예측 방법은 주형(100)의 복수의 영역에 탕면 높이 검출부(200)를 설치하는 단계(S110)와, 복수의 탕면 높이 검출부(200)에 의해 검출된 복수 영역에서의 탕면 높이를 이용하여 탕면 유동 검출부(300)로부터 탕면 유동 패턴을 생성하는 단계(S120)와, 다양한 탕면 유동 패턴을 데이터하고 그에 따라 생산되는 주편의 결함 여부 및 결함 위치 등 다양한 주편의 품질을 데이터화하여 데이터 저장부(400)에 저장하는 단계(S130)와, 탕면 유동 검출부(300)에 의해 검출된 현재 주형(100)의 탕면 유동 패턴과 일치하는 탕면 유동 패턴 데이터를 데이터 저장부(400)로부터 검출하는 단계(S140)와, 탕면 유동 패턴이 데이터 저장부(400)에 저장된 탕면 유동 패턴 데이터와 일치하는 경우 그에 따른 주편 품질을 데이터 저장부(400)로부터 추출하여 주편의 품질을 예측하는 단계(S150)와, 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편 결함 여부 등을 사용자에게 표시하는 단계(S160)를 포함한다. 또한, 현재의 탕면 유동 패턴이 데이터 저장부(400)에 저장된 탕면 유동 패턴 데이터와 일치하지 않을 경우 현재의 탕면 유동 패턴 및 그에 따른 주편의 품질을 추적하고 이들 데이터를 데이터 저장부(400)에 저장하여 데이터 저장부(400)를 지속적으로 업데이트한다.
S110 : 주형(100) 내의 탕면의 복수의 영역에서의 높이 변화를 검출하기 위해 주형(100)이 상측에 복수의 탕면 높이 검출부(200)를 설치한다. 탕면 높이 검출부(200)는 탕면의 높이를 측정할 수 있는 온도, 전자기 유도, 방사선 등을 다양한 기구를 이용할 수 있다. 즉, 탕면 높이 검출부(200)는 열전대, 전자기 유도 코일, 방사선 방출기 및 측정기, 내화물 보호관에 삽입된 열전대의 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 예를 들어, 복수의 열전대를 주형(100)의 장변 및 단변의 동일 높이에 등간격으로 마련할 수 있고, 복수의 열전대와 함께 전자기 유도 센서를 설치할 수 있다. 이때, 전자기 유도 센서는 탕면의 중앙부에 복수 설치할 수 있다. 한편, 탕면 높이 검출부(200)로서 열전대는 탕면으로부터 10㎜ 이하의 높이에 설치하는 것이 바람직하고, 탕면으로부터 4㎜∼9㎜의 높이에 설치하는 것이 더욱 바람직하다.
S120 : 탕면 높이 검출부(200)로부터 검출된 복수 영역에서의 탕면의 높이를 이용하여 탕면 유동 검출부(300)가 탕면의 유동을 검출한다. 탕면 유동 검출부(300)는 탕면의 높이에 따른 3차원 영상을 생성하고, 2차원 패턴을 생성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 열전대로부터 측정된 온도에 따라 다른 색 및 높이로 표시하고, 이를 3차원 영상으로 가시화하여 전체 탕면의 형상을 검출할 수 있다. 또한, 3차원 영상으로부터 간략화하여 2차원 패턴을 도출할 수도 있다. 예를 들어, 용강의 출렁거림에 의해 탕면 높이가 높아져 탕면이 열전대와 가까워지면 열전대의 온도가 높아지고, 탕면 높이가 낮아져 탕면이 열전대와 멀어지면 열전대의 온도가 하강한다. 따라서, 복수의 열전대에서 측정된 온도를 이용하여 탕면의 유동을 검출할 수 있고, 이를 소정의 패턴으로 형상화할 수 있다.
S130 : 다양한 탕면의 유동 패턴에 따라 생산되는 주편을 추적하여 해당 주편의 결함 여부, 결함 위치 및 결합 원인 등의 주편의 품질 데이터를 데이터 저장부(400)에 저장한다. 이때, 데이터 저장부(400)는 다양한 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편의 품질을 매치(match)시켜 저장할 수 있다. 또한, 주편의 결함 발생 원인, 즉 비정상 탕면 유동 패턴의 원인 등도 데이터 저장부(400)에 저장할 수 있다.
S140 : 현재 주형(100) 내의 용강의 탕면 높이 변화에 따른 탕면 유동 패턴을 탕면 높이 검출부(200) 및 탕면 유동 검출부(300)를 통해 검출한 후 현재의 탕면 유동 패턴과 일치하는 탕면 유동 패턴 데이터를 데이터 저장부(400)로부터 검출한다. 그런데, 현재의 탕면 유동 패턴이 데이터 저장부(400)에 저장되지 않은 새로운 탕면 유동 패턴의 경우 그 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편 품질 데이터를 데이터 저장부(400)에 저장한다. 즉, 데이터 저장부(400)에 저장되지 않은 새로운 탕면 유동 패턴이 발생될 때마다 새로운 탕면 유동 패턴 및 그에 따른 주편 품질을 지속적으로 저장한다.
S150 및 S160 : 탕면 유동 패턴이 데이터 저장부(400)에 저장된 탕면 유동 패턴 데이터와 일치하는 경우 그에 따른 주편 품질 데이터를 데이터 저장부(400)로부터 추출하여 주편의 품질을 예측하고, 그 결과를 표시부(600)를 통하여 사용자에게 표시한다. 이때, 표시부(600)에 표시되는 정보로는 탕면 유동 패턴의 3차원 영상 및 2차원 영상, 그에 따른 해당 주편의 품질 및 결함 이미지, 주편의 정상 또는 불량 여부를 포함한다.
한편, 상기 주편 품질 예측 방법은 탕면 유동 패턴을 생성한 후 다양한 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편의 품질을 데이터화하여 저장하였으나, 다양한 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편의 품질을 데이터화한 후 현재 주형의 탕면 유동 패턴을 생성하여 기 저장된 탕면 유동 패턴 데이터와 비교할 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시 예는 탕면 유동 패턴이 주편의 결함이 예측되는 경우 주편 결함이 발생되지 않도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 주형(100) 내의 탕면 유동이 침지 노즐(10)을 기준으로 강도가 다른 편심 유동으로 발생되는 경우 양쪽 단변부의 탕면 높이의 차가 발생되고, 그에 따라 주편에 결함이 발생할 가능성이 크므로 해당 주편을 스카핑(Scalfing) 등으로 사전 처리할 수도 있다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 주형 200 : 탕면 높이 검출부
300 : 탕면 유동 검출부 400 : 데이터 저장부
500 : 주편 품질 예측부 600 : 표시부

Claims (16)

  1. 용강을 공급받아 수용하는 주형 상측의 복수 영역에 마련되어 상기 용강의 탕면 높이를 검출하는 복수의 탕면 높이 검출부;
    상기 탕면 높이 검출부로부터 검출된 복수 영역에서의 탕면의 높이를 이용하여 탕면 유동 패턴을 생성하는 탕면 유동 검출부;
    상기 탕면 유동 패턴과 그에 따라 생산되는 주편의 품질 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 및
    상기 탕면 유동 검출부로부터 검출된 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편 품질을 데이터 저장부로부터 추출하여 주편의 품질을 예측하는 주편 품질 예측부를 포함하는 주편 품질 예측 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편 품질을 사용자에게 표시하는 표시부를 더 포함하는 주편 품질 예측 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 탕면 높이 검출부는 온도 감지 수단, 전자기 유도 센서, 방사선 측정 수단 중 적어도 어느 하나를 포함하는 주편 품질 에측 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 온도 감지 수단은 상기 주형 상측에 동일 높이로 설치되는 주편 품질 예측 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 온도 감지 수단은 상기 탕면 상의 4.5㎜ 내지 9.5㎜의 높이에 설치되는 주편 품질 예측 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 탕면 유동 검출부는 상기 탕면의 높이에 따른 3차원의 탕면 유동 영상을 생성하고, 상기 3차원 영상으로부터 2차원의 탕면 유동 패턴을 생성하는 주편 품질 예측 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 3차원의 탕면 유동 영상은 상기 온도 감지 수단을 통해 측정된 복수 영역의 온도 차를 이용하여 생성하는 주편 품질 예측 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 3차원의 탕면 유동 영상은 상기 온도 감지 수단을 통해 측정된 온도를 하기 [수학식 1]에 적용하여 산출된 상기 온도 감지 수단과 탕면 사이의 수직 거리에 의해 생성되는 주편 품질 예측 장치.
    [수학식 1]
    Figure pat00003

    여기서, α는 와류 센서를 이용한 보정 계수, Q는 주형의 입출측 온도 차를 이용한 실시간 히트 플럭스(heat flex),Kslag는 슬래그 열 전달 계수, Kcu는 주형의 열전달 계수, dslag는 슬래그층 두께, dcu는 주형의 단변에 접촉한 용강과 온도 감지 수단 사이의 대각선 거리, Tsteel은 실시간 용강 온도, T1은 온도 감지 수단의 실시간 온도, d1은 온도 감지 수단과 탕면 사이의 수직 거리, d2는 주형의 측면 표면과 열전대 팁 사이의 거리.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 주형 내에 용강 공급이 완료된 후 적어도 한번의 상기 탕면 유동 패턴을 생성하는 주편 품질 예측 장치.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 데이터 저장부는 복수의 상기 탕면 유동 패턴과 그에 따른 복수의 주편의 결함 여부, 결함 위치, 결함의 형상 중 적어도 어느 하나를 매치하여 저장하는 주편 품질 예측 장치.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 표시부는 상기 탕면 높이 검출부, 상기 탕면 유동 검출부, 상기 데이터 저장부 및 상기 주편 품질 예측부로부터 공급되는 적어도 어느 하나의 정보를 표시하는 주편 품질 예측 장치.
  12. 주형의 복수의 영역에 복수의 탕면 높이 검출부를 설치하는 단계;
    상기 복수의 탕면 높이 검출부에 의해 검출된 복수 영역에서의 탕면 높이를 이용하여 탕면 유동 패턴을 생성하는 단계;
    기 저장된 탕면 유동 패턴 데이터와 현재 주형 내의 탕면 유동 패턴을 대비하는 단계; 및
    현재 주형 내의 탕면 유동 패턴과 일치하는 상기 탕면 유동 패턴 데이터 및 그에 따른 주편 품질 데이터를 추출하여 상기 현재 탕면 유동 패턴에 의한 주편의 품질을 예측하는 단계를 포함하는 주편 품질 예측 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 복수의 탕면 유동 패턴 데이터와 그에 따라 생산되는 복수의 주편 품질 데이터를 저장하는 단계를 더 포함하는 주편 품질 예측 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편 품질을 사용자에게 표시하는 단계를 더 포함하는 주편 품질 예측 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 현재의 탕면 유동 패턴이 상기 탕면 유동 패턴 데이터와 일치하지 않을 경우 현재의 탕면 유동 패턴과 그에 따른 주편의 품질을 데이터화하여 저장하는 단계를 더 포함하는 주편 품질 예측 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 탕면 유동 패턴을 생성하는 단계는 상기 탕면 높이를 이용하여 3차원의 탕면 유동 영상을 생성하고, 상기 3차원 영상으로부터 2차원의 탕면 유동 패턴을 생성하는 주편 품질 예측 방법.
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