KR20160126532A

KR20160126532A - 연속주조 공정의 유동 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160126532A
Application number: KR1020150057697A
Authority: KR
Inventors: 김경수; 배정운; 서해영
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-11-02

Abstract

본 발명은 연속주조 공정의 유동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 몰드 내 용강에 자기장을 인가하여 탕면을 회전시키는 전자기 교반 장치(Electro-Magnetic Stirrer), 및 몰드에서 주편으로 나오는 주속을 산출하고, 상기 산출된 주속에 근거하여 용강에 인가할 자기장의 세기를 결정하며, 상기 결정된 자기장의 세기에 따라 상기 전자기 교반 장치를 제어하여 용강에 자기장을 인가하는 제어부를 포함한다.

Description

연속주조 공정의 유동 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE FLOWS OF CONTINUOUS CASTING}

본 발명은 연속주조 공정의 유동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속주조 시 탕면의 유동을 제어하는 연속주조 공정의 유동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 연주설비에서의 연속주조공정은 용강을 일렬로 배열된 다수의 세그먼트를 통과시키면서 주조와 압연을 동시에 행하여 소정의 폭과 두께를 갖는 슬라브를 주조하는 공정을 말한다.

상기 연주설비에서 주조되는 슬라브는, 용강이 운반용기인 래들(ladle)에 담긴 상태에서 주입용기인 턴디시(tundish)를 통해 몰드(mold)로 주입되어 세그먼트(Segment)에 의해 안내를 받으면서 냉각수에 의해 응고가 진행되어 고체 상태의 슬라브 형태로 주조된다.

한편 주형 몰드 내에는 침지노즐이 침지되어 있으며, 상기 침지노즐을 통하여 용강이 주형 몰드 내로 공급된다. 그리고 용강의 상층에 몰드파우더가 투입될 수 있으며, 이는 용강의 산화 등을 방지한다. 그러나 몰드파우더가 용강 내부로 유입되면 슬라브 불량이 발생할 수 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2011-0034474호(2011.04.05.,공개, 연속 주조용 몰드의 탕면 유동 측정장치)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면 연속주조 시 발생할 수 있는 스캡 결함을 억제할 수 있는 연속주조 공정의 유동 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 연속주조 공정의 유동 제어 장치는, 몰드 내 용강에 자기장을 인가하여 탕면을 회전시키는 전자기 교반 장치(Electro-Magnetic Stirrer); 및 몰드에서 주편으로 나오는 주속을 산출하고, 상기 산출된 주속에 근거하여 용강에 인가할 자기장의 세기를 결정하며, 상기 결정된 자기장의 세기에 따라 상기 전자기 교반 장치를 제어하여 용강에 자기장을 인가하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 자기장의 세기 결정 시, 상기 제어부는, 상기 주속의 범위를 구분하고, 상기 구분된 주속의 범위에 따라 자기장의 세기를 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 주속이 1.2~1.4(m/min)인 경우, 상기 전자기 교반 장치를 가동하여 자기장의 세기를 300(Gauss) 미만으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 주속이 1.2(m/min)보다 작거나, 1.4~1.6(m/min) 인 경우, 상기 전자기 교반 장치를 가동하여 자기장의 세기를 100~699(Gauss) 범위에서 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 연속주조 공정의 유동 제어 방법은, 제어부가 몰드에서 주편으로 나오는 주속을 산출하는 단계; 상기 제어부가 상기 산출된 주속에 근거하여 용강에 인가할 자기장의 세기를 결정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 결정된 세기의 자기장을 용강에 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 자기장의 세기를 결정하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 주속이 1.2~1.4(m/min)인 경우, 상기 전자기 교반 장치를 가동하여 자기장의 세기를 300(Gauss) 미만으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 자기장의 세기를 결정하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 주속이 1.2(m/min)보다 작거나, 1.4~1.6(m/min) 인 경우, 상기 전자기 교반 장치를 가동하여 자기장의 세기를 100~699(Gauss) 범위에서 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 연속주조 공정의 유동 제어 장치 및 방법은 몰드로 토출되는 용강의 주속을 기반으로 용강에 인가할 자기장의 세기를 결정하고 결정된 세기의 자기장을 용강에 인가하여 탕면을 회전시킴으로써 스캡 결함의 발생을 억제할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조 공정의 유동 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조 공정에서 몰드 내 용강의 유동을 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조 공정에서 몰드 내 용강에 자기장을 인가하지 않은 상태에서의 주속별 스캡 결함 데이터를 수집하여 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조 공정에서 몰드 내 용강에 인가하는 자기장의 세기에 변화를 주면서 주속별 스캡 결함 데이터를 수집하여 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조 공정의 유동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연속주조 공정의 유동 제어 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조 공정의 유동 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조 공정에서 몰드 내 용강의 유동을 보인 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 연속주조 공정의 유동 제어 장치는, 주속 산출부(110), 제어부(120) 및 전자기 교반 장치(EMS, Electro-Magnetic Stirrer)(130)를 포함한다.

상기 주속 산출부(110)는 몰드에서 주편이 응고돼서 나오는 용강의 주조 속도(즉, 주속)를 산출한다.

상기 전자기 교반 장치(130)는 몰드 내의 용강에 자기장을 인가하여 탕면을 회전시킬 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 연속주조 공정에서 몰드 내의 용강은 턴디쉬(미도시) 등으로부터 침지노즐을 통해 토출되는데, 전자기 교반 장치(130)는 이러한 용강에 자기장을 인가하여 탕면을 회전시킬 수 있다.

상기 제어부(120)는 상기 전자기 교반 장치(130)를 제어하여 탕면을 회전시킴으로써 스캡 결함의 발생을 억제할 수 있다.

상기 침지노즐로부터 공급된 용강은 몰드와 충돌하여 상향류와 하향류로 나누어지는데, 상향류의 속도가 빠르면 편류가 발생할 수 있고, 이러한 편류에 의한 볼텍스 현상이 탕면부에서 나타날 수 있으며, 이러한 볼텍스 현상은 몰드 슬래그 혼입을 유발할 수 있다. 또한 빠른 속도의 탕면 용강과 액상슬래그의 속도차이에 의한 전단응력에 의해 몰드 슬래그가 빨려 들어올 수도 있다.

이와는 반대로 토출되는 용강의 토출세기가 작으면 탕면부로 전달되는 열량이 적어 초기 응고층이 길게 발달할 수 있으며, 이 부분에 탈산개재물인 알루미나가 포집될 수 있다. 이렇게 몰드 슬래그가 혼입되면 스캡 결합이 발생할 수 있고, 알루미나가 포집되면 슬리버 결함이 유발될 수 있으며, 스캡 결함과 슬리버 결함 모두를 스캡 결함으로 지칭하는 것이 일반적이다.

즉 연속주조에서 탕면의 상태는 스캡 결함 발생에 큰 영향을 주므로, 제어부(120)는 탕면의 유동을 제어하여 스캡 결함의 발생을 억제할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제어부(120)는 상기 몰드에서 나오는 주편의 주조 속도(주속)를 산출하고, 상기 산출된 주속에 근거하여 용강에 인가할 자기장의 세기를 결정하며, 결정된 세기에 따라 상기 전자기 교반 장치(130)를 제어하여 탕면을 회전시킬 수 있다.

즉 상기 제어부(120)는 주속을 기반으로 용강의 탕면 상태를 예측하여 자기장을 인가해 줌으로써 스캡 결함의 발생을 억제할 수 있다.

참고로 상기 도 2에 있어서, 몰드는 일정한 형태의 슬라브를 생산하기 위한 수단이며, 침지노즐은 상기 몰드 내로 용강을 일정하게 주입하기 위한 내화물재질의 수단이며, 몰드 파우더는 용강의 온도 저하와 산화 방지하기 위해 투입되며, 고온의 용강에 의해 상기 몰드파우더는 점성이 있는 슬래그가 되어 응고쉘과 몰드 사이의 윤활역할을 한다. 그리고 상기 침지노즐로부터 공급된 용강은 몰드와 접촉한 위치에서부터 응고가 시작된다.

도 3 및 4를 참조하여, 이를 더 자세히 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 자기장을 인가하지 않은 상태에서의 주속별 스캡 결함 데이터를 수집하여 도시한 그래프로, 여기서 개재물 결함 지수는 스캡 결함이 발생한 정도를 의미하며 작을수록 좋은 결과인 것을 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 슬라브 표층 하 개재물 결함은 주속이 증가할수록 개재물 결함이 증가함을 알 수 있다.

이와 같이 주속의 변화에 따라 스캡 결함의 발생정도가 달라지므로, 제어부(120)는 주속을 기반으로 용강의 탕면 상태를 예측할 수 있다.

도 4는 용강에 인가하는 자기장의 세기에 변화를 주면서 주속별 스캡 결함 데이터를 수집하여 도시한 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 주속이 일정 수준(1.2(m/min) 이상이고 1.4(m/min) 이하)인 경우에는 300(gauss) 미만의 세기를 갖는 자기장을 인가하는 것이 결함 발생 억제에 최적이라고 볼 수 있다(극저탄소강 대상, 250t 슬라브, Normal 주편 폭 1150~1650mm).

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조 공정의 유동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이를 참조하여, 본 실시예에 따른 연속주조 공정의 유동 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(120)는 먼저 몰드에서 주편으로 나오는 용강의 주속을 산출한다(S101).

예컨대 상기 제어부(120)는 상위 제어 장치(미도시)로부터 연속주조 공정의 데이터를 입력받아 몰드로 토출되는 용강의 주속(또는 몰드에서 주편으로 나오는 주속, 참고로 본 실시예는 연속주조 공정에서 수행되는 것이므로 상기 두 경우에서 주속은 크게 다르지 않다)을 산출할 수 있다.

다음 상기 제어부(120)는 상기 단계(S101)에서 산출된 주속에 근거하여 용강에 자기장을 인가하기 위한 주속의 범위를 구분한다.

예컨대 상기 제어부(120)는 상기 산출된 주속이 일정 수준(즉, 1.2~1.4(m/min)) 인지, 아니면 상기 산출된 주속이 상기 일정 수준을 벗어나는지(즉, 주속이 1.2(m/min)보다 작거나, 1.4~1.6(m/min) 인지) 판단한다.

상기 구분된 주속의 범위에 따라 각기 다른 방식으로 용강에 자기장을 인가한다.

먼저 상기 주속이 기 설정된 일정 수준(즉, 1.2~1.4(m/min))인 경우, 전자기 설비(즉, 전자기 교반 장치, 130)를 가동하되(S102), 자기장의 세기를 300(Gauss) 미만으로 설정할 경우에는 스카핑을 미지정한다(즉, 스카핑을 수행하지 않는다)(S104).

그러나 자기장의 세기를 300(Gauss)를 초과하여 설정할 경우에는 스카핑을 지정한다(즉, 스카핑을 수행한다)(S103).

여기서 스카핑은 슬라브를 깎아내는 작업이다.

한편 상기 산출된 주속이 상기 일정 수준을 벗어나는 경우(즉, 주속이 1.2(m/min)보다 작거나, 1.4~1.6(m/min) 인 경우)에는 전자기 설비(즉, 전자기 교반 장치, 130)를 가동하되(S105), 이때의 자기장의 세기는 100~699(Gauss) 범위에서 설정할 수 있으며, 상기 범위에서 자기장을 설정할 경우에 스카핑을 미지정한다(즉, 스카핑을 수행하지 않는다)(S106).

즉 주속이 기 설정된 일정 수준(즉, 1.2~1.4(m/min))인 경우, 전자기 설비(즉, 전자기 교반 장치, 130)를 가동하여 자기장의 세기를 300(Gauss) 미만으로 설정할 경우에 스캡 결함의 발생을 최대한으로 억제할 수 있다.

또한 주속이 1.2(m/min)보다 작거나, 1.4~1.6(m/min) 인 경우에는 전자기 설비(즉, 전자기 교반 장치, 130)를 가동하여 자기장의 세기를 100~699(Gauss) 범위에서 설정할 경우에 스캡 결함의 발생을 최대한으로 억제할 수 있다.

상기와 같이 제어부(120)는 주속에 따라 기 설정된 세기의 자기장을 용강에 인가하여 탕면을 회전시킴으로써 스캡 결함의 발생을 억제할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

110 : 주속 산출부
120 : 제어부
130 : 전자기 교반 장치

Claims

몰드 내 용강에 자기장을 인가하여 탕면을 회전시키는 전자기 교반 장치(Electro-Magnetic Stirrer); 및
몰드에서 주편으로 나오는 주속을 산출하고, 상기 산출된 주속에 근거하여 용강에 인가할 자기장의 세기를 결정하며, 상기 결정된 자기장의 세기에 따라 상기 전자기 교반 장치를 제어하여 용강에 자기장을 인가하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조 공정의 유동 제어 장치.
제 1항에 있어서,
상기 자기장의 세기 결정 시,
상기 제어부는,
상기 주속의 범위를 구분하고, 상기 구분된 주속의 범위에 따라 자기장의 세기를 설정하는 것을 특징으로 하는 연속주조 공정의 유동 제어 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 주속이 1.2~1.4(m/min)인 경우, 상기 전자기 교반 장치를 가동하여 자기장의 세기를 300(Gauss) 미만으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연속주조 공정의 유동 제어 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제어부는,
주속이 1.2(m/min)보다 작거나, 1.4~1.6(m/min) 인 경우, 상기 전자기 교반 장치를 가동하여 자기장의 세기를 100~699(Gauss) 범위에서 설정하는 것을 특징으로 하는 연속주조 공정의 유동 제어 장치.
제어부가 몰드에서 주편으로 나오는 주속을 산출하는 단계;
상기 제어부가 상기 산출된 주속에 근거하여 용강에 인가할 자기장의 세기를 결정하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 결정된 세기의 자기장을 용강에 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조 공정의 유동 제어 방법.
제 5항에 있어서,
상기 자기장의 세기를 결정하는 단계에서,
상기 제어부는,
상기 주속이 1.2~1.4(m/min)인 경우, 상기 전자기 교반 장치를 가동하여 자기장의 세기를 300(Gauss) 미만으로 설정하는 것을 특징으로 하는 연속주조 공정의 유동 제어 방법.
제 5항에 있어서,
상기 자기장의 세기를 결정하는 단계에서,
상기 제어부는,
상기 주속이 1.2(m/min)보다 작거나, 1.4~1.6(m/min) 인 경우, 상기 전자기 교반 장치를 가동하여 자기장의 세기를 100~699(Gauss) 범위에서 설정하는 것을 특징으로 하는 연속주조 공정의 유동 제어 방법.