KR20170017358A - 탕면 가시화 장치 및 이를 이용한 탕면 가시화 방법 - Google Patents

탕면 가시화 장치 및 이를 이용한 탕면 가시화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탕면 가시화 장치 및 이를 이용한 탕면 가시화 방법에 관한 것으로, 내부에 용강이 수용되는 주형에 삽입되어 상기 주형 내에 수용되는 용강의 온도를 측정하는 복수의 측온기를 포함하고, 상기 복수의 측온기는 서로 이격 배치되어 복수의 열과 복수의 행을 형성하며, 각 열을 형성하는 복수의 측온기는 서로 동일한 높이에 배치되고, 각 행을 형성하는 복수의 측온기는 서로 다른 높이에 배치되어, 주형 내 용강의 탕면 형상을 측정할 수 있다.

Description

탕면 가시화 장치 및 이를 이용한 탕면 가시화 방법{Visualization apparatus surface level of molten steel and visualization method for surface level of molten steel using the same}
본 발명은 탕면 가시화 장치 및 이를 이용한 탕면 가시화 방법에 관한 것으로, 주형 내 용강의 탕면 형상을 측정할 수 있는 탕면 가시화 장치 및 이를 이용한 탕면 가시화 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 1차 냉각 작용에 의해 반응고 되고, 주형으로부터 인발된 미응고 용강은 상기 주형 하측에 연장 설치된 2차 냉각대에서 분사되는 냉각수에 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 좌우되며, 일반적으로 용강과 주형 내벽 간의 윤활 및 용강의 보온을 위해 용강 탕면(meniscus) 상에는 몰드 플럭스(mold flux)가 도포되어 있다. 그런데, 주형 내에서 용강 탕면(meniscus)에서의 빠른 유동 또는 편류(bias flow)가 발생하면, 몰드 플럭스의 혼입이 야기되고, 이로 인해 따라 주편에 결함이 발생된다.
이에 탕면 유동에 따른 주편 결함을 방지하기 위해서는 주조 조업 중에 주형 내 정확한 용강의 탕면 형상을 실시간으로 측정할 필요가 있다. 그러나 용강은 주형 내에서 고온 상태로 유지되기 때문에, 탕면의 향상을 유동 패턴(또는 유동 패턴, 유동 형상)을 실시간으로 측정하기란 어렵다. 또한, 용강 탕면 상에 몰드 플럭스가 도포되어 있기 때문에, 육안 또는 카메라 등을 상용하여 작업자가 확인 가능하도록 관찰이 불가능하다.
따라서 주형 외부에서 용강의 온도를 간접적으로 측정하고 이를 통해 주형 내 용강의 탕면 형상을 가시화하는 방법이 연구되고 있는데 보다 정확한 탕면 형상을 측정할 수 있는 다양한 방법이 요구되고 있다.
KR 2014-0014459A JP 1999-90599A
본 발명은 주형 내 용강의 탕면 형상을 가시화할 수 있는 탕면 가시화 장치 및 이를 이용한 탕면 가시화 방법을 제공한다.
본 발명은 주편 결함 발생을 줄일 수 있는 탕면 가시화 장치 및 이를 이용한 탕면 가시화 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 탕면 가시화 장치는, 내부에 용강이 수용되는 주형에 삽입되어 상기 주형 내에 수용되는 용강의 온도를 측정하는 복수의 측온기를 포함하고, 상기 복수의 측온기는 서로 이격 배치되어 복수의 열과 복수의 행을 형성하며, 각 열을 형성하는 복수의 측온기는 서로 동일한 높이에 배치되고, 각 행을 형성하는 복수의 측온기는 서로 다른 높이에 배치될 수 있다.
상기 주형은 서로 이격되어 마주보는 한 쌍의 장변과, 상기 장변의 양쪽에 서로 대향하도록 구비되는 한 쌍의 단변을 포함하고, 상기 복수의 측온기는 상기 장변에 구비될 수 있다.
상기 복수의 측온기는 상기 장변의 상부에서 상기 장변의 길이방향으로 삽입될 수 있다.
상기 복수의 측온기는 상기 장변의 상부에서 상기 용강의 탕면에 교차하는 방향으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 열 중 상기 용강과 가장 인접한 열은 상기 용강과 접촉하는 상기 장변의 내부면으로부터 35mm 이내에 형성될 수 있다.
상기 복수의 행 중 각 행에 배치되는 측온기는 상기 장변의 두께방향으로 일직선 상에 배치될 수 있다.
상기 복수의 측온기는 상기 장변의 일면에서 상기 장변의 두께방향으로 삽입될 수 있다.
상기 복수의 측온기는 상기 장변의 일면에 상기 용강의 탕면과 나란한 방향으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 측온기 중 상기 용강과 가장 인접하게 삽입되는 측온기는 상기 용강과 접촉하는 상기 장변의 내부면으로부터 35mm 이내에 삽입될 수 있다.
상기 복수의 행 중 각 행을 형성하는 측온기는 상기 장변의 길이방향으로 일직선 상에 배치될 수 있다.
상기 복수의 측온기는 상기 용강의 탕면으로부터 상부 및 하부로 50mm 이내의 높이에 설치될 수 있다.
상기 열 간 간격은 15mm 이내일 수 있다.
본 발명에 따른 탕면 가시화 방법은, 주형의 폭 방향을 따라 복수의 열과 복수의 행을 형성하도록 나열되는 복수의 측온기를 이용하여 상기 주형의 폭 방향으로 용강의 온도를 측정하는 과정; 상기 복수의 측온기를 통해 측정된 온도값 중 상기 복수의 행에서 서로 다른 높이를 갖도록 배치되어 각 행을 형성하는 복수의 측온기에서 측정된 온도값을 연산하여 각 행에서의 평균 온도값을 산출하는 과정; 상기 각 행마다 산출된 평균 온도값을 이용하여 상기 주형의 폭방향으로 용강의 탕면을 가시화하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 복수의 측정기는 상기 주형의 장변 상부에서 상기 장변의 길이방향으로 삽입하여 상기 복수의 열과 복수의 행을 형성할 수 있다.
상기 장변의 두께방향으로 상기 복수의 행을 형성하고, 상기 장변의 두께방향 및 폭방향에서 복수의 온도값을 측정할 수 있다.
상기 장변의 두께방향에서 측정된 복수의 온도값을 이용하여 상기 주형으로 방출되는 열유량을 측정하고, 이를 이용하여 상기 주형의 폭방향으로 열유량 분포를 측정함으로써 상기 용강의 초기 응고 정도를 판단할 수 있다.
상기 복수의 측정기는 상기 주형의 장변 일면에서 상기 장변의 두께방향으로 삽입하여 상기 복수의 열과 복수의 행을 형성할 수 있다.
상기 장변의 길이방향으로 상기 복수의 행을 형성하고, 상기 장변의 길이방향 및 폭방향에서 복수의 온도값을 측정할 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 의하면, 주형을 형성하는 동판의 상부 또는 전면에 복수의 측온기를 서로 다른 깊이에 배치되도록 설치하여 주형의 폭 방향 위치별 용강의 온도를 검출하고, 이를 상대적으로 나타내어, 용강 탕면의 위치별 상대적 높이로 변환하여 탕면 형상을 가시화할 수 있다. 또한, 검출된 탕면 형상을 가시화한 결과를 이용하여 용강의 유동을 제어함으로써 조업 중인 용강의 유동을 주편 결함 발생 가능성이 적은 또는 없는 정상 유동 패턴이 되도록 제어할 수 있다. 따라서 용강의 탕면 형상을 실시간으로 가시화하고, 이를 이용하여 용강의 유동을 실시간으로 제어함으로써 용강의 유동에 따른 결함 발생을 방지할 수 있어, 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 탕면 가시화 장치가 설치된 주형을 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 측온기의 배치 형태를 설명하기 위한 도면.
도 3는 본 발명의 변형 예에 따른 탕면 가시화 장치가 설치된 주형을 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 측온기의 배치 형태를 설명하기 위한 도면.
도 5는 용강의 탕면을 3차원(3D)으로 가시화한 예를 보여주는 도면.
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 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 탕면 가시화 장치가 설치된 주형을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 측온기의 배치 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 탕면 가시화 장치를 포함하는 주조 설비는, 노즐(20), 예컨대 침지노즐(20)로부터 용강을 공급받아 1차 냉각시키는 주형(10), 주형(10)에서 주형(10)의 폭 방향으로 나열되도록 이격 설치되어, 각각에서 온도를 측정하는 복수의 측온기(100)를 포함할 수 있다. 또한, 주형(10)의 외측에 설치되어 탕면 유동을 조절하는 유동조절부(미도시)와, 측온기(100)에서 측정된 결과를 이용하여 유동조절부의 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 이때, 유동조절부는 주형(10)의 일방향으로 연장 형성된 코어 부재와, 코어부재의 외주면에 감기도록 설치되며 코어부재의 연장방향을 따라 상호 이격 배치되는 코일부재를 포함할 수 있다. 여기서 유동조절부는 일반적인 EMS로서, 자장의 이동 방향, 회전, 가속력 및 감속력을 제어하는 것은 특별히 한정되지 않고, 통상적인 EMS의 구동 방법과 동일하다.
또한, 주조 설비는 도시되지는 않았지만, 주형(10) 상측에 위치하며 용강을 일시 저장하는 턴디쉬, 주형(10) 하측에 설치되어 주형(10)으로부터 인발된 반응고된 주편에 냉각수를 분사하여 냉각시키는 2차 냉각대를 포함한다. 여기서, 2차 냉각대는 복수의 세그먼트가 주조 방향으로 연장 설치된 구성일 수 있다.
턴디쉬, 노즐(20), 2차 냉각대 등은 일반적인 주조 설비의 구성과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
주형(10)은 노즐(20)로부터 공급되는 용강을 수용하고, 소정의 주편 형상으로 용강을 응고시키기 위해 1차 냉각한다. 이러한 주형(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 소정 거리 이격되어 서로 마주보도록 마련된 2개의 장변(11a, 11b)과, 2개의 장변(11a, 11b) 사이에 소정 거리 이격되어 서로 마주보도록 마련된 2개의 단변(12a, 12b)을 포함한다. 여기서, 장변(11a, 11b) 및 단변(12a, 12b)은 각각 예를 들어 구리를 이용하여 제작할 수 있다. 따라서, 주형(10)는 2개의 장변(11a, 11b) 및 2개의 단변(12a, 12b) 사이에 용강을 수용하는 소정의 공간이 마련된다.
이후 설명에서 장변(11a, 11b)의 폭방향은 수평방향 또는 주편의 폭방향을 의미하고, 장변(11a, 11b)의 길이방향은 상하방향 또는 주편의 인발방향을 의미한다. 또한, 장변(11a, 11b)의 두께 방향은 외부로 노출되는 외부면에서 용강과 접촉하는 내부면으로 방향, 즉 외측에서 내측 방향을 의미한다.
또한, 주형(10)의 2개의 장변(11a, 11b)과 2개의 단변(12a, 12b)이 이루는 중앙부에 노즐(20)이 마련된다. 노즐(20)로부터 공급된 용강은 주형(10)의 중앙부로부터 외측 방향으로 대칭적으로 공급되며 조업 조건 등에 따라 특정한 유동 현상을 보이면서 토출류가 형성된다. 한편, 용강은 주형(10)의 상단부가 소정 폭으로 잔류하도록 주형(10) 내에 수용되고, 용강 상면에는 몰드 플럭스가 도포될 수 있다. 이러한 용강의 상부면 즉, 용강의 표면이 탕면(meniscus)이 된다.
복수의 측온기(100)는 조업 중에 주형(10) 내에 수용된 용강 또는 용강 탕면의 온도를 측정한다. 실시예에서는 측온기(100)로 열전대를 사용하나, 이에 한정되지 않고 온도를 측정할 수 있는 다양한 수단이 적용 가능하다.
복수의 측온기(100)는 주형(10)의 장변(11a, 11b)에 설치될 수 있다. 측온기(100) 각각은 장변(11a, 11b)의 상부면을 통해 삽입되어 장변(11a, 11b)의 길이방향, 예컨대 주편의 주조방향과 나란하게 구비되어 용강의 탕면과 교차하는 방향으로 배치될 수 있다.
복수의 측온기(100)는 장변(11a, 11b)의 상부에 복수의 열(A, B, C)과 복수의 행(D1 ~ Dn)을 형성하도록 배치될 수 있다. 여기에서 복수의 열(A, B, C)은 장변(11a, 11b)의 폭방향으로 형성되는 것을, 복수의 행(D1 ~ Dn)은 장변의 두께방향으로 형성되는 것을 의미한다. 즉, 장변(11a, 11b)의 폭방향으로 복수의 측온기(100) 중 일부를 일렬로 배치하여 제1열(A)을 형성하고, 제1열(A)의 일측에 제2열(B)을 형성하고, 제2열(B)의 일측에 제3열(C)을 형성할 수 있다. 여기에서는 복수의 측온기(100)를 3열로 배치한 것으로 설명하지만, 2열 또는 3열 이상으로 형성될 수 있음은 물론이다. 그리고 각각의 열(A, B, C)을 형성하는 측온기(100) 중 장변(11a, 11b)의 길이방향으로 동일 위치에 배치되는 복수의 측온기(110)는 장변(11a, 11b)의 두께방향으로 일직선으로 배치되어 행(D1 ~ Dn)을 형성하게 된다.
이하에서는 장변(11a, 11b)에서 용강에 인접한 방향에 형성되는 측온기(100a)의 열을 제1열(A)이라 하고, 그 외측에 형성되는 측온기(100b)의 열은 제2열(B), 가장 외측에 형성되는 측온기(100c)의 열은 제3열(C)이라 한다.
제1열(A)을 형성하는 측온기(100a)는 장변(11a, 11b)의 상부면으로부터 동일한 높이에 형성될 수 있다. 예컨대 용강의 탕면(H0)으로부터 50㎜ 상부에서 50㎜ 하부까지의 범위 내에서 동일한 높이(H1)에 형성될 수 있다. 측온기(100)는 용강의 탕면으로부터 가깝게 배치될수록 온도 측정 결과가 정확하게 나오므로 제시된 범위 내에서도 용강의 탕면으로부터 5㎜ 상부 내지 5㎜ 하부까지 범위 내에 배치시키는 것이 좋다. 또한, 제1열(A)을 형성하는 측온기(100a)는 용강과 접촉하는 장변(11a, 11b)의 내부면으로부터 35㎜ 이내(P0)에 설치될 수 있다. 보다 바람직하게는 용강과 접촉하는 장변(11a, 11b)의 내부면으로부터 12㎜ 이내에 설치될 수 있다. 다시 말해서 제1열(A)을 형성하는 측온기(100a)는 보다 정확한 온도 측정을 위하여 용강과 인접하게 형성되는 것이 좋다. 제1열(A)을 형성하는 측온기(100a)는 서로 등간격으로 배치될 수 있으며, 예컨대 10 내지 100㎜ 정도의 간격을 갖도록 배치될 수 있다.
제2열(B)은 제1열(A)의 일측에 소정 거리(P1) 이격되도록 형성되며, 예컨대 5 내지 15㎜ 정도 이격되도록 형성될 수 있다. 또한, 제2열(B)을 형성하는 측온기(100b)는 장변(11a, 11b)의 상부면으로부터 동일한 높이에 형성될 수 있다. 예컨대 용강의 탕면으로부터 50㎜ 상부에서 50㎜ 하부까지의 범위 내에서 동일한 높이에 형성될 수 있다. 이때, 제2열(B)을 형성하는 측온기(100b)는 제시된 범위 내에서 제1열(A)을 형성하는 측온기(100a)와는 서로 다른 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 제2열(B)을 형성하는 측온기(100b)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1열(A)을 형성하는 측온기(100a)보다 높은 위치에 형성될 수 있으며, 제시된 범위 내에서 제1열(A)을 형성하는 측온기(100a)와 서로 다른 높이에 위치할 수 있다. 예컨대 제1열(A)을 형성하는 측온기(100a)가 용강의 탕면으로부터 5㎜ 상부에 배치되는 경우, 제2열(B)을 형성하는 측온기(100b)는 탕면으로부터 10㎜ 상부에 배치될 수 있다.
제3열(C)은 제2열(B)의 일측에 이격되도록 형성되며, 예컨대 5 내지 15㎜ 정도 이격되도록 형성될 수 있다. 또한, 제3열(C)을 형성하는 측온기(100c)는 장변(11a, 11b)의 상부면으로부터 동일한 높이에 형성될 수 있다. 예컨대 용강의 탕면으로부터 50㎜ 상부에서 50㎜ 하부까지의 범위 내에서 동일한 높이에 형성될 수 있다. 이때, 제3열(C)을 형성하는 측온기(100c)는 제시된 범위 내에서 제1열(A) 및 제2열(B)을 형성하는 측온기(100a, 100b)와는 서로 다른 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 제3열(C)을 형성하는 측온기(100c)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1열(A) 및 제2열(B)을 형성하는 측온기(100a, 100b)보다 높은 위치에 형성될 수 있으며, 제시된 범위 내에서 제1열(A) 및 제2열(B)을 형성하는 측온기(100a, 100b)와 서로 다른 높이에 위치할 수 있다. 예컨대 제1열(A)을 형성하는 측온기(100a)가 용강의 탕면으로부터 5㎜ 상부에 배치되고, 제2열(B)을 형성하는 측온기(100b)는 탕면으로부터 10㎜ 상부에 배치되는 경우, 제3열(C)을 형성하는 측온기(100c)는 탕면으로부터 15㎜ 상부에 배치될 수 있다.
상기 제1열(A) 내지 제3열(C)을 형성하는 복수의 측온기(100)는 용강의 탕면(H0)으로부터 50㎜ 상부에서 50㎜ 하부까지의 범위(H2) 내에 형성되는 것이 좋다. 또한, 제3열(C)을 형성하는 측온기(100c)는 용강과 접촉하는 장변(11a, 11b)의 내부면으로부터 소정 거리(P2), 예컨대 60 내지 70㎜ 내에 형성하는 것이 좋다. 이는 측온기(100)가 용강으로부터 멀리 떨어질수록 그 측정 결과의 정확도가 낮아지기 때문이다.
이와 같이 제1열(A), 제2열(B) 및 제3열(C) 간의 간격과, 각각의 열에서 측온기(100a, 100b, 100c)의 높이를 수치적으로 한정하는 것은 용강의 온도를 정밀하게 측정하여 용강의 탕면을 보다 정확하게 가시화하기 위함이다.
도 3는 본 발명의 변형 예에 따른 탕면 가시화 장치가 설치된 주형을 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 측온기의 배치 형태를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 변형 예에서는 복수의 측온기(100)가 주형(10)의 일면, 예컨대 용강과 직접 접촉하지 않는 장변(11a, 11b)의 외부면(또는 전면)에 삽입되어 장변(11a, 11b)의 두께방향, 예컨대 주편의 주조방향과 교차하는 방향 또는 용강의 탕면과 나란한 방향으로 배치될 수 있다.
복수의 측온기(100)는 장변(11a, 11b)의 일면에 복수의 열(X, Y)과 복수의 행(Z1 ~ Zn)을 형성하도록 배치될 수 있다. 여기에서 복수의 열(X, Y)은 장변(11a, 11b)의 폭방향으로 형성되는 것을, 복수의 행(Z1 ~ Zn)은 장변(11a, 11b)의 길이방향으로 형성되는 것을 의미한다. 장변(11a, 11b)의 길이 방향으로 형성되는 각각의 행(Z1 ~ Zn)에서 측온기(110x, 110y)는 일직선 상에 배치될 수 있다. 이에 장변(11a, 11b)의 폭방향으로 특정 위치에서의 복수의 온도값을 측정할 수 있다.
이하에서는 장변(11a, 11b)에서 용강의 탕면에 인접한 높이에 형성되는 측온기(100x)의 열을 제1열(X)이라 하고, 그 상부에 형성되는 측온기(100y)의 열은 제2열(Y)이라 한다. 여기에서는 측온기의 열이 2열로 형성되는 것으로 설명하지만 그 이상의 열로 형성될 수 있음은 물론이다.
제1열(X)을 형성하는 측온기(100x)는 장변(11a, 11b)의 외부면, 예컨대 전면에서 모두 동일한 높이에 형성될 수 있다. 예컨대 용강의 탕면(H0)으로부터 50㎜ 상부에서 50㎜ 하부까지의 범위 내에서 동일한 높이에 형성될 수 있다. 측온기(100x)는 용강의 탕면으로부터 가깝게 배치될수록 온도 측정 결과가 정확하게 나오므로 제시된 범위 내에서도 용강의 탕면으로부터 5㎜ 상부 내지 5㎜ 하부까지 범위 내에 배치시키는 것이 좋다. 또한, 제1열(X)을 형성하는 측온기는 용강과 접촉하는 장변(11a, 11b)의 내부면으로부터 35㎜ 이내(P0)에 설치될 수 있다. 보다 바람직하게는 용강과 접촉하는 장변(11a, 11b)의 내부면으로부터 12㎜ 이내에 설치될 수 있다. 다시 말해서 제1열(X)을 형성하는 측온기(100x)는 보다 정확한 온도 측정을 위하여 용강과 인접하게 형성되는 것이 좋다. 제1열(X)을 형성하는 측온기(100x)는 서로 등간격으로 배치될 수 있으며, 예컨대 10 내지 100㎜ 정도의 간격을 갖도록 배치될 수 있다.
제2열(Y)은 제1열(X)의 상측에 소정 거리(H1) 이격되도록 형성되며, 예컨대 5 내지 15㎜ 정도 이격되도록 형성될 수 있다. 또한, 제2열(Y)을 형성하는 측온기(100y)는 장변(11a, 11b)의 전면으로부터 동일한 높이에 형성될 수 있다. 예컨대 용강의 탕면으로부터 50㎜ 상부에서 50㎜ 하부까지의 범위 내에서 동일한 높이에 형성될 수 있다. 이때, 제2열(Y)을 형성하는 측온기(100y)는 제시된 범위 내에서 제1열(X)을 형성하는 측온기(100x)와는 서로 다른 깊이를 갖도록 형성될 수 있다. 다시 말해서 제2열(Y)을 형성하는 측온기(100y)는 용강과 접촉하는 장변(11a, 11b)의 내부면과의 이격 거리(P2)가 제1열(X)을 형성하는 측온기(100x)와 서로 다르게 배치될 수 있으며, 제2열(Y)을 형성하는 측온기(100y)와 제1열(X)을 형성하는 측온기(100x) 간의 이격 거리(P1)는 5 내지 15㎜ 정도일 수 있다. 예컨대 제1열(X)을 형성하는 측온기(100x)가 장변(11a, 11b)의 내부면으로부터 10㎜ 이격되도록 배치된 경우, 제2열(Y)을 형성하는 측온기(100y)는 장변(11a, 11b)의 내부면으로부터 15㎜ 이격되도록 배치될 수 있다.
상기 제1열(X) 및 제2열(Y)을 형성하는 복수의 측온기(100)는 용강의 탕면(H0)으로부터 50㎜ 상부에서 50㎜ 하부까지의 범위(H1) 내에 형성되는 것이 좋다. 또한, 제2열(Y)을 형성하는 측온기(100c)는 용강과 접촉하는 장변(11a, 11b)의 내부면으로부터 소정 거리(P2), 예컨대 60 내지 70㎜ 내에 형성하는 것이 좋다. 이는 측온기(100)가 용강으로부터 멀리 떨어질수록 그 측정 결과의 정확도가 낮아지기 때문이다.
이와 같이 제1열(X) 및 제2열(Y) 간의 간격과, 각각의 열에서 측온기의 깊이를 수치적으로 한정하는 것은 용강의 온도를 정밀하게 측정하여 용강의 탕면을 보다 정확하게 가시화하기 위함이다.
이와 같은 구성을 통해 주형에 복수의 측온기가 설치되면, 이를 이용하여 각 위치에서 용강의 온도를 측정하고, 측정 결과를 이용하여 용강의 탕면을 가시화할 수 있다.
도 5는 용강의 탕면을 3차원(3D)으로 가시화한 예를 보여주는 도면이다.
먼저, 주형의 폭 방향을 따라 복수의 열과 복수의 행을 형성하도록 나열되고, 복수의 행에서 서로 다른 높이를 갖도록 배치되는 복수의 측온기를 이용하여 용강의 온도를 측정한다. 이때, 복수의 측온기는 주형의 폭방향으로 열을 형성하기 때문에 주형의 폭방향에서의 용강 온도를 측정할 수 있는 동시에, 주형의 길이방향으로 행을 형성하여 주형의 길이방향에서의 용강 온도를 측정할 수 있다.
이렇게 복수의 측온기를 통해 용강의 온도가 측정되면, 제어부에서는 각 측온기에서 측정된 온도를 이용하여 용강의 탕면을 가시화할 수 있도록 데이터를 만들 수 있다. 이때, 각 행에서 측정된 온도, 즉 각 행에 배치되는 복수의 측온기에서 측정된 온도값을 연산하여 각 행에서의 평균 온도값을 산출할 수 있다. 각 행에서의 평균 온도값이 산출되면, 주형의 폭방향을 따라 각 행마다 하나의 온도값, 즉 평균 온도값을 가질 수 있다.
이와 같이 복수의 열과 복수의 행을 형성하는 측온기를 통해 동일한 탕면 높이 및 동일한 주조폭 지점에서 하나 이상의 온도값을 측정하고, 이를 평균 온도값으로 환산하면 탕면 형상을 보다 정밀하게 가시화할 수 있다.
또한, 장변(11a, 11b)의 두께 방향으로 다른 깊이에 의한 온도값을 이용하여 열유량(heat flux)를 측정할 수 있어 폭방향으로 열유량 분포를 통해 초기 불균일 응고 정도를 확인할 수 있다.
그리고 장변(11a, 11b)의 두께 방향으로 측온기의 깊이를 불균일하게 설치하고 동일한 깊이로 설치된 측온기 간의 상대온도를 이용하여 다수개의 탕면 형상 결과를 얻을 수 있다. 주형 내 용강 유동이 매우 불규칙할 시, 용강 탕면 변동에 따른 측온기의 온도 민감도가 낮도록 용강과 접촉하는 장변(11a, 11b)의 내부면과 측온기 간의 거리가 먼 측온기의 온도를 이용하여 탕면 형상을 안정적으로 가시화할 수 있고, 용강 유동이 안정적일 시에는 용강 탕면 변동에 따른 측온기의 온도 민감도가 높도록 용강과 접촉하는 장변(11a, 11b)의 내부면과 측온기 간의 거리가 가까운 측온기의 온도를 이용하여 탕면 형상을 정밀하게 가시화할 수 있다.
이후 각 행마다 산출된 평균 온도값을 이용하여 용강의 탕면을 가시화할 수 있다. 용강의 탕면을 가시화하는 과정은 각 행 별 평균 온도값을 상대적으로 나타내어, 용강 탕면의 위치별 상대적 높이로 변환하여 도 5에 도시된 바와 같이 3차원(3D)으로 가시화할 수 있으며, 이는 작업자가 확인할 수 있도록 표시부(미도시)에 표시할 수 있다.
이렇게 용강의 탕면을 가시화한 후 용강의 탕면 유동 패턴을 파악하고, 유동조절부를 통해 주편 결함을 방지할 수 있는 패턴으로 용강의 유동을 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 실시간으로 용강 탕면을 가시화할 수 있으므로, 용강의 탕면 형상을 통해 용강의 유동 패턴을 파악하고 용강의 유동을 실시간으로 제어할 수 있어, 유동에 따른 결함 발생을 방지할 수 있어, 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
10: 주형 20: 노즐
100: 측온기

Claims (18)

  1. 내부에 용강이 수용되는 주형에 삽입되어 상기 주형 내에 수용되는 용강의 온도를 측정하는 복수의 측온기를 포함하고,
    상기 복수의 측온기는 서로 이격 배치되어 복수의 열과 복수의 행을 형성하며,
    각 열을 형성하는 복수의 측온기는 서로 동일한 높이에 배치되고, 각 행을 형성하는 복수의 측온기는 서로 다른 높이에 배치되는 탕면 가시화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주형은 서로 이격되어 마주보는 한 쌍의 장변과, 상기 장변의 양쪽에 서로 대향하도록 구비되는 한 쌍의 단변을 포함하고,
    상기 복수의 측온기는 상기 장변에 구비되는 탕면 가시화 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 측온기는 상기 장변의 상부에서 상기 장변의 길이방향으로 삽입되는 탕면 가시화 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 측온기는 상기 장변의 상부에서 상기 용강의 탕면에 교차하는 방향으로 배치되는 탕면 가시화 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 열 중 상기 용강과 가장 인접한 열은 상기 용강과 접촉하는 상기 장변의 내부면으로부터 35mm 이내에 형성되는 탕면 가시화 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 행 중 각 행에 배치되는 측온기는 상기 장변의 두께방향으로 일직선 상에 배치되는 탕면 가시화 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 측온기는 상기 장변의 일면에서 상기 장변의 두께방향으로 삽입되는 탕면 가시화 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 측온기는 상기 장변의 일면에 상기 용강의 탕면과 나란한 방향으로 배치되는 탕면 가시화 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 측온기 중 상기 용강과 가장 인접하게 삽입되는 측온기는 상기 용강과 접촉하는 상기 장변의 내부면으로부터 35mm 이내에 삽입되는 탕면 가시화 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 행 중 각 행을 형성하는 측온기는 상기 장변의 길이방향으로 일직선 상에 배치되는 탕면 가시화 장치.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 측온기는 상기 용강의 탕면으로부터 상부 및 하부로 50mm 이내의 높이에 설치되는 탕면 유동 제어 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 열 간 간격은 15mm 이내인 탕면 가시화 장치.
  13. 주형의 폭 방향을 따라 복수의 열과 복수의 행을 형성하도록 나열되는 복수의 측온기를 이용하여 상기 주형의 폭 방향으로 용강의 온도를 측정하는 과정;
    상기 복수의 측온기를 통해 측정된 온도값 중 상기 복수의 행에서 서로 다른 높이를 갖도록 배치되어 각 행을 형성하는 복수의 측온기에서 측정된 온도값을 연산하여 각 행에서의 평균 온도값을 산출하는 과정;
    상기 각 행마다 산출된 평균 온도값을 이용하여 상기 주형의 폭방향으로 용강의 탕면을 가시화하는 과정;
    을 포함하는 탕면 가시화 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 측정기는 상기 주형의 장변 상부에서 상기 장변의 길이방향으로 삽입하여 상기 복수의 열과 복수의 행을 형성하는 탕면 가시화 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 장변의 두께방향으로 상기 복수의 행을 형성하고, 상기 장변의 두께방향 및 폭방향에서 복수의 온도값을 측정하는 탕면 가시화 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 장변의 두께방향에서 측정된 복수의 온도값을 이용하여 상기 주형으로 방출되는 열유량을 측정하고, 이를 이용하여 상기 주형의 폭방향으로 열유량 분포를 측정함으로써 상기 용강의 초기 응고 정도를 판단하는 탕면 가시화 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 측정기는 상기 주형의 장변 일면에서 상기 장변의 두께방향으로 삽입하여 상기 복수의 열과 복수의 행을 형성하는 탕면 가시화 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 장변의 길이방향으로 상기 복수의 행을 형성하고, 상기 장변의 길이방향 및 폭방향에서 복수의 온도값을 측정하는 탕면 가시화 방법.
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