KR20170065963A - 주조 방법 및 주조 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조 방법 및 주조 설비에 관한 것으로서, 주조 조업 조건에 따라 주조 중 주편의 응고완료점을 용이하게 확인하여 주편 경압하 조건을 도출함으로써, 주편의 내부 품질을 향상시킬 수 있다.
즉, 주조 조건에 따라서, 주편의 응고완료점 위치를 파악하고 경압하를 위한 세그먼트의 실린더 필요 압하력을 도출할 수 있다. 이에, 주조 설비 내에서 주편의 응고를 완료시킬 수 있어 용강 유출 사고를 예방할 수 있고, 과도한 경압하에 의한 압연제품의 불량(즉, 내부결함) 발생을 억제 및 방지할 수 있다.
또한, 주조 조건에 따른 경압하 조건을 도출함으로써, 주조 설비에서 경압하에 연관되는 구성들을 설계 또는 보정할 수 있다.
따라서, 주조 설비의 부하를 억제 및 방지하고, 품질이 향상된 주편을 얻을 수 있다.

Description

주조 방법 및 주조 설비 {continuous casting apparatus and method}

본 발명은 주조 방법 및 주조 설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속주조 중 주편의 응고완료점을 용이하게 확인하여 주편의 내부품질을 향상시킬 수 있는 주조 방법 및 주조 설비에 관한 것이다.

연속주조 공정은 정련된 용강을 공급받아 주편으로 주조하는 공정이며, 주편은 주형에 수용된 용강이 냉각대를 거쳐 냉각되면서 제조된다.

연속주조되는 주편은 적어도 하나의 세그먼트 롤을 거치면서 냉각되어 차후의 공정으로 이송된다. 주편이 후판강재로 압연될 때 주편의 결함이 압연 후에도 잔류하여 불량을 유발하는 경우가 발생한다. 이러한 결함의 예로서 중심편석과 기공이 있다. 중심편석은 주편이 연속주조될 시 응고 도중 농화된 용질 액상의 유동에 의해서 발생하는데, 이러한 유동의 가장 큰 원인으로 잔류 용강의 응고수축과 주편 벌징(bulging)이 있다. 하지만, 중심편석은 기계적 요인에 의한 주편 벌징을 제외하면 응고 완료점 부근에서의 응고 수축에 의한 잔류 용강 유동에 가장 큰 영향을 받게 된다. 즉 연속주조 공정의 응고완료점 부근에서의 응고수축부에 용질농축 잔류용강(소위 '농화용강'이라고도 함)이 모이게 되면 이것이 중심편석이 되며, 응고수축부가 채워지지 않고 그대로 공간으로 남으면 중심 기공(center porosity)이 된다.

이러한 중심편석 및 기공과 같은 결함을 저감하기 위한 대표적인 기술이 경압하(soft reduction)이다. 이와 같은 경압하 기술은 주편의 응고완료점을 정확하게 측정 함으로써 압하력을 조절하는 것이 요구된다.

이에, 경합하 기술에 적용하기 위해 주편의 응고완료점을 측정하기 위하여 다음과 같은 방법이 제시된 바 있다.

먼저, 알루미늄이 코팅된 스틸 핀(steel pin)을 삽입장치를 사용하여 주편에 삽입하는 방법이 사용되고 있다. 스틸 핀에 코팅된 알루미늄은 용강에 비해 녹는점이 낮으므로, 용강 상태의 미응고 부분에 스틸 핀이 삽입될 경우, 핀의 표면의 알루미늄 막이 용융되어 용강의 유동에 의해 스틸 핀의 바깥쪽으로 퍼져 나간다. 이에, 알루미늄막이 퍼져나간 부분과 스틸 핀 간의 길이로부터 미응고 용강층의 두께를 확인할 수 있다. 반면, 주편 중심부까지 응고가 모두 완료되어 용강이 존재하지 않는 상태에서 스틸 핀이 삽입되는 경우, 스틸 핀 표면의 알루미늄막은 용융되지 않거나, 용융되더라도 주편이 고체 상태이므로 유동이 발생하지 않아 알루미늄막이 퍼져나간 흔적이 나타나지 않는다.

따라서, 연속주조 과정 중에 2개 이상의 지점에서 이와 같은 스틸 핀 삽입 시험을 실시하여 각 위치에서의 용강층 두께를 파악함으로써, 응고 모델에 의해 정확한 응고완료점 위치의 파악이 가능하였다.

그러나 이와 같은 종래 기술은 주편 두께가 두꺼워 지거나(400㎜ 두께 이상의 주편), 주편의 온도가 낮아 표면강도가 증가된 경우에 사용되는 스틸 핀의 내구성 한계로 스틸 핀이 파손(부러짐, 구부러짐)되거나, 스틸 핀이 삽입될 수 있는 한계에 도달하여 주편 중심부까지 스틸 핀이 도달하지 못하는 문제가 있다. 또한, 상기 스틸 핀을 삽입시키는 것은 화약 총기의 사용으로 실시하기 때문에 안전상 매우 위험한 작업이므로 지속적인 스틸 핀 삽입시험이 불가능하다.

그리고, 주편의 응고완료점 위치를 파악하는 다른 방법으로는 리벳(Rivet)을 삽입하여 주편에 발생되는 내부 크랙의 위치로부터 응고 완료점을 도출하는 방법을 제시되었다. 이와 같은 방법은 스틸 핀을 삽입하는 방법보다는 안전상에서는 안전하나, 리벳의 크기나 형상에 따라 내부 크랙의 발생 유무가 결정되어, 내부 크랙이 발생하도라도 주조 중 크랙 전파 가능성이 있어 정확한 응고 완료점 추정에 한계가 있다.

따라서, 연속 주조 중에 주편의 응고완료점 위치를 용이하게 파악하여, 주편의 내부 결함을 감소시킬 수 있는 최적의 경압하 조건을 제공할 수 있는 기술이 요구된다.

JP 5686062 B2

본 발명은 주조 조건의 변화에도 주편의 응고완료점을 용이하게 확인할 수 있는 주조 방법 및 주조 설비를 제공한다.

본 발명은 경압하 구간의 세그먼트의 출측 실린더 압하력을 예측 및 정량화하여 주편을 주조하는 동안 주편의 응고완료점을 확인할 수 있는 주조 방법 및 주조 설비를 제공한다.

본 발명은 주편을 주조하는 동안 주편의 경압하 적용 구간을 설계하여, 주편의 내부품질 중 중심편석의 발생을 억제 또는 방지할 수 있는 주조 방법 및 주조 설비를 제공한다.

본 발명은 주조 조업의 사고 및 설비 부하를 방지할 수 있는 주조 방법 및 주조 설비를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법은 주조 조건 및 다수개의 롤을 포함하는 세그먼트 내 실린더 압하력에 따라 경압하 조건을 도출하는 과정과, 도출된 경압하 조건을 경압하 구간의 세그먼트에 적용하는 과정, 적용된 경압하 조건으로 주편을 경압하하는 과정을 포함하며, 상기 경압하 조건을 도출하는 과정은, 상기 경압하 구간의 세그먼트 실린더 별 예측 압하력을 하기 [식 1]로 도출하는 과정을 포함한다.

[식 1]

1)

,

2)

3)

4)

상기 세그먼트 실린더 별 예측 압하력은, 경압하 구간의 세그먼트 롤 전체 예측 압하력으로부터 배분 산출될 수 있다.

상기 세그먼트 실린더 별 예측 압하력을 도출하는 과정 이전에, 데이터화된 강종별 응고계수를 마련하는 과정, 강종에 따른 주조조건 및 상기 응고계수를 이용하여, 경압하 구간의 세그먼트 롤 별 예측 압하력을 산출하는 과정 및 산출된 세그먼트 롤 별 예측 압하력을 합하여, 상기 세그먼트 롤 전체 예측 압하력을 산출하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 세그먼트 롤 별 예측 압하력은 하기 [식 2]로 산출할 수 있다.

[식 2]

상기 철정력은 하기의 [식 2-1]으로 산출할 수 있다.

[식 2-1]

상기 압연력은 하기의 [식 2-2]로 산출할 수 있다.

[식 2-2]

1)

2)

4)

5)

6)

7)

8)

본 발명의 다른 실시 예에 따른 주조 방법은 기준 주조 조건에 따른 경압하 구간 필요 예지 압하력인 기준 경압하력을 산출하는 과정과, 주조 조건 변화에 따른 압하력 보정값을 상기 기준 경압하력에 보정하는 과정 및 보정된 경압하력으로 주편을 경압하하는 과정을 포함하며, 상기 기준 경압하력을 산출하는 과정은, 세그먼트 롤 전체 압하량을 주편의 미응고부 두께로 나눈 값(α)을 이용하여 산출한다.

상기 기준 경압하력은 하기의 [식 A]를 이용하여 산출할 수 있다.

[식 A]

상기 주조 조건 값 변화 중 주편 폭 변화에 따른 압하력 보정값은 하기의 [식 B]를 이용하여 산출하며, 상기 주편 폭 변화에 따른 보정된 경압하력은, 상기 압하력 보정값과 상기 기준 경압하력의 합으로 산출할 수 있다.

[식 B]

상기 주조 조건 값 변화 중 주편의 경압하량(mm) 변화에 따른 보정된 경압하력은, 기준 경압하량과 변화된 경압하량의 차이 ±0.5mm 당 ±55kN의 압하력 보정값을 상기 기준 경압하력에 합하여 산출할 수 있다.

상기 필요 예지 압하력은 기준 강종의 응고계수 및 기준 주조 조건을 이용하여 산출된 세그먼트 롤 별 예측 압하력과, 상기 세그먼트 출측 실린더 개수 및 자중에 따른 압하력 변화를 이용하여 산출할 수 있다.

상기 세그먼트 롤 별 예측 압하력은 기준 강종의 응고계수 및 상기 기준 주조 조건을 이용하여, 경압하 구간 세그먼트 롤 각각의 기준 철정력 및 기준 압연력을 산출하는 과정 및 산출된 세그먼트 롤 각각의 기준 철정력 및 기준 압연력을 합하는 과정으로 산출할 수 있다.

상기 세그먼트 출측 실린더의 예측 압하력은 하기의 [식 C]로 산출할 수 있다.

[식 C]

1)

,

2)

3)

4)

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 주조 방법은 강종에 따른 경압하 구간 응고완료점 위치에서의 세그먼트 실린더 예측 압하력을 데이터화하는 과정 및 데이터화된 세그먼트 실린더 예측 압하력을 기준으로 주조 설비를 보정하는 과정을 포함한다.

상기 주조 설비를 보정하는 과정은 세그먼트 내 실린더 용량, 세그먼트 내 롤 베어링 설계, 세그먼트 구조 설계 및 세그먼트 내 구동롤 용량 설계 중 적어도 어느 하나를 보정할 수 있다.

상기 세그먼트 실린더 예측 압하력을 데이터화하는 과정은 상기 강종에 따른 주편의 응고완료점에서의 필요 예지 압하력을 데이터화하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 필요 예지 압하력을 데이터화하는 과정은 기준 강종 및 기준 주조 조건에 따른 주편의 응고완료점에서의 필요 예지 압하력을 산출하는 과정, 상기 기준 주조 조건의 변화에 따른 압하력 보정값을 상기 필요 예지 압하력에 보정하는 과정 및 보정된 필요 예지 압하력을 데이터화하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 기준 강종 및 기준 주조 조건에 따른 주편의 응고완료점에서의 필요 예지 압하력을 산출하는 과정은, 세그먼트 롤 전체 압하량을 주편의 미응고부 두께로 나눈 값(α)이 1의 값을 가질 때의 하기 [산출식 A]로 산출되는 값을 데이터화할 수 있다.

[산출식 A]

상기 [산출식 A]는 상기 세그먼트 내 롤 개수가 n개 일 때, n/2번 롤의 예측 압하력을 6으로 나눈 값과, n/2+1번 롤에서부터 n번 롤까지의 예측 압하력들을 더한 값을 2로 나눈 값의 합을 세그먼트 롤 전체 압하량을 주편의 미응고부 두께로 나눈 값(α)을 변수로 두고 도출할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 주조 설비는 복수의 세그먼트를 포함하여 용강이 경유하는 통로를 형성하고, 상기 용강을 주편으로 주조하기 위한 주조유닛 및 상기 주조유닛과 연결되어, 주조 조건에 따라 주편의 경압하 구간에서의 필요 예지 압하력을 산출하여 상기 세그먼트의 작동을 조절하는 주조 제어유닛을 포함한다.

상기 주조 제어유닛은 상기 주조유닛와 연결되어, 상기 주조 조건 데이터가 입력되는 데이터 표시부; 상기 데이터 표시부에 표시된 상기 주조 조건들로부터 상기 경압하 구간 세그먼트의 압하력 값을 산출하는 산출부; 상기 산출부로부터 산출된 상기 압하력 값에 따른 상기 세그먼트 작동을 위한 신호를 생성하는 신호부; 상기 신호부로부터 전달된 신호에 의해 상기 경압하 구간 세그먼트의 압하력을 조절하는 구동부;를 포함할 수 있다.

상기 산출부는 상기에 기재된 방법으로 상기 경압하 구간 세그먼트 실린더 별 압하력을 산출할 수 있다.

상기 산출부에 연결되어, 상기 주조 조건 데이터에 따라 상기 기준 경압하력의 보정을 실시하는 보정부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 주조 조업 조건에 따라 주편 경압하 조건을 도출하여, 주편의 내부품질을 향상시킬 수 있다.

즉, 주편 주조두께, 강종, 2차 냉각, 주조폭, 주속, 경압하량과 같은 주조 조건에 따라서, 주편의 응고완료점 위치를 파악하고 경압하를 위한 세그먼트의 실린더 필요 압하력을 도출할 수 있다. 이에, 주조 설비 내에서 주편의 응고를 완료시킬 수 있어 용강 유출 사고를 예방할 수 있고, 과도한 경압하에 의한 압연제품의 불량(즉, 내부결함) 발생을 억제 및 방지할 수 있다.

이와 같은 주편의 주조 조건에 따른 경압하 조건을 도출함으로써, 주조 설비에서 경압하에 연관되는 구성들을 설계 또는 보정할 수 있다.

첫째로, 세그먼트 실린더의 한계내에서 경압하를 적용하기 때문에 과도한 경압하량에 의한 세그먼트 롤 갭의 뒤틀림 현상을 방지할 수 있다. 이에, 부적절한 압하에 의한 압연제품의 불량을 방지할 수 있다. 둘째로, 도출된 경압하 조건으로부터 반대로 경압하 구간 세그먼트의 실린더 용량을 설계할 수 있으며, 이와 마찬가지로 가이드 롤 베어링 설계를 할 수 있다. 셋째로, 실린더 용량 설계 및 가이드 롤 베어링 설계로부터 변형이 가지 않는 세그먼트 구조를 설계할 수 있다. 즉, 세그먼트 구조 해석시에 실린더 용량 설계 값을 경계조건으로 설정하여 세그먼트 프레임, 거더(Girder)의 두께 및 높이 등의 변형 방지 설계가 가능하다. 마지막으로, 주조 설비 전체의 패스라인에 대한 필요 인발력 계산이 가능하여 세그먼트 롤 용량 설계를 할 수 있다.

이에, 본 발명의 주조 방법 및 주조 설비는 주조 설비의 부하를 억제 및 방지하고, 품질이 향상된 주편을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주조 설비를 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 세그먼트를 확대 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 주조 방법을 순차적으로 나타내는 순서도.
도 4는 주편 내 철정력 및 압연력 형성을 설명하기 위한 도면.
도 5는 강종별 데이터화된 주편 온도와 응고계수를 나타내는 도면.
도 6은 강종 2의 주속 변화에 따른 예측 응고완료점과 실측 응고완료점을 비교하는 표.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 철정력 및 압연력 산출을 위한 필요 예시 인자값을 제시하는 표.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 산출되는 세그먼트 롤 별 예측 압하력을 나타내는 표.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 산출된 세그먼트 실린더 예측 압하력과 세그먼트 실린더 실측 압하력을 비교한 도면.
도 10은 강종 2의 압하량 변화에 따른 경압하 구간 필요 예지 압하력과 실측 압하력을 비교한 표.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 주조 방법을 순차적으로 나타내는 순서도.
도 12a 내지 도 12c는 압하량 변화에 따른 주편 응고완료점에서의 필요 예지 압하력 값 변화를 설명하기 위한 그래프.
도 13a 내지 도 13c는 경압하 구간 세그먼트 위치 변화에 따른 주편응고완료점에서의 필요 예지 압하력 값 변화를 설명하기 위한 그래프.
도 14는 필요 예지 압하력과 주조속도 및 α값 과의 관계를 설명하기 위한 그래프.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 주조폭 변화에 따른 출측 실린더 예측 압하력 보정값을 설명하기 위한 표.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 도출식에 따라 산출된 필요 예지 압하력과 출측 실린더 실측 압하력 값을 비교한 그래프.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 주조 방법을 설명하는 순서도.

이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법 및 주조 설비는, 강종에 따른 주조 조건 및 응고 계수를 통해 주편을 압하하는 세그먼트의 실린더 압하력을 예측할 수 있다. 그리고, 세그먼트 실린더 예측 압하력을 도출하는 식의 변환으로부터 용이하게 응고완료점에서의 압하력 값을 확인할 수 있어 주편의 최적의 경압하 조건을 제공할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 17을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법 및 주조 설비에 대해 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 주조 설비(1)는 복수의 세그먼트(50)를 포함하여 용강이 경유하는 통로를 형성하고, 용강을 주편(S)으로 주조하기 위한 주조유닛 및 주조유닛과 연결되어, 주조 조건에 따라 주편의 경압하 구간에서의 필요 예지 압하력을 산출하여, 세그먼트의 작동을 조절하는 주조 제어유닛(C)을 포함한다.

즉, 본 발명의 주조 설비(1)는 주편으로 제조하고자 하는 강종의 주조 조건에 따라서 주편을 압하하는 세그먼트 실린더의 압하력을 미리 예측 산출하고, 산출된 압하력을 세그먼트 실린더에 적용시켜 주편의 압하시, 미리 예측 산출된 압하력이 가해질 수 있도록 하는 설비이다.

주조유닛은 용강이 경유하며 주편으로 제작되도록 하는 구성들을 포함하는 것으로, 정련된 용강(molten steel)이 담기는 래들(10)과, 래들(10)에 연결되는 주입노즐을 통해 용강을 공급받고, 이를 일시 저장하는 턴디쉬(tundish, 20)와, 턴디쉬(20)에 일시 저장된 용강을 전달받아 일정한 형상으로 초기 응고시키는 주형(30)을 포함하는 제1 주조부와, 제1 주조부의 하부에서 주편(S)을 냉각시키는 냉각라인(40) 및 복수의 세그먼트(50)를 포함하며 배치되며, 주편(S)의 경압하 구간을 포함하는 제2 주조부를 포함한다.

여기서, 도 2에 도시된 세그먼트(50)는 상하로 이격되는 상부 프레임(51) 및 하부 프레임(53) 각각에서 서로 마주보도록 다수의 롤러(52)가 정렬되고, 다수의 롤(52)들 각각에 구비되는 롤 베어링(54)과, 상부 프레임(51) 및 하부 프레임(53)을 상하로 연결시키는 다수의 타이 로드(미도시), 타이로드를 피스톤으로 대용하여 상부 프레임(51)과 하부 프레임(53) 사이의 이격 거리를 조절함으로써 주편(S)에 압하력을 가하는 다수의 유압 실린더(55) 및 상부 프레임(51) 및 하부 프레임(53) 내부에 구비되어 주편(1)을 냉각시키는 냉각장치(미도시)를 포함한다.

세그먼트의 롤(52)은 상부 프레임(51)과 하부 프레임(52) 사이에서 주편(S)이 들어오고 나가는 방향과 교차하는 방향으로 연장 형성되며, 상부 프레임(51)의 하측에 구비되는 상부롤(52a) 및 하부 프레임(52)의 상측에 구비되는 하부롤(52b)로 구분될 수 있다. 이때, 도 2의 확대도에 도시된 것처럼, 상부롤(52a)과 하부롤(52b)은 각각 대향된 위치에 있는 롤들끼리 주편(S)의 상하부를 압하함으로써, 주편(S)을 압연할 수 있다. 이에, 본 발명에서 세그먼트 롤 별 예측 압하력을 산출하는 것은, 서로 마주보는 상부롤(52a)과 하부롤(52b) 한 쌍을 의미한다. 또한, 특정 세그먼트(50)에서의 n번째 롤(S·R_n)이라 하는 것은 주편(S)이 세그먼트(50)에 들어오는 방향에서 n번째에 배치된 상부롤(52a)과 하부롤(52b) 한 쌍을 지칭하는 것이다. 예를 들어, 세그먼트의 1번 롤(S·R₁)은 세그먼트(50)에 주편이 들어오는 방향에서부터 3번째 위치에 있는 상부롤과 하부롤를 의미한다.

세그먼트의 실린더(55)는 상부 프레임(51)과 하부 프레임(53) 사이의 거리를 조절하여 압하력을 조정할 수 있다. 이때, 세그먼트 실린더(55)는 주편이 들어오는 상부 프레임(51)과 하부프레임(53) 측 사이를 연결하는 입측 실린더(55a)와, 주편이 나가는 위치에서의 상부 프레임(51)과 하부프레임(53) 측 사이를 연결하는 출측 실린더(55b)를 포함한다. 이와 같은 입측 실린더(55a) 및 출측 실린더(55b) 각각은 일반적으로 2개의 실린더로 구성되어 있으며, 총 4개의 실린더가 상부 프레임(51)과 하부프레임(53)의 모서리 부분에 배치될 수 있다. 그러나, 실린더의 개수는 주조 설비마다 상이하게 적용될 수 있으며, 세그먼트 롤(52) 사이로 주편이 지나갈 수 있는 경로를 막지 않는 범위 내에서 4개보다 증가된 갯수로 구비될 수 있다.

주형(30)을 통과한 주편(S)은 상부 프레임(51)과 하부 프레임(53) 사이의 이격공간을 통과하면서 다수의 롤러(52, 54)에 의해 압하되어 일정한 형상으로 성형된다. 이때, 냉각장치에서는 상부 프레임(51)과 하부 프레임(53) 사이를 통과하는 주편(S)에 냉각수를 분사하여 냉각시킨다. 그리고, 주편 내 중심편석 및 기공과 같은 결함을 저감하기 위해 경압하(soft reduction)가 실시된다. 경압하 기술은 연속주조 중 세그먼트롤(50)에 의해 주편(S)에 압하력을 부여하는 것으로서, 응고말기에 응고수축만큼 주편(S)을 압하하여 수축공을 물리적으로 압착함으로써 응고수축에 의한 주상정 사이에 존재하는 용질이 농화된 용강이 주편 두께 중심부위로 유입되는 것을 억제하여 주편의 중심편석을 개선하게 된다.

이처럼, 경압하 기술을 적용할 때에, 주편의 주조 조건에 따라서 최적의 경압하력이 제공될 수 있도록 주조 제어유닛(C)이 구비된다.

주조 제어유닛(C)은 주조유닛와 연동되어, 주편(S)의 주조 조건에 따라 경압하 조건을 예측하여 세그먼트(50)에 적용시키기 위해 구비되는 것으로서, 주조 조건 데이터가 입력되는 데이터 표시부(100)와, 데이터 표시부(100)에 표시된 주조 조건들로부터 경압하 구간 세그먼트의 압하력 값을 산출하는 산출부(200), 산출부(200)로부터 산출된 압하력 값에 따른 세그먼트(50) 작동을 위한 신호를 생성하는 신호부(300) 및 신호부(50)로부터 전달된 신호에 의해 경압하 구간 세그먼트의 압하력을 조절하는 구동부(400)를 포함한다. 즉, 주조 제어유닛(C)은 연속 주조 설비(1)에서 제작되는 주편(S)의 연속 주조 조건에 따라서, 각각의 주편(S)의 경압하 조건(즉, 경압하 구간에서의 세그먼트 압하력)을 미리 도출할 수 있다. 그리고, 도출된 경압하 조건을 주편(S)의 연속 주조 시에 적용함으로써, 주편(S)을 용이하게 경압하시킬 수 있다.

데이터 표시부(100)는 주조조건의 데이터가 입력되는 것으로서, 주편(S)의 주조를 시작하기 전, 강종에 따라서 정해진 주조조건이 입력되는 구성이다. 이때, 데이터 표시부(100)는 일반적으로 PC가 사용되어, 주편(S)의 주조 시작 전에 당업자에 의해서 입력되어 질수도 있다. 이때, 주조 조건은 매 주조시마다 데이터 표시부(100)에 입력되거나, 한번 입력된 후에는 다음 주조시에 선택하여 주조조건을 표시할 수도 있다.

산출부(200)는 경압하 구간 세그먼트 실린더 압하력을 산출하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 데이터 표시부(100)에 표시된 주조조건에 따라서 경압하 구간세그먼트의 실린더 압하력을 산출할 수 있다. 이때, 산출부(200)는 데이터 표시부(100)에 표시된 주조조건에 따라서 세그먼트 출측 실린더(55b) 예측 압하력을 하기 [식 1]로 산출할 수 있다.

[식 1]

한편, 산출부(200)는 데이터 표시부(100)에 표시된 주조 조건 중 기준 주조 조건들로부터 주편(S)의 경압하 구간 세그먼트의 기준 경압하력을 하기의 [식 A]로 산출할 수도 있다.

[식 A]

이때, 상기의 [식 1] 및 [식 A]는 주편의 주조 조건으로부터 세그먼트 출측 실린더 압하력을 산출하는 점에서 동일하며, [식 1]의 경우, 주편의 주조 조건을 어느 한 기준 값으로 설정하지 않은 것이며, [식 A]는 주편의 주조 조건 중 어느 하나를 한 기준 값으로 설정한 것에 차이가 있다. 이하에서, 본 발명의 실시예들에 따른 주조 방법에서 상기 [식 1] 및 [식 A]를 자세하게 설명하기로 한다.

신호부(300)는 산출부(200)에서 전달된 경압하 구간 세그먼트의 실린더 압하력을 전달받아, 압하력에 따라서 경압하 구간 세그먼트의 실린더를 구동시키기 위한 신호를 생성하는 구성이다. 즉, 신호부(300)는 산출부(200)에서 산출된 경압하 구간 세그먼트 실린더 압하력 크기에 따라서 세그먼트 실린더를 구동하기 위한 신호로 변환시키기 위해 구비될 수 있다.

구동부(400)는 신호부(300)로부터 신호를 전달받아 세그먼트(50)의 작동하기 위한 구성으로서, 신호부(300)에서 전달된 신호에 따라 세그먼트(50) 실린더의 압하력이 산출부(200)에서 산출된 압하력을 나타낼 수 있도록 구동시킬 수 있다. 즉, 구동부(400)는 산출부(200)에서 산출된 압하력을 세그먼트 실린더(55)가 제공할 수 있도록 세그먼트 실린더(55)을 조절하여 상부 프레임(51) 및 하부 프레임(52) 사이의 거리를 조절할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법을 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 주조 방법은 주조 조건 및 다수개의 롤(52)을 포함하는 세그먼트 내 실린더(55) 압하력에 따라 경압하 조건을 도출하는 과정, 도출된 경압하 조건을 경압하 구간의 세그먼트에 적용하는 과정, 적용된 경압하 조건으로 주편을 경압하하는 과정을 포함한다. 경압하 조건을 도출하는 과정은 경압하 구간의 세그먼트 실린더 별 예측 압하력을 하기 [식 1]로 도출한다.

[식 1]

우선, 상기 [식 1]을 도출하기 위한 방법을 설명한다.

도 4를 참조하면, 주편(S)의 압하과정에서 주편(S)에 가해지는 압하력은 주편의 철정력과 주편의 압연력으로 계산될 수 있다. 즉, 주편(S)의 압하시에 주편(S)에 가해지는 압하력은 세그먼트 롤(52)이 주편(S)에 가하는 압하력을 의미한다. 이에, 주편(S)의 전체 철정력과 압연력을 더한 하기의 [압하력 계산식]을 통해서 세그먼트의 롤 별 예측 압하력이 산출될 수 있다.

[압하력 계산식]

압하력 계산식을 도출하기 위한 과정은 다음과 같다.

첫번째 단계로는 주편의 응고완료점을 계산할 수 있는 기본 데이터인 강종별 응고계수를 도출하였다. 도 5에 도시된 것처럼, 강종 1 내지 강종 5의 주편 온도와 응고 계수가 제시되어 있다. 이때, 주편의 응고계수는 주속별, 강종 성분별, 2차 냉각별 다수의 실험을 통해 정확도가 증가될 수 있다. 그러나, 일반적으로 대표 강종 하나를 선택하여 응고계수 값을 결정하고, 나머지 강종에 대해서는 정합성이 확보된 상용화된 응고모델을 통해 결정할 수 있다. 상용화된 응고모델을 사용하여 도출된 응고계수를 갖는 강종 2의 주속 변화에 따른 응고완료점 예측 위치와 실측 예측 위치의 비교 결과, 오차범위 ±0.3m 을 갖고 응고완료점 값이 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 이는, 응고계수를 활용함으로써 응고완료점 예측값을 용이하게 도출 할 수 있는 것을 뒷받침할 수 있다. 이처럼, 첫번째 단계에서는 강종별로 응고계수를 기본 데이터화하는 과정을 수행한다.

두번째 단계로는 압하력 예지를 위해 첫번째 고려항목으로 미응고부를 포함한 주편에서 철정압을 구하는 방법이다. 철정압은 액상 밀도와 세그먼트내 각 롤별 수직위치를 환산하여 값을 얻을 수 있으며, 이를 활용하여 연주조업조건인 주속으로 응고계수를 활용하여 응고층 두께를 계산하고, 주조폭과 롤과 롤 사이의 거리를 활용하여 주어진 주속과 주조폭에 대해 세그먼트내 각 롤 위치별 철정력을 하기의 [철정력 계산식]으로부터 산출하는 단계이다.

[철정력 계산식]

여기에서 각 세그먼트에 따른 롤 위치에 따라 연주기 높이는 변화되는 값이고, 응고층 두께는 주어진 주속에서 롤 위치에 따라 변화하는 값이다. 즉, 철정력은 세그먼트의 롤(52) 위치에 따라서 변화하는 값이므로, 철정력과 압연력의 합으로 도출되는 압하력은 세그먼트 롤(52)의 예측 압하력인 것이다.

세번째 단계는 압하력 예지를 위해 압연이론을 이용하여 완전 응고층인 주편 엣지부와 미응고부의 주편 압연력을 구하는 단계이다. 그 일반적으로 사용되는 식은 다음과 같다.

여기서, 각 파라미터 값은 다음과 같이 정의되며, 계산할 수 있다.

이때, K _m 은 재료의 변형율, 변형속도, 고상선 온도 및 주편 평균온도에 따른 변형저항력을 구할 수 있는 식을 도입(상용식 적용)하였다. 주편 평균온도는 주편 중심부 온도와 주편 표면온도 합의 1/2로 가정하였다.

네번째 단계로는 압하력 예지를 위해 1~3단계 강의 응고계수 및 철정력, 압연이론을 활용한 주편의 엣지부 및 미응고부의 해당되는 세그먼트내 롤 단위별로 압하량에 해당되는 압하력(철정력+압연력)을 구하는 단계의 예를 도 8에 나타내었다. 주어진 설비조건(롤간 거리, 롤 지름, 롤 위치에 따른 연주기 높이, 주편 초기두께) 및 연속주조 조업조건(강종, 주조폭, 주속, 2차 냉각, 경압하, 응고계수, 주편의 온도 등)에서 해당되는 특정한 롤 위치에서의 압하력을 구하는 절차를 보여준다. 각 파라미터의 값을 계산하고, 이로부터 특정 롤 위치의 필요 압하력을 계산하여 반영한다.

다섯번째 단계로는, 압하력 예측을 위해 4단계에서 세그먼트 내 특정 롤에 필요한 압하력을 구하였고, 이와 같은 방법으로 세그먼트 내 롤 각각의 예측 압하력을 구하여 특정 세그먼트 내 롤 전체 예측 압하력을 구하는 단계이다. 즉, 도 8에 나타낸 바와 같이, 특정 세그먼트 내 구비되는 롤 각각의 철정력 및 압연력을 통해 세그먼트 롤 별 예측 압하력을 계산한다. 이때, 본 발명에서는 세그먼트 내 구비되는 롤을 6번롤까지 한정하여 설명하나, 롤의 개수는 이보다 증가될 수도 있다.

여섯번째 단계로는 상기 다섯번째 단계에서 특정 세그먼트 내 롤 별 예측압하력으로 산출된 세그먼트 전체 압하력을 세그먼트 실린더 별 예측 압하력으로 분배하는 것이다. 즉, 세그먼트에서 롤 갭 위치를 제어하고 압하력을 유지하는 구성은 입측 실린더(55a)와 출측 실린더(55b)이므로, 세그먼트 롤 전체 예측 압하력에서 실린더별 압하력을 배분하여야 한다. 이때, 세그먼트 실린더 별 예측 압하력 배분식은 하기의 [실린더 별 예측 압하력 배분식]을 통해 산출할 수 있다.

[실린더 별 예측 압하력 배분식]

1)

,

2)

3)

4)

출측실린더 및 입측 실린더 각각의 배분식에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 입측 실린더 예측 압하력은 경압하 구간 세그먼트 롤 전체 압하력에서 필요 예지 압하력에 2를 곱한 값을 뺀 다음 실린더 개수인 2로 나눈 값을 나타낸다.

그리고, 출측 실린더 예측 압하력은 세그먼트 롤 개수가 n개 일 때, n/2+1번째 롤의 예측 압하력부터 n번째 롤의 예측 압하력을 전부 합한 값에서 2를 나눈 값에 n/2번째 롤의 예측 압하력을 6으로 나눈 값을 더한 값을 나타낸다. 출측실린더 및 입측 실린더 각각의 배분식에 대해 설명하면 다음과 같다. 즉, 출측 실린더에서 상기 위치의 롤 별 예측 압하력을 이용하는 이유로는, 주편의 입측에서 출측으로 나열된 롤 중 중간으로부터 맨 마지막 롤까지는 출측실린더에 대한 영향을 받기 때문이다.

여기서, 출측 실린더 압하력은 주편의 압하가 출측 방향으로 기울어져 자중에 의한 압하력 증가를 고려하여, 세그먼트 롤 내 중간 롤(n/2)의 압하력의 1/6 값을 더하여 보정한 값이다.

도 8의 표에 제시된 세그먼트 롤 별 예측 압하력의 총 합(세그먼트 실린더 전체 압하력)인 5515.7kN 값을 기준으로 설명하면 다음과 같다.

필요 예지 압하력은 4번 내지 6번 롤 별 압하력을 더한 값을 2로 나눈 값과 3번 롤의 압하력을 6으로 나눈 값을 더함으로써, 산출할 수 있다. 즉, 출측실린더 압하력은 (918.9+937.3+962.0)/2 + 904.6/6으로 계산되어, 1560kN의 값을 나타낸다.

세그먼트 입측 실린더 압하력은 {(5515.7-1560x2)/2}로 계산되어, 1198kN의 값을 나타낸다.

상기와 같이 세그먼트 실린더 별 예측 압하력 산출을 위한 1~6단계 과정으로 도출된 압하력 값을 실제 조업 중인 주조 설비에서의 세그먼트 실린더 별 실측값과 오차 범위 내에서 있는지를 도 9 및 도 10을 통해 확인하였다. 즉, 세그먼트 실린더 별 예측 압하력과 실측 압하력이 오차 범위 내에서 일치하여야만 시스템적 활용과, 경압하 조업 도출 등에 적용할 수 있기 때문이다. 또한, 설비에 대한 초기 기본 설계시 설비 구성에 필요한 사양을 결정할 수 있다.

도 9 및 도 10을 보면, 각각 세그먼트 별로 세그먼트 실린더 압하력을 보면, 각각 오차범위 ±60 kN에서 일치하는 것을 확인할 수 있으며, 압하량의 ±0.5씩 증가시에도 세그먼트 출측 실린더 예측 압하력이 오차범위 ±60 kN 이내의 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.

[8단계] 압하력 예지를 통해 얻어진 필요 압하력은 a값이 1에 도달하게 되면 이론적으로 응고완료점이 된다. 즉, 주어진 연속주조 조업조건부터 주편 응고완료점에 해당하는 필요 압하력을 예측할 수 있게 되고, 따라서 이를 바탕으로 설비 설계도 가능하게 된다. 이는 실제 조업에서는 반대로 경압하 안정조업을 위한 경압하량 배분이 가능해지고, 연주기의 최대 한계 주속을 알게 되어 조업사고도 줄이는 방법이 된다.

도 12a 내지 도 12c는 주조속도가 상이한 강종의 압하량 변화에 따른 주편의 응고 완료점에서의 출측 실린더 예측 압하력을 나타낸다.

도 12a는 경압하량 2.0mm 적용시 응고완료점에서 12a은 1,801kN, 경압하량 2.5mm 적용시 응고완료점에서 필요 예지 압하력은 1,936kN, 경압하량 3.0mm 적용시 응고완료점에서 필요 예지 압하력은 2,086kN 정도이다.

도 12b는 경압하량 2.0mm 적용시 응고완료점에서 필요 예지 압하력은 1,827kN, 경압하량 2.5mm 적용시 응고완료점에서 필요 예지 압하력은 1,972kN, 경압하량 3.0mm 적용시 응고완료점에서 필요 예지 압하력은 2,035kN 정도이다.

마지막으로, 도 12c 경압하량 2.0mm 적용시 응고완료점에서 필요 예지 압하력은 1,858kN, 경압하량 2.5mm 적용시 응고완료점에서 필요 예지 압하력은 2,018kN, 경압하량 3.0mm 적용시 응고완료점에서 필요 예지 압하력은 2,081kN 정도이다.

이를 정리하면, 주속이 변경되어 경압하 구간이 변경되어 적용되는 세그먼트에서 응고완료점의 필요 압하력은 압하량에 따라 일정한 값을 가짐을 확인 할 수 있다. 이는 a값에 의해 압하량에 따른 필요 압하력이 결정될 수 있다는 것과 같은 논리이다. 그리고, 경압하량 0.5mm당 압하량이 a값이 0.5 부근에서 55kN 차이가 발생함을 확인할 수 있다.

도 13a 내지 도 13c는 경압하 세그먼트 위치에 따른 출측 예측 압하력 변화를 나타낸다. 이때, 경압하 세그먼트로 각각 제1 세그먼트 제2 세그먼트 및 제3 세그먼트 중 어느 하나에 적용할 때, 주속 및 a값에 따른 출측 예지 압하량의 변화량을 도시하였다.

도 13a는 경압하량 2.0mm 적용한 조건으로 주속에 따른 각 세그먼트별 응고완료점에서 필요 예지 압하력은 약 1,800~1,850kN이며, 도 12b는 경압하량 2.5mm 적용한 조건으로 주속에 따른 각 세그먼트별 응고완료점에서 필요 예지 압하력은 약 1,950~2,000kN이고, 마지막으로 도 13c는 경압하량 3.0mm 적용한 조건으로 주속에 따른 각 세그먼트별 응고완료점에서 필요 예지 압하력은 약 2,050~2,100kN이다. 앞서 설명한 바와 같이 주속이 변경된다 할지라도 적정 경압하 구간에서 세그먼트는 대략 0.07~0.08m/min 간격으로 일치하며, 응고완료점에서 동등한 압하량 적용시 필요 압하력이 거의 일정함을 알 수 있다. 또한 일정한 경압하량에 대해서 주속에 따른(즉, 세그먼트에 따라) a값에 따른 예지 필요 압하력이 동일한 선상 위에서 수렴하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 상기의 결과로부터 필요 압하력은 주속의 변화 경압하 세그먼트의 변화에도 a값에 의해 결정된다는 수치적 결과를 얻을 수 있었다.

이로부터 도 15 내지 16과 같은 그래프로 나타낼 수 있으며, 세그먼트 출측 실린더 예측 압하력을 주조속도와 a값으로 쉽고 간단하게 수식화 할 수 있는 식을 얻을 수 있다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 주조 방법은 기준 연속 주조 조건에 따른 경압하 구간 세그먼트 출측 실린더 압하력인 기준 경압하력을 산출하는 과정; 및 연속 주조 조건 변화에 따른 압하력 보정값을 상기 기준 경압하력에 보정하는 과정; 및 보정된 경압하력으로 주편을 경압하하는 과정;을 포함하며, 상기 기준 경압하력을 산출하는 과정은, 주편의 미응고부 두께에서 세그먼트 압하롤 전체 압하량을 나눈 값(α)과 세그먼트 실린더 압하력 간의 관계에 따른 하기의 [식 A]를 이용하여 산출한다.

[식 A]

이는 하기의 과정을 통해 도출 및 정의할 수 있다.

- 출측 예지 필요 압하력 = 56,838,568x주속⁶ - 282,310,635x주속⁵ + 582,858,626x주속⁴ -

640,299,204x주속³ + 394,762,346x주속² - 129,517,426x주속 +

17,669,478 (R² = 0.9982)

- 출측 예지 필요 압하력 = 49,381xa⁶ - 157,398xa⁵ + 200,531xa⁴ - 130,089xa³ +

45,175xa² - 7,605.8xa + 1,941.6 (R² = 0.9998)

- 주속 = 788.20xa⁴ - 2,634.77xa³ + 3,303.64xa² - 1,842.55xa + 386.14 (R² = 0.996)

경압하량은 2.5mm로 기존으로 하였기 때문에 0.5mm가 적은 2.0mm 적용시에는 55kN을 추가적으로 빼주고, 0.5mm가 많은 3.0mm 적용시에는 55kN을 추가적으로 더하게 되면 경압하량에 따른 출측 예지 필요 압하력을 계산할 수 있다.

도 15는 상기식으로부터 얻어진 출측 예지 필요 압하력과 1~6단계를 활용한 상세식으로부터 얻어진 출측 예지 필요 압하력을 비교한 결과, ±50kN 이내에서 잘 일치함을 알 수 있다. 또한 우측 그림에서 보듯이 경압하량 증가에 따른 필요 예지 압하력으로 증가 경향성을 잘 표현하고 있음을 알 수 있다.

도 15는 각각 상이한 세그먼트 위치에서 주조폭에 따른 경압하 세그먼트의 출측 예지 필요 압하력 변화이다. 경압하 구간 제1 세그먼트에서 응고완료점의 출측 예지 필요 압하력은 주조폭이 X값에서 각각 300mm 및 400mm 증가함에 따라 X주조폭일 때의 출측 실린더 예측 압하력은 1,400~1,940kN이고, 제2 세그먼트에서 응고완료점의 출측 예지 필요 압하력은 1,440~1,970kN이며, 제3 세그먼트에서 응고완료점의 출측 예지 필요 압하력은 1,480~2,020kN이다. 이때, 주조폭이 100mm가 증가함에 따라 대략 65kN 정도가 증가하고, 주조폭이 동일할 때, 동등한 a값에서 경압하 세그먼트에 따라 출측 예지 필요 압하력이 거의 동일한 갑을 가짐을 알 수 있다. 즉, 상기식으로 얻어진 출측 예지 필요 압하력은 주조폭 2,400mm를 기준으로 하여 100mm당 65kN의 압하력을 빼서 보정하면 된다.

도 16은 주조폭에 따른 상기식으로부터 얻어진 출측 예지 필요 압하력과 1~6단계를 활용한 상세식으로부터 얻어진 출측 예지 필요 압하력을 비교한 결과, ±50kN 이내에서 잘 일치함을 알 수 있다. 또한 우측 그림에서 보듯이 주조폭이 증가에 따른 필요 예지 압하력으로 증가 경향성을 잘 표현하고 있음을 알 수 있다.

다음으로는 강종별 출측 예지 필요 압하력을 구하는 방법이다. 도 18는 기본 연속주조 조업조건(주조폭 2,400mm, 경압하량 2.5mm)으로부터 강종별/2차 냉각 패턴에 대한 주속 보정인자 및 경압하 세그먼트별 주속 보정인자를 정리한 결과이다. 이와 같은 강종별/2차 냉각별 보정인자를 고려하여 주조속도를 보정하거나, 또는 a값에 대해 직접적으로 출측 예지 필요 압하력을 구하면 기본 연속주조 조업조건인 아포정강의 변화거동과 강종별/2차 냉각별 변화거동이 도 19에 나타낸 바와 같이 모두 잘 일치한다는 결과이다.

상기 1 내지 8단계의 내용을 정리하면 다음과 같다.

1) 1~6단계 : 경압하 세그먼트의 출측 예지 필요 압하력을 도출하기 위한 제1 실시예 식

2) 7단계 : 실제 조업중 경압하 세그먼트에서 측정된 출측 작용 압하력과 1 ~ 6단계에서 도출해 낸 상세식으로부터의 출측 예지 필요 압하력의 정합성 검증

3) 8단계 : 제1 실시예(상세식)을 기준 주조 조건을 선택하여 간단하게 변환한 제2 실시예 식

- 주편폭 보정 압하력 = (해당주편 - 2,400)/100 x 65kN 보정

- 압하량 보정 압하력 : 압하량 2.5mm 기준 0.5mm당 55kN 보정

상기 식은 주조폭 2,400mm, 경압하량 2.5mm 기준으로의 기준 주조 조건에서 도출된 세그먼트 출측 실린더 예측 압하력을 α변수를 기준으로 식을 정리한 것이다.

상기의 간단식으로부터 도출해 낸 경압하 세그먼트에서의 출측 예지 필요 압하력을 실제 조업중 경압하 세그먼트에서 측정된 출측 작용 압하력과 비교한 결과를 도 20에 나타내었다. 강종, 주속, 2차 냉각, 주조폭, 압하량, 경압하 세그먼트에 따른 실측된 출측 작용 압하력은 상기의 간단식으로부터 도출된 출측 예지 압하력은 ±50kN 이내에서 잘 일치하였다.

상기와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 주조 방법은 강종에 따른 경압하 구간 세그먼트 실린더 압하력을 데이터화 하는 과정(S300) 및 데이터화 된 압하력을 기준으로 주조 설비를 보정하는 과정(S310)으로 연속 주조를 진행할 수 있다. 즉, 강종에 따른 경압하 구간 세그먼트 실린더 압하력을 세그먼트 내 롤 별 압하력의 총합으로 도출함으로써, 세그먼트 실린더 용량(S312), 세그먼트 롤 베어링 설계(S314), 세그먼트 구조 설계(S316), 세그먼트 롤 용량 설계(S317) 중 적어도 어느 하나를 보정할 수 있다.

[표 1]은 실시예 1에 따른 주편 경압하 설계 패스라인 예시를 설명하는 표이다. 예시된 연주기의 세그먼트 실린더의 한계 압하력은 P_L kN이다. 이때, 경압하량 설계는 한계 압하력 이내에서 압하가 가능해야 한다. 또한 주편 내부품질을 확보하기 위해서는 중심편석과 기공(porosity)가 최소화 되어야 하는 경압하 설계가 되어야 한다. 총 경압하량이 5mm일 때, 배분된 경압하량으로부터 경압하 세그먼트별 마지막 롤 위치의 롤 갭를 산정하고, 이에 해당하는 a값을 산정할 수 있다. a값을 이용하여 간단식 출측 예지 필요 압하력을 도출하여 한계 압하력 이내에 존재하는지 확인하고, 배분된 경압하 적용 주편의 내부품질을 평가하여 최적의 경압하 조건을 도출한다. 결론적으로 도 21에 나타낸 바와 같이 세그먼트 1과 세그먼트 2의 압하량이 각각 5mm와 0mm, 1mm와 4mm 및 0mm와 5mm를 적용하는 경우에는 세그먼트 실린더의 한계 압하력 초과로 적용이 불가능하며, 나머지 4개 경압하 조건중 동등하게 경압하량을 배분한 경우 주편의 중심편석 및 기공을 최소할 수 있는 방법으로 결정할 수 있다.

	경압하 구간 세그먼트 출측 실린더 예측 압하력		주편 품질
배분 경압하량	세그먼트 1	세그먼트 2	편석도	기공	판정
5/0	PL <	PL >			적용불가
4/1	PL >	PL >	~1.07	大	적용가능
3/2	PL >	PL >	~1.05	中	적용가능
2.5/2.5	PL >	PL >	~1.02	小	적용가능
2/3	PL >	PL >	~1.06	小	적용가능
1/4	PL >	PL <			적용불가
0/5	PL >	PL <			적용불가

상기 표 1에 기재된 것처럼 세그먼트 1과 세그먼트 2의 압하량을 각각 어느 한 세그먼트에 치우치도록 압하량을 배분하는 경우에는 주편의 중심편석이 열악하였고, 동시에 세그먼트 2의 경압하량이 많을 경우 주편 중심부의 기공문제가 발생하였다. 앞선 결과와 마찬가지로 동등하게 경압하량을 배분한 경우 주편의 중심편석 및 기공을 최소할 수 있는 방법으로 결정할 수 있다. 즉, 경압하 구간의 세그먼트에 각각 동등한 경압하량을 배분한 경우, 주편의 중심편석 및 기공을 최소화할 수 있는 것을 확인 할 수 있다.

상기에서 서술한 본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 주조 방법은 서로 조합 및 변경하여 사용할 수 있으며, 본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예의 주조 방법을 이용함으로써, 강종의 응고계수 및 주조조건을 이용하여, 세그먼트 출측 실린더 압하력을 예측할 수 있다. 이에, 주편의 경압하시에 주편의 중심편석 및 내부 기공을 저감시킬 수 있는 경압하력을 제공함으로써, 주편의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 주편의 응고 완료점에서의 세그먼트 출측 실린더 압하력을 산출할 수 있고, 이로 인해 주조 설비의 구성들을 설계하거나 보정할 수 있다. 따라서, 주조 설비의 안정화를 통해 조업의 생산성 및 효율성을 향상시킬 수 있다.

1 : 연속 주조 설비 10 : 래들
20 : 턴디쉬 30 : 주형
50 : 세그먼트 100 : 데이터 표시부
200 : 산출부 300 : 신호부
400 : 구동부

Claims (24)

1. 주조 조건 및 다수개의 롤을 포함하는 세그먼트 내 실린더 압하력에 따라 경압하 조건을 도출하는 과정;
   도출된 경압하 조건을 경압하 구간의 세그먼트에 적용하는 과정;
   적용된 경압하 조건으로 주편을 경압하하는 과정;을 포함하며,
   상기 경압하 조건을 도출하는 과정은, 상기 경압하 구간의 세그먼트 실린더 별 예측 압하력을 하기 [식 1]로 도출하는 과정;을 포함하는 주조 방법.
   [식 1]
   

   

   
   1)

   

   ,

   

   
   2)

   

   
   3)

   

   
   4)

   

   
   

   
2. 청구항 1 에 있어서,
   상기 세그먼트 실린더 별 예측 압하력은,
   경압하 구간의 세그먼트 롤 전체 예측 압하력으로부터 배분 산출되는 주조 방법.
3. 청구항 2 에 있어서,
   상기 세그먼트 실린더 별 예측 압하력을 도출하는 과정 이전에,
   데이터화된 강종별 응고계수를 마련하는 과정;
   강종에 따른 주조조건 및 상기 응고계수를 이용하여, 경압하 구간의 세그먼트 롤 별 예측 압하력을 산출하는 과정; 및
   산출된 세그먼트 롤 별 예측 압하력을 합하여, 상기 세그먼트 롤 전체 예측 압하력을 산출하는 과정;을 포함하는 주조 방법.
4. 청구항 3 에 있어서,
   상기 세그먼트 롤 별 예측 압하력은 하기 [식 2]로 산출하는 주조 방법.
   [식 2]
   

   
5. 청구항 4 에 있어서,
   상기 철정력은 하기의 [식 2-1]으로 산출하는 주조 방법.
   [식 2-1]
   

   

   
   

   
6. 청구항 4 에 있어서,
   상기 압연력은 하기의 [식 2-2]로 산출하는 주조 방법.
   [식 2-2]
   

   

   
   1)

   

   
   

   

   
   2)

   

   
   

   

   
   4)

   

   
   5)

   

   
   6)

   

   
   7)

   

   
   8)

   
7. 기준 주조 조건에 따른 경압하 구간 필요 예지 압하력인 기준 경압하력을 산출하는 과정;
   주조 조건 변화에 따른 압하력 보정값을 상기 기준 경압하력에 보정하는 과정; 및
   보정된 경압하력으로 주편을 경압하하는 과정;을 포함하며,
   상기 기준 경압하력을 산출하는 과정은, 세그먼트 롤 전체 압하량을 주편의 미응고부 두께로 나눈 값(α)을 이용하여 산출하는 주조 방법.
8. 청구항 7 에 있어서,
   상기 기준 경압하력은 하기의 [식 A]를 이용하여 산출하는 주조 방법.
   [식 A]
   

   

   
   

   
9. 청구항 8 에 있어서,
   상기 주조 조건 값 변화 중 주편 폭 변화에 따른 압하력 보정값은 하기의 [식 B]를 이용하여 산출하며,
   상기 주편 폭 변화에 따른 보정된 경압하력은, 상기 압하력 보정값과 상기 기준 경압하력의 합으로 산출하는 주조 방법.
   [식 B]
   

   
10. 청구항 8 에 있어서,
    상기 주조 조건 값 변화 중 주편의 경압하량(mm) 변화에 따른 보정된 경압하력은,
    기준 경압하량과 변화된 경압하량의 차이 ±0.5mm 당 ±55kN의 압하력 보정값을 상기 기준 경압하력에 합하여 산출하는 주조 방법.
11. 청구항 8 에 있어서,
    상기 필요 예지 압하력은 기준 강종의 응고계수 및 기준 주조 조건을 이용하여 산출된 세그먼트 롤 별 예측 압하력과, 상기 세그먼트 출측 실린더 개수 및 자중에 따른 압하력 변화를 이용하여 산출하는 주조 방법.
12. 청구항 11 에 있어서,
    상기 세그먼트 롤 별 예측 압하력은,
    기준 강종의 응고계수 및 상기 기준 주조 조건을 이용하여, 경압하 구간 세그먼트 롤 각각의 기준 철정력 및 기준 압연력을 산출하는 과정; 및
    산출된 세그먼트 롤 각각의 기준 철정력 및 기준 압연력을 합하는 과정;으로 산출하는 주조 방법.
13. 청구항 12 에 있어서,
    상기 세그먼트 출측 실린더의 예측 압하력은 하기의 [식 C]로 산출하는 주조 방법.
    [식 C]
    

    

    
    1)

    

    ,

    

    
    2)

    

    
    3)

    

    
    4)

    
14. 강종에 따른 경압하 구간 응고완료점 위치에서의 세그먼트 실린더 예측 압하력을 데이터화하는 과정; 및
    데이터화된 세그먼트 실린더 예측 압하력을 기준으로 주조 설비를 보정하는 과정;을 포함하는 주조 방법.
15. 청구항 14 에 있어서,
    상기 주조 설비를 보정하는 과정은,
    세그먼트 내 실린더 용량, 세그먼트 내 롤 베어링 설계, 세그먼트 구조 설계 및 세그먼트 내 구동롤 용량 설계 중 적어도 어느 하나를 보정하는 주조 방법.
16. 청구항 14 에 있어서,
    상기 세그먼트 실린더 예측 압하력을 데이터화하는 과정은,
    상기 강종에 따른 주편의 응고완료점에서의 필요 예지 압하력을 데이터화하는 과정;을 포함하는 주조 방법.
17. 청구항 16 에 있어서,
    상기 필요 예지 압하력을 데이터화하는 과정은,
    기준 강종 및 기준 주조 조건에 따른 주편의 응고완료점에서의 필요 예지 압하력을 산출하는 과정;
    상기 기준 주조 조건의 변화에 따른 압하력 보정값을 상기 필요 예지 압하력에 보정하는 과정; 및
    보정된 필요 예지 압하력을 데이터화하는 과정;을 포함하는 주조 방법.
18. 청구항 17 에 있어서,
    상기 기준 강종 및 기준 주조 조건에 따른 주편의 응고완료점에서의 필요 예지 압하력을 산출하는 과정은, 세그먼트 롤 전체 압하량을 주편의 미응고부 두께로 나눈 값(α)이 1의 값을 가질 때의 하기 [산출식 A]로 산출되는 값을 데이터화하는 주조 방법.
    

    

    
    

    
19. 청구항 18 에 있어서,
    상기 [산출식 A]는
    상기 세그먼트 내 롤 개수가 n개 일 때, n/2번 롤의 예측 압하력을 6으로 나눈 값과, n/2+1번 롤에서부터 n번 롤까지의 예측 압하력들을 더한 값을 2로 나눈 값의 합을 세그먼트 롤 전체 압하량을 주편의 미응고부 두께로 나눈 값(α)을 변수로 두고 도출하는 주조 방법.
20. 복수의 세그먼트를 포함하여 용강이 경유하는 통로를 형성하고, 상기 용강을 주편으로 주조하기 위한 주조유닛; 및
    상기 주조유닛과 연결되어, 주조 조건에 따라 주편의 경압하 구간에서의 필요 예지 압하력을 산출하여 상기 세그먼트의 작동을 조절하는 주조 제어유닛;을 포함하는 주조 설비.
21. 청구항 21 에 있어서,
    상기 주조 제어유닛은,
    상기 주조유닛와 연결되어, 상기 주조 조건 데이터가 입력되는 데이터 표시부;
    상기 데이터 표시부에 표시된 상기 주조 조건들로부터 상기 경압하 구간 세그먼트의 압하력 값을 산출하는 산출부;
    상기 산출부로부터 산출된 상기 압하력 값에 따른 상기 세그먼트 작동을 위한 신호를 생성하는 신호부;
    상기 신호부로부터 전달된 신호에 의해 상기 경압하 구간 세그먼트의 압하력을 조절하는 구동부;를 포함하는 주조 설비.
22. 청구항 21 에 있어서,
    상기 산출부는,
    청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 상기 경압하 구간 세그먼트 실린더 별 압하력을 산출하는 주조 설비.
23. 청구항 21 에 있어서,
    상기 산출부는,
    기준 주조 조건들로부터 상기 주편의 경압하 구간 세그먼트의 기준 경압하력을 산출하며,
    상기 기준 경압하력은 하기의 [산출식 A]에 의해 산출되는 주조 설비.
    [산출식 A]
    

    

    
    

    
24. 청구항 23 에 있어서,
    상기 산출부에 연결되어, 상기 주조 조건 데이터에 따라 상기 기준 경압하력의 보정을 실시하는 보정부;를 포함하는 주조 설비.

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