KR20170070317A

KR20170070317A - 연속주조기의 종료동작 처리장치 및 종료동작 처리방법

Info

Publication number: KR20170070317A
Application number: KR1020150176831A
Authority: KR
Inventors: 김성연
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-06-22
Also published as: KR101797312B1; WO2017099538A1; CN108367343A; JP6606611B2; CN108367343B; JP2018536542A

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리장치는 턴디시 내의 용강의 중량을 검출하는 중량 검출부; 상기 턴디시로부터 배출되는 용강을 수용하는 몰드; 상기 몰드 내로 턴디시 플럭스의 유입으로 인한 상기 몰드 내의 동판온도를 측정하는 열전대; 및 상기 턴디시 내의 용강중량, 상기 동판온도에 기초하여, 상기 몰드 내의 슬래그가 캐리오버(carry-over)되는 시점을 검출한 후, 상기 캐리오버되는 시점에 연속주조기의 동작을 종료하기 위한 종료신호를 제공하는 종료신호 처리부를 포함한다.

Description

연속주조기의 종료동작 처리장치 및 종료동작 처리방법{Processing apparatus for Cast-Finishing and Processing Method thereof}

본 발명은 연속주조기의 종료동작 처리장치 및 종료동작 처리방법에 관한 것이다.

일반적인 연속주조를 종료하는 방법으로는 턴디시의 용강이 일정 무게에 도달하면 턴디시에서 주형으로 용강공급을 차단하기 위해 스토퍼(stopper) 또는 슬라이드 게이트(slide gate)를 닫는 방법을 이용하고 있다.

여기서, 연속주조 종료시에, 턴디시의 잔류 용강을 최소화시키는 것이 중요하며, 턴디시의 잔류 용강을 최소화시는 목적은 용강의 주조 실수율을 증가시킴으로써 주조 효율성을 높이는데 있다.

턴디시 용강을 최대한 몰드로 공급하는 과정에서, 턴디시 플럭스가 몰드 안으로 유입되는 경우가 발생한다.

이러한 경우, 턴디시 용강의 공급을 차단한 이후에 탕면이 몰드 하부를 빠져나갈 때에 탕면 상부에 턴디시 플럭스가 과다하게 존재하여 탕면의 응고를 지연시키므로, 스트랜드에 뿌려지는 물이 탕면으로 유입되어, 미응고 용강과 반응하면 용강이 비산되는 문제점이 발생한다. 그리고, 용강이 비산되면, 스트랜드 가이딩 롤러에 지금이 부착되면서 설비를 손상시키게 되고, 손상된 세그먼트를 교체해야만이 다시 주조를 시작할 수 있게 된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2004-0056051호 (발명의 명칭: 레이들에서의 슬래그 유출을 검출할 수 있는 장치 및 방법)

종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 턴디시 플럭스의 몰드 내 유입을 최소화시키면서 턴디시 용강의 주조 실수율을 극대화할 수 있는 연속주조기의 종료동작 처리장치 및 종료동작 처리방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리장치는 턴디시 내의 용강의 중량을 검출하는 중량 검출부; 상기 턴디시로부터 배출되는 용강을 수용하는 몰드; 상기 몰드 내의 용강탕면의 위치를 검출하는 탕면 검출기; 상기 몰드 내로 턴디시 플럭스의 유입으로 인한 상기 몰드 내의 동판온도를 측정하는 열전대; 및 상기 턴디시 내의 용강중량, 상기 동판온도에 기초하여, 상기 몰드 내의 슬래그가 캐리오버(carry-over)되는 시점을 검출한 후, 상기 캐리오버되는 시점에 연속주조기의 동작을 종료하기 위한 처리신호를 제공하는 종료신호 처리부를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리방법은 턴디시 내의 용강의 중량을 검출하는 단계; 몰드의 동판온도를 측정하는 단계; 상기 용강의 중량, 상기 동판온도 및 탕면높이 변화에 기초하여 상기 몰드 내에 턴디시 플럭스 유입에 따른 상기 몰드의 슬래그 캐리오버(carry-over) 시점을 검출하는 단계; 및 상기 슬래그 캐리오버(carry-over) 시점에 연속주조기의 동작을 종료하기 위한 처리신호를 제공하는 단계를 포함한다.

본 발명은 턴디시 플럭스가 몰드로 유입되는 상황을 신속하게 검출할 수 있어, 연속주조를 종료시키는 시점을 슬래그가 캐리오버(carry-over)되는 순간에 종료시킴으로써, 일정한 턴디시 용강량에서 종료하는 것에 비해 턴디시 용강을 더 주조할 수 있어, 이로 인하여 주조 실수율을 증가시킬 수 있다는 이점을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리장치를 나타낸 장치도이다.
도 2는 주편의 인발속도와 용강의 공급속도가 균형을 이룰 때의 몰드에서의 모습을 나타낸 예시도이다.
도 3은 턴디시 플럭스가 몰드 안으로 유입되는 모습을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 턴디시 무게, 몰드 레벨, 몰드 온도, 스토퍼 스트로크의 상관관계를 고려하여 턴디시 플럭스의 캐리보어(carry over)가 되는 시점을 검출하여 주조 조업을 종료한 실시예 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리장치 및 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리장치와 연속주조기를 나타낸 장치도이다.

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

도 1을 참조하면, 연속주조기(100)는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차 냉각대(60 및 65), 핀치롤(70) 및 제어기를 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물의 분리 등이 이루어진다.

몰드(30)는 수냉식 동판이 구비되며, 수강된 용강을 1차 냉각시킨다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 주편을 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한쌍의 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. 이러한 테이퍼는 몰드(30) 내에서 용강(M)의 응고로 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

몰드(30)는 몰드(30)에서 뽑아낸 연주주편이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각 또는 응고쉘이 형성되도록 하는 역할을 한다. 몰드(30)는 용강이 몰드의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 몰드(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다.

파우더는 몰드(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘(81)의 윤활뿐만 아니라 몰드(30) 내 용융금속의 산화/질화 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.

주편의 인발장치로는 연주주편이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브 방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드(30) 내로 연장하는 침지노즐(25)에 의해 몰드(30) 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 스토퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스토퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스토퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

몰드(30) 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 일지점(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.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리장치(200)는 중량 검출부(210), 열전대(220) 및 종료신호 처리부(240)를 포함한다.

상기 중량 검출부(210)는 턴디시 내의 용강의 중량을 검출하는 기능을 수행한다.

상기 열전대(220)는 상기 턴디시로부터 배출되는 용강을 수용하는 몰드 내로 턴디시 플럭스의 유입으로 인한 상기 몰드(30) 내의 동판온도를 측정하는 기능을 수행한다. 상기 열전대(220)는 상기 몰드(30)에 동일 높이 위치에서 둘레 방향으로 적어도 한 개 이상 구비되고, 상기 몰드(30)의 동일 폭 위치에서 주조 방향을 따라 적어도 한 개 이상 구비될 수 있다.

턴디시 내의 용강이 거의 바닥 상태이면, 턴디시 용강을 덮고 있는 턴디시 플럭스가 침지노즐을 통해 몰드로 유입된다. 턴디시 플럭스는 용강보다 비중이 낮기 때문에 용강탕면 위로 떠오르게 되며, 이때, 용강의 공급이 부족해짐으로, 몰드 내의 용강탕면의 수위는 점차 낮아지게 된다.

따라서, 열전대(220)는 용강탕면의 수위가 낮아짐(즉, 몰드 내의 용강수용량이 적어짐)으로 인하여 몰드의 온도변화를 측정하는 기능을 수행한다.

상기 종료신호 처리부(240)는 상기 턴디시 내의 용강중량, 상기 몰드의 온도에 기초하여, 상기 몰드 내의 슬래그가 캐리오버(carry-over)되는 시점을 검출한 후, 상기 슬래그가 캐리오버되는 시점에 연속주조기의 동작을 종료하기 위한 종료신호를 제어기로 제공하는 기능을 수행한다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리장치(200)는 용강탕면의 높이변화를 검출하는 제1 검출기(230) 또는 제2 검출기(231)를 포함할 수 있다. 상기 제1 검출기(230)는 ECLM(Eddy Current Level Meter)일 수 있으며, 상기 제2 검출기(231)는 방사선 검출기일 수 있다.

상기 제2 검출기(231)는 몰드 내의 슬래그로부터 나오는 방사선량을 검출하여 용강탕면의 높이변화를 검출한다. 일반적으로, 슬래그의 일정부피를 용강이라 가정하기 때문이며, 몰드 안으로 슬래그가 유입되면 용강탕면의 절대위치는 실제의 설정 위치보다 낮아지게 된다.

도 2는 주편의 인발속도와 용강의 공급속도가 균형을 이룰 때의 몰드에서의 모습을 나타낸 예시도로서, 도 2를 참조하면, 용강탕면이 일정하게 유지되는 조건에서는 용강 위쪽으로 동판에 부착되어 있는 슬래그 베어(B)가 존재하며, 용강(M) 상부로는 용융층(16), 소결층(C) 및 몰드 파우더층(A)이 형성되고, 정상적인 조업 상황에서는 탕면이 약 ±3mm 범위로 제어되기 때문에 초기 응고층과 슬래그 베어(B)는 안정적인 형태를 유지하게 된다.

도 3은 턴디시 플럭스가 몰드 안으로 유입되는 모습을 나타낸 도로서, 도 3을 참조하면, 턴디시 내의 용강이 거의 바닥 상태이면, 턴디시 내의 용강을 덮고 있는 턴디시 플럭스(D)가 침지노즐을 통해 몰드로 유입되면, 턴디시 플럭스(D)는 용강(M)보다 비중이 낮기 때문에 용강탕면 위로 떠오르게 되며, 이때, 용강(M)의 공급이 부족해짐으로, 몰드 내의 용강탕면의 수위는 점차 낮아지게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리방법(S700)은 중량 검출부(210)에서 턴디시의 내의 용강의 중량을 검출하는 단계(S710), 몰드 내의 온도를 측정하는 단계(S720)로서, 보다 구체적으로, 턴디시로부터 배출되는 용강을 수용하는 몰드 내로 턴디시 플럭스의 유입으로 인한 상기 몰드(30) 내의 동판온도를 열전대에서 측정하는 단계일 수 있다.

따라서, 열전대(220)는 용강탕면의 수위가 낮아짐(즉, 몰드 내의 용강수용량이 적어짐)으로 인한 몰드의 온도변화를 측정한다.

다음으로, 용강의 중량, 상기 동판온도 및 탕면높이 변화에 기초하여 상기 몰드 내에 턴디시 플럭스 유입에 따른 상기 몰드의 슬래그 캐리오버(carry-over) 시점을 종료시호 처리부(240)에서 검출하는 단계(S730) 및 슬래그가 캐리오버(carry-over)되는 시점에 연속주조기의 동작을 종료하기 위한 종료신호를 제공하는 단계(S740)를 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기의 종료동작 처리방법(S700)은 상기 제1 검출기(230) 또는 제2 검출기(231)를 이용하여 몰드 내의 용강의 탕면높이 변화를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 검출기(230)는 ECLM(Eddy Current Level Meter)일 수 있으며, 상기 제2 검출기(231)는 방사선 검출기로, 몰드 내의 슬래그로부터 나오는 방사선량을 검출하여 용강탕면의 높이변화를 검출한다. 일반적으로, 슬래그의 일정부피를 용강이라 가정하기 때문이며, 몰드 안으로 슬래그가 유입되면 용강탕면의 절대위치는 실제의 설정 위치보다 낮아지게 된다.

도 5는 턴디시 무게(예컨대, 턴디시 내의 용강무게), 몰드 레벨, 몰드 온도, 스토퍼 스트로크의 상관관계를 고려하여 턴디시 플럭스의 캐리오버(carry over)가 되는 시점을 검출하여 주조조업을 종료한 실시예의 그래프이다.

도 5를 참조하면, 주조 말기에, 턴디시 무게가 15톤 시점부터 턴디시 플럭스의 캐리오버(carry over)되는 시점을 검출하기 시작하였다. 이때, 26030초부터 용강탕면 근처의 동판 온도가 소폭 하락하였으며, 26050초 직전에 탕면의 약 30mm 하락하면서 곧이어 동판온도의 하락이 있었다.

이는 약 26055초에 슬래그가 캐리오버된 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 슬래그가 캐리오버된 시점에 연속주조기의 제어기에 종료신호를 보냄으로써 용강공급을 중단시키고 연주 조업을 종료함으로 인해, 종래(예컨대, 턴디시 용강량을 기준으로 연주조업을 종료) 보다 턴디시 용강을 2 ~ 5톤을 더 주조할 수 있다는 실험결과를 도출하였다.

이상에서 실시 예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.

따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 연속주조기
200: 종료동작 처리장치
210: 중량 검출부
220: 열전대
230: 제1 검출기
231: 제2 검출기
240: 종료신호 처리부

Claims

턴디시 내의 용강의 중량을 검출하는 중량 검출부;
상기 턴디시로부터 배출되는 용강을 수용하는 몰드;
상기 몰드 내로 턴디시 플럭스의 유입으로 인한 상기 몰드 내의 동판온도를 측정하는 열전대; 및
상기 턴디시 내의 용강중량, 상기 동판온도에 기초하여, 상기 몰드 내의 슬래그가 캐리오버(carry-over)되는 시점을 검출한 후, 상기 캐리오버되는 시점에 연속주조기의 동작을 종료하기 위한 종료신호를 제공하는 종료신호 처리부를 포함하는 연속주조기의 종료동작 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 몰드 내의 용강의 탕면높이 변화를 검출하는 제1 검출기를 더 포함하고, 상기 제1 검출기는 ECLM(Eddy Current Level Meter) 센서인 연속주조기의 종료동작 처리장치.
제1항에 있어서,
방사선원을 이용하여 상기 몰드 내의 용강의 탕면높이 변화를 검출하는 제2 검출센서를 더 포함하는 연속주조기의 종료동작 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 열전대는,
상기 몰드에 동일 높이 위치에서 둘레 방향으로 적어도 한 개 이상 구비되고, 상기 몰드의 동일 폭 위치에서 주조 방향을 따라 적어도 한 개 이상 구비되는 연속주조기의 종료동작 처리장치.
턴디시 내의 용강의 중량을 검출하는 단계;
몰드의 동판온도를 측정하는 단계;
상기 용강의 중량, 상기 동판온도 및 탕면높이 변화에 기초하여 상기 몰드 내에 턴디시 플럭스 유입에 따른 상기 몰드의 슬래그 캐리오버(carry-over) 시점을 검출하는 단계; 및
상기 슬래그 캐리오버(carry-over) 시점에 연속주조기의 동작을 종료하기 위한 처리신호를 제공하는 단계를 포함하는 연속주조기의 종료동작 처리방법.
제5항에 있어서,
ECLM(Eddy Current Level Meter) 센서를 이용하여 상기 탕면높이를 검출하는 단계를 더 포함하는 연속주조기의 종료동작 처리방법.
제5항에 있어서,
방사선원을 이용하여 상기 몰드 내의 용강의 탕면높이 변화를 검출하는 단계를 더 포함하는 연속주조기의 종료동작 처리방법.