KR20230104946A - 주조 방법 및 관련 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강 반제품의 주조 방법에 관한 것으로, 여기서 액체 강은 래들로부터 쉬라우드를 통하여 턴디쉬로 주입되고, 상기 방법은, 상기 턴디쉬 내 상기 액체 강의 표면으로부터 방출되는 광 강도를 결정하는 단계, 결정된 상기 강도에 기초하여, 상기 액체 강의 표면에서 오픈-아이 (open-eye) 의 존재를 검출하는 단계, 오픈-아이가 검출될 때에 조작자를 향해 경보를 방출하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 강 반제품의 주조 방법 및 관련 장치에 관한 것이다.
강 반제품을 주조하는 과정에서는 액체 강을 SEN(Submerged Entry Nozzle)을 통해 몰드에 부은 후에, 이것이 응고되어 강 슬래브나 빌렛(billet)과 같은 반제품으로 변할때 까지 서서히 냉각시킨다. 액체 강은 레이들에서 주어진 조성과 온도로 제조된 다음에, 레이들 쉬라우드를 통해 턴디쉬에 부어진다. 쉬라우드가 래들에 삽입될 때에 가능한 공기 유입으로부터 액체 강을 보호하기 위해 쉬라우드에 불활성 가스가 주입된다. 턴디쉬는 잉곳 몰드(ingot mold)에 액체 강을 공급하기 위해 사용되며, 주조기에 공급하는 액체 강의 저장소(reservoir) 및 버퍼(buffer)로서 작용하여 매끄러운 유출 유동을 제공하고 상기 유동을 조절한다.
턴디쉬 내의 액체 강의 표면은 플로우팅 턴디쉬 분말 층에 의해 덮인다. 이 분말의 목표는 액체 강이 외부 공기와 접촉하여 산화되는 것을 피하는 것이다. 액체 강의 유동에 변동이 생기거나 불활성 가스에 의해 기포가 발생되는 것과 같은 몇몇 이유로, 분말 층은 연속성이 없을 수 있으며, 일부 개방된 영역이 나타날 수 있으므로 이를 턴디쉬 오픈 아이 (Tundish Open Eye: TOE) 또는 턴디쉬 롤 (tundish roll) 이라 한다.
오픈-아이의 존재의 주요 결과는 액체 강이 이 영역에서 공기에 노출된다는 것이다. 그 결과, 액체 강의 재산화가 일어나, 개재물이 형성된다. 이는 강 청결에 유해하며, 고화된 제품에 불량을 야기할 수 있다. 더욱이, 개재물은 SEN을 향해 흐를 수 있으며 SEN의 막힘을 야기할 때까지 응집할 수 있다. SEN이 막히면, 품질 문제를 위해 최종 강 반제품을 폐기해야 하며, 막힌 SEN을 교체하기 위해 전체 주조 공정이 느려진다. 따라서 이는 제품 품질과 생산성 모두에 해롭다.
오픈-아이 현상과 그 결과는 알려져 있기 때문에, 현재 실무에서는 작업자가 턴디쉬에 있는 액체 강의 표면을 정기적으로 검사하고 필요할 때에 분말을 첨가하는 일을 담당하고 있다. 그러나, 이 방법은 인간 기반의 어떠한 방법이든 그 한계가 있다. 작업자가 표면을 계속 주시하지 않기 때문에, 강 등급의 민감도에 따라, 오픈 아이의 형성과 분말 첨가 사이에 항상 지연이 있으며, 심지어 작은 지연이라도 생산된 강의 품질에 유해한 영향을 미칠 수 있다. 더욱이, 작은 산화 기간의 축적은 개재물의 축적 및 SEN의 막힘을 초래할 것이다.
그래서 턴디쉬 내에서 액체 강 표면의 오픈-아이의 형성을 정확하게 검출할 수 있는 방법이 필요하다. 주조된 반제품의 품질을 개선하고 SEN의 수명을 향상시킬 수 있는 방법이 또한 필요하다.
이 과제는 본 발명에 따른 방법에 의해 해결되며, 이 방법은 턴디쉬 내 액체 강의 표면으로부터 방출되는 광 강도를 결정하는 단계, 결정된 강도에 기초하여, 액체 강의 표면에서 오픈-아이의 존재를 검출하는 단계, 및 오픈-아이가 검출될 때에 조작자를 향해 경보를 방출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법은 또한 개별적으로 또는 모든 가능한 기술적 조합들에 따라 고려되는 다음의 선택적 특징들을 포함할 수 있다:
- 결정 단계와 검출 단계 사이에서, 상기 방법은 결정된 강도에 기초하여, 오픈 아이의 크기를 계산하는 단계를 포함한다.
- 방출 단계는 오픈 아이의 계산된 크기가 미리 결정된 임계 크기 이상인 경우에만 수행된다.
- 경보 방출 단계 후, 상기 방법은 턴디쉬 내 액체 강의 표면에 분말을 주입하는 단계를 포함한다.
- 계산 단계는 회귀 모델(regression model)을 이용하여 수행된다.
- 결정 단계는 오픈 아이 없이 강 표면을 나타내는 강도의 베이스라인을 이용하여 수행된다.
본 발명은 또한 레이들, 턴디쉬, 몰드 및 오픈-아이 경보 장치를 포함하는 주조 설비에 관한 것으로, 이 설비는 추가로, 광 강도를 나타내는 데이터를 캡처할 수 있는 측정 장치로서, 상기 측정 장치는 턴디쉬 표면으로부터 방출된 광을 캡처할 수 있도록 위치되는, 상기 측정 장치; 광 강도를 나타내는 캡처된 데이터를 수신할 수 있는 프로세서로서, 턴디쉬 내 액체 강의 표면으로부터 방출되는 광 강도를 결정할 수 있는 결정 수단, 결정된 상기 강도에 기초하여, 상기 액체 강의 표면에서 오픈-아이의 존재를 검출할 수 있는 검출 수단, 오픈-아이가 검출될 때에 조작자를 향해 경보를 방출할 수 있는 경보 방출 수단을 포함하는, 상기 프로세서를 포함한다.
측정 장치는 광 송신기일 수 있다.
본 발명의 다른 특성들 및 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 비제한적이고 도시에 의해 아래에 주어진 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 장치가 제공된 주조 설비를 도시한다.
도 2a 및 2b 는 턴디쉬 내에 있는 액체 강 층의 이미지이다.
도 3 은 본 발명에 따른 방법의 플로우챠트이다.
도 4 는 주조 캠페인 동안의 시간에 따른 광 강도를 나타낸 곡선이다.
도 5 는 측정된 광 강도의 함수로 TOE 크기를 나타낸 곡선이다.
도 1 은 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 장치가 제공된 주조 설비를 도시한다.
도 2a 및 2b 는 턴디쉬 내에 있는 액체 강 층의 이미지이다.
도 3 은 본 발명에 따른 방법의 플로우챠트이다.
도 4 는 주조 캠페인 동안의 시간에 따른 광 강도를 나타낸 곡선이다.
도 5 는 측정된 광 강도의 함수로 TOE 크기를 나타낸 곡선이다.
도면들에서 요소들은 예시적이고 축척으로 도시될 수 없다.
도 1 은 래들(2), 턴디쉬(3) 및 몰드(4)를 포함하는 주조 설비(1)를 도시한다. 래들(2)의 액체 강(5)은 주조하고자 하는 강 반제품에 따라 요구되는 온도 및 조성을 갖는다. 이는 먼저 래들(2)로부터 래들 쉬라우드(6)를 통해 턴디쉬(3)로 흐른 후, 턴디쉬(3)로부터 SEN(7)을 통해 몰드(4)로 흐른다. 이어서, 액체 강은 몰드(4)로부터 천천히 흘러나오고 고화되어 반제품을 형성한다.
도 2a 및 도 2b 는 턴디쉬(3) 내에서 턴디쉬 분말로 덮인 액체 강 표면의 실제 이미지이다. 도 2a 에서 오픈 아이가 없고, 분말 층은 연속적이고 균질하며, 래들 쉬라우드(6) 바로 아래에서 액체 강(5)을 추측할 수 있다. 이와는 반대로, 도 2b 에서 래들 쉬라우드(6) 주위의 큰 오픈-아이(10)의 형성을 볼 수 있다. 도면들의 목적은 TOE(Tundish Open-Eye)의 크기가 클 수 있고, 따라서 많은 양의 강 표면이 공기와 접촉하여 재산화될 수 있다는 것을 예시하기 위한 것이다. 그러한 오픈-아이의 형성을 조기에 검출하여 그 결과를 제한하는 것이 중요한 이유이다.
도 3 은 본 발명에 따른 방법의 플로우챠트이다. 제 1 단계(100)에서, 턴디쉬 내의 액체 강의 표면으로부터 방출된 광 강도가 결정된다. 이 단계는 광 강도를 직접적으로 또는 간접적으로 측정할 수 있는 임의의 센서를 사용함으로써 수행될 수 있다. 센서는 예를 들어 광 센서(8)와 같이 광 강도를 측정하는 광 센서일 수 있다. 이러한 광 센서(8)는 광 강도를 측정할 수 있는 모든 종류의 센서일 수 있다. BASI Instruments사의 BLUX510 과 같은 광 강도 전송기를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 전송기를 이용하면 턴디쉬를 둘러싼 고온의 환경에서 견디도록 쉽게 보호될 수 있는 단순한 장치라는 장점이 있다.
센서는 턴디쉬 주위의 광 강도를 측정할 수 있고, 측정된 신호는 액체 강 표면에 연결되지 않은 모든 성분들을 제거하기 위해 처리된다. 예를 들어, 내화물로 되어 있는 래들 쉬라우드는 액체 강이 관류할 때에 가열되어 적색으로 변한다. 따라서, 이는 매우 밝고, 강 표면에 대한 신호만을 유지하기 위해 센서에 의해 캡처된 신호로부터 이러한 광 강도 성분을 제거하는 것이 요구될 수 있다.
제 2 단계(110)에서, 액체 강의 표면에서의 오픈-아이의 존재가 이전에 결정된 강도에 기초하여 검출된다. 이는 예를 들어, 오픈-아이 없이, 파워의 연속 층을 나타내는 강도의 베이스라인을 결정함으로써 수행될 수 있다. 결정된 광 강도가 이 베이스라인 위에 있으면, 이는 오픈-아이가 존재함을 의미한다.
이러한 제 2 단계(110) 후에, 검출된 오픈-아이의 크기를 계산하는 것으로 구성되는 선택적인 단계(111)가 수행될 수 있다. 그렇게 하기 위해 회귀 모델이 사용될 수 있다. 이 회귀 모델은 직접 관찰을 통해 측정된 오픈-아이 크기를 다양한 크기의 다수의 오픈-아이들에 대한 각각의 광 강도 신호와 상관시킴으로써 구축된다. 그 결과, 상기 모델을 이용하여 미래의 오픈-아이의 크기를 예측할 수 있다.
도 5 는 측정된 광 강도의 함수에서 TOE 크기를 나타내는 곡선이며, 이 곡선 킹은 TOE의 크기를 결정하기 위해 계산 단계(111)에서 사용될 수 있다.
제 2 검출 단계(110) 또는 선택적인 계산 단계(111) 후에, 제 3 단계(120)가 수행되며, 이는 오픈-아이가 검출될 때 조작자를 향해 경보를 방출하는 것을 포함한다. 선택적으로 이 경보는 오픈-아이의 계산된 크기가 미리결정된 임계치를 초과할 때만 방출될 수 있다. 길이가 9 미터인 턴디쉬의 경우, 경보는 예를 들어 크기가 90 센티미터 이상일 때만 방출된다.
결정 단계(100), 검출 단계(110), 경보 방출 단계(120), 계산 단계(111)는 이 단계들 모두를 수행할 수 있는 전용 알고리즘이 제공된 적어도 하나의 프로세서에 의해 우선적으로 수행된다.
단계 120 에서 경보가 발령되면, 강의 표면에 턴디쉬 분말을 부어 오픈-아이를 덮는다. 이는 조작자에 의해 또는 조작자로부터 명령을 수신하는 자동 주입 장치를 통해 또는 검출 및/또는 계산 단계를 수행하는 프로세서에 의해 직접 수행될 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 주조 방법을 이용한 주조 캠페인 중에 측정된 Lux 대 시간으로 표현된 광 강도를 나타내는 곡선이다. 광의 세기를 측정하는 데 사용되는 센서는 BASI Instruments 사의 BLUX510 광 전송기이다. 동그랗게 표시된 각각의 피크가 래들 쉬라우드를 통해 턴디쉬에 강을 붓는 것에 대응하는 새로운 열의 시작을 나타낸다. 각 열 시작시, 래들 및 래들 쉬라우드가 들어올려져 빈 래들을 가득 찬 래들로 교환한다. 이는, 차례로, 강도의 피크에 대응하는 전체 영역 밝기를 증가시킨다. 래들을 교환한 후, 래들 및 래들 쉬라우드는 하강한다. 그러면, 광 강도가 거의 널(null)이고 고려된 열에 따라 다소 빠르게 증가한다는 것을 알 수 있다. 이는 강의 표면에서의 오픈-아이의 외관 및 성장에 대응한다. 이는 시험 중에 육안으로 확인되었다. 첫 번째 가열 동안, 오픈-아이의 크기가 미리 결정된 임계치를 초과했고 분말이 추가되어야 했는데, 이는 갑작스런 감소가 굵은 직사각형으로 강조된 곡선 상에서 주목될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의하면, 턴디쉬 오픈 아이를 검출하고 제품 품질 및 설비 지속시간에 대한 영향을 줄이도록 작업자에게 신속하게 경보를 전달할 수 있다.
Claims (8)
- 강 반제품의 주조 방법으로서, 액체 강이 래들 (ladle) 로부터 쉬라우드 (shroud) 를 통하여 턴디쉬 (tundish) 로 주입되고, 상기 방법은
A. 상기 턴디쉬 내 상기 액체 강의 표면으로부터 방출되는 광 강도를 결정하는 단계 (100),
B. 결정된 상기 강도에 기초하여, 상기 액체 강의 표면에서 오픈-아이 (open-eye) 의 존재를 검출하는 단계 (110),
C. 오픈-아이가 검출될 때에 조작자를 향해 경보를 방출하는 단계 (120) 를 포함하는, 강 반제품의 주조 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 결정하는 단계 (100) 와 상기 검출하는 단계 (110) 사이에, 결정된 상기 강도에 기초하여 상기 오픈-아이의 크기를 계산하는 단계 (111) 를 추가로 포함하는, 강 반제품의 주조 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 방출하는 단계 (120) 는 상기 오픈-아이의 계산된 크기가 미리 결정된 임계 크기 이상인 경우에만 수행되는, 강 반제품의 주조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경보를 방출하는 단계 (120) 이후에, 상기 턴디쉬 내 액체 강의 표면에 분말을 주입하는 단계 (130) 를 더 포함하는, 강 반제품의 주조 방법.
- 제 2 항 내지 제 4 항에 있어서, 상기 계산하는 단계 (111) 는 회귀 모델 (regression model) 을 이용하여 수행되는, 강 반제품의 주조 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결정하는 단계 (100) 는 오픈-아이 없이 강 표면을 나타내는 강도의 베이스라인을 이용하여 수행되는, 강 반제품의 주조 방법.
- 제 1 항에 따른 방법을 구현하기 위한 레이들 (2), 턴디쉬 (3), 몰드 (4) 및 오픈-아이 경보 장치를 포함하는 주조 설비로서, 상기 설비는 추가로,
- 광 강도를 나타내는 데이터를 캡처할 수 있는 측정 장치 (8) 로서, 상기 측정 장치는 턴디쉬 표면으로부터 방출된 광을 캡처할 수 있도록 위치되는, 상기 측정 장치,
- 광 강도를 나타내는 캡처된 데이터를 수신할 수 있는 프로세서로서,
i. 턴디쉬 내 액체 강의 표면으로부터 방출되는 광 강도를 결정할 수 있는 결정 수단,
ii. 결정된 상기 강도에 기초하여, 상기 액체 강의 표면에서 오픈-아이의 존재를 검출할 수 있는 검출 수단,
iii. 오픈-아이가 검출될 때에 조작자를 향해 경보를 방출할 수 있는 경보 방출 수단을 포함하는, 상기 프로세서를 포함하는, 주조 설비. - 제 7 항에 있어서, 상기 측정 장치는 광 송신기인, 주조 설비.
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