WO2018117765A1 - 수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2018117765A1
WO2018117765A1 PCT/KR2017/015409 KR2017015409W WO2018117765A1 WO 2018117765 A1 WO2018117765 A1 WO 2018117765A1 KR 2017015409 W KR2017015409 W KR 2017015409W WO 2018117765 A1 WO2018117765 A1 WO 2018117765A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wire
control
mold
continuous casting
tension
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/015409
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
신기태
정창기
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020160176802A external-priority patent/KR101879088B1/ko
Priority claimed from KR1020170171382A external-priority patent/KR102031431B1/ko
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to EP17883501.3A priority Critical patent/EP3560628A1/en
Priority to CN201780079750.4A priority patent/CN110099762A/zh
Priority to JP2019532671A priority patent/JP2020503175A/ja
Publication of WO2018117765A1 publication Critical patent/WO2018117765A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/041—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for vertical casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/128—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for removing
    • B22D11/1281—Vertical removing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/14—Plants for continuous casting
    • B22D11/141—Plants for continuous casting for vertical casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/20—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/20—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock
    • B22D11/201—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock responsive to molten metal level or slag level

Definitions

  • the present invention relates to a vertical continuous casting device and a control method thereof.
  • This vertical continuous casting technology is capable of continuous casting in a large cross-section, there is an advantage that can produce a cast several times larger than a conventional casting machine.
  • the vertical continuous casting technology is heavy enough to weigh several tens of tons because of the large size and long length of the cast. Therefore, the influence of the weight and temperature of the cast steel affects the manufacturing environment of the cast steel, and such a problem causes an error in the production of the cast steel.
  • the torque compensation control by weight, the length compensation control by the expansion of the wire, and the casting speed hunting of the cast is generated by the force transmitted to the cast by periodic mold vibration
  • the present invention provides a vertical continuous casting apparatus capable of performing accurate and stable casting by providing a vibration period setting criterion for preventing a mold, and applying a tension to a lower portion of a horizontal surface plate, and a control method thereof.
  • the vertical continuous casting apparatus according to an embodiment of the present invention, a mold mold formed so as to support the continuously cast slab in the vertical direction, the movable pulley is formed on both sides A horizontal plate for vertically supporting the cast steel, a motor for controlling the movement of the moving pulley through a wire and torque compensation control by weight, and a length compensation control by expansion of the wire to control the operation of the motor. It may include a controller.
  • Vertical continuous casting method as a control method of the vertical continuous casting apparatus performed in the vertical continuous casting apparatus for continuously casting the slab in the vertical direction using a horizontal surface plate equipped with a moving pulley Calculating a target motor speed by applying a reduction ratio to a target circumferential speed, comparing the target motor speed with the actual measured motor speed, outputting a speed control value by reflecting the error, and outputting the speed control value by weight. And performing torque compensation control.
  • the torque compensation control by the weight and the length compensation control by the expansion of the wire is performed to provide an effect capable of performing the casting accurately.
  • the weight of the cast steel when the weight of the cast steel continuously increases, it reflects the length elastic expansion of the wire, thereby providing the effect of accurately calculating the cast head position.
  • a mold vibration period setting criterion is provided to prevent hunting of casting speed due to vibration of the slab due to friction force transmitted to the slab by periodic mold vibration, thereby providing the mold with a vibration period longer than that. Vibration provides an effect that can prevent hunting of casting speed.
  • the amount of expansion (thermal expansion, expansion due to load) of the right and left wires supporting the horizontal surface plate is different when the surface is inclined or the thermal deformation of the guiding post supporting the movement of the surface plate.
  • the tensioned force is applied to the wire connected to the lower surface plate to forcibly pull the surface plate to stably pull the cast steel supported on the surface plate. It is possible to control the casting speed and position of cast iron stably even if the load acting on the wire connected to the lower part is stable.
  • FIG. 1 is a view showing a vertical continuous casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining the compensation control of the vertical continuous casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a graph showing the amount of change in load torque and motor torque as the weight of the cast steel increases.
  • FIG. 6 is a view showing an example in which the vibration period is increased to reduce the casting speed effect due to the vibration of the mold mold.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a control method of a vertical continuous casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a vertical continuous casting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a vertical continuous casting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a configuration diagram schematically showing the principle of the vertical continuous casting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a control unit of the vertical continuous casting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • Vertical continuous casting apparatus is capable of continuous casting in a large cross section, and can produce casts several times larger than conventional casting machines. And since the cast is long to cast a length of more than 10m, the weight of the cast steel is heavy enough to reach several tens of tons.
  • a vertical continuous casting apparatus that can perform the drawing while increasing the vertical stability using the pulley in the vertical direction, using a pulley.
  • FIG. 1 is a view showing a vertical continuous casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a vertical continuous casting apparatus includes a mold mold 10 formed to support a cast 1 continuously cast in a vertical direction, and a horizontal surface plate 20 disposed below the support mold. do. Moving pulleys 21 are formed on both sides of the horizontal surface plate 20.
  • the moving pulley 21 is interlocked with the fixed pulley 30.
  • the fixed pulley 30 is fixed on the mold mold 10 at a position where it does not interfere with the mold mold 10.
  • the fixed pulley 30 is located directly above the moving pulley 21 formed on both sides of the horizontal surface plate 20.
  • the horizontal pulley 20 both side pulleys 21 are connected to the upper pulley 5 by a wire, and the ends of the wires are connected to the drum 41 via the upper pulley 5 and wound.
  • the drum 41 is connected to the reducer 7 and the reducer 7 is connected to the motor 43.
  • the motor 43 is configured to generate torque in accordance with the speed control value of the motor 43 output from the controller 50.
  • Wires are wound around moving pulleys 21 formed on both sides of the horizontal surface plate 20, and the pair of wires are wound on the drum 41.
  • the reducer 42 may rotate the drum 41 by reducing the rotational force of the motor 43.
  • the drum 41 rotates, thereby winding or unwinding a pair of wires.
  • the rotation of the motor 43 it is possible to control the movement of the moving pulley by winding or unwinding the wire wound on the drum 41.
  • the horizontal surface plate 20 can be controlled to move in the vertical direction while maintaining the horizontal.
  • the vertical continuous casting apparatus may be accompanied by motor torque compensation control by weight and length compensation control by wire expansion.
  • Torque compensation control is performed to compensate for the torque transmitted to the motor 43 due to the weight of the horizontal surface plate 20 supporting the slab 1 vertically and the weight of the slab 1 continuously increasing during casting. will be.
  • the length compensation control is performed by the expansion of the wire between the square of the vertical continuous casting apparatus and the upper pulley 5 by thermal expansion by the hot slab 1 and the weight of the continuously increasing slab 1. To compensate for the stretching of the wire by elastic expansion.
  • FIG. 2 is a view for explaining the compensation control of the vertical continuous casting apparatus according to an embodiment of the present invention. Such compensation control may be performed by the controller 50 controlling the operation of the motor.
  • the controller 50 may include a speed controller 51, a torque compensation controller 52, an integrator 53, and a length compensation controller 54.
  • the vertical continuous casting device first calculates a target motor speed by determining a target circumferential speed and applying a reduction ratio thereto. Thereafter, the calculated rotational speed of the target motor 43 and the rotational speed of the actually measured motor 43 are compared, and the error is reflected and inputted to the speed controller 51.
  • the speed controller 51 outputs a speed control value that can reduce an error by performing proportional-differential-integral control.
  • the output speed control value is summed with the output of the torque compensation controller 52.
  • the casting speed is calculated by dividing the rotational speed of the motor 43 by the reduction ratio, and the integrated speed is integrated with respect to the time that the entire casting proceeds using the integrator 53.
  • the length compensation controller 54 performs elastic expansion compensation and thermal expansion compensation based on the wire length and the wire temperature information, and compensates this in addition to the output of the integrator 53.
  • the torque compensation controller 52 calculates the torque caused by the weight of the horizontal surface plate 20 itself and the weight of the slab 1 that increases as the casting proceeds as in Equation 1 below.
  • M 0 is the horizontal surface plate 20 mass
  • M (t) is the mass of the cast steel
  • g is gravity acceleration
  • D is the diameter of the drum 41.
  • v (t) is the casting speed
  • A is the mold mold 10 area
  • ⁇ is the slab density
  • 3 is a graph showing a change amount of the load torque and the motor torque as the weight of the cast steel increases, which will be described with reference to this.
  • the motor torque is calculated by summing the output of the speed controller 51 and the output of the torque compensation controller 52, which can be seen to change in the opposite direction of the load torque.
  • the length compensating controller 54 can consider the elastic expansion amount of the wire caused by the continuously increasing weight of the slab 1 and the thermal expansion amount of the wire caused by the temperature of the hot slab 1. have. Through this, it is possible to accurately predict the position of the cast head.
  • Equation 3 the length elastic expansion amount of the wire with respect to the weight increase of the slab 1 can be expressed as shown in Equation 3 below.
  • W is the load of the cast steel
  • L is the total length of the wire (mm)
  • E is the modulus of elasticity (kg / mm 2 )
  • A is the effective cross-sectional area of the wire (mm 2 ).
  • L is the wire length (mm)
  • ⁇ is the thermal expansion coefficient (kg / mm 2 ) of the wire
  • ⁇ t is the temperature increase amount of the wire. ⁇ t may be a value determined by an experimental value.
  • Equation 5 the position of the cast head can be calculated as shown in Equation 5 below.
  • Cast head position length calculated from motor rotation speed + elastic expansion length + thermal expansion length
  • the cast head position increases continuously.
  • the dotted line shows the case where the length compensation is not performed
  • the solid line shows the case where the length compensation is performed.
  • the present invention can perform the cast drawing more accurately by performing the length compensation in this way.
  • the vibration affects the mold mold 10
  • the friction force may be generated in the cast (1) may affect the casting speed.
  • one embodiment of the present invention can stabilize the influence of the circumferential speed caused by such vibration.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a frictional force applied to the cast steel by vibration, and firstly, the influence of vibration.
  • the friction force between the mold mold 10 and the slab 1 may be generated by this vibration.
  • one side is opened for convenience of description, but the frictional force F2 is determined at four sides determined by the area, height H, width W, and depth T1 where the mold mold 10 and the slab 1 abut. ) May be induced.
  • casting may be performed above a mold vibration cycle setting criterion for preventing hunting of casting speed from occurring due to the vibration of the cast steel due to the frictional force transmitted to the cast steel by periodic mold vibration.
  • the vibration period of the mold may be set larger than the value calculated by Equation 6 below.
  • F is a frictional force predicted value between the mold 10 and the cast
  • V is the casting speed (m / min)
  • M is the mass of the cast
  • r DV / V maximum allowable rate of change in the speed.
  • the friction force (F) is calculated by multiplying the coefficient of friction by the iron coefficient of the molten steel in the mold mold 10 perpendicular to the surface of the mold mold 10, which can be calculated as shown in Equation 7 below.
  • Friction force (F) ⁇ rHH (W + T)
  • H is the length of the mold mold 10
  • W is the width of the mold mold 10
  • T is the thickness of the cast steel.
  • FIG 6 illustrates an example in which the vibration period is increased to reduce the casting speed effect due to the vibration of the mold mold.
  • the casting speed when vibrating the mold mold 10 at 41 cpm (cycle per minute), that is, 41 castings per minute, the casting speed causes a hunting error of +/- 4% or more, but increases the vibration period to 120 cpm. In this case, it can be confirmed that the hunting error of the casting speed is greatly reduced.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a control method of a vertical continuous casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • control method of the vertical continuous casting apparatus to be described below is performed in the vertical continuous casting apparatus described above with reference to FIGS. 1 to 6. Accordingly, it may be easily understood with reference to the above description with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the vertical continuous casting apparatus may calculate a target motor speed by applying a reduction ratio to a target peripheral speed (S510).
  • the vertical continuous casting device may output the speed control value by comparing the target motor speed with the actual measured motor speed and reflecting the error (S520).
  • the vertical continuous casting apparatus may perform torque compensation control by weight to the speed control value (S530).
  • the vertical continuous casting apparatus calculates the torque of the motor caused by the weight of the horizontal platen, and the torque of the motor caused by the weight of the slab continuously increasing during casting. Can be calculated.
  • the vertical continuous casting apparatus may perform length compensation control by reflecting thermal expansion induced on the wire by the temperature of the slab and elastic expansion induced on the wire by the weight of the continuously increasing slab ( S540).
  • the vertical continuous casting apparatus can prevent the hunting of the casting speed from occurring due to the vibration of the slab by the frictional force transmitted to the slab by the periodic mold vibration.
  • the mold vibration period setting criteria may be set and casting may be performed above this standard.
  • the vertical continuous casting apparatus may further perform a step of setting a mold vibration period setting criterion and preventing hunting of the casting speed by vibrating the mold with a vibration period equal to or greater than the mold vibration period setting criterion.
  • casting is performed accurately by performing torque compensation control by torque transmitted to the motor connected to the weight and the wire connected to the lower part of the plate and length compensation control by expansion of the wire. It provides an effect that can be done.
  • the weight of the cast steel when the weight of the cast steel continuously increases, it reflects the length elastic expansion of the wire, thereby providing an effect of accurately calculating the cast head position.
  • Figure 8 is a schematic diagram of a vertical continuous casting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the vertical continuous casting apparatus includes a mold mold 10, a horizontal surface plate 20, a driving unit 40, a control unit 50, and a tension providing unit 60. It may include.
  • the mold mold 10 may be formed to support the continuously cast cast (1) in the vertical direction, the horizontal surface plate 20 may be disposed below the mold mold 10 to support the cast (1). . Moving pulleys 21 may be formed at both sides of the horizontal surface plate 20.
  • the moving pulley 21 is interlocked with the fixed pulley 30.
  • the fixed pulley 30 is fixed to the upper portion of the mold mold 10 at a position where it does not interfere with the mold mold 10.
  • the fixed pulley 30 is located directly above the moving pulley 21 formed on both sides of the horizontal surface plate 20.
  • the driving unit 40 may move the horizontal surface plate 20 in the vertical direction, and the control unit 50 may control the driving unit 40.
  • the horizontal pulley 20 both sides of the pulley 21 is connected to the upper pulley 30 and a wire (a), the end of the wire through the upper pulley 30 drum 41 of the drive unit 40 It is connected to and wound up.
  • the drum 41 is connected to the reducer 42 and the reducer 42 is connected to the motor 43.
  • the motor 43 is configured to generate torque in accordance with the speed control value of the motor 43 output from the controller 50.
  • the wires a are wound around the moving pulleys 21 formed on both sides of the horizontal surface plate 20, and the pair of wires are wound on the drum 41.
  • the reducer 42 may rotate the drum 41 by reducing the rotational force of the motor 43.
  • the controller 50 may control the movement of the moving pulley 21 by winding or unwinding the wire a wound on the drum 41 by controlling the rotation of the motor 43. Accordingly, the horizontal surface plate 20 can be controlled to move in the vertical direction while maintaining the horizontal.
  • the tension providing unit 60 may apply a tension (a pulling force in the vertical direction) in the vertical direction in the lower portion of the horizontal surface plate 20.
  • the tension providing unit 60 may include a tension adjusting unit 61, and the tension adjusting unit 61 controls the wire b between the lower fixed pulley 61d and the support roll 61e to move up and down. It may be composed of a tension roll 61c, a cylinder loader 61b, and a tension adjusting cylinder 61a to control the tension acting on the wire b.
  • the tension providing unit 60 may further include a drum 62, a speed reducer 63, and a motor 64, the controller 50 may control the speed of the motor 64, and the speed reducer 63 may be
  • the drum 62 can be rotated by reducing the rotational force of the motor 64.
  • the drum 62 is wound with a wire b between the lower fixed pulley 61d and the support roll 61e, so that the controller 50 controls the rotation of the motor 64 so that the wire b is wound around the drum 62.
  • By winding or unwinding the tension applied in the vertical direction from the lower portion of the horizontal surface plate 20 can be controlled.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a vertical continuous casting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the driving unit 40 and the tension providing unit 60 of the vertical continuous casting apparatus share the drum 41, the reducer 42, and the motor 43. can do.
  • wires are respectively wound around the moving pulleys 21 formed on both sides of the horizontal surface plate 20, and the pair of wires are wound around the drum 41 and between the lower fixed pulley 61d and the support roll 61e.
  • a wire can also be wound around the drum 41.
  • the controller 50 may rotate the motor 43, and the reducer 42 may reduce the rotational force of the motor 43 to rotate the drum 41.
  • the controller 50 can control the movement of the pulley 21 by winding or releasing the wire wound on the drum 41 by controlling the rotation of the motor 43, so that the horizontal surface plate 20 is It can be controlled to move in the vertical direction while maintaining the horizontal, it is possible to adjust the tension applied in the vertical direction in the lower portion of the horizontal surface plate (20).
  • the structure and function of the mold mold 10, the horizontal surface plate 20, and the tension adjusting unit 61 of the tension providing unit 60 illustrated in FIG. 9 are the same as and similar to those illustrated in FIG. 8. Is omitted.
  • FIG. 10 is a configuration diagram schematically showing the principle of the vertical continuous casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a control unit of the vertical continuous casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the controller 50 may include a speed controller 51, a torque compensation controller 52, an integrator 53, and a length compensation controller 54.
  • the vertical continuous casting device first calculates a target motor speed by determining a target circumferential speed and applying a reduction ratio thereto. Thereafter, the calculated target motor speed is compared with the actual measured motor rotation speed, and the error is reflected and input to the speed controller 51.
  • the speed controller 51 performs a proportional-differential-integral control to output a speed control value that can reduce the error.
  • the output speed control value is summed with the output of the torque compensation controller 52.
  • the casting speed is calculated by dividing the rotational speed of the motor by the reduction ratio, and is integrated with the integrating time 53 using the integrator 53.
  • the length compensation controller 54 performs elastic expansion compensation and thermal expansion compensation based on the wire length and the wire temperature information, and compensates this in addition to the output of the integrator 53.
  • Torque compensation controller 52 performs the torque compensation control to the sum of the torque transmitted to the motor and the tension acting on the wire connected to the lower surface of the plate, in addition to the torque of the weight of the horizontal plate 20 and the weight of the cast steel.
  • the torque compensation controller 52 the torque caused by the weight of the horizontal surface plate 20 itself and the weight of the slab 1 increasing as the casting proceeds, and the tension acting on the wire connected to the lower side of the horizontal surface plate 20 Torque compensation control is performed by adding the torques transmitted to the motor.
  • Torque compensation is calculated as in Equation 8 below.
  • M o is the horizontal surface plate 20 mass
  • M (t) is the mass of the cast steel
  • g is the gravity acceleration
  • D is the diameter of the drum (40).
  • M T (t) is a torque due to the tension acting on the wire of the lower surface plate is calculated by the following equation (9).
  • T is the tension applied and R is the radius of the drum.
  • the motor torque is calculated by summing the output of the speed controller 51 and the output of the torque compensation controller 52, which can be seen to change in the opposite direction of the load torque.
  • the length compensating controller 54 is a wire for a tensile force due to the amount of elastic expansion of the wire caused by the continuously increasing weight of the slab 1 and the tension (T) acting on the wire connected to the lower portion of the horizontal surface plate 20
  • the length of the elastic expansion and the amount of thermal expansion of the wire caused by the temperature of the hot slab 1 can be considered. Through this, it is possible to accurately predict the position of the cast head.
  • the length elastic expansion amount of the wire with respect to the weight increase of the cast (1) and the length elastic expansion amount of the wire with respect to the tensile force due to the tension (T) acting on the wire connected to the lower part of the surface plate as shown in Equation 10 below I can express it.
  • W is the load on the cast steel
  • L is the total length of the wire (mm)
  • E is the elastic modulus (kg / mm 2 )
  • A is the effective cross-sectional area of the wire (mm 2 )
  • T is the tension
  • N is the wire between the upper pulley and the surface plate. It is a number.
  • the amount of expansion (thermal expansion, expansion due to load) of the right and left wires supporting the horizontal surface plate is different, and the surface plate is inclined or the row of the guiding posts supporting the movement of the surface plate.
  • the cast iron can be stably drawn out by forcibly drawing the plate by applying tension (force) to the wire connected to the base plate. It is possible to control the casting speed and position of the cast piece even if the load on the wire connected to the lower part is changed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치는, 연속 주조되는 주편을 수직 방향으로 지지할 수 있도록 형성된 주형 몰드, 양 측에 이동 도르레가 형성되고, 상기 주편을 수직으로 지지하는 수평 정반, 와이어를 통하여 상기 이동 도르레의 이동을 제어하는 모터 및 중량에 의한 토크 보상 제어와, 상기 와이어의 팽창에 의한 길이 보상 제어에 의해 상기 모터의 동작을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법
본 발명은 수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
철강의 일 제조 기술로서 수직형 연속 주조 기술이 개발되고 있다. 이러한 수직형 연속 주조 기술은 대 단면으로 연속 주조가 가능하며, 통상적인 주조기에 비하여 수 배 이상 큰 주편을 생산할 수 있는 장점이 있다.
한편, 수직형 연속 주조 기술은 주편의 크기가 크고 길이가 길기 때문에 주편의 중량이 수십 톤에 이를 정도로 무겁다. 따라서, 주편의 무게, 온도의 영향에 의하여 주편의 제조 환경에 영향을 미치게 되고, 그러한 영향에 의하여 주편의 제조에 오차가 발생하는 문제가 유발되고 있다.
이러한 종래 기술에 대해서는, 한국 공개특허공보 제2016-5019943호, 한국 공개특허공보 제2012-0154883호 및 한국 공개특허공보 제2012-0032538호 등을 참조하여 쉽게 이해할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중량에 의한 토크 보상 제어와, 상기 와이어의 팽창에 의한 길이 보상 제어를 수행하고, 주기적인 주형 진동으로 주편에 전달되는 힘에 의해 주편의 주조 속도 헌팅이 발생하는 것을 방지하기 위한 주형의 진동 주기 설정 기준을 제공하여 정확하고 안정적인 주조를 수행할 수 있고, 수평 정반의 하부에 장력을 인가하는 수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법을 제공한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치는, 연속 주조되는 주편을 수직 방향으로 지지할 수 있도록 형성된 주형 몰드, 양 측에 이동 도르레가 형성되고, 상기 주편을 수직으로 지지하는 수평 정반, 와이어를 통하여 상기 이동 도르레의 이동을 제어하는 모터 및 중량에 의한 토크 보상 제어와, 상기 와이어의 팽창에 의한 길이 보상 제어에 의해 상기 모터의 동작을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 방법은, 이동 도르레가 구비된 수평 정반을 이용하여 수직방향으로 주편을 연속 주조하는 수직형 연속 주조 장치에서 수행되는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법으로서, 목표 주속에 감속비를 적용하여 목표 모터 속도를 산출하는 단계, 상기 목표 모터 속도와 실제 측정된 모터 속도를 비교하여 그 오차를 반영하여 속도 제어값을 출력하는 단계 및 상기 속도 제어값에 중량에 의한 토크 보상 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 중량에 의한 토크 보상 제어와, 상기 와이어의 팽창에 의한 길이 보상 제어를 수행하여 정확하게 주조를 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 주편의 중량이 연속적으로 증가하는 경우, 와이어의 길이 탄성 팽창을 반영함으로써, 주편 헤드 위치를 정확하게 계산할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 주기적인 몰드 진동에 의해 주편에 전달되는 마찰력에 의한 주편의 진동으로 주조 속도의 헌팅이 발생하는 것을 방지하기 위한 주형 진동 주기 설정 기준 제공하여 그 이상의 진동 주기로 주형을 진동시켜 주조 속도의 헌팅을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수평 정반을 지지하는 좌우 와이어(Wire)의 팽창(열팽창, 하중에 의한 팽창)량이 달라 정반이 기울어질 경우나, 정반의 이동을 지지하는 가이딩 포스트의 열변형에 의한 정반 상하이동에 방해를 받아 끼임 등이 발생하는 경우에 정반 하부에 연결된 와이어에 장력(힘)을 작용하여 정반을 강제적으로 인발하므로써 정반위에 지지되는 주편을 안정적으로 인발할 수 있고, 정반의 하부에 연결된 와이어에 작용하는 하중의 변동에도 안정적인 주편의 주조속도 및 위치제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 보상 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 주편의 중량이 증가함에 따른 부하 토크와 모터 토크의 변화량을 도시하는 그래프이다.
도 4는 주편의 중량이 증가함에 따른 와이어의 팽창량에 따른 주편 헤드의 위치를 도시하는 그래프이다.
도 5는 진동에 의하여 주편에 가해지는 마찰력을 설명하는 도면이다.
도 6은 주형 몰드의 진동에 의한 주조속도 영향을 감소시키기 위해 진동 주기를 증가시킨 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 개략적인 구성도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 개략적인 구성도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 원리를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 제어부의 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
수직형 연속 주조 장치는 대 단면으로 연속 주조가 가능하며, 통상적인 주조기에 비하여 수 배 이상 큰 주편을 생산할 수 있다. 그리고 주편 길이가 10m 이상 되도록 길게 주조하기 때문에 주편의 중량이 수십 톤에 이를 정도로 무겁다.
따라서 본 발명의 일 실시예로서, 주편의 진행 방향을 수직 방향으로 하되, 도르래를 이용하여 수직 안정성을 높이며 인발을 수행할 수 있는 수직형 연속 주조 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 수직형 연속 주조 장치는 연속 주조되는 주편(1)을 수직 방향으로 지지할 수 있도록 형성된 주형 몰드(10)와, 그의 아래에 배치되어 주편을 받치는 수평 정반(20)을 포함한다. 수평 정반(20)의 양측에는 이동 도르래(21)가 형성되어 있다.
이동 도르래(21)는 고정 도르레(30)와 연동한다. 고정 도르레(30)는 주형 몰드(10)의 상부에, 주형 몰드(10)와 간섭이 되지 않는 위치에 고정된다. 고정 도르레(30)는 수평 정반(20)의 양측에 형성된 이동 도르래(21)의 직상부에 위치한다.
수평 정반(20) 양측 이동 도르래(21)는 상부 도르래(5)와 와이어(wire)로 연결되어 있고, 와이어의 끝은 상부 도르래(5)를 거쳐 드럼(41)에 연결되어 감겨져 있다. 드럼(41)은 감속기(7)와 연결되고 감속기(7)는 모터(43)에 연결되어 있다. 모터(43)는 제어부(50)에서 출력되는 모터(43)의 속도 제어값에 따라 토크를 생성하도록 구성되어 있다.
수평 정반(20)의 양측에 형성된 이동 도르래(21)에는 각각 와이어가 감기고, 이러한 한 쌍의 와이어는 드럼(41)에 감긴다. 감속기(42)는 모터(43)의 회전력을 감속하여 드럼(41)을 회전시킬 수 있다.
따라서, 모터(43)가 회전함에 따라 드럼(41)이 회전하게 되고 그에 따라 한 쌍의 와이어를 감거나 풀어줄 수 있다. 결국, 모터(43)의 회전을 제어함으로써 드럼(41)에 감겨진 와이어를 감거나 풀어주므로써 이동 도르레의 이동을 제어할 수 있다. 그에 따라, 수평 정반(20)이 수평을 유지하면서 상하 수직방향으로 이동하도록 제어할 수 있다.
한편, 이와 같이 주편을 제조하는 동안, 보다 정확한 주조를 위하여, 모터의 회전에 대하여 보상을 수행할 수 있다. 즉, 수직형 연속 주조 장치는, 중량에 의한 모터 토크 보상 제어와, 와이어 팽창에 의한 길이 보상 제어를 수반할 수 있다.
토크 보상 제어는, 주편(1)을 수직으로 지지하는 수평 정반(20)의 중량과 주조 중 연속적으로 증가하는 주편(1)의 중량으로 인하여 모터(43)에 전달되는 토크에 대한 보상을 수행하는 것이다.
길이 보상 제어는 고온의 주편(1)에 의해 수직형 연속 주조 장치의 정방과 상부 도르래(5) 사이의 와이어(wire)가 열팽창에 의하여 늘어나는 것과, 연속적으로 증가하는 주편(1)의 중량에 의해 와이어(wire)가 탄성 팽창에 의하여 늘어나는 것에 대한 보상을 수행하는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 보상 제어를 설명하기 위한 도면이다. 이러한 보상 제어는, 모터의 동작을 제어하는 제어부(50)에 의하여 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부(50)는 속도 제어기(51), 토크 보상 제어기(52), 적분기(53) 및 길이 보상 제어기(54)를 포함할 수 있다.
수직형 연속 주조 장치는, 먼저 목표 주속을 결정하고, 그에 대하여 감속비를 적용함으로써 목표 모터 속도를 산출한다. 이후, 산출된 목표 모터(43) 회전속도와 실제 측정된 모터(43) 회전 속도를 비교하여 그 오차를 반영하여 속도 제어기(51)에 입력한다.
속도 제어기(51)에서는 비례-미분-적분 제어를 수행하여 오차를 감소시킬수 있는 속도 제어값을 출력한다. 출력된 속도 제어값은 토크 보상 제어기(52)의 출력과 합산시킨다.
이후, 모터(43)의 회전 속도를 감속비로 나누어 주조 속도를 산출하고, 이를 적분기(53)를 이용하여 전체 주조가 진행된 시간에 대하여 적분한다.
이후, 길이 보상 제어기(54)는 와이어 길이와 와이어 온도 정보를 기반으로 탄성 팽창 보상 및 열 팽창 보상을 수행하여, 이를 적분기(53)의 출력에 더하여 보상한다.
이와 같이, 토크 보상 제어기(52) 및 길이 보상 제어기(54)를 이용하여, 수직형 연속 주조 장치의 주조 속도를 안정적으로 제어함과 동시에 주편 헤드의 위치를 정확하게 예측하여 제어할 수 있다.
이하 토크 보상 제어기(52)와 길이 보상 제어기(54)의 예측 계산 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
토크 보상 제어기(52)에서는 수평 정반(20) 자체의 무게와, 주조가 진행됨에 따라 증가하는 주편(1)의 무게에 의하여 유발되는 토크를 아래의 수학식 1과 같이 계산한다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2017015409-appb-I000001
여기에서,M0는 수평 정반(20)질량, M(t)는 주편의 질량, g는 중력 가속도, D는 드럼(41) 직경이다.
M(t)는 아래의 수학식 2에 의하여 계산된다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2017015409-appb-I000002
여기에서, v(t)는 주조 속도, A는 주형 몰드(10) 면적, ρ는 슬라브 밀도이다.
도 3은 주편의 중량이 증가함에 따른 부하 토크와 모터 토크의 변화량을 도시하는 그래프로서, 이를 더 참조하여 설명한다.
모터 토크는 속도 제어기(51)의 출력과, 토크 보상 제어기(52)의 출력을 합산하여 계산되며, 이는 부하 토크와 반대의 성향으로 변화됨을 알 수 있다.
즉, 부하에 의한 부하 토크가 증가하게 되면, 모터 토크는 반대 방향으로 증가하도록 함으로써, 주편(1)의 중량 증가에 의한 영향을 감소시킬 수 있다.
이하 길이 보상 제어기(54)의 예측 계산 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
길이 보상 제어기(54)는 연속적으로 증가하는 주편(1)의 중량에 의하여 유발되는 와이어의 탄성 팽창량과, 고온의 주편(1)의 온도에 영향을 받아 유발되는 와이어의 열 팽창량을 고려할 수 있다. 이를 통하여, 주편 헤드의 위치를 정확하게 예측할 수 있다.
먼저, 주편(1)의 중량 증가에 대한 와이어의 길이 탄성 팽창량은 아래의 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 3]
탄성 팽창(mm) = (W x L) / (E x A)
여기서, W 는 주편의 하중, L 은 와이어 전체 길이(mm), E 는 탄성계수 (kg/mm2), A 는 와이어의 유효 단면적(mm2)이다.
한편, 온도의 영향에 따른 와이어의 열 팽창량은 아래의 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 4]
열 팽창 = ∝ L Δt
여기서, L 은 와이어 길이(mm), ∝ 는 와이어의 열팽창 계수 (kg/mm2), Δt 는 와이어의 온도 증가량이다. Δt는 실험치에 의하여 결정된 수치일 수 있다.
상술한 와이어의 팽창을 고려하면, 주편 헤드의 위치는 아래의 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.
[수학식 5]
주편 헤드 위치 = 모터 회전속도에서 계산된 길이 + 탄성팽창 길이 + 열 팽창 길이
도 4는 주편의 중량이 증가함에 따른 와이어의 팽창량에 따른 주편 헤드의 위치를 도시하는 그래프로서, 이를 더 참조하여 설명한다.
초기 주편 헤드위치에서부터 주조가 진행됨에 따라 주편 헤드 위치는 연속적으로 증가하게 된다.
도시된 그래프에서, 점선은 길이 보상을 하지 않은 경우를, 실선은 길이 보상을 실시한 경우를 도시한다.
이와 같이, 길이 보상이 이루어지지 않는 경우, 주편 헤드 위치에 오차가 발생하며, 본 발명은 이와 같이 길이 보상을 수행함으로써 보다 정확하게 주편 인발을 수행할 수 있다.
한편, 주편의 인발 시 진동이 유발될 수 있으며, 이러한 진동이 주형 몰드(10)에 영향을 미치는 경우 주편(1)에 마찰력이 발생하여 주속에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 이러한 진동에 의하여 유발되는 주속의 영향을 안정화시킬 수 있다.
도 5는 진동에 의하여 주편에 가해지는 마찰력을 설명하는 도면으로서, 먼저 진동에 의한 영향을 설명한다.
주형 몰드(10)가 진동(Fv)하게 되면, 이러한 진동에 의하여 주형 몰드(10)와 주편(1)간의 마찰력이 발생할 수 있다. 도시된 예에서는, 설명의 편의를 위하여 일 면을 개방하여 도시하였으나, 주형 몰드(10)와 주편(1)가 맞닿는 면적, 높이 H, 폭 W, 깊이 T1에 의하여 결정되는 4면에서 마찰력(F2)이 유발될 수 있다.
이러한 마찰력의 영향으로 발생하는 주속 헌팅을 감소시켜 주속을 안정화 시키는 방법에 대하여 설명한다. 즉, 주기적인 몰드 진동에 의해 주편에 전달되는 마찰력에 의한 주편의 진동으로 주조 속도의 헌팅이 발생하는 것을 방지하기 위한 주형 진동주기 설정기준 이상으로 주조를 수행하도록 할 수 있다.
먼저, 목표 주속대비 주속 변동 허용율을 g라고 하면, 주형의 진동 주기를 아래의 수학식 6으로 계산되는 값보다 크게 설정할 수 있다.
[수학식 6]
진동 주기 f [Hz] > F/2VMr
여기서 F는 주형 몰드(10)와 주편사이의 마찰력 예측값, V 는 주조속도(m/min), M 은 주편의 질량, r= DV/V 최대 허용 주속 변동율이다.
마찰력(F)은 주형 몰드(10)내의 용강이 주형 몰드(10)의 표면에 수직으로 작용하는 철정력에 마찰계수를 곱하여 산출되며, 이는 이하의 수학식 7과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 7]
마찰력(F) = μρrHㆍH(W+T)
여기서 H는 주형 몰드(10)의 길이, W 는 주형 몰드(10)의 폭, T는 주편의 두께이다.
결국 이와 같이, 주형 몰드(10)의 진동에 의한 주조속도 영향을 감소시키기 위해 진동 주기를 조절하여 대응할 수 있다.
도 6은 주형 몰드의 진동에 의한 주조속도 영향을 감소시키기 위해 진동 주기를 증가시킨 일 예를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 진동주기를 41cpm(cycle per minute) 즉 1분당 41회로 주형 몰드(10)를 진동시킬 때는 주조 속도는 +/- 4% 이상 헌팅 오차가 발생하나, 진동주기를 120 cpm으로 증가시킨 경우에는 주조 속도의 헌팅 오차가 크게 줄어듬을 확일할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
이하에서 설명할 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법은, 도 1 내지 도 6을 참조하여 상술한 수직형 연속 주조 장치에서 수행된다. 따라서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 상술한 설명을 참조하여 쉽게 이해할 수 있다.
도 7을 참조하면, 수직형 연속 주조 장치는 목표 주속에 감속비를 적용하여 목표 모터 속도를 산출할 수 있다(S510).
이후, 수직형 연속 주조 장치는 상기 목표 모터 속도와 실제 측정된 모터 속도를 비교하고 그 오차를 반영하여 속도 제어값을 출력할 수 있다(S520).
수직형 연속 주조 장치는 상기 속도 제어값에 중량에 의한 토크 보상 제어를 수행할 수 있다(S530).
단계 S530에 대한 일 실시예에서, 수직형 연속 주조 장치는 상기 수평 정반의 중량에 의하여 유발되는 상기 모터의 토크를 계산하고, 주조 중 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 유발되는 상기 모터의 토크를 계산할 수 있다.
이후, 수직형 연속 주조 장치는 상기 주편의 온도에 의하여 와이어에 유발되는 열 팽창 및 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 상기 와이어에 유발되는 탄성 팽창을 반영하여 길이 보상 제어를 수행할 수 있다(S540).
일 실시예에서, 수직형 연속 주조 장치는 주기적인 몰드 진동에 의해 주편에 전달되는 마찰력에 의한 주편의 진동으로 주조 속도의 헌팅이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이를 위하여 주형 진동주기 설정기준을 설정하고 이 기준 이상으로 주조를 수행할 수 있다.
구체적으로, 수직형 연속 주조 장치는 주형 진동 주기 설정 기준을 설정하고, 상기 주형 진동 주기 설정 기준 이상의 진동 주기로 주형을 진동시켜 주조 속도의 헌팅을 방지하는 단계를 더 수행할 수 있다.
상기 주형 진동 주기 설정 기준은 수학식 f [Hz] > F/2VMr으로 계산되고, 여기에서, F는 주형 몰드와 주편사이의 마찰력 예측값, V는 주조속도(m/min), M은 주편의 질량, r= DV/V 최대 허용 주속 변동율일 수 있다.
한편, 상기 마찰력 F는 수학식 마찰력(F) = μρrHㆍH(W+T)에 의하여 결정되고, 여기에서, H는 주형 몰드의 길이, W 는 주형 몰드의 폭, T는 주편의 두께일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 중량 및 정반 하부에 연결된 와이어에 작용하는 장력이 모터에 전달되는 토크에 의한 토크 보상 제어와, 상기 와이어의 팽창에 의한 길이 보상 제어를 수행하여 정확하게 주조를 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
더하여, 본 발명에 따르면, 주편의 중량이 연속적으로 증가하는 경우, 와이어의 길이 탄성 팽창을 반영함으로써, 주편 헤드 위치를 정확하게 계산할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 주기적인 몰드 진동에 의해 주편에 전달되는 마찰력에 의한 주편의 진동으로 주조 속도의 헌팅이 발생하는 것을 방지하기 위한 주형 진동 주기 설정 기준 제공하여 그 이상의 진동 주기로 주형을 진동시켜 주조 속도의 헌팅을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
한편, 도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 개략적인 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치는 주형 몰드(10), 수평 정반(20), 구동부(40), 제어부(50) 및 장력 제공부(60)를 포함할 수 있다.
주형 몰드(10)는 연속 주조되는 주편(1)을 수직 방향으로 지지할 수 있도록 형성될 수 있고, 수평 정반(20)은 주형 몰드(10)의 아래에 배치되어 주편(1)을 받칠 수 있다. 수평 정반(20)의 양측에는 이동 도르래(21)가 형성될 수 있다.
이동 도르래(21)는 고정 도르래(30)와 연동한다. 고정 도르래(30)는 주형 몰드(10)의 상부에, 주형 몰드(10)와 간섭이 되지 않는 위치에 고정된다. 고정 도르래(30)는 수평 정반(20)의 양측에 형성된 이동 도르래(21)의 직상부에 위치한다.
구동부(40)는 수평 정반(20)을 수직 방향으로 이동시킬 수 있고, 제어부(50)는 구동부(40)를 제어할 수 있다.
수평 정반(20) 양측 이동 도르래(21)는 상부 도르래(30)와 와이어(wire)(a)로 연결되어 있고, 와이어의 끝은 상부 도르래(30)를 거쳐 구동부(40)의 드럼(41)에 연결되어 감겨져 있다.
드럼(41)은 감속기(42)와 연결되고 감속기(42)는 모터(43)에 연결되어 있다. 모터(43)는 제어기(50)에서 출력되는 모터(43)의 속도 제어값에 따라 토크를 생성하도록 구성되어 있다.
수평 정반(20)의 양측에 형성된 이동 도르래(21)에는 각각 와이어(a)가 감기고, 이러한 한 쌍의 와이어는 드럼(41)에 감긴다. 감속기(42)는 모터(43)의 회전력을 감속하여 드럼(41)을 회전시킬 수 있다.
따라서, 모터(43)가 회전함에 따라 드럼(41)이 회전하게 되고 그에 따라 한 쌍의 와이어(a)를 감거나 풀어줄 수 있다. 결국, 제어부(50)는 모터(43)의 회전을 제어함으로써 드럼(41)에 감겨진 와이어(a)를 감거나 풀어주므로써 이동 도르래(21)의 이동을 제어할 수 있다. 그에 따라, 수평 정반(20)이 수평을 유지하면서 상하 수직방향으로 이동하도록 제어될 수 있다.
장력 제공부(60)는 수평 정반(20)의 하부에서 상하 수직 방향으로 장력(수직 방향으로 당기는 힘)을 인가할 수 있다.
장력 제공부(60)는 장력 조절부(61)를 포함할 수 있고, 장력 조절부(61)는 하부 고정 도르래(61d)와 지지롤(61e) 사이의 와이어(b)를 상하로 이동 제어하여 와이어(b)에 작용하는 장력을 제어하도록 장력롤(61c)과 실린더 로더(61b)와 장력조절 실린더(61a)로 구성될 수 있다.
장력 제공부(60)는 드럼(62), 감속기(63) 및 모터(64)를 더 포함할 수 있고, 제어부(50)는 모터(64)의 속도를 제어할 수 있고, 감속기(63)는 모터(64)의 회전력을 감속하여 드럼(62)을 회전시킬 수 있다. 드럼(62)에는 하부 고정 도르래(61d)와 지지롤(61e) 사이의 와이어(b)가 감겨져 제어부(50)는 모터(64)의 회전을 제어함으로써 드럼(62)에 감겨진 와이어(b)를 감거나 풀어주므로써 수평 정반(20)의 하부에서 상하 수직 방향으로 인가되는 장력을 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 개략적인 구성도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 구동부(40)와 장력 제공부(60)는 드럼(41), 감속기(42) 및 모터(43)를 공유할 수 있다.
즉, 수평 정반(20)의 양측에 형성된 이동 도르래(21)에는 각각 와이어가 감기고, 이러한 한 쌍의 와이어는 드럼(41)에 감기며, 하부 고정 도르래(61d)와 지지롤(61e) 사이의 와이어 또한 드럼(41)에 감길 수 있다.
제어부(50)는 모터(43)를 회전시킬 수 있고, 감속기(42)는 모터(43)의 회전력을 감속하여 드럼(41)을 회전시킬 수 있다.
모터(43)가 회전함에 따라 드럼(41)이 회전하게 되고 그에 따라 한 쌍의 와이어를 감거나 풀어줄 수 있다. 결국, 제어부(50)는 모터(43)의 회전을 제어함으로써 드럼(41)에 감겨진 와이어를 감거나 풀어주므로써 이동 도르래(21)의 이동과 을 제어할 수 있어, 수평 정반(20)이 수평을 유지하면서 상하 수직방향으로 이동하도록 제어될 수 있고, 수평 정반(20)의 하부에서 상하 수직 방향으로 인가되는 장력을 조절할 수 있다.
이를 제외한 도 9에 도시된 주형 몰드(10), 수평 정반(20) 및 장력 제공부(60)의 장력 조절부(61)의 구성 및 기능은 도 8에 도시된 구성과 동일 및 유사하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 원리를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 10을 참조하면, 장력조절 실린더(61a)와 실린더 로더(61b)에 연결된 장력롤(61c)를 상하로 이동시킬 때 하부 고정 도르래(61d)와 지지롤(61e)에 의한 와이어의 장력이 변동한다. 이때 변동된 장력은 수평 정반(20)의 하부에 연결된 와이어에도 작용하며, 드럼(41,62)에도 동일하게 작용한다. 장력롤(61c)이 실선의 위치에 있을 때 와이어에 작용하는 장력을 T라고 하면, 점선의 위치로 이동했을 때 와이어에 작용하는 장력은 T' 로, 실선 위치에 있을 때의 장력보다 증가하게 된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 연속 주조 장치의 제어부의 개략적인 구성도이다.
도 11을 참조하면, 제어부(50)는 속도 제어기(51), 토크 보상 제어기(52), 적분기(53) 및 길이 보상 제어기(54)를 포함할 수 있다.
수직형 연속 주조 장치는, 먼저 목표 주속을 결정하고, 그에 대하여 감속비를 적용함으로써 목표 모터 속도를 산출한다. 이후, 산출된 목표 모터 속도와 실제 측정된 모터 회전 속도를 비교하여 그 오차를 반영하여 속도 제어기(51)에 입력한다.
속도 제어기(51)에서는 비례-미분-적분 제어를 수행하여 오차를 감소시킬 수 있는 속도 제어값을 출력한다. 출력된 속도 제어값은 토크 보상 제어기(52)의 출력과 합산시킨다.
이후, 모터의 회전 속도를 감속비로 나누어 주조 속도를 산출하고, 이를 적분기(53)를 이용하여 전체 주조가 진행된 시간에 대하여 적분한다.
이후, 길이 보상 제어기(54)는 와이어 길이와 와이어 온도 정보를 기반으로 탄성 팽창 보상 및 열 팽창 보상을 수행하여, 이를 적분기(53)의 출력에 더하여 보상한다.
이와 같이, 토크 보상 제어기(52) 및 길이 보상 제어기(54)를 이용하여, 수직형 연속 주조 장치의 주조 속도를 안정적으로 제어함과 동시에 주편 헤드의 위치를 정확하게 예측하여 제어할 수 있다.
이하 토크 보상 제어기(52)와 길이 보상 제어기(54)의 예측 계산 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
토크 보상 제어기(52)에서는 수평 정반(20)의 무게와 주편의 중량에 대한 토크 외, 정반 하부에 연결되와이어에 작용하는 장력이 모터에 전달되는 토크를 합한 값으로 토크 보상제어를 수행한다.
토크 보상 제어기(52)에서는 수평 정반(20) 자체의 무게와, 주조가 진행됨에 따라 증가하는 주편(1)의 무게에 의하여 유발되는 토크 및 수평 정반(20) 하부에 연결된 와이어에 작용하는 장력이 모터에 전달되는 토크를 합한 값으로 토크 보상제어를 수행한다.
토크 보상은 아래의 수학식 8과 같이 계산한다.
[수학식 8]
Figure PCTKR2017015409-appb-I000003
여기에서, Mo는 수평 정반(20)질량, M(t)는 주편의 질량, g는 중력 가속도, D는 드럼(40) 직경이다.
M(t)는 상기한 수학식 2에 의하여 계산된다.
한편, MT(t)는 정반하부의 와이어에 작용하는 장력에 의한 토크로 아래의 수학식 9에 의해서 계산된다.
[수학식 9]
Figure PCTKR2017015409-appb-I000004
여기서 T는 인가되는 장력, R은 드럼의 반경이다.
모터 토크는 속도 제어기(51)의 출력과, 토크 보상 제어기(52)의 출력을 합산하여 계산되며, 이는 부하 토크와 반대의 성향으로 변화됨을 알 수 있다.
즉, 부하에 의한 부하 토크가 증가하게 되면, 모터 토크는 반대 방향으로 증가하도록 함으로써, 주편(1)의 중량 증가에 의한 영향을 감소시킬 수 있다.
이하 길이 보상 제어기(54)의 예측 계산 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
길이 보상 제어기(54)는 연속적으로 증가하는 주편(1)의 중량에 의하여 유발되는 와이어의 탄성 팽창량 및 수평 정반(20)의 하부에 연결된 와이어에 작용하는 장력(T)에 의한 인장력에 대한 와이어의 길이 탄성 팽창량과, 고온의 주편(1)의 온도에 영향을 받아 유발되는 와이어의 열 팽창량을 고려할 수 있다. 이를 통하여, 주편 헤드의 위치를 정확하게 예측할 수 있다.
먼저, 주편(1)의 중량 증가에 대한 와이어의 길이 탄성 팽창량 및 정반의 하부에 연결된 와이어에 작용하는 장력(T)에 의한 인장력에 대한 와이어의 길이 탄성 팽창량은 아래의 수학식 10과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 10]
탄성 팽창(mm) = ((W + T/(N x 2)) x L) / (E x A)
여기서, W는 주편의 하중, L은 와이어 전체 길이(mm), E는 탄성계수 (kg/mm2), A는 와이어의 유효 단면적(mm2), T는 장력, N은 상부 도르래와 정반사이 와이어 수이다.
한편, 온도의 영향에 따른 와이어의 열 팽창량은 상기한 수학식 4와 동일하고, 주편 헤드 위치는 상기한 수학식 5와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하도록 한다. 마찬가지로, 주형의 진동 주기 및 마찰력은 상기한 수학식 6 및 수학식 7과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수평 정반을 지지하는 좌우 와이어(Wire)의 팽창(열팽창, 하중에 의한 팽창)량이 달라 정반이 기울어질 경우나, 정반의 이동을 지지하는 가이딩 포스트의 열변형에 의한 정반 상하이동에 방해를 받아 끼임 등이 발생하는 경우에 정반 하부에 연결된 와이어에 장력(힘)을 작용하여 정반을 강제적으로 인발하므로써 정반위에 지지되는 주편을 안정적으로 인발할 수 있고, 정반의 하부에 연결된 와이어에 작용하는 하중의 변동에도 안정적인 주편의 주조속도 및 위치제어가 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

Claims (19)

  1. 연속 주조되는 주편을 수직 방향으로 지지할 수 있도록 형성된 주형 몰드;
    양 측에 이동 도르레가 형성되고, 상기 주편을 수직으로 지지하는 수평 정반;
    와이어를 통하여 상기 이동 도르레의 이동을 제어하는 모터; 및
    중량에 의한 상기 모터의 토크 보상 제어와, 상기 와이어의 팽창에 의한 길이 보상 제어에 의해 주조를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 수직형 연속 주조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 수평 정반의 중량과, 주조 중 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량을 반영하여 상기 토크 보상 제어를 수행하는 수직형 연속 주조 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는
    이하의 수학식에 따라 토크 보상치를 결정하고,
    Figure PCTKR2017015409-appb-I000005
    여기에서, M0는 수평 정반질량, M(t)는 주편의 질량, g는 중력 가속도, D는 드럼 이고, M(t)는 주조 속도의 적분값에 비례하는 수직형 연속 주조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    이하의 수학식에 따라 상기 M(t)을 결정하고,
    Figure PCTKR2017015409-appb-I000006
    여기에서, v(t)는 주조 속도, A는 주형 몰드(10) 면적, ρ는 슬라브 밀도인 수직형 연속 주조 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 주편의 온도에 의하여 상기 와이어에 유발되는 열 팽창 및 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 상기 와이어에 유발되는 탄성 팽창을 반영하여 상기 길이 보상 제어를 수행하는 수직형 연속 주조 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는
    이하의 수학식에 따라 탄성 팽창치를 결정하고,
    탄성 팽창(mm) = (W x L) / (E x A)
    여기서, W 는 주편의 하중, L 은 와이어 전체 길이(mm), E 는 탄성계수 (kg/mm2), A 는 와이어의 유효 단면적(mm2)인 수직형 연속 주조 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어부는
    이하의 수학식에 따라 열 팽창치를 결정하고,
    열 팽창 = ∝ L Δt
    여기서, L 은 와이어 길이(mm), ∝ 는 와이어의 열팽창 계수 (kg/mm2), Δt 는 와이어의 온도 증가량인 수직형 연속 주조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수평 정반의 하부에 연결된 와이어를 구동하는 모터를 통해 상기 수직 방향으로 장력을 제공하는 장력 제공부를 더 포함하는 수직형 연속 주조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 장력 제공부는 상기 장력을 조절하는 장력 조절부를 포함하고,
    상기 장력 조절부는
    상기 와이어를 사이에 두고 상기 와이어를 지지하는 하부 고정 도르래와 지지롤; 및
    상기 와이어의 상하 이동 제어를 통해 상기 와이어에 작용하는 장력을 제어하는 장력롤, 실린더 로더와 장력 조절 실린더
    를 포함하는 수직형 연속 주조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 수평 정반의 하부에 연결된 와이어를 통해 상기 수평 정반에 전달되는 상기 장력에 따라 상기 모터의 토크를 더 보상하는 수직형 연속 주조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 주편의 중량에 의한 상기 모터의 토크 보상 제어와, 상기 와이어 및 상기 장력 제공부의 와이어의 팽창에 의한 길이 보상 제어에 의해 주조를 더 제어하는 수직형 연속 주조 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 장력 제공부는 상기 모터를 공유하는 수직형 연속 주조 장치.
  13. 이동 도르레가 구비된 수평 정반을 이용하여 수직방향으로 주편을 연속 주조하는 수직형 연속 주조 장치에서 수행되는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법으로서,
    제어부가 목표 주속에 감속비를 적용하여 목표 모터 속도를 산출하는 단계;
    제어부가 상기 목표 모터 속도와 실제 측정된 모터 속도를 비교하여 그 오차를 반영하여 속도 제어값을 출력하는 단계; 및
    제어부가 상기 속도 제어값에 중량에 의한 토크 보상 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 토크 보상 제어를 수행하는 단계는,
    상기 수평 정반의 중량에 의하여 유발되는 상기 모터의 토크를 계산하는 단계; 및
    주조 중 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 유발되는 상기 모터의 토크를 계산하는 단계;
    를 포함하는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법은,
    상기 주편의 온도에 의하여 와이어에 유발되는 열 팽창 및 연속적으로 증가하는 상기 주편의 중량에 의하여 상기 와이어에 유발되는 탄성 팽창을 반영하여 길이 보상 제어를 수행하는 단계;
    를 더 포함하는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법은,
    주형 진동 주기 설정 기준을 설정하고, 상기 주형 진동 주기 설정 기준 이상의 진동 주기로 주형을 진동시켜 주조 속도의 헌팅을 방지하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 주형 진동 주기 설정 기준은
    수학식 f [Hz] > F/2VMr으로 계산되고,
    여기에서, F는 주형 몰드와 주편사이의 마찰력 예측값, V는 주조속도(m/min), M은 주편의 질량, r= DV/V 최대 허용 주속 변동율인 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 마찰력 F는
    수학식 마찰력(F) = μρrHㆍH(W+T)에 의하여 결정되고,
    여기에서, H는 주형 몰드의 길이, W 는 주형 몰드의 폭, T는 주편의 두께인 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 토크 보상 제어를 수행하는 단계는,
    상기 수평 정반의 하부에 연결된 와이어를 통해 상기 수평 정반에 전달되는 장력에 의해 유발되는 상기 모터의 토크를 계산하는 단계를 더 포함하는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 길이 보상 제어를 수행하는 단계는 상기 수평 정반의 하부에 연결된 와이어에 상기 수직 방향으로 인가되는 장력에 의해 상기 와이어에 유발되는 탄성 팽창을 더 반영하여 길이 보상 제어를 수행하는 수직형 연속 주조 장치의 제어 방법.
PCT/KR2017/015409 2016-12-22 2017-12-22 수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법 WO2018117765A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17883501.3A EP3560628A1 (en) 2016-12-22 2017-12-22 Vertical continuous casting apparatus and control method therefor
CN201780079750.4A CN110099762A (zh) 2016-12-22 2017-12-22 竖向连续铸造设备及用于该设备的控制方法
JP2019532671A JP2020503175A (ja) 2016-12-22 2017-12-22 垂直型連続鋳造装置及びその制御方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2016-0176802 2016-12-22
KR1020160176802A KR101879088B1 (ko) 2016-12-22 2016-12-22 수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법
KR1020170171382A KR102031431B1 (ko) 2017-12-13 2017-12-13 수직형 연속 주조 장치
KR10-2017-0171382 2017-12-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018117765A1 true WO2018117765A1 (ko) 2018-06-28

Family

ID=62627001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/015409 WO2018117765A1 (ko) 2016-12-22 2017-12-22 수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3560628A1 (ko)
JP (1) JP2020503175A (ko)
CN (1) CN110099762A (ko)
WO (1) WO2018117765A1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08206806A (ja) * 1995-02-07 1996-08-13 Kobe Steel Ltd 大断面鋳片の垂直型連続鋳造方法
JP2002361376A (ja) * 2001-06-01 2002-12-17 Daido Steel Co Ltd 垂直型鋳造方法および装置
KR20110074153A (ko) * 2009-12-24 2011-06-30 주식회사 포스코 수직형 주조 장치 및 이를 이용한 주조 방법
KR20120032538A (ko) 2009-07-24 2012-04-05 라티오팜 게엠베하 핀골리모드 염의 제조 방법
JP2015147222A (ja) * 2014-02-04 2015-08-20 日立金属株式会社 鋳片引抜装置および鋳片引抜方法
JP2016040040A (ja) * 2014-08-12 2016-03-24 大同特殊鋼株式会社 連続鋳造のブレークアウト検知方法および検知装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1578961A (ko) * 1968-05-14 1969-08-22
JPS61108452A (ja) * 1984-10-31 1986-05-27 Kawasaki Steel Corp 急冷薄帯の巻取り方法
JPH07144255A (ja) * 1993-11-22 1995-06-06 Kobe Steel Ltd 大断面鋳片製造用垂直型半連続鋳造装置および鋳片の搬出方法
JPH10156505A (ja) * 1996-11-25 1998-06-16 Kawasaki Steel Corp 竪型連続鋳造用鋳型の振動方法
CN1204987C (zh) * 2000-03-29 2005-06-08 机械工业部西安重型机械研究所 一种立式连铸机斜出坯系统
JP2007302928A (ja) * 2006-05-10 2007-11-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 長尺基材連続処理用の搬送機構、それを用いた処理装置およびそれによって得られる長尺部材
CN201008955Y (zh) * 2007-02-14 2008-01-23 南昌长力钢铁股份有限公司 连铸坯定重剪切装置
CN101653823B (zh) * 2009-07-11 2011-06-29 山西太钢不锈钢股份有限公司 立式连铸机斜出坯接坯控制方法
JP4970529B2 (ja) * 2009-12-28 2012-07-11 株式会社神戸製鋼所 連続鋳造設備の鋳片案内装置
CN105081253A (zh) * 2015-08-27 2015-11-25 河北钢铁股份有限公司 一种立式连铸机水平出坯装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08206806A (ja) * 1995-02-07 1996-08-13 Kobe Steel Ltd 大断面鋳片の垂直型連続鋳造方法
JP2002361376A (ja) * 2001-06-01 2002-12-17 Daido Steel Co Ltd 垂直型鋳造方法および装置
KR20120032538A (ko) 2009-07-24 2012-04-05 라티오팜 게엠베하 핀골리모드 염의 제조 방법
KR20110074153A (ko) * 2009-12-24 2011-06-30 주식회사 포스코 수직형 주조 장치 및 이를 이용한 주조 방법
JP2015147222A (ja) * 2014-02-04 2015-08-20 日立金属株式会社 鋳片引抜装置および鋳片引抜方法
JP2016040040A (ja) * 2014-08-12 2016-03-24 大同特殊鋼株式会社 連続鋳造のブレークアウト検知方法および検知装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3560628A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110099762A (zh) 2019-08-06
EP3560628A4 (en) 2019-10-30
JP2020503175A (ja) 2020-01-30
EP3560628A1 (en) 2019-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017150933A1 (ko) 가변형 중력토크 보상장치 및 이의 제어 방법
WO2012060521A1 (en) Voice coil motor and driving method thereof
WO2019221469A1 (ko) 주형
WO2018038334A1 (ko) 틸팅 스테이지 시스템
WO2018117284A1 (ko) 광섬유 격자센서를 이용한 변위 측정장치 및 그의 감도 및 내구성 조절방법
CN107241912A (zh) 竖向增稳机构及云台装置和拍摄设备
WO2017126810A1 (ko) 방향성 전기강판의 자구미세화 방법과 그 장치
WO2022039500A1 (ko) 상관성을 고려한 시간이력풍하중 산정 방법
WO2011105691A2 (ko) 소재온도 측정장치 및 그 방법
WO2014123253A1 (en) Swing control system for construction machines
CN101081667A (zh) 纸带连续供应方法和装置
WO2018117765A1 (ko) 수직형 연속 주조 장치 및 그의 제어 방법
WO2013172566A1 (en) Camera module and method for auto focusing the same
WO2019168393A2 (ko) 수평조정이 가능한 장치 및 수평을 조정하기 위한 방법
WO2016195172A1 (ko) 연주압연장치 및 연주압연방법
WO2012153876A1 (en) An articulated vehicle with a controllable wheel route
WO2016104865A1 (ko) 압연방법, 연주압연방법 및 연주압연장치
WO2016108595A1 (en) Yacht simulator
WO2016155026A1 (zh) 重心调整装置及其调整重心的方法
WO2023177115A1 (ko) 단열성능 향상 및 외벽마감재 시공을 위한 조적앵글시스템
WO2021085742A1 (ko) 서보 모터 제어 시스템 및 그 제어 방법
WO2024117659A1 (ko) 이차전지용 파우치 필름 공급장치
WO2017086625A1 (ko) 형상측정기
WO2021261731A1 (ko) 동축 와전류 변위 센서를 갖는 자기베어링
KR102031431B1 (ko) 수직형 연속 주조 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17883501

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019532671

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017883501

Country of ref document: EP

Effective date: 20190722