KR100241404B1 - 턴디쉬노즐의 제어방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

연속주조 공정의 주조초기에 턴디쉬 유입용강 속에 포함되어 있는 비금속 개재물 부상분리(浮上分離) 작용의 미진에 따른 주조 초기 주편의 개재물성 품질결함을 방지하기 위한 턴디쉬 노즐의 제어방법 및 그 장치에 관한 것으로, 래들(10)에 담겨져서 연속주조 공정의 주조위치로 이송하는 용강 이송공정과, 롱노즐(12)을 통하여 턴디쉬(20) 내로 유입하는 공정과, 턴디쉬(20)의 메인 댐(22)과 보조 댐(24) 사이를 통과하여 슬라이딩 노즐(30)로 흘러 나가며 모울드(40)로 인입되는 공정과, 적당량의 냉각수가 살수되는 공정과, 모울드(40) 내에 총전되는 용강의 충전량이 레벨센서(42)에 의하여 미리 설정한 위치에 도달하면 핀치롤(60)이 구동개시하여 주편의 인발을 시작하는 공정과, 더미 바 분리기(82)에 의하여 주편과 더미 바(50)가 분리되는 공정과, 상기 주편이 절단기(80)에 의하여 일정길이로 절단되는 공정을 거치는 연속주조 공정에 있어서, 상기 슬라이딩 노즐(30) 개폐기(35)의 개방 후 스트로크(열림도)를 계산하고, 턴디쉬(20)의 용강이 보조 댐(24)을 오버플로우하여 상기 개폐기(35)에 유입할 때에 슬라이딩 노즐(30)의 개폐기(35)가 스트로크 60mm 이하 상태에서 미세진동하며, 플레이트(33) 상에 설치된 아르곤 가스 주입장치(200)가 아르곤 가스를 주입하기 시작하고, 턴디쉬에 용강이 대략 50톤 이상 축적이 되는 경우, 상기 슬라이딩 노즐(30)의 개폐기(35)가 급격하게 열리며, 상기 급격한 열림으로부터 1초경과후 슬라브 제조 폭별로 계산된 슬라이딩 노즐의 개폐기의 스트로크가 조정되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하기 때문에, 주조초기에 슬라이딩 노즐의 열림도를 소정의 시퀀스에 의하여 제어함으로써, 턴디쉬에서 충분하게 개재물이 분리부상할 수 있게 하여, 개재물성의 품질결함을 방지하는 효과가 있다.

Description

턴디쉬 노즐의 제어방법 및 그 장치

본 발명은 턴디쉬 노즐의 제어방법 및 그장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 연속주조 공정의 주조초기에 턴디쉬의 유입 용강속에 포함되어 있는 비금속개재물을 부상분리(浮上分離)시킬 때 분리작용의 미진에 의해 주조 초기 주편의 개재물성 품질결함을 방지하기 위한 턴디쉬 노즐의 제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 제강공정에서 작업자의 기능 숙련도와 고도화를 필요로 하였던 종래의 조괴법에서 탈피하여 근래에는 연속주조방법이 주류를 이루고 있다.

연속주조 공정은 전공정인 제강, 노외공정에서 강의 성분조정이 완료된 용강에 대하여 최적의 품질을 보장할 수 있는 냉각수 살수에 의하여 액상의 용강을 응고시켜서 단위 제품인 슬라브를 생산하는 공정을 말한다.

연속주조는 종래의 강괴법에 의한 조괴와 분괴공정을 모두 포함하며 강괴법에 비하여 공정이 생략되므로 10% 이상의 제품 수율을 달성하고, 성력화(省力化)가 가능하며 생산성 향상과 주변(鑄片)의 품질안정성 향상에도 큰 효과를 나타내므로, 일부 특수강을 제외하고 스테인레스강을 비롯한 거의 전 종류의 강(鋼)에 병용되고 있다.

제1도는 연속주조기의 일반적인 형식을 나타낸 것으로, 상부에 위치한 래들(10)과, 그 하부의 턴디쉬(20)와, 상기 턴디쉬(20) 하부에 설치되는 슬라이딩 노즐(30)과, 주편을 만드는 모울드(주형)(40), 이 모울드(40)내의 1차냉각장치와, 주형 하부의 주편 냉각 지지 가이드로서의 더미 바(dummy bar)(50)와, 냉각수 살포에 의하여 표면으로부터 중심으로 응고가 진행되는 주편(slab)을 이송하기 위한 핀 치 롤(pinch roll)(60)과, 인발, 곡선화를 위한 다수 개의 롤(72)을 가지는 곡선화부(70)와,주편 절단을 위한 절단기(82) 및 정정 후처리 등의 부속설비로 이루어진다.

상기 래들(10) 하부에는 턴디쉬(20)에 용강을 공급하기 위하여 롱 노즐(12)이 설치되며, 부호 14는 이 롱 노즐(12)의 개폐기이다. 또, 상기 턴디쉬(20)의 내에는 개재물의 혼입을 억제하기 위하여 메인 댐(22)과 보조 댐(24)이 형성되어 있다. 턴디쉬(20)는 래들(10)에서 공급되는 용강을 일시 저장하는 버퍼링(buffering) 역할 및 비금속성 개재물의 부상분리를 목적으로 하여 설치된 것이다.

이러한 구조의 연속주조 설비가 나오기까지는 많은 세월을 필요로 하였다. 즉, 초기에는 수직형이었으나 1960년대 이후에는 수직완전 응고 후 곡선형으로 변화하였고, 1970년대 이후에는 수직 미응고 곡선형과 만곡형이 실용화되었고, 최근의 양산강종(量産鋼種)에는 원호만곡형이 많이 채택되고 있으나, 대상으로 하는 강종, 용도의 다양화에 의해 각 공장의 사정에 따라 적합한 형식의 것이 채택되고 있다.

제1도에서 부호80은 상기 곡선화장치(70)와 절단기(82) 사이에 설치된 더미바 분리기로서, 상기 더미 바(50)를 끌어 올리는 역할을 하며, 84는 크레인으로부터 늘어 뜨려진 후크체이다.

이와 같은 연속주조 장치를 이용하여 연주 작업하게 되는 데, 초기에는 턴디쉬의 하부에 구비된 슬라이딩 노즐(30)을 완전 개방(full open)하여 상기 래들(10)에서 턴디쉬(20)로, 또 턴디쉬(20)에서 모울드(40)로 용강을 주입한다.

턴디쉬(20)에 주입된 용강은 턴디쉬(20) 자체의 기하학적 구조에 의하여 제한된 용강 홀딩량, 예를들면 3-5톤을 넘으면 상기 모울드(40)에 직접 유입하게 되어 비금속 개재물, 예를들면 산화물 황화물이 혼합된 용강의 주조가 불가피하게 됨으로써, 주조 초기에 제품의 품질을 떨어 뜨리는 문제가 있었다.

즉, 전공정(前工程)인 제강공정, 노외공정에서 성분조정을 마친 용강은 래들(10)에 담겨져서 연속주조 공정의 주조위치로 이송되고 주조위치에 안착된 래들(10)의 용강(ingot steel 熔鋼)(100)은 롱노즐(12)을 통하여 상기 턴디쉬(20) 내로 유입되고 턴디쉬(20)의 메인 댐(22)과 보조 댐(24) 사이를 통과하여 슬라이딩 노즐(30)로 흘러 나간다. 이 슬라이딩 노즐(30)을 통과한 용강은 상기 모울드(40)로 인입되어 슬라브 성형된다. 이때, 상기 더미 바(50)는 모울드(40) 하부를 밀폐하여 연속적인 응고과정을 거쳐 고상화(固狀化)된다.

모울드(40) 내에 충전된 용강이 미리 설정된 기준 수위에 도달하면, 즉 레벨센서(42)의 작동에 의하여 모울드(40) 내에 용강이 충분하게 차 오른 것을 감지하게 되면, 도시하지 아니한 오실레이션(ocilation) 기기에 의하여 모울드(40)가 상하 진동하고, 이어서 핀치롤(60)에서 주편의 인발이 진행된다.

상기 핀치롤(60) 이하의 영역은, 이른바 2차 냉각영역으로서 강종, 재질에 따라 적당량의 냉각수가 분무식으로 주편에 살수되며 용강은 표면으로부터 균일하게 냉각 응고되며, 더미 바 분리기(80)에 의하여 주편과 더미 바(50)가 분리된다.

한편 절단기(82)는 소정의 절단 방법에 의하여 일정길이로 절단하므로써 최종적인 슬라브를 제조한다.

이와 같은 작업중에, 첫번째 래들의 용강(100)이 상기 턴디쉬(20) 내로 유입하는 초기에는 상기 보조 댐(24)의 홀딩 용강량이 3-5톤에 불과하므로 개재물의 부상분리가 효과적으로 이루어지지 못하게 된다. 이것이 제품의 질저하 원인이 되어 소망하는 주편을 생산하지 못하는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 연속주조 공정의 주조초기에 턴디쉬에서 모울드로 용강을 주입하는 턴디쉬 슬라이딩 노즐의 열림도(開度)를 제어하는 방법에 의하여, 개재물의 분리부상을 완료한 고청정용강을 모울드로 유입시키므로써 주조초기 주편응고 쉘(shell)의 균일형성을 유도하고 응고 쉘의 찢어짐(break out) 발생 방지 등의 조업 안정화를 도모한 턴디쉬 노즐의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 연속주조 공정의 주조초기에 턴디쉬에서 모울드로 용강을 주입하는 턴디쉬 슬라이딩 노즐의 열림도(開度)를 제어하는 장치에 의하여, 개재물의 분리부상을 완료한 고청정 용강을 모울드로 유입시키므로써 주조초기 주편응고 쉘(shell)의 균일형성을 유도하고 응고 쉘의 찢어짐(break out) 발생 방지 등의 조업 안정화를 도모한 턴디쉬 노즐의 제어장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 턴디쉬 노즐의 제어방법은, 래들에 담겨져서 연속주조 공정의 주조위치로 이송된 용강을 롱노즐을 통하여 턴디쉬 내로 유입되게 하여 턴디쉬의 메인 댐과 보조 댐 사이를 통과하여 슬라이딩 노즐로 흘러나가면서 모울드로 인입되도록 하고, 적당량의 냉각수가 살수되는 상태에서 모울드 내에 충전되는 용강의 충전량이 레벨센서에 의하여 미리 설정한 위치에 도달하면 핀치롤이 구동개시하여 주편의 인발을 시작하며, 더미 바 분리기에 의하여 주편과 더미 바가 분리되어 상기 주편이 절단기에 의하여 일정길이로 절단되도록 하는 연속주조 공정에 있어서, 상기 슬라이딩 노즐의 개폐기가 개방된 후의 스트로크(열림도)를 계산하고, 턴디쉬의 용강이 보조 댐을 오버플로우하여 상기 개폐기에 유입될 때 슬라이딩 노즐의 개폐기가 스트로크 60mm 이하 상태에서 미세진동하며, 플레이트 상에 설치된 아르곤 가스 주입장치가 아르곤 가스를 주입하기 시작하여, 턴디쉬에 용강이 대략 50톤 이상 축적이 되는 경우, 상기 슬라이딩 노즐의 개폐기가 급격하게 열리며, 상기 급격한 열림으로부터 1초경과후 슬라브 제조 폭별로 계산된 슬라이딩 노즐의 개폐기의 스트로크가 조정되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스트로크는 모울드 레벨 설정치를 목표 레벨까지 점차 증가하여 레벨의 실제값과 설정치의 오차에 따른 PID(proportion integral differentiation) 제어에 따라 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 턴디쉬 노즐의 제어장치는, 그 하부의 턴디쉬와, 주편을 만드는 주형과, 주형 하부의 주편 냉각 지지 가이드로서의 더미 바와, 냉각수 살포에 의하여 표면으로부터 중심으로 응고가 진행되는 주편을 이송하기 위한 핀치 롤과, 인발 및 곡선화를 위한 다수 개의 롤을 가지는 곡선화부와, 주편 절단을 위한 절단기 및 정정 후처리 등의 부속설비를 포함하는 턴디쉬 노즐의 제어장치에 있어서, 상기 턴디쉬의 하부에 설치되는 슬라이딩 노즐을 상부노즐과 하부노즐로 구분하여 상기 상부노즐은 상 플레이트를, 하부노즐은 하 플레이트를 각각 구비되게 하고, 상기 상부노즐과 상 플레이트는 상기 턴디쉬에 고정설치되며, 하부노즐과 하 플레이트는 커플러를 통하여 유압실린더에 연결되어 있고, 상기 유압실린더의 직선운동량(stroke)은 120mm인 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 상기 턴디쉬 노즐의 제어방법 및 그 장치에 의하면, 연속 주조 공정의 주조초기에 슬라이딩 노즐의 열림도를 소정의 시퀀스에 의하여 제어함으로써, 턴디쉬에서 개재물이 충분하게 부상분리할 수 있는 효과가 있으며, 또 상기 제어를 수행하기 위한 장치를 제공함으로써, 종합적으로 개재물성의 품질결함을 방지하고, 응고 쉘의 찢어짐 발생도 없게한 효과가 있다.

제1도는 본 발명의 턴디쉬 노즐의 제어방법 및 그 장치를 설명하기 위한 연속 주조 장치를 개략적으로 나타낸 구성도.

제2도는 본 발명의 턴디쉬 슬라이딩 노즐을 나타낸 확대 단면도.

제3도는 상기 턴디쉬 슬라이딩 노즐의 개시제어를 시퀀스로 나타낸 선도.

제4도는 본 발명의 슬라이딩 노즐의 제어과정을 나타낸 플로우 챠트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 래들 14 : 롱 노즐의 개폐기

20 : 턴디쉬 22 : 메인 댐

24 : 보조 댐 30 : 슬라이딩 노즐

32 : 상부노즐 33 : 플레이트

34 : 하부노즐 35 : 개폐기

36 : 유압실린더 37 : 커플러

40 : 모울드(주형 : mold) 42 : 레벨센서

50 : 더미 바(dummy bar) 60 : 핀치 롤(pinch roll)

70 : 곡선화부 72 : 롤

82 : 절단기 84 : 후크체

100 : 용강 200 : 아르곤 가스 주입장치

X1,X2,X3 : 스트로크 W1,W2 : 용강량

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 턴디쉬 노즐의 제어방법 및 그 장치에 대하여 자세하게 설명한다.

제1도는 본 발명의 턴디쉬 노즐의 제어방법 및 그 장치를 설명하기 위한 연속 주조 장치를 개략적으로 나타낸 개략설명도로서, 래들(10)의 용량은 약 300톤, 래들 내의 단위 용강은 260톤이고, 턴디쉬(20)의 전후 챠지 연결을 위한 버퍼용량은 70톤, 평균용량은 55-65톤이다.

제2도는 본 발명의 턴디쉬 슬라이딩 노즐을 나타낸 확대 단면도로서, 슬라이딩 노즐(30)은 상부노즐(32)과 하부노즐(34)로 구성되고 상기 상부노즐(32)은 플레이트(33)를, 하부노즐(34)은 개폐기(35)를 각각 가지고있다. 상기 상부노즐(32)과 플레이트(33)는 상기 턴디쉬(20)에 고정설치되며, 하부노즐(34)과 개폐기(35)는 커플러(37)를 통하여 유압실린더(36)에 연결되어 있다. 본 실시예에서 상기 유압실린더(36)의 직선운동량(stroke)은 상부노즐(32)과 하부노즐(34)의 각 외경에 비해 2배정도인 약 120mm정도가 바람직하며, 그 이유는 다음과 같다.

즉, 상기 슬라이딩 노즐(30)의 열림량에 대하여 설명하면, 상기 플레이트(33)와 상기 개폐기(35)의 구경(노즐직경)이 일치될 때가 완전열림 상태로서, 턴디쉬(20)로부터 모울드(40) 내로 용강이 가장 많이 유입되며, 상기 플레이트(33)와 개폐기(35)가 엇갈리어 구경이 일치가 전혀 없을 때, 즉 유압실린더(36)의 스트로크가 60mm 이하일 때 유입용강은 차단되는 것으로 되어 있다.

한편, 제2도에서 부호 200은 아르곤 가스 주입장치이다. 이것은 아르곤 가스 주입라인을 통하여 가스를 공급 받아 상기 플레이트(33) 상에서 분사하도록 된 장치로서, 불활성 가스인 아르곤 가스(argon gas)는 용강의 임의로운 응고를 방지하며 턴디쉬에서의 개재물 부상분리를 촉진하는 역할을 한다.

이러한 구성으로 된 본 고안의 작용에 대하여 설명한다.

제3도는 턴디쉬 슬라이딩 노즐의 개시제어를 시퀀스로 나타낸 선도로서, 먼저 주조위치에 안착된 래들이 오픈하면 턴디쉬(20) 내로 용강이 유입되고(스텝101 : ①), 주조 준비 조건이 완료되어 래들 슬라이딩 노즐(30)의 개폐기(35)가 개방된 후부터 스트로크(열림도)를 계산한다.

그 후, 턴디쉬(20)의 용강이 보조 댐(24)을 오버플로우하여 상기 개폐기(35)에 유입되면, 슬라이딩 노즐(30)의 개폐기(35)의 스트로크가 60mm 이하 상태에서 미세진동하며, 플레이트(33) 상에 설치된 아르곤 가스 주입장치(200)는 아르곤 가스를 주입하기 시작한다(스텝102 : ②).

즉, 턴디쉬(20)의 중량 검출치에 의하여 플레이트(33) 상의 아르곤 주입장치(200)에 의한 아르곤 주입시기를 판단하고, 그 주입량을 계산한다.

상기 미세진동에 의하여 개폐기(35) 상의 용강은 그 응고가 방지되며 아르곤 가스의 주입에 의하여 개재물의 부상분리가 촉진된다.

턴디쉬에 용강이 대략 50톤 이상 축적이 되면 상기 슬라이딩 노즐(30)의 개폐기(35)가 급격하게 열리어 상기 모울드(40) 내로 용강의 거침없는 유입이 시작된다(스텝103 : ③). 상기 스텝 103으로부터 1초경과 후 슬라브 제조 폭별로 계산된 슬라이딩 노즐의 개폐기의 스트로크가 조정된다(스텝104 : ④).

이어서 모울드(40) 내에 충전되는 용강이 래벨센서(42)에 의하여 미리 설정한 충전량 위치에 도달하면 핀치롤(60)이 구동개시하여 주편의 인발을 시작한다(스텝105 : ⑤). 이 때의 스트로크는 모울드 레벨 설정치를 목표 레벨까지 점차 증가하여 레벨의 실제값과 설정치의 오차에 따른 PID(proportion integral differentiation) 제어에 따라 결정된다. 즉 핀치롤(60)의 구동시점 판단 및 구동속도(주조속도)를 계산한다.

이와 같이 상기 제3도에서의 각 공정순서는 ①래들 열림 → ②보조댐 오버플로우 → ③모울드에 용강 주입개시 → ④턴디쉬 용강량 50톤 도달 후 1 초경과 → ⑤핀치롤 구동개시로 이루어진다.

그리고, 상기 모든 계산, 즉 슬라이딩 노즐(30)의 열림도 계산, 아르곤 투입 시점 판단, 핀치롤(60) 구동시점 판단은, 각 부품의 검지치에 의하여 컴퓨터에서 실행하고 각각 열림도 제어, 아르곤 주입량 설정, 핀치롤(60) 제어를 행한다.

제4도는 본 발명의 슬라이딩 노즐(30)의 제어를 위한 플로우 챠트로서, 이 플로우챠트에서 나타난 각 파라메터의 설정기준은 다음과 같다.

1. 턴디쉬(20)의 용강량

W1 : 턴디쉬 내의 용강이 보조 댐을 넘는 용강량

W2 : 턴디쉬 내의 용강중의 개재물이 충분하게 부상분리할 수 있는 용강량(약 50-60톤)

2. 슬라이딩 노즐 개폐기의 스트로크

X1 : 플레이트(33)와 개폐기(35)가 전혀 교차하지 않은 스트로크(60mm 이하)

X2 : W2 경과시 개폐기(35)의 막힘이 없이 턴디쉬(20) 용강을 모울드(40)에 주입하기에 충분한 스트로크

X3 : 핀치롤(60) 동작개시시 모울드 응고 쉘의 찢어짐 발생이 없이 주편의 인발을 실시할 수 있는 스트로크

이와 같은 본 발명의 턴디쉬 노즐의 제어방법 및 그 장치는 연속주조 공정의 주조초기에 슬라이딩 노즐의 열림도를 소정의 시퀀스에 의하여 제어함으로써, 턴디쉬에서 충분하게 개재물이 부상분리할 수 있게 하여 개재물성의 품질결함을 방지하고, 응고 쉘의 찢어짐을 방지할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 래들(10)에 담겨진 용강을 롱노즐(12)을 통하여 턴디쉬(20) 내로 유입되게 하고, 턴디쉬(20)의 메인 댐(22)과 보조 댐(24) 사이를 거쳐 슬라이딩 노즐(30)을 통과한 후 모울드(40)로 인입되게 하며, 모울드(40) 내에 충전되는 용강의 충전량이 레벨센서(42)에 의하여 미리 설정한 위치에 도달하면 핀치롤(60)이 구동개시하여 주편의 인발을 시작하며, 더미 바 분리기(80)에 의하여 주편과 더미 바(50)의 분리와 상기 주편이 절단기(82)에 의하여 일정길이로 절단되는 공정을 거치는 연속주조 공정에 있어서, 상기 슬라이딩 노즐(30)의 개폐기(35)가 개방된 후의 스트로크(열림도)를 계산하고, 턴디쉬(20)의 용강이 보조 댐(24)을 오버플로우하여 상기 개폐기(35)에 유입할 때에 슬라이딩 노즐(30)의 개폐기(35)가 스트로크 60mm이하 상태에서 미세진동하며, 플레이트(33) 상에 설치된 아르곤 가스 주입장치(200)가 아르곤 가스를 주입하기 시작하여 턴디쉬에 용강이 대략 50톤 이상 축적이 되는 경우, 상기 슬라이딩 노즐(30)의 개폐기(35)가 급격하게 열리며, 상기 급격한 열림으로부터 1초경과 후 슬라브 제조 폭별로 계산된 슬라이딩 노즐의 개폐기의 스트로크가 조정되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 노즐의 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 스트로크는 모울드 레벨 설정치를 목표 레벨까지 점차 증가하여 레벨의 실제값과 설정치의 오차에 따른 PID(proportion integral differentiation) 제어에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 노즐의 제어방법.
3. 래들(10)과, 그 하부의 턴디쉬(20)와, 주편을 만드는 주형(40)과, 주형 하부의 주편 냉각 지지 가이드로서의 더미 바(50)와, 냉각수 살포에 의하여 표면으로부터 중심으로 응고가 진행되는 주편을 이송하기 위한 핀치 롤(60)과, 인발, 곡선화를 위한 다수 개의 롤(72)을 가지는 곡선화부(70)와, 주편 절단을 위한 절단기(82) 및 정정 후처리 등의 부속설비를 포함하는 턴디쉬 노즐의 제어장치에 있어서, 상기 턴디쉬(20)의 하부에 설치되어 상부노즐(32)과 하부노즐(34)로 구성되며, 상기 상부노즐(32)은 플레이트(33)를, 하부노즐(34)은 개폐기(35)를 각각 갖춘 슬라이딩노즐(30)과, 상기 상부노즐(32)과 플레이트(33)는 상기 턴디쉬(20)에 고정설치되고 하부 노즐(34)과 개폐기(35)를 슬라이딩되게 커플러(37)를 매개로 연결된 유압실린더(36)를 포함한 구성을 특징으로 하는 턴디쉬 노즐의 제어장치.