KR100333070B1

KR100333070B1 - 쌍롤식박판주조장치에서의에지댐위치제어방법

Info

Publication number: KR100333070B1
Application number: KR1019970071238A
Authority: KR
Inventors: 정성인; 김동군; 송제명
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 2002-10-18
Also published as: DE69819882D1; KR19990051829A; JP2000511116A; CN1174821C; DE69819882T2; EP0975451A1; JP3517681B2; EP0975451B1; AU727745B2; AU1511699A; CN1248188A; US6296046B1; WO1999032247A1

Abstract

본 발명은 슬라브(Slab)를 만들지 않고 용강에서 직접 박판(핫코일)을 생산할 때에 쌍롤의 양측 단부에 설치하여 사용하는 에지댐의 상·하 위치를 제어할 수 있도록 한 쌍롤식 박판주방법에서의 에지댐 위치 제어방법에 관한 것으로, 쌍롤식 박판제조공정에서 열간 압축 실험을 통해 심스식을 이용하여

압하력=Km Bm Ld Qp

의 관계로 부터 압하력과 압하율의 관계를 구하고, 응고점의 위치와 압하율의 관계를 하기와 같이 구한 다음,

두식의 관계로 부터 주조시 측정 가능한 압하력에 대한 응고점의 위치를 구하는 단계와 상기 단계로 부터 구한 롤압하력에 대한 응고점의 위치를 구하여 주조시 로드셀로 측정한 롤 압하력에 대한 응고점의 위치를 예상하여 위치검출센서 및 유압실린더로 구성된 에지댐 수직 위치 제어 장치로 에지댐의 수직위치를 제어하므로서 주편의 품질을 향상시키고, 에지댐의 마모나 파손을 방지하도록 하여서 된 것이다.

Description

쌍롤식 박판주조 장치에서의 에지댐 위치 제어방법

본 발명은 슬라브(Slab)를 만들지 않고 용강에서 직접 박판(핫코일)을 생산할 때에 쌍롤의 양측 단부에 설치하여 사용하는 에지댐의 상·하위치를 제어할 수 있도록 한 쌍롤식 박판주조장치에서의 에지댐 위치 제어방법에 관한 것으로, 특히 롤 압하력을 계산하여 에지댐의 높이를 조절함으로서 주편의 양 끝단부 품질을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 박판주조방법은 도 1에서 도시된 바와 같이 전로(도면미도시)에서 용융된 용강을 레들에 수용시키고, 상기 레들에 수용된 용강은 노즐을 따라 턴디쉬로 유입되며, 이와같이 턴디쉬로 유입된 용강은 양단부에 설치된 에지댐(40)의 사이 즉 쌍롤(20)의 사이로 공급되어 박판(30)이 제조되면서 냉각공정을 거쳐 권취설비에서 권취가 된다.

따라서, 용강으로부터 두께 10mm이하의 박판(30)을 직접 제조하는 쌍롤식 박판제 주조공정에 있어서, 중요한 기술은, 빠른 속도로 반대방향으로 회전하는 내부 수냉식 쌍롤(20)사이에 주입 노즐(10)을 통해 용강을 공급하여 원하는 두께의박판(30)을 제조하는 것이다.

종래의 에지댐 제어방법은 도 2에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 롤닢(80)에 에지댐(40) 하부가 위치하도록 하였으며, 또한 일본공개 특허 공보평 4-46656호 에서는, 유압장치를 이용하여 에지댐(40)을 롤 측면에 대하여 일정한 힘을 가해 지지하도록 하였다.

그러나 주조시 에지댐(40)이 롤 압하력이나 용탕(70)면에 형성되는 지금의 혼입 등으로 인하여 수평 방향으로(뒤로) 밀리게 되면 에지댐(40)에 가해지는 힘은 일정하게 유지되나 에지댐(40)의 주목적인 롤 양끝단부의 용강은 잘 막아주어 주편 끝단부의 품질을 양호하게 하는 것에는 문제가 있었다.

즉 에지댐(40)이 롤 압하력에 따라 뒤로 밀리게 되면 그 틈새로 용강이 새게 되고, 이는 주편의 양끝단에 이바리를 형성하여 주편의 품질을 저해하는 요인이 되며, 심지어는 에지댐(40)과 쌍롤(20)사이에 응고된 박판(30)이 끼어 에지댐(40)과 쌍롤(20)에 손상을 주게되며, 일정한 힘으로 지탱하게 되면 에지댐(40)이나 쌍롤(20) 표면의 마모가 심하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 주조시 롤 압하력을 감지하거나 에지댐에 전달되는 힘을 로드셀로 감지하여 에지댐의 수직 위치를 응고점 근처에서 제어하므로서 에지댐에 가해지는 힘을 최소화하고, 에지댐의 마모도 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 적은 힘으로도 에지댐이 뒤로 밀려나지 않게 하여 용강이 새는 것을 효율적으로 막을수 있음으로 주편의 품질을 양호하게 유지시킬 수 있도록 한 쌍롤식 박판주조장치에서의 에지댐 위치 제어방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은 쌍롤식 박판제조공정에서 열간 압축 실험을 통해 심스식을 이용하여

압하력=Km Bm Ld Qp

의 관계로 부터 압하력과 압하율의 관계를 구하고, 응고점의 위치와 압하율의 관계를 다음과 같이 구한 다음,

두식의 관계로부터 주조시 측정 가능한 압하력에 대한 응고점의 위치를 구하는 단계와 상기 단계로부터 구한 롤 압하력에 대한 응고점의 위치를 구하여 주조시 로드셀로 측정한 롤 압하력에 대한 응고점의 위치를 예상하여 위치검출센서 및 유압실린더로 구성된 에지댐 수직 위치 제어 장치로 에지댐의 수직위치를 제어하므로서 주편의품질을 향상시키고, 에지댐의 마모나 파손을 방지하도록 함을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판주조장치의 개략도

도 2는 박판주조시의 에지댐 높이와 응고점 높이를 나타낸 개략도

도 3은 본 발명의 에지댐 위치 제어장치 개략도

도 4는 본 발명의 에지댐 위치제어 장치 다른 실시예를 나타낸 개략도

도 5는 압하율에 따른 응고점 높이 계산결과 예시도

도 6는 압하율에 따른 응고점 높이 계산결과 예시도

도 7는 압하율에 따른 롤 압하력 계산결과 예시도

도 8는 롤 압하력에 따른 응고점 높이 계산결과 및 에지댐 높이 실시예도

도 9a, b는 응고점 높이 제어에 따른 주편의 에지 상태를 나타낸 사진

〈도면의 주요부분에 대한 부호설명〉

10 : 노즐 20 : 롤

30 : 박판(주편) 40 : 에지댐

50 : 응고점 60 : 응고쉘

70 : 용강 80 : 롤 닢 포인트

90 : 에지댐 수평 지지장치

100 : 위치검출센서 110 : 유압 실린더

120 : 롤축 130 : 롤촉

140 : 로드셀

* EH : 롤 닢에서 에지댐 하부까지의 높이

* SH : 롤 닢에서 응고점까지의 높이

본 발명은 롤 양 끝단부에 위치하는 에지댐(40)과 에지댐(40)을 수평으로 힘을 가해주는 지지장치(90) 그리고 에지댐(40)을 수직으로 위치를 제어할 수 있는 위치검출 센서(100) 및 에지댐(40)을 구동시키는 유압장치(110)와 롤압하력을 측정하는 로드셀(140)로 구성되어 제어된다.

에지댐(40)을 수평으로 힘을 가해 지지하는 지지장치(90)는 공지 기술로 유압장치(유압실린더)(110)에 의해 정해진 힘이나 위치를 검출하여 에지댐(40)이 밀려나지 않도록 하는 것이며, 에지댐 위치검출센서(100)는 에지댐(40)을 수직으로 위치를 제어하기 위한 것으로, 에지댐 수평 지지장치(90)를 유압장치(110)로 연결하여 위,아래로 이동하게 하고, 에지댐 수평지지 장치(90)와 유압장치(110) 본 체까지의 거리를 측정하여 에지댐의 높이(EH)를 측정하는 것이다.

에지댐(40)을 구동하는 유압장치(110)는 수직으로 에지댐의 높이(EH)를 제어하기위해 장착된 것이다. 이러한 에지댐 수직 위치 제어장치는 에지댐의 진동도 가능하게 할 수 있다.

롤 압하력을 측정하는 로드셀(140)은 롤 축(120)에 연결된 롤 촉(chock)(130)의 수직면에 위치하며, 쌍롤(20) 사이나 롤의 위치를 제어하는 유압장치(110)에 장착될 수도 있는데, 주조 중 용강이 응고되면서 쌍롤(20)에 가해지는 반발력을 측정하는 것이다.

이러한 롤 반발력, 즉 롤 압하력은 주조 조건을 결정하는 중요한 주조변수로 용강의 응고 쉘(60) 성장 정도에 의해 결정되며, 압하 정도에 따라 응고점(50)의 높이(SH)가 변하게 되고, 또한 에지댐(40)에 가해지는 힘에도 많은영향을 주게 된다.

압하량에 다른 응고점의 높이(SH)를 롤 크기에 따라 계산하였으며, 이를 도 5와 도6에 나타내었다. 압하율에 따른응고점 위치의 계산은 다음식으로 표시할 수있다.

여기서, G : 응고점에서의 롤 갭

Go : 롤 닢에서의 초기 롤 갭

D : 롤 직경

SH : 롤 닢에서 응고점까지의 높이

α : 롤 중심을 기준으로 롤 닢과 응고점의 각도

압하율이 커짐에 따라 응고점(50)의 위치가 지수 함수적으로 증가함을 알 수 있으며, 롤 크기가 커짐에 따라 응고점(50)의 위치가 높아짐을 알 수 있다.

따라서 응고점(50)을 예측하는 것은 중요한 작업이며, 압하율은 주조시에 알 수 있는 값이 아니므로 주조시 쉽게 측정하거나 알 수 있는 값으로 표현하는 것이 제어하는데 바람직하다.

도 7에는 압하율에 따른 롤 압하력을 주편 두께와 롤 직경에 대해 나타내었는데, 이는 동 재질의 롤로 스테인레스 강을 제조시의 계산결과를 예로 든 것이다.

압하율에 대한 압하력의 관계는 고온변형 실험에 의해 구한 것이며, 그 계산 과정을 나타내면 다음과 같으며 심스식(sim's equation)을 사용하였다.

압하력 = Km Bm Ld Qp

여기에서 Km : 평균 열간변형저항(Kg/㎟)

Bm : 평균판폭(mm)

Ld : 투영접촉호 길이(mm)

Qp : 무차원 보정계수

Ld = α×D/2, Qp = 0.8+ (0.45×r+0.04)

r = (G-Go)/G = 압하율

Km = f(c,ε,ε',T)=C εⁿε^mexp(A/T)

여기에서 C :조성(Composition)

ε: 변형율(Strain)

ε' : 변형율 속도(Strain rate)

T : 온도(。K)

C : 0.24 스테인레스 304일 경우

n : 0.07, m : 0.05

A : 5700

고온압축 실험에 의해 얻어진 변형율과 변형력의 관계 그래프로 부터 열간변형저항을 구하고, 심스식으로 부터 압하력을 압하율에 대한 관계를 구하였다.

실험 온도는 1200℃∼1400℃로 쌍롤식 박판주조공정에서 에측되는 고온 조건에서 압축실험을 행하였다. 이를 도5∼도7에 나타내었으며, 이 계산 결과를 바탕으로 주조 중 쉽게 측정될 수 있는 롤 압하력에 대한 응고점 높이(SH)를 예측하였으며, 이를 도8에 나타내었는데, 롤 압하력이 커짐에 따라 응고점 높이가 증가하는 것을 알 수 있다.

이상과 같은 계산 결과로부터 롤 압하력이 20톤으로 주조하는 경우, 응고점높이(SH)가 약 8mm 정도이므로 에지댐(40)의 하부 높이(EH)를 8mm 정도로 유지하면서 에지댐(40)에 가해지는 힘을 최소화 할 수 있다. 에지댐(40)의 근본 목적이 용강의 유출을 방지하는 것이므로 가능한 용강(70)이 존재하는 곳에 위치시키는 것이 바람직하며, 응고된 박판(30)이 압하되면서 부가되는 힘을 에지댐(40)에 전달하게 하는 것은 에지댐(40)의 파손이나 마모 등의 문제점이 있으므로 바람직하지 못하며, 에지댐(40)이 과도한 힘을 이기지 못하면 뒤로 밀리게 되어 용강(70)의 유출이 예상되므로 설비 사고나 박판(30)의 품질에도 악영향을 주게 된다.

따라서 주조시 압하력의 변동이 발생하거나 특정 압하력 조건에서 주조하고자 할 때는 압하력과 응고점 높이(SH)를 고려하여, 에지댐의 높이(EH)를 제어하여야 한다.

도8에는 실제로 에지댐(40)의 높이를 달리하여 주조한 결과를 나타내었는데, 압하력 10톤의 주조시에는 6mm, 50톤의 주조시에는 10mm로 에지댐의 높이(EH)를 제어하였는데, 주편의 에지상태가 양호하였으며, 에지댐(40)의 마모도 감소하였다. 50톤 주조시 에지댐(40)의 높이를 0mm, 10mm로 한 경우의 주편 에지상태를 도9에나타내었다.

에지댐의 높이(EH)를 롤 닢에 위치한 경우 주편의 끝단부에 이바리가 발생하거나 때로는 찢어지는 경우가 있었으나 10mm로 에지댐(40)의 높이를 제어한 경우 박판(30)의 에지 상태가 양호함을 알 수 있다.

이와같은 본 발명은 주조가 진행되는 동안 에지댐의 높이는 롤 닢부위나 주어진 압하력에 대한 예측된 높이에 위치하다가 에지댐에 가해지는 힘이 증가하면, 에지댐의 높이를 상승시켜 에지댐에 가해지는 힘을 최소화하는 동시에 박판(30)의 양 끝단부에 생성되는 이바리를 최소화시킴으로서 주편 품질을 향상시킬 수 있으며, 에지댐의 파손이나 마모를 최소화하므로서 에지댐의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

쌍롤식 박판주조장치에서 열간 압축 실험을 통해 심스식을 이용하여

압하력=Km Bm Ld Qp

의 관계로부터 압하력과 압하율의 관계를 구하고, 응고점의 위치와 압하율의 관계를 다음과 같이 구한 다음,

두식의 관계로부터 주조시 측정 가능한 압하력에 대한 응고점의 위치를 구하는 단계와 상기 단계로 부터 구한 롤압하력에 대한 응고점의 위치를 구하여 주조시 로드셀로 측정한 롤 압하력에 대한 응고점의 위치를 예상하여 위치검출센서 및 유압장치로 구성된 에지댐 수직 위치 제어 장치로 에지댐의 수직위치를 제어하므로서 주편의 품질을 향상시키고, 에지댐의 마모나 파손을 방지하도록 함을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조장치에서의 에지댐 위치 제어방법