KR101505160B1 - 철강 제품 선별 방법 - Google Patents

Abstract

철강 제품 선별 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 연주기의 몰드 내에 주입된 용강에의 침지 깊이가 변화되도록 상하로 이동하는 침지 노즐의 침지 깊이를 모니터링하는 단계, 몰드의 외측에 배치되는 전자기 제동기(EMBR, electromagnetic brake) 상단에서 용강의 탕면까지의 거리에 대한 침지 깊이의 상대값인 침지 지수를 산출하는 단계, 침지 지수를 기설정된 하한값 및 상한값과 비교하는 단계, 및 하한값 및 상한값과 침지 지수 간 비교 결과에 따라, 연주기를 통해 생산되는 철강 제품의 품질 등급을 결정하는 단계를 포함하는 철강 제품 선별 방법이 제공된다.

Description

철강 제품 선별 방법{METHOD FOR SORTING STEEL PRODUCT}

본 발명은 철강 제품 선별 방법에 관한 것이다.

철강 제품은 고로 또는 전기로에서 제조된 용강을 목표하는 조성 및 온도로 정련한 뒤, 이러한 용강을 연속주조, 즉 연주 공정과 압연 공정 등을 통해 용도에 따라 요구되는 형상으로 성형함으로써 생산될 수 있다.

이 중 연주 공정은 몰드를 이용하여 용강으로부터 슬라브를 연속적으로 생산하는 공정으로서, 이러한 연주 공정은 다음과 같이 요약될 수 있다.

먼저 턴디쉬에 래들로부터 용강이 공급되고, 이러한 턴디쉬 내의 용강은 침지 노즐을 통해 몰드로 공급된다. 몰드로 주입된 용강은 몰드 벽측으로부터 응고되어 슬라브의 형상을 갖추면서 몰드로부터 배출된다. 그리고 몰드 내 용강의 유동을 제어하기 위하여 몰드 외측에는 전자기 제동기(EMBR, electromagnetic brake)가 배치될 수 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-1993-7002100호 (1993.09.08), 전자장을 사용한 강 슬래브의 연속주조방법)에 개시되어 있다.

본 발명은, 연주 공정에서 침지 노즐의 침지 깊이를 이용하여 철강 제품을 품질 등급별로 선별할 수 있는 철강 제품 선별 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 연주기의 몰드 내에 주입된 용강에의 침지 깊이가 변화되도록 상하로 이동하는 침지 노즐의 침지 깊이를 모니터링하는 단계, 몰드의 외측에 배치되는 전자기 제동기(EMBR, electromagnetic brake) 상단에서 용강의 탕면까지의 거리에 대한 침지 깊이의 상대값인 침지 지수를 산출하는 단계, 침지 지수를 기설정된 하한값 및 상한값과 비교하는 단계, 및 하한값 및 상한값과 침지 지수 간 비교 결과에 따라, 연주기를 통해 생산되는 철강 제품의 품질 등급을 결정하는 단계를 포함하는 철강 제품 선별 방법이 제공된다.

철강 제품의 품질 등급을 결정하는 단계는, 침지 지수가 하한값 이하인 경우 철강 제품의 품질을 1등급으로 결정하고, 침지 지수가 하한값 초과 상한값 이하인 경우 철강 제품의 품질을 2등급으로 결정하고, 침지 지수가 상한값 초과인 경우 철강 제품의 품질을 3등급으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

침지 노즐로부터 토출되는 용강의 토출량은 2.5 내지 4 ton/min이고, 용강의 유동 제어를 위한 자기장이 발생되도록 전자기 제동기에 인가되는 전류는 50 내지 500A이며, 하한값은 0.4792이고, 상한값은 0.5625일 수 있다.

철강 제품은 연주기를 거쳐 압연기에 의해 생산되는 압연 코일일 수 있다.

본 발명에 따르면, 연주 공정에서 침지 노즐의 침지 깊이를 이용하여 철강 제품을 품질 등급별로 선별할 수 있다.

도 1은 연주기 및 압연기를 이용하여 압연 코일을 생산하는 과정을 나타내는 개략도.
도 2는 연주기의 침지 노즐 깊이 조절 효과를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철강 제품 선별 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 철강 제품 선별 방법에 있어 침지 지수를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철강 제품 선별 방법에 의해 침지 노즐의 침지 깊이를 기준으로 품질 등급을 구분하는 일 예를 나타내는 그래프.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 철강 제품 선별 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에 따른 철강 제품 선별 방법은 도 1에 도시된 바와 같은 CSP(compact strip production) 설비를 이용한 철강 제품 생산에 적용될 수 있다. 이와 같은 CSP 설비는 연주기(100)를 이용하여 용강(10)으로부터 슬라브(20)를 생산하고 이어서 바로 가열로(200)와 압연기(300), 그리고 냉각대(400)를 이용하여 슬라브(20)에 대한 압연 공정을 수행하여 최종 철강 제품인 압연 코일(30), 구체적으로는 열연 코일을 생산하는 설비를 의미한다.

이와 같은 CSP 설비를 이용하는 경우, 슬라브(20)에 대한 표면 정정 공정 없이 곧바로 슬라브(20)가 압연기(300)로 투입되므로, 연주 공정시 몰드 파우더(도 4의 14)의 혼입 등에 의해 슬라브(20) 표면에 결함이 발생되면 이러한 결함은 압연 코일(30)의 표면 결함으로 그대로 전이되게 된다.

본 실시예의 경우, 연주기를 통해 슬라브를 생산하고 이러한 슬라브에 대해 표면 정정을 실시한 뒤 압연 공정을 수행하는 연주/압연 설비는 물론이고, 상술한 바와 같이 CSP 설비에 의해 슬라브(20)에 대한 표면 정정 없이 압연 코일(30) 등의 철강 제품이 생산됨에 따라 철강 제품에 결함이 발생될 우려가 높은 경우에도, 압연 코일(30) 등과 같은 철강 제품을 그 결함에 기인한 품질 등급별로 선별하여 그 품질에 따라 용도를 제한할 수 있으므로, 요구되는 품질에 맞게 철강 제품을 선별적으로 출하할 수 있어 품질 관리 비용을 저감할 수 있으며, 품질 개선을 위한 설비의 재투자 비용 등에 따른 생산 비용 증가를 방지할 수 있다.

한편, 전술한 CSP 설비를 포함한 연주기(100)를 이용함에 있어 철강 제품의 표면 결함은 용강(10)의 탕면(도 4의 12) 교란에 따른 몰드 파우더(도 4의 14)의 혼입에 의해 발생될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 침지 노즐(130)은 몰드(120) 내에 주입된 용강(10)에 일정 깊이 침지되어 용강(10)을 턴디쉬(110)에서 몰드(120)로 공급한다. 도 2의 좌측과 같이 침지 노즐(130)의 침지 깊이를 일정하게 유지하는 경우 몰드 파우더(14)와 용강(10)의 계면, 구체적으로는 몰드 파우더(14)와 용강(10) 사이에 개재되는 몰드 슬래그(16)와 용강(10)의 계면 부위에 위치한 침지 노즐(130)의 외주면이 침식, 절손될 수 있다.

따라서 도 2의 우측과 같이 침지 노즐(130)을 일정 범위 내에서 상승/하강시키는 공법을 이용하게 되며, 이에 따라 몰드 파우더(14)에 의한 침지 노즐(130)의 침식, 절손 현상을 보다 넓은 범위로 분산시킬 수 있게 된다.

그러나 이와 같이 침지 노즐(130)의 침지 깊이를 조절하는 공법에 따르는 경우, 침지 노즐(130)이 전자기 제동기(140)(EMBR, electromagnetic brake)에 대해 상대적으로 깊게 침지되면, 침지 노즐(130)로부터 토출되는 용강(10)에 대한 전자기 제동기(140)에 의한 제어력이 저감되어 몰드(120) 내 용강(10)에 강한 상향류가 발생되며, 이러한 상향류에 의해 용강(10)의 탕면(도 4의 12)이 교란되어 용강(10) 표면의 몰드 파우더(14) 및 몰드 슬래그(16)가 용강(10) 내로 혼입되어 결과적으로 철강 제품의 결함으로 작용하게 된다.

본 실시예의 경우, 이와 같이 침지 노즐(130)의 침식을 최소화하기 위해 침지 노즐(130)의 침지 깊이를 조절하는 연주기(100)를 이용한 철강 제품 생산에 있어 철강 제품을 그 품질 등급별로 선별하여, 요구되는 품질에 따라 각 품질 등급에 해당되는 철강 제품을 보다 적극적으로 활용할 수 있는 방법을 제시한다.

본 실시예에 따르면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 연주기(100)의 몰드(120) 내에 주입된 용강(10)에의 침지 깊이(d)가 변화되도록 상하로 이동하는 침지 노즐(130)의 침지 깊이(d)를 모니터링하는 단계, 몰드(120)의 외측에 배치되는 전자기 제동기(140) 상단에서 용강(10)의 탕면(12)까지의 거리(s)에 대한 침지 깊이(d)의 상대값인 침지 지수(d/s)를 산출하는 단계, 침지 지수(d/s)를 기설정된 하한값 및 상한값과 비교하는 단계, 및 하한값 및 상한값과 침지 지수(d/s) 간 비교 결과에 따라, 연주기(100)를 통해 생산되는 철강 제품의 품질 등급을 결정하는 단계를 포함하는 철강 제품 선별 방법이 제시된다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 철강 제품 선별 방법의 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 침지 노즐(130)의 침지 깊이(d)를 모니터링한다(S110). 도 4에 도시된 바와 같이 침지 노즐(130)은 연주기(100)의 몰드(120) 내에 주입된 용강(10)에 침지되며 일정 범위 내에서 상하로 이동함에 따라 용강(10)에의 침지 깊이(d)가 변화된다.

이러한 침지 노즐(130)은 제어부에 의해 미리 설정된 시간 및 깊이에 따라 자동 제어될 수 있으므로, 이러한 침지 노즐(130)의 모니터링 역시 제어부에 의해 수행될 수 있다.

다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 전자기 제동기(140) 상단에서 용강(10)의 탕면(12)까지의 거리(s)에 대한 침지 노즐(130)의 침지 깊이(d)의 상대값인 침지 지수(d/s)를 산출한다(S120). 도 4에 도시된 바와 같이 전자기 제동기(140)의 위치, 다시 말해 전자기 제동기(140)에 의해 용강(10)에 작용되는 자기장의 영역에 대한 침지 노즐(130)의 위치 변화에 따라 용강(10) 내 유동이 변화될 수 있으므로, 전자기 제동기(140) 상단에서 탕면(12)까지의 거리(s)에 대한 침지 노즐(130)의 침지 깊이(d)의 상대값을 침지 지수(d/s)로 선정하여 이를 제어부에 의해 산출한다.

예를 들어, 침지 노즐(130)이 전자기 제동기(140)에 대해 상대적으로 깊게 침지되는 경우, 침지 노즐(130)이 전자기 제동기(140)에 근접하게 되어, 토출되는 용강(10)의 유동은 전자기 제동기(140)에 의한 제어력의 상한을 초과하게 되고 이에 따라 용강(10) 내에는 탕면(12)을 교란시킬 정도의 상향류가 발생되게 된다.

이와 같은 상향류가 발생되는 경우 몰드 파우더(14)/몰드 슬래그(도 2의 16)의 용강(10) 내 유입에 의해 철강 제품의 품질에 영향을 미치게 되므로, 이와 같은 전자기 제동기(140) 위치와 침지 노즐(130) 위치의 상대적인 관계를 나타내는 침지 지수(d/s)를 산출하여 품질 등급 결정에 이용하는 것이다.

여기서 전자기 제동기(140)는 몰드(120)의 외측에 배치되어 용강(10)에 정지 자기장을 작용시키는 장치로서, 직류 전류에 의해 구동되는 일종의 전자석으로 구성될 수 있다. 이와 같이 전자기 제동기(140)를 몰드(120) 외측에 설치하여 정지 자기장을 발생시키고 이를 유동하는 용강(10)에 작용시킴으로써 유도 전류가 발생되고 이러한 유도 전류는 다시 정지 자기장과의 상호 작용에 의해 용강(10)의 유동을 억제하는 로렌츠힘을 발생시키게 된다.

이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 침지 지수(d/s)를 하한값 및 상한값과 비교하고(S130), 그 결과에 따라 연주기(100)를 통해 생산되는 철강 제품의 품질 등급을 결정한다(S140, S150, S160). 앞서 설명한 바와 같이 본 실시예는 CSP 설비에 적용될 수 있으며, 이 경우 철강 제품은 연주기(100)를 거쳐 압연기(300)에 의해 생산되는 압연 코일(30)이므로, 이러한 침지 지수(d/s)를 통해 곧바로 최종 제품인 압연 코일(30)의 품질 등급을 결정할 수 있게 된다.

구체적으로, 침지 지수(d/s)가 하한값 이하인 경우 철강 제품의 품질은 1등급으로 결정될 수 있으며(S140), 침지 지수(d/s)가 하한값 초과 상한값 이하인 경우 철강 제품의 품질은 2등급으로 결정될 수 있다(S150). 그리고 침지 지수(d/s)가 상한값 초과인 경우에는 철강 제품의 품질이 3등급으로 결정될 수 있다(S160).

이러한 침지 지수(d/s)에 따른 품질 등급 및 그에 따른 용도를 정리하면 아래 표 1과 같다.

구분	침지 지수(d/s)≤하한값	하한값<침지 지수(d/s)≤상한값	침지 지수(d/s)>상한값
품질 등급	1등급	2등급	3등급
용도	표면 품질 엄격재	일반재	일반재 또는 구조재

이하, 몰드(120) 내부 공간이 1000 내지 1500mm의 폭, 900mm의 길이, 55mm의 두께로 각각 설정되고, 침지 노즐(130)의 용강(10) 토출 각도는 55 내지 65도이며, 침지 노즐(130)의 용강(10) 토출량은 2.5 내지 4 ton/min인 경우의 실험예를 통해, 본 실시예에 따른 품질 등급별 철강 제품 선별 방법을 다시 설명한다.

본 실험예에서 전자기 제동기(140)의 상단은 용강(10)의 탕면(12)으로부터 480mm 지점에 위치하게 되며(s=480mm), 전자기 제동기(140)에는 50 내지 500A의 직류 전류가 인가되어 전자기 제동기(140)는 이러한 전류값에 해당되는 자기장을 발생시켜 용강(10)의 유동 제어하게 된다.

상술한 실험예에 있어 침지 지수(d/s)는 미리 결정된 품질 등급에 따라 하한값이 0.4792, 상한값이 0.5625로 미리 결정될 수 있으며, 이에 따라 상술한 전자기 제동기(140)의 위치와 관련하여 도 5에 도시된 바와 같이 침지 노즐(130)의 침지 깊이(d)의 하한은 230mm, 상한은 270mm로 결정될 수 있다.

따라서 침지 지수(d/s)가 0.4792이하일 때, 즉 도 5에 도시된 바와 같이 침지 깊이(d)가 230mm 이하인 경우 몰드(120)로부터 배출되어 생산된 철강 제품은 1등급으로 구분될 수 있으며, 침지 지수(d/s)가 0.5625를 초과할 때, 즉 도 5에 도시된 바와 같이 침지 깊이(d)가 270mm를 초과하는 경우 몰드(120)를 통과하여 생산된 철강 제품은 3등급으로 구분될 수 있다. 그리고 침지 지수(d/s)가 0.4792를 초과하나 0.5625이하일 때, 즉 도 5에 도시된 바와 같이 침지 깊이(d)가 230mm를 초과하고 270mm 이하인 경우 몰드(120)를 통해 생산되는 철강 제품은 2등급 품질로 구분될 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 용강
12: 탕면
14: 몰드 파우더
16: 몰드 슬래그
d: 침지 깊이
s: 탕면과 전자기 제동기 상단의 거리
d/s: 침지 지수
20: 슬라브
30: 압연 코일
100: 연주기
110: 턴디쉬
120: 몰드
130: 침지 노즐
140: 전자기 제동기
200: 가열로
300: 압연기
400: 냉각대

Claims (4)

1. 연주기의 몰드 내에 주입된 용강에의 침지 깊이가 변화되도록 상하로 이동하는 침지 노즐의 상기 침지 깊이를 모니터링하는 단계;
   상기 몰드의 외측에 배치되는 전자기 제동기(EMBR, electromagnetic brake) 상단에서 상기 용강의 탕면까지의 거리에 대한 상기 침지 깊이의 비(ratio)로서, 상기 용강 내 유동 변화의 정도를 나타내는 침지 지수를 산출하는 단계;
   상기 침지 지수를 기설정된 하한값 및 상한값과 비교하는 단계; 및
   상기 하한값 및 상기 상한값과 상기 침지 지수 간 비교 결과에 따라, 상기 연주기를 통해 생산되는 철강 제품의 품질 등급을 결정하는 단계를 포함하고,
   상기 철강 제품의 품질 등급을 결정하는 단계는,
   상기 침지 지수가 상기 하한값 이하인 경우 상기 철강 제품의 품질을 1등급으로 결정하고,
   상기 침지 지수가 상기 하한값 초과 상기 상한값 이하인 경우 상기 철강 제품의 품질을 2등급으로 결정하고,
   상기 침지 지수가 상기 상한값 초과인 경우 상기 철강 제품의 품질을 3등급으로 결정하는 단계를 포함하고,
   상기 침지 노즐로부터 토출되는 상기 용강의 토출량은 2.5 내지 4 ton/min이고,
   상기 용강의 유동 제어를 위한 자기장이 발생되도록 상기 전자기 제동기에 인가되는 전류는 50 내지 500A이며,
   상기 하한값은 0.4792이고,
   상기 상한값은 0.5625인 것을 특징으로 하는 철강 제품 선별 방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 철강 제품은 상기 연주기를 거쳐 압연기에 의해 생산되는 압연 코일인 것을 특징으로 하는 철강 제품 선별 방법.

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