KR20010015196A - 연속 주조장치의 자동 작동을 위한 데이터 검출 방법 및장치 - Google Patents
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Abstract
연속 주조장치의 자동 작동을 위한 데이터 검출 방법 및 장치에 관한 것이다. 연속 주조장치에서 용탕을 안내하는 방법에 있어서, 냉각장치에서 금속온도와 주조속도에 관련하여, 분배장치 내에서 금속온도의 감지, 냉각장치 내의 주형 반대편과 분배장치 사이에서 체류시간 동안에 금속온도 손실의 감지, 분배장치 내의 금속의 균형액상온도 Tliq+ 0℃와 등온선 Tliq+ Z℃의 온라인 측정, 등온창 Tliq+ X℃ < Tvert< Tliq+ Y℃ 내에서 주조속도의 조절을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조장치에서 용탕을 안내하는 방법에 관한 것이며, 한편, 이 방법의 실행을 위해 장치에 있어서, 연속 주조장치의 냉각장치(3), 분배장치 내의 온도 측정장치(2.3), 분배장치 내의 금속 함유량 측정, 분배장치와 냉각장치 사이에서 금속 온도손실 계산, 균형액상온도 Tliq+ 0℃(8)와 그 등온선 Tliq+ X℃(8.1)에 대한 온라인 인지, 그리고 T/VC 스크린(9)의 등온창(8.2) 내에서 주조속도의 조정을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다.
Description
박형 슬래브(slab)의 연속 주조장치로서 분당 주조속도가 8∼10m/min에 달하며, 진보된 방식의 자동주조 및 자동 공정 조절이 가능한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 단순하고 측정 가능한 형태를 유지함으로써, 냉각장치 내의 실질적인 온도 유지를 기하고, 조성시간 내에서 최적의 주조속도를 기능적으로 기술하는데 있다.
도 1은 용기, 분배장치, 냉각장치(복동식 냉각장치 또는 이동 냉각장치) 사이에서 물질 흐름을 도시하는 도면,
도 2a는 분배장치 내부의 균형-액상-온도(Tliq) 상에서 냉각장치 내부의 용탕 저장조와 분배장치 사이의 금속의 일정 온도 상실조건 하에서, 다양한 속도 영역에서 분배장치 온도와 주조속도 간의 기능적 시퀀스(sequence)를 도시하는 도면이며,
도 2b는 3.5m/min∼6.0m/min의 속도 영역에서 온도/속도 스크린 또는 Tliq축을 도시하는 도면,
도 3은 온도/속도 스크린 또는 축의 이동에 따른 영향을 도시하는 도면,
도 4는 온라인 축이 결궤 부분을 향하는 예시적인 용탕 및 성공적인 주조 용탕을 도시하는 도면.
"도면의 주요부분에 대한 부호의 설명"
1:용기 2:분배 장치
2.1:예를 들어 약 100℃의 표면온도에서 열 복사
2.2: 최대 충전 중량에서의 최대 충전 높이
2.2.1: 분배장치 내의 실제 충전 높이, 분배장치 내의 금속 용량
2.3: 분배장치 내의 금속 온도 측정
2.3.1: 불연속 측정 2.3.2: 연속 측정
3:냉각 장치
3.1: 복동식 냉각장치, 박형 슬래브 냉각 장치
3.1.1: 스토퍼 3.1.2: 슬라이드
3.2: 이동 냉각장치 3.2.1: 2-롤러-냉각장치/쌍-냉각장치
3.2.2: 컨베이어 냉각장치
4: 냉각장치의 주형 반대편에서 실제 금속온도
4.1: 주형 반대편 4.2: 주조 파우더/주조 슬래그
5: 배출구/SEN 5.1: 배출구 방열
6: 분배장치 내의 금속 온도 ℃, Tvert
7: 분당 주조 속도(m/min)
8: 분배장치 내의 균형 액상-온도 Tliq+ 0℃
8.1: X= +5, +10, +15와 +20℃ 에 대한 균형 등온선 Tliq+ X℃
8.2: T-분배장치(6)에 대한 주조 창 ; (Tliq+ 15℃) > T-분배장치 > (Tliq+ 5℃)
8.3: 주조속도에 따른 분배장치와 냉각장치사이에서 용탕의 온도상실
9: 온도/주조속도 스크린, T/VC-스크린 또는 T/VC-시스템
10: 분배장치 내의 충전금속과 분배장치 간의 온도평형(GG)
10.1: 분배장치가 충전금속과 평형에 이르기까지 시간(tGG-시간)
10.2: 충전금속 온도로 평형온도에 이르기까지 분배장치의 가열(A)
10.3: 분배장치 용량의 저하
10.4: 최소 응고두께 (C.1)하에서 냉각장치 출구의 두께에 따른 액상 코어 축소; 예를 들어 응고두께 45mm에서 냉각장치 출구가 70mm일 때
10.5: 용탕 흐름 10.5.1: 대형 슬래브 폭(D1)
10.5.2: 대형 응고 두께 (D2)
10.6: 분배장치 단열(E)의 향상; 또는 분배장치 표면온도저하(2.1)
11: 상응하는 영향력 (10.1) ∼ (10.6)에 따른 동적 온라인-T/VC-스크린(9) 또는 시스템
11.1: 최적 T/VC-유지를 위한 실제 용탕 또는 시퀀스
11.2: Tliq+ 0℃(8) 및 결궤(11.2.1)에 이르기까지 최소 주조속도를 위한 실제 용탕 또는 시퀀스
11.2.1: 주형 반대편에서 사전 응고에 따른 표면의 결궤 현상
11.2.2: 분배 장치 내의 금속온도 Tvert를 Tvert> Tliq+ 5℃의 주조창(8.2) 내에서 조정하기 위한 속도 향상
A: 금속 평형온도로 분배장치의 가열 B: 분배장치 수위 저하
C: 응고두께 C.1 조건에서 냉각장치 두께 C에 의한 액상 코어 축소
D: 용탕 흐름 D.1: 대형 주조 폭
D.2: 대형 응고 두께
E: 분배장치 단열의 향상 또는 분배장치 표면 온도의 저하(2.1)
본 공정은 응고두께를 현저하게 얇게 유지함으로써, 박형 슬래브 옆의 쌍 롤러로 구성된 컨베이어 장치를 이용하여 주조속도를 높이고 응고시간을 줄일 수 있다. 일반적인 응고소요시간은 200mm 두께의 슬래브를 이용할 때 16분이 소요되며, 50mm 두께의 슬래브를 이용할 때 1분이 소요되고, 5mm 두께의 슬래브를 이용할 때 0.01분(0.6 초)이 소요되고, 상기 예의 주조 속도는 예를 들면, 1m/min, 10m/min과 100m/min 이다.
원활한 공정흐름을 위하여 온라인상의 측정데이터가 필요하며, 냉각장치에서의 응고공정은 최적 주조속도에 의하여 결정됨과 동시에 장애없이 연속 생산가능하고 우수한 표면 품질을 확보할 수 있다.
박형 슬래브 주조의 예에서의 문제점, 작업조건설정, 부수적 발명의 해결방안을 아래에서 설명한다.
50mm 응고두께의 박형 슬래브는 약 1분의 냉각시간이 소요되며, 냉각장치에서의 공정은 그 속도가 종전의 최대 8m/min에서 10m/min까지 증대 가능하며, 안정된 주조작업을 위해서는 정확한 온도설정과 속도설정이 필수적인 요건이다.
밴드표면이 유동성을 유지하고 주형 반대편에서 사전 냉각이 일어나지 않을 뿐만 아니라 주조 파우더(powder)가 충분히 녹을 수 있도록 분배장치에서 설정 금속온도를 선정하여, 냉각장치를 통한 작동범위 내에서 단열과 함께 쉽게 빠질 수 있도록 윤활성을 부여한다.
온도편차 0.1℃/min 범위 내에서 용기 내부의 금속온도를 균일하게 초기 유지시킬 때, 냉각장치에서 금속온도 조정은 다음에 의하여 결정된다(도 1).
·분배장치 내의 금속 체류시간
·분배장치의 단열 또는 방열 정도 - 약 30분간의 주조 후, 외부 분배장치 표면의 측정, 예를 들어 평형온도 100℃를 유지하는가를 측정
·배출구/SEN의 방열
·금속과 분배장치 사이의 온도평형에 도달하기 위하여 약 1,200℃에서 1,300℃로부터 1,500℃까지 분배장치를 가열하기 위한 주조 개시시점으로부터 약 30분 간의 주조시간 동안의 금속온도 상실
분배장치 내의 금속의 체류시간은 다음에 의하여 결정된다.
·분배장치의 크기와 분배장치 내에서 금속의 최대 체적 및 실제 체적
·주조작업에서의 주조속도와 주조폭 및 응고두께
이하, 도 1 내지 도 4를 참조로 하여 본 발명을 설명한다. 아래에서 성공적인 주조 용탕의 에를 스크린 상에 월간 생산 기록을 한다.
도 1은 용기(1), 분배장치(2), 냉각장치(3) 간의 생산 공정 및 복동식 냉각장치(3.1), 이동식 냉각장치(3.2) 및 2 롤러 냉각장치(쌍 롤러(3.2.1))와 컨베이어 냉각장치(3.2.2)를 도시한다. 분배장치는 용탕과 열평형 하에서 열 방사가 있으며, 예를 들어 100℃의 표면 온도 하에서 분배 장치에서의 체류시간중 금속의 열 손실을 나타낸다. 또한, 분배장치는 최대 충전높이(2.2)에서 최대 중량을 나타낸다.
실제 용탕 높이(2.2.1)는 측정 데이터에 의하여 온라인 결정되며, 분배장치 내에서의 금속 온도상실에 직접적인 영향을 미친다.
냉각장치 내의 금속의 현재 온도 Tkok(4)를 일치시키기 위해서는 분배장치 내의 불연속 측정(2.3.1) 또는 더 나은 조건의 경우 연속 측정(2.3.2)이 불가피하다.
배출구(5)의 방열(5.1)은 분배장치와 냉각장치 사이의 금속 온도상실과 관계가 있다.
정량적인 측면에서 요약하며, 금속의 체류시간을 반으로 줄이거나 주조속도를 2배로 하면 일정 응고두께에서의 폭, 분배장치 내에서의 일정 금속 체적 하에서 온도 손실을 반감시키며, 최소 분배체적의 경우 온도손실은 표면/체적 관계에 상응하며 종합적으로 체류시간을 단축시킨다.
도 2a 및 도 2b는 분배장치 온도(6)와 주조속도(7) 사이의 함수관계를 표현한다. 동시에 분배장치 내에서의 균형-액상-온도(Tliq)(8)와 등온선(8.1)(Tliq+ X ℃, X = +5, +10, +15, 그리고 +20)의 상관 그래프를 표현한다.
따라서, 일정 주조형태, 일정 분배장치 표면온도, 그리고 일정 분배장치 체적 하에서, 분배장치와 냉각장치 사이의 금속온도 손실은 4m/min 속도에서 30℃, 6m/min 속도에서 20℃이다. 도면에서 1,500℃의 Tliq로부터 주조속도와 온도손실이 상관 관계에 있으며 분배장치 내에서 함수 Tliq+ 0℃(8)과 등온선 +5, + 10, +15 및 +20℃(8.1)을 나타낸다.
분배장치(8) 내의 균형 온도(Tliq)는 분배장치 내에서의 온도로 냉각장치(4) 내의 금속온도가 액상-온도에 도달함을 나타낸다. 냉각장치 내에서 액상-온도에 다다르면 주형 반대편(4.1)에서 응고현상이 일어나며, 잘못된 슬래그 윤활제 및 손상된 표면에 의하여 브리지(Bridge) 형성 또는 결궤 현상이 일어날 수 있다.
안정적인 주조는 분배장치 온도(6)가 등온선 Tliq+ 5℃ 상부에 있도록 주조속도를 조정할 때 가능하다. 분배장치 온도(Tvert.)가 주조창(8.2)에서 Tliq+ 5℃와 Tliq+ 15℃ 사이에 있을 경우 안정적인 주조에 더욱 더 유리하다.
도 3은 속도/온도 스크린(9)과 T/VC 스크린 및 축을 표현하며, 동시에 T/VC 스크린을 상향 조정하거나 최저 온도측으로 이동할 때의 영향을 나타낸다. 온도평형(GG)(10)에 비례하여 온도손실은 커진다. 온도평형(GG)(10)은 다음과 관계가 있다.
B. 분배장치 용량의 저하(10.3) 시, 표면/체적-유지 또는 체류시간에 대한 기능(B)
C. 최소 응고두께(C1) 하에서 냉각장치의 두께의 액상 코어 축소(10.4)
한편, 대형 주물작업(10.5)시, 온도손실을 다음과 같이 줄인다.
A. 초기 용탕 주조시, 분배장치 및 용탕 간의 평형온도에 상응하는 일정한 값으로 약 20∼30 분의 시간(TGG)(10.1)동안 분배장치를 가열
D1. 주조폭(10.5.1)
D2. 응고 두께(10.5.2)
E. 분배장치 외벽의 단열 개선(10.6) 또는 분배장치 표면온도 저하 및 배출구 표면온도 저하
이러한 영향으로 T/VC 스크린(9)과 동적 시스템(11)은 주조 중 온라인 공정 데이터에 의하여 확고하게 실현된다.
도 4는 지금까지의 연관성을 근거로 한 동적 T/VC 스크린(11)을 나타내며, 실제 용탕 또는 시퀀스(11.1)를 분배장치 온도에 상응한 최적 속도를 선택함으로써 재현한다.
T/VC 스크린(9)에서의 용탕 흐흠의 표현(11.2)은 천천히 주조 시, 냉각장치에서 금속이 Tliq에 달하면 Tvert(6)가 표시된 바와 같이 Tliq+ 0℃(8)에 상응하여 결궤(11.2.1)에 이른다.
이 결과는 주형 반대편의 사전 응고에 의하여 동반 발생되며, 이때 표면(3.1.2)과 냉각장치판(3.1.1) 사이의 슬래그 윤활 문제가 수반된다.
도 4는 용탕 배출을 최적화하기 위해서, 우수 월간생산실적의 T/VC 데이타를 분류하고, 통상의 용탕을 기입(11.3)함으로써 통계 자료가 가능토록 한다.
분배장치 내 금속온도를 비연속 측정(3.2.1) 또는 연속 측정(2.3.2)함으로써 금속온도(2.3)을 알게 되어 최적의 결궤 현상이 없는 완전 자동의 용탕 흐름이 다음 데이터 상에서 확실하도록 한다.
·분배장치 내에서 금속온도(6)
·균형 Tliq, 분배장치 내에서 금속(8)의 온도 Tliq+ 0℃와 등온선 +5 내지 +20℃ (8.1)
최적 주조속도 영역은 냉각장치(4)의 주형 반대편 온도치(Tkok)가 Tkok+ 5℃ < Tkok< Tliq+ 15 ℃에서 분배장치의 균형온도(Tvert)가 Tliq+ 5℃ < Tvert< Tliq+ 15℃(8.2)영역에 위치 할때 유리한 조건으로 선정 가능하다.
T/VC-시스템(9) 및 충분한 시간 이외에도, 냉각장치(4)의 주형 반대편에서의 금속냉각은 Tliq- 분배장치내의 측정(8)을 통하여, 분배장치 내의 금속온도 측정 (Tvert)(6)에 기초하여 속도증대(11.2.2)에 반응하고, 냉각장치에서의 주조 문제 즉, 슬래브 위의 표면결함 또는 결궤 현상을 방지한다. 냉각장치에서 문제점과 그 예측은 분배장치에서 지속적 온도측정(2.3.2)과 분배장치 내에서 예를 들어, 8분간의 금속 체류시간에 기초하는 주조속도의 변경에 상응하여 충분한 시간을 부여하도록 한다.
본 발명은 원활한 공정흐름을 위하여 온라인상의 측정데이터가 필요하며, 냉각장치에서의 응고공정은 최적 주조속도에 의하여 결정됨과 동시에 장애없이 연속 생산가능하고 우수한 표면 품질을 확보할 수 있는 효과가 있다.
Claims (12)
- 연속 주조장치에서 용탕을 안내하는 방법에 있어서, 냉각장치에서 금속온도와 주조속도에 관련하여, 분배장치 내에서 금속온도의 감지, 냉각장치 내의 주형 반대편과 분배장치 사이에서 체류시간 동안에 금속온도 손실의 감지, 분배장치 내의 금속의 균형액상온도 Tliq+ 0℃와 등온선 Tliq+ Z℃의 온라인 측정, 등온창 Tliq+ X℃ < Tvert< Tliq+ Y℃ 내에서 주조속도의 조절을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조장치에서 용탕을 안내하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 복동식 고정 냉각장치를 구비한 연속 주조장치가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 2 항에 있어서, 온도/속도(T/VC) 스크린 또는 시스템에서 온라인 주조시간에 대한 용탕의 상관관계를 화면상에 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서, 온라인 주조 동안에 T/VC 스크린은 주조 폭, 주조 두께, 실제 주조속도, 실제 분배장치의 충전, 그리고 분배장치의 표면/체적 에 따른 분배장치 내의 금속 체류시간, 1,200℃ 분배장치의 금속과의 평형온도 1,500℃까지의 가열, 그리고 분배장치의 단열과 같은 측정변수의 함수로써 동적으로 표시되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서, 분배장치 내에서 불연속 및/또는 연속적으로 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항에 있어서, 분배장치의 충전은 연속적으로 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항에 있어서, 사전 선정된 온도창 Tliq+ X℃ < Tvert< Tliq+ Y℃ 내에서 주조속도는 자동 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항의 방법의 실행을 위해 장치에 있어서, 연속 주조장치의 냉각장치(3), 분배장치 내의 온도 측정장치(2.3), 분배장치 내의 금속 함유량 측정, 분배장치와 냉각장치 사이에서 금속 온도손실 계산, 균형액상온도 Tliq+ 0℃(8)와 그 등온선 Tliq+ X℃(8.1)에 대한 온라인 인지, 그리고 T/VC 스크린(9)의 등온창(8.2) 내에서 주조속도의 조정을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 8 항에 있어서, 연속 주조장치는 복동식 고정 냉각장치(3.1)를 부착하고, 주조속도를 최대 10m/min 까지 적용시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 8 항 내지 제 9 항에 있어서, 분배장치 내의 금속온도 Tvert(6)는 온도창(8.2) Tliq+ 5 ℃ < Tvert< Tliq+ 15℃ 내에 위치하도록 작동 속도(7)를 조절하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 9 항 내지 제 10 항에 있어서, T/VC 스크린(11)은 주조될 수 있는 용탕과 함께 화면상에 동적으로 표시되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 9 항 내지 제 11 항에 있어서, 주조속도(7)는 동적 T/VC 스크린을 기초로 주조창(8.2) 내에서 자동적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 장치.
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