KR20060074399A

KR20060074399A - 침지노즐 침적깊이 측정장치

Info

Publication number: KR20060074399A
Application number: KR1020040113128A
Authority: KR
Inventors: 김종완; 최자용; 서보성
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-03

Abstract

본 발명은 침지노즐의 침적깊이 측정장치에 관한 것으로서, 하부에 침지노즐이 제공된 턴디쉬에 설치된 측정 타켓과; 상기 측정 타켓과의 거리를 측정하는 비접촉 거리측정센서와; 몰드의 상단부에 제공된 접촉감지수단과; 상기 접촉감지수단과 상기 침지노즐의 접촉 데이타를 제공하는 감시수단과; 상기 감시수단에서 접촉 데이타가 제공된 후에 상기 거리측정센서에서 측정한 상기 측정 타켓의 이동거리를 수신하여 상기 침지노즐이 몰드에 침적되는 깊이를 산출하는 산출수단을 포함하는 것을 특징으로 하므로, 비접촉 감지방식으로 몰드 내에서 침지노즐의 침적깊이를 정확하게 산출함으로써 연주공정에 의해서 생산된 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

비접촉 센서, 알루미늄 와이어, 측정 타켓

Description

침지노즐 침적깊이 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING IMMERSING DEPTH OF SUBMERGED ENTRY NOZZLE}

도 1은 일반적인 강의 연속 주조시 턴디쉬, 침지노즐 및 몰드의 설치상태를 나타낸 개략도;

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 침지노즐 침적깊이 측정장치의 구성을 도시한 도면;

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라서 침지노즐의 실제 침적깊이를 측정하는 상태를 나타낸 도면;

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 침지노즐 침적깊이 측정장치의 구성을 도시한 도면;

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 침지노즐의 실제 침적깊이를 측정하는 상태를 나타낸 도면;

도 6은 도 2의 장치 및 도 4의 장치에 의해 측정된 침적깊이와 기존예에 의해 측정된 침적깊이의 차이를 비교하여 나타낸 그래프;

도 7는 도 2의 장치 및 도 4의 장치와 일반적인 장치를 사용하여 침지노즐의 침적깊이를 조절하였을 때 제강성 결함지수를 비교하여 나타낸 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 턴디쉬

3 : 침지노즐

5 : 몰드

10 : 산출수단

12 : 거리측정센서

14 : 측정 타켓

16 : 감시수단

18 : 접촉감지수단

본 발명은 연속주조시 턴디쉬에서 몰드에 용강을 주입하는 침지노즐의 침적깊이를 측정하기 위한 장치에 관한 것이고, 더 상세하게 레이저 센서를 사용하여 비접촉 감지방식으로 턴디쉬의 하강높이를 산출하여 침지노즐이 몰드 내의 용강에 침적되는 깊이를 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조공정은 턴디쉬에 수강되어 있는 용강이 침지노즐을 통해서 몰드를 통과하면서 소정 형상의 주편을 연속적으로 생산하는 공정이다. 도 1을 참조하면, 강의 연속주조시 턴디쉬(1)에 담겨져 있는 용강은 침지노즐(3)을 통 해서 하강하고 이 후에 침지노즐(3)의 용강 토출구(3a)를 통해서 몰드(5)로 유입된다. 몰드(5)에 유입된 용강은 몰드(5)를 통과하면서 응고되어 주편을 생산하게 된다. 이때, 몰드(5) 내에서 용강은 몰드(5)의 상단부로부터 일정한 깊이(h)에 유지되어 탕면(ML)를 형성하게 된다.

한편, 침지노즐(3)의 하부는 몰드(5) 내의 용강에 침적되어 최적의 침적깊이로 도출된 깊이를 유지한다. 침지노즐(3)의 침적깊이(h2)는 탕면(3)에서 용강 토출구(3a) 상단까지의 거리로 정의된다. 토출구(3a)를 빠져나온 용강은 몰드(5) 내에서 화살표와 같은 흐름을 형성하게 된다.

이러한 용강의 흐름형태는 연속주조 제품의 품질에 결정적인 영향을 주므로 몰드 내에서 용강의 흐름형태를 제어하는 것은 제품의 품질을 제어하는 데 중요하다. 그리고, 몰드 내에서 용강흐름을 제어하는 인자중 가장 중요한 것이 침지노즐의 침적깊이이다. 따라서 최적으로 도출된 침적깊이를 제어한 것은 연주제품의 품질을 향상시키는 데 매우 중요하다.

그러나 종래의 연속주조공정에 있어서, 침지노즐의 침적깊이에 대한 제어방식은 조업자의 목측에 의해서 수행되거나 또는 침적깊이를 직접 측정하는 치구를 사용함으로써 수행되었다.

이러한 종래방식에 있어서, 측정된 침적깊이와 실제 침적깊이 사이에 오차가 매우 커서 실제 주조후 설정치와의 차이가 크다는 단점이 있다. 또한, 연속주조 시간이 긴 경우에는 내화물 용손이 심해 주조 중간에 침지노즐 침적깊이를 변경하는 경우 대부분 목측으로 내리거나 올리거나 하여 오차는 더욱 커진다.

부가적으로, 주조중 침지노즐의 침적깊이에 대한 데이타가 확보되지 않기 때문에 연속주조조업의 평가 및 연주제품의 품질해석에 어려움이 있었다.

연속 주조중 몰드 내에서 침지노즐의 침적깊이를 정확히 측정하고 또한 측정 결과를 조업자가 쉽게 볼 수 있도록 디스플레이하며, 측정된 침적깊이는 온라인(on-line)으로 콤퓨터에 저장되어 연주제품의 품질평가 및 연속주조조업의 평가에 활용할 수 있도록 초정밀 거리 센서인 레이저 센서를 사용하는 비접촉 방식으로 침지노즐의 침적깊이를 측정할 수 있는 침지노즐 침적깊이 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 침지노즐의 침적깊이 측정장치는 하부에 침지노즐이 제공된 턴디쉬에 설치된 측정 타켓과; 상기 측정 타켓과의 거리를 측정하는 비접촉 거리측정센서와; 상기 거리측정센서에서 상기 측정 타켓과의 거리를 측정한 이 후에 상기 측정 타켓의 이동거리를 수신하여 상기 침지노즐이 몰드에 침적되는 깊이를 산출하는 산출수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 침지노즐의 침적깊이 측정장치는 하부에 침지노즐이 제공된 턴디쉬에 설치된 측정 타켓과; 상기 측정 타켓과의 거리를 측정 하는 비접촉 거리측정센서와; 몰드의 상단부에 제공된 접촉감지수단과; 상기 접촉감지수단과 상기 침지노즐의 접촉 데이타를 제공하는 감시수단과; 상기 감시수단에서 접촉 데이타가 제공된 후에 상기 거리측정센서에서 측정한 상기 측정 타켓의 이동거리를 수신하여 상기 침지노즐이 몰드에 침적되는 깊이를 산출하는 산출수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 비접촉 거리측정센서는 초음파 센서, 광 센서, 광파이버 센서, 광섬유 센서, 적외선 센서, 자기 센서, 자외선 센서, 레이저 센서 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 상기 접촉감지수단은 침지노즐과의 접촉에 의해서 용융될 수 있는 부재로서 알루미늄 와이어인 것이 바람직하다.

보다 바람직하게, 상기 산출수단은 침지노즐의 침적깊이를 하기 식,

d1 = (D - Do) - K; 또는 d2 = E - (S1 + S2);

에 의해서 산출한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하고, 동일 구성은 동일 도면번호를 부여한다.

먼저, 연속주조설비는 주편을 생산하는 몰드(5)와, 몰드(5)의 상부에 위치하는 턴디쉬(1)와, 턴디쉬(1)에 수강되어 있는 용강을 몰드(5)로 안내하는 침지노즐(3)을 포함한다. 연속주조설비에 의한 연속주조공정에 있어서, 침지노즐(3)이 몰드(5) 내의 용강에 침적된 상태에서 턴디쉬(1)로부터의 용강이 침지노즐(3)의 용강 토출구(3a)를 통해 배출되고 응고됨으로써 주편을 연속으로 생산하게 된다.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 몰드 내의 용강에 침적되어 있는 침지노즐의 침적깊이를 측정하기 위한 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 턴디쉬(1)에 제공된 측정 타켓(14)과, 측정 타켓(14)과의 거리를 측정하는 비접촉 거리측정센서(12)를 포함한다.

측정 타켓(14)은 턴디쉬의 이동거리를 측정하기 위한 위치를 특정하기 위한 부재로서, 예를 들어 판상 부재로 구성될 수 있다. 측정 타켓(14)이 설치되는 위치는 이에 한정되지는 않지만 턴디쉬(1)의 측면에 이로부터 돌출되도록 설치되는 것이 바람직하다.

비접촉 거리측정센서(12)는 이에 한정되지는 않지만 턴디쉬(1)로부터 상방으로 이격된 위치에 설치된다. 이는 연속주조설비의 고열에 의해서 거리측정센서(12)가 파손되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 비접촉 거리측정센서(12)는 비접촉 방식으로 거리를 측정하기 위한 수단으로서, 예를 들어 초음파 센서, 광 센서, 광파이버 센서, 광섬유 센서, 적외선 센서, 자기 센서, 자외선 센서, 레이저 센서 중 어느 하나로 선택될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 침지노즐 침적깊이 측정장치는 비접촉 거리측정센서(12)로부터 제공된 측정 타켓(14)과의 거리 데이타를 수신하는 산출수단(10)을 더 포함한다. 산출수단(10)은 상기 거리 데이타를 수신하여 몰드(5) 내에서 침지노즐(3)의 침적깊이를 산출한다. 산출수단(10)은 소정의 연산 프로그램이 내장되어 있는 컴퓨터로 구성될 수 있다.

산출수단(10)에 내장된 연산 프로그램은 침지노즐의 침적깊이(d1)를 산출하 기 위하여 하기 식 1,

d1 = (D - Do) - K ‥‥‥‥‥ (1)

로 구성된다.

상기 식 1에서, D는 연속주조중 거리측정센서(12)와 측정 타켓(14)과의 거리이고, Do는 연속주조전 거리측정센서(12)와 측정 타켓(14)과의 거리이고, K는 몰드(5) 내 용강의 탕면(ML)과 연속주조전 침지노즐(3)의 용강 토출구(3a) 상단 사이의 거리이다.

그리고, 상술된 식 1을 통해서 산출수단(10)에 의해 산출된 침지노즐(3)의 침적깊이는 모니터에 실시간으로 디스플레이되어 작업자에게 제공될 수 있다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 침적깊이 측정장치는 거리측정센서(12)를 고정된 위치에 설치하고 측정 타켓(14)을 상하로 움직이는 턴디쉬(1)에 부착하여 거리측정센서(12)와 측정 타켓(14) 사이의 거리를 측정하여 몰드(5)에 침적된 침지노즐(3)의 침적깊이를 측정하게 된다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 침지노즐 침적깊이 측정장치의 작동에 대하여 설명한다.

도 2를 다시 참조하면, 연속주조공정을 수행하기 전에 거리측정센서(12)는 턴디쉬(1)에 설치된 측정타켓(14)과의 거리(Do)를 측정하고 이 데이타를 산출수단(10)에 제공한다. 이때, 산출수단(10)에는 몰드(5) 내 용강의 탕면(ML)과 침지노즐(3)의 용강 토출구(3a) 상단 사이의 거리(K)도 제공된다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 턴디쉬(1)가 하강동작을 개시하여 소정 위치, 즉 턴디쉬(1)가 주조조건 위치로 하강하여 주조 시작 준비가 종료된 상태에 도달되었을 때, 거리측정센서(12)는 턴디쉬(1)에 설치된 측정타켓(14)과의 거리(D)를 측정하고 이 데이타를 산출수단(10)에 제공한다.

이때, 산출수단(10)은 상술된 데이타를 상기 식 1에 대입하여 침지노즐(3)의 침적깊이(d1), 즉 몰드(5) 내 용강의 탕면(ML)과 침지노즐(3)의 용강 토출구(3a)의 상단 사이의 깊이를 산출하고, 필요에 따라서는 모니터에 디스플레이시킨다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 몰드 내의 용강에 침적되어 있는 침지노즐의 침적깊이를 측정하기 위한 장치는 도 4에 도시된 바와 같이 턴디쉬(1)에 제공된 측정 타켓(14)과, 측정 타켓(14)과의 거리를 측정하는 비접촉 거리측정센서(12)와, 몰드(5)의 상단부에 제공된 접촉감지수단(18)과 접촉감지수단(18)에 신호전송이 가능하게 연결된 감시수단(16)을 포함한다.

측정 타켓(14)과 비접촉 거리측정센서(12)는 도 2와 도 3을 참조하여 설명한 내용과 유사하므로 여기에서는 생략한다.

접촉감지수단(18)은 몰드(5) 측으로 하강하는 침지노즐(3)과의 접촉을 감지할 수 있는 부재로서 바람직하게는 용융될 수 있는 저융점부재로 이루어진다. 상기 저융점 부재는 턴디쉬(1)에 수강되어 있는 용강으로부터 침지노즐(3)을 통해서 전달되는 고열에 의해서 쉽게 용융될 수 있는 부재를 의미한다. 이러한 저융점 부재는 예를 들어 알루미늄으로 제작된 와이어로 구성될 수 있다.

감시수단(16)은 하강하는 침지노즐(3)이 접촉감지수단(18)과 접촉하여 접촉감지수단(18)이 용융되는 순간을 감시한다.

또한, 본 발명에 따른 침지노즐 침적깊이 측정장치는 비접촉 거리측정센서(12)로부터 제공된 거리 데이타와 감시수단으로부터 제공된 침지노즐(3)과 접촉감지수단(18)의 접촉 데이타를 수신하는 산출수단(10)을 더 포함한다. 산출수단(10)은 상술된 거리 데이타와 접촉 데이타를 수신하여 몰드(5) 내에서 침지노즐(3)의 침적깊이를 산출한다.

이때, 상기 접촉 데이타는 산출수단(10)이 침지노즐(3)의 침적깊이를 산출할 때 초기화 상태를 설정하기 위한 데이타로서 작용한다. 따라서, 상기 접촉 데이타가 감시수단(16)으로부터 산출수단(10)에 제공되면, 산출수단(10)은 이 후에 거리측정센서(12)로부터 제공되는 거리 데이타로부터 침지노즐(3)의 침적깊이를 산출하게 된다.

산출수단(10)은 소정의 연산 프로그램이 내장되어 있는 컴퓨터로 구성될 수 있고, 이때 산출수단(10)에 내장된 연산 프로그램은 침지노즐의 침적깊이(d2)를 산출하기 위하여 하기 식 2,

d2 = E - (S1 + S2) ‥‥‥‥‥ (2)

로 구성된다.

상기 식 2에서, E는 감시수단(16)에서 접촉 데이타가 제공된 후에 거리측정센서(12)에서 측정한 측정 타켓(14)의 이동거리이고, 이는 도 5에 나타낸 바와 같이 침지노즐(3)의 하단부가 몰드(5)의 상단부에서부터 몰드(5) 내의 용강에 침적되 는 위치까지의 거리, 즉 깊이 또는 이동거리이다. S1은 몰드(5)의 상단부에서 몰드(5) 내 탕면(ML) 사이의 거리이고, S2는 침지노즐(3)의 하단부에서 용강 토출구(3a) 상단까지의 거리이다.

그리고, 상술된 식 2를 통해서 산출수단(10)에 의해 산출된 침지노즐(3)의 침적깊이(d2)는 모니터에 실시간으로 디스플레이되어 작업자에게 제공될 수 있다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4에 나타낸 바와 같이 항상 정확한 위치가 보장되는 몰드 상단에 접촉감지수단(18), 예를 들어 알루미늄 와이어를 설치하고 이 후에, 턴디쉬(1)에 수강된 용강에 의해서 예열된 침지노즐(3)이 하강하면서 침지노즐(3)의 하단부가 알루미늄 와이어와 접촉하는 순간 알루미늄 와이어가 용융 및 절단됨으로써 침지노즐(3)의 하단부가 몰드(5)의 상단을 통과 시점을 감지할 수 있도록 하였다.

그리고, 침지노즐(3)의 하단부가 몰드(5)의 상단을 통과하는 순간에 감시수단(16)은 접촉 데이타를 산출수단(10)에 제공하고, 산출수단(10)은 침지노즐(3)의 침적깊이를 산출하기 위한 초기화 상태를 유지한다. 이 후에, 상술된 식 2에 의해서 침지노즐(3)의 침적깊이를 산출한다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 침지노즐 침적깊이 측정장치의 작동에 대하여 설명한다.

도 4를 다시 참조하면, 턴디쉬(1)가 하강동작을 개시한 후에 침지노즐(3)의 하단부가 접촉감지수단(18)에 접촉하는 순간을 감시수단(16)이 감시하면, 감시수단 (16)은 이에 상응하는 접촉 데이타를 산출수단(10)에 제공한다. 이때, 침지노즐(3)의 하단부에서 용강 토출구(3a) 상단까지의 거리(S2)와, 몰드(5)의 상단부에서 몰드(5) 내 용강의 탕면(ML) 사이의 거리(S1)도 산출수단(10)에 제공된다. 또한, 거리측정센서(12)는 침지노즐(3)의 하단부가 접촉감지수단(18)에 접촉하는 순간에 측정 타켓(14)의 초기위치를 측정한다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 턴디쉬(1)가 소정 위치, 즉 턴디쉬(1)가 주조조건 위치로 하강하여 주조 시작 준비가 종료된 상태에 고정되었을 때, 거리측정센서(12)는 턴디쉬(1)에 설치된 측정타켓(14)과의 목표위치를 측정하고 또한 상기 목표위치와 초기위치 사이의 거리, 즉 침지노즐(3)의 하단부가 접촉감지수단(18)에 접촉한 후에 턴디쉬(1)가 하강하여 이동한 이동거리(E)를 측정하고 이 데이타를 산출수단(10)에 제공한다.

이때, 산출수단(10)은 상술된 데이타들을 상기 식 2에 대입하여 침지노즐(3)의 침적깊이(d2)를 산출하고, 필요에 따라서는 모니터에 디스플레이시킨다.

한편, 침지노즐의 침적깊이의 정확도를 평가하기 위하여 주조가 종료된 후에 침지노즐을 회수하고 실제 침적 깊이를 측정하여 비교하였으며, 그 결과는 도 6에 나타내었다. 여기에서 침적깊이차이(mm)는 하기 식 3,

침적깊이차이 = ┃목표침적깊이 - 실제침적 깊이┃ ‥‥‥‥ (3)

으로 표시하였다.

도 6을 참조하면, 목측 또는 실제 측정기구에 의해서 침지노즐의 침적깊이를 측정한 종래예에 있어서 침적깊이차이가 18mm인 반면에, 본 발명에 따라 비접촉 센서에 의해서 침지노즐의 침적깊이를 측정한 경우에 있어서 침적깊이차이는 3.2mm와 1.2mm로 관찰되었다.

또한, 연주공정에 의해서 생산된 주편에 있어서 제강성 결함지수를 나타낸 도 7을 참조하면, 목측 또는 실제 측정기구에 의해서 침지노즐의 침적깊이를 측정한 종래예에 있어서 제강성 결함지수가 7.2인 반면에, 본 발명에 따라 비접촉 센서에 의해서 침지노즐의 침적깊이를 측정한 경우에 있어서 제강성 결함지수가 3.2와 1.9로 관찰되었음을 알 수 있다. 이는 침지노즐의 침적깊이에 대한 제어 정확도가 개선됨에 따라 제강성 결함지수도 감소하는 결과를 보여준다.

이러한 결과는 설정치 대비 침지노즐이 정확한 깊이에 침적됨에 따라, 설정치 대비 지나치게 얕게 침적되는 경우 용강유동의 불안정에 의한 난류 발생에 기인한 몰드 슬래그 혼입이 저감되고, 반대로 지나치게 깊게 침적되는 경우 탕면근처 용강온도 감소 과다에 의한 초기 응고셀의 과대 성장에 의한 개재물 포집이 감소되었기 때문으로 판단된다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자가 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

본 발명에 따르면, 비접촉 감지방식으로 몰드 내에서 침지노즐의 침적깊이를 정확하게 산출함으로써 연주공정에 의해서 생산된 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims

하부에 침지노즐이 제공된 턴디쉬에 설치된 측정 타켓과;

상기 측정 타켓과의 거리를 측정하는 비접촉 거리측정센서와;

상기 거리측정센서에서 상기 측정 타켓과의 거리를 측정한 이 후에 상기 측정 타켓의 이동거리를 수신하여 상기 침지노즐이 몰드에 침적되는 깊이를 산출하는 산출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지노즐의 침적깊이 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 비접촉 거리측정센서는 초음파 센서, 광 센서, 광파이버 센서, 광섬유 센서, 적외선 센서, 자기 센서, 자외선 센서, 레이저 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 침지노즐의 침적깊이 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 산출수단은 상기 침지노즐의 침적깊이(d1)를 하기 식,

d1 = (D - Do) - K;

에 의해서 산출하고, 여기에서, D는 연속주조중 상기 센서와 상기 타켓과의 거리이고, Do는 연속주조전 상기 센서와 상기 타켓과의 거리이고, K는 상기 몰드 내 용강의 탕면과 연속주조전 상기 침지노즐의 용강 토출구 상단 사이의 거리인 인 것을 특징으로 하는 침지노즐의 침적깊이 측정장치.
제1항에 있어서,

몰드의 상단부에 제공된 접촉감지수단과; 상기 접촉감지수단과 상기 침지노즐의 접촉 데이타를 제공하는 감시수단을 더 포함하여 상기 감시수단에서 접촉 데이타가 제공된 후에 상기 거리측정센서에서 측정한 상기 측정 타켓의 이동거리를 수신하여 상기 침지노즐이 몰드에 침적되는 깊이를 산출하는 산출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지노즐의 침적깊이 측정장치.