KR20110130807A - 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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조원재
문홍길
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은, 턴디쉬용 예열 버너를 준비하는 단계; 상기 턴디쉬의 목표 온도를 설정하는 단계; 상기 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 단계; 및 상기 턴디쉬의 내부온도가 상기 목표온도에 도달하도록 상기 예열 버너를 제어하는 단계를 포함하는, 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

Description

연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법 및 그 시스템{METHOD FOR PREHEATING TUNDISH IN CONTINUOUS CASTING AND SYSTEM THEREOF}
본 발명은, 연속 주조에서 조업의 안정성을 유지하기 위한, 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 연속 주조기는 제강로에서 생산되어 래들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(turndish)에 받았다가 연속 주조기용 주형로 공급하여 일정한 크기의 슬라브를 생산하는 설비이다.
상기 연속 주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 주물으로 형성하는 연속 주조기용 주형과, 상기 주형에 연결되어 주형에서 형성된 주물을 이동시키는 다수의 핀치롤러를 포함한다.
다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 주형에서 소정의 폭과 두께를 가지는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주물로 형성되어 핀치롤러를 통해 이송되는 것이다.
본 발명은, 용강의 온도하락을 방지하여 조업 안정을 이루기 위한, 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법 및 그 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예인 연속주조에서의 턴디쉬 예열 방법은, 턴디쉬용 예열 버너를 준비하는 단계; 상기 턴디쉬의 목표 온도를 설정하는 단계; 상기 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 단계; 및 상기 턴디쉬의 내부온도가 상기 목표온도에 도달하도록 상기 예열 버너를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 단계는, 상기 턴디쉬의 중앙부 및 양측부에 설치된 온도 센서를 통해 상기 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 턴디쉬의 내부온도가 상기 목표온도에 도달하도록 상기 예열 버너를 제어하는 단계는, 상기 턴디쉬의 내부온도가 상기 목표온도에 도달하도록 상기 예열 버너의 가스 밸브와 에어 밸브를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 턴디쉬의 목표 온도를 설정하는 단계는, 상기 턴디쉬의 목표 예열 패턴을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예인 턴디쉬 예열 시스템은, 턴디쉬의 내부에 설치된 온도센서; 상기 턴디쉬의 덮개에 형성된 예열용 홀; 상기 예열용 홀에 매칭되게 설치된 예열 버너; 및 기설정된 목표 온도에 상기 턴디쉬의 온도가 도달하도록 상기 예열 버너를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 예열용 홀은, 덮개의 중앙부 및 양측부에 3개 형성되고, 상기 온도센서는, 상기 예열용 홀의 내부에 각각 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 제어부는, 기설정된 목표 온도 패턴에 상기 턴디쉬의 내부 온도가 도달하도록 상기 예열용 버너를 제어할 수 있다.
상술한 구성을 가진 본발명의 일실시예에 따르면, 턴디쉬 예열 부족으로 인한 초주편 홀성 결함이 예방될 수 있다. 또한, 용강 온도를 유지함으로써, 제품의 품질을 유지할 수 있게 된다.
상술한 구성을 가진 본발명의 일실시예에 따르면, 효율적으로 턴디쉬를 예열시킴으로써, 에너지를 절감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도.
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시예인 턴디쉬 예열 시스템의 블록 구성도.
도 4a는 본 발명의 일실시예와 관련된 턴디쉬의 절단 사시도.
도 4b는 본 발명의 일실시예와 관련된 턴디쉬의 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예인 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법 및 그 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
연속주조(連續鑄造, Continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 주형(鑄型, Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주물 또는 강괴(鋼塊, steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형·직사각형·원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬래브·블룸·빌릿을 제조하는 데 이용된다.
연속주조기의 형태는 수직형·수직굴곡형·수직축차굴곡형·만곡형·수평형 등으로 분류된다. 도 1 및 도 2에서는 만곡형을 예시하고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.
본 도면을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20)와, 주형(30)과, 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.
턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Laddle, 10)로부터 용융금속을 받아 주형(Mold, 30)으로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 주형(30)으로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 주형(30)으로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.
주형(30)은 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 주형(30)은 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 주형(30)은 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 주형(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 주형(30) 내에서 용강(M)의 응고로 이한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.
주형(30)은 주형(30)에서 뽑아낸 주물이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidifying shell, 81, 도 2 참조)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.
주형(30)은 용강이 주형의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션 시 주형(30)과 주물과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 주형(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 주형(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 주형(30)과 주물의 윤활뿐만 아니라 주형(30) 내 용융금속의 산화·질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 주형(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 주형(30)의 입구를 지향한다.
2차 냉각대(60 및 65)는 주형(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 직접 냉각된다. 주물 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.
인발장치(引拔裝置)는 주물이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 주형(30)을 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.
절단기(90)는 연속적으로 생산되는 주물을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드 노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드 노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화·질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다. 슈라우드 노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.
턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 주형(30) 내로 연장하는 침지 노즐(SEN, Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 주형(30) 내로 유동하게 된다. 침지 노즐(25)은 주형(30)의 중앙에 배치되어, 침지 노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지 노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지 노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지 노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.
주형(30) 내의 용강(M)은 주형(30)을 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 주형(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 스트랜드(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 용강(M)이 응고된 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.
핀치롤(70, 도 1)이 완전히 응고된 스트랜드(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이(65)에 의해 냉각된다. 이는 스트랜드(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 스트랜드(80)가 일 지점(85)에 이르면, 스트랜드(80)는 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 스트랜드(80)는 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 제품(P)으로 나뉘어진다.
이하에서는 상술한 연속 주조 공정에서 이용되는 턴디쉬의 예열 방법 및 그 시스템에 대하여 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 턴디쉬 예열 시스템의 블록 구성도이고, 도 4a는 본 발명의 일실시예와 관련된 턴디쉬의 절단 사시도이며, 도 4b는 본 발명의 일실시예와 관련된 턴디쉬의 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 바명의 일실시예인 턴디쉬 예열 시스템은, 온도센서(100), 예열 버너(200) 및 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
온도 센서(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 턴디쉬(20)의 내벽에 설치되어, 턴디쉬(20)의 내부온도를 측정하기 위해 구성된 장치이다. 이 온도센서는 도 4a에 도시된 바와 같이, 양측과 중앙에 각각 3개 설치될 수 있다. 그리고 이 온도 센서에 대응하는 덮개(22)의 위치에는, 예열용 홀이 형성될 수 있다. 이 예열용 홀에 상기 예열 버너가 삽입되어서 턴디쉬(20)를 예열하게 된다.
예열 버너(200)는 상기 예열용 홀에 매칭되게 설치되어 턴디쉬(30)를 예열하기 위한 구성요소이다. 예열버너(200)는 가스 밸브와 산소 밸브(에어 밸브)를 포함하고, 후술하는 제어부(300)에 상기 밸브들이 제어되어 턴디쉬(20)를 목적하는 온도로 예열하게 된다.
제어부(300)는 기설정된 목표 온도에 상기 턴디쉬의 온도가 도달하도록 상기 예열 버너를 제어하는 구성요소이다. 예를 들어, 상기 목표 온도가 시간에 따른 온도패턴인 경우, 제어부(300)는 온도센서(100)로부터 실측되는 턴디쉬(20)의 실측온도와 목표 온도를 비교하여 실측 온도가 목표온도에 도달하도록 상기 예열 버너를 제어함으로써, 본 발명의 일실시예의 목적을 달성하게 된다. 이 제어부(300)의 구체적인 동작은 도 5를 통해 설명될 예열 방법에서 상세하게 설명하도록 한다.
상술한 구성을 가진 본발명의 일실시예에 따르면, 턴디쉬 예열 부족으로 인한 초주편 홀성 결함이 예방될 수 있다. 또한, 용강 온도를 유지함으로써, 제품의 품질을 유지할 수 있게 된다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 따르면, 효율적으로 턴디쉬를 예열시킴으로써, 에너지를 절감할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 우선, 턴디쉬용 예열 버너(200)를 준비한다(S1). 그리고, 상기 턴디쉬(20)의 목표 온도를 설정한다(S3). 이 때, 사용자 입력부를 통해 목표 온도를 입력할 수도 있고, 상기 턴디쉬의 목표 예열 패턴을 설정할 수도 있다. 한편, 턴디쉬(20)의 내부온도는 턴디쉬(20) 내부에 설치된 온도센서(100)를 통해 측정된다(S5). 이 때 상기 턴디쉬의 중앙부 및 양측부에 설치된 온도 센서를 통해 상기 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 상기 목표온도와 온도센서로부터 실측된 실제온도에 대한 정보를 가지는 제어부(300)는 상기 턴디쉬(20)의 내부온도가 상기 목표온도에 도달하도록 상기 예열 버너(200)를 제어하게 된다(S7). 즉, 상기 턴디쉬의 내부온도가 상기 목표온도에 도달하도록 상기 예열 버너의 가스 밸브와 에어 밸브를 제어한다.
상술한 구성을 가진 본발명의 일실시예에 따르면, 턴디쉬 예열 부족으로 인한 초주편 홀성 결함이 예방될 수 있다. 또한, 용강 온도를 유지함으로써, 제품의 품질을 유지할 수 있게 된다.
또한, 상술한 구성을 가진 본발명의 일실시예에 따르면, 효율적으로 턴디쉬를 예열시킴으로써, 에너지를 절감할 수 있게 된다.
상기와 같은 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법 및 그 시스템은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10: 래들 15: 슈라우드 노즐
20: 턴디쉬 25: 침지 노즐
30: 주형 40: 주형 오실레이터
50: 파우더 공급기 51: 파우더층
52: 액체 유동층 53: 윤활층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 스트랜드
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
87: 오실레이션 자국 88: 벌징 영역
90: 절단기 91: 절단 지점
100 : 온도 센서 200 : 예열버너
300 : 제어부

Claims (7)

  1. 턴디쉬용 예열 버너를 준비하는 단계;
    상기 턴디쉬의 목표 온도를 설정하는 단계;
    상기 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 단계; 및
    상기 턴디쉬의 내부온도가 상기 목표온도에 도달하도록 상기 예열 버너를 제어하는 단계를 포함하는, 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 단계는,
    상기 턴디쉬의 중앙부 및 양측부에 설치된 온도 센서를 통해 상기 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 단계를 포함하는, 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 턴디쉬의 내부온도가 상기 목표온도에 도달하도록 상기 예열 버너를 제어하는 단계는,
    상기 턴디쉬의 내부온도가 상기 목표온도에 도달하도록 상기 예열 버너의 가스 밸브와 에어 밸브를 제어하는 단계를 포함하는, 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 턴디쉬의 목표 온도를 설정하는 단계는,
    상기 턴디쉬의 목표 예열 패턴을 설정하는 단계를 포함하는, 연속 주조에서의 턴디쉬 예열 방법.
  5. 턴디쉬의 내부에 설치된 온도센서;
    상기 턴디쉬의 덮개에 형성된 예열용 홀;
    상기 예열용 홀에 매칭되게 설치된 예열 버너; 및
    기설정된 목표 온도에 상기 턴디쉬의 온도가 도달하도록 상기 예열 버너를 제어하는 제어부를 포함하는, 턴디쉬 예열 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 예열용 홀은, 덮개의 중앙부 및 양측부에 3개 형성되고,
    상기 온도센서는, 상기 예열용 홀의 내부에 각각 설치되는, 턴디쉬 예열 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기설정된 목표 온도 패턴에 상기 턴디쉬의 내부 온도가 도달하도록 상기 예열용 버너를 제어하는, 턴디쉬 예열 시스템.
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