KR100531125B1

KR100531125B1 - 강철 슬래브 제조방법 및 장치

Info

Publication number: KR100531125B1
Application number: KR10-1999-7010332A
Authority: KR
Inventors: 폰윌호르스트; 슈베르트잉고
Original assignee: 에스엠에스 데마그 아게
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2018-04-27
Also published as: DE59801786D1; DE19720768C1; US6701999B2; EP0980295A1; US20030145976A1; AU8209098A; ATE206973T1; TW404869B; ID20520A; EP0980295B1; KR20010012379A; WO1998050185A1; BR9809604A

Abstract

본 발명은 강철로 이루어진 슬래브(slab) 제조 방법에 관한 것이다. 이때 내부는 용융체, 외부는 주조 셸(casting shell)로 이루어진 빌릿(billet)이 이 주형(ingot mould)으로부터 분리되고, 차후 작동된 주조 과정에서 장치에 설치된 가이드 롤러(guide roller)의 개구폭이 하부 및 상부 프레임을 연결하는 조정 부재를 통해 연속적으로 조절되며,

a) 개구폭(s)이 진동자(oscillator)에 의해 사전에 규정된 개구폭 중앙선(c)에 일치하도록 변경―여기서 이러한 변경 방법에 의해 가이드 롤러에 대한 역학적 영향이 무시될 정도로 적게됨―되는 단계

b) 개구폭 진동에서의 진폭(A) 크기가 주조 셸의 소성변형(plastic deformation)이 유발되지 않을 정도의 크기로 설정되는 단계

c) 실제 개구폭(s)이 감지되는 단계

d) 동시에 조정 부재의 조절력(F) 및 조절력의 진폭(A)을 얻는 단계 및

e) 조절력(F)의 진폭(A)이 증가하는 경우, 개구폭(s)은 사전에 규정된 기준치로 조절되며 및/또는 적어도 하나의 조정 부재에 의해 압력 조절되는 단계

를 포함한다.

Description

강철 슬래브 제조방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING SLABS OF STEEL}

본 발명은 강철로 이루어진 슬래브 제조방법에 관한 것으로, 상기 방법에서, 스트랜드(strand)는 스트랜드 쉘(strand shell)에 의해 액상 용융물이 둘러싸인 상태로 주형(mould)을 떠나고, 후속하는 스트랜드 가이드 어셈블리 내에서, 구조물(stand)에 설치된 가이드 롤러(guide roller) 간의 개구폭이, 상·하부 프레임을 연결하는 조정부재를 통해 연속적으로 조절된다. 본 발명은, 또한 전술한 방법에서 사용되는 관련 장치에 관한 것이다.

DE 26 12 094 C2는, 연속 주조기 내에서 쌍으로 서로 마주보고 타이 로드(tie rod)에 의해 연결되는 프레임 부품 내지 구조물 부품들의 간격을 조절하는 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 여러 소켓(socket)을 구비하는데, 이러한 소켓은 압력 실린더의 도움을 받아 회전 가능하다. 이동 가능한 프레임 부재들은 압력 실린더에 의해 연결되며, 이 때 이동 가능한 프레임 부품 및 안쪽에 위치한 소켓 사이에 교체 가능한 간격 부품(spacer)이 미리 정해진 롤러 간격의 설정을 위하여 삽입될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 실시 형태에서 가이드 롤러 간격에 대한 조절이 무한히 수행될 수 있다.

그러나, 상기 방법의 경우, 소켓 회전을 통한 개구폭의 조절이 많은 제한을 받는다는 단점이 있다. 또한, 조절 조작 중, 상당한 기계적 마모가 예상된다. 공지된 유압식 클램핑 실린더를 사용할 경우, 파지력(binding power)의 감소는 불가능하다. 이는, 파지력 중 일부가 가이드 롤러 사이의 이른바 스페이서(spacer)에 의해 수용되기 때문이다.

US 3,891 025에는 다음과 같은 연속 주조기가 개시되어 있다. 즉, 상기 연속 주조기는 유압식으로 조절 가능하며, 상기 주조기의 개구폭은 위치 측정기에 의해 감지되며 서버 유닛(servo unit)이 구동될 수 있다.상기 특허 발명의 주요 목적은 스트랜드를 이송하기 위해 필요한 압력(pressing force)을 제공하는데, 즉 보다 엄밀히 말하자면, 개구폭을 조절하는데 있다.

DE-A-24 44 443에는 강 용융체의 연속 주조 공정이 개시되어 있는 바, 상기 공정에서는, 주물 두께의 변화가 측정되고 특정 기준값과 비교되어, 상기 방법에 의해 인발 속도 및/또는 제2 냉각수(secondary cooling water)의 양을 조절한다.

액상 크레이터(liquid crater)의 최저점(lowest point)을 감지하는 방법을 사용하는 것은, 기하학적으로 이상적인 설비 및 상당히 특정한 주조 속도와 냉각의 경우에서만 사용될 수 있음이 당해 기술분야에 알려져 있다. 그러나, 주조 공장과 같이 격렬한 조건하에서는, 개구폭 장치를 정확하게 설치할 수 없으며, 또는 세그먼트(segment) 내에서 열적 변형이 이루어지거나 혹은 장치의 구동이 정확하지가 않아, 전달되어진 변형 두께가 특히 액상 크레이터 영역에서 상당한 오차에 놓이게 된다.

도 1은 연속 주조기의 개략도이고,

도 2는 시간에 대한 개구폭 또는 조절력을 도시한 것이며,

도 3은 개구폭에 대한 조절력을 도시한 것이고,

도 4는 히스테리시스 곡선의 형성을 도시한 것이며,

도 5는 다양한 구동 상태에서의 설비 구조들을 도시한 것이다.

전술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 목적은, 간단한 수단에 의해 전체 스트랜드 가이드 어셈블리에 걸쳐 개구폭이 정확하게 조절될 수 있고, 상기 조절에 의해 슬래브 내에 위치한 액상 크레이터의 최저점의 현재 위치가 정해질 수 있는 방법 및 장지를 제공하는데에 있다. 나아가, 본 발명에 따른 장치는, 간단하게 설치할 수 있는 반면, 냉각 스트랜드를 신뢰성있게 운송할 수 있다.

본 발명의 목적은 방법에 관한 청구항 1 및 장치에 관한 청구항 6 또는 청구항 8의 특징들에 의해 달성된다.

본 발명에 있어, 개구폭은 진동에 의해 바람직한 슬래브 두께를 나타내는 중앙선에 맞도록 변경된다. 이 경우, 선택되는 진동 크기는, 주형에서 분리된 후 비교적 얇은 두께를 가진 스트랜드 쉘에 대한 역학적 영향이 무시될 수 있을 정도로 유지되도록 선택한다. 개구폭 진동의 진폭(amplitude)은 스트랜드 쉘의 소성 변형(plastic deformation)을 방지하는 값으로 설정된다.

위치 측정 부재에 의해 개구폭의 현재 값이 기록되어 컴퓨터로 보내진다. 동시에, 개구폭을 끊임없이 변경하기 위한 조정부재(adjusting element)의 조절력(actuating force)이 측정되고, 마찬가지로 컴퓨터로 보내진다. 컴퓨터 프로그램에 의해 진폭이 계속 모니터링되어, 조절력의 진폭이 증가하는 경우, 개구폭은 미리 정해질 수 있는 값으로 설정되고/되거나, 가이드 롤러 사이의 개구폭은 적어도 한 개의 조정 부재―여기서 조정 부재는 개구폭을 무한히 조절함―에 의해 압력 조절(pressure-controlled)된다.

이 경우, 상기 조절력의 진폭은, 상기 스트랜드의 고화 정도의 척도가 된다. 즉, 주조 셸이 아직 얇고 액상 크래이터가 차지하는 면적이 클 때, 비교적 작은 크기를 가진 조절력의 진폭이 나타난다. 상기 진폭은, 스트랜드가 완전 응고된 경우, 최대값을 갖는다.

결과적으로, 조절력 진폭을 기록하는 것은, 액상 크래이터의 최저점의 현재 위치를 측정하고 다이나믹한 소프트 리덕션(soft reduction)을 수행하기 위한 신뢰할 수 있는 척도가 된다.

컴퓨터는, 개구폭과 조절력 사이의 관계를 구축한다. 이 경우, 상기 개구폭이 최적값으로부터 편차를 가지는 경우, 다음과 같은 상황이 발생한다:

- 개구폭이 최적값 보다 작은 경우에 슬래브 모서리 압력(edge pressure)이 증가한다. 그 결과, 조절력이 증가하게 된다.

- 개구폭이 최적값 보다 클 경우에 모서리 압력이 발생하지 않으며 스트랜드가 부풀어 오르고(bulging) 조절력은 전체적으로 낮은 값을 가진다.

유사 정상 측정(quasi-static measurement)에서, 제1 근사(first approximation)의 경우, 2개의 단순 곡선(simple curve) F₁ 및 F₂로 나타내어질 수 있고, 상기 곡선들은 전체적으로, 두 개의 변이 임의의 각을 형성하는 형태를 나타낸다. 개구폭이 최적인 경우, 주조 셸 및 상기 셸이 둘러싸는 액상 크래이터 전체에 걸쳐 최적의 압력 분포가 이루어진다.

현재의 조절력을 기록하는 것은, 진동으로부터, 최적의 개구폭으로부터 멀어지는 경향이, 보다 큰 개구폭을 향해서인가 혹은 보다 작은 개구폭을 향해서인가를 결정하고, 이에 대해서 반대로 작용하는 특정한 조치를 취하도록 함에 의해, 최적의 개구폭이 설정될 수 있도록 한다.

역학적 측정에 있어서, 조절력(F)은 개구폭(S)에 대해 히스테리시스 곡선 형태로 나타난다. 피스톤 운동시 세그먼트(segment)에 대한 변형일(deformation work), 다시 말해 히스테리시스 곡선 내의 면적이 평가 소프트웨어(evaluation software)에 의해 산출되며, 스트랜드 특성(strand consistency)이 추론될 수도 있다. 상기 히스테리시스 곡선은, 셸이 여전히 얇고 크래이터가 비교적 큰 경우 전체적으로 비교적 작은 면적을 갖는다. 셸이 계속 증가하고 크레이터의 부피가 감소하는 경우에 히스테리시스 곡선은 비교적 큰 면적을 가진다. 스트랜드가 연속 응고되는 경우에 히스테리시스는 특히 가느다란 형태를 취한다.

본 발명은, 질적 및 양적 측면에서 생산 효률의 최적화를 달성한다. 생산 능률의 최적화는 소프트 리덕션을 최대한으로 실행할 때 얻어진다. 최대 양적 생산 능률은 기계 길이를 최대한으로 이용하고, 동시에 아주 안전적인 조업이 진행될 때 이루어진다.

나아가, 위치-제어된 유압(displacement-controlled hydraulics)을 사용할 경우, 추가의 기계적 설비 부품들이 필요하지 않다.

그 이외에, 경우에 따라서, 갖춰져 있는 이른바 열 트래킹 소프트웨어(thermal tracking software)는 그 정확성에 있어서 상당히 개선되어질 수 있다.

본 발명에 따른 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이해될 수 있다.

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도 1(A)는, 주형(11)을 구비한 연속 주조기의 개략도를 도시하고 있다. 이 때 주형의 출구로부터 슬래브(B)가 빠져 나오고 상기 주형은 구조물(stand) 21.1부터 21.5까지 이동된다. 스탠드 쉘의 슬래브 내에 서서히 굳어지며, 최저점(S_s)까지 이르는 크레이터(crater: S)가 존재한다. 도시의 편의를 위해, 구조물 21.4 에만 조정부재(31)를 도시하였다.

도 1(B)는 구조물(stand) 21의 개략도를 도시한다. 상기 구조물은 상부 프레임(22) 및 하부 프레임(23)을 구비하며, 상기 프레임들은, 조정 부재(31)를 통해, 가이드 롤러(24)―여기서 가이드 롤러는 상부 및 하부 프레임에 배열됨―사이의 개구폭을 정한다. 가이드 롤러들 중에는 구동롤러 (drive roller: 25)가 있으며, 그 기능에 대해서는 도 5에서 상세히 기술한다.

상기 조정부재는 타이 바(tie bar:32)를 구비한다. 상기 타이 바는 통상 하부 프레임(23)에 고정되며, 그 대향 말단에 실린더 내에서 가이드되는 피스톤(33)을 구비한다. 개개의 구조물(21)들은 적어도 4개의 조정 부재(31)를 구비하며, 상기 조정부재의 실린더(34)가 작동기 (actuator:35)와 연결되어 있다.

도면의 왼쪽에서, 상기 조정부재(31)는 위치측정(path measuring) 부재 (41)를 구비한다. 이 때, 상기 위치측정 부재는 위치측정 센서(42)와 연결되어 있고, 상기 위치측정 센서는 측정 기술학적으로 컴퓨터(45)에 연결되어 있다.

도면의 오른쪽에서, 상기 실린더(34)는 압력측정 부재(43)를 구비한다. 이 때, 압력측정 부재는 압력 센서(44)와 연결되어 있으며, 상기 압력 센서 또한 측정 기술학적 관점에서 컴퓨터에 연결되어 있다. 컴퓨터(45)는, 제어를 위해, 작동기(35)와 함께 작동한다.

추가로, 상기 작동기는 진동자(oscillator: 46)에 연결되어 있다.

도 2에서, 윗쪽 그래프는, 시간에 대한 개구폭을 도시하고 있다. 진동자에 의해 바람직한 슬래브 두께(중앙선 c)에 맞도록 개구폭이 변경된다. 상기 도에서는, 정현 곡선 진동이다. 그러나, 상기 외에, 다른 진동 형태들이 가능하며 개시되어 있다.

아래쪽 그래프는 시간에 의한 조절력(F)을 도시한다. 도면 좌측의 조절력은 비교적 작은 진폭을 나타낸다. 도면 우측에는 조절력의 진폭이 현저히 증가되었다.

도 3은 개구폭(F)에 대한 조절력(S)의 의존 관계를 도시하고 있다. 이 때, 제1 근사법(first approximation)에서, 2개의 곡선, 혹은, 최대로 단순화할 경우, 2개의 직선 F₁= a - m₁s 및 F₂= b - m₂s 이 컴퓨터를 통해 도시될 수 있다. 두 개의 곡선이 서로 다른 기울기 (m₁ 및 m₂)를 갖기 때문에 점 P에서 교차하게 된다.

추가의 근사법에서, 조절력(F)/개구폭(S)의 관계는 히스테리시스를 보인다. 이 때, 상기 히스테리시스는 대부분 정점 P를 갖는 두 개의 변을 갖는 각도의 형태로 나타내진다. 교차점 영역에서 최적의 개구폭이 예상된다.

작동되는 동안, 히스테리시스 곡선이 한 개의 변 F₁ 또는 F₂ 따라 이동된다고 평가되는 경우에 다음의 조치가 취해진다: 2개의 변이 대략 동일한 크기를 나타내고, 양변의 교점 내지 히스테리시스 정점(break point)이 점 P 영역, 즉 최적 개구폭 근처에 놓이도록 함.

도면 평가에서, 히스테리시스가 더 이상의 정점을 나타내지 않고, 따라서 상기 히스테리시스가 한 변, F₁ 내지 F₂ 중 어느 한 변 따라 움직여 나갔다고 평가될 때, 개구폭 형태 및 방향에 대하여, 히스테리시스가 점 P 양쪽에 가능한 일정하게 되도록 조치가 취해진다.

도 4에서, 개구폭에 대한 조절력의 의존 관계가 더욱 구체적으로 도시되어 있다. 크레이터의 크기에 따라, 히스테리시스가 유형 α에서 유형 β를 거쳐 연속 응고 상태의 유형 γ까지 전개된다.

따라서, 유형 α의 크레이터는 점도가 낮은 크레이터로서 얇은 쉘을 가지며, 유형 β의 크레이터는 점도가 높은 크레이터로서, 명백히 보다 더 두꺼운 셸을 가진다. 유형 γ의 크레이터는, 전체적으로 연속 응고 상태를 나타낸다.

상기 도면들은 히스테리시스의 경우에 있어서 균일한 분포도를 나타내며, 여기에 따른 최적의 개구폭은 Sα 내지 Sβ를 도시한다.

구동되는 동안 식별 가능한 히스테리시스의 실제 형태들은, 최적 개구폭으로부터의 편차를 감지하여 개구폭의 정도와 방향에 따라 정확한 조치가 취해지도록 할 수 있다. 나아가, 고화도에 대한 추론도 가능하다.

도 5는 각기 다른 구동 상태를 갖는 3개의 구조물을 도시한다. 이 때, 표기된 도면 부호들은 상기 도면들에서 이미 표기된 부호들과 일치한다. 도 5(a)는, 보통의 주조작업의 경우를 도시하며, 이 경우, 모든 실린더 상에서 위치 제어가 이루어진다. 상기 실시예에서 구동 가능한 가이드 롤러는 상부 프레임상에, 구조물의 입구에 제공된다.

도 5(b)는 스트랜드가 연속 응고된 경우의 작동 상태를 도시한 것이다. 이 때, 구동 가능한 가이드 롤러의 영역에 배치된 조정 부재를 위한 실린더는 압력-조절되고, 스트랜드에 대하여 아래쪽 흐름으로 나타내어지는 실린더는 위치-조절된다.

하부의 도 5(c)에 있어, 냉각 스트랜드를 이송하기 위해, 상기 구조물의 상부 프레임을 경사지도록 설치하여, 구동 롤러가, 상기 롤러 근처에 배치된 조정 부재에 의해, 실린더의 압력 조절을 통하여, 상기 냉각 스트랜드와 직접 접촉하도록 하고, 상기 구동 롤러로부터 먼쪽에 배열된 조정부재들의 실린더들은 위치-조절된다. 이 때, 상기 실린더들의 위치는 상기 냉각 스트랜드가 이송되는 동안 상기 스트랜드에 전혀 접촉하지 않을 정도로 설정된다.

Claims

액상 용융물이 스트랜드 쉘(strand shell)에 둘러싸인 상태로 스트랜드(strand)가 주형(mould)을 떠나고; 후속의 스트랜드 가이드 어셈블리(subsequent strand guide assembly)에서, 프래임 내에 지지된 가이드 롤러(guide roller)의 개구폭(throat gap)이, 상·하부 프레임을 연결하고 무한히 변화가능한 조정부재(infinitely variable adjuster)를 통해 조절되는 강철 슬래브(slab) 제조방법으로서,

a) 상기 스트랜드가 상기 주형으로부터 인출(drawing out)되는 동안, 상기 개구폭의 미리 설정가능한 중앙선(c)을 중심으로 미리 설정가능한 진폭(A)에서 진동함에 의해, 상기 스트랜드 쉘 상의 상기 가이드 롤러에 대한 역학적 영향이 무시할 수 있을 정도로 되고 상기 스트랜드 쉘에 소성변형이 일어나지 않도록 하면서, 상기 개구폭(s)을 변화시키는 단계;

b) 실제의 개구폭(s)을 기록하는 단계;

c) 상기 조정부재의 조절력(F)과 상기 조절력의 진폭(A)을 동시에 측정하는 단계; 및,

d) 상기 조절력(F)의 진폭(A)이 증가하는 경우, 개구폭(s)을 미리 설정가능한 기준치로 조절하거나, 하나 이상의 조정부재에 의해 압력-조절(pressure-control)을 통해 조절하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 개구폭 진동의 진동수(f)는 0.05 내지 5.0 Hz 인 슬래브 제조방법.
제1항에 있어서,

실제 조절력(F)이 컴퓨터에 의해 기록되고 프로세싱(processing)되어, 제1 근사(first approximation)에서, 상기 조절력(F)이 실제 개구폭(s)에 대하여 하기의 2개의 식의 형태를 취하고;

F₁= a - m₁s .... (1)

F₂ = b - m₂s .... (2)

(상기 식에서, F₁, F₂ 는 조절력 F를 나타내는 변수이고, s는 개구폭 값을 나타내는 변수이며, a와 b는, F를 종축, s를 횡축으로 하는 경우, 상기 곡선 (1)과 (2)가 F축과 교차하는 절편값이고, m₁, m₂ 는 상기 곡선에 있어 주어진 s값에서의 기울기(gradient)임),

상이한 기울기의 두 개의 변 F₁과 F₂ 가 점 P 에서 교차하여 임의의 각을 형성하며;

상기 개구폭 (s)은, F=f(s)의 진행 과정에 따라, 상기 각을 이루는 변 F₁ 및 F₂에 대한 부분이 동일한 크기로 유지되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 슬래브 제조방법.
제3항에 있어서,

변 F₁= a - m₁s 는 교점(P)의 최적 개구폭(optimum gap)보다 작은 개구폭에 상응하고, 변 F₂= b - m₂s 는 상기 최적 개구폭보다 큰 개구폭에 상응하며,

개구폭 조절의 정도와 방향은, F=f(s)의 함수에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 슬래브 제조방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,

제2 근사(second approximation)에서, 상기 조절력(F)이 히스테리시스 형태를 가지며, 개구폭(s)에 대하여 조절력(F)의 히스테리시스 정도는 슬래브 내 액상 크레이터(liquid crater)의 점도에 대한 척도로 사용되고,

확인된 점도에 기초하여, 액상 크레이터의 최저점의 위치를 추론하여 개구폭의 설정을 조절하는 것을 특징으로 하는 슬래브 제조방법.
강철 슬래브 제조용 연속 주조기로서,

주형;

프레임을 연결하는 조절부재(31)를 조정함에 의해 무한히 변화하는 롤러간 개구폭(s)을 가진 가이드 롤러(24, 25)가 제공되어 있는 상·하부 프레임을 구비한 구조물을 가진 후속 스트랜드 가이드 어셈블리;

상기 가이드 롤러 사이의 개구폭(s)을 측정하기 위한 위치센서(42);

상기 위치센서(42)에 연결되어 있는 컴퓨터(45);

상기 컴퓨터(45)에 연결되고 상기 조정부재(31)에 연결되어 있는 작동기(35); 및, 상기 조정 부재(31)를 구조물(21)의 공명진동 이상의 진동으로 활성화하기 위한 진동자(46)를 구비하고,

상기 작동기(35)는, 상기 개구폭의 조절을 위해 상기 조정부재(35)를 압력조절, 위치조절 또는 압력/위치 조절 방식으로 작동시키며, 이러한 작동에 의해, 상기 개구폭이 기준치보다 큰 경우 스트랜드에 대한 힘을 작게 하고, 상기 개구폭이 기준치보다 작은 경우 스트랜드에 대한 힘을 크게 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조기.
제6항에 있어서,

상기 위치 센서(42)는, 상기 조정부재(31)에 직접 연결되어 있는 측정 유니트(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조기.
제6항에 있어서,

상부 프레임(22)상의 바깥쪽 가이드 롤러(24) 중 하나는 동력 구동(power driven)될 수 있고,

상기 동력 구동 가이드 롤러(25)에 속하는 조정 부재(31)는 압력 센서(43, 44)를 통해 제어 시스템을 사용하는 컴퓨터에 연결되고,

그외의 조정부재는 위치 센서(41, 42)에 의해 제어 시스템을 사용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 연속 주조기.
제8항에 있어서,

상기 조정 부재(31)는 상부 또는 하부 프레임(22, 23)에 지지되고,

상기 프레임(22, 23)들은, 구동 롤러(25)로부터 멀어질수록 개구폭이 넓어지도록, 서로에 대하여 임의의 각을 가지고 경사지게 위치하는 것을 특징으로 하는 연속 주조기.
제7항에 있어서,

유압식 조절 부재의 경우, 상기 위치 센서(42)는 조정부재 피스톤(33)에 연결되는 것을 특징으로 하는 연속 주조기.