KR100528503B1 - 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조속도 변경시 2차 냉각수 주배관(MT) 압력을 주조속도에 따라 제어하고, 주편의 유량제어 루프별 유량 설정치에 따라 유량을 제어하는 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 냉각수 펌프(9)에 연결된 주배관(MT)과, 상기 주배관(MT)에 병렬로 연결되어 주편의 각 유량제어 루프별로 연장된 복수의 지관(BT) 및 노즐(8)을 통해서, 상기 주편의 표면에 냉각수가 공급되는 유량을 제어하는 방법에 있어서, 현재 주조속도에 따라 제어 압력 설정치를 설정하는 단계(S71); 상기 압력 설정치로 냉각수 주배관에 연결된 외부 배출용 지관에 설치된 압력제어밸브(7)를 제어하는 단계(S72); 상위제어기(1)로 부터 받는 각 지관의 유량 설정치에 따라, 냉각수 지관에 설치된 전자유량계(4)에 의해 검출된 유량값이 해당 유량 설정치에 일치하도록 해당 유량제어 밸브(3)를 제어하는 단계(S73); 및 현재 동작 주조속도가 사전에 설정된 최대 주조속도와의 비교결과에 따라 상기 냉각수 주배관에 설치된 차단밸브(5)의 개도를 제어하는 단계(S74-S77)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 주조속도 변화시 2차 냉각수 라인의 유량 및 압력을 동시 제어하여 제어 범위를 넓혀서 제어 정도를 높이고, 유량제어밸브 전후단의 차압을 줄여서 캐비테이션을 방지하여 밸브의 손상 및 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법{A METHOD FOR CONTROLLING THE FLOW OF SECOND COOLING WATER IN CONTINUOUS CASTING PROCESSING}

본 발명은 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법에 관한 것으로, 특히 주조속도 변경시 2차 냉각수 압력을 주조속도에 따라 제어하고, 주편의 유량제어 루프별 유량 설정치에 따라 유량을 제어함으로서, 주조속도 변화시 2차 냉각수 라인의 유량 및 압력을 동시 제어하여 주조속도 변경시 유량제어밸브를 통한 냉각수량의 제어 범위(Rangeability)를 넓혀서 제어 정도를 높일 수 있고, 유량제어밸브 전후단 차압을 줄여서 캐비테이션(cavitation)을 방지하여 밸브의 손상 및 소음을 줄일 수 있는 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 일반적인 연주기, 즉 연속주조설비는 래들에 저장된 용강을 턴디쉬 및 몰드를 통해 하강시키면서 주편을 연속적으로 생산되는 설비로서, 이때 생산되는 주편은 상당히 높은 고온이므로 적절히 냉각시켜야 하는데, 이러한 냉각은 연주기 2차 냉각 시스템에 의해 수행된다. 연주기 2차 냉각 시스템은 펌프에서 펌핑된 냉각수를 배관상의 유량 제어를 통한 후 각 유량제어 루프별로 주편 표면에 직접 분사하여 주편을 강제 냉각시키는데, 이는 도 1에 도시된 바와 같다.

도 1은 일반적인 연주기 2차 냉각 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1의 주편 구동롤 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 연주기 2차 냉각 시스템은 상위 제어기(1)로부터의 유량 설정치 및 주조속도를 제공받는 프로그래머블 로직 컨트롤러(2)가, 펌프(9)에서 배관을 통해 주편(12) 표면에 분사되는 냉각수의 유량을 제어하는데, 이는 냉각수 배관을 통해 흐르는 냉각수가 스프레이 노즐(8)을 통해, 주편(12) 인발 및 지지용 세그먼트(10) 내부의 구동롤(11) 사이의 주편에 강제 분사되어, 상기 주편(12)을 냉각시키면서 마지막 세그먼트(10) 이전에 주편 응고를 완료하게 한다.

이때, 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러(2)는 모터 작동 차단밸브(5)를 통해서 상기 냉각수 주배관의 개폐를 제어하고, 냉각수 제어 중에는 상기 모터 작동 차단밸브(5)에 의해 냉각수 주배관을 개방하고, 상기 냉각수 주배관에서 각 유량제어 루프로 연장된 각 지관에 설치된 전자유량계(4)의 유량 검출치에 기초해서 해당 지관의 유량제어밸브(3)를 제어한다.

그런데, 상기한 2차 냉각 시스템에서는, 유량제어밸브의 스로틀링(Throttling)만으로 유량을 조절하기 때문에, 유량제어밸브(3)의 전단압력이 일정압력 이상으로 유지되어 제어 범위의 한계가 있고, 주조속도가 낮아져 유량을 적게 제어할 경우에는 밸브의 차압이 커져서 밸브의 전후 압력차에 의한 진공 현상 등의 캐비테이션(cavitation)이 발생되어, 밸브 내부와 밸브 바디(Body)부의 기계적 마찰 침식 및 소음 발생이 초래된다. 또한, 유량제어 범위가 좁아서 적당한 유량제어가 어려워 주편 품질을 떨어뜨리는 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위해서, 종래에는 도 3 및 도4에 도시된 바와 같은 유량 제어 방법이 실시된다.

도 3은 종래의 유량제어 방법 설명도이다.

도 3을 참조하면, 도 1의 냉각수 주배관에서 연장된 각 지관에 병렬로 대유량 제어밸브(3-1) 및 소유량 제어밸브(3-2)를 설치하여, 유량을 보다 정밀하게 제어한다.

그러나, 이러한 냉각 제어방법에 의하면 밸브를 두배로 설치하여야 하므로, 설치 및 유지보수에 관련되는 비용 및 관리상의 문제점이 있다.

도 4는 종래의 다른 유량 제어 방법 설명도이다.

도 4를 참조하면, 상기 냉각수 주베관에 압력계를 설치하고, 또한, 펌프 구동용 모터에 인버터(Inverter)를 설치하여, 상기 압력계에 의해 검출된 검출치에 기초해서 상기 펌프 구동용 모터의 속도를 가변시켜 토출 압력을 제어한다.

그러나, 이러한 종래의 냉각 제어 방법에 의하면, 펌프가 대략 3,300V 이상으로 고압이므로, 여기에 사용되는 고압용 인버터가 고가이므로, 도 3에 도시된 종래의 문제점과 마찬가지로 여전히 설치 및 유지보수에 관련되는 비용 및 관리상의 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 주조속도 변경시 2차 냉각수 압력을 주조속도에 따라 제어하고, 주편의 유량제어 루프별 유량 설정치에 따라 유량을 제어함으로서, 주조속도 변화시 2차 냉각수 라인의 유량 및 압력을 동시 제어하여 주조속도 변경시 유량제어밸브를 통한 냉각수량의 제어 범위(Rangeability)를 넓혀서 제어 정도를 높일 수 있고, 유량제어밸브 전후단 차압을 줄여서 캐비테이션을 방지하여 밸브의 손상 및 소음을 줄일 수 있는 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법은

냉각수 펌프에 연결된 주배관과, 상기 주배관에 병렬로 연결되어 주편의 각 유량제어 루프별로 연장된 복수의 지관 및 노즐을 통해서, 상기 주편의 표면에 냉각수가 공급되는 유량을 제어하는 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법에 있어서,

현재 주조속도에 따라 사전에 설정된 압력 설정치를 설정하는 단계;

상기 압력 설정치로 냉각수 주배관과 연결된 외부 배출용 지관에 설치된 압력제어밸브를 제어하는 단계;

사전에 설정된 각 지관의 유량 설정치에 따라, 냉각수 지관에 설치된 전자유량계에 의해 검출된 유량값이 해당 유량 설정치에 일치하도록 해당 유량제어 밸브를 제어하는 단계; 및

현재 주조속도가 사전에 설정된 최대 주조속도와의 비교결과에 따라 상기 냉각수 주배관에 설치된 차단밸브의 개도를 제어하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 연주기 2차 냉각 시스템의 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 연주기 2차 냉각 시스템은 래들에 저장된 용강이 턴디쉬 및 몰드를 통해 하강시키면서 주편으로 생성되는 과정에서, 상기 주편에 냉각수를 공급하여 주편을 냉각시키기 위해서, 펌프(9)에 연결된 주배관(MT)과, 상기 주배관(MT)에서 병렬로 연결되어 주변의 각 유량제어 루프로 연장된 복수의 지관(BT)과, 상기 주배관(MT)에 설치된 차단밸브(5) 및 압력계(6)와, 상기 압력 설정치로 냉각수 주배관(MT)에 연결된 외부 배출용 지관(BT1)에 설치된 압력제어밸브(7)와, 상기 복수의 지관(BT)에 각각 설치된 전자 유량계(4) 및 유량제어밸브(3)와, 상기 복수의 지관(BT)단부에 설치된 스프레이 노즐(8)을 포함한다.

또한, 본 발명의 연주기 2차 냉각 시스템은 사전에 설정된 냉각수의 유량 설정치 및, 최대 주소속도 및 최소 주소속도를 전송하는 상위제어기(1)와, 상기 상위제어기(1)로부터의 냉각수의 유량 설정치 및 최대 주소속도 및 최소 주소속도를 전송받아, 상기 압력 설정치로 상기 압력제어밸브(7)를 제어하고, 사전에 설정된 각 지관의 유량 설정치에 따라, 상기 유량제어 밸브(3)를 제어하며, 현재 주조속도가 사전에 설정된 최대와의 비교결과에 따라 상기 냉각수 주배관에 설치된 차단밸브(5)의 개도를 제어하는 프로그램머블 로직 컨트롤러(2)를 포함한다.

도 6은 본 발명에 따른 주조속도 및 압력설정치와의 상관 그래프로서, 도 6에는 최소 주조속도에 해당되는 압력의 최소 설정치와, 최대 주조속도의 대략 70%에 해당되는 압력의 최대 설정치를 보이고 있다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명은 냉각수 펌프(9)에 연결된 주배관(MT)과, 상기 주배관(MT)에 병렬로 연결되어 주편의 각 유량제어 루프별로 연장된 복수의 지관(BT) 및 노즐(8)을 통해서, 상기 주편의 표면에 냉각수가 공급되는 유량을 제어하는데, 이에 대해서 도 2내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명에 따른 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법을 보이는 플로우챠트이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 먼저, 현재 주조속도에 따라 제어 압력 설정치를 설정하고(S71), 상기 압력 설정치로 냉각수 주배관(MT)에 연결된 외부 배출용 지관(BT1)에 설치된 압력제어밸브(7)를 제어하는데(S72), 즉, 최대 주조속도의 사전에 설정된 퍼센트일 때의 압력설정치와 최소주조속도의 압력설정치와의 평균값에 현재 주조속도를 곱하여 상기 제어 압력 설정치를 설정한다.

여기서, 상기 최대 주조속도의 사전에 설정된 퍼센트는 최대 주조속도의 대략 70%로 될 수 있는데, 예를 들어, 본 발명의 프로그래머블 로직 컨트롤러(2)는 상위제어기(1)로부터의 주조속도에 비례하는 압력 설정치를 하기 수학식 1을 이용하여 구하고, 이렇게 구해진 압력 설정치로 압력제어밸브(7)를 제어하여 상기 주배관의 압력을 제어할 수 있다. 이는 상기 압력제어밸브(7)로 냉각수 주배관(MT)에 연결된 외부 배출용 지관(BT1)의 개도를 조절하여 상기 주배관(MT)의 냉각수량을 조절하고, 이에 따라 상기 주배관(MT)의 압력이 조절된다.

상기 수학식 1에서, 주속은 주조속도를 의미하고, P는 유량제어밸브(3)의 압력 설정치로서, P-VMAX는 최대주속에 해당되는 압력설정치이고, P-VMAX(70%)는 최대주속의 70%에 해당되는 압력설정치이며, P-VMIN은 최소주속에 해당되는 압력설정치이다. 여기서, 상기 최대주속일 때의 압력 설정치는 대략 9kgf/㎠ ~ 12kgf/㎠ 범위내에서 설정될 수 있다.

또한, 상기 수학식 1에 의해 구해지는 압력 설정치(P)는 도 6에 도시한 바와 같이 일정 구간을 제외한 나머지 구간에서는 주속에 비례하는 값으로서, 본 발명의 프로그램머블 로직 컨트롤러(2)에서 연산하며, 상기 압력제어밸브(7)의 압력 설정치로 사용하여, 상기 압력계(6)의 압력값과 일치하도록 비례적분제어기와 같은 폐루프 제어를 통하여 측정압력을 일정하게 유지시키게 한다,

그 다음, 사전에 설정된 각 지관의 유량 설정치에 따라, 냉각수 지관에 설치된 전자유량계(4)에 의해 검출된 유량값이 해당 유량 설정치에 일치하도록 해당 유량제어 밸브(3)를 제어하는데(S73), 즉, 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러(2)는 상위제어기(1)로부터 받은 유량 설정치와 주조속도에 따라 각 전자유량계(4)에서 받은 유량값이 해당 유량 설정치에 일치하도록 관련 유량제어 밸브(3)를 제어한다.

그 다음, 현재 주조속도가 사전에 설정된 최대와의 비교결과에 따라 상기 냉각수 주배관에 설치된 차단밸브(5)의 개도를 제어하는데(S74-S77), 즉, 특정 주조속도 이하일 때 차단밸브(5)의 개도를 완전 개방하지 않게 제어하여 유량제어밸브(3) 전단 압력을 낮춘다.

도 6을 참조하면, 최대주속의 70%일 때부터 압력 설정치를 최대주속과 같게 하며, 최대주속의 70%일 때 압력 설정치를 최대주속일 때와 같게 하는 것은 최대주속에 가까워질 때는 유량제어밸브(3)의 차압이 적어서 캐비테이션이 발생하지 않고, 펌프에서 공급되는 대분분의 유량이 스프레이 노즐(8)을 통해 주편에 공급되어 유량제어밸브의 전단압력을 유지될 수 있다. 또한, 최소주속일 때의 압력 설정치는 펌프의 과부하가 발생하지 않는 최소 압력으로, 대략 8kgf/㎠에 해당되고, 또한 최소주속 이하일 때는 최소주속일 때의 압력 설정치와 같게 한다.

이에 대해서 구체적으로 설명하면, 펌프의 과부하가 발생하지 않는 최소압력 때문에 압력제어밸브(7)의 제어로는 유량제어밸브(3)의 캐비테이션 발생하지 않는 압력이하로 낮추기 힘들기 때문에, 차단밸브(5)의 개도를 2단계로 조절하게 되는데, 즉, 현재 주조속도가 상기 최대 주조 속도의 대략 50% 이상일 경우에는 상기 냉각수 주배관에 설치된 차단밸브(5)의 개도를 대략 100%로 제어하고, 현재 주조속도가 상기 최대 주조 속도의 대략 50% 미만일 경우에는 상기 냉각수 주배관에 설치된 차단밸브(5)의 개도를 대략 30%로 제어한다.

즉, 주조속도가 낮을 때는 차단밸브(5)의 개도가 30% 개방되어 유량제어밸브(3)의 전단압력이 4kgf/㎠ 까지 내려가고, 주조속도가 높을 때는 100% 개방되어 유량제어밸브(3)의 전단압력이 압력 설정치(P)와 동일하여 유력제어밸브(3)는 적당한 전단압력으로 인해 유량제어 범위도 넓게 하고 밸브의 캐비테이션도 없게 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 주조속도 변경시 2차 냉각수 압력을 주조속도에 따라 제어하고, 주편의 유량제어 루프별 유량 설정치에 따라 유량을 제어함으로서, 주조속도 변화시 2차 냉각수 라인의 유량 및 압력을 동시 제어되어 주조속도 변경시 유량제어밸브를 통한 냉각수량의 제어 범위(Rangeability)를 넓혀서 제어 정도를 높일 수 있고, 유량제어밸브 전후단 차압을 줄여서 캐비테이션을 방지하여 밸브의 손상 및 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.

즉, 주조속도의 변화에 따라 유량제어밸브(3)의 전단압력이 주조속도에 맞게 적당한 압력으로 변하게 되므로, 유량제어 범위도 넓게 하고 밸브의 캐비테이션도 없게 한다. 또한 펌프(9)의 토출 유량이 일정유량 이상으로 되게 하여 최소주조속도에 근접할 때 펌프의 후단 압력이 과다하게 상승하는 것을 방지하는 장점이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하므로, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

도 1은 일반적인 연주기 2차 냉각 시스템의 구성도이다.

도 2는 도 1의 주편 구동롤 확대도이다.

도 3은 종래의 유량제어 방법 설명도이다.

도 4는 종래의 다른 유량 제어 방법 설명도이다.

도 5는 본 발명에 따른 연주기 2차 냉각 시스템의 구성도이다.

도 6은 본 발명에 따른 주조속도 및 압력설정치와의 상관 그래프이다.

도 7은 본 발명에 따른 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법을 보이는 플로우챠트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 상위제어기(컴퓨터) 2 : 프로그램머블 로직 컨트롤러

3 : 유량제어밸브 4 : 전자유량계

5 : 모타작동 차단밸브 6 : 압력계

7 : 압력제어밸브 8 : 스프레이 노즐

9 : 펌프 10 : 세그먼트

11 : 구동롤 12 : 주편

MT : 주배관 BT,BT1 : 지관

Claims (4)

1. 냉각수 펌프(9)에 연결된 주배관(MT)과, 상기 주배관(MT)에 병렬로 연결되어 주편의 각 유량제어 루프별로 연장된 복수의 지관(BT) 및 노즐(8)을 통해서, 상기 주편의 표면에 냉각수가 공급되는 유량을 제어하는 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법에 있어서,

   현재 주조속도에 따라 제어 압력 설정치를 설정하는 단계(S71);

   상기 압력 설정치로 냉각수 주배관에 연결된 외부 배출용 지관에 설치된 압력제어밸브(7)를 제어하는 단계(S72);

   사전에 설정된 각 지관의 유량 설정치에 따라, 냉각수 지관에 설치된 전자유량계에 의해 검출된 유량값이 해당 유량 설정치에 일치하도록 해당 유량제어 밸브를 제어하는 단계; 및

   현재 주조속도가 사전에 설정된 최대 주조속도와의 비교결과에 따라 상기 냉각수 주배관에 설치된 차단밸브(5)의 개도를 제어하는 단계(S74-S77)

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 압력제어밸브 제어 단계(S72)는

   최대 주조속도의 사전에 설정된 퍼센트일 때의 압력설정치와 최소주조속도의 압력설정치와의 평균값에 현재 주조속도를 곱하여 상기 제어 압력 설정치를 설정하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 압력제어밸브 제어 단계(S72)는

   최대 주조속도의 70%일 때 압력설정치와 최소주조속도의 압력설정치와의 평균값에 현재 주조속도를 곱하여 상기 제어 압력 설정치를 설정하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 차단밸브 제어 단계(S74-S77)는

   현재 주조속도가 상기 최대 주조 속도의 50% 이상일 경우에는 상기 냉각수 주배관에 설치된 차단밸브(5)의 개도를 100%로 제어하고,

   현재 주조속도가 상기 최대 주조 속도의 50% 미만일 경우에는 상기 냉각수 주배관에 설치된 차단밸브(5)의 개도를 30%로 제어하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 연주기 2차 냉각수 유량 제어 방법.