KR101321852B1 - 스토퍼 장치 및 스토퍼 장치 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 턴디쉬에 연결되는 노즐의 주입구를 개폐시키는 스토퍼 장치 및 스토퍼 장치 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스토퍼의 헤드에 산화물이 부착되는 것을 방지하는 스토퍼 장치 및 스토퍼 장치 제어 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 일 실시형태에 따른 스토퍼 장치 제어 방법은 몰드로 주입되는 용강의 양을 제어하기 위하여 턴디쉬에 구비되는 스토퍼 본체의 움직임을 조절하는 스토퍼 장치 제어 방법으로서, 상기 스토퍼 본체의 산술개도와 실제개도를 획득하는 데이터 획득 단계와; 상기 산술개도와 실제개도를 비교하여 산술개도보다 실제개도가 더 클 경우에는 상기 스토퍼 본체의 움직임을 펄스형으로 조절하는 펄스 조절 단계를 포함한다.

Description

스토퍼 장치 및 스토퍼 장치 제어 방법{Stopper device and Method for Operating stopper device}

본 발명은 턴디쉬에 연결되는 노즐의 주입구를 개폐시키는 스토퍼 장치 및 스토퍼 장치 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스토퍼의 헤드에 산화물이 부착되는 것을 방지하는 스토퍼 장치 및 스토퍼 장치 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조 장치에 사용되는 턴디쉬는 그 바닥에 형성된 용강 배출구와, 이 용강 배출구와 연결된 침지노즐을 통해 용강을 몰드로 주입시키는 역할을 수행한다.

도 1은 일반적인 스토퍼 방식의 연속주조 설비를 보여주는 도면이고, 도 2는 일반적인 스토퍼 본체의 구동 패턴을 보여주는 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 턴디쉬(10)에서 몰드(30)로의 용강 공급은 침지노즐(11)을 통해 이루어지며, 침지노즐(11)을 통해 몰드(30)로 공급되는 용강(1)의 유량은 스토퍼(20)의 상하 승하강 운동에 따라 제어된다.

일반적인 스토퍼(20)는 스토퍼(20)를 승하강 동작시키는 승하강 구동 수단(미도시)에 연결되는 봉(22)과, 상기 봉(22)의 외주면을 내화물로 감싸서 구성되는 스토퍼 본체(21)로 구성된다.

통상적으로 연속주조 작업은 용강을 수용하는 다수개의 래들을 교환하여 턴디쉬(10)에 용강(1)을 충진한 다음, 몰드(30)로 주입하여 연속적으로 주조작업을 실시하는 것인데, 보통의 경우 1 ~ 8개의 래들을 교환하면서 실시된다.

도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 스토퍼 본체의 운동 제어는 주조속도 및 주조폭으로부터 연산되는 산술개도에 따라 스토퍼 본체를 소정의 시간(△t)동안 소정의 높이(△h)만큼 운동시킨 다음 소정의 시간(τ)동안 유지하는 방식으로 이루어진다.

하지만 스토퍼 본체의 운동을 제어하면서 연속적으로 주조작업을 실시하면 용강(1) 내에 잔존하는 산화물(산화물)이 스토퍼 본체(21)의 헤드부(21a)와 침지노즐(11)의 내벽에 부착되는 문제가 발생되고, 이에 따라 용강(1)의 유로 단면적이 줄어들어 정상적인 주조조업을 장시간 유지하기 어렵게 된다. 뿐만 아니라 조대하게 형성된 산화물이 내벽에서 떨어져 몰드(30)로 유입되면서 몰드(30) 내의 유동을 불안하게 하므로 산화물 혼입, 몰드 플럭스 혼입, 초기 응고층 불안정 등과 같은 주편 품질에 악영향을 끼치는 요인이 된다.

그래서 종래에는 상기의 개재물과 같은 산화물이 부착되는 것을 방지하기 위하여 등록번호 10-0336878호, 공개번호 10-2010-0078815호, 등록번호 10-0959142호, 공개번호 10-2002-0054131호, 공개번호 10-2008-0064428호 등에서 제시된 바와 같이 스토퍼 헤드의 재질, 구조 변경, 불활성 기체 주입, 스토퍼의 주기적 지속운동 등의 방법들이 적용되고 있지만, 개재물 부착에 의한 용강공급 불안정으로 여전히 생산성 향상에 큰 제약을 받고 있는 실정이다.

등록번호 10-0336878호 (2002.05.03) 공개번호 10-2010-0078815 (2010.07.08) 등록번호 10-0959142호 (2010.05.13) 공개번호 10-2002-0054131호 (2002.07.06) 공개번호 10-2008-0064428호 (2008.07.09)

본 발명은 스토퍼 본체의 움직임을 제어하여 스토퍼의 헤드에 산화물이 부착되는 것을 방지할 수 있는 스토퍼 장치 및 스토퍼 장치 제어 방법을 제공한다.

특히, 본 발명은 스토퍼 본체가 순간적으로 큰 운동을 하게 하여 스토퍼 본체의 헤드부와 그 주위에 산화물과 같은 개재물이 부착되지 않게 하거나 부착된 개재물을 탈락시킬 수 있는 스토퍼 장치 및 스토퍼 장치 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 스토퍼 장치 제어 방법은 몰드로 주입되는 용강의 양을 제어하기 위하여 턴디쉬에 구비되는 스토퍼 본체의 움직임을 조절하는 스토퍼 장치 제어 방법으로서, 상기 스토퍼 본체의 산술개도와 실제개도를 획득하는 데이터 획득 단계와; 상기 산술개도와 실제개도를 비교하여 산술개도보다 실제개도가 더 클 경우에는 상기 스토퍼 본체의 움직임을 펄스형으로 조절하는 펄스 조절 단계를 포함한다.

상기 데이터 획득 단계는 상기 용강이 주조되는 주조속도 및 주조폭을 획득하는 주조 데이터 획득 과정과; 상기 주조속도 및 주조폭 데이터로부터 스토퍼 본체의 산술개도를 연산하는 산술개도 연산 과정과; 상기 스토퍼 본체의 실제 개도량을 측정하는 실제개도 측정 과정을 포함한다.

상기 펄스 조절 단계에서, 상기 턴디쉬에 잔류하는 용강의 양이 10 ton 이하일 경우에는 상기 스토퍼 본체의 움직임을 펄스형으로 조절하는 것을 종료시키는 것을 특징으로 한다.

상기 펄스 조절 단계에서 상기 스토퍼 본체를 펄스형으로 조절하는 것은 상기 스토퍼 본체의 운동량을 순간적으로 변화시키는 것임을 특징으로 한다.

상기 펄스 조절 단계에서, 상기 스토퍼 본체를 펄스형으로 조절하는 경우에 상기 스토퍼 본체의 개도변화 유지시간을 1초 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 펄스 조절 단계에서, 상기 스토퍼 본체를 펄스형으로 조절하는 경우에 상기 스토퍼 본체의 개도변화량은 실제 개도량 보다 작게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 펄스 조절 단계에서, 상기 스토퍼 본체를 펄스형으로 조절하는 것은 연속적으로 반복 실시되는 것을 특징으로 한다.

상기 펄스 조절 단계에서, 상기 스토퍼 본체를 연속하여 펄스형으로 조절하는 경우에 반복주기는 1초보다 길게 유지하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 장치는 몰드로 주입되는 용강의 양을 제어하는 스토퍼 장치로서, 턴디쉬에 구비되어 턴디쉬 바닥면에 설치되는 노즐의 주입구를 개폐시키는 스토퍼 본체와; 상기 스토퍼 본체에 승하강 운동력을 제공하는 구동수단과; 상기 스토퍼 본체의 움직임을 펄스형으로 조절하기 위하여 상기 구동수단을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 구동부는 상기 스토퍼 본체를 100 mm/s 이상의 움직임으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 스토퍼 본체의 움직임을 펄스형으로 제어함에 따라 순간적인 큰 운동량을 제공하여 스토퍼 본체에 산화물과 같은 개재물이 부착되는 것을 예방할 수 있다. 또한 스토퍼 본체의 헤드부 및 그 주위에 이미 부착된 산화물도 탈락시킬 수 있다.

이에 따라 안정적 연속주조 조업이 장시간 가능하여 연속주조의 생산성을 크게 향상할 수 있고, 조대한 산화물이 주편에 혼입되는 것을 방지하여 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 스토퍼 방식의 연속주조 설비를 보여주는 도면이고,
도 2는 일반적인 스토퍼 본체의 구동 패턴을 보여주는 그래프이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 장치 제어 방법을 보여주는 순서도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 본체의 운동을 나타내는 도면이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 본체의 구동 패턴을 보여주는 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 본체의 구동 패턴에 의해 산화물이 제거되는 것을 보여주는 모식도이며,
도 7은 본 발명을 적용한 실제 실시예에서 스토퍼 본체의 위치와 몰드의 탕면 레벨을 보여주는 조업 실적 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 장치 제어 방법을 보여주는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 본체의 운동을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 본체의 구동 패턴을 보여주는 그래프이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 본체의 구동 패턴에 의해 산화물이 제거되는 것을 보여주는 모식도이다.

먼저 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 장치를 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 장치는 종래의 스토퍼와 마찬가지로 스토퍼(20)와 상기 스토퍼에 승하강 운동력을 제공하는 구동수단을 포함한다. 상기 스토퍼(20)는 스토퍼(20)를 승하강 동작시키는 승하강 구동 수단(미도시)에 연결되는 봉(22)과, 상기 봉(22)의 외주면을 내화물로 감싸서 구성되는 스토퍼 본체(21)로 구성된다.

다만, 본 발명에 따른 스토퍼 장치는 상기 스토퍼 본체(21)의 움직임을 펄스형으로 조절하기 위하여 상기 구동수단(미도시)을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함한다.

이때 상기 구동수단(미도시)은 상기 스토퍼 본체(21)를 펄스형으로 조절하기 위하여 상기 스토퍼 본체(21)를 100 mm/s 이상의 움직임으로 구동시킬 수 있는 동특성을 갖는 수단으로 구성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명을 설명하기에 앞서 스토퍼 본체(21)에 전해지는 충격력에 대하여 설명한다.

스토퍼 본체(21)가 용강 중에서 다른 고체와 부딪치지 않고 큰 충격력을 갖게 하기 위해서는 스토퍼 본체(21)를 순간적으로 빠르게 움직일 수 있어야 한다.

상기 충격력(F)은 하기의 [수학식 1]에 의해 결정된다.

[수학식 1]

[수학식 1]에서 알 수 있듯이, 충격력(F)을 크게 하기 위해서는 속도(v)의 변화를 크게 하거나, 시간변화(△t)를 짧게 하여야 한다. 하지만, 상기 [수학식 1]을 장치로 구현하기 위해서는 스토퍼 본체의 개도변화량(△h)을 크게 하는 것보다 시간변화를 짧게 하는 것이 더 효과적이다.

본 발명은 상기와 같은 이론에 근거한 발명으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 장치 제어 방법은 턴디쉬에 저장되는 용강(1)이 몰드(30)로 주입되는 노즐(11)의 주입구를 개폐시키는 스토퍼 본체(21)의 움직임을 펄스형으로 조절하는 스토퍼 장치 제어 방법이다. 여기서 말하는 스토퍼 본체(21)의 "펄스형"의 움직임이란 극히 짧은 시간에 스토퍼 본체(21)를 상승 및 하강시키는 것을 의미한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼 장치 제어 방법은 상기 스토퍼 본체(21)의 산술개도와 실제개도를 획득하는 데이터 획득 단계와; 상기 산술개도와 실제개도를 비교하여 산술개도보다 실제개도가 더 클 경우에는 상기 스토퍼 본체(21)의 움직임을 펄스형으로 조절하는 펄스 조절 단계를 포함한다.

상기 데이터 획득 단계는 상기 용강(1)이 주조되는 주조속도 및 주조폭을 획득하는 주조 데이터 획득 과정과; 상기 주조속도 및 주조폭 데이터로부터 스토퍼 본체(21)의 산술개도를 연산하는 산술개도 연산 과정과; 상기 스토퍼 본체(21)의 실제 개도량을 측정하는 실제개도 측정 과정을 포함한다.

상기 주조 데이터 획득 과정은 스토퍼 본체(21)의 이론적으로 바람직한 개도수준을 연산하기 위하여 주편의 주조속도 및 주조폭에 대한 데이터를 획득하는 과정이다.

상기 산술개도 연산 과정은 상기 주조 데이터 획득 과정에서 획득한 주편의 주조속도 및 주조폭 데이터를 가지고 스토퍼 본체(21)의 바람직한 개도수준을 연산하여 산술개도를 연산하는 과정으로서, 상기 산술개도는 스토퍼 본체(21)의 이론상 가장 바람직한 개도수준을 의미한다. 또한, 스토퍼 본체(21)의 개도수준이란 스토퍼 본체(21)의 헤드부(21a)와 노즐(11) 주입구 사이의 공간, 즉 용강(1)의 유로영역을 의미하는 것이다.

상기 실제개도 측정 과정은 연속 주조 공정 중 스토퍼 본체(21)의 실질적인 개도수준에 대한 데이터를 획득하는 과정이다.

상기 펄스 조절 단계는 산술개도와 실제개도를 비교하여 그 결과에 의해 스토퍼 본체(21)의 펄스형 제어 실시 유무를 결정하는 단계이다. 산술개도와 실제개도를 비교하여 실제개도가 산술개도보다 클 경우에는 스토퍼 본체(21)의 헤드부(21a) 및 노즐(11)에 산화물(2)이 부착되어 막힘 현상이 발생하고 있다는 것을 의미하므로 스토퍼 본체(21)의 움직임을 펄스형으로 제어하여 스토퍼 본체(21) 및 노즐(11)에 부착된 산화물(2)을 탈락시킨다.

만약 주조 공정을 연속적으로 진행하다 주조 말기의 경우에는 스토퍼 본체(21) 움직임의 펄스형 제어가 몰드(30) 내의 탕면 레벨 제어에 영향을 줄 수 있으므로 턴디쉬(10)에 잔류하는 용강의 양이 10 ton 이하일 경우에는 상기 스토퍼 본체(21)의 움직임을 펄스형으로 조절하는 것을 종료시키는 것이 바람직하다.

이때 상기 스토퍼 본체(21)의 펄스형 제어는 도 4에 도시된 바와 같이 스토퍼 본체(21)의 헤드부(21a)가 턴디쉬(10) 바닥 및 노즐(11)에 닿지 않고 용강(1)이 있는 영역에서만 그 위치를 변화시키는 것이 중요하다. 그래서 스토퍼 본체(21)의 펄스형 제어에 의해 스토퍼 본체(21), 턴디쉬(10) 및 노즐(11)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

그래서 스토퍼 본체(21)의 움직임을 도 5에 도시된 바와 같은 패턴으로 구현하는 것이 바람직하다.

도 5에 도시된 바와 같이 짧은 시간(τ) 내에 스토퍼 본체(21)의 위치(개도수준)를 변화(△h)시켜 시간변화(△t)를 짧게 함에 따라, 스토퍼 본체(21)와 용강(1) 사이에 큰 운동량 차이가 발생하게 한다. 이렇게 되면 스토퍼 본체(21)에 부착된 산화물(2)(고체)과 용강(1)(액체) 사이의 경계층에서는 큰 속도 구배가 생겨서 산화물(2)에 전단력이 가해진다. 이 전단력은 스토퍼 본체(21)에 부착된 산화물(2)을 씻어내는 역할을 하므로 스토퍼 본체(21)에 산화물(2)이 부착되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기의 스토퍼 본체(21)와 같은 운동을 할 경우 관성력에 의해 스토퍼 본체(21)에 부착된 산화물(2)이 스토퍼 본체(21)에서 떨어져 나가게 된다. 상기의 전단력에 의한 씻김과 관성력에 의한 떨어짐 현상이 본 발명의 기본 작용 원리다.

그리고, 상기의 전단력에 의한 씻김과 관성력에 의해 도 6은 상기와 같이 스토퍼 본체(21) 및 노즐(11)에 부착된 산화물(2)이 떨어진다.

도 5에 도시된 스토퍼 본체(21)의 움직임 패턴에 대해서 부연하자면, 스토퍼 본체(21)의 개도변화(△h)의 유지시간(τ)은 가능한 짧게 하는 것이 본 발명의 효과를 향상시키는 것이다. 바람직하게는 약 1초를 넘기지 않아야(τ≤ 1초) 몰드(30)의 탕면 레벨을 안정적으로 유지할 수 있다. 도 5와 같이 스토퍼 본체(21)의 움직임은 연주조업을 하는 동안 연속적 또는 단속적으로 적용할 수 있으며, 연속적으로 적용할 경우 적용 주기(T)는 적어도 1초보다 길어야(T≥1초) 몰드(30)의 탕면 레벨의 안정 제어에 부작용이 발생하지 않는다.

상기와 같이 제어되는 스토퍼 장치 제어 방법을 적용한 실제 조업예를 들어 본 발명에 따른 스토퍼 장치 제어 방법의 효과를 입증한다.

도 7은 본 발명을 적용한 실제 실시예에서 스토퍼 본체의 위치와 몰드의 탕면 레벨을 보여주는 조업 실적 그래프이다.

도 7은 본 발명을 적용하여 연속주조를 실시한 조업 실적을 보여준다. 실시예는 τ = 0.1초, △h = 10mm, T = 45초를 적용한 조업이었다.

도 7에 도시된 바와 같이 스토퍼 본체(21)에 처음 펄스형 제어를 실시하여 충격력을 제공하였을 때(도 7의 왼쪽 점선 원)는 스토퍼 본체(21)의 헤드부(21a)에 부착된 산화물(2)이 일부 제거되어 유로가 넓어져서 용강(1)이 순간적으로 몰드(30)에 과다 공급되어 탕면의 레벨이 증가되었다. 반면에 스토퍼 본체(21)의 개도수준은 줄어든다. 그리고, 두 번째로 스토퍼 본체(21)에 펄스형 제어를 실시하여 충격력을 제공하였을 때(도 7의 오른쪽 점선 원)는 더 큰 산화물의 덩어리들이 제거되어 탕면 레벨의 변동이 첫 번째에 비하여 더 컸다. 또한, 스토퍼 본체(21)의 개도 변동량도 첫 번째에 비하여 훨씬 더 커서 스토퍼 본체(21)의 개도수준도 많이 줄어들었다.

따라서, 스토퍼 본체(21)의 움직임을 펄스형으로 제어함에 의해 스토퍼 본체(21)에 부착된 산화물(2)이 제거된다는 사실을 확인할 수 있었다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

1: 용강 2: 산화물(개재물)
10: 턴디쉬 11: 노즐
20: 스토퍼 21: 스토퍼 본체
22: 봉 21a: 스토퍼 본체의 헤드부
30: 몰드

Claims (10)

1. 몰드로 주입되는 용강의 양을 제어하기 위하여 턴디쉬에 구비되는 스토퍼 본체의 움직임을 조절하는 스토퍼 장치 제어 방법으로서,
   상기 용강이 주조되는 주조속도 및 주조폭을 획득하는 주조 데이터 획득 과정과;
   상기 주조속도 및 주조폭 데이터로부터 스토퍼 본체의 산술개도를 연산하는 산술개도 연산 과정과;
   상기 스토퍼 본체의 실제 개도량을 측정하는 실제개도 측정 과정과;
   상기 산술개도와 실제개도를 비교하여 산술개도보다 실제개도가 더 클 경우에는 상기 스토퍼 본체의 움직임을 펄스형으로 조절하는 펄스 조절 단계를 포함하고,
   상기 스토퍼 본체는 100 mm/s 이상의 움직임으로 구동시키며,
   상기 턴디쉬에 잔류하는 용강의 양이 10 ton 이하일 경우에는 상기 스토퍼 본체의 움직임을 펄스형으로 조절하는 것을 종료시키는 스토퍼 장치 제어 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 펄스 조절 단계에서 상기 스토퍼 본체를 펄스형으로 조절하는 것은 상기 스토퍼 본체의 운동량을 순간적으로 변화시키는 것임을 특징으로 하는 스토퍼 장치 제어 방법.
   
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 펄스 조절 단계에서,
   상기 스토퍼 본체를 펄스형으로 조절하는 경우에 상기 스토퍼 본체의 개도변화 유지시간을 1초 이하로 하는 스토퍼 장치 제어 방법.
6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 펄스 조절 단계에서,
   상기 스토퍼 본체를 펄스형으로 조절하는 경우에 상기 스토퍼 본체의 개도변화량은 실제 개도량 보다 작게 하는 스토퍼 장치 제어 방법.
7. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 펄스 조절 단계에서,
   상기 스토퍼 본체를 펄스형으로 조절하는 것은 연속적으로 반복 실시되는 스토퍼 장치 제어 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 펄스 조절 단계에서,
   상기 스토퍼 본체를 연속하여 펄스형으로 조절하는 경우에 반복주기는 1초보다 길게 유지하는 스토퍼 장치 제어 방법.
   
9. 삭제
10. 삭제

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