KR20130099293A

KR20130099293A - 용강의 탄소증가량 예측장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20130099293A
Application number: KR1020120020692A
Authority: KR
Inventors: 장진수; 유석현; 장필용
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-06
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: KR101368350B1

Abstract

본 발명은 주조 중인 용강의 주조속도(V)와 상기 용강 상단면의 파우더의 성분과 점도(P vis.)를 입력받아 저장되는 저장부, 및 상기 저장부에 저장된 상기 주조속도(V)와 상기 파우더의 성분 중 C free의 함량을 곱한 후 상기 파우더의 점도(P vis.)를 나누어서 탄소픽업지수(CPI)를 산출하고, 산출된 탄소픽업지수(CPI)를 하기 관계식에 대입하여 탄소증가량(C pick-up)을 예측하는 중앙처리부를 포함하는 용강의 탄소증가량 예측장치 및 그 방법을 제공한다.

Description

용강의 탄소증가량 예측장치 및 그 방법{DEVICE FOR PREDICTION OF CARBON INCREASE IN MOLTEN STEEL AND METHOD THEREOF}

본 발명은 주편의 품질 예측에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저탄소강을 이용한 판재를 제조하기 위한 주편의 품질 정도를 미리 예측하기 위한 용강의 탄소증가량 예측장치 및 그 방법에 관한 것이다.

연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.

연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 연주주편으로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 연주주편을 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다.

다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 연주주편으로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 연주주편은 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조된다.

관련된 선행기술로는 한국특허공개 제2005-21961호(공개일: 2005. 03. 07, 명칭: 극저탄소강 슬래브의 제조방법)가 있다.

본 발명은 몰드 내 파우더의 성분과 점도 및 주조속도를 통해 주편의 카본픽업(탄소증가량) 정도를 사전에 예측하기 위한 용강의 탄소증가량 예측장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 용강의 탄소증가량 예측장치는, 주조 중인 용강의 주조속도(V)와 상기 용강 상단면의 파우더의 성분과 점도(P vis.)를 입력받아 저장되는 저장부, 및 상기 저장부에 저장된 상기 주조속도(V)와 상기 파우더의 성분 중 C free의 함량을 곱한 후 상기 파우더의 점도(P vis.)를 나누어서 탄소픽업지수(CPI)를 산출하고, 산출된 탄소픽업지수(CPI)를 하기 관계식에 대입하여 탄소증가량(C pick-up)을 예측하는 중앙처리부를 포함할 수 있다.

관계식

여기서, α는 1.9 내지 2.0 사이의 값이고, β는 1.2 내지 1.3 사이의 값일 수 있다.

구체적으로, 상기 탄소픽업지수(CPI)는 하기 관계식에 의해 산출될 수 있다.

관계식

상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 용강의 탄소증가량 예측방법은, 주조 중인 용강의 주조속도와 상기 용강 상단면의 파우더의 성분과 점도(P vis.)를 측정하는 단계, 상기에서 측정된 상기 주조속도(V)와 상기 파우더의 성분 중 C free의 함량을 곱한 후 상기 파우더의 점도(P vis.)를 나누어서 탄소픽업지수(CPI)를 산출하는 단계, 및 상기 탄소픽업지수(CPI)를 하기 관계식에 대입하여 탄소증가량(C pick-up)을 예측하는 단계를 포함할 수 있다.

관계식

여기서, α와 β는 C pick-up과 CPI 간의 관계상수일 수 있다.

구체적으로, 상기 용강은 C가 0초과~0.06wt% 미만일 수 있다.

상기 관계식의 α는 1.9 내지 2.0 사이의 값이고, β는 1.2 내지 1.3 사이의 값일 수 있다.

상기 탄소픽업지수(CPI)는 하기 관계식에 의해 산출될 수 있다.

관계식

상기와 같이 본 발명에 의하면, 극저탄소강을 주편으로 주조할 때 주편의 카본픽업(탄소증가량) 정도를 용이하게 예측하고 미리 대처함으로써 주편 품질을 보장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 용강의 탄소증가량 예측장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 탄소픽업지수(CPI)를 이용한 탄소증가량 예측과정을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 탄소픽업지수(CPI)와 탄소증가량 간의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.

연속주조(continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(Mold, 30)에서 응고시키면서 연속적으로 주편(P) 또는 강괴(steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸 및 빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형과 수직만곡형 등으로 분류된다. 도 1에서는 수직만곡형을 예시하고 있다.

도 1을 참조하면, 연속주조기는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대, 및 핀치롤(70)을 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

몰드(30)는 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 몰드(30) 내에서 용강(M)의 응고로 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조속도 등에 의해 달라지게 된다.

몰드(30)는 몰드(30)에서 뽑아낸 연주주편(80)이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell, 81)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

몰드(30)는 용강이 몰드(30)의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션 시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 몰드(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더를 몰드(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 몰드(30)의 입구를 지향한다.

2차 냉각대는 몰드(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 직접 냉각된다. 연주주편(80)의 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 연주주편(80)이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부(83)를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

이와 같이 구성된 연속주조기는 래들(10)에 수용된 용강(M)이 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화 및 질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지노즐(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 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

몰드(30) 내의 용강(M)은 몰드(30)를 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 몰드(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(도 1, 70)이 완전히 응고된 연주주편(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 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일지점에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.

도 2는 발명의 예측장치(100) 및 도 1의 몰드(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도로서, 예측장치(100)는 측정부(110), 입력부(120), 저장부(130), 중앙처리부(150), 표시부(170)를 포함하여 이루어진다.

측정부(110)는 몰드(30) 내 용강 상단의 파우더 및 에 침적되어 파우더의 성분 및 점도를 측정한다. 특히, 파우더 성분에는 파우더 내 프리카본(C free) 함량이 포함된다. 이러한 파우더의 프리카본(C free) 함량은 조업 시 파우더를 준비하면서 정해지는 값이다. 만일, 몰드(30)에서 프리카본(C free) 함량을 측정하지 않았을 경우, 조업을 위하여 준비된 파우더의 성분을 입력부(120)를 통하여 저장부(130)로 전달시킬 수 있다.

또한, 몰드(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태는 도 2에 도시된 바와 같이, 침지노즐(25)의 단부 측에는 통상적으로 도면상 좌우에 한 쌍의 토출구들이 형성된다. 몰드(30) 및 침지노즐(25) 등의 형태는 중심선(C.L)을 기준으로 대칭되는 것으로 가정하여, 본 도면에서는 좌측만을 표시한다.

토출구에서 아르곤(Ar) 가스와 함께 토출되는 용강(M)은 화살표(A1, A2)로 표시된 바와 같이 상측을 향한 방향(A1)과 하측을 향한 방향(A2)으로 유동하는 궤적을 그리게 된다.

몰드(30) 내부의 상부에는 파우더 공급기(50)로부터 공급된 파우더에 의해 파우더층(51)이 형성된다. 파우더층(51)은 파우더가 공급된 형태대로 존재하는 층과 용강(M)의 열에 의해 소결된 층(소결층이 미응고 용강에 더 가깝게 형성됨)을 포함할 수 있다. 파우더층(51)의 하측에는 파우더가 용강(M)에 의해 녹아서 형성된 슬래그층(액체 유동층; 52)이 존재하게 된다. 이러한 슬래그층(52)은 몰드(30) 내의 용강(M)의 온도를 유지하고 이물질의 침투를 차단한다.

한편, 파우더층(51)은 몰드 내 용강 상단에 공급된 파우더를 포함하는 부분이다. 이러한 파우더는 몰드(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘(81)의 윤활뿐만 아니라 몰드(30) 내 용융금속의 산화/질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다.

파우더층(51)의 일부는 몰드(30)의 벽면에서 응고되어 윤활층(53)을 형성한다. 윤활층(53)은 응고쉘(81)이 몰드(30)에 붙지 않도록 윤활하는 기능을 한다. 윤활층(53)의 상측에는 파우더층(51)이 응고되면서 파우더층(51)에 함유되어 있던 탄소성분이 집중응고되어 탄소집중영역(55)이 형성된다.

탄소집중영역(55)은 주변부분보다 탄소함량이 높아 농도구배가 생긴다. 따라서, 농도구배에 의하여 탄소집중영역(55)으로부터 주변의 파우더층(51), 슬래그층(52) 등으로 프리카본(C free)이 확산 될 수 있다. 특히, 30ppm 미만으로 탄소(C) 함량이 제어되는 극저탄소강으로 정련된 용강의 탕면이 심하게 변동(Mold Level Fluctuation)하여 일부 탕면 레벨이 슬래그층(52) 상부로 상승된다. 이렇게 탕면과 탄소집중영역(55)이 인접되면, 탄소집중영역(55)으로부터 용강으로 프리카본(C free)이 유입되어, 용강 내 탄소 함량을 증가시키는 직접적인 원인으로 작용된다.

응고쉘(81)의 두께는 주조 방향을 따라 진행할수록 두꺼워진다. 응고쉘(81)의 몰드(30) 내에 위치한 부분은 두께가 얇으며, 몰드(30)의 오실레이션에 따라 자국(oscillation mark, 87)이 형성되기도 한다. 응고쉘(81)은 지지롤(60)에 의해 지지되며, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 그 두께가 두꺼워진다.

또한, 입력부(120)는 외부로부터 각종 동작 명령이나 설정 기준값들을 입력받아 저장부(130)로 전달하도록 구성되어 있다. 특히, 용강의 주조속도(V)를 따로 측정하여 직접 입력시킬 수 있다. 주조속도(V)는 핀치롤(70; 도 1에 도시됨)의 회전속도를 이용하여 계산되며, 이는 공지된 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.

저장부(130)는 입력부(120)를 통하여 전달된 파우더의 성분 및 용강의 주조속도(V)를 저장하였다가 중앙처리부(150)로 전달한다. 또한, 저장부(130)에서는 탄소증가량(C pick-up) 예측을 위한 관계식 및 그 산출값 등이 중앙처리부(150)의 제어에 따라 저장될 수 있다.

중앙처리부(150)는 저장부(130)로부터 파우더의 점도와 프리카본(C free) 함량, 및 용강 주조속도(V)를 전달받아 탄소픽업지수(CPI)를 계산하고, 이를 이용하여 탄소증가량(C pick-up)을 예측한 후 그 결과를 표시부(170)에 출력시킨다.

여기서, 탄소픽업지수(CPI)는 하기의 관계식에 따라 산출된다.

관계식1

구체적으로, 탄소픽업지수(CPI)는 주조속도(V)와 파우더 내 프리카본(C free)의 함량을 곱한 후 파우더의 점도(P vis.)를 나누어서 산출된다.

그리고, 탄소증가량(C pick-up)은 산출된 탄소픽업지수(CPI)를 하기 관계식에 대입하여 구한다.

관계식2

단, 여기서 α와 β는 관계상수로서 탄소픽업지수(CPI)와 탄소증가량(C pick-up) 간의 관계에 의해 산출된 것으로, 도 4의 설명에서 후술한다. 구체적으로, α는 1.9 내지 2.0 사이의 값이고, β는 1.2 내지 1.3 사이의 값일 수 있다.

이 외, 표시부(170)는 저장부(130)에 저장된 파우더의 성분 및 용강의 주조속도(V), 탄소픽업지수(CPI), 예측된 탄소증가량(C pick-up) 등을 중앙처리부(150)의 제어에 따라 문자 또는 그래프로 디스플레이할 수 있다.

일반적으로, 자동차용 외판재의 경우 고성형성을 얻기 위해 고용 합금원소, 특히 탄소를 30ppm 미만의 극히 적은 극저탄소강으로 제조하게 된다. 따라서 제강 정련 과정에서 진공 탈탄 처리를 통해 탄소를 제거하게 되며, 연속 주조 중에도 탄소의 증가를 막기 위해 턴디쉬(20) 내 플럭스, 몰드(30)의 파우더 등의 부자재의 탄소 함량도 5% 이하로 낮은 제품을 사용하게 된다. 그러나, 전술된 바와 같이 주조 중 몰드(30) 내에서 용강 유동에 의해 발생하는 몰드(30) 탕면의 심한 변동(Mold Level Fluctuation)에 의해 파우더가 용강과 접촉하여 용강 내 탄소 함량이 증가하는 문제가 발생하게 된다.

이와 같이 용강 내 탄소 함량이 증가함에 따라 성형성이 저하된 판재(열연코일)는 최종 제품 성형 중에 제품의 일부가 파괴(tear)되는 문제를 일으키게 되며, 탄소량이 허용 기준치를 초과한 불량 슬라브의 압연 등의 후속 공정으로 인해 불필요한 가공비용이 증가됨과 아울러 불량처리 비용도 동시에 증가되는 것이다.

본 발명에서는 극저탄소강을 주편(P)으로 주조할 때 주편(P)의 카본픽업(탄소증가량) 정도를 용이하게 예측하고 미리 대처함으로써, 탄소 허용 기준치를 초과하는 슬라브의 불필요한 후속 공정 진행으로 인해 생산성 저하와 불필요한 비용 낭비를 방지하고자 하는 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 탄소픽업지수(CPI)를 이용한 탄소증가량(C pick-up) 예측과정을 나타낸 순서도로서, 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.

먼저, 전기로와 래들로(Ladle Furnace)의 2차정련 공정을 통해 제조된 용강은 연속주조기로 공급되고, 도 1과 같은 연속주조기에서는 공급받은 용강을 슬라브와 같은 주편(P)으로 제조하게 된다.

한편, 용강이 몰드(30)로 주입되는 시점에서, 주조 중인 용강의 주조속도(V)와 파우더층(51, 도 2)의 파우더의 성분과 점도(P vis.)를 측정한다.(S10) 이와 같이 측정된 용강의 주조속도(V)와 파우더의 점도(P vis.) 및 파우더 성분 중 프리카본(C free) 함량은 직접 또는 입력부(120)를 통해 전달되어 중앙처리부(150)의 제어에 따라 저장부(130)에 저장된다.

이어, 중앙처리부(150)는 저장부(130)에 저장된 주조속도(V)와 상기 파우더의 성분 중 프리카본(C free)의 함량을 곱한 후 상기 파우더의 점도(P vis.)를 나누어서 탄소픽업지수(CPI)를 산출한다.(S20) 탄소픽업지수(CPI)를 산출하는 방법은 하기의 관계식1과 같다.

관계식1

상세히 설명하면, 주조속도(V)는 주조속도(V)가 증가할수록 몰드(30) 내 탕면이 심한 변동(Mold Level Fluctuation) 상태가 되어 탄소집중영역(55)과 용강이 인접될 수 있으므로 증가인자로 작용된다. 또한, 파우더 내 프리카본(C free)의 함량은 파우더의 용융 속도를 제어하기 위해 함유되는 탄소(C)의 양이 많을수록 탄소집중영역(55)의 탄소 함량이 증가되어 용강에 미치는 영향이 크므로 증가인자로 작용된다. 이밖에, 파우더의 점도(P vis.)는 점도가 높을수록 슬래그와 용강 사이의 표면장력이 증가하여 탕면 변동이 완화되므로 감소인자로 작용된다.

예컨대, 주조속도(V)가 1.3 m/min이고, 프리카본(C free)의 함량이 1.50 wt%이며, 점도(P vis.)가 3.14 dPas이면, 탄소픽업지수(CPI)는 '0.62'가 될 것이다.

이와 같이 산출된 탄소픽업지수(CPI)는 저장부(130)에 저장된다.

이 후, 중앙처리부(150)는 탄소픽업지수(CPI)를 이용하여 탄소증가량(C pick-up)을 예측한다.(S30) 여기서, 탄소증가량(C pick-up)은 하기 관계식2에 의하여 산출될 수 있다.

관계식2

단, 여기서 α와 β는 도 4의 탄소픽업지수(CPI)와 탄소증가량(C pick-up) 간의 관계에 의해 산출된 관계상수로서, α는 1.9 내지 2.0 사이의 값이고, β는 1.2 내지 1.3 사이의 값이다. 탄소픽업지수(CPI)와 탄소증가량(C pick-up) 간의 관계는 하기의 표의 실시 값들에 의하여 도 4의 그래프에 나타난 바와 같이, 탄소픽업지수(CPI)가 증가될수록 탄소증가량(C pick-up)이 증가되는 것을 알 수 있다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7
주조속도(V) (m/min)	1.3	1.8	1.4	2.0	1.8	2.0	2.0
c free(wt%)	1.50	2.20	1.60	0.70	1.50	1.00	1.00
점도(dPas)	3.14	2.12	2.62	3.42	4.6	3.5	2.2
CPI	0.62	1.87	0.85	0.41	0.59	0.57	0.91
C pick-up(ppm)	5	5.4	3	3	2	2	3

즉, 도 4에서와 같이 탄소픽업지수(CPI)와 탄소증가량(C pick-up)은 다른 조업조건이 동일한 상태에서 대략 비례관계를 가진다. 탄소픽업지수(CPI)와 탄소증가량(C pick-up)의 상관 관계식은 상기 관계식2와 같다. 도 4에서 도트는 탄소픽업지수(CPI)와 탄소증가량(C pick-up)에 따른 실제 데이터(실시예1 내지7)이고, 실선은 실제 데이터들을 선형으로 피팅(fitting)한 예측 모델로서, 실제와 예측 모델이 다소 일치(R² = 0.83)하는 것으로 나타났다.

여기서 탄소픽업지수(CPI)와 탄소증가량(C pick-up)의 상관관계에 따른 제1 상수(α)는 바람직하게는 '1.9979'이 될 수 있고, 제2 상수(β)는 바람직하게는 '1.2792'이 될 수 있다.

탄소증가량(C pick-up)이 산출되면, 중앙처리부(150)는 산출된 탄소증가량(C pick-up)을 최초 용강 내 탄소함량에 합산하여 최종탄소함유량을 구할 수 있다. 최초 용강 내 탄소함량은 용강이 몰드(30)로 주입되는 시점의 용강의 탄소함량이며, 주로 탄소(C)가 30ppm 미만인 극저탄소강의 범위 내의 값이다.

이어, 중앙처리부(150)는 산출된 최종탄소함유량과 설정된 기준탄소량을 비교하고 최종탄소량이 기준탄소량을 초과하는지를 판단하게 된다. 기준탄소량은 강종이나 요구 스펙에 따라 잘라질 수 있으며, 자동차용 외판재의 경우 기준탄소량이 최대 24ppm 정도가 될 수 있다.

이로써, 예측된 최종탄소량이 설정된 기준탄소량을 초과할 경우 중앙처리부(150)는 이를 표시부(170)에 경고메세지 등으로 출력함과 동시에 주편(P)이 압연 등과 같은 후속공정으로 투입되는 것을 일시 정지시키게 되며, 주편(P)의 탄소함량의 재분석을 대기한다. 이는 불량 주편(P)이 후속 공정으로 진행되는 등의 불필요한 공정 낭비를 방지하기 위함이다. 물론, 중앙처리부(150)는 예측된 최종탄소량이 설정된 기준탄소량을 초과하지 않을 경우 중앙처리부(150)는 주편(P)이 압연 등과 같은 후속 공정으로 투입되도록 한다.

또한, 주편의 탄소함량의 재분석이 이루어지는 동안, 주조속도(V)를 조정하여 설정하거나 탄소함량이 조절된 파우더로 대체하여 파우더층(51)을 형성시켜 이 후 몰드(30)로 유입되는 용강의 품질을 보장할 수 있다.

또는, 일시 정지 없이, 주조 중에 주조속도(V)를 조정하거나 파우더층(51)의 탄소함량을 조정할 수 있는 저카본/고점도 파우더를 부가하여 공급할 수도 있다.

따라서, 본 발명에서는 극저탄소강을 주편으로 주조할 때 주편의 카본픽업(탄소증가량) 정도를 용이하게 예측하고 미리 대처함으로써 주편 품질을 보장할 수 있다.

상기와 같은 용강의 탄소증가량 예측장치 및 그 방법은 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: 슈라우드노즐
20: 턴디쉬 21: 스톱퍼
25: 침지노즐 30: 몰드
40: 몰드 오실레이터 50: 파우더 공급기
51: 파우더층 52: 슬래그층
53: 윤활층 55: 탄소집중영역
60: 지지롤 65: 스프레이수단
70: 핀치롤 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
87: 오실레이션 자국 91: 절단 지점
100: 예측장치 110: 측정부
120: 입력부 130: 저장부
150: 중앙처리부 170: 표시부

Claims

주조 중인 용강의 주조속도(V)와 상기 용강 상단면의 파우더의 성분과 점도(P vis.)를 입력받아 저장되는 저장부; 및
상기 저장부에 저장된 상기 주조속도(V)와 상기 파우더의 성분 중 C free의 함량을 곱한 후 상기 파우더의 점도(P vis.)를 나누어서 탄소픽업지수(CPI)를 산출하고, 산출된 탄소픽업지수(CPI)를 하기 관계식에 대입하여 탄소증가량(C pick-up)을 예측하는 중앙처리부;를 포함하는 용강의 탄소증가량 예측장치.
관계식

여기서, α는 1.9 내지 2.0 사이의 값이고, β는 1.2 내지 1.3 사이의 값임.
청구항 1에 있어서,
상기 탄소픽업지수(CPI)는 하기 관계식에 의해 산출되는 용강의 탄소증가량 예측장치.
관계식
주조 중인 용강의 주조속도(V)와 상기 용강 상단면의 파우더의 성분과 점도(P vis.)를 측정하는 단계;
상기에서 측정된 상기 주조속도(V)와 상기 파우더의 성분 중 C free의 함량을 곱한 후 상기 파우더의 점도(P vis.)를 나누어서 탄소픽업지수(CPI)를 산출하는 단계; 및
상기 탄소픽업지수(CPI)를 하기 관계식에 대입하여 탄소증가량(C pick-up)을 예측하는 단계;를 포함하는 용강의 탄소증가량 예측방법.
관계식

여기서, α와 β는 C pick-up과 CPI 간의 관계상수임.
청구항 3에 있어서,
상기 용강은 C가 0초과~0.06wt% 미만인 극저탄소강인 용강의 탄소증가량 예측 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 관계식의 α는 1.9 내지 2.0 사이의 값이고, β는 1.2 내지 1.3 사이의 값인 용강의 탄소증가량 예측 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 탄소픽업지수(CPI)는 하기 관계식에 의해 산출되는 용강의 탄소증가량 예측 방법.
관계식