KR100889290B1 - A Method for Calculating the Roll Life in a Continuous Casting - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 연속주조기의 롤 수명 예측방법은 제철소의 연속주조공정에 사용되는 연속주조기의 세그먼트에 부착된 롤의 냉각수 유출입 온도 및 유량 변동량을 측정하고 주편 온도 및 응고패턴을 이용하여 롤의 정확한 수명을 예측함으로써 적시에 상기 세그먼트 단위로 정비, 교체하기 위한 연속주조기의 롤 수명 예측방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 주편을 연속주조하는 연속주조기에 설치된 다수개의 세그먼트 각각에 부속된 다수의 롤 수명 예측방법에 있어서, 제i 번째 롤에 유입되어 상기 롤의 내부를 순환한 후 배출되는 냉각수에 의해 제거되는 상기 롤의 단위 면적당 열량 Qi를 계산하는 제1 단계; 상기 Qi를 이용하여 주편의 위치별 온도를 계산하고 상기 온도를 이용하여 상기 주편의 응고패턴을 구하는 제2 단계; 상기 주편과 접촉되는 롤의 온도, 변형량 및 응력을 계산하는 제3 단계; 상기 롤의 전단변형에너지(Ud1) 및 파손조건인 최대 전단변형에너지(Ud2)를 계산하는 제4 단계; 상기 롤의 수명(Lroll)을 계산하는 제5 단계; 상기 롤 냉각수의 최대평균온도값(T1max) 및 설정된 시간 간격을 두고 상기 롤 냉각수의 최대평균온도값(T2max)을 계산하는 제6 단계; 및 상기 Ud1 ≥Ud2, Lroll ≥N(설정된 롤 수명) 및 |T1max - T2max|≥β(허용오차)를 동시에 만족하는 경우 상기 롤을 점검하는 제7 단계를 포함한다. The roll life prediction method of the continuous casting machine according to the present invention measures the flow rate of the coolant flow and the flow rate of the roll attached to the segment of the continuous casting machine used in the continuous casting process of steel mills, and the accurate life of the roll using the cast temperature and the solidification pattern The present invention relates to a method for predicting roll life of a continuous casting machine for timely maintenance and replacement in units of segments. To this end, in a plurality of roll life prediction method attached to each of a plurality of segments installed in a continuous casting machine for continuous casting of cast steel, it is removed by the cooling water flowing into the i-th roll and circulated inside the roll and discharged A first step of calculating calorie Qi per unit area of the roll; A second step of calculating a positional temperature of the cast steel using the Qi and obtaining a solidification pattern of the cast steel using the temperature; A third step of calculating the temperature, deformation amount and stress of the roll in contact with the cast steel; A fourth step of calculating the shear strain energy Ud1 and the maximum shear strain energy Ud2 which is a failure condition of the roll; Calculating a roll life of the roll; Calculating a maximum average temperature value (T2max) of the roll cooling water at a maximum average temperature value (T1max) of the roll cooling water and a set time interval; And a seventh step of checking the roll when the Ud1? Ud2, the Lroll? N (set roll life) and | T1max-T2max |?? (Tolerance) are simultaneously satisfied.
연속주조기, 롤, 냉각수, 세그먼트, 주편 Continuous Casting Machine, Roll, Coolant, Segment, Cast
Description
도 1은 일반적으로 제철소의 연속주조기를 개략적으로 도시한 사시도.1 is a perspective view schematically showing a continuous casting machine of a steel mill in general.
도 2(a)는 본 발명에 적용되는 세그먼트 측정기의 일실시예에 따른 구성도.Figure 2 (a) is a block diagram according to an embodiment of a segment measuring device applied to the present invention.
도 2(b)는 도 2(a)에 도시된 하나의 세그먼트(5)의 내부 단면도.Fig. 2 (b) is an internal sectional view of one
도 3은 본 발명에 따른 세그먼트 측정기의 세부 구성도.3 is a detailed block diagram of a segment measuring device according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 롤 예지용 2차냉각 수식모델을 이용하여 롤 수명을 예지하는 과정을 보이는 흐름도.Figure 4 is a flow chart showing a process for predicting the roll life by using a secondary cooling formula model for roll prediction in accordance with the present invention.
도 5는 주편온도 및 응고패턴을 계산하기 위한 주편의 개략도.5 is a schematic view of a slab for calculating slab temperature and solidification pattern.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 계산된 주편 온도분포 및 측정된 롤 냉각수 출측 온도분포.Figure 6 is the cast slab temperature distribution calculated according to an embodiment of the present invention and the measured temperature of the roll cooling water discharge side.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 용강 2 : 래들1: molten steel 2: ladle
3 : 턴디쉬 4 : 주형3: tundish 4: mold
5 : 세그먼트 6 : 주조방향5: segment 6: casting direction
7 : 주편 8 : 세그먼트 접합부7 cast steel 8: segment junction
10 : 제어부 11 : 롤 10: control unit 11: roll
12,13 : 특정신호선 14 : 세그먼트 프레임12,13: specific signal line 14: segment frame
15,17 : U자 배관 17 : 롤 삽입형 배관15,17 U-shaped piping 17: Roll-in insertion piping
18 : 냉각수 유입방향 19 ; 냉각수 배출방향18: cooling
21 : 온도계 22 : 유량계21: thermometer 22: flow meter
본 발명은 연속주조기의 롤 수명 예측방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 제철소의 연속주조공정(Continuous Casting Process)에 사용되는 연속주조기의 세그먼트(segment)에 부착된 롤의 냉각수 유출입 온도 및 유량 변동량을 이용하여 롤의 정확한 수명을 예측함으로써 적시에 상기 세그먼트 단위로 정비, 교체하기 위한 연속주조기의 롤 수명 예측방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for predicting roll life of a continuous casting machine. More specifically, the present invention relates to a cooling water inflow temperature and a flow rate variation of a roll attached to a segment of a continuous casting machine used in a continuous casting process of a steel mill. The present invention relates to a method for predicting the roll life of a continuous casting machine for timely maintenance and replacement of the roll unit by predicting the accurate life of the roll.
일반적으로 연속주조공정은 제철소의 제강공정에서 정련이 완료된 용강을 수요가가 요구하는 크기와 품질로 형상화하는 과정이며, 이러한 용강이 가지고 있는 열을 어떤 방법으로 냉각하는가에 따라 주편(slab)의 품질 및 생산성이 좌우된다.
In general, the continuous casting process is a process of shaping the molten steel that has been refined in the steelmaking process of the steel mill to the size and quality required by the demand, and the quality of the slab depending on how to cool the heat of the molten steel. And productivity depend.
도 1은 일반적으로 제철소에서 사용되는 연속주조기를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 연속주조기는, 용강(1)이 담겨 있는 래들(2), 상기 래들(2)과 주형(4) 사이에서 용강저장 및 개재물 부상분리 기능을 하는 턴디 쉬(3), 주편(slab;7)을 요구 형태 및 크기로 응고시키는 주형(4) 및 다수의 세그먼트(5)들로 조합된 2차 냉각대(5)를 포함하여 구성된다. 상기 2차 냉각대(5)는 이 냉각대(5)를 통과하는 주편(7)이 임의의 위치에서 일정한 두께의 응고쉘을 유지하도록 노즐에 의한 냉각 및 롤(11)에 의한 압하를 실시한다.
1 is a perspective view schematically showing a continuous casting machine generally used in steel mills. As shown in FIG. 1, the continuous casting machine includes a
이러한 연속주조기에서의 연속주조 작업에서 주편(7)의 냉각 패턴을 계산하는 방법은 주로 주편(7)의 열전도 현상만을 고려한 1차원 수식모델에 근거하고 있다. 일반적으로 주편의 냉각 패턴은 주형(4)에서의 1차 냉각과 스트랜드(Strand)에서의 롤(11), 노즐(Nozzle)에 의한 스프레이, 기계냉각 등으로 이루어지는 2차 냉각에 의해 주편의 온도가 점차 선형적으로 감소하며 그 주편(7)의 강종과 조업조건에 따라 달리 나타난다. 이러한 2차 냉각은 열전달모드라 불리우는 고온의 주편(7)에 의한 대기로의 복사, 지지 롤(11)에 의한 접촉 열전달, 노즐에 의한 대류냉각 등으로 구성된다 볼 수 있다. 따라서, 수식모델에 의해 주편의 응고 패턴을 계산하는 경우에는, 열전달모드로 구성되는 전도, 대류, 복사열전달 현상에 근거한 정확한 수학적인 모델이 필요하다.
The method of calculating the cooling pattern of the
그러나 주편의 온도예측을 위한 정확한 수학적모델은 아직 정립되어 있지 않으며, 종래에는 단지 근사적인 수치모델에만 의존하고 있는 실정이다. 특히, 현재 현장에서는 많은 시행착오를 거쳐 평균 열전달계수 개념의 보정계수를 도입하여 정상주조 조업시에는 근사한 오차 이내로 스트랜드 위치별 온도예측, 혹은 응고완료 를 추정하는 것이 가능한 단계에 이르렀다. 그러나, 비정상 주조, 즉 주조초기, 말기에는 수학적모델의 정확도가 매우 떨어지는 문제가 있었으며, 롤(11)의 교체는 상기 롤(11)의 변형이나 파손에 상관없이 경험에 근거하여 약 3개월에 한 번씩 세그먼트(5) 단위로 정비공장으로 보내어 이상유무를 조사하는 실정이기 때문에 체계적인 설비관리가 이루어지지 않았으며 작업비용 상승을 초래하는 문제가 있었다. 특히, 롤의 변형 및 파단을 미리 예지할 수 없어 주편의 품질이 저하되는 문제가 있었다. However, the exact mathematical model for temperature prediction of cast steel has not been established yet, and in the past, only the approximate numerical model has been relied on. In particular, the current site has undergone many trials and errors, and introduced the correction coefficient of the concept of average heat transfer coefficient, and it is now possible to estimate the temperature prediction or the completion of solidification by strand position within normal error during normal casting operation. However, there was a problem that the accuracy of the mathematical model was very poor in abnormal casting, i.e., at the beginning and the end of the casting, and the replacement of the
이와 같이 종래의 스트랜드 수식모델은 단순히 연속주조의 초기 조업조건에 주로 의존함으로 인하여 주조초기, 말기에서의 정도가 낮은 문제점이 있었고, 주조조건(예를 들어, 주속, 2차 냉각패턴 또는 계절별 등)에 따른 보정계수의 도출을 위한 무수한 시행착오를 반드시 거쳐야 되며, 특히 롤의 교체주기만을 고려한 정비에 지나치게 의존하여 왔었다.
As such, the conventional strand mathematical model simply has a problem of low degree of casting at the beginning and end of the casting process because it mainly depends on the initial operating conditions of continuous casting, and casting conditions (for example, circumferential speed, secondary cooling pattern or seasonal) Inevitably, many trials and errors must be passed to derive the correction factor.
롤의 수명을 예지 및 판정하고자 할 경우에는 이론적으로도 열탄소성 관계식에 근거한 응력을 계산하는 것이 일반적이나, 종래에는 이를 위한 열이력을 온라인 상에서 수집하여 롤(11)의 수명 예지시스템을 구성하지는 않고 있다. 따라서, 주조시마다 롤의 기계적, 야금학적인 상태를 실시간으로 모니터링하면서, 상기 롤의 접촉에 의한 전열 수식모델의 정도향상을 위한 개선된 수식모델과 아울러 설비의 수명예지를 위한 별도의 방법이 필요하게 되었다.
When predicting and determining the life of a roll, theoretically, it is common to calculate a stress based on a thermoelastic relationship. However, in the related art, a thermal history for this purpose is collected online to construct a life prediction system of the
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서 본 발명은, 롤을 통과하는 냉각수 온도를 실시간으로 검출하고 주편 온도 및 냉각패턴을 이용하여 롤의 수명을 정확하게 예측함으로써 롤의 교체시기를 정식화하는 연속주조기의 롤 수명 예측방법을 제공함에 그 목적이 있다.
As the present invention has been proposed to solve the above problems, the present invention, continuous casting machine for formulating the roll replacement time by detecting the coolant temperature passing through the roll in real time and accurately predicting the life of the roll using the cast temperature and cooling pattern The purpose of the present invention is to provide a method for predicting roll life.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 주편을 연속주조하는 연속주조기에 설치된 다수개의 세그먼트 각각에 부속된 다수의 롤 수명 예측방법에 있어서,In the present invention for achieving the above object, in a plurality of roll life prediction method attached to each of a plurality of segments provided in a continuous casting machine for continuously casting the cast steel,
제i 번째 롤에 유입되어 상기 롤의 내부를 순환한 후 배출되는 냉각수에 의해 제거되는 상기 롤의 단위 면적당 열량 Qi를 계산하는 제1 단계; 상기 Qi를 이용하여 주편의 위치별 온도를 계산하고 상기 온도를 이용하여 상기 주편의 응고패턴을 구하는 제2 단계; 상기 주편과 접촉되는 롤의 온도, 변형량 및 응력을 계산하는 제3 단계; 상기 롤의 전단변형에너지(Ud1) 및 상기 롤의 파손조건인 최대 전단변형에너지(Ud2)를 계산하는 제4 단계; 상기 롤의 수명(Lroll)을 계산하는 제5 단계; 상기 롤 냉각수의 최대평균온도값(T1max) 및 설정된 시간 간격을 두고 상기 롤 냉각수의 최대평균온도값(T2max)을 계산하는 제6 단계; 및 상기 Ud1 ≥Ud2, Lroll ≥N(설정된 롤 수명) 및 |T1max - T2max|≥β(허용오차)를 동시에 만족하는 경우 상기 롤을 점검하는 제7 단계를 포함한다.
A first step of calculating a calorific value Qi per unit area of the roll introduced into the i th roll and removed by cooling water discharged after circulating the inside of the roll; A second step of calculating a positional temperature of the cast steel using the Qi and obtaining a solidification pattern of the cast steel using the temperature; A third step of calculating the temperature, deformation amount and stress of the roll in contact with the cast steel; A fourth step of calculating a shear strain energy Ud1 of the roll and a maximum shear strain energy Ud2 which is a break condition of the roll; Calculating a roll life of the roll; Calculating a maximum average temperature value (T2max) of the roll cooling water at a maximum average temperature value (T1max) of the roll cooling water and a set time interval; And a seventh step of checking the roll when the Ud1? Ud2, the Lroll? N (set roll life) and | T1max-T2max |?? (Tolerance) are simultaneously satisfied.
본 발명은 스트랜드 내 주조 주편의 감시 및 롤 수명예측을 위한 방법을 제공하는 것으로서, 연속주조 작업에서 연속주조기의 세그먼트(5)에 부착된 롤(11)의 냉각수 유출입 온도를 실시간으로 측정함으로써 운전실에 안내되는 주편의 온도 및 응고 패턴을 보다 정확하게 출력시킴은 물론, 상기 세그먼트 단위로 정비, 교체하는 롤의 수명을 예측하는 방법에 관한 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for monitoring cast lifespans in a strand and for predicting roll life, which is measured in real time by measuring the cooling water inflow and outflow temperatures of the
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail the present invention.
도 2(a)는 본 발명에 적용되는 세그먼트 측정기의 일실시예에 따른 구성도이고 도 2(b)는 도 2(a)에 도시된 하나의 세그먼트(5)의 내부 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 세그먼트 측정기는, 다수의 세그먼트(5)에 부속된 복수의 롤(11)(일반적으로 세그먼트(5)당 상부 및 하부 공히 4~6 조를 이룸) 내부를 통과하는 냉각수의 온도 및 유량을 측정하는 온도계 및 유량계(도 3에 도시됨)와 연결된 다수의 전기선(12,13)을 접합하기 위한 세그먼트 접합부(8)가 구비되고 상기 전기선(12,13)을 통해 측정된 냉각수의 온도 및 유량 측정신호는 제어부(10)로 입력되고 상기 제어부(10)에서는 상기 측정신호를 이용하여 그에 대응되는 냉각수 온도 및 유량 측정값으로 환산한다. 상기 제어부(10)는 상기 냉각수의 온도 및 유량 측정값을 이용하여 주편(7)의 전열 및 응고패턴을 계산한다.
Figure 2 (a) is a block diagram according to an embodiment of a segment measuring device applied to the present invention and Figure 2 (b) is an internal cross-sectional view of one
상기한 롤(11) 내부의 냉각수 흐름과 상기 냉각수의 온도 및 유량 측정을 상 세하게 설명하기 위한 세그먼트 단위로 본 발명에 따른 온도계(21) 및 유량계(22)의 구조가 도 3에 개시되어 있다. 도 3은 본 발명에 따른 세그먼트 측정기의 세부 구성도이다. 먼저 도 3(a)를 참조하면, 하나의 세그먼트(5) 내에 소속된 다수의 롤(11) 사이로 주편(7)이 이동하며, 도면부호 6은 상기 주편(7)의 이동방향을 나타낸다. 상기 다수의 롤(11) 중에는 상기 주편(7)을 이동시키는 역할을 하는 핀치롤과 상기 이동되는 주편(7)의 가이드 역할을 하는 가이드롤이 있다. 따라서, 한 개의 세그먼트(5)를 구성하는 것은 주편(7)을 상,하부로 지지하는 가이드롤 및 주조방향(6)으로 상기 주편(7)을 인발하는 핀치롤이다. 도면부호 12 및 13은 상기 각각의 롤(11) 사이에 흐르는 냉각수에 대한 온도 및 유량 측정신호를 제어부(10)로 이동시키기 위한 전기선이고 도면부호 8은 상기 복수개의 전기선(12,13)을 접합시키기 위한 세그먼트 접합부이다. 상기 롤(11) 내부의 냉각수 흐름을 위한 장치가 도 3(b) 및 도3(c)에 도시되어 있다. 도 3(b) 및 도 3(c)를 참조하면, 세그먼트 프레임(14)에 연결된 제1 및 제2 U자 배관(15,17)이 2개 구비되고, 상기 각각의 U자 배관(15,17)은 또 다른 배관(16)과 각각 연결되는데, 상기 다른 배관(16)은 도 3(b)에 도시된 바와 같이 롤(11)에 삽입되어 있다. 이러한 일체형 배관은 상기 롤(11)의 좌우에 각각 하나씩 위치된다. 그러나, 상기 롤(11)에 삽입된 다른 배관(16)은 하나로 하여 상기 롤(11)을 관통하도록 할 수도 있다.The structure of the
일반적으로 상기 롤(11)의 온도는 상기 롤(11)에 접촉되는 주편(7)의 온도의 영향으로 약 900 ~ 1,300℃ 정도이며, 이는 상기 롤(11)의 수명에 지대한 영향을 미친다. 따라서, 상기 롤(11)을 냉각시키는 것이 중요한데, 이러한 롤(11) 냉각수 는 상기 세그먼트 프레임(14) 내부에 설치된 냉각수 모배관(미도시)에서 상기 제1 U자 배관(15)으로 유입되어, 상기 롤(11)에 삽입된 다른 배관(16)을 거쳐 다시 상기 제2 U자 배관(17)을 통해 배출된다. 여기서, 도면부호 18 및 19는 각각 냉각수의 유입방향 및 배출방향을 나타낸다. Generally, the temperature of the
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 세그먼트 측정장치에서 설치되는 유량계(22)는 냉각수가 상기 롤(11)로 유입되는 상기 제1 U자 배관(15)의 유입측에 설치되며, 온도계(21)는 상기 냉각수가 상기 롤(11)을 순환한 후 배출되는 상기 제2 U자 배관(17)의 배출측에 설치된다. 여기서, 상기 롤(11)에 유입되는 냉각수의 온도는 미리 알고 있는 것으로 본다. 이는 다른 온도계를 설치함으로써 가능할 것이다. 상기 각 롤(11)마다 설치된 상기 복수개의 온도계(21) 및 유량계(22)에서 발생되는 냉각수의 온도 및 유량 측정신호는 각 전기선(12,13)을 통해 세그먼트 접합부(8)를 거쳐 제어부(10)로 입력되어 각각 온도 및 유량 측정값으로 변환된다.
As shown in FIG. 3 (b), the
도 4는 본 발명에 따른 롤 예지용 2차 수식모델을 이용하여 롤 수명을 예지하는 과정을 보이는 흐름도이다. 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 롤 냉각수의 물리량 변동량을 이용한 수식모델의 정도향상과 롤(11)의 수명예지방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저 주조하고자 하는 강종과 그 성분, 주조속도, 초기온도, 2차 냉각시 냉각패턴, 롤(11)과 접촉되는 주편(7)에서 제거되는 열량 등의 정보를 포함하는 조업 조건과 경계조건이 부여되면(S401), 도 2 및 도 3에서와 같이 다수의 롤(11)에 각각 설치된 다수개의 온도계(21) 및 유량계(22)의 각각의 고유번호가 Ni(i=1,2,3, ... n), Nj(j=1,2,3, ... n) 라고 가정하고, 상기 롤(11)의 번호 i에서 냉각수에 의해서 제거된 단위 면적당 열량 Qi가 하기 수식 1과 같이 계산된다(S402).4 is a flowchart illustrating a process of predicting roll life by using a quadratic formula model for roll prediction according to the present invention. Referring to FIG. 4, the accuracy improvement of the mathematical model using the variation in the physical quantity of the roll cooling water and the life prediction method of the
[수식 1][Equation 1]
여기서, 상기 는 상기 유량계(12)에서 검출된 시간당 냉각수 변동량이고, 상기 Cp는 냉각수의 정압비열이고, 상기 △Ti는 i 번째의 롤(11)에서 검출된 온도의 입출측 편차이며, 상기 Ar은 상기 롤의 표면적이다.
Where Is the amount of change in the cooling water per hour detected by the
이어, 상기 주편(7)의 온도를 계산하는 원리를 설명하면, 상기 단계(S401)에서 부여된 조업변수 및 계산상의 경계조건을 입력데이타로 읽어와서, 도 5에 도시된 바와 같이 주편(7)의 단면을 계산영역(A)으로 잡고, x축 방향으로의 열전달 구배만을 고려하면서, 주조방향(6)인 y 축방향으로 비정상해를 구하기 위하여 하기와 같은 에너지방정식을 유한차분화해서 상기 주조방향(6)으로의 좌표 y를 유한개의 수로 나누어 각 위치를 yK(k=1,2,3, ... n)로 정하고, 상기 Qi를 이용하여 상기 주편(7)의 중심, 표면, 그리고 상기 중심과 표면사이의 온도 및 상기 각 위치에서의 주편(7) 온도를 이용하여 주편(7)의 응고 두께 등 응고 패턴을 하기 경계조건식인 수식 2,3,4 및 5를 이용하여 계산한다(S403).
Next, the principle of calculating the temperature of the
[수식 2][Formula 2]
[수식 3][Equation 3]
x = 0 일 때, when x = 0,
[수식 4][Equation 4]
x = xL 일 때, when x = x L ,
[수식 5][Equation 5]
............. 주형 영역 ............. Mold area
............. 2차 냉각 영역 ............. 2nd cooling zone
............. 기계냉각(복사) 영역
Machine Cooling (Copy) Area
여기서, Keff 는 유효 열전도계수, H(T)는 온도의존 엔탈피, T는 주편온도, ρ는 주편밀도, hm는 주형 영역에서 주형 동판과 주편 표면과의 평균 대류 열전달계수, hi는 냉각 영역 i에서의 평균열전달 계수, Ta는 분위기 온도, σ는 스테판-볼쯔만 상수, ε는 복사 방사율이며, q는 열유속으로 단위면적당 유출입 열량을 나타내며, Qi는 롤(10,11)과 주편(7)의 접촉에 따른 단위면적당 열 제거량이다.
Where Keff is the effective thermal conductivity coefficient, H (T) is the temperature-dependent enthalpy, T is the slab temperature, ρ is the slab density, h m is the average convective heat transfer coefficient between the mold copper plate and the surface of the slab in the mold region, and hi is the cooling region i The average heat transfer coefficient at, Ta is the ambient temperature, σ is the Stefan-Boltzmann constant, ε is the radiant emissivity, q is the heat flux, and the heat flux flows out per unit area, Qi is the roll (10, 11) and the slab (7) The amount of heat removal per unit area due to contact.
또한, 상기 온도계(21) 및 유량계(22)로부터 검출된 냉각수 온도 및 유량 측정신호로부터 상기 롤(11)의 수명을 계산하는 방법에서, 상기 롤(11)의 전열해석 역시 상기 수식 2와 같은 에너지 방정식을 유한 요소화해서 정식화하고 응력해석을 위해서는 하기 수식 6을 수치해석하기로 한다. 여기서, 상기 주편(7)의 온도 및 상기 응고패턴을 이용하여 상기 주편(7)과 접촉되는 롤(11)의 온도와, 상기 온도롤 인한 롤(11)의 변형량 및 상기 주편(11)의 응력을 하기 수식 7과 수식 8을 이용하여 계산한다(S404).In addition, in the method of calculating the life of the
[수식 6][Equation 6]
[수식 7][Formula 7]
롤 변형량 계산Calculate roll deformation
여기서, 는 롤의 최대처짐량, P는 롤의 위치에서 가해지는 철정력, l은 롤의 길이, v는 프와송비, a,b는 분할롤의 각각의 길이, E는 롤 재료의 탄성 계수이다.here, Is the maximum deflection of the roll, P is the iron tension applied at the position of the roll, l is the length of the roll, v is Poisson's ratio, a and b is the length of each of the split rolls, and E is the elastic modulus of the roll material.
[수식 8]
롤응력 계산Roll stress calculation
여기서, 는 롤 반경방향의 응력, 는 원주방향의 응력을 말하며, E는 롤 재료의 탄성계수, v는 프와송비, α는 열탄성계수, T는 롤의 온도, 는 원주방향의 변형율, 는 반경방향의 변형율이다.
here, Is the radial stress in the roll, Is the stress in the circumferential direction, E is the elastic modulus of the roll material, v is the Poisson's ratio, α is the thermoelastic coefficient, T is the roll temperature, Is the strain rate in the circumferential direction, Is the radial strain rate.
한편, 상기 롤(11)이 파손이 되는 기준은 상기 롤(11)의 열응력으로부터 계산되어진 전단 탄성에너지가 재료의 단축인장에서 항복점에 이르렀을 때의 순수 전단탄성 에너지의 값과 같아지면 항복이 시작된다고 보는 최대전단변형률에너지설을 이용하여 상기 롤(11) 재료의 안전조건을 판별하며 그 관계식은 하기 수식 9 및 10과 같다. 상기 수식들을 이용하여 이러한 전단변형에너지(Ud1) 및 파손조건이 되는 에너지(Ud2)를 계산한다(S405,S406).On the other hand, the criterion that the
[수식 9][Equation 9]
전단변형에너지 Shear strain energy
[수식 10]
파손조건이 되는 에너지Energy that breaks down
여기서, 는 단축인장 주응력, v는 프와송비, E는 탄성계수이다.
here, Is the uniaxial tensile stress, v is Poisson's ratio, and E is the modulus of elasticity.
또한, 상기한 롤(11)은 변형 혹은 파손이 하중이나 응력에만 비례한다고 볼 수 없고, 결국은 기하학적인 크기(반경, 길이, 분할형태 등) 및 사용조건 즉, 주편(7) 생산량, 롤(11) 마모계수, 그리고 주편정체 이력의 함수로 표현이 가능하므로 하기 수식 11와 같은 수명예측 계산식을 사용한다(S407).In addition, the
[수식 11][Equation 11]
여기서, Lroll은 실제 롤의 수명(시간), A는 비례상수, L은 롤의 길이, w는 롤 마모계수, Sn는 주편의 월간 정체 회수, n은 세그먼트 제거 회수, Pmy는 월간, 년간 주편 생산량(ton), r은 롤의 직경이다.
Where Lroll is the actual roll life (hours), A is the proportional constant, L is the roll length, w is the roll wear factor, Sn is the number of monthly stagnations of the cast, n is the number of segments removed, Pmy is monthly, and annual cast production (ton), r is the diameter of a roll.
또한, 상기 온도계(21)로 검출되는 온도의 경우, 임의의 시간에서 1시간 이 전의 최대평균 온도 T1max 및 임의의 시간에서의 최대 평균온도를 T2max 를 계산한다(S408). 이어, 상기 계산된 Ud1, Ud2, Lroll, T1max 및 T2max 값을 이용하여 하기 조건 1,2,3을 동시에 만족하는지 판단한다(S409).In addition, in the case of the temperature detected by the
[조건 1][Condition 1]
Ud1 ≥Ud2Ud1 ≥Ud2
[조건 2][Condition 2]
Lroll ≥N 시간Lroll ≥N hours
[조건 3][Condition 3]
|T1max - T2max|≥βT1max-T2max
여기서, N은 미리 설정된 롤 수명(시간), β는 수식모델에서 정의하는 오차값으로서 상기 제어부(10)의 해상도 및 노이즈(Noise)에 따라 설정되는 값이다.
Here, N is a preset roll life (time), and β is an error value defined by the mathematical model, which is set according to the resolution and noise of the
계속하여, 상기 단계(S409)에서의 판단결과 상기 세 개의 조건을 동시에 만족하는 경우에는 해당 롤(11)의 수명이 다 되었거나 결함이 있는 것으로 감지하여 이를 점검하도록 하는 경보를 발생하고(S410), 반대로 상기 세 개의 조건 중 하나라도 만족하지 않는 경우에는 상기 단계(S401)로 되돌아가 상기 과정들을 반복하게 된다.
Subsequently, when the three conditions are satisfied at the same time as a result of the determination in step S409, an alarm is generated to detect that the corresponding
도 5는 주편온도 및 응고패턴을 계산하기 위한 주편의 개략도이다. 도 5에 도시된 주편(7)의 경우, 계산에 사용되는 주편(7) 내,외부의 2차원 단면을 사선으 로 표시한 것이고, 계산용량을 줄이기 위하여 대칭조건을 고려하여 사선부분만을 선택한 것이다. 즉, x,y의 좌표원점이 초기에 액상의 용강이 주입되는 부분이고, 시간이 지남에 따라서 경계조건의 냉각조건이 달라짐에 따라 주편내외부의 온도 및 응고쉘 두께등이 변화하게 되며, 이는 수학적으로 구성된 상기 수식 2를 수치적으로 풀게 됨으로써 가능하다.
5 is a schematic diagram of a slab for calculating slab temperature and solidification pattern. In the case of the
이상에서 설명한 바와 같이, 주편(7)을 연속주조하는 연속주조기에서 세그먼트(5)의 롤(11)에 취부된 온도계(21)로부터 검출된 냉각수 온도값과 유량계(22)로부터 검출된 냉각수 유량의 변동량을 분석한 후, 조업 실시간에 따라 측정된 온도값 및 유량 변동량을 이용하여 롤(11)에 의한 열제거량을 계산하고, 롤 수명 및 설비적인 결함을 예측하며, 상기 롤(11) 냉각수에 의한 열제거량을 수식모델의 새로운 입력값으로 설정하여 주편 응고 패턴(Pattern)을 출력함은 물론 세그먼트(5) 단위로 정비, 교체하는 연속주조 롤(11)의 수명예측 및 결함의 모니터링을 수행할 수 있다.
As described above, the cooling water temperature value detected from the
도 6는 본 발명의 실시예에 따라 계산된 주편 온도분포 및 측정된 롤 냉각수 출측 온도분포이다. 본 발명의 유용성을 확인하기 위하여 롤(11) 냉각을 고려한 주편(7)의 응고패턴 해석을 실시한 결과 주편(7)의 중심 및 표면온도를 계산하여 그래프화한 것이 도 6(a)이다. 도 6(a)를 참조하면 상기 롤(11)에 의한 냉각효과 및 복열현상으로 인하여 기존의 평균열전달계수를 사용하는 수식모델과는 다른 온도형 태를 잘 나타내 주고 있다.Figure 6 is the cast steel temperature distribution calculated in accordance with an embodiment of the present invention and the measured temperature of the roll cooling water discharge side. In order to confirm the usefulness of the present invention, the solidification pattern analysis of the
또한, 상기 롤(11)의 열제거량을 검출하기 위한 냉각수의 온도변화를 주조시간에 따른 변화추이를 살펴 본 결과 도 6(b)에서 알 수 있듯이 본 발명에서 제안하는 온도계(21)의 검출값과 수식모델을 활용함으로써 보다 정도 높은 수식모델과 롤 수명예측이 가능해진다.
In addition, as a result of examining the temperature change of the cooling water for detecting the heat removal amount of the
상술한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명의 일실시예를 도시한 것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따른 세그먼트 측정기는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 제작, 실시될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.
The foregoing detailed description and contents of the drawings illustrate one embodiment of the invention and do not limit the invention. In particular, the segment measuring device according to an embodiment of the present invention may be manufactured and implemented in various ways without departing from the technical spirit of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the appended claims.
본 발명에 의하면, 평균열전달 계수를 도입하여 기존에 사용되어 오던 연속주조 주편의 수식모델에 롤의 열 이력 데이터를 추가로 수집 및 분석하는 수식모델을 새로이 구성함으로써 수식모델의 정도를 향상시킴은 물론, 롤 설비의 유지보수 및 주편의 품질도 향상시키며, 롤의 체계적인 유지보수 관리가 가능케 되어 공정개선에 큰 효과가 있다.According to the present invention, by introducing a mean heat transfer coefficient to the formula model of the continuous cast slab that has been used previously, by constructing a new formula model for additional collection and analysis of the heat history data of the roll to improve the degree of the mathematical model as well In addition, the maintenance of roll equipment and the quality of cast steels are also improved, and the systematic maintenance management of the rolls is enabled, which has a great effect on process improvement.
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