진동형칠(CHILL)의작동방법과이를실행하기위한연속주조장치

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(51)Int. Cl.6
B22D 11/16
B22D 11/04
B22D 11/20
G01L 5/00
(45) 공고일자 2001년10월25일
(11) 등록번호 10-0295949
(24) 등록일자 2001년05월04일
(21) 출원번호 10-1997-0707357 (65) 공개번호 특1999-0007834
(22) 출원일자 1997년10월17일 (43) 공개일자 1999년01월25일
번역문제출일자 1997년10월17일
(86) 국제출원번호 PCT/DE1996/00683 (87) 국제공개번호 WO 1996/33035
(86) 국제출원일자 1996년04월10일 (87) 국제공개일자 1996년10월24일
(81) 지정국 국내특허 : 아일랜드 알바니아 오스트레일리아 바베이도스 불가리아 브
라질 캐나다 중국 체코 에스토니아 그루지야 헝가리 아이슬란드 일
본 북한 대한민국 AP ARIPO특허 : 케냐 레소토 말라위 수단 스와질랜
드 케냐
EA 유라시아특허 : 아르메니아 아제르바이잔 벨라루스 키르기즈
EP 유럽특허 : 오스트리아 벨기에 스위스 독일 덴마크 스페인 프랑스
영국 그리스 이탈리아 룩셈부르크 모나코 네덜란드 포르투칼 스웨덴
오스트리아 스위스 독일 덴마크 스페인 핀랜드 영국
(30) 우선권주장 19515316.2 1995년04월19일 독일(DE)
(73) 특허권자 만네스만 아게 마리오 파텍
독일연방공화국 데-40213 뒤쎌도르프 1 만네스만우퍼 2
(72) 발명자 보히닉 유르겐
독일 데-47058 뒤스부르크 호엔쫄런슈트라쎄 6
슈타인 요하네스
독일 데-40213 뒤쎌도르프 잔드라슈트라쎄 12
(74) 대리인 송만호, 유미특허법인(대표변리사김원호송만호)
심사관 : 강구환
(54) 진동형칠(CHILL)의작동방법과이를실행하기위한연속주조장치
명세서
기술분야
본 발명은 리프팅(lifting) 장치에 의해 진동형 수직의 유도 칠을 작동하기 위한, 특히 강(鋼)주<1>
조를 위한 방법 및 이에 상응하여 칠의 리프팅운동을 측정하고 조절하기 위한 요소가 구비된 연속주조장
치에 관한 것이다.
배경기술
EP 0 044 291 A1에는 상기 칠의 측벽과 빌릿표면 사이에서 지배적인 마찰력을 산출하기 위한 진<2>
동형 연속주조 칠을 갖춘 장치가 공지되어 있다. 상기 장치에서는 상기 칠에 가속도 픽업(pick-up)이 구
비되어 있고, 상기 칠의 지지장치에는 상기 칠로부터 상기 지지장치로 전달되는 힘을 측정하기 위한 힘
측정장치가 구비되어 있고, 상기 가속도 픽업과 힘 측정장치가 전자식 감소회로에 의해 연결된다. 추진
력 신호와 가속도 신호의 편차값은 빌릿과 칠 사이의 마찰력의 크기로 간주된다. 상기 방법은 칠에 영향
을 주는 힘들이 모두 제로라는 가정을 기초로 한다.
상기 종래의 방법의 단점은 칠의 영역 내에서 저항이 강한 환경의 주변에 고장나기 쉬운 가속도 <3>
센서를 장착하는데 있다. 또한 추진기 내의 마찰을 고려하지 않았다. 특히 스프링 다발에 장착된 칠,
이른바 공명칠의 경우 상기 칠의 힘균형에 있어서 고려되어야 할 무시할 수 없는 탄성력이 발생한다.
DE 27 43 579 C2에 금속 연속주조의 제어방법이 개시되어 있는데, 상기 방법에서는 칠이 진동하<4>
면서 작동되고, 상기 칠 안에서 액체 상태의 금속 표면은 구성 복합체를 보호하는 파우더로 덮힌다. 이
때 상기 칠을 떠난 빌릿의 표면은 우선 관찰되고, 효과적인 칠의 움직임이 등록된 후, 계속해서 효과적인
칠의 움직임의 주어진 스펙트럼과 본질적으로 비교된다.
상기 방법에서는 가속도 센서가 주조기계의 칠에 장착되고, 상기 가속도 신호는 상세하게 설명되<5>
지 않은 정보 검출기 안에서 처리된다. 빌릿과 칠의 상기 마찰력은 가속도 신호의 주파수 스펙트럼에 영
향을 준다는 점에서 비롯된다. 상기 방법에서 상기 칠의 움직임 또는 충격음의 주파수가 마찰력과 관련
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이 있는지에 대헤서는 불확실하다.
상기 방법의 단점은 주파수 분석 때문에 반응시간이 길다는 것이다. 상기 방법에서 시간의 평균<6>
값만이 산출된다. 또한 상기 마찰력은 주파수 스펙트럼이 변화하는 영역에 상대적으로만 산출된다. 이
밖에도 상기 가속도 센서는 상기 칠의 영역 내의 저항이 강한 환경의 주변에 장착된다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 목적은 매 시점마다 간단하게 비교적 안정적으로 마찰력이 재구성 될 수 있는 방법을
제공하고, 상기 방법에 상응하는 장치를 만들어내는 것이다.
본 발명의 목적은 방법을 설명하는 청구범위 제1항과 장치를 설명하는 청구범위 제6항에서의 특
징들에 의해 달성된다.
본 발명에 있어서, 상기 마찰력의 재구성을 위해 상기 칠의 리프팅운동과 상기 리프팅운동을 위
한 구동력이 계속적으로 측정된다.
상기 측정은 특정 연산회로에서 처리된다. 상기 연산회로는 결과로서 빌릿과 칠 사이의 마찰력을
제공한다. 상기 연산회로의 설계는 상기 칠의 리프팅운동의 다이나믹하고 수학적인 모델을 기초로 한다.
이때, 칠의 리프팅위치 및 리프팅 속도는 측정기술에 의해 파악될 수 있다. 리프팅위치가 측정되면 리프
팅속도를 재구성할 수 있다. 마찬가지로, 리프팅속도가 측정되면 리프팅위치를 재구성할 수 있다.
시간의 평균값만이 전달되는 종래의 기술과는 달리 본 발명의 방법에 있어서는 리프팅 운동하는
칠의 마찰력의 추이가 파악된다. 이때, 상기 마찰력은 절대값으로써 산출된다. 즉, 상기 마찰력은 주파수
스펙트럼의 변화 영역에 상대적으로만 산출되는 것이 아니다.
본 발명의 방법의 뛰어난 장점은 각각의 진동상태, 즉 각각의 주파수와 진폭을 위해 아이들링
(idling) 작동시의 구동력이 미리 알려져 있을 필요가 없다는 점이다.
또, 다른 장점은 본 발명에 의한 방법에서는 탄성력을 고려했다는 것이다. 이는 특히 공명 칠,
즉 스프링 어셈블리에 장착된 칠에 적용된다. 링크레버(articulated lever)로 상기 칠을 유도할 경우에는
전체 구동장치의 강도가 고려된다.
또한, 상기 칠의 베어링의 선형 마찰이 고려된다. 특히 , 마찰이 적은 칠의 베어링에 있어서, 이
값은 제로에 달할 수 있다.
상기 빌릿 쉘(billet shel1)과 상기 칠 사이의 재구성된 마찰력은 제어신호로서 액츄에이터로 전
달된다. 이와 동시에, 연속주조 공정에 대한 추가 정보를 제공하기 위해, 상기 마찰력은 작업자에게 추가
기술 공정 변수로서 표시될 수 있다.
특히, 돌발사항을 사전에 인식한다는 관점에서 볼 때, 상기 마찰력의 온라인-측정법으로 인해 자
동 감시가 가능해진다. 상기 온라인-측정법을 통해 경향을 적시에 인식할 수 있고, 돌발사항을 예를 들어
경보 신호를 통해 사전에 인식할 수 있다. 작업자는 주조속도를 감소시킬 것을 신호 받을 수 있으며, 또
한 상기 작업자에 의한 경보의 주관적 판단과 관계없이 돌발사항을 방지하기 위해 상기 주조속도의 자동
감소가 이루어질 수 있다.
이밖에도 공정의 제어와 감시를 위해서 재구성된 마찰력을 사용하는 추가 적용이 제시되어 있다.
추가 적용에는 자동화된 주조 파우더 공급 및 윤활제 첨가와 테스트용 칠의 협면을 원뿔형으로 조절하는
것이 해당된다. 마찰이 증가할 때의 윤활제의 공급 및 마찰 상태가 비정상일 때의 상기 협면의 원뿔형 조
절은 재구성된 마찰력과 관련되어 제어된다.
본 발명에 의한 방법으로 상기 칠의 상태가 간단한 방법으로 감시될 수 있다. 모든 방법에서는
구동력, 주파수 스펙트럼 또는 아이들링 시의 시스템 마찰은 계속되는 마찰력 연구를 위한 전제조건이다.
만일, 이들 기초자료의 변화가 아이들링 동안의 부가적 측정으로부터 일정 시간이 지난 후에 검출 될 수
있다면, 작업자는 칠의 기계적인 시스템의 변화를 추론해 낼 수 있다.
또한, 매개변수를 최적화시킬 수 있다. 종래에는 만일 작업자가 게이지 계수의 편차(variation
of gauge factor)를 테스트하길 희망하거나 또는 유압식 리프트 구동장치에 의한 표면 및 빌릿의 결함을
회피하기 위한 새로운 방법을 테스트하길 희망한다면, 비용이 많이 들고 많은 시간을 소모해야 하는 일련
의 측정으로 완제품을 연구해야만 했다. 상기 마찰력 측정으로 작업자는 매개변수의 변화에 의한 효과의
초기 평가를 할 수 있다. 상기 마찰력 측정은 더 나은 주조 파우더를 선택하는데 이용될 수도 있는 주조
파우더 분석에도 못지 않게 중요한 역할을 한다.
마찰력이 빌릿의 품질과 결함에 특별한 의미를 갖는다는 것은 알려져 있다. 특히, 하강운동에 있
어서 충분하지 않은 마찰 상태는 짧게 세로로 난 균열과 일정하지 않고 깊은 흠집의 원인이 된다. 마찰력
을 정확하게 인식할 때 상기 결함을 감소시킬 수 있으며 빌릿의 질을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 마찰력의 최적화는 신속한 주조작업의 본질적인 전제조건이다.
도면의 간단한 설명
도 1은 다수의 스프링 시스템이고, <23>
도 2는 칠의 리프팅에 기초하는 컴퓨터 회로이고, <24>
도 3은 리프팅 속도에 기초하는 컴퓨터 회로이고, <25>
도 4는 칠의 리프팅과 리프팅 속도의 컴퓨터 회로를 나타낸다. <26>
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실시예
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에서는 스프링 어셈블리(33)에 의해 고정되고 유압식 구동장치(32)에 의해 작동되는 칠(31)
이 도시되어 있다.
상기 칠(31)에는 측정장치와 제어장치의 측정요소들이 구비되어 있으며, 상기 측정요소들은 위치
(41), 속도(42), 힘(43)과 압력(44)에 관한 것이다.
스프링 시스템에 의해 상기 칠의 리프팅운동이 설명되고, 이때 알려지지 않은 마찰력(FR)이 상기
칠의 운동에 영향을 준다. 빌릿과 철(31) 사이의 마찰력을 본질적으로 나타내는 상기 마찰력(FR)은 재구성
된다. 상기 칠의 리프팅운동은 상기 칠의 리프팅운동방향으로 작용하는 구동력(F)을 받는다. 상기 구동력
(F)은 측정가능한 변수로서 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있다. 상기 구동력을 측정하기 위해서는 압
력셀(pressure cell), DMS-센서, 전자 장치의 구동 전류 또는 유압식 구동장치의 압력이 사용될 수 있다.
또한, 본 도면은 빌릿과 칠 사이의 마찰력을 재구성하기 위한 철의 리프팅 변위(x) 및/또는 리프
팅 속도(v)의 측정기술에 의한 검출을 보여주고 있다. 상기 리프팅 변위(x) 및 리프팅 속도(v)는 칠의 리
프팅운동을 설명하고 있다.
도 2 내지 도 4에서 가산기(11)는 자중력(自重力)(FG)을 감산한 구동력(F)과 빌릿과 칠 사이의
마찰력(FR)을 가산하여 그들사이의 편차를 산출한다. 가산기(12)는 가산기(11)에서 출력된 결과, 탄성력
(FC=C·x)(여기서 C는 전체 스프링의 강도) 및 선형 마찰력(FD=D·v)(여기서 D는 선형 마찰력의 계수)을
가산한다. 한편, 가산기(13)는 상기 속도(v)와, 가산기(14)는 상기 위치(x)와 관련한다.
또한, 관련 번호 21 및 22는 적분기(integrator)를 나타내고 있다. 다시 말해서, 가속도(b)와 관
련해서는 21로, 상기 속도(v)와 관련해서는 22로, 상기 위치(x)와 상기 속도(v)와 관련해서는 23으로 표
시하였다. 관련 번호 P1 내지 P3는 공지된 증폭기로서, P1은 탄성력(FC)에 관계하므로 이의 특성값을 -C/M
으로 나타내고, P2는 선형마찰력(FD)에 관계하므로 이의 특성값을 -D/M으로 하고, P3는 마찰력(FR) 및 구
동력(F)에 관계하므로 -1/M의 값으로 나타낼 수 있다. 여기서 M은 철의 리프팅 운동에 따른 총 진동 질량
(total oscillating mass)을 나타내고, C는 총 스프링 강성(total spring rigidity), D는 선형 마찰 계수
(coefficient of linear friction)이다.
도 2는 빌릿과 칠 사이의 마찰력과 상기 칠의 속도를 연산하는 연산회로(50)를 도시하고 있다.
상기 연산회로(50)는 구동력(F)과 칠의 위치(x)의 측정을 나타내는 신호를 받는다. 이러한 경우, 상기 마
찰력(FR)에 대해 상대적으로 칠의 리프팅속도(v)가 재구성된다. 상기 리프팅위치 측정 변수와 상기 리프팅
위치 연산 변수 사이의 편차가 제로에 가까워지도록 상기 회로의 계수 L1, L2, 및 L3이 선택된다.
도 3은 빌릿과 상기 칠 사이의 마찰력과 칠의 변위를 연산하는 연산회로(5l)를 나타내고 있다.
상기 연산회로(51)는 구동력(F)과 리프팅속도(v)를 나타내는 신호를 수신한다. 이러한 경우, 상기 마찰력
(FR)에 대해 상대적으로 상기 칠의 리프팅위치(x)이 재구성된다. 상기 리프팅속도 측정변수와 리프팅속도
연산변수 사이의 편차가 제로에 가까워지도록 상기 회로의 계수 L4, L5와 L6가 선택된다. 도 4에서는 빌
릿과 칠 사이의 마찰력을 연산하는 연산회로(52)가 도시되어 있다. 상기 연산회로(52)는 측정 변수로서
구동력(F), 칠의 리프팅위치(x) 및 리프팅속도(v)를 수신한다. 측정 변수와 연산 변수 사이의 차이가 상
기 칠의 리프팅위치(x)에 대해서 뿐만 아니라 리프팅속도(v)에서도 제로에 가까워지도록 상기 계수 L1 내
지 L6가 선택된다.
도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 연산회로는 시간을 상수로 하는 선형의 3차 미분 방정식을 나타내
고 있다. 상기 미분 방정식이 주어진 음의 고유값을 갖도록 도 2의 상기 계수 L1, L2와 L3, 도 3의 상기
계수 L4, L5와 L6, 그리고 도 4의 상기 계수 L1 내지 L6이 계산되어 수학적으로 표현된다.
도 2 내지 도 4에 의한 연산회로는 아날로그식 전자 회로에 의해, 또는 디지털 컴퓨터의 사용함
으로써 현실화될 수 있다. 시각화하는데 그리고 재구성된 마찰력을 전달하는데에도 상기 마찰력의 순간치
와 주어진 시간차에 의해 정류된 마찰력의 순간치가 사용된다.
-위치용어-
가산기
11 마찰력FR, 구동력F, 자중력FG
12 탄성력FC, 선형 마찰력FD, 결과 가산기11
13 속도v 14 위치x
적분기
21 가속도b 22 속도V 23 위치x, 속도v
연속주조장치
31 칠 32 유압식 구동장치 33 스프링 다발
측정장치와 조절장치
41 위치 42 속도 43 힘
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44 압력
증폭기
P1=-C/M P2=-D/M P3=-l/M
M 총진동량 C 총스프링강성 D 선형 마찰의 계수
L 계수/증폭기 L1 L2
L3 L4 L5
L6
(57) 청구의 범위
청구항 1
구동력, 리프팅위치 또는 칠의 리프팅속도를 측정하는 단계, 컴퓨터 모델에 상기 칠의 특정 리프
팅운동을 목표 변수로서 미리 설정하는 단계, 연산회로에서 상기 칠의 자중력을 감산한 구동력과 마찰력
사이의 편차와, 탄성력 및 선형 마찰력을 가산하는 단계, 상기 가산 단계 다음에 리프팅속도 및 리프팅위
치로 적분 연산하는 단계, 상기 리프팅위치 또는 상기 리프팅속도의 측정값과, 이와 대응하는 리프팅위치
또는 리프팅속도의 연산값의 편차가 제로에 가까워지도록 계수를 선택하는 단계 및 주조쉘과 칠의 재구성
된 마찰력의 크기를 나타내는 상기 칠의 리프팅운동의 편차를 제어신호로 액츄에이터에 전송하는 단계를
포함하는 리프팅장치에 의해 수직으로 진동하는 강 주조용 유도 칠의 작동방법.
청구항 2
청구항 1에 있어서, 상기 재구성된 마찰력이 시각화되고 등록되는 단계를 더 포함하는 작동방법.
청구항 3
청구항 1에 있어서, 상기 재구성된 마찰력이 주조 파우더공급을 조절하는 단계를 더 포함하는 작
동방법.
청구항 4
청구항 1에 있어서, 상기 재구성된 마찰력이 테스트용 칠의 원뿔화를 조절하는 단계를 더 포함하
는 작동방법.
청구항 5
청구항 1에 있어서, 상기 연산회로들은 각각 시간불변의 음의 고유값을 나타내도록 계산되는 3차
미분 방정식을 나타내고, 상기 연산회로들이 아날로그식 전자요소에 의해 또는 디지털컴퓨터에서의 이산
시간의 변형을 이용하여 현실화되는 동작방법.
청구항 6
리프팅장치에 의해 진동하며, 리프팅운동을 측정하고 제어하기 위한 요소를 포함하는 수직 유도
칠을 포함하는 강 주조용 연속주조장치에서, 칠의 리프팅 속도와 리프팅위치를 각각 연산하는 가속도 적
분기(21) 및 속도 적분기(22), 적분기(23)에 연결되고, 상기 리프팅속도와 리프팅위치의 연산값과 측정값
을 비교하기 위한 가산기(13,14), 상기 칠의 자중력을 감산한 구동력과 상기 적분기(23)의 적분값을 가산
하기 위한 가산기(11) 및 탄성력, 선형 마찰력 및 상기 가산기(11)의 출력을 가산하기 위한 가산기(12)를
포함하는 연속주조장치.
청구항 7
청구항 6에 있어서, 힘 센서(43)가 힘 측정을 위해 장착되는 것을 특징으로 하는 연속주조장치.
청구항 8
청구항 6에 있어서, 압력 측정 기구(44)를 갖는 유압식 구동장치(32)가 사용되는 연속주조장치.
청구항 9
청구항 6에 있어서, 스프링 다발(33)이 유동방향으로 유도하기 위해 상기 칠(31)에 장착되는 것
을 특징으로 하는 연속주조장치.
요약
본 발명은 리프팅 장치에 의해 진동 운동하는 수직의 유도 칠의 작동을 위해, 특히 강을 주조하
기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 있어서는 추진력(F), 리프팅위치(x) 및/또는 상기 칠의 리프팅
속도(v)가 측정되고, 상기 칠의 리프팅운동은 표준 규격으로서 컴퓨터 모델에 프리셋(preset)되고, 결국
상기 칠의 리프팅운동의 편차는 주조셸과 칠 사이의 마찰력의 크기를 나타내면서 회로를 통하여 제어값으
로서 엑츄에이터로 공급된다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하기 위한 연속주조장치에 관한 것이다.
대표도
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도1
도면
도면1
도면2
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도면3
도면4
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