KR0135343B1 - 강의 소단면 빌레트 연속주조시 주형 냉각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강의 소단면 빌레트 연속 주조시 연속주조주형(이하 주형이라함)내에서 주형 냉각수 온도를 크게 하여 주조함으로서 주형 냉각능과 주편 표면 형상을 개선하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 소단면 빌레트 연속주조 작업에 있어서, 주형의 냉각수 온도를 35∼40℃로 조정하는 것을 특징으로 한다.

Description

강의 소단면 빌레트 연속 주조시 주형 냉각 방법

제1도는 본 발명 적용되는 연속 주조 주형을 개략적으로 도시한 도면

제2도는 주형에서의 응고시 주형 입측 냉각수 온도에 따른 탕면과 접한 주형면과 냉각수측과 접한 면의 온도 분포를 나타내는 그래프도,

제3도는 주형 입측 냉각수 온도에 따른 평균 열전달량 분포를 나타낸 도면,

제4도는 주형 냉각수 온도에 따른 주편 표면 형상을 타나내는 사진이다.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:주형 2:주형 카바

3:주형 냉각수 흐름 방향 4:주형 하우징

5:냉각수 자켓 6:용강

본 발명은 강의 소단면 빌레트 연속 주조시 연속 주조용 주형(이하 주형이라함)내에서 주형 냉각수 온도를 크게하여 주조함으로써 주형 냉각능과 주편 표면 형상을 개선하는 소단면 빌레트 연속 주조시 주형 냉각 방법에 관한 것이다.

소단면 연속 주조시 사용되는 주형은 빌레트 단면적에 적합한 두께 6∼12㎜의 동판으로 만들고 상부에 설치된 플랜지 혹은 그루브에 고정시키며 그 외측에 냉각수 통로를 만들어 고속으로 물을 순환시키는 간단한 형상을 하고 있다.

연속 주조시 주편의 냉각은 턴디쉬로부터 용강이 주형에 주입되면서 냉각을 시작하며 통상적으로 1차 냉각이라 한다. 이때 주편 표면부는 응고층, 내부는 고온의 용강이 있는 상태에서 인발되고 있기 때문에 1차 냉각의 적부 여부는 조업 및 품질에 큰 영향을 미친다.

응고층이 파단하여 내부 용강이 유출되는 브렉아웃은 연속 주조에 있어서 대표적인 조업 사고로서 그 원인은 거의 주형내 응고 상황에 지배된다. 이러한 주형의 일차적인 조건은 용강 철정압에 견딜 수 있는 충분하고 균일한 응고층의 형성이다.

이러한 주형에서의 강의 응고 양상은 다음과 같다.

주형내 응고가 시작되면 응고층이 우선 생성되고 처음에는 주형 벽에 밀착되어 있지만 응고 수축으로 주형 벽을 이탈하여 국부적인 공극이 생성된다. 응고가 진행되면서 이 부분은 부분적인 열전달의 감소로 인하여 재용해되고 응고층의 고온강도 저하와 용강 철정압으로 인해 다시 주형벽에 밀착된다. 이러한 응고 과정을 거치면서 응고층은 주형과의 접촉 상태가 균일하게 지속되지 못하기 때문에 주편표면 형상과 응고층 성장이 불규칙하게 되며 그 정도가 심하면 브렉아웃 등의 조업 장애가 발생한다. 또한 이러한 국부적인 주편 표면 형상은 주형과의 열전달을 방해하여 전체적인 주형 냉각능 저하의 원인이 되고 있다.

이하, 주형내 응고 거동과 주형 냉각능과의 관계 및 그 문제점에 대해 설명한다.

일반적으로 주형의 냉각능의 척도는 용강에서 주형으로의 열전달량(이하 열전달량이라 한다)으로서 정의하며, 식(1)과 같다.

Qavg = (Cp × M ×ΔT) / A ………… (1)

Qavg : 평균 열전달량(W/㎡), Cp : 냉각수 비열(J/kg℃),

M : 주형 냉각수량(kg/초), ΔT : 냉각수 입구와 출구에서의 온도차(℃),

A : 주형과 주편의 접촉 면적(㎡)

상기 식에서 주형 크기가 정해지면 A값은 일정하며, 따라서 열전달량은 주형 냉각수량과 냉각수 입구와 출구에서의 냉각수 온도차(ΔT)에 비례 관계가 있다.

따라서 주형 냉각능을 증대시키기 위해서는 주형 냉각수량의 증대, 즉 냉각수 유속을 증대시키는 것이 필요하나, 주형 냉각수 측의 열전달 계수가 냉각수 유속에 비례하기 때문에 냉각수 유속을 증대시키면 냉각능은 증대하나 일정한 한계가 있으며, 오히려 초기 응고층의 과도한 냉각 및 이로 인한 수축량이 크게 되어 공극의 발생이 용이하게 되기 때문에 국부적인 열전달량의 저하를 초래하는 역효과가 발생하기 쉽다. 그리고 냉각수 온도차를 크게 하면 주형 변형이 쉽게 발생하기 때문에 통상의 연주 조업에서는 10℃ 이하로 관리하고 있다.

한편 일정 냉각수량 및 냉각수 온도차의 주조 조건하에서 냉각능을 향상시키는 방법으로 초기 응고층 형성시 냉각능을 작게하여 응고층 형성을 면함으로써 응고 수축량을 작게 하고 이에 따른 공극의 크기를 작게 하는 이른바 완냉각법이 있다. 대표적인 것이 초기 과냉 응고를 방지하기 위하여 열전도도가 작은 주형 파우더를 사용하는 것이다. 그러나 이러한 주형 파우더는 주형 파우더 본래 목적인 주형과 주편과의 윤활 작용에는 불리한 측면이 있다.

그리고 초기 응고시 주형벽에 열전도도가 작은 물체를 삽입하여 완냉각하는 방법도 제시되고 있지만 가공 및 설치시 어려움이 있고, 특히 소단면 주형의 경우 동판 두께가 얇아 적용이 불가능하다.

본 발명은 상기 설명한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 소단면 빌레트 연속 주조시 냉각수의 온도를 높게하여 주조함으로써 초기 응고의 과냉각을 방지하고 주형과 주편과의 접촉 상태를 양호하게하여 주형 냉각능의 향상과 주편 표면 향상을 개선한 강의 소단면 빌레트 연속 주조시 주형 냉각 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 강의 소단면 빌레트 연속 주조시 주형 냉각 방법은, 주형의 냉각능을 향상시키고 주편 표면 형상을 개선하도록 주형의 냉각수 온도를 35∼40℃로 조정하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하에서는 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

제1도에는 본 발명이 적용되는 연속 주조 작업시 주형 동판과 냉각수의 흐름 및 주조될 용강의 배치관계가 개략적으로 도시되는데, 주조될 용강(6)이 유동하는 양측면에 동판으로된 주형(1)이 소정 거리 이격하여 배치되며, 주형 카바(2)와 주형 하우징(4)에 의해 밀폐되는 공간 내부에 냉각수 자켓(5)이 설치되고 화살표(3)로 나타낸 바와 같이 냉각수가 흐른다.

본 발명에서 사용된 주형(1)은 160㎜×160㎜ 단면 크기이며, 두께 6㎜인 동 주형이며, 냉각수 유속은 5.5m/초∼7m/초이며, 냉각수 온도차는 6∼10℃이다.

종래 연속 주조시 주형(1)의 변형을 방지하기 위하여 냉각수 온도를 15℃에서 30℃ 정도로 유지하고 있다. 냉각수 온도에 따른 주형(1)의 온도 분포를 제2도에 나타내었다. 제2도로부터 알 수 있는 바와 같이, 입측 냉각수 온도가 15℃에서 45℃로 증가함에 따라 주형(1)의 최대 온도가 230℃, 255℃로 크게 증가하는 것을 알 수 있다.

따라서, 전술한 초기 응고시 과냉을 방지하는 완냉각 효과가 기대되며, 이에 따른 국부적인 공극의 크기가 감소되어 전체적인 열전달량이 증가할 것으로 기대된다. 한편 주형(1)의 온도가 증가하면, 주형이 연화되어 변형이 발생하는데, 주형인 동판의 연화 온도는 350℃로 알려져 있다. 따라서 동일한 주조 조건하에서 냉각수의 온도를 종래보다 5∼10℃ 정도 크게 하였다.

이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명을 적용하기 위한 실험에서의 주조 조건은 다음 표 1과 같다.

상기 표1의 조건은 동일한 주조 조건하에서 냉각수의 온도를 종래보다 5∼10℃ 정도 크게하여 식(1)에 언급한 열전달량식을 이용하여 주형 냉각능을 비교하고, 소단면 빌레트 주조시 주형 사용 회수에 따라 냉각수측 주형 외벽에 스케일이 형성되어 열전달을 방해하고 주형 자체의 변형 등으로 인하여 열전달이 감소되기 때문에 주형 사용 회수별로 동일 주조 조건하에서 주형 냉각능과 이에 따른 주편의 표면 형상을 비교하기 위한 것이다.

위에서 설명한 바와 같이, 주형 냉각수 온도를 달리하여 주형에서의 열전달량을 비교한 결과가 제3도에 나타나 있는데, 본 발명에 의해 냉각된 발명재의 경우 냉각능이 10∼25% 정도 향상되었음을 알 수 있다. 주냉각수의 온도가 45℃ 이상의 경우는 제2도에서 보는 바와 같이 주편과 접한 동판인 주형(1) 면의 온도가 연화 온도인 300℃에 근접하므로 장기간 사용할 때 동판인 주형의 연화 문제가 발생할 소지가 있으므로 더 이상의 냉각수 온도 상승은 바람직하지 않다.

또한, 주형 표면 형상을 비교하여 제4도에 사진으로 나타내었는데, (나)의 본 발명에 따른 주편 표면이 (가)의 종래 방법에 의한 경우 보다 깨끗함을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면 종래 방법에 의해 냉각된 주편의 경우에 비하여 주편 표면 형상이 보다 더 깨끗하며 주형 냉각능도 10∼25% 정도 향상되는 등 우수한 효과가 얻어진다.

Claims (1)

1. 주형(1)의 냉각능을 향상시키고 주편 표면 형상을 개선하도록 주형의 냉각수 온도를 35∼40℃로 조정하는 것을 특징으로 하는 강의 소단면 빌레트 연속 주조시 주형 냉각 방법.