KR100229910B1 - 연속주조공정중 턴디시내의 용탕면 제어방법 및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조 공정에서 턴디시 내부에 용탕면을 불활성가스로 가압할 수 있는 가압조를 설치하여 연연주중 래들교환간에 턴디시의 용강 탕면 저하를 억제함으로써 턴디시슬랙이 용강으로 혼입되는 것을 억제하고, 가압조 내부에 하부 교반댐을 설치하여 압력조내 용강 교반력을 이용하여 합금투입시 단시간에 용강혼합이 이루어지도록 하여 이강종 연연주시에도 양호한 주조실수율을 얻어낼 수 있도록 하는 연속주조기술에 관한 것이다.

본 발명은 래들(1)로부터 용강을 수탕하는 수탕조(24)와, 주형으로 용강을 주입하기 위한 침지노즐(4)을 갖는 주입조(25)와, 상기 수탕조(24)와 주입조(25)사이에 위치하여 수탕조(24)의 용강이 주입조(25)로 이동되도록 하부에 용강입구(42)와 용강출구(43)가 형성되어 있고 불활성가스주입에 의해 용탕면을 가압하기 위한 가압관(41)과 합금투입을 위한 합금 투입구(29)가 상부에 형성되어 있는 가압조(26)를 포함하고, 상기 가압조(26) 하부의 턴디시면에는 하부 교반댐(27)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연속주조공정중 턴디시내의 용탕면 제어장치와, 동 장치를 사용하여 래들교환시 턴디시내의 용탕면이 저하되면 턴디시에 설치된 가압조(26)내의 용탕면에 압력을 가하여 턴디시 주입조(25)쪽의 용탕면을 상승시켜 주입조(25)의 용탕면 높이를 일정하게 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 연속주조공정중 턴디시내의 용탕면 제어방법을 제공한다.

Description

연속주조공정중 턴디시내의 용탕면 제어방법 및 장치

제1도 : 기존 턴디시에 의한 연속주조공정의 모식도,

제2도 : H형 턴디시에 의한 연속주조공정의 모식도,

제3도 : 본 발명에 의한 연속주조공정의 모식도,

제4도 : 시험에 사용한 연속주조공정 모사장치,

제5도 : 모사시험시 턴디시별 래들교환시 턴디시 탕면변동량 지수를 나타낸 그래프,

제6도 : 모사시험시 턴디시별 주조후 턴디시 잔탕량 지수를 나타낸 그래프,

제7도 : 모사시험시 턴디시별 턴디시 입출측간 수온저하량을 나타낸 그래프,

제8도 : 모사시험시 턴디시별 턴디시 슬랙 혼입 지수를 나타낸 그래프,

제9도 : 모사시험시 턴디시별 혼합시간(mixing time) 지수를 나타낸 그래프,

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 래들 2 : 용강

3 : 턴디시 4 : 침지노즐

5 : 주형 6 : 댐

7 : 웨어 8 : 유입용강

9 : 탕면 10 : 턴디시플럭스

11 : 부상개재물 12 : 쉬라우드 노즐

13 : 토출 용강 14 : 턴디시슬랙

18 : 몰드슬랙 19 : 연결통로

20 : 제1조 21 : 전 래들

22 : 후속 래들 23 : 제2조

24 : 수탕조 25 : 주입조

26 : 가압조 27 : 하부 교반댐

28 : 가압조내 탕면 29 : 가압조 합금투입구

30 : 투입합금 31 : 모형래들

32 : 가열장치 33 : 모형턴디시

34 : 쉬라우드 노즐 35 : 침지노즐

36 : 쉬라우드 노즐측 온도계 37 : 침지노즐측 온도계

38 : 컴프레서 41 : 가압관

42 : 용강입구 43 : 용강출구

본 발명은 연속주조공정중 턴디시내의 용탕면을 제어하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세히는 연속주조공정에서 턴디시 내부에 용탕면을 불활성 가스로 가압할 수 있는 가압조를 설치하여 연연주중 래들교환간에 턴디시의 용탕면 저하를 억제함으로써 턴디시슬랙이 용강으로 혼입되는 것을 억제하고, 가압조 내하부에 하부 교반댐을 설치하여 가압조내 용강 교반력을 이용하여 합금투입시 단시간에 용강혼합이 이루어지도록 하여 이강종 연속주조시에도 양호한 주조실수율을 얻어낼 수 있도록 하는 연속주조공정중 턴디시내의 용탕면을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

연속주조공정은 제1도와 같이 제강공정에서 래들(1)로 운반된 용강(2)을 턴디시(3)로 주입한 후, 턴디시의 용강을 재차 침지노즐(4)을 통하여 수냉 주형(5)으로 주입시켜 용강을 일정 규격의 주편으로 연속 응고시켜내는 공정이다. 이때, 선행 래들(또는 전 래들)의 용강 주입이 종료되면 후속 래들의 용강을 계속하여 턴디시에 주입하는 래들연연주를 행한다. 이러한 연속주조 공정에서 턴디시의 역할은 첫째 래들로부터 옮겨 받은 용강을 각 주형으로 분배해 주는 기능, 둘째 주형에 공급하는 용강류의 철정압을 완화시켜 주편의 벌징(bulging)현상을 방지하는 기능, 셋째 턴디시내에서 용강중의 개재물을 부상 분리시켜 주는 기능이 있다. 이중 셋째 기능을 향상시켜 주기 위하여 턴디시내에 댐(6)과 웨어(7)를 설치하여 래들(1)로부터 유입된 용강(8)을 탕면(9)으로 부상시키고, 턴디시플럭스(10)를 투입하여 부상하는 개재물(11)을 용해흡수하도록 하였다. 그러나, 제강공정의 정련기술이 점차 향상됨에 따라 턴디시로 공급되는 용강의 청정도도 높아져, 턴디시에서 부상 제거되는 개재물의 양이 점차 감소되는 추세이다. 반면에, 주조초기와 말기 그리고 래들교환시와 같은 비정상시점에서 용강이 오염되는 양은 감소하지 않으므로 결함발생에 미치는 비정상시점의 용강오염이 상대적으로 커지게 되어 이에 대한 대처방안의 중요성이 점차 부각되고 있다.

연속주조중 주편의 청정도를 살펴 보면, 주조초기 및 말기 그리고 래들교환시의 주편청정도가 낮다. 주조초기에는 쉬라우드 노즐(12)로부터 턴디시(3)로 유입되는 용강류가 대기에 의해 재산화되어 용강청정도가 저하된다. 래들교환시에는 제1b도와 같이 쉬라우드 노즐(12)이 턴디시(3)내 용강중에 미침적된 상태로 열려져 용강토출이 일어나게 되므로 주조초기와 마찬가지로 공기에 의해 토출 용강(13)이 재산화되고, 이때 형성되는 난류에 의해 턴디시슬랙(14)이 용강중으로 혼입된다. 또한, 제1b도에서 래들(1)내 용강의 턴디시(3)로의 주입말기에는 철정압이 감소하여 더 이상 정상유량을 공급하지 못하는 시점부터는 턴디시의 탕면(9)이 저하하기 시작한다. 더욱이 래들교환간에는 래들로부터의 용강공급이 재개될 때까지 턴디시내 용강 탕면(9)이 강하한다. 이때 와류(16)가 발생하여 턴디시슬랙(17)이 용강중으로 혼입되어 용강청정도가 저하될 뿐만 아니라 용강 탕면의 급격한 상승과 하강에 의해 주형(5)내 용강 탕면의 순간적인 변동이 야기되어 몰드슬랙(18)의 혼입이 발생함으로써 용강의 청정도가 더욱 저하되는 문제점이 있다. 최근에는 생산성 향상을 위하여 주조의 고속화를 지향하고 있으며, 이 경우 래들교환시 탕면의 하락정도가 더욱 커지므로 상기의 문제점들이 더욱 심각해지며, 이를 해소하기 위하여 턴디시를 대형화하여 강욕의 깊이를 증가시키고 있다. 그러나, 이 경우도 턴디시내 탕면변동으로 인하여 주형내 용강 탕면이 변동하는 문제점은 여전히 남아 있다.

턴디시내 용강 탕면의 변동을 방지하여 턴디시슬랙 및 주형슬랙의 혼입을 방지하기 위하여 기공지된 기술로서는 제2도와 같은 H형 턴디시를 사용하는 방법이 있다. 이 방법에서 사용하는 H형 턴디시는 2개의 조(20)(23)로 구성되고 이들간에 연결통로(19)가 있는 구조로서 제1조(20)에 전후 2대의 래들(21)(22)내 용강을 동시에 주입시키고 이 용강이 연결통로(19)를 통해 제2조(23)로 이동되어 침지노즐(4)을 통해 주형으로 주입되도록 함으로써 턴디시내 용강탕면의 급격한 변동현상을 억제하여 종래의 문제점을 해소하고자 하였다. 그러나, 이는 2대의 래들(21)(22)을 통해 용강을 동시에 주입시키므로 이에 필요한 턴디시 면적 및 내화물의 체적증가로 인하여 턴디시내 용강의 온도저하가 크기 때문에 도리어 강의 청정도 저하를 초래할 뿐 아니라 주조 말기에 잔류지금이 증가하고 내화물 사용량이 많은 단점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구된 것으로, 턴디시내의 용강탕면을 항상 일정하게 유지하여 슬래그의 용강혼입을 억제하고 합금투입시 단시간에 용강혼합이 이루어지도록 한 턴디시내부 용탕면 제어방법 및 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 래들(1)로부터 용강을 수탕하는 수탕조(24)와, 주형으로 용강을 주입하기 위한 침지노즐(4)을 갖는 주입조(25)와, 상기 수탕조(24)와 주입조(25)사이에 위치하여 수탕조(24)의 용강이 주입조(25)로 이동되도록 하부에 용강입구(42)와 용강출구(43)가 형성되어 있고 불활성가스공급으로 내부의 용탕면을 가압하기 위한 가압관(41)과 합금투입을 위한 합금 투입구(29)가 상부에 형성되어 있는 가압조(26)를 포함하고, 상기 가압조(26) 하부의 턴디시면에는 하부 교반댐(27)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 턴디시내의 용탕면 제어장치와, 연속주조의 래들연연주 공정에 있어서, 래들교환시 턴디시내의 용탕면이 저하되면 그 탕면 저하량에 상응하는 양으로 턴디시에 설치된 가압조(26)내에 불활성가스를 공급하여 그 가스압력으로 용탕면을 가압하고, 이로서 턴디시의 주입조(25)쪽의 용탕면을 상승시켜 주입조(25)의 용탕면 높이를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 연속주조공정중 턴디시내의 용탕면 제어방법을 제공한다.

이하에서, 본 발명을 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 제3도와 같이 턴디시를 수탕조(24)와 주입조(25)를 가지는 T형의 턴디시로 구성하고, 그 수탕조(24)와 주입조(25)간에 기존의 웨어(7)대신 용탕면을 가압할 수 있는 가압조(26)를 설치함으로써 상기 가압조(26)가 기존 웨어(7)의 역할 뿐만 아니라 래들연연주중 래들교환간에 턴디시의 탕면(9) 저하현상을 억제하여 턴디시슬랙(17)과 몰드슬랙(18)이 용강중으로 혼입되는 것을 억제하고, 가압조(26) 내하부에 하부 교반댐(27)을 설치하여 턴디시 수탕조(24)에서 가압조(26)로 유입되는 용강을 가압조내 탕면(28)으로 유도하고 이때의 용강 교반력을 이용하여 가압조(26) 상부의 합금투입구(29)를 통해 투입된 합금(30)이 짧은 시간내에 균일하게 혼합되도록 하였다. 이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 효과를 조사하기 위하여 실제크기의 1/3인 래들과 턴디시 및 주형 모형을 제4도와 같은 구조로 제작하였다. 모형래들(31)의 물은 가열장치(32)에 의해 상온보다 높은 일정온도까지 가열한 후 모형턴디시(33)로 주입을 실시하였다. 시험에 사용한 턴디시는 기존 턴디시, H형 턴디시와 본 발명 턴디시의 3개 모형으로서 각각에 대하여 실제 조업과 동일한 패턴으로 연연주 작업을 실시하였다. 각 모형턴디시는 동일한 탕면높이를 가지도록 설계하였고 토출유량은 실제 조업유량과 프로우드 수(Froude number)가 동일하도록 유량을 결정하여 실제와의 상사조건을 만족시켰다. 모형래들(31)의 쉬라우드 노즐(34)과 모형턴디시(33)의 침지노즐(35)에는 온도계(36)(37)를 삽입하여 두 지점간의 수온 저하정도를 조사하였다. 본 발명 턴디시의 경우는 가압조(26)에 컴프레서(38)를 연결시켜 그 가압조내의 탕면을 가압시켜 턴디시의 탕면을 제어하였다.

[실시예 1]

통상의 조업시 래들교환중에도 저속주조를 실시한다. 이때 턴디시내 탕면변동을 조사하면 기존 턴디시 및 본 발명 턴디시는 래들을 연연주하고, H형 턴디시는 전 래들의 용강주입말기에 후속 래들의 용강주입이 동시에 이루어지도록 하였다. 본 발명 턴디시는 탕면강하량에 해당하는 만큼의 탕면 가압상승을 계속 행함으로써 턴디시의 탕면을 일정하게 유지시켰다. 이때 탕면 변동을 투명유리를 통하여 육안으로 관찰하였다.

래들교환중 최대 탕면강하량을 정상주조시의 탕면높이에 대한 상대백분율로 나타내었다. 제5도에 따르면 탕면강하량은 기존 턴디시의 경우는 약 27%정도인데 비하여 본 발명 턴디시와 H형 턴디시의 경우는 공히 3% 이내로 우수하였다. 래들교환시 주형에서 최대탕면 변동량은 레이저센서에 의하여 측정하였으며, 기존 턴디시의 경우 ±15mm, 본 발명 턴디시와 H형 턴디시의 경우는 ±5mm로 탕면변동량이 적어 몰드 슬랙의 혼입가능성이 낮았다.

[실시예 2]

주조후 턴디시내에 잔류하는 지금량을 조사하기 위하여 수모형에서 마지막 래들의 주입말기에 턴디시 탕면에서 와류가 발생하여 침지노즐까지 관통하는 시점을 주조 종료시점으로 정하고, 이때의 잔류수량을 잔탕량으로 환산하였다. 잔류수량은 기존 턴디시의 정상주조시 수량에 대한 백분율로 나타내었다. 그 결과 제6도에서 기존 턴디시는 5%, H형 턴디시가 9%, 본 발명은 4% 수준으로서 본 발명 턴디시가 잔류용강량이 가장 적어 주조실수율이 가장 높았다. 이는 H형 턴디시가 턴디시의 바닥면적이 가장 넓기 때문에 잔류용강량이 가장 많기 때문이다.

[실시예 3]

턴디시내에서 용강의 온도저하가 클수록 강의 청정도는 저하한다. 이를 조사하기 위하여 수모형 턴디시의 입구와 출구에서 연속측온을 행하여 턴디시내를 흐르는 물의 온도 강하량을 조사하였다. 입구와 출구에서의 온도차를 조사해 본 결과인 제7도에서, 기존 턴디시의 경우 약 3℃, H형 턴디시의 경우는 약 5℃, 본 발명 턴디시의 경우는 3℃ 수준으로 H형 턴디시의 경우가 가장 컸다. 이는 H형 턴디시의 경우 턴디시내 용강의 입측과 출측까지의 거리가 길고 용강이 벽면과의 접촉하는 시간이 길기 때문에 수온저하가 큰 것으로 사료된다.

[실시예 4]

래들연결시에 턴디시슬랙의 혼입정도를 조사하기 위하여 턴디시슬랙을 모사하기 위한 수모형 턴디시의 탕면상에 오일을 띄우고 래들연결시 탕면저하와 함께 오일이 용강중으로 혼입되는 정도를 조사하였다. 오일의 혼입정도는 육안으로 측정하여 기존 턴디시의 경우와 상대 비교하여 백분율로 나타내었다. 각 턴디시별로 시험을 행한 결과 제8도에서 보듯이 기존 턴디시에서 오일혼입량이 100%일 경우 H형 턴디시와 본 발명 턴디시의 경우 10%수준으로서, 본 발명 턴디시와 기존 턴디시가 기존 턴디시의 경우보다 매우 우수하였다.

[실시예 5]

래들교환시 전 래들의 용강과 후속 래들의 용강성분이 서로 다른 이강종 연연주시에는 양성분의 용강이 혼합되는 천이기간(mixing time)에 해당되는 주편은 정품으로 사용되지 못하므로 가급적 천이기간을 줄여서 주조실수율을 높여야 한다. 수모형에서 전 래들의 물은 그대로 두고 후속 래들의 물중에는 염화칼륨 시약을 투입한 후 턴디시 출구에 설치한 전기전도도 측정기(conductivity meter)로 전기전도도의 변화를 조사하여 전도도가 변화하는 천이기간을 조사하였다. 그 결과 제9도에서 기존 턴디시는 약 7분이나 H형 턴디시는 12분, 본 발명 턴디시는 약 7분으로서 본 발명 턴디시와 기존 턴디시가 천이구간이 짧아 이강종 연연주시 실수율 측면에서 가장 우수하였다. 또한, 본 발명 턴디시의 경우 합금을 투입하는 가압조내의 분위기가 불활성으로서 다른 턴디시에 비해서 합금의 실수율이 우수하리라 생각된다.

이상의 실시예를 종합하여 본 발명 턴디시의 경우를 기존 및 H형 턴디시와 비교하면, 본 발명 턴디시는 기존 턴디시에 비하여 턴디시의 탕면변동량 및 턴디시슬랙의 용강중 혼입정도가 적어 우수하였고 기존의 공지기술인 H형 턴디시에 비해서도 턴디시 잔탕량, 턴디시내 온도강하량 및 이강종 연연주시 천이구간이 작고 우수하였다.

Claims (2)

1. 래들(1)로부터 용강을 수탕하는 수탕조(24)와, 주형으로 용강을 주입하기 위한 침지노즐(4)을 갖는 주입조(25)와, 상기 수탕조(24)와 주입조(25)사이에 위치하여 수탕조(24)의 용강이 주입조(25)로 이동되도록 하부에 용강입구(42)와 용강출구(43)가 형성되어 있고 불활성가스주입에 의해 용탕면을 가압하기 위한 가압관(41)과 합금투입을 위한 합금 투입구(29)가 상부에 형성되어 있는 가압조(26)를 포함하고, 상기 가압조(26) 하부의 턴디시면에는 하부 교반댐(27)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 턴디시내의 용탕면 제어장치.
2. 연속주조의 래들연연주 공정에 있어서, 래들교환시 턴디시내의 용탕면이 저하되면 턴디시에 설치된 가압조(26)내의 용탕면에 압력을 가하여 턴디시 주입조(25)쪽의 용탕면을 상승시켜 주입조(25)의 용탕면 높이를 일정하게 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 연속주조공정중 턴디시내의 용탕면 제어방법.