KR100230888B1 - 연속주강공정에서회수속도를역학적으로제어하는방법 - Google Patents

Abstract

주형내에서 표면 고착의 발생이 감지되었을 때 그 회수속도가 순항속도에서 감소된 속도로의 감속경사, 치유 플래토우 및 감소된 속도에서 순항속도로의 가속경사로 이루어진 주기적인 변화에 따르게 되고, 그 측정은 주조하고자 하는 강의 페라이트 포텐셜(PF)을 정하고, 상기 두 경사중 하나의 구배(D, A)를 상기 페라이트 포텐셜의 함수로 정하고, 상기의 치유 플래토우의 길이(t_r)를 상기 강의 액체상 온도와 고체상 온도간의 차이의 함수로 정한 것에 따르게 되는 연속주강의 공정에서 회수속도를 역학적으로 제어하는 방법인 것이다.

Description

연속주강공정에서 회수속도를 역학적으로 제어하는 방법

본 발명은 강(鋼)을 연속적으로 주조(鑄造)하는 공정에서 회수속도를 역학적으로 제어하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 주형(鑄型) 내에서 표면 고착의 발생이 감지될 때, 회수속도가 순항속도에서 감소된 속도로의 감속 경사, 치유 플래토우(plateau) 및 감소된 속도에서 순항속도로의 가속경사로 이루어진 주기적인 변화에 따르게 하는 방법이다.

연속적인 주조기계의 주형내에서 표면고착의 발생은 매우 위험한 것이며, 주형의 파괴로 이어질 수 있다.

특히, SAPSOL의 명칭으로 SOLLAC에서 개발된 시스템에 따르면, 이러한 고착상황을 경고하는 설비로서 경보시스템을 채택하고 있음을 알 수 있다.

이 경보시스템은 메니스커스(meniscus)밑에 있는 수직 주형의 두꺼운 벽면내의 두군데에 삽입된 열전기쌍으로 주형벽면의 온도를 기록하는 것을 근간으로 하고 있으며, 다른 경보시스템도 제안된 바 있다.

처음에는 경보가 감지된 후에 치유하기 위한 충분한 시간을 갖도록 하기 위해 주조동작을 중지하였다.

최근에는, 기계의 단전을 방지하기 위해서, 상기에 정의한 바와 같은 치유사이클 중에도 회수속도는 규칙성이 있어야 한다고 제안된 바 있다.

하지만, 이러한 사이클, 특히 감소된 속도주기는 제품표면의 품질과 기계의 생산성과 관련하여 중요성이 없는 것은 아니다.

수평형 연속 주조설비에서, 응력 측정값을 이용하는 파괴검출방법(EP-A-111 000)이 잘 알려져 있고, 주형내에서 온도의 급작스런 저하가 감지된다면 제품회수는 멈추어야 한다고 하는 방법(DE-A-33 07 176)이 제안된 바 있다.

본 발명의 목적은, 이러한 사이클의 관리를, 강의 움직임을 적절하게 조정하고, 고착이 발생된 지역을 치유하는데 소요되는 대기시간이 최소가 되도록 감소된 속도주기를 단축시키게 되는 역학적인 제어로 대체하고자 하는 데 있다.

본 발명에서는 주조되어지는 강의 페라이트 포텐셜을 정하고, 최소한 감속 및 가속경사의 구배를 상기 페라이트 포텐셜의 함수로 정함으로써 이러한 목적을 달성하게 된다.

본 발명은 후술하는 바와 같이, 페라이트 포텐셜은 치유사이클중 회수속도의 규칙성에 결정적인 인자로 고려될 수 있다는 점에 의해 사실상 과학적인 고찰과 실제적인 실험을 기초로 한 발견에 근본을 두고 있다.

또한, 치유플래토우의 길이를 주조되는 강의 액체상과 고체상 온도간의 차이의 함수로 결정하는 것이 유리하다.

만일, 고착의 경우에, 고착이 발생된 지역이 치유될 수 있도록 감소된 속도를 0.2 내지 1m/min의 범위로 하는 것이 유리하다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 다음에 상세히 기재한 설명을 읽음으로써 더욱 명백해질 것이다.

첨부한 도면을 참고하기로 한다.

제1도는 치유사이클 동안의 속도 다이아그램이다.

제2도는 3가지 다이아그램으로 이루어진 도면으로서, 이들은 각각 표시되어 있고 : 위에서 아래쪽으로, 치유시간(분, min)을 응고시간범위(도)의 함수로 표시한 그래프, 감속경사 구배(m/min²)를 페라이트 포텐셜의 함수로 표시한 그래프, 가속경사구배(m/min²)를 페라이트 포텐셜의 함수로 표시한 그래프를 각각 나타낸 것이다.

제3도는 제1도에 표시한 다이아그램과 유사한 것으로서, 3등급 X, B, D의 강에 대한 본 발명에 따른 치유사이클과 상기 등급 X와 유사한 종래방법에 따른 등급 X’의 강에 대한 치유사이클을 보여주고 있다.

제1도에 나타낸 다이아그램은 치유사이클중, 전 및 후의 회수속도 V(m/min)를 시간 t(min)의 함수로서 나타낸 그래프이다.

이 사이클 전과 후의 경우에, 회수속도는 순항값 V_c에서 유지된다.

경보가 울리면, 회수속도는 감소주기 t_d에서 값 V_r로 감소한다.

따라서, 평균감소율 D = (V_r- V_c)/t_d가 감속경사구배가 된다.

치유 또는 대기시간 t_r이후에는, 속도는 증가하고, 주기 t_a에서 값 V_c로 돌아가게 된다.

따라서, 가속 A = (V_c- V_r)/t_d가 된다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 점을 발견할 수 있다.

- t_d와 D는 슬랩(slab)의 경향에 의해 강하게 영향을 받아 표면의 고온 가소성 변형행동에 의존하는 롤 사이를 팽창시키며: 낮은 그리이프(creep)강도를 갖는 페라이트 등급은 긴 감속시간 t_d( 및 D에 대해서는 낮은 값)를 요구하는 반면에 반대로 오오스테나이트 등급에 대해서는 좋게 유지한다.

- t_r은 원칙적으로 응고범위, 즉 액체상 온도와 고체상 온도, T_L- T_S(K)에 달려 있고: 그 결과 T_L- T_S에 대해 높은 값을 갖는 고합금등급은 t_r에 있어서 그에 상응하는 증가를 요구하게 되며 그 반대도 같다.

- t_a와 A는 전부 페라이트 등급이거나 전부 오오스테나이트등급에 대해서는 강한 반면 이들을 혼합하면 악한 고착경향에 대해 어떤 조정이 요구되며, 오오스테나이트/페라이트 구조가 표면이 경험한 온도범위에 걸쳐 존재하게 된다.

이러한 모든 고찰은 응고상태시 페라이트의 존재가 미소편석을 최소화하는 것과 관련하여 매우 유리한 작용을 보인다는 점에서, 매트릭스내의 미소편석(微少片石) 효과에 광범위하게 의존하게 되며, 궁극적으로 주조되는 강 등급의 페라이트나 오오스테나이트 특성에 의존하게 된다.

보통 탄소 또는 저합금강의 경우에 탄소함량의 함수로서 페라이트와 오오스테나이트의 고체분율의 비율이 점차적으로 변화하기 때문에, 응고시에 형성된 페라이트의 분율을 표현하는 "페라이트 포텐셜" (PF)로 정의할 수 있다.

따라서,

여기서, %C_P는 포정(包晶)반응에서의 탄소당량을 나타내며, 탄소함량은 다른 합금원소의 작용을 고려해서 교정된다.

실제로, 사용시에는 다음식이 만들어진다.

페라이트 포텐셜의 값이 1 또는 그 이상인 경우는 응고시 전부 페라이트 구조가 형성될 수 있는 것을 의미한다.

반대로, 페라이트 포텐셜의 값이 마이너스인 경우는 전부 오오스테나이트 구조가 형성될 수 있는 것을 나타낸다.

스테인레스 강의 경우에, 페라이트 포텐셜을 계산하는데 다음 식이 사용된다.

여기서,

상기에 정의한 바와 같은 페라이트 포텐셜로 구성된 강의 분류를 기초로 할 때, 실험테이타로부터 시작하여 경보후에 치유사이클에 대한 최적의 가속 A와 감속 D를 정할 수 있다.

이러한 최적의 가속값과 감속값을 제2도에서 아래쪽의 두 개의 곡선으로 표시하였다.

따라서, 제2도에서 맨 아래쪽에 있는 곡선에서, 페라이트 포텐셜의 함수로 표현된 가속 A(m/min²)는 아주 높은 플러스 포텐셜에 대해 0.1 m/min²보다 약간 낮은 값에서부터 1에 가까운 포텐셜에 대해서는 대략 0.7 m/min²의 최고치로 증가하고 있음을 보여주고 있다.

그리고, 거기서부터 마이너스 포텐셜에 대해서는 0.2 m/min²이하로 약간 감소하게 된다.

A의 값에 대한 다항식 근사식을 PF의 함수로 표시하면 다음과 같다.

여기서, PF 〉 1에 대해

PF ＜ 1에 대해,

바람직한 가속시간 t_a는 60 내지 600초의 범위내에 있게 된다.

실제로, 주형내의 슬래그의 점도영향에 의해 고착을 촉진시키게 되는 다른 합금원소를 고려해 넣기 위해서는 가속시간 t_a〔(V_c-V_r)/A의 식에서 이론적으로 계산된 결과〕를 조정하는 것이 유리하다.

여기에는 다음의 곱셈인자가 사용되어진다.(A에 대해 유사한 나눗셈인자에 해당한다.

감속과 관련하여, 다시 다음 다항식 근사식이 가능하다.

여기서,

바람직한 감속시간 t_d는 0.5 내지 30 초의 범위이다.

치유 플래토우시 대기시간과 관련하여, 이 시간은 이미 언급한 바와 같이, 응고범위 T_L-T_S에 달려 있다. 여기서, T_L- T_S는 액체상 또는 고체상 온도이다.

다소 고체상의 감압을 유발하는 좀 녹는 원소, 예를 들어 인과 황의 영향을 허락하기 위해, 주어진 강의 등급을 대해 예를 들어, 평형상태에서, 이론적인 고체상 온도에 상대적으로 조정된 온도인 실제 고체상 온도를 고려하는 것도 권할만 하다.

실제로, 액체상온도 T_L은 다음과 같이 계산된다.

PF 〉 0에 대해 :

PF 〈 0에 대해 :

그리고, 고체상온도 T_S도 마찬가지로 다음과 같다.

PF 〉 1에 대해 :

PF 〈 1에 대해 :

여기서, 원소 및 합금의 계수 X는 각각 10Si, 5Mn, 2Cr, 3Ni, 3Mo, 3Cu, 8Nb, 14Ti, 3A1, 2V, 60B, 1W, 1Co, 34P, 40S, 14As, 10Sn, 36Se를 나타낸다.

제2도에서 위쪽의 다이아그램은 대기시간 t_r이 응고범위의 증가함수임을 보여주고 있는데, 즉, 15초의 영역에 있는 값에서 6분의 영역에 있는 값으로 증가하고 있다.

바람직한 시간은 30 내지 300초이다. tr에 대한 다항식 근사식은 다음과 같다.

여기서,

만일, 고착에 대한 경고를 알리는 경보시스템과 접촉시 치유사이클의 역학제어를 자동적으로 관리하게 되는 컴퓨터나 마이크로프로세서에 이들 곡선의 완전세트를 프로그램화한다면, 유리하다.

D와 A 값은 평균값이며, 이들은 특히 비선형 속도 변화를 수행할 수 있도록 어떤 의미에서든 대략 20%로 조정될 수 있음이 명백하다.

일례로, 250mm × 1800mm 슬랩의 연속적인 주조를 포함하는 전형적인 경우에 6개의 합금 A, B, C, D, E, F에 대해 결정된 값이 제2도와 다음 표1에 나타나 있다.

[표 1]

*) V_c= 1.5 m/min ; V_r= 0.5 m/min

**) 감소된 속도에서의 총시간(치유주기)

***) Ti에 대한 t_a의 정정 : 2.6 × 1.5 = 3.9 min

본 발명의 잇점은 다름의 예를 통해서 더 효과적으로 설명될 수 있을 것이다.

한편으로, 통상적인 제어와 본 발명에 따른 역학적인 제어를 동일한 등급 X의 강

에 적용하고, 다른 한편으로는 역학적인 제어를 3개의 다른 등급 B, D 및 X의 강에 적용을 한다.

고착에 의해 영향을 받는 치유지역에 대한 전형적인 사이클을 동일한 도면(제3도)에 나타내었는 바, 본 발명에 따른 사이클 X와 종래방법에 따른 사이클 X’를 저탄소강(등급 X)에 적용하였고, 부가해서, 본 발명에 따른 사이클을 자성시이트를 위한 고실리콘강(등급 B)과 고탄소 타입 100 C6 강(등급 D)에 적용하였다.

각종 사이클 파라미터가 다음 표 Ⅱ에 나타나 있다.

통상적인 방법을 적용했을 경우, 사이클 X’는 총 t_a+ t_r이 7분이며, 부가해서 감속시간은 0.9초임이 명백하다.

통상적인 방법의 적용은 생산성의 저하는 물론 표면품질이 나빠지는 결과를 가져온다.

더욱이, 이와 유사하게, 통상의 사이클은 모든 등급의 강에 적용되고 있으므로 고착이 발생되는 지역의 치유와 관련해서 행동특성의 차이점을 구별해내는 방법에 대한 인식이 부족하다.

반대로, 본 발명을 적용할 경우, 치유사이클 t_a+ t_r이 대략 1분으로 단축되며, 생산율이 거의 90%에 달하고, 제품 표면의 품질이 매우 좁은 면적에 걸쳐서만 영향을 받게 된다.

이와 유사한 수율이 등급 B의 강에서도 얻어진다.

다른 한편으로, 등급 D는 상당히 긴 사이클이 요구되며, 통상의 방법은 고착이 발생된 지역을 효과적으로 치유하는데 신뢰성이 불충분하다.

이러한 실시예들은 본 발명이 신뢰성과 생산성 면에서 동시에 얻고자 하는 수율로 될 수 있다는 점을 분명히 보여주고 있다.

이미 언급한 바와 같이, 대개의 경우, 0.2 내지 1 m/min의 범위내에서 감소된 속도 Vr를 선택하는 것이 유리하다.

그럼에도 불구하고, 이러한 결정은 다음의 기준에 따르는 것이 바람직하다.

즉, 치유사이클에서 감소된 속도는 실질적으로 두 개의 값 중 큰 것과 같다.

그중 하나는 순항속도의 70%로 얻어진 것이고, 다른 하나는 치유 플래토우의 길이 t_r에 대한 주형의 길이의 비율을 고려해서 얻어진 것이다.

다실 말해서, V_c의 70%와 실질적으로 동일한 속도 V_r은 이것이 주형의 제2레벨과 주형출구 사이의 주형 길이 L내에서 치유할 수 있는 가능성과 양립될 수 있다면 선택될 수 있다.

예를 들어, 전체 높이가 0.90m이고, 제2레벨 열전자쌍이 0.30m에 위치한 주형의 유용한 길이는 0.6m이다.

등급 X의 강에 대해, 제2도는 0.23 분의 시간 t_r을 제시하고 있고, V_c의 70%에 해당하는 속도는 1m/min의 이론속도를 제시하고 있다.

더욱이, 최대 유용시간은 0.23 보다 큰 L/V_r= 0.6/1 = 0.6 분으로 계산될 수 있으며, V_r에 대한 이론값이 적당함을 보여주고 있다.

다른 한편으로, 등급 D의 강에 대해 t_r의 값 3.56 분은 1 m/min의 속도 V_r로 얻어진 최대 유용시간을 초과하게 된다. 허용가능한 속도 V_r은 제3도에 채용된 바와 같이 Vr = L/t_r= 0.6/3.6 = 0.15 min이다.

[표 2]

Claims (7)

1. 주형내에서 표면 고착의 발생이 감지되었을 때 그 회수속도가 순항속도에서 감소된 속도로의 감속경사, 치유 플래토우 및 감소된 속도에서 순항속도로의 가속경사로 이루어진 주기적인 변화에 따르게 되는 연속 주강을 위한 공정에서 회수속도를 역학적으로 제어하는 방법에 있어서, 이 측정은 주조하고자 하는 강의 페라이트 포텐셜을 정하고, 적어도 상기 두 경사 중 하나의 구배(D, A)를 상기 페라이트 포텐셜의 함수로 정하여서 되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 치유 플래토우의 길이 t_r는 주조하고자 하는 강의 액체상 온도와 고체상 온도간의 차이의 함수로 정하여서 되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 저합금강의 페라이트 포텐셜에 대해 선택된 값은 다음 식에 따르고,

   여기서, %Cp는 포정반응에서의 탄소당량을 나타내며, 다음식에 따라 계산된다.

   스테인레스 강의 페라이트 포텐셜을 위해 선택된 값은 다음 식에 따르게 됨을 특징으로 하는 방법.

   여기서,
4. 제1항에 있어서, 치유 플래토우의 길이 t_r과 감속 및 가속경사의 구배(D와 A)는 제2도에 표시한 곡선에서 근사값으로 정하여서 되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서. 감속시간 t_d는 0.5 내지 30초의 범위이고, 치유 플래토우의 길이 t_r은 30 내지 300초의 범위이며, 가속시간 t_a은 60 내지 600초의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 회수속도의 제어는 주조하고자 하는 강에 따라 속도계산을 수행토록 프로그램이 수장된 컴퓨터에 의해 영향을 받는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 치유사이클에서 감소된 속도는 순항속도의 70%로 얻어진 값과 치유 플래토우의 길이 t_r에 대한 주형의 유용한 길이의 비율을 고려하여서 얻어진 값 중에서 보다 큰 값과 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 방법.