KR100333073B1

KR100333073B1 - 박판주조시분위기가스공급시스템

Info

Publication number: KR100333073B1
Application number: KR1019970074229A
Authority: KR
Inventors: 추동균; 하만진; 정형태
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2002-10-11
Also published as: KR19990054416A

Abstract

본 발명은 철 및 비철 금속과 그 합금을 용탕에서 직접 박판으로 제조하는 쌍롤식 박판주조 장치에서 용강 표면 재산화에 의한 스컴 발생 방지를 위해 환원성 분위기가스를 공급하는 박판 주조 분위기 가스 공급 시스템에 관한 것으로,쌍롤식 박판 주조 장치에서 용강공급노즐(2)이 관통설치되는 메니스커스 실드(3)의 하부에 환원제 수용 상자(7)을 설치하고, 여기에 분위기 가스 도관(4) 및 분위기 가스 인입관(8)을 연결설치하여 분위기 가스를 주입하고, 환원제 수용 상자(7)내부에는 탄소성분을 갖는 고체 환원제(9)를 수용시킴으로서 환원성 분위기를 조성하면서 주조중 연속식 가스 분석기(13) 및 가스 유량 자동 조절 밸브(14)를 사용하여 최적의 불활성 분위기를 유지하도록 된 것이다.

Description

박판 주조시 분위기 가스 공급시스템

본 발명은 철 및 비철 금속과 그 합금을 용탕에서 직접 박판으로 제조하는 쌍롤식 박판주조 장치에서 용강 표면 재산화에 의한 스컴 발생 방지를 위해 환원성분위기가스를 공급하는 박판 주조시 분위기 가스 공급 시스템에 관한 것이다.

종래의 용강 공급 방법은 첨부된 도 1에 도시한 바와 같이 박판 주조용 쌍롤(1)상부에서 용강 주입 노즐(2)을 통해 용탕을 공급하며 공급되는 용탕은 노즐 토출구를 통해 용강 메니스커스(5)에 공급되고, 이 용강이 롤(1)과 접촉하면서 응고각이 형성 성장하고 롤의 회전에 의해 박판(12)을 형성한다.

종래의 박판 주조시 분위기 가스 공급 방법은 주조시에 혼입되는 스컴 발생을 방지하기 위해 도 1에 나타낸 바와 같이 롤(1)의 상부를 메니스커스 실드(3)로 덮고 여기에 불활성 분위기 가스를 분위기 가스 도관(4) 및 메니스커스 실드(3)내에 설치된 분위기 가스 분사구(6)를 통해 용강 메니스커스(5)의 상부로 분사한다.

일본 공개특허 소62-130749호, 특개평 3-66459호의 경우는 이같은 종래의 분위기 가스 공급장치를 사용하면서 분위기 가스로서 Ar, N₂, CO, CO₂등을 사용하고 있다.

그러나 이와 같이 분위기 가스 분사구(6)가 1개 또는 소수인 경우는 도관에서 주입되는 가스의 유량이 매우 크며 균일하게 주입되는 것이 쉽지 않고 용강 표면까지의 분위기 가스 주입이 원활하지 않으면 용강 표면에서 고온 가열에 의한 열팽창 가스의 상승류에 의해 용강 메니스커스(5)의 상부 용강 표면에서의 재산화 방지 역할을 하는 것이 쉽지 않다.

또한 분위기 가스를 용강 표면에 충분히 접촉시키기 위해 상부에서 주입되는 분위기 가스 유량을 대폭 늘리는 경우는 오히려 증가된 가스 유량이 용강 표면의현열을 빼앗아가면서 표면에 용강의 응고성 지금의 생성을 조장시킬 우려가 있다.

또한 불활성 가스와 함께 부입되는 환원성 가스인 CO, CO₂를 가스 상태로 주입하는 경우 가스의 사용에 따라 제조원가가 상승하는 문제가 발생된다.

따라서 환원성 가스의 취급 및 안전성을 용이하게 확보하면서 환원성 분위기를 유지하여 스컴 등의 표면 결함이 없는 양호한 주조 박판을 얻기 위해서는 이와 같은 분위기 가스의 적절한 공급 및 적용 방안이 매우 중요하다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 종래의 메니스커스 실드의 상부 분위기 가스 분사구에서 환원성 가스를 포함한 분위기 가스를 용강면의 상부 직하로 분사하는 방식에서 메니스커스 실드의 하부에 환원제 수용 상자를 설치하고, 여기에 고체 환원제를 수용시킨 후 분위기 가스를 환원제 수용 상자의 측면에 배치된 분위기 가스 인입관을 통해 환원제에 주입하면 환원제는 연소되어 산화되면서 분위기중의 산소를 제거하면서 용강 메니스커스측으로 균일하게 분사되어 용강 표면의 재산화에 의한 스컴의 발생을 억제하여 스컴 발생이 없는 양질의 주편을 제조하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 박판 주조시 분위기 가스 공급장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 박판 주조시 분위기 가스 공급장치의 구성도.

도 3은 본 발명의 환원제 수용상자의 발췌사시도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호설명〉

1 :롤 2 : 용강 주입 노즐

3 : 메니스커스 실드 4 : 분위기 가스 도관

5 : 용강 메니스커스 6 : 분위기 가스 분사구

7 : 환원제 수용 상자 8 : 분위기 가스 인입관

9 : 고체 환원제 10 : 분위기 가스 분사 구멍

11 : 노즐 삽입구 12 : 박판

13 : 연속식가스분석기 14 : 가스유량자동조절밸브

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 쌍롤식 박판 주조 장치에 있어서, 중앙부에 용강 주입 노즐(2)이 관통되는 노즐삽입구(11)가 형성되어 있고, 바닥면 전체에는 분위기 가스 분사구멍(10)을 다수개 형성시킨 환원제 수용상자(7)를 용강 주입 노즐(2)이 관통설치되는 메니스커스 실드(3)의 하부에 설치하되, 상기 환원제 수용 상자(7)에 분위기 가스 도관(4) 및 분위기 가스 인입관(8)을 연결설치하여 분위기 가스를 주입하고, 상기 환원제 수용 상자(7)내부에는 탄소성분을 갖는 고체 환원제(9)를 수용시킴으로써 환원성 분위기를 조성하면서, 주조중 연속식 가스 분석기(13) 및 가스 유량 자동 조절 밸브(14)를 사용하여 최적의 불활성 분위기를 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 용강 주입 노즐(2)과 메니스커스 실드(3)로 구성된 용강 분위기 형성부에서 환원제 수용 상자(7)를 메니스커스 실드(3)의 하부에 설치하고 분위기 가스를 주입하는 분위기 가스 도관(4) 및 분위기 가스 인입관(8)를 환원제 수용 상자(7)의 측면에 다수 배치하며 상기 환원제 수용 상자의 하부에는 1개의 노즐 삽입구(11) 및 다수의 미세한 분위기 가스 분사구멍(10)을 형성시켜서 된 것이다. 환원제 수용 상자는 용강 현열에 의해 고온으로 가열되어도 내구성에 문제가 없으며 용강 현열이 용이하게 전열되어 환원제를 가열할 수 있도록 열전도성이 양호한 내화재의 재료를 사용하여야 한다.

환원제 수용 상자(7)에 적치된 고체 환원제(9)가 용강의 현열에 의해 가열되고 공급되는 분위기 가스중의 산소와 메니스커스 실드(5)내 분위기중에 존재하는 산소와 반응하여 산화되면서 산소를 제거하고 이때 발생되는 환원성 가스인 CO, CO₂가스가 분위기 가스 분사구멍(10)을 통해 용강 표면으로 균일하게 공급되도록 하였다.

최적의 분위기 가스 공급조건을 유지하기 위해서는 분위기중에서 재산화를 일으키는 산소의 함량을 온라인으로 측정하는 연속식 산소 가스 분석기(13)를 설치하고 주조중 재산화성 스컴이 생성되지 않도록 산소 가스 공급 유량을 자동으로 조절하는 산소 자동 유량 조절밸브(14)을 설치한다.

이와 같이 구성된 본 발명을 먼저 도 2와 도 3을 참조하여 설명한다.

본 발명은 분위기 가스 공급 장치를 사용하므로써 종래의 분위기 가스공급장치에서 분위기 가스와 함께 인입될 수 있는 정화되지 못한 산소를 완전하게 제거하여 분위기 가스중의 산소 공급원을 차단하는 효과가 있으며, 또한 이때 생성되는 환원성 가스는 상당히 박한 산소 분압하에서 생성되므로 주로 CO 가스의 형태로 존재하고 생성된 CO가스는 분위기 가스 분사구멍(10)을 통해 용강 표면에 분사되어 용강 표면에 미량 존재하는 산소를 다시 제거하므로써 완벽한 환원성 분위기를 보장할 수 있다.

분위기 가스로 사용되는 불활성 가스인 Ar은 보통 공업용 제품으로 99.5% Ar정도의 함량을 하며 나머지는 N₂와 O₂가 공기 구성비 정도의 비율로 구성되어 상당한 산소량을 함유하고 있으며 환원성 가스인 CO, CO₂의 경우도 순도에 차이가 있으나 공업용으로 다량으로 사용되는 경우는 산소 함량이 무시할 수 없는 수준인 것이 알려져 있다.

따라서 공급 가스중의 산소 함량을 낮추기 위한 별도의 정화장치가 요구되나 가스 공급 유량이 다량이므로 이를 적절히 정화하는 것은 매우 어려운 작업이다.

따라서 본 발명과 같은 장치를 사용하므로써 별도이 정화장치 없이 가스 공급 장치를 바로 산소 정화 장치로 사용하는 것이 가능하다.

한편 본 발명과 같은 장치를 사용하면 환원제 가스의 함량이 주입되는 가스중의 산소와 메니스커스 실드(3)내의분위기중 산소의 함량에 따라 고체 환원제(9)의 산화 정도가 결정되면서 환원성 가스의 생성이 일어나는 폐쇄된 계를 이루므로, 종래의 방법과 같이 외부에서 일정량의 환원성 가스를 계속 공급하는 것과 같은 가스의 과소비를 방지할 수 있슴은 물론, 과량의 환원성 가스가 메니스커스 실드(3) 외부로 배출되므로써 발생되는 유독성 가스 특히 CO 가스의 중독 등 가스 취급상의 안전 사고를 방지할 수 있는 장점이 있다.

즉 본 발명에서는 분위기 가스의 상태에 따라 산화되는 고체 환원제양 및 생성되는 환원 가스의 양이 스스로 결정되어 조정되는 자기 조절 기능이 가능하다.

고체 환원제로는 카본 고체 환원제를 사용할 수 있으며, 이때의 기본적인 반응식은 2C＋O₂＝2CO, 2CO＋O₂＝2CO₂이고 엘링감 도표에서 확인할 수 있는 바와 같이 600-700℃이상의 고온에서는 고체 C가 CO 가스보다 환원성 측면에서 유리하다.

일정조건(P_co+P_co2=1기압)하에서 상기의 반응식에 의한 CO/ CO₂평형비는 온도의 함수이며 메니스커스 실드(3) 용탕분위기 온도로 측정된 1000-1300℃에서 대부분은 CO의 형태로 존재한다.

고체 환원제는 카본 종류에 따라 활성 및 비활성이 있으며 종류에 따라 반응성이 다를 수 있다. 실제 메니스커스 실드(3)내의 분위기 가스중 CO 및 CO₂분압이어느 정도일지는 알 수 없으나 분압비(P_CO/P_CO2)가 엘링감 도표상에서와 같이 10⁵이상인 경우는 용탕중의 Cr, Mn, Si, Ti까지 산화가 되지 않는 환원성 분위기를 유지할 수 있을 것으로 여겨 진다.

한편 최적의 환원성 분위기 가스 공급 조건을 유지하기 위해 분위기중에서 재산화를 일으키는 산소 및 CO가스의 함량을 온라인으로 측정하는 연속식 가스 분석기(13)를 설치하고 주조중 재산화성 스컴이 생성되지 않도록 환원성가스 공급 유량을 자동으로 조절하는 가스 자동 유량 조절 밸브(14)을 설치한다.

본 발명은 환원제 수용 상자(7)와 분위기 가스 도관(4), 분위기 가스인입관(8) 등을 이용하여 다음과 같이 주조에 적용한다. 주조 전에 메스니커스 실드(3) 및 환원제(9)를 적치한 환원제 수용 상자(7)를 설치한 분위기 가스 형성부를 주조롤(1) 위에 설치한 후 용강이 준비가 되면 다른 위치에서 예열이 완료된 용강 주입 노즐(2)를 메니스커스 실드(3)의 상부에서부터 노즐 삽입구(11)에 삽입하여 용강 주입 노즐(2)과 메니스커스 실드(3)사이에 틈이 생기지 않도록 머드 등의 실링재를 사용하여 완벽하게 실링한다.

주조 초기 스컴생성을 방지하기 위해서는 환원성 분위기를 조속히 조정하는 것이 필요하며 이를 위해서는 주조 전 용강 주입 노즐(2)이 주조 위치에 이동하기전에 메니스커스 실드(3)하부의 환원제 수용 상자(7)내의 고체 환원제(9)를 외부에서 가열한 후 적열된 상태에서 공급하는 방법을 사용할 수 있다. 이와 같이 하므로써 주조초기 용강이 주입되기 전에 용강 현열이 없는 상태에서 적열된 환원제에 Ar또는 N₂가스와 같은 불활성 분위기 가스가 주입되면 즉시 환원제가 산화되어 주입 가스중의 산소가 제거되면서 환원성 가스인 CO가 발생되어 메니스커스 실드(3)내의 산소를 환원시키면서 환원성 분위기를 조정한다.

한편 용강이 주입된 이후에는 용강에서 방출되는 용강 현열에 의해 고체 환원제(9)는 용이하게 적열되면서 고체환원제(9)가 산화될 수 있는 조건인 500℃이상의 온도로 유지되므로 주조중에 환원제를 별도로 가열할 필요는 없다.

용강이 주입되기 전에 메니스커스내의 산소 분압은 0.5% 이내로 유지해야 하며 이를 위해서는 분위기 가스중의 환원제 가스 함량도 일정치 이상을 유지해야 한다.

분위기 가스는 Ar또는 N₂가스를사용하며 분위기 가스중의 환원성 가스량은 분위기 가스내의 산소 함량 등에 따라 자동 조절 될 수도 있으나 정확한 제어를 위해서는 연속식 가스 분석기(13)를 사용하여 분위기 가스중의 산소 및 환원성 가스의 함량을 온라인으로 측정하며, 측정 결과에 따라 산소 함량 및 환원성가스 함량이 일정치 이하 또는 이상으로 유지되도록 가스 함량을 피드백받아 가스 자동 유량 조절 밸브(14)를 사용하여 가스 유량을 자동 조절한다.

이와 같이 하므로써 환원성 가스의 취급 및 안전성을 용이하게 확보하면서 환원성 분위를 유지하여 용강 표면에서의 스컴 발생을 억제하고 표면 품질에 악영향을 미치는 크기, 스컴 등의 표면 결함이 없는 양호한 주조 박판을 얻는 데 도움을 준다.

이와 같은 본 발명은 종래의 메니스커스 실드의 상부 분위기 가스 분사구에서 환원성 가스를 포함한 분위기 가스를 용강면의 상부 직하로 분사하는 방식에서 메니스커스 실드(3)의 하부에 환원제 수용 상자(7)를 설치하고 여기에 고체 환원제(9)를 적치한 후 분위기 가스를 환원제 수용 상자(7)의 측면에 배치된 분위기 가스 인입관(8)을 통해 환원제에 주입하면 환원제는 연소, 산화되어 분위기중의 산소를 제거하면서 용강 메니스커스(5)측으로 균일하게 분사되어 용강 표면의 재산화에 의한 스컴의 발생을 억제함은 물론, 주편에 스컴이 발생되지 않도록 하므로써 양질의 주편을 제조하는 효과가 있다.

Claims

쌍롤식 박판 주조 장치에 있어서,

중앙부에 용강 주입 노즐(2)이 관통되는 노즐삽입구(11)가 형성되어 있고, 바닥면 전체에는 분위기 가스 분사구멍(10)을 다수개 형성시킨 환원제 수용상자(7)를 용강 주입 노즐(2)이 관통설치되는 메니스커스 실드(3)의 하부에 설치하되, 상기 환원제 수용 상자(7)에 분위기 가스 도관(4) 및 분위기 가스 인입관(8)을 연결설치하여 분위기 가스를 주입하고, 상기 환원제 수용 상자(7)내부에는 탄소 성분을 갖는 고체 환원제(9)를 수용시킴으로써 환원성 분위기를 조성하면서, 주조중 연속식 가스 분석기(13) 및 가스 유량 자동 조절 밸브(14)를 사용하여 최적의 불활성 분위기를 유지하는 것을 특징으로 하는 박판 주조시 분위기 가스 공급시스템.