KR100349152B1 - 1,2차냉각최적화에의한스테인레스강의연주방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1, 2차 냉각최적화에 의한 스테인레스강의 연주방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 1차 냉각에서 아웃사이드부와 인사이드부의 냉각능에 차이를 두고, 2차 냉각대에서는 기존의 냉각능보다 낮게 설정함으로써, 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조시에 아웃사이드부의 주편에 생기는 표면결함을 효과적으로 감소시켜 제품 표면 품질이 양호한 주편이 얻어지는 연주방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 만곡형 연속주조기를 이용하여, 주편폭이 1200~1300mm, 주편두께가 200~250mm, 주조속도가 0.8~1.0m/min 으로 행해지는 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법에 있어서, 1차 냉각시 아웃사이드부의 냉각능을 인사이드부의 냉각능에 대하여 9~11% 낮게 설정하여 냉각을 행하고; 2차 냉각시 2차 냉각대의 전체 구역중 전반부의 1/5이하 구역의 냉각수량을 166~177ℓ/㎏으로 행하는 것을 특징으로 하는 1, 2차 냉각 최적화에 의한 스테인레스강의 연주방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

1,2차 냉각 최적화에 의한 스테인레스강의 연주방법{A method of continuous casting using optimization of primary and secondary cooling in the austenite stainless steel}

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면결함을 최소화하기 위해 1, 2차 냉각방법을 적절히 조절하는 스테인레스강의 연주방법에 관한 것이다.

일반적으로 만곡형 연속주조기를 이용한 스테인레스강 연속주조시에 연속주조 동판에서 일정한 냉각수에 의하여 냉각을 행하여 주지만 도 1과 같이 만곡부의 바깥쪽인 아웃사이드(outside)의 주편 결함 발생율이 만곡부의 안쪽인 인사이드(inside)에 비해 4배 정도 높게 나타나는 주편 불균일이 일어나는데, 표면품질을 향상시킬 수 있는 균일 냉각기술이 필요하다.

연주주편의 균일한 냉각에 관한 기존의 공지기술은 2차 냉각대에서 인사이드 및 아웃사이드에서 차등 냉각에 의해 주편에서 균일한 온도를 얻어 제품품질을 확보하려는 기술이 있다.

그러나, 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조 기존재에 있어서 2차 냉각대에서 인사이드 및 아웃사이드의 차등 냉각을 실시하고 있으나 아웃사이드 표면결함이 더 발생하고 있는 실정이다. 그 원인으로는 연주기의 벤딩(bending)에 의한변형이 아웃사이드의 초기 응고층에 영향을 미치기 때문이다. 먼저 주형동판에서 응고층이 우선 생겨나고 처음에는 주형벽에 밀착되어 있지만 아주 건전한 응고가 진행되어지지만 몰드를 빠져나와서 2차 냉각대에서 과냉에 의하여 응고수축 및 벤딩부의 벤딩에 의한 변형으로 지렛대의 원리에 의해 표면 응고층이 주형벽을 이탈하여 국부적인 공극이 아웃사이드부가 인사이드부에 비해 과도하게 생성이 된다. 응고가 진행되면서 이 부분은 부분적인 열전달의 감소로 인하여 재용해되고 응고층의 고온강도 저하와 용강 철장압에 의해 다시 주형벽에 밀착하는 상태가 일어나게 된다. 이러한 공극의 차이가 응고 불균일을 생기게 한다.

또 다른 방법으로는 제조된 아웃사이드 주편의 표면을 그라인딩에 의해 제거하여 압연하므로서 주편·표면결함을 줄여왔다.

그러나 이 방법은 단기에 표면결함을 제거해줄 수 있는 방법이지만 작업시간과 소요경비가 막대하여 제조단가에 문제가 있으며 아직 그에 대한 체계적인 기술로서 정립되어 있지 않다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 일으키지 않으면서도 스테인레스강 연주시 균일냉각을 하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 1차 냉각에서 아웃사이드부와 인사이드부의 냉각능에 차이를 두고, 2차 냉각대에서는 기존의 냉각능보다 낮게 설정함으로써, 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조시에 아웃사이드부의 주편에 생기는 표면결함을 효과적으로 감소시켜 제품 표면품질이 양호한 주편을 얻을 수 있는 오스테나이트계 스테인레스강의 연주방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 주편 위치별 주편 결함 발생정도를 나타내는 그래프

도 2는 주형 동판의 온도를 연속측온하는 방법의 일례를 나타내는 모식도

도 3은 주형동판온도의 연속측온결과를 나타내는 그래프

도 4는 본 발명의 적용의 발명예 및 종래예, 비교예에 따른 결함 발생정도를 나타내는 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 몰드 파우더

2: 주형 선단으로부터 100mm위치의 인사이드쪽에 설치된 열전대

3: 주형 선단으로부터 260mm위치의 인사이드쪽에 설치된 열전대

4: 주형 선단으로부터 360mm위치의 인사이드쪽에 설치된 열전대

5: 주형 선단으로부터 100mm위치의 아웃사이드쪽에 설치된 열전대

6: 주형 선단으로부터 260mm위치의 아웃사이드쪽에 설치된 열전대

7: 주형 선단으로부터 360mm위치의 아웃사이드쪽에 설치된 열전대

8: 인사이드 주형동판

9: 아웃사이드 주형동판

10: 응고쉘(shell)

11: 용강(molten metal)

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 만곡형 연속주조기를 이용하여 1200~1300mm의 폭 및 200~250mm의 두께를 갖는 주편를 제조하기 위하여 오스테나이트계 스테인레스강을 0.8~1.0m/min의 주조속도로 연속주조하는 방법에 있어서, 1차 냉각시 아웃사이드부의 냉각능을 인사이드부의 냉각능에 대하여 9~11% 낮게 설정하여 냉각을 행하고; 그리고 2차 냉각시 2차 냉각대의 전체 구역중 전반부의 1/5이하 구역의 냉각수량을 166~177ℓ/㎏으로 행하는 1, 2차 냉각 최적화에 의한 스테인레스강의 연주방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

연속주조시의 주편 표면 품질은 초기 응고층이 형성되는 주형동판에서의 응고양상에 의해서 좌우되므로 초기 응고층에 의한 주편 표면품질을 조사하기 위해서는 스테인레스 연속주조공정 중 주형 동판의 온도를 측정하는 것이 필요하다.

스테인레스 연속주조공정 중 주형 동판의 온도를 측정하는 방법의 일례가 도 2에 나타나 있다.

도 2에 제시되어 있는 주형동판의 온도 측정 방법은 연속주조 공정 중 주형에서 응고되는 응고층에 표면결함 발생과 주형의 거동파악 및 브레이크 아웃 발생을 감시하는데 사용되어지고 있다.

도 2에서와 같이 주형선단으로부터 100, 260, 360mm위치의 인사이드 쪽에 각각 설치된 열전대(2, 3, 4) 및 주형선단으로부터 100, 260, 360mm위치의 아웃사이드 쪽에 각각 설치된 열전대(5, 6, 7)에 의하여 각각 인사이드 주형동판(8) 및 아웃사이드 주형동판(9)의 온도를 연속하여 측정하고 100회에 대하여 평균값을 구하여 도 3에 나타내었다.

도 2에서 부호 "10"은 응고셀을 나타내고, 그리고 부호 "11"은 용강을 나타낸다.

도 3에 나타난 바와 같이, 주형선단으로부터 100mm에서는 인사이드에 비해서 아웃사이드의 온도가 높게 나타났으며, 260mm, 360mm에서는 인사이드에 비해서 아웃사이드의 온도가 낮게 나타남을 알 수 있다.

이 인사이드와 아웃사이드의 온도 불균일에 의해 주편 표면 결함지수가 인사이드 및 아웃사이드에 따라서 차이가 나며 그 이유는 다음과 같다.

즉, 오스테나이트계 스테인레스강 연속 주조시에 사용되는 주형은 1000~1600mm까지의 주편을 주조할 수 있는 가변식 주형으로 되어 있으며, 장변의 동판은 슬릿(slit, 예를들면 55mm 두께에 9mm×25mm)을 통하여 용강의 열을 흡수할 수 있도록 빠른 속도(2000~2600ℓ/min)의 물을 이용하여 강제 냉각을 하고 있다. 연속 주조시 주편의 냉각은 턴디쉬로부터 용강이 주형에 주입되면서 먼저 1차 냉각대에서 냉각이 시작되어 주편 표층부는 응고되고, 내부는 고온의 스테인레스 용강이 있는 상태에서 주형을 빠져나와 스프레이에 의해 2차 냉각된다. 이때 1차 냉각조건에 따라 스테인레스 강의 주편 품질 및 조업에 많은 영향을 주는데, 냉각이 부족하면 주편 표층부가 파단하여 내부의 뜨거운 용강이 유출되는 브레이크 아웃이 일어나게 되는데, 이는 연속 주조시 대표적인 조업사고로 그 원인은 주형의 응고상황에 의한다.

또한, 2차 냉각대에서 과냉 및 벤딩에 의하여 주편의 아웃사이드부에 변형이 집중되어 인사이드부에 비하여 불균일한 응고층이 형성된다.

이러한 주형에서의 응고양상은 다음과 같다.

주형내 응고가 시작되면서 응고층이 우선 생겨나고 처음에는 주형벽에 밀착되어 있지만 아웃사이드쪽에서는 2차 냉각대에서의 과냉에 의한 응고 수축 및 벤딩에 의한 변형으로 지렛대의 원리에 의해 표면 응고층이 주형벽을 이탈하므로써 국부적인 공극이 인사이드부에 비해 아웃사이드부에 과도하게 생성하게 된다.

응고가 진행되면서 이 부분은 부분적인 열전달의 감소로 인하여 재용해되고 응고층의 고온강도 저하와 용강 철장압에 의해 다시 주형벽에 밀착하는 상태가 일어나게 된다. 상기의 응고 과정을 지나면서 아웃사이드쪽의 응고층은 인사이드 응고층에 비해 주형벽과의 접촉상태가 균일하게 지속되지 못하기 때문에 주편 표면 형상과 응고층 성장이 불규칙하게 된다. 이러한 아웃사이드부의 주편 표면형상은 인사이드부에 비해 열전달을 방해하여 전체적인 주형 냉각능 저하의 원인이 된다.

일반적으로 주형의 냉각능(h_w)은 냉각수와 주형과의 열전달 계수를 조절함에 의해서 구할 수 있는데 하기 식(1)과 같다.

[수학식 1]

(여기서,

λ: 냉각수의 열전도도

d : 슬릿의 직경

ρ: 냉각수의 밀도

u : 냉각수의 속도

μ : 냉각수의 점도

C_p: 냉각수의 비열 )

상기 식(1)에서 주형 냉각능 증대를 위해서는 냉각수 유속의 증대가 필요하지만 주형 냉각수의 유속의 증대로 인하여 초기 응고층의 과도한 냉각과 더불어 수축 및 벤딩에 의한 공극의 발생이 용이하게 된다. 냉각수의 유속의 증대는 국부적인 열전달의 불균일을 초래하게 된다. 따라서, 반대로 벤딩 변형에 의한 공극의 크기를 줄이기 위해서는 초기 응고층 형성시 냉각능을 작게하여 응고층 형성을 느리게 하여 열전달의 불균일을 해소하려는 것이다. 즉, 냉각수 유속을 줄임으로서 벤딩에 의한 공극을 줄일 수 있다.

상기한 바와 같은 이론에 근거하는 본 발명에 의하면, 주편 폭; 1200~1300mm, 주편두께: 200~250mm, 주조속도: 0.8~1.0m/min일때, 2차 냉각대 전반부의 냉각능을 기존의 208ℓ/㎏정도에 대비하여 80~85%정도로 하여 벤딩(bending)에 의한 주편과 주형벽과의 공극을 최소화하고, 이것으로도 해결되지 않는 온도 불균일은 1차 냉각대의 아웃사이드부의 냉각능을 인사이드에 대비 10%정도의 냉각수량을 감소시킴으로써 제품 품질을 양호하게 할 수 있는 오스테나이트계 스테인레스강의 제조방법을 제공한다.

상기 2차 냉각대는 일반적으로, 4구역(zone)정도로 구분되는데, 본 발명에서는 전반부 냉각대(전체구역의 1/5이하의 구역)의 냉각능을 기존에 비해 감소시키는 것이다. 즉, 상기 구역의 냉각수량을 166~177ℓ/㎏으로 행하는 것이다. 냉각수량을 166ℓ/㎏ 미만으로 너무 낮추면 본래의 냉각효과가 나타나지 않고, 177ℓ/㎏을 초과하면 종래의 문제점인 주형벽과의 공극의 발생을 충분히 방지할 수 없게 된다.

상기 1차 냉각은 아웃사이드부와 인사이드부의 냉각능을 차별화시킨다. 이때 차별화 범위는 아웃사이드부의 냉각능을 인사이드부의 냉각능에 대하여 9~11% 낮게 설정하는 것이다. 그 냉각능 차가 9% 미만이 되면 차별화의 효과가 미미하고, 11%를 초과하면 불균일 냉각이 발생하여 변형이 생길 염려가 있다.

본 발명에 있어서 1차 냉각시 냉각은 일반적으로 1차 냉각시 행해지고 있는 조건인 2400~2600ℓ/min으로 행하는 것이 바람직하지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것은 아니다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

오스테나이트계 스테인레스강을 하기 표 1과 같은 조건으로 연속주조를 행하여 주편을 얻었다. 이와 같은 연속주조를 5회씩 행하고, 얻어진 주편의 표면결함지수를 인사이드부와 아웃사이드부로 구분하여 구하고, 그 평균값을 도 4에 나타내었다.

[표 1]

도 4에서 알 수 있는 바와같이, 1차 냉각(주형냉각방법) 및 2차 냉각시의 전반부의 냉각방법을 본 발명의 조건으로 적용한 발명예의 경우가 주형냉각방법만을 변경한 비교예(2)와 2차냉각의 냉각방법만을 변경한 비교예(2)의 경우보다 현저히 아웃사이드쪽의 표면결함을 줄일 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조시 2차냉각대 전반부의 냉각능을 기존대비 80~85%로 하여 벤딩에 의한 주편과 주형벽과의 공극을 최소화하고, 이것으로도 해결되지 않는 온도 불균일은 1차냉각때의 아웃사이드부와 인사이드부의 냉각능 차별화로 해결함으로써, 제품의 표면품질을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 만곡형 연속주조기를 이용하여 1200~1300mm의 폭 및 200~250mm의 두께를 갖는 주편을 제조하기 위하여 오스테나이트계 스테인레스강을 0.8~1.0m/min의 주조속도로 연속주조하는 방법에 있어서,

   1차 냉각시 아웃사이드부의 냉각능을 인사이드부의 냉각능에 대하여 9~11% 낮게 설정하여 냉각을 행하고;

   2차 냉각시 2차 냉각대의 전체 구역중 전반부의 1/5이하 구역의 냉각수량을 166~177ℓ/㎏으로 하고; 그리고

   상기 1차 냉각시 인사이드부의 냉각은 2400~2600ℓ/min으로 행하는 것을 특징으로 하는 1, 2차 냉각 최적화에 의한 스테인레스강의 연주방법

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