KR100380737B1 - 주편의코너부크랙이저감되는연속주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조조업에 관한 것이며, 그 목적은 통상적인 연주조업을 할 때 연주기의 측면지지롤에 의한 주편의 비정상적인 압하를 억제하여 주편의 표층 밑에 발생하게 되는 크랙을 저감함에 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 주형(1)의 직하부에 위치하여 주형의 단변부(11)의 연장선상을 따라 평행하게 여러 쌍의 측면지지롤(3)을 구비한 연속주조기(10)에 의해 중탄소강을 연속주조하는 방법에 있어서, 상기 측면지지롤중 최하단에 배열된 롤을 지나는 위치에서 상기 주형을 빠져나온 주편의 응고층 두께를 측정하고, 측정된 응고층의 두께로부터 미응고된 용강의 두께를 계산한 다음, 계산된 미응고 용강의 두께만큼의 측면지지롤(3)의 롤길이를 설정하여 연속주조하는 방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

주편의 코너부 크랙이 저감되는 연속주조방법{A CONTINUOUS CASTING METHOD FOR REDUCING CORNER CRACKS IN SLAB}

본 발명은 연속주조조업에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연주기의 주형 직하부에 위치한 측면지지롤을 적절히 설계 변경하므로써 주편의 벌징(bulging)과 코너부 표층 밑의 크랙을 방지할 수 있는 연속주조방법에 관한 것이다.

통상 연주기의 주형은 도1과 같이, 다양한 폭을 갖는 주편을 제조하도록 장변부(11)과 단변부(12)로 구성된다. 상기 주형(1)의 장변부와 단변부는 가변적이며, 주편(2)의 폭에 따라 상기 주형의 장변부 폭의 수축량과 단변부의 경사량이 변화된다. 보통 주편은 연주기(10)에서 턴디쉬로부터 공급된 용강이 상기 주형(1)을 빠져나오면서 일정 크기로 주조된다. 연주기의 주형을 빠져나온 주편(2)는 표면으로부터 응고가 시작되어 주형(1)의 하단부에서는 그 응고층 두께가 20~25mm의 얇은 층을 형성하기 때문에 용강의 철정압에 의한 주편 벌징(bulging)이 발생하기 쉽다. 이러한 벌징이 심하면 용강유출이라는 조업사고를 야기하곤 한다.

연주조업에 있어 벌징발생을 최소화하기 위해 연주기의 주형 하단 측면부에는 양측으로 측면지지롤(3)이 존재하며, 보통은 주형의 직하에서 약 600mm이내에 위치하고 있다. 일반 연주기의 경우 주형직하 600mm를 벗어나는 곳에서는 응고층의 두께가 두꺼워져서 용강의 철정압을 충분히 보상할 수 있기 때문에 주형직하 600mm이상에서는 측면지지롤(3)이 존재하지 않는다. 상기 측면지지롤(3)은 대체로 3 내지 5개 정도가 주형의 단변부(11)에 고정되어 있다. 따라서, 상기 측면지지롤(3)은 주형의 단변부(11)의 경사량이 달라지게 되면 단변부(11)에 고정된 측면지지롤(3)의 위치 또한 변하게 된다. 보통 연주기의 측면지지롤(3)은 주형(1)과 분리할 경우 주조할 때마다 측면지지롤(3)의 위치를 교정해야 하기 때문에 현실적으로 주형과 분리된 측면지지롤을 채택하는 연주기는 없다.

상기 측면지지롤의 위치는 도2와 같이 주형의 경사에 따라 도2와 같이, 3가지 형태를 갖을 수 있다. 도2a는 연주조업시 기준 주조폭에 대한 주형 단변부(11)의 경사와 측면지지롤(3)의 정상적인 위치를 나타내고 있다. 이러한 정상적인 연주조업에서는 주편의 응고층(21)이 도3a와 같은 형태를 갖게되어 주편의 벌징이나 코너부 크랙발생이 거의 없다.

그러나, 연주조업시 주조폭이 작아지면 수학식1과 같이 정의되는 주형의 경사량(S)도 작아지게 되고, 주형과 측면지지롤이 일체화되어 있기 때문에 측면지지롤의 위치도 도2b,c와 같이 변하게 된다.

[수학식 1]

여기서, Wu : 주형상단에서의 주편폭

W_L: 주형하단부에서의 주편폭

상기 측면지지롤(3)의 배열의 수직도가 맞지 않을 경우 측면지지롤에 의한 주편 압하가 발생할 수도 있다. 즉, 도2b와 같이 기준 주조폭보다 작은 폭의 주편을 주조할 때는 도3b와 같이, 단변부(11)에 벌징이 발생할 가능성이 커지게 된다. 반면, 주조폭이 커지면 주형의 경사량도 많아지는데, 이에 따라 측면지지롤(3)의위치는 도2c와 같이 된다. 이때는 도3c와 같이, 측면지지롤(3)에 의한 주편의 압하가 발생하게 되는 것이다.

이러한 측면지지롤(3)의 비정상적인 주편 압하는, 도4와 같이, 주편의 단변부 형상을 오목하게 할 뿐만 아니라 도5와 같이 주편의 코너부에서 크랙결함을 유발하기도 한다. 이같은 이유로 특정 연주기에서 생산할 수 있는 주조폭은 제한되고 있지만 이러한 현상은 피할 수 없다. 결국 연주기의 측면지지롤은 주편의 벌징을 억제하는데 목적이 있기 때문에 측면지지롤의 위치에 대한 기준은 현재 연주조업에 있어 통상적으로 연주기에 의해 생산되는 주편의 폭중 가장 작은 폭을 갖는 주편을 기준으로 설정되는 설비적인 제한이 따르고 있는 실정이다. 특히, 상기 측면지지롤의 주편압하는 기준 주조폭보다 큰 주편을 생산하는 경우 주편의 코너부 표층 밑에는 크랙발생이 심각하다.

이에 본 발명은 통상적인 연주조업을 할 때 연주기의 측면지지롤에 의한 주편의 비정상적인 압하를 억제하여 주편의 표층 밑에 발생하게 되는 크랙을 저감함에 그 목적이 있다.

도1은 일반 연주기의 일부 구조도

도2는 도1의 연주기의 주형 단변부 경사에 따른 측면지지롤의 위치를 설명하기 위한 모식도

도3은 도2에 대응하는 주편의 형상을 나타내는 모식도

도4는 연주기의 측면지지롤의 이상압하에 의해 크랙이 발생된 주편의 단면 조직사진

도5a와 도5b는 각각 도4의 A, B부에 대한 상세 조직사진

도6은 종래와 본 발명의 측면지지롤에 따른 주편의 평면 단면도

도7은 종래와 본 발명의 측면지지롤의 정단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 ...... 주형 2 ....... 주편

3, 31, 32 ...... 측면지지롤

11 ..... 단변부 12 ...... 장변부

21 ..... 응고층 22 ...... 미응고 용강

상기 목적달성을 위한 본 발명은 주형의 직하부에 위치하여 주형의 단변부의 연장선상을 따라 평행하게 여러 쌍의 측면지지롤을 구비한 연속주조기에 의해 중탄소강을 연속주조하는 방법에 있어서,

상기 측면지지롤중 최하단에 배열된 롤을 지나는 위치에서 상기 주형을 빠져나온 주편의 응고층 두께를 측정하는 단계;

상기에서 측정된 응고층의 두께로부터 미응고된 용강의 두께를 계산하는 단계; 및

상기에서 계산된 미응고 용강의 두께만큼의 측면지지롤의 롤길이를 설정하여 연속주조하는 단계;를 포함하여 구성되는 연속주조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명은 탄소강의 연속주조에서도 특히 주편의 벌징이나 코너부 표층 밑의 크랙이 자주 발생되는 중탄소강에 적합하다. 바람직하게는 탄소함량이 0.09~0.16%C인 범위의 중탄소강의 연속주조에 적합하다.

이같은 주편의 벌징이나 코너부 표층 밑의 크랙을 방지하기 위해 본 발명에서는 주편의 코너부의 응력집중을 완화하는 방법을 이용한다. 즉, 본 발명에서는 주형 직하부에 위치된 측면지지롤의 길이를 적절히 설정하거나 혹은 그 형상을 변경하는 방법을 이용할 수 있다.

먼저, 도6을 통해 연주기의 측면지지롤의 길이를 적정 설정하는 방법을 설명한다. 도6은 주형을 빠져나와 첫 번째 측면지지롤에 해당되는 위치에서 주조방향에 수직한 주편의 단면을 관찰한 평면도로서, 도6a는 종래의 경우를 나타내며, 도6b는 측면지지롤의 길이를 적정 설정한 본 발명의 경우를 보이고 있다.

도6a에 도시된 바와 같이, 종래의 경우에는 상기 측면지지롤(3)의 위치에서 미응고 용강(22)의 두께(Sd)가 측면지지롤(3)의 롤길이(R_L)보다 작아 측면지지롤의압하에 의해 주편 코너부 응고층에 응력이 집중되어 크랙 발생이 용이하였다.

따라서, 본 발명에서는 도6b와 같이, 측면지지롤(31)에 의해 압하되는 주편 내부에 용강이 존재하도록 적정 롤길이(R_L)를 설정한다. 따라서, 본 발명의 경우 용강이 완충작용을 하기 때문에 응고층에 걸리는 응력이 완화되어 주편의 코너부에서 응력집중현상을 사전에 방지할 수 있다. 이때, 적정한 측면지지롤의 길이를 설정하기 위해서는 무엇보다도 응고층(21)의 두께를 구하고, 이로부터 미응고 용강(22)의 두께를 계산할 필요가 있다.

상기 측면지지롤중 최하단에 배열된 롤을 지나는 위치에서 상기 주형을 빠져나온 주편의 응고층 두께를 측정하는 방법은 여러가지 방법이 공지되어 있다. 예를들면, 대한민국 공개특허 제95-25784호에 개시된 바와 같이, 연주주편 몰드내의 응고쉘 측정방법을 이용할 수 있다. 상기 방법은 주형 내에 FeS tracer를 투입하여 주편의 응고층을 측정하는 방법으로서, 중탄소강과 주조속도에 대해 응고층을 수학식2와 같이 측정할 수 있다.

[수학식 2]

여기서, D: 응고층의 두께(mm)

t: 탕면으로부터 특정위치까지의 용강 체류시간

그 다음, 상기에서와 같이, 측정된 응고층의 두께로부터 미응고된 용강의 두께는 바로 계산되며, 본 발명에서는 상기 미응고 용강의 두께만큼의 측면지지롤의롤길이를 설정하여 연속주조하면 된다.

일례로서, 폭이 2150mm이고, 탄소농도가 0.1%인 중탄소강 주편의 주속에 따른 응고층의 두께를 측면지지롤의 마지막 롤에 해당되는 위치에서 측정한 결과는 표1과 같다.

[표 1]

이때, 응고가 시작되는 탕면은 주형의 상부로부터 약 150mm 떨어진 시점이기 때문에 마지막 측면지지롤의 위치는 탕면에서 약 1.3m이다. 표1에서 보는 바와 같이, 응고층 두께는 각 주속별로 약 35~45mm 정도이다. 따라서, 220mm 주편에 대해서 미응고 용강의 두께를 계산하면 130~150mm가 되며, 미응고 용강이 존재하는 부분에 주편압하가 이루어지는 측면지지롤의 길이는 130~150mm 사이가 될 것이다. 표1의 경우 광폭 2150mm인 주편을 1.0m/분의 저속으로 생산하는 경우 적정 측면지지롤의 길이는 약 130mm가 된다. 즉, 측면지지롤의 길이가 130mm이하일 경우 주편의 벌징 가능성은 커질 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 경우 주편의 코너부 응고집중을 방지하기 위한 다른 수단으로서, 상기와 같은 측면지지롤의 길이를 변경하는 방법이외에도 도7과 같이, 측면지지롤의 롤 형상을 변경할 수도 있다. 즉, 도7a는 종래의 측면지지롤(3)의 형상을, 그리고 도7b는 본 발명의 측면지지롤(32)을 보이고 있다. 본 발명의 측면지지롤(32)은 롤의 가장자리 부근에 경사면(32a)을 가공하여 주편에 필수적으로 발생되는 응력집중의 정도를 완화한 것이다. 이러한 방법은 전자의 방법과는 달리, 측면지지롤의 위치이동을 변경할 필요가 없는 장점이 있다.

본 발명의 측면지지롤(32)의 경사면(32a)는 응고층의 두께에 응력이 걸리지 않는 범위에서 결정되며, 경사면의 깊이(d)와 경사면의 길이(ℓ)를 선택하여 가공함이 바람직하다. 통상의 연주기의 경우 상기 측면지지롤의 경사면 가공량은 그 깊이를 1~3mm, 경사면의 길이를 25~35mm 정도로 함이 바람직하다.

예를들면, 주폭이 2150mm인 주편을 제조할 때 종래의 측면지지롤(3)의 길이가 198mm인 경우 미응고 용강의 두께에 해당되는 측면지지롤(3)의 길이가 130mm이기 때문에 경사면의 길이는 34mm로 설정하고 경사면의 깊이는 1.76mm로 설정하면 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예1

도5와 같이, 길이(L)가 900mm인 주형의 직하부로부터 550mm 사이에 4개의 측면지지롤(3)이 존재하는 연주기에서 표2와 같이, 연주기의 측면지지롤의 길이를 달리하여 탄소량이 0.10%C 함유된 중탄소강 주편을 제조하였다.

[표 2]

이때, 주조속도는 1.0m/분으로 하였으며, 주형의 경사도(S)는 수학식1에 의해 계산한 결과, 경사량을 1.05%로 설정하였다. 또한, 상기 주편의 두께는 220mm, 폭은 2150mm이었다.

그리고, 각각의 롤길이에 따라 제조된 주편에서의 크랙발생지수를 비교하고, 그 결과는 표2에 나타내었다. 본 발명에서의 크랙발생지수는 (크랙길이)/(크랙간의 간격)으로 정의하였으며, 이러한 크랙지수는 당업계에서 통상적으로 적용하고 있는 지수이다.

표2에 나타난 바와 같이, 종래예의 경우 주편의 크랙발생지수가 0.65이었으나, 발명예1,2의 경우 각각 0.25, 0.38로서, 본 발명의 경우 종래에 대비하여 50%이상 감소효과가 있음을 알 수 있다.

한편, 비교예1에서는 측면지지롤의 롤길이가 적어 미응고 용강을 압하함에도 불구하고 오히려 크랙발생지수가 증가하였는데, 이는 주편의 벌징이 커서 크랙발생이 조장된 것으로 여겨진다. 따라서, 주편 크랙을 억제하기 위해서는 본 발명에서와 같이 적정한 측면지지롤의 롤 길이를 설정함이 바람직함을 알 수 있다.

실시예2

통상적인 연주기의 측면지지롤 가장자리부분을 표3과 같이 경사지게 경사면을 가공하여 제조된 주편을 비교하고, 그 결과를 표3에 나타내었다. 이때, 주형과 경사도, 주속 등의 제조건은 실시예1과 동일하였다.

[표 3]

표3에 나타난 바와 같이, 종래의 측면지지롤을 구비한 연주기에서는 주편의 크랙발생지수가 0.65이었으나, 본 발명예3의 경우는 0.40, 발명예4의 경우 0.35, 그리고 발명예5의 경우 0.30으로서, 종래예에 비하여 약 50%정도의 감소효과가 나타났다.

반면, 비교예2,3의 경우 크랙발생지수가 각각 0.60, 0.67로서 크랙감소효과가 나타나지 않았는데, 이는 가공량이 많아 오히려 주편 벌징이 조장되어 크랙발생이 증가한 것으로 여겨진다. 따라서, 연주기의 측면지지롤의 경사면 가공량은 본 발명에 따라 적정범위로 함이 바람직함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 연주기의 측면지지롤의 길이를 적절히 조절하거나 혹은 롤의 양측에 적정 크기의 경사면을 설정하므로써 상기 측면지지롤에 의한 주편의 비정상적인 압하를 억제하여 주편의 벌징과 주편의 코너부 표층 밑에 발생하게 되는 크랙을 저감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 주형의 직하부에 위치하여 주형의 단변부의 연장선상을 따라 평행하게 여러 쌍의 측면지지롤을 구비한 연속주조기에 의해 중탄소강을 연속주조하는 방법에 있어서,

   상기 측면지지롤중 최하단에 배열된 롤을 지나는 위치에서 상기 주형을 빠져나온 주편의 응고층 두께를 하기 수학식 2,

   [수학식 2]

   (여기서, D: 응고층의 두께(mm), t: 탕면으로부터 특정위치까지의 용강 체류시간)

   를 이용하여 측정하는 단계;

   전체 주편의 두께에서 상기 측정된 응고층의 두께를 빼 미응고된 용강의 두께를 계산하는 단계; 및

   상기에서 계산된 미응고 용강의 두께만큼의 측면지지롤의 롤길이를 설정하여 연속주조하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연속주조방법.
2. 주형의 직하부에 위치하여 주형의 단변부의 연장선상을 따라 평행하게 여러 쌍의 측면지지롤을 구비한 연속주조기에 의해 중탄소강을 연속주조하는 방법에 있어서,

   상기 측면지지롤의 양측에 경사면(32a)를 형성하고, 그 경사면의 크기는 깊이를 1~3mm, 길이를 25~35mm의 범위로 설정하여 연속주조함을 특징으로 하는 연속주조방법