KR100383273B1 - 빌렛연속주조용내화물몰드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내열충격성과 열간강도에 강한 서로 다른 재질을 동시에 사용하는 이중구조로 형성시키므로써, 내화물의 수명을 향상시키고 조업 안정화를 꾀하는 빌렛 연속주조용 내화물 몰드를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 빌렛을 연속주조하는 공정에서 몰드의 상부에 석면판(9)으로 단열 처리되어 있고, 균일한 응고셀을 형성시키기 위하여 발열체(11)가 결합되어 있으며, 상부에서 하부로 갈수록 내경이 확장되게 형성된 제1내화물(100)과 제2내화물(200)로 형성된 빌렛 연속주조용 내화물 몰드가 제공된다. 그러한 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드의 상기 제1내화물(100)은 내열충격성과 단열성이 우수한 내화재질로 형성되어 있으며, 상기 제1내화물(100)을 감싸게 결합되어서, 이중구조를 이루게 형성된 상기 제2내화물(200)은 열간강도 및 열전도율이 우수한 내화재질로 형성되어 있다. 또한, 상기 제2내화물(200)의 하부에는 수냉 몰드의 상부에 지그(220)로 볼트결합되어서 고정될 수 있게, 사각형 갓모양의 테두리(210)가 형성되어 있다.

Description

빌렛 연속주조용 내화물 몰드

본 발명은 빌렛 연속주조용 내화물 몰드에 관한 것이며, 특히 제철소에 설치되어서, 제품 생산을 위한 소재로 사용되는 빌렛(billet)을 연속 주조하는 연속주조기(continuous casting machine)에 사용되는 빌렛 연속주조용 내화물 몰드에 관한 것이다.

여기에서, 빌렛은 일반적으로 단면이 정방형으로 한변이 160㎜이하, 단면적 25,600㎟이하의 각형강편으로서 소강편이라고도 한다. 이런 빌렛을 제조하는 연속주조기는 연속주조 공정에 사용되는 것이다.

일반적으로 연속주조 공정은 도 1에 보이듯이, 래들(1 ; ladle)의 용강(5)을 턴디시(2 ; tundish)를 거쳐 수냉식으로 냉각되는 수냉 몰드(3 ; mold)로 공급하여 용강을 응고시키는 것이다.

빌렛 연주에 있어서 표면에 형성되는 오실레이션 마크는 도 2에서와 같이, 수냉 몰드(3)의 오실레이션 거동에 따라 응고층(4)의 휘어짐, 용강(5)의 주형쪽으로의 넘침 등으로 인해 발생한다.

따라서, 수냉 몰드(3)에서 탕면의 불규칙한 변동은 초기 응고층(4)의 성장에 영향을 주어 불균일한 오실레이션 마크를 형성하여 주편의 표면 결함을 유발시키기도 하고 국부적인 열전달능력의 저하로 브레이크 아웃(breakout)을 발생시키기도 한다.

즉, 수냉 몰드(3)의 탕면(6)에서 시작되는 초기응고의 불균일은 주편 표면결함의 주요한 원인이 된다.

종래의 기술에 따른 내화물 몰드(7)는 도 3에 보이듯이, 몰드내에서의 초기응고를 제어하여 응고층(4)을 균일하게 형성시키는 것이다. 좌측의 일반적인 빌렛 연주공정과 비교하여서, 우측의 종래의 내화물 몰드는 수냉 몰드(3)의 상부에 배치되어 있다. 이로 인해 응고가 시작되는 위치는 탕면(6)의 변동에 무관하게 항상 수냉주형과 내화물, 용강이 만나는 부분, 즉 삼중점(8)이 되어 탕면에 영향없이 초기응고를 제어하는 기술은 이미 알려져 있다.

종래의 기술에 따른 내화물 몰드(7)는 수냉 몰드(3)의 상단에 고정되어서, 탕면(6)을 내화물 몰드(7)에 유지시키고, 응고가 항상 삼중점(8)에서 시작되게 한다. 그러한 종래의 내화물 몰드(7)에서는 균일한 초기응고셀 형성 뿐만아니라 용강(5)내의 개재물의 부상분리되는 효과도 기대할 수 있다.

또한, 내화물 몰드(7)의 단면이 수냉 몰드(3)에 비해 좁은 이유는 용강의 응고가 주조 시작시에 내화물에서 발생하게 되면 내화물에서 생긴 응고층이 수냉 몰드(3)로 내려 오면서 응고층이 찢어지게 되어 표면 품질에 막대한 악영향을 초래할 뿐만 아니라, 심한 경우 브레이크 아웃이 발생할 수 있기 때문이다.

그러나, 종래의 내화물 몰드(7)의 단면이 수냉 몰드(3)보다 좁은 것으로 인해서, 초기 응고층(4)의 성장시 삼중점(8)에서는 용강의 표면 장력으로 인해 접촉부위에 용강이 항상 차있지 않고 비어있는 상황이 발생하므로 응고가 불균일해지는 것이 문제되고 있다.

또한, 종래의 내화물 몰드(7)는 수냉 몰드(3)의 냉각대와 직접 접촉으로 인해서 삼중점(8) 부위의 내화물 온도가 용강온도에 비해 매우 낮기 때문에, 내화물의 표면에 지금이 형성되면서 불균일한 오실레이션 마크 및 딱지형 표면결함이 발생되는 단점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해서 도 4에 보이듯이 다른 종래의 내화물몰드(7')는 상부에서부터 하부쪽으로 기울어져 확장하는 구조를 하고 있으며, 수냉 몰드(3)와 끝부분의 위치가 일치되어 있다. 또한, 상기 설명한 삼중점에서 발생하는 결함을 억제하고, 균일한 응고셀을 형성시키기 위하여 발열체(11)를 사용하였다.

그리고, 종래의 내화물 몰드(7')와 수냉 몰드(3)의 사이에는 석면판(9)이 방열제의 역할을 하고 있으며, 상기 내화물 몰드(7')의 온도변화를 감지하기 위한 열전대(10)가 설치되어 있다.

그러나, 상기 다른 종래의 내화물 몰드에서는 열충격, 기계적인 충격으로 인하여, 파손이 자주 발생하는 단점이 있다.

열충격에 의한 내화물 몰드의 파손은 고온의 용강이 상기 내화물 몰드에 유입될 때, 저온의 내화물이 열충격에 의해 급격히 고온으로 되면서, 용강과 접촉하는 부위와 접촉하지 않는 뒤쪽의 부분간의 열팽창율의 차이에 발생한다. 따라서, 상기 내화물 몰드에는 크랙이 발생되는 단점이 있다. 또한, 기계적인 충격에 의한 내화물 몰드의 파손은 주형의 주기적인 진동과, 내화물에 발생되는 충격 및, 내화물 몰드와 몰드와의 연결부에 발생되는 응력 등에 의해서 발생하게 된다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 내열충격성과 열간강도에 강한 서로 다른 재질을 동시에 사용하는 이중구조로 형성시키므로써, 내화물의 수명을 향상시키고 조업 안정화를 꾀하는 빌렛 연속주조용 내화물 몰드를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 연주공정을 설명하기 위한 개략도.

도 2는 도 1의 연주공정에서 제조된 빌렛의 오실레이션 마크의 형성기구를 설명하기 위한 모식도.

도 3은 종래 기술의 내화물 취입 몰드를 설명하기 위한 단면도.

도 4는 종래 기술의 발열체 및 경사가 있는 내화물 몰드를 사용한 빌렛 몰드를 설명하기 위한 단면도.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 빌렛 연속주조용 내화물 몰드의 구성을 설명하기 위한 단면도.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

100 : 제1내화물 200 : 제2내화물

210 : 테두리 220 : 지그

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 빌렛을 연속주조하는 공정에서 수냉 몰드의 상부에 석면판으로 단열 처리되어 있고, 균일한 응고셀을 형성시키기 위하여 발열체가 결합되어 있으며, 상부에서 하부로 갈수록 단면이 확장되게 형성된 제1내화물과 제2내화물로 형성된 빌렛 연속주조용 내화물 몰드가 제공된다. 그러한 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드의 상기 제1내화물은 내열충격성과 단열성이 우수한 내화재질로 형성되어 있으며, 상기 제1내화물을 감싸게 결합되어서, 이중구조를 이루게 형성된 상기 제2내화물은 열간강도 및 열전도율이 우수한 내화재질로 형성되어 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제2내화물의 하부에는 수냉 몰드의 상부에 지그로 볼트결합되어서 고정될 수 있게, 사각형 갓모양의 테두리가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

아래에서, 본 발명에 따른 빌렛 연속주조용 내화물 몰드의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

이 실시예에서 설명하는 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드는 서로 다른 재질의 제1내화물과 제2내화물로 이중구조를 형성하고 있고, 상기 이중구조의 내화물들의 취성파괴를 막기 위해서 마무리 고정 수단으로 결합되어 있는 것을 제외하고는 종래 기술과 동일하다. 그러므로, 도 1 내지 도 5에서 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일하거나 유사한 도면부호가 부여될 것이며, 이것들에 대한 설명은 여기에서 생략될 것이다.

도면에서, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 빌렛 연속주조용 내화물 몰드의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

도 5에 보이듯이, 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드는 수냉 몰드(3)의 상면에 배치되어 있다. 이렇게 배치된 빌렛 연속주조용 내화물 몰드는 서로 다른 특정을 갖는 내화물(100, 200)로 이중구조를 갖도록 형성되어 있다.

그러한 빌렛 연속주조용 내화물 몰드는 용강 유출에 의한 조업사고와, 주편 표면의 심각한 표면 결함을 막을 수 있게, 수냉몰드(3)와의 완전 밀폐화를 이루게 형성되어 있다. 이런 빌렛 연속주조용 내화물 몰드를 형성하는 제1내화물(100)은 고온의 용강(5)에 직접 접촉하는 것으로서, 내열충격성이 강한 재질로 형성되어 있다. 또한, 제1내화물(100)은 상기 수냉 몰드(3)의 단면에 일치하고, 하향으로 갈수록 점차적으로 확장되는 사각형 단면을 갖는다. 그리고, 제1내화물(100)의 외부에는 제2내화물(200)이 감싸져 있으며, 상기 제1내화물(100)과 제2내화물(200)은 일반적인 내화물 접착제인 "캐스터블(castable)"로 접착되어 있다.

또한, 제2내화물(200)은 그 단면이 직각 상자형성으로 형성된 것으로서, 열간강도가 우수한 재질로 형성되어 있다. 그러한 제2내화물(200)의 하부는 수냉 몰드(3)의 상면에 밀접하게 부착될 수 있도록, 사각형 갓모양의 테두리(210)가 형성되어 있다. 그러한 제2내화물(200)의 테두리(210)에는 상기 제2내화물(200)을 수냉 몰드(3)의 상면에 고정시킬 수 있게, 특수한 지그(220)를 사용하여 볼트로 고정되어 있다.

또한, 석면판(9)은 상기 제1내화물(100)과 제2내화물(200)의 하면에 결합되어서, 하부에 결합되는 수냉 몰드(3)의 열전달을 최소화 하는 역할을 한다.

아래에서, 앞서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드에 사용된 내화물에 대해서 상세히 설명하겠다.

본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드의 설계시의 기준은 고온의 용강(5)과 직접 접촉하는 제1내화물(100)과 제2내화물(200)은 서로 다른 특성을 가져야 한다. 즉, 제1내화물(100)은 구조상 충분한 예열을 하기 어렵기 때문에, 주조 초기에 가해지는 열충격에 강해야 한다. 그리고, 제2내화물(200)은 장기간 사용할 때에, 진동에 의한 스트레스 뿐만 아니라, 초기에 생성되는 초기 응고셀과 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드와의 충격 및 마찰에 의해서 크랙을 발생시키지 않고, 결합부 등의 부위에 균열이 발생되지 않을 정도의 열간강도를 가져야 한다.

따라서, 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드는 아래의 표 1에서 나타낸 바와 같은 내화물의 조성을 갖는다.

상기 표 1에서, 제1내화물(100)은 내열충격성 및 단열성이 우수한 재질로서 예열을 하지 않은 상온 상태에서도 용강과 직접 접촉을 하더라도 균열이 생기지 않는 우수한 내열충격성을 가지고 있다. 그러나 이 재질은 열간 강도가 낮아서 잦은 스트레스 및 약한 충격에도 균열이 생기기 쉽다. 특히, 제1내화물(100)은 하부 수냉주형과의 연결 부위에서 잦은 균열을 발생시킬 가능성이 크다.

따라서, 상기 제1내화물(100)의 단점을 극복할 수 있는 제2내화물(200)은 열간강도 및 열전도율이 우수한 것을 특징으로 한다. 열간 강도가 뛰어나기 때문에 주형의 진동에 의한 응력 뿐만 아니라 수냉 몰드(3)와의 고정부에 볼트를 이용하여 고정하더라도 충분히 견딜 수 있고, 주조중에도 크랙이 발생하지 않고 견고하게 유지될 수 있다.

따라서, 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드는 상기 제1내화물(100)과 제2내화물(200)을 동시에 사용한 이중구조로 된 것이다.

즉 고온의 용강(3)과 직접 닫는 부위는 내열충격성이 우수한 재질인 제1내화물(100)을 사용하고, 제1내화물(100)을 지지하면서 수냉 몰드(3)와의 연결부위의 열간강도를 우수하게 할 수 있는 제2내화물(200)을 사용하였다. 이런 이중구조를 갖는 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드는 용강(5)과의 접촉에 의한 열충격 및, 주형 진동에 의한 내화물 자체의 파손에 의한 조업중단의 영향을 최소화 하게 한다.

아래에서, 앞서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드의 실험결과를 상세히 설명하겠다.

먼저, 크게 3가지의 종류의 내화물 몰드를 제조하였다. 기본적인 구조는 동일하게 제조하였으나, 내화물 몰드의 종류는 비교 테스트를 위한 단일 재질의 제1내화물과 단일 재질의 제2내화물 및, 본 발명의 내화물 몰드인 2중구조의 제1내화물+제2내화물과 같은 3가지 종류의 내화물 몰드들을 제조하여서, 내화물의 상태를 서로 비교하여 주조조업의 안정성에 대하여 서로 비교하였다.

상기와 같은 내화물 몰드를 사용 후, 그 상태를 비교한 결과는 다음과 같다.

제1내화물을 단독으로 사용한 경우에는 고온의 용강의 접촉시에는 균열이 발생하지 않았으나, 주조 중에 주형 진동 및 응고셀과의 충격등에 의해 내화물과 하부수냉주형의 연결부위에 집중적으로 균열이 발생되어 주조가 불가능하였다.

제2내화물을 단독으로 사용한 경우에는 주조초기에 고온의 용강의 접촉시 용강접촉부위에 열충격으로 인한 균열이 발생하여 주조가 중단되었다.

본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드와 동일하게, 제1내화물+제2내화물을 동시에 사용한 이중구조에서는 주조초기 및 주조 중에도 내화물에 균열이나 크랙이 전혀 발생하지 않아 양호한 주조 작업이 가능하였다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드는 내화물 몰드의 구조를 제1내화물 및 제2내화물을 동시에 사용하는 이중구조로 하여 주편표면부의 표면 결함을 현저히 개선하였으며 특히, 내화물 몰드의 수명을 크게 향상시켰다.

이상에서 본 발명의 빌렛 연속주조용 내화물 몰드에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (2)

1. 턴디시를 통해 공급된 용강(5)을 응고시키는 수냉몰드(3)가 하부에 결합되고, 내부에는 상기 용강(5)을 초기에 균일한 응고층(4)으로 형성시키는 발열체(11)가 내장된 내화물 몰드에 있어서,

   상기 용강(5)이 수용되는 몰드의 중공 단면이 하부로 진행할수록 확장되는 제 1내화물(100)과, 상기 제 1내화물(100)의 둘레에 접착디며 상기 수냉몰드(3)의 상부에 고정된 제 2내화물(200)을 포함하며,

   상기 제 1내화물(100)은 예열되지 않은 상태에서 상기 용강(5)과 접촉하더라도 균열이 생기지 않는 내화충격성과 단열성을 가지며 이산화규소(SiO2)를 그 주성분으로 하는 내화재질이고, 상기 제 2내화물(200)은 상기 몰드의 진동에 의한 응력에 균열이 발생되지 않는 열간강도와 상기 용강(5)에서 발산된 열을 전달할 수 있는 열전도율을 가지며 탄화규소(SiC)를 그 주성분으로 하는 내화재질인 것을 특징하는 빌렛 연속주조용 내화물 몰드.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2내화물(200)의 하부 바깥둘레에는 테두리(210)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 빌렛 연속주조용 내화물 몰드.