KR100405907B1 - 주편의 중심 편석저감을 위한 주편냉각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고급강 특히 중탄강의 연속주조시 중심편석의 저감을 위해 하드웨어적인 설비개조가 필요없는 소프트웨어적인 측면에서 벌징 현상을 제어하여 중심편석을 줄임으로서 고급강 생산시 내부품질을 향상시킬 수 있는 연속주조시 주편의 중심편석 저감 방법에 관한 것이다.

본 발명은 연속주조기를 통해 용강을 냉각 응고시켜 주편을 제조하는 주편의 냉각방법에 있어서, 상기 용강의 응고과정에 따라 냉각수량을 달리하여 냉각시키되 액상이 모두 고상이 되는 응고완료 시점의 직전영역인 Zone 4에서는 냉각수량을 주조속도에 따라 302~427 ℓ/min으로 하고, Zone 5에서는 냉각수량을 주조속도에 따라 140~233 ℓ/min으로 하여 주편 표면의 온도를 상승시키는 단계와; 상기 응고완료 시점 이후인 응고말기에 해당하는 영역인 Zone 6에서는 냉각수량을 주조속도에 따라 185~680 ℓ/min으로 하여 주편의 표면과 중심부의 냉각속도가 같도록 유지하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 주편의 중심 편석저감을 위한 주편냉각방법을 제공한다.

Description

주편의 중심 편석저감을 위한 주편냉각방법{COOLING PATTERN OF CONTINUOUS CASTING SLAB FOR THE DECREASE OF CENTER SEGREGATION}

본 발명은 고급강 특히 중탄강의 연속주조시 중심편석의 저감을 위해 하드웨어적인 설비개조가 필요없는 소프트웨어적인 측면에서 벌징 현상을 제어하여 중심편석을 줄임으로서 고급강 생산시 내부품질을 향상시킬 수 있는 연속주조시 주편의 중심편석 저감 방법에 관한 것이다.

현재 철강 공정은 발전에 발전을 거듭하여 양적인 팽창뿐만 아니라 질적으로도 고급강의 생산 비중을 높여 부가가치 증대를 도모하고 있다. 그러나 고급강을 생산하는데는 강종 성분에 따른 조업의 용이성, 표면 및 내부 품질, 고급강 생산성등과 관련하여 여러 가지 어려움이 많은 관계로 몇몇 선진 제철소를 제외하고는 고급강 생산을 하지 못하고 있다. 특히 중탄소강 범위의 경우에는 표면 크랙과 중심편석등 내부 품질의 문제로 연주기를 통해 대량 생산하는 것이 매우 어려운 일로 알려져 있다.

중심 편석의 생성 기구는 다음과 같은 절차를 거쳐 발생한다.

① 표면에서 중심으로 응고층의 성장

응고가 진행될 때 용강중의 용질원소(C,P,Mn,S)등은 외부(용강)로 배출되면서 점차로 응고가 진행되어 외부(용강)의 성분조성이(C,P,Mn,S 등의 원소의 Weight Percentage) 상승한다. 즉, 불순물이 많이 함유된 용강이 된다.

② 응고가 진행될수록 불순물의 농도가 짙은 용강이 슬래브의 중심으로 모이게 된다.

③ 응고 말기에는 그림 1과 같은 주상정이 상하·좌우가 연결되면서 그물망구조를 형성하여 불순물 농도가 짙은 용강이 주상정 내부에 갇히게 된다. 특히 주편부풀림(이하 벌징이라함)에 의해서 주상정이 연결되어 용강이 주상정의 가지 사이에 갇히게 되어 편석 현상이 심해진다.

④ 갇혀버린 용강중에서 삼투압작용에 의해 농도가 큰쪽으로 용질원소가 이동(diffusion)이 되면서 농후한 용강이 된다.

⑤ 주편보다 농후한 용강이 응고되면 편석으로 남게 되며 중심부에 위치하게 되므로 중심편석(center segregation)이 된다.

일단 중심 편석이 생기면 압연시에 큰 문제가 된다. 편석이 생긴 부분은 편석이 없는 부분과 강도 및 연신율등이 많이 달라지게 되므로 열간 압연 및 냉간 압연시에 코일이 찢어지거나 외부로 표출되어 전체 코일의 품질을 저하시키는 주요 원인이 된다. 특히 주편의 벌징은 다음과 같은 작용에 의해 중심 편석 발생을 일으키는 주요 원인으로 언급되고 있다. 먼저 주편의 벌징이 생기면 내부의 용적이 커짐으로서 주변의 용강을 흡입하게 된다. 이후에 벌징된 부분이 롤을 지나면서 눌려져서 상부와 하부의 응고층이 만나게 되어 그물망을 형성함으로써 내부에 용강을 가두는 역할을 하게 된다. 갇힌 용강은 삼투압 작용에 의해 불순물의 농도가 매우 높아지거나 낮아지게 되는데 이와 같은 현상에 의해 거대한 중심 편석이 생기게 된다.

중심편석은 주편의 응고수축과 밀접한 관계가 있으며 이에 대한 주편의 응고거동이 도3에 나타나있다.

도3의 주편의 응고말기의 표면과 중심부의 온도변화는 다음표1에 의한 기존에 사용되고 있는 냉각패턴에 의한 결과이다.

[표1]

여기에서 Zone1은 탕면으로부터 0.9∼1.96m의 구간이며, Zone2는 1.96∼2.92m, Zone3는 2.92∼4.479m, Zone4는 4.479∼6.047m, Zone5는 6.047∼9.190m, Zone6는 9.190m 이후를 나타낸다.

기존 2차냉각제어 방법에 의하면 응고말기에 주편의 표면 부분보다 중심부분의 온도가 급격히 감소하는 것을 알 수 있고 이것은 주편의 응고완료 부분에서는 상하·좌우로의 냉각이 이루어짐으로써 급냉이 되어 급속히 온도가 떨어지게 되기 때문이다. 따라서 표면부분의 응고수축보다 중심부분의 응고에 의한 수축이 훨씬 커서 도4와 같은 효과를 나타낸다. 이와같은 현상에 의해 주편은 철정압에 의해 생기는 벌징과 내부와 외부의 응고수축에 의한 벌징이 더해져서 훨씬 큰 주편 벌징이 생기고 이로 인해 중심 편석의 발생 정도가 훨씬 심해지게 된다.

지금까지 중심편석을 저감하기 위한 방법으로 제시되어 왔던 것이 경압하의 방법과 주조속도를 낮추면서 냉각 성능을 강화하여 빨리 냉각시키는 방법이다. 경압하 방법은 도 2와 같이 응고 말기 부분에서 슬래브를 약간만 압연함으로써 내부 용강이 정체되지 않고 흐르도록 해주며 롤과 롤사이의 간격을 좁혀 벌징을 줄여줌으로써 중심 편석을 저감하는 방법이다. 그러나 경압하의 방법은 그림과 같이 롤의 간격을 변경해주고 롤의 배치 및 구동 조건, 압하조건, 냉각 조건등 여러 가지 서비에 대해 재설계가 필요하며 설비의 설치를 위해 조업을 중담함으로써 투자비와 시간이 많이 소요되는 단점이있다.

그리고 주조속도를 낮추면서 냉각 성능을 강화하는 방법은 빠른 시간내에 두꺼운 응고층을 생성시켜 벌징양을 줄여줌으로써 중심 편석 저감 효과를 보기 위한 소프트웨어적인 방법이다. 그러나 이 방법을 이용할 경우에 낮은 주속으로 인한 생산성 저감과 주편의 빠른 냉각에 의해 연속압연(Hot Direct Roll)을 위한 온도를 확보할 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 고급강, 특히 중탄강의 연속주조시 중심 편석의 저감을 위해 주편의 벌징 현상을 제어하기 위해 하드웨어적인 설비 개조가 필요없는 소프트웨어적인 측면에서 벌징 현상을 제어하여 중심 편석을 줄임으로써 고급강 생산시 내부 품질을 향상시킬 수 있는 연속주조시 주편의 중심편석저감 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1 : 중심편석 생성기구도,

도 2 : 기존 설비와 경압하 설비 비교도,

도 3 : 탕면으로부터 거리에 따른 주편 온도 분포도,

도 4 : 응고 수축에 의한 주편 변형 개념도,

도 5 : Thermal Soft Reduction 적용시의 주편 온도 변화도이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 경압하 방법과 같은 설비 개조의 방법이 아니라 응고 말기 부분에서 2차 냉각수량을 적절히 제어함으로써 주편의 벌징현상을 적절히 이용하여 중심 편석을 효과적으로 저감하기 위한 방법을 제공한다.

본 발명은 연속주조기를 통해 용강을 냉각 응고시켜 주편을 제조하는 주편의 냉각방법에 있어서, 상기 용강의 응고과정에 따라 냉각수량을 달리하여 냉각시키되 액상이 모두 고상이 되는 응고완료 시점의 직전영역인 Zone 4에서는 냉각수량을 주조속도에 따라 302~427 ℓ/min으로 하고, Zone 5에서는 냉각수량을 주조속도에 따라 140~233 ℓ/min으로 하여 주편 표면의 온도를 상승시키는 단계와; 상기 응고완료 시점 이후인 응고말기에 해당하는 영역인 Zone 6에서는 냉각수량을 주조속도에 따라 185~680 ℓ/min으로 하여 주편의 표면과 중심부의 냉각속도가 같도록 유지하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 주편의 중심 편석저감을 위한 주편냉각방법을 제공한다.

이하에 본 발명의 구성 및 작용을 도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 주편 벌징을 효과적으로 제어하기 위해 주편의 열팽창에 의한 벌징(thermal bulging)을 제거함으로써 중심 편석을 저감시키는 것을 그 특징으로 하며, 주편의 응고수축에 의한 벌징을 제거하기 위해서는 중심부와 표면의 냉각속도를 같게 유지하여야 한다. 이러한 경우에는 같은 냉각속도에 의해 응고 수축양이 같아짐으로써 응고수축에 의한 벌징을 제거할 수 있다. 응고말기에 주편 표면과 중심의 냉각 속도를 균일하게 가져가기 위해서 응고 완료점에서만 강냉을 할 경우에는 주편 표면과 중심부의 냉각속도를 어느 정도 비슷하게 가져갈 수 있지만 응고 완료후의 표면 온도가 너무 낮아지게 되어 연속압연에 부적당하며 냉각 배관의 용량등의 문제로 인해 재 설계가 필요하게 된다.

따라서 본 발명에서는 응고 완료(A)전의 냉각 제어 루프에서 약냉을 시킴으로써 주편의 표면온도를 상승시킨 후에 응고 말기에 냉각 속도를 빠르게 하여 주편 표면과 중심에서 같은 냉각속도를 얻을 수 있다는 점에 착안하여 중심부 냉각속도와 동일한 냉각속도가 될 수 있도록 표면의 냉각속도를 유지시켜주도록 다음표2와 같은 냉각패턴을 이용하였다.

[표2]

본 발명에서 Zone1에서 3까지는 조업의 안정상 기존패턴을 이용하고 Zone4에서 6까지는 냉각패턴을 변경시켰는데 냉각수량을 주조속도에 따라 Zone4에서는 기존의 405∼675 l/min를 302∼427 l/min로 바꾸고, Zone5에서는 기존의 330-708.8 l/min을 140∼232.4 l/min로 냉각수량을 감소시켜 약냉을 하였고,

Zone6에서는 363∼550 l/min를 185∼679.6 l/min로 냉각수량을 증가시켜 강냉을 행하였다.

그이유는 보통 응고가 완료되는 지점이 대략적으로 탕면으로부터 8∼10m의 범위에 들어있기 때문이며 응고가 완료되기 직전에 표면 부분의 온도를 상승시킨 다음 응고 말기에 강냉을 시킴으로서 표면과 중심부의 냉각속도가 일반적인 주편의 냉각속도와 동일한 단위길이당 대략 80∼120℃/m가 되도록 유지시키기 위함이다.

본 발명 방법에 의한 주편의 온도변화가 도5에 나타나 있다. 도5에 따르면 응고말기의 중심부와 표면부의 냉각속도가 동일함을 알 수 있다.

중탄강의 연속 주조시 중심 편석의 발생 정도와 크기는 벌징양에 의해 크게 좌우된다. 그리고 벌징양에 영향을 미치는 인자로는 롤 간격, 주편 중심과 표면의 냉각 속도 차, 주편 온도등이 있으며 본 발명에서는 주편 중심과 표면의 냉각 속도 차이를 제거함으로써 열팽창에 의한 벌징을 제거하여 중심 편석의 발생을 저감시킴으로써 고급강 생산의 확대 및 생산량 증대, 주편 내부 품질의 향상을 꾀할 수 있으며 기존의 설비를 특별한 설비개조없이 그대로 이용함으로써 설비에 대한 투자비 및 투자기간이 매우 짧다는 것에 장점이 있다.

Claims (2)

1. 연속주조기를 통해 용강을 냉각 응고시켜 주편을 제조하는 주편의 냉각방법에 있어서,

   상기 용강의 응고과정에 따라 냉각수량을 달리하여 냉각시키되 액상이 모두 고상이 되는 응고완료 시점의 직전영역인 Zone 4에서는 냉각수량을 주조속도에 따라 302~427 ℓ/min으로 하고, Zone 5에서는 냉각수량을 주조속도에 따라 140~233 ℓ/min으로 하여 주편 표면의 온도를 상승시키는 단계와;

   상기 응고완료 시점 이후인 응고말기에 해당하는 영역인 Zone 6에서는 냉각수량을 주조속도에 따라 185~680 ℓ/min으로 하여 주편의 표면과 중심부의 냉각속도가 같도록 유지하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 주편의 중심 편석저감을 위한 주편냉각방법.
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