KR100418990B1

KR100418990B1 - 이강종 연연주시 용강공급 장치

Info

Publication number: KR100418990B1
Application number: KR10-1999-0059568A
Authority: KR
Inventors: 조명종; 김상준
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2004-02-14
Also published as: KR20010057268A

Abstract

본 발명은 이강종 연연주시 턴디쉬내에서의 강종간 혼합량을 최소화하기 위하여 턴디쉬내에서 용강의 재순환이나 정체영역을 최소화함으로써 새로운 강종이 주입될 때 이전 강종을 재빠르게 배출구로 밀어내게 하여 이전 강종과의 혼합을 최소화하고, 이로써 재처리되어야 하는 강종 혼합 주편량을 크게 줄여 제품 원가 절감 및 주편 실수율 향상등의 효과를 가져올 수 있도록 연구된 이강종 연연주시 용강공급 장치에 관한 것이다.

본 발명은 이강종 연연주 조업시 래들 주입구와 턴디쉬 배출구 사이에 먼저 용강의 유동단면적이 점차 줄어들도록 하여 유동 방향을 턴디쉬 하류로 향하게 하는 축소부(300)가 형성되도록 댐(100)(110)을 설치하되 상기 축소부(300)에 연이어 용강이 박리가 일어나지 않고 턴디쉬 하류로 흐를 수 있도록 댐(100)(110)을 유선형으로 배치하여 유동 단면적이 점차 증가하도록 하는 확대부(310)가 형성되게 하여 턴디쉬 단면적이 전체적으로 유동 진행 방향을 따라 유선형으로 점차 축소된 후 점차 확대되는 형태를 가지도록 구성한 것을 특징으로 하는 이강종 연연주시 용강공급 장치를 제공한다.

Description

이강종 연연주시 용강공급 장치{MOLTEN STEEL FEEDING APPRATUS FOR SEQUENTIAL CASTING OF MIXED GRAES}

본 발명은 동일한 턴디쉬(Tundish)를 사용하여 성분이 서로 다른 강을 연이어 연속 주조하는 경우(이하 '이강종 연연주'라 칭함), 턴디쉬내에서 발생되는 강종간 혼합량을 최소화하도록 하는 용강공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 몰드에 용강을 공급하는 턴디쉬내에서 용강의 재순환 혹은 정체되는 영역을 최소화함으로써 새로운 강종이 주입될 때 이전 강종을 재빠르게 배출구로 밀어내게 하여이전 강종과의 혼합을 최대한 억제하도록하는 이강종 연연주시 용강공급 장치에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조기에서 연속적으로 주조할 때는 같은 강종의 용강을 턴디쉬내에 연속적으로 주입하여 주조함으로써 조업 중단에 따른 생산성 저감 및 생산원가 상승문제가 거의 없으나 다양한 강종을 주조할 경우, 설비교체 또는 조업 준비에 따른 조업중단등의 문제가 발생되는 데, 이 문제를 해결하기 위하여 동일 턴디쉬에서 서로 다른 성분의 강을 연이어 주조하게 된다. 이때 턴디쉬내에서 강종간 혼합이 일어나고 이에 따라 성분이 혼합된 불량의 제품이 생산되게 된다.

이러한 이강종 연연주시 발생되는 혼합 강종 발생량을 최소화하기 위하여 종래에는 새로운 강종이 담겨 있는 래들(Ladle) 교환시 이전 강이 잔존하는 턴디쉬를 새로운 것으로 교체하는 방법(Flying tundish method, 1996 Metal Materials vol.27B, pp.617-632)과 턴디쉬내에 FC pad(Flow control impact pad, 1997 Iron Steelmaker vol.24, pp.69-73)라 불리는 내화 구조물을 턴디쉬 바닥에 설치하여 턴디쉬 내부 용강 흐름을 제어하는 방법이 사용되어 왔다.

상기 새로운 턴디쉬로 교체하는 방법은 이전 강종을 완전히 제거하므로 턴디쉬내 강종 혼합 문제를 근원적으로 해결한 방법이나 사용 내화물 증가로 생산단가 상승 및 교체작업으로 인한 조업 불안정 증가의 우려가 있으며,

턴디쉬내에 FC pad 내화물을 설치하는 경우는 내화물의 형상을 다양하게 하여 용강의 유동 방향을 턴디쉬 상부로 향하게 하여 강종 혼합을 저감시키는 것이나 여전히 턴디쉬내에 유동 재순환 구간이 잔존하게 되어 강종 혼합에 대한 개선이 더필요한 실정이다.

또 이강종 연연주를 위하여 이전 강종이 남아 있는 턴디쉬로 새로운 강이 투입되는 경우 턴디쉬내는 복잡한 3차원 유동 흐름으로 인하여 다양한 재순환 또는 정체영역이 관찰되며, 이때 재순환 또는 정체영역에 존재하던 이전 강종은 재빠르게 새로운 강종으로 대체되지 못하고 시간을 두고 서서히 새로운 강종과 혼합된 후 새로운 강종으로 바뀌게 된다. 따라서, 이러한 턴디쉬내 용강의 재순환 또는 정체영역의 증가는 이전 강종이 새로운 강종으로 대체될 때까지 많은 시간이 소요되게 되며, 그 결과 혼합 강종량의 증가로 이어진다.

본 발명은 이강종 연연주시 턴디쉬내에서 강종간 혼합량을 최소화하기 위하여 창안된 것으로, 턴디쉬내에서 용강의 재순환이나 정체영역을 최소화함으로써 새로운 강종이 주입될 때 이전 강종을 재빠르게 배출구로 밀어내게 하여 이전 강종과의 혼합을 최소화하도록 하는 용강공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

종래의 경우, 도1에서 보는 바와 같이 래들(10)에서 주입된 용강은 턴디쉬(20)내에서 복잡한 유동 형태를 보이게 되는데, 특히 댐(Dam)(100')과 위어(Weir)(110') 주변에서 유동의 재순환 및 정체가 심하게 발생되고 있음을 알 수 있다(도1 (가) 참조). 그리고, 댐(100')과 위어(110')를 제거한 경우에는 래들(10)에서 주입된 용강이 턴디쉬(20) 바닥으로 흘러 "래들 아래 턴디쉬바닥→턴디쉬배출구(200)→용탕면"으로 이어지는 큰 재순환 영역을 형성하게 된다(도1 (나) 참조). 이러한 턴디쉬내의 큰 재순환 혹은 정체영역에 포함된 이전 강종은 이강종연연주시 재빨리 새로운 강종으로 대체되지 못하고 서서히 새로운 강종과 혼합되면서 혼합 강종을 생산하게 된다.

따라서, 이강종 연연주시 혼합 강종 발생량을 줄이기 위해서는 턴디쉬내 유동의 재순환 및 정체영역을 줄여서 이전 강종이 새로운 강종으로 대체되는 시간을 줄이는 것이 무엇보다도 중요하며, 본 발명은 이를 달성하기 위해 연구에 연구를 거듭하여 창안된 것이다.

도1은 종래의 턴디쉬내 용강 유동 모식도로서 (가)는 댐과 위어가 있는 경우, (나)는 댐과 위어가 없는 경우,

도2의 (가),(나)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 턴디쉬의 도식적인 종단면도 및 사시도,

도3은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 턴디쉬의 도식적인 사시도,

도4는 본 발명에 따른 턴디쉬내의 용강유동에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과의 모식도.

이하에서, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명에서는 도2의 예와 같이 우선 래들(10)에서 주입된 용강이 턴디쉬(20)의 배출구(200) 방향으로 진행될 때 유동 단면적이 점차 줄어들도록 하는 축소부(300)를 설치한다(도2의 A-B-B'-A' 구간, 단면적 변화 A-A'→B-B'). 이것은 용강이 래들(10)에서부터 턴디쉬(20)로 제트류 형태로 공급될 때 유동의 연속성에 의하여 턴디쉬(20) 하류에서 상류 방향으로 흐르는 역류 유동을 억제시켜 주므로 단면적이 최소인 구간(도2 B-B')을 지나는 용강은 모두 턴디쉬 하류 방향으로 흐르게 된다. 이러한 작용을 위해서는 유동 단면적 축소비[=(B-B' 단면적)/(A-A' 단면적)]를 0.8이하로 유지하는 것이 요망된다. 아울러, 도2에 도시된 댐(100)과 위어(110)의 축소부(300) 영역에 있어서의 높이대 길이비(L_ud/H_d과 L_uw/H_w)를 각각 0.1이상으로 유지해야 하는데, 이것은 축소부(300)에서 갑작스런 유동 단면적의 변화로 댐의 하단부에 새로운 정체구간이 발생되는 것을 억제하기 위한 것이다. 그리고 축소부(300)를 지난 용강이 박리가 일어나지 않도록 L_dd/H_d과 L_dw/H_w가 각각 1이상이 되도록 하면서 유선형의 형상이 되도록 댐(100)과 위어(110)를 설치하여 확대부(도2의 B-C-C'-B' 구간)(310)가 형성되도록 한다. 도2에 있어서, H_d는 댐(100)의 높이를, H_w는 위어(110)의 높이를, L_ud는 댐(100)의 축소부(300) 영역에 있어서의 수평 길이를, L_uw는 위어(110)의 축소부(300) 영역에 있어서의 수평 길이를, L_dd는 댐(100)의 확대부(310) 영역에 있어서의 수평 길이를, L_dw는 위어(110)의 확대부(310) 영역에 있어서의 수평 길이를 각각 나타낸다. 이러한 본 발명의 댐은 래들(10)에서 나온 용강을 1차적으로 모아서 턴디쉬(20) 하류 방향으로 흐르도록 유동 단면적을 점차 줄여주고, 유동 방향이 제어된 용강이 박리가 일어나지 않도록 유선형으로 유동 단면적을 점차 증가시키도록 한 것이므로 본 발명의 유선형 댐(100)과 위어(110)가 턴디쉬(20) 바닥과 용강의 탕면에 반드시 설치되어야 할 필요는 없으며, 턴디쉬(20) 좌우 측면에 설치하여 유동 면적을 축소-확대시켜 주거나 턴디쉬(20) 바닥/용강면/측면부에 모두 설치하는 것도 가능하며, 바닥/용강면/측면부 중 선택적으로 몇 군데만 설치하는 것도 무방하다. 그리고 최소단면을 지난 용강의 턴디쉬(20)내 방향의 제어는 댐(100)과 위어(110)의 높이 및 길이에 대한 값들(L_ud, L_dd, H_d, L_dw, L_uw, H_w) 및 설치 위치를 조절함으로써 가능하다. 도2의 (가)는 서로 대응되는 댐(100)과 위어(110)의 꼭지점이 수직방향에서 서로 일치되도록 하면서 댐(100)과 위어(110)을 턴디쉬(20) 바닥과 탕면 부근에 각각 설치하여 최소 단면 구간을 지난 용강이 수평방향으로 흐르도록 한 예이며, 도2의 (나)는 댐(100)과 위어(110)의 꼭지점이 수직방향에서 서로 엇갈리도록 댐(100)과 위어(110)를 턴디쉬(20) 바닥과 탕면 부근에 배치함으로써 최소 단면을 지난 용강이 턴디쉬(20) 하류에서 턴디쉬(20) 탕면 방향으로 상향되도록 제어한 예이다. 그 외에 턴디쉬(20) 하류에서 보다 균일하게 흐르게 하도록 도3과 같이 상술한 댐 구조의 턴디쉬내 용강의 유동 방향에 수직이 되는 적어도 하나의 유선형 댐(400)을 추가로 설치할 수 있다.

도4는 도2 (나)와 같이 대응되는 댐(100)과 위어(110)의 꼭지점이 서로 엇갈리도록 댐(100)과 위어(110)을 턴디쉬(20) 바닥과 탕면부에 설치하고 L_ud/H_d=1, L_uw/H_w=0.4, L_dd/H_d=2.7, L_dw/H_w=1.0으로 제작한 경우의 용강 유동에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. 여기서 보면 래들(10)에서 나온 용강이 축소부(300)를 거쳐 단면적이 최소인 영역을 지날 때 모두 턴디쉬(20) 하류 방향으로 흐르게 되어 있으며, 최소 단면적을 지난 이후에는 유동의 박리나 정체가 관찰되지 않고 모두 턴디쉬 배출구(200)로 향하는 결과를 보인다. 이러한 유동 특성에 따라 본 발명의 턴디쉬는 새로운 강종이 주입되면 그 새로운 강종은 도4의 예와 같은 유동양상을 따라 흐르게 되며, 그 결과 이전 강종을 보다 빠르게 턴디쉬 배출구(200)로 밀어내게 되어 혼합 강종 발생 시간 단축 및 발생량을 현저히 줄일 수 있게 된다.

상술한 본 발명과 같이 설계된 턴디쉬를 포함하는 용강공급 장치를 사용하여 이강종 연연주 조업을 행할 경우, 턴디쉬내의 용강유동 재순환 및 정체 현상이 크게 개선되어 혼합 강종 발생량이 현저히 줄어 들게 되는 효과가 있으며, 이것은 재처리되어야 하는 강종 혼합 주편량을 크게 줄이게 되므로 제품 원가 절감 및 주편 실수율 향상이 기대되며, 소량 다품종 주문 수주가 가능해지게 되어 경제적 이익의향상이 예상된다.

Claims

이강종 연연주 조업시 래들 주입구와 턴디쉬 배출구 사이에 먼저 용강의 유동단면적이 점차 줄어들도록 하여 유동 방향을 턴디쉬 하류로 향하게 하는 축소부(300)가 형성되도록 댐(100)과 위어(110)을 설치하되 상기 축소부(300)에 연이어 용강이 박리가 일어나지 않고 턴디쉬 하류로 흐를 수 있도록 댐(100)과 위어(110)을 유선형으로 배치하여 유동 단면적이 점차 증가하도록 하는 확대부(310)가 형성되게 하여 턴디쉬 단면적이 전체적으로 유동 진행 방향을 따라 유선형으로 점차 축소된 후 점차 확대되는 형태를 가지도록 구성한 것을 특징으로 하는 이강종 연연주시 용강공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 축소부(300)에 있어서 댐(100)과 위어(110)의 길이/높이비를 0.1이상으로 하고, 확대부(310)에 있어서 댐(100)과 위어(110)의 길이/높이비를 1이상으로 하여 턴디쉬 길이 방향으로 턴디쉬의 최소단면적/최대단면적비가 0.8이하로 유지되도록 한 것을 특징으로 하는 이강종 연연주시 용강공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 유선형의 댐(100)과 위어(110)는 각각 꼭지점이 일치되도록 구성하고 턴디쉬 바닥과 탕면 부근에 설치되는 것을 특징으로 하는 이강종 연연주시 용강공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 유선형의 댐(100)과 위어(110)는 각각 꼭지점이 엇갈리도록 구성하고 턴디쉬 바닥과 탕면 부근에 설치하여 상기 축소부(300)를 지난 용강이 턴디쉬 하류에서 턴디쉬 탕면방향으로 상향되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 이강종 연연주시 용강공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 유선형의 댐(100)과 위어(110)의 구조에 턴디쉬내 용강의 유동 방향에 수직이 되는 적어도 1개이상의 유선형 댐(400)을 설치하는 것을 특징으로 하는 이강종 연연주시 용강공급 장치.