KR100490998B1 - 박판 연속 주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수냉되는 두 개의 주조 롤을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 주조 롤 사이에 침지 노즐을 이용하여 용강을 공급하여 박판을 제조하는 박판연속주조방법에 관한 것으로써, 에지댐과 침지노즐사이의 용강에 금속선을 일정한 속도로 공급하여 주조롤의 가장자리부의 용강의 고상율을 증가시키므로써 주조롤의 손상없이 보다 간편하게 주편가장자리부의 미응고를 방지할 수 있는 박판연속주조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 수냉되는 두 개의 주조롤 및 이 주조롤의 양측부에 위치되는 에지댐을 구비하여 상기 주조롤을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 주조롤사이에 침지노즐을 이용하여 용강을 공급하여 박판을 제조하는 박판 연속 주조 방법에 있어서,

상기 에지댐과 침지노즐사이에서 용강의 성분과 동일 성분을 가진 금속선 또는 판을 0.1-5m/sec의 속도로 용강중에 공급하여 주조롤의 가장자리 부분의 용강의 고상율을 증가시키는 박판연속주조방법을 그 요지로 한다.

Description

박판 연속 주조방법{Method For Continuous Casting A Strip}

본 발명은 수냉되는 두 개의 주조 롤을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 주조 롤 사이에 침지 노즐을 이용하여 용강을 공급하여 박판을 제조하는 박판연속주조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 주편의 가장자리부분의 용강의 고상율을 증가시켜 주편가장자리의 미응고를 방지할 수 있는 박판연속주조방법에 관한 것이다.

박판 연속 주조 공정은 용융 금속으로부터 최종 제품을 직접 주조하는 공정으로서, 중간 공정들을 대폭 생략하여 경량화 된 설비로 재래식 철강 공정에 비해 생산 원가를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 재래식 공정으로 제조하기 힘든 난 가공성 제품의 생산도 가능하게 한다.

박판 연속 주조 공정에서는 도 1에 나타난 바와 같이 수냉되는 두 개의 주조 롤(1)을 서로 반대 방향으로 회전시키면서, 주조 롤 사이에 침지 노즐(3)을 이용하여 용강을 공급하여, 용강 풀(2)을 형성시킨다. 용강이 주조롤의 표면에서 응고되며 이렇게 응고된 두 개의 응고 각(shell)이 합쳐져서 박판(4)을 형성하게 된다

이러한 박판 연속 주조 공정으로 생산된 박판의 폭 방향의 균일성은 중요하다. 박판 주조 공정으로 제조된 주편의 가장자리의 미응고가 중요한 문제이다.

가장자리가 미응고가 심할 경우 가장자리 부분이 벌징(bulging)이 발생하게 되어, 주편 두께가 증가하거나 또는 가장자리 부분이 재용융(remelting)이 발생되어, 가장자리가 떨어져 나가는 경우도 발생된다.

주편 가장자리의 미응고 특히 벌징이 발생하게 되면 주편 가장자리의 델타 페라이트(d-ferrite)가 증가하게 되어, 주편의 중앙부에 비하여 매우 높게 된다.

주편 가장자리의 델타 페라이트가 높게 되면, 후처리 중에 이러한 델타 페라이트를 분해 시키기 위해, 재가열 시간을 길게 하거나 또는 재가열 온도를 증가시키는 방법이 필요하게 된다.

또는 델타 페라이트가 높은 주편 가장자리를 잘라 버리는(trimming) 방법을 사용할 수 있다.

그러나, 이러한 경우 생산비가 증가하게 되는 문제가 발생한다.

그러므로, 주편의 가장자리 부분의 미응고를 방지하기 위한 여러 방법이 강구되어 왔다.

주편 가장자리 부분의 미응고를 방지하기 위하여, 롤에 표면 조도 분포를 주어, 주편 가장자리의 응고능을 증가시키는 방법을 사용하기도 한다.

이러한 방법을 사용하게 되면, 롤의 가장자리 부분의 롤 조도가 낮고, 따라서 주편의 표면 조도가 낮게 되어, 주편의 가장자리에 균열이 발생할 가능성이 있고 또한 조도가 변하는 부분이 취약해질 가능성이 있다.

또한, EP 0788854에서는 주편 가장자리 부분의 미응고를 방지하기 위하여, 롤의 크라운(crown)을 조정하여, 가장자리의 주편 두께를 감소시키는 방법을 사용하고 있다.

그리고 EP 0788854에서는 주편 가장자리의 응고능을 증가시키기 위해서 롤의 가장자리의 니켈 도금의 두께를 줄이는 방법을 사용하기도 한다.

그러나, 이러한 방법은 주편 폭 방향으로의 주편 두께 불균일을 가져 오게 되고, 또한 롤의 가장자리의 내구성에 큰 문제가 된다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구를 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 박판연속주조방법에 있어서 에지댐과 침지노즐사이의 용강에 금속선을 일정한 속도로 공급하여 주조롤의 가장자리부의 용강의 고상율을 증가시키므로써 주조롤의 손상없이 보다 간편하게 주편가장자리부의 미응고를 방지할 수 있는 박판연속주조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 수냉되는 두 개의 주조롤 및 이 주조롤의 양측부에 위치되는 에지댐을 구비하여 상기 주조롤을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 주조롤사이에 침지노즐을 이용하여 용강을 공급하여 박판을 제조하는 박판 연속 주조 방법에 있어서,

상기 에지댐과 침지노즐사이에서 용강의 성분과 동일 성분을 가진 금속선 또는 판을 0.1-5m/sec의 속도로 용강중에 공급하여 주조롤의 가장자리 부분의 용강의 고상율을 증가시키는 박판연속주조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

주편의 가장자리에서 미응고가 발생하는 원인은 주편 가장자리에서의 롤과 주편 사이의 열전달의 감소가 원인이다. 이는 주편이 응고하면서 수축하여 롤과 접했던 응고 각(solidified shell)이 탈락되면서 가스 갭을 생성하고, 열전달을 지연시켜 응고의 지연을 야기시키게 된다.

그리고 롤 가장자리 부분에서 롤 표면에 이물질이 쌓여서 롤과 주편 사이의 열전달을 지연시키므로써 응고를 지연시키게 된다.

그러므로 주편의 수축을 최소한으로 하거나, 수축이 되어 가스 갭이 형성되어도 이를 상쇄할 만한 응고능을 주편 가장자리에 부여할 필요가 있다.

주편 가장자리 중 에지 댐과 접하는 부분에서는 용강이 에지댐에 붙어 응고하는 스컬(skull)이 생성된다. 이러한 스컬의 크기는 수십mm 이므로 이러한 스컬이 주편에 들어가게 되면, 순간적으로 과대한 압하를 받게 되고, 이때 롤에 상처(damage)를 낼 수 있다.

또한, 이러한 순간적으로 과대한 압하는 주편 가장자리 부분에 균열등의 표면 흠을 발생시킬 수 있다. 그러므로 주편 가장자리의 미응고를 방지하기 위하여 조치를 취할 경우 에지댐과 접한 부분은 용강의 온도를 낮게 하거나, 또는 에지 댐으로의 열전달을 크게 하는 등의 스컬을 조장시키는 조치는 피해야 한다.

도 2 및 도 3을 통하여 통상적인 박판 주조 공정에서 주편 가장자리 미응고에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에 나타난 바와 같이, 롤 닢부에서의 주편(5)의 가장자리(5b)는 중앙부(5a)에 비하여 응고각의 두께가 얇다.

응고각의 두께가 얇은 것은 응고각과 롤 사이의 열전달이 양호하지 않기 때문이다. 이로 인하여 롤 닢직하에서 주편의 폭 방향 온도 분포를 측정하게 되면, 주편의 가장자리 부분의 온도가 주편의 중앙부에 비하여 온도가 매우 높다.

그리고 내부 용강(2)의 경우에는 가장자리가 고상율이 낮다. 여기서, 고상율은 롤 닢부에서의 고상율을 나타내는 것으로써, 용강이 반액 반고체 상태로 존재할 때 이것들중의 고체의 비율을 의미하는 것이다.상기 고상율은 통상적인 방법에 의하여 측정될 수 있으며, 그 예로는 방사성 원소 의 첨가에 의한 방법 및 미량의 P(인) 및 S(황)의 첨가에 의한 방법등을 들수 있다. 고상율이 높은 경우 유동도가 낮아서 벌징이 생성되지 않는다.

즉 벌징은 롤 닢직하에서 발생하게 되는데, 롤 닢직하에서의 응고각 사이의 내부 용강(2)이 벌징이 발생하지 않는 고상율이상이면 벌징은 발생하지 않는다.

그러므로 벌징을 방지하기 위해서는 주편 가장자리에서의 용강의 고상율을 높이는 방법이 필요하다.

벌징이 발생하지 않는 임계 고상율은 0.3정도이며, 이 이상의 고상율에서는 벌징이 발생하지 않고, 이 이하가 되면 벌징이 발생하게 된다.

벌징이 발생하게 되면, 주편 가장자리 부분의 두께가 증가하고, 주편 가장자리 부분의 온도가 증가하게 된다.

도 3의 (a)는 주편 중앙부의 개략도로서, 롤 닢 직하에서의 내부 용강(2)의 고상율이 0.3이상이 되어 롤 닢 하에서 주편의 벌징이 발생하지 않은 상태를 나타내고 있다.

도 3의 (b)는 주편 가장자리부의 개략도로서, 롤 닢 직하에서의 내부 용강(2)의 고상율이 0.3이하가 되어 롤 닢 하에서 주편의 벌징이 발생하여, 주편의 가장자리의 두께가 증가하고 있는 상태를 나타내고 있다.

따라서, 주편 가장자리 부분의 내부 용강의 고상율을 0.3 이상이 되도록 하는 방법을 강구하여야 한다.

본 발명은 주편 가장자리 부분의 내부 용강의 고상율을 높이는 방법으로서 이를 도 4를 통해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 주편 가장자리 부분의 내부 용강의 고상율을 0.3 이상으로 증가시키기 위하여, 침지노즐(3)과 에지댐(6)사이의 용강에 금속선(또는 금속판)(8)을 투입하는 방법을 사용한다.

이러한 금속선(8)을 용강에 투입하면, 이 금속선이 녹으면서 내부 용강의 온도를 낮출 뿐 아니라, 이 금속선이 핵으로 작용하여 용강내에서 등축정의 발생을 용이하게 하여, 내부 용강의 고상율을 증가시킨다. 그러므로 이러한 금속선을 용강속에 투입하게 되면, 용강의 고상율을 증가시켜, 주편 가장자리의 미응고에 의한 벌징을 방지하게 된다.

금속선이 용강에 들어가게 되면, 이 금속선이 용해되면서 주위 용강으로부터 열을 빼앗고, 이 열량에 해당하는 만큼 용강의 온도가 낮아지게 되어, 내부 용강의 등축정 발생이 용이해지고, 내부 용강의 고상율이 증가한다.

금속선이 용해되면서, 가장자리 쪽 용강의 온도를 낮추는 효과 및 금속선의 용해물이 용강중에서 응고 핵으로 작용하여, 용강내의 등축정의 발생을 용이하게 하는 역할을 하여 가장자리 용강의 고상율을 0.3 이상으로 증가시킨다.

상기 금속선(8)은 용강내로 금속선 피딩(feeding)장치를 통해 공급될 수 있다.

도 5에는 본 발명에 적절히 적용될 수 있는 금속선 피딩장치의 일례가 제시되어 있다.

도 5에 나타난 바와 같이, 금속선 피딩 장치는 금속선을 감을 수 있는 코일러(9) 와 피딩롤(10) 및 위치 보정 장치(11) 로 구성되어 있다.

상기 피딩롤(10)에서는 모터를 이용하여 금속선을 코일러(9)에서 끌어서, 위치 보정 장치(11)를 통하여 용강에 공급한다. 피딩롤(10)은 금속선의 공급 속도를 조정하도록 구성하는 것이 바람직하다.

그리고 피딩롤(10)의 표면은 수 um의 조도가 있어, 금속선의 피딩을 용이하게 하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 위치 보정장치(11)는 금속선이 용강에 들어가는 위치를 조정하는 것으로, 침지 노즐과 에지댐 사이의 중간에 위치시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 금속선의 공급(피딩)속도가 너무 크게 되면 금속선이 녹지 않고 응고 각에 부딪힐 위험이 있고, 공급속도가 너무 작게 되면, 탕면에서 금속선이 완전히 용해되어, 내부 용강의 온도 저하에 영향을 미치지 못하므로, 0.1 - 5m/sec로 선정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 금속선의 공급속도는 금속선의 직경에 맞추어 적정한 속도로 제어하는 것이 바람직하다.

용강에 공급되는 금속선의 직경( r )은 하기 식(1)과 같이 주편 가장자리의 미응고 영역의 너비( s )와 금속선의 피딩 속도( v )의 함수로 나타내어진다.

r = C ×√(s/v)

상기 식(1)에서 상수 C는 주편의 두께 및 주속 그리고 용강의 온도와 관련된 상수로서, 용강의 온도가 1500℃ 그리고 주편 두께가 2mm, 주속이 100mpm의 경우 상수 C는 2.7 정도가 된다.

상기 식(1)에 나타난 바와 같이, 금속선의 직경은 금속선의 피딩 속도가 낮은 경우 큰 직경의 금속선을 사용하고, 금속선의 피딩 속도가 빠를 경우에는 작은 직경의 금속선을 사용하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

그리고 금속선의 직경은 주편 가장자리 미응고 영역의 너비와 비례하여 큰 직경의 금속선을 사용할 수 있음을 알 수 있다.

주편 가장자리 미응고 부의 너비가 100mm, 금속선의 피딩속도가 0.1-5mpm일 경우 금속선의 직경은 1-10mm를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 금속선의 직경은 1m/sec의 속도로 금속선이 피딩될 때, 5mm 정도의 직경을 가지는 것이 타당하다. 이 정도의 속도와 직경의 금속선이 용강중에 공급되면, 가장자리 쪽 용강의 온도는 30℃ 정도 하강하게 된다. 이 정도의 용강의 온도 저하는 가장자리 용강의 고상율을 0.3 이상으로 증가시켜, 벌징이 발생하지 않도록 한다.

금속선으로 사용하는 재질은 용강과 동일 조성으로 하는 것이 용강의 폭방향 성분 분포의 동일성을 유지하는데 필요하다.

그러나 SUS 304 주편의 제조시 그 가장자리 부분의 델타 페라이트가 높은 것이 문제가 될 경우에는 금속선의 재질을 Cr이 낮고, Ni이 높은 재질을 선정하는 것도 가능하다. 즉 용강이 SUS 304 일 경우 금속선의 재질을 SUS 305나 SUS 316 등의 Ni이 높은 재질을 사용하여, Cr/Ni 당량을 주편 가장자리 부분만 낮추어 주게 되어 주편 가장자리 부분의 델타 페라이트를 낮출 수 있다.

본 발명에 있어서 금속선의 공급 위치는 롤의 가장자리(8) 즉, 이 부위는 롤의 양 끝쪽의 에지댐(6)과 침지노즐(3)사이이다. 이때 에지댐과 금속선 공급위치가 너무 가까울 경우에는 에지댐 근처의 용강의 온도를 낮추어 에지댐에 스컬을 생성시킬 위험이 있으므로, 에지댐에서 30-100 mm 떨어진 위치에 금속선을 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 금속선의 형상은 원형을 사용할 수도 있고, 판형상을 사용할 수도 있다.

판형상의 금속선을 사용할 때는 0.1-5m/sec의 공급속도에서 두께 1-3mm, 폭 10-50mm를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 박판연속주조방법에 있어서 에지댐과 침지노즐사이의 용강에 금속선을 일정한 속도로 공급하여 주조롤의 가장자리부의 용강의 고상율을 증가시켜 주편 가장자리부의 미응고를 방지할 수 있어 보다 경제적으로 주편 가장자리부에서의 벌징발생을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 통상적인 박판 연속 주조 공정의 개략도

도 2는 통상적인 박판 연속 주조 공정에서 롤 닢부에서의 주편 가장자리 미응고의 현상을 나타내는 개략도

도 3은 주편 가장자리의 미응고 발생을 나타내는 개략도

도 4는 본 발명에 따라 주편 가장자리의 미응고를 방지하기 위하여 금속선을 공급하는 과정을 나타내는 개략도

도 5는 본 발명에 따라 금속선을 공급하기 위한 금속선 피딩 장치의 일례개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 . . . . 주조롤 2 . . . . 용강 3 . . . . 침지 노즐

4 . . . . 주편 5 . . . . 응고각 6 . . . . 에지 댐

8 . . . . 금속선 9 . . . . 코일러 10 . . . . 피딩 롤

11 . . . . 위치 보정 장치

Claims (5)

1. 수냉되는 두 개의 주조롤 및 이 주조롤의 양측부에 위치되는 에지댐을 구비하여 상기 주조롤을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 주조롤사이에 침지노즐을 이용하여 용강을 공급하여 박판을 제조하는 박판 연속 주조 방법에 있어서,

   상기 에지댐과 침지노즐사이에서 용강의 성분과 동일 성분을 가진 금속선을 0.1-5m/sec의 속도로 용강중에 공급하여 주조롤의 가장자리 부분의 용강의 고상율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 박판연속주조방법
2. 제1항에 있어서, 금속선의 공급속도(v)는 하기 식(1)에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 박판연속주조방법

   (수학식 1)

   r = C ×√(s/v)

   (상기 식(1)에서 r: 금속선의 직경, s: 주편 가장자리의 미응고 영역의 너비, C: 주편의 두께 및 주속 그리고 용강의 온도와 관련된 상수)
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속선이 에지댐에서 30-100 mm 떨어진 위치에서 공급되는 것을 특징으로 하는 박판연속주조방법
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 주조롤 가장자리 용강의 고상율이 0.3 이상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 박판연속주조방법
5. 제3항에 있어서, 주조롤 가장자리 용강의 고상율이 0.3 이상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 박판연속주조방법