KR100524613B1 - 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소의 연속주조공정의 몰드에서 직류를 사용하여 몰드 내 용강 유동을 제어함에 있어서 주조 폭방향으로의 위치별 자기장 세기를 제어하여 몰드 내 유동을 적정화하는 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법에 관한 것으로서, 연속주조몰드(3)의 단변부(9) 및 중심부(10)에 인가되는 자기장 세기를 변화시키도록 장변부(14)에 설치된 자기장 코어(13)에 취부되는 코어 플레이트(12)의 취부수(두께)를 상기 장변부(14) 중심을 기점으로 하여 양측으로 갈수록 감소 결합시켜 설치하는 단계와; 상기 연속주조몰드(3)의 단변부(9) 및 중심부(10)에 인가되는 자기장 세기의 비를 변화시켜 상기 단변부(9)로 용강류를 공급하여 주편의 완냉화를 이루어 응고셀의 경계층인 후크의 깊이를 저감시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법을 제공한다.

Description

연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING THE MAGNETIC FIELD OF WIDTH OF CONTINUOUS CASTING MOLD}

본 발명은 제철소의 연속주조공정의 몰드에서 직류를 사용하여 몰드 내 용강 유동을 제어함에 있어서 주조 폭방향으로의 위치별 자기장 세기를 제어하여 몰드 내 유동을 적정화하는 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속주조몰드 단변부로의 용강 유동공급을 확보하여 단변부 온도가 하락하는 것을 방지하여 주편(Slab)의 완냉화를 추진하고, Ar에 의한 Flow에 대한 영향력을 제어하여 주편(Slab)의 품질을 향상시키는 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 액체상태의 용강을 고체상태의 주편(Slab)로 제조하는 연속주조 공정은 수강래이들(1)에 담겨진 용강을 연속주조기의 턴디쉬(2)에 일시 저장하여 두었다가, 연속주조 몰드(3)로 용강을 공급, 냉각을 시켜 주편(Slab)를 생산하게 된다.

특히 연속주조공정의 몰드(3) 내에서는 토출되는 용강류에 대해 전류값을 인가시켜 자기장을 형성시켜 토출유량을 제어하는 기술을 사용하고 있으며, 근래에 들어 그 제어 방법이 다양화 되고 있고, 그 관심 또한 매우 증가되고 있다.

이러한 자기장을 통한 몰드(3) 내 유동제어방법에는 직류를 사용함으로써 형성되는 고정자기장을 이용한 용강유동 제어방법과, 교류를 사용함으로써 형성되는 유동자기장을 이용한 용강유동 제어기술, 그리고 이러한 고정자기장과 유동자기장을 동시에 사용하는 기술 등이 있으며, 이러한 기술들을 적용하기 위해서는 자기장코어, 제어장치, 각종 소프트웨어 등 많은 설비비용을 요구한다.

그러나, 상술한 바와 같은 연소주조몰드(3) 내에서는 토출되는 용강류에 대해 전류값을 인가시켜 자기장을 형성시켜 토출유량을 제어하는 기술, 그 중에서 고정자기장을 사용하여 몰드내 유동을 제어하는 방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 기존 연주몰드 내 자기장제어장치에서 보여지는 것과 같이 몰드 내 전 영역에서 형성되는 자기장의 세기는 모두 같게 된다.

따라서 침지노즐(4)로부터 토출되는 용강이 주조 폭과 유입되는 Ar 유량 등의 조업조건에는 무관하게 주조 폭방향으로 동일하게 전류치가 인가되게 된다.

일반적으로 주조속도에 따라 인가되는 몰드 내 자기장 전류치는 주조속도가 증가하면 탕면안정과 탕면온도 보상 등을 위하여 전류치도 증가시켜 인가하는 것이 일반기준이다.

이렇게 주조 폭방향으로 동일하게 자기장 세기가 일정하게 인가되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 침지노즐(4)로부터 토출된 용강이 몰드 단변부(9)에 맞고 상항류(7)와 하항류(8)의 두 Flow으로 나누어지고, 이 중 상향류(7)는 상부에 인가되어 있는 자기장 Break에 의해 상부의 단변부(9)로 흐르지 못하고, 몰드 중심부(10)로 더 향하게 된다.

따라서 몰드(3) 내 단변부(9)로의 용강류의 공급은 감소하게 되어 주편(Slab)의 강냉화가 이루어지게 되고, 일반적으로 잘 알려져 있듯이 주편(Slab)의 강냉화에 의해서 단변부(9)의 응고셀에 후크(Hook; 몰드 진동시 발생하는 응고 경계층)의 깊이가 증가하게 되고, 이 Hook에 기포나 개재물에 걸려 냉간 압연시 결함으로 발생하여 품질에 매우 큰 악영향을 준다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 연속주조 종료시 발생되는 슬래브 청정도 및 압연시 제강성 결함의 저하를 방지하고, 몰드 내 유동의 적정화를 달성하도록 연속주조몰드의 주조 폭방향으로의 자기장 세기를 달리 제어함으로써, 몰드 단변부로의 용강류의 공급을 통한 주편(Slab)의 완냉화를 통한 응고셀의 경계층인 Hook 깊이 저감을 통한 기포 및 개재물의 발생을 억제할 수 있는 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 연속주조공정의 몰드 내부에서 침지노즐로부터 토출되는 용강류의 적정화를 위해 몰드의 폭방향 자기장 제어하는 방법에 있어서, 상기 연속주조몰드의 단변부 및 중심부에 인가되는 자기장 세기를 변화시키도록 장변부에 설치된 자기장 코어에 취부되는 코어 플레이트의 취부수(두께)를 상기 장변부 중심을 기점으로 하여 양측으로 갈수록 감소 결합시켜 설치하는 단계와; 상기 연속주조몰드의 단변부 및 중심부에 인가되는 자기장 세기의 비를 변화시켜 상기 단변부로 용강류를 공급하여 주편의 완냉화를 이루어 응고셀의 경계층인 후크의 깊이를 저감시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 연속주조몰드의 단변부 및 중심부에 인가되는 자기장 세기의 비를 변화시켜 응고셀의 경계층인 후크의 깊이를 저감시키는 단계는 하기 수학식에 따라 단변부 및 중심부에 인가되는 자기장 세기의 비를 변화시키는 것을 특징으로 하는 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법을 제공한다.

여기서, y는 단변부(9) 및 중심부(10)에 인가되는 자기장 세기의 비이며, x는 인가되는 최대 전류치

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

도 3은 연속주조몰드 내부의 자기장 제어장치를 도시한 측면도이고, 도 4는 연속주조몰드 내부의 자기장 제어장치를 도시한 평면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 연속주조몰드(3) 폭방향 중심을 기준으로 측면에서 바라본 방향으로 상하부의 고정자기장을 형성하는 기본 시스템을, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부에서 바라본 형상을 보여주고 있는데, 도시된 바와 같이, 연주몰드(3) 내부에 소정의 전류치가 인가되면, 상하부에 같은 값의 자기장 세기의 영역이 형성됨을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법에 적용되는 자기장 제어장치를 도시한 평면도이다.

본 발명은 상부의 자기장세기를 폭방향으로 다르게 설정하기 위한 방법으로서, 가장 적정한 설정방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 두께가 20㎜인 상부 코어 플레이트(Core Plate; 12)의 취부수를 다르게 하는 것으로, 몰드 장변부(14)의 중심부에서는 4개의 Plate를 취부하고, 몰드 단변부(9)에 가장 가까운 쪽은 용강류의 공급능을 향상시키기 위하여 하나의 코어 플레이트(12)도 취부하지 않아 Break능을 감소시켰다.

즉, 상기 자기장 코어(13)에 취부되는 코어 플레이트(12)의 취부수는 몰드 중심부 4개로부터 몰드 단변부(9)로 갈수록 하나씩 감소시켜 나갔다.

도 6은 연속주조몰드 내부의 자기장 세기를 측정하는 장치를 개략적으로 도시한 개념도로서, 몰드(3) 중앙부에 측정센서(20)를 삽입한 다음, 이와 전기 신호적으로 연결된 측정기(Gauss/Tesla Meter; 21)로 측정하였다.

도 7은 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법을 적용한 연속주조몰드의 자기장 세기 측정결과를 도시한 그래프도이고, 도 8은 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법을 적용한 연속주조몰드에 600A 및 300A를 적용한 자기장의 세기를 측정한 값을 도시한 그래프도이다.

상기 측정은 인가된 전류치 별로 폭 방향으로 상부에서 하부로 상기 측정센서(20)를 하강시키면서 자기장 세기를 측정한 후, 측정된 값에 대하여 최대값을 기준으로 도 7에 도시하였다.

측정된 결과는 코어 플레이트(12)의 취부수에 따라 자기장 세기가 변하였으며, 취부된 코어 플레이트(12)의 수가 많을수록 자기장 세기값은 증가하였고, 적을수록 자기장 세기값은 감소하였다.

도 9는 상기 측정된 자기장 세기에 대하여 적용된 전류치에 따라 추세곡선을 그리고 그에 따른 추세곡선식을 도출한 결과에 대해 600A와 300A에 대해 그 차이를 보정하기 위하여 다시 그린 그림이다.

전류치 600A와 300A를 적용하였을 때 몰드(3)에 형성된 폭 위치에 따른 최대 자기장 세기에 대한 추세곡선식은 각각 아래의 수학식 1 및 수학식 2와 같다.

여기서, y는 각각의 적용 전류치에 따른 몰드 중심(0)으로부터의 거리에 따른 최대 자기장 세기(Tesla), x는 몰드 중심(0)으로부터의 거리(㎜)이다.

도 9는 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법을 적용한 연속주조몰드에 600A 및 300A를 적용한 자기장의 차이값에 대한 추세선 및 신뢰성을 도시한 그래프도이다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 몰드(3)의 자기장 코어(13)에 600A와 300A 적용시 그 차이값, 즉 300A에 대한 절대적인 값에 대하여 주조 폭방향으로 코어 플레이트(12)가 줄어들수록 변화하는 자기장 세기를 도식화 한 것으로 아래의 수학식 3으로 표현될 수 있으며, 그 값에 대한 신뢰(R²=1, R² : 커브 피팅(curve fitting)의 적정도)를 할 수 있다.

여기서, y는 몰드 중심(0)으로부터의 거리에 따른 600A와 300A 적용시의 차이값(Tesla), x는 몰드 중심(0)으로부터의 거리(㎜)이다.

도 10은 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법에 따라 계산값 보정을 위한 측정값과의 차이에 대한 추세선 및 신뢰성을 도시한 그래프도이다.

하기 표 1과 도 10은 하기 표 2를 도출해 내기위한 중간과정을 나타낸 것이다.

즉, 표 1은 실제 측정값과의 차이를 고려하지 않은 것으로, 상기 도 9의 절대적인 값 300A에 대해 각 전류치 별로 계산하여 얻어진 값이며, 이 값에 계산값과 측정치와의 차이값에 대한 보정과정(도 10)을 고려한 값이 표 2이다.

상기 도 10의 추세선식은 아래의 수학식 4와 같다.

여기서, y는 최대 자기장 세기(Tesla)에 대한 측정값과 계산값의 차이, x는 몰드 중심(0)으로부터의 거리(㎜)이다.

상기 설명한 표 2는 도 5와 같은 형상의 코어 플레이트(12) 설정시 각 전류치별로 얻어질 수 있는 폭 방향으로 인가되는 최대 자기장 세기 값이다.

도 11은 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법이 적용된 연속주조몰드의 [단변부/중심부] 자기장 세기의 비를 도시한 그래프도이다.

도 11은 본 발명에서 도출된 적정한 [단변부/중심부]의 자기장 세기의 비이며, 도출된 자기장 세기에 대한 비의 식은 아래의 수학식 5와 같다.

여기서, y는 [단변부/중심부]의 자기장 세기의 비이며, x는 인가되는 최대 전류치이다.

이하, 본 발명에 대한 적용에 있어서, 보다 상세하게 본 발명의 기술적인 내용의 적용사례를 설명 한다.

[실시예]

상기 설명한 바와 같이, 연속주조몰드(3)의 자기장 코어(13)에 취부되는 코어 플레이트(12)의 수를 장변부(12) 중심으로부터 단변부(9) 쪽으로 갈수록 점차적으로 감소시켜 취부하여 자기장 코어(13)에 300A, 600A의 전류치를 인가하여 주조한 결과를 제강성 결함율지수와 단변부 후크깊이지수를 측정하여 조사하였으며, 이 결과를 표 3에 나타내었다.

상기 표 3에서 자기장 세기비가 1인 경우는 몰드(3)의 단변부(9)와 중심부(10)의 자기장 세기가 같다는 것이며, 1보다 작은 경우가 본 발명이 적용된 경우이고, 1보다 큰 경우는 본 발명과 반대로 단변부(9)가 중심부(10)보다 자기장이 세다는 것을 나타낸다.

각각의 인가된 전류치(300A, 600A)에 대하여 제강성 결함율지수는 결함발생율이 가장 큰 값은 1로 하여 기준을 잡고 환산한 값이며, 단변부 응고쉘 경계층 후크깊이 또한 가장 그 깊이가 깊은 값은 1로 하여 환산한 값이다.

각각의 경우에 대하여 비교 분석한 결과 상기와 같이 폭방향으로 자기장 세기를 제어하고, 그 세기는 중심부(10)에서 단변부(9)로 가면서 자기장의 세기가 감소하게 설정하는 것, 즉 단변부/중심부 자기장 세기의 비가 0.532 또는 0.405가 되도록 설정하는 것이 가장 작은 제강성 결함율지수 및 단변부 후크깊이지수가 가장 작아 주편 품질을 향상시킨다는 것을 알 수 있었다.

본 발명은 주조폭 방향으로의 자기장 세기를 달리 제어함으로써 몰드 단변부(9)로의 용강류의 공급을 통한 주편의 완냉화를 통한 응고셀의 경계층인 후크깊이 저감을 통한 기포/개재물의 포집 저감은 물론, 몰드 폭방향의 중앙에서는 어느 정도의 Breaking 효과를 유지하여 침지노즐을 통해 유입되는 Ar에 의한 몰드 내 유동패턴의 큰 변동을 감소하였다.

따라서, 본 발명에 의하면 종래의 연속주조의 몰드 내에서 발생하던 탕면불안정에 의한 몰드 슬래그의 유입방지와 몰드 단변부 용강유동 부족에 의한 주편의 강냉화에 따른 응고 경계층의 깊이 증가와 이에 따른 기포/개재물의 포집 증가를 방지하여 품질향상을 이룰 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 연속주조공정의 개념도;

도 2는 연속주조몰드 내부의 용탕 유동제어의 필요성을 도시한 개념도;

도 3은 연속주조몰드 내부의 자기장 제어장치를 도시한 측면도;

도 4는 연속주조몰드 내부의 자기장 제어장치를 도시한 평면도;

도 5는 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법에 적용되는 자기장 제어장치를 도시한 평면도;

도 6은 연속주조몰드 내부의 자기장 세기를 측정하는 장치를 개략적으로 도시한 개념도;

도 7은 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법을 적용한 연속주조몰드의 자기장 세기 측정결과를 도시한 그래프도;

도 8은 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법을 적용한 연속주조몰드에 600A 및 300A를 적용한 자기장의 세기를 측정한 값을 도시한 그래프도;

도 9는 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법을 적용한 연속주조몰드에 600A 및 300A를 적용한 자기장의 차이값에 대한 추세선 및 신뢰성을 도시한 그래프도;

도 10은 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법에 따라 계산값 보정을 위한 측정값과의 차이에 대한 추세선 및 신뢰성을 도시한 그래프도;

도 11은 본 발명에 따른 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법이 적용된 연속주조몰드의 [단변부/중심부] 자기장 세기의 비를 도시한 그래프도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

3:연속주조몰드 4:침지노즐 9:단변부 10:중심부

14:장변부 13:자기장 코어 12:코어 플레이트

Claims (2)

1. 연속주조공정의 몰드(3) 내부에서 침지노즐(4)로부터 토출되는 용강류의 적정화를 위해 몰드(3)의 폭방향 자기장 제어하는 방법에 있어서,

   상기 연속주조몰드(3)의 단변부(9) 및 중심부(10)에 인가되는 자기장 세기를 변화시키도록 장변부(14)에 설치된 자기장 코어(13)에 취부되는 코어 플레이트(12)의 취부수(두께)를 상기 장변부(14) 중심을 기점으로 하여 양측으로 갈수록 감소 결합시켜 설치하는 단계와;

   상기 연속주조몰드(3)의 단변부(9) 및 중심부(10)에 인가되는 자기장 세기의 비를 변화시켜 상기 단변부(9)로 용강류를 공급하여 주편의 완냉화를 이루어 응고셀의 경계층인 후크의 깊이를 저감시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 연속주조몰드(3)의 단변부(9) 및 중심부(10)에 인가되는 자기장 세기의 비를 변화시켜 응고셀의 경계층인 후크의 깊이를 저감시키는 단계는 하기 수학식에 따라 단변부(9) 및 중심부(10)에 인가되는 자기장 세기의 비를 변화시키는 것을 특징으로 하는 연속주조몰드의 폭방향 자기장 제어방법.

   여기서, y는 단변부(9) 및 중심부(10)에 인가되는 자기장 세기의 비이며, x는 인가되는 최대 전류치