KR100749026B1 - 용융 몰드플럭스를 이용한 연속 주조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 주조용 주형의 탕면에 공급되는 몰드플럭스를 주형 외부에서 미리 용융시켜 액상 상태로 연속 주조의 전체 기간에 걸쳐서 주입하는 용융 몰드플럭스를 이용한 연속 주조 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 연속 주조 장치는 주형 내에 몰드플럭스를 용융 상태로 투입하는 연속 주조 장치로서, 주형의 상부를 덮는 탕면 커버와; 상기 탕면 커버의 하부에 형성되어 상기 주형 상부 공간 내의 가스를 흡입하기 위한 가스 흡입기 및/또는 상기 탕면 커버의 하부에 형성되어 상기 주형 상부 공간에 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사기를 포함한다.

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Description

용융 몰드플럭스를 이용한 연속 주조 장치{CONTINUOUS CASTING MACHINE USING MOLTEN MOLD FLUX}

도 1은 종래의 방법에 따른 연속 주조 조업 시 주형의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 주형 일측면을 향하는 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 탕면 커버를 위에서 본 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 주형 타측면을 향하는 단면도이다.

도 5은 본 발명에 의한 연속 주조 장치의 탕면 커버 내측면의 반사율에 따른 주형 내 탕면의 복사열유속을 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 연속 주조 장치에 설치된 노즐의 다른 예를 도시하는 상기 연속 주조 장치의 주형의 일측면을 향하는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 주형 11: 응고쉘

12: 용강 20: 용융 몰드플럭스

21: 액상층 23: 소결층

25: 파우더층 27: 고상 슬래그 필름

29: 슬래그베어 30: 침지 노즐

100: 탕면 커버 200: 용해 유닛

205: 몰드플럭스 공급원 210: 도가니

220: 도가니 가열 수단 230: 배출구

240: 스토퍼 300: 이송 유닛

310: 주입관 312: 주입용 노즐

320: 주입관 가열 수단 400, 600: 퍼지 가스 분사기

420, 620: 퍼지 가스 분사 노즐 440, 640: 퍼지 가스 공급관

500: 가스 흡입기 520: 가스 흡입구

540: 가스 흡입관

본 발명은 용융 몰드플럭스를 이용한 연속 주조 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연속 주조용 주형의 탕면에 공급되는 몰드플럭스를 주형 외부에서 미리 용융시켜 액상 상태로 연속 주조의 전체 기간에 걸쳐서 주입하는 용융 몰드플럭스를 이용한 연속 주조 장치에 관한 것이다.

일반적으로 연속 주조 장치에서 제조되는 주편(슬라브, 빌렛, 블룸, 빔블랭크 등을 총칭)은 래들(ladle)로부터 액체 상태의 용강을 공급받아, 이를 저장하는 턴디쉬(tundish)를 거쳐 주형(mould)을 통과하면서, 주형에서의 냉각작용에 의해 고체 상태의 응고쉘을 형성하게 된다. 이와 같이 용강이 냉각된 응고쉘은 그의 하 부에 설치된 가이드 롤에 의해 안내를 받으면서 스프레이 노즐로부터 분사되는 2차 냉각수에 의해 응고가 진행되어 완전한 고체 상태의 주편 형태로 나타난다.

이러한 철강의 연속 주조 조업 중, 용강이 주형 내에 공급될 때 용강뿐만 아니라 부자재인 몰드플럭스도 투입된다. 몰드플럭스는 일반적으로 분말 혹은 과립 과 같은 고체 상태로 투입되어 주형 내에 공급된 용강에서 발생된 열에 의해 용융되어 용강과 주형 사이의 열전달을 제어하고 윤활능을 향상시킨다.

도 1에 도시된 바와 같이, 주형 내에 분말 혹은 과립 형태로 투입된 몰드플럭스는 용강(12)의 탕면 상에서 용융되어 상기 탕면에서부터 차례로 액상층(21), 소결층(반용융층)(23) 및 파우더층(25)을 형성하게 된다. 상기 액상층(21)은 거의 투명하기 때문에 용강에서 발산되는 500 내지 4,000nm 사이의 파장을 갖는 복사파가 쉽게 통과하게 된다. 반면에 소결층(23) 및 파우더층(25)은 광학적으로 불투명하므로 복사파를 차단하여 탕면 온도가 급격히 떨어지는 것을 방지하게 된다.

그러나, 종래의 분말 혹은 과립 형태의 몰드플럭스는 용강의 열에 의해 용해된 후 액상층(21)이 주형(10)과 응고쉘(11) 사이로 흘러 들어가 주형(10) 내측벽에서 응고되어 고상 슬래그 필름(27)을 형성하고, 용강측에서는 액상 슬래그필름을 형성하여 용강과 주형 사이의 열전달을 제어하고 및 윤활능을 향상시킨다.

이때, 상기 용해된 슬래그가 고상 슬래그 필름(27)과 응고쉘(11) 사이에 유입되는 지점에는 주형에 부착된 몰드플럭스는 주형의 내측으로 돌출된 형태로 형성되는 바, 이를 슬래그베어(29)라 한다. 상기 슬래그베어(29)는 용해된 슬래그가 몰드플럭스 필름(27)과 응고쉘(11) 사이로 유입되는 것을 방해한다.

이러한 슬래그베어(29)로 인하여 주편 단위면적당 몰드플럭스 소모량이 제한되는데 일반적으로 주조 속도가 증가할수록 몰드플럭스 소모량이 감소하므로 주편과 주형 사이의 윤활능이 떨어지게 되어 브레이크-아웃 발생이 증가한다. 아울러 슬래그베어(29)로 인하여 액상의 몰드플럭스의 두께가 불균일해짐에 따라 주형(10) 내에서 응고쉘(11)의 형상이 불균일해지므로 표면크랙을 유발하게 되는데 이 역시 주조 속도를 증가시킬수록 심각한 문제가 된다.

이에 대하여, 국내공개특허번호 제1998-038065(백찬준 등) 또는 미국특허번호 US5577545호(Philips 등)에는 그라파이트(graphite)나 미세한 카본 블랙(carbon black)을 함께 도포하여 몰드플럭스의 용융 속도를 낮춤으로써 상기 슬래그베어의 성장을 억제하는 방안이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 슬래그베어를 원천적으로 방지하지 못할 뿐만 아니라, 몰드플럭스의 용융 속도가 낮을 때는 미용융 상태의 몰드플럭스가 응고 셸과 주형 사이로 유입되어 오히려 응고의 불균일화를 초래하고 브레이크-아웃 결함을 심화시키게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 일본특허출원공개번호 JP1989-202349, JP1993-023802, JP1993-146855, JP1994-007907, JP1994-007908, JP1994-047511, JP1994-079419, JP1994-154977 및 JP1994-226111에서는 몰드플럭스를 주형 외부에서 용해시킨 후 탕면으로 주입하는 방안이 제시되었다. 그러나, 상기의 특허들은 모두 주조 공정 초기에만 한정하여 용융 상태의 몰드플럭스를 사용하고 주조가 정상상태에 도달하면 분말 형태의 몰드플럭스를 사용하여 조업으로 회귀하는 것을 제안하고 있다. 이는 앞서 언급하였듯이 용융 상태의 몰드플럭스가 500 내지 4,000 nm 사이의 파장에 대하여 거의 투명하므로 용강에서 발산되는 복사파가 쉽게 통과하여 복사열전달이 증가하여 용강 탕면을 보온할 수 없다. 이로 인하여, 주조 공정이 진행되어 일정 시간이 경과하게 되면 용강의 탕면이 응고되는 문제가 발생하게 되어 원활한 연속 주조 공정을 진행할 수 없게 된다.

또한, 용융 상태의 몰드플럭스를 주형 내에 공급하기 위하여 종이가 사용되었으나, 이러한 종이에 의해서는 용융 상태의 몰드플럭스를 연속 주조 공정의 전체 기간에 걸쳐서 공급하는 데에도 한계가 있었다.

본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연속 주조 공정의 전체 기간에 걸쳐서 용해된 상태의 몰드플럭스를 주형 내에 주입할 수 있는 연속 주조 장치를 제공하는 것이다.

전술된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 연속 주조 장치는 주형 내에 몰드플럭스를 용융 상태로 투입하는 연속 주조 장치로서, 주형의 상부를 덮는 탕면 커버와; 상기 탕면 커버의 하부에 형성되어 상기 주형 상부 공간 내의 가스를 흡입하기 위한 가스 흡입기 및/또는 상기 탕면 커버의 하부에 형성되어 상기 주형 상부 공간에 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사기를 포함한다.

상기 퍼지 가스 분사기에서 퍼지 가스를 분사하는 분사 노즐과 상기 가스 흡입기에서 가스를 흡입하는 가스 흡입구는 서로 대면하도록 설치된 것이 바람직하다.

상기 퍼지 가스 분사기에는 퍼지 가스 공급관을 통하여 퍼지 가스가 공급되고 상기 퍼지 가스 공급관의 둘레에는 퍼지 가스 예열 수단이 형성될 수 있다. 이때, 상기 유량 제어 수단은 상기 주형의 외부에서 주형에 인접하게 설치된 것이 바람직하다.

상기 퍼지 가스 분사기에는 퍼지 가스 공급관을 통하여 퍼지 가스가 공급되고 상기 퍼지 가스 공급관에는 퍼지 가스의 유량 제어 수단이 설치된 것이 바람직하다.

상기 퍼지 가스는 비반응 가스를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 퍼지 가스 분사기에서 퍼지 가스를 분사하는 분사 노즐은 적어도 일 렬로 배열된 다수개의 니들형 분사 노즐을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 퍼지 가스 분사기에서 퍼지 가스를 분사하는 분사 노즐은 일 방향으로 길게 연장 형성된 슬릿형 분사 노즐을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 퍼지 가스 분사기 또는 그에 형성되어 퍼지 가스를 분사하는 분사 노즐은 상하 이동 또는 회동 가능하게 설치된 것이 바람직하다.

상기 퍼지 가스 분사기에서 분사되는 퍼지 가스는 상기 탕면 커버의 아래에 상기 탕면 커버와 평행하게 분사되어 에어 커튼을 형성하도록 분사되는 것이 바람직하다.

상기 퍼지 가스는 상기 주형 내에 위치하는 침지 노즐 및 탕면을 향하여 분사되지 않는 것이 바람직하다.

상기 가스 흡입기에서 가스를 흡입하는 가스 흡입구는 일 방향으로 길게 연장 형성된 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 바람직한 실시예를 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 주형의 일측면을 향하는 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 탕면 커버를 위에서 본 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 주형의 타측면을 향하는 단면도이다. 특히, 도 2 및 도 4는 도 3의 선 II-II 및 선 IV-IV를 따라 취한 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 연속 주조 장치는 주형(10)과, 상기 주형(10) 내에 용강을 공급하는 침지 노즐(30)과, 상기 주형(10)의 상부를 덮는 탕면 커버(100)와, 상기 주형 내에 공급될 몰드플럭스를 용융시키기 위한 몰드플럭스 용해 유닛(200)과, 상기 몰드플럭스 용해 유닛(200)에서 용해된 용융 몰드플럭스(20)를 주형(10) 내에 공급하기 위한 몰드플럭스 이송 유닛(300)과, 상기 탕면 커버(100)의 하부 일측에 설치된 퍼지 가스 분사기(400)와, 상기 탕면 커버(100)의 하부 타측에 설치된 가스 흡입기(500)를 포함한다. 전술된 구성에서 주형(10) 및 침지 노즐(30)은 종래의 연속 주조 장치에 적용되는 일반적인 구성으로 그에 대한 설명을 여기에서는 생략하고자 한다.

상기 탕면 커버(100)는 상기 주형(10)의 상면에 설치되어 탕면 전체를 덮어 용강(12)의 탕면에서 방출되는 복사파가 외부로 방출되는 것을 방지한다. 도 3에 자세히 도시된 바와 같이, 상기 탕면 커버(100)는 좌우 한 쌍으로 이루어지고, 상기 주형(10)의 상부에 서로 나란히 설치된 한 쌍의 가이드 레일(110)에 각각이 좌우로 활주 가능하게 구성된다. 즉, 상기 한 쌍의 탕면 커버(100)는 각각의 서로 대면하는 두 변이 밀착하도록 활주함으로써 상기 주형(10)의 상부를 폐쇄하고, 서로 멀어지도록 활주함으로써 상기 주형(10)의 상부를 개방하도록 구성된다. 이때, 상기 탕면 커버(100) 각각의 대면하는 변에는 반원 형상의 절개부가 형성된다. 상기 한 쌍의 탕면 커버(100)가 주형(10)의 상부를 폐쇄하게 되면, 상기 절개부는 침지 노즐(30)이 지나갈 수 있도록 하는 관통공을 형성하여, 이를 통하여 상기 침지 노즐(30)이 탕면 커버(100)를 관통하여 주형(10) 내에 위치하게 된다.

또한, 상기 탕면 커버(100)의 내면, 즉 용강에 향하는 하부면은 알루미늄 거울이나 골드 코팅 거울 등 반사율이 높은 소재로 형성되어, 용강(12)의 탕면에서 방출되는 복사파를 반사시켜 다시 용융 몰드플럭스(20) 혹은 용강(12)의 표면으로 복사파를 흡수시킨다. 이에 따라서, 상기 용강(12)의 표면 온도가 하강하는 것을 최소화하는 동시에 용융 몰드플럭스(20)가 주형(10) 벽면에서 다시 응고되는 것을 방지하게 된다.

상기와 같이 구성된 연속 주조 장치에서 주형(10) 내에 용강과 용융 몰드플럭스를 주입하면, 연속 주조 조업 중 상기 용융 몰드플럭스(20)가 휘발 또는 증발되어 상기 증발 물질이 상기 탕면 커버(100)의 내면, 즉 하부 반사면에 부착하게 된다. 통상 용융된 몰드플럭스는 투광성을 가지는 반면, 이와 같이 증발되어 상기 탕면 커버(100)의 하부 반사면에 부착된 용융 몰드플럭스의 증발 물질은 불투명하여 상기 탕면 커버(100)의 하부 반사면의 반사효율을 저하시킨다.

이를 위하여 본 발명에 따른 연속 주조 장치에서 상기 탕면 커버(100)의 하부에 서로 대향하도록 일측 및 타측에 각각 설치된 퍼지 가스 분사기(400) 및 가스 흡입기(500)는 상기 증발된 용융 몰드플럭스(20)를 제거하여 상기 탕면 커버(100)의 하부 반사면의 반사율을 향상시키는 역할을 한다. 즉, 상기 퍼지 가스 분사기(400)의 각각은 상기 탕면 커버(100)의 활주 방향으로 길게 연장 형성되어 상기 탕면 커버(100) 각각의 일측에서 그의 하부면에 설치된다. 상기 퍼지 가스 분사기(400)에는 각각이 니들(needle)형인 다수개의 퍼지 가스 분사 노즐(420)이 일정 간격을 두고 상기 탕면 커버(100)의 활주 방향으로 일 열(또는 다수 열)로 형성된다. 또한, 상기 퍼지 가스 분사기(400)의 상부에는 상기 탕면 커버(100)를 관통하여 주형(10)의 외부로 연장된 퍼지 가스 공급관(440)이 연결된다. 상기 퍼지 가스 공급관(440)은 주형(10)의 외부에서 (도시되지 않은) 퍼지 가스 공급원과 연결되어, 퍼지 가스(480)를 퍼지 가스 분사기(400)에 공급하여 상기 퍼지 가스 분사 노즐(420)을 통하여 상기 탕면 커버(100)의 하부 일측에서 타측으로 분사한다. 이와 같이 분사된 퍼지 가스(480)는 증발된 용융 몰드플럭스(20)가 탕면 커버(100)의 하부 반사면에 부착되지 못하도록 불어내는 기능을 하게 된다.

상기 퍼지 가스(480)는 상기 탕면 커버(100)의 바로 아래에서 하부 반사면에 평행하게 분사되어 에어 커튼을 형성하는 것이 바람직하나, 그에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 퍼지 가스 분사기(400) 또는 그에 형성된 퍼지 가스 분사 노즐(420)은 상하 이동 및/또는 회동 가능하게 설치되어, 이동 및 회동에 의해 탕면 커버(100)의 하부 반사면 전체를 고르게 분사할 수도 있다. 다만, 상기 퍼지 가스(480)는 침지 노즐(30)을 향하거나 용융 몰드플럭스(20)의 표면을 향하여 분사되는 것은 바람직하지 않다. 이는 분사되는 퍼지 가스(480)의 온도가 상기 주형(10) 의 상부 공간, 특히 침지 노즐(30) 또는 용융 몰드플럭스(20)의 표면보다 낮아서, 상기 퍼지 가스(480)가 침지 노즐(30) 내의 용강 또는 용융 몰드플럭스(20)의 특성을 변화시킬 수 있기 때문이다. 이때, 사용되는 퍼지 가스(480)는 주형(10) 내의 용융 몰드플럭스(20)와 반응을 일으키지 않는 불활성 가스(예를 들어 아르곤) 또는 질소와 같은 비반응 가스가 사용된다.

한편, 이와 같이 주형(10)의 상부 공간 내에 분사되는 퍼지 가스(480)와 상기 주형(10)의 상부 공간 사이의 온도 차이를 줄이기 위하여, 상기 퍼지 가스 공급관(440)의 둘레에는 (도시되지 않은) 퍼지 가스 예열 수단인 열선이 설치될 수 있다. 이때, 상기 열선은 탕면 커버(100)의 바로 위에 그와 인접하게 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 주형(10)의 상부 공간 내에 용융 몰드플럭스(20) 증발 물질의 양에 따라서 상기 퍼지 가스(480)의 분사량이 조절될 필요가 있으므로, 이를 위하여 상기 퍼지 가스 공급관(440)에 (도시되지 않은) 유량 제어 수단인 밸브가 더 설치될 수 있다.

또한, 상기 퍼지 가스 분사기(400)에 대향하는 위치에, 즉 상기 탕면 커버(100) 각각의 타측에 설치된 가스 흡입기(500)도 상기 퍼지 가스 분사기(400)와 유사하게 각각이 상기 탕면 커버(100)의 활주 방향으로 길게 연장 형성되어 상기 탕면 커버(100) 각각의 하부면에 설치된다. 상기 가스 흡입기(500)에는 가스 흡입구(520)가 상기 퍼지 가스 분사기(400)의 퍼지 가스 분사 노즐(420)과 대면하여 개방되도록 형성된다. 각각의 가스 흡입기(500)에서 상기 가스 흡입구(520)는 하나가 상기 탕면 커버(100)의 활주 방향으로 길게 연장 형성되는 것이 바람직하나, 그 에 한정되지는 않는다. 상기 퍼지 가스 흡입기(500)의 상부에는 상기 탕면 커버(100)를 관통하여 주형(10)의 외부로 연장된 가스 흡입관(540)이 연결되고, 상기 가스 흡입관(540)은 주형(10)의 외부에서 (도시되지 않은) 진공 펌프와 연결되어, 상기 퍼지 가스(480)와 상기 용융 몰드플럭스(20)의 증발 물질 등과 같이 상기 주형(10)의 상부 공간에 존재하는 가스를 흡입하게 된다.

상기 퍼지 가스 분사기(400)는 상기 주형(10)의 상부 공간에 퍼지 가스(480)를 분사하여 상기 용융 몰드플럭스(20)의 증발 물질이 탕면 커버(100)의 하부 반사면에 부착되는 것을 방지함으로써 상기 탕면 커버(100)의 하부 반사면의 반사효율을 일정하게 유지시키고, 상기 가스 흡입기(500)는 상기 용융 몰드플럭스(20)의 증발 물질을 흡입하여 제거함으로써 상기 탕면 커버(100)의 하부 반사면의 반사효율을 일정하게 유지시킨다. 따라서, 전술된 실시예에서는 상기 탕면 커버(100)의 대향하는 양측에 퍼지 가스 분사기(400)와 가스 흡입기(500)가 각각 설치되어 있으나, 상기 퍼지 가스 분사기(400)와 가스 흡입기(500) 중에서 어느 하나만이 어느 일측에 또는 양측에 모두 설치될 수도 있다. 이때, 상기 퍼지 가스 분사기(400)만이 설치되더라도, 상기 탕면 커버(100)는 주형(10)의 상부를 완전히 밀폐할 정도로 폐쇄하고 있지 않기 때문에, 상기 분사된 퍼지 가스(480)는 상기 탕면 커버(100)와 주형(10) 사이 및 상기 탕면 커버(100)와 침지 노즐(30) 사이의 간극을 통하여 상기 용융 몰드플럭스(20)의 증발 물질과 함께 주형(10) 외부로 빠져나갈 수 있다.

상기 몰드플럭스 용해 유닛(200)은 몰드플럭스 공급원(205)과, 몰드플럭스 공급원(205)으로부터 가용해된 액상 상태 또는 과립 혹은 분말 상태의 몰드플럭스 원료를 수용하는 도가니(210)와, 상기 도가니(210) 둘레에 구비되어 몰드플럭스를 용융시키기 위한 열선과 같은 몰드플럭스 가열 수단(220)과, 상기 도가니(210) 내에서 원하는 상태로 용해된 용융 몰드플럭스를 배출하는 배출구(230)와, 상기 배출구(230)를 개폐하여 배출되는 용융 몰드플럭스의 양을 제어하는 스토퍼(240)를 포함한다. 상기 스토퍼(240)는 배출구(230)의 상부에서 상하로 이동함으로써 상기 배출구(230)의 가장자리와 스토퍼(240)의 하단부 사이의 거리를 조절함으로써 배출되는 용융 몰드플럭스의 양을 제어한다. 이때, 상기 스토퍼(240)는 (도시되지 않은) 유압 또는 공압 실린더 등에 의해 상하 이동이 정밀하게 제어된다.

상기 이송 유닛(300)은 일단이 상기 몰드플럭스 용해 유닛(200)과 연결되고 타단에 상기 탕면 커버(100)를 관통하여 주형 내에 용융 몰드플럭스(20)를 공급하는 주입용 노즐(312)이 구비된 주입관(310)과, 상기 몰드플럭스 용해 유닛(200)과 상기 탕면 커버(100) 사이에서 상기 주입관(310)의 외부를 둘러싸서 상기 주입관(310)을 가열하는 열선과 같은 주입관 가열 수단(320)으로 구성된다. 이때, 상기 용융 몰드플럭스(20)를 일정 온도로 유지하기 위하여 상기 주입관(310)과 주입관 가열 수단(320)의 외부는 단열재로 단열처리 되는 것이 바람직하다.

전술된 구성 중에서, 탕면 커버(100)는 용융 몰드플럭스를 사용한 연속 주조 조업을 전체 기간에 걸쳐 수행하기 위하여 필수적인 구성이다. 용융 몰드플럭스(20)를 주형 내에 주입하는 경우 용강의 복사열 유속이 대략 0.15Mw/m2 이상이 되면 기존의 분말 상태의 몰드플럭스를 사용하는 경우보다 탕면에서의 열손실이 더 커짐을 알 수 있었다. 이를 기초로 반사율에 따른 복사열유속의 변화를 도시하는 도 5을 참조하면, 용강의 적외선, 즉 복사선에 대한 반사율이 50% 미만일 경우 기존의 분말 몰드플럭스를 이용하는 조업에 비하여 탕면에서의 열손실이 더 커짐을 알 수 있다. 따라서 상기 탕면 커버(100)는 내면, 즉 용강에 향하는 면을 알루미늄, 구리, 금 등의 용강 복사선에 대한 반사효율이 뛰어난 재질로 형성하는 동시에 상기 내면의 반사율이 50% 이상이 되도록 그의 표면조도를 적정한 수준으로 형성한다. 즉, 상기 탕면 커버(100)의 내면은 500 내지 4,000 nm 영역의 적외선에 대한 평균 반사율을 50% 이상으로 유지함으로써 주조 중 탕면을 보온할 수 있도록 하여 주조 전 기간에 걸쳐 용융 몰드플럭스 조업을 원활하게 수행한다.

한편, 상기 도가니(210) 내에 장입되는 몰드플럭스는 그라파이트나 카본 블랙과 같은 탄소성분(이하 카보나이트 형태의 카본과 구별하기 위하여 그라파이트나 카본 블랙을 프리카본이라 함)이 1 wt% 이하로 제한되는데, 이는 본 발명에 의한 주조 조업 시 프리카본이 필요하지 않기 때문이다. 종래의 분말 형태의 몰드플럭스 조업에 있어서는 슬래그베어의 형성을 막기 위하여 1 wt% 이상의 프리카본을 첨가하는 것이 필연적이었으나 본 발명에 있어서는 용융 상태의 몰드플럭스를 주입하므로 슬래그베어가 형성되지 않으므로 프리카본을 첨가할 필요성이 없다. 따라서 프리카본은 일체 함유되지 않는 것이 바람직하나, 1 wt% 이하의 프리카본이 불순물로 첨가되더라도 몰드플럭스의 용해과정에서 산화되어 기체 상태로 제거되므로 용융 몰드플럭스 내에 프리카본은 존재하지 않는다.

상기 몰드플럭스 용해 유닛(200) 및 이송 유닛(300)의 전부 혹은 일부분은 백금(Pt) 혹은 백금-로듐(Pt-Rh)과 같은 백금 합금 재질로 구성된다. 몰드플럭스 는 주조 중 주형 탕면으로 떠오르는 비금속 개재물을 신속하게 용해하여야 하므로 점도가 낮고 Al2O3 등의 산화물을 용해하는 속도가 빠르다. 따라서 기존의 유리 공업에서 사용하는 내화물 재질의 용해로는 용융 몰드플럭스(20)에 의한 침식이 빠르게 진행되는 문제점이 있다. 특히, 상기 몰드플럭스 용해 유닛(200)에서 용융 몰드플럭스(20)가 배출되는 배출구(230) 및 상기 스토퍼(240)의 하단부와 상기 몰드플럭스 이송 유닛(300)의 주입용 노즐(312)을 포함하는 주입관(310)에서 이러한 침식이 발생할 경우 용융 몰드플럭스의 정밀한 유량제어가 불가능해져서 안정적인 연속 주조 조업이 불가능해진다. 이에 따라 본 발명에서는 적어도 상기 주입관(310)과 그에 연결 및 접촉하는 부분, 즉 용융 몰드플럭스가 배출되는 배출구(230) 및 상기 스토퍼(240)와 주입관(310)을 백금 혹은 백금 합금 재질로 제작하여 몰드플럭스에 의한 침식을 방지하는 것이 바람직하다. 백금 또는 백금 합금 재질 이외에도 용융 몰드플럭스에 의한 침식이 일어나지 않는 재질은 흑연 혹은 니켈계 고내열 합금이 있지만 섭씨 1,300도 이상의 고온에서 장시간 유지하기 어려우므로 계속적인 연속 주조 조업에 적용하기는 부적당하다.

또한, 전술된 구성에서 용융 몰드플럭스의 유량은 단위 시간당 주형 내로 공급되는 용강량에 따라 변화하며, 공급되는 용강량이 1~5 ton/min 범위일 때 용해된 몰드플럭스의 공급량은 0.5 - 5kg/min 범위이므로 연속 주조 공정의 전체 기간에 걸쳐 융융 몰드플럭스(20)를 연속적으로 주입하기 위해서는 이와 같이 낮은 유량을 정밀하게 제어할 수 있어야 하기 때문이다. 즉, 종래에는 경동방식 혹은 압력 차이에 의한 사이펀 방식에 의하여 용융 몰드플럭스를 주입하였는데, 이들 방식은 대 량의 몰드플럭스를 탕면에 주입하기는 용이하나 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 0.5 - 5kg/min 범위로 용융 몰드플럭스의 유량을 정밀 제어하기에는 적당하지 않으며, 특히 탕면을 관찰하면서 실시간으로 탕면을 도포하고 있는 몰드플럭스의 두께를 파악하여 순간적으로 유량을 조절하기가 어렵다. 따라서 본 발명에서의 용융 몰드플럭스의 주입은 도 2에 도시된 바와 같이 스토퍼(240)를 상하로 이동시켜 상기 스토퍼(240)의 하단부와 배출구(230)의 가장자리 사이의 공간을 제어함으로써 용융 몰드플럭스(20)의 낮은 유량을 정밀하게 조절할 수 있다. 한편, 이러한 용융 몰드플럭스(20)의 유량 제어는 도 2에 도시된 스토퍼(240) 대신에 슬라이딩 게이트에 의해서도 구현될 수 있다.

상기 이송 유닛(300)은 용융 몰드플럭스(20)를 상기 몰드플럭스 용해 유닛(200)에서 주형(10) 내부로 공급할 때, 용융 몰드플럭스(20)의 온도를 일정한 상태를 유지하도록 하여야 한다. 이를 위하여, 이송 유닛(300)의 주입관(310) 둘레에 열선과 같은 주입관 가열 수단(320)을 구비하였다.

이는 상기 주형 내로 공급되는 용해된 몰드플럭스의 온도는 용강의 액상선 온도보다 섭씨 100도에서 300도 낮은 온도 범위를 유지하여야 하기 때문이다. 이 온도 범위보다 낮을 경우 순간적으로 용강의 온도를 떨어뜨려 용강 표면이 응고할 우려가 있으며, 이 온도 범위보다 높을 경우 주형 벽면에서 용강 응고가 지나치게 지연될 우려가 있다. 탄소농도가 60ppm 이며 액상선 온도가 섭씨 1,530도인 일반적인 극저탄소강의 경우를 예를 들면 용해된 몰드플럭스의 온도는 섭씨 1,230도 이상 섭씨 1,430도 이하의 범위에 존재하여야 한다.

따라서, 상기 주입관 가열 수단(320)은 용융 몰드플럭스(20)가 상기 이송 유닛(300) 내에서 유동하는 동안에 용강의 액상선 온도보다 섭씨 100도에서 300도 낮은 온도 범위를 유지하도록 한다. 이는 전술한 바와 같이 용융 몰드플럭스가 탕면으로 공급되었을 때 용강을 지나치게 냉각하거나 혹은 주형 벽면에서의 용강 응고를 지연하기 않기 위함이며, 아울러 용융 몰드플럭스의 점도를 유지시키고 용융 몰드플럭스가 냉각되거나 부분적으로도 응고되지 않도록 하여, 연속 주조 시 0.5 내지 5kg/min 범위의 낮은 유량으로 정밀 제어하여 주형 내에 주입하기 위함이다.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어, 전술된 실시예에서는 상기 퍼지 가스 분사기(400)와 가스 흡입기(500)가 상기 탕면 커버(100)에 설치되어 있으나, 이와 달리 주형(10)의 상부에 설치될 수도 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서는 니들형의 퍼지 가스 분사 노즐(420)이 다수개 형성된 상기 퍼지 가스 분사기(400)가 채용되어 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이 슬릿(slit)형의 퍼지 가스 분사 노즐(620)이 형성된 퍼지 가스 분사기(600)가 채용될 수도 있다. 참고로, 도 6에서 원 안에는 측면에서 본 퍼지 가스 분사 노즐(620) 부분을 도시하였다. 이와 같은 퍼지 가스 분사기(600)는 퍼지 가스 공급원과 연결된 퍼지 가스 공급관(640)을 통하여 퍼지 가스를 공급받아 상기 퍼지 가스 분사 노즐(620)를 통하여 주형(10)의 상부 공간에 퍼지 가스를 넓은 범위에 대해 분사하게 된다.

전술된 구성을 갖는 본 발명의 용융 몰드플럭스를 이용한 연속 주조 장치에 따르면, 슬래그베어가 없어짐에 따라 몰드플럭스의 소모량이 기존 조업 대비 대폭 증가하여 주형과 응고쉘 사이의 마찰이 감소된다. 이에 따라서, 오실레이션 마크 및 후크가 감소하고 주편의 스카핑(scarfing)량 또한 대폭 감소한다. 특히 기존 조업 대비 오실레이션 스트로크를 줄이고 네거티브 스트립 비를 감소시킨 조건에서는 오실레이션 마크 깊이의 감소 효과가 탁월하다. 더욱이, 용융 몰드플럭스 내에 프리 카본이 포함되지 않으므로 카본 픽업이 발생하지 않는다. 또한, 초기 응고 완냉화가 이루어져 주편 표면의 면 세로 크랙, 면 가로 크랙, 코너 크랙 등의 각종 크랙성 결함발생을 방지할 수 있다. 이에 더하여, 분말 상태의 몰드플럭스를 사용하지 않기 때문에 분진의 발생이 억제되어 주조 환경이 개선되고, 미용융 분진으로 인한 연주 냉각수 혼탁화도 방지가 가능하다.

특히, 탕면 커버의 하부 반사면의 반사효율이 일정하게 유지되어 연속 주조 조업이 계속적으로 진행되더라도 주형 내부의 온도가 일정하게 유지된다. 따라서, 본 발명에 따른 연속 주조 장치는 전술된 효과들을 연속 주조의 전 과정에서 지속적으로 얻을 수 있다.

Claims (14)

1. 주형 내에 몰드플럭스를 용융 상태로 투입하는 연속 주조 장치에 있어서,

   주형의 상부를 덮고 하부 반사면을 구비하는 탕면 커버와,

   상기 탕면 커버의 상기 하부 반사면에 인접 형성되어, 휘발 또는 증발된 몰드 플럭스가 상기 하부 반사면에 부착되는 것을 억제하도록 상기 주형 상부 공간 내의 가스를 흡입하기 위한 가스 흡입기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
2. 주형 내에 몰드플럭스를 용융 상태로 투입하는 연속 주조 장치에 있어서,

   주형의 상부를 덮고 하부 반사면을 구비하는 탕면 커버와,

   상기 탕면 커버의 상기 하부 반사면에 인접 형성되어, 휘발 또는 증발된 몰드 플럭스가 상기 하부 반사면에 부착되는 것을 억제하도록 상기 주형 상부 공간에 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 탕면 커버의 하부에 형성되어 상기 주형 상부 공간에 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 퍼지 가스 분사기에서 퍼지 가스를 분사하는 분사 노즐과 상기 가스 흡입기에서 가스를 흡입하는 가스 흡입구는 서로 대면하도록 설치된 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 가스 분사기에는 퍼지 가스 공급관을 통하여 퍼지 가스가 공급되고 상기 퍼지 가스 공급관의 둘레에는 퍼지 가스 예열 수단이 형성된 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 유량 제어 수단은 상기 주형의 외부에서 주형에 인접하게 설치된 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
7. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 가스 분사기에는 퍼지 가스 공급관을 통하여 퍼지 가스가 공급되고 상기 퍼지 가스 공급관에는 퍼지 가스의 유량 제어 수단이 설치된 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
8. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 가스는 비반응 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
9. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 가스 분사기에서 퍼지 가스를 분사하는 분사 노즐은 일 렬로 배열된 다수개의 니들형 분사 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
10. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 가스 분사기에서 퍼지 가스를 분사하는 분사 노즐은 일 방향으로 길게 연장 형성된 슬릿형 분사 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
11. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 가스 분사기 또는 상기 퍼지 가스 분사기에 형성되어 퍼지 가스를 분사하는 분사 노즐은 상하 이동 또는 회동 가능한 퍼지 가스 분사기 또는 분사 노즐인 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
12. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 가스 분사기에서 분사되는 퍼지 가스는 상기 탕면 커버의 아래에 에어 커튼을 형성하도록 평행하게 분사되는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
13. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼지 가스는 상기 주형 내에 위치하는 침지 노즐 및 탕면을 향하여 분사되지 않는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
14. 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 흡입기에서 가스를 흡입하는 가스 흡입구는 일 방향으로 길게 연장 형성된 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.

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