KR100997367B1 - 강의 연속 주조 방법 - Google Patents

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요시아끼 스에마쯔
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Abstract

본 발명은 슬리버의 원인이 되는 알루미나 등 비금속 개재물이나 블로우홀의 원인이 되는 아르곤 기포의 말려 들어감을 방지하여, 표면, 내부 품질이 우수한 주편을 제조할 수 있는 강의 연속 주조 방법을 제공하는 것으로, 침지 노즐(2)의 내공(21)의 횡단면 형상을, 장축(DL)과 단축(DS)의 길이비(DL/DS)가 1.2 내지 3.8인 타원형 또는 장원형으로 하고, 그 장축의 방향을 주형(3)의 긴 변 방향으로 실질적으로 평행하게 한 후에, 슬라이딩 노즐(1)의 미끄럼 이동 방향을 상기 장축과 직교하는 방향으로 하여, 주형(3) 내에 용강을 공급한다. 또한, 내공(21)의 최소 단면적부(23)에 있어서의 단면적(S1)과 슬라이딩 노즐(1)의 노즐 구멍(11)의 단면적(S0)의 비(S1/S0)를, 0.5 내지 0.95로 한다.
강, 침지 노즐, 슬라이딩 노즐, 주형, 토출 구멍

Description

강의 연속 주조 방법{METHOD OF CONTINUOUS CASTING OF STEEL}
본 발명은, 표면, 내부 품질이 우수한 주편을 안정적으로 제조하기 위한 강의 연속 주조 방법에 관한 것이다.
침지 노즐로부터의 용강의 토출류를 안정시켜 양호한 표면, 내부 품질을 갖는 주편을 제조하기 위해, 종래부터 다양한 기술이 개발되고 있다. 일본 특허 출원 공개 제2002-301549호 공보에는, 주형 내의 용강의 편류(片流) 현상을 방지하기 위해, 슬라이딩 노즐과 토출류가 이루는 수평면 내의 각도를 80 내지 90°로 한 연속 주조 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 소58-74257호 공보에는, 침지 노즐을 직사각형 단면인 것으로 하여, 주입 노즐로부터 주형으로의 주입류를 일정한 저속 하강류로 유지하여 주조하는 주입 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 평9-285852호 공보에는, 토출 구멍을 슬릿 형상으로 하여 침지 노즐로부터 토출하는 용강류를 분산화, 균일화함으로써, 표면, 내부 결함이 없는 주편을 제조하는 연속 주조 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2000-237852호 공보에는, 내부에 비틀림 테이프 형상의 선회 날개를 구비한 침지 노즐이 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 평9-225604호 공보에는, 침지 노즐 내에 불활성 가스를 도입하여 내부의 압력을 제어함 으로써 토출 구멍으로부터의 용강 유동에 편류가 발생하는 것을 방지하는 연속 주조 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 평9-108793호 공보에는, 침지 노즐의 기단측 내경에 대해 선단부 내경이 확대된 침지 노즐을 이용하는 연속 주조 방법이 개시되어 있다.
그러나, 이들 방법에 의해서도, 여전히 주형 내에 토출하는 용강류를 안정시키는 것은 어려워, 압연 후의 코일 표면에 발생하는 슬리버라 불리워지는 개재물 기인의 표면 결함이나 블로우홀이라 불리워지는 침지 노즐 취입 아르곤 기인의 기포 결함을 충분히 방지할 수는 없었다.
본 발명은, 상술한 종래의 문제점을 해결하고, 침지 노즐로부터의 토출류를 안정시킴으로써 슬리버의 원인이 되는 알루미나 등 비금속 개재물이나 블로우홀의 원인이 되는 아르곤 기포의 말려 들어감을 방지하여, 표면, 내부 품질이 우수한 주편을 제조할 수 있는 강의 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 침지 노즐 내의 흐름을 해석한 결과, 이하와 같은 지견을 얻어 본 발명을 완성하는 데 이르렀다. 즉, 노즐 내공(內孔)의 횡단면 형상이 진원(眞圓)인 종래형 침지 노즐의 경우에는, 도4에 도시하는 바와 같이 슬라이딩 노즐(1)을 미끄럼 이동시키면, 개구부가 한쪽으로 치우쳐 있으므로 침지 노즐(2) 내에서 슬라이딩 노즐(1)의 미끄럼 이동 방향을 향하는 선회류가 발생한다. 이 선회류에 의해, 침지 노즐 토출 구멍으로부터의 용강 유속 변동이 증대하여, 최대 토출 유속이 증대한다.
최대 유속의 증가에 의해 토출류의 침투 깊이가 증대되므로, 탈산 생성물인 알루미나, 연주(連鑄) 파우더 등의 개재물이나 침지 노즐로부터 취입되는 아르곤 기포가, 주편 내 안쪽 깊숙히까지 침입하여 떠오를 수 없어 잔류하여, 이것들이 박판에서의 표면 결함이나 프레스나 캔 제조시의 균열 등의 내부 결함으로 이어지는 것을 알 수 있었다.
본 발명자들은 이 선회류를 방지하기 위해서는, 노즐 내공 횡단면 형상을 타원형이나 장원형(長圓形) 등의 편평한 것으로 하여, 그 장축의 방향을 주형의 긴 변 방향과 실질적으로 평행하게 한 후에, 슬라이딩 노즐의 미끄럼 이동 방향을 상기 장축과 직교하는 방향으로 하여 주조하는 것이 유효한 것을 발견하였다. 반대로, 타원형 등의 장축의 방향을 주형의 긴 변 방향과 실질적으로 직교시킨 후에, 슬라이딩 노즐의 미끄럼 이동 방향을 상기 장축과 평행한 방향으로 하는 것은, 상기 선회류를 조장하여 최대 토출 유속이 증가하고, 결과적으로 유해 결함 발생률이 증가하는 것을 알 수 있었다.
이상과 같은 지견을 기초로 하여 이루어진 본 발명의 강의 연속 주조 방법은, 용강을 턴디쉬의 저부(底部)에 설치한 슬라이딩 노즐로부터 침지 노즐을 통해 주형 내에 공급하는 강의 연속 주조 방법에 있어서, 침지 노즐 내공의 횡단면 형상을 타원형 또는 장원형으로 하고, 그 장축(DL)과 단축(DS)의 길이비(DL/DS)를 1.2 내지 3.8로 한 후에, 그 장축의 방향을 주형의 긴 변 방향과 실질적으로 평행하게 하고, 또한 슬라이딩 노즐의 미끄럼 이동 방향을 상기 장축과 직교하는 방향으로 하여, 주형 내에 용강을 공급하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기한 발명에 있어서, 침지 노즐 내공의 최소 단면적부에 있어서의 단면적(S1)과 슬라이딩 노즐의 노즐 구멍의 단면적(S0)의 비(S1/S0)를, 0.5 내지 0.95로 하는 것이 바람직하고, 또한 침지 노즐의 토출 구멍이, 대향하는 주형의 짧은 변 방향을 향해 용강을 토출하도록, 2개의 토출 구멍을 침지 노즐의 장축 방향의 양측에 마련하는 것이 바람직하고, 또한 침지 노즐의 단축측 외측면과 주형의 긴 변측 내벽의 거리를, 50 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기한 발명에 있어서는, 전자기 교반 장치에 의해 주형 내의 용강에 선회성을 부여하면서 주조를 행하는 것이 바람직하다.
도1은 본 발명에 관한 침지 노즐을 구비한 주형의 짧은 변측으로부터 본 단면도이다.
도2는 본 발명에 관한 침지 노즐의 횡단면도이다.
도3은 주형의 평면도이다.
도4는 종래의 침지 노즐을 구비한 주형의 짧은 변측으로부터 본 단면도이다.
이하에, 본 발명의 최량의 실시 형태에 대해 설명한다.
도1은, 본 발명의 연속 주조 방법을 실시하기 위한 연속 주조 설비의 주편 짧은 변측으로부터 본 개략 구성을 도시하는 도면이며, 부호 1은 도시하고 있지 않 은 턴디쉬의 저부에 설치된 슬라이딩 노즐, 2는 슬라이딩 노즐(1)에 이어지는 침지 노즐, 3은 용강이 주입되는 주형, 4는 주형 내 용강을 교반하기 위한 전자기 교반 코일이다. 슬라이딩 노즐(1)은 단면적이 S0인 노즐 구멍(11)을 갖고, 상부 플레이트(5)와 하부 플레이트(6) 사이에서 미끄럼 이동한다.
본 발명에 있어서, 침지 노즐(2)의 내공(21)은 상부에서는 진원형이지만, 하부에서는 도2에 도시하는 바와 같은 타원형이다. 타원형에는 장원형을 포함한다. 또한, 타원형 대신에, 직사각형의 짧은 변측을 원호로 치환한 평행부를 갖는 장원형으로 할 수 있다. 타원형 또는 장원형은, 장축(DL)과 이에 직교하는 단축(DS)을 갖는다. 장축(DL)은, 도3에 도시하는 바와 같이 주형(3)의 긴 변과 평행 또는 실질적으로 평행으로 되어 있다. 따라서, 단축(DS)은 주형(3)의 긴 변과 직교 또는 실질적으로 직교한다. 또한, 침지 노즐(2)에는 2개의 토출 구멍(22)이 장축(DL) 방향의 양측에 마련되어 있으므로, 2개의 토출 구멍(22)으로부터 각각 대향하는 주형(3)의 짧은 변 방향을 향해 용강을 토출할 수 있다. 그리고, 슬라이딩 노즐(1)의 미끄럼 이동 방향을 장축(DL)과 직교하는 방향으로 하고 있으므로, 침지 노즐(2) 내에서 용강이 선회하는 방향의 폭을 억제하여 용강을 장축(DL) 방향으로 유동시킬 수 있어, 슬라이딩 노즐(1)을 미끄럼 이동시켰을 때에 발생하는 용강의 선회류를 작은 것으로 할 수 있다.
상기한 형상의 내공(21)을 갖는 침지 노즐(2)에 있어서, 장축(DL)과 단 축(DS)의 길이비(DL/DS)를 토출 구멍(22) 바로 위에 있어서 1.2 내지 3.8로 할 필요가 있다. 길이비(DL/DS)가 1.2 미만에서는, 슬라이딩 노즐(1)의 미끄럼 이동 방향으로의 선회류의 발생을 효과적으로 방지할 수 없기 때문이고, 3.8 초과에서는 침지 노즐(2) 내의 주편 폭 방향으로 용강이 균일하게 가득 차 있지 않아, 토출 구멍(22)으로부터의 용강 유속이 균일해지지 않기 때문이다.
침지 노즐(2)은 상부로부터 하부에 걸쳐 내공(21)의 단면적이 축소되는데, 토출 구멍(22) 바로 윗 부분의 단면적(S1), 즉 내공(21)의 최소 단면적부(23)에 있어서의 단면적(S1)과, 슬라이딩 노즐(1)의 노즐 구멍(11)의 단면적(S0)의 비(S1/S0)를, 0.5 내지 0.95로 하는 것이 바람직하다. 이 비(S1/S0)가 0.5 미만에서는, 침지 노즐(2) 내부에 용강이 가득 차기 쉬워져 침지 노즐(2) 내부가 부압(負壓)이 되어, 침지 노즐(2)과 하부 노즐(6)의 끼워 맞춤부로부터의 공기의 흡입이 발생한다. 그 결과, 용강 중의 Al과 공기가 반응하여 다량의 알루미나가 생성되므로, 노즐 막힘이 발생하기 쉬워져 안정된 조업을 할 수 없게 되기 때문이다. 한편, 비(S1/S0)가 0.95 초과에서는, 내공(21)의 편평도가 작아 침지 노즐(2) 내에서 발생하는 슬라이딩 노즐(1)의 미끄럼 이동 방향으로의 선회류의 발생을 효과적으로 방지할 수 없기 때문이다.
또한, 도3에 도시하는 바와 같이 침지 노즐(2)의 단축측 외측면과, 주형(3)의 긴 변측 내벽의 거리(S)를, 50 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 거리(S)가 50 ㎜ 미만에서는, 용강을 전자기 교반한 것과 같은 경우에 충분한 용강 유속이 얻어지지 않으므로, 표면 흠집의 원인이 되는 개재물 등을 포착해 버리기 때문이다.
또한, 본 발명에 있어서는, 전자기 교반 코일(4) 등의 전자기 교반 장치에 의해 주형(3) 내의 용강에 선회성을 부여하면서 주조를 행할 수 있다. 용강을 전자기적으로 교반함으로써, 개재물 등의 주편에의 포착을 방지하여 표면 성상이 우수한 주편을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 기초로 하여 상세하게 설명한다.
극저탄소강의 용강 300톤을 전로-RH 공정에서 용제하였다. 턴디쉬 내의 용강 온도를 1560 내지 1580 ℃로 하고, 3층식 슬라이딩 노즐과 침지 노즐을 사용하여 주형 내에 용강을 주입하고, 두께 250 ㎜, 폭 1200 내지 1600 ㎜인 주편을 주조 속도 1.6 내지 2.0 ㎜/분으로 제조하였다. 주조에 있어서는 용강을 전자기 교반에 의해 수평 방향으로 선회시켰다. 이어서 주편을 통상의 방법으로 열연, 산세, 냉연, 어닐링하여 0.7 내지 1.2 ㎜의 냉연 강판으로 하였다.
다양한 조건으로 연속 주조를 행하여 시험한 결과를 표1에 나타낸다. 표 중 A1 내지 A20은 본 발명의 실시예이고, B1 내지 B13은 비교예이다. 또한, 표 중의 주*1 내지 *8은 다음과 같다.
*1 침지 노즐 내공부 횡단면 형상으로, 최소 단면적 위치에서의 형상을 나타낸다.
*2 「직교」는 침지 노즐 타원 단면의 장축 방향과 슬라이딩 노즐 미끄럼 이동 방향이 실질적으로 직교,「평행」은 침지 노즐 타원 단면의 장축 방향과 슬라이 딩 노즐 미끄럼 이동 방향이 실질적으로 평행을 나타낸다.
*3 「평행」은 침지 노즐 타원 단면의 장축 방향이 주형 긴 변 방향과 실질적으로 평행,「직교」는 침지 노즐 타원 단면의 장축 방향이 주형 긴 변 방향과 실질적으로 직교를 나타낸다.
*4 S1은 침지 노즐 내공부의 최소 횡단면적, S0은 슬라이딩 노즐의 횡단면적을 나타낸다.
*5 2공(孔) 노즐은 주형 짧은 변 방향으로, 하향은 1공에서 하방으로, 슬릿은 침지 노즐 타원 단면 장축 방향과 평행해지도록, 노즐 하단을 가공하고, 하방을 향해 용강을 공급하였다.
*6 침지 노즐 외벽과 주형 긴 변측 내벽의 최소 거리이다.
*7 냉연 강판에 있어서의 팽창 발생률이다. 팽창 발생률(％) = 팽창이 발생한 코일의 개수/조사한 코일의 총수 × 100.
*8 냉연 강판에 있어서의 슬리버 발생률이다. 슬리버 발생률(％) = 슬리버 총 길이(m)/조사한 코일의 총 길이 × 100.
[표1]
Figure 112008015738815-pct00001
비교예 B1, B2는 종래의 진원 단면의 침지 노즐을 이용한 경우이지만, 침지 노즐 내에 선회류가 발생하였기 때문에, 알루미나 등의 개재물이나 아르곤 기포가 충분히 떠오르지 못해 강 중에 잔류해 버렸다. 이 결과, 팽창 및 표면 흠집의 발 생률이 높은 것이었다.
비교예 B3은, 노즐 단면의 길이비(DL/DS)가 1.1로, 본 발명의 하한 1.2를 벗어나 작다. 이로 인해, 역시 침지 노즐 내에 선회류가 발생하였기 때문에, 팽창 및 표면 흠집의 발생률이 높다. 비교예 B4는, 길이비(DL/DS)가 4.3으로, 본 발명의 상한 3.8을 벗어나 크다. 이로 인해, 토출 구멍으로부터의 용강 유속이 불균일해져, 팽창 및 표면 흠집의 발생률이 높아져 버렸다.
비교예 B5, B6은, 노즐 단면 형상은 적정하지만, 슬라이딩 노즐의 미끄럼 이동 방향을, 침지 노즐 내공 단면의 장축 방향과 평행하게 하였으므로, 침지 노즐 내에 선회류가 발생해 버린 것이다. 비교예 B7, B8은, 침지 노즐 내공의 장축을 주형 긴 변 방향과 직교시켜 버렸기 때문에, 토출류가 불안정해져 개재물 및 기포가 말려 들어가, 그 결과 팽창 및 표면 흠집의 발생률이 높아져 버렸다.
비교예 B9는 침지 노즐 내공의 최소 단면적부에 있어서의 단면적(S1)과, 슬라이딩 노즐의 노즐 구멍의 단면적(S0)의 비(S1/S0)가, 본 발명의 범위를 벗어나 작다. 이로 인해, 침지 노즐과 하부 노즐의 끼워 맞춤부로부터의 공기의 흡입이 발생하고, 그 결과 다량의 알루미나가 생성되어 노즐 막힘이 발생해 버렸다. 비교예 B10은, 비(S1/S0)가 본 발명의 범위를 벗어나 크다. 이로 인해, 침지 노즐 내에서의 선회류의 발생을 효과적으로 방지할 수 없어, 팽창 및 표면 흠집의 발생률이 높아져 버렸다.
비교예 B11은, 침지 노즐의 단축측 외측면과 주형의 긴 변측 내벽의 거리(S)가, 본 발명의 범위인 50 ㎜보다 짧다. 이로 인해, 침지 노즐 근방의 용강 유속이 저하되어 개재물이나 기포가 주편에 포착되어 버려, 팽창, 표면 흠집의 발생이 많아졌다.
비교예 B12는, 토출 구멍을 침지 노즐 하방에 1공 하향으로 마련한 것이다. 또한, 비교예 B13은, 노즐 하단에 하향으로 하여 슬릿을 침지 노즐 내공의 장축 방향과 평행하게 형성한 것이다. 모두 토출류가 메니스커스로부터 안쪽 깊숙히까지 도달하여 개재물 등을 충분히 부상 분리시킬 수 없어, 그로 인해 팽창 및 표면 흠집의 발생률이 높아져 버렸다.
이상과 같은 비교예에 대해, A1 내지 A20에 나타내는 본 발명의 실시예는, 노즐 단면의 길이비(DL/DS)가 적정하고, 비(S1/S0)도 적정한 범위 내에 있었으므로, 침지 노즐 내에서의 선회류의 발생을 억지할 수 있었다. 또한, 슬라이딩 노즐의 미끄럼 이동 방향 및 주형 긴 변에 대한 침지 노즐 내공의 장축의 방향이 적정하고, 침지 노즐의 토출 구멍의 방향도 적정하고, 또한 침지 노즐의 외측면과 주형의 긴 변측 내벽의 거리(S)도 충분히 큰 것이다. 그로 인해, 토출류가 메니스커스로부터 안쪽 깊숙히 침입하거나, 침지 노즐 근방의 용강 유속이 저하되는 일이 없으므로, 개재물이나 기포를 충분히 부상 분리시킬 수 있어, 그 결과 팽창 및 표면 흠집의 발생률을 0 또는 매우 작은 것으로 할 수 있었다.
본 발명은, 침지 노즐 내공의 횡단면 형상을 타원 등의 편평한 것으로 하여 그 장축을 주형 긴 변과 평행하게 하고, 또한 슬라이딩 노즐의 미끄럼 이동 방향을 상기 장축과 직교하는 방향으로 하였으므로, 침지 노즐 내에서 용강이 선회하는 방향의 폭을 억제할 수 있어 용강의 선회류를 작은 것으로 할 수 있다. 또한, 침지 노즐 내공의 최소 단면적부(S1)에 대한 슬라이딩 노즐 구멍부 단면적(S0)의 비(S1/S0)를 최적화하였으므로, 침지 노즐 내로의 공기의 흡입에 기인하는 노즐 막힘을 발생시키는 일 없이 선회류를 방지할 수 있다. 또한, 2개의 토출 구멍을 침지 노즐의 장축 방향의 양측에 마련하였으므로, 용강 토출류가 메니스커스로부터 안쪽 깊숙히 침입하는 것을 방지할 수 있고, 또한 침지 노즐의 단축측 외측면과 주형의 긴 변측 내벽의 거리를 적정화하였으므로, 침지 노즐 근방의 용강 유속을 충분히 확보하여 용강을 주조할 수 있고, 또한 전자기 교반에 의해 용강을 유동시키므로, 비금속 개재물 등의 주편에의 포착을 방지하여 표면 성상이 우수한 주편을 제조할 수 있다.

Claims (6)

  1. 용강을 턴디쉬의 저부(底部)에 설치한 슬라이딩 노즐로부터 침지 노즐을 통해 주형 내에 공급하는 강의 연속 주조 방법에 있어서, 침지 노즐 내공(內孔)의 횡단면 형상을, 침지 노즐 내공의 최소 단면적부에 있어서의 단면적(S1)과 슬라이딩 노즐의 노즐 구멍의 단면적(S0)의 비(S1/S0)가 0.5 내지 0.95인 타원형으로 하고, 그 장축(DL)과 단축(DS)의 길이비(DL/DS)를 1.2 내지 3.8로 한 후에, 그 장축의 방향을 주형의 긴 변 방향과 평행하게 하고, 또한 슬라이딩 노즐의 미끄럼 이동 방향을 상기 장축과 직교하는 방향으로 하여, 주형 내에 용강을 공급하는 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 침지 노즐의 토출 구멍이, 대향하는 주형의 짧은 변 방향을 향해 용강을 토출하도록, 2개의 토출 구멍을 침지 노즐의 장축 방향의 양 측면에 마련한 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 침지 노즐의 단축측 외측면과 주형의 긴 변측 내벽의 거리를, 50 ㎜ 이상으로 한 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 전자기 교반 장치에 의해 주형 내의 용강에 선회성을 부여하면서 주조를 행하는 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 전자기 교반 장치에 의해 주형 내의 용강에 선회성을 부여하면서 주조를 행하는 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.
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