KR101036320B1 - 연속주조주편의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조 중 미응고층을 포함한 주편의 응고층을 서로 압착시킴으로써 주편의 품질을 저하시키는 중심편석 및 기공 등의 결함을 근본적으로 방지하여 결함을 저감시키는 연속주조주편의 제조방법에 관한 것으로서, 용강을 주형으로부터 인출시켜 주편을 생산하는 연속주조 방법으로서, 가압수단을 마련하는 단계 및 상기 인출된 주편의 적어도 일 측을 상기 가압수단으로 압하하는 단계를 포함하여, 용질농축 잔류용강을 주조방향의 역방향으로 역류시키는 것을 특징으로 하여, 중심편석과 같은 결함을 제거하여 결함을 대폭 저감시킨 주편을 생산할 수 있다.

Description

연속주조주편의 제조방법{Cast slab and manufacturing method for the same}

본 발명은 연속주조주편의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 연속주조 중 미응고층을 포함한 주편의 응고층을 서로 압착시켜 주편의 품질을 저하시키는 중심편석 및 기공 등의 결함을 근본적으로 방지하여 결함을 저감시키는 연속주조주편의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 주편은 주형에 수용된 용강이 냉각대를 거쳐 냉각되면서 제조된다. 이를 도 1에 도시하였다. 연속주조되는 주편(10)은 적어도 하나의 세그먼트롤(20)을 거치면서 냉각되어 차후의 공정으로 진행된다. 주편이 후판강재로 압연될 때 주편의 결함이 압연 후에도 잔류하여 불량을 유발하는 경우가 발생한다. 이러한 결함의 예로서 중심편석과 기공이 있다. 중심편석은 주편이 연속주조될 시 응고 도중 농화된 용질 액상의 유동에 의해서 발생하는데, 이러한 유동의 가장 큰 원인으로 잔류 용강의 응고수축과 주편 벌징(bulging)이 있다. 하지만, 중심편석은 기계적 요인에 의한 주편 벌징을 제외하면 응고 완료점 부근에서의 응고 수축에 의한 잔류 용강 유동에 가장 큰 영향을 받게 된다. 즉 연속주조 공정의 응고완료점 부근에서의 응고수축부에 용질농축 잔류용강(소위 '농화용강'이라고도 함)이 모이게 되면 이것이 중심편석이 되며, 응고수축부가 채워지지 않고 그대로 공간으로 남으면 중심 기공(center porosity)이 된다.

이러한 중심편석 및 기공과 같은 결함을 저감하기 위한 대표적인 기술이 경압하(soft reduction)이다. 경압하 기술은 연속주조 중 세그먼트롤(20)에 의해 주편(10)에 압하력을 부여하는 것으로서, 응고말기에 응고수축만큼 주편(10)을 압하하여 수축공을 물리적으로 압착함으로써 응고수축에 의한 주상정 사이에 존재하는 용질이 농화된 용강이 주편 두께 중심부위로 유입되는 것을 억제하여 주편의 중심편석을 개선하게 된다.

도 2는 연속주조시 주조방향으로의 주편의 단면을 나타낸 도면이다.

상기와 같은 경압하 기술의 핵심은 응고과정 중 수축공이 형성되어 그 부위에 잔류 용강이 모여 중심편석이 형성되는 구간인 고상 및 액상 공존영역, 소위 머쉬존 영역(고상율 0.3~0.4부터 고상율 0.7~0.8구간)에 약한 압력을 가하는 것이다. 그런데, 수축공이 형성된 시점에 적용하는 주편 압하는 다음과 같은 문제점이 있다.

먼저, 경압하기술은 압하량이 적고(전체 압하량: 3~5 ㎜), 응고말기에는 주편 두께 중심부에 등축정이 형성되기 쉬우며, 이 경우 주편 표층부의 압하력이 주편 두께 중심부에까지 전달되기 어려워(압하효율 대략 20%) 수축공이 완전하게 압착되지 않는 문제점이 있다. 이에 따라 부분적으로 압착되지 않은 수축공에 용질이 농축된 잔류용강이 모여 소형의 중심편석이 형성되거나, 또는 주편 두께 중심부에 기공으로 잔류하게 된다. 그리고, 연주슬라브는 주조중 주편 폭방향으로 응고불균일이 발생하며, 주편을 경압하하면 압하력이 주편 폭 방향 위치에 따라 달라지므로 주편 전체에 걸쳐 균일하게 수축공을 압착하여 결함을 제거하기 어렵다. 이와 함께 주편 가장자리(edge)에서 소정거리 떨어진 주편의 중앙부에서는 주편 가장자리부에 형성된 고상층의 영향으로 압하력이 미치지 않게 된다. 그 결과 주편 폭방향으로 내부품질 수준이 크게 달라지고 주편 중심부근에서 중심편석 또는 중심기공이 발생하여 후판강재의 일정부분에 집중적으로 결함이 발생한다.

이와 같은 원인으로 기존의 경압하 단독기술로는 중심편석의 제어에 한계가 있다. 이를 개선하기 위하여 다음과 같은 방법들이 제시된 바 있다.

먼저, 고상율 0.3~0.4에서 0.7~0.8구간에 경압하를 적용한 후, 고상율 0.8~1.0구간인 응고말기 위치에 1 쌍 이상의 추가 압연롤을 설치하여 강압연하는 기술이 제안된 바 있다. 이 기술은 기존의 경압하 기술을 그대로 적용하고 그 다음 구간에 압연롤로 주편을 압연하는 방법으로, 중심편석은 기존의 경압하와 동일한 수준이다. 이 방법은 주편 슬래브(slab) 폭 방향으로 응고 불균일이 발생할 시에 폭 방향에 따른 내부품질 제어가 어려울 뿐만 아니라, 압연롤을 설치해야 하는 설비개조와 최종응고부가 정확하게 압연롤을 설치한 위치에 일치토록 해야 하는 바, 주편 폭 변경 또는 주속변화와 같은 기타 조업조건에 따라 가변되는 응고완료점 위치에 대응할 수가 없다는 근본적인 한계가 있다.

이와 같은 종래의 기술은 응고말기의 두꺼운 주편을 별도의 압연롤에 의해 강압연을 실시하는 바, 대단히 큰 압하력이 필요하기 때문에 압연롤의 설치가 필수적이다. 상기와 같이 대단히 큰 압하력이 필요한 이유는, 압연롤로 주편을 압하할 때 이미 주편의 양쪽 단변부는 완전히 응고된 고체 상태이므로 압연롤에 의한 압하시 완전 응고된 고체층을 압하하므로 중심부까지 압하력이 전달되도록 하기 위함이다.

그리고 또한 고상율 0.8 이상의 위치에 주편 중심부에 생성되는 기공을 감소시키기 위하여 주편(주편 전체가 거의 굳은 상태)에 3~15 ㎜의 큰 압하를 가하기 때문에 대단히 큰 압하력을 필요로 한다. 이에 따라 보강되지 않은 압연롤을 사용하여 큰 압하력을 주게 되면 압연롤이 파손되는 사례가 발생하기도 하며, 이에 대한 보완책으로 압연롤의 직경을 300 ㎜에서 450 ㎜로 증대시키는 등의 압연롤 강성을 크게 강화시킨 기술이 고안되기도 하였다. 그러나 이 방법 역시 연주기 롤 피치(pitch) 증가에 따른 연주주편 내부품질 열화(내부크랙 발생)를 피할 수 없다. 즉 연주주편의 중심편석과 내부크랙발생에 큰 영향을 미치는 벌징(bulging)은 연주기롤 피치의 4 제곱에 비례하며, 위와 같이 연주기 롤의 직경이 큰 압연롤로 대체됨으로서 동일 연주기에서 생산되는 다른 일반강종의 생산시에 주속 등이 바뀌어 압연롤을 연주기롤로 사용하는 주조조건 등에서는 연주주편의 품질이 나빠지는 것을 피할 수 없다. 이외에도 경압하적용 후 압연롤로 주편을 강압연하게 되면 중심편석이 더 농축된다. 즉 경압하 적용 시에도 어느 정도 수준의 중심편석은 두께 중심부에 잔류하며, 이 상태의 주편을 압연롤로 강압연하면 중심편석부도 압연되어 중심편석부에 용질원소의 농축 정도가 증대되고 잔류하는 형태도 선상의 날카로운 형상으로 바뀌게 된다. 이러한 경우에는 압연 후 압연강재의 물성이 열화되기 쉬워진다.

본 발명은 연속주조 중 주편의 용질농축 잔류용강을 주조방향의 반대방향으로 밀어냄으로써 주편의 품질을 저하시키는 결함을 제거하는 연속주조주편의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 주형에 수용된 용강을 냉각시켜 주편을 제조하는 연속주조장치를 이용하여 두께 100 mm 이상의 연속주조주편을 제조하는 방법으로서, 상기 주편의 두께 방향으로 서로 마주보는 상하롤을 다수 개 포함하는 하나 이상의 세그먼트롤에 의하여 연속주조시 상기 주편 중심부의 고상율 0.05~0.2 영역에서 고상율 0.3~0.6 영역의 구간을 주편의 두께 방향으로 압하하고, 상기 세그먼트롤 중 최종롤의 압하비를 0.9~1.1로 하며, 상기 세그먼트롤의 압하구배를 주조방향의 1m 길이당 5∼20 mm로 하고, 상기 세그먼트롤의 압하량을 주조방향의 하류측으로 크게 하여, 용질농축 잔류용강을 주조방향의 역방향으로 역류시켜 상기 주편의 중심부가 부편석을 갖도록 하며, 상기 주편의 중심고상율이 0.3~0.6일 때, 상기 주편의 두께 방향으로 압착된 고상율은 0.9 이상인 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법을 제공한다.

특히, 상기 주편중심부 고상율 0.3~0.6 영역의 주편중심부에 잔류하는 용질농축 잔류용강의 적어도 일부가 주편중심부의 고상율 0.2이하의 영역으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 주형에 수용된 용강을 냉각시켜 주편을 제조하는 연속주조장치를 이용하여 두께 100 mm 이상의 연속주조주편을 제조하는 방법으로서, 상기 주편의 두께 방향으로 서로 마주보는 상하롤을 다수 개 포함하는 하나 이상의 세그먼트롤에 의하여 연속주조시 상기 주편 중심부의 고상율 0.05~0.2 영역에서 고상율 0.3~0.6 영역의 구간을 주편의 두께 방향으로 압하하고, 상기 세그먼트롤 중 최종롤의 압하비를 0.9~1.1로 하며, 상기 주편중심부 고상율 0.3~0.6 영역의 주편중심부에 잔류하는 용질농축 잔류용강의 적어도 일부가 주편중심부의 고상율 0.2이하의 영역으로 이동하도록 하고, 상기 세그먼트롤의 압하구배를 주조방향의 1m 길이당 5∼20 mm로 하며, 상기 세그먼트롤의 압하량을 주조방향의 하류측으로 크게 하여, 용질농축 잔류용강을 주조방향의 역방향으로 역류시켜 상기 주편의 중심부가 부편석을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법을 제공한다.

특히, 상기 세그먼트롤에 의한 주편의 압하속도가 3~30 mm/min인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 주형에 수용된 용강을 냉각시켜 주편을 제조하는 연속주조장치를 이용하여 두께 100 mm 이상의 연속주조주편을 제조하는 방법으로서, 상기 주편의 두께 방향으로 서로 마주보는 상하롤을 다수 개 포함하는 하나 이상의 세그먼트롤에 의하여 연속주조시 상기 주편 중심부의 고상율 0.05~0.2 영역에서 고상율 0.3~0.6 영역의 구간을 주편의 두께 방향으로 압하하고, 상기 세그먼트롤에 의한 주편의 압하속도가 3~30 mm/min이며, 상기 세그먼트롤의 압하구배를 주조방향의 1m 길이당 5∼20 mm로 하고, 상기 세그먼트롤의 압하량을 주조방향의 하류측으로 크게 하여, 용질농축 잔류용강을 주조방향의 역방향으로 역류시켜 상기 주편의 중심부가 부편석을 갖도록 하며, 상기 주편의 중심고상율이 0.3~0.6일 때, 상기 주편의 두께 방향으로 압착된 고상율은 0.9 이상인 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법을 제공한다.

그리고, 본 발명은 주형에 수용된 용강을 냉각시켜 주편을 제조하는 연속주조장치를 이용하여 두께 100 mm 이상의 연속주조주편을 제조하는 방법으로서, 상기 주편의 두께 방향으로 서로 마주보는 상하롤을 다수 개 포함하는 하나 이상의 세그먼트롤에 의하여 연속주조시 상기 주편 중심부의 고상율 0.05~0.2 영역에서 고상율 0.3~0.6 영역의 구간을 주편의 두께 방향으로 압하하고, 상기 주편중심부 고상율 0.3~0.6 영역의 주편중심부에 잔류하는 용질농축 잔류용강의 적어도 일부가 주편중심부의 고상율 0.2이하의 영역으로 이동하도록 하며, 상기 세그먼트롤의 압하구배를 주조방향의 1m 길이당 5∼20 mm로 하고, 상기 세그먼트롤의 압하량을 주조방향의 하류측으로 크게 하여, 용질농축 잔류용강을 주조방향의 역방향으로 역류시켜 상기 주편의 중심부가 부편석을 갖도록 하며, 상기 주편의 중심고상율이 0.3~0.6일 때, 상기 주편의 두께 방향으로 압착된 고상율은 0.9 이상인 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법을 제공한다.

한편, 상기 연속주조주편의 제조방법에서 상기 세그먼트롤은 2개 이상이고, 상기 세그먼트롤의 압하구배는 동일하거나 서로 다른 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 세그먼트롤은 2개 이상이고, 상기 세그먼트롤 중 주조방향의 하류측에 있는 세그먼트롤의 압하구배를 주조방향의 상류측에 있는 세그먼트롤의 압하구배 보다 크게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주형에 주입되기 전의 상기 용강의 과열온도가 20℃미만인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 주형은 적어도 하나의 모서리가 모따기 가공(chamfering)된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주형과 상기 세그멘트롤 사이에 하나 이상의 전자기교반수단을 설치하여 상기 주편 내의 역류된 용강을 전자기력에 의하여 교반하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 연속주조 방법은, 연속주조중 주편의 내부품질을 악화시키는 주편 중심부에 형성되는 중심편석 또는 기공과 같은 결함을 저감시킬 수 있다. 즉, 주편의 응고도중 수지상정과 같은 고체상을 서로 압착시켜 고체상 사이에 존재하는 용질농축 잔류용강을 주형이 위치한 방향으로 밀어냄으로써 중심편석과 같은 결함을 제거하여 결함을 대폭 저감시킨 주편을 생산할 수 있다.

또한, 압연롤의 추가 설치 등의 연주설비 개조를 필요로 하지 않을 뿐만 아니라 연주기 세그먼트(segment) 단위로 적용함으로써 주편의 폭방향 응고 불균일이 발생하여도 전 폭에 걸친 결함 제어가 가능하며, 주조 조건의 변화에 따른 응고완료 위치에 대응하는 동적 제어가 가능하다.

도 1은 연속주조 장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 연속주조시 주조방향으로의 주편의 단면을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속주조 방법을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 압하구간에서 발생되는 현상을 나타낸 도면,
도 5는 종래예 및 본 발명의 실시예를 비교도시한 주편의 단면도,
도 6은 종래예와 본 발명의 실시예에 따라 제조된 응고완료된 주편 단면에서의 용질 농도 분포를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 실시예 및 변형예에 따른 주편의 단면 형상을 나타낸 도면,
도 8은 단면상으로 고상영역이 감소된 본 발명의 변형예1과 실시예를 비교도시한 도면.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 연속주조주편 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

연속주조장치로 제조되는 주편은 주형에 수용된 용강을 냉각시켜 제조된다. 용강은 주형으로부터 인출되면서 소정의 형상을 가지며, 대기와의 접촉 또는 별도로 마련된 냉각수단을 통하여 인출되는 방향으로 점진적인 냉각을 거쳐 고상의 주편으로 제조된다. 이때 주편은 그 자체 벌크(bulk)의 외부, 즉 표면으로부터 고상화가 이루어지며 내부에는 액상의 용강이 존재하는 영역을 가진다. 이러한 주편 내부의 액상영역은 주형으로부터 멀어질수록, 즉 주조되는 방향으로 갈수록 점차 고상으로 응고됨으로써 감소되며, 종국적으로 주편은 단면상으로 고상인 영역만 존재하게 된다. 응고가 완료되기 이전에 주편에는 고상 및 액상의 공존영역인 머쉬존(Mushy zone)이 존재하며, 머쉬존 또한 주조가 진행됨에 따라 고상으로 응고된다. 이때 머쉬존에는 소정 원소가 농축된, 이른바 용질농축 잔류용강이 고상화 되고, 액상이 고상으로 응고되면서 체적이 감소함에 따라 발생되는 응고수축부가 생성된다.

또한, 응고수축부의 생성으로 인한 부압력에 의하여 용질농축 잔류용강이 응고수축부에 유입되면 거대 중심편석이 조성되어 결함으로 작용하게 될 수 있다. 이러한 응고수축부 및 용질농축 잔류용강은 주편 단면상으로 응고가 완료되는 응고완료점 이후에도 그대로 잔류하여 기공 또는 중심편석과 같은 결함이 되어, 주편의 물성을 불균일하게 함으로써 악영향을 미치고 최종제품의 품질을 저하시킨다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속주조 방법을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 압하구간에서 발생되는 현상을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연속주조 방법은 용강을 주형으로부터 인출시켜 주편(100)을 생산하는 연속주조 방법으로서, 가압수단(21)을 마련하는 단계 및 인출된 주편(100)의 적어도 일 측을 가압수단(21)으로 압하하는 단계를 포함하여, 용질농축 잔류용강을 주조방향의 역방향으로 역류시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 기술을 종래의 경압하 기술과 대비하여 중압하(segment squeezing reduction) 기술이라 지칭하기로 한다. 종래의 경압하 기술에서는 주편의 고액 공존 영역을 압하하여 생성된 응고 수축공을 압착시켰으나, 중압하 기술은 액상 영역, 즉 도 3에 압하 구간으로 도시된 고상율 0.05~0.2에서 고상율 0.3~0.6구간을 압하하여 용질농축 잔류용강을 역류시키고 응고 수축공 발생을 근본적으로 방지하는 기술이다. 고상율 0.05~0.2에서 고상율 0.3~0.6구간은 경압하 기술에서 압력을 가하던 머쉬존 영역(고상율 0.3~0.4에서 고상율 0.7~0.8구간)보다 연속주조 진행방향으로 더 역방향에 위치한 영역으로서 응고수축공이 생성되기 이전의 영역이다.

즉, 용질농축 잔류용강이 응축/성장 또는 응고수축공으로 유입되기 이전에 상대적으로 용강의 자유유동에 의한 혼합 균질화가 가능한 액상영역(도 4의 B 방향)으로 역류되도록 한다. 즉 고상율 0.3~0.6 영역의 용질농축 잔류용강의 적어도 일부가 고상율 0.2 이하인 용강 자유유동 영역으로 역류되도록 한다. 용강의 자유유동 영역으로 역류된 용질농축 잔류용강은 용강 내에서 혼합 균질화에 의하여 분산되고 이 균질화된 용강은 다시 주조 방향으로 진행되면서 고상화된다. 따라서 응고완료시 중심편석과 같은 결함이 될 수 있는 용질농축 잔류용강은 고상 및 액상 공존 영역인 머쉬존 내에 존재하지 않게 되며, 머쉬존이 응고완료될 시 결함이 발생하지 않게 될 수 있다.

용질농축 잔류용강을 용강의 자유유동 영역인 액상영역으로 역류시키기 위하여 도 3과 같이 주편(100)의 적어도 일 측을 압하시킬 수 있다. 주편(100)을 외부에서 가압하게 되면 응고가 완료된 영역, 즉 주조방향으로는 용질농축 잔류용강이 유입되지 못하고, 액상인 용강측, 즉 주형을 향하는 방향으로 용질농축 잔류용강이 유동되어 주조방향의 역방향(도 4의 화살표 방향)으로 역류된다. 용질농축 잔류용강의 원활한 역류를 위하여 주편(100)의 압하는 주편(100) 내 고액공존영역에서부터 액상영역 구간 방향으로, 즉 주형을 향하는 방향의 구간을 압하할 수 있다. 이 구간을 도 3에 압하 구간으로 나타내었으며, 도 4에서는 대략 A에서 B까지이다. 이때, 주편(100)의 압하는 응고수축부가 형성되기 이전의 구간에 실시될 수 있다. 용질농축 잔류용강을 역류시켜 중심편석 등의 결함 발생을 방지함과 아울러 응고수축부가 형성되기 이전에 주편(100)을 가압하게 되면, 응고에 따른 체적수축에 수반하여 발생하는 응고수축부의 생성을 미연에 방지 또는 최소화할 수 있다.

이와 같이 연속주조 공정시 주편(100)의 도 3의 압하구간을 압하함으로써 수축공 생성 이전에 수지상정(110)이 성장된 응고층을 미응고층(130)이 포함되게 상호 압착시켜 수축공이 생성되지 않도록 하고, 용질농축 잔류용강이 주형을 향하는 방향의 용강 자유유동영역으로 역류되어 응고완료시점 이후에도 거의 결함이 발생하지 않게 할 수 있다.

주편(100)의 결함 발생을 더욱 효율적으로 방지하기 위하여, 주형과 압하구간 사이의 영역에 하나 이상의 교반수단을 설치함으로써, 역류된 용강을 교반시켜 더욱 균질한 용질분포를 달성할 수도 있다. 이때 교반수단으로서는 전자기교반수단이 사용될 수 있으며 이 경우 역류된 용강의 교반은 전자기력에 의하여 달성된다.

주편(100)의 압하는 연속주조 장치에서 주편(100)의 고상율, 즉 단면상으로 고상이 차지하는 분율, 더 상세하게는 단면상으로 주편(100)의 중심부에서 고상이 차지하는 분율이 0.05~0.2에서 0.3~0.6인 구간(도 4의 A에서 왼쪽 구간)에서 실시할 수 있다. 결함 발생을 방지하기 위한 주편(100)의 압하는 용질농축 잔류용강이 용이하게 역류하기 위하여 고상율이 충분히 작은 구간에서 실시하여야 한다. 즉 주편 두께 중심부의 고상율이 0.6을 넘는 구간에서 압하를 하게 되면, 액상의 용질농축 잔류 용강이 고상으로 둘러 쌓인 상태이기 때문에 형태만 압연방향으로 늘어난 후 그대로 잔류하여 중심편석의 결함으로 남게 된다. 따라서, 주편(100)의 압하는 고상율 0.6 미만의 구간에서 실시하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 주편(100)의 압하로 인하여 용질농축 잔류용강을 고상율 0.2 미만의 구간, 즉 도 4의 B에서 왼쪽 구간으로까지 역류시킬 수 있다. 0.2를 넘는 고상율을 가지는 구간으로 용질농축 잔류용강이 역류되면 이 구간에서는 용강의 유동이 원활하지 않아 용질농축 잔류용강의 혼합 균질화가 저해될 수 있다. 그러므로 용질농축 잔류용강을 고상율 0.2 미만의 구간으로 역류시키는 것이 바람직할 수 있다.

상기와 같은 주편(100)의 압하는 연속주조 장치의 세그먼트롤(20; 도 1)로 실시할 수 있다. 즉, 기존의 연속주조 설비를 그대로 활용하여 주편(100)을 압하함으로써 별도의 압착롤과 같은 설비 추가에 따른 비용 등을 저감할 수 있으며, 기존의 연속주조 설비로도 충분히 결함이 저감된 주편을 생산할 수 있다. 이때, 주편(100)의 압하는 생산되는 강종, 주편 두께, 응고완료위치 등에 따라 복수 개(통상 5~9 개)의 롤(21)이 장착된 단일 또는 다수개의 세그먼트를 조합하여 실시할 수 있고, 압하영역을 가변시킬 수 있다.

연속주조 장치의 세그먼트롤을 통한 주편(100)의 압하는 단일 세그먼트에 장착된 복수의 롤(21)을 주조 방향으로 압하구배가 동일하게 또는 경사지게 배치하여 서로 상이하게 실시할 수 있다. 또한, 여러 개의 단일 세그먼트롤을 주조 방향으로 압하구배가 동일하게 또는 경사지게 배치하여 서로 상이하게 실시할 수 있다. 이를테면, 주조 방향의 하류측에 있는 세그먼트롤의 압하구배를 상류측의 압하구배보다 더 크게할 수도 있다. 이와 같이 주조 방향으로 갈수록 더 큰 압하량을 가지는 압하방법은 주편(100) 압하시 주조 방향으로 용질농축 잔류용강이 유입되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.

세그먼트롤에 의한 주편(100)의 바람직한 압하구배는 두께 100 mm 이상의 주편(100)에 대하여 주조 방향의 주편(100) 1 m 길이당 5~20 mm이다. 압하구배가 5 mm 미만이면 용질농축 잔류용강을 역류시키는 구동력이 충분히 발생되지 못하고 역류된 용질농축 잔류용강이 재유입될 수 있다. 또한, 20 mm를 초과하는 압하구배를 가지게 되면 과다한 압하구배로 인하여 주편(100)에 균열이 발생할 수 있다.

세그먼트롤을 통하여 주편(100)을 압하할 시에 주편(100)의 압하량은 두께 100 ㎜ 이상의 주편(100)일 때 두께 대비 3~40%일 수 있다. 예를 들자면, 주편(100) 두께가 100 ㎜일때 3~40 ㎜를 압하시킬 수 있다. 3% 미만의 압하량에서는 용질농축 잔류용강이 용강 자유유동 영역으로까지 충분히 역류되지 않을 수 있고, 40%를 넘는 압하량을 가하면 주편(100) 두께가 지나치게 박형화되어 후판재 등의 생산에서는 오히려 악영향을 미칠 수 있기 때문이다. 따라서, 압하량은 주편(100) 두께 대비 3~40%인 것이 적절할 것이다. 그러나, 압하량은 이에 한정되지 않고 생산되는 주편(100) 종류에 따라 가변될 수 있다. 주편(100) 두께가 100 ㎜일 때 3~40 ㎜의 압하량은 대략 1.0 m 길이를 가지고 다수 개의 롤이, 예를 들면 5 개의 롤이 장착된 2 개의 세그먼트에서 각 세그먼트의 입측 롤과 출측 롤의 높이차가 20 ㎜이고 주조속도 1.5 m/min.일 경우이므로 이외의 연속주조 조건 변화에 따라 가변가능할 수 있다.

세그먼트롤을 통한 주편(100)의 압하속도는 3~30 ㎜/min.일 수 있다. 3 ㎜/min.보다 작은 압하속도로 압하를 하게 되면, 용질농축 잔류용강이 원활히 역류하지 않고 잔류하게 되어 중심편석을 유발할 수 있기 때문이다. 30 ㎜/min.를 초과하는 압하속도는 압하량이 지나치게 커져 주편두께가 과다하게 얇아져 후판생산을 어렵게 하므로 30 ㎜/min. 이하의 압하속도가 적절하다.

또한, 다수의 세그먼트롤 중 최종 세그먼트롤 또는 단일 세그먼트롤 중 최종롤의 압하비, 즉 미응고 두께 대비 압하량은 0.9~1.1인 것이 바람직하다. 최종롤의 압하비가 0.9미만일 경우 미응고 영역이 과다하게 잔류하여 이 영역에서의 용질농축 잔류용강 또는 수축공이 그대로 결함으로 주편(100) 내에 잔류할 수 있기 때문이다. 따라서 최종롤에서의 압하비는 적어도 0.9 이상이 되어야 하고 미응고 영역의 두께보다 과다한 1.1까지의 압하가 이루어지는 것이 적절하다. 1.1을 초과하는 압하비의 조업을 수행할 경우 주편(100) 양측 응고영역끼리의 충돌로 인하여 크랙이 발생할 수도 있다.

또는, 주편(100)의 중심고상율이 0.3~0.6인 영역에서 압하에 의하여 압착된 주편(100)의 고상율은 0.9 이상인 것이 바람직하다. 고상율이 0.9미만일 경우 미응고 영역이 과다하게 잔류하여 이 영역에서의 용질농축 잔류용강 또는 수축공이 그대로 결함으로 주편(100) 내에 잔류하거나 미응고 영역이 응고되기 전에 용질농축 잔류용강이 미응고 영역으로 재유입될 수 있기 때문이다.

한편, 연속주조 공정을 수행하기 위하여 용강을 주형에 주입시킬 시에 용강의 과열 온도를 20℃미만으로 하여 주입하는 것이 바람직하다. 즉 용강이 액상에서 고상으로 응고가 시작되는 온도보다 20℃ 이상 높지 않은 온도의 용강을 주형에 주입하는 것이 바람직하다. 주형에 주입되는 용강의 온도가 20℃ 이상일 경우에는 내부크랙의 발생이 용이해질 수 있다.

이하, 종래예와 본 발명의 실시예를 비교설명한다.

도 5는 종래예 및 본 발명의 실시예를 비교도시한 주편의 단면도이다. 종래예A는 미압하된 주편을 나타내고, 종래예B는 경압하된 주편을 나타내고, 좌측은 응고완료시점 이전을, 우측은 응고완료시점 이후를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 종래예A와 같이 주편을 압하하지 않고 연속주조를 실시하게 되면 머쉬존에서 수축공이 형성되어, 이 수축공에 용질농축 잔류용강이 유입된 채로 주편이 응고하여 응고완료시점 이후에 중심편석으로 잔류하게 된다.

경압하를 실시한 종래예B에서는 압하력으로 인하여 주편 양측 단부로부터 주편 내부로 성장된 수지상정(dendrite)이 압착되면서 중심편석 영역을 감소시키게 된다. 그러나, 이러한 경우 이미 수축공에 용질농축 잔류용강이 유입된 이후에 주편을 압하하게 되어 여전히 중심편석이 일부 존재하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 수축공 생성 이전에 주편을 압하하여 수지상정이 성장된 응고층이 미응고층을 포함하여 상호 압착되어 수축공이 생성되지 않고, 용질농축 잔류용강은 주형을 향하는 방향의 용강 자유유동영역으로 역류되어 응고완료시점 이후에도 거의 결함이 발생하지 않는다.

본 발명의 실시 조건은 100~140 mm 두께의 주편을 대상으로, 주조속도 0.8~2 m/min. 압하구배는 대략 2.5~25 mm/m가 되도록 주조하면서 압하적용 세그먼트롤의 위치를 달리하였다. 도 6에 종래예와 본 발명의 실시예에 따라 제조된 응고완료된 주편 단면에서의 용질 농도 분포를 나타내었다. 도 6의 본 발명의 실시예는 압하속도 3~10 mm/min 의 조건이다.

도 6에서와 같이, 종래예에서는 두께 중심부에서 Mn의 농도가 급격히 상승하는 것을 알 수 있다. 즉, Mn과 같은 용질이 주편 중심부에 집중적으로 분포하면서 거대 편석으로서 형성되는 것이다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 주편 단면으로 비교적 고른 용질 분포를 나타내는 것을 알 수 있으며, 특히 주편의 중심부에서는 오히려 용질농도가 감소되는 부편석 현상이 나타난다. 즉, 주편 전체 농도(C₀) 대비 주편 중심부 농도(C)가 1이하인(C/C₀<1) 영역이 나타난다. 그러나 압하구배가 20 mm/m를 초과하면 주편에 크랙이 발생하기 시작하였으며, 압하속도가 3 mm/min이하이면 용강의 역류가 어려워지고 30 mm/min를 초과하면 주편두께가 과다하게 얇아져 실제 공정에서 후판의 생산이 어려워질 수 있다.

이와 같은 주편의 압하를 통하여 중심 편석이나 기공과 같은 결함을 대폭 저감시킬 수 있다. 이렇게 주편을 압하할시에 주편에는 압하력에 대한 반작용으로서 압하저항력이 작용하게 된다. 즉, 주편 외부가 고상으로 된 상태에서 주편을 압하시키므로 이미 고상이 된 주편의 영역을 적은 힘으로 균일하게 압하하기 위하여 보다 효율적인 압하방법이 요구된다. 특히, 기존의 연속주조 장치의 세그먼트롤을 그대로 사용하기 위해서는 압하력을 효율적으로 주편에 전달하는 것이 요구된다. 이를 위하여 주편의 형상의 일부를 변경할 수 있다.

도 7에는 본 발명의 실시예 및 변형예에 따른 주편의 단면 형상을 나타내었다. 실시예에서의 주편은 대략 중심부의 미응고 영역을 가지며 주편 외연은 대략 직사각형 형상을 가진다. 이 경우 주편 양단부에서는 미응고 영역을 가지지 않는 고상영역을 가지게 되며 주편을 압하할시에 주편에 가해지는 압하력이 주편 전체에 균일하게 전달되지 못하고 양단부에 집중됨으로 인하여 주편 압하에 큰 압하력을 요구하게 된다.

본 발명의 변형예1에서는 주편 양 단변부가 모따기된 형상을 가지고, 변형예2에서는 주편 양 단변부가 굴곡된 형상을 가진다. 즉, 본 발명의 변형예에서는 실시예에서의 주편보다 단면상으로 고상영역이 감소된 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 단변부의 고상영역을 감소시키게 되면, 양단부에 집중되는 압하력을 주편 전체에 균일하게 전달할 수 있고, 주편 표면을 압하할시에 주편의 압하저항력이 감소됨으로써 압하력이 실시예에서보다 더욱 저감될 수 있다. 도 7의 변형예에서와 같은 주편 형상을 가지기 위하여 연속주조 장치의 주형이 상기 주편 형상에 부합하도록 설계될 수 있다. 즉, 연속주조 장치의 주형이 용강의 인출 단면상으로 적어도 하나의 모서리가 모따기된 형상을 가지거나 적어도 일 단부가 굴곡화된 형상을 가질 수 있다.

도 8은 단면상으로 고상영역이 감소된 본 발명의 실시예와 변형예1을 비교도시한 도면이다. 도 8의 실시예에서는 통상의 직사각형 단면을 가지는 주편의 압하력 변화를 측정하였으며, 변형예1에서는 단면의 각 모서리로부터 높이 20 ㎜, 폭 60 ㎜를 모따기된 형상을 가지는 주편의 압하량에 따른 압하력 변화를 측정하였다. 본 발명의 실시 조건은 100~140 mm 두께의 주편을 대상으로, 주조속도 0.8~2 m/min. 압하구배는 대략 2.5~25 mm/m 가 되도록 주조하면서 압하적용 세그먼트롤의 위치를 달리하였다. 변형예1에서의 모따기 형상을 위하여 이 형상에 부합하는 주형을 사용하여 주편을 연속주조 하였다. 압하력은 임의단위로 나타내었으며, 그래프 상의 점선 오른쪽 영역은 미응고 영역 양측의 고상 영역이 서로 맞닿아 압하력이 급격히 상승되는 영역을 나타낸다. 그래프 상의 점선 왼쪽 영역은 주편의 압하로 인하여 미응고 영역이 압착되는 영역이다. 주편의 압하력은 미응고 영역이 압착됨에 따라 점진적으로 상승하게 된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형예1에서는 대략 20 이하의 최대 압하력을 가진다. 이는 실시예의 최대 압하력인 대략 40 정도의 압하력보다 절반 이하의 수준임을 알 수 있다. 또한, 실시예에서 압하력의 기울기와 대비하면 변형예1에서 압하력의 기울기가 더 작은 것을 알 수 있다. 즉, 모서리가 모따기된 형상을 가지는 등 주편 단면의 고상영역을 감소시켜 압하를 실시할 경우 압하력을 대폭 저감시킬 수 있다. 이러한 압하력의 저하로 연속주조 장치의 세그먼트롤에 과중한 부하를 방지하여 원활한 연속주조가 가능하게 할 수 있으며, 압착롤과 같은 추가의 설비 없이도 기존의 연속주조 장치를 사용하여 주편의 압하를 용이하게 함으로써 용질농축 잔류용강을 원활히 역류시킬 수 있다.

본 발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 연속주조 장치의 세그먼트롤로 주편을 가압하는 것을 예시하였으나, 필요에 따라 용질농축 잔류용강을 주조방향의 역방향으로 역류시키기 위하여 별도의 롤 설비가 더 채용될 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 100~140 ㎜ 두께의 주편을 예시하였으나, 이외의 다른 두께를 가지는 주편이 적용될 수도 있으며 이에 따라 압하조건이 가변될 수도 있다. 특히, 본 발명의 실시예에서의 각 수치들은 후판재용 주편을 위주로 설명하였으며, 박판재 등 타용도를 위한 주편에서는 다른 수치들이 적용될 수 있을 것이다.

10: 주편 20: 세그먼트롤
21: 가압수단(롤) 100: 주편
110: 수지상정 130: 미응고층

Claims (11)

1. 주형에 수용된 용강을 냉각시켜 주편을 제조하는 연속주조장치를 이용하여 두께 100 mm 이상의 연속주조주편을 제조하는 방법으로서,
   상기 주편의 두께 방향으로 서로 마주보는 상하롤을 다수 개 포함하는 하나 이상의 세그먼트롤에 의하여 연속주조시 상기 주편 중심부의 고상율 0.05~0.2 영역에서 고상율 0.3~0.6 영역의 구간을 주편의 두께 방향으로 압하하고,
   상기 세그먼트롤 중 최종롤의 압하비를 0.9~1.1로 하며,
   상기 세그먼트롤의 압하구배를 주조방향의 1m 길이당 5∼20 mm로 하고,
   상기 세그먼트롤의 압하량을 주조방향의 하류측으로 크게 하여,
   용질농축 잔류용강을 주조방향의 역방향으로 역류시켜 상기 주편의 중심부가 부편석을 갖도록 하며,
   상기 주편의 중심고상율이 0.3~0.6일 때, 상기 주편의 두께 방향으로 압착된 고상율은 0.9 이상인 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 주편중심부 고상율 0.3~0.6 영역의 주편중심부에 잔류하는 용질농축 잔류용강의 적어도 일부가 주편중심부의 고상율 0.2이하의 영역으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법.
3. 주형에 수용된 용강을 냉각시켜 주편을 제조하는 연속주조장치를 이용하여 두께 100 mm 이상의 연속주조주편을 제조하는 방법으로서,
   상기 주편의 두께 방향으로 서로 마주보는 상하롤을 다수 개 포함하는 하나 이상의 세그먼트롤에 의하여 연속주조시 상기 주편 중심부의 고상율 0.05~0.2 영역에서 고상율 0.3~0.6 영역의 구간을 주편의 두께 방향으로 압하하고,
   상기 세그먼트롤 중 최종롤의 압하비를 0.9~1.1로 하며,
   상기 주편중심부 고상율 0.3~0.6 영역의 주편중심부에 잔류하는 용질농축 잔류용강의 적어도 일부가 주편중심부의 고상율 0.2이하의 영역으로 이동하도록 하고,
   상기 세그먼트롤의 압하구배를 주조방향의 1m 길이당 5∼20 mm로 하며,
   상기 세그먼트롤의 압하량을 주조방향의 하류측으로 크게 하여,
   용질농축 잔류용강을 주조방향의 역방향으로 역류시켜 상기 주편의 중심부가 부편석을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 세그먼트롤에 의한 주편의 압하속도가 3~30 mm/min인 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법.
5. 주형에 수용된 용강을 냉각시켜 주편을 제조하는 연속주조장치를 이용하여 두께 100 mm 이상의 연속주조주편을 제조하는 방법으로서,
   상기 주편의 두께 방향으로 서로 마주보는 상하롤을 다수 개 포함하는 하나 이상의 세그먼트롤에 의하여 연속주조시 상기 주편 중심부의 고상율 0.05~0.2 영역에서 고상율 0.3~0.6 영역의 구간을 주편의 두께 방향으로 압하하고,
   상기 세그먼트롤에 의한 주편의 압하속도가 3~30 mm/min이며,
   상기 세그먼트롤의 압하구배를 주조방향의 1m 길이당 5∼20 mm로 하고,
   상기 세그먼트롤의 압하량을 주조방향의 하류측으로 크게 하여,
   용질농축 잔류용강을 주조방향의 역방향으로 역류시켜 상기 주편의 중심부가 부편석을 갖도록 하며,
   상기 주편의 중심고상율이 0.3~0.6일 때, 상기 주편의 두께 방향으로 압착된 고상율은 0.9 이상인 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법.
6. 주형에 수용된 용강을 냉각시켜 주편을 제조하는 연속주조장치를 이용하여 두께 100 mm 이상의 연속주조주편을 제조하는 방법으로서,
   상기 주편의 두께 방향으로 서로 마주보는 상하롤을 다수 개 포함하는 하나 이상의 세그먼트롤에 의하여 연속주조시 상기 주편 중심부의 고상율 0.05~0.2 영역에서 고상율 0.3~0.6 영역의 구간을 주편의 두께 방향으로 압하하고,
   상기 주편중심부 고상율 0.3~0.6 영역의 주편중심부에 잔류하는 용질농축 잔류용강의 적어도 일부가 주편중심부의 고상율 0.2이하의 영역으로 이동하도록 하며,
   상기 세그먼트롤의 압하구배를 주조방향의 1m 길이당 5∼20 mm로 하고,
   상기 세그먼트롤의 압하량을 주조방향의 하류측으로 크게 하여,
   용질농축 잔류용강을 주조방향의 역방향으로 역류시켜 상기 주편의 중심부가 부편석을 갖도록 하며,
   상기 주편의 중심고상율이 0.3~0.6일 때, 상기 주편의 두께 방향으로 압착된 고상율은 0.9 이상인 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 세그먼트롤은 2개 이상이고, 상기 세그먼트롤의 압하구배는 동일하거나 서로 다른 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법.
8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 세그먼트롤은 2개 이상이고, 상기 세그먼트롤 중 주조방향의 하류측에 있는 세그먼트롤의 압하구배를 주조방향의 상류측에 있는 세그먼트롤의 압하구배 보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법.
9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주형에 주입되기 전의 상기 용강의 과열온도가 20℃미만인 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법.
10. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주형은 적어도 하나의 모서리가 모따기 가공(chamfering)된 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법.
11. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주형과 상기 세그멘트롤 사이에 하나 이상의 전자기교반수단을 설치하여 상기 주편 내의 역류된 용강을 전자기력에 의하여 교반하는 것을 특징으로 하는 연속주조주편의 제조방법.

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