KR101049844B1 - 연주주편의 폭방향 중심편석 저감방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강의 탄소함량에 따라 연주 슬래브에서 발생하는 응고지연부와 중앙부 사이의 주조방향 길이편차를 정량화하여 최적의 경압하 기술을 적용하는 연주주편의 폭방향 중심편석 저감방법에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 슬래브 주편을 생산하는 연속주조공정에 있어서 경압하 기술을 적용하여 연주주편의 폭방향 중심편석을 저감시키는 방법에 있어서, 상기 경압하 적용구간은 연주 슬래브의 고상분율이 0.3~0.7의 범위에서 실시함과 동시에 폭방향 불균일 응고에 의한 응고지연부의 보상길이를 탄소함량에 따른 강종별로 적용하여 경압하를 실시하는 것을 특징으로 하는 연주주편의 폭방향 중심편석 저감방법을 제공한다.

이와 같이, 본 발명은 주편의 중심편석을 개선시킴과 동시에 폭방향으로 균일한 내부품질을 확보할 수 있는 효과가 있다.

연속주조, 중심편석, 탄소함량, 응고지연부, 보상길이, 경압하

Description

연주주편의 폭방향 중심편석 저감방법{METHOD FOR REDUCING THE CENTER SEGREGATIONS OF WIDTH DIRECTION OF SLAB}

도 1은 경압하 기술을 적용한 연주기를 도시한 개략도;

도 2는 경압하 기술 적용시 중심편석저감기구를 도시한 모식도;

도 3은 연속주조시 슬래브 폭방향으로 발생하는 불균일 응고를 도시한 개념도;

도 4는 연주주편의 중심부에 발생된 응고지연부의 사진도;

도 5는 연주주편의 폭 중앙부의 내부품질 상태를 도시한 사진도;

도 6은 응고지연부를 고려하지 않은 경압하 기술을 적용한 경우 슬래브의 중심편석거동을 도시한 그래프도;

도 7은 탄소함량이 0.04~0.07%인 강의 응고지연부 길이를 산출하는 그래프도;

도 8은 탄소함량이 0.04~0.07%인 강의 주속에 따른 중심편석거동을 도시한 그래프도;

도 9는 탄소함량이 0.08~0.12%인 강의 응고지연부 길이를 산출하는 그래프도;

도 10은 탄소함량이 0.13~0.16%인 강의 응고지연부 길이를 산출하는 그래프도;

도 11은 탄소함량이 0.30~0.55%인 강의 응고지연부 길이를 산출하는 그래프도;

도 12는 본 발명에 따른 연주주편의 폭방향 중심편석 저감방법에 의하여 산출된 탄소함량별로 응고지연부의 보상길이를 나타내는 그래프도;

도 13은 본 발명의 기술을 적용한 경우의 폭방향 중심편석 거동을 도시한 그래프도;

도 14는 본 발명이 적용된 탄소함량 0.15%의 강에 대한 주편 폭방향의 중심편석지수를 도시한 그래프도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1:경압하 롤 2:고상층 3:고액 공존층 4:완전 액상층 5:잔류공극

본 발명은 연주주편의 폭방향 중심편석 저감방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강이 탄소함량에 따라 연주 슬래브에서 발생하는 응고지연부와 중앙부 사이의 주조방향 길이편차를 정량화하여 최적의 경압하 기술을 적용하는 연주주편의 폭방향 중심편석 저감방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조에 있어서 공정 특징상 연주주편 내부에는 중심편석이 필연적으로 발생하게 된다. 이러한 중심편석의 발생원인은 응고과정 중 용강 액상으로 농화된 용질을 배출하게 되는데, 이러한 농화된 용질액상은 액상내의 온도와 용질농도 차이에 의한 유동, 용강내에 형성된 결정의 중력에 의한 유동과 응고말기에 형성되는 응고수축 등에 기인한 유동에 의해서 중심편석을 형성하게 된다. 즉, 중심편석은 농화된 용질액상의 유동에 의해서 발생이 되는 것인데 이러한 유동의 가장 큰 원인은 잔류용강의 응고수축과 주편 벌징에 의해서 크게 영향을 받으며, 기계적인 문제인 주편 벌징을 제외하면, 응고 완료점 부근에서의 응고수축에 의한 잔류용강의 유동에 가장 크게 영향을 받게 된다.

이러한 기구로 발생되는 중심편석 발생을 저감하기 위한 대표적인 기술은 경압하(Soft Reduction)이다. 이 기술은, 도 1에 도시된 바와 같이 연속주조 공정중 경압하 롤(1)에 의해 주편에 압하력을 부여하는 것이다. 보다 상세하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 응고말기에 응고수축만큼 주편을 압하하여 응고수축에 의한 주상정 사이에 존재하는 농화된 용강이 주편 중심부로 유입되는 유동을 억제하고 잔류 공극(5)을 압착하여 주편의 중심편석을 개선하는 기술이다.

연주주편의 응고는, 상기한 도 2에 도시된 바와 같이, 완전 응고된 고상층(2), 고상과 액상이 혼재하는 고액 공존층(3), 완전 액상층(4)으로 크게 나눌 수 있고, 상기 고액 공존층(3)은 액상에 대한 고상의 분포를 고상분율 0.0~1.0의 범위로 나눌 수 있다.

상기한 고상분율과 중심편석과의 관계에서 최적의 경압하 시작 위치는 유동성이 양호한 상과 선택적인 유동성이 있는 상의 경계인 고상분율(fS) 0.3~0.4이고, 경압하 종료 위치는 선택적인 유동과 유동성이 거의 없는 상의 경계인 고상분율(fS) 0.6~0.8로 널리 알려져 있으며, 이 구간에서 응고수축 보상을 통해 중심편석을 저감하기 위해 경압하를 실시하게 되는 것이다.

주편의 중심편석을 제어하기 위한 경압하 기술은 1980년대 중반에 그 내용이 소개되어 현재 선진제철소에서 빌렛(Billet), 블룸(Bloom), 슬래브(Slab) 등에 있어서 고급강 대상으로는 대부분이 채용하고 있는 기술이다. 경압하 자체의 기술에 관한 관련된 특허로는 일본 공개번호 1996-257715호, 1995-060424호, 1994-126405호, 1993-069099호 등이 있으며, 내용 중 경압하 구간에 관해서는 대부분이 고상분율 0.1~0.3에서 경압하를 실시하고, 0.7~0.8구간에서 경압하를 종료하는 일반적인 내용에 대해 나타나 있다.

상기한 각각의 특허기술에서 크게 고려하지 않은 사항은 슬래브 연주시에 일반적으로 발생하고 있는 응고 지연부에 관련된 사항이다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 슬래브의 응고 완료점 부근에는 액상층(4) 구간과 완전 고상층(2)구간의 슬래브 폭에 따른 몰드로부터의 거리는 응고 완료선이 일직선으로 나타나지 않고 슬래브의 양쪽 끝단 부분이 응고가 폭 중앙부에 비해 지연되는 응고지연부가 발생하는 현상이 나타나게 된다.

이러한 원인에 대해서는 몰드에서 침지노즐의 형상에 따른 유동, 연주기 롤 형상 및 변형, 2차 냉각 불균일 등으로 알려져 있다. 따라서 많은 연구자들에 의해 이러한 폭방향 불균일 응고현상을 제어하기 위한 노력이 기울여져 왔으나, 현재까지도 연주기 내에는 일반적으로 나타나고 있다.

이러한 폭방향 불균일 응고가 연주공정에서 일반적으로 발생하는데 이를 고려하지 않은 상태로 폭 중앙부만을 고려하여 경압하를 적용할 경우 응고지연부는 적정 경압하 구간을 벗어나 오히려 품질이 악화되는 경우가 나타난다.

즉, 도 4는 경압하를 적용하였을 경우 슬래브 주편에서 응고지연부의 중심부 전자현미경 조직사진을 나타내었고, 도 5는 응고가 상대적으로 빨리 완료된 폭 중앙부의 중심부 전자현미경 조직사진을 나타내었다. 그림에서 보듯이 동일한 강종 및 주조조건에서 주조한 경우에 응고지연부 발생에 의해 슬래브 폭간의 주편 중심부 품질이 큰 차이가 나타나고 있음을 볼 수 있고, 주편 폭에 따라 주편 중심부 유황프린트(Sulfur Print) 방법에 의해 내부품질을 분석한 결과, 도 6에 도시된 바와 같이 응고지연부에 품질이 악화되는 경향을 보여준다.

즉, 중심편석지수는 폭 중앙부와 응고지연부 비교시 약 2~3배 정도의 지수차이가 나타나고 있다. 폭 중앙부는 경압하 기술의 적용에 의해 품질이 크게 향상이 되었으나 응고지연부는 오히려 품질이 악화되는 양상을 나타내고 있다.

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 슬래브 연속주조 시에 일반적으로 발생하는 응고지연부와 중앙부 사이의 주조방향길이 편차를 정량화함과 동시에 응고지연부를 강의 탄소함량에 따라 달리 적용하여 최적의 경압하 기술을 적용하는 강종별 중심편석 현저히 저감시킬 수 있는 연주주편의 폭방향 중심편석 저감방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 슬래브 주편을 생산하는 연속주조공정에 있어서, 상기 경압하 적용구간은 연주 슬래브의 고상분율이 0.3~0.7의 범 위에서 실시함과 동시에 폭방향 불균일 응고에 의한 응고지연부의 보상길이를 탄소함량에 따른 강종별로 적용하여 경압하를 실시하는 것을 특징으로 하는 연주주편의 폭방향 중심편석 저감방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 폭방향 불균일 응고에 의한 응고지연부의 보상길이를 탄소함량에 따른 강종별로 적용하여 경압하를 실시할 때는 각 주편의 주조속도에 따른 품질비교를 통하여 얻어진 최적의 주조속도에 의해 최적의 응고지연부의 최적 보상길이를 도출하도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 폭방향 불균일 응고에 의한 응고지연부의 보상길이를 탄소함량에 따른 강종별로 보상하여 경압하를 적용할 때 상기 응고지연부의 보상길이를 탄소함량이 0.04~0.07%, 0.08~0.12%, 0.13~0.16%, 0.30~0.55%로 증가할 경우, 각각 0.69m, 1.0m, 1.27m, 1.53m로 증가시키면서 경압하 구간을 도출한다.

이하, 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

본 발명은 연속주조시 주편 표면온도 및 응고층 두께를 측정하여 실험결과와 계산결과가 잘 일치되는 신뢰성 있는 열전달 모델을 개발하고, 열전달 모델을 통해 얻어진 결과를 경압하 조건 최적화를 위한 각 주조속도별로 주편 중심부 내부품질을 분석하여 연속주조에 있어서 중심편석을 저감하기 위한 경압하 기술 적용시 주편 응고지연부의 길이를 정확히 보상하여 주편의 중심편석을 저감하는 동시에 폭방향으로 균일한 품질을 얻고자 하는 최적의 경압하 기술을 적용하는 방법을 구축하여 강종별 중심편석을 저감하는 방법이다.

본 발명은 연주공정에서의 강종에 따른 응고지연부를 도출하여 경압하에 적용하는 기술로서, 탄소함량이 높은 강종일수록 응고지연부, 즉 연주공정에서의 응고구간이 길어지기 때문에 강종의 탄소함량이 증감됨에 따라 응고지연부에 적합한 보상길이를 적용하여 연속주조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 7은 탄소함량이 0.04~0.07%인 강의 응고지연부 길이를 산출하기 위한 그래프도이다. 경압하 구간은 주편의 고상분율이 0.3~0.7인 구간에서 이루어진다. 고상분율이 0.3 미만인 연주구간에서 경압하가 실시되면 주편터짐과 같은 제품결함이 발생되기 쉽고, 고상분율이 0.7을 초과하는 연주구간에서 경압하를 실시하면 경압하 효과를 얻기 어렵다. 따라서, 강종의 구분없이 고상분율이 0.3~0.7인 구간에서 경압하가 적용된다.

상기한 0.3~0.7 범위의 고상분율 구간에서 강종의 탄소함량이 0.04~0.07%일 때, 응고지연부를 0.5m 보상하고, 1.19m/min의 주조속도로 경압하를 실시하였다. 그러나, 도 8에 도시된 바와 같이 주조속도 변경시험을 통해서 얻어진 최적품질 주소속도는 중심편석지수가 가장 낮은 1.18m/min의 최적 주조속도로 나타났다.

따라서, 응고지연부의 보상길이는 0.5m보다 더 보상이 필요한 것으로 나타났고, 이때의 수치는 약 0.69m로 나타났다.

도 9 내지 도 11을 참조하여 탄소함량이 각각 0.08~0.12%, 0.13~0.16%, 0.30~0.55%인 강종에 대한 적정 경압하 구간 및 최적의 경압하 주속조건을 살펴보면, 최적 경압하 주조속도는 경압하 개시 위치를 고상분율이 0.3인 지점으로 설정하였고, 경압하 종료 위치를 고상분율 0.7지점으로 설정하였다. 또한, 응고지연부를 고려하기 위하여 0.5m를 보상하여 경압하 조건을 설정하였다. 그 결과, 열전달 모델에 의한 최적 경압하 주조속도는 탄소함량이 0.08~0.12%일 때 1.15m/min, 0.13~0.16%일 때 1.15m/min, 0.30~0.55%일 때 1.14m/min로 나타났다.

주조속도 변경시험을 통해 얻어진 최적품질의 주조속도는 각 탄소함량별로 응고지연부를 0.5m 보상한 기존 조건에서 평균 0.03m/min 정도로 하향화 해야 하는 것으로 나타났다. 즉, 탄소함량별로 주조속도의 하향정도는 1.15→1.13 m/min, 1.15→1.12 m/min, 1.14→1.10 m/min이다.

따라서 각 탄소함량에 따라 최적의 주편 내부품질 결과로부터 응고지연부의 보상길이가 보정된다.

도 12는 상기 설명한 도 7 내지 도 11의 결과를 종합하여 나타낸 것으로서 최적 주조속도를 하향시킨 상태에서 탄소함량이 각각 0.04~0.07%, 0.08~0.12%, 0.13~0.16%, 0.30~0.55%로 증가될 경우에 폭중앙부 대비 응고지연부의 보상길이가 0.69m, 1.0m, 1.27m, 1.53m로 증가하여야 됨을 나타낸다.

도 13은 본 발명의 기술을 적용한 경우의 폭방향 중심편석 거동을 도시한 그래프도로서, 강종의 탄소함량이 0.15%인 주편을 대상으로 폭중앙부 및 응고지연부의 응고층 두께의 측정결과와 계산결과를 나타낸다. 응고층 두께는 핀삽입법에 의해 측정되었다. 도 13을 참조하면, 응고지연부의 응고층 두께의 측정결과는 계산결과와 잘 일치하였고, 응고지연부의 길이 차이는 대략 1.26m로 나타났다. 핀삽입법에 의해 측정된 응고지연부의 길이와 최적 주속속도 변경시험에서 얻어진 응고지연부의 길이를 거의 일치시켜, 경압하 적용시 폭방향 불균일 응고에 의한 응고지연부의 품질 저하를 방지하기 위해서는 정확하게 응고지연부를 고려한 경압하 구간의 설정이 필요함을 알 수 있었다.

도 14는 탄소함량이 0.15%인 강종을 주조속도 1.12m/min로 하여 경압하 적용한 경우 주편 폭방향으로의 중심편석지수를 도시한 그래프도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 주편 폭방향으로 균일한 주편 품질을 나타내고 있음 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 연주주편의 중심편석을 저감하기 위해서 경압하 기술을 적용함에 있어서, 응고층 두께 및 주편 표면온도 측정으로 구축한 열전달 모델을 이용하여 고상분율 0.3~0.7 구간의 적정 경압하 구간을 도출하고, 주조속도에 따른 주편 품질 비교를 통해 얻어진 최적의 주조속도 결과로부터 강종별로 응고지연부의 최적 보상길이를 도출하여 경압하 기술을 적용하여 주편의 중심편석을 개선시킴과 동시에 폭방향으로 균일한 내부품질을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 슬래브 주편을 생산하는 연속주조공정에 있어서 경압하 기술을 적용하여 연주주편의 폭방향 중심편석을 저감시키는 방법에 있어서,

   상기 주편의 고상분율이 0.3~0.7인 범위에서 폭방향 불균일 응고에 의한 응고지연부의 보상길이를 상기 주편의 탄소함량이 증가됨에 따라 증가시켜 경압하 구간에 적용하는 것을 특징으로 하는 연주주편의 폭방향 중심편석 저감방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 주편의 탄소함량이 0.04~0.07%, 0.08~0.12%, 0.13~0.16%, 0.30~0.55%로 증가되는 경우에 상기 응고지연부의 보상길이를 각각 0.69m, 1.0m, 1.27m, 1.53m로 증가시키면서 경압하 구간에 적용하는 것을 특징으로 하는 연주주편의 폭방향 중심편석 저감방법.

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