KR101068458B1 - 연속 주조를 통한 금속 스트립 제조 방법 및 그 장치 - Google Patents

연속 주조를 통한 금속 스트립 제조 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속 주조를 통해 금속 스트립(1)을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본원의 방법에 따라, 우선 주조기(2)에서 슬래브(3), 바람직하게는 박 슬래브가 주조되고, 주조된 슬래브는 수직 방향(V)에서 수평 방향(H)으로 편향된다. 그리고 상기 슬래브(3)의 이송 방향(F)에서 볼 때 상기 주조기(2)의 후방에서 상기 슬래브(3)는 밀링 머신(4) 내에서 밀링 절삭 공정을 거치게 되되, 이 밀링 머신(4)에서 상기 슬래브(3)의 적어도 하나의 표면이, 바람직하게는 서로 맞은편에 위치하는 2개의 표면이 밀링 절삭된다. 스트립의 압연 시에 상대적으로 더욱 높은 경제성과 향상된 가공 파라미터를 달성하기 위해, 본 발명에 따라, 상기 슬래브(3)의 밀링 절삭 공정은 제1 기계적 가공 단계로서 상기 슬래브(3)가 수평 방향(H)으로 편향된 후에 이루어지되, 상기 슬래브(3)는 적어도 50㎜의 두께를 갖도록 주조되며, 그리고 상기 슬래브(3)는 적어도 350m/min x ㎜의 주조 속도 및 슬래브 두께의 곱으로서 표현되는 질량 유량으로 주조된다. 또한, 본 발명은 연속 주조를 통해 금속 스트립을 제조하기 위한 제조 장치에 관한 것이다.
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연속 주조, 금속 스트립, 슬래브, 주조기, 밀링 머신, 주조 속도

Description

연속 주조를 통한 금속 스트립 제조 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A METAL STRIP BY CONTINUOUS CASTING}
본 발명은 연속 주조를 통해 금속 스트립을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본원의 방법에 따라 우선 주조기에서 슬래브, 바람직하게는 박 슬래브가 주조되고, 주조된 슬래브는 수직 방향에서 수평 방향으로 편향된다. 그런 다음 슬래브의 이송 방향에서 볼 때 주조기 후방에서 밀링 머신에서의 밀링 절삭 공정으로 처리되며, 이때 밀링 머신에서는 슬래브의 적어도 하나의 표면이, 바람직하게는 서로 맞은편에 위치하는 2개의 표면이 밀링 절삭된다.
연속 주조 시스템에서 슬래브를 연속 주조할 시에, 예컨대 진동 흔적, 주조 분말 결함 또는 종방향 및 횡방향으로 연장되는 표면 균열과 같은 표면 결함이 발생할 수 있다. 이런 표면 결함은 통상적인 박 슬래브 주조기에서 발생한다. 그러므로 최종 스트립의 각각의 사용 목적에 따라 통상적인 슬래브로부터 부분적으로 흠을 없애게 된다. 수많은 슬래브는 고객의 요구에 따라 일반적으로 흠을 제거해야 한다. 이와 관련하여 박 슬래브 주조 라인의 표면 품질에 대한 요구는 계속해서 증가하고 있다.
표면 가공을 위해, 흠 제거, 연삭, 또는 밀링 절삭이 제공된다.
흠 제거는, 용융된 재료가 높은 산소 함량을 바탕으로 처리 없이는 다시 용융될 수 없게 된다는 단점이 있다. 연삭 시에 금속 파편이 연삭 휠 분진과 혼합되며, 그러므로 연마분을 처리해야만 한다. 위의 두 방법의 경우 지정된 이송 속도에 적합하게 조정하기가 어렵다.
따라서 우선적으로 밀링 절삭을 통한 표면 가공 공정이 제공된다. 다시 말해, 이런 경우 밀링 절삭밥이 포집되어 다발로 이송되며, 처리 없이 완전하게 다시 용융되어 제조 공정으로 다시 공급된다. 또한, 밀링 커터 속도는 이송 속도(주조 속도, 다듬질 라인 유입 속도)에 맞게 간단하게 조정될 수 있다. 그러므로 발명 대상의 방법 및 그에 해당하는 장치는 일차적으로 밀링 절삭을 고려한 것이다.
연속 주조기 후방에서 각각 개시되거나, 또는 배치되는 밀링 절삭 공정이나, 또는 밀링 머신을 각각 이용하거나, 또는 포함하는 최초에 언급한 형식의 방법 및 장치는 공지되었다. 이에 대해서는 CH 584 085, DE 199 50 886 A1, EP 0 053 274 A1 및 EP 0 881 017 A2가 참조된다.
유사한 장치는 DE 71 11 221 U1에서도 개시된다. 이 인용 참증물은 머신이 주조 시스템과 연결되어 있으면서 주조 열(casting heat)을 이용하여 알루미늄 스트립을 가공하는 점을 나타내고 있다.
R. Borsi 등의 기고 논문 "직접 박 슬래브 압연(Direct Thin Slab Rolling)"(Algoma in Iron and Steel Engineer, 미국 피츠버그 철강 엔지니어 협회, 75권, 5호, 1998년 5월, 62 ~ 64쪽)은 많은 질량 유량을 이용한 연속 주조를 개시하고 있다.
또한, 압연기열 바로 직전에 상부면 및 하부면에서, 또는 일측면에서만 박 슬래브의 표면을 직렬로 재료 제거하는 점(흠 제거, 밀링 절삭 등)도 이미 제안되었다. 이에 대해서는 EP 1 093 866 A2가 참조된다.
표면 밀링 머신의 추가적인 구현예는 DE 197 17 200 A1로부터 공지되었다. 이 경우 특히, 연속 주조기 후방에, 또는 압연기열 전방에 배치되는 밀링 장치의 밀링 절삭 윤곽의 가변성에 대해 기술하고 있다.
예비 스트립을 가공하기 위해 통상적인 열간 압연 스트립 압연기에 제공되는 직렬형 밀링 머신의 또 다른 배치와 그 구성은 EP 0 790 093 B1, EP 1 213 076 B1 및 EP 1 213 077 B1로부터 제안되었다.
그에 반해 JP 1031 4908 A는 주조기 후방에서, 연속 주조된 스트립을 흠 제거하는 점을 기술하고 있다.
DE 199 53 252 A1의 경우, 주조기에서 주조된 스트랜드는 우선 횡방향 절단 장치를 통과하고, 그런 다음 압연 공정으로 처리되기 전에 다양한 로들을 통과하여 안내된다.
이른바 CSP 시스템에서 박 슬래브의 표면 가공 시에, 가공 라인("직렬형")에서 검출된 표면 결함에 따라 고온의 슬래브 표면으로부터 일측 및 양측에서 약 0.1~2.5mm가 제거되어야 한다. 생산량을 너무 심하게 감소시키지 않도록 하기 위해, 가능한 두꺼운 박 슬래브가 권장된다(H = 60 ~ 120㎜).
표면 가공 및 해당하는 장치는 박 슬래브에만 국한되는 것이 아니라, 종래의 두꺼운 슬래브 주조 시스템 후방에서도 직렬로 이용될 수 있을 뿐 아니라, 120㎜ 이상에서, 최대 300㎜까지의 두께로 주조되는 슬래브에서도 적용될 수 있다.
직렬형 밀링 머신은 대개 압연 프로그램의 모든 제품을 위해 이용되는 것이 아니라, 단지 상대적으로 더욱 높은 표면 요건이 요구되는 그런 제품에 대해서만 이용된다. 이런 점은 생산량으로 판단할 때 바람직하며, 밀링 머신 마모를 감소시 키며, 그에 따라 그만한 가치가 있을 정도로 중요하다.
현재, 선행 공지된 기술을 상대적으로 더욱 효율적이고, 그에 따라 상대적으로 더욱 경제적으로 적용하고자 하는 요구가 있다. 따라서, 바람직하게는, 많은 질량 유량 조건에서도 고품질의 박 슬래브를 제조할 수 있도록 하는 것 이상을 그 목적으로 한다.
연속 주조 시스템의 작동 파라미터에 대해서는 하기와 같이 제시할 수 있다:
간단히 주조될 강에 대해 전형적으로 달성될 수 있는 소수의 파라미터 예시에 대한 주조 파라미터는 하기의 도표에서 확인할 수 있다:
속도 v
[m/min]		 두께 d
[mm]		 속도 x 두께 v x d
[m/min x mm]
7 50 350
6 65 390
3.7 100 370
1.7 210 357
여기서 중요한 요소는 대개 작동 범위의 상한에 위치하는 속도이다.
C > 0.3%를 함유하는 상대적으로 높은 강성의 재료, 즉 규소 강과 미소 합금 강의 경우, 속도는 전형적으로 20% 더욱 낮다. 다시 말해 350m/min x mm - 20% = 280m/min x mm이다.
그러나 단점으로서 입증된 점에 따르면, 질량 유량 또는 주조 속도가 높은 경우, 슬래브 표면 품질이 저하된다.
따라서 본 발명의 목적은 최초에 언급한 형식의 제조 방법 및 그 장치에 있어서, 경제성이 상승하면서도 제조 공정 및 가공 공정이 향상될 수 있는 점이 달성될 수 있도록 상기 제조 방법 및 제조 장치를 개선하는 것에 있다. 이와 관련하여, 추가적인 목적은, 특히 주조 스트랜드 또는 제조 공정 내 열의 필요한 공급과 관련하여 최적화하고, 특히 주조 이후 연속되는 압연 공정과 관련하여서도 최적화하는 것에 있다.
본 발명에 따른 상기 목적의 해결 방법은, 제조 방법에 따라, 슬래브의 밀링 절삭 공정은 제1 기계적 가공 단계로서 슬래브가 수평 방향으로 편향된 후에 이루어지고, 슬래브는 적어도 50mm의 두께를 갖도록 주조되며, 그리고 슬래브는 적어도 350m/min x mm의 주조 속도와 슬래브 두께의 곱으로서 표현되는 질량 유량으로 주조되거나, 또는 슬래브의 재료로서 C > 0.3%의 탄소 비율을 함유하는 상대적으로 높은 강성의 재료, 즉 규소 강 또는 미소 합금 강이 이용되는 경우에는 적어도 280m/min x mm의 주조 속도 및 슬래브 두께의 곱으로서 표현되는 질량 유량으로 주조될 수 있으며, 그리고 슬래브의 밀링 절삭 공정은 바람직하게는 수평 방향으로 슬래브가 편향되고 곧바로 이루어지거나, 또는 슬래브가 수평 방향으로 편향되고 열적 보상 구간 및/또는 로를 통과한 후에 이루어지며, 그리고 슬래브 윗면 및 슬래브 밑면이 이송 방향에서 볼 때 동일한 위치에서 밀링 절삭되는 방식으로 슬래브가 밀링 머신에서 밀링 절삭되며, 그리고 슬래브의 윗면 및 밑면에서 밀링 절삭 제거량의 분배는 밀링 커터 또는 밀링 머신의 전방 및 후방에 제공되는 구동 롤러 및/또는 안내판의 수직 위치 조정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
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밀링 머신의 전방 또는 후방에는, 슬래브의 적어도 하나의 표면 파라미터가 측정될 수 있고, 밀링 절삭 시 가공 파라미터는 적어도 하나의 측정된 표면 파라미터에 따라 설정될 수 있다. 적어도 하나의 측정된 표면 파라미터에 따라, 바람직하게는 밀링 절삭 운동이 이루어진다. 또한, 적어도 하나의 측정된 표면 파라미터에 따라, 밀링 머신의 적어도 하나의 밀링 커터가 자신의 종축에 대해 수직을 이루는 수평 축을 중심으로 굽혀질 수 있다.
슬래브는 적어도 하나의 표면 파라미터가 측정되기 전에 세정될 수 있다.
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연속 주조를 통해 금속 스트립을 제조하기 위한 제조 장치에 있어서, 슬래브, 바람직하게는 박 슬래브가 주조되는 주조기가 구비되고, 슬래브의 이송 방향에서 볼 때 주조기의 후방에 적어도 하나의 밀링 머신이 배치되고, 이 밀링 머신 내부에서 슬래브의 적어도 하나의 표면이, 바람직하게는 서로 맞은편에 위치하는 2개의 표면이 밀링 절삭될 수 있는, 상기 제조 장치는, 본 발명에 따라, 이송 방향에서 볼 때 밀링 머신의 전방 및/또는 후방에 슬래브의 적어도 하나의 표면 파라미터를 측정할 수 있는 수단이 제공되며, 그리고 측정된 표면 파라미터에 따라 밀링 머신의 적어도 하나의 밀링 커터를 조정할 수 있는 제어 수단이 제공되는 방식으로 형성된다.
상기 제어 수단은 밀링 커터의 밀링 절삭 운동을 조정할 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 제어 수단은 밀링 커터 종축에 대해 수직을 이루는 수평 축을 중심으로 밀링 커터에 굽힘 모멘트를 공급할 수 있도록 형성된다. 그에 따라 이후에 재차 더욱 상세하게 설명되는 장점이 제공된다.
적어도 하나의 표면 파라미터를 측정하기 위한 수단은, 슬래브 표면에서 균열의 깊이를 측정하기 위한 카메라를 포함할 수 있다. 또한, 측정 수단은 이송 방향에 대해 횡방향으로 배치되는 슬래브의 폭에 걸쳐서 그 슬래브의 기하 구조 형태의 측정을 허용한다.
이와 관련하여 적어도 하나의 표면 파라미터를 측정하기 위한 수단은 밀링 머신의 바로 후방에 배치될 수 있다. 또한, 측정 수단은 이송 방향에서 밀링 머신의 후방에 위치하는 다듬질 라인의 후방에도 배치될 수 있다. 또한, 적합한 점에 따르면, 측정 수단은 이송 방향에서 밀링 머신의 후방에 위치하는 냉각 구간의 후방에 배치된다.
제안된 해결 방법에 따라, 높은 주조 속도를 제공할 수 있으며, 직접적으로 연계하여 연결되는 압연 공정을 최적의 조건에서 가동할 수 있다. 특히 그로 인해 다듬질 라인으로부터 유출되는 스트립의 허용 가능한 스트립 유출 온도가 달성된다.
그로 인해 슬래브, 특히 박 슬래브의 제조가 질적으로 향상된다.
특히 본 발명을 이용하여, 주조 속도를 종래의 수준에서 v x d > 350m/min x mm 내지 약 480 ~ 650m/min x mm의 수준으로, 다시 말해 약 30% 내지 75%만큼 증가시킬 수 있다. 그로 인해 바람직하게는,
시스템의 생산성이 증가할 수 있으며,
저렴한 투자 비용으로 공급되는 연속 주조 시스템으로도 충분히 높은 생산이 가능하며, 그리고
특히 연속적인 주조-압연 시에, 특히 디스케일링 공정 대신에 압연 공정 전에 표면 밀링 절삭이 개시된다면 높은 압연 온도가 보장된다.
바람직하게는 주조 시스템 후방에 배치되는 밀링 머신에서, 또는 경우에 따라서는 또 다른 표면 가공 머신에서 표면 결함이 제거되면서 슬래브의 높은 품질이 제공된다.
고속 주조 시스템과 표면 제거 공정, 특히 밀링 절삭 공정의 연계는 제조되는 제품의 품질, 특히 표면 품질에 매우 중요하다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되어 있다.
도 1 은 연속 주조를 통해 금속 스트립을 제조하기 위한 제조 장치에 있어서, 주조기에 이어서 밀링 머신, 조압연기열, 가열기, 다듬질 라인 및 냉각 구간이 배치되는 상기 제조 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2 는 도 1에 대체되는 본 발명의 구현예에 있어서, 밀링 머신이 로의 후방과 다듬질 라인 및 냉각 구간의 전방에 배치되는, 상기 구현예를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3 은 도 1 또는 도 2에 따르는 제조 장치에 있어서, 본 발명의 대체되는 추가적인 구현예에 따라 형성되는 상기 제조 장치의 전방 영역을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 4 는 도 1 또는 도 2에 따르는 제조 장치에 있어서, 대체되는 추가적인 실시예에 따라, 밀링 절삭 공정에 영향을 줄 수 있는 측정 수단 및 제어 수단이 제공되어 있는, 상기 제조 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 5 는 주조 속도에 대비되어 나타나는 주조 결함의 특성 곡선을 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 6 은 슬래브 길이 또는 시간에 대비되어 슬래브를 밀링 절삭할 시에 이루어지는 밀링 커터의 이송 운동의 특성 곡선에 대한 예시를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 7 은 굽힘 모멘트를 공급받는 밀링 커터를 개략적으로 도시한 정면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
1: 금속 스트립 2: 주조기
3: 슬래브 4: 밀링 머신
5: 열 보상 구간 6: 밀링 커터
7: 밀링 커터 종축 8: 측정용 수단
8': 측정용 수단 9: 다듬질 라인
10: 냉각 구간 11; 스트랜드 세그먼트
12: 조압연기열 13: 로
14: 디스케일링 장치
15: 유지로/롤러 테이블 캡슐부
16: 유도 가열기 17: 지지 롤러
18: 개회로/폐회로 제어 수단 19: 절삭날
20: 굽힘 곡선 21: 구동 롤러
22: 안내판 F: 이송 방향
V: 수직 방향 H: 수평 방향
d: 슬래브 두께 v: 주조 속도
v x d: 주조 속도와 슬래브 두께의 곱으로 표현되는 질량 유량
M: 굽힘 모멘트 FF: 힘
도 1은 연속 주조를 통해 금속 스트립(1)을 제조하기 위한 제조 장치를 도시하고 있다. 대응하는 슬래브(3)는 주조기(2)에서 공지된 방식으로 연속 주조된다. 슬래브(3)는 바람직하게는 박 슬래브이다. 스트랜드 세그먼트(11) 내에서 주조된 스트랜드는 공지된 방식으로 수직 방향(V)의 배향에서 수평 방향(H)으로 편향되거나, 또는 만곡된다. 수평 방향(H)으로 편향된 직후에, 측정용 수단(8)에 의해 프로파일 측정 및 표면 검사가 이루어질 수 있다. 그에 따라 슬래브의 표면 성질뿐 아니라, 그 기하 구조 형상이 검출될 수 있다.
이송 방향(F)에서 수단(8)에는 밀링 머신(4)이 연결된다. 이 밀링 머신(4) 내에서 슬래브(3)는 자체 윗면 및 밑면이 밀링 절삭될 수 있다.
본질적으로 슬래브(3)의 밀링 절삭 공정은 제1 기계적 가공 단계로서 높은 주조 속도 조건에서 그 슬래브(3)가 수평 방향(H)으로 편향된 후에 이루어진다. 특히 여기서 슬래브(3)는 수평 방향(H)으로 편향된 직후에 밀링 절삭된다.
고속 주조되는 박 슬래브로서 슬래브를 제조할 시에, 특히 주조 공정 직후에 밀링 절삭 공정을 배치함으로써, 이하에서 계속해서 확인할 수 있는 바와 같은 장점이 제공된다. 다시 말해, 주조 결함은, 주조 속도가 상승함에 따라, 직후에 이루어지는 밀링 절삭 공정으로 후속하는 공정 단계를 위한 슬래브를 준비해야만, 전체적으로 매우 경제적인 공정이 가능한 정도로 증가한다.
그에 따라서, 적어도 50mm의 두께를 갖는 슬래브(3)가 주조되게끔 하는 노력이 이루어지고 있다. (주조 속도와 슬래브 두께의 곱으로 표현되는) 질량 유량으로서는 적어도 350m/min x mm의 값이 적합하다. 이와 같은 공정 파라미터와 훨씬 앞서 이루어지는 슬래브의 밀링 절삭 공정의 연계로 인해, 다듬질 시에 달성할 수 있는 슬래브 품질 및 경제성과 관련하여 큰 장점이 제공된다.
도 1에 따른 해결 방법의 경우, 밀링 머신(4) 후방에는 조압연기열(12)이 배치된다. 그런 다음에는, 본 실시예에서 유도 가열기로서 형성되는 로(13)가 배치된다. 그런 다음 디스케일링 장치(14)를 통과하여 슬래브는 다듬질 라인(9)에 도달하게 된다. 이송 방향(F)에서 상기 다듬질 라인 후방에는 냉각 구간(10)이 배치된다.
도 1에 도시한 시스템은 특히 슬래브(3)의 연속 압연에 매우 적합하다. 주조 공정과 압연 공정을 결합함으로써, 높은 주조 속도에서도 시스템 내에 경제적인 공정 및 열 평형(heat balance)이 제공된다.
도 2에 도시된 대체되는 시스템은 유사한 구성을 갖지만, 특히 조합된 연속식 압연 공정, 또는 교호적인 비연속식 압연 공정에 적합하다.
도 1에 따른 해결 방법과 일치하는 점은, 주조된 스트랜드가 수평 방향(H)으로 편향된 후 수단(8)에 의한 프로파일 측정 및 표면 검사이다. 그런 다음 스트랜드는 유지로, 또는 롤러 테이블 캡슐부(15)를 통과하게 된다. 이 유지로 또는 롤러 테이블 캡슐부에는 유도 가열기로서 형성되는 로(13)가 연결된다.
다듬질 라인 전방에 디스케일링 장치(14)가 배치되는 것 대신에, 온도 최적화를 위해, 밀링 머신(4)이 다듬질 라인(9)의 전방에 배치되며, 그리고 개별 롤 스탠드들 사이에는 유도 가열기(16)가 배치될 수 있다. 이송 방향(F)에서 볼 때 마지막으로 냉각 구간(10)이 배치된다.
도 3에 따른 해결 방법은, 주조된 슬래브(3)의 편향 후에 (이 실시예에서도 역시 제공되는 측정 수단(8)은 제외하고) 밀링 머신(4)이 곧바로 배치되는 것이 아니라, 슬래브(3)가 롤러 테이블 캡슐부 형태의 열 보상 구간(5) 또는 온도 유지 구간을 재차 통과하는 점에서, 도 1 및 도 2에 따른 해결 방법과 차이가 있다. 이 실시예에서도 밀링 머신(4)의 두 밀링 커터(6)는 상하에 배치되어, 슬래브(3)의 윗면 및 밑면을 동시에 가공하며, 그리고 밀링 커터들의 전방 및 후방에 배치되는 구동 롤러(21) 및 안내판(22)에 의해서, 이 두 부재의 수직 위치에 대한 대응하는 조정을 통해, 슬래브의 윗면 및 밑면에 대한 밀링 절삭 제거량의 분배가 이루어진다.
도 3에 도시된 시스템은 특히 고속 주조를 통해 상대적으로 더욱 두꺼운 슬래브를 제조하는데 적합하지만, 그렇다고 박 슬래브에 대한 적용이 절대 배제되는 것은 아니다. 그리고 가능한 조밀하게 주조기(2)의 후방과 밀링 머신(4)의 전방에 롤러 테이블의 단열부가 배치된다.
도 4로부터 알 수 있듯이, 밀링 머신(4) 내부에서 이루어지는 밀링 절삭 공정은 밀링 절삭 파라미터와 관련하여 폐쇄된 제어 회로에서 이루어질 수 있다.
이런 경우 슬래브(3)는 로(13)로부터 밀링 머신(4)으로 공급되고, 이 밀링 머신 전방에는 측정용 수단(8)이 배치된다. 이런 측정용 수단에 의해서는 프로파일 측정 또는 표면 검사가 실행될 수 있다.
또한, 도 4에 따른 실시예의 경우, 밀링 머신(4) 내부에서 슬래브(3)의 윗면 및 밑면이 가공되지만, 다시 말하면 밀링 절삭되지만, 그러나 그 윗면 및 밑면에 대한 가공은 이송 방향에서 볼 때 약간 서로 이격된 두 곳의 위치에서 이루어진다. 밀링 커터(6)는 지지 롤러(17)와 상호 작용한다. 밀링 머신(4)의 후방에는, 재차 측정용 수단(8)이 배치된다. 슬래브(3)는 표면 가공 후에 높은 온도를 보유하는 조건에서 다듬질 라인(9)으로 공급된다. 그리고 이 다듬질 라인(9) 후방에는 재차 측정용 수단(8)이 배치된다.
측정용 수단(8)은 스트립 형태(스키 형태)를 광학 측정하기 위한 측정 부재를 포함할 수 있으며, 이와 관련하여 이송 방향에서 최전방에 위치하는 수단(8)에 대해 부재 번호 8'가 표시되어 있다. 또한, 측정용 수단들은 슬래브 프로파일 및 온도 측정 부재들을 포함할 수 있다.
그 외에도 도 4로부터 알 수 있듯이, 입력 변수로서 슬래브의 윗면 및 밑면의 밀링 절삭량에 대한 설정값 이외에도 측정 수단(8)의 측정값들을 수신하는 개회 로/폐회로 제어 수단(18)이 제공된다. 이 개회로/폐회로 제어 수단은 저장된 알고리즘에 따라 밀링 머신(4)에서 실행되는 밀링 절삭 공정을 개회로/폐회로 형식으로 제어한다.
이와 관련하여 우선적으로 밀링 절삭량을 생각해볼 수 있다. 다시 말하면 슬래브(3)에서 제거될 재료의 량을 정의하는 롤 모양의 밀링 커터(6)의 이송 운동을 생각해볼 수 있다. 이는 윗면 및 밑면에 대해 (측정된 값에 따라서) 독립적으로, 그리고 서로 다르게 이루어질 수 있다.
밀링 절삭량의 유도는 슬래브의 표면 검사로 이루어지며, 그리고 균열 및 기하 구조 형태가 고려된다. 이로부터 슬래브 길이에 걸친 상이한 제거(이송 운동)가 제공된다.
또한, 밀링 커터 이송 운동의 결정 시에, 마모 간격, 밀링 절삭 용적, 밀링 절삭 속도, 재료 강성 등에 따라 마모를 산출하는 절삭날 마모 모델에서 계산된 밀링 커터의 절삭날 마모 정도 역시도 고려된다.
또한, 측정된 값에 따라 고정된 밀링 절삭량을 결정할 수도 있다.
그 외에도 밀링 커터 형태 및 굽힘은 측정된 프로파일에 따라 적합하게 적응할 수 있다(도 7 참조).
밀링 머신(4)의 후방에서는 표면 결과를 검사할 수 있으며, 경우에 따라 측정된 값이 만족스럽지 못하면 재조정을 실시할 수도 있다.
제안된 처리 방법의 배경에 대해서는 우선 도 5가 고려된다. 도 5에는 주조 속도(v)에 대비되어 나타나는 주조 결함(E)과, 특히 이 주조 결함의 빈도의 특성 곡선이 도시되어 있다. 주조 속도의 범위 중 파선에까지 도달하는 범위는 박 슬래브의 표준 적용 영역이며, 이때 슬래브 두께는 예컨대 60mm이다. 마찬가지로 중요한 주조 속도 및 주조 두께의 곱은 파선에서 v x d = 360m/min x mm이다.
만일 주조 속도 또는 주조 두께 및 속도의 곱이 계속해서 증가하면, 주조 결함은 강하게 증가하게 된다.
도 5는 시간(t) 또는 슬래브 길이에 대비되는 밀링 절삭 제거 또는 밀링 커터 이송 운동을 개략적으로 도시하고 있다. 실선은 슬래브의 윗면에 적용되며, 파선은 슬래브의 밑면에 적용된다. 밀링 절삭 제거, 다시 말해 이송 운동(s)은 검출된 결함에 따라 결정된다. 이와 관련하여, 슬래브의 윗면 및 밑면에 대해 서로 다른 값이 사전 설정될 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 밀링 절삭 작동 중에 측정된 값에 따르는 밀링 절삭 결과에 대해 특히 바람직하게 영향을 미칠 수 있는 방법을 도시하고 있다.
도 7에는 개략적으로 도시한 절삭날(19)을 포함하여 롤 모양으로 형성된 밀링 커터(6)가 도시되어 있다. 밀링 절삭 공정에 의해 그에 상응하게 슬래브(3) 상에 투영되는 밀링 커터 윤곽은, 굽힘 모멘트(M)가 밀링 커터(6) 내로 유도됨으로써 영향을 받을 수 있게 된다. 굽힘 모멘트(M)는 밀링 커터 종축(7)에 대해 수직으로 위치하는 수평 축을 중심으로 회전한다.
굽힘 모멘트(M)는, 밀링 커터(6)의 단부측 축 저널 내로 유도될 수 있는 두 배의 힘(FF)에 의해 생성될 수 있다. 라인(7)이 변형되지 않은 상태에서 밀링 커터 종축을 표시하는 반면, 굽힘 곡선(20)은 힘(FF)이 유도될 때 생성된다. 그런 후에 밀링 커터(6)는 도시한 바와 같이 굽혀지게 된다. 그에 따라 밀링 커터(6)의 굽힘 거동이 힘(FF)에 따라 알게 되므로, 슬래브 폭에 걸쳐 측정되는 볼록면이 측정될 때 밀링 절삭 결과에 목표한 바대로 영향을 미칠 수 있다. 그에 따라 상기 볼록면은 굽힘 모멘트(M)를 밀링 커터(6)에 공급함으로써 목표한 바대로 영향을 받고, 다시 말하면 제거될 수 있다.
그에 따라 마찬가지로 측정된 슬래브 프로파일 또는 측정된 슬래브 형태에 대한 밀링 절삭 공정의 동적 적응이 이루어질 수 있다.
부재 번호 7과 20은 두 부하 상태에서 확인되는, 밀링 커터(6)의 각각의 중립축을 나타낸다.
밀링 절삭 제거, 다시 말해 이송 운동은 슬래브 폭에 걸쳐 서로 상이하게 조정될 수 있거나, 또는 유입되는 슬래브 형태에 적응될 수 있다. 폭에 걸쳐 조정하기 위한 제어 부재로서는 밀링 커터 굽힘 장치가 이용된다.
요컨대 본 발명에 따른 제안은 하기와 같이 정리될 수 있다:
CSP 시스템의 제조는 주조기에 의해 결정되기 때문에, 본 발명은 높은 주조 속도를 갖는 주조기의 설계를 제공한다. 주조 속도가 극도로 상승할 시에는, 종래의 주조 시스템을 이용하여 2개의 스트랜드를 제조하는 CSP 시스템 대신에, 대체되는 방법에 따라 고속 주조기를 포함하는 1-스트랜드 CSP 시스템이 바람직하다.
높은 주조 속도는, 특히 다듬질 라인으로부터 유출되는 스트립의 유출 온도 를 수용할 수 있도록 하기 위해 주조 공정 및 압연 공정이 결합된 경우(주조-압연 시스템)에 필요하다.
그러나 주조 속도가 증가함에 따라 표면 결함(예: 슬라이버(sliver) 등)은 초과 비례하는 식으로 증가하게 된다(도 5 참조). 그러므로 높은 주조 속도를 선택할 시에는, 더욱 악화되는 박 슬래브 표면 품질을 표면 가공 머신으로 보상해야 하며, 이를 위해 본 발명은 밀링 절삭 공정을 제공한 것이다. 다시 말해 박 슬래브 고속 주조는, 높으면서도 수용할 수 있는 스트립 표면 품질을 보장할 수 있도록, 박 슬래브 표면 가공 머신을 동시에 이용할 때 그만한 가치가 있다.
특히 제안되는 점에 따르면, 50mm 이상의 두께, 및/또는 350m/min x mm 이상의 질량 유량(속도 x 두께)을 갖는 박 슬래브의 경우, 주조 시스템의 후방 라인, 로의 내부, 또는 압연기열의 전방에 제공되는 박 슬래브 표면 가공이 실행된다. 예컨대 목표되는 박 슬래브 두께는 주조 속도가 6 ~ 9m/min일 때 약 60 ~ 110mm이다. 지금까지의 표준 질량 유량은 더욱 낮아진다.
주조 속도의 증가는 박 슬래브 시스템에만 가치가 있는 것은 아니다. 두꺼운 슬래브 시스템(H>110mm)에 대해서도 바람직한 적용을 생각해 볼 수 있다. 이런 경우, 가능한 한 높은 슬래브 온도를 유지하면서 높은 주조 속도 조건에서 밀링 절삭 공정이 개시될 수 있도록, 밀링 머신은 가능한 조밀하게 연속 주조 시스템의 후방에 배치되거나, 또는 주조 시스템(마지막 세그먼트 롤러)을 벗어나면서 밀링 머신에 이르는 영역에 롤러 테이블 캡슐부가 제공된다.
슬래브 두부 및/또는 슬래브 단부에서는 필요에 따라 (밀링 커터 손상을 방 지할 목적으로) 밀링 절삭 공정이 배제될 수도 있다. 만일 바람직하지 못한 표면 형태(크로스바우, 스키, 또는 기타 비균일성)가 광학적으로 검출된다면, 선택적으로 그 표면 형태에 따라, 밀링 절삭량과, 밀링 절삭 개시와, 밀링 절삭 종료와 밀링 커터 프로파일 조정이 이루어지게 된다.
밀링 절삭 제거를 최소화하고, 슬래브 유입 프로파일에 부합하게 조정할 수 있도록 하기 위해, 밀링 커터 절삭날 장치는 폭에 걸쳐서 "밀링 커터 크라운"("롤 크라운"과 유사함)을 형성한다. 슬래브 형태에 대한 동적 적응을 위해, 도 7에 따라 설명한 밀링 절삭 롤 저널 굽힘이 제공된다.
표면의 직렬형 밀링 절삭 시에, 각각의 밀링 머신 장치에 따르는 슬래브 속도(v슬래브)는, 주조기 또는 압연기열에 의해 사전 설정된다. 다시 말해 전진 이송은 밀링 머신에 의한 영향을 받지 못한다. 항시 최적의 밀링 절삭 조건을 설정하기 위해, 바람직하게는 밀링 커터 회전 속도(n밀링 커터)는 하기 방정식에 상응하게 적응된다.
n밀링 커터 = K x v슬래브.
위의 식에서 K는 실험으로 측정된 재료 의존 계수이다.
밀링 커터 회전 속도는 도 4에 도시된 바와 같이 표면 센서로 밀링 절삭 결과를 감시하는 밀링 절삭 모델에 의해 제어된다.
도시한 실시예에 따라, 윗면과 밑면에 각각의 밀링 절삭 롤이 제공된다. 표면당 요구되는 밀링 절삭 제거가 높을 시에, 또는 재료가 매우 경질일 시에, 윗면 및 밑면 각각에 대해 2개의 밀링 유닛을 연이어 배치하는 점도 생각해 볼 수 있다.
롤 밀링 커터의 이용에 대해 대체되는 실시예에 따르면, 제공되는 위치에 페이스 커터와 같은 또 다른 밀링 커터, 또는 연삭 공구 또는 그 외 표면 제거 공구(예: 흠 제거 머신)의 이용도 가능하다.
밀링 커터의 절삭날용 절삭날 재료로서는, 특히 HSS; 비코팅되거나, 또는 바람직하게는 코팅된 경질 재료; 세라믹; 다결정성 절삭 재료가 제공될 수 있다. 대개는 통상적인 인덱서블 커팅 인서트(indexable cutting insert)를 이용할 수 있다.
언급했듯이, 로의 전방 및/또는 후방에, 또는 밀링 머신의 전방에서 표면 검사(카메라, 균열 검사, 거칠기 검사)를 실시하는 점이 권장된다. 측정된 신호는 밀링 절삭 제거의 최적화된 적용을 위해 이용된다. 이로부터, 하나 또는 그 이상의 표면을, 또는 부분적인 길이 영역만을 밀링 절삭할지 여부와 설정할 제거량을 유도할 수 있다. 정확하고 확실한 표면 분석을 실시하기 위해, 바람직하게는 검사 전에 슬래브의 디스케일링 장치 또는 세정 장치를 배치한다.
라인 내 슬래브 검사는 추가로 주조 시스템의 작용을 감시하기 위해 이용된다. 다시 말하면, 전자기식 브레이크의 작용 감시, 영구 주형 진동 곡선의 최적화; 고속 조건에서 표면의 감시; 균열, 주조 분말 결함 및 이전 제조 공정 단계에서 발생한 기타 주조 결함의 검출;을 위해 이용된다.
추가로 표면 검사를 통한 밀링 절삭 결과 또는 일반적인 표면 상태의 점검은, 밀링 머신의 바로 후방에, 다듬질 라인의 후방에 또는 냉각 구간의 후방에서 실시할 수 있다. 결과는 해당 위치에서 감시되고, 밀링 절삭 모델(알고리즘)에 의해 적응되는 방식으로 밀링 절삭량이 최적화되거나, 또는 최소화되며, 그에 따라 전체 시스템에 도입된다.
밀링 커터 또는 밀링 머신은 다양한 위치에서 이용할 수 있다. 다시 말하면, 밀링 커터 또는 밀링 머신은 주조 시스템 후방에, 로의 내부에, 또는 압연기열의 전방에서 이용할 수 있다. 바람직하게는 밀링 커터 또는 밀링 머신은, 특히 연속적인 주조-압연 공정에서 특히 바람직한 점에 따라 압연기열 내에서의 높은 스트립 온도를 달성하기 위해, 디스케일러 대신 변형 직전에 이용할 수 있다.
밀링 절삭 제거, 밀링 절삭 개시 및 밀링 절삭 종료의 제어와 밀링 커터 회전 속도의 조정은 바람직하게는 밀링 절삭 모델에 의해 이루어진다. 밀링 절삭 모델은, 밀링 커터의 이송 운동을 결정하기 위해, 설정값, 측정 수단의 측정값, 계산된 절삭날 마모, 이전 밀링 절삭량의 경험 값을 고려한다(적응형).
또한, 밀링 절삭 제거량이 상대적으로 높을 시에 표면당 다수의 밀링 커터를 배치할 수 있다.
롤 밀링 커터의 이용에 대체되는 실시예에 따라, 페이스 커터도 이용할 수 있다. 그러나 기본적으로 또 다른 제거 방법을 이용할 수 있다. 예컨대 연삭 공구, 또는 그 외 기계식 또는 용융식 제거 공구(예: 흠 제거 머신)도 이용할 수 있다. 흠 제거는 고속의 연속 주조 시에 적합하다.
본 발명에 따라 지정되고 밀링 절삭 공정으로 설명되는 제1 기계적 가공 단계는, 밀링 절삭 공정 이전에는 항시 연속 주조 시에 전형적으로 이용되는 그런 기 계적 가공이 실행되지 않는 방식으로 이해되어야 한다. 예컨대 밀링 절삭 공전 전에, 크기에 있어서 방법의 전형적인 범위를 벗어나는 극미한 기계적 가공(예컨대 여하히 전형적으로 존재하는 소형 스탠드, 또는 드라이버에서 수 밀리미터의 두께가 감소하는 극미한 압연 공정)이 이루어져야 하는 점에 한해서, 이는 본 발명에 따른 의미에서 제1 기계적 가공으로 간주하지 않는다.

Claims (21)

  1. 연속 주조를 통해 금속 스트립(1)을 제조하기 위한 제조 방법으로서,
    먼저 주조기(2)에서 슬래브(3)가 주조되고, 이 주조된 슬래브는 수직 방향(V)에서 수평 방향(H)으로 편향되며, 그리고 상기 슬래브(3)의 이송 방향(F)에서 볼 때 상기 주조기(2)의 후방에서 상기 슬래브(3)는 밀링 머신(4) 내에서 밀링 절삭 공정으로 처리되며, 이때 상기 밀링 머신(4)에서 상기 슬래브(3)의 적어도 하나의 표면이 밀링 절삭되는, 상기 제조 방법에 있어서,
    제1 기계적 가공 단계로서의 상기 슬래브(3)의 밀링 절삭 공정은 상기 슬래브(3)가 수평 방향(H)으로 편향된 후에 이루어지고,
    상기 슬래브(3)는 적어도 50mm의 두께(d)를 갖도록 주조되며,
    상기 슬래브(3)는 적어도 350m/min x mm의 주조 속도와 슬래브 두께의 곱(v x d)으로 표현되는 질량 유량으로 주조되며,
    제2 기계적 가공 단계로서의 상기 슬래브(3)의 밀링 절삭 공정은 상기 슬래브(3)가 수평 방향(H)으로 편향되고 열 보상 구간(5)과 로(13) 중의 적어도 하나를 통과한 후에 이루어지며,
    슬래브 윗면 및 슬래브 밑면이 이송 방향(F)에서 볼 때 동일한 위치에서 밀링 절삭되는 방식으로, 상기 슬래브(3)가 상기 밀링 머신(4)에서 밀링 절삭되며, 그리고
    상기 슬래브(3)의 윗면과 밑면에 대한 밀링 절삭 제거량의 분배는, 상기 밀링 커터(6) 또는 상기 밀링 머신(4)의 전방 및 후방에 각각 배치되어 있는 구동 롤러(21)와 안내판(22) 중의 적어도 하나의 수직 위치 조정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 주조를 통한 금속 스트립 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 밀링 머신(4)의 전방 또는 후방에서 상기 슬래브(3)의 표면 파라미터인 상기 슬래브(3) 표면의 균열의 깊이가 측정되는 것을 특징으로 하는 연속 주조를 통한 금속 스트립 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 측정된 슬래브(3) 표면의 균열의 깊이에 따라, 밀링 절삭 깊이가 결정되는 것을 특징으로 하는 연속 주조를 통한 금속 스트립 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 측정된 슬래브(3) 표면의 균열의 깊이에 따라, 상기 밀링 머신(4)의 적어도 하나의 밀링 커터(6)가 자체 종축(7)에 대해 수직을 이루는 수평 축(M)을 중심으로 굽혀지는 것을 특징으로 하는 연속 주조를 통한 금속 스트립 제조 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬래브(3)는, 슬래브(3) 표면의 균열의 깊이가 측정되기 전에 세정되는 것을 특징으로 하는 연속 주조를 통한 금속 스트립 제조 방법.
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