KR101108316B1 - 용융 금속의 연속 주조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기력에 의해 주조편 표면 성상을 개선하면서 주조편 내부에 포착되는 비금속 개재물이나 기포를 저감할 수 있는 용융 금속의 연속 주조 방법을 제공하는 것으로, 주형(1) 주위에 주조 공간(8)을 둘러싸듯이 배치한 전자기 코일(4)에 교류 전류를 흘려 메니스커스 형상을 제어하여 주조편 표면 성상을 개선하면서, 침체 노즐(5)의 토출구(6)를 상향으로 하고, 또한 토출구(6)로부터의 토출류(14)의 방향이 주형 단변과 메니스커스의 교점(A)보다도 상방을 향하게 한다. 이에 의해, 토출류 내의 비금속 개재물이나 기포는 메니스커스 도달부에 있어서 메니스커스(11)의 연속 주조 파우더에 흡수된다. 또한, 토출류(14)는 전자기 코일(4)에 기인하는 전자기력을 받아 주조편 두께 방향의 토출류의 확산이 억제되어 토출류(14)는 장변 셀(12)에 접촉되지 않으므로 토출류(14)로부터 장변 셀(12)로의 비금속 개재물이나 기포의 포착도 억지할 수 있다.

주형, 주조 공간, 전자기 코일, 토출류, 셀

Description

용융 금속의 연속 주조 방법{MOLTEN METAL CONTINUOUS CASTING METHOD}

본 발명은 용융 금속의 연속 주조 방법에 관한 것으로, 특히 주형 내에 있어서의 용융 금속 흐름의 개선에 관한 것이다.

용융 금속의 연속 주조 방법에 있어서는, 주조편을 형성하는 주조 공간의 사방을 수냉 동판에 의해 둘러싼 주형을 사용하여 주형 내에 용융 금속을 주입하여 주형에 접하는 용융 금속 부분이 응고되어 셀(cell)을 형성하고, 셀이 성장하면서 주형 하부로부터 인발되어 최종적으로 응고가 완료되면 연속 주조 주조편이 형성된다.

주조편 형상이 편평 형상인 슬래브의 연속 주조에 있어서는 주형 내의 주조 공간도 직사각형 단면이다. 단면이 직사각형인 장변(長邊)에 면하는 주형면을 장변면(長邊面), 직사각형의 단변(短邊)에 면하는 주형면을 단변면(短邊面)이라고 한다. 용융 금속은 침지 노즐을 통하여 주형 내로 공급된다. 침지 노즐은 저부를 갖는 원통 형상이며, 침지 노즐 하단부 부근에 주조 공간의 길이 방향 양 방향을 향하는 토출구가 개방되어, 토출구로부터 용융 금속이 주형 내로 토출된다. 침지 노즐 토출구로부터의 토출류는 주형 내 용융 금속 풀 내를 진행하다 주형 단변에 충돌하여 상향류와 하향류로 나뉜다.

주형 내에 형성된 용융 금속 풀의 표면에는 연속 주조 파우더가 공급되어 층을 이루고, 용융 금속의 열에 의해 용융되어 주형과 셀의 간극으로 유입되어 파우더 필름을 형성하여, 주형과 셀 사이의 윤활제로서 기능한다. 주형은 항상 상하 방향으로 진동하여(오실레이션이라고 한다), 파우더 필름의 유입을 촉진하여 주조편의 인발을 용이하게 하고 있다. 한편, 주조편 표면에는 주형 오실레이션에 기인하여 오실레이션 마크라고 불리는 요철이 형성된다.

주형 주위에 주조 공간을 둘러싸는 전류 유로를 갖는 전자기 코일을 배치하여 이 전자기 코일에 교류 전류를 흘리면 주형 내의 용융 금속에 핀치력이 작용한다. 일본 특허 출원 공개 소52-32824호 공보에는 용융 금속의 메니스커스 근방에이 전자기력을 작용시켜, 이에 의해 주형 내 메니스커스 근방의 용융 금속이 주형벽으로부터 분리되는 방향으로 힘을 받아, 메니스커스를 강하게 만곡시키는 동시에 주형과 셀 사이의 갭을 확대하여 파우더 유입을 촉진하여 오실레이션 마크를 경감시켜 주조편 표면 형상을 개선하는 발명이 기재되어 있다.

한편, 이와 같이 작용하는 전자기력은 동시에 주형 내의 용융 금속 풀에 전자기 유도 흐름을 형성한다. 전자기 유도 흐름은, 전자기 코일의 높이 방향 중심에 있어서 셀로부터 용융 금속 풀 중심을 향하는 흐름이 발생하여 풀 중심에 있어서 상향류와 하향류로 분류된다. 전자기 코일의 상반부에 대응하는 부위에서는 풀 중심에서 상향류, 메니스커스부에서 외향류, 셀 부근에서 하향류가 되는 회전류가 형성된다. 전자기 코일의 하반부에 대응하는 부위에서는 풀 중심에서 하향류, 전자기 코일 하단부 부근에서 외향류, 셀 부근에서 상향류가 되는 회전류가 형성된 다.

일본 특허 출원 공개 평11-188460호 공보에 있어서는 원형 또는 각(角) 형상의 주조 단면을 갖는 빌렛을 주조하는 예에 있어서, 하향 방향으로 개구된 토출구를 갖는 용융 금속 주입 노즐을 토출구가 전자기 코일의 중심보다 하방에 위치하도록 배치하여 용융 금속을 용융 금속 주입 노즐의 토출구로부터 주형 내로 주입하는 연속 주조 방법이 기재되어 있다. 일본 특허 출원 공개 평11-188460호 공보에 기재된 것은 이에 의해, 용융 금속 풀 중심에서 상향으로 흐르는 회전류에 대하여, 용융 금속 주입 노즐로부터의 토출류가 영향을 미치지 않으므로, 표면 성상이 우수한 주조편이 주조되게 되어 있다.

정련로에서 탈탄을 위한 산소 정련을 행한 용융 금속에는 자유 산소가 포함되므로, 정련로로부터 레이들로 용융 금속을 이동 주입할 때, 용융 금속 중에 산화력이 강한 탈산제를 첨가하여 자유 산소를 산화물로 한다. 생성된 비금속 산화물은 대부분이 용융 금속 내에서 부상 분리되나, 일부는 용융 금속 중에 부유된 채 턴디쉬로 이동 주조된다. 그로 인해, 턴디쉬로부터 침지 노즐을 경유하여 주형 내로 공급되는 용융 금속 중에는 비금속 개재물이 포함되어 있다. 또한, 용융 금속 중의 비금속 개재물이 침지 노즐의 내벽에 부착되는 것을 방지하기 위해, 침지 노즐 내에 비산화성 가스의 분사가 행하여진다. 분사된 비산화성 가스는 용융 금속 중에 취입되어 기포가 되어 용융 금속과 함께 이동한다. 용융 금속 중의 이들 비금속 개재물이나 기포는 침지 노즐의 토출구로부터 토출류와 함께 주형 내로 공급된다. 비금속 개재물이나 기포가 주조편에 취입되면 품질 결함이 되므로 가능한 한 주형 내의 용융 금속 내에서 부상시켜 메니스커스를 덮는 연속 주조 파우더 내로 도입하여 분리하는 것이 바람직하다.

최근의 연속 주조에 있어서는, 메니스커스 바로 아래에 수직부를 설치한 수직 벤딩 타입으로 하여 이 수직부에서 비금속 개재물이나 기포의 부상 분리의 촉진을 도모하고 있다. 또한, 침지 노즐의 토출구로부터의 토출류가 주형 단변에 충돌한 뒤, 주형 단변을 따라 하방으로 흐르는 흐름이 너무 강하면 이 흐름을 타고 비금속 개재물이나 기포가 주조편의 심부에 도달하여 응고 주조편에 취입되게 된다.

주형의 주위에 주조 공간을 둘러싸듯이 배치한 전자기 코일에 교류 전류를 흘림으로써 메니스커스 형상을 제어하여 주조편 표면 성상을 개선할 수 있다. 그러나, 전술한 일본 특허 출원 공개 평11-188460호 공보에 기재한 바와 같이 하향 방향으로 개방된 토출구를 갖는 용융 금속 주입 노즐을, 토출구가 전자기 코일의 중심보다 하방에 위치하도록 배치하여 주조를 행하면 주조편 표면 성상의 개선은 얻어지기는 하나, 주조편의 내부에 포착되는 비금속 개재물이나 기포에 대해서는 충분히 저감시킬 수 없다.

본 발명은 전자기력에 의해 주조편 표면 성상을 개선하면서 주조편 내부에 포착되는 비금속 개재물이나 기포를 저감할 수 있는 용융 금속의 연속 주조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일본 특허 출원 공개 평11-188460호 공보에 기재된 하향 방향으로 개구된 토출구(6)를 갖는 침지 노즐(5)을 이용한 경우[도 2의 (c)]는 물론 수평 방향, 혹은 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 약간의 상향 방향으로 개구된 토출구(6)를 갖는 침지 노즐(5)이라도, 토출구(6)로부터의 토출류(14)가 주조편의 단변 셀(13)에 충돌하는 방향에서 토출되는 한, 토출류(14)가 충돌한 단변 셀(13)의 부근에 비금속 개재물이나 기포가 포착되는 것이 판명되었다. 또한, 토출구로부터의 토출류(14)는 도 4의 (c), (d)에 도시한 바와 같이 토출구(6)로부터 이격됨에 따라 주조편의 두께 방향으로 확산되어 단변에 충돌하기 이전에 양 사이드의 장변 셀(12)에 접하게 된다. 그리고 토출류(14)가 장변 셀(12)에 접촉되면 그 부위에서 비금속 개재물이나 기포가 장변 셀(12)에 포착되는 것이 판명되었다.

그에 대하여, 도 3에 도시한 바와 같이 주형(1)의 주위에 주조 공간(8)을 둘러싸듯이 배치한 전자기 코일(4)에 교류 전류를 흘려 메니스커스 형상을 제어하여 주조편 표면 성상을 개선하면서, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이 침지 노즐(5)의 토출구(6)를 상향으로 하고, 또한 토출구(6)로부터의 토출류(14)의 방향이 주형 단변과 메니스커스의 교점(A)보다도 상방을 향하도록 하면 토출류(14)는 단변 셀(13)에 충돌하기 전에 메니스커스(11)에 도달하게 된다. 그 결과, 토출류 중의 비금속 개재물이나 기포는 메니스커스 도달부에 있어서 메니스커스(11)의 연속 주조 파우더에 흡수된다. 또한, 토출구(6)로부터 메니스커스(11)까지의 토출류(14)에는 전자기 코일(4)에 기인하는 전자기력을 받아 장변 셀로부터 주조편 중심을 향하는 힘이 가해지므로 주조편 두께 방향의 토출류의 확산이 억제되어, 도 1의 (b), 도 4의 (a)(b)에 도시한 바와 같이 토출류(14)는 장변 셀(12)에 접촉하는 일 없이 메니스커스(11)에 도달할 수 있다. 따라서, 토출류(14)로부터 장변 셀(12)에의 비금속 개재물이나 기포의 포착도 억지할 수 있다. 그 결과, 전자기력에 의해 메니스커스 형상을 제어하여 주조편 표면 성상을 개선함과 동시에, 주조편으로의 비금속 개재물이나 기포의 포착을 억제하여 표면 성상과 내부 품질이 모두 양호한 주조편을 제조하는 것이 가능해진다.

본 발명은 상기 지식에 근거하여 이루어진 것이며, 그 요지로 하는 점은 이하와 같다.

(1) 직사각형 단면의 주조 공간을 갖는 주형 내에 침지 노즐을 통하여 용융 금속을 주입하고 주형의 주위에 주조 공간을 둘러싸는 전류 유로를 갖는 전자기 코일을 배치하여 이 전자기 코일에 교류 전류를 흘려 상기 교류 전류에 의해 주형 내 메니스커스 근방의 용융 금속이 주형벽으로부터 분리되는 방향으로 힘을 받으면서 용융 금속을 연속 주조하는 방법에 있어서, 상기 침지 노즐의 선단부에 형성한 용융 금속의 토출구로부터 토출되는 토출류를, 주형 단변을 향하여 수평보다 상향으로 형성하고, 또한 상기 토출류의 중심선의 방향이 주형 단변과 메니스커스의 교점보다도 상방을 향하고 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 연속 주조 방법.

(2) 직사각형 단면의 주조 공간을 갖는 주형 내에 침지 노즐을 통하여 용융 금속을 주입하고 주형의 주위에 주조 공간을 둘러싸는 전류 유로를 갖는 전자기 코일을 배치하여 이 전자기 코일에 교류 전류를 흘려 상기 교류 전류에 의해 주형 내 메니스커스 근방의 용융 금속이 주형벽으로부터 분리하는 방향으로 힘을 받으면서 용융 금속을 연속 주조하는 방법에 있어서, 상기 침지 노즐의 선단부에 설치한 용융 금속의 토출구를 주형 단변을 향하여 수평보다 상향에 설치하고, 또한 상기 토출구의 중심선의 방향이 주형 단변과 메니스커스의 교점보다도 상방을 향하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 연속 주조 방법.

(3) 상기 토출구의 개구 방향(X)과 수평 방향 사이의 각도의 0.8배가 토출구 중심(C)으로부터 주형 단변과 메니스커스의 교점(A)을 향하는 방향과 수평 방향 사이의 각도보다도 큰 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 용융 금속의 연속 주조 방법.

(4) 전자기 코일(4)의 주조 방향 길이를 L로 하고, 토출구(6)의 중심(C)은 전자기 코일(4)의 하단부로부터 1/4·L보다도 상방에 위치하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 용융 금속의 연속 주조 방법.

(5) 상하 방향으로 2이상의 토출구가 병렬되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 용융 금속의 연속 주조 방법.

도 1은 주형 내의 토출류의 상황을 도시하는 단면도이며, (a)는 전자기력이 있는 정면 단면도, (b)는 전자기력이 있는 측면 단면도이다.

도 2는 주형 내의 토출류의 상황을 도시하는 정면 단면도이며, 토출구의 개구 방향이 다른 3 종류에 대하여 도시하고 있다.

도 3은 주형과 전자기 코일의 관계를 도시하는 도면이며, (a)는 A-A 화살표 단면도, (b)는 정면도, (c)는 전자기력에 의한 회전류를 나타내는 C-C 화살표 단면도이다.

도 4는 토출류의 주형 내 주형면의 단변과 단변 사이의 방향의 확산 상황을 나타내는 도면이고, (a)(b)는 전자기력이 있는 경우의, 각각 평면 단면도, 측면 단면도이며, (c)(d)는 전자기력이 없는 경우의, 각각 평면 단면도, 측면 단면도이다.

도 5는 침지 노즐의 토출구의 형상과 토출류의 관계에 대하여 설명하는 도면이다.

도 6은 주조 방향으로 2조의 토출구를 갖는 경우를 도시하는 도면이다.

본 발명은 용융 금속의 연속 주조 방법에 관한 것이며, 도 3의 (a), 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이 직사각형 단면의 주조 공간(8)을 갖는 주형(1) 내에 침지 노즐(5)을 통하여 용융 금속(10)을 주입한다. 직사각형 단면인 주조 공간(8)의 장변에 위치하는 주형을 주형 장변(2), 주조 공간(8)의 단변에 위치하는 주형을 주형 단변(3)이라고 칭한다.

본 발명은 또한 도 3에 도시한 바와 같이, 주형(1) 주위에 주조 공간(8)을 둘러싸는 전류 유로를 갖는 전자기 코일(4)을 배치한다. 이러한 배치의 코일은 솔레노이드라고 불린다. 이 전자기 코일(4)에 교류 전류를 흘림으로써 주형 내의 용융 금속 및 응고 셀은 코일의 중심 방향을 향하는 핀치력을 받는다. 전자기 코일(4)은 주형 내 메니스커스 근방의 용융 금속이 주형벽으로부터 분리하는 방향으로 힘을 받는 위치에 배치된다. 이에 의해 주형 내 메니스커스 근방의 용융 금속이 주형벽으로부터 분리되는 방향으로 힘을 받아, 메니스커스를 강하게 만곡시키는 동시에 주형과 셀의 사이의 갭을 확대시켜 파우더 유입을 촉진하여 오실레이션 마크를 경감시켜 주조편 표면 형상을 개선할 수 있다.

전자기 코일(4)에 교류 전류를 흘림으로써, 상기 핀치력이 작용하는 동시에, 주형 내의 용융 금속 풀에 전자기 유도 흐름이 형성된다. 전자기 유도 흐름은, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이 전자기 코일(4)의 높이 방향 중심에 있어서 셀로부터 용융 금속 풀 중심을 향하는 흐름이 발생하여 풀 중심에 있어서 상향류와 하향류로 분류된다. 전자기 코일(4)의 상반부에 대응하는 부위에서는 풀 중심에서 상향류, 메니스커스부에서 외향류, 셀 부근에서 하향류가 되는 회전류(15)가 형성된다. 전자기 코일(4)의 하반부에 대응하는 부위에서는 풀 중심에서 하향류, 전자기 코일 하단부 부근에서 외향류, 셀 부근에서 상향류가 되는 회전류(15)가 형성된다.

본 발명에 있어서, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이 침지 노즐(5)은 주조 공간의 주형면의 단변과 단변 사이의 방향을 향하고 또한 수평보다도 상방을 향한 용융 금속의 토출구(6)를 갖고, 토출구(6)로부터의 토출류(14)의 방향은 주형 단변과 메니스커스의 교점(A)보다도 상방을 향하고 있는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 토출류(14)는 단변 셀(13)에 충돌하기 전에 메니스커스(11)에 도달하게 된다. 그 결과, 토출류 중의 비금속 개재물이나 기포는 메니스커스 도달부에 있어서 메니스커스의 연속 주조 파우더에 흡수되므로 도 2의 (b)(c)에 도시하는 종래 기술과 같이 토출류(14)가 충돌한 단변 셀(13)에 비금속 개재물이나 기포가 포착되는 일이 없다. 또한, 토출구(6)로부터 메니스커스(11)까지의 토출류(14)에는 전자기 코일(4)에 기인하는 전자기력을 받아 장변 셀로부터 주조편 중심을 향하는 힘이 가해지므로, 주조편 두께 방향의 토출류(14)의 확산이 억제되어, 도 1의 (b), 도 4의 (a)(b)에 도시한 바와 같이 토출류(14)는 장변 셀(12)에 접촉하는 일 없이 메니스커스(11)에 도달할 수 있다. 따라서, 토출류(14)로부터 장변 셀(12)로의 비금속 개재물이나 기포의 포착도 억지할 수 있다. 그 결과, 전자기력에 의해 메니스커스 형상을 제어하여 주조편 표면 성상을 개선하는 동시에, 주조편으로의 비금속 개재물이나 기포의 포착을 억제하여 표면 성상과 내부 품질이 모두 양호한 주조편을 제조하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 토출구(6)의 개구의 방향(X)이 주형 단변과 메니스커스와의 교점(A)보다도 상방을 향하고 있는 것에 의해, 상기 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다. 토출구의 개구의 방향(X)은 토출구(6)의 중심(C)으로부터 출발하여 토출구의 내주벽(7)과 평행한 방향(W)을 말한다. 내주벽이 원통 형상과 같은 형상을 갖고 있는 경우에는 내주벽과 평행한 방향을 정의할 수 있다. 토출구의 내주벽이 테이퍼 형상을 이루고 있는 경우에는 테이퍼 형상의 대칭축의 방향을 채용하면 좋다.

이상과 같이 토출구의 개구의 방향(X)을 정함으로써, 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다. 한편, 실제의 연속 주조에 있어서는 토출구의 개구의 방향(X)과 토출류(14)의 토출 방향이 일치하지 않는 경우가 있다. 따라서, 실기(實機)에 있어서, 전자기력을 인가한 강의 연속 주조 중에 침지 노즐의 토출구의 토출각을 다양하게 변경시켜, 토출구의 개구의 방향(X)과 실제의 토출류(14)의 방향의 관계에 대하여 조사했다. 구체적으로는, 토출구로부터의 토출류의 선속도가 0.5 내지 2m/초의 범위에 있어서, 토출류가 메니스커스에 직접 닿고 있는지, 그렇지 않으면 주형 단변의 셀 등에 닿고 있는지를, S를 트레이서로 하여 확인을 행한, 주조 후의 주조편에 S가 검출된 경우 토출류가 주형 단변의 셀 등에 닿고 있다고 판단할 수 있고, 주조 후의 주조편에 S가 검출되지 않은 경우, 토출류가 메니스커스에 직접 닿고 있다고 판단할 수 있다. 그 결과, 상향 토출구를 갖는 경우에 있어서 실제의 토출류의 방향과 수평 방향 사이의 각도는 토출구의 개구의 방향(X)과 수평 방향 사이의 각도의 80％ 정도가 되는 것을 알았다.

따라서, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 직선(Y)을 정의한다. 직선(Y)은 토출구(6)의 중심(C)을 지나고, 직선(Y)과 수평 방향 사이의 각도(φ)는 토출구의 개구 방향(X)과 수평 방향 사이의 각도(θ)의 0.8배가 되어 있는 경우를 예시하고 있다. 실제의 연속 주조에서는, 통상 토출류의 방향이 토출구의 개구 방향(X)과 수평 방향 사이의 각도(θ)의 0.8 내지 1배의 범위로 되어 있다. 본 발명에 있어서, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 직선(Y)이 주형 단변과 메니스커스의 교점(A)보다도 상방을 향하고 있는 것으로 하면 토출류(14)의 방향을 확실하게 주형 단변과 메니스커스의 교점(A)보다도 상방을 향하게 할 수 있으므로, 보다 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 이때, 토출구의 개구 방향(X)과 수평 방향 사이의 각도의 0.8배가 토출구 중심(C)으로부터 주형 단변과 메니스커스의 교점(A)을 향하는 방향과 수평 방향 사이의 각도보다도 크다.

주형의 주위에 주조 공간(8)을 둘러싸는 전류 유로를 갖는 전자기 코일(4)에 대해 전자기 코일(4)의 주조 방향 길이를 L로 한다. 전자기 코일(4)에 흘리는 교류 전류에 의해 주형 내 메니스커스 근방의 용융 금속이 주형벽으로부터 분리되는 방향으로 힘을 받는 것이 필요하므로, 전자기 코일(4)의 상단부 위치는 주형 내 메 니스커스(11) 근방 위치로 된다.

본 발명의 침지 노즐(5)의 토출구(6)의 위치는 토출구(6)로부터 토출된 토출류(14)가 메니스커스(11)에 도달하기까지의 동안 계속하여 토출류(14)가 전자기 코일(4)로부터 핀치력을 받아 토출류(14)의 주조편 두께 방향으로의 확산을 억제하는 것이 바람직하다. 따라서, 토출구(6)의 중심의 주조 방향 위치는 전자기 코일(4)의 하단부 위치보다도 위에 있는 것이 바람직하다.

한편, 전자기 코일(4)의 하단부 부근에 있어서는 용융 금속에 대하여 주조편 두께 중심 방향을 향하는 핀치력은 작용하고는 있으나, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이 전자기력에 기인하는 용융 금속의 회전류(15)는 주조편 두께 중심으로부터 표층을 향하는 흐름으로 되어 있다. 따라서, 토출류(14)의 확산을 방지하기 위해서는 이 표층을 향하는 회전류를 피하는 편이 바람직하여, 토출구(6)의 중심(C)은 전자기 코일의 하단부로부터 1/4·L보다도 상방에 위치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도 1의 (b), 도 4의 (a)(b)에 도시한 바와 같이 토출구(6)로부터 토출되어 메니스커스(11)에 도달할 때까지의 토출류(14)에 대해 주조편 두께 방향에서의 확산을 억제하여 메니스커스(11)에 도달할 때까지 토출류(14)가 장변 셀(12)에 접촉하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 토출구(6)의 중심(C)은 전자기 코일의 하단부로부터 1/2·L보다도 상방에 위치하는 것으로 하면 더욱 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 도 6에 도시한 바와 같이 상하 방향(주조 방향)으로 2 이상의 토출구(6a, 6b)가 병렬되어 있는 것으로 하면 바람직하다. 이에 의해, 하나 하나의 토출구의 개구 단면적을 작게 할 수 있기 때문에 동일한 주조 속도의 경 우, 토출구로부터의 용강의 선속도를 크게 할 수 있기 때문에 토출류의 방향을 토출구의 개구 방향에 보다 근접시킬 수 있다. 이로 인해, 보다 확실하게 토출류를 메니스커스에 도달시킬 수 있다.

실시예

폭 1200㎜, 두께 250㎜의 단면 형상의 주조편을 주조하는 연속 주조 장치에 있어서, 본 발명을 적용했다. 주형의 높이는 900㎜, 주형 바로 아래에 2.5m의 수직부를 갖고, 또한 굽힘 반경 7.5m의 굽힘부, 되굽힘 수평부를 갖는다.

도 3에 도시한 바와 같이 주형(1)의 주위에 주조 공간(8)을 둘러싸는 전류 유로를 갖는 전자기 코일(4)을 배치하여 이 전자기 코일(4)에 교류 전류를 흘린다. 전자기 코일(4)의 주조 방향 길이(L)는 300㎜이며, 전자기 코일(4)의 상단부 위치를 메니스커스(11) 위치에 일치시킨다.

침지 노즐(5)은 외경 150㎜, 내경 90㎜이며, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이 침지 노즐 하단부 부근에 주조 공간의 주형면의 단변과 단변 사이의 방향을 향하는 토출구(6)를 갖고, 토출구(6)의 내경(원 상당 직경)은 60㎜, 메니스커스(11)로부터 토출구 중심(C)까지의 거리가 150㎜이다. 토출구(6)의 수는 2개이다. 토출구(6)의 개구 방향(X)은 하향 30도, 상향 10도, 상향 20도, 상향 30도의 4종류를 준비했다.

토출구(6)의 개구 방향(X)을 상기 4종류로 변화시키고, 또한 전자기 코일(4)의 전자기력이 있고 없음으로 변화시켜, 저탄 알루미늄킬드 강을 주조 속도 1.5m/분으로 주조하여 주조편의 품질을 평가했다. 전자기력이 없는, 토출구 하향 30도의 수준을 기준 조건으로 했다.

토출구 상향 30도에 대해서는 토출구의 개구 방향(X), 직선(Y)의 방향, 실제의 토출류(14)의 방향 모두 단변 셀(13)에 충돌하기 전에 메니스커스(11)에 도달했다. 상향 20도에 대해서는 토출구의 개구 방향(X)은 직접 메니스커스(11)에 도달하여 직선(Y)의 방향은 주형 단변과 메니스커스의 교점(A)의 아주 가까이에, 아주 약간 위에 도달하는 방향이었으나, 실제의 토출류(14)의 방향은 전자기력이 있는 본 발명예에서는 직접 메니스커스(11)에 도달하고 전자기력이 없는 비교예에서는 단변 셀(13)에 충돌했다. 한편, 토출구 상향 10도 및 하향 30도에 대해서는 토출구의 개구 방향(X), 직선(Y)의 방향, 실제의 토출류(14)의 방향 모두 직접 단변 셀(13)에 충돌했다.

주조편 표면 성상에 대해서는 표면의 거칠기를 레이저 변위계에 의해 측정했다. 주조편의 폭에 대하여 양 단변으로부터 50㎜ 위치 및 1/4 폭, 1/2 폭, 3/4 폭의 합계 5 라인을 선택하여 주조 방향으로 200㎜의 길이에 걸쳐 스폿 직경 0.2㎜의 레이저 변위계를 0.2㎜ 피치로 이동시키면서 주조편 표면의 요철을 측정한다. 각 라인 상의 10㎜ 길이 마다의 최대 변위와 최소 변위의 차를 취하여, 이것을 전체 길이에 걸쳐 비교하여 최대값을 조도라고 정의한다. 또한 기준이 되는 제조 조건의 샘플의 조도를 1로 하여 상대적인 조도를 최종적인 정의로 한다.

비금속 개재물이나 기포에 기인하는 내부 품질에 대해서는 표층 개재물·기포 결함, 내부 개재물·기포 결함의 발생 상황에 따라 평가했다. 표층이란 주조편 표면으로부터 20㎜ 깊이까지이며, 대략 주형 내에서 응고하는 두께에 상당한다. 내부란 주조편 표층 20㎜ 내지 50㎜ 깊이까지이며, 대략 수직 굽힘 연속 주조기에 있어서 집적대라고 불리는 결함체를 형성하는 만곡부의 부분을 포함하는 영역이다. 표층에 대해서는 주조편의 전체 폭에서 주조 방향 200㎜ 길이에 대하여 두께 방향으 로 1㎜ 피치로 프라이즈 가공하여 개재물·기포 개수를 육안으로 카운트하고 내부에 대해서는 전체 폭으로 주조 방향 1m 길이에 대하여 두께 방향으로 5㎜ 피치로 프라이즈 가공하여 개재물·기포 개수를 육안으로 카운트한 것을 사용한다. 모두 기준이 되는 제조 조건의 샘플의 개수 지수를 1로 하고 상대적인 개수 지수를 최종적인 정의로 한다.

결과를 표 1에 나타낸다. 토출구 상향 30도, 전자기력이 있는 본 발명예는 어떤 비교예와 대비해도 주조편 표면 조도, 표층 기포 결함, 내부 기포 결함의 모든 지표에 대하여 가장 양호한 결과가 얻어졌다. 상향 20도, 전자기력이 있는 본 발명예에 대해서도 비교예에 대비하면 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

본 발명은 침지 노즐 토출구로부터의 토출류가 단변 셀에 충돌하지 않고, 장변 셀에도 접촉하지 않고 메니스커스에 도달하므로 단변 셀, 장변 셀에 비금속 개재물이나 기포가 포착되는 것을 억제하여 주조편의 내부 품질을 향상시킬 수 있다. 아울러, 주형의 주위에 주조 공간을 둘러싸듯이 배치한 전자기 코일에 교류 전류를 흘려 메니스커스 형상을 제어함으로써 주조편 표면 성상을 개선할 수 있다.

Claims (5)

1. 직사각형 단면의 주조 공간을 갖는 주형 내에 침지 노즐을 통하여 용융 금속을 주입하고, 주형의 주위에 주조 공간을 둘러싸는 전류 유로를 갖는 전자기 코일을 배치하여 이 전자기 코일에 교류 전류를 흘리고, 상기 교류 전류에 의해 주형 내 메니스커스 근방의 용융 금속이 주형벽으로부터 분리되는 방향으로 힘을 받으면서 용융 금속을 연속 주조하는 방법에 있어서, 상기 침지 노즐의 선단부에 설치한 용융 금속의 토출구로부터 토출되는 토출류를, 주형 단변을 향하여 수평보다 상향으로 형성하고, 또한 상기 토출류의 중심선의 방향이 주형 단변과 메니스커스의 교점보다도 상방을 향하고 있는 것을 특징으로 하는, 용융 금속의 연속 주조 방법.
2. 직사각형 단면의 주조 공간을 갖는 주형 내에 침지 노즐을 통하여 용융 금속을 주입하고, 주형의 주위에 주조 공간을 둘러싸는 전류 유로를 갖는 전자기 코일을 배치하여 이 전자기 코일에 교류 전류를 흘리고, 상기 교류 전류에 의해 주형 내 메니스커스 근방의 용융 금속이 주형벽으로부터 분리되는 방향으로 힘을 받으면서 용융 금속을 연속 주조하는 방법에 있어서, 상기 침지 노즐의 선단부에 형성한 용융 금속의 토출구를, 주형 단변을 향하여 수평보다 상향으로 설치하고, 또한 상기 토출구의 중심선 방향이 주형 단변과 메니스커스의 교점보다도 상방을 향하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 용융 금속의 연속 주조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 토출구의 개구 방향과 수평 방향 사이의 각도의 0.8배가 토출구 중심으로부터 주형 단변과 메니스커스의 교점을 향하는 방향과 수평 방향 사이의 각도보다도 큰 것을 특징으로 하는, 용융 금속의 연속 주조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자기 코일의 주조 방향 길이를 L로 하고, 상기 토출구의 중심은 전자기 코일의 하단부로부터 1/4·L보다도 상방에 위치하는 것을 특징으로 하는, 용융 금속의 연속 주조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상하 방향으로 2 이상의 토출구가 병렬되어 있는 것을 특징으로 하는, 용융 금속의 연속 주조 방법.

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