KR101127634B1 - 슬라브의 연속 주조 장치 및 그 연속 주조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 주조용 주형 내에서의 용융 금속의 흐름의 교란을 억제하고, 제품 결함이 적은 양호한 품질의 슬라브를 제조할 수 있는 슬라브 연속 주조 장치 및 그 연속 주조 방법을 제공하며, 통체(18)의 양측 측방에 구비된 토출구(13)의 축심을 소정 범위 내로 설정한 침지 노즐(11)과, 장방형 단면의 공간부(23)를 형성하는 폭이 넓은 장편 부재(21, 22)에 전자 교반 장치(15)가 설치된 연속 주조용 주형(12)을 구비하고, 침지 노즐(11)의 토출구(13)를 통해 주형(12) 내에 용융 금속(14)을 공급하고, 전자 교반 장치(15)에 의해 교반하여 응고시키면서 슬라브를 제조하는 연속 주조 장치(10)이며, 토출구(13)의 상단 위치를 전자 교반 장치(15)의 하단 위치 이하로 하고, 각 전자 교반 장치(15)의 하방 위치에는, 이에 의해 발생하는 자장을 조정하는 자기 차폐판(16)이 설치되고, 전자 교반 장치(15)의 코어(24)의 높이 방향의 두께를 h로 한 경우에, 자기 차폐판(16)과 전자 교반 장치(15)의 높이 방향의 간격(s)을 h/5 이상 h 이하의 범위 내로 한다.

연속 주조, 주형, 전자 교반 장치, 자기 차폐판, 침지 노즐, 토출구

Description

슬라브의 연속 주조 장치 및 그 연속 주조 방법{CONTINUOUS CASTING DEVICE OF SLAB AND ITS CONTINUOUS CASTING METHOD}

본 발명은 용융 금속을 침지 노즐을 통해 연속 주조용 주형에 주입하고 슬라브를 제조하는 연속 주조 장치 및 그 연속 주조 방법에 관한 것이다.

종래에, 슬라브의 연속 주조에 있어서는, 슬라브의 제품 품질의 향상을 목적으로 하여, 연속 주조용 주형(이하, 단지 주형이라고도 함)에 전자 교반 장치를 설치하고 침지 노즐의 토출구(吐出口)를 통해 주형 내에 공급된 용강을 전자 교반하고, 주형 내에 선회류(旋回流)를 발생시키는 방법이 사용되어 왔다.

예를 들면, 일본 공개특허 평7-314104호 공보에는, 용강 탕면의 위치가 전자 교반 장치의 코어 중심으로부터 코어 상단까지의 범위 내가 되도록, 전자 교반 장치를 주형에 설치하고, 주형 내의 용강에 유동을 부여하여 주조를 실시하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 일본 공개특허 제2004-42062호 공보에는, 전자 교반 장치에 의해 주형 내의 용강에 유동을 부여하여 주조를 실시할 때에, 침지 노즐의 토출구 부위가 전자 교반 장치의 전자 코일의 하단 위치보다 낮은 위치가 되도록 설치하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 일본 공개특허 평7-256414호 공보에는, 제조하는 주편이 슬라브와 다른 환형 주편(블룸의 일종)이기는 하나, 주형의 외주 전면(全面)에 이동 자계 방식의 전자 코일이 배치되고, 이 전자 코일의 하방에는 전자 차폐재가 배치된 연속 주조 장치가 개시되어 있다.

그러나, 전술한 종래의 기술에는 아직도 해결해야 할 이하와 같은 문제가 있었다.

일본 공개특허 평7-314104호 공보의 방법에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 전자 교반 장치에서 형성되는 용강 유동(이하, 교반류라고도 함)과 침지 노즐로부터의 토출류의 방향이 역방향인 부위에서는, 흐름의 간섭이 발생하고, 정체(stagnation)에 의해 기포와 개재물이 주편에 혼입되거나, 더욱이 간섭 영역에서의 용강류의 교란에 의한 탕면 변동으로 주편의 분체 혼입이 발생한다. 따라서, 주편 청정성이 저하하고, 제품 품질의 저하를 초래할 우려가 있다.

또한, 용강 유동과 토출류의 방향이 같은 순방향의 부위에서는, 침지 노즐의 토출류의 증대를 일으키고, 기포와 개재물의 침입 깊이를 증대시키고 그 부상(浮上) 저해를 초래하므로, 주편의 표면으로부터 원거리 위치에서 기포와 개재물이 응고 쉘에 부착하여 제품 결함을 발생시킬 우려가 있다.

상기 역방향과 순방향의 문제가 동시에 주형 내에서 발생하고, 모두 제품 품질의 저하의 원인이 된다. 또한, 일본 공개특허 제2000-42062호 공보의 방법에서는, 전자 코일의 하방까지 자장이 형성되기 때문에, 전술한 교반류와 토출류의 흐름의 간섭 및 토출류의 증대를 초래하고, 전술한 바와 같이 기포와 개재물의 부상 분리를 저해할 우려가 있다.

전술한 일본 공개특허 평7-314104호 공보와 일본 공개특허 제2004-42062호 공보의 문제점을 해결하는 수단으로서, 일본 공개특허 평7-256414호 공보에 개시된 연속 주조 장치를 고려할 수 있지만, 일본 공개특허 평7-256414호 공보의 제조 대상은 환형 주편이며, 본 발명이 제조 대상으로 하는 슬라브와는 다음과 같은 차이점이 있다.

환형 주편을 제조하는 주형은 일반적으로 주형의 내경이 300mm 이하 정도의 크기이며, 슬라브(예를 들면, 두께：120mm ~ 300mm 정도, 폭：800mm ~ 1800mm 정도)를 제조하는 주형과 비교하여 상당히 작고, 주형 내의 전자 교반에 의한 용강류와 침지 노즐로부터의 토출류의 관계는 전혀 다르다.

즉, 환형 주편을 제조하는 주형 내의 전자 교반류는, 전자 교반에 이용하는 전자 코일이 주형 벽면의 전체 주위를 따라 설치되고 선회류를 형성한다(일본 공개특허 평7-256414호 공보의 도 2 참조). 따라서, 침지 노즐로부터의 용강 토출류에는, 주형 내의 전자 교반에 의한 용강류와 침지 노즐로부터의 토출류의 흐름의 간섭 및 가속을 초래하는 두 가지 문제가 발생하지 않는다. 이는 침지 노즐의 토출구가 일본 공개특허 평7-256414호 공보와 같이 직하(直下)가 되도록 배치되어 있는 것에 의한다.

또한, 환형 주편을 제조하는 주형은 전자 코일이 주형 주위에 배치된 구성이며, 폭이 넓은 장편(長片) 부재(주형 2면)에 전자 교반 장치를 대향 배치시킨 바와 같은 슬라브를 제조하기 위한 설비와는 그 구성이 전혀 다르다.

또한, 슬라브의 용도는 박판재이고, 두께 감소비를 크게 한 압연이 실시되며, 자동차용 외판으로 대표되는 바와 같이 고품질이 필요하기 때문에, 주편 내의 분체, 기포 및 개재물 등의 미소한 이물(異物)이 제품 결함이 된다. 따라서, 환형 주편에 비하여 제품 품질의 요구 수준은 매우 높다.

이상과 같은 점으로부터, 일본 공개특허 평7-256414호 공보의 연속 주조 장치에서는, 일본 공개특허 평7-?314104호 공보와 일본 공개특허 제2004-42062호 공보의 과제조차 발생하지 않을 뿐만 아니라 그 해결도 도모할 수 없다.

본 발명은 이러한 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 연속 주조용 주형 내에서의 용융 금속의 흐름의 교란을 억제하고, 제품 결함이 적은 양호한 품질의 슬라브를 제조할 수 있는 슬라브 연속 주조 장치 및 그 연속 주조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 것으로 이하와 같다.

(1) 상기 목적에 따른 제1 발명과 관련된 슬라브의 연속 주조 장치는, 용융 금속의 유로를 형성하는 통체(筒體)의 하부의 양측 측방에 토출구가 설치되고, 이 토출구의 축심(軸心)을 수평 방향부터 수평 방향에 대해서 하향으로 60도의 범위 내로 한 침지 노즐과, 단면 장방형의 공간부를 구비하고, 이 공간부를 형성하는 폭이 넓은 장편 부재에 대향 배치된 적어도 한 쌍의 전자 교반 장치가 설치된 연속 주조용 주형을 구비하고, 상기 침지 노즐의 상기 토출구를 통하여 상기 연속 주조용 주형 내에 용융 금속을 공급하고, 이 연속 주조용 주형 내의 용융 금속을 상기 전자 교반 장치에 의해서 교반하고 응고시키면서 슬라브를 제조하는 연속 주조 장치에 있어서, 상기 침지 노즐의 상기 토출구의 상단 위치는, 상기 전자 교반 장치의 하단 위치 이하의 위치에 있고, 상기 각 전자 교반 장치의 하부 위치에는, 이 전자 교반 장치에 의해서 발생하는 자장을 조정하는 자기 차폐판이 설치되고, 상기 전자 교반 장치의 코어의 높이 방향의 두께를 h로 하였을 경우에, 상기 자기 차폐판과 상기 전자 교반 장치의 높이 방향의 간격을 h/5 이상 h 이하의 범위 내로 한다.

(2) 제1 발명과 관련된 슬라브의 연속 주조 장치에 있어서, 상기 자기 차폐판의 상단 위치를 상기 침지 노즐의 상기 토출구의 상단 위치 이하의 위치로 하고, 상기 자기 차폐판의 하단 위치를 상기 침지 노즐의 상기 토출구의 하단 위치 이하의 위치로 하는 것이 바람직하다.

(3) 제1 발명과 관련된 슬라브의 연속 주조 장치에 있어서, 상기 자기 차폐판의 높이 방향의 길이를 50mm 이상 200mm 이하의 범위 내로 하고, 그 두께를 10mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(4) 제1 발명과 관련된 슬라브의 연속 주조 장치에 있어서, 상기 침지 노즐의 상기 토출구의 내폭(d)과 이 침지 노즐 내폭(D)의 비(d/D)를 1.0 이상 1.7 이하의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다.

(5) 상기 목적에 따르는 제2 발명과 관련된 슬라브의 연속 주조 방법은, 제1 발명과 관련된 슬라브의 연속 주조 장치를 이용하여 상기 슬라브를 제조한다.

(6) 제2 발명과 관련된 슬라브의 연속 주조 방법에 있어서, 상기 슬라브의 주조 속도는 1.0m/분 이상인 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 한 실시 형태와 관련된 슬라브의 연속 주조 장치에 사용하는 연속 주조용 주형의 측단면도이다.

도 2는 도 1의 슬라브의 연속 주조용 주형의 평면도이다.

도 3a는 전자 교반 장치, 침지 노즐 및 자기 차폐판의 상대 위치 관계와 주형 내의 용강의 흐름을 나타내는 설명도이다.

도 3b는 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 거리가 주형 내의 용강류에 미치는 영향을 나타낸 설명도이다.

도 4a는 전자 교반 장치, 침지 노즐 및 자기 차폐판의 상대 위치 관계와 주형 내의 용강의 흐름을 나타내는 설명도이다.

도 4b는 침지 노즐의 토출구와 자기 차폐판과의 상대 위치가 주형 내의 용강류에 미치는 영향을 나타낸 설명도이다.

도 5a는 전자 교반 장치, 침지 노즐 및 자기 차폐판의 상대 위치 관계와 주형 내의 용강의 흐름을 나타내는 설명도이다.

도 5b는 자기 차폐판의 길이가 전자력에 미치는 영향을 나타낸 설명도이다.

도 6a는 주형 내의 용강의 흐름을 나타내는 설명도이다.

도 6b는 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 간격 및 주조 속도를 다양하게 변경함에 의해 주형 내의 용강류에 미치는 영향을 나타낸 설명도이다.

도 7은 종래 기술과 관련된 연속 주조용 주형 내에서의 용강의 흐름을 나타 내는 설명도이다.

본 발명의 이해를 위하여, 이하에서 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 구체화한 실시 형태에 대해 설명한다.

여기서, 도 1은 본 발명의 한 실시 형태와 관련된 슬라브의 연속 주조 장치에 사용하는 연속 주조용 주형의 측단면도이고, 도 2는 이 슬라브의 연속 주조용 주형의 평면도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 형태와 관련된 슬라브의 연속 주조 장치(이하, 단지 연속 주조 장치라고도 함)(10)는 침지 노즐(11)과 연속 주조용 주형(이하, 단지 주형이라고도 함)(12)을 구비하고, 침지 노즐(11)의 토출구(13)를 통해 주형(12) 내에 용강(용융 금속의 일례)(14)을 공급하고, 주형(12) 내의 용강(14)을 주형(12)에 설치된 전자 교반 장치(15)에 의해서 교반시키면서 응고시켜 슬라브를 제조하는 장치이며, 주형(12)에는, 전자 교반 장치(15)의 하방 위치에, 전자 교반 장치(15)에 의해서 발생하는 자장을 조정하는 자기 차폐판(16)이 설치되어 있다. 이하에 상세히 설명한다.

침지 노즐(11)은 용강을 저류(貯留)하는 턴디쉬(도시 생략)의 저부에 설치되고, 용융 금속의 유로(17)를 형성하는 통체(18)를 구비하며, 이 통체(18)의 하부의 양측 측방에는 토출구(13)가 설치되어 있다. 여기서, 유로는 원형 단면(타원형 단면일 수 있음)으로 되어 있지만, 토출구는 예를 들면 원형 단면, 타원형 단면, 사각형 단면(정방형 또는 장방형) 또는 다각형 단면일 수도 있고, 통체의 편측에 1개 또는 복수 개 형성될 수 있다. 이 때, 토출구의 형상이 원형 단면인 경우에, 그 내폭은 직경이고, 다른 형상인 경우에는, 그 단면적을 원의 면적으로 하였을 경우의 직경이며, 토출구가 복수 개 있는 경우는, 모든 단면적을 합계하고 원의 면적으로 하였을 경우의 직경이다.

또한, 토출구(13)의 축심의 방향은, 수평 방향, 즉 O도(바람직하게는, 수평 방향에 대해서 하향 15도)부터 수평 방향에 대해서 하향으로 60도(바람직하게는 40도)까지의 범위 내로 설정한다. 여기서, 토출구의 축심을 수평 방향에 대해서 하향으로 60도를 넘는 영역 내로 설정하였을 경우, 즉, 하방(직하도 포함)으로 향하는 경우에는, 개재물과 기포가 슬라브의 내부에 침입하고 내부 결함이 형성된다. 또한, 토출구의 축심의 방향을 수평 방향에 대해서 상향으로 설정하였을 경우에는, 강한 상승류를 형성시키고, 분체 혼입을 조장한다.

이 토출구(13)의 내폭(d)과 유로(17)를 형성하는 침지 노즐(11)의 통체(18)의 내폭(D)의 비(d/D)를 1.0 이상 1.7 이하의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다. 통체(18)의 내폭(D)은 예를 들면 50mm 이상 90mm 이하(여기에서는, 70mm) 정도이다. 여기서, 비(d/D)가 1.0 미만인 경우에, 토출구(13)의 내폭(d)에 대하여 통체(18)의 내폭(D)이 크게 되어, 토출구(13)로부터의 토출류의 유속이 너무 빨라지므로, 전자 교반 장치(15)에 의한 교반류의 효과를 얻기가 어려워진다. 따라서, 제조하는 슬라브의 제품 품질을 더욱 향상시키는 것을 기대할 수 없게 된다.

한편, 비(d/D)가 1.7을 초과하는 경우에, 토출구(13)의 내폭(d)에 대하여 통체(18)의 내폭(D)이 작아져, 토출구(13)로부터의 토출류의 유속이 늦어지므로, 자 기 차폐판(16)에 의한 현저한 효과가 나타나기 어려워진다.

이상으로부터, 토출구(13)의 내폭(d)과 통체(18)의 내폭(D)의 비(d/D)를 1.0 이상 1.7 이하의 범위 내로 하였으나, 상한을 1.5로 하는 것이 바람직하고, 1.3으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

연속 주조용 주형(12)은, 수평 방향의 간격을 가지고 대향 배치된 한 쌍의 폭이 좁은 단편(短片) 부재(19, 20)와, 이 단편 부재(19, 20)를 사이에 두고 대향 배치된 한 쌍의 폭이 넓은 장편(長片) 부재(21, 22)를 구비하고 있다. 각 단편 부재(19, 20)와 장편 부재(21, 22)는 종래에 공지된 것이며, 예를 들면, 용강과 접촉하는 구리 또는 구리 합금으로 구성된 냉각판과, 그 배후에 부착 고정되어 냉각수를 흐르게 하는 백 플레이트로 구성되어 있다.

이에 따라, 내측에는 수평 방향의 단면이 사각형(장방형)인 공간부(23)가 형성된다. 또한, 이 공간부(23)는 수평 단면의 단변의 길이가 예를 들면 120mm ~ 300mm 정도이고 장변의 길이가 예를 들면 800mm ~ 1800mm 정도이며, 장편 부재(21, 22)에 대해서 단편 부재(19, 20)를 미끄러지게 하여, 그 간격을 가변으로 할 수도 있고 고정되게 할 수도 있다.

장편 부재(21, 22)의 상측(상세하게는, 백 플레이트 내)에는, 각각 전술한 공지의 종래 전자 교반 장치(15)가 설치되어 있다.

이 전자 교반 장치(15)는, 다수 매의 전자 강판을 적층한 코어(24)에 전자 코일(25)을 감고, 이를 금속제(예를 들면, 스테인리스 강)의 케이싱(도시 생략) 내에 배치한 것이다. 따라서, 전자 교반 장치(15)의 하단이란, 케이싱의 하단을 의미 한다. 또한, 도 1에서는 전자 교반 장치의 케이싱은 도시되어 있지 않기 때문에, 전자 코일의 하단을 나타내고 있는 것처럼 보이지만, 전술한 바와 같이, 전자 교반 장치의 하단은 케이싱의 하단이다. 이 전자 교반 장치(15)는 각 장편 부재(21, 22)에 적어도 한 개씩(즉, 한 쌍) 설치될 수 있다. 여기서, 각 전자 교반 장치에 2개 이상씩(즉, 2쌍 이상씩) 설치하는 경우에는, 장편 부재의 폭 방향(즉, 장편 부재의 장변 방향, 공간부의 수평 단면에서의 장변 방향)으로 배치된다.

또한, 전자 교반 장치(15)의 코어(24)의 높이 방향의 두께(h)는, 예를 들면 100mm 이상 300mm 이하(여기에서는, 200mm) 정도이다.

이 연속 주조용 주형(12)의 공간부(23) 내에, 토출구(13)가 단편 부재(19, 20)와 대향하도록 침지 노즐(11)을 배치[이 때, 침지 노즐(11)의 토출구(13)의 상단 위치를 전자 교반 장치(15)의 하단 위치 이하의 위치에 배치]하고, 이 침지 노즐(11)의 토출구(13)를 통해 주형(12) 내에 용강(14)을 공급하고, 주형(12) 내의 용강을 전자 교반 장치(15)에 의해서 교반 한다. 이에 따라, 주형(12) 내에 침지 노즐(11)을 중심으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로의 용강 유동, 즉 교반류를 형성하고, 용강을 응고시키면서 슬라브를 제조한다.

그러나, 이와 같이 하여 슬라브를 제조할 때에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 전자 코일(25)의 하방까지 자장이 형성되는 것에 의한 용강 유동, 즉 교반류와 침지 노즐(11)의 토출구(13)로부터의 토출류의 간섭, 및 교반류를 따르는 토출류의 가속의 영향에 의한 문제가 발생한다. 따라서, 제품 결함이 많고, 제품 품질이 악화된 슬라브의 제조를 피할 수 없게 된다.

따라서, 이 영향을 적극적으로 경감할 수 있도록, 전자 교반 장치(15)의 하방 위치에 전자 교반 장치(15)와 폭 방향으로 동일 길이 이상의 자기 차폐판(16)을 배치함과 동시에 그 설치 위치를 최적화함으로써, 제품 결함이 적은 양호한 주편을 제조한다.

이 자기 차폐판(16)은, 예를 들면 자장을 통과시키지 않는 전자 강판으로 구성할 수 있지만, 철 또는 일반 탄소강으로 구성할 수도 있다. 또한, 철 또는 일반 탄소강으로 구성하는 경우에는, 전자 교반 장치의 유도 가열에 의해 발열하므로, 수랭 구조로 한다.

또한, 전술한 침지 노즐(11)의 토출구(13)의 상단 위치를 전자 교반 장치(15)의 하단 위치 이하의 위치에 배치하는 이유는 아래와 같다.

토출구 축심의 방향이 수평부터 수평에 대해서 하향 60도의 범위로 되어 있기 때문에, 토출구(13)의 상단 위치를 전자 교반 장치(15)의 하단 위치보다 위에 배치하면, 자기 차폐판을 설치하여도, 억제하기 어려운 간섭이나 가속이 일어나기 때문에 있다.

이 자기 차폐판(16)은, 전자 교반 장치(15)의 코어(24)의 높이 방향의 두께를 h로 하였을 경우, 자기 차폐판(16)과 전자 교반 장치(15)의 높이 방향의 간격(s), 즉 자기 차폐판(16)의 상단과 전자 교반 장치의 케이싱의 하단의 높이 방향의 간격(이하에서도 이와 같은)을 h/5[이하, (1/5)h라고도 표기] 이상 h 이하의 범위 내가 되도록, 장편 부재(21, 22)에 설치한다. 이 때, 자기 차폐판(16)은 장편 부재(21, 22)를 구성하는 냉각판의 두께에도 의존하지만, 장편 부재(21, 22)의 용 강 접촉면(26, 27)에서 50mm 이상 100mm 이하의 범위 내에 있는 백 플레이트 내에 설치한다.

여기서, 자기 차폐판(16)과 전자 교반 장치(15)의 높이 방향의 간격(s)이 h/5 미만인 경우, 자기 차폐판(16)과 전자 교반 장치(15), 즉 코어(24)의 거리가 너무 가깝게 되고, 교반이 필요한 영역에서의 필요 교반력이 자기 차폐판(16)에 의해 감소하고, 목적으로 하는 제품 품질을 확보할 수 없다.

한편, 간격(s)이 h를 넘는 경우에, 자기 차폐판(16)과 전자 교반 장치(15)의 높이 방향의 거리가 너무 멀어지고, 전술한 필요 교반력은 확보 가능하더라도, 토출류와 교반류의 간섭 및 토출류의 가속을 방지할 수 없고, 목적으로 하는 제품 품질을 확보할 수 없다.

이상으로부터, 자기 차폐판(16)과 전자 교반 장치(15)의 높이 방향의 간격(s)을 h/5 이상 h 이하로 하였지만, 상한을 4h/5로 하는 것이 바람직하고 3h/5로 하는 것이 더욱 바람직하다.

자기 차폐판(16)은, 그 높이 방향의 길이(x)를 50mm 이상 200mm 이하의 범위 내로 하고, 그 두께를 10mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 자기 차폐판(16)의 폭 방향의 길이는, 전자 교반 장치(15)의 폭 방향 길이와 동등 또는 그 이상으로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 자기 차폐판의 높이 방향의 길이(x)가 50mm 미만인 경우에, 자기 차폐판의 하방으로의 누설 자장의 잔존 영향이 커진다. 한편, 자기 차폐판의 높이 방향의 길이(x)가 200mm를 넘는 경우에, 자기 차폐판의 하방으로부터의 누설 자장이 적어지고, 자기 차폐판에 의한 교반류의 개선 효과는 저위(低位)가 된다. 이상으로부터, 자기 차폐판의 높이 방향의 길이(x)를 50mm 이상 200mm 이하의 범위 내로 설정하였지만, 하한을 70mm으로 하는 것이 바람직하고, 상한을 170mm로 하는 것이 바람직하고 150mm로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 자기 차폐판의 두께를 10mm(바람직하게는 20mm) 이상으로 함으로써, 전자 교반 장치(15)로부터 발생한 자장의 조정이 가능하기 때문에, 그 상한치에 대해서는 규정하고 있지 않지만, 예를 들면, 장편 부재(21, 22)에 설치할 때의 작업성 및 경제성을 고려하면, 100mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 자기 차폐판(16)의 높이 방향의 설치 위치는, 자기 차폐판(16)의 상단 위치를 침지 노즐(11)의 토출구(13)의 상단 위치 이하의 위치로 하고, 자기 차폐판(16)의 하단 위치를 침지 노즐(11)의 토출구(13)의 하단 위치 이하의 위치로 하는 것이 바람직하다. 또한, 자기 차폐판(16)의 높이 방향의 길이(x)는 토출구(13)의 내폭(d)보다 길게 한다.

여기서, 자기 차폐판의 상단 위치를 토출구의 상단 위치를 초과하는 상방의 위치, 즉, 토출구의 상단보다 상방의 위치에 자기 차폐판을 배치하였을 경우에, 침지 노즐의 토출구로부터의 흐름이 직접 작용하지 않는 영역에 자기 차폐판을 설치하는 것이 되어, 교반류와의 간섭과 가속의 문제가 발생하지 않지만, 자기 차폐판의 상단으로부터 일정한 간격을 가지고 배치된 전자 교반 장치에 의한 교반 영역을 반대로 축소시키므로, 오히려 슬라브의 표면 품질을 악화시키게 된다.

또한, 자기 차폐판의 하단 위치를 토출구의 하단 위치를 초과하는 상방의 위 치로 하는 경우에, 토출류와 교반류의 악영향을 저감하는 방법으로서, 침지 노즐의 주형 내로의 침지 깊이를 깊게 하는 것을 고려할 수 있지만, 이 경우에, 침지 노즐의 통체의 길이를 과잉으로 길게 할 필요가 있고, 침지 노즐에 관한 주조 준비 작업이 실용적이지 않을 뿐만 아니라, 다른 설비와의 간섭 등의 문제도 발생한다.

이상으로부터, 자기 차폐판의 상단 위치를 침지 노즐의 토출구의 상단 위치 이하의 위치로 하고, 자기 차폐판의 하단 위치를 토출구의 하단 위치 이하의 위치로 하였지만, 자기 차폐판의 상단 위치는 침지 노즐의 토출구의 상단 위치에 가급적 접근하여 설치하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 한 실시 형태와 관련된 슬라브의 연속 주조 방법에 대하여 설명한다.

슬라브의 제조할 때에는, 턴디쉬(도시 생략)에 용강을 공급하고, 이 턴디쉬로부터 침지 노즐(11)을 통하여 연속 주조용 주형(12)에 용강이 공급된다. 또한, 연속 주조용 주형(12) 내의 용강(14)을 전자 교반 장치(15)에 의해서 교반하여 응고시키면서, 제조한 슬라브를 하류측으로 보낸다.

이 때, 슬라브의 주조 속도(인발 속도)는 통상 0.8m/분 이상이지만, 본 발명의 효과를 현저하게 얻기 위해서는 1.0m/분 이상으로 하고, 바람직하게는 1.2m/분 이상으로 하고, 1.4m/분 이상으로 하면 더욱 바람직하다. 이에 의해, 슬라브의 생산 효율을 종래보다 향상시킬 수 있다.

또한, 슬라브의 주조 속도의 상한치에 대해서는 규정하고 있지 않지만, 현재의 기술 상태에서 가능한 상한치로서는 예를 들면 2.5m/분 정도이다.

<실시예>

다음으로, 본 발명의 작용 효과를 확인하기 위해서 행한 실시예에 대하여 설명한다.

우선, 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 높이 방향의 거리(s)가 주형 내의 용강류에 미치는 영향에 대해서, 도 3a와 도 3b를 참조하면서 설명한다. 도 3a는 전자 교반 장치, 침지 노즐 및 자기 차폐판의 상대 위치 관계와, 그 때의 주형 내의 용강의 흐름에 대하여 나타내고 있다. 여기에서는, 침지 노즐의 토출구의 상단 위치와 전자 교반 장치의 하단 위치(케이싱의 하단)를 일치시키고 있다. 또한, 도 3b는 이 때에 제조한 슬라브의 청정성 평점에 대하여 나타내고 있다. 이 청정성 평점이란, 주조 후의 슬라브의 결함(예를 들면, 개재물, 분체 및 기포 등)의 수를 평가한 것이며, 상세하게는, 슬라브 표면으로부터 1mm마다 연마한 샘플(30mm×30mm)을 제작하고, 연마 후에 종횡으로 30 분할하여 1mm×1mm의 검사 영역 900 곳을 확보하고, 이 900 곳의 검사 영역에 대하여, 광학 현미경으로 결함의 수를 세어 결함 개수(개/㎠)에 비례하는 수치를 나타낸 것이다. 즉, 청정성 평점이 높아지면 제품 품질이 저하하고, 반대로 낮으면 제품 품질이 양호한 것을 의미한다(이하에서도 그와 같다).

또한, 시험 조건에 있어서는, 전자 교반 장치의 케이싱의 하단 위치에 침지 노즐의 토출구의 상단 위치를 배치하고, 통체의 내폭(D)을 70mm, d/D를 1.0, 토출구의 축심을 수평(O도), 자기 차폐판의 높이 방향의 길이(x)를 100mm, 두께를 30mm로 고정하고, 슬라브의 주조 속도(Vc)를 1.4m/분으로 하였다.

도 3a로부터 명확한 바와 같이, 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 높이 방향의 간격(s)을 좁게 함(자기 차폐판을 상방으로 이동시킴)에 따라서, 용강의 유동이 변화하는 것을 알 수 있다. 또한, 높이 방향의 간격(s)을 넓게 함(자기 차폐판을 하방으로 이동시킴)에 따라서, 용강의 유동의 변화가 작아지는 것을 알 수 있다(도 3a 내의 실선과 점선의 관계).

상세하게는 도 3b로부터 명확한 바와 같이, 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 높이 방향의 간격(s)을 좁게 하고(자기 차폐판을 상방으로 이동시키고), 코어 두께(h)의 1/5 미만의 거리로 하였을 경우에, 전자 교반 장치 전면(前面)의 유속에도 영향을 미치고, 필요한 교반력을 부여할 수 없게 된다.

다음으로, 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 높이 방향의 간격(s)을 h/5 이상 h 이하로 하였을 경우에, 전자 교반 장치 전면에 필요한 교반력을 얻으면서, 전자 교반 장치 하방의 교반력을 저감할 수 있고, 침지 노즐의 토출구로부터의 토출류와의 간섭 및 가속을 방지할 수 있다. 마지막으로, 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 높이 방향의 간격(s)을 코어 두께(h)를 초과하도록 하였을 경우에, 전자 교반 장치 하방의 교반력을 저감할 수 없고, 침지 노즐의 토출구로부터의 토출류와의 간섭 및 가속을 방지할 수 없다.

즉, 전자 교반 장치의 하방 위치에 자기 차폐판을 구비하고, 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 높이 방향의 간격(s)을 전술한 적정 범위에 설치함으로써, 제품 품질에 영향을 미치는 슬라브 표면의 청정성을 개선하는 데에 필요한 곳을 필요 교반력 이상으로 정밀하게 교반할 수 있고, 청정성 평점을 개선할 수 있는 것을 확인 할 수 있었다.

다음으로, 자기 차폐판과 침지 노즐의 토출구의 상대 위치가 주형 내의 용강류에 미치는 영향에 대해서, 도 4a와 도 4b를 참조하면서 설명한다. 여기서, 도 4a는 전자 교반 장치, 침지 노즐 및 자기 차폐판의 상대 위치 관계와 그 때의 주형 내의 용강의 흐름에 대하여 나타내며, 도 4b는 이 때에 제조한 슬라브의 청정성 평점에 대하여 나타내고 있다.

시험 조건은, 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 높이 방향의 간격(s)을 2h/5로 하고, 통체의 내폭(D)을 70mm, d/D를 1.0, 토출구의 축심을 수평(O도), 자기 차폐판의 높이 방향의 길이를 100mm, 두께를 30mm로 고정하고, 슬라브의 주조 속도(Vc)를 1.4m/분으로 하였다.

도 4a와 도 4b에 도시된 실시예 1로부터 명백한 바와 같이, 자기 차폐판의 상단 위치를 침지 노즐의 토출구의 상단 위치보다 하방에 배치(자기 차폐판의 상단의 상방 40mm의 위치에 토출구의 상단을 배치)하였을 경우에, 토출류와 교반류의 간섭, 및 교반류에 의한 토출류의 가속이 일부 발생하고, 청정성 평점을 자기 차폐판이 없는 경우의 청정성 평점인 3 미만으로 할 수 있었지만, 침지 노즐의 토출구에 부착물(예를 들면, 개재물 또는 반응 생성물)이 퇴적함으로써, 토출구의 축심이 변동하고 청정성 평점이 안정되지 않는다.

또한, 도 4a와 도 4b에 도시된 실시예 2로부터 명백한 바와 같이, 자기 차폐판의 상단 위치를 침지 노즐의 토출구의 상단 위치에 배치하였을 경우에, 토출류와 교반류의 간섭, 및 교반류에 의한 토출류의 가속을 방지할 수 있고, 청정성 평점을 개선할 수 있음을 확인할 수 있었다.

또한, 도 4a와 도 4b에 도시된 실시예 3으로부터 명백한 바와 같이, 자기 차폐판의 하단 위치를 토출구의 하단 위치의 상방 40mm의 위치로 하였을 경우에, 토출류와 교반류의 간섭, 및 교반류에 의한 토출류의 가속을 방지할 수 있고, 청정성 평점을 개선할 수 있음을 확인할 수 있었지만, 이하의 문제가 있다.

통상, 침지 노즐의 침지 깊이는 200mm ~ 300mm 정도이지만, 실시예 3에 있어서는, 침지 노즐의 침지 깊이가 400mm ~ 500mm 이상이 되고, 그 결과, 주형 상단으로부터 침지 노즐 선단까지의 길이가 600mm ~ 700mm 정도가 된다. 따라서, 침지 노즐의 중량이 상당히 무거워짐과 동시에, 침지 노즐을 턴디쉬에 장착한 상태에서, 연속 주조의 개시 작업과 종료 작업을 실시하려면, 침지 노즐과 주형 등의 주변 장치의 충돌 방지를 위하여, 턴디쉬의 승강 스트로크를 크게 하고, 침지 노즐을 과잉으로 상승시켜 회피시켜 반송할 필요가 생기므로, 실제 조업에서는 실용적이지 않다.

다음으로, 자기 차폐판의 높이 방향의 길이(x)가 주형 내의 용강류에 미치는 영향에 대하여, 도 5a와 도 5b를 참조하면서 설명한다. 여기서, 도 5a는 전자 교반 장치, 침지 노즐 및 자기 차폐판의 상대 위치 관계와 그 때의 주형 내의 용강의 흐름에 대해 나타내며, 도 5b는 이 때의 전자력에 대하여 나타내고 있다. 또한, 도 5b에 도시된 종축의 전자력은 도 5a에 도시된 자기 차폐판이 없는 경우(도면 내의 점선)의 침지 노즐의 토출구의 상단 위치보다 깊은 영역에 작용하는 전자력을 1.0으로 하여(도 5a 내의 사선부의 면적의 교반류를 일으키는 전자력), 자기 차폐판의 높이 방향의 길이(x)를 변화시켰을 때의 전자력의 감쇠를 나타내고 있다. 또한, 시험 조건은, 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 높이 방향의 간격(s)을 2h/5로 하고, 자기 차폐판의 두께를 10mm로 고정하였다.

도 5b로부터 명백한 바와 같이, 자기 차폐판의 높이 방향의 길이(x)가 길어짐에 따라, 전자력이 작아지는 것이 확인되었다. 특히, 자기 차폐판의 높이 방향의 길이를 50mm 이상 200mm 이하의 범위 내로 함으로써, 자기 차폐판에 의한 효과를 경제적으로 얻으면서, 토출류와 교반류의 간섭, 및 교반류에 의한 토출류의 가속을 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.

다음으로, 슬라브의 주조 속도가 주형 내의 용강류에 미치는 영향에 대해서, 도 6a와 도 6b를 참조하면서 설명한다. 여기서, 도 6a는 주형 내의 용강의 흐름에 대하여 나타내며, 도 6b는 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 높이 방향의 간격 및 주조 속도를 다양하게 변경하여 제조한 슬라브의 청정성 평점에 대하여 나타내고 있다.

시험 조건은, 전자 교반 장치의 하단 위치에 침지 노즐의 토출구의 상단 위치를 배치하고, 통체의 내폭(D)을 70mm, d/D를 1.0, 토출구의 축심을 수평(O도), 자기 차폐판의 높이 방향의 길이를 100mm, 두께를 30mm로 고정하였다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 침지 노즐의 일측의 토출구로부터의 토출류는 주조 속도의 증가에 따라 증가한다. 그 결과, 교반류와 토출류가 간섭하는 영역에서는, 유속의 불균일이 발생하고, 예를 들면 분체의 혼입과 탕면의 교란이 조장되고, 제강에 기인한 제품 결함이 증가하는 결과가 된다.

또한, 침지 노즐의 타측의 토출구로부터의 토출류도 주조 속도의 증가에 따라 증가한다. 그 결과, 가속 영역에서는, 개재물의 침입 깊이가 한층 깊어지고(부상 효과를 얻을 수 없게 되고), 제강에 기인한 제품 결함이 증가하는 결과가 된다.

전술한 바와 도 6b에 도시된 결과로부터, 전자 교반 장치와 자기 차폐판의 높이 방향의 간격(s)을 (1/5)h이상 h 이하의 범위 내로 하였을 경우에, 슬라브의 주조 속도를 빠르게 하여도, 전자 교반 장치에 의한 필요한 교반력을 얻으면서, 토출류와 교반류의 간섭 및 교반류에 의한 토출류의 가속을 방지할 수 있고, 청정성 평점을 개선할 수 있음을 확인할 수 있었다.

특히, 슬라브의 주조 속도를 1.0m/분, 1.4m/분, 더욱이 1.6m/분으로 상승시킴으로써, 본 발명의 효과가 더욱 현저하게 나타나는 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 침지 노즐의 토출구의 내폭(d)과 유로의 내폭(D)의 비(d/D)에 대해서도 시험한 결과, 비(d/D)를 1.0 이상 1.7 이하의 범위 내로 함으로써, 자기 차폐판에 의한 더욱 우수한 효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상으로부터, 본 발명에 의해, 연속 주조용 주형 내에서의 용강의 흐름의 교란을 억제하고, 제품 결함이 적은 양호한 품질의 슬라브를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상, 실시 형태를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시 형태에 기재된 구성으로 한정되는 것은 아니며, 특허 청구의 범위에 기재되어 있는 사항의 범위 내에서 고려될 수 있는 그 외의 실시 형태나 변형예도 포함하는 것이다. 예를 들면, 전술한 각각의 실시 형태나 변형 예의 일부 또는 전부를 조합 하여 본 발명의 슬라브의 연속 주조 장치 및 그 연속 주조 방법을 구성하는 경우도 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명의 (1) ~ (4)에 기재된 슬라브의 연속 주조 장치 및 (5)와 (6)에 기재된 슬라브의 연속 주조 방법은, 연속 주조용 주형의 장편 부재에 설치한 전자 교반 장치의 하방에, 자기 차폐판을 소정의 높이 방향의 간격으로 설치하므로, 용융 금속의 유동, 즉 교반류와 침지 노즐로부터의 토출류의 간섭, 및 토출류의 유속의 가속의 영향을 경감할 수 있다. 이에 따라, 연속 주조용 주형 내에서의 용융 금속의 흐름의 교란을 억제하고, 제품 결함이 적은 양호한 품질의 슬라브를 제조할 수 있다.

특히, (2)에 기재된 슬라브의 연속 주조 장치는, 침지 노즐의 토출구에 대한 자기 차폐판의 설치 위치를 규정하므로, 교반류와 토출류의 간섭 및 토출류의 유속의 가속의 영향을 더욱 경감할 수 있다.

(3)에 기재된 슬라브의 연속 주조 장치는, 자기 차폐판의 높이 방향의 길이와 두께를 규정하므로, 자기 차폐판으로부터의 누설 자장을 억제하면서, 자기 차폐판에 의한 연속 주조용 주형 내에서의 용융 금속의 흐름의 교란을 억제하는 효과를 높일 수 있다.

(4)에 기재된 슬라브의 연속 주조 장치는, 침지 노즐의 내폭(D)과 토출구의 내폭(d)의 비(d/D)를 규정함으로써, 토출구로부터의 토출류의 속도가 과잉으로 빨라지는 것을 억제하면서, 토출구로부터 주형 내에 용융 금속을 안정적으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 종래에 발생하고 있던 교반류와 토출류의 간섭 및 토출류의 유속의 가속의 영향을 경감할 수 있으며, 연속 주조용 주형 내에서의 용융 금속의 흐름의 교란을 억제하고, 제품 결함이 적은 양호한 품질의 슬라브를 제조할 수 있다.

(6)에 기재된 슬라브의 연속 주조 방법은, 슬라브의 주조 속도를 1.0m/분 이상으로 함으로써, 종래에, 교반류와 토출류의 간섭 및 토출류의 유속의 가속의 영향이 현저하게 나타나고 있던 주조 속도에 대해서도, 연속 주조용 주형 내에서의 용융 금속의 흐름의 교란을 억제할 수 있다. 이에 따라, 제품 결함이 적은 양호한 품질의 슬라브를 종래보다도 생산 효율을 향상시켜 제조할 수 있다.

Claims (6)

1. 용융 금속의 유로를 형성하는 통체의 하부의 양측 측방에 토출구가 설치되고, 이 토출구의 축심을 수평 방향부터 수평 방향에 대해서 하향으로 60도의 범위 내로 한 침지 노즐과,

   장방형 단면의 공간부를 구비하고, 이 공간부를 형성하는 폭이 넓은 장편 부재에 대향 배치된 적어도 한 쌍의 전자 교반 장치가 설치된 연속 주조용 주형을 구비하고,

   상기 침지 노즐의 상기 토출구를 통해 상기 연속 주조용 주형 내에 용융 금속을 공급하고, 이 연속 주조용 주형 내의 용융 금속을 상기 전자 교반 장치에 의해서 교반하고 응고시키면서 슬라브를 제조하는 연속 주조 장치에 있어서,

   상기 침지 노즐의 상기 토출구의 상단 위치는 상기 전자 교반 장치의 하단 위치 이하의 위치에 있고, 각 전자 교반 장치의 하방 위치에는 이 전자 교반 장치에 의해서 발생하는 자장을 조정하는 자기 차폐판이 설치되어 있고, 상기 자기 차폐판의 상단 위치를 상기 침지 노즐의 상기 토출구의 상단 위치 이하의 위치로 하고, 상기 자기 차폐판의 하단 위치를 상기 침지 노즐의 상기 토출구의 하단 위치 이하의 위치로 하고, 상기 전자 교반 장치의 코어의 높이 방향의 두께를 h로 하였을 경우에, 상기 자기 차폐판과 상기 전자 교반 장치의 높이 방향의 간격을 h/5 이상 h 이하의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는 슬라브의 연속 주조 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 자기 차폐판의 높이 방향의 길이를 50mm 이상 200mm 이하의 범위 내로 하고, 그 두께를 10mm 이상 100mm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 슬라브의 연속 주조 장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 침지 노즐의 상기 토출구의 내폭(d)과 이 침지 노즐의 내폭(D)의 비(d/D)가 1.0 이상 1.7 이하의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라브의 연속 주조 장치.
5. 제1항 또는 제3항에 기재된 슬라브의 연속 주조 장치를 이용하여 상기 슬라브를 제조하는 것을 특징으로 하는 슬라브의 연속 주조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 슬라브의 주조 속도는 1.0m/분 이상인 것을 특징으로 하는 슬라브의 연속 주조 방법.

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