KR101149374B1 - 연속주조 방법 및 이에 따라 제조되는 연속주조 주편 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압하수단에 의한 압하구간 및 압하량을 조절하여 주편의 중심 편석 및 기공 등의 결함을 제거할 수 있는 연속주조 방법 및 이에 따라 제조되는 연속주조 주편에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 연속주조 방법은 고상영역의 내부에 미응고영역을 포함하는 주편을 적어도 하나 이상의 압하수단으로 압하하여 압착시키는 메인 압하공정을 포함하는 연속주조 방법으로서, 상기 메인 압하공정 이전에, 상기 메인 압하공정에 실시하는 압하수단의 압하량보다 적은 압하량으로 주편을 압착시키는 사전 압하공정과; 상기 사전 압하공정 이후에 상기 사전 압하공정에서 실시하는 압하수단의 압하량보다 적은 압하량으로 주편을 압착시키는 벌징공정을 포함한다.

연속주조, 주편, 슬라브, 벌징, 압하, 경압하

Description

연속주조 방법 및 이에 따라 제조되는 연속주조 주편{Method of continuous Casting and Slab manufacturing thereof}

본 발명은 연속주조 방법 및 연속주조 주편에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압하수단에 의한 압하구간 및 압하량을 조절하여 주편의 중심 편석 및 기공 등의 결함을 제거할 수 있는 연속주조 방법 및 이에 따라 제조되는 연속주조 주편에 관한 것이다.

일반적으로 주편은 주형에 수용된 용강이 냉각대를 거쳐 냉각되면서 제조된다.

도 1은 일반적인 연속주조 장치를 보여주는 개념도이고, 도 2는 미응고 주편의 압하구간 개념도이며, 도 3a은 광폭 주편의 폭방향 응고 불균일 형상을 보여주는 개념도이고, 도 3b는 미응고 주편 압하시 주편 모서리부의 압하저항 영역을 보여주는 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연속주조되는 주편(10)은 주형(50)과 적어도 하나의 압하수단(20)인 세그먼트(23)를 거치면서 냉각되어 차후의 공정 으로 진행된다. 주편(10)의 주조는 용해된 금속이 주형(50) 표면부터 응고가 시작되어 응고가 완료될 때까지 압하수단(20)에 의해 지지 및 압연 되면서 이루어진다. 이때 세그먼트(23)에는 다수의 롤러(21a,21b)가 설치되고, 롤러(21a,21b)의 위치, 즉 세그먼트(23)의 압하량은 세그먼트(20)에 설치된 유압실린더(미도시)에 의해 제어된다.

이러한 응고과정을 거쳐 생성된 주편은 후공정으로 이송되고, 주편이 후판강재로 압연될 때 주편의 연속주조 중에 형성된 결함이 압연 후에도 최종 제품에 잔류하여 불량을 유발하는 경우가 발생한다. 이러한 결함의 예로서 중심편석, 기공 및 표면크랙이 있다. 주편이 후판강재로 압연될 때 압하비가 작으면 주편의 결함이 압연 후에도 남아 있어 불량을 유발하기 쉬우며, 상기와 같이 주편의 품질을 저하시키는 대표적인 요인으로는 중심편석과 기공(center porosity)이다.

이러한 중심편석 및 기공과 같은 결함을 저감하기 위한 대표적인 기술이 경압하(soft reduction)이다. 경압하 기술은 연속주조 중 주조말기에 압하수단(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. 하지만 상용 연주기의 경우 주편내 불균일 응고가 발생하고 이를 고려하여 세그먼트를 이용하여 경압하를 실시하는 경우, 완전히 응고된 주편의 코너부를 보다 많이 압하 해야만 한다. 이로 인해 주편 압하시 많은 힘이 요구되어 설비에 부하가 발생하거나, 설비적인 한계로 원하는 경압하량을 달 성하지 못하는 경우가 있다.

경압하 기술의 핵심은 도 2에 도시된 바와 같이, 응고과정 중 수축공이 형성되어 그 부위에 잔류 용강이 모여 중심편석을 형성하는 구간에 경압하를 적용하는 것이다. 그런데, 수축공이 형성된 시점에 적용하는 주편(10)의 경압하는 다음의 문제점이 있었다.

먼저, 응고말기에는 주편(10) 두께중심부에 등축정이 형성되기 쉬우며, 이 경우 주편(10) 표층부의 압하력이 주편(10) 두께 중심부에 절달되기 어려워 수축공이 압착되지 않고, 그대로 주편 두께 중심부에 잔류하는 경우가 발생된다.

또한, 주편은 도 3a에 도시된 바와 같이 주조중 주편 폭방향으로 응고 불균일이 발생한다. 이에 따라 주편(10)을 경압하할 때 주편(10) 위치에 따라 압하력이 달라짐으로 주편(10) 전체에 걸쳐 균일하게 수축공을 압착하여 중심편석을 제거하기 어려웠다. 이와 함께 주편(10) 측면 모서리에서 일정거리(주편 두께 정도의 거리) 떨어진 부위는 주편 측면 모서리부에 형성된 고상영역(13)의 영향으로 압하 하기가 상당히 곤란하였다.(도 3b 참고) 그 결과 주편(10) 폭방향으로 주편(10) 측면 모서리영역에서 대략 주편(10)의 두께 정도 떨어진 부위의 두께 중심부에 대형 중심편석 및 기공이 발생되는 문제점이 발생하였다.

본 발명의 실시형태는 연속주조 중 압하수단에 의한 압하구간 및 압하량을 조절함에 따라 주편의 용질농축 잔류용강을 주조방향과 반대방향으로 밀어냄으로써 중심편석 및 기공과 같은 결함을 제거하는 연속주조 방법을 제공한다.

특히, 연속주조 중 직사각형 형태의 미응고영역을 다량 포함한 주편을 사전 압하 하고, 벌징을 실시하여 주편의 형상을 제어함으로써 메인 압하시 작은 압하력으로도 효과적인 압하가 가능한 연속주조 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예들에 따른 연속주조 방법은 고상영역의 내부에 미응고영역을 포함하는 주편을 적어도 하나 이상의 압하수단으로 압하하여 압착시키는 메인 압하공정을 포함하는 연속주조 방법으로서, 상기 메인 압하공정 이전에, 상기 메인 압하공정에 실시하는 압하수단의 압하량보다 적은 압하량으로 주편을 압착시키는 사전 압하공정과; 상기 사전 압하공정 이후에 상기 사전 압하공정에서 실시하는 압하수단의 압하량보다 적은 압하량으로 주편을 압착시키는 벌징공정을 포함한다.

상기 사전 압하공정의 압하량은 상기 메인 압하공정의 압하량에 대하여 30 ~ 80% 인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 사전 압하공정의 압하량은 상기 메인 압하공정의 압하량에 대하여 45 ~ 65% 인 것을 특징으로 한다.

상기 사전 압하공정은 주편 중심부의 고상율이 0인 구간에서 이루어지는 것 을 특징으로 한다.

상기 벌징공정의 압하량은 상기 사전 압하공정의 압하량에 대하여 40 ~ 70% 인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 벌징공정의 압하량은 상기 사전 압하공정의 압하량에 대하여 50 ~ 60% 인 것을 특징으로 한다.

상기 벌징공정 이후의 주편은 양측 모서리부의 두께가 중심부의 두께보다 얇게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 벌징공정은 주편 중심부의 고상율이 0 ~ 0.2인 구간에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 벌징공정이 이루어지는 구간에는 다수개의 압하수단이 설치되고, 상기 압하수단은 1.5 ~ 2.5 m 마다 하나씩 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 메인 압하공정은 주편 중심부의 고상율이 0.2 ~ 0.6인 구간에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 메인 압하공정에서의 압하량은 주편의 두께 100mm에 대하여 3 ~ 40mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 연속주조 방법은 고상영역의 내부에 미응고영역을 포함하는 주편을 적어도 하나 이상의 압하수단으로 압하하여 압착시키는 메인 압하공정을 포함하는 연속주조 방법으로서, 상기 메인 압하공정 이전에, 주편의 두께가 폭방향에 대하여 모서리부가 중심부보다 얇게 형성되도록 하는 두께 제어 단계를 포함한다.

상기 압하수단은 주편의 상부 및 하부에 각각 배치되는 상부롤 및 하부롤을 포함하여 상기 상부롤 및 하부롤의 적어도 하나를 이동시켜 상부롤과 하부롤 사이 롤갭을 제어하고, 상기 두께 제어 단계는, 압하수단의 롤갭을 좁혀 고상영역을 압착시키는 사전 압하공정과; 상기 사전 압하공정 이후에 압하수단의 롤갭을 넓혀 미응고영역의 철정압에 의해 주편의 중심부 두께가 두꺼워지게 하는 벌징공정을 포함한다.

상기 사전 압하공정에서의 롤갭은 메인 압하공정시 압하수단의 롤갭보다 넓고, 상기 벌징공정에서의 롤갭은 사전 압하공정 이전의 롤갭보다는 좁은 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 연속주조 주편은 고상영역의 내부에 미응고영역을 포함하는 주편을 적어도 하나 이상의 압하수단으로 압하하여 압착시키는 메인 압하공정을 포함하는 연속주조 방법으로서, 상기 메인 압하공정 이전에, 상기 메인 압하공정에 실시하는 압하수단의 압하량보다 적은 압하량으로 주편을 압착시키는 사전 압하공정과; 상기 사전 압하공정 이후에 상기 사전 압하공정에서 실시하는 압하수단의 압하량보다 적은 압하량으로 주편을 압착시키는 벌징공정을 포함하는 연속주조 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 연속주조 주편은 고상영역의 내부에 미응고영역을 포함하는 주편을 적어도 하나 이상의 압하수단으로 압하하여 압착시키는 메인 압하공정을 포함하는 연속주조 방법으로서, 상기 메인 압하공정 이전에, 주편의 두께가 폭방향에 대하여 모서리부가 중심부보다 얇게 형성되도록 하는 두께 제어 단계를 포함하는 연속주조 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면 주편의 내부 결함 발생을 방지하는 경압하 연속주조 적용시, 메인 압하에 선행하여 주편을 사전 압하시키고 인위적으로 벌징을 실시하여 주편의 형상을 제어함에 따라 주편의 폭방향으로 균일하면서 내부 품질이 우수한 주편을 생산할 수 있다.

또한, 메인 압하에 선행하여 사전 압하를 실시하여 주편의 두께를 일정부분 얇게 하고, 벌징을 실시하여 주편의 모서리 부분 두께를 중심부의 두께보다 얇게 함에따라 메인 압하시 압하력을 저하시킬 수 있어 압하장치의 과부하를 예방할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 일반적인 연속주조 장치를 보여주는 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연속주조 방법시 주편의 형상을 보여주는 모식도이다.

먼저 본 발명에 따른 연속주조 방법이 실시되는 연속주조 장치에 대하여 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

연속주조 장치는 레이들(Ladle)(30)에 불순물 제거와 화학성분이 조정된 용강을 채우고 레이들(30)에 구비된 쉬라우즈 노즐(31)을 통하여 턴디쉬(Tundish)(40)에 공급하게 된다. 그리고 상기 턴디쉬(40)에 저장된 용강을 원통형 내화벽돌로 된 침지 노즐(41)을 통해 주형(50)에 주입시키고, 주형(50)에서 1차 냉각되면서 용강은 주형(50)과 접촉된 외부에 고상영역(13)을 형성하고, 고상영역(13)의 내부에는 미응고영역(11)이 존재하는 주편(10)으로 주조된다. 이러한 주편(10)은 주형(50)을 빠져나와 압하수단(20)에 의해 지지 및 압연 되면서 냉각이 진행되어 일정 두께의 주편(10)으로 주조된 다음 소정 길이만큼씩 절단된다.

이때 상기 압하수단(20)은 주편(10)의 상부와 하부 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두에 설치되고, 각각의 압하수단(20)은 주편(10)을 직접 압연시키는 상부롤(21a) 및 하부롤(21b)과, 상기 상부롤(21a) 및 하부롤(21b)을 각각 지지하는 세그먼트(23)를 포함하며, 상기 세그먼트(23)는 상기 상부롤(21a) 및 하부롤(21b)을 주편(10) 방향으로 이동시켜 주편(10)을 압하시키는 실린더(미도시)를 포함한다. 이렇게 구성되는 압하수단(20)은 상부롤(21a)과 하부롤(21b) 사이의 롤갭(t)을 조절함에 의해 주편(10)의 압하량을 조절하는 것이다. 따라서, 후술되는 설명 중 압하수단(20)의 압하량이 적다는 것은 상대적으로 기준이 되는 어느 시점보다 롤갭(t)이 넓다는 것을 의미한다.

그리고, 후술되는 설명 중 압하력은 압하수단(20)에 압하량을 제공할 때 부 여되는 실린더의 하중을 의미하는 것으로서, 동일한 압하량을 제공할 때 압하력이 크다는 의미는 상부롤(21a)과 하부롤(21b) 사이의 롤갭(t)을 원하는 압하량으로 좁힐때 실린더에 상대적으로 많는 하중이 작용하는 것을 의미한다. 따라서, 압하력이 크다는 것은 실린더에 상대적으로 과부하가 작용한다는 의미를 내포한다.

상기와 같이 구성되는 연속주조 장치를 이용하여 연속주조를 실시하면 주형(50)에서 응고가 시작된 주편(10)은 압하수단(20)을 통과하면서 압연되어 응고가 진행되는데, 이때 주편(10)은 2차 냉각수 비수분포, 가이드 분할롤의 베어링 위치, 용강유동 및 가이드 롤의 벤딩 등의 원인에 의해 불균일 응고가 진행된다. 이러한 이유로 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 주편(10) 폭방향으로 고상영역(13)의 두께가 다르게 형성된다. 상세하게는 주편(10)의 폭방향으로 모서리부분의 미응고영역(11)이 중심부의 미응고영역(11)보다 넓게 분포한다. 그 결과 경압하 공정, 즉 메인 압하공정 또는 자연 응고 이후에 최종 응고가 지연된 영역에 농화된 미응고 용강이 잔류하게 되어 중심편석 및 기공과 같은 내부결함이 발생된다. 본 발명은 이러한 내부결함을 해소하기 위한 방법으로 메인 압하 이전에 사전 압하공정 및 벌징공정을 통하여 주편(10)의 두께를 제어하여 이루어진다. 사전 압하공정 이전 주편(10)의 주께를 "t1"이라 정의한다.

보다 상세하게 설명하자면, 본 발명의 일실시예에 따른 연속주조 방법은 크게 경압하 공정이 이루어지는 메인 압하공정과, 상기 메인 압하공정 이전에 주편(10)의 두께가 폭방향에 대하여 모서리부가 중심부보다 얇게 형성되도록 하는 두께 제어 단계를 포함한다. 이때 상기 두께 제어 단계는 바람직하게는 압하수단(20) 의 롤갭(t)을 좁혀 고상영역(13)을 압착시키는 사전 압하공정과; 상기 사전 압하공정 이후에 압하수단(20)의 롤갭(t)을 넓혀 미응고영역(11)의 철정압에 의해 주편(10)의 중심부 두께가 두꺼워지게 하는 벌징공정을 포함한다.

사전 압하공정은 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 메인 압하공정시 압하력을 최소화하기 위하여 주편(10)의 고상영역(13) 두께가 얇고 미응고영역(11)이 내부에 다량 존재하는 주편(10)을 압하하여 주편(10) 두께를 감소시키는 공정으로서, 상기 메인 압하공정에 실시하는 압하수단(20)의 압하량보다 적은 압하량으로 주편(10)을 압착시킨다.

사전 압하공정에서의 압하량은 적어도 한 개 이상의 압하수단(20)을 사용하여 메인 압하량의 30 ~ 80% 범위인 것이 바람직하다. 만약 사전 압하공정시 압하량이 메인 압하공정시 압하량의 30% 미만일 때는 메인 압하량의 압하력을 저하시키는 효과를 볼 수 없고, 사전 압하공정시 압하량이 메인 압하공정시 압하량의 80%를 초과하게 되면 사전 압하공정 후 벌징공정시 주편(10) 내부 선단부에 압축-인장응력이 순식간에 발생되어 주편(10)의 내부 크랙이 발생되는 문제가 발생된다. 따라서 주편(10)의 사전 압하공정시 압하량은 메인 압하량의 30 ~ 80%일 때 메인 공정시 압하력을 최소화하면서 주편(10)의 내부 크랙을 방지할 수 있다. 더욱 바람직하게는 주편(10)의 사전 압하공정시 압하량은 메인 압하량의 45 ~ 65%인 것이 좋다.

그리고, 상기 사전 압하공정은 주편(10) 중심부의 미응고영역(11)에서 고체화가 진행되지 않는 상태, 즉 고상율이 0인 구간에서 실시하는 것이 바람직하다. 그 이유는 주편(10)의 중심부에 용강의 응고에 따른 석출물 및 수축공이 생성되기 이전에 사전 압하공정을 진행하기 위함이다.

이렇게 사전 압하를 통하여 주편(10)을 압하시키면 주편(10)의 두께는 사전 압하 이전보다 작아진다.(t2〈 t1) 이때 주편(10) 내부의 미응고영역(11)도 주편(10)의 사전 압하에 따라 압착된다.

다음으로, 사전 압하에 의해 벌징을 실시한다.

벌징공정은 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 주편(10)의 폭방향 불균일한 응고를 개선하는 단계로서, 사전 압하공정 이후에 상기 사전 압하공정 이후에 상기 사전 압하공정에서 실시하는 압하수단(20)의 압하량보다 적은 압하량으로 주편(10)을 압착시킨다. 상세하게는 사전 압하공정시에 좁혔던 롤갭(t)을 사전 압하공정시에 비하여 상대적으로 늘려줌에 따라 주편(10)을 압착하고 있는 상부롤(21a) 또는/및 하부롤(21b)을 주편(10)으로부터 이격시키는 것이다. 그러면 미응고영역(11)의 철정압과 고상영역(13)의 형상에 의해 주편(10)의 중심부가 t5만큼 부풀어 올라 도 4c에 "15"로 표시된 영역이 발생되고, 이에 따라 미응고영역(11)이 평활하게 개선되고, 고상영역(13)의 두께가 균일하게 개선되는 것이다. 이때 주편(10)의 중심부 두께(t3)는 사전 압하 공정 전 주편(10)의 두께(t1)보다는 작은 것이 바람직하다.(t2〈 t3〈 t1)

상기 벌징공정에서의 압하량은 적어도 한 개 이상의 압하수단(20)을 이용하여 상기 사전 압하공정의 압하량에 대하여 40 ~ 70% 범위인 것이 바람직하다. 만약 벌징공정시 압하량이 사전 압하공정시 압하량의 40% 미만일 때는 벌징량이 작아 주편(10)의 불균일 응고 저감 효과를 충분히 얻을 수 없고, 벌징공정시 압하량이 사 전 압하공정시 압하량의 70% 초과할 때는 사전 압하 후 벌징시 주편(10) 내부 선단부에 압축-인장응력이 순식간에 발생되어 주편(10)의 내부 크랙이 발생되는 문제가 발생된다. 따라서 주편(10)의 벌징공정시 압하량은 사전 압하량의 40 ~ 70%일 때 메인 공정시 압하력을 최소화하면서 주편(10)의 내부 크랙을 방지할 수 있다. 더욱 바람직하게는 주편(10)의 벌징공정시 압하량은 사전 압하량의 45 ~ 65%인 것이 좋다.

그리고, 상기 벌징공정은 다수개의 압하수단(20)에 의해 순차적으로 진행하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 상기 벌징공정이 이루어지는 구간에는 1.5 ~ 2.5 m 마다 압하수단(20)이 하나씩 설치되는 것이 바람직하다. 그래서, 주편(10)의 불균일 응고 영역이 평활하게 되고, 고상영역(13)의 두께가 균일하게 개선되는 현상이 점진적으로 발생되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벌징공정은 주편(10) 중심부의 미응고영역(11)에서 고체화가 진행되지 않았거나, 고체화가 시작되는 상태, 예를 들어 주편(10) 중심부의 고상율이 0 ~ 0.2인 구간에서 실시하는 것이 바람직하다. 그 이유는 주편(10)의 중심부에 용강의 응고에 따른 석출물 및 수축공이 생성되기 이전이면서, 주편(10)의 중심부에서 용강이 자유롭게 유동할 수 있는 구간에서 벌징공정을 진행하기 위함이다.

이렇게 사전 압하공정 및 벌징공정을 진행하여 주편(10)의 중심부 두께가 모서리부의 두께보다 두꺼워지면서, 내부의 미응고영역(11)의 두께를 평활하게 개선하였다면, 메인 압하를 실시한다.

메인 압하공정은 경압하 공정을 의미하는 것으로서, 고상영역(13)을 압착하 여 고상영역(13) 사이에 존재하는 용질 농축용강을 벌징 구간으로 밀어내는 공정이다. 이에 따라 상기 메인 압하공정 이후에는 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이 내부 품질이 우수하면서 주편(10)이 원하는 두께(t4)로 압착된다.(t4〈 t2)

상기와 같이 적용되는 메인 압하공정시 압하량은 메인 압하공정의 최종 적용구간 위치에 존재하는 용강의 두께(고상율 1 기준)에 의해 결정되는 것이 바람직하다. 압하량은 메인 압하공정시에 절단된 수지상 결정(dendrite)나 등축정계 결정 등이 서로 압착되면서 남기 때문에 실제 압하량은 메인 압하공정의 최종 적용구간 위치에 존재하는 용강의 두께보다 작을 수 있다. 이에 따라 상기 메인 압하공정시 압하량은 주편(10)의 두께 100mm에 대하여 3 ~ 40mm인 것이 바람직하다. 주편(10)의 두께 100mm에 대하여 3mm 미만의 메인 압하를 실시하면 용질 농축용강이 벌징구간으로 밀려나지 않고, 주편(10)의 두께 100mm에 대하여 40mm를 초과하여 메인 압하를 실시하면 주편(10) 두께가 지나치게 얇아져서 후판재 생산에 악영향을 미치고, 이와 함께 압하수단(20)에 필요 이상의 부하가 발생하기 때문이다. 이때 메인 압하량은 주편(10)의 두께에 비례하여 변화되는 것이 바람직한데, 예를 들어 주편(10)의 두께가 100mm인 경우에 메인 압하량은 3 ~ 40mm 수준이고, 주편(10)의 두께가 300mm인 경우에 메인 압하량은 9 ~ 120mm가 된다.

그리고, 상기 메인 압하공정이 이루어지는 구간은 주편(10) 중심부의 고상율이 0.2 ~ 0.6인 구간이다. 메인 압하공정이 이루어지는 구간의 주편(10) 중심부 고상율을 한정하는 이유는 고상영역(13) 사이에 있던 용질 농축용강이 벌징 구간으로 원활하게 밀려나가게 하기 위하여 용질농축용강이 원활하게 이동할 수 있는 충분하 게 적은 고상율을 유지하고 있어야 하기 때문이다. 바람직하게는 메인 압하공정이 이루어지는 구간은 주편(10) 중심부의 고상율이 0.01 ~ 0.5인 것이 좋다.

상기와 같이 메인 압하공정이 이루어지면 고상영역(13)의 압착에 의해 밀려난 잔류용강이 주편(10) 두께 중심부의 미응고영역(11) 채널을 통해 벌징구간 방향으로 쉽게 이동되고, 밀려난 용질농축 잔류용강은 벌징공정으로 인하여 벌징구간에 존재하는 용강과 혼합되어 균질화된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 연속주조 방법의 진행시 압하수단의 롤갭 제어에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연속주조 방법시 탕면으로부터 거리에 따른 롤갭(t)을 보여주는 그래프로서, 도 5는 두께 300mm의 주편(10)을 주조하기 위하여 본 발명에 따른 각 공정시 압하수단(20)의 롤갭(t)을 제어한 것을 단계적으로 보여준다.

도 5에 도시된 바와 같이 사전 압하공정 이전에는 롤갭(t)을 약 325mm 수준으로 유지하면서 주조를 진행하여 주편(10)의 두께를 t1으로 유지하다가, 사전 압하공정시에는 롤갭(t)을 315mm 수준으로 점진적으로 좁혀서 주편(10)의 두께를 t2로 얇게 한다. 그리고, 벌징공정시에는 315mm로 좁혀진 롤갭(t)을 다시 320mm 수준으로 서서히 넓혀서 주편(10) 중심부의 두께를 t5만큼 증가시켜 주편(10) 중심부의 두께가 t3가 되도록 한다. 그리고, 메인 압하공정시에는 롤갭(t)을 다시 300mm 수준으로 점진적으로 좁혀서 주편(10)의 두께가 t4 수준이 될 때까지 주편(10)을 압 착시킨다.

다음으로, 본 발명에 따른 연속주조 방법(발명예)과 종래의 연속주조 방법(비교예)를 비교하는 시험을 실시하였다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연속주조 방법의 압하수단(20)의 압하력과 종래의 방법에 따른 압하수단(20)의 압하력을 보여주는 비교 그래프로서, 본 발명에 따른 연속주조 방법을 사용하는 경우에 종래의 연속주조 방법과 비교하여 미응고층(미응고영역(11)) 두께에 따라 압하수단(20)의 압하력(실린더의 하중)의 저감 효과를 보여준다.

본 발명에 따른 연속주조 방법은 메인 압하공정 이전에 사전 압하공정 및 벌징공정을 진행하였고, 비교예는 사전 압하공정 및 벌징공정 없이 메인 압하공정만 진행한 것이다. 도 6에서 알 수 있듯이 미응고층이 포함된 메인 압하구간에서는 본 발명에 따른 방법이 비교예에 비교하여 45 ~ 60% 정도 압하력이 저감되는 효과를 얻었다. 또한, 미응고층이 거의 없는 영역에서는 ~ 40% 정도의 압하력 저감효과를 얻었으며, 완전 응고된 영역에서는 20 ~ 30 % 정도의 압하력 저감효과를 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 본 시험 결과 메인 압하구간에서 압하력은 주편(10)의 사전 압하량 및 벌징량 크기에 의존하며, 주편(10) 두께, 강종, 2차 냉각, 주조속도 등에 의해 최종 응고 위치가 정해지기 때문에 본 발명과 비교예를 정량적으로 절대 비교하는 것이 어렵지만, 사전 압하량과 벌징량이 증가할수록 메인 압하구간에서 압하력이 감소함을 확인할 수 있었다.

그리고, 도 7은 본 발명 및 종래의 연속주조 방법에 따른 다양한 실시예를 시험한 시험데이터 및 결과를 보여주는 표로서, 다양한 실시예의 시험 조건 및 그에 따른 결과를 보여준다.

시험 No. 1 ~ 3은 주편(10) 두께가 100mm, 주편 폭이 800mm 인 연주기 압하수단을 통하여 비교예와 발명예를 비교하였다. 비교예(No.1)는 주편의 사전 압하 및 벌징이 없는 종래의 연속주조 방식의 압하 방법(경압하)으로 한 개의 압하수단을 통해 10mm를 압하한 시험이다. 그 결과, 압하력이 크게 증가하고 주편 폭방향으로 불균일한 중심편석 분포를 얻었다(도 8a 사진 참조).

반면, 발명예 No.2 및 No.3은 주편의 사전 압하량으로 각각 7mm를 부과하고, 벌징량으로 각각 3mm와 4mm를 부과한 시험이다. 그 결과, 주편 측면 모서리부를 선행하여 주편 두께를 줄여주고, 이후 벌징을 통해 주편 폭방향 불균일 응고를 완화시킴에 따라, 주편 폭방향으로 보다 균일한 중심편석 분포를 얻었으며, 메인 압하 구간에서의 압하력은 크게 감소하는 결과를 얻었다.

시험 No. 4 ~ 7은 주편두께가 140mm, 주편 폭이 800mm 인 연주기 압하수단을 통하여 비교예와 발명예를 비교하였다. 비교예(No.4)는 주편의 사전 압하 및 벌징이 없는 종래의 연속주조 방식의 압하 방법(경압하)으로 한 개의 압하수단을 통해 10mm를 압하한 결과, 시험 No. 1의 주편과 동일하게 압하력이 크게 증가하고 주편 폭방향으로 불균일한 중심편석 분포를 얻었다.

반면, 발명예 No.5 ~ 7은 주편의 사전 압하량을 7 ~ 12mm 부과하고, 벌징량으로 4 ~ 10mm를 부과한 시험이다. 그 결과, 주편 측면 모서리부를 선행하여 주편두께를 줄여주고, 이후 벌징을 통해 주편 폭방향 불균일 응고를 완화시킴에 따라, 주편 폭방향으로 보다 균일한 중심편석 분포를 얻었으며, 메인 압하 구간에서의 압하력은 크게 감소하는 결과를 얻었다(도 8b 사진 참조). 그러나 주편의 사전 압하량이 메인 압하량의 80%를 초과하거나(No.7), 벌징량이 사전 압하량의 70%를 초과한 경우(No.6)는 주편 측면 모서리의 내부 삼중점(Triple Point) 주위에 내부크랙이 발생하였다(도 8c 사진 참조). 이에 따라 압하력 감소 효과와 주편의 중심편석 및 내부크랙을 고려해 볼 때, 적정 사전 압하량 및 벌징량이 존재함을 알 수 있었다.

시험 No.8 ~ 20은 주편두께가 300mm, 주편 폭이 2200mm 인 상용 연주기 압하수단을 통하여 비교예와 발명예를 비교하였다.

특히 시험 No. 8 ~ 13은 메인 압하구간 압하량을 20mm로 설정하여 주편의 사전 압하량과 벌징량을 달리 실험하였다. 비교예(No.8)는 주편의 사전 압하 및 벌징이 없는 종래의 연속주조 방식의 압하 방법(경압하)으로 한 개의 압하 장치를 통해 20mm를 압하한 결과, 시험 No. 1 및 시험 No. 4 의 주편과 동일하게 압하력이 크게 증가하고 주편 폭방향으로 불균일한 중심편석 분포를 얻었다.

반면, 발명예 No.9 ~ 13은 주편의 사전 압하량을 5 ~ 20mm 부과하고, 벌징량을 5 ~ 15mm를 부과한 시험이다. 그 결과, 주편 측면 모서리부를 선행하여 주편두께를 줄여주고, 이후 벌징을 통해 주편 폭방향 불균일 응고를 완화시킴에 따라, 주편 폭방향으로 보다 균일한 중심편석 분포를 얻었으며, 메인 압하 구간에서의 압하력은 크게 감소하는 결과를 얻었다. 그러나 시험 No.5 ~ 7의 결과와 마찬가지로 주편의 사전 압하량이 메인 압하량의 80%를 초과하거나(No.12, 13), 벌징량이 사전 압하량의 70%를 초과한 경우(No.9, 11, 13)는 주편 측면 모서리의 내부 삼중점(Triple Point) 주위에 내부크랙이 발생하였다

그리고, 시험 No. 14 ~ 20은 메인 압하구간 압하량을 30mm로 설정하여 주편의 사전 압하량과 벌징량을 달리 실험하였다. 비교예(No.14)는 주편의 사전 압하 및 벌징이 없는 종래의 연속주조 방식의 압하 방법(경압하)으로 두 개의 압하 장치를 통해 30mm를 압하한 결과, 시험 No. 1 및 시험 No. 4 의 주편과 동일하게 압하력이 크게 증가하고 주편 폭방향으로 불균일한 중심편석 분포를 얻었다.

반면, 발명예 No.15 ~ 20은 주편의 사전 압하량을 15 ~ 30mm 부과하고, 벌징량을 0 ~ 15mm를 부과한 시험이다. 그 결과, 주편 측면 모서리부를 선행하여 주편두께를 줄여주고, 이후 벌징을 통해 주편 폭방향 불균일 응고를 완화시킴에 따라, 주편 폭방향으로 보다 균일한 중심편석 분포를 얻었으며, 메인 압하 구간에서의 압하력은 크게 감소하는 결과를 얻었다. 그러나 시험 No.5 ~ 7의 결과와 마찬가지로 주편의 사전 압하량이 메인 압하량의 80%를 초과한 경우(No.19, 20)는 주편 측면 모서리의 내부 삼중점(Triple Point) 주위에 내부크랙이 발생하였다.

그리고, 300mm 상용 주편에 적용한 결과로서 사전 압하량을 메인 압하량과 동일하게 하여 벌징량을 크게 부여한 경우(No.20) 주편 폭방향 중심편석 균일화를 얻을 수 있었으며, 특히 중심편석도는 부편석(< 1.0)이 적당하게 발생됨을 확인할 수 있었으나, 사전 압하량 및 벌징량이 커짐에 따라 쉽게 주편 내부 선단부에 압축-인장응력이 순식간에 발생되어 주편의 내부크랙이 조장됨을 확인할 수 있었다.

상기의 도 7의 결과로부터 주편의 사전 압하구간의 압하량은 메인 압하 구간 의 압하량의 30 ~ 80%를 유지하여야 하며, 주편의 벌징구간의 벌징량은 사전 압하구간의 압하량의 40 ~ 70%를 유지해야 함을 확인하였다. 더욱 바람직하게는 주편의 사전 압하구간의 압하량은 메인 압하 구간의 압하량의 45 ~ 65%를 유지해야 되며, 주편의 벌징구간의 벌징량은 사전 압하구간의 압하량의 50 ~ 60%를 유지했을 때, 보다 안정된 주편 내부품질 및 압하력 저감 효과를 얻을 수 있었다. 이에 부가하여 벌징량이 증가하여도 벌징 구간을 확대한 경우에도 안정된 주편 내부품질 및 압하력 저감 효과를 얻을 수 있었다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

도 1은 일반적인 연속주조 장치를 보여주는 개념도이고,

도 2는 미응고 주편의 압하구간 개념도이며,

도 3a은 광폭 주편의 폭방향 응고 불균일 형상을 보여주는 개념도이고,

도 3b는 미응고 주편 압하시 주편 모서리부의 압하저항 영역을 보여주는 개념도이며,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연속주조 방법시 주편의 형상을 보여주는 모식도이고,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연속주조 방법시 탕면으로부터 거리에 따른 롤갭을 보여주는 그래프이며,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연속주조 방법의 압하수단의 압하력과 종래의 방법에 따른 압하수단의 압하력을 보여주는 비교 그래프이고,

도 7은 본 발명 및 종래의 연속주조 방법에 따른 다양한 실시예를 시험한 시험데이터 및 결과를 보여주는 표이며,

도 8a 내지 8c는 종래의 연속주조 방법 및 본 발명의 일실시예에 따른 연속주조 방법의 다양한 시험에 의해 형성된 주편의 응고조직을 보여주는 사진들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 주편 11: 미응고영역

13: 고상영역 20: 압하수단

21a, 21b: 상부롤, 하부롤 23: 세그먼트

Claims (16)

1. 고상영역의 내부에 미응고영역을 포함하는 주편을 적어도 하나 이상의 압하수단으로 압하하여 압착시키는 메인 압하공정을 포함하는 연속주조 방법으로서,

   상기 메인 압하공정 이전에,

   상기 메인 압하공정에 실시하는 압하수단의 압하량보다 적은 압하량으로 주편을 압착시키는 사전 압하공정과;

   상기 사전 압하공정 이후에 상기 사전 압하공정에서 실시하는 압하수단의 압하량보다 적은 압하량으로 주편을 압착시키는 벌징공정을 포함하는 연속주조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 사전 압하공정의 압하량은 상기 메인 압하공정의 압하량에 대하여 30 ~ 80% 인 연속주조 방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 사전 압하공정의 압하량은 상기 메인 압하공정의 압하량에 대하여 45 ~ 65% 인 연속주조 방법.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 사전 압하공정은 주편 중심부의 고상율이 0인 구간에서 이루어지는 연속주조 방법.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 벌징공정의 압하량은 상기 사전 압하공정의 압하량에 대하여 40 ~ 70% 인 연속주조 방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 벌징공정의 압하량은 상기 사전 압하공정의 압하량에 대하여 50 ~ 60% 인 연속주조 방법.
7. 청구항 1, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 벌징공정 이후의 주편은 양측 모서리부의 두께가 중심부의 두께보다 얇게 형성되는 연속주조 방법.
8. 청구항 1, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 벌징공정은 주편 중심부의 고상율이 0 ~ 0.2인 구간에서 이루어지는 연속주조 방법.
9. 청구항 1, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 벌징공정이 이루어지는 구간에는 다수개의 압하수단이 설치되고, 상기 압하수단은 1.5 ~ 2.5 m 마다 하나씩 설치되는 연속주조 방법.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 메인 압하공정은 주편 중심부의 고상율이 0.2 ~ 0.6인 구간에서 이루어지는 연속주조 방법.
11. 청구항 1 또는 청구항 10에 있어서,

    상기 메인 압하공정에서의 압하량은 주편의 두께 100mm에 대하여 3 ~ 40mm인 연속주조 방법.
12. 고상영역의 내부에 미응고영역을 포함하는 주편을 적어도 하나 이상의 압하수단으로 압하하여 압착시키는 메인 압하공정을 포함하는 연속주조 방법으로서,

    상기 메인 압하공정 이전에,

    주편의 두께가 폭방향에 대하여 모서리부가 중심부보다 얇게 형성되도록 하는 두께 제어 단계를 포함하고,

    상기 두께 제어 단계는,

    상기 고상영역을 압착시키는 사전 압하공정과;

    상기 사전 압하공정 이후에 상기 주편의 중심부 두께가 두꺼워지게 하는 벌징공정을 포함하는 연속주조 방법.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 압하수단은 주편의 상부 및 하부에 각각 배치되는 상부롤 및 하부롤을 포함하여 상기 상부롤 및 하부롤의 적어도 하나를 이동시켜 상부롤과 하부롤 사이 롤갭을 제어하고,

    상기 사전 압하공정은 상기 상부롤과 하부롤 사이의 롤갭을 좁히고,

    상기 벌징공정은 상기 상부롤과 하부롤 사이의 롤갭을 넓히는 연속주조 방법.
14. 청구항 13에 있어서,

    상기 사전 압하공정에서의 상기 상부롤과 하부롤 사이의 롤갭은 메인 압하공정시 압하수단의 롤갭보다 넓은 연속주조 방법.
15. 청구항 1에 기재된 연속주조 방법에 의하여 제조되는 연속주조 주편.
16. 청구항 12에 기재된 연속주조 방법에 의하여 제조되는 연속주조 주편.

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