KR101159930B1

KR101159930B1 - 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법

Info

Publication number: KR101159930B1
Application number: KR1020090130460A
Authority: KR
Inventors: 황성준; 김정재; 김판근
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2012-06-25
Also published as: KR20110073737A; JP5500401B2; US20120073779A1; JP2012528722A; CN102470429B; US8302666B2; CN102470429A; WO2011078452A1

Abstract

본 발명은 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 무산화 주조를 수행하도록 턴디쉬에서 침지노즐 통해 연속 주조용 몰드로 용강을 주입하되, 상기 침지노즐은 빔블랭크의 양측 플랜지를 형성하는 연속 주조용 몰드의 일측에 편심지게 위치되어 상기 연속주조용 몰드 내로 용강을 주입한다.

본 발명은 무산화 주조로 품질이 우수한 저온 충격 보증용 강을 생산할 수 있을 뿐 아니라 컨파운드 연연주를 수행함에 따라 연주수가 향상되어 생산성이 향상되는 이점이 있다.

무산화 주조, 저온 충격 보증용 강

Description

충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법{Continuous casting method of impact guarantee beam blank}

본 발명은 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강의 무산화 주조를 실시하기 위한 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법에 관한 것이다.

연속주조란 용강을 일정한 형상의 몰드에 연속적으로 주입하여 목적에 따라 빌렛(Billet), 블롬(Bloom), 빔블랭크(Beam Blank), 슬래브(Slab)와 같은 주편을 생산하기 위한 일련의 공정이다.

연속주조설비에서 액상의 용강은 먼저 몰드를 통과하면서 20% 정도 응고되고, 이후 스트랜드를 통과하면서 나머지 80%가 완전히 냉각되어 전술한 바와 같이 고상의 주편이 된다.

본 발명의 목적은 저온 충격 보증용 빔블랭크를 생산하기 위해 Al이 첨가되는 경우 무산화 주조를 실시할 수 있도록 한 연속충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 무산화 주조를 수행하도록 턴디쉬에서 침지노즐 통해 연속 주조용 몰드로 용강을 주입하되, 상기 침지노즐은 빔블랭크의 양측 플랜지를 형성하는 연속 주조용 몰드의 일측에 편심지게 위치되어 상기 연속주조용 몰드 내로 용강을 주입한다.

상기 침지노즐은 용강토출구가 하부로 개구된 일자타입(Straight Type)을 채용한다.

상기 용강이 주입되는 연속 주조용 몰드 내벽에

주성분이 CaO:32.7~33.7wt%, SiO₂:29.3~30.3wt%, Al₂O₃:8.90~9.90wt%, Na₂O:1.8~2.8wt%, F:1.10~2.10wt%, C:15.6~16.6wt%인 몰드 파우더가 공급된다.

주편의 인발없이 상기 연소 주조용 몰드에서 주편 대기 후 턴디쉬를 교체하고 연속 주조를 수행하는 컨파운드(COMPOUND) 연연주를 수행한다.

상기 컨파운드 연연주시 상기 턴디쉬 교체는 5분 이내로 수행한다.

상기 연속 주조용 몰드에서 대기하는 주편의 몰드 레벨을 25~35%로 유지한 다.

상기 턴디쉬 교체 후 용강의 몰드 내 주입속도를 0.55~0.7m/min로 유지한다.

상기 용강을 연속 주조용 몰드에 주입하는 중에 상기 침지노즐이 위치된 반대측 용강에 연결봉을 삽입한다.

본 발명은 턴디쉬에서 침지노즐 통해 연속 주조용 몰드로 용강을 주입하되, 침지노즐을 빔블랭크의 양측 플랜지를 형성하는 연속 주조용 몰드의 일측에 편심지게 위치시켜 용강을 주입한다.

이는 용강의 재산화를 방지하고 노즐 막힘 문제를 발생하지 않아 저온 충격 보증강의 생산을 가능하게 하고, 턴디쉬 교체시 연결봉 투입시간을 단축하는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 용강토출구가 하부로 개구된 일자타입(Straight Type)의 침지노즐을 채용하여 침지노즐 사용수명을 향상시킨다.

또한, 본 발명은 주편의 인발없이 연소 주조용 몰드에서 주편 대기 후 턴디쉬를 교체하고 연속 주조를 수행하는 컨파운드(COMPOUND) 연연주를 수행한다.

따라서, 우수한 품질의 저온 충격 보증용 강을 생산할 수 있는 것은 물론 연속 주조 시간이 단축되고 연주수가 향상되어 생산성이 향상되는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법은, 정련과정을 마친 용강 을 레들에서 턴디쉬로 주입 후, 턴디쉬에 주입된 용강을 침지노즐을 통해 연속 주조용 몰드에 주입한다.

침지노즐의 사용은 저온 충격 보증용 강을 생산하기 위함이다.

저온 충격 보증용 강은 Al을 첨가하므로 오픈노즐 주입시 용강 스트림(Stream)의 대기 노출로 인한 용강 재산화가 발생한다. 용강 재산화는 오픈노즐 막힘 문제를 발생하고 사이즈가 큰 대형 제품의 경우 압연비 저하로 소재 표면에 가스(Gas)성 결함을 발생한다.

저온 충격 보증용 강의 생산시 용강 재산화를 방지하기 위해 침지노즐을 사용한다. 침지노즐은 턴디쉬에서 연속 주조용 몰드로 용강을 주입시 용강과 대기 접촉을 차단하는 무산화 주조를 수행하게 한다.

침지노즐은 빔블랭크의 양측 플랜지를 형성하는 연속 주조용 몰드의 일측에 편심지게 위치되어 몰드 내로 용강을 주입한다. 이는 연속 주조를 위한 턴디쉬 교체시 연결봉 투입시간을 단축하면서도 용강의 균일 응고에 영향을 주지 않는다.

침지노즐은 수명 향상을 위해 용강토출구가 하부로 개구된 일자타입(Straight Type)을 채용한다. 일자타입의 침지노즐은 하부 측면이 개구된 용강토출구를 갖는 홀타입(Hole Type) 침지노즐에 비해 내경을 넓혀 침지노즐 막힘을 방지하고 수명도 향상시킨다.

홀타입(Hole Type) 침지노즐의 경우에는 침지노즐 하부의 홀주위에 급격한 침식이 발생되어 침지노즐의 수명이 저하되고 연주수가 낮아지게 된다. 또한, 침지노즐의 수명 저하는 턴디쉬 교체 빈도를 증가시킨다.

용강이 주입되는 연속주조용 몰드 내벽에 몰드 파우더가 공급된다. 몰드 파우더는 개재물 분리 부상과 재산화 방지 및 응고쉘과 몰드간 윤활작용을 위해 공급된다.

몰드 파우더의 성분은 CaO, SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, F, C를 포함한다.

예컨데, 침지노즐을 일자타입으로 채용하는 경우 몰드 파우더의 성분은 CaO:32.7~33.7wt%, SiO₂:29.3~30.3wt%, Al₂O₃:8.90~9.90wt%, Na₂O:1.8~2.8wt%, F:1.10~2.10wt%, C:15.6~16.6wt%이다. 몰드 파우더의 성분에는 상기 성분 외에도 형석, 소다회 등의 용융특성 성분이 더 포함된다.

위의 몰드 파우더 성분 중 CaO, SiO₂, Al₂O₃는 개재물 분리 부상 및 재산화에 관여하고, Na₂O, F는 몰드 파우더의 점도, 용융점 조절, 윤활작용 및 열전달 속도를 균일화 한다. 그리고 C는 몰드 파우더의 용융 속도를 조절하고 보온성을 강화한다.

위 성분으로 몰드 파우더를 구성하는 경우 빔블랭크의 품질이 향상되고 선상흠 발생율이 저감된다. 선상흠은 압연방향에 평행으로 발생하는 크랙이다.

한편, 본 발명의 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법은 주편의 인발없이 몰드에서 주편 대기 후 턴디쉬를 교체하고 연속 주조를 수행하는 컨파운드(COMPOUND) 연연주를 채용한다.

설명의 편의상 빔블랭크와 주편을 혼용하여 사용하기로 한다.

컨파운드 연연주는 주편을 인발하고 더미바를 장입하여 몰드를 씰링한 후 턴디쉬를 교체하고 연속 주조를 수행하는 일반 연연주에 비해 턴디쉬의 교체시간을 짧게하는 것이 가능하다.

컨파운드 연연주시 턴디쉬 교체시간은 5분 이내로 수행한다. 이는 턴디쉬 교체시간이 5분 이상 소요되면 주편 연결부의 선단 들림 현상이 발생하여 설비사고의 위험이 있고 제품의 품질에 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

침지노즐 통해 연속 주조용 몰드로 주입되는 용강의 주입속도는 1연주시에는 0.25~0.5m/min이고, 턴디쉬가 교체된 2연주시부터 마지막 연주까지는 0.55~0.7m/min가 되도록 한다. 이는 턴디쉬 교체에 따른 용강 온도 하락을 방지하여 주편 연결부의 선단 들림 현상을 방지하기 위함이다.

컨파운드 연연주시 몰드에서 대기하는 주편의 몰드 레벨은 25~35%이다. 이는 턴디쉬 교체후 몰드 내로 새로 주입되는 용강의 레벨을 65~75%로 유지하여 주편 연결을 용이하게 한다.

컨파운드 연연주시 몰드에서 대기하는 주편은 어느 정도 온도 하락이 발생한 상태이고, 턴디쉬 교체 후 몰드 내로 새로 주입되는 용강은 온도 하락이 발생하지 않은 고온 상태이다. 따라서 턴디쉬 교체후 몰드 내로 주입되는 용강의 레벨을 높게하면 주편 연결이 보다 용이해진다.

몰드에서 대기하는 주편의 몰드 레벨은 25% 보다 낮거나 35% 보다 높으면 주편 연결이 불량하여 주편 연결부 선단 들림 현상이 발생할 수 있다.

몰드에서 대기하는 주편과 턴디쉬 교체 후 몰드 내로 주입되는 용강을 상호 연결하기 위해 연결봉이 삽입된다. 예컨데, 연결봉은 양측 단부에 홈을 구비한 형상을 갖는다.

연결봉은 연속주조용 몰드에서 침지노즐이 위치된 반대측의 용강에 삽입된다. 이는 턴디쉬를 교체하고 용강을 몰드 내로 주입하는 중에 연결봉의 용강 삽입이 가능하게 하여 연연주 대기 시간을 줄인다.

이와 같이 연속 주조용 몰드로 연속하여 주입된 용강은 연속 주조용 몰드에서 1차 냉각되어 외주면에 응고쉘이 형성되면서 주편으로 성형되며, 성형된 주편은 연속 주조용 몰드 내에서 배출된 후 복수의 스트랜드(Strand)를 따라 이송되는데, 이때 분사되는 냉각수에 의해 2차 냉각되어 주편의 형상 예컨데 빔블랭크로 완전히 응고되는 것이다.

한편, 2차 냉각된 후 주편은 곧게 펴게 되는데 이때, 주편의 연결부 선단이 휘어지는 것을 방지하기 위해 휨방향 반대측에 냉각수를 분사한다. 냉각수는 심플가이드(Simple guide) 하부에 소형 스프레이(Mist Spray)를 설치하여 수행한다. 이는 금속이 온도에 따라 팽창하거나 수축하는 성질을 이용하여 주편 연결부 선단의 들림현상을 방지한다. 여기서, 심플가이드는 2차 냉각된 주편이 곧게 펴지도록 안내하는 핀치롤이다.

아래의 표 1은 오픈노즐 또는 침지노즐 적용에 따른 연주수 변화를 나타낸 것이다.

구분	비교예	발명예
턴디쉬 노즐종류	오픈노즐(세미노즐 사용으로 몰드로 용강을 2줄 주입)	침지노즐 (몰드로 용강을 1줄 주입)
생산	Al보증강 생산 불가 -재산화에 따른 오픈노즐 막힘현상발생	Al보증강 생산 가능
연주수	평균 50연주	평균 22연주
턴디쉬 교체	컴파운드 턴디쉬 교체	컴파운드 턴디쉬 교체
최종 압연소재 품질	압연소재 표면에 가스성 결함발생(TIP터짐, 죽순흠)	폭확장 대형 소재의 가스성 결함 방지로 품질 개선

비교예는 정련과정을 마친 용강을 레들(1)에서 턴디쉬(3)로 주입 후, 턴디쉬(3)에 주입된 용강(m)을 오픈노즐(5)을 통해 연속 주조용 몰드(7)에 주입한 것이고(도 1참조), 발명예는 침지노즐(9)을 통해 연속 주조용 몰드에 주입한 것이다.(도 2참조) 여기서, 도면부호 11은 연결봉이 용강에 삽입되는 위치를 나타낸 것이다.

표 1에 의하면, 연속 주조시 침지노즐을 통해 턴디쉬의 용강을 몰드로 주입하면 연주수는 감소하나 재산화에 따른 오픈노즐 막힘 현상이 방지되어 충격 보증용 강 생산이 가능함을 알 수 있다.

아래의 표 2는 몰드 파우더 성분에 따른 선상흠 발생율을 나타낸 것이다.

참고로, 비교예의 몰드 파우더는 오픈노즐 주입용 몰드 파우더이고 발명예는 침지노즐에 적용하기 위해 구성 성분을 조절한 몰드 파우더이다.

구분		비교예	발명예	대비
몰드 파우더	염기도 (CaO/SiO₂)	1.20	1.11
	CaO[wt%]	34.10	33.20
	SiO₂[wt%]	28.36	29.80
	Al₂O₃[wt%]	11.80	9.40
	Na₂O[wt%]	0.1	2.3
	F[wt%]	1.84	1.60
	C[wt%]	15.26	16.1
	점도[Poise,1300℃]	12.9	10.2
	용융점[℃]	1256	1260
최종 압연소재 품질	선상흠[%]	6.5	2.8	3.7% 감소

표 2에 의하면, 비교예에 비해 발명예의 몰드 파우더를 사용한 경우 선상흠 발생율이 저감됨을 알 수 있다.

아래의 표 3은 침지노즐 타입에 따른 연주수 변화를 나타낸 것이다.

구분	비교예	발명예	대비
침지노즐 타입	홀 타입 (Hole Type)	일자타입 (Straight Type)	-
연주수	8	22	14

표 3에 의하면, 일자타입의 침지노즐을 적용하는 경우 침지노즐 수명 향상으로 연주수가 향상됨을 알 수 있다.

아래의 표 4는 연연주 조건에 따른 턴디쉬 교체시간의 변화를 나타낸 것이다.

구분	비교예	발명예	대비
연연주	일반 연연주 (주편 인발하고 더미바 장입 후 턴디쉬 교체)	컨파운드 연연주 (주편 인발 없이 몰드에서 주편 대기 후 턴디쉬 교체)
턴디쉬 교체시간(min)	80	5	-75
용강 주입속도(m/min)	0.5	30
몰드레벨(%)	70
심플가이드	-	심플가이드 하부에 소형스프레이 추가
주편 연결부LOSS양	6.5	2.0	-4.5
주편 연결부 선단 들림 현상	미발생	미발생

표 4에 의하면, 컨파운드 연연주를 적용하는 경우 턴디쉬 교체시간 단축으로 연연주 시간을 단축할 수 있고, 몰드 내 용강 주입속도, 몰드레벨 조절과 심플가이드에 소형 스프레이를 추가 설치하여 냉각수를 분사하면 주편 연결부 선단 들림 현상을 방지함을 알 수 있다.

또한, 컨파운드 연연주를 적용하는 경우 주편 연결부(주편의 선단과 말단) 손실량도 감소되어 실수율이 증가함을 알 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 표 1의 비교예로 오픈노즐을 적용한 도.

도 2는 표 1의 발명예로 침지노즐을 적용한 도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1:레들 3:턴디쉬

5:오픈노즐 7:연속 주조용 몰드

9:침지노즐 11:연결봉

Claims

무산화 주조를 수행하도록 턴디쉬에서 침지노즐 통해 연속 주조용 몰드로 용강을 주입하되,

상기 침지노즐은 빔블랭크의 양측 플랜지를 형성하는 연속 주조용 몰드의 일측에 편심지게 위치되어 상기 연속주조용 몰드 내로 용강을 주입하며,

상기 용강이 주입되는 연속 주조용 몰드 내벽에

CaO:32.7~33.7wt%, SiO₂:29.3~30.3wt%, Al₂O₃:8.90~9.90wt%, Na₂O:1.8~2.8wt%, F:1.10~2.10wt%, C:15.6~16.6wt%이고, 잔부가 형석 및 소다회인 몰드 파우더가 공급되는 것을 특징으로 하는 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 침지노즐은 용강토출구가 하부로 개구된 일자타입(Straight Type)을 채용하는 것을 특징으로 하는 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,

주편의 인발없이 상기 연소 주조용 몰드에서 주편 대기 후 턴디쉬를 교체하고 연속 주조를 수행하는 컨파운드(COMPOUND) 연연주를 수행하는 것을 특징으로 하는 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법.
청구항 4에 있어서,

상기 컨파운드 연연주시 상기 턴디쉬 교체는 5분 이내로 수행하는 것을 특징으로 하는 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법.
청구항 5에 있어서,

상기 연속 주조용 몰드에서 대기하는 주편의 몰드 레벨을 25~35%로 유지하는 것을 특징으로 하는 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법.
청구항 6에 있어서,

상기 턴디쉬 교체 후 용강의 몰드 내 주입속도를 0.55~0.7m/min로 유지하는 것을 특징으로 하는 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법.
청구항 7에 있어서,

상기 용강을 연속 주조용 몰드에 주입하는 중에 상기 침지노즐이 위치된 반대측 용강에 연결봉을 삽입하는 것을 특징으로 하는 충격 보증용 빔블랭크의 연속 주조 방법.