KR101220767B1 - 강의 연속 주조용 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 강의 연속 주조 장치는, 용강 주조용 주형과, 침지 노즐과, 전자기 교반 장치와, 전자기 브레이크 장치를 구비한다. 그리고, 각 긴변 벽에, 적어도 상기 침지 노즐에 대향하는 위치에, 상기 전자기 교반 장치측으로 만곡된 만곡부가 형성되어 있다. 또한, 평면에서 본 경우의 상기 만곡부의 정상부와 상기 침지 노즐 사이의 수평 거리가, 35㎜ 이상 또한 50㎜ 미만이다.
Description
본 발명은, 주형 내에 용강을 공급하여 주조편을 제조하는 강의 연속 주조 장치에 관한 것이다.
본원은, 2008년 11월 04일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2008-282981호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
강의 연속 주조 프로세스에서는, 주조된 주조편의 품질 향상을 목적으로 하여, 예를 들어 주형 내에 토출된 용강에 대해 직류 자장을 인가하는 것이 행해지고 있다. 이 직류 자장 중에 있어서의 용강의 토출류의 주위에는, 주류와는 역방향의 대향류가 발생하는 것이 알려져 있다.
통상의 용강의 연속 주조에 있어서는, 예를 들어 도 7에 도시하는 바와 같이, 용강(100)을 주형(101) 내에 토출시키는 침지 노즐(102)이 사용된다. 침지 노즐(102)의 측면의 하단부 근방에는, 수평 방향에 대해 하향의 토출 구멍(103)이 2개소에 형성되어 있다. 그리고, 침지 노즐(102) 내를 세정하기 위해, 비산화성 가스, 예를 들어 Ar 가스(아르곤 가스)를 취입하면서, 토출 구멍(103)으로부터 주형(101) 내에 용강(100)이 토출된다. 이 토출 구멍(103)으로부터 토출된 용강(100)의 토출류(104)에 대해, 예를 들어 전자기 브레이크 장치(도시하지 않음)에 의해 직류 자장을 인가한 경우, 토출류(104)의 주위에 역방향의 대향류(105)가 발생한다. 그 결과, 토출류(104)에 포함되는 Ar 가스 기포(106)는, 이 대향류(105)에 의해, 주형(101) 내의 용강(100)에 깊게 침입하기 어려워진다. 그 결과, 용강(100)이 주조된 주조편의 내부에 있어서, Ar 가스 기포(106)의 개수를 감소시킬 수 있다.
그러나, Ar 가스 기포(106)는, 침지 노즐(102)을 따라 상승하는 대향류(105)를 타고, 침지 노즐(102)의 주위에 집중되어 메니스커스(107)까지 부상하므로, 메니스커스(107)에서 완전히 제거할 수 없는 경우가 있다. 그 경우, Ar 가스 기포(106)의 일부는, 주형(101)의 내측면에 형성된 응고 쉘(108)에 포착되어 버린다. 그 결과, 용강(100)이 주조된 주조편 표층의 Ar 가스 기포(106)의 개수가 증가한다.
따라서, Ar 가스 기포(106)가 주형(101)의 응고 쉘(108)에 포착되어 버리는 것을 방지하기 위해, 주형(101)의 상부의 메니스커스(107) 근방에서 용강(100)을 전자기 교반하는 것이 제안되어 있다. 이 전자기 교반에 의해, 예를 들어 도 8에 도시하는 바와 같이, 메니스커스(107) 근방의 용강(100)에 교반류(109)가 형성되므로, 응고 쉘(108)에 의해 포착되는 Ar 가스 기포(106)가 감소한다(특허 문헌 1 참조).
그러나, 상술한 바와 같이 전자기 교반을 병용하는 경우라도, 주조편 표층의 Ar 가스 기포(106)의 개수를 충분히 감소시키는 데는 도달하지 않았다. 이 원인에 대해 본 발명자들이 조사한 바, 주형(101)의 긴변 벽(101a) 및 침지 노즐(102) 사이의 영역(110)에 있어서, Ar 가스 기포(106)가 긴변 벽(101a)의 응고 쉘(108)에 포착되어 있는 것을 알 수 있었다. 상술한 바와 같이, Ar 가스 기포(106)는, 대향류(105)를 탄 채 침지 노즐(102)을 따라 상승하지만, Ar 가스 기포(106)의 일부는 상승 중에 확산된다. 그 결과, 예를 들어 도 9에 도시하는 바와 같이, 긴변 벽(101a)과 침지 노즐(102)의 사이가 좁기 때문에, Ar 가스 기포(106)는 긴변 벽(101a)의 응고 쉘(108)에 포착되어 버린다. 또한, 예를 들어 도 8에 도시하는 바와 같이, 긴변 벽(101a)과 침지 노즐(102) 사이가 좁기 때문에, 전자기 교반에 의해 교반류(109)를 형성해도, 영역(110)에서는 용강(100)이 흐르기 어려워진다. 그 결과, 영역(110)의 용강(100) 중에 있는 Ar 가스 기포(106)가 긴변 벽(101a)의 응고 쉘(108)에 포착되기 쉬워진다.
이와 같이, 영역(110)의 Ar 가스 기포(106)가 주조편의 표층에 잔존함으로써, 주조편의 강도의 저하나, 주조편의 표면 흠집의 원인으로 되므로, 주조편의 품질에 개선의 여지가 있었다.
본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 연속 주조되는 주조편에 포함되는 Ar 가스 기포를 감소시켜, 주조편의 품질을 향상시킬 수 있는, 강의 연속 주조용 장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용하였다. 즉,
(1) 본 발명의 강의 연속 주조 장치는, 한 쌍의 긴변 벽 및 한 쌍의 짧은변 벽을 갖는 용강 주조용 주형과, 이 주형 내에 용강을 토출시키는 침지 노즐과, 상기 각 긴변 벽을 따라 배치되고, 상기 주형 내의 상기 용강의 상부를 교반하는 전자기 교반 장치와, 이 전자기 교반 장치의 하방에 배치되고, 상기 각 긴변 벽을 따른 주형 폭 방향으로 균일한 자속 밀도 분포를 갖는 직류 자계를, 상기 각 짧은변 벽을 따른 주형 두께 방향으로 부여하는 전자기 브레이크 장치를 구비하고, 상기 각 긴변 벽에, 적어도 상기 침지 노즐에 대향하는 위치에, 상기 전자기 교반 장치측으로 만곡된 만곡부가 형성되고, 평면에서 본 경우의 상기 만곡부의 정상부와 상기 침지 노즐 사이의 수평 거리가, 35㎜ 이상 또한 50㎜ 미만이다.
상기 (1)에 기재된 강의 연속 주조용 장치에 따르면, 주형의 긴변 벽에는, 적어도 침지 노즐에 대향하는 위치에 만곡부가 형성되어 있으므로, 만곡부와 침지 노즐 사이에 만곡 영역을 형성할 수 있다. 이 만곡 영역은, 종래의 편평한 벽체와 침지 노즐 사이에 형성되는 영역보다도, 만곡된만큼 넓게 할 수 있으므로, 침지 노즐의 외주를 따라 상승하는 용강 중의 Ar 가스 기포를 확산시킬 수 있는 영역이 넓어진다.
그런데, 본 발명자들이 조사한 바, 단순히 만곡 영역을 형성한 것만으로는, Ar 가스 기포가 주형의 긴변 벽의 응고 쉘에 포착되는 것을 억제할 수 없는 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 평면에서 본 경우에 만곡부의 정상부와 침지 노즐 사이의 수평 거리가 35㎜ 미만이면, 만곡 영역에 있어서 용강이 흐르기 어려워져, 용강 중의 Ar 가스 기포가 응고 쉘에 포착되기 쉬워진다. 또한, 상기 수평 거리가 50㎜ 이상이면 만곡 영역에 있어서의 용강의 균일한 흐름이 확보되기 어려워져, 용강의 유속이 느린 영역에서는, 용강 중의 Ar 가스 기포가 응고 쉘에 포착되기 쉬워진다. 이 점, 본 발명에 따르면, 상기 수평 거리가 35㎜ 이상 또한 50㎜ 미만으로 되도록 만곡 영역이 형성되므로, 침지 노즐을 따라 상승하는 용강 중의 Ar 가스 기포가 확산되어도, Ar 가스 기포는 메니스커스까지 부상할 수 있다. 따라서, Ar 가스 기포가 주형의 긴변 벽의 응고 쉘에 포착되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 만곡 영역에 의해 상기 수평 거리를 확보할 수 있으므로, 이 만곡 영역에 있어서, 전자기 교반 장치에 의해 형성되는 용강의 교반류가 흐르기 쉬워진다. 그 결과, 주형 상부에 있어서 Ar 가스 기포가 교반되어, 응고 쉘에 포착되는 것을 더욱 억제할 수 있다. 이와 같이, Ar 가스 기포의 응고 쉘에 의한 포착을 억제할 수 있으므로, 주조편에 포함되는 Ar 가스 기포를 감소시킬 수 있어, 주조편의 품질을 향상시킬 수 있다.
(2) 상기 (1)에 기재된 강의 연속 주조 장치에서는, 상기 만곡부가, 상기 각 긴변 벽 전체를 외측으로 만곡하여 만곡부를 구성해도 된다. 또는, 상기 만곡부가 상기 각 긴변 벽의 각 내측면에 형성되고, 상기 각 긴변 벽의 각 외측면이 평탄면인 것이 바람직하다.
상기 (2)에서, 상기 만곡부를 상기 각 긴변 벽의 내측면에 형성한 경우에는, 만곡부와 전자기 교반 장치 사이의 거리는, 만곡부 이외의 각 긴변 벽과 전자기 교반 장치 사이의 거리보다도 짧아진다. 그렇게 하면, 만곡부와 침지 노즐 사이의 만곡 영역에 있는 용강은 교반되기 쉬워진다. 따라서, 만곡 영역의 용강 중의 Ar 가스 기포를 충분히 교반할 수 있으므로, 침지 노즐의 외주를 따라 Ar 가스 기포가 부상해도, 만곡 영역의 Ar 가스 기포가 응고 쉘에 포착되는 것을 더욱 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 주조편에 포함되는 Ar 가스 기포를 감소시켜, 주조편의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연속 주조 장치의 주형 근방의 개략 구성을 도시하는 평단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연속 주조 장치의 상기 주형 근방의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 도 1의 A-A 화살표에 있어서의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연속 주조 장치의 상기 주형 근방의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 도 1의 B-B 화살표에 있어서의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연속 주조 장치의 전자기 교반 장치를 작동시켰을 때의, 주형 상부의 용강의 흐름을 설명하는 도면으로, 도 1에 상당하는 평단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연속 주조 장치의 전자기 브레이크 장치를 작동시켰을 때의, 직류 자장을 설명하는 도면으로, 도 1에 상당하는 평단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전자기 브레이크 장치를 작동시켰을 때의 직류 자장, 유도 전류, 대향류의 흐름을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 상부 부분에 상당하는 단면도이다.
도 7은 종래의 연속 주조 장치의 주형 근방의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 8은 종래의 주형 근방의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 도 7의 C-C 화살표에 있어서의 평단면도이다.
도 9는 종래의 주형 근방의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 도 7의 D-D 화살표에 있어서의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연속 주조 장치의 상기 주형 근방의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 도 1의 A-A 화살표에 있어서의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연속 주조 장치의 상기 주형 근방의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 도 1의 B-B 화살표에 있어서의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연속 주조 장치의 전자기 교반 장치를 작동시켰을 때의, 주형 상부의 용강의 흐름을 설명하는 도면으로, 도 1에 상당하는 평단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연속 주조 장치의 전자기 브레이크 장치를 작동시켰을 때의, 직류 자장을 설명하는 도면으로, 도 1에 상당하는 평단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전자기 브레이크 장치를 작동시켰을 때의 직류 자장, 유도 전류, 대향류의 흐름을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 상부 부분에 상당하는 단면도이다.
도 7은 종래의 연속 주조 장치의 주형 근방의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 8은 종래의 주형 근방의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 도 7의 C-C 화살표에 있어서의 평단면도이다.
도 9는 종래의 주형 근방의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 도 7의 D-D 화살표에 있어서의 종단면도이다.
이하, 본 발명의 강의 연속 주조용 장치의 일 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 강의 연속 주조 장치(1)의 주형 근방의 구성을 도시하는 평단면도이고, 도 2 및 도 3은 상기 연속 주조 장치(1)의 상기 주형 근방의 구성을 도시하는 종단면도이다.
연속 주조 장치(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 평단면이 직사각형인 주형(2)을 갖고 있다. 이 주형(2)은, 한 쌍의 긴변 벽(2a)과 한 쌍의 짧은변 벽(2b)을 갖고 있다. 긴변 벽(2a)은, 내측에 설치된 구리판(3a)과, 외측에 설치된 스테인리스제 박스(4a)로 구성되어 있다. 또한, 짧은변 벽(2b)은, 내측에 설치된 구리판(3b)과, 외측에 설치된 스테인리스제 박스(4b)로 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 짧은변 벽(2b)의 길이(Lf, 주조 두께)는, 예를 들어 50㎜ 내지 300㎜ 정도이다.
한편, 요구되는 주조편 폭으로서는, 얇은 폭 주조편이면 50㎜ 내지 80㎜ 정도이고, 중간 두께 폭 주조편이면 80㎜ 내지 150㎜ 정도이고, 통상 폭의 주조편이면 150㎜ 내지 300㎜ 정도이다.
또한, 긴변 벽(2a)을 따른 수평 방향(도 1 내지 도 3 중의 X방향)을 주형 폭 방향이라 하고, 짧은변 벽(2b)을 따른 수평 방향(도 1 내지 도 3 중의 Y방향)을 주형 두께 방향이라 한다.
긴변 벽(2a)의 구리판(3a)의 내측면의 주형 폭 방향을 따른 중앙부에는, 스테인리스제 박스(4a)측[주형(2)의 외측]을 향해 만곡된 만곡부(5)가 형성되어 있다.
만곡부(5)는, 주형(2) 내에 설치된 침지 노즐(6)(후술)에 대향한 위치에 형성되어 있다. 또한, 만곡부(5)는, 도 2 및 도 3에 도시하는 종단면도로 본 경우에, 구리판(3a)의 상단부로부터 하방을 향해 또한, 침지 노즐(6)과 겹쳐지도록 형성되어 있다. 만곡부(5)의 하단부 위치는, 침지 노즐(6)의 하단부 위치와 동일한 높이라도 좋고, 또는 침지 노즐(6)의 하단부 위치보다도 하방 위치로 되도록 형성되어 있어도 좋다. 또한, 만곡부(5)는 예를 들어 구리판(3a)의 내측면을 오목 곡면 형상으로 깎음으로써 형성된다. 그리고, 이 만곡부(5)와 침지 노즐(6) 사이에, 도 1에 도시하는 바와 같이 만곡 영역(7)이 형성된다.
또한, 주형(2)을 평면에서 본 경우의 만곡부(5)의 만곡 정상부와 침지 노즐(6) 사이의 수평 거리(L1)는, 후술하는 Ar 가스 기포(11)가 응고 쉘(26)에 포착되지 않는 거리를 확보한다고 하는 관점에서, 소정의 거리 이상으로 하는 것이 바람직하고, 예를 들어 35㎜ 이상인 것이 권장된다. 이 이유는, 수평 거리(L1)가 35㎜ 미만이면, 만곡 영역(7)에 있어서 용강(8)이 흐르기 어려워져, 용강(8) 중의 Ar 가스 기포(11)가 응고 쉘(26)에 포착되기 쉬워지기 때문이다. 또한, 수평 거리(L1)는 50㎜ 미만인 것이 권장된다. 이 이유는, 수평 거리(L1)가 50㎜ 이상이면 만곡 영역(7)에 있어서 용강(8)의 균일한 흐름을 확보하기 어려워져, 용강(8)의 유속이 느려져, 용강(8) 중의 Ar 가스 기포(11)가 응고 쉘(26)에 포착되기 쉬워지기 때문이다.
또한, 만곡부(5)의 만곡 거리[L2; 만곡부(5)에 있어서의 상기 만곡 정상부와 양단부 사이의 최단 수평 거리이며 또한, 만곡부(5)를 형성할 때의 절삭 깊이]는, 상기한 수평 거리(L1)가 소정의 거리를 확보하고 있으면 특별히 규정되는 것은 아니며, 또한 침지 노즐(6)의 외경 치수나 주형(2)의 두께 치수에 따라서, 적절하게 결정된다. 단, 만곡부(5)의 만곡 거리(L2)는, 주조편을 뽑아낼 때에 변형을 받기 어렵게 한다고 하는 관점에서, 작을수록 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 상기한 수평 거리(L1)와 만곡 거리(L2)의 차(L1-L2)는, 소정의 거리 미만(예를 들어 40㎜ 미만)으로 되어 있다. 또한, 긴변 벽(2a)의 구리판(3a)의 외측면(3a1)과 스테인리스제 박스(4a)의 양측면(4a1)은 평탄하게 형성되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 주형(2) 내의 상부에는 침지 노즐(6)이 설치되어 있다. 침지 노즐(6)의 하부는, 주형(2) 내의 용강(8) 내에 침지되어 있다. 침지 노즐(6)의 측면의 하단부 근방에는, 주형(2) 내에 경사 하향을 향해 용강(8)을 토출시키는 토출 구멍(9)이 2개소 형성되어 있다. 이들 토출 구멍(9)은, 주형(2)의 짧은변 벽(2b)에 대향하도록 형성되어 있다. 각 토출 구멍(9)으로부터 토출되는 토출류(10)에는, 침지 노즐(6) 내를 세정하기 위한 Ar 가스 기포(11) 등이 포함되어 있다.
주형(2)의 긴변 벽(2a)의 스테인리스제 박스(4a) 내에는, 메니스커스(12)의 근방의 높이 위치에, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 전자기 교반 코일 등의 한 쌍의 전자기 교반 장치(20)가 설치되어 있다. 이 전자기 교반 장치(20)는, 스테인리스제 박스(4a)의 양측면(4a1)과 평행을 이루도록 배치되어 있다.
이 전자기 교반 장치(20)의 전자기 교반에 의해, 도 4에 도시하는 바와 같이, 주형(2) 내의 메니스커스(12) 근방에 있는 용강(8)을 수평면 내에서 선회시켜[즉, 평면에서 본 경우의 용강(8)을, 침지 노즐(6)을 중심으로 선회시켜], 교반류(21)를 형성할 수 있다. 그런데, 만곡 영역(7)은 종래의 평면에서 본 경우에 직선 형상을 이루는 편평한 벽체에 의해 형성되는 영역보다도, 만곡된만큼 넓게 형성되어 있다. 그로 인해, 종래와 같이 긴변 벽과 침지 노즐 사이에서 용강의 흐름이 정체하는 일이 없이, 교반류(21)는 긴변 벽(2a) 및 짧은변 벽(2b)의 내측면을 따라 침지 노즐(6)의 주위를 선회한다. 또한, 주형(2)을 평면에서 본 경우의 만곡부(5)의 상기 만곡 정상부와 전자기 교반 장치(20) 사이의 거리(D1)는, 만곡부(5) 이외의 구리판(3a)의 내측면과 전자기 교반 장치(20) 사이의 거리(D2)보다도 짧아진다. 그 결과, 만곡 영역(7)은, 교반류(21)의 유로로서는 좁아지지 않는데다가, 이 만곡 영역(7)에 있는 용강(8)은 전자기 교반 장치(20)에 가깝기 때문에, 종래보다도 교반되기 쉬워진다.
전자기 교반 장치(20)의 하방에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 전자석 등의 전자기 브레이크 장치(22)가 한 쌍 설치되어 있다. 전자기 브레이크 장치(22)의 중심선 위치(최대 자속 밀도의 위치)는, 침지 노즐(6)의 토출 구멍(9)의 하방에 위치하고 있다.
전자기 브레이크 장치(22)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 주형(2)의 긴변 벽(2a)의 외측에 설치되어 있다. 전자기 브레이크 장치(22)는, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 토출 구멍(9)으로부터 토출된 직후의 용강(8)의 토출류(10)에 대해, 주형(2)의 긴변 벽(2a)의 내측 면을 따른 주형 폭 방향(도 5 중의 X방향)에 걸쳐 거의 균일한 자속 밀도 분포를 갖는 직류 자계(23)를, 주형(2)의 짧은변(2b)의 내측 면을 따른 주형 두께 방향(도 5 중의 Y방향)으로 부여한다. 이 직류 자계(23)와 토출 구멍(9)으로부터 토출된 용강(8)의 토출류(10)에 의해, 도 6에 도시하는 바와 같이, 주형(2)의 긴변 벽(2a)의 내측 면을 따른 주형 폭 방향(도 6 중의 X방향)으로 유도 전류(24)가 발생한다. 그리고, 이 유도 전류(24)와 직류 자계(23)에 의해, 토출류(10)의 근방에, 이 토출류(10)와 역방향의 대향류(25)가 형성된다. 대향류(25)는 토출류(10)의 토출 각도와 거의 동일한 각도로 침지 노즐(6)을 향해 충돌하고, 다시 침지 노즐(6)의 외주면을 따라 메니스커스(12)까지 상승한다.
또한, 주형(2)의 내측면에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 용강(8)이 냉각되어 응고된 응고 쉘(26)이 형성되어 있다.
본 실시 형태에 관한 연속 주조 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있다. 다음에, 이 연속 주조 장치(1)를 사용한 용강(8)의 연속 주조 방법에 대해 설명한다.
우선, 침지 노즐(6) 내에 Ar 가스를 취입하면서, 침지 노즐(6)의 토출 구멍(9)으로부터 주형(2) 내에 용강(8)을 토출시킨다. 용강(8)은, 토출 구멍(9)으로부터 경사 하향을 향해 토출되므로, 토출 구멍(9)으로부터 주형(2)의 짧은변 벽(2b)을 향하는 토출류(10)가 형성된다. 토출류(10)에는 Ar 가스 기포(11)가 포함되어 있고, Ar 가스 기포(11)는 주형(2) 내의 용강(8) 중에 부유한다.
침지 노즐(6)로부터 용강(8)을 토출시키는 동시에, 전자기 브레이크 장치(22)를 작동시킨다. 이 전자기 브레이크 장치(22)에 의해 형성되는 직류 자계(23)에 의해, 토출류(10)의 흐름과는 역방향의 대향류(25)가 형성된다. 이 대향류(25)는 침지 노즐(6)에 충돌한 후, 메니스커스(12)를 향해 상승한다. 그리고, 용강(8) 중에 부유하고 있는 Ar 가스 기포(11)도, 대향류(25)를 타고 메니스커스(12) 근방까지 부상한다.
상술한 전자기 브레이크 장치(22)의 작동과 동시에, 전자기 교반 장치(20)도 작동시킨다. 이 전자기 교반 장치(20)에 의한 전자기 교반에 의해, 주형(2) 내의 메니스커스(12) 근방의 용강(8)에 교반류(21)가 형성된다. 그리고, 대향류(25)를 타고 메니스커스(12) 근방까지 부상한 Ar 가스 기포(11)는, 교반류(21)에 의해 침지 노즐(6)의 주위를 선회하고, 주형(2)의 응고 쉘(26)에 포착되는 일 없이, 예를 들어 용융 산화물을 갖는 연속 주조 파우더(도시하지 않음)에 거두어 들여져 제거된다.
이와 같이 하여 Ar 가스 기포(11)가 제거된 용강(8)은, 그 후, 고화되어 주조편으로 주조된다.
이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 주형(2)의 긴변 벽(2a)의 상부 중앙 위치에 만곡부(5)를 형성함으로써, 만곡부(5)와 침지 노즐(6) 사이에 만곡 영역(7)이 형성되어 있다. 이 만곡 영역(7)에 의해 상기 수평 거리(L1)가 확보되므로, 대향류(25)를 타고 침지 노즐(6)을 따라 상승하는 Ar 가스 기포(11)가 확산되어도, Ar 가스 기포(11)는 메니스커스(12)까지 부상할 수 있다. 따라서, Ar 가스 기포(11)를 주형(2)의 긴변 벽(2a)의 내측면에 형성된 응고 쉘(26)로부터 멀리 할 수 있어, 응고 쉘(26)에 포착되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 만곡부(5)는 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 침지 노즐(6)의 하방 위치로부터 연직 방향 상방을 향해 끝이 퍼지는 만곡 오목면이므로, 침지 노즐(6)과 각 긴변 벽(2a) 사이에, 침지 노즐(6)의 하방 위치로부터 연직 방향 상방을 향해 끝이 퍼지는 형상의 만곡 영역(7)이 2개 형성되게 된다.
그리고, 이러한 만곡 영역(7)의 형성에 의해 상기 수평 거리(L1)가 확보되므로, 이 만곡 영역(7)에 있어서, 전자기 교반 장치(20)에 의해 형성되는 교반류(21)가 흐르기 쉬워진다. 그 결과, 주형(2)의 상부에 있어서 Ar 가스 기포(11)가 교반되어, 응고 쉘(26)에 포착되는 것을 더욱 억제할 수 있다. 이와 같이 하여 Ar 가스 기포(11)가 응고 쉘(26)에 의해 포착되는 것을 억제할 수 있으므로, 주조편에 포함되는 Ar 가스 기포(11)를 감소시킬 수 있어, 주조편의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 만곡부(5)는 긴변 벽(2a)의 구리판(3a)의 내측면에 형성되고, 구리판(3a)의 외측면은 평탄면으로 형성되어 있으므로, 만곡부(5)의 만곡 정상부와 전자기 교반 장치(20) 사이의 거리(D1)는, 만곡부(5) 밖에 있어서의 구리판(2a)의 내측면과 전자기 교반 장치(20) 사이의 거리(D2)보다도 짧아진다. 그 결과, 만곡 영역(7)의 용강(8)은, 교반류(21)의 유로로서는 좁아지지만, 동시에 교반되기 쉬워진다. 따라서, 만곡 영역(7)에 있는 용강(8) 중의 Ar 가스 기포(11)를 주형(2) 내에서 충분히 교반할 수 있으므로, 침지 노즐(6)의 외주면을 따라 Ar 가스 기포(11)가 부상해도, 만곡 영역(7)의 Ar 가스 기포(11)가 응고 쉘(26)에 포착되는 것을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 전자기 브레이크 장치(22)에 의해 직류 자장(23)이 인가되고, 토출 구멍(9)으로부터 주형(2) 내로 토출되는 토출류(10) 근방에 대해, 이것과는 역방향의 대향류(25)가 형성된다. 이에 의해, 토출류(10) 중의 Ar 가스 기포(11)가 주형(2) 내의 용강(8)에 깊게 진입하지 않게 된다. 그 결과, 주조편의 내부에 포함되는 Ar 가스 기포(11)를 감소시킬 수 있다.
제1 실시예
이하, 본 발명의 강의 연속 주조 장치를 사용한 경우의, 용강 중에 포함되는 Ar 가스 기포를 제거하는 효과에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 강의 연속 주조 장치로서, 앞서 도 1 내지 도 3에 도시한 연속 주조 장치(1)를 사용하였다. 또한, 본 실시예에서는, Ar 가스 기포 외에, 용강 중에 포함되는 개재물의 제거 효과에 대해서도 평가를 행하였다.
연속 주조 장치(1)의 주형(2)으로서는, 폭 치수가 1200㎜, 높이 치수가 900㎜, 그리고, 두께 치수가 250㎜인 것을 사용하였다. 주형(2)의 하방에는, 길이 치수가 2.5m인 수직부(도시하지 않음)와, 굽힘 반경이 7.5m인 굽힘부(도시하지 않음)가, 상부로부터 이 순서로 설치되어 있다.
전자기 교반 장치(20)는, 높이 치수가 150㎜, 추력이 100㎜Fe이고, 그 상단부가 메니스커스(12)와 동일한 높이 위치에 설치되어 있다.
전자기 브레이크 장치(22)는, 그 중심선 위치(즉, 최대 자속 밀도의 위치)가, 메니스커스(12)로부터 500㎜ 깊이의 위치로 되도록 설치되어 있다.
용강(8)에는 저탄 알루미 킬드강을 사용하여, 주조 속도 2m/분(0.033m/초)의 조건에서 강의 주조를 행하였다.
침지 노즐(6)에는, 외경이 150㎜이고, 내경이 90㎜인 노즐을 사용하였다. 침지 노즐(6)의 토출 구멍(9)의 중심 위치는, 메니스커스(12)로부터 300㎜의 깊이 위치와 동등하게 설치되어 있다. 침지 노즐(6)에는 원형의 토출 구멍(9)이 주형(2)의 짧은변 벽(2b)측을 향하도록 2개소에 형성되어 있다. 토출 구멍(9)의 직경은 60㎜이고, 토출 구멍(9)의 토출 각도 θ는 도 2의 종단면에서 본 경우에 수평면으로부터 하향으로 30도이다. 또한, 2개의 토출 구멍(9)의 토출 방향은, 이것을 평면에서 본 경우에, 침지 노즐(6)의 중심선을 중심으로 하여 서로 180도의 역방향으로 되어 있다.
이상 설명한 연속 주조 장치(1)에 있어서, 주형(2)의 만곡부(5)의 만곡 정상부와 침지 노즐(6) 사이의 수평 거리(L1)로서, 30㎜, 35㎜, 40㎜, 45㎜, 50㎜의 5가지의 조건에서 강의 주조를 행하였다.
또한, 수평 거리(L1)가 30㎜인 경우에는, 만곡부(5)의 만곡 거리(L2)를 0㎜, 5㎜로 변화시키고, 수평 거리(L1)가 35㎜ 이상인 경우에는, 수평 거리(L1)의 변화에 대응하여, 만곡 거리(L2)를 5㎜, 10㎜, 15㎜, 20㎜로 변화시켰다. 또한, 만곡 거리(L2)가 0㎜라 함은, 주형(2)의 긴변 벽(2a)에 만곡부(5)가 형성되어 있지 않은 상태를 나타낸다.
그리고, 주조된 주조편에 있어서, 그 표면으로부터 깊이 50㎜의 표층에 포함되는 100㎛ 이상의 직경을 갖는 Ar 기포(11)와 개재물의 개수를 계측하였다. 이것은, 주조편의 표면으로부터 깊이 50㎜의 표층에 포함되는 100㎛ 이상의 직경을 갖는 Ar 기포 및 개재물이, 주조편의 품질에 영향을 미치는 것을 확인하기 위함이다.
이상의 조건에서 주조를 행한 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1 중, Ar 가스 기포 개수 지표는, 수평 거리(L1)가 30㎜이며 만곡 거리(L2)가 0㎜인[즉, 만곡부(5)를 형성하지 않는] 경우의 Ar 가스 기포의 개수를 1로 하여, 각 조건에 있어서의 Ar 가스 기포의 개수의 비율을 나타내고 있다. 또한, 개재물 개수 지표는, 수평 거리(L1)가 30㎜이며 만곡 거리(L2)가 0㎜인 경우의 개재물의 개수를 1로 하여, 각 조건에 있어서의 개재물의 개수의 비율을 나타내고 있다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 수평 거리(L1)가 30㎜인 경우에는, 만곡 거리(L2)를 5㎜로 하여 만곡부(5)를 형성해도, Ar 가스 기포 개수 지표 및 개재물 개수 지표는 모두 1 그대로여서, Ar 가스 기포와 개재물의 개수를 감소시킬 수 없는 것을 알 수 있었다.
또한, 수평 거리(L1)가 50㎜인 경우에는, 만곡 거리(L2)를 20㎜로 하여 만곡부(5)를 형성해도, Ar 가스 기포 개수 지표가 1에 극히 가까워지는 동시에, 개재물 개수 -지표가 1보다 커졌다. 따라서, Ar 가스 기포와 개재물의 개수를 충분히 감소시킬 수 없는 것을 알 수 있었다.
이에 대해, 수평 거리(L1)를 35㎜, 40㎜, 45㎜로 하고 또한 만곡부(5)를 형성한 경우에는, Ar 가스 기포 개수 지수 및 개재물 개수 지수가 모두 1 미만으로 되어, Ar 가스 기포 및 개재물의 개수가 감소하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 연속 주조 장치를 사용하여 용강을 주조하면, Ar 가스 기포와 개재물을 적절하게 제거할 수 있어, 주조편의 품질을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 본 발명의 기술 범위는, 상술한 실시 형태에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 상술한 실시 형태에 각종 변경을 가한 것을 포함한다. 즉, 본 실시 형태에서 언급한 구체적인 처리나 구성 등은 일례에 불과하며, 적절하게 변경이 가능하다.
예를 들어, 본 발명의 강의 연속 주조 장치에서는, 상기 각 긴변 벽(2a)의 전체를 주형(2)의 외측으로 만곡시켜 상기 만곡부(5)를 형성해도 된다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 따르면, 연속 주조되는 주조편에 포함되는 Ar 가스 기포를 감소시켜, 주조편의 품질을 향상시킬 수 있는, 강의 연속 주조용 장치를 제공할 수 있다.
1 : 연속 주조 장치
2 : 주형
2a : 긴변 벽
2b : 짧은변 벽
3a, 3b : 구리판
4a, 4b : 스테인리스제 박스
5 : 만곡부
6 : 침지 노즐
7 : 만곡 영역
8 : 용강
9 : 토출 구멍
10 : 토출류
11 : Ar 가스 기포
12 : 메니스커스
20 : 전자기 교반 장치
21 : 교반류
22 : 전자기 브레이크 장치
23 : 직류 자계
24 : 유도 전류
25 : 대향류
26 : 응고 쉘
2 : 주형
2a : 긴변 벽
2b : 짧은변 벽
3a, 3b : 구리판
4a, 4b : 스테인리스제 박스
5 : 만곡부
6 : 침지 노즐
7 : 만곡 영역
8 : 용강
9 : 토출 구멍
10 : 토출류
11 : Ar 가스 기포
12 : 메니스커스
20 : 전자기 교반 장치
21 : 교반류
22 : 전자기 브레이크 장치
23 : 직류 자계
24 : 유도 전류
25 : 대향류
26 : 응고 쉘
Claims (2)
- 한 쌍의 긴변 벽 및 한 쌍의 짧은변 벽을 갖는 용강 주조용 주형과,
이 주형 내에 용강을 토출시키는 침지 노즐과,
상기 각 긴변 벽을 따라 배치되고, 상기 주형 내의 상기 용강의 상부를 교반하는 전자기 교반 장치와,
이 전자기 교반 장치의 하방에 배치되고, 상기 각 긴변 벽을 따른 주형 폭 방향으로 균일한 자속 밀도 분포를 갖는 직류 자계를, 상기 각 짧은변 벽을 따른 주형 두께 방향으로 부여하는 전자기 브레이크 장치를 구비하고,
상기 각 긴변 벽에, 적어도 상기 침지 노즐에 대향하는 위치에, 상기 전자기 교반 장치측으로 만곡된 만곡부가 형성되고,
평면에서 본 경우의 상기 만곡부의 정상부와 상기 침지 노즐 사이의 수평 거리가, 35㎜ 이상 또한 50㎜ 미만인 것을 특징으로 하는, 강의 연속 주조용 장치. - 제1항에 있어서, 상기 만곡부가 상기 각 긴변 벽의 각 내측면에 형성되고,
상기 각 긴변 벽의 각 외측면이 평탄면인 것을 특징으로 하는, 강의 연속 주조용 장치.
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