KR101301384B1 - 연속주조용 몰드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조 공정에서 몰드파우더 투입 시 슬래그 베어의 성장을 최소로 억제함으로써, 주편 표층에 탄소가 침탄되는 것을 저감할 수 있는 연속주조용 몰드에 관한 것이다. 본 발명에 따른 용강 상부에 몰드파우더가 투입되는 연속주조용 몰드에 있어서, 상기 몰드 내측벽에 더미 부재가 설치되며, 상기 더미 부재의 적어도 일부는 상기 몰드파우더와 접촉되도록 위치된다. 이러한 구성에 의하여, 표면품질이 양호하여 그라인딩 공정을 생략할 수 있으며, 이에 따라 비용을 저감할 수 있다.

Description

연속주조용 몰드{Mold for continuous casting}

본 발명은 연속주조용 몰드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 표면결함이 저감된 주편을 생산할 수 있는 더미 부재가 설치된 연속주조용 몰드에 관한 것이다.

일반적인 스테인리스강의 연속주조 공정 시 몰드파우더가 사용된다. 몰드파우더는 연속주조 공정에서 몰드 내의 용강이 응고될 때 응고쉘과 몰드가 융착되지 않도록 주조작업을 할 수 있게 하는 일종의 윤활 작용을 한다.

보다 상세하게, 이러한 몰드파우더는 가열 전에는 분말 형태이며, 연속주조 공정에서 몰드 내의 용강 표면에 투입이 된다. 이때, 1500℃가 넘는 용강 표면에서 비교적 낮은 용융점으로 소결 상태를 거쳐 용융 상태로 몰드와 응고쉘 사이에서 윤활작용을 하게 된다.

또한, 몰드파우더는 윤활작용 이외에도 용강 중 비금속개재물의 흡수제거, 용강의 보온 및 몰드로의 열전달 제어 등 연속주조 시 매우 중요한 역할을 한다.

이러한 몰드파우더는 여러 가지 성분들로 이루어져 있으며, 그 중 카본이 함유될 수 있다. 그러나 몰드파우더 중 카본의 함량이 지나치게 많거나, 몰드파우더의 용융풀 깊이가 얕으면 용강 중으로 카본이 침탄된다. 이에 의해 최종 연주 주편에 흑색 띠흠을 발생시켜 주편 표면에 검은색의 띠 형태로 나타나게 된다.

따라서, 이와 같이 주편 표면에 발생되는 흑색 띠흠 결함을 해결하기 위한 해결책이 필요한 실정이다.

본 발명은 연속주조 공정에서 몰드파우더 투입 시 슬래그 베어의 성장을 최소로 억제함으로써, 주편 표층에 탄소가 침탄되는 것을 저감할 수 있는 연속주조용 몰드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 용강 상부에 몰드파우더가 투입되는 연속주조용 몰드에 있어서, 상기 몰드 내측벽에 더미 부재가 설치되며, 상기 더미 부재의 적어도 일부는 상기 몰드파우더와 접촉되도록 위치된다.

상기 더미 부재는 상기 몰드 내부를 향하여 반구 형태로 돌출될 수 있다.

상기 더미 부재의 최대 돌출 높이는 10㎜ 내지 40㎜로 형성될 수 있다.

상기 더미 부재는 상기 용강과 상기 몰드파우더의 경계면으로부터 상기 몰드파우더 상측으로 갈수록 상기 몰드 내부를 향하여 점점 돌출되도록 형성될 수 있다.

상기 더미 부재는 상기 몰드에 고정되는 고정부 및 상기 몰드 내측벽에 접촉되는 접촉부를 포함할 수 있다.

상기 더미 부재의 고정부는 상기 몰드에 착탈 가능하도록 형성될 수 있다.

상기 몰드파우더는 상기 몰드의 중앙으로부터 상기 몰드의 내측벽으로 갈수록 더 낮아지도록 분포될 수 있다.

본 발명에 의하면 슬래그 베어의 성장을 최소로 억제함에 의해 주편 표층에 탄소의 침탄에 의해 발생되는 흑색 띠흠 결함이 감소됨으로써, 표면품질이 양호하여 그라인딩 공정을 생략할 수 있으며, 이에 따라 비용을 저감할 수 있다.

도 1은 일반적인 스테인리스강 제조를 위한 연속주조 장치를 나타내는 도면.
도 2는 연속주조 시 카본이 함유된 몰드파우더를 사용하여 생산된 스테인리스강 표면에 발생한 결함을 나타내는 사진.
도 3은 일반적인 몰드에 공급된 몰드파우더의 상태를 나타내는 단면도.
도 4는 도 3의 A부분을 나타내는 확대도.
도 5는 연속주조 중 몰드 내에 몰드파우더를 투입 시 생성되는 층을 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 더미 부재를 몰드에 사용하는 경우에 몰드파우더의 상태를 나타내는 단면도.
도 7은 도 6의 B부분을 나타내는 확대도.

이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.

본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.

도 1은 일반적인 스테인리스강 제조를 위한 연속주조 장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 전기로 및 정련로를 거쳐 생산된 용강은 래들(1)에 담겨 연속주조 공정에서 주조가 시작된다. 래들(1)의 용강(9)은 턴디쉬(2)로 이송되고, 다시 침지노즐(3)을 통해 몰드(5)로 주입된다. 몰드(5) 상단에는 몰드(5)와 응고쉘(15, 도 5 참조) 간의 윤활역할을 하는 몰드파우더(4)가 연속적으로 투입된다.

이와 같이 용강(9)은 수냉을 위한 동판 몰드(5)에 투입되며, 응고가 시작되면 몰드(5) 밖으로 배출된다. 이후, 용강(9)은 2차 냉각대(6)에 의해 응고가 완료된 후 일정한 크기로 절단되어 주편(slab, 9a)으로 생산된다.

도 2는 연속주조 시 카본이 함유된 몰드파우더를 사용하여 생산된 스테인리스강 표면에 발생한 결함을 나타내는 사진이다.

도 2를 참조하면, 연속주조 공정 시 투입되는 몰드파우더에 카본이 포함되어 있는 경우, 연속주조 공정 후에 생산된 주편의 표면에는 흑색 띠흠 결함이 발생한다. 하지만, 몰드파우더의 조성 중 카본은 모든 몰드파우더의 성능결정에 가장 중요한 인자이다. 카본의 주요 역할은 투입 몰드파우더의 용융속도를 제어하고, 용강이 대기와의 반응으로 인한 재산화를 억제하여 안정적인 주조 환경과 건전한 주편 품질을 확보하는데 있다.

이에 따라, 카본이 함유된 몰드파우더를 사용하고, 주편 표면에 발생된 흑색 띠흠 결함을 해결하기 위하여, 생산된 주편을 그라인딩하여 표층부 결함을 제거하였다. 그러나, 이 경우 고가의 주편 손실(1회 그라인딩 시 약 2㎜ 정도의 손실)이 발생한다. 또한, 주편을 그라인딩하는 비용이 많이 요구된다.

본 발명에서는 연속주조 시 더미 부재를 몰드 내측벽에 설치하여, 몰드파우더 투입 시 슬래그 베어의 성장을 최소로 억제함으로서, 흑색 띠흠이 없는 양호한 주편 품질을 가지도록 할 수 있다.

도 3은 일반적인 몰드에 공급된 몰드파우더의 상태를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 A부분을 나타내는 확대도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 몰드(5) 내에 용강(9)을 주입한 뒤, 용강(9) 상부에 몰드(5)와 응고쉘(15, 도 5 참조) 간의 윤활 역할을 하는 몰드파우더(4)를 투입한다. 몰드파우더(4)는 윤활기능 외에도 용강(9) 중 비금속개재물의 흡수 제거, 용강(9)의 보온 및 몰드(5)로의 열전달 제어 등 연속주조 시 매우 중요한 역할을 한다.

이러한 몰드파우더(4)는 조업자가 직접 몰드 내에 뿌리거나, 몰드파우더 공급부(7)로 자동으로 공급될 수 있다. 이때, 다음과 같은 단계를 거치며, 몰드(5)의 가장자리에 슬래그 베어(4a)가 성장하게 된다.

먼저, 몰드파우더(4)를 몰드(5) 내로 투입한다.(S11) 이후, 침지노즐(3)에 의한 불균일 용융으로 인하여 몰드(5)와 몰드파우더(4)가 맞닿는 몰드(5) 내측벽에 몰드파우더(4)가 가장 높게 쌓이게 된다.(S12)

이 상태에서, 몰드(5)가 오실레이션하는 경우, 몰드(5)와 몰드파우더(4) 사이에 틈이 발생되며, 슬래그 베어(4a) 및 용융 슬래그층(12, 도 5 참조)이 대기로 노출된다. 이에 의해 불균일 열방출에 따른 슬래그 베어(4a)에 불균일한 카본이 성장하게 된다.(S13)

도 5는 연속주조 중 몰드 내에 몰드파우더를 투입 시 생성되는 층을 나타내는 단면도이다.

도 5를 참조하면, 몰드파우더(4, 도 3 참조)가 용강(9) 상부에 투입되면, 용강(9)의 복사열로 인하여 분말층(10), 소결층(11), 용융 슬래그층(12)이 형성되고, 수냉된 몰드(5) 인접 부근에는 슬래그 베어(4a)가 생성된다. 이 중 용융 슬래그층(12)이 응고쉘(15)과 동판 몰드(5) 사이로 흘러들어가 윤활 작용을 함으로써, 연속주조가 가능하게 된다.

상기의 슬래그 베어(4a)는 몰드파우더(4)에 포함된 카본이 열에 의해 타면서 생성된다. 시간이 지날수록 몰드(5) 가장자리에는 슬래그 베어(13)가 점점 더 크게 성장하게 된다. 슬래그 베어(4a)는 카본이 슬래그 하층부에 집적되는 카본집적부(14)를 형성한다.

슬래그 베어(4a)와 초기 응고쉘(15) 사이의 거리가 짧을 때에는 용융 슬래그층(12)의 공급이 원활하지 못하게 되며, 슬래그 베어(4a) 하층부의 카본 집적부(14)가 주편에 침탄 영역을 형성한다. 이에 의해 주편의 소둔산세 후 코일에서 흑색 띠흠 결함이 발생된다. 따라서, 본 발명에서는 슬래그 베어(4a)의 성장을 저감하여 슬래그 하층부에 생성된 카본집적부(14)가 주편과 반응하지 않도록 할 수 있다. 이를 위하여 몰드파우더(4)의 분포를 제어할 수 있는 더미 부재(8, 도 6 참조)를 몰드(5)의 내측벽에 설치하여 흑색 띠흠 결함을 감소시킬 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 더미 부재를 몰드에 사용하는 경우에 몰드파우더의 상태를 나타내는 단면도이고, 도 7은 도 6의 B부분을 나타내는 확대도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 용강(9) 상부에 몰드파우더(4)가 투입되는 연속주조용 몰드(4)의 내측벽에는 더미 부재(8)가 설치된다. 이러한 더미 부재(8)의 적어도 일부는 몰드파우더(4)와 접촉되도록 위치된다. 그리고, 더미 부재(8)는 몰드(5)에 고정되는 고정부(8b)와, 몰드(5) 내측벽에 접촉되는 접촉부(8a)를 포함할 수 있다.

이때, 더미 부재(8)의 고정부(8b)는 몰드(5)에 착탈 가능하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 더미 부재(8)의 고정부(8b)는 후크 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 더미 부재(8)의 접촉부(8a)는 몰드(5) 내부를 향하여 반구 형태로 돌출될 수 있다. 이때, 상기 더미 부재(8) 접촉부(8a)의 돌출 높이는 10㎜ 내지 40㎜로 형성될 수 있다. 더미 부재(8) 접촉부(8a)의 돌출 높이가 40㎜를 초과하는 경우, 침지노즐과 더미 부재(8)가 연결되는 브릿지 현상이 발생되어 브레이크아웃(breakout)이 발생되었다. 그리고, 더미 부재(8) 접촉부(8a)의 돌출 높이가 10㎜ 미만인 경우에는 표면결함 발생의 편차가 매우 크며, 슬래그 베어(4a) 크기가 감소되지 않는다는 문제점이 있다.

그리고, 몰드파우더(4)의 더미 부재(8)가 반구 형상으로 형성되는 경우, 용강(9)과 몰드파우더(4)의 경계면으로부터 몰드파우더(4) 상측으로 갈수록 몰드(5) 내부를 향하여 점점 돌출되는 부분이 위치될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 몰드파우더(4) 분포 제어용 더미 부재(8)를 몰드(5)의 내측별에 설치하고 몰드파우더(4)를 공급해줌으로써, 다음과 같은 단계로 몰드(5) 내측벽에 생성되는 슬래그 베어(4a)의 성장을 억제할 수 있다.

먼저, 몰드(5)의 내측벽에 몰드파우더(4)의 분포를 제어할 수 있는 더미 부재(8)를 설치한다.(S21) 이후, 몰드파우더(4)가 용강(9)의 온도에 의해 용융되며, 분말층, 소결층, 용융 슬래층으로 형성된다. 그리고, 이러한 몰드파우더(4)의 균질화 및 열유속 균일화가 이루어진다.(S22) 이때, 몰드(5) 내측벽에 몰드파우더(4)가 접촉하는 위치에는 더미 부재(8)가 설치되어 있으므로, 슬래그 베어(4a)의 성장이 억제된다. 여기서, 몰드파우더(4)는 더미 부재(8)에 의하여 몰드(5)의 중앙으로부터 몰드(5)의 내측벽으로 갈수록 더 낮아지도록 분포될 수 있다.(S23)

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

(실시예)

페라이트계 스테인리스강 연속주조에 있어서 몰드파우더(4) 분포 제어용 더미 부재(8)의 돌출 높이를 제어하여 테스트를 실시한 결과는 [표 1]과 같다.

구분	몰드파우더의 분포 제어용 더미 부재의 돌출 높이(㎜)	슬래그 베어 크기(㎜)	결함 발생률(%)
종래재	없음	42	9.33
비교재 1	45	5	브레이크아웃(Breakout) 발생
비교재 2	5	35	4.2
발명재 1	10	24	1.33
발명재 2	15	22	1.04
발명재 3	20	10	0.30
발명재 4	25	5	미발생
발명재 5	30	5	미발생
발명재 6	35	6	미발생
발명재 7	40	4	미발생

[표 1]에서 보는 바와 같이, 몰드파우더(4) 분포 제어용 더미 부재(8)가 없는 몰드(5)의 경우, 슬래그 베어(4a)의 성장이 42㎜로 과다하여 흑색 띠흠 결함 발생률이 9.33%였다.

발명재 1에서 발명재 6의 경우 몰드파우더(4) 분포 제어용 더미 부재(8)의 돌출 높이가 10㎜ 내지 40㎜의 범위에서 증가할수록 슬래그 베어(4a)의 크기가 감소하였다. 그리고, 결함 발생률이 최대 1.33%(발명재 1)밖에 발생되지 않았으며, 발명재 4 내지 발명재 7에서는 결함이 전혀 발생되지 않았다.

예를 들어, 발명재 1의 경우, 더미 부재(8)의 돌출 높이를 10㎜가 되도록 설치하였으며, 이에 의해 슬래그 베어의 크기가 24㎜로 감소하였고, 결함 발생률 또한 1.33%로 감소되었다. 또한, 발명재 4 내지 발명재 7에서는 더미 부재(8)의 돌출 높이를 25㎜ 내지 40㎜가 되도록 설치하였으며, 이때 슬래그 베어(4a)의 크기가 각각 5㎜, 5㎜, 6㎜ 및 4㎜로 감소되었다. 또한, 주편 표면에 결함이 전혀 발생되지 않았음을 알 수 있다.

그러나, 비교재 1에서와 같이 더미 부재(8)의 돌출 높이를 45㎜로 하는 경우 슬래그 베어(4a) 크기는 5㎜로 본 발명에 따른 슬래그 베어(4a)의 크기와 유사하게 생성되었다. 하지만, 침지노즐(3)과 더미 부재(4a)가 연결되는 브릿지 현상이 발생되어 브레이크아웃이 발생된다는 문제점이 있다.

또한, 비교재 2에서와 같이, 더미 부재(8)의 돌출 높이를 5㎜로 하는 경우네는 슬래그 베어(4a)의 크기가 35㎜로 종래재와 비교하여 전혀 감소되지 않았다. 그리고, 결함 발생률이 4.2%였지만, 결함 발생의 편차가 매우 크다는 문제점이 있었다.

이에 의해 본 발명에 따른 더미 부재(8)가 설치된 몰드(5)를 이용하여 연속주조를 하는 경우, 슬래그 베어(4a)의 크기를 감소시킴으로써 탄소의 침탄으로 인한 주편의 표면결함을 현저하게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

1 : 래들 2 : 턴디쉬
3 : 침지노즐 4 : 몰드파우더
5 : 몰드 6 : 2차 냉각대
7 : 몰드파우더 공급부 8 : 더미 부재
8a : 접촉부 8b : 고정부
9 : 용강 9a : 주편
10 : 몰드파우더층 11 : 소결층
12 : 용융슬래그층 13 : 슬래그 베어
14 : 탄소집적부 15 : 응고셀

Claims (7)

1. 용강 상부에 몰드파우더가 투입되는 연속주조용 몰드에 있어서,
   상기 몰드 상부의 내측벽에는 상기 몰드의 내부를 향하여 반구 형태로 돌출된 형상의 더미 부재가 설치되며, 상기 몰드파우더는 상기 더미 부재에 의하여 상기 몰드의 중앙으로부터 상기 몰드의 내측벽으로 갈수록 더 낮아지도록 분포되며, 상기 몰드파우더에 포함된 카본이 열에 의해 타면서 생성되는 슬래그 베어는 상기 더미 부재에 의해 성장이 억제되는 것을 특징으로 하는 연속주조용 몰드.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 더미 부재의 최대 돌출 높이는 10㎜ 내지 40㎜로 형성되는 것을 특징으로 하는 연속주조용 몰드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 더미 부재는 상기 용강과 상기 몰드파우더의 경계면으로부터 상기 몰드파우더 상측으로 갈수록 상기 몰드 내부를 향하여 점점 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연속주조용 몰드.
5. 제1항에 있어서,
   상기 더미 부재는 상기 몰드의 상부면에 고정되는 고정부 및 상기 고정부로부터 상기 몰드의 내부로 연장형성되며, 상기 몰드 상부의 내측벽에 접촉되는 접촉부를 포함하며, 상기 접촉부는 상기 몰드 내부를 향하여 반구 형태로 돌출된 것을 특징으로 하는 연속주조용 몰드.
6. 제5항에 있어서,
   상기 더미 부재의 고정부는 상기 몰드의 상부면에 착탈 가능하도록 후크 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연속주조용 몰드.
7. 삭제

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