KR101384019B1

KR101384019B1 - 용융 금속의 연속 주조 방법

Info

Publication number: KR101384019B1
Application number: KR1020127013193A
Authority: KR
Inventors: 유이치 츠카구치; 마리코 우시로
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2014-04-09
Also published as: EP2497585B1; JPWO2011055484A1; CN102781605A; KR20120079476A; CN102781605B; WO2011055484A1; EP2497585A1; PL2497585T3; EP2497585A4; JP5440610B2; ES2658172T3

Abstract

측벽에 1개 이상의 측공이 설치된 중공의 원통형, 원추형 또는 원추대형의 내화물제 구조체를, 상기 내화물제 구조체의 축을 연직으로 하여 턴디쉬 내의 침지 노즐 상방에 배치하고, 상기 턴디쉬로부터 침지 노즐 내에 용융 금속을 공급하는, 용융 금속의 연속 주조 방법으로서, 상기 내화물제 구조체의 수평 방향의 원형 단면의 중심으로부터 방사상으로 신장되는 가상선과 상기 측공의 중심축이 이루는 각도가 각도 θ1이며, 상기 턴디쉬 내의 용융 금속을 상기 측공에 통과시킴으로써 상기 침지 노즐 내에 공급되는 용융 금속의 선회류를 형성하고, 상기 용융 금속의 유량 속도 Q와, 상기 측공의 총 개구 면적 S와, 상기 측공이 개구하고 있는 부분에서의 상기 수평 방향의 원형 단면의 평균내반경 R과, 상기 각도 θ1이, 0.015m²/s≤R×Q/S×Sinθ1≤0.100m²/s를 만족하는 용융 금속의 연속 주조 방법. 턴디쉬 내에 선회류 부여 기구를 설치함으로써 주형 내에서의 용융 금속의 유동을 안정화시킬 수 있다.

Description

용융 금속의 연속 주조 방법{CONTINUOUS CASTING METHOD FOR MOLTEN METAL}

본 발명은, 용강 등의 용융 금속의 연속 주조에 있어서, 침지 노즐 내를 통과하는 용융 금속에 선회류를 부여하는 기술에 관한 것이다. 침지 노즐 내를 통과하는 용융 금속에 선회류를 부여하는 것은, 침지 노즐 내 및 주형 내에서의 용융 금속의 유동의 안정화에 효과적이다.

슬래브의 연속 주조와 같이 폭이 넓은 주형을 이용하는 연속 주조에는, 통상, 대향하는 토출 구멍을 갖는 하나의 침지 노즐을 통해 용융 금속을 공급한다. 이 경우, 주형 내의 유동에 자려진동이 발생해, 유속의 변동이나 탕면의 물결침을 일으킨다. 그 결과, 주편(鑄片) 표층부의 품질 결함을 방지하기 위해서, 주조 속도의 저하가 요구된다.

종래, 주형 내 유동의 제어를 목적으로서, 전자(電磁)기력을 이용한 전자 브레이크나 전자 교반, 또는 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2 등에 개시되어 있는 선회류를 부여하는 침지 노즐이 공지이다. 상기 특허 문헌 1에는, 용강류에 선회를 부여하기 위한 비틀림 판형의 부품을 구비하여 이루어지는 침지 노즐이 기재되어 있다. 또, 특허 문헌 2에는, 내부에 비틀림 판형 선회 날개를 설치한 침지 노즐로서, 선회 날개 비틀림 피치, 선회 날개 비틀림각, 선회 날개의 외경, 선회 날개의 두께를 소정 범위 내의 값으로 하고, 선회 날개 하단과 토출 구멍 사이에서 내경을 줄이고, 줄인 후의 횡단면적을 규정함과 더불어, 턴디쉬와 주형간의 필요 헤드 예측치를 적정 범위 내에 넣은 연속 주조용 침지 노즐이 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌 3에 개시된 바와 같이 노즐 바닥부의 웅덩이 형상 오목부의 깊이를 크게 한 침지 노즐, 또는 특허 문헌 4에 개시된 바와 같이 노즐 내경에 단차를 형성한 침지 노즐이 공지이다. 상기 특허 문헌 3에는, 주편 단변벽의 내측에 위치하는 노즐 본체와 노즐 본체의 측벽에 형성하고 또한 주편 단변벽을 향해 하향으로 개구한 토출 구멍과, 노즐 본체의 바닥부가 오목한 박스를 갖는 연속 주조용 노즐에 있어서, 박스의 깊이와 내경의 비, 및 토출 구멍의 토출 각도를 규정한 연속 주조용 침지 노즐이 개시되어 있다. 그리고, 특허 문헌 4에는, 용강과 접하는 부분을 구성하는 내화재료가 흑연을 함유하여 이루어지고, 노즐 내 구멍부에, 단차 구조 부위가 길이를 갖는 단차 구조를 복수 갖는 연속 주조용 침지 노즐에 있어서, 용강 통과량에 대해 노즐 내 구멍부의 최소 내경, 최소 횡단면적, 토출 구멍의 단면적을 규정한 침지 노즐이 개시되어 있다.

그러나, 전자기력을 이용하는 방법은, 설비 비용이 커서, 투자에 걸맞은 장점을 얻기는 어렵다. 제어 대상인 용융 금속류를 계측하는 것이 어려우므로, 제어 대상의 상태를 파악하지 않고 제어를 행하는 것이 요구된다. 따라서, 충분한 효과를 발휘시키는 것이 기술적으로 어렵다.

한편, 상기 특허 문헌 1 또는 2에 개시된 선회류를 부여하는 침지 노즐(이하, 「선회류 부여 침지 노즐」이라고도 기재함)에 관한 기술은, 주형 내 유동을 안정화시킬 수 있는 현실적인 대책으로서 그 유효성이 확인되고 있다. 그러나, 비금속 개재물을 많이 포함한 용융 금속을 주조하는 경우에는, 노즐 내에 설치한 선회 날개에 비금속 개재물이 부착되기 쉬우므로, 다량의 용융 금속을 연속하여 주조하는 것이 어렵다는 문제가 있다.

특허 문헌 3에 개시된 침지 노즐을 이용하면, 주조 속도를 증가시켜도 주형 내의 표면 유속은 증가하지 않아, 몰드 파우더가 혼입되는 것을 유효하게 방지할 수 있다고 되어 있으나, 실제 조업에서 안정된 혼입 방지 효과는 얻기 어렵다. 특허 문헌 4에 개시된 침지 노즐은, 알루미나 부착에 의한 침지 노즐의 폐색을 방지함과 더불어, 침지 노즐 내의 용강의 편류를 억제함으로써 주형 내의 유동을 균일화하여, 주편 품질의 향상 및 브레이크 아웃의 방지를 꾀한 것이다. 그러나, 이러한 노즐을 이용해도, 현실에서의 주조 조업에서는 노즐 막힘이 발생하기 쉽고, 안정된 편류 억제 효과도 얻기 어렵다.

본 발명자는, 상기 문제를 해결하는 방법으로서, 특허 문헌 5 및 특허 문헌 6에 나타낸 발명을 이루었다. 이들 발명은, 용융 금속의 선회류를 형성시키기 위한, 간편하고 효과적인 선회류 부여 기구를 턴디쉬 내에 설치함으로써, 상술한 선회 날개를 갖는 선회류 부여 침지 노즐의 결점인 노즐 막힘을 해소하는 것이다. 그 결과, 주형 내에서의 용융 금속의 유동이 안정화되어, 안정된 주조 조업 및 주편의 품질 향상을 기대할 수 있다.

WO99/15291호 공보 일본국 특허 공개 2002－239690호 공보 일본국 특허 제 3027645호 공보 일본국 특허 제 3207793호 공보 일본국 특허 공개 2007－69236호 공보 일본국 특허 공개 2008－300069호 공보

그러나, 본 발명자는, 한층 연구 개발을 진행한 결과, 특허 문헌 5 및 특허 문헌 6에 기재된 기술 요소에서는, 주형 내에서의 용융 금속의 유동을 안정화시키는 효과가 반드시 충분하지는 않음을 발견했다.

본 발명은, 이 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 과제는, 주형 내에서의 용융 금속의 유동을 안정화시키는 효과를 특허 문헌 5 및 특허 문헌 6에 기재된 발명보다도 개선시킨 연속 주조 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명자는, 상술한 과제를 해결하기 위해서, 침지 노즐에 있어서의 노즐 막힘을 발생시키지 않고, 침지 노즐을 통과하는 용융 금속류에 선회류를 부여해, 주형내에 있어서의 용융 금속의 유동을 안정화시킬 수 있는 주조 방법에 대해서 검토 및 고찰을 거듭한 결과, 하기 (a)∼(g)의 지견을 얻어, 본 발명을 완성했다.

(a) 침지 노즐 내에 비틀림판형의 선회 날개를 설치해 선회류를 형성하는 방법은, 침지 노즐 내의 용융 금속 하강류가 선회 날개에 닿을 때에 흐름의 정체나 와류를 일으켜, Al₂O₃ 등의 비금속 개재물이 부착되는 것을 초래한다. 더불어, 유속이 큰 침지 노즐 내에 비틀림판형 선회 날개와 같은 선회류 부여 기구를 설치하면, 용융 금속의 유동 저항이 커서, 선회 부여의 에너지 효율이 낮다는 것이 문제이다. 따라서, 필요 스루풋(throughput)이 큰 경우에는, 형성할 수 있는 선회 강도가 한정된다.

(b) 침지 노즐 상방의 턴디쉬 내에, 직경이 비교적 큰 중공의 원통형, 원추형 또는 원추대형의 측면을 갖고, 그 측면에, 유입하는 용융 금속에 둘레 방향의 속도 성분을 부여하는 측공을 형성하는 선회류 부여 기구를 고안했다. 이 선회류 부여 기구는, 용융 금속 유로인 측공의 단면적이 크므로, 선회류 부여 기구를 통과하는 용융 금속의 유속을 작게 할 수 있다.

(c) 상기 (b)의 구성으로 함으로써, 흐름의 정체나 와류가 생기기 어려운 유로 형상으로 되기 때문에, Al₂O₃ 등의 비금속 개재물이 용융 금속 유로의 내벽에 부착되기는 어려워진다. 설령 부착된 경우이더라도, 유로 단면적이 크기 때문에 폐색에 이르기는 어렵다. 또한, 저류속 또한 흐름의 와류가 생기기 어려운 것이, 작은 용융 금속의 유동 저항을 실현하므로, 위치 에너지를 유효하게 활용할 수 있어, 강한 선회류를 얻을 수 있다.

(d) 주형 내에 있어서의 용융 금속의 유동에 좋은 영향을 주는 적정한 강도의 선회를 얻으려면, 측공을 통과한 시점에서 상기 (b)의 선회류 부여 기구 내에 형성되는 용융 금속의 선회류의 각(角)운동량을 적정화할 필요가 있다.

(e) 침지 노즐 내에 형성되는 용융 금속의 선회류의 각운동량의 지표로서, 용융 금속의 유량과 선회류 부여 기구의 형상을 이용한 하기 (1)식으로 표시되는 지표 P를 고안했다. 지표 P의 값이 소정의 적정한 범위가 되도록, 선회류 부여 기구를 적정한 형상으로 설계함으로써, 적정한 강도의 선회류가 얻어진다.

P=R×Q/S×Sinθ1　…(1)

여기서, 상기 (1)식 중의 각 기호는 하기의 제량(諸量)을 의미한다. R:측공이 개구하고 있는 부분에서의, 선회류 부여 기구의 수평 방향의 원형 단면의 평균내반경, Q:용융 금속의 유량 속도, S:측공의 총 개구 면적, θ1:출측 개구부에서 가상선에 대해 측공의 중심축이 이루는 각도. 측공의 총 개구 면적 S는 모든 측공의 유로 단면적의 총합을 의미하며, 상기 (1)식 중의 Q/S는 용융 금속의 측공 통과 평균 유속을 의미한다.

(f) 상기 (b)의 선회류 부여 기구의 측공이 용융 금속에 둘레 방향 유속을 부여하려면, 측공에 있어서의 평균 유속 Q/S에 따라 최저한 필요한 지표 T(T=측공부 측벽의 두께/측공의 폭)의 값이 존재한다. 즉, T는, Q/S가 0.05m/s 미만일 때 1.0 이상, Q/S가 0.05m/s 이상 0.1m/s 미만일 때 0.8 이상, Q/S가 0.1m/s 이상 0.4m/s 미만일 때 0.6 이상, Q/S가 0.4m/s 이상 1.2m/s 미만일 때 0.5 이상, Q/S가 1.2m/s 이상일 때 0.4 이상의 값이 각각 필요하다.

(g) 상기 (b)의 선회류 부여 기구가 턴디쉬 내의 용융 금속에 침지하고 있는 경우에, 선회류 부여 기구의 상단부에 개구부가 있으면, 턴디쉬 내의 탕면으로부터 선회류 부여 기구 내에 이르는 와류가 야기된다. 이 와류는, 턴디쉬 탕면 상의 슬래그나 비금속 개재물이 혼입되게 하므로 바람직하지 않다. 이 와류를 방지하려면, 선회류 부여 기구의 상단부에 개구부를 설치하지 않거나, 혹은 선회류 부여 기구의 상단부의 개구부에 턴디쉬 상부로부터 연장되는 스토퍼 로드를 삽입하는 것이 요구된다.

본 발명은, 상기 지견에 의거해 완성된 것이며, 그 요지는, 하기 (1)∼(4)에 나타낸 용융 금속의 연속 주조 방법에 있다.

(1) 측벽에 1개 이상의 측공이 설치된 중공의 원통형, 원추형 또는 원추대형의 내화물제 구조체를, 상기 내화물제 구조체의 축을 연직으로 하여 턴디쉬 내의 침지 노즐 상방에 배치하고, 상기 턴디쉬로부터 침지 노즐 내에 용융 금속을 공급하는, 용융 금속의 연속 주조 방법으로서, 상기 내화물제 구조체의 수평 방향의 원형 단면의 중심으로부터 방사상으로 신장되는 가상선과, 상기 내화물제 구조체의 내면의 교점에서 상기 측공의 중심축이 교차하고, 상기 교점에서, 상기 가상선에 대해 경사진 상기 측공의 중심축이 이루는 각도가 각도 θ1이며, 상기 턴디쉬 내의 용융 금속을, 상기 내화물제 구조체의 외면에 개구한 상기 측공의 입측 개구부로부터 상기 내화물제 구조체의 내면에 개구한 출측 개구부를 향해 통과시킴으로써, 상기 턴디쉬로부터 상기 침지 노즐 내에 공급되는 용융 금속에 둘레 방향 유속을 부여해 선회류를 형성하고, 상기 측공이 개구하고 있는 부분에서의 상기 수평 방향의 원형 단면의 평균 내경 2R이 250mm∼1200mm, 상기 측공의 높이가 30mm∼500mm, 및 상기 각도 θ1이 15°∼80°이며, 상기 용융 금속의 유량 속도 Q와, 상기 측공의 총 개구 면적 S와, 상기 측공이 개구하고 있는 부분에서의 상기 수평 방향의 원형 단면의 평균내반경 R과, 상기 각도 θ1로 이루어지고, 하기 (1)식으로 표시되는 지표 P가, 0.015m²/s≤P≤0.100m²/s를 만족하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 연속 주조 방법(이하, 「제1 발명」이라고도 기재한다).

(2) 상기 측공부 측벽의 두께/상기 측공의 폭으로 표시되는 지표 T와, 상기 용융 금속의 유량 속도 Q와, 상기 측공의 총 개구 면적 S의 관계가 하기 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 용융 금속의 연속 주조 방법(이하, 「제2 발명」이라고도 기재한다).

　Q/S가 0.05m/s 미만일 때:T가 1.0 이상,

　Q/S가 0.05m/s 이상 0.1m/s 미만일 때:T가 0.8이상,

　Q/S가 0.1m/s 이상 0.4m/s 미만일 때:T가 0.6 이상,

　Q/S가 0.4m/s 이상 1.2m/s 미만일 때:T가 0.5 이상, 및

　Q/S가 1.2m/s 이상일 때:T가 0.4 이상.

(3) 상기 내화물제 구조체의 전체가, 상기 턴디쉬 내의 용융 금속 내에 침지하고 있으며, 상기 내화물제 구조체의 상단부에 개구부가 설치되고, 상기 개구부를 통해서 상기 턴디쉬의 상부로부터 내화물제 스토퍼 로드가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 용융 금속의 연속 주조 방법(이하, 「제3 발명」이라고도 기재한다).

(4) 상기 내화물제 구조체의 전체가, 상기 턴디쉬 내의 용융 금속 내에 침지하고 있으며, 상기 내화물제 구조체의 상단부에 개구부가 설치되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 용융 금속의 연속 주조 방법(이하, 「제4 발명」이라고도 기재한다).

본 발명에서, 「출측 개구부에서 가상선에 대해 측공의 중심축이 이루는 각도 θ1」을 이하의 설명에서는, 「측공의 경사 각도(θ1)」라고도 기재한다.

「수평 방향의 원형 단면의 내반경」이란, 측공의 출측 개구부에서의 가상선과 측공의 중심축의 교점(각도 θ1을 형성하는 교점)과 내화물제 구조체의 수평 방향의 원형 단면의 중심의 거리이며, R은, 측공이 개구하고 있는 부분에서의 이 내반경의 평균치로 정한다.

본 발명의 방법은, 선회 날개를 갖는 선회류 부여 침지 노즐의 결점인 노즐 폐색 문제를 해소할 수 있으며, 침지 노즐 내의 용융 금속에 적정한 강도의 선회류를 형성하고, 선회류 부여 침지 노즐이 갖는 우수한 효과인 주형 내 용융 금속의 유동 안정성이나 비금속 개재물의 제거를 실현하여, 안정된 연속 주조 조업 및 주편의 품질 향상을 가능하게 한다.

도 1은, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 연속 주조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이며, 도 1(a)는, 도 1(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 도 1(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다.
도 2는, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 다른 연속 주조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이며, 도 2(a)는, 도 2(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 도 2(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다.
도 3은, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 다른 연속 주조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이며, 도 3(a)는, 도 3(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 도 3(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다.
도 4는, 본 발명의 비교예로서의 연속 주조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이며, 도 4(a)는, 도 4(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 도 4(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다.
도 5는, 본 발명의 비교예로서의 다른 연속 주조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이며, 도 5(a)는, 도 5(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 도 5(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 「측벽에 1개 이상의 측공이 설치된 중공의 원통형, 원추형 또는 원추대형의 내화물제 구조체를, 상기 내화물제 구조체의 축을 연직으로 하여 턴디쉬 내의 침지 노즐 상방에 배치하고, 상기 턴디쉬로부터 침지 노즐 내에 용융 금속을 공급하는, 용융 금속의 연속 주조 방법으로서, 상기 내화물제 구조체의 수평 방향의 원형 단면의 중심으로부터 방사상으로 신장되는 가상선과, 상기 내화물제 구조체의 내면의 교점에서 상기 측공의 중심축이 교차하고, 상기 교점에서, 상기 가상선에 대해 경사진 상기 측공의 중심축이 이루는 각도가 각도 θ1이며, 상기 턴디쉬 내의 용융 금속을, 상기 내화물제 구조체의 외면에 개구한 상기 측공의 입측 개구부로부터 상기 내화물제 구조체의 내면에 개구한 출측 개구부를 향해 통과시킴으로써, 상기 턴디쉬로부터 상기 침지 노즐 내에 공급되는 용융 금속에 둘레 방향 유속을 부여해 선회류를 형성하고, 상기 측공이 개구하고 있는 부분에서의 상기 수평 방향의 원형 단면의 평균 내경 2R이 250mm∼1200mm, 상기 측공의 높이가 30mm∼500mm, 및 상기 각도 θ1이 15°∼80°이며, 상기 용융 금속의 유량 속도 Q와, 상기 측공의 총 개구 면적 S와, 상기 측공이 개구하고 있는 부분에서의 상기 수평 방향의 원형 단면의 평균내반경 R과, 상기 각도 θ1로 이루어지고, 하기 (1)식으로 표시되는 지표 P가, 0.015m²/s≤P≤0.100m²/s를 만족하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 연속 주조 방법.

P=R×Q/S×Sinθ1　…(1)

」이다. 본 발명의 내용에 대해서, 하기에 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 연속 주조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이며, 동 도면(a)는, 동 도면(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 동 도면(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다.

동 도면에 나타난 바와 같이, 침지 노즐(4) 상방의 턴디쉬(5) 내에, 수평 방향의 원형 단면의 중심(O)으로부터 방사상으로 신장되는 가상선(X1∼X5) 상에 구멍 출구의 중심을 갖고, 가상선(X1∼X5)에 대해 구멍의 중심축(Y1∼Y5)의 방향을 경사지게 하여 개구한 측공(2)이 측벽에 1개 이상 설치된 중공의 통형상의 내화물제 구조체(1)를 배치하고 있다. 그 내화물제 구조체의 축(3)은 연직이다. 턴디쉬(5) 내의 용융 금속(6)은, 측공(2)을 통과해 내화물제 구조체(1) 내에 유입할 때에, 둘레 방향의 속도 성분이 부여되어 선회류를 형성하고, 턴디쉬(5)로부터 침지 노즐(4) 내를 거쳐 주형(11)에 공급된다.

(1) 제1 발명

상기한 바와 같이, 제1 발명은, 측벽에 1개 이상의 측공(2)이 설치된 중공의 원통형, 원추형 또는 원추대형의 내화물제 구조체(1)를, 내화물제 구조체(1)의 축을 연직으로 하여 턴디쉬(5) 내의 침지 노즐(4)의 상방에 배치하고, 턴디쉬(5)로부터 침지 노즐(4) 내에 용융 금속(6)을 공급하는, 용융 금속의 연속 주조 방법으로서, 내화물제 구조체(1)의 수평 방향의 원형 단면의 중심(O)으로부터 방사상으로 신장되는 가상선(X1∼XN(단, N은 가상선의 수를 나타낸다)) 상에 구멍의 출측 개구부 중심을 갖고, 가상선(X1∼XN)에 대해 구멍의 중심축의 방향을 각도 θ1 경사지게 하여 측공(2)이 뚫려져 있으며, 턴디쉬(5) 내의 용융 금속(6)을, 내화물제 구조체(1)의 외면에 개구한 측공(2)의 입측 개구부로부터 내화물제 구조체(1)의 내면에 개구한 출측 개구부를 향해 통과시킴으로써, 턴디쉬(5)로부터 침지 노즐(4) 내에 공급되는 용융 금속에 둘레 방향 유속을 부여하여 선회류를 형성하고, 측공(2)이 개구하고 있는 부분에서의 상기 수평 방향의 원형 단면의 평균 내경 2R이 250mm∼1200mm, 측공의 높이가 30mm∼500mm, 상기 각도 θ1이 15°∼80°이며, 용융 금속의 유량 속도 Q와, 측공의 총 개구 면적 S와, 측공이 개구하고 있는 부분에서의 상기 수평 방향의 원형 단면의 평균내반경 R과, 상기 각도 θ1로 이루어지고, 상기 (1)식으로 표시되는 지표 P가, 0.015m²/s≤P≤0.100m²/s를 만족하는, 용융 금속의 연속 주조 방법이다.

이 내화물제 구조체(1)는, 경사 각도 θ1을 갖는 측공(2)을 구비하고 있음으로써, 용융 금속(6)에 둘레 방향의 유속 성분을 부여해, 선회류를 형성할 수 있다. 경사 각도 θ1을 갖는 측공(2)은, 1개이어도 되지만, 용융 금속(6)에 포함되는 비금속 개재물에 의한 폐색의 위험성을 분산하는 관점에서, 내화물제 구조체(1)의 전체 둘레에 복수개 있는 것이 바람직하다. 또, 측공(2)을, 내화물제 구조체(1)의 전체 둘레에 복수개, 또한 내화물제 구조체(1)의 높이 방향(축(3) 방향)으로 복수단 설치해도 된다. 그러나, 측공(2)을 복수개 형성하는 경우, 측공(2)을 각각 같은 높이로 형성하는 것이, 내화물제 구조체(1)의 높이를 불필요하게 크게 하지 않는 관점에서 바람직하다.

복수개 형성하는 측공(2)의 경사 각도 θ1은 동일해도, 또, 어느 범위 내에서 변동이 있어도 된다. 그러나, 용융 금속(6)에 부여하는 선회류의 회전 방향이 동일한 것이 바람직하다. 또한, 측공(2)의 격벽이 얇은 핀형상이며, 내화물제 구조체(1)의 원주 방향으로 다수의 측공을 갖는 형상이어도 된다.

측공(2)은, 용융 금속 중의 최대 입경이 30mm 정도인 이물을 통과할 수 있는 크기인 것이 바람직하다. 측공(2)의 상측 및 하측의 내벽면은, 수평이어도 경사져 있어도 상관없다. 그러나, 측공(2)의 하단의 높이 위치는, 주조 종료시에 턴디쉬(5) 내에 용융 금속(6)이 잔류하여 생산성 저하를 일으키지 않을 정도로 낮은 위치, 즉 턴디쉬 바닥면으로부터 200mm 이내의 높이로 하는 것이 바람직하다.

내화물제 구조체(1)의 상단부에는, 상측 덮개를 설치해도 설치하지 않아도 상관없다. 내화물제 구조체(1)의 상단부(7)에 상측 덮개를 설치하는 경우에는, 내화물제 구조체(1)의 내부 높이를 측공(2)의 상단으로부터 150mm 이하로 제한하는 것이, 형성되는 선회류를 감쇠시키지 않는 관점에서 바람직하다.

또, 내화물제 구조체(1)의 상단부가 개구하고 있는 경우에는, 턴디쉬(5) 내(내화물제 구조체(1)의 상방 외측)의 용융 금속(6)이, 내화물제 구조체(1)의 내부에 형성된 용융 금속(6)의 선회류에 의해 구동되어, 회전한다. 이 경우, 이 구동에 선회류의 각(角)운동 에너지가 소비되기 때문에, 내화물제 구조체(1)의 내부에 있어서의 용융 금속(6)의 선회류가 약해진다. 이 소비 에너지는, 내화물제 구조체(1) 상단의 개구 면적이 클수록 커진다. 이 때문에, 내화물제 구조체(1)의 상단부(7)에 상측 덮개를 설치하지 않은 경우에는, 동일하게 선회류를 감쇠시키지 않는 관점에서, 측공(2)이 설치되어 있는 높이보다도 상방의 내경은 측공(2)이 설치되어 있는 높이 이하의 부분의 내경보다도 축소하여 50mm∼200mm로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상측 덮개를 설치하지 않은 경우에는, 상단부(7)의 높이를 턴디쉬(5) 내의 탕면 높이보다도 높게 하는 것이 내화물제 구조체(1) 내로의 턴디쉬 슬래그의 혼입을 방지하는 관점에서 바람직하다.

본 발명에서는, 내화물제 구조체(1)의 측공(2)이 개구하고 있는 부분에서의 수평 방향의 원형 단면의 평균 내경 2R은, 250mm∼1200mm의 범위로 한다. 그 이유는, 평균 내경 2R이 250mm 미만에서는, 선회류 부여 기구로서는 너무 작기 때문에, 충분한 각운동량을 얻는 것이 어려운 것과, 또한, 용융 금속 통로의 횡단면적이 작아지기 때문에, 측공(2)의 폐색 및 용융 금속(6)의 마찰 저항의 증대 등의 문제가 발생하는 것이다. 또, 평균 내경 2R이 1200mm를 넘으면, 선회류 부여 기구로서 과대해지므로, 내화물제 구조체(1)의 비용이 증가함은 물론, 전용 턴디쉬가 필요해져, 주조 설비의 비용 증대를 초래하기 때문이다.

내화물제 구조체(1)의 수평 방향의 단면 형상은, 진원(眞圓)인 것이 바람직하나, 다각형이나 타원형이어도 동일한 효과가 얻어진다. 이 경우에는, 중심으로부터의 거리의 평균치를 평균 내경 2R이라고 간주한다. 그러나, 단면 형상이 진원이 아닌 경우에는, 진원인 경우에 비해 선회류 형성의 에너지 효율이 저하한다.

내화물제 구조체(1)의 측공(2)의 높이는 30mm∼500mm의 범위로 한다. 이것은, 내화물제 구조체(1)에 설치된 측공(2)의 높이가 30mm 미만에서는, 용융 금속의 유로가 너무 작아, 폐색이 발생하기 쉬워지기 때문이다. 또, 측공(2)의 높이가 500mm를 넘으면, 용융 금속의 유로 면적(측공(2)의 단면적)이 과대해져, 측공(2)을 통과하는 용융 금속의 유속을 확보해서 충분한 각운동량을 얻는 것이 어려워지기 때문이다. 이에 더해, 측공(2)의 높이가 500mm를 넘으면, 내화물제 구조체(1)의 높이가 불필요하게 커지므로 바람직하지 않다. 측공(2)의 높이의 보다 바람직한 범위는, 50∼250mm이다.

여기서, 측공(2)의 높이란, 측공(2)이 상하 방향으로 1단만 설치된 경우에는 측공(2)의 높이 그 자체를 가리키며, 측공(2)이 상하 방향으로 나열되어 복수단 설치된 경우에는, 복수단에 있어서의 측공(2)의 높이의 합계를 가리킨다(예를 들면, 높이 200mm인 측공(2)이 2단 설치된 경우에는, 그 높이는 200［mm］×2로부터 400mm로 한다). 또, 측공(2)의 횡단면 형상이 직사각형이 아닌 경우에는, 그 최대 높이를 측공(2)의 높이로 정한다. 또한 또, 원주 방향으로 복수개 설치된 측공(2)의 높이가 상이한 경우에는, 이들 측공(2)의 높이의 평균치를 측공(2)의 높이로 정한다.

측공(2)의 폭은 30mm∼200mm의 범위가 적절하다. 측공(2)의 폭이 30mm 미만이면 폐색이 생기기 쉽고, 200mm를 넘으면, 구조체(1)의 강도가 저하한다. 또한 측공(2)의 폭이 200mm를 넘으면, 측공(2)의 단면적이 과대해져, (1)식의 값이 규정 범위를 만족시키는 것이 어려워진다. 측공(2)의 횡단면 형상이 직사각형이 아닌 경우에는, 그 최대폭을 측공(2)의 폭이라고 간주한다.

측공(2)의 경사 각도 θ1은 15°∼80°의 범위로 한다. 그 이유는, 내화물제 구조체(1)에 형성한 측공(2)의 경사 각도 θ1이 15°보다 작으면, 부여되는 선회류의 강도가 부족하기 때문이다. 또, 경사 각도 θ1이 80°를 넘으면, 내화물제 구조체(1)의 측벽의 두께가 얇아져, 강도상의 문제가 발생하기 때문이다.

본 발명의 방법에서, 용융 금속의 유량 속도 Q와 측공의 총 개구 면적 S로부터 구해지는 측공 통과 평균 유속 Q/S와, 측공이 개구하고 있는 부분에서의 상기 수평 방향의 원형 단면의 평균내반경 R과, 각도 θ1로부터 이루어지는 지표 P(P=R×Q/S×Sinθ1)의 범위를, 0.015m²/s∼0.100m²/s로 규정하는 것은, 이하의 이유에 의한다.

본 발명자는, 평균내반경 R과 측공(2)을 통과하는 용융 금속의 평균 유속 Q/S의 접선 방향(반경과 수직인 방향) 성분의 곱 P를, 내화물제 구조체(1) 내부에서 형성되는 용융 금속의 선회류의 각운동량의 지표로 하고, 이 지표 P를 적정한 범위로 유지함으로써, 침지 노즐 내에서 적정한 강도의 선회류를 형성할 수 있음을 발견했다.

내화물제 구조체(1) 중에서 형성된 선회류는, 침지 노즐 내에 유입하기까지 스토퍼나 슬라이딩 게이트 등의 유량 조정 기구에 의해 수축된다. 이 수축에 의한 선회류의 감쇠 거동은 복잡하며, 구조체(1) 중에서 형성되는 선회류가 강할수록(각운동량이 클수록) 현저한 감쇠를 받는 현상이 발생한다. 즉, 구조체(1) 중에서 형성되는 선회류가 너무 강하면, 유량 조정 기구에 의한 선회류의 감쇠가 현저해져, 선회류 형성의 에너지 효율이 저하한다.

본 발명자는, 실험과 검토를 거듭하여 유량 조정 기구에 의한 선회류의 감쇠 거동을 조사했다. 그 결과, 지표 P의 값이 0.015m²/s∼0.100m²/s의 범위 내이면, 유량 조정 기구의 수축에 의한 선회류의 감쇠(에너지 손실)가 현저하지 않고, 또한, 침지 노즐 내에서 생기는 선회류가 주형 내 유동을 안정적으로 제어하는 관점에서도 충분한 강도를 갖는다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성했다.

지표 P의 값이 상한치 0.100m²/s를 넘으면, 유량 조정 기구의 수축에 의한 현저한 선회류의 감쇠가 생겨, 그 압력 손실에 의해 선회류 부여의 에너지 효율이 저하한다. 또한, 과대한 둘레 방향 유속이 침지 노즐의 진동을 발생시킨다. 한편, 지표 P의 값이 하한치 0.015m²/s를 밑돌면, 침지 노즐 내에서 형성되는 선회류가 약해, 충분한 주형 내 유동 안정화 작용을 발휘할 수 없다. 지표 P의, 더욱 바람직한 범위는, 0.020m²/s∼0.085m²/s이다.

여기서, 측공(2)의 2개의 측벽이 평행하지 않은 경우의 측공(2)의 단면적 S 및 각도 θ1의 정의를 이하에 기재한다. 측공(2)의 측벽이 평행한 경우에는, 측공(2)의 중심축과 측벽이 평행하기 때문에, 각도 θ1은, 측공(2)의 중심축이, 그 출측 개구부에서, 가상선과 이루는 각도로서 일의적으로 결정할 수 있다. 동일하게 측공(2)의 폭도, 측벽간의 거리로서 일의적으로 결정할 수 있다. 이에 반해 측공(2)의 측벽이 평행하지 않은 경우에는, 측공(2)의 중심축의 결정 방법에 의해 각도 θ1이 변화하고, 각도 θ1에 의해 측공(2)의 폭이 변화한다. 이러한 경우에는, 이하와 같이 각도 θ1 및 측공(2)의 폭을 결정한다. 측공(2) 내에, 그 측벽보다도 용융 금속(6)이 흐르는 방향으로 충분히 긴(그 측공(2)의 전체 길이보다도 길다) 평행이며 수평인 2개의 직선을, 2개의 측벽에 각각 접하도록 배치한다. 그 평행선의 간격이 가장 넓은 상태일 때, 그 평행선의 중앙을 지나는 선을 측공(2)의 중심 축으로 한다. 그리고, 측공의 중심축이, 측공(2)의 출측 개구부에서, 가상선과 이루는 각도를 각도 θ1로 정한다. 그 평행선의 간격이, 측공의 폭이다. 각 측공(2)의 개구 면적은, 그 중심 축에 수직인 측공(2)의 횡단면이 가장 작은 장소에서의 면적으로 한다.

(2) 제2 발명

본 발명의 제2 발명을, 제1 발명과 동일하게 상기 도 1을 이용하여 설명한다.

제2 발명은, 내화물제 구조체(1)의 측공(2)에 있어서의 평균 유속 Q/S와 지표 T(T=측공부 측벽의 두께/측공(2)의 폭)의 관계가 이하의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 제1 발명의 용융 금속의 연속 주조 방법이다.

즉, Q/S가 0.05m/s 미만일 때:T가 1.0 이상,

Q/S가 0.05m/s 이상 0.1m/s 미만일 때:T가 0.8이상,

Q/S가 0.1m/s 이상 0.4m/s 미만일 때:T가 0.6 이상,

Q/S가 0.4m/s 이상 1.2m/s 미만일 때:T가 0.5 이상, 및

Q/S가 1.2m/s 이상일 때:T가 0.4 이상.

측공(2)에 있어서의 평균 유속 Q/S가 작을 때에는, 측공의 폭에 대해 측벽 길이를 크게 하지 않으면, 용융 금속에 둘레 방향 유속을 부여하는 기능이 저하한다. 측공의 폭에 대한 측벽 길이의 비인 지표 T(T=측공부 측벽의 두께/측공(2)의 폭)의 최저치가 상기한 값이다. 지표 T의 상한은 특별히 규정하지 않지만, 과대한 T는 측벽 두께를 불필요하게 크게 하여 내화물제 구조체(1)의 거대화를 초래하므로, 실질적인 T상한은 2.0이다. 여기서, 측공부 측벽의 두께는, 측공이 뚫린 부분에서의 내화물제 구조체(1)의 4외경과 내경의 차를 2로 나눈 값이다.

(3) 제3 발명

도 2는, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 다른 연속 주조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다. 동 도면(a)는, 동 도면(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 동 도면(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다. 도 2에 나타낸 연속 주조 장치에 있어서, 상기 도 1에 나타낸 연속 주조 장치와 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 부호를 달았다.

제3 발명은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 용융 금속 내에 전체가 침지한 내화물제 구조체(1)의 상단부에 개구부가 설치되고, 개구부를 통해서 턴디쉬의 상부로부터 내화물제 스토퍼 로드(14)가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 제1 발명 또는 제2 발명의 용융 금속의 연속 주조 방법이다.

내화물제 구조체(1)의 전체가 용융 금속 내에 침지하고 있는 경우, 내화물제 구조체(1)의 내부에는 용융 금속의 선회류가 생기므로, 내화물제 구조체(1)의 상단부에 개구부를 설치하면, 탕면으로부터 침지 노즐(4) 내에까지 도달하는 와류가 발생해, 턴디쉬(5) 내 탕면 상의 슬래그가 흡입되어, 주형(11) 내에 혼입되는 현상이 발생한다. 이 현상을 피하기 위해서는, 턴디쉬의 상부로부터 내화물제의 스토퍼 로드(14)를 내화물제 구조체(1)의 원형 단면의 중심부에 삽입하는 것이 효과적이다.

이 경우, 상단부에 개구부를 설치하는 내화물제 구조체(1)의 형상은 원통형, 원추형 또는 원추대형 중 어느 형상의 것이어도 된다. 또, 내화물제 구조체(1)를 컴팩트하게 하는 관점으로부터, 내화물제 구조체(1)의 내면 높이는 측공(2)의 상단 높이와 같거나, 높아도 측공(2)의 상단 높이로부터 150mm 상방에까지 그치게 하는 것이 바람직하다. 내화물제 구조체(1)의 상측 덮개에 설치하는 개구부의 직경은, 스토퍼 로드(14)의 직경보다도 1∼20mm 크게 하는 것이 바람직하다.

스토퍼 로드(14)는, 통상, 턴디쉬(5) 내로부터 침지 노즐(4)에 이르는 용융 금속 통로의 개폐를 행하는 것이기 때문에, 주조중에는, 턴디쉬(5)의 바닥면으로부터 수mm∼수십mm 상방에, 스토퍼 로드(14)의 하단이 있고, 상단부는, 턴디쉬(5)의 상부에 설치된 승강 기구에 연결되어 있다.

본 발명에서, 스토퍼 로드(14)는, 선회류의 형성에 수반하여 생기는 와류의 발생을 방지하는 목적으로 이용한다. 그러나, 스토퍼 로드(14)가 승강 기능을 갖는 경우에는, 이것을 주형(11) 내의 탕면 레벨 제어에 이용해도 된다. 또는 단순히, 주조 개시시 및 종료시에, 용융 금속 통로의 개폐를 행하는 것에만 이용해도 된다. 스토퍼 로드(14)를 단순히 주조 개시시 및 종료시에 용융 금속 통로의 개폐를 행하는 것에만 이용하는 경우에는, 주조중의 주형(11) 주형 내 탕면 제어에는, 침지 노즐(4)과 상측 노즐(8) 사이에 설치한 슬라이딩 게이트(9)를 이용하는 것이 좋다.

(4) 제4 발명

도 3은, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 다른 연속 주조 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다. 동 도면(a)는, 동 도면(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 동 도면(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다. 도 3에 나타낸 연속 주조 장치에 있어서, 상기 도 1에 나타낸 연속 주조 장치와 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 부호를 달았다.

제4 발명은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 용융 금속 내에 전체가 침지한 내화물제 구조체(1)의 상단부에 개구부가 설치되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 제1 발명 또는 제2 발명의 용융 금속의 연속 주조 방법이다.

내화물제 구조체(1)의 전체가 용융 금속 내에 침지하고 있는 경우, 내화물제 구조체(1)의 내부에는 용융 금속의 선회류가 생기므로, 내화물제 구조체(1)의 상단부에 개구부를 설치하면, 탕면으로부터 침지 노즐(4) 내에까지 이르는 와류가 발생해, 턴디쉬(5) 내 탕면 상의 슬래그가 흡입되어, 주형(11) 내에 혼입되는 경우가 있다. 이 현상을 피하려면, 내화물제 구조체(1)의 상단부에 개구부를 설치하지 않는 것이 효과적이다.

실시예

본 발명의 용융 금속의 연속 주조 방법의 효과에 대해서, 실시예에 의거해 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명은, 용융 금속으로서 용강을 대상으로 한 예이다.

(본 발명예 1)

도 1은, 상술한 바와 같이, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 연속 주조 장치를 모식적으로 나타낸 도면이며, 동 도면(a)는, 동 도면(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 동 도면(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다. 동 도면에 나타낸 실시예는, 상기 제1 발명 및 제2 발명에서 규정하는 조건을 만족하는 실시예이다.

동 도면에 나타낸 바와 같이, 중공 원통형의 내화물제 구조체(1)는, 측공이 개구하고 있는 부분을 포함하고, 내경이 400mm, 외경이 550mm이며, 전체의 높이가 1200mm이며, 알루미나-실리카계 내화물로 구성되어 있다. 즉 측공(2)이 개구하고 있는 부위에서의 평균내반경 R은 200mm이다. 연속 주조의 정상(定常) 조업시의 턴디쉬(5) 내의 탕면 높이는, 내화물제 구조체(1)의 상단부(7)보다도 200mm 하부에 있다.

내화물제 구조체(1)의 측벽에는, 동 도면(a)에 나타낸 바와 같이, 내화물제 구조체의 내면에서, 가상선(X1∼X5)에 대해 중심축(Y1∼Y5)이 각각 경사 각도 θ1=40°를 이루고, 높이가 180mm, 폭이 80mm인 측공(2)이 원주 방향으로 5개 설치되어 있다. 즉, 측공(2)의 총 개구 면적 S는, S=180［mm］×80［mm］×5［개］로부터 72000mm²이다. 정상 주조중의 용강 유량 속도 Q는 60m³/hr이다. 따라서, 상기 (1)식으로 표시되는 지표 P의 값은, P=R×Q/S×Sinθ1=200［mm］×60［m³/hr］/72000［mm²］×0.643으로부터 0.030m²/s이다.

또, 지표 T(T=측공부 측벽의 두께/측공의 폭)의 값은, 75［mm］/80［mm］=0.938이며, 용강의 측공 통과 평균 유속 Q/S=0.231m/s에 대한 적정치(T:0.6 이상)이다.

도 1에 나타난 본 발명예 1에서, 용강(6)은, 측공(2)을 통과함으로써 둘레 방향 유속이 부여되어, 내경이 좁혀진 상측 노즐(8) 및 슬라이딩 게이트(9)를 통과할 때에, 각운동량 보존의 법칙에 따라 둘레 방향 유속을 늘려, 침지 노즐(4) 내에서 강한 선회류를 형성한다. 침지 노즐(4) 내에 형성된 선회류는, 원심력의 작용에 의해 침지 노즐(4) 하단 근방의 2개의 토출 구멍으로부터 균일하게, 그리고 균등하게 토출되어, 주형(11) 내에서 안정된 유동을 형성한다.

또한, 2층식 슬라이딩 게이트(9)의 상측의 고정반 내주부로부터 Ar가스를 취입하는 경우에는, 용강(6)에 작용하는 원심력에 의해 Ar가스가 역원추형의 기포막을 형성한다. 이 경우, 이 기포막을 횡단하여 유하하는 용강(6) 중의 비금속 개재물은, 효과적으로 기포에 포착되어, 기포와 함께 주형(11) 내에서 부상해 제거되는 효과도 생긴다. Ar가스는 상측 노즐(8)로부터 취입해도 동일한 효과가 얻어진다. 취입하는 장소에 관계없이, 내주부의 일부가 아니라 전체 둘레로부터 취입함으로써 효과를 높일 수 있다.

상술한 주형 내 유동의 안정화 효과는, 주형 내의 용강 유속을 적정한 범위로 제어하는 것을 용이하게 하므로, 청정한 강을 얻는데 적절하다. 더불어, 상술한 기포에 의한 개재물의 포착 및 부상 효과도, 강의 청정화를 촉진한다. 또한, 선회류가 형성되면, 침지 노즐(4)의 내벽 근방의 흐름이 안정화되므로, 비금속 개재물의 부착에 따른 침지 노즐의 폐색이 생기기 어렵다.

도 1에 나타난 내화물제 구조체(1)는, 그 상단부(7)를 턴디쉬(5) 내의 탕면보다도 높게 하여, 턴디쉬(5) 내의 슬래그가 그 내부에 침입하는 것을 방지하고 있다. 이로써, 내화물제 구조체(1)의 내부에 와류가 발생해도, 주형(11) 내에 턴디쉬(5) 내의 슬래그를 혼입시키지 않는다.

(본 발명예 2)

도 2는, 상술한 바와 같이, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 다른 연속 주조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이며, 동 도면(a)는, 동 도면(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 동 도면(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다. 동 도면에 나타낸 실시예는, 상기 제1 발명∼제3 발명에서 규정하는 어느 조건도 만족시키는 실시예이다.

동 도면에 나타낸 바와 같이, 중공 원추대형의 내화물제 구조체(1)는, 측공(2)이 개구하고 있는 부위에서, 내경이 측공(2)의 하단부에서 550mm, 측공(2)의 상단부에서 400mm이다. 측공(2)이 개구하고 있는 부위에서, 외경이 측공(2)의 하단부에서 700mm, 측공(2)의 상단부에서 550mm이다. 또, 내면 높이는 140mm, 전체 높이가 180mm이다. 내화물제 구조체(1)의 재질은, 알루미나-마그네시아계 내화물이다. 측공(2)이 개구하고 있는 부위에서의 평균 내경 2R은 (550［mm］＋400［mm］)/2로부터 475mm이며, 평균내반경 R은 237.5mm이다.

내화물제 구조체(1)의 측벽에는, 동 도면(a)에 나타낸 바와 같이, 내화물제 구조체의 내면에서, 가상선(X1∼X4)에 대해 중심축(Y1∼Y4)이 각각 경사 각도 θ1=55°를 이루고, 높이가 100mm, 폭이 100mm인 측공(2)이 원주 방향으로 4개 설치되어 있다. 즉, 측공(2)의 총 개구 면적 S는, S=100［mm］×100［mm］×4［개］로부터 40000mm²이다. 정상 주조중의 용강 유량 속도 Q는 50m³/hr이다. 따라서, 상기 (1)식으로 표시되는 지표 P의 값은, P=R×Q/S×Sinθ1=237.5［mm］×50［m3/hr］/40000［mm²］×0.819보다 0.068m²/s이다.

지표 T(T=측공부 측벽의 두께/측공의 폭)의 값은, 75［mm］/100［mm］=0.75이며, 용강의 측공 통과 평균 유속 Q/S=0.347m/s에 대한 적정치(T:0.6 이상)이다.

또, 중공 원추대의 상단부(7)에는 직경이 110mm인 개구부가 있어, 그 개구부를 통해 직경이 100mm인 스토퍼 로드(14)가 턴디쉬(5)의 상방으로부터 상측 노즐(8)의 근방까지 삽입되어 있다. 정상 조업시의 턴디쉬(5) 내의 탕면 높이는, 내화물제 구조체(1)가 완전히 침지하는 높이가 된다.

도 2에 나타난 본 발명예 2에서도, 상기 본 발명예 1의 경우와 동일하게, 측공(2)을 통과하는 용강(6)은 둘레 방향 유속이 부여되어, 내경이 좁혀진 상측 노즐(8) 및 슬라이딩 게이트(9)를 통과할 때에, 각운동량 보존의 법칙에 따라 둘레 방향 유속을 늘려, 침지 노즐(4) 내에 강한 선회류를 형성한다. 침지 노즐(4) 내에 형성된 선회류는, 원심력의 작용에 의해 침지 노즐(4)의 하단 근방의 2개의 토출 구멍으로부터 균일하게, 그리고 균등하게 토출되어, 안정된 주형 내 유동을 형성한다.

또, 상측 노즐(8)의 내주부로부터 Ar가스를 취입하는 경우에는, 용강(6)에 작용하는 원심력에 의해 이 Ar가스가 역원추형의 기포막을 형성하므로, 이 기포막을 횡단하여 유하하는 용강(6) 중의 비금속 개재물은, 효과적으로 기포에 포착되어, 기포와 함께 주형(11) 내에서 부상해 제거되는 효과도 생긴다. Ar가스는 슬라이딩 게이트(9)로부터 취입해도 동일한 효과가 얻어진다. 취입 장소에 관계없이, 내주부의 일부가 아니라 전체 둘레로부터 취입함으로써 이 효과를 높일 수 있다.

상술한 주형 내 유동의 안정화 효과는, 주형 내의 용강 유속을 적정한 범위로 제어하는 것을 용이하게 하므로, 청정한 강을 얻는데 적절하다. 더불어, 상술한 기포에 의한 개재물의 포착 및 부상 효과도, 강의 청정화를 촉진한다. 또한, 선회류가 형성되면, 침지 노즐(4)의 내벽 근방의 흐름이 안정되므로, 비금속 개재물의 부착에 의한 침지 노즐의 폐색이 생기기 어렵다.

본 발명예 2에서는, 스토퍼 로드(14)가 존재하므로, 선회류에 기인하는 와류의 발생이 방지되어, 턴디쉬(5) 내의 슬래그가 주형(11) 내에 갖고 혼입될 가능성은 매우 낮다. 또, 정상 주조중에는, 슬라이딩 게이트(9)의 개도를 전개로 하여 유로 단면을 진원 형상으로 해, 스토퍼 로드(14)의 높이에 의해 주형 내로 유출하는 용강 유량을 제어할 수 있다. 이 경우, 둘레 방향으로 균등한 선회류를 침지 노즐(4) 내에 형성하는 것이 가능하게 된다. 이러한 둘레 방향으로 균등한 선회류는, 본 발명예 1에 비해 또한 균등하고 더욱 안정된 주형 내에서의 용강 유동을 가져온다.

(본 발명예 3)

도 3은, 상술한 바와 같이, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 다른 연속 주조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이며, 동 도면(a)는, 동 도면(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 동 도면(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다. 동 도면에 나타낸 실시예는, 상기 제1 발명, 제2 발명 및 제4 발명에서 규정하는 어느 조건도 만족시키는 실시예이다.

동 도면에 나타낸 바와 같이, 중공 원추대형의 내화물제 구조체(1)는, 측공(2)이 개구하고 있는 부위에서, 내경이 측공(2)의 하단부에서 550mm, 측공(2)의 상단부에서 400mm이다. 측공(2)이 개구하고 있는 부위에서, 외경이 측공(2)의 하단부에서 700mm, 측공(2)의 상단부에서 550mm이다. 또, 내면 높이는 140mm, 전체 높이가 180mm이다. 내화물제 구조체(1)의 재질은, 알루미나-마그네시아계 내화물이다. 측공(2)이 개구하고 있는 부위에서의 평균 내경 2R은 (550［mm］＋400［mm］)/2보다 475mm이며, 평균내반경 R은 237.5mm이다.

내화물제 구조체(1)의 측벽에는, 동 도면(a)에 나타낸 바와 같이, 내화물제 구조체의 내면에, 가상선(X1∼X4)에 대해 중심축(Y1∼Y4)이 각각 경사 각도 θ1=55°를 이루고, 높이가 100mm, 폭이 100mm인 측공(2)이 원주 방향으로 4개 설치되어 있다. 즉, 측공(2)의 총 개구 면적 S는, S=100［mm］×100［mm］×4［개］로부터 40000mm²이다. 정상 주조중의 용강 유량 속도 Q는 60m³/hr이다. 따라서, 상기(1) 식으로 표시되는 지표 P의 값은, P=R×Q/S×Sinθ1=237.5［mm］×60［m³/hr］/40000［mm²］×0.819로부터 0.081m²/s이다.

지표 T(T=측공부 측벽의 두께/측공의 폭)의 값은, 75［mm］/100［mm］=0.75이며, 용강의 측공 통과 평균 유속 Q/S=0.417m/s에 대한 적정치(T:0.5 이상)이다.

또, 중공 원추대의 상단부(7)에는 개구부가 없다. 정상 조업시의 턴디쉬(5) 내의 탕면 높이는, 내화물제 구조체(1)가 완전히 침지하는 높이가 된다.

　도 3에 나타난 본 발명예 3에서도, 상기 본 발명예 1의 경우와 동일하게, 측공(2)을 통과하는 용강(6)은 둘레 방향 유속이 부여되어, 내경이 좁혀진 상측 노즐(8) 및 슬라이딩 게이트(9)를 통과할 때에, 각운동량 보존의 법칙에 따라 둘레 방향 유속을 늘려, 침지 노즐(4) 내에 강한 선회류를 형성한다. 침지 노즐(4) 내에 형성된 선회류는, 원심력의 작용에 의해 침지 노즐(4)의 하단 근방의 2개의 토출 구멍으로부터 균일하게, 그리고 균등하게 토출되어, 안정된 주형 내 유동을 형성한다.

또, 상측 노즐(8)의 내주부로부터 Ar가스를 취입하는 경우에는, 용강(6)에 작용하는 원심력에 의해 이 Ar가스가 역원추형의 기포막을 형성하므로, 이 기포막을 횡단해 유하하는 용강(6) 중의 비금속 개재물은, 효과적으로 기포에 포착되어, 기포와 함께 주형(11) 내에서 부상하여 제거되는 효과도 발생한다. Ar가스는 슬라이딩 게이트(9)로부터 취입해도 동일한 효과가 얻어진다. 취입 장소에 관계없이, 내주부의 일부가 아니라 전체 둘레로부터 취입함으로써 이 효과를 높일 수 있다.

본 발명예 3에서는, 중공 원추대의 상단부(7)에 개구부가 없기 때문에, 선회류에 기인하는 와류의 발생이 방지되어, 턴디쉬(5) 내의 슬래그가 주형(11) 내에 혼입될 가능성은 매우 낮다. 본 발명예 3은, 본 발명예 1에 비해 내화물제 구조체(1)가 작기 때문에, 저비용이다. 또, 본 발명예 2에 비해서도, 스토퍼 로드(14)를 이용하지 않으므로, 저비용인 점에서 우위이다.

상기 본 발명예 1∼본 발명예 3에 나타낸 본 발명의 용융 금속의 연속 주조 방법은, 내화물제 구조체(1)를 설치하지 않는 통상의 연속 주조 방법과 비교해, 침지 노즐(4) 내에 선회류를 형성할 수 있으므로, 침지 노즐(4)의 내벽 근방의 유동이 안정화되어, 내벽에 비금속 개재물이 부착되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은, 주형 내 유동을 안정화시키는 것을 통해, 주편의 고품질화 및 연속 주조의 생산성 향상에 큰 효과를 발휘한다.

(비교예 1)

도 4는, 본 발명의 비교예로서의 연속 주조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이며, 동 도면(a)는, 동 도면(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 동 도면(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다. 동 도면에 나타낸 연속 주조 장치에 있어서, 상기 도 2에 나타낸 연속 주조 장치와 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 부호를 달았다. 동 도면에 나타낸 실시예는, 상기 제1 발명에서 규정하는 조건을 만족시키지 않는 실시예이다.

동 도면에 나타낸 바와 같이, 중공 원추대형의 내화물제 구조체(1)는, 측공(2)이 개구하고 있는 부위에서, 내경이 측공(2)의 하단부에서 600mm, 측공(2)의 상단부에서 400mm이다. 또, 측공(2)이 개구하고 있는 부위에서, 외경이 측공(2)의 하단부에서 700mm, 측공(2)의 상단부에서 500mm이다. 또한, 내면 높이가 350mm, 전체 높이가 400mm이며, 알루미나-마그네시아계 내화물로 구성되어 있다. 측공(2)이 개구하고 있는 부위에서의 평균 내경 2R은 (600［mm］＋400［mm］)/2로부터 500mm이며, 평균내반경 R은 250mm이다.

내화물제 구조체(1)의 측벽에는, 동 도면(a)에 나타낸 바와 같이, 내화물제 구조체의 내면에서, 가상선(X1∼X8)에 대해 중심축(Y1∼Y8)이 각각 경사 각도 θ1=55°를 이루고, 높이가 250mm, 폭이 100mm인 측공(2)이 원주 방향으로 8개 설치되어 있다. 즉, 측공(2)의 총 개구 면적 S는, S=250［mm］×100［mm］×8［개］로부터 200000mm²이다. 정상 주조중의 용강 유량 속도 Q는 32m³/hr이다. 따라서, 상기 (1)식으로 표시되는 지표 P의 값은, P=R×Q/S×Sinθ1=250［mm］×32［m³/hr］/200000［mm²］×0.819로부터 0.009m²/s이며, 본 발명에서 규정하는 범위보다 작은 값이다.

지표 T(T=측공부 측벽의 두께/측공의 폭)의 값은, 50［mm］/100［mm］=0.5이며, 용강의 측공 통과 평균 유속 Q/S=0.044m/s에 대한 적정치(T:1.0 이상)에 비해 너무 작은 값이다.

도 4에 나타난 비교예 1에서는, 측공(2)을 통과한 용강(6)은 둘레 방향 유속이 부여되어, 내경이 좁혀진 상측 노즐(8) 및 슬라이딩 게이트(9)를 통과할 때에, 각운동량 보존의 법칙에 따라 둘레 방향 유속을 늘려, 침지 노즐(4) 내에 선회류를 형성한다. 그러나, 상술한 바와 같이 지표 P의 값이나 지표 T의 값이 본 발명의 규정 범위를 벗어나 작기 때문에, 충분한 강도의 선회류를 형성할 수 없다.

(비교예 2)

도 5는, 본 발명의 비교예로서의 다른 연속 주조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이며, 동 도면(a)는, 동 도면(b)에 있어서의 A－A단면도를 나타내고, 동 도면(b)는 연속 주조 장치의 종단면도를 나타낸다. 동 도면에 나타낸 연속 주조 장치에 있어서, 상기 도 1에 나타낸 연속 주조 장치와 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 부호를 달았다. 동 도면에 나타낸 실시예는, 상기 제1 발명∼ 제3 발명에서 규정하는 조건을 만족시키지 않는 실시예이다.

중공 원통형의 내화물제 구조체(1)는, 측공이 개구하고 있는 부분을 포함하고, 내경이 400mm, 외경이 550mm이며, 전체의 높이가 1250mm이고, 알루미나-실리카계 내화물로 구성되어 있다. 즉 측공(2)이 개구하고 있는 부위에서의 평균내반경 R은 200mm이다. 연속 주조의 정상 조업시의 턴디쉬(5) 내의 탕면 높이는, 내화물제 구조체(1)의 상단부(7)보다도 100mm 하부에 있다.

내화물제 구조체(1)의 측벽에는, 동 도면(a)에 나타낸 바와 같이, 내화물제 구조체의 내면에서, 가상선(X1∼X3)에 대해 중심축(Y1∼Y3)이 각각 경사 각도 θ1=40°를 이루고, 높이가 80mm, 폭이 80mm인 측공(2)이 원주 방향으로 3개 설치되어 있다. 즉, 측공(2)의 총 개구 면적 S는, S=80［mm］×80［mm］×3［개］로부터 19200mm²이다. 정상 주조중의 용강 유량 속도 Q는 65m³/hr이다. 따라서, 상기(1) 식으로 표시되는 지표 P의 값은, P=R×Q/S×Sinθ1=200［mm］×65［m³/hr］/19200［mm²］×0.643로부터 0.121m²/s이며, 본 발명에서 규정하는 범위보다 큰 값이다.

지표 T(T=측공부 측벽의 두께/측공의 폭)의 값은, 75［mm］/80［mm］=0.938이며, 용강의 측공 통과 평균 유속 Q/S=0.940m/s에 대한 적정치(T:0.5 이상)에 대해 충분히 큰 값이다.

　도 5에 나타난 비교예 2에서, 측공(2)을 통과한 용강(6)은, 둘레 방향 유속이 부여되어, 내경이 좁혀진 상측 노즐(8) 및 슬라이딩 게이트(9)를 통과할 때에, 각운동량 보존의 법칙에 따라 둘레 방향 유속을 늘려, 침지 노즐(4) 내에서 선회류를 형성한다. 그러나, 상술한 바와 같이 지표 P의 값이 과대하기 때문에, 선회류가 너무 강한 것이 에너지 효율의 저하를 일으킨다. 또한, 침지 노즐(4)이 진동하는 문제가 발생한다.

본 발명의 방법은, 비틀림판형 선회 날개를 내부에 갖는 선회류 부여 침지 노즐의 결점인 노즐 폐색을 일으키지 않고, 침지 노즐 내의 용융 금속에 선회류를 형성해, 선회류 부여 침지 노즐이 갖는, 주형 내 용융 금속의 우수한 유동 안정성 및, 비금속 개재물의 제거 등의 효과를 발휘해, 안정된 연속 주조 조업 및 주편의 품질 향상을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 용융 금속의 연속 주조 방법은, 저렴한 설비와 간편한 방법에 의해 연속 주조의 안정화 및 금속 주편의 고청정화를 목표로 하는 주조 분야에서 광범위하게 적용할 수 있는 기술이다.

1:내화물제 구조체
2:측공
3:내화물제 구조체의 축
4:침지 노즐
5:턴디쉬
51:턴디쉬 내화물
52:턴디쉬 철피
6:용융 금속(용강)
7:내화물제 구조체의 상단부
8:상측 노즐
9:슬라이딩 게이트
10:불활성 가스
11:주형
12:응고 쉘
13:몰드 파우더
14:스토퍼 로드
O:수평 방향의 원형 단면의 중심
X1∼X8:방사상으로 신장되는 가상선
Y1∼Y8:측공의 중심축
θ1:측공의 경사 각도

Claims

측벽에 1개 이상의 측공이 설치된 중공의 원통형, 원추형 또는 원추대형의 내화물제 구조체를, 상기 내화물제 구조체의 축을 연직으로 하여 턴디쉬 내의 침지 노즐 상방에 배치하고, 상기 턴디쉬로부터 침지 노즐 내에 용융 금속을 공급하는, 용융 금속의 연속 주조 방법으로서,
상기 내화물제 구조체의 수평 방향의 원형 단면의 중심으로부터 방사상으로 신장되는 가상선과, 상기 내화물제 구조체의 내면의 교점에서 상기 측공의 중심축이 교차하고, 상기 교점에서, 상기 가상선에 대해 경사진 상기 측공의 중심축이 이루는 각도가 각도 θ1이며,
상기 턴디쉬 내의 용융 금속을, 상기 내화물제 구조체의 외면에 개구한 상기 측공의 입측 개구부로부터 상기 내화물제 구조체의 내면에 개구한 출측 개구부를 향해 통과시킴으로써, 상기 턴디쉬로부터 상기 침지 노즐 내에 공급되는 용융 금속에 둘레 방향 유속을 부여해 선회류를 형성하고,
상기 측공이 개구하고 있는 부분에서의 상기 수평 방향의 원형 단면의 평균 내경 2R이 250mm∼1200mm, 상기 측공의 높이가 30mm∼500mm, 및 상기 각도 θ1이 15°∼80°이며,
상기 용융 금속의 유량 속도 Q와, 상기 측공의 총 개구 면적 S와, 상기 측공이 개구하고 있는 부분에서의 상기 수평 방향의 원형 단면의 평균내반경 R과, 상기 각도 θ1로 이루어지고, 하기 (1)식으로 표시되는 지표 P가, 0.015m²/s≤P≤0.100m²/s를 만족하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 연속 주조 방법.
P=R×Q/S×Sinθ1　…(1)
청구항 1에 있어서,
상기 측공이 개구하고 있는 부분의 측벽의 두께/상기 측공의 폭으로 표시되는 지표 T와, 상기 용융 금속의 유량 속도 Q와, 상기 측공의 총 개구 면적 S의 관계가 하기 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 연속 주조 방법.
Q/S가 0.05m/s 미만일 때:T가 1.0 이상,
Q/S가 0.05m/s 이상 0.1m/s 미만일 때:T가 0.8이상,
Q/S가 0.1m/s 이상 0.4m/s 미만일 때:T가 0.6 이상,
Q/S가 0.4m/s 이상 1.2m/s 미만일 때:T가 0.5 이상, 및
Q/S가 1.2m/s 이상일 때:T가 0.4 이상.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 내화물제 구조체의 전체가, 상기 턴디쉬 내의 용융 금속 내에 침지하고 있으며,
상기 내화물제 구조체의 상단부에 개구부가 설치되고, 상기 개구부를 통해서 상기 턴디쉬의 상부로부터 내화물제 스토퍼 로드가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 연속 주조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 내화물제 구조체의 전체가, 상기 턴디쉬 내의 용융 금속 내에 침지하고 있으며,
상기 내화물제 구조체의 상단부에 개구부가 설치되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 용융 금속의 연속 주조 방법.