KR101440760B1 - 금속 슬래브를 주조하는 방법 및 장치 - Google Patents

금속 슬래브를 주조하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 방법은 진행하는 주조 표면들 사이에 한정된 주조 공동의 입구에 용융 금속을 연속적으로 도입하는 단계와, 금속 슬래브를 형성하기 위해 공동에서 금속을 냉각하는 단계와, 출구를 통해 공동으로부터 슬래브를 방출하는 단계를 수반한다. 주조 표면들은 금속으로부터 열을 제거할 수 있는 능력을 갖지만, 이러한 능력은 감소되어, 입구와 출구 모두로부터 이격되고 주조 방향에 횡방향으로 연장하는 공동의 영역에서 주조 표면들 중 적어도 하나에 대해 열유속을 감소시킨다. 이러한 감소된 열을 제거하는 능력은 공동의 바로 인접한 상류 및 하류 영역들에서 주조 표면의 그러한 능력에 비례한다. 상기 장치는 트윈 벨트 주조기 또는 상기 방법을 수행하도록 변형된 연속적인 주조기의 다른 형태일 수 있다.

Description

금속 슬래브를 주조하는 방법 및 장치 {METHOD OF AND APPARATUS FOR CASTING METAL SLAB}
본 발명은 금속 슬래브들을 형성하기 위해 금속을 주조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은, 주조 공동을 위한 입구와 출구 사이에서 주조 방향으로 진행하는 이격되어 마주하는 주조 표면들 사이에 형성된 주조 공동에서 금속이 주조되는 연속적인 주조 방법들 및 장치에 관한 것이다.
연장되고 비교적 얇은 금속 슬래브들(또한 종종 주조 스트립들 또는 밴드들로 지칭됨)은 트윈-벨트 주조기들, 회전 블록 주조기들, 트윈-롤 주조기들 등과 같은 기기에서 연속적인 주조 기술들에 의해 생성될 수 있다. 적당하거나 비교적 낮은 용융 온도들을 갖는 금속, 예를 들어 알루미늄, 마그네슘, 아연과, 주 성분들로서 이들 요소들을 갖는 합금들은 특히 이러한 종류의 주조에 적합하지만, 다른 금속들도 또한 종종 그러한 기기에서 주조될 수 있다. 열은 주조 표면들에 의해 그리고 주조 표면들을 통해 주조 공동에서의 금속으로부터 회수되어, 금속은 냉각되고, 주조 표면들 사이의 공간과 유사한 두께를 갖는 고체 슬래브를 생성하게 된다. 측면 댐들(dams)은 일반적으로 금속의 손실을 방지하고 주조 공동의 측면 에지들을 한정하기 위해 그 극단 측면 에지들에서 주조 표면들 사이에 제공된다. 용해된 금속 주입기 또는 론더(launder)는 용해된 금속을 입구를 통해 주조 공동에 연속적으로 도입하는데 사용되고, 고체화된 슬래브는 주조 표면들의 이동에 의해 출구를 통해 주조 공동으로부터 연속적으로 배출된다. 주조 표면들은 사용을 위해 연속적으로 이용가능하도록 출구로부터 입구로 주조 공동의 외부에서 연속적으로 재순환된다.
주조 표면들은 일반적으로 능동적으로 냉각되어, 주조 공동에서의 금속으로부터 열을 회수할 수 있다. 이것은, 예를 들어 냉각제, 예를 들어 냉각 액체 또는 아마도 가스를 주조 표면들이 형성되는 재순환 요소들에 도포함으로써 이루어질 수 있고, 상기 요소들은 열이 금속으로부터 냉각제로 상기 요소들을 통해 통과하도록 통상적으로 양호한 열 전도 특성들을 갖는다. 트윈-벨트 주조기들의 경우에, 예를 들어 냉각 액체(통상적으로 적절한 첨가제들을 함유하는 물)는, 열이 주조 표면들 및 벨트들을 통해 주조 공동으로부터 전도되고 냉각제에 의해 제거되도록 주조 공동을 형성하기 위해 벨트들이 서로 마주하는 영역들에서 재순환하는 주조 벨트들의 후방 표면들에 도포된다. 이러한 종류의 트윈-벨트 주조기들의 예들은 1977년 12월 6일에 시빌로티(Sivilotti) 등에게 허여된 미국특허 제 4,061,178 호와; 1980년 3월 18일에 쏘번(Thorburn) 등에게 허여된 미국특허 제 4,193,440 호와; 이토(ito) 등의 이름으로 2010년 12월 9일에 공개된 미국특허공보 제2010/0307713 호에 기재되어 있다. 이들 특허들의 개시들은 특히 본 명세서에 참고용으로 병합된다.
이러한 종류의 장치를 운전할 때, 주조 방향으로 주조 공동을 따른 모든 위치들에서 주조 표면들의 균일한 냉각을 유지하고, 주조 표면들이 주조를 경험하는 금속으로부터 열을 회수할 수 있는 능력을 유지하기 위해 모든 그러한 위치들에서 용융되거나 고체화되는 금속과 견고하게 접촉하는 주조 표면들을 유지하는 것이 일반적이다. 금속이 냉각되고 주조 공동을 통한 그 통로 상에서 고체화될 때 금속이 약간 수축할 수 있기 때문에, 주조 표면들은, 금속과의 견고한 접촉이 주조 공동 전체에 유지되도록 입구로부터 출구로의 방향으로 서로를 향해 약간 수렴하도록 이루어질 수 있다. 하지만, 금속이 이러한 방식으로 주조될 때, 열이 금속으로부터 회수되는 속도(rate)(즉, 주조 표면들을 통한 열유속)은 초기에 높은데, 이는 주조를 겪는 용융 금속과 냉각된 주조 표면들 사이에서 온도의 큰 차이와, 용융 금속과 주조 표면들 사이의 양호한 등각 접촉 때문이다. 주조가 더 진행됨에 따라, 금속 내의 온도 균일화는 시간이 걸리기 때문에, 초기의(embryonic) 금속 슬래브의 외부 표면들은 금속 슬래브의 중심 부분들보다 더 급속히 냉각된다. 외부 슬래브 표면들이 냉각될 때, 주조 표면들을 통한 열유속은 주조 표면들과 인접 금속 사이의 온도차에서의 감소로 인해 감퇴된다. 그 결과, 금속의 외부 표면들은, 중심 부분들이 여전히 용융될 수 있더라도 고체화하기 시작한다. 주조 슬래브가 출구를 통해 방출되기 전에 충분한 열 회수를 허용하기 위해 주조 공동이 충분한 길이(주조 방향으로 입구와 출구 사이의 거리)를 갖는 것을 보장하는 것이 필요하다. 사실상, 주조 공동은, 슬래브의 배출 온도(일반적으로 외부 표면에서 측정된)가 충분히 낮아서 슬래브가 변형 또는 손상 없이 추가로 취급 및 처리를 받을 수 있는 그러한 길이를 가져야 한다. 물론, 주어진 금속 또는 합금에 대해, 더 느린 속도의 금속 처리량(throughput)이 열 회수를 위해 더 많은 시간이 걸리도록 하므로 주조 공동이 더 빠른 속도의 금속 처리량의 경우보다 더 짧게 만들어지도록 한다는 점에서 필요한 주조 공동의 길이는 또한 금속 처리량의 속도에 연동(linked)된다. 트윈-롤 주조기들은 특히, 롤들 사이의 닙(nip)에 의해 본질적으로 형성되는 매우 짧은 주조 공동을 이용한다.
금속 처리량의 느린 속도 및/또는 긴 주조 공동들에 대한 필요는, 속도가 증가될 수 있는 경우 및/또는 주조 공동들이 짧아질 수 있는 경우보다 기기 및 생산 비용들이 더 높아지게 한다. 더 긴 주조 시간들 및 공동 길이들은 또한 이용될 냉각제의 더 높은 양들을 요구할 수 있다. 그러므로, 주조 속도가 더 증가될 수 있는 방식 및/또는 주조 공동들이 짧아질 수 있는 방식으로 이러한 종류의 주조 장치를 설계하고 운전하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 예시적인 실시예는, (a) 주조 방향으로 진행하는 이격된 마주보는 주조 표면들 사이에 한정된 주조 공동의 입구로 용융 금속을 연속적으로 도입하는 단계와; (b) 상기 주조 공동내의 상기 용융 금속으로부터 열을 제거하는 능력을 상기 주조 표면들에 제공하여 상기 용융 금속이 고체화함으로써 주조 공동 내에 완전한 또는 부분적인 고체 금속 슬래브를 형성하는 단계와; (c) 상기 주조 공동의 출구를 통해 상기 주조 공동으로부터 상기 금속 슬래브를 연속적으로 방출하는 단계와; (d) 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격되고 상기 주조 방향에 횡방향으로 연장하는 상기 공동의 영역의 금속으로부터 열을 제거하는 상기 주조 표면들 중 적어도 하나의 능력을 상기 주조 공동에 바로 인접한 상류 및 하류 영역들로부터 열을 제거하는 상기 적어도 하나의 주조 표면의 능력에 비해 감소시키는 단계; 를 포함함으로써 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법을 제공한다.
"주조 표면이 열을 제거할 수 있는 능력을 감소"라는 용어는, 공동에서의 금속 상에 표면의 냉각 효과가 다른 경우 특정 주조 기기 및 환경에서 감소가 없는 경우에 있는 최대 또는 정상 레벨로부터 감소된다는 것을 의미한다. 주조 공동에서의 임의의 지점에서 주조 표면을 통하는 열유속은, 표면이 형성되는 주조 부재의 열 전도도와, 공동에서의 금속과 능동 냉각 수단 사이의 온도차와 등으로서 그러한 인자들에 의해 결정된다. 주조 표면들을 통한 열유속은, 금속이 임의의 연속적인 주조 동작에서 주조 공동을 통해 진행함에 따라 변한다(즉, 통상적으로 비-선형 방식으로 감소한다). 이것은 금속이 주조 공동을 통해 진행할 때 냉각하기 때문이다. 하지만, 주조 표면들이 주조 공동의 임의의 영역으로부터 열을 제거할 수 있는 능력이 감소 될 수 있어서, 다른 경우 그러한 영역에서의 경우보다 공동으로부터 더 적은 열이 흐르게 된다. 이것은, 예를 들어, 공동의 다른 영역들에 비해, 특히 상류 및 하류 영역들에서 바로 인접한 영역들에 비해, 특정 영역에서 주조 공동의 중앙 평면(즉, 주조 표면들 사이에 있고 주조 표면들에 일반적으로 평행하게 연장하는 공동의 중심점에 위치된 평면)으로부터 약간 멀어지게 주조 표면이 이동하도록 함으로써 이루어질 수 있다. 이것인, 금속이 고체 외부 쉘(shell)을 갖는 영역에서 이루어질 때, 주조 표면은 금속 표면으로부터 약간 멀어지게 이동하여, 표면이 열을 제거하여 표면을 통한 열유속을 감소시킬 수 있는 능력을 감소시키는 표면과 금속 사이의 절연 공간을 생성한다. 표면이 열을 제거할 수 있는 능력을 감소시키는 다른 방식들은 해당 영역에서 주조 표면을 냉각시키는데 사용된 냉각제 유체의 온도를 증가시키는 것과, 냉각제의 유량을 감소시키는 것, 또는 예를 들어, 가스를 액체 냉각제에 도입하거나, 해당 영역에서 표면과 액체 냉각제 사이에 도입하는 것을 포함한다. 그러한 조치들은 바로 인접한 영역들에서 수행될 수 없어서, 그러한 다른 영역들에서의 표면(들)의 능력은 영향을 미치지 않게 되고, 그러한 영역들에서 주조 기기 및 조건들에 대해 "정상" 또는 "최대" 열유속을 생성하게 된다.
주조 표면들은 통상적으로 주조 방향으로 일렬로 이동하는 마주보고 분리된 표면들의 쌍들로서 제공된다. 이들 주조 표면들 중 하나 또는 양쪽 모두는, 표면(들)이 열을 제거할 수 있는 능력이 감소되는 영역을 구비할 수 있다. 양쪽 표면들이 이러한 방식으로 변형될 때, 그 능력이 감소되는 영역들은 양쪽 표면들에 대해 일치하거나, 상이할 수 있는데, 예를 들어 상부 표면에 대한 감소 능력의 영역은 하부 표면에 대한 영역보다 공동을 따라 더 길 수 있거나, 또는 그 반대로도 이루어진다. 마찬가지로, 영역들은 주조 방향으로 동일한 길이, 또는 상이한 길이들을 가질 수 있다. 이것은 생성되기를 원하는 효과에 의존하여, 하나의 바람직한 효과가 다른 경우보다 슬래브 온도를 더 효율적으로(즉, 더 짧은 주조 거리 또는 더 높은 주조 속도들 내에서) 감소한다는 것을 명심하자. 이것은, 주조 표면들 중 적어도 하나가 주조 공동의 중간 영역에서 열을 제거할 수 있는 능력을 일시적으로 감소시킴으로써, 열 회수의 전체 효율이 개선될 수 있다는 예상되지 않는 발견에 기초한다. 본 발명의 범주를 임의의 이론에 한정하기를 원하지 않고, 이것은, 주조 표면이 하나의 영역에서 열을 제거할 수 있는 능력의 감소가 슬래브의 외부 부분들의 온도가 상승(예를 들어, 더 뜨거운 내부 부분들로부터 가열될 때)하도록 하고, 이러한 온도 상승이 주조 표면이 열을 제거할 수 있는 정상적인 능력을 갖는 주조 공동을 따라 더 효과적인 열 제거가 발생하도록 하기 때문에 이루어질 수 있다고 여겨진다.
다른 예시적인 실시예는, (a) 주조 공동을 사이에 형성하고, 주조 공동의 입구로부터 출구로의 주조 방향으로 진행되도록 구성된, 이격된 마주보는 주조 표면들과; (b) 용융 금속을 상기 입구를 통해 주조 공동에 도입하기 위한 용융 금속 공급 장치와; (c) 상기 주조 표면들을 냉각하기 위한 냉각 기기로서, 상기 주조 표면들이 상기 주조 공동으로부터 열을 회수하여, 상기 용융 금속을 고체화하고 상기 공동 내에 완전한 또는 부분적인 고체 금속 슬래브를 형성할 수 있도록 하는 냉각 기기; 를 갖는, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치를 제공한다. 상기 주조 공동은, 상기 주조 방향에 횡방향으로 연장하고 주조 공동의 바로 인접한 상류 및 하류 영역들 사이에서 상기 입구 및 출구 모두로부터 이격된 영역을 가지며, 상기 영역에서 상기 용융 금속 또는 금속 슬래브로부터 열을 회수하기 위한 주조 표면들 중 적어도 하나의 능력을, 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들 내의 주조 공동으로부터 열을 회수하기 위한 상기 적어도 하나의 주조 표면의 능력에 비해 감소시키기 위한 수단이 제공된다.
연장된 주조 부재들 각각은 직접 또는 냉각제의 필름들을 통해 대향 측면들의 표면들과 맞물리는 복수의 지지부들에 의해 지지될 수 있고, 주조 표면(들)이 영역 내에서 열을 제거할 수 있는 능력은 다른 영역들에서 지지부들의 위치들에 대해 주조 부재들의 대향 측면으로부터 멀어지는 방향으로 지지부들을 반대로 이동시킴으로써 감소될 수 있다. 이러한 종류의 통상적인 주조에서, 지지부들은 주조 부재들의 대향 측면 표면들과 맞물리는 일반적으로 평평한 지지 표면들을 가질 수 있고, 다양한 지지부들의 평평한 지지 표면들은 주조 공동의 전체 길이를 따라 일반적으로 동일 평면에 있다. 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에서, 주조 부재들 중 하나에 대한 지지부들의 평평한 지지 표면들은, 주조 표면이 열을 제거할 수 있는 능력이 감소되는 주조 공동의 하나의 영역에서의 것들을 제외하고 전술한 바와 같이 동일 평면에 있다. 이 영역에서, 지지부들의 평평한 표면들은 주조 부재의 대향 측면들로부터 멀어지는 특정 거리만큼 다른 지지부들의 공통 평면으로부터 오프셋되어(이를 통해 주조 공동의 중앙 평면으로부터 그 간격을 증가함), 이러한 영역에서의 주조 표면이 금속 슬래브에 대해 덜 견고하게 프레스되도록 하거나, 금속과의 접촉으로부터 약간 그리고 주조 공동의 중앙 평면으로부터 더 멀어지게 이동하도록 한다. 지시된 영역에서 지지부들의 평평한 표면들은 모두 서로 동일 평면 상에 있을 수 있거나, 먼저 주조 방향에 있는 것으로 고려된 주조 부재의 대향 측면 표면으로부터 멀어지고 그런 후에 이러한 대향 측면 표면쪽으로 스테핑하는(stepping) 프로파일을 채택할 수 있다.
전술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에서의 주조 공동은 입구 및 출구를 갖는다. 입구는, 주조 표면들이 먼저 일반적으로 평행한 위치, 또는 용융 금속이 먼저 어떤 것이 주조 동작에서 먼저 발생하든지 간에 주조 표면과 접촉하는 위치인 것으로 간주된다. 출구는, 주조 표면들이 주조 금속과의 접촉으로부터 영구적으로 이동하거나, 금속 슬래브로부터 충분히 분기하도록 이루어지는 위치인 것으로 간주된다.
전술한 바와 같이, 본 발명이 적용될 수 있는 종류의 통상적인 주조 동작에서, 열은 주조되는 금속이 주조 공동의 입구로부터 출구로 통과할 때 주조 표면들을 통해 추출되고, 그 시간 동안 용융된 액체로부터 주조 고체로 변화한다. 금속이 열 제거로 인해 냉각할 때, 주조 표면들을 통한 열유속은 주조 표면들에 인접한 금속과 표면들을 통해 열을 추출하는데 사용된 냉각제 또는 다른 수단의 온도 사이의 감소된 온도 차이로 인해 감소하는 경향이 있다. 그러므로, 그러한 주조 동작들에서, 열유속의 "자연적인" 또는 통상적인 감소, 및 주조 공동의 입구로부터 출구로의 거리가 증가함에 따른 금속 온도의 "자연적인" 감소가 있다. 그러한 감소들은 프로파일에서 거의 선형이 아니다. 본 발명의 실시예들에서, 열유속 및/또는 금속 온도의 이러한 "자연적인" 감소는 주조 표면들 중 하나 또는 양쪽 모두가 주조 공동의 특정 영역으로부터 열을 제거할 수 있는 정상적인 또는 통상적인 능력에 영향을 미침으로써 변형된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 주조 표면들이 주조 표면에 직접 또는 간접적으로 도포된 냉각도 또는 냉각율에 의해 결정되고, 이러한 냉각은, 예를 들어 주조 요소(예를 들어 주조 벨트)를 통해 주조 표면에 도포된 액체 냉각제의 형태로, 주조 공동의 길이를 따라 통상적으로 일정하고, 예를 들어 단위 시간당 냉각제의 동일한 부피는 주조 공동 전체에 주조 요소의 반대편에 도포된다. 하지만, 주조 표면이 열을 제거할 수 있는 능력은 또한 주조되는 금속과 주조 표면 사이의 접촉 효율에 의해 결정되고, 이 효율은, 주조되는 금속이 예를 들어, 금속의 고체화 및 수축으로 인해 일정 시간 이후에 주조 표면과의 접촉으로부터 이동하는 경우 크게 감소된다. 이들은, 주조 표면들이 열을 제거할 수 있는 능력이 주조 동안 자연적으로 또는 통상적으로 한정되는 방식들이다. 통상적으로, 예를 들어 주조 표면들이 완전히 평면인 것을 보장함으로써, 주조 공동의 길이 전체에 접촉 효율 및 냉각을 동일하게 유지하는 단계가 취해지고, 필요시, 주조 표면들이 주조 공동의 출구쪽으로 약간 수렴하도록 하여, 접촉 압력은, 금속 슬래브가 냉각되고 수축할 때 유지된다. 그러한 통상적인 주조 기술들, 및 주조 표면들이 금속으로부터 열을 제거할 수 있는 능력의 자연적인 또는 통상적인 제한에 대조적으로, 본 발명의 실시예들은, 주조 표면(들)이 열을 제거할 수 있는 능력이 더 감소되는 경우 입구 및 출구 모두로부터 이격된 영역을 제공함으로써 주조 공동을 따라 열 제거의 통상적인 패턴을 변화시키려고 한다. 이것은, 예를 들어 냉각 또는 접촉 효율의 통상적인 패턴에 영향을 미침으로써 이루어질 수 있다. 비율들이 온도차들 및 접촉 효율에서의 자연적인 변화들로 인해 지점마다 변할 수 있더라도, 주조 공동을 따른 열 수축율들은 일반적으로 공동을 따라 임의의 지적에서 최대에 있도록 의도된다. 본 발명의 실시예들은, 동일한 주조 조건들 하에서, 하지만 본 발명으로부터 영향 없이 주조가 수행될 때 그러한 영역에서 달성가능한 최대 열유속에 비해 감소되는 영역을 제공한다. 이것의 장점은 주조되는 금속으로부터 열 제거의 전체 효율에서 기대 이상의 증가가 있다는 것이다.
언급된 바와 같이, 감소된 열 수축의 영역들은 하나 또는 양쪽 모두의 주조 표면들에 대해 제공될 수 있다. 그러한 영역들이 주조 표면들 모두에 제공되면, 영역들은 동일한 크기(주조 방향으로)를 가질 수 있고, 주조 공동을 따라 동일한 거리에 위치되지만, 이것은 필수적이진 않다. 사실상, 슬래브 온도가 수평의 중앙 평면(종종 하부 벨트와의 금속의 바람직한 접촉을 유지하기 위해 중력의 경향이 주어진 경우인) 주위에 대칭적이지 않으면, 동일한 평면 주위에 대칭적인 감소된 열 수축을 가질 이유가 없다. 대조적으로, 하부 벨트에 비해 상부 벨트 상에 감소된 열유속의 영역의 상이한 길이 또는 위치를 갖는, 예를 들어 주조 슬래브의 양쪽 측면들 상에 그러한 열유속 감소의 효과들을 균일화하려고 시도하는 것이 더 바람직할 수 있다.
감소된 열유속의 영역(들)은 주조 공동의 폭을 가로질러 완전히 영역을, 또는 가로지르는 부분만을 연장할 수 있다. 이론적으로, 열 추출율은 주조기의 전체 폭을 가로질러 동일해야 하지만, 사실상, 이것은 균일하지 않은 슬래브 배출 온도 프로파일의 존재에 의해 설명된 바와 같이 그렇게 되지 않는다. 하지만, 동작의 간략함을 위해, 주조기의 전체 폭을 가로질러 열유속을 균일하게 감소시키는 것이 바람직하다.
언급된 영역들에서 주조 표면들의 능력의 감소가 감소된 열유속의 영역에서 슬래브의 표면 온도를 증가시키는 것이 나타나고, 이러한 온도 증가가 주조 방향으로 주조 아래에서 열유속에서의 증가로 더 되게 하는 것이 이론화된다. 적어도 표면 온도는 간단히 (열유속 변형 없이) 다른 경우만큼 빠르게 떨어지지 않을 수 있어서, 다시 증가된 열유속이 공동 아래로 더 떨어지게 한다.
트윈 벨트 주조기의 경우에, 주조 표면(들)의 감소된 열유속의 영역은 원하는 영역에서 주조 공동의 중앙 평면으로부터 벨트-지지 냉각 노즐들을 오프셋(offsetting) 함으로써 생성될 수 있다. 노즐들을 위한 유효 오프셋은 0.5mm만큼 작을 수 있고, 바람직하게 약 1mm(± 25%)이다. 사실상, 유효 범위는 노즐들과 벨트 사이의 물리적 관계에 의존한다. 노즐들이 너무 멀리 오프셋되면, 이들 노즐들은 그 결과 벨트를 잡아당기고 그 경로를 변화시킬 수 있는 능력을 잃어버려서, 열유속 감소에 추가 효과를 제공하지 않는다. 더욱이, 벨트 이동의 안정성은 유효 지지부의 부족으로 인해 악영향을 받을 수 있다. 노즐들이 오프셋되는 양은 중앙 평면으로부터 벨트 표면의 더 작은 이동을 통상적으로 생성하는데, 예를 들어 노즐들에서 1mm의 오프셋은 단지 0.4 - 0.5mm만큼 벨트 표면의 이동을 생성할 수 있다. 일반적으로, 노즐들의 오프셋은 벨트 표면을 통해 열유속의 바람직한 감소를 생성하도록 효과적이어야 하지만, 이러한 효과를 달성하는데 필요한 것보다 많지 않다. 이것은 하나의 주조기/노즐 설계로부터 다른 것으로 변할 수 있고, 간단한 시행착오에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 다음에 더 구체적으로 설명된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들이 이용될 수 있는 트윈-벨트 주조기의 개략적인 측면도,
도 2는, 도시된 주조 벨트가 벨트 아래에 냉각제 노즐들 및 지지부들을 나타내도록 부분적으로 잘려진 도 1의 장치의 하부 주조 벨트의 부분적인 평면도,
도 3a는 도 2에 도시된 종류의 단일 지지부 및 냉각 노즐의 측면도이고, 도 3b는 도 3a의 평면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 주조 벨트 지지부들 및 냉각 노즐들을 포함하는 도 1에 도시된 종류의 주조 공동의 간략화된 부분 측면도,
도 5는 공동에서의 금속 주조로부터 열을 추출할 수 있는 감소된 능력을 갖는 영역들의 바람직한 위치들을 보여주는 주조 공동의 개략도,
도 6은 아래에 섹션에 부여된 예들에 설명된 테스트 조건들 하에 주조 공동으로부터 나타나는 주조 슬래브들을 가로지르는 위치들에서 배출 온도들을 보여주는 그래프,
도 7a는, 주조 벨트들을 위한 지지부들의 위치가 주조 공동의 상이한 영역들에서 변하는 주조 실행들을 위한 주조 공동을 따라 다양한 거리들에서 트윈 벨트 주조기의 상부 벨트를 통한 열유속 결과들을 보여주는 그래프이고, 도 7b는 아래의 예 항목에서 설명된 조건들 하에서 동일한 주조 실행들을 위한 하부 벨트를 통한 열유속을 보여주는 유사한 그래프이다.
첨부 도면들을 참조하면, 트윈-벨트 주조 기계의 간략화된 측면도는 본 발명의 실시예들이 관련될 수 있는 장치의 예로서 도 1에 도시된다. 트윈-벨트 주조기의 다음의 설명이 단지 예로서 제공되고, 본 발명의 실시예들이 주조기들의 다른 종류들, 예를 들어 회전 블록 주조기들, 트윈-롤 주조기들 등에 관련될 수 있다는 것을 주지해야 한다.
도 1에 도시된 트윈-벨트 주조기는 한 쌍의 탄성적으로 유연한 열-전도성 금속 밴드들을 포함하여, 각각 외부 주조 표면들(10a 및 11a)과 각각 내부 또는 후방 표면들(10b 및 11b)을 각각 구비하는 상부 및 하부 무한 주조 벨트들(10 및 11)을 형성한다. 이들 벨트들은 화살표들(A 및 B)에 의해 도시된 방향들로 루프형 경로들에서 회전하여, 주조 표면들이 함께 밀접하게 위치되는(즉, 밀접하게 이격된 마주보는 섹션을 형성) 영역을 횡단할 때, 벨트들의 주조 표면들(10a 및 11a)은 용융 금속 입구(13)로부터 고체 슬래브 방출 출구(14)로 연장하는 주조 공동(12)을 그 사이에 한정한다. 주조 공동(12)은 균일한 높이 처리량을 갖거나, 입구(13)로부터 출구(14)로의 방향으로 약간 좁아진다. 벨트들(10 및 11)은 각각 17 및 18로 도시된, 굴곡진 지탱 구조들 주위를 통과한 후에 입구(13)에서 다시 서로 접근하기 위해 큰 드라이브 롤러들(15 및 16)에 의해 서로 구동되고 회전된다. 지지 카트리지 구조들(19 및 20)은 각 벨트들(10 및 11)에 대해 제공되는 한편, 드라이브 롤들(15 및 16)은 모두 잘 알려진 수단에 의해 적절히 운반되고 적합한 모터 드라이브들에 연결된다.
용융 금속(22)은 임의의 적합한 수단에 의해 예를 들어, 로(furnace)로부터 또는 용융 금속 주입기를 통해 용융 금속이 연속적으로 공급된 트러프(trough) 또는 론더(21)로부터 입구(13)를 통해 주조 공동(12)에 공급되고, 이것은 예를 들어 2004년 4월 27일에 디스로슬러(Desroslers) 등에게 허여된 미국특허 제 6,725,904 호에 개시된 종류이다(이 특허의 개시는 이 인용에 의해 본 명세서에 특히 병합된다). 주조 공동(12)에서의 용융 금속이 벨트들과 함께 이동할 때, 외부로부터 내부로, 벨트들의 마주보는 주조 표면들(10a 및 11a)과의 접촉으로부터 연속적으로 냉각되고 고체화되어, 불명확한 길이의 고체 주조 슬래브(23)는 연속적으로 후퇴되고 주조 공동의 출구(14)로부터 배출된다. 추가 장치(미도시됨, 지지 핀치 롤들(24)을 제외)는 통상적인 방식들로 슬래브의 추가 처리를 위해 제공된다.
주조 공동(12)의 영역에서, 주조 벨트들의 내부 표면들(10b 및 11b), 즉 주조 표면들에 대항하는 측면 표면들은 냉각제와의 접촉에 의해 냉각되어, 금속으로부터의 열은 주조 표면들(10a 및 11a)을 통해 회수될 수 있다. 벨트들의 내부 표면들을 지지 및 냉각을 위한 편리한 수단은, 각 벨트의 내부 표면을 향하는 각 냉각제 패드의 영역을 커버하도록 배치된 다수의 출구 노즐들을 안내하는 압력 하에, 냉각제, 예를 들어 물을 위한 통로들을 포함하는 일련의 냉각 "패드들"의 형태를 취할 수 있다. 노즐들로부터의 압력 하에 송출되는 냉각제에 의해 야기된 벨트들의 인접한 내부 표면들과 냉각제 패드들 사이에 약간의 공간이 있다. 그 결과, 액체 냉각제의 스트림들은 유효 냉각 작용을 생성하기 위해 노즐 면들과 내부 벨트 표면들 사이에 흐른다. 냉각제는 적절한 방출 수단을 통해 운반된다. 이 목적을 위해 적합한 노즐들의 일례는, 예를 들어 1980년 3월 18일에 쏘번(Thorburn) 등에게 허여된 미국특허 제 4,193,440 호에 기재된 바와 같이(이 특허의 개시는 특히 이 인용에 의해 본 명세서에 병합된다) 육각형 아웃라인의 일반적으로 평평한 벨트-지지 면을 갖는 것이다.
이러한 종류의 적합한 장치는 도 2에 도시되며, 도 2는 입구(13)의 영역에서 도 1의 상부 주조 벨트(10)에서 본 아래로부터의 부분적인 평면도이다(하부 벨트(11)는 명백함을 위해 이러한 도면으로부터 생략되었다). 벨트(10)는 위의 구조를 나타내도록 부분적으로 절단되어 도시된다. 입구(13)에서, 2개의 연장된 냉각 및 지지 노즐들(25)은 벨트(10) 위에 제공된다. 이들 노즐들은 장치의 주조 방향(26)에 횡방향으로 배치되고, 각각은 중앙의 좁은 슬릿(27)을 구비하고, 이러한 중앙의 좁은 슬릿을 통해 냉각수는 위에 놓인(overlying) 벨트(11)를 위한 냉각, 지지 및 연마를 제공하도록 압력 하에 배출된다. 노즐들(25)은 서로 약간 이격되어, 좁은 갭(31)을 형성하고, 이러한 좁은 갭을 통해 냉각수는 노즐 표면들의 세척시 흐를 수 있다. 주조 방향으로 횡방향 노즐들(25) 바로 뒤에 육각형 노즐들(30)의 어레이가 있으며, 이러한 육각형 노즐들의 어레이는 벌집 형태의 배치로 함께 밀접하게 패킹(packed)되지만, 그럼에도 불구하고 냉각제 제거를 위해 요구된 좁은 갭들(31)을 제공하기 위해 서로 약간 이격되어 있다. 이러한 노즐들의 어레이는 벨트(10)를 위한 냉각 및 지지 패드를 형성한다. 개별적인 육각형 노즐(30)의 일례는 바로 가까이의 주위 구조와 함께 도 3a의 측면도 및 도 3b의 평면도에서 더 구체적으로 도시된다. 이들 도면들은 하부 주조 벨트(11)를 지지 및 냉각하는데 사용된 노즐을 도시하지만, 상부 벨트(10)를 위한 노즐들은 아래에 설명된 것을 제외하고 동일하다. 노즐(30)은 도 3b에 도시된 바와 같이 수평의 육각형 면(32)을 갖고, 이러한 수평의 육각형 면은 압력 하에 냉각제를 육각형 면(32)에 전달하기 위해 제공된 내부 축방향 보어(bore)(35)의 외부 단부를 형성하는 중앙 개구부(34)쪽으로 안쪽으로 접시 형태로 오목한(dished) 약간 원형의 만입부(depression)(33)를 구비한다. 면(32)은 일체형 스템의 헤드에서 일체형 칼라(collar)(29)를 통해 일체형 스템(37)에 안쪽으로 좁아지는 헤드 구조(36)의 상부 표면을 형성한다. 연장된 둘러싸는 정지 링(enlarged encircling stop ring)(38)은 인접한 지지 운반 구조(20)의 부분에 고정된 정지-플레이트(39) 아래와 맞물리도록 칼라 아래에 제공된다. 이것은 위에 놓인 주조 벨트(11)쪽으로의 노즐(30)의 이동 정도를 한정한다. 스템(37)은 구조(20)에 제공된 통로(40) 내에서 수직으로 슬라이딩가능하고 회전가능한 방식으로 수용된다. 스템(37)은 스템의 하부 단부에 인접한 탄성 O-링(42)을 수용하기 위한 둘러싸는 그루브(41)를 갖는다. 지지 코일 스프링(43)은 스템(37) 아래에 위치되어, 노즐(30)은, 동작 동안 벨트(11)로부터 비정상적인 힘을 받는 경우 손상을 피하기 위해 약간 안쪽으로 이동할 수 있으면서, 통상적으로 정지 플레이트(39)에 대해 견고하게 유지되어, 이에 따라 벨트로부터 고정된 거리에 유지된다. 통로(40)에는 좁은 연장부(45)로부터 적합한 압력 하에 냉각제 액체가 공급되고, 냉각제는 노즐에서 보어(35)를 통해 압력 하에 육각형 면(32)에 흐른다. 그러므로, 주조 벨트의 내부 표면(11b)은 노즐의 외부 면(32)에 걸쳐 흐르는 냉각제 액체의 좁은 필름 및 노즐(30)에 의해 지지되고 냉각된다.
도 4는 도 2의 지지 및 냉각 기기를 이용하는 도 1의 주조 벨트들 및 주조 공동의 중간 영역의 단면에서의 부분 측면도이고, 단면은 주조 방향(26)으로 배향된 수직 평면에서 취해졌다. 도면은, 동일한 수직 평면(즉, 명세서의 평면)에서 모두 정렬된 노즐들(30)을 도시하는 반면, 도 2에서 명백한 바와 같이, 인접한 노즐들이 사실상 이러한 도면에서 관찰자쪽으로 그리고 관찰자로부터 멀어지게 약간 엇갈리고 약간의 중첩으로 도시되어야 한다는 점에서 약간 간략화된다. 도 2는 주조 공동의 영역(50)에서 노즐들(46 및 47)의 음영의 2개의 횡방향 열들에 의해 강조된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 주조 벨트(10) 위에서 이들 열들(46 및 47)을 형성하는 노즐들(30)은 주조 벨트(10) 위 및 주조 벨트(11) 아래 모두에서 다른 열들의 노즐들보다 훨씬 더 짧은 칼라들(29)을 갖는다. 더 짧은 칼라들은, 이들 노즐들의 육각형 면들(32)이 다른 노즐들의 육각형 면들보다 주조 벨트(10)의 통상적인 평면으로부터 더 멀어지게 위치되도록 한다. 벨트(10)가 이들 2개의 열들을 횡단할 때, 이 영역에서 노즐들쪽으로 잡아 당겨지므로, 주조 공동(12)에서 금속(22)에 대해 덜 견고하게 프레스되고, 벨트 및 다른 인자들의 유연성에 따라, 도면에 도시된(엇갈리는 방식으로) 바와 같이 금속으로부터 일시적으로 멀어지게 이동한다. 벨트의 완전한 지지 및 금속과의 접촉은 도시된 바와 같이, 주조 방향으로 열들(46 및 47)의 하류 측상에서 노즐들에 의해 다시 제공된다. 따라서, 노즐들의 육각형 면들(32)이 중앙 평면(49) 주조 공동으로부터 약간 오프셋되는 영역(50)은 주조 공동의 각각의 상류(입구(13)에 더 밀접함) 및 하류(출구(14)에 더 밀접함)에 있는 2개의 영역들(51 및 52) 사이에 위치되고, 여기서 노즐들의 면들(32) 모두는 (노즐들의 표면들에 걸쳐 압력 하에 통과하는 냉각제에 의해 생성된 간격을 제외하고) 일반적으로 동일 평면상에 있고, 벨트의 내부 표면(10b)과 견고하게 접촉하게 위치된다.
벨트의 주조 표면(10a)이 금속(22)으로부터 열을 제거할 수 있는 능력은 인접한 영역들(51 및 52)에 비해 영역(50)에서 노즐들(30)의 오프셋에 의해 야기된 감소된 프레싱 효과에 의해 감소된다. 주조 표면(10a)이 주조 공동에서 금속으로부터 열을 추출할 수 있는 능력에 대한 영향은, 공동의 중앙 평면(49)으로부터의 오프셋이 증가하지만 특정한 오프셋 거리를 지나서는 증가하지 않을 때 빠르게 감소되어, 열 추출의 감소가 거의 얻어지지 않거나 더 이상 얻어지지 않을 수 있게 된다. 일단 벨트들이 금속으로부터 특정 거리로 동일하면, 주조 벨트들의 냉각 효과가 명백해지지 않게 되는 것이 이론화된다. 일반적으로, 인접한 영역들에서 노즐 면들의 평면으로부터 1mm(0.040 인치)만큼 작게, 더 바람직하게 0.5mm(0.020 인치)만큼 작게 노즐들(30)을 변위시킬 정도로 충분한 것으로 발견된다. 최소 변위는 또한 유리한데, 이는 노즐들이 더 큰 양만큼 변위되는 경우 주조 벨트의 이동이 안정하지 않게 될 수 있기 때문이다. 일반적으로, 노즐들의 면들의 나머지는 모두 상부 및 하부 주조 벨트 모두에 대해 가능한 정도로 동일 평면상에 유지되어, 주조 공동(12)의 상부 및 하부 경계들 각각은 공동의 모든 다른 영역들에서 본질적으로 평평하지만, 상부 및 하부 경계들은 금속이 냉각하고 고체화할 때 금속(22)의 수축을 보상하기 위해 하류 방향으로 약간 수렴하도록 이루어질 수 있다.
행들(46, 47)에서 노즐 면들(32)의 변위는 주조 표면(10a)이 영역(50) 내에서 인접한 금속(22)으로부터 후퇴할 수 있는 능력을 감소시키는데, 즉 벨트(10)를 통한 열유속은, 노즐 면들이 다른 노즐들의 면들과 동일한 평면에 유지된 경우, 다른 경우 이 영역에 있었던 것으로부터 감소된다. 주조 표면(10a)이 금속으로부터 열을 제거할 수 있는 능력에서의 이러한 일시적인 감소는, 이러한 바로 뒤의 영역에서 금속(22)의 인접한 외부 표면의 온도가 증가하도록 하는데, 이는 열이 주조 표면(10a)에 의해 즉시 회수되지 않고도 주조 금속의 중심으로부터 표면쪽으로 전달할 수 있기 때문이라는 것이 이론화된다. 따라서, 금속의 이러한 부분이 주조 벨트가 금속 표면과 견고하게 접촉하는 인접한 영역(52)에 하류로 이동할 때, 다른 경우보다 금속 표면과 주조 표면(10a) 사이에 더 큰 온도 차가 있다. 이러한 더 큰 온도 차가 다른 경우보다 주조 공동의 하류 영역(52)에서 더 효과적으로 열이 회수되도록 한다. 놀랍게도, 열 추출의 속도(즉, 열유속)에서의 이러한 감소 및 증가는 주조 공동의 임의의 영역에서의 노즐 면들의 오프셋 없이 수행된 동등한 주조 절차에 비해 주조 절차의 전체 효율의 현저한 개선을 초래한다. 그러므로, 금속 슬래브는 동등한 종래의 주조 절차보다 더 낮은 온도에서 주조 공동을 빠져나가고, 이것은 주조 공동이 전체 길이에서 감소될 수 있고 및/또는 주조 속도가 동등한 종래의 절차와 동일한 값으로 금속 슬래브의 배출 온도를 복구하도록 증가될 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 기기 제조, 주조 시간 및 아마도 냉각제 사용의 절감을 발생시킬 수 있다.
증가된 오프셋을 갖는 노즐 열들의 수를 증가시키거나 감소시킴으로써, 영역(50)의 크기(즉, 주조 방향으로 연장하는 거리)는 변할 수 있다. 유사하게, 오프셋이 제공된 특정 열들의 선택을 변화시킴으로써, 주조 공동을 따라 영역(50)의 위치는 변할 수 있다. 더욱이, 상부 벨트(10)(도시됨) 및/또는 하부 벨트(11)에 인접한 오프셋 노즐들을 선택함으로써, 열유속은 주조 금속 슬래브의 상부 표면 및/또는 하부 표면을 통해 변할 수 있다. 일반적으로, 오프셋 영역의 크기(주조 방향으로의 거리)가 효과적으로 주조 공동의 총 길이(입구로부터 출구로의 거리)의 10 내지 50%가 될 수 있고, 바람직하게 주조 길이의 10 내지 20%가 될 수 있다는 것이 발견된다. 영역(50)의 위치 지정(positioning)에 대해, 바람직하게 금속의 외부 표면들 상에 형성하는 고체화된 금속 "쉘"이 내부로부터 열의 영향 하에 재용융되도록 주조 입구에 근접하게 시작하지 않아야 하며, 이는 바람직하지 않은 물결 형태의 패턴이 금속 슬래브의 표면 상에 형성하도록 할 수 있기 때문이다. 다른 한 편으로, 영역(50)이 주조 출구에 너무 가깝게 위치되면, 슬래브의 내부로부터의 재가열 효과는 너무 약하여, 슬래브의 표면을 원하는 정도로 재가열할 수 없는데, 이는 내부의 금속이 완전히 냉각될 수 있기 때문이다. 일반적으로, 영역은 공동의 중간 1/2에, 더 바람직하게 공동의 중간 1/5에 위치된다. 이것은 도 5에 도시되며, 도 5는 주조 방향으로 공동을 따라 중간의 중심점("C")을 갖는 길이("L")를 갖는 주조 공동(12)의 도면을 도시한다. 오프셋 노즐들을 갖는 영역(50)은 바람직하게 중심점("C") 상에 중심을 두고, 도시된 바와 같이, "L"의 1/5로부터 "L"의 절반까지 연장할 수 있다.
주지된 바와 같이, 오프셋 노즐들의 영역(50)은 주조 벨트들 중 하나 또는 양쪽 모두에 대해 제공될 수 있다. 양쪽의 벨트들의 노즐들이 오프셋들을 가질 때, 이들 벨트들은 주조 공동을 따라 동일한 거리에 위치될 수 있고, 동일한 길이들을 갖거나, 상이한 위치들 및/또는 길이들을 가질 수 있다. 슬래브 온도가 수평의 중앙 평면(49) 주위에 대칭적이지 않은 경우(종종, 중력이 하부 벨트를 갖는 금속의 더 견고한 접촉을 유지하여 더 큰 열유속을 유지하는 경향을 갖는 경우임), 열유속 변동이 이러한 평면 주위에 대칭적이 되도록 하는 강제적인 이유는 없다. 이에 대조적으로, 슬래브의 각 면상에서 동일한 비율의 열유속 개선을 달성하기 위해 상부 및 하부 벨트들에 대한 오프셋 영역(50)의 위치 및 길이를 변화시키는 것이 더 양호해질 수 있다. 더욱이, 오프셋 노즐들의 영역(50)은 주조 공동의 폭(주조 방향에 횡방향)을 가로질러 완전히 연장하거나, 또는 단지 가로질러 중도까지 연장할 수 있다. 사실상, 열 추출율은 주조 공동의 폭을 가로질러 변하여, 영역(50)은 주조 공동을 가로질러 중도로만 연장하도룩 이루어지고, 슬래브를 가로질러 열유속을 가능한 한 많이 균등하게 위치될 수 있다. 하지만, 구현의 용이함을 위해, 영역은 바람직하게 주조 공동의 폭을 가로질러 완전히 연장하도록 이루어진다.
주조 장치에서, 노즐들은 영역(50)에서 영구적으로 오프셋될 수 있거나, 노즐들 일부(예를 들어 중앙 영역들에서의 것) 또는 전부는, 일부가 원하는 경우 그리고 특정한 주조 상태들 또는 주조되는 금속들에 따라 원하는 양으로 다른 것들로부터 오프셋될 수 있도록 조정가능할 수 있다. 영구적인 오프셋은 상이한 길이들의 칼라들(29)을 갖는 노즐들(30)을 제공함으로써 달성된다. 조정가능한 오프셋은, 예를 들어 조정가능한 길이의 끼워지는 칼라들을 갖는 노즐들이 일부를 제공하고 원하는 경우 그러한 칼라들의 길이들을 조정하기 위한 기계적 또는 유압 수단을 갖는 그러한 노즐들을 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 예시적인 실시예에서, 지역(50)에서의 주조 표면들은 지지 및 냉각 노즐들의 위치들을 오프셋함으로써 주조 공동에서의 금속으로부터 열을 추출할 수 있는 감소된 능력을 갖지만, 열을 추출할 수 있는 능력의 감소는 대안적인 방식들로 달성될 수 있다. 예를 들어, 영향을 받은 영역(50)에서 노즐들을 통하는 냉각제의 흐름은 다른 영역들에 비해 감소되거나 심지어 종료될 수 있다. 냉각제 흐름의 완전한 종료가 가능하지만, 일반적으로 발생할 수 있는 벨트와 노즐 면 사이의 증가된 마찰로 인해 바람직하지 않을 수 있다. 더욱이, 냉각제의 공급 압력 또는 장치의 내부 압력에서의 변화는 영향을 받는 노즐의 지지 표면으로부터 주조 벨트의 상승 정도에 영향을 미칠 수 있다. 다른 대안은, 다른 영역들에 비해 영향을 받는 영역에서 냉각제의 온도를 상승시키는 것이다. 추가 대안은, 예를 들어 주조 벨트와 냉각제 사이에 가스를 도입함으로써 냉각제로부터 주조 벨트를 절연시키는 것이다.
다음의 예들은 본 발명을 추가로 예시하도록 제공된다. 하지만, 이 예들은 임의의 방식으로 본 발명의 일반적인 범주를 한정하도록 고려되지 않아야 한다.
예 1
실험실 규모의 트윈-벨트 주조기("TB2"로 지칭됨) 상에서 실험들이 수행되었다. 주조기는 일반적으로 도 1 및 도 2에 도시된 설계를 갖고, 상업적 규모의 트윈-벨트 주조기들의 길이와 유사한 길이를 갖는 주조 공동을 갖고; 하지만, 주조 벨트들의 폭은 상업적 주조기들의 폭보다 작다. 주조기는, 상이한 영역들 또는 상이한 영역의 크기들에서 오프셋을 증가시키는 효과들이 평가될 수 있도록 모든 냉각 노즐들이 주조 공동으로부터 오프셋 간격을 변화시키도록 조정되는 특수한 설계의 노즐들을 가졌다. 슬래브의 배출 온도는 주조 공동의 출구 근처에 나오는 슬래브의 하부에 이격된 5개의 접촉 열전쌍들을 이용하여 측정되었다. 주조기에서의 열유속은 냉각수 열전쌍들의 어레이를 이용하여 모니터링되었다.
주조기의 중앙 영역에서 1mm만큼 오프셋된 노즐들, 즉 상부 벨트 캐리지 상에서 선형 노즐들에 바로 뒤에 있는 노즐들의 제2 및 제3 열에서 실험이 수행되었다. 육각형 노즐들의 각 열은 대략 3.3cm 길이를 갖는다(주조 방향으로). 밀접한 패킹으로 인한 열들의 인터리빙(interleaving)을 허용하는 것은 용융 금속 주입의 지점으로부터 하류에서 대략 16.2 내지 21.6cm의 밴드이다. 비교를 위해, 주조 공동의 노즐들의 마지막 3개의 열들이 상부 및 하부 벨트 캐리지 상에 각각 1mm만큼 오프셋되는 실험들이 또한 수행되었고, 이것은 약 10cm만큼 주조 공동을 단축하여, 약 50cm의 길이의 평행한(정상적인) 주조 섹션을 남기는 효과를 갖는다.
실험들에서 합금 주조는 모든 실험들에 대해 10mm 게이지에서 0.68 중량%의 Si와, 0.58 중량%의 Fe와, 0.21 중량%의 Cu와, 0.77 중량%의 Mn과, 나머지 Al의 공칭 조성물을 갖는다. 이러한 주조 벨트들은 짧은 블라스트된(short-blasted) 표면들을 갖는다.
아래의 표 1은 조성물 및 해당 노즐 구성들의 순서로 실험 주조들을 기술한다.
주조 번호 만입된 노즐 위치 전방 단부에 표시된 열유속(MW/m2) 3m/분에서 배출 온도1 범위(℃)
921 베이스라인 6/7 410-475
922 베이스라인 5.5/7 455-480
923 마지막 3개의 열들,
하부 캐리지		 4.0/3.1 445-500
924 마지막 3개의 열들,
상부 캐리지		 8.4/4.5 420-470
925 베이스라인 3.4/3.0 410-460
926 베이스라인 6.1/4.5 390-440
927 베이스라인 6.7/5.5 425-480
928 마지막 3개의 열들,
하부 캐리지		 6.7/4/9 455-485
929 리니어들 이후의 2개의 열들,
상부 캐리지		 4.4/3.9 285-350
1은 핀치 롤 이전에 하부 표면.
도 6은 각 경우에 슬래브의 폭을 가로질러 측정된 배출 온도들을 도시한 그래프이다. 도면에서, "OS"는 조작자 측(주조 기계의)을 의미하고, "CL"은 중심선을 나타내고, "DL"은 (주조 기계의) 구동측을 의미한다. 추가로, "TC"는 열전쌍을 의미하고, "TC#1", "TC#2", ... 등은 "OS"로부터 "DS"로 나오는 슬래브를 가로질러 배열된 열전쌍들을 나타낸다.
표 1 및 도 6에서 알 수 있듯이, 주조 공동의 중앙 부분에서의 열들이 만입된 실험(실행 929)에 대한 배출 온도 범위는 놀랍게도 베이스라인 실행들(어떠한 노즐들의 만입부도 없음)과 배출 노즐들이 만입된 실행들을 모두 포함하는 임의의 다른 실험들보다 더 낮았다. 후자의 변형은 배출 온도에 영향을 더 미치는 것으로 보여지지 않는다.
첨부 도면들 중 도 7a(상부 벨트) 및 도 7b(하부 벨트)는, 육각형 노즐들의 처음 2개의 열들(주조기 공동을 따른 거리의 약 1/3)이 상부 캐리지에서 만입된 주조를 포함하는, 주조기의 중심의 전체 길이 아래로 상부 및 하부 벨트 열유속 프로파일들을 도시하는 그래프들이다. 예상된 바와 같이, 상부 벨트 열유속은, 상부 벨트 캐리지의 오프셋 노즐들이 정상적인 벨트 평면으로부터 그러한 주조 벨트를 잡아당긴 영역에서 감소되었다. 놀랍게도, 노즐들이 만입된 것에 뒤이은 영역에서 열유속들은 상부 및 하부 벨트들 모두에서 크게 증가되었다. 도 7a는, 오프셋 노즐 지역에서 열 회수에서의 약 60% 감소가 바로 뒤에 이어지는 지역에서 열 회수에서의 대략 3-겹 증가를 초래하였음을 도시한다. 이것은 매우 놀라운 결과이다. 주조 공동의 단부에서 노즐들을 오프셋하는 결과는 덜 현저한 효과를 가졌다.
주조기 공동 형태에 대한 만입된 노즐들의 효과
일반적으로, 주조기의 중심 근처의 만입된 노즐들(1mm만큼의 오프셋)을 설치하는 것이 만입된 노즐들을 갖는 영역에서 2개의 주조 벨트들 사이의 갭을 0.4mm만큼 증가하였고, 벨트는 만입된 노즐들을 갖는 영역을 통과한 후에 정상적인 상승으로 되돌아가는 것이 관찰되었다.
주조기의 배출 단부에서, 만입 노즐들의 효과는 더 현저해졌다. 만입된 영역의 전방 에지에서, 주조 벨트들 사이의 갭은 동일한 0.4 - 0.5mm만큼 증가되었다. 하지만, 노즐들 중 마지막 열들이 벨트 경로(벨트들이 정상적으로 크게 분기되는 경우)에서 "중단부(break)" 바로 전에 위치될 때, 벨트들 사이의 갭에서의 변화는, 이들 노즐들이 만입되는 하류 섹션에서 더 현저해졌다. 일반적인 효과는, 주조기 벨트 경로에서의 중단부가 순방향으로 이동되더라도 주조기 공동의 유효 길이를 감소시키는 것이었다.
상부 캐리지의 출구에서 만입 노즐들의 공동 크기에 대한 효과는 하부 캐리지의 출구에서 만입 노즐들의 것과 동일하였다.
예 2
예 1에 기재된 결과들은 주조되는 슬래브와의 접촉으로부터 벨트를 제거하기 위해 그 영역에서의 노즐 상승들을 기계적으로 조정함으로써 주조기의 부분에서 열유속을 변조함으로써 달성되었다. 하지만, 이러한 예상 예에 도시된 바와 같이, 기계적 수단에 의지하지 않고도 동일하거나 유사한 결과들을 달성하는 다른 수단이 있다.
전술한 주조기는 주조 벨트들을 냉각 및 위치시키기 위해 고압수를 공급하는 주조 벨트들 아래에 복수의 냉각 노즐들을 포함한다. 냉각수, 그 공급 압력 및 분배의 적용과, 주조 기계 내에 유지된 내부 압력은 모두 각 주조 벨트의 내부 면을 가로지른 냉각수의 속도, 이에 따라 벨트 상승 및 열 추출율을 결정하는 프로세스 파라미터들이다. 이들 파라미터들은, 노즐 어레이의 부분이 기계의 나머지와 상이한 압력/흐름 상태 하에 동작될 수 있는 방식으로 동작하도록 기존의 기계를 변형하기 위해 경제적으로 타당성이 있는 것으로 고려되지 않았기 때문에, 전체 주조 기계에 대해 관행적으로 제어된다.
하지만, 이 예에서, 종래의 주조 기계는 주조 벨트들 중 적어도 하나에 대한 냉각 노즐 어레이의 지역제(zoning)를 제공하도록 변형되는데, 즉 상기 파라미터들이 독립적으로 제어되는 상이한 지역들이 제공된다. 따라서, 장치는 감소된 수압, 물 흐름 및 물 속도 상태들로 연속적으로 동작된, 상기 예에 기재된 것과 유사한 냉각 어레이의 중앙 부분을 갖는다. 이들 파라미터들의 조정은 열 추출율을 국부적으로 감소시키고, 예 1에서 노즐들을 이동시킴으로써 달성된 것과 동일한 최종 배출 온도 및 슬래브 상태에 대한 효과를 달성하는 효과를 제공한다. 주조기의 내부 압력에 대한 국부적인 변형들은 또한 동일한 결과를 달성할 것이다.

Claims (24)

  1. 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법이며,
    a. 주조 방향으로 진행하는 이격된 마주보는 주조 표면들 사이에 한정된 주조 공동의 입구로 용융 금속을 연속적으로 도입하는 단계와;
    b. 상기 주조 공동내의 상기 용융 금속으로부터 열을 제거하는 능력을 상기 주조 표면들에 제공하여 상기 용융 금속이 고체화함으로써 주조 공동 내에 완전한 또는 부분적인 고체 금속 슬래브를 형성하는 단계와;
    c. 상기 주조 공동의 출구를 통해 상기 주조 공동으로부터 상기 금속 슬래브를 연속적으로 방출하는 단계와;
    d. 상기 주조 방향에 횡방향으로 연장하고 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 영역의 금속으로부터 열을 제거하는 상기 주조 표면들 중 적어도 하나의 능력을 상기 주조 공동의 바로 인접한 상류 및 하류 영역들로부터 열을 제거하는 상기 적어도 하나의 주조 표면의 능력에 비해 감소시키는 단계;
    를 포함하는, 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주조 표면들 각각은 대향 측면을 또한 갖는 열 전도성 부재의 한 면을 형성하고, 상기 주조 표면들의 상기 열을 제거하는 능력은 열 전도성 냉각 부재의 상기 대향 측면에 액체 냉각제를 공급함으로써 제공되는, 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서 상기 주조 표면이 상기 주조 공동의 중앙 평면으로부터 더 이동할 수 있도록 함으로써 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서 상기 적어도 하나의 주조 표면의 상기 열을 제거하는 능력이 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들에서보다 감소되는, 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    각각의 열 전도성 부재는 상기 대향 측면에 대해 작용하는 지지부들에 의해 지지되고, 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역의 상기 지지부들을 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들의 상기 지지부들에 비해 상기 주조 공동의 중앙 평면으로부터 거리를 두고 오프셋시킴으로써 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에 인접한 상기 적어도 하나의 주조 표면의 상기 열을 제거하는 능력이 감소되는, 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서 상기 지지부들은 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들에서의 상기 지지부들에 비해 적어도 0.5 mm의 양만큼 오프셋되는, 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역의 상기 지지부들은 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들에서의 상기 지지부들에 비해 1 mm ± 25%의 양만큼 오프셋되는, 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역은 상기 입구로부터 상기 출구까지의 상기 주조 공동의 길이의 1/5 내지 1/2의 상기 주조 방향으로의 거리를 갖는, 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역은 상기 입구와 상기 출구 사이의 상기 주조 공동의 중간점 상에 중심을 두는, 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 주조 표면의 상기 열을 제거하는 능력은, 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서 상기 부재의 상기 대향 표면에 공급된 상기 액체 냉각제의 온도를 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들에서 상기 대향 표면에 공급된 액체 냉각제의 온도에 비해 증가시킴으로써 감소되는, 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 주조 표면의 상기 열을 제거하는 능력은, 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서 상기 부재의 상기 대향 표면에 공급된 상기 액체 냉각제의 유량을 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들에서 상기 액체 냉각제의 유량에 비해 감소시킴으로써 감소되는, 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 주조 표면의 상기 열을 제거하는 능력은, 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서 상기 액체 냉각제로부터 상기 부재의 상기 대향 측면을 적어도 부분적으로 단열시키는 반면 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들에서는 그러한 단열을 회피함으로써 감소되는, 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 방법.
  12. 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치이며,
    a. 주조 공동을 사이에 형성하고, 주조 공동의 입구로부터 출구로의 주조 방향으로 진행되도록 구성된, 이격된 마주보는 주조 표면들과;
    b. 용융 금속을 상기 입구를 통해 주조 공동에 도입하기 위한 용융 금속 공급 장치와;
    c. 상기 주조 표면들을 냉각하기 위한 냉각 기기로서, 상기 주조 표면들이 상기 주조 공동으로부터 열을 회수하여, 상기 용융 금속을 고체화하고 상기 공동 내에 완전한 또는 부분적인 고체 금속 슬래브를 형성할 수 있도록 하는 냉각 기기; 를 포함하고,
    d. 상기 주조 공동은, 상기 주조 방향에 횡방향으로 연장하고 상기 주조 공동의 바로 인접한 상류 및 하류 영역들 사이에서 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 영역을 가지며, 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서 상기 용융 금속 또는 금속 슬래브로부터 열을 회수하는 주조 표면들 중 적어도 하나의 능력을, 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들 내의 주조 공동으로부터 열을 회수하는 상기 적어도 하나의 주조 표면의 능력에 비해 감소시키기 위한 수단이 제공되는, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 주조 표면들 각각은 대향 측면을 또한 갖는 열 전도성 부재의 한 측면을 형성하고, 상기 냉각 기기는 열 전도성 냉각 부재의 상기 대향 측면에 액체 냉각제를 공급하는, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    각각의 열 전도성 부재는 상기 대향 측면에 대해 작용하는 지지부들에 의해 지지되고, 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서 상기 지지부들은 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들에서의 상기 지지부들에 비해 상기 주조 공동의 중앙 평면으로부터 거리를 두고 오프셋됨으로써 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서 상기 적어도 하나의 주조 표면이 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들보다 상기 중앙 평면으로부터 더 멀어지게 이동하게 하는, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서의 상기 지지부들은 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들의 상기 지지부들에 비해 적어도 0.5mm의 양만큼 오프셋되는, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서의 상기 지지부들은 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들의 상기 지지부들에 비해 1mm ± 25%의 양만큼 오프셋되는, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역은 상기 입구로부터 상기 출구까지의 상기 주조 공동의 길이의 1/5 내지 1/2의 상기 주조 방향으로의 거리를 갖는, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역은 상기 입구와 상기 출구 사이의 상기 주조 공동의 중간점 상에 중심을 둔, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 냉각 기기는 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들에서 상기 부재의 상기 대향 표면에 공급된 상기 액체 냉각제의 온도보다 더 높은 온도로 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역의 상기 부재의 상기 대향 측면에 액체 냉각제를 공급하는, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 냉각 기기는 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서 상기 부재의 상기 대향 표면에 공급된 상기 액체 냉각제의 유량을 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들에 공급된 상기 액체 냉각제의 유량에 비해 감소시키기 위한 흐름 제어 수단을 포함하는, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  21. 청구항 13에 있어서,
    상기 부재의 상기 대향 측면이 상기 입구 및 상기 출구 모두로부터 이격된 상기 주조 공동의 상기 영역에서는 상기 액체 냉각제로부터 적어도 부분적으로 단열되지만 상기 주조 공동의 상기 바로 인접한 상류 및 하류 영역들에서는 단열되지 않는, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  22. 청구항 12 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주조 표면들 각각의 상기 열을 제거하는 능력은 감소되고, 상기 주조 표면들 중 하나에 대한 상기 능력이 감소된 영역은 상기 주조 표면들 중 다른 것에 대한 영역과 동일한, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  23. 청구항 12 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주조 표면들 각각의 상기 열을 제거하는 능력은 감소되고, 상기 주조 표면들 중 하나에 대한 상기 능력이 감소된 영역은 상기 주조 표면들 중 다른 것에 대한 영역과 상이한, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
  24. 청구항 12 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주조 장치는 트윈 벨트 금속 주조기인, 용융 금속으로부터 금속 슬래브를 연속적으로 주조하는 주조 장치.
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