KR101461574B1 - 몰드 플럭스 공급 장치 및 이를 이용한 연속주조방법 - Google Patents

몰드 플럭스 공급 장치 및 이를 이용한 연속주조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 몰드 플럭스 공급 장치 및 이를 이용한 연속 주조 방법에 관한 것으로서, 몰드 플럭스 원료가 수용되는 원료저장기와, 원료저장기와 연결되고 내부에 원료가 이송되는 방향으로 회전 운동하는 회전로드가 구비되는 피더, 회전로드에 연결되어 회전로드에 회전력을 제공하는 구동기, 주형의 외측에서 주형의 온도를 측정하는 온도감지기 및 온도감지기와 연결되어 온도감지기가 측정한 주형의 온도를 전열량으로 계산하고, 전열량의 변화에 따라 원료저장기 및 구동기의 동작을 제어하는 제어기를 포함하여 주형의 온도를 측정하여 몰드 플럭스의 성분을 조정하는 원료의 투입 여부를 결정함으로써, 연속주조가 완료될 때까지 몰드플럭스의 물성을 초기와 같이 유지시킬 수 있다.

Description

몰드 플럭스 공급 장치 및 이를 이용한 연속주조방법 {Feeding apparatus for mold flux and the continuous casting method using it}
본 발명은 몰드 플럭스 공급 장치 및 이를 이용한 연속주조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강의 연속 주조 시 주형 내에 투입되는 몰드 플럭스의 물성을 유지시킬 수 있는 몰드 플럭스 공급 장치 및 이를 이용한 연속주조방법에 관한 것이다.
일반적으로 연속주조설비를 거쳐 제조되는 주편은, 래들(ladle)에 수용된 용융상태의 용강을 턴디쉬(tundish)에 임시로 저장하여 용강 내의 개재물을 분리부상시킨 후, 주형(mold)에 공급함으로써 제조된다. 이때, 주형에 용강이 공급될 때, 주형에는 용강뿐만 아니라 부자재인 몰드 플럭스(mold flux)가 공급된다.
몰드 플럭스는 용강의 탕면이 대기에 노출됨으로써 대기중의 산소에 의해 산화되거나, 용강의 탕면 온도가 감소하는 것을 억제하는 역할을 한다. 또한, 반응고된 용강이 주형의 하측으로 인발이 용이하도록 윤활능을 향상시킨다.
이와 같이 주형 내에 투입되는 몰드 플럭스는 미세한 분말이나 과립의 형태로 용강에 투입되어 용강의 열에 의해 액상 슬래그로 용해되거나, 투입전 미리 고온 환경에서 용융된 상태로 주형에 투입될 수도 있다.
한편, 몰드 플럭스는 연속주조설비를 통해 주조되는 강종이나, 연속주조조업의 조건에 따라서 각각의 조업에 알맞은 성분을 포함하는 단일 종류의 몰드 플럭스를 사용하여 연속주조를 실시한다.
그러나, 최근 다량의 Al이 첨가되는 합금강 및 특수 원소가 첨가되는 강종을 주조할 때에, 주조 중에 액상 몰드 플럭스의 화학적 조성이 변하는 문제점이 발생한다. 이에, 몰드 플럭스의 물리적인 특성도 변화되고, 전술한 몰드 플럭스의 기능을 점차 상실하게 된다. 때문에, 최종적으로 생산되는 주편의 품질이 악화되고 연속주조조업에 문제가 발생한다. 또한, 가장 큰 문제점으로는 연속주조 함에 있어 강종의 제약이 발생하여 다양한 강종을 주조하기가 용이하지 않다.
한편, 일본공개특허 제2009-226423호에는 연속주조기의 주형 내 단변 부근에 존재하는 용강에서 몰드 플럭스의 용융 후를 계측하고, 계측한 몰드 플럭스의 용융 후가 소정범위 내가 되도록 몰드 플럭스의 공급량을 제어하여 연속 주조를 행하는 방법에 제시되어 있다.
JP 2009-226423 A1
본 발명은 몰드 플럭스의 물성을 유지시킬 수 있는 몰드 플럭스 공급 장치 및 이를 이용한 연속주조방법을 제공한다.
본 발명은 연속주조되는 다양한 강종에 적용될 수 있는 몰드 플럭스 공급 장치 및 이를 이용한 연속주조방법을 제공한다.
본 발명은 주편의 품질을 증가시킬 수 있는 몰드 플럭스 공급 장치 및 이를 이용한 연속주조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 몰드 플럭스 공급 장치는, 몰드 플럭스 원료가 수용되는 원료저장기와, 상기 원료저장기와 연결되고 내부에 원료가 이송되는 방향으로 회전 운동하는 회전로드가 구비되는 피더, 상기 회전로드에 연결되어 상기 회전로드에 회전력을 제공하는 구동기, 상기 주형의 외측에서 상기 주형의 온도를 측정하는 온도감지기 및 상기 온도감지기와 연결되어 상기 온도감지기가 측정한 상기 주형의 온도를 전열량으로 계산하고, 상기 전열량의 변화에 따라 상기 원료저장기 및 상기 구동기의 동작을 제어하는 제어기를 포함한다.
상기 온도감지기는 상기 주형의 측면에 적어도 일부가 삽입되어 상기 용강과 접촉하는 상기 주형의 동판 온도를 측정할 수 있다.
상기 원료저장기는 상기 피더의 상부에 배치되어, 내부에 초기 몰드 플럭스 원료를 수용하는 제1 원료저장기와, 상기 제1 원료저장기에서 이격되어 배치되고 추가 투입 원료를 수용하는 제2 원료저장기를 포함할 수 있다.
상기 제1 원료저장기와 상기 제2 원료저장기에 수용되는 원료는 서로 상이하거나 동일할 수 있다.
상기 제어기는 상기 온도감지기로부터 측정된 상기 주형의 온도 측정값을 전달받아 상기 전열량을 계산하고, 상기 전열량과 설정된 기준 전열량을 대비하여 상기 구동기 및 상기 원료저장기의 동작을 제어할 수 있다.
상기 구동기는 상기 회전로드의 일단에 연결되어 상기 회전로드 상에 공급된 원료를 수평방향으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연속 주조 방법은, 주형에 용강과 몰드 플럭스를 공급하여 주조하는 과정 및 상기 주형의 온도를 측정하여, 상기 몰드 플럭스의 성분을 조정하는 원료의 투입 여부를 결정하는 과정을 포함한다.
상기 원료의 투입 여부를 결정하는 과정은 상기 측정된 온도로부터 전열량을 계산하고, 상기 전열량을 설정 전열량의 기준범위와 대비하여 상기 전열량의 변화 여부를 판단하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 전열량의 변화 여부를 판단하는 과정에서, 상기 전열량이 상기 기준범위에서 변화되었다고 판단되면, 상기 원료를 투입하도록 결정할 수 있다.
상기 원료의 투입량은 상기 전열량의 변화 정도에 따라서, 실험에 의해 미리 얻어진 실험치에 근거하여 중량%를 결정할 수 있다.
상기 원료는 상기 몰드 플럭스의 염기도 및 점기도를 낮추거나 증가시키기 위해 투입될 수 있다.
상기 원료는 Na2O(산화나트륨), CaO(산화칼슘), SiO2(이산화 규소), Al2O3(알루미나), MnO(산화망간), MgO(산화마그네슘), CaF2(플루오린화칼슘), TiO2(이산화타이타늄), ZnO(산화아연), NiO(산화니켈), PbO(산화납), K2O(산화칼륨), B2O3(산화붕소), Fe2O3(산화철Ⅲ), FeO(산화철), NaF(플루오린화나트륨) 외 F화합물 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 용강의 연속주조 시 주형 내에 투입되는 몰드 플럭스가 연속주조가 완료될 때까지 일정한 물성을 유지할 수 있도록 한다.
즉, 용강의 주조시 주형의 온도를 실시간으로 측정하여 전열량을 계산한다. 그후, 계산된 전열량이 설정 전열량의 기준범위에 대비하여 변화된 경우, 몰드 플럭스의 성분을 조정할 수 있는 원료를 투입한다. 이때, 원료는 전열량의 변화 범위에 따라 달라지는 물성의 변화를 초기 상태로 조정할 수 있는 원료 및 원료 투입량을 실험에 의해 얻은 값에 근거하여 투입한다.
이처럼, 용강의 연속 주조가 완료될 때까지 몰드 플럭스의 물성을 일정하게 유지시킬 수 있어, 종래에 몰드 플럭스 물성 변화에 따른 용강 보온 및 윤활 기능 감소 현상을 해결할 수 있다. 즉, 종래에 용강의 보온 및 윤활 기능 감소로 인해 종래에 용강이 주조되기 전 응고되어 원하는 주편의 형상을 얻을 수 없고, 주형과 용강 사이의 윤활이 용이하지 않아 주편의 두께가 일정하지 않은 문제점을 해결할 수 있다. 이에, 최종적으로 생산되는 주편의 품질을 증가시킬 수 있다.
그리고, 주형의 전열량을 계산하여 몰드 플럭스의 물성변화를 예측하고, 전열량의 변화 범위에 따라 물성을 초기상태로 조정할 수 있는 원료 및 원료량을 실험에 의해 결정된 데이터에 따라서 투입한다. 이에, 전열량의 변화범위에 따른 물성변화 및 물성변화를 조정하기 위한 데이터를 구비하여, 다양한 강종에서 사용되는 몰드 플럭스의 성분을 용이하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 몰드 플럭스 공급장치가 구비된 연속주조설비를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A부분을 확대 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 몰드 플럭스 공급 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 주형 내 몰드 플럭스 공급에 따른 주형의 전열량 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 적용된 강종의 실험치를 나타내는 데이터이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 몰드 플럭스 공급장치가 구비된 연속주조설비를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 A부분을 확대 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 몰드 플럭스 공급 장치를 나타내는 도면이다.
연속주조설비(1)는 전로로부터 이송된 용강의 연속 주조가 행해지는 설비로서, 래들(50)에 수용된 용강이 턴디쉬(100)로 공급된 후, 턴디쉬(100) 내에서 용강 내 개재물의 분리부상이 이루어진다. 이후, 주형(200)으로 용강을 주입하여 용강을 냉각하며 일정한 형상의 주편으로 생산하는 설비이다. 이때, 주형(200)의 외측의 적어도 어느 한 지점에는 용강과 주형(200) 사이의 윤활능을 향상시키고, 주형(200)에 유입된 용강의 보온능을 증가시키기 위해 투입되는 몰드 플럭스를 공급하기 위한 몰드 플럭스 공급 장치(300)가 배치된다.
본 발명에서는 '전열량', '열 플럭스', '열 플럭스 밀도'가 모두 동일한 뜻을 지니고 있음에, 이하에서는 전열량이라고 기재하나, 전열량은 열 플럭스 및 열 플럭스 밀도라고 쓰여도 무방하다.
몰드 플럭스 공급 장치(300)는 용강(M)의 탕면에 몰드 플럭스 파우더를 공급하는 장치로서, 몰드 플럭스 원료가 수용되는 원료저장기(310)와, 원료저장기(310)와 연결되고, 내부에 원료가 이송되는 방향으로 회전운동하는 회전로드(335)를 포함하는 피더(330), 회전로드(335)에 회전력을 제공하는 구동기(350), 주형(200)의 외측에서 주형(200)의 온도를 측정하는 온도감지기(370) 및 온도감지기(370)와 연결되어, 온도감지기(370)가 측정한 주형(200) 온도를 전열량으로 계산하고, 전열량의 변화에 따라 원료저장기(310) 및 구동기(350)의 동작을 제어하는 제어기(390)를 포함한다.
원료저장기(310)는 몰드 플럭스 원료를 수용하는 것으로서, 본 발명에서는 초기 몰드 플럭스 원료를 수용하는 제1 원료저장기(310a)와, 제1 원료저장기(310a)에 소정거리 이격되어 구비되고, 추가 투입 원료가 수용된 제2 원료저장기(310b)를 포함할 수 있다.
제1 원료저장기(310a)는 전술한 바와 같이, 몰드 플럭스의 성분들이 저장되어 있는 것으로서, 내부에 원료를 수용하기 위한 중공형의 박스 형상으로 형성된다. 제1 원료저장기(310a)는 피더(330) 상에 배치되어 적어도 어느 한 지점이 피더(330)와 연결되어, 피터(330)로 원료를 공급할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
제2 원료저장기(310b)는 제1 원료저장기(310a)에 소정거리 이격되어 배치되고, 내부에 원료를 수용하기 위한 중공형의 박스 형상으로 형성된다. 제2 원료저장기(310b)는 초기에 몰드 플럭스가 투입된 후, 몰드 플럭스의 물성변화가 감지되었을 때, 제어기(390)로부터 신호를 받아, 몰드 플럭스의 성분을 조정하기 위한 추가 원료가 수용될 수 있다. 이에, 제2 원료저장기(310b)의 내부에 수용되는 원료는 제1 원료저장기(310a)에 수용되는 원료와 동일 혹은 상이한 원료가 수용될 수 있다.
전술한 바와 같이 형성된 제1 원료저장기(310a) 및 제2 원료저장기(310b)는 서로 동일하거나 유사한 형태를 갖고 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 원료저장기(310)의 형태에 대해서는 한정하지 않는다. 또한, 원료저장기(310)내에 몰드 플럭스를 구성하는 각각의 원료가 서로 상이한 공간에 구비되어 상이한 라인을 통해 피더 내로 공급되는 방식을 사용하는 경우에, 원료저장기(310)는 복수 개 구비되지 않을 수도 있다. 즉, 몰드 플럭스의 물성변화에 의해 몰드 플럭스의 성분 중 적어도 어느 하나가 추가로 투입되어야 할 때, 상이한 공간에 구비된 원료만 공급될 수 있도록 원료저장기가 형성되는 경우, 상기에 전술한 것처럼 초기 원료 저장기와 추가 원료저장기가 따로 구비되지 않아도 된다.
이처럼, 원료저장기(310)에 수용될 수 있는 원료로는, 몰드 플럭스를 구성하는 원료로써, Na2O(산화나트륨), CaO(산화칼슘), SiO2(이산화 규소), Al2O3(알루미나), MnO(산화망간), MgO(산화마그네슘), CaF2(플루오린화칼슘), TiO2(이산화타이타늄), ZnO(산화아연), NiO(산화니켈), PbO(산화납), K2O(산화칼륨), B2O3(산화붕소), Fe2O3(산화철Ⅲ), FeO(산화철), NaF(플루오린화나트륨) 외 F화합물일 수 있다.
피더(330)는 소정길이 연장형성되고, 내부에 회전로드(335)를 배치하기 위한 중공형의 관의 형상으로 형성된다. 피더(330)는 원료저장기(310)의 하부에 구비되어 원료저장기(310)로부터 공급되는 원료가 내부에 수용될 수 있도록 원료저장기(310)와 연결된다. 또한, 피더(330)의 일단은 구동기(350)와 연결된다. 이때, 구동기(350)에 연결된 피더(330)의 회전에 대해서는 한정하지 않고, 구동기(350)에 의해 피더(330)가 회전하거나 회전하지 않을 수도 있다. 그러나, 피더(330)의 배출구(332)를 통해 원료가 배출되기 때문에 배출구(332)가 본 발명의 실시예와 같이 방향성을 갖고 형성되는 경우에는 피더(330)는 회전하지 않는 것이 바람직하다.
회전로드(335)는 연장형성되는 바의 표면에 돌출부분이 형성되고, 몰드 플럭스 공급장치의 피더(330) 내부에 배치된다. 회전로드(335)는 일단이 구동기(350)에 장착되고 타단은 주형(200) 측으로 연장 형성되어 구동기(350)로부터 회전력을 인가 받아 원료저장기(310)로부터 피더(330) 내부로 공급된 원료가 회전로드(335)를 따라 주형(200)측으로 수평이동 할 수 있다. 또한, 회전로드(335)는 원료를 이송함과 동시에 원료저장기(310) 통해 공급되는 몰드 플럭스를 구성하는 다양한 원료들이 혼합하는 역할을 한다.
상기와 같은 회전로드(335)는 스크루(screw)가 사용되어 원료를 이송하고 혼합할 수 있다. 스크루는 회전축에 나선면을 이룬 금속 날개가 달려 있어서 회전을 하면 임의의 것을 밀어내는 힘이 생성되는 장치로서, 본 발명의 회전로드(335)로 스크루가 사용될 경우, 원료를 주형(200)측으로 용이하게 밀어낼 수 있다.
한편 회전로드(335)에서 원료를 밀어낼 수 있는 돌출부분이 다수 개 구비되면 원료를 혼합할 수 있는 시간을 증가시킬 수 있는 장점이 있고, 돌출부분의 상부에 판을 형성하여 원료가 회전함과 동시에 상하운동을 할 수 있어 원료의 혼합률을 더욱 증가시킬 수도 있다. 그러나, 본 발명에서는 회전로드(335)의 종류와 형태에 대해서는 한정하지 않으나, 원료를 혼합하여 용이하게 주형측으로 이송시킬 수 있는 다양한 형태의 회전로드(335)가 사용가능하다.
구동기(350)는 회전로드(335)의 일단에 연결되어, 회전로드(335) 상에 공급된 원료를 수평방향(주형방향)으로 이동시키는 장치이다. 구동기(350)는 피더(330) 내의 회전로드(335)에 회전력을 제공하는 장치로서, 예컨대, DC 모터, 스테핑 모터 (stepping motor), AC 서보 모터 등의 다양한 종류의 모터가 사용될 수 있다. 특히, 구동기(350)로 AC 서보 모터를 이용하는 경우, 일정한 토크를 제공할 수 있고, 회전로드(335)의 회전속도를 미세하게 조절할 수 있어 회전로드(335)의 이동을 정밀하게 제어할 수 있다. 이처럼, 회전로드(335)를 제어함으로써 회전로드(335)를 통해 이동하는 다양한 원료의 혼합률을 증가시킬 수 있다. 이에, 다양한 원료가 각각 상이한 용융점을 갖음으로 인해, 용강에서 일정하게 용해되지 않는 현상을 감소시킬 수 있다.
온도감지기(370)는 주형(200)의 온도를 측정하기 위해 구비되는 장치로서, 주조가 진행되는 동안 주형(200)의 외측에서 주형(200)의 온도를 실시간으로 측정한다. 이때, 온도감지기(370)는 도 2에 도시된 바와 같이, 주형(200)의 측면에 적어도 일부가 삽입되어 용강과 접촉하는 주형(200)의 동판 온도를 측정할 수 있다. 이에, 온도감지기(370)는 주형(200) 외측에서 내측 방향으로 일정부분 삽입되어 배치된다. 예컨대, 비접촉 방식으로 온도감지기(370)가 주형(200)의 온도를 측정하는 경우, 온도감지기(370)로 고온계(pyrometer)가 사용될 수 있다. 이에, 용강(M)에 의해 가열된 주형(200)의 복사 에너지를 감지하여 주형(200)의 동판 온도를 측정할 수 있다.
그리고, 온도감지기(370)는 도 2 및 도 3에는 하나만 도시되어 있으나, 주형을 둘러싸며 온도를 측정할 수 있도록 적어도 하나 이상 구비되어 온도를 부분적으로 측정할 수도 있다. 이때, 온도감지기(370)를 복수 개 구비하는 경우, 주형(200)에 전달된 열의 변화에 대한 정확도가 증가할 수 있는 이점이 있기 때문에 온도감지기(370)는 적어도 하나 이상 구비되는 것이 바람직하다.
이처럼, 용강이 주조되는 주조시간 동안 온도감지기(370)는 주형(200)의 온도를 실시간으로 측정하여 제어기(390)로 전달한다.
제어기(390)는 온도감지기(370)로부터 측정된 주형(200)의 온도 측정값을 전달받아 전열량을 계산하고, 전열량의 변화에 따라 원료저장기(310) 및 구동기(350)의 동작을 제어한다. 더욱 상세하게는, 온도감지기(370)로부터 실시간 측정되는 온도가 제어기(390)로 전달되면, 제어기(390)는 온도의 변화량에 따라서 전열량의 계산식에 의해 전열량의 값을 도출해 낸다. 이때, 전열량의 값을 도출하는 과정은 하기의 식 1과 관련하여 도출할 수 있다.
Figure 112012099586532-pat00001
[수학식 1]은 일반적으로 열용량을 나타내는 식으로서, 본 발명에서는 상기 식을 이용하여 전열량을 도출해낼 수 있다. 여기서, C는 물의 비열을 나타내고, m은 주형 내에 흐르는 물의 유량을 나타낸다. 상기 C와 m은 통상적으로 정해진 값이 있는 상수이므로, 전열량에 변수를 주는 주요 인자는 온도감지기를 통해 측정되는 온도의 변화량이다. 이처럼, 온도의 변화량 및 각각의 상수를 대입하여 열용량을 구한 다음 본 발명에서 몰드 플럭스가 존재하는 동판의 면적(㎡)에 대해 변환함으로써 전열량을 계산할 수 있다.
이처럼, 도출해낸 전열량의 값이 기준 전열량으로 설정된 값에 대비하여 변화가 발생하는 경우, 원료를 추가로 투입하기 위한 신호를 원료저장기(310) 및 구동기(350)로 전달한다. 이에, 제어기(390)는 원료저장기(310) 및 구동기(350)로 신호를 전달하고, 원료저장기(310)의 제2 원료저장기(310b)에서 원료가 추가로 공급된 후, 구동기(350)가 작동하여 주형(200) 내로 추가 원료를 투입할 수 있도록 상기 장치들을 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이 형성된 몰드 플럭스 공급 장치(300)를 이용한 연속주조방법에 대해 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 일반적인 주형 동판 전열량의 변화를 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 적용된 강종의 실험치를 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 연속 주조 방법은, 주형(200)에 용강(M)과 몰드 플럭스(F)를 공급하여 주조하는 과정 및 주형(200)의 온도를 측정하여, 몰드 플럭스(F)의 성분을 조정하는 원료의 투입 여부를 결정하는 과정을 포함한다.
이하, 본 실시 예에 따른 몰드 플럭스 공급 장치(300) 및 연속 주조 방법이 적용된 고 합금강 중 고 Al이 첨가된 강의 주조 과정에 대해 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따른 몰드 플럭스 공급 장치(300) 및 연속 주조 방법은 이에 한정되지 않고, 주형 내에서 몰드 플럭스가 투입되는 다양한 강종에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 일례로 주형의 전열량의 변화에 따라 변화하는 몰드 플럭스의 물성 중 염기도 및 점도의 물성 변화를 해결하는 방법으로 Na2O 및 SiO2를 첨가하는 실시 예에 대해 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 몰드 플럭스의 다양한 물성 변화를 몰드 플럭스 공급 장치(300)의 온도감지기에 의해 감지하여 판단하고 해결하는 것에 만족한다.
우선, 강을 생산하기 위해 연속 주조 장치로 이송된 용강을 주형에 주입하여 주조하기 전 턴디쉬(100)에 수용한다. 용강은 원하는 강종을 위해 전로로부터 출강된 후 용강의 성분 또는 온도를 측정하는 샘플링 과정을 거친 후 원하는 강종에 맞게 성분조정이 완료된 상태로 연속 주조 장치로 이송된다.
다음으로, 용강의 연속 주조를 실시하기 전, 몰드 플럭스를 투입하는 몰드 플럭스 공급 장치(300)를 주형에 근접배치한다(S100). 이후에, 주형(200) 내로 용강(M) 및 몰드 플럭스(F)를 투입한다.
그리고, 연속주조가 실시되는 동안 몰드 플럭스 공급 장치(300)의 온도감지기(370)는 실시간으로 주형(200)의 동판 온도를 측정한다. 이때, 온도감지기(370)에 의해 측정되는 온도는 제어기(390)로 전달되어 전열량으로 계산된다(S300).
상기와 같이, 측정된 온도로부터 전열량이 계산된 후, 제어기(390)에서는 계산된 전열량이 설정해놓은 전열량의 기준범위와 대비했을 때(S320)의 변화의 여부를 판단한다. 이때, 계산된 전열량이 설정해놓은 전열량의 기준범위를 벗어나지 않는 경우에는, 용강의 연속주조가 계속 진행되며(S400) 주편을 생산한다.
그러나, 계산된 전열량이 설정해놓은 전열량의 기준범위에서 변화되었다고 판단되는 경우(S340)에는 몰드 플럭스의 성분을 조정하는 원료가 투입된다.(S360).
일례로, 고 Al을 포함하는 용강의 연속 주조 시에 초기에 투입된 몰드 플럭스는 용강(M)과 몰드 플럭스(F)의 반응에 이하의 [화학식 1]과 같은 반응이 일어난다. 즉, [화학식 1]은 몰드 플럭스가 파우더의 상태로 투입되고, 용강의 고온에 의해 용융된 상태로 용강과 접촉하고 있어, 용강 중에 포함된 다량의 Al과 몰드 플럭스 중의 주성분인 SiO2 사이에서의 반응이다.
[화학식 1]
4[Al] + 3(SiO2) → 2(Al2O3) + 3[Si]
여기서 [ ]는 용강 중의 성분이고, ( )는 용융 몰드 플럭스 중의 성분이다. 용강과 용융 몰드 플럭스의 계면 사이에서 [화학식 1]과 같은 반응이 발생할 때에 용강과 용융 몰드 플럭스 사이의 계면 장력이 저하된다. 이에, 용강 중으로의 몰드 플럭스의 혼입이 용이하게 발생된다. 이때, 용강 중으로 혼입된 용융 몰드 플럭스의 대부분은 재부상하지만, 일부는 응고쉘에 포착되어 주조편에 용융 몰드 플럭스가 잔류하는 경우가 발생한다. 이처럼 강 중의 표층에 잔류하는 용융 몰드 플럭스는 생산되는 제품 표면의 슬리버 흠집으로 발생되고, 내부에 잔류된 용융 몰드 플럭스는 압연 균열 발생의 원인으로 작용한다. 이와 같은 문제점은 몰드 플럭스의 점도가 증가하게 된다.
이에, 본 발명의 실시 예의 온도감지기(370)에 의해 계산되는 전열량이 감소하게 된다. 이와 같은 전열량의 감소는 몰드 플럭스의 물성 및 성분을 변화시키는 요인으로 작용하게 되어, 몰드 플럭스의 본래 기능인 용강의 보온역할 및 용강과 주형 사이의 윤활제로의 역할기능이 감소한다.
이와 같이 문제점을 해결하기 본 발명에서는 초기의 몰드 플럭스 성분을 유지하기 위해 원료를 투입하는데, 원료의 투입량은 전열량의 변화 정도에 따라서, 실험에 의해 미리 얻어진 실험치에 근거하여 중량%를 결정한다. 이에, 고 Al 강종에 대한 실험치 값이 도 5에 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 몰드 플럭스 공급 장치(300)를 통해 초기 전열량 및 변화 후 전열량을 계산할 수 있다. 이때, 상기에 언급한 바와 같이, 몰드 플럭스의 물성이 변화되었다고 판단하기 위해서는 변화 후 전열량이 미리 설정해 놓은 전열량의 기준범위에서 변화되어야 한다. 이에, 미리 설정해 놓은 전열량의 기준 범위에 대해 정의가 필요하다.
본 발명에서는 전열량의 기준 범위를 초기에 측정된 초기 전열량으로 설정하여 약 1.5 내지 1.6의 값을 전열량의 기준 범위로 정하였다. 그러나, 기준범위는 초기 전열량 값으로부터 ±α 값의 오차범위를 기준 범위로 정할 수도 있다. 이에, 기준범위에 대한 정의는 한정하지 않으며, 몰드 플럭스의 물성변화가 발생하지 않은 범위의 전열량을 기준 범위로 설정하는 것이 가장 바람직하다.
[표 1]은 주형 내의 초기 몰드 플럭스 투입 후 몰드 플럭스 공급장치에 구비된 온도감지기를 통해 측정된 전열량을 나타낸다. 또한, 열 플럭스 밀도의 변화를 감지한 후, 상기 변화에 따라 변동하는 물성 및 성분의 값을 나타낸다.
온도 물성 성분 (중량%)
전열량
(MW/m2)		 염기도
(CaO/SiO2)		 점도
(poise)
CaO
SiO2
Al2O3
비교예 1 1.5 0.7 1.4 23 33 6
비교예 2 1.3 0.8 1.5 〃 27 7
비교예 3 1.2 1.2 1.6 〃 23 13
비교예 4 1.1 1.5 1.7 〃 17 18
비교예 5 0.9 2.3 1.8 〃 13 22
이때, 전열량은 몰드 플럭스가 투입 후 변화된 전열량을 나타내는 것으로, 상기에 전술한 수학식을 통해 도출해 낼 수 있다. 그리고 CaO, SiO2, Al2O3 각각의 성분은 몰드 플럭스의 주성분으로써 몰드 플럭스의 전열량 변화에 따라 른 화학 반응에서의 주성분의 변화를 중량%로 나타낸다. 염기도는 일반적으로 CaO/SiO2의 상수를 나타내고, 점도는 1300℃에서의 유체의 끈적거림의 정도를 나타내는 것으로 단위는 푸아즈(poise)이다. 이는 1 초(sec) 사이에 1g인 유체가 1센티미터 이동하는 상태를 1P라 한다.
[비교예 1 ~ 비교예 4]
비교예 1 내지 비교예 4를 살펴보면, 온도감지기에 의해 측정된 주형의 전열량이 기준으로 설정된 전열량으로부터 변화된 값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이처럼, 몰드 플럭스의 염기도가 높아지는 경우에는, 몰드 플러스의 응고 온도가 높아져, 용강 내에 유입되어야 하는 적정한 수준의 파우더의 유입량을 확보할 수 없어, 주형과 응고쉘 사이의 윤활성이 감소되는 문제점이 발생한다. 이에, 주편의 품질을 감소시키는 브레이크아웃(breakout) 현상이 발생한다. 또한, 용강과의 반응에 의해 [표 1]에 기재된 바와 같이 몰드 파우더 중의 SiO2 양이 감소하고, 반대로 Al2O3의 양이 다량으로 포함됨으로써, 고융점 결정인 겔레나이트(gehlenite; Ca2Al2SiO7)가 석출되어 발열이 불안정하게 될 문제점이 있다.
한편, 몰드 플럭스의 점도가 높아지는 경우에는, 주형과 응고쉘 사이로의 균일한 파우더의 유입성이 손상되어 주형과 용강 사이의 윤활성을 일정하게 유지할 수 없다. 따라서, 브레이크 아웃을 초래되는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 점도의 증가는 결국 Al2O3가 다량으로 포함된 것임으로 상기와 같이 고융점 결정인 겔레나이트의 석출로 인해 발열이 불안정한 문제점이 발생한다.
전술한 바와 같이, 몰드 플럭스의 염기도 및 점도의 변화는 최종적으로 발열이 불안정해지는 현상을 동반한다. 즉, 몰드 플럭스 투입 후 주형 동판의 전열측정 시에 온도가 불안정한 경우에는 몰드 플럭스의 물성이 변화되었다고 판단할 수 있다. 이에, 몰드 플럭스의 물성변화로 인해 성분분석을 통해 성분의 변화를 예측할 수 있다.
이하에서는, [표 1]의 비교예 1 내지 4에 [표 2]에 기재된 성분을 추가적으로 투입하는데에 소모되는 원료의 양 및 추가로 원료를 투입한 후의 몰드 플럭스 물성변화에 대해 살펴보기로 한다.
성분 (중량%) 물성 온도

SiO2
Na2O		 염기도
(CaO/SiO2)		 점도
(poise)		 전열량
(MW/m2)
실시예 1 - - 0.7 1.4 1.5
실시예 2 6 10 〃 〃 〃
실시예 3 9 17 〃 〃 〃
실시예 4 11 25 〃 〃 〃
실시예 5 16 41 〃 〃 〃
여기서 성분의 양은 추가적으로 투입되는 원소의 양을 나타내는 것이고, 물성은 추가로 투입된 성분에 의해 몰드 플럭스의 물성 값이 조정되는 것을 나타낸다.
[실시예 1 ~ 실시예 4]
실시예 1 내지 실시예 4를 살펴보면, [표 1]에 기재된 비교예 1 내지 비교예 4에서 변화 후 전열량의 값에 따라서, 도 5에 기재된 변화 범위에 따라 각각 상이한 양의 원료가 투입된 후의 몰드 플럭스의 물성변화를 나타낸다. 이때, 원료를 투입함으로써, 몰드 플럭스의 물성이 초기의 몰드 플럭스 물성으로 유지된 것을 확인할 수 있다. 이때, 원료 중 SiO2는 몰드 플럭스의 염기도를 낮추는 역할을 하고 Na2O는 몰드 플럭스의 점도를 낮추기 위해 투입된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 주형의 전열량을 계산하였을 때, 설정된 전열량의 범위를 벗어나는 경우 몰드 플럭스의 물성이 변화된 것을 예측하여 몰드 플럭스의 성분을 조정할 수 있는 원료를 투입하였다. 일례로, 고 Al 강종에서 전열량의 감소로 인해 증가된 몰드 플럭스의 염기도 및 점도를 낮추기 위한 성분 조정 원료를 투입하는 방법 및 투입량에 대해서 서술하였다.
그러나, 염기도 및 점도가 본 발명의 실시 예들과 같이 증가하지 않고, 감소되는 현상이 발생하여 염기도와 점도를 올려야 하는 경우에는, 염기도와 점도를 증가시킬 수 있는 성분 조정 원료가 투입된다.
이에, 일반적으로 상기 물성들을 증가시키거나 감소시킬 수 있는 성분들이 사용될 수 있으며, 예컨대, Na2O, CaO, SiO2, Al2O3, MnO, MgO, CaF2, Fe2O3, FeO, TiO2, ZnO, NiO, PbO, K2O, B2O3, NaF 외 F 화합물 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술하는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술 되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
1 : 연속주조설비 50 : 래들
100 : 턴디쉬 200 : 주형
300 : 몰드 플럭스 공급 장치 310a : 제1 원료저장기
310b : 제2 원료저장기 330 : 피더
335 : 회전로드 350 : 구동기
370 : 온도감지기 390 : 제어기

Claims (12)

  1. 주형에 유입되는 몰드 플럭스 원료가 수용되는 원료저장기와;
    상기 원료저장기와 연결되고, 내부에 원료가 이송되는 방향으로 회전 운동하는 회전로드가 구비되는 피더;
    상기 회전로드에 연결되어, 상기 회전로드에 회전력을 제공하는 구동기;
    상기 주형의 측면에 적어도 일부가 삽입되어, 용강과 접촉하는 상기 주형의 온도를 측정하는 온도감지기; 및
    상기 온도감지기와 연결되어, 상기 온도감지기로부터 측정된 상기 주형의 온도 측정값을 전달받아 열용량을 구한 다음, 상기 몰드 플럭스가 존재하는 상기 주형의 동판 면적에 대해 변환하여 상기 주형의 온도를 전열량으로 계산하고, 상기 계산된 전열량이 설정된 기준 전열량에 대비하여 변화된 경우, 상기 전열량의 변화 정도에 따라서 달라지는 몰드 플럭스의 물성 변화를 초기 상태의 몰드 플럭스 물성으로 조정하도록 상기 원료저장기 및 상기 구동기의 동작을 제어하여 몰드 플럭스의 성분을 조정하는 원료를 투입하는 제어기;를 포함하는 몰드 플럭스 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 원료저장기는,
    상기 피더의 상부에 배치되어, 내부에 초기 몰드 플럭스 원료를 수용하는 제1 원료저장기와;,
    상기 제1 원료저장기에서 이격되어 배치되고, 추가 투입 원료를 수용하는 제2 원료저장기;를 포함하는 몰드 플럭스 공급 장치.
  4. 청구항 3 에 있어서,
    상기 제1 원료저장기와 상기 제2 원료저장기에 수용되는 원료는, 서로 상이하거나 동일한 몰드 플럭스 공급 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 에 있어서,
    상기 구동기는 상기 회전로드의 일단에 연결되어, 상기 회전로드 상에 공급된 원료를 수평방향으로 이동시키는 몰드 플럭스 공급 장치.
  7. 연속 주조 방법으로서,
    주형에 용강과 몰드 플럭스를 공급하여 주조하는 과정;
    상기 주형의 온도를 측정하여 열용량을 구한 다음, 상기 몰드 플럭스가 존재하는 주형의 동판 면적에 대해 변환하여 상기 주형의 전열량을 계산하는 과정;
    상기 계산된 전열량을 설정 전열량의 기준범위와 대비하여 상기 전열량의 변화 여부를 판단하여, 상기 몰드 플럭스의 성분을 조정하는 원료의 투입 여부를 결정하는 과정;을 포함하고,
    상기 전열량의 변화 여부를 판단하는 과정에서, 상기 계산된 전열량이 상기 기준범위에서 변화되었다고 판단되면, 상기 전열량의 변화 정도에 따라서 달라지는 몰드 플럭스 물성의 변화를 초기 상태의 몰드 플럭스 물성으로 조정할 수 있는 원료 및 원료 투입량을 실험에 의해 미리 얻어진 실험에 근거하여 결정하는 연속 주조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 7 에 있어서,
    상기 원료는, 상기 몰드 플럭스의 염기도 및 점기도를 낮추거나 증가시키기 위해 투입되는 연속 주조 방법.
  12. 청구항 11 에 있어서,
    상기 원료는 Na2O(산화나트륨), CaO(산화칼슘), SiO2(이산화 규소), Al2O3(알루미나), MnO(산화망간), MgO(산화마그네슘), CaF2(플루오린화칼슘), TiO2(이산화타이타늄), ZnO(산화아연), NiO(산화니켈), PbO(산화납), K2O(산화칼륨), B2O3(산화붕소), Fe2O3(산화철Ⅲ), FeO(산화철), NaF(플루오린화나트륨) 외 F화합물 중 적어도 어느 하나인 연속 주조 방법.
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