KR101617745B1 - 수직형 반연속 주조 장치 및 이를 이용한 주조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 수직형 반연속 주조 장치는 내부로 용강이 유입되고, 상기 용강을 냉각시켜 주편을 주조하는 주형, 승하강 가능하며, 주형에서 주조된 주편의 하부를 지지한 상태로 하강하여 상기 주형으로부터 주편을 인발시키는 정반, 주형의 하측에 위치하여, 상기 주형으로부터 인발된 주편을 가이드하면서 냉각시키는 롤 유닛, 정반과 연결되어, 상기 주편 하부를 지지하는 정반을 진동시키는 진동 발생 장치를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 의하면, 주편 하부를 진동시켜 주편 말단부를 진동시킴에 따라, 파이프 결함의 원인이 되는 미응고부의 길이를 감소시킬 수 있다. 또한, 주편 하부를 진동시켜 공진 효과에 의해 주편 탑부의 진동을 가장 크게하기 때문에, 주편 탑부에서의 미응고 용강의 유동이 가장 활발이 일어난다. 이러한 용강의 유동은 응고를 억제하며, 주편 탑부의 유동이 다른 영역에 비해 활발하기 때문에, 다른 영역에 비해 먼저 응고되는 문제를 방지할 수 있다. 이로 인해, 주편 말단부에서 미응고 용강에 의한 파이프 결함 발생 부위의 길이가 종래에 비해 감소하게 되고, 이에 절단하는 주편 길이도 감소함으로써, 실수율이 향상된다.

Description

수직형 반연속 주조 장치 및 이를 이용한 주조 방법{Semi-continuous casting equipment of vertical type and casting method therewith}

본 발명은 수직형 반연속 주조 장치 및 이를 이용한 주조 방법에 관한 것으로, 주조 말기에 형성되는 주편 말단부의 결함을 줄일 수 있는 수직형 반연속 주조 장치 및 이를 이용한 주조 방법에 관한 것이다.

연속주조(Continuous casting)는 일정한 형상의 주형에 용강을 연속하여 주입하고, 주형 내에서 반응고된 용강의 주조 시편(이하 '주편'이라 한다)을 주형의 하측으로 연속적으로 인발하여 슬래브(slab), 블롬(bloom), 빌렛(billet) 등과 같은 여러 가지 형상의 반제품을 제조하는 주조 방식이다.

그리고, 반연속주조(Semi-continuous casting)는 주편의 크기가 대형화되어 연속주조가 곤란한 경우 사용되며, 주형에 일정한 양의 용강을 연속적으로 주입하고 주형으로부터 연속적으로 일정한 크기의 주편을 인발한 후, 연주기내에 정체시켜 반응고된 주편을 완전 응고시킨 후 반제품을 제조하는 주조 방식이다.

반연속주조 방법으로 주편을 제조하는 종래의 수직형 반연속 주조 장치는 턴디쉬(Tundish)로부터 주형으로 용강이 유입되며, 주형의 직하에 마련된 가이드 롤을 통과하면서 분사되는 냉각수에 의해 주편이 냉각 및 인발된다. 주형으로부터 주편을 인발시키기 위해, 주편의 하단면에는 정반이 결합되어, 주편을 지지하며, 정반은 별도의 구동수단에 의해 상하로 구동되며, 하측으로 구동되는 정반에 의해 주편이 주형으로부터 인발된다.

한편, 주조 말기에는 주형에 공급되는 용강의 주입이 종료되고, 이에 따라 주형에서 용강이 최종 응고되어 최종 응고 부위인 주편 말단부가 형성된다. 이때, 주편 말단부가 연속적으로 주형의 하부로 인출되어 가이드 롤에 의해 인발되는 경우에 주편 내부의 미응고 용강에 의한 조업사고가 발생하게 된다. 이에, 주조 말기에는 주편의 말단부가 주형에서 인출되면, 주편의 인발을 일시적으로 정지시켜 주편 말단부의 미응고 용강이 충분히 응고되는 시간을 부여하여 조업사고를 방지한다.

하지만, 주편의 말단부가 주형에서 인출되어 정체되어 응고될 때, 주편 말단부의 내부의 미응고 용강에 비해 주편 말단부의 탑부(top area; 인발 방향의 반대 방향으로 주편의 최상단면)의 미응고 용강이 선 응고된다. 즉, 주편 탑부가 선 응고된 다음 주편 내부의 미응고 용강이 응고되며, 이에 따라 주편 말단부의 내부에서는 응고 수축에 의한 파이프(pipe)와 같은 결함이 발생된다. 그리고, 파이프(pipe) 결함이 발생된 부분은 제품으로 사용할 수 있기 때문에, 주조 완료 후에 파이프 결함이 발생된 주편의 말단부를 절단하고 있다. 따라서, 절단되는 말단부의 길이만큼 주편의 실수율이 감소하는 문제점이 있다.

이에, 주편 말단부의 파이프 생성을 억제하기 위해, 일본공개특허 1993-309453에서와 같이 주편의 탑부를 가열시켜 주편 탑부로부터의 선 응고를 방지함으로써, 응고 수축에 의한 파이프의 길이를 감소시키는 방법을 주로 사용하고 있다. 이러한 방법 중 하나는 주형 내 용강을 플라즈마 또는 가스로 가열하는 방법이다. 그런데, 제시된 방법은 주형 내 용강을 플라즈마 또는 가스로 가열하기 때문에, 주형이 손상되는 문제가 발생되고, 이로 인해 설비의 사용 수명을 단축시키는 단점이 있다. 또한, 플라즈마 또는 가스의 가열 효율향상 및 몰드 플럭스의 주편 내 혼입 방지를 위해서는 주조 작업이 복잡해 지는 단점이 있다. 그리고, 플라즈마나 가스를 가열 열원으로 사용시 작업환경이 열악해지며, 이를 극복하기 위해 추가의 부대설비의 설치를 필요로 하여, 실제 현장 적용에는 곤란한 문제점이 있었다.

다른 방법으로는 주편 탑부를 가열하는 기술로서, 주편의 탑부가 가열커버의 내측에 위치하도록 주형의 하측으로 인발되었던 주편을 상승시키고, 가열커버의 내측을 불활성 가스분위기로 조성하는 가스투입관 및 전극을 사용하여 아크 또는 플라즈마를 발생시켜 주편의 탑부를 가열하는 방법이다. 그러나, 이와 같은 방법은 인발되었던 주편을 상승시키면서 발생하는 주형의 표면 손상 및 돌출된 주편을 가열하므로 주형의 표면, 내부 결속 고무링 등이 쉽게 손상되어 주형의 수명이 단축되고, 주형의 상부에 가열장치가 위치하여 주상 공간이 협소해지는 문제점이 있었다.

일본공개특허 1993-309453

본 발명은 주편의 실수율을 향상시킬 수 있는 수직형 반연속 주조 장치 및 이를 이용한 주조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 최종 응고 부위에 발생되는 파이프 결함의 길이를 줄일 수 있는 수직형 반연속 주조 장치 및 이를 이용한 주조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 수직형 반연속 주조 장치는 내부로 용강이 유입되고, 상기 용강을 냉각시켜 주편을 주조하는 주형; 승하강 가능하며, 상기 주형에서 주조된 주편의 하부를 지지한 상태로 하강하여 상기 주형으로부터 주편을 인발시키는 정반; 상기 주형의 하측에 위치하여, 상기 주형으로부터 인발된 주편을 가이드하면서 냉각시키는 롤 유닛; 상기 정반과 연결되어, 상기 주편 하부를 지지하는 정반을 진동시키는 진동 발생 장치;를 포함하는 포함한다.

상기 진동 발생 장치는, 상기 정반의 외주면과 접촉되도록 체결 및 분리 가능한 진동 부재; 및 상기 진동 부재를 진동시키는 진동 발생 유닛;을 포함한다.

상기 진동 발생 장치는, 상기 진동 부재와 연결되어 상기 진동 부재를 승하강 시키면서, 상기 진동 부재와 체결 및 분리가 가능한 승하강 유닛; 상기 진동 부재, 진동 발생 유닛 및 승하강 유닛을 탑재하여 정반을 향해 또는 정반 외측으로 수평 이동 가능한 이동 대차;를 포함한다.

상기 진동 발생 유닛은 상기 주편 하부를 지지하는 정반을 진동시키는데 있어서, 상기 주편에 공진 효과에 주편 말단부로 갈수록 진동의 크기가 크도록 상기 정반을 진동시킨다.

상기 진동 발생 유닛은 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환하는 수단인 것이 바람직하다.

상기 진동 발생 유닛은 초음파 진동용 전원을 발생시키는 전원부 및 일단이 전원부와 완결되고 타단이 진동 부재에 연결되는 도선을 포함한다.

상기 진동 부재는 중앙 영역이 개구되어 있는 중공형의 형상이며, 상기 진동 부재의 내측면이 상기 정반의 외주면과 접촉되도록 체결된다.

본 발명에 따른 수직형 반연속 주조 방법은 정반을 주형의 하측으로 삽입시키는 과정; 상기 주형으로 냉각을 공급하여 상기 용강을 1차 냉각시켜 주편을 주조하는 과정; 상기 주편 하부를 지지한 상태로 상기 정반을 하강시켜, 주편을 상기 주형으로부터 인발하는 과정; 상기 정반을 연속하여 하강시키면서, 상기 주형으로부터 인발된 주편을 상기 주형 하측에 배치된 롤 유닛을 통과하도록 가이드하면서 냉각수를 분사하여, 상기 주편을 2차 냉각시키는 과정; 주조 말기에 상기 주형으로의 용강 공급을 중단하고, 상기 주형으로부터 주편의 말단부를 인발하는 과정; 상기 정반의 하강을 중지시키는 과정; 및 상기 주편 하부를 지지하는 상기 정반을 진동시킴으로써, 상기 주편 말단부를 진동시키는 과정;을 포함한다.

상기 주편 하부를 지지하는 상기 정반을 진동시킴으로써, 상기 주편 말단부를 진동시키는 과정에 있어서, 상기 정반의 진동이 상기 주편으로 전달되며, 상기 진동이 상기 주편 말단부를 향해 전달될 때, 공진(共振) 효과에 의해 상기 주편 말단부의 탑부로 갈 수록 진동의 크기가 점차 커지도록 진동한다.

상기 정반을 진동시키는 진동 발생 장치에서는 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환하여 상기 정반을 진동시키는 수단이다.

상기 주편 하부를 지지하는 상기 정반을 진동시키는데 있어서, 상기 주편 말단부를 상기 주형 하측으로 인발시켜 상기 정반의 하강이 중지되면, 상기 진동 발생 장치의 진동 부재를 상기 정반과 접촉하도록 체결하는 과정; 상기 진동 부재에 연결된 진동 발생 유닛을 동작시켜, 상기 진동 부재를 진동시키는 과정;을 포함한다.

상기 진동 발생 장치의 진동 부재를 상기 정반과 접촉하도록 체결하는 과정에 있어서, 상기 진동 발생 장치를 수평 이동시켜, 상기 진동 부재가 상기 정반의 하측에 대응 위치하도록 하는 과정; 상기 진동 부재를 상기 정반의 위치까지 상승시켜, 상기 진동 부재와 상기 정반이 상호 접촉되어 체결되도록 하는 과정;을 포함한다.

본 발명의 실시형태들에 의하면, 주편 하부를 진동시켜 주편 말단부를 진동시킴에 따라, 파이프 결함의 원인이 되는 미응고부의 길이를 감소시킬 수 있다. 또한, 일반적으로 주편 말단부에서의 파이프 결함은 주편 탑부가 선 응고되어, 이로 인한 응고 수축에 의해 형성된다. 그런데, 본 발명에서는 주편 하부를 진동시켜 공진 효과에 의해 주편 탑부의 진동을 가장 크게하기 때문에, 주편 탑부에서의 미응고 용강의 유동이 가장 활발이 일어난다. 이러한 용강의 유동은 응고를 억제하며, 주편 탑부의 유동이 다른 영역에 비해 활발하기 때문에, 다른 영역에 비해 먼저 응고되는 문제를 방지할 수 있다. 이로 인해, 주편 말단부에서 미응고 용강에 의한 파이프 결함 발생 부위의 길이가 종래에 비해 감소하게 되고, 이에 절단하는 주편 길이도 감소함으로써, 실수율이 향상된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진동 발생 장치를 포함하는 수직형 반연속 주조 장치를 도시한 도면
도 3은 본 발명은 진동 발생 장치에 의해 정반을 진동시켰을 때, 주편 말단부에서의 용강의 유동 및 주편 말단부의 변화에 대해 설명하는 도면

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진동 발생 장치를 포함하는 수직형 반연속 주조 장치를 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명은 진동 발생 장치에 의해 정반을 진동시켰을 때, 주편 말단부에서의 용강의 유동 및 주편 말단부의 변화에 대해 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수직형 반연속 주조 장치는 용강을 임시 저장하는 턴디쉬(100), 턴디쉬(100)로부터 용강을 공급받아 용강을 1차 냉각시키는 주형(300), 주편(S)을 지지하여 상하 이동 가능하며, 주형(300)으로부터 주편을 인발하는 정반(600), 주형(300)의 직하에 마련되어 주형(300)으로부터 인발된 주편(S)을 가이드하면서 주편(S)을 2차 냉각시키는 롤 유닛(500), 정반(600)에 연결되어 정반(600)을 진동시키는 진동 발생 장치(700)를 포함한다. 또한, 일단이 턴디쉬(100)에 연결되고 타단이 주형(300) 내로 삽입되도록 설치되어, 턴디쉬(100) 내 용강을 주형으로 공급하는 노즐(200), 주형(300)의 외측에 위치하여 주형(300) 내 용강을 교반하고, 주편(S)의 탑부를 교반 및 가열하는 교반 장치를 포함한다.

여기서 주편(S)의 탑부는 정반(600)에 지지 또는 접촉되는 주편(S)의 하부와 반대 방향이다.

턴디쉬(100)는 주형(300)의 용강을 연속적으로 공급하기 위하여, 용강을 임시 저장하는 수단으로서, 내부 공간을 가지며, 주형(300)의 상측에 위치한다. 그리고 이러한 턴디쉬(100)의 하부에는 노즐(200)이 설치된다.

주형(300)은 턴디쉬(100)로부터 공급되는 액상의 용강을 1차적으로 냉각시켜 그 단면이 사각형인 주편(S)을 연속적으로 주조한다. 이러한 주형(300)은 내부 공간을 가지며 상측 및 하측이 개구된 통형상이며, 그 횡단면의 형상이 사각형이다. 보다 구체적으로 주형(300)은 한 쌍의 단변 및 장변을 갖고, 내부에는 단면이 사각형인 공간을 형성한다. 물론 주형(300)의 형상은 제조하고자 하는 주편(S)의 형상에 따라 다양한 형상 및 크기로 변형될 수 있다.

여기서, 주형(300)은 냉각수가 순환되는 냉각수관(미도시)이 내부에 마련된 수냉 몰드(water-cooled mold)로서, 주형(300)으로 주입된 용강을 1차 냉각하여 응고 영역(B)과 미응고 영역(A)이 공존하는 상태로 변환시킨다.

교반 장치(400)는 주형(300)의 외측 둘레에 설치되어, 주형(300) 내의 용강을 교반 시킨다. 본 발명의 실시예에 따른 교반 장치(400)는 용강에 자장을 형성하여 용강을 교반시키는 전자기 교반 수단(Electro magnetic stirrer; EMS)이다. 이러한 교반 장치(400)에 의해 주형(300) 내 용강이 교반됨에 따라, 주형(300) 내 주편(S)의 초기 응고층을 균일하게 형성할 수 있다.

물론 교반 장치(400)는 상술한 전자기 교반 수단(Electro magnetic stirrer; EMS)에 한정되지 않고, 주형(300) 내 용강 및 미응고 용강을 교반시킬 수 있는 다양한 수단의 적용이 가능하다.

롤 유닛(500)은 주형(300)의 직하에 위치하여 주편(S)을 통과시키면서 물리적으로 주편(S)의 팽창을 방해하고, 주편(S)을 지면에 수직인 방향으로 안내하는 복수의 풋롤(foot roll; (510)), 풋롤(510)의 하측에 위치하여 풋롤(510)을 통과한 주편(S)을 가이드하는 복수의 롤과 냉각수를 분사 또는 살포하여 주편을 2차 냉각시키는 복수의 노즐을 구비하는 가이드부(520)를 포함한다.

정반(600)은 주형(300)의 하측으로 인발되는 주편(S)을 지면에 대해 수직 방향으로 지지하면서 하강하여, 주형(300)으로부터 주편(S)을 연속적으로 인발 한다. 정반(600)은 주형으로 용강이 유입되기 전에 주형(300)의 내측으로 일부 또는 전체가 삽입되도록 하며, 용강이 주형(300)으로 유입되어 1차 응고되기 시작하면, 점차 하강한다. 정반(600)이 주형 내에 삽입된 상태에서 정반(600)의 외주면과 주형의 내벽 사이에 에어갭(air gap) 사이를 실링(sealing)하여, 용강이 주형(300)으로 유입될 때, 정반(600)과 냉각 주형(300)의 미세한 이격 공간으로 새지 않게 된다. 또한, 주편(S)의 응고가 완료된 후 주편(S)과 정반(600)과의 분리가 용이하도록, 정반(600)에는 홈이 형성될 수 있다.

또한, 도시되지는 않았지만, 정반(600)에는 상기 정반(600)을 상하 방향으로 이동시키는 구동 유닛이 연결된다. 구동 유닛은 예컨대, 정반이 안착되는 이동 부재 및 이동 부재의 하부에 결합되어 이동 부재를 상하 구동시키는 구동부를 포함하는 구성일 수 있다. 그리고, 구동부는 모터를 이용하는 기어 방식, 벨트나 풀리 방식, 실린더 방식 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 유압 피스톤을 사용한다.

전술된 턴디쉬(100), 주형(300), 정반(600) 및 롤 유닛(500)의 구성은 본 발명에서 특정 구성으로 제한할 필요가 없고, 그 다양한 구성 및 작동 방법은 당업자에게 이미 널리 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에서는 주조 말기에 최종 응고 부위인 주편 말단부가 주형의 하측으로 인발되었을 때, 정반을 진동시키는 진동 발생 장치를 구비한다.

본 발명의 실시예에 따른 진동 발생 장치(700)는 진동 발생 유닛(710)과, 진동 발생 유닛(710)과 연결되며, 주편(S) 말단부가 주형(300)으로부터 인발되었을 때, 정반(600)과 접촉 결합되어, 상기 정반(600)에 진동을 전달하는 진동 부재(720)와, 진동 부재(720)를 지지하도록 설치되어 진동 부재(720)를 승하강시키는 승하강 유닛(730)과, 진동 발생 유닛(710), 진동 부재(720), 승하강 유닛(730)이 탑재된 상태로 이동 가능한 이동 대차(740)를 포함한다.

진동 발생 유닛(710)은 진동을 발생시켜 진동 부재(720)에 진동을 인가 또는 전달하는 수단이다. 본 발명의 실시예에 따른 진동 발생 유닛(710)은 전기적 에너지를 기계적 또는 물리적 진동으로 변환하는 수단이다. 보다 구체적으로 진동 발생 유닛(710)은 고주파 전원을 베이스로하여 자계의 변동을 기계적 진동으로 변환하거나, 전압 변동을 기계적 진동으로 변환하는 초음파 진동 발진 수단일 수 있다. 실시예에 따른 진동 발생 유닛(710)은 초음파 진동용 전원을 발생시키는 전원부(711), 일단이 전원부(711)와 연결되고 타단이 진동 부재(720)에 연결되는 도선(712)을 포함한다. 이러한 진동 발생 유닛(710)을 포함하는 진동 발생 장치(700)에 의하면, 전원부(711)에서 초음파 발생을 위한 전원이 출력되면, 상기 전원이 도선을 통해 진동자 역할을 하는 진동 부재(720)로 전달되며, 이에 진동 부재가 초음파 진동한다.

진동 발생 유닛(710)은 상술한 바와 같이 초음파 진동 발진 수단에 한정되지 않고, 진동 부재(720)를 진동시킬 수 있는 다양한 수단이 적용 가능하다. 예컨대, 진동 발생 유닛(710)은 진동 부재(720)를 수 초(second) 이하의 간격으로 빠르게 상하 방향으로 이동시켜 진동을 발생시키는 진동 모터 또는 실린더를 포함하는 수단일 수 있다.

진동 부재(720)는 진동 발생 유닛(710)에 의해 진동하며, 정반(600)과 체결 및 분리 가능한 구조이다. 이에, 진동 부재(720)가 정반(600)과 체결된 상태에서 진동 발생 유닛(710) 동작이 동작하면, 진동 부재(720)가 진동하고, 상기 진동은 정반(600)으로 전달되며, 정반(600)의 진동은 주편(S)을 전달된다.

실시예에 따른 진동 부재(720)는 그 내주면이 정반(600)의 외주면을 둘러싸도록 체결될 수 있도록 중앙 영역이 개구된 중공형의 형상이다. 이때, 진동 부재(720)의 횡단면의 형상은 정반(600)과 대응하는 형상인 것이 바람직하며, 중앙의 개구부의 폭은 그 내부로 정반(600)이 삽입되어, 정반(600)의 외주면이 진동 부재(720) 외주면과 용이하게 접촉될 수 있도록 조절되는 것이 바람직하다. 물론, 진동 부재(720)는 중앙의 개구부의 폭 또는 직경이 조절이 가능하도록 구성될 수도 있다.

승하강 유닛(730)은 공압 또는 유압 방식으로 구동되는 실린더로 구현될 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 진동 부재(720)를 지지하여 승하강시킬 수 있는 다양한 방식이 수단이 적용 가능하다.

이동 대차(740)는 주편(S)의 인발 방향과 수직이 되는 방향 즉, 지면과 수평인 방향으로 수평 이동하는 수단으로서, 진동 발생 유닛(710), 승하강 유닛(730) 및 진동 부재(720)를 탑재한 상태로 이동한다. 이동 대차(740)는 주형(300)에서 연속적으로 주편(S)을 제조하여 주편(S)의 말단부가 주형(300)으로부터 인발되기 전까지 정반 외측에 위치하고 있다가, 주편 말단부가 주형 하측으로 인발되면 정반(600)을 향해 이동한다. 그리고, 승하강 유닛(730)을 작동시켜 진동 부재(720)를 상승시킴으로써, 진동 부재(720) 내로 정반(600)이 삽입되도록 위치시킨다.

본 발명의 실시예에 의하면, 주편(S)의 말단부가 주형 하측으로 인발된 후, 진동 발생 장치(700)를 이용하여 상기 주편(S) 말단부의 하측으로 소정 거리 이격되어 위치하고 있는 정반(600)에 진동을 발생시킨다. 즉, 주편(S)의 말단부가 주형(300) 하측으로 인발 후에, 진동 부재(720)가 정반(600)과 접하도록 체결되도록 한 후, 진동 발생 유닛(710)을 동작시킨다. 이에, 진동 부재(720)가 진동되고, 상기 진동은 주편(S) 하부를 지지하고 있는 정반(600)으로 전달되며, 정반(600)의 진동은 주편(S)의 연장 방향을 따라 주편 말단부 또는 주편 탑부로 전달된다.

한편, 모든 물체는 그 자체에 고유 진동수를 가지고 있으며, 고유 진동수에 해당하는 전파나 파동을 흡수하는 성질을 가지고 있다. 그리고 일반적으로는 진동 발생의 진원지에서 멀어질수록 그 진동이 약해지지만, 공진(共振, resonance) 현상이 일어나면, 진원지에서 멀어질수록 오히려 진동이 강해지는 성향이 있다. 즉, 특정 진동수를 가진 물체에 같은 진동수의 힘이 인가될 때, 진동 발생 진원지에서 멀어질수록 진폭이 커진다.

따라서, 본 발명에서는 일 방향으로 연장된 주편(S)에 있어서, 개선하고자 하는 부위인 주편 말단부와 최장 거리로 멀리 떨어져 있는 주편(S) 하부를 지지하는 정반(600)을 진동시킴으로써, 공진 효과에 의해 주편(S) 말단부를 진동시킨다. 즉, 진동 부재(720)에 의해 정반(600)이 진동하면, 정반(600)에 지지된 주편(S)의 하부가 진동되며, 상기 진동은 주편(S)의 연장 방향 즉, 상측으로 이동한다. 이때, 진동 발생 유닛(710)에 의해 진동 부재(720) 및 정반(600)으로 전달되는 진동수는 주편(S)이 가지고 있는 고유의 진동수와 동일한 진동수로 한다. 따라서, 진동 발생 장치(700)에 의해 정반(600)이 진동하면, 그 진동이 점차 커지면서 주편(S) 말단부로 전달된다. 따라서, 주편(S) 하부를 지지하는 정반(600)에 작은 진동이 인가되더라도, 공진 효과에 의해 주편 말단부에는 주편 하부에 비해 큰 진폭으로 진동한다.

한편, 도 2 및 도 3a에 도시된 바와 같이 주편(S) 말단부의 내부에는 주편(S)의 최 상단부 즉, 탑부로부터 하측 방향의 소정 거리까지 아직 응고되지 못한 미응고 용강이 잔류하고 있다. 주편(S) 말단부 내부에서 미응고 용강이 잔류하고 있는 미응고부는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 주편(S) 탑부로부터 하측으로 갈수록 그 폭이 좁아지는 깔대기 형상으로 잔재하고 있다.

본 발명에서는 상술한 바와 같이, 주형(300) 하측으로부터 주편(S) 말단부를 인발한 후 일시적으로 인발을 중지시켰을 때, 진동 발생 장치(700)를 이용하여 주편(S) 하부를 지지하는 정반(600)을 진동시킨다. 이에, 정반(600)의 진동은 그 진동이 점차 커지면서 주편(S) 말단부로 전달되며, 이에 주편(S) 말단부가 진동되고, 진동에 의해 주편(S) 말단부의 미응고 용강이 진동하여 유동한다. 이때, 미응고부(A)의 하측에 응고부가 위치하고 있고, 주편(S)은 중력 방향 즉, 상하 방향으로 세워져 있기 때문에, 미응고부(A)의 용강은 미응고부(A)의 하측 방향(미응고부(A)에서 주편 탑부의 반대 방향)으로 주로 이동 또는 흐른다. 또한, 진동의 발생 진원지가 주편(S)의 하부이기 때문에 미응고부(A)의 영역 중 주편 탑부(주편의 최 상면)의 진동이 가장 크며, 진동이 클 수록 용강의 유동이 크다. 이에, 미응고부(A)의 영역 중, 하측 영역의 용강에 비해 상측 영역의 용강이 크기 유동하기 때문에, 하측 영역의 용강에 비해 상측 영역의 용강이 미응고부(A)의 하측으로 이동하는 경향성이 크다. 따라서, 미응고부(A)의 용강 중 상대적으로 상측에 위치하고 있는 용강이 하측으로 이동하게 되며, 이에 미응고부(A)의 하측 영역에 용강이 보다 조밀하게 또는 밀도 높게 채워지게 된다(도 3b 참조). 다시 말하면, 주편(S)의 진동에 의해 주편(S) 말단부의 미응고부(A)에서 상부 영역의 용강이 미응고부(A)의 하측 즉, 응고부(B)를 향해 이동한다.

이에, 미응고부(A)의 상부 영역의 용강이 하측으로 이동한 양 만큼 미응고부(A)의 길이가 줄어든다. 즉, 정반(600)을 통해 주편(S)을 진동시키기 전에 미응고부(A)의 길이를 H₁이라할 때, 정반(600)을 통해 주편(S)을 진동시키면, 주편(S) 말단부의 미응고 용강의 유동 또는 이동에 의해 미응고부(A)의 길이가 H₂로 줄어든다. 다시 말하면, 주편(S)의 진동에 의해 미응고부(A)가 H₁-H₂ 길이 만큼 줄어들며, 따라서 주편 말단부에서 파이프와 같은 결함이 발생하는 부위의 길이가 H₁-H₂ 길이 만큼 줄어들어, 절단되어야 할 절단 길이가 줄어 실수율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 주편(S) 말단부에서의 파이프 결함은 주편(S) 탑부가 선응고되는 경향이 있어, 선 응고에 의한 응고 수축에 의해 형성된다. 그런데 본 발명에서는 주편(S) 하부를 진동시켜 공진 효과에 의해 주편(S) 탑부의 진동을 가장 크게하기 때문에, 주편(S) 탑부에서의 미응고 용강의 유동이 가장 활발이 일어난다. 이러한 용강의 유동은 응고를 억제하며, 주편(S) 탑부의 유동이 다른 영역에 비해 활발하기 때문에, 다른 영역에 비해 먼저 응고되는 문제를 방지할 수 있다.

그런데, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 주편(S) 하부를 진동시켜 주편(S) 말단부를 진동시킴에 따라, 주편(S) 탑부의 진동에 의해 주편(S) 탑부가 선 응고되는 것을 방지하고, 미응고부의 길이를 감소시킬 수 있다.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 수직형 반연속 주조 장치를 이용한 주조 방법을 설명한다.

먼저, 주조 개시 전에 정반(600)을 상승시켜 주형(300)의 내부로 삽입시킨다. 이후, 턴디쉬(100)의 용강을 주형(300)으로 연속적으로 공급하고, 주형(300)에서는 유입된 용강을 1차 냉각한다. 주형(300)으로 용강이 유입되면, 주형(300)의 외측에 마련된 교반 장치(400)를 동작시켜 자장에 의해 주형(300) 내 용강을 교반시킨다. 이러한 주형(300) 내에서 1차 냉각된 주편(S)은 응고 영역(즉, 응고부(B))과 미응고 영역(즉, 미응고부(A))이 공존하는 반응고된 상태로 유지된다.

주형(300) 내에서 주편(S)이 1차 응고되기 시작하면, 주형(300) 하부에 삽입되어 있던 정반(600)을 하강시켜, 주편(S)을 주형으로부터 인발한다. 인발된 주편(S)은 롤 유닛(500)을 통과하면서 분사되는 냉각수에 의해 2차 냉각된다.

상기와 같은 방법으로 연속적으로 주편(S)을 주조하여, 일정 길이로 주편(S)이 주조되면, 턴디쉬(100)의 용강을 주형(300)으로 공급하는 조업을 중단한 상태로 주조 조업을 실시한다. 그리고 주조 말기에는 정반(600)의 연속적인 하강 동작에 의해, 도 2에 도시된 바와 같이 주편(S)의 말단부가 주형으로부터 인발된다.

주편(S) 말단부가 주형(300)으로부터 인발되면 정반(600)의 하강 동작을 중지시킨다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 진동 발생 장치(700)를 이용하여 정반(600)을 진동시킨다. 이를 위해 진동 발생 장치(700)의 이동 대차(740)를 이동시켜 진동 부재(720)가 정반(600) 하측에 대응 위치하도록 한다. 그리고 승하강 유닛(730)을 동작시켜 진동 부재(720)를 상승시키는데, 이때 진동 부재(720)가 정반(600)의 측면을 둘러쌀 수 있도록 진동 부재(720)를 상승시킨다. 진동 부재(720)가 정반(600)에 대응 위치하고 상호 체결되면, 승하강 유닛(730)을 하강시켜 상기 승하강 유닛(730)이 진동 부재(720)로부터 분리되도록 한다.

이후, 진동 발생 유닛(710)을 동작시켜 진동 부재(720)를 진동시킴으로써, 정반(600)을 진동시키는데, 실시예에서는 주편(S)과 동일한 진동수를 가지는 진동수로 정반(600)을 진동시킨다. 따라서 주편(S) 하부의 진동은 공진 효과에 의해 주편(S)의 말단부 즉, 주편 탑부로 갈수록 더 큰 진폭으로 진동된다. 따라서, 주편(S) 하부를 지지하는 정반(600)에 작은 진동이 인가되더라도, 공진 효과에 의해 주편(S) 말단부에는 주편(S) 하부에 비해 큰 진폭으로 진동한다. 그리고 주편(S) 말단부의 진동에 의해 주편(S) 말단부의 미응고 용강이 진동하여 유동 또는 이동한다.

이때, 주편(S)은 중력 방향 즉 상하 방향으로 세워져 있고, 미응고부(A) 중에서도 상대적으로 상측 영역의 진동이 더 세기 때문에, 미응고부(A)의 용강은 미응고부(A)의 하측 방향으로 주로 이동 또는 흐른다. 따라서, 미응고부(A)의 용강 중 상대적으로 상측에 위치하고 있는 용강이 하측으로 이동하게 되며, 이에 미응고부(A)의 하측 영역에 용강이 보다 조밀하게 또는 밀도 높게 채워지면서 응고된다. 이러한 주편(S) 말단부의 미응고 용강의 유동 또는 이동에 의해 미응고부의 길이가 감소한다.

그리고 상술한 바와 같이 주편(S)을 진동시키면서 주편(S) 말단부의 미응고 용강의 응고가 완료되면, 주편(S) 말단부의 일부를 절단한다. 즉, 주편(S) 말단부의 미응고 용강에 파이프와 같은 응고수축 결함이 발생된 부위를 절단한다. 그런데, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 주편(S) 하부를 진동시켜 주편(S) 말단부를 진동시킴에 따라, 파이프 결함의 원인이 되는 미응고부의 길이를 감소시킬 수 있다. 또한, 주편(S) 말단부에서의 파이프 결함은 주편(S) 탑부가 선응고되는 경향이 있어, 선 응고에 의한 응고 수축에 의해 형성된다. 그런데 본 발명에서는 주편(S) 하부를 진동시켜 공진 효과에 의해 주편(S) 탑부의 진동을 가장 크게하기 때문에, 주편(S) 탑부에서의 미응고 용강의 유동이 가장 활발이 일어난다. 이러한 용강의 유동은 응고를 억제하며, 주편(S) 탑부의 유동이 다른 영역에 비해 활발하기 때문에, 다른 영역에 비해 먼저 응고되는 문제를 방지할 수 있다. 이로 인해, 주편(S) 말단부에서 미응고 용강에 의한 파이프 결함 발생 부위의 길이가 종래에 비해 감소하게 되고, 이에 절단하는 주편 길이도 감소함으로써, 실수율이 향상된다.

300: 주형 600: 정반
700: 진동 발생 장치 710: 진동 발생 유닛
720: 진동 부재

Claims (12)

1. 내부로 용강이 유입되고, 상기 용강을 냉각시켜 주편을 주조하는 주형;
   승하강이 가능하며, 상기 주형에서 주조된 주편의 하부를 지지한 상태로 하강하여 상기 주형으로부터 주편을 인발시키는 정반;
   상기 주형의 하측에 위치하여, 상기 주형으로부터 인발된 주편을 가이드하면서 냉각시키는 롤 유닛;
   상기 정반과 연결되어, 상기 주편 하부를 지지하는 정반을 진동시키는 진동 발생 장치;
   를 포함하고,
   상기 진동 발생 장치는,
   상기 정반의 외주면과 접촉되도록 체결 및 분리 가능한 진동 부재; 및
   상기 진동 부재와 연결되어 상기 진동 부재를 승하강 시키면서, 상기 진동 부재와 체결 및 분리가 가능한 승하강 유닛;
   을 포함하는 수직형 반연속 주조 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 진동 발생 장치는,
   상기 진동 부재를 진동시키는 진동 발생 유닛;
   을 포함하는 수직형 반연속 주조 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 진동 발생 장치는,
   상기 진동 부재, 진동 발생 유닛 및 승하강 유닛을 탑재하여 정반을 향해 또는 정반 외측으로 수평 이동 가능한 이동 대차;
   를 포함하는 수직형 반연속 주조 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 진동 발생 유닛은 상기 주편 하부를 지지하는 정반을 진동시키는데 있어서, 상기 주편에 공진 효과에 의해 주편 말단부로 갈수록 진동의 크기가 크도록 상기 정반을 진동시키는 수직형 반연속 주조 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 진동 발생 유닛은 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환하는 수단인 수직형 반연속 주조 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 진동 발생 유닛은 초음파 진동용 전원을 발생시키는 전원부 및 일단이 전원부와 연결되고 타단이 진동 부재에 연결되는 도선을 포함하는 수직형 반연속 주조 장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 있어서,
   상기 진동 부재는 중앙 영역이 개구되어 있는 중공형의 형상이며,
   상기 진동 부재의 내측면이 상기 정반의 외주면과 접촉되도록 체결되는 수직형 반연속 주조 장치.
8. 정반을 주형의 하측으로 삽입시키는 과정;
   상기 주형으로 냉각수를 공급하여 용강을 1차 냉각시켜 주편을 주조하는 과정;
   상기 주편 하부를 지지한 상태로 상기 정반을 하강시켜, 주편을 상기 주형으로부터 인발하는 과정;
   상기 정반을 연속하여 하강시키면서, 상기 주형으로부터 인발된 주편을 상기 주형 하측에 배치된 롤 유닛을 통과하도록 가이드하면서 냉각수를 분사하여, 상기 주편을 2차 냉각시키는 과정;
   주조 말기에 상기 주형으로의 용강 공급을 중단하고, 상기 주편의 말단부가 상기 주형 하측에 위치할때까지 상기 주편을 하강시켜, 상기 주형으로부터 주편을 인발하는 과정;
   상기 주편의 말단부가 상기 주형 하측에 위치하도록 인발되면, 상기 정반의 하강을 중지시키는 과정; 및
   상기 주편 하부를 지지하는 상기 정반을 진동시킴으로써, 상기 주편 말단부를 진동시키는 과정;
   을 포함하고,
   상기 주편 하부를 지지하는 상기 정반을 진동시키는데 있어서,
   이동 대차에 상기 정반의 외주면과 접촉되도록 체결 및 분리가 가능한 진동 부재, 상기 진동 부재에 진동을 인가하는 진동 발생 유닛, 상기 진동 부재와 연결되어 상기 진동 부재를 승하강시키고 상기 진동 부재와 체결 및 분리가 가능한 승하강 유닛이 탑재된 상태로, 상기 이동 대차를 수평 이동시켜, 상기 진동 부재가 상기 정반의 하측에 대응 위치하도록 하는 과정;
   상기 승하강 유닛을 이용하여 상기 진동 부재를 상기 정반의 위치까지 상승시켜, 상기 진동 부재와 상기 정반이 상호 접촉되어 체결되도록 하는 과정;
   상기 진동 부재에 연결된 진동 발생 유닛을 동작시켜, 상기 진동 부재를 진동시키는 과정;
   을 포함하는 수직형 반연속 주조 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 주편 하부를 지지하는 상기 정반을 진동시킴으로써, 상기 주편 말단부를 진동시키는 과정에 있어서,
   상기 정반의 진동이 상기 주편으로 전달되며, 상기 진동이 상기 주편 말단부를 향해 전달될 때, 공진(共振) 효과에 의해 상기 주편 말단부의 탑부로 갈 수록 진동의 크기가 점차 커지도록 진동하는 수직형 반연속 주조 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 진동 발생 유닛은 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환하여 상기 정반을 진동시키는 수단인 수직형 반연속 주조 방법.
    
    
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