KR101660773B1 - 주조용 몰드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주편을 주조하는 주조용 몰드에 관한 발명으로서, 주편을 주조하는 주조용 몰드로서, 상기 몰드는 이격되어 서로 대향하도록 구비되어 내부에 주편을 통과시키는 공간을 형성하는 복수의 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 플레이트 중 어느 하나의 내부에 상기 주편의 주조방향으로 분할되어 냉각수를 독립적으로 통과시키며, 상기 주편과 접촉하는 상기 플레이트의 내벽으로부터 서로 다른 거리를 갖도록 형성되는 복수의 유로를 포함하는 것을 특징으로 하고, 몰드의 길이 방향에서 응고쉘의 수축량을 적절하게 조절해줌으로써 주편 표면의 결함이나 몰드의 손상을 억제 혹은 방지할 수 있다.

Description

주조용 몰드{Mold for casting}
본 발명은 주조용 몰드에 관한 것으로서, 더 상세하게는 연속주조공정에서 주편의 품질을 향상시킬 수 있는 주조용 몰드에 관한 것이다.
일반적으로, 주편은 몰드에 수용된 용강이 냉각대를 거쳐 냉각되면서 제조된다. 예컨대, 연속주조공정은 일정한 내부 형상을 갖는 주형에 용강을 주입하고, 주형 내에서 반응고된 주편을 연속적으로 몰드의 하측으로 인발하여 슬라브, 블룸, 빌렛, 빔 블랭크 등과 같은 다양한 형상의 반제품을 제조하는 공정이다. 이러한 연속주조공정에서 주편은 몰드 내에서 1차 냉각되고, 몰드를 통과한 후 주편에 물이 분사되어 2차 냉각되는 과정을 거쳐 응고가 진행된다.
여기에서 몰드는 서로 이격되는 장변 플레이트와, 장변 플레이트의 양쪽에 서로 대향하도록 연결되는 단변 플레이트를 포함하여 구성된다. 이때, 몰드 내에서 용강의 응고 거동은 몰드의 길이 방향에 따라 변화하기 때문에 단변 플레이트을 내측으로 기울어지게 형성하여 용강이 응고되면서 형성되는 응고쉘(주편)의 수축량을 보상하고 있다.
그러나 이와 같은 몰드의 형상이 몰드 길이 방향으로 응고쉘의 수축량을 완전하게 보상할 수 없어 몰드의 하부측에서 주편과 몰드 간의 접촉에 의해 주편 표면에 결함이 발생하고, 몰드가 손상되는 등 다양한 문제점이 발생하고 있다.
JP1993-318035A JP1996-010905A JP1998-128513A
본 발명은 주편 응고 시 몰드의 길이 방향으로 주편의 응고 수축량을 효율적으로 제어할 수 있는 주조용 몰드를 제공한다.
본 발명은 주편의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 주조용 몰드를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 주조용 몰드는, 주편을 주조하는 주조용 몰드로서, 상기 몰드는 이격되어 서로 대향하도록 구비되어 내부에 주편을 통과시키는 공간을 형성하는 복수의 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 플레이트 중 어느 하나의 내부에 상기 주편의 주조방향으로 분할되어 냉각수를 독립적으로 통과시키며, 상기 주편과 접촉하는 상기 플레이트의 내벽으로부터 서로 다른 거리를 갖도록 형성되는 복수의 유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 플레이트는 서로 대향하도록 구비되는 장변 플레이트와, 상기 장변 플레이트의 양쪽에 서로 대향하도록 구비되어 내측으로 하향 경사지게 구비되는 단변 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 복수의 유로는 상기 주편의 주조방향으로 갈수록 상기 플레이트의 내벽에 가깝게 배치될 수 있다.
상기 복수의 유로는 상기 몰드의 길이 방향에서 중심부를 기준으로 상부측에 구비되는 상부 유로와, 상기 중심부를 기준으로 하부측에 구비되는 하부 유로를 포함할 수 있다.
상기 복수의 유로는 상기 몰드의 길이 방향으로 냉각수를 통과시키도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 유로는 상기 몰드의 길이 방향에 대해서 교차하는 방향으로 냉각수를 통과시키도록 형성될 수 있다.
상기 상부 유로는 상기 플레이트의 내벽에서 30 내지 50㎜ 이격될 수 있다.
상기 하부 유로는 상기 플레이트의 내벽에서 5 내지 21㎜ 이격될 수 있다.
상기 하부 유로의 내부 직경은 상기 상부 유로의 내부 직경보다 클 수 있다.
상기 하부 유로는 상기 상부 유로보다 작은 간격을 갖도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 주조용 몰드를 이용하여 제조되는 주편은 주조 중 표면에 발생되는 결함이 현저하게 억제될 수 있다. 즉, 몰드의 길이 방향에서 몰드에 형성되는 냉각수 유로와 몰드의 내벽 간의 거리를 조절하여 용강의 응고 거동을 제어함으로써 몰드의 길이 방향에서 응고셀의 수축량을 제어할 수 있다. 따라서 주편 표면에 발생하는 표면 결함을 억제 혹은 방지하여 주편의 품질을 확보할 수 있다. 이에 따라 제조된 주편을 이용하여 진행되는 후속 공정(압연)에서 발생하는 에지 스캡(edge scab) 등의 결함의 발생을 억제 혹은 방지하여 결함 제거를 위한 정정 작업의 부하도 경감시켜줄 수 있다. 또한, 응고쉘에 의한 몰드의 손상을 억제하여 몰드의 수명 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 연속 주조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 몰드를 도시한 사시도.
도 3은 몰드를 구성하는 플레이트의 구조를 보여주는 도면.
도 4 및 도 5는 냉각수 유로의 다양한 형태를 보여주는 도면.
도 6은 몰드의 경사도와 몰드 내 주편의 수축량을 비교한 그래프.
도 7은 몰드 내 형성되는 냉각수 유로와 몰드 내벽 간 거리에 따른 열전달 계수의 변화를 보여주는 그래프.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 몰드 및 이를 이용한 주조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 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 1은 연속 주조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 몰드를 도시한 사시도이고, 도 3은 몰드를 구성하는 플레이트의 구조를 보여주는 도면이고, 도 4 및 도 5는 냉각수 유로의 다양한 형태를 보여주는 도면이고, 도 6은 몰드의 경사도와 몰드 내 주편의 수축량을 비교한 그래프이고, 도 7은 몰드 내 형성되는 냉각수 유로와 몰드 내벽 간 거리에 따른 열전달 계수의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 1을 참조하여, 일반적인 연속 주조 장치를 설명한다.
연속 주조 장치는 제강공정에서 정련된 용강이 담기는 래들(ladle; 10)과, 래들(10)에 연결되는 주입노즐을 통해 용강을 공급받아 이를 일시 저장하는 턴디쉬(tundish; 20)와, 턴디쉬(20)에 저장된 용강을 전달받아 일정한 형상으로 초기 응고시키는 몰드(mold; 30)를 포함한다. 또한, 몰드(30)의 하부에 구비되어 몰드(30)로부터 인발된 미응고 주편(1)을 냉각시키면서 일련의 성형 작업을 수행하도록 복수의 세그먼트(segment; 50)가 연속적으로 배열되는 냉각라인(40)을 포함한다.
여기에서 몰드(30)는 구리합금으로 제조되며, 이격되어 서로 대향하도록 구비되어 내부에 용강이 수용되는 공간을 형성하는 복수의 플레이트를 포함하여 구성된다. 도 2를 참조하면, 몰드(30)를 구성하는 복수의 플레이트는 서로 대향하는 한 쌍의 장변 플레이트(32)와, 장변 플레이트(32)의 양쪽에 연결되는 한 쌍의 단변 플레이트(34)로 이루어진다. 이때, 장변 플레이트(32)와 단변 플레이트(34)가 연결되는 몰드(30)의 코너부에는 모따기한 형상의 챔퍼드 면이 형성될 수 있다. 몰드(30) 코너부의 챔퍼드 면은 주편의 각 코너부에서의 온도 저하에 따른 주편의 표면 결함을 억제할 수 있다. 또한, 단변 플레이트(34)는 내측으로 하향 경사지게 구비되어 공간은 상부측 폭이 하부측 폭보다 넓은 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다. 이는 용강이 냉각되어 응고쉘(주편)을 형성할 때 몰드(30)의 상부측과 하부측에서, 즉 주편의 주조방향을 따라 응고쉘의 수축량이 다르기 때문에 이를 보상하여 주편의 결함을 억제하기 위함이다.
몰드(30)를 구성하는 단변 플레이트(34)와 장변 플레이트(32) 내부에는 용강을 응고시켜 응고쉘(주편)을 형성하기 위한 냉각수 유로(36)가 형성될 수 있다.
냉각수 유로(36)는 플레이트, 즉 단변 플레이트(34) 및 장변 플레이트(32)의 내부에 냉각수를 통과시킬 수 있도록 구비될 수 있다. 이때, 냉각수 유로(36)는 냉각수를 독립적으로 통과시킬 수 있도록 몰드(30)의 길이 방향으로 복수개로 분할되어 형성될 수 있다. 예컨대, 냉각수 유로(36)는 도 3에 도시된 바와 같이 몰드(30)의 길이 방향에서 중심부를 기준으로 상부 측에 구비되는 상부 유로(36a)와, 중심부를 기준으로 하부측에 구비되는 하부 유로(36b)를 포함할 수 있다. 이때, 상부 유로(36a)와 하부 유로(36b) 간의 거리가 멀수록 응고쉘이 불균하게 응고될 수 있으므로 하부 유로(36b)는 상부 유로(36a)의 직하부에 구비되는 것이 좋다.
여기에서는 냉각수 유로(36)가 몰드(30)의 길이방향에서 중심부를 기준으로 2개로 분할된 것으로 설명하고 있으나, 2개 이상으로 분할하여 구성함으로써 응고쉘의 응고 거동, 예컨대 응고 속도를 더 미세하게 조절할 수도 있다.
상부 유로(36a)와 하부 유로(36b)는 도 4의 a)에 도시된 바와 같이 수평방향으로 형성될 수도 있고, 도 4의 b)에 도시된 바와 같이 상하방향으로 형성될 수도 있다. 또한, 도시되어 있지는 않지만 상부 유로(36a)와 하부 유로(36b)는 서로 다른 방향, 예컨대 상부 유로(36a)는 수평방향, 하부 유로(36b)는 상하방향으로 형성될 수도 있다.
또한, 상부 유로(36a)와 하부 유로(36b)는 서로 다른 간격을 갖도록 형성될 수도 있다. 도 5의 a)를 참조하면, 상부 유로(36a)와 하부 유로(36b)는 동일한 직경을 가지며, 상부 유로(36a)는 제1간격(P1)으로 형성될 수 있고, 하부 유로(36b)는 제1간격(P1)보다 작은 제2간격(P2)을 갖도록 형성될 수도 있다. 이와 같이 하부 유로(36b)를 상부 유로(36a)보다 작은 간격을 갖도록 형성하면 몰드(30) 내에서 냉각수가 차지하는 면적이 증가하여 몰드(30) 하부측에서 응고쉘의 응고를 촉진할 수 있고, 몰드(30)의 상부측에서는 응고쉘의 응고를 지연시킬 수 있다.
그리고 상부 유로(36a)와 하부 유로(36b)는 서로 다른 직경을 갖도록 형성될 수도 있다. 도 5의 b)를 참조하면, 상부 유로(36a)의 직경(D1)보다 하부 유로(36b)의 직경(D2)을 크게 형성하면, 상부 유로(36a)보다 하부 유로(36b)를 통과하는 냉각수의 유량이 증가하여 몰드(30) 상부측에서보다 몰드(30) 하부측에서 응고쉘의 응고를 촉진시킬 수 있다.
본 발명에서 냉각수 유로(36)를 몰드(30)의 길이 방향으로 분할하는 이유는 몰드(30)의 길이방향으로 응고쉘의 수축량이 서로 다르게 때문이다. 다시 설명하면 몰드(30) 내 용강이 응고하는 과정에서 도 6에 도시된 바와 같이 몰드(30)의 상부측에서는 응고쉘의 수축량이 급격하게 증가하다가 몰드(30)의 하부측으로 갈수록 수축량의 증가세가 감소하는 것을 알 수 있다. 몰드(30) 내 용강의 탕면 근처에서는 용강과 몰드(30) 표면과의 온도 차이가 매우 크기 때문에 응고쉘의 수축량이 매우 크고, 몰드(30)의 하부측으로 갈수록, 즉 주편의 주조방향으로 갈수록 응고쉘(주편)과 몰드(30) 표면과의 온도 차이가 감소하기 때문에 응고쉘의 수축량이 점점 감소하게 된다. 그런데 전술한 바와 같이 응고쉘은 주편의 주조 방향, 즉 몰드(30)의 길이 방향으로 수축량이 서로 다르기 때문에 이를 보상하기 위하여 몰드(30)의 단변 플레이트(34)는 내측으로 하향 경사지게 형성된다. 이에 응고쉘의 수축량이 큰 몰드(30)의 상부측에서는 응고쉘과 몰드(30) 표면 사이가 뜨게 되고, 응고쉘의 수축량이 비교적 작은 몰드(30)의 하부측에서는 응고쉘이 몰드(30) 표면에 접촉하여 몰드(30) 표면이 손상되고 응고쉘, 즉 주편의 표면에 결함이 발생하는 문제점이 발생한다. 이에 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 몰드(30) 내에 형성되는 냉각수 유로(36)를 몰드(30)의 길이 방향(주편의 주조방향)으로 분할하여 형성하고, 냉각수 유로(36)와 응고쉘과 접촉하는 몰드(30) 표면 간의 거리(T1, T2)를 조절하여 몰드(30)에서 응고쉘로 전달되는 열량을 조절함으로써 응고쉘(주편)을 균일하게 응고시킬 수 있다. 이를 통해 응고쉘의 수축량이 큰 몰드(30)의 상부측에서는 응고쉘의 수축량을 저감시키고, 응고쉘의 수축량의 비교적 작은 몰드(30)의 하부측에서는 응고쉘의 수축량을 증가시켜 응고쉘의 불균일 응고를 완화함으로써 몰드(30)의 손상 및 주편의 표면 결함을 억제할 수 있다.
이에 따라 상부 유로(36a)는 하부 유로(36b)에 비해 응고쉘과 접촉하는 몰드(30)의 내벽, 즉 장변 플레이트 및 단변 플레이트(이하, 플레이트(32, 34)라 함)의 내벽으로부터 멀리 형성될 수 있다.
도 7은 몰드(30) 내 형성되는 냉각수 유로(36)와 몰드(30) 내벽 간 거리에 따른 열전달 계수의 변화를 보여주고 있다. 열전달 계수는 몰드(30) 내벽, 즉 몰드(30)를 형성하는 플레이트(32, 34) 내벽과 냉각수 유로(36) 간의 거리가 증가할수록 감소한다. 그리고 열전달 계수는 몰드(30)의 길이 방향으로, 즉 몰드(30) 내 탕면으로부터 몰드(30) 하부로 갈수록 일정한 값을 가진다. 다만, 플레이트(32, 34)의 내벽과 냉각수 유로(36) 간의 거리가 5㎜인 경우 몰드(30)의 길이 방향으로 갈수록 열전달 계수가 증가하는 것을 알 수 있다.
이와 같은 원리를 이용하여 몰드(30)를 구성하는 플레이트(32, 34) 내에 냉각수 유로(36)를 형성할 때 냉각수 유로(36)와 플레이트(32, 34) 내벽 간의 거리(T1, T2)를 조절하여 몰드(30) 내에서 응고쉘의 응고 거동을 제어함으로써 응고를 균일하게 진행시킬 수 있다.
상부 유로(36a)과 플레이트(32, 34)의 내벽, 즉 몰드(30) 내벽까지의 거리(T1)는 30㎜ 이상, 바람직하게는 30 내지 50㎜ 정도 일 수 있다. 상부 유로(36a)와 플레이트(32, 34)의 내벽 간의 거리(T1)가 제시된 범위보다 작은 경우에는 응고쉘의 응고가 빨리 진행되어 응고쉘의 수축량이 커지고, 제시된 범위보다 큰 경우에는 응고쉘의 응고가 지나치게 지연될 수 있다. 그리고 하부 유로(36b)와 플레이트(32, 34)의 내벽까지의 거리(T2)는 21㎜ 이하, 바람직하게는 5 내지 21㎜ 정도일 수 있다. 하부 유로(36b)와 플레이트(32, 34)의 내벽 간 거리(T2)가 제시된 범위보다 작은 경우에는 응고쉘의 응고가 지나치게 빨리 진행되어 응고쉘의 수축량이 커지고, 제시된 범위보다 큰 경우에는 응고쉘의 응고가 지연될 수 있다. 따라서 상부 유로(36a) 및 하부 유로(36b)를 플레이트(32, 34)의 내벽으로부터 적절한 위치에 형성하여 몰드(30)의 길이 방향으로 응고가 균일하게 진행될 수 있도록 하여 제조되는 주편의 표면 품질을 향상시키는 동시에, 몰드의 손상을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
10: 래들 20: 턴디쉬
22: 침지노즐 30: 몰드
32: 장변 플레이트 34: 단변 플레이트
36: 냉각수 유로 36a: 상부 유로
36b: 하부 유로

Claims (10)

  1. 주편을 주조하는 주조용 몰드로서,
    상기 몰드는 이격되어 서로 대향하도록 구비되어 내부에 주편을 통과시키는 공간을 형성하는 복수의 플레이트를 포함하고,
    상기 복수의 플레이트는 서로 대향하도록 구비되는 장변 플레이트와, 상기 장변 플레이트의 양쪽에 서로 대향하도록 구비되어 내측으로 하향 경사지게 구비되는 단변 플레이트를 포함하며,
    상기 복수의 플레이트 중 어느 하나의 내부에 상기 주편의 주조방향으로 분할되어 냉각수를 독립적으로 통과시키고, 상기 주편과 접촉하는 상기 플레이트의 내벽으로부터 서로 다른 거리를 갖도록 형성되는 2개 이상의 유로를 포함하고,
    상기 2개 이상의 유로는 상기 몰드의 길이방향으로 응고쉘의 응고 속도를 조절하도록 상기 몰드의 길이방향에서 중심부를 기준으로 상부측에 구비되는 상부 유로와, 상기 중심부를 기준으로 하부측에 구비되는 하부 유로를 포함하며, 상기 하부 유로는 상기 주편의 주조방향으로 갈수록 상기 상부 유로보다 상기 플레이트의 내벽에 가깝게 배치되는 주조용 몰드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 유로와 상기 하부 유로는 상기 몰드의 길이 방향으로 냉각수를 통과시키도록 형성되는 주조용 몰드.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 유로와 상기 하부 유로는 상기 몰드의 길이 방향에 대해서 교차하는 방향으로 냉각수를 통과시키도록 형성되는 주조용 몰드.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 상부 유로는 상기 플레이트의 내벽에서 30 내지 50㎜ 이격되는 주조용 몰드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 하부 유로는 상기 플레이트의 내벽에서 5 내지 21㎜ 이격되는 주조용 몰드.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 하부 유로의 내부 직경은 상기 상부 유로의 내부 직경보다 큰 주조용 몰드.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 하부 유로는 상기 상부 유로보다 작은 간격을 갖도록 배치되는 주조용 몰드.
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