KR101670123B1 - 용강의 연속 주조 방법 - Google Patents

용강의 연속 주조 방법 Download PDF

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Abstract

용강의 연속 주조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 용강의 연속 주조 방법은 턴디쉬(Turndish)에 수용된 용강의 온도 및 용강의 성분 농도를 측정하는 단계, 측정된 온도 및 성분 농도를 이용하여 상관 지수를 산출하는 단계 및 산출한 상관 지수를 이용하여 용강이 몰드(Mold)로 토출되는 침지 노즐의 상태를 판정하는 단계를 포함한다.

Description

용강의 연속 주조 방법 {CONTINUOUS CASTING METHOD OF MOLEN STEEL}
본 발명은 용강의 연속 주조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연속 주조기는 제강로에서 생산되어 래들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(turndish)에 받았다가 연속 주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 슬라브 등을 생산하는 설비이다.
연속 주조기는 용강을 저장하는 래들, 턴디쉬 및 턴디쉬에서 토출되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 주물로 형성하는 연속 주조기용 몰드와, 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 주물을 이동시키는 다수의 롤러를 포함한다.
다시 말해서, 래들과 턴디쉬에서 토출된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께를 가지는 슬라브(slab) 또는 블룸(bloom), 빌렛(billet) 등의 주물로 형성되어 핀치롤러를 통해 이송되는 것이다.
턴디쉬에서 몰드로 토출되는 용강의 양은 턴디쉬에 부착된 스토퍼(Stopper)의 높이에 의해 결정되며, 용강은 턴디쉬의 침지 노즐을 통해 몰드로 공급된다.
이러한 침지 노즐의 표면에 용강 내에 존재하는 비금속 개재물이 응집되어 부착(클로깅, Clogging)된 후 탈락(언클로깅, Unclogging)되는 현상이 발생하면, 비금속 개재물이 몰드 내로 혼입되어 최종적으로 주물의 품질을 저하시킨다.
또한, 용강 토출량의 변화로 인해 몰드의 탕면 레벨이 급격이 변화하게 되며 이로 인해 몰드 파우도 혼입 등에 따른 주물의 결함을 유발한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0071221호(2009.07.01, 침지노즐의 막힘 예측 방법 및 장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 주물의 품질을 용이하게 관리할 수 있는 용강의 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 턴디쉬(Turndish)에 수용된 용강의 온도 및 용강의 성분 농도를 측정하는 단계, 측정된 온도 및 성분 농도를 이용하여 상관 지수를 산출하는 단계 및 산출한 상관 지수를 이용하여 용강이 몰드(Mold)로 토출되는 침지 노즐의 상태를 판정하는 단계를 포함하는 용강의 연속 주조 방법이 제공된다.
측정하는 성분 농도는 용강 중의 칼슘(Ca), 규소(Si), 황(S) 및 알루미늄(Al)의 농도를 포함하고, 상관 지수를 산출하는 단계는 하기의 수학식에 의하여 산출될 수 있다.
(수학식)
X=0.4*T과열+0.7*[Si]+0.3*[Ca]/([S]*[Al])
(X: 상관 지수(단위 없음), T과열: 용강 과열도[℃]=용강의 온도[℃]- 용강의 이론 응고 온도[℃], [Si]: 턴디쉬에 수용된 용강 중의 규소 농도, [Ca]: 턴디쉬에 수용된 용강 중의 칼슘 농도, [S]: 턴디쉬에 수용된 용강 중의 황 농도, [Al]: 턴디쉬에 수용된 용강 중의 알루미늄 농도, [Si][Ca][S][Al]의 단위는 중량%이며, 비례상수 0.4의 단위는 ℃-1, 비례상수 0.7의 단위는 [중량%]-1, 비례상수 0.3의 단위는 [중량%])
용강이 몰드로 토출되는 침지 노즐의 상태를 판정하는 단계는 상관 지수가 16 이하인 경우, 침지 노즐의 상태가 불량한 것으로 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
용강의 연속 주조 방법은 침지 노즐의 상태가 불량한 것으로 판정하는 단계 이후에, 침지 노즐에 대한 세척을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
용강이 몰드로 토출되는 침지 노즐의 상태를 판정하는 단계는 상관 지수가 16 초과인 경우, 침지 노즐의 상태가 양호한 것으로 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 주물의 품질을 용이하게 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 연속 주조 방법을 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예가 적용되는 연속 주조 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상관 지수의 인자 및 상관 지수와 레벨 적중도의 관계를 나타내는 도면.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
이하, 본 발명에 따른 용강의 연속 주조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 연속 주조 방법을 나타내는 순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예가 적용된 연속 주조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상관 지수의 인자 및 상관 지수와 레벨 적중도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 연속 주조 방법은 턴디쉬(Turndish)에 수용된 용강의 온도 및 용강의 성분 농도를 측정하는 단계(S100)로부터 시작된다.
도 2를 참고하면 턴디쉬(Turndish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용강(M)을 받아 몰드(Mold, 30)로 용강(M)을 공급할 수 있다.
래들(10)은 한 쌍으로 구비될 수 있고, 교대로 용강(M)을 받아서 턴디쉬(20)에 공급할 수 있다. 래들(10)로부터 턴디쉬(20)로 토출되는 용강(M)은 정련이 완료된 것으로, 목적하는 최종 제품에 따라 2차 정련 과정(LF공정, 탈가스 공정)이 일부 또는 전부 생략된 것일 수 있다.
턴디쉬(20)는 몰드(30)로 토출되는 용강(M)의 공급량 및 공급 속도를 조절할 수 있고, 용강(M)의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물의 분리 등이 이루어질 수 있다. 턴디쉬(20)에 수용된 용강(M)은 턴디쉬(20)에 설치되고 몰드(30) 내로 연장하는 침지 노즐(21)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 된다.
침지 노즐(21)을 통한 용강(M)의 토출 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지 노즐(21)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스토퍼(Stopper, 22)에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로 스토퍼(22)는 침지 노즐(21)의 입구를 개폐하도록 침지 노즐(21)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다.
몰드(30) 내의 용강(M)의 표면에는 용강(M)의 산화 방지, 보온 및 용강(M)의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수 등을 위해 몰드 파우더(31)가 첨가될 수 있다.
주물의 안정적인 주조를 위해서 몰드(30)의 하단에서부터 몰드 파우더(31)의 표면까지로 정의되는 몰드레벨(L)은 안정적으로 유지되는 것이 바람직하다. 이 때, 통상 관리 기준은 목표하는 몰드레벨(L)로부터 ±3mm의 허용범위를 가질 수 있다. 또한 몰드레벨(L)의 관리를 위해 레벨적중률을 이용할 수 있다.
일정한 시간 간격마다 몰드레벨(L)을 측정하고, 몰드레벨(L)이 허용 범위 이내인 횟수를 이용하여 레벨적중률을 산출할 수 있다. 즉, 레벨적중률은 하기의 식으로 표현될 수 있다. 레벨적중률은 안정적인 연속 주조를 위해 95%이상으로 관리되는 것이 통상적이다.
레벨적중률(%)=몰드레벨이 허용 범위 이내로 측정된 회수/전체 측정횟수*100
몰드레벨(L)은 몰드(30)의 전체 길이(L1)에서 몰드(30)의 상단에서부터 몰드 파우더(31)까지의 길이(L2)를 측정하고 뺄셈을 통해 계산될 수 있다.
침지 노즐(21)은 고온의 조건에서 장시간 사용이 가능할 수 있도록 내화물 재질을 사용할 수 있다. 용강(M) 내에 존재하는 비금속 개재물이 내화물 표면에 응집하여 부착(클로깅, Clogging)되고 다시 탈락(언클로깅, Unclogging)될 수 있다.
이러한 현상이 발생하면 탈락한 비금속 개재물이 몰드(30) 내로 혼입되어 최종적으로 주물의 품질을 저하시킬 수 있다. 또한 몰드레벨(L)에 급격한 변동이 발생하게 되어 몰드 파우더(31)가 몰드(30) 내로 혼입되는 등의 결함을 유발하며, 상술한 레벨적중률을 감소시킬 수 있다.
턴디쉬(20)에 수용된 용강(M)의 온도 및 용강(M)의 성분 농도는 공지의 온도 측정 방식 및 농도 측정 방식 등에 의해 측정될 수 있다.
다음으로, 측정된 온도 및 성분 농도를 이용하여 상관 지수를 산출한다(S200).
측정하는 성분 농도는 용강(M) 중의 칼슘(Ca), 규소(Si), 황(S) 및 알루미늄(Al)의 농도를 포함하고, 상관 지수를 산출하는 단계는 하기의 수학식에 의하여 산출될 수 있다.
(수학식)
X=0.4*T과열+0.7*[Si]+0.3*[Ca]/([S]*[Al])
(X: 상관 지수(단위 없음), T과열: 용강(M) 과열도[℃]=용강(M)의 온도[℃]- 용강(M)의 이론 응고 온도[℃], [Si]: 턴디쉬(20)에 수용된 용강(M) 중의 규소 농도, [Ca]: 턴디쉬(20)에 수용된 용강(M) 중의 칼슘 농도, [S]: 턴디쉬(20)에 수용된 용강(M) 중의 황 농도, [Al]: 턴디쉬(20)에 수용된 용강(M) 중의 알루미늄 농도, [Si][Ca][S][Al]의 단위는 중량%이며, 비례상수 0.4의 단위는 ℃-1, 비례상수 0.7의 단위는 [중량%]-1, 비례상수 0.3의 단위는 [중량%])
도 3을 참고하여, 상기 수학식의 각 인자들과 몰드레벨 적중률과의 관계를 설명한다. 도 3은 탄소 함량이 0.07~0.017 wt%인 저탄~중탄소강을 대상으로 클로깅에 영향을 미치는 주요 인자 및 영향도를 평가한 것이다. 한편, 이하의 설명에서 사용되는 농도란 중량%(wt%) 를 의미할 수 있다.
T과열 는 용강(M)의 과열도를 나타내는 값으로, 용강(M)의 실제 온도와 해당 용강(M)의 이론 응고 온도와의 차이에 의해 산출할 수 있다. 용강(M)의 온도가 높을수록 비금속 개재물의 생성이 억제되고, 용강(M)의 유동성이 높으므로 클로깅 및 언클로깅 현상이 발생할 가능성이 낮다. 따라서, 용강(M)의 과열도가 증가할수록 레벨적중률은 증가한다.
[Si] 는 턴디쉬(20)에 수용된 용강(M) 중의 규소 농도를 나타내는데, 용강(M) 중의 규소는 침지 노즐(21)의 표면에 부착되어 침지 노즐(21)의 막힘을 유발할 수 있는 CaS를 CaO로 산화시킬 수 있다. 따라서 용강(M) 중의 규소농도가 높을수록 클로깅 및 언클로깅 현상이 발생할 가능성이 낮아 레벨적중률은 증가하는 경향을 보인다.
[Ca], [S] 및 [Al] 는 각각 턴디쉬(20)에 수용된 용강(M) 중의 칼슘 농도, 황 농도 및 알루미늄 농도를 의미한다. [Ca]는 상술한 액상 개재물인 CaO 형성에 영향을 미치므로 [Ca] 농도가 증가할수록 클로깅 및 언클로깅 현상이 발생할 가능성이 낮아 레벨적중률이 증가한다. [S] 및 [Al]은 CaS, Al2O3 등의 비금속 개재물 생성을 촉진하는 역할을 하므로 그 농도가 증가할수록 클로깅 및 언클로깅 현상이 발생할 가능성이 높아지고 레벨적중률은 감소할 수 있다.
상관 지수는 상술한 수학식에 의해 산출되는 값으로 상관 지수가 높을수록 레벨적중률은 증가하는 경향을 보인다.
다음으로 산출한 상관 지수를 이용하여 용강(M)이 몰드(30)로 토출되는 침지 노즐(21)의 상태를 판정한다(S300).
용강(M)이 몰드(30)로 토출되는 침지 노즐(21)의 상태를 판정하는 단계는, 상관 지수가 16 이하인 경우 침지 노즐(21)의 상태가 불량한 것으로 판정하는 단계를 포함할 수 있고(S310), 상관 지수가 16 초과인 경우 침지 노즐(21)의 상태가 양호한 것으로 판정하는 단계(S320)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 레벨적중률은 95% 이상으로 관리됨이 바람직한데, 상기의 수학식에 의해 산출되어 95%의 레벨적중률에 대응하는 상관지수는 16일 수 있다. 따라서 상기의 수학식에 따라 산출한 상관지수가 16 이하인 경우는 레벨적중률은 95%미만으로 떨어지고 이에 따라 턴디쉬(20)에서 용강(M)을 토출하는 침지 노즐(21)을 불량한 것으로 판정할 수 있다. 반대로 산출한 상관지수가 16 초과인 경우에는 레벨적중률은 95%이상으로 증가하므로 침지 노즐(21)을 양호한 것으로 판정할 수 있다.
여기서 침지 노즐(21)에 비금속 개재물이 부착되어 클로깅 및 언클로깅이 빈번하게 발생하여 레벨적중률이 95% 미만인 상태를 불량이라고 할 수 있다. 또한, 이러한 상태를 침지 노즐(21)이 막혔다고 판정할 수 있다.
한편, 상기의 수학식에서 각 인자의 계수는 고정된 값이 아니라 변동될 수 있고 이에 따라 침지 노즐(21)의 상태를 판정하는 상관 지수의 값은 16이 아닌 다른 값이 될 수 있다. 따라서, 각 인자의 계수를 본 발명과 달리하며, 침지 노즐(21)의 상태를 판정하는 상관 지수의 값을 본 발명과 달리하더라도 본 발명의 범위에 속할 수 있다.
용강의 연속 주조 방법은 침지 노즐(21)의 상태가 불량한 것으로 판정하는 단계(S310) 이후에 침지 노즐(21)에 대한 세척을 실시하는 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
상기의 수학식에 의해 산출한 상관 지수가 16 이하인 경우에는 침지 노즐(21)의 상태가 불량한 것으로 판정하여 침지 노즐(21)이 막힌 것으로 판정할 수 있다. 이렇게 되면, 침지 노즐(21)에 부착된 비금속 개재물을 제거하는 침지 노즐(21) 세척 단계를 거칠 수 있다.
비금속 개재물을 제거하기 위해 래들(10) 또는 턴디쉬(20)의 용강(M) 내에 Ca를 첨가하여 비금속 개재물을 산화시키는 것일 수 있다. 또한, 상술한 각 인자들의 농도를 증가 또는 감소시켜 상관 지수를 증가시킴으로써 침지 노즐(21)을 세척할 수 있다.
이렇게 함으로써. 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 연속 주조 방법은 연속 주조 장치에 의해 생산되는 주물의 품질을 용이하게 관리할 수 있다.
즉, 용강(M)의 온도 및 용강(M)의 성분 농도를 측정하여 산출한 상관 지수를 이용해 침지 노즐(21)의 상태를 판정할 수 있다. 이에 따라, 침지 노즐(21)을 세척함으로써 안정적인 몰드레벨(L) 및 레벨 적중률을 유지할 수 있어 연속 주조 장치에서 생산되는 주물의 품질을 용이하게 관리할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
M: 용강
L: 몰드레벨
10: 래들
20: 턴디쉬
21: 침지 노즐
22: 스토퍼
30: 몰드
31: 몰드 파우더

Claims (5)

  1. 턴디쉬(Turndish)에 수용된 용강의 온도 및 상기 용강의 성분 농도를 측정하는 단계;
    측정된 상기 온도 및 상기 성분 농도를 이용하여 상관 지수를 산출하는 단계; 및
    산출한 상기 상관 지수를 이용하여 상기 용강이 몰드(Mold)로 토출되는 침지 노즐에 대하여 상기 용강 내의 비금속 개재물의 클로깅 및 언클로깅 가능성 및 레벨적중률을 판정하는 단계;를 포함하고,
    측정하는 상기 성분 농도는 상기 용강 중의 칼슘(Ca), 규소(Si), 황(S) 및 알루미늄(Al)의 농도를 포함하고,
    상기 상관 지수를 산출하는 단계는
    하기의 수학식에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 용강의 연속 주조 방법.
    (수학식)
    X=0.4*T과열+0.7*[Si]+0.3*[Ca]/([S]*[Al])
    (X: 상관 지수(단위 없음), T과열: 용강 과열도[℃]=용강의 온도[℃]- 용강의 이론 응고 온도[℃], [Si]: 턴디쉬에 수용된 용강 중의 규소 농도, [Ca]: 턴디쉬에 수용된 용강 중의 칼슘 농도, [S]: 턴디쉬에 수용된 용강 중의 황 농도, [Al]: 턴디쉬에 수용된 용강 중의 알루미늄 농도, [Si][Ca][S][Al]의 단위는 중량%이며, 비례상수 0.4의 단위는 ℃-1, 비례상수 0.7의 단위는 [중량%]-1, 비례상수 0.3의 단위는 [중량%] )
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용강이 몰드로 토출되는 침지 노즐에 대하여 상기 클로깅 및 언클로깅 가능성 및 상기 레벨적중률을 판정하는 단계는
    상기 상관 지수가 16 이하 인지 여부를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용강의 연속 주조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상관 지수가 16 이하로 판정되는 경우,
    상기 침지 노즐에 대한 세척을 실시하는 단계;
    를 더 포함하는 용강의 연속 주조 방법.
  5. 삭제
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