KR101714850B1 - 연속 주조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연속 주조 장치는 한 쌍의 장벽과 상기 한 쌍의 장벽을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함하는 몰드; 및 상기 한 쌍의 단벽의 상하측 거리를 변경하여 상기 몰드의 테이퍼를 조절하는 몰드 폭 가변 장치; 를 포함하고, 상기 몰드 폭 가변 장치는 상기 테이퍼를 감소하는 제1 구간, 상기 테이퍼를 유지하는 제2 구간 및 상기 테이퍼를 증가하는 제3 구간을 시계열적인 순서에 따라 연속적으로 수행하여 상기 테이퍼를 변경할 수 있다.

Description

연속 주조 장치{Apparatus for Continuous Casting}
본 발명은 연속 주조 장치에 관한 것이다.
연속 주조(continuous casting)는 용융 금속을 몰드(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속 주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸 및 빌릿을 제조하는 데 이용된다.
연속 주조 공정에서 주조 중에 슬라브의 목표 폭 값을 변경하기 위해서 몰드 폭을 가변한다. 몰드 폭을 가변하는 경우, 신속하게 몰드 폭을 가변하기 위하여 일 구간에서 몰드 폭의 테이퍼 값을 감소시키는 방법이 이용된다. 다만, 몰드의 테이퍼 값이 0.5% 미만, 특히 음의 값으로 떨어지게 되는 경우, 브레이크 아웃(break out)의 가능성이 높아지는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 테이퍼 값을 임계값 이상으로 유지하여 몰드의 브레이크 아웃의 가능성을 낮출 수 있는 연속 주조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연속 주조 장치는 한 쌍의 장벽과 상기 한 쌍의 장벽을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함하는 몰드; 및 상기 한 쌍의 단벽의 상하측 거리를 변경하여 상기 몰드의 테이퍼를 조절하는 몰드 폭 가변 장치; 를 포함하고, 상기 몰드 폭 가변 장치는 상기 테이퍼를 감소하는 제1 구간, 상기 테이퍼를 유지하는 제2 구간 및 상기 테이퍼를 증가하는 제3 구간을 시계열적인 순서에 따라 연속적으로 수행하여 상기 테이퍼를 변경하고, 상기 제1 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 상측의 이동 속도는 상기 한쌍의 단벽의 하측의 이동 속도보다 빠르고, 제3 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 하측의 이동 속도가 상기 한쌍의 단벽의 상측의 이동 속도보다 빠르고, 상기 제1 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 상측의 이동 속도는 상기 제3 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 상측의 이동 속도보다 느리며, 상기 제1 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 하측의 이동 속도는 상기 제3 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 하측의 이동 속도 보다 느리되, 각 구간의 상기 한쌍의 단벽의 하측의 이동 속도의 변화율은 상측의 이동 속도 변화율과 동일할 수 있다.
또한, 상기 제1 구간의 시구간은 상기 제3 구간의 시구간 보다 짧을 수 있다.
또한, 상기 제2 구간에서 상기 한 쌍의 단벽의 상측의 이동 속도와 상기 한 쌍의 단벽의 하측의 이동 속도는 동일할 수 있다.
또한, 상기 제1 구간의 시작 시점과 상기 제3 구간의 종료 시점에서 상기 테이퍼의 값은 서로 동일할 수 있다.
또한, 상기 제2 구간의 시작 시점에서의 상기 한 쌍의 단벽의 상측 및 하측의 이동 속도 각각은 상기 제2 구간의 종료 시점 시점에서의 상기 한 쌍의 단벽의 상측 및 하측의 이동 속도 각각의 이동 속도 보다 빠를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연속 주조 장치는 몰드의 테이퍼 값을 감소시키는 경우에도 브레이크 아웃의 가능성을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 주조 장치를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 폭 가변 장치의 테이퍼 변경 방법을 나타낸 도면이다.
도 3는 비교예에 따른 몰드의 단벽의 이동 속도 및 이동 경로 그래프이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드의 단벽의 이동 속도 및 이동 경로 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 주조 장치를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 주조 장치는 래들(10), 턴디쉬(20), 몰드(30) 및 몰드 폭 가변 장치(40)를 포함할 수 있고, 추가적으로, 지지롤(50) 및 스프레이 수단(60)을 더 포함할 수 있다.
래들(Ladle, 10)에 수용된 용강(M)은 턴디쉬(Tundish, 20)로 유동하여 이동한다. 턴디쉬(20)는 래들(10)로부터 용융 금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융 금속을 공급한다. 턴디쉬(20)는 몰드(30)로 흘러드는 용융 금속의 공급 속도조절, 몰드(30)로의 용융 금속 분배, 용융 금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등을 할 수 있다.
몰드(30)는 수강된 용강을 1차 냉각한다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 포함한다. 몰드(30)는 한 쌍의 장벽(31)과 한쌍의 장벽 (31)을 연결하는 한 쌍의 단벽(32)을 포함한다. 여기서, 단벽(32)들은 장벽(31)들보다 작은 면적을 가진다. 장벽들(31)은 수직 방향으로 형성되며, 단벽(32)들은 수직 방향 또는 약간 기울어진 경사 방향으로 형성된다. 몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽(32)들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼 (Taper)를 가질 수 있다.
몰드(30)는 몰드(30)에서 뽑아낸 연주 주편이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell)이 형성되도록 하는 역할을 한다.
몰드(30)에 의해 1차 냉각된 용강은 지지롤(50)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 스프레이 수단(60)에 의해 직접 냉각된다. 연주 주편의 응고는 주로 스프레이 수단(60)에 의해 냉각된다.
몰드 폭 가변 장치(40)은 몰드(30)의 벽들, 특히 단벽(32)들을 주편의 목표 폭 값에 따라 오실레이션 하여, 몰드(30)의 단벽(32)들에 의해 정의되는 테이퍼(Taper)를 변경할 수 있다. 테이퍼는 주편의 목표 폭 값에 따라 가변될 수 있는데, 테이퍼는 하기의 수학식 1에 따라 결정된다. 이 때, D_Top은 제1 단벽(32a)와 제2 단벽(32b)의 상측 거리에 해당하고, D_Bottom은 제1 단벽(32a)와 제2 단벽(32b)의 하측 거리에 해당한다.
Figure 112014126010144-pat00001
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 폭 가변 장치(40)의 테이퍼 변경 방법을 나타낸 도면이다.
몰드 폭 가변 장치(40)은 연속 주조 공정에서 주조 중에 주편의 목표 폭 값에 따라 몰드(30)를 오실레이션하여, 테이퍼를 변경할 수 있다. 도 2를 참조하면, 몰드 폭 가변 장치(40)는 세 개의 구간에서 몰드(30)의 제1 단벽(32a)과 제2 단벽(32b)를 서로 다른 방식으로 이동 속도 및 이동 속도를 조절하여 테이퍼를 변경할 수 있다.
구간 ①, 구간 ② 및 구간 ③은 시계열적인 순서에 따라 연속적으로 이어질 수 있다. 몰드 폭 가변 장치(40)는 구간 ①에서 몰드(30)의 테이퍼를 감소시키고, 구간 ②에서 몰드(30)의 테이퍼를 유지시키고, 구간 ③에서 몰드 폭 가변 장치(40)는 몰드(30)의 테이퍼를 증가시킨다.
구간 ①의 종료시에 몰드(30)의 테이퍼 값이 감소하여 0.5% 미만으로 떨어지게 되면 브레이크 아웃(break out) 가능성이 높아지게 된다. 이러한 브레이크 아웃(break out) 가능성은 제1 단벽(32a)과 제2 단벽(32b)의 상측 거리가 제1 단벽(32a)과 제2 단벽(32b)의 하측 거리 보다 짧아서, 몰드(30)의 테이퍼 값이 음의 값을 가질 경우의 역 테이퍼 구간에서 한층 더 높아지게 된다. 예를 들어, 몰드(30)가 역 테이퍼 값을 가지는 경우에 제1 단벽(32a)과 제2 단벽(32b)은 도 2에서 점선으로 도시된 바와 같이 역 테이퍼 형태로 배치될 수 있다.
다만, 주조 중에 몰드(30)의 폭 가변을 신속하게 수행하기 위해서는 역 테이퍼 구간에 진입할 필요가 있다.
도 3는 비교예에 따른 몰드(30)의 단벽(32)의 이동 속도 및 이동 경로 그래프이고, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드(30)의 단벽(32)의 이동 속도 및 이동 경로 그래프이다.
도 3 및 도 4에서 시간 t에서 t0의 구간은 도 2의 구간 ①에 해당하고, 시간 t0에서 시간 t1의 구간은 도2의 구간 ②에 해당하고, 시간 t1에서 시간 t2의 구간은 구간 ③에 해당한다. 또한 L__Top은 제1 단벽(32a) 및 제2 단벽(32b)의 상측 위치를 나타내고, L_Bottom은 제1 단벽(32a) 및 제2 단벽(32b)의 하측 위치를 나타낸다.
도 3 및 도 4에서 상측 위치 L_Top 및 하측 위치 L_Bottom는 양의 이동 속도에서 제1 단벽(32a)과 제2 단벽(32b) 상측 간의 거리 및 하측 간의 거리를 감소시키는 방향으로 이동하는 것으로 가정한다.
먼저 도 3 및 도 4를 참조하면, 구간 ① 내지 구간 ③에서 한 쌍의 단벽의 상측의 이동 속도의 변화율은 상기 한 쌍의 단벽의 하측의 이동 속도의 변화율과 동일할 수 있다.
초기 시간 t에서 상측 위치 L_Top와 하측 위치는 L_Bottom은 모두 위치 Sl에 위치하므로 테이퍼 값은 0%일 수 있다.
시간 t부터 시간 t0까지 상측 위치 L_Top의 이동 속도는 하측 위치 L_Bottom 의 이동 속도 보다 빨라서, 상측 위치 L_Top의 이동 거리가 하측 위치 L_Bottom의 이동 거리보다 더 큰 것을 알 수 있다. 이로써, 앞서 살펴본 바와 같이 테이퍼 값은 감소할 수 있다.
시간 t0부터 시간 t1까지 상측 위치 L_Top의 이동 속도와 하측 위치 L_Bottom 의 이동 속도는 동일하여, 이동 경로의 거리가 동일하다. 따라서, 테이퍼 값은 일정하게 유지될 수 있다.
시간 t1부터 시간 t2까지 상측 위치 L_Top의 이동 속도는 하측 위치 L_Bottom 의 이동 속도 보다 느리므로, 상측 위치 L_Top의 이동 거리가 하측 위치 L_Bottom의 이동 거리보다 더 작다. 따라서, 시간 t1부터 시간 t2까지 테이퍼 값은 증가할 수 있다.
종료 시간 t2에서 상측 위치 L_Top와 하측 위치는 L_Bottom은 모두 위치 Sf에 위치하므로 테이퍼 값은 0%일 수 있다.
전술한 예에서는 초기 테이퍼 값을 0으로 가정하였으나, 다른 예로 테이퍼 값이 역 테이퍼 값을 가지는 것을 방지하기 위하여, 초기에 1%의 테이퍼 값을 설정하고, t0 시점에 최대 0.2%의 테이퍼 값을 가지도록 몰드(30)를 오실레이션 할 수 있다.
도 3과 도 4를 비교하면, 도 3의 비교예는 시간 t부터 시간 t0까지의 구간은 시간 t1부터 시간 t2까지의 구간과 시구간이 동일하고, 시간 t0부터 t1까지의 구간에서 단벽은 이동 속도 Vm로 이동하는 반면에, 도 4의 본 발명의 일 실시예는 시간 t부터 시간 t0까지는 구간은 시간 t1부터 시간 t2까지의 구간 보다 시구간이 짧고, 시간 t0부터 t1까지의 구간에서 단벽은 이동 속도 Vm`로 이동하는 것을 알 수 있다. 이 때, 속도 Vm`는 속도 Vm 보다 느릴 수 있다.
통상적으로, 테이퍼 값의 감소량은 시간 t부터 시간 t0에서의 이동 속도 및 이동 경로에 따라 결정되는데, 종료 시간 t2에서 테이퍼 값을 초기 시간 t0의 값과 동일하도록 설정하기 위하여 도 3의 비교예에 도시된 바와 같이 시간 t부터 시간 t0까지의 구간은 시간 t1부터 시간 t2까지의 구간과 동일하게 설계된다.
다만, 이 경우, 초기 테이퍼 값이 0%으로 설정되는 경우, 시간 t0부터 시간 t1까지의 구간에서 테이퍼 값이 음수를 가질 수 있으며, 초기 테이퍼 값이 1%로 설정되는 경우라도 테이퍼 값이 극도로 낮아지게 되어 브레이크 아웃의 가능성이 존재한다.
본 실시예에 따르면, 시간 t부터 시간 t0까지는 구간을 시간 t1부터 시간 t2까지의 구간 보다 짧게 설정하되, 시간 t0부터 t1까지의 구간에서 단벽은 이동 속도 Vm 보다 느린 Vm`으로 이동한다.
시간 t부터 시간 t0까지는 구간을 시간 t1부터 시간 t2까지의 구간 보다 짧게 설정하여, 비교예와 대비하여 볼 때, 도 2의 구간 ①에서의 테이퍼 값의 감소량을 낮출 수 있다.
시간 t0부터 시간 t1까지는 이동 속도는 속도 Vm 보다 느린 속도 Vm`를 유지하여 비교예와 대비하여 볼 때 더 적은 거리를 이동하나, 시간 t1부터 시간 t2까지의 시구간 동안 하측 위치 L_Bottom을 비교예 보다 더 많이 이동시켜 시간 t2의 종료 시점에 본 실시예와 비교예는 동일한 거리를 이동하게 됨을 알 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 래들
20: 턴디쉬
30: 몰드
31: 장벽들
31a: 제1 장벽
31b: 제2 장벽
32: 단벽들
32a: 제1 단벽
32b: 제2 단벽
40: 몰드 폭 가변 장치
50: 지지롤
60: 스프레이 수단

Claims (8)

  1. 한 쌍의 장벽과 상기 한 쌍의 장벽을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함하는 몰드; 및
    상기 한 쌍의 단벽의 상하측 거리를 변경하여 상기 몰드의 테이퍼를 조절하는 몰드 폭 가변 장치; 를 포함하고,
    상기 몰드 폭 가변 장치는 상기 테이퍼를 감소하는 제1 구간, 상기 테이퍼를 유지하는 제2 구간 및 상기 테이퍼를 증가하는 제3 구간을 시계열적인 순서에 따라 연속적으로 수행하여 상기 테이퍼를 변경하고,
    상기 제1 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 상측의 이동 속도는 상기 한쌍의 단벽의 하측의 이동 속도보다 빠르고, 제3 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 하측의 이동 속도가 상기 한쌍의 단벽의 상측의 이동 속도보다 빠르고, 상기 제1 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 상측의 이동 속도의 최고값은 상기 제3 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 상측의 이동 속도의 최고값보다 작고, 상기 제1 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 하측의 이동 속도의 최고값은 상기 제3 구간에서 상기 한쌍의 단벽의 하측의 이동 속도의 최고값 보다 작되, 각 구간의 상기 한쌍의 단벽의 하측의 이동 속도의 변화율은 상측의 이동 속도 변화율과 동일하고, 상기 제1 구간의 시구간은 상기 제3 구간의 시구간보다 짧은 연속 주조 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구간에서 상기 한 쌍의 단벽의 상측의 이동 속도와 상기 한 쌍의 단벽의 하측의 이동 속도는 동일한 연속 주조 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구간의 시작 시점과 상기 제3 구간의 종료 시점에서 상기 테이퍼의 값은 서로 동일한 연속 주조 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구간의 시작 시점에서의 상기 한 쌍의 단벽의 상측 및 하측의 이동 속도 각각은 상기 제2 구간의 종료 시점 시점에서의 상기 한 쌍의 단벽의 상측 및 하측의 이동 속도 각각의 이동 속도 보다 빠른 연속 주조 장치.
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Patent event date: 20160519

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20161121

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20160519

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
PX0901 Re-examination

Patent event code: PX09011S01I

Patent event date: 20161121

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX09012R01I

Patent event date: 20160714

Comment text: Amendment to Specification, etc.

PX0701 Decision of registration after re-examination

Patent event date: 20170104

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event code: PX07013S01D

Patent event date: 20161222

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX07012R01I

Patent event date: 20161121

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX07011S01I

Patent event date: 20160714

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX07012R01I

X701 Decision to grant (after re-examination)
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