KR101998970B1

KR101998970B1 - 연속 주조 장치

Info

Publication number: KR101998970B1
Application number: KR1020170154085A
Authority: KR
Inventors: 배일신
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-07-10
Also published as: KR20190056784A; WO2019098731A1

Abstract

본 발명은 연속 주조 장치에 관한 것으로, 이는 몰드로부터 진행하는 주편을 지지하는 복수의 안내롤러를 구비한 연속 주조 장치에 있어서, 상기 복수의 안내롤러 사이에는 상기 주편을 향해 냉각수를 분사하는 냉각수 분사노즐이 설치되고, 상기 냉각수의 비수밀도가 일정 값 미만인 구간에서, 안내롤러는, 냉각수가 순환되게 하는 순환유로를 갖춘 제1안내롤러인 것을 특징으로 하여, 안내롤러의 손상을 염려하지 않고 응고층의 부풀음 현상에 의한 몰드에서의 탕면 변동 현상이 저감되어 높은 주조 속도를 장시간에 걸쳐 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

Description

연속 주조 장치 {CONTINUOUS CASTING APPARATUS}

본 발명은 고열에 의한 손상이 발생할 염려가 없으면서도 응고층의 부풀음 현상을 최소화하는 소직경(小直徑)의 안내롤러가 배치된 연속 주조 장치에 관한 것이다.

도 1에는 종래기술에 따른 연속 주조 장치의 한 예가 도시되어 있으며, 도 2에는 도 1에 도시된 연속 주조 장치에 구비된 냉각수 분사노즐이 나타나 있다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 연속 주조 장치는 용융 금속이 진입되는 몰드(10)와, 이 몰드의 배출측에 연속으로 배치되어 주편(1)의 이동을 안내하는 안내롤러(20)의 열로 구성된다. 또한, 안내롤러들 사이사이에는 주편을 냉각하기 위한 냉각수 분사노즐(30)이 복수로 배치되어 있다.

이러한 연속 주조 장치에서 높은 속도로 주조할 때에는 여러 가지 문제점이 발생할 수 있는데, 주조 속도가 높아질수록 몰드(10)에서의 용융 금속 계면이 주기적으로 오르내리는 탕면 변동 현상이 심화되는 문제가 대표적이다. 이와 같은 탕면 변동 현상은 몰드에서의 초기 응고 불량을 야기하거나, 심한 경우에는 반응고된 주편(1)의 응고된 외각(外殼) 또는 응고층이 파열되면서 내부의 미응고된 용융 금속이 쏟아져 나오는 사고가 발생하기도 한다.

이러한 탕면 변동 현상은 주편 내부의 미응고된 용융 금속의 무게, 즉 압력에 의하여 응고된 외각이 안내롤러(20)들 사이의 공간에서 미세하게 부풀어 오르는 현상(이하, 응고층의 부풀음 현상이라 함)에 기인하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 안내롤러들 사이의 거리(이하, 롤러 피치라 함)를 최소화하면 응고층 부풀음 현상을 저감할 수 있다. 그러나 롤러 피치를 감소시키기 위해서는 안내롤러의 직경을 감소시켜야 한다. 이것은 안내롤러의 기계적 강성을 감소시키는 문제가 있다. 이에 따라 소직경의 안내롤러는 기계적 강성을 확보하기 위하여 그 길이방향을 따라 일정 영역으로 분할하여 형성된 롤러(이하, 분할된 롤러라 함)로 구현될 수 있다.

한편, 냉각수 분사노즐(30)은 연속 주조 장치에서 반응고 상태로 진행 중인 주편(1)의 외면에 냉각수를 고속으로 분사함으로써 주편을 냉각한다. 분사되는 냉각수는 주편의 냉각 효율을 극대화하기 위하여 주편의 외면에 충돌하도록 조준하여 배치되는데, 분사되는 냉각수의 일부가 냉각수 분사노즐의 근처에 있는 안내롤러(20)의 표면에 충돌하거나, 주편의 외면에 충돌한 후 잔류하여 흐르는 냉각수가 안내롤러의 표면에 접촉하여, 안내롤러를 냉각한다. 그러나 냉각수의 유량은 주편의 표면 온도가 목표 온도로 될 수 있도록 정밀하게 설계 및 제어되므로 안내롤러까지 냉각시키기에는 충분하지 않다. 따라서, 종래기술에 따른 연속 주조 장치는 냉각수가 순환되게 하는 순환유로를 갖춘 안내롤러를 구비하는 것이 통상적이다.

냉각수가 순환되게 하는 순환유로를 갖춘 안내롤러는 그 내부에 냉각수가 원활히 유동할 수 있는 순환유로 구조를 갖추어야 하므로 안내롤러의 직경이 충분히 커야 한다. 특히 분할된 롤러는 그 길이 방향 중간에 필수적으로 하중을 지지하기 위한 축받이 목(Axle Journal)이 구비되어야 하는데, 축받이 목은 분할된 롤러의 다른 부분에 비하여 직경이 현저히 작을 수밖에 없다. 이에 따라, 분할된 롤러의 경우에는 그 내부에 냉각수를 순환시키는 구조를 설계하는 데에 더욱 제한이 생긴다.

결국, 안내롤러의 직경을 고속 주조에 적합할 정도로 충분히 작게 할 수 없으며, 이로 인한 몰드에서의 탕면 변동 현상은 주조 속도의 상승을 제한한다.

(특허문헌 1) US 6308769 B1

이에 본 발명은 고열에 의한 손상이 발생할 염려가 없으면서도 응고층의 부풀음 현상을 최소화하는 소직경의 안내롤러가 배치된 연속 주조 장치를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명에 따른 연속 주조 장치는, 몰드로부터 진행하는 주편을 지지하는 복수의 안내롤러를 구비한 연속 주조 장치에 있어서, 상기 복수의 안내롤러 사이에는 상기 주편을 향해 냉각수를 분사하는 냉각수 분사노즐이 설치되고, 상기 냉각수의 비수밀도가 일정 값 미만인 구간에서, 안내롤러는, 냉각수가 순환되게 하는 순환유로를 갖춘 제1안내롤러이며, 상기 냉각수의 비수밀도가 상기 일정 값 이상으로 유지되는 구간에서는, 안내롤러가 50 mm ~ 150 mm의 직경을 가진 제2안내롤러이고, 상기 제2안내롤러는 내부에 냉각수의 순환을 위한 순환유로가 없는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 안내롤러의 손상을 염려하지 않고 응고층의 부풀음 현상에 의한 몰드에서의 탕면 변동 현상이 저감되어 높은 주조 속도를 장시간에 걸쳐 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 연속 주조 장치의 한 예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 연속 주조 장치에 구비된 냉각수 분사노즐을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 냉각수의 비수밀도 분포도이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 모식도로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연속 주조 장치는, 몰드(10)로부터 진행하는 주편(1)을 지지하는 복수의 안내롤러(20)를 구비한 연속 주조 장치에 있어서, 복수의 안내롤러 사이에는 주편을 향해 냉각수를 분사하는 냉각수 분사노즐(30)이 설치되고, 냉각수의 비수밀도가 일정 값 미만인 구간에서, 안내롤러는, 냉각수가 순환되게 하는 순환유로를 갖춘 제1안내롤러(21)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연속 주조 장치는, 용융 금속이 진입되는 몰드(10)와, 이 몰드의 배출측에 연속으로 배치되어 주편(1)의 이동을 안내하는 복수의 안내롤러(20)를 포함한다. 또한, 안내롤러들 사이사이에는 주편을 냉각하기 위한 냉각수 분사노즐(30)이 복수로 배치되어 있다.

본 발명에 따른 연속 주조 장치는 주조 속도를 상승시키는 것을 지향하며, 이를 위해 안내롤러(20)의 직경을 감소시킴으로써 안내롤러들 사이의 롤러 피치를 최소화하여 응고층 부풀음 현상을 저감하고자 한다.

예컨대, 5 m/min 이상의 주조 속도를 장시간 동안 안정적으로 유지하려면, 안내롤러의 직경이 수십 밀리미터(mm)에서 200 밀리미터 이하의 소직경으로 감소될 필요가 있다.

하지만, 안내롤러의 직경을 감소시키면, 기계적 강성이 줄어들게 된다. 이에 따라 소직경의 안내롤러는 기계적 강성을 확보하기 위하여 그 길이방향을 따라 일정 영역으로 분할하여 형성된 롤러로 구현될 수 있다. 바람직하기로는 3분할 이상으로 분할된 롤러이다.

이와 같이 분할된 롤러는 그 길이방향 중간에 필수적으로 하중을 지지하기 위한 축받이 목이 구비되어야 한다. 축받이 목은 분할된 롤러의 다른 부분에 비하여 직경이 현저히 작을 수밖에 없다. 이에 따라, 분할된 롤러에는 그 내부에 냉각수를 순환시키는 구조를 설계하는 데에 제한이 생긴다.

구체적으로, 내부에 냉각수의 순환유로를 구성하기 위해서는 충분한 유로 단면적이 확보되어야 하지만, 롤러의 직경이 작다면 축받이 목의 직경은 더욱 작아지게 되고, 그 내부에 형성되어야 할 냉각수의 순환유로의 단면적은 크게 제한되는 것이다.

그러므로, 어느 정도의 직경 이하의 안내롤러의 경우에는 그 내부에 냉각수가 순환하는 순환유로를 구성하는 것이 불가능하다.

한편, 주조 속도가 높을수록 진행 중인 주편에서의 특정 지점은 냉각수 분사노즐에서 분사되는 냉각수와 충돌하는 구간을 빠르게 통과하게 된다. 이에 따라 주편을 짧은 시간에 빠르게 냉각할 수 있도록 분사되는 냉각수의 밀도(이하 비수밀도라 함)를 최대화하는 것이 좋다.

예를 들어, 비수밀도가 약 1000 L/min.m² 이상인 구간에서는, 안내롤러의 표면에 닿는 냉각수, 즉 분사되는 냉각수 또는 잔류하여 흐르는 냉각수가 충분히 많기 때문에, 고열에 의한 손상의 염려 없이 냉각수의 내부 순환이 적용되지 않은 소직경의 안내롤러를 적용할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 연속 주조 장치는, 강종, 주조 속도 등을 포함하는 다양한 공정 조건에 의해 조정되는 냉각수의 비수밀도를 고려하여, 비수밀도가 1000 L/min.m² 이상으로 상시 유지되는 구간에서는 응고층의 부풀음 현상을 요구되는 수준으로 저감하기 위해 대략 50 mm ~ 150 mm의 직경을 가진 소직경의 제2안내롤러(22)를 배치한 것을 특징으로 한다. 이러한 소직경의 제2안내롤러(22)에는 냉각수가 내부를 순환하게 하는 순환유로가 반드시 구비될 필요는 없다.

반면에, 비수밀도가 1000 L/min.m² 이상으로 유지되지 않는 구간, 다시 말해 냉각수의 비수밀도가 1000 L/min.m² 미만인 구간에는 고열에 의한 손상을 방지하기 위하여 냉각수가 내부를 순환되게 하는 순환유로를 갖춘 제1안내롤러(21)를 배치한다. 이러한 제1안내롤러도 소직경을 갖게 되는데, 그 내부에 냉각수가 순환하는 순환유로를 구성할 수 있는 대략 130 mm ~ 200 mm의 직경을 가질 수 있다.

다만, 주편(1)이 진행할수록 탕면과의 높이 차이에 의한 압력이 증가하므로 하류에 위치한 롤러일수록 직경이 크다.

도 4는 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 냉각수의 비수밀도 분포도이다.

여기서, X는 주편의 진행방향에 따른 탕면으로부터의 거리이다. 또, W는 냉각수의 비수밀도이다. V1은 특정 주조 속도에서 탕면으로부터의 거리에 따른 냉각수의 비수밀도 분포이다.

냉각수의 비수밀도는 몰드(10) 근처에서 최대값을 갖고 주편(1)의 진행방향으로 갈수록 점점 감소하는 분포를 갖는다. 주조 속도의 향상을 지향하는 본 발명에 따른 연속 주조 장치의 한 실시예에 의하면, X1 위치에서 W1의 비수밀도를 갖는다. 예를 들어, W1은 약 1000 L/min.m²의 값을 가질 수 있다.

몰드(10)의 바로 아래에서부터 X1 위치까지 이어지는 A 구간에서는 비수밀도가 W1 이상이므로 해당 구간에서는 안내롤러(20)에 냉각수가 내부를 순환하게 하는 순환유로를 구비할 필요가 없다. 이와 같이, 냉각수의 순환을 위한 순환유로를 구비할 필요가 없으므로, 안내롤러의 직경을 충분히 작게 할 수 있으며, 안내롤러를 길이방향을 따라 일정 영역으로 분할하는 분할수도 자유롭게 구성할 수 있다.

따라서, 도 3 및 도 4에 도시된 A 구간에서는 응고층의 부풀음 현상을 현저히 저감할 수 있는 소직경의 제2안내롤러(22)를 배치할 수 있다. 바람직하기로, 제2안내롤러는 3분할 이상으로 분할될 수 있다.

이러한 제2안내롤러(22)는 구조가 간단하고 유지 보수의 비용이 상대적으로 저렴하여, 고열에 의한 손상이 발생하여도 유지 보수에 대한 부담이 적다.

또한, X1 위치에서부터 하류 방향으로 본 발명의 연속 주조 장치의 끝까지 이어지는 B 구간에는 비수밀도가 W1의 미만, 예를 들면 1000 L/min.m²의 미만이므로, 냉각수의 순환을 위한 순환유로에 의해 자체의 냉각 기능을 가진 제1안내롤러(21)를 배치하는 것이 좋다.

이에 따라, 본 발명에 따른 연속 주조 장치 중 도 3 및 도 4에 도시된 B 구간에서는 내부에 냉각수가 순환되게 하는 순환유로가 형성된 소직경의 제1안내롤러(21)를 배치할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 안내롤러의 손상을 염려하지 않고 응고층의 부풀음 현상에 의한 몰드에서의 탕면 변동 현상이 저감되어 높은 주조 속도를 장시간에 걸쳐 안정적으로 유지할 수 있게 되는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 몰드 20: 안내롤러
21: 제1안내롤러 22: 제2안내롤러
30: 냉각수 분사노즐

Claims

몰드로부터 진행하는 주편을 지지하는 복수의 안내롤러를 구비한 연속 주조 장치에 있어서,
상기 복수의 안내롤러 사이에는 상기 주편을 향해 냉각수를 분사하는 냉각수 분사노즐이 설치되고,
상기 냉각수의 비수밀도가 일정 값 미만인 구간에서, 안내롤러는, 냉각수가 순환되게 하는 순환유로를 갖춘 제1안내롤러이며,
상기 냉각수의 비수밀도가 상기 일정 값 이상으로 유지되는 구간에서는, 안내롤러가 50 mm ~ 150 mm의 직경을 가진 제2안내롤러이고, 상기 제2안내롤러는 내부에 냉각수의 순환을 위한 순환유로가 없는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제1항에 있어서,
상기 일정 값은 1000 L/min.m² 인 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 제2안내롤러는 상기 제2안내롤러의 길이방향을 따라 3분할 이상으로 분할된 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1안내롤러는 130 mm ~ 200 mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.
제1항, 제2항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연속 주조 장치는 5 m/min 이상의 주조 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 연속 주조 장치.