KR102033639B1

KR102033639B1 - 주조용 몰드

Info

Publication number: KR102033639B1
Application number: KR1020180075954A
Authority: KR
Inventors: 김성연; 문상운; 정성석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2019-11-08

Abstract

본 발명은 주조용 몰드에 관한 것으로서, 주편을 주조하는 주조용 몰드로서, 상기 몰드는 내부에 주편을 통과시키는 공간을 형성하는 복수의 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 플레이트 중 적어도 어느 하나는, 상기 주편과 접촉하는 내면의 적어도 일부에 플레이트의 길이방향의 적어도 일부를 따라 연장되도록 형성되는 복수의 격벽을 포함하는 응력 조절부를 포함하고, 상기 복수의 격벽 중 적어도 일부는 하측이 플레이트의 폭방향의 중심선을 향하도록 경사지게 형성하여, 응고셀에 균열이 발생하거나 입계를 따라 응고셀 표면, 즉 주편 표면으로 균열이 전파되는 것을 억제하여 우수한 표면 상태를 갖는 고품질의 주편을 주조할 수 있다.

Description

주조용 몰드{Mold for casting}

본 발명은 주조용 몰드에 관한 것으로서, 더 상세하게는 주조 시 응고셀에 가해지는 인장 응력을 분산시켜 표면 결함을 억제할 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.

이와 같은 연속주조공정으로 제조되는 주편의 표면 품질 및 내부 품질은 최종 제품의 품질을 결정하는 주요 인자로서, 특히 주편의 표면 품질은 몰드 내 초기 응고 양상에 따라 큰 영향을 받는다. 따라서 몰드 전체에 걸쳐 균일한 응고층을 형성시키는 조건을 확보하는 것이 연속주조공정에서 가장 중요한 인자이다.

그런데 몰드 내 용강이 응고되기 시작하는 용강의 탕면 부근에서는 몰드와 용강의 온도차가 매우 크고, 이에 기인한 응력으로 응고 수축이 발생하여 주편의 표면에 크랙 등과 같은 결함이 발생하게 된다. 이와 같은 현상을 억제하기 위하여 몰드 내부의 냉각수 유로 등의 구조를 변경할 수도 있지만, 한 번 시공된 냉각수 유로의 구조는 개조가 어려워 품질 개선 및 강종 확대의 제약이 커서 이에 대한 개선책이 절실하게 요구된다.

JP

1986-180649

A

JP

1997-94634

A

본 발명은 주조 시 응고셀에 발생하는 응력을 저감시켜 표면 결함을 억제할 수 있는 주조용 몰드를 제공한다.

본 발명은 주편의 응고 수축을 반영하여 응고셀에 가해지는 응력을 분산시킴으로써 고품질의 주편을 얻을 수 있는 주조용 몰드를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 주조용 몰드는, 주편을 주조하는 주조용 몰드로서, 상기 몰드는 내부에 주편을 통과시키는 공간을 형성하는 복수의 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 플레이트 중 적어도 어느 하나는, 상기 주편과 접촉하는 내면의 적어도 일부에 플레이트의 길이방향의 적어도 일부를 따라 연장되도록 형성되는 복수의 격벽을 포함하는 응력 조절부를 포함하고, 상기 복수의 격벽 중 적어도 일부는 하측이 플레이트의 폭방향의 중심선을 향하도록 경사지게 형성될 수 있다.

상기 복수의 플레이트는, 이격되어 나란하게 배치되는 제1플레이트와, 상기 제1플레이트의 양쪽에 연결되는 제2플레이트를 포함하고, 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트 중 적어도 어느 하나의 하부는 상기 몰드의 길이방향을 따라 상기 몰드의 내측을 향해 경사지게 배치할 수 있다.

상기 제1플레이트의 폭과 상기 제2플레이트의 폭을 서로 다르게 형성하고, 상기 응력 조절부는 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 중 더 큰 폭을 갖는 플레이트에 형성할 수 있다.

상기 응력 조절부는 상기 몰드에 수용되는 용강의 탕면에 걸쳐지도록 형성할 수 있다.

상기 응력 조절부는 상기 몰드에 수용되는 용강의 탕면을 기준으로 상하방향으로 100 내지 200㎜ 범위에 걸쳐 형성할 수 있다.

격벽의 적어도 일측에 플레이트의 내면보다 깊은 홈부를 형성할 수 있다.

상기 홈부는, 용강과 접촉하는 플레이트의 전체 내면보다 깊은 제1면과, 상기 제1면의 외측에 상기 제1면의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되고, 플레이트의 내면과 상기 제1면을 연결하는 제2면을 포함하고, 상기 제2면은 상기 격벽을 형성할 수 있다.

상기 제2면은 플레이트의 폭방향으로 곡률을 갖도록 형성할 수 있다.

상기 제1면은 상기 홈부의 외측에 구비되는 플레이트의 내면과 나란하게 배치되고, 상기 제1면에서 상기 격벽의 정상까지의 거리는 플레이트의 길이방향을 따라 동일하게 형성할 수 있다.

상기 제1면은 플레이트의 길이방향을 따라 경사지게 형성하고, 상기 제1면에서 상기 격벽의 정상까지의 거리는 변화하도록 형성할 수 있다.

상기 복수의 격벽 중 적어도 일부는 플레이트의 폭방향에 대해서 직교하는 방향으로 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 주조용 몰드는, 주편의 표면 결함을 억제할 수 있다. 즉, 용강이 응고되기 시작하는 용강의 탕면 부근의 몰드 내면에 응고셀에 가해지는 응력을 분산시킬 수 있는 응력 조절부를 형성하여 응고셀에 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 응고셀에 균열이 발생하거나 입계를 따라 응고셀 표면, 즉 주편 표면으로 균열이 전파되는 것을 억제하여 우수한 표면 상태를 갖는 고품질의 주편을 주조할 수 있다.

또한, 응고셀은 주조 방향으로 갈수록 응고됨에 따라 수축하게 되는데, 이를 보상할 수 있도록 응력 조절부를 형성함으로써 주편 표면의 결함을 더욱 효율적으로 억제할 수 있다.

따라서 주편 표면에 발생하는 표면 결함이 억제되기 때문에 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.

도 1은 연속 주조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 몰드를 도시한 도면.
도 3은 주조 시 응고셀에 작용하는 응력을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 장변 플레이트의 일부를 확대하여 도시한 도면.
도 5는 도 4에 도시된 선A-A'의 단면도.
도 6은 도 4에 도시된 선B-B'의 단면도.
도 7은 장변 플레이트에 형성되는 응력 조절부의 변형 예를 보여주는 도면.
도 8은 장변 플레이트에 형성되는 응력 조절부의 다른 변형 예를 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 몰드를 이용하여 응고셀에 가해지는 인장 응력을 저감시키는 원리를 보여주는 도면.

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 주조 시 응고셀에 작용하는 응력을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하여, 연속 주조 장치를 설명한다.

연속 주조 장치는 제강공정에서 정련된 용강이 담기는 래들(ladle; 100)과, 래들(100)에 연결되는 주입노즐을 통해 용강을 공급받아 이를 일시 저장하는 턴디쉬(tundish; 200)와, 침지노즐(210)을 통해 턴디쉬(200)에 저장된 용강을 전달받아 일정한 형상으로 초기 응고시키는 몰드(mold; 300)를 포함한다. 또한, 몰드(300)의 하부에 구비되어 몰드(300)로부터 인발된 미응고 주편(S)을 몰드(300)시키면서 일련의 성형 작업을 수행하도록 복수의 세그먼트(segment)가 연속적으로 배열되는 냉각대(400)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 몰드(300)는 구리합금으로 제조되며, 이격되어 서로 대향하도록 구비되어 내부에 용강이 수용되는 공간을 형성하는 복수의 플레이트를 포함할 수 있다. 몰드(300)를 구성하는 복수의 플레이트는 서로 대향하는 한 쌍의 제1플레이트(310)와, 제1플레이트(310)의 양쪽에 연결되는 한 쌍의 제2플레이트(320)를 포함할 수 있다. 이때, 제1플레이트(310)와 제2플레이트(320)는 동일한 길이를 갖도록 형성될 수도 있고, 제1플레이트(310)와 제2플레이트(320)는 서로 다른 길이를 갖도록 형성될 수도 있다. 또한, 제1플레이트(310)와 제2플레이트(320)는 일체형으로 형성될 수도 있고, 주편의 폭을 변경할 수 있도록 분리되어 형성될 수도 있다. 이하에서는 제1플레이트(310)가 제2플레이트(320)에 비해 길게 형성되는 경우에 대해서 설명하며, 제1플레이트(310)는 장변 플레이트라 하고, 제2플레이트(320)는 단변 플레이트라 한다.

장변 플레이트(310)는 이격되어 나란하게 배치되고, 단변 플레이트(320)도 이격되어 나란하게 배치될 수 있다. 또는, 장변 플레이트(310)는 이격되어 나란하게 배치되고, 단변 플레이트(320)는 내측, 예컨대 몰드(300) 내부쪽을 향해 경사지게 배치될 수 있다. 이 경우, 몰드(300)의 폭방향에서 보았을 때 몰드(300)의 폭방향 길이가 점점 감소하는 역 사다리꼴 형상의 공간이 형성될 수 있다. 즉, 몰드(300)의 내부 공간은 몰드(300)의 길이방향(상하방향)을 따라 폭 길이가 감소할 수 있다. 이는 용강이 냉각되어 응고셀(주편)로 형성될 때 몰드(300)의 상부측과 하부측에서, 즉, 응고셀이 주조방향을 따라 인발되는 과정에서 응고셀이 폭방향으로 점차 수축하기 때문에 이를 보상하여 주편의 결함을 억제하기 위함이다. 몰드의 길이방향이란 주편이 주조되는 방향, 예컨대 상하방향을 의미하고, 몰드의 폭방향이란 주편의 폭방향, 예컨대 수평방향을 의미할 수 있다. 또한, 몰드의 두께방향은 주편의 두께방향을 의미할 수 있다. 그리고 장변 플레이트의 길이방향과 단변 플레이트의 길이방향은 상하방향을 의미하고, 장변 플레이트의 폭방향과 단변 플레이트의 폭방향은 수평방향을 의미할 수 있다.

또한, 장변 플레이트(310)와 단변 플레이트(320)가 연결되는 몰드(300)의 코너부에는 모따기한 형상의 챔퍼드 면이 형성될 수 있다. 몰드(300) 코너부의 챔퍼드 면은 주편의 각 코너부에서의 온도 저하에 따른 주편의 표면 결함을 억제할 수 있다.

몰드(300)를 구성하는 단변 플레이트(320)와 장변 플레이트(310) 내부에는 용강을 응고시켜 응고셀(주편)을 형성하기 위한 냉각수 유로(미도시)가 형성될 수 있다.

이와 같은 구성을 통해 몰드(300)는 냉각수에 의한 냉각능으로 용강을 응고시켜 주편을 제조할 수 있다. 그런데 용강이 응고되기 시작하는 몰드(300)의 상부 영역, 즉 용강의 탕면 부근에서는 몰드(300)와 용강 간의 온도 차이가 매우 커서 용강이 급격하게 응고된다. 즉, 용강이 차가운 몰드(300) 표면에 접촉되면서 응고가 시작되는데 초기 응고가 발생하는 탕면 부근에서 열유속이 최대이고, 몰드(300)의 하부로 가면서 열유속이 점차적으로 감소한다. 이와 같이 열유속이 큰 탕면 부근에서는 용강의 응고가 급격하게 발생하여 불균일 응고층이 형성될 가능성이 매우 높고, 결과적으로는 주편 표면에 크랙 등과 같은 표면 결함이 발생하여 주편의 품질을 저하시키는 문제점이 있다.

도 3은 주편에 균열이 발생하는 원리를 보여주고 있다. 몰드(300) 내에 주입된 용강은 냉각되면서 몰드(300) 표면으로부터 응고셀로 형성된다. 이때, 용강의 탕면 부근에서 몰드(300)와 용강 간의 온도 차이가 커서 응고셀은 불균일하게 성장하게 되어 두께가 두꺼운 부분(T1)과 얇은 부분(T2)이 공존하게 된다. 응고셀에서 두께가 얇은 부분(T2)은 몰드(300) 내면에 밀착되지 않고 들뜨게 되고, 이에 몰드(300)와 응고셀 사이에 열교환이 원활하게 이루어지지 않아 응고가 진행될수록 인접 부위에 비해 응고셀의 성장속도가 크게 지연되어 상대적으로 더 얇아지게 된다.

또한, 몰드(300) 내에서 응고셀의 응고수축량 보상이 미흡할 경우 발생하는 철정압에 의한 기계적 응력, 응고시 상변태에 의한 열 응력 등 여러 가지 원인에 의해 응고셀에 응력, 예컨대 인장 응력이 가해질 수 있다. 이때, 인장 응력이 고온에서의 강의 항복값보다 클 경우 응고셀에 균열이 발생할 수 있다. 특히, 응고셀이 얇은 부분(T2)은 두꺼운 부분(T1)에 비해 강도가 작기 때문에 균열(C)은 주로 얇은 부분(T2)에서 발생할 수 있다. 또한, 응고셀에서 얇은 부분은 몰드(300)의 내면으로부터 들떠있는 상태로 몰드(300)와의 사이에 열교환이 원활하게 이루어지지 않아 결정 입자(grain)이 조대하게 성장되기 때문에 균열이 발생될 경우 입계를 따라 균열이 주편의 표면으로 쉽게 전파되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 실시 예에서는 응고셀에 가해지는 응력을 저감시켜 응고셀, 즉 주편 표면에 결함이 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.

이에 용강이 응고되기 시작하는 몰드(300) 내 용강의 탕면 부근에 요철 구조를 형성하여 응고셀에 가해지는 응력을 저감시킬 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 장변 플레이트의 일부를 확대하여 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 선A-A'의 단면도이고, 도 6은 도 4에 도시된 선B-B'의 단면도이고, 도 7은 장변 플레이트에 형성되는 응력 조절부의 변형 예를 보여주는 도면이고, 도 8은 장변 플레이트에 형성되는 응력 조절부의 다른 변형 예를 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 몰드는, 주편 또는 응고셀과 접촉하는 내면의 적어도 일부에 플레이트의 폭방향을 따라 형성되는 응력 조절부를 포함할 수 있다. 이때, 응력 조절부(330)는 플레이트의 폭방향에 대해서 교차하는 방향, 즉 플레이트의 길이방향의 적어도 일부를 따라 형성되는 복수의 격벽(332)을 포함할 수 있다. 이때, 복수의 격벽(332) 중 적어도 일부는 하측이 플레이트의 폭방향의 중심선 측을 향하도록 경사지게 형성될 수 있다. 응력 조절부(330)는 응고셀에 가해지는 인장 응력을 분산시켜 인장 응력이 응고셀의 특정 부위, 예컨대 두께가 얇은 부분에 집중되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 즉, 응력 조절부(330)는 응고셀에 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분을 규칙적 또는 불규칙적으로 형성하여 몰드(300)의 폭방향, 예컨대 장변 플레이트(310)의 폭방향을 따라 형성되는 인장 응력을 분배 또는 분산시키는 역할을 할 수 있다.

응력 조절부(330)는 장변 플레이트(310)와 단변 플레이트(320) 모두에 형성될 수도 있으나, 표면 결함이 주로 나타나는 장변 플레이트(310)에만 형성될 수도 있다. 여기에서는 응력 조절부(330)가 몰드(300)의 장변 플레이트(310)에 형성된 예에 대해서 설명한다.

또한, 응력 조절부(330)는 도 2에 도시된 바와 같이 단변 플레이트(320)의 하부가 내측으로 경사지게 배치된 몰드(300)는 물론, 도시되어 있지 않지만 단변 플레이트가 나란하게 배치된 경우, 즉 수직으로 배치된 몰드 모두에 적용될 수 있다. 이하에서는 응력 조절부(330)가 단변 플레이트(320)의 하부가 내측, 예컨대 몰드(300) 내부의 공간 측으로 경사지게 배치된 몰드(300)에 적용된 예에 대해서 설명한다.

응력 조절부(330)는 장변 플레이트(310)의 내면, 즉 용강과 접촉하는 면에 형성될 수 있다. 응력 조절부(330)는 장변 플레이트(310)의 길이방향을 따라 연장되도록 형성될 수도 있으나, 응고셀이 비교적 불균일하게 형성되는 몰드(300) 내에서 용강의 탕면 부근에 형성하는 것이 좋다. 예컨대 응력 조절부(330)는 용강의 탕면을 기준으로 상하방향으로 100 내지 200㎜ 범위에 형성될 수 있으며, 적어도 일부는 용강의 탕면에 걸쳐지도록 형성될 수 있다. 이때, 응력 조절부(330)는 격벽(332) 사이에 형성되는 홈부(334)를 포함할 수 있으며, 홈부(334)는 단변 플레이트(320)와 이격되도록 형성할 수 있다. 이는 홈부(334)가 단변 플레이트(320)와 중첩되는 경우, 용강이 홈부(334)를 통해 단변 플레이트(320)와 장변 플레이트(310) 사이로 유입되어 고착물을 형성할 수 있기 때문이다. 이와 같이 단변 플레이트(320)와 장변 플레이트(310) 사이에 고착물이 형성되면 주편 표면에 결함이 발생할 수 있고, 주편 폭조절을 위해 단변 플레이트(320)를 이동시킬 때 장변 플레이트(310)의 표면에 흠집을 낼 수 있기 때문이다.

응력 조절부(330)는 장변 플레이트(310)의 내면에 홈부(334)를 가공함으로 형성될 수 있다. 즉, 장변 플레이트(310)의 내면에 장변 플레이트(310)의 내면보다 깊게 함몰된 홈부(334)를 장변 플레이트(310)의 폭방향을 따라 이격시켜 형성하면 홈부(334) 사이에 격벽(332)이 형성될 수 있다. 여기에서 장변 플레이트(310)의 내면이란 홈부(334)가 형성되지 않은 영역을 의미할 수 있다.

이때, 홈부(334)는 장변 플레이트(310)의 내면보다 깊은 제1면(334a)과, 제1면(334a)의 외측에서 제1면(334a)의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되는 제2면(334b)을 포함할 수 있고, 제2면(334b)은 격벽(332)의 일부를 형성할 수 있다. 예컨대 응력 조절부(330)의 가장 외곽에서는 하나의 제2면(334b)이 격벽을 형성하고, 그 내측에서는 두 개의 제2면(334b)이 하나의 격벽을 형성할 수 있다. 제2면(334b)은 적어도 일부에 장변 플레이트(310)의 폭방향에 대해서 교차하는 방향으로 곡률을 갖도록, 즉 곡면을 포함하도록 형성될 수 있다. 이에 격벽(332)도 곡면을 포함하도록 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해 홈부(334) 내부에 용강이 원활하게 유입되도록 할 수 있고, 제1면(334a)과 제2면(334b) 사이에 공극이 형성되거나 고착물이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

격벽(332)은 하측이 장변 플레이트(310)의 폭방향에 대해서 중심선을 향하도록 경사지도록 형성될 수 있다. 이에 응력 조절부(330)는 역사다리꼴 형상, 즉 상광하협 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이 응력 조절부(330)를 형성하는 이유는 용강이 냉각되어 응고셀(주편)을 형성할 때 몰드(300)의 상부측과 하부측에서, 즉 응고셀이 주조방향을 따라 인발되는 과정에서 응고셀이 폭방향으로 점차 수축하기 때문에 이를 보상해주기 위함이다. 이때, 격벽(332) 중 외곽 영역, 예컨대 가장 외측에 배치되는 격벽(332)의 기울기(α1)는 단변 플레이트(320)의 기울기(α2)와 동일하게 형성할 수 있다.

도 5를 참조하면, 격벽(332)의 폭(W)은 0.1 내지 4.0㎜ 정도, 바람직하게는 0.8 내지 1.2㎜ 정도로 형성될 수 있다. 여기에서 격벽(332)의 폭(W)은 제1면(334a)과 제2면(334b)의 경계선과 인접한 제1면(334a)과 제2면(334b)의 경계선까지의 거리를 의미할 수 있다. 격벽(332)의 폭(W)이 제시된 범위보다 작은 경우에는 응고셀에 날카로운 홈이 형성되어 오히려 응력 집중에 의한 결함을 야기할 수 있고, 격벽(332)의 폭(W)이 제시된 범위보다 큰 경우에는 응고셀의 표면에 형성되는 오목부의 면적이 증가하여 주조 후 결함으로 작용될 수 있기 때문이다. 이때, 격벽(332)은 장변 플레이트(310)의 길이방향을 따라 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다.

도 6을 참조하면, 격벽(332)의 높이(H), 다시 말해서 홈부(334)의 깊이는 0.1 내지 2.0㎜ 정도, 바람직하게는 0.3 내지 0.5㎜ 정도로 형성될 수 있다. 이때, 격벽(332)의 높이는 장변 플레이트(310)의 길이방향을 따라 동일하게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1면(334a)은 장변 플레이트(310)의 내면, 즉 홈부(334) 외측에 구비되는 장변 플레이트(310)의 내면과 나란하게 형성될 수 있다. 여기에서 격벽(332)의 높이(H)란 제1면(334a)으로부터 격벽(332)의 정상까지의 거리(normal direction)를 의미할 수 있다. 격벽(332)의 높이(H)가 제시된 범위보다 작은 경우에는 응고셀에 가해지는 인장 응력을 분산시키기 어렵고, 격벽(332)의 높이(H)가 제시된 범위보다 큰 경우에는 격벽(332)에 의해 인장 응력을 분산시키는 효과는 클 수 있으나 응고셀의 표면에 지나치게 깊은 오목부가 형성되어 주조 후 결함으로 작용될 수 있기 때문이다.

또한, 도 7을 참조하면 격벽(332)의 높이는 장변 플레이트(310)의 길이방향을 따라 변화하도록 형성할 수도 있다. 이때, 격벽(332)의 높이는 장변 플레이트(310)의 길이방향에 대해서 하부로 갈수록 점점 감소하도록 형성될 수도 있다. 즉, 격벽(332)은 상부측 높이(H1)를 하부측 높이(H2)보다 높게 형성할 수 있다. 이는 홈부(334)의 깊이를 장변 플레이트(310)의 길이방향을 따라 점점 감소하도록 형성하는 것을 의미할 수 있다. 이때, 제1면(334a)의 하부측이 내측을 향해 경사지는 경사면을 형성할 수 있다. 이는 주조가 진행될수록 응고셀의 두께가 두꺼워지고, 응고셀과 몰드(300) 간의 온도 차이가 감소하기 때문에 인장 응력에 의해 응고셀에 균열이 발생할 가능성이 적어지기 때문이다.

격벽(332)은 도 7의 (a)에 도시된 것처럼 홈부(334)의 제1면(334a) 하단부를 장변 플레이트(310)의 내면과 이격시켜 형성될 수도 있고, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 제1면(334a)의 하단부와 장변 플레이트(310)의 내면을 연결하여 형성될 수도 있다.

격벽(332)은 장변 플레이트(310)의 폭방향을 따라 이격되도록 배치될 수 있다. 격벽(332)은 도 4 및 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 동일한 간격(P)을 갖도록 배치될 수도 있고, 도 8의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 서로 다른 2가지 이상의 간격(P1, P2)을 갖도록 배치될 수도 있다. 여기에서 간격은 인접한 격벽(332) 간의 거리, 즉 격벽(332)의 중심에서 인접한 격벽(332)의 중심까지의 거리를 의미할 수 있다.

전자의 경우, 격벽(332)은 장변 플레이트(310)의 폭방향을 따라 동일한 간격(P), 예컨대 5 내지 30㎜, 보다 바람직하게는 10 내지 12㎜ 간격을 가지며 배치될 수 있다. 여기에서 격벽(332)의 간격(P)은 격벽(332)의 상부측 간격과 하부측 간격의 평균값일 수 있다. 이는 격벽(332)의 하부측이 장변 플레이트(310)의 폭방향의 중심을 향해 경사지도록 형성되어 응력 조절부(330) 전체는 상부측 길이가 하부측 길이보다 긴 역사다리꼴 형상으로 형성되기 때문이다. 즉, 응력 조절부(330)의 상부측 길이와 하부측 길이가 서로 다르기 때문에 응력 조절부(330)의 상부측과 하부측을 각각 동일한 개수로 분할하면, 격벽(332)의 상부측 간격이 하부측 간격보다 큰 값을 갖게 되므로 격벽(332)의 간격을 평균값으로 설명하였다. 예컨대 격벽의 상부측 간격이 12㎜ 이고, 격벽의 하부측 간격이 10㎜인 경우, 격벽의 간격, 즉 평균값은 11㎜ 가 될 수 있다.

한편, 장변 플레이트(310)의 폭방향으로 중앙에 홈부(334)가 형성될 수도 있고, 격벽(332)이 형성될 수도 있다. 이때, 장변 플레이트(310)의 폭방향으로 중앙에 홈부(334)가 형성되는 경우, 홈부(334)를 기준으로 양쪽에 배치되는 격벽들은 그 하부측이 장변 플레이트(310)의 폭방향으로 중심선을 향하도록 배치될 수도 있다. 반면, 장변 플레이트(310)의 폭방향으로 중앙에 격벽(332a)이 형성될 수도 있다. 이때, 장변 플레이트(310)의 폭방향으로 중앙에 형성되는 격벽(332a)은 장변 플레이트(310)의 폭방향에 대해서 직교하는 방향으로 배치될 수 있고, 이 격벽(332a)을 기준으로 양쪽에 배치되는 격벽들은 그 하부측이 장변 플레이트(310)의 폭방향으로 중심선을 향하도록 배치될 수 있다.

후자의 경우, 격벽(332)은 장변 플레이트(310)을 3개의 구간, 예컨대 중심영역(X)과 양쪽 가장자리영역(Y)으로 구분하고, 중심영역(X)에 형성되는 격벽(332)의 간격과 가장자리영역(Y)에 형성되는 격벽(332)의 간격을 서로 다르게 형성할 수 있다. 예컨대 도 8의 (b)에 도시된 것처럼 중심영역(X)에 형성되는 격벽(332)의 간격(P1)보다 양쪽 가장자리영역(Y)에 형성되는 격벽(332)의 간격(P2)을 더 작게 형성할 수 있다. 반대로 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이 중심영역(X)에 형성되는 격벽(332)의 간격(P2)보다 양쪽 가장자리영역(Y)에 형성되는 격벽(332)의 간격(P1)을 더 크게 형성할 수 있다.

이외에도 장변 플레이트(310)의 폭방향으로 불규칙한 간격을 갖도록 격벽을 형성할 수도 있다.

또한, 격벽(332)은 중심영역(X)에서 장변 플레이트(310)의 폭방향에 대하여 직교하는 방향으로 형성하고, 가장자리영역(Y)에서는 장변 플레이트(310)의 폭방향으로 중심선을 향하도록 경사지게 형성할 수도 있다.

이와 같이 형성된 주조용 몰드를 이용하여 응고셀에 가해지는 인장 응력을 다음과 같이 저감시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 몰드를 이용하여 응고셀에 가해지는 인장 응력을 저감시키는 원리를 보여주는 도면이다.

몰드(300)에 용강을 주입하면서 주편을 주조하면 몰드(300) 내 용강의 탕면 부근부터 용강이 냉각되면서 응고셀이 형성될 수 있다. 이때, 몰드(300)의 내면, 예컨대 장변 플레이트(310)의 내면에 형성된 홈부(334)와 격벽(332)의 형상이 응고셀에 전사되어 장변 플레이트(310)의 폭방향을 따라 오목부(V1)와 볼록부(V2)가 교대로 형성될 수 있다. 오목부(V1)는 격벽(332)에 대응하는 영역에서 두께가 얇게 형성되는 부분이고, 볼록부(V2)는 홈부(334)에 대응하는 영역에서 두께가 두껍게 형성되는 부분을 의미할 수 있다.

이와 같이 응고셀에 오목부(V1)와 볼록부(V2)가 반복해서 형성되면, 응고셀에 가해지는 인장 응력이 격벽(332)에 의해 분할되어 홈부(334) 내에서 작용하게 된다. 즉, 장변 플레이트(310)에 홈부(334)와 격벽(332)이 없는 경우에는 인장 응력이 장변 플레이트(310)의 폭방향을 따라 연속적으로 작용하지만, 격벽(332)에 의해 인장 응력이 장변 플레이트(310)의 폭방향으로의 전파가 차단되어 홈부(334) 내에서 작용하게 된다. 이에 홈부(334) 내에서 작용하는 인장 응력의 크기가 저감되어 응고셀의 항복점을 초과하지 않게 되므로 응고셀에 균열이 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.

예컨대 장변 플레이트(310)의 폭방향을 따라 F의 인장 응력이 가해질 때, 홈부(334) 내에서는 홈부(334)의 개수(n)만큼 분할된 인장 응력, 즉 F/n의 인장 응력이 가해질 수 있다. 이때, 응고셀에 균열을 일으키는 한계 인장 응력을 f라고 하면, 각각의 홈부(334)에서 가해지는 인장 응력(F/n)이 한계 인장 응력(f)보다 작은 크기(F/n < f)를 갖도록 홈부(334)의 개수를 조절할 수 있다.

이와 같이 용강과 접촉하는 몰드 내면에 응력 조절부를 형성하여 응고셀에 가해지는 인장 응력을 분산시킴으로써 응고셀에 균열이 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 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.

100: 래들 200: 턴디쉬
210: 침지노즐 300: 몰드
310: 장변 플레이트 320: 단변 플레이트
330: 응력 조절부 332: 격벽
334: 홈부

Claims

주편을 주조하는 주조용 몰드로서,
상기 몰드는 내부에 주편을 통과시키는 공간을 형성하는 복수의 플레이트를 포함하고,
상기 복수의 플레이트 중 적어도 어느 하나는, 상기 주편과 접촉하는 내면의 적어도 일부에 플레이트의 길이방향의 적어도 일부를 따라 연장되도록 형성되는 복수의 격벽을 포함하는 응력 조절부를 포함하고,
상기 복수의 격벽 중 적어도 일부는 하측이 플레이트의 폭방향의 중심선을 향하도록 경사지게 형성되는 주조용 몰드.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 플레이트는,
이격되어 나란하게 배치되는 제1플레이트와,
상기 제1플레이트의 양쪽에 연결되는 제2플레이트를 포함하고,
상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트 중 적어도 어느 하나의 하부는 상기 몰드의 길이방향을 따라 상기 몰드의 내측을 향해 경사지게 배치하는 주조용 몰드.
청구항 2에 있어서,
상기 제1플레이트의 폭과 상기 제2플레이트의 폭을 서로 다르게 형성하고,
상기 응력 조절부는 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 중 더 큰 폭을 갖는 플레이트에 형성하는 주조용 몰드.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 응력 조절부는 상기 몰드에 수용되는 용강의 탕면에 걸쳐지도록 형성하는 주조용 몰드.
청구항 3에 있어서,
상기 응력 조절부는 상기 몰드에 수용되는 용강의 탕면을 기준으로 상하방향으로 100 내지 200㎜ 범위에 걸쳐 형성하는 주조용 몰드.
청구항 5에 있어서,
격벽의 적어도 일측에 플레이트의 내면보다 깊은 홈부를 형성하는 주조용 몰드.
청구항 6에 있어서,
상기 홈부는,
용강과 접촉하는 플레이트의 전체 내면보다 깊은 제1면과,
상기 제1면의 외측에 상기 제1면의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되고, 플레이트의 내면과 상기 제1면을 연결하는 제2면을 포함하고,
상기 제2면은 상기 격벽을 형성하는 주조용 몰드.
청구항 7에 있어서,
상기 제2면은 플레이트의 폭방향으로 곡률을 갖도록 형성하는 주조용 몰드.
청구항 8에 있어서,
상기 제1면은 상기 홈부의 외측에 구비되는 플레이트의 내면과 나란하게 배치되고,
상기 제1면에서 상기 격벽의 정상까지의 거리는 플레이트의 길이방향을 따라 동일하게 형성하는 주조용 몰드.
청구항 8에 있어서,
상기 제1면은 플레이트의 길이방향을 따라 경사지게 형성하고,
상기 제1면에서 상기 격벽의 정상까지의 거리는 변화하도록 형성하는 주조용 몰드.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 격벽 중 적어도 일부는 플레이트의 폭방향에 대해서 직교하는 방향으로 형성하는 주조용 몰드.