KR102255634B1 - 주형 설비 - Google Patents

Abstract

연속 주조에 있어서, 생산성을 향상시킨 경우에도, 안정적으로 주조편의 품질을 확보하는 것을 가능하게 한다. 연속 주조용의 주형과, 상기 주형을 냉각하기 위한 냉각수를 저수하는 제1 물 상자 및 제2 물 상자와, 상기 주형 내의 용융 금속에 대하여 수평면 내에 있어서 선회류를 발생시키는 것과 같은 전자력을 부여하는 전자 교반 장치와, 상기 주형 내로의 침지 노즐로부터의 용융 금속의 토출류에 대하여 상기 토출류를 제동하는 방향의 전자력을 부여하는 전자 브레이크 장치를 구비하고, 상기 주형의 긴 변 주형판의 외측면에 있어서, 상기 긴 변 주형판의 상단으로부터 하단 사이에 수용되도록, 상기 제1 물 상자, 상기 전자 교반 장치, 상기 전자 브레이크 장치 및 상기 제2 물 상자가, 상방으로부터 하방을 향해서 이 순으로 설치되어, 상기 전자 교반 장치의 코어 높이 H1 및 상기 전자 브레이크 장치의 코어 높이 H2가, 0.80≤H1/H2≤2.33을 만족시키는, 주형 설비를 제공한다.

Description

주형 설비

본 발명은, 연속 주조에 사용되는 주형 및 당해 주형 내의 용융 금속에 전자력을 부여하는 전자력 발생 장치를 구비하는, 주형 설비에 관한 것이다.

연속 주조에서는, 턴디쉬에 일단 저류된 용융 금속(예를 들어, 용강)을 침지 노즐을 통해 주형 내에 상방으로부터 주입하고, 거기에서 외주면이 냉각되어 응고한 주조편을 주형의 하단에서 인발함으로써, 연속적으로 주조가 행하여진다. 주조편 중 외주면이 응고한 부위는, 응고 셸이라고 불린다.

여기서, 용융 금속 중에는, 침지 노즐의 토출 구멍의 막힘 방지를 위하여 용융 금속과 함께 공급되는 불활성 가스(예를 들어 Ar 가스)의 가스 기포나, 비금속 개재물 등이 포함되어 있고, 주조 후의 주조편에 이들의 불순물이 잔존하고 있으면, 제품의 품질을 열화시키는 원인으로 된다. 일반적으로, 이들의 불순물의 비중은 용융 금속의 비중보다도 작기 때문에, 연속 주조 중에 용융 금속 내에서 부상하여 제거되는 경우가 많다. 따라서, 주조 속도를 증가시키면, 이 불순물의 부상 분리가 충분히 행하여지지 않게 되고, 주조편의 품질은 저하되는 경향이 있다. 이와 같이, 연속 주조에 있어서는, 생산성과 주조편의 품질 사이에는, 트레이드오프의 관계, 즉, 생산성을 추구하면 주조편의 품질이 악화되고, 주조편의 품질을 우선하면 생산성이 저하되는 관계가 있다.

근년, 자동차용 외장재 등의 일부의 제품에 요구되는 품질은 해마다 엄격해지고 있다. 따라서, 연속 주조에서는, 품질을 확보하기 위하여 생산성을 희생으로 하여 조업이 행하여지고 있는 경향이 있다. 이러한 사정을 감안하면, 연속 주조에 있어서는, 주조편의 품질을 확보하면서 생산성을 보다 향상시키는 기술이 요구되고 있었다.

한편, 주조편의 품질에는, 연속 주조 중에 있어서의 주형 내에서의 용융 금속의 유동이 크게 영향을 미치고 있는 것이 알려져 있다. 따라서, 주형 내의 용융 금속의 유동을 적절하게 제어함으로써, 원하는 주조편의 품질을 유지하면서, 고속 안정 조업을 실현하는, 즉 생산성을 향상시키는 것이 가능해질 가능성이 있다.

주형 내의 용융 금속의 유동을 제어하기 위해서, 당해 주형 내의 용융 금속에 전자력을 부여하는 전자력 발생 장치를 사용하는 기술이 개발되고 있다. 또한, 본 명세서에서는, 주형 및 전자력 발생 장치를 포함하는 주형 주변의 부재 군의 것을, 편의적으로 주형 설비라고도 한다.

구체적으로는, 전자력 발생 장치로서는, 전자 브레이크 장치 및 전자 교반 장치가 널리 사용되고 있다. 여기서, 전자 브레이크 장치는, 용융 금속에 정자장을 인가함으로써, 당해 용융 금속 중에 제동력을 발생시켜서, 당해 용융 금속의 유동을 억제하는 장치이다. 한편, 전자 교반 장치는, 용융 금속에 동자장을 인가함으로써, 당해 용융 금속중에 로렌츠 힘이라고 불리는 전자력을 발생시켜, 당해 용융 금속에 대하여 주형의 수평면 내에 있어서 선회하는 것과 같은 유동 패턴을 부여하는 장치이다.

전자 브레이크 장치는, 침지 노즐로부터 분출하는 토출류의 기세를 약화시키는 것과 같은 제동력을 용융 금속 중에 발생시키도록 마련되는 것이 일반적이다. 여기서, 침지 노즐로부터의 토출류는, 주형의 내벽에 충돌함으로써, 상측 방향(즉, 용융 금속의 탕면이 존재하는 방향)을 향하는 상승류 및 하측 방향(즉, 주조편이 인발되는 방향)을 향하는 하강류를 형성한다. 따라서, 전자 브레이크 장치에 의해 토출류의 기세를 약화시킬 수 있음으로써, 상승류의 기세를 약화시킬 수 있고, 용융 금속의 탕면의 변동이 억제될 수 있다. 또한, 토출류가 응고 셸에 충돌하는 기세도 약화시킬 수 있기 때문에, 당해 응고 셸의 재용해에 의한 브레이크 아웃을 억제하는 효과도 발휘될 수 있다. 이와 같이, 전자 브레이크 장치는, 고속 안정 주조를 목적으로 한 경우에 자주 사용되고 있다. 또한, 전자 브레이크 장치에 의하면, 토출류에 의해 형성되는 하강류의 유속이 억제되기 때문에, 용융 금속 중의 불순물의 부상 분리가 촉진되어, 주조편의 내부 품질(이하, 내질이라고도 함)을 향상시키는 효과를 얻는 것이 가능해진다.

한편으로, 전자 브레이크 장치의 단점으로서는, 응고 셸 계면에서의 용융 금속의 유속이 저속이 되기 때문에, 표면 품질이 악화될 경우가 있는 것을 들 수 있다. 또한, 토출류에 의해 형성되는 상승류가 탕면까지 도달하기 어려워지기 때문에, 탕면 온도가 저하됨으로써 가죽을 씌운 것이 발생하고, 내질 결함을 발생시키는 것도 염려된다.

전자 교반 장치는, 상기와 같이 용융 금속에 대하여 소정의 유동 패턴을 부여하는, 즉, 용융 금속 내에 교반류를 발생시킨다. 이에 의해, 응고 셸 계면에서의 용융 금속의 유동이 촉진되기 때문에, 상술한 Ar 가스 기포나 비금속 개재물 등의 불순물이, 응고 셸 내에 포착되는 것이 억제되고, 주조편의 표면 품질을 향상시킬 수 있다. 한편, 전자 교반 장치의 단점으로서는, 교반류가 주형 내벽에 충돌함으로써, 상술한 침지 노즐로부터의 토출류와 마찬가지로, 상승류 및 하강류가 발생하기 때문에, 당해 상승류가 탕면에서 파우더를 말려들게 하고, 당해 하강류가 불순물을 주형 하방으로 흘러가게 함으로써, 주조편의 내질을 악화시키는 경우가 있는 것을 들 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 전자 브레이크 장치 및 전자 교반 장치에는, 주조편의 품질을 확보하는 관점에서, 각각 장점과 단점이 존재한다. 따라서, 주조편의 표면 품질 및 내질을 모두 향상시키는 것을 목적으로 하여, 주형에 대하여 전자 브레이크 장치 및 전자 교반 장치를 양쪽 마련한 주형 설비나, 주형에 대하여 복수의 전자 교반 장치를 마련한 주형 설비를 사용하여, 연속 주조를 행하는 기술이 개발되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 주형 상부(보다 상세하게는 메니스커스 근방)에 전자 교반 장치를 마련함과 함께, 주형보다도 하방에 전자 브레이크 장치를 마련한 주형 설비가 개시되어 있다. 특허문헌 1에는, 이러한 구성에 의해, 전자 교반 장치에 의해 주조편의 표면 품질이 향상될 수 있음과 함께, 전자 브레이크 장치에 의해 고속 주조를 행할 때에 현저해질 수 있는 주조편 내로의 개재물의 침입이 저감될 수 있는(즉, 내질이 향상될 수 있는) 효과가 얻어진다고 기재되어 있다. 또한, 예를 들어 특허문헌 2에는, 상하 방향으로 2단의 전자 교반 장치를 마련한 주형 설비가 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 이러한 구성에 의해, 메니스커스 근방의 용융 금속에 전자력을 작용시키는 상단의 전자 교반 장치에 의해 주조편의 표면 품질이 향상될 수 있음과 함께, 침지 노즐로부터의 토출류에 전자력을 작용시키는 하단의 전자 교반 장치에 의해 주조편의 내질이 향상될 수 있는 효과가 얻어진다고 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 주형의 상부에 전자 교반 장치 EMS를 접지하고, 주형 상부로부터 소정 거리의 위치에 코어의 상단이 오도록 전자 브레이크 장치 LMF를 설치한 연속 주조 장치가 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 4에는, 강의 연속 주조 방법에 관한 것으로, 전자 교반 코일과 전자 브레이크 장치를 사용한 구성이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 평6-226409호 공보 일본 특허 공개 제2000-61599호 공보 일본 특허 공개 제2015-27687호 공보 일본 특허 공개 제2002-45953호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 주형 설비에서는, 전자 브레이크 장치의 하단이 주형보다도 하방에 위치하고 있다. 전자 브레이크에 의해 발생하는 전자력(제동력)은 용융 금속의 유속에 따라서 작용하기 때문에, 이러한 설치 위치에서는, 전자 브레이크 장치를 침지 노즐의 토출 구멍 부근에 설치한 경우에 비하여, 용융 금속에 작용하는 전자력이 매우 작아지는 것이 염려된다. 즉, 특허문헌 1에 기재되어 있는, 고속 주조 시에 있어서의 전자 브레이크 장치에 의한 주조편의 내질 향상의 효과는, 한정적인 것일 가능성이 있다. 이 점에 대해서, 본 발명자들이 일반적인 주조 조건(주조편 사이즈나 품종, 침지 노즐의 위치 등)을 가정하여 수치 해석 시뮬레이션 등을 행해 검토한 결과, 특허문헌 1에 기재된 위치에 전자 브레이크 장치를 설치한 경우에 있어서, 생산성 향상을 위하여 주조 속도를 증가시킨 경우에는, 개재물의 침입을 적합하게 방지할 수 있는 것은 주조 속도가 1.6m/min 정도까지이고, 주조 속도가 1.6m/min 정도를 초과하면 개재물의 침입을 효과적으로 방지하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 발생할 수 있는 것이 새롭게 판명되었다.

또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 주형 설비에서는, 전자 브레이크 장치를 사용하지 않고, 전자 교반 장치에 의해 토출류에 상향의 힘을 작용시킴으로써, 토출류의 기세를 저감시키고 있다. 그러나, 전자 교반에 의해 발생하는 전자력은 토출류의 유속 변동에 관계없이 작용하기 때문에, 전자 교반 장치에 의해 토출류의 유속을 안정적으로 제어하는 것은 곤란하다고 생각된다. 본 발명자들에 의한 검토의 결과, 특허문헌 2에 기재된 주형 설비를 사용하여 주형 내의 용융 금속의 유동을 제어하고자 하면, 상술한 전자 교반 장치에 의한 토출류의 제어의 곤란성에 기인하여 당해 용융 금속의 유동은 불안정해지기 쉽고, 주조편의 내질이 변동하기 쉽다고 하는 문제가 발생할 수 있는 것이 새롭게 판명되었다.

또한, 특허문헌 3, 특허문헌 4에 기재된 기술은, 모두 주조 속도가 1.5m/min 이하의 저속인 것이고, 고속 주조를 상정한 것은 아니었다.

이와 같이, 주조편의 품질을 확보하면서 생산성을 향상시키는 것을 가능하게 하는 것과 같은, 전자력 발생 장치의 적절한 구성에 대해서는, 아직 검토의 여지가 있다. 그래서, 본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 본 발명의 목적으로 하는 점은, 연속 주조에 있어서, 생산성을 향상시킨 경우에도, 안정적으로 주조편의 품질을 확보하는 것이 가능한, 신규이면서도 개량된 주형 설비를 제공하는 데 있다.

본 발명자들은, 연속 주조에 있어서, 전자 브레이크 장치와 전자 교반 장치를 조합한 주형 설비를 사용하여 주형 내의 용융 금속의 유동을 안정시킴으로써, 주조편의 품질을 확보하면서 생산성을 향상시키는 것을 시도하였다. 그러나, 이들의 장치는, 단순하게 양쪽의 장치를 설치하면 간단하게 양쪽 장치의 장점이 얻어진다는 것은 아니었다. 예를 들어 상술한 응고 셸 계면에서의 용융 금속의 유속에 미치는 영향으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 이들의 장치는 서로의 효과를 상쇄하도록 영향을 미치는 면도 가지고 있다. 따라서, 전자 브레이크 장치 및 전자 교반 장치를 양쪽 사용한 연속 주조에서는, 이들의 장치를 각각 단체로 사용한 경우보다도 주조편의 품질(표면 품질 및 내질)이 악화되어 버리는 경우도 적지 않다.

그래서, 발명자들은, 수치 해석 시뮬레이션이나 실기 시험을 반복하여 행하여, 예의 검토한 결과, 전자 브레이크 장치 및 전자 교반 장치를 사용한 연속 주조에 있어서, 주조편의 품질을 향상시키는 효과를 보다 효과적으로 발휘시켜, 생산성을 향상시킨 경우에도 주조편의 품질을 확보하는 것을 가능하게 하기 위해서는, 이들의 장치의 구성 및 설치 위치를 적절하게 규정하는 것이 중요한 것을 발견하기에 이르렀다.

즉, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 어느 한 관점에 의하면, 연속 주조용의 주형과, 상기 주형을 냉각하기 위한 냉각수를 저수하는 제1 물 상자 및 제2 물 상자와, 상기 주형 내의 용융 금속에 대하여 수평면 내에 있어서 선회류를 발생시키는 것과 같은 전자력을 부여하는 전자 교반 장치와, 상기 주형 내로의 침지 노즐로부터의 용융 금속의 토출류에 대하여 상기 토출류를 제동하는 방향의 전자력을 부여하는 전자 브레이크 장치를 구비하고, 상기 주형의 긴 변 주형판의 외측면에 있어서, 상기 제1 물 상자, 상기 전자 교반 장치, 상기 전자 브레이크 장치 및 상기 제2 물 상자가, 상방으로부터 하방을 향해서 이 순으로 설치되어, 상기 전자 교반 장치의 코어 높이 H1 및 상기 전자 브레이크 장치의 코어 높이 H2가, 하기 수식 (101)에 나타내는 관계를 만족시키는, 주형 설비가 제공된다. 여기서, 주조 속도는 2.0m/min 이하여도 된다.

또한, 당해 주형 설비에 있어서는, 상기 전자 교반 장치의 코어 높이 H1 및 상기 전자 브레이크 장치의 코어 높이 H2가, 하기 수식 (103)에 나타내는 관계를 만족시켜도 된다. 여기서, 주조 속도는 2.2m/min 이하여도 된다.

또한, 상기 전자 교반 장치의 코어 높이 H1 및 상기 전자 브레이크 장치의 코어 높이 H2가, 하기 수식 (105)에 나타내는 관계를 만족시키는 것이어도 된다. 여기서, 주조 속도는 2.4m/min 이하여도 된다.

또한, 상기 전자 교반 장치의 코어 높이 H1 및 상기 전자 브레이크 장치의 코어 높이 H2가, 하기 수식 (2)에 나타내는 관계를 만족시키는 것이어도 된다.

또한, 상기 전자 브레이크 장치는, 분할 브레이크로 구성되는 것이어도 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연속 주조에 있어서, 생산성을 향상시킨 경우에도 주조편의 품질을 확보하는 것이 가능해진다.

도 1은, 본 실시 형태에 관한 연속 주조기의 일 구성예를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 2는, 본 실시 형태에 관한 주형 설비의 Y-Z 평면에서의 단면도이다.
도 3은, 주형 설비의, 도 2에 도시하는 A-A 단면에서의 단면도이다.
도 4는, 주형 설비의, 도 3에 도시하는 B-B 단면에서의 단면도이다.
도 5는, 주형 설비의, 도 3에 도시하는 C-C 단면에서의 단면도이다.
도 6은, 전자 브레이크 장치에 의해 용강에 대하여 부여되는 전자력의 방향에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 응고 셸의 두께가 4mm 또는 5mm로 되는 경우의, 주조 속도(m/min)와 용강 탕면으로부터의 거리(mm)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은, 수치 해석 시뮬레이션에 의해 얻어진, 주조 속도가 1.4m/min인 경우에 있어서의, 코어 높이 비율 H1/H2와 핀 홀 지수의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 9는, 수치 해석 시뮬레이션에 의해 얻어진, 주조 속도가 2.0m/min인 경우에 있어서의, 코어 높이 비율 H1/H2와 핀 홀 지수의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 10은, 수치 해석 시뮬레이션에 의해 얻어진, 주조 속도와 내질 지수의 관계를 나타내는 그래프도이다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.

또한, 본 명세서에 도시하는 각 도면에서는, 설명을 위해, 일부의 구성 부재의 크기를 과장하여 표현하고 있는 경우가 있다. 각 도면에 있어서 도시되는 각 부재의 상대적인 크기는, 반드시 실제의 부재 간에 있어서의 대소 관계를 정확하게 표현하는 것은 아니다.

또한, 이하에서는, 일례로서, 용융 금속이 용강인 실시 형태에 대하여 설명한다. 단, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않고, 본 발명은 다른 금속에 대한 연속 주조에 대하여 적용되어도 된다.

(1. 연속 주조기의 구성)

도 1을 참조하여, 본 발명의 적합한 일 실시 형태에 관한 연속 주조기의 구성 및 연속 주조 방법에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 연속 주조기의 일 구성예를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 연속 주조기(1)는, 연속 주조용의 주형(110)을 사용하여 용강(2)을 연속 주조하고, 슬래브 등의 주조편(3)을 제조하기 위한 장치이다. 연속 주조기(1)는, 주형(110)과, 레이들(4)과, 턴디쉬(5)와, 침지 노즐(6)과, 이차 냉각 장치(7)와, 주조편 절단기(8)를 구비한다.

레이들(4)은, 용강(2)을 외부로부터 턴디쉬(5)까지 반송하기 위한 가동식 용기이다. 레이들(4)은, 턴디쉬(5)의 상방에 배치되고, 레이들(4) 내의 용강(2)이 턴디쉬(5)에 공급된다. 턴디쉬(5)는, 주형(110)의 상방에 배치되고, 용강(2)을 저류하여, 당해 용강(2) 중의 개재물을 제거한다. 침지 노즐(6)은, 턴디쉬(5)의 하단으로부터 주형(110)을 향하여 하방으로 연장되고, 그 선단은 주형(110) 내의 용강(2)에 침지되어 있다. 당해 침지 노즐(6)은, 턴디쉬(5)에서 개재물이 제거된 용강(2)을 주형(110) 내에 연속 공급한다.

주형(110)은, 주조편(3)의 폭 및 두께에 따른 사각 통상이고, 예를 들어 한 쌍의 긴 변 주형판(후술하는 도 2에 도시하는 긴 변 주형판(111)에 대응함)으로 한 쌍의 짧은 변 주형판(후술하는 도 4 내지 도 6에 도시하는 짧은 변 주형판(112)에 대응함)을 양측으로부터 사이에 두도록 조립된다. 긴 변 주형판 및 짧은 변 주형판(이하, 주형판이라고 총칭하는 경우가 있음)은, 예를 들어 냉각수가 유동하는 수로가 마련된 수랭 동판이다. 주형(110)은, 이러한 주형판과 접촉하는 용강(2)을 냉각하고, 주조편(3)을 제조한다. 주조편(3)이 주형(110) 하방을 향하여 이동함에 따라서, 내부의 미응고부(3b)의 응고가 진행되고, 외각의 응고 셸(3a)의 두께는, 점차 두꺼워진다. 이러한 응고 셸(3a)과 미응고부(3b)를 포함하는 주조편(3)은, 주형(110)의 하단에서 인발된다.

또한, 이하의 설명에서는, 상하 방향(즉, 주형(110)으로부터 주조편(3)이 인발되는 방향)을 Z축 방향이라고도 호칭한다. 또한, Z축 방향과 수직인 평면(수평면) 내에 있어서의 서로 직교하는 2 방향을, 각각, X축 방향 및 Y축 방향이라고도 호칭한다. 또한, X축 방향을, 수평면 내에 있어서 주형(110)의 긴 변과 평행한 방향으로 하여 정의하고, Y축 방향을, 수평면 내에 있어서 주형(110)의 짧은 변과 평행한 방향으로 하여 정의한다. 또한, 이하의 설명에서는, 각 부재의 크기를 표현할 때에, 당해 부재의 Z축 방향의 길이를 높이라고도 하고, 당해 부재의 X축 방향 또는 Y축 방향의 길이를 폭이라고도 하는 경우가 있다.

여기서, 도 1에서는 도면이 번잡해지는 것을 피하기 위하여 도시를 생략하고 있지만, 본 실시 형태에서는, 주형(110)의 긴 변 주형판의 외측면에 전자력 발생 장치가 설치된다. 당해 전자력 발생 장치는, 전자 교반 장치 및 전자 브레이크 장치를 구비하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 당해 전자력 발생 장치를 구동시키면서 연속 주조를 행함으로써, 주조편의 품질을 확보하면서, 보다 고속으로의 주조가 가능해진다. 당해 전자력 발생 장치의 구성 및 주형(110)에 대한 설치 위치 등에 대해서는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 후술한다.

이차 냉각 장치(7)는, 주형(110)의 하방의 이차 냉각대(9)에 마련되고, 주형(110) 하단으로부터 인발된 주조편(3)을 지지 및 반송하면서 냉각한다. 이 이차 냉각 장치(7)는, 주조편(3)의 두께 방향 양측에 배치되는 복수 쌍의 지지 롤(예를 들어, 서포트 롤(11), 핀치 롤(12) 및 세그먼트 롤(13))과, 주조편(3)에 대하여 냉각수를 분사하는 복수의 스프레이 노즐(도시하지 않음)을 갖는다.

이차 냉각 장치(7)에 마련되는 지지 롤은, 주조편(3)의 두께 방향 양측에 쌍으로 되어 배치되고, 주조편(3)을 지지하면서 반송하는 지지 반송 수단으로서 기능한다. 당해 지지 롤에 의해 주조편(3)을 두께 방향 양측으로부터 지지함으로써, 이차 냉각대(9)에 있어서 응고 도중의 주조편(3)의 브레이크 아웃이나 벌징을 방지할 수 있다.

지지 롤인 서포트 롤(11), 핀치 롤(12) 및 세그먼트 롤(13)은, 이차 냉각대(9)에 있어서의 주조편(3)의 반송 경로(패스 라인)를 형성한다. 이 패스 라인은, 도 1에 도시한 바와 같이, 주형(110)의 바로 아래에서는 수직이고, 이어서 곡선상으로 만곡하여, 최종적으로는 수평하게 된다. 이차 냉각대(9)에 있어서, 당해 패스 라인이 수직인 부분을 수직부(9A), 만곡하고 있는 부분을 만곡부(9B), 수평인 부분을 수평부(9C)라고 칭한다. 이러한 패스 라인을 갖는 연속 주조기(1)는, 수직 굽힘형의 연속 주조기(1)라고 호칭된다. 또한, 본 발명은, 도 1에 도시한 바와 같은 수직 굽힘형의 연속 주조기(1)에 한정되지 않고, 만곡형 또는 수직형 등 다른 각종의 연속 주조기에도 적용 가능하다.

서포트 롤(11)은, 주형(110)의 바로 아래 수직부(9A)에 마련되는 무구동식 롤이고, 주형(110)으로부터 인발된 직후의 주조편(3)을 지지한다. 주형(110)으로부터 인발된 직후의 주조편(3)은, 응고 셸(3a)이 얇은 상태이기 때문에, 브레이크 아웃이나 벌징을 방지하기 위하여 비교적 짧은 간격(롤 피치)으로 지지할 필요가 있다. 그 때문에, 서포트 롤(11)로서는, 롤 피치를 단축하는 것이 가능한 소경의 롤이 사용되는 것이 바람직하다. 도 1에 도시하는 예에서는, 수직부(9A)에 있어서의 주조편(3)의 양측에, 소경의 롤로 이루어지는 3대의 서포트 롤(11)이, 비교적 좁은 롤 피치로 마련되어 있다.

핀치 롤(12)은, 모터 등의 구동 수단에 의해 회전하는 구동식 롤이고, 주조편(3)을 주형(110)으로부터 인발하는 기능을 갖는다. 핀치 롤(12)은, 수직부(9A), 만곡부(9B) 및 수평부(9C)에 있어서 적절한 위치에 각각 배치된다. 주조편(3)은, 핀치롤(12)로부터 전달되는 힘에 의해 주형(110)으로부터 인발되고, 상기 패스 라인을 따라 반송된다. 또한, 핀치롤(12)의 배치는 도 1에 도시하는 예에 한정되지 않고, 그 배치 위치는 임의로 설정되어도 된다.

세그먼트 롤(13)(가이드 롤이라고도 함)은, 만곡부(9B) 및 수평부(9C)에 마련되는 무구동식 롤이고, 상기 패스 라인을 따라 주조편(3)을 지지 및 안내한다. 세그먼트 롤(13)은, 패스 라인 상의 위치에 의해, 및 주조편(3)의 F면(Fixed면, 도 1에서는 좌측 하단측의 면)과 L면(Loose면, 도 1에서는 우측 상단측의 면) 중 어디에 마련되는지에 의해, 각각 다른 롤 직경이나 롤 피치로 배치되어도 된다.

주조편 절단기(8)는, 상기 패스 라인의 수평부(9C)의 종단에 배치되고, 당해 패스 라인을 따라 반송된 주조편(3)을 소정의 길이로 절단한다. 절단된 후판상의 주조편(14)은, 테이블 롤(15)에 의해 다음 공정의 설비로 반송된다.

이상, 도 1을 참조하여, 본 실시 형태에 관한 연속 주조기(1)의 전체 구성에 대하여 설명하였다. 또한, 본 실시 형태에서는, 주형(110)에 대하여 상술한 전자력 발생 장치가 설치되고, 당해 전자력 발생 장치를 사용하여 연속 주조가 행하여지면 되고, 연속 주조기(1)에 있어서의 당해 전자력 발생 장치 이외의 구성은, 일반적인 종래의 연속 주조기와 마찬가지여도 된다. 따라서, 연속 주조기(1)의 구성은 도시한 것에 한정되지 않고, 연속 주조기(1)로서는, 모든 구성의 것이 사용되어도 된다.

(2. 전자력 발생 장치)

(2-1. 전자력 발생 장치의 구성)

도 2 내지 도 5를 참조하여, 상술한 주형(110)에 대하여 설치되는 전자력 발생 장치의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2 내지 도 5는, 본 실시 형태에 관한 주형 설비의 일 구성예를 도시하는 도면이다.

도 2는, 본 실시 형태에 관한 주형 설비(10)의 Y-Z 평면에서의 단면도이다. 도 3은, 주형 설비(10)의, 도 2에 도시하는 A-A 단면에서의 단면도이다. 도 4는, 주형 설비(10)의, 도 3에 도시하는 B-B 단면에서의 단면도이다. 도 5는, 주형 설비(10)의, 도 3에 도시하는 C-C 단면에서의 단면도이다. 또한, 주형 설비(10)는, Y축 방향에 있어서, 주형(110)의 중심에 대하여 대칭인 구성을 갖기 때문에, 도 2, 도 4 및 도 5에서는, 한쪽의 긴 변 주형판(111)에 대응하는 부위만을 도시하고 있다. 또한, 도 2, 도 4 및 도 5에서는, 이해를 용이하게 하기 위해서, 주형(110) 내의 용강(2)도 아울러 도시하고 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시 형태에 관한 주형 설비(10)는, 주형(110)의 긴 변 주형판(111)의 외측면에, 백업 플레이트(121)를 통해, 2개의 물 상자(130, 140)와, 전자력 발생 장치(170)가 설치되어 구성된다.

주형(110)은, 상술한 바와 같이, 한 쌍의 긴 변 주형판(111)으로 한 쌍의 짧은 변 주형판(112)을 양측으로부터 사이에 두도록 조립된다. 주형판(111, 112)은 동판으로 이루어진다. 단, 본 실시 형태는 이러한 예에 한정되지 않고, 주형판(111, 112)은, 일반적으로 연속 주조기의 주형으로서 사용되는 각종 재료로 형성되어도 된다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 철강 슬래브의 연속 주조를 대상으로 하고 있고, 그 주조편 사이즈는, 폭(즉, X축 방향의 길이) 800 내지 2300mm 정도, 두께(즉, Y축 방향의 길이) 200 내지 300mm 정도이다. 즉, 주형판(111, 112)도, 당해 주조편 사이즈에 대응한 크기를 갖는다. 즉, 긴 변 주형판(111)은, 적어도 주조편(3)의 폭 800 내지 2300mm보다도 긴 X축 방향의 폭을 갖고, 짧은 변 주형판(112)은, 주조편(3)의 두께 200 내지 300mm과 대략 동일한 Y축 방향의 폭을 갖는다.

또한, 상세하게는 후술하지만, 본 실시 형태에서는, 전자력 발생 장치(170)에 의한 주조편(3)의 품질 향상의 효과를 보다 효과적으로 얻기 위해서, Z축 방향의 길이가 가능한 한 길어지도록 주형(110)을 구성한다. 일반적으로, 주형(110) 내에서 용강(2)의 응고가 진행되면, 응고 수축을 위하여 주조편(3)이 주형(110)의 내벽으로부터 이격되어 버려, 당해 주조편(3)의 냉각이 불충분해지는 경우가 있는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 주형(110)의 길이는, 용강 탕면으로부터, 길어도 1000mm 정도가 한계로 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이러한 사정을 고려하여, 용강 탕면으로부터 주형판(111, 112)의 하단까지의 길이가 1000mm 정도로 되도록, 당해 1000mm보다도 충분히 큰 Z축 방향의 길이를 갖도록, 당해 주형판(111, 112)을 형성한다.

백업 플레이트(121, 122)는, 예를 들어 스테인리스로 이루어지고, 주형(110)의 주형판(111, 112)을 보강하기 위해서, 당해 주형판(111, 112)의 외측면을 덮도록 마련된다. 이하, 구별을 위해, 긴 변 주형판(111)의 외측면에 마련되는 백업 플레이트(121)를 긴 변측 백업 플레이트(121)라고도 하고, 짧은 변 주형판(112)의 외측면에 마련되는 백업 플레이트(122)를 짧은 변측 백업 플레이트(122)라고도 한다.

전자력 발생 장치(170)는, 긴 변측 백업 플레이트(121)를 통해 주형(110) 내의 용강(2)에 대하여 전자력을 부여하기 때문에, 적어도 긴 변측 백업 플레이트(121)는 비자성체(예를 들어, 비자성의 스테인리스 등)에 의해 형성될 수 있다. 단, 긴 변측 백업 플레이트(121)의, 후술하는 전자 브레이크 장치(160)의 철심(코어)(162)(이하, 전자 브레이크 코어(162)라고도 함)의 단부(164)와 대향하는 부위에는, 전자 브레이크 장치(160)의 자속 밀도를 확보하기 위해서, 자성체의 연철(124)이 매립된다.

긴 변측 백업 플레이트(121)에는, 또한, 당해 긴 변측 백업 플레이트(121)와 수직인 방향(즉, Y축 방향)을 향하여 연신하는 한 쌍의 백업 플레이트(123)가 마련된다. 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 이 한 쌍의 백업 플레이트(123) 사이에 전자력 발생 장치(170)가 설치된다. 이와 같이, 백업 플레이트(123)는, 전자력 발생 장치(170)의 폭(즉, X축 방향의 길이) 및 X축 방향의 설치 위치를 규정할 수 있는 것이다. 바꾸어 말하면, 전자력 발생 장치(170)가 주형(110) 내의 용강(2)의 원하는 범위에 대하여 전자력을 부여할 수 있도록, 백업 플레이트(123)의 설치 위치가 결정된다. 이하, 구별을 위해, 당해 백업 플레이트(123)를, 폭 방향 백업 플레이트(123)라고도 한다. 폭 방향 백업 플레이트(123)도, 백업 플레이트(121, 122)와 마찬가지로, 예를 들어 스테인리스로 형성된다.

물 상자(130, 140)는, 주형(110)을 냉각하기 위한 냉각수를 저수한다. 본 실시 형태에서는, 도시한 바와 같이, 한쪽의 물 상자(130)를 긴 변 주형판(111)의 상단으로부터 소정의 거리의 영역에 설치하고, 다른 쪽의 물 상자(140)를 긴 변 주형판(111)의 하단으로부터 소정의 거리의 영역에 설치한다. 이와 같이, 물 상자(130, 140)를 주형(110)의 상부 및 하부에 각각 마련함으로써, 당해 물 상자(130, 140) 사이에 전자력 발생 장치(170)를 설치하는 공간을 확보하는 것이 가능해진다. 이하, 구별을 위해, 긴 변 주형판(111)의 상부에 마련되는 물 상자(130)를 상부 물 상자(130)라고도 하고, 긴 변 주형판(111)의 하부에 마련되는 물 상자(140)를 하부 물 상자(140)라고도 한다.

긴 변 주형판(111)의 내부, 또는 긴 변 주형판(111)과 긴 변측 백업 플레이트(121) 사이에는, 냉각수가 통과하는 수로(도시하지 않음)가 형성된다. 당해 수로는, 물 상자(130, 140)까지 연장 설치되어 있다. 도시하지 않은 펌프에 의해, 한쪽의 물 상자(130, 140)로부터 다른 쪽의 물 상자(130, 140)를 향해서(예를 들어, 하부 물 상자(140) 상부 물 상자(130)을 향해), 당해 수로를 통과하여 냉각수가 흐르게 된다. 이에 의해, 긴 변 주형판(111)이 냉각되어, 당해 긴 변 주형판(111)을 통해 주형(110) 내부의 용강(2)이 냉각된다. 또한, 도시는 생략하고 있지만, 짧은 변 주형판(112)에 대해서도, 마찬가지로, 물 상자 및 수로가 마련되고, 냉각수가 유동됨으로써 당해 짧은 변 주형판(112)이 냉각된다.

전자력 발생 장치(170)는, 전자 교반 장치(150)와, 전자 브레이크 장치(160)를 구비한다. 도시한 바와 같이, 전자 교반 장치(150) 및 전자 브레이크 장치(160)는, 물 상자(130, 140) 사이의 공간에 설치된다. 당해 공간 내에서, 전자 교반 장치(150)가 상방에, 전자 브레이크 장치(160)가 하방에 설치된다. 또한, 전자 교반 장치(150) 및 전자 브레이크 장치(160)의 높이, 그리고 전자 교반 장치(150) 및 전자 브레이크 장치(160)의 Z축 방향에 있어서의 설치 위치에 대해서는, 하기(2-2. 전자력 발생 장치의 설치 위치의 상세)에서 상세하게 설명한다.

전자 교반 장치(150)는, 주형(110) 내의 용강(2)에 대하여, 동자장을 인가함으로써, 당해 용강(2)에 대하여 전자력을 부여한다. 전자 교반 장치(150)는, 자신이 설치되는 긴 변 주형판(111)의 폭 방향(즉, X축 방향)의 전자력을 용강(2)에 부여하도록 구동된다. 도 4에는, 전자 교반 장치(150)에 의해 용강(2)에 대하여 부여되는 전자력의 방향을, 모의적으로 굵은 선 화살표로 나타내고 있다. 여기서, 도시를 생략하고 있는 긴 변 주형판(111)(즉, 도시하는 긴 변 주형판(111)에 대향하는 긴 변 주형판(111))에 마련되는 전자 교반 장치(150)는, 그 자신이 설치되는 긴 변 주형판(111)의 폭 방향을 따라, 도시하는 방향과는 역방향의 전자력을 부여하도록 구동된다. 이와 같이, 한 쌍의 전자 교반 장치(150)가, 수평면 내에 있어서 선회류를 발생시키도록 구동된다. 전자 교반 장치(150)에 의하면, 이러한 선회류를 발생시킴으로써, 응고 셸 계면에 있어서의 용강(2)이 유동되어, 응고 셸(3a)로의 기포나 개재물의 포착을 억제하는 세정 효과가 얻어지고, 주조편(3)의 표면 품질을 양호화시킬 수 있다.

전자 교반 장치(150)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 전자 교반 장치(150)는, 케이스(151)와, 당해 케이스(151) 내에 저장되는 철심(코어)(152)(이하, 전자 교반 코어(152)라고도 함)과, 당해 전자 교반 코어(152)에 도선이 권회되어서 구성되는 복수의 코일(153)로 구성된다.

케이스(151)는, 대략 직육면체 형상을 갖는 중공의 부재이다. 케이스(151)의 크기는, 전자 교반 장치(150)에 의해 용강(2)의 원하는 범위에 대하여 전자력을 부여할 수 있도록, 즉, 내부에 마련되는 코일(153)이 용강(2)에 대하여 적절한 위치에 배치될 수 있도록, 적절히 결정될 수 있다. 예를 들어, 케이스(151)의 X축 방향의 폭 W4, 즉 전자 교반 장치(150)의 X축 방향의 폭 W4는, 주형(110) 내의 용강(2)에 대하여, X축 방향의 어느 쪽의 위치에 있어서도 전자력을 부여할 수 있도록, 주조편(3)의 폭보다도 커지도록 결정된다. 예를 들어, W4는 1800mm 내지 2500mm 정도이다. 또한, 전자 교반 장치(150)에서는, 코일(153)로부터 케이스(151)의 측벽을 통과하여 용강(2)에 대하여 전자력이 부여되기 때문에, 케이스(151)의 재료로서는, 예를 들어 비자성체 스테인리스 또는 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 등의, 비자성으로, 또한 강도가 확보 가능한 부재가 사용된다.

전자 교반 코어(152)는, 대략 직육면체 형상을 갖는 중실의 부재이고, 케이스(151) 내에 있어서, 그 긴 변 방향이 긴 변 주형판(111)의 폭 방향(즉, X축 방향)과 대략 평행해지도록 설치된다. 전자 교반 코어(152)는, 예를 들어 전자 강판을 적층함으로써 형성된다.

전자 교반 코어(152)에 대하여, X축 방향을 중심축으로 하여 도선이 권회됨으로써, 코일(153)이 형성된다. 당해 도선으로서는, 예를 들어 단면이 10mm×10mm로, 내부에 직경 5mm 정도의 냉각 수로를 갖는 구리제의 것이 사용된다. 전류 인가 시에는, 당해 냉각 수로를 사용하여 당해 도선이 냉각된다. 당해 도선은, 절연지 등에 의해 그 표층이 절연 처리되어 있고, 층상으로 권회하는 것이 가능하다. 예를 들어, 하나의 코일(153)은, 당해 도선을 2 내지 4층 정도 권회함으로써 형성된다. 마찬가지의 구성을 갖는 코일(153)이, X축 방향으로 소정의 간격을 갖고 병렬되어서 마련된다.

코일(153) 각각에는, 도시하지 않은 교류 전원이 접속된다. 당해 교류 전원에 의해, 인접하는 코일(153)에 있어서의 전류의 위상이 적절히 어긋나도록 당해 코일(153)에 대하여 전류를 인가함으로써, 용강(2)에 대하여 선회류를 발생시키는 것과 같은 전자력이 부여될 수 있다. 또한, 당해 교류 전원의 구동은, 프로세서 등으로 이루어지는 제어 장치(도시하지 않음)가 소정의 프로그램을 따라서 동작함으로써, 적절히 제어될 수 있다. 당해 제어 장치에 의해, 코일(153)의 각각에 인가하는 전류량이나, 코일(153)의 각각에 전류를 인가하는 타이밍 등이 적절히 제어되고, 용강(2)에 대하여 부여되는 전자력의 강도가 제어될 수 있다. 이 교류 전원의 구동 방법으로서는, 일반적인 전자 교반 장치에 있어서 사용되고 있는 각종 공지된 방법이 적용되어도 되기 때문에, 여기에서는 그 상세한 설명을 생략한다.

전자 교반 코어(152)의 X축 방향의 폭 W1은, 전자 교반 장치(150)에 의해 용강(2)의 원하는 범위에 대하여 전자력을 부여할 수 있도록, 즉, 코일(153)이 용강(2)에 대하여 적절한 위치에 배치될 수 있도록, 적절히 결정될 수 있다. 예를 들어, W1은 1800mm 정도이다.

전자 브레이크 장치(160)는, 주형(110) 내의 용강(2)에 대하여 정자장을 인가함으로써, 당해 용강(2)에 대하여 전자력을 부여한다. 여기서, 도 6은, 전자 브레이크 장치(160)에 의해 용강(2)에 대하여 부여되는 전자력의 방향에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서는, 주형(110) 근방의 구성의, X-Z 평면에서의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 또한, 도 6에서는, 전자 교반 코어(152) 및 후술하는 전자 브레이크 코어(162)의 단부(164)의 위치를 모의적으로 파선으로 나타내고 있다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 침지 노즐(6)에는, 짧은 변 주형판(112)에 대향하는 위치에 한 쌍의 토출 구멍이 마련될 수 있다. 전자 브레이크 장치(160)는, 침지 노즐(6)의 당해 토출 구멍으로부터의 용강(2)의 흐름(토출류)을 억제하는 방향의 전자력을, 당해 용강(2)에 대하여 부여하도록 구동된다. 도 6에는, 토출류의 방향을 모의적으로 세선 화살표로 나타냄과 함께, 전자 브레이크 장치(160)에 의해 용강(2)에 대하여 부여되는 전자력의 방향을 모의적으로 굵은 선 화살표로 나타내고 있다. 전자 브레이크 장치(160)에 의하면, 이러한 토출류를 억제하는 방향의 전자력을 발생시킴으로써, 하강류가 억제되어, 기포나 개재물의 부상 분리를 촉진하는 효과가 얻어지고, 주조편(3)의 내질을 양호화시킬 수 있다.

전자 브레이크 장치(160)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 전자 브레이크 장치(160)는, 케이스(161)와, 당해 케이스(161) 내에 그 일부가 저장되는 전자 브레이크 코어(162)와, 당해 전자 브레이크 코어(162)의 케이스(161) 내의 부위에 도선이 권회되어 구성되는 복수의 코일(163)로 구성된다.

케이스(161)는, 대략 직육면체 형상을 갖는 중공의 부재이다. 케이스(161)의 크기는, 전자 브레이크 장치(160)에 의해 용강(2)의 원하는 범위에 대하여 전자력을 부여할 수 있도록, 즉, 내부에 마련되는 코일(163)이 용강(2)에 대하여 적절한 위치에 배치될 수 있도록, 적절히 결정될 수 있다. 예를 들어, 케이스(161)의 X축 방향의 폭 W4, 즉 전자 브레이크 장치(160)의 X축 방향의 폭 W4는, 주형(110) 내의 용강(2)에 대하여, X축 방향의 원하는 위치에 있어서 전자력을 부여할 수 있도록, 주조편(3)의 폭보다도 커지도록 결정된다. 도시하는 예에서는, 케이스(161)의 폭 W4는, 케이스(151)의 폭 W4와 대략 마찬가지이다. 단, 본 실시 형태는 이러한 예에 한정되지 않고, 전자 교반 장치(150)의 폭과 전자 브레이크 장치(160)의 폭은 달라도 된다.

또한, 전자 브레이크 장치(160)에서는, 코일(163)로부터 케이스(161)의 측벽을 통과하여 용강(2)에 대하여 전자력이 부여되기 때문에, 케이스(161)는, 케이스(151)와 마찬가지로, 예를 들어 비자성체 스테인리스 또는 FRP 등의, 비자성으로, 또한 강도가 확보 가능한 재료로 형성된다.

전자 브레이크 코어(162)는, 대략 직육면체 형상을 갖는 중실의 부재이며 코일(163)이 마련되는 한 쌍의 단부(164)와, 동일하게 대략 직육면체 형상을 갖는 중실의 부재이며 당해 한 쌍의 단부(164)를 연결하는 연결부(165)로 구성된다. 전자 브레이크 코어(162)는, 연결부(165)로부터, Y축 방향이며 긴 변 주형판(111)을 향하는 방향으로 돌출하도록 한 쌍의 단부(164)가 마련되어서 구성된다. 한 쌍의 단부(164)가 마련되는 위치는, 용강(2)에 대하여 전자력을 부여하고 싶은 위치, 즉 침지 노즐(6)의 한 쌍 토출 구멍으로부터의 토출류가 각각 코일(163)에 의해 자장이 인가되는 영역을 통과하는 위치에 마련될 수 있다(도 6도 참조). 전자 브레이크 코어(162)는, 예를 들어 전자 강판을 적층함으로써 형성된다.

전자 브레이크 코어(162)의 단부(164)에 대하여, Y축 방향을 중심축으로 하여 도선이 권회됨으로써, 코일(163)이 형성된다. 당해 코일(163)의 구조는, 상술한 전자 교반 장치(150)의 코일(153)과 마찬가지이다. 각 단부(164)에 대해서, 각각, 복수의 코일(163)이, Y축 방향으로 소정의 간격을 갖고 병렬되어 마련된다.

코일(163) 각각에는, 도시하지 않은 직류 전원이 접속된다. 당해 직류 전원에 의해, 각 코일(163)에 직류 전류를 인가함으로써, 용강(2)에 대하여 토출류의 기세를 약화시키는 것과 같은 전자력이 부여될 수 있다. 또한, 당해 직류 전원의 구동은, 프로세서 등으로 이루어지는 제어 장치(도시하지 않음)가 소정의 프로그램을 따라서 동작함으로써, 적절히 제어될 수 있다. 당해 제어 장치에 의해, 각 코일(163)에 인가하는 전류량 등이 적절히 제어되고, 용강(2)에 대하여 부여되는 전자력의 강도가 제어될 수 있다. 이 직류 전원의 구동 방법으로서는, 일반적인 전자 브레이크 장치에 있어서 사용되고 있는 각종 공지된 방법이 적용되어도 되기 때문에, 여기에서는 그 상세한 설명을 생략한다.

전자 브레이크 코어(162)의 X축 방향의 폭 W0, 단부(164)의 X축 방향의 폭 W2 및 X축 방향에 있어서의 단부(164) 사이의 거리 W3은, 전자 교반 장치(150)에 의해 용강(2)의 원하는 범위에 대하여 전자력을 부여할 수 있도록, 즉, 코일(163)이 용강(2)에 대하여 적절한 위치에 배치될 수 있도록, 적절히 결정될 수 있다. 예를 들어, W0은 1600mm 정도, W2는 500mm 정도, W3은 350mm 정도이다.

여기서, 예를 들어 상기 특허문헌 1에 기재된 기술과 같이, 전자 브레이크 장치로서는, 단독의 자극을 갖고, 주형 폭 방향으로 균일한 자장을 발생시키는 것이 존재한다. 이러한 구성을 갖는 전자 브레이크 장치에서는, 폭 방향으로 균일한 전자력이 부여되게 되기 때문에, 전자력이 부여되는 범위를 상세하게 제어할 수 없어, 적절한 주조 조건이 한정된다는 결점이 있다.

이에 비해, 본 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이 2개의 단부(164)를 갖도록, 즉 2개의 자극을 갖도록, 전자 브레이크 장치(160)이 구성된다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태에서는, 2개의 자극을 가짐으로써, 전자 브레이크 장치(160)가 분할 브레이크로서 구성되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 예를 들어 전자 브레이크 장치(160)을 구동할 때에, 이들 2개의 자극이 각각 N극 및 S극으로서 기능하고, 주형(110)의 폭 방향(즉, X축 방향)의 생략 중심 근방의 영역에 있어서 자속밀도가 대략 제로가 되게, 상기 제어 장치에 의해 코일(163)에의 전류의 인가를 제어할 수 있다. 이 자속밀도가 대략 제로인 영역은, 용강(2)에 대하여 전자력이 거의 부여되지 않는 영역이며, 전자 브레이크 장치(160)에 의한 제동력으로부터 해방된 말하자면 용강 흐름의 방면이 확보될 수 있는 영역이다. 이러한 영역이 확보됨으로써, 더 폭넓은 주조 조건에 대응하는 것이 가능하게 된다.

또한, 도시하는 구성예에서는, 전자 브레이크 장치(160)는 자극을 2개 갖도록 구성되어 있지만, 본 실시 형태는 이러한 예에 한정되지 않는다. 전자 브레이크 장치(160)는, 3개 이상의 단부(164)를 갖고, 3개 이상의 자극을 갖도록 구성되어도 된다. 이 경우, 각 단부(164)의 코일(163)에 인가하는 전류량이 각각 적절히 조정됨으로써, 전자 브레이크에 관한 용강(2)으로의 전자력의 인가를 더욱 상세하게 제어하는 것이 가능하게 된다.

(2-2. 전자력 발생 장치의 설치 위치의 상세)

전자 교반 장치(150) 및 전자 브레이크 장치(160)의 높이, 그리고 전자 교반 장치(150) 및 전자 브레이크 장치(160)의 Z축 방향에 있어서의 설치 위치에 대하여 설명한다.

전자 교반 장치(150) 및 전자 브레이크 장치(160)에 있어서는, 각각, 전자 교반 코어(152) 및 전자 브레이크 코어(162)의 높이가 클수록, 전자력을 부여하는 성능이 높다고 할 수 있다. 예를 들어, 전자 브레이크 장치(160)의 성능은, 전자 브레이크 코어(162)의 단부(164)의 X-Z 평면에서의 단면적(Z축 방향의 높이 H2×X축 방향의 폭 W2)과, 인가하는 직류 전류의 값과, 코일(163)의 감기 수에 의존한다. 따라서, 전자 교반 장치(150) 및 전자 브레이크 장치(160)를 모두 주형(110)에 대하여 설치하는 경우에는, 한정된 설치 공간에 있어서, 전자 교반 코어(152) 및 전자 브레이크 코어(162)의 설치 위치, 보다 상세하게는 전자 교반 코어(152) 및 전자 브레이크 코어(162)의 높이의 비율을 어떻게 설정하는지가, 주조편(3)의 품질을 향상시키기 위하여 각 장치의 성능을 보다 효과적으로 발휘시키는 관점에서, 매우 중요하다.

여기서, 상기 특허문헌 1, 2에도 개시되어 있는 바와 같이, 종래, 연속 주조에 있어서 전자 교반 장치 및 전자 브레이크 장치를 양쪽 사용하는 방법은 제안되어 있다. 그러나, 실제로는, 전자 교반 장치와 전자 브레이크 장치를 양쪽 조합해도, 전자 교반 장치 또는 전자 브레이크 장치를 각각 단체로 사용한 경우보다도, 주조편의 품질이 악화되어 버리는 경우도 적지 않다. 이것은, 단순하게 양쪽의 장치를 설치하면, 간단하게 양쪽의 장치 장점이 얻어진다고 하는 것은 아니고, 각 장치의 구성이나 설치 위치 등에 따라서는, 각각의 장점을 서로 상쇄해 버리는 것이 발생할 수 있기 때문이다. 상기 특허문헌 1, 2에 있어서도, 그 구체적인 장치 구성은 명시되어 있지 않고, 양쪽 장치의 철심(코어)의 높이도 명시되어 있지 않다. 즉, 종래의 방법에서는, 전자 교반 장치 및 전자 브레이크 장치를 양쪽 마련하는 것에 의한 주조편의 품질 향상의 효과가 충분히 얻어진다고는 할 수 없었다.

이에 비해, 본 실시 형태에서는, 이하에 설명하는 것처럼, 고속의 주조라도 주조편(3)의 품질이 확보될 수 있는 것과 같은, 전자 교반 코어(152) 및 전자 브레이크 코어(162)의 적절한 높이의 비율을 규정한다. 이에 의해, 주조편(3)의 품질을 확보하면서 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다.

여기서, 연속 주조에 있어서의 주조 속도는, 주조편 사이즈나 품종에 의해 크게 다르지만, 일반적으로 0.6 내지 2.0m/min 정도이고, 1.6m/min을 초과하는 연속 주조는 고속 주조라고 말해진다. 종래, 높은 품질이 요구되는 자동차용 외장재 등에 대해서는, 주조 속도가 1.6m/min을 초과하는 것과 같은 고속 주조에서는, 품질을 확보하는 것이 곤란하기 때문에, 1.4m/min 정도가 일반적인 주조 속도이다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 상기의 사정을 감안하여, 예를 들어 주조 속도가 1.6m/min을 초과하는 것과 같은 고속 주조에 있어서도, 종래의 보다 느린 주조 속도로 연속 주조를 행한 경우와 동등 이상의 주조편(3)의 품질을 확보하는 것을 구체적인 목표로 하여 설정한다. 이하, 당해 목표를 만족시킬 수 있는 것과 같은, 본 실시 형태에 있어서의 전자 교반 코어(152) 및 전자 브레이크 코어(162)의 높이의 비율에 대해서, 상세하게 설명한다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 주형(110)의 Z축 방향의 중앙부에 전자 교반 장치(150) 및 전자 브레이크 장치(160)를 설치하는 공간을 확보하기 위해서, 주형(110)의 상부 및 하부에, 각각 물 상자(130, 140)를 배치한다. 여기서, 용강 탕면보다도 상방에 전자 교반 코어(152)가 위치해도 그 효과를 얻을 수 없다. 따라서, 전자 교반 코어(152)는 용강 탕면보다도 하방에 설치되어야 한다. 또한, 토출류에 대하여 효과적으로 자장을 인가하기 위해서는 전자 브레이크 코어(162)는 침지 노즐(6)의 토출 구멍 부근에 위치하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 물 상자(130, 140)를 배치한 경우에는, 침지 노즐(6)의 토출 구멍은 하부 물 상자(140)보다도 상방에 위치하는 것이기 때문에, 전자 브레이크 코어(162)도 하부 물 상자(140)보다도 상방에 설치되어야 한다. 따라서, 전자 교반 코어(152) 및 전자 브레이크 코어(162)를 설치함으로써 효과가 얻어지는 공간(이하, 유효 공간이라고도 함)의 높이 H0은, 용강 탕면으로부터 하부 물 상자(140)의 상단까지의 높이로 된다(도 2 참조).

본 실시 형태에서는, 당해 유효 공간을 가장 유효하게 활용하기 위해서, 전자 교반 코어(152)의 상단이 용강 탕면과 대략 동일한 높이가 되도록, 당해 전자 교반 코어(152)를 설치한다. 이때, 전자 교반 장치(150)의 전자 교반 코어(152)의 높이를 H1, 케이스(151)의 높이를 H3으로 하고, 전자 브레이크 장치(160)의 전자 브레이크 코어(162)의 높이를 H2, 케이스(161)의 높이를 H4로 하면, 하기 수식 (1)이 성립된다.

바꾸어 말하면, 상기 수식 (1)을 만족시키면서, 전자 교반 코어(152)의 높이 H1과 전자 브레이크 코어(162)의 높이 H2의 비율 H1/H2(이하, 코어 높이 비율 H1/H2라고도 함)를 규정할 필요가 있다. 이하, 높이 H0 내지 H4에 대하여 각각 설명한다.

(유효 공간의 높이 H0에 대해서)

상술한 바와 같이, 전자 교반 장치(150) 및 전자 브레이크 장치(160)에 있어서는, 각각, 전자 교반 코어(152) 및 전자 브레이크 코어(162)의 높이가 클수록, 전자력을 부여하는 성능이 높다고 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 양쪽 장치가 그 성능을 보다 발휘할 수 있도록, 유효 공간의 높이 H0이 가능한 한 커지도록 주형 설비(10)를 구성한다. 구체적으로는, 유효 공간의 높이 H0을 크게 하기 위해서는, 주형(110)의 Z축 방향의 길이를 크게 하면 된다. 한편, 상술한 바와 같이, 주조편(3)의 냉각성을 고려하여, 용강 탕면으로부터 주형(110)의 하단까지의 길이는 1000mm 정도 이하인 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 주조편(3)의 냉각성을 확보하면서, 유효 공간의 높이 H0을 가능한 한 크게 하기 위해서, 용강 탕면에서 주형(110)의 하단까지가 1000mm 정도가 되도록 주형(110)을 형성한다.

여기서, 충분한 냉각 능력이 얻어지는 것만큼의 수량을 저수할 수 있도록 하부 물 상자(140)를 구성하고자 하면, 과거의 조업 실적 등에 기초하여, 당해 하부 물 상자(140)의 높이는 적어도 200mm 정도는 필요해진다. 따라서, 유효 공간의 높이 H0은, 800mm 정도 이하이다.

(전자 교반 장치 및 전자 브레이크 장치의 케이스 높이 H3, H4에 대해서)

상술한 바와 같이, 전자 교반 장치(150)의 코일(153)은, 전자 교반 코어(152)에, 단면의 사이즈가 10mm×10mm 정도의 도선을 2 내지 4층 권회함으로써 형성된다. 따라서, 코일(153)까지 포함한 전자 교반 코어(152)의 높이는, H1+80mm 정도 이상으로 된다. 케이스(151)의 내벽과 전자 교반 코어(152) 및 코일(153) 사이의 공간을 고려하면, 케이스(151)의 높이 H3은, H1+200mm 정도 이상으로 된다.

전자 브레이크 장치(160)에 대해서도 마찬가지로, 코일(163)까지 포함한 전자 브레이크 코어(162)의 높이는, H2+80mm 정도 이상으로 된다. 케이스(161)의 내벽과 전자 브레이크 코어(162) 및 코일(163) 사이의 공간을 고려하면, 케이스(161)의 높이 H4는, H2+200mm 정도 이상으로 된다.

(H1+H2가 취할 수 있는 범위)

상술한 H0, H3, H4의 값을 상기 수식 (1)에 대입하면, 하기 수식 (2)가 얻어진다.

즉, 전자 교반 코어(152) 및 전자 브레이크 코어(162)는, 그 높이의 합 H1+H2가 500mm 정도 이하가 되도록 구성될 필요가 있다. 이하, 상기 수식 (2)를 만족시키면서, 주조편(3)의 품질 향상의 효과가 충분히 얻어지는 것과 같은, 적절한 코어 높이 비율 H1/H2를 검토한다.

(코어 높이 비율 H1/H2에 대해서)

본 실시 형태에서는, 전자 교반의 효과가 보다 확실하게 얻어지는 것과 같은 전자 교반 코어(152)의 높이 H1의 범위를 규정함으로써, 코어 높이 비율 H1/H2의 적절한 범위를 설정한다.

상술한 바와 같이, 전자 교반에서는, 응고 셸 계면에 있어서의 용강(2)을 유동시킴으로써, 응고 셸(3a)로의 불순물의 포착을 억제하는 세정 효과가 얻어지고, 주조편(3)의 표면 품질을 양호화시킬 수 있다. 한편, 주형(110)의 하방을 향함에 따라서, 주형(110) 내에서의 응고 셸(3a)의 두께는 커져 간다. 전자 교반의 효과는, 응고 셸(3a)의 내측의 미응고부(3b)에 대하여 미쳐지는 것이기 때문에, 전자 교반 코어(152)의 높이 H1은, 주조편(3)의 표면 품질을 어느 정도의 두께까지 확보할 필요가 있는지에 의해 결정될 수 있다.

여기서, 표면 품질이 엄격한 품종에서는, 주조 후의 주조편(3)의 표층을 몇밀리 연삭한다는 공정이 실시되는 경우가 많다. 이 연삭 깊이는, 2mm 내지 5mm 정도이다. 따라서, 이러한 엄격한 표면 품질이 요구되는 품종에서는, 주형(110) 내에 있어서 응고 셸(3a)의 두께가 2mm 내지 5mm보다도 작은 범위에 있어서 전자 교반을 행해도, 그 전자 교반에 의해 불순물이 저감되고 있는 주조편(3)의 표층은, 그 후의 연삭 공정에 의해 제거되어 버리게 된다. 바꾸어 말하면, 주형(110) 내에 있어서 응고 셸(3a)의 두께가 2mm 내지 5mm 이상으로 되어 있는 범위에 있어서 전자 교반을 행하지 않으면, 주조편(3)에 있어서의 표면 품질 향상의 효과를 얻을 수 없다.

응고 셸(3a)은, 용강 탕면으로부터 서서히 성장하고, 그 두께는 하기 수식 (3)으로 나타나는 것이 알려져 있다. 여기서, δ는 응고 셸(3a)의 두께(m), k는 냉각 능력에 의존하는 상수, x는 용강 탕면에서의 거리(m), Vc는 주조 속도(m/min)이다.

상기 수식 (3)으로부터, 응고 셸(3a)의 두께가 4mm 또는 5mm로 되는 경우의, 주조 속도(m/min)와 용강 탕면으로부터의 거리(mm)의 관계를 구하였다. 도 7에 그 결과를 나타낸다. 도 7은, 응고 셸(3a)의 두께가 4mm 또는 5mm로 되는 경우의, 주조 속도(m/min)와 용강 탕면으로부터의 거리(mm)의 관계를 도시하는 도면이다. 도 7에서는, 횡축에 주조 속도를 취하고, 종축에 용강 탕면으로부터의 거리를 취하여, 응고 셸(3a)의 두께가 4mm로 되는 경우 및 응고 셸(3a)의 두께가 5mm로 되는 경우에 있어서의, 양자의 관계를 플롯하고 있다. 또한, 도 7에 나타내는 결과를 얻을 때의 계산에서는, 일반적인 주형에 대응하는 값으로서, k=17로 하였다.

예를 들어, 도 7에 나타내는 결과로부터, 연마되는 두께가 4mm보다도 작고, 응고 셸(3a)의 두께가 4mm까지의 범위에서 용강(2)을 전자 교반하면 되는 경우라면, 전자 교반 코어(152)의 높이 H1을 200mm로 하면, 주조 속도 3.5m/min 이하에서의 연속 주조에 있어서 전자 교반의 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다. 연삭되는 두께가 5mm보다도 작고, 응고 셸(3a)의 두께가 5mm까지의 범위에서 용강(2)을 전자 교반하면 되는 경우라면, 전자 교반 코어(152)의 높이 H1을 300mm로 하면, 주조 속도 3.5m/min 이하에서의 연속 주조에 있어서 전자 교반의 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 이 주조 속도의 「3.5m/min」이라고 하는 값은, 일반적인 연속 주조기에 있어서, 조업상 및 설비상 가능한 최대의 주조 속도에 대응하고 있다.

여기서, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 주조 속도가 1.6m/min을 초과하는 것과 같은 고속 주조에 있어서도, 종래의 보다 늦은 주조 속도로 연속 주조를 행한 경우와 동등한 주조편(3)의 품질을 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 주조 속도가 1.6m/min을 초과하는 경우에, 응고 셸(3a)의 두께가 5mm가 되어도 전자 교반의 효과를 얻기 위해서는, 도 7로부터, 전자 교반 코어(152)의 높이 H1을 적어도 약 150mm 이상으로 해야 하는 것을 알 수 있다.

이상 검토한 결과로부터, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 비교적 고속인 주조 속도 1.6m/min을 초과하는 연속 주조에 있어서, 응고 셸(3a)의 두께가 5mm가 되어도 전자 교반의 효과가 얻어지도록, 전자 교반 코어(152)의 높이 H1이 약 150mm 이상이 되도록, 당해 전자 교반 코어(152)를 구성한다.

전자 브레이크 코어(162)의 높이 H2에 대해서는, 상술한 바와 같이, 당해 높이 H2가 클수록 전자 브레이크 장치(160)의 성능은 높다. 따라서, 상기 수식 (2)로부터, H1+H2=500mm인 경우에 있어서, 상기의 전자 교반 코어(152)의 높이 H1의 범위에 대응하는 H2의 범위를 구하면 된다. 즉, 전자 브레이크 코어(162)의 높이 H2는, 약 350mm로 된다.

이들의 전자 교반 코어(152)의 높이 H1 및 전자 브레이크 코어(162)의 높이 H2의 값으로부터, 본 실시 형태에 있어서의 코어 높이 비율 H1/H2는, 예를 들어 하기 수식 (4)로 된다.

정리하면, 본 실시 형태에서는, 주조 속도 1.6m/min을 초과하는 경우에도 종래의 보다 저속의 주조 속도로 연속 주조를 행한 경우와 동등 이상의 주조편(3)의 품질을 확보하는 것을 목표로 하는 경우에는, 예를 들어 전자 교반 코어(152)의 높이 H1과 전자 브레이크 코어(162)의 높이 H2가, 상기 수식 (4)를 만족시키도록, 당해 전자 교반 코어(152) 및 당해 전자 브레이크 코어(162)가 구성된다.

또한, 코어 높이 비율 H1/H2의 바람직한 상한값은, 전자 브레이크 코어(162)의 높이 H2가 취할 수 있는 최솟값에 의해 규정될 수 있다. 전자 브레이크 코어(162)의 높이 H2가 작아질수록 코어 높이 비율 H1/H2는 커지지만, 전자 브레이크 코어(162)의 높이 H2가 너무 작으면, 전자 브레이크가 유효하게 기능하지 않고, 전자 브레이크에 의한 주조편(3)의 품질, 특히 내질 향상의 효과를 얻지 못해지기 때문이다. 전자 브레이크의 효과가 충분히 발휘될 수 있는 전자 브레이크 코어(162)의 높이 H2의 최솟값은, 주조편 사이즈나 품종, 주조 속도 등의 주조 조건에 따라서 상이하다. 따라서, 전자 브레이크 코어(162)의 높이 H2의 최솟값, 즉 코어 높이 비율 H1/H2의 상한값은, 예를 들어 하기 실시예 1 내지 3에 도시한 바와 같은, 실제의 조업에서의 주조 조건을 모의한 수치 해석 시뮬레이션 및 실기 시험 등에 기초하여 규정될 수 있다.

이상, 본 실시 형태에 관한 주형 설비(10)의 구성에 대하여 설명하였다. 또한, 이상의 설명에서는, 상기 수식 (4)에 나타내는 관계성을 얻을 때에, 상기 수식 (2)로부터 H1+H2=500mm로 하여, 이들의 관계성을 얻고 있었다. 단, 본 실시 형태는 이러한 예에 한정되지 않는다. 상술한 바와 같이, 장치의 성능을 보다 발휘하기 위해서는 H1+H2는 가능한 한 큰 쪽이 바람직하기 때문에, 상기의 예에서는 H1+H2=500mm로 하고 있었다. 한편, 예를 들어 물 상자(130, 140), 전자 교반 장치(150) 및 전자 브레이크 장치(160)를 설치할 때의 작업성 등을 고려하여, Z축 방향에 있어서 이들 부재 사이에 간극이 존재한 쪽이 바람직한 경우도 생각할 수 있다. 이렇게 작업성 등의 다른 요소를 보다 중시하는 경우에는, 반드시 H1+H2=500mm가 아니어도 되고, 예를 들어 H1+H2=450mm 등, H1+H2를 500mm보다도 작은 값으로 하여, 코어 높이 비율 H1/H2를 설정해도 된다.

또한, 이상의 설명에서는, 주조 속도가 1.6m/min을 초과하는 경우에, 응고 셸(3a)의 두께가 5mm가 되어도 전자 교반의 효과를 얻기 위한 조건으로서, 도 7로부터, 전자 교반 코어(152)의 높이 H1의 최솟값 약 150mm를 구하고, 이때의 코어 높이 비율 H1/H2의 값인 0.43을, 당해 코어 높이 비율 H1/H2의 하한값으로 하고 있었다. 단, 본 실시 형태는 이러한 예에 한정되지 않는다. 목표로 하는 주조 속도가 보다 빠르게 설정되는 경우에는, 코어 높이 비율 H1/H2의 하한값도 변화할 수 있다. 즉, 실제의 조업에 있어서 목표로 하는 주조 속도에 있어서, 응고 셸(3a)의 두께가 5mm가 되어도 전자 교반의 효과가 얻어지는 것과 같은 전자 교반 코어(152)의 높이 H1의 최솟값을 도 7로부터 구하여, 그 H1의 값에 대응하는 코어 높이 비율 H1/H2를, 코어 높이 비율 H1/H2의 하한값으로 하면 된다.

일례로서, 작업성 등을 고려하여 H1+H2=450mm로 하고, 보다 빠른 주조 속도 2.0m/min에 있어서도 종래의 보다 저속의 주조 속도로 연속 주조를 행한 경우와 동등 이상의 주조편(3)의 품질을 확보하는 것을 목표로 한 경우에 있어서의, 코어 높이 비율 H1/H2의 조건을 구해 본다. 먼저, 도 7로부터, 주조 속도가 2.0m/min 이상인 경우에, 응고 셸(3a)의 두께가 5mm가 되어도 전자 교반의 효과를 얻기 위한 조건을 구한다. 도 7를 참조하면, 주조 속도가 2.0m/min일 때에는, 용강 탕면으로부터의 거리가 약 175mm인 위치에서, 응고 셸의 두께가 5mm가 된다. 따라서, 마진을 고려하면, 응고 셸(3a)의 두께가 5mm가 되어도 전자 교반의 효과가 얻어지는 것과 같은 전자 교반 코어(152)의 높이 H1의 최솟값은, 200mm 정도로 구해진다. 이때, H1+H2=450mm로부터, H2=250mm로 되기 때문에, 코어 높이 비율 H1/H2로 구해지는 조건은, 하기 수식 (5)로 표시된다.

즉, 본 실시 형태에 있어서, 주조 속도 2.0m/min에 있어서도 종래의 보다 저속의 주조 속도로 연속 주조를 행한 경우와 동등 이상의 주조편(3)의 품질을 확보하는 것을 목표로 하는 경우에는, 적어도 상기 수식 (5)를 만족시키도록, 전자 교반 코어(152) 및 전자 브레이크 코어(162)를 구성하면 된다. 또한, 코어 높이 비율 H1/H2의 상한값에 대해서는, 상술한 바와 같이, 실제의 조업에서의 주조 조건을 모의한 수치 해석 시뮬레이션 및 실기 시험 등에 기초하여 규정하면 된다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 주조 속도를 증가시킨 경우에도 종래의 보다 저속에서의 연속 주조와 동등 이상의 주조편의 품질(표면 품질 및 내질)을 확보하는 것이 가능한 코어 높이 비율 H1/H2의 범위는, 그 목표로 하는 주조 속도의 구체적인 값 및 H1+H2의 구체적인 값에 따라, 변화될 수 있다. 따라서, 코어 높이 비율 H1/H2의 적절한 범위를 설정할 때에는, 실제의 조업 시의 주조 조건이나, 연속 주조기(1)의 구성 등을 고려하여, 목표로 하는 주조 속도 및 H1+H2의 값을 적절히 설정하고, 그때의 코어 높이 비율 H1/H2의 적절한 범위를, 이상 설명한 방법에 의해 적절히 구하면 된다.

실시예 1

본 발명에 적용함으로써 주조 속도를 증가시켜도 주조편의 표면 품질이 확보될 수 있는 것을 확인하기 위해서, 수치 해석 시뮬레이션을 행하였다. 당해 수치 해석 시뮬레이션에서는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 본 실시 형태에 관한 전자력 발생 장치(170)가 설치된 주형 설비(10)를 모방한 계산 모델을 작성하고, 연속 주조 중에 있어서의 용강 내의 당해 용강 및 Ar 가스 기포의 거동을 계산하였다. 수치 해석 시뮬레이션의 조건은 이하와 같다.

(수치 해석 시뮬레이션의 조건)

전자 교반 장치의 전자 교반 코어의 폭 W1: 1900mm

전자 교반 장치의 전류 인가 조건: 680A, 3.0Hz

전자 교반 장치의 코일 감기수: 20턴

전자 브레이크 장치의 전자 브레이크 코어의 폭 W2: 500mm

전자 브레이크 장치의 전자 브레이크 코어 간의 거리 W3: 350mm

전자 브레이크 장치의 전류 인가 조건: 900A

전자 브레이크 장치의 코일의 감기 수: 120턴

주조 속도: 1.4m/min 또는 2.0m/min

주형 폭: 1600mm

주형 두께: 250mm

Ar 가스의 흡입량: 5NL/min

표면 품질의 평가에서는, 상기의 조건 하에서 유체 시뮬레이션을 행하여, 연속 주조기의 용강 중에 있어서의 용강의 유속, 용강의 응고 속도 및 Ar 가스 기포의 분포를 계산하고, 응고 셸에 포착되는 Ar 가스 기포를 평가하였다. 구체적으로는, Ar 가스 기포가 응고 셸에 포착되는 확률 P_g를, 하기 수식 (6)에 나타내는 함수에 의해 산출하였다. 여기서, C₀은 상수, U는 응고 계면에 있어서의 용강 유속이다.

또한, 이때의 Ar 가스 기포가 응고 셸에 포착되는 속도 η_g를, 하기 수식 (7)를 사용하여 산출하였다. 여기서, n_g는 응고 셸 계면에 있어서의 Ar 가스 기포의 개수 밀도, R_s는 응고 셸의 응고 속도이다.

그리고, 응고 셸 중의 Ar 가스 기포의 개수 밀도 S_g를, 하기 수식 (8)을 사용하여 산출하였다. 여기서, U_s는 응고 셸의 주조편의 인발 방향으로의 이동 속도이다.

상기 수식 (8)로부터 산출된, 응고 셸 내의 Ar 가스 기포의 개수 밀도 S_g를 시간 평균하여, 주조편 표층으로부터 4mm의 범위 내에 포착되는 직경 1mm의 Ar 가스 기포의 개수를 핀 홀 지수로서 산출하였다. 핀 홀 지수가 작을수록, 주조편의 표면 품질이 높다고 할 수 있다. 또한, 이상 설명한 수치 해석 시뮬레이션에 의한 주조편의 표면 품질의 평가 방법의 상세에 대해서는, 본원 출원인에 의한 선행 출원인 일본 특허 공개 제2015-157309호 공보를 참조할 수 있다.

또한, 표면 품질의 평가에 있어서는, 전자 교반 코어의 높이 H1 및 전자 브레이크 코어의 높이 H2에 대해서는, 상기 수식 (2)에 나타내는 관계성을 근거로 하여, H1+H2=500mm로 되는 것과 같은, 하기 표 1에 나타내는 8가지의 조합으로 시뮬레이션을 행하였다.

또한, 비교를 위해서, 종래의 연속 주조 방법의 일례로서, 전자 교반 장치만이 설치된 경우에 있어서의 주조편의 표면 품질에 대해서도 평가하였다. 평가 대상으로 한 종래의 연속 주조 방법은, 도 2 내지 도 5에 도시하는 주형 설비(10)에 있어서 전자 브레이크 장치(160)가 제거된 것을 사용한 연속 주조 방법에 대응한다. 또한, 당해 종래의 연속 주조 방법에 관한 계산에서는, 전자 교반 코어의 높이 H1은 250mm로 고정하였다. 종래의 연속 주조 방법에 대해서는, 전자 브레이크 장치(160)가 설치되지 않은 것 및 전자 교반 코어의 높이 H1을 250mm로 고정한 것 이외에는, 이상 설명한 계산 방법과 마찬가지의 방법에 의해, 핀 홀 지수를 계산하였다.

표면 품질에 관한 수치 해석 시뮬레이션 결과를, 도 8 및 도 9에 나타내었다. 도 8은, 수치 해석 시뮬레이션에 의해 얻어진, 주조 속도가 1.4m/min인 경우에 있어서의, 코어 높이 비율 H1/H2와 핀 홀 지수의 관계를 나타내는 그래프도이다. 도 9는, 수치 해석 시뮬레이션에 의해 얻어진, 주조 속도가 2.0m/min인 경우에 있어서의, 코어 높이 비율 H1/H2와 핀 홀 지수의 관계를 나타내는 그래프도이다. 도 8 및 도 9에서는, 횡축에 코어 높이 비율 H1/H2를 취하고, 종축에 핀 홀 지수를 취하고, 양자의 관계를 플롯하고 있다. 또한, 도 8 및 도 9에서는, 상기의 종래의 연속 주조 방법에 있어서의 핀 홀 지수의 값을, 횡축에 평행한 파선의 직선으로 나타내고 있다.

도 8을 참조하면, 주조 속도가 1.4m/min인 경우에는, 종래의 연속 주조 방법에 있어서의 핀 홀 지수는 40 정도이다. 한편, 본 실시 형태에 관한 연속 주조 방법에 있어서는, 코어 높이 비율 H1/H2가 0.82 이상인 경우에는, 종래의 연속 주조 방법과 동등 이하의 핀 홀 지수가 얻어지고 있다. 특히, 코어 높이 비율 H1/H2가 1.0 이상이 되면, 핀 홀 지수가 종래의 연속 주조 방법보다도 저하된다. 그리고, 핀 홀 지수는, 코어 높이 비율 H1/H2의 값이 커질수록 저하된다. 즉, 전자 교반 코어(152)의 높이 H1이, 전자 브레이크 코어(162)의 높이 H2에 대하여 커질수록, 핀 홀 지수가 저하되고, 주조편(3)의 표면 품질은 양호화된다고 생각된다.

도 9를 참조하면, 주조 속도를 2.0m/min까지 증가시킨 경우에는, 종래의 연속 주조 방법에 있어서의 핀 홀 지수는 80 정도까지 악화된다. 한편, 본 실시 형태에 관한 연속 주조 방법에 있어서, 코어 높이 비율 H1/H2가 약 0.70 내지 약 2.70인 경우에는, 핀 홀 지수가 종래의 연속 주조 방법과 동등 이하로까지 저하된다. 특히, 코어 높이 비율 H1/H2가 약 1.0 내지 약 1.5인 경우에는, 핀 홀 지수가 40 정도까지 저감하고 있고, 주조 속도를 2.0m/min까지 증가시킨 경우에도, 종래의 연속 주조 방법에 의해 주조 속도 1.4m/min으로 연속 주조를 행한 경우와 동등한 표면 품질을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

이상의 결과로부터, 상기 수치 해석 시뮬레이션 조건에 대응하는 주조 조건에 있어서, 코어 높이 비율 H1/H2를 약 0.70 내지 약 2.70 사이 중 어느 하나의 값으로 하면, 적어도 주조 속도 1.4m/min 내지 2.0m/min에서의 연속 주조에 있어서, 종래의 연속 주조 방법과 동등 이상의 주조편의 표면 품질을 확보하는 것이 가능해지는 것을 알 수 있었다. 특히, 코어 높이 비율 H1/H2를 약 1.0 내지 약 1.5로 하면, 주조 속도를 2.0m/min까지 증가시킨 경우에도, 종래의 보다 저속(구체적으로는, 주조 속도 1.4m/min)에서의 연속 주조 방법과 동등 이상의 주조편의 표면 품질을 확보하는 것이 가능해지는 것을 알 수 있었다.

실시예 2

본 발명에 적용함으로써 주조 속도를 증가시켜도 주조편의 내질이 확보될 수 있는 것을 확인하기 위해서, 수치 해석 시뮬레이션을 행하였다. 내질에 대해서는, 상술한 표면 품질의 평가 시와 마찬가지의 시뮬레이션 방법에 있어서, Ar 기포가 아닌, 주조편의 대표적인 불순물 개재물인 알루미나가, 당해 주조편에 잔존하는 값을 평가하였다. 구체적으로는, 수직 굽힘식의 연속 주조기를 가정하고, 연속 주조 중에 있어서의 알루미나 입자의 거동을 시뮬레이션에 의해 해석하고, 그 수직부에서 하방까지 침강하는 알루미나 입자는 그대로 주조편에 잔류한다고 간주하여, 주조편의 소정의 체적 중의 알루미나 입자의 개수를 내질 지수로서 산출하였다. 이때, 연속 주조기의 수직부 길이를 3m로 하였다. 또한, 알루미나 입자의 직경은 0.4mm로 하고, 알루미나 입자의 비중은 3990kg/㎥로 하였다. 내질 지수가 작을수록, 주조편의 내질이 높다고 할 수 있다.

또한, 내질의 평가에 있어서는, 전자 교반 코어의 높이 H1 및 전자 브레이크 코어의 높이 H2에 대해서는, 상기 수식 (2)에 나타내는 관계성을 근거로 하여, H1+H2=450mm로 되는 것과 같은, 하기 표 2에 나타내는 4가지의 조합으로 시뮬레이션을 행하였다.

또한, 내질에 대해서도, 비교를 위해서, 종래의 연속 주조 방법의 일례로서, 전자 교반 장치만이 설치된 경우에 있어서의 내질에 대해서도 평가하였다. 평가 대상으로 한 종래의 연속 주조 방법은, 상술한 표면 품질의 평가 시와 마찬가지로, 도 2 내지 도 5에 도시하는 본 실시 형태에 관한 주형 설비(10)에 있어서 전자 브레이크 장치(160)가 제거된 것을 사용한 연속 주조 방법이다. 또한, 전자 교반 장치의 전자 교반 코어 높이 H1은 250mm로 고정하고 있다.

내질에 관한 수치 해석 시뮬레이션 결과를, 도 10에 도시한다. 도 10은, 수치 해석 시뮬레이션에 의해 얻어진, 주조 속도와 내질 지수의 관계를 나타내는 그래프도이다. 도 10에서는, 횡축에 주조 속도를 취하고, 종축에 내질 지수를 취하고, 상기 표 2에 나타내는 각 코어 높이 비율 H1/H2의 값에 대응하는, 주조 속도 및 내질 지수의 관계를 플롯하고 있다. 또한, 도 10에서는, 상기의 종래의 연속 주조 방법에 의한 결과를 맞춰서 플롯하고 있다.

도 10을 참조하면, 종래의 연속 주조 방법에서는, 일반적인 주조 속도 1.4m/min의 경우에 있어서의 내질 지수는 약 40이고, 당해 내질 지수는, 주조 속도가 증가함에 따라서 현저하게 증가하고 있다(즉, 주조 속도가 증가함에 따라서 주조편의 내질이 현저하게 악화되고 있다).

한편, 본 실시 형태에 관한 연속 주조 방법에서는, 코어 높이 비율 H1/H2가 1.5 이하인 경우에는, 주조 속도를 2.0m/min 정도까지 증가시켜도, 내질 지수가 40보다도 작게 억제되고 있고, 종래의 연속 주조 방법에 있어서 주조 속도가 1.4m/min인 경우보다도 양호한 내질을 얻을 수 있다. 코어 높이 비율 H1/H2가 2.0인 경우에도, 주조 속도가 2.4m/min인 경우에는, 내질 지수가 약 60이고, 종래의 연속 주조 방법에 있어서 주조 속도가 1.6m/min인 경우와 동등한 내질을 확보할 수 있다. 이상의 결과로부터, 주조 속도를 고속으로 해도 종래와 동등 이하의 주조편의 내질을 확보하기 위해서는, 코어 높이 비율 H1/H2를 2.0 이하, 보다 바람직하게는 1.5 이하로 하면 된다.

이상의 결과로부터, 상기 수치 해석 시뮬레이션 조건에 대응하는 주조 조건에 있어서, 코어 높이 비율 H1/H2를 약 1.5 이하 중 어느 하나의 값으로 하면, 주조 속도 2.0m/min에서의 연속 주조에 있어서, 주조 속도 1.4m/min에서의 종래의 연속 주조 방법과 동등 이하의 주조편의 내질을 확보하는 것이 가능해지는 것을 알 수 있었다. 또한, 코어 높이 비율 H1/H2를 약 2.0 이하 중 어느 하나의 값으로 하면, 주조 속도 2.4m/min에서의 연속 주조에 있어서, 주조 속도 1.6m/min에서의 종래의 연속 주조 방법과 동등 이하의 주조편의 내질을 확보하는 것이 가능해지는 것을 알 수 있었다.

실시예 3

본 발명의 효과를 더 확인하기 위해서, 실기 시험을 행하였다. 당해 실기 시험에서는, 실제로 조업에 사용하고 있는 연속 주조기에, 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 본 실시 형태에 관한 전자력 발생 장치(170)를 설치하고, 당해 연속 주조기를 사용하여, 코어 높이 비율 H1/H2 및 주조 속도를 다양하게 변화시키면서, 실제로 연속 주조를 행하였다. 그리고, 주조된 주조편의 표면 품질 및 내질을 눈으로 보아 및 초음파 탐상 검사에 의해 각각 조사하였다. 또한, 비교를 위하여, 전자 교반 장치만을 설치한 종래의 연속 주조 방법에 대해서도, 연속 주조를 행하고, 그 주조편의 품질을 마찬가지의 방법에 의해 조사하였다. 종래의 연속 주조 방법은, 상술한 수치 해석 시뮬레이션 시와 마찬가지로, 도 2 내지 도 5에 도시하는 본 실시 형태에 관한 주형 설비(10)에 있어서 전자 브레이크 장치(160)가 제거된 것을 사용한 연속 주조 방법이다. 또한, 종래의 연속 주조 방법에 있어서의 주조 속도는 1.6m/min, 전자 교반 장치의 전자 교반 코어의 높이는 200mm로 하였다.

또한, 침지 노즐에 대해서는, 본 실시 형태 및 종래의 연속 주조 방법 모두, 그 토출 구멍이 하향 45°의 것을 사용하고, 토출 구멍 상단의 용강 탕면으로부터의 깊이는 270mm로 하였다.

결과를, 하기 표 3에 나타낸다. 표 3에서는, 주조편의 품질에 대해서는, 종래의 연속 주조 방법에 있어서의 품질을 기준으로 하여, 당해 종래의 연속 주조 방법보다도 좋은 품질이 얻어진 경우에는 「○」, 당해 종래의 연속 주조 방법과 동일 정도의 품질이 얻어진 경우에는 「△」, 당해 종래의 연속 주조 방법보다도 나쁜 품질이 얻어진 경우에는 「×」를 붙임으로써 표현하고 있다.

본 실시예에서는, 주조 속도를 2.0m/min까지 증가시킨 경우에도, 종래의 보다 저속(구체적으로는, 주조 속도 1.6m/min)에서의 연속 주조 방법보다도 우수한 주조편의 품질(표면 품질 및 내질)을 확보하는 것이 가능한 코어 높이 비율 H1/H2의 범위를 조사하였다. 표 3에 나타내는 결과로부터, 상기 실기 시험에 대응하는 주조 조건에 있어서는, 코어 높이 비율 H1/H2의 값을 약 0.80 내지 약 2.33으로 함으로써, 주조 속도를 2.0m/min까지 증가시킨 경우에도, 보다 저속에서의 종래의 연속 주조 방법보다도 우수한 주조편의 품질을 확보하는 것이 가능해지는 것을 알 수 있었다. 바꾸어 말하면, 본 실시예의 결과로부터, 본 발명을 적용하고, 코어 높이 비율 H1/H2의 값을 약 0.80 내지 약 2.33으로 함으로써, 주조편의 품질을 확보하면서, 주조 속도를 2.0m/min까지 증가시켜, 생산성을 향상시키는 것이 가능해지는 것이 나타났다. 또한, 마찬가지로, 표 3에 나타내는 결과로부터, 상기 실기 시험에 대응하는 주조 조건에 있어서는, 코어 높이 비율 H1/H2의 값을 약 1.00 내지 약 2.00으로 함으로써, 주조 속도를 2.2m/min까지 증가시킨 경우에도, 보다 저속에서의 종래의 연속 주조 방법보다도 우수한 주조편의 품질을 확보하는 것이 가능해지는 것을 알 수 있었다.

(3. 보충)

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

1: 연속 주조기
2: 용강
3: 주조편
3a: 응고 셸
3b: 미응고부
4: 레이들
5: 턴디쉬
6: 침지 노즐
10: 주형 설비
110: 주형
111: 긴 변 주형판
112: 짧은 변 주형판
121, 122, 123: 백업 플레이트
130: 상부 물 상자
140: 하부 물 상자
150: 전자 교반 장치
151: 케이스
152: 전자 교반 코어
153: 코일
160: 전자 브레이크 장치
161: 케이스
162: 전자 브레이크 코어
163: 코일
164: 단부
165: 연결부
170: 전자력 발생 장치

Claims (8)

1. 연속 주조용의 주형과,
   상기 주형을 냉각하기 위한 냉각수를 저수하는 제1 물 상자 및 제2 물 상자와,
   상기 주형 내의 용융 금속에 대하여 수평면 내에 있어서 선회류를 발생시키는 것과 같은 전자력을 부여하는 전자 교반 장치와,
   상기 주형 내로의 침지 노즐로부터의 용융 금속의 토출류에 대하여 상기 토출류를 제동하는 방향의 전자력을 부여하는 전자 브레이크 장치를
   구비하고,
   상기 주형의 긴 변 주형판의 외측면에 있어서, 상기 제1 물 상자, 상기 전자 교반 장치, 상기 전자 브레이크 장치 및 상기 제2 물 상자가, 상방으로부터 하방을 향해서 이 순으로 설치되어,
   상기 전자 교반 장치의 코어 높이 H1 및 상기 전자 브레이크 장치의 코어 높이 H2가, 하기 수식 (101)에 나타내는 관계를 만족시키는,
   주형 설비.
   

   
2. 제1항에 있어서, 상기 전자 교반 장치의 코어 높이 H1 및 상기 전자 브레이크 장치의 코어 높이 H2가, 하기 수식 (103)에 나타내는 관계를 만족시키는,
   주형 설비.
   

   
3. 제1항에 있어서, 상기 전자 교반 장치의 코어 높이 H1 및 상기 전자 브레이크 장치의 코어 높이 H2가, 하기 수식 (105)에 나타내는 관계를 만족시키는,
   주형 설비.
   

   
4. 제1항에 있어서, 상기 전자 교반 장치의 코어 높이 H1 및 상기 전자 브레이크 장치의 코어 높이 H2가, 하기 수식 (2)에 나타내는 관계를 만족시키는,
   주형 설비.
   

   
5. 제1항에 있어서, 상기 전자 브레이크 장치는, 분할 브레이크로 구성되는,
   주형 설비.
6. 제1항에 있어서, 주조 속도가 2.0m/min 이하인, 주형 설비.
7. 제2항에 있어서, 주조 속도가 2.2m/min 이하인, 주형 설비.
8. 제3항에 있어서, 주조 속도가 2.4m/min 이하인, 주형 설비.
   

Images