KR102326253B1

KR102326253B1 - 주조장치 및 방법

Info

Publication number: KR102326253B1
Application number: KR1020200099631A
Authority: KR
Inventors: 강기판; 박철민; 오경식; 정태인; 이주동
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2021-11-16

Abstract

주조장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치는 내부로 공급되는 용강을 냉각시켜 주편을 성형하는 주형; 주형으로부터 하측으로 인발되는 주편의 측면을 지지하도록 주형의 하측에 마련되며 주편의 폭방향 및 인발방향으로 상호 이격되게 배치되는 다수의 지지돌기를 구비하는 주편지지부; 다수의 지지돌기 사이에 배치되며 주편의 측면으로 냉각수를 분사하는 다수의 냉각수분사노즐; 및 주형의 둘레을 지지하는 상측지지부와, 상부가 상측지지부의 하측에 연결되며 주편지지부 및 다수의 냉각수분사노즐을 지지하는 하측지지부를 구비하는 프레임;을 포함한다.

Description

주조장치 및 방법{CASTING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 성형되는 주편이 주형 내에서 체류하는 시간을 줄이고 주편의 표면을 신속히 냉각시켜 주편의 표면조직을 개선하는 주조장치 및 방법에 관한 것이다.

연속주조(continuous casting)는 주형에 용강을 주입하고, 주형 내에서 반응고된 주조 시편(이하, '주편'이라 함)을 연속적으로 하측으로 인발하여 슬래브(slab), 블룸(bloom), 빌렛(billet) 등 여러 형상의 반제품을 제조하는 기술이다.

이와 구분되는 반연속주조(semi-continuous casting)는 주편의 크기가 커서 연속주조가 곤란한 경우에 이용될 수 있다. 반연속주조법을 채용한 수직형 주조장치는 주형에 일정한 양의 용강을 반연속적으로 주입하고 주기적으로 일정한 크기의 주편을 하측으로 인발하여 제조한다. 즉 주형 내부에 정반을 진입시킨 상태에서 주형 내부로 용강을 공급하면서 주편을 성형하고, 주형 내에서 반응고된 주편을 하측으로 저속으로 인발하는 가운데 냉각수로 주편을 냉각시켜 응고시킨다.

하지만, 이러한 주조장치는 저속으로 주조하는 관계로 주편이 주형 내에 체류하는 시간이 길기 때문에 아공석강의 생산 시 오스테나이트 조직이 조대화될 수 있고, 조직이 조대화된 주편은 주형의 하부에서 냉각되는 동안 표면에 입계 크랙이 발생할 수 있다.

본 발명의 일 측면은 성형되는 주편이 주형 내에서 체류하는 시간을 줄이고 주편의 표면을 신속히 냉각시킴으로써 조직의 조대화를 막아 주편의 표면 크랙을 방지할 수 있는 주조장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부로 공급되는 용강을 냉각시켜 주편을 성형하는 주형; 상기 주형으로부터 하측으로 인발되는 주편의 측면을 지지하도록 상기 주형의 하측에 마련되며 상기 주편의 폭방향 및 인발방향으로 상호 이격되게 배치되는 다수의 지지돌기를 구비하는 주편지지부; 상기 다수의 지지돌기 사이에 배치되며 상기 주편의 측면으로 냉각수를 분사하는 다수의 냉각수분사노즐; 및 상기 주형의 둘레을 지지하는 상측지지부와, 상부가 상기 상측지지부의 하측에 연결되며 상기 주편지지부 및 상기 다수의 냉각수분사노즐을 지지하는 하측지지부를 구비하는 프레임;을 포함하는 주조장치가 제공될 수 있다.

상기 주조장치는 상기 주형의 하측으로부터 상승하여 주편의 하부을 지지하며 하강에 의해 주편을 하측으로 인발하는 정반; 및 둘레가 상기 주형의 내면과 대응하는 크기 및 형상으로 마련되고 내부에 용강이 채워지도록 상부가 개방되며 상기 정반의 상부에 분리 가능하게 결합되는 용강용기;를 더 포함할 수 있다.

상기 용강용기는 초기에 주입되는 용강을 수용하여 주입에 따른 충격을 완화시키도록 내측 중앙부분에 상부가 개방된 용기형태로 마련된 보강부를 포함할 수 있다.

상기 정반은 상기 용강용기의 하부가 측방으로 슬라이딩하는 방식으로 결합되거나 분리되도록 상면에 마련된 결합레일을 포함할 수 있다.

상기 프레임은 상기 상측지지부와 상기 하측지지부가 일체로 마련되고, 상기 하측지지부는 내측으로부터 측방으로 관통되며 격자형으로 배치된 다수의 통기홀을 포함할 수 있다.

상기 프레임은 상기 상측지지부와 상기 하측지지부를 갖춘 4개의 측면패널이 결합되어 사각용기형태로 마련될 수 있다.

상기 주편지지부는 주편의 폭방향으로 길게 연장되고 상기 하측지지부의 내면에 고정되며 상호 상하로 이격된 다수의 지지바를 포함하고, 상기 다수의 지지돌기는 상기 다수의 지지바에 일체로 마련될 수 있다.

상기 다수의 지지돌기는 주편의 측면을 지지하는 표면이 반원통형으로 마련될 수 있다.

상기 다수의 지지돌기는 상대적으로 상측에 위치하는 지지돌기와 상대적으로 하측에 위치하는 지지돌기가 교호적으로 배치될 수 있다.

상기 주조장치는 상기 주형으로 냉각수를 공급하는 제1냉각수유로와, 상기 다수의 냉각수분사노즐로 냉각수를 공급하는 제2냉각수유로를 더 포함할 수 있다.

상기 다수의 냉각수분사노즐은 상기 하측지지부의 내면에 고정되며 주편의 폭방향으로 길게 연장된 관체; 상기 관체의 상측에 길이방향으로 길게 형성되며 주편의 측면에 대하여 경사진 상방으로 냉각수를 분사하는 분사슬롯; 상기 제2냉각수유로로부터 상기 관체 내부로 공급되는 냉각수를 상기 관체 내에 분산시키도록 상기 관체 내부에 마련된 분산유도판;을 각각 포함할 수 있다.

상기 주조장치는 상기 각 냉각수분사노즐의 냉각수 유입구 개도를 조절하여 상기 각 냉각수분사노즐의 냉각수 공급을 제어하는 다수의 유량조절장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 정반의 상부에 주형의 내면과 대응하는 형상으로 마련되고 상부가 개방된 용강용기를 장착하는 공정; 상기 용강용기 장착 후 상기 정반을 상승시켜 상기 용강용기를 상기 주형의 내부로 진입시키는 공정; 상기 주형으로 냉각수를 공급하여 상기 주형을 냉각시키는 가운데 상기 주형 내부의 상기 용강용기 내측으로 용강을 주입하여 주편을 성형하는 공정; 및 상기 정반을 하강시켜 상기 주형에서 성형된 주편을 하측으로 인발하는 가운데 상기 주형의 하측에서 격자형으로 이격되게 배치된 다수의 지지돌기로 주편의 측면을 지지하며 주편의 측면으로 냉각수를 분사하여 주편을 냉각시키는 공정;을 포함하는 주조방법이 제공될 수 있다.

상기 주조방법은 상기 정반의 하강에 의해 성형된 주편이 하측으로 인발된 후 상기 용강용기를 주편과 함께 상기 정반으로부터 분리시키는 공정을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 주조장치는 주형의 상하길이를 짧게 하여 성형되는 주편이 주형 내에서 체류하는 시간을 최소화할 수 있고, 주형으로부터 하측으로 인발되는 주편의 측면을 곧바로 다수의 지지돌기가 지지하는 가운데 주편의 측면에 직접 대량의 냉각수를 분사하여 주편을 신속히 냉각시킬 수 있기 때문에 주편의 성형과정에서 주편 표면 조직의 조대화를 막을 수 있고 이를 통해 주편 표면에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치를 이용하여 주편을 생산하는 예를 단계적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치의 주편성형부 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치의 주편성형부를 구성하는 한쪽 패널을 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5에서 주편지지부를 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ'선에 따른 단면도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ부분 상세도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치의 냉각수분사노즐과 유량조절장치를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치의 정반에 용강용기가 장착된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치의 다수의 지지돌기의 배치상태를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치에 적용되는 용강용기 변형 예를 나타낸다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치는 용강을 공급하는 턴디쉬(10), 턴디쉬(10)로부터 용강을 공급받아 용강을 냉각시켜 주편(S)을 성형하는 주편성형부(100), 주편성형부(100)의 외측에 외치하며 주편성형부(100)로 공급된 용강을 교반하는 교반장치(20), 주편(S)의 성형을 위해 주편성형부(100)의 하측으로부터 주편성형부(100) 내측으로 진입하며 반응고된 주편(S)을 하부로 인발하는 정반(30), 정반(30)의 상부에 분리 가능하게 결합되는 용강용기(40); 정반(30)을 승강시키는 승강장치(50), 주편성형부(100)로부터 하측으로 인발되는 주편(S)을 안내하며 냉각수를 분사하여 주편(S)을 냉각시키는 다수의 가이드롤(60), 성형 후 하측으로 이송된 주편(S)을 배출시키는 주편배출장치(70), 주편(S)의 배출 시 주편(S)을 주편배출장치(70) 쪽으로 밀어주는 가압장치(80)를 포함할 수 있다.

교반장치(20)는 주편성형부(100) 내의 용강을 교반시켜 주편(S)의 초기 응고층을 균일화할 수 있다. 교반장치(20)는 용강에 자장을 형성하여 용강을 교반시키는 전자기 교반장치(Electro magnetic stirrer: EMS)일 수 있다.

다수의 가이드롤(60)은 주편성형부(100)의 하부에 위치하며, 주편(S)을 하측으로 통과시키면서 주편(S)의 측면을 지지해 주편(S)이 팽창하는 것을 방지한다. 가이드롤(60) 중 일부는 주편(S)으로 냉각수를 분사하여 주편(S)을 2차 냉각시키는 냉각수 노즐을 포함할 수 있다.

정반(30)은 주편성형부(100)에서 성형되는 주편(S)을 지면에 대해 수직인 방향으로 지지하면서 하강하여 주편성형부(100)의 주형(110)으로부터 하측으로 주편(S)을 인발한다. 정반(30)은 도 1에 도시한 바와 같이, 주편성형부(100)의 주형(110)으로 용강이 공급되기 전에 주편성형부(100)의 하측으로부터 상승하여 주형(110)의 하측을 폐쇄한다.

용강용기(40)는 도 1과 도 10에 도시한 바와 같이, 둘레가 주편성형부(100)의 주형(110) 내면과 대응하는 크기 및 형상으로 마련되고, 주형(110) 내부로 진입한 상태에서 그 내측으로 용강이 채워질 수 있도록 상부가 개방된다. 용강용기(40)의 하부는 정반(30)의 상부에 분리 가능하게 결합된다. 이러한 용강용기(40)는 용강의 주입 초기에 용강이 흘러 내리지 않도록 주형(110)의 하부를 폐쇄하며, 주편(S)의 응고가 진행됨에 따라 도 2의 예처럼 주편(S)과 함께 하강한다.

승강장치(50)는 도 1에 도시한 바와 같이, 그 상부에 결합된 정반(30)을 주편성형부(100)의 내부까지 상승시키거나, 도 3에 도시한 바와 같이 정반(30)을 주편(S)의 분리를 위한 위치까지 하강시킬 수 있다. 본 실시 예는 유압실린더 형태의 승강장치(50)를 제시하였으나, 승강장치는 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 변경될 수 있다.

주편배출장치(70)는 도 3에 도시한 바와 같이, 성형 후 정반(30)과 함께 하강한 주편(S)을 정반(30)으로부터 전달 받아 측방으로 배출시킬 수 있다. 주편배출장치(70)는 정반(30)으로부터 주편(S)을 전달받은 후 주편(S)을 기울여 수평상태로 배출시킬 수 있다.

가압장치(80)는 주편(S)의 배출 시 주편(S)을 주편배출장치(70) 쪽으로 밀어줌으로써 주편(S)의 하부에 결합된 용강용기(40)가 정반(30)으로부터 슬라이딩 방식으로 분리되도록 할 수 있고, 이를 통해 주편(S)이 주편배출장치(70) 쪽으로 전달될 수 있다.

도 4는 주편성형부(100)의 사시도이고, 도 5는 주편성형부(100)를 구성하는 한쪽 패널을 분리하여 나타낸 사시도이며, 도 6은 도 5에서 주편지지부를 분리하여 나타낸 사시도이며, 도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ'선에 따른 단면도이다.

주편성형부(100)는 사각용기형태의 프레임(120), 프레임(120)의 상측 내면에 마련되며 턴디쉬(10)로부터 그 내부로 공급되는 용강을 냉각시켜 주편(S)을 성형하는 주형(110), 프레임(120)의 하측 내면에 마련되며 주형(110)으로부터 하측으로 인발되는 주편(S)의 측면을 지지하도록 주형(110)의 하측에 마련된 주편지지부(130), 주편지지부(130)와 함께 프레임(120)의 하측에 설치되며 주편(S)의 측면으로 냉각수를 분사하는 다수의 냉각수분사노즐(140), 각 냉각수분사노즐(140)로의 냉각수 공급을 제어하는 다수의 유량조절장치(150)를 포함할 수 있다.

프레임(120)은 주형(110)의 둘레를 지지하는 상측지지부(121)와, 상부가 상측지지부(121)의 하측에 일체화된 상태로 연결되며 주편지지부(130)와 다수의 냉각수분사노즐(140)을 지지하는 하측지지부(122)를 구비한다. 프레임(120)은 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 상측지지부(121)와 하측지지부(122)가 일체로 마련된 4개의 측면패널이 상호 결합되어 상부와 하부가 개방된 사각용기의 형태를 이룬다.

하측지지부(122)는 내측으로부터 측방으로 관통되며 격자형으로 배치된 다수의 통기홀(123)을 구비한다. 따라서 다수의 냉각수분사노즐(140)로부터 주편(S)의 측면으로 분사되었다가 비산하는 냉각수 또는 냉각수가 주편(S)과 접하여 생기는 증기 등은 다수의 통기홀(123)을 통하여 외측으로 배출될 수 있다.

주형(110)은 프레임(120)의 각 상측지지부(121) 내면에 각각 결합되는 4개의 동판으로 구성될 수 있다. 이러한 주형(110)은 상하방향 길이가 대략 200~300mm로 통상의 일반강재를 생산하는 주형의 상하방향 길이(대략 800~1000mm)보다 짧게 형성된다.

주편지지부(130)는 도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 주편(S)의 폭방향으로 길게 연장되고 하측지지부(122)의 내면에 고정되며 상호 상하방향으로 이격된 다수의 지지바(131)와, 각 지지바(131)로부터 주편(S)의 측면 쪽으로 돌출하여 주편(S)의 측면을 지지하는 다수의 지지돌기(132)를 포함한다.

각 지지바(131)에 마련된 다수의 지지돌기(132)는 지지바(131)의 길이방향으로 상호 이격되게 배치된다. 다수의 지지돌기(132)는 각 지지바(131)와 일체로 마련될 수 있다. 다수의 지지돌기(132)는 상하방향으로 인발되는 주편(S)의 측면을 지지하면서 주편(S)의 원활한 이동을 안내할 수 있도록 주편(S)의 측면과 접하는 표면이 반원통형으로 마련될 수 있다.

다수의 지지바(131)는 도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 프레임(120)의 하측지지부(122) 내면에 상하방향으로 상호 이격된 상태로 평행하게 설치된다. 이처럼 다수의 지지바(131)가 설치되면, 다수의 지지돌기(132)는 주편(S)의 폭방향과 인발방향으로 상호 이격된 상태에서 하측으로 인발되는 주편(S)의 측면을 안정적으로 지지할 수 있다.

다수의 지지돌기(132)는 도 7과 도 11에 도시한 바와 같이, 격자형으로 이격되게 배치된 상태에서 각각 선단이 주형(110)의 내면과 동일한 선상에 위치함으로써 주형(110)에서 성형된 후 하측으로 인발되는 주편(S)의 측면을 안정적으로 지지할 수 있고, 이를 통해 주편(S)이 팽창하는 것을 방지할 수 있다.

다수의 지지돌기(132)는 도 11에 도시한 바와 같이, 상대적으로 상측에 위치하는 지지돌기(132)와 상대적으로 하측에 위치하는 지지돌기(132)가 교호적으로 배치될 수 있다. 즉 상대적으로 상측에 위치하는 지지돌기(132)와 상대적으로 하측에 위치하는 지지돌기(132)가 수직방향에 대하여 어긋나게 배치될 수 있다. 이처럼 다수의 지지돌기(132)가 상하방향에 대하여 교호적으로 배치되면, 다수의 지지돌기(132)가 격자형으로 이격되게 배치되면서도 하측으로 인발되는 주편(S)의 측면에 라인이나 골이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

도 7을 참조하면, 주편성형부(100)는 주형(110)의 냉각을 위해 주형(110) 쪽으로 냉각수를 공급하는 제1냉각수유로(160)와, 하측지지부(122)에 설치된 다수의 냉각수분사노즐(140)로 냉각수를 공급하는 제2냉각수유로(170)를 포함한다.

제1냉각수유로(160)는 도 5와 도 7에 도시한 바와 같이, 주형(110)의 배면과 프레임(120)의 상측지지부(121) 내면 사이에 형성되는 유로(161), 이 유로(161)로 냉각수를 공급하는 공급로(162), 주형(110)의 유로(161)를 통과하여 배출되는 냉각수를 안내하는 배출로(163)를 포함할 수 있다. 도면에 상세히 나타내지는 않았지만, 주형(110)의 배면 쪽에는 주형(110)의 전체를 고루 냉각시킬 수 있도록 다수의 유로(161)가 형성되고, 이 유로(161)는 공급로(162) 및 배출로(163)와 연통된다. 따라서 공급로(162)를 통하여 주형(110)의 유로(161)로 공급된 냉각수는 주형(110)을 냉각시킨 후 배출로(163)를 통해 배출될 수 있다.

제2냉각수유로(170)는 도 7에 도시한 바와 같이, 프레임(120)의 하측지지부(122) 내에 설치된 복수의 수직관(171), 복수의 수직관(171)과 다수의 냉각수분사노즐(140)을 연결하는 다수의 연결관(172)을 포함할 수 있다. 따라서 제2냉각수유로(170)의 수직관(171)으로 공급된 냉각수는 각 연결관(172)을 통하여 다수의 냉각수분사노즐(140)로 분산 공급되고, 각 냉각수분사노즐(140)을 통해 주편(S)의 측면에 분사됨으로써 하측으로 인발되는 주편(S)을 냉각시킬 수 있다.

다수의 냉각수분사노즐(140)은 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 다수의 지지돌기(132) 사이에 배치될 수 있다. 다수의 냉각수분사노즐(140)은 주편(S)의 폭방향으로 길게 연장되고, 프레임(120)의 하측지지부(122) 내면에 고정되며, 상호 상하로 이격된 상태에서 평행하게 배치될 수 있다.

각 냉각수분사노즐(140)은 도 5, 도 7, 도 8에 도시한 바와 같이, 하측지지부(122)의 내면에 고정되며 주편(S)의 폭방향으로 길게 연장된 관체(141), 관체(141)의 상측에 길이방향으로 길게 형성되며 주편(S)의 측면에 대하여 경사진 상방으로 냉각수를 분사하는 분사슬롯(142), 연결관(172)으로부터 관체(141)의 내부로 공급되는 냉각수를 관체(141) 내에 분산시키도록 관체(141) 내부에 마련되며 관체(141)의 길이방향으로 길게 연장된 분산유도판(143)을 포함할 수 있다.

냉각수분사노즐(140)은 분산유도판(143)이 내부로 공급된 냉각수를 길이방향으로 분산시키기 때문에 분사슬롯(142) 전역에 걸쳐 냉각수가 고르게 분사되도록 할 수 있다. 따라서 분사슬롯(142)을 통해 분사되는 냉각수는 하측으로 인발되는 주편(S)의 측면 전역을 고르게 냉각시킬 수 있다.

냉각수분사노즐(140)은 도 7과 도 8에 도시한 바와 같이, 상측에 위치하는 분사슬롯(142)을 통해 주편(S)의 측면에 대하여 경사진 상방향으로 냉각수를 분사하기 때문에 가장 상측에 위치하는 냉각수분사노즐(140)과 주형(110) 하단 사이의 주편 측면으로도 냉각수를 분사할 수 있다. 이러한 분사방식은 냉각수가 상측으로 경사지게 분사되었다가 주편(S)의 표면을 따라 흘러 내리면서 주편(S)을 냉각시키기 때문에 주편(S)의 측면을 빈 영역 없이 고르게 냉각시킬 수 있다.

도 7과 도 9를 참조하면, 다수의 유량조절장치(150)는 각 냉각수분사노즐(140)의 냉각수 유입구 개도를 조절하여 각 냉각수분사노즐(140)의 냉각수 공급을 제어할 수 있다. 각 유량조절장치(150)는 프레임(120)의 하측지지부(122)에 외면 쪽으로부터 제2냉각수유로(170)의 수직관(171)과 연결관(172)의 분기지점으로 진입하도록 설치되며, 연결관(172)의 입구 개도를 조절하는 조절볼트일 수 있다. 이러한 유량조절장치(150)는 프레임(120)의 하측지지부(122)에 나사체결방식으로 결합되고, 제2냉각수유로(170) 내부로 진입하는 단부의 외경이 연결관(172)의 입구 직경과 같거나 입구의 직경보다 크게 마련될 수 있다.

다수의 유량조절장치(150)는 프레임(120)의 외측에서 조이거나 풀어주는 방식으로 각 냉각수분사노즐(140)과 연결되는 유로의 개도를 조절할 수 있고, 이를 통해 각 냉각수분사노즐(140)로 공급되는 냉각수의 양을 개별적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 상측에 위치하는 냉각수분사노즐(140)에 더 많은 양으로 냉각수가 공급되도록 조절하거나, 각 냉각수분사노즐(140) 양측의 냉각수 분사량에 편차가 생기지 않도록 조절할 수 있다. 물론 필요에 따라 어느 하나 냉각수분사노즐(140)로 냉각수가 공급되지 않도록 할 수도 있다.

도 10을 참조하면, 용강용기(40)는 정반(30)의 상부에 결합된 상태에서 정반(30)의 상승에 의해 주형(110) 내부로 진입할 수 있다. 용강용기(40)는 상부가 개방된 사각용기 형태로 마련되고, 둘레가 주형(110)의 내면과 대응하는 크기 및 형상으로 마련되기 때문에 상측이 주형(110)의 내부로 진입하면, 용강이 하측으로 흘러 내리는 것을 방지할 수 있다.

이러한 구성은 주편(S)의 성형 초기에 용강용기(40)가 주형(110) 내부로 진입한 상태에서 용강이 용강용기(40) 내부로 공급되어 응고하도록 함으로써 주형(110)의 상하 길이를 종래보다 현저히 짧게 하면서도 용강의 흘러 내림 없이 주편(S)의 성형을 가능하게 한다. 즉 주편(S)의 성형 초기에는 용강용기(40)가 주형(110) 내부로 진입한 상태에서 그 내측으로 공급된 용강이 주형(110)의 냉각에 의해 응고하고, 정반(30)의 하강에 따라 용강용기(40)와 함께 하측으로 인발되는 주편(S)의 측면이 주편지지부의 지지돌기들(132)에 의해 지지된 상태에서 다수의 냉각수분사노즐(140)로부터 분사되는 냉각수에 의해 주편(S)의 표면 쪽이 급속 냉각되기 때문에 주형(110)의 상하길이를 짧게 하면서도 주편(S)의 성형이 가능해 진다.

이러한 구성은 주형(110)의 상하길이를 짧게 하여 성형되는 주편(S)이 주형(110) 내에서 체류하는 시간을 최소화할 수 있고, 주형(110)으로부터 하측으로 인발되는 주편(S)의 측면을 곧바로 다수의 지지돌기(132)가 지지하는 가운데 주편(S)의 측면에 직접 대량의 냉각수를 분사해 주편(S)을 신속히 냉각시키기 때문에 주편(S) 표면조직의 조대화를 막을 수 있고 이를 통해 주편(S) 표면에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

용강용기(40)와 결합되는 정반(30)은 용강용기(40)의 하부가 측방으로 슬라이딩하는 방식으로 결합되거나 분리될 수 있도록 상면에 도브테일형 결합레일(31)을 구비하고, 용강용기(40)도 이에 대응하여 결합되는 결합레일(41)을 구비한다. 따라서 용강용기(40)는 도 3에 도시한 바와 같이, 주편(S)의 배출과정에서 가압장치(80)가 주편(S)을 측방으로(주편배출장치 쪽으로) 가압할 때 정반(30)으로부터 슬라이딩 방식으로 분리될 수 있다.

도 12는 용강용기의 변형 예를 나타낸다. 도 12의 용강용기(90)는 주형(110)의 내부에 진입한 상태에서 초기에 주입되는 용강을 수용하여 용강의 주입에 따른 충격을 완화시키도록 내측 중앙부분에 마련된 용기형태의 보강부(93)를 포함한다. 이 보강부(93)는 상부가 개방된 원통형태로 마련될 수 있다.

이러한 용강용기(90)는 초기에 주입되는 용강이 중심부에 위치하는 원통형 보강부(93) 내측으로 주입된 후 보강부(93)를 넘어 주위로 확산됨으로써 용강의 주입에 따른 충격을 완화할 수 있다. 물론 용강용기(90)는 도 12에 도시한 예처럼 필요에 따라 중심부분의 보강부(93) 외측을 포위하는 외측 보강부(94)를 더 포함할 수 있다.

다음은 본 실시 예에 따른 주조장치를 이용한 주편의 주조방법에 대하여 설명한다.

주편(S)을 주조할 때는 먼저 정반(30)이 주편성형부(100) 하측으로 하강한 상태에서 정반(30)의 상부에 용강용기(40)를 장착한다. 정반(30)에 용강용기(40)를 장착한 후에는 정반(30)을 상승시켜 용강용기(40)를 주편성형부(100)의 주형(110) 내부로 진입시킨다.

주형(110) 내부로 빈 용강용기(40)를 진입시킨 후에는 주형(110)으로 냉각수를 공급하여 주형(110)을 냉각시키는 가운데, 도 1에 도시한 바와 같이 턴디쉬(10)에 준비된 용강을 주형(110) 내부에 위치하는 용강용기(40) 내측으로 주입하여 주편(S)을 성형한다. 이때는 용강용기(40)가 주형(110)의 내부로 진입한 상태이므로 주형(110) 내부로 주입된 용강이 하부로 흘러 내리지 않고, 주형(110)의 냉각에 의해 표면 쪽부터 응고하여 주편(S)이 성형된다.

주형(110) 내에서 주편(S)이 성형된 후에는 정반(30)을 하강시켜 주편(S)을 하측으로 인발한다. 이때 용강용기(40)와 함께 하강하는 주편(S)의 측면은 격자형으로 배치된 다수의 지지돌기(132)에 의해 곧바로 지지되기 때문에 팽창하지 않고, 다수의 냉각수분사노즐(140)로부터 분사되는 냉각수에 의해 직접 냉각되기 때문에 표면이 신속하게 냉각될 수 있다.

주편(S)은 주편성형부(100)를 통과하는 동안 하측방향으로 서서히 인발되면서 측면이 다수의 냉각수분사노즐(140)로부터 분사되는 냉각수에 의해 직접 냉각되기 때문에 도 2에 도시한 바와 같이, 주편(S)이 주편성형부(100)를 통과할 즈음에 변형이 생기지 않을 정도로 성형될 수 있고, 이후 다수의 가이드롤(60)의 안내에 의해 하측으로 이동할 수 있다.

본 실시 예의 주편성형부(100)는 주형(110)의 상하길이가 짧아 주편(S)이 주형(110) 내에서 체류하는 시간이 짧고 주형(110)으로부터 하측으로 인발되는 주편(S)의 측면이 다수의 지지돌기(132)에 의해 지지되는 가운데 대량의 냉각수에 의해 신속히 냉각될 수 있다. 따라서 이러한 주조방식에 의하면, 주편(S) 표면조직의 조대화를 막아 주편(S) 표면에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

정반(30)의 하강에 의해 주편(S)이 하측으로 완전히 인발된 후에는 도 3에 도시한 바와 같이, 가압장치(80)가 주편(S)을 측방으로 밀어 줌으로써 용강용기(40)를 주편(S)과 함께 정반(30)으로부터 분리시킬 수 있다. 정반(30)으로부터 분리된 주편(S)은 주편배출장치(70)로 배출되고, 주편배출장치(70)는 주편(S)을 전달받은 후 주편(S)을 기울여 이송라인으로 배출시킬 수 있다.

10: 턴디쉬, 20: 교반장치,
30: 정반, 40, 90: 용강용기,
50: 승강장치, 60: 가이드롤,
70: 주편배출장치, 80: 가압장치,
100: 주편성형부, 110: 주형,
120: 프레임, 121: 상측지지부,
122: 하측지지부, 123: 통기홀,
130: 주편지지부, 131: 지지바,
132: 지지돌기, 140: 냉각수분사노즐,
141: 관체, 142: 분사슬롯,
143: 분산유도판, 150: 유량조절장치,
160: 제1냉각수유로, 170: 제2냉각수유로.

Claims

내부로 공급되는 용강을 냉각시켜 주편을 성형하는 주형;
상기 주형으로부터 하측으로 인발되는 주편의 측면을 지지하도록 상기 주형의 하측에 마련되며 상기 주편의 폭방향 및 인발방향으로 상호 이격되게 배치되는 다수의 지지돌기를 구비하는 주편지지부;
상기 다수의 지지돌기 사이에 배치되며 상기 주편의 측면에 대하여 경사진 상방으로 냉각수를 분사하는 다수의 냉각수분사노즐; 및
상기 주형의 둘레을 지지하는 상측지지부와, 상부가 상기 상측지지부의 하측에 연결되며 상기 주편지지부 및 상기 다수의 냉각수분사노즐을 지지하는 하측지지부를 구비하는 프레임;을 포함하고,
상기 주형은
상기 주형의 배면에 냉각수가 흐르는 유로가 마련된 주조장치.
제1항에 있어서,
상기 주형의 하측으로부터 상승하여 주편의 하부을 지지하며 하강에 의해 주편을 하측으로 인발하는 정반; 및
둘레가 상기 주형의 내면과 대응하는 크기 및 형상으로 마련되고 내부에 용강이 채워지도록 상부가 개방되며 상기 정반의 상부에 분리 가능하게 결합되는 용강용기;를 더 포함하는 주조장치.
제2항에 있어서,
상기 용강용기는 초기에 주입되는 용강을 수용하여 주입에 따른 충격을 완화시키도록 내측 중앙부분에 상부가 개방된 용기형태로 마련된 보강부를 포함하는 주조장치.
제2항에 있어서,
상기 정반은 상기 용강용기의 하부가 측방으로 슬라이딩하는 방식으로 결합되거나 분리되도록 상면에 마련된 결합레일을 포함하는 주조장치.
제1항에 있어서,
상기 프레임은 상기 상측지지부와 상기 하측지지부가 일체로 마련되고,
상기 하측지지부는 내측으로부터 측방으로 관통되며 격자형으로 배치된 다수의 통기홀을 포함하는 주조장치.
제5항에 있어서,
상기 프레임은 상기 상측지지부와 상기 하측지지부를 갖춘 4개의 측면패널이 결합되어 사각용기형태로 마련되는 주조장치.
제1항에 있어서,
상기 주편지지부는 주편의 폭방향으로 길게 연장되고 상기 하측지지부의 내면에 고정되며 상호 상하로 이격된 다수의 지지바를 포함하고,
상기 다수의 지지돌기는 상기 다수의 지지바에 일체로 마련되는 주조장치.
제7항에 있어서,
상기 다수의 지지돌기는 주편의 측면을 지지하는 표면이 반원통형으로 마련되는 주조장치.
제8항에 있어서,
상기 다수의 지지돌기는 상대적으로 상측에 위치하는 지지돌기와 상대적으로 하측에 위치하는 지지돌기가 교호적으로 배치되는 주조장치.
제1항에 있어서,
상기 주형으로 냉각수를 공급하는 제1냉각수유로와, 상기 다수의 냉각수분사노즐로 냉각수를 공급하는 제2냉각수유로를 더 포함하는 주조장치.
제10항에 있어서,
상기 다수의 냉각수분사노즐은,
상기 하측지지부의 내면에 고정되며 주편의 폭방향으로 길게 연장된 관체;
상기 관체의 상측에 길이방향으로 길게 형성되며 주편의 측면에 대하여 경사진 상방으로 냉각수를 분사하는 분사슬롯;
상기 제2냉각수유로로부터 상기 관체 내부로 공급되는 냉각수를 상기 관체 내에 분산시키도록 상기 관체 내부에 마련된 분산유도판;을 각각 포함하는 주조장치.
제1항에 있어서,
상기 각 냉각수분사노즐의 냉각수 유입구 개도를 조절하여 상기 각 냉각수분사노즐의 냉각수 공급을 제어하는 다수의 유량조절장치를 더 포함하는 주조장치.
정반의 상부에 주형의 내면과 대응하는 형상으로 마련되고 상부가 개방된 용강용기를 장착하는 공정;
상기 용강용기 장착 후 상기 정반을 상승시켜 상기 용강용기를 상기 주형의 내부로 진입시키는 공정;
상기 주형의 배면에 마련된 유로로 냉각수를 공급하여 상기 주형을 냉각시키는 가운데 상기 주형 내부의 상기 용강용기 내측으로 용강을 주입하여 주편을 성형하는 공정; 및
상기 정반을 하강시켜 상기 주형에서 성형된 주편을 하측으로 인발하는 가운데, 상기 주형의 하측에서 격자형으로 이격되게 배치된 다수의 지지돌기로 주편의 측면을 지지하며 주편의 측면에 대하여 경사진 상방으로 냉각수를 분사하여 주편을 냉각시키는 공정;을 포함하는 주조방법.
제13항에 있어서,
상기 정반의 하강에 의해 성형된 주편이 하측으로 인발된 후 상기 용강용기를 주편과 함께 상기 정반으로부터 분리시키는 공정을 더 포함하는 주조방법.