KR102448621B1 - 강의 박형 슬래브 주조에 사용하는 연속 주조용 설비 및 연속 주조 방법 - Google Patents

Abstract

이 박형 슬래브 주조에 사용하는 연속 주조용 설비는, 용강 주조용의 주형과, 주형 내에 용강을 공급하는 침지 노즐과, 주형 내의 용강 표면에서 선회류를 부여할 수 있는 전자 교반 장치를 갖고, 하기 (1)-a식, (1)-b식을 만족시키도록 장변 벽의 동판의 두께 D_Cu(㎜), 주조편의 두께 T(㎜), 전자 교반 장치의 주파수 f(㎐), 용강의 전기 전도도 σ(S/m), 및 장변 벽의 동판의 전기 전도도 σ_Cu(S/m)가 조정된다. D_Cu<√(2/σ_Cuωμ): (1)-a, √(1/2σωμ)<T: (1)-b, 여기서, ω=2πf: 각속도(rad/sec), μ=4π×10^-7: 진공의 투자율(N/A²)이다.

Description

강의 박형 슬래브 주조에 사용하는 연속 주조용 설비 및 연속 주조 방법

본 발명은, 강의 박형 슬래브 주조에 사용하는 연속 주조용 설비 및 연속 주조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2018년 6월 7일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2018-109469호에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.

슬래브 두께가 40 내지 150㎜, 나아가 40 내지 100㎜인 박형 슬래브(박형 주조편)를 주조하는 박형 슬래브 주조 방법이 알려져 있다. 주조된 박형 슬래브는 가열된 후, 4단 내지 7단 정도의 소규모 압연기에서 압연된다. 박형 슬래브 주조에 사용하는 연속 주조 주형으로서는, 깔때기형 주형(퍼널 주형)을 사용하는 방법과 직사각형의 평행 주형을 사용하는 방법이 채용되고 있다. 박형 슬래브의 연속 주조에서는, 고속 주조에 의하여 생산성을 확보하는 것이 필요하며, 공업적으로는 5 내지 6m/분, 최고 10m/분의 고속 주조가 가능하게 되어 있다(비특허문헌 1 참조).

박형 슬래브 주조에 있어서는, 상술한 바와 같이 주조 두께가 일반적으로 150㎜ 이하, 나아가 100㎜ 이하로 얇으며, 한편 주조 폭은 1.5m 정도이고 애스펙트비가 높다. 그리고 주조 속도가 5m/분으로 고속 주조이기 때문에 스루풋도 높다. 게다가 주형에 대한 용강 주탕을 용이하게 하기 위하여 깔때기형 주형이 사용되는 일이 많아서, 주형 내 유동은 보다 복잡화된다. 그 때문에, 노즐 토출류를 제동하기 위하여, 전자석을 주형 장변에 배치하여 유동을 제동하는 방법(전자 브레이크)도 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

한편, 박형 슬래브 주조가 아닌 일반적인 슬래브 연속 주조에 있어서는, 탕면 근방의 용강 온도 균일화, 응고 균일화, 나아가 응고 셸에 대한 개재물 포착 방지를 목적으로 하여 주형 내 전자 교반 장치가 사용되고 있다. 전자 교반 장치를 사용하는 경우, 주형 내의 수평 단면 내에서 용강의 선회류를 안정 형성하는 것이 필요해진다. 그래서 종래부터, 전자 교반 장치와 탕면의 위치 관계, 전자 교반 장치와 턴디시로부터 주형 내로 용강을 공급하는 침지 노즐 토출 구멍의 위치 관계, 노즐로부터 토출되는 용강의 유속과 교반 유속의 관계에 대하여 다양한 기술이 개시되어 있다. 예를 들어 특허문헌 2에서는, 침지 노즐 토출 구멍에 있어서의 자속 밀도가 전자 교반 장치의 최대 자속 밀도의 50% 이하인 위치에 침지 노즐 토출 구멍을 설치하는 방법이 개시되어 있다.

박형 슬래브 주조에 있어서도, 동일한 목적으로 탕면 근방에 있어서 C 단면 내에서 선회류를 부여할 수 있으면, 탕면 근방의 용강 온도 균일화, 응고 균일화, 나아가 응고 셸에 대한 개재물 포착 방지를 도모할 수 있어서 바람직하다고 할 수 있다. 그러나 박형 슬래브 주조에 있어서, 일반적인 슬래브 연속 주조에 있어서 사용되는 주형 내 전자 교반은 사용되지 않는다. 이는, 주형 두께가 얇기 때문에 선회류의 형성이 곤란할 것으로 상정되는 것, 이미 고속 주조이기 때문에 응고 셸 전방면에는 충분한 유동이 부여되어 있고, 또한 탕면 근방에서 선회류를 부여하면 주형 내 유동이 복잡화되어서 바람직하지 않을 것으로 생각된 것 등에 따른 것으로 생각된다.

일본 특허 공개 제2001-47196호 공보 일본 특허 공개 제2001-47201호 공보

제5판 철강 편람 제1권 제철·제강 제454 내지 456페이지 오카노 시노부 등 저「철과 강」 61(1975), 2982페이지

박형 슬래브 주조에 있어서는, 주조편 두께가 얇은 가운데 고속 주조를 행하기 위하여, 우선은 노즐 토출류를 제동하여 탕면 레벨을 안정화시키기 위하여 전술한 바와 같이 일반적으로 전자 브레이크가 사용된다. 그러나 박형 슬래브 주조에 있어서는, 특히 침지 노즐과 주형 장변 사이의 간극이 좁아지기 때문에, 이 좁은 간극에 있어서 용강의 유동이 정체되기 쉽다. 박형 슬래브 주조에 있어서도, 침지 노즐과 주형 장변 사이의 유동을 확보하여 탕면 레벨 전체에서 균일한 선회류가 생기면 바람직하다. 박형 슬래브 주조가 아닌 일반적인 슬래브 주조에 있어서는, 전술한 바와 같이 주형의 장변 벽의 배면측에 전자 교반 장치(이하, EMS라고도 하는 경우가 있음)를 설치하여, 상대되는 장변 벽에서 각각 역방향의 추력을 부여함으로써, 주형 내의 메니스커스 근방의 수평 단면 내에서 선회류를 형성하도록 교반류를 부여하는 방법이 널리 사용되고 있다.

상기 방법을 적용함으로써, 주형 내 탕면 근방의 용강 온도 분포의 균일화, 응고 셸 두께의 균일화를 실현할 수 있으며, 게다가 응고 셸에 대한 개재물의 포착을 방지할 수 있다. 그 때문에 먼저, 박형 슬래브 주조에 있어서도, 주형 내의 메니스커스 근방의 수평 단면 내에서 선회류를 형성하는 것이 바람직하다. 다음으로, 교반류의 유속 증대와 함께 응고 셸 두께의 균일화 효과는 커지기 때문에, 충분한 교반류를 부여하는 것이 바람직하다. 특히 아포정강과 같이, δ/γ 변태에 수반하는 불균일 응고를 생기게 하기 쉬운 강종의 박형 슬래브 주조에 있어서는, 침지 노즐과 주형 장변 사이의 좁은 간극에 있어서의 용강의 유동 정체가 원인으로 장변 중앙에 종 균열이 발생하기 쉬워서, 충분한 교반류를 부여하는 것이 중요하다.

주형 내에서 선회류를 형성한 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 주형 내의 4개의 코너부에서는, 교반류가 충돌하는 부위에 있어서 압력이 높아져서 탕면이 융기하고, 주형의 단변 벽측의 두께 방향 중앙부(이하, 두께 중앙부라고도 함)에서는 반대로 탕면이 오목해지는 현상이 발생한다. 구체적으로는, 도 2의 (A)에 도시한 바와 같이, EMS에 의하여 수평 단면 내에서 선회하도록 교반류를 부여함으로써, 용강 표면(7)은 코너부에서 융기하고 단변 벽측의 두께 중앙부에서 침강한다. 또한 용강 표면(7)의 상부에는 파우더층(18)이 존재한다.

특히 코너 사이의 거리가 짧고, 탕면 레벨의 요철에 수반하는 구배가 큰 단변 벽에 주목하면, 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이 코너부에 맨 처음에 응고 셸(19)이 형성되고, 두께 중앙부에서는, 탕면 레벨의 요철에 의하여 코너부보다도 느리게 응고가 개시된다. 그 때문에, 주형 내의 보다 더 하방에 있어서, 도 2의 (C)에 도시한 바와 같이 두께 중앙부에서 가장 응고가 느려서 응고 지연부(20)가 형성된다.

침지 노즐(2)에는, 주형(12)의 장변 방향을 향하는 토출 구멍(3)이 마련되며, 이 토출 구멍(3)으로부터 용강의 토출류(이하, 노즐 토출류(4)라고도 함)가 형성된 경우, 주조편의 두께 방향에서는 두께 중앙부가 가장 유속이 빨라진다. 노즐 토출류(4)는 단변 응고 셸에 충돌한다. 노즐 토출류가 단변 응고 셸에 충돌하는 것에 의한 응고 지연은, 주조편의 두께 방향에서는 두께 중앙부가 가장 현저해진다. 특히 아포정강과 같이, δ/γ 변태에 수반하는 불균일 응고를 생기게 하기 쉬운 강종의 주조에 있어서는, 단변 두께 중앙부는 굽힘 모멘트에 의하여 더 솟아올라 응고 지연이 가속되는 것에 더해, 계면에서 인장 응력이 작용하여 표피 하 균열을 생기게 하기 쉽다.

이상으로부터, EMS에 의한 교반류가 형성하는 탕면 레벨 형상의 요철의 결과, 응고가 느려지는 것에 더해 노즐 토출류가 충돌하기 때문에 국부적으로 과대한 응고 지연부를 만들며, 그 정도가 현저해지면 브레이크아웃이 발생한다. 또한 이와 같은 현상은, 주조 폭이 좁을수록 침지 노즐과 단변 벽의 거리가 짧아지기 때문에 생기기 쉽다.

이상과 같은 상황으로부터, 박형 슬래브 주조에 있어서는 주형 내에서 선회류를 부여하는 전자 교반을 행하는 것이 곤란하며, 가령 행하였다고 하더라도, 응고 셸을 균일화하여, 특히 아포정강의 장변 중앙의 종 균열을 방지하는 데에 충분한 교반 유속을 부여하는 것은 곤란하였다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 박형 슬래브 주조에 있어서 주조편의 장변 중앙의 종 균열 방지가 가능한 강의 연속 주조용 설비 및 연속 주조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 요지로 하는 바는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 제1 양태는, 주형 내의 주조편 두께가 150㎜ 이하, 주조 폭이 2m 이하인 강의 박형 슬래브 주조에 사용하는 연속 주조용 설비이며, 각각 동판으로 구성됨과 함께 대향 배치된 1쌍의 장변 벽과 1쌍의 단변 벽을 구비한 용강 주조용의 주형과, 상기 주형 내에 용강을 공급하는 침지 노즐과, 상기 1쌍의 장변 벽의 이면측에 상기 장변 벽을 따라 배치되어, 상기 주형 내의 용강 표면에서 선회류를 부여할 수 있는 전자 교반 장치를 갖고, 하기 (1)-a식, (1)-b식을 만족시키도록 상기 장변 벽의 상기 동판의 두께 D_Cu(㎜), 상기 주조편의 두께 T(㎜), 상기 전자 교반 장치의 주파수 f(㎐), 상기 용강의 전기 전도도 σ(S/m), 및 상기 장변 벽의 상기 동판의 전기 전도도 σ_Cu(S/m)가 조정되는 강의 연속 주조용 설비이다.

D_Cu<√(2/σ_Cuωμ) (1)-a

√(1/2σωμ)<T (1)-b

여기서, ω=2πf: 각속도(rad/sec), μ=4π×10^-7: 진공의 투자율(N/A²)이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 강의 연속 주조용 설비에서는, 상기 단변 벽의 내면의 평단면 형상이, 상기 주형의 상단으로부터 100㎜ 하방의 위치인 메니스커스 위치에서 상기 주형의 외측으로 돌출하는 만곡 형상이고, 상기 만곡 형상의 돌출량이 주조 방향의 하방을 향하여 순차 감소하여 상기 주형 내의 하부에서 평탄 형상이고, 상기 만곡 형상의 형성 범위가, 상기 메니스커스 위치로부터, 상기 전자 교반 장치의 하단과 동등 또는 그보다도 하방이면서 상기 침지 노즐의 침지 깊이보다도 상방의 위치까지의 범위이고, 상기 만곡 형상의 상기 메니스커스 위치에서의 돌출량 δ(㎜)와, 상기 주형에서 주조하는 상기 주조편의 두께 T(㎜)가 하기 (2)식의 관계를 만족시켜도 된다.

0.01≤δ/T≤0.1 (2)

(3) 본 발명의 제2 양태는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 강의 연속 주조용 설비를 사용한 강의 연속 주조 방법이며, 하기 (1)-a식, (1)-b식을 만족시키도록 상기 동판의 두께 D_Cu(㎜), 상기 주조편의 두께 T(㎜), 상기 전자 교반 장치의 주파수 f(㎐), 상기 용강의 전기 전도도 σ(S/m), 및 상기 동판의 전기 전도도 σ_Cu(S/m)를 조정하는 강의 연속 주조 방법이다.

D_Cu<√(2/σ_Cuωμ) (1)-a

√(1/2σωμ)<T (1)-b

여기서, ω=2πf: 각속도(rad/sec), μ: 진공의 투자율(N/A²)이다.

본 발명에 따른 강의 박형 슬래브 주조에 사용하는 연속 주조용 설비 및 연속 주조 방법은, 박형 슬래브 주조에 있어서 주형 내에 전자 교반 장치를 설치하고, 또한 전자 교반 장치에 인가하는 교류 전류의 주파수를 적정화함으로써, 주조편 두께가 150㎜ 이하인 박형 슬래브 주조에 있어서도 탕면 레벨 근방에서 선회류가 형성된다. 이것에 의하여 장변 면에서의 응고 균일화를 가능하게 할 수 있어서, 주조편의 장변 중앙의 종 균열을 방지할 수 있다.

또한 단변 벽의 내면의 평단면 형상을 만곡 형상으로 하고 그 형성 범위를 규정하는 경우, 단변 벽측에 있어서의 응고의 균일화를 도모할 수 있어서, 단변 벽측의 응고 부분의 형상을 직사각형화(평탄 형상)할 수 있다. 이것에 의하여 장변 폭 중앙부나 단변 두께 중앙에서의 표피 하 균열이 없게 되고, 나아가 단변 두께 중앙 근방에서의 응고 지연에 의한 브레이크아웃이 없게 된다.

그 결과, 주형 내의 탕면 근방에서 선회류를 부여하면서 응고의 균일화를 도모할 수 있으며, 주조 속도의 고속화도 가능해져서 적합하다.

도 1은 전자 교반에 의한 주형 내의 용강 유동을 설명하는 사시 개념도이다.
도 2는 전자 교반에 의한 주형 내의 용강 표면 형상과 초기 응고 상황을 도시하는 개념도이며, (A)는 A-A 화살표 방향에서 본 부분 측면 단면도, (B)는 B-B 화살표 방향에서 본 부분 평면 단면도, (C)는 C-C 화살표 방향에서 본 부분 평면 단면도이다.
도 3은 단변 벽에 형성한 만곡 형상을 도시하는 도면이며, (A)는 A-A 화살표 방향에서 본 측면 단면도, (B)는 B-B 화살표 방향에서 본 평면 단면도, (C)는 C-C 화살표 방향에서 본 평면 단면도, (D)는 D-D 화살표 방향에서 본 평면 단면도이다.
도 4는 주형 표피 깊이와 용강 전자력 표피 깊이에 미치는 전자 교반 주파수의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 5는 주조편 단면에 관찰되는 화이트 밴드에 대하여 설명하는 도면이다.
도 6은 단변 벽의 만곡 형상의 돌출량 δ와 응고 균일도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 원호인 만곡 형상의 곡률 반경 R과 돌출량 δ를 도시하는 도면이다.
도 8은 원호인 만곡 형상의 곡률 반경 R과 돌출량 δ의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 높이 방향의 만곡 형상 형성 범위(돌출 범위)와 응고 균일도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 단변 테이퍼에 대하여 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른, 주형 내의 주조편 두께가 150㎜ 이하인 박형 슬래브 주조편의 연속 주조용 설비(이하, 본 실시 형태에 따른 연속 주조용 설비라 칭함)에 대하여 설명한다. 주조편 두께는 100㎜ 초과여도 된다.

본 실시 형태에 따른 연속 주조용 설비는, 각각 동판으로 구성되고 대향 배치된 1쌍의 장변 벽과 1쌍의 단변 벽을 구비한 용강 주조용의 주형(12)과, 이 주형 내에 용강(6)을 공급하는 침지 노즐(2)과, 1쌍의 장변 벽의 이면측에 이 장변 벽을 따라 배치되어, 주형 내의 용강 표면(7)(이하, 탕면이라고도 함)의 근방에서 용강에 선회류(9)를 부여하는 전자 교반 장치(1)를 갖는 설비이다. 도 1에, EMS 인가 시의 주형 내의 용강 유동의 모식도를 도시한다. 도 1에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위하여 주형(12)의 장변 벽, 단변 벽은 도시하지 않으며, 장변 벽과 단변 벽으로 둘러싸인 주조 공간(5)을 도시하고 있다. 또한 주형 내의 용강 표면(7)은, 통상은 주형 상단으로부터 100㎜ 부근에서 주조가 행해지는 점에서, 이하의 설명에 있어서, 주형 상단으로부터 100㎜ 하방 위치를 메니스커스 위치 P1이라 칭한다.

본 실시 형태에 따른 연속 주조용 설비는 이하의 구성 (a)를 갖는다. 구성 (a): 도 2의 (A)에 도시하는 주형 장변 벽(15)의 동판 두께 D_Cu, 주형 내의 주조편 두께 T, 전자 교반 장치에 인가하는 교류 전류의 주파수 f가 소정의 관계식을 만족시킨다.

구성 (a)를 가짐으로써, 주형 내의 주조편 두께가 150㎜ 이하인 박형 슬래브 주조에 있어서도 메니스커스부에서 교반류를 형성할 수 있다.

연속 주조용 설비는 또한 이하의 구성 (b), 구성 (c)를 갖는 것이 바람직하다.

구성 (b): 단변 벽(10)의 내면의 평단면 형상(이하, 내면 형상이라고도 함)을, 도 3에 도시한 바와 같이 메니스커스 위치 P1의 근방에서 주형의 외측으로 돌출한 만곡 형상으로 하고, 주조 방향의 하방을 향하여 만곡 형상의 돌출량을 순차 감소시켜(좁혀들어가) 하부(만곡 형상 이외)에서 평탄 형상으로 한다. 또한 만곡 형상으로 돌출한 부분은, 주형(12)에서 보아 오목한 부분으로 되기 때문에 오목부(14)라고도 한다.

구성 (c): 만곡 형상의 형성 범위를, 메니스커스 위치 P1로부터, 전자 교반 장치의 하단(16)(코어(철심)의 하단 위치)과 동등 또는 그보다도 하방이면서 침지 노즐의 침지 깊이(17)보다도 상방의 위치 P2까지의 범위로 한다. 또한 침지 노즐의 침지 깊이(17)란, 토출 구멍(3)의 하단 위치의 깊이(예를 들어 200 내지 350㎜ 정도)이며, 침지 노즐의 토출 구멍(3)의 하단 위치는 전자 교반 장치의 하단(16)보다 하방에 위치하고 있다.

구성 (b), 구성 (c)를 갖는 경우, 단변 벽측에 있어서의 응고의 균일화를 도모할 수 있어서, 단변 벽측의 응고 부분의 형상을 직사각형화(평탄 형상)할 수 있다. 이것에 의하여 장변 폭 중앙부나 단변 두께 중앙에서의 표피 하 균열이 없게 되고, 나아가 단변 두께 중앙 근방에서의 응고 지연에 의한 브레이크아웃이 없게 된다.

이하, 구성 (a)에 대하여 설명한다.

본 발명자들은, 150㎜ 이하의 주조편 두께의 박형 슬래브 주조에 있어서, 주형 내 용강 표면부에서 교반류를 형성하기 위한 조건에 대하여 검토하였다.

그러기 위해서는 먼저, 전자 교반 장치(1)에 의하여 형성되는 교류 자장의 표피 깊이를 주형 장변 벽(15)의 동판 두께 D_Cu보다도 크게 하는 것이 중요하다. 이 조건은 하기 (1)-a식에서 규정된다. 즉, 도체 중에서의 전자장의 표피 깊이가 동판 두께 D_Cu보다도 커질 필요가 있다.

D_Cu<√(2/σ_Cuωμ) (1)-a

종래, 주조편 두께 T가 150㎜ 이하인 박형 슬래브 주조에 있어서는, 주형 내에서 선회류가 형성되도록 전자 교반 추력을 부여하더라도 주형 내 용강에 선회류를 형성할 수 없었다. 이에 대하여 본 발명자들은, 대향하는 2매의 장변 벽(15)의 각각의 배면에 설치한 전자 교반 장치가 주형 내에서 형성하는 전자장이 서로 간섭하지 않도록, 전자 교반 장치가 용강 중에서 형성하는 전자력의 표피 깊이를 주조편 두께 T보다도 작게 하는 주파수로 함으로써, 탕면 레벨에 있어서 선회류가 형성되는 것을 비로소 알아내었다. 이 조건은 (1)-b식에서 규정된다. 이 식은, 전자력의 표피 깊이와 주조편 두께의 관계를 나타낸 것이며, 전자력의 표피 깊이는 도체 중의 전자장의 표피 깊이의 1/2로 규정된다. 이는, 전자력은 전류 밀도×자속 밀도로 되는데, 전류 밀도, 자장의 도체 내부로의 침입은 √(2/σωμ)로 기술되기 때문에, 그 곱의 전자력의 표피 깊이는 1/2×√(2/σωμ)로 되어서 √(1/2σωμ)로 기술되는 것에 따른다.

√(1/2σωμ)<T (1)-b

상기 (1)-a식, (1)-b식에 있어서, ω=2πf: 각속도(rad/sec), μ: 진공의 투자율(N/A²), D_Cu: 주형 동판 두께(㎜), T: 주조편 두께(㎜), f: 주파수(㎐), σ: 용강의 전기 전도도(S/m), σ_Cu: 동판 전기 전도도(S/m)이다.

(1)-b식에서 규정되는 높은 주파수에서 전자 교반을 행함으로써 비로소, 주조편 두께가 150㎜ 이하인 박형 슬래브 주조에 있어서, 주형 내에 충분한 유속의 선회류를 형성하는 것이 가능해졌다. 종래의 주형 내 전자 교반에 있어서는, 주형 동판에서의 에너지 손실을 저감하기 위하여 낮은 주파수를 사용하는 것이 일반적이었다.

또한 용강의 전기 전도도와 동판의 전기 전도도는, 시판 중인 전기 전도율계(전기 전도도계)를 사용하여 측정하면 된다.

주형 표피 깊이와 용강 전자력 표피 깊이에 미치는 전자 교반 주파수의 영향의 일례를 도 4에 나타낸다. 장변 벽 동판 두께가 25㎜일 때, 전자 교반 주파수 f를 20㎐보다 작게 하면 (1)-a식을 만족시킬 수 있다. 주형 내 주조편 두께 T가 100㎜일 때, 전자 교반 주파수 f를 10㎐보다 크게 하면 (1)-b식을 만족시킬 수 있다.

이와 같이 박형 슬래브 주조에 있어서 주형 내에 전자 교반 장치를 설치하고, 또한 전자 교반 장치에 인가하는 교류 전류의 주파수를 적정화함으로써, 주조편 두께가 150㎜ 이하인 박형 슬래브 주조에 있어서도 탕면 레벨 근방에서 선회류가 형성된다. 이것에 의하여 장변 면에서의 응고 균일화를 가능하게 할 수 있어서, 주조편의 장변 중앙의 종 균열을 방지할 수 있다.

다음으로, 구성 (b)에 대하여 설명한다.

본 발명자들은, EMS를 인가함으로써 얻어지는 용강의 유동 하에서 단변 벽 근방의 응고를 균일화하는 방법에 대하여 검토하였다.

먼저, 주형의 단변 벽의 구성으로서 상기한 구성 (b)를 채용함으로써,

1) 장변 벽과 단변 벽의 각 방향으로의 응고 수축을 보상할 수 있는 것

2) 코너부 근방의 형상 변화에 대하여 주형 자체의 구성으로 추종할 수 있는 것

3) 교반류의 충돌에 의한 코너부에서의 압력 상승을 완화할 수 있는 것

의 3점이 가능해지는 것은 아닐지 생각하였다.

그래서 단변 벽(10)의 내면 형상이 다른 주형을 제작하고, 그 주형을 사용하여 주조를 행하여, 단변 벽(10)의 내부 형상이 주조편의 형상에 미치는 영향을 조사하였다.

조사 시에는, 전로에서의 정련과 환류식 진공 탈가스 장치에서의 처리, 및 합금 첨가에 의하여 0.1% C강(아포정강)을 용제하였다. 그리고 폭 1200㎜, 두께 150㎜의 주조편을 주조 속도 5m/분으로 주조하였다. 주형 내 용강 표면 위치를 주형 상단으로부터 100㎜으로 하였다.

여기서 주조는, 메니스커스 근방에서 수평 단면 내에 선회류를 형성하는 것을 목적으로 하여, 장변 벽(15)의 배면측에 전자 교반 장치(1)(EMS)를 탑재한 연속 주조용 설비를 사용하여 행하였다. 또한 EMS의 설치는, EMS 코어의 상단이 주형 내의 메니스커스의 위치 P1(주형 상단으로부터 100㎜)과 일치하도록 행하였다. EMS의 코어 두께는 200㎜이고, 전자 교반 장치의 하단(16)은 메니스커스 위치로부터 200㎜이다. 침지 노즐의 침지 깊이(17)는 메니스커스 위치 P1로부터 250㎜였다. 또한 동일 조건이면서 전자 교반 장치를 사용하지 않는 주조도 행하였다.

주조한 주조편으로부터 샘플을 잘라내어 단변부의 응고 조직을 조사하였다. 주조편 단면에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 화이트 밴드(21)라 칭해지는, 어떤 순간의 응고 셸 프런트를 나타내는 선형의 부 편석선이 관찰된다. 이는, 용강류가 응고 셸에 접촉하여, 응고 셸 전방면의 농화된 용강을 씻어내기 때문에 생기는 것이다. 따라서 주조편(22)의 표면(25)으로부터 화이트 밴드(21)까지의 두께가, 용강류가 충돌한 위치에서의 응고 셸의 두께를 나타낸다. 이 때문에, 주조편(22)의 장변(23)측에서 코너부(26)로부터 폭 중앙을 향한 영역에 있어서, 표면(25)으로부터 화이트 밴드(21)까지의 두께가 대략 일정해진 부위의 두께 A와, 단변(24)의 두께 중앙(27)의 가장 얇은 부위의 두께 B를 계측하여, 두께 A와 두께 B의 비, 즉, B/A를 응고 균일도로 하였다. 또한 응고 균일도는 0.7 이상이면 표피 하 균열도 보이지 않기 때문에, 0.7을 판정 조건으로 하였다.

또한 주형 저항은, 측정한 오실레이션 전류값과, 스티킹성 브레이크아웃이 생겼을 때의 오실레이션 전류값을 비교함으로써 대소를 평가하였다.

이하, 실험 결과에 대하여 설명한다.

먼저, 주형 동판의 재질, 두께가 다른 주형을 몇 개 제작함과 함께, 전자 교반 장치(1)에 인가하는 교류 전류의 주파수 f가 다른 조건에서 주조를 행하였다. 주조한 주조편의 폭 중앙부에 대하여 응고 조직을 조사하여, 주조편 표면으로부터 내부를 향하여 성장해 있는 덴드라이트의 경사각, 즉, 장변 표면의 수선에 대한 각도를 측정함과 함께, 그 경사 방향에 대하여 조사하였다. 덴드라이트의 경사각과 경사 방향으로부터, 비특허문헌 2에 기초하여 당해 부위에 있어서의 용강의 유속과 흐름 방향의 평가를 행하였다. 그 결과, 전자 교반 장치(1)에 통전하는 교류 전류의 주파수 f와 주형 동판의 전기 전도도 σ_Cu(S/m), 동판 두께 D_Cu(S/m), 및 주조편의 두께 T(㎜) 사이에서 이하의 관계를 만족시키는 조건이면, 메니스커스부에서 바람직한 선회류가 형성되어 있는 것을 알아내었다.

D_Cu<√(2/σ_Cuωμ) (1)-a

√(1/2σωμ)<T (1)-b

여기서, ω=2πf: 각속도(rad/sec), μ: 진공의 투자율(N/A²), σ: 용강의 전기 전도도(S/m)이다.

또한 상기 (1)-a식, (1)-b식을 만족시키는 조건이면, 전자 교반의 추력(8)을 조정함으로써 탕면에서의 교반류의 유속으로서 20㎝/초를 확보하는 것이 가능한 것도 알 수 있었다.

다음으로, 단변 벽(10)에, 도 3에 도시한 바와 같은 만곡 형상을 마련한 후에, 만곡 형상의 돌출부가 응고 균일도와 주형 저항에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 만곡 형상의 형성 범위는, 메니스커스 위치 P1(주형 상단으로부터 100㎜ 위치)로부터, 도 3에 도시하는 위치 P2까지의 범위이다. 물론 메니스커스 위치 P1로부터 주형 상단까지에 대해서도, 도 3에 도시한 바와 같이 만곡 형상은 연속하여 형성되어 있다. 주조 시에는, 메니스커스 위치 P1이 탕면 레벨(용강 표면(7))로 되도록 주형 내의 탕면 레벨 조정을 행한다. 전자 교반의 조건은, 상기 (1)-a식, (1)-b식을 만족시키는 조건으로 하고, 탕면에서의 교반류의 유속이 30㎝/초로 되도록 전자 교반의 추력을 조정하였다.

먼저, 만곡 형상의 형성 범위의 하단 위치 P2를 탕면 레벨(메니스커스의 위치 P1)로부터 주조 방향으로 200㎜로 하였다. 하단 위치 P2는, 전자 교반 장치의 하단(16)과 동등하고 침지 노즐의 침지 깊이(17)보다도 상방에 위치하고 있다. 그런 후에, 메니스커스 위치 P1에서의 돌출량 δ를 0으로부터 15㎜로 변화시키고, 전술한 도 5에 있어서의 B/A를 응고 균일도로 하여, 주조편의 응고 균일도에 미치는 영향을 평가하였다.

결과를 도 6에 나타낸다. EMS를 사용하지 않은 경우, 응고 균일도는 0 내지 0.3이어서 브레이크아웃에 의한 주조를 중단한 일도 있었지만, 상기 (1)-a식, (1)-b식을 만족시키는 조건에서는, 메니스커스 위치 P1에서의 돌출량 δ가 0이더라도 단변 두께 중앙에서의 응고 지연이 해소되어 응고 균일도는 0.6으로 대폭 개선되었다.

또한 그 돌출량 δ=1㎜에서는 응고 균일도가 0.66, δ=1.5㎜에서는 응고 균일도가 0.70, δ=2㎜에서는 응고 균일도가 0.72였다. 따라서 돌출량 δ를 1.5㎜ 이상으로 하면, 0.1% C강(아포정강)에 있어서도 표피 하 균열이 보이지 않아서, 응고 균일도가 0.7 이상이 달성될 정도의 효과가 확인되었다고 할 수 있다. 또한 돌출량 δ가 15㎜(δ/T=0.1)를 초과하면, 주형 저항이 증대되는 경향이 얻어졌다. 즉, δ/T가 0.01 내지 0.1인 범위에서 응고 균일도가 한층 더 개선되며, 주형 저항의 증대도 보이지 않았다.

이 결과는, 주조편의 두께 T를 150㎜로 한 경우의 결과이지만, 두께를 다양하게 변경한 실험의 결과, 메니스커스의 위치 P1에서의 필요한 돌출량 δ(㎜)는, 주형에서 주조하는 주조편의 두께 T(㎜)에 비례하는 것도 알 수 있었다. 이 관계식을 (2)식으로 나타낸다.

0.01≤δ/T≤0.1 (2)

단변 벽(10)에 형성하는 만곡 형상으로서는, 그 평단면 형상을 원호 형상, 타원 형상, 사인 커브, 그 외의 임의의 만곡 형상으로부터 선택할 수 있다. 예를 들어 원호 형상을 채용한 경우, 도 7에 도시하는 모식도에 기초하여 단변 벽의 내면 형상을, 메니스커스 근방에서 주형의 외측으로 돌출하도록 완만한 만곡 형상으로 하고, 상기한 (2)식의 결과, 즉, 메니스커스의 위치 P1에서의 δ/T를 만곡 형상의 곡률 반경 R(㎜)과 주조편의 두께 T(㎜)로 나타내면, 이하의 (3)식의 관계가 얻어진다.

δ/T=R/T-(√(4R²-T²))/(2T) (3)

도 8은, 상기 (3)식을 사용하여 주조편의 두께 T를 150㎜로 하여 구한 결과(곡률 반경 R과 돌출량 δ의 관계)이며, 도 8 중의 ⇔(백색 양쪽 화살표)로 나타낸 범위라면 상기 (2)식을 만족시켜 높은 응고 균일도가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

여기서, 상기한 (b)의 구성에 의하여 높은 응고 균일도가 얻어진 이유에 대하여 정리하자면 이하와 같이 된다.

1) 단변 벽의 내면을 만곡 형상으로 함으로써, 평단면으로 본 단변 벽의 내면 길이가 실질적으로 변하게(증대되게) 되기 때문에, 메니스커스 근방에서 장변 벽에 테이퍼를 부여한 것과 동일한 효과가 얻어진다.

2) 코너부의 형상에 대해서도, 메니스커스에서는 90도보다도 둔각으로 되기 때문에 코너부의 압력 상승이 완화되어 융기량 자체가 작아진다.

3) 주형은, 주조편에 대하여 주조 방향으로, 단변 전체를 좁혀들어가도록 단변 형상을 R형으로부터 편평하게 변화시킨다. 그 때문에, EMS에 의한 용강의 융기가 생기고 단변 두께 중앙부에서 침강함으로써, 응고 지연이 생기기 쉬워 단변 두께 중앙부의 응고 균일화에 유효하다.

또한 단변 벽에 만곡 형상의 돌출부를 형성할 때, 그 형성 범위(하단 위치 P2)를 주조 방향으로 바꾸어 시험을 행하였다. 도 9에 결과를 나타낸다. 횡축의 돌출 범위는, 메니스커스 위치 P1로부터 만곡 형상의 하단 위치 P2까지의 거리이다.

이 주조 시험에서, EMS의 코어 상단은 메니스커스 위치 P1이고, 코어의 높이 방향의 두께(이하, 코어 두께라고도 함)는 200㎜이기 때문에, 전자 교반 장치의 하단(16)은 메니스커스 위치 P1로부터 200㎜이다. 돌출부를 마련한 영역(형성 범위)의 하단 위치 P2가 전자 교반 장치의 하단(16)과 동등 또는 그보다 하방이면, 돌출부를 마련하는 것에 의한 개선 효과가 얻어졌다. 그러나 돌출부의 형성 범위가, EMS의 코어 두께와 비교하여 짧은 100㎜인 경우, 응고 균일도의 개선은 불충분하였다. 한편, 돌출부의 형성 범위가 EMS의 코어 두께보다도 더 길고, 또한 침지 노즐의 침지 깊이(17)인 250㎜보다 긴 경우, 효과는 작아졌다.

따라서 주형의 단변 벽의 바람직한 구성에 상기한 구성 (c)도 포함시켰다.

다음으로, 메니스커스에서의 교반류의 유속의 영향을 검토한 결과에 대하여 설명한다.

여기서는, EMS의 전류값을 변화시키고 메니스커스에서의 용강 유속을 1m/초까지 바꾸어 시험을 행하였다. 용강 유속은, 전술한 바와 같이 주조편 단면의 덴드라이트 경사각으로부터 산출하였다. 그 결과, EMS를 인가하지 않는 조건을 포함하여 메니스커스에서의 용강 유속이 60㎝/초 이하까지는, 상기한 조건에서 응고 균일화의 개선 효과가 얻어졌지만, 60㎝/초를 초과하면, 주형의 내면 형상의 변경만으로는 응고의 균일화를 도모할 수 없었다.

용강 유속의 최저값에 대해서는, 20㎝/초 이상의 용강 유속이 부여되어 있는 것, 더 바람직하게는 30㎝/초 정도의 용강 유속이 부여되어 있는 것에 의하여 응고 균일화를 도모할 수 있었다.

또한 메니스커스의 유속이 60㎝/초일 때, 메니스커스에서의 코너부의 융기 높이는, 단변 벽측의 두께 중앙부와 비교하여 30㎜의 차가 있었다. 그 때문에, 본 발명의 강의 연속 주조용 설비의 적용 범위는, 메니스커스의 유속이 60㎝/초 이하(특히 하한이 10㎝/초)이고, 단변 벽측의 융기 높이가 30㎜ 이하인 경우라고 할 수 있다.

또한 만곡 형상의 돌출부를 형성하는 단변 벽의 테이퍼값의 설정 방법에 대하여 이하, 설명한다.

단변 벽은 일단의 테이퍼를 전제로 하고 있다. 그 때문에, 돌출부를 형성하지 않는 경우의 코너부를 기준으로 하여, 각각의 주조 조건에 있어서 선택되는 테이퍼율에 따라 단변 벽의 설정 각도를 바꾸어 주형의 상단 폭과 하단 폭을 설정하면 된다. 그때, 메니스커스의 위치 P1로부터, EMS의 코어 두께 이상이면서 침지 노즐의 침지 깊이보다도 상방의 위치 P2까지의 범위로 되도록 돌출부의 형성 범위를 설정하면 되며, 나아가 메니스커스의 위치 P1에서의 돌출량 δ(㎜)와 주조편의 두께 T(㎜)의 비 δ/T를 0.01 이상 0.1 이하(즉, 상기한 (2)식)로 조정하는 것이 바람직하다.

가령 δ/T가 0.1이었다고 하더라도, 메니스커스에 있어서의 단변 벽의 내면이 형성하는 원호의 길이와, 하부의 평탄부에 있어서의 길이의 비를 취하면, 응고 수축량보다도 명백하게 작다. 그 때문에 주조편은, 돌출부의 영역에서 구속되는 일은 없어서 응고 균일화를 도모할 수 있다.

또한 침지 노즐의 침지 깊이는, EMS의 코어 하단으로부터 50 내지 150㎜가 보통이므로, 단변 돌출부의 하단 위치는 EMS의 코어 하단 위치, 내지 코어 하단으로부터 최대 150㎜까지의 위치로 해 두는 것이 바람직하다.

또한 주형의 크기는, 주조할 주조편(슬래브)의 크기에 따라 다양하게 변경할 수 있는데, 예를 들어 두께(대향하는 장변 벽의 간격)가 100 내지 150㎜ 정도, 폭(대향하는 단변 벽의 간격)이 1000 내지 2000㎜ 정도인 슬래브를 주조 가능한 크기이다.

또한 본 실시 형태에 따른 연속 주조용 설비에 의하여 응고의 균일화를 도모할 수 있는 점에서 주조 속도의 고속화가 가능해지기 때문에, 본 실시 형태에 따른 연속 주조용 설비를, 주조 속도가 3m/분 이상인 주조에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 상한값에 대해서는 규정하고 있지 않지만, 현 상황에서 가능한 상한값으로서는, 예를 들어 6m/분 정도이다.

이상 서술한 바와 같이 탕면 근방에서 선회류를 형성하도록 교반류를 부여한 조건, 즉, 탕면이 코너에서 융기하고 두께 중앙에서 오목해지는 조건이더라도, 본 실시 형태에 따른 연속 주조용 설비의 주형을 사용함으로써 단변 두께 중앙부의 응고 지연을 방지할 수 있어서, 균일하게 응고가 진행된다.

또한 교반류의 영향이 없게 된 하방에서는, 통상의 테이퍼에 의하여 두께 방향으로 균일하게 좁혀나감으로써 응고의 균일화를 도모할 수 있다. 그 결과, 단변 벽의 형상을 직선형으로 할 수 있어서 단변 두께 중앙부의 응고 지연을 해소할 수 있다.

게다가 단변 벽의 내면 형상을 곡선형으로 하는 경우, 코너에 선회류가 충돌할 때의 압력이 완화되는 효과도 얻을 수 있다. 그 때문에, 단변 벽측의 탕면 형상의 요철을 저감하는 효과도 갖는다.

실시예

다음으로, 본 발명의 작용 효과를 확인하기 위하여 행한 실시예에 대하여 설명한다.

전로에서의 정련과 환류식 진공 탈가스 장치에서의 처리, 및 합금 첨가에 의하여 0.1% C강(아포정강)을 용제하였다. 그리고 이 용강을 폭 1800㎜, 두께 150㎜의 슬래브로 주조하였다.

먼저, 메니스커스부에서 교반류를 형성하기 위한 조건에 대하여 검토하였다. 그 때문에, 장변 벽의 배면측에 EMS를 탑재한 연속 주조용 설비를 사용하여, EMS에 의하여 메니스커스 근방에서 수평 단면 내에서 선회하도록 교반류를 형성하는 조건에서 행하였다. 주형 동판 재질은 ES40A, 주형 동판 두께 D_Cu는 25㎜로 하고, 전자 교반 장치에 통전하는 교류 자장의 주파수 f를 변화시킨 조건에서 통전하여 주조하였다. 용강의 전기 전도도 σ=6.5×10⁵S/m, 동판 전기 전도도 σ_Cu=1.9×10⁷S/m, 진공의 투자율 μ=4π×10^-7N/A²이다. 주조편의 C 단면 응고 조직을 채취하여 폭 중앙부의 덴드라이트 경사각을 측정하고, 그 경사각으로부터, 비특허문헌 2에 기재된 오카노 등의 식을 사용하여 교반 유속을 추정하였다. (1)-a식의 우변을 주형 표피 깊이, (1)-b식의 좌변을 전자력의 표피 깊이로 하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

주조편의 장변 폭 방향 중앙의 종 균열 평가에 대해서는, 주조편 표면을 눈으로 보아 관찰하여, 주조 방향에 거의 평행인 오목부를 수반한 균열, 혹은 오목부가 없는지 조사하였다. 또한 오목부가 관찰된 부위에 대해서는 샘플을 잘라내어 연마 후, 피크르산으로 응고 조직을 현출시켜, 표피 하에 P 등의 편석을 수반한 균열이 없는지 조사하였다. 표피 하에 P 등의 편석을 수반한 균열이 발견되었을 때는 종 균열 「있음」으로 평가하고, 그렇지 않을 때는 「없음」으로 평가하였다. 그 결과, 표 1의 발명예 A2 내지 발명예 A5에 대해서는, 장변 폭 방향 중앙의 종 균열이 관찰되지 않았다. 한편, 비교예 A1, 비교예 A6에 대해서는, EMS를 인가하지 않는 조건보다도 개선되기는 했지만, 상세히 관찰하면 장변 폭 방향 중앙의 종 균열이 보였다.

표 1의 발명예 A2 내지 발명예 A5와 같이, 주형 표피 깊이가 주형 동판 두께보다도 크고((1)-a식을 만족), 또한 전자력의 표피 깊이가 주조편 두께보다도 작게 하는 주파수로 함으로써((1)-b식을 만족), 용강 유속은 20㎝/초 이상으로 되고, 탕면 레벨에 있어서 효율적으로 선회류가 형성되어 있는 것을 알 수 있었다. 그 때문에 용강 유속의 최저값에 대해서는, 표 1의 비교예 A1, 비교예 A6에 대해서는 주조편의 장변 폭 방향 중앙의 종 균열이 관찰된 점, 20㎝/초 이상의 용강 유속을 부여할 수 있던 발명예 A2 내지 발명예 A5의 조건에서는 균열이 관찰되지 않은 점에서, 20㎝/초 이상의 유속이 부여되어 있는 것, 더 바람직하게는 30㎝/초 정도의 용강 유속이 부여되어 있는 것에 의하여 장변 면에 있어서 응고 균일화를 도모할 수 있었다.

다음으로, 전술한 조건에 있어서, 단변 벽의 형상(만곡 형상)이 다른 주형을 몇 개 준비하고, 마찬가지로 장변 벽의 배면측에 EMS를 탑재한 연속 주조용 설비를 사용하여, EMS에 의하여 메니스커스 근방에서 수평 단면 내에 있어서 교반 유속이 30㎝/초 정도에서 선회하도록 교반류를 형성하는 조건에서 행하였다. 또한 EMS의 설치는, 코어의 상단이 메니스커스 위치 P1과 일치하도록 행하였다. 또한 EMS의 코어 두께는 200㎜이고, 전자 교반 장치의 하단(16)은 메니스커스 위치 P1로부터 200㎜이다. 주형 내의 탕면의 위치가 메니스커스 위치 P1과 일치하도록 주조를 행하였다. 그리고 침지 노즐의 침지 깊이(17)(메니스커스 위치 P1로부터의 거리)는 250㎜이고, 주조 속도는 4m/분이었다.

또한 단변 벽의 테이퍼는 1.4%/m로 하였다. 여기서 단변 벽의 테이퍼는, 도 10에 도시한 바와 같이, 단변 벽을 평면으로 보았을 때, 양측의 단변 벽의 내면(주조편 접촉면)(오목부가 있을 때는 오목부의 가장 깊은 부분) 사이의 거리에 대하여, 주형 상단에 있어서의 거리 A와 주형 하단에 있어서의 거리 B의 차를, 단변 벽의 연직 방향(주조 방향)의 길이 L로 나누어 %로 나타낸 값이다. 즉, 테이퍼(%)=(A-B)/L×100이다.

상기 조건에서 주조한 슬래브에 대하여, 주조편의 C 단면의 응고 조직을 조사하였다.

상기한 도 6과 마찬가지로, 응고 조직을 에칭으로 현출시켜 관찰되는 화이트 밴드(21)(도 5 참조)에 대하여, 주조편의 장변(23)측에서 코너부(26)로부터 폭 중앙을 향한 영역에 있어서, 표면으로부터 화이트 밴드까지의 두께가 대략 일정해진 부위의 두께 A와, 단변 두께 중앙의 가장 얇은 부위의 두께 B의 비, 즉, B/A를 응고 균일도로 하였다. 또한 응고 균일도에 대해서는 0.7 이상을 양호로 하여 평가하였다.

또한 응고 지연부에 표피 하 균열이 보이는지 여부를 조사하였다. 표피 하 균열의 평가 방법은 상술한 바와 같다.

아울러 주형 저항에 대해서도 조사하였다. 또한 주형 저항에 대해서는, 오실레이션 전류를 측정하여, 스티킹성 브레이크아웃이 생겼을 때의 오실레이션 전류값보다도 작은 경우를 「소」로 하고, 스티킹성 브레이크아웃이 생겼을 때의 오실레이션 전류값 이상인 경우를 「대」로 하여 평가하였다.

표 2에 시험 조건과 결과를 나타낸다.

표 2에 나타내는 발명예 2 내지 4에는 각각, 단변 벽의 만곡 형상의 형성 범위의 하단을 메니스커스의 위치 P1로부터 200㎜(=전자 교반 장치의 하단과 동일 위치)로 통일하고, δ/T를 적합 범위(0.01 내지 0.1) 내의 0.012, 0.05, 0.093으로 한 경우의 결과를 나타내고 있는데, 주형 저항이 증대되는 일 없이 응고 균일도가 모두, 0.7 이상의 값이 얻어져서 대폭 개선되었다. 또한 응고 균일도가 개선되었기 때문에 응고 지연부도 보이지 않고 표피 하 균열도 보이지 않았다. 한편, 발명예 1은, 돌출부를 마련하지 않는 조건인데, 응고 균일도는 발명예 2 내지 4와 대비하여 낮은 값을 나타내었다. 그러나 후술하는 전자 교반을 행하지 않은 비교예 1에서의 응고 균일도에 비하면 대폭 개선되어 있으며, 표피 하 균열은 산발적으로 보이기는 했지만 제품화에 지장이 생길 레벨은 아니었다. 또한 발명예 1 내지 4 모두, 주조편의 장변 면 중앙에는 종 균열 발생이 보이지 않았다.

또한 발명예 5는, 돌출부를 마련하기는 했지만 δ/T를 적합 범위의 상한값 초과인 0.12로 한 조건이다. 이 경우, 응고 균일도는 비교적 양호하기는 했지만 저항값이 국부적으로 커지고, 일부 구속된 것 같은 표면 성상이 있었다. 또한 발명예 6은, 돌출부를 마련하기는 했지만 δ/T를 적합 범위의 하한 미만인 0.007로 한 조건이다. 이 경우, 응고 균일도는 0.66으로, 만곡 없는 발명예 1보다는 양호하였지만 작은 표피 하 균열이 산재해 있었다.

그리고 발명예 7에 대해서는, 돌출부를 마련하고 δ/T를 적합 범위 내인 0.03으로 하기는 했지만, 돌출부의 형성 범위가 EMS의 코어 두께와 비교하여 짧았기 때문에 응고 균일도가 발명예 2 내지 4와 대비하여 낮은 값이었다. 발명예 8은, 돌출부를 마련하고 δ/T를 적합 범위 내인 0.03으로 하고, 돌출부의 형성 범위를, EMS의 코어 두께 이상이고 침지 노즐의 침지 깊이 이상인 0.4m로 한 결과이다. 이 경우, 응고 균일도의 개선 효과가 발명예 2 내지 4와 대비하여 작았다. 또한 응고 지연부에 의한 표피 하 균열도 관찰되었다. 발명예 9는, 돌출부를 마련하고 δ/T를 적합 범위 내인 0.04로 하기는 했지만, 돌출부의 형성 범위를 침지 노즐의 침지 깊이 이상인 0.5m로 하였기 때문에 응고 균일도의 개선 효과가 발명예 2 내지 4와 대비하여 작았다. 또한 응고 지연부에 의한 표피 하 균열도 관찰되었다. 발명예 10은, 돌출부를 마련하고 δ/T를 적합 범위 내인 0.013으로 하기는 했지만, 돌출부의 형성 범위를 침지 노즐의 침지 깊이 이상의 0.4m로 하였기 때문에 응고 균일도의 개선 효과가 발명예 2 내지 4와 대비하여 작았다. 또한 응고 지연부에 의한 표피 하 균열도 관찰되었다. 발명예 7 내지 10 모두, 주조편의 장변 면 중앙에는 종 균열 발생이 보이지 않았다.

이에 비해 비교예 1은, 주형 내에서 전자 교반을 실시하고 있지 않고 단변 벽의 만곡 형상도 갖고 있지 않다. 응고 균일도는 0.2밖에 되지 않아서 주조 중단(브레이크아웃)의 위험이 있는 레벨이었다. 또한 선회류가 형성되어 있지 않으므로 주조편의 장변의 폭 중앙에 큰 종 균열이 발생하였다.

이상으로부터, 본 발명의 강의 연속 주조용 설비를 사용함으로써 주형 내의 용강의 메니스커스 근방의 수평 단면 내에 선회류를 부여할 수 있으며, 또한 적합 조건에서는, 선회류를 부여하는 데에 있어서 주형의 단변 벽측의 응고를 균일화할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 참조하여 설명해 왔지만, 본 발명은 하등 상기한 실시 형태에 기재된 구성에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구의 범위에 기재되어 있는 사항의 범위 내에서 생각할 수 있는 그 외의 실시 형태나 변형예도 포함하는 것이다. 예를 들어 상기한 각각의 실시 형태나 변형예의 일부 또는 전부를 조합하여 본 발명의 강의 연속 주조용 설비를 구성하는 경우도 본 발명의 권리 범위에 포함된다.

상기 실시 형태에 있어서는, 돌출량 δ의 최대값이 단변 벽의 두께 중앙부로 되도록 설정하였지만, 예를 들어 주형의 크기나 구성에 따라 두께 중앙부로부터 코너측으로 어긋나게 할 수도 있다.

또한 만곡 형상의 돌출부를, 단변 벽의 상단으로부터, EMS의 하단 이하이면서 침지 노즐의 침지 깊이보다도 상방의 위치 P2까지의 범위에 형성하고 있지만, 적어도 메니스커스의 위치 P1로부터 주조 방향으로 형성하고 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 주형 내의 탕면 근방에서 선회류를 부여하면서 응고의 균일화를 도모할 수 있다.

1: 전자 교반 장치
2: 침지 노즐
3: 토출 구멍
4: 노즐 토출류
5: 주조 공간
6: 용강
7: 용강 표면
8: 추력
9: 선회류
10, 11: 단변 벽
12: 주형
14: 오목부
15: 장변 벽
16: 전자 교반 장치의 하단
17: 침지 노즐의 침지 깊이
18: 파우더층
19: 응고 셸
20: 응고 지연부
21: 화이트 밴드
22: 주조편
23: 장변
24: 단변
25: 표면
26: 코너부
27: 두께 중앙
P1: 메니스커스 위치
P2: 만곡 형상 하단 위치
δ: 돌출량
T: 주형 내의 주조편 두께

Claims (3)

1. 주형 내의 주조편 두께가 150㎜ 이하, 주조 폭이 2m 이하인 강의 박형 슬래브 주조에 사용하는 연속 주조용 설비이며,
   각각 동판으로 구성됨과 함께 대향 배치된 1쌍의 장변 벽과 1쌍의 단변 벽을 구비한 용강 주조용의 주형과,
   상기 주형 내에 용강을 공급하는 침지 노즐과,
   상기 1쌍의 장변 벽의 이면측에 상기 장변 벽을 따라 배치되고, 상기 주형 내의 용강 표면에서 선회류를 부여할 수 있는 전자 교반 장치를 갖고,
   하기 (1)-a식, (1)-b식을 만족시키도록 상기 장변 벽의 상기 동판의 두께 D_Cu(㎜), 상기 주조편의 두께 T(㎜), 상기 전자 교반 장치의 주파수 f(㎐), 상기 용강의 전기 전도도 σ(S/m), 및 상기 장변 벽의 상기 동판의 전기 전도도 σ_Cu(S/m)가 조정되고,
   D_Cu<√(2/σ_Cuωμ) (1)-a
   √(1/2σωμ)<T (1)-b
   여기서, ω=2πf: 각속도(rad/sec), μ=4π×10^-7: 진공의 투자율(N/A²)이며,
   상기 단변 벽의 내면의 평단면 형상이, 상기 주형의 상단으로부터 100㎜ 하방의 위치인 메니스커스 위치에서 상기 주형의 외측으로 돌출하는 만곡 형상이고, 상기 만곡 형상의 돌출량이 주조 방향의 하방을 향하여 순차 감소하여 상기 주형 내의 하부에서 평탄 형상이고,
   상기 만곡 형상의 형성 범위가, 상기 메니스커스 위치로부터, 상기 전자 교반 장치의 하단과 동등 또는 그보다도 하방이면서 상기 침지 노즐의 침지 깊이보다도 상방의 위치까지의 범위이고,
   상기 만곡 형상의 상기 메니스커스 위치에서의 돌출량 δ(㎜)와, 상기 주형에서 주조하는 상기 주조편의 두께 T(㎜)가 하기 (2)식의 관계를 만족시키는
   것을 특징으로 하는 강의 연속 주조용 설비.
   0.05≤δ/T≤0.1 (2)
2. 삭제
3. 제1항에 기재된 강의 연속 주조용 설비를 사용한 강의 연속 주조 방법이며,
   하기 (1)-a식, (1)-b식을 만족시키도록 상기 동판의 두께 D_Cu(㎜), 상기 주조편의 두께 T(㎜), 상기 전자 교반 장치의 주파수 f(㎐), 상기 용강의 전기 전도도 σ(S/m), 및 상기 동판의 전기 전도도 σ_Cu(S/m)를 조정하는
   것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.
   D_Cu<√(2/σ_Cuωμ) (1)-a
   √(1/2σωμ)<T (1)-b
   여기서, ω=2πf: 각속도(rad/sec), μ: 진공의 투자율(N/A²)이다.

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