KR102493098B1 - 강의 연속 주조 방법 - Google Patents

Abstract

수직부(20)의 상부측에 있어서의 제1 냉각 존(21)에 있어서, 냉각 스프레이 노즐의 1개당 수량 R₁(L/min)과 공기량 A₁(L/min)에 의해 정의되는 기수비 A₁/R₁을 10 이상으로 하고, 냉각 스프레이 노즐로부터 주편(1)의 표면에 충돌하는 냉각수의 충돌압을 12gf/㎠ 이상으로 하고, 냉각수 밀도 W₁(L/min/㎡)과 제1 냉각 존(21) 통과 시간 t₁(min)에 의해 정의되는 냉각 강도 W₁×t₁을 350 이상으로 하고, 제1 냉각 존(21) 통과 후부터 굽힘부(30)까지의 복열 시간을 0.5min 이상으로 한다.

Description

강의 연속 주조 방법

본 발명은 강의 연속 주조 방법에 관한 것이다.

본원은 2018년 12월 10일에 일본에 출원된 일본특허출원 제2018-231136호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

근년, 두꺼운 강판 등의 철강 재료에 있어서, 기계 특성 향상을 위해, Ti, Nb, Ni, Cu 등의 합금 원소를 함유한 저합금강이 많이 제조되고 있다. 그러나, 이들 합금 원소의 첨가에 수반하여, 연속 주조에 있어서 제조된 주편에 표면 균열 결함이 발생하여, 조업상 및 제품의 품질상의 문제가 되었다. 여기에서의 표면 균열이란, 횡균열과 같은 주조 방향이 아닌 균열 형태의 총칭을 의미한다.

연속 주조에 있어서 합금 원소를 함유하는 주편의 표면 균열을 방지하는 방법으로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 개시된 것과 같은 방법이 있다. 특허문헌 1에 개시된 방법은, 주형 바로 아래의 수랭 노즐에 대해서 평균 수량 밀도를 높임과 함께 소정의 충돌압으로 냉각수를 주편으로 분사하는 것으로, 주편 표면에 부착된 파우더를 박리하면서 주편의 표면의 온도를 A₃ 변태 온도 이하로 안정적으로 냉각하고, 그 후, 주편의 복열을 행하여, 굽힘부 또는 교정부에 있어서의 주편의 표면의 온도를 취화 온도역보다 고온으로서 주조를 행하는 것이다.

연속 주조의 2차 냉각대 이후에서 발생하는 표면 균열은 주편 표층의 구 오스테나이트 입계를 따른 균열인 것이 알려져 있다. 이 균열은 AlN이나 NbC 등의 석출에 의해 취화한 오스테나이트 입계나, 구 오스테나이트 입계를 따라 생성하는 필름상 페라이트에 응력이 집중함으로써 발생한다. 균열의 형태는 가해지는 응력의 방향에 따라 다르며, 횡균열은 주조 방향으로의 인장 응력에 의해 발생한다. 특히, 오스테나이트로부터 페라이트로의 상변태 영역 근방의 온도역에 있어서 균열이 발생하기 쉽다. 따라서, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 기계적인 응력이 주편 표면에 가해지는 굽힘이나 교정대에서의 표면 온도를 연성이 저하되는 온도역(취화 온도역)으로부터 회피하고, 균열의 발생을 억제하는 방법이 취해진다.

일본특허공개 2018-099704호 공보

근년, 기계 특성 향상을 위해 여러가지 원소가 첨가된 합금 강종이 증가함에 따라, 주편 표면 균열 감수성이 높은 강종이 증가하고 있어, 취화 온도역을 회피하는 상기의 연속 주조 방법만으로는 반드시 주편 표면 균열 발생을 방지할 수는 없다. 이와 같이, 종래의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 목적으로 하는 냉각 능력을 확보하면서 주편 표면 균열을 방지하는 점에 있어서 개선의 여지가 있다.

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 주편 표층의 마이크로 조직을 제어할 수 있고, 2차 냉각 불균일에 기인한 주편 표면 균열을 억제할 수 있음과 함께, 굽힘부에 있어서의 변형에 기인한 주편 표면 균열을 억제할 수 있는 강의 연속 주조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 일 양태에 따른 강의 연속 주조 방법에서는, 주형으로부터 주편을 연직 방향 하방으로 인발하는 수직부와, 상기 수직부로부터 인발된 상기 주편을 구부리는 굽힘부를 구비함과 함께, 상기 수직부에 롤과 냉각 스프레이 노즐을 포함하는 제1 냉각 존을 구비하는 수직 굽힘형의 연속 주조 장치를 사용해서 강을 연속적으로 주조하는 방법이며, 상기 제1 냉각 존에 있어서, 상기 냉각 스프레이 노즐의 1개당 수량 R₁(L/min)에 대한 공기량 A₁(L/min)의 비인 기수비 A₁/R₁을 10 이상으로 함과 함께, 상기 냉각 스프레이 노즐로부터 상기 주편의 표면에 충돌하는 냉각수의 충돌압을 12gf/㎠ 이상으로 하고, 상기 제1 냉각 존에 있어서의 냉각수 밀도 W₁(L/min/㎡)과, 상기 주편이 상기 제1 냉각 존을 통과하는 시간 t₁(min)과의 곱으로서 정의되는 냉각 강도 W₁×t₁을 350 이상으로 하고, 상기 제1 냉각 존 통과 후부터 상기 굽힘부에 도달하기까지의 상기 주편의 복열 시간 t₂를 0.5min 이상으로 한다.

(2) 상기 (1)에 기재된 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 상기 제1 냉각 존에 있어서, 상기 냉각 스프레이 노즐의 1개당 수량 R₁(L/min)을 20L/min 이상 50L/min 이하로 해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 상기 제1 냉각 존에 있어서, 상기 냉각수 밀도 W₁(L/min/㎡)을 500L/min/㎡ 이상 2000L/min/㎡ 이하로 해도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 상기 수직 굽힘형의 연속 주조 장치가, 상기 제1 냉각 존으로부터 상기 굽힘부까지의 사이에 제2 냉각 존을 구비하고 있어도 되고, 상기 제2 냉각 존에 있어서, 냉각수 밀도 W₂(L/min/㎡)를 0L/min/㎡ 이상 50L/min/㎡ 이하로 함으로써 상기 주편의 표면을 복열시켜도 된다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 상기 제1 냉각 존을 통과 후에 상기 주편의 표면을 복열시켜서, 상기 주편이 상기 굽힘부에 도달하는 시점에서 상기 주편의 표면의 온도를 Ac₃점 이상의 온도로 해도 된다.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 상기 롤이 분할 롤이어도 된다.

본 발명의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 수직부에 마련된 제1 냉각 존에 있어서 고기수비 또한 고충돌의 미스트 스프레이에 의해 주편을 냉각하고 있다. 고기수비 또한 고충돌압의 미스트 스프레이로 함으로써, 주편 표면의 몰드 파우더를 박리할 수 있음과 함께, 롤간에 있어서의 괸물의 발생을 억제할 수 있어, 주편에 대하여 균일하게 2차 냉각을 행할 수 있는 것이라 생각된다.

또한, 본 발명의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 제1 냉각 존에 있어서의 냉각 강도를 소정 이상으로 높이고 있다. 냉각 강도를 소정 이상으로 함으로써, 주편 표층의 마이크로 조직을 보다 적절하게 제어할 수 있는 것이라 생각된다.

또한, 본 발명의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 제1 냉각 존에 의한 냉각 후, 굽힘부에 도달하기까지의 복열 시간을 소정 이상으로 하고 있고, 주편 표면을 적절하게 복열시킬 수 있다. 이에 의해, 주편 표면에 미세 조직을 생성시킬 수 있고, 굽힘부에 있어서의 주편의 표면 균열을 억제할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 강의 연속 주조 방법에 의하면, 주편 표층의 마이크로 조직을 제어할 수 있고, 2차 냉각 불균일에 기인한 주편 표면 균열을 억제할 수 있음과 함께, 굽힘부에 있어서의 변형에 기인한 주편 표면 균열을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 강의 연속 주조 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 도 1의 제1 냉각 존(21)의 일부를 확대해서 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 있어서는, 동일 번호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, 「내지」를 사용해서 표현되는 수치 범위는, 「내지」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다. 본 명세서 중에 있어서, 「공정」이라는 용어는, 독립된 공정뿐만 아니라, 다른 공정과 명확히 구별할 수 없는 경우에도 그 공정의 소기의 목적이 달성되면, 본 용어에 포함된다. 또한, 이하의 실시 형태의 각 요소는, 각각의 조합이 가능한 것은 자명하다.

도 1을 참조하면서 본 발명의 강의 연속 주조 방법에 대해서 설명한다. 도 1이 수직 굽힘형의 연속 주조 장치(100)에 있어서의 주형(10), 수직부(20), 굽힘부(30) 등의 위치 관계를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1(A)에 있어서는 알기 쉽게 하기 위해 냉각 스프레이 노즐 등을 생략하여 나타내고 있다. 도 2가 수직부(20)의 제1 냉각 존(21)의 일부를 확대해서 개략적으로 도시하는 도면이며, 롤(21a) 및 냉각 스프레이 노즐(21b)의 위치 관계를 개략적으로 나타내고 있다. 냉각수의 수량 등의 조건에 따라서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 냉각 스프레이 노즐(21b)로부터 방출된 냉각수는, 주편(1)과 롤(21a) 사이에 괸물(W)로서 잔존한다.

본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법은, 주형(10)으로부터 주편(1)을 연직 방향 하방으로 인발하는 수직부(20)와, 수직부(20)로부터 인발된 주편(1)을 구부리는 굽힘부(30)를 구비함과 함께, 수직부(20)에 롤(21a)과 냉각 스프레이 노즐(21b)을 포함하는 제1 냉각 존(21)을 구비하는 수직 굽힘형의 연속 주조 장치(100)를 사용해서 강을 연속적으로 주조하는 방법이며, 제1 냉각 존(21)에 있어서, 냉각 스프레이 노즐(21b)의 1개당 수량 R₁(L/min)에 대한 공기량 A₁(L/min)의 비인 기수비 A₁/R₁을 10 이상으로 함과 함께, 냉각 스프레이 노즐(21b)로부터 주편(1)의 표면에 충돌하는 냉각수의 충돌압을 12gf/㎠ 이상으로 하고, 제1 냉각 존(21)에 있어서의 냉각수 밀도 W₁(L/min/㎡)과, 주편(1)이 제1 냉각 존(21)을 통과하는 시간 t₁(min)과의 곱으로서 정의되는 냉각 강도 W₁×t₁을 350 이상으로 하고, 제1 냉각 존(21) 통과 후부터 굽힘부(30)에 도달하기까지의 주편(1)의 복열 시간 t₂를 0.5min 이상으로 한다.

(연속 주조 장치(100)의 구성)

본 실시 형태에 따른 연속 주조 방법은, 공지된 수직 굽힘형의 연속 주조 장치에 바람직하게 사용할 수 있다. 주형(10)은 주조 대상인 주편(1)의 형상에 따른 단면 형상을 갖는다. 주형(10)의 바로 아래에는 수직부(20)가 마련되고, 수직부(20)의 바로 아래에 굽힘부(30)가 마련된다.

수직부(20)의 높이(주형(10)의 바로 아래로부터 굽힘부(30)에 이르기까지의 거리)는, 예를 들어 0.5m 이상 3.0m 이하로 할 수 있다. 수직부(20)의 적어도 상부측에는 제1 냉각 존(21)이 마련된다. 제1 냉각 존(21)은 롤(21a)과 냉각 스프레이 노즐(21b)을 포함하여 구성된다. 제1 냉각 존(21)에 있어서, 주편(1)의 일면측을 서포트하는 롤(21a)의 수는, 도 1에 도시하는 5개로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 1개 이상 7개 이하로 할 수 있다. 보다 바람직하게는 일면측에서 6개 이하(일면측과 다른 면측과의 합계로 12개 이하)이다. 즉, 제1 냉각 존에 있어서의 냉각 단수는, 도 1에 도시하는 5단으로 한정되지 않고, 바람직하게는 6단 이하로 한다.

제1 냉각 존(21)에 있어서, 주조 방향에 인접하는 각각의 롤(21a)의 사이의 롤 피치(도 2의 P)는 예를 들어 50㎜ 이상 300㎜ 이하로 할 수 있고, 롤간의 간격(도 2의 I)은 예를 들어 10㎜ 이상 100㎜ 이하로 할 수 있다. 제1 냉각 존(21)에 있어서, 주형(10)과 주형 바로 아래의 롤(21a)과의 사이 및/또는 주조 방향에 인접하는 롤(21a)의 사이에는 냉각 스프레이 노즐(21b)이 구비되어 있고, 당해 냉각 스프레이 노즐(21b)로부터 주편(1)의 표면으로 냉각수를 분사한다. 각각의 롤(21a)의 사이의 냉각 스프레이 노즐(21b)의 개수는, 주조 방향으로 예를 들어 1개이며, 주편 폭 방향으로 적어도 1개이다.

수직부(20)는 제1 냉각 존(21)과 굽힘부(30) 사이(제1 냉각 존(21)의 바로 아래)에 제2 냉각 존(22)을 구비하고 있어도 된다. 제2 냉각 존(22)에 있어서, 주편(1)의 일면측을 서포트하는 롤(22a)의 수는, 예를 들어 0개 이상 10개 이하로 할 수 있다. 제2 냉각 존(22)에 있어서, 주조 방향에 인접하는 롤(21a)과 롤(22a) 사이나 롤(22a)의 사이에는 냉각 스프레이 노즐(도시하지 않음)을 배치해도 되고, 이 경우, 각각의 롤(22a)의 사이의 냉각 스프레이 노즐의 개수는, 주조 방향으로 예를 들어 1개, 주편 폭 방향으로 적어도 1개로 할 수 있다.

롤(21a)은 분할 롤이어도 된다. 분할 롤이란, 롤의 축을 따른 방향에 있어서, 롤면이 2 이상으로 나뉜 롤을 의미한다. 롤면은 3면, 4면, 혹은 5면이거나 그 이상으로 분할되어도 된다. 분할 롤은, 분할된 복수의 롤면의 사이에, 롤면보다 직경이 작은 축부를 갖는다. 롤(21a)이 분할 롤이 아닌 경우에는, 롤의 양단부를 베어링부에 의해 지지하지만, 분할 롤인 경우에는, 이 롤면간의 축부를 베어링부에 의해 지지한다.

괸물이 발생하기 쉬운 주편(1)의 폭 방향의 중앙부에 비해 주편(1)의 단부 근방은 냉각되기 쉽고, 이에 의해 발생하는 주편(1)의 폭 방향에 있어서의 온도차에 의해, 주편(1)의 단부 근방에서 표면 균열이 발생하기 쉬운 경향이 있다. 롤(21a)을 분할 롤로 함으로써, 복수의 롤면의 사이의 축부로부터 괸물이 배출되게 되어, 주편(1)의 폭 방향에 있어서의 온도차가 완화되어, 주편의 표면 균열을 억제할 수 있다. 또한, 롤(21a)의 양단부뿐만 아니라, 롤의 중간에 있는 축부에 있어서 롤을 지지하는 것으로, 롤 직경이 작은 경우에도 롤의 구부러짐을 억제할 수 있다.

롤(22a)에 대해서도, 상기와 같은 롤(21a)과 마찬가지 이유에서 분할 롤을 채용해도 된다.

수직부(20)를 거친 주편(1)은, 굽힘부(30)에서의 굽힘 및 교정을 거쳐, 수평 방향으로 반송된다. 또한, 본원에서 말하는 「굽힘부」란, 주편(1)의 주조 방향이 연직 방향으로부터 수평 방향으로 변화하는 부분을 말한다. 굽힘부(30)에 대해서는 종래 공지된 구성과 마찬가지로 하면 되는 점에서, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

(제1 냉각 존(21)에 있어서의 기수비)

냉각 스프레이 노즐(21b)로부터의 냉각수의 충돌압을 증가시키기 위해서는, 냉각수량을 증가시키거나, 혹은 냉각수량을 담보한 상태에서 공기량을 증가시키는 것이 유효하다. 여기서, 냉각수량을 단순히 증가시킨 경우, 롤(21a)에 있어서의 괸물이 발생하기 쉽다. 괸물을 억제하면서 냉각수의 충돌압을 증가시키기 위해서는, 냉각수량에 대한 공기량의 비(기수비)를 증대시키는 것이 바람직하다. 이 관점에서, 본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 제1 냉각 존(21)에 있어서, 냉각 스프레이 노즐(21b)의 1개당 수량 R₁(L/min)에 대한 공기량 A₁(L/min)의 비인 기수비 A₁/R₁을 10 이상으로 한다. 기수비의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 분무 안정성의 관점에서 100 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 50 이하이다.

(제1 냉각 존(21)에 있어서의 수량 R₁)

냉각 스프레이 노즐(21b)의 수량 R₁은 후술하는 충돌압이나 냉각 강도를 고려하여 조정하면 된다. 특히, 본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 제1 냉각 존(21)에 있어서, 냉각 스프레이 노즐(21b)의 1개당 수량 R₁(L/min)을 20L/min 이상 50L/min 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 괸물의 발생을 보다 용이하게 억제하면서, 스프레이의 충돌압을 보다 용이하게 증대시킬 수 있다.

(제1 냉각 존(21)에 있어서의 냉각수의 충돌압)

본 발명자는, 고온의 주편(예를 들어 950℃ 이상)에 대하여 미스트 스프레이로 냉각을 행할 때, 냉각 능력(열전달 계수)이 스프레이의 충돌압과 좋은 상관이 있는 것을 발견했다. 이것은, 천이 비등 영역에 있어서는 비등막의 전열 저항이 주편 표면의 전열에 있어서 지배적으로 작용하기 때문에, 충돌압의 증가에 수반하여 비등막이 물리적으로 밀려나는 것에 의해 얇아지고, 결과로서 열전달 계수가 증가하기 때문이다. 이에 더하여, 일정한 충돌압 이상이 되면 주편 표면에 고착된 몰드 파우더가 박리되어, 스프레이 냉각에 의한 폭 방향의 온도 불균일을 저감할 수 있다. 이 관점에서, 본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 제1 냉각 존(21)에 있어서, 냉각 스프레이 노즐(21b)로부터 주편(1)의 표면에 충돌하는 냉각수의 충돌압을 12gf/㎠ 이상으로 한다. 바람직하게는 13gf/㎠ 이상, 보다 바람직하게는 15gf/㎠ 이상, 더욱 바람직하게는 17gf/㎠ 이상이다. 반면에, 충돌압이 너무 크면, 주편(1)의 응고 셸이 부분적으로 오목해져서, 롤(21a)과 주편(1) 사이로부터 상방으로 냉각수가 뿜어 올라서, 브레이크아웃의 우려가 있다. 이 관점에서, 본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 냉각 스프레이 노즐(21b)로부터 주편(1)의 표면에 충돌하는 냉각수의 충돌압을 50gf/㎠ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 40gf/㎠ 이하, 더욱 바람직하게는 30gf/㎠ 이하이다.

또한, 주편(1)의 표면에 충돌하는 냉각수의 충돌압은, 예를 들어 수압 센서를 사용해서 오프라인에서 측정하는 방법, 혹은 이하의 간이한 식 1에 의해 추측할 수 있다.

상기 식 1에 있어서, Pc[gf/㎠]: 충돌압, W[L/min/㎡]: 수량 밀도, Va[m/s]: 압공 토출 유속(에어 유량 [N㎥/s]/에어 오리피스 면적[㎡]), H[m]: 분사 거리, A/R[-]: 기수비(에어와 물의 체적비)이다.

(제1 냉각 존(21)에 있어서의 냉각 강도)

본 발명자의 새로운 지견에 따르면, 제1 냉각 존(21)에 있어서의 냉각 강도(W₁×t₁)를 증대시킴으로써, 주편 표층에 미세 조직을 생성시켜서, 균열의 발생을 억제할 수 있다. 제1 냉각 존(21)에 있어서 냉각 강도를 증대시킴으로써, 주편 표면을 Ar₃점 이하의 온도로까지 적절하고 또한 빠르게 냉각할 수 있고, 주편 표면의 미세 조직의 제어가 보다 용이해지기 때문이라 생각된다. 이 관점에서, 본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 제1 냉각 존(21)에 있어서의 냉각수 밀도 W₁(L/min/㎡)과, 주편(1)이 제1 냉각 존(21)을 통과하는 시간 t₁(min)과의 곱으로서 정의되는 냉각 강도 W₁×t₁을 350 이상으로 한다. 냉각 강도의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 1500 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1200 이하이다.

또한, 「냉각수 밀도 W₁」이란, 주편 표면의 단위 면적(㎡)당, 단위 시간(min)당 분사되는 냉각수의 양(L)을 말한다. 「냉각수 밀도 W₁」은, 예를 들어 「냉각 스프레이 노즐(21b)의 1개당 수량 R₁(L/min)을, 주조 방향의 롤 피치 P(m)과 주편 폭 방향에 있어서의 스프레이 분사 폭(m)과의 곱으로 제산한 것」으로 하여 정의할 수 있다.

냉각수 밀도 W₁은 상기의 기수비나 충돌압 등을 고려해서 조정하면 된다. 여기서, 제1 냉각 존(21)에 있어서, 이차원적으로 냉각되는 코너 근방은 과냉각이 되기 쉽고, 또한 특히 고수량의 경우에 롤에 있어서의 괸물이 발생하기 쉬워, 주편 표면의 2차 냉각이 불균일해질 우려가 있다. 반면에, 너무 저수량으로 한 경우, 상기의 충돌압 등을 달성하기 어려워진다. 이러한 점에서, 본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 제1 냉각 존(21)에 있어서, 냉각수 밀도 W₁(L/min/㎡)을 500L/min/㎡ 이상 2000L/min/㎡ 이하로 하는 것이 바람직하다. 하한이 보다 바람직하게는 600L/min/㎡ 이상이며, 상한이 보다 바람직하게는 1750L/min/㎡ 이하이다.

(제1 냉각 존(21) 통과 후의 복열)

본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 제1 냉각 존(21)을 통과 후에 주편(1)의 표면을 복열시켜서, 주편(1)이 굽힘부(30)에 도달하는 시점에서 주편(1)의 표면 온도를 Ac₃점 이상의 온도로 하는 것이 바람직하다. 이것을 보다 용이하게 실현하기 위해, 본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 제1 냉각 존(21) 통과 후부터 굽힘부(30)에 도달하기까지의 주편(1)의 복열 시간 t₂를 0.5min 이상으로 한다. 복열 시간 t₂를 0.5min 이상으로 함으로써 제1 냉각 존(21)에 있어서 Ar₃점 이하의 온도로까지 냉각된 주편 표면이, 주편 내부의 현열에 의해 Ac₃점 이상의 온도로까지 복열되고, 주편 표층이 안정적으로 γ입계가 불명료한 미세 조직이 된다. 복열 시간 t₂의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 2.0min 이하이고, 보다 바람직하게는 1.75min 이하이다.

(기타)

본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 수직 굽힘형의 연속 주조 장치(100)가, 제1 냉각 존(21)으로부터 굽힘부(30)까지의 사이에 제2 냉각 존(22)을 구비하고 있어도 된다. 여기서, 본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 제1 냉각 존(21)에 있어서 주편 표면을 Ar₃점 이하의 온도까지 냉각하고, 그 후 2차 냉각을 조정하여, Ac₃점 이상의 온도로까지 복열시키면 된다. 이 경우, 주편 내부에 충분한 현열을 가진 상태에서 제1 냉각 존(21)을 통과하고, 기계적인 변형이 가해지는 굽힘부(30)까지 Ac₃점까지의 복열을 완료할 필요가 있다. 따라서, 제2 냉각 존(22)에 있어서는, 제1 냉각 존(21)과 비교하여, 냉각수 밀도를 저하시킬 필요가 있다. 구체적으로는, 제2 냉각 존(22)에 있어서, 냉각수 밀도 W₂(L/min/㎡)를 0L/min/㎡ 이상 50L/min/㎡ 이하로 함으로써 주편(1)의 표면을 복열시키는 것이 바람직하다.

또한, 본원에 있어서는, 체심 입방 격자(bcc의 페라이트상)로부터 오스테나이트의 면심 입방 격자(fcc)로 변태하는 온도의 A₃점에 있어서, 냉각할 때의 A₃ 변태(페라이트 변태)하는 온도를 Ar₃점, 가열할 때의 A₃ 변태(오스테나이트 변태)하는 온도를 Ac₃점이라 기재한다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 2차 냉각대인 수직부(20)의 상부측에 마련된 제1 냉각 존(21)에 있어서 고기수비 또한 고충돌압의 미스트 스프레이에 의해 주편(1)을 냉각함으로써, 주편 표층의 마이크로 조직을 제어함과 함께, 2차 냉각 불균일에 기인한 주편 표면 균열을 방지할 수 있다. 여기서, 수직 굽힘형의 연속 주조 장치(100)에서 강을 연속 주조하는 경우, 주형(10)의 바로 아래에서 강냉각하고, 주편 표면으로부터 적어도 2㎜를 Ar₃점 이하의 온도까지 냉각하는 것이 바람직하다. 그 후, 굽힘부(30)에 도달하기까지 주편 표면을 Ac₃점 이상의 온도로까지 복열시킴으로써, 주편 표면 균열을 보다 적절하게 억제할 수 있다.

제1 냉각 존(21)에 설치하는 냉각 스프레이 노즐(21b)은, 대유량의 미스트 스프레이 노즐 또한 고기수비에서도 안정된 분무가 얻어지는 설계로 할 필요가 있다. 또한, 충돌압을 담보하기 위해서, 주편(1)과의 거리가 작은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 주편(1)의 표면으로부터 냉각 스프레이 노즐(21b)까지의 거리(스프레이 높이)를 50㎜ 이상 150㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 50㎜ 이하이면 냉각 스프레이 노즐(21b)과 주편(1)의 거리가 가까워서, 노즐 막힘의 위험성이 커지고, 또한 스프레이 체크 등의 설비 보전의 폐해가 될 우려가 있다.

본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 있어서, 상기 이외의 조건은 특별히 한정되는 것은 아니다. 대상이 되는 강종에 특별히 한정은 없다. 보다 현저한 효과가 얻어지는 관점에서는, Ti, Nb, Ni 및 Cu 중 적어도 1개의 합금 원소를 함유한 저합금강을 대상으로 하는 것이 바람직하다. 주조 속도에 대해서는, 저속으로부터 고속의 어느 것에도 대응 가능하다. 바람직하게는, 주조 속도 Vc를 500㎜/min 이상 3000㎜/min 이하로 한다. 본 실시 형태의 연속 주조 방법에 있어서, 굽힘부(30) 이후의 주조 조건은 종래와 마찬가지로 하면 된다. 본 실시 형태의 강의 연속 주조 방법에 의하면, 예를 들어 슬래브를 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상술한 실시 형태의 각 구성을 채용한 강의 연속 주조 장치가 제공된다.

이상과 같이, 본 발명의 강의 연속 주조 방법에 있어서는, 수직부(20)의 상부측에 마련된 제1 냉각 존(21)에 있어서 고기수비 또한 고충돌의 미스트 스프레이에 의해 주편을 냉각하고, 또한 제1 냉각 존(21)에 있어서의 냉각 강도를 소정 이상으로 높이고, 나아가, 제1 냉각 존(21)에 의한 냉각 후, 굽힘부에 도달하기까지의 주편(1)의 복열 시간을 소정 이상으로 함으로써 주편 표층의 마이크로 조직을 제어할 수 있고, 2차 냉각 불균일에 기인한 주편 표면 균열을 억제할 수 있음과 함께, 굽힘부에 있어서의 변형에 기인한 주편 표면 균열을 억제할 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 나타내면서, 본 발명의 강의 연속 주조 방법에 대해서 보다 상세히 설명한다.

1. 실험 조건

수직 굽힘형의 연속 주조 장치를 사용해서 폭 2200㎜, 두께 300㎜의 주편을 제조했다. 강종은 표 1에 나타내는 조성(질량%)을 갖는 균열 감수성이 높은 저합금강으로 했다.

또한, 강종 A, B의 Ac₃점 온도는, 각각 898℃, 872℃이다.

연속 주조 장치의 2차 냉각대에 있어서, 주형 바로 아래로부터 1 내지 6개째까지의 5단의 롤간에, 1단당 미스트 스프레이 노즐을 폭 방향 150㎜마다 15개 설치하고, 각 단의 냉각수량을 독립적으로 제어할 수 있는 것으로 하였다. 이 냉각 존을 「제1 냉각 존」이라 칭하고, 수량 및 공기량을 적절히 변경해서 실험을 행하였다. 이에 더하여, 제1 냉각 존의 롤의 형상을 적절히 변경해서 실험을 행하였다. 「분할 롤 1」은 폭 방향의 크기가 100㎜인 베어링부를 1군데 구비한 분할 롤이고, 「분할 롤 2」은 폭 방향의 크기가 100㎜인 베어링부를 2군데 구비한 분할 롤이고, 1개 롤은 분할 개소를 구비하지 않고 주편 전체 폭과 롤이 접촉하는 롤이다.

제1 냉각 존 바로 아래로부터 굽힘부까지의 냉각 존(제2 냉각 존)에 있어서는, 평균 수량 밀도 W₂와 통과 시간 t₂의 곱이 0 내지 50(L/㎡)이 되는 냉각 조건으로서, 제1 냉각 존 통과 후, 굽힘부에 도달하기까지 주편을 복열시키도록 했다.

하기 표 2에 기타 주조 조건을 나타낸다.

2. 평가 조건

주편의 표면 균열 발생 상황에 관한 것으로, 각각의 주조 조건의 정상부에 있어서 주조 방향으로 100㎜ 길이의 전체 폭 샘플을 주조 방향으로 2군데 잘라내고, 주편 표면을 산세정하고, 관찰된 5㎜ 이상의 길이의 표면 균열의 개수의 합계를 「균열 개수」로 하여 평가했다. 또한, 동일 샘플의 표층으로부터 30㎜, 폭 50㎜의 현미경 관찰용 샘플을 폭 방향으로 5개 잘라내고, 주조 조직의 관찰도 행하였다. 또한, 정상부란, 목표의 주조 속도로 인발된 주편의 부위를 의미한다.

하기 표 3에, 실시예 및 비교예에 관한 주조 조건의 상세 및 균열 개수의 평가 결과를 나타낸다.

표 3에 나타내는 결과로부터 명확해진 바와 같이, 실시예 1 내지 6에서는, 상기와 같은 표면 균열은 전무하며, 실시예 7 내지 10에서는 얕은 표면 균열이 보였을 뿐 문제는 없었다. 또한, 표층의 단면을 나이탈 에칭하고, 광학 현미경으로 관찰한바, 적어도 표면으로부터 2㎜에 있어서 50㎛ 이하의 미세한 페라이트·펄라이트를 포함하는 조직이 폭 방향으로 균일하게 생성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 1 내지 6에 있어서는, 주형 바로 아래의 제1 냉각 존에 있어서, 주편 표면에 고착한 파우더를 박리하면서, 괸물을 저감한 냉각을 행할 수 있었던 것이라 생각되고, 이에 의해, 주편 폭 방향에 있어서도 안정적으로 주편 표층을 Ar₃점 이하의 온도까지 냉각할 수 있고, 그 후, 굽힘부에 도달하기까지 주편 표면의 온도를 Ac₃점 이상의 온도로까지 복열시킬 수 있어, 균열되기 어려운 조직으로 제어할 수 있었던 것이라 생각된다.

실시예 7 내지 10에서는, 표층이 미세한 조직에 약간의 불균일이 발생하고 있어, 괸물의 영향을 받았다고 보여지며, 이것이 얕은 균열의 원인이 된 것이라 생각된다.

실시예 1 내지 10의 어느 경우에 있어서도, 주편 표면에 고착한 파우더 및 스케일은 없고, 충분한 충돌압에 의해, 이들을 박리할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 비교예 1에서는 냉각 강도(W₁×t₁)가 불충분하여, 표층이 미세한 조직이 1㎜ 이하가 되는 위치(주편의 두께 방향에 있어서의 조직의 길이가 1㎜ 이하가 되는 위치)에 있어서 표면 균열이 다수 발생하였다.

비교예 2에서는 냉각 강도(W₁×t₁)는 충분하지만, 복열 시간(t₂)이 짧았던 점에서, 주편 표면에 미세 조직이 생성되기 전에 굽힘부에서의 변형을 받아, 표면 균열이 다수 발생한 것이라 생각된다. 특히, 이차원적으로 냉각되는 코너 근방에서 현저하게 균열이 관찰되었다.

비교예 3에서는, 냉각 강도(W₁×t₁)는 충분했지만, 기수비(A₁/R₁)가 작고, 괸물의 배출이 악화된 것이라 생각된다. 이에 의해, 폭 방향으로 불균일하게 균열이 다수 발생했다.

비교예 4, 5에서는 충돌압이 불충분하여, 냉각 불균일에 의한 불균일한 균열이 다수 발생했다. 표층 샘플로부터도 고착한 파우더와 스케일이 확인되고, 이들을 박리하는 것에 충분한 충돌압이 부여되지 않은 것을 알 수 있었다.

이상의 결과로부터, 수직 굽힘형 연속 주조 장치를 사용해서 강의 연속 주조를 행하는 경우에 발생하는 주편 표면 균열을 방지하기 위해서는, 2차 냉각대에 있어서의 주편의 냉각 조건을 이하와 같이 하는 것이 유효하다고 할 수 있다.

(1) 수직부의 상부측에 마련된 제1 냉각 존에 있어서, 냉각 스프레이 노즐의 1개당 수량 R₁(L/min)에 대한 공기량 A₁(L/min)의 비인 기수비 A₁/R₁을 10 이상으로 한다.

(2) 제1 냉각 존에 있어서, 냉각 스프레이 노즐로부터 상기 주편의 표면에 충돌하는 냉각수의 충돌압을 12gf/㎠ 이상으로 한다.

(3) 제1 냉각 존에 있어서의 냉각수 밀도 W₁(L/min/㎡)과, 주편이 제1 냉각 존을 통과하는 시간 t₁(min)과의 곱으로서 정의되는 냉각 강도 W₁×t₁을 350 이상으로 한다.

(4) 제1 냉각 존 통과 후부터 굽힘부에 도달하기까지의 주편 복열 시간 t₂를 0.5min 이상으로 한다.

본 발명은 주편 표층의 마이크로 조직을 제어할 수 있고, 2차 냉각 불균일에 기인한 주편 표면 균열을 억제할 수 있음과 함께, 굽힘부에 있어서의 변형에 기인한 주편 표면 균열을 억제할 수 있는 강의 연속 주조 방법을 제공할 수 있기 때문에, 산업상 이용가능성이 높다.

1 : 주편
10 : 주형
20 : 수직부
21 : 제1 냉각 존
21a : 롤
21b : 냉각 스프레이 노즐
22 : 제2 냉각 존
22a : 롤
30 : 굽힘부
100 : 연속 주조 장치

Claims (6)

1. 주형으로부터 주편을 연직 방향 하방으로 인발하는 수직부와, 상기 수직부로부터 인발된 상기 주편을 구부리는 굽힘부를 구비함과 함께, 상기 수직부에 롤과 냉각 스프레이 노즐을 포함하는 제1 냉각 존을 구비하는 수직 굽힘형의 연속 주조 장치를 사용해서 강을 연속적으로 주조하는 방법이며,
   상기 제1 냉각 존에 있어서, 상기 냉각 스프레이 노즐의 1개당 수량 R₁(L/min)에 대한 공기량 A₁(L/min)의 비인 기수비 A₁/R₁을 10 이상 100 이하로 함과 함께, 상기 냉각 스프레이 노즐로부터 상기 주편의 표면에 충돌하는 냉각수의 충돌압을 12gf/㎠ 이상 50gf/㎠ 이하로 하고,
   상기 제1 냉각 존에 있어서의 냉각수 밀도 W₁(L/min/㎡)과, 상기 주편이 상기 제1 냉각 존을 통과하는 시간 t₁(min)과의 곱으로서 정의되는 냉각 강도 W₁×t₁을 350 이상 1500 이하로 하고,
   상기 제1 냉각 존 통과 후부터 상기 굽힘부에 도달하기까지의 상기 주편의 복열 시간 t₂를 0.5min 이상 2.0min 이하로 하는
   것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 냉각 존에 있어서, 상기 냉각 스프레이 노즐의 1개당 수량 R₁(L/min)을 20L/min 이상 50L/min이하로 하는 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 냉각 존에 있어서, 상기 냉각수 밀도 W₁(L/min/㎡)을 500L/min/㎡ 이상 2000L/min/㎡ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 수직 굽힘형의 연속 주조 장치가, 상기 제1 냉각 존으로부터 상기 굽힘부까지의 사이에 제2 냉각 존을 구비하고,
   상기 제2 냉각 존에 있어서, 냉각수 밀도 W₂(L/min/㎡)를 0L/min/㎡ 이상 50L/min/㎡ 이하로 함으로써 상기 주편의 표면을 복열시키는 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 냉각 존을 통과 후에 상기 주편의 표면을 복열시키고, 상기 주편이 상기 굽힘부에 도달하는 시점에서 상기 주편의 표면의 온도를 Ac₃점 이상의 온도로 하는 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 롤이 분할 롤인 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법.

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