KR19990008455A - Continuous casting mold - Google Patents
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Abstract
본 발명의 주형은 바람직하기로는 강을 연속 주조하기 위하여 마련된다. 주형은 인입측(2)과 배출측(3)을 구비하며 인입측과 배출측 사이에는 주형 공동(4)이 마련된다. 상부에서 주형 공동 내의 4개의 주 내벽은 주형의 중간부를 향해 안쪽으로 벌지되고, 이어서 벌지 부분은 주형의 배출측을 향해 하향으로 감소된다. 이와 같은 방식으로, 주형은 고화 거동에 상응하는 형상으로 이루어지게 되어 스트랜드 셸에 대해 보다 양호하게 접촉하고 지지한다.The mold of the present invention is preferably provided for continuous casting of steel. The mold has an inlet side 2 and an outlet side 3, and a mold cavity 4 is provided between the inlet side and the outlet side. At the top the four main inner walls in the mold cavity bulge inwards towards the middle of the mold, and then the bulge portion is reduced downwards towards the discharge side of the mold. In this way, the mold is made in a shape corresponding to the solidification behavior to better contact and support the strand shell.
Description
연속 주조가 관통 유동 주형(through flow mould)으로 시작된 이후로 전문가들은 스트랜드 셸과 용융 금속 표면 아래의 주형 벽 사이에 공기 간극이 형성되는 것과 관련된 문제점에 직면하고 있다. 물론, 이와 같은 간극 형성으로 인해 주형과 스트랜드 셸 간의 열 전달이 악화되고 또한 마름모꼴 형상, 균열, 구조적 결함 등과 같은 결함을 빌릿 내에 일으키게 되는 스트랜드의 불균일한 냉각이 야기된다. 일반적으로, 주형의 전 길이를 따라서 스트랜드와 주형 벽 사이의 접촉을 가능한 한 양호하게 하고 이에 따라 열 분산 상태가 가장 양호해지게 성형할 수 있도록 하기 위해서, 일례로 냉매를 공기 간극과 다른 원뿔형의 주형 공동 안으로 압송하는 것과 같은 많은 제안이 있어 왔다.Since continuous casting began with through flow moulds, experts have faced problems associated with the formation of air gaps between the strand shell and the mold walls below the molten metal surface. This gap formation, of course, leads to poor heat transfer between the mold and the strand shell and also to non-uniform cooling of the strands which causes defects such as lozenges, cracks, structural defects and the like. Generally, in order to make the contact between the strand and the mold wall as good as possible along the entire length of the mold and thus to form the best heat dissipation state, for example, the refrigerant may be a conical mold different from the air gap. There have been many proposals, such as condemning together.
미국 특허 제4,207,941호에는 다각형, 특히 정사각형 단면의 강 스트랜드 연속 주조용 주형에 대하여 개시되어 있다. 주형 공동의 단면 즉, 양쪽에서의 개방부의 인입측은 코너 필릿(fillet)과 함께 정방형이고 배출측은 불규칙한 12각형이다. 그러나 이러한 주형으로 주조를 할 때 스트랜드의 걸림이 쉽게 발생하게 되어 스트랜드가 파열되어서 파단되게 된다. 또한, 정방형이 아닌 12각형이 주조된다. 래들(ladle)을 여러 번 변경시키면서 장시간 연속 주조하는 것이 필요한 연속 주조 중에 여러가지 다른 주조 속도에 대해서 상기와 같은 주형의 치수를 결정하는 것은 특히나 어렵다.U.S. Patent 4,207,941 discloses a mold for continuous casting of steel strands of polygonal, in particular square, cross section. The inlet side of the cross section of the mold cavity, i.e. the openings on both sides, is square with a corner fillet and the outlet side is irregular octagonal. However, when casting into such a mold, the strands are easily caught and the strands are broken and broken. Also, 12 squares are cast rather than square. It is particularly difficult to determine the dimensions of such molds for various different casting speeds during continuous casting, which requires continuous casting for long periods of time with varying ladles.
독일 특허 공개 공보 제3 907 351호에는 블룸(bloom) 연속 주조용 주형에 대하여 개시되어 있다. 2개의 종방향 측면에는 주형의 부품 높이를 따라서 연속적으로 역행하는 벌지(bulge)가 주형의 인입측에 마련된다. 주형의 배출측에서 주형 공동(cavity)의 단면은 직각을 이루고 또한 그 배출측에는 소정의 블룸 단면이 마련된다. 서로가 대면하는 2개의 벌지의 유일한 목적은 주형 파이프용의 충분한 위치를 마련하는 것이다. 2개의 좁은 측면에는 벌지가 형성되지 않고 스트랜드 셸도 주형 벽에 의해서 성형되지 않는다.German Patent Publication No. 3 907 351 discloses a mold for bloom continuous casting. On the two longitudinal sides, a bulge is provided on the inlet side of the mold, which continuously runs back along the part height of the mold. On the discharge side of the mold, the cross section of the mold cavity is at right angles and a predetermined bloom cross section is provided on the discharge side. The only purpose of the two bulges facing each other is to provide a sufficient position for the mold pipe. No bulges are formed on the two narrow sides and the strand shells are not shaped by the mold walls.
오스트레일리아 특허 공보 제379 093 B호에는 블룸 연속 주조용 주형에 대하여 개시되어 있다. 인입측에서의 주형 공동의 단면의 주변부 선은 4개의 주변부로 나누어진다. 블룸 부분의 종방향 측면을 동시에 형성하는, 인입측에서의 2개의 주변부에는, 스트랜드의 배출측에서의 동일한 단면과 관련하여 돌출하는 벌지의 형상을 갖는 횡단면 확장부가 마련된다. 호의 높이에 대응하게 되는 이 경우의 벌지의 치수는 스트랜드의 이동 방향에서 연속적으로 감소하고 주형의 출구에서는 영이다. 2개의 다른 주변부 즉, 블룸의 짧은 측면에서, 2개의 종방향 또는 넓은 측면에 반대되는 좁은 측면의 벽으로 향하는 블룸의 짧은 측면은 스트랜드의 방향으로 벌어진다. 스트랜드의 방향으로 벌어지는 이와 같은 짧은 측면 또는 넓은 측면은 직면한 문제점을 해결하는 데 있어 즉, 넓은 측면 상에서의 걸림 및 주름 형성을 방지하는 데 있어 필요하다. 주형의 전체 주변부에 대한 냉각의 향상 및 균일한 분포와 그에 따른 외부 표면 또는 구조에 있어서의 스트랜드 품질의 향상은 이러한 주형으로는 얻을 수 없는데, 그 이유는 좁은 측면과 넓은 측면이 현저히 다르게 냉각되기 때문이다. 주형 속도의 증가는 좁은 측면 상에서의 분명하지 않은 냉각에 의해 제한된다. 넓은 측면에서의 강력한 냉각과 좁은 측면에서의 냉각 부족은 또한 주형 속도가 현저하게 변화하고 특히 고속인 상태에서는 파단되는 위험을 증가시킨다.Australian Patent Publication No. 379 093 B discloses a mold for bloom continuous casting. The perimeter line of the cross section of the mold cavity at the inlet side is divided into four perimeters. Two peripheral portions at the inlet side, which simultaneously form the longitudinal side surfaces of the bloom portion, are provided with a cross-sectional extension having the shape of a bulge projecting with respect to the same cross section at the discharge side of the strand. The dimension of the bulge in this case, corresponding to the height of the arc, decreases continuously in the direction of movement of the strand and is zero at the exit of the mold. On the two other perimeters, the short side of the bloom, the short side of the bloom towards the narrow side wall opposite the two longitudinal or wide sides opens in the direction of the strand. Such short or wide side openings in the direction of the strand are necessary to solve the problems encountered, i.e. to prevent jamming and pleat formation on the wide side. Improved cooling and uniform distribution over the entire periphery of the mold, and thus strand quality in the outer surface or structure, cannot be achieved with this mold because the narrow and wide sides are cooled significantly differently. to be. The increase in mold speed is limited by unclear cooling on the narrow side. Powerful cooling on the wide side and lack of cooling on the narrow side also increase the risk of breaking the mold speed significantly, especially at high speeds.
유럽 특허 공개 공보 제498 296 A호에는 주형 공동의 단면 확장부를 구비하는 코너부 사이에 인입측의 주변선이 주변부를 구비하는 연속 주조용 주형에 대하여 개시되어 있다. 이와 같은 확장부는 현의 높이가 주형 공동의 적어도 일부 길이를 따라 가는 스트랜드의 이동 방향에서의 모든 주변부에서 감소하는 벌지 형상은 구비한다. 이 공보에 개시된 발명에 따르면, 한편으로는 스트랜드의 품질을 향상시키고 다른 한편으로는 주조 속도를 증가시키기 위해서는 스트랜드 셸의 냉각이 전체 주변을 따라서 측정 가능해져야 한다. 또한, 그 구조는 주조 공정 중에 주조 속도에 있어 차이를 발생시킬 수도 있다.European Patent Publication No. 498 296 A discloses a mold for continuous casting in which the periphery on the inlet side has a periphery between corners with cross-sectional extensions of the mold cavity. This extension has a bulge shape in which the height of the chord decreases at all periphery in the direction of movement of the strand along at least some length of the mold cavity. According to the invention disclosed in this publication, on the one hand the cooling of the strand shell must be measurable along the entire periphery in order to improve the quality of the strands and on the other hand increase the casting speed. In addition, the structure may cause a difference in casting speed during the casting process.
유럽 특허 공개 공보 제498 296 A호는 직면한 문제점을 충족시키기 위해 부분적으로만 다루어진 것이다. 단면적의 감소는 때에 따라 너무 크게 나타나는데, 이는 주조 스트랜드의 걸림 문제와 주형 마모의 증가를 야기한다. 현재의 설비에 있어서, 선택된 주조 속도는 이러한 주형에 있어서는 너무 크게 나타난다. 현재의 설비는 균열이 없게 하고 일반적으로 결함이 없는 주조를 위한 것이 아니라 고속용을 우선적으로 고려하여 제작된 것이다. 그러나 상기 설비는 코너 수축을 완전히 해소하지 못하고, 그에 따라 코너에 대한 설계는 보다 더 개선되어야 한다. 또한, 스트랜드의 주조 속도는 낮은 속도로 묶이거나 혹은 제한된다.European Patent Publication No. 498 296 A is only partially addressed to meet the problems encountered. The decrease in cross-sectional area is sometimes too large, which leads to problems with casting strand jamming and increased mold wear. In current installations, the chosen casting speed is too large for this mold. Current installations are designed for high speed applications without cracking and generally for defect free casting. However, the installation does not completely eliminate corner shrinkage, so the design of the corner must be further improved. In addition, the casting speed of the strands is bundled or limited at low speeds.
본 발명은 특허 청구의 범위 제1항에 따른 금속, 바람직하기로는 강을 연속 주조하기 위한 주형에 관한 것이다.The present invention relates to a mold for the continuous casting of a metal, preferably steel, according to claim 1.
도1은 본 발명에 따른 주형을 위에서부터 경사지게 사선 방향으로 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing the mold according to the present invention in an oblique direction obliquely from above.
도2는 본 발명에 따른 2개의 주형을 위에서부터 직선 방향으로 도식적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically showing two molds according to the present invention in a straight line direction from above.
본 발명의 목적은 고속 주형 속도와 저속 주형 속도에서의 스트랜드의 코너 수축을 해소하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to eliminate corner shrinkage of strands at high mold speeds and low mold speeds.
본 발명의 다른 목적은 주형의 형상을 가능한 한 간단하게 하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to make the shape of the mold as simple as possible.
본 발명의 또 다른 목적은 주형의 전체 길이에 걸쳐 스트랜드와 주형 간의 최적 접촉을 얻기 위한 것이다.Another object of the present invention is to obtain optimum contact between the strand and the mold over the entire length of the mold.
본 발명의 또 다른 목적은 주형의 입구와 출구 사이에서 발생하는 수축 구배를 해소하고 그에 따라 당김 응력 및 가압 응력을 최소화 하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to relieve the shrinkage gradient occurring between the inlet and the outlet of the mold and thus to minimize the pulling and pressing stresses.
본 발명의 이러한 목적과 다른 목적은 특허 청구의 범위 제1항의 특징부에 정의된 것과 같은 방식으로 주형을 성형함으로써 놀라울 정도로 해결된다.This and other objects of the present invention are surprisingly solved by molding the mold in the same way as defined in the features of claim 1.
따라서 본 발명의 주형에는 재료의 고화 거동에 상응하는 형상이 부여된다. 이 결과 보다 양호한 접촉이 이루어지고, 그에 따라 스트랜드 셸에 대한 지지가 보다 양호해지고, 결국 거의 대부분의 인장이 없는 셸이 얻어진다. 따라서, 균열에 민감한 부품을 주조하는 것이 간단해지고 또한 가로 방향 균열, 코너 균열 및 자국 등과 같은 코너 영역에서의 코너 균열의 위험이 최소화 된다. 더욱이, 일례로 블룸 및 빌릿을 주조할 때에 종종 발생하는 문제점인 스트랜드 형상이 마름모꼴로 되는 위험이 감소된다. 본 발명에 따른 구조에 의하면, 주형이 주조 중의 스트랜드의 자유로운 치수 변화에 실질적으로 상응하게 되는 형상을 구비한다는 사실에 의해 셸이 외부 영향에 노출되는 것이 최소화 되고 주형 마모가 (일례로 오스트레일리아 특허 공개 공보 제379 093호의 발명과는 달리) 아주 작아진다.Thus, the mold of the present invention is given a shape corresponding to the solidification behavior of the material. This results in better contact, which results in better support for the strand shell, resulting in a shell with almost no tension. Thus, casting a crack-sensitive part is simplified and the risk of corner cracks in corner areas such as transverse cracks, corner cracks and treads is minimized. Furthermore, the risk of strand shapes being rhombic, which is a problem often encountered when casting blooms and billets, for example, is reduced. According to the structure according to the invention, the fact that the mold has a shape which corresponds substantially to the free dimensional change of the strands during casting minimizes the shell's exposure to external influences and reduces mold wear (eg Australian Patent Publication). Unlike the invention of heading 379 093).
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 예시적이지만 제한적이지 않은 목적을 가지고 본 발명을 보다 더 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 금속 특히, 강을 실질적으로 직사각형 또는 정사각형 단면으로 연속 주조하기 위한 주형(1)을 일반적으로 도시하고 있는 도면이다. 상기 주형은 일반적으로 동이나 혹은 임의의 동계 합금으로 제조된다. 도면 부호 2는 주형의 인입측을 나타내고, 도면 부호 3은 배출측을 나타낸다. 인입측과 배출측 사이에서 주형 공동(4)이 연장된다. 주형은 단일의 직선 부품으로 제조되는 것이 적절한데, 활형 주형 및 블럭 또는 판형 주형도 가능하다.FIG. 1 is a view generally showing a mold 1 for continuously casting a metal, in particular steel, into a substantially rectangular or square cross section. The mold is generally made of copper or any copper alloy. Reference numeral 2 denotes the inlet side of the mold, and reference numeral 3 denotes the discharge side. The mold cavity 4 extends between the inlet side and the outlet side. The mold is suitably made of a single straight part, which may be an open mold and a block or plate mold.
위에서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 주형은 내벽(5)이 내향으로 벌지되어 주형의 중간부를 향하도록 성형된다. 상부에서의 주형의 인입측(2)에서는, 주형의 배출측(3)을 향하여 소정의 범위 내에서 무한정으로 증가하는 곡률 반경 Rref를 갖는다. 이와 같은 형상의 주형에 의하면, 기계적 연신률의 최대치는 주형의 상부 부분에서는 최소한 25%까지, 그리고 주형의 하부 절반부에서는 약 50%까지 놀라울 정도로 감소한다.In order to achieve the object as described above, the mold is shaped such that the inner wall 5 is bulged inwardly and towards the middle of the mold. On the inlet side 2 of the mold at the top, it has a radius of curvature R ref that increases indefinitely within a predetermined range toward the outlet side 3 of the mold. With molds of this shape, the maximum mechanical elongation is surprisingly reduced by at least 25% in the upper part of the mold and by about 50% in the lower half of the mold.
주형의 바람직한 치수 결정을 일반화 하기 위해서, 다음의 [수학식1]과 같이 무차원식으로 나타낼 수 있다.In order to generalize the preferred dimensional determination of the mold, it can be expressed in a dimensionless manner as shown in Equation 1 below.
여기서, R'은 무차원 반경, R은 높이 z에서의 반경, Rref는 인입측에서의 반경(도1 참조), z'은 주형의 상부측으로부터의 무차원 거리, z는 주형의 상부측으로부터의 실제 거리, L은 주형의 총 높이이다.Where R 'is a dimensionless radius, R is a radius at height z, R ref is a radius at the inlet side (see Figure 1), z' is a dimensionless distance from the upper side of the mold, z is from the upper side of the mold The actual distance, L, is the total height of the mold.
얻어진 결과에 기초하면, 내향으로 벌지되는 벽(5)의 반경 R은 스트랜드의 공급 방향에서 [수학식2] 또는 [수학식3]과 같은 함수나, [수학식4] 또는 [수학식5]와 같은 무차원식에 따라서 감소한다.Based on the obtained result, the radius R of the inwardly bulging wall 5 is a function such as [Equation 2] or [Equation 3] in the strand feeding direction, or [Equation 4] or [Equation 5]. Decreases according to a dimensionless expression such as
이와 같은 함수들은 주형의 출구 단부에서는 무한대로 증가한다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.It will be readily appreciated that such functions increase to infinity at the exit end of the mold.
주형의 상부 가장자리에서의 곡률 반경 Rref를 살펴보면, 그것은 4 내지 7m가 적당하고 바람직하기로는 5 내지 6.5m가 좋다.Looking at the radius of curvature R ref at the upper edge of the mold, it is suitable 4 to 7 m, preferably 5 to 6.5 m.
무차원 반경은 주형의 수직 축을 따라서 다음과 같은 [표1]의 범위에 있는 것이 적절하다.The dimensionless radius is suitably in the range shown in Table 1 along the vertical axis of the mold.
바람직하기로는, 무차원 반경은 다음 같은 [표2]의 범위 내에 있는 것이 좋다.Preferably, the dimensionless radius is within the range of the following [Table 2].
바람직하기로는, 주형의 형상은 코너 각도 Φ가 90보다 큰 인입측과 벌지 측면으로부터 시작하여 실질적으로 정사각형 또는 직사각형 형상의 주형 바닥 측면까지 이어지는 것이 좋다. 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 균열 형성의 최소화, 주조 속도의 증가, 그리고 스트랜드와 주형 간의 열 전달의 최적화와 관련하여 또 다른 이점을 얻을 수 있도록 하기 위해, 코너 각도 Φ는 결정된 방식으로 하향으로 감소된다. 따라서, 주형의 전 길이에 걸친 각도 Φ의 변화는 상부에서는 90 내지 98도, 바닥에서는 90 내지 92도인 것이 바람직하다. 주형의 총 길이를 도1에 도시된 바와 같이 12개의 폭이 균등한 부분으로 나눈 경우, 각도 변화의 절반까지는 부분 0과 부분 1에서 발생한다. 각도 변화의 나머지 25%는 부분 2내지 부분 4를 포함한 부분에서 발생한다. 나머지 각도 변화는 주형의 바닥 또는 주형의 배출측까지에서 즉, 부분 5 내지 부분 11을 포함하는 부분에서 발생한다. 각도 변화는 그 양에 있어서는 2 내지 8도가 적절하고, 바람직하기로는 2 내지 4도이다.Preferably, the shape of the mold preferably begins from the inlet side and the bulge side with a corner angle Φ greater than 90 and extends to the mold bottom side of a substantially square or rectangular shape. According to a preferred embodiment of the present invention, the corner angle Φ is directed downward in a determined manner in order to obtain further advantages with regard to minimizing crack formation, increasing casting speed, and optimizing heat transfer between the strand and the mold. Is reduced. Therefore, it is preferable that the change of the angle Φ over the entire length of the mold is 90 to 98 degrees at the top and 90 to 92 degrees at the bottom. If the total length of the mold is divided into twelve equal parts as shown in Fig. 1, up to half of the angular change occurs in parts 0 and 1. The remaining 25% of the angular change occurs in parts including parts 2 through 4. The remaining angular change occurs at the bottom of the mold or up to the discharge side of the mold, ie at the part comprising parts 5 to 11. The angle change is suitably 2 to 8 degrees in the amount, preferably 2 to 4 degrees.
도2는 인입측(2)과 배출측(3) 단부 각각에서의 주형 공동(4)의 단면 형상을 도식적으로 나타낸 도면이다. 인입측의 단면은 선(6)에 해당하고, 출구 단부의 단면은 실질적으로 직사각형이며 직사각형(7)이나 직사각형(8)으로 도시되어 있다. 따라서, 주형의 한 방향에서의 코너 길이는 직사각형으로 예시된 바와 같이 주형의 하부 가장자리에서의 길이가 상부 가장자리에서의 길이보다 크다. 즉, 주형은 어느 정도의 범위에서는 역방향 일치성을 갖는다. 따라서, 스트랜드 셸에서 생기는 냉각 수축을 보상하기 위해서는 주형은 어느 정도의 일치성을 가져야 하며, 코너 길이의 감소는 벌지측 표면(5)이 점진적으로 곧바르게 펴질 때에 발생하는 코너 길이의 신장에 더해질 것이다.FIG. 2 is a diagram schematically showing the cross-sectional shape of the mold cavity 4 at each of the inlet side 2 and the outlet side 3 ends. The cross section on the inlet side corresponds to the line 6 and the cross section at the outlet end is substantially rectangular and is shown as rectangle 7 or rectangle 8. Thus, the corner length in one direction of the mold is greater in length at the lower edge of the mold than illustrated at the rectangle. In other words, the mold has a reverse correspondence in a certain range. Therefore, to compensate for the cooling shrinkage that occurs in the strand shell, the mold must have some degree of consistency, and the reduction in the corner length will add to the elongation of the corner length that occurs when the bulge side surface 5 is gradually straightened out. .
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 주형 벽의 벌지 정도(bulginess)는 평면 벽 부분(10)을 따라서 측정했을 때에 코너(9)로부터 5 내지 40mm로 시작되는데, 바람직하기로는 10 내지 30mm이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the bulginess of the mold wall starts from 5 to 40 mm from the corner 9 as measured along the planar wall portion 10, preferably 10 to 30 mm.
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