KR20010003989A - 무산소동이나 특수합금동의 일체형 수평연속주조 설비 및 탈산·정제방법 - Google Patents

무산소동이나 특수합금동의 일체형 수평연속주조 설비 및 탈산·정제방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수평연속주조 공정을 이용하여 판재, 봉재 및 튜브 형상을 무산소동이나 함인동 및 은입동으로 직접 주조할 수 있는 수평연속주조 설비 및 탈산·정제방법에 관한 것으로서, 여러 단계의 수평식 주조설비와 세부 탈산기술을 용해로와 주조기가 하나로 된 일체형의 용해·주조기에 적용하기 위해 고주파 가열을 이용한 일체형의 용해·주조기를 설계 제작하고, 용탕의 탈산 및 정제를 위해 용탕의 표면에 그라파이트 플레이크(Graphite Flake)를 도포함과 아울러, 용해·주조기 내부에 그라파이트 필터(Graphite Filter)를 설치하며, 불활성 가스를 불어 넣을 수 있는 버블러(Bubbler)를 상기 그라파이트 필터를 통해 삽입하는 시스템으로 용탕을 탈산 및 정제함으로써, 설비구축에 드는 비용부담을 줄일 수 있는 동시에, 용해로에서부터 주조기로의 용탕이송과정을 생략할 수 있기 때문에 고품위의 무산소동이나 함인동 및 은입동의 수평연속주조가 가능한 그 제조장치 및 탈산·정제방법에 관한 것이다.

Description

무산소동이나 특수합금동의 일체형 수평연속주조 설비 및 탈산·정제방법{A one-body type horizontal continuous casting equipment of OFHC or Cu-alloy and method of deoxidation and refining}
본 발명은 여러 단계의 수평식 주조설비와 세부 탈산·정제기술을 용해로와 주조기가 하나로 된 일체형의 용해·주조기에 적용함으로써 설비구축에 드는 비용부담을 줄일 수 있는 동시에, 용해로에서부터 주조기로의 용탕이송과정을 생략할 수 있기 때문에 고품위의 무산소동이나 특수합금동의 수평연속주조가 가능한 그 제조장치 및 탈산·정제방법에 관한 것이다.
무산소동(無酸素銅)이나 또는 함인동(含燐銅) 및 은입동(銀入銅) 등의 특수합금동(이하 특수합금동)의 제조기술은 지금까지 주로 수직식 또는 수평식 연속주조나 상향식의 연속주조방식을 택하고 있으며, 소량 제조의 경우에만 진공용해주조 방식을 적용하고 있다.
이러한 연속주조방식에 있어서, 수직식 연속주조 공정은 소단면적의 near-net-shape을 직접 연속주조할 수 없기 때문에 대단면적의 소재를 연속주조한 후, 후공정에 의해 원하는 형상의 판재, 봉재 및 튜브의 형상으로 가공하는 과정을 거쳐 왔으며, 상향식의 연속주조는 단면적이나 형상제어가 곤란한 반면, 수평연속주조 공정은 원하는 형상의 판재, 봉재 및 튜브의 형상을 직접 연속주조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 수평연속주조 공정은 주조기의 하부로부터 용탕을 공급받아 연속주조하기 때문에 고도로 정제된 용탕을 산화시키지 않고 연속주조할 수 있는 장점이 있어 무산소동이나 특수합금동의 제조에 적합하다.
그럼에도 불구하고, 수평연속주조 공정에 의한 무산소동이나 특수합금동의 일체형 수평연속주조 설비 및 제조공정은 용해·주조기를 일체로 하는 설계기술과 단시간 동안의 탈산공정기술의 미비로 인하여 현재까지 완전하게 개발되어 있지 않으며, 이에 따라 관련 세부기술에 관한 자료도 없는 실정이다.
연속주조공정을 이용하여 무산소 및 특수합금동을 제조하기 위해서는 용탕의 산화억제, 함유된 산소를 탈산하기 위한 용해로에서의 탈산, 용탕을 용해로로부터 주조기로 이송하는 공정과 공정 중의 산화억제, 주조기에서의 2차 탈산 및 정제 등 여러 단계의 기술개발이 필요하다.
따라서, 공정의 단순화와 생산성 면에서의 문제점이 있어 왔으며, 또한 현재 주로 사용되고 있는 저항가열식 수평연속주조기의 단일설비인 경우에는 장시간의 용해 및 보온시간이 필요하므로, 낮은 생산성 뿐만 아니라 제조공정 중에 산소의 유입을 막기 어려운 단점이 있다.
또한, 종래의 저항가열식 수평연속주조기 단일설비와 기술을 적용해서는 산소 및 불순물의 함량을 극히 미량으로 제어해야 하는 무산소동이나 고순도의 특수합금동을 제조할 수 없으며, 요구되는 물리적 및 전기적 특성도 낼 수 없다.
본 발명은 상기한 바와 같은 동합금의 연속주조방식의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 수평연속주조 공정을 이용한 무산소동이나 특수합금동의 제조를 위해서는 관련설비로서 용해로, 주조기, 용해로와 주조기를 연결하는 탕도, 주조기에 장착되어 용탕을 응고시키는 냉각 시스템, 주조된 소재를 취출하는 취출기 등이 있으나, 본 발명은 고주파 가열을 이용한 일체형의 용해·주조기를 설계 제작하고, 용탕의 탈산 및 정제를 위해 용탕의 표면에 그라파이트 플레이크(Graphite Flake)를 도포함과 아울러, 용해·주조기 내부에 그라파이트 필터(Graphite Filter)를 설치하며, 불활성 가스를 블로윙(Blowing)할 수 있는 버블러(Bubbler)를 상기 그라파이트 필터를 통해 삽입하는 시스템과 이를 이용한 탈산 및 정제기술에 관한 것으로서, 이와 같은 본 발명에서의 탈산기술을 적용하여 무산소동이나 특수합금동의 최종성능을 결정하는 산소 및 불순물을 제어함으로써, 고품위의 무산소동이나 특수합금동의 수평연속주조에 의한 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 일체형 수평연속주조 설비의 용해·주조기 종단면도,
도 2는 도 1의 도가니에 설치하는 필터의 평면도.
(도면 부호의 설명)
1...그라파이트 도가니(로), 2...그라파이트 필터,
3...가스 및 용탕 유출입구, 4...가스 버블링용 파이프,
5...가스공급 라인, 6...가스버블,
7...전기동, 8...냉각 시스템,
9...취출기 롤, 10...파이프용 홀,
11...히터.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 용해로와 연속주조기로 이루어진 수평연속주조 설비에 있어서,
히터(11)에 의한 고주파 유도가열을 통하여 전기동(7)과 첨가원소를 용해하는 그라파이트 도가니(로)(1)와, 이 도가니의 내부에 설치하되 다수개의 가스 및 용탕 유출입구(3)와 파이프용 홀(10)이 뚫려 있으면서 용탕을 상하로 분리하는 그라파이트 필터(2)와, 상기 파이프용 홀(10)을 통해 도가니(1) 하부로 장착하되 내부에 설치된 가스 라인(5)으로 불활성 가스를 불어 넣어 주는 그라파이트로 된 가스 버블링용 파이프(4)와, 용탕이 취출되는 상기 도가니(1)의 하부에 부착되어 용탕을 공급받는 냉각 시스템(8)과, 이 냉각 시스템을 통과한 동합금을 수평연속주조하는 취출기 롤(9)을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명은 일체형 수평연속주조 설비의 용탕을 탈산 및 정제하는 방법에 있어서,
그라파이트 도가니(로)(1) 상부에는 순수한 질소가스를 불어 넣어줌으로써 로 내부를 보호성 분위기로 만들어 주고, 용탕의 상부는 그라파이트 플레이크를 덮어 주어 산소의 유입을 방지하며, 그라파이트 필터(2)에 가공된 다수개의 유출입구(3)를 통과하는 용탕을 그라파이트 재질인 상기 필터(2)와 접촉하게 하여 용탕 내에 함유된 산소와 그라파이트가 반응하면서 탈산되고,
상기 그라파이터 필터(2)에 장착되는 가스 버블링(Gas Bubbling) 파이프(4) 중앙의 가스공급 라인(5)을 통해 외부에서 용탕 정제용 불활성 가스를 지속적으로 불어 넣으며, 이 불활성 가스가 상기 파이프의 하단부에 미세하게 뚫린 구멍(미도시)을 통해 가스버블(6)을 만들면서 용탕 내부의 수소 및 불순물을 포집하면서 떠올라 용탕이 정제되는 것을 특징으로 하고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
무산소동이나 특수합금동의 수평연속주조를 위한 일체형의 용해·주조기의 구성은 히터(11)에 의한 고주파 유도가열을 통하여 로 내에서 용해 및 주조를 동시에 행하기 때문에 도 1에 도시한 바와 같이, 용해를 하는 부분과 용해된 용탕이 탈산 및 정제과정을 거치면서 주조되는 부분으로 구분할 수 있다.
엄격한 탈산공정의 확립을 위하여 그라파이트 도가니(로)(1) 상부에는 순수한 질소가스를 불어 넣어줌으로써 로 내부를 보호성 분위기로 만들어 주고, 용탕의 상부는 그라파이트 플레이크를 덮어 주어 산소의 유입을 방지하며, 상기 도가니의 용탕을 상하로 분리하는 그라파이트 필터(2)(도 2 참조)를 노 내에 설치하여 용탕과의 환원반응을 유도한다.
이때, 도 2에 도시한 바와 같이, 그라파이트 필터(2) 상부의 용탕이 필터에 뚫려 있는 가스 및 용탕 유출입구(3)를 통하여 하부로 이동할 때 탈산반응이 일어나게 하였는데, 그라파이트 필터(2)에 가공된 상기 유출입구(3)를 통과하는 용탕은 그라파이트 재질인 상기 필터(2)와의 접촉면적이 크기 때문에 용탕 내에 함유된 산소와 그라파이트가 반응하면서 생성되는 일산화탄소(CO)에 의해 상당량이 탈산되며, 이를 위해 상기 필터에는 소경의 가스 및 용탕 유출입구(3)를 많이 가공하여 접촉면적을 넓힌다.
또한, 통과한 용탕의 2차 탈산 및 정제를 위해 도가니의 하부쪽으로 내부에 가스공급 라인(5)이 가공되어 있는 가스 버블링(Gas Bubbling)용 파이프(4)를 그라파이트 필터(2)에 뚫려 있는 파이프용 홀(10)을 통해 장착한 후, 상기 가스공급 라인(5)을 통해 외부에서 용탕 정제용 Ar가스를 불어 넣어주되, 상기 가스 버블링용 파이프(4)는 열충격과 탈산효과를 고려하여 그라파이트로 가공한다.
이때, 공급된 Ar가스는 파이프의 하단부에 미세하게 뚫린 구멍(미도시)을 통해 직경 3∼5mm의 작은 가스버블(6)을 만들면서 용탕내부의 수소 및 불순물을 포집하면서 떠오르기 때문에 용탕이 정제된다.
조업조건은 동합금 1ton당 10ℓ/min의 속도로 지속적으로 Ar가스를 주입시키되, 가스 버블의 유동에 의해 도가니 내부의 용탕 또한 유동이 생기고 유동되는 용탕은 그라파이트 재질인 도가니와 필터와의 접촉에 의해 탈산반응이 촉진된다.
이와 같은 가스 버블이 그라파이트 필터의 미세구멍을 통해 용탕의 표면으로 떠오를 때 상기 필터의 하부로 이동되는 용탕을 유동시키면서 용탕과 필터와의 접촉이 많아지고 탈산효과는 보다 커진다.
또한, 주기적으로 공급되는 고상의 전기동(7) 및 첨가원소에 의해 용탕은 불활성 분위기 내에서 필터 상부에서 일정한 높이로 유지되고, 일정한 탕압에 의해 노의 하부에 부착된 냉각 시스템(8)에는 탈산 및 정제된 용탕이 공급되면서 취출기 롤(9)에 의해 무산소동이나 특수합금동의 수평연속주조가 가능하다.
이상과 같은 목적과 구성으로 이루어진 본 발명에 의해 일체형의 고주파 용해·주조기를 이용한 무산소동이나 특수합금동의 수평연속주조 설비 및 방법은 종래의 연속주조공정인 수직식이나 상향식의 연속주조에 비해 설비비가 적게 들 뿐 아니라 품질의 제어가 용이하고, 용탕의 효과적인 탈산 및 정제를 위해 필터의 사용, 가스 버블링, 그라파이트 재질이용 등을 동시에 적용하기 때문에, 용탕의 와류효과가 매우 작아 불순물의 혼입을 최소화 할 수 있다.
또한, 상기한 탈산 및 정제 방법에 의해 산소함유량을 5ppm 이하로 조절할 수 있어 탈산을 위한 별도의 용해로가 없이도 고품질의 무산소동이나 특수합금동을 24시간 연속주조할 수 있고, 용해로와 주조기가 분리된 일반적인 수평연속주조 설비의 내부에도 적용함으로써 고순도의 동합금을 수평연속주조할 수 있다.

Claims (2)

  1. 용해로와 연속주조기로 이루어진 수평연속주조 설비에 있어서,
    히터(11)에 의한 고주파 유도가열을 통하여 전기동(7)과 첨가원소를 용해하는 그라파이트 도가니(로)(1)와, 이 도가니의 내부에 설치하되 다수개의 가스 및 용탕 유출입구(3)와 파이프용 홀(10)이 뚫려 있으면서 용탕을 상하로 분리하는 그라파이트 필터(2)와, 상기 파이프용 홀(10)을 통해 도가니(1) 하부로 장착하되 내부에 설치된 가스 라인(5)으로 불활성 가스를 불어 넣어 주는 그라파이트로 된 가스 버블링용 파이프(4)와, 용탕이 취출되는 상기 도가니(1)의 하부에 부착되어 용탕을 공급받는 냉각 시스템(8)과, 이 냉각 시스템을 통과한 동합금을 수평연속주조하는 취출기 롤(9)을 포함하여 용해로와 연속주조기를 일체화한 것을 특징으로 하는 무산소동이나 특수합금동의 일체형 수평연속주조 설비.
  2. 일체형 수평연속주조 설비의 용탕을 탈산 및 정제하는 방법에 있어서,
    그라파이트 도가니(로)(1) 상부에는 순수한 질소가스를 불어 넣어줌으로써 로 내부를 보호성 분위기로 만들어 주고, 용탕의 상부는 그라파이트 플레이크를 덮어 주어 산소의 유입을 방지하며, 그라파이트 필터(2)에 가공된 다수개의 유출입구(3)를 통과하는 용탕을 그라파이트 재질인 상기 필터(2)와 접촉하게 하여 용탕 내에 함유된 산소와 그라파이트가 반응하면서 탈산되고,
    상기 그라파이터 필터(2)에 장착되는 가스 버블링(Gas Bubbling) 파이프(4) 중앙의 가스공급 라인(5)을 통해 외부에서 용탕 정제용 불활성 가스를 지속적으로 불어 넣으며, 이 불활성 가스가 상기 파이프의 하단부에 미세하게 뚫린 구멍(미도시)을 통해 가스버블(6)을 만들면서 용탕 내부의 수소 및 불순물을 포집하면서 떠올라 용탕이 정제되는 것을 특징으로 하는 무산소동이나 특수동합금의 탈산 및 정제 방법.
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