KR20010038259A - 단일벨트 캐스터 및 연속주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 턴디쉬의 용강을 최종제품 형태인 스트립으로 연속주조할 수 있는 단일벨트 캐스터 및 연속주조방법에 관한 것으로, 단일벨트 캐스터는 이동하는 벨트에 토출된 용강의 표면과 접촉할 수 있도록 디스펜서의 토출단의 전방에 설치되어 있는 조압연롤과, 조압연롤과 디스펜서의 토출단 사이에 유체를 공급하기 위한 유체공급수단으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하고, 연속주조방법은 디스펜서의 토출단을 통해 토출되는 용강을 스트립형태로 반응고시키는 단계와, 반응고된 스트립의 표면을 평활한 상태로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하므로, 생성되는 스트립의 표면상태를 거칠지 않게 하고, 또한 스트립의 두께편차를 제거할 수 있다.

Description

단일벨트 캐스터 및 연속주조방법{Single belt caster and method for continuously casting}

본 발명은 용강을 중간제품 형태인 스트립(strip)으로 연속주조할 수 있는 단일벨트 캐스터(single belt caster)에 관한 것으로, 특히 중간제품의 품질에 가장 큰 영향을 미치는 중간제품의 두께편차를 제거하여 열간압연공정과 같은 후속 공정에서 크랙 발생 등의 문제점을 제거할 수 있는 단일벨트 캐스터에 관한 것이다.

일반적으로, 단일벨트 캐스터는 턴디쉬로부터 연속적으로 공급되는 용강을 중간제품 형태인 스트립 형상으로 주조하기 위한 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 턴디쉬(102)로부터 공급되는 용강을 분배하기 위한 디스펜서(103; dispenser)와, 디스펜서(103)의 토출단을 통해 공급되는 용강이 스트립 형상의 중간제품(106)으로 응고되는 벨트(104)와, 상기 벨트(104)를 인장 상태로 회전시키기 위한 복수개의 인장롤(105)과, 벨트(104) 상의 용강을 냉각시키기 위한 냉각기(108)로 이루어진다.

즉, 턴디쉬(102)의 출탕구를 막고있는 스토퍼를 제거하면, 턴디쉬(102) 내의 용강은 상기 출탕구를 통해 디스펜서(103)로 출탕되고, 인장롤(105)의 회전에 연동하여 벨트(104)가 회전하는 동안 디스펜서(103)의 토출단을 통해 용강이 벨트(104) 상으로 토출된다. 그리고, 냉각기(108)를 통해 냉각수를 분사함으로써, 벨트(104) 상의 용강은 소정 형상의 중간제품(106)으로 응고된다.

이때, 벨트(104) 상에서 응고되는 스트립의 두께는 일반적으로 10 내지 20 mm 정도이고, 이후 열간압연 공정을 통해 소정 두께의 제품이 얻어진다.

한편, 단일벨트 캐스터의 배출구를 통해 배출되는 스트립의 두께를 균일하게 유지하는 것은 스트립의 품질을 결정하는 핵심사항이다.

그러나, 용강이 디스펜서(103)로부터 일정한 토출속도로 벨트(104) 상에 공급될 때, 공급되는 용강 표면에서 출렁거림 현상이 발생된다. 즉, 벨트(104) 상에 안착된 용강은 냉각기(108)에 의하여 매우 빠르게 응고되므로, 상술된 바와 같이 용강의 표면에서 출렁거림 현상이 발생하는 경우, 응고된 스트립의 표면에 출렁거림의 흔적이 잔존하게 되므로 스트립의 두께가 일정하지 않게 된다. 또한, 벨트(104)의 중앙부가 열변형으로 부풀어 오르기 때문에 스트립의 중앙부가 얇아지게 된다.

이에 따라, 스트립의 두께를 일정하게 얻기 위한 여러가지 노력이 연구되었다. 먼저, 벨트(104) 상의 용강이 응고되는 동안, 용강의 출렁거림을 보완하기 위하여, 내화물 장막을 디스펜서(102)의 토출단에 설치하거나 또는 멀티-제트(multi-jet) 방식으로 용강을 공급하기 위한 방안이 제안되었다. 그리고, 벨트(104)의 중앙부가 부풀어오르는 문제를 해소하기 위하여, 벨트(104)의 중앙부를 아래쪽에서 진공흡입시키는 방안이 제안되었다.

그러나, 이러한 종래의 방안에도 불구하고, 스트립의 두께 불균일도는 표면 거칠기에서 만족할만한 수준에 이르지 못하고 있다. 즉, 폭 방향으로의 두께는 15±2 mm수준으로서, 그 편차가 심하여 후속 열간압연 과정에서 크랙 발생의 원인이 되고 있어 개선이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 단일벨트 캐스터에서 제조되는 스트립에 있어서, 연속주조 공정 후 열간압연 공정에서 발생되는 결함은 주로 주조될 때의 스트립의 두께 편차에 기인하는 요인이 많으므로, 연속주조 과정에서 스트립의 두께편차를 최소화시키고 또한 평활한 표면을 갖는 스트립을 제조하기 위한 단일벨트 캐스터 및 연속주조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적을 달성하기 위한 단일벨트 캐스터는 턴디쉬로부터 토출되는 용강을 분배하기 위한 디스펜서와, 상기 디스펜서의 토출단을 통해 공급되는 용강을 지지하기 위한 벨트와, 상기 벨트를 구동시키기 위한 구동수단과, 상기 벨트 상의 용강을 응고시키기 위한 냉각수단으로 이루어지고, 상기 벨트 상에 토출된 용강의 표면과 접촉할 수 있도록 상기 디스펜서의 토출단의 전방에 설치되어 있는 조압연롤과, 상기 조압연롤과 상기 디스펜서의 토출단 사이에 유체를 공급하기 위한 유체공급수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단일벨트 캐스터의 연속주조 방법은 턴디쉬의 용강을 디스펜서에 공급하는 단계와, 디스펜서에 공급된 용강을 디스펜서의 토출단을 통해서 구동하는 벨트에 토출시키는 단계와, 상기 벨트에 토출된 용강의 표면 상에 유체를 공급하면서 상기 용강을 스트립형태로 반응고시키는 단계와, 반응고된 상기 스트립의 표면을 평활한 상태로 유지하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 단일벨트 캐스터의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 단일벨트 캐스터의 개략도.

도 3은 도 2에 표시된 A부분을 도시한 확대도.

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＞

205a, 205b, 205c : 지지롤

206 : 스트립

208 : 조압연롤

209 : 유체공급수단

M : 용강

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하며, 도 1의 구성과 동일한 부분은 동일 도면번호를 사용한다.

도 2는 본 발명에 따른 단일벨트 캐스터(201)가 개략적으로 도시되어 있는 단면도이고, 도 3은 도 2에 표시된 A부분을 확대도시한 확대도이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 단일벨트 캐스터(201)는 턴디쉬(102)로부터 공급되는 용강(M)을 분배하기 위한 디스펜서(103)와, 상기 디스펜서(103)의 토출단을 통해 공급되는 용강(M)을 지지하는 벨트(104)와, 상기 벨트(104)를 구동시키기 위한 구동수단(105)과, 상기 벨트(104) 상의 용강(M)을 응고시키기 위한 냉각수단(108)으로 이루어지고, 상기 벨트(104) 상에 토출된 용강의 표면과 접촉할 수 있도록 디스펜서(103)의 토출단의 전방에 설치되어 있는 조압연롤(208)과, 조압연롤(208)과 디스펜서(103)의 토출단 사이에 유체를 공급하기 위한 유체공급수단(209)을 더 포함한다.

이때, 유체공급수단(209)으로부터 공급되는 유체는 냉매기체 또는 윤활유 등으로 이루어져 있다. 그리고, 상기 냉매기체는 용강에 무해한 아르곤(Ar) 또는 질소(N₂)와 같은 불활성기체를 사용하며, 또한 주조용 윤활유는 피마자유나 광유 등을 사용한다.

한편, 조압연롤(208)과 디스펜서(103)의 토출단 사이에 있는 용강(M)의 표면 상에 직접 공급되는 냉매기체에 의하여, 용강의 표면은 응고직전의 온도로 하강하게 되며, 그 결과 용강(M)의 점도는 증가하게 된다. 그리고, 조압연롤(208)은 디스펜서(103)의 토출단으로부터 벨트(104)로 토출된 용강(M)의 상부 표면과 접촉하게 된다.

즉, 상기 냉매기체와 조압연롤(208)에 의하여, 상기 용강의 상부 표면에 응고쉘이 형성됨과 동시에 스트립의 표면이 평활하게 된다.

이하, 냉매기체 또는 주조용 윤활유가, 조압연롤(208)과 함께, 용강(M)의 표면이 평활해지도록 작용하는 것을 상세히 설명한다.

먼저, 냉매기체가, 유체공급수단(209)으로부터 도시되지 않은 노즐을 통해, 디스펜서(103)의 토출단과 조압연롤(208) 사이에서 전체적인 주조폭방향에 걸쳐 광폭으로 분사되는 경우에 있어서, 용강 표면에 대한 냉매기체와 조압연롤(208)의 작용은 하기와 같다.

즉, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 디스펜서(103)의 토출단으로부터 용강(M)이 벨트(104)에 토출될 때, 벨트(104)와 접촉하고 있는 용강(M)의 하부는, 냉각수단(108)의 냉각작용에 의해, 신속하게 응고되는 반면, 상기 냉매기체와 조압연롤(208)의 냉각작용에 의한 상기 용강의 상부 표면의 냉각속도는 상대적으로 완만하게 된다. 따라서, 용강(M)의 상부 표면은 반응고상태로 유지될 수 있게 된다. 이와 같이, 용강(M)의 상부 및 하부가 응고됨에 따라서, 용강의 점도가 높아지게 된다.

한편, 냉매기체의 유량은, 용강(M)의 표면상태가 반응고상태에 도달할 수 있도록, 강종 및 주조속도에 따라, 제어된다.

그리고, 용강(M)의 표면이 반응고상태에 도달될 때, 조압연롤(208)을 용강 하부의 벨트(104)의 회전속도와 동일한 선속도로 회전시키면, 반응고상태의 소재는 응고된다.

즉, 용강(M)의 스트립 표면은, 표면 거칠기가 없는 상태로, 응고된다. 이때, 반응고상태의 스트립은, 외부의 약한 물리력에 의해서도 쉽게 변형되므로, 실제로 조압연롤(208)에 의한 매우 작은 변형력에 의해서도 용이하게 변형될 수 있게 된다.

따라서, 냉매기체에 의한 냉각효과가 용강(M)의 표면에 작용함과 동시에 조압연롤(208)에 의한 변형력에 의하여 용강의 표면 상태는 평활한 상태로 유지될 수 있다.

한편, 유체공급수단(209)으로부터 주조용 윤활유가 도시되지 않은 노즐을 통해 디스펜서(103)의 토출단과 조압연롤(208) 사이에 있는 용강(M)의 표면 상에 공급되는 경우에, 주조용 윤활유가 상기 용강(M)의 표면에 작용하는 효과를 설명하면, 하기와 같다.

먼저, 주조용 윤활유는, 디스펜서(103)의 토출단으로부터 용강(M)이 공급되는 동안, 디스펜서(103)의 토출단과 조압연롤(208) 사이에 공급된다. 이때, 상기 주조용 윤활유는 디스펜서(103)의 토출단과, 용강(M)의 상부표면과, 조압연롤(208)의 측면판막으로 형성되는 공간에 축적된다. 따라서, 주조용 윤활유는 벨트(104)의 회전에 의한 용강(M)의 이동과 조압연롤(208)의 회전으로 발생되는 견인력(drag force)에 의해 조압연롤(208)을 통과하게 된다.

또한, 디스펜서(103)의 토출단과 조압연롤(208) 사이에 공급되는 주조용 윤활유는 용강(M)의 표면이 대기와 접촉하는 것을 방지한다. 그리고, 이러한 주조용 윤활유는 조압연롤(208)에 의한 스트립의 급속한 냉각을 억제시켜 주므로, 응고된 스트립의 상부표면 상태를 양호하게 얻을 수 있게 된다.

한편, 조압연롤(208)은 용강(M) 상부표면의 냉각속도를 제어할 수 있어야 한다. 즉, 용강(M) 상부의 냉각속도를 적정한 수준으로 유지해야만이, 용강 상부와 하부 사이에 있어서, 응고불균일에 의한 스트립의 표면거칠기가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

그리고, 조압연롤(208)에 의한 용강 상부표면에 있어서의 냉각속도는, 조압연롤(208)의 재질과 조압연롤(208)의 표면상태에 따라 크게 달라진다.

예를 들어, 용강 상부표면의 냉각속도를 제어하기 위하여, 조압연롤(208)은 구리(Cu), 구리를 기지로 하는 합금 또는 스테인레스강의 재질 중에서 선택될 수 있다. 그리고, 조압연롤(208)의 표면상태는 평활하게 유지되거나 또는 0.5mm 이하의 표면거칠기를 구비할 수 있다. 한편, 조압연롤(208)이 과열되지 않도록, 조압연롤(208)의 내부에는 냉각수를 유동시킨다.

또한, 조압연롤(208)은 용강(M)의 상부표면이 응고되기 시작하는 위치보다 앞선 위치에 설치되어야 한다. 예를 들어, 용강의 표면에 응고막이 생성되면, 상기 응고막에 기인하는 표면거칠기가 용강의 표면에 형성되므로, 이 후에 조압연롤(208)이 용강의 표면과 접촉하여도, 용강 상부표면의 거칠기를 효과적으로 제거할 수 없게 된다.

따라서, 조압연롤(208)은 디스펜서(103)의 토출구로부터 1m 이내에 위치하여야 한다. 한편, 조압연롤(208)의 수직방향 위치, 즉 조압연롤(208)의 높이는 목표로 하는 스트립의 두께에 따라 결정된다. 왜냐하면, 조압연롤(208)은 응고완료된 스트립을 압하시키기 보다는 용강의 상부표면에 초기 응고층을 생성시키는 작용을 나타내기 때문이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 디스펜서(103)의 토출단을 통해 토출되는 용강의 토출량과 조압연롤(208)을 통과하는 용강의 통과량은 질량 균형(mass balance)을 이루어야 한다. 예를 들어, 용강의 토출량이 상대적으로 많으면, 디스펜서(103)의 토출단과 조압연롤(208) 사이에 용강이 축적되어 연속주조공정이 중단될 수 있다.

따라서, 용강(M)의 토출량과 통과량의 질량 균형을 이루기 위하여, 디스펜서(103)의 토출단과 조압연롤(208) 사이에 있는 용강(M)의 수위(스트립 두께)을 측정함으로써, 디스펜서(103)의 토출단으로부터 토출되는 용강의 토출량을 제어한다.

한편, 디스펜서(103) 토출단으로부터 용강의 토출속도는, 디스펜서(103) 내부에 저장되는 용강의 높이(디스펜서 수위)와 디스펜서(103) 슬릿 사이의 거리에 비례하므로, 디스펜서 수위를 제어함으로써, 용강의 토출량을 제어할 수 있다. 따라서, 스트립 두께를 검출하여, 디스펜서 수위를 제어하게 된다.

이러한 디스펜서 수위는 턴디쉬(102)의 슬라이딩 게이트 또는 스토퍼의 개도율을 조정함으로써 이루어진다. 그리고, 스트립 두께는 이미 사용되고 있는 ECLM 방식을 사용하여 검출하고, 이러한 스트립 두께는 턴디쉬(102)의 개도율 제어에 활용된다.

한편, 벨트(104)의 중앙부가 부풀어 오름으로써, 스트립의 중앙부가 얇게 얻어지는 문제점은 다음과 같이 해결된다.

우선, 벨트(104)와 접촉하고 있는 디스펜서(103)의 바닥면은 평활하기 때문에, 디스펜서(103)의 토출단 부근에서 벨트(104)는 평활하게 유지될 수 있다. 그리고, 디스펜서(103)의 토출단으로부터 용강(M)이 토출됨에 따라, 용강의 온도에 기인하여 벨트(104)의 중앙부가 열변형으로 부풀어 오르게 되지만, 상기된 바와 같이, 벨트(104)가 조압연롤(208)까지 이동하는 동안에는, 벨트(104) 상의 용강(M)의 온도가 상대적으로 저하되므로, 벨트(104) 중앙부에서의 열변형이 상대적으로 감소되고 또한 벨트의 장력에 의하여, 벨트(104)의 중앙부는 평활한 상태를 유지하게 된다.

따라서, 용강(M)의 상부표면에서 다소 출렁거림이 있지만, 벨트(104) 상의 용강(M)의 바닥면으로부터의 높이는 용강의 전체폭에 걸쳐 일정한 상태를 유지하게 된다.

즉, 용강의 상부표면에 조압연롤(M)이 냉각작용 및 평활작용을 하게 되므로, 전체적인 두께 분포는 편차없이 평활하게 얻어질 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 디스펜서의 토출단으로부터 토출되는 용강의 표면에 냉매기체를 공급하고 또한 조압연롤에 의하여 용강 표면을 평활하게 함으로써, 스트립의 두께편차를 제거하여 열간압연 공정과 같은 후속 공정에서 크랙 발생 등의 문제점을 제거할 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로, 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어남이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

Claims (8)

1. 턴디쉬로부터 공급되는 용강을 분배하기 위한 디스펜서와, 상기 디스펜서의 토출단을 통해 공급되는 용강을 지지하는 벨트와, 상기 벨트를 구동시키기 위한 구동수단과, 상기 벨트 상의 용강을 응고시키기 위한 냉각수단으로 이루어진 연속주조용 단일벨트 캐스터에 있어서,

   상기 벨트 상에 토출되는 용강의 표면과 접촉할 수 있도록 상기 디스펜서의 토출단의 전방에 설치되어 있는 조압연롤과,

   상기 조압연롤과 상기 디스펜서의 토출단 사이에 유체를 공급하기 위한 유체공급수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연속주조용 단일벨트 캐스터.
2. 제1항에 있어서, 상기 유체공급수단으로부터 공급되는 유체는 냉매기체 또는 주조용 윤활유인 것을 특징으로 하는 단일벨트 캐스터.
3. 제1항에 있어서, 상기 디스펜서의 토출단을 통해 토출되는 상기 용강의 토출량은 상기 디스펜서의 토출단과 상기 조압연롤의 사이에 존재하는 상기 용강의 높이에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 단일벨트 캐스터.
4. 제1항에 있어서, 상기 조압연롤을 제작하기 위한 재질은 Cu, Cu를 기지로 하는 합금 성분 또는 스테인레스강에서 선택되는 것을 특징으로 하는 단일벨트 캐스터.
5. 제4항에 있어서, 상기 조압연롤의 내부에 냉각수를 유동시키는 것을 특징으로 하는 단일벨트 캐스터.
6. 턴디쉬의 용강을 디스펜서에 공급하는 단계와,

   디스펜서에 공급된 용강을 디스펜서의 토출단을 통해서 구동하는 벨트에 토출시키는 단계와,

   상기 벨트에 토출된 용강의 표면 상에 유체를 공급하면서 상기 용강을 스트립형태로 반응고시키는 단계와,

   반응고된 상기 스트립의 표면을 평활한 상태로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일벨트 캐스터의 연속주조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 용강의 표면 상에 공급되는 유체는 냉매기체 또는 윤활유인 것을 특징으로 하는 단일벨트 캐스터의 연속주조방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 반응고된 스트립의 표면은 조압연시킴으로써 평활해지는 것을 특징으로 하는 단일벨트 캐스터의 연속주조방법.