KR20010089679A - 라운드 빌릿의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평 유출구를 구비하고 라운드 빌릿을 주조하기 위한 수직형 연속 주조 설비, 적어도 하나의 스케일 제거 장치(3,7) 및 다수의 연이은 압연대로 구성되는 생산 장치에서 주조 빌릿을 연속적으로 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 직경이 90mm 내지 300mm 사이인 라운드 빌릿을 제조하기 위해, 응고 중인 라운드 빌릿은 주형(1)에서 배출된 후 일단 스케일이 제거되고 후속하는 압연장치에 유입된다. 라운드 빌릿이 적어도 세 개의 연속 수평 압연 장치 및 하나의 수직 성형 장치에서 성형되기 전에, 표면에 가까운 경계층이 개개의 스틸에 최적인 온도로 정밀하게 사전 냉각된다. 사전 성형된 빌릿의 표면은 최종 성형 공정 이전에 다시 한번 스케일이 제거된다.

Description

라운드 빌릿의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING ROUND BILLETS}

수평 유출구를 구비한 수직형 라운드 빌릿 주조 설비에서 제조되는 빌릿은 고체상태에서 횡단면에 재료 분포의 차이가 있다. 따라서 거의 모든 강의 표면 아래쪽 및 코어 영역에는 미세한 구멍들이 나타난다. 특히 머시닝 강의 경우가 여기에 해당한다. 탄소-망간 강은 예를 들면 고강도 와이어의 제조를 어렵게 만드는 편석(liquation)을 코어 영역에 갖는다. 고탄화된(highly caburized) 크롬 강의 경우에는 코어 영역에 린트(lint)가 형성되어, 예컨대 대단히 정밀하게 압연된 파이프에서 내부 표면의 품질을 저하시킨다. 오스테나이트 스텐레스 크롬-니켈 강이 화학적 합성에 따라 이차 상(phase)으로서 갖는 다소 다량의 δ-페라이트는 라운드 빌릿의 경우 코어 반지름의 0.4 내지 0.7의 범위에서 최대로 분포하고, 후속하는 구배 압연 공정(slant rolling process)에서 이런 스틸들의 변형 능력을 상당히 감소시킨다. 이는 이 횡단면 영역에 주된 변형 구역이 존재하기 때문이다. 그 결과 신장률이 극히 미미하게 된다. 평균 δ-페라이트 함유량이 4% 이상일 때부터, 크랙 및 껍질 형태로 변형될 수 있는 문제들이 존재하게 된다.

이와 같은 재료의 비균질성의 원인은 다양하다. 예로써 재료 데이터, 재료의 불순도, 용융체의 온도, 주조분말, 주형의 상태, 응고 속도 및 주조 속도 등을 들 수 있다.

금속 바(metal bar)의 표면 품질을 개선하기 위한 것으로, 주조 후에 가능한 한 주형의 출구 가까이에서, 그리고 빌릿이 비말(splash water)과 접촉하기 전에 빌릿의 표면으로부터 슬래그(slag), 스케일(scale) 및 이와 같은 이물질들을 흡입여과하는 방법이 알려져 있다(DE 41 23 956 C2).

상기한 재료의 비균질성을 줄이거나 막기 위한 방안들이 다양하게 알려져 있다. 주형 및 2차 냉각 영역에서 냉각 속도를 높이기 위해 주조 속도를 줄이는 것도 하나의 가능한 방안이다. 그 단점으로는 연속주조 설비의 디스트리뷰터(distributor)가 얼어붙을 위험성 및 생산성 감소를 들 수 있다.

또 하나의 가능성으로 고려할 수 있는 것은 빌릿 내에서 응고되는 용융체에 대해 전자기적 혼합기(electromagnetic stir)를 이용하여 응고되는 미소 결정을 부수고 섞는 기술로서, 이는 빌릿 횡단면의 큰 내부 영역에서 발생하는 소 글로불린 응고 구조를 지닌다는 장점을 갖는다. 단점으로는 전자기적 혼합기가 거의 작동하지 않거나 심하게 작동할 때에만 표면에 가까운 영역이 드러난다는 데 있다. 혼합기가 고정 설치되는 것도 또 다른 단점이다. 따라서 코어 영역을 잘 뒤섞기 위해서는 연속주조 설비 하부에 추가 혼합기가 필요하다. 이 때 너무 심하게 휘저으면, 원심력의 작용 때문에 코어가 넓어질 수도 있다.

또한 정사각형 또는 직사각형 빌릿을 연속주조할 때, 연속주조 아치 영역에서 추출 장치를 소위 고정식 집게대(tongs stand)로 대체하는 방안이 있다. 이 집게대에서 빌릿은 코어가 아직 액체일 때 매끄러운 수평 및 수직 롤 쌍들 사이에서 교대로 변형된다. 수직 롤 쌍들은 수평 경로에서 넓어지거나 불룩해진 재료를 되누를 수 있어야 한다. 변형, 즉 크기 감소의 가능성은 제한되어 있다. 이는 상이한 스틸, 빌릿 횡단면, 주조 및 응고 속도 때문에 크레이터 포인트(crater point)의 위치가 변할 수 있기 때문이다. 균열에 민감한 스틸의 경우, 빌릿 횡단면의 에지(edge) 영역의 변형은 특히 바람직하지 못하다. 이런 이유 때문에 상기한 방안들은 특정한 스틸들에 제한적으로 적용될 수 밖에 없다.

마지막으로 고려할 수 있는 가능성으로는 아직 코어가 액체일 때 높이와 넓이가 큰 정사각형 또는 직사각형 빌릿을 단조(forging)하는 것이다. 여기에서는 압연할 때에 비해 단조할 때 도달할 수 있는 압력을 더 크게 하는 것이 바람직하다. 이로써 코어 영역의 압력이 더 크게 될 수 있다. 그러나 단조 장치를 연속 주조 아치 영역에 설치할 수 없기 때문에, 이러한 방법의 적용은 횡단면이 큰 경우로 국한되는 단점이 있다.

상기한 종래 기술은, 특히 수평 유출구를 구비한 수직형 라운드 빌릿 주조 설비의 경우, 빌릿 횡단면 상의 상이한 재료 분포가 영향을 끼칠 가능성이 미미하다는 공통점이 있다.

본 발명은 수평 유출구를 구비하고 라운드 빌릿을 주조하기 위한 수직형 연속 주조 설비, 적어도 하나의 스케일 제거 장치 및 다수의 연이은 압연대를 포함하는 생산설비에서 주조 빌릿을 연속적으로 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 라운드 빌릿의 제조를 위한 장치의 개략 단면도이다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 90mm 내지 300mm 사이의 직경을 가진 라운드 빌릿을 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공함으로써, 횡단면 상에 문제점으로 나타나는 재료의 비균질성을 제거하거나 현저히 낮추는 데 있다.

본 발명에 따르면 상기한 과제는, 응고 중인 라운드 빌릿은 주형에서 배출되면서 일단 디스케일링된 후 후속하는 압연장치에 유입되고, 라운드 빌릿이 적어도 세 개의 연속 수평 성형 장치 및 하나의 수직 성형 장치에서 성형되기 전에 표면에 가까운 경계층을 개개의 스틸에 최적인 온도로 정밀하게 사전 냉각함을 통하여 해결된다. 사전 성형된 빌릿의 표면은 최종 성형 공정 이전에 다시 한번 스케일이 제거된다.

본 발명에 따르면, 액체 및 고체 코어일 때 압축을 통해 외부의 링층(ring layer)을 인라인 성형(inline deformation)하고 스틸 마크에 따라 라운드 빌릿의 코어 영역을 거의 완전히 압축함으로써, 예컨대 편석 및 이차 상들의 형태로 횡단면 상에 나타나는 재료 분포의 차이를 제거하거나 그 함유량을 상당히 줄일 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 라운드 빌릿은 수평 성형 장치에서 응고됨과 동시에 액체 코어의 지름이 감소하는 데, 이 때의 감소 변형율(φ)은 0.01 내지 0.15로 점점 증대하며, 생산 장치의 수평 유출구 영역에서 완전히 응고된 라운드 빌릿을 성형하는 수직 성형 장치의 위치는 수평 성형 장치의 설치 위치에 대응하여 빌릿의 축방향을 따라 조정될 수 있다.

수평 성형 장치에서 액체 코어의 직경 감소가 더욱 많이 이루어지고, 수평성형 장치 이후에 수직 성형 장치가 설치되며, 이 수직 성형 장치는 압연될 재료 및 라운드 빌릿의 크기에 따라 완전히 응고된 코어의 영역으로 그 위치를 이동할 수 있다. 후속 성형 이전에 외부 링 영역에서 사전 성형되는 재료의 두께는 코어 영역이 거의 완전히 압축되었을 때의 반경의 1/2의 제곱에 해당하는 값으로 설정된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 주조 속도 및/또는 수직 성형이 이루어지는 위치를 조절함으로써, 응고되는 라운드 빌릿의 크레이터 포인트가 최종 수평 성형 장치와 수직 성형 장치 사이의 영역에 위치하도록 하고, 적어도 수직 성형 장치를 통과한 이후에는 코어에 이르기까지 완전히 응고가 이루어게 할 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 장치는 수직형 라운드 빌릿 주조 설비 및 전도 대(conduct stand)의 아치 부분에 있는 수평 유출구 사이에서 1차 스케일 제거 장치를 포함하며, 압연 장치에서 유출된 빌릿의 진원도 및 크기의 정확도를 보장할 수 있는 특징을 지닌다.

본 발명에 따르면, 라운드 빌릿 주변에 링 형태로 배열된 1차 스케일 제거 장치의 노즐(nozzle)은 물 또는 물-공기 혼합물을 공급받는다. 여기에서 라운드 빌릿의 표면으로부터 노즐까지의 거리 및 라운드 빌릿의 표면에 부딪치는 분사물의 압력 및 강도는 최적으로 조절될 수 있다.

적어도 하나의 노즐 링으로 구성되는 2차 스케일 제거 장치는 수직 압연대(vertical stand)에 플랜지 연결되어 함께 이동할 수 있다. 수평 압연대에서 사전 성형되는 빌릿의 주변에 분포된 노즐들은 압축 공기를 분사할 수 있고, 사전 성형되는 빌릿의 표면으로부터 노즐까지의 거리 및 링과 링 사이의 간격은 링 주변에서 서로 최적이다.

라운드 빌릿을 주조하기 위한 본 발명에 따른 생산 장치의 실시예를 도면을 참조하여 다음에서 설명한다.

수평 유출구를 갖는 수직형 라운드 빌릿 주조 설비를 도면부호 1로 표시한다. 상기한 설비의 주형에서 직경이 90mm 내지 300mm 사이인 라운드 빌릿이 주조되고 하향 배출된다. 라운드 빌릿(2)은 설비의 구부러진 부분에서 수직 방향에서 수평 방향으로 방향 전환되면서 본 발명에 따른 방법에 따라 처리된다. 처음에는 내부가 아직 액체인 라운드 빌릿이 1차 스케일 제거 장치(3)에서 스케일 제거되는 동시에 냉각되어, 라운드 빌릿의 후속 압연 성형에 적합한 표면 조건을 갖추게 된다. 다수의 압연대로 형성된 압연 장치(4)에서 성형이 이루어진다. 압연 장치는 세 개의 연속 수평 압연대(5)를 가지며, 서로 교차하는 두 개의 반지름으로 이루어지는 곡면 오류 보정 장치를 각각 갖고 있다. 세 개의 수평 압연대 중 최종 압연대는 하중을 받아 작동할 수 있고, 라운드 빌릿의 높이 및 폭을 측정하는 장치(8)에 대응되는 롤러 갭(roller gap) 제어 장치를 구비하고 있다. 액체 코어의 크레이터 포인트는 압연 장치(4)의 최종 수평 압연대(5) 바로 뒤에서 끝나게 된다. 라운드 빌릿(2)이 완전히 응고된 후 라운드 빌릿(2)의 최종 압연은 2차 스케일 제거장치(7)를 거친 후 수직 압연대(6)에서 이루어진다. 수직 압연대(6)는 화살표 방향으로 이동할 수 있어서 성형 지점을 라운드 빌릿(2)의 크레이터 포인트 위치에 맞추어, 항상 라운드 빌릿이 응고되는 영역에서 성형이 일어나게 할 수 있다. 크레이터 포인트의 위치는 라운드 빌릿(2)의 주조 속도, 재료 및 크기에 따라 변할 수 있다. 이 경우 수직 압연대(6)가 주조 방향 또는 그 반대 방향으로 이동할 수도 있으며 또는 주조 속도를 그에 상응하게, 경우에 따라서는 추가적으로 수직 압연대(6)의 이동에 따라 변하게 할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 특히 사전 성형 및 연속 주조되는 사전 재료의 압축을 통하여 각 스틸의 기공들은 메워지고, 그 횡단면에 있는 블로우 홀(blowhole)도 사전 성형이 없는 경우에 비해 약 15-35% 감소하며, 편석, 분리, 이차 상 등의 형태로 나타나는 재료 분포의 차이가 제거되고 그 함유량이 절대적으로 줄어든다. 사전 성형을 통해 라운드 빌릿의 표면 품질이 개선되고, 후속하는 구배 압연 공정에서 슬라이딩할 위험성도 줄어든다. 사전 성형된 재료 구조는 후속하는 성형 장치의 연속 주조 구조와 비교해볼 때 변형 능력이 더 높기 때문에 신장률도 더 높아질 수 있다.

Claims (8)

1. 수평 유출구를 구비하고 라운드 빌릿을 주조하기 위한 수직형 주조 장치, 적어도 하나의 스케일 제거 장치 및 다수의 연이은 압연대를 포함하는 생산 장치에서 주조 빌릿을 연속적으로 제조하는 방법으로서,

   직경이 90mm 내지 300mm 사이인 라운드 빌릿을 제조하기 위해, 주형에서 배출되어 응고 중에 있는 라운드 빌릿의 스케일을 1차적으로 제거한 후에 후속하는 압연 장치로 이송하고, 상기 라운드 빌릿이 적어도 세 개의 연속 수평 성형 장치 및 하나의 수직 성형 장치에서 성형되기 전에 표면에 가까운 경계층을 개개의 금속에 최적인 온도로 정밀하게 사전 냉각하며, 사전 성형된 상기 빌릿의 표면을 최종 경로 공정 이전에 2차적으로 스케일을 제거하는 라운드 빌릿 제조 방법.
2. 제1항에서,

   상기 수평 성형 장치에서 라운드 빌릿은 응고가 진행됨과 동시에 액체 코어의 지름이 0.01 내지 0.15의 변화율(φ)로 감소하며, 상기 생산 장치의 수평 유출구 영역에서 상기 라운드 빌릿이 완전히 응고된 후의 수직 성형이 이루어지는 위치는 수평 성형이 이루어지는 위치에 대응하여 빌릿의 축방향을 따라 조정될 수 있는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에서,

   주조 속도 및/또는 수직 성형 위치를 조정함으로써 응고되는 라운드 빌릿의 크레이터 포인트를 최종 수평 성형 장치과 수직 성형 장치 사이 영역에 위치시키도록 하고, 적어도 상기 수직 성형 장치를 통과한 후에는 상기 라운드 빌릿은 그 코어부분에 이르기까지 완전한 응고가 이루어지는 방법.
4. 수평 유출구를 구비하고 라운드 빌릿을 주조하기 위한 수직형 주조 장치, 적어도 하나의 스케일 제거 장치 및 다수의 연이은 압연대를 포함하는 생산 장치에서 주조 빌릿을 연속적으로 제조하는 방법을 실시하기 위한 장치로서,

   상기 수직형 주조 설비(1)의 수평 유출구 이전의 곡면부에 설치되는 1차 스케일 제거 장치(3)와 적어도 세 개의 연속 수평 압연대(5)를 가지는 압연 장치(4),

   상기 수평 압연대(5)의 다음 공정에 설치되며, 상기 주조 빌릿의 크레이터 포인트(crater point) 위치에 대응하여 상기 빌릿의 이송 방향을 따라 전후로 움직일 수 있는 수직 압연대(6), 그리고

   상기 수직 압연대(6)와 플랜지 연결된 2차 스케일 제거 장치(7)

   를 포함하는 라운드 빌릿 제조 장치.
5. 제4항에서,

   상기 수평 압연대(5)의 롤러는 서로 교차하는 두 개의 반지름을 갖는 곡면 오류 보정 장치를 각각 구비하고,

   상기 수평 압연대(5) 중 최종 압연대는 하중을 받아 작동하는 롤러 갭 조정장치를 구비하며,

   상기 수직 압연대(6)의 롤러는 분리된 곡면 보정 장치를 구비하는

   장치.
6. 제4항 또는 제5항에서,

   상기 라운드 빌릿 주위에 링 형태로 배치되는 상기 1차 스케일 제거 장치(3)의 노즐에 물 또는 물-공기 혼합물을 공급하고, 상기 라운드 빌릿(2)의 표면으로부터 노즐까지의 간격, 상기 라운드 빌릿(2) 표면에 부딪치는 분사물의 압력과 강도를 최적으로 조정할 수 있는 장치.
7. 제4항 또는 제5항에서,

   적어도 하나의 노즐 링으로 구성되는 상기 2차 스케일 제거 장치(7)가 상기 수직 압연대(6)에 플랜지 연결되어 함께 이동할 수 있으며, 상기 수평 압연대(5) 내에서 사전 성형된 라운드 빌릿(2) 주위에 분포한 노즐들은 압축 공기를 분사할 수 있으며, 사전 성형된 라운드 빌릿(2) 표면으로부터 노즐까지의 거리 및 링과 링 사이의 간격을 최적으로 하는 장치.
8. 제7항에서,

   상기 수평 압연대(5) 중 최종 압연대는 하중을 받아 작동할 수 있는 장치.