KR200160685Y1 - 연속주조주형내 응고층 두께측정용 유화철투입장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 강의 연속주조용 주형내에서 응고된 응고셀의 두께를 측정하기 위하여 사용하는 유화철(FeS)을 투입할 수 있는 장치에 관한 것이다.

본 고안의 연속주조 주형내 응고층 두께 측정용 유화철 투입장치는 직사각형의 프레임 좌우측에 가이드판(3)이 부착되어 있으며, 가이드판(3)에는 타원형의 가이드홈(6)이 형성되어 있는 몸체(10)와, 상기 가이드홈(6)을 따라 이동될 수 있도록 바퀴(5)가 부착되어 있으며 양단에는 손잡이(8)가 형성되고 금속판(1)을 체결할 수 있는 연결고리(4)가 일정간격으로 배치된 지지봉(2)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

연속주조 주형내 응고층 두께 측정용 유화철 투입장치

제1도 : 연주기 주형내 응고셀 형성거동을 나타낸 그림,

제2도 : 구부려 형성한 유화철이 들어 있는 금속관의 단면도,

제3도 : 본 고안에 따른 유화철 투입장치의 사시도,

제4도 : 본 고안에 따른 유화철 투입장치의 금속관 투입방법 원리를 나타내는 그림.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 금속관 2 : 지지봉

3 : 가이드판 4 : 금속관 걸고리

5 : 바퀴 6 : 가이드판의 홈

8 : 손잡이 21 : 침지노즐

22 : 주형벽 23 : 용강류에 의한 응고셀 재용해부

24, 25 : 응고셀 26 : 유화철

본 고안은 강의 연속주조용 주형내에서 응고된 응고층(이하 응고셀이라 함)의두께를 측정하기 위하여 사용하는 유화철(FeS)을 투입할 수 있는 장치에 관한 것이다.

연속주조 주편에서 발생하는 표면결함의 대부분은 주형내 초기 응고거동과 관련성이 깊다. 대표적으로, 주편 중앙부에 주조길이 방향으로 발생하는 면세로터짐(longitudinal crack)은 주형 중앙부 초기 응고셀의 폭방향 응고불균일로, 그리고 주편 모서리에서 주편 가로방향으로 발생하는 모서리터짐(corner crack)은 모서리부 초기 응고셀의 길이방향 응고불균일로 발생하는 것으로 알려져 있다. 또한, 연속주조에서 조업을 장시간 중단시키고 주조설비에 치명적 손상을 가할 수 있는 주형내 응고셀이 파단되는 브레이크 아웃(breakout)은 주형내 응고셀이 국부적으로 취약하거나 주편이 주형을 빠져 나올 때 응고셀의 두께가 얇아 발생하는 사고이다. 따라서, 상기와 같은 결함과 사고의 원인을 파악하고 방지대책을 수립하기 위해서는 주조중 주형내 응고셀의 두께를 정확하게 측정하는 것이 가장 우선적인 기술이다.

주형내 응고셀의 두께를 측정하기 위하여 사용하는 방법으로는 주조중 주형 하단부에서 빠져나오는 응고셀을 일부러 파단시켜 주형내에서 형성된 응고셀을 제외한 용강이 배출되도록 하는 인공 브레이크 아웃 방법이 있다. 그러나, 이 방법은 연속적으로 조업해야 하는 공장에서는 조업이 중단되고 설비가 파손되기 때문에 현실적으로 이용이 불가능하고 시험용 연주기에서만 사용한다.

주조 중단없이 주형내 응고셀의 두께를 측정할 수 있는 방법으로는 주형내 용강에 방사성 동위원소를 투입하는 방법이 있다. 투입된 동위원소는 응고셀 선단까지 확산하여 응고되며, 주조 완료된 주편을 절단하여 방사성 동위원소를 검출할 수 있는 장치를 사용하면 응고셀 두께를 측정할 수 있다. 그러나, 이 방법은 방사성 동위원소의 취급이 까다롭고 주형내 용강의 높이를 방사성 동위원소를 사용하여 계측하는 연주기에서는 사용이 불가능하며 방사성을 검출할 수 있는 장치를 별도로 준비해야 하는 문제점이 있다.

주조 중단없이 주형내 응고셀을 측정할 수 있는 또 다른 방법으로는 유화철(FeS)을 투입하는 방법이 있다. 유화철은 융점이 낮기 때문에 용강에 투입 즉시 용해하여 주형내 응고셀 선단까지 확산하며, 이미 응고된 응고셀 내부로는 침투할 수 없기 때문에 응고셀과 용강의 계면에서 유황이 농축된 채로 응고가 완료된다. 일반적으로 연주주편의 내부품질을 조사하기 위하여 대부분의 연주공장에서는 유황프린터를 사용한다. 유화철을 투입한 주편은 필요한 부분을 절단, 가공하여 상기 유황프린터를 이용하면 응고셀 두께를 용이하게 측정할 수 있다.

이와 같이 유화철 투입법은 간단한 장비를 이용하여 응고셀 두께를 용이하게 측정할 수 있는 방법임에도 불구하고 실용상 여러 가지 문제점을 가지고 있었다. 종래 유화철은 알루미늄 박막이나 철 박막으로 괴상의 유화철을 포장하고 철 선재를 철봉에 매달아 주조중 용강에 투입하였다. 그러나, 유화철은 투입 즉시 용해하여 용강에 비하여 가벼운 비중(약 1/2) 때문에 부상하여 주형 하단부에 형성된 응고셀에는 용해된 유화철이 도달하지 못하거나, 제1도와 같이 유동하는 주형내 용강거동 때문에 일부 위치에서는 응고셀 두께의 측정이 불가능하였다.

이를 보완한 방법으로 유화철을 미리 금속관 안에 채워 넣어 용강에 투입하는 방법이 있다. 이 방법에 이용하는 금속관은 융점이 용강보다 400 내지 800℃ 낮고 두께가 0.5 내지 2.0mm이며 내경이 10 내지 30mm로서 금속관의 용해에 10초 이상이 소요되기 때문에 전기한 방법에 있어서 유화철이 부상하는 문제점을 해결하여 금속관이 투입될 수 있는 주형내 위치에서는 응고셀 두께를 정확하게 측정할 수 있다. 그러나, 실제 연주기의 주형과 턴디시 사이의 공간은 높이 400mm이하로 매우 협소하여 길이가 긴 금속관을 똑바로 투입하는 것이 불가능한 문제가 발생하였다. 또한, 폭이 넓은 주형에는 제1도에서 나타난 바와 같은 용강 유동의 영향을 최소로 하기 위하여 가능한 여러개의 금속관을 주형에 동시에 투입하여야 하나, 본 용도로 고안된 장치가 없기 때문에 여러 사람이 수작업에 의하여 유화철 투입작업에 동원되면서 서로 투입시기 및 투입위치가 상이하여 유화철이 응고셀에 고루 미치지 못하게 됨으로써 정확한 응고셀 두께 측정이 어려운 문제가 발생하였다.

본 고안은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 여러개의 금속관을 주형에 동시에 그리고 정확한 위치에 투입할 수 있는 응고층 두께 측정용 유화철의 투입장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 직사각형의 프레임 좌우측에 가이드판이 부착되어 있으며, 가이드판에는 타원형의 홈이 형성되어 있는 몸체와, 상기 가이드판의 홈을 따라 이동될 수 있도록 바퀴가 부착되어 있으며 양단에는 손잡이가 형성되고 금속관을 체결할 수 있는 연결고리가 일정간격으로 배치된 지지봉으로 구성된 것을 특징으로 하는 연속주조 주형내 응고층 두께 측정용 유화철의 투입장치를 제공한다.

이하에 본 고안을 도면에 의거 상세히 설명한다.

본 고안은 상기와 같은 제 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속관(1)안에 유화철 분말을 집어 넣고 제2도와 같이 금속관(1)을 구부려서 주형내에 투입하는 것이 특징이다. 이로 인해 수분 흡수를 감소시켜 금속관이 용강안에 들어갔을 때 비산이 방지될 수 있는 구조로 되어 있다. 금속관은 융점이 용강보다 400 내지 800℃ 낮고 두께가 0.5 내지 1.0mm이며 내경이 10 내지 20mm이다. 기존 발명과 동일한 금속관이면서 두께 및 내경이 작은 것은 본 고안의 목적에 부합하도록 금속관을 구부리기 쉽게 하기 위한 것이다. 따라서, 본 고안의 금속관은 연신율이 높은 재질, 예를 들면 동 혹은 동합금을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제2도와 같이 구부려 사용함으로써 한개의 관으로 가능한 넓은 면적의 응고셀에 유화철이 용해, 확산되어 포착되도록 할 수 있는 장점이 있다.

유화철이 담겨진 금속관은 제3도에 볼 수 있는 유화철 투입장치의 강 구조물에 장착된다. 제3도의 유화철 투입장치는 다음과 같이 구성된다.

여러개의 금속관(1)을 체결할 수 있는 지지봉(2) 양단에는 손잡이(8)와 바퀴(5)가 설치되어 있고, 상기 바퀴(5)는 가이드판(3)의 홈(6)을 따라 이동할 수 있게 되어 있다. 지지봉(2)에는 일정한 간격으로 배치된 여러개의 연결고리(4)가 있어 주형폭에 따라 금속관(1)을 가변하여 체결할 수 있다. 가이드판(3)의 홈(6)은 상기 지지봉(2)에 지지된 금속관(1)을 주형안으로 투입할 때 투입되는 금속관에 주형벽 내부의 응고셀과는 접촉하지 않으면서 주형 상단과 턴디시 사이의 좁은 공간을 고려하여 미리 계산된 궤적을 따라 이동하도록 형성되어 있다. 즉, 턴디시와 주형 상단의 간격(보통 400mm이하)보다 길이가 긴 금속관(700mm이상)은 초기에는 누워 있는 상태로 주형 안쪽의 벽(7)위에 올려진다. 금속관(1)이 달려 있는 지지봉(2)의 손잡이(8)를 잡고 가이드판(3)의 홈(6)을 따라 바퀴(5)를 이동시키면 상기 지지봉(2)에 지지되어 있는 금속관(1)은 주형벽과 경사를 이루면서 용강안으로 침지된다. 침지된 금속관(1)은 10초 이내에는 용해되지 않으므로 바퀴(5)를 홈(6)을 따라 신속하게 이동시켜 홈(6)의 미리 정해진 위치에 도착시키면 금속관(1)이 주형내 중앙부에 위치하게 되며, 용해된 유화철은 응고셀에 균일하게 확산시킬 수 있다.

따라서, 가이드판 홈(6)의 설계가 대단히 중요하다. 제4도에서 보는 바와 같이 금속관(1)을 고정한 지지봉(2)을 홈(6)의 궤적을 따라 이동시키는 바퀴(5)가 좌표점(x, h)에 도달하면 금속관이 주형과 각도 θ를 이루면서 기울어지게 된다. 이때, 주형으로 들어가는 금속관의 선단 위치가 주형 두께의 응고셀에 접촉하지 않을 정도의 안전을 고려하여 c 만큼 떨어져서 위치한다고 가정하고 금속관의 전체 길이가 a+b라고 한다면 각각의 변수에 대하여 다음과 같은 간단한 수식으로 정리하여 좌표점(x, h)을 계산할 수 있다.

a+b =투입하려는 금속관 길이 ………………………………… (1)

c = 50mm ………………………………………………………… (2)

c = b·cosθ=T ………………………………………………… (3)

h = a·cosθ ……………………………………………………… (4)

x = a-a·cosθ …………………………………………………… (5)

이와 같이 본 고안의 장치를 사용하면 700mm길이의 유화철이 담긴 금속관을 턴디시와 주형 사이 공간이 400mm정도인 경우에도 주형에 간편, 정확하게 투입하여 목적하는 응고셀 두께측정을 이루어낼 수 있다.

Claims (1)

1. 직사각형의 프레임 좌우측에 가이드판(3)이 부착되어 있으며, 가이드판(3)에는 타원형의 가이드홈(6)이 형성되어 있는 몸체(10)와, 상기 가이드홈(6)을 따라 이동될 수 있도록 바퀴(5)가 부착되어 있으며 양단에는 손잡이(8)가 형성되고 금속관(1)을 체결할 수 있는 연결고리(4)가 일정간격으로 배치된 지지봉(2)으로 구성된 것을 특징으로 하는 연속주조주형내 응고층 두께 측정용 유화철의 투입장치.