KR20020042157A - 연속주조 슬라브의 중심편석 저감법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강의 연속주조에 있어서 슬라브(slab) 중심부의 편석을 저감하는 방법에 관한 것으로 본 발명은 연주공정에서 슬라브를 생산할 때 쎄그먼트의 롤갭을 줄여 중심편석을 저감하는 방법에 있어서, 쎄그먼트의 상부를 기울여 주조길이 방향으로 주편이 들어가는 쎄그먼트 입측의 롤갭이 이전 쎄그먼트의 출측 롤갭에 이어 선형적으로 줄어들도록 쎄그먼트 상부를 기울여 설치하고, 롤갭을 줄이기 위해 쎄그먼트를 기울이는 위치는 주편의 고상율 fs=0.3인 위치의 쎄그먼트에서 롤갭 감소를 시작하여 고상율 fs=0.8 위치의 쎄그먼트에서 롤갭 감소를 완료하고 그 이후의 쎄그먼트의 롤갭은 동일하게 유지하는 연속주조 슬라브의 중심편석 저감법을 요지로 한다.

Description

연속주조 슬라브의 중심편석 저감법{method of reducing centerline segregation of continuous casting slab}

본 발명은 강의 연속주조에 있어서 슬라브(slab) 중심부의 편석을 저감하는 방법에 관한 것이다. 강의 연속주조시 주편의 응고말기 응고수축이나 벌징(bulging) 등에 의하여 잔류 용강속에 농축된 유황, 인, 망간 탄소성분 등이 주편의 두께 중심부에 집적되는 중심편석이 발생하게 된다. 주편에 중심편석이 심하게 발생하게 되면 압연 후 최종 제품인 코일(coil)에 남게 되게 된다. 코일 내부에 남게 된 중심편석은 다른 모재(matrix) 보다 단단한 조직이므로 용접성을 저하시키거나 석유 수송관 같은 제품으로 가공하여 사용할 경우 중심편석에 기인한 결함으로 크랙이 발생하여 강 관의 파손까지 이르게 된다.

따라서 최종 제품인 코일의 품질을 보증하기 위해서는 중간소재인 연속주조에서 생산되는 슬라브의 중심편석을 가능한 최소화 시켜야 한다. 특히 가혹한 환경이나 고압용 석유수송관 같은 고급강이나 강종 특성상 중심편석이 심한 고탄소강 주편 생산시에는 슬라브의 중심편석을 최소화시키는 것이 필수적이다. 중심편석을 저감하기 위해서는 응고말기의 수축을 보상해주거나 농축된 불순원소의 이동을 조장하는 벌징을 최소화 시키는 것이 효과적이다.

본 발명은 연속주조에 있어서 응고말기 주편내부의 응고수축을 보상하고 잔류 농축 용질원자의 유동을 줄여 슬라브 내부의 중심편석을 감소시키는 방법에 관한 것이다.

연속주조 주편의 중심편석을 저감하는 방법은 첫째로 턴디쉬의 용강온도를 낮추거나 전자교반에 의하여 주편 내부에 등축정 조직을 많이 형성시켜 응고말기에 편석물질을 가능한 분산시키는 방법을 들 수 있다. 응고 중 등축정 조직을 많이 생성시키기 위하여 턴디쉬의 주조온도를 낮추면 주조시간이 경과함에 따라 용강온도가 고상선 온도까지 내려가므로 침지노즐이 막히기 때문에 주조를 더 이상 주조를 할 수 없게 되므로 턴디쉬의 용강온도를 일정이상으로 유지하여야 되는 단점이 있다. 따라서 턴디쉬 용강온도를 일정하게 유지하기 위하여 턴디쉬내의 용강을 가열시키는 플라즈마 가열장치를 설치하여 운영하기도 하지만 가열장치를 위한 많은 투자비가 필요하다. 한편 전자교반을 이용하여 등축정 조직을 얻어 편석을 저감시키려면 전자교반장치 설치를 위한 많은 투자비가 들고 운영시 전력소모가 큰 단점이 있다.

둘째로 주속을 낮추거나 연주기 롤(roll) 사이에서 냉각수를 많이 뿌려서 주편의 응고층을 두껍게 함으로써 벌징을 줄여 벌징으로 인해 발생되는 농축된 불순 용질원자(유황,인,망간,탄소등)의 이동을 줄여 중심편석을 저감하는 방법이 있다. 그러나 주속을 낮추는 경우는 주조시간이 많이 소요되므로 생산성이 저하되는 단점 외에 턴디쉬의 용강온도가 많이 떨어져 침지노즐이 막힐 염려가 있다. 그리고 응고층을 두껍게 하기위해 주편에 냉각수를 많이 뿌려주면 주편 코너부등이 과냉 되어 코너크랙 발생은 물론 주편이 강의 취성영역에 들어갈 경우 표면크랙이 발생하기 쉬우며 응고말기의 주편내부의 수축을 보상하여 주지 못하는 단점이 있다.

현재까지 중심편석을 가장 효과적으로 줄이는 방법은 그림1과 같이 연주기 상부 롤과 하부 롤 사이 의 간격을 줄이는 즉, 약간 압연을 함으로써 응고말기 응고수축을 보상하는 경압하(soft reduction)기술로 알려져 있다. 그러나 이 방법은 별도의 롤갭을 조정하는 시스템과 강성을 가지는 경압하 전용의 롤 세트나 쎄그먼트가 필요하며 전자 교반장치의 경우와 같이 경압하 설비를 위한 많은 설비투자비가 필요한 단점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 중심편석 저감 방법의 하나인 경압하 기술의 단점을 개선하는 방법으로 별도의 경압하 설비 도입 없이 일반적으로 사용하는 연주기 쎄그먼트(segment)를 이용하여 경제적으로 중심편석을 저감하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 연주설비 및 경압하 설비의 모식도.

도 2는 일반적으로 적용하는 쎄그먼트의 롤 갭 적용방법의 모식도.

도 3은 본 발명에 의한 쎄그먼트의 롤 갭 설정방법의 모식도.

도 4는 종래의 쎄그먼트 롤갭 설정방법과 본 발명에 의한 롤갭 설정 방법을 비교 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명

1. 연주기 쎄그먼트(segment)2. 슬라브(slab)

3. 쎄그먼트의 입측 롤(roll)4. 쎄그먼트의 출측 롤

5. 레이들(ladel)6. 턴디쉬(tundish)

7. 턴디쉬 플라즈마 히터(plasma heater) 8. 주형

9. 롤(roll)10. 경압하설비

이하 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 연주설비 및 경압하 설비의 모식도이고 도 2는 일반적으로 적용하는 쎄그먼트의 롤 갭 적용방법의 모식도이다. 도면부호 1은 연주기 쎄그먼트(segment), 2는 슬라브(slab), 3은 쎄먼트의 입측 롤(roll), 4는 쎄그먼트의 출측 롤, 5는 레이들(ladel), 6은 턴디쉬(tundish), 7은 턴디쉬 플라즈마 히터(plasma heater), 8은 주형, 9는 롤이며 10은 경압하 설비를 나타낸다.

일반적으로 쎄그먼트 방식의 연주기로 주조작업을 할 경우 연주기 쎄그먼트내의 롤갭은 그림 2와 같이 동일하게 유지하며 다른 쎄그먼트간의 롤갭도 같게 하거나, 쎄그먼트간의 롤 갭은 연주기 출 측으로 갈수록 약간씩 줄도록 쎄그먼트간의 롤갭을 설정하여 조업을 하고있다. 이 때 각 쎄그먼트내의 롤 갭을 동일하게 유지하므로 주편이 인발하는 방향의 인접 쎄그먼트의 롤 갭은 이전 쎄그먼트내의 롤갭 보다 약간 줄어들도록 쎄그먼트를 설치하므로 쎄그먼트의 배열은 계단식 모양으로 보여진다. 이와 같이 쎄그먼트를 계단식으로 설정하는 이유는 연주 주편이 응고가 진행됨에 따라 체적이 수축되므로 세그먼트의 롤과 이를 통과하는 주편과 틈이 생겨 주편을 인발 할 경우 슬립(slip)현상이 일어나기 때문에 이를 방지하기 위한 목적이다. 쎄그먼트를 계단식으로 설정하여 롤 갭을 감소하는 압하율은 단위 m당 0.1~0.2mm정도로 약간 줄여주고 있다.

본 발명은 주편의 중심편석을 줄이기 위하여 도 3과 같이 연주기에 별도의 설비 추가 없이 현재 사용하고 있는 쎄그먼트의 상부를 주조길이 방향으로 기울여 주편이 들어가는 쎄그먼트 입측의 롤갭이 이전 쎄그먼트의 출측 롤갭에 이어 선형적으로 줄어들도록 쎄그먼트 상부를 기울여 설치한다. 도 4는 종래의 쎄그먼트 롤갭 설정방법과 본 발명에 의한 롤갭 설정 방법을 비교하여 모식적으로 나타낸 것으로 도 4의 (a)는 통상의 연주기 쎄그먼트의 배열을 나타낸 것이고 도 4의 (b)는 본 발명에 의한 쎄그먼트 배열을 나타낸 것이다.

본 발명에 의한 롤갭을 줄이기 위해 쎄그먼트를 기울이는 위치와 길이 선정은 다음과 같이 한다. 즉, 연주주편의 고상율 fs=0.3(주편의 고체분율이 30%)인 위치의 쎄그먼트에서 롤갭 감소를 시작하여 고상율 fs=0.8 (고체분율80%)인 위치의 쎄그먼트에서 롤갭 감소를 완료하고 그 이후의 쎄그먼트의 롤갭은 이전 쎄그먼트의 롤갭과 동일하게 유지한다. 연주기에서 각 고상율에 따른 위치는 핀 삽입법에 의하여 응고층 두께를 측정하거나 전열해석에 의한 계산으로 구할 수 있다. 일반적으로 고상율 fs=0.3~0.8의 길이는 주조조건에 따라 차이가 나지만 대략 2~3m정도이다. 연주기의 쎄그먼트내의 롤 갭은 연주기의 계획 정비시기나 정기수리 시기에 조정할수 있다. 따라서 쎄그먼트를 기울여 롤갭을 조정할 때는 주조하고자 하는 주조속도 범위의 최저 속도일 때의 고상율 fs=0.3위치에서 쎄그먼트를 기울여 롤갭 감소를 시작하여 최고속도 일 때의 고상율 fs=0.8위치까지 쎄그먼트를 기울여 롤갭을 조정한다. 롤갭의 감소정도는 압하율(mm/m : 단위 m당 롤갭 감소량mm)로 나타낼 수 있다. 쎄그먼트를 기울여 롤갭을 감소시키는 압하율은 적절하게 유지하여야 한다. 압하율이 적으면 주편 내부의 응고수축을 보상하여 주지 못하기 때문에 중심편석 저감에 효과적이지 못하고 압하율을 크게 하면 주편 내부에 가해지는 응력에 의해 한계 변형 스트레인(strain)을 넘으면 내부크랙이 발생하게 된다. 또한 압하율을 크게 할 경우 세그먼트의 롤에 대한 응력으로 변형이 생기거나 롤을 지지, 회전시켜주는 베어링부의 파손이 발생할 우려도 있다. 본 발명에 의한 쎄그먼트내의 롤갭을 감소시키는 압하율은 0.21~0.42mm/m로 하는 것이 주편의 응고말기 수축을 보상하여 농축 불순물질이 중심에 집중되는 중심편석을 저감시킬 수 있으며 주편내부에 크랙도 발생되지 않는다. 또한 쎄그먼트의 롤이나 베어링부에도 전혀 영향을 주지 않는다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 설명한다.

석유수송관용인 API재의 슬라브를 생산하기 위하여 2개의 스트랜드(strand)가 있는 연속주조기를 이용하여 한쪽 스트랜드의 쎄그먼트는 통상의 롤갭 설정방법으로 주조를 하고 다른 한쪽 스트랜드는 본 발명에 의한 쎄그먼트를 기울여 롤갭을 줄이는 방법을 적용하여 주조를 실시한 후 슬라브를 채취하여 중심부의 편석정도를 조사하였다. 각각의 방법을 적용하는 양쪽 스트랜드의 쎄그먼트의 롤갭 설정은 응고층 두께 측정과 전열해석을 기초로 도출된 위치에서 조정하여 실시하였다. 대상으로 한 강종의 중심편석 정도는 전자탐침 미소분석기(EPMA: Electron Probe Micro Analyzer)로 분석하여 비교하였다. 중심편석의 정도를 나타내는 주편의 중심편석지수는 용질원소의 평균농도 Co와 중심부의 최대 농도Cmax의 비(Cmax/Co)로 나타내었다.

본 발명의 경우와 비교예의 시험조건과 망간의 중심편석지수를 표1에 나타내었다.

	롤갭 조정방법	압하율(mm/m)	압하구간	압하길이(m)	망간중심편석지수
종래예	기존방법(계단식감소)	0.19	쎄그먼트7-16	18.57	1.67
비교예1	기존방법(계단식감소)	0.32	쎄그먼트8-13	11.32	1.79
비교예2	기존방법(계단식감소)	0.42	쎄그먼트7-11	9.26	1.65
비교예3	기존방법(계단식감소)	0.65	쎄그먼트7-10	7.47	1.82
발명예1	본 발명방법(선형감소)	0.21	쎄그먼트8-16	16.88	1.42
발명예2	본 발명방법(선형감소)	0.32	쎄그먼트9-14	11.21	1.23
발명예3	본 발명방법(선형감소)	0.42	쎄그먼트8-12	9.19	1.36

표 1에서 보는 바와 같이 쎄그먼트내의 롤갭을 동일하게 하면서 롤갭을 계단식으로 감소하는 기존방법으로 압하율을 증가시킨 비교예 1~3의 경우는 통상적으로 연주기에 적용하는 기존의 방법을 적용하는 종래예의 경우 중심편석과 유사하거나 오히려 지수가 증가하는 사실을 알 수 있다. 이러한 사실은 한 쎄그먼트내의 롤갭은 전부 동일하기 때문에 쎄그먼트내에서 응고가 진행되어 수축이 되더라도 롤단위로 갭을 줄여 응고 진행에 따른 수축을 보상해 주지 못하기 때문에 농축된 용질원자의 유동을 억제하지 못하기 때문으로 추정된다. 따라서 현행 세그먼트의 롤갭 조정방식을 가지고 압하율만 증가시키는 것은 중심편석 저감에 효과가 거의 없음을 확인할 수 있다. 그러나 본 발명의 예에서는 표1에서 보는 바와 같이 종래의 예에 비하여 중심편석 지수가 0.2~0.4 정도 낮아진 것을 확인할 수 있다. 본 발명에서처럼 쎄그먼트를 기울여 롤갭을 선형적으로 감소시킨 경우는 응고완료점 근처에서 응고 수축량을 보상하고 불순 용질원소의 유동을 억제 해주기 때문이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 중심편석 저감 방법의 하나인 경압하 기술의 단점을 개선하고, 별도의 경압하 설비 도입 없이 일반적으로 사용하는 연주기 쎄그먼트(segment)를 이용하여 경제적으로 중심편석을 저감할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (2)

1. 연주공정에서 슬라브를 생산할 때 쎄그먼트의 롤갭을 줄여 중심편석을 저감하는 방법에 있어서, 쎄그먼트의 상부를 기울여 주조길이 방향으로 주편이 들어가는 쎄그먼트 입측의 롤갭이 이전 쎄그먼트의 출측 롤갭에 이어 선형적으로 줄어들도록 쎄그먼트 상부를 기울여 설치하고, 롤갭을 줄이기 위해 쎄그먼트를 기울이는 위치는 주편의 고상율 fs=0.3인 위치의 쎄그먼트에서 롤갭 감소를 시작하여 고상율 fs=0.8 위치의 쎄그먼트에서 롤갭 감소를 완료하고 그 이후의 쎄그먼트의 롤갭은 동일하게 유지하는 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브의 중심편석 저감법.
2. 제1항에 있어서, 상기 쎄그먼트를 기울여 롤갭을 감소시키는 압하율은 0.21~0.42mm/m로 하는 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법.