KR20060074634A - 쌍롤식 연속박판주조법에서 안정된 용강 공급 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 혼입에 의한 주편 결함 및 탕면 불안정에 의한 주편 결함을 최소화 시킬 목적으로 발명된 침지노즐을 적용하여 양질의 박판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

용강을 침지노즐을 매개로하여 한쌍의 서로 반대 방향으로 회전하는 롤에 공급하여 박판을 연속주조하는 방법에 있어서, 침지노즐은 상부노즐과 하부노즐의 2-피스 형으로 구성되며 토출구 윗부분에 안정된 용강 공급을 목적으로 용강이 흐를수 있는 통로가 확보된 배풀을 설치하고 배풀 하부에는 롤 섬프내로 고온의 용강을 공급함을 목적으로 토출구를 가공하는 연속주조 장치용 침지노즐에 있어서, 가스 혼입 및 탕면 불안정에 의한 품질 저하를 방지할 목적으로 하부노즐 내 배풀 위 빈 공간을 용강으로 완전히 채우는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조법에서 안정된 용강 공급 방법을 제공한다.

쌍롤식 연속박판주조, 토출구, 침지노즐, 배풀

Description

쌍롤식 연속박판주조법에서 안정된 용강 공급 방법{A stabilized supply of molten steel in twin roll strip casting process}

도 1은 쌍롤식 연속박판주조 장치의 개략도,

도 2는 침지노즐의 개략도,

도 3은 배풀토출 면적과 2차 메니스커스 레벨 사이의 관계도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 쌍롤(twin roll) 2 : 턴디쉬(tundish)

3 : 침지노즐(상부노즐+하부노즐)

3-1 : 상부노즐 3-2 : 하부노즐

4 : 롤 섬프내 용강 5 : 주편

6 : 에지댐 8 : 응고셀

10 : 메니스커스실드 11 : 분위기 가스 공급 노즐

12 : 위어(weir) 14 : 침지노즐 토출구 15 : 배풀(baffle) 16 : 상부커버(cover)

HH : 배풀 위 빈 공간의 높이

본 발명은 가스 혼입에 의한 주편 결함 및 탕면 불안정에 의한 주편 결함을 최소화 시킬 목적으로 발명된 침지노즐을 적용하여 양질의 박판을 제조하는 장치에 관한 것이다.

쌍롤(1)식 연속박판주조 공정의 개략도는 도 1에 나타내었다. 턴디쉬(2)에 부착된 침지 노즐의 상부노즐(3-1)과 하부노즐(3-2)의 토출구를 통해 쌍롤(1) 사이로 공급된 용강(4)은 쌍롤(1)과 에지댐(6)에 의해 둘러싸인 용강풀을 형성하게 되고 쌍롤(1)과 접촉한 용강은 롤의 중심 방향으로 열량을 빼앗기면서 롤(1) 표면에서 응고셀(8)을 형성하게 되고 형성된 주편(5)은 서로 반대 방향으로 회전하는 쌍롤에 의해 롤닢을 빠져나오게 된다. 용강 윗면에는 대기와의 접촉에 의해 용강(4)이 산화되는 것을 방지하기 위해 외부 공기를 차단해주는 메니스커스실드(10) 장치를 설치하고 이 장치에 설치된 가스 공급 노즐(11)을 통해 용강 표면으로 불활성 가스를 공급해줌으로써 탕면 윗부분이 불활성 분위기로 유지되도록 한다. 또한 침지노즐(3)에서 토출된 용강(4)의 운동량은 상당히 커서 탕면 요동을 야기시킬수 있기 때문에 용강(4) 유동 제어를 목적으로 메니스커스쉴드(10)에 고정된 위어(12)가 설치되어 있다. 주조 중 탕면위의 분위기를 최대한 불활성 분위기로 유지하려고 하겠지만 100% 실링(sealing)을 확보하기란 어려우며 부분적으로 산화물이 탕면에서 생성될 소지가 있다. 위어(12)는 이렇게 생성된 산화물이 성장하는 응고셀(8)로 도달하지 못하도록 하는 일종의 장애물(barrier) 역할도 감당한다.

상부노즐을 통해 용강을 하부노즐로 공급하는 방식에 대한 개략도를 도 2에 나타내었다. 상부노즐에서 공급되는 용강은 자체 운동량이 상당히 크기 때문에 하부노즐 내부에 설치된 배풀(15) 등과 같은 용강 공급 제어 장치가 없으면 하부노즐내에서 용강의 난류성 및 요동성이 심화되어 토출구(14)를 통한 균일한 용강 공급을 기대할 수 없다. 이뿐만 아니라 배풀 위의 용강 높이(이하 "2차 메니스커스 레벨"이라 함)가 충분치 못하여 주조 중 상부커버를 관통하여 하부노즐에 삽입된 상부노즐의 하단부가 용강에 충분히 침적되지 못하면 하부노즐내에 존재하는 가스가 용강 중에 혼입되어, 용강이 섬프로 공급될 때 혼입된 가스가 따라 들어가 최종적으로 성장하는 응고셀로 혼입될 확률이 높아지게 된다. 이와 같은 현상이 발생할 경우 주편 내부에는 가스 혼입에 의한 주편 결함 및 크랙등이 발생하게 된다. 뿐마 아니라 하부노즐 배풀 위 공간이 용강으로 완전히 채워지지 않으면 롤 섬프내 탕면 레벨 제어능이 떨어지게 되며 주편 품질에 좋지 않은 영향을 미치게 된다.

기존 특허(GB 2305144 A)의 경우 노즐 내부에 용강 유동 제어를 목적으로 배풀과 유사한 장치를 설치하는 방법을 제시하고 있으나, 배풀 위에 존재하는 가스의 혼입 제어 및 배풀 위 빈 공간의 용강에 의한 완전 채워짐에 관해서는 그 대책을 제시하고 있지 못하다.

본 발명은 쌍롤식 박판제조 장치로서, 용강이 상부노즐을 통해 하부노즐로 공급될 때 상부노즐이 용강에 충분히 침지되지 못하면 용강의 난류성이 심화되게 되어 용강중으로 가스가 혼입되어 최종적으로 성정하는 응고셀로 혼입됨으로써 주편 크랙과 같은 가스에 의한 주편 결함을 야기시키게 되는 문제점을 해결하기 위하 여 이렇게 가스 혼입에 의한 주편 결함을 최소화하고, 하부노즐의 배풀 위 빈 공간을 상부노즐로부터 공급되는 용강으로 완전히 채우는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 용강을 침지노즐을 매개로하여 한쌍의 서로 반대 방향으로 회전하는 롤에 공급하여 박판을 연속주조하는 방법에 있어서, 침지노즐은 상부노즐과 하부노즐의 2-피스 형으로 구성되며 토출구 윗부분에 안정된 용강 공급을 목적으로 용강이 흐를수 있는 통로가 확보된 배풀을 설치하고 배풀 하부에는 롤 섬프내로 고온의 용강을 공급함을 목적으로 토출구를 가공하는 연속주조 장치용 침지노즐에 있어서, 가스 혼입 및 탕면 불안정에 의한 품질 저하를 방지할 목적으로 하부노즐 내 배풀 위 빈 공간을 용강으로 완전히 채우는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조법에서 안정된 용강 공급 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 하부노즐의 상기 배풀 토출구 총 면적(A_b)을 하기와 같은 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조법에서 안정된 용강 공급 방법을 제공한다.

1.26 ≤ A_b/A_f ≤ 0.44.

또한, 본 발명은 상기 하부노즐의 상기 배풀 위 빈 공간의 높이(HH)를 하기와 같은 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조법에서 안정된 용강 공급 방법을 제공한다.

20 mm ≤ HH ≤ 150 mm.

이하, 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 자세하게 설명한다.

본 발명에서 제안하는 침지노즐에 대한 개략도를 도 2에 나타내었다. HH는 배풀 위 빈 공간의 높이를 나타낸다. 침지노즐은 상부노즐과 하부노즐의 2-피스(piece) 형으로 구성되며 상부노즐의 상부는 턴디쉬에 연결되며 하부는 하부노즐의 상부커버(16)를 관통하여 배풀(15) 위 일정 위치에 위치하게 된다. 하부노즐 내부는 상부커버에 의해 내부가 완전 밀폐되게 되며 토출구(14) 윗부분에 안정된 용강 공급을 목적으로 배풀을 설치한다. 배풀 하부에는 턴디쉬로부터 유입된 용강을 롤 섬프로 공급하기 위해 토출구(14)를 가공한다. 배풀 토출구 총 면적은 배풀 위 빈 공간이 용강에 의해 완전히 채워질 수 있도록 조절한다.

배풀 위 빈 공간을 완전히 채우기 위해서는 배풀 총 토출구 면적이 매우 중요하며, 배풀 토출구 형상은 슬릿형, 원형 혹은 두가지 이상의 형상이 섞여 있는 등 어떤 형상이어도 무관한다. 배풀 토출구 총 면적과 2차 메니스커스 레벨 사이에는 하기와 같은 관계식이 성립하며 관련 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 A_f 는 기준배풀 총 토출면적이고, h_O는 그 때의 배풀 위 용강의 기준높이이다. 참고로, 하기에 언급될 실시예의 결과도 도 3에 함께 나타내었다.

h ∝ 1/A_b ²

h = 2차 메니스커스 레벨

A_b = 배풀 총 토출 면적

h_O = 기준 높이 (= 31.655 mm)

A_f = 기준 배풀 총 토출 면적 (=6.916 ×10⁹)

도 3의 결과를 보면 배풀 총 토출 면적이 감소할수록 2차 메니스커스 레벨이 지수 함수적으로 증가함을 알 수 있다. HH를 작게 할수록 배풀 위 빈 공간이 용강으로 채워질 확률은 높아지지만 너무 작게 되면 도 2의 Zone-A에서 용강이 응고하여 스컬이 발생할 수 있으며 이는 주조 초기 롤 섬프로의 용강 공급에 심각한 문제를 초래 할 수 있다. 한편, HH 값을 크게 할수록 하부노즐 지지방법은 더 수월해지고, 초기 과도한 용강 공급에 의한 충격량을 어느 정도 해소할 수 있는 공간을 확보하게 되는 장점이 있어, 내화물 선정 및 내화물 가격 저렴화 관점에서 장점이 있다. 따라서 HH 값을 어떤 적정 범위내로 유지하는 것이 필요하게 된다.

[실시예]

쌍롤식 연속박판주조장치를 이용하여, 본 발명예로 박판을 제조하였다.

- 실시 공통 조건

. 대상 강종 : 스테인레스강(STS304), 주조 속도 : 45m/min

. 박판 사이즈 : 두께 3.5mm × 폭 1300mm,

. 롤 직경 : 1250mm, 롤 폭 : 1300mm,

- 실시조건 I : HH = 15 mm 로서 주조 초기 "Zone-A"에서 심각한 스컬 발생으로 초기 용강 공급이 불충분함

- 실시조건 II : HH = 75 mm 로서 주조 초기 용강 공급 전혀 문제 없었으며, Ab/Af = 0.65 조건에서 배풀 위 빈 공간이 용강으로 완전히 채워짐.

- 실시조건 III : HH = 200 mm 이고 A_b/A_f = 0.39 조건에서는 주조 초기 용강 공급이 부족하여 주조에 심각한 문제 초래함.

본 발명에 의하면 하부노즐 내에 설치된 배풀 토출구 총 면적을 조절함으로써 2차 메니스커스 레벨을 제어할 수 있으며, HH가 너무 작을 경우, 즉 A_b/A_f가 커지는 경우에는 Zone-A에서 스컬 발생 위험성이 높아지고, 너무 클 경우에는 A_b/A_f 가 너무 작아지는 관계로 주조 초기 용강 공급에 문제를 초래할 수 있다. 따라서 적절한 범위내의 HH 값을 유지함으로써 이와 같은 문제점을 해소하고 배풀 위 빈 공간을 용강으로 완전히 채울수 있다.

본 발명에 따르면, 상부노즐과 하부노즐로 구성된 2-피스(piece) 구조의 침지노즐에서 하부노즐 내에 설치된 배풀의 총 토출 면적을 조절함으로써 2차 메니스커스 레벨을 제어할 수 있으며, 배풀 위 빈 공간의 높이(HH)를 적절하게 유지함으로써 배풀 위 빈 공간을 용강으로 완전히 채울수 있으며, 가스 혼입 억제 및 탕면 레벨 안정화를 통해 양질의 박주편을 얻을 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 용강을 침지노즐을 매개로하여 한쌍의 서로 반대 방향으로 회전하는 롤에 공급하여 박판을 연속주조하는 방법에 있어서, 침지노즐은 상부노즐과 하부노즐의 2-피스 형으로 구성되며 토출구 윗부분에 안정된 용강 공급을 목적으로 용강이 흐를수 있는 통로가 확보된 배풀을 설치하고 배풀 하부에는 롤 섬프내로 고온의 용강을 공급함을 목적으로 토출구를 가공하는 연속주조 장치용 침지노즐에 있어서,

   가스 혼입 및 탕면 불안정에 의한 품질 저하를 방지할 목적으로 하부노즐 내 배풀 위 빈 공간을 용강으로 완전히 채우는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조법에서 안정된 용강 공급 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 하부노즐의 상기 배풀 토출구 총 면적(A_b)을 하기와 같은 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조법에서 안정된 용강 공급 방법

   1.26 ≤ A_b/A_f ≤ 0.44.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 하부노즐의 상기 배풀 위 빈 공간의 높이(HH)를 하기와 같은 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조법에서 안정된 용강 공급 방법

   20 mm ≤ HH ≤ 150 mm.

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