KR20060107561A - 빌릿과 블룸을 연속 주조하기 위한 주조 다이의 다이캐비티 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 빌릿, 블룸 및 블랭크를 연속해서 주조하기 위한 주조 다이의 다이 캐비티에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다이 캐비티 횡단면이 적어도 부분적으로 만곡된 외주선(42)을 갖는 다이 캐비티 내에서 강이 주조되고, 캐비티 벽부는 냉각되는 상기 다이 캐비티에 관한 것이다. 스트랜드 횡단면을 따라 형성되는 스트랜드 셸과 캐비티 벽부 사이의 균일한 열 교환을 위한 최적의 조건을 제공하기 위해서, 그리고 상기 스트랜드 셸 내의 응고 결함을 회피하기 위해서, 본 발명에 따라, 다이 캐비티의 오목하게 만곡된 모서리 영역에서, 스트랜드 셸과 냉각된 다이 캐비티 벽부 사이의 목표되는 틈새 제거를 제어하기 위해, 또는 목표되는 스트랜드 셸 변형을 제어하기 위해, 상기 모서리 영역의 만곡된 외주선(42)의 적어도 일측 부분 상의 곡률도(1/R)가, 상기와 동일한 모서리 영역에서 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 외주선들(42', 42")로부터, 그리고 주조 다이 길이의 적어도 일측 부분 영역에 걸쳐서 감소되는 점이 제안된다.

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Description

빌릿과 블룸을 연속 주조하기 위한 주조 다이의 다이 캐비티{DIE CAVITY OF A CASTING DIE FOR CONTINUOUSLY CASTING BILLETS AND BLOOMS}

본 발명은 청구항 제1항에 따르는 연속 주조 다이의 다이 캐비티에 관한 것이다.

길이가 긴 연속 주조품은 대개 장방형 횡단면, 더욱 상세하게는 거의 정방형 또는 원형 횡단면을 갖는 관상 주조 다이 내에서 주조된다. 그에 이어서 빌릿 및 블룸은 압연 혹은 단조에 의해 부가적으로 가공 처리된다.

우수한 표면 및 조직 품질을 갖는 스트랜드 연속 주조품, 더욱 상세하게는 빌릿 및 블룸을 제조하기 위해서는, 형성되는 스트랜드와 캐비티 벽부 사이에서 스트랜드 횡단면의 외주선을 따라 이루어지는 열 전달의 균일성을 달성하는 것이 매우 중요하다. 공지된 수많은 제안에 따르면, 형성되는 스트랜드 셸(strand shell)과 다이 벽부 사이에서, 스트랜드 셸의 재가열을, 혹은 스트랜드 횡단면의 외주선에 따른 불균일한 열 전달을 야기하는 공기 틈새가 발생하지 않는 방식으로, 무엇보다 다이 캐비티의 오목한 모서리 영역의 다이 캐비티 기하 구조가 형성된다.

관상 주조 다이의 다이 캐비티의 모서리들은 오목 영역에 의해 라운딩 처리 되어 있다. 주조 다이의 다이 캐비티 내의 오목 영역이 더욱 크게 형성될 수록, 형성되는 스트랜드 셸과 다이 벽부들 사이의 균일한 냉각, 더욱 상세하게는 다이 캐비티 외주연에 걸친 균일한 냉각을 달성하기가 더욱 어려워진다. 주조 다이 내의 용강 표면(bath level) 바로 아래에서 개시되는 스트랜드의 응고는 다이 캐비티 외주연의 직선 구간에서 진행되되, 이는 오목 영역에서 진행되는 것과는 상이하게 이루어진다. 직선 구간 혹은 본질적으로 직선인 구간에서의 열 흐름은 거의 일차원적이며, 평면의 벽부를 통과하는 열 전달의 법칙에 따른다. 그와 반대로 라운딩 처리된 모서리 영역에서의 열 흐름은 2차원적이며, 만곡된 벽부를 통과하는 열 전달의 법칙에 따른다.

생성되는 스트랜드 셸은 대개 모서리 영역에서 최초 직선 구역에서보다 더욱 두꺼우며, 시간상 더욱 빠르면서도 강하게 수축되기 시작한다. 그로 인해 약 2초가 경과 하기만 하여도 모서리 영역의 스트랜드 셸은 다이 벽부로부터 이탈되고, 공기 틈새가 형성된다. 이러한 공기 틈새는 열 전달을 심각하게 악화시킨다. 이와 같은 열 전달의 악화는 추가의 셸 성장을 지연시킬 뿐 아니라, 심지어는 스트랜드 셸의 이미 응고된 내부 층들을 재차 용융시킬 수도 있다. 이와 같은 열 흐름의 변동(냉각 및 재가열)은 가장자리 또는 가장자리 근처 영역에서의 표면 균열 및 길이방향 균열과 같은 스트랜드 결함뿐 아니라, 마름모 변형, 국부 수축(necking) 등과 같은 형태 결함을 초래한다.

스트랜드 횡단면의 측면 길이보다 오목 영역을 더욱 크게 치수화 하면 할수록, 무엇보다 오목 영역의 반경이 다이 캐비티 횡단면의 측면 길이의 10% 이상이라고 한다면, 전술한 스트랜드 결함은 더욱 빈번하면서도 더욱 많아진다. 그 이유 는, 비록 후행하는 압연을 위해 스트랜드 가장자리에서는 더욱 큰 라운딩이 바람직하다고 할지라도, 오목 영역은 대개 5 내지 8mm로 제한되기 때문이다.

JP-A-53 011124로부터는 오목하게 라운딩 처리된 모서리 반경을 구비하는 연속 주조를 위한 빌릿 주조 다이가 공지되어 있다. 이에 따른 주조 다이에서 스트랜드는 불균일하게 냉각될 수 있고, 다이아몬드 형상의 횡단면과 균열과 같은 대응하는 가장자리 결함을 갖는 스트랜드가 획득될 수 있다. 이와 같은 스트랜드 결함을 회피하기 위해, 상기 참증 인용물의 경우, 2개의 소형의 오목한 모서리 영역 및 2개의 대형의 오목한 모서리 영역을 갖는 사각형 주조 다이 캐비티를 설계하는 점이 제안된다. 이와 같이 오목 영역의 상이한 모서리 반경을 통해 불균일한 두께의 스트랜드 셸이 의도하는 바대로 응고된다고 하고 있다. 그리고 바로 주조 다이 배출구에서, 지연된 응고는 큰 반경을 갖는 모서리에서 이차의 냉각 영역 내의 강화된 가장자리 냉각에 의해 보상된다고 한다. 그에 따라 이와 같은 조치들은 변형 없는 스트랜드 횡단면을 제공한다고 기술하고 있다.

JP-A-60 040647로부터는 블랭크용 연속 주조 다이가 개시된다. 블랭크를 주조할 시에 중심 웨브로부터 두 말단 플랜지로 전이되는 부분에서 종종 길이방향 균열이 발생한다. 이와 같은 전이 부분은 주조 다이에서 볼록하게 라운딩 처리된 가장자리 부분을 나타낸다. 이와 같은 가장자리 부분에서 프로파일 스트랜드는 중앙 웨브의 냉각 시에 손쉽게 수축된다. 이러한 수축 또는 균열의 발생을 회피하기 위해, 상기 참증 인용물의 경우, 중앙 웨브 쪽으로 갈수록 계속해서 증가하는 곡률을 구비하도록 주조 다이의 볼록한 전이 곡선부를 설계하는 점이 제안된다.

JP-A-11 151555로부터는 빌릿 및 블룸을 연속 주조하기 위한 또 다른 주조 다이가 개시된다. 이와 같은 주조 다이에서도 마찬가지로 스트랜드 횡단면의 마름모 변형을 회피하고, 추가로 주조 속도를 증가시키기 위해, 주조 다이는 오목 영역이 제공되는 4곳의 모서리 부분에 특수하게 형성된 모서리 냉각 부분을 구비한다. 탕구측에서 상기와 같은 모서리 냉각 부분들은 다이 벽부에서의 원형 홈부들(circular recesses)을 나타낸다. 상기 원형 홈부들은 스트랜드 이동 방향으로 갈수록 축소되며, 그리고 다이 출구 쪽으로 갈수록 오목한 모서리 영역의 라운딩부로 감소된다. 상기 원형 홈부의 곡률도는 스트랜드 이동 방향에서 다이 출구 쪽으로 갈수록 증가한다. 이와 같은 형상은 스트랜드 셸의 모서리 영역과 주조 다이의 모서리 부분 사이의 연속되는 접촉을 보장한다고 한다.

본 발명의 목적은, 연속 주조 다이용 다이 캐비티 기하구조에 있어서, 스트랜드 횡단면의 외주선들을 따라 형성되는 스트랜드 셸과 다이 벽부 사이의 균일한 열 교환을 위한 최적의 조건과, 그에 따른 스트랜드 셸 내의 대칭 온도장을 보장하는 상기 다이 캐비티 기하구조를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 목적은 무엇보다 만곡된 벽부 구간을 갖는 다이 캐비티 외주연을 따라, 그리고 만곡된 벽 구간으로부터 본질적으로 직선인 벽구간으로의 전이부에 따라, 냉각 및 다이 캐비티 기하구조가 최적화되도록 하는 것에 있다. 그렇게 함으로써, 본 발명의 목적은, 스트랜드 셸 내의 응력, 스트랜드 셸과 다이 벽부 사이의 공기 틈새 형성, 국부 수축, 스트랜드 횡단면의 다이아몬드 형상 및 스트랜드 셸 내의 균열 등을 회피하기 위해, 주조 다이를 통과할 시에 형성되는 스트랜드 셸의 개선된 균일한 응고 프로파일이 달성될 수 있도록 하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 상기와 같은 다이 캐비티를 이용하여 종래 기술과 비교하여 더욱 높은 주조 속도를 가능케 할 뿐 아니라, 상기와 같은 다이 캐비티를 저렴하게 제조할 수 있도록 하는 것에 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라 장치와 관련한 청구항 제1항의 모든 특징부에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법과 주조 다이 캐비티의 본 발명에 따른 기하구조를 이용하여, 형성되는 스트랜드 셸과 다이 캐비티 벽부 사이의 스트랜드 횡단면의 외주선을 따라 균일한 열 교환을 위한 최적의 조건들을 제공할 수 있다. 최적으로 설정된 균일한 열 교환에 의해서는, 주조 다이 내에서 형성되는 스트랜드 셸이, 균열, 응력 집중, 다이아몬드 형상 등과 같은 결함이 없이 외주연에 걸쳐서 볼 때 균일한 결정 구조를 구비하여 응고되는 점이 보장된다. 또한, 수학적 곡선 함수를 통해 상기와 같은 다이 캐비티를 정의하여, NC 공작 기계 상에서 경제적으로 제조할 수 있다.

만일, 소정의 강 품질;과 주조 다이 캐비티의 내부에서 형성되는 스트랜드의 소정의 머무름 시간;을 위해 다이 캐비티의 원추도가 설정된다면, 주조 시험을 통해, 외주선을 따른 균일한 셸 성장 또는 균일한 공칭 열 전달을 검증할 수 있다. 형성되는 스트랜드 셸과 다이 캐비티 벽부 사이의 공칭 열 전달에서 경우에 따라 남아 있는 변화를 보상하기 위해, 바람직한 실시예에 따라, 보다 큰 곡률도를 갖는 다이 캐비티 벽부는 더욱 약하게 냉각되고, 보다 작은 곡률도를 갖는 다이 캐비티 벽부는 더욱 강하게 냉각될 수 있다.

통상적인 주조 다이의 경우, 다이 캐비티 외주연의 직선은 소위 접점에서 모서리 라운딩부의 원호선(arc line)에 접선으로 만나게 된다. 이와 같은 점 형태의 전이와 원형의 라운딩은 바람직하게는 하나 혹은 2개의 기본 파라미터;와 예컨대 수퍼 타원 혹은 수퍼 원과 같은 지수;를 이용하는 곡선 함수의 형태를 취하는 원호선에 의해 대체된다. 또한, 수학적 곡선 함수의 기본 파라미터 및 지수를 적합하게 선택함으로써, 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 원호선의 곡률이 연속적으로 혹은 불연속적으로 변경될 수 있다. 지수를 감소 또는 증대함으로써, 원호선 형태와 그에 따른 캐비티 기하구조는 지정된 주조 파라미터에 적합하게 적응될 수 있다.

만일, 주조 다이를 통과할 시에, 형성되는 스트랜드 셸과 냉각된 다이 벽부 사이의 물리적 접촉이 통제되지 않는 공기 틈새 형성에 의해 차단되지 않는다면, 열 흐름은 열 흐름의 물리적 법칙에 따른다. 이와 같이 이상적으로 제시되는 상태는, 주조 다이 캐비티의 기하구조 역시 일측에서는 열 흐름의 물리적 법칙에 따라, 그리고 타측에서는 스트랜드 셸의 수축에 따라 구성되고, 다이 캐비티 기하구조는 수학적으로 정의된 곡선 함수에 따라 구성되는 것을 그 전제 조건으로 한다. 일 실시예에 따라, 만일 다이 캐비티의 외주선의 원호선들이 하기와 같은 수퍼 타원의 곡선 함수에 따라 선택되고,

스트랜드 이동 방향으로 연속되는 원호선들이 지수("n")와 기본 파라미터(A 및 B)(타원 반축;ellipse semiaxis)의 선택에 의해 그들의 곡률 또는 곡률도가 변화한다면, 수학적으로 정의된 최적의 다이 캐비티 기하구조가 획득된다.

추가적으로, 외주선을 따라 본질적으로 균일한 공칭 열 전달을 달성하기 위해서, 주조 다이 내부의 스트랜드 셸을 가볍게 소성 변형 시킬 수도 있다. 다시 말해 상기 스트랜드 셸을 강제적으로 캐비티 기하구조에 적합하게 적응되게끔 할 수 있다. 또 다른 일 실시예에 따라, 각각 90도의 각도를 둘러싸는 4개의 원호선으로 외주선을 구성하는 점이 제안된다. 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 원호선들은, 볼록한 스트랜드 셸이, 주조 다이의 탕구측에서, 즉 주조 다이의 적어도 제1 부분 길이 상에서 변형되는 방식으로 치수화되되, 상기와 같은 변형은, 모서리 영역들 사이의 적어도 중심 영역에서 상기 스트랜드 셸의 볼록도(convexity)가 감소하거나, 혹은 다시 말해서 원호선들이 스트랜드 외주연의 중심 영역 내로 연장되거나, 또는 곡률도(1/R)가 감소하는 방식으로 이루어진다.

예를 들어, 만일 사각형과 유사한, 바람직하게는 정사각형과 유사한 다이 캐비티 횡단면에서, 본질적으로 평면인 4개의 측벽부들 사이에 오목하게 만곡된 모서리 영역이 형성된다면, 일 실시예에 따라, 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 오목 원호들(concave arcs)의 곡률도는 곡선 함수(

)에 따라 선택되고, 지수("n")는 2.01과 10 사이에서 변경된다.

만일 사각형과 유사한 다이 캐비티 횡단면이, 각각 외주선의 1/4을 둘러싸는 4개의 원호선으로 구성된다면, 추가의 일 실시예에 따라, 하기의 곡선 함수가 선택되고:

,

스트랜드 이동 방향으로 연속되는 외주선들의 지수("n")는 4와 50 사이에서 변경된다.

EP-PS 0 498 296에 기술된 볼록 테크놀러지(convex technology)에 따라, 스트랜드 셸의 극미한 소성 변형과 결부되어, 다이 캐비티 횡단면이 정사각형 혹은 원형과 유사한 경우, 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 외주선들의 지수("n")에 대한 값은, 추가의 일 실시예에 따라, 사각형 형식에 대해서는 4와 50 사이이며, 그리고 원형 형식에 대해서는 2와 2.5 사이이다.

주조 다이 캐비티 횡단면과 관련하여 수학적으로 정의된 그 만곡된 외주선들 이외에도, 본질적으로 균일한 공칭 열 전달을 달성하기 위해, 동 벽부(copper wall)의 물 냉각을 위한 차원화 역시 고려될 수 있다. 추가의 일 실시예에 따라서, 다이 캐비티의 만곡된 외주선들의 곡률도가 증가함에 따라, 무엇보다 오목 원호를 갖는 모서리 영역에서, 동 벽부의 물 냉각은 감소되는 점이 제안된다.

대개, 빌릿 및 블룸 형식의 강을 연속 주조하기 위한 주조 다이는 상대적으로 얇은 벽의 동관으로 제조된다. 기계적 가공은, 상기와 같은 관상 주조 다이의 경우 오로지 탕구 및 스트랜드 배출구에 의해서만 이루어질 수 있다. 직선의 길이방향 축을 갖는 관상 주조 다이 이외에도, 소위 만곡형 연속 주조기에서는 만곡된 길이방향 축을 갖는 관상 주조 다이가 이용된다. 이와 같이 만곡된 길이방향 축을 갖는 관상 주조 다이는 주조 다이 캐비티의 기계적 가공을 추가로 어렵게 한다. 높은 치수 정확성을 달성하기 위해, 추가의 일 실시예에 따라, 수치 제어되는 절삭 공작 기계를 이용하여 주조 다이의 다이 캐비티를 제조하는 점이 제안된다.

다음에서는 도들에 따라 본 발명의 실시예들이 더욱 상세하게 설명된다.

도1은 빌릿 횡단면에 대한 종래 기술에 따르는 주조 다이 튜브의 좌측 반쪽 부분을 나타내는 평면도이다.

도2는 빌릿 횡단면에 대한 본 발명에 따르는 주조 다이 튜브의 우측 반쪽 부분을 나타내는 평면도이다.

도3은 도2에 따른 주조 다이 튜브의 모서리 구조를 확대하여 도시한 확대도이다.

도4는 측면 길이가 동일하지 않은 사각형 횡단면을 갖는 주조 다이 튜브의 모서리 구조를 확대하여 도시한 확대도이다.

도5는 정사각형 다이 캐비티 횡단면의 외주선들을 나타내는 개략도이다.

도6은 스트랜드 셸 변형(볼록 테크놀러지)이 이루어지는 주조 다이를 나타내는 개략도이다.

도7은 본질적으로 원형인 횡단면에 대한 외주선들을 나타내는 개략도이다.

도1은 동 소재의 주조 다이 튜브(2)의 반쪽 부분을 도시하고 있다. 다이 캐비티(4)의 외주선(3)은 탕구측의 주조 다이 오리피스를 나타내며, 그리고 외주선 (5)은 스트랜드 배출구 측의 주조 다이 오리피스를 나타낸다. 상기 외주선(5)은 외주선(3)과 비교하여 다이 캐비티(4)의 원추도(conicity) 만큼 더욱 작다. 다이 캐비티 횡단면의 외주선들(3 및 5)의 부분 구간(6)은 예컨대 6mm의 모서리 반경을 갖는 오목한 모서리 영역 형태의 원호선을 갖는다. 다이 캐비티 벽부로서도 지칭되는 주조 다이 튜브(2)의 벽부는 종래 기술에서 수차례 공지된 바와 같이 물로 냉각된다. 탕구측 상의 부분 구간(6) 내 원호선(7)의 곡률도(1/R)는 스트랜드 배출구 측의 부분 구간(6) 내 원호선(8)의 곡률도(1/R)보다 더욱 작다.

도2는 다이 캐비티(14)의 외주선들(13 및 15)을 포함하여 주조 다이 튜브(12)의 반쪽 부분을 도시하고 있다. 주조 다이 캐비티 횡단면의 외주선(13)은 탕구측에서는 다이 캐비티(14)를 범위 한정하며, 그리고 외주선(15)은 스트랜드 배출구 측의 다이 캐비티(14)를 범위 한정한다. 상기 외주선들(13, 15) 또는 다이 캐비티 벽부는 모서리 영역에서 구간(16)을 따라 만곡되며, 구간(17)에 따라서는 직선으로 형성된다. 모서리 영역들(19, 19') 내의 오목 원호는 주조 다이 배출구에 위치하는 다이 캐비티 횡단면의 측면 길이(20)의 적어도 10%를 양측에서 점유하는 방식으로 치수화 된다. 횡단면이 예컨대 120mm x 120mm일 경우, 상기 오목 원호는 각각의 측에서 상기 측면 길이(20)의 적어도 12mm를, 바람직하게는 상기 측면 길이(20)의 18 - 24mm 혹은 15 - 20%을 점유한다. 상기 모서리 영역(19)에서의 만곡된 외주선(13)은 기본 파라미터 및 지수를 이용한 수학적 곡선 함수에 의해 결정되며, 이 곡선 함수는 원호선과는 상이하다. 도3에는 모서리 영역(19)의 형태가 상세히 도시되어 있다.

도3은 모서리 영역(19)에서 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 만곡된 외주선들(23 - 23"")을 도시하고 있다. 상기 모서리 영역(19)은 그 폭이 주조 콘(casting cone)을 따라 탕구측으로부터 배출구측까지 일정할 수 있으며, 그리고 곡선에서 직선으로 전이되는 전이 지점들은 선(R - R4) 상에 배치될 수 있거나, 혹은 직선 또는 곡선(R1 - R4) 상에 배치될 수 있다. 간격(25 - 25"')은 다이 캐비티의 연속적인 원추도를 나타낸다. 만곡된 외주선들(23 - 23"")과 직선들(24 - 24"")은 다이 캐비티 벽부의 윤곽선을 나타낸다. 원호선들은 수학적 함수(

)에 의해 정의되되, 지수("n")를 선택함에 따라 각각의 원호선(23 - 23"")의 곡률도가 결정된다. 선택시에 주안점은, 형성되는 스트랜드 셸이 주조 다이 외주연에 걸쳐서 볼 때 균일하게 냉각되고, 상기 스트랜드 셸 내에서는 가능한 한 대칭의 온도장이 설정되는 방식으로 다이 캐비티를 구성하는 것에 있다. 스트랜드 횡단면 형태의 각각의 구조에 따라서, 외주연에 걸쳐 볼 때 본질적으로 균일한 공칭 열 전달은, 횡단면이 원형과 유사할 경우, 오로지 다이 캐비티 횡단면의 기하구조에 의해서만 달성되며, 혹은 횡단면이 사각형과 유사할 경우, 외주선을 따른 상이한 냉각과 기하 구조의 조합을 통해 달성될 수 있다. 본 실시예에 따라 곡선 함수의 지수는 하기와 같이 변경된다:

원호선 23 지수 "n" 4.0

원호선 23' 지수 "n" 3.5

원호선 23" 지수 "n" 3.0

원호선 23"' 지수 "n" 2.5

원호선 23"" 지수 "n" 2.0 (원호)

본 실시예의 경우 지수는 항시 4와 2 사이에서 변경된다. 다이 캐비티의 원추도의 각각의 선택에 따라, 불연속적인 변화가 적용될 수도 있다. 4와 2 사이에서 지수를 축소함으로써, 원호선들의 곡률도는 더욱 작아지며, 혹은 달리 표현하면 원호선들은 주조 다이 배출구쪽으로 연장된다. 또한, 이와 같은 연장에 의해 보장되는 점으로, 대각선(26)을 따라서 다이 캐비티 원추도가 가장 크며, 그리고 직선의 벽부 쪽 방향으로 갈수록 감소한다. 만곡된 외주선들(23 - 23"')의 곡률도는 최대의 곡률도(30 - 30"')의 방향으로 증가한다. 만곡된 외주선(23"")에 따르는 곡률도는 일정하다(원호). 모서리 영역(19)의 만곡된 구간(16)에서, 다이 캐비티를 통과하는 스트랜드 셸과 다이 캐비티 벽부 사이의 틈새 제거가 제어될 수 있거나, 혹은 스트랜드 셸 변형이 의도하는 바대로 제어될 수 있다.

도4에는 대각선(41)의 양측에서 비대칭인 모서리 구조가 도시되어 있다. 치수(OB)는 OA와 동일하지 않다. 원호선들(42 - 42")의 곡선 함수는 하기와 같다:

원호선들(42 - 42")은 본 실시예에서 하기와 같은 지수를 갖는다:

원호선 42 지수 "n" = 4.0

원호선 42' 지수 "n" = 3.4

원호선 42" 지수 "n" = 3.0

상기 원호선들(42 - 42")에 이어서 직선의 외주 구간들(43 - 43")이 제공된 다.

다이 캐비티 벽부(44)의 소재는 동이다. 주조 다이 외측에서 상호 간에 동일하지 않은 간격을 갖는 3각형(46, 47)을 통해서, 상이한 냉각 세기가 개략적으로 도시되어 있다. 보다 좁게 배치된 삼각형(46)은 보다 큰 냉각 세기를 나타내며, 그리고 상호 간에 더욱 큰 간격을 갖는 삼각형(47)은 보다 약한 냉각 세기를 의미한다.

도5에 따른 실시예에서는, 명확한 도시를 위해, 정사각형과 유사한 다이 캐비티(50)에서 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 오로지 3개의 외주선(51 - 51")만이 도시되어 있다.

각각의 외주선은 각각 90도의 각도를 둘러싸는 4개의 원호선으로 구성된다. 상기 4개의 원호선은 하기의 수학적 함수에 따른다:

만일 주조 원추도("t")도 마찬가지로 수학적 함수로 도시된다고 하면, 예컨대 하기와 같다:

본 실시예는 하기와 같은 수치 값을 기초로 한다:

원호선	지수	R-t	t
51	4	70	0
51'	5	66.5	3.5
51"	4.5	65	5

스트랜드 이동 방향으로 연속되는 지수의 크기 및 단계에 대한 각각의 선택에 따라서, 오목하게 형성된 모서리 영역들 사이에서 주조 다이의 적어도 일측 부 분 길이 상에서 주조 다이를 통과할 시 스트랜드 셸의 변형은 연속되는 원호선들의 지수의 대응하는 선택에 의해 달성되는 방식으로 상기 외주선이 구성될 수 있다.

도5의 실시예에 따라, 무엇보다 주조 다이의 탕구측 반쪽 부분 내의 모서리 영역들(볼록 테크놀러지) 사이에서, 스트랜드 셸 변형을 달성하기 위해, 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 두 원호(51 및 51')의 지수("n")는 예컨대 4에서 5로 증가한다. 주조 다이의 스트랜드 배출구측 반쪽 부분 내에서, 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 원호선들(51'과 51") 사이에서는 예컨대 5에서 4.5로 지수가 감소됨으로써 본질적으로 스트랜드 셸 변형 없이 균일한 공칭 열 전달이 달성된다. 본 실시예에 따라, 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 원호선들은 제1 주조 다이 부분에서 지수의 증가에 의해, 그리고 제2 주조 다이 부분에서는 지수의 감소에 의해, 다시 말해 다이 캐비티의 기하 구조의 적응에 의해 공칭 열 전달을 달성할 수 있음을 알 수 있다. 다른 한편으로, 외주선에 걸쳐서, 만곡된 외주선의 기하구조에 따르는 상이한 냉각을 통해, 스트랜드 셸 변형을 이용하거나 혹은 이용하지 않는 공칭 열 전달을 달성할 수도 있다.

도6은 다이 캐비티(63)를 이용하여 빌릿 혹은 블룸용 강을 연속 주조하기 위한 동 소재의 관상 주조 다이(62)를 도시하고 있다. 상기 다이 캐비티(63)의 횡단면은 주조 다이 배출구에서는 정사각형이며, 그리고 인접한 측벽부들(64 - 64"') 사이에는 오목하게 형성된 모서리 영역들(65 - 65"')이 배치된다. 오목 원호는 원호선으로서 구성되는 것이 아니라, 수학적 함수(

)에 따르는 곡선 형태를 가지되, 지수("n")는 2.0과 2.5 사이의 값을 취한다. 본 실시예의 경우 주 조 다이 탕구측 상에는, 지수(n = 2.2)를 갖는 오목 원호(67)의 곡선 형태가 형성되고, 주조 다이 배출구측 상에는 지수(n = 2.02)를 갖는 오목 원호(68)의 곡선 형태가 형성된다. 다시 말해 곡선 형태는 스트랜드 배출구 측면에서 원호에 매우 근사하다. 만일 볼록한 벌지부(convex bulge)가 코사인 형태로 실시된다면, 3 - 10 사이의 지수("n")를 갖는 오목 원호의 곡선 형태가 형성될 수 있다.

도6에 따른 실시예의 경우, 주조 다이(62)의 부분 길이, 예컨대 주조 다이 길이의 40% - 60%에 해당하는 길이 상에서 주조 다이 상부에 위치하는 다이 캐비티(63)의 측벽부들(64 - 64"')은 볼록하게 구성된다. 이와 같은 부분 길이 상에서, 원호 높이(66)는 스트랜드 이동 방향으로 갈수록 감소한다. 볼록한 스트랜드 셸을 구비하여 주조 다이 내에서 형성되는 스트랜드는, 원호가 직선으로 전환될 때까지, 상기 부분 길이에서 연속해서 극미하게 변형된다. 주조 다이의 제2 하부 반쪽 부분에서, 다이 캐비티(63)의 외주선들(61, 69)은 직선이다. 이와 같은 주조 다이 부분에서, 다이 캐비티는 상기 주조 부분 내의 스트랜드 횡단면의 수축에 상응하는 원추도를 갖는다.

볼록한 측벽을 갖는 주조 다이의 경우, 원호 높이가 감소할 시에 현 연장부(chord elongation)가 모서리 영역들(65 - 65"') 내의 응고되는 스트랜드 셸 상에 어떠한 유해한 압력도 인가하지 않으면서도, 라운딩 처리된 모서리 영역들(65 - 65"') 내의 열 흐름은 본질적으로 직선인 벽부들의 열 전달에 적합하게 적응되는 방식으로, 지수("n")의 선택이 설정된다. 열 전달의 추가의 적응은 주조 다이 캐비티 횡단면의 외주선에 따라 이루어지는 다이 캐비티 벽부의 상이한 냉각을 통해 달성될 수 있다.

도7에는 주조 다이 배출구 측의 원형 다이 캐비티(70)에 대한 3개의 외주선(71 - 73)이 개략적으로 도시되어 있다. 상기 외주선들(71 및 72)은 본 실시예에 따라 90도의 각도를 둘러싸는 4개의 원호선으로 구성된다. 상기와 같은 원호선들은 수학적 곡선 함수(

)에 따르며, 그리고 상기 원호선(71 및 72)의 지수("n")의 값은 각각 2.2과 2.1이다. 주조 다이 배출구에 위치하는 외주선(73)은 원형이다. 원형과 유사한 다이 캐비티 횡단면을 갖는 주조 다이의 상부 부분 길이에서는 원호선들(71과 72) 사이의 곡선 함수의 지수 차이를 증대함으로써, 주조 다이의 상부 반쪽 부분 내에서 형성되는 스트랜드 셸의 소성 변형에 대한 치수가 결정될 수 있다. 상기 소성 변형의 치수는 스트랜드 셸과 주조 다이 벽부 사이의 열 전달도 함께 결정한다.

도1 내지 도7 내의 모든 다이 캐비티들은 개략화를 위해 직선이 길이방향 축만이 도시되어 있다. 원호상 연속 주조기용 주조 다이는 대개 4m와 12m 사이의 반경을 갖는 만곡된 길이방향 축을 구비한다.

Claims (12)

1. 빌릿, 블룸 및 블랭크를 연속 주조하기 위한 주조 다이의 다이 캐비티로서, 더욱 상세하게는 다이 캐비티 횡단면의 외주선들(13, 15)은, 적어도 다이 캐비티 횡단면의 모서리 영역(19, 19')에서 만곡된 구간(16)을 포함하며, 다이 캐비티(4, 14)의 벽부는 냉각되는 상기 다이 캐비티에 있어서,

   상기 다이 캐비티의 오목하게 만곡된 모서리 영역(19, 19')에서, 스트랜드 셸과 냉각된 다이 캐비티 벽부 사이의 목표되는 틈새 제거를 제어하기 위해, 또는 목표되는 스트랜드 셸 변형을 제어하기 위해, 상기 모서리 영역(19, 19')의 만곡된 외주선들의 적어도 일측 부분 상의 곡률도(1/R)는, 상기와 동일한 모서리 영역에서 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 외주선들(23 - 23"")로부터, 주조 다이 길이의 적어도 일측 부분 영역에 걸쳐서 감소되는 것을 특징으로 하는 다이 캐비티.
2. 제1항에 있어서, 상기 모서리 영역(19, 19')의 만곡된 구간(16)에 따르는 외주선들은, 최대 곡률도(1/R)(30 - 30"')로 증가하고, 재차 상기 최대 곡률도로부터 감소하는 곡률 패턴을 가지며, 그리고 상기와 동일한 모서리 영역(19, 19')에서 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 외주선들(23 - 23"")과 결부되어 사전 지정된 최대 곡률도(30 - 30"')는 연속적으로 혹은 불연속적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 다이 캐비티.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 원호선들(42 - 42")은 하기와 같은 수학적 곡선 함수에 따르거나,

   

   ,

   혹은, 만일 A = B라고 하면 상기 원호선들은 곡선 함수(

   

   )에 따르며, 그리고 지수("n")는 2보다 크고 100보다 작은 것을 특징으로 하는 다이 캐비티.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다이 캐비티 횡단면은 사각형과 유사하며, 바람직하게는 정사각형과 유사하고, 본질적으로 평면인 4개의 측벽부 사이에서는 오목하게 만곡된 모서리 영역들(19, 19')을 포함하며, 그리고 상기 모서리 영역들(19, 19') 내의 오목 원호는 곡선 함수(

   

   )에 따르되, 지수("n")의 값은 2.0과 10 사이인 것을 특징으로 하는 다이 캐비티.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이 캐비티 횡단면은 사각형과 유사하고, 각각 예컨대 90도의 각도를 둘러싸는 4개의 원호선들로 구성되며, 그리고 원호선들은 하기의 수학적 함수에 따를 뿐 아니라, 지수("n")의 값은 3과 50 사이이고, 바람직하게는 4와 10 사이인 것을 특징으로 하는 다이 캐비티:

   

   .
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이 캐비티 횡단면은 원형과 유사하고, 각각 15도와 180도 사이의 각도를 둘러싸는 원호선들(71 - 73)로 구성되며, 그리고 상기 원호선들(71, 72)은 수학적 함수(

   

   )에 따르고, 지수("n")의 값은 2보다 크고 2.3보다 작은 것을 특징으로 하는 다이 캐비티.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이 캐비티 횡단면은 정사각형과 유사하고, 각각 90도의 각도를 둘러싸는 4개의 원호선들(51 - 51")로 구성되며, 그리고 상기 원호선들(51 - 51")은 수학적 함수(

   

   )에 따르며, 그리고 주조 다이의 적어도 일측 부분 길이 상에서, 상기 주조 다이를 통과할 시에 스트랜드 셸의 변형은, 오목하게 만곡된 모서실 영역들 사이에 배치되는 외주선 구간에 걸쳐 상기 원호선들(51 - 51")의 구간을 연장함으로써 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 다이 캐비티.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이 캐비티는 주조 다이 배출구 쪽으로 갈수록 수학적 함수(

   

   )에 따르는 주조 원추도(casting conicity)를 가지되, t는 원추도에 대한 치수인 것을 특징으로 하는 다이 캐비티.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이 캐비티(63)는 사각형과 유사하고, 바람직하게는 정사각형과 유사하고, 곡선 함수(

   

   )에 따르는 오목 원호(67, 68)를 구비하여 오목하게 만곡된 모서리 영역들(65 - 65"')을 포함하되, 스트랜드 이동 방향으로 연속되는 원호선들의 지수("n")의 값은 2.0과 10 사이일 뿐 아니라, 또한 상기 다이 캐비티(63)는 오목 원호들(67) 사이에서는 만곡된 측벽들을 포함하되, 이들 측벽들의 곡률도는, 주조 다이의 적어도 일측 부분 길이 상에서, 스트랜드 셸이 상기 부분 길이를 통과할 시에 소성 변형되는 방식으로 연장되는 것을 특징으로 하는 다이 캐비티.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이 캐비티(14)는 관상 주조 다이(12)에 할당되는 것을 특징으로 하는 다이 캐비티.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조 다이(12)는 수냉식 동 벽부들로 구성되며, 그리고 다이 캐비티의 만곡된 외주선의 구간으로부터, 무엇보다 오목 원호를 구비한 모서리 영역(19) 내로 곡률도가 증가함에 따라, 상기 동 벽부의 물 냉각은 감소되는 것을 특징으로 하는 다이 캐비티.
12. 주조 다이로서, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따르는 다이 캐비티를 구비한 상기 주조 다이에 있어서, 상기 다이 캐비티의 기하구조는 수치 제어식 절삭 공작 기계를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 주조 다이.

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