KR20110000376A

KR20110000376A - 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법

Info

Publication number: KR20110000376A
Application number: KR1020090057843A
Authority: KR
Inventors: 유석현; 최주태; 조원재
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-01-03

Abstract

본 발명의 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법은 용강을 몰드에 통과시켜 용강 표면에 응고층을 형성시키는 몰드 단계 및 응고층이 형성된 슬라브를 연주기 롤러 사이로 통과시키고 소정의 주조 속도로 이동하는 슬라브에 냉각수를 분사시켜 슬라브를 냉각시키는 스트랜드 단계를 포함하는 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법으로서, 상기 스트랜드 단계는 슬라브의 두께를 일정하게 유지시키는 두께 유지 구간 및 냉각에 의해 수축하는 슬라브의 두께에 맞추어 연주기 롤러 간격을 일정하게 감소시켜 상기 슬라브의 두께를 목표 두께까지 감소시키는 스트랜드 테이퍼 구간을 포함하고, 두께 중심부의 고상율이 0.3~0.8 인 슬라브는 상기 스트랜드 테이퍼 구간 내에 위치한다.

이에 따르면 본 발명은 일반적으로 사용하는 연속주조 세그먼트를 이용하여, 경압하와 유사한 효과를 도출할 수 있으므로 경압하 설비를 위한 추가적인 비용 또는 공정을 저감할 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 그로 인해 슬라브의 중심편석을 현저히 저감할 수 있는 이점이 있다.

스트랜드, 경압하, 중심편석

Description

연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법{Method for reducing centerline segregation of continuously cast slab}

본 발명은 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주조 조건을 한정하여 연주기 롤러의 간격을 조절함으로써 두께 중심부의 고상율이 0.3~0.8인 슬라브가 연속주조 공정 중의 스트랜드 테이퍼 구간에 위치되도록 하는 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조설비는 용강을 슬라브(Slab)로 제조하기 위한 것으로, 크게 턴디쉬와 몰드 및 다수의 연주기 롤러로 구성된다.

도 1a는 슬라브의 두께 중심부에 발생된 공극을 도시한 도이고, 도 1b는 슬라브의 중심 편석 현상을 도시한 도이다.

압연 강판 전의 슬라브를 생산하는 연속 주조 공정은, 온도와 성분이 조절된 용강을 몰드에 통과하면서 표면에 응고층이 형성되도록 한 후에, 응고층이 형성된 슬라브를 스트랜드에 배치된 다수개의 연주기 롤러 사이로 통과할 때 냉각수를 분사시켜 슬라브의 표면을 냉각시키는 2단계로 이루어진다.

여기서, 슬라브가 스트랜드(strand)를 통해 냉각되는 과정에서 응고가 진행 됨에 따라 액상에 비해 낮은 용해도를 갖는 고상에서 용질 원소가 배출되어 수지상정 사이에 농화되는 미소 편석 현상이 발생한다.

그로 인해, 응고 완료 시점인 슬라브의 두께 중심부에서는 도 1a에 도시된 바와 같이 응고 수축에 의한 공극이 발생하여, 수축공 내의 부압에 의해 주변의 수지상정 간의 미소 편석 흡입 현상이 유발되어, 도 1b에 도시된 바와 같이 잔류 용강 속에 농축된 유황, 인, 망간 탄소성분 등이 슬라브의 두께 중심부에 집적되는 중심편석(centerline segregation)이 발생하게 된다.

슬라브에 중심편석이 심하게 발생하게 되면 압연 후 최종 제품인 코일(coil)에 남게 되고, 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 강관의 파손까지 이르게 된다.

따라서, 이러한 중심편석은 강관의 수소 유기 균열 및 용접 균열의 원인이 되기 때문에 반드시 제거할 필요가 있으며, 일반적으로 중심편석의 저감에 효과적인 방법으로 알려진 경압하(soft reduction) 기술을 적용하여 해결한다.

경압하는 슬라브를 응고 완료부에서 전체적인 응고 수축 속도보다 빠르게 압하하여 응고 수축에 의한 공극의 발생을 억제함으로써 농화 용강의 흡인을 차단하는 방법이지만, 경압하 기술을 적용하기 위해서는 주조 조건에 따라 압하량을 조절할 수 있는 별도의 경압하 설비가 필요하게 되고, 그로 인해 경압하 설비에 대한 비용이 추가적으로 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 주조 조건을 한정하여 연주기 롤러의 간격을 조절함으로써 두께 중심부의 고상율이 0.3~0.8인 슬라브가 연속주조 공정 중의 스트랜드 테이퍼 구간에 위치되도록 하는 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 상기 소정의 주조 속도는 0.9m/min~1.2m/min일 수 있다.

또한, 상기 슬라브의 두께 중심부의 고상율이 1이 되는 응고 완료점의 위치(m)와 상기 주조 속도는 소정의 비례관계가 성립할 수 있다.

본 발명은 두께 중심부의 고상율이 0.3~0.8인 슬라브가 연속주조 공정 중의 스트랜드 테이퍼 구간에 위치한다. 이에 따르면 본 발명은 일반적으로 사용하는 연속주조 세그먼트를 이용하여, 기존의 중심편석 저감 방법인 경압하 기술을 이용하기 위한 별도의 경압하 설비를 도입하지 않고도 경압하와 유사한 효과를 도출할 수 있으므로 경압하 설비를 위한 추가적인 비용 또는 공정을 저감할 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 그로 인해 슬라브의 중심편석을 현저히 저감할 수 있는 이점이 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 주조설비의 개략도, 도 3은 도 2에 도시된 연속 주조설비의 스트랜드 내 세그먼트의 롤러를 도시한 모식도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 방법에 사용되는 연속주조설비는 턴디쉬(60)와 몰드(80) 및 다수의 연주기 롤러(30, 40)로 구성되어 용강을 슬라브(20)로 제조한다.

구체적으로, 연속 주조설비는 턴디쉬(60)로부터 침적노즐(61)을 통해 수강된 용강을 냉각시켜 표면 부위를 응고시키는 몰드(80)와, 몰드(80)의 하부에 배치되어 몰드(80)를 통해 나오는 슬라브(20)와 접촉되어 이송되도록 다수개의 롤러(30, 40)로 구성된 스트랜드(100)와, 스트랜드(100)의 롤러(30, 40) 사이에 배치되어 슬라브(20)를 응고시키는 냉각수를 분사하는 냉각수 분사부(미도시)를 포함한다.

본 발명의 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법에 의하면, 먼저 턴디쉬(60) 내의 용강이 침적노즐(61)을 통해 몰드(80)의 내부로 수강되면, 몰드(80)의 내주면과 접촉되는 용강의 표면이 급냉되면서 급랭부를 형성하게 되어 된다. 그로 인해 용강 표면에 응고층이 형성된다(몰드 단계).

이 후, 몰드(80)를 통과하여 표면에 응고층이 형성된 슬라브(20)를 스트랜드(100)의 연주기 롤러(30, 40) 사이로 통과시키고 소정의 주조 속도로 이동하는 슬라브(20)에 냉각수를 분사시켜 슬라브를 냉각시킨다(스트랜드 단계).

도 4는 본 발명의 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법에 따른 스트랜드 길이와 슬라브 두께의 상관관계를 도시한 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스트랜드 단계는, 슬라브(20)의 두께를 일정하게 유지시키는 두께 유지 구간 및 스트랜드 테이퍼 구간을 포함한다.

구체적으로, 몰드(80)를 통과하여 표면에 응고층이 형성된 슬라브(20)가 스트랜드(100)로 진입하면 스트랜드(100)의 소정의 길이까지 슬라브(20)의 두께를 일정하게 유지한다(두께 유지 구간). 여기서, 도 4를 참조하면 상기 소정의 길이는 12.54m 이다.

이 후, 슬라브(20)가 소정 길이의 두께 유지 구간을 지나면, 냉각에 의해 수축하는 슬라브(20)의 두께에 맞추어 연주기 롤러(30, 40) 간격을 일정하게 감소시키는 스트랜드 테이퍼 구간(도 4 참조)으로 진입한다.

도 4를 참조하면 상기 스트랜드 테이퍼 구간은 12.54m~22.26m이다.

상기 스트랜드 테이퍼 구간은 슬라브(20)의 두께를 목표 두께까지 감소시키는 구간으로, 도 3을 참조하면, 스트랜드(100) 내 소정의 세그먼트(10)의 롤러(30, 40)는 세그먼트(10)의 입측 롤러(30)와 출측 롤러(40)로 구성되고, 입측 롤러(30)의 롤러갭보다 출측 롤러(40)의 롤러갭이 작아지도록 하여 세그먼트(10) 간의 롤러갭은 연주기의 출측으로 갈수록 감소하게 된다.

여기서, 본 발명은 두께 중심부의 고상율이 0.3~0.8 인 슬라브(20)를 상기 스트랜드 테이퍼 구간 내에 위치시킨다.

두께 중심부의 고상율이 0.3~0.8 인 슬라브(20)를 상기 스트랜드 테이퍼 구간 내에 위치시키기 위한 주조 조건을 설정할 필요가 있으며, 본 발명의 실시예에서는 스트랜드(100) 내를 이동하는 슬라브(20)의 이동 속도인 주조 속도를 소정의 속도로 설정한다. 여기서, 상기 소정의 주조 속도는 0.9m/min~1.2m/min이다.

주조 속도가 1.2m/min를 초과하는 경우에는 몰드(80)를 통과한 슬라브(20)의 응고층의 두께가 목표하는 응고층의 두께보다 얇아지게 되어, 슬라브(20)가 쉽게 찢어지게 되는 현상이 발생하게 되고, 주조 속도가 0.9m/min 미만인 경우에는 느린 주조 속도로 인해 냉각시간이 길어지게 되어 몰드(80)를 통과한 슬라브(20)의 응고층의 두께가 두꺼워지고, 그로 인해 슬라브(20)가 스트랜드(100) 내를 이동할 때 부하가 커져 스트랜드(100) 설비에 악영향을 준다.

한편, 본 발명에서는 슬라브(20)의 두께 중심부의 고상율이 1이 되는 응고 완료점의 위치(m)는 상기 주조 속도로부터 산출할 수 있으며, 응고 완료점의 위치(m)와 주조 속도의 관계는 실험에 의해 산출된 하기의 수학식과 같다.

응고 완료점의 위치(m) = 14.27 ㅧ 주조 속도(m/min)

두께 중심부의 고상율이 0.3~0.8 인 슬라브(20)를 상기 스트랜드 테이퍼 구간 내에 위치시키기 위해서는, 스트랜드(100)의 주조 조건을 미리 설정할 필요가 있으며, 이를 위해 슬라브(20)의 고상율 특성과 스트랜드(100) 설비의 특성을 함께 고려하여야 한다.

아래 표 1을 참조하면, 본 발명의 실험예에서는 주조 속도를 0.9m/min로 설정하여 실험한 결과, 슬라브(20)의 두께 중심부의 고상율이 1인 응고 완료점의 위치는 12.84m임을 확인할 수 있었다. 상기 수학식은 이러한 실험결과들로부터 산출된 수학식이다.

또한, 주조 속도가 0.9m/min인 경우 슬라브(20)의 두께 중심부의 고상율이 0.3이 되는 위치는 스트랜드 테이퍼 구간이 시작되는 12.54m임을 실험적으로 얻었다. 따라서, 두께 중심부의 고상율이 0.3~0.8 인 슬라브(20)를 스트랜드 테이퍼 구간 내에 위치시키는 것이 가능해진다.

주조속도	고상율=0.3 인 위치	응고 완료점의 위치 (고상율=1 인 위치)
0.9m/min	12.54m	12.84m

만약 주조 속도를 1.2m/min로 설정하게 되면, 주조 속도가 0.9m/min일 때보다 주조 속도가 더 빨라 냉각량이 더 적게 되므로, 슬라브(20)의 두께 중심부의 고상율이 0.3이 되는 위치는 주조 속도가 0.9m/min인 실험예의 12.54m 보다 더 먼 지점이 된다.

또한, 주조 속도가 1.2m/min인 경우 두께 중심부의 고상율이 1인 응고 완료점의 위치는 상기 수학식(및 다른 실험예)으로부터 17.12m가 된다.

따라서, 주조 속도가 1.2m/min인 경우에도 두께 중심부의 고상율이 0.3~1 인 구간이 모두 스트랜드 테이퍼 구간 내에 위치하게 되고, 결국 두께 중심부의 고상율이 0.3~0.8 인 슬라브(20)를 스트랜드 테이퍼 구간 내에 위치시키는 것이 가능해지게 된다.

한편, 상기 스트랜드 테이퍼 구간 후, 슬라브(20)의 두께가 목표 두께에 도달하면 전체 스트랜드 구간이 종료한다.

도 5는 종래 경압하 설비를 이용하는 경우 스트랜드 길이와 슬라브 두께의 상관관계를 도시한 그래프이다.

도 5를 참조하면, 종래와 같이 경압하 설비를 이용하는 경우에는, 스트랜드 구간 내 경압하를 하는 압하구간을 가져, 응고 완료점에서 전체적인 응고 수축 속도보다 빠르게 압하하여 응고 수축에 의한 공극의 발생을 억제함으로써 농화 용강의 흡인을 차단한다.

여기에서, 본 발명에 의한 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법에 의한 도 4의 그래프는 경압하 설비를 구비한 도 5의 그래프 곡선과 유사한 양상을 가짐을 파악할 수 있다.

따라서, 상기와 같이 주조 조건의 조절을 통해 슬라브(20)의 두께 중심부 고상율 0.3~0.8 구간을 스트랜드 테이퍼 구간 내에 위치시킬 경우, 경압하와 유사한 효과(PSR : Pseudo Soft Reduction)를 얻을 수 있다.

이를 통해 별도의 경압하에 대한 설비 투자 없이도, 이론적인 최적 경압하량 0.75~0.90 mm/min과 비교하여 약 70%에 상당하는 0.55 mm/min의 경압하량을 부가하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있었다.

도 6은 본 발명의 실시예와 같은 스트랜드 테이퍼 구간을 활용하여 강관재에 유사 경압하(PSR) 효과를 적용한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 주조 조건 조절을 통해 슬라브 두께 중심부 고상율 0.3~0.8 구간을 스트랜드 테이퍼 내에 위치시킨 PSR 적용 슬라브는 미적용 슬라브에 비해 약 30% 가량 중심편석이 감소하는 것을 확인할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 사용하는 연속주조 세그먼트를 이용하여, 기존의 중심편석 저감 방법인 경압하 기술을 이용하기 위한 별도의 경압하 설비를 도입하지 않고도 경압하와 유사한 효과를 도출할 수 있으므로 경압하 설비를 위한 추가적인 비용 또는 공정을 저감할 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 그로 인해 슬라브의 중심편석을 현저히 저감할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1a는 슬라브의 두께 중심부에 발생된 공극을 도시한 도이고,

도 1b는 슬라브의 중심 편석 현상을 도시한 도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 주조설비의 개략도,

도 3은 도 2에 도시된 연속 주조설비의 스트랜드 내 세그먼트의 롤러를 도시한 모식도,

도 4는 본 발명의 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법에 따른 스트랜드 길이와 슬라브 두께의 상관관계를 도시한 그래프,

도 5는 종래 경압하 설비를 이용하는 경우 스트랜드 길이와 슬라브 두께의 상관관계를 도시한 그래프,

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>

10: 세그먼트 20: 슬라브

30: 세그먼트의 입측 롤러 40: 세그먼트의 출측 롤러

60: 턴디쉬 80: 몰드

100: 스트랜드

Claims

용강을 몰드에 통과시켜 용강 표면에 응고층을 형성시키는 몰드 단계; 및

응고층이 형성된 슬라브를 연주기 롤러 사이로 통과시키고 소정의 주조 속도로 이동하는 슬라브에 냉각수를 분사시켜 슬라브를 냉각시키는 스트랜드 단계를 포함하는 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법에 있어서,

상기 스트랜드 단계는,

슬라브의 두께를 일정하게 유지시키는 두께 유지 구간; 및

냉각에 의해 수축하는 슬라브의 두께에 맞추어 연주기 롤러 간격을 일정하게 감소시켜 상기 슬라브의 두께를 목표 두께까지 감소시키는 스트랜드 테이퍼 구간을 포함하고,

두께 중심부의 고상율이 0.3~0.8 인 슬라브는 상기 스트랜드 테이퍼 구간 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법.
청구항 1에 있어서,

상기 소정의 주조 속도는 0.9m/min~1.2m/min인 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법.
청구항 1에 있어서,

상기 슬라브의 두께 중심부의 고상율이 1이 되는 응고 완료점의 위치(m)와 상기 주조 속도는 하기의 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브의 중심편석 저감방법.

<수학식>

응고 완료점의 위치(m) = 14.27 ㅧ 주조 속도(m/min)